(57)【要約】【課題】圧縮変形の影響による板厚の減少を低減させた伸びフランジを有する成形体、及びフランジの設計形状を変えることなく、１工程で成形でき、打ち抜き条件に頼る必要のない伸びフランジを有する成形体の製造方法であるプレス成形方法を提供することを課題とする。【解決手段】一体成形された成形体であって、平板上に、該平板の内部からみて凹状の曲げ線にそって形成された伸びフランジを備え、上記平板上に、該平板の面外に突出した突起部を備えることにより、圧縮変形を緩和し、伸びフランジ端の板厚の減少を低減した成形体。【選択図】図５
2017202523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体成形された成形体であって、
外周の一部が内方に凹んだ凹状外周部を有する天板部と、
上記凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ部を有し、
上記天板部は、さらに、天板部の面外に突出した突起部を備える
ことを特徴とする成形体。
【請求項２】
前記突起部は、前記伸びフランジの端部においてひずみが集中する領域の最小主ひずみ方向の前記天板部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成形体。
【請求項３】
前記突起部は、前記伸びフランジの端部においてひずみが集中する領域から２０ｍｍ以上離れた部位に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形体。
【請求項４】
引張強度５９０ＭＰａ以上の鋼板からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形体。
【請求項５】
自動車用部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形体。
【請求項６】
パンチ、ダイス、ブランクホルダーを備えたプレス成形装置を用いて、平板である成形素材から外周の一部が内方に凹んだ凹状外周部を有する天板部と、上記凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ部を有し、上記天板部は、天板部の面外に突出した突起部を備える成形体を製造する成形体の製造方法であって、
上記成形素材を、ダイスとブランクホルダーの間に配置し、パンチと相対移動させることにより成形素材に加圧し変形させることで伸びフランジを形成する工程を備え、
上記ブランクホルダー又はダイスは、上記成形素材の厚さ方向への変形を誘発し前記天板部に突起部を形成するための空間を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項７】
前記空間は、前記伸びフランジの端部においてひずみが集中する領域の最小主ひずみ方向に対応する位置に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の成形体の製造方法。
【請求項８】
さらに、形成された前記突起部を除去する工程を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の成形体の製造方法。
【請求項９】
前記突起部を除去する工程は、成形素材の厚さ方向への変形を誘発し突起部を形成するための空間を有しないブランクホルダー及びダイスを用いて、突起部が形成された成形体を再加工する工程であることを特徴とする請求項８に記載の成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記突起部を除去する工程は、突起部除去部材が、前記相対移動の後半に、ブランクホルダー又はダイスに設けられた前記成形素材の厚さ方向への変形を誘発し突起部を形成するための空間に入り込むことによって、形成された突起部を平滑化する工程であることを特徴とする請求項８に記載の成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記突起部除去部材は、パンチの一部が延長されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸びフランジを有する成形体、及び該成形体を製造するためのプレス成形方法であって、特に、フランジ端の形状は変えずに板厚の減少を抑制した伸びフランジを有する成形体、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車のフロアクロスメンバの作製において、プレス成形により、伸びフランジを形成する方法が知られている。伸びフランジ成形性を向上させる方法については、たとえば、ブランクの形状により成形性を向上させる方法、伸びフランジ端面の性状を改善し成形性を向上させる方法、伸びフランジ端のひずみを分散させ成形性を向上させる方法等、いくつかの提案がされている。
【０００３】
特許文献１には、長手方向の端部に外向きフランジが形成された、高張力鋼板製のプレス成形体の製造方法及び製造装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、フランジに切り欠きを設けたり、材料の歩留まりを低下させたりすることなく、溝底部と稜線部と縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、稜線部とその両側の溝底部、縦壁部にわたる外向きフランジが形成された成形体を製造する方法を提供することを目的になされたものである。
【０００５】
特許文献１の技術は、フランジのひずみ集中を分散することで伸びフランジ成形性を向上させるものであるが、１工程目と２工程目で成形する部位を変える、２工程化が必須である。
【０００６】
特許文献２には、基部側へ凸状に湾曲する湾曲部を持った縦壁部が形成されるプレス成形部品にプレス成形する際に、基部の変形部との境界側の部分と、変形部の外方部を別々に拘束し、変形部の縦壁部となる部分を板面内で剪断変形させて、湾曲部から、湾曲部から離れた部分に向かう材料の流れを生じさせるプレス成形方法が開示されている。
【０００７】
特許文献２の技術では、２つの拘束部が必要となり、プレス加工時の一方の拘束部の動きが複雑になる。
【０００８】
特許文献３には、フランジ端の外周縁部に、外周縁部を囲むように稜線が伸び且つ板厚方向に屈曲したステップ形状部を形成し、伸びフランジ割れを抑制して、伸びフランジ成形品を製造する方法が開始されている。
【０００９】
特許文献３の技術は、ステップ形状部を形成する工程と、縦壁部及びフランジ部を成形する２工程化が必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５５６９６６１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／０３１１５９号
【特許文献３】特許第６０５２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
たとえば、図１のように、凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ部をプレス成形により形成する場合、フランジは引っ張り変形を受ける。この場合、加工中にフランジに引張応力が作用するので、凹状に湾曲したフランジの中央部では、引張応力が集中し引張ひずみが生じることにより板厚の減少が生じる。板厚の減少が大きい場合、フランジ端では加工割れが生じることがあるという問題がある。
【００１２】
プレス成形により、図１（ａ）に示すブランク（１１）に、伸びフランジ部（１２）、天板部（１４）を形成した、図１（ｂ）に示す成形体を考える。このような伸びフランジをプレス成形に形成する一例として、図２に示すように、ブランク（２１）に、パンチ（２２）とダイス（２３）を用いて伸びフランジを形成する。ブランクホルダー（２４）は、ダイス（２３）とともに、ブランク（２１）を抑え、材料の流れを調整し、また、しわの発生を防ぐ。ブランクホルダー（２４）は、必ずしもブランク（２１）に密着している必要はなく隙間があってもよい。このような装置を用い、ダイス（２３）で固定されたブランク（２１）を、パンチ（２２）を相対的に移動させて押すことにより、伸びフランジを形成することができる。
【００１３】
図１（ｂ）に示す伸びフランジ（１２）、天板部（１４）が形成された成形体の場合、天板部（１４）は内方に凹んだ凹状外周部を有し、この凹状外周部が曲げ線（１３）となる。伸びフランジ部（１２）を形成する際に、Ａで示す線の方向、すなわち、概ねフランジ端中央部の法線方向には、Ｂで示す線、すなわち、フランジ端の法線方向と比較して、相対的な圧縮が生じる。その結果、伸びフランジ部（１２）の中央部である端部Ｃには、概ねフランジの接線方向に引張ひずみが集中するため板厚が減少し、割れが生じることがある。
【００１４】
図３に、従来の方法で図１（ｂ）のような伸びフランジを有する成形体を形成した場合の板厚の増減を示す。形成された伸びフランジの中央部付近で、板厚が大きく減少していることが分かる。この現象は、特に、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板で生じやすく、引張強度が高くなるほどその傾向は顕著となる。
【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑み、圧縮変形の影響による板厚の減少を低減させた伸びフランジを有する成形体、及びフランジの設計形状を変えることなく、１工程で成形でき、打ち抜き条件に頼る必要のない伸びフランジを有する成形体の製造方法であるプレス成形方法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】
【００１６】
本発明者らは、プレス成形により形成された伸びフランジにおいて、フランジ端に加わる相当ひずみを低減することにより成形性を向上させる方法について鋭意検討した。その結果、ブランクの圧縮変形が生じる部位の面外への変形を阻害しないことによって、フランジ端で生じるひずみの集中を緩和するできることを見出した。
【００１７】
本発明は、上記の知見に基き、さらに検討を進めてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
【００１８】
（１）一体成形された成形体であって、外周の一部が内方に凹んだ凹状外周部を有する天板部と、上記凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ部を有し、上記天板部は、さらに、上記平板の面外に突出した突起部を備えることを特徴とする成形体。
【００１９】
（２）前記突起部は、前記伸びフランジの端部においてひずみが集中する領域の最小主ひずみ方向の前記天板部に形成されていることを特徴とする前記（１）の成形体。
【００２０】
（３）前記突起部は、前記伸びフランジの端部においてひずみが集中する領域から２０ｍｍ以上離れた部位に形成されたことを特徴とする前記（１）又は（２）の成形体。
【００２１】
（４）引張強度５９０ＭＰａ以上の鋼板からなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかの成形体。
【００２２】
（５）自動車用部材であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の成形体。
【００２３】
（６）パンチ、ダイス、ブランクホルダーを備えたプレス成形装置を用いて、平板である成形素材から外周の一部が内方に凹んだ凹状外周部を有する天板部と、上記凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ部を有し、上記天板部は、天板部の面外に突出した突起部を備える成形体を製造する成形体の製造方法であって、上記成形素材を、ダイスとブランクホルダーの間に配置し、パンチと相対移動させることにより成形素材に加圧し変形させることで伸びフランジを形成する工程を備え、上記ブランクホルダー又はダイスは、上記成形素材の厚さ方向への変形を誘発し前記天板部に突起部を形成するための空間を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【００２４】
（７）前記空間は、前記伸びフランジの端部においてひずみが集中する領域の最小主ひずみ方向に対応する位置に設けられたことを特徴とする前記（６）の成形体の製造方法。
【００２５】
（８）さらに、形成された前記突起部を除去する工程を備えることを特徴とする前記（６）又は（７）に記載の成形体の製造方法。
【００２６】
（９）前記突起部を除去する工程は、成形素材の厚さ方向への変形を誘発し突起部を形成するための空間を有しないブランクホルダー及びダイスを用いて、突起部が形成された成形体を再加工する工程であることを特徴とする前記（８）のプレス成形方法。
【００２７】
（１０）前記突起部を除去する工程は、突起部除去部材が、前記相対移動の後半に、ブランクホルダー又はダイスに設けられた前記成形素材の厚さ方向への変形を誘発し突起部を形成するための空間に入り込むことによって、形成された突起部を平滑化する工程であることを特徴とする前記（８）のプレス成形方法。
【００２８】
（１１）前記突起部除去部材は、パンチの一部が延長されたものであることを特徴とする前記（１０）のプレス成形方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、成形したいフランジ端の形状はそのままに、板厚の減少を抑制しながら伸びフランジを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】伸びフランジを有する成形体の一例を示す図である。
【図２】従来技術による伸びフランジを有する成形体の製造方法を示す図である。
【図３】従来の方法で伸びフランジを有する成形体を形成した場合の板厚の増減を示す図である。
【図４】本発明の方法による伸びフランジを有する成形体の製造方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の方法で伸びフランジを有する成形体を形成した場合の板厚の増減を示す図である。
【図６】本発明及び従来の方法で作製したフロントピラーロアの概形を示す図であり、（ａ）は従来の方法で作製したフロントピラーロア、（ｂ）は本発明の方法で作製したフロントピラーロアである。
【図７】本発明及び従来の方法で作製したフロントピラーロアについての衝突モデルの概要を示す図である。
【図８】実施例１で使用した、ダイス、ブランク、ブランクホルダー、パンチの概略を示す図である。
【図９】実施例２で使用した、ダイス、ブランク、ブランクホルダー、パンチの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態の一例を、添付図面を参照しながら説明する。
【００３２】
本発明のプレス成形方法では、たとえば、パンチとダイスと、パンチに金属板等の平板であるブランク（成形素材）を押し当てて拘束するパッドを備えたプレス成形装置でブランクをプレス成形することにより伸びフランジを形成し、天板部と伸びフランジ部が一体成形された成形体を得る。天板部は内方に凹んだ凹状外周部を有し、伸びフランジ部はこの凹状外周部を曲げ線として曲げ成形されることにより形成される。ここで一体成形されたとは、溶接接合や機械接合による接合部を有さないことをいう。
【００３３】
より具体的には、図４に示すように、ブランク（４１）に、パンチ（４２）とダイス（４３）を用いて、伸びフランジを形成する。ブランクホルダー（４４）は、ダイス（４３）とともにブランク（４１）を抑え、材料の流れを調整し、また、しわの発生を防ぐ。ブランクホルダー（４４）は、必ずしもブランク（４１）に密着している必要はなく隙間があってもよい。本発明のプレス成形方法においては、ブランクホルダー（４４）がブランク（４１）を完全に覆わずに、材料を流入させるための空間として、スリット（４５）が設けられている点が特徴である。
【００３４】
はじめに、ブランク（４１）をダイス（４３）とブランクホルダーの間に挟み込む。続いで、パンチ（４２）とダイス（４３）を相対移動し、ブランク（４１）を加圧して伸びフランジを形成する。このとき、ブランクホルダー（４４）のスリット（４５）に対応する位置のパンチ（４２）も、ブランク（４１）の変形を妨げないような形状とする。
【００３５】
図４に示す例では、伸びフランジ部は、天板部の凹状外周部が曲げ線となるように形成される。伸びフランジ中央部には伸びフランジ端の接線方向へのひずみを中心とした引張ひずみが集中し、その最小主ひずみ方向（概ね伸びフランジ端の法線方向）に圧縮変形が生じる。このとき、ブランクホルダー（４４）のスリット（４５）の部分ではブランク（４１）の厚さ方向への変形抵抗が低減されているので、天板部の面外への変形を誘発することができる。以下、このような自由な面外変形を「自由座屈」という。
【００３６】
図４の例では、略扇形のブランク（４１）を加圧して伸びフランジ部、天板部が形成される際に、スリット（４５）がある伸びフランジ端の中央部の半径方向に材料が流入しやすくなる。その結果、伸びフランジ端の端部からの材料流入量が増加することにより、伸びフランジ端の中央部のひずみ集中が抑制され、伸びフランジ端の板厚の現象を抑制することができる。
【００３７】
なお、空間の形状は、図４に示すようなスリットに限定されるものではない。たとえば、ブランクホルダーの一部に円形の空間を設けたものなどでもよい。また、図４の例ではスリット（４５）がブランクホルダー（４４）に設けられているが、ダイス（４３）に設けても、同様の効果が得られる。ダイス（４３）にスリット（４５）を設けた場合、ブランクホルダー（４４）に設けられた場合とは逆方向への面外への変形が誘発される。
【００３８】
図５に、本発明のプレス成形方法を用いて製造した伸びフランジを有する成形体の板厚の増減を示す。伸びフランジ端の板厚の減少率は４．２％であり、従来の方法で製造した成形体の伸びフランジ端の板厚の減少率５．９％（図３参照）と比べ小さくなっていることが分かる。
【００３９】
本発明に使用するプレス機は特に制限されるものではなく、一般的に使用されるプレス機を用いればよい。
【００４０】
なお、自由座屈の誘発により、圧縮変形が緩和されるため、その方向においては線長が増加し、結果として、成形後の成形体の天板部の一部に、面外へ変形し、突出した突起部が生じることとなる。また、突起部が生じた位置に対応する天板部は、凹部となる場合がある。成形された成形体の使用目的によっては、そのような突起部があっても問題とならない場合がある。特にそのような場合には本発明は有効である。また、外観が重視され、突起部を除去しても成形体の使用目的に影響を与えない場合は、成形後に突起部をなんらかの方法で除去しても構わない。
【００４１】
また、そのような突起部が生じる位置は、伸びフランジへの影響が少ない位置とするのが好ましい。たとえば、板厚０．５〜３．０ｍｍ程度の鋼板を素材とする場合、突起部の位置は、伸びフランジ端においてひずみが集中する領域から２０ｍｍ以上離れた部位とするのが好ましい。
【００４２】
このような突起部が生じても問題のない部材として、たとえば、自動車用部材のフロントピラーロアを挙げることができる。
【００４３】
本発明のプレス成形方法、及び従来のプレス成形方法により、高強度鋼板を用いてフロントピラーロアを作製し、端部を完全に拘束し、インパクターの進入量２００ｍｍ、時速１５ｋｍとした場合衝突モデルについて、インパクター進入量１２０ｍｍ時の吸収エネルギー量をシミュレーションにより求めたところ、突起なしの場合、４．２×１０３／Ｊ、突起ありの場合、４．７×１０３／Ｊとなった。
【００４４】
上記の結果から、突起の有無がフロントピラーロアに求められる特性である吸収エネルギー特性に悪影響を与えないことが確認できる。なお、突起ありの場合の方が吸収エネルギー量が高くなるのは、突起の存在によりフロントピラーロアの天板の面外変形への抵抗力が向上したためと考えられる。
【００４５】
図６にフロントピラーロアの概形を示す。（ａ）は従来の方法で作製したフロントピラーロアの概形であり、（ｂ）は本発明の方法で作製したフロントピラーロアの概形である。突起部（６１）は紙面手前側に生じており、伸びフランジ部は紙面裏側に形成されており図示されていない。
【００４６】
図７は、図６に示したフロントピラーロアについて、計算に用いた衝突モデルの概要を示す図である。
【００４７】
外観上の問題などで面外変形により生じた天板部の突起部を除去する必要がある場合、たとえば、以下に説明する工法で突起部を除去することができる。
【００４８】
［１］天板面をリストライクにより平滑化する
【００４９】
天板部の突起部はリストライクにより平滑化することが可能である。具体的には、フランジ成形字に用いたものと同様の形状で、スリットが設けられていないダイス、パンチ、ブランクホルダーを用いて、突起部が生じた部材を再加工する。これにより、突起部を平滑化できる。再加工は突起部が平滑化できればよいので、伸びフランジ部が再加工される必要はない。
【００５０】
［２］突起部除去部材を用いて、下死点到達時にブランク面を平滑化する
【００５１】
パンチとダイスの相対移動の後半で、突起部除去部材を、ブランクホルダー又はダイスに備えられた、ブランクの厚さ方向への変形を誘発し天板部に突起部を形成するため空間に入り込むように移動させて空間を徐々に塞ぎ、相対移動終了時に、空間が設けられたブランクホルダー又はダイスと突起部除去部材が同じ高さとなるようにして、天板部を平滑化することもできる。この方法によれば、面外変形を誘発させ突起部を生じさせ、さらに生じた突起部を平滑化するまでを一工程で行うことも可能である。
【００５２】
突起部除去部材は一つの独立した可動部材としてもよいが、たとえば、一部を延長したパンチを用いることもできる。パンチの延長部位はブランクホルダーに設けられたスリットを通過できる大きさとし、下死点到達時に、ブランクホルダー面と同じ高さとなるようにする。
【００５３】
これにより、成形の前半においては、ブランクの面外への変形が可能な状態となっているので、上述のとおり、伸びフランジ端の板厚の減少が抑制され、成形の後半では、面外に変形した突起部を平滑化することができる。
【００５４】
上記の２つの方法を比較すると、［２］の工法は、フランジ面の平滑化までを一工程で行えるメリットがあるが、成形の後半において、面外への変形が抑制されることとなるため、その分だけ、［１］の工法に比べ、伸びフランジ端の板厚の減少の抑制効果が、やや小さくなる。どちらの工法を用いるかは、ブランクとして使用する材料の特性等から判断して決定すればよい。
【００５５】
以上説明したとおり、本発明によれば、一般的なプレス機を用いたプレス成形により製造される伸びフランジを有する成形体の圧縮変形を緩和することが可能となり、その結果、伸びフランジ端の板厚の減少を低減でき、フランジ端部における割れの低減等の効果を奏する。本発明によれば、引張強度の高い、好ましくは引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板を用いた場合にも板厚の減少を低減させることが可能である。
【００５６】
なお、上記パンチ、ダイスの形状を変えることにより、上述した成形体の例に限定されず、様々な形状の成形体を製造可能であることは明らかであり、それらの変形も本発明に含まれることはいうまでもない。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。以下に挙げる例は本発明の実施態様の一例であり、本発明が以下の実施例により制限されるものでないことはいうまでもない。
【００５８】
［実施例１］
略扇形のブランク（９８０ＭＰａ級高張力鋼板、板厚１．６ｍｍ）に、以下の３通りの方法で、水平方向に対する傾斜角が６０°のフランジを形成した。
【００５９】
（１）図８（ａ）に示すパンチ、ダイス、ブランクホルダーを用い、従来技術であるフランジアップ工法により、フランジを形成した。
【００６０】
（２）図８（ｂ）に示すパンチ、ダイス、ブランクホルダーを用い、フランジを形成した。その際、ブランクホルダーがスリットを有するため、面外変形により突起部が形成された。この突起部を平滑化するため、図８（ａ）に示すパンチ、ダイス、ブランクホルダーを用いてリストライクし、突起部を平滑化した。
【００６１】
（３）図８（ｃ）に示すパンチ、ダイス、ブランクホルダーを用い、フランジを形成した。ブランクホルダーがスリットを有するため、面外変形により突起部が形成されるが、パンチの一部が延長されており、延長された部位が成形時の下死点においてブランクホルダー面と同じ高さになるので、成形終了時には、突起部は平滑化された。
【００６２】
結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2017202523.tif 000003
【００６４】
従来のフランジアップ工法であるＮｏ．（１）は、フランジ端において、最大１２．９％の板厚減が生じ、フランジ端で割れが発生した。
【００６５】
本発明の工法である、Ｎｏ．（２）、（３）は、従来の工法に対して板厚減少率が小さくなり、割れが発生することなく、成形体を作製することができた。
【００６６】
［実施例２］
略扇形のブランク（９８０ＭＰａ級高張力鋼板、板厚１．６ｍｍ）に、実施例１と同様の３通りの方法で、水平方向に対する傾斜角が９０°のフランジを形成した。フランジの傾斜角を実施例１と変えるため、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、実施例１とは異なる形状のパンチを用いた。結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
2017202523.tif 000004
【００６８】
従来のフランジアップ工法であるＮｏ．（１）は、フランジ端において、最大１２．５％の板厚減が生じ、フランジ端で割れが発生した。
【００６９】
本発明の工法である、Ｎｏ．（２）、（３）は、従来の工法に対して板厚減少率が小さくなり、割れが発生することなく、成形体を作製することができた。
【符号の説明】
【００７０】
１１    ブランク
１２    伸びフランジ部
１３    曲げ線
１４    天板部
２１    ブランク
２２    パンチ
２３    ダイス
２４    ブランクホルダー
４１    ブランク
４２    パンチ
４３    ダイス
４４    ブランクホルダー
４５    スリット
６１    突起部
８１    ダイス
８２    ブランク
８３    ブランクホルダー
８４    パンチ
９１    ダイス
９２    ブランク
９３    ブランクホルダー
９４    パンチ
【図１】
2017202523.tif 000005
【図２】
2017202523.tif 000006
【図３】
2017202523.tif 000007
【図４】
2017202523.tif 000008
【図５】
2017202523.tif 000009
【図６】
2017202523.tif 000010
【図７】
2017202523.tif 000011
【図８】
2017202523.tif 000012
【図９】
2017202523.tif 000013