JP7122065B2 - プレス成形品の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、管状のプレス成形品の成形方法に関する。

断面円形の管状部品を成形する方法として、所定の形状に切断されたトリム品を、Ｕ曲げ金型でプレス成形して断面Ｕ字形状の中間成形品を形成した後、この中間成形品をＯ曲げ金型でプレス成形し、中間成形品の端部同士を突き合わせて管状に成形する、いわゆるＵＯ曲げ成形方法が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開２０１４－４６２６号公報

前述したＯ曲げ工程として、例えば図４（Ａ）～（Ｅ）に示すように、平板状のワークをＵ曲げ成形等によって加工した中間成形品５を、下型３２にセットする。そして、中間成形品５に対して、上型３１を降下させて押し付けることで、中間成形品５の肩曲げ部１２ａを湾曲させ、上端１２ｄ同士を突き合わせる｛図４（Ａ）～図４（Ｃ）参照｝。この状態から、上型３１をさらに中間成形品５に押し付けることで、上端１２ｄ同士の突き合わせによる内部応力を発生させる。そして、この内部応力により、肩曲げ部１２ａを上型３１の成形面３１ａに張り付かせ、中間成形品５の断面を成形面３ａに沿った管状部品１に成形することができる｛図４（Ｄ）～図４（Ｅ）参照｝。

上記のＯ曲げ成形では、肩曲げ部を上型に張りつかせ、ワークの各断面を所望の管形状に精度良く成形するために、管状部品の長手方向の各断面において、端部同士が適切に突き合わせされることが重要である。

このため、管状部品の端部同士の突き合わせ精度を高める作業が行われる。具体的には、試作した管状部品の端部同士の隙間や突き合わせの状態を評価して、トリム品の形状を修正することで、端部同士の突き合わせ精度を高め、管状部品の成形精度を高める作業が行われる。

しかし、突き合わせ部が管状部品の長手方向と交差する方向へ湾曲している場合｛例えば、図１（Ａ）の管状部品１の突き合わせ部１ａ参照｝、突き合わせ部を構成するトリム品の端部が、各曲げ工程により、長手方向に沿って伸び縮みするため、仮に成形後の管状部品の突き合わせ部に隙間が生じている箇所を発見しても、この箇所が、トリム品のどの部分に該当するかが分からず、トリム品の形状を適切に修正することが難しかった。従って、管状部品の成形→突き合わせ部の確認→トリム品の修正→再度の管状部品の成形、というサイクルを繰り返す必要があり、製造コストが高騰していた。

このような事情から、本発明では、ワークの形状の修正の手間を軽減することで、管状部品の製造を容易化して低コスト化を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、金属板からなるワークを曲げ成形して端部同士を当該端部の延在方向に沿って突き合わせることにより、長手方向と交差する方向に湾曲した管状部品をプレス成形する、プレス成形品の成形方法であって、曲げ成形前に、前記ワークの突き合わせる側の端部側であって、当該端部の延在方向に沿って、間隔をおいて複数箇所にマーキングを形成することを特徴とする。

本発明によれば、ワークの端部側に予め形成したマーキングにより、曲げ成形の前後で、端部同士の突き合わせ部の位置関係を対応させることができる。従って、端部形状を容易に修正することができるため、Ｏ曲げ時の端部同士の突き合わせの精度を高めることができ、その修正回数を減らすことができる。

また、曲げ成形の前後のマーキングの形状を比較することにより、管状部品における端部側の部材の変形方向を視覚的に確認したり、その変形量を定量的に評価することができるため、端部形状の修正が容易になる。

本発明によれば、ワークの形状の修正の手間を軽減し、管状部品の製造を容易化し、製造コストを低減することができる。

（Ａ）は管状部品の斜視図、（Ｂ）は同平面図、（Ｃ）は同側面図である。 （Ａ）～（Ｆ）は、管状部品の成形方法の手順を示す断面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、中間曲げ工程を示す断面図である。 （Ａ）～（Ｅ）は、Ｏ曲げ工程を示す断面図であり、図１（Ｂ）のＸ－Ｘ断面における中間成形品の形状変化を示す。 フランジ部の切断箇所に施すマーキングを示す図である。 マーキングを施した状態の管状部品の平面図である。 曲げ成形前後のマーキングの変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態では、図１に示す管状部品（プレス成形品）１をプレス成形により成形する方法を示す。管状部品１は、金属板の端部同士を突き合わせて、管状に成形したものである。尚、以下の説明では、便宜上、管状部品１の突き合わせ部１ａがある側を上方、その反対側を下方とし、管状部品１の長手方向及び上下方向と直交する方向を幅方向とする。

管状部品１は異形断面（非円形断面）を有する。本実施形態の管状部品１は、図１（Ａ）に示すように、断面略矩形状をなし、長手方向で断面形状が変化している。具体的には、管状部品１の一端側の開口部は、上下方向寸法と幅方向寸法とが略等しい略円形を成し、管状部品１の他端側の開口部は、上下方向寸法よりも幅方向寸法が大きい扁平形状を成している。管状部品１の長手方向中間部は、一端から他端へ向けて断面形状を徐々に変化させながら滑らかに連続している。管状部品１は、底部１ｂと、底部１ｂの幅方向両端から上方に立ち上がった一対の側部１ｃと、一対の側部１ｃの上端から幅方向内側に延びる一対の上部１ｄとを有する。一対の上部１ｄの端部同士を突き合わせて、突き合わせ部１ａが形成される。底部１ｂと各側部１ｃとの境界には曲げ部（以下、「底曲げ部１ｅ」と言う。）が設けられ、各側部１ｃと各上部１ｄとの境界には曲げ部（以下、「肩曲げ部１ｆ」と言う。）が設けられる。本実施形態の管状部品１は、長手方向と交差する方向（上下方向および幅方向）へ湾曲しており、具体的には、図１（Ｂ）に示す平面視及び図１（Ｃ）に示す側面視のいずれにおいても湾曲している。

図２に示すように、本実施形態のワーク２に、絞り工程、マーキング工程、切断工程、Ｕ曲げ工程、中間曲げ工程、Ｏ曲げ工程、及び溶接工程を施すことにより、ワーク２は、平板の状態から各中間成形品を経て、最終的に管状部品１に成形される。尚、図２では、管状部品１のうち、扁平形状を成した他端側の開口部付近における形状変化のみを示している。

絞り工程では、図２（Ａ）に示す平板状のワーク２を、絞り金型（図示省略）に押し付けることで、図２（Ｂ）に示すように、絞り成形品３を成形する。絞り成形品３は、底部１１と、底部１１の幅方向両端から上方に立ち上がった一対の縦壁部１２と、各縦壁部１２の両端から幅方向外側へ延在するフランジ部１４とを有する。底部１１と各縦壁部１２との境界には、底曲げ部１３が設けられる。絞り成形品３の下方部分（底部１１及び底曲げ部１３）の形状は、完成品の管状部品１の下方部分（底部１ｂ及び底曲げ部１ｅ）の形状と略同一である。すなわち、絞り成形品３の底部１１及び底曲げ部１３は、長手方向で断面形状が変化しており、且つ、平面視及び側面視のいずれにおいても湾曲している。

マーキング工程では、各フランジ部１４の長手方向に、後述するヒートマークを施す。切断工程では、図２（Ｃ）に示すように、レーザー加工により、各フランジ部１４の端部側を、長手方向（図の紙面手前奥方向）に沿って所望の長さに切断し、トリム品４を成形する。

Ｕ曲げ工程では、トリム品４のフランジ部１４をＵ曲げ金型（図示省略）でプレスして、縦壁部１２の側へ曲げ成形する。これにより、図２（Ｄ）に示すように、断面略Ｕ字形状の中間成形品５を得る。中間成形品５は、底部１１と、底部１１の幅方向両端から上方に立ち上がった一対の縦壁部１２と、底曲げ部１３とを有する。

中間曲げ工程では、中間成形品５をプレスして、中間成形品５の縦壁部１２に肩曲げ部１２ａを成形する。中間成形品５に中間曲げ工程を施す中間曲げ金型２０は、図３に示すように、互いに接近離反可能な上型２１と下型２２とからなる。本実施形態では、下型２２が固定型であり、上型２１が、図示しない駆動手段で昇降される可動型である。尚、図３では、中間成形品５のうち、扁平形状を成した他端側の開口部付近に対応する部分の形状変化のみを示している。

上型２１は、上方に行くにつれて互いに接近する方向に傾斜した一対の傾斜面２１ａと、各傾斜面２１ａの上端から下向きに延びる一対の係止面２１ｂと、各傾斜面２１ａの下方に設けられた一対の肩曲げ部成形面２１ｃとを有する。一対の係止面２１ｂは、上型２１の本体部２１ｅと一体又は別体に設けられた係止部２１ｄに設けられる。図示例では、本体部２１ｅと係止部２１ｄとが別体に設けられている。肩曲げ部成形面２１ｃは、傾斜面２１ａの下端と滑らかに連続している。下型２２には、中間成形品５がセットされる凹部２２ａが設けられる。凹部２２ａは、中間成形品５の下方部分（底部１１及び底曲げ部１３）と同一形状を成している。

中間曲げ工程では、まず、図３（Ａ）に示すように、下型２２の凹部２２ａに中間成形品５の底部１１をセットする。そして、上型２１を降下させて、中間成形品５の一対の縦壁部１２の上端１２ｄを上型２１で下方に押し込むことにより、図３（Ｂ）に示すように、一対の縦壁部１２の上端１２ｄが上型２１の傾斜面２１ａに沿って幅方向内側にガイドされ、一対の縦壁部１２が幅方向内側に傾斜して上端１２ｄが上型２１の係止面２１ｂに突き当たる。これにより、一対の縦壁部１２の上端１２ｄが、幅方向に離間した状態で、それ以上幅方向内側（互いに接近する側）への移動が規制される。この状態で、さらに上型２１を降下させると、縦壁部１２が長さ方向に圧縮されて座屈が生じ、縦壁部１２の中間部が外側に膨出する｛図３（Ｃ）参照｝。さらに上型２１を降下させると、縦壁部１２の膨出部が上型２１の肩曲げ部成形面２１ｃに押し付けられ、これにより縦壁部１２の中間部に肩曲げ部１２ａが成形される｛図３（Ｄ）参照｝。

図２（Ｅ）に示すように、こうして成形された中間成形品５の一対の縦壁部１２には、肩曲げ部１２ａと、肩曲げ部１２ａから下方に延びる側部１２ｂと、肩曲げ部１２ａから斜め上方に延びる傾斜部１２ｃとが設けられる。肩曲げ部１２ａは、完成品の管状部品１の肩曲げ部１ｆの一部と同じ形状を成し、図示例では、管状部品１の肩曲げ部１ｆと同じ曲率の円弧形状を成している。

Ｏ曲げ工程では、中間曲げ工程が施された中間成形品５をさらにプレスして、中間成形品５の端部同士を突き合わせ、管状部品１を成形する｛図２（Ｆ）参照｝。中間成形品５にＯ曲げ工程を施すＯ曲げ金型３０は、図４に示すように、互いに接近離反可能な上型３１と下型３２とからなる。図示例では、下型３２が固定型であり、上型３１が、図示しない駆動手段で昇降される可動型である。下型３２には、中間成形品５の底部１１をセットするための凹部３２ａが設けられる。上型３１には成形面３１ａが設けられる。図４で示される断面において、上型３１の成形面３１ａは、完成品である管状部品１の上方部分（上部１ｄ及び肩曲げ部１ｆ）と同一形状を有する。

一例として、図１（Ｂ）のＸ－Ｘ断面における中間成形品５のＯ曲げ成形による形状変化を、図４を用いて説明する。下型３２の凹部３２ａに中間成形品５をセットした後、上型３１を降下させると、上型３１の成形面３１ａが中間成形品５の縦壁部１２の上端１２ｄに当接する｛図４（Ａ）参照｝。さらに上型３１を降下させると、中間成形品５の縦壁部１２の上端１２ｄが上型３１で下方に押し込まれ、中間成形品５の肩曲げ部１２ａがさらに曲げられて、縦壁部１２の上端１２ｄ同士が突き合う｛図４（Ｂ）及び（Ｃ）参照｝。さらに上型３１を降下させると、上端１２ｄ同士の突き合わせによって生じる内部応力により、縦壁部１２の肩曲げ部１２ａがさらに曲げられて上型３１の成形面３１ａに近づくように変形し、下死点の直前で、中間成形品５の端部領域Ｐが互いに略平行となる｛図４（Ｄ）参照｝。そして、上型３１を下死点まで降下させることで、縦壁部１２の端部同士が互いに突っ張った状態で、縦壁部１２全体が上型３１の成形面３１ａに押し付けられて、管状部品１が成形される｛図４（Ｅ）参照｝。そして、突き合わせ部１ａを溶接することにより、管状部品１が完成する。

ところで、本実施形態では、上記マーキング工程において、絞り成形品３にマーキングを施す。具体的には、図２（Ｂ）に示す絞り加工後に、図５（Ａ）に示すように、マーキングとしてのヒートマーク５０を施す。ヒートマーク５０は、切断線Ｘをまたぐようにして、それぞれの側に交互に突出する矩形状が連続して形成され、本実施形態では、ヒートマーク５０の各矩形部分の幅は、略１０ｍｍの等間隔に設定される。なお図５では、便宜上、切断線Ｘを略水平線として記載しているが、必ずしも水平ではなく、長手方向（図の左右方向）の各位置における必要な切断長さに応じて、各切断位置が決定される。

そして、レーザー加工機により、切断線Ｘに沿って絞り成形品３の両端を切断し、トリム品４を成形する｛図２（Ｃ）参照｝。これにより、図５（Ｂ）に示すように、トリム品４のフランジ部１４の端部側には、同一幅の略矩形状のヒートマーク５０が、等間隔に配置されることになる。

ヒートマーク５０は、レーザー加工機の出力を落とした状態で、フランジ部１４の表面にレーザーを照射することで形成され、絞り成形品３の幅方向の両側に設けられたフランジ部１４｛図２（Ｂ）参照｝にそれぞれ形成される。ヒートマーク５０を、切断線Ｘをまたぐようにして形成される一続きの線部とすることで、一度のレーザー照射でヒートマーク５０を形成することができ、その作業性が向上する。

そして、前述した各曲げ工程｛図２（Ｄ）～図２（Ｆ）参照｝を経て、管状部品１を成形すると、図６に示すように、それぞれの上部１ｄに、突き合わせ部１ａに沿って、複数のヒートマーク５０が配置される。

突き合わせ部１ａは、管状部品１の長手方向に延在し、長手方向と交差する各方向｛上下方向および幅方向、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）参照｝へ湾曲している。つまり、トリム品４の状態（以下、この状態を単に曲げ成形前とも呼ぶ）から、各曲げ成形を経ることで、上端１２ｄの側がこれらの方向へ湾曲成形されて（以下、この状態を単に曲げ成形後とも呼ぶ）、管状部品１が成形される。

突き合わせ部１ａに沿って複数のヒートマーク５０を配置することにより、曲げ成形前と曲げ成形後との間で、突き合わせ部１ａにおける両者の位置関係を対応させることができ、トリム品４の形状を正確に修正することができる。例えば、図６の拡大図に示すように、右から３番目のヒートマーク５０に対応する位置で、突き合わせ部１ａに隙間が生じていることを確認した場合、切断工程で、絞り成形品３の長手方向において、右から３番目のヒートマーク５０に対応する位置の切断長さを小さくする、つまり、トリム品４のフランジ部１４の該当部分の幅を長くし、突き合わせ部１ａの隙間をつめることができる。このように、本実施形態では、ヒートマーク５０を基準にすることで、トリム品４の形状の修正箇所を的確に設定することができ、その修正回数を減らすことができると共に、管状部品１の成形精度を高めることができる。

本実施形態のように、マーキングとして、フランジ部１４の端部側に、等間隔で同一幅のヒートマーク５０を形成することで｛図５（Ｂ）参照｝、曲げ成形前と曲げ成形後の位置関係の対応を容易にとることができる。

また、曲げ成形後のヒートマーク５０の形状から、金属材の伸び方向や長さを視覚的に確認することもできる。例えば、図７に示すように、曲げ成形前には正方形状だったヒートマーク５０（図7左側参照）が、曲げ成形後に、平行四辺形状（図７右側参照）に変形した場合、金属材が、この部分において、図の右方向へ引き延ばされたことが分かる。そして、管状部品１の長手方向に沿って形成された各ヒートマーク５０の形状を確認することで、管状部品１の長手方向の各位置における素材の変形方向を確認することができる。また、曲げ成形後のヒートマーク５０の幅を測定することで、金属材が曲げ成形によって伸びたか縮んだかを知ることができ、その伸縮量を定量的に評価することもできる。例えば、曲げ成形前のヒートマーク５０の幅Ａ１が１０ｍｍであるのに対して、曲げ成形後のヒートマーク５０の幅Ａ２が１２ｍｍであったとすると、金属材のこの部分が、曲げ成形によって２ｍｍだけ引き伸ばされたことがわかる。このような変形量の大小により、金属材の割れが生じやすい箇所の評価をするといったことも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

ワークに形成されるマーキングは、本実施形態のように、レーザー加工により形成されるヒートマークに限らず、切削加工でマーキングを施してもよいし、シール材を貼り付ける等してもよい。また、ヒートマークの形状は、図５（Ｂ）に示すような矩形状に限らず、曲げ成形前と曲げ成形後のワークに対して、その長手方向の位置関係の対応がとれる適宜の形状を採用することができる。

以上の実施形態では、ワーク（絞り成形品３）の切断前にヒートマークを施すものとしたが、これに限らない。ヒートマークを施すタイミングは、中間成形品５の上端１２ｄ（図４参照）が、管状部品１が長手方向と交差する方向へ湾曲成形される前であればよく、例えば、上記切断後にヒートマークを施すこともできる。

以上の実施形態では、管状部品１の製造工程におけるＵ字形成工程として、絞り工程およびＵ曲げ工程を含むものしたが、その一方のみの工程を含むものであってもよい。例えば、平板状のワーク２｛図２（Ａ）参照｝をＵ曲げ工程によって、Ｕ字形状の中間成形品５に成形してもよい｛図２（Ｄ）参照｝。また、Ｕ曲げ工程を省略して、絞り工程により、図２（Ｄ）に示す深さの縦壁部１２を形成してもよい。この場合、絞り工程後に切断工程を設けて、フランジ部および縦壁部１２の不要な部分を切断し、Ｕ字形状に成形することができる。

本発明が適用される管状部品１は、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すような、平面視および側面視のいずれにおいても湾曲し、突き合わせ部１ａが、幅方向および上下方向へ湾曲した形状に限らない。つまり、長手方向と交差するいずれかの方向へ湾曲した管状部品１、つまり、突き合わせ部１ａが、長手方向と交差するいずれかの方向へ湾曲している形状であれば、本発明を適用することができる。

１ 管状部品
１ａ 突き合わせ部
１ｂ 底部
１ｃ 側部
１ｄ 上部
２ ワーク
３ 絞り成形品
４ トリム品
５ 中間成形品
１１ 底部
１２ 縦壁部
１２ｄ 上端
１３ 底曲げ部
１４ フランジ部
２１ 上型
２２ 下型
３１ 上型（一方の金型）
３２ 下型（他方の金型）
５０ ヒートマーク（マーキング）
Ｘ 切断線

Claims (1)

1. 金属板からなるワークを曲げ成形して端部同士を当該端部の延在方向に沿って突き合わせることにより、長手方向と交差する方向に湾曲した管状部品をプレス成形する、プレス成形品の成形方法であって、
   曲げ成形前に、前記ワークの突き合わせる側の端部側であって、当該端部の延在方向に沿って、間隔をおいて複数箇所にマーキングを形成することを特徴とするプレス成形品の成形方法。

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