WO2019026732A1 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a press-formed product in which a metal plate is formed on a hat-shaped cross-sectional component having a top plate portion and a flange portion in which a top plate portion and a flange portion are curved convexly or concavely on the top plate portion It relates to the manufacturing method.
- a press-formed product used for a vehicle body structural component is a hat-shaped cross-sectional component such as a B-pillar outer, having a top plate portion and a flange portion curved with a predetermined curvature radius along the longitudinal direction.
- Patent Documents 1 to 3 there are press forming methods described in Patent Documents 1 to 3.
- a molded part having a top plate portion curved in the longitudinal direction and two side wall portions extending inward from the both ends along the longitudinal direction of the top plate portion.
- the curvature of the top plate portion in the previous step and the angle between the top plate portion and the side surface portion are changed.
- a residual tensile stress is generated in the vicinity of a ridge line having a predetermined curvature in a shape after forming in a metal plate press forming step which reaches a final press-formed product shape through a plurality of press forming steps.
- the portion is formed in the previous step with a smaller radius of curvature than the final shape, and the portion where residual compressive stress is generated is formed in the previous step with a larger radius of curvature than the final shape.
- the residual stress is canceled and the spring back is reduced.
- the method described in Patent Document 3 is a method of generating a die in which warpage generated during press molding is expected, and spring back is reduced by press molding using this prospective shape.
- JP 2011-206789 A Japanese Patent Application Publication No. 2007-190588 Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-286841 gazette
- the present invention has been made in view of the problems as described above, and even when a high strength material is used, springback in a side view, that is, the material strength of the camberback and the camberback, without complicating the mold.
- a method for producing a press-formed product capable of greatly reducing sensitivity.
- the top plate portion and the flange portion are continuous in the width direction via the side wall portion, and the top plate portion and the flange
- the metal plate is press-formed into a product shape having a hat-shaped cross-section curved convexly or concavely to the top plate portion side along the longitudinal direction
- each of the top plate portion and the flange portion A first step of press-forming a curve along a longitudinal direction into a part shape having a hat-shaped cross-section having a second radius of curvature smaller than the radius of curvature of the product shape to manufacture an intermediate part;
- the material strength sensitivity of side view springback that is, camberback and camberback
- the material strength sensitivity of side view springback is greatly reduced without complicating the mold.
- Can it is possible to obtain a highly accurate hat-shaped cross-section curved component close to the target product shape. That is, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a method for producing a press-formed product excellent in shape freezeability and material strength sensitivity.
- a part with high dimensional accuracy can be obtained, which leads to an improvement in yield.
- the part of the hat-shaped cross-sectional shape as the vehicle body structural part, it becomes possible to easily assemble the part.
- a hat-shaped cross-section component in which both sides in the width direction of the top plate portion 1 are continuous with the flange portion 2 via the side wall portion 3 and the hat is curved so as to be convex toward the top plate portion 1 along the longitudinal direction
- a metal plate made of a blank material is press-formed into a cross-sectional component, as shown in FIG. 1A
- tensile stress is generated in the top plate portion 1 of the curved portion as residual stress and compression is performed in the flange portion 2 Stress is generated.
- the parts are removed from the press mold, and these stresses are released, thereby generating spring back as shown in FIG. 1 (b).
- the material strength of the metal plate increases, the residual stress tends to increase and the amount of spring back tends to increase. That is, if a high tension material of 590 MPa or more is adopted, the spring back becomes large.
- the product shape by press molding which is the object of the present embodiment, is a hat-shaped cross section in which both sides in the width direction of the top plate portion 1 are continuous with the flange portion 2 via the side wall portion 3. It is a member, and it is a hat-shaped cross-section member curved so that the top plate part 1 and the flange part 2 might become convex to the top plate part 1 side along a longitudinal direction.
- the curvatures of the curves formed in the top plate portion 1 and the flange portion 2 along the longitudinal direction may be different. In the present embodiment, the curvature of each curve of the top plate 1 and the flange 2 is the same.
- FIG. 3 shows a curved part simulating the B-pillar R / F.
- the overhanging portions 5 are continuous with both end portions of the top plate 1 in the longitudinal direction.
- the width of each overhang portion 5 is larger in the width direction than the width of the top plate portion 1, so that the top plate surface on the longitudinal direction end of the product shape has an L shape or a T shape in top view It has become.
- the T-shape is illustrated.
- the lower end of the vertical wall 6 is continuous with the longitudinal end of the flange 2.
- the vertical wall 6 rises on the top plate 1 side, and the upper end thereof is continuous with the overhang 5.
- the main body 4 having the curved end portion extends in the vertical direction with respect to the vertical wall 6. That is, the vertical wall 6 has a shape in which the vertical wall 6 rises to face the longitudinal direction of the main body 4.
- the vertical wall 6 may be present only on one side in the longitudinal direction.
- the present invention is applicable even to a product shape without the overhang portion 5 and the vertical wall portion 6. Moreover, even if the top plate portion 1 and the flange portion 2 have a curved shape that is concave toward the top plate portion 1 along the longitudinal direction, the present invention is applicable.
- a first step 10A and a second step 10B and Have As a process for forming a flat metal plate into the above-mentioned product shape, as shown in FIG. 4, a first step 10A and a second step 10B and Have.
- the intermediate part is a part in a state where trimming of the flange periphery has been performed.
- the curvature along the longitudinal direction is made into a component shape having a hat-shaped cross section with a second radius of curvature smaller than the radius of curvature in the product shape.
- This is a step of press-forming a flat metal plate (blank material) to produce an intermediate part. Even if it is a steel plate whose material strength of a metal plate is 590 MPa or more, it is applicable.
- the second radius of curvature of the top plate 1 and the second radius of curvature of the flange 2 are set to be different in size.
- the second curvature radius of each of the top plate portion 1 and the flange portion 2 is equal to or less than the curvature radius of the product shape after springback occurring in the intermediate part after being formed in the first step 10A. It is preferable to mold with a mold set to a value that is preferably less than the radius of curvature of the product shape.
- the curvature radius of the top plate portion 1 along the longitudinal direction of the top plate portion 1 in the product shape is defined as R1o
- the curvature radius R1 ′ along the longitudinal direction of the top plate portion 1 after springback in the intermediate part It is preferable to set the value of the 2nd curvature radius in the top plate part 1 so that it may become a value with which following (1) Formula is satisfy
- the radius of curvature R2 'along the longitudinal direction of the flange portion 2 after spring back in the intermediate part is the following equation (2) It is preferable to set the value of the said 2nd curvature radius in the flange part 2 so that it may become a value which satisfy
- draw molding or foam molding may be applied to the molding of the first step 10A.
- the radius of curvature after springback generated in each of the above intermediate parts may be obtained by calculation by performing CAE analysis or other simulation analysis with a computer, or may be obtained by actual manufacture of a test product and measurement. good.
- the flange outer periphery is trimmed.
- trim processing known processing methods such as shear processing and laser cutting may be adopted.
- the tensile stress or compressive stress generated in the first step 10A and the compressive stress or tensile stress generated in the second step 10B cancel each other, and the stress along the longitudinal direction
- the radius of curvature along the product shape longitudinal direction of the mold used in the second step 10B is designed to be larger than the radius of curvature of the curvature along the longitudinal direction of the product shape so that approaches zero.
- the curvature radius of the top plate portion 1 along the longitudinal direction of the top plate portion 1 in the product shape is defined as R3o
- the curvature radius R3o along the longitudinal direction of the top plate portion of the mold in the second step 10B It is preferable to set the value of the curvature radius at the top plate portion 1 of the second step 10B such that 'satisfies the following formula (3). 1.00 ⁇ (R3o '/ R3o) ⁇ 3.00 (3)
- the radius of curvature of the flange portion 2 along the longitudinal direction of the flange portion 2 in the product shape is defined as R4o
- the radius of curvature of the top plate portion 1 and the flange portion 2 of the intermediate part after releasing from the mold may be springbacked depending on the value of the second radius of curvature. It is also assumed that the radius of curvature of the mold used in is slightly larger.
- the radius of curvature of the top plate portion 1 and the flange portion 2 after spring back of the intermediate part formed in the first step 10A is smaller than the radius of curvature in the product shape, preferably smaller than the radius of curvature in the product shape
- a high-tensile material is used as a metal plate to be pressed, a steel plate, an aluminum plate, or the like may be used.
- the curvature radius of the top plate portion 1 in the product shape and the curvature radius of the flange portion along the longitudinal direction may be different.
- the second step is performed by forming each radius of curvature of the top plate portion 1 and the flange portion 2 of the intermediate part after spring back to be equal to or less than the radius of curvature in the product shape.
- a small compressive stress is generated in the top plate portion 1 and a small tensile stress is generated in the flange portion 2 in the restriking at 10B.
- a small compressive stress remains, or a tensile stress generated in the first step 10A and a compressive stress generated in the second step 10B cancel each other, so that the longitudinal stress is reduced. It approaches zero.
- the residual stress in the longitudinal direction is reduced by the small tensile stress remaining or the compressive stress generated in the first step 10A and the tensile stress generated in the second step 10B canceling each other. It approaches zero.
- the stress difference is reduced or zero, and the amount of spring back in the product shape is reduced, and the sensitivity of the material strength can be improved when the material strength fluctuates.
- the springback calculation of the hat-shaped cross section member curved with the curvature radius in the product shape is carried out, and the top plate after springback
- the radius of curvature of part 1 is R1 ′
- set the ratio to the radius of curvature R1o of top plate part 1 in the product shape within the range of 0.70 ⁇ (R1 ′ / R1o) ⁇ 1.00. Is preferred.
- the ratio of the radius of curvature R2 of the flange part 2 in the product is 0.70 ⁇ (R2 ′ / R2o) ⁇ 1.00 It is preferable to set in the range of
- (R1 '/ R1o) and (R2' / R2o) are smaller than 0.7, excessive compressive stress is applied to the top plate portion 1 at the bottom dead center of the mold in the second step 10B. Excessive tensile stress may occur in the part 2 and a large spring go may occur in the press-formed product.
- press-forming analysis and springback analysis were performed by the finite element method (FEM). The results are described below.
- FEM finite element method
- the case of press-molding a hat-shaped cross-sectional component curved in the longitudinal direction shown in FIGS. 2A and 2B is targeted.
- the case where the hat-shaped cross section member curved in the longitudinal direction shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is press-formed is used.
- the radius of curvature of the punch bottom product in a side view is constant at R1600, and the mold shape of the previous process and the mold shape of the rear process are changed.
- No. 1 to No. 3 is the result of molding in only one step using a die with a punch bottom curvature R1600 of the product.
- No. 1 to No. In 3 (conventional method)
- press forming analysis and spring back analysis were performed to measure the amount of spring back (curvature radius) of the top plate 1 before and after spring back.
- the radius of curvature after springback of each material strength becomes larger than the product shape, and the radius of curvature becomes larger as the material strength increases.
- step 9 press molding is performed with a mold of R1200 so that the radius of curvature after springback in the first step 10A is smaller than product curvature R1600, and in the second step 10B, press molding is performed with R1700 larger than product curvature R1600.
- the analysis was done. In this case, the radius of curvature after springback in the first step 10A was smaller than the product curvature R1600 at all material strengths. If this shape is molded at R1700 in a second step 10B, all material strengths will have the same curvature as product curvature R1600, and all material strengths will have approximately the same radius of curvature.
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Abstract
ハイテン材を使用した場合でも、金型が複雑にすることなく、側面視のスプリングバック、すなわちキャンバーバックを大きく低減することができるプレス製造方法を提供する。天板部(1)とフランジ部(2)とが側壁部(3)を介して幅方向で連続していると共に、上記天板部(1)及び上記フランジ部(2)が長手方向に沿って上記天板部(1)側に凸若しくは凹に湾曲したハット形断面を有する製品形状に、金属板をプレス成形して製造する際に、上記天板部(1)及びフランジ部(2)について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状にプレス成形して中間部品を製造する第1の工程10Aと、上記中間部品を上記製品形状にプレス成形する第2の工程10Bと、を有する。
Description
本発明は、天板部およびフランジ部が長手方向に沿って天板部側の凸又は凹に湾曲した天板部およびフランジ部を有するハット形断面部品に、金属板を成形するプレス成形品の製造方法に関する。
近年、自動車車体の衝突安全性向上と軽量化を両立させるために、車体構造部品へのハイテン材の適用が進んでいる。ハイテン材は降伏強度、引張強度が高いため、プレス成形を行う上で、スプリングバックなどの成形不良が課題となる。
車体構造部品に用いられるプレス成形品の一つとして、例えばBピラーアウターのような、長手方向に沿って所定の曲率半径で湾曲した天板部およびフランジ部を有するハット形断面部品が挙げられる。このような部品にプレス成形した場合、成形下死点で、天板部に引張応力が発生すると共にフランジ部に圧縮応力が発生し、これらの応力差によりスプリングバック(キャンバーバック)が発生する。このような部品に対して、ハイテン材を適用した場合、前述の下死点での応力差が大きくなり、スプリングバックが増加するといった課題が発生する。さらに、ハイテン材では材料強度のバラツキが大きくなるため、寸法精度のバラツキも大きくなる、すなわち材料強度感受性が大きい。
車体構造部品に用いられるプレス成形品の一つとして、例えばBピラーアウターのような、長手方向に沿って所定の曲率半径で湾曲した天板部およびフランジ部を有するハット形断面部品が挙げられる。このような部品にプレス成形した場合、成形下死点で、天板部に引張応力が発生すると共にフランジ部に圧縮応力が発生し、これらの応力差によりスプリングバック(キャンバーバック)が発生する。このような部品に対して、ハイテン材を適用した場合、前述の下死点での応力差が大きくなり、スプリングバックが増加するといった課題が発生する。さらに、ハイテン材では材料強度のバラツキが大きくなるため、寸法精度のバラツキも大きくなる、すなわち材料強度感受性が大きい。
上記の課題に対する従来技術として特許文献1~3に記載されるプレス成形方法がある。
特許文献1に記載の方法では、長手方向に湾曲した天板部と、天板部の長手方向に沿った両端から湾曲内側に向かって延在する二つの側壁部とを有する成形部品に対して、前工程での天板部の曲率と、天板部と側面部がなす角度とを変更する。これによって、特許文献1に記載の方法では、後工程で発生する応力を低減し、スプリングバックを抑制する。
特許文献1に記載の方法では、長手方向に湾曲した天板部と、天板部の長手方向に沿った両端から湾曲内側に向かって延在する二つの側壁部とを有する成形部品に対して、前工程での天板部の曲率と、天板部と側面部がなす角度とを変更する。これによって、特許文献1に記載の方法では、後工程で発生する応力を低減し、スプリングバックを抑制する。
特許文献2に記載の方法では、複数回のプレス成形工程を経て最終プレス成形品形状に至る金属板プレス成形工程において、成形後の形状で所定の曲率を持つ稜線付近で残留引張応力が発生する部位を、前工程で最終形状よりも小さい曲率半径で成形し、残留圧縮応力が発生する部位を、前工程で最終形状よりも大きい曲率半径で成形する。これによって特許文献2に記載の方法では、残留応力を打ち消し、スプリングバックを低減する。
特許文献3に記載の方法は、プレス成形時に発生する反りを見込んだ金型を生成する方法であり、この見込み形状を用いてプレス成形することによりスプリングバックを低減する。
特許文献3に記載の方法は、プレス成形時に発生する反りを見込んだ金型を生成する方法であり、この見込み形状を用いてプレス成形することによりスプリングバックを低減する。
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、側面視において天板部の曲率半径のみを変更しているため、フランジ部に発生する応力が改善されない。特に、スプリングバック量が大きくなるハイテン材に対しては、十分にスプリングバックが抑制されず、材料強度感受性を低減することはできない。
特許文献2に記載の方法では、圧縮応力もしくは引張応力が発生する領域により、変更する曲率の大小傾向が変化するため、金型の設計が複雑になる。
特許文献3に記載の方法は、プレス下死点での残留応力を0にすることはできないため、材料強度感受性は低減されない。
特許文献2に記載の方法では、圧縮応力もしくは引張応力が発生する領域により、変更する曲率の大小傾向が変化するため、金型の設計が複雑になる。
特許文献3に記載の方法は、プレス下死点での残留応力を0にすることはできないため、材料強度感受性は低減されない。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ハイテン材を使用した場合でも、金型を複雑にすることなく、側面視のスプリングバック、すなわちキャンバーバックとキャンバーバックの材料強度感受性を大きく低減することができるプレス成形品の製造方法を提供する。
課題を解決するために、本発明の一態様のプレス成形品の製造方法は、天板部とフランジ部とが側壁部を介して幅方向で連続していると共に、上記天板部及び上記フランジ部が長手方向に沿って上記天板部側に凸若しくは凹に湾曲したハット形断面を有する製品形状に、金属板をプレス成形して製造する際に、上記天板部及びフランジ部について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状にプレス成形して中間部品を製造する第1の工程と、上記中間部品の長手方向に沿った湾曲を、上記製品形状よりも大きい曲率半径にプレス成形する第2の工程と、を有する。
本発明の一態様によれば、金属板にハイテン材を使用した場合でも、金型を複雑化することなく、側面視のスプリングバック、すなわちキャンバーバックとキャンバーバックの材料強度感受性を大きく低減することができる。これにより、目標とする製品形状に近い高精度なハット形断面湾曲形状の部品を得ることができる。すなわち、本発明の一態様によれば、形状凍結性および材料強度感受性に優れたプレス成形品の製造方法を提供することが可能となる。
この結果、本発明の一態様によれば、材料強度が振れた場合でも、寸法精度の高い部品が得られ、歩留りの向上に繋がる。さらに、ハット形断面形状の部品を用いて車体構造部品とする際に、部品の組立てを容易に行うことが可能となる。
この結果、本発明の一態様によれば、材料強度が振れた場合でも、寸法精度の高い部品が得られ、歩留りの向上に繋がる。さらに、ハット形断面形状の部品を用いて車体構造部品とする際に、部品の組立てを容易に行うことが可能となる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
天板部1の幅方向両側が側壁部3を介してフランジ部2に連続しているハット形断面部品であって、長手方向に沿って天板部1側に凸となるように湾曲したハット形断面部品に、ブランク材からなる金属板をプレス成形すると、図1(a)に示すように、残留応力として、湾曲部分の天板部1において引張応力が発生すると共に、フランジ部2において圧縮応力が発生する。そして、プレス金型から部品を外して、これらの応力が開放されることによって、図1(b)に示すようなスプリングバックが発生する。このとき、金属板の材料強度の増加に伴い、この残留応力が増加して、スプリングバック量が大きくなる傾向がある。すなわち、590MPa以上のハイテン材を採用するとスプリングバックが大きくなる。
ここで、本実施形態が目的とするプレス成形による製品形状は、図2に示すように、天板部1の幅方向両側が側壁部3を介してフランジ部2に連続しているハット形断面部材であって、天板部1及びフランジ部2が長手方向に沿って天板部1側に凸となるように湾曲したハット形断面部材となっている。天板部1及びフランジ部2にそれぞれ形成される、長手方向に沿った湾曲の曲率は異なっても良い。本実施形態では、天板部1及びフランジ部2の各湾曲の曲率は同じとする。
また、本実施形態の製品形状の基本形状は、図2に示すような単純な湾曲形状であるが、実部品形状でも適用可能である。実部品形状の一例として、図3にBピラーR/Fを模擬した湾曲部品を示す。この湾曲部品は、天板部1の長手方向両端部に、それぞれ張出部5が連続している。各張出部5の幅は、天板部1の幅よりも幅方向の寸法が大きいことから、上面視において製品形状の長手方向端部側の天板面が、L字形状若しくはT字形状となっている。図3では、T字形状を例示している。更にフランジ部2の長手方向端部に縦壁部6の下端部が連続している。該縦壁部6は、天板部1側に立ち上がり、その上端が上記張出部5に連続する。上記形状によって、縦壁部6に対し、湾曲端部分を有する本体部4が垂直方向側に延在する。すなわち、本体部4の長手方向に対向するように縦壁部6が立ち上がった形状となっている。長手方向片側のみに縦壁部6が存在する形状であっても良い。
但し、本発明によるプレス成形品の製造方法では、張出部5及び縦壁部6が無い製品形状であっても適用可能である。また、天板部1及びフランジ部2が長手方向に沿って天板部1側に凹の湾曲形状であっても適用できる。
本実施形態のプレス成形品の製造方法は、平板状の金属板を上記の製品形状に成形するための加工として、図4に示すように、第1の工程10Aと、第2の工程10Bとを有する。プレス成形品の製造のためのプレス工程を2段階以上の多工程とすることで、製品のスプリングバック抑制などの寸法精度を向上させることができる。
本実施形態のプレス成形品の製造方法は、平板状の金属板を上記の製品形状に成形するための加工として、図4に示すように、第1の工程10Aと、第2の工程10Bとを有する。プレス成形品の製造のためのプレス工程を2段階以上の多工程とすることで、製品のスプリングバック抑制などの寸法精度を向上させることができる。
ここで、フランジ外周をトリムするトリム加工(不図示)を有する。トリム加工は、第1の工程10Aの前に実施しても良いし、第1の工程10Aと第2の工程10Bの間で実施しても良いし、第2の工程10Bの後に実施しても良い。本実施形態では、トリム加工を第1の工程10Aでのプレス加工の後に実施する場合で説明する。この場合、中間部品は、フランジ外周のトリム加工が行われた状態の部品となる。
第1の工程10Aは、天板部1及びフランジ部2について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状に、平板状の金属板(ブランク材)をプレス成形して中間部品を製造する工程である。金属板の材料強度が590MPa以上の鋼板であっても適用可能である。
第1の工程10Aは、天板部1及びフランジ部2について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状に、平板状の金属板(ブランク材)をプレス成形して中間部品を製造する工程である。金属板の材料強度が590MPa以上の鋼板であっても適用可能である。
天板部1の第2の曲率半径と、フランジ部2の第2の曲率半径は大きさが異なるように設定される場合が多い。
また、天板部1及びフランジ部2の各第2の曲率半径はそれぞれ、第1の工程10Aで成形した後に中間部品に発生するスプリングバック後の曲率半径が、製品形状での曲率半径以下、好ましくは製品形状での曲率半径未満となる値にそれぞれ設定された金型で成形することが好ましい。
また、天板部1及びフランジ部2の各第2の曲率半径はそれぞれ、第1の工程10Aで成形した後に中間部品に発生するスプリングバック後の曲率半径が、製品形状での曲率半径以下、好ましくは製品形状での曲率半径未満となる値にそれぞれ設定された金型で成形することが好ましい。
例えば、製品形状における天板部1の長手方向に沿った天板部1の曲率半径をR1oと定義した場合、中間部品におけるスプリングバック後の天板部1の長手方向に沿った曲率半径R1’が下記(1)式を満たす値となるように、天板部1での第2の曲率半径の値を設定することが好ましい。すなわち、スプリングバック後の中間部品では、製品形状と比較してスプリングゴー側となる曲率半径となるように設定する。
0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00・・・・(1)
0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00・・・・(1)
また、製品形状におけるフランジ部2の長手方向に沿った曲率半径をR2oと定義した場合、中間部品におけるスプリングバック後のフランジ部2の長手方向に沿った曲率半径R2’が、下記(2)式を満たす値となるようにフランジ部2での上記第2の曲率半径の値を設定することが好ましい。すなわち、スプリングバック後の中間部品では、製品形状と比較してスプリングゴー側となる曲率半径となるように設定する。
0.70 ≦ (R2’/R2o) < 1.00・・・・(2)
0.70 ≦ (R2’/R2o) < 1.00・・・・(2)
ここで、第1の工程10Aの成形には、ドロー成形またはフォーム成形を適用すればよい。
上記の各中間部品に発生するスプリングバック後の各曲率半径は、CAE解析その他のシミュレーション解析をコンピュータで行うことで計算によって求めても良いし、実際に試験品を作製して実測によって求めても良い。
また本実施形態では、第1の工程10Aでの上記プレス成形後に、フランジ外周のトリム加工を施す。トリム加工には、せん断加工やレーザ切断加工などの公知の加工方法を採用すれば良い。
上記の各中間部品に発生するスプリングバック後の各曲率半径は、CAE解析その他のシミュレーション解析をコンピュータで行うことで計算によって求めても良いし、実際に試験品を作製して実測によって求めても良い。
また本実施形態では、第1の工程10Aでの上記プレス成形後に、フランジ外周のトリム加工を施す。トリム加工には、せん断加工やレーザ切断加工などの公知の加工方法を採用すれば良い。
第2の工程10Bは、例えば第1の工程10Aで製造した中間部品を目標とする製品形状に成形する工程である。このとき、第2の工程10Bでは、中間部品の長手方向に沿った湾曲を、製品形状よりも大きい曲率半径にプレス成形する。中間部品の長手方向に沿った湾曲を製品形状よりも大きい曲率半径にプレス成形する際の当該曲率半径は、第2の工程10Bでの金型からの離型後の成形形状における長手方向に沿った湾曲の曲率半径が、中間部品での曲率半径よりも製品形状での目標とする曲率半径に近づく値に設定する。この曲率半径は、FEM解析や実験によって求めればよい。
例えば、天板部1及びフランジ部2において、第1の工程10Aで発生する引張応力もしくは圧縮応力と第2の工程10Bで発生する圧縮応力もしくは引張応力とが打ち消しあい、長手方向に沿った応力がゼロに近づくように、第2の工程10Bで使用する金型の製品形状長手方向に沿った曲率半径を、製品形状の長手方向に沿った湾曲の曲率半径よりも大きな値に設計する。
例えば、製品形状における天板部1の長手方向に沿った天板部1の曲率半径をR3oと定義した場合、第2の工程10Bにおける金型の天板部の長手方向に沿った曲率半径R3o’が下記(3)式を満たす値となるように、第2の工程10Bの天板部1での曲率半径の値を設定することが好ましい。
1.00 < (R3o’/R3o) ≦ 3.00・・・・(3)
例えば、製品形状における天板部1の長手方向に沿った天板部1の曲率半径をR3oと定義した場合、第2の工程10Bにおける金型の天板部の長手方向に沿った曲率半径R3o’が下記(3)式を満たす値となるように、第2の工程10Bの天板部1での曲率半径の値を設定することが好ましい。
1.00 < (R3o’/R3o) ≦ 3.00・・・・(3)
また、例えば製品形状におけるフランジ部2の長手方向に沿ったフランジ部2の曲率半径をR4oと定義した場合、第2の工程10Bにおける金型のフランジ部2の長手方向に沿った曲率半径R4o’が下記(4)式を満たす値となるように、第2の工程10Bのフランジ部2での曲率半径の値を設定することが好ましい。
1.00 < (R4o’/R4o) ≦ 3.00・・・・(4)
1.00 < (R4o’/R4o) ≦ 3.00・・・・(4)
ここで、(R3o’/R3o)および(R4o’/R4o)が1.0よりも小さい場合、第2の工程10Bの金型下死点において天板部1に引張応力が、フランジ部2に圧縮応力が残り、スプリングバックが十分抑制されない可能性がある。また、応力が反転した場合でも第2の工程10Bの金型離形後に曲率半径が小さくなるようにスプリングバック(スプリングゴー)が発生するため、製品形状よりも小さい曲率半径になる可能性がある。逆に、(R3o’/R3o)および(R4o’/R4o)が3.00よりも大きい場合、第2の工程10Bでの成形下死点において天板部1に過度の圧縮応力が、フランジ部2に過度の引張応力が発生し、成形部品に過度のスプリングゴーが発生するおそれがある。
ここで、第2の工程10Bの成形にはリストライク加工を適用すればよい。
ここで、第2の工程10Bの成形にはリストライク加工を適用すればよい。
(動作その他)
本実施形態のプレス成形品の製造方法では、スプリングバックを低減するために、第1の工程10Aで、天板部1とフランジ部2の曲率半径をそれぞれ、製品形状の曲率半径よりも小さくなるようにプレス成形し、第2の工程10Bで、第1の工程10Aで得られた中間部品を、製品形状よりも大きい曲率半径にプレス成形して目標の成形形状の部品を得る。
本実施形態のプレス成形品の製造方法では、スプリングバックを低減するために、第1の工程10Aで、天板部1とフランジ部2の曲率半径をそれぞれ、製品形状の曲率半径よりも小さくなるようにプレス成形し、第2の工程10Bで、第1の工程10Aで得られた中間部品を、製品形状よりも大きい曲率半径にプレス成形して目標の成形形状の部品を得る。
ここで、第1の工程10Aにおいて、型から開放した後の中間部品の天板部1およびフランジ部2の曲率半径は、第2の曲率半径の値によっては、スプリングバックによって第1の工程10Aで使用する金型の曲率半径よりも若干大きくなっている場合も想定される。この第1の工程10Aで成形された中間部品のスプリングバック後の天板部1およびフランジ部2の曲率半径は、製品形状での曲率半径以下、好ましくは製品形状での曲率半径よりも小さくなるように、第1の工程10Aの金型を設計することが好ましい。
プレス加工する金属板としてはハイテン材を対象とするが、鋼板やアルミニウム板などを用いてもよい。また、長手方向に沿った、製品形状での天板部1の曲率半径とフランジ部の曲率半径は異なっていてもよい。
プレス加工する金属板としてはハイテン材を対象とするが、鋼板やアルミニウム板などを用いてもよい。また、長手方向に沿った、製品形状での天板部1の曲率半径とフランジ部の曲率半径は異なっていてもよい。
第1の工程10Aの成形において、スプリングバック後の中間部品の天板部1とフランジ部2の各曲率半径を、製品形状での曲率半径以下になるように成形することにより、第2の工程10Bでのリストライク成形において天板部1に小さい圧縮応力、フランジ部2に小さい引張応力を発生させる。これにより、天板部1においては、小さい圧縮応力が残留するか、第1の工程10Aにおいて発生した引張応力と第2の工程10Bにおいて発生した圧縮応力が打ち消しあうことで、長手方向の応力がゼロに近づく。同様に、フランジ部2においては、小さい引張応力が残留するか、第1の工程10Aにおいて発生した圧縮応力と第2の工程10Bにおいて発生した引張応力が打ち消しあうことで、長手方向の残留応力がゼロに近づく。これにより応力差が低減もしくはゼロとなり、製品形状でのスプリングバック量が低減すると共に、材料強度が振れた場合において、材料強度の感受性を向上させることが可能となる。
もっとも、製品形状に対する中間部品の曲率変更量を決定するに際し、第1の工程10Aにおいて、製品形状での曲率半径で湾曲したハット形断面部材のスプリングバック計算を実施し、スプリングバック後の天板部1の曲率半径をR1’としたときに、製品形状での天板部1の曲率半径R1oとの比を0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00 の範囲内に設定することが好ましい。
同様に、製品形状に対する中間部品のフランジ部2曲率半径をR2’としたときに、製品でのフランジ部2の曲率半径R2oとの比を0.70 ≦ (R2’/R2o) < 1.00 の範囲内に設定することが好ましい。
ここで、(R1’/R1o)および(R2’/R2o)が0.7よりも小さい場合、第2の工程10Bでの金型下死点において天板部1に過度の圧縮応力が、フランジ部2に過度の引張応力が発生し、プレス成形品に大きなスプリングゴーが発生するおそれがある。逆に、(R1’/R1o)および(R2’/R2o)が1よりも大きい場合、第2の工程10Bの金型下死点において天板部1に引張応力が、フランジ部2に圧縮応力が残り、スプリングバックが十分抑制されない可能性がある。
ここで、(R1’/R1o)および(R2’/R2o)が0.7よりも小さい場合、第2の工程10Bでの金型下死点において天板部1に過度の圧縮応力が、フランジ部2に過度の引張応力が発生し、プレス成形品に大きなスプリングゴーが発生するおそれがある。逆に、(R1’/R1o)および(R2’/R2o)が1よりも大きい場合、第2の工程10Bの金型下死点において天板部1に引張応力が、フランジ部2に圧縮応力が残り、スプリングバックが十分抑制されない可能性がある。
以上のように、本実施形態のプレス成形品の製造方法によれば、金属板にハイテン材を使用した場合でも、金型を複雑にすることなく、側面視のスプリングバック、すなわちキャンバーバックとキャンバーバックの材料強度感受性を大きく低減することができる。これにより、目標とする製品形状に近い高精度なハット形断面で且つ長手方向に湾曲を有する形状のプレス成形品を得ることができる。このように、本実施形態のプレス成形品の製造方法は、形状凍結性および材料強度感受性に優れている。
この結果、本実施形態によれば、材料強度が振れた場合でも、寸法精度の高い部品が得られ、歩留りの向上に繋がる。さらに、ハット形断面形状の部品を用いて車体構造部品とする際に、部品の組立てを容易に行うことが可能となる。
この結果、本実施形態によれば、材料強度が振れた場合でも、寸法精度の高い部品が得られ、歩留りの向上に繋がる。さらに、ハット形断面形状の部品を用いて車体構造部品とする際に、部品の組立てを容易に行うことが可能となる。
本発明に係るプレス成形品の製造方法によるスプリングバック抑制効果を確認するため、有限要素法(FEM)によるプレス成形解析およびスプリングバック解析を行った。その結果について以下に説明する。
本実施例では図2(a)、(b)に示す長手方向に湾曲したハット形断面部品をプレス成形する場合を対象とした。
本実施例では図2(a)、(b)に示す長手方向に湾曲したハット形断面部材をプレス成形する場合を対象とした。側面視のパンチ底製品曲率半径はR1600で一定曲率としており、前工程の金型形状と後工程の金型形状を変更した。
本実施例では図2(a)、(b)に示す長手方向に湾曲したハット形断面部品をプレス成形する場合を対象とした。
本実施例では図2(a)、(b)に示す長手方向に湾曲したハット形断面部材をプレス成形する場合を対象とした。側面視のパンチ底製品曲率半径はR1600で一定曲率としており、前工程の金型形状と後工程の金型形状を変更した。
表1にプレス条件および評価結果をまとめて示す。
なお、プレス成形に使用する金属板は、板厚t=1.4mmであって、引張強度(材料強度)が590MPa級~1180MPa級の鋼板とした。
なお、プレス成形に使用する金属板は、板厚t=1.4mmであって、引張強度(材料強度)が590MPa級~1180MPa級の鋼板とした。
(No.1~No.3)
No.1~No.3(従来工法)は、製品のパンチ底曲率R1600の金型を使用し1工程だけで成形した結果である。No.1~No.3(従来工法)では、プレス成形解析とスプリングバック解析とを実施し、スプリングバック前後の天板部1のスプリングバック量(曲率半径)を測定した。
このとき、各材料強度のスプリングバック後の曲率半径は製品形状よりも大きくなり、さらに材料強度の増加に伴い曲率半径が大きくなる。また、下限の590MPa材と1180MPa材の曲率半径の差を求めたところ、206[mm]の差が発生した。
No.1~No.3(従来工法)は、製品のパンチ底曲率R1600の金型を使用し1工程だけで成形した結果である。No.1~No.3(従来工法)では、プレス成形解析とスプリングバック解析とを実施し、スプリングバック前後の天板部1のスプリングバック量(曲率半径)を測定した。
このとき、各材料強度のスプリングバック後の曲率半径は製品形状よりも大きくなり、さらに材料強度の増加に伴い曲率半径が大きくなる。また、下限の590MPa材と1180MPa材の曲率半径の差を求めたところ、206[mm]の差が発生した。
(No.4~No.6)
No.4~No.6では、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径が製品曲率R1600より小さくなるようにR1100の金型で成形し、第2の工程10Bは製品曲率R1600でリストライクをする条件で、プレス成形解析を行った。
この場合には、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径は、すべての材料強度で製品曲率R1600よりも小さくなった。この形状を第2の工程10Bにおいて、製品曲率R1600でリストライクすると、すべての材料強度でR1600よりも小さい曲率半径になるが、すべての材料強度でほぼ同じ曲率半径になる。また、下限の590MPa材と1180MPa材の曲率半径の差を求めたところ、-16[mm]の差となり、従来工法と比較して大幅に曲率半径の差が低減した。
No.4~No.6では、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径が製品曲率R1600より小さくなるようにR1100の金型で成形し、第2の工程10Bは製品曲率R1600でリストライクをする条件で、プレス成形解析を行った。
この場合には、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径は、すべての材料強度で製品曲率R1600よりも小さくなった。この形状を第2の工程10Bにおいて、製品曲率R1600でリストライクすると、すべての材料強度でR1600よりも小さい曲率半径になるが、すべての材料強度でほぼ同じ曲率半径になる。また、下限の590MPa材と1180MPa材の曲率半径の差を求めたところ、-16[mm]の差となり、従来工法と比較して大幅に曲率半径の差が低減した。
(No.7~No.9)
本発明に基づいたNo.7~No.9では、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径が製品曲率R1600より小さくなるようにR1200の金型で成形し、第2の工程10Bは製品曲率R1600よりも大きいR1700で成形するプレス成形解析を行った。
この場合には、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径は、すべての材料強度で製品曲率R1600よりも小さくなった。この形状を第2の工程10Bにおいて、R1700で成形すると、すべての材料強度で製品曲率R1600と同じ曲率になり、すべての材料強度でほぼ同じ曲率半径になる。また、下限の590MPa材と1180MPa材の曲率半径の差を求めたところ、2[mm]の差となり、従来工法と比較して大幅に曲率半径の差が低減した。また、No.4~No.6と比較しても、曲率半径の差が低減した。
本発明に基づいたNo.7~No.9では、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径が製品曲率R1600より小さくなるようにR1200の金型で成形し、第2の工程10Bは製品曲率R1600よりも大きいR1700で成形するプレス成形解析を行った。
この場合には、第1の工程10Aのスプリングバック後の曲率半径は、すべての材料強度で製品曲率R1600よりも小さくなった。この形状を第2の工程10Bにおいて、R1700で成形すると、すべての材料強度で製品曲率R1600と同じ曲率になり、すべての材料強度でほぼ同じ曲率半径になる。また、下限の590MPa材と1180MPa材の曲率半径の差を求めたところ、2[mm]の差となり、従来工法と比較して大幅に曲率半径の差が低減した。また、No.4~No.6と比較しても、曲率半径の差が低減した。
以上、本願が優先権を主張する、日本国特許出願2017-150070(2017年8月2日出願)の全内容は、参照により本開示の一部をなす。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
1 天板部
2 フランジ部
3 側壁部
4 本体部
5 張出部
6 縦壁部
10A 第1の工程
10B 第2の工程
2 フランジ部
3 側壁部
4 本体部
5 張出部
6 縦壁部
10A 第1の工程
10B 第2の工程
Claims (6)
- 天板部とフランジ部とが側壁部を介して幅方向で連続していると共に、上記天板部及び上記フランジ部が長手方向に沿って上記天板部側に凸若しくは凹に湾曲したハット形断面を有する製品形状に、金属板をプレス成形して製造する際に、
上記天板部及びフランジ部について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状にプレス成形して中間部品を製造する第1の工程と、
上記中間部品の長手方向に沿った湾曲を、上記製品形状よりも大きい曲率半径にプレス成形する第2の工程と、を有することを特徴とするプレス成形品の製造方法。 - 上記天板部及びフランジ部の上記各第2の曲率半径は、それぞれ上記第1の工程で成形した後に上記中間部品に発生するスプリングバック後の曲率半径が、上記製品形状での曲率半径以下となる値に設定することを特徴とする請求項1に記載したプレス成形品の製造方法。
- 上記製品形状における天板部の長手方向に沿った天板部の曲率半径をR1oと定義した場合、上記中間部品におけるスプリングバック後の天板部の長手方向に沿った曲率半径R1’が下記(1)式を満たす値となるように、上記天板部での上記第2の曲率半径の値を設定することを特徴とする請求項1に記載したプレス成形品の製造方法。
0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00・・・・(1) - 上記製品形状におけるフランジ部の長手方向に沿った曲率半径をR2oと定義した場合、上記中間部品におけるスプリングバック後のフランジ部の長手方向に沿った曲率半径R2’が下記(2)式を満たす値となるように、上記フランジ部での上記第2の曲率半径の値を設定することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載したプレス成形品の製造方法。
0.70 ≦ (R2’/R2o) < 1.00・・・・(2) - 第1の工程の成形にドロー成形またはフォーム成形を適用し、第2の工程の成形にリストライク加工を適用することを特徴とする請求項1~請求項4のいずれか1項に記載したプレス成形品の製造方法。
- 上記金属板の材料強度が590MPa以上の鋼板とすることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか1項に記載したプレス成形品の製造方法。
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