(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された側壁部を備えたハット型断面構造部材の絞り曲げ成形方法であって、
凹状成形面およびこの凹状成形面の外側に連成された板押さえ面を有する第１成形型と、前記第１成形型側に相対移動することにより前記板押さえ面の上に供給された金属板を前記凹状成形面と共働して前記側壁部を成形する凸状成形面を有する第２成形型と、成形の際に金属板を前記板押さえ面に押圧する板押さえ部材とを備え、前記凹状成形面から前記板押さえ面に移行する肩部はその曲率半径Ｒが金属板の板厚をｔとしたときＲ＝１．５ｔ〜３．５ｔとされた金型を用い、
金属板を成形する際の前記第１成形型あるいは前記第２成形型が相対移動する成形ストロークをＳとし、成形に要する全成形ストロークをＳＴとしたとき、Ｓが０．９８×ＳＴ〜０．９９×ＳＴの間にあるときに金属板を前記板押さえ部材と前記板押さえ面とによって拘束し、その状態でＳＴの残部を成形する衝撃吸収特性に優れたハット型断面構造部材の絞り曲げ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば自動車車体、自動車用部品などに使用される、衝撃吸収用ハット型断面構造部材の衝撃吸収特性を向上させる絞り曲げ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の耐衝突安全性向上の要求が強まるとともに、地球環境の保護の観点から自動車の燃費向上のため、車体重量の軽量化の要求が強まっている。このような要求を満足させるために、自動車の衝突時の衝撃吸収用部材を形成する材料として、高強度鋼板が用いられるようになってきた。衝撃吸収用部材の形状としては、図４に示すように、対向配置された側壁部５２、５２を備えた、Ｕ形断面を有するハット型断面構造部材５１が多い。
【０００３】
前記ハット型断面構造部材５１は、通常、プレス成形による絞り曲げ成形よって成形される。前記絞り曲げ成形は、図１に示すように、一対の平面部が対向配置された凹状成形面２を有し、該凹状成形面２の外側に板押さえ面３が延設された下型（ダイ）１と、前記下型１に対して昇降自在に設けられ、下型１側に下降することによって前記凹状成形面２と共働して金属板Ｗを成形する凸状成形面５を有する上型４と、前記板押さえ面３との間で金属板Ｗを押圧状態で挟持する板押さえ部材６とを備えた金型１０を用い、前記板押さえ面３と板押さえ部材６との間に金属板Ｗを押圧状態で挟持し、上型４の凸状成形面５の下面を金属板Ｗに当接させつつ下方へ下降させて金属板Ｗを凸状成形面５と凹状成形面２との間で断面Ｕ形に成形する方法である。図中のＳは、凸状成形面５の下面が金属板Ｗに当接してから、上型４が成形のために移動する移動量であり、成形ストロークと呼ぶ。なお、板押さえ面３と板押さえ部材６とによって金属板Ｗを挟持する際の押圧力（板押さえ圧）は、成形の際に板押さえ面３と板押さえ部材６とによって挟持された金属板Ｗの成形面への流入を妨げず、板押さえ面３上において金属板Ｗにしわが発生しないように設定される。
【０００４】
成形対象の金属板として鋼板を用い、これを絞り曲げ成形すると、鋼板が下型１の凹状成形面２から板押さえ面３に移行する肩部７を通過する際に曲げ・曲げ戻し変形を受けて加工硬化し、これにより降伏点が上昇し、あるいはさらにその後の塗装焼き付け処理（ＢＨ処理と呼ぶ。）によってさらに降伏点が向上し、ハット型断面構造部材の衝撃吸収特性は向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
鋼板を用いてハット型断面構造部材を絞り曲げ成形した場合、図２に示すように、成形後、弾性回復現象によって曲げ・曲げ戻し変形を受けたハット型断面構造部材５１の側壁部５２に寸法精度不良（反り）が発生しやすいという問題があり、この反りは鋼板の強度が高いほど著しい。
【０００６】
この側壁部５２の反りを防止するためには、基本的には成形の際に曲げ・曲げ戻し変形を受ける側壁部に引っ張り力を作用させることが有効である。側壁部に引っ張り力を作用させるには、成形中の押圧力を高くしたり、あるいは板押さえ面３に凹部を設け、一方板押さえ部材６に前記凹部に係合する凸部を設けることにより、鋼板の流入抵抗を増大する方法がとられる。
【０００７】
しかしながら、この様な方法では、側壁部５２での反りが防止されるものの、側壁部５２の板厚がかなり減少するため、耐衝撃特性という観点から見れば、成形部材の衝撃吸収特性が却って低下してしまうという問題がある。
【０００８】
なお、ハット型断面構造部材５１は、Ｖ曲げ成形によっても成形される。前記Ｖ曲げ成形は、図７に示すように、Ｖ溝成形面２２を有する下型２１と、前記下型２１側に下降して前記Ｖ溝成形面２２と共働して金属板ＷをＶ溝成形面２２に沿って曲げ成形する凸状成形面２５とを有する上型２４とを備えた金型３１を用い、前記Ｖ溝成形面２２の上に金属板Ｗを置き、上型２４を下降させて金属板Ｗに凸状成形面２５の頂部を当接させ、さらに押し下げてＶ溝成形面２２に沿って曲げ成形する方法である。このＶ曲げ成形によって成形した場合、ハット型断面構造部材５１の側壁部５２には、反りが発生せず、また板厚の減少も生じないが、側壁部５２は変形を受けないため、加工硬化、ＢＨ処理による衝撃吸収特性の向上は期待できない。
【０００９】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、金属板で形成されたハット型断面構造部材の絞り曲げ成形において、成形型の移動方向に成形された側壁部に反りが生じにくく、しかも衝撃吸収特性に優れた部材を成形することができる成形方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のハット型断面構造部材の絞り曲げ成形方法は、請求項１に記載したように、凹状成形面およびこの凹状成形面の外側に連成された板押さえ面を有する第１成形型と、前記第１成形型側に相対移動することにより前記板押さえ面の上に供給された金属板を前記凹状成形面と共働して成形する凸状成形面を有する第２成形型と、成形の際に金属板を前記板押さえ面に押圧する板押さえ部材とを備え、前記凹状成形面から前記板押さえ面に移行する肩部はその曲率半径Ｒが金属板の板厚をｔとしたときＲ＝１．５ｔ〜３．５ｔとされた金型を用い、金属板を成形する際の前記第１成形型あるいは前記第２成形型が相対移動する成形ストロークをＳとし、成形に要する全成形ストロークをＳＴとしたとき、Ｓが０．９８×ＳＴ〜０．９９×ＳＴの間にあるときに金属板を前記板押さえ部材と前記板押さえ面とによって拘束し、その状態でＳＴの残部を成形するものである。
【００１１】
本発明の成形方法によれば、第１成形型の凹状成形面から板押さえ面に移行する肩部の曲率半径Ｒが金属板の板厚ｔに対して１．５ｔ〜３．５ｔとされた金型を用いて絞り曲げ成形し、成形する際に、成形に要する全成形ストロークをＳＴとしたとき、成形ストロークＳが０．９８×ＳＴ〜０．９９×ＳＴの間にあるときに金属板を前記板押さえ部材と前記板押さえ面とによって拘束し、その状態でＳＴの残部を成形するので、金属板の拘束後の成形後段において、成形型の移動方向に成形されたハット型断面構造部材の側壁部に、ほとんど板厚変化を生じさせることなく、伸び歪を導入することができる。このため、板厚減少による衝撃吸収特性の劣化を防止しつつ、ハット型断面構造部材の側壁部の反りを改善することができる。
【００１２】
前記肩部の曲率半径Ｒを１．５ｔ〜３．５ｔとしたのは、金属板が肩部を通過する際に曲げ・曲げ戻し変形により、板厚を減少させることなく適度な加工硬化を付与するためである。すなわち、後述の実施例から明らかなとおり、肩部の曲率半径Ｒが１．５ｔ未満では金属板が肩部を通過する際の曲げ・曲げ戻し変形による加工硬化による降伏点は十分に上昇するが、変形量が大きくなるために成形部材の側壁部における板厚が減少し、衝撃吸収特性が低下するようになる。一方、Ｒが３．５ｔを超えると金属板が肩部を通過する際の曲げ・曲げ戻し変形量が小さいため、降伏点の上昇が不足し、衝撃吸収特性が向上しないようになる。
【００１３】
また、金属板の拘束の開始時点すなわち成形前段から成形後段への切り換え時点を成形ストロークＳが０．９８×ＳＴ〜０．９９×ＳＴの間にあるときとしたのは、後述の実施例から明らかなとおり、Ｓが０．９８ＳＴ未満では反りは軽減するものの、成形後段における金属板の拘束後の残部の成形ストローク（ＳＴ−Ｓ）が長いため、側壁部の伸びひずみが大きくなり、板厚が減少して衝撃吸収特性が低下するようになり、一方Ｓが０．９９ＳＴを超えると、拘束後の成形ストローク（ＳＴ−Ｓ）が短いため、側壁部に十分な伸びが加えられず、反りの低減効果が不足するようになるからである。
【００１４】
本発明の成形対象となる金属板は、鋼板に限らず、Ａｌ又はＡｌ合金板、Ｔｉ又はＴｉ合金板等を用いることができ、強度の高いものほど効果的である。金属板として、自動車部材として使用される板厚１〜３mm程度の鋼板を用いる場合、成形前段における鋼板の板押さえ部材による押圧力Ｐは、通常、成形前段の成形終了時点における板押さえ面と板押さえ部材とによって挟持された鋼板に作用する面圧が１０〜３０kgf/cm2 になるように設定され、成形後段に入る前に鋼板を拘束して、凹状成形面への流入を阻止するには、押圧力を４．０×Ｐ以上に設定すればよい。
【００１５】
また、本発明に用いる金型の第１成形型、第２成形型はそれぞれ図１の下型１、上型４に相当するものであるが、下型１と上型４との配置を上下反転し、下型１を上型４側に移動して成形を行うようにしてもよい。
【００１６】
【実施例】
強度５９０Ｎクラスの鋼板（板厚ｔ＝１．６０mm、降伏点ＹＳ＝３７６Ｎ／mm2 、引張強さＴＳ＝６０３Ｎ／mm2 、伸びＥｌ＝２６．５％）を図１および図７に示した金型を用いて、表１の条件にしたがって絞り曲げ成形、Ｖ曲げ成形によりハット型断面部材を製作した。
【００１７】
絞り曲げ成形については、全成形ストロークＳＴは８０mmであり、板押さえ部材６による成形前段における押圧力Ｆ１を５tonf（成形前段の成形終了時点における鋼板に作用する面圧２７kgf/cm2 ）として成形した。また、成形ストロークＳが全成形ストロークＳＴ（＝８０mm）に対して表中のＳ／ＳＴとなった時点で押圧力をＦ２に上昇して、鋼板を板押さえ面３上で拘束するようにして、ＳＴの残部（ＳＴ−Ｓ）を成形した。表中のＲは図１に示す肩部７、あるいは図７に示す凸状成形面２５の先端アール部の曲率半径である。
【００１８】
成形後、ハット型断面部材５１の側壁部５２の反りを測定した。反りの大きさδは、図２に示すように、ハット型断面部材５１の角部のＲ止まり（アール末端）を結ぶ直線から各側壁部５２、５２における最大離間量δ１、δ２を測定し、δ＝（δ１＋δ２）／２から算出した。また、側壁部５２から引張試験片を採取し、その平均の板厚ｔ′を求めた。また、引張試験により降伏点を測定し、成形前の素材鋼板との降伏点差（ΔＹＳ）を求めた。
【００１９】
また、図３に示すように、ハット型断面構造部材５１の開口部に同材質、同厚の平板６１をスポット溶接し、両端に端板６２、６２を溶接して衝撃試験部材６３を製作し、これを用いて下記要領で衝撃圧壊試験を行い、高速変形時の衝撃吸収特性を調べた。前記衝撃圧壊試験は、試験部材６３の一端を固定し、他端に１４ｍ／ｓで試験部材の軸方向から衝突体を衝突させ、ハット型断面構造部材５１の変位量が１５０mmまでの吸収エネルギーを測定した。なお、図３には各部の寸法（mm）も示した。
【００２０】
これらの測定結果を表１に併せて示す。また、試料No. ２〜９についてＲ／ｔと吸収エネルギーとの関係を整理したグラフを図５に、試料No. １４〜１７についてＳ／ＳＴと吸収エネルギーとの関係を整理したグラフを図６に示す。
【００２１】
【表１】
0003728148.tif 000002
【００２２】
試料No. ２〜９および図５より、下型肩部７のＲを変化させると、成形後の板厚ｔ′が大きく変化し、発明条件（Ｒ／ｔ＝１．５〜３．５）を満足するもの（No. ４〜６）ではＶ曲げ成形したNo. １に比較して、吸収エネルギーが約１０％向上していることがわかる。
【００２３】
また、試料No. １４〜１８および図６より、本発明の鋼板拘束タイミングを満足する試料No. １６、１７では反りも小さく、吸収エネルギーも大きく、成形精度および衝撃吸収特性に優れることがわかる。一方、成形ストロークＳが０．９８×ＳＴより小さいときに鋼板を拘束し、成形面への流入を阻止した場合、板厚が０．１０mm以上減少し、吸収エネルギーが低下した。また、Ｓが０．９９×ＳＴより大きいときに鋼板を拘束した場合、成形時に大きな反りが発生して、試験部材の製作ができなかった。
【００２４】
また、Ｆ２／Ｆ１が３．５以下のNo. １０、１１では、鋼板が拘束されておらず、成形面への鋼板の流入が認められたため、成形時に大きな反りが発生し、このため試験部材の製作ができなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のハット型断面構造部材の絞り曲げ成形方法によれば、第１成形型の肩部の曲率半径を成形対象である金属板の板厚ｔに対して１．５ｔ〜３．５ｔとし、また金属板を拘束して成形面への流入を阻止するタイミングを０．９８ＳＴ〜０．９９ＳＴ（全成形ストロークＳＴ）の範囲で行うので、成形の際に曲げ・曲げ戻し変形を受けるハット型断面構造部材の側壁部にその板厚の減少を防止しつつ、加工硬化による降伏強度の上昇を図り、しかも十分な伸び歪を導入することができ、前記側壁部の反りの発生を防止するとともに優れた衝撃吸収特性を備えたハット型断面構造部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】絞り曲げ成形を行うための金型の断面図である。
【図２】側壁部に反りが形成されたハット型断面構造部材の斜視図である。
【図３】ハット型断面構造部材を備えた衝撃圧壊試験部材の全体斜視図である。
【図４】ハット型断面構造部材の斜視図である。
【図５】実施例におけるＲ（肩部の曲率半径）／ｔ（成形前板厚）と吸収エネルギーとの関係を整理したグラフである。
【図６】実施例におけるＳ（成形ストローク）／ＳＴ（全成形ストローク）と吸収エネルギーとの関係を整理したグラフである。
【図７】Ｖ曲げ成形を行うための金型の断面図である。
【符号の説明】
１  下型（本発明における第１成形型）
２  凹状成形面
３  板押さえ面
４  上型（本発明における第２成形型）
５  凸状成形面
６  板押さえ部材
７  肩部
Ｗ  金属板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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