JPWO2019073614A1 - キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法および製造装置 - Google Patents

キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法および製造装置 Download PDF

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Abstract

キャラクターラインを有する外板パネルをプレス加工により製造する際に、線ずれの発生を抑制できる外板パネルの製造方法では、パンチ2は、パンチ頂部2aにキャラクターラインの屈曲面を成形する凸部2bおよびパンチ肩R部2cを備える。凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方がブランクに与える面圧は、凸部2bおよびパンチ肩R部2cを除いたパンチ2の残余部2dがブランクに与える面圧よりも高い。凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方を含むパンチ2の第1の部分の、ブランクとの静摩擦係数は、第1の部分を除いたパンチ2の第2の部分の、ブランクとの静摩擦係数よりも、大きい。

Description

本発明は、キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法および製造装置に関する。
例えば、ドアーアウターパネル、フェンダーパネル、サイドパネル、フードアウターパネル、バックドアーアウターパネル等が自動車の車体の外板パネルとして知られる。近年、外板パネル、特に車体側面の外板パネルにシャープなキャラクターラインを設けることが、高い意匠性を有するエクステリアデザインを実現するための一つの手段として、多用される。
キャラクターラインは、外板パネルの少なくとも二つの面で挟まれて形成される凸状の稜線(屈曲面)である。また、キャラクターラインがシャープであるとは、前記屈曲面の曲率半径が例えば10mm以下と小さいこと、あるいは、前記二つの面の延長面がなす二つ角のうち小さな角の角度である挟み角度が例えば150°以下と小さいことを意味する。
外板パネルにキャラクターラインを、絞り成形または張出し成形によるプレス加工により設けると、外板面品質不良である線ずれが発生することが知られる。
図14Aおよび図14Bは、線ずれの発生状況を模式的かつ経時的に説明する断面図である。図14Aは成形初期を示し、図14Bは成形完了時を示す。図14Bにおける2つの黒丸印は、屈曲面であるキャラクターライン4aの二つのR止まりを示す。図14Aおよび図14Bでは、ブランク3はその板厚方向の中心位置を示す。
図14Aおよび図14Bに示すように、キャラクターライン4aを有する外板パネル4は、パンチ1およびブランクホルダー(図示しない)とダイ2を用いて、ブランク3に絞り成形または張出し成形によるプレス加工を行うことにより、製造される。
図14Aに示すように、成形初期に、パンチ1に設けられたキャラクターライン成形用の凸部1aがブランク3に初めに接触するブランク初期当たり部に、局部的かつ微小な凹み部である初期曲げ部(曲げ癖ともいう)3aが生じる。この初期曲げ部3aは、成形完了時には、キャラクターラインの屈曲面になるべき部分である。
張出し成形または絞り成形では、パンチ1およびダイ2へのブランク流入量がブランク3の部位により異なる。このため、キャラクターラインを構成する少なくとも二つの面それぞれに作用する張力の差が不可避的に発生する。この張力の差により、初期曲げ部3aは、プレス加工の進行に伴い、凸部1aから移動してずれていく。このため、初期曲げ部3aが、成形完了時に、外板パネル4aに実際に成形されたキャラクターライン4a−1の近傍にほぼ沿った凹み4a−2として、残存する。
このように、線ずれは、成形初期に生じた初期曲げ部3aが成形過程で本来あるべき位置から移動してずれ、成形完了時にも残存する現象である。線ずれの程度、すなわち成形過程に生じる初期曲げ部3aの移動量が大きい場合、完成車両の外板パネルのハイライト面検査において、ハイライト折れが線ずれの発生部で見つかり、外板面品質不良となる。
線ずれは、上述のようにキャラクターラインがシャープである場合に特に発生し易い。近年、シャープなキャラクターラインをボディ全体に纏ったエクステリアデザインが多用されている。このため、線ずれが発生し易い状況にある。
また、線ずれは、引張強度が440MPa以上の高強度鋼のブランクでは発生し難く、引張強度が270,340MPa程度の軟鋼のブランクで発生し易い傾向にある。
例えばキャラクターラインを有するドアーアウターパネルの張出し成形では、金型に設ける材料流入防止用のビードの高さや間隔等を金型の部位によって異ならせることが、線ずれ対策として行われている。しかし、十分な線ずれ抑制効果は得られていない。
さらに、線ずれは、完成車両の検査員の目視により官能評価される。そのため、誤差が線ずれの検査に不可避的に含まれる。このため、本出願人は、特許文献1により、線ずれを定量的に評価する方法を提案した。
この方法は、まず、外板パネルの断面プロファイルに基づいて曲率(断面プロファイルの2次微係数)の分布を求め、曲率の2次微係数(断面プロファイルの4次微係数)を求める。そして、線ずれ発生部で現れる曲率の2次微係数のピークでの値H[mm−3]と、ピークに対応する位置とキャラクターライン設計値のR止まりの位置とのずれ幅L[mm]を求め、線ずれ量を評価パラメータS=L×│H│1/3として定量的に求める。この評価パラメータSによる線ずれ量の定量評価結果は、検査員による官能評価結果と高い相関を示す。
特許文献2には、パンチ、第1ダイと第2ダイを有する分割ダイ、およびブランクホルダーを用いてキャラクターラインを有するリヤーサイドアウターパネルをプレス成形する方法が開示されている。
この方法は、第1ダイおよびパンチによりブランクにキャラクターラインを含む部分をプレス成形する。次いで、成形したキャラクターラインを第1ダイおよびパンチにより拘束したまま、第2ダイおよびパンチによりブランクの残りの部分をプレス成形する。このようにして、線ずれを抑制しながらキャラクターラインを成形する。
特許文献3には、パンチと、ダイおよびブランクホルダーを備えるプレス金型を用いて、ブランクからシャープなキャラクターラインを有する外板パネルをプレス成形する方法が開示されている。
この方法では、パンチのキャラクターライン成形用の凸部に対向する、ダイのキャラクターライン成形用の凹部における最も奥の谷線部に、弾性体からなるライニング層を設ける。そして、パンチがダイに最も接近する成形下死点でライニング層を弾性変形させながらブランクを成形する。これにより、成形下死点でのブランクにおける曲げモーメントの分布を小さくし、線ずれの発生を抑制する。
国際公開第2016/021685号パンフレット 特開2008−100240号公報 特開2015−96271号公報
特許文献2により開示された発明において、第2ダイによるキャラクターラインの拘束力を大きくすると、キャラクターライン以外の部分の成形を行う際に、ブランクの移動が抑制される。このため、キャラクターライン以外の部分では、ブランクのたわみや流入不足が生じ、成形不良が発生し易くなる。この成形不良は、三次元で湾曲した形状のキャラクターラインを成形する場合に特に発生し易い。
また、特許文献2により開示された発明では、第1ダイと第2ダイを有する分割ダイを用いる必要があるため、金型コストが上昇する。
さらに、特許文献2により開示された発明では、第1ダイおよび第2ダイの間の分割ライン(割り面)が、成形されたリヤーサイドアウターパネルの表面に現れる可能性がある。このため、線ずれに起因した外板面品質不良とは異なる外板面品質不良が発生するおそれがある。
特許文献3により開示された発明は、ダイのキャラクターライン成形用凹部における最も奥の谷線部に設けられたライニング層を成形下死点で弾性変形させることにより、線ずれの発生を抑制する。このため、成形下死点およびその近傍での初期曲げ部の移動を確かに抑制できる。しかし、成形下死点およびその近傍以外での初期曲げ部の移動、すなわち成形過程での初期曲げ部の移動を抑制することはできない。このため、十分な線ずれ抑制効果を得られない。
本発明は、従来の技術が有するこれらの課題に鑑みてなされたものであり、キャラクターラインを有する外板パネルをプレス加工により製造する際に、金型コストの大幅な増加や成形不良を伴うことなく、線ずれを、抑制または実質的に解消することを目的とする。
線ずれの抑制には、(i)発生した初期曲げ部を消失すること、(ii)発生した初期曲げ部を成形過程で移動させないことが有効である。本発明者らは、このような観点から鋭意検討を重ねた結果、(ii)項に関して以下に列記の知見A〜Dを得て、本発明を完成した。
(A)絞り成形または張出し成形に用いるパンチには、成形開始から成形完了までの間に、ブランクに高い面圧を与える高面圧発生部と、高面圧発生部がブランクに与える面圧よりも低い面圧をブランクに与える低面圧発生部がある。
例えば、キャラクターライン成形用の凸部やパンチ肩R部が高面圧発生部であり、キャラクターライン成形用の凸部およびパンチ肩R部を除いたパンチ頂部やパンチ縦壁部が低面圧発生部である。
パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域における、ブランクとの静摩擦係数を部分的に高めることにより、プレス成形時において、パンチのこの領域とブランクとの間の摩擦力が増加する。これにより、初期曲げ部がキャラクターラインの成形過程で移動し難くなる。
例えば、パンチのキャラクターライン成形用の凸部におけるブランクとの静摩擦係数を高めることにより初期曲げ部の近傍の移動を抑制でき、また、パンチ肩R部におけるブランクとの静摩擦係数を高めることにより初期曲げ部を含むブランク全体の移動を抑制できる。
これにより、キャラクターラインを有する外板パネルにおける線ずれの発生を、抑制または実質的に解消できる。
(B)パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域の、ブランクとの動摩擦係数を高める手段として、下記(B1)項および(B2)項が例示される。
(B1)パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域に、ビッカース硬度が700HV以上の粒子を設ける。
(B2)パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域に、適宜手段により突起を設ける。
(C)(B1)項および(B2)項で例示した手段は、成形する外板パネルの外面の意匠性(美麗さ)が損なわれることを防ぐため、外板パネルの非意匠面である内面に接触するパンチに対して行う。
(D)プレス成形時においてはブランクのキャラクターライン成形部は、パンチおよびダイにより強く拘束されるのではない。このため、キャラクターライン以外の部分でのブランクのたわみや流入不足といった成形不良の発生が防止される。
本発明は、以下に列記の通りである。
(1)パンチおよびブランクホルダーと、前記パンチおよびブランクホルダーに対向するダイを用い、前記パンチおよびブランクホルダーと前記ダイとの間に配置されるブランクに絞り成形または張出し成形によるプレス加工を行うことにより、二つの面により挟まれた屈曲面であるキャラクターラインを有する外板パネルを製造する方法であって、
前記パンチは、パンチ頂部に前記屈曲面を成形する凸部と、パンチ肩R部を備え、
前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧は、前記凸部および前記パンチ肩R部を除いた前記パンチの残余部が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧よりも高く、さらに、
前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方を含む前記パンチの第1の部分における前記ブランクとの静摩擦係数は、前記第1の部分を除いた前記パンチの第2の部分における前記ブランクとの静摩擦係数よりも、大きい、キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(2)前記ブランクとの前記第1の部分の静摩擦係数と、前記ブランクとの前記第2の部分の静摩擦係数の差は0.05以上である、1項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(3)前記静摩擦係数は、前記凸部が前記ブランクに最初に当たることにより該ブランクに生じる凹みが成形過程で移動する方向への静摩擦係数である、1または2項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(4)前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方は、ビッカース硬度が700HV以上の粒子を有する、1〜3項のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(5)前記パンチは、前記粒子を保持する保持層を有する粒子固着部を備え、該粒子固着部は、前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方に設けられる、4項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(6)前記粒子の埋め込み率は50〜80%である、4または5項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
ただし、前記埋め込み率は、(前記保持層の高さ/前記粒子の平均粒径)×100(%)として算出される。
(7)前記粒子の平均粒径は5〜600μmである、6項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(8)固着された前記粒子の粒子率は5〜20%である、6または7項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
ただし、前記粒子率は、(前記粒子の総体積/前記粒子固着部の体積)×100(%)として算出される。
(9)前記粒子固着部を、操業条件に応じて他の粒子固着部に交換する、5〜8項のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(10)前記粒子は、前記ブランクにおける、前記外板パネルの内面である非意匠面に接触する、4〜9項のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(11)前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方は、突起を有する、1〜3項のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(12)前記突起の高さは0.02〜0.10mmである、11項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(13)前記突起は、前記ブランクにおける、前記外板パネルの内面である非意匠面に接触する、11または12項に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
(14)パンチおよびブランクホルダーと、該パンチおよびブランクホルダーに対向するダイとを備え、
前記パンチおよびブランクホルダーと前記ダイとの間に配置されるブランクに絞り成形または張出し成形によるプレス加工を行うことにより、少なくとも二つの面により挟まれた屈曲面であるキャラクターラインを有する外板パネルを製造する装置であって、
前記パンチは、パンチ頂部に、前記屈曲面を成形する凸部と、パンチ肩R部を備え、
前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧は、前記凸部および前記パンチ肩R部を除いた前記パンチの残余部が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧よりも高く、さらに、
前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方を含む前記パンチの第1の部分における前記ブランクとの静摩擦係数は、前記第1の部分を除いた前記パンチの第2の部分における前記ブランクとの静摩擦係数よりも、大きい、キャラクターラインを有する外板パネルの製造装置。
本発明によれば、キャラクターライン、特にシャープなキャラクターラインを有する外板パネルをプレス加工により製造する際に、金型コストの大幅な増加を伴うことなく、しかも成形不良の発生を抑制しながら、線ずれを、抑制または実質的に解消することができる。
図1は、製造装置の一例を、成形開始前について示す分解斜視図である。 図2は、実施の形態1の製造装置の構成を示す断面図である。 図3は、パンチ頂部に設けられた粒子固着部の拡大図である。 図4は、パンチを下から見上げた状況を示す説明図である。 図5は、製造装置1の動作を示す説明図である。 図6は、製造装置1の動作を示す説明図である。 図7は、製造装置1の動作を示す説明図である。 図8は、別の形態の製造装置1の構成を模式的に示す断面図である。 図9Aは、設けられた複数の突起の配列を示す説明図であり、図9Bは、突起の寸法を示す説明図である。 図10は、突起の有無による公称面圧と摩擦係数との関係を示すグラフである。 図11Aは、実施例1において粒子を設けた領域Aを示す平面図であり、図11Bは、図11AのA−A断面図である。 図12は、実施例1の結果を示すグラフである。 図13は、実施例2の結果を示すグラフである。 図14Aおよび図14Bは、線ずれの発生状況を模式的に説明する断面図である。
本発明を説明する。以降の説明では、外板パネルがドアーアウターパネルである場合を例にとる。本発明は、ドアーアウターパネルには限定されず、例えば、フェンダーパネル、サイドパネル、フードアウターパネル、バックドアーアウターパネル等の外板パネルにも同様に適用される。
図1は、製造装置1の一例を、成形開始前について示す分解斜視図である。
図1に示すように、製造装置1は、パンチ2、ブランクホルダー4およびダイ3を備える。
ダイ3は、パンチ2およびブランクホルダー4に対向して配置される。パンチ2、ブランクホルダー4およびダイ3は、パンチ2およびブランクホルダー4とダイ3との間に配置されるブランク(図示しない)に絞り成形または張出し成形によるプレス加工を行うことにより、ドアーアウターパネル(図示しない)を製造する。
ブランクは、金属製のブランクであり、鋼板であることが例示される。ブランクは、鋼板には限定されず、工業用純アルミニウム板、アルミニウム合金板、工業用純チタン板、チタン合金板等であってもよい。
ドアーアウターパネルは、少なくとも二つの面により挟まれた屈曲面(稜線)であるキャラクターラインを備える。ドアーアウターパネルは複数のキャラクターラインを備えていてもよい。
キャラクターラインとしては、キャラクターラインが直交する断面において、例えば、稜線の曲率半径が例えば10mm以下であるシャープなキャラクターライン、あるいは、稜線を形成する二つの面を延長した二つの面がなす2つの角度のうちの小さな角度である挟み角度が例えば150°以下であるシャープなキャラクターラインが例示される。これらのシャープなキャラクターラインは、プレス成形時に線ずれを発生し易いため、本発明の効果が有利に得られる。
パンチ2は高面圧発生部を有する。高面圧発生部は、ブランクの成形開始から成形完了までの間に、ブランクに高い面圧を与える。例えば、キャラクターライン成形用の凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方が高面圧発生部である。パンチ2は複数の凸部2bを有していてもよい。
パンチ2は低面圧発生部を有する。低面圧発生部は、パンチ2から高面圧発生部を除いた部分であり、パンチ頂部2aから凸部2bおよびパンチ肩R部2cを除いた残余部2dやパンチ縦壁部2eである。低面圧発生部は、ブランクの成形開始から成形完了までの間に、高面圧発生部10がブランクに与える面圧よりも低い面圧をブランクに与える。
製造装置1では、凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方を含むパンチ2の第1の部分におけるブランクとの静摩擦係数μ1は、この第1の部分を除いたパンチ2の第2の部分におけるブランクとの静摩擦係数μ2よりも、大きい。
このため、第1の部分とブランクとの間に発生する摩擦力が増加する。これにより、第1の部分が、パンチ2との初期当たりによりブランクに生じた初期曲げ部が成形過程で本来あるべき位置から移動してずれることを抑制でき、ドアーアウターパネルにおける線ずれを抑制、または実質的に解消できる。
具体的には、凸部2bの静摩擦係数を高めた場合、成形下死点に到達した時点だけでなく、初期当たりから成形下死点に到達するまでの間においても線ずれ抑制効果が発現する。また、パンチ肩R部2cにかかる面圧はキャラクターライン成形用の凸部2bの面圧より高いため、パンチ肩R部2cの静摩擦係数を高めた場合、成形下死点に到達した時点における線ずれ抑制効果は従来技術よりも大きい。
そのため、少なくとも、凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方の静摩擦係数μ1を高めればよいが、凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方の近傍の領域も含めて静摩擦係数μ1を高めてもよい。
例えば、(a)凸部2bの場合には、キャラクターラインの100mm以内の範囲または成形中の面圧が2MPa以上となる範囲や、(b)パンチ肩R部2cの場合には、成形中の面圧が2MPa以上となる範囲の静摩擦係数μ1を高めてよい。
ブランクとの第1の部分の静摩擦係数μ1と、ブランクとの第2の部分の静摩擦係数μ2の差は、好ましくは0.05以上であり、より好ましくは0.10以上であり、さらに好ましくは0.15以上である。これにより、キャラクターラインを有する外板パネルにおける線ずれを確実に抑制することができる。
第1,2の部分の静摩擦係数μ1,μ2は、凸部2bがブランクに最初に当たることによりブランクに生じる初期曲げ部(凹み)が成形過程で移動する方向への静摩擦係数であることが、静摩擦係数μ1を高める範囲を少なくでき、パンチ2の製造コストの上昇を抑制できるために、好ましい。
次に、ブランクとの第1の部分の静摩擦係数μ1を高める手段1,2を説明する。
(手段1)
図2は、製造装置1の構成を示す断面図である。以降の手段1の説明では、粒子を、パンチ2の凸部2bに設ける場合を例にとるが、パンチ2のパンチ肩R部2cに設ける場合も事情は同じである。
製造装置1は、上型としてパンチ2を有するとともに、パンチ2に対向する下型としてダイ3を有する。製造装置1は、パンチ2の側方であってかつダイ3の上方に、ブランクSを押さえるブランクホルダー4を有する。パンチ2は、図示しない昇降機構によって昇降自在に支持される。
図3は、パンチ頂部2aに設けられた粒子固着部5の拡大図である。図3では、粒子固着部5の機能を理解し易くするため、粒子固着部5の大きさをパンチ2に対して誇張して示す。
図3に示すように、粒子固着部5は、粒子5aと、粒子5aをパンチ2に固着させる保持層5bを有する。図2に示すように、粒子固着部5は、パンチ2に設けられた状態において、パンチ頂部2aの形状に沿う凸形状を有する。
図4は、パンチ2を下から見上げた状況を示す説明図である。
図4に示すように、パンチ2は、図2,4のX方向に沿って延在する形状を有する。粒子固着部5もまたパンチ頂部2aの形状に合わせて図2,4のX方向に沿って延在する形状を有する。
粒子固着部5は、パンチ頂部2aに設けられた凸部2bを構成するように、設けられる。凸部2bの位置は、製品であるドアーアウターパネルにおけるキャラクターラインの形成位置に一致する。
一方、ダイ3の上面には、パンチ2のパンチ頂部2aの形状に対応するダイ凹部3aが設けられる。ダイ凹部3aの最下端の位置は、製品であるドアーアウターパネルにおけるキャラクターラインの形成位置に一致する。
パンチ頂部2aがブランクSに接触すると、初期曲げ部が形成される。そして、パンチ頂部2aおよびダイ凹部3aがドアーアウターパネルにキャラクターラインを形成する。
パンチ2およびダイ3の形状は、図1〜4により示す形状に限定されず、製造しようとするドアーアウターパネルの形状に応じて適宜変更される。例えば、図1〜4に示す製造装置1は、キャラクターラインを一つ形成するが、キャラクターラインを複数形成する場合には、パンチ部2aのキャラクターライン成形用凸部2bと、ダイ凹部3aの最下端も、複数設けられる。
図5〜7は、実施の形態の製造装置1の動作を経時的に示す説明図である。図5〜7では、粒子固着部5を省略する。
パンチ2は、粒子固着部5が設けられている部分に相当するパンチ2のー部(以下、「パンチ着脱部6」という)が、パンチ本体7に対して着脱自在に取り付けられている。
粒子固着部5は、パンチ本体7に対して着脱自在なパンチ着脱部6の表面に、設けられている。このため、粒子固着部5は、パンチ着脱部6の着脱を介して、パンチ2に着脱自在に配置される。
パンチ2がパンチ着脱部6およびパンチ本体7により構成されることにより、粒子固着部5の粒子5aの摩耗状況やブランクSの硬度、キャラクターラインの形状等の操業条件に応じて、例えば粒子固着部5が設けられた他のパンチ着脱部6や、粒子の種類等が異なる粒子固着部を有する他のパンチ着脱部6に容易に交換できる。
これにより、パンチ2そのものを交換するよりも大幅に交換時間を短縮でき、生産性を向上できる。なお、パンチ2に対して粒子固着部5を着脱自在とする構成は、以上説明した形態には限定されない。
粒子固着部5の粒子5aは、ビッカース硬度が700HV以上のものであればよく、特に限定されない。粒子固着部5をパンチ2に設けることにより、粒子固着部5を有さないパンチを用いてプレス成形を行う場合に比べ、プレス成形時におけるパンチ2とブランクSとの間の摩擦力を高めることができる。
これにより、ブランクSのキャラクターライン成形部における材料の移動を抑制できる。このため、プレス成形の初期段階で形成される初期曲げ部の移動量が小さくなり、キャラクターラインの線ずれを抑制または実質的に解消できる。
粒子5aのビッカース硬度が700HV未満であると、プレス成形時にブランクSに粒子5aが噛み込み難くなり、パンチ2とブランクSとの間の摩擦力が不足する。このため、粒子5aのビッカース硬度は、700HV以上であり、好ましくは1500HV以上であり、さらに好ましくは2000HV以上である。
粒子5aは、ブランクSの硬度に応じて適宜選択される。例えば溶融アルミナ(2100HV)、炭化ケイ素(25000HV)、炭化ホウ素(2750HV)、セラミック(2800HV)、ダイヤモンド(9000HV)等が粒子5aとして用いられる。
粒子5aは、保持層5bを介してパンチ着脱部6の表面に固着されている。粒子5aを固着する方法は特に限定されないが、電着塗装や溶着などが挙げられる。電着塗装では、粒子5aが含まれた液層の中にパンチ着脱部6を浸漬し、パンチ着脱部6が浸漬した部分に電圧をかける。
粒子5aを溶着させる場合は、粒子5aの表面に金属メッキを施し、その粒子5aをパンチ着脱部6の表面に直接ろう付けする。この場合、ろうが保持層5bの役割を果たす。
粒子固着部5の幅(図2,4におけるY方向の幅)は、パンチ2とブランクSとの摩擦力によって線ずれが抑制されるように、粒子の種類や硬度、埋め込み率、あるいはブランクSの鋼種や硬度、キャラクターラインの形状等に応じて、適宜決定すればよい。
<埋め込み率>
粒子固着部5における粒子5aの埋め込み率は好ましくは50〜80%である。この埋め込み率は、粒子5aの平均粒径Dに対する保持層5bの高さHの比率であり、(保持層5bの高さH/粒子5aの平均粒径D)×100(%)として算出される。埋め込み率は、保持層5bから突出する粒子5aの高さを示す指標である。
埋め込み率が50%未満であると、保持層5bから突出する粒子5aの高さが高くなり、パンチ2とブランクSとの摩擦力が向上する。しかし、それぞれの粒子5aへの入力荷重が大きくなる。
これにより、粒子5aが保持層5bから脱落し易くなるとともに、粒子5aが摩耗し易くなる。このため、粒子固着部5の耐摩耗性を向上させるために、埋め込み率は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは55%以上であり、さらに好ましくは60%以上である。
一方、埋め込み率が80%を超えると、保持層5bに埋没する粒子5aの数が増加し、粒子固着部5とブランクSの摩擦力を十分に高めることができない。このため、埋め込み率は、好ましくは80%以下であり、より好ましくは75%以下であり、さらに好ましくは70%以下である。
保持層5bの高さHの測定法を説明する。図4に示すパンチ2の平面視において、凸部2bの全長をWとし、凸部2bの始端位置を0とし、凸部2bの終端位置をWとする。この際、0.25W位置、0.50W位置、0.75W位置からそれぞれ凸部延設方向(図4のX方向)へ±2.0mmの範囲を観察箇所とする。
これらの観察箇所について、凸部2bに垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、0.25W位置、0.50W位置および0.75W位置の断面における、前記観察箇所(凸部延設方向へ±2.0mmの範囲)を観察する。各観察箇所において、保持層5bの高さ(パンチ表面に垂直方向)を各20点測定し、計60点の平均値として保持層5bの高さが求められる。
次に、粒子5aの平均粒径の測定法を説明する。図4に示すパンチ2の平面視において、凸部2bの全長をWとし、凸部2bの始端位置を0とし、凸部2bの終端位置をWとする。この際、0.25W位置、0.50W位置および0.75W位置からそれぞれ凸部延設方向(図4のX方向)へ−2mm,−1mm,0mm,1mm,2mmの位置において、凸部2bに垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、光学顕微鏡で100〜400倍の視野を観察する。
これらの観察箇所の断面15箇所における粒子5aの粒径の平均値を粒子5aの平均粒径とする。なお、粒子5aの個々の粒径については長辺と短辺の平均値を粒径と定義する。前記観察箇所と重なった粒子5aの粒径は測定せずに値として含めない。
図4は、凸部2bが平面視で直線である場合を示すが、凸部2bは三次元的な曲線であってもよい。
<平均粒径>
粒子5aの平均粒径は好ましくは5〜600μmである。粒子5aの平均粒径が5μm未満であると、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、パンチ2とブランクSとの摩擦力が不足するおそれがある。このため、粒子5aの平均粒径は、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、さらに好ましくは50μm以上である。
一方、粒子5aの平均粒径が600μmを超えると、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、ブランクSのプレス成形時において粒子固着部5の各粒子5aへの入力荷重が大きくなり過ぎて粒子5aが保持層5bから脱落し易くなるおそれがある。このため、粒子5aの平均粒径は、好ましくは600μm以下であり、より好ましくは500μm以下であり、さらに好ましくは400μm以下である。
なお、図4に示すパンチ2では、凸部2bがX方向に沿って直線状に延在するため、粒径を測定する断面は互いに平行となる。しかし、例えば、凸部2bが、曲線形状である場合、あるいは三次元的に湾曲するような形状である場合には、0.25W位置、0.50W位置、0.75W位置における断面が互いに交差することもある。
<粒子率>
粒子固着部5の粒子率は好ましくは5〜20%である。粒子率は、一定領域内における粒子の密集度を示す指標となるものであり、(粒子固着部5中の粒子5aの総体積/粒子固着部5の体積)×100(%)として、算出される。
粒子率が5%未満であると、粒子5aの数が少な過ぎ、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、パンチ2とブランクSとの摩擦力が不足するおそれがある。このため、粒子固着部5の粒子率は、好ましくは5%以上であり、より好ましくは8%以上であり、さらに好ましくは10%以上である。
一方、粒子率が20%を超えると、粒子固着部5中の粒子5aの数が多過ぎ、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、粒子5a間において目詰まりが生じ易くなるおそれがある。各粒子5a間で目詰まり生じると、パンチ2とブランクSとの間の摩擦力が不足する。このため、粒子固着部5の粒子率は、好ましくは20%以下であり、より好ましくは10%以下であり、さらに好ましくは15%以下である。
製造装置1は以上のように構成される。次に、製造装置1を用いた、キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法を説明する。
はじめに、ダイ3とパッド4の間にブランクSを配置する。このとき、ブランクSの、外観に現れる面(意匠面)と外観に現れない面(非意匠面)のうち、非意匠面側がパンチ2側を向くように、ブランクSを配置する。
次に、パンチ2を下降させる。この際、パンチ2の凸部2bがブランクSに最初に接触することにより、線ずれの原因となる初期曲げ部がブランクSに生じる。図5は、凸部2bがブランクSに最初に接触した時を示す。
その後、図6に示すように、パンチ2をさらに下降させる。これにより、凸部2bを含んで設けられた粒子固着部5がブランクSに接触したまま、パンチ2が下降する。このため、粒子固着部5の粒子5aがブランクSに噛み込む。
したがって、粒子固着部5とブランクSとの間の摩擦力が、粒子固着部5を有さない従来のパンチを用いた場合に得られる摩擦力よりも、高まる。この状態でパンチ2が下降する。
これにより、ブランクSのキャラクターライン成形部における材料の移動が抑制される。その結果、プレス成形の初期段階で形成された初期曲げ部が移動し難くなり、キャラクターラインの線ずれが抑制される。
この状態のまま、図7に示すように、パンチ2を成形下死点まで移動させ、ブランクSにキャラクターラインを形成する。パンチ2の粒子固着部5はブランクSの非意匠面に接するため、製品の外観には粒子5aとの接触が原因になる庇は現れない。
このようにして、製造装置1によれば、完成車両のハイライト面検査でドアーアウターパネルの外板面品質不良と判定される線ずれを、従来よりも抑制できる。
また、パンチ2側にのみ粒子5aを固着させ、ダイ3側には粒子5aを設けない。このため、プレス成形時に、ブランクSのキャラクターライン成形部を完全に拘束する大きな拘束力は発生しない。
これにより、キャラクターライン成形部以外の部分のプレス成形では、ブランクのたわみや流入不足といった成形不良が発生し難い。したがって、ドアーアウターパネルのような、三次元的に湾曲する形状のキャラクターラインを有する外板パネルも製造できる。
図8は、別の形態の製造装置1の構成を模式的に示す断面図である。
以上の説明では、パンチ2がパンチ着脱部6とパンチ本体7で構成されること形態を例にとった。しかし、図8に示すように、パンチ着脱部6とパンチ本体7が一体に構成されていてもよい。製造装置1では、例えばパンチ頂部2aの表面に保持層5bを貼り付け、または塗布し、保持層5bに粒子5aを分散させるように固着させて粒子固着部5を形成すればよい。
(手段2)
次に、手段2を説明する。手段2が手段1と相違するのは、ブランクとの第1の部分の静摩擦係数μ1を高める手段として、手段1の粒子5aに替えて、突起8を用いる点である。
パンチ2における第1の部分には、複数の突起8が設けられている。図9Aは、設けられた複数の突起8の配列の一例を示す説明図であり、図9Bは、突起8の寸法の一例を示す説明図である。なお、図9Aおよび図9Bにおける寸法の単位はmmである。
複数の突起8は、如何なる手段で形成してもよいが、例えば、通常のパンチをマスキングしてからエッチングすることにより形成することが、パンチの製造コストの上昇を抑制するために望ましい。
図9Aに示すように、第1の部分には複数の突起8が、中心距離0.80mm間隔で格子状に設けられている。また、図9Bに示すように、第1の部分に形成する突起8には、目標厚さが20μmのクロムメッキ層9が形成されている。突起8の高さの目標値は0.06mmであり、突起8の直径の目標値は0.11mmである。クロムメッキ層9は突起8の硬度を高める。
これら突起8を、ブランクSにおける、ドアーアウターパネルの非意匠面である内面に接触するように、パンチ2の第1の部分に設けることにより、ドアーアウターパネルの意匠面である外面の外観品質の低下を防ぎながら、ドアーアウターパネルにおける線ずれを抑制できる。
図9Aおよび図9Bに例示するように、突起8は、高さ:0.02〜0.10mm,径:0.05〜0.15mm,密度:5×10〜5×10個/m,隣接する突起8の中心距離:0.5〜1.0mmを満足することが、ドアーアウターパネルの意匠面である外面の外観品質の低下を防ぎながら、外板パネルにおける線ずれを確実に抑制できるために、望ましい。
微小な突起8を有する摺動試験金型を作製して平板摺動試験を行い、静摩擦係数を計測した。摺動試験の条件を以下にまとめて示す。
・材料 :板厚0.7mmの軟鋼板
・突起8の形状 :直径0.11mm、高さ0.06mm
・突起8の配置 :中心距離0.7mm間隔の格子状
・金型の形状 :40mm×30mm 30mm方向に引き抜き
・引き抜き条件 :長さ300mm
・試験(公称)面圧:実成形で発生する面圧をFEM解析から設定した。
図10は、突起8の有無による公称面圧と静摩擦係数との関係を示すグラフである。
図10のグラフに示すように、通常の平板金型(突起無し)では、静摩擦係数μ2は0.10〜0.15程度であるのに対し、微小な突起8を設けると0.30程度まで静摩擦係数μ1が増加する。なお、ブランクの板厚tに対して突起8の高さが5%以下であれば、ドアーアウターパネルの意匠面である外面の外観品質の低下を防ぐことができる。
以上の説明では、上型のパンチ2を可動式とするとともに下型のダイ3を固定式としたが、上型のパンチ2を固定式とし、下型のダイ3を可動式としてもよい。また、上型をダイ3とし、下型をパンチ2としてもよい。
すなわち、製造装置は、図1〜8に示す形態には限定されず、粒子5aや突起8により静摩擦係数を高めた箇所が、パンチ頂部2aの凸部2bおよびパンチ肩R部2cの少なくとも一方を含むパンチ2の第1の部分に設けられていれば、たわみや流入不足といった成形不良の発生を抑制しながら、ドアーアウターパネルのキャラクターラインの線ずれを抑制できる。
次に、実施例を参照しながら本発明をさらに具体的に説明する。
以下に列記の金型条件、および表1に示す手段1の条件で、図11Aおよび図11Bに示す線ずれ評価用パンチ2を作製し、手段1を用いた製造装置1を用いて供試材(TS270MPa級合金化溶融亜鉛めっき鋼板、板厚0.7mm、長さ400mm、幅200mm)をプレス成形し、特許文献1に記載された評価パラメータS=L×│H│1/3を用いて線ずれ量を定量評価した。
[金型条件]
・BHF 20トン
・プレス速度 10mm/s
・潤滑有
・パンチの第1の部分:図11Aおよび図11Bにおける領域A
・粒子5a
結果を図12のグラフに示す。評価パラメータS値はずれ幅L[mm]を用いて算出されるため、S値が小さいことは線ずれ量が小さいことを意味する。
図12のグラフに示すように、従来例である平板の評価パラメータS値を1とすると、本発明例1,2では、評価パラメータSが0.9程度に改善された。
さらに、本発明例1,2について目視による官能評価も行った。官能評価においても、本発明例1,2の線ずれが抑制されていることが確認された。
手段1を手段2に置換した製造装置1を用いて、表2に示す試験条件で、上記線ずれ評価用金型でのFEMを行い、特許文献1に記載された評価パラメータS=L×│H│1/3を用いて線ずれ量を定量評価した。段落0116で説明したように、当業者であれば、高さ、径、密度及び隣接する突起の中心距離などを適宜選択することで、静摩擦係数を調整可能である。
このFEM解析では、パンチ2の凸部2bの近傍、パンチ肩R部2cの摩擦係数を、突起8を形成することにより部分的に高めて、ブランクの、凸部2bとの初期曲げ部の移動量(ずれ量)を求めた。
この解析では、静摩擦係数は0.10を基準とした。
図13Aおよび図13Bは、解析結果を示すグラフである。図13Aは凸部2bに突起8を設けた場合の評価結果を示し、図13Bはパンチ肩R部2cに突起8を設けた場合の評価結果を示す。
図13A,図13Bのグラフに示されるように、基準の平板(静摩擦係数0.10)の評価パラメータS値を1とすると、高面圧部位の静摩擦係数を高めた本発明例1〜3では、評価パラメータSが大幅に改善された。
1 製造装置
2 パンチ
2a パンチ頂部
2b 凸部
2c パンチ肩R部
2d 残余部
2e パンチ縦壁部
3 ダイ
3a 凹部
4 ブランクホルダー
5 粒子固着部
5a 粒子
5b 保持層
6 パンチ着脱部
7 パンチ本体
8 突起
9 クロムメッキ層
S ブランク

【0017】
するため、粒径を測定する断面は互いに平行となる。しかし、例えば、凸部2bが、曲線形状である場合、あるいは三次元的に湾曲するような形状である場合には、0.25W位置、0.50W位置、0.75W位置における断面が互いに交差することもある。
[0098]
<粒子率>
粒子固着部5の粒子率は好ましくは5〜20%である。粒子率は、一定領域内における粒子の密集度を示す指標となるものであり、(粒子固着部5中の粒子5aの総体積/粒子固着部5の体積)×100(%)として、算出される。
[0099]
粒子率が5%未満であると、粒子5aの数が少な過ぎ、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、パンチ2とブランクSとの摩擦力が不足するおそれがある。このため、粒子固着部5の粒子率は、好ましくは5%以上であり、より好ましくは8%以上であり、さらに好ましくは10%以上である。
[0100]
一方、粒子率が20%を超えると、粒子固着部5中の粒子5aの数が多過ぎ、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、粒子5a間において目詰まりが生じ易くなるおそれがある。各粒子5a間で目詰まり生じると、パンチ2とブランクSとの間の摩擦力が不足する。このため、粒子固着部5の粒子率は、好ましくは20%以下であり、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは10%以下である。
[0101]
製造装置1は以上のように構成される。次に、製造装置1を用いた、キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法を説明する。
はじめに、ダイ3とパッド4の間にブランクSを配置する。このとき、ブランクSの、外観に現れる面(意匠面)と外観に現れない面(非意匠面)のうち、非意匠面側がパンチ2側を向くように、ブランクSを配置する。
[0102]
次に、パンチ2を下降させる。この際、パンチ2の凸部2bがブランクSに最初に接触することにより、線ずれの原因となる初期曲げ部がブランクS
張出し成形または絞り成形では、パンチ1およびダイ2へのブランク流入量がブランク3の部位により異なる。このため、キャラクターラインを構成する少なくとも二つの面それぞれに作用する張力の差が不可避的に発生する。この張力の差により、初期曲げ部3aは、プレス加工の進行に伴い、凸部1aから移動してずれていく。このため、初期曲げ部3aが、成形完了時に、外板パネル4に実際に成形されたキャラクターライン4a−1の近傍にほぼ沿った凹み4a−2として、残存する。
(B)パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域の、ブランクとの摩擦係数を高める手段として、下記(B1)項および(B2)項が例示される。
(B1)パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域に、ビッカース硬度が700HV以上の粒子を設ける。
(B2)パンチの高面圧発生部およびその周辺の領域に、適宜手段により突起を設ける。
パンチ2およびダイ3の形状は、図1〜4により示す形状に限定されず、製造しようとするドアーアウターパネルの形状に応じて適宜変更される。例えば、図1〜4に示す製造装置1は、キャラクターラインを一つ形成するが、キャラクターラインを複数形成する場合には、パンチ部2aのキャラクターライン成形用凸部2bと、ダイ凹部3aの最下端も、複数設けられる。
一方、粒子率が20%を超えると、粒子固着部5中の粒子5aの数が多過ぎ、粒子5aとブランクSとの硬度差やキャラクターラインの形状等の操業条件によっては、粒子5a間において目詰まりが生じ易くなるおそれがある。各粒子5a間で目詰まり生じると、パンチ2とブランクSとの間の摩擦力が不足する。このため、粒子固着部5の粒子率は、好ましくは20%以下であり、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは10%以下である。
製造装置1は以上のように構成される。次に、製造装置1を用いた、キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法を説明する。
はじめに、ダイ3とブランクホルダー4の間にブランクSを配置する。このとき、ブランクSの、外観に現れる面(意匠面)と外観に現れない面(非意匠面)のうち、非意匠面側がパンチ2側を向くように、ブランクSを配置する。

Claims (14)

  1. パンチおよびブランクホルダーと、前記パンチおよびブランクホルダーに対向するダイを用い、前記パンチおよびブランクホルダーと前記ダイとの間に配置されるブランクに絞り成形または張出し成形によるプレス加工を行うことにより、二つの面により挟まれた屈曲面であるキャラクターラインを有する外板パネルを製造する方法であって、
    前記パンチは、パンチ頂部に前記屈曲面を成形する凸部と、パンチ肩R部を備え、
    前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧は、前記凸部および前記パンチ肩R部を除いた前記パンチの残余部が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧よりも高く、さらに、
    前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方を含む前記パンチの第1の部分における前記ブランクとの静摩擦係数は、前記第1の部分を除いた前記パンチの第2の部分における前記ブランクとの静摩擦係数よりも、大きい、キャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  2. 前記ブランクとの前記第1の部分の静摩擦係数と、前記ブランクとの前記第2の部分の静摩擦係数の差は0.05以上である、請求項1に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  3. 前記静摩擦係数は、前記凸部が前記ブランクに最初に当たることにより該ブランクに生じる凹みが成形過程で移動する方向への静摩擦係数である、請求項1または2に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  4. 前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方は、ビッカース硬度が700HV以上の粒子を有する、請求項1〜3のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  5. 前記パンチは、前記粒子を保持する保持層を有する粒子固着部を備え、該粒子固着部は、前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方に設けられる、請求項4に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  6. 前記粒子の埋め込み率は50〜80%である、請求項4または5に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
    ただし、前記埋め込み率は、(前記保持層の高さ/前記粒子の平均粒径)×100(%)として算出される。
  7. 前記粒子の平均粒径は5〜600μmである、請求項6に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  8. 固着された前記粒子の粒子率は5〜20%である、請求項6または7に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
    ただし、前記粒子率は、(前記粒子の総体積/前記粒子固着部の体積)×100(%)として算出される。
  9. 前記粒子固着部を、操業条件に応じて他の粒子固着部に交換する、請求項5〜8のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  10. 前記粒子は、前記ブランクにおける、前記外板パネルの内面である非意匠面に接触する、請求項4〜9のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  11. 前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方は、突起を有する、請求項1〜3のいずれかに記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  12. 前記突起の高さは0.02〜0.10mmである、請求項11に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  13. 前記突起は、前記ブランクにおける、前記外板パネルの内面である非意匠面に接触する、請求項11または12に記載のキャラクターラインを有する外板パネルの製造方法。
  14. パンチおよびブランクホルダーと、該パンチおよびブランクホルダーに対向するダイとを備え、
    前記パンチおよびブランクホルダーと前記ダイとの間に配置されるブランクに絞り成形または張出し成形によるプレス加工を行うことにより、少なくとも二つの面により挟まれた屈曲面であるキャラクターラインを有する外板パネルを製造する装置であって、
    前記パンチは、パンチ頂部に、前記屈曲面を成形する凸部と、パンチ肩R部を備え、
    前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧は、前記凸部および前記パンチ肩R部を除いた前記パンチの残余部が前記プレス加工時に前記ブランクに与える面圧よりも高く、さらに、
    前記凸部および前記パンチ肩R部の少なくとも一方を含む前記パンチの第1の部分における前記ブランクとの静摩擦係数は、前記第1の部分を除いた前記パンチの第2の部分における前記ブランクとの静摩擦係数よりも、大きい、キャラクターラインを有する外板パネルの製造装置。

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