WO2013094705A1

WO2013094705A1 - プレス成形品

Info

Publication number: WO2013094705A1
Application number: PCT/JP2012/083141
Authority: WO
Inventors: 中田　匡浩; 鈴木　利哉; 友吉徳田; 市川　正信; 信之市丸
Original assignee: 新日鐵住金株式会社; 豊田鉄工株式会社
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-06-27
Also published as: JPWO2013094705A1; CN104136142B; CN104136142A; EP2796221B1; EP2796221A4; JP6069223B2; US9718113B2; EP2796221A1; US20140356643A1

Abstract

　３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材を低コストで提供できるプレス成形品を提供する。　ハット型の横断面を有するとともに一の方向に延在する本体24を備え、横断面が、底部20ａと、R止まり25を介して底部20ａに連続する肩部20ｃとを有する鋼板13のプレス成形品である。横断面において、R止まり25から底部20ａが延びて存在する方向へ所定の距離離れた位置までの第1の領域27と、底部20ａの一部であって第1の領域27に連続する第２の領域28とが、本体24のプレス成形によって導入された、第1の領域27における、鋼板13の表面から、鋼板13の板厚に0.2を乗じて得られる深さの位置までの範囲の平均硬度Hv1が、第２の領域28における、鋼板13表面から、鋼板13の板厚に0.2を乗じて得られる深さの位置までの範囲の平均硬度Hv2に対して、Hv1>1.05×Hv2の関係を満足する加工硬化分布を有する。

Description

プレス成形品

　本発明は、プレス成形品に関する。

　高張力鋼板(High Tensile Strength Steel)は、地球温暖化防止のための燃費向上と衝突事故時の安全性向上とを図るため、自動車車体の構成部品の素材として多く用いられる。自動車車体の構成部品のうち、サイドシル、サイドメンバーまたはバンパーレインフォースといった強度部品は、３点曲げ荷重(Three-point Bending load)に対する圧潰荷重が高いことを要求される。これらの強度部品は、他の部品との干渉防止や他の部品の配置空間の確保のため、長尺であってかつ複雑な形状を有することが多い。

　鋼板の成形性は鋼板の強度の上昇に伴って低下する。例えば、プレス成形により製造されるハット型の横断面を有する長尺のプレス成形品（例えばサイドシルインナーパネル）に高張力鋼板を使用すると、その強度のゆえにスプリングバックが発生し易くなる。スプリングバックがプレス成形品に発生すると、その後の製造工程（例えば溶接工程）において不具合や歩留りの低下が発生する。このため、高張力鋼板を素材とするプレス成形品におけるスプリングバックの抑制が強く求められる。

　図１７は、一般的な曲げ成形によるプレス成形装置１の一例を模式的に示す説明図である。図１８は、プレス成形品７の肩部７ｃに発生するスプリングバックを説明するための図である。

　図１７及び図１８に示すように、プレス成形装置１は、通常、パンチ２と、ダイ３と、ダイ３に加圧部材４を介して出入り自在に埋め込まれて設置された上パッド５とを備える。なお、パッドは、図１７に示すプレス成形装置１のようにダイ３に上パッド５として設置されるのではなく、パンチ２に下パッドとして設置されることもある。

　鋼板６は、プレス成形装置１により、ハット型の横断面を有するプレス成形品７に曲げ成形される。曲げ成形は、図１７に示すように成形前に上パッド５が、プレス成形品７における底部７ａに成形される部分に当接し、この部分を拘束した状態でダイ３が下降することによって行われる。プレス成形品７の底部７ａは、パンチ２のパンチ上面２ａに沿って成形される。プレス成形品７の壁部７ｂは、パンチ２のパンチ側面２ｂに沿って成形される。さらに、プレス成形品７における、底部７ａ及び壁部７ｂに連続する曲面状の肩部７ｃは、パンチ２のパンチ肩部２ｃに沿って成形される。

　鋼板６が曲げられると、引張応力が鋼板６の表面に発生するとともに圧縮応力が鋼板６の裏面に発生する。したがって、プレス成形品７の肩部７ｃはパンチ肩部２ｃに沿って曲げられたことで、引張応力が表面に、圧縮応力が裏面に発生する。発生した引張応力及び圧縮応力は、プレス成形品７がプレス成形装置１から離型されると、解放される。これにより、スプリングバックがプレス成形品７の肩部７ｃに発生し、プレス成形品７の形状は図１８中に円弧状矢印で示すように壁部７ｂが外に広がって型の形状と相違してしまう。

　プレス成形装置における下パッドによりプレス成形品の角度変化量（スプリングバック量）を抑制する方法が特許文献１～４に開示される。

　自動車車体の強度部品の一部を高周波誘導加熱(high frequency induction heating)により焼入れて硬化、強化することによって自動車の衝突性能を向上する方法が特許文献５および６に開示される。また、ハット型の強度部品の肩部を肉盛溶接(overlaying)により強化することによって強度部品の曲げ変形性能を向上する方法が特許文献７に開示される。

特開２０００－０４２６３５号公報特許第３５７２９５０号明細書実開昭６３－１３３８２１号公報実開平３－０５７４２３号公報特開平１０－１７９３３号公報特許第４２０８０４４号明細書特開２００４－２７６０３１号公報

　以上の文献には、３点曲げ荷重に対して高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材の素材となる安価なプレス成形品は開示されていない。

　特許文献１に開示されるプレス成形装置により、高張力鋼板６を素材としてプレス成形した場合のプレス成形品７の形状例を模式的に図１９に示す。図１９に示すように、プレス成形時の高張力鋼板はパッド２のパンチ上面２ａに沿って成形される。この際に、プレス成形品７の底部７ａが大きな曲率を有して屈曲して成形され底部７ａの平坦度が低下するため、プレス成形品７は所望の形状に成形されない。このため、高張力鋼板６をプレス成形するプレス成形装置１のパンチ２やダイ３を製作する際には、パンチ２やダイ３の形状を、プレス成形品７を所望の形状に成形できる最適な形状に仕上げる必要があり、対象とする高張力鋼板６にプレス成形を実際に行って得られたプレス成形品７の形状に基づいて、パンチ２やダイ３の形状の微修正（型調整）を繰り返す試行錯誤を行わなければならない。これにより、パンチ２やダイ３の型調整に必要な工数及びコストが増加するため、高張力鋼板６を素材とするプレス成形品７は低コストで提供され得ない。

　さらに、プレス成形品の量産時において、高張力鋼板の各成形素材の強度の管理が不十分である場合、量産された多数のプレス成形品の各々の寸法が、成形素材それぞれの強度のばらつきに影響されてばらつく。このため、特許文献１～４により開示された方法は、寸法精度が良好な高強度のプレス成形品を量産できない。

　したがって、特許文献１～４により開示された方法は、被成形材が高張力鋼板である場合（特に、近年の自動車車体の強度部品の素材として用いられ始めた、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板の場合、さらに引張強度が１１８０ＭＰａ以上の超高張力鋼板である場合）には、スプリングバックの発生が満足できる程度に抑制されない。

　特許文献５および６により開示された方法では、自動車車体の強度部品の一部は高周波誘導加熱により焼入れられる。このため、焼入れ後の強度部品の寸法精度は、強度部品に対する入熱量の不可避的な増加が原因で低下するとともに、強度部品の製造コストは、高周波誘導加熱による焼入れが原因で上昇する。

　さらに、特許文献７により開示された方法では、プレス成形後に肉盛溶接を行う必要があるため、強度部品の寸法精度の低下、及び製造コストの上昇は避けられない。

　本発明の目的は、従来の技術が有するこれらの課題を解決し、例えば高周波誘導加熱による焼入れや肉盛溶接といった後処理を必要とせずに、プレス成形を行うだけで安価に製造でき、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材の素材となるプレス成形品、例えば引張強度が９８０ＭＰａ以上のプレス成形品を提供することである。

　本発明者らは、「一の方向へ向けて延びて存在する被加工材である高張力鋼板の一方の表面に当接する第１のパッドをダイ移動方向へ出入り自在に支持するダイと、高張力鋼板の他方の表面に当接する第２のパッドを型締め方向へ出入り自在に収納するパンチとを備え、高張力鋼板を第１のパッド及び第２のパッドの双方により上下から挟んで拘束するプレス成形装置（以下、「２パッド付きプレス成形装置」という）」を用いて、一の方向と直交する垂直面内における、パンチ肩部のパンチ上面Ｒ止まりと、第２のパッドとの間の、パンチ上面と平行な方向への距離Ｗ、さらには第２のパッドのストローク量ＣＳｔを種々変更しながら、高張力鋼板の曲げ成形あるいは絞り成形を行うことにより、プレス成形品のスプリングバックへの影響を詳細に検討した。

　その結果、本発明者らは、２パッド付きプレス成形装置を用いて、高張力鋼板の成形終了まで高張力鋼板を第１のパッドと第２のパッドとによって挟んで拘束しながら高張力鋼板を成形する際に、パンチ上面のうちでパンチ肩部のパンチ上面Ｒ止まりと第２のパッドとの間の部分が成形中の鋼板に接触しない時間を設けることによって鋼板に部分的に撓みを生じさせながら成形した後に、成形下死点において肩部及び壁部の成形を行うことによって、肩部におけるスプリングバックを満足できる程度に抑制できるとともに、底部の平坦度も良好で寸法精度が良好な高強度のプレス成形品を製造できることを知見した。

　本発明者らは、このようにして製造されるプレス成形品について検討した結果、
（Ａ）このプレス成形品が、肩部近傍の底部に、従来のプレス成形品にはなかった新規な加工硬化分布、具体的には、下記加工硬化分布を有すること、及び
（Ｂ）このプレス成形品は、この新規な加工硬化分布を有するため、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材の安価な素材として、好適であること
を知見して、本発明を完成した。

　本発明は、略溝型、略ハット型又はこれらを組み合わせた型の横断面を有するとともに一の方向に延びて存在する本体を備え、この横断面が、底部と、一端のＲ止まりを介して底部に連続する肩部とを有する鋼板のプレス成形品において、横断面における、Ｒ止まりから底部が延びて存在する方向へ所定の距離離れた位置までの第１の領域と、底部の一部であって第１の領域に連続する第２の領域とが、本体のプレス成形によって導入された下記加工硬化分布を有することを特徴とするプレス成形品である。

　加工硬化分布：第１の領域における、鋼板の表面から、鋼板の板厚に０．２を乗じて得られる深さの位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ１が、第２の領域における、鋼板の表面から、鋼板の板厚に０．２を乗じて得られる深さの位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ２に対して、Ｈｖ１＞１．０５×Ｈｖ２の関係を満足する。

　本発明における「Ｒ止まり」とは、曲線と直線とが連続する場合における曲線の終端位置（曲線と直線の境界の位置）を意味する。

　一般的に、ビッカース硬度試験などの硬度測定値は、試料自体や測定方法に起因する大きな誤差を有することが知られる。しかし、本発明者らは、硬度測定を複数回、例えば１０回以上行ってこれら測定値の平均を求めることによって、信頼性の高い硬度測定結果を得られることを知見した。

　本発明に係るプレス成形品における所定の距離は２～１５ｍｍであることが望ましい。
　本発明に係るプレス成形品は、例えば下記のプレス成形装置を用いて製造される。

　［プレス成形装置］
　一の方向へ延びて存在する被加工材である鋼板の一方の表面に当接する第１のパッドをダイ移動方向へ出入り自在に支持するダイと、鋼板の他方の表面に当接する第２のパッドを型締め方向へ出入り自在に収納するパンチとを備え、パンチのパンチ上面に沿って成形される底部と、パンチのパンチ側面に沿って成形される壁部と、パンチのパンチ肩部に沿って成形されるとともに底部及び壁部に連続する曲線状の肩部とを有する横断面を備えるプレス成形品を製造するプレス成形装置である。

　このプレス成形装置では、第２のパッドを支持する第２の加圧部材が発生する加圧力は、第１のパッドを支持する第１の加圧部材が発生する加圧力よりも大きい。さらに、一の方向と直交する垂直面内における、パンチ肩部のパンチ上面Ｒ止まりと、第２のパッドとは、パンチ上面と平行な方向へ所定の距離（例えば２～１５ｍｍ）離れて存在する。

　本発明に係るプレス成形品は、例えば下記の製造方法により製造される。
　［製造方法］
　上記のプレス成形装置を用いて鋼板にプレス成形を行って、パンチのパンチ上面に沿って成形される底部と、パンチのパンチ側面に沿って成形される壁部と、パンチのパンチ肩部に沿って成形されるとともに底部及び壁部に連続する曲線状の肩部とを有する横断面を備えるプレス成形品を製造する方法であって、第１～４の工程をこの順で全て備える。

　第１の工程：第１のパッドと第２のパッドとが鋼板を挟んで拘束する。第１のパッド及び第２のパッドによる鋼板の拘束は鋼板の成形終了まで続けて行われる。

　第２の工程：鋼板に成形が、ダイとパンチとを接近させることによって、開始される。
　第３の工程：パンチ上面のうちでパンチ肩部のパンチ上面Ｒ止まりと第２のパッドとの間の部分が成形中の鋼板に接触しない時間を設けて、鋼板の成形を続ける。

　第４の工程：肩部及び壁部の成形が第３の工程の後に成形下死点での成形により、行われる。

　第２の加圧部材による第２の加圧力Ｆ２は、上記一の方向の単位幅当たり０．４ｋＮ／ｍｍ以上であることが望ましく、第１の加圧部材による第１の加圧力Ｆ１は、上記一の方向の単位幅当たり０．２ｋＮ／ｍｍ以上であることが望ましい。

　さらに、第２のパッドの、型締め方向へのストロークＣＳｔは、０．５～１０ｍｍであることが望ましい。ストロークＣＳｔが０．５ｍｍ未満であると、スプリングバックが充分に満足できる程度に抑制されないおそれがあり、一方、ストロークＣＳｔが１０ｍｍを超えると、成形中の鋼板のたわみが過大となり、過剰なたわみがプレス成形品に残存するおそれがある。

　これらのプレス成形装置及び製造方法は、被成形材である鋼板の強度が例えば９８０ＭＰａ以上、さらには１１８０ＭＰａ以上の場合であっても、スプリングバックを充分に満足できる程度に抑制する。これらのプレス成形装置及び製造方法は、底部の平坦度も含めて、プレス成形品を所望の形状に確実に成形する。したがって、これらのプレス成形装置及び製造方法は、パンチやダイの形状の微修正（型調整）に要する工数や時間を大幅に削減できる。

　本発明に係るプレス成形品は、肩部近傍の底部に、これまでのプレス成形品には存在しないとともにプレス加工により形成される上記の加工硬化分布を有するので、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材の安価な素材として好適に用いられる。

　本発明に係るプレス成形品は、素材である鋼板が例えば引張強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板である場合であっても、肩部におけるスプリングが充分に抑制されるとともに底部の平坦度が良好である。

　このため、本発明に係るプレス成形品は、自動車の安全性の向上、および車体軽量化による燃費向上に大きく貢献する。

曲げ成形を対象としたプレス成形装置の構成を模式的に示す説明図である。図１Ａの部分拡大図である。絞り成形を対象としたプレス成形装置の構成を模式的に示す説明図である。曲げ成形を対象としたカム機構付きのプレス成形装置の構成を模式的に示す説明図である。第３の工程における鋼板の成形状況を模式的に示す説明図である。第４の工程における鋼板の成形状況を模式的に示す説明図である。従来のプレス成形の成形下死点における、プレス成形品の肩部の最大主応力分布を、ＣＡＥ解析により求めた結果を模式的に示す説明図である。プレス成形（ＣＳｔ＝３．５ｍｍ）の成形下死点における、プレス成形品の肩部の最大主応力分布を、ＣＡＥ解析により求めた結果を模式的に示す説明図である。本発明に係るプレス成形品を２工程で成形する状況を模式的に示す説明図である。本発明に係るプレス成形品の別の製造方法を示す説明図である。本発明に係るプレス成形品の断面形状例を示す説明図である。本発明に係るプレス成形品の形状例を示す説明図である。本発明に係るプレス成形品の横断面の一部を示す説明図である。実施例で検証するプレス成形品の断面形状を示す説明図である。プレス成形品のスプリングバックの評価方法を示す説明図である。肩部のたわみの評価方法を示す説明図である。第２のパッドのストローク量ＣＳｔと開き量Ｗｈとの関係を示すグラフである。鋼板の引張強度と開き量Ｗｈとの関係を示すグラフである。Ｗ＝１０ｍｍ条件で製造したプレス成形品の底部、肩部及びその近傍の第１の領域、第２の領域を示す説明図である。本発明例のプレス成形品、従来例のプレス成形品それぞれの加工硬化分布を示すグラフである。一般的なプレス成形装置の構造例を模式的に示す説明図である。プレス成形品の肩部に発生するスプリングバックを示す説明図である。特許文献１により開示されたプレス成形装置により高張力鋼板から成形されたプレス成形品の形状例を模式的に示す説明図である。

　以降の説明では、被加工材である鋼板が引張強度９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板である場合を例にとる。
１．プレス成形装置
　図１Ａは、曲げ成形を対象としたプレス成形装置１０の構成を模式的に示す説明図であり、図１Ｂは、図１Ａの部分拡大図である。図２は、絞り成形を対象としたプレス成形装置１０－１の構成を模式的に示す説明図である。

　本発明のプレス成形装置は、図１Ａ及び図１Ｂに示すような曲げ成形のみならず、図２に示すような絞り成形にも適用される。プレス成形装置１０、１０－１の相違は、絞り成形を行うためのブランクホルダ９の有無のみであるため、以降の説明では、プレス成形装置１０を用いて説明することとし、プレス成形装置１０－１に関しては、図２において、プレス成形装置１０と同一の要素に図１の符号と同一の符号を付することによって重複する説明を省略する。

　プレス成形装置１０は、ダイ１１及びパンチ１２を備える。プレス成形装置１０は、一の方向（図１Ａの紙面に直交する方向）へ向けて延びて存在する長尺の鋼板１３にプレス成形を行う。

　ダイ１１は、第１のパッド１４を、ダイ１１の移動方向へ出入り自在に支持する。第１のパッド１４は、第１のパッド１４に装着された第１の加圧部材１５（プレス成形装置１０では巻きばねを用いるが、これに限られない）により支持される。第１の加圧部材１５は、第１のパッド１４を加圧力（ばね力）Ｆ１で鋼板１３に押し付ける。これにより、第１のパッド１４は、鋼板１３の一方の表面１３ａに当接する。

　パンチ１２は、第２のパッド１６を、パンチ１２に凹状に形成された収納部１７に、型締め方向（ダイ１１の移動方向と同じ方向）へ出入り自在に収納する。第２のパッド１６は、収納部１７の底部に装着された第２の加圧部材１８（プレス成形装置１０では巻きばねを用いる）により支持される。第２の加圧部材１８は、第２のパッド１６を加圧力（ばね力）Ｆ２で鋼板１３に押し付ける。これにより、第２のパッド１６は、鋼板１３の他方の表面１３ｂに当接する。

　図１Ｂに示すように、鋼板１３の延在方向である一の方向と直交する垂直面内における、パンチ肩部１２ｃのパンチ上面Ｒ止まり１９と、第２のパッド１６との間の、パンチ上面１２ａと平行な方向への距離Ｗは、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが望ましい。

　距離Ｗが１５ｍｍ超であると、プレス成形品２０の底部の形状不良が発生するおそれがあるとともに、図４を参照して後述するように、鋼板１３の長さが余った部分１３ａ（以下、「長さ余り部分」という）の長さＬが長くなって第２のパッド１６の必要なストロークＣＳｔを大きく設定せざるを得なくなるおそれがある。一方、距離Ｗが２ｍｍ未満であると、パンチ１２のパンチ肩部１２ｂの強度が不足し、パンチ１２が成形下死点での加圧によって破損するおそれがある。このため、距離Ｗは２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが望ましい。各実験値から距離Ｗの下限値は、３ｍｍであることがさらに望ましく、５ｍｍであることがよりいっそう望ましい。距離Ｗの上限値は、１３ｍｍであることがさらに望ましく、１０ｍｍであることがよりいっそう望ましい。

　第１のパッド１４の加圧力Ｆ１が高過ぎると成形中に第２のパッド１６が下方へストロークしてしまい、形状凍結効果を得られないことがある。このため、第２のパッド１６を支持する第２の加圧部材１８が発生する加圧力Ｆ２は、第１のパッド１４を支持する第１の加圧部材１５が発生する加圧力Ｆ１よりも大きい必要がある。すなわち、Ｆ２－Ｆ１＞０である。（Ｆ２－Ｆ１）／Ｆ１＞１．２であることが望ましく、（Ｆ２－Ｆ１）／Ｆ１＞２であることがさらに望ましい。

　第２の加圧力Ｆ２は、一の方向の単位幅当たり０．４ｋＮ／ｍｍ以上であることが望ましく、第１の加圧力Ｆ１は、上記一の方向の単位幅当たり０．２ｋＮ／ｍｍ以上であることが望ましい。さらに、第２のパッド１６の、型締め方向へのストロークＣＳｔは、０．５～１０ｍｍであることが望ましい。ストロークＣＳｔが０．５ｍｍ未満であると、スプリングバックが充分に満足できる程度に抑制されなくなるおそれがあり、一方、ストロークＣＳｔが１０ｍｍを超えると、成形中の鋼板１３のたわみが過大となり、たわみがプレス成形品に過剰に残存するおそれがある。

　図１Ａに示すように、鋼板１３は、ダイ１１及びパンチ１２によって、底部２０ａと、壁部２０ｂと、底部２０ａ及び壁部２０ｂに連続する肩部２０ｃとを有する横断面を備えるプレス成形品２０にプレス成形される。

　底部２０ａは、パンチ１２のパンチ上面１２ａに沿って成形される。壁部２０ｂは、パンチ１２のパンチ側面１２ｂに沿って成形される。さらに、肩部２０ｃは、パンチ１２のパンチ肩部１２ｃに沿って成形される。

　図３は、曲げ成形のためのカム機構付きのプレス成形装置１０－２の構成を模式的に示す説明図である。図３においても、プレス成形装置１０と同一の要素に図１の符号と同一の符号を付することによって重複する説明を省略する。

　図３に示すように、カム機構２１がダイ１１及びパンチ１２に組み込まれることにより、成形下死点に向かって可動ダイス２２が移動すると矢印が示すように側壁部が斜方よりパンチ１２に接近する。これにより、肩部２０ｃのスプリングバックが抑制されることに加えて、壁部２０ｂの反りが抑制される。可動ダイス２２を斜方向へ駆動する機構は、カム機構２１に限定されるものではなく、例えばプレス成形装置のメインスライドとは別にプレス成形装置に組み込まれた斜方向駆動用の油圧シリンダとすることもできる。

　プレス成形装置１０、１０－１、１０－２は、油圧式プレス機、機械式プレス機又は機械サーボ式プレス機のいずれでもあってもよい。動作精度が高いサーボプレス機を用いることが、クッションストロークを高精度に行うことができるために望ましい。

　以上、第１の加圧部材１５および第２の加圧部材１８として巻きバネを用いる場合を例に説明した。しかし、第１の加圧部材１５、第２の加圧部材１８は、巻きバネ等のスプリングに限定されるものではなく、例えばガス封入式油圧シリンダ等の反力発生機構を用いてもよいが、初期反力を発生する反力発生機構であることが望ましい。

　油圧源や空圧源と接続したシリンダやモータ駆動による電動シリンダ等が、第２のパッド１６を支持する第２の加圧部材１８として用いられることにより、第２のパッド１６を独立して作動させることができる。
２．プレス成形品の製造方法
　以上説明したプレス成形装置１０を用いて鋼板１３にプレス成形を行う方法を説明する。この製造方法により、上述した底部２０ａ、壁部２０ｂ及び肩部２０ｃを有する横断面を備えるプレス成形品２０が製造される。この製造方法は、下記第１～４の工程を備え、基本的に第１工程から順に実行される。

　第１の工程では、第１のパッド１４と第２のパッド１６とが鋼板１３を挟んで拘束する。この拘束は鋼板１３の成形終了まで維持される。より具体的には、プレス成形品２０の底部２０ａに成形される部分が、第１のパッド１４と第２のパッド１６とによって成形終了まで拘束される。これにより、鋼板１３が高張力鋼板の場合も、底部２０ａの平坦度の低下が防止される。

　第２の工程では、ダイ１１を下降させてダイ１１とパンチ１２とで鋼板１３を挟み込むようにすることによって、鋼板１３の成形を開始する。

　図４Ａは、第３の工程における鋼板１３の成形状況を模式的に示す説明図であり、図４Ｂは、第４の工程における鋼板１３の成形状況を模式的に示す説明図である。

　第３の工程では、第２の工程に引き続きダイ１１を下降させ、第２のパッド１６の第２の加圧材１８のストロークがなくなるまで押し込まれる。このとき、図４Ａに示すように、パンチ上面１２ａのうちパンチ肩部１２ａのパンチ上面Ｒ止まり１９と、第２のパッド１６との間の部分２３が成形中の鋼板１３に接触しない状態となる。

　本発明の第２のパッド１６を支持する第２の加圧部材１８が発生する加圧力Ｆ２は、第１のパッド１４を支持する第１の加圧部材１５が発生する加圧力Ｆ１よりも大きい。第２のパッド１６は、第２の工程によりダイ１１が下降を開始して鋼板１３の成形が開始された以降も、パンチ１２の上面１２ａから上方へ突き出た状態を続ける。このため、パンチ上面１２ａのうちでパンチ肩部１２ｃのパンチ上面Ｒ止まり１９と、第２のパッド１６との間の部分２３が、第３の工程における鋼板１３の成形時にも、鋼板１３に接触しない。

　この際、パンチ上面１２ａのうちで上述した部分２３の近傍に存在する鋼板１３は、部分的に撓んで存在する。すなわち、第３の工程において、成形中に第２のパッド１６が適当なストローク量ＣＳｔを有することにより、長さ余り部分１３ｄが、プレス成形品２０の肩部２０ｃに成形される部分の近傍に発生する。

　長さ余り部分１３ｄの長さＬは、Ｒ上線長（有曲率線素）であって、Ｌ≒√（ＣＳｔ^２＋Ｗ^２）－Ｗとして求められる。

　第４の工程では、第２のパッド１６のストロークがない状態で圧力がかけられる。これにより、図４Ｂに示すように、プレス成形品２０が成形下死点で成形され、肩部２０ｃ及び壁部２０ｂが成形される。第４の工程では、長さ余り部分１３ｄが押し出されることによりスプリングバックが相殺される。

　このようにして、プレス成形品２０が製造される。
　図５Ａは、高張力鋼板（板厚１．４ｍｍ、９８０ＭＰａ級）を用いて従来のプレス成形を行った場合の成形下死点におけるプレス成形品２０の肩部２０ｃの最大主応力分布を、ＣＡＥ解析により求めた結果を模式的に示す説明図である。図５Ｂは、同じ高張力鋼板を用いて本発明の製造方法により、ＣＳｔ＝３．５ｍｍでプレス成形した場合の成形下死点におけるプレス成形品２０の肩部２０ｃの最大主応力分布を、ＣＡＥ解析により求めた結果を模式的に示す説明図である。なお、図５Ａ及び図５Ｂにおいて丸印で囲まれた記号＋は引張応力を示し、丸印で囲まれた記号－は圧縮応力を示す。

　図５Ａに示すように、従来のプレス成形の成形下死点では、パンチ肩部１２ｃに成形される部分２０ｃは、鋼板１３の裏面側に圧縮応力を有するとともに表面側に引張応力を有する。このため、離型後のプレス成形品２０の肩部２０ｃが断面外側へ向けて大きく開くスプリングバックが発生し、大きなスプリングバックがプレス成形品２０の断面全体において発生する。

　これに対し、図５Ｂに示すように、本発明の製造方法においては、第４の工程で第３の工程において生じた長さＬの長さ余り部分１３ｄが成形下死点で押し潰されるため、パンチ１２のパンチ肩部１２ｃに成形される長さ余り部分が壁部２０ｂ側へ向けて押し出される。そして、パンチ肩部１２ｃに成形される部分のうちの長さ余り部分１３ｄは、壁部２０ｂへ押し出されて曲げ及び曲げ戻し変形を受ける。この時に、引張応力及び圧縮応力が鋼板１３の表側及び裏側において互い違いに発生する。このため、離型後のプレス成形品２０の肩部２０ｃが、応力のバランスによって断面内側にスプリングバックする。断面内側へのスプリングバックは、肩部２０ｃを外側に開くスプリングバックと相殺される。このため、適正なスプリングバックがプレス成形品２０の断面全体において発生する。

　本発明の製造方法では、第４の工程で図５Ｂに示すように、成形下死点での鋼板１３の応力がスプリングバックの変化の方向に関して相殺された状態、つまり釣り合った状態となる。したがって、鋼板１３の引張強度が変動しても、応力が釣り合った状態は維持される。このため、プレス成形品２０の量産時において、鋼板１３からなる各成形素材の強度の管理が不十分なため各鋼板１３の引張強度が一定しない場合であっても、スプリングバック量が一定に抑制されたプレス成形品２０を量産することが可能となる。

　ここで、第４の工程において、成形下死点付近に到達する前に第２のパッド１６が下降してしまうことを確実に防止するために、第２のパッド１６を支持する第２の加圧部材１８である巻きばねのばね力（初期圧）Ｆ２は、十分に高いことが有効であり、例えばプレス成形品２０の長手方向単位幅当たり０．４ｋＮ／ｍｍ以上であることが望ましい。

　また、第４の工程において、第１のパッド１４による鋼板１３の拘束が弱いと、プレス成形品２０の底部２０ａに成形される部分の鋼板１３が浮き上がるので、第１のパッド１４の加圧力（初期圧）は、十分に高いことが有効であり、例えば、プレス成形品２０の長手方向単位幅当たり０．２ｋＮ／ｍｍ以上であることが望ましい。

　図６Ａは、プレス成形品２０を２段階で成形する方法を模式的に示す説明図である。
　図４、５を参照して、鋼板１３を一連の工程で成形する方法を説明したが、これとは異なり図６Ａに示すように、鋼板１３を、浅絞り工程で浅く絞り成形した後に、曲げ工程で曲げ成形するという２段階で成形することにより、プレス成形品２０を製造してもよい。

　図７Ａ～図７Ｈは、いずれも、プレス成形品２０の断面形状例を示す説明図である。
　プレス成形品２０は、図７Ａに示すハット型断面、図７Ｂに示す斜壁ハット型断面、図７Ｅに示す底部形状付きハット型断面、又は図７Ｆに示す縦壁部段付きハット型断面といった略ハット型断面を有していてもよい。プレス成形品２０は、図７Ｃに示す溝型断面や図７Ｄに示す斜壁溝型断面といった略溝型断面を有していてもよい。さらに、プレス成形品２０は、図７Ｇに示す左右の壁部の高さが異なるハット型の断面や図７Ｈに示す略ハット型断面と略溝型断面を組み合わせた横断面を有していてもよい。

　すなわち、プレス成形品２０は、図７Ｂ、図７Ｄに示すように、縦壁部に傾斜が設けられていてもよく、また、図７Ｇや図７Ｈに示すように左右の壁部の高さが異なっていてもよい。

　図８は、プレス成形品２０－１の形状例を示す説明図である。
　プレス成形品２０－１は、強度部品の長手方向（断面直交方向）について上下方向又は左右方向の一方又は双方の方向への曲率を有してもよい。

　図６Ｂは、プレス成形品２０の別の製造方法を示す説明図であり、２段階での成形の方法を模式的に示す説明図である。

　図６Ｂに示すように、プレス成形品２０は、以上説明した製造方法でなくとも、上記の製造工程を単に２段階に分割しても製造可能である。

　以上、本発明の製造方法により素材である鋼板が例えば引張強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板である場合であっても、肩部におけるスプリングが充分に抑制されるとともに底部の平坦度が良好となるプレス成形品を得ることが可能となる。また、以下に説明するように、本発明の製造方法により製造されるプレス成形品は、さらに肩部近傍の底部に、これまでのプレス成形品には存在しない加工硬化分布を有し、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有することとなる。
３．本発明に係るプレス成形品２０
　図９は、プレス成形品２０の本体２４の横断面の一部を示す説明図である。

　図９に示すように、プレス成形品２０は、鋼板１３に上記の製造方法のプレス成形を行って得られる。プレス成形品２０は本体２４を有する。本体２４は、略溝型、略ハット型又はこれらを組み合わせた型の横断面を有する。本体２４は、一の方向（図９の紙面に略直交する方向）へ向けて延びて存在する。

　本体２４の横断面は、底部２４ａと、肩部２４ｃと、壁部２４ｂとを有する。肩部２４ｃは、一端のＲ止まり２５を介して底部２４ａへ連続するとともに、もう一端のＲ止まり２６を介して壁部２４ｂへ連続する。

　本体２４は、第１の領域２７及び第２の領域２８を有する。第１の領域２７は、図９に示す横断面において、一端のＲ止まり２５から、底部２４ａが延びる方向へ所定の距離Ｗ（ｍｍ）離れた位置までの領域である。また、第２の領域２８は、底部２４ａの一部であって第１の領域２７に連続する領域である。

　図９に示す距離Ｗ（ｍｍ）は、図１Ｂにおける、鋼板１３が延びて存在する方向である一の方向と直交する垂直面内における、パンチ肩部１２ｃのパンチ上面Ｒ止まり１９と、第２のパッド１６との間の、パンチ上面１２ａと平行な方向への距離Ｗと同じである。このため、距離Ｗは２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが望ましい。

　第１の領域２７及び第２の領域２８は、本体２４のプレス成形によって導入された、Ｈｖ１＞１．０５×Ｈｖ２の関係を満足する加工硬化分布を有する。Ｈｖ１は、第１の領域２７における、鋼板１３の表面から、鋼板１３の板厚ｔに０．２を乗じて得られる深さ（０．２ｔ）の位置までの範囲の平均硬度である。Ｈｖ２は、第２の領域２８における、鋼板１３の表面から、鋼板１３の板厚ｔに０．２を乗じて得られる深さ（０．２ｔ）の位置までの範囲の平均硬度である。

　すなわち、第１の領域２７における上記深さの範囲での平均硬度Ｈｖ１は、第２の領域２８における上記深さの範囲での平均硬度Ｈｖ２よりも、５％超高い。

　平均硬度Ｈｖ１、Ｈｖ２は、例えばビッカース硬度であればよく、例えばＪＩＳ　Ｚ２２４４により規定される測定法により測定した１０点以上の平均値を用いる。平均硬度Ｈｖ１の１０点以上の測定位置は、第１の領域２７内において周方向へ略等間隔となるように選択すればよい。平均硬度Ｈｖ２の１０点以上の測定位置は、第１の領域２７と第２の領域２８の境界から３ｍｍ以上離れた位置から内側（肩部２４ｃと逆側）の５ｍｍの区間内に略等間隔となるように選択するのがよい。底部２４ａがより平坦な形状を有する場合には上記３ｍｍ以上離れた位置から内側の１０ｍｍの区間内に略等間隔となるように選択するのがよい。第１の領域２７と第２の領域２８の境界から３ｍｍ以上離れた位置とする理由は、第１の領域２７と第２の領域２８の境界に近接する領域２８の一部の硬度は、加工途中の加工硬化の影響により、上昇しているおそれがあるからである。

　第１の領域２７及び第２の領域２８がこの加工硬化分布を有するため、プレス成形品２０を素材として用いる衝撃吸収部材は、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有する。この理由を説明する。ここで、３点曲げ荷重とは、例えば図８に示すようなプレス加工品の場合長尺方向に対し、両端が固定され、中央部側面から荷重を付加するような場合を考えるが、これに限らず本技術分野で知られたいずれの３点曲げ荷重も含む。

　一般的に、略溝型又は略ハット型の横断面を有する部材が底部から負荷される衝撃荷重によって３点曲げ荷重を負荷される場合、曲げ変形時における横断面の変形を少なくしながら座屈することが、高い曲げ変形抵抗を得られるために有効であることが知られる。部材の横断面が変形、すなわち底部及びこれに連続する二つの壁部が崩壊し始めると、応力が部材長手方向へ発生しなくなるためである。したがって、部材の長手方向への塑性変形量を増加させること、換言すると部材を長手方向へ突っ張らせることが、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を発揮させるために有効である。逆に、底部及び二つの壁部が３点曲げ荷重による変形時に早期に崩壊すると、部材が長手方向へ突っ張らなくなるので、高い圧潰荷重を得られなくなる。

　周知のように、底部及び壁部を接続する肩部及びその近傍の強度、すなわち硬度を高めることが、底部及びこれに連続する二つの壁部が３点曲げ荷重による変形での早期の崩壊を防止することとなり、これにより部材を長手方向へ突っ張らせるために有効となる。

　上述したように、プレス成形品２０は、プレス成形によって、本体２４の肩部２４ｃに隣接する第１の領域２７の平均硬度Ｈｖ１が第２の領域２８の平均硬度Ｈｖ２に対してＨｖ１＞１．０５×Ｈｖ２の関係を満足する加工硬化分布を有する。このため、プレス成形品２０を素材として構成される衝撃吸収部材は、底部２４ａ及び壁部２４ｂが３点曲げ荷重による変形時に早期に崩壊することを防止でき、本体２４がその長手方向へ突っ張ることができるため、３点曲げ荷重に対する高い圧潰荷重を有する。

　このような観点から、第１の領域２７及び第２の領域２８が、Ｈｖ１≧１．０７×Ｈｖ２の関係を満足することが望ましく、Ｈｖ１≧１．１０×Ｈｖ２の関係を満足することがさらに望ましい。

　本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
　本実施例では、図３に示すプレス成形装置１０－２を用いて本発明に係るプレス成形品２０に対するプレス成形の効果を検証した。プレス成形装置１０－２のパンチ１２の幅は８０ｍｍとし、高さは６０ｍｍとし、プレス成形装置１０－２の奥行きは８０ｍｍとした。

　図１０は、本実施例で検証するプレス成形品２０の本体２４の断面形状を示す説明図である。

　肩部２４ｃの内面の、パンチ肩相当部における曲率半径Ｒ１は５ｍｍとした。本体２４のフランジ部の、ダイス肩相当部における曲率半径Ｒ２は３．６ｍｍとした。本体２４の内法Ｌ１、高さＨは、それぞれ８０ｍｍ、５０ｍｍとした。

　そして、以下に列記する試験条件でプレス成形を行った。
　（試験条件）
　（ａ）プレス設備：２５００ｋＮ油圧プレス機
　（ｂ）被加工材：９８０ＭＰａ級高張力鋼板１３（板厚１．４ｍｍ、ストロークＣＳｔの確認のため）、及び、５９０ＭＰａ、７８０ＭＰａ、９８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ級高張力鋼板（板厚１．４ｍｍ、鋼板強度のバラツキ低減効果の確認のため）
　（ｃ）ブランク形状：７０×２００ｍｍの矩形
　（ｄ）成形速度：１０ｍｍ／ｓｅｃ
　（ｅ）長さＷ：５、１０、１５、２０ｍｍの４水準（１５ｍｍが標準条件）
　（ｆ）第２のパッド１６の加圧力：２００ｋＮ
　（ｇ）第１のパッド１４の加圧力：４０ｋＮ
　（ｈ）下死点圧：７００ｋＮ
　（ｉ）潤滑：鋼板１３に一般防錆油を塗布することで確保
　得られた本体２４におけるスプリングバック、および肩部２４ｃのたわみが、以下に示す評価方法によって測定及び評価された。

　（スプリングバック）
　図１１は、本体２４のスプリングバックの評価方法を示す説明図である。

　図１１に示すように、スプリングバックは、本体２４の底部２４ａから壁部２４ｂが延びて存在する方向へ３０ｍｍ離れた位置における開き量Ｗｈ（ｍｍ）を測定することによって、評価された。

　（肩部２４ｃのたわみ）
　図１２は、肩部２４ｃのたわみの評価方法を示す説明図である。

　図１２に示すように、肩部２４ｃのたわみは、底部２４ａとＲ止まり２５との、壁部２４ｂが延びて存在する方向への距離であるたわみ量Ｕ（ｍｍ）を測定することにより、評価した。

　図１３は、第２のパッド１６のストローク量ＣＳｔと開き量Ｗｈとの関係の測定結果を示すグラフである。図１３のグラフは、板厚１．４ｍｍの９８０ＭＰａ級の高張力鋼板１３についての測定結果を示す。図１３のグラフでは、開き量Ｗｈが大きいほどスプリングバックが強いことが示される。

　図１３のグラフに示すように、距離Ｗが１０ｍｍである条件でストローク量ＣＳｔを変更した試験の結果より、適正な開き量Ｗｈがストローク量ＣＳｔの変更によって得られることがわかる。

　図１４は、鋼板１３の引張強度ＴＳと開き量Ｗｈとの関係の測定結果を示すグラフである。図１４のグラフにおける黒丸印は、図１７に示す従来のプレス成形装置１により成形した結果を示し、白丸印は、図３に示すプレス成形装置１０－２により成形した結果を示す。図１４のグラフにおいても、開き量Ｗｈが大きいほどスプリングバックが強いことが示される。図１４のグラフに示す結果は、第２のパッド１６のストローク量ＣＳｔが、図１３のグラフに丸付き矢印により示す、９８０ＭＰａ級の高張力鋼板１３の適正値（３．５ｍｍ）として、引張強度が５９０～１１８０ＭＰａまでの高張力鋼板１３を成形した結果である。

　図１４のグラフにおける黒丸印と白丸印とを対比することにより、鋼板１３の引張強度が変化してもほぼ適正な開き量Ｗｈが、図３に示すプレス成形装置１０－２により成形することによって、維持されることがわかる。

　さらに、図３に示すプレス成形装置１０－２を用い、長さＷを５、１０、１５、２０ｍｍと４水準で変更して、引張強度９８０ＭＰａ級の高張力鋼板１３をプレス成形して製造されたプレス成形品における肩部２０ｃのたわみ量を調べた結果を、表１にまとめて示す。

　表１に示すように、長さＷが１５ｍｍを超えて２０ｍｍになると、肩部２０ｃのたわみ量が一般的な部品精度公差である±０．５ｍｍを上回った。

　図１５は、長さＷが１０ｍｍの条件で製造した本体２４（鋼板１３の板厚１．４ｍｍ、９８０ＭＰａ級高張力鋼板）の底部２４ａ、肩部２４ｃ及びその近傍の第１の領域２７、第２の領域２８を示す説明図である。

　図１５に示すように、底部２４ａにおける第１の領域２７、第２の領域２８、肩部２４ｃ及び壁部２４ｂのビッカース硬度を断面周方向へ１ｍｍピッチで測定することにより、加工硬化分布を求めた。ビッカース硬度の測定は、ＪＩＳ　Ｚ２２４４により規定される測定法により行った。各測定位置２９は、本体２４の加工硬化が主に曲げ曲げ戻し変形によるものであるため、表層付近、すなわち鋼板１３の外表面から板厚方向へ２００μｍの深さの位置とした。

　従来例として、図１７に示すプレス成形装置１を用いたこと以外は、図１５に示すプレス成形品２０の本体２４の条件と同じ条件でプレス成形品を製造した。従来例のこのプレス成形品の加工硬化分布が、上述した方法により測定された。

　図１６は、本発明例のプレス成形品、従来例のプレス成形品それぞれの加工硬化分布の測定結果を示すグラフである。図１６のグラフにおける白四角印は、従来例のプレス成形品の測定結果を示し、黒丸印は本発明例の測定結果を示す。

　本発明例のプレス成形品２０の加工硬化分布は、上述した製造方法によって得られる。具体的には、パンチ１２のパンチ上面１２ａから突き出た第２のパッド１６と第１のパッド１４との間で鋼板１３を拘束した状態で鋼板１３を成形することによって、第３の工程での成形中に、長さ余り部分１３ｄが第２のパッド１６とパンチ上面Ｒ止まり１９との間の鋼板１３に生じる。この長さ余り部分１３ｄは成形下死点で押厚されて平坦化される。長さ余り部分１３ｄの形成及び消失過程において、曲げ曲げ戻し変形が長さ余り部分１３ｄに与えられる。図１６のグラフにおける黒丸印により示す加工硬化分布が、この曲げ曲げ戻し変形により、プレス成形品２０の本体２４の第１の領域２７の表面に、導入される。

　本発明例のプレス成形品２０の本体２４は、図１６にグラフにおいて黒丸印で示すように、第１の領域２７における、鋼板１３の表面から２００μｍの深さ位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ１が、第２の領域２８における、鋼板１３の表面から２００μｍの深さ位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ２に対して、Ｈｖ１≒１．０７×Ｈｖ２の関係を満足する加工硬化分布を有する。

　これに対し、比較例のプレス成形品の本体２４は、図１６にグラフにおいて白四角印で示すように、第１の領域２７における、鋼板１３の表面から２００μｍの深さ位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ１が、第２の領域２８における、鋼板１３の表面から２００μｍの深さ位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ２に対して、Ｈｖ１≒０．９９×Ｈｖ２の関係を満足する加工硬化分布を有する。

　このように、本発明例のプレス成形品２０の本体２４は、肩部２４ｃの近傍の第１の領域２７に、従来例のプレス成形品には存在しないとともにプレス加工に由来する新規な加工硬化分布を有する。このため、３点曲げ荷重に対して高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材が、本発明例のプレス成形品２０を素材として衝撃吸収部材を構成することによって、低コストで提供される。

Claims

　略溝型、略ハット型又はこれらを組み合わせた型の横断面を有するとともに一の方向に延びて存在する本体を備え、前記横断面が、底部と、一端のＲ止まりを介して前記底部に連続する肩部とを有する鋼板のプレス成形品において、
　前記横断面における、前記Ｒ止まりから前記底部が延びて存在する方向へ所定の距離離れた位置までの第１の領域と、前記底部の一部であって前記第１の領域に連続する第２の領域とが、前記本体のプレス成形によって導入された下記加工硬化分布を有すること
を特徴とするプレス成形品。
　加工硬化分布：前記第１の領域における、前記鋼板の表面から、該鋼板の板厚に０．２を乗じて得られる深さの位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ１が、前記第２の領域における、前記鋼板の表面から、該鋼板の板厚に０．２を乗じて得られる深さの位置までの範囲の平均硬度Ｈｖ２に対して、Ｈｖ１＞１．０５×Ｈｖ２の関係を満足する。
　前記所定の距離は２～１５ｍｍである請求項１に記載されたプレス成形品。