(57)【要約】【課題】プレス成形部品のパンチ肩部における角度の開き及び壁部の反りを同時に防止するハット型成形部品及びプレス成形用金型を提供する。【解決手段】コの字型断面形状を有するハット型成形部品であって、両側の壁部に、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とする形状凍結性に優れたハット型成形部品。段差はフランジ面から全高さの６０％以内に設けられ、幅は板厚以上で全高さの１／１０以下であり、段差の内側の曲率半径ｒａが外側の曲率半径ｒｂに比べて大きく、段差と天井部間の縦壁の傾き角θＵが段差とフランジ間の縦壁の傾き角θＬに比べて大きいことが好ましい。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コの字型断面形状を有するハット型成形部品であって、両側の壁部に、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とする形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項２】
段差がフランジ面から全高さの６０％以内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項３】
段差が板厚以上で全高さの１／１０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項４】
段差の内側の曲率半径ｒａが外側の曲率半径ｒｂより大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項５】
段差と天井部間の縦壁の傾き角θＵが段差とフランジ間の縦壁の傾き角θＬより大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項６】
引張強さが４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項７】
フランジ部及び／又は天井部の稜線が水平方向及び／又は垂直方向に連続的又は不連続に曲がっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のハット型成形部品を製造するためのプレス成形用金型であって、パンチ及びダイスを有し、前記パンチ及びダイスの壁部には、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とするプレス成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車部品に用いられるハット型成形部品及びプレス成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車部品に高強度鋼板やアルミニウム合金板が多用されつつあるが、それらを自動車部品に成形する際に発生する形状凍結不良が問題になっている。すなわち、ハット型断面形状の部品をＵ字型の曲げ加工用金型を用いて成形する場合には、スプリングバックと呼ばれる形状凍結不良が発生し、寸法精度が得られないことが問題となっている。この形状凍結不良は最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に行われる組立作業において溶接不良の原因となるため、特にメンバ−やフレ−ムなどの構造部品では形状凍結不良の防止が重要視されている。
【０００３】
曲げ加工で頻繁に観察される形状不良として知られているスプリングバックは、曲げ加工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ために生ずる現象で、成形下死点での残留応力が板厚方向に不均一に分布することが原因である。一般に、プレス加工により曲げ成形した際に、型から開放すると曲げ角が減少するスプリングバックを防止するために、特許文献１に曲げ肩部に成形方向とは逆方向に凹む凹状段部を同時に成形するプレス成形方法及び成形品が開示されている。これはスプリングバックに対抗する逆モーメントを発生させて釣り合わせ、パンチ肩付近の角度の開きを防止するものである。
しかし、図１に示すようにスプリングバックは肩部１の角度変化だけではなく、材料の強度が高くなると、壁部２が平面から曲率を持つ曲面に変形する「壁反り」といわれる現象も顕在化し、特許文献１に開示された発明では壁部の反りを防止することはできない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８５６６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プレス成形部品の肩部における角度の開き及び壁部の反りを同時に防止するハット型成形部品及びプレス成形用金型を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決するため、本発明の要旨は下記のとおりである。
（１）コの字型断面形状を有するハット型成形部品であって、両側の壁部に、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とする形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（２）段差がフランジ面から全高さの６０％以内に設けられていることを特徴とする前記（１）記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（３）段差が板厚以上で全高さの１／１０以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（４）段差の内側の曲率半径ｒａが外側の曲率半径ｒｂより大きいことを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（５）段差と天井部間の縦壁の傾き角θＵが段差とフランジ間の縦壁の傾き角θＬより大きいことを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（６）引張強さが４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（７）フランジ部及び／又は天井部の稜線が水平方向及び／又は垂直方向に連続的又は不連続に曲がっていることを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れたハット型成形部品。
（８）前記（１）〜（７）の何れか１項に記載のハット型成形部品を製造するためのプレス成形用金型であって、パンチ及びダイスを有し、前記パンチ及びダイスの壁部には、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とするプレス成形用金型。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らはコの字型断面形状を有するハット型成形部品の肩部における角度の開き及び壁部の反りを同時に防止する形状について検討し、壁部にフランジ面に向かって末広がり状の段差を設けることによりそれらの課題を解決できることを知見した。
即ち、段差を設けたハット型成形部品例の概観図を図２に示すが、本発明者らは板厚２．０ｍｍで、引張強さの異なる３種類の鋼板（鋼種Ａ：４４０ＭＰａ級、鋼種Ｂ：５９０ＭＰａ級、鋼種Ｃ：７８０ＭＰａ級）の３種類の鋼板を用いてハット型プレス成形試験を行った。試験片は幅１５０ｍｍ、長さ３５０ｍｍとして、パンチ幅１００ｍｍ、パンチ肩Ｒ５ｍｍ、ダイス幅１０４ｍｍ、ダイ肩Ｒ５ｍｍの金型を用いて、成形高さは１００ｍｍとしてハット曲げ試験を行った。７８０ＭＰａ級の鋼板のみは、更にポンチ及びダイスの壁部にポンチの底部から２５〜７５ｍｍの対応する位置にそれぞれ段差１〜１０ｍｍ、段差の外側の曲率半径ｒｂ及び段差の内側の曲率半径ｒａが３〜７ｍｍの段差を設け、段差と天井部間の縦壁（上側縦壁）の傾き角θＵ及び段差とフランジ間の縦壁（下側縦壁）の傾き角θＬを０〜１０度とした金型も用いて試験を行った。尚、傾き角θＵ、θＬはそれぞれの縦壁部と垂線とのなす角をいう。
【０００８】
段差位置５０ｍｍ、段差幅５ｍｍ、段差の外側と内側の曲率半径ｒａ＝ｒｂ＝５ｍｍ、段差の上側と下側の縦壁の傾き角θＵ＝θＬ＝５゜の場合の結果を図３に示すが、段差を設けなかった高強度材の７８０ＭＰａ材では、壁反り量が低強度材の４４０ＭＰａ材、５９０ＭＰａ材に比べ大きくなったが、７８０ＭＰａ材に段差を設けることにより、低強度材の４４０ＭＰａ材、５９０ＭＰａ材の部品の壁反り量と同等に抑えられることがわかった。
【０００９】
前記（１）に係る発明はコの字型断面形状を有するハット型成形部品であって、両側の壁部に、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とする。
段差を設けることにより角度の開きと壁反りを防止できるのは、成形最終工程において縦壁に段差が成形されるので縦壁張力が増加し反りを矯正する効果があるためと、縦壁部に設けた段差により曲げ剛性が増し、除荷時の変形が抑えられたためと考えられる。段差が末すぼまりでは成形する際にダイがオーバーハング形状となってしまうため、通常のプレス成形金型だけでなく縦側を横側から加圧するカム金型が必要であり、金型コストをかなり増大させるので、段差はフランジ面に向かって末広がりの形状とする必要がある。また、段差はフランジ面に平行に設けても、斜めに設けても良い。
【００１０】
前記（２）に係る発明は段差がフランジ面から全高さの６０％以内に設けられていることを特徴とする。
段差がフランジ面から全高さの６０％を超えると壁部の張力が増加する範囲が狭まり壁反りを矯正する効果が少なくなるので、好ましくない。一方、フランジ面からの下限は特に限定するものではないが、施工上の点からは、フランジ面から全高さの５％以上とすることが好ましい。
【００１１】
前記（３）に係る発明は段差が板厚以上で全高さ１／１０以下であることを特徴とする。
段差が板厚より小さいと成形最終工程における縦壁張力の発生が十分でなく壁反りを矯正する効果が少なくなる。全高さの１／１０より大きいと部品全体の剛性が減少してしまうことになるので、好ましくない。
【００１２】
前記（４）に係る発明は段差の内側の曲率半径ｒｉが外側の曲率半径ｒｏより大きいことを特徴とする。
段差の内側の曲率半径ｒａが内側の曲率半径ｒｂ以下になると段差でのスプリングバックが大きくなりやすく、開き量が大きくなる傾向があるので、好ましくない。
【００１３】
前記（５）に係る発明は段差と天井部間の縦壁の傾き角θＵが段差とフランジ間の縦壁の傾き角θＬより大きいことを特徴とする。
段差と天井部間の縦壁（上側縦壁）の傾き角θＵが、段差とフランジ間の縦壁（下側縦壁）の傾き角θＬ以上になると、開き量が大きくなる傾向があるので、好ましくない。
【００１４】
前記（６）に係る発明は引張強さが４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
ハット型成形部品の壁そりは引張強さが４４０ＭＰａ以上、更に５９０ＭＰａ超になると顕在化してくるので、高強度材に段差を設けることが好ましい。
【００１５】
前記（７）に係る発明はフランジ部及び／又は天井部の稜線が水平方向及び／又は垂直方向に連続的又は不連続に曲がっていることを特徴とする。
フランジ部及び天井部の稜線が水平方向に連続的又は不連続に曲がっているものの例は図４（ａ）に示すような形状であり、フランジ部及び天井部の稜線が垂直方向に連続的又は不連続に曲がっているものの例は図４（ｂ）に示すとおりであり、このような形状であっても壁部に段差を設けることにより、肩部の角度の開きや壁反りを防止することができる。特に、図４（ａ）に示したフランジ部及び天井部の稜線が水平方向に連続的又は不連続に曲がっている形状では図５に示すようなねじれを防止する上でも有効な手段である。また、図４（ｂ）に示したフランジ部及び天井部の稜線が垂直方向に連続的又は不連続に曲がっている形状では、図６に示すように稜線方向の反りが特に顕著に発生しやすいので、有効な手段である。
【００１６】
前記（８）に係る発明は前記（１）〜（７）の何れか１項に記載のハット型成形部品を製造するためのプレス成形用金型であって、ポンチ及びダイスを有し、前記ポンチ及びダイスの壁部には、フランジ面に向かって末広がり状の段差を有することを特徴とする。
【００１７】
尚、本発明の効果は成形品の縦壁の角度に影響されるものではなく、縦壁が垂直な場合も傾斜している場合も有効である。また、成形に際し、潤滑を施しても本発明の効果を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
［実施例１］
本発明例として、板厚２．０ｍｍで、引張強さ７８０ＭＰａ級の鋼板を用いてハット型プレス成形試験を行った。試験片は幅３５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍとして、ポンチ幅１００ｍｍ、パンチ肩Ｒ５ｍｍ、ダイス幅１０４ｍｍ、ダイ肩Ｒ５ｍｍの金型であって、更にパンチ及びダイスの壁部にパンチの底部から２０、４０、６０、８０ｍｍの対応する位置にそれぞれ段差１、２、５、１０ｍｍ、段差の外側の曲率半径ｒｂ及び段差の内側の曲率半径ｒａを３、５、７ｍｍの段差を設け、段差と天井部間の縦壁の傾き角θＵが段差とフランジ間の縦壁の傾き角θＬを０、５、１０度とした金型を用いて、背圧２００ｋＮで成型高さは１００ｍｍとしてハット曲げ試験を行った。
比較例として、縦壁に段差を設けない点を除いて、実施例１と同一の鋼板及び金型を用いて、背圧２００ｋＮで成型高さは１００ｍｍとしてハット曲げ試験を行った。
【００１９】
曲げ試験を行った試験片は三次元形状測定装置にて中央断面の形状を測定し、図７に示した様に、パンチ肩部の角度θ１とθ２、縦壁の反りの曲率半径ρ１、ρ２、ρ３、ρ４及び開き幅Ｗを測定した。角度θ１、θ２はそれぞれ図７において、天井部と左側の上側縦壁とのなす角、天井部と右側の上側縦壁とのなす角とする。各測定値より以下の式により平均値を算出し、角度変化△θ［度］、壁反り１／ρ［１／ｍｍ］、開き幅△Ｗ［ｍｍ］の評価値とした。
△θ＝（θ１＋θ２）／２−９０゜
１／ρ＝（１／ρ１＋１／ρ２＋１／ρ３＋１／ρ４）／４
△Ｗ＝Ｗ−１００
なお、曲げは板の圧延方向と垂直に折れ線が入るように行った。
【００２０】
［実施例２］
実施例２として、板厚１．６ｍｍで、引張強さ７８０ＭＰａ級の鋼板を用いて図４（ａ）に示すフランジ部及び天井部の稜線が水平方向に不連続に曲がっているものを作成した。寸法は図４（ａ）に示したとおりとした。
本発明例として、板厚１．６ｍｍで、引張強さ７８０ＭＰａ級の鋼板を用いてプレス成形試験を行った。試験片は幅約３３０ｍｍ、長さ６００ｍｍとして、パンチ肩Ｒ５ｍｍ、ダイ肩Ｒ５ｍｍで、更にパンチ及びダイスの壁部にパンチの底部から４０ｍｍの対応する位置にそれぞれ段差５ｍｍ、段差の外側の曲率半径ｒｂ５ｍｍ、段差の内側の曲率半径ｒａ５ｍｍを満たす段差を設けた金型を用いて、しわ押さえ力ＢＨＦ６００ｋＮで成型高さは８０ｍｍとして絞り曲げ試験（プレス成形試験）を行った。比較例として、上記本発明例と同一の鋼板、試験片を用いて、上記本発明例と同一の条件でプレス成形試験（絞り曲げ試験）を行った。
曲げ試験を行った試験片は三次元形状測定装置にて両端の断面の形状を測定し、図８に示した様に、天井面の角度αを算出し、評価値とした。尚、角度αは図５に示す天井面におけるねじれ角度（紙面左周り方向）である。
【００２１】
［実施例３］
実施例３として、図４（ｂ）に示すフランジ部及び天井部の稜線が垂直方向に不連続に曲がっているものを作成した。寸法は図４（ｂ）に示したとおりとした。
本発明例として、板厚１．６ｍｍで、引張強さ７８０ＭＰａ級の鋼板を用いてプレス成形試験を行った。試験片は幅約２９０ｍｍ、長さ６００ｍｍとして、パンチ肩Ｒ５ｍｍ、ダイ肩Ｒ５ｍｍの金型を用いて、しわ押さえ力ＢＨＦ６００ｋＮで成型高さは８０ｍｍで、更にパンチ及びダイスの壁部にパンチの底部から４０ｍｍの対応する位置にそれぞれ段差５ｍｍ、段差の外側の曲率半径ｒｂ５ｍｍ、段差の内側の曲率半径ｒａ５ｍｍを満たす段差を設けた金型を用いて、しわ押さえ力ＢＨＦ６００ｋＮで成型高さは８０ｍｍとして絞り曲げ試験試験（プレス成形試験）を行った。比較例として、上記本発明例と同一の鋼板、試験片を用いて、上記本発明例と同一の条件でプレス成形試験（絞り曲げ試験）を行った。
曲げ試験を行った試験片は三次元形状測定装置にて天井面の長手方向の形状を測定し、図９に示した様に、パンチ面からの角度βを算出し、評価値とした。尚、角度βは，図６に示す天井面における稜線反り角度（紙面下から上方向）である。
【００２２】
上記実施例１〜３の測定結果を表１〜３に示す。
本発明により、肩部の角度の開き、壁そり量、ねじれ、稜線反りの何れも良好な寸法精度に優れるハット型成形部品を得ることができた。
【００２３】
【表１】
2004314123.tif 000003
【００２４】
【表２】
2004314123.tif 000004
【００２５】
【表３】
2004314123.tif 000005
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、肩部の角度の開き、壁そり量、ねじれ、稜線反りの何れも良好な寸法精度に優れるハット型成形部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のハット曲げ部品の断面図を示す。
【図２】本発明に係る段差を設けたハット型成形部品例の概観図を示す。
【図３】段差によるスプリングバック低減効果を示す。
【図４】（ａ）本発明に係るフランジ部及び天井部の稜線が水平方向に連続的又は不連続に曲がっているハット型成形部品例の概観図を示す。（ｂ）本発明に係るフランジ部及び天井部の稜線が垂直方向に連続的又は不連続に曲がっているハット型成形部品例の概観図を示す。
【図５】ハット型成形部品のねじれを説明する図である。
【図６】ハット型成形部品の稜線反りを説明する図である。
【図７】角度変化、壁反り、開き幅を測定する試験片の断面図を示す。
【図８】ねじれ角度を測定する試験片の両端の断面図を示す。
【図９】稜線反り角度を測定する試験片の側面図を示す。
【符号の説明】
１  肩部
２  壁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004314123.tif 000008
【図４】
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【図５】
2004314123.tif 000010
【図６】
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【図７】
2004314123.tif 000012
【図８】
2004314123.tif 000013
【図９】
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