JPWO2017131042A1 - プレス装置及びプレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[プレス成形品]
第1実施形態の製造方法によって製造されるプレス成形品について、図1を参照して説明する。プレス成形品1は、縦壁部5と、天板部4と、を備える。縦壁部5は、プレス成形品1の本体部2の第1端部2aと本体部2の第2端部2bの間を延在し、内側に湾曲する。天板部4は、縦壁部5に稜線部6を介してつながる。天板部4には、稜線部6に隣接する縁部7に沿って凹部8が形成されている。このようなプレス成形品1は、ロアアームに適用される。以下では、プレス成形品1として図1に示すロアアームを製造する場合を例示する。
第1実施形態の製造方法で用いるプレス装置について図4を参照して説明する。
上述のプレス装置を用いて図1に示すロアアーム1を製造する方法を説明する。第1実施形態の製造方法は、準備工程と、ブランク配置工程と、第1工程と、第2工程とを含む。以下、各工程について説明する。
準備工程では、金属板からなるブランクを準備する。ブランクは、例えば、金属板を打ち抜き加工(ブランキング)して得られる。金属板は、例えば、鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金等である。金属板が鋼板である場合、第1実施形態の製造方法は、鋼板の厚みtが、1.8mm以上、6.0mm以下である場合に特に有効である。このようにブランクは自作してもよいし、適当な形状の金属板が販売されていれば、それを購入してブランクとしてもよい。
ブランク配置工程では、準備工程で準備したブランクがプレス装置の第1ダイ11とパンチ13の間に配置される。このとき、ブランクの端部側はプレス装置の第2ダイ12とパンチ13の間に配置される。ブランクの端部はプレス装置の第2ダイ12とパンチ13の間にあってもよいし、第2ダイ12とパンチ13の間からはみだしていてもよい。
図5A〜図5Cは、ロアアームとして成り立つプレス成形品に関し、第1実施形態の製造方法による第1工程及び第2工程の一例を説明する断面図である。図5Aは、第1実施形態の第1工程及び第2工程において、プレス成形前の段階を示す図である。図5Bは、第1実施形態の第1工程及び第2工程において、プレス成形中の段階を示す図である。図5Cは、第1実施形態の第1工程及び第2工程において、プレス成形終了時の段階を示す図である。
第1実施形態では、ブランクSが平板である場合を説明した。しかし、ブランクSは平板である場合に限定されない。例えば、ブランクSは金属板に予備的に一工程又は複数工程のプレス成形が施されてなる中間成形品であってもよい。
第2実施形態の準備工程では、陥没部を有し、金属板からなるブランクSを準備する。陥没部は、第1工程及び第2工程前に、予め、素材金属板にプレス成形を施すことにより成形される。第2実施形態のブランクSの陥没部は、製品であるプレス成形品の凹部の深さよりも浅い。後述するように、ブランクSとパンチ底面との間に空間を設け、凹部を成形する際に材料を流動させるためである。
第3実施形態は、第1実施形態を基本とする。しかし、第3実施形態では、プレス成形品が片側にのみ縦壁部を有する点が第1実施形態と相違する。また、このようなプレス成形品を製造するため、第1実施形態のプレス装置にさらに、第3ダイが追加される点も第1実施形態と相違する。第3実施形態のプレス装置及び製造方法により製造されるプレス成形品は、例えば、ロアアームの補強部材(レインフォースメント)、自動車の車体フレーム部品等である。以下では、プレス成形品がロアアームの補強部材(以下、単に「補強部材」ともいう)である場合を説明する。
第3実施形態の製造方法によって製造される補強部材は、図1に示すロアアーム1の縦壁部5aのみを有する。言い換えると、図1に示すロアアーム1の縦壁部5b及び5cが存在しない。補強部材のその他の構成は、第1実施形態のロアアーム1と同じである。すなわち、第3実施形態の補強部材も図1に示すロアアーム同様に、内側に湾曲する縦壁部及び稜線部を有する。第3実施形態の補強部材は、例えば、図1に示すロアアームの裏側に取り付けられる。補強部材は、図1に示すロアアームの湾曲する稜線部6近傍を補強する。このような補強部材を従来の製造方法で製造すると、上述したロアアームと同様に、補強部材の耐疲労性が低下しやすい。
第3実施形態の製造方法で用いるプレス装置について図9を参照して説明する。
第3実施形態のプレス装置を用いて補強部材を製造する方法を説明する。第3実施形態の製造方法は、第1実施形態の製造方法を基本とする。第3実施形態の製造方法は、第1工程及び第2工程において第3ダイでブランクを押え込んだ状態で、第1ダイ及び第2ダイによってプレス成形を実施する点で第1実施形態と相違する。第3実施形態の製造方法において準備工程は、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。以下、第3実施形態の製造方法の第1工程及び第2工程について説明する。
第3実施形態では、上述したように断面視において、片側にのみ縦壁部を有する補強部材を製造する。したがって、縦壁部を成形する第2ダイは片側にのみ配置される。このようなプレス装置でプレス成形を行うと、第2ダイがブランクをプレス成形するとき、ブランクは拘束されていない。このため、第2ダイがプレス成形中にブランクが動くことがあり、安定してプレス成形を実施しにくい。そこで、第3実施形態では、第1実施形態のプレス装置に第3ダイを追加する。そして、この第3ダイによってブランクを拘束した状態で、第1実施形態と同様に第1ダイ及び第2ダイによってブランクをプレス成形し、補強部材を製造する。これにより、片側にのみ縦壁部を有する補強部材を製造する場合、安定してプレス成形を実施できる。また、第1ダイがプレス成形中にブランクの材料を流入させることができ、成形された補強部材の耐疲労性の低下を抑制できる。
パンチ肩16の断面における曲率半径は、2mm以上、10mm以下が好ましい。ここで、パンチ肩16の断面とは、図4に示すようなパンチ肩16の延在方向(ロアアームの延在方向)に垂直な断面をいう。パンチ肩16の曲率半径が2mm未満であれば、プレス成形の際、第2ダイ12よって成形される縦壁部が急激に折れ曲がる。そのため、第1ダイ11によってロアアームの凹部が成形されている際、材料が縦壁部側から凹部側へ流れ込みにくい。パンチ肩16の曲率半径が10mmよりも大きければ、成形されたロアアームの稜線部の曲率半径が大きくなる。これにより、ロアアームの断面二次モーメントが小さいため、ロアアーム1の強度が不十分になる。
図1に示すように、本実施形態のロアアーム1の縦壁部5は内側に湾曲する。上述したように、縦壁部5は伸びフランジ成形によって加工される。縦壁部5につながる稜線部6は湾曲する。稜線部6の湾曲半径が小さい程、成形されたロアアーム1の稜線部6の裏側に生じる残留引張応力が大きくなり、ロアアーム1の耐疲労性が低下しやすい。
パンチ肩とパンチの凹部との間の幅について図10に示す第3実施形態のプレス装置を例として参照して説明する。以下のパンチ肩37とパンチ34の凹部35bとの間の幅に関する限定は、第1及び第2実施形態のプレス装置にも適用できる。
パンチの凹部の深さについて図10に示す第3実施形態のプレス装置を例として参照して説明する。以下のパンチ34の凹部35bの深さに関する限定は、第1及び第2実施形態のプレス装置にも適用できる。
図6に示すように、ロアアームの稜線部6の輪郭は円弧である。稜線部6の断面における曲率半径は、2mm以上、10mm以下が好ましい。ここで、稜線部6の断面とは、稜線部6におけるロアアーム1の延在方向に垂直な断面をいう。稜線部6の曲率半径が2mm未満であれば、縦壁部5が急激に折れ曲がるため、第1ダイ11によって凹部8が成形されている際、材料が縦壁部5側から凹部8側へ流れ込みにくい。稜線部6の曲率半径が10mmよりも大きければ、ロアアームの断面二次モーメントが小さいため、ロアアーム1の強度が不十分になる。
図6に示される、縦壁部5の高さhは、17mm以上、35mm以下であるのが好ましい。縦壁部5の高さhは、縁部7と縦壁部5の端部との間の距離をいう。縦壁部5の高さhが17mm未満であれば、ロアアーム1の断面二次モーメントが小さいため、ロアアーム1の強度が不十分になる。縦壁部5の高さが35mmよりも高ければ、第2ダイ12及びパンチ13による摩擦抵抗が大きいため、第1ダイ11によって凹部8が成形されている際、材料が縦壁部5側から凹部8側へ流れ込みにくい。
図1に示すように、本実施形態のロアアーム1の稜線部6は内側に湾曲する。稜線部6の湾曲半径が小さい程、成形されたロアアーム1の稜線部6の裏側に生じる残留引張応力が大きくなり、ロアアーム1の耐疲労性が低下しやすい。この湾曲する稜線部6の最大湾曲半径は、100mm以上、250mm以下であるのが好ましい。その理由は次の通りである。稜線部6の最大湾曲半径が100mm未満であれば、稜線部6が急激に内側に湾曲するため、稜線部6に沿う方向の残留引張応力が大きくなりやすい。稜線部6の最大湾曲半径が250mmよりも大きければ、自動車のサスペンションメンバーの配置場所が制限され、設計自由度が少なくなる。なお、稜線部6の最大湾曲半径は、稜線部6の曲率半径をいい、稜線部6の曲率半径が位置により異なる場合は、それらのうちの最大の曲率半径をいう。
縁部7の幅Wは、15mm以下であるのが好ましい。縁部7の幅Wは、図6に示すように、境界P2と境界P3との間の距離をいう。縁部7の幅Wが15mmよりも大きければ、第2ダイ12及びパンチ13による摩擦抵抗が大きくなる。このため、第1ダイ11によって凹部8が成形されている際、材料が凹部8側に流入しにくい。なお、縁部7の幅Wの下限は特に限定されない。縁部7の幅Wは0であってもよい。この場合、稜線部6と凹部8の端部8aは滑らかにつながる。
凹部8の深さDは、3mm以上、20mm以下であるのが好ましい。凹部8の深さDは、図6に示すように、縁部7から凹部8の底面8bまでの距離をいう。凹部8の深さDが3mm未満であれば、第1ダイ11によって凹部8が成形されている際、凹部8側への材料の流入量が十分でない。凹部8の深さDが20mmよりも大きければ、第1ダイ11による成形量が多いため、ブランクSが割れやすい。
本発明例において、離型後の稜線部に負荷される応力は引張応力であって、その最大値は50MPaであった。
Claims (19)
- 頂面と、側面と、前記頂面と前記側面とをつなぐパンチ肩と、を有し、前記パンチ肩が前記頂面側に湾曲し、前記頂面に凹部が形成されたパンチと、
前記パンチの前記凹部に対向して配置され、前記凹部に対応する形状の凸部を有する第1ダイと、
前記第1ダイの隣に配置され、前記パンチの前記パンチ肩及び前記側面に対応する凹形状を有する第2ダイと、
前記第1ダイと前記第2ダイの上側に配置される上部ホルダと、
前記上部ホルダと前記第1ダイの間に配置される第1加圧部材と、
前記上部ホルダと前記第2ダイの間に配置される第2加圧部材と、を備え、
前記第2ダイの前記凹形状から延びる前記第1ダイに隣接する縁は、前記第1ダイの前記凸部から延びる前記第2ダイに隣接する縁より低い位置にある、プレス装置。 - 請求項1に記載のプレス装置であって、
前記上部ホルダと前記第2加圧部材の間に前記第1ダイの一部が配置される、プレス装置。 - 頂面と、側面と、前記頂面と前記側面とをつなぐパンチ肩と、を有し、前記パンチ肩が前記頂面側に湾曲し、前記頂面に凹部が形成されたパンチと、
前記パンチの前記凹部に対向して配置され、前記凹部に対応する形状の凸部を有する第1ダイと、
前記第1ダイの隣に配置され、前記パンチの前記パンチ肩及び前記側面に対応する凹形状を有する第2ダイと、
前記第1ダイ及び前記第2ダイの移動を司り、前記第2ダイを成形下死点に到達させた後に前記第1ダイを成形下死点に到達させる制御機構と、を備えた、プレス装置。 - 頂面と、側面と、前記頂面と前記側面とをつなぐパンチ肩と、を有し、前記パンチ肩が前記頂面側に湾曲し、前記頂面に底面と内壁面とを有する凹部が形成されたパンチと、
前記パンチの前記凹部のうち少なくとも前記内壁面に対向して配置され、前記凹部の前記内壁面に対応する形状の凸部を有する第1ダイと、
前記第1ダイの隣に配置され、前記パンチの前記パンチ肩及び前記側面に対応する凹形状を有する第2ダイと、
前記第1ダイの隣であって、前記第1ダイを挟んで前記第2ダイとは反対側に配置された第3ダイと、
前記第1ダイと前記第2ダイと前記第3ダイの上側に配置される上部ホルダと、
前記上部ホルダと前記第1ダイの間に配置される第1加圧部材と、
前記上部ホルダと前記第2ダイの間に配置される第2加圧部材と、
前記上部ホルダと前記第3ダイの間に配置される第3加圧部材と、を備え、
前記第3ダイの前記第1ダイに隣接する前記パンチ側の縁は、前記第2ダイの前記凹形状から延びる前記第1ダイに隣接する縁より低い位置にあり、
前記第2ダイの前記凹形状から延びる前記第1ダイに隣接する縁は、前記第1ダイの前記凸部から延びる前記第2ダイと隣接する縁より低い位置にある、プレス装置。 - 請求項4に記載のプレス装置であって、
前記第2加圧部材と前記第3加圧部材の少なくとも一方と前記上部ホルダとの間に前記第1ダイの一部が配置される、プレス装置。 - 頂面と、側面と、前記頂面と前記側面とをつなぐパンチ肩と、を有し、前記パンチ肩が前記頂面側に湾曲し、前記頂面に底面と内壁面とを有する凹部が形成されたパンチと、
前記パンチの前記凹部のうち少なくとも前記内壁面に対向して配置され、前記凹部の前記内壁面に対応する形状の凸部を有する第1ダイと、
前記第1ダイの隣に配置され、前記パンチの前記パンチ肩及び前記側面に対応する凹形状を有する第2ダイと、
前記第1ダイの隣であって、前記第1ダイを挟んで前記第2ダイとは反対側に配置された第3ダイと、
前記第1ダイ、前記第2ダイ及び前記第3ダイの移動を司り、前記第3ダイを成形下死点に到達させた後、前記第2ダイを成形下死点に到達させ、その後に前記第1ダイを成形下死点に到達させる制御機構と、を備えた、プレス装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のプレス装置であって、
前記パンチ肩の断面における曲率半径は、2mm以上、10mm以下である、プレス装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のプレス装置であって、
前記パンチ肩の最大湾曲半径は、100mm以上、250mm以下である、プレス装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のプレス装置であって、
前記パンチ肩と前記パンチの前記凹部との間の幅は、15mm以下である、プレス装置。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のプレス装置であって、
前記パンチの前記凹部の深さは、3mm以上、20mm以下である、プレス装置。 - プレス成形品の製造方法であって、
前記プレス成形品は、天板部と、縦壁部と、前記天板部と前記縦壁部とをつなぐ稜線部を備え、前記稜線部は前記天板部側に湾曲し、前記天板部に凹部が形成され、
前記製造方法は、
前記プレス成形品の全体形状に対応する形状を備えたパンチと、少なくとも前記凹部の形状に対応する形状を備えた第1ダイと、を用いてブランクに前記凹部をプレス成形する第1工程と、
前記パンチと、前記第1ダイの隣に配置され少なくとも前記縦壁部及び前記稜線部の形状に対応する形状を備えた第2ダイと、を用いて前記ブランクに前記縦壁部及び前記稜線部をプレス成形する第2工程と、を備え、
前記第1工程は、前記第2工程よりも後に終了する、プレス成形品の製造方法。 - プレス成形品の製造方法であって、
前記プレス成形品は、天板部と、縦壁部と、前記天板部と前記縦壁部とをつなぐ稜線部を備え、前記稜線部は前記天板部側に湾曲し、前記天板部に底面と内壁面とを有する凹部が形成され、
前記製造方法は、
前記プレス成形品の全体形状に対応する形状を備えたパンチと、少なくとも前記凹部の前記内壁面の形状に対応する形状を備えた第1ダイと、を用いてブランクに少なくとも前記内壁面をプレス成形する第1工程と、
前記パンチと、前記第1ダイの隣に配置され少なくとも前記縦壁部及び前記稜線部の形状に対応する形状を備えた第2ダイと、を用いて前記ブランクに前記縦壁部及び前記稜線部をプレス成形する第2工程と、を備え、
前記第1工程及び前記第2工程では、前記パンチと、前記プレス成形品の前記凹部の前記底面の少なくとも一部の形状に対応する形状を備えた第3ダイと、を用いて前記ブランクを挟み込み、前記第1工程は、前記第2工程よりも後に終了する、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11又は請求項12に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記ブランクは、前記プレス成形品の前記凹部に対応する領域に前記凹部の深さよりも浅い陥没部を有する、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11〜請求項13のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記稜線部の断面における曲率半径は、2mm以上、10mm以下である、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11〜請求項14のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記縦壁部の高さは、17mm以上、35mm以下である、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11〜請求項15のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記稜線部の最大湾曲半径は、100mm以上、250mm以下である、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11〜請求項16のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記天板部における前記稜線部と前記凹部との間の幅は、15mm以下である、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11〜請求項17のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記天板部における前記凹部の深さは、3mm以上、20mm以下である、プレス成形品の製造方法。 - 請求項11〜請求項18のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記プレス成形品は、自動車の足回り部品である、プレス成形品の製造方法。
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