JP7255632B2 - プレス成形方法及びプレス成形品の形状評価方法 - Google Patents
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Description
当該プレス成形シミュレーションにおける手順としては、まず、金型を用いて金属板を成形下死点までプレス成形する過程のプレス成形解析を行い、プレス成形品に発生する残留応力を予測する第1段階(例えば特許文献1)と、金型から取り出したプレス成形品がスプリングバックにより形状が変化するスプリングバック解析を行い、力のモーメントと残留応力との釣り合いがとれるプレス成形品の形状を予測する第2段階(例えば特許文献2)に分けられる。
図9(a)に一例として示すようなハット断面形状のプレス成形品1は、図9(b)に示すように、金型から離型した瞬間にスプリングバックが発生し、成形下死点形状(図9(b)中の点線)に比べて縦壁部4の壁開きが増加する形状変化が生じるが(図9(b)中の破線)、スプリングバックした後においても、時間経過に伴って縦壁部4の壁開きがさらに増加する形状変化が生じる(図9(b)中の実線)。
しかしながら、形状変化がほとんど生じない状態にするために要する時間を調査したところ、少なくとも30分間以上といった長時間を要することが判明した。そのため、プレス成形品を離型して直ぐに、次工程での他部品との組み立て加工に送れなかったり、プレス成形品の形状測定結果に基づく金型の調整に時間を要するなど、工程上の時間的な制約が生じる。このため、金型から離型してスプリングバックしたプレス成形品の時間経過による形状変化を速やかに生じさせることが望まれていた。
前記金型を用いて、金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形工程と、
プレス成形した前記プレス成形品を前記金型から離型する離型工程と、
離型した前記プレス成形品を前記金型に嵌め込み、該プレス成形品を成形下死点形状に合わせて固定する離型後金型嵌め込み工程と、
前記金型に嵌め込みした前記プレス成形品を、室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する加熱保持工程と、
加熱保持した前記プレス成形品を所定温度B(B<A)まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記金型を用いて、金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形工程と、
該プレス成形したプレス成形品を前記金型から離型する離型工程と、
該離型したプレス成形品の全部又は一部を、前記金型と同じ形状の別の金型を含め、予め定めた所定の形状に保持可能な治具に嵌め込み、該プレス成形品の全部又は一部を該所定の形状に合わせて固定する離型後治具嵌め込み工程と、
該治具に嵌め込んだプレス成形品を、室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する加熱保持工程と、
該加熱保持したプレス成形品を所定温度B(B<A)まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記金型を用いて、金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形工程と、
該プレス成形したプレス成形品を前記金型から離型する工程と、
該離型しスプリングバックした後の形状を測定または計算により予測し、前記離型したプレス成形品の全部又は一部を、前記離型しスプリングバックした後の形状と同じ形状に保持可能な治具に嵌め込み、該プレス成形品の全部又は一部を前記スプリングバックした後の形状に合わせて固定する離型後治具嵌め込み工程と、
該治具に嵌め込んだプレス成形品を、室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する加熱保持工程と、
該加熱保持したプレス成形品を所定温度B(B<A)まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記金型を用いて、金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形工程と、
該プレス成形したプレス成形品を前記金型から離型する離型工程と、
該離型したプレス成形品を室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する離型後加熱保持工程と、
該加熱保持したプレス成形品を所定温度B(B<A)まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記所定温度Aを130℃~150℃とし、かつ、前記所定時間を1分間以上3分間以下とすることを特徴とするものである。
金型を用いて、金属板を前記プレス成形品にプレスするプレス成形工程と、
該プレス成形したプレス成形品を前記金型から離型する離型工程と、
該離型したプレス成形品を室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する離型後加熱保持工程と、
該加熱保持したプレス成形品を所定温度B(B<A)まで冷却する冷却工程と、
該冷却後のプレス成形品の形状を測定する形状測定工程と、
該測定したプレス成形品の形状が予め設定した所定の範囲内であれば、該プレス成形品を前記組み立て加工に供すると判定する形状判定工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記所定温度Aを130℃~150℃とし、かつ、前記所定時間を1分間以上3分間以下とすることを特徴とするものである。
このように、本発明によれば、工程上の時間的な制約を緩和できるので、プレス成形品の製造及び組み立て加工の生産性を向上することができる。
一方、加工した金属部品の残留応力を開放させるには『ひずみ取り』と称する熱処理が行われており、このひずみ取りに伴って金属部品の形状が変化することが知られている。
図2に示すように、離型してスプリングバックした直後(0.1s未満)の変化量Xkは0.05mmであり、プレス成形品1を加熱せずに室温(25℃)のまま放置することで変化量Xkは増加し、30分間経過した時点で0.75mmとなった。その後も時間の経過とともに変化量Xkは徐々に増加し、二日間経過した時点で0.83mmとなり、ほぼ一定となった。
これに対し、プレス成形品1を金型から離型した後に加熱した場合においては、加熱せずに室温(25℃)のまま形状変化させた場合と比べると、プレス成形品の形状変化がより短時間で生じた。さらに、加熱した温度が高いほど、形状変化はより短時間で生じることが分かった。
図3に示すように、室温(25℃)で30分間放置した時の変化量Xkになるまでの必要保持時間は、加熱した時の温度が高くなるほど短くなり、120℃で5分を下回り、150℃前後から飽和し始め、150℃以上では1分未満であった。
なお、実施の形態1~実施の形態4においては、図9に一例として示すような、天板部2と、縦壁部4とフランジ部6とを有してなるハット断面形状であって、曲げ稜線部として、天板部2と縦壁部4とを接続するパンチ肩R部3と、縦壁部4とフランジ部6とを接続するダイ肩R部5と、を有するプレス成形品1を例として説明する。
本発明の実施の形態1に係るプレス成形方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックしたプレス成形品1(図9)の時間経過に伴う形状変化に要する時間を短縮するものであって、図1に示すように、プレス成形工程S1と、離型工程S3と、離型後金型嵌め込み工程S5と、加熱保持工程S7と、冷却工程S9と、を含むものである。
プレス成形工程S1は、金型を用いて、金属板をプレス成形品1にプレス成形する工程である。
プレス成形工程S1で用いる金型は、例えば、ダイとパンチとを備えてなり、ダイをパンチ側に成形下死点まで相対移動させてプレス成形できるものであれば、特に限定はない。
離型工程S3は、プレス成形工程S1においてプレス成形したプレス成形品1を金型から離型する工程である。
離型工程S3において金型から離型したプレス成形品1は、離型した瞬間にスプリングバックし、図9(b)の破線に示すような、縦壁部4の壁開きが生じる。
離型後金型嵌め込み工程S5は、離型工程S3において金型から離型したプレス成形品1を、プレス成形工程S1においてプレス成形に用いた金型に嵌め込み、プレス成形品1を成形下死点形状に合わせて固定する工程である。
ここで、成形下死点形状とは、プレス成形工程S1で用いた金型の成形下死点におけるプレス成形品1の形状のことをいう(以下、同じ)。
加熱保持工程S7は、金型に嵌め込みしたプレス成形品1を、室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する工程である。
冷却工程S9は、加熱保持工程S7において所定温度Aで加熱保持したプレス成形品1を室温まで冷却する工程である。なお、冷却後のプレス成形品1の温度は室温にこだわらず、前記の加熱する所定温度Aより低い所定温度B(B<A)とするとよい。
冷却工程S9における冷却方式は、自然空冷でも、冷却ファン等により積極的に通風させる強制空冷のいずれでもよいが、強制空冷の方が冷却時間を短縮できるので好ましい。
さらに、本実施の形態1に係るプレス成形方法によれば、金型に嵌め込んで加熱保持したプレス成形品1を再び金型から離型しスプリングバックした後の時間経過に伴う形状変化を低減することができる。
もっとも、本実施の形態1に係るプレス成形方法の他の態様として、離型後金型嵌め込み工程S5及び加熱保持工程S7に代えて、図5に示すように、離型後治具嵌め込み工程S11及び加熱保持工程S13を含むものであってもよい。
離型後治具嵌め込み工程S11は、離型工程S3において離型したプレス成形品1の全部又は一部を、プレス成形工程で用いた金型と同じ形状とする、別の金型を含め予め定めた所定の形状に保持可能な治具に嵌め込み、プレス成形品1の全部又は一部を該所定の形状に合わせて固定する工程である。
加熱保持工程S13は、離型後治具嵌め込み工程S11において治具に嵌め込んだプレス成形品1を、室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する工程である。
本発明の実施の形態2に係るプレス成形方法は、一例として図9(a)に示すようなプレス成形品1を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後におけるプレス成形品1の時間経過に伴う形状変化に要する時間を短縮するものであって、図6に示すように、プレス成形工程S21と、離型工程S23と、離型後加熱保持工程S25と、冷却工程S27と、を含むものである。
ここで、プレス成形工程S21及び離型工程S23は、前述した実施の形態1のプレス成形工程S1及び離型工程S3と同様であるため、ここではこれらの説明は割愛し、以下、離型後加熱保持工程S25及び冷却工程S27について説明する。
離型後加熱保持工程S25は、離型工程S23において離型したプレス成形品1を室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する工程である。
冷却工程S27は、離型後加熱保持工程S25において加熱して所定温度Aで所定時間保持したプレス成形品1を室温まで冷却する工程である。
冷却工程S27における冷却方式は、自然空冷でも、冷却ファン等により積極的に通風させる強制空冷のいずれでもよいが、強制空冷の方が冷却時間を短縮できるので好ましい。
なお、冷却後のプレス成形品の温度は、室温にこだわらず、前記の加熱する所定温度Aより低い所定温度B(B<A)とすればよい。
本発明の実施の形態3に係るプレス成形方法は、一例として図9(a)に示すようなプレス成形品1を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後におけるプレス成形品1の時間経過に伴う形状変化に要する時間を短縮するものであって、図7に示すように、プレス成形工程S31と、離型前加熱保持工程S33と、冷却工程S35と、離型工程S37と、を含むものである。なお、プレス成形工程S31は、前述した実施の形態1のプレス成形工程S1、と同様であるため、以下、離型前加熱保持工程S33、冷却工程S35及び離型工程S37と、について説明する。
離型前加熱保持工程S33は、プレス成形工程S31において金型を用いてプレス成形品1をプレス成形した後、金型から離型せずに成形下死点位置で室温よりも高い所定温度Aに加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持する工程である。
冷却工程S35は、離型前加熱保持工程S33において加熱保持したプレス成形品1を、室温まで冷却する工程である。
冷却工程S35においては、プレス成形品1を成形下死点形状に固定する金型ごと冷却する。なお、冷却後のプレス成形品1の温度は、室温にこだわらず、前記の加熱する所定温度Aより低い所定温度B(B<A)とすればよい。
離型工程S37は、冷却工程S35において冷却したプレス成形品1を金型から離型する工程である。
本発明の実施の形態4に係るプレス成形品の形状評価方法は、一例として図9(a)に示したような、プレス成形した後に他部品と組み立て加工されるプレス成形品1の形状をプレス成形品の組み立て加工に供する前に評価するものであって、図8に示すように、プレス成形工程S41と、離型工程S43と、離型後加熱保持工程S45と、冷却工程S47と、形状測定工程S49と、形状判定工程S51と、を含むものである。
形状測定工程S49は、冷却工程S47において冷却した後のプレス成形品1の形状を測定する工程である。
形状判定工程S51は、形状測定工程S49において測定したプレス成形品1の形状が予め設定した所定の範囲内であれば、プレス成形品1を組み立て加工に供すると判定する工程である。
引張強度が440MPa未満の金属板は、プレス成形品内部の残留応力が低いため経時変化の影響が相対的に小さくなるため、本発明を用いる利点が少ない。ただし、自動車外板などの部品剛性が低い部品に対しては残留応力の変化による形状変化を受けやすくなるため、引張強度が440MPa未満の金属板であっても本発明を適用することが望ましい。
発明例2における変化量Xkは、金型内で15分間加熱、保持、冷却してから離型した直後においては0.6mm、その後再び金型に戻してさらに15分間加熱、保持、冷却(金型内での累計保持時間は30分間)してから離型した直後においては1.0mmとなり、さらに再び金型に戻して、最後は室温で金型内に2日間保持した後に離型した直後の変化量は1.0mmと変わらず一定であった。
2 天板部
3 パンチ肩R部
4 縦壁部
5 ダイ肩R部
6 フランジ部
Claims (2)
- プレス成形品を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後における前記プレス成形品の時間経過に伴う形状変化に要する時間を短縮するプレス成形方法であって、
前記金型を用いて、金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形工程と、
該プレス成形したプレス成形品を前記金型から離型する離型工程と、
該離型しスプリングバックした直後の形状を測定または計算により予測し、前記離型したプレス成形品の全部又は一部を、前記離型しスプリングバックした直後の形状と同じ形状に保持可能な治具に嵌め込み、該プレス成形品の全部又は一部を前記スプリングバックした直後の形状に合わせて固定する離型後治具嵌め込み工程と、
該治具に嵌め込まれ、スプリングバックした直後の形状に合わせて固定されたプレス成形品を、室温よりも高い所定温度Aまで加熱し、該所定温度Aで30分間未満の所定時間保持し、スプリングバックした直後のプレス成形品における残留応力が時間の経過とともに徐々に緩和する現象を促進する加熱保持工程と、
該加熱保持したプレス成形品を所定温度B(B<A)まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とするプレス成形方法。 - 前記所定温度Aを130℃~150℃とし、かつ、前記所定時間を1分間以上3分間以下とすることを特徴とする請求項1に記載のプレス成形方法。
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