(57)【要約】【要  約】【課  題】  ポンチとダイスとが対向して配置された金型を用い、高張力鋼板やアルミニウム合金板などの金属板素材にプレス加工を施した場合でもスプリングバックの少ない断面ハット形の成形体を得ることができる金属板のプレス加工方法を提供する。【解決手段】  第１成形過程で、金属板素材をダイ肩に沿って通過させ、ダイ肩により曲げ、曲げ戻し成形して、ハット頭部とその両側に繋がっている壁部分とフランジ部を有する中間成形体の壁部分を形成し、続く第２成形過程で、中間成形体のハット頭部の部分をポンチ肩に沿って通過させ、該部分にポンチ肩により曲げ、曲げ戻し成形して、中間成形体の壁部分に繋げて壁部分を形成する。【選択図】        図1.b
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンチとダイスとが対向して配置された金型を用いる金属板のプレス加工方法であって、立て壁を有する断面ハット形の成形体を得るに当たり、第１成形過程で、金属板素材をダイ肩に沿って通過させ、ダイ肩により曲げ、曲げ戻し成形して、ハット頭部とその両側に繋がっている壁部分とフランジ部を有する中間成形体の壁部分を形成し、続く第２成形過程で、中間成形体のハット頭部の部分をポンチ肩に沿って通過させ、ポンチ肩により曲げ、曲げ戻し成形して、中間成形体の壁部分に繋げて壁部分を形成することを特徴とするスプリングバックの少ないプレス加工方法。
【請求項２】
前記立て壁の成形高さに対して、第２成形過程での成形高さ増分と、第１成形過程での成形高さとの比を０．１〜０．４の範囲として前記立て壁を形成することを特徴とする請求項１に記載のスプリングバックの少ないプレス加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプリングバックの少ない金属板のプレス加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体の軽量化を図るために、高張力鋼板や、比重の小さいアルミニウム合金板などが使用されるようになった。これらの金属板は、普通ポンチとダイスとが対向して配置された金型を用い、プレス加工により成形体とされる。その際、高張力鋼板やアルミニウム合金板などは、普通鋼に比べて強度が高いかまたはヤング率が小さいため、成形体のスプリングバックが大きく、プレス加工により所定形状の成形体を得るのが困難である。
【０００３】
断面ハット形の成形体１０を例にとり、図7.a〜図7.cによりスプリングバックについて説明すると、成形終了時点で図7.bに示すような形状が金型から取り出された時点で図7.cような形状に変化することをスプリングバックという。
【０００４】
従来のプレス加工方法は、図8.a〜図8.cに示すように、ダイス1２としわ押さえ1４間に金属板素材１１を挟んで挟圧し、ポンチ１３をダイス１２内に挿入することにより金属材料をダイ肩１２ａに沿って通過させ、絞り成形で立て壁１を形成していた。立て壁１は、絞り成形過程でダイ肩１２ａによって曲げられ、その後平坦に曲げ戻され、トータル変形量が大きい部分である。
【０００５】
また、図9.a〜9.dに示す単純押し曲げ成形により立て壁１を形成するプレス加工方法もよく用いられる。ダイス２２とポンチ２３を用いるこの方法は、装置が簡単であるという利点がある反面、絞り成形と同様に立て壁１は、単純押し曲げ成形過程でダイ肩２２ａに金属板素材２１が巻き付き、ダイ肩２２ａによって曲げられ、その後平坦に曲げ戻されている。このため、従来のプレス加工方法においては、ダイ肩の曲げ癖により成形体の立て壁１に生じるスプリングバックが大きいという問題があった。
【０００６】
図7.a〜図7.cに示したような、立て壁１を有する断面ハット形の成形体１０は、構造部材として使用するに際して、ハット頭部２と対向させて金属板を配置し、金属板の上面とフランジ部３の下面とを接触させてから接合する。従って、断面ハット形の成形体１０のスプリングバックが大きい場合には、構造部材を組み立てるのが困難となる。図7.b〜図7.c中、Ｗ０は成形終了時点での断面ハット形の成形体１０の開口幅、Ｗは金型から取り出した時点の開口幅である。
【０００７】
そこで本発明者らは、スプリングバックの少ない金属板の加工方法を提案した（特許文献１など）。
【特許文献１】特開２００２−６６６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らが提案した特許文献１に記載の金属板のプレス加工方法は、高張力鋼板やアルミニウム合金板などの金属板素材を用いた場合でもスプリングバックを少なくすることができるものの、特殊なプレス補助型が必要であるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、ポンチとダイスとが対向して配置された金型を用い、高張力鋼板やアルミニウム合金板などの金属板素材にプレス加工を施した場合でもスプリングバックの少ない断面ハット形の成形体を得ることができる金属板のプレス加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ポンチとダイスとが対向して配置された金型を用いる金属板のプレス加工方法であって、立て壁を有する断面ハット形の成形体を得るに当たり、第１成形過程で、金属板素材をダイ肩に沿って通過させ、ダイ肩により曲げ、曲げ戻し成形して、ハット頭部とその両側に繋がっている壁部分とフランジ部を有する中間成形体の壁部分を形成し、続く第２成形過程で、中間成形体のハット頭部の部分をポンチ肩に沿って通過させ、ポンチ肩により曲げ、曲げ戻し成形して、中間成形体の壁部分に繋げて壁部分を形成することを特徴とするスプリングバックの少ないプレス加工方法である。
【００１１】
その際、前記立て壁の成形高さに対して、第２成形過程での成形高さ増分と、第１成形過程での成形高さとの比を０．１〜０．４の範囲として、前記立て壁を形成することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態として、図1.eに示すような立て壁１を有する断面ハット形の成形体１０１を得る金属板のプレス加工方法について、図1.a〜図1.dおよび図2.a〜図2.cを用いて説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態にかかるプレス加工方法は、第１成形過程で、図2.a〜図2.bに示すようにして、中間成形体１００の壁部分１Ａを形成し、それに続く第２成形過程で、図1.a〜図1.dに示すようにして、中間成形体１００の壁部分１Ａに繋げて壁部分１Ｂを形成する。
【００１４】
第１成形過程では、例えば、図2.a〜図2.bに示すように、ダイス１１２、ポンチ１１３、およびしわ押さえ１１４を用い、図2.cに示すような、中間成形体１００の壁部分１Ａを形成することができる。中間成形体１００は、ハット頭部１０２とその両側に繋がっている壁部分１Ａとフランジ部１０３を有する。
【００１５】
第１成形過程に用いる金型は、この場合、ダイス１１２が上下方向に移動可能なプレス装置の上スライドに取り付けられ、ポンチ１１３がプレス装置の下側のベッドに取り付けられている。またしわ押さえ１１４は、ロッドを介して図示しない油圧シリンダーに接続され、ダイス１１２の下降時、金属板素材３１をダイス１１２としわ押さえ１１４間に挟んで所定の押さえ力で挟圧可能に構成されている。
【００１６】
第１成形過程のプレス加工は、従来と同様にして行うことができる。上述した金型を用いたプレス加工方法では、ダイス１１２としわ押さえ１1４間に金属板素材３１の幅方向両側を挟んで、ダイス１１２を下降させ、ダイス１１２内にポンチ１１３を挿入し、中間成形体１００の壁部分１Ａを形成する。その後、金型を解放し、金型から中間成形体１００を取り出して第１成形過程を終了する。
【００１７】
このような第１成形過程のプレス加工においては、ダイス１１２の下降時に、金属板素材３１をダイ肩１１２ａに沿って通過させ、ダイ肩１１２ａにより曲げ、曲げ戻し成形して、壁部分１Ａを形成している。
【００１８】
ここで、第１成形過程での成形高さｈ１はプレス装置で設定することができ、金属板素材３１がダイ肩１１２ａに沿って通過した材料通過長は、第１成形過程での成形高さｈ１に相当する。また、中間成形体１００のハット頭部１０２は、ダイ肩１１２ａにより曲げ、曲げ戻しを受けていない部分であり、中間成形体１００の壁部分１Ａ間の間隔は、最終的に得るべき断面ハット形の成形体１０１の立て壁１間の間隔より広く、また中間成形体１００の壁部分１Ａの成形高さｈ１は、断面ハット形の成形体１０１の立て壁１の成形高さｈより低い。
【００１９】
次いで、第２成形過程について、図1.a〜図1.dを用いて説明する。
【００２０】
図中、Ｐ１、Ｐ２は、第１と第２成形過程の境を示し、境Ｐ１の方を一側の壁部分、境Ｐ２の方を他側の壁部分とする。
【００２１】
第２成形過程のプレス加工に用いる金型は、一側の壁部分１Ｂを成形する金型と、他側の壁部分１Ｂを形成する金型を別なプレス装置に設置することができる。このような構成の連続プレスとすれば、図1.a、図1.bに示す金型により一側の壁部分１Ｂを形成した後、得た成形体を次のプレス装置に搬送し、図1.c〜図1.dに示す金型により他側の壁部分１Ｂを形成することができる。このような構成によれば、能率よく、断面ハット形の成形体１０１を得ることが可能である。
【００２２】
その場合、金型としては、ダイス３２、４２、ポンチ３３、４３の他にしわ押さえ３４、４４、および背圧パッド３５、４５を用いる。ダイス、ポンチおよびしわ押さえは、第１成形過程に用いる金型と同様に取り付けられているので説明を省略する。背圧パッド３５、４５は、金属製プレートとすることができ、対応するポンチと背圧パッドの間に中間成形体１００のハット頭部１０２の部分を挟んで挟圧可能に構成されている。例えば、金属製プレートをロッドを介して油圧シリンダーに接続し、所定の押さえ力で挟圧することができる。
【００２３】
第２成形過程のプレス加工では、第１成形過程で得た中間成形体１００を用い、中間成形体１００の両側の壁部分１Ａに繋げて壁部分１Ｂを形成する。  
【００２４】
先ず、図1.aに示すように、中間成形体１００のハット頭部の部分１０２Ａをポンチ３３と背圧パッド３５により挟圧すると共に、ダイス３２としわ押さえ３４によりフランジ部１０３を挟んで拘束した状態とする。その状態で第２成形過程のプレス加工では、図示しないプレス装置によりダイス３２を下降させ、ハット頭部の部分１０２Ａをポンチ肩３３ａに沿って通過させ、ポンチ肩３３ａにより曲げ、曲げ戻し成形して、壁部分１Ａに繋げて壁部分１Ｂを形成する。その際、ハット頭部の部分１０２Ｂがポンチ３３と背圧パッド３５間に移動してきて図1.bに示す状態となる。その後、金型を解放し、金型から成形体を取り出す。
【００２５】
なお、プレス装置には、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２を設定する。
【００２６】
このようにして形成した一側の壁部分１Ｂは、ハット頭部の部分１０２Ａをポンチ肩３３ａにより曲げ、曲げ戻し成形した部分である。
【００２７】
次いで、得られた成形体を次の金型に図1.cに示すようにセットし、中間成形体１００のハット頭部の部分１０２Ｃをポンチ４３と背圧パッド４５により挟圧すると共に、ダイス４２としわ押さえ４４によりフランジ部１０３を挟んで拘束した状態とする。その状態で第２成形過程のプレス加工では、ダイス３２を下降させ、ハット頭部の部分１０２Ｃをポンチ肩３３ａに沿って通過させ、ポンチ肩３３ａにより曲げ、曲げ戻し成形して、壁部分１Ａに繋げて壁部分１Ｂを形成する。その際、部分１０２Ｂがポンチ４３と背圧パッド４５間に移動してきて図1.dに示す状態となる。その後、金型を解放し、金型から成形体１０１を取り出す。
【００２８】
このようにして形成した他側の壁部分１Ｂは、ハット頭部の部分１０２Ｃをポンチ肩４３ａにより曲げ、曲げ戻し成形した部分である。
【００２９】
本発明の実施の形態にかかるプレス加工方法により得られる断面ハット形の成形体１０１の立て壁１は、第１成形過程で金属板素材３１をダイ肩１１２aにより曲げ、曲げ戻し成形した壁部分１Ａと、第２成形過程で中間成形体１００のハット頭部の部分１０２Ａまたは１０２Ｃをポンチ肩３３ａまたは４３aにより曲げ、曲げ戻し成形した壁部分１Ｂにより構成されている。壁部分１Ａは、ダイ肩１１２ａの曲げ癖により金型から取り出した時点で口が開く方向のスプリングバックが生じるスプリングバック要素であり、これに対して壁部分１Ｂは、ポンチ肩３３ａまたは４３ａの曲げ癖により金型から取り出した時点で口が閉じる方向のスプリングゴー要素である。
【００３０】
従って、本発明の実施の形態にかかるプレス加工方法によれば、断面ハット形の成形体１０１を金型から取り出した時点でスプリングバック要素とスプリングゴー要素が互いに作用し合い、立て壁１のスプリングバックを少なくすることができる。このようなプレス加工方法によれば、高張力鋼板やアルミニウム合金板等の金属板を用いた場合でも、立て壁１を構成するスプリングバック要素とスプリングゴー要素が存在しているから、従来のプレス加工に比べてスプリングバックを少なくすることができる。
【００３１】
なお、第２成形過程においては、背圧パッド３５、４５の押圧力を適切に設定することが重要である。この理由は、背圧パッド３５、４５の押圧力が過大であると、背圧パッドとポンチ間に挟まれた中間成形体１００のハット頭部１０２の部分が移動できず、壁部分１Ｂを形成する途中で破断が生じたり、破断に至らない場合でも局部的な板厚減少が発生する場合があるからである。また、フランジ部１０３を、ダイスとしわ押さえにより拘束した状態とするのは、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２に相当するだけのハット頭部１０２の部分をポンチ肩３３ａまたは４３ａに沿って通過させ、ポンチ肩通過長に応じた壁部分１Ｂを形成するためである。
【００３２】
また、本発明のプレス加工方法においては、第２成形過程を連続プレスで行うことに限定されず、連続プレスに代わり、図1.a、図1.bに示した金型を用い、一側の壁部分１Ｂを形成した後、同じ金型を用い、図３、図４に示すようにして他側の壁部分１Ｂを形成することもできる。
【００３３】
次に図５により、立て壁１の成形高さｈに対して、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２／第１成形過程での成形高さｈ１を０．１〜０．４の範囲として、立て壁１を形成することが好ましい理由を説明する。図５は、立て壁１の成形高さｈを７０ｍｍで一定とし、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２／第１成形過程での成形高さｈ１を種々変化させて得た断面ハット形の成形体１０１の口開き量（Ｗ０−Ｗ）の結果を示したグラフである。
【００３４】
実験は、一般に構造部材として用いられている断面形状（立て壁１の成形高さｈ＝７０ｍｍ、成形終了時点での断面ハット形の成形体１０１の開口幅Ｗ０＝６０ｍｍ）の成形体をプレス加工によって得た。図中に示す構造部材として適用されている材料を３種類選んで行った。但し、Ｗは断面ハット形の成形体１０１を金型から取り出した時点の開口幅である。
【００３５】
図５に示す結果から、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２が０である従来方法では、口開き量（Ｗ０−Ｗ）が１５〜２０ｍｍ程度であるが、材料に応じて第２成形過程での成形高さ増分ｈ２／第１成形過程での成形高さｈ１を０．１〜０．４の範囲とすることにより、口開き量（Ｗ０−Ｗ）を０ｍｍ近くにできることがわかる。
【００３６】
第２成形過程での成形高さ増分ｈ２／第１成形過程での成形高さｈ１を０．１未満とした場合、従来方法に対する改善効果が小さく、一方、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２／第１成形過程での成形高さｈ１を０．４超えとした場合、構造部材として適用される材料を用い、プレス加工を行うと、成形体の立て壁における、スプリングゴー要素の作用が過大となり口が閉じた状態になるからである。
【実施例】
【００３７】
図６に、ダイスとポンチとが対向して配置された金型を用い、金属板のプレス加工を行って、断面ハット形の成形体のスプリングバックを調べた結果を示す。スプリングバックの多少を評価するパラメータとしては、前記の口開き量（Ｗ０−Ｗ）を用いた。材料としては、板厚１．６ｍｍの軟鋼、板厚１．６ｍｍの高張力鋼板（引張強さ：４４０ＭＰａ、５９０ＭＰａ、７８０ＭＰａ）を用いた。断面ハット形の成形体の立て壁の成形高さｈは７０ｍｍ、成形終了時点での断面ハット形の成形体１０１の開口幅Ｗ０は６０ｍｍ、フランジ部の幅は１５ｍｍである。
【００３８】
発明例の場合は、第１成形過程で、図2.a〜図2.ｃに示すようにして、成形終了時点における成形体の開口幅Ｗ０が８０ｍｍ、フランジ部の幅が１５ｍｍ、壁部分の成形高さがｈ１である中間成形体の壁部を形成し、続く第２成形過程で、図1.a〜図1.dに示すようにして、中間成形体の壁部分に繋げて成形高さがｈ２である壁部分を形成した。その際、背圧パッド３５、４５の押圧力は、中間成形体の単位長さ当たり材料の引張強さに応じて０．４９〜１．９６ＭＰａ（０．０５〜０．２ｋｇｆ／ｍｍ２）とすると共に、第２成形過程での成形高さ増分ｈ２／第１成形過程での成形高さｈ１を材料の引張強さに応じて０．１〜０．４の範囲で調整した。
【００３９】
なお、第２成形過程で用いたポンチ３３、４３の断面寸法は、ポンチ幅を両者共に６０ｍｍ、ポンチ肩３３ａ、４３ａの半径を両者共に５ｍｍとした。また、第２成形過程で用いたダイスのダイ肩３２ａ、４２ａの半径、および第１成形過程で用いたダイス１１２のダイ肩１１２ａの半径はそれぞれ５ｍｍとした。第１成形過程で用いたダイス１１２の内幅は８３．３ｍｍ、ポンチ１１３の断面寸法は、ポンチ幅を８０ｍｍ、ポンチ肩１１３ａの半径を５ｍｍとした。
【００４０】
従来例としては、図8.a〜図8.ｃに示すように金属板素材をダイ肩に沿って通過させて、
断面ハット形の成形体の立て壁を形成した。なお、従来例に用いた金型は、ダイス１２の内幅を８３．３ｍｍ、ダイス１２のダイ肩１２ａの半径を５ｍｍ、ポンチ１３のポンチ幅を８０ｍｍ、ポンチ肩１３ａの半径を５ｍｍとした。
【００４１】
図６に示す結果から、発明例の場合は、従来例に比べて断面ハット形の成形体の口開き量（Ｗ０−Ｗ）が大幅に軽減され、特に高張力鋼板においてスプリングバック抑制効果が大きいことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１．ａ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第２成形過程を説明する図である。
【図１．ｂ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第２成形過程を説明する図である。
【図１．ｃ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第２成形過程を説明する図である。
【図１．ｄ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第２成形過程を説明する図である。
【図１．ｅ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法により得た成形体の形状を説明する図である。
【図２．ａ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第１成形過程を説明する図である。
【図２．ｂ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第１成形過程を説明する図である。
【図２．ｃ】本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の第１成形過程を説明する図である。
【図３】第２成形過程で同じ金型を用い、一側の壁部分と他側の壁部分を形成する場合の説明図である。
【図４】第２成形過程で同じ金型を用い、一側の壁部分と他側の壁部分を形成する場合の説明図である。
【図５】本発明における好適範囲を説明するグラフである。
【図６】本発明の効果を示すグラフである。
【図７．ａ】成形体の一例を示す斜視図である。
【図７．ｂ】成形体の成形終了時点の形状を示す図である。
【図７．ｃ】成形体を金型から取り出したときのスプリングバックを説明する図である。
【図８．ａ】従来のしわ押さえを用いたプレス加工方法を説明するための図であり、絞り曲げ成形直前の状態を示す。
【図８．ｂ】従来のしわ押さえを用いたプレス加工方法を説明するための図であり、絞り曲げ成形途中の状態を示す。
【図８．ｃ】従来のしわ押さえを用いたプレス加工方法を説明するための図であり、絞り曲げ成形終了時点の状態を示す。
【図９．ａ】従来のしわ押さえのないプレス加工方法を説明するための図であり、単純押し曲げ成形直前の状態を示す。
【図９．ｂ】従来のしわ押さえのないプレス加工方法を説明するための図であり、単純押し曲げ成形途中の状態を示す。
【図９．ｃ】従来のしわ押さえのないプレス加工方法を説明するための図であり、単純押し曲げ成形途中の状態を示す。
【図９．ｄ】従来のしわ押さえのないプレス加工方法を説明するための図であり、単純押し曲げ成形終了時点の状態を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１０１  断面ハット形の成形体
１１、２１、３１  金属板素材
１００  中間成形体
１  立て壁
２、１０２  ハット頭部
１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ  ハット頭部の部分
３、１０３  フランジ部
１Ａ  第１成形過程で成形された壁部分
１Ｂ  第２成形過程で成形された壁部分
Ｐ１、Ｐ２  第１、第２成形過程の境
ｈ  立て壁１の成形高さ
ｈ１    第１成形過程での成形高さ
ｈ２    第２成形過程での成形高さ増分
１２、２２、３２、４２、１１２  ダイス
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、１１２ａ  ダイ肩
１３、２３、３３、４３、１１３  ポンチ
１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、１１３ａ  ポンチ肩
１４、３４、４４、１１４  しわ押さえ
３５、４５  背圧パッド
Ｗ０  成形終了時点での成形体の開口幅
Ｗ  金型から取り出した時点での成形体の開口幅
【図１．ａ】
2005254262.tif 000003
【図１．ｂ】
2005254262.tif 000004
【図１．ｃ】
2005254262.tif 000005
【図１．ｄ】
2005254262.tif 000006
【図１．ｅ】
2005254262.tif 000007
【図２．ａ】
2005254262.tif 000008
【図２．ｂ】
2005254262.tif 000009
【図２．ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005254262.tif 000013
【図６】
2005254262.tif 000014
【図７．ａ】
2005254262.tif 000015
【図７．ｂ】
2005254262.tif 000016
【図７．ｃ】
2005254262.tif 000017
【図８．ａ】
2005254262.tif 000018
【図８．ｂ】
2005254262.tif 000019
【図８．ｃ】
2005254262.tif 000020
【図９．ａ】
2005254262.tif 000021
【図９．ｂ】
2005254262.tif 000022
【図９．ｃ】
2005254262.tif 000023
【図９．ｄ】
2005254262.tif 000024