(57)【要約】【課題】  工程数を増やすことなく、また、複雑な金型を使用することなく欠陥のない突起部をプレス成形することができるプレス成形方法を提供する。【解決手段】  孔部２ａを有するダイ２とその孔部２ａに進入し得るパンチ６との間に成形用の板材４を配置し、パンチ６を板材４を介して孔部２ａに押し込むことにより板材４を塑性変形させダイの孔部形状に対応した凸部４ａを成形するプレス成形方法において、凸部４ａ成形時に、パンチ６における凸部４ａの成形に供せられる範囲の根元部側に設けられた押圧部６ａによってダイ肩部２ｂ近傍の板材をプレス方向（Ａ方向）に押圧し、押圧されることによって変形する板材材料を延び過程の凸部４ａに送り込むことを特徴とする。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔部を有するダイとその孔部に進入し得るパンチとの間に成形用の板材を配置し、上記パンチを上記板材を介して上記孔部に押し込むことにより上記板材を塑性変形させ凸部を成形するプレス成形方法において、
上記凸部成形時に、上記パンチにおける上記凸部の成形に供せられる範囲の根元部側に設けられた押圧手段によってダイ肩部近傍の板材をプレス方向に押圧し、板材材料を延び過程の上記凸部に送り込むことを特徴とするプレス成形方法。
【請求項２】
プレス成形前の上記板材の厚さをｔ、上記押圧手段によって押圧される部分のプレス成形後の板材の厚さをｔ１、圧縮率ｔｃ＝ｔ１／ｔとするとき、
上記押圧手段による圧縮量が０．２２≦ｔｃ≦０．６１の範囲である請求項１記載のプレス成形方法。
【請求項３】
プレス加工によって張り出し成形された凸部を有し、この凸部の内面周縁部に、圧縮により肉厚が減少された変形部が形成されていることを特徴とするプレス成形品。
【請求項４】
プレス方向と直交する方向から見た上記変形部の断面形状が、直線的な傾斜面で構成されている請求項３記載のプレス成形品。
【請求項５】
上記傾斜面の傾斜角が、水平線に対し１５°を上回り且つ７５°を下回る範囲からなる請求項４記載のプレス成形品。
【請求項６】
プレス方向と直交する方向から見た上記変形部の断面形状が、曲線で構成されている請求項３記載のプレス成形品。
【請求項７】
プレス方向と直交する方向から見た上記変形部の断面形状が、階段状の傾斜面で構成されている請求項３記載のプレス成形品。
【請求項８】
孔部を有するダイとその孔部に進入し得るパンチとを有し、上記パンチと上記ダイとの間に配置された成形用の板材を、上記パンチの押し込みによって塑性変形させダイの孔部形状に対応した凸部を成形するように構成された金型装置において、
上記パンチにおける上記凸部の成形に供せられる範囲の根元部外周に、上記凸部成形過程におけるダイ肩部近傍でプレスされる板材材料をプレス方向に所定量押圧する押圧手段が設けられていることを特徴とする金型装置。
【請求項９】
上記押圧手段として、パンチ先端から末広がり状に形成された拡径部を有し、この拡径部における上記板材を押圧する面が、水平線に対し１５°を上回り且つ７５°を下回る範囲の傾斜面で構成されている請求項８記載の金型装置。
【請求項１０】
上記押圧手段として、パンチ先端から末広がり状に形成された拡径部を有し、この拡径部における上記板材を押圧する面が、曲線で構成されている請求項８または９記載の金型装置。
【請求項１１】
上記押圧手段として、パンチ先端から末広がり状に形成された拡径部を有し、この拡径部における上記板材を押圧する面が、階段状の傾斜面で構成されている請求項８〜１０のいずれか１項に記載の金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板材表面に凸部を成形するのに好適なプレス成形方法および成形品並びにそれに使用する金型装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業では社会の環境を保護することや安全性への関心の高まりから車体の軽量化と強化が進められており、その手段の一つとして自動車用構造材料として使用される素材の高強度化が図られている。
【０００３】
高強度化された構造材料（高強度材）は、最近では車体に限らず、キャビンまわりやシート部品にまで使用されつつある。
【０００４】
例えば、シートベルトアンカは従来、車体フレーム側に設けられていたが、乗員の安全性向上を目的としてシートと一体化したものが開発されている。このようなシート構造では衝突時において乗員の体重をすべてシートで支える必要があるため、シートおよびシート部品の強度を向上させる必要がある。
【０００５】
ところが、シート部品としての例えばシートレールを高強度材で構成する場合、以下に示す克服すべき課題があった。
【０００６】
すなわち、高強度材は引張強度が高くなるのに反して伸びが小さくなる性質があるため、このような成形性の低い材料を欠陥なくプレス成形し得る方法を実現しなければならない。
【０００７】
具体的に説明すると、シートレールの前後両端部にはそのシートレールをガイドとして摺動する座席シートが取り付けられ、この座席シートの移動限界を規制するための突起状のストッパがプレス成形によってシートレール上に形成される。
【０００８】
上記プレス成形は材料流入を伴わない成形方法であるため、突起状に成形されるストッパは、専らシートレールにおけるストッパ周辺の材料の伸びによって成形されることになる。このように、ストッパ成形の善し悪しは、材料の伸び特性に大きく依存する。
【０００９】
高強度材の伸び特性は従来の低強度材のそれに比べ必然的に低下することから、成形時において、図１１に示すように板材５０から張り出し成形される突起部５０ａの先端部分５０ｂおよび裾部５０ｃで応力が集中し割れが発生しやすくなる。
【００１０】
このような割れを回避するためには局所で変形を発生させないことが有効であり、(ａ)成形に必要な材料を余肉として予め突起部近傍に与えておく方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。この方法によれば、突起部を形成するための材料が予め突起部近傍に付与されているため材料の伸びに依存することなく突起部を成形することができる。
【００１１】
また、(ｂ)エンボス部（突起部）を絞り加工によって成形する際に、エンボス部周辺部のしわ押え力を制御することにより成形性不良を抑制する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、エンボス部周辺からの材料移動によって突起形状を無理なく成形することができる。
【特許文献１】特開２０００−３１７５３１号公報
【特許文献２】特開平９−２２５５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した(ａ)の方法では突起部を成形する前に余肉を成形する工程が別途必要になり、工程数が増えるとともにコストアップが避けられない。
【００１３】
また、上記した(ｂ)の方法では、しわ押え力を制御するための金型構造が複雑になるために金型設計、製造およびメンテナンスに伴うコスト増加が発生する。しかも成形されるエンボス部の周辺部に対し摩擦力を制御するため、材料の流入を促進させる効果を安定させることが難しい。
【００１４】
本発明は以上のような従来の突起部成形方法における課題を考慮してなされたものであり、工程数を増やすことなく、また、複雑な金型を使用することなく欠陥のない突起部をプレス成形することができるプレス成形方法および成形品並びにそれに使用する金型装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のプレス成形方法は、孔部を有するダイとその孔部に進入し得るパンチとの間に成形用の板材を配置し、パンチを板材を介して孔部に押し込むことにより板材を塑性変形させ凸部を成形するプレス成形方法において、凸部成形時に、パンチにおける凸部の成形に供せられる範囲の根元部側に設けられた押圧手段によってダイ肩部近傍の板材をプレス方向に押圧し、板材材料を延び過程の凸部に送り込むことを要旨とする。
【００１６】
本発明において凸部とは、有底筒状に成形される突起部、山状に膨出する突出部等が含まれる。
【００１７】
また、本発明のプレス成形方法は、断面Ｌ形、Ｃ形、或いはハット部材等のように予め所定の形状に加工が施されている板材を成形用の板材とし、その一部に凸部を成形するものである。
【００１８】
本発明のプレス成形方法に従えば、孔部を有するダイ上に成形用の板材を載置し、その板材を介してパンチを押し込むと、孔部に押し込まれた板材が塑性変形して凸部に成形される。
【００１９】
凸部が成形されることによりダイ肩部からパンチ先端にかけての板材の線長は、成形前よりも成形後の方が長くなる。この線長増加分は板材の伸びによって補われるが、板材が例えば高強度材である場合には伸び特性は低強度材のそれに比べ低いことから、凸部の先端部および裾部に応力が集中し始める。
【００２０】
このとき、パンチの上記根元部側に設けられた押圧手段がダイ肩部近傍の板材折曲部分に当接し、プレス方向に押圧する。それにより、プレス方向のエネルギ成分を持った材料が押圧手段によって押し潰されながら凸部の側壁部分に押し込まれ、凸部の成形に供せられる。
【００２１】
上記プレス成形方法において、プレス成形前の板材の厚さをｔ、押圧手段によって押圧される部分のプレス成形後の板材の厚さをｔ１、圧縮率ｔｃ＝ｔ１／ｔとするとき、押圧手段による圧縮量を０．２２≦ｔｃ≦０．６１の範囲に設定することが好ましい。
【００２２】
本発明のプレス成形品は、プレス加工によって張り出し成形された凸部を有し、この凸部の内面周縁部に、圧縮により肉厚が減少された変形部が形成されていることを要旨とする。
【００２３】
上記プレス成形品において、プレス方向と直交する方向から見た変形部の断面形状が、直線的な傾斜面で構成されていることを要旨とする。
【００２４】
また、上記プレス成形品は、上記傾斜面の傾斜角が、水平線に対し１５°を上回り且つ７５°を下回る範囲からなることを要旨とする。
【００２５】
また、上記プレス成形品は、プレス方向と直交する方向から見た変形部の断面形状が、曲線で構成されていることを要旨とする。
【００２６】
また、上記プレス成形品は、プレス方向と直交する方向から見た変形部の断面形状が、階段状の傾斜面で構成されていることを要旨とする。
【００２７】
本発明の金型装置は、孔部を有するダイとその孔部に進入し得るパンチとを有し、パンチとダイとの間に配置された成形用の板材を、パンチの押し込みによって塑性変形させダイの孔部形状に対応した凸部を成形するように構成された金型装置において、パンチにおける凸部の成形に供せられる範囲の根元部外周に、凸部成形過程におけるダイ肩部近傍でプレスされる板材材料をプレス方向に所定量押圧する押圧手段が設けられていることを要旨とする。
【００２８】
上記金型装置において、押圧手段として、パンチ先端から末広がり状に形成された拡径部を有する場合、この拡径部における板材を押圧する面を、水平線に対し１５°を上回り且つ７５°を下回る範囲の傾斜面で構成することができる。
【００２９】
また、押圧手段として、パンチ先端から末広がり状に形成された拡径部を有する場合、この拡径部における板材を押圧する面を、曲線で構成することができる。
【００３０】
また、上記押圧手段として、パンチ先端から末広がり状に形成された拡径部を有する場合、この拡径部における板材を押圧する面を階段状の傾斜面で構成することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のプレス成形方法および金型装置によれば、工程数を増やすことなく、また、複雑な金型を使用することなく欠陥のない突起部をプレス成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００３３】
まず、本発明のプレス成形方法に適用される張り出し加工の原理について図１を参照しながら説明する。
【００３４】
同図(ａ)において、金型装置１は孔部２ａを有するダイ２と、その孔部２ａの孔径より小さい直径からなる可動式のパンチ３とから構成されている。
【００３５】
成形用の板材４を上記ダイ２上に載置し、パンチ３を成形方向（矢印Ａ方向）に押し込むと、板材４が塑性変形し、図１(ｂ)に示すような突起部（凸部）４ａが成形される。
【００３６】
図２は図１(ａ)のＢ部を拡大して示したものである。ただし、板材４については加工前と加工後で歪の発生状態がわかるようにその断面をグリッドで表している。
【００３７】
なお、図中、ＰDはパンチ３の直径（以下パンチ径と呼ぶ）、ＰRはパンチ肩部３ａのアール（以下、パンチ肩部アールと呼ぶ）、ＤDは孔部２ａの内径（以下、ダイ孔径と呼ぶ）、ＤRはダイ肩部２ａのアール（以下、ダイ肩部アールと呼ぶ）をそれぞれ示している。
【００３８】
なお、上記ダイ肩部２ｂとは、ダイ２における孔部壁面２ｃと上端面２ｄとを曲面で連絡している部分であり、パンチ肩部３ａとはパンチ３の底面３ｂとパンチ胴部壁面３ｃとを曲面で連絡している部分である。
【００３９】
ここに成形性の低い板材４として板厚１．６ｍｍの高張力鋼板５９０ＭＰａクラスを使用し、ＰD：４ｍｍ，ＰR：２ｍｍ，ＤD：６ｍｍ，ＤR：１ｍｍの金型装置１を用い、押し込み量：４．１ｍｍの条件下で張り出し加工を行った。板材４は図３に示すように塑性変形し、成形下死点における板材４の相当塑性ひずみ分布は図４に示すようになる。
【００４０】
同図からわかるように、突起部４ａの先端からパンチ肩部アールＰRの終点近傍に至る範囲Ｓで相当塑性ひずみが発生していることがわかる。また、パンチ肩部アールＰRの終点近傍では相当塑性ひずみの最大値であるレベルＳ12が発生し、先端部４ｃでも最大値に近い相当塑性ひずみとしてレベルＳ11が発生している。
【００４１】
次に、本発明のプレス成形方法について説明する。
【００４２】
図５は、本発明のプレス成形方法に使用される金型装置の構成を示したものである。
【００４３】
なお、同図において図２と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
本発明の金型装置５は上述した金型装置１と同様に、孔部２ａを有するダイ２と、その孔部２ａの孔径より小さい直径からなる可動式のパンチとから構成されているが、このパンチに特徴を有している。
【００４５】
金型装置５におけるパンチ６は、その根元部側にパンチ径ＰDよりも径が拡大された拡径部（押圧手段）６ａを有しており、この拡径部６ａの板材４を押圧する面（下面）には、パンチ肩部６ｂのアールＰRの終点Ｃからパンチ基端側（図では上方）に向けて距離Ｚ離れた位置を起点Ｄとしこの起点Ｄから水平線に対しθの角度で直線的に傾斜する傾斜面６ｃが形成されている。なお、本実施形態では上記距離Ｚを０．５ｍｍとしている。
【００４６】
また、パンチ６は先端が半球状に形成された軸体で構成されているため、上記拡径部６ａは詳しくは、パンチ６の裾部（パンチにおける突起部４ａの成形に供せられる範囲の根元部）外周面に一体に周設された環状部材からなり、その環状部材における下面が傾斜面６ｃで構成されていることになる。なお、傾斜面６ｃの角度θは１５°を上回り且つ７５°を下回る範囲で設定することができるが、本実施形態では角度θを６０°としている。なお、角度θが１５°を下回ると十分な圧縮効果を得ることが難しく、また、７５°を上回る場合も同様に十分な圧縮効果を得ることが難しくなる。
【００４７】
上記構成を有する金型装置５を用い、押し込み量：４．１ｍｍの条件下で張り出し加工を行うと、板材４は図６に示すように塑性変形する。
【００４８】
詳しくは、パンチ６をプレス方向（矢印Ａ方向）に移動させることにより、板材４がダイ孔部２ａに押し込まれ、突起部４ａが成形されていく。
【００４９】
なお、本実施形態ではパンチ６で成形された突出側をシートレールのストッパとして使用することを想定しているため突起部と呼んでいるが、凹み側を使用する場合には突起部を凹部と読み替える。
【００５０】
突起部４ａが成形されていく過程で拡径部６ａの傾斜面６ｃが板材４の折曲部４ｂに当接し、パンチ６がさらに下降すると、傾斜面６ｃがハッチングで示された範囲の材料Ｅａを徐々にプレス方向に向けて圧縮し、材料Ｅａは押し潰されながら突起部側壁４ｃに送り込まれるようになる。
【００５１】
すなわち、拡径部６ａに形成されている傾斜面６ｃは張り出し加工によって突起部４ａを成形する際に、材料をその側壁４ｃに向けて送り込む機能を果たしているため、パンチ肩部３ａの下降によって突起部４ａを成形する際に、その突起部４ａの先端部および裾部に集中する引張応力を緩和するようになっている。
【００５２】
そのため、板材４の強度＞引張応力を維持しながら張り出し加工を行うことが可能になり、割れ等の欠陥を発生させることなく突起部４ａを精度良く成形することができるようになる。
【００５３】
図７は上記金型装置５を用いて成形された成形品の断面を示している。
【００５４】
上記成形品において傾斜面６ｃによる圧縮後の板厚をｔ１、成形前の板厚をｔとし、圧縮率ｔｃ＝（ｔ−ｔ１）／ｔを変化させた場合の成形性の善し悪しを実験した。
【００５５】
ただし、板厚ｔ１は、傾斜面６ｃによる押圧によって成形された板材傾斜面（変形部）４ｄとダイ肩部２ｂによって成形された板材折曲部４ｅとの最短距離とする。
【００５６】
【表１】
2006281272.tif 000003
【００５７】
表１に示されるように、０．２２≦ｔｃ≦０．６１で成形性の向上が確認された。また、０．２９≦ｔｃ≦０．４６では特に成形性が良好であるという結果が得られた。
【００５８】
また、ｔｃ＜０．２２では材料を圧縮する効果が不足して成形性が向上するまでには至らず、０．８１＜ｔｃでは材料の圧縮量が大きすぎるために圧縮後の板厚ｔ１が薄くなり、割れの発生する確率が高くなる。
【００５９】
従って、パンチ６に付設する拡径部６ａの形状を決定する場合は、０．２２≦ｔｃ≦０．６１となるように形状を決めることが好ましく、より好ましくは０．２９≦ｔｃ≦０．４６となるように形状を決めることが好ましい。
【００６０】
図８は本発明に係る成形下死点における板材４の相当塑性ひずみ分布を示したものである。
【００６１】
先に説明した図４の相当塑性ひずみ分布と比較すれば明らかなように、図４の相当塑性ひずみ分布では突起部の先端部および裾部の二か所にレベルＳ１１の相当塑性ひずみおよびレベルＳ１２（最大値）の相当塑性ひずみがそれぞれ現れていたが、本発明の相当塑性ひずみ分布では図８に示されるように突起部の裾部にしか相当塑性ひずみのピークが現れておらず、しかもそのレベルはＳ１２から大幅に抑制されている。
【００６２】
具体的には、突起部の裾部を示している“Ｅ”おいて相当塑性ひずみのピークはレベルＳ９に抑制されており、また、先端部を示している“Ｆ”についても相当塑性ひずみのピークはレベルＳ８に抑制されている。なお、図４と図８において相当塑性ひずみレベルを評価するゲージＧの尺度は同一である。
【００６３】
図９および図１０はパンチ６に付設される拡径部６ａの変形例を示したものである。
【００６４】
上述した拡径部６ａは直線的な傾斜面６ｃを備えていたが、図９に示す拡径部６ｄでは断面円弧状のアール部（曲線）６ｅがパンチ６の裾部に形成されている。このアール部６ｅは略上向に凸となる状態で形成されている。
【００６５】
上記拡径部６ｄによれば、アール部６ｅに押圧されることにより破線で囲まれた材料Ｅｂが突出部の側壁部分に送り込まれる。
【００６６】
また、図１０に示す拡径部６ｆではパンチ６の裾部に階段状の段部６ｇが形成されている。この段部６ｇはプレス方向（矢印Ａ方向）に向けて段階的に径を縮小する状態で形成されている。
【００６７】
上記拡径部６ｆによれば、段部６ｇに押圧されることにより破線で囲まれた、上記材料Ｅｂよりも多い量の材料Ｅｃを突出部成形用としてプレス方向に送り込むことができる。
【００６８】
このように拡径部６ｃ，６ｄ，６ｆは、張り出し加工によって突起部４ａを成形する際に材料をその突起部に向けて送り込むことができる機能を果たすものであれば任意の形状のものを選択することができる。
【００６９】
また、本発明において、拡径部は上記したように直線的な傾斜面６ｃとアール部６ｅと段部６ｇのいずれか一つを選択的に採用することもできるし、複数を組み合わせたもの、例えばアール部６ｅと直線的な傾斜面６ｃとを連続させたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】張り出し加工の原理を説明するものであり、(ａ)は成形前の状態を示す説明図、(ｂ)は成形後の状態を示す説明図である。
【図２】図１(ａ)のＢ部拡大図である。
【図３】成形後の板材の変形状態を示す解析図である。
【図４】板材成形後の相当塑性ひずみ分布を示す説明図である。
【図５】本発明に係るプレス成形方法に使用される金型装置の構成を示す説明図である。
【図６】成形後の板材の変形状態を示す解析図である。
【図７】本発明に係る成形品の断面図である。
【図８】本発明に係る板材成形後の相当塑性ひずみ分布を示す説明図である。
【図９】本発明の拡径部の変形例を示す図６相当図である。
【図１０】本発明の拡径部の別の変形例を示す図６相当図である。
【図１１】従来の張り出し加工によって生じた亀裂を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    金型装置
２    ダイ
２ａ  孔部
２ｂ  ダイ肩部
２ｃ  孔部壁面
２ｄ  上端面
３    パンチ
３ａ  パンチ肩部
３ｂ  底面
３ｃ  パンチ胴部壁面
４    板材
４ａ  突起部
４ｂ  折曲部
４ｃ  突起部側壁
４ｄ  板材傾斜面
４ｅ  板材折曲部
５    金型装置
６    パンチ
６ａ  拡径部
６ｂ  パンチ肩部
６ｃ  傾斜面
６ｄ  拡径部
６ｅ  アール部
６ｆ  拡径部
６ｇ  段部
【図１】
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【図２】
2006281272.tif 000005
【図３】
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【図４】
2006281272.tif 000007
【図５】
2006281272.tif 000008
【図６】
2006281272.tif 000009
【図７】
2006281272.tif 000010
【図８】
2006281272.tif 000011
【図９】
2006281272.tif 000012
【図１０】
2006281272.tif 000013
【図１１】
2006281272.tif 000014