JP7343261B2

JP7343261B2 - プレス成形方法及びプレス成形品

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Publication number: JP7343261B2
Application number: JP2019174183A
Authority: JP
Inventors: 展宏宮本; 秀剛廣澤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: JP2021049551A

Description

本発明は、プレス成形方法及びプレス成形品に関する。

従来、金属板に他の金属板を重ね合わせて溶接することで部分的に補強したパッチワーク材を用いて、プレス成形する方法が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開２０１７－１７７１１５号公報

例えば、図８（Ａ）に、第１金属板１０１と第２金属板１０２とを重ね合わせて複数の接合点１０３、１０４で接合したパッチワーク材１００を示す。このパッチワーク材１００をプレス成形して、図８（Ｂ）に示すように曲げ部１０５、１０６を形成する場合、成形前のパッチワーク材１００は、両金属板１０１、１０２の接合点１０３、１０４間の実長Ｌが等しいが、成形後は、曲げ部１０５、１０６の曲率中心側に配された第２金属板１０２の接合点１０３、１０４間の実長Ｌ１が、第１金属板１０１の接合点１０３、１０４間の実長Ｌ２よりも短くなる。この両金属板１０１、１０２の実長差ΔＬ（＝Ｌ２－Ｌ１）に起因して、接合点１０３、１０４にせん断応力が加わるため、接合点１０３、１０４が変形して強度低下を招く恐れがある。

そこで、本発明は、パッチワーク材をプレス成形して曲げ部を形成するにあたり、金属板同士の接合点の変形を防止して強度低下を回避することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、第１の金属板と第２の金属板とを重ね合わせて複数の接合点で接合したパッチワーク材をプレス成形して、両金属板の重合部のうち、前記複数の接合点の間の領域に曲げ部を形成するプレス成形方法であって、前記パッチワーク材を曲げながら、前記曲げ部の曲率中心側に配された前記第２の金属板を、前記曲率中心と反対側に配された前記第１の金属板から離反する側に湾曲させるプレス成形方法を提供する。

このように、パッチワーク材を曲げながら、第２の金属板を第１の金属板から離反する側に湾曲させることにより、第２の金属板の実長を長くすることができるため、曲げ部の形成による両金属板の実長差と相殺することができる。これにより、接合点に加わるせん断応力を緩和して、接合点の強度低下を回避することができる。

具体的には、例えば、前記第１の金属板に貫通孔を設け、前記パッチワーク材を曲げながら、押圧手段により前記貫通孔を介して前記第２の金属板を押圧することにより、前記第２の金属板を前記第１の金属板から離反する側に湾曲させることができる。

上記のプレス成形方法により、第１の金属板と第２の金属板とを重ね合わせて複数の接合点で接合したパッチワーク材をプレス成形して、両金属板の重合部のうち、前記複数の接合点の間の領域に曲げ部を形成したプレス成形品であって、前記曲げ部の曲率中心側に配された前記第２の金属板に、前記曲げ部の曲率中心と反対側に配された前記第１の金属板から離反する側に湾曲した湾曲部を設けたプレス成形品が得られる。

以上のように、本発明によれば、パッチワーク材をプレス成形して曲げ部を形成するにあたり、金属板同士の接合点に加わるせん断応力が緩和されるため、接合点の変形を防止して強度低下を回避することができる。

（Ａ）はパッチワーク材の側面図であり、（Ｂ）は同平面図である。本発明の一実施形態に係るプレス成形方法の手順を示す断面図であり、成形開始前の状態を示す。上記プレス成形方法の手順を示す断面図であり、パッチワーク材をパンチに接触させた直後の状態を示す。上記プレス成形方法の手順を示す断面図であり、可動パンチで第２の金属板を押圧して湾曲させた状態を示す。上記プレス成形方法の手順を示す断面図であり、成形完了時の状態を示す。上記プレス成形方法で形成されたプレス成形品の斜視図である。（Ａ）は、他の例に係るパッチワーク材の断面図であり、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るプレス成形方法で（Ａ）図のパッチワーク材に曲げ加工を施したプレス成形品の断面図である。（Ａ）は、パッチワーク材の断面図であり、（Ｂ）は、従来の方法で（Ａ）図のパッチワーク材に曲げ加工を施したプレス成形品の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係るプレス成形方法では、まず、鋼板からなる第１の金属板Ｗ１と第２の金属板Ｗ２とを重ね合わせ、これらの重合部の複数箇所にスポット溶接（例えば、ダイレクトスポット溶接）を施すことにより図１（Ａ）（Ｂ）に示すようなパッチワーク材Ｗを形成する。両金属板Ｗ１、Ｗ２は、接合点としてのナゲットＮを介して固定される。図示例では、第２の金属板Ｗ２の幅方向（図１（Ａ）（Ｂ）の左右方向）両端付近に、長手方向（図１（Ｂ）の上下方向）に離隔した複数のナゲットＮが形成される。尚、接合点としては、金属板Ｗ１、Ｗ２同士の接触点を溶融・固化させてなるナゲットに限らず、金属板Ｗ１、Ｗ２同士が固相状態で接合した溶接点や、両金属板Ｗ１、Ｗ２を機械的な方法で接合した接合点であってもよい。

第１の金属板Ｗ１には、長手方向に離隔した複数の貫通孔Ｐが形成される。複数の貫通孔Ｐは、第１の金属板Ｗ１のうち、幅方向に離隔したナゲットＮの幅方向間領域に設けられる。図示例では、第１の金属板Ｗ１の幅方向中央部に設けられた貫通孔Ｐと、幅方向に離隔した一対の貫通孔Ｐとが、長手方向で交互に設けられる。また、図示例では、ナゲットＮと貫通孔Ｐとが同じ長手方向位置に設けられる。尚、貫通孔Ｐの位置や数は上記に限らず、後のプレス成形で第二の金属板Ｗ２に湾曲部Ｃを形成するために適した態様で設ければよい。

上記のパッチワーク材Ｗを、図２に示すプレス成形金型を用いて成形する。このプレス成形金型は、上型１、パンチ２、及びブランクホルダ３を有する。上型１は、上型本体４と、パッチワーク材Ｗの第２の金属板Ｗ２を上方から押圧する押圧手段とを備える。押圧手段としては、例えば、上型本体４に対して上下動可能に設けられた複数の可動パンチ５と、可動パンチ５を上型本体４に対して進退させる進退手段６とが設けられる。進退手段６としては、例えば、電動シリンダやエアシリンダ等の駆動機構や、バネやダンパー等の緩衝機構を設けることができる。複数の可動パンチ５は、平板状のパッチワーク材Ｗをブランクホルダ３の上に載置した状態で、第１の金属板Ｗ１に設けられた複数の貫通孔Ｐとプレス方向で重なる位置に設けられる。パンチ２の上面には、凹部２ａが設けられる。凹部２ａは、長手方向（図２の紙面直交方向）に沿って延び、本実施形態ではパンチ２の上面の長手方向全長にわたって凹部２ａが設けられる。

パッチワーク材Ｗをブランクホルダ３の上に載置した後、上型１を降下させると、図３に示すように、上型１とブランクホルダ３とでパッチワーク材Ｗの端部が挟持される。さらに上型１を降下させると、上型１、ブランクホルダ３、及びパッチワーク材Ｗが一体に降下し、パッチワーク材Ｗの幅方向中央領域がパンチ２に上方から押し付けられて、パッチワーク材Ｗが上向きに凸となるように湾曲し始める。

さらに上型１を降下させると、パッチワーク材Ｗの両金属板Ｗ１、Ｗ２の重合部のうち、ナゲットＮの幅方向間の領域が、パンチ２の角の曲面に押し付けられて、幅方向に離隔した２箇所に曲げ部Ｒが成形され始める（図４参照）。また、本実施形態では、パッチワーク材Ｗがパンチ２に当接して湾曲し始めた直後に（あるいは、湾曲し始めると同時に）、上型１に設けられた可動パンチ５が第１の金属板Ｗ１の貫通孔Ｐを介して第２の金属板Ｗ２を下向きに押圧する。これにより、第２の金属板Ｗ２が第１の金属板Ｗ１から離反する側に（図示例では、下向きに凸となるように）湾曲する。こうして形成された湾曲部Ｃは、パンチ２の上面の凹部２ａ内に収容される。

その後、さらに上型１を降下させると、両金属板Ｗ１、Ｗ２が引き延ばされながら、両金属板Ｗ１、Ｗ２の重合部の曲げ部Ｒがパンチ２の角の曲面に沿ってさらに曲げられる。このとき、曲げ部Ｒの成形が進む（曲率半径が小さくなる）のに従い、曲げ部Ｒにおける両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差が大きくなるが、その分だけ第２の金属板Ｗ２の湾曲部Ｃが下向きに膨出して実長が長くなる。そして、上型１が下端位置（下死点）に達すると、パンチ２の角の曲面に沿って曲げ部Ｒが完全に成形されると共に、下方に膨出した湾曲部Ｃがパンチ２の凹部２ａの内面に押し付けられて成形される（図５参照）。湾曲部Ｃは、両金属板Ｗ１、Ｗ２のナゲットＮの幅方向間領域のうち、曲げ部Ｒを除く領域に形成される。尚、図５に示す成形完了時において、湾曲部Ｃをパンチ２の凹部２ａの内面から離反させてもよい。以上により、パッチワーク材Ｗからなるプレス成形品Ｗ’が形成される。

上記のように、パッチワーク材Ｗに曲げ部Ｒを形成しながら、第２の金属板Ｗ２に湾曲部Ｃを形成することで、曲げ部Ｒにおける両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差を、湾曲部Ｃによる両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差で相殺することができるため、ナゲットＮの幅方向間領域における両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差を抑えることができる。これにより、両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差に起因してナゲットＮに加わるせん断応力が緩和されるため、ナゲットＮの変形を防止して両金属板Ｗ１、Ｗ２の固定強度の低下を回避することができる。

ところで、上記のプレス成形において、図４に示すように可動パンチ５で第２の金属板Ｗ２を押圧して下向きに凸の湾曲部Ｃを形成した後は、可動パンチ５で第２の金属板Ｗ２を押圧し続けなくても、曲げ部Ｒの成形（曲率半径の縮小）に伴う両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差の増大を駆動力として、湾曲部Ｃの下向きの膨出量が大きくなる。従って、可動パンチ５で湾曲部Ｃを形成した後、可動パンチ５を第２の金属板Ｗ２から離反する側（上方）に後退させ、曲げ部Ｒにおける両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差のみを駆動力として湾曲部Ｃの膨出量を増大させることができる。この場合、曲げ部Ｒに起因する両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差が大きくなった分だけ、湾曲部Ｃの膨出量が大きくなるため、曲げ部Ｒの成形途中のどの時点でもナゲットＮの幅方向間領域における両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差をほぼ０にすることができ、ナゲットＮに加わるせん断応力をさらに軽減できる。また、この場合、第２の金属板Ｗ２を押圧する可動パンチ５の押圧力は比較的小さくて済むため、第２の金属板Ｗ２に可動パンチ５の押圧痕（凹部）が生じにくくなる。

一方、可動パンチ５で湾曲部Ｃを形成した後も、可動パンチ５で第２の金属板Ｗ２を下向きに押圧し続けてもよい。この場合、湾曲部Ｃをパンチ２の凹部２ａに押し付けて成形しやすくなる。

以上の方法により成形されたプレス成形品Ｗ’は、図６に示すように、断面ハット形状の第１の金属板Ｗ１と、これを補強する第２の金属板Ｗ２とを備える。第１の金属板Ｗ１は、天面部Ｗ１１と、天面部Ｗ１１の幅方向両端から下方に延びる一対の縦壁部Ｗ１２と、縦壁部Ｗ１２の下端から幅方向外側に延びる一対のフランジ部Ｗ１３とを有する。第２の金属板Ｗ２は、第１の金属板Ｗ１の天面部Ｗ１１の下方に重ねて配された天面部Ｗ２１と、天面部Ｗ２１の幅方向両端から下方に延びる一対の縦壁部Ｗ２２とを有する。両金属板Ｗ１、Ｗ２の縦壁部Ｗ２１、Ｗ２２同士が、ナゲットＮを介して固定されている。第１の金属板Ｗ１の天面部Ｗ１１は平板状をなし、第２の金属板Ｗ２の連続部Ｗ２１は、下向きに凸を成した湾曲部Ｃを有する。第１の金属板Ｗ１のうち、湾曲部Ｃと上下方向で重なる領域には、複数の貫通孔Ｐが設けられる。第２の金属板Ｗ２の天面部Ｗ２１のうち、貫通孔Ｐの直下には、可動パンチ５で押圧された押圧痕（図示省略）が設けられる。

このプレス成形品Ｗ’では、曲げ部Ｒにおける両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差と、湾曲部Ｃによる両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差とが相殺することで、両金属板Ｗ１、Ｗ２の重合部（詳しくは、ナゲットＮ間領域）における両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差がほぼ０になっている。これにより、ナゲットＮに加わるせん断応力が緩和され、ナゲットＮを介した両金属板Ｗ１、Ｗ２の固定強度の低下を防止できる。

プレス成形品Ｗ’は、その後の塗装工程において、例えばドブ漬けにより全面に錆止め塗料が塗布される。この時、両金属板Ｗ１、Ｗ２が密着していると、これらの間に錆止め塗料が入り込みにくいため、錆止め塗料が塗布されていない部分が生じて錆止め効果が低下する恐れがある。これに対し、上記のプレス成形品Ｗ’は、第２の金属板Ｗ２の天面部Ｗ２１に湾曲部Ｃが設けられることで、両金属板Ｗ１、Ｗ２の天面部Ｗ１１、Ｗ２１の間に隙間が形成される。これにより、後の塗装工程において、両金属板Ｗ１、Ｗ２の天面部Ｗ１１、Ｗ２１の間の隙間に錆止め塗料が入り込みやすくなるため、錆止め効果が高められる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、本発明に係るプレス成形方法で断面ハット形状のプレス成形品Ｗ’を形成する場合を示したが、これに限られない。例えば、本発明に係るプレス成形方法で、図７（Ａ）に示すようなパッチワーク材Ｗに曲げ加工を施して、図７（Ｂ）に示すような断面Ｌ字形状のプレス成形品Ｗ”を形成することができる。この場合も、曲げ部Ｒを成形しながら、第２の金属板Ｗ２に湾曲部Ｃを形成することにより、ナゲットＮの間の領域における両金属板Ｗ１、Ｗ２の実長差を抑えてナゲットＮに加わるせん断力を緩和することができる。尚、プレス成形品の形状を除いては、上記の実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

１上型
２パンチ
３ブランクホルダ
４上型本体
５可動パンチ
６進退手段
Ｗパッチワーク材
Ｗ１第１の金属板
Ｗ２第２の金属板
Ｗ’、Ｗ” プレス成形品
Ｃ湾曲部
Ｎナゲット（接合点）
Ｐ貫通孔
Ｒ曲げ部

Claims

第１の金属板と第２の金属板とを重ね合わせて複数の接合点で接合したパッチワーク材をプレス成形して、両金属板の重合部のうち、前記複数の接合点の間の領域に曲げ部を形成するプレス成形方法であって、
前記パッチワーク材を曲げながら、前記曲げ部の曲率中心側に配された前記第２の金属板を、前記曲率中心と反対側に配された前記第１の金属板から離反する側に湾曲させるプレス成形方法。
前記第１の金属板に貫通孔を設け、
前記パッチワーク材を曲げながら、押圧手段により前記貫通孔を介して前記第２の金属板を押圧することにより、前記第２の金属板を前記第１の金属板から離反する側に湾曲させる請求項１に記載のプレス成形方法。
第１の金属板と第２の金属板とを重ね合わせて複数の接合点で接合したパッチワーク材の重合部のうち、前記複数の接合点の間の領域に、両金属板を曲げた曲げ部が設けられたプレス成形品であって、
前記曲げ部の曲率中心側に配された前記第２の金属板に、前記曲げ部の曲率中心と反対側に配された前記第１の金属板から離反する側に湾曲した湾曲部を設けたプレス成形品。
前記第１の金属板のうち、前記第２の金属板の前記湾曲部と重なる領域に貫通孔を設けた請求項３に記載のプレス成形品。