(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した被成形板材を、両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品に、拡幅可能に分割されたダイとパンチを用いてプレス成形するプレス成形方法であって、
前記ダイと前記パンチにおける前記溝形部の底部に対応する部位が、前記被成形板材に当接しないようにして前記ダイと前記パンチを押し込む工程と、前記ダイと前記パンチが下死点まで移動したときに前記被成形板材を挟んだ状態で前記ダイと前記パンチを拡幅方向に移動して前記底部を幅方向に延ばす工程を備えたことを特徴とするプレス成形方法。
【請求項２】
前記底部を幅方向に延ばす工程の後に、前記被成形板材を金型で挟んだ状態で前記底部を冷却する冷却工程を備えたことを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
【請求項３】
加熱した被成形板材を、ダイとパンチを用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品にプレス成形するプレス成形装置であって、
前記ダイと前記パンチにおける前記溝形部の底部に対応する部位に、当該部位と前記被成形板材とが当接しないように凹み部が形成されてなり、
前記ダイと前記パンチは拡幅可能に分割され、前記ダイと前記パンチが下死点にある状態で前記ダイと前記パンチを拡幅する金型拡幅手段を備えてなることを特徴とするプレス成形装置。
【請求項４】
前記ダイは凹陥部における肩部に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えていることを特徴とする請求項３記載のプレス成形装置。
【請求項５】
前記パンチは凸部における肩部に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のプレス成形装置。
【請求項６】
下死点において、前記被成形板材の底部を冷却する冷却液を前記底部に供給する冷却液供給手段を備えたことを特徴とする請求項３乃至５に記載のプレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品をプレス成形するプレス成形方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板材を加熱してプレス成形を行う熱間・温間プレス成形においては、成形品の形状により、部分的に板厚減少が生じ、そのことが成形品の割れ等につながるため、部分的な板厚の減少を極力小さくすることが考えられてきた。
例えば熱間プレスの例として、特許文献１においては、金型の成形面に複数の冷媒吐出口と潤滑液供給口とを備え、成形中の変形抵抗や摩擦抵抗を制御して、局所的な破断やキズの発生を防止する熱間プレス成形方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４６１６７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に自動車の骨格部材はハット形の溝形断面を有しているものが多く、とくに衝突部材と言われる衝突の際の衝撃力を受ける部材はハット形断面の衝突方向に強度が求められている。
サイドシルやバンパメンバ等はこのような衝突部材であり、ハット形断面における縦壁部が衝突強度に寄与しているため、縦壁部の板厚を他の部位よりも相対的に厚くしたいという要請がある。
【０００５】
しかしながら、鋼板を加熱して金型にてハット形断面にプレス成形する場合、通常、パンチがハット形断面の底部に相当する鋼板の部位に先に接触するため、当該部位が冷やされて鋼板の変形抵抗が高くなる。
一方、縦壁部となる鋼板の部位は、金型との接触が底部となる部位よりも時間的に後であって、また、縦壁部は、金型にクリアランスもあるため、高温が保たれて成形時の変形抵抗が小さい。また、プレス成形時には縦壁部に大きな張力が作用する。このような理由から、縦壁部はプレス成形時に底部よりも板厚減少が生じてしまうのである。
縦壁部の板厚減少が生じると、この部分の強度が低下するため、部品としての強度を確保するためには、当該部位の板厚の減少を考慮し、素材となる金属板材の板厚をその分厚くしなければならず、縦壁以外の部位の板厚が増加して部品全体の重量増となってしまう。
【０００６】
上記問題を解決するために、ハット形の溝形断面部材を、特許文献１に開示されたプレス成形方法で行うとしても、特許文献１に開示された技術は、成形中の板厚減少を抑えることを主眼にした技術であり、このような技術では、仮に縦壁部の板厚減少を最小限に抑えることができたとしても、縦壁部の板厚は常に底部の板厚より薄くなり、結局、部品としての強度を確保するには、縦壁部の板厚を含む全体の板厚を厚くせざるを得なかった。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品をプレス成形するに際して、縦壁の板厚減少を抑えつつ、さらに底部の板厚を縦壁の板厚に比べて相対的に減厚できるプレス成形方法及び装置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】
【０００８】
（１）本発明に係るプレス成形方法は、加熱した被成形板材を、両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品に、拡幅可能に分割されたダイとパンチを用いてプレス成形するプレス成形方法であって、
前記ダイと前記パンチにおける前記溝形部の底部に対応する部位が、前記被成形板材に当接しないようにして前記ダイと前記パンチを押し込む工程と、前記ダイと前記パンチが下死点まで移動したときに前記被成形板材を挟んだ状態で前記ダイと前記パンチを拡幅方向に移動して前記底部を幅方向に延ばす工程を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記底部を幅方向に延ばす工程の後に、前記被成形板材を金型で挟んだ状態で前記底部を冷却する冷却工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
（３）本発明に係るプレス成形装置は、加熱した被成形板材を、ダイとパンチを用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品にプレス成形するプレス成形装置であって、
前記ダイと前記パンチにおける前記溝形部の底部に対応する部位に、当該部位と前記被成形板材とが当接しないように凹み部が形成されてなり、
前記ダイと前記パンチは拡幅可能に分割され、前記ダイと前記パンチが下死点にある状態で前記ダイと前記パンチを拡幅する金型拡幅手段を備えてなることを特徴とするものである。
【００１１】
（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記ダイは凹陥部における肩部に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
（５）また、上記（３）又は（４）に記載のものにおいて、前記パンチは凸部における肩部に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
（６）また、上記（３）乃至（５）に記載のものにおいて、下死点において、前記被成形板材の底部を冷却する冷却液を前記底部に供給する冷却液供給手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るプレス成形方法は、加熱した被成形板材を、ダイとパンチを用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品にプレス成形するプレス成形方法であって、前記ダイと前記パンチにおける前記溝形部の底部に対応する部位が、前記被成形板材に当接しないようにして前記ダイと前記パンチを押し込む工程と、前記ダイと前記パンチが下死点まで移動したときに前記被成形板材を挟んだ状態で前記ダイと前記パンチを拡幅方向に移動して前記底部を幅方向に延ばす工程を備えているため、前記部品をプレス成形するに際して、前記縦壁の板厚減少を抑えつつ、さらに前記溝形部の板厚を縦壁の板厚に比べて相対的に減厚することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるプレス成形装置を説明する図である。
【図２】図１のプレス成形装置を用いたプレス成形方法を説明する図である（その１）。
【図３】図１のプレス成形装置を用いたプレス成形方法を説明する図である（その２）。
【図４】図１のプレス成形装置の拡幅方法の一例を説明する図である。
【図５】図１のプレス成形装置の拡幅方法の他の例を説明する図である。
【図６】図１のプレス成形装置の拡幅方法の他の例を説明する図である。
【図７】図１のプレス成形装置の他の態様を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態２にかかるプレス成形装置を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態３にかかるプレス成形装置を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかるプレス成形装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施の形態１］
以下の説明では、まず、本発明にかかるプレス成形方法を実施できるプレス成形装置について説明し、その後で該プレス成形装置を用いた本発明にかかるプレス成形方法について説明する。
本実施の形態にかかるプレス成形装置１は、図１に示すように、加熱した被成形板材３を、ダイ５とパンチ７を用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた部品（ハット断面部品）にプレス成形するプレス成形装置であって、ダイ５とパンチ７におけるハット断面部品の底部に対応する部位に、当該部位と被成形板材３に当接しないように凹み部Ｓが形成されてなり、ダイ５とパンチ７は拡幅可能に分割され、ダイ５とパンチ７が下死点にある状態でダイ５とパンチ７を拡幅する金型拡幅手段を備えてなるものである。
以下、プレス成形装置１の構成について、図１〜図６に基づいて説明する。
【００１７】
＜ダイおよびパンチ＞
ダイ５およびパンチ７は、図１に示すように、それぞれ中心から左右に分割可能な一対の部材によって構成されている。
ダイ５およびパンチ７は、下死点までは、図１、図２に示すように、分割せずに一体化された状態で用いられ、下死点において、図３に示すように、前記各一対の部材を拡幅方向に移動可能とする。
また、図１および図２に示すように、ダイ５およびパンチ７におけるハット断面部品の底部を成形する部位は、被成形板材３に当接しないように凹み部Ｓを有しており、プレス中や下死点（図２参照）で、この部位において成形板材３の熱を奪われにくくしている。
【００１８】
＜金型拡幅手段＞
本発明の金型拡幅手段は、ダイ５およびパンチ７の前記各一対の部材を、拡幅方向に移動させるためのものである。この移動は、ダイ５の前記各一対の部材とパンチ７の前記各一対の部材の移動距離と移動のタイミングが常に同じになるように行われる。こうすることによって、ダイ５およびパンチ７で被成形板材３を挟持したまま、拡幅方向に移動させることができる。
【００１９】
本発明の金型拡幅手段の一例を図４に示す。図４の金型拡幅手段９は、前記各一対の部材を一体化させた状態において、ダイ５の下方およびパンチ７の上方に断面が略Ｖ字状の楔受け部１１および楔受け部１３を設け、楔受け部１１、１３の開口側から先端の断面が略台形状の楔１５、１７を挿入して摺動させて、前記各一対の部材を拡幅方向に移動させるものである。
前記各略Ｖ字状の形状のなす角と楔１５、１７のなす角とは同一としており、また楔１５、１７を挿入して摺動させる速度も同一としている。こうすることによって、前記各一対の部材の移動距離と移動のタイミングを常に同じにすることができる。
【００２０】
本発明の金型拡幅手段は上記のものに限られず、様々な態様とすることができる。例えば、オイルシリンダを用いたものの一例を図５に示す。図５の金型拡幅手段１９は、ダイ５の前記各一対の部材に亘るように複数のオイルシリンダ２１を取り付け、またパンチ７の前記各一対の部材に亘るように複数のオイルシリンダ２３を取り付け、これらのオイルシリンダ２１、２３を駆動させることで、前記各一対の部材を拡幅方向に移動させるものである。
【００２１】
また、金型拡幅手段１９の変更例として、図６に示す金型拡幅手段２５のように、ダイ５を構成する一対の部材と、ダイ５の外側に配置された壁２７の固定部との間にオイルシリンダ２９を複数設置し、これらのオイルシリンダ２９を駆動させることで、ダイ５を構成する各部材が壁２７側に引っ張られるようにしてもよい。
【００２２】
なお、金型拡幅手段１９または金型拡幅手段２５において前記各一対の部材の移動距離と移動のタイミングが常に同じとするために、図５に示すオイルシリンダ２１と２３、または図６に示すオイルシリンダ２３と２９は、同一タイミングで同一ストロークとなるように制御される。
【００２３】
なお、下死点において左右に分割されるダイ５とパンチ７の各一対の部材を一体化した状態を保持させるための一体化手段として、例えば常時押し付け力を付与する油圧機構又はバネ等の部材を設けるようにしてもよい。
なお、金型拡幅手段１９、２５におけるオイルシリンダ２１、２３、２９の数は、図５、図６に図示したものに限られるものではなく、ダイ５やパンチ７の大きさ等に応じて適宜決定すればよい。
【００２４】
次に、プレス成形装置１を用いた本実施の形態にかかるプレス成形方法について、図１〜図３及び図７に基づいて以下に詳細に説明する。
【００２５】
まず、図１に示すように、加熱した被成形板材３をダイ５の凹陥部を覆うように載置し、ダイ５とパンチ７を構成する各一対の部材を一体化させた状態にしてプレスを行う。プレス中および下死点（図２参照）において、被成形板材３のハット断面部品の底部となる部分は、凹み部Ｓがあることによってダイ５とパンチ７に当接しないため、ハット断面部品の縦壁部となる部分と比較的して高温のままであり変形抵抗が小さい。従って、プレス中は、前記底部となる部分において材料の流れが生じて板厚は減少し、一方、前記縦壁部となる部分では材料の流れが少なく、当該部位の板厚減少は抑制される。
【００２６】
次に、図３に示すように、ダイ５とパンチ７を構成する各一対の部材を、本発明の金型拡幅手段を用いて、拡幅方向に所定の距離だけ移動させる。この際、ハット断面部品の底部となる部分は、前述のとおり高温のままであるため変形抵抗が小さく、比較的容易に拡幅方向に引き延ばすことができる。また、この引き延ばしに伴って前記底部はさらに板厚が減少する。
この状態で、被成形品を十分に冷却すればプレス成形が完了となる。なお、ハット断面部品の底部は比較的高温のままであるため、十分に冷却させて引っ張り強度を持たせるのが好ましい。このための冷却方法は様々な態様があるが、例えば図７に示すように、凹み部Ｓに連通する冷却油パイプ３１を介して冷却油を供給する冷却油供給装置３３を設けて、前記底部の冷却を行うものが挙げられる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態に係るプレス成形装置１を用いてプレス成形を行えば、縦壁部の板厚の減少を抑制することができる。また縦壁部の板厚に比べて底部の板厚を減少させることができ、軽量化を図ることができる。
【００２８】
なお、Ｓ部の空間において、金型を拡幅して被成形板材を延ばす際に破断が発生する場合は、被成形板材を均一に延ばす必要がある。この被成形板材を均一に延ばす手段は種々適用できるが、例えば、Ｓ部にロールを入れて板材を薄くするとよい。
【００２９】
［実施の形態２］
本実施の形態にかかるプレス成形装置４１は、図８に示すとおり、基本構成を実施の形態１のプレス成形装置１と同一にし、ダイ５における凹陥部の両肩部に被成形板材３との摩擦を低減させるローラ４３を設けたものである。
【００３０】
ローラ４３は、プレス成形装置１のダイ５の凹陥部における両肩部と同一の曲率半径のローラであり、ダイ５の凹陥部における両肩部に回転可能に設置されている。プレス時において被成形板材３がダイ５の凹陥部に入り込んでいく際に、ローラ４３が回転することで摩擦を低減させることができる。
【００３１】
本実施の形態にかかるプレス成形装置４１を用いれば、プレス時の摩擦を低減できて、縦壁部に作用する張力が低くなって板厚減少を抑制することができ、縦壁部の板厚を厚く保つことができる。
【００３２】
［実施の形態３］
本実施の形態にかかるプレス成形装置４７は、図９に示すとおり、基本構成を実施の形態１のプレス成形装置１と同一にし、パンチ７の凸部両肩部に被成形板材３との摩擦を低減させるローラ４５を設けたものである。
【００３３】
ローラ４５は、プレス成形装置１のパンチ７の凸部両肩部と同一の曲率半径のローラであり、パンチ７の凸部両肩部に回転可能に設置されている。プレス時において被成形板材３がパンチ７の凸部で押し込まれる際に、ローラ４５が回転することで摩擦を低減させることができる。
【００３４】
本実施の形態にかかるプレス成形装置４７を用いれば、プレス時の摩擦を低減できて、縦壁部に作用する張力が低くなって板厚減少を抑制することができる。
また、ダイ５とパンチ７を構成する各一対の部材を、本発明の金型拡幅手段を用いて、拡幅方向に所定の距離だけ移動させる際に、ローラ４５がわずかでも動けることによって、拡幅方向に作用する張力を長手方向（図９の紙面垂直方向）に亘ってほぼ均等にできて、安定した成形が可能になる。
【００３５】
［実施の形態４］
上記の実施の形態１〜３では、ハット断面部品をプレス成形する方法を示したが、ハット断面部品を２つ幅方向に連ねたような略Ｗ断面部品の成形にも本発明は適用できる。
本実施の形態にかかるプレス成形装置５１は、図１０に示す通り、プレス成形装置４１（図８）の金型を幅方向に２つ連ねたような金型（Ｗ字型ダイ５３とＷ字型パンチ５５）を有している。Ｗ字型ダイ５３およびＷ字型パンチ５５は、それぞれにおいて２か所ずつ設けられた凹陥部および突出部をそれらの中心から縦に分割可能とした３つの部材から構成され、両端に配置された金型が拡幅方向に移動可能となっている。
また、プレス成形装置５１は、プレス成形装置４１と同様に、ローラ４３を有してもよい。
【００３６】
プレス成形装置５１を用いて略Ｗ断面部品を成形するには、Ｗ字型ダイ５３の両凹陥部を覆うように加熱した被成形板材３を載置し、その後は実施の形態２と同様のプレス成形を行う。
プレス成形装置５１を用いれば、実施の形態２と同様に、略Ｗ断面部品の縦壁部の板厚の減少を抑制することができ、また、縦壁部の板厚に比べて底部の板厚を減少させて軽量化を実現することができる。
【実施例１】
【００３７】
本実施例１では、上記実施の形態２にかかるプレス成形装置４１（図８）を用いたプレス成形の効果を確認する実験を行ったので、以下に説明する。
実験は、プレス成形装置４１を用いて実施の形態２に示した方法でプレス成形する本発明例１と、比較例として、通常の金型を用いた従来の方法で、本発明例１と同形のプレス成形品を成形する比較例１である。なお、本発明例１および比較例１ともに被成形板材３は、板厚1.6mmの熱間プレス用鋼板を950℃に加熱して用いた。
【００３８】
本発明例１および比較例１において成形されたハット断面部品について比較したところ、底部の寸法等、外形は同じであったが、縦壁部の板厚は従来の比較例１が本発明例１よりも１０％程度減少していた。
以上のように、本発明を適用してプレス成形を行えば、通常のプレス成形をする場合と比較して、縦壁部の板厚の減少を抑えることができることが確認された。
【実施例２】
【００３９】
次に、上記実施の形態４にかかるプレス成形装置５１（図１０）を用いたプレス成形の効果を確認する実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
実験は、本発明を適用してプレス成形する本発明例２と、通常の金型を用いた従来方法で、本発明例２と同じ板厚の被成形材を本発明例２と同じ形状にプレス成形する比較例２と、被成形材の板厚を厚くして比較例２と同様のプレス成形をする比較例３である。また、被成形材は950℃に加熱して用いた。
各実験のプレス成形品についてまとめたものを表１に示す。
【００４０】
【表１】
0005786728.tif 000002
【００４１】
本発明例２のプレス成形品は、表１に示すように、成形後の縦壁部の板厚が1.58mmであり被成形板材の1.6mmからの板厚減少がわずかであった。他方、比較例２のプレス成形品では、成形後の縦壁部の板厚は1.1mmとなっており、約30％の大きな減少がみられた。
また、本発明例２と比較例２のプレス成形品の性能比較として、曲げ圧壊性能比較を行ったところ、表１に示すように、本発明例２のプレス成形品の曲げ圧壊性能を基準とすると、比較例２は85％程度の性能であった。これは、比較例２の縦壁部の板厚が薄くなったためである。
【００４２】
比較例３のプレス成形品は、成形後の板厚や曲げ圧壊性能が、本発明例２と同程度の結果となった例であるが、被成形板材３に厚いものを用いたため、重量比で本発明例２の132％と大幅に増加していた。このことは、従来のプレス成形方法では、本発明例２と同等の性能を発揮させるためには、重量が約30%増すことを意味している。逆にいえば、本発明例２のプレス成形品は、従来のプレス成形品と同程度の性能を保ちつつ約30％軽量化させることができる。
従って、本発明を適用したプレス成形を行えば、重量増となることなく、曲げ圧壊性能を向上させることができることが実証された。
【符号の説明】
【００４３】
Ｓ  隙間
１  プレス成形装置
３  被成形板材
５  ダイ
７  パンチ
９  金型拡幅手段
１１  楔受け部
１３  楔受け部
１５  楔
１７  楔
１９  金型拡幅手段
２１  オイルシリンダ
２３  オイルシリンダ
２５  金型拡幅手段
２７  壁
２９  オイルシリンダ
３１  冷却油パイプ
３３  冷却油供給装置
４１  プレス成形装置
４３  ダイ肩部のローラ
４５  パンチ肩部のローラ
４７  プレス成形装置
５１  プレス成形装置
５３  Ｗ字型ダイ
５５  Ｗ字型パンチ
【図１】
0005786728.tif 000003
【図２】
0005786728.tif 000004
【図３】
0005786728.tif 000005
【図４】
0005786728.tif 000006
【図５】
0005786728.tif 000007
【図６】
0005786728.tif 000008
【図７】
0005786728.tif 000009
【図８】
0005786728.tif 000010
【図９】
0005786728.tif 000011
【図１０】
0005786728.tif 000012