JP7310712B2

JP7310712B2 - プレス成形方法

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Publication number: JP7310712B2
Application number: JP2020090156A
Authority: JP
Inventors: 遼揚場
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-05-23
Filing date: 2020-05-23
Publication date: 2023-07-19
Anticipated expiration: 2040-05-23
Also published as: US20230173566A1; EP4155005A4; CN115666808A; KR20230003551A; WO2021241024A1; JP2021184996A; MX2022014336A; EP4155005A1

Description

本発明は、金属素板から自動車部品等の部材をプレス成形するプレス成形方法に関し、特に、面内方向に凹凸部を有する天板部と、該天板部に連続して形成されたフランジ部を有するプレス成形品のプレス成形方法に関する。

近年、環境問題に起因した自動車車体の軽量化のため、自動車部品に高強度鋼板が多用されつつある。
しかし、高強度鋼板は強度の低い鋼板と比較して延性に乏しく、加工中に破断を生じやすい。また、高強度鋼板を用いた場合、さらなる軽量化のために薄肉化も同時に行うため、鋼板の座屈が生じやすくてプレス成形中にしわが発生しやすいという問題もある。そのため、破断やしわを抑制するためのプレス成形工法の開発が強く求められている。

例えば、特許文献１には、パンチおよびダイとは別体で駆動するしわ抑えパッドを利用することで、製品内部のしわや伸びフランジ割れを生じやすい自動車部品を、成形不具合なく製造するプレス成形方法が開示されている。
特許文献１に開示された方法によれば、製品内部のしわや割れを生じやすい自動車部品を、成形不具合なく製造することができるとされる。

特許６０３２３７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示のプレス成形方法は、フランジから離れた製品内部をしわ抑えパッドを用いて拘束することが必要とされる方法である。そのため、フランジ部そのものにしわや割れを生じる形状には適用できないという課題がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、フランジそのものにしわや割れの生ずるプレス成形品にも適用でき、フランジに生ずるしわと割れを同時に抑制できるプレス成形方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、面内方向で外側に突出する凸辺部と面内方向で内側に凹む凹辺部が連結辺部を介して連続する凹凸辺部を有する天板部と、該天板部における前記凹凸辺部に形成され連続したフランジ部とを有するプレス成形品を成形する方法であって、
前記凸辺部に形成されたフランジ部と、該フランジ部に連続して前記連結辺部に形成され前記凹辺部に向かってねじれた形状のねじり形状部と、を有する中間成形品を成形する第１成形工程と、該第１成形工程で成形された中間成形品を、前記ねじり形状部をフランジ部に成形すると共に前記凹辺部にフランジ部を形成して、目標形状に成形する第２成形工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１成形工程と前記第２成形工程を別の金型で成形することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１成形工程と前記第２成形工程を一つの金型で行うことを特徴とするものである。

本発明においては、面内方向で外側に突出する凸辺部と面内方向で内側に凹む凹辺部が連結辺部を介して連続する凹凸辺部を有する天板部と、該天板部における前記凹凸辺部に形成され連続したフランジ部とを有するプレス成形品を成形するに際して、前記凸辺部に形成されたフランジ部と、該フランジ部に連続して前記連結辺部に形成され前記凹辺部に向かってねじれた形状のねじり形状部と、を有する中間成形品を成形する第１成形工程と、該第１成形工程で成形された中間成形品を、前記ねじり形状部をフランジ部に成形すると共に前記凹辺部にフランジ部を形成して、目標形状に成形する第２成形工程とを備えたことにより、第１成形工程では、縮みフランジ変形によるしわ発生が抑制され、第２成形工程では伸びフランジ変形による割れ発生が抑制され、全工程を通じてしわと割れの発生を抑制できる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の説明図である。図１における第１成形工程における中間成形品のＡＡ部の拡大図である。第１成形工程においてしわの発生が抑制されるメカニズムを説明する説明図である。図１における第２成形工程における目標形状のＢＢ部の拡大図である。第２成形工程において割れの発生が抑制されるメカニズムを説明する説明図である。実施の形態における目標形状と、該目標形状の成形過程で生ずる課題を説明する説明図である。図６に示した目標形状の成形過程でしわと割れが生ずるメカニズムを説明する説明図である。

本実施の形態に係るプレス成形方法の説明に先立ち、本発明が成形対象としているプレス成形品の一例について、図６、図７に基づいてその形状と課題について説明する。
図６に示すプレス成形品１は、自動車部品であるスライドドアレールの斜視図であり、天板部３と、フランジ部５とを有している。
天板部３は、面内方向で外側に突出する凸部７と凸部７に隣接して面内方向で内側に凹む凹部９を有しており、天板部３の外周辺は、凸部７の外周辺である凸辺部１１ａと、凹部９の外周辺である凹辺部１１ｂと、凸辺部１１ａと凹辺１１ｂ部を連結する連結辺部１１ｃによって構成された凹凸辺部１１となっている。そして、凹凸辺部１１にフランジ部５が形成されている。
なお、実際のスライドドアレールの場合には、天板部３におけるフランジ部５が形成された凹凸辺部１１に対向する辺部に屈曲部が形成されるが、図６においては、当該屈曲部の図示を省略している。

このようなプレス成形品１を従来のプレス成形方法で成形した場合、凸辺部１１ａに形成するフランジ部５では縮みフランジ変形となり（図中の丸い破線で囲んだａ部）、材料余りによりしわが生じやすくて、凹辺部１１ｂに形成するフランジ部５では伸びフランジ変形となり（図中の丸い破線で囲んだｂ部）、材料不足による割れを生じやすい。

このしわと割れが生ずるメカニズムを図７に基づいて説明する。
図７は、図６の破線で囲んだＥＥ部における成形過程における材料流れを説明する図であり、図６を上面視（図７（ａ））及び側面視（図７（ｂ））した状態を示している。また、図７において、破線が成形前のブランクの先端であり、実線が目標形状に成形されたフランジ部５の端辺である。
また、図中のＤ点及びＢ点は成形前のブランクにおける凸辺部１１ａのＲ止まりに相当する点であり、これらに対応して上面図においてＤ点及びＢ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点が、Ｄ´点及びＢ´点である。
同様に、図中のＡ点及びＥ点は成形前のブランクにおける凹辺部１１ｂのＲ止まりに相当する点であり、これらに対応して上面図においてＥ点及びＡ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点が、Ａ´点及びＥ´点である。
図７（ａ）上面図に示すように、材料は稜線（曲げの線）にほぼ垂直に流れるので、ａ部では材料が寄る方向に流れ、ｂ部では材料が離れる方向に流れる。そのため、ａ部ではしわが発生しやすくてｂ部では割れが発生しやすい。

このような問題を解決するため、発明者は、縮みフランジ変形を生ずる部位から伸びフランジ変形を生ずる部位へと材料を流入しやすくする中間成形品を成形途中に介在させることで、それぞれの部位への圧縮ひずみ及び引張ひずみの集中を回避できるプレス成形方法を考案したものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

本実施の形態に係るプレス成形方法は、図１に示すように、金属板１３からなるブランクを中間成形品１５に成形する第１成形工程Ｓ１と、第１成形工程Ｓ１で成形された中間成形品１５を目標形状に成形する第２成形工程Ｓ３とを備えたものである。
以下、各工程を説明する。なお、図１において、目標形状を示した図６と同一部分には同一の符号が付してある。

＜第１成形工程＞
第１成形工程Ｓ１はブランクから中間成形品１５を成形する工程であり、中間成形品１５は、凸辺部１１ａに形成されたフランジ部５と、フランジ部５に連続して目標形状の連結辺部１１ｃに形成されたねじり形状部１７と、を有している。

第１成形工程Ｓ１における中間成形品成形過程では、天板部３の凸辺部１１ａにはフランジ部５を成形するが、凹辺部１１ｂにはフランジ部５を形成せずにねじり形状部１７が成形される。このねじり形状部１７は、図２に示すように、一端側が凸辺部１１ａに形成されたフランジ部５に繋がり、他端側が平坦な天板部３に繋がっていることから、ねじれた形状となっている。
ねじり形状部１７の成形の際には、図２の矢印で示すように、形成されるフランジ部５側から平坦な方向に向かって材料流入が生じ、縮みフランジ変形における材料余りが緩和され、しわの発生が抑制される。

この材料流れが生ずるメカニズムを図３に基づいて説明する。
図３は、図２の破線で囲んだＣＣ部における成形過程における材料流れを説明する図であり、図２を上面視及び側面視した状態を示している。また、図３において、目の細かい破線が成形前のブランクの端辺であり、目の粗い破線が中間成形品１５の端辺であり、実線が目標形状におけるフランジ部５の端辺である。
図中のＡ～Ｅ点及びＡ´～Ｅ´点は、図７に示したものと同一の点である。
すなわち、図中Ａ点は、ブランクにおける湾曲部のＲ止まりであり、ねじり形状部１７の先端位置となる。Ｂ点は、従来の縮みフランジ変形を生じるブランク部位の一方のＲ止まりに対応する点で、Ｂ´点は上面図においてＢ点からねじり形状部１７の端辺に対して垂直に向かう線とねじり形状部１７の端辺との交点である。
Ｄ点はブランクにおける湾曲部のＲ止まり、上面図においてＤ´点はＤ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点である。

縮みフランジ変形のため、Ｂ´点からＤ´点までの距離はＢ点からＤ点までの距離よりも短い（Ｂ´Ｄ´＜ＢＤ）ため、材料余りによって凸辺部１１ａに形成されるフランジ部５にはしわが発生しようとする。
他方、Ａ点からＢ´点までの距離は、３次元的にみると、Ａ点からＢ点までの距離よりも長い（ＡＢ´＞ＡＢ）ため、材料はＡ点側に引っ張られて「稜線にほぼ垂直」からずれて流れる。そのため、従来の図７のしわ発生領域での矢印の材料流れに比べて、Ａ点寄りの図３の矢印で示す材料流れが生じ、この材料流れにより、第１成形工程Ｓ１で成形される縮みフランジ変形での材料余りが緩和され、しわの発生が防止される。

＜第２成形工程＞
第２成形工程Ｓ３は、第１成形工程Ｓ１で成形された中間成形品１５の、ねじり形状部１７をフランジ部５に成形すると共に、凹辺部１１ｂにフランジ部５を形成して、目標形状に成形する工程である。
第２成形工程Ｓ３の成形過程では、図４の矢印で示すように、図２の材料余りを吸収したねじり形状部１７のねじりを戻すことで、余った材料により伸びフランジ変形部へと材料流入が生じるため、伸びフランジ変形部の材料不足が緩和され、割れの発生が抑制される。

この材料流れが生ずるメカニズムを図５に基づいて説明する。
図５は、図４の破線で囲んだＤＤ部の成形過程における材料流れを説明する図であり、図４を上面視及び側面視した状態を示している。また、図５において、目の細かい破線が成形前のブランクの端辺、目の粗い破線がねじり形状部１７の端辺、実線が目標形状におけるフランジ部５の端辺である。

また、図中のＡ～Ｅ点及びＡ´～Ｅ´点は、図７、図３に示したものと同一の点である。
すなわち、図中Ａ´点は、上面図においてＡ点から目標形状の稜線に対して垂直に向かう線と目標形状との交点である。Ｅ点は、従来の伸びフランジ変形を生じるブランク部位の一方のＲ止まりに対応する点で、Ｅ´点は上面図においてＥ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点である。
伸びフランジ変形のため、Ａ´点からＥ´点までの距離は、Ａ点からＥ点までの距離より長く（Ａ´Ｅ´＞ＡＥ）、材料不足により凹辺部１１ｂに形成されるフランジ部５では割れが発生しようとする。
他方、３次元的にみると、Ｄ´点からＥ´点までの距離は、Ｄ´点からＥ点までの距離よりも短い（Ｄ´Ｅ´＜Ｄ´Ｅ）ため、材料はＡ´側に押されて「稜線にほぼ垂直」からずれて流れる。そのため、従来の図７の割れ発生領域での矢印の材料流れに比べてＡ´点寄りの図５の矢印で示す材料流れが生じ、この材料流れにより、第２成形工程Ｓ３で成形される伸びフランジ変形での材料不足が緩和され、割れの発生が防止される。

以上のように、本実施の形態では、第１成形工程Ｓ１において、縮みフランジ変形となる部位のみを先に成形することで、該成形においては伸びフランジ変形となる部位側への材料流れを促進するようなねじり形状部１７を形成する。そして、第２成形工程Ｓ３において、伸びフランジ変形となる部位を成形することで、ねじり形状部１７からの材料流れにより、伸びフランジ変形での材料不足を抑制して目標形状を成形する。

このように、伸びフランジ割れの発生する危険部位および縮みフランジしわの発生する危険部位のひずみを分散させることで、第１成形工程Ｓ１では、縮みフランジ変形によるしわ発生が抑制され、第２成形工程Ｓ３では伸びフランジ変形による割れ発生が抑制され、全工程を通じてしわと割れの発生を抑制できる。

なお、本発明の第１成形工程と第２成形工程は、別の金型で成形するようにしてもよい。
あるいは、第１成形工程と第２成形工程を一つの金型で行うこともできる。

本発明の効果確認のため、図６に示すスライドドアレール部材を目標形状としてプレス成形を行った。
材料は、引張強度が1180MPa級、板厚1.4mmの鋼板とした。
まず、比較例として、中間成形品１５を成形することなく一工程で目標形状を成形し、天板部をパッドで押さえるパッドフォーム成形によるプレス成形を行った。次に、本発明の実施例として、実施の形態で説明した縮みフランジ変形部のみを成形する中間成形品１５を成形する第１成形工程Ｓ１と、中間成形品１５を目標形状に成形する第２成形工程Ｓ３を有し、いずれの成形工程も天板部をパッドで押さえるパッドフォーム成形としたプレス成形を行った。

比較例の場合には、図６に示すａ部にしわが、ｂ部に割れが生じ、目的の形状を得ることができなかった。
他方、本発明の実施例では、フランジ部５の割れ・しわともに発生せず、高品質なプレス成形品を得ることができた。
以上により、天板部３に面内方向に凹凸を有するプレス成形部品の成形に際し、伸びフランジ割れおよび縮みフランジしわを抑制するために本発明が有効であることが示された。

１プレス成形品
３天板部
５フランジ部
７凸部
９凹部
１１凹凸辺部
１１ａ凸辺部
１１ｂ凹辺部
１１ｃ連結辺部
１３金属板
１５中間成形品
１７ねじり形状部

Claims

面内方向で外側に突出する凸辺部と面内方向で内側に凹む凹辺部が連結辺部を介して連続する凹凸辺部を有する天板部と、該天板部における前記凹凸辺部に形成され連続したフランジ部とを有するプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、
前記凸辺部に形成されて縮みフランジ変形となるフランジ部と、該フランジ部に連続して前記連結辺部に形成され、平坦な前記凹辺部に向かってねじれた形状のねじり形状部と、を有する中間成形品を成形する第１成形工程と、
該第１成形工程で成形された中間成形品を、前記ねじり形状部のねじりを戻してフランジ部に成形すると共に前記凹辺部に伸びフランジ変形となるフランジ部を形成して、目標形状に成形する第２成形工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
前記第１成形工程と前記第２成形工程を別の金型で成形することを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
前記第１成形工程と前記第２成形工程を一つの金型で行うことを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。