JP2006289480A - プレス成形方法およびそれに用いる金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハット型成形品を成形するとき、縦壁とフランジの角度の精度を高める。さらにフランジの平坦度を高める。
【課題手段】 金属製のブランク材１０から、ハット型断面形状の最終成形品１２にプレス成形する方法であって、天面１３と、左右の側壁１４と、その側壁の下端から拡がるテーパ部１６と、そのテーパ部の下端から拡がるフランジ１５とを備えた、最終成形品１２より深いハット断面形状の中間成形品１１に成形する第１工程Ｓ１と、得られた中間成形品１１のテーパ部１６およびフランジ１５を平坦なフランジ１７に再成形して最終成形品のハット型断面形状を得る第２工程Ｓ２とを順に行うプレス成形方法。
【選択図】 図１

Description

本発明はプレス成形方法およびそれに用いる金型に関する。さらに詳しくは、金属板を絞り加工（絞り曲げ加工）により平面視で湾曲ないし屈曲している断面ハット型の成形品をプレス成形する方法、ならびにその方法に用いるダイおよび金型に関する。

特開２００４−１９５５３５号公報 特開２００４−３１４１３２号公報 特開２００４−１７４５３１号公報 新日鉄技報第３７８号（２００３）２５〜２９頁

自動車の軽量化と衝突安全性向上は相反する課題であるが、これを解決する手段として近年自動車車体パネルに高張力鋼板の採用比率が高まってきた。一方、高張力鋼板のプレス成形は通常鋼板に比して降伏点応力が高く、伸びが少ないという特性のため、金型形状に対する形状凍結性が低く、金型製作面においてトライアンドエラーの繰り返しにより多大な工数とコストを要している。これは主にプレス成形に伴うスプリングバック現象が大きく影響しているためと考えられている。

現状技術ではこの現象への対処方法はスプリングバック量を事前に想定し、この変更量をあらかじめ見込んだ金型作り、または製品形状通りに金型製作し、トライ後にそのスプリングバック量を修正している。そのため、所望の形状を得るまでに数回の金型修正が必要とされている。また、断面ハット型に成形する場合、フランジ部の平坦度が損なわれる。

特許文献１には、金属板を断面コ字状あるいはＬ字状に成形するに際し、一旦所望の曲げ角度よりもオーバーベンドした後、略所望の折り曲げ角度まで曲げ戻すことにより、スプリングバックを緩和する方法が開示されている。この方法によれば、長手方向に沿ってカーブした折り曲げ線で折り曲げる場合でも、ねじれを防止することができ、成形精度が向上する。すなわち、一旦オーバーベンドした縦壁部の曲げ角に曲げ戻し加工を施して残留応力を開放することにより、天板に対する縦壁のスプリングバック（外向きの反り）を減少させる。

特許文献２には、ハット型断面の成形品をプレス成形するとき、ポンチの根元部とダイとの間に隙間を開けて金属板にオーバーラン現象を生じさせると共に、上下二重にしたポンチのうち、下側のポンチでオーバーラン後の金属板を曲げ戻しする成形方法が開示されている。この方法も縦壁を絞り成形するときの残留応力を少なくし、天板に対する縦壁の角度を正確にし、反りを少なくする方法である。

他方、特許文献３には、ブランクホルダーを用いないポンチを用いて絞り成形し、最後にフランジ部を曲げ成形することにより、縦壁の反りを少なくするハット型断面部品の成形方法を開示している。この方法は、いわば絞り成形と曲げ成形の混合タイプである。

非特許文献１は、スプリングバックの発生メカニズムについて詳述しており、特許文献２と同様のオーバーランによる縦壁の張力制御に言及している。また、決め押し加工を行うこと、そのときに可変ビード成形を併用すること、決め押し加工のときに金型切削加工時のカスプ目をコイニングとして応用することを開示している。

前記従来の成形方法はいずれも天板と縦壁の角度を正確にしたり縦壁の反りを少なくすることはできるとしても、縦壁に対するフランジの角度を正確にすることはできないか、不充分である。また、フランジの平坦度も不充分である。本発明は、とくに長手方向に湾曲しているハット型成形品を成形するに際し、縦壁とフランジの角度の精度を高めることを技術課題としている。さらに本発明は、フランジの平坦度を高めることを技術課題としている。

本発明のプレス成形方法は、金属板から、天面、その天面の両端から下向きに延びる左右の側壁、およびそれらの側壁の下端から拡がる左右のフランジを備えているハット型断面形状の最終成形品にプレス成形する方法であって、天面と、左右の側壁と、その側壁の下端から拡がるテーパ部と、そのテーパ部の下端から拡がるフランジとを備えた、前記最終成形品より深いハット断面形状の中間成形品に成形する第１工程と、得られた中間成形品のテーパ部およびフランジを平坦なフランジに再成形して前記成形品のハット型断面形状を得る第２工程とを順に行うことを特徴としている。なお、「第１工程で最終成形品より深く成形する」とは、ブランク材の材質、厚さ、最終成形品の形状（高さ、幅）などに応じて適切な深さが決定されるものであり、後述する実施形態では５ｍｍ深く成形している。

前記最終成形品は、その左右の側壁のうち少なくとも一方の側壁が長手方向に沿って湾曲ないし屈曲しているものが好ましい。湾曲、屈曲には、Ｔ字状に分岐している場合、Ｘ字状に交差している場合も含む。さらに前記金属板としては、引張強度５９０〜１４７０MPa、厚さ０．５〜３．０ｍｍの高張力鋼板が好ましい。

本発明のダイは、前述のプレス成形方法の第１工程に用いるダイであって、ダイ入り口に前記テーパ部を形成する傾斜面が形成されており、その傾斜面と前記側壁を形成する縦面とが凸湾曲面で滑らかに結ばれ、前記傾斜面とフランジを形成する下面とが凸湾曲面によって滑らかに結ばれていることを特徴としている。

さらに本発明のプレス成形方法においては、そのようなダイと、前記中間成形品の天面、左右の側壁および左右のテーパ面を形成するための外面形状を備えているポンチと、そのポンチのテーパ面より外側の左右に配置されるブランクホルダーとを用いて第１工程を行うのが一層好ましい。

本発明の金型は、前述のプレス成形方法の第２工程に用いる金型であって、最終成形品に対応するダイと、ポンチと、そのポンチの左右に配置されるホルダーとを備え、ダイフェースまたはホルダーの表面にカスプ目が残されていることを特徴としている。そのカスプ目の方向は、折り曲げ線に対して略直角とするのが好ましい。

本発明のプレス成形方法では、第１工程で所望の最終成形品よりも深く成形し、第２工程で所望の最終成形品の深さに成形する。すなわち第１工程で成形したテーパ面とフランジとを、第２工程で再び平坦なフランジに再成形する。そのため、第１工程で所定のテーパ角度に成形された中間成形品の側壁とテーパ部の境界に沿う部位が、第２工程ではさらに９０度ないしその近くまで強制的に曲げ形成されると共に、テーパ部は平坦に曲げ戻され、テーパ部とフランジの境界部も平坦に曲げ戻される。そしてそのような逆向きの曲げ戻し加工により、残留応力が開放されるため、フランジのスプリングバックが抑制され、フランジと側壁の角度が正確になる。

さらに前記第２工程では中間成形品のテーパ部とフランジ部を平坦なフランジ部に再成形するので、側壁自体はほとんど曲げ戻し加工されない。そのため、加工がスムーズである。

前記最終成形品の左右の側壁のうち少なくとも一方の側壁が長手方向に沿って湾曲ないし屈曲している場合は、第１工程で平坦な板材が断面円弧状の側壁に絞り込まれると共に、扇型の部位が略円錐状のテーパ部に絞り込まれる。同時に板材の外周部は、円周方向および半径方向に、すなわち板材の面方向に伸縮しながらフランジになる。そして第２工程では、フランジが外向きに強制的に押し拡げられるので、第１工程とは逆向きに面方向で伸縮する。したがって残留応力が一層開放され、フランジのスプリングバックが抑制される。さらに第２工程ではフランジは第１工程と逆向きに塑性変形するので、バウジンガー効果により降伏応力が減少している。したがって第２工程の加圧力が少なくて済み、曲げ戻し加工が容易になる。

前記金属板が引張強度５９０〜１４７０MPa、厚さ０．５〜３．０ｍｍの高張力鋼板である場合は、残留応力がとくに減少し、側壁とフランジの角度が正確になり、形状凍結性が高くなる。

本発明のダイは、ダイ入り口にテーパ部を形成する傾斜面を備えているので、前記成形方法の第１工程で板材から側壁に続くテーパ面を形成することができる。さらに傾斜面と前記側壁を形成する縦面とを滑らかに結ぶ凸湾曲面と、前記傾斜面とフランジを形成する横面とを滑らかに結ぶ凸湾曲面とを備えているので、材料流入抵抗を減少させることができる。とくに傾斜面の寸法は、形状凍結性の観点から適切な寸法を選択するが、傾斜面の上端及び下端に設けた凸湾曲面は、材料流入抵抗が適切になるように、傾斜面寸法とは独自に選択することができる。そのため、形状凍結性を高めながら、材料流入抵抗を適切にすることができる。

本発明のプレス成形方法の第１工程を、前述のダイ入口に傾斜面を備えているダイと、前記中間成形品の天面、左右の側壁および左右のテーパ面を形成するための外面形状を備えているポンチと、そのポンチのテーパ面より外側の左右に配置されるブランクホルダーとを用いて行う場合は、成形途中ではポンチの傾斜面とダイの傾斜面の間に隙間がある。そのため、ダイの傾斜面に沿ってダイ内に入り込む金属板は、傾斜面に密着するようには挟圧されず、いくらかアール形状を呈する。そしてプレスの下死点で傾斜面同士が決め押しすることにより、テーパ部が形成されることになる。そのため、途中の成形時のダイへの材料流入がスムーズである。

本発明の金型は、ダイフェースまたはホルダーの表面にカスプ目が残されているので、再成形加工時の決め押しの時にコイニング効果をあげることができる。それにより絞り工程ないし曲げ工程で形成されたアール癖を除去し、平坦なフランジ面を形成することができる。

カスプ目の方向が折り曲げ線に対して略直角である場合は、コイニング効果でフランジの平坦度を高めながら、曲げ戻しが行われる方向には材料が流れやすい。

つぎに図面を参照しながら本発明のプレス成形方法、それに用いる金型の実施の形態を説明する。図１は本発明のプレス成形方法の一実施形態を示す工程図、図２ａは本発明のプレス成形方法で成形された成形品の一例をブランク材と共に示す平面図、図２ｂはその成形品の端面図、図３は図２の成形品をブランク材と共に示す斜視図、図４は図１のプレス成形方法の要部工程図、図５ａおよび図５ｂはそれぞれ本発明の成形方法の第１工程に関わる金型の一実施形態を示す断面図および作動状態断面図、図６は図５ａの金型を用いた成形方法の成形途中の状態を示す要部拡大断面図、図７は本発明の成形方法の第２工程に関わる金型の一実施形態を成形の前後で示す断面図、図８ａは参考例の金型を示す断面図、図８ｂはその金型を用いた要部工程図、図９は本発明の成形方法の第２工程に関わる金型の他の実施形態を示す要部斜視図、図１０ａおよび図１０ｂはそれぞれ本発明の成形方法を適用することができる成形品の他の例を示す平面図、図１１は本発明の成形方法と参考例の成形方法とを比較して示すグラフである。

図１に示す成形方法は、平坦な金属板を所定の形状に打ち抜いたブランク材１０を断面ハット型の中間成形品１１に絞り成形または曲げ成形する第１工程Ｓ１と、得られた中間成形品１１を再成形して最終成形品１２とする第２工程Ｓ２とからなる。ここで「ハット型」とは、天面１３と、その天面の左右端から下方に延びる左右の側壁１４と、それらの側壁１４の下端から外向きに拡がるフランジ１５、１７とを備えた形状である。なお、実際にはこの第２工程の後に必要に応じてトリム工程、穴明け工程などの工程が付加される。

ブランク材１０は図２ａに示すように、途中で湾曲ないし屈曲した略「く」字状を呈しており、中間成形品および最終成形品は、図２ｂに示すように断面ハット型で、途中で湾曲しながら軸方向にほぼ同断面形状で連続した形態となる。ブランク材１０の材質はとくに制限されないが、本発明のスプリングバックを防止する利点を有効に活用するため、たとえば引っ張り強度５９０〜１４７０MPaの高張力鋼板、アルミニウムなどの、通常の加工でスプリングバックが大きくなる材質が好ましい。ブランク材１０の板厚は、たとえば０．５〜３．０ｍｍ程度である。

従来技術では絞り工程での絞り深さもしくは曲げ工程での曲げ深さは最終成形品寸法と同等に設定し、再成形工程でスプリングバックによる変形量を形状補正して最終成形品寸法とするのが一般的であるが、図１の成形方法では、第１工程Ｓ１での絞り深さを最終成形品１２より３〜６ｍｍ程度深く成形し、再成形工程で最終成形品寸法に曲げ戻すようにしている。第１工程Ｓ１で得られる中間成形品の高さＡ１は、第２工程Ｓ２の最終成形品１２の高さＡ２より３〜６ｍｍ程度高くなり（Ａ１＞Ａ２）、幅Ｂ１は最終成形品１２の幅Ｂ２より狭い（Ｂ１＜Ｂ２）。

図１の実施形態では、曲げ戻し分をまかなうため、中間成形品１１の側壁１４とフランジ１５の間に、テーパ部１６を介在させている。すなわち第２工程Ｓ２で曲げ戻しをするとき、側壁１４は曲げ戻し加工ができないので、テーパ部１６を設けて曲げ戻し加工を実現しているのである。そして第２工程Ｓ２では、そのテーパ部１６とフランジ１５を平坦に延ばす曲げ戻し加工を行い、最終成形品１２のフランジ１７にする。

その場合、図４に示すように、中間成形品１１のテーパ部１６の長さａ、フランジ１５の長さｂ、側壁１４とテーパ部１６の遷移領域およびテーパ部１６とフランジ１５の遷移領域のそれぞれのアールの周長ｅの全体の和は、最終成形品１２のフランジ１７の長さｄと、側壁１４とフランジ１７の遷移領域の周長（ｃ×π／２）との和にほぼ等しくなる。それにより、ほぼテーパ部１６の高さ分だけ製品高さが低くなる。テーパ部１６は、略平坦なテーパ面のほか、図２ａの湾曲部１８のように平面視で湾曲している部分における略円錐状の面も含む。。

図２ａのブランク材１０の外向きに円弧状に突出している湾曲部１８では、第１工程Ｓ１で半径方向に延ばされながら円周方向に圧縮され、第２工程Ｓ２で半径方向に圧縮されながら円周方向に引き延ばされる。たとえば円弧状の外周縁（ａ0−ｂ0）の範囲は、第１工程Ｓ１で一旦、（ａ1−ｂ1）まで圧縮される。そして第２工程Ｓ２で曲げ戻されるとき、（ａ2−ｂ2）の範囲まで引き延ばされる。このような変形は図１のフランジ１５だけでなく、テーパ部１６および側壁１４についても同様である。このように湾曲部１８については、第１工程における塑性変形と第２工程の塑性変形の方向が逆向きであるので、第１工程で残存する内部応力が第２工程で開放されることになる。

さらに第１工程と第２工程とで変形方向が逆であるため、バウジンガー効果で第２工程のときの降伏応力が低下して成形性が向上する利点がある。この利点はとくに降伏応力が高い高張力鋼板の加工において有効である。

なお図２ａの上側の外向きに凹となる湾曲部１９についても、変形の向きは逆であるが、第１工程Ｓ１で円周方向に引き延ばされ、半径方向に圧縮され、第２工程Ｓ２で円周方向に圧縮され、半径方向に引き延ばされる。そのため外向きに凸の場合と同様に、第１工程と第２工程とで塑性変形の方向が逆になり、第１工程で残存した内部応力が第２工程で開放される。したがって残存応力に基づくスプリングバックが減少し、最終成形品１２のフランジ１７の成形精度が高くなる。

つぎに図５〜８を参照して図１の成形方法を行うための金型の実施形態を説明する。これらの金型は本発明の金型でもある。図５ａおよび図５ｂに示す第１工程の金型セット２０は、上型であるダイ２１と、下型であるポンチ２２およびブランクホルダー（しわ押さえ）２３とから構成されている。

図５ａに示すように、ダイ２１の下面には中間成形品１１に対応する凹溝２４が形成されている。成形品が図２のように途中で湾曲ないし屈曲している場合は、凹溝２４も途中で湾曲ないし屈曲している。そしてダイ２１の入口部には、絞り工程のダイ入口形状における一般的なアール面形状ではなく、傾斜面（Ｃ面）２５を形成し、上下の各コーナーをそれぞれ凸湾曲面２６、２７で結ぶ形状としている。傾斜面２５の角度は通常は４５度であるが、３０〜６０度などの範囲でもよい。

傾斜面２５の高さｈおよび幅ｗは、第２工程（再成形工程）での曲げ戻し量によって定まるが、通常は３〜６ｍｍ程度である。コーナを結ぶ湾曲面の半径は１〜３ｍｍ程度である。ダイ２１の材質は従来のものと同じでよく、従来と同様に摩耗、焼き付け対策として、ＰＶＤ（物理的気相成長法）などの表面処理を施してもよい。

従来技術では絞り工程のダイ入口形状は設計、機械加工が容易であることから一般的にアール面を採用している（図８ａ参照）。ところで、本発明の特徴である曲げ戻しを実施するためには曲げ戻し量の設定が重要となるが、この曲げ戻し量はダイ入口形状の高さ、すなわち湾曲面の場合はその曲率半径で決まる。ダイ入口形状の高さ以上の量は製品の側壁（縦壁部）１４が存在するため曲げ戻しできないからである。一方、ダイ入口形状のアール面の寸法設定は、材料の必要流入時抵抗を左右する。

しかし材料の流入抵抗より決まるアール面の半径と曲げ戻しに必要な量から決まるアール面の半径とは一般的に異なる。そのため、一方を適切な半径にすれば、他方の半径を適切にすることができないという相反する問題がある。本発明では、ダイ入口形状を、曲げ戻しの必要量の観点からもっとも適切な大きさの傾斜面とすると共に、その傾斜面と側壁の境界部および傾斜面と下面の境界部に、材料流入抵抗の観点からもっとも適切な半径の凸湾曲面を形成することにより、上記相反する条件を両方とも満たすことに成功したのである。

図５ａに示すように、凹溝２４の内側面３０と内底面３１の境界部には、従来と同様のアール面３２が形成されている。このアール面３２の半径ｒ１は、最終成形品のアール面の半径（図７のｒ2）より２〜５ｍｍ程度大きくしている。左右の内側面３０同士の間隔は、最終成形品の左右の側壁１４の外面同士の間隔と等しい。内底面３１とダイの下面（ダイフェース）３３の間の寸法は、中間成形品１１の高さ（図１のＡ１）から板厚を減じた寸法と同一である。なお、図示していないが、ダイの内底面３１に従来公知のノックアウトピンなどのノックアウト機構を設ける。

前記ポンチ２２は、中間成形品１１の内面に対応する輪郭ないし断面形状を有し、天面３５、左右の側面３６およびそれらの側面から続くテーパ面３７を備えている。テーパ面３７の下端からは、ブランクホルダー２３の内面とわずかな隙間をあけて対向する外面３８が延びている。外面３８の下方には、逃げ面３９が形成されている。天面３５と側面３６とは滑らかな凸面４０で結ばれている。側面３６とテーパ面３７との間も小半径の滑らかな凹面４１で結ばれている。ポンチ２２の材質も従来のものと同じでよく、従来と同様にＰＶＤなどの表面処理を施してもよい。

従来の絞り工程では たとえば図８ａのように、ポンチ７２とブランクホルダー７４の境界は製品フランジ１７の根元に設定することが一般的であるが、図５の第１工程の金型では傾斜面形状を確実に生成するため、ダイ２１の傾斜面２５に合わせてポンチ２２にもテーパ面３７を付しており、その境界はテーパ面３７の外に移行している。これはダイ２１のみに傾斜面２５を付しても、絞り成形過程において加工材はこの傾斜面になじまず、図６のような湾曲した形状でブランク材１０が流入するため、図５ｂに示す絞り成形の完了時点でダイ２１とパンチ２２とで挟圧して所定のテーパ面形状を生成するようにしたのである。

図５ａに示すように、前記ブランクホルダー２３は、ポンチ２２を囲む厚板状の部材であり、ポンチ２２に対して上下動自在に保持され、図示していないクッションピンを介してダイクッションによって上向きに付勢されている。ただしブランクホルダー２３はその上面４６がポンチ２２の天面３５よりわずかに高い位置で止まるように、上昇端が規制されている。この上昇端はダイクッションの上昇端としてもよい。

ブランクホルダーの上面４６はダイの下面３３との間にブランク材１０を挟み込んで（図６参照）材料の流入に抵抗を与えるため、適切な滑らかさの表面加工ないし表面処理を施す。ブランクホルダー２３にはポンチ２２が入る空所４７が設けられており、その空所４７の左右の内面４８の間隔はポンチの外面３８とほぼ嵌合する寸法としている（図５ｂ参照）。内面４８の下方には、逃げ面４９が形成されている。内面４８がポンチの外面３８とほぼ嵌合する寸法であるので、その内面４８とポンチの側面３６との間には、テーパ面３７の幅に対応する隙間５０が形成されている。

第１工程を行うには、前記金型セット２０のダイ２１をプレスのスライドに取り付け、ポンチ２２をプレスのボルスタに固定する。ブランクホルダー２３は前述のようにダイクッションによって保持させる。スライドが上死点にあるときは、図５ａのように、ダイ２１が上昇しており、ブランクホルダー２３もポンチ２２とほぼ面一の位置まで上昇している。この状態でブランクホルダー２３の上にブランク材１０を載せ、スライドを下降させる。下降の途中は、図６に示すように、ダイ２１とブランクホルダー２３がブランク材１０の周囲を挟み込み、ダイ入口でブランク材１０をポンチ２２の表面に押しつけて絞りながら折り曲げる。

そのときはダイの傾斜面２５はポンチのテーパ面３７から離れており、ブランク材１０を挟み込まない。そのためブランク材１０は傾斜面２５に密着せず、ダイの下側の凸湾曲面２７から上側の凸湾曲面２６まで緩く湾曲しながら曲げられ、ついでダイの内側面３０とポンチの側面３６との間で再び平坦になるように延ばされる。ブランク材の各部分はいずれもこのような曲げ加工と延ばし加工を順に受けながら中間成形品の側壁１４に加工される。その場合、屈曲部の曲げアールの調整により、スムーズに折り曲げられる。しかもいきなり第２工程の金型で絞り曲げ加工を行う場合に比して、残留応力が少ない。さらにダイの下面３３とブランクホルダー２３とでブランク材１０を強く挟み込んでいること、および傾斜面２５の下端の凸湾曲面２７によって材料の流れ込みの抵抗が適切に維持されることにより、皺や割れの発生を防止することができる。

そしてプレスのスライドが下死点に来たときは、図５ｂに示すように、ダイの傾斜面２５とポンチのテーパ面３７とでブランク材１０の対応する部位を挟圧するので、図１の第１工程Ｓ１のような所望の傾斜角度で断面直線状のテーパ部１６が成形される。なお、下死点ではポンチの天面３５とダイの内底面３１とがブランク材１０の中央部を挟み込み、中間成形品の天面１３と側壁１４のコーナ部５１に所望のアール面が形成される。

図７に示す第２工程の金型セット５２は、ダイ入口に小径の湾曲面５３を有するダイ５４と、最終成形品の内面形状に対応する輪郭を備えたポンチ４３と、そのポンチの周囲に配置されるホルダー４４とを備えている。ポンチとホルダー４４は通常は別個に形成するが、一体成形でもよい。第１工程で用いたブランクホルダーは採用しない。ダイの内底面５５と内側面５６の間は、第１工程の場合よりも小径（半径ｒ２）の、最終成形品の外面形状に対応するアール面５７で結ばれている。ポンチ４３の高さは最終成形品の高さに合わせているので、中間成形品１１の高さより低い。

この第２工程の金型セット５２のポンチに中間成形品１１を被せてスライドを下降させると、下死点近辺でダイ５４の入口近辺の下面６０が中間成形品１１のテーパ部１６の上端をホルダー４４に向かって押しつけ始める。そのときはダイの下面６０とホルダー４４との間に隙間があるので、テーパ部１６は外向きに滑りながら拡がる。中間成形品１１のフランジ１５も同様に外側に拡がる。そしてダイの下面６０でテーパ部１６を押し下げながら下降を続け、図７の下側（成形完了）のように下死点でいわゆる決め押しをする。それにより側壁１４とフランジ１５のコーナ部が所望の曲げアールで再成形され、新たなフランジ１７が得られる。図７に示す中間成形品１１のフランジ幅と最終成形品１２のフランジ幅との差Ｓが曲げ戻し量となる。

なお、決め押しのときに、ダイの内底面５５とポンチの天面６２との間に成形品の天面１３を挟み付け、天面１３と側壁１４の間の曲げアールを所望の寸法に再成形する。それによりスプリングバックが少ない最終成形品１２が得られる。

図８ａは参考例として、第１工程用の金型で、パンチ、ダイに傾斜面を付与しない金型を示している。この参考例の金型セット６３のダイ６４は、入口に傾斜面が形成されておらず、湾曲面６５を形成している。ポンチ７２にも図５ｂのポンチ２２のようなテーパ面が形成されておらず、ブランクホルダー７４に嵌合している。図８ｂは、前記湾曲面６５で形成されたアール部６６を有する中間成形品６７から第２工程で曲げ戻しを行う場合を示している。中間成形品６７のアール部６６の周長（ａ×π／２）とフランジ６８の長さｂの和は、最終成形品６９のフランジ７０の長さｄと、側壁７１とフランジ７０の遷移領域の周長（ｃ×π／２）との和に等しくなる。そのため、曲げ戻し加工をすることは可能である。

しかし前述のように、材料の流れ込み抵抗を適切にするため、湾曲の半径がかなり小さく、曲げ戻し加工に必要な中間成形品６７と最終成形品６９の高さの差を充分に与えることは難しい。また、ポンチ７２に湾曲面６５に対応する凹面ないしテーパ面が形成されていないので、曲げアールが正確に形成されない。さらに曲げアールの曲げ癖を平坦に戻すことが難しいので、第２工程で曲げ戻しするとき、フランジ７０のスプリングバックが大きく発生する。

図９は第２工程で用いるポンチとホルダーの他の実施形態を示している。ポンチ７３は図７の場合と実質的に同一であるが、ブランクホルダー７４の表面に機械加工のときの切削痕であるカスプ７５を意図的に残している。カスプ７５のピッチｐは、切削加工に用いる工具、たとえばボールエンドミルの送り幅による。カスプ７５の方向は、材料の曲げ戻し方向に沿わせるのが好ましく、この実施形態では折り曲げ線に対して直角方向としている。

上記のようにカスプ７５を残す場合は、七子目ならし（星打ち）などの平坦ならし矯正と同様に、コイニング効果で第１工程の曲げ癖を除去することができ、平坦なフランジ面を形成することができる。なお、図９の場合はブランクホルダー７４にカスプを残しているが、ダイの下面（ダイフェース）にカスプを残してもよく、両方に形成してもよい。

図２ａ、図２ｂ、図３の場合は、成形品が途中で曲がっているが、本発明のプレス成形方法は、ほぼ真っ直ぐな成形品の場合にも適用することができ、その場合もある程度スプリングバックを抑制して形状凍結性を高くすることができる。ただし真っ直ぐな成形品よりも途中で湾曲または屈曲している成形品のほうが、形状凍結性の効果が高い。また、本発明の成形方法は、図１０ａに示す平面形状が略Ｔ型の成形品７６、図１０ｂに示す平面形状が略Ｘ型の成形品７７など、直線ないし曲線同士を組み合わせた平面形状の成形品にも適用することができる。これらの成形品７６、７７の場合は、側壁に外向きに凹状に湾曲ないし屈曲している部分７８があるため、形状凍結性が高い。

前記実施形態ではダイをプレスのスライドに固定し、ポンチをボルスタに固定しているが、適切なダイクッションを用いれば、ダイをボルスタに、ポンチをスライドに固定して成形することもできる。

つぎに実施例および参考例を参照して本発明の効果を説明する。
［実施例１］
厚さ１．０ｍｍ、引っ張り強度９８０MPa級の高張力鋼板を図２ａの形状（幅２５０〜４００ｍｍ、中心線に沿った長さ９００ｍｍ）に打ち抜き、図５の金型で最終成形品より５ｍｍ深く第１工程の絞り加工を行い、ついで図７の金型で再成形した。パンチ側フランジ再成形面には、図９のカスプを形成した金型を用いた。第１工程で用いた金型のダイの傾斜面の角度は４５度、幅ｗおよび高さｈは４ｍｍであり、傾斜面の上下の湾曲面の半径は２ｍｍとした。最終成形品の高さの最大値は５０ｍｍ、側壁の外面間の距離の最大値は９０ｍｍである。

［実施例２］
引っ張り強度５９０MPa級の高張力鋼板を用いた以外は実施例１と同じブランク材で、同一の金型を用いて第１工程および第２工程を行った。
［参考例１］
実施例１と同じブランク材で、図８ａの金型を用いてハット曲げ成形（第１工程）を行い、図７の金型で再成形（第２工程）した。パンチ側のフランジ成形面には、カスプ目を設けていない。
［参考例２］
実施例２と同じブランク材で、図８ａの金型を用いてハット曲げ成形を行い、図７の金型で再成形した。

スプリングバックを測定するため、実施例１、２および参考例１、２で成形した製品を定盤に載せて、フランジ面の定盤からの浮き上がり高さをハイトゲージにより測定した。それらの場合の測定結果を表１および図１１のグラフに示す。

表１および図１１から明らかなように、実施例１、２のスプリングバック量は、それぞれ参考例１、２のほぼ１／２程度と少ないことがわかる。

本発明のプレス成形方法の一実施形態を示す工程図である。 図２ａは本発明のプレス成形方法で成形された成形品の一例をブランク材と共に示す平面図、図２ｂはその成形品の端面図である。 図２の成形品をブランク材と共に示す斜視図である。 図１のプレス成形方法の要部工程図である。 図５ａおよび図５ｂはそれぞれ本発明の成形方法の第１工程に関わる金型の一実施形態を示す断面図および作動状態断面図である。 図５ａの金型を用いた成形方法の成形途中の状態を示す要部断面図である。 本発明の成形方法の第２工程に関わる金型の一実施形態を成形の前後で示す断面図である。 図８ａは参考例の金型を示す断面図、図８ｂはその金型を用いた要部工程図である。 本発明の成形方法の第２工程に関わる金型の他の実施形態を示す要部斜視図である。 図１０ａおよび図１０ｂはそれぞれ本発明の成形方法を適用することができる成形品の他の例を示す平面図である。 本発明の成形方法と参考例の成形方法とを比較して示すグラフである。

符号の説明

Ｓ１ 第１工程
Ｓ２ 第２工程
１０ ブランク材
１１ 中間成形品
１２ 最終成形品
１３ 天面
１４ 側壁
１５ フランジ
Ａ１ 中間成形品の高さ
Ａ２ 最終成形品の高さ
１６ テーパ部
１７ 最終成形品のフランジ
１８ 外向きに凸の湾曲部
１９ 外向きに凹の湾曲部
２０ 金型セット
２１ ダイ
２２ ポンチ
２３ ブランクホルダー
２４ ダイの凹溝
２５ ダイの傾斜面
２６、２７ ダイの凸湾曲面
ｈ ダイの傾斜面の高さ
ｗ ダイの傾斜面の幅
３０ ダイの内側面
３１ ダイの内底面
３２ ダイのアール面
ｒ１、ｒ２ アール面の半径
３３ ダイの下面
３５ ポンチの天面
３６ ポンチの側面
３７ ポンチのテーパ面
３８ ポンチの外面
３９ ポンチの逃げ面
４０ ポンチの凸面
４１ ポンチの凹面
４３ 第２工程のポンチ
４４ ホルダー
４６ ブランクホルダーの上面
４７ ブランクホルダーの空所
４８ ブランクホルダーの内面
４９ 逃げ面
５０ 隙間
５１ コーナ部
５２ 第２工程の金型セット
５３ 湾曲面
５４ 第２工程のダイ
５５ ダイの内底面
５６ 内側面
５７ アール面
６０ ダイの下面
６２ ポンチの天面
６３ 金型セット
６４ ダイ
６５ 湾曲面
６６ アール部
６７ 中間成形品
６８ フランジ
６９ 最終成形品
７０ フランジ
７１ 側壁
７２ ポンチ
７４ ブランクホルダー
７５ カスプ
ｐ カスプのピッチ

Claims (7)

1. 金属板から、天面、その天面の両端から下向きに延びる左右の側壁、およびそれらの側壁の下端から拡がる左右のフランジを備えているハット型断面形状の最終成形品にプレス成形する方法であって、
   天面と、左右の側壁と、その側壁の下端から拡がるテーパ部と、そのテーパ部の下端から拡がるフランジとを備えた、前記最終成形品より深いハット断面形状の中間成形品に成形する第１工程と、
   得られた中間成形品のテーパ部およびフランジを平坦なフランジに再成形して前記最終成形品のハット型断面形状を得る第２工程
   とを順に行うプレス成形方法。
2. 前記最終成形品の左右の側壁のうち少なくとも一方の側壁が長手方向に沿って湾曲ないし屈曲している請求項１記載のプレス成形方法。
3. 前記金属板が引張強度５９０〜１４７０MPa、厚さ０．５〜３．０ｍｍの高張力鋼板である請求項１記載のプレス成形方法。
4. 請求項１のプレス成形方法の第１工程に用いるダイであって、
   ダイ入り口に前記テーパ部を形成する傾斜面が形成されており、その傾斜面と前記側壁を形成する縦面とが凸湾曲面で滑らかに結ばれ、前記傾斜面とフランジを形成する下面とが凸湾曲面によって滑らかに結ばれているダイ。
5. 請求項４記載のダイと、前記中間成形品の天面、左右の側壁および左右のテーパ面を形成するための外面形状を備えているポンチと、そのポンチのテーパ面より外側の左右に配置されるブランクホルダーとを用いて第１工程を行う請求項１記載のプレス成形方法。
6. 請求項１記載のプレス成形方法の第２工程に用いる金型であって、最終成形品に対応するダイと、ポンチと、そのポンチの左右に配置されるホルダーとを備え、ダイフェースまたはホルダーの表面にカスプ目が残されている金型。
7. 前記カスプ目の方向が折り曲げ線に対して略直角である請求項６記載の金型。
   

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