(57)【要約】【課題】  高張力鋼板をプレス成型加工する場合、端縁部に反り、湾曲が発生せず、工程を短縮できる高張力鋼板のプレス成形加工方法、及びその設備を提供する。【解決手段】  パンチとダイと、一端に段差部が形成された圧接部を有するブランクホルダーとを含み構成されるプレス成形加工設備で行う高張力鋼板のプレス成型加工であって、該ブランクホルダーを該パンチと平面を形成する高さに位置させて高張力鋼板を該平面に置き、駆動手段によって該パンチを第一の高さに上昇させて第一段階のプレス成形加工を行い該高張力鋼板をやや変形させ、該パンチを第二の高さに上昇させて第二段階のプレス成形加工を行い該高張力鋼板を引続き変形させ、該パンチを第三の高さに上昇させて第三段階のプレス成形加工を行い該高張力鋼板が完全に変形するまでプレス成型加工を行い、かつ該高張力鋼板の外端縁部に段差を形成するステップを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチと、該パンチに対応するダイと、圧接部を有し、かつ該圧接部の一端に段差部が形成されたブランクホルダーと、を含み構成されるプレス成形加工設備で高張力鋼板に対して行うプレス成型加工であって、
該プレス成型加工は、該ブランクホルダーを該パンチと略同様であって、かつ該パンチと平面を形成する高さに位置させて、被加工板材である高張力鋼板を該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第一の高さに上昇させて第一段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板をやや変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第二の高さに上昇させて第二段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板を引続き変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第三の高さに上昇させて第三段階のプレス成形加工を行って、該高張力鋼板が完全に変形するまでプレス成型加工を行い、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成するステップを含むことを特徴とする高張力鋼板のプレス成形加工方法。
【請求項２】
パンチと、該パンチに対応するダイと、段差部が形成されたブランクホルダーと、を含み構成されるプレス成形加工設備で高張力鋼板に対して行うプレス成型加工であって、
該プレス成型加工は、該ブランクホルダーを該パンチと略同様であって、かつ該パンチと平面を形成する高さに位置させて、被加工板材である高張力鋼板を該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第一の高さに上昇させて第一段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板をやや変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第二の高さに上昇させて第二段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板を引続き変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第三の高さに上昇させて第三段階のプレス成形加工を行って、該高張力鋼板が完全に変形するまでプレス成型加工を行い、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成するステップを含むことを特徴とする高張力鋼板のプレス成形加工方法。
【請求項３】
パンチと、該パンチに対応するダイと、ブランクホルダーとを含み構成され、高張力鋼板を変形させ、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成するプレス成形加工設備であって、
該パンチと、該該ブランクホルダーの両側に段差部を形成し、該段差部が該高張力鋼板の湾曲端となる部分の外側端縁部に対応して形成され、
所定の面積の高張力鋼板を該プレス成型加工設備該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、該高張力鋼板がプレス成形加工の過程で該段差部による押圧を十分に受けて段差が形成されて、該高張力鋼板にプレス成型加工を行う場合に力の反作用が発生しないように構成することを特徴とするプレス成形加工設備。
【請求項４】
前記ダイの少なくとも１以上の一端に調整手段を設け、該調整手段が少なくとも１以上の調整ボルトと調整可能なパッドとを含んでなることを特徴とする請求項３に記載のプレス成形加工設備。
【請求項５】
駆動手段と、
該駆動手段の駆動によって上下に規則的な運動を行うパンチと、
該パンチに対応するダイと、
被加工板材である高張力鋼板に適宜な力を加え、該高張力鋼板に対して該パンチと該第とが相対的に運動する場合に、該高張力鋼板を挟持するブランクホルダーと、を含むプレス成型加工設備であって、
該パンチと該ブランクホルダーの圧接部とに段差部を形成し、該段差部が該高張力鋼板の湾曲端となる部分の外端縁部に対応することを特徴とするプレス成型加工設備。
【請求項６】
前記ダイの少なくとも１以上の一端に調整手段を設け、該調整手段が少なくとも１以上の調整ボルトと調整可能なパッドとを含んでなることを特徴とする請求項３に記載のプレス成形加工設備。
【請求項７】
前記段差部が、該パンチと該ブランクホルダーとのパーティングに沿って形勢されることを特徴とする請求項５に記載のプレス成型加工設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高注力鋼板のプレス成形加工方法及びプレス加工設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属は好ましい強度と適宜な可撓性、柔軟性を有するため、強度を必要とする部材に常用される。金属材は、単位面積当りに加わられた力がその引っ張り強度を超えた場合、例えばセラミックス、或いはブロックなどの脆い特性を有する材質のように即、割れることはなく、変形が発生する。即ち、金属は可塑性を具えるということができる。故に、かかる変形は一般に塑性変形と言われる。
【０００３】
金型を用いて金属に塑性変形を発生させる場合、加工する金属材よりもさらに高い強度を有する鋼材で金型を作成しなければならない。
【０００４】
上述する金型は、必要とする形状に基づいてパンチとダイを作成し、プレス機に装着する。係る金型を用いて金属加工を行う場合は、該上下の金型を開けて材料をセットして、機械的にプレス成形加工に必要とする力を金型に与え、パンチとダイを移動させて開閉の動作を行う。金型を閉じることによって、材料の成形加工を行い、金型を開くことによって材料の投入、取出しの動作を行う。このようにプレス機と、金型とによってプレス成形加工システムを構成し、高圧で金属材を成形加工する。よって、強度の極めて高い金属であっても、金型の形状に沿って変形させることができる。
【０００５】
図１に、従来の技術によって高張力鋼板のプレス加工を行う状態を開示する。図面によれば、高張力鋼板１０は、ダイ２０とパンチ２２との間に置く。パンチ２２によってプレスする過程において、ストリッパ２４で高張力鋼板１０を挟持する。この場合、高張力鋼板１０は材料の特性と内部の応力とによる抗力の影響で、プレス加工の過程において端縁部に反作用が発生し、外方向に向かって反り、湾曲する現象が容易に発生する。その状態を図２に開示する。係る現象は製品の品質に大きな影響を与える。
【０００６】
鋼板の端縁部が反り、湾曲が発生した場合、一回のプレス加工では仕様通りの角度、形状を形成することができない。このため後工程を必要とする。よって、従来の技術では、後工程も含め、（一）成型、（ニ）バリ切断、（三）整形、（四）再整形の四項のステップ、又は（一）材料投入、（ニ）成型、（三）二次成型、（四）整形（五）再整形の五項のステップを必要とする。係る製造工程は、必要とする時間が長くなり生産速度が遅くなるのみならず、最も大きな影響としては、鋼板に複数回の加工を施すため、表面に圧力が掛けられた跡や傷が残り、製品の品質にも影響を与えることが挙げられる。その結果、表面を滑らかにするために更なる加工を行わなければならなくなる。
【０００７】
上述するように、金型によるプレス成型加工において、反作用の発生を防ぎ、成形の精度を高めるためには、成型、整形を繰り返して、製品を仕様に適った形状に湾曲させなければならない。したがって、従来の技術では複数回の成型加工、整形、調整を行わなければならず、これに加え材料の投入、取出し、製品の運送、または金型開閉の操作などと大量の人力を費やし、また多種の作業、動力を必要とし、作業全体が極めて煩雑になる。
【０００８】
さらには、プレス加工によって複数回の成型、整形を行うことによって製造の時間的コストが高くなるのみならず、金型の使用寿命も減損し、同時に成型製品が硬化して後続の加工工程にとって不利になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述するように、従来の技術は、高張力鋼板をプレス成形加工する過程において、整形加工する高張力鋼板の端縁部が反作用によって反り返り、湾曲するという現象が発生し、このため反復して成型、整形を行わなければならないという欠点を有する。
【００１０】
そこで、この発明は高張力鋼板をプレス成型加工する場合に材料の端縁部における反作用による反り、湾曲の発生を防ぎ、成形の品質を高めることのできる高張力鋼板のプレス成形加工方法及びプレス加工設備を提供することを課題とする。
【００１１】
また、この発明は、プレス成形加工に必要とする人力、時間、コスト等を低減させるとともに、後続の加工の工程にとって有利なプレス成形加工製品が得られる高張力鋼板のプレス成形加工方法及びプレス加工設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで発明者は、従来の技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、パンチと、該パンチに対応するダイと、圧接部を有し、かつ該圧接部の一端に段差部が形成されたブランクホルダーと、を含み構成されるプレス成形加工設備と、係る構成のプレス成型加工設備を利用して高張力鋼板に対して行うプレス成型加工方法であって、該ブランクホルダーを該パンチと略同様であって、かつ該パンチと平面を形成する高さに位置させて、被加工板材である高張力鋼板を該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第一の高さに上昇させて第一段階のプレス成形加工を行い該高張力鋼板をやや変形させ、次いで駆動手段の駆動によって該パンチを第二の高さに上昇させて第二段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板を引続き変形させ、次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第三の高さに上昇させて第三段階のプレス成形加工を行って、該高張力鋼板が完全に変形するまでプレス成型加工を行い、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成するステップを含む高張力鋼板のプレス成型加工方法によって課題を解決できる点に着眼し、係る知見に基いて本発明を完成させた。
【００１３】
以下、この発明について具体的に説明する。
請求項１に記載する高張力鋼板のプレス成形加工方法は、パンチと、該パンチに対応するダイと、圧接部を有し、かつ該圧接部の一端に段差部が形成されたブランクホルダーと、を含み構成されるプレス成形加工設備で高張力鋼板に対して行うプレス成型加工であって、
該プレス成型加工は、該ブランクホルダーを該パンチと略同様であって、かつ該パンチと平面を形成する高さに位置させて、被加工板材である高張力鋼板を該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第一の高さに上昇させて第一段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板をやや変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第二の高さに上昇させて第二段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板を引続き変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第三の高さに上昇させて第三段階のプレス成形加工を行って、該高張力鋼板が完全に変形するまでプレス成型加工を行い、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成するステップを含む。
【００１４】
請求項２に記載する高張力鋼板のプレス成形加工方法は、パンチと、該パンチに対応するダイと、段差部が形成されたブランクホルダーと、を含み構成されるプレス成形加工設備で高張力鋼板に対して行うプレス成型加工であって、
該プレス成型加工は、該ブランクホルダーを該パンチと略同様であって、かつ該パンチと平面を形成する高さに位置させて、被加工板材である高張力鋼板を該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第一の高さに上昇させて第一段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板をやや変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第二の高さに上昇させて第二段階のプレス成形加工を行い、該高張力鋼板を引続き変形させ、
次いで、駆動手段の駆動によって該パンチを第三の高さに上昇させて第三段階のプレス成形加工を行って、該高張力鋼板が完全に変形するまでプレス成型加工を行い、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成する。
【００１５】
請求項３に記載する高張力鋼板のプレス成形加工設備は、パンチと、該パンチに対応するダイと、ブランクホルダーとを含み構成され、高張力鋼板を変形させ、かつ該高張力鋼板の外側端縁部に段差を形成するプレス成形加工設備であって、
該パンチと、該該ブランクホルダーの両側に段差部を形成し、該段差部が該高張力鋼板の湾曲端となる部分の外側端縁部に対応して形成され、
所定の面積の高張力鋼板を該プレス成型加工設備該ブランクホルダーと該パンチとによって形成される平面に置き、該高張力鋼板がプレス成形加工の過程で該段差部による押圧を十分に受けて段差が形成されて、該高張力鋼板にプレス成型加工を行う場合に力の反作用が発生しないように構成する。
【００１６】
請求項１４に記載するプレス成形加工設備は、請求項３におけるダイの少なくとも１以上の一端に調整手段を設け、該調整手段が少なくとも１以上の調整ボルトと調整可能なパッドとを含んでなる。
【００１７】
請求項５に記載するプレス成形加工設備は、駆動手段と、
該駆動手段の駆動によって上下に規則的な運動を行うパンチと、
該パンチに対応するダイと、
被加工板材である高張力鋼板に適宜な力を加え、該高張力鋼板に対して該パンチと該第とが相対的に運動する場合に、該高張力鋼板を挟持するブランクホルダーと、を含むプレス成型加工設備であって、
該パンチと該ブランクホルダーの圧接部とに段差部を形成し、該段差部が該高張力鋼板の湾曲端となる部分の外端縁部に対応する。
【００１８】
請求項６に記載するプレス成形加工設備は、請求項３におけるダイの少なくとも１以上の一端に調整手段を設け、該調整手段が少なくとも１以上の調整ボルトと調整可能なパッドとを含んでなる。
【００１９】
請求項７に記載するプレス成型加工設備は、請求項５における段差部が、該パンチと該ブランクホルダーとのパーティングに沿って形勢される。
【発明の効果】
【００２０】
この発明による高張力鋼板のプレス成形加工方法及びプレス加工設備は、高張力鋼板をプレス成形加工する過程において、高張力鋼板を十分に制して、その端縁部に力の反作用で発生する反り、湾曲の発生を防ぎ、成形の品質を高め、後続の加工の工程に有利なプレス成形製品を提供することができ、かつプレス成形加工に必要とする人力、時間、コスト等を低減させることができるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明における高張力鋼板は、例えば鋼材を加工してなる高張力鋼板であって、高性能と、重量を軽減できるという特性とを有することから、自動車における主要材料となりつつある。例えば、車体のフレーム、シャーシ、バンパーなどに使用される。
【００２２】
鋼板の強度を高めるためには、Nb、Cu、V、Tiなど微量の合金材を添加する。当然のことながら、特殊な圧延機による圧延加工、アニールなどの技術も予期する特性を得るために必要なステップである。また、高張力金属の特性を有するものは範囲が広く、ここに記載するものだけに限定されない。
【００２３】
図３に開示するように、この発明によるプレス成形加工設備はパンチ（Punch）３２と、ダイ（ＤＩＥ）３０と、ブランクホルダー３４（Blank  Holder）とを含む。ダイ３０は通常、メス型とも称する。
【００２４】
ダイ３０、パンチ３２は通常、駆動手段４０の駆動によって規則的な上下の往復運動を行う。また、規則的に上下の往復運動を行うように設定するだけでなく、制御コマンドを受信して、段階的に運動するように設定してもよい。
【００２５】
ダイ３０は、パンチ３２に対応するものであって、パンチ３２の形態に合わせて形成される。通常は凹状部が形成される。本実施例においては、パンチ３２とダイ３０とを、それぞれ対応する凸状と凹状とに形成する。但し、実際には係る形態に限らない。
【００２６】
ブランクホルダー３４は、加工材を押圧、支持するための適宜な圧力を提供するものであって、被加工板材である高張力鋼板１０をパンチ３２とダイ３０とが相対的に運動して成型加工する場合に、これを挟持する。即ち、成形加工を行う場合、高張力鋼板１０はブランクホルダー３４とダイ３０との間に置かれて挟持されてから、パンチ３２が高張力鋼板１０に向かって移動してダイ３０内に至る。
【００２７】
図３に開示するように、この発明はパンチ３２の両側と、ブランクホルダー３４の圧接部３４ａの一端とによって段差部Ｓを形成することを特徴とする。段差部Ｓは、高張力鋼板１０の湾曲端１２（或いは変形端と称してもよい）となる部分の外側端縁部に対応して設けられ、具体的な距離は湾曲端１２から約５〜２０ｍｍとし（調整可能である）、段差部Ｓによって、高張力鋼板１０の湾曲端１２の外側端縁部に段差１４を形成する。
【００２８】
段差部Ｓは、パンチ３２とブランクホルダー３４の間のパーティングＣに沿って形成される。
【００２９】
この実施例におけるブランクホルダーは、ブロック型のブランクホルダー３４であって、図面の左右両側に表示する。
【００３０】
被加工板材である高張力鋼板１０は、所定の面積を有し、プレス成型加工を行う場合、パンチ３２とブランクホルダー３４の上に置く。成型加工の過程においては、ブランクホルダー３４とダイ３０の間の滑動作用を受け、段差部Ｓによる制限を十分に受けて、段差１４が形成され、高張力鋼板１０の端縁部に反作用によって反り、湾曲が発生することを防ぐ。
【００３１】
図４から図６に、この発明によるプレス成形加工設備の一連の動作を開示する。この発明においては、ブランクホルダー３４とダイ３０、或いはパンチ３２との間の摩擦の関係、ブランクホルダー３４の加工材料に対する圧力などを含む多くの要素は考慮しない。この発明ではプレス成型加工時に発生する反作用の克服と製造工程の短縮を主な目的とことを予め釈明しておく。
【００３２】
先ず、パンチ３２を駆動手段に接続する。駆動手段は通常油圧機であって、駆動手段の駆動によって上下の運動を行う。この運動については、上述する図３に係る説明のとおりである。
【００３３】
図４に開示するように、プレス成形加工の動作が始まる状態において、ブランクホルダー３４は、所定の高さに位置する。その高さはパンチ３２と略同じであって、パンチ３２とブランクホルダー３４とによって平面を形成し、高張力鋼板１０を該平面に置く。またはプレス成型加工の動作が始まる状態において、パンチ３２とブランクホルダー３４を同一平面に位置させる（図３参照）。
【００３４】
図５に、第一段階のプレス成形加工を示す。図面によれば、ブランクホルダー３４、或いはその圧接部３４ａが加工材料を押し圧し、支持するための適宜な圧力を提供し、パンチ３２、ダイ３０が高張力鋼板１０に対して相対的な運動を行う場合、高張力鋼板１０を挟持する。
【００３５】
駆動手段４０がパンチ３２を第一の高さに上昇させると、高張力鋼板１０に初歩的な変形が発生する。即ち、パンチ３２が徐々にダイ３０に向かって移動するにつれて、ブランクホルダー３４の段差部Ｓによってが変形が発生する。
【００３６】
図６は、第ニ段階のプレス成形加工を示す。図面によれば、駆動手段４０はパンチ３２を第ニの高さに上昇させて、高張力鋼板１０を引続き変形させる。高張力鋼板１０はパンチ３２の上面からダイ３０の側辺に貼り付くように変形し、段差部Ｓにおいても徐々に変形が進む。
【００３７】
図７に、成型が完成した状態を示す。即ち第三段階のプレス成形加工であって、駆動手段４０によってパンチ３２が第三の高さに上昇する。即ち、第三段階においては、パンチ３２がストロークの最高点に至るまで移動して高張力鋼板１０を完全に変形させる。また、パンチ３２とブランクホルダー３４の圧接部に段差部Ｓが形成されているため、高張力鋼板１０の湾曲端１２に段差１４が形成される。
【００３８】
以上の説明から分かるように、この発明においては段階的にプレス成形加工を行い、また金型の構造に特殊な設計を施すことによって、高張力鋼板１０がプレス成型加工の過程において十分な圧力を受けて塑性変形するとともに、段差１４において端縁部に発生する反作用の力を抑える（相殺する）する。よって、成型品はバリの切断と整形を施すだけでよい。
【００３９】
前述において、パンチ３２が第一、第二、第三の高さに上昇すると説明したが、これは図面の表示に合わせて、説明の便宜を図るために区切った高さであって、実際に駆動手段４０がパンチ３２を駆動すると、パンチ３２は上方へ直線状に移動する。即ち、段階的に移動するのではなく、連続的な反復運動を行う。この点を特に釈明しておく。
【００４０】
図８に、上述する実施の形態に変化を加えた他の実施の形態を開示する。図面によれば、ダイ３０の少なくとも一端に調整手段３６を設ける。
【００４１】
該調整手段３６は、調整ボルト３６２と、調整可能なパッド３６４とによって構成し、パンチ３２とブランクホルダー３４との間の段差部Ｓを調整する。例えば、本来は被加工板材である高張力鋼板１０に外側端縁部から１０ｍｍの段差するよう設定されていたが、仕様に応じて変更させる必要が起きた場合、調整ボルト３６２を回転させて、パッド３６４を内方向か外方向に向かって水平に所定の距離だけ移動させる（図面に矢印で示す）。この移動させる距離が、即ち調整手段３６の調整による増減量であって、パンチ３２とブランクホルダー３４の段差部Ｓの相対的な距離を変化させる。したがって、調整手段３６は異なる厚さ、湾曲角度の要求、或いは被加工板材の性質に合わせ、余裕のある範囲内での調整を可能とし、好ましい成型の効果を達成することができる。
【００４２】
以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の高張力鋼板のプレス成型加工する金型を示した説明図である。
【図２】従来の成形方法で成形された高張力鋼板を示した説明図である。
【図３】この発明によるプレス成形加工設備の金型を示した説明図である。
【図４】この発明によるプレス成形加工の第一の過程を示した説明図である。
【図５】この発明によるプレス成形加工の第二の過程を示した説明図である。
【図６】この発明によるプレス成形加工の第三の過程を示した説明図である。
【図７】この発明のプレス成形加工で成形した高張力鋼板を示した説明図である。
【図８】他の実施の形態による金型を示した説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 高張力鋼板
１２ 湾曲端
１４ 段差
２０ ダイ
２２ パンチ
２４ ストリッパ
３０ ダイ
３２ パンチ
３４ ブランクホルダー
３４ａ 圧接部
３６ 調整手段
３６２ 調整ボルト
３６４ パッド
４０ 駆動手段
Ｓ 段差部
Ｃ パーティング
【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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