WO2020026356A1 - 伸びフランジ成形工具及びこれを用いた伸びフランジ成形方法、並びに伸びフランジ付き部材 - Google Patents

Abstract

プレス成形による伸びフランジ成形の方法を改善することにより、成形中に発生するひずみをブランクにおいて分散させ、ひいては円弧部中心での割れを生じさせることのない、伸びフランジ成形方法であって、上面視で凸部を有する上面部、直壁部、上面部と直壁部の間に、上面部０°超９０°未満及び直壁部と１０°以上９０°未満の角度をなして位置し、直壁部側で交わる２本の稜線を有する主斜壁部、２つの稜線のうち一方の稜線を主斜壁部と共有し、上面部及び直壁部とそれぞれ０°超９０°未満の角度をなして位置する第１の副斜壁部、及び２つの稜線のうち他方の稜線を主斜壁部と共有し、上面部及び直壁部とそれぞれ０°超９０°未満の角度をなして位置する第２の副斜壁部を備えることを特徴とする伸びフランジ成形工具を用いて伸びフランジ成形を行う。

Description

伸びフランジ成形工具及びこれを用いた伸びフランジ成形方法、並びに伸びフランジ付き部材

　本発明は、自動車用の部材等をプレス成形して得る伸びフランジ成形技術に関し、特に伸びフランジ成形工具及びこれを用いた伸びフランジ成形方法、並びに伸びフランジ付き部材に関する。

　近年、自動車の燃費及び衝突安全性の向上を目的に、高強度鋼板が適用されることが多くなっている。自動車用の部材は複雑な形状を要求されることもあり、優れた加工性能、即ち、伸びフランジ成形性が重要となる。

　伸びフランジ成形は、あらかじめ打ち抜き加工や切削加工により所定形状とされたブランクを、パッド及びパンチで挟み込むととともに、ブランクの加工される部位（例えば、周縁部）にダイを押し当て、この状態を保ったままブランクを挟み込んだパッド及びパンチとダイを相対的に移動させて、ダイとの接触部分をブランクの幅方向において曲げながら押し拡げる加工方法である。これにより、ブランクにパンチが押し込まれる方向とは逆向きに突き出した伸びフランジが成形される。

　成形された伸びフランジの板厚は、ダイとの接触領域で最も薄く、次いでこの接触領域に近い非接触領域ほど薄くなる。このような現象は、これらの領域で伸びフランジ成形時の加工度が大きく、ひいては変形が大きいためである。そのため、加工前の加工部位を伸びフランジ成形によって、所定のフランジに成形する際に、特に、伸びフランジ（折り曲げられた部分）の付け根付近から垂直に立ち上がったフランジの円弧部中心で割れが生ずることがある。

　そのため、曲げ加工に用いる工具の形状を改良することにより、伸びフランジ割れを防止する、フランジ付成形部材の加工技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１４／０１７４３６号

　特許文献１に開示されている技術では、成形途中にブランクの湾曲部が金型部と接触するタイミングを遅くし、湾曲部へのひずみ蓄積を分散させて伸びフランジ割れを防止している。しかしながら、この技術では、金型の逃げ部が単一面で構成されている（特許文献１の図３参照）ため、成形中にブランクに生じるひずみ量やひずみ分散の範囲が限定される。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、プレス成形による伸びフランジ成形技術を改善することにより、成形中に発生するひずみをブランクにおいて分散させ、フランジの円弧部中心での割れを生じさせることのない、伸びフランジ成形工具、及びこれを用いた伸びフランジ成形方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このような加工方法によって得られ、フランジの円弧部中心での割れのない伸びフランジ付き部材を提供することも目的とする。

　本発明者らは、高強度鋼板の伸びフランジ成形において、成形途中にブランクに発生するひずみを分散させることにより、成形時に割れを生じさせない方法について鋭意検討した。

　本発明者らは、従来、ブランクをその幅方向に折り曲げる伸びフランジ成形の際に、ブランクのダイとの接触部がブランクの湾曲中心部に集中しており、この部分に局所的な高い面圧が生じていたことでひずみが集中し、割れが生じていたことに着目した。検討の結果、本発明者らは、従来とは異なり、伸びフランジ成形の際に、ブランク上にダイとの接触部（すなわち、高面圧部）を複数箇所に設けてひずみを分散させて成形することで、ブランクにおいて局所的なひずみの発生を防止し、加工時の割れを防止することができるとの知見を得た（知見１）。

　また、本発明者らは、ブランクをその幅方向に折り曲げる伸びフランジ成形を行うにあたり、その初期に接触部において生ずるひずみをより広い範囲に分散させた方が、その後期に接触部において生ずるひずみを分散させるよりも、全体として加工時の割れを効率的に防止できるとの知見を得た（知見２）。

　本発明は、これらの知見１、２に基づき、フランジ成形中にブランクに生じるひずみを効率的に分散させて、割れの発生を高いレベルで防止することの可能な技術であり、その要旨は以下のとおりである。

　（１）上面視で凸部を有する上面部、直壁部、前記上面部と前記直壁部の間に、前記上面部０°超９０°未満及び前記直壁部と１０°以上９０°未満の角度をなして位置し、直壁部側で交わる２本の稜線を有する主斜壁部、前記２つの稜線のうち一方の稜線を前記主斜壁部と共有し、前記上面部及び前記直壁部とそれぞれ０°超９０°未満の角度をなして位置する第１の副斜壁部、及び前記２つの稜線のうち他方の稜線を前記主斜壁部と共有し、前記上面部及び前記直壁部とそれぞれ０°超９０°未満の角度をなして位置する第２の副斜壁部を備えることを特徴とする伸びフランジ成形工具。

　（２）前記主斜壁部と前記上面部が共有する辺に対する前記２本の稜線の開き角度が４５～９０°であることを特徴とする前記（１）の伸びフランジ成形工具。

　（３）前記主斜壁部の前記直壁部に対する角度θが１０～４５°であることを特徴とする前記１又は２の伸びフランジ成形工具。

　（４）前記２本の稜線の曲率半径が１５ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかの伸びフランジ成形工具。

　（５）正面視で、前記２本の稜線が副斜壁部に対してに凸であることを特徴とする前記（１）～（４）のいずれかの伸びフランジ成形工具。

　（６）側面視で、前記主斜壁部の鉛直方向寸法Ｓ、前記稜線の前記直壁部に対する傾斜角度θ、ブランクの前記パンチ及び前記パッドからの水平方向突出寸法ｈ、並びに前記パッド及び前記パンチから前記直壁部までの水平方向寸法ｃが、
　Ｓ≦（ｈ－ｃ）/ｔａｎθ
を満たすことを特徴とする前記（１）～（５）のいずれかの伸びフランジ成形工具。

　（７）前記第１の副斜壁部、及び／又は第２の副斜壁部が、さらに１本以上の稜線を備えることを特徴とする前記（１）～（６）のいずれかの伸びフランジ成形工具。

　（８）前記第１の副斜壁部、及び／又は第２の副斜壁部がさらに備える稜線が、主斜壁部と前記第１の副斜壁部又は第２の副斜壁部が共有する稜線と交わることを特徴とする前記（７）の伸びフランジ成形工具。

　（９）前記（１）～（８）のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形工具を用いて伸びフランジ部を有する部材を成形する、伸びフランジ成形方法であって、ブランクを前記２本以上の稜線に沿わせて曲げ成形する段階と、ブランクを前記直壁部の稜線に沿わせて曲げ成形する段階とを含むことを特徴とする伸びフランジ成形方法。

　（１０）内側に湾曲して凹んだ外周縁を有する天板部と、前記天板部に対して折れ曲がった状態で連なる湾曲部と非湾曲部を有する伸びフランジ部を備える伸びフランジ付き部材であって、前記伸びフランジ部の、湾曲部と非湾曲部との境界から非湾曲部の延在方向に、伸びフランジ高さ方向の長さの５０％以上１５０％以下の距離の領域のビッカース硬さが天板部のビッカース硬さよりも１０（ＨＶ）以上大きいことを特徴とする、伸びフランジ付き部材。

　本発明に係る成形工具及びこれを用いた成形方法では、成形段階を２段階とし、成形初期にブランクに生じるひずみを分散させる。本発明に係る成形技術によれば、伸びフランジ成形の初期に、ブランクとダイとの接触部、すなわち高面圧部を分散させて形成することにより、ブランクにおいて局所的なひずみの発生を防止し、ひいては加工時の割れを防止することができる。

図１は本実施形態に係る成形工具（ダイ）を示す図である。 図２は図１に示す成形工具（ダイ）と、パンチ及びとパッドとを用いてブランク（ブランク）を伸びフランジ成形する際の模式図である。 図３は斜壁部の稜線の水平方向に対する開き角度αを示す斜視図である。 図４は斜壁部の稜線の鉛直方向に対する傾斜角度θを示す側面図である。 図５は上面視したときのブランクと稜線との接触状態を示す断面図である。 図６は稜線の曲率半径を１ｍｍ、１５ｍｍとした場合の、ひずみ量と、ブランクと稜線との接触位置（ブランクの湾曲方向中心位置）Ｃからの距離との関係を示すグラフである。 図７は稜線の凸状態を示す斜視図である。 図８は伸びフランジ成形開始時におけるブランクと、成形工具（ダイ）とパッド及びパンチとの位置関係を示す側面図である。 図９は第１の副斜壁部の稜線と第２の副斜壁部の稜線で囲まれる領域にさらに２本の稜線を備える実施形態の斜視図である。 図１０は５９０ＭＰａ級のＤＰ鋼を用いた場合の、伸びフランジ付き部材における最大主ひずみを測定した結果を示す模式図である。 図１１は図１０に示す従来品及び本実施形態品に関し、ビッカース硬さと、湾曲中心を基準としたフランジの長手方向位置と、の関係を示すグラフである。

　＜伸びフランジ成形工具及び伸びフランジ成形方法＞
　[基本形態]
　以下に、本実施形態に係る伸びフランジ成形工具及び伸びフランジ成形方法について、その基本形態を説明する。

　図１は本実施形態に係る伸びフランジ成形工具（ダイ）を示す図であり、（ａ）は正面方向上方からの斜視図、（ｂ）は斜め方向からの斜視図である。

　図１に示す伸びフランジ成形工具（以下、単に「成形工具」という）１は、長手方向中心部が長手方向と垂直な方向に突出して湾曲する凸部を有しており、この部分が中心部にくびれを有するブランクとの接触部である成形部（主斜壁部１１、第１の副斜壁部１２ａ、第２の副斜壁部１３ａ、直壁部１２ｂ、直壁部１３ｂ）を構成する。また、成形部の長手方向両側には、ブランクとは接触しない非成形部１４、１５が成形部から連なっている。

　主斜壁部１１、成形部は、図１における鉛直方向上部に位置し、上面部１０に連なる主斜壁部１１、第１の副斜壁部１２ａ、第２の副斜壁部１３ａと、第１の副斜壁部１２ａ、第２の副斜壁部１３ａに対して、それぞれ鉛直方向下方に連なる直壁部１２ｂ、直壁部１３ｂとを備える。上面部１０と主斜壁部１１、第１の副斜壁部１２ａ、及び第２の副斜壁部１３ａは、それぞれ０°超９０°未満、好ましくは、０°超８０°以下の角をなして隣接して位置し、第１の副斜壁部１２ａと直壁部１２ｂ、第２の副斜壁部１３ａと直壁部１３ｂは、それぞれ０°超９０°未満の角をなし、主斜壁部１１と直壁部は１０°以上９０°未満の角をなして隣接して位置する。直壁部は、ダイとパンチの相対的な移動方向に平行な面を有する。ここで、面と面のなす角度は、それぞれの面を延長した面がなす鋭角側の角のことをいうものとする。

　なお、便宜上、上面部１０は伸びフランジ成形工具の最上面に水平にあるものとして説明するが、これは実際に伸びフランジ成形を行う際の成形工具の向きを限定するものではない。伸びフランジ成形においてはダイとパンチが相対的に移動すればよく、たとえば上面部１０が最下面になるような配置も当然可能である。

　斜壁部、直壁部の区分けは、非成形部１４、１５において存在していてもよい。

　主斜壁部１１は、湾曲中心から周方向に離れた位置で上面部１０から延在し、かつ、直壁部１２ｂ、１３ｂ側で交わる２本の稜線１６、１７を備える。

　ここで、稜線１６は、主斜壁部１１と第１の副斜壁部１２ａの境界において、その境界の曲率半径が最も小さい部分を連ねた線であり、峰と峰とを結んで続く線である。同様に、稜線１７は、主斜壁部１１と第２の副斜壁部１３ａの境界において、その境界の曲率半径が最も小さい部分を連ねた線であり、峰と峰とを結んで続く線である。

　直壁部１２ｂ、１３ｂは、境界に共有する稜線１８を備える。稜線１８は、少なくとも一部が曲面をなす直壁部１２ｂと直壁部１３ｂの境界において、その境界の曲率半径が最も小さい部分を連ねた線であり、峰と峰とを結んで続く線である。直壁部１２ｂ、１３ｂの稜線は、共有する稜線１８の他に、さらに異なる稜線を備えてもよい。

　本実施形態に係る成形工具では、稜線１６と稜線１７が直壁部側で１本に収束する。すなわち、図１に示すように、隣接する２本の稜線１６、１７と、主斜壁部１１と直壁部１２ｂ、１３ｂとの境界線の一部２０、２１と、稜線１８とが順に連通して形成されている。

　本実施形態に係る成形工具は、稜線１６、１７に囲まれる主斜壁部１１、稜線１６を主斜壁部１１と共有する第１の副斜壁部１２ａ、稜線１７を主斜壁部１１と共有する第２の副斜壁部１３ａの３面の斜壁を有する形状である。ダイ１をこのような形状とすることにより、フランジ成形中にブランクに生じるひずみを効率的に広い範囲に分散させることが可能となり、割れの発生を高いレベルで防止することが可能となる。

　以上に示す成形工具を用いた伸びフランジ成形は、以下のように行う。

　図２は図１に示す成形工具（ダイ１）と、パンチ３２及びパッド３４とを用いて、ブランク３６を伸びフランジ成形する例を示す模式図である。同図に示す例では、パンチ３２とパッド３４とによりブランク３６を挟んだ状態で、ブランク３６の両端をそれぞれダイ１、１の上面に乗せる。次いで、パンチ３２とパッド３４を鉛直方向下方に引き下げて伸びフランジ成形を行う。

　このような伸びフランジ成形では、稜線１６、１７が、主斜壁部１１と直壁部１２ｂとの境界をなす稜線２０、主斜壁部１１と直壁部１３ｂとの境界をなす稜線２１を介して、直壁部１２ｂ、１３ｂの共通の稜線１８に収束する稜線ユニットにより、成形工具とブランクとの接触状況が経時的に変化する。

　まず、伸びフランジ成形初期には、主斜壁部１１を囲む、成形工具の上面視湾曲部中心から周方向に離れた位置に設けられた稜線１６、１７とブランクとが接触する。具体的には、ブランクの特定部分が稜線１６、１７と連続的に接触していく。これにより、ブランクは主斜壁部１１に沿って面外に曲げられるとともに、連続的に変化する上記特定部分で高い面圧を受けて局所的に引張り変形される。

　次に、伸びフランジ成形中期には、主斜壁部１１と直壁部１２ｂとの境界をなす稜線２０、主斜壁部１１と直壁部１３ｂとの境界をなす稜線２１とブランクとが接触する。具体的には、ブランクの特定部分が稜線２０、２１と連続的に接触していく。これにより、ブランクは稜線２０、２１に沿ってさらに面外に曲げられるとともに、連続的に変化する上記特定部分で高い面圧を受けて局所的に引張り変形される。

　最後に、伸びフランジ成形後期には、直壁部１２ｂ、１３ｂに形成された、成形工具の上面視湾曲部中心に設けられた稜線１８とブランクとが接触する。具体的には、ブランクの特定部分が直壁部１２ｂ、１３ｂの鉛直方向最上部から最下部まで形成された上記稜線と連続的に接触していく。これにより、ブランクは直壁部１２ｂ、１３ｂに沿って面外に曲げられるとともに、連続的に変化する上記接触部分で高い面圧を受けて局所的に引張り変形される。

　以上のような成形工具（ダイ１）を用いた伸びフランジ成形では、伸びフランジ成形初期において、ブランクと成形工具との接触部分（稜線１６、１７）を２箇所設けることで、ブランクの湾曲方向（周方向）における引張変形を広い範囲で行い、ひずみの分散を高いレベルで行うことができる。

　このような変形挙動を経たブランクは、その後、主斜壁部１１と直壁部１２ｂとの境界線の一部（稜線２０）、主斜壁部１１と直壁部１３ｂとの境界線の一部（稜線２１）を介して、直壁部１２ｂ、１３ｂの稜線１８へと接触部分を順次移行させる。これにより、上述のとおり成形初期に十分にひずみを分散させているため、成形後期において従来と同じ変形挙動を採用しても、特定箇所におけるひずみの集中を高いレベルで低減することができる。従って、本実施形態の伸びフランジ成形技術によれば、ブランクの円弧部中心において割れのない伸びフランジ付き部材を提供することができる。

　[付加的形態]
　次に、本実施形態に係る伸びフランジ成形工法及び成形工具の上記基本形態に対して、任意選択的に実施可能な、付加的形態１から４を説明する。

　（付加的形態１）
　基本形態においては、稜線１６、稜線１７の、主斜壁部と上面部が共有する辺に対する開き角度が４５°以上９０°以下であること（付加的形態１）が好ましい。図３は、稜線１６の水平方向に対する開き角度αを示す斜視図であり、（ａ）は開き角度αが９０°の場合であり、（ｂ）は開き角度αが４５°の場合である。

　開き角度αを小さくすることで、稜線１６、１７間の距離を十分に確保しブランクと稜線との接触範囲を周方向に広く与えることができる。開き角度αが４５°以上であれば、主斜壁部１１の鉛直方向に対する傾斜角度（後述する傾斜角度θ：図４参照）を過度に大きくしない範囲で主斜壁部１１の形状、さらに第１の副斜壁部１２ａ、第２の副斜壁部１３ａを規定することができる。

　なお、開き角度αを大きくすることで、稜線１６、１７間の距離が小さくなりブランクと稜線の接触範囲が狭くなることによって、ブランクの湾曲部中央付近に過度なひずみ集中が生じることなくフランジ部を成形できる。開き角度αが９０°以下の場合、この効果が高いレベルで奏される。

　開き角度αを４５°以上８０°以下とした場合には、さらに高いレベルでブランクの湾曲部中央付近に過度なひずみ集中が生じることなくフランジ部を成形でき、４５°以上７０°以下とした場合には、極めて高いレベルでブランクの湾曲部中央付近に過度なひずみ集中が生じることなくフランジ部を成形できる。なお、稜線１６、１７のそれぞれの水平方向に対する開き角度は等しい値とする必要はなく、成形するフランジの形状により、適宜調整することができる。

　（付加的形態２）
　基本形態及び基本形態に付加的形態１を組み合わせた形態においては、主斜壁部１１の直壁部１２ｂ，１３ｂが共有する稜線１８に対する傾斜角度（直壁部となす角度）が、１０°以上４５°以下であること（付加的形態２）が好ましい。図４は主斜壁部の鉛直方向に対する傾斜角度（直壁部となす角度）θを示す側面図であり、（ａ）は傾斜角度θが１０°の場合であり、（ｂ）は傾斜角度θが４５°の場合である。

　主斜壁部１１の鉛直方向に対する傾斜角度θを４５°以下とすることで、主斜壁部の傾斜が急峻となり、ブランクの稜線との接触終了時における曲げ変形量を大きく確保することができる。これにより、直壁部１２ｂ、１３ｂに設けられた稜線１８とブランクとの接触による曲げ変形量を相対的に小さくすることができる。直壁部１２ｂ、１３ｂでの成形時には、ブランクの括れ中心に対応する稜線１８との接触によってブランクには特にひずみが多く発生するが、本実施形態によれば、稜線１８との接触による曲げ変形量を抑制し、さらに割れを効率的に防止することができる。

　一方、主斜壁部１１の直壁部１２ｂ，１３ｂが共有する稜線１８に対する傾斜角度θを１０°以上とすることで、主斜壁部１１の傾斜が緩やかになり、上述した稜線１６、稜線１７の水平方向に対する開き角度αを十分に確保することができる。

　その理由は、傾斜角度θを１０°未満とした上で開き角度αを９０°以下とした場合、稜線１６、１７をブランクの湾曲中心から周方向に十分に離れた位置に配置するには、第１の副斜壁部１２ａ、第２の副斜壁部１３ａの鉛直方向に対する傾斜角度θが負角になるためである。傾斜角度θが負角の場合には、ブランクを第１の副斜壁部１２ａ、第２の副斜壁部１３ａから直壁部１２ｂ、１３ｂが共有する稜線１８へ、段階的に接触させて曲げ変形を与えることができなくなるため、傾斜角度θは正の角度とする必要がある。

　傾斜角度θを１５°以上４０°以下とした場合には、さらにブランクの稜線との接触終了時における曲げ変形量を大きくしつつ稜線１８との接触による曲げ変形量を抑制し割れを効率的に防止することができ、１５°以上３５°以下とした場合には、極めて高いレベルでブランクの稜線との接触終了時における曲げ変形量を大きくしつつ稜線１８との接触による曲げ変形量を抑制し割れを効率的に防止することができる。

　（付加的形態３）
　基本形態及び基本形態に付加的形態１、２の少なくともいずれかを組み合わせた形態においては、上記斜壁部の稜線１６、１７の上面部１０との接続点における曲率半径が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であること（付加的形態３）が好ましい。図５はブランクと稜線１６との接触状態を示す断面図（上面視）であり、（ａ）は稜線１６の曲率半径が１ｍｍの場合であり、（ｂ）は稜線１６の曲率半径が１５ｍｍの場合である。図６は稜線１６、１７の曲率半径を１ｍｍ（Ｒ１）、１５ｍｍ（Ｒ１５）とした場合の、周方向のひずみ量εと、ブランクと稜線１６との接触位置（ブランクの湾曲方向中心位置）Ｃからの距離Ｐとの関係を示すグラフである。なお、図６におけるひずみ量は、いずれもパンチとパッドに対して同量の負荷をかけた場合のひずみ量である。

　ここで、稜線の曲率半径とは、図５に示すように、断面図において直線となる主斜壁部と副斜壁部との交点における曲率半径のことをいい、稜線そのものの曲率のことではない。

　図５（ａ）に示すように、稜線１６の曲率半径が小さい場合（Ｒ１）は、ブランク３６と稜線１６との接触面積が比較的小さく、図５（ｂ）に示すように稜線１６の曲率半径が大きい場合（Ｒ１５）は、ブランク３６と稜線１６との接触面積が比較的大きい。このため、図６に示すように、曲率半径が大きい場合（Ｒ１５）は曲率半径が小さい場合（Ｒ１）に比べて周方向の最大主ひずみ量を広い領域に大きく与えることができる。よって、稜線１６の曲率半径は１ｍｍ以上とすることが好ましい。

　これに対し、稜線１６、１７の曲率半径を過度に大きくすると、ブランク３６に局所的に作用する面圧を十分に得ることができず、ブランク３６のひずみを周方向に向けて十分に分散させることができない。このため、稜線１６、１７の曲率半径は１５ｍｍ以下とすることが好ましい。

　以上の効果は、稜線の曲率半径を１３ｍｍ以下とした場合に、それぞれさらに高いレベルで奏され、５ｍｍ以下とした場合に、それぞれ極めて高いレベルで奏される。なお、稜線の曲率半径を過度に小さくした場合には、伸びフランジ成形が困難になるおそれがあるため、第１稜線の曲率半径は少なくとも１ｍｍ程度必要である。

　（付加的形態４）
　基本形態及び基本形態に付加的形態１から３の少なくともいずれかを組み合わせた形態においては、正面視で、主斜壁部１１を囲む稜線１６、１７が副斜壁部に対して凸であること（付加的形態４）が好ましい。図７は稜線の凸状態を示す斜視図であり、（ａ）は稜線が主斜壁部に対して凸（副斜壁部に対して凹）の場合であり、（ｂ）は稜線が副斜壁部に対して凸の場合である。

　図７（ａ）に示す場合（稜線１６、１７が主斜壁部に対して凸の場合）は、稜線１６と、主斜壁部１１と直壁部１２ｂの境界をなす稜線２０との接続部、稜線１７と、主斜壁部１１と直壁部１３ｂとの境界をなす稜線２１の接続部の延在方向が急激に変化する。また、仮に、稜線２０、２１が、すなわち、稜線２０、２１を介さずに稜線１６、１７が稜線１８と直接接続する場合においても、上記接続部の延在方向が急激に変化する。

　これに対し、図７（ｂ）に示す場合（稜線１６、１７が副斜壁部に対して凸の場合）は、稜線１６と、主斜壁部１１と直壁部１２ｂとの境界をなす稜線２０との接続部、及び稜線１７と、主斜壁部１１と直壁部１３ｂとの境界をなす稜線２１との接続部の延在方向が緩やかに変化する。また、稜線２０、２１がない場合、すなわち、稜線２０、２１を介さずに、稜線１６、１７が稜線１８と直接接続する場合においても、上記接続部の延在方向が緩やかに変化する。

　このため、図７（ｂ）に示す場合（稜線１６、１７が副斜壁部に対して凸の場合）は、図７（ａ）に示す場合（稜線１６、１７が上に凸の場合）に比べて、上記接続部においてひずみが集中的に残存することがなく、ひいては優れたひずみ分散効果を得ることができる。従って、図７（ｂ）に示す場合（稜線１６、１７が下に凸の場合）には、ブランクにおいて局所的なひずみの発生をさらに防止し、ひいては加工時の割れをさらに防止することができる。

　（付加的形態５）
　基本形態（伸びフランジ成形工法）及びこの基本形態に付加的形態１から４の少なくともいずれかを組み合わせた形態においては、側面視で、上記主斜壁部の鉛直方向寸法Ｓ、上記主斜壁部の鉛直方向に対する傾斜角度θ、ブランクの上記パンチ及び上記パッドからの水平方向突出寸法ｈ、並びに上記パンチ及び上記パッドから上記直壁部までの水平方向寸法ｃが、
　Ｓ≦（ｈ－ｃ）/ｔａｎθ　　　　　　　　　　　　　　（１）
の関係を満たすことが好ましい。

　図８は伸びフランジ成形開始時におけるブランク３６と、成形工具（ダイ１）とパッド３２及びパンチ３４との位置関係を示す側面図である。図８においては、主斜壁部１１の鉛直方向寸法Ｓ、主斜壁部１１の鉛直方向に対する傾斜角度θ、ブランク３６のパンチ３２及びパッド３４からの水平方向突出寸法ｈ、並びにパンチ３２及びパッド３４から直壁部までの水平方向寸法ｃに関し、（ａ）はＳ＞（ｈ－ｃ）/ｔａｎθを満たす場合であり、（ｂ）はＳ≦（ｈ－ｃ）/ｔａｎθを満たす場合である。

　上記（１）式を満たさない場合、すなわち、伸びフランジ成形の当初からブランク３６の水平方向端部が主斜壁部１１と当接する場合（図８（ａ））は、当該端部の損傷が比較的大きい。これに対し、上記（１）式を満たす場合、即ち伸びフランジ成形の当初からはブランク３６の水平方向端部が主斜壁部１１と当接しない場合（図８（ｂ））は、当該端部の損傷が比較的小さい。

　このため、図８（ｂ）に示す例の方が、図８（ａ）に示す例に比べて、ブランクの水平方向端部の変形能の低下量が小さい。従って、これら両図に示す状態から伸びフランジ成形がそれぞれ行われた場合には、図８（ｂ）に示す例の方が、ブランク３６の特に水平方向端部付近に過度な損傷が付与されることなく変形することから、成形時の割れをさらに高いレベルで防止することができる。

　（付加的形態６）
　基本形態及びこの基本形態に付加的形態１から５の少なくともいずれかを組み合わせた形態において、第１の副斜壁部の稜線及び第２の副斜壁部は、領域内に、稜線１６、１７の他に、さらに稜線を備えてもよい。稜線は、第１の副斜壁部の稜線及び第２の副斜壁部で対称な位置にあるようにする必要はなく、それぞれの斜壁部で異なる数の稜線があってもよい。

　図９は、第１の副斜壁部１２ｂの領域内、第２の副斜壁部１３ｂの領域内に、それぞれ、稜線２２、２３を備える場合の例である。図９に示す例では、稜線１６、１７を含めた稜線の合計数を４本に増やすことで、５面の斜壁を有する形状となる。

　また、図９に示す例では、稜線２２、稜線２３は、それぞれ稜線１６、１７と交わる。このような構成として、成形の初期にブランクと成形工具との接触部分（稜線１６、１７、２２、２３）を複数設けることで、複数の点が伸びフランジ成形の起点となり、ブランクの湾曲方向（周方向）における引張変形を広い範囲で行い、高面圧が負荷される位置の感覚が広がりひずみをさらに分散させることができる。

　さらに備える稜線の数の上限は特に限定しないが、稜線が多すぎるとダイが大型化しコストアップを招くので、さらに備える稜線の合計数は１～４本が好ましい。

　＜伸びフランジ付き部材＞
　図１０は引張り強度５９０ＭＰａ級の鋼板を用いた場合の、伸びフランジ付き部材の湾曲中心部付近における最大主ひずみを測定した結果を示す模式図であり、（ａ）は従来の伸びフランジ付き部材（従来品）を示し、（ｂ）は本実施形態に係る伸びフランジ付き部材（本実施形態品）を示す。

　ここで、両図における実線は、それぞれ、同じ最大主ひずみ値が測定された点を連ねた線である。なお、図１０（ａ）に示す従来品は、特許文献１に開示された伸びフランジ成形用の工具一式を用いて、特許文献１に開示された方法により得られた伸びフランジ付き部材である。これに対し、図１０（ｂ）に示す本実施形態品は、図１に示すダイ１と、図２に示すパンチ３２、パッド３４を用いて、上述した本実施形態に係る成形方法により得られた伸びフランジ付き部材である。

　図１０（ａ）、（ｂ）に示す伸びフランジ付き部材は、いずれも、内側に湾曲して凹んだ外周縁を有する天板部と、上記天板部に対して折れ曲がった状態で連なる伸びフランジ部の２つと、を備える点で共通する。

　図１０（ａ）、（ｂ）によれば、伸びフランジの湾曲部中心にはひずみが多く発生することは、従来品及び本実施形態品のいずれにおいても確認される。しかしながら、図１０（ａ）に示す従来品では最大主ひずみが０．４７であるのに対し、図１０（ｂ）に示す本実施形態品の最大主ひずみは０．３２であることが判明した。このため、本実施形態品では、最大主ひずみが比較的低く抑えられているといえる。

　次に、図１０に示す従来品と本実施形態品のそれぞれについて、伸びフランジ部の特に湾曲中心部のビッカース硬さを測定した。図１１は、図１０に示す従来品及び本実施形態品に関し、ビッカース硬さと、湾曲中心を基準としたフランジの長手方向位置と、の関係を示すグラフである。なお、ビッカース硬さ測定位置における鉛直方向位置は、伸びフランジの鉛直方向最上部から当該方向に１ｍｍ下方の位置とした。

　図１１から明らかなように、従来品については湾曲部中心から離れるにつれてビッカース硬さが急激に変動していることが判る。これに対し、本実施形態品ではこのようなビッカース硬さの急激な変動は見られず、湾曲部の外側の領域においてもなおビッカース硬さが比較的高い領域が存在することが判明した。

　ここで、引張り強度５９０ＭＰａ級の鋼板を用いたときの天板部（非加工部）のビッカース硬さは約２００ＨＶであることが知られているのに対し、湾曲部中心のビッカース硬さは図１１に示すとおり５５０ＨＶから６００ＨＶ程度である。そして、湾曲部中心から周方向に離れるとビッカース硬さは減少するが、天板部のビッカース硬さよりも１０ＨＶ以上大きいビッカース硬さを示す領域については、湾曲部中心の最大主ひずみが十分に分散された領域であるといえる。

　図１１によれば、このような最大主ひずみが十分に分散された領域は、従来品については湾曲中心から約１５ｍｍの範囲に留まるが、本実施形態品については湾曲中心から少なくとも約３０ｍｍの範囲まで及んでいる。

　以上により、本実施形態品においては、従来品に比べて、最大主ひずみがフランジの湾曲中心から周方向外側に極めて広範囲にわたって分散しているといえる。このため、本実施形態に係る伸びフランジ成形技術は、従来技術に比べて、加工時の割れ発生を飛躍的に防止することができる技術であるといえる。

　また、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記の実施形態は例示であり、本発明は上記の実施形態によって限定して解釈されるべきものではない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有するものが、本発明の技術思想の範囲内で、様々な変更例、修正例を想到し得ることは明らかである。

　たとえば、主斜壁部、第１の副斜壁部、第２の副斜壁部は左右対象な形状でなくてもかまわない。また、上記の実施形態ではブランクとして鋼板を用いる例について説明したが、本発明の対象が鋼板に限定されるものでないことはいうまでもない。本発明はプレス成形に関する技術であるから、プレス成形可能な、たとえば、アルミ板やチタン板にも適用可能であることは明らかである。

　１　　伸びフランジ成形工具（ダイ）
　１０　　上面部
　１１　　主斜壁部
　１２ａ　　第１の副斜壁部
　１２ｂ　　直壁部
　１３ａ　　第２の副斜壁部
　１３ｂ　　直壁部
　１４　　非成形部
　１５　　非成形部
　１６　　稜線
　１７　　稜線
　１８　　稜線
　２０　　主斜壁部と直壁部との境界線の一部（稜線）
　２１　　主斜壁部と直壁部との境界線の一部（稜線）
　２２　　稜線
　２３　　稜線
　３２　　パンチ
　３４　　パッド
　３６　　ブランク
　Ｃ　　ブランクと稜線との接触位置（ブランクの湾曲方向中心位置）
　ｃ　　パンチ及びパッドから直壁部までの水平方向寸法
　ｈ　　ブランクのパンチ及びパッドからの水平方向突出寸法
　Ｐ　　ブランクの湾曲方向中心位置からの距離
　Ｓ　　斜壁部の鉛直方向寸法
　α　　第１稜線の水平方向に対する開き角度
　ε　　ひずみ量
　θ　　斜壁部の鉛直方向に対する傾斜角度

Claims (10)

1. 　上面視で凸部を有する上面部、
   　直壁部、
   　前記上面部と前記直壁部の間に、前記上面部と０°超９０°未満及び前記直壁部と１０°以上９０°未満の角度をなして位置し、直壁部側で交わる２本の稜線を有する主斜壁部、
   　前記２つの稜線のうち一方の稜線を前記主斜壁部と共有し、前記上面部及び前記直壁部とそれぞれ０°超９０°未満の角度をなして位置する第１の副斜壁部、及び
   　前記２つの稜線のうち他方の稜線を前記主斜壁部と共有し、前記上面部及び前記直壁部とそれぞれ０°超９０°未満の角度をなして位置する第２の副斜壁部
   を備えることを特徴とする伸びフランジ成形工具。
2. 　前記主斜壁部と前記上面部が共有する辺に対する前記２本の稜線の開き角度が４５～９０°であることを特徴とする請求項１に記載の伸びフランジ成形工具。
3. 　前記主斜壁部の前記直壁部に対する角度θが１０～４５°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の伸びフランジ成形工具。
4. 　前記２本の稜線の曲率半径が１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形工具。
5. 　正面視で、前記２本の稜線が副斜壁部に対してに凸であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形工具。
6. 　側面視で、前記主斜壁部の鉛直方向寸法Ｓ、前記稜線の前記直壁部に対する傾斜角度θ、ブランクの前記パンチ及び前記パッドからの水平方向突出寸法ｈ、並びに前記パッド及び前記パンチから前記直壁部までの水平方向寸法ｃが、
   　Ｓ≦（ｈ－ｃ）/ｔａｎθ
   を満たすことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形工具。
7. 　前記第１の副斜壁部、及び／又は第２の副斜壁部が、さらに１本以上の稜線を備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形工具。
8. 　前記第１の副斜壁部、及び／又は第２の副斜壁部がさらに備える稜線が、主斜壁部と前記第１の副斜壁部又は第２の副斜壁部が共有する稜線と交わることを特徴とする請求項７に記載の伸びフランジ成形工具。
9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の伸びフランジ成形工具を用いて伸びフランジ部を有する部材を成形する、伸びフランジ成形方法であって、
   　ブランクを前記２本以上の稜線に沿わせて曲げ成形する段階と、
   　ブランクを前記直壁部の稜線に沿わせて曲げ成形する段階と
   を含むことを特徴とする伸びフランジ成形方法。
10. 　内側に湾曲して凹んだ外周縁を有する天板部と、
    　前記天板部に対して折れ曲がった状態で連なる湾曲部と非湾曲部を有する伸びフランジ部
    を備える伸びフランジ付き部材であって、
    　前記伸びフランジ部の、湾曲部と非湾曲部との境界から非湾曲部の延在方向に、伸びフランジ高さ方向の長さの５０％以上１５０％以下の距離の領域のビッカース硬さが天板部のビッカース硬さよりも１０（ＨＶ）以上大きい
    ことを特徴とする、伸びフランジ付き部材。

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