JP7439802B2

JP7439802B2 - プレス成形方法及びプレス成形金型

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Publication number: JP7439802B2
Application number: JP2021120156A
Authority: JP
Inventors: 徹簑手; 昂至達川; 亮伸石渡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2041-07-21
Also published as: JP2023016092A

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及びプレス成形金型に関し、特に、ロアアームのような、平面視において二股に分岐する形状を有する天板部と、該天板部に連続する縦壁部を備えたプレス成形品のプレス成形方法及びプレス成形金型に関する。

プレス成形品では、例えば、自動車の足回り部品であるロアアームのように、平面視において二股に分岐する形状を有する天板部と、該天板部に連続する縦壁部を備えたものがある。このようなプレス成形品の一例について、図９を用いて説明する。
図９に示すプレス成形品５は、平面視において二股に分岐する形状を有する天板部１と、天板部１に連続する縦壁部３を有している。以下、このようなプレス成形品５における二股に分岐した部分を分岐部２３という。

図９のような二股に分岐する形状を有する天板部１に縦壁部３を形成する際、天板部１の平面視において二股に分岐する屈曲した中央部分（分岐部中央部）に形成される縦壁部３は伸びフランジ変形となるため、縦壁部３の先端（図中の破線円で囲んだｏ部）に伸びフランジ割れが発生しやすい。

上記のような伸びフランジ割れを回避するため、一般的にこのようなプレス成形品５は以下に述べるような複数の工程で製造されている。
まず、ブランク（金属板）をパッドで押さえたフォーム成形等により、図１０に示すような、天板部１と、天板部１から第１屈曲部２を介して連続し縦壁部３の基端側となる中間縦壁部９と、中間縦壁部９から第２屈曲部１１を介して連続する棚部１３を有する中間成形品７を張り出し成形する（第１成形工程）。

次に、図１１に示すように、所定のトリムラインにそってパネルをトリムし、中間成形品７の棚部１３から不要部（図中斜線で示した部分）を除去してフランジ部２５を残す（トリム工程）。そして、第２屈曲部１１を曲げ戻してフランジ部２５を立てること（リストライク）により、中間縦壁部９とフランジ部２５に相当する部位からなる縦壁部３を成形し（第２成形工程）、図９に示したプレス成形品５を製造する。図９において図中グレーで示した部分は、第２成形工程で曲げ戻した第２屈曲部１１に相当する部分である。

上述した方法では、第１成形工程（張り出し成形）によって成形する中間成形品７を介在させることで、その後の第２成形工程（リストライク）時の伸びフランジ変形量を低減している。さらに、中間成形品７に余肉部（トリム工程で除去する部分）を設けたことから、張り出し成形時に図９に示したｏ部に相当する部分（図１０の状態では破線円で示す部分）では材料流れが抑えられるので、板厚の減少を抑制できて、第２成形工程時にｏ部に生じる伸びフランジ割れを抑制することができる。
このようなプレス成形方法として、張り出し成形とトリムを同一工程で実施する例が特許文献１に開示されている。

特開２０１７－２１７６９８号公報

発明者らは、種々の形状を持つロアアーム等のプレス成形品について、有限要素法による成形解析やプレス成形実験を実施し、分岐部２３の形状によっては、分岐部中央部に形成される縦壁部３の先端（ｏ部）だけでなく、分岐部中央部の近傍における第２成形工程で曲げ戻した部分（図９中の破線円で囲んだａ部、ｂ部である曲げ稜線方向における分岐部中央部の両側の部分、以下、単に「分岐部両側部」という）にも、成形中に割れが発生することを明らかにした。ａ部及びｂ部に割れが発生する理由について、図９、図１０、図１２を用いて説明する。

図１２（ａ）は、図１１に示した中間成形品７のＡ´－Ａ´断面図であり、図１２（ｂ）は、図９に示したプレス成形品５のＡ－Ａ断面図である。Ａ´－Ａ´断面図及びＡ－Ａ断面図は、中間成形品７及びプレス成形品５におけるａ部に相当する部分の断面を示すものである。
第１成形工程及びトリム工程によって形成された中間縦壁部９、第２屈曲部１１及びフランジ部２５（図１２（ａ）参照）は、第２成形工程によって第２屈曲部１１が曲げ戻されることで、図１２（ｂ）に示すように、縦壁部３となる。このとき、曲げ戻された第２屈曲部１１に相当する部分には加工硬化が生じるため、図中矢印で示す部分の板厚が減少する。
さらに、伸びフランジ変形によって材料不足が生じやすいｏ部が近傍にあることで（図９参照）、ａ部からｏ部へ向かう材料流れが生じる。この板厚減少及び材料流れの両作用によってａ部に割れが発生する。また、同様の理由でｂ部にも割れが生じる。

上記のような、ａ部、ｂ部に生じる割れを抑制するには、中間成形品７の第２屈曲部１１の曲げ半径を大きくするなどして、加工硬化を低減し、第１成形工程での変形量を小さくすればよい。しかし、ａ部、ｂ部に加えてｏ部もともに第１成形工程での変形量を小さくすると、その後の第２成形工程での伸びフランジ変形量が大きくなり、ｏ部に割れが生じやすくなる。
このように、従来の技術では、分岐部中央部に形成される縦壁部３の先端（ｏ部）と、分岐部両側部における曲げ戻した部分（ａ部、ｂ部）の割れを同時に防止することが難しいという課題があった。

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、ロアアーム等の、平面視において二股に分岐する形状を有する天板部と、該天板部に連続する縦壁部を備えたプレス成形品を成形する際、分岐部中央部に形成される縦壁部の先端と、分岐部両側部における曲げ戻した部分ともに、同時に割れを防止することができるプレス成形方法及びプレス成形金型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、平面視において二股に分岐する形状を有する天板部と、該天板部に連続する縦壁部を備えたプレス成形品をプレス成形するものであって、金属板をパッドでパンチに押し付けた状態で、前記天板部と、該天板部から第１屈曲部を介して連続し前記縦壁部の基端側となる中間縦壁部と、該中間縦壁部から第２屈曲部を介して連続する棚部を、前記パンチとダイが協働して張り出し成形する第１成形工程と、前記棚部から不要部を除去してフランジ部を残すトリム工程と、前記第１屈曲部の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形すると共に、前記第２屈曲部を曲げ戻して前記中間縦壁部と前記フランジ部に相当する部位からなる前記縦壁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、前記第１成形工程は、前記第１屈曲部の曲げ半径を前記目標形状における第１屈曲部の曲げ半径よりも小さく、かつ、前記第２屈曲部における分岐部中央部の曲げ半径が、該分岐部中央部の曲げ稜線方向両側の部分の曲げ半径よりも小さくなるように成形することを特徴とするものである。

（２）本発明に係るプレス成形金型は、上記（１）に記載のプレス成形方法を実現するためのものであって、前記天板部と、該天板部から第１屈曲部を介して連続し前記縦壁部の基端側となる中間縦壁部と、該中間縦壁部から第２屈曲部を介して連続する棚部を有する中間成形品を成形する第１金型と、前記棚部から不要部を除去してフランジ部を残すトリム金型と、前記第１屈曲部の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形すると共に、前記第２屈曲部を曲げ戻して、前記中間縦壁部と前記フランジ部に相当する部位からなる前記縦壁部を形成して目標形状に成形する第２金型とを備え、前記第１金型は、前記第１屈曲部を成形する第１パンチ肩部を有する第１パンチと、該第１パンチと対向して配置され金属板を前記第１パンチに押し付ける第１パッドと、前記第２屈曲部を成形する第１ダイ肩部を有する第１ダイとを有し、前記第２金型は、前記第１屈曲部の曲げ半径を目標形状に成形する第２パンチ肩部を有する第２パンチと、該第２パンチと対向して配置され金属板を前記第２パンチに押し付ける第２パッドと、前記第２屈曲部を曲げ戻す第２ダイとを有し、前記第１パンチ肩部の曲率半径R_P1が前記第２パンチ肩部の曲率半径R_P2よりも小さく、かつ、前記第１ダイ肩部における前記第２屈曲部の分岐部中央部を成形する部分の曲率半径R_DCが前記第１ダイ肩部における前記第２屈曲部の分岐部中央部の曲げ稜線方向両側部分を成形する部分の曲率半径R_DSよりも小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明においては、第１成形工程において、第１屈曲部の曲げ半径を目標形状における第１屈曲部の曲げ半径よりも小さく、かつ、第２屈曲部における分岐部中央部の曲げ半径が、分岐部両側部の曲げ半径よりも小さくなるように成形することにより、分岐部中央部の第２成形工程時の伸びフランジ変形量を抑えつつ分岐部両側部における曲げ戻し部分の板厚減少を抑えることができ、さらに、第２成形工程において、第１屈曲部から縦壁部に向かう材料流れを促進することができる。これにより、分岐部中央部に形成される縦壁部の先端と、分岐部両側部における曲げ戻した部分の割れを同時に防止することができる。

本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の説明図である。本発明の一実施の形態に係る第１成形工程及びこれに用いる第１金型の説明図である。図３（ａ）は、図１（ａ）のＯ－Ｏ断面、図３（ｂ）は、図１（ａ）のＰ－Ｐ断面を示す図である。図１（ａ）における第２屈曲部のＯ－Ｏ断面及びＰ－Ｐ断面を示す図であり、第２屈曲部における分岐部中央部の曲げ半径と分岐部両側部の曲げ半径の違いを説明する説明図である。本発明の一実施の形態に係るトリム工程及びこれに用いるトリム金型の説明図である。本発明の一実施の形態に係る第２成形工程及びこれに用いる第２金型の説明図である。図１（ｃ）のＱ－Ｑ断面を示す図である。図１（ａ）における第１屈曲部の断面及び図１（ｃ）における第１屈曲部の断面を示す図であり、第２成形工程時の材料流れを説明する説明図である。本発明の一実施の形態に係る目標形状と、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。従来のプレス成形方法の説明図である（その１）。従来のプレス成形方法の説明図である（その２）。図９に示した目標形状の成形過程でａ部、ｂ部に割れが生ずる理由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は、平面視において二股に分岐する形状を有する天板部１と、天板部１に連続する縦壁部３を有するプレス成形品５（図９参照）を成形するものであって、図１に示すように、金属板を中間成形品７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７から不要部を除去するトリム工程Ｓ３と、トリム工程Ｓ３で不要部を除去した中間成形品７を目標形状に成形する第２成形工程Ｓ５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、目標形状及び中間成形品７を説明した図９～図１１と同一部分及び対応する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、図１（ａ）に示すような中間成形品７を成形する工程であり、中間成形品７は、天板部１と、天板部１から第１屈曲部２を介して連続し縦壁部３の基端側となる中間縦壁部９と、中間縦壁部９から第２屈曲部１１を介して連続する棚部１３を有している。

このような中間成形品７を成形する第１成形工程Ｓ１は、図２に示すように、第１屈曲部２を成形する第１パンチ肩部１５ａを有する第１パンチ１５と、第１パンチ１５と対向して配置され金属板を第１パンチ１５に押し付ける第１パッド１７と、第２屈曲部１１を成形する第１ダイ肩部１９ａを有する第１ダイ１９からなる第１金型２１によって行われる。

図２（ａ）は、中間成形品７の分岐部中央部の断面であるＯ－Ｏ断面（図１（ａ）の拡大図参照）、図２（ｂ）は、分岐部両側部の一方（ａ部側）の断面であるＰ－Ｐ断面（図１（ａ）の拡大図参照）の成形下死点の状態を示す図である。なお、分岐部両側部の他方（ｂ部側）の断面も一方（ａ部側）と同様であるので図示を省略する。
図２（ａ）と図２（ｂ）を比較すると分かるように、第２屈曲部１１を成形する第１ダイ肩部１９ａに関し、第２屈曲部１１の分岐部中央部を成形する部分の曲率半径R_DC（以降、単に「ダイ肩R_DC」という）が第２屈曲部１１の分岐部両側部を成形する部分の曲率半径R_DS（以降、単に「ダイ肩R_DS」という）よりも小さく設定されている（R_DC＜R_DS）。
また、第１屈曲部２を成形する第１パンチ肩部１５ａに関し、第１パンチ肩部１５ａの曲率半径R_P1（以降、単に「パンチ肩R_P1」という）が第２成形工程で用いる第２パンチ３５の第２パンチ肩部３５ａの曲率半径R_P2（図６参照）よりも小さく設定されている（R_P1＜R_P2）。
なお、第１ダイ肩部１９ａにおける分岐部中央部を成形する部分と分岐部両側部を成形する部分の間は、Ｒ（アール）が徐々に変化する形状（徐変部）（図１（ａ）の拡大図）となっている。

上記のような第１金型２１を用いた第１成形工程Ｓ１においては、第１パンチ１５と第１パッド１７で金属板を把持した状態で、第１ダイ１９を初期位置（図示せず）から、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す下死点の位置まで下降させることで、天板部１と、天板部１から第１屈曲部２を介して連続し縦壁部３の基端側となる中間縦壁部９と、中間縦壁部９から第２屈曲部１１を介して連続する棚部１３を有する中間成形品７（図１（ａ）参照）が成形される。

中間成形品７における第１屈曲部２及び第２屈曲部１１の形状について、図３を用いて説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）の拡大図に示す中間成形品７のＯ－Ｏ断面、Ｐ－Ｐ断面である。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、中間成形品７における第１屈曲部２の曲げ半径R₁´が目標形状における第１屈曲部２の曲げ半径R₁（図７参照）より小さくなっており（R₁´＜R₁）、第２屈曲部１１における分岐部中央部の曲げ半径R_2Cが分岐部両側部の曲げ半径R_2Sよりも小さくなっている（R_2C＜R_2S）。
また、第２屈曲部１１における曲げ半径R_2Cの部分（分岐部中央部）と曲げ半径R_2Sの部分（分岐部両側部）の間は、曲げ稜線方向に曲げ半径が中央から両側に向かって徐々に拡大する徐変部となっている。
R_2C＜R_2Sとする理由について、図４を用いて以下に説明する。なお、R₁´＜R₁とする理由については第２成形工程の説明にて後述する。

図４は、第２屈曲部１１のＯ－Ｏ断面（実線、分岐部中央部）とＰ－Ｐ断面（破線、分岐部両側部）を、曲げ半径の違いが分かりやすいように重ねて示したものである。
図４に示すように、分岐部中央部の第２屈曲部１１の曲げ半径（R_2C）を小さくし、分岐部両側部の曲げ半径（R_2S）を大きくすることで、Ｏ－Ｏ断面における線長（Ｘ点からＸ´点に至る実線の距離）が長く、Ｐ－Ｐ断面における線長（Ｘ点からＸ´点に至る破線の距離）が短くなる。したがって、第１成形工程Ｓ１では、分岐部中央部の変形量が、分岐部両側部よりも大きくなっている。
なお、Ｘ点、Ｘ´点は両断面を重ねたときに両断面で共通する点である。

このように中間成形品７の第２屈曲部１１における分岐部中央部の曲げ半径を、分岐部両側部の曲げ半径よりも小さくして（R_2C＜R_2S）、第１成形工程Ｓ１において分岐部中央部の変形量を分岐部両側部よりも大きくする理由は以下のとおりである。

本実施の形態におけるプレス成形方法は、第１成形工程Ｓ１と、第２成形工程Ｓ５によって、分岐部２３の分岐部中央部に縦壁部３を形成するものであるから、第１成形工程Ｓ１における変形量が大きければ、第２成形工程Ｓ５における伸びフランジ変形量は小さくなる。
よって、中間成形品７の成形時に分岐部中央部の変形量を大きくして、中間縦壁部９の面積が広くなるように成形しておくことで、第２成形工程Ｓ５における伸びフランジ変形量が小さくなり、図９に示したｏ部の割れが抑制される。

一方、分岐部両側部では、曲げ半径R_2Sを大きくして中間成形品７の成形時における変形量を小さく抑えているので、第２屈曲部１１の加工硬化が抑えられる。さらに、上記で説明したように、第２成形工程Ｓ５においてｏ部に生じる伸びフランジ変形量も低減されるので、分岐部両側部からｏ部へ向かう材料流れも緩和され、第２成形工程Ｓ５で曲げ戻しても図９に示したａ部及びｂ部の割れが抑制される。

＜トリム工程＞
トリム工程Ｓ３は、第１成形工程Ｓ１で成形された中間成形品７の棚部１３から不要部を除去してフランジ部２５を形成する工程である。

図５は、図１（ｂ）のＢ－Ｂ断面におけるトリム途中の状態を示す図である。
トリム工程Ｓ３は、図５に示すように、上刃２７と、下刃２９と、板押さえ３１を有するトリム金型３３によって行われる。上刃２７及び下刃２９は、協働して中間成形品７の棚部１３から不要部を除去するためのものであり、それぞれ、切断するライン（トリムライン）に対応した形状のトリム刃（図示せず）を備えている。

トリム工程Ｓ３においては、第１成形工程Ｓ１で成形された中間成形品７の天板部１と棚部１３の一部を下刃２９と板押さえ３１で挟持し、例えば、上刃２７を初期位置（図示せず）から下方に相対的に移動して棚部１３から不要部（図１（ｂ）の斜線で示す部分）を切り落とすことによりフランジ部２５を形成する。

＜第２成形工程＞
第２成形工程Ｓ５は、第１屈曲部２の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形すると共に、トリム工程Ｓ３で不要部を除去した中間成形品７の第２屈曲部１１を曲げ戻して縦壁部３を形成して、目標形状に成形する工程である。

図６は、図１（ｃ）のＣ－Ｃ断面におけるリストライク下死点の状態を示す図である。
第２成形工程Ｓ５は、図６に示すように、第１屈曲部２の曲げ半径を目標形状に成形する第２パンチ肩部３５ａを有する第２パンチ３５と、第２パンチ３５と対向して配置され金属板を第２パンチ３５に押し付ける第２パッド３７と、第２屈曲部１１を曲げ戻す第２ダイ３９を有する第２金型４１によって行われる。

第２パンチ肩部３５ａは、目標形状の第１屈曲部２の内表面に対応した形状を有しており、前述したように、第２パンチ肩部３５ａの曲率半径R_P2（以降、単に「パンチ肩R_P2」という）と第１成形工程で用いる第１パンチ１５の第１パンチ肩部１５ａの曲率半径R_P1（図２参照）はR_P1＜R_P2の関係となっている。

上記のような第２金型４１を用いた第２成形工程Ｓ５においては、第２パンチ３５と第２パッド３７で中間成形品７の天板部１を把持した状態で、第２ダイ３９を初期位置（図示せず）から、図６に示す下死点の位置まで下降させることで、第１屈曲部２の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形すると共に、第２屈曲部１１を曲げ戻してフランジ部２５を立てて縦壁部３を形成し、図１（ｃ）及び図７に示すようなプレス成形品５を成形する。
図７は図１（ｃ）の拡大図におけるＱ－Ｑ断面を示すものである。

図７に示すように、プレス成形品５における第１屈曲部２の曲げ半径R₁は、中間成形品７における第１屈曲部２の曲げ半径R₁´よりも大きくなっている（R₁´＜R₁）。
R₁´＜R₁とする理由について、図８を用いて以下に説明する。

図８は、中間成形品７における第１屈曲部２の断面（破線）と目標形状（プレス成形品５）における第１屈曲部２の断面（実線）を、曲げ半径の違いが分かりやすいように重ねて示したものである。図８におけるＹ点、Ｙ´点は両断面を重ねたときに両断面で共通する点である。

図８に示すように、中間成形品７の第１屈曲部２の断面における線長（Ｙ点からＹ´点に至る破線の距離）に比べて、目標形状の第１屈曲部２の断面における線長（Ｙ点からＹ´点に至る実線の距離）が短い。よって、第２成形工程Ｓ５において中間成形品７の第１屈曲部２の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形することで（図中矢印（１））、第１屈曲部２の材料が縦壁部３の方向に流れる（図中矢印（２））。
その結果、ｏ部（図９参照）に材料が供給されるので、ｏ部における伸びフランジ割れをさらに緩和することができる。

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、中間成形品７における第１屈曲部２の曲げ半径R₁´を目標形状における第１屈曲部２の曲げ半径R₁よりも小さく（R₁´＜R₁）、かつ、第２屈曲部１１における分岐部中央部の曲げ半径R_2Cが、分岐部両側部の曲げ半径R_2Sよりも小さく（R_2C＜R_2S）なるように成形し、トリム工程Ｓ３で不要部を除去してフランジ部２５を形成後、第２成形工程Ｓ５において、第１屈曲部２を目標形状に成形しながら第２屈曲部１１を曲げ戻すと共に、伸びフランジ変形となる部位を成形している。

これにより、分岐部中央部では、中間成形品７の成形時における変形量を大きくすることで、プレス成形品５の成形時における伸びフランジ変形が抑制されているので、縦壁部３の先端に生じる割れを防止することができる。さらには、プレス成形品５の成形時において、第１屈曲部２から縦壁部３への材料流入を促進しているので、より高い伸びフランジ割れの防止効果が得られる。

また、分岐部両側部では、中間成形品７の成形時における変形量を小さくすることで、プレス成形品５の成形時における曲げ戻し部分の板厚減少が抑制され、かつ、分岐部中央部の伸びフランジ変形が抑制されることで、分岐部両側部から伸びフランジ部へ向かう材料流れも緩和され、曲げ戻し部分に生じる割れを防止することができる。

なお、上記の説明ではプレス成形を３工程に分けて実施する例を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、第１成形工程Ｓ１とトリム工程Ｓ３を１工程で行うことで、全体として２工程で行うようにしてもよい。例えば、第１成形工程Ｓ１の第１パンチ１５と第１ダイ１９にそれぞれトリム刃を設けるなどすれば、中間成形品７を成形すると同時に、不要部の除去を行うことができる。

また、分岐部２３以外の縦壁部については、前述した３工程を実施する間に成形してもよいし、別工程で成形しても本発明の実施には差し支えない。また、天板部１の成形についても同様である。

本発明の効果確認のため、図９に示すような、ロアアーム部品を目標形状とするプレス成形についてＣＡＥ解析を行った。
材料となる金属板は、板厚２．３ｍｍ、引張強度が７８０ＭＰａ級の熱延鋼板とした。
プレス成形工程は、実施の形態１で説明した、第１成形工程Ｓ１、トリム工程Ｓ３、第２成形工程Ｓ５の３工程とした。

従来例として、中間成形品７の第１屈曲部２の曲げ半径が目標形状（プレス成形品５）と同じであり、第２屈曲部１１の分岐部中央部と分岐部両側部の曲げ半径も同じであるものを２種類解析した。従来例１、２における第１屈曲部２の曲げ半径は中間成形品７、プレス成形品５ともに７ｍｍとした。第２屈曲部１１の曲げ半径は分岐部中央部と分岐部両側部ともに、５ｍｍ（従来例１）又は７ｍｍ（従来例２）とした。また、ここで曲げ半径とは、板厚中心部分の円弧に対する半径である（以下同様）。

また、比較例として、第１屈曲部２の曲げ半径は中間成形品７、プレス成形品５ともに７ｍｍとした。第１屈曲部２の曲げ半径が目標形状（プレス成形品５）と同じであり、中間成形品７の第２屈曲部１１における分岐部中央部の曲げ半径が分岐部両側部の曲げ半径よりも小さいものを解析した。比較例における第２屈曲部１１の曲げ半径は分岐部中央部を５ｍｍ、分岐部両側部を７ｍｍとした。

また、本発明例として、上記比較例に対し中間成形品７の第１屈曲部２の曲げ半径を目標形状より小さくしたものを解析した。発明例における中間成形品７の第１屈曲部２の曲げ半径を５ｍｍとし、その他の部位の曲げ半径は比較例と同じものとした。
ＣＡＥ成形解析により得られた、第２成形工程Ｓ５の下死点における、ａ部、ｂ部、ｏ部（図９参照）の最大板厚減少率を表１に示す。

種々の形状のロアアームを試作した発明者らの過去の知見では、板厚２．３ｍｍ、引張強度が７８０ＭＰａ級熱延鋼板の場合、ＣＡＥ成形解析で板厚減少率が２０％を超えると割れが発生する。よって、本実施例において割れが発生する成形限界は、板厚減少率２０％とした。

上記の表１の従来例１は、第２屈曲部１１の分岐部中央部（ｏ部）と分岐部両側部（ａ部、ｂ部）の曲げ半径を同じとし、分岐部中央部の板厚減少率が成形限界範囲内であるが、分岐部両側部の板厚減少率が成形限界範囲を超える例である。
表１に示すように、従来例１の場合、ｏ部の板厚減少率は成形限界の２０％未満であるが、ａ部、ｂ部の板厚減少率は成形限界の２０％を超えている。よって、従来例１のプレス成形方法では、ｏ部に割れは発生しないが、ａ部、ｂ部に割れが発生すると判定された。

また、表１の従来例２は、第２屈曲部１１の分岐部中央部と分岐部両側部の曲げ半径を同じとし、分岐部中央部の板厚減少率が成形限界範囲を超え、分岐部両側部の板厚減少率が成形限界範囲内となる例である。
従来例２の場合、ａ部、ｂ部の板厚減少率は成形限界の２０％未満であるが、ｏ部の板厚減少率は成形限界の２０％を超えている。よって、従来例２のプレス成形方法では、ａ部、ｂ部に割れは発生しないが、ｏ部に割れが発生すると判定された。

次に、比較例の場合、ａ部、ｂ部、ｏ部の全てにおいて板厚減少率は成形限界の２０％未満であり、いずれの場所でも割れは発生しないと判定された。

これに対して発明例の場合、ａ部、ｂ部、ｏ部の全てにおいて板厚減少率は成形限界の２０％未満であり、いずれの場所でも割れは発生しないと判定され、さらに、ｏ部において比較例よりも板厚減少率が向上しており、より良好な結果が得られた。
以上、本実施例の結果から、ロアアームのような平面視において二股に分岐する形状を有するプレス成形品の分岐部中央部の縦壁部先端と、分岐部両側部の割れを同時に防止できることがわかった。

また、上記から、第２屈曲部１１の分岐部中央部と分岐部両側部の曲げ半径の設定方法として、以下のようにすればよいことが分かる。
すなわち、第２屈曲部１１の分岐部中央部と分岐部両側部の曲げ半径を同じとし、その値を種々変更して、第２成形工程（リストライク）下死点の板厚減少率を求めることで、分岐部中央部と分岐部両側部の曲げ半径が同じであって、分岐部中央部の板厚減少率が成形限界範囲内で分岐部両側部の板厚減少率が成形限界を超える例（Ａ値）と、分岐部中央部の板厚減少率が成形限界範囲を超え、分岐部両側部の板厚減少率が成形限界内となる例（Ｂ値）とを予め求めておき、分岐部中央部の曲げ半径を成形限界範囲内となるＡ値以下とし、分岐部両側部の曲げ半径を成形限界範囲内となるＢ値以上とし、かつ分岐部中央部の曲げ半径を分岐部両側部の曲げ半径より小さく設定するとよい。

１天板部
２第１屈曲部
３縦壁部
５プレス成形品
７中間成形品
９中間縦壁部
１１第２屈曲部
１３棚部
１５第１パンチ
１５ａ第１パンチ肩部
１７第１パッド
１９第１ダイ
１９ａ第１ダイ肩部
２１第１金型
２３分岐部
２５フランジ部
２７上刃
２９下刃
３１板押さえ
３３トリム金型
３５第２パンチ
３５ａ第２パンチ肩部
３７第２パッド
３９第２ダイ
４１第２金型

Claims

平面視において二股に分岐する形状を有する天板部と、該天板部に連続する縦壁部を備えたプレス成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、
金属板をパッドでパンチに押し付けた状態で、前記天板部と、該天板部から第１屈曲部を介して連続し前記縦壁部の基端側となる中間縦壁部と、該中間縦壁部から第２屈曲部を介して連続する棚部を、前記パンチとダイが協働して張り出し成形する第１成形工程と、
前記棚部から不要部を除去してフランジ部を残すトリム工程と、
前記第１屈曲部の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形すると共に、前記第２屈曲部を曲げ戻して前記中間縦壁部と前記フランジ部に相当する部位からなる前記縦壁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、
前記第１成形工程は、前記第１屈曲部の曲げ半径を前記目標形状における第１屈曲部の曲げ半径よりも小さく、かつ、前記第２屈曲部における分岐部中央部の曲げ半径が、該分岐部中央部の曲げ稜線方向両側の部分の曲げ半径よりも小さくなるように成形することを特徴とするプレス成形方法。
請求項１記載のプレス成形方法を実現するためのプレス成形金型であって、
前記天板部と、該天板部から第１屈曲部を介して連続し前記縦壁部の基端側となる中間縦壁部と、該中間縦壁部から第２屈曲部を介して連続する棚部を有する中間成形品を成形する第１金型と、
前記棚部から不要部を除去してフランジ部を残すトリム金型と、
前記第１屈曲部の曲げ半径を目標形状の曲げ半径に成形すると共に、前記第２屈曲部を曲げ戻して、前記中間縦壁部と前記フランジ部に相当する部位からなる前記縦壁部を形成して目標形状に成形する第２金型とを備え、
前記第１金型は、前記第１屈曲部を成形する第１パンチ肩部を有する第１パンチと、該第１パンチと対向して配置され金属板を前記第１パンチに押し付ける第１パッドと、前記第２屈曲部を成形する第１ダイ肩部を有する第１ダイとを有し、
前記第２金型は、前記第１屈曲部の曲げ半径を目標形状に成形する第２パンチ肩部を有する第２パンチと、該第２パンチと対向して配置され金属板を前記第２パンチに押し付ける第２パッドと、前記第２屈曲部を曲げ戻す第２ダイとを有し、
前記第１パンチ肩部の曲率半径R_P1が前記第２パンチ肩部の曲率半径R_P2よりも小さく、かつ、前記第１ダイ肩部における前記第２屈曲部の分岐部中央部を成形する部分の曲率半径R_DCが前記第１ダイ肩部における前記第２屈曲部の分岐部中央部の曲げ稜線方向両側部分を成形する部分の曲率半径R_DSよりも小さくなるように設定されていることを特徴とするプレス成形金型。