(57)【要約】【課題】高強度薄鋼板やアルミニウム合金薄板などの金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形するに際し、板厚精度に影響されずにそり変形を安定して抑制し小さくすることができる、金属板のプレス成形方法を提供すること。【解決手段】ダイによって形成されるダイ凹部にパンチを挿入して、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形する方法において、前記ダイの内部に圧子がダイ内壁面より出没可能に設けられており、前記金属板にダイ肩部で曲げ・曲げ戻し変形を加えた後、成形された縦壁部に前記圧子を縦壁部板厚方向に押し込むことによって該縦壁部に変形凹部を付与する。【選択図】図３
2008149351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイによって形成されるダイ凹部にパンチを挿入して、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形する方法において、前記ダイの内部に圧子がダイ内壁面より出没可能に設けられており、前記金属板にダイ肩部で曲げ・曲げ戻し変形を加えた後、成形された縦壁部に前記圧子を縦壁部板厚方向に押し込むことによって該縦壁部に変形凹部を付与することを特徴とする金属板のプレス成形方法。
【請求項２】
前記変形凹部の深さが、金属板板厚（ｍｍ）の３％以上で３０％以下の範囲を満たす値（ｍｍ）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】
前記圧子の先端面がＲ面処理されていることを特徴とする請求項１又は２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、自動車部品などを製造する際の高強度薄鋼板やアルミニウム合金薄板などの金属板をプレス成形する方法に関し、プレス成形におけるそり変形を安定して抑制し小さくすることができるようにした、金属板のプレス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車部品に高強度薄鋼板やアルミニウム合金薄板が広く用いられるようになってきており、それに伴ってプレス成形品の形状凍結性不良が問題となっている。例えば、縦壁部を有するハット型断面形状の部品を同断面形状のプレス金型を用いて成形する場合には、図４に示すように、縦壁部に形状凍結性不良である「そり」が発生することがある。この縦壁部のそりは製品の外観を損なうだけでなく、プレス成形後になされる組立て作業において他の部品との溶接不良の原因ともなるため、そりの低減が重要な課題となっている。
【０００３】
そりを含むスプリングバックは、プレス成形時に金属板に生じた残留応力が除荷時に弾性回復変形することによって生じ、残留応力が板厚方向に不均一分布をとることが原因である。少なくともパンチ及びダイを用いるプレス成形に際し、成形後にそりを生じる部分は、ダイ肩入り口で曲げ変形をうけた後、ダイ肩出口で曲げ戻し変形を受ける。このとき完全にはもとの平坦形状に戻されず、一般的には外向きの変形となる。そりを含めたスプリングバックの低減には、変形部に張力を加えて板厚方向の残留応力不均一分布を緩和することがよいと知られている。しかし、高張力薄鋼板やアルミニウム合金薄板は延性に劣るので、張力を強くすると破断する場合がある。
【０００４】
そこで、特開平７−２５１２２１号公報（特許文献１）には、パンチ（ポンチ）−ダイ（ダイス）間のクリアランスを金属板の板厚より小さくしてプレス成形を行い、その際、ダイ肩出口付近に設けられた凹溝により繰り返しの曲げ・曲げ戻し変形を付加して、金属板の残留応力分布を分散し、結果としてそり変形を軽減できるようにした、金属板の曲げ成形方法が提案されている。
【０００５】
しかし、前記の従来方法では、クリアランスを金属板板厚より小さくしているため、板厚精度などの成形条件のバラツキによっては、よほど良好な潤滑剤を用いない限り、板破断や金型かじりを招きやすいとともに、板破断やかじりが起こらない程度のクリアランスでは、前記凹溝での有効な曲げ・曲げ戻し変形は期待できない、といった問題点があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５１２２１号公報（第２頁、図２、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、高強度薄鋼板やアルミニウム合金薄板などの金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形するに際し、板厚精度に影響されずにそり変形を安定して抑制し小さくすることができる、金属板のプレス成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
請求項１の発明は、ダイによって形成されるダイ凹部にパンチを挿入して、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形する方法において、前記ダイの内部に圧子がダイ内壁面より出没可能に設けられており、前記金属板にダイ肩部で曲げ・曲げ戻し変形を加えた後、成形された縦壁部に前記圧子を縦壁部板厚方向に押し込むことによって該縦壁部に変形凹部を付与することを特徴とする金属板のプレス成形方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の金属板のプレス成形方法において、前記変形凹部の深さが、金属板板厚（ｍｍ）の３％以上で３０％以下の範囲を満たす値（ｍｍ）であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の金属板のプレス成形方法において、前記圧子の先端面がＲ面処理されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属板のプレス成形方法は、ダイによって形成されるダイ凹部にパンチを挿入して、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形するに際し、前記ダイの内部に圧子がダイ内壁面より出没可能に設けられており、金属板にダイ肩部で曲げ・曲げ戻し変形を加えた後、成形された縦壁部に前記圧子を縦壁部板厚方向に押し込むことによって、該縦壁部に変形凹部を付与するようにしている。したがって、縦壁部には前記変形凹部が付与されることで面内方向に適切で軽微な延びが生じることにより、縦壁部の表裏面での引張り−圧縮の残留応力差が緩和され、それによって成形完了の際の除荷時のモーメントが軽減されることから、金属板の板厚精度に影響されることなくそり変形を安定して抑制することができ、圧子を用いない場合に比べてそり変形を大幅に減らした成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態による方法を説明するための図であって、パンチがストローク終端に到達した状態を示す正面断面図、図２は本発明の第１の実施形態による方法を説明するための図であって、縦壁部に圧子が押し込まれている状態の右半分（左右対称）を示す正面断面図である。
【００１５】
図１及び図２において、Ｗは成形中の金属板（ワーク）であり、天面部Ｗａ、その天面部Ｗａから下向きに延びる左右の縦壁部Ｗｂ、及びそれらの各縦壁部Ｗｂから拡がるフランジ部Ｗｃを有している。１は本実施形態では直方体状をなすパンチ、２はパンチ１が挿入されるダイ凹部を形成するダイ、５はしわ抑えである。３ａ，３ｂは、ダイ２内部に左右のダイ内壁面より出没可能に設けられた圧子である（左右対称であるので、図２では右半分のみを図示している。）圧子３ａ，３ｂは、ダイ２内部に配設されたシリンダ４ａ，４ｂ内の媒体の圧力を制御することでダイ内壁面より出没可能になされている。なお、本実施形態では、図１及び図２における奥行き方向の圧子３ａ，３ｂの位置に関しては、圧子３ａ，３ｂは、その奥行き方向における中心位置が縦壁部Ｗｂの奥行き方向における中心位置に位置するように設けられている。
【００１６】
次に、第１の実施形態によるプレス成形方法について説明する。まず、素材として矩形をなす成形開始前の金属板Ｗをダイ２としわ抑え５で挟み、圧子３ａ，３ｂをダイ内壁面より後退させておいてから、金属板Ｗの一方の面からパンチ１を所定のストロークの終端まで押し込んで成形を行う。
【００１７】
このパンチ１の押し込みに伴い、金属板Ｗはダイ肩入り口でダイ肩Ｒ部（ダイ肩アール部）による曲げ変形を受ける。このとき、曲げの外側は引張り伸び変形となり、内側は圧縮変形となる。そして、金属板Ｗは、ダイ肩出口で曲げ戻し変形を受け、ダイ肩入り口とは逆の変形を受けながらダイ凹部（ダイ穴部）に流入する。このときに発生した残留応力が、そのままで緩和されない場合には、除荷時に解放されてモーメントが発生し、大きなそり変形が生じてしまう。そり変形は、金属板の材料強度が高いほど、またヤング率が小さいほど大きくなるので、高強度鋼板やアルミニウム合金板では除荷時に大きなそり変形が現れることとなる。
【００１８】
そこで、図２に示すように、パンチ１がストローク終端に到達した後、成形された縦壁部Ｗｂに圧子３ａ，３ｂを縦壁部板厚方向に押し込むことによって該縦壁部に適切で軽微な変形凹部を生じさせるようにしている。これにより、成形中の金属板Ｗは、圧子３ａ，３ｂが押し込まれた位置で板厚方向に圧縮変形を受けて面内方向に軽微な延びが生じる。その結果、金属板Ｗの表裏面での引張り−圧縮の残留応力差が緩和されるため、それによって離型による除荷時のモーメントが軽減されることで、圧子３ａ，３ｂを用いない場合に比べてそり変形を大幅に小さくすることができる。
【００１９】
金属板Ｗの縦壁部Ｗｂに対して圧子３ａ，３ｂを設ける位置（箇所）は、ダイ肩部での曲げ・曲げ戻し変形に起因するそりを抑制する目的からして、圧子３ａ，３ｂを用いない場合（一般的な通常のプレス成形方法の場合）において金属板Ｗの表裏面の残留応力差が大きい部位、すなわち、そりの曲率が大きくなる部位に対応させることがよい。したがって、事前に、圧子３ａ，３ｂを用いないプレス成形での数値シミュレーション等を使って金属板Ｗの離型後に成形品に生じるそりが大きくなる部位を予測しておき（予め把握しておき）、その部位に対応させて圧子３ａ，３ｂを設けることが好ましい。
【００２０】
また、圧子３ａ，３ｂについては、その押し込みによる急激なメタルフローの変化を緩和するため、圧子３ａ，３ｂの先端面がＲ面処理されていることがよい。この場合、圧子３ａ，３ｂが金属板Ｗを押し込む面積は、個々のプレス金型の許容剛性範囲内であれば圧子の先端面面積を大きくとることが望ましい。圧子３ａ，３ｂの材質は、その剛性確保の点から、パンチ１、ダイ３と同様の硬質材であることがよい。
【００２１】
また、圧子３ａ，３ｂの押し込みによる縦壁部Ｗｂの変形凹部の深さに関しては、押し込み深さが深いほど金属板Ｗに大きな塑性変形が生じ、ダイ肩部での曲げ・曲げ戻し変形の影響をより十分に緩和できるが、一方であまりに深く押し込むと、変形凹部部分の板厚減少による強度低下が顕著となり、成形中において縦壁部Ｗｂに働く張力によって破断に到ることになったり、あるいは破断しない場合でも成形品の強度が大きく低下したりすることになってしまう。このような不都合を生じないようにする点から、圧子３ａ，３ｂの押し込みによる縦壁部Ｗｂの変形凹部の深さは、金属板板厚（ｍｍ）の３％以上で３０％以下の範囲を満たす値（ｍｍ）が好ましく、さらには、金属板板厚（ｍｍ）の１０％以上で２５％以下の範囲を満たす値（ｍｍ）がより好ましい。
【００２２】
このように、第１の実施形態による金属板のプレス成形方法は、ダイ２によって形成されるダイ凹部にパンチ１を挿入して、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形する方法において、前記ダイ内部に圧子３ａ，３ｂがダイ内壁面より出没可能に設けられており、前記パンチ１がストローク終端に到達した後、成形された縦壁部Ｗｂに前記圧子３ａ，３ｂを縦壁部板厚方向に押し込むことによって該縦壁部Ｗｂに変形凹部を付与するようにしている。
【００２３】
図３は本発明の第２の実施形態による方法を説明するための図であって、パンチの進行が一旦停止され、縦壁部に圧子が押し込まれている状態の右半分（左右対称）を示す正面断面図である。
【００２４】
図３に示すように、ダイ２’内部におけるダイ肩出口近傍に圧子３ａ，３ｂがダイ内壁面より出没可能に設けられている。圧子３ａ，３ｂは、ダイ２内部に配設されたシリンダ４ａ’，４ｂ’内の媒体の圧力を制御することでダイ内壁面より出没可能になされている。６は、パンチ１を押し込む際に上方より金属板Ｗを押さえてパンチ１からの金属板Ｗの浮き上がり防止するためのパッドである。なお、本実施形態では、図３における奥行き方向の圧子３ａ，３ｂの位置に関しては、圧子３ａ，３ｂは、その奥行き方向における中心位置が縦壁部Ｗｂの奥行き方向における中心位置に位置するように設けられている。
【００２５】
そして、この第２の実施形態による金属板のプレス成形方法は、ダイ２’によって形成されるダイ凹部にパンチ１を挿入して、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形する方法において、前記ダイ内部のダイ肩出口近傍に圧子３ａ，３ｂがダイ内壁面より出没可能に設けられており、前記パンチ１がストローク終端に到達するまでの間（パンチ１がストローク終端に到達すると成形が完了）に、それまでに成形されている縦壁部Ｗｂに前記圧子３ａ，３ｂを縦壁部板厚方向に押し込むことによって該縦壁部Ｗｂに変形凹部を付与することを、少なくとも１回以上行うようにしている。
【００２６】
この場合、圧子３ａ，３ｂの押し込み時にパンチ１の押し込み速度をそれまでよりも低下させること、あるいは、パンチ１の進行（押し込み）を一旦停止し、圧子３ａ，３ｂの押し込みを行うことにより、縦壁部Ｗｂの所定の位置に変形凹部を付与することを確実に行うことができる。
【００２７】
このように、ダイ内部のダイ肩出口近傍に圧子３ａ，３ｂをダイ内壁面より出没可能に設け、パンチ１の押し込み量（パンチ１の進行度合い）に応じて圧子３ａ，３ｂの押し込みを行うタイミングを予め設定しておくことにより、圧子３ａ，３ｂを用いないプレス成形での数値シミュレーション等を用いて予め把握しておいたところの離型後にそりが大きくなる縦壁部Ｗｂの部位に、圧子３ａ，３ｂの押し込みを行うことができる。
【００２８】
この第２の実施形態による金属板のプレス成形方法は、パンチ１がストローク終端に到達するまでの間に、圧子３ａ，３ｂの押し込みを行うようにしたものである。したがって、縦壁部Ｗｂの高さ方向における複数箇所に圧子３ａ，３ｂの押し込みを行う必要のある場合でも、ダイ内部のダイ肩出口近傍に圧子３ａ，３ｂを設けるだけでよく、前記複数の箇所毎に設けなくてすむので、前記第１の実施形態による方法に比べて、ダイの構造が複雑になることを回避できるという利点がある。
【実施例】
【００２９】
図３を用いて説明した前述のプレス成形方法により、金属板から、縦壁部を有するハット型断面形状の成形品にプレス成形した。素材金属板は、引張り強さが５９０ＭＰａ級の高張力薄鋼板であって、幅（図３における左右方向の長さ寸法）：１８０ｍｍ、長さ（図３における奥行き方向の長さ寸法）：５０ｍｍ、板厚：０．９ｍｍである。
【００３０】
パンチ１は、直方体状をなし、幅：６０ｍｍ、肩Ｒ（アール）：５ｍｍである。ダイ２’はその肩Ｒが５ｍｍであり、パンチ１−ダイ２’間クリアランスが１ｍｍである。ダイ２’内部におけるダイ肩出口に近接して金属製の圧子３ａ，３ｂがダイ内壁面より出没可能に設けられている。圧子３ａ，３ｂは、そのプレス方向の先端断面が曲率半径３ｍｍでＲ面処理された半球状（半円状）であり、奥行き方向には３０ｍｍの長さを持ち、上下に５ｍｍの間隔ピッチで設けられている。なお、図３における奥行き方向の圧子３ａ，３ｂの位置に関しては、圧子３ａ，３ｂは、その奥行き方向における中心位置が縦壁部Ｗｂの奥行き方向における中心位置に位置するように設けられている。
【００３１】
本実施例にあたり、事前の検討により、圧子３ａ，３ｂを用いないプレス成形での成形品の縦壁部の曲率半径がほぼ一定であった。そこで、パンチ１がストローク終端に到達するまでの間に（パンチストローク：５０ｍｍ）、上側の圧子３ａとパンチ１の頂部（先端面）との距離が１０ｍｍ，２５ｍｍ，４０ｍｍとなる各位置で、パンチ１の進行（押し込み）を一旦停止し、縦壁部Ｗｂの変形凹部の深さが０．２ｍｍとなるように圧子３ａ，３ｂを押し込んだ。
【００３２】
その結果、得られたハット型断面形状の成形品は、圧子３ａ，３ｂを用いないプレス成形による成形品に比べて、縦壁部の曲率が約５３％低下し、また、プレス軸に垂直方向な方向に測定した縦壁部の開き（図４におけるＤ）も約５５％減少し、製品精度上問題のない良好な形状であった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態による方法を説明するための図であって、パンチがストローク終端に到達した状態を示す正面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による方法を説明するための図であって、縦壁部に圧子が押し込まれている状態の右半分（左右対称）を示す正面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による方法を説明するための図であって、パンチの進行が一旦停止され、縦壁部に圧子が押し込まれている状態の右半分（左右対称）を示す正面断面図である。
【図４】ハット型断面形状の成形品におけるそり変形を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１パンチ
２，２’…ダイ
３ａ，３ｂ…圧子
４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’…シリンダ
５…しわ抑え
６…パッド
Ｗ…成形中の金属板  Ｗｂ…縦壁部
【図１】
2008149351.tif 000003
【図２】
2008149351.tif 000004
【図３】
2008149351.tif 000005
【図４】
2008149351.tif 000006