JPH08281335A - 形状凍結性に優れたプレス成形用金属板およびその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属板をハット型断面形状に成形する際に生
ずるそり変形を防止できる金属板およびその成形方法を
提供する。 【構成】 プレス成形用の金属板であって、片面あるい
は両面に圧延方向に平行あるいは直角方向の直線状溝を
複数個有しており、溝の深さが板厚の２〜１０％、溝の
間隔が曲げ半径の２５％以下、溝の深さと幅および本数
の積が金属板の断面積の２〜１０％以内であることを特
徴とするプレス成形用の金属板及びその成形方法。 【効果】 金属板がダイス肩を通過する際に受ける曲げ
・曲げ戻し変形モーメントおよび通過後の金属板内の残
留応力を低減させ、除荷後のそり変形を軽減することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属板の曲げ成形方法に
関するものであって、特に高強度鋼板やアルミニウム合
金板などの場合に生ずるそりを防止する形状凍結性に優
れたプレス成形用金属板及びその成形方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車部品に高強度鋼板やアルミ
ニウム合金板が多用されつつあるが、それらを自動車部
品に成形する際に発生する形状凍結不良が問題になって
いる。すなわち、ハット型断面形状の部品をＵ字型の曲
げ加工用工具を用いて成形する場合には、図１に示すよ
うに、側壁にスプリングバックやそりと呼ばれる形状凍
結不良が発生することがある。この形状凍結不良は最終
製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に
行われる組立て作業において溶接不良の原因となるた
め、特にメンバーやフレームなどの構造部品では形状凍
結不良の防止が重要視されている。

【０００３】スプリングバックは曲げ加工時に金属板に
生じた残留応力が除荷時に弾性回復変形するために生ず
る現象で、残留応力が板厚方向に不均一に分布すること
が原因である。また、そりはダイス肩での曲げ・曲げ戻
し変形によるスプリングバックに加え、ポンチとダイス
間のクリアランス内における被加工材の蛇行変形が影響
する複雑な現象である。すなわち、成形中に被加工材が
ダイス肩部を通過する際、ダイス肩の入り口で曲げ変形
を受けた後、ダイス肩出口で曲げ戻し変形を受けるが、
この時に完全に元の平坦形状に曲げ戻されないため、そ
りの形状を生じる。一般には外向きのそりとなるが、ク
リアランス内で被加工材が蛇行変形する場合には、曲げ
戻し変形が強く働いて、内側にそることもある。

【０００４】一般に、スプリングバックは曲げ変形部に
引張の塑性変形が与えられるまで張力を付与すれば軽減
できることが知られている。その場合、板押え圧を高め
たり、ドロービードを設けるなどの対策がとられるが、
延性の劣る高強度鋼板やアルミニウム合金板では張力を
強くすると側壁部が破断するおそれがある。そのため、
従来は新たにリストライク工程を設けて、そりと反対側
に曲げ変形を加えて形状を矯正する方法が用いられてい
る。しかし、この方法では工程が増すため、設備コスト
や生産性に大きな欠点があった。

【０００５】この問題点を解決するため、特開昭５６−
１１７８３１号公報では、そりの発生機構の詳細な研究
からダイス肩での曲げ半径とポンチ〜ダイス間のクリア
ランスを特定の範囲に設定し、ダイス肩出口での曲げ戻
し変形を制御して、そりを防止する方法を提案してい
る。しかし、この方法では、最適な曲げ戻し変形の大き
さが被加工材の板厚や機械的性質に強く影響されてしま
うことが容易に想像できる。実際に、引張強さ４９０Ｍ
Ｐａ以上の高強度鋼板やヤング率が鋼板の３分の１程度
であるアルミ合金板では、この範囲内の条件で成形して
も十分な効果が得られないことを確認しており、板厚精
度によりそりの大きさが変動してしまうことがこの方法
の大きな問題点である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は高強度鋼板や
アルミニウム合金板などのハット型部品の曲げ成形加工
において、成形工程数を増やすことなく、板厚精度に影
響されずにそりを安定して小さい範囲に抑制できるプレ
ス成形用金属板及びその成形方法に関するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決したものでありその要旨は次の通りである。

【０００８】（１）プレス成形用の金属板であって、片
面あるいは両面に圧延方向に平行あるいは直角方向の直
線状溝を複数個有しており、溝の深さが板厚の２〜１０
％、溝の間隔が曲げ半径の２５％以下、溝の深さと幅お
よび本数の積が金属板の断面積の２〜１０％以内である
ことを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形用金属
板。

【０００９】（２）上記（１）記載の金属板であって、
曲げ変形を受ける部分の片面あるいは両面に圧延方向に
平行あるいは直角方向の直線状溝を複数個有し、溝の断
面形状が矩形あるいは円弧状、あるいはそれらを合成し
た形状からなり、溝の深さが板厚の２〜１０％、溝の間
隔が曲げ半径の２５％以下、溝の深さと幅および本数の
積が金属板の断面積の２〜１０％以内であることを特徴
とする形状凍結性に優れたプレス成形用の金属板。

【００１０】（３）上記（１）または（２）記載のプレ
ス成形用金属板をハット型断面形状に成形する方法にお
いて、金属板の溝の方向と曲げ線の方向が平行となるよ
うに設定することを特徴とする形状凍結性に優れたプレ
ス成形用金属板の成形方法。

【００１１】

【作用】以下に図面を参照しながら本発明の詳細を説明
する。

【００１２】図２は両面に複数個の矩形形状をした溝を
有する場合の金属板の断面形状であり、図３（ａ）
（ｂ）（ｃ）は溝部の詳細図である。溝は深さａ，幅ｂ
の矩形形状からなり、間隔ｃで金属板の両面に等間隔に
配置されている。図４は成形作業前の位置であり、本発
明に関連する部分のみを示す。板押え１はポンチ２とと
もに上部にあり、被加工材である金属板５はダイス３上
にある。

【００１３】図４において、金属板をハット型断面形状
を有する部品に成形する場合、ダイス上面に金属板を載
せ、板押え板で被加工材を拘束しながら、上方からポン
チで所定の深さまで成形する。その際の被加工材の移動
過程と変形状態の関係を以下に述べる。

【００１４】図５に示す第２段階では、ポンチを下降さ
せて、金属板５の成形を開始する。ポンチの進行に伴
い、被加工材はダイス上面および下面から垂直圧力と摩
擦力を受けながら摺動した後、ダイス肩入り口ｄでダイ
ス肩半径に相当する曲げ変形を受ける。この際、被加工
材の内部では中立軸近辺以外の大部分の領域が塑性変形
する。すなわち、曲げの外側の領域は伸び変形状態、内
側の領域は圧縮変形状態となる。

【００１５】第３段階では、図６に示すように、被加工
材はダイス肩出口ｅにおいて、ダイス肩入り口ｄの場合
とは反対に、ダイス肩半径に相当する曲げ戻し変形を受
けた後、ダイス穴内に流入する。この時の曲げ戻しに要
したモーメントが弾性応力として被加工材中に残存す
る。その結果、除荷時に残留応力が解放されてモーメン
トを発生し、図１に示すそり変形となるものであり、被
加工材の曲げ変形抵抗が大きいほど残留応力も大きいた
め、高強度鋼板では大きなそり変形が発生する。また、
アルミニウム合金板のようにヤング率の低い金属板の場
合には、曲げ変形抵抗は大きくなくても、小さいヤング
率に起因して弾性曲げ剛性が小さいため、そり変形が大
きくなる。

【００１６】本発明の方法では、図２および図３に示す
ように、金属板の両面あるいは片面に、曲げ線に平行
で、間隔の小さい溝を多数設けておくことにより、この
金属板がダイス肩を通過する際に受ける曲げ・曲げ戻し
変形モーメントおよび通過後の金属板内の残留応力を低
減させ、除荷後のそり変形を軽減することを特徴として
いる。その際、本発明の方法では、ダイス肩部で被加工
材に加えられる曲げ変形が、流入方向に均一になるよう
に、溝の間隔を一定かつダイス肩半径より十分小さくし
てある。

【００１７】本発明の方法において、溝の深さａが小さ
い場合には、曲げ・曲げ戻し変形モーメントが小さくな
るため、そり変形の低減効果が得られないと言う問題が
あり、反対にａが大きすぎると、ポンチから被加工材に
加えられる張力に耐え切れずに、成形途中で曲げ破断が
発生し易くなる。従って、ａの値は板厚の２〜１０％で
あることが望ましい。また、溝の幅ｂの大小は溝の深さ
ａおよび間隔ｃの大小と関連しており、ａとｂが小さく
ｃが大きい場合には、曲げ・曲げ戻し変形モーメントの
軽減量が小さくなるため、そり変形の低減効果が得られ
ないと言う問題があり、反対にａとｂが大きくｃが小さ
い場合には、成形部品の強度特性が不足してしまう。そ
れ故、ｃの値は曲げ半径の２５％以下、ａ×ｂ×本数ｎ
の積が金属板の断面積の２〜１０％以内であることが望
ましい。

【００１８】

【実施例】図２〜６は本発明金属板および曲げ成形方法
の実施例を示し、図２〜３は金属板の断面図、図４〜６
は曲げ成形装置であり、本発明に関連する部分のみを示
す。

【００１９】被加工材である金属板５の寸法は、板厚
１．６ｍｍ、幅１００．０ｍｍ、長さ２４２．０ｍｍの
矩形形状であり、矩形板の両面には端部より２．０ｍｍ
の位置から深さ０．１ｍｍ、幅１．０ｍｍの溝が２．０
ｍｍの等間隔で他の端まで設けられており、材料特性値
は表１に示す通りである。

【００２０】曲げ成形装置の工具寸法は、ポンチ２が断
面長さ８０．０ｍｍ、幅１００．０ｍｍ、肩半径１０．
０ｍｍ、ダイス３が断面長さ８３．２ｍｍ、幅１００．
０ｍｍ、肩半径５．０ｍｍであり、ポンチ〜ダイス間の
クリアランス４は１．６ｍｍである。板押え１、ポンチ
２およびダイス３の材質は冷間鍛造用工具鋼ＳＫＤ−１
１を熱処理したものであり、被加工材６の摺動が容易に
行えるように、表面仕上げを施した。

【００２１】成形方法としては、図４に示す第１段階で
は、金属板５に防錆油を塗布した後、所定の位置に置
き、板押え１で拘束した。拘束力は１０．０ｋＮとし
た。

【００２２】図５に示す第２段階では、５０．０ｍｍ／
分の成形速度でポンチ２を下降させて、金属板５の成形
を開始する。ポンチ２の進行に伴い、ダイス３上にある
被加工材６はダイス３の面上を滑り、ダイス肩入り口ｄ
を通過してダイス穴内に流入する。

【００２３】図６に示す第３段階では、ダイス穴内に流
入した被加工材６はダイス肩出口ｅを通過し、ポンチ２
〜ダイス３の間を摺動した後、成形深さ４０ｍｍの位置
で成形を終了する。成形が終了した後、ポンチ２を最初
の位置まで戻すとともに、板押え１を解放して被加工材
６を取り出した。図７は本発明による曲げ成形品の断面
形状を示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明の金属板には、両面あるいは片面
に、曲げ線に平行で、間隔の小さい溝を多数設けられて
おり、この溝の存在は金属板がダイス肩を通過する際に
受ける曲げ・曲げ戻し変形モーメントおよび通過後の金
属板内の残留応力を低減させ、除荷後のそり変形を軽減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハット型断面形状部品のそり変形の断面図。

【図２】本発明の金属板の断面図。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施例金
属板の溝部の詳細断面図。

【図４】本発明に用いる工具および金属板の成形前の状
態の断面図。

【図５】成形中に被加工材の一部がダイス肩入り口での
曲げ変形を受けた後、ダイス穴内に流入した状態の断面
図。

【図６】ダイス穴内に流入した被加工材がダイス肩出口
ｅを通過し、ポンチ〜ダイスの間を摺動した後、所定の
成形深さの位置で成形を終了した状態を示す図。

【図７】本発明の実施例により得られたハット型断面形
状部品の断面図。

【符号の説明】

１…板押え ２…ポンチ ３…ダイス ４…ポンチ〜ダイス
間のクリアランス ５…成形前の金属板 ６…成形中の被加工
材 ａ…金属板の溝の深さ ｂ…金属板の溝の幅 ｃ…金属板の溝の間隔 ｄ…ダイス肩入り口
部 ｅ…ダイス肩出口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 亨 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 上西朗弘 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス成形用の金属板であって、片面あ
   るいは両面に圧延方向に平行あるいは直角方向の直線状
   溝を複数個有しており、溝の深さが板厚の２〜１０％、
   溝の間隔が曲げ半径の２５％以下、溝の深さと幅および
   本数の積が金属板の断面積の２〜１０％以内であること
   を特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形用金属板。
2. 【請求項２】 溝の断面形状が矩形あるいは円弧状、あ
   るいはそれらを合成した形状である請求項１記載の形状
   凍結性に優れたプレス成形用金属板。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の金属板をハット
   型断面形状に成形する方法において、金属板の溝の方向
   と曲げ線の方向が平行となるように設定することを特徴
   とする形状凍結性に優れたプレス成形用金属板の成形方
   法。