WO2015002077A1

WO2015002077A1 - プレス成形装置およびプレス成形方法

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Publication number: WO2015002077A1
Application number: PCT/JP2014/067122
Authority: WO
Inventors: 隆一西村; 研一郎大塚; 恵司小川; 嘉明中澤
Original assignee: 新日鐵住金株式会社
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-01-08
Also published as: US20160114379A1; TW201515820A; CA2914273A1; MX2015016584A; TWI590946B; EP3017893A4; TR201903770T4; KR101767333B1; CA2914273C; JP6094674B2; ES2716699T3; CN105324192A; EP3017893A1; JPWO2015002077A1; KR20160013099A; EP3017893B1; CN105324192B; US10682681B2

Abstract

パンチ（３１）と、パンチ（３１）の隣に配置されたブランクホルダ（３２）と、パンチ（３１）と対をなすダイ（４１）と、パンチ（３１）に対向して配置されたパッド（４２）とを備え、パンチ（３１）は、成形品のウェブ部、縦壁部およびフランジ部にそれぞれ対応する形状の先端面（３１ａ）、外側面（３１ｂ）および段差面（３１ｃ）を有する。パッド（４２）とパンチ（３１）とで被加工材（５０）の幅方向の中間部を挟持するとともに、ブランクホルダ（３２）とダイ（４１）とで被加工材５０の幅方向の外縁部を拘束している状態で、パンチ（３１）とダイ（４１）とをプレス方向に相対的に移動させることにより、被加工材（５０）の幅方向の外縁部がブランクホルダ（３２）とダイ（４１）との間から抜け出し、ダイ（４１）とパンチ（３１）の段差面（３１ｃ）とでフランジ部が仕上げられる。

Description

プレス成形装置およびプレス成形方法

　本発明は、平板状で金属製の被加工材から絞り加工により例えばハット型断面の成形品を成形するプレス成形装置およびプレス成形方法に関する。さらに詳しくは、プレス成形でパンチおよびダイに加えてブランクホルダとともにパッドを用いる場合に、ロッキング機構を用いることなく、パンチとダイを離間させる際の被加工材の変形を防止できるプレス成形装置およびプレス成形方法に関する。

　自動車の車体構成部品（例えばメンバー類やピラー類、フロアートンネル等の車体骨格部品）は、平板状で金属製の被加工材をハット型断面にプレス成形することにより作製できる。

　図１Ａ、図１Ｂは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、図１Ａは側面図、図１Ｂは図１ＡのI－I断面図である。ハット型断面の成形品１０は、ウェブ部１０ａと、ウェブ部１０ａの一方側に延びる第１の縦壁部１０ｂと、第１の縦壁部１０ｂからさらに延びる第１のフランジ部１０ｃと、ウェブ部１０ａの他方側に延びる第２の縦壁部１０ｂと、第２の縦壁部１０ｂからさらに延びる第２のフランジ部１０ｃとを有する。

　図１Ａ、図１Ｂの例では、成形品１０のウェブ部１０ａに、長手方向の前段部と後段部に傾斜が設けられている。このように成形品１０は、断面線長の合計が長手方向で大きく変化する場合がある。ここで、「断面線長の合計」とは、ウェブ部１０ａ、第１および第２の縦壁部１０ｂ、並びに第１および第２のフランジ部１０ｃについて、各断面線長を合計したものである。
　また、成形品１０の縦壁部１０ｂは、一方がフランジ部１０ｃと垂直であり、他方がフランジ部１０ｃと垂直な状態から傾けられており、両側で傾きが大きく異なる。このように成形品１０の断面形状は、非対称となる場合がある。

　図２Ａ、図２Ｂは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、図２Ａは側面図、図２Ｂは図２ＡのII－II断面図である。なお、図１Ａ、図１Ｂのハット型断面の成形品と同じ構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　図２Ａ、図２Ｂに示すのは、成形品１０のウェブ部１０ａに、長手方向の前段部と後段部に傾斜が設けられているが、成形品１０の下面にも同様に傾斜が設けられており、断面線長の合計が長手方向で変化しない例である。また、成形品１０の断面形状が対称となる例である。

　図３Ａ、図３Ｂは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、図３Ａは平面図、図３Ｂは図３ＡのIII－III断面図である。なお、図１Ａ、図１Ｂのハット型断面の成形品と同じ構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　図３Ａ、図３Ｂに示すのは、成形品１０全体が一側方に湾曲する例である。

　なお、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂに示すハット型断面の成形品１０は、フランジ部１０ｃが長手方向の全長に亘って設けられているが、長手方向の一部にフランジ部１０ｃが設けられる場合もある。

　このようなハット型断面の成形品１０は、パンチおよびダイを用いたプレス成形により作製でき、その際にブランクホルダとともにパッドを用いる。
　図４Ａ～図４Ｃは、プレス成形でブランクホルダとともにパッドを用いる場合の加工フローを模式的に示す断面図であり、図４Ａは被加工材の挟持、拘束時、図４Ｂは押し込み時、図４Ｃは下死点到達後のパンチとダイの離間操作の開始時をそれぞれ示す。図４Ａ～図４Ｃでは、上型が上死点から下死点まで下降する際に被加工材にウェブ部１０ａ、縦壁部１０ｂおよびフランジ部１０ｃが成形される場合を示す。

　図４Ａ～図４Ｃには、被加工材５０と、プレス成形装置が具備する金型２０とを示す。金型２０は、上型４０がダイ４１と、パンチ３１に対向して配置されたパッド４２とで構成され、下型３０がパンチ３１と、パンチ３１の隣に配置されたブランクホルダ３２とで構成される。

　下型３０のパンチ３１は、ウェブ部１０ａに対応する形状である先端面３１ａと、縦壁部１０ｂに対応する形状である外側面３１ｂとを有する。一方、上型４０のダイ４１は、凹部を有し、その内側面４１ａがパンチの外側面３１ｂに対応する形状である。

　また、ダイ４１の凹部には、パッド４２が配置され、パッド４２はパッド用加圧機構（例えばばねやガスシリンダ）４３を介してダイ４１に装着されている。このように装着されたパッド４２は、プレス方向にスライド可能である。パッド４２の先端面（パンチの先端面３１ａと対向する面）は、パンチの先端面３１ａに対応する形状である。一方、パンチ３１の両側にはブランクホルダ３２が配置され、ブランクホルダ３２はブランクホルダ用加圧機構（例えばばねや油圧シリンダ、ガスシリンダ）３３によりプレス方向にスライド可能に支持されている。ここで、プレス方向とは、プレス成形する際にパンチ３１とダイ４１とが相対的に移動する方向であり、図４Ａ～図４Ｃに示す金型２０では、上下方向がプレス方向となる。

　このような構成の金型２０を用いたプレス成形では、平板状で金属製の被加工材５０をダイ４１とパンチ３１の間に配置する。その状態で上型４０を上死点から下降させると、パッド４２が被加工材５０に当接してパッド用加圧機構４３が縮む。これにより、パッド用加圧機構４３の復元力によりパッド４２が被加工材５０に押し付けられ、図４Ａに示すように、被加工材５０の幅方向の中間部がパッド４２とパンチ３１とで挟持される。
　また、ダイ４１が被加工材５０を介してブランクホルダ３２に当接してブランクホルダ用加圧機構３３が縮む。これにより、ブランクホルダ用加圧機構３３の復元力によりブランクホルダ３２が被加工材５０に押し付けられ、被加工材５０の幅方向の外縁部がブランクホルダ３２とダイ４１とで拘束される。

　ここで、パッド４２とパンチ３１とによる中間部の挟持と、ブランクホルダ３２とダイ４１とによる外縁部の拘束のタイミングは、成形品の形状等に応じて適宜設定される。例えばパッド４２とパンチ３１とによる中間部の挟持と、ブランクホルダ３２とダイ４１とによる外縁部の拘束とを同時に行う場合がある。また、パッド４２とパンチ３１とにより中間部を挟持した後、ブランクホルダ３２とダイ４１とにより外縁部を拘束する場合がある。さらに、ブランクホルダ３２とダイ４１とにより外縁部を挟持した後、パッド４２とパンチ３１とにより中間部を拘束する場合がある。

　被加工材５０の幅方向の中間部が挟持され、外縁部が拘束されている状態で、図４Ｂに示すように、上型４０をさらに下降させる。これにより、パンチ３１とダイ４１とを相対的に移動させてパンチ３１とともに被加工材５０をダイ４１の凹部に押し込み、被加工材５０に絞り加工を施すことによりプレス成形する。

　プレス成形の際、被加工材５０はパンチ３１とともにダイ４１の凹部に押し込まれることから、被加工材５０の両端位置はダイ４１の凹部に向かって移動する。このため、ブランクホルダ３２とダイ４１とで拘束される被加工材５０の拘束長さＬは、プレス成形の進行に伴って短くなる（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。

　そして、上型４０が下死点に到達すると、ウェブ部１０ａがパンチ３１の先端面３１ａとパッド４２により仕上げられ、縦壁部１０ｂがパンチ３１の外側面３１ｂとダイ４１によって仕上げられる。また、フランジ部１０ｃがブランクホルダ３２とダイ４１とによって仕上げられる。その結果、被加工材５０がハット型断面に成形される。図４Ｃに示すように上型４０が下死点に到達した状態で上型４０を上昇させることにより、パンチ３１とダイ４１とが相対的に移動して離間する。

　このようなブランクホルダ３２とともにパッド４２を用いるプレス成形は、パッド４２で被加工材５０の幅方向の中間部を挟持する。これにより、ウェブ部１０ａ、縦壁部１０ｂおよびフランジ部１０ｃを被加工材５０に成形する過程（以下、単に「成形過程」ともいう）で、成形品の形状が非対称な形状の場合、例えば縦壁部１０ｂの傾きが両側で大きく異なる場合に意図しない過度の変位がウェブ部１０ａに生じるのを軽減できる。また、パッド４２やブランクホルダ３２で挟持、拘束する効果により、ウェブ部１０ａや縦壁部１０ｂやフランジ部１０ｃ、ウェブ部１０ａと縦壁部１０ｂとの境界近傍やフランジ部１０ｃと縦壁部１０ｂの稜線部の周辺にしわが形成されるのを軽減でき、特に断面線長の合計が長手方向で大きく変化する形状や、側面視や上面視で曲がった形状（図２、図３を参照）の成形品を成形する場合に有効である。

　ブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形では、パッドとして、成形されるウェブ部１０ａの全部に当接するようなパッドを用いる場合と、成形されるウェブ部１０ａの一部に当接するようなパッドを用いる場合とがある。前者の場合、ウェブ部１０ａがパンチの先端面とパッドとで仕上げられ、後者の場合、ウェブ部１０ａは主にパンチの先端面とパッドおよびダイによって仕上げられる。

　また、ダイ４１は、図４Ａ～図４Ｃに示すように単一の部材で構成する場合もあるが、図５に示すように、複数の部材から構成する場合もある。
　図５は、複数の部材から構成されるダイを用いたプレス成形の被加工材の挟持、拘束時を模式的に示す断面図である。図５には、被加工材５０と、プレス成形装置が具備する金型２０とを示す。金型２０は、図４Ａ～図４Ｃに示す金型と基本構成が同じであるが、凹部を有するダイ４１として、複数の部材から構成されるダイが用いられている。ダイ４１は、凹部の一方の内側面４１ａを形成する第１ブロック４１１と、凹部の他方の内側面４１ａを形成する第２ブロック４１１と、第１ブロック４１１および第２ブロック４１１を固定するプレート４１２とで構成される。パッド４２は、パッド用加圧機構４３を介してプレート４１２に装着される。

　プレス成形されたハット型断面の成形品は、適宜、トリミング等の加工を施して製品に仕上げられる。その際、ハット型断面の成形品からフランジ部１０ｃを切断等により除去し、ウェブ部１０ａ、第１の縦壁部１０ｂおよび第２の縦壁部１０ｂで構成される製品とする場合がある。

　ブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形は、ハット型断面の成形品において長手方向の一部にフランジ部１０ｃを設ける場合にも、被加工材の形状を適宜変更することにより適用できる。また、ハット型断面に限らず、フランジ部１０ｃが一方のみに設けられる成形品をプレス成形する場合に適用できる。フランジ部１０ｃが一方のみに設けられる成形品とは、ウェブ部１０ａ、第１の縦壁部１０ｂ、第２の縦壁部１０ｂ、および第１のフランジ部１０ｃで構成される成形品が該当する。あるいは、ウェブ部１０ａ、第１の縦壁部１０ｂ、第２の縦壁部１０ｂ、および第２のフランジ部１０ｃで構成される成形品が該当する。

　ここで、ブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形では、所定形状に被加工材を仕上げた後にパンチとダイを離間させる際に、被加工材に変形が生じるおそれがある。パンチ３１とダイ４１を離間させると、被加工材５０を拘束するためにブランクホルダ３２が被加工材５０に押し付けられていることから、ブランクホルダ３２により被加工材５０のフランジ部１０ｃが図４Ｃに破線矢印で示す方向に押圧される。一方、被加工材５０を挟持するためにパッド４２が被加工材５０に押し付けられていることから、パッド４２により被加工材５０のウェブ部１０ａが図４Ｃに実線矢印で示す方向に押圧される。その結果、成形された被加工材５０が変形する。

　このようにパンチとダイを離間させる際に被加工材が変形するのを防止するため、従来からロッキング機構が用いられている。特に自動車の車体構成部品の場合は、パッドやブランクホルダで被加工材を挟持、拘束する際の押付力が通常は２ｔｏｎｆ以上と極めて大きく、パンチとダイを離間させる際の被加工材の変形が不可避であることから、ロッキング機構が必須となる。

　ブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１および特許文献２がある。
　特許文献１には、上型のパンチと下型のダイの離間時に下型側のパッド（クッション）を一時的に拘束するロッキング機構を備えた絞り型が提案されている。その絞り型のロッキング機構は、カムドライバーと親カム部材および子カム部材とで構成され、下型のパッドを機械的に拘束して上昇のタイミングを遅らせる。これにより、パッドの拘束を油圧で制御する場合に比べて、タイミングの狂いを防止でき、被加工材の変形を防止できるとしている。

　また、特許文献２には、パンチおよびブランクホルダで下型を構成するとともに、ダイおよびパッドで上型を構成する金型であって、ロッキング機構が内蔵された金型が提案されている。そのロッキング機構は、パッドとダイとの間にダイが下死点に到達した際にパッドをダイに拘束する一方、ダイが下死点通過後、所定長上昇した際にパッドのダイへの拘束を解除する。その実施例では、ロッキング機構を実現するためにカムが用いられている。このような特許文献２のロッキング機構は、被加工材の変形を防止できるとともに、トランスファープレス装置に適用することにより生産性を高めることができるとしている。

特開平４－１９０９３１号公報特開昭６３－２４２４２３号公報特開２００４－１５４７８６号公報

　前述の通り、プレス成形では、ブランクホルダとともにパッドを用いることにより、断面形状が非対称な成形品をプレス成形する場合にも、ウェブ部に意図しない過度の変位が生じるのを軽減できる。また、断面線長の合計が長手方向で変化する場合や、側面視や上面視で曲がる場合にも、ウェブ部や縦壁部、ウェブ部と縦壁部との境界近傍の稜線部の周辺や、フランジ部、フランジ部と縦壁部の境界近傍にしわが形成されるのを軽減できる。しかしながら、パンチとダイを離間させる際に所定形状に仕上げられた被加工材に変形が生じるおそれがあり、これを防止するためにロッキング機構が用いられる。

　ロッキング機構を用いれば、パンチとダイを離間させる際に被加工材に変形が生じるのを理論上は防止できる。しかしながら、ロッキング機構をガスシリンダや油圧シリンダの制御により実現すると、ロッキング機構を動作させるタイミングが狂う場合があり、その場合にプレス成形された被加工材に変形が生じる。また、単位時間当たりにプレス成形が可能な成形品数が減少し、生産性が低下する可能性がある。

　一方、特許文献１のカムを用いるロッキング機構によれば、タイミングが狂うことによる変形を防止でき、特許文献２のカムを用いるロッキング機構によれば、生産性を高めることができるとしている。しかしながら、カムを用いるロッキング機構は、金型やプレス装置の構造が複雑化して設備コストやメンテナンスコストが増大したり、金型サイズが大型化したりする懸念がある。

　また、プレス成形方法に関して、特許文献３には、ダイフェース面の少なくとも一部と所定間隔をおいて面工具が対向配置される構成が開示されている。特許文献３のプレス成形では、オス型とメス型との間に板材を挟んで形状を転写するに際して、オス型とメス型とが協同して板材を曲げ始めるのに伴って、板材の自由端部をダイフェース面から離してこの自由端部とダイフェース面との距離を面工具により所定範囲に保ちながら板材をオス型とメス型との間に引き込んで、ダイエッジ部を通過する板材に略一定の曲げ塑性歪を与えつつ成形する。

　しかしながら、特許文献３のプレス成形方法は、しわ押さえを行わないプレス成形、すなわち成形品を曲げ加工により成形するプレス成形方法であり、本願発明のように、しわ押さえのためにブランクホルダを用いるプレス成形、すなわち成形品を絞り加工により成形するプレス成形方法とは異なる。
　断面線長の合計が長手方向で略一定で、断面形状が対称で、かつ、長手方向にまっすぐ延出するような単純な形状のハット型断面の成形品であれば、曲げ加工により成形することもできる。しかしながら、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂに例示したような、断面線長の合計が長手方向で変化したり、断面形状が非対称であったり、長手方向でいずれかの方向に湾曲したりするようなハット型断面の成形品は、曲げ加工により成形することは困難である。

　本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、プレス成形でパンチおよびダイに加えてブランクホルダとともにパッドを用いる場合に、ロッキング機構を用いることなく、パンチとダイを離間させる際の被加工材の変形を防止できるプレス成形装置およびプレス成形方法を提供することを目的とする。

　上述の課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
　［１］　平板状で金属製の被加工材から、ウェブ部と、前記ウェブ部の一方側に延びる第１の縦壁部と、前記ウェブ部の他方側に延びる第２の縦壁部と、前記第１の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第１のフランジ部および前記第２の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第２のフランジ部のうちの少なくとも一方とを有する成形品を絞り加工により成形するプレス成形装置であって、
　パンチと、前記パンチの隣に配置され、プレス方向にスライド可能なブランクホルダと、前記パンチと対をなすダイと、前記パンチに対向して配置され、プレス方向にスライド可能なパッドとを備え、
　前記パンチは、前記成形品の前記ウェブ部、前記縦壁部および前記フランジ部にそれぞれ対応する形状である先端面、外側面および段差面を有し、
　前記パッドと前記パンチとで前記被加工材の幅方向の中間部を挟持するとともに、前記ブランクホルダと前記ダイとで前記被加工材の幅方向の外縁部を拘束している状態で、前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることにより、前記被加工材の幅方向の外縁部が前記ブランクホルダと前記ダイとの間から抜け出し、前記ダイと前記パンチの段差面とで前記フランジ部が仕上げられることを特徴とするプレス成形装置。
　［２］　［１］に記載のプレス成形装置であって、前記ブランクホルダと前記ダイとの間隔が所定の間隔以下とならないように間隔を維持する機構を備えることを特徴とするプレス成形装置。
　［３］　［２］に記載のプレス成形装置であって、前記所定の間隔ｇは、加工前の前記被加工材の板厚をｔとして、ｔ×０．５≦ｇ≦ｔ×１．５であることを特徴とするプレス成形装置。
　［４］　パンチと、前記パンチの隣に配置され、プレス方向にスライド可能なブランクホルダと、前記パンチと対をなすダイと、前記パンチに対向して配置され、プレス方向にスライド可能なパッドとを備え、前記パンチは、前記成形品の前記ウェブ部、前記縦壁部および前記フランジ部にそれぞれ対応する形状である先端面、外側面および段差面を有するプレス成形装置を用いて、平板状で金属製の被加工材から、ウェブ部と、前記ウェブ部の一方側に延びる第１の縦壁部と、前記ウェブ部の他方側に延びる第２の縦壁部と、前記第１の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第１のフランジ部および前記第２の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第２のフランジ部のうちの少なくとも一方とを有する成形品を絞り加工により成形するプレス成形方法であって、
　前記パッドと前記パンチとで前記被加工材の幅方向の中間部を挟持するとともに、前記ブランクホルダと前記ダイとで前記被加工材の幅方向の外縁部を拘束するステップと、
　前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることにより、前記被加工材の幅方向の外縁部を前記ブランクホルダと前記ダイとの間から抜け出させた後、前記ウェブ部、前記縦壁部、および前記ダイと前記パンチの段差面とで前記フランジ部を仕上げるステップと、
　前記ウェブ部、前記縦壁部および前記フランジ部を仕上げた後で、前記パンチと前記ダイとを相対的に移動させて離間させるステップとを含むことを特徴とするプレス成形方法。

　本発明によれば、パンチがフランジ部に対応する形状の段差面を有し、成形過程で被加工材の外縁部がブランクホルダとダイとの間から抜け出してパンチの段差面とダイとでフランジ部が仕上げられる。これにより、パンチとダイとを離間させる際に、プレス成形された被加工材がブランクホルダと当接しないことから、その変形を防止できる。このようにロッキング機構を用いることなく、パンチとダイとを離間させる際の被加工材の変形を防止できる。したがって、ロッキング機構により、生産性が低下する問題、金型やプレス装置の構造が複雑化する問題、および、設備コストやメンテナンスコストが増大する問題が生じない。さらに、ロッキング機構を有さないプレス装置に適用可能である。

図１Ａは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、側面図である。図１Ｂは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、図１ＡのI－I断面図である。図２Ａは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、側面図である。図２Ｂは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、図２ＡのII－II断面図である。図３Ａは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、平面図である。図３Ｂは、ハット型断面の成形品の一例を示す模式図であり、図３ＡのIII－III断面図である。図４Ａは、プレス成形でブランクホルダとともにパッドを用いる場合の加工フローを模式的に示す、被加工材の挟持、拘束時の断面図である。図４Ｂは、プレス成形でブランクホルダとともにパッドを用いる場合の加工フローを模式的に示す、押し込み時の断面図である。図４Ｃは、プレス成形でブランクホルダとともにパッドを用いる場合の加工フローを模式的に示す、下死点到達後のパンチとダイの離間操作の開始時の断面図である。図５は、複数の部材から構成されるダイを用いたプレス成形の被加工材の挟持、拘束時を模式的に示す断面図である。図６Ａは、実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フローを模式的に示す、被加工材の挟持、拘束時の断面図である。図６Ｂは、実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フローを模式的に示す、押し込み時の断面図である。図６Ｃは、実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フローを模式的に示す、プレス成形で被加工材が抜け出た時の断面図である。図６Ｄは、実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フローを模式的に示す、上型の下死点到達時の断面図である。図７は、図６Ａに対応する他の位置での断面図である。図８は、ブランクホルダ側に被加工材が残存して成形バラツキが生じる例を示す平面図である。

　以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
　図６Ａ～図６Ｄは、本発明を適用した実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フローを模式的に示す断面図であり、図６Ａは被加工材の挟持、拘束時、図６Ｂは押し込み時、図６Ｃはプレス成形で被加工材が抜け出た時、図６Ｄは上型の下死点到達時をそれぞれ示す。
　本実施形態では、ウェブ部１０ａに傾斜が設けられているが（図１Ａ、図１Ｂを参照）、断面形状は対称である成形品を成形するプレス成形を例に説明する。
　なお、図７に、図６Ａに対応する他の位置での断面図を示す。図６Ａと図７とは別のタイミングを表しており、まず図７に示すように、背の高いパンチ３１が被加工材５０をダイ４１の凹部に押し込み、その後、図６Ａに示すように、背の低いパンチ３１が被加工材５０をダイ４１の凹部に押し込むことになる。これにより、ウェブ部１０ａに傾斜を設けることが可能になる。

　図６Ａ～図６Ｄでは、上型が上死点から下死点まで下降する際に被加工材にウェブ部１０ａ、縦壁部１０ｂおよびフランジ部１０ｃが成形される場合を示す。本実施形態では、図４Ａ～図４Ｃで説明したプレス成形装置の構成要素に対応するものには同一の符号を付し、図４Ａ～図４Ｃとの相違点を中心に説明する。

　図６Ａ～図６Ｄには、被加工材５０と、プレス成形装置が具備する金型２０とを示す。金型２０は、上型４０がダイ４１と、パンチ３１に対向して配置されたパッド４２とで構成され、下型３０がパンチ３１と、パンチ３１の隣に配置されたブランクホルダ３２とで構成される。
　ここで、下型３０において、パンチ３１とブランクホルダ３２との境界位置がダイ４１の凹部の外側に位置する。より具体的には、パンチ３１は、ウェブ部１０ａに対応する形状の先端面３１ａおよび縦壁部１０ｂに対応する形状の外側面３１ｂに加え、さらにフランジ部１０ｃに対応する形状の段差面３１ｃを有する。

　これにより、パンチ３１とダイ４１とを相対的に移動させてフランジ部１０ｃ、縦壁部１０ｂおよびウェブ部１０ａを成形する過程で、ブランクホルダ３２とダイ４１との間から被加工材５０の幅方向の外縁部が抜け出る。この現象は、ブランクホルダ３２とダイ４１とで拘束される被加工材５０は、プレス成形の進行に伴ってパンチ３１とともにダイ４１の凹部に押し込まれ、被加工材５０の拘束長さＬが短くなることによる。このようにブランクホルダ３２とダイ４１との間から被加工材５０の幅方向の外縁部が抜け出すので、ダイ４１とパンチの段差面３１ｃによって被加工材５０にフランジ部１０ｃを仕上げる。

　このようなプレス成形装置を用いるプレス成形方法の加工フローを説明する。
　プレス成形にあたり、平板状で金属製の被加工材５０をダイ４１とパンチ３１の間に配置する。
　その状態で、パッド４２によって被加工材５０をパンチ３１に押し付け、図６Ａに示すように、被加工材５０の幅方向の中間部をパッド４２とパンチ３１とで挟持する。
　また、ブランクホルダ３２によって被加工材５０をダイ４１に押し付け、被加工材５０の幅方向の外縁部をブランクホルダ３２とダイ４１とで拘束する。
　パッド４２とパンチ３１とによる中間部の挟持と、ブランクホルダ３２とダイ４１とによる外縁部の拘束のタイミングは、従来と同様に、成形品の形状等に応じて適宜設定すればよい。

　そして、パンチ３１とダイ４１とを相対的に移動させてパンチ３１とともに被加工材５０をダイ４１の凹部に押し込み、被加工材５０に絞り加工を施すことによりプレス成形する。その成形過程で、図６Ｂに示すように被加工材５０がパンチ３１とともにダイ４１の凹部に押し込まれ、被加工材５０の拘束長さＬが短くなり、やがて、図６Ｃに示すように、被加工材５０の幅方向の外縁部がブランクホルダ３２とダイ４１との間から順次抜け出す。

　外縁部をブランクホルダ３２とダイ４１との間から抜け出させた後、パンチ３１とダイ４１とを相対的にさらに移動させることにより、ウェブ部１０ａをパンチの先端面３１ａとパッド４２により仕上げるとともに、縦壁部１０ｂをパンチの外側面３１ｂとダイ４１により仕上げる。また、フランジ部１０ｃをパンチの段差面３１ｃとダイ４１により仕上げる。上型が下死点に到達した時は、図６Ｄに示すように、被加工材５０に形成されたウェブ部１０ａにパンチ３１の先端面３１ａおよびパッド４２が当接（接触）し、縦壁部１０ｂにパンチ３１の外側面３１ｂおよびダイ４１が当接し、フランジ部１０ｃにパンチ３１の段差面３１ｃおよびダイ４１が当接する。

　上型が下死点に到達した後、パンチ３１とダイ４１とを相対的に移動させて離間させる。実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法は、仕上げられた被加工材５０のフランジ部１０ｃが、ブランクホルダ３２と当接することなく、パンチの段差面３１ｃおよびダイ４１と当接している。このため、ブランクホルダ３２によりプレス成形された被加工材５０のフランジ部１０ｃが押圧されることがないので、パンチ３１とダイ４１とを離間させる際に被加工材５０が変形するのを防止できる。

　このように実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法は、ロッキング機構を用いることなく、プレス成形された被加工材が離間時に変形するのを防止できる。したがって、ロッキング機構により、生産性が低下する問題、金型やプレス装置の構造が複雑化する問題、および、設備コストやメンテナンスコストが増大する問題が生じない。さらに、ロッキング機構を有さないプレス装置に適用可能である。

　実施形態に係るプレス成形装置およびプレス成形方法は、前述の通り、成形過程で被加工材５０の幅方向の外縁部をブランクホルダ３２とダイ４１との間から順次抜け出させるが、その際にブランクホルダ３２側に残存する被加工材５０が強い圧力で押圧されると成形バラツキが生じる懸念がある。例えばダイ４１の凹部の両側に位置する被加工材５０の幅方向の外縁部のうち、一方がブランクホルダ３２側から抜け出て、かつ、他方がブランクホルダ３２側に残存している状態となると、ブランクホルダ３２側に残存する被加工材５０が強い圧力で押圧される。これにより、残存側のフランジ部１０ｃや縦壁部１０ｂの材料流入量が小さくなるおそれや、ウェブ部１０ａで被加工材５０が残存側にずれるおそれがある。このようにして得られる成形品の形状がばらつく懸念がある。例えば図８において、点線８１はパンチ３１とブランクホルダ３２との位置境界を示し、図中の左側の外縁部が先に抜け出て、右側の外縁部がブランクホルダ３２側に残存して、材料が右側に偏ってしまった状態を示す。

　これを防止するため、ブランクホルダ３２とダイ４１との間隔が所定の間隔以下とならないように間隔を維持する機構を備えるのが好ましい。すなわち、被加工材５０の幅方向の外縁部を拘束している状態におけるブランクホルダ３２とダイ４１との間隔を、外縁部がブランクホルダ３２から抜け出た状態において維持する機構を備えるのが好ましい。このようなブランクホルダ３２とダイ４１との間隔を維持する機構は、例えばダイ４１とブランクホルダ３２の間にディスタンスブロック２１が配置することにより実現できる。これにより、被加工材５０の幅方向の外縁部の一部がブランクホルダ３２とダイ４１との間から抜け出した状態でも、ブランクホルダ３２とダイ４１の間にディスタンスブロック２１が介在するので、ブランクホルダ３２側に残存する被加工材５０が必要以上に強い圧力で押圧されるのを抑制できる。

　ディスタンスブロック２１は、被加工材５０が抜け出した状態において、ブランクホルダ３２とダイ４１との間隔が加工前の被加工材５０の板厚程度とし、成形バラツキが小さくなるように配置すればよい。ブランクホルダ３２とダイ４１との間隔を加工前の被加工材５０の板厚程度にするとは、加工前の被加工材５０の板厚（ｍｍ）をｔ、被加工材５０が抜け出た状態におけるブランクホルダ３２とダイ４１との間隔（単位：ｍｍ、図６Ｃ参照）をｇとした場合に、ｔ×０．５≦ｇ≦ｔ×１．５を満足するように間隔ｇを設定することを意味する。
　絞り成形では、ブランクホルダ３２とダイ４１で所望の拘束力で被加工材５０の幅方向の外縁部を拘束することが好ましく、ｇ＝ｔ×１．０が好ましい。しかしながら、様々なばらつき（板厚ばらつき、特性ばらつき、材料の設定位置ばらつき、温度ばらつきによる摺動や金型形状のばらつき等）や部分的な増肉を想定した場合、部品形状等（部品高さの変化、勾配）によっては、若干、拘束を緩和してでも、ｔ×１．０≦ｇ≦ｔ×１．５程度にして、各種ばらつき要因による部分的な偏あたり等による成形ばらつきを抑制した方が良い場合がある。一方、ｇ＞ｔ×１．５となると、被加工材５０の拘束力が小さくなり、しわ等が発生する。

　本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、成形過程で被加工材の幅方向の外縁部が抜け出る位置を、加工開始位置から２０～９９％の位置とするのが好ましく、５０％～９８％とするのがより好ましい。

　ここで、金型として、例えば上型が上死点から下死点に移動することによりプレス成形する金型を用いる場合、加工開始位置とは上型が被加工材に接触して加工が開始される上型の位置を意味し、加工終了位置とは下死点を意味する。また、加工開始位置から９８％の位置とは、加工開始位置から上型までの距離（ｍｍ）が加工開始位置から下死点までの距離（ｍｍ）に対して９８％となる位置を意味する。

　成形過程で被加工材の幅方向の外縁部が抜け出る位置が、加工開始位置に近すぎると、充分な絞り加工の効果が発揮できないことから、例えば縦壁部にしわが形成されるおそれがある。これを防止するため、成形過程で被加工材が抜け出る位置は、しわ等の成形不具合が生じない程度に加工開始位置から遠くするのが好ましく、具体的には、加工開始位置から２０％以上とするのが好ましく、５０％以上とするのがより好ましい。

　一方、成形過程で被加工材の幅方向の外縁部が抜け出る位置が、加工開始位置から遠すぎると、加工バラツキにより被加工材の一部がブランクホルダから抜け出ないおそれがある。この場合、パンチとダイとを離間させる際にプレス成形された被加工材がブランクホルダから押圧されて変形し、製品不良となる可能性がある。このため、成形過程で被加工材が抜け出る位置は、加工開始位置から９９％以下とするのが好ましく、９８％以下とするのがより好ましい。

　成形過程で被加工材の幅方向の外縁部が抜け出る位置は、ブランクホルダ３２の内側面からダイ４１の内側面４１ａまでの距離ｄを変更することにより調整できる。ブランクホルダ３２の内側面からダイ４１の内側面４１ａまでの距離ｄは、要求されるフランジ部１０ｃの幅や成形後の弾性回復量（スプリングバック量）に応じて適宜変更すればよい。例えば図１Ｂに示すように、成形品に要求されるフランジ部１０ｃの幅ｗが２０ｍｍ、縦壁部１０ｂの高さｈが１００ｍｍであって、被加工材５０として板厚１．４ｍｍの５９０ＭＰａ級の高強度鋼板を用いる場合、ブランクホルダ３２の内側面からダイ４１の内側面４１ａまでの距離ｄを２７ｍｍ程度に設定すればよい。

　以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。

　実施形態では、金型として、上型をダイおよびパッドで構成するとともに下型をパンチおよびブランクホルダで構成した金型を用いるが、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、上述の金型を用いる実施形態に限定されない。すなわち、金型として、上型をパンチおよびブランクホルダで構成するとともに下型をダイおよびパッドで構成した金型を用いる実施形態を採用できる。

　また、上型が上死点から下死点まで下降する際に被加工材にウェブ部１０ａ、縦壁部１０ｂおよびフランジ部１０ｃがプレス成形される実施形態を説明したが、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、パンチとダイとをプレス方向に相対的に移動させれば良く、上述の実施形態に限定されない。

　本実施形態では、パッドとして、成形されるウェブ部１０ａの全部に当接するようなパッド４２を用いる例を説明したが、成形されるウェブ部１０ａの一部に当接するようなパッドを用いる実施形態も採用できる。また、ダイは、図６Ａ～図６Ｄに示すように単一の部材で構成するダイに限定されず、図５に示すように複数の部材から構成するダイも採用できる。

　本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、ハット型断面の成形品に限定されず、フランジ部１０ｃが一方のみに設けられる成形品をプレス成形する場合にも適用できる。この場合、図６Ａ～図６Ｄに示すように、段差面３１ｃを両側に有するパンチ３１を用いることができるが、フランジ部１０ｃを設ける側にのみ段差面を有するパンチを用いることもできる。また、ハット型断面の成形品に適用する場合でも、フランジ部１０ｃが長手方向の全長に亘って設けられている場合に限らず、長手方向の一部にフランジ部１０ｃを設ける場合にも適用できる。

　本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、ブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形を、高い生産性で設備コストを抑えて実施できる。したがって、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法をハット型断面である自動車の骨格部品の製造に適用すれば、難成形性部品の成形性向上およびコストダウンに大きく寄与することができる。

Claims

　平板状で金属製の被加工材から、ウェブ部と、前記ウェブ部の一方側に延びる第１の縦壁部と、前記ウェブ部の他方側に延びる第２の縦壁部と、前記第１の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第１のフランジ部および前記第２の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第２のフランジ部のうちの少なくとも一方とを有する成形品を絞り加工により成形するプレス成形装置であって、
　パンチと、前記パンチの隣に配置され、プレス方向にスライド可能なブランクホルダと、前記パンチと対をなすダイと、前記パンチに対向して配置され、プレス方向にスライド可能なパッドとを備え、
　前記パンチは、前記成形品の前記ウェブ部、前記縦壁部および前記フランジ部にそれぞれ対応する形状である先端面、外側面および段差面を有し、
　前記パッドと前記パンチとで前記被加工材の幅方向の中間部を挟持するとともに、前記ブランクホルダと前記ダイとで前記被加工材の幅方向の外縁部を拘束している状態で、前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることにより、前記被加工材の幅方向の外縁部が前記ブランクホルダと前記ダイとの間から抜け出し、前記ダイと前記パンチの段差面とで前記フランジ部が仕上げられることを特徴とするプレス成形装置。
　請求項１に記載のプレス成形装置であって、前記ブランクホルダと前記ダイとの間隔が所定の間隔以下とならないように間隔を維持する機構を備えることを特徴とするプレス成形装置。
　請求項２に記載のプレス成形装置であって、前記所定の間隔ｇは、加工前の前記被加工材の板厚をｔとして、ｔ×０．５≦ｇ≦ｔ×１．５であることを特徴とするプレス成形装置。
　パンチと、前記パンチの隣に配置され、プレス方向にスライド可能なブランクホルダと、前記パンチと対をなすダイと、前記パンチに対向して配置され、プレス方向にスライド可能なパッドとを備え、前記パンチは、前記成形品の前記ウェブ部、前記縦壁部および前記フランジ部にそれぞれ対応する形状である先端面、外側面および段差面を有するプレス成形装置を用いて、平板状で金属製の被加工材から、ウェブ部と、前記ウェブ部の一方側に延びる第１の縦壁部と、前記ウェブ部の他方側に延びる第２の縦壁部と、前記第１の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第１のフランジ部および前記第２の縦壁部から少なくとも長手方向の一部でさらに延びる第２のフランジ部のうちの少なくとも一方とを有する成形品を絞り加工により成形するプレス成形方法であって、
　前記パッドと前記パンチとで前記被加工材の幅方向の中間部を挟持するとともに、前記ブランクホルダと前記ダイとで前記被加工材の幅方向の外縁部を拘束するステップと、
　前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることにより、前記被加工材の幅方向の外縁部を前記ブランクホルダと前記ダイとの間から抜け出させた後、前記ウェブ部、前記縦壁部、および前記ダイと前記パンチの段差面とで前記フランジ部を仕上げるステップと、
　前記ウェブ部、前記縦壁部および前記フランジ部を仕上げた後で、前記パンチと前記ダイとを相対的に移動させて離間させるステップとを含むことを特徴とするプレス成形方法。