JP7126079B2 - プレス部品の製造方法、プレス成形用の金属板、及び高張力鋼板 - Google Patents
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Description
このような複雑な部品形状を平坦な金属板からプレス成形する場合、成形途中で金属板に引張変形や圧縮変形が発生するため、プレス部品に割れやしわが発生しやすい。
この問題の対策として、例えば、特許文献1に記載のような湾曲部品の製造方法及び湾曲部品の製造装置がある。
ここで、特許文献1に記載の方法では、天板部をパッドで拘束し、かつフランジ部もブランクホルダーで拘束することで、天板部とフランジ部での両方の引張・圧縮変形を抑制することができる。しかし、通常の絞り工程に加えてパッドで材料を拘束する必要があり、生産性が劣る。また、特許文献1に記載の方法は、金型のコストも高い。
(1)予成形にてダイ肩稜線部の形状剛性を上げ、次工程で曲げ工法にて製品形状に成形することでフランジ部のしわを抑制することが可能である。
(2)また、ダイ肩稜線部に加え、パンチ肩稜線部の形状剛性を上げ、次工程で曲げ工法にて製品形状に成形することで、フランジ部のしわに加え、天板部のしわも抑制することが可能である。
本発明は、上記知見に基づきなされたものである。
(プレス部品形状)
本実施形態が対象とするプレス成形後のプレス部品形状は、少なくとも天板部とその左右幅方向両側の少なくとも一方に第1曲げ部を介して連続する側壁部とを有するコ字状断面、ハット形断面、L字状断面などの断面の形状となっている。更に、上記のプレス部品形状は、上記断面(板幅方向)に交差する方向である、長手方向の1箇所若しくは2箇所以上に、長手方向に沿って側面視で天板部が凸又は凹に湾曲した湾曲部を1又は2以上有する形状である。なお、ハット形断面の場合、プレス部品形状は、長手方向に沿って、側面視で、フランジ部も天板部の湾曲に倣った形状となっている。
なお、側面視で天板部が凸若しくは凹となるように湾曲とは、長手方向に沿って天板部の板厚方向に凸若しくは凹となるように湾曲する場合である。
なお、図1に併記した寸法は、実施例での寸法であって、本発明を何ら制限するものではない。
本実施形態のプレス部品の製造方法は、図2に示すように、予備成形工程2と部品成形工程3とを備える。
予備成形工程2は、本成形前の予備的な成形を金属板に施して、しわが発生し難い、本成形用の金属板を得る工程である。
予備成形工程2は、平坦な金属板に対し、プレス部品形状1の長手方向に沿ってプレス部品形状1に設ける湾曲部10の湾曲に倣った湾曲形状を付与する第1工程2Aと、第1曲げ部1d及び第2曲げ部1eとなる位置に、第1のビード4a及び第2のビード4bを形成する第2工程2Bと、を有する。第1のビード4a及び第2のビード4bは、それぞれ長手方向に沿って連続して若しくは部分的に延在する。
第2工程2Bは、第1のビード4a及び第2のビード4bの一方だけを形成する工程でも良い。また、長手方向において、第1のビード4aの形成位置と第2のビード4bの形成位置とが重ならないように配置してもよい。
また、予備成形工程2は、第2工程2Bだけから構成されていてもよい。
ここで、本実施形態のビード4a、4bは、屈曲形状の断面が断面に交叉する方向(長手方向(金属板4の天板部の長手方向))に延在した形状となっている。ビード4a、4bは、フルビードや、断面段差形状のハーフビードなどからなる。
ここで、第2工程2Bは、第1のビード4a及び第2のビード4bのうちの、一方のビードだけを形成する処理構成であっても良い。
本実施形態では、第1工程2Aと第2工程2Bが、1つの金型によるプレス加工によって実行される。
これによって、金属板4には、例えば、幅方向(プレス部品形状1の幅方向と同方向)に、同一の湾曲形状を付与される。
上型(ダイ)及び下型(パンチ)の成形面20、21の側面視における湾曲形状は、プレス部品形状1における側面視における天板部1Aでの湾曲形状に等しいことが好ましい。
また、第1のビード4aのビード高さは、上記金属板4の板厚の2倍以上であることが好ましい。第1のビード4aのビード高さの上限値は、20mmである。
また、第2のビード4bは、上記第2曲げ部1eの凸方向と同方向に凸となる形状(下方にとつとなる形状)であることが好ましい(図6参照)。
上記第2のビード4bのビード高さは、上記金属板4の板厚の2倍以上であることが好ましい。第2のビード4bの高さの上限値は、20mmである。
そして、予備成形工程2では、上記の上型及び下型を用いて金属板4をプレス成形し、長手方向に沿って湾曲し且つ、長手方向に沿って延びる第1のビード4a及び第2のビード4bを備えた金属板4とする。
部品成形工程3は、予備成形工程で処理後の金属板4を、目的のプレス部品形状1に成形する本成形工程である。
部品成形工程3は、図4に示すような成形面22、23を有する金型を用いて、予備成形工程2の処理後の金属板4をプレス成形して、目的とするプレス部品形状1のプレス部品とする。
図4では、金型が、金属板4の天板部1Aとなる位置を押さえるパッド24を有する場合を例示している。すなわち、この例では、プレス成形として曲げ成形を採用する場合を例示している。もっとも、部品成形工程3は、天板部1Aをパッド24で押さえないフォーム成形を採用しても良い。
ここで、予備成形工程2は、第1予備成形工程及び第2予備成形工程の少なくとも一方を構成する。部品成形工程3は、第1部品成形工程及び第2部品成形工程の少なくとも一方を構成する。
本実施形態では、予備成形工程2にて、予成形として、金属板4に対し、長手方向に沿った湾曲形状(板厚方向に湾曲した形状)を付与する処理と、第1のビード4a及び第2のビード4bの少なくとも一方を付与する処理とを実行する(図3)。
このとき、予備成形工程2用の上型と下型とで金属板4をプレスした場合、相対的に上型が下型に近づくにつれて、まず、金属板4は、上型と下型の成形面20,21に沿った湾曲形状に変形する。更に、相対的に上型が下型に近づき下死点まで移動することで、湾曲した板形状の状態で、第1のビード4a及び第2のビード4bを金属板4にプレス成形する。すなわち、金属板4に対し湾曲形状が付与された後にビード4a、4bの形成が実行される。
また、予備成形工程2の金属板4は、ビード4a、4bの付与によって、長手方向の形状剛性が高くなる。
次に、予備成形工程2後の金属板4を、部品成形工程3でのプレスによって、側面視で上下に湾曲した湾曲部10を有するコ字形断面若しくはハット形断面とした場合に、金属板4はビード4a、4bによって長手方向の形状剛性が高くなっているため、座屈によるシワ発生が抑制される。
また、金属板4に対し長手方向に沿った湾曲形状を予め付与しておくことで、更に、プレス成形の際に、天板部1Aに対し、プレス方向に平行移動でフランジ面が成形されるようになって、よりシワの原因となる材料移動が抑制される。
(1)上記説明では、予備成形工程2の第1工程2A及び第2工程2Bを、1つの金型によって実行する場合を例示した。
第1工程2Aと第2工程2Bとを、それぞれの個別の金型を用いて実行してもよい。但し、この場合、第1工程2Aで金属板4に湾曲形状を付与した後に、第2工程2Bでビード4a、4bの付与を実行することが好ましい。
この場合、少なくとも、平板からなる金属板4を上記プレス部品形状1にプレス成形した際に上記天板部1Aにしわが発生すると推定される第1推定領域、及び、平板からなる金属板4を上記プレス部品形状1にプレス成形した際に上記フランジ部1Cにしわが発生すると推定される第2推定領域となる位置には、各ビードを形成するようにすることが好ましい。
第1推定領域取得部6は、平板からなる金属板4を上記プレス部品形状1にプレス成形した際に上記天板部1Aにしわが発生すると推定される第1推定領域を求める処理を実行する。
第2推定領域取得部7は、平板からなる金属板4を上記プレス部品形状1にプレス成形した際にフランジ部1Cにしわが発生すると推定される第2推定領域を求める処理を実行する。
また、成形時のシワは、湾曲部10における材料が集まる側の湾曲部10に発生するため、簡易的に、天板部1Aが凹に湾曲する湾曲部10を第1推定領域と推定し、天板部1Aが凸に湾曲する湾曲部10を第2推定領域として推定しても良い。
本実施形態は、次のような効果を奏する。
(1)本実施形態では、天板部1Aと上記天板部1Aの幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部1dを介して連続する側壁部1Bとを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部1Aが凸又は凹となるように湾曲した湾曲部10を1又は2以上有するプレス部品形状1に、金属板4を成形するプレス部品の製造方法であって、上記金属板4に対し、上記第1曲げ部1dとなる位置に上記長手方向に沿って連続して若しくは部分的に延在する第1のビード4aを形成する工程を有する第1予備成形工程と、上記第1予備成形工程後の上記金属板4を上記プレス部品形状1に成形する第1部品成形工程と、を備える。
この構成によれば、側面視で上下に湾曲形状を有するプレス部品形状1にプレス成形する前に、天板部1Aと側壁部1Bとを接続する曲げ部からなる稜線部となる位置に沿って第1のビード4aを形成しておくことで、プレス部品形状1に成形する際における長手方向に沿った形状剛性が向上して、少なくとも天板部1Aでのしわ発生を抑制可能となる。
この構成によれば、天板部1A側の稜線部と共にフランジ側の稜線部の長手方向に沿った形状剛性が向上する結果、天板部1Aと共にフランジ部1Cでのしわ発生を抑制可能となる。
この構成によれば、ビードの形成位置を抑えることができる。
この構成によれば、部品成形工程3で第1のビード4aのビード形状を潰しやすくなる。なお、目的とするプレス部品形状1が、天板部1Aと側壁部1Bとを連結する稜線部に沿ってビードが形成されている形状であってもよい。
なお、天板部1Aは他の部品との接続部となる面であるため、ビードは形成されていない方が好ましい。
この構成によれば、第1予備成形工程によって、第1のビード4aと共に湾曲形状が付与され、例えば長手方向の形状精度が向上する。
この構成によれば、必要以上に第1のビード4aを付与することが防止される。
この構成によれば、確実に長手方向の形状剛性を向上可能となる。
この構成によれば、必要以上に第2のビード4bを付与することが防止される。
この構成によれば、側面視で上下に湾曲形状を有するプレス部品形状1にプレス成形する前に、側壁部1Bと天板部1Aとを接続する曲げ部からなる稜線部となる位置に沿って第2のビード4bを形成しておくことで、プレス部品形状1に成形する際における長手方向に沿った形状剛性が向上して、少なくともフランジ部1Cでのしわ発生を抑制可能となる。
この構成によれば、第2予備成形工程によって、第2のビード4bと共に湾曲形状が付与され、例えば長手方向の形状精度が向上する。
この構成によれば、必要以上に第2のビード4bを付与することが防止される。
この構成によれば、部品成形工程3で第2のビード4bのビード形状を潰しやすくなる。なお、目的とするプレス部品形状1が、側壁部1Bとフランジ部1Cとを連結する稜線部に沿ってビードが形成されている形状であってもよい。
この構成によれば、確実に長手方向の形状剛性を向上可能となる。
この構成によれば、天板部1Aと上記天板部1Aの幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部1dを介して連続する側壁部1Bとを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部1Aが凸若しくは凹となるように湾曲した湾曲部10を1又は2以上有するプレス部品形状1にプレス成形する際に、少なくとも天板部1Aに発生するシワを抑制可能となる。
この構成によれば、天板部1Aと上記天板部1Aの幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部1dを介して連続する側壁部1Bとを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部1Aが凸若しくは凹となるように湾曲した湾曲部10を1又は2以上有するプレス部品形状1にプレス成形する際に、天板部1A及びフランジ部1Cに発生するシワを抑制可能となる。
この構成によれば、プレス部品形状1にプレス成形した際に、長手方向の形状精度が向上する。
この構成によれば、天板部1Aと上記天板部1Aの幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部1dを介して連続する側壁部1Bとを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部1Aが凸若しくは凹となるように湾曲した湾曲部10を1又は2以上有するプレス部品形状1にプレス成形する際に、少なくともフランジ部1Cに発生するシワを抑制可能となる。
この構成によれば、プレス部品形状1にプレス成形した際に、長手方向の形状精度が向上する。
「適用材」
本実施例では、金属板4として、590MPa以上の高強度鋼板を使用した。
具体的には、金属板4として、表1に示すように、590MPa級鋼板(590材)、980MPa級鋼板(980材)、1180MPa級鋼板(1180材)、及び1470MPa級鋼板(1470材)を用いた。
また、本実施形態では、対象とするプレス部品の部品形状を、図1に示すような、ハット形断面且つ側面視で、長手方向に沿った2箇所に湾曲部10を有する形状とした。
そして、比較例では、表2に示す各成形法で直接に平坦な金属板を上記のプレス部品形状にプレス成形した。また、本発明に基づく発明例では、表3に示す各成形法で、金属板を上記のプレス部品形状にプレス成形した。すなわち、比較例の成形法では、予備成形工程2を省略して、部品成形工程3(本成形工程)で、上記平坦な板材の金属板を目的のプレス部品形状1にプレス成形とした。本発明に基づく発明例での成形法では、本実施形態に基づき、予備成形工程2を行った後に、部品成形工程3で目的とするプレス部品形状とした。その結果を、表2及び表3に示す。
表2は、比較例の成形法の評価結果(成形可否)を示す。
表3は、発明例での成形法の評価結果(成形可否)を示す。
なお、表中、P圧はパット圧、C圧はクッション圧である。
具体的には、評価は、顕著なシワが発生した場合を「×」、顕著なしわが発生していないが僅かにシワが形成されていた場合を「△」、しわが発生しない場合を「○」として判定した。
比較例の成形法では、表2に示すように、980MPa以上の引張強度の鋼板を用いた場合、天板部1A若しくはフランジ部1Cの少なくとも一方で、顕著なシワが発生していた。
比較例において、1180材を用いて、フォーム成形した場合における、天板部1A及びフランジ部1Cでのシワ発生の例を図9に示す。
一方、発明例では、表3に示すように、比較例と比較して、第1のビード4aや第2のビード4bを付与した部位でのシワ発生が改善されていることが分かる。
No.1は、湾曲形状を付与すると共に、第1曲げ部1d及び第2曲げ部1eにそれぞれフルビードからなる第1のビード4a及び第2のビード4bを付与した例である。
なお、ビード4a、4bの高さは、板厚の5倍とした。他の発明例でも同様である。
また、No.2は、湾曲形状を付与すると共に、第1曲げ部1dにハーフビードからなる第1のビード4aを、第2曲げ部1eにフルビードからなる第2のビード4bを付与した例である。
また、No.4は、湾曲形状を付与すると共に、第1曲げ部1dにフルビードからなる第1のビード4aを、第2曲げ部1eに第2のビード4bを形成しなかった例である。
また、No.5は、湾曲形状を付与すると共に、第1曲げ部1dにハーフビードからなる第1のビード4aを、第2曲げ部1eにハーフビードからなる第2のビード4bを付与した例である。
また、No.7は、湾曲形状を付与すると共に、第1曲げ部1dにおける凹の湾曲部10Aの位置だけに部分的にフルビードからなる第1のビード4aを、第2曲げ部1eにおける凸の湾曲部10Bの位置だけに長手方向に沿って部分的にフルビードからなる第2のビード4bを付与した例である。No.7では、長手方向において、第1のビード4aを設けた湾曲部10Aとなる位置と、第2のビード4bを設けた凸の湾曲部10Bとが異なる。
このとき、No.7のように、シワが発生すると推定される領域にだけ、フルビードからなる第1のビード4a及び第2のビード4bを部分的に付与した場合であっても、天板部1A及びフランジ部1Cにシワが発生しなかった。
また、No.3のように、第2のビード4bだけ設けた場合には、フランジ部1Cでのシワ発生を抑制できることが分かった。
また、No.4のように、第1のビード4aだけ設けた場合には、天板部1Aでのシワ発生を抑制できることが分かった。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
1A 天板部
1B 側壁部
1C フランジ部
1D、1E 稜線部
1d 第1曲げ部
1e 第2曲げ部
2 予備成形工程(第1予備成形工程、第2予備成形工程)
2A 第1工程
2B 第2工程
3 部品成形工程(第1部品成形工程、第2部品成形工程)
4 金属板
4a 第1のビード
4b 第2のビード
6 第1推定領域取得部
7 第2推定領域取得部
10、10A、10B 湾曲部
Claims (16)
- 天板部と上記天板部の幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部を介して連続する側壁部とを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部が凸又は凹となるように湾曲した湾曲部を1又は2以上有するプレス部品形状に、金属板を成形するプレス部品の製造方法であって、
上記金属板に対し、上記第1曲げ部となる位置に上記長手方向に間隔を開けて部分的に形成され、それぞれが上記長手方向に沿って延在する複数のビードからなる、第1のビードを形成する工程を有する第1予備成形工程と、
上記第1予備成形工程後の上記金属板を上記プレス部品形状に成形する第1部品成形工程と、
を備えることを特徴とするプレス部品の製造方法。 - 上記プレス部品形状は、上記側壁部に第2曲げ部を介して連続するフランジ部を有する断面であり、
上記第1予備成形工程は、上記第1のビードを形成する工程と、上記金属板に対し上記第2曲げ部となる位置に上記長手方向に沿って連続して若しくは部分的に延在する第2のビードを形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載したプレス部品の製造方法。 - 上記第1のビード及び上記第2のビードはそれぞれ、少なくとも上記湾曲部となる位置に部分的に延在し、
上記第1のビードが形成される上記湾曲部となる位置と、上記第2のビードが形成される上記湾曲部となる位置とが異なる、
ことを特徴とする請求項2に記載したプレス部品の製造方法。 - 上記第1のビードは、上記第1曲げ部の凸方向と同方向に凸となる形状であることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか1項に記載したプレス部品の製造方法。
- 上記第1予備成形工程は、更に、上記金属板に上記長手方向に沿って上記湾曲部の湾曲に倣った湾曲を付与する工程を有することを特徴とする請求項1~請求項4のいずれか1項に記載したプレス部品の製造方法。
- 上記第1のビードのビード高さは、上記金属板の板厚の2倍以上であることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか1項に記載したプレス部品の製造方法。
- 天板部と上記天板部の幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部を介して連続する側壁部と上記側壁部に第2曲げ部を介して連続するフランジ部とを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部が凸若しくは凹となるように湾曲した湾曲部を1又は2以上有するプレス部品形状に、金属板を成形するプレス部品の製造方法であって、
上記金属板に対し、上記第2曲げ部となる位置に上記長手方向に間隔を開けて部分的に形成され、それぞれが上記長手方向に沿って延在する複数のビードからなる、第2のビードを形成する工程を有する第2予備成形工程と、
上記第2予備成形工程後の上記金属板を上記プレス部品形状に成形する第2部品成形工程と、
を備えることを特徴とするプレス部品の製造方法。 - 上記第2予備成形工程は、上記金属板に上記長手方向に沿って上記湾曲部の湾曲に倣った湾曲を付与する工程と、上記第2のビードを形成する工程とを有することを特徴とする請求項7に記載したプレス部品の製造方法。
- 上記第2のビードは、上記第2曲げ部の凹方向と同方向に凹となる形状であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載したプレス部品の製造方法。
- 上記第2のビードのビード高さは、上記金属板の板厚の2倍以上であることを特徴とする請求項7~請求項9のいずれか1項に記載したプレス部品の製造方法。
- 天板部と上記天板部の幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部を介して連続する側壁部とを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部が凸若しくは凹となるように湾曲した湾曲部を1又は2以上有するプレス部品形状にプレス成形するための金属板であって、
上記第1曲げ部となる位置に上記長手方向に間隔を開けて部分的に形成され、それぞれが上記長手方向に沿って延在する複数のビードからなる、第1のビードを有することを特徴とするプレス成形用の金属板。 - 上記側壁部に第2曲げ部を介して連続するフランジ部を有する断面の上記プレス部品形状にプレス成形する金属板であって、
上記第1のビードと共に、上記第2曲げ部となる位置に上記長手方向に沿って連続して若しくは部分的に延在する第2のビードを有することを特徴とする請求項11に記載したプレス成形用の金属板。 - 上記長手方向に沿って上記湾曲部の湾曲に倣った湾曲を有することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載したプレス成形用の金属板。
- 天板部と上記天板部の幅方向の少なくとも一方に第1曲げ部を介して連続する側壁部とその側壁部に第2曲げ部を介して連続するフランジ部とを有する断面を有し、且つ上記断面に交差する方向である長手方向に沿って側面視で上記天板部が凸若しくは凹となるように湾曲した湾曲部を1又は2以上有するプレス部品形状にプレス成形するための金属板であって、
上記第2曲げ部となる位置に上記長手方向に間隔を開けて部分的に形成され、それぞれが上記長手方向に沿って延在する複数のビードからなる、第2のビードを有することを特徴とするプレス成形用の金属板。 - 上記長手方向に沿って上記湾曲部の湾曲に倣った湾曲を有することを特徴とする請求項14に記載したプレス成形用の金属板。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載のプレス部品の製造方法のための、引張強度が590MPa以上の高張力鋼板。
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