(57)【要約】【課題】異板厚異強度プレス成形材料（被加工材）の深絞り成形において、板面内に存在する板厚差や、高強度材料（t1×TS1)と低強度材料（t2×TS2)の強度比α（=[t1×TS1]／ [t2×TS2]＞１）に起因する深絞り成形時の不均一な材料流入による局所的なひずみの集中を回避し、破断を防止することにより深絞り成形性を向上する。【解決手段】被加工材１（例えば、異板厚異強度テーラードブランク。）を深絞り成形する際に、ダイキャビティ内にポンチ６と対向するカウンターポンチ７を組み込み、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材１の領域を、ポンチ６と対向するカウンターポンチ７で保持し、カウンターポンチ力の出力に応じて得られる摩擦力により、保持部(67)の材料がポンチ頭部での面内変位移動を抑制された状態で成形することにより、しわ押え部(511) の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させながら深絞り成形する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板面内で板厚あるいは材料強度が異なるテーラードブランクその他の異板厚異強度プレス成形材料（以下、被加工材。）を深絞り成形加工するための異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法において、
ダイキャビティ内にポンチと対向するカウンターポンチを組み込み、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材を、ポンチとカウンターポンチ間に保持し、カウンターポンチ側の制御出力に応じて得られる摩擦力により、ポンチ頭部での材料の面内変位移動を抑制した状態でプレス成形を進行してゆき、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料流入が均一となるように塑性流動を制御することを特徴とする異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法。
【請求項２】
被加工材の高強度側の材料領域だけをポンチとカウンターポンチ間に保持するものである請求項１記載の異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法。
【請求項３】
ポンチおよび／またはカウンターポンチの頭部表面にそれぞれ穴、突起又は凹凸部を形成し、かつ、被加工材の片面又は両面にそれらと勘合又は係合する軸、穴又は凸凹部を形成することにより、接触部での材料移動を抑制するようにした請求項１又は２記載の異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法。
【請求項４】
板厚あるいは材料強度が異なる複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクをプレス成形する方法において、
ダイキャビティ内にポンチと対向するカウンターポンチを組み込み、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材のテーラードブランクを、ポンチと対向するカウンターポンチ力で保持し、カウンターポンチ力の出力に応じて得られる摩擦力により、保持部の材料がポンチ頭部での面内変位移動を抑制された状態で成形することにより、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させるようにしたことを特徴とする異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法。
【請求項５】
板厚あるいは材料強度が異なる複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクをプレス成形する方法において、
ダイキャビティ内にポンチと対向するカウンターポンチを組み込み、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材のテーラードブランクの高強度側の材料の領域だけを、ポンチと対向するカウンターポンチ力で保持し、カウンターポンチ力の出力に応じて得られる摩擦力により、ポンチ頭部の材料が面内変位移動を抑制された状態で成形することにより、小さなカウンターポンチ力で、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させるようにしたことを特徴とする異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法。
【請求項６】
板厚あるいは材料強度が異なる複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクをプレス成形する方法において、
ダイキャビティ内にポンチと対向するカウンターポンチを組み込み、両方又はいずれか一方のポンチの頭部表面に穴、突起又は凹凸部を形成し、テーラードブランクにはそれらと勘合又は係合する軸、穴又は凸凹部形成するとともに、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材のテーラードブランクを、ポンチと対向するカウンターポンチ力で保持し、カウンターポンチ力の出力に応じて得られる摩擦力により、保持部の材料がポンチ頭部での面内変位移動を抑制された状態で成形することにより、ポンチとテーラードブランクとの接触部の材料移動を抑制して、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させるようにしたことを特徴とする異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は板面内で板厚や材料強度が異なるテーラードブランクその他のプレス成形材料の深絞り成形性を向上するための異板厚異強度プレス成形材料のプレス成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体製造技術の一つであるプレス成形では、プレス部品の高機能化、生産工程の簡素化、金型数の削減、材料歩留まり向上を目的に、プレス成形前に予め複数の板材を結合し一体化されたプレス成形材料（テーラードブランク）を成形する技術について注目を集めている。また、部品軽量化の観点から、圧延加工に代表される素形材の加工分野で強度や板厚が局所的に異なる不均一板材の製造技術が確立されると、新しい素形材に対応した成形加工技術の開発も必要とされている。
【０００３】
テーラードブランクは、大物プレス部品から生じた残材のリサイクルが可能で、材料歩留まり向上といったコストメリットを有する一方で、プレス成形を行う上での問題点も幾つか存在する。薄板鋼板のテーラードブランクの場合、テーラードブランク製作工程で溶接加工が用いられるが、テーラードブランクの接合部には溶接ビードが存在し、その溶接ビードは母材に比べ一般に延性が低く、硬くて、脆い性質を示す。このためブランクを溶接してプレス成形を行う際、複雑かつ大きな変形が溶接ビードに集中する部位では破断が生じるため、プレス部品の形状設計では比較的、成形の難易度が低い部位にしか適用できていない。さらに、これからの自動車開発に多く採用される高強度鋼板は、一般的に強度に比例してプレス成形性に大きな影響を及ぼす延性が低下し、プレス成形の成形難易度が高い素材であることからも、新たなプレス成形技術の開発が望まれている。
【０００４】
従来のテーラードブランクのプレス成形には、母材に比べ延性が低く局所伸びが小さい溶接ビードを、大きな変形ひずみを受けない位置に配置する手法が取られている。また、テーラードブランク固有の性質である、材料の強度や板厚が異なることが要因となる複雑な変形挙動について、特に材料の応力律則に伴う破断を回避するためには、組み合わせる材料の強度比ごとに接合部の溶接ビード位置を適切な金型ダイキャビティ上に配置し、破断危険部のひずみを緩和している方法が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
異板厚テーラードブランクの角筒深絞り成形性については、従来知見（例えば、非特許文献１参照。）により、テーラードブランクに使用する薄板鋼板の引張強さが同程度で、厚板と薄板の板厚比が２である比較的強度比が大きい異板厚テーラードブランクを対象に角筒深絞り成形を行い、板面上の板厚差がポンチ荷重−ポンチストローク曲線や変形特性に及ぼす影響について報告し、次のことを明らかにしている。テーラードブランクの限界絞り比は、テーラードブランクを構成する素板の限界絞り比より低下する。限界絞り比が低下する原因には、深絞り成形時の伸び−縮み変形によるフランジ周方向に大きな圧縮力が発生し、厚板と薄板の強度バランスの関係から、異板厚テーラードブランクの板厚差としわ押さえ面の段差部の間で、大きな摩擦抵抗が成形終了まで負荷する。厚板と薄板の絞り変形抵抗の違いは、フランジからの均一かつ充分な材料流入の妨げとなり、局所的なひずみが集中し成形の早い段階で破断が発生する。
【０００６】
さらに、異板厚テーラードブランクの角筒深絞り成形性を向上させる手段（例えば、非特許文献２参照。）としては、異板厚テーラードブランクの深絞り成形時の厚板と薄板の不均一な材料流入を解消するため、正方形形状である異板厚テーラードブランクの厚板側と薄板側のブランク形状を調整し、成形限界に及ぼす影響を検討した。この結果、厚板と薄板の材料流入の不均一さを解消するためには、予め成形前に厚板側のブランク幅を小さくした長方形形状が望ましいことが明らかになった。
【０００７】
異板厚テーラードブランク成形性向上の一つの手法として、厚板側と薄板側のブランク形状の影響を考慮した結果、深絞り成形時のフランジ部からの材料流入が均一になるようなブランク形状を選択することによって成形性が向上することが判明したが、テーラードブランクのブランク形状最適化の手法は、素板と同等の深絞り成形性を与えられるものではなかった。この結果は、異板厚異強度テーラードブランクの板厚比、もしくは強度比が2以上となると、深絞り成形性向上を目的とするブランク形状最適化の効果はさらに小さくなると考えられ、自動車プレス部品にはテーラードブランクの板厚比もしくは強度比を小さくした材料を選択せざるを得ない。
【０００８】
また、延性や局所伸びが低い溶接ビードが大きな変形ひずみを受けないように成形するためは、金型ダイフェイス上に配置する溶接ビード位置にも配慮する必要があり、製品形状に対して大きな制約条件が存在した。今後、自動車車体の更なる高機能化を図るためには、溶接ビードが任意の位置に配置された状態でも、目的とする製品形状まで加工できるプレス成形技術を開発しなければならない課題が残されている。
【特許文献１】特開2001-001062 号公報（図５）
【非特許文献１】森下勇樹，門格史，安部重毅，田辺栄司：第53回塑性加工連合講演会論文集，(2002)，1.
【非特許文献２】森下勇樹，坂元康泰，安部重毅：第54回塑性加工連合講演会論文集，(2003)，237.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した異板厚異強度プレス成形材料の深絞り成形性において、難加工材であるテーラードブランクを素板の成形限界と同等まで成形できる技術の開発が解決されていない。本発明では、テーラードブランクが高強度材料と低強度材料の組み合わせからなり、その強度比が非常に高い場合や、テーラードブランクの溶接接合部がダイフェイスの任意の位置に配置された状態においても、しわ押さえ部の高強度側と低強度側の不均一な材料流入から発生する破断を抑制し、成形深さが深いプレス部品が得られるプレス成形法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、板面内に局所的な板厚差や強度差がある異板厚異強度プレス成形材料（特に、板厚や材料強度が異なる複数の薄板材料を溶接や接合によって面内接合したテーラードブランク。）について、従来まで有効な対策を立てることができなかったフランジ周辺からの不均一な材料流入で発生するプレス成形時の成形不良や破断に対して、深絞り成形を行うポンチとこれに対向するカウンターポンチの摩擦力を利用してプレス成形装置の金型ダイキャビティに材料流入する材料流入量を制御し、深絞り成形性を向上できるプレス成形方法である。即ち、本発明の要旨とするところは、次のとおりである。
【００１１】
（１）板厚あるいは材料強度が異なる複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクをプレス成形する方法において、ダイキャビティ内にポンチと対向するカウンターポンチを組み込み、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材のテーラードブランクを、ポンチと対向するカウンターポンチ力で保持し、カウンターポンチ力の出力に応じて得られる摩擦力により、保持部の材料がポンチ頭部での面内変位移動を抑制された状態で成形することにより、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させたことを特徴とするものである。
【００１２】
（２）板厚あるいは材料強度が異なる複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクをプレス成形する方法において、ダイキャビティ内にポンチと対向するカウンターポンチを組み込み、ポンチ頭部と接触するダイキャビティ内の範囲にある被加工材のテーラードブランクの高強度側の材料の領域だけを、ポンチと対向するカウンターポンチ力で保持し、カウンターポンチ力の出力に応じて得られる摩擦力により、ポンチ頭部の材料が面内変位移動を抑制された状態で成形することにより、小さなカウンターポンチ力で、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させたことを特徴とするものである。
【００１３】
（３）板厚あるいは材料強度が異なる複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクをプレス成形する方法において、ポンチに穴や窪みを形成し、被加工材であるテーラードブランクにはポンチの穴や窪みと勘合する軸やでっぱりを形成して（反対も可）お互いを勘合させたことにより、ポンチとテーラードブランクとの接触部の材料移動を抑制して、しわ押さえ部の高強度側の材料と低強度側の材料を均一に流入させたことを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、本発明において異板厚異強度プレス成形材料（被加工材に同じ。）は、素形材（一次加工品となる板）の製造段階で局所的に強度や板厚が異なる材料や、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、めっき鋼板、ステンレス鋼板等の各種薄板鋼板、及びアルミニウム板、マグネシウム板、チタン板等の非鉄金属の薄板を素板とする異板厚異強度テーラードブランク、そして板材と称される材料もその範囲に含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるカウンターポンチを用いたプレス成形法は、板厚が異なるプレス成形材料もしくは、板厚や材料強度が異なる複数の薄板材料を溶接や接合によって面内接合したテーラードブランクのプレス成形材料をプレス成形する方法において、従来技術では成形できなかった難成形部品でも成形可能となる深絞り成形性に優れたプレス成形法を提供することが可能である。
【００１６】
本発明によるカウンターポンチを用いたプレス成形法は、板厚差がある段差部や接合部が、金型ダイフェイスに任意に配置された状態でも、ポンチ頭部とカウンターポンチの摩擦力によりフランジからの材料流入を促進させ、従来成形で発生していた不均一な材料流入状態を解消し、局所的なひずみ集中を回避し、プレス成形による破断を抑制できるプレス成形法を提供することが可能である。
【００１７】
本発明によるカウンターポンチを用いたプレス成形法は、テーラードブランクの高強度材料（t1×TS1 ）と低強度材料（t2×TS2 ）の強度比α（=[t1×TS1)／ [t2×TS2]＞１；但し、板厚t1,t2 、引張強さTS1,TS2 は任意。）が非常に高い比率3.08相当でも、深い成形深さが得られることを特徴とする深絞り成形性に優れたプレス成形法を提供することが可能である。
【００１８】
本発明によるカウンターポンチを用いたプレス成形法は、前記の板厚の異なるプレス成形材料の段差部もしくは、複数の薄板材料を面内接合したテーラードブランクの接合部が、金型ダイフェイスの任意の位置に配置されても成形することが可能である。
【００１９】
本発明によるカウンターポンチを用いたプレス成形法は、プレス部品の軽量化、高剛性化、材料歩留り向上、といったプレス部品設計の自由度の拡大ニーズに対して的確に答えられる成形方法であり、被加工材としては、素形材（一次加工品となる板）の製造段階で、例えば圧延加工により、局所的に強度や板厚が異なるプレス成形材料や、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、めっき鋼板、ステンレス鋼板等の各種薄板鋼板、及びアルミニウム板、マグネシウム板、チタン板等の非鉄金属の薄板を素板とする異板厚異強度テーラードブランク、そして板材と称される材料に対しても適用可能な成形方法で、生産技術としての工業的価値は非常に高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、以下を説明する本実施形態のプレス金型装置により、板厚が異なるプレス成形材料もしくは、異板厚異強度テーラードブランク１の深絞り成形を完了した段階であって、インナースライドテーブル２、アウタースライドテーブル３、及びダイクッションパッド４がそれぞれ上昇端に至った段階を示している。本実施形態のプレス金型装置により、成形高さが大きい深絞り成形パネルのプレス成形が可能となる。すなわち、局所的に材料板厚が異なるプレス成形材料や異板厚異強度テーラードブランク１を深絞り成形する際に、厚板側と薄板側のしわ押さえ部をブランクホルダー５でブランクホールドし、ポンチ成形と同時にポンチ６と対向するカウンターポンチ７が、被加工材である異板厚異強度テーラードブランク１のポンチ頭部と接触する領域を挟み込み、プレス成形中にポンチ頭部での材料の面内の変位を拘束しながら深絞り成形を開始する。なお、成形例としての深絞り成形パネルは一例であり、以下説明するプレス金型装置の機構をその他の一般的な工業製品を製作するためのプレス金型に適用しても良い。
【００２１】
本実施形態のプレス金型装置は、図１に示すようにインナースライドテーブル２の下面側に固定保持されたポンチ６と、インナースライドテーブル２と独立して上下動するアウタースライドテーブル３の下面側に固定保持されたブランクホルダー５と、ボルスターテーブル８の上面に固定保持されたダイステーブル９、ダイスホルダー１０、ダイス１１、及びインナースライドテーブル２に対向配置されたダイクッションパッド４上に支持されたクッションピン１２に固定保持されたカウンターポンチ７を主体として構成されている。また図１はプレス金型装置が型開き状態になっているものである。
【００２２】
異板厚異強度テーラードブランク１のダイフェイス上への配置は、板面上に存在する段差側をダイス１１とカウンターポンチ７に接触させている。段差側と接触するダイス１１とカウンターポンチ７の表面形状は異板厚テーラードブランク１の板厚差に対応した形状としている。本実施形態では、段差側をダイス１１とカウンターポンチ７側としているが、ポンチ６とブランクホルダー５側でも、表面形状を板厚差に対応した形状とすればプレス成形の実施は可能である。
【００２３】
以上のように構成した本実施形態のプレス成形金型装置を用いた深絞り成形の機構について説明する。先ず、型開き状態である図１においてダイフェイス上に異板厚異強度テーラードブランク１をセットする。深絞り成形時のフランジ部でのしわ発生を防止するためアウタースライドテーブル３が下動し、異板厚異強度テーラードブランク１はブランクホルダーとダイスによって挟み込まれ、しわが発生がしないように一定のしわ押さえ力が負荷される。
【００２４】
図２に示すアウタースライドテーブル３に取り付けられたブランクホルダー５が、異板厚異強度テーラードブランク１のしわ押さえを完了すると、深絞り成形パネルに成形するポンチ６が下動する。ポンチ６が成形開始となるストローク位置まで達すると、異板厚異強度テーラードブランク１の溶接ビード周辺の領域をカウンターポンチ７によって挟み込む。このときカウンターポンチ７に与えられる力は、予め設定されたダイクッションシリンダ内の油圧によって発生する。
【００２５】
ポンチ６による深絞り成形が開始すると、異板厚異強度テーラードブランク１のしわ押さえ部の材料はダイキャビティに流入する。カウンターポンチ７はポンチ６のストローク制御による変位で下動し、クッションピン１２を介してダイクッションパッド４を押す。このときポンチ６の出力荷重は、カウンターポンチ７の設定荷重と異板厚異強度テーラードブランク１の成形に必要な荷重の和である。
【００２６】
図３に示すポンチ６とカウンターポンチ７に挟まれた異板厚異強度テーラードブランク１の溶接ビード部周辺の領域は、カウンターポンチ力に比例した摩擦力によって面内変位が拘束され、しわ押さえ部からの厚板と薄板の材料流入はほぼ均一に維持された状態で成形は進行し、目的の成形ストロークまで達する。
【００２７】
図４に示すように一連のカウンターポンチ７を利用した成形高さが大きい深絞り成形パネルの成形が完了し、異板厚異強度テーラードブランク１をプレス金型装置から取り出すことができる。
【００２８】
カウンターポンチ７を用いたプレス成形装置によれば、ポンチ６に対して対向配置されたカウンターポンチ７を付与することによって、異板厚異強度テーラードブランク１の厚板と薄板の材料流入挙動の制御が容易となり、成形深さが大きく複雑形状パネルのプレス成形が一工程で行える。従来のように、成形高さが大きい深絞りパネルを得るためには異板厚異強度テーラードブランク１の材料強度の制約、ブランク形状の検討、多段成形工程で行っていたのが、本実施形態のプレス成形装置を用いれば、テーラードブランクに用いる材料強度選択やブランク形状の自由度が拡大できるとともに、一工程で大きな成形高さが得られるため、複数のプレス金型の型費削減と生産効率を向上させることができる。本実施形態のプレス成形装置は、インナースライドテーブル２とアウタースライドテーブル３を可動させる油圧シリンダーまたは油圧ラムがインナーとアウターに分離したダブルアクション構造に加えて、カウンターポンチ７をクッションピン１２で支持して上下に変位可能なダイクッションを付加することによりいわゆるトリプルアクション構造のプレス成形装置であることに特徴を有している。
【００２９】
以上説明した実施形態には、様々な成形条件を変えて実施することができる。例えば、角筒深絞り成形パネルをプレス成形するためのプレス成形装置として説明したが、実用的な製品をプレス成形する場合にも適用できる。また、本実施形態のカウンターポンチ７の出力となるダイクッションは油圧シリンダーを適用しているが、油圧シリンダーに変わる加圧機構として、油圧カムシステム、ガススプリング等によるものでも良い。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により、本発明の板厚が異なるプレス成形材料、もしくは板厚や材料強度が異なる複数の薄板材料を溶接や接合によって面内接合したテーラードブランクを、カウンターポンチを用いてプレス成形する方法を更に詳しく説明する。表１に強度比α=1.81 、2.31、3.08の異板厚異強度テーラードブランクに用いた供試材の機械的性質を示す。強度比α=1.81 のテーラードブランクには、素板の機械的性質が JIS規格に代表される冷間圧延鋼板を用いた。材料の引張強さは同程度で、厚板(t=1.2mm) と薄板(t=0.6mm) の組み合わせからなる異板厚テーラードブランクである。強度比α=2.31 、3.08のテーラードブランクは、板厚も引張強さも異なる異板厚異強度テーラードブランクである。これらのテーラードブランクの製作には、 YAGレーザ加工機でレーザ出力3.5kW 、溶接速度6m/minで突合せ溶接した。
【００３１】
【表１】
2006142341.tif 000003
【００３２】
表２にポンチ、カウンターポンチ、ダイス、ブランクホルダーから構成される角筒深絞り成形の金型形状と成形条件を示す。テーラードブランクの配置は、平坦面側をポンチとブランクホルダー側に接触させ、段差側をカウンターポンチ、ダイフェイス側に接触させた。段差側と接触するダイフェイス形状はテーラードブランクの板厚差に対応した形状としている。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
図５（ａ）に示す対称形状のテーラードブランクは、溶接ビード部（接合部）を角筒深絞り成形金型の直辺部中央d= 0mmへ配置して成形した。強度比α=1.81 の時、辺長S=230mm 、コーナーカットCc = 60mm とし、強度比α=2.31 、3.08の時、辺長S= 200mm  、コーナーカットCc = 50mm のブランク形状とした。
【００３５】
図５（ｂ）に示す非対称形状のテーラードブランクは、溶接ビード部（接合部）が角筒深絞り成形金型の直辺部中央からd= 30mm 離れたコーナー部近傍で配置して成形した。この非対称形状には、強度比α=1.81 のテーラードブランクで、辺長S= 210mm、コーナーカットCc = 60mm のブランク形状とした。
【００３６】
図６は、強度比α=1.81 である厚板（t=1.2mm)と薄板（t=0.6mm)を組み合わせた板厚比２を有する異板厚テーラードブランクを、本発明のカウンターポンチを用いた成形法により、角筒深絞り成形を行った成形パネルである。本発明に従い、図２の深絞り成形を行うポンチに対向するカウンターポンチのカウンターポンチ力Fc = 125kN（面圧Pc=12.5MPa) により、カウンターポンチとテーラードブランクが接触する面を挟み込み、ポンチ及びカウンターポンチとテーラーブランクの摩擦力によって溶接ビードがポンチ頭部上で面内変位しないように成形を行うと、素板と同等の成形限界Sp=75mm を示す結果となり、深絞り成形性が向上していることが分かる。
【００３７】
さて、図６ではカウンターポンチ力Fc=125kN（カウンターポンチ面圧Pc=12.5MPa) をポンチ頭部の厚板側（高強度側の材料）と薄板側（低強度側の材料）の全面に均等に与えて成形した場合であるが、実用的にプレス金型構造に必要以上のカウンターポンチ力を与えるとプレス機械の大型化・高出力化を招くため、必要最小限のカウンターポンチ力で成形を行うことが望ましい。図１２の比較例の結果から従来成形での異板厚テーラードブランクの破断は、板面上の板厚差と強度比に支配され、特に厚板側（高強度側の材料）の性質に依存すると考えられる。つまり、成形中の破断を抑制するためには、ポンチ頭部で厚板側と薄板側で引張力が発生することなく、溶接ビード部が厚板側に変位しないように、厚板側（高強度側の材料）の変形挙動を制御する必要がある。
【００３８】
そこで、図７に、従来成形(Fc=0kN)と、カウンターポンチ面圧がPc=12.5MPa一定となるように、全面押し(Fc=125kN)、厚板側押し(Fc=62.5kN) 、及び薄板側押し(Fc=62.5kN) の４条件で、それぞれSp=30mm まで成形したときの板厚ひずみ分布を示す。なお、板厚測定は深絞り成形前のブランクの中心（溶接ビード部の中心）を原点とし、厚板側と薄板側それぞれの直辺方向に測定した。従来成形(Fc=0kN)●印では、ポンチ頭部では厚板と薄板とも板厚減少が生じ、特に薄板側では溶接ビード部（直辺部中央）からの距離d=-2.5〜-47.5mm の間で減少量が大きい。溶接ビードからポンチ肩部へ離れると、薄板側では板厚減少は小さくなるが、厚板側では板厚減少が大きくなる傾向を示した。図１２から異板厚テーラードブランクの板厚差は、フランジ部で溶接ビードと垂直方向への移動を拘束させ、厚板と薄板の材料流入を不均一にし、さらに溶接ビードの直辺部からの流入も抑制されることから、ポンチ頭部では二軸引張りが作用していると考えられる。また厚板と薄板の板厚比は２であるため薄板側への応力集中は顕著となりSpの増加と伴に板厚減少を促進させる結果になったと考えられる。
【００３９】
図１〜４のように、カウンターポンチを用いた全面押し(Fc=125kN)□印では、ポンチ頭部での板厚減少はほとんど発生することなく、特に薄板側では著しく板厚減少の改善が図ることができている。溶接ビード部d=0mm からポンチ肩部に離れるに連れて板厚は減少しているが、板厚ひずみ｜εt ｜＜0.05であり、ポンチ頭部での面内ひずみはほとんど発生していない。
【００４０】
厚板側押し(Fc=62.5kN) ◇印では、全面押し(Fc=125kN)□印と同様に従来成形で見られるような、薄板側の顕著な板厚減少は発生していない。これによりテーラードブランクのポンチ頭部での変位を抑制するには、テーラードブランクの厚板側（高強度側の材料）の領域だけにカウンターポンチ力を与えれば良いことが分かる。
【００４１】
厚板側押し(Fc=62.5kN) ◇印とは逆に、薄板側押し(Fc=62.5kN) △印では、薄板が厚板側へ変位するのは抑制できているが、厚板の変位の抑制は不可能であり、変形挙動は従来成形(Fc=0kN)●印の時とほぼ同様の板厚ひずみ分布を示した。また、カウンターポンチが接触していない溶接ビード部の近傍では、厚板側と薄板側で引張力が発生しているため溶接ビードと平行に、溶接ビード部から2mm 離れた薄板側で破断が発生し、d=-2.5〜-12.5mm の間で著しく板厚減少した。以上の結果から小さなカウンターポンチ力で深絞り成形中に破断することなく効率良く成形するためには、厚板側（高強度側の材料）の領域だけに与えてやれば良いことが判明した。
【００４２】
図８は、強度比α=1.81 の異板厚テーラードブランクのポンチストロークに及ぼすカウンターポンチ面圧の影響を示す。なお、カウンターポンチ力は厚板側（高強度側の材料）の領域だけに与えた。Pc=0MPa(Fc=0kN) は、カウンターポンチが無い従来成形の結果である。ポンチストロークSpはPcにほぼ比例して成形高さを増加させる。成形パネルを観察すると、破断したパネルはいずれも溶接ビードが厚板側へ変位し、薄板側でくびれが生じる。また、溶接ビードの変位量はPcに比例するものであった。
【００４３】
次に、カウンターポンチが、高い強度比のテーラードブランクにも有効に作用するかを検証するため、図９に強度比α=2.31 、3.08の異板厚異強度テーラードブランクのポンチストロークに及ぼすカウンターポンチ面圧の影響を示す。なお、カウンターポンチ力は厚板側（高強度側の材料）の領域だけに与えた。Pc=0MPa では、強度比α=2.31 でSp=30mm 、強度比α=3.08 でSp=23mm となり非常に低い成形高さであるが、カウンターポンチ力を厚板側（高強度側の材料）の領域だけに与えることによってSpは増加し、テーラードブランクの強度比に依存することなく成形性を向上できるものである。この強度比αは、その上限は特に定める必要はなく、本発明の効果を得られることができる実用的な組み合わせであれば良い。
【００４４】
さらに図１０に示すように深絞り成形が非常に難しい非対称形状d=30mmの異板厚テーラードブランクでも、カウンターポンチを用いることによって、溶接ビード部周辺の厚板側の変位を抑制することによって、フランジ周辺からは厚板も薄板も材料流入し、深絞り成形性が向上する結果となった。この結果は、板厚が異なるプレス成形材料の段差部や異板厚異強度テーラードブランクの溶接ビード部を任意に配置でき、例えば自動車プレス部品においては、部品形状の自由度を飛躍的に拡大できるものである。
【００４５】
〔比較例〕
以下、比較例により、板厚が異なるプレス成形材料、もしくは板厚や材料強度が異なる複数の薄板材料を溶接や接合によって面内接合したテーラードブランクを従来技術でプレス成形した場合の成形状態と成形不良について説明する。
【００４６】
図１１は、図１〜図４に示される本発明を実施するための最良の形態とは異なり、従来までの成形方法である、異板厚テーラードブランクを成形するポンチ６、ダイス１１、ブランクホルダー５だけで構成させたプレス成形装置である。ポンチ６はインナースライドテーブル２に、ダイス１１はダイスホルダー１０に、ブランクホルダー５はアウタースライドテーブル３に取り付けられた状態である。
【００４７】
図１２は、強度比α=1.81 である厚板(t=1.2mm) と薄板(t=0.6mm) を組み合わせた板厚比２を有する異板厚テーラードブランクを従来の方法で深絞り成形したパネルで、成形初期ポンチストロークSp=30mm で発生した破断の状態を示す。図１１においてポンチがテーラードブランクに接触し成形が開始すると、厚板側と薄板側はフランジ部から材料流入が始まるが、変形にともなう絞り抵抗が増加するとポンチ頭部では厚板側と薄板側の力のバランスの関係から引張力が発生し、溶接ビード部は厚板側へ変位する。このとき薄板側は、フランジ部とポンチ頭部の間のポンチ肩部で応力発生に伴うひずみが集中し、破断が発生した。
【００４８】
図１３は、厚板もしくは薄板の素板をS=230mm 、Cc=60mm の形状で角筒深絞り成形した結果で、図１１の従来の成形方法でもSp=75mm まで成形可能である。これはフランジからの材料流入が均一に流入するためで局所的なひずみが成形パネルに集中することなく変形するからである。図１２に示した異板厚テーラードブランクの場合は、素板のような変形挙動とは異なり、板面上の板厚差が要因となる厚板側と薄板側の材料流入の不均一さから生じたものである。
【００４９】
図１４は、強度比α=1.81 である厚板(t=1.2mm) と薄板(t=0.6mm) を組み合わせた非対称形状d=30mmの異板厚テーラードブランクを従来の方法で深絞り成形した結果である。深絞り成形の初期段階で、溶接ビード部はポンチ頭部から外れた形態となり、厚板側はプレス成形装置の金型ダイキャビティ内にほとんど流入しない結果となった。この時の破断は、溶接ビード部で亀裂が発生し溶接部全長に渡って破断が生じた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に従う板厚が異なるプレス成形材料や異板厚異強度テーラードブランクの深絞り成形性を向上させるために用いたプレス成形装置及びプレス金型の型開き状態を示した断面図である。
【図２】本発明に従う板厚が異なるプレス成形材料や異板厚異強度テーラードブランクの深絞り成形性を向上させるために用いたプレス成形装置及びプレス金型が、被加工材をブランクホールドしポンチとカウンターポンチが被加工材を挟み込んだ状態を示した断面図である。
【図３】本発明に従う板厚が異なるプレス成形材料や異板厚異強度テーラードブランクの深絞り成形性を向上させるために用いたプレス成形装置及びプレス金型が、ポンチとカウンターポンチで被加工材を挟み込み、カウンターポンチ力を与えながら成形している状態を示した断面図である。
【図４】本発明に従う板厚が異なるプレス成形材料や異板厚異強度テーラードブランクの深絞り成形性を向上させるために用いたプレス成形装置及びプレス金型が、被加工材の成形を終了し、型が開きカウンターポンチが上昇しプレス成形パネルを取り出した状態を示した断面図である。
【図５】本発明のプレス成形装置及びプレス金型で深絞り成形したテーラードブランクのブランク形状を示した図である。
【図６】本発明のプレス成形装置及びプレス金型で深絞り成形した異板厚テーラードブランクのパネル外観を示した図である。
【図７】従来成形と本発明のプレス成形装置及びプレス金型で深絞り成形したパネルの板厚ひずみ分布を示した図である。
【図８】本発明のプレス成形装置及びプレス金型で深絞り成形した強度比α=1.81の異板厚テーラードブランクのポンチストロークとカウンターポンチ面圧の関係を示した図である。
【図９】本発明のプレス成形装置及びプレス金型で深絞り成形した強度比α=2.31 、3.08の異板厚異強度テーラードブランクのポンチストロークとカウンターポンチ面圧の関係を示した図である。
【図１０】本発明のプレス成形装置及びプレス金型で深絞り成形した強度比α=1.81 、非対称形状d=30mmの異板厚テーラードブランクのパネル外観を示した図である。
【図１１】従来成形による板厚が異なるプレス成形材料や異板厚異強度テーラードブランクの深絞り成形性を行うプレス成形装置及びプレス金型が、被加工材をブランクホールドしポンチが被加工材に接触する状態を示した断面図である。
【図１２】従来の成形方法で深絞り成形して破断した強度比α=1.81 の異板厚テーラードブランクのパネル外観を示した図である。
【図１３】従来の成形方法で深絞り成形した素板のパネル外観を示した図である。
【図１４】従来の成形方法で深絞り成形して破断した強度比α=1.81 、非対称形状d=30mmの異板厚テーラードブランクのパネル外観を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  異板厚異強度テーラードブランク
２  インナースライドテーブル
３  アウタースライドテーブル
４  ダイクッションパッド
５  ブランクホルダー
６  ポンチ
７  カウンターポンチ
８  ボルスターテーブル
９  ダイステーブル
10  ダイスホルダー
11  ダイス
12  クッションピン
67  保持部
511 しわ押さえ部
t   板厚
TS  引張強さ
el  伸び
n   n 値（加工硬化指数）
r   r 値（ランクホード値）
α  強度比（=[t1×TS1]／ [t2×TS2]＞１）
l   角筒ポンチ辺長長さ
Vp  角筒ポンチ速度
Fc  カウンターポンチ力
Pc  カウンターポンチ面圧
Cl  ポンチとダイス間のクリアランス
BHF しわ押さえ力
S   テーラードブランク辺長長さ（溶接ビード長さ）
Cc  コーナーカット量
W   ブランク幅
d   直辺部中央からの距離
Sp  ポンチストローク（角筒深絞り成形高さ）
εt 板厚ひずみ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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