WO2012070623A1 - L形製品の製造方法 - Google Patents

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田中 康治
隆司 宮城
操 小川
茂 内山
孝利 笹原
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新日本製鐵株式会社
スズキ株式会社
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    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/88Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an L-shaped product, and more particularly to a method for manufacturing an L-shaped member having a hat-shaped cross section used for a lower front pillar of a monocoque body automobile from a metal thin plate blank.
  • the blank In the drawing process, generally, the blank needs to have high stretchability, and the drawing blank is formed from a relatively low strength material. Accordingly, a relatively thick blank is required to improve the collision performance of the automobile, and there is a problem that the weight and material cost of the skeleton structure of the automobile are increased.
  • the present invention has a technical problem to solve the problems in the prior art range, and from a blank having a small margin as compared with a conventional drawing process, the L-shape is formed by pressing without generating cracks and wrinkles. It aims to provide a method for manufacturing a product. Another object of the present invention is to provide a method for producing an L-shaped product satisfactorily even when a high-tensile material having a lower drawability is used as well as a relatively low-strength steel plate having a higher drawability as a blank. Yes.
  • An L-shaped flat top wall having first and second legs corresponding to the first and second legs, and completed.
  • Manufacturing an intermediate product including an inner wall and an outer wall corresponding to an inner wall and an outer wall of the L-shaped product, and a flange portion corresponding to a flange portion of the completed L-shaped product,
  • the product includes a first region adjacent to a tip of the first leg and a second region adjacent to the second leg, wherein the intermediate product is completed in the first region.
  • a shape substantially matching a corresponding shape of the L-shaped product, and in the second region, each angle between the upper wall and the inner and outer walls is to the second leg.
  • the method further includes the steps of providing a bending die assembly and further pressing the intermediate product with the bending die assembly to produce the finished L-shaped product.
  • a method of manufacturing an L-shaped product comprising the steps is provided.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an L-shaped product along the arrow line aa in FIG. 1. It is a perspective view of an L-shaped aperture panel. It is sectional drawing of a drawing process. It is sectional drawing at the time of a bending process start. It is sectional drawing of a bending process. It is a top view of an intermediate product.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the intermediate product along the arrow line AA in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the intermediate product along the arrow BB in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the intermediate product along the line of sight CC in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the intermediate product along the arrow line DD in FIG. 6. It is explanatory drawing of the movement state of the material of the blank in a bending process. It is explanatory drawing of the movement state of the material of the blank in a bending process. It is a top view which shows a part of L-shaped product after a bending process.
  • FIG. 9B is a partial side view of the L-shaped product viewed in the direction of the arrow EE in FIG. 9A. It is sectional drawing of the L-shaped product in alignment with arrow FF in FIG. 9A. It is a perspective view of the L-shaped shape after a bending process. It is a perspective view of the L-shaped shape after a bending process.
  • a metal thin plate blank having a relatively large margin is prepared, and the blank is drawn to obtain a drawn panel 100 as shown in FIG. It is manufactured and the excess part is removed from the diaphragm panel 100.
  • a portion I between the first and second leg portions 102a and 102b in the upper wall 102 of the diaphragm panel 100 is excessively formed during press working, and wrinkles are likely to occur.
  • the material is insufficient and the inner flange portion 108 is easily broken.
  • a drawing die assembly 30 in order to manufacture the L-shaped product 10, first, a drawing die assembly 30 is prepared.
  • the drawing die assembly 30 includes a drawing die 32, and a holder 34 and a punch 36 disposed facing the drawing die 32.
  • the drawing die 32 includes a recess 32a having a shape corresponding to the shape of the upper wall 52, the inner wall 54 and the outer wall 56 of the intermediate product 50, and a flat surface extending along the peripheral edge of the recess 32a.
  • flanks 32b flanks 32b.
  • the holder 34 has a flat clamp surface 34 a that faces the flank 32 b of the drawing die 32.
  • the clamp surface 34a of the holder 34 is substantially U-shaped and has one end open, and the intermediate product 50 has a second leg 52b opposite to the first leg 52a.
  • the portion of the blank 26 corresponding to the edge 52e adjacent to is not clamped.
  • the punch 36 has an outer shape 36 a having a shape corresponding to the concave portion 32 a of the drawing die 32.
  • the intermediate product 50 includes a first region adjacent to the distal end of the first leg 52a and a second region adjacent to the second leg 52b.
  • FIGS. 6A and 6B which are cross-sectional views of the intermediate product 50 taken along arrows AA and BB in FIG. 6, each of the upper wall 52, the inner wall 54, and the outer wall 56.
  • the intermediate product 50 has a shape substantially corresponding to the corresponding shape of the finished L-shaped product 10, being substantially equal to the angle ⁇ 1 of 1 and the second angle ⁇ 2 of 90 to 115 °.
  • FIG. 6C which is a cross-sectional view of the intermediate product 50 along the arrow CC in FIG. 6, the first angle ⁇ formed by each of the upper wall 52, the inner wall 54, and the outer wall 56. 1C and the second angle ⁇ 2C are larger than the first angle ⁇ 1 and the second angle ⁇ 2 of the L-shaped product 10 that is the finished product, and further toward the second leg 52b. Increasingly. More specifically, the first angle ⁇ 1C and the second angle ⁇ 2C of the intermediate product 50 in the CC cross section are 120 to 180 °. Further, in the cross section taken along the line DD of FIG. 6, the first angle of the intermediate product 50 disappears, and this portion, that is, the edge 52 e adjacent to the second leg 52 b of the intermediate product 50. In the vicinity, the inner wall 54 is substantially in the same plane as the upper wall 52.
  • the first region adjacent to the tip of the first leg portion 12a of the L-shaped product 10 has a relatively gentle change in shape, and is formed into a shape substantially the same as the final shape by drawing. can do.
  • wrinkles and cracks are likely to occur in the second region adjacent to the second leg portion 12b of the L-shaped product 10 including the inner curved portion 22 and the outer curved portion 24 that change relatively greatly.
  • the intermediate product 50 is manufactured from the blank 26 by the drawing process in the first step, and the bending process is performed on the second region of the intermediate product 50 in the second step. To match the shape of a typical L-shaped product 10.
  • the curve and protrusion of the L-shaped lower end edge before molding may have a certain curvature or a combination of a plurality of curvatures or an ellipse depending on the L-shape to be molded and securing the joining allowance with other parts.
  • it may be a straight line, a combination of a straight line and a curved line, or a wave shape, and the protrusion amount may be adjusted according to the part shape and the degree of processing. In order to adjust the degree of bending and protrusion, it is preferable to use a molding simulation by a computer.
  • the blank can be made smaller than the conventional one. Further, since the reduction of the plate thickness due to forming is suppressed, not only a relatively low-strength steel plate having a high stretchability but also a high-tensile material having a lower stretchability can be pressed well.
  • a bulging portion 16a that bulges upward in an arc shape from the upper wall 12 is formed on the outer edge portion 12d between the upper wall 12 and the outer wall 16 in the outer curved portion 24.
  • the arc-shaped profile of the outer curved portion 24 when the upper wall 12 shown on the left side of FIG. 9A is viewed from the top, and the arc-shaped profile of the upper end portion 9 when viewed from the side shown on the right side of FIG. The difference between and should be within 10mm.
  • a predetermined range F ip from the center portion C 22 of the inner curved portion 22 of the L-shaped product 10 after bending to the first leg portion 12a in this embodiment, a range of 100 mm.
  • the width h of the inner flange portion 18 of the L-shaped product 10 is preferably set to 25 to 100 mm for the following reason.
  • the force pulling the second leg 52b toward the first leg 52a acts on the portion of the predetermined range Fip of the inner flange portion 18 of the L-shaped product 10.
  • the width h is 25 mm or less, the stress indicated by V in FIG. 11 becomes excessive, and the material in the end portion III (FIGS. 7 and 8) adjacent to the second leg 52b of the upper wall 52 of the intermediate product 50 This causes a problem that the outflow of the steel becomes excessive, the plate thickness is greatly reduced, and cracking is likely to occur.
  • the width h is 100 mm or more, in the bending process, the compression in the portion IV (FIG. 11) adjacent to the inner curved portion 62 in the inner flange portion 58 of the intermediate product 50 becomes excessive.
  • the inner wall 14 has a radius of curvature of at least 5 mm.
  • the radius of curvature of the inner side wall 14 when the radius of curvature of the inner side wall 14 is 5 mm or less, the curvature is too large, so that the vicinity of the joint between the inner side wall 14 and the inner flange portion 18 is subjected to local overhang forming at the portion having the maximum curvature. It becomes easy to generate a crack.
  • the radius of curvature of the inner curved portion 22 of the inner wall 14 exceeds 300 mm, the second leg portion 12b of the L-shaped product 10 becomes longer, and the second leg portion 12b of the L-shaped product 10 becomes longer in the bending process.
  • the curvature radius of the inner curved portion 22 of the inner wall 14 is preferably 5-300 mm.
  • the metal thin plate forming the blank 26 can be a high-tensile steel plate having a low elongation property and a breaking strength of 400 MPa or more and 1600 MPa or less.
  • the blank 26 made of a thin metal plate with a small margin is formed on the L-shaped product 10 having the inner curved portion 22 and the outer curved portion 24 as compared with the case of normal drawing.
  • an L-shaped product 200 forms a front pillar lower portion extending from a windshield lower edge to a side sill (not shown) in a monocoque body automobile frame structure.
  • the L-shaped product 200 includes a part of the front pillar upper portion 206 extending along the windshield side edge 208, a first leg 202 connected to the front pillar upper portion 206, and a second portion connected to the side sill.
  • the outer curved portion 200a extends substantially along an arc and forms a part of a wheel house (not shown) of the front wheel.
  • the blank 210 shown in FIG. 13 is made of a high-strength steel plate having a tensile strength of 980 MPa, a breaking elongation limit of 17.2%, and a plate thickness of 1.8 mm, and has an expanded shape of the L-shaped product formation 200 of FIG. It has a shape with a 5mm margin. Further, the blank 210 has a protruding portion 212 curved outward.
  • the drawing die assembly 220 includes a punch 222, a blank holder 224, and a drawing die 226. By drawing the blank 210 with the drawing die assembly 220, the intermediate product 230 shown in FIG. 15 is formed.
  • the blank 210 is an aluminum plate having a tensile strength of 296 MPa, a breaking elongation limit of 24.0%, and a plate thickness of 1.8 mm, and pressed by the drawing die assembly 220 and the bending die assembly 240 Similarly, the L-shaped product 200 could be formed satisfactorily.
  • FIG. 17A to FIG. 24A there are shown experimental examples in which generation of wrinkles and cracks was observed by press working with the L-shaped product manufacturing method of the present invention while changing various parameters.
  • an L-shaped product 300 having a hat cross section to be pressed in this experimental example has first and second legs 302a and 302b connected to each other, as in the above-described embodiment.
  • An upper wall 302 formed in an L shape is provided.
  • the L-shaped product 300 further extends along the inner edge 302 c of the upper wall 302 and forms an inner wall 304 that forms a predetermined first angle ⁇ 1 with respect to the upper wall 302.
  • extending along the outer edge 302d includes an outer wall 306 which forms a predetermined second angle alpha 2 relative to the upper wall 302, each of the inner side wall 304 and the outer wall 306, upper It terminates at an inner flange portion 308 and an outer side 310 that extend substantially parallel to the wall 302.
  • the L-shaped product 300 has an inner curved portion 312 and an outer curved portion 314 between the first and second legs 302a and 302b.
  • the outer curved portion 314 extends generally along an arc.
  • a bulging portion 306a that bulges upward from the upper wall 302 in an arc shape is provided on the outer edge 302d between the upper wall 302 and the outer wall 306.
  • the intermediate product 350 is a substantially L-shaped flat upper wall having first and second legs 352a, 352b corresponding to the first and second legs 302a, 302b of the upper wall 302 of the L-shaped product 300. 352.
  • the intermediate product 350 further extends along the inner edge 352 c and the outer edge 352 d of the upper wall 352, and the inner wall 354 and the outer wall 356 respectively corresponding to the inner wall 304 and the outer wall 306 of the L-shaped product 300.
  • an inner flange portion 358 and an outer flange portion 360 corresponding to the inner flange portion 308 and the outer flange portion 310 of the L-shaped product 300.
  • a bending die comprising an anvil 332, a pad 334 having an abutment surface 334 a that clamps the upper wall 352 of the intermediate product 350 together with the anvil 332, and a bending die 336 that presses the intermediate product 350 against the anvil 332.
  • An assembly 330 was prepared, and the intermediate product 350 was pressed by the bending die assembly 330 to obtain an L-shaped product 300.
  • Table 1 shows the results of carrying out the present invention by changing various parameters.
  • L is the length of the portion where the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 change in the second region.
  • H Height of the inner wall 352 and the outer wall 354.
  • a The height of the bulging portion 306a viewed in the direction parallel to the upper wall 302 of the L-shaped product 300.
  • b The width of the bulging portion 306a viewed in the direction perpendicular to the upper wall 302 of the L-shaped product 300.

Abstract

 L形の平坦な上壁(12)と、上壁の内縁部(12c)沿いに延設、連結された内側壁(14)と、上壁の外縁部(12d)沿いに延設、連結された外側壁(16)とを含み、内側壁と外側壁の各々は上壁に略平行なフランジ部(18、20)にて終端されて成るL形製品(10)の製造方法が開示される。該方法は、金属製シート材料を準備する段階と、絞り加工ダイ組立体を準備する段階と、金属製シート材料を絞り加工ダイ組立体によってプレス加工して、中間製品を製造する段階とを含む。該方法は、更に、曲げ加工ダイ組立体を準備する段階と、中間製品を曲げ加工ダイ組立体によって更にプレス加工して完成したL形製品を製造する段階とを含んでいる。

Description

L形製品の製造方法
 本発明はL形製品の製造方法に関し、特にモノコックボディーの自動車のロアフロントピラー等に用いられるハット形の断面を有したL形部材を金属製薄板のブランクから製造する方法に関する。
 モノコックボディーの自動車の骨格構造は、金属製薄板をプレス加工して製造された複数の骨格部品を互いに接合して形成される。ロアフロントピラーのリンフォースメントはサイドシルのアウターリンフォースメント等の他の骨格部材と接合され、L形の平坦な上壁と、該上壁の縁部に沿って延設された側壁と、該側壁に連結されたフランジ部とを有したL形の部材を具備している。こうしたL形製品を金属製薄板のブランクからプレス加工する場合、上壁に皺が発生したり、L形製品の内側のフランジ部に割れが発生するという問題がある。
 絞り加工によってこうしたL形製品を製造すれば、上壁への皺の発生は防止できるが、しかし絞り加工では、ブランクは比較的大きなマージンを備える必要があり、素材の歩留まりが悪くコスト高となるという問題がある。
 また、絞り加工では、一般的に、ブランクは高い延伸性を備えていることが必要となり、絞り加工用のブランクは比較的低強度の材料から形成される。従って、自動車の衝突性能を高めるために比較的厚いブランクが必要となり、自動車の骨格構造の重量や材料コストが増加するという問題がある。
 なお、単純なハット断面、Z断面などの一様断面の部品については、特許文献1~4に記載されているように様々な曲げ成形技術が提案されている。しかし、特許文献1~4には上記のような一層複雑な形状のL形部材の製造方法は開示されていない。
特開2003-103306号公報 特開2004-154859号公報 特開2006-015404号公報 特開2008-307557号公報
 従って、本発明は従来技術範囲の問題点を解決することを技術課題としており、従来の絞り加工と比較して小さなマージンを備えたブランクから、割れや皺を発生させることなくプレス加工によってL形製品を製造する方法を提供することを目的としている。本発明は、また、ブランクとして延伸性の高い比較的低強度の鋼板のみならず、一層延伸性の低いハイテン材を使用しても良好にL形製品を製造する方法を提供することを目的としている。
 上述の目的を達成するために、本発明によれば、内縁部と外縁部とを画成するように互いに連結された第1と第2の脚部を有したL形の平坦な上壁と、前記上壁の前記内縁部沿いに延設、連結され前記上壁に対して第1の角度を形成する内側壁と、前記上壁の前記外縁部沿いに延設、連結され前記上壁に対して第2の角度を形成する外側壁とを含み、前記内側壁と外側壁の各々は前記上壁に略平行なフランジ部にて終端されて成るL形製品の製造方法において、金属製シート材料を準備する段階と、絞り加工ダイ組立体を準備する段階と、前記金属製シート材料を前記絞り加工ダイ組立体によってプレス加工して、前記L形製品の前記L形の平坦な上壁の第1と第2の脚部に対応した第1と第2の脚部を有したL形の平坦な上壁と、完成した前記L形製品の内側壁と外側壁に対応した内側壁および外側壁と、完成した前記L形製品のフランジ部に対応したフランジ部とを含んだ中間製品を製造する段階とを含み、前記中間製品は、前記第1の脚部の先端に隣接した第1の領域と、前記第2の脚部に隣接した第2の領域とを含み、前記第1の領域では、前記中間製品は完成した前記L形製品の対応形状に実質的に一致する形状を有し、前記第2の領域では、前記上壁と前記内側壁および外側壁との間の各々の角度が前記第2の脚部へ向けて次第に増加しており、前記方法は、更に、曲げ加工ダイ組立体を準備する段階と、前記中間製品を前記曲げ加工ダイ組立体によって更にプレス加工して完成した前記L形製品を製造する段階とを含んで成るL形製品の製造方法が提供される。
 本発明によれば、絞り加工ダイ組立体によって金属製薄板から成るブランクをプレス加工して中間製品を製造して、該中間製品を曲げ加工ダイ組立体によって更にプレス加工してL形製品を製造するようにしている。曲げ加工ダイ組立体によるプレス加工工程において、中間製品の第2の脚部が内側湾曲部分へ向けて曲げられることになる。上壁において通常では肉余り状態になる領域は、この曲げ変形によって引っ張られ材料が流出して皺が抑制される。一方、通常の絞り加工では板厚が減少して割れが発生し易くなる内側湾曲部分に隣接した内側フランジ部は、該曲げ変形によって圧縮され板厚の減少が抑制されるため、割れや皺の発生が防止される。
 この場合、通常の絞り加工で行われるように、ブランクに比較的大きなマージンを設ける必要がないため、ブランクを小さくすることが可能となる。さらに、プレス加工に際して、延伸性の高い比較的低強度の鋼板だけでなく、従来は成形が困難であったハイテン材よる部品成形が可能となり、L形製品の強度を高めるのみならず、ブランクを薄くすることが可能となり、自動車の骨格構造の軽量化に寄与することができる。
 また、L形製品の内側湾曲部分とは反対側の外側壁に円弧状に延びる外側湾曲部分を設ける場合には、外側湾曲部分において外側壁と上壁との間の側縁部を上壁から上方に円弧状に膨出させることによって、上壁に皺が発生することが防止される。
製造しようとするL形製品の斜視図である。 図1において矢視線a-aに沿うL形製品の断面図である。 L字形の絞りパネルの斜視図である。 絞り加工工程の断面図である。 曲げ加工工程開始時の断面図である。 曲げ加工工程の断面図である。 中間製品の平面図である。 図6において矢視線A-Aに沿う中間製品の断面図である。 図6において矢視線B-Bに沿う中間製品の断面図である。 図6において矢視線C-Cに沿う中間製品の断面図である。 図6において矢視線D-Dに沿う中間製品の断面図である。 曲げ加工工程中におけるブランクの材料の移動状態の説明図である。 曲げ加工工程中におけるブランクの材料の移動状態の説明図である。 曲げ加工後のL形製品の一部を示す平面図である。 図9Aにおいて矢視線E-Eの方向に見たL形製品の部分側面図である。 図9Aにおいて矢視線F-Fに沿うL形製品の断面図である。 曲げ加工後のL字状形状の斜視図である。 曲げ加工後のL字状形状の斜視図である。 1つの実施例におけるL形製品の斜視図である。 図12の実施例におけるブランクの平面図である。 図12の実施例における絞り加工工程で用いる絞り加工ダイ組立体の略図である。 図14絞り加工ダイ組立体の下面を示す斜視図である。 図12の実施例における絞り加工された中間製品の斜視図である。 図12の実施例における曲げ加工工程で用いる曲げ加工ダイ組立体の略図である。 他の実施例におけるL形製品の斜視図である。 図17AのL形製品を反対側から見た斜視図である。 断面と共に示す図17AのL形製品の平面図である。 図17AのL形製品の外側湾曲部分を示す部分拡大斜視図である。 図17AのL形製品の外側湾曲部分を示す部分拡大側面図である。 図17AのL形製品の外側湾曲部分を示す部分拡大平面図である。 図17Aの実施例における絞り加工工程で用いる曲げ加工ダイ組立体の略図である。 図17Aの実施例における曲げ加工工程で用いる曲げ加工ダイ組立体の略図である。 図17Aの実施例で用いるブランクの平面図である。 図17Aの実施例における絞り加工された中間製品の斜視図である。 断面と共に示す図23の中間製品の平面図である。
 以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
 図1、1Aを参照すると、本発明でプレス加工しようとするハット断面を持つL形製品10は、互いに連結された第1と第2の脚部12a、12bを有して概ねL形に形成された上壁12を具備している。L形製品10は、更に、上壁12の内側縁部12cに沿って延設され、該上壁12に対して所定の第1の角度α1を形成する内側壁14と、上壁12の外側縁部12dに沿って延設され、該上壁12に対して所定の第2の角度α2を形成する外側壁16とを具備し、該内側壁14および外側壁16の各々は、上壁12に略平行に延びる内側フランジ部18および外側20にて終端されている。第1と第2のの角度α1、α2は、より具体的には90~115°の角度となっている。
 また、L形製品10は、第1と第2の脚部12a、12bの間に内側湾曲部分22と、外側湾曲部分24とを有している。該L形製品10は、モノコックボディーの自動車の骨格構造において、ウインドシールド下縁からサイドシルへ延びるフロントピラー下方部分に用いることができ、第1の脚部12aはウインドシールド側縁に沿って延びるフロントピラー上方部分に連結され、第2の脚部12bはサイドシルに連結される。また、外側湾曲部分24は概ね円弧に沿って延びており、前輪のホイールハウスの一部を形成する。
 従来、図1に示すようなL形製品を製造するために、比較的大きなマージンを設けた金属製薄板のブランクを準備し、該ブランクを絞り加工して図2に示すような絞りパネル100が製造され、該絞りパネル100から余分な部分を除去される。この方法では、プレス加工の間に、絞りパネル100の上壁102において第1と第2の脚部102a、102bの間の部分Iでは肉余り状態となって皺が発生し易く、一方内側フランジ部108において第1と第2の脚部102a、102bの間の湾曲した部分IIでは、材料が不足して内側フランジ部108が割れ易くなる。この皺や割れを防止するためには、高い延伸性の比較的低強度の鋼板を用い、かつ、L形製品の第2の脚部となる部分に大きなマージンを設けて皺押さえが掛かるまで延長し、絞り加工工程の間に材料の流入を抑制することにより、上壁の皺を防止している。
 図2を参照すると、本発明では、L形製品10を製造するために、先ず、絞り加工ダイ組立体30が準備される。絞り加工ダイ組立体30は、絞り加工ダイ32と、該絞り加工ダイ32に対面配置されたホルダー34およびパンチ36とを具備している。絞り加工ダイ32は、中間製品50の上壁52、内側壁54および外側壁56の形状に対応した形状を有した凹部32aと、該凹部32aの周縁部に沿って延在する平坦面から成るフランク32bとを有している。ホルダー34は、絞り加工ダイ32のフランク32bに対面する平坦なクランプ面34aを有している。より詳細には、ホルダー34のクランプ面34aは略U字形に一方の端部が開いた形状を呈しており、中間製品50において第1の脚部52aとは反対側の第2の脚部52bに隣接した縁部52eに相当するブランク26の部分をクランプしないようになっている。パンチ36は、絞り加工ダイ32の凹部32aに対応した形状を有した外形36aを有している。絞り加工ダイ32とホルダー34との間に成形後の形状を展開した形状の平坦な金属製薄板のブランク26を配置し、絞り加工ダイ32のフランク32bと、ホルダー34のクランプ面34aとによって、ブランク26を絞り加工ダイ32の凹部32aの周縁部に沿ってクランプし、パンチ36を絞り加工ダイ32の凹部32a内に押入することによって中間製品50が製造される。
 図6を参照すると、中間製品50は、完成品であるL形製品10の上壁12の第1と第2の脚部12a、12bに対応した第1と第2の脚部52a、52bを有した略L形の平坦な上壁52を具備している。中間製品50は、更に、上壁52の内側縁部52cおよび外側縁部52dに沿って延設され、L形製品10の内側壁14と外側壁16に各々対応した内側壁54および外側壁56と、L形製品10の内側フランジ部18および外側フランジ部20に対応した内側フランジ部58および外側フランジ部60を含んでいる。
 中間製品50は、第1の脚部52aの先端に隣接した第1の領域と、第2の脚部52bに隣接した第2の領域とを含んでいる。第1の領域では、図6の矢視線A-A、B-Bに沿う中間製品50の断面図である図6A、6Bに示すように、上壁52と内側壁54および外側壁56の各々が形成する第1の角度β1A、β1Bおよび第2の角度β2A、β2Bは、完成品であるL形製品10の上壁12に対して内側壁14および外側壁16が形成する第1の角度α1および第2の角度α2に略等しく90~115°となっており、中間製品50は完成したL形製品10の対応形状に実質的に一致する形状を有している。
 第2の領域では、図6の矢視線C-Cに沿う中間製品50の断面図である図6Cに示すように、上壁52と内側壁54および外側壁56の各々が形成する第1の角度β1Cおよび第2の角度β2Cは、完成品であるL形製品10の第1の角度α1および第2の角度α2よりも大きくなっており、更に、第2の脚部52bへ向けて次第に増加している。より具体的には、C-C断面における中間製品50の第1の角度β1Cおよび第2の角度β2Cは120~180°となっている。更に、図6の矢視線D-Dに沿う断面では、中間製品50の第1の角度は消失しており、この部分、つまり中間製品50の第2の脚部52bに隣接した縁部52eの近傍では内側壁54は上壁52と略同一平面内にある。
 こうして製造された中間製品50を最終的に完成したL形製品10とするために、曲げ加工ダイ組立体40が準備される。図3、4を参照すると、曲げ加工ダイ組立体40は、完成したL形製品10の形状に対応した外形42aを有したアンビル42と、アンビル42と共に中間製品50の上壁52をクランプする当接面44aを有したパッド44と、中間製品50をアンビル42に押圧する曲げ加工ダイ46とを具備する。アンビル42は、パッド44の当接面44aに対面する平坦な上面42bを含んでおり、中間製品50は、そのL形の上壁52がアンビル42の上面42bとパッド44の当接面44aとの間に配置される。
 既述したように、L形製品10の第1の脚部12aの先端に隣接した第1の領域は、形状の変化が比較的穏やかであり、絞り加工によって最終形状と略同一の形状に成形することができる。これに対して、比較的大きく変化する内側湾曲部分22および外側湾曲部分24を含むL形製品10の第2の脚部12bに隣接した第2の領域は、皺や割れが発生し易い。既述した本実施の形態では、第1の工程でブランク26から絞り加工によって中間製品50を製造し、第2の工程で該中間製品50の特に第2の領域に曲げ加工を実施して最終的なL形製品10の形状に一致するようにしている。
 曲げ加工の間、中間製品50は曲げ加工ダイ46によりアンビル42に押圧され、特に中間製品50の内側壁54の内側湾曲部分62では、材料がアンビル42においてL形製品10の内側湾曲部分22に対応した表面部分に沿って流動する。これによって、パネル100の内側フランジ部108の部分IIに相当する内側フランジ部58において内側壁54の内側湾曲部分62から延びる部分IV(図7、8)では、材料が流入し該部分IVでの割れが防止される。一方、従来、肉余り状態になり皺が発生しやすい中間製品50の部分III(パネル100の上壁102の部分I)からは材料が流出し、部分IIIでの皺の発生が防止される。
 このように、L字状下部の先端部はL字の内側に流入させて、L字状下部の端部のK部は伸ばして肉余り状態を抑制するため、ブランクは、完成したL形製品10の第2の脚部12bとなる部分を、図13に示すように、外側に湾曲した突出させておけば、成形後にL字状下部端縁がきれいに納まり、マージンの切り取りが最小限、あるいは不要となり、素材の歩留まり向上に大きく貢献する。尚、成形前のL字状下部端縁の湾曲および突出であるが、成形されるL字形状や他の部品との接合代確保に応じ、湾曲は一定の曲率または複数の曲率の組合せや楕円、さらには直線や直線と湾曲の組合せや波形状でも構わず、突出量も部品形状や加工の程度に応じて調整すればよい。湾曲および突出の程度を調整するには計算機による成形シミュレーションを用いることが好適である。
 また上述した中間製品の第2の脚部の挙動から、従来の成形法のように大きなマージンを設ける必要がなく、ブランクを従来よりも小さくすることが可能となる。また成形による板厚減少が抑制されるので、延伸性の高い比較的低強度の鋼板だけでなく、より延伸性の低いハイテン材を使用しても良好にプレス加工することができる。
 また、円弧に沿って延びる外側湾曲部分24において、単に上壁12の外側縁部12dを外側湾曲部分24に適合させて円弧状に折り曲げると、外側壁16に肉余りが生じ皺が発生する。そこで本発明では、図9Bに示すように、外側湾曲部分24において上壁12と外側壁16との間の外側縁部12dに上壁12から上方に円弧状に膨出する膨出部16aを設ける。より詳細には、図9Aの左側に示す上壁12を上面視した場合の外側湾曲部分24の円弧状のプロフィールと、図9の右側に示す側面視した場合の上端部9の円弧状のプロフィールとの差が、10mm以内であるようにしておく。このように膨出部16aを設けることによって、外側壁16の肉余りを吸収することができ、皺の発生を防止することができる。
 さらに、図10に示すように、曲げ加工後のL形製品10の内側湾曲部分22の中央部C22から第1の脚部12aへ向けて所定範囲Fip、本実施の形態では100mmの範囲Fipでは、以下の理由から、L形製品10の内側フランジ部18の幅hを25-100mmとすることが好ましい。先ず、曲げ加工工程において、曲げ加工ダイ46によって中間製品50がアンビル42に押圧されるとき、中間製品50の第2の脚部52bが、図8において矢印Aで示すように、第1の脚部52aの方へ引っ張られ曲がり変形する。そのとき、第2の脚部52bを第1の脚部52aの方へ引張る力は、L形製品10の内側フランジ部18の前記所定範囲Fipの部分に作用する。幅hが25mm以下の場合、図11においてVで示す部分の応力が過大となり、中間製品50の上壁52の第2の脚部52bに隣接した端部分III(図7、8)において、材料の流出が過大となって板厚が大きく減少し割れが発生し易くなる問題を生じる。幅hが100mm以上の場合、曲げ加工工程で、中間製品50の内側フランジ部58において内側湾曲部分62に隣接した部分IV(図11)での圧縮が過大なる。従って、完成したL形製品10の内側フランジ部18において内側湾曲部分22に隣接した部分IVで皺が発生する。hを25-100mmとすることで、図11の部分IV、Vを含む内側フランジ部18全体で皺の発生と過大な板厚減少を防止することができる。
 さらに、L形製品10の内側湾曲部分22において、内側壁14は少なくとも5mmの曲率半径を有している。内側湾曲部分22において、内側壁14の曲率半径が5mm以下の場合は、曲率が大きすぎるため、最大曲率となる部分で内側壁14と内側フランジ部18のつなぎ部近傍が局所的な張り出し成形になり、割れが発生し易くなる。一方で内側壁14の内側湾曲部分22の曲率半径が300mmを超えると、L形製品10の第2の脚部12bが長くなり、曲げ加工工程でL形製品10の第2の脚部12bが内側湾曲部分22に引き込まれる距離が大きくなるため、曲げ加工ダイ組立体40と中間製品50の間の相対的な摺動距離が大きくなり、曲げ加工ダイ組立体40が早期に摩耗する問題がある。こうして、内側壁14の内側湾曲部分22の曲率半径は5-300mmであることが好ましい。更に、本発明によるプレス加工ではブランク26の板厚減少を小さくできるので、ブランク26を形成する金属製薄板を伸び性の小さい破断強度が400MPa以上、1600MPa以下のハイテン鋼板とすることができる。
 以上に説明した本発明の方法によれば、内側湾曲部分22および外側湾曲部分24を有したL形製品10を、通常の絞り加工の場合と比較して小さなマージンの金属製薄板より成るブランク26により、割れや皺を発生させることなくプレス加工することが可能となる。
 図12を参照すると、上述した本発明の好ましい実施形態によるL形製品の製造方法によってプレス加工したL形製品の1つの実施例が示されている。
 図12において、L形製品200はモノコックボディーの自動車の骨格構造において、ウインドシールド下縁からサイドシル(図示せず)へ延びるフロントピラー下方部分を形成している。L形製品200は、ウインドシールド側縁208に沿って延びるフロントピラー上方部分206の一部と、該フロントピラー上方部分206に連結される第1の脚部202と、サイドシルに連結される第2の脚部204とを含む。また、外側湾曲部分200aは概ね円弧に沿って延びており、前輪のホイールハウス(図示せず)の一部を形成している。
 まず、図13に示すブランク210は、引っ張り強度が980MPaで破断限界伸びが17.2%で、板厚が1.8mmの高強度鋼板から成り、図12のL形製品成200を展開した形状に5mmのマージンを付与した形状を有している。また、ブランク210は外側に湾曲した突出部212を有している。図14を参照すると、絞り加工ダイ組立体220は、パンチ222、ブランクホルダー224および絞り加工ダイ226から成る。絞り加工ダイ組立体220によってブランク210を絞り加工することによって、図15に示す中間製品230が形成される。
 図16を参照すると、曲げ加工ダイ組立体240は、曲げ加工ダイ242、パッド246およびパンチ248から成る。曲げ加工ダイ組立体240によって中間製品230を曲げ加工することによって、L形製品200が形成される。曲げ加工後にマージンをトリムした。このように、絞り加工後に曲げ加工されたL形製品200は、その上壁202aが平滑で皺および割れを含まず良好に形成された。
 また、ブランク210として、引張強度が296MPaで破断限界伸びが24.0%で、板厚が1.8mmのアルミ板を用い、絞り加工ダイ組立体220および曲げ加工ダイ組立体240によってプレス加工した場合も同様に良好にL形製品200を形成できた。
 上記の実施例に示されるように、本発明のプレス加工法によれば、従来の絞り加工に比べてより小さなブランクからL形製品を良好に製造可能となる。また、従来は利用が難しかったハイテン材によってL形製品を容易に製造可能となり、モノコックボディーの軽量化、高強度化が可能となる。なお、金属製薄板は前述のように、プレス加工に適した金属製薄板であれば実施例で用いた鋼板や、アルミ板に限らず、鋼とアルミニウムを主成分とする合金等にも本発明は適用可能である。
 次に、図17A~図24Aを参照すると、種々のパラメータを変更しながら本発明のL形製品の製造方法によってプレス加工し、皺や割れの発生を観察した実験例が示されている。
 先ず、本実験例でプレス加工しようとするハット断面を持つL形製品300は、既述した実施形態と同様に、互いに連結された第1と第2の脚部302a、302bを有して概ねL形に形成された上壁302を具備している。L形製品300は、更に、上壁302の内側縁部302cに沿って延設され、該上壁302に対して所定の第1の角度α1を形成する内側壁304と、上壁302の外側縁部302dに沿って延設され、該上壁302に対して所定の第2の角度α2を形成する外側壁306とを具備し、該内側壁304および外側壁306の各々は、上壁302に略平行に延びる内側フランジ部308および外側310にて終端されている。また、L形製品300は、第1と第2の脚部302a、302bの間に内側湾曲部分312と、外側湾曲部分314とを有している。外側湾曲部分314は概ね円弧に沿って延びている。また、外側湾曲部分314において上壁302と外側壁306との間の外側縁部302dに上壁302から上方に円弧状に膨出する膨出部306aが設けられている。
 図20に示すように、絞り加工ダイ322と、絞り加工ダイ322に対面配置されたホルダー324およびパンチ326とを具備した絞り加工ダイ組立体320を準備し、該絞り加工ダイ組立体320によってブランク318をプレス加工して中間製品350が製造された。ブランク318は、完成したL形製品300の第2の脚部302bとなる外側に湾曲した突出部318aを有している。
 中間製品350は、L形製品300の上壁302の第1と第2の脚部302a、302bに対応した第1と第2の脚部352a、352bを有した略L形の平坦な上壁352を具備している。中間製品350は、更に、上壁352の内側縁部352cおよび外側縁部352dに沿って延設され、L形製品300の内側壁304と外側壁306に各々対応した内側壁354および外側壁356と、L形製品300の内側フランジ部308および外側フランジ部310に対応した内側フランジ部358および外側フランジ部360を含んでいる。
 中間製品350は、第1の脚部352aの先端に隣接した第1の領域と、第2の脚部352bに隣接した第2の領域とを含んでいる。第1の領域では、図23Aの矢視線A-Aに沿う中間製品350の断面はL形製品300に実質的に一致する形状を有しており、上壁352と内側壁354および外側壁356の各々が形成する第1の角度β1Aおよび第2の角度β2Aが、完成品であるL形製品10の上壁352に対して内側壁354および外側壁356が形成する第1の角度α1および第2の角度α2に略等しく90~115°となっている。
 第2の領域では、図23Aの矢視線B-B、C-Cに沿う中間製品350の断面に示すように、上壁352と内側壁354および外側壁356の各々が形成する第1の角度β1Cおよび第2の角度β2Cは、完成品であるL形製品300の第1の角度α1および第2の角度α2よりも大きくなっており、第2の脚部52bへ向けて次第に増加している。なお、矢視線C-Cは、L形製品300の内側湾曲部分312の中央部を通過している。
 次にアンビル332と、アンビル332と共に中間製品350の上壁352をクランプする当接面334aを有したパッド334と、中間製品350をアンビル332に押圧する曲げ加工ダイ336とを具備した曲げ加工ダイ組立体330を準備し、該曲げ加工ダイ組立体330によって中間製品350をプレス加工して、L形製品300とした。
 種々のパラメータを変化させて、本発明を実施した結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1において
 L:第2の領域において角度β1、β2が変化する部分の長さである。
 H:内側壁352および外側壁354の高さである。
 θ:矢視線C-Cにおける中間製品350の上壁352と内側壁354がなす外角でありθ=180-β1Cである。
 a:L形製品300の上壁302に平行な方向に見た膨出部306aの高さである。
 b:L形製品300の上壁302に垂直な方向に見た膨出部306aの幅である。
 表1を参照すると、L/Hは、L形製品300の内側フランジ部308における皺の発生に関連したパラメータであって、L/Hが小さい、より詳細には3よりも小さい場合には、内側フランジ部308の部分300D(図17A)で示す部分に皺が発生する。
 θは、絞り加工後の中間製品350の上壁352における皺の発生、および、曲げ加工後のL形製品300の内側湾曲部分312に隣接した内側フランジ部312における割れの発生に関連したパラメータである。より詳細には、θが40°よりも大きくなると、中間製品350の上壁352において第2の脚部352bに隣接した部分(図17Aに示すL形製品300では、上壁302において第2の脚部302bに隣接した部分300A)に皺が発生する。更に、θが70°よりも大きくなると、曲げ加工後のL形製品300の内側湾曲部分312に隣接した内側フランジ部312の部分300B(図17A)に割れが発生する。
 10  L形製品
 12  上壁
 12a  第1の脚部
 12b  第2の脚部
 12c  内側縁部
 12d  外側縁部
 14  内側壁
 16  外側壁
 16a  膨出部
 18  内側フランジ部
 20  外側フランジ部
 22  内側湾曲部分
 24  外側湾曲部分
 26  ブランク
 30  絞り加工ダイ組立体
 32  絞り加工ダイ
 32a  凹部
 32b  フランク
 34  ホルダー
 34a  クランプ面
 36  パンチ
 36a  外形
 40  曲げ加工ダイ組立体
 42  アンビル
 42a  外形
 42b  上面
 44  パッド
 44a  当接面
 46  曲げ加工ダイ
 50  中間製品
 52  上壁
 52a  第1の脚部
 52b  第2の脚部
 52c  内側縁部
 52d  外側縁部
 54  内側壁
 56  外側壁
 58  内側フランジ部
 60  外側フランジ部
 62  内側湾曲部分
 100  絞りパネル
 102  上壁
 102a  第1の脚部
 102b  第2の脚部
 108  内側フランジ部
 200  L形製品
 200a  外側湾曲部分
 202  第1の脚部
 202a  上壁
 204  第2の脚部
 206  フロントピラー上方部分
 208  ウインドシールド側縁
 210  ブランク
 220  絞り加工ダイ組立体
 222  パンチ
 224  ブランクホルダー
 226  絞り加工ダイ
 230  中間製品
 240  曲げ加工ダイ組立体
 242  曲げ加工ダイ
 246  パッド
 248  パンチ
 300  L形製品
 302  上壁
 302a  第1の脚部
 302b  第2の脚部
 302c  内側縁部
 302d  外側縁部
 304  内側壁
 306  外側壁
 306a  膨出部
 308  内側フランジ部
 310  外側フランジ部
 312  内側湾曲部分
 314  外側湾曲部分
 318  ブランク
 320  絞り加工ダイ組立体
 322  絞り加工ダイ
 324  ホルダー
 326  パンチ
 330  曲げ加工ダイ組立体
 332  アンビル
 334  パッド
 336  曲げ加工ダイ
 350  中間製品
 352  上壁
 352  内側壁
 352a  第1の脚部
 352b  第2の脚部
 352c  内側縁部
 352d  外側縁部
 354  内側壁
 356  外側壁
 358  内側フランジ部
 360  外側フランジ部

Claims (11)

  1.  内縁部と外縁部とを画成するように互いに連結された第1と第2の脚部を有したL形の平坦な上壁と、前記上壁の前記内縁部沿いに延設、連結され前記上壁に対して第1の角度を形成する内側壁と、前記上壁の前記外縁部沿いに延設、連結され前記上壁に対して第2の角度を形成する外側壁とを含み、前記内側壁と外側壁の各々は前記上壁に略平行なフランジ部にて終端されて成るL形製品の製造方法において、
     金属製シート材料を準備する段階と、
     絞り加工ダイ組立体を準備する段階と、
     前記金属製シート材料を前記絞り加工ダイ組立体によってプレス加工して、前記L形製品の前記L形の平坦な上壁の第1と第2の脚部に対応した第1と第2の脚部を有したL形の平坦な上壁と、完成した前記L形製品の内側壁と外側壁に対応した内側壁および外側壁と、完成した前記L形製品のフランジ部に対応したフランジ部とを含んだ中間製品を製造する段階とを含み、
     前記中間製品は、前記第1の脚部の先端に隣接した第1の領域と、前記第2の脚部に隣接した第2の領域とを含み、前記第1の領域では、前記中間製品の前記上壁と前記内側壁および外側壁との間の各々の角度は、完成した前記L形製品の前記第1と第2の角度に実質的に一致する形状を有し、前記第2の領域では、前記上壁と前記内側壁および外側壁との間の各々の角度が前記第2の脚部へ向けて次第に増加しており、
     前記方法は、更に、
     曲げ加工ダイ組立体を準備する段階と、
     前記中間製品を前記曲げ加工ダイ組立体によって更にプレス加工して完成した前記L形製品を製造する段階とを含んで成るL形製品の製造方法。
  2.  前記絞り加工ダイ組立体は、前記中間製品の上壁、内側壁および外側壁の形状に対応した形状の凹部と、該凹部の周縁部に沿って延在するフランクとを有した絞り加工ダイと、前記絞り加工ダイの前記フランクと共に前記金属製シート材料をクランプするクランプ面を有したホルダーと、前記金属製シート材料を前記絞り加工ダイの前記凹部内に押入するように動作可能に設けられたパンチとを具備する請求項1に記載のL形製品の製造方法。
  3.  前記ホルダーのクランプ面は、前記中間製品の第2の脚部に隣接しかつ前記第1の脚部の先端とは反対側の縁部に相当する前記ブランクの部分をクランプしない形状となっている請求項2に記載のL形製品の製造方法。
  4.  前記中間製品は、前記第2の脚部に隣接しかつ前記第1の脚部の先端とは反対側の縁部の近傍では、前記内側壁が前記上壁と略同一平面内にある請求項3に記載のL形製品の製造方法。
  5.  前記曲げ加工ダイ組立体は、完成した前記L形製品の形状に対応した形状のアンビルと、前記アンビルと共に前記中間製品の上壁をクランプする当接面を有したパッドと、前記中間製品を前記アンビルに押圧する曲げ加工ダイとを具備する請求項1に記載のL形製品のL形製品の製造方法。
  6.  前記アンビルは、前記パッドの前記当接面に対面する平坦な上面を含み、前記中間製品のL形の上壁が前記アンビルの上面と前記パッドの当接面との間に配置され、
     該曲げ加工ダイ組立体によるプレス加工中、前記中間製品の上壁を前記アンビルの上面と前記パッドの当接面とによりクランプした状態で、前記L形製品の内側壁および内側フランジ部、外側壁および外側フランジ部が前記曲げ加工ダイによって曲げ加工される請求項5に記載のL形製品の製造方法。
  7.  完成した前記L形製品は前記外縁部沿いに前記第1と第2の脚部の間で円弧状に凹んだ外側湾曲部分を含んでおり、
     前記アンビルは前記上面から突出した峰部を有し、前記パッドが前記アンビルの前記峰部を受容する凹所を含んでおり、完成した前記L形製品の前記円弧状に凹んだ外側湾曲部分に沿って前記上面に外方に突出したリブが形成されれるる請求項6に記載のL形製品の製造方法。
  8.  前記L形製品は、前記内側壁沿いに前記第1と第2の脚部の間が円弧状に湾曲した内側湾曲部分を有しており、
     前記内側壁の前記フランジ部は、前記内側湾曲部分の中央より前記第1の脚部の先端方向に100mmの範囲において、25-100mmの幅を有している請求項1~7の何れか1項に記載のL形製品の製造方法。
  9.  前記内側壁の前記内側湾曲部分は10-300mmの曲率半径を有する請求項1~7の何れか1項に記載のL形製品の製造方法。
  10.  外側壁の前記外側湾曲部分は200-1000mmの曲率半径を有する請求項1~7の何れか1項に記載のL形製品の製造方法。
  11.  前記金属製シート材料は、400-1600MPaの破断強度を有する請求項1~7の何れか1項に記載のL形製品の製造方法。
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