JPS59206118A - 薄板の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プレス成形及びロール成形による薄板の成形
方法に関する。

薄板のプレス成形及びｐ−ル成形においては、いずれも
成形中の板面内に圧縮応力の発生を避けることは極めて
難しく、該応力を原因とするしわや面歪等の歪発生が問
題となっており１これらの歪発生の防止策及び発生した
歪の消去量が柚々検討されている。

そのうち薄板のプレス成形、特に自動車用外板パネル成
形においては、比較的広い範囲に生ずる高さの低いしわ
のような面歪と称される面不良が問題となっている。例
えば第１図に示すようなブランク（１００）　（０，７
Ｘ６００　Ｘ　６００　ｖｍ　）のプレス成形によるパ
ネルでは底中央部に面歪（１０１）が発生し、その面歪
（１０１）　　の大きさは第２図に示すように、成形ス
トロークの進行と共に−Ｈビークをむかえ消去過程に入
る。そして成形後、この面歪（１０１，）が許容限界値
以下であれば製品として使用され石が、その限界値を超
える場合、次のような対策がとられる。即ち、■成形ス
トローク下死点でポンチとダイの間で板の面歪（１０１
）ｉ圧迫矯正する方法や、■板面方向の張力バランスを
金型形状により適切に制御する方法等である。これらの
方法の欠点は面歪消去の適切条件が明らかでなく、実際
のプレス現場作業で数多くの試行錯誤的なトライアルを
繰り返しても尚その条件が見い出せないのが通常である
。従って、■より成形性の優れた材料の使用により面歪
発生の防止を図る等の対策がとられるｏしかし材料の成
形グレートが高いと、その分だけ材料コストが高くなり
好ましくない。

又、薄板のロール成形においては、エツジバックリング
が問題となっている。第３図には電縫管成形で一般に用
いられるパスライン（２００）　　におけるエツジ及び
ボトムの描く軌跡即ちエツジライン（２０１）及びボト
ムライン（２０２）が示されているが、いずれの方法に
おいても板巾方向のエツジ部とその他の部分との間にそ
の軌跡（長手方向）長さに差を生ずるため、成形中に長
手方向に沿って圧縮応力が発生し座屈が生じゃすい０特
にボトムラインコンスタン）　（ｌｉ）のプロセスでは
成形前半過程にエツジが多く伸ばされるので成形後半過
程にその伸ばされ穴量に相当するだけそのエツジ部は縮
められて成形されるが、成形前半過程のこのエツジの伸
び（エツジストレッチ）が大きいほど、成形後半過程で
このエツジが縮められた時に該エツジ部に圧縮応力が発
生し座屈が生じやすい。このエツジバックリング対策と
して、■ダウンヒル成形方式や、■成形配分を考慮した
スタンド孔型によりエツジストレンチを最小にする方法
、■フィンパスリダクションによる矯正、■エツジガイ
ドロールによる拘束などが採られているが、これらの対
策にも限界があり、一定の管外径に対して成形できる薄
肉限界が存在し、これより薄肉ではエツジバックリング
を生じてしまう危険がある□ 本発明は従来技術の以上のような欠点に鑑みてなされた
もので、薄板成形において、しわ、面歪等の面不良を軽
減、制御することを目的としている。

以下本発明の詳細な説明する。

面歪、しわ等面不良の原因は主として不均一な引張りに
よって誘発された圧縮応力による座屈であり、この座屈
特性をシミュレートする方法として四角板対角引張りテ
ストがある。この試験法は正方形板を対角方向に一定量
引張り、その時のしわ高さで耐座屈特性を評価するもの
であるが、この変形様式は現実の薄板成形における面不
良のメカニズムをかなり良くシミュレートしている。本
発明者はこのような試験法において、四角形板を対角引
張りする前に局部加熱あるいは冷却して温度勾配をつけ
ておくと最終的に残留する面歪を小さくできることを見
い出した。第４図は上記四角形板（ａＯＯ）の試験片を
、■加熱せず普通に対角引張りを行なった場合、■しわ
発生部位（３０１）となる中央部（３０２）をあらかじ
め加熱した後対角引張りを行なつ友場合、及び■該中央
部（３０２）の両側をあらかじめ加熱した後対角引張り
を行なつ几場合の各試験方法の概略を表わす説明図であ
り、そのうち局部加熱部分は斜線で示されている。その
結果、第５図に示すように中央部（３０２）の両側をあ
らかじめ加熱してから変形させると室温に戻った時点で
の残留しわ高さをかなり小さく抑えることができるとい
うことがわかった０他方、本発明者は別の方式で該試験
を行なった結果、液体窒素をノズルより噴射する等して
前記中央部（３０２）を冷却してもやはり残留しわ高さ
を局部加熱した場合と同様に小さくできることを確認し
た。これらの方法が四角板対角線引張りにおける座屈し
わを小さくするために有効なのは次のよりな理由による
と考えられる。

■四角形板（３００）の中央部（３０２）は不均一引張
り変形を受け、それにより該中央部（３０２）両側には
引張りと直交する方向に且つ中央部方向に向けて圧縮応
力が発生し、この中央部（３０２）にしわが生じやすく
なる。もし中央部（３０２）の両。

側を加熱しておけば、その部分は熱膨張のためにたるん
だようになるため、中央部（３０２）に引張り変形のみ
が集中し均一に伸びてしわが発生しにくくなる。即ち、
加熱のため該中央１（３０２）両側には、幅方向に発生
する圧縮応力を打消す方向に熱応力が発生し作用するか
らである０又、■中央部（３０２）を冷却して対角引張
ｖ′ｆｔ：行なうと冷却による収縮のため中央部（３０
２）　　の引張９応カレベルが引張り方向、直角方向共
に高くなり、不均一引張りによる幅方向圧縮応力を打消
すからである。ただし、局部加熱を行なう場合、加熱時
に既にその部分が座屈し、しわとなる場合があるが、こ
のしわは非常に小さい。その後の圧縮応力の発生を抑制
する効果の方が大きく、残留しわ高さは局部加熱をしな
い対角引張りをする場合に比べ、はるかに小さくできる
。一方、局部冷却を行なう場合、冷却後その冷却部が再
び他の部分と同じ温度になる過程で熱膨張を起こし、こ
のため中央部（３０２）の面歪を大きくするような悪影
響を与えることが懸念されるが、実際には成形中の歪発
生が小さく抑えられ、結局、最終的に残留するしわ高さ
は中央冷却した方がはるかに小さくなる。

このように成形等の変形前に四角形板（ａＯＯ）に適当
な温度分布を与えておくと、主として応力状態が変化し
、幅方向圧縮応力を小さくコントロールすることができ
、最終的に残留する座屈等の面歪を小さくできることが
わかつた〇 以上のような知見に基づき本発明者等は薄板の成形時に
発生する歪を防止するため、成形後圧縮応力が発生する
こととなる部分と非発生部分との間に温度差を設けて成
形を行なう本発明を創案した。

以下本発明の実施例につき説明する。

〔実施例１〕 本実施例でハ、薄板をプレス成形して自動車用外販パネ
ルにする前に局部加熱を行なった。通常、プレス機械の
ポンチ行程の一周期の時間に数秒間であり、この生産性
を維持するには、この−周期の時間内にブランク（薄板
）の局部加熱をするのが望ましい。そのため本実施例で
は第６図及びそのＡ−Ａ線断面を表わす第７図に示され
る局部加熱速度の大きい接触加熱装置を用いる。

この接触加熱装置は、上下平行に二つの加熱体（１０２
）　（１０３）が設けられ、その向がいあう面に互いに
かみ合う圧接子（１０４）　（１０５）が固着し、又、
加熱体（１０２）　（１ｏａ）の中にそれぞれ電気抵抗
発熱体（１０６）が埋め込まれている。この電気抵抗発
熱体（１０６）は外部からケーブル（１０７）を経て供
給される重力により発熱し、その熱が加熱体（１０２）
　（１０３）に伝熱して前記圧接子（１０４）　（１１
１５）を昇温せしめる。

この圧接子（１０４）　（１０５）の接触面形状及び該
接触面位置は、成形して得ようとするパネル形状毎に問
題となる面歪形状及びその発生部位を確定し、それから
得られる適切条件を満たすものにより決定される。換言
すれば、成形後圧縮応力が発生することとなる部分をつ
きとめ、この部分と非発生部分との間に温度差を設ける
ことができるようブランク（１００）の局部加熱部位全
決定し、これにより圧接子（１０４）　（１０５）の接
触面形状及びその位置が決められる。又、圧接子（１０
４）（１０５）　の温度は電流制御によりほぼ一定に保
持される。更に加熱体（１０２）は、フレーム（ｉｏｓ
）　　の中に吊下され、空圧シリンダ（１０９）により
下の加熱体（１（１３）に平行に昇降できるように設置
されており、この加熱体（１０２）の昇降によりブラン
ク（１００）′ｆｃ一定時間だけ接触加熱できるように
している。尚、（１１０）は加熱体（１１１２）　（１
０３）の周りに設けた断熱材である。

以上のような装置を用い、次のような手順で本発明法を
実施した。甘ず所定のブランク（１１１０）　ｆ下方の
圧接子（１０５）の上に載せる。

次に空圧シリンダ（１０９）’ｉ作動させて加熱体（１
０２）　　全下降させ、圧接子（１０４）及び（１（１
５）をブランク（１００）に接触させてその局部加熱を
行なう。この局部加熱は成形後面歪が発生することとな
る部分の周囲即ち圧縮応力が発生することとなる部分に
行ない、これによって面歪発生部分とその周囲の局部加
熱した応力発生部分との間に所定の温度差が設けられる
。その後加熱体（１０２）ｉ上昇せしめてこの局部加熱
を中止し、ブランク（１００）は直ちにプレス機械（図
示なし）の型にセソトされ成形される。

以上のような接触加熱を行なう場合、局部加熱部位は一
般に面歪が生ずべき部位の周辺の比較的小さな面積であ
り、大きな加熱用電力は必要としない。通常は１〜５　
ＫＷの電力で十分である。又、この範囲の電力を用いて
板厚０．８　ｍのブランクを局部加熱すると、１〜２秒
でｉｏｏｏｏまで加熱されるので、局部加熱のためにプ
レス作業のサイクルタイムが長くなることはほとんどな
いＯ 以上のようにして局部加熱されたブランク（１００）　
’ｉｉプレス成形すると、熱応力が発生し、これにより
面歪の原因となる圧縮応力が消去されるか或はかなり小
さく抑えられ、成形中の面歪は発生しないか或はかなり
小さくなって、成形後のパネルの面歪を十分限界値以下
にすることができた。

〔実施例２〕 上記実施例１とは異な９局部冷却を行なって面歪の発生
を抑止しプレス成形を行なった。この冷却部位は、圧縮
応力が作用する部分であって、面歪発生部そのものであ
ることが多い。本実施例で局部冷却用に用いられる装置
吋は、前記実施例に使用された接触加熱装置ｄの加熱体
（１０２）　（１０３）の代わりに、第８図に示す接触
冷却体（１１１）？：用いており、液体窒素（１１２）
の入った金属容器で構成され、その外面に圧接子（１１
３）が固着されている。この冷却体（１１１）の上方に
は孔（１１４）と、液体窒素補給用ホース（１１５）が
設けられており、外部からの入熱により蒸発する窒素を
孔（１１４）から外気へ排出し、他方、ホース（１１５
）を経て外部タンクから液体魯累を補給しているので、
冷却体（１１１）は一定温度に保たれる。このような冷
却体（１１１）により極低温に保たれた圧接子（１１３
）をブランク（１００）の所定冷却部位に接触させて、
上記実施例と同一の手順で局部冷却を行なった。

以上のようにして局部冷却されたブランク（ｘｏＯ）ｅ
プレス成形すると、成形中の面歪はほとんど発生せず、
成形後のパネルの面歪を十分限界値以下にすることがで
きた。

尚、ブランク（１００）の加熱又は冷却方法は上記実施
例１及び２に述べた接触式に限られるわけではなく、例
えば高温ガスあるいは冷風を吹き付けても良い。この場
合は、所定の局部だけを加熱あるいは冷却するため、そ
の局部以外の部分はマスキングされ、ガス吹き付けを行
なうこととなる。又、電磁誘導による局部加熱も短時間
加熱に適している。

更に本発明者等が行なった種々の実験結果から局部加熱
又は局部冷却によって生ずる各部の温度差は室温に保た
れる非加熱又は非冷却部分を基準にし、加熱又は冷却部
分を上下に２００°０以内の範囲にすることが望ましい
。これはそれ以上の温度差を取ろうとすると、それだけ
局部加熱又は冷却の時間が長くなり、その間に板面内の
熱伝導によって温度分布が拡散し、鋭い温度分布が得ら
れないからであるの又、例えばブランクを局部冷却する
と、その部分が熱収縮しようとして、引張り応力を発生
するが、その応力値が降伏応力を越えるような温度差を
つけても、成形中の応力状態が変化する効果がほぼ飽５
ｆｎ　Ｌ、でしまい、逆に冷却部が室温に戻る時の熱膨
張が最終歪を大きくするようなデメリットの方が残って
しまう可能性があるからである。更にブランクの局部加
熱の時は、板温度があまり高くなるとプレス用鋼板に塗
布された防錆潤滑油が変質し、後行程での化成処理性が
劣化することもあるからである０又、ブランクの局部冷
却を行なうと結露を生ずるので、防錆的な観点からこれ
をホットガス等でパージする必要がある場合もあり、板
温度を下げすぎるとそれだけ後のパージ処理が大変とな
るからである。

〔実施例３〕 本実施例では薄板ストリップを電縫管に成形する場合に
本発明法を実施し念。ストリップのロール成形では先述
の如くエツジがセンタのパスラインに対して立上って行
く前半の成形過程でエツジがセンタ側よりも伸びてしま
う。しかし最終的には長さ方向の全歪はエツジ、センタ
とも同一になるので、後半の成形過程ではエツジ部とセ
ンタ部の歪差は相対的に縮められ、はとんどその差は生
じない。このような条件下では後半の成形過程でもエツ
ジの長手方向応力が座屈を生ずるほどの圧縮となること
は通常の適正な操業条件下ではない。これに対し、前半
の成形過程でエツジとセンタの長手方向の伸びの歪差に
よりエツジが塑性に入るほど引張られると、後半の成形
過程でエツジに圧縮応力が作用しエツジバックリングを
生ずる。そこで本実施例では長手方向伸びを巾方向全体
に均一化させる目的でエツジが伸びる前半成形過程にお
いてエツジ部を加熱して熱膨張せしめ、逆に後半の成形
過程でエツジ部を冷却して熱収縮させることにより、エ
ツジとセンタ間の応力差を極めて小さくするようにした
。即ち、本実施例では成形前半過程で、成形後圧縮応力
が発生することとなるエツジ部分を加熱して非発生のセ
ンタ部分との間に温度差を設け、又、成形後半過程でこ
の温度勾配を逆転させてエツジ部分を冷却し、ここでも
センタ部分との間に温度差を設けたものである。

実際の製造ラインでは成形の途中で加熱するのが空間的
、時間的に困難であるから成形開始の前にエツジ加熱を
することとした。このようにしても成形前半過程で長手
方向伸びが巾方向全体に均一化され、後半過程でのエツ
ジの受ける圧縮が軽減され十分な効果がある。

第９図は本実施例に係る電縫管ロール成形法を示したも
のであｐ、ｉａ段のステップロールタイプ成形機（小径
エツジガイドロールを使用しない形式）を使用し、板厚
ｔ　”：’　０．５　ｍのストリップを成形し、直径０
．Ｄ＝　４２．６燗に造管した（　ｔ、／Ｄ　＝　１．
１７％）。

この時のパスラインは０．６　Ｘ　Ｏ，Ｄのダウンヒル
タイプである。壕ずストリップ（２０３）が第１０−ル
（１）に進入する前に局部加熱装置（２０４）を用いて
、ストリップ（２０３）のエツジ（２０５）　（２０５
）を加熱している。局部加熱装置（２０４）　はその断
面が第１０図に示されており、ストリップ（２ｎ３）の
エツジ（２０５）　（２０５）を両面から加熱するバー
ナ（２０７）と、センタ（２０６）（ｉ−／（−す（２
０７）の加熱からマスキングするためストリップ（２０
３）をはさみ相対して平行に設けられ几マスキングプレ
ート（２０８）　（２０８）からなる。局部加熱装ｆｆ
（２０４）により火炎（２０９）を吹き付けて、ストリ
ップ（２０３）の幅の１／６だけそれぞれのエツジ（２
０５）　（２０５）　７ｆｃ１５０°０前後に上昇せし
め、成形バスツイン（１〜１３段目のロール）に入り成
形を開始し比。

その後、センタ（２０６）の歪が大きくなりエツジ（２
０５）とセンタとの歪差が小さくなる９段目以降のロー
ル間（（９）乃至α→）で、エツジ（２０５）　＜２０
５）　’ｉ冷冷風て強制冷却した。尚、エツジ（２０５
）　（２０５）の加熱には高温ガスを吹き付けるほか、
電磁誘導などで短時間に鋭い温度分布を与えるのが望ま
しい。又、第９図中、（２１０）　（２１１）はシーム
ガイドロール、（２１２）は肪導加熱コイル、（２１３
）は高周波発振器、（２１４）は３０−ルタイプスクイ
ズロールスタンドであり、ストリップ（２０３）のエツ
ジ（２０５）　（２ｏｓ）を集中的に加熱し、圧接して
電縫管を製造するものである。

以上のようにして電縫管を製造しｆｃが、その電縫管に
はエツジバックリングが全く発生しなかった。これに対
し、このパスラインでエツジ（２０５）　（２０５）の
局部加熱及び冷却を行なわないで電縫管を製造したなら
ば、エツジバックリングが発生した。そのしわ高さは２
．２■、しわのピッチは２００咽で、これを余剰線長率
（エツジストレッチ）に換算すると約０．０５％であっ
た。

以上説明したように本発明法は成形後圧縮応力が発生す
ることとなる部分と非発生部分との間に温度差を設けて
成形するといり簡単な操作により、しわや面歪等の発生
を抑えることができるという優れた効果を有しており、
従来の面不良対策に比べ材料の成形グレードを高くする
必要がなく材料費等のコスト面で有利であり、又、薄肉
の鋼板に適用できるという大きな利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレス成形パネルにおける面歪発生の状態を示
す説明図、第２図は成形ストロークの進行に伴う面歪の
高さを示すグラフ図、第３図は円管成形における各種パ
スラインの代表例を示す説明図、第４図は四角形板対角
引張りテストの説明図、第５図は該テストにおける残留
しわ高さを表わすグラフ図、第６図は接触加熱装置の正
面図、第７図は第６図Ａ−Ａ線断面図、第８図は接触冷
却装備の冷却体説明図、第９図は電縫管ロール成形にお
ける本発明法の一実施例を示す説明図、第１０図は該実
施例に使用される局部加熱装置の説明図である。 １図中、（ｔｏｎ）はブランク、（１０２）　（１０３
）はｈｌ熱体、（１１１）は冷却体、（２（１３）はス
トリップ、（２０４）に局部加熱装置、〔２ｎ５）はエ
ツジを各示す。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　　明　　者　　　上　　　野　　　　　　　　座間
　　　　　　　　　　吉　　　坤　　　　直　　　武同
　　　　　　　　　　由　　　１）　　征　　　史同　
　　　　　　　　三　　　原　　　　　　　　豊同　　
　　　　　　　鈴　　　木　　　孝　　　司第１図 づ 第２図 光〕抵ストローク ０ ≧Ｏ 第４図 （ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）手続補正
書 昭和、ｆｒ年７月２１″日 特許庁長官　　若　杉　７１１　　大　殿（特許庁審査
官　　　　　　　　　　　　　　　　殿）ｌ　事件の表
示 昭和！２　年　待　　許　願第　ど（ｙ／７５７　号事
件との関係　　　　　　出願人日本鋼管株式会社４、代
理人 ５　補正命令の日付 ［１− ６補正の対象 図面 ７、補正の内容　別紙のとおり 補　　　正　　　内　　　容 Ｚ本願添附図面中「第１図、第２図」を別紙のように訂
正する。 （田田）ニーωＴ区重

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成形後圧縮応力が発生することとなる部分と非発生部分
   との間に温度差を設けて成形を行なうことを特徴とする
   薄板の成形方法０