WO2016132905A1

WO2016132905A1 - プレス成形方法及びプレス成形金型

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Publication number: WO2016132905A1
Application number: PCT/JP2016/053207
Authority: WO
Inventors: 智史澄川; 正樹卜部; 平本　治郎
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2016-08-25
Also published as: KR20170103952A; EP3260215A4; JP2016150354A; MX2017010495A; CN107249773A; CN107249773B; US20180065164A1; KR101962557B1; JP5987934B2; EP3260215B1; US10737307B2; EP3260215A1

Abstract

　本発明に係るプレス成形方法は、製品形状を得るための第２の金型（３）における接続部（３ｃ）の断面方向の線長を（Ｌ_２）として、伸びフランジ変形を受けるフランジ部又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部に接する接続部（３ｃ）の断面方向の線長が、断面方向の線長（Ｌ_２）より短い断面方向の線長（Ｌ_１）となる第１の金型（１）で成形することで、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製品形状のフランジ部の線長よりも長く、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製品形状のフランジ部の線長よりも短くなるように成形する第１成形工程と、接続部（３ｃ）の断面方向の線長が（Ｌ_２）である第２の金型（３）を用いて製品形状に成形する第２成形工程とを含む。

Description

プレス成形方法及びプレス成形金型

　本発明は、長手方向に延びる溝形状部（groove-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（flange portion）を有する製品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金型に関する。

　プレス成形（press forming）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、金型の形状を材料ブランクに転写して加工する方法のことである。この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。

　スプリングバックの程度は主に材料の強度（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 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いるが、材料の高強度化に伴いスプリングバックの程度は大きくなる。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が金型を幾度も修正し、トライアル＆エラーを重ねなければならず、その結果、生産期間の長期化につながってしまう。したがって、スプリングバックの低減は自動車の生産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。

　スプリングバックの低減には、その発生原因である残留応力のコントロールが必要不可欠である。残留応力をコントロールしてスプリングバックの低減を図った技術として、特許文献１に開示されている技術がある。この技術は、パンチ底部（punch bottom portion）、縦壁部、及びフランジ部を有する断面ハット形状（hat-shaped）のプレス成形に関するものである。この技術は、パンチ底部から縦壁部に至る稜線において、引張応力が発生する部位では、最終プレス成形工程の前工程で曲げ曲率半径を小さく、もしくは成形高さを高くすることによって、前工程でのハット形状断面（hat-shaped cross section）の線長を最終のハット形状断面の線長よりいったん長く成形し、最終工程で製品形状に成形することにより、ハット形状断面方向に圧縮ひずみ（compressive stain）を付与し引張応力（tensile stress）を低減するというものである。また、この技術は、ハット形状断面方向に圧縮応力（compressive stress）が発生する部位では、最終プレス成形工程の前工程で曲げ曲率半径を大きく、もしくは成形高さを低くすることによって、前工程でのハット形状断面の線長を最終のハット形状断面の線長よりいったん短く成形し、最終工程で製品形状に成形することにより、ハット形状断面方向に引張ひずみを付与し圧縮応力を低減するというものである。

　その他に特許文献２に、パンチ肩部の曲げ部に対し、１工程目で予備曲げを行った後、２工程目で当該箇所を面取り（chamfering）形状とした金型で成形することで、角度変化によるスプリングバックを低減する効果が得られることが開示されている。

特開２００７―１９０５８８号公報特許第４７６６０８４号公報

　上記特許文献１に開示されている技術は、寸法の異なる複数の金型で成形することにより、ハット形状断面の線長を強制的に変化させ、ハット形状断面の曲げ部の角度変化や縦壁部の反り（curl）などのスプリングバック防止を図っている。また、特許文献２に開示されている技術は、部品断面の曲げ部の角度変化により、断面の曲げ部の角度が変化するスプリングバックを防止するものである。

　特許文献１、２に開示されている技術は、曲げ部の角度変化や縦壁部の反りのような成形部品の（２次元）断面の一部分に生ずるスプリングバックを防止する技術である。しかし、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対して３次元的に生ずるスプリングバックが問題となる場合が多く、特許文献１、２に開示されている技術ではこれに対する問題を解決できない。また、特許文献１、２に開示されている技術は、成形部品の一部分の線長を変化させるため、しわ（wrinkle）や割れ（fracture）が発生しやすいという問題もある。

　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ねじれや曲がり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を低減させるプレス成形方法及びプレス成形金型を提供することを目的とする。

　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について、縦壁成形部と、フランジ成形部と、該フランジ成形部と前記縦壁成形部を繋ぐ接続部とを有する第１の金型及び第２の金型を用いて成形するプレス成形方法であって、製品形状を得るための前記第２の金型の前記接続部における断面方向の線長をＬ_２として、伸びフランジ変形を受けるフランジ部又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部に接する前記接続部における断面方向の線長が、前記断面方向の線長Ｌ_２より短い断面方向の線長Ｌ_１となる第１の金型で成形することで、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、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なるように成形する第１成形工程と、前記接続部における断面方向の線長がＬ_２である前記第２の金型を用いて、フォーム成形により前記製品形状に成形する第２成形工程と、を含むことを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形方法は、上記発明において、前記一対の縦壁部のいずれか一方の縦壁部に第１成形工程と第２成形工程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、前記一対の縦壁部の両方の縦壁部に第１成形工程と第２成形工程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、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成形工程及び前記第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、上記発明において、前記第１の金型及び前記第２の金型の接続部における断面形状が円弧形状であ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１の金型の接続部における断面形状が円弧形状であり、前記第２の金型の接続部における断面形状が前記円弧形状を面取りした面取り形状であることを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形金型は、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し、伸びフランジ変形及び／又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部を有する製品形状の成形品を第１成形工程と第２成形工程によって成形するプレス成形方法に用いるプレス成形金型であって、前記第１成形工程で用いる第１の金型と前記第２成形工程で用いる第２の金型を備え、前記第１の金型及び前記第２の金型は、縦壁成形部と、フランジ成形部と、該フランジ成形部と前記縦壁成形部とを繋ぐ接続部とを有し、前記第１の金型における伸びフランジ変形を受けるフランジ部又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部に接する前記接続部における断面方向の線長が、前記第２の金型の接続部における断面方向の線長よりも短くなるように設定されていることを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形金型は、上記発明において、前記第１の金型及び前記第２の金型の接続部における断面形状が円弧形状であることを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形金型は、上記発明において、前記第１の金型の接続部における断面形状が円弧形状であり、前記第２の金型の接続部における断面形状が前記円弧形状を面取りした面取り形状であることを特徴とする。

　本発明によれば、ねじれや曲がり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を低減させることができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法に用いる金型の一部の断面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の説明図であり、成形過程における湾曲の内側のブランクの挙動を示す図である。図３は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の説明図であり、成形過程における湾曲の外側のブランクの挙動を示す図である。図４は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の効果が生ずるメカニズムの説明図である。図５は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の効果が生ずるメカニズムの説明図である。図６は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法に用いる金型の一部の他の態様の断面図である。図７は、図６に示した金型を用いた場合の成形過程におけるブランクの挙動を説明する説明図である。図８は、本発明を適用可能なプレス成形品の断面形状を説明する説明図である。図９は、本発明を適用可能な製品形状の一例を示す図である。図１０は、本発明を適用可能なプレス成形方法の他の形態の説明図である。図１１は、本発明を適用可能なプレス成形方法の他の形態に用いる金型の説明図である。図１２は、図１１に示した金型を用いたプレス成形方法の説明図である。図１３は、本発明の実施例に係るプレス成形品の製品形状を説明する斜視図である。図１４は、図１３に示したプレス成形品の断面図である。図１５は、本発明の実施例１～３に用いる金型の説明図である。図１６は、本発明の実施例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１７は、本発明の実施例４に用いる金型の説明図である。図１８は、本発明の課題を説明する図であって、本発明が対象としているプレス成形品の製品形状の一例を示す斜視図である。図１９は、図１８に示した製品の断面図である。図２０は、図１８に示したプレス成形品を成形するプレス成形金型の一例を示す図である。図２１は、図２０に示したプレス成形金型を用いたプレス成形方法の説明図である。図２２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２３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。

　本発明の発明者らは、上記課題を解決するため、図１８、図１９に示すようなパンチ底部３１ａ、縦壁部３１ｂからなる溝形状部３１ｅ、及びフランジ部（外側フランジ３１ｃ及び内側フランジ３１ｄ）で形成され、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２０の斜視図に示すように、ダイ３３とパンチ３５を有するフォーム成形金型３７で、図２１に示すように、ダイ３３とパンチ３５でブランク３９を挟み込むことで成形を行う。図２２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）のフランジ部（以下、内側フランジ３１ｄ）に該当する外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は小さくなり（曲率半径は大きくなり）、線長が長くなる（Ａ_０Ｂ_０→Ａ_１Ｂ_１）。つまり、内側フランジ３１ｄは伸びフランジ変形となり、成形下死点（bottom dead center）では長手方向に引張応力が残存する。

　一方、湾曲曲率の小さい側（曲率半径の大きい側）のフランジ部（以下、外側フランジ３１ｃ）ではその逆で、外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は大きくなり（曲率半径は小さくなり）、線長が短くなる（Ｃ_０Ｄ_０→Ｃ_１Ｄ_１）。つまり、外側フランジ３１ｃは縮みフランジ変形となり、成形下死点では長手方向に圧縮応力が残留する。

　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では伸び変形（stretch deformation）となり、その結果、図２３に示すように部品は湾曲曲率（curvature）が大きく（曲率半径（radius of curvature）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２３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（外側フランジ３１ｃ及び内側フランジ３１ｄ）を有する成形品（press forming part）３１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３１全体に曲がり変形を与えるスプリングバックを生じさせている。このことから、このような成形品３１では、フランジ部の残留応力を低減することが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に成形することを想到した。そして、本発明の発明者らは、その具体的な手段として、プレス成形工程を複数に分け、各プレス成形工程において用いる金型において縦壁成形部とフランジ成形部を接続する接続部（jointing portion）の形状を変えた金型を用いることを想到した。

　本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法は、図１８に示す、長手方向に延びる溝形状部３１ｅを有し、溝形状部３１ｅを形成する一対の縦壁部３１ｂ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（外側フランジ３１ｃ及び内側フランジ３１ｄ）を有する製品形状の成形品３１を、縦壁成形部と、フランジ成形部と、フランジ成形部と縦壁成形部を繋ぐ接続部とを備えた金型を用いて成形するプレス成形方法であって、伸びフランジ変形（stretch flange deformation）を受けるフランジ部に対しては長手方向線長が製品形状のフランジ部の線長よりも長く、縮みフランジ変形（shrink flange deformation）を受けるフランジ部に対しては長手方向線長が製品形状のフランジ部の線長よりも短くなるように成形する第１成形工程と、製品形状を得るための金型を用いて成形する第２成形工程と、を含む。

　成形工程を説明する前に各成形工程で使用する金型の形状について、図１に基づいて説明する。図１（ａ）は、第１成形工程で用いる第１の金型１のダイ肩部の断面を示し、図１（ｂ）は第２成形工程で用いる第２の金型３のダイ肩部の断面を示している。第１の金型１は、縦壁部３１ｂを成形する縦壁成形部１ａと、フランジ部を成形するフランジ成形部１ｂと、縦壁成形部１ａとフランジ成形部１ｂを繋ぐ接続部１ｃを有している。なお、ダイ肩部は、図１に示すように、縦壁成形部１ａの一部、フランジ成形部１ｂの一部、及び接続部１ｃによって構成されている。

　縦壁成形部１ａは、例えばハット断面形状における縦壁部を成形する部位であり、斜めあるいは垂直の平坦な面によって構成されている。フランジ成形部１ｂは、ハット断面形状におけるフランジ部（外側フランジ３１ｃ及び内側フランジ３１ｄ）を成形する部位であり、平坦な面部によって構成されている。もっとも、フランジ成形部１ｂは、製品形状に従うものであり、水平な面である必要はない。接続部１ｃは、縦壁成形部１ａとフランジ成形部１ｂを繋ぐ部位であり、縦壁成形部１ａとの接続点からフランジ成形部１ｂとの接続点までの部位である。接続部１ｃの両端Ｆ_１、Ｇ_１は共に湾曲の始点となっている。なお、上記の説明では、ダイ肩部の説明をしたが、第１の金型１においてはパンチ肩部にも同様の形状が形成されている。

　第２の金型３のダイ肩部は、第１の金型１のダイ肩部と同様に、縦壁部を成形する縦壁成形部３ａと、フランジ部を成形するフランジ成形部３ｂと、縦壁成形部３ａとフランジ成形部３ｂを繋ぐ接続部３ｃを有している。なお、第１の金型１について述べたように、第２の金型３についても、パンチ肩部にはダイ肩部と同様の形状が形成されている。第１の金型１のダイ肩部と第２の金型３のダイ肩部とでは、接続部の長さが異なっており、この点が本発明の特徴であるので、以下この点について詳細に説明する。

　第１の金型１の接続部１ｃにおける断面方向線長（Ｆ_１～Ｇ_１）は、第２の金型３の接続部３ｃにおける断面方向線長（Ｆ_２～Ｇ_２）よりも短くなるように設定されている。換言すれば、第１の金型１における縦壁成形部１ａの平坦部の長さが、第２の金型３の縦壁成形部３ａの平坦部の長さよりも長くなっている。このような形状にすることで、第１の金型１での第１成形工程において、ダイ肩部によってブランクを部品内側に押し込み、第２成形工程で押し込んだブランクを部品外側に押し戻すという成形が可能になっている。これによるスプリングバック防止のメカニズムについては、以下の成形方法の説明において詳細に述べる。

＜第１成形工程＞
　第１成形工程は、例えば、図２０に示したようなダイ３３とパンチ３５を有するフォーム成形金型３７を用い、図２１に示したようなフォーム成形（crash forming）で行う。第１成形工程の下死点状態では、ブランクは図２、図３の拡大した図に示す破線の状態となる。なお、図２が湾曲の内側の拡大図を、図３が湾曲の外側の拡大図をそれぞれ示している。また、図２、図３の破線で示すように、第１成形工程の下死点では、ブランク３９のフランジ側端部（flange end）の位置は、それぞれＡ_１、Ｃ_１となる。

＜第２成形工程＞
　第２の金型３を用いて行う第２成形工程では、第１の金型１よりも第２の金型３の方が内側に押し込む量が少ない分だけブランクが部品外側に向かって押し戻され（図２、図３の太い矢印）、その結果、ブランク３９のフランジ側端部の位置は拘束が少ないフランジ部の部品外側に移動する。第２成形工程の下死点では、ブランクは図２、図３の拡大した図に示す実線の状態となり、ブランク３９のフランジ側端部の位置は、それぞれＡ_２、Ｃ_２となる。

　上記のように、ブランク３９のフランジ側端部の位置が、第１成形工程の下死点でのＡ_１、Ｃ_１の位置からそれぞれ第２成形工程の下死点でのＡ_２、Ｃ_２の位置にΔｅだけ移動することになる。このように湾曲する部品においてフランジ側端部が湾曲の内外に移動する際のメカニズムを図４に基づいて説明する。

［成形部品の湾曲の内側］
　湾曲の内側の第１成形工程の下死点では、図４の平面図における湾曲の内側の拡大図を見ると、成形開始から第１成形工程の下死点までの間（第１成形工程）、ブランク３９の流入により内側端３９ａにおけるＡ_０Ｂ_０はＡ_１Ｂ_１となり、内側端３９ａの線長は長くなる（伸びフランジ変形）。第２成形工程の下死点では、図１に示した第２の金型３によってブランクは製品形状に成形される。図４の湾曲の内側の拡大図を見ると、第２成形工程の下死点において、内側端３９ａは湾曲の内側にΔｅだけ移動するため、内側端３９ａの線長はＡ_１Ｂ_１からＡ_２Ｂ_２となり、僅かに短くなる。

［成形部品の湾曲の外側］
　湾曲の外側の第１成形工程の下死点では、図４の拡大図に示す通り、ブランク３９の流入により外側端３９ｂにおけるＣ_０Ｄ_０はＣ_１Ｄ_１となり、外側端３９ｂの線長は短くなる（縮みフランジ変形）。

　第２成形工程の下死点では、図１に示した第２の金型３によってブランクは製品形状に成形される。図４の湾曲の外側の拡大図を見ると、外側端３９ｂは湾曲の外側にΔｅだけ移動するため、外側端３９ｂの線長がＣ_１Ｄ_１からＣ_２Ｄ_２となり、僅かに長くなる。

　このように、内側フランジ３１ｄにおいては、第１成形工程において、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成形工程において長くなった線長をわずかに戻すことで成形品３１の製品形状の線長にするようにしている。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、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成形工程において短くなった線長をわずかに戻すことで成形品３１の製品形状の線長にするようにしている。このため、内側フランジ３１ｄ及び外側フランジ３１ｃにおいて、第１成形工程で生じたひずみが第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後の長手方向の応力―ひずみ線図（stress-strain diagram）である。図５に示すように、第１成形工程の下死点における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成形工程の下死点から第２成形工程において、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大きく変化する、すなわち、ひずみの戻りに対して残留応力が敏感に変化するという特徴を利用したものである。

　ひずみの戻し量は、第１成形工程と第２成形工程でのフランジ側端部の移動量Δｅで決まり、この移動量Δｅは第１の金型１と第２の金型３のダイ肩部の形状、特に接続部の形状によって決まる。第１の金型１と第２の金型３の接続部１ｃ、３ｃにおける線長差が大きければフランジ側端部の移動量Δｅは大きくなり、部品長手方向の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。

　このように本実施の形態によれば、金型形状の接続部の形状を調整するだけでひずみの戻し量の調整ができ、金型形状を大きく変更をすることなく、スプリングバックの緩和が可能である。

　なお、接続部１ｃ、３ｃの形状として、上記の例では第１の金型１及び第２の金型３共に円弧形状にした例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の金型１における接続部１ｃよりも第２の金型３における接続部３ｃの長さが長くなるようなものであればよい。例えば、図６に示すように、第１の金型１の接続部１ｃは円弧状であるが、第２の金型５の接続部５ｃは第１の金型１のダイ肩部を面取りした面取り形状である。なお、図６において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。

　図６（ａ）の第１の金型１で成形した後、図６（ｂ）の第２の金型５で成形することにより、図７に示すように、ブランク３９は破線で示す状態から実線で示す状態となり、フランジ側端部が部品の外側にΔｅだけ移動し、上述の図４、図５で説明したのと同様のメカニズムにより、スプリングバックを低減することができる。

　本発明の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部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８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８（ａ）～図８（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ものである。縦壁部は、図８（ａ）、（ｄ）に示すように垂直でもよいし、図８（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように傾斜していてもよい。また、図８（ｃ）、（ｆ）に示すように、両方の縦壁部が頂部で連結されたパンチ底部がないような形状であってもよい。さらに、図８（ｇ）～（ｉ）に示すように、縦壁部のいずれか一方にのみ湾曲するフランジ部を有するものであってもよい。また、フランジ部の幅は左右異なっていてもよい。

　また、図９（ａ）の成形品７及び図９（ｂ）の成形品９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、本発明は、図１０に示すような、パンチ底部と対になったパッド（pad）１９を用いたパッド付きフォーム成形金型２１によるフォーム成形にも適用できる。なお、図１０において、図２１と同一又は対応する部位には同一の符号を付してある。また、第１成形工程においては、図１１に示すパンチ２３、ダイ２５、及びブランクホルダ（blank holder）２７を有するドロー成形金型２９を用いて、図１２に示すような成形工程を有するドロー成形にも適用できる。

　さらに、湾曲するフランジ部が両方の縦壁部にあるような場合において、本発明を片側のフランジ部にのみ適用することによっても本発明の効果を奏することができる。本発明は、特許文献１に開示されている方法のように、ハット形状断面の曲げ部の角度変化や縦壁部の反りなどの（２次元）断面におけるスプリンングバック防止を図るものとは異なり、成形部品全体に３次元的に生ずる反りや捩れを防止しようとするものであるから、片側のフランジ部に本発明を適用することで、成形品全体に対しての効果を得ることができる。なお、この点については、後述の実施例で実証している。

　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以下説明する。まず、実験方法について概説する。実験方法は、プレス成形装置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１３及び図１４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、成形品の長さは１０００ｍｍ、断面の高さは３０ｍｍ、パンチ底部の幅は２０ｍｍ、フランジの幅は内側外側ともに２５ｍｍ、部品幅中央の湾曲曲率半径は５００ｍｍ、ダイ肩部（die shoulder portion）の曲げ半径は１０ｍｍである。鋼板は厚さ１．２ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼板を使用した。また、成形試験には１００００ｋＮ油圧プレス機（press machine）を用いた。

　本実施例ではフォーム成形金型を用い、内側フランジに接するダイ肩部（内側ダイ肩部）と外側フランジに接するダイ肩部（外側ダイ肩部）の両方に本発明を適用する。すなわち、図１５に示すように第１成形工程では接続部１ｃの距離Ｌ_１（Ｆ_１～Ｇ_１)がそれぞれ２．１ｍｍ、４．２ｍｍ、６．３ｍｍ、８．４ｍｍで、ダイ肩半径Ｒ_１がそれぞれ２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍの第１の金型１を用い、第２成形工程では接続部３ｃの距離Ｌ_２(Ｆ_２～Ｇ_２)が１０．５ｍｍで、ダイ肩半径Ｒ_２が１０ｍｍの第２の金型３を用いた。なお、第２の金型３を用いて１度のプレス成形で最終形状まで成形したものを比較例とした。また、図１０に示したパッド付きのフォーム成形も実施した。パッド圧は５００ｋＮとした。

　プレス成形後の成形品形状は３次元形状測定で測定した。その後、ＣＡＤ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、図１６に示す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Δｙを算出した。この値をスプリングバックによる曲がり変形の指標とした。Δｙが正ならば成形品の湾曲曲率半径が小さくなる方向に曲がり変形し、負ならば湾曲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。表１に各成形条件で成形された成形品のΔｙを示す。

　第１の金型１の接続部１ｃの距離Ｌ_１が小さくなるほど曲がり量Δｙは小さくなる傾向にあり、パッドなしの成形条件でＬ_１＝２．１ｍｍで正負が逆転した。曲がり量Δｙが最も小さい成形条件はパッドなしでＬ_１＝４．２ｍｍでΔｙ＝０．３ｍｍとなり、比較例に比べ大幅にスプリングバックは低減した。また、パッドを用いた成形（本発明例５）においても曲がり量Δｙが０．５ｍｍであって、比較例１の６．３ｍｍに比べて大幅に低減し、本発明の効果が確認された。

　上記実施例１では本発明を湾曲内側のダイ肩部と湾曲外側のダイ肩部の両方に適用したが、本実施例２ではどちらか一方のダイ肩部に適用し、スプリングバック低減効果を確認した。成形品形状、鋼板、プレス機は実施例１と同様である。本発明の成形試験にはフォーム成形用金型を用いた。第１成形工程では内側もしくは外側どちらか一方の第１の金型１の接続部１ｃの距離Ｌ_１(Ｆ_１～Ｇ_１)がそれぞれ２．１ｍｍ、４．２ｍｍ、６．３ｍｍ、８．４ｍｍの第１の金型１を用い、第２成形工程では内側と外側両方の接続部の距離Ｌ_２(Ｆ_２～Ｇ_２)が１０．５ｍｍの第２の金型３を用いた。スプリングバックの評価指標は実施例１と同様に曲がり量Δｙである。表２に各成形条件で成形された成形品のΔｙを示す。

　内側ダイ肩部及び外側ダイ肩部ともに第１の金型１の接続部１ｃの距離Ｌ_１が小さくなるほど曲がり量Δｙは小さくなる傾向にある。そして、曲がり量Δｙは、内側ダイ肩部では、接続部１ｃの距離Ｌ_１＝２．１ｍｍのときΔｙ＝０．９ｍｍで曲がり量が最小となった。また、外側ダイ肩部では、接続部１ｃの距離Ｌ_１＝２．１ｍｍのときΔｙ=１．１ｍｍで曲がり量が最小となり、いずれも比較例の曲がり量６．３ｍｍに比べて大幅にスプリングバックは低減した。

　上記実施例１及び実施例２では第１成形工程をフォーム成形で行ったが、本実施例３では第１成形工程を図１１及び図１２に示すドロー成形金型を用い、本発明を内側ダイ肩部と外側ダイ肩部の両方に適用した。なお、第２成形工程はフォーム成形とした。成形品形状、鋼板、プレス成形機は実施例１及び実施例２と同様である。第１成形工程では接続部１ｃの距離Ｌ_１(Ｆ_１～Ｇ_１)がそれぞれ２．１ｍｍ、４．２ｍｍ、６．３ｍｍ、８．４ｍｍのドロー成形金型２９（図１１参照）を用い、第２成形工程では接続部３ｃの距離Ｌ_２(Ｆ_２～Ｇ_２)が１０．５ｍｍのフォーム成形金型３７（図２０参照）を用いた。スプリングバックの評価指標は実施例１及び実施例２と同様に曲がり量Δｙである。表３に各成形条件で成形された成形品のΔｙを示す。

　第１の金型１の接続部１ｃの距離Ｌ_１が小さくなるほど曲がり量Δｙは小さくなる傾向にあり、パッドなしの成形条件でＬ_１＝４．２ｍｍで正負が逆転した。曲がり量Δｙが最も小さい成形条件はパッドなしでＬ_１＝４．２ｍｍであり、そのときの曲がり量Δｙは－０．３ｍｍであり、比較例４の４．２ｍｍに比べて大幅にスプリングバックは低減した。また、パッドを用いたプレス成形の場合（本発明例１９）にも曲がり量Δｙが０．５ｍｍであって、比較例４の４．２ｍｍに比べて大幅に低減し、本発明の効果が確認された。

　実施例１から実施例３では第２成形工程において、ダイ肩部は円弧形状の第２の金型３を用いたが、本実施例４ではダイ肩部を面取り形状とした第２の金型５を用いた。鋼板、プレス機は上記実施例１と同様のフォーム成形で行った。図１７に示すように、第１成形工程では接続部１ｃの距離Ｌ_１(Ｆ_１～Ｇ_１)が４．２ｍｍの第１の金型１を用い、第２成形工程では接続部５ｃの距離Ｌ_２(Ｆ_２～Ｇ_２)がそれぞれ５．３ｍｍ、７．１ｍｍ、８．８ｍｍ、１０．５ｍｍで、面取り量Ｃをそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍとした第２の金型５を用いた。スプリングバックの評価指標は上記実施例と同様に曲がり量Δｙである。表４に各成形条件で成形された成形品のΔｙを示す。

　第２の金型５の接続部５ｃの距離Ｌ_２が大きくなるほど曲がり量Δｙは小さくなる傾向にあり、パッドなしの成形条件でＬ_２＝１０．５ｍｍ、Ｃ＝２．０ｍｍで正負が逆転した。曲がり量Δｙが最も小さい成形条件は、パッドなしの場合で、Ｌ_２＝８．８ｍｍで、そのときのΔｙは０．９ｍｍであり、比較例６の曲がり量である７．７ｍｍに比べ大幅にスプリングバックは低減した。また、パッドを用いた成形（本発明例２４）においても曲がり量Δｙが１．１ｍｍであって、比較例６の７．７ｍｍに比べて大幅に低減し、本発明の効果が確認された。

　本発明によれば、ねじれや曲がり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を低減させるプレス成形方法及びプレス成形金型を提供することができる。

１　第１の金型
１ａ　縦壁成形部
１ｂ　フランジ成形部
１ｃ　接続部
３　第２の金型
３ａ　縦壁成形部
３ｂ　フランジ成形部
３ｃ　接続部
５　第２の金型
５ａ　縦壁成形部
５ｂ　フランジ成形部
５ｃ　接続部
７、９　成形品
１９　パッド
２１　パッド付きフォーム成形金型
２３　パンチ
２５　ダイ
２７　ブランクホルダ
２９　ドロー成形金型
３１　成形品
３１ａ　パンチ底部
３１ｂ　縦壁部
３１ｃ　外側フランジ
３１ｄ　内側フランジ
３１ｅ　溝形状部
３３　ダイ
３５　パンチ
３７　フォーム成形金型
３９　ブランク
３９ａ　内側端
３９ｂ　外側端

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について、縦壁成形部と、フランジ成形部と、該フランジ成形部と前記縦壁成形部を繋ぐ接続部とを有する第１の金型及び第２の金型を用いて成形するプレス成形方法であって、
　製品形状を得るための前記第２の金型の前記接続部における断面方向の線長をＬ_２として、伸びフランジ変形を受けるフランジ部又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部に接する前記接続部における断面方向の線長が、前記断面方向の線長Ｌ_２より短い断面方向の線長Ｌ_１となる第１の金型で成形することで、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、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なるように成形する第１成形工程と、
　前記接続部における断面方向の線長がＬ_２である前記第２の金型を用いて、フォーム成形により前記製品形状に成形する第２成形工程と、
　を含むことを特徴とするプレス成形方法。
　前記一対の縦壁部のいずれか一方の縦壁部に第１成形工程と第２成形工程を適用することを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
　前記一対の縦壁部の両方の縦壁部に第１成形工程と第２成形工程を適用することを特徴とする請求項１または２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、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成形工程及び前記第２成形工程を行う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。
　前記第１の金型及び前記第２の金型の接続部における断面形状が円弧形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
　前記第１の金型の接続部における断面形状が円弧形状であり、前記第２の金型の接続部における断面形状が前記円弧形状を面取りした面取り形状であることを特徴とする請求項１乃至４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し、伸びフランジ変形及び／又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部を有する製品形状の成形品を第１成形工程と第２成形工程によって成形するプレス成形方法に用いるプレス成形金型であって、
　前記第１成形工程で用いる第１の金型と前記第２成形工程で用いる第２の金型を備え、
　前記第１の金型及び前記第２の金型は、縦壁成形部と、フランジ成形部と、該フランジ成形部と前記縦壁成形部とを繋ぐ接続部とを有し、
　前記第１の金型における伸びフランジ変形を受けるフランジ部又は縮みフランジ変形を受けるフランジ部に接する前記接続部における断面方向の線長が、前記第２の金型の接続部における断面方向の線長よりも短くなるように設定されていることを特徴とするプレス成形金型。
　前記第１の金型及び前記第２の金型の接続部における断面形状が円弧形状であることを特徴とする請求項７記載のプレス成形金型。
　前記第１の金型の接続部における断面形状が円弧形状であり、前記第２の金型の接続部における断面形状が前記円弧形状を面取りした面取り形状であることを特徴とする請求項７記載のプレス成形金型。