JP7396415B1 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有するプレス成形品について、割れ、しわや折れ込みをできるプレス成形品の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形品１の製造方法は、少なくとも、側面視で凹状湾曲部を有する天板部３と、天板部３からパンチ肩Ｒ部５を介して連続する縦壁部７を有するプレス成形品１の製造方法であって、天板部３と同方向に湾曲する中間天板部２１と、パンチ肩Ｒ部５に相当する部位に形成された稜線部２３に連続して形成された段差からなるステップ形状部１７と、ステップ形状部１７に連続して外方に延出すると共に中間天板部２１と同方向に湾曲する外方面部２５と、を有する中間成形品１９をプレス成形する第１成形工程と、中間成形品１９をプレス成形品１にプレス成形する第２成形工程と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有するプレス成形品の製造方法に関する。
なお、本明細書において例えば「パンチ肩Ｒ部」と表記した際には、成形品の部位を意味し、「パンチ肩」と表記した際には金型の部位を意味する。

自動車の衝突安全性基準の厳格化により、車体の衝突安全性の向上が進む中で、二酸化炭素排出規制を受けて、燃費向上やＥＶ化のために車体の軽量化も必要とされている。これら車体の衝突安全性向上と軽量化を両立させるために、車体構造部品への引張強度５９０ＭＰａ級以上の高強度鋼板（ハイテン材とも称する）の適用が進んでいる。

自動車部品はその一部の構造を含めて、少なくとも、天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有し、前記天板部に側面視で凹状に湾曲する湾曲部位を有するプレス成形品がある。
このようなプレス成形品をプレス成形した場合、天板部における凹状湾曲部の底部及びその近傍のパンチ肩Ｒ部に連続する縦壁部の先端部が伸びフランジ変形となる。そのため、当該部位に板厚が減少し割れが発生しやすくなり、また、天板部の凹状湾曲部の底部及びその近傍のパンチ肩Ｒ部の板厚が増加して座屈（しわ、折れ込み）が発生しやすくなる。

特にハイテン材の場合、高強度化によって、伸びフランジ変形部位の割れや、前記パンチ肩Ｒ部の座屈（しわ、折れ込み）が発生しやすくなり、特に問題である。

この点、従来は、平坦かつ上面視で凹状外周縁を有する天板部と、該天板部から該凹状外周縁に沿って連続する縦壁部を有するプレス成形品の伸びフランジ変形に伴う割れ対策について、例えば特許文献１に提案されている。

国際公開第２０１４／０９７７４５号公報

上記の特許文献１に記載されるプレス成形方法は、天板部が平坦であり、上面視で該天板部の外周縁が凹状であるプレス成形品を対象としている。
一方、本発明が対象としているプレス成形品は、少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有するプレス成形品である。
このように、特許文献１が対象としているプレス成形品と本願発明が対象としているプレス成形品とは、形状が異なっている。

このため、特許文献１のプレス成形方法を、本願発明が対象としているプレス成形品に適用しても、当該プレス成形品の伸びフランジ変形部位の割れや、前記パンチ肩Ｒ部のしわや、折れ込みを防止することはできない。

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、少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有するプレス成形品の割れ、しわや折れ込み防止をできるプレス成形品の製造方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形品の製造方法は、少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有するプレス成形品の製造方法であって、
前記天板部と同方向に湾曲する中間天板部と、前記パンチ肩Ｒ部に相当する部位に形成された稜線部に連続して形成された段差からなるステップ形状部と、該ステップ形状部に連続して外方に延出すると共に前記中間天板部と同方向に湾曲する外方面部と、を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、
前記中間成形品を前記プレス成形品にプレス成形する第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、前記中間成形品の前記稜線部の曲率半径が、前記プレス成形品のパンチ肩Ｒ部の曲率半径と同じかそれ以上であることを特徴とするものである。

本発明によれば、天板部の凹状湾曲部底部及びその近傍におけるパンチ肩Ｒ部及びその近傍での、しわや、折れ込みを防止でき、かつ該パンチ肩Ｒ部に連続する縦壁部の先端部における割れを抑制できる。

本実施の形態に係るプレス成形品の製造方法の説明図である。 本実施の形態において成形された中間成形品の説明図である。 本実施の形態における第２成形工程の成形過程の説明図である。 本実施の形態における作用効果の説明図である。 本発明の他の態様に係るプレス成形品の製造方法の説明図である。 実施例で製造対象としたプレス成形品の説明図である。 本発明が対象としているプレス成形品の説明図である。 従来のプレス成形品の製造方法の説明図である。 従来のプレス成形方法の成形過程の説明図である。 従来のプレス成形方法で製造されたプレス成形品の課題の説明図である。

本発明が対象とする目標形状であるプレス成形品の一例について、図７に基づいて説明する。
本発明が対象としているプレス成形品１は、少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部３と、天板部３からパンチ肩Ｒ部５を介して連続する縦壁部７を有するものであり、その一例が図７に示す断面Ｌ字形状のものである。

このようなプレス成形品１をプレス成形した際に生ずる問題点について、板厚１．４ｍｍ、引張強度９８０ＭＰａ級鋼板をブランクとしてプレス成形した場合について説明する。
図８は、本発明が対象とするプレス成形品１を１工程でプレス成形する場合に用いる従来の金型を示している。
従来の金型は、凹状湾曲部を有するパンチ９と、パンチ９と同様の凹状湾曲部を有するパッド１１と、ダイ１３を備えており、金属板であるブランク１５をパッド１１とパンチ９で押さえて天板部３に凹状湾曲部を成形しつつ、ダイ１３を相対的に移動させて縦壁部７を成形していた。

従来のプレス成形過程を図９に基づいて説明する。図９は、プレス成形中のプレス成形品１の天板部３の凹状湾曲部における湾曲の底部の断面（図７のＡ－Ａ断面）を示したものである。
なお、図９の[28mmup]等の数値は成形下死点までの板厚を考慮したパンチ９のパンチ肩３３とダイ顎部１３ａ（図８、[2mmup]の図参照）とのプレス成形方向の隙間である。例えば、[28mmup]のときのパンチ９のパンチ肩３３とダイ顎部１３ａとの隙間はプレス成形品１の板厚＋２８ｍｍとなる。

図９に示すように、[47mmup]でパッド１１によりブランク１５がパンチ９に押し付けられ、凹状湾曲部が形成される。この状態では、縦壁に成形される部位を含めてブランク１５全体が紙面直交方向凹状に湾曲した形状となる。

[35mmup]でダイ肩１３ｂがブランク１５に接触して縦壁部７が成形され始める。このため、ブランク１５の縦壁相当部位の端部が下向きに湾曲する。この縦壁部７が成形され始めるとき、縦壁相当部位は、紙面直交方向に凹状に湾曲しているために剛性が高く、天板部３と縦壁部７の境界となるパンチ肩Ｒ部５（稜線）に沿った変形を生じにくい。そのため、[28mmup]で、ダイ１３のダイ肩１３ｂに接触したブランク１５の凹状湾曲部の底部が屈曲して腰折れが発生する。さらに[19mmup]にかけて腰折れが発生した部位がパンチ９に接触しないまま成形方向に折れ曲がる。そして、[8mmup]、[2mmup]で腰折れした部位がダイ１３とパンチ９の隙間で縦壁部７に成形され、成形下死点でパンチ９のパンチ肩３３に接触してパンチ肩Ｒ部５となる。

従来のプレス成形過程をＦＥＭ解析したときの成形下死点での板厚分布を図１０に示す。図１０におけるＡ－Ａ点線は、図７と同様に凹状湾曲部の底部の位置を示している。
図１０に示されるように、凹状湾曲部の底部に連続する縦壁部７の先端部位は伸びフランジ変形となって、最大板厚減少率が１２．３％と大きくなり割れが発生しやすい。
他方、パンチ肩Ｒ部５の最大板厚増加率が１０．０％と大きく、しわが発生し折れ込みに至る。

従来のプレス成形過程において、プレス成形初期に形成される側面視で凹状となる凹形状湾曲部は、その形状から剛性が高い。そのため、その後にダイ１３により縦壁部７を成形しようとすると、ブランク１５に大きな圧縮力が作用して板厚が増加し、腰折れしてしわや折れ込みが発生しやすい。
また、天板部３が凹状に湾曲しているため、凹状湾曲部に連続する縦壁部７が凹状湾曲部の左右に拡がって伸びフランジ変形となり、湾曲の底部に連続する縦壁部７の先端に大きな張力が作用して、板厚が減少して割れやすくなる。

このような一連の成形過程における板厚増加や板厚減少を抑制するための検討において、本発明者は、図９の[28mmup]から[2mmup]のブランク１５の変形に着目した。
すなわち、[28mmup]の成形初期において、ブランク１５をパンチ９のパンチ肩３３に接触させることができれば、ブランク１５がパンチ９に接触しないまま成形方向に腰折れすることがなく、従来のようなしわや折れ込みを防止できると考えた。
さらに、目標形状の縦壁部７を成形する際の縦壁部７の成形高さを低くできれば、伸びフランジ変形量が少なくなって割れが発生しにくくなると考えた。

そこで、本発明では、図１に示すように、プレス成形工程を第１成形工程と第２成形工程の２工程に分けて成形する。そして、第１成形工程において、プレス成形品１と同方向に湾曲すると共に、ステップ形状部１７を有する中間成形品１９をプレス成形し、第２成形工程で中間成形品１９を目標形状であるプレス成形品１にプレス成形する。
中間成形品１９は、プレス成形品１の天板部３と同方向に湾曲する中間天板部２１と、パンチ肩Ｒ部５に相当する部位に形成された稜線部２３と、該稜線部２３に連続して形成された段差からなるステップ形状部１７を備えている。図２はプレス成形品１の天板部３と同形状の中間天板部２１を備えた例である。また、ステップ形状部１７に連続して外方に延出すると共に中間天板部２１と同方向に湾曲する外方面部２５を備えている。外方面部２５は第２成形工程で縦壁部７に成形される。
図２は、外方面部２５が中間天板部２１と平行になっている例であるが、本発明においては、外方面部２５は中間天板部２１と同方向に湾曲すればよく、中間天板部２１と曲率が同じである必要はない。また、中間天板部２１は、第２成形工程でプレス成形品１の天板部３の湾曲となれば良いため、目標形状であるプレス成形品１の天板部３の形状と完全に一致する必要はない。
以下、中間成形品１９が図２に示す形状の場合を例に挙げて、図１に基づいて第１成形工程と第２成形工程を詳細に説明する。

＜第１成形工程＞
第１成形工程では、図１（ａ）に示すように、ステップ成形パンチ２７とステップ成形ダイ２９を用いる。これらステップ成形パンチ２７とステップ成形ダイ２９により、中間天板部２１、ステップ形状部１７、及び外方面部２５を有する中間成形品１９をプレス成形する。
なお、中間成形品１９の稜線部２３の曲率半径は、プレス成形品１のパンチ肩Ｒ部５の曲率半径と同じかそれ以上であることが好ましい。これによって、第２成形工程において、稜線部２３がパンチ９のパンチ肩３３に接触しやすくなるからである。

＜第２成形工程＞
第２成形工程では、図１（ｂ）に示すように、目標形状であるプレス成形品１を成形するパンチ９とパッド１１とダイ１３を用いる。図１（ｂ）に示すものは、従来例として図８に示したものと同様である。そして、パンチ９の上に中間成形品１９を載せ、パッド１１で押さえて、ダイ１３をパンチ９側に相対移動させることにより、外方面部２５を縦壁部７に成形し、目標形状であるプレス成形品１に成形する。

図３は、図２に示す矢視Ｂ－Ｂ断面方向について、第２成形工程におけるパンチ９とダイ１３の動き、及び中間成形品１９の変形過程を示したものである。
なお、[28mmup]等の数値は、前述した図９の場合と同様に、成形下死点までの板厚を考慮したパンチ肩３３とダイ顎部１３ａのプレス成形方向の隙間である。したがって、[28mmup]のときのパンチ肩３３とダイ顎部１３ａとの隙間はプレス成形品１の板厚＋２８ｍｍとなる。

図３に示すように、第２成形工程では、中間成形品１９がパンチ９に載せられて、パッド１１で押さえられる。このとき、[47mmup]の図に示されるように、ステップ形状部１７の稜線部２３がパンチ９のパンチ肩３３に接触する。
このように、中間成形品１９のステップ形状部１７がパンチ肩３３に沿うことで、これ以降の成形過程での稜線部２３の変形量が抑えられ、板厚増加が抑制されて腰折れが防止される。

その後、ダイ１３がパンチ９側に相対移動すると、[35mmup]でダイ１３の長手方向両端部が中間成形品１９の外方面部２５の両端部に接触することで、中間成形品１９の外方面部２５の端部が少し浮き上がる。

さらに、[28mmup]から[19mmup]まで成形が進むと、ダイ１３のダイ肩Ｒ部１３ｂが外方面部２５の凹状湾曲部の底部に接触して、外方面部２５の全体が曲げ戻され、さらに、[8mmup]、[2mmup]で縦壁部７の成形が進み、成形下死点で成形が完了する。

中間成形品１９にはステップ形状部１７が形成されていることから、縦壁部７の成形過程において、第２成形工程における縦壁部の成形高さは、ステップ形状部１７の下部から外方面部２５の端部に至る距離となり、従来例のように、天板部３の稜線部２３のＲ開始位置からブランク１５の端部までの距離に比べて短くなっている。
このため、伸びフランジ変形による板厚減少が抑制され、割れ発生を防止できる。

本実施の形態のプレス成形過程をＦＥＭ解析したときの、第１成形工程と第２成形工程の成形下死点での板厚分布を図４に示す。図４（ａ）が第１成形工程の成形下死点での板厚分布、図４（ｂ）が第２成形工程の下死点での板厚分布である。
図４（ａ）に示すように、第１成形工程では稜線部２３で最大板厚増加率が３．１％であり、また外方面部２５で最大板厚減少率が３．７％であった。
また、図４（ｂ）に示すように、第２成形工程ではパンチ肩Ｒ部５で最大板厚増加率が３．１％であり、縦壁部７の先端部位で最大板厚減少率が１０．８％であった。

本実施の形態の図４（ｂ）と従来例の図１０を比較すると、パンチ肩Ｒ部５（稜線部２３）での最大板厚増加率は、従来例が１０．０％であったのに対して、本実施の形態では３．１％と著しく低減した。よって、稜線部２３でのしわや折れ込みを防止できることがわかる。
また、縦壁部７の先端部位の最大板厚減少率は、従来例が１２．３％であったのに対して、本実施の形態では１０．８％と低減した。よって、伸びフランジ変形に伴う割れが抑制できることがわかる。

なお、上記の説明では、図１（ｂ）に示すように、第２成形工程で使用するダイ１３は、縦壁部７を成形するダイ肩１３ｂが直線状のものであった。しかし、本発明における第２成形工程で使用するものは、ダイ肩３１ｂが、図５に示すように、中間成形品１９の外方面部２５に沿うように湾曲したダイ３１であってもよい。このような形状にすることで、外方面部２５を縦壁部７に成形する際に、外方面部２５を全長に亘って同時に成形することができる。

本発明の効果を確認するためのＦＥＭによるプレス成形解析を行ったので、以下説明する。
板厚１．４ｍｍ、９８０ＭＰａ級鋼板を用いて、図６に示すように、側面視で凹形状に湾曲する天板部３と、天板部３に連続する縦壁部７を有するプレス成形品１のプレス成形解析を行い、板厚分布を求めた。プレス成形品１の各部の寸法は図６に示す通りである。
プレス成形解析は、図８に示した１工程で行う従来例の他、中間成形品１９（図２）における外方面部２５の形状を変えて行い、目標形状であるプレス成形品１の稜線部２３の最大板厚増加率と縦壁先端部での最大板厚減少率を求めた。
なお、図６のプレス成形品１において、最大板厚増加率が８％を超えるとしわや折れ込みが発生し、最大板厚減少率が１２．０％を超えると割れが発生することがわかっている。
解析結果を表1に示す。
表１において、ステップ高さ（ｍｍ）として、中間天板部２１の凹状湾曲底部の位置でのステップ形状部１７の高さと、中間成形品１９の端部におけるステップ形状部１７の高さとを示した。

１工程で天板部３と縦壁部７をプレス成形したＮｏ．１に示す従来例では、パンチ肩Ｒ部５の最大板厚増加率は１０．０％であり、しわや折れ込みが発生した。
また、縦壁先端部における最大板厚減少率は１２．３％であり、割れが発生した。
比較例であるＮｏ．２は、中間成形品１９の外方面部２５について、特許文献１と同様に天板部３方向に凸状山形形状とした場合である。この場合、中間成形品１９をプレス成形中に、凸状山形形状にした外方面部２５の先端で割れが発生し、プレス成形を中止せざるを得なかった。

Ｎｏ．３からＮｏ．１１に示す発明例は、ステップ形状部１７を有する中間成形品１９を成形した後、中間成形品１９を目標形状に成形するというものである。そして、外方面部２５は天板部３と同様に凹状に湾曲する形状とし、ステップ形状部１７の高さを１ｍｍ～２０ｍｍまで変化させたものである。

Ｎｏ．３からＮｏ．１１のいずれも、目標形状のパンチ肩Ｒ部５での最大板厚増加率及び縦壁先端部における最大板厚減少率も従来例であるＮｏ．１より低減した。
また、Ｎｏ．３からＮｏ．１１のいずれも、目標形状のパンチ肩Ｒ部５での最大板厚増加率はしわが発生する８％より小さくてしわ発生が防止でき、また目標形状の縦壁先端部位の最大板厚減少率は１２．０％以下であり、割れ発生も防止できた。
特に、Ｎｏ．７からＮｏ．９のように、中間成形品１９のステップ高さを１０ｍｍ～１５ｍｍとすることで、目標形状におけるパンチ肩Ｒ部５の最大板厚増加率が著しく低減して、確実にしわや折れ込みを防止できるとともに、目標形状における縦壁先端部位における最大板厚減少率も低減して、割れを確実に防止できることが分かった。

１ プレス成形品
３ 天板部
５ パンチ肩Ｒ部
７ 縦壁部
９ パンチ
１１ パッド
１３ ダイ
１３ａ ダイ顎部
１３ｂ ダイ肩
１５ ブランク
１７ ステップ形状部
１９ 中間成形品
２１ 中間天板部
２３ 稜線部
２５ 外方面部
２７ ステップ成形パンチ
２９ ステップ成形ダイ
３１ ダイ（他の態様）
３１ａ ダイ顎部
３１ｂ ダイ肩
３３ パンチ肩

Claims (2)

1. 少なくとも、側面視で凹状に湾曲する凹状湾曲部を有する天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部を有するプレス成形品の製造方法であって、
   前記天板部と同方向に湾曲する中間天板部と、前記パンチ肩Ｒ部に相当する部位に形成された稜線部に連続して形成された段差からなるステップ形状部と、該ステップ形状部に連続して外方に延出すると共に前記中間天板部と同方向に湾曲する外方面部と、を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、
   前記中間成形品を前記プレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を備えたことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
2. 前記中間成形品の前記稜線部の曲率半径が、前記プレス成形品のパンチ肩Ｒ部の曲率半径と同じかそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。