(57)【要約】【課題】ハット形断面部品において発生するフランジシワを大きく低減し、シワの無いハット形断面形状の部品を得ることが可能な成形性に優れたプレス成形品の製造方法を提供する。【解決手段】プレス成形品１０の製造方法は、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ハット形断面を有する製品形状に、金属板２４をプレス成形してプレス成形品１０を製造するプレス成形品１０の製造方法である。上記フランジ部２位置よりも外周部分に対しシワ押さえ２３で上記金属板２４を押さえるシワ押さえ領域Ｓ０を設定し段絞りで成形を行う段絞り工程を有し、上記段絞りで成形を行う際に、上記フランジ部２位置の一部にも、シワ押さえ２３で押さえる付加領域Ｓ１を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ハット形断面を有すると共に上記天板部及びフランジ部が長手方向に沿って上記天板部側に凸に湾曲した湾曲部分を有する製品形状に、金属板をプレス成形してプレス成形品を製造するプレス成形品の製造方法において、
上記フランジ部位置よりも外周部分に対しシワ押さえで上記金属板を押さえるシワ押さえ領域を設定し段絞りで成形を行う段絞り工程を有し、
上記段絞りで成形を行う際に、上記フランジ部位置の一部にも、シワ押さえで押さえる付加領域を設定することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【請求項２】
上記付加領域は、上記付加領域が無い状態で段絞りで成形して上記製品形状に成形した場合に、シワが発生すると推定されるシワ発生領域の一部または全部を含む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。
【請求項３】
上記付加領域は、上記金属板を上記製品形状に成形するＣＡＥ解析の結果に基づき上記フランジ部におけるシワが発生するシワ発生領域を推定し、その推定したシワ発生領域に基づき設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したプレス成形品の製造方法。
【請求項４】
上記プレス成形品は、上記フランジ部に対し他の部品と接合するための接合部が設定され、
上記付加領域を設定する位置は、上記接合部の位置の一部または全部を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したプレス成形品の製造方法。
【請求項５】
上記シワ押さえ領域をフランジ部側に部分的に拡大することで上記付加領域を設定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。
【請求項６】
上記段絞り工程で使用する金型のパンチ及びダイは、上記付加領域が設定されたフランジ部位置の外側位置を除く上記フランジ部外周に段絞り用の段が形成されてい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。
【請求項７】
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６のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形によって、ハット形断面を有する製品形状に金属板（ブランク材）を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体の衝突安全性向上と軽量化の両方を両立させるために、車体構造部品に対し５９０ＭＰａ以上のハイテン材の適用が進んでいる。しかし、ハイテン材は降伏強度が高いため、ハイテン材からなる金属板を構造部品にプレス成形を行う際に、ワレ、シワなどの成形性が課題となる。
車体構造部品に用いられるプレス成形品の一つとしては、Ｂピラーアウターのように、天板部およびフランジ部が長手方向に所定の曲率半径で湾曲したハット形断面を本体としその本体の湾曲端部においてハット形断面の縦壁面に対して垂直方向に延在する延在部を有するような製品形状の部品が挙げられる。このような部品は、フランジ部に発生するシワを抑制するため、通常ドロー成形により成形される。しかしながら、ドロー成形で成形する場合には、横断面の開き（スプリングバック）が発生するといった課題がある。
【０００３】
この課題を解決するために段絞りという成形方法を採用する場合がある。この段絞りによる成形では、フランジ部の外周に段差を設け、その段差よりも外側に対しシワ押さえで押さえるシワ押さえ領域を設定して成形を行う。この段絞りによる成形方法を適用することにより、成形下死点で張力が加わるため、断面の開きが低減する。
しかしながら、上記段絞りによる成形では、段差よりも内側の領域はシワ押さえを適用しないため、金属板にハイテン材を適用した場合、フランジ部にシワが発生するおそれがあるといった課題がある。
【０００４】
ここで、特許文献１に記載のプレス成形方法では、熱間プレス成形において湾曲フランジに発生するシワを低減させるプレス方法が提案されている。この方法はシワが発生しやすい湾曲部のみブランク形状を大きくし且つシワ押さえで材料を拘束させながら成形を行い、他の部分はフォーム成形を行う方法であり、シワ押さえで湾曲部の材料を拘束させながら絞り成形を行うため、シワが低減される効果がある。
また特許文献２に記載のプレス成形方法では、冷間プレス成形において湾曲フランジに発生するシワを低減させる方法が提案されている。この方法はフランジ部にステップ形状を設けることによって、成形途中において張力を付与することで、シワを低減する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１５１７８４号公報
【特許文献２】特許第５８６３８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のプレス成形方法は、熱間プレス成形であって成形時に高温にすることによって、材料強度を低くして成形する。このため、本発明が対象とする、冷間プレス成形への適用は難しく、特にハイテン材などの高強度材からなる金属板のプレス加工への適用が難しい。
また特許文献２に記載のプレス成形方法では、成形後期にステップにより張力を加えるため、成形初期から発生するフランジシワを十分に抑制することは難しい。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、ハット形断面部品において発生するフランジシワを大きく低減し、シワの無いハット形断面形状の部品を得ることが可能な成形性に優れたプレス成形品の製造方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】
【０００７】
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ハット形断面を有すると共に上記天板部及びフランジ部が長手方向に沿って上記天板部側に凸に湾曲した湾曲部分を有する製品形状に、金属板をプレス成形してプレス成形品を製造するプレス成形品の製造方法において、上記フランジ部位置よりも外周部分に対しシワ押さえで上記金属板を押さえるシワ押さえ領域を設定し段絞りで成形を行う段絞り工程を有し、上記段絞りで成形を行う際に、上記フランジ部位置の一部にも、シワ押さえで押さえる付加領域を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、ハット形断面のプレス成形品におけるフランジシワを低減することが出来る。この結果、成形不良の無い部品が得られ、歩留まりの向上に繋がる。
また、例えば、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、部品の組み立てを容易に行うことが可能となる。
特に、上記製品形状が、ハット形断面を有すると共に、天板部及びフランジ部に、長手方向に沿って少なくとも一部が天板部側に凸に湾曲した形状をする場合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るプレス成形品の製品形状の例を説明する図であって、（ａ）が斜視図、（ｂ）が側面図である。
【図２】フランジシワの例を示す図である。
【図３】従来の段絞り工程で使用する金型の例を示す図であって、（ａ）がパンチとシワ押さえの関係を示す上面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ′断面を示す図である。
【図４】従来の段絞りによる成形で使用する金型を使用した成形例の過程を示す概略図である。
【図５】本発明に基づく段絞り工程で使用する金型の例を示す図であって、（ａ）がパンチとシワ押さえの関係を示す上面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ′断面を示す図である。
【図６】本発明に基づく段絞り工程で使用する金型を使用した成形例の過程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
本実施形態では、ハット形断面のプレス成形品として、図１に示すような製品形状を例にして説明する。この例は、Ｂピラーアウターに代表される構造部品を想定したものである。
すなわち、本実施形態のプレス成形品１０の製品形状は、図１に示すような、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を有すると共に、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製品形状となっている。
【００１１】
また、本実施形態のプレス成形品１０の製品形状は、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部１の面がＴ字形状となっている。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。
【００１２】
ここで、本発明は、対象とするプレス成形品１０の製品形状がＴ字形状となっている必要はなく、段絞り成形によってフランジ部２にシワが発生する可能性があるハット形断面形状を有する製品形状であれば適用可能である。
金属板２４を上記のような製品形状に、段絞りによりプレス成形すると、図２に示す例のように、フランジ部２の湾曲部分においてシワが発生するおそれがある。このフランジシワは材料強度の増加に伴い、発生しやすくなる。図２中、符号Ｓがフランジシワの発生位置の例である。
【００１３】
ここで、上記の段絞りによるプレス成形に使用される金型は、パンチ２０、ダイ２１及びシワ押さえ２３を備える。ダイ２１及びパンチ２０には、図３や図４（ａ）に示すように、天板部形成部２０ａ、側壁部形成部２０ｂ及びフランジ部形成部２０ｃからなるハット形断面形成部と、フランジ部形成部２０ｃの外周に段差形成部２０ｄが設けられている。そして、図３に示すように、パンチ２０に形成された段差形成部２０ｄの外側にシワ押さえ２３が配置され、図４（ａ）のように、シワ押さえ２３とダイ２１とによって、金属板２４の外周を押さえることが可能となっている。ここで、金属板２４における、シワ押さえ２３が当接する位置がシワ押さえ領域Ｓ０となり、フランジ部２よりも外周側にシワ押さえ領域Ｓ０を設定される。そのシワ押さえ領域Ｓ０のフランジ部２側の輪郭のラインＬ０を、図３（ａ）に示す。
【００１４】
ここで、段絞りによるプレス成形は、ワレ低減やソリ低減には有効な加工方法ではあるものの、発明者らが調査したところ、金属板２４の材料強度が高くなるほど、フランジ部２にシワが発生するおそれがあるという知見を得た。特に、湾曲したフランジ部２の部分にシワが発生しやすいとの知見を得た。
このような知見に基づき、検討した結果、フランジ部２の面におけるシワが発生する部分を部分的に押さえて段絞りによる成形を行うことで、フランジ部２に発生するシワも低減できて成形精度を向上できるという知見を得た。
【００１５】
上記の知見に基づき、本実施形態では、上記のシワ押さえ領域Ｓ０に加えて、フランジ部２位置の一部にも、シワ押さえ２３で押さえる付加領域Ｓ１を設定して段絞りで成形を行うことで、金属板２４を目的の製品形状に成形する。この段絞りにより成形する段絞り工程の前後に、他の処理工程を有していても良い。他の処理工程とは、例えばブランク材をトリムする工程である。
上記付加領域Ｓ１は、フランジ部２の位置の一部であって、金属板２４を付加領域が無い状態で段絞りで成形して製品形状に成形した場合に、シワが発生すると推定されるシワ発生領域Ｓの一部または全部を含むように設定する。
【００１６】
シワ発生領域Ｓは、実験によって判定しても良い。本実施形態では、金属板２４を上記製品形状に付加領域が無い状態の段絞りで成形するＣＡＥ解析を行い、その結果に基づき、フランジ部２におけるシワが発生するシワ発生領域を推定する。
ここで、シワ発生領域が複数箇所存在する場合に、その全てを押さえ無くても良い。例えば一番シワが大きく発生する領域や、他の部品と溶接やボルトなどで接合される接合部位置となる部分に対し、付加領域Ｓ１を設定する。
ここで、付加領域Ｓ１の設定は、上記のようにシワ発生領域を推定することなく、単純に、他の部品との接合部として設定されるフランジ部２の位置を含むように付加領域Ｓ１を設定しても良い。この場合には、接合部位置に対し、確実にシワを発生させることなく、金属板を製品形状に成形することが可能となる。使用者から隠れた箇所に使用されるプレス成形品１０であれば、最低限、接合部の部位に発生するシワを回避したい。接合部の部位にフランジシワが形成された場合には、他の部品との接合の際に接合精度が悪くなるなどの悪影響が発生する。
【００１７】
シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とは、それぞれ個別のシワ押さえ２３で押さえても良いし、一体物のシワ押さえ２３で、シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とを同時に押さえるようにしても良い。
個別のシワ押さえ２３で金属板２４を押さえる場合には、シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とを押さえる押圧力を個別設定することが可能となり、例えばシワ押さえ領域Ｓ０よりも付加領域Ｓ１の押圧力を相対的に弱く設定することなどが可能となる。ただし、その分、金型の構成が複雑化する。
また、シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とは連続していても良いし、シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とを非連続な領域として配置しても良い。
【００１８】
以下の説明では、一体物のシワ押さえ２３を採用し、且つシワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とが連続している場合を例に説明する。
この例では、図５のように、シワ押さえ領域Ｓ０を部分的にフランジ部２側に拡大することで付加領域Ｓ１を設定する場合の例である。
この例では、フランジ部２外周に設定する段絞り用の段差について、シワ押さえ領域Ｓ０の一部における付加領域Ｓ１部分に向けて拡大した領域に被る位置だけ段絞り用の段差を省略する場合の例である。すなわち、付加領域Ｓ１の外側部分を除いてフランジ部２の外周に段絞り用の段差を設ける。この場合には、付加領域Ｓ１とシワ押さえ領域Ｓ０との境界部分に段差による凹凸が形成されないことから、シワ押さえ２３の押さえ面が平坦になっている。すなわち、この例では、付加領域Ｓ１を設けたフランジ部２外周位置の段差を省略した、部分段差絞りとも言うような段絞りの設定によって成形する場合を例示している。勿論、付加領域Ｓ１を設けたフランジ部２外周にも段差を形成しても良い。この段差は、金属板２４（ブランク材）に対しビードのような役割を有するため、フランジ外周部の拘束に対する要求に応じて、段差に応じた凹凸をシワ押さえ２３に形成しても良い。
【００１９】
なお、シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とが非連続に設定する場合においても、付加領域Ｓ１を設定したフランジ部２の外側に段差を設けても良いし、設けなくても良い。
付加領域Ｓ１部分の輪郭のラインＬ１は、曲率半径が急峻する曲率急峻部の無い滑らかなラインから構成され、且つシワ押さえ領域Ｓ０のラインに滑らかに接続するように設定することが好ましい。このようにすることでシワ押さえ２３による応力集中する部分の発生を回避可能となる。
また、シワ押さえ領域Ｓ０と付加領域Ｓ１とが非連続に設定する場合においても、一体物のシワ押さえ２３で両方の領域を押さえるようにしても良い。
【００２０】
以上のような、本実施形態における段絞りによる成形では、フランジシワを低減するために、段絞りで成形する際に、シワ押さえ２３の領域を部分的に拡大して付加領域Ｓ１を別途設定し製品形状に成形する。これにより、成形初期からシワが発生しやすいフランジ湾曲部などを押さえて成形し、フランジシワが抑制される。
また、フランジシワが発生しない若しくは発生するシワが小さい領域においては、段絞りとしているため、成形後期に張力が付与され壁開きが抑制される。
金属板２４としてはハイテン材を対象とした場合が特に効果を奏するが、金属板２４として鋼板やアルミニウム板などを用いてもよい。
【００２１】
ここで、材料強度の増加に伴いフランジシワが大きく発生するが、このフランジシワ全領域をシワ押さえ２３で押さえようとすると張力が過大になり、割れが発生する可能性がある。したがって、ワレが発生しないようにフランジシワ発生領域の一部分のみをシワ押さえ２３で押さえてもよい。
成形方法は段絞りまたはドロー成形を適用してもよい。
【実施例】
【００２２】
本発明に係るプレス成形方法によるフランジシワ低減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１に示す長手方向に湾曲したハット形断面部品にプレス成形する場合を対象とした。なお、プレス成形に使用する金属板２４は板厚ｔ＝１．４ｍｍであって、引張強度が１４７０ＭＰａ級の鋼板とし、シワ押さえ２３力が５０ｔｏｎという条件で解析を行った。
比較のため、図３に示すような通常の段絞り成形時の金型を使用して段絞りによる成形を行った場合の解析を実施した。すなわち、フランジ部２の外側全周に段差形状があり、この段差の外側のシワ押さえ領域Ｓ０だけをシワ押さえ２３で押さえて成形するという条件で解析した。
【００２３】
このような比較例の金型により成形した際の成形途中における、全体図および断面図を図４に示す。図４（ａ）から図４（ｄ）に向けて成形が行われており、下死点３０ｍｍｕｐ〜５ｍｍｕｐの結果を示している。なお、「ｍｍｕｐ」は下死点を基準とした下死点からの上方位置を示す。例えば、下死点３０ｍｍｕｐは、下死点よりも３０ｍｍ上方位置を指す。
図４から分かるように、比較例では、２０ｍｍｕｐからシワが発生し始め、断面をみると段差部分のブランクが膨らんでいることが確認できる。最終的にこの膨らみがシワになり残ってしまう。
【００２４】
次に、本発明に基づく成形の解析結果について説明する。
本発明例では、図５のように、部分的にシワ押さえ領域Ｓ０を拡大して付加領域Ｓ１を設定した金型を使用して段絞りによる成形をする場合である。なお、付加領域Ｓ１を設定したフランジ部２の外側には段差形状は無くなり、ダイＲ止まりからシワ押さえ２３が配置されるという条件で解析した。
このような本発明例の金型により成形した際の成形途中における、全体図および断面図を図６に示す。図６（ａ）から図６（ｄ）に向けて成形が行われており、下死点３０ｍｍｕｐ〜５ｍｍｕｐの結果を示している。図６から分かるように、本発明例では、成形初期からフランジ部のシワが抑制されており、成形途中にフランジ部に材料が余ることなく成形されるため、フランジシワの無い製品が得られることが分かる。
【符号の説明】
【００２５】
１     天板部
２     フランジ部
３     側壁部
４     本体部
５     張出部
５     各張出部
５     張出部
６     縦壁部
１０   プレス成形品
２０   パンチ
２０ａ 天板部形成部
２０ｂ 側壁部形成部
２０ｃ フランジ部形成部
２０ｄ 段差形成部
２１   ダイ
２４   金属板
Ｌ０   輪郭のライン
Ｌ１   輪郭のライン
Ｓ     シワ発生領域
Ｓ０   シワ押さえ領域
Ｓ１   付加領域
【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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