JP7364904B2 - 板金成形品製造方法、板金成形品の製造装置及びフランジアップ用工具 - Google Patents

Description

本発明は、板金成形品製造方法、板金成形品の製造装置及びフランジアップ用工具に関し、特に、Ｂ型伸びフランジ変形を受ける湾曲フランジ部（以下、単に「フランジ部」ともいう）を有する板金成形品製造方法、板金成形品の製造装置及びフランジアップ用工具に関する。

近年、環境負荷低減を目的とした車体軽量化と衝突安全性の両立に加え、乗り心地の観点から車体の高剛性化が求められている。そのため、車体骨格部材には、高強度鋼板が適用されることが多くなるとともに、締結フランジの高さ向上や連続化のような複雑な形状を要求されることがあり、このような形状ではフランジ部は伸びフランジ変形を受ける場合がある。

一般的に、車体骨格部材は金属板のプレス成形によって量産される。伸びフランジ変形は、あらかじめ打ち抜き加工や切削加工により所定形状とされたブランクの面部を拘束し、周縁部を、曲げ稜線がブランクの面内方向に凹形状となるように、ブランクの面外方向に曲げながら引き延ばす加工を施した場合に、成形されたフランジに生じる変形である。これにより、ブランクの面外方向に突き出し、ブランクの面内方向に凹形状を有する曲げ稜線に沿って湾曲したフランジが成形される。

一般的に、伸びフランジ変形を受けるフランジの板厚は、湾曲部頂点付近で最も薄く、次いでこの領域に近い領域ほど薄くなる。このような現象は、これらの領域で伸びフランジ成形時の加工度が大きく、ひいては変形が大きいためである。そのため、加工前の加工部位を伸びフランジ成形によって、所定のフランジに成形する際に、特に、フランジの湾曲部頂点付近で割れが生ずることがある。伸びフランジ割れは、金属板が高強度化すると、特に問題となる。

伸びフランジ割れが発生した場合には、フランジ高さを小さくする、又は、フランジの湾曲部そのものを切欠き除去することが考えられる。しかしながら、フランジは、通常、部品と部品を締結するために設置されているため、このような対策を施した場合、車体剛性を著しく損なう恐れがある。

そこで、伸びフランジ成形に用いる工具の形状を改良することにより、伸びフランジ割れを防止する、フランジ付成形部材の加工技術について、種々の提案がなされている。

特許文献１は、コーナーフランジ部を一工程で成形することができ、伸び変形によるコーナー中心及びその近傍でのひずみの局在化を抑制して伸びフランジ割れを防止し、品質と生産性を両立可能なプレス成形型を提供することを課題とし、ダイコーナー部を有するダイと、パンチコーナー部を有するパンチとを備え、パンチコーナー部は、ストローク方向の先端面において、コーナー中心の両側の２つの弧状凸部の間に凹部を有する輪郭形状であり、先端面と平行な断面の輪郭形状は、断面が先端面から離れるにつれて凹部が小さくなると共に２つの弧状凸部が接近して外向きコーナー形状に収束するプレス成形型を開示している。

特開２０１７－１４８８４７号公報

特許文献１の技術によれば、コーナーフランジ部を一工程で成形することができるが、金型の高さが大きくなり、従来のプレス成形装置を用いようとした場合、クッションストロークの変更等が必要となる。さらに、高さが著しく大きくなる場合は、ダイハイトの大きいプレス機への変更が必要となる。

金型の観点からは、金型製作コスト、メンテナンス性、スペース制約から、構造が簡易であり、かつサイズが小さいことが求められる。すなわち、従来のプレス成形装置に、金型サイズを拡大することなく適用可能な技術が求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ブランクの面外方向に突き出し、ブランクの面内方向に凹形状を有する曲げ稜線に沿って湾曲するフランジを対象とし、従来の金型構造の範囲の比較的単純な形状で構成された工具を用いて、フランジ部に導入される変形量を低減することで割れの発生を抑制することを課題とする。

本発明者らは、ブランクの面外方向に突き出し、ブランクの面内方向に凹形状を有する曲げ稜線に沿って湾曲するフランジの成形において、従来の金型構造の範囲の比較的単純な形状で構成された工具を用いて、フランジ部に導入される変形量を低減することで割れの発生を抑制する方法について鋭意検討した。

その結果、フランジ成形をフランジアップ工程とリストライク工程に分け、それぞれの工程で異なる形状の工具を用い、フランジアップ工程工具の曲率部をリストライク工程工具の曲率部よりも多くすることで、割れが発生する危険性の高い、ひずみ量が最大となる部位近傍におけるひずみ分布が平坦化され、ひずみ量の最大値を小さくし、伸びフランジ割れを生じさせることなく所望の曲率および高さの連続したフランジを成形することができることを見出した。ここで、「工具」とは、「パンチ」と「ダイ」の一方、又は両方をいう。

本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を進めてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。

（１）外周縁の一部が内方に向かって突出した凹状外周縁部を有する天板部と、前記凹状外周縁部から連続して内方に向かって湾曲するフランジ部とを備えた板金成形品の製造方法であって、ブランクに前記フランジ部を形成し予成形品を得るフランジアップ工程と、前記予成形品を目標形状の板金成形品にリストライクするリストライク工程を備え、前記予成形品の前記フランジ部は、前記板金成形品の前記フランジ部を構成する曲率部よりも多い曲率部で構成され、前記予成形品の凸状部の前記曲率部は、平面視で、前記板金成形品の前記フランジ部と比較して前記天板部側に突出していることを特徴とする板金成形品の製造方法。

（２）外周縁の一部が内方に向かって突出した凹状外周縁部を有する天板部と、前記凹状外周縁部から連続して内方に向かって湾曲するフランジ部とを備えた板金成形品を製造する板金成形品の製造装置であって、前記凹状外周縁部に対応する凸状部を有するフランジアップ用工具、前記凹状外周縁部に対応する凸状部を有するリストライク用工具を備え、前記フランジアップ用工具の凸状部は、前記リストライク用工具の凸状部を構成する曲率部よりも多い曲率部で構成され、前記フランジアップ用工具の凸状部の前記曲率部は、平面視で、前記リストライク用工具の凸状部と比較して前記天板部側に突出していることを特徴とする板金成形品の製造装置。

（３）前記（２）の板金成形品の製造装置に用いるフランジアップ用工具であって、板金成形品にフランジを形成するための凸状部を備え、前記凸状部は、平面視で、リストライク用工具の最大曲率部より大きな曲率を有する正の曲率部と、リストライク用工具の最大曲率部より小さな曲率を有する正の曲率部と、曲率０以下の曲率部を有することを特徴とするフランジアップ用工具。

本発明によれば、従来の金型構造の範囲の比較的単純な形状で構成された工具を用いて、フランジ部に導入される変形量を低減することで割れの発生を抑制することができる。

本発明の板金成形品の製造方法に用いる工具の正面方向上方からの斜視図である。 フランジアップ工程工具の凸状部、リストライク工程工具の凸状部を拡大し、重ねて描いた図である。 パンチ、ダイ、ブランクホルダーを用いて、ブランクを伸びフランジ成形する際の模式図である。 本発明の板金成形品の製造方法におけるフランジ周方向のひずみ分布と、従来技術による板金成形品の製造方法におけるフランジ周方向のひずみ分布を比較した図である。 フランジアップ用工具の形状を説明する図である。 フランジアップ用工具の形状とひずみの最大値の関係を示す図である。

以下に、本実施形態に係る板金成形品の製造方法及び板金成形品の製造装置について、詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る板金成形品の製造方法に用いる工具の正面方向上方からの斜視図である。

フランジアップ工程工具とリストライク工程工具は、おおまかには近い形状であるが、フランジアップ用工具の凸状部は、リストライク用工具の凸状部を構成する曲率部よりも多い、リストライク用工具の凸状部と比較して板金成形品の天板部に相当する側に突出した曲率部で構成されている。言い換えれば、フランジアップ用工具の凸状部は、平面視で、リストライク用工具の最大曲率部より大きな曲率を有する正の曲率部と、リストライク用工具の最大曲率部より小さな曲率を有する正の曲率部と、曲率０以下の曲率部を有している。ここで、曲率は、工具の外側に凸の場合を正とする。

具体的な形状の例を図２に示す。図２（ａ）は工具の凸状部（図１のＡ）を平面視した拡大図であり、フランジアップ用工具の凸状部２１、リストライク用工具の凸状部２９を重ねて描いたものである。フランジアップ用工具の凸状部２１は、リストライク用工具の最大曲率部より大きな曲率を有する正の曲率部２２を２つ有し、さらに、２つの正の曲率部２２の間に位置するリストライク用工具の最大曲率部より小さな曲率を有する正の曲率部２３、正の曲率部２２から見て正の曲率部２３と反対側に、それぞれ、曲率０以下の曲率部２４を有している。

図２（ｂ）は本発明のフランジアップ用工具の他の例である、図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様に、工具の凸状部（図１のＡ）を平面視した拡大図であり、フランジアップ用工具の凸状部２１、リストライク用工具の凸状部２９を重ねて描いたものである。フランジアップ用工具の凸状部２１は、ほぼ中央部に、リストライク用工具の最大曲率部より小さな曲率を有する正の曲率部２３を１つ有し、その外側に、リストライク用工具の最大曲率部より大きな曲率を有する正の曲率部２２、曲率０以下の曲率部２４を、それぞれ１つずつ有している。凸状部２１の中央部から反対側の形状は、リストライク用工具の凸状部２９の形状と略同じである。

以上に示す成形工具を用いた伸びフランジ成形は、たとえば、以下のように行う。

図３はダイ３１、パンチ３２、ブランクホルダー３３を用いて、ブランク３４を伸びフランジ成形する例を示す模式図である。同図に示す例では、ダイ３１とブランクホルダー３３とによりブランク３４を挟んだ状態で、ブランク３４の端部をパンチ３２の上面に乗せる。次いで、ダイ３１を鉛直方向下方に引き下げて伸びフランジ成形を行い、天板部とフランジ部を有するプレス成形品を製造する。なお、ブランクホルダーはダイスと共にブランクを挟み込むためのものであるが、ブランクホルダー無しでプレス成形を行うことも可能である。

より詳細には、本実施形態のプレス成形品の製造方法は、まず、パンチ３２としてフランジアップ用パンチを用いて、フランジ部を形成し、予成形品を得るフランジアップ工程を備え、次いで、パンチ３２としてリストライク用パンチを用いて、予成形品を目標形状のプレス成形品にリストライクするリストライク工程を備える。

プレス成形工程が２工程以上で構成されるのは、一般的である。しかしながら、通常、フランジ部を形成する工具（ダイ及びパンチ）、リストライクを行う工具は、製品であるプレス成形品と同じ形状であり、同一の曲率を有している。

これに対して、本実施形態のプレス成形品の製造方法で用いる工具（ダイ、パンチの一方又は両方）は、フランジアップ用工具とリストライク用工具で形状が異なる。具体的には、フランジアップ用工具の凸状部は複数の曲率部を有し、該曲率部は、平面視で、リストライク用工具の凸状部と比較して、プレス成形品の天板部側に突出している。このような形状とすることにより、フランジ部の該曲率部が接触する部位での引張変形量が増加する。

これにより、フランジアップ工程におけるフランジ部の変形領域がフランジの周方向に拡大し、周方向における引張変形が広い範囲で行われるので、ひずみが分散する。その結果、ひずみの最大値が低減する。言い換えれば、局所的なひずみの集中を避けることができる。フランジの湾曲部頂点付近で割れが生じるのは、その領域にひずみが集中し、局所的に変形が大きくなるためである。本実施形態によれば、フランジ部に導入されるひずみ量の最大値が低減し、フランジの湾曲部頂点付近での割れの発生が抑制される。

図４は、本実施形態のプレス成形品の製造方法におけるフランジ周方向のひずみ分布と、従来技術によるプレス成形品の製造方法におけるフランジ周方向のひずみ分布を比較した図である。本実施形態によれば、図４に示すように、フランジ周方向に変形領域が拡大し、ひずみが分散して局所的に集中することがなくなり、ひずみの最大値が低下する。

図５はフランジアップ用工具の形状を説明する図である。図５に示すように、成形品であるフランジ凹部の曲率半径Ｒを基準として、工具の頂点位置ａ、後退量ｂ、突出量ｃ、遷移領域長さｄを定義する。頂点位置ａは、フランジ凹部（工具凸部）から離れる方向をプラスとする。

図６（ａ）～（ｅ）は、種々の素材板厚ｔと、曲率半径Ｒ、頂点位置ａ、後退量ｂ、突出量ｃのフランジアップ用パンチと用いて、引張強さ７８０ＭＰａの鋼板をフランジアップ成形したときの、最大主ひずみの低減効果の一例を示す図である。図６（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、Ｒ、ｔ、ｂ、ｄを固定し、ａ、ｃを変化させたときのひずみ低減効果の変化を示している。各パラメータの範囲は下記の表１のとおりである。

突出量、頂点位置によらず、ひずみの最大値が減少することが確認できた。このようなひずみの分散の効果はフランジアップ工程における変形領域を、製品形状比べて拡大することにより得られるので、その効果が得られれば、パンチの頂点位置ａ、後退量ｂ、突出量ｃ、は特に限定されるものではないが、０．４６Ｒ－５≦ａ≦０．６３Ｒ－３．７、－０．１Ｒ≦ｂ≦０．４Ｒ、０．１Ｒ≦ｃ≦０．３Ｒ。遷移領域長さｄはひずみの低減に与える効果は大きくない。ただし、短すぎると、逆にひずみが大きくなることもあるので、０．５Ｒ≦ｄとするのが好ましい。

以上のように、ひずみを分散することにより、特定箇所におけるひずみの集中を低減することができる。したがって、本実施形態のプレス成形品の製造方法によれば、フランジの湾曲部頂点付近において割れが生じることが抑制された、伸びフランジを有するプレス成形品を得ることができる。

また、前述のとおり、一般的に、プレス成形工程は２工程以上で構成されている。したがって、本発明は、従来のプレス成形装置を工具形状の変更のみで適用することができる。そして、本実施形態は、フランジアップ工程とリストライク工程で、工具の凸状部の形状を変えることにより実施できるので、金型サイズ、工具以外の金型構成部品の仕様、製品形状の変更は必要なく、従来のプレス成形装置を使用することができる。

２１ フランジアップ用工具の凸状部
２２ 大きな曲率を有する正の曲率部２２
２３ 小さな曲率を有する正の曲率部２３
２４ 曲率０以下の曲率部
２９ リストライク用工具の凸状部
３１ ダイ
３２ パンチ
３３ ブランクホルダー
３４ ブランク

Claims (3)

1. 外周縁の一部が内方に向かって突出した凹状外周縁部を有する天板部と、前記凹状外周縁部から連続して内方に向かって湾曲するフランジ部とを備えた板金成形品の製造方法であって、
   ブランクに前記フランジ部を形成し予成形品を得るフランジアップ工程と、
   前記予成形品を目標形状の板金成形品にリストライクするリストライク工程を備え、
   前記予成形品の前記フランジ部は、前記板金成形品の前記フランジ部を構成する曲率部よりも多い曲率部で構成され、
   前記予成形品の凸状部の前記曲率部は、平面視で、前記板金成形品の前記フランジ部と比較して前記天板部側に突出している
   ことを特徴とする板金成形品の製造方法。
2. 外周縁の一部が内方に向かって突出した凹状外周縁部を有する天板部と、前記凹状外周縁部から連続して内方に向かって湾曲するフランジ部とを備えたプレス成形品を製造するプレス成形品の製造装置であって、
   前記凹状外周縁部に対応する凸状部を有するフランジアップ用工具、前記凹状外周縁部に対応する凸状部を有するリストライク用工具を備え、
   前記フランジアップ用工具の凸状部は、前記リストライク用工具の凸状部を構成する曲率部よりも多い曲率部で構成され、
   前記フランジアップ用工具の凸状部の前記曲率部は、平面視で、前記リストライク用工具の凸状部と比較して前記天板部側に突出している
   ことを特徴とするプレス成形品の製造装置。
3. 請求項２に記載のプレス成形品の製造装置に用いるフランジアップ用工具であって、
   プレス成形品にフランジを形成するための凸状部を備え、
   前記凸状部は、平面視で、リストライク用工具の最大曲率部より大きな曲率を有する正の曲率部と、リストライク用工具の最大曲率部より小さな曲率を有する正の曲率部と、曲率０以下の曲率部を有する
   ことを特徴とするフランジアップ用工具。

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