WO2014208181A1

WO2014208181A1 - プレス成形方法及びプレス成形装置

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Publication number: WO2014208181A1
Application number: PCT/JP2014/060624
Authority: WO
Inventors: 智史澄川; 亮伸石渡; 平本　治郎
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2014-12-31
Also published as: KR101779688B1; US20160121384A1; JP2015027698A; EP3015185A1; KR20160010599A; MX2015017646A; US10286436B2; MX370005B; CN105358269B; EP3015185A4; JP5664810B1; EP3015185B1; CN105358269A

Abstract

本発明に係るプレス成形方法は、ダイ（３）とパンチ（５）とによってパンチ底部（３１ａ）及び縦壁部（３１ｂ）を製品形状に第１下死点まで成形すると共に、外側フランジ部（３１ｃ）及び内側フランジ部（３１ｄ）について、外側フランジ部（３１ｃ）に対しては長手方向の線長が製品形状のフランジ部の線長よりも短く、内側フランジ部（３１ｄ）に対しては長手方向の線長が製品形状のフランジ部の線長よりも長くなるように成形する第１成形工程と、ダイとフランジ成形用ダイ（７）とによって第１成形工程で成形された外側フランジ部（３１ｃ）及び内側フランジ部（３１ｄ）を製品形状に第２下死点まで成形する第２成形工程と、を備え、第１成形工程と第２成形工程とを１度のプレス成形で行うことを特徴とする。

Description

プレス成形方法及びプレス成形装置

　本発明は、長手方向に延びる溝形状部（trench shaped portion）を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部（side wall portion）の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形（press forming）方法及びプレス成形装置に関する。

　プレス成形とは、その対象物である材料（ブランク（blank））に金型（tool of press forming）を押し付けることにより、金型の形状をブランクに転写して加工する（form）方法のことである。プレス成形においては、プレス成形品を金型から取り出した後に、そのプレス成形品内の残留応力（residual stress）が弾性回復（elastic recovery）することによって起こる形状不良、いわゆるスプリングバック（springback）が発生し、プレス成形品の形状（shape of press formed part）が所望の形状とは異なってしまう問題がしばしば発生する。

　スプリングバックがどの程度生じるかは、主に材料の強度（strength）に大きく影響される。昨今では、特に自動車業界を中心に、自動車車体の軽量化（weight reduction of automotive body）の観点から車体部品（automotive body parts）に高強度な鋼板（high-strength steel sheet）を使用する傾向が強くなっており、このような材料の高強度化に伴いスプリングバックの生じる程度が大きくなっている。このため、スプリングバック後の形状を設計形状に近づけるために、生産現場では熟練者によって金型を幾度も修正して、トライアル＆エラーを重ねなければならず、その結果、生産期間が長期化してしまう。したがって、スプリングバックを効果的に低減できる方法を開発することは、自動車の開発期間やコストを削減する上でもますます重要な課題であると言える。

　スプリングバックの低減には、その発生原因である応力（stress）のコントロールが必要不可欠である。応力をコントロールしてスプリングバックを低減するものとして、例えば特許文献１に記載の「薄鋼板のプレス成形用金型装置」がある。特許文献１記載の方法は、ハット断面部品（hat-shaped section part）をフォーム成形（crash forming）する際に、フランジ部（flange portion）に凸ビード（bead）を設けた金型でプレス成形する方法である。この方法では、下死点（bottom dead center）直前でブランクが凸ビードにロックされてブランクの縦壁部に引張変形（tensile deformation）が付与されることにより、縦壁部の反り（curl）の原因であった板厚方向の応力差（stress difference）を解消することができる。

　また、他の例として、パンチの外周に設置されたブランクホルダに窪みを設けた金型で成形する方法が特許文献２に提案されている。この方法は、成形中、ブランクホルダの窪みにブランク端部が入り込み、さらに成形が進むとブランク端部が窪み内壁に引っ掛かって拘束された状態となる。このため、ブランクが外へ流出しなくなるので、下死点直前でブランクの縦壁部に面内圧縮応力（in-plane compressive stress）を付与することができ、板厚方向の応力差を解消することができる。

特許第４０９００２８号公報特開２０１０－９９７００号公報

　特許文献１記載の方法では、成形された部品のフランジ部にビード形状が残ってしまうため、組立工程において他部品との溶接時に不具合が生じる可能性がある。そのため、ビード形状が残存する部分をカットするか、あるいは製品内にビード形状が入らないようにブランク長さを長くとる必要がある。

　また、特許文献１、２記載の方法は、スプリングバックによってある断面に生じる形状変化に対する対策である。しかしながら、実際の部品ではねじれ（torsion）や曲がり（bending）といった部品全体に生ずる３次元的なスプリングバックが問題となる場合も多く、特許文献１、２記載の方法はこのような問題に対する充分な対策とはなり得ない。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、製品形状を変えることなく、ねじれや曲がりといった３次元的なスプリングバックを低減するプレス成形方法及びプレス成形装置を提供することを目的としている。

　本発明に係るプレス成形方法は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形方法であって、ダイ（die）とパンチとによって前記溝形状部を前記製品形状に第１下死点まで成形すると共に、縮みフランジ変形を受けるフランジ部または伸びフランジ変形を受けるフランジ部の少なくとも一方について、縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも長くなるように成形する第１成形工程と、前記ダイとフランジ成形用ダイとによって前記第１成形工程で成形された前記フランジ部を製品形状に第２下死点まで成形する第２成形工程と、を備え、前記第１成形工程と前記第２成形工程とを１度のプレス成形で行うことを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、上記発明において、前記第２成形工程は、前記フランジ成形用ダイに前記フランジ部の一部が当接した状態で、前記ダイと前記パンチとを前記溝形状部を前記第１下死点で保持したまま前記フランジ成形用ダイに近づけることを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、上記発明において、前記第２成形工程は、前記ダイと前記パンチとを前記溝形状部を前記第１下死点で保持したまま停止させ、前記フランジ成形用ダイを前記ダイ側に近づけることを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、上記発明において、前記一対の縦壁のいずれか一方のフランジ部に第１成形工程と第２成形工程とを適用することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、上記発明において、前記一対の縦壁の両方のフランジ部に第１成形工程と第２成形工程とを適用することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、上記発明において、パンチ底部を有する成形品を成形する場合において、前記ブランクにおける前記パンチ底部に相当する部位をパッドで押えて前記第１成形工程及び第２成形工程を行うことを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、凹陥部（recessed portion）と該凹陥部との両側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、を有し、前記パンチは前記フランジ成形用ダイに対して相対移動可能に設置されると共に所定の圧力が作用したときに相対移動するように支持装置に支持されており、前記パンチを前記支持装置によって前記フランジ成形用ダイに対して所定高さで支持し、この状態で前記パンチの上部を前記ダイの前記凹陥部に挿入させて、前記溝形状部を成形し、前記ダイと前記パンチとで前記溝形状部を保持したまま、前記支持装置によるパンチを支持する支持力よりも大きい力で前記ダイを移動させて、前記ダイと前記フランジ成形用ダイとで前記フランジ部を成形することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形装置は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、凹陥部と該凹陥部との両側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、を有し、前記パンチは前記フランジ成形用ダイに対して相対移動可能に設置されると共に所定の圧力が作用したときに相対移動するように支持装置に支持されており、前記パンチを前記支持装置によって前記フランジ成形用ダイに対して所定高さで支持し、この状態で前記パンチの上部を前記ダイの前記凹陥部に挿入させて、前記溝形状部を成形し、前記ダイと前記パンチとで前記溝形状部を保持したまま、前記フランジ成形用ダイを移動させて、前記ダイと前記フランジ成形用ダイとで前記フランジ部を成形することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形装置は、上記発明において、前記フランジ成形用ダイに対する前記パンチの相対移動距離をh、前記製品形状のフランジ幅をLとしたときに、0.05＜h／L＜1.0の条件を満たすことを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形装置は、上記発明において、前記フランジ成形用ダイは前記一対の縦壁のいずれか一方にフランジ部を成形することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形装置は、上記発明において、前記フランジ成形用ダイは前記一対の縦壁の両方にフランジ部を成形することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形装置は、上記発明において、前記ブランクの一部を前記パンチと協働して挟持するパッドを有していることを特徴とする。

　本発明によれば、フランジ部に生ずる残留応力を小さくすることができるので、製品形状を変えることなく、ねじれや曲がりといった３次元的なスプリングバックを低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形方法の説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の要部の斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の要部の縦断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形方法の効果のメカニズムの説明図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形方法の効果のメカニズムの説明図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係るプレス成形方法の説明図である。図７は、本発明の第３の実施形態に係るプレス成形装置の要部の説明図である。図８は、図７のプレス成形装置を用いたプレス成形方法の説明図である。図９は、本発明の第４の実施形態に係るプレス成形装置の要部の説明図である。図１０は、本発明を適用可能なプレス成形品の形状の態様を説明する説明図である。図１１は、本発明の実施例１に係るプレス成形品の製品形状の説明図である。図１２は、本発明の実施例１に係るプレス成形品の製品形状の説明図である。図１３は、本発明の実施例１に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。図１４は、本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法で成形されるプレス成形品の斜視図である。図１５は、本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形装置の金型の斜視図である。図１６は、本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法の説明図である。図１７は、本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの発生メカニズムの説明図である。図１８は、本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの説明図である。図１９は、本発明を適用可能な製品形状の一例を示した図である。図２０は、本発明を適用可能な製品形状の一例を示した図である。図２１は、本発明を適用可能な製品形状の一例を示した図である。図２２は、本発明の実施例３に係るプレス成形品の製品形状の説明図である。図２３は、本発明の実施例３に係るプレス成形装置の要部の斜視図である。図２４は、本発明の実施例３に係る比較例としての従来のプレス成形装置の金型の斜視図である。図２５は、本発明の実施例３に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。

　本発明の発明者らは、上記課題を解決するため、図１４に示すようなパンチ（punch）底部３１ａ及び縦壁部３１ｂからなる溝形状部３１ｅとフランジ部（外側フランジ３１ｃ及び内側フランジ３１ｄ）とにより形成され、かつ長手方向に沿って湾曲するフランジを有する成形品３１をフォーム成形した際に成形品３１に生じるスプリングバックの形態について検討した。

　従来のフォーム成形では、図１５の斜視図、図１６の断面図に示すように、ダイ１０３とパンチ１０５とでブランク２３を挟み込むことによって、ブランク２３を成形する。図１７は成形前後のブランク外形線を示した図である。湾曲曲率の大きい側（曲率半径の小さい側）のフランジ（以下、内側フランジ３１ｄ）に該当する外形線の曲率（curvature）は成形によりブランクが流入することで小さくなり（曲率半径は大きくなり）、線長が長くなる（A₀B₀→A₁B₁）。つまり、内側フランジ３１ｄは伸びフランジ変形（stretch flange deformation）となり、下死点では長手方向に引張応力（tensile stress）が残存する。

　一方、湾曲曲率の小さい側（曲率半径の大きい側）のフランジ（以下、外側フランジ３１ｃ）ではその逆で、外形線の曲率は成形によりブランクが流入することで大きくなり（曲率半径は小さくなり）、線長が短くなる（C₀D₀→C₁D₁）。つまり、外側フランジ３１ｃは縮みフランジ変形（shrink flange deformation）となり、下死点では長手方向に圧縮応力（compressive stress）が残留する。

　これらの残留応力は離型（die release）時に弾性回復し、内側フランジ３１ｄでは縮み変形（shrink deformation）、外側フランジ３１ｃは伸び変形（stretch deformation）となる。その結果、図１８に示すように、成形品３１には湾曲曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるような曲がり変形（bending deformation）となるスプリングバックが生ずる。なお、図１８において、破線がスプリングバック前の形状を示しており、実線がスプリングバック後の形状を示している。

　以上のように、長手方向に湾曲したフランジ部を有する成形品では、フランジ部における残留応力が離型時に解放されるため、成形品全体に曲がり変形を与えるスプリングバックが生ずる。このことから、このような成形品では、フランジ部の残留応力の低減が成形品のスプリングバック低減に非常に重要であると言える。そこで、本発明の発明者らは、フランジ部の残留応力を低減する方法として、プレス成形過程においてフランジ部の線長を製品形状よりも大きく変化させ、その後にフランジ部の線長を製品形状に戻すような成形をすることを考えた。

　以下、上記の知見から想倒された本発明の実施形態に係るプレス成形方法について説明する。

［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態に係るプレス成形方法は、図１４に示す製品形状を有する成形品３１を成形するプレス成形方法であって、図１に示すように、ダイ３とパンチ５とによってパンチ底部３１ａ及び縦壁部３１ｂを成形品３１の製品形状に第１下死点まで成形すると共に、外側フランジ部３１ｃ及び内側フランジ部３１ｄについて、外側フランジ部３１ｃに対しては長手方向の線長が成形品３１のフランジ部の線長よりも短く、内側フランジ部３１ｄに対しては長手方向の線長が成形品３１のフランジ部の線長よりも長くなるように成形する第１成形工程（図１（ａ）～図１（ｃ）参照）と、ダイ３とフランジ成形用ダイ７とによって第１成形工程で成形された外側フランジ部３１ｃ及び内側フランジ部３１ｄを成形品３１の製品形状に第２下死点まで成形する第２成形工程（図１（ｄ）参照）と、を備え、第１成形工程と第２成形工程とを１度のプレス成形で行うことを特徴とする。なお、成形品３１は長手方向に沿って湾曲するフランジを有しているため、湾曲する円弧の外側フランジ部３１ｃの湾曲曲率が小さくなり、内側フランジ部３１ｄの湾曲曲率が大きくなっている。したがって、外側フランジ部３１ｃが本発明の縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対応し、内側フランジ部３１ｄが本発明の伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対応している。

　上記プレス成形方法について詳細に説明するのに先立って、上記プレス成形方法を実施するためのプレス成形装置１について図１～図３に基づいて概説する。本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置１は、長手方向に沿って湾曲する凹陥部３ａを有するダイ３と、ダイ３の凹陥部３ａに上部が挿入されることでパンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂとを成形するパンチ５と、ダイ３のフランジ成形部３ｂと協働して内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃを成形するフランジ成形用ダイ７と、を有している。以下、各構成について説明する。

＜ダイ＞
　ダイ３の凹陥部３ａは、パンチ５の上部と共にパンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂとからなる溝形状部３１ｅ（図１４）を成形する。ダイ３のフランジ成形部３ｂは、フランジ成形用ダイ７とで内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃを成形する。

＜フランジ成形用ダイ＞
　フランジ成形用ダイ７は、パンチ５の下部が上下動可能に設置されるパンチ設置溝７ａを有している。パンチ設置溝７ａには、パンチ５の押し縮み可能な支持機構８が設けられている。なお、支持機構８は、ダイ３とパンチ５とでパンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂとを成形する際（第１成形工程）にパンチ５に作用する押圧力によっては押し縮められないように設定されている。なお、支持機構８はバネ、ゴム等の弾性体（elastic body）や、圧力流体圧（fluid pressure）シリンダ等を適用できる。

＜パンチ＞
　パンチ５は、凸条からなる。上述したように、パンチ５の下部はフランジ成形用ダイ７のパンチ設置溝７ａに上下動可能に設置されている。パンチ５の下面がパンチ設置溝７ａに当接すると、図１（ｄ）に示すように、パンチ５の縦壁部成形面最下端５ａがフランジ成形用ダイ７のパンチ設置溝７ａの溝壁上端６に連続するようになっている。プレス成形開始時においては、パンチ５の縦壁部成形面最下端５ａがフランジ成形用ダイ７のパンチ設置溝７ａの溝壁上端６から所定の高さになるように支持機構８によって支持されており、この高さがパンチ５の相対移動距離ｈに相当する。相対移動距離ｈは支持機構８の長さを変えることにより容易に変更可能である。

　以上のように構成されたプレス成形装置１を用いた本発明の第１の実施形態に係るプレス成形方法について詳細に説明する。本発明の特徴は、プレス成形中において、内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃの長手方向の線長を僅かに変化させることによってスプリングバックを緩和するという点にある。この点に着目しながら図１及び図４に基づいて詳細に説明する。

　図４は、内側フランジ３１ｄと外側フランジ部３１ｃとにおけるプレス成形開始前から第１下死点さらに第２下死点までの線長の変化を説明する説明図である。図４では、湾曲の内側及び外側について、破線の丸で囲んだ部分を拡大して示している。各拡大図において、破線がプレス成形前のブランク２３の内側端２３ａ及び外側端２３ｂ、点線が第１下死点における内側端２３ａ及び外側端２３ｂ、そして実線が第２下死点における内側端２３ａ及び外側端２３ｂをそれぞれ示している。図４に示すように、例えば、プレス成形開始前の点A₀、点B₀はそれぞれ、第１下死点では点A₁、点B₁になり、第２下死点では点A₂、点B₂となり、線長はA₀B₀→A₁B₁→A₂B₂と変化する。

　ブランク２３は、図１（ａ）に示すように、パンチ５の上面に載置する。パンチ５はフランジ成形用ダイ７からの高さがｈとなるように支持機構８によって支持されている。

＜第１成形工程＞
　まず、ダイ３を移動させて（図１（ｂ）参照）パンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂとを製品形状に成形する（第１下死点、図１（ｃ）参照）（第１成形工程）。上述したとおり、この間、パンチ５は移動しないように支持機構８によって支持されている。縦壁部３１ｂが成形される際にブランク２３が内方に流入することによって、ブランク２３の内側端２３ａ及び外側端２３ｂは、図１（ｂ）及び図１（ｃ）の太矢印に示すように、パンチ５側に移動する。

　図４の湾曲の内側の拡大図を見ると、成形開始から第１下死点までの間（第１成形工程）、ブランク２３の流入により内側端２３ａにおける線長A₀B₀は線長A₁B₁となり、内側端２３ａの線長は引き伸ばされて長くなる（伸びフランジ変形）。一方、湾曲の外側では、図４の拡大図に示す通り、ブランク２３の流入により外側端２３ｂにおける線長C₀D₀は線長C₁D₁となり、外側端２３ｂの線長は縮められて短くなる（縮みフランジ変形）。

＜第２成形工程＞
　次に、支持機構８によるパンチ５の支持力よりもダイ３の押下力を強くして、ダイ３及びパンチ５を一体として、パンチ底部３１ａ及び縦壁部３１ｂを保持させたまま移動させる。こうすることで、ダイ３のフランジ成形部３ｂとフランジ成形用ダイ７とによって内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃが製品形状に成形される（第２下死点、図１（ｄ）参照）（第２成形工程）。このときブランク２３の内側端２３ａ及び外側端２３ｂは、図１（ｄ）中の太矢印に示すように、外方に移動する。

　図４の湾曲の内側の拡大図を見ると、第２下死点において、内側端２３ａは外側に押し出される（流出する）変形をするため、内側端２３ａの線長は僅かに短くなり（A₁B₁→A₂B₂）、成形品３１の製品形状における内側フランジ部３１ｄの線長となる。一方、湾曲の外側では、外側端２３ｂの線長が僅かに長くなる（C₁D₁→C₂D₂）。

　このように、内側フランジ部３１ｄにおいては、第１成形工程において、一旦、成形品３１の製品形状よりも線長が長くなる成形を行い、第２成形工程において成形品３１の製品形状の線長に戻す成形を行う。一方、外側フランジ部３１ｃにおいては、第１成形工程において、一旦、成形品３１の製品形状よりも線長が短くなる成形を行い、第２成形工程において成形品３１の製品形状の線長に戻す成形を行う。このため、内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃにおいて、第１成形工程で生じたひずみ（strain）が第２成形工程で僅かに戻されることになり、これに伴い残留応力が大幅に低減される。この点について、図５に基づいて説明する。図５は、フランジ部の成形開始から第２下死点までの長手方向の応力―ひずみ線図である。図５に示すように、第１成形工程により第１下死点のフランジ部には大きな残留応力が蓄積されている。しかし、第１下死点から第２下死点までひずみを僅かに戻すことによって残留応力は大幅に低減する。このように、本発明は、僅かなひずみの戻りに対して残留応力が敏感に大きく変化する特徴を利用したものである。

　ひずみの戻し量は、パンチ５の相対移動距離hとフランジ幅とによって決まる。フランジ幅が同じであれば、相対移動距離hが大きいほどひずみの戻し量は大きくなり残留応力の低減効果は大きい。つまり、本発明において、フランジ成形用ダイ７に対するパンチ５の相対移動距離hがスプリングバック量に大きな影響を与えており、相対移動距離hを調節することによりプレス成形の現場でスプリングバックをコントロールできる。このように、本発明は、従来金型を修正することでトライアル＆エラーによってスプリングバックを低減していた手段に比べ、はるかに安価でなおかつ短期間でスプリングバックを低減できる。なお、ひずみの戻し量が大きすぎると、逆方向の残留応力を蓄積させてしまうため、適切な戻し量が必要である。

　そこで、成形品３１のフランジ幅をL（図１４参照）とすると、フランジ幅Lと相対移動距離hとの比（h／L）は、0.05＜h／L＜1.0の範囲内に設定することが望ましい。この点は後述する実施例において実証している。

　以上のように、本実施形態においては、成形過程において一旦成形品の内側に入り込んだフランジ部の材料を成形品の外側に押し戻して長手方向のひずみを僅かに戻すことで残留応力を低減させる。これにより、製品形状を変えることなく、また、割れ（fracture）やしわ（wrinkles）等の成形不良を発生させることなく、スプリングバックを低減させることができる。

［第２の実施形態］
　第１の実施形態では、プレス成形装置１は、ダイ３、パンチ５、及びフランジ成形用ダイ７を有している例を挙げて説明したが、図６に示すプレス成形装置１０のように、ブランク２３のパンチ底部３１ａに相当する部位を、パンチ５と協働して挟持するパッド（pad）９を設けて、第１成形工程開始時からブランク２３を挟持するようにしてもよい。こうすることで、第１成形工程においてブランク２３がずれてしまうことを確実に防止できる。なお、図６のプレス成形装置１０において、図１のプレス成形装置１と同一のものには同一の符号を付している。

［第３の実施形態］
　第１、第２の実施形態では内側フランジ３１ｄ及び外側フランジ３１ｃの両方においてひずみの戻りを与える例を説明したが、内側フランジ３１ｄと外側フランジ３１ｃとで残留応力のバランスをとることによって成形品３１全体としてスプリングバックが緩和されればよく、内側フランジ部３１ｄまたは外側フランジ部３１ｃの一方についてのみ、ひずみの戻りを与えるような成形を行うようにしてもよい。例えば、内側フランジ部３１ｄのみにひずみの戻りを与える場合、図７に示すように、外側フランジ成形部１１ａを有するパンチ１１と、内側フランジ成形用ダイ１３を有するプレス成形装置１５と、を用いてプレス成形を行う。

　パンチ１１は、ダイ３と共にパンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂと外側フランジ部３１ｃとを成形する。プレス成形装置１５の他の構成はプレス成形装置１と同様であるので、図７において、同一のものには同一の符号を付している。

　プレス成形装置１５を用いたプレス成形方法について図８に基づいて説明する。まず、図８（ａ）に示すようにブランク２３を載置し、ダイ３を移動させる（図８（ｂ）参照）。第１下死点（図８（ｃ）参照）においては、内側端２３ａでは伸びフランジ変形となり、外側端２３ｂでは縮みフランジ変形となる。そして、第２下死点（図８（ｄ）参照）において内側端２３ａの長手方向の線長が僅かに短くなり、伸びフランジ変形が緩和されて引張応力が大幅に減少する。このようにして、内側フランジ部３１ｄと外側フランジ部３１ｃとでの残留応力がバランスされ、成形品３１全体としてスプリングバックによる変形が緩和される。

［第４の実施形態］
　第３の実施形態に示したものとは逆に、外側フランジ部３１ｃのみにひずみの戻りを与えるようにしてもよい。この場合、図９に示すように、内側フランジ成形部１７ａを有するパンチ１７と、外側フランジ成形用ダイ１９と、を有するプレス成形装置２１を用いる。パンチ１７は、ダイ３と共にパンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂと内側フランジ部３１ｄとを成形する。プレス成形装置２１の他の構成はプレス成形装置１と同様であるので、図９において、同一のものには同一の符号を付している。

　この場合、第１下死点においては、内側フランジ部３１ｄでは伸びフランジ変形となり、外側フランジ部３１ｃでは縮みフランジ変形となる点は、上記第３の実施形態と同様である。その後に成形が進むと、第２下死点において外側フランジ部３１ｃにおいては線長が僅かに長くなり、縮みフランジ変形が緩和されて圧縮応力が大幅に減少する。このようにして、内側フランジ部３１ｄと外側フランジ部３１ｃとでの残留応力がバランスされ、成形品３１全体としてスプリングバック変形が緩和される。

　なお、上記第２成形工程では、内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃを成形する方法の一例として、ダイ３とパンチ５とをフランジ成形用ダイ７に近づけるものについて説明したが、ダイ３とパンチ５とを第１下死点で停止させ、フランジ成形用ダイ７をダイ３側に近づけるようにしてもよい。

　また、本発明で効果が得られる成形品の製品形状としては長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有し、かつ溝形状部を形成する一対の縦壁の少なくとも一方にフランジ部を有する形状であればよい。図１０に、本発明を適用可能な成形品の製品形状の断面の例を複数示し、各断面について以下に説明する。図１０（ａ）～図１０（ｆ）は、内側及び外側の両方に湾曲したフランジ部を有する成形品の製品形状の断面である。図１０（ａ）、（ｄ）は縦壁が垂直になっている成形品の製品形状の断面である。図１０（ｂ）、（ｅ）は、上述した成形品３１の製品形状の断面と同様であり、縦壁が傾斜している成形品の製品形状の断面である。図１０（ｃ）、（ｆ）は両縦壁部が傾斜して三角形を形成している成形品の製品形状の断面である。図１０（ｃ）、（ｆ）の断面を成形するには、先端がＲになっているパンチを使用するとよい。また、図１０（ｇ）～図１０（ｉ）に示すように、図１０（ａ）～図１０（ｃ）の内側または外側のいずれか一方のみに湾曲したフランジ部を有するものであってもよい。フランジ部の長さ、高さ位置や角度について制限はない。また、図１９（ａ）の成形品４１及び図１９（ｂ）の成形品４３に示すように、内側または外側のいずれか一方に湾曲したフランジ部を有し、他方は湾曲しないフランジ部を有するものであってもよく、成形品の製品形状全体が湾曲していなくともよい。

　また、成形品の長手方向をｘ方向、幅方向をｙ方向、高さ方向をｚ方向（図１９参照）とすると、上記の第１～第４の実施形態及び図１９の説明では、成形品はｘｙ平面内における湾曲であったが、本発明の対象とする成形品はこのような湾曲する成形品にのみ限られず、図２０及び図２１に示すように、フランジ部がｚ方向に湾曲するものも含む。図２０（ａ）は、成形品全体が長手方向中央で上に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品７１)を示し、図２０（ｂ）は長手方向中央で下に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品７３)を示す。また、図２１（ａ）は、成形品のフランジ部のみが長手方向中央で上に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品８１)を示し、図２１（ｂ）は成形品のフランジ部のみが長手方向中央で下に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品８３)を示す。

　本発明のプレス成形方法による作用効果について具体的な実験を行ったので、その結果について図１１～図１３に基づいて、他の図を適宜参照して以下に説明をする。まず、実験方法について概説する。実験は、プレス成形装置１を用いて複数のプレス成形条件で成形を行い、成形された成形品のスプリングバック量を比較するというものである。成形対象となる成形品３１は、図１１及び図１２に示すように、ハット断面を有する長手方向に沿って湾曲した形状であり、長さは1000mm、断面の高さは30mm、パンチ底部３１ａの幅は20mm、内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃの幅はともに25mm、部品幅中央の長手方向湾曲曲率半径（radius of curvature）は1000mmである。ブランク２３は厚さ1.2mmの980MPa級鋼板を使用した。プレス機には1000tonf油圧プレス機を用いた。

　プレス成形条件について以下に詳細に説明する。本発明例１～本発明例７は、パンチ５の相対移動距離hの影響を確認するため、相対移動距離hをそれぞれ2.5、5、10、15、20、25、30mmの7水準とした。本発明例１～本発明例７は、第２成形工程では、フランジ成形用ダイ７を固定して、ダイ３とパンチ５とがパンチ底部３１ａ及び縦壁部３１ｂを下死点で保持したまま下動させるものとした。また、本発明例８は、ダイ３とパンチ５とがパンチ底部３１ａ及び縦壁部３１ｂを下死点で保持したまま停止した状態で、フランジ成形用ダイ７が上動する成形方法とした。本発明例１～本発明例８においては、図１～図３に示すプレス成形装置１を用いた。

　比較例１は、プレス成形装置１０１（図１５参照）を用いて、パンチ底部３１ａと縦壁部３１ｂとフランジ部（内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃ）とを成形する通常のパンチ１０５（相対移動距離h=0mm）を用いて従来のフォーム成形（図１６参照）を行った。また、パッド９で天板部を押さえる場合の効果を確認するために、本発明例９として図６で示したプレス成形装置１０を用いた本発明に係るパッド付きのフォーム成形（相対移動距離h=10mm）と、比較例２として通常のパンチ１０５（相対移動距離h=0mm）及びパッド付きダイを用いたフォーム成形を実施した。パッド圧は50tonfとした。

　成形された成形品の製品形状は３次元形状測定で測定した。その後、CAD（Computer-Aided Design）ソフトウェア上で長手方向中央の湾曲部が設計形状と合うように測定データの位置合わせを行った後、部品端における測定形状データと設計形状データのY座標差異（曲がり量Δy、図１３参照）とを算出し、この曲がり量Δyをスプリングバックによる曲がり変形の指標とした。曲がり量Δyは、正ならば湾曲曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）方向に曲がり変形したことを、負ならば湾曲曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）方向に曲がり変形したことを意味する。そして、絶対値が小さければスプリングバック量が少ないことを意味する。表１に各プレス成形条件｛相対移動距離h（mm）、h／L、パッドの有無、フランジ部成形方法（ダイ３及びパンチ５の下動またはフランジ成形用ダイ７の上動）｝と各プレス条件で成形された成形品３１の曲がり量Δy（mm）とを示す。

　表１の本発明例１～本発明例７をみると、相対移動距離hが大きくなれば曲がり量Δyは比較例１より小さくなることが分かる。また、h=15mmで曲がり量Δyの正負が逆転した。曲がり量Δyが最も小さい成形条件は本発明例３（パッドなしのh=10mm）でΔy=1.2mmとなり、比較例１の従来のフォーム成形に比べ大幅にスプリングバックが低減した。

　また、本発明例８に示す通り、フランジ成形用ダイ７を上動させた場合でも、パンチ５を下動させた場合（本発明例３を参照）と同様に、スプリングバックの大幅な改善を確認することができた。また、比較例２及び本発明例９から分かる通り、パッド９を用いた場合でもスプリングバックを低減することができた。

　上記実施例１は、内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃの両方にひずみを戻す成形を適用したものであった。実施例２では、内側フランジ部３１ｄまたは外側のフランジのいずれか一方についてひずみを戻す成形を適用した場合の効果について具体的な実験を行ったので、その結果について説明する。

　まず、実験方法について概説する。ひずみを戻す成形は、本発明例１０～本発明例１４では内側フランジ部３１ｄのみに、本発明例１５～本発明例１９では外側フランジ部３１ｃのみに適用した。本発明例１０～本発明例１４では、図７及び図８に示すプレス成形装置１５、本発明例１５～本発明例１９では、図９に示すプレス成形装置２１を用いた。相対移動距離hは、本発明例１０～本発明例１４ではそれぞれ5、10、15、20、25mmとし、本発明例１５～本発明例１９でも同様にそれぞれ5、10、15、20、25mmとした。また、比較例３として、プレス成形装置１０１｛通常のパンチ１０５（相対移動距離h=0mm）｝（図１５参照）を用いた従来のフォーム成形（図１６参照）を行った。成形対象、油圧プレス機、及びスプリングバックの評価方法は、実施例１と同様である。

　表２に各プレス成形条件｛適用フランジ、相対移動距離h（mm）、h／L｝と各プレス条件で成形された成形品３１の曲がり量Δy（mm）とを示す。

　スプリングバック量が最も小さい（曲がり量Δyの絶対値が最も小さい）成形条件は、内側フランジ部３１ｄに適用した例では本発明例１２（h=15mm）でΔy=0.5mm、外側フランジ部３１ｃに適用した例では本発明例１７（h=15mm）でΔy=1.1mmであり、比較例３のΔy=7.3mmに比べ大幅にスプリングバックは低減した。以上のように、ひずみを戻す本発明を適用するのが内側フランジ部３１ｄ及び外側フランジ部３１ｃのどちらか一方のみであっても、高いスプリングバック抑制効果が確認された。

　上記実施例１及び実施例２では、ｘｙ平面内で湾曲した製品についての実験であったが、本実施例では、ｚ方向（プレス方向）に湾曲した製品についての実験を行ったので、その結果について説明する。まず、実験方法について概説する。

　本発明例２０～本発明例２４は、図２２（ａ）に示すように成形品全体が長手方向中央で上に凸となるように湾曲した成形品７１について、本発明例２５～本発明例２９は図２２（ｂ）に示すように長手方向中央で下に凸となるように湾曲した成形品７３について、それぞれ本発明を適用したものである。成形品７１及び成形品７３は、長さは1000mm、長手方向曲率半径は1000mm、断面形状は実施例１及び実施例２と同じである（図１２参照）。ひずみを戻す成形は、両側のフランジ部に適用した。ブランク材及び油圧プレス機は実施例１及び実施例２と同様のものを用いた。

　本発明例２０～本発明例２４では図２３（ａ）に示すプレス成形装置５１、本発明例２５～本発明例２９では図２３（ｂ）に示すプレス成形装置５５を用いた。相対移動距離hは、本発明２０～本発明例２４ではそれぞれ5、10、15、20、25mmとし、本発明２５～本発明例２９ではそれぞれ5、10、15、20、25mmとした。また、比較例４及び比較例５として、図２４（ａ）に示すプレス成形装置１１１（相対移動距離h=0mm）と図２４（ｂ）に示すプレス成形装置１１３（相対移動距離h=0mm）とを用いた通常のフォーム成形を行った。

　スプリングバックの形態として、図２２（ａ）に示す成形品７１には図２５（ａ）に示すように＋ｚ方向のハネ変形（camber springback）が、図２２（ｂ）に示す成形品７３には図２５（ｂ）に示すように－ｚ方向のハネ変形が生じる。部品端における測定形状データと設計形状データのｚ方向差異（ハネ（camber）量Δz）とを算出し、このハネ量をスプリングバックによるハネ変形の指標とした。ハネ量Δzは、正ならば部品端が上方（フランジ部と反対側）にハネ変形したことを、負ならば部品端が下方（フランジ部と同じ側）にハネ変形したことを意味する。そして、絶対値が小さければスプリングバックが少ないことを意味する。表３に製品凸方向と各プレス成形条件｛相対移動距離h（mm）、h／L｝と各プレス条件で成形された成形品７１及び成形品７３のハネ量Δｚ（mm）とを示す。

　成形品７１（上に凸の製品）について検討した例でスプリングバック量が最も小さい（ハネ量Δzの絶対値が最も小さい）成形条件は、本発明例２３（h=20mm）でΔz=0.2mmであり、比較例４のΔz=13.5mmに比べスプリングバックが大幅に低減した。一方、成形品７３（下に凸の製品）について検討した例でスプリングバック量が最も小さい成形条件は、本発明例２８（h=20mm）でΔz=-0.4mmであり、比較例５のΔz=-15.0mmに比べスプリングバックが大幅に低減した。

　以上のように、ｘｙ平面内で湾曲した製品のみならず、ｚ方向（プレス方向）に湾曲した製品について本発明を適用した場合であっても、高いスプリングバック抑制効果が確認された。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述により限定されるものではない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

　本発明によれば、製品形状を変えることなく、ねじれや曲がりといった３次元的なスプリングバックを低減するプレス成形方法及びプレス成形装置を提供することができる。

　１　プレス成形装置
　３　ダイ
　３ａ　凹陥部
　３ｂ　フランジ成形部
　５　パンチ
　５ａ　縦壁成形面最下端
　６　溝壁上端
　７　フランジ成形用ダイ
　７ａ　パンチ設置溝
　８　支持機構
　９　パッド
　１０　プレス成形装置
　１１　外側フランジ成形部を有するパンチ
　１３　内側フランジ成形用ダイ
　１５　プレス成形装置
　１７　内側フランジ成形部を有するパンチ
　１９　外側フランジ成形用ダイ
　２１　プレス成形装置
　２３　ブランク
　２３ａ　内側端
　２３ｂ　外側端
　３１　成形品
　３１ａ　パンチ底部
　３１ｂ　縦壁部
　３１ｃ　外側フランジ部
　３１ｄ　内側フランジ部
　４１　内側に湾曲フランジを有する成形品
　４３　外側に湾曲フランジを有する成形品
　５１　本発明のプレス成形装置
　５２　ダイ
　５３　フランジ用成形ダイ
　５４　パンチ
　５５　本発明のプレス成形装置
　５６　ダイ
　５７　フランジ用成形ダイ
　５８　パンチ
　７１　上に凸となる湾曲形状の成形品
　７３　下に凸となる湾曲形状の成形品
　８１　フランジ部のみが上に凸となる湾曲形状の成形品
　８３　フランジ部のみが下に凸となる湾曲形状の成形品
　１０１　プレス成形金型
　１０３　ダイ
　１０５　パンチ
　１１１　プレス成形金型
　１１２　パンチ
　１１３　プレス成形金型
　１１４　パンチ

Claims

　長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形方法であって、
　ダイとパンチとによって前記溝形状部を前記製品形状に第１下死点まで成形すると共に、縮みフランジ変形を受けるフランジ部または伸びフランジ変形を受けるフランジ部の少なくとも一方について、縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも長くなるように成形する第１成形工程と、
　前記ダイとフランジ成形用ダイとによって前記第１成形工程で成形された前記フランジ部を製品形状に第２下死点まで成形する第２成形工程と、を備え、
　前記第１成形工程と前記第２成形工程とを１度のプレス成形で行うことを特徴とするプレス成形方法。
　前記第２成形工程は、前記フランジ成形用ダイに前記フランジ部の一部が当接した状態で、前記ダイと前記パンチとを前記溝形状部を前記第１下死点で保持したまま前記フランジ成形用ダイに近づけることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
　前記第２成形工程は、前記ダイと前記パンチとを前記溝形状部を前記第１下死点で保持したまま停止させ、前記フランジ成形用ダイを前記ダイ側に近づけることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
　前記一対の縦壁のいずれか一方のフランジ部に第１成形工程と第２成形工程とを適用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
　前記一対の縦壁の両方のフランジ部に第１成形工程と第２成形工程とを適用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
　パンチ底部を有する成形品を成形する場合において、前記ブランクにおける前記パンチ底部に相当する部位をパッドで押えて前記第１成形工程及び第２成形工程を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
　長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
　凹陥部と該凹陥部との両側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、を有し、
　前記パンチは前記フランジ成形用ダイに対して相対移動可能に設置されると共に所定の圧力が作用したときに相対移動するように支持装置に支持されており、
　前記パンチを前記支持装置によって前記フランジ成形用ダイに対して所定高さで支持し、この状態で前記パンチの上部を前記ダイの前記凹陥部に挿入させて、前記溝形状部を成形し、
　前記ダイと前記パンチとで前記溝形状部を保持したまま、前記支持装置によるパンチを支持する支持力よりも大きい力で前記ダイを移動させて、前記ダイと前記フランジ成形用ダイとで前記フランジ部を成形することを特徴とするプレス成形装置。
　長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
　凹陥部と該凹陥部との両側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、を有し、
　前記パンチは前記フランジ成形用ダイに対して相対移動可能に設置されると共に所定の圧力が作用したときに相対移動するように支持装置に支持されており、
　前記パンチを前記支持装置によって前記フランジ成形用ダイに対して所定高さで支持し、この状態で前記パンチの上部を前記ダイの前記凹陥部に挿入させて、前記溝形状部を成形し、
　前記ダイと前記パンチとで前記溝形状部を保持したまま、前記フランジ成形用ダイを移動させて、前記ダイと前記フランジ成形用ダイとで前記フランジ部を成形することを特徴とするプレス成形装置。
　前記フランジ成形用ダイに対する前記パンチの相対移動距離をh、前記製品形状のフランジ幅をLとしたときに、0.05＜h／L＜1.0の条件を満たすことを特徴とする請求項７または８に記載のプレス成形装置。
　前記フランジ成形用ダイは前記一対の縦壁のいずれか一方にフランジ部を成形することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
　前記フランジ成形用ダイは前記一対の縦壁の両方にフランジ部を成形することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
　前記ブランクの一部を前記パンチと協働して挟持するパッドを有していることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のプレス成形装置。