(57)【要約】      （修正有）【課題】生産効率を低下させることなくプレス成形性を向上させる金属板のプレス成形方法を提供する。【解決手段】ダイとパンチで金属板を成形する金属板のプレス成形方法において、パンチが金属板に接触して該パンチのストローク終端に達するまでの間に、パンチを停止させ、所定時間経過後に金属板の成形を再開するという動作を、少なくとも１回行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイとパンチで金属板を成形する金属板のプレス成形方法において、
前記パンチが前記金属板に接触して該パンチのストローク終端に達するまでの間に、前記パンチを停止させ、所定時間経過後に前記金属板の成形を再開するという動作を、少なくとも１回行うことを特徴とする金属板のプレス成形方法。
【請求項２】
前記所定時間は、０．５〜４秒であることを特徴とする請求項１に記載の金属板のプレス成形方法。
【請求項３】
前記所定時間は、０．５〜１秒であることを特徴とする請求項１に記載の金属板のプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属板をプレス成形する方法に係り、特に、成形荷重を低減してより深い加工を可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化が国際的な問題となっており、ＣＯ２削減のため自動車業界では燃費向上の目的で軽量化が進められている。一方、近年の衝突安全基準は年々と厳しくなっており、そのような動向を先取りした安全な自動車を作るための研究が行なわれてきた。すなわち、軽量化と安全性という相反する目的を満たすため高張力鋼板の適用が増加してきている。たとえば、高張力鋼板を衝突形態やクラッシュ変形モードの制御のために考慮して適材適所に配置することにより、重量増加を最小限に抑えてきた。
【０００３】
しかしながら、高張力鋼板は、軟鋼材と比較して成形性が悪く、適用部品の種類や形状に制限を受けることが多い。より多くの部品に適用範囲を広げて自動車等の軽量化を図るため、高張力鋼板の深絞り成形の研究が行われている。たとえば、特許文献１には、パンチが金属板に最初に接触して成形が開始された後、パンチがウォータジェットローク終端に達して成形が完了するまでの間に、パンチを金属板から後退させる動作を少なくとも１回行うプレス成形方法が開示されている。この技術によれば、パンチを金属板から後退させることで金属板に潤滑油の油膜が再生され、潤滑効果の向上により、より深いプレス加工を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９９３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、パンチを後退させるために時間のロスが大きく、生産効率が低下するという問題があった。したがって、本発明は、生産効率を低下させることなくプレス成形性を向上させることができる金属板のプレス成形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、金属板をプレス成形する途中でパンチを停止するとどのような挙動が生じるかを調査した。その結果、パンチを停止するとパンチに作用する荷重が急激に低下し、再びパンチを移動させると停止前の荷重とほぼ同じ値まで回復することが判った。そして、パンチを停止させる動作により、限界絞り深さが伸びるという事実が判明した。その理由は、金属組織学的なものと考えられるが、詳細は定かではない。この場合、パンチと金属板とは常に密着しているから、特許文献１のように潤滑油の油膜の再生といったものではないことは確かであるが、成形性向上のメカニズムは今後の研究により明らかにされる。
【０００７】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、ダイとパンチで金属板を成形する金属板のプレス成形方法において、パンチが金属板に接触して該パンチのストローク終端に達するまでの間に、パンチを停止させ、所定時間経過後に金属板の成形を再開するという動作を、少なくとも１回行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、金属板のプレス成形性を向上させることができるとともに、パンチを寸時停止させるだけであるので生産性に与える影響が少ない。パンチを停止させる時間は任意であるが、本発明者等が引張試験にて検討したところ、引張を停止してから０．５秒の間に応力が急激に緩和されることが判明している。また、そのような応力の緩和現象は４秒間でほぼ完了することも判明した。よって、パンチの停止時間は０．５〜４秒の間が望ましい。
【０００９】
また、金属板が塑性変形を開始して歪み量が最大になるときにパンチを停止させることが望ましい。本発明者等の検討によれば、歪み量が小さいときと大きいときでは応力の緩和の割合にあまり差がないことが判明している。したがって、歪み量が大きいときの方が応力が大きいから、パンチの停止による緩和される応力の量が大きい。また、パンチを停止させる回数は１回以上であるが、複数回停止させる場合には、歪み量が最大のときに少なくとも１回はパンチを停止させることが望ましい。
【００１０】
本発明では、パンチの停止を行うため、従来のクランクプレスではなくサーボプレスなどのようにプレスラムの停止と再起動を容易に行うことができるプレス装置を用いる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生産効率を低下させることなく金属板のプレス成形性を向上させることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例で用いた金型を示す側断面図である。
【図２】実施例で成形したブランクを示す平面図である。
【図３】実施例におけるプレスラムのクランクモーションとステップモーションを示すグラフである。
【図４】実施例におけるプレスラムのストロークとパンチ荷重との関係を示すグラフである。
【図５】実施例における時間とパンチ荷重との関係を示すグラフである。
【図６】引張試験における時間と真応力との関係を示すグラフである。
【図７】引張試験における時間と真応力との関係を示すグラフである。
【図８】図７の要部を拡大した図である。
【図９】時間と応力緩和速度との関係を示すグラフである。
【実施例】
【００１３】
図１に示す金型を用いて図２に示すブランクから深絞り成形により有底角筒状の製品を成形した。図１において符号１０は例えばサーボプレスに固定されたダイであり、ダイ１０には金属板Ｗを成形するための穴１１が形成されている。ダイ１０には、穴１１に抜き差し自在に挿入されるパンチ２０が対向配置されている。パンチ２０は、ダイ１０に対して接近離間可能なプレスラム２１に取り付けられ、プレスラム２１には、プレート２２が取り付けられている。プレート２２には、ブランク押さえ２３がパンチ２０の移動方向に摺動自在に支持されている。ブランク押さえ２３とプレート２２との間にはコイルバネ２４が介装されている。
【００１４】
上記のような金型では、プレスラム２１をダイ１０側（上方）へ移動させると、先ずブランク押さえ２３が金属板Ｗに当接してこれを押さえ付ける。次いで、パンチ２０が金属板Ｗに当接し、金属板Ｗを穴１１の内側へ変形させる。そして、ブランク押さえ２３で金属板Ｗを押さえ付けながら、パンチ２０で金属板Ｗを深絞り成形する。なお、ブランク押さえ２３は、プレスラム２１の駆動源とは別の駆動源により移動させるように構成することもできる。
【００１５】
パンチ２０の下端部に歪ゲージを貼り付け、これにより成形荷重を測定する成形試験を行った。サーボプレスは、アイダエンジニアリング社  ＮＣ１  ２５００（Ｄ）  ２５００ｋＮを用いた。このサーボプレスでは、ＮＣサーボ機構によりプレスラム２１の動きを自在にプログラミングできる。ブランク押さえ力は１００ｋＮとし、金属板Ｗとしては、表１に示す材料を用意した。成形試験では、成形深さを５ｍｍずつ増やしてゆき、破断やネッキングを起さない成形限界深さを求めた。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
絞り加工では、プレスラム２１に２種類のモーションを用いた。図３（Ａ）は、従来のクランクプレスのモーション（クランクモーション）を示し、時間に対して正弦波の軌跡を描く動作である。本実施例では、このクランクモーションでプレスラム２１を動作させた。他のモーションは、図３（Ｂ）に示すように、成形中に一時的に動作を停止するプレスラム２１の動作である（ステップモーション）。本実施例では、このステップモーションによってもプレスラム２１を動作させた。
【００１８】
本実施例で用いた材料はＪＡＣ４４０Ｗである。クランクモーションでは成形深さ６５ｍｍでコーナー部に割れが見られたが、ステップモーションで成形すると７０ｍｍまで割れることなく成形できた。このように、ステップモーションにて成形することで成形限界深さが増加することが確認された。この深絞り加工における成形荷重の変化を図４に示す。
【００１９】
図４に示すように、プレスラム２１の各位置における成形荷重はクランクモーションもステップモーションもほぼ同じである。しかしながら、図５に示すように、ステップモーションの成形荷重の時間変化を見ると、成形途中で停止している間に成形荷重が低下していることが判る。プレスラム２１が再び動き出すと、停止前の荷重とほぼ同じ値まで回復し、その後はクランクモーションでの加工とほぼ同じ荷重曲線を描く。なお、ＪＡＣ５９０Ｙで同じ成形試験を行ったところ、クランクモーションでは５０ｍｍが成形限界だったものが、ステップモーションにより７０ｍｍまで成形できた。
【００２０】
次に、上記の材料にて引張試験を行った。引張試験片は短冊形状とし、ロードセルの速度は低速と高速の２種類とした。また、引張試験の停止時間は１０．０秒とし、停止箇所は低歪みと高歪みの２箇所とした。引張試験を低歪み域で停止した結果を図６、引張試験を高歪み域で停止した結果を図７に示す。これらの図から判るように、低歪み側での停止および高歪み側での停止において応力の低下、すなわち応力緩和現象が見られた。１０．０秒間の停止により、荷重は、低歪み側では４０５ＭＰａから３９０ＭＰａへと３．６％低下し、高歪み側では４８２ＭＰａから４６４ＭＰａへと３．７％低下した。以上の結果から、低歪み域と高歪み域では、ほぼ同じ割合で荷重が下がることが判った。したがって、高歪み域での停止ほど緩和量の絶対値は大きくなる。
【００２１】
図８に停止直後からの応力緩和部分を拡大したグラフを示す。図８に示すように、応力緩和量は停止後の経過時間により変化し、特に停止直後の緩和量が非常に大きいことが判る。図９に単位時間当たりの応力緩和量を示す。図９に示すように、初期の０．５秒で緩和速度が３０％に下がり、１．０秒では１５％に下がる。このことは、緩和初期の１．０秒間の効果が大きいことを意味する。
【００２２】
なお、以上の応力緩和現象は歪み速度（ロードセルの速度）を変化させて高速とした場合も低速とした場合にも同様の現象として確認できた。また、表１に示す全ての材料で引張試験を行った結果、１０．０秒間の停止で３〜４％の応力緩和が確認された。
【００２３】
さて、生産する上で加工時間は可能な限り短時間であることが理想である。そこで、応力緩和の効果が大きい停止時間１秒以下での限界点を見い出すために停止時間を０．１秒、０．３秒、０．５秒、１．０秒として成形試験を行った。その結果、１．０秒と０．５秒の停止時間では割れもネッキングもなく成形深さ７０ｍｍまで成形できた。停止時間を短くした０．３秒と０．１秒では、深さ７０ｍｍの成形でネッキングが見られ、停止せずにクランクモーションで成形すると成形深さが６５ｍｍの時点でワレが発生した。
【００２４】
以上の結果から、ステップモーションによる成形性向上の効果は停止時間に依存することが判り、十分な効果を得るためには０．５秒以上停止させる必要があることが判った。０．５秒という停止時間は、生産性への影響を最小限にする最適な時間と考えられる。また、引張試験の結果より、鋼種や歪み速度によらず応力緩和が確認されていることから、ステップモーションによる成形性の向上は成形速度や鋼種によらず期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の金属板のプレス成形方法は、生産効率を低下させることなく金属板のプレス成形性を向上させることができるので、自動車等におけるより多くの部品に高強度鋼板ないし超高張力鋼板を適用することが可能になり、車体の軽量化に大きく貢献できる。
【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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