JPWO2014112056A1 - プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

天板部、縦壁部、及びフランジ部を備え、長手方向に湾曲部を少なくとも１つ有する最終成形品をプレス成形する方法であって、天板部、縦壁部、湾曲部、及びフランジ部を形成する際に、縦壁部とフランジ部との交差部と湾曲部の曲率中心とを結ぶ水平線を含み前記高強度鋼板と垂直な平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα１になるまでフランジ部を交差部で折り曲げ加工する第１成形工程と、前記平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα２になるまで、前記第１成形工程後のフランジ部を交差部で追加折り曲げ加工する第２成形工程とを有し、α１−α２である追加折り曲げ角βを所定の範囲にして、最終成形品の反り及び捻れを低減するプレス成形方法。

Description

本発明は、高強度鋼板を、長手方向に湾曲部を有する最終成形品に成形するプレス成形方法に関する。特に、本発明は、残留応力による最終成形品の反り及び捻れを抑制するプレス成形方法に関する。

近年、自動車の燃費向上・衝突安全性向上の観点から、特に骨格部品において引張強度の高い高強度鋼板やアルミニウム合金が用いられるようになってきた。引張強度が高い素材は、素材の板厚を厚くすることなく衝突性能が向上することが可能であるため、軽量化には有用である。

しかしながら、材料の高強度化により、プレス成形時の残留応力による最終成形品の反り及び捻れが大きくなり、最終成形品の形状精度の確保が課題となっている。

最終成形品の形状精度が確保できていない場合には、車両への組付け時に相手部品との間に隙間が生じ、隙間量が大きい場合には組付け不良が発生する。よって、最終成形品には厳しい形状精度が要求される。また、最終成形品の湾曲部の曲率が小さい部品、即ち、湾曲部の曲率半径が５０〜２０００ｍｍの場合には、形状精度の高さが特に要求される。湾曲部の形状は、円弧又は連続的に曲率が変化する曲面である。この湾曲部が最終成形品に複数存在する場合には、最終成形品の面内応力に伴う、最終成形品の長手方向の反り及び捻れが大きい。そのため、最終成形品の精度を確保することがさらに難しい。

従来の一般的な形状精度不良対策としては、最終成形品の試作や過去の経験により、スプリングバック発生量を予測し、所定の寸法を満足するように金型形状を最終成形品の形状と異なる形状に仕上げる方法が採られている。また近年では、最終成形品の試作前に最終形状をもとに有限要素法によるスプリングバック等のプレス成形解析を行って金型を製作し、試作における金型修正の回数を減らしている。

しかし、試行錯誤に基づく金型設計では、十分に反り及び捻れを低減する金型形状を考案し、成形条件を確立するまでの時間が長期化する問題があった。また、試行錯誤で金型設計を行うことから金型修正費用が嵩み、最終成形品の低コスト化が阻害される問題があった。

最終成形品の形状精度向上対策として、最終成形品にビードを付与することにより、最終成形品の反り及び捻れを抑制する技術（特許文献１）が開示されている。また、ダイスとブランクホルダーの保持面間で、ブランクを局部押圧してブランクにビードを成形することにより、縦壁部の張力を増加させて最終成形品の形状精度を確保する技術（特許文献２）が開示されている。

特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、最終成形品にビードを付与して製品形状を改良することにより、スプリングバックを抑制するものである。したがって、適用できる最終成形品の形状が限定され、汎用的でない問題があった。

特許文献３には、天板部、縦壁部及びフランジ部を備えるハット型断面形状を有するプレス成形品の形状精度を向上させるプレス成形方法が開示されている。特許文献３に記載されたプレス成形方法は、金属板を、縦壁部とフランジ部との間にテーパー部を有する中間成形品にプレス成形し、その中間製品のテーパー部とフランジ部を再度プレス成形して最終成形品を得るものである。

しかし、特許文献３に開示されたプレス成形方法は、最終成形品における、縦壁部とフランジ部の角度の精度を高め、フランジ部の平坦度を改善するものであって、最終成形品全体の反りや捩れを抑制するものではない。

特許文献４には、天板部及び縦壁部を備え、湾曲部を有する最終成形品の形状精度を向上させるプレス成形方法が開示されている。特許文献４に記載されたプレス成形方法は、金属板を、天板部と縦壁部の曲げ角度が最終成形品よりも多い曲げ量となる中間製品に曲げ加工した後、最終成形品の曲げ角度まで戻す曲げ加工をするものである。

しかし、特許文献４のプレス成形方法では、金属板が軟鋼板等、引張強度が高くない金属板の場合には、最終成形品の反りや捻れを抑制できるものの、高強度鋼板等、引張強度の高い金属板の場合には、最終成形品の反りや捻れを抑制することはできなかった。また、最終成形品がフランジ部を備え、断面形状がハット型である場合には、湾曲部の内側のフランジ部に引張の応力が残留しやすいため、最終成形品の反り及び捻れがさらに大きくなる問題があった。

特開２００４-２５２７３号公報 特開平１１-２９０９５１号公報 特開２００６−２８９４８０号公報 特開２００４−１９５５３５号公報

本発明は、高強度鋼板をプレス成形するとき、湾曲部の内側に残留する引張応力に起因して発生する最終成形品の反り及び捻れを、最終成形品にビードを設置すること等をせずに低減することができるプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、高強度鋼板から、天板部、縦壁部及びフランジ部を備え、長手方向に、最小曲率半径が５０〜２０００ｍｍの湾曲部を少なくとも１つ有する最終成形品をプレス成形するに際し、最終成形品の反り及び捻れを小さくするためには、次のことが必要であることを知見した。

本発明は、プレス成形の工程を、
１）縦壁部とフランジ部との交差部と湾曲部の曲率中心とを結ぶ水平線を含み高強度鋼板と垂直な平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα_１になるまでフランジ部を交差部で折り曲げ加工する第１成形工程と、
２）前記平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα_２になるまで、前記第１成形工程後のフランジ部を交差部で追加折り曲げ加工する第２成形工程と、
に分ける。

このとき、α₁−α₂で表される追加曲げ角βが所定の範囲であるときに、最終成形品の反り及び捻れが低減されることを、本発明者らは知見した。また、本発明者らは、スプリングバックが発生しやすい、引張強さが４４０〜４６００ＭＰａの高強度鋼板を用いる場合であっても、追加折り曲げ角βを所定の範囲にすることにより、引張強さが４４０ＭＰａ未満の鋼板を用いる場合と同程度の反り量及び捻れ量にできることを知見した。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）天板部、縦壁部、及びフランジ部を備え、長手方向に湾曲部を少なくとも１つ有する最終成形品をプレス成形する方法であって、
引張強さが４４０〜１６００ＭＰａの高強度鋼板を用い、天板部、縦壁部、湾曲部、及びフランジ部を形成する際に、縦壁部とフランジ部との交差部と湾曲部の曲率中心とを結ぶ水平線を含み前記高強度鋼板と垂直な平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα_１になるまでフランジ部を交差部で折り曲げ加工する第１成形工程と、
前記平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα_２になるまで、前記第１成形工程後のフランジ部を交差部で追加折り曲げ加工する第２成形工程とを有し、
前記平面内で、湾曲部の曲率半径をＲ_０（ｍｍ）とし、フランジ部の長さをｂ（ｍｍ）とし、歪の許容値を表す数値をεcrとし、前記高強度鋼板のヤング率及び引張強さをＥ（ＭＰａ）及びσ_T（ＭＰａ）とし、
α_１及びα_２は、前記水平線を起点として、フランジ部が天板部から離れる方向に回転する方向を正とし、
α_１＞０、α_２≧０、α_１-α_２＞０、Ｒ_０を５０〜２０００ｍｍ、及びεcrを０〜０．０２３としたとき、
α_１−α_２である追加折り曲げ角βを、

の範囲とし、

の範囲とすることを特徴とするプレス成形方法。

（２）前記湾曲部が、円弧又は連続的に曲率が変化する曲線であることを特徴とする上記（１）に記載のプレス成形方法。

（３）前記第１成形工程及び前記第２成形工程の少なくともいずれかで、対向する金型の一方をパッドと部分成形金型に分割し、パッドと前記対向する金型の他方で鋼板を押さえ込み、部分成形金型と前記対向する金型の他方で鋼板を塑性変形させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のプレス成形方法。

本発明によれば、高強度鋼板を使用した場合であっても、最終成形品にビードを設置すること等をせずに、天板部、縦壁部及びフランジ部を備え、長手方向に、曲率半径が５０〜２０００ｍｍの湾曲部を少なくとも１つ有する最終成形品の反り及び捻れを抑制することができる。

図１は、湾曲部を１つ有する最終成形品の一例を示す図である。 図２は、高強度鋼板に、引張及び圧縮荷重を付加したときの高強度鋼板に負荷される応力変化を示す。 図３は、湾曲部を２つ有する最終成形品を示す図である。 図４は、第１成形工程で使用する金型における、湾曲部を成形する部分の、断面構造の概略を示す模式図である。 図５は、幅Ｗが１５〜３０ｍｍである最終成形品を成形するとき、第１成形工程で使用する金型における、湾曲部を成形する部分の断面構造の概略を示す模式図である。 図６は、幅Ｗが１５〜３０ｍｍである最終成形品を成形するとき、第２成形工程で使用する金型における、湾曲部を成形する部分の断面構造の概略を示す模式図である。 図７は、湾曲部の曲率半径が７００〜１２００ｍｍの範囲で連続的に変化する部位と直線部と有する、長手上面視方向に緩やかに湾曲した最終成形品の形状を示す図である。 図８は、曲率半径が１０００ｍｍと７００ｍｍの湾曲部と直線部とを有し、さらに、曲率半径が１２００〜２０００ｍｍの範囲で連続的に変化する形状を組み合せた、長手上面視方向に緩やかに湾曲した最終成形品を示す図である。 図９は、曲率半径が１０００ｍｍと７００ｍｍの湾曲部と、直線部とを有し、さらに、曲率半径が１２００〜２０００ｍｍの範囲で連続的に変化する形状の組み合わせた、長手上面視方向に緩やかに湾曲した最終成形品を示す図である。なお、追加曲げを行う範囲は、内側フランジの一部である。 図１０は、曲率半径が１０００mmの湾曲部と直線部とを有し、側面視方向に曲率半径が３０００ｍｍの湾曲部と直線部と有する、長手上面視方向に緩やかに湾曲した最終成形品を示す図である。 図１１は、湾曲部を１つ有する最終成形品の一例を示す図である。 図１２は、湾曲部１０の曲率半径Ｒ_０（ｍｍ）と最終成形品に加わるε_１とが最終成形品の反り、捻れ、及びしわに与える影響を示す図である。 図１３は、α_１及びα_２の正負の方向を説明する図である。 図１４は、α_２＋βが９０°を超えたときの図１（ａ）中のＩ−Ｉ線における最終成形品の断面を示す。

図１は、天板部、縦壁部及びフランジ部を備え、長手方向に、曲率半径が５０〜２０００ｍｍの湾曲部を１つ有する最終成形品の一例を示す図である。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図（ａ）中、符号１は最終成形品を示す。

最終成形品１は、天板部２、縦壁部３ａ、３ｂ、フランジ部４ａ、４ｂを備える。縦壁部３ａ及びフランジ部４ａは湾曲部１０の内側であり、縦壁部３ｂ及びフランジ部４ｂは湾曲部１０の外側である。縦壁部３ａとフランジ部４ａは交差部５ａで交差する。縦壁部３ｂとフランジ部４ｂは交差部５ｂで交差する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩ−Ｉ線における断面形状を示す。実線で記載された断面は、第２成形工程後、即ち、最終成形品１の断面である。第２成形工程後のフランジ部４ａの位置をＬ３とする。また、破線で記載された断面は、第１成形工程後のフランジ部４ａの断面である。第１成形工程後のフランジ４ａの位置をＬ２とする。

縦壁部３ａとフランジ部４ａとの交差部５ａ上の湾曲部の１つの位置ｒについて、その湾曲部の位置ｒに対する曲率中心Ｏ、その曲率中心Ｏと位置ｒを結ぶ線分Ｌ１を図１（ｂ）のように定義する。

曲率中心Ｏに対し、湾曲部の位置ｒの曲率中心軸Ｌｏ周りの微小範囲Δθを考える。線分Ｌ１を通り、微小範囲Δθを含む微小平面Ｓ１を定義する。微小平面Ｓ１は線分Ｌ１と曲率中心軸Ｌｏに垂直な軸Ｌｏ’を含む水平面の一部を構成する。なお、この水平面は、基準面として便宜的に水平としたものである。これからの説明は、図１（ａ）中のＩ−Ｉ線における断面、即ち、図１（ｂ）で示した断面で説明する。図１（ｂ）で示した断面は、縦壁部３ａとフランジ部４ａとの交差部５ａと湾曲部１０の曲率中心Ｏとを結ぶ水平線Ｈを含み素材となる鋼板と垂直な平面である。

最終成形品１は次のようにして成形される。先ず、素材となる鋼板につき、水平線Ｈに対するフランジ部４ａの角度がα_１になるまでフランジ部４ａを交差部５ａで折り曲げ加工する。この折り曲げ加工を第１成形工程とする。次に、水平線Ｈに対するフランジ部の角度がα_２になるまで、第１成形工程後のフランジ部４ａは、交差部５ａで追加折り曲げ加工される。この追加折り曲げ加工を第２成形工程とする。即ち、第１成形工程で、素材となる鋼板を中間製品に成形し、第２成形工程で、その中間製品のフランジ部４ａを、さらに、追加折り曲げ加工して最終成形品１を得る。

第１成形工程終了時、湾曲部１０の内側の縦壁部３ａ及びフランジ部４ａには、引張応力が残留する。この引張残留応力は、スプリングバックの原因となる。そこで、第１成形工程に続いて、追加折り曲げ加工すること（第２成形工程）により、縦壁部３ａとフランジ部４ａの交差部５ａを圧縮塑性変形する。その結果、第１成形工程終了時の引張残留応力は低減され、最終成形品１の反り及び捻れを抑制することができる。

図１（ｂ）で示した断面において、湾曲部１０の曲率半径Ｒ_０（ｍｍ）は、その断面での縦壁部３ａとフランジ部４ａとの交差部５ａで定義される。ここで、第１成形工程終了時におけるフランジ部４ａ先端の曲率半径をＲ_１（ｍｍ）とする。第２成形終了時、即ち、最終成形品のフランジ部４ａ先端の曲率半径をＲ_２（ｍｍ）とする。また、フランジ部４ａの長さをｂ（ｍｍ）とする。この場合、
Ｒ_１＝Ｒ_０−ｂｃｏｓα_１
Ｒ_２＝Ｒ_０−ｂｃｏｓα_２
となる。なお、Ｒ_０、Ｒ_１、Ｒ_２は、微小範囲Δθにおける曲率半径とする。したがって、湾曲部１０は、連続的に曲率が変化する自由曲面とすることが可能である。

このとき、フランジ４ａの先端部に付与される歪ε_１は、次のように表される。
ε_１＝（Ｒ_１−Ｒ_２）／Ｒ_１
＝ｂ（ｃｏｓα_２−ｃｏｓα_１）／（Ｒ_０−ｂｃｏｓα_１）

上記ε_１から、第１成形工程で成形される、縦壁部３ａとフランジ部４ａとがなす角α_１は、
α_１＝ｃｏｓ^−１｛（ｂｃｏｓα_２−ε_１Ｒ_０）／ｂ（１−ε_１）｝
となる。

したがって、α_１からα_２にする追加折り曲げ角βは、
β＝α_１−α_２
＝ｃｏｓ^−１｛（ｂｃｏｓα_２−ε_１Ｒ_０）／（ｂ（１−ε_１）｝−α_２
・・・（Ａ）
となる。

ここで、フランジ４ａの先端部に付与される歪ε_１は、引張強さが４４０ＭＰａ未満の鋼鈑（例えば、軟鋼板等）であれば、ε_１＝σ_Ｔ／Ｅ（ただし、σ_Ｔは鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、Ｅは鋼板のヤング率（ＭＰａ））である。

しかし、プレス成形の素材として用いられる鋼板の引張強さが４４０〜１６００ＭＰａのである場合、即ち、高強度鋼鈑（高張力鋼鈑）である場合には、ε_１がσ_Ｔ／Ｅよりも小さくなる現象がある。

この現象について説明する。図２は、引張強さが４４０〜１６００ＭＰａの高強度鋼板に、破断直前まで引張荷重を付加し、その後、圧縮荷重を付加したときの、高強度鋼板に負荷される応力変化を示す。

引張強さが４４０〜１６００ＭＰａの高強度鋼板は、バウジンガー効果により、応力反転時に、高強度鋼板が再降伏するのに必要な応力Δσが、通常の降伏応力より減少する早期降伏現象が生じる。よって、ε₁も減少する。

ここで、ε_１は、スプリングバックの原因となる、湾曲部１０の内側に残留する引張応力を低減するために加える圧縮歪である。圧縮歪の下限は、ε_１＝０．５σ_Ｔ／Ｅで与えられる。一方、圧縮歪の上限は、ε_１＝０．５σ_Ｔ／Ｅ＋εcrで与えられる。ここで、εcrは、最終成形品１のフランジ部４ａにしわが発生しない歪の許容値である。εcrの範囲は実験により求められ、０〜０．０２３である。即ち、最終成形品１において、フランジ部４ａにしわがないのは、ε_１が０．５σ_Ｔ／Ｅ〜（０．５σ_Ｔ／Ｅ）＋εcrの範囲であるときである。第１成形工程で中間製品を得る場合も同様である。

ε_１の範囲を、上記（Ａ）式に基づいて、追加曲げ角βの範囲に変換すると、

となる。

図１２は、上記の不等式に基づいて作成した、湾曲部１０の曲率半径Ｒ_０（ｍｍ）と圧縮歪ε_１とが最終成形品の反り、捻れ、及びしわに与える影響を示す図である。図１２中、Ｃｕｒｖｅｓ１は、素材として使用する鋼板の引張強さσ_Tが、３９０、４９０、５９０、７１０、９８０、及び１２００ＭＰａであるときそれぞれの、

を示す曲線である。

図１２において、ε_１の範囲とＣｕｒｖｅ１の上下で、領域Ａ〜領域Ｄに区分けができる。領域Ａ及びＢは、εcrが０〜０．０２３の範囲となる領域、即ち、ε_１が０．５σ_Ｔ／Ｅに歪の許容値εcrを加味した値である領域である。つまり、領域ＡとＢにおけるε_１の上限の値は、材料のσ_Ｔにより変化する。図１２には、代表して、σ_Ｔ＝３９０ＭＰａと１２００ＭＰａの値においてεcr＝０．０２３とした時のε_１の値を２本の線で示す。σ_Ｔが３９０〜１２００ＭＰａにある鋼材のε_１の値はほぼ、この２本の線の間にあると考えてよい。したがって、領域A及び領域Bにおいては、中間製品及び最終成形品はしわを発生させることなく成形される。一方、領域Ｃ及び領域Dは、ε_１が０．０２３超であるため、成形しても中間製品及び最終成形品にしわが発生する。

ここで、しわを発生させることなく、反り及び捻れの小さい最終成形品を得るには、ε_１がεcrである領域Ａ及び領域Ｂで、α_１−α_２で定義される追加折り曲げ角βを所定の範囲にすることが必要である。以下、追加折り曲げ角βの範囲について、領域Ａと領域Ｂの場合に分けて説明する。なお、α_１及びα_２は、図１３（ａ）に示すように、水平線Ｈの位置を起点として、フランジ部４ａが天板部２から離れる方向に回転する方向を正とする。逆に、水平線Ｈの位置を起点として、フランジ部４ａが天板部２に近づく方向に回転する方向を正とする。

図１２の領域Ａにおいては、α_１＞０、α_２≧０、α_１-α_２＞０、及びＲ_０を５０〜２０００ｍｍにしたとき、α_１−α_２である追加折り曲げ角βを、

の範囲とすることが必要である。

ここで、図１２に示すように、Ｒｏが大きく、または、ε_１が大きくなると、

の値が負の値になることが生じる。この値からアークコサインを計算した値は上述するようにα_１であるので、この値が負になるということは、α_１の値が９０°を超えることになる。α１の値は９０°を超えると、図１４に示すように、フランジ部４ａが縦壁部３ａとなす角度が１８０°以下になることになり、図４のような金型を考えると金型が抜けないことになり、成形品が製造できない。したがって、領域Ａは、

が正であることが必要条件になる。この条件内で、α１からα２を引いた値であるβの値を求めることができる。βの上限の値は皺の生じない上限であるεcrの値を０．０２３として求めることが出来る。また、理論的には、εcrはゼロでもよく、この場合には、ε_１の値を０．５σ_Ｔ／Ｅとする。よって、βの範囲としては、ε_１がσ_Ｔ／Ｅから、０．５σ_Ｔ／Ｅ＋εcrとした範囲で計算される値の範囲で変化する。

本発明の加工方法は、はじめに小さく折り曲げ加工した後に、更に同じ方向に折り曲げる成形方法であるため、α_１≦０となることはない。また、最初から大きく曲げることは皺の発生が起こりやすいので好ましくない。また、α_２＜０であることは、フランジ部の変形でフランジ部に皺が発生しやすくなり好ましくない。そして、α_１-α_２≦０であると、本発明は、はじめに小さく折り曲げ加工した後に、更に同じ方向に折り曲げる成形方法であるため、α_１-α_２≦０となることはない。またα_１-α_２≦０となることは逆方向に加工することになり、第１成形加工時に皺が発生しやすく好ましくない。したがって、α_１＞０、α_２≧０、α_１-α_２＞０とする。

また、Ｒ_０が５０ｍｍ未満であると、第１成形工程終了時に、湾曲部１０の内側の縦壁部３ａ及びフランジ部４ａに残留する引張応力が非常に大きくなる。したがって、βを上記不等式の範囲としても第２成形工程でその引張応力の残留を開放することができない。その結果、最終成形品１の反り及び捻れが大きくなる。一方、Ｒ_０が２０００ｍｍを超えると、最終成形品１の形状が、長手方向に直線的になるから、第１成形工程終了時に、湾曲部１０の内側の縦壁部３ａ及びフランジ部４ａに残留する引張応力は小さくなる。よって、本発明を適用しなくとも、最終成形品１の反り及び捻れは小さい。更に、最終成形品が複数の曲率を持つ場合には、本発明では最小の曲率半径をＲ_０とする。

また、

の場合には、α_２＋βであるα_１が前記水平線を起点として９０°を超える。図１４は、α_２＋βであるα_１が９０°を超えたときの図１（ａ）中のＩ−Ｉ線における最終成形品の断面を示す。図１４に示したように、フランジ部４ａが金型の進行方向に対して逆勾配になっており、金型を用いて最終成形品１を成形できないことは明らかである。

そして、追加折り曲げ角βの範囲が、

を満足しない場合には、しわを発生せずに中間製品及び最終成形品１を成形できるものの、最終成形品１の反り及び捻れは大きい。

次に、図１２の領域Ｂにおいては、α_１＞０、α_２≧０、α_１-α_２＞０、及びＲ_０を５０〜２０００ｍｍにしたとき、α_１−α_２である追加折り曲げ角βの範囲を、

とすることが必要である。

α_１＞０、α_２≧０、α_１-α_２＞０、及びＲ_０を５０〜２０００ｍｍとする理由は、領域Ａの場合と同様である。

また、

を満足しない場合には、上述したように、α_２＋βであるα_１が前記水平線を起点として９０°を超え、フランジ部４ａが金型の進行方向に対して逆勾配となり、金型を用いて成形を行うことができない。したがって、追加折り曲げ角βの上限を９０°−α_２とした。ここで、α_１＝９０°とした。

追加折り曲げ角βを、これまで説明してきた範囲とすることで、フランジ部４ａにしわを発生させることなく、かつ、反り及び捻れの小さい最終成形品１を得ることができる。

本発明は、最終成形品１が、図１、３、及び7〜１１に示すような形状であれば適用することができる。図１、３、及び7〜１１に示すような形状の最終成形品１は、例えば、自動車用のフロントサイドメンバー、フロントピラーインナー、ルーフレールインナー等である。

湾曲部１０は、交差部５ａ、５ｂで、円弧形状、楕円円弧形状、あるいは、連続的に曲率が変化する曲線形状を有するが、その曲線の曲率半径が５０〜２０００ｍｍであれば曲線形状に制限はない。

また、湾曲部１０は、最終成形品１に１個ではなく、複数個存在してもよい。図３は、天板部、縦壁部及びフランジ部を備え、長手方向に、曲率半径が８００ｍｍと１２００ｍｍの湾曲部を２つ有する、ハット型断面形状の最終成形品１の一例を示す図である。

図３の最終成形品１は、湾曲部１０−１、１０−２を有するが、これら湾曲部１０−１、１０−２の内側のフランジ部４−１ａ、４−２ａそれぞれは、上記のβの範囲で追加折り曲げされる。

図３、最終成形品１においても、湾曲部１０、１０−１、１０−２の内側にある、縦壁部３ａ、３−１ａ、３−２ａ、及び、フランジ部４ａ、４−１ａ、４−２ａで、第１成形工程終了時に残留する引張応力は、第２成形工程で低減される。その結果、図３、最終成形品１も、反り及び捻れが低減され、かつ、フランジ部４ａ、４−１ａ、４−２ａにしわが発生しない。

図１の最終成形品１において、天板部２ａの幅Ｗに特に制限はない。しかし、幅Ｗが１５〜３０ｍｍと狭い場合については、次に説明する方法によりプレス成形することが好ましい。なお、幅Ｗは、図１の最終成形品１の天板部２における、長手方向と直角の方向の幅を意味する。

図４は、図１の最終成形品１をプレス成形するために使用する金型のうち、第１成形工程で使用する金型における、湾曲部１０を成形する部分の断面構造の概略を示す模式図である。図５は、幅Ｗが１５〜３０ｍｍである図１の最終成形品１をプレス成形するために使用する金型のうち、第１成形工程で使用する金型における、湾曲部１０を成形する部分の断面構造の概略を示す模式図である。図６は、幅Ｗが１５〜３０ｍｍである図１の最終成形品１をプレス成形するために使用する金型のうち、第２成形工程で使用する金型における、湾曲部１０を成形する部分の断面構造の概略を示す模式図である。

図４に示したように、第１金型５０及び第２金型６０は、天板部成形面５２、６２、内側縦壁部成形面５３ａ、６３ａ、外側縦壁部成形面５３ｂ、６３ｂ、内側フランジ部成形面５４ａ、６４ａ、外側フランジ部成形面５４ｂ、６４ｂを有する。

第１成形工程で、鋼板９０が第１金型５０と第２金型６０で挟まれる際、最終成形品１で天板部２となる部位９２は、第２金型６０の天板部成形面６２から浮き上がる。そして、部位９２は、鋼板９０の板厚方向に大きく曲がる。このとき、最終成形品１で天板部２となる部位９２には、鋼板９０の板厚方向にモーメントが作用し、天板部２に、最終成形品１全体を曲げようとする応力（以下、曲げ応力）が残留する。この曲げ応力の残留は、第１成形工程終了時に残留した引張応力を第２成形工程で低減させる効果を低減させる。曲げ応力が残留することを抑制するためには、成形圧を大きくする必要がある。しかし、最終成形品１の幅Ｗが１５〜３０ｍｍと狭い場合には、特に大きな成形圧を必要とする。

そこで、第１成形工程で使用する金型において、幅Ｗが１５〜３０ｍｍと狭い場合には、図４の第１金型５０を、図５に示したように、パッド５５ｂ、部分成形金型５６ａに分割する。これにより、最終成形品１で外側縦壁部３ｂ及び外側フランジ部４ｂとなる部分を、パッド５５ｂと第２金型６０で挟みながら、部分成形金型５６ａで、内側縦壁部３ａ及び内側フランジ部４ａを成形する。即ち、鋼板９０をパッド５５ｂと第２金型６０で押さえ込み、部分成形金型５６ａと第２金型６０で、鋼鈑９０を塑性変形させて内側縦壁部３ａ及び内側フランジ部４ａを成形する。このようにすることで、成形圧を大きくすることなく、天板部２に曲げ応力が残留することを防止できる。なお、パッド５５ｂは、プレス機８０に取り付けられた小型油圧シリンダー８１で第２金型６０に押し付けられる。鋼板９０をパッド５５ｂと第２金型６０で挟むだけであるので、大荷重を必要としないからである。

そして、第２成形工程に使用する金型を、図６に示したように、第２金型６０、パッド５５ａ、及び部分成形金型５６ｂとすることにより、天板部２及び内側縦壁部３ａを、パッド５５ａと第２金型６０で挟みながら、パッド５５ａで内側フランジ部４ａを追加曲げ加工しつつ、部分成形金型５６ｂと金型６０で外側縦壁部３ｂ及び外側フランジ部４ｂを成形する。即ち、第１成形工程で得られた中間成形品を、パッド５５ａと第２金型６０で押さえ込みながら、パッド５５ａと金型６０で内側フランジ部４ａを塑性変形させて追加曲げ加工しつつ、部分成形金型５６ｂと金型６０で鋼鈑９０を塑性変形させて外側縦壁部３ｂ及び外側フランジ部４ｂを成形する。これにより、天板部２に曲げ応力が残留することはない。なお、パッド５５ａは、プレス機８０に取り付けられた小型油圧シリンダー８１で押し付けられる。内側フランジ部４ａの追加折り曲げには、大荷重を必要としないからである。

これまで説明したように、第１成形工程では、パッド５５ｂと第２金型６０で天板部２及び内側縦壁部３ａを挟みながら、部分成形金型５６ａで天板部２と内側縦壁部３ａ及び内側フランジ部４ａを成形する。そして、第２成形工程では、パッド５５ａで第１成形工程後の内側フランジ部４ａを追加曲げ加工をしつつ、部分成形金型５６ｂで外側縦壁部３ｂ及び外側フランジ部４ｂを成形する。

このように成形することにより、内側フランジ部４ａを追加曲げすることにより得られる、最終成形品１の反り及び捻れを低減する効果を一層高めることができる。特に、Ｗが１５〜３０ｍｍのとき有効である。

次に、本発明を実施例でさらに説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
種々の板厚、引張強さの鋼板を用いて、本発明の方法でプレス成形し、図１、図３、及び図１１ａ〜図１１ｉに示した最終成形品１を製作した。

製作された最終成形品１全てに関し、反り及び捻れを次のように評価した。最終成形品１それぞれについて、図１及び図３に示した４点Ｐ₀、Ｑ₀、Ｓ₀、Ｔ₀の位置を実測し、それらの座標を点Ｐ、Ｑ、Ｓ、Ｔとした。そして、Ｐ₀＝Ｐ、Ｑ₀＝Ｑ、Ｓ₀＝Ｓと３点を固定したときの、線分Ｔ₀Ｔを反り及び捻れ量とした。即ち、全く反り及び捻れがないときは、Ｐ₀＝Ｐ、Ｑ₀＝Ｑ、Ｓ₀＝Ｓ、及びＴ₀＝Ｔとなるから、線分Ｔ₀Ｔで表される反り及び捻れ量は０となる。なお、図１１ａ〜図１１ｉにおける４点Ｐ₀、Ｑ₀、Ｓ₀、Ｔ₀は図１及び図３に準拠する。

評価結果を表１に示す。表１には、最終成形品１が図１、図３、及び図１１ａ〜図１１ｉのどれに相当するか、幅Ｗの値、使用した鋼板の板厚、引張強さ、及び、追加折り曲げ角β、パッド５５ａ、５５ｂの使用有無なども併記してある。

表１から明らかなように、追加曲げ角βを本発明の範囲とすることにより、４４０〜１６００ＭＰａの高強度鋼板を図１、図３、及び図１１ａ〜１１ｂで示した最終成形品１に成形した場合においても、引張強さが３９０ＭＰａである軟鋼板を成形した場合と同等の反り及び捻れ量であり、内側フランジ部４ａ、４−１ａ、４−１ｂにしわも発生しないことを確認した。なお、反り及び捻れ量に与える影響因子としては追加折り曲げ角βの影響が大きい。本発明のβの範囲では反り及び捻れ量を１７ｍｍ以下に抑えることができることを確認した。また、本発明のように２段階で成形せず、１回の成形で最終成形品１を得た従来例よりも、発明例の方が大幅に反り及び捻れ量が低減できていることを確認した。

特に、Ｗが１５〜３０ｍｍの場合においては、パッド５５ａ、５５ｂの使用が特に有効であることを併せて確認した。

一方、追加折り曲げ角βが本発明の下限外であるときは、４４０ＭＰａである軟鋼板を成形した場合よりも、大きい反り及び捻れ量となることを確認した。

また、追加折り曲げ角βが本発明の上限外であるときは、反り及び捻れ量は４４０ＭＰａである軟鋼板を成形した場合と同等であるものの、内側フランジ部４ａ、４−１ａ、４−１ｂにしわが発生することを確認した。

（実施例２）
自動車車体の骨格部品であるルーフレールアウターリンフォースを図７に示す。この部品は、図７に示したように、長手方向に緩やかに湾曲した形状（最小半径７００ｍｍ〜最大半径１２００mmで連続的に曲率が変化した形状）を有する。

この長手方向に湾曲したルーフレールアウターリンフォースをプレス成形すると、縦壁部３ａを成形する際に、天板面２上で発生する板厚方向のモーメントと、内側フランジ部４ａを成形する際に発生する引張応力とにより、反り及び捻れが生ずる。

そこで、板厚１．０ｍｍ、引張強度９８０ＭＰａの高強度鋼板を用いて、前述した第１成形工程と第２成形工程を実施した。実験水準２−１は、本発明のように２段階で成形せず、１回の成形で最終成形品１を得た従来例である。実験水準２−２は、本発明の第１成形工程と第２成形工程を施した発明例である。先端部のスプリングバックの測定結果（反り及び捻れ量）を表２に示す。なお、反り及び捻れ量は、実施例１に準拠する方法で評価した。

実験水準３−１の従来例は、反り及び捻れが大きく発生していた。これに対し、実験水準２−２の発明例は、第１成形工程と第２成形工程を施すことで、反り及び捻れが抑制されることを確認できた。

（実施例３）
実際の部品では、前述の図８に示すように、切り欠きが存在する。また、溶接やボルト等を用いた組み付け時に用いる接合座面や、ビード形状等が存在する。長手方向に湾曲した部位において、組み付け時に、相手部品との干渉を避けるためである。あるいは、強度上等のためである。

長手方向に湾曲した部品をプレス成形すると、縦壁部３ａを成形する際に、天板面２上で発生する鋼板の板厚方向のモーメントと、内側フランジ部４ａを成形する際に発生する引張応力とにより、反り及び捻れが生ずる。

そこで、板厚１．０ｍｍ、引張強度９８０ＭＰａの高強度鋼板に、前述した第１成形工程と第２成形工程を施した。実験水準３−１は、本発明のように２段階で成形せず、１回の成形で最終成形品１を得た従来例である。実験水準３−２は、図８の破線で示す範囲の内側フランジ部に、本発明の第１成形工程と第２成形工程を施した発明例である。最終成形品１の反り及び捻れ量を測定した結果を表３に示す。なお、反り及び捻れ量は、実施例１に準拠する方法で評価した。

実験水準３−１の従来例は、反り及び捻れが大きく発生していた。これに対し、実験水準３−２の発明例は、第１成形工程と第２成形工程を施すことで、反り及び捻れが抑制されることが確認できた。

（実施例４）
内側フランジで追加曲げを施す範囲は一部分でもよい。そこで、実験水準４−２の発明例は、図９のように破線で示す範囲の内側フランジ部に、本発明の第１成形工程と第２成形工程を施した。最終成形品１の反り及び捻れ量を測定した結果を表４に示す。なお、反り及び捻れ量は、実施例１に準拠する方法で評価した。また、実験水準４−１として、本発明のように２段階で成形せず、１回の成形で最終成形品１を得た従来例を準備し、併せて評価した。

実験水準４−２の発明例は、第１成形工程と第２成形工程を施すことで、反り及び捻れが抑制されることが確認できた。これに対し、実験水準４−１の従来例は、反り及び捻れが大きく発生していた。

（実施例５）
自動車車体の骨格部品であるルーフレールアウターリンフォースの一部を図１０に示す。この長手方向に湾曲したルーフレールアウターリンフォースをプレス成形すると、縦壁部を成形する際に、天板面上で発生する鋼板の板厚のモーメントと、内側フランジ部を成形する際に発生する引張応力とにより、反り及び捻れが生ずる。

そこで、板厚１．０ｍｍ、引張強度９８０ＭＰａ級の高強度鋼板に、前述した第１成形工程と第２成形工程を施した。実験水準６は、本発明のように２段階で成形せず、１回の成形で最終成形品１を得た従来例である。実験水準７は、本発明の第１成形工程と第２成形工程を施した発明例である。反り及び捻れ量の測定結果を表５に示す。なお、反り及び捻れ量は、実施例１に準拠する方法で評価した。

実験水準６の従来例は、反り及び捻れが大きい。これに対し、実験水準７の発明例は、第１成形工程と第２成形工程を施すことで反り及び捻れが抑制されることが確認できた。

上述したように、本発明によれば、天板部、縦壁部及びフランジ部を備え、長手方向に、最小曲率半径が５０〜２０００ｍｍの湾曲部を少なくとも１つ有する最終成形品１の反り及び捻れを抑制できる。したがって、最終成形品の寸法精度不良を低減することができる。よって、本発明は、産業上の利用価値の高いものである。

１ 最終成形品
２ 天板部
３ａ、３−１ａ、３−２ａ 内側縦壁部
３ｂ、３−１ｂ、３−２ｂ 外側縦壁部
４ａ、４−１ａ、４−２ａ 内側フランジ部
４ｂ、４−１ｂ、４−２ｂ 外側フランジ部
５ａ、５−１ａ、５−２ａ 内側交差部
５ｂ、５−１ｂ、５−２ｂ 外側交差部
１０、１０−１、１０−２ 湾曲部
１０ａ、１０−１ａ、１０−２ａ 内側湾曲部
１０ｂ、１０−１ｂ、１０−２ｂ 外側湾曲部
３０ 主部
３１ 分岐部
５０ 第１金型
６０ 第２金型
５２、６２ 天板部成形面
５３ａ、６３ａ 内側縦壁部成形面
５３ｂ、６３ｂ 外側縦壁部成形面
５４ａ、６４ａ 内側フランジ部成形面
５４ｂ、６４ｂ 外側フランジ部成形面
５５ａ、５５ｂ パッド
５６ａ、５６ｂ 部分成形金型
８０ プレス機
８１ 小型油圧シリンダー
９０ 素材となる鋼板
９２ 最終成形品で天板部となる部位
Ｈ 水平線
Ｐ₀、Ｑ₀、Ｓ₀、Ｔ₀ 最終成形品の位置測定点

Claims (3)

1. 天板部、縦壁部、及びフランジ部を備え、長手方向に湾曲部を少なくとも１つ有する最終成形品をプレス成形する方法であって、
   引張強さが４４０〜１６００ＭＰａの高強度鋼板を用い、天板部、縦壁部、湾曲部、及びフランジ部を形成する際に、縦壁部とフランジ部との交差部と湾曲部の曲率中心とを結ぶ水平線を含み前記高強度鋼板と垂直な平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα_１になるまでフランジ部を交差部で折り曲げ加工する第１成形工程と、
   前記平面内で、前記水平線に対するフランジ部の角度がα_２になるまで、前記第１成形工程後のフランジ部を交差部で追加折り曲げ加工する第２成形工程とを有し、
   前記平面内で、湾曲部の曲率半径をＲ_０（ｍｍ）とし、フランジ部の長さをｂ（ｍｍ）とし、歪の許容値を表す数値をεcrとし、前記高強度鋼板のヤング率及び引張強さをＥ（ＭＰａ）及びσ_T（ＭＰａ）とし、
   α_１及びα_２は、前記水平線を起点として、フランジ部が天板部から離れる方向に回転する方向を正とし、
   α_１＞０、α_２≧０、α_１-α_２＞０、Ｒ_０を５０〜２０００ｍｍ、及びεcrを０〜０．０２３としたとき、
   α_１−α_２である追加折り曲げ角βを、
   

   

   の範囲とし、
   

   

   の範囲とすることを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記湾曲部が、円弧又は連続的に曲率が変化する曲線であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 前記第１成形工程及び前記第２成形工程の少なくともいずれかで、対向する金型の一方をパッドと部分成形金型に分割し、パッドと前記対向する金型の他方で鋼板を押さえ込み、部分成形金型と前記対向する金型の他方で鋼板を塑性変形させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形方法。

Images