JP2003290833A - プレス成形方法および成形装置 - Google Patents
プレス成形方法および成形装置Info
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Abstract
ト型部品のプレス成形加工において、成形工程数を増や
すことなく成形品の壁反りを安定して小さい範囲に抑制
できるプレス成形方法を提供する。 【解決手段】 ポンチ2、ダイ3及びブランクホルダー
4を有するプレス成形金型を用いたプレス成形方法にお
いて、ポンチでブランク1を成形した後に、ポンチと反
対側に位置するパッド9によりブランクのポンチ底部を
拘束し、パッドをポンチストローク方向と反対方向に移
動させ、ブランクの縦壁に曲げ変形を加えることを特徴
とするプレス成形方法と、この方法を実施するための成
形装置。
Description
法及び装置に関するものであって、特に高強度鋼板やア
ルミニウム合金板などの場合に生ずるそり等のスプリン
グバックを防止して良好な形状凍結性を確保するための
プレス成形方法及びプレス成形装置に関するものであ
る。
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、図1に示すよ
うにスプリングバックと呼ばれる壁反りや角度変化など
の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
ーやフレー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。
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、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。それに対して、壁反りはダイス肩で
の曲げ・曲げ戻し変形によるスプリングバックに加え、
ポンチとダイス間のクリアランス内における被加工材の
変形状態が影響する複雑な現象である。すなわち、成形
中に被加工材がダイス肩部を通過する際、ダイス肩の入
口で曲げ変形を受けた後、ダイス肩出口で曲げ戻し変形
を受けるが、このときに完全に元の平坦形状に曲げ戻さ
れないため、反りの形状を生じる。一般には外向きの反
りとなるが、クリアランス内で被加工材が複雑に変形す
る場合には、曲げ戻し変形が強く働いて内側に反ること
もある。
引張の塑性変形が与えられるまで張力を付与すれば軽減
できることが知られている。その場合、板押さえ力を高
めたり、ドロービードを設けて被加工材に加わる張力を
高めるなどの対策がとられるが、延性の劣る高強度鋼板
やアルミニウム合金板では張力を強くすると側壁部が破
断する恐れがある。そのため、従来は新たにリストライ
ク工程を設けて、反りと反対側に曲げ変形を加えて形状
を矯正する方法が用いられているが、この方法では工程
が増すため、設備コストや生産性に大きく欠点があっ
た。特に、縦壁形状が垂直に近い形状となるハット型部
品では壁反りと反対側に曲げを加えるためにはダイがポ
ンチに対して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、金型コストを増大させる要因
となっていた。
17831号公報では、そりの発生機構の詳細な研究か
らダイス肩での曲げ半径とポンチ〜ダイス間のクリアラ
ンスを特定の範囲に設定し、ダイス肩出口での曲げ戻し
変形を制御して、反りを防止する方法を提案している。
しかし、この方法では、最適な曲げ戻し変形の大きさが
被加工材の板厚や機械的特性に強く依存し、特に400
MPa以上の高強度鋼板を被加工材とする場合では逆曲げ
の制御が難しいため、所定の寸法精度が確保できない場
合が多い。
やアルミニウム合金板などのハット型部品の曲げ成形加
工において、成形工程数を増やすことなく反りを安定し
て小さい範囲に抑制できるプレス成形方法および装置を
提供することを目的とするものである。
決したものであり、その要旨は次の通りである。 (1)ポンチ、ダイ及びブランクホルダーを有するプレ
ス成形金型を用いたプレス成形方法において、ポンチで
ブランクを成形した後に、前記ポンチと反対側に位置す
るパッドによりブランクのポンチ底部を拘束し、前記パ
ッドをポンチストローク方向と反対方向に移動させ、ブ
ランクの縦壁に曲げ変形を加えることを特徴とするプレ
ス成形方法。 (2)ポンチ、ダイ及びブランクホルダーを有するプレ
ス成形金型と、前記ポンチと反対側に位置するパッドを
有し、前記パッドは前記ポンチによりブランクのポンチ
底部を拘束し、かつポンチストローク方向と反対方向に
移動する機能を有し、前記ダイは前記ブランクの縦壁部
が曲げ変形可能なダイ逃がし部を有することを特徴とす
るプレス成形装置。
レス成形方法を実施するための成形装置の構造を示すも
のであるが、この例を用いて本発明の詳細を説明する。
本加工装置は通常のプレス成形で用いられるポンチ2、
ダイ3、ブランクホルダー4と、ポンチと反対側に位置
するパッド9を有し、パッド9はブランク1のポンチ底
部を拘束し、パッド9はパンチ2の成形ストロークと反
対方向に移動する(図3、図4の場合、ポンチ2が下方
向に移動するときは、パッド9は下方向に移動する)機
能を有し、ダイ3にはブランク1の縦壁部が曲げ変形可
能なダイ逃がし部15を備えている。ポンチ2の反対側
に位置するパッド9は下型であるポンチ2に対して上下
方向だけに所定距離だけ進退可能に設置されており、ブ
ランク1のポンチ底全面を同時に拘束することが可能な
形状になっている。また、パッド9に連結された押圧手
段により、ポンチストローク方向と反対方向にブランク
1のポンチ底部を移動させる機構になっている。
ダ12を複数備え、このガスシリンダ12から下方に延
伸するロッドがパッド9に当接する。ポンチ成形工程の
下死点においてガスシリンダ12に成形荷重による負荷
が加わらないようにストッパ14を設けておくことが望
ましい。また、ポンチ9は対抗する荷重に応じて加圧さ
れた方向に移動する手段を介して下型プレート7に設置
されている。この例では荷重に応じて移動する手段とし
てガスシリンダ11を用いているが、ポンチ成形工程時
に加わる加圧力でガスシリンダ11が下限に達しないよ
うに必要な最大荷重が得られるように複数設置する必要
がある。その他の移動手段としては、相当する荷重を発
生できるようにウレタンスプリングやコイルスプリング
を必要数用いても良い。ダイ3の縦壁部分にはダイ逃が
し部15を設けておき、パッド9の移動持に発生するブ
ランク1の縦壁部の圧縮応力による曲げ変形が起き得る
ように設計しておく。また、パッド9の加圧力がブラン
ク1をとおしてダイホルダー4まで移動しないように下
型にポンチストッパ13を設けておくことが望ましい。
て、本発明のプレス成形方法との関連で図2〜図4によ
り以下に説明する。まず、ブランクホルダー4をポンチ
2に対し上方に配置しておき(図示しない)、ブランク
1が投入される。そして上型が下降し、ダイ3とブラン
クホルダー4によりブランク1のフランジ部が拘束さ
れ、ダイクッションの加圧がクッションピン10をとお
してダイホルダー4に伝達し、フランジ部が一定の荷重
で挟持される。そして、ブランク1のフランジ部がブラ
ンクホルダー4とダイ3に挟持された状態で上型が下降
し(図2から図3)、ポンチ2による成形が進行する。
ポンチ移動用に下型に固定したガスシリンダ11はポン
チ2とブランク1が接触する前に駆動しておく。図3は
上型が下死点に達し、ポンチ成形工程が終了した状態を
示す図である。
されたガスシリンダ12が駆動し、パッド9を介してブ
ランク1のポンチ底部を加圧することにより、ポンチ底
部は下降される。このときブランクホルダー4はポンチ
成形工程が終了すると同時に下型に設置されたスペーサ
ー5が下型プレート7に接触し、それ以上は下降しない
構造にしておく。パッド9からの加圧力がブランク1の
縦壁部に伝播し、縦壁部に圧縮応力が発生するので、反
りの原因である板厚方向の応力差を均一化する方向に働
く。また、さらに加圧すると、縦壁部が座屈により加工
による反りと逆方向に曲がる現象が発生し、残留応力の
板厚方向の不均一を完全に解消する。残留応力の均一化
工程が加わることで除荷した状態での壁反りが除去さ
れ、真直ぐな縦壁形状を有する加工品が得られる。高強
度鋼板では材料の強度が上昇すると残留応力の不均一が
大きくなり、壁の反りが大きくなるが、本加工方法では
材料強度に応じてパッドの加圧力を最適に設定すること
で、鋼種ごとに均一な応力状態を与えることができ、成
形品の反りを取り除くことができる。
軟鋼板SPCEと高強度鋼板(440MPa、590MPa)
を用いた。ブランクの寸法は300×260mmで、各鋼
板の機械的特性は表1のとおりである。通常成形方法に
おけるハット金型での加工をダイクッション圧を変化さ
せて行った。ハット金型の寸法は幅80mmで、パンチ肩
R4mm、ダイ肩R4mm、成形高さ80mmである。高さ加
工中の材料強度σTS[MPa]に対する縦壁張力σt[MP
a]の比と壁反り残留曲率の一般的な関係を図5に示
す。この図では横軸のσt/σTSは無次元化縦壁張力で
あり、これが1に達すると破断が発生すると考えられ
る。縦壁張力は以下の式で計算した。 σt=P/2bt P:ポンチ成形最大荷重[MPa] b:板幅(=300mm) t:初期板厚(=1.2mm)
り残留曲率が減少することが一般に知られているが、高
強度鋼板では破断を起こさない限界までダイクッション
圧を加えても軟鋼板に比べ壁反りが大きく残留すること
が分かる。また、プレス設備の能力によっては破断に近
い状況までダイクッション圧を負荷できない場合が多
く、σt/σTSの低い領域でしか加工できないことが想
定されるので、高強度鋼板の壁反りはさらに大きくなる
ことが考えられる。そこで、通常成形後にパッド側から
加圧し、縦壁部に逆曲げを発生させる本発明に係わる方
法によりハット金型での成形を行った。
手段として加圧力80kN、ストローク80mmのガスシリ
ンダを6個使用し480kNの加圧力を負荷できるように
した。ダイ逃がし部としてダイの縦壁部両側についてダ
イ肩R止まりから60mmの領域を最大で20mmの深さを
有する溝を設けた。ここで、図6はダイクッションを3
00kNにした場合の通常成形方法による比較例と本発明
例に係わる成形方法により得られた加工成形サンプルの
壁反り曲率を測定した結果を示す。本発明例では高強度
鋼板を用いた場合でも壁反りをほとんど発生させずに成
形が可能で、工程数を増やすこともなく、高精度の成形
品を容易に加工することができた。
ム合金板などのハット型部品のプレス成形加工におい
て、成形工程数を増やすことなく成形品の壁反りを安定
して小さい範囲に抑制したプレス成形を容易に行えるよ
うになった。
象である壁反りと角度変化を示す説明図である。
するための金型を用いてブランクをセットした状態の概
略縦断面図である。
するための金型を用いてポンチ成形が下死点に達した状
態の概略縦断面図である。
するための金型を用いて、逆成形工程においてブランク
の縦壁に曲げ変形を加わっている状態の概略縦断面図で
ある。
力との関係図である。
で得られた成形品の縦壁部の反り量の説明図である。
ダー 5…下型スペーサー 6…上型スペーサ
ー 7…下型プレート 8…上型プレート 9…パッド 10…クッション
ピン 11…ガスシリンダ 12…ガスシリン
ダ 13…ポンチストッパー 14…パッドスト
ッパー 15…ダイ逃がし部
Claims (2)
- 【請求項1】 ポンチ、ダイ及びブランクホルダーを有
するプレス成形金型を用いたプレス成形方法において、
ポンチでブランクを成形した後に、前記ポンチと反対側
に位置するパッドによりブランクのポンチ底部を拘束
し、前記パッドをポンチストローク方向と反対方向に移
動させ、ブランクの縦壁に曲げ変形を加えることを特徴
とするプレス成形方法。 - 【請求項2】 ポンチ、ダイ及びブランクホルダーを有
するプレス成形金型と、前記ポンチと反対側に位置する
パッドを有し、前記パッドは前記ポンチにより成形され
たブランクのポンチ底部を拘束し、かつポンチストロー
ク方向と反対方向に移動する機能を有し、前記ダイは前
記ブランクの縦壁部が曲げ変形可能なダイ逃がし部を有
することを特徴とするプレス成形装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2002103266A JP3854525B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | プレス成形方法および成形装置 |
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