WO2014084151A1

WO2014084151A1 - プレス成形方法及びプレス成形装置

Info

Publication number: WO2014084151A1
Application number: PCT/JP2013/081576
Authority: WO
Inventors: 正樹卜部
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-06-05
Also published as: JP2016034647A

Abstract

プレス成形方法は、天板部Ｃをパッドで押え、かつ縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）の端部がフランジ部Ｆを成形する金型に当接しない状態で縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）を成形し、成形された縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）を金型によって挟持した状態でフランジ部Ｆを成形するフランジ部成形工程を有し、該フランジ部成形工程は、フランジ部Ｆと縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）との境界となる屈曲部Ｒを成形するには、湾曲部１１ａが形成されている金型ブロック１１を用いて行う。

Description

プレス成形方法及びプレス成形装置

　本発明は、平板状の被加工材を、天板部（ｔｏｐ　ｓｈｅｅｔ　ｐｏｒｔｉｏｎ）と該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部（ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｗａｌｌ　ｐｏｒｔｉｏｎ）と該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部（ｆｌａｎｇｅ　ｐｏｒｔｉｏｎ）とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形方法及びプレス成形装置（ｐｒｅｓｓ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ａｐｐａｒａｔｕｓ）に関する。

　金属板をプレス成形することにより、一度に天板、縦壁、フランジを持つハット断面（ｈａｔ−ｓｈａｐｅｄ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ）を有する部品を製造することは一般的に行われている。

　しかし、このようなプレス成形品を、高い精度を保って量産することは容易ではない。高い精度を保つのが困難となる主な原因は、プレス成形品を金型（ｄｉｅ）から取り出したときに発生するスプリングバック（ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ）（弾性回復）（ｅｌａｓｔｉｃ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ）と呼ばれる現象により、プレス成形品が金型と異なる形状に変形してしまうためである。

　ハット断面形状の部品をプレス成形によって加工した場合の主なスプリングバック発生部位と発生状況は、パンチ底部の反り、パンチ底と縦壁の間の曲げ部（ｂｅｎｔ　ｐｏｒｔｉｏｎ）の角度戻り、縦壁部の反り、そして縦壁部とフランジ部の間の曲げ部の角度戻りである。

　曲げ部の角度戻りに関しては、例えば特許文献１に開示されているような有効な技術が開発されているが、縦壁の反りについては精度と低コストを両立するための十分な解決方法が提供されていなかった。

　ハット型断面形状のプレス成形方法は大きく２つに分けられる。即ち、両側のフランジ部をしわ押さえ力により保持した状態で成形するドロー（絞り）成形（ｄｅｅｐ　ｄｒａｗｉｎｇ）と、中央の天板部を保持した状態で成形する曲げ成形（ｂｅｎｄｉｎｇ　ｆｏｒｍｉｎｇ）である。ドロー成形は長手方向に形状変化を持つ場合にもしわの発生を抑えることが可能な反面、縦壁部分はダイ肩部分による曲げ戻しの加工履歴を持つため、金型から取り出した後に壁反りが発生しやすいという特性を持つ。特に高張力鋼板（ｈｉｇｈ−ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ）では伸び限界が低いため、しわ押え力を強くすると縦壁や肩部（ｓｈｏｕｌｄｅｒ　ｐｏｒｔｉｏｎ）が破断し易くて、十分なしわ押さえ力を付与することが困難なため、この傾向が強い。

　一方で、曲げ成形は長手方向の形状変化に弱い反面、金型で挟み込んだ領域で曲げ変形が発生することで、壁反り（ｗａｌｌ　ｃａｍｂｅｒ）が比較的発生しにくいものの、ダイ肩で曲げられる部分だけでなく、その周辺部にも塑性曲げ（ｐｌａｓｔｉｃ　ｂｅｎｄｉｎｇ）が発生してしまう。

　このスプリングバックによる精度悪化を防ぐために、従来から様々な手法が開発されてきた。一般的には、例えば特許文献２に示されているように、まず縦壁とフランジの間を曲げ成形し、その後、縦壁とパンチ底の間を成形する方法がとられているが、これは２工程を要する方法であり、１工程よりも高い費用を要する。

　また、特許文献３にはカムを用いる方法が開示されているが、縦壁部を成形する際に縦壁部を拘束しない自由な状態でフランジ部分をも曲げるため、３点曲げ状態となり、縦壁部に反りが発生するのを避けることはできない。

　さらに、特許文献４においては、縦壁部に発生する反りを防止するために、縦壁部の成形時にはブランク材におけるフランジ部になる部位を拘束しないようにする技術が開示されている。

特開２００９−２６２１６８号公報特許４６８１４２０号公報特許４７４６９１４号公報特開２０１０−９９７００号公報

　しかしながら、特許文献４に開示されたものは、特許文献４の図２および図３に示されるように、縦壁部を成形するポンチの下端部に外側に突出する張出し部を設けているので、縦壁部の成形時においてブランク材の端部がこの張出し部に当たり、３点曲げ状態になり、特許文献３と同様の反りの発生を完全に無くすることはできない。

　他方、特許文献４における図６に示されたものは、ポンチの下端部に張出し部を設けておらず、張出し部があることによる縦壁部の反り発生は防止できる。

　しかしながら、特許文献４における図６の場合には、雌型３の下端部におけるフランジ部と縦壁部との境界を成形する部位にはアール部が形成されているが、雌型（ｆｅｍａｌｅ　ｄｉｅ）３と協働してフランジ部を成形するブランクホルダ（ｂｌａｎｋ　ｈｏｌｄｅｒ）５におけるフランジ成形部位は平坦面になっているため、フランジ部を成形する際に、雌型３のアール部とブランクホルダ５の平坦部との間にわずかな隙間が生じ、この隙間が生ずることによって、場合によってはフランジ部を所望の形状に成形できない可能性があるという問題がある。また、縦壁部が垂直に近い角度の場合、ブランク材の先端がブランクホルダ５の平坦面に突き当たって座屈した形状になる問題もある。

　なお、上記においては、成形品としてハット断面部材を例に挙げて説明したが、上記のような問題は、ハット断面部材に限らず、天板部と該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の部品、例えばＺ断面部材についても共通する問題である。

　本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、天板部と該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の部品の成形に際して、縦壁部に反りが発生せず、かつフランジ部の成形を円滑かつ所望の形状に成形することができるプレス成形方法、及びプレス成形装置を得ることを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形方法であって、
　前記天板部をパッド（ｐａｄ）で押え、かつ前記縦壁部の端部が前記フランジ部を成形する金型に当接しない状態で前記縦壁部を成形する縦壁部成形工程と、成形された縦壁部を金型によって挟持した状態で前記縦壁部との境界となる屈曲部と共に前記フランジ部を成形するフランジ部成形工程とを有し、
　前記縦壁部を成形する下金型は平坦面からなり、前記フランジ部を成形する下金型は前記屈曲部を成形する湾曲部を備えている。
（２）本発明に係るプレス成形方法は、平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形方法であって、
　前記天板部をパッドで押え、かつ前記縦壁部の端部が前記フランジ部を成形する金型に当接しない状態で前記縦壁部を成形する縦壁部成形工程と、成形された縦壁部を金型によって挟持した状態で前記縦壁部との境界となる屈曲部と共に前記フランジ部を成形するフランジ部成形工程とを有し、
　前記縦壁部を成形する下金型と前記フランジ部を成形する下金型とは、前記縦壁部を成形する下金型の下端部から前記フランジ部を成形する下金型にかけて、前記屈曲部を成形する湾曲部を備えている。
（３）本発明に係るプレス成形装置は、平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
　前記被加工材の前記天板部が載置される平坦面からなる頂部と、該頂部から下方に傾斜する傾斜部を有し、かつ上下方向に可動する可動雄型ブロックと、該可動雄型ブロックに載置された前記被加工材の前記天板部を押さえる板押えパッドと、前記可動雄型ブロックの脇に配置されて前記被加工材の前記フランジ部を成形する金型ブロックと、該金型ブロックの上方に上下動可能に配置されて前記可動雄型ブロックと協働して前記縦壁部を成形し、前記固定金型ブロックと協働して前記フランジ部および前記フランジ部と前記縦壁部との境界となる屈曲部を成形する可動雌型ブロックとを備え、
　前記可動雄型ブロックは、前記縦壁形部を成形する部位が平坦面からなり、前記金型ブロックは、前記屈曲部を成形する部位に湾曲部が形成されている。
（４）本発明に係るプレス成形装置は、平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
　前記被加工材の前記天板部が載置される平坦面からなる頂部と、該頂部から下方に傾斜する傾斜部を有し、かつ上下方向に可動する可動雄型ブロックと、該可動雄型ブロックに載置された前記被加工材の前記天板部を押さえる板押えパッドと、前記可動雄型ブロックの脇に配置されて前記被加工材の前記フランジ部を成形する金型ブロックと、該金型ブロックの上方に上下動可能に配置されて前記可動雄型ブロックと協働して前記縦壁部を成形し、前記固定金型ブロックと協働して前記フランジ部および前記フランジ部と前記縦壁部との境界となる屈曲部を成形する可動雌型ブロックとを備え、
　前記金型ブロックは、前記屈曲部を成形する部位に湾曲部が形成されており、
　前記可動雄型ブロックは、その下端部に、該可動雄型ブロックが下死点に移動したときに前記金型ブロックの前記湾曲部と連続する湾曲部が形成されている。

　本発明においては、縦壁部の端部がフランジ部を成形する金型に当接しない状態で縦壁部を成形し、かつフランジ部成形工程は、前記屈曲部を成形する下金型には湾曲部が形成されている金型を用いて行うようにしたので、縦壁部に反りが発生せず、フランジ部の成形を円滑かつ設計通りの形状にすることができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形装置の金型の立断面である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法のプレス成形対象のハット断面部材について説明する説明図である。図１のプレス成形装置の金型の一部を拡大して図示したものである。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の流れを説明するための説明図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法における１工程を説明するための説明図である。図３に示した金型の一部の他の態様について説明する説明図である（その１）。図３に示した金型の一部の他の態様について説明する説明図である（その２）。本発明の実施例における実験結果の評価方法について説明する説明図である。本発明の実施例における実験結果について説明する説明図である。

［プレス成形装置］
　本実施の形態にかかるプレス成形装置１について図１~図３に基づいて説明する。

　プレス成形装置１について説明する前に、まず、プレス成形対象の一例としてのハット断面部材（ｈａｔ−ｓｈａｐｅｄ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｅｒ）３について説明する。ハット断面部材３は、図２に示すように、天板部Ｃと、天板部Ｃの両側の部分が天板部Ｃに対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部（縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２）と、各縦壁部の先端部に各縦壁部に対して天井板Ｃと反対方向に屈曲するフランジ部Ｆとを備えている。

　天板部Ｃと縦壁部Ｗ１およびと縦壁部Ｗ２との間の部分はアール部になっている（肩部Ｓ）。また、縦壁部Ｗ１とフランジ部Ｆおよび縦壁部Ｗ２とフランジ部Ｆとの間の部分もアール部になっている（屈曲部Ｒ）。なお、図２に示す例においては、縦壁部Ｗ１の傾斜角度（縦壁部Ｗ１と垂線とのなす角度）をα_１、縦壁部Ｗ２の傾斜角度（縦壁部Ｗ２と垂線とのなす角度）をα_２とすると、α_１＜α_２という関係となっており、縦壁部Ｗ１よりも縦壁部Ｗ２の開きが大きく、すなわち縦壁部Ｗ１よりも縦壁部Ｗ２の傾斜がなだらかになるように設定されている。なお、α_１＝α_２であってもよい。

　次に、プレス成形装置１について説明する。

　本実施の形態のプレス成形装置１は、図１に示すように、被加工材としての金属板（ｍｅｔａｌ　ｓｈｅｅｔ）５の天板部Ｃが載置される平坦面からなる頂部７ａと頂部７ａから下方に傾斜する傾斜部７ｂを有し、かつ上下方向に可動する可動雄型ブロック７と、可動雄型ブロック７に載置された金属板５の天板部Ｃを上方から押さえる板押えパッド９と、可動雄型ブロック７の両脇に配置されて金属板５のフランジ部Ｆを成形する金型ブロック１１と、金型ブロック１１の上方に上下動可能に配置されて可動雄型ブロック７と協働して縦壁部（縦壁部Ｗ１、縦壁部Ｗ２）を成形し、金型ブロック１１と協働してフランジ部Ｆおよび屈曲部Ｒを成形する可動雌型ブロック１３とを備えている。

　上記各構成を以下に詳細に説明する。
＜可動雄型ブロック＞
　可動雄型ブロック７の頂部７ａと傾斜部７ｂとの境界部には、ハット断面部材３の肩部Ｓを成形するアール部７ｃが設けられている。

　可動雄型ブロック７は、図示しない油圧シリンダ等によって支持されており、板押えパッド９と金属板５を挟持した状態で所定圧以上の圧力で押されると下降する。

　可動雄型ブロック７の下部の幅は両脇に配置されている金型ブロック１１の間に挿入可能な幅に設定されており、可動雄型ブロック７は下降することで両脇の金型ブロック１１の間に挿入される。
＜板押さえパッド＞
　板押えパッド９は可動雄型ブロック７の上方に配置され、上下動可能になっている。板押えパッド９の下面側は平面になっており、該平面は可動雄型ブロック７の頂部７ａと協働して金属板５を挟持する板押さえ面９ａになっている。金属板５の挟持された部分は、プレス成形後におけるハット断面部材３の天板部Ｃになる。

　なお、板押えパッド９によって金属板５を押え付ける圧力は、可動雄型ブロック７が下降を開始する圧力よりも小さい圧力になるように設定されている。
＜金型ブロック＞
　金型ブロック１１の上面には、可動雄型ブロック７側に設けられて、金型ブロック１１の立断面において約１／４円弧からなる湾曲部１１ａと、湾曲部１１ａに続く水平面からなりフランジ部Ｆを成形する平面部１１ｂとを有している（図３参照）
＜可動雌型ブロック＞
　可動雌型ブロック１３は、可動雄型ブロック７の傾斜部７ｂと対向する傾斜部１３ａと金型ブロック１１の上面に対向する下面部１３ｂとを有している。

　可動雌型ブロック１３の傾斜部１３ａと下面部１３ｂとの間には金型ブロック１１の湾曲部１１ａと金属板５を挟圧することで、ハット断面部材３の屈曲部Ｒを成形するためのアール部１３ｃが設けられている。

　他方、傾斜部１３ａの上端部には、傾斜部１３ａの上端部から続くアール部からなり、可動雄型ブロック７のアール部７ｃと金属板５を挟圧することで、ハット断面部材３の肩部Ｓを成形するためのアール部１３ｄが設けられている。
［プレス成形方法］
　以上のように構成された本実施のプレス成形装置１を用いてプレス成形する方法の一例を、プレス成形装置１の動作と共に、図４に基づいて説明する。図４はプレス成形装置１を用いたプレス成形を、コンピュータを用いたプレス成形解析によってシミュレーションした際の図である。図４中に示す金型等（板押えパッド９、可動雄型ブロック７、金型ブロック１１、可動雌型ブロック１３）は板状で図示しているがこれらは解析の都合上簡略化したものであり、実際は３次元立体である。また、可動雌型ブロック１３は２つに分離しているが、１つの部材からなるものとしてもよい。

　図４（ａ）はプレス成形前の状態を示している。図４（ａ）において可動雄型ブロック７は金型ブロック１１の上方に配置されている。金属板５は、板押えパッド９の板押さえ面９ａと可動雄型ブロック７の頂部７ａで挟持されている。

　また、可動雌型ブロック１３は金属板５の上方に位置している。

　図４（ａ）に示す状態から、可動雌型ブロック１３を下降させると、金属板５に可動雌型ブロック１３の下端部が当接しながら下降し、金属板５は可動雄型ブロック７のアール部７ｃに沿うように曲げられる（図４（ｂ）参照）。

　さらに可動雌型ブロック１３を下降させて、可動雄型ブロック７と可動雌型ブロック１３とで金属板５を挟圧する。こうすることで、可動雄型ブロック７のアール部７ｃと可動雌型ブロック１３のアール部１３ｄとでハット断面部材３の肩部Ｓが成形され、可動雌型ブロック１３の傾斜部１３ａと可動雄型ブロック７の傾斜部７ｂとで縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２が成形される（縦壁部成形工程）。この際、縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２は、可動雄型ブロック７の傾斜部７ｂと可動雌型ブロック１３の傾斜部１３ａとで挟持されている。

　この状態における図４中右側の金属板５の端部近傍を図５に拡大して示す。図５において、金属板５の端部（縦壁部Ｗ１の端部）は金型ブロック１１に当接していない。なお、図５は図４中右側の金属板５の端部のみを図示したものであるが、図４中左側の金属板５の端部（縦壁部Ｗ２の端部）も同様に金型ブロック１１に当接していない。

　このように、縦壁部Ｗ１、縦壁部Ｗ２を成形する際に、金属板５の端部は金型ブロック１１に当接せず、縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２が３点曲げ状態にならない。従って、成形後に縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２に壁反りが発生することがない。

　次に、板押えパッド９、可動雄型ブロック７および可動雌型ブロック１３を一体にしたまま下降させて（図５中の太い矢印を参照）、金属板５の端部を金型ブロック１１に押し当てることにより、可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃに沿って金属板５が曲がりはじめる（図４（ｃ）参照）。

　なお、金属板５における縦壁部Ｗ１、縦壁部Ｗ２の傾斜が急で、例えば直角に近いような場合には、金属板５の端部が金型ブロック１１に突き当った際に座屈することが考えられるが、本実施の形態の金型ブロック１１の上面には、図３に示すように、湾曲部１１ａが形成されており、縦壁部Ｗ１、縦壁部Ｗ２の傾斜が急な場合には、金属板５の端部は湾曲部１１ａに突き当り、金属板５の端部が外方に開くようにガイドされるため、金属板５を座屈させることなくスムーズに外方に曲げることができる。

　さらに、板押えパッド９、可動雄型ブロック７および可動雌型ブロック１３が下降して下死点に達すると、金型ブロック１１の湾曲部１１ａと可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃ、および金型ブロック１１の平面部１１ｂと可動雌型ブロック１３の下面部１３ｂとで金属板５が挟圧される。こうすることで、ハット断面部材３の屈曲部Ｒとフランジ部Ｆが成形される（フランジ部成形工程、図４（ｄ）参照）。

　このとき、上述したとおり、縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２は、可動雄型ブロック７の傾斜部７ｂと可動雌型ブロック１３の傾斜部１３ａとで挟持されているため、フランジ部Ｆの成形に伴う応力が縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２に作用することがなく、縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２にスプリングバック発生の要因を与えることがない。

　また、ハット断面部材３の屈曲部Ｒは、金型ブロック１１の湾曲部１１ａと可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃで挟圧されて成形されるため、設計形状通りの屈曲部Ｒにすることができる。

　この、屈曲部Ｒを金型ブロック１１の湾曲部１１ａと可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃで挟圧して成形することの効果について、より詳細に以下に説明する。

　ハット断面部材３のフランジ部を成形する特許文献１に記載されるような一般的な金型においては、上金型には可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃと同様のアール部が形成されているが、下金型は平坦面となっている。そのため、上金型が下死点（ｂｏｔｔｏｍ　ｄｅａｄ　ｃｅｎｔｒｅ）に達した状態でも、上金型のアール部と下金型との間にはわずかな隙間が発生する。

　このような隙間が発生する場合、金属板が「引張り曲げ」の状態になっていればそれなりに上金型のアール部に沿うことも考えられるが、「引張り曲げ」の状態になっていなければ、金属板は上金型のアール部に沿わず、上金型と下金型の間の隙間において、なりゆき任せで曲げられることになる。

　このため、金属板の形状や配置のばらつきによって、金属板の端部が下金型に突き当る位置が変化し、この位置の変化で金属板に作用する応力も変動し、金属板を金型から取り出した際に発生するスプリングバックも種々のものとなり、その結果、成形品の形状（屈曲部Ｒの曲り角度）にばらつきが発生する。

　また、金属板に作用する応力変化は、金属板の機械的特性が変動する場合にも生ずるので、金属板の機械的特性がばらつく場合にも成形品の形状にばらつきが発生することになる。

　また、上金型のアール部と下金型との間に隙間が発生する場合、金属板は上金型のアール部よりも小さいアール（Ｒ）で曲げられることになり、特に高強度鋼板（ｈｉｇｈ−ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ）などの変形能の低い金属板では材料の変形限界を超え、曲げ部での亀裂の発生に至る危険も存在する。

　さらに、縦壁部の角度が垂直に近い場合、金属板の先端が下金型の平坦面に突き当たって座屈した形状になる危険もある。

　これに対して、本実施の形態の金型では、屈曲部Ｒを成形する際に、金型ブロック１１の湾曲部１１ａと可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃで金属板５を挟圧しており、金属板５と金型との間に隙間が生ずることがないので、上記のような問題が発生することがなく、設計形状通りの屈曲部Ｒにすることができ、屈曲部Ｒの曲げ角度が高精度に実現できる。

　以上のように、本実施の形態に係るプレス成形方法によれば、縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）とを成形する際は、金属板５の端部が金型ブロック１１やその他の部位に当接せずフリーな状態であるため、縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）に３点曲げ力が作用することがない。そのため、成形後において縦壁部（縦壁部Ｗ１と縦壁部Ｗ２）に壁反りが発生することがない。

　また、ハット断面部材３の屈曲部Ｒは、金型ブロック１１の湾曲部１１ａと可動雌型ブロック１３のアール部１３ｃで挟圧されて成形されるため、屈曲部Ｒの形状がばらつくことなく設計形状通りの屈曲部Ｒにすることができる。

　なお、可動雌型ブロック１３は板押えパッド９と一体化してもよい。

　あるいは板押えパッド９を用いずに、可動雌型ブロック１３の上部を板押さえ側に張り出した形状にして、該張り出し部で金属板５を押さえるようにしても構わない。この場合も、上記の構成と同様に、可動雌型ブロック１３は上下に可動するように設けられる。

　また、可動雌型ブロック１３に下向き荷重を掛けて可動雌型ブロック１３と可動雄型ブロック７との間に金属板５を挟んだ状態においても、図５に示すように、金属板５の端部が金型ブロック１１から離れた状態で待機するようにする。

　可動雄型ブロック７にプレス荷重を付与する方法としては、例えば、金型内に油圧シリンダ又はガスシリンダなどの加圧装置を組み込んでプレス荷重を付与する方法や、プレス機に付帯する加圧装置（ダイクッション）（ｄｉｅ　ｃｕｓｈｉｏｎ）を用いてプレス荷重を付与する方法等がある。

　また、上下に移動する金型（可動雄型ブロック７、可動雌型ブロック１３）には、各々所定の下死点位置まで移動した後はそれ以上移動しないようにするストッパーを設けて、各々所定の下死点において十分なプレス荷重がかかる構造とすることが望ましい。

　なお、縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２は可動雄型ブロック７と可動雌型ブロック１３で挟圧する際に、必ずしも可動雄型ブロック７の傾斜部７ｂや、可動雌型ブロック１３の傾斜部１３ａが、金属板５と全面で接触している必要はない。しかし本発明の効果を十分に発揮させるためには、少なくとも、縦壁部（縦壁部Ｗ１、縦壁部Ｗ２）の屈曲部Ｒの近傍を拘束することが好ましい。

　なお、上記の構成では、金型ブロック１１の湾曲部１１ａの形状は断面が１／４円弧からなるものとしたが、湾曲部１１ａの頂部を形成することが金型加工上困難である場合には、図６に示すように、湾曲部１１ａの頂部を切除したような形状にしてもよい。

　また、上記では、ハット断面部材３の屈曲部Ｒを成形する下金型の部位として湾曲部１１ａを金型ブロック１１のみに設けた例を示したが、ハット断面部材３の屈曲部Ｒを成形する部位が複数の金型に跨るように設けてもよい。

　例えば、図７に示すように、ハット断面部材３の屈曲部Ｒを成形する部位として、可動雌型ブロック１３の下死点状態において、金型ブロック１１の湾曲部１１ａと連続するような湾曲部７ｃを可動雄型ブロック７の下端部に設けてもよい。すなわち、可動雄型ブロック７と金型ブロック１１は、可動雄型ブロック７の下端部から金型ブロック１１にかけて、ハット断面部材３の屈曲部Ｒを成形する湾曲部を備えている。

　こうすることによって、金属板５を下降させる際に金属板５の端部が金型ブロック１１に突き当たって金属板５の座屈や金型の損傷が発生する可能性を低減させることができる。

　なお、図７に示す例は、前記１／４円弧の半分を金型ブロック１１に、残りの半分を可動雄型ブロック７にそれぞれ設け、可動雄型ブロック７の湾曲部７ｄと金型ブロック１１の湾曲部１１ａとが連続した状態で、１／４円弧になるようにしている。この場合、可動雄型ブロック７の下死点状態で、両円弧を完全に連続させることが金型加工上困難である場合にはいずれかあるいは双方の円弧の境界部分を面取り（ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）してもよい。

　また、上記では、可動雄型ブロック７が可動式で、金型ブロック１１が固定式であったが、例えば、可動雄型ブロック７に相当する金型を固定式にして、金型ブロック１１に相当する金型を可動式にしてもよい。つまり、ハット断面部材３の各部位を成形する各金型のうち、どの金型を可動式にするのか、あるいは固定式にするのかはさほど重要ではなく、可動式にする金型と固定式にする金型との相対位置関係が重要である。

　上述した例の場合（可動雄型ブロック７に相当する金型を固定式にして、金型ブロック１１に相当する金型を可動式にする場合）、図４（ａ）に示すように、金属板５を板押えパッド９と可動雄型ブロック７で挟持した状態で、可動雌型ブロック１３を下降させて、金属板５を折り曲げてハット断面部材３の肩部Ｓと縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２を成形した後、金型ブロック１１に相当する可動式金型を上昇させることで、フランジ部Ｆおよび屈曲部Ｒを成形するようにする。

　なお、この場合には可動雌型ブロック１３を所定の下死点位置で静止させ、その後にフランジ成形する可動式の金型ブロックを別途制御する必要があり、そのための装置を金型内部に組み込むか、このような制御が可能なプレス成形装置１を使用するか、あるいはこれらの併用が必要となる。

　本発明のプレス成形方法およびプレス成形装置１による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

　実験は、図２に示すハット断面部材３をプレス成形の対象として、有限要素解析（ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ）によりプレス成形解析を行い、次いでスプリングバック解析を行い、壁反りの発生具合を確認するというものである。

　ハット断面部材３の屈曲部Ｒの半径は５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍの３通りとした。金属板５は板厚が１．２ｍｍ、引張強度が９８０ＭＰａ級の冷延鋼板（ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ）とした。

　また、板押えパッド９の板押さえ荷重は１ｔｏｎｆ、可動雄型ブロック７の上昇荷重は１０ｔｏｎｆとした。

　金型は、上記実施の形態で説明した図５のタイプＡ（可動雄型ブロック７の縦壁部が平坦で金型ブロック１１に湾曲部１１ａがあるもの）、図６のタイプＢ（タイプＡの金型ブロック１１の湾曲部１１ａの頂部を切削したもの）および図７のタイプＣ（可動雄型ブロック７と金型ブロック１１の双方に半分ずつ湾曲部を設けたもの）の３種類を用いた。タイプＡを用いたプレス成形解析を発明例１、タイプＢを用いたプレス成形解析を発明例２、タイプＣを用いたプレス成形解析を発明例３とする。

　また、比較例として、従来のプレス成形方法である縦壁部とフランジを同時に成形するもの（比較例１）および、特許文献４の図２に示された平坦なブランクホルダー（金型ブロック１１）を用いるプレス成形方法（比較例２）のそれぞれでプレス成形解析を行った。

　壁反りの評価方法について説明する。壁反りは、図８の縦壁部Ｗ１と屈曲部Ｒ近傍の拡大図に示すように、ハット断面部材３の軸線方向（ハット断面に直交する方向）中央部の断面において、縦壁部Ｗ１と屈曲部Ｒとの境界である点ａ、点ａから縦壁部Ｗ１に沿って肩部Ｒ方向に３０ｍｍ離れた点ｂ、および点ａと点ｂの中間である点ｃの３点の座標から計算される３点間曲率（ｍ^−１）で評価した。この縦壁反り曲率が小さいほど縦壁反りが小さく良好な結果である。図８は例として、点ａ、点ｃ、点ｂが一直線上にある理想的な状態（壁反りが全くない状態）を示しており、この場合、縦壁反り曲率は０ｍ^−１である。縦壁部Ｗ２についても縦壁部Ｗ１と同様の評価をした。

　なお、有限要素法のソフトウエアにはＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１を用いた。プレス成形解析には動的陽解法（ｄｙｎａｍｉｃ　ｅｘｐｌｉｃｉｔ　ｍｅｔｈｏｄ）を用い、スプリングバック解析には静的陰解法（ｓｔａｔｉｃ　ｉｍｐｌｉｃｉｔ　ｍｅｔｈｏｄ）を用いた。

　図９に各プレス成形解析後のスプリング解析結果を示す。図９は、プレス成形解析の種類毎（発明例１~発明例３、比較例１、比較例２）に、屈曲部Ｒの半径毎の縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２の壁反り曲率を棒グラフで示したものである。図９において、横軸がプレス成形毎の屈曲部Ｒの半径を示し、縦軸が壁反り曲率（ｍ^−１）を示している。また、各棒グラフの上方にそれぞれの棒グラフの値を表す数字を記載している。壁反り曲率の値が大きくなると縦壁に反りが発生してスプリングバックが大きくなって問題となる。

　図９に示す通り、比較例１のプレス成形方法における縦壁部Ｗ１の壁反り曲率は、いずれの屈曲部Ｒの半径においても８．９ｍ^−１以上であった。縦壁部Ｗ２の壁反り曲率は、屈曲部Ｒの半径が５ｍｍの場合で４．８ｍ^−１であり、屈曲部Ｒの半径が大きくなるにつれて壁反り曲率がさらに大きくなっている。

　比較例２の場合は、比較例１の場合と比較していずれの屈曲部Ｒの半径の場合においても改善されているが、屈曲部Ｒの半径が大きくなるにつれて悪化する傾向がみられる。

　また、比較例１および比較例２を見ると、縦壁部Ｗ２よりも開きが小さい縦壁部Ｗ１の方が、壁反り曲率が大きくなっている。

　一方、発明例１、発明例２および発明例３を見ると、すべての屈曲部Ｒの半径の場合において壁反り曲率は１．０ｍ^−１以下、特に発明例３の屈曲部Ｒの半径１５ｍｍ以外ではほぼ０ｍ^−１であり、比較例１および比較例２と比較して壁反りが著しく改善されていることが分かる。

　以上のように、本発明のプレス成形方法によれば、屈曲部Ｒの形状を設計通りの形状に成形するとともに、縦壁部Ｗ１および縦壁部Ｗ２に壁反りを生ずることなくハット断面部材３をプレス成形することが実証できた。

　なお、上記実施の形態および実施例では、プレス成形対象をハット断面部材３（図２参照）としたが、本発明に係るプレス成形方法では、天板部と該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状に適用できる。このような形状の例としては、天板部と天板部に続く１つの縦壁部と、該縦壁部に続くフランジ部とを備えた形状（Ｚ断面形状）がある。

　　Ｃ　天板部
　　Ｗ１、Ｗ２　縦壁部
　　Ｆ　フランジ部
　　Ｓ　肩部
　　Ｒ　屈曲部
　　１　プレス成形装置
　　３　ハット断面部材
　　５　金属板
　　７　可動雄型ブロック
　　７ａ　頂部
　　７ｂ　傾斜部
　　７ｃ　アール部
　　７ｄ　湾曲部
　　９　板押えパッド
　　９ａ　板押さえ面
　１１　金型ブロック
　１１ａ　湾曲部
　１１ｂ　平面部
　１３　可動雌型ブロック
　１３ａ　傾斜部
　１３ｂ　下面部
　１３ｃ　アール部
　１３ｄ　アール部

Claims

　平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形方法であって、
　前記天板部をパッドで押え、かつ前記縦壁部の端部が前記フランジ部を成形する金型に当接しない状態で前記縦壁部を成形する縦壁部成形工程と、
成形された縦壁部を金型によって挟持した状態で前記縦壁部との境界となる屈曲部と共に前記フランジ部を成形するフランジ部成形工程と、を有し、
　前記縦壁部を成形する下金型は平坦面からなり、前記フランジ部を成形する下金型は前記屈曲部を成形する湾曲部を備えているプレス成形方法。
　平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形方法であって、
　前記天板部をパッドで押え、かつ前記縦壁部の端部が前記フランジ部を成形する金型に当接しない状態で前記縦壁部を成形する縦壁部成形工程と、
成形された縦壁部を金型によって挟持した状態で前記縦壁部との境界となる屈曲部と共に前記フランジ部を成形するフランジ部成形工程と、を有し、
　前記縦壁部を成形する下金型と前記フランジ部を成形する下金型とは、前記縦壁部を成形する下金型の下端部から前記フランジ部を成形する下金型にかけて、前記屈曲部を成形する湾曲部を備えているプレス成形方法。
　平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
　前記被加工材の前記天板部が載置される平坦面からなる頂部と、該頂部から下方に傾斜する傾斜部を有し、かつ上下方向に可動する可動雄型ブロックと、該可動雄型ブロックに載置された前記被加工材の前記天板部を押さえる板押えパッドと、前記可動雄型ブロックの脇に配置されて前記被加工材の前記フランジ部を成形する金型ブロックと、該金型ブロックの上方に上下動可能に配置されて前記可動雄型ブロックと協働して前記縦壁部を成形し、前記金型ブロックと協働して前記フランジ部および前記フランジ部と前記縦壁部との境界となる屈曲部を成形する可動雌型ブロックとを備え、
　前記可動雄型ブロックは、前記縦壁形部を成形する部位が平坦面からなり、前記金型ブロックは、前記屈曲部を成形する部位に湾曲部が形成されているプレス成形装置。
　平板状の被加工材を、天板部と、該天板部に対して屈曲して縦方向に延びる縦壁部と、該縦壁部の先端部に該縦壁部に対して前記天板部と反対方向に屈曲するフランジ部とを備えた形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
　前記被加工材の前記天板部が載置される平坦面からなる頂部と、該頂部から下方に傾斜する傾斜部を有し、かつ上下方向に可動する可動雄型ブロックと、該可動雄型ブロックに載置された前記被加工材の前記天板部を押さえる板押えパッドと、前記可動雄型ブロックの脇に配置されて前記被加工材の前記フランジ部を成形する金型ブロックと、該金型ブロックの上方に上下動可能に配置されて前記可動雄型ブロックと協働して前記縦壁部を成形し、前記金型ブロックと協働して前記フランジ部および前記フランジ部と前記縦壁部との境界となる屈曲部を成形する可動雌型ブロックとを備え、
　前記金型ブロックは、前記屈曲部を成形する部位に湾曲部が形成されており、
　前記可動雄型ブロックは、その下端部に、該可動雄型ブロックが下死点に移動したときに前記金型ブロックの前記湾曲部と連続する湾曲部が形成されているプレス成形装置。