JP2008307557A - ２段プレス成形法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度材に対して、壁反りを低減することができ、しかも安定した成形が得られるプレス成形法を提供する。
【解決手段】
本発明の２段プレス成形法は、ダイの成形凹部にパンチを挿入することにより金属素板から製品となる断面ハット形の成形部材の成形目標形状に対して短い横壁部１ｆを備えた仮成形体Ｆｆを絞り成形する第１成形工程と、ダイ８の成形凹部７に前記仮成形体Ｆｆを収容保持した後、前記ダイ８の成形凹部７にパンチ９を挿入して前記仮成形体Ｆｆから成形部材を成形する第２成形工程を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車や機械などの構造部材のプレス成形法に係り、金属素板を絞り成形した後、成形金型から離型した後の成形部材の形状の改善に関するものである。

近年、燃費の向上、環境への配慮、安全性の向上などを企図して、自動車の車体の強化と軽量化が推し進められている。その手段の一つとして車体構造部材の大半を占めるプレス成形部材に対して、鋼板の高強度化（ハイテン化）やアルミニウム合金板等の軽量材への転換が進められている。

自動車の構造部材においては種々の断面形状の成形部材があるが、主要な断面形状としてハット形がある。ハット形断面を有する成形部材すなわちハット形チャンネル部材は、図１５（実線）に示すように、横壁部５１の両端に曲げ部５２を介して縦壁部５３を有し、前記縦壁部５３の下端に曲げ部５４を介してフランジ部５５が連成されている。このような成形部材は、成形部材の成形目標形状の横壁部５１，縦壁部５３，下側（フランジ部側）の曲げ部５４の外形状に対応した成形面を備えた成形凹部を有するダイと、成形部材の成形目標形状の横壁部５１，上側（横壁部側）の曲げ部５２，縦壁部５３内形状に対応した成形面を備えたパンチを用いて、前記ダイの成形凹部の開口外周面（板押さえ面）と板押さえ部材との間に金属素板を押圧挟持し、前記パンチをダイ側に相対移動させて、前記成形凹部に金属素板をパンチを介して挿入することによって一体的に絞り成形される。なお、ダイの成形面において、成形終了時に成形部材の下側の曲げ部５４を成形する部分、すなわち成形凹部の開口外周面側の境界部をダイ肩部といい、またパンチの成形面において、成形部材の上側の曲げ部５２を成形する部分をパンチ肩部という。

ところが、高強度鋼板やアルミニウム合金板等の金属板を用いてプレス成形すると、成形後に弾性回復（スプリングバック）が生じて、図１５の二点鎖線で示すように、成形後の縦壁部５３の開口幅が成形目標形状の開口幅より大きく開くように変形する。この理由は、上側の曲げ部５２の角度変化及び縦壁部５３の反り（「壁反り」という。）によるが、特に壁反りによる影響が大きい。

このような壁反りを低減するための成形法が種々考案されている。例えば、特許文献１（特開昭５７−１３４２１４号公報）には、引張強度が３５．１kg／mm² の高強度鋼板を用いて、第１成形工程で成形目標形状のハット形チャンネル部材の縦壁部同士の幅よりも狭い幅を有する仮成形体を成形し、次に第２成形工程で前記仮成形体を第１成形工程の成形に用いたパンチの幅より広い幅のパンチを用いて再打撃する方法が記載されている。この２段成形法によると、第２成形工程では、仮成形体の縦壁部の内側をフランジ部側から横壁部側へ逆方向にパンチが擦るため、この逆擦りによって仮成形体の縦壁部の板厚方向に生じた壁反りを発生させる応力が解消され、壁反りが低減される。

また、特許文献２（特開２０００−２７１６６１号公報）や特許文献３（特開２００６−３１２１８４号公報）には、ダイ肩部をダイ側の板押さえ面から分割して可動ダイとし、この可動ダイを後退させた状態でパンチの成形を先行させ、パンチによる横壁部（部品底部）の成形がある程度進んだ後に、可動ダイの押し出し作動によってダイ肩部の成形を行う方法が記載されている。この方法によると、主として成形後期に縦壁部に張力が付加されるために壁反りが低減する。
特開昭５７−１３４２１４号公報 特開２０００−２７１６６１号公報 特開２００６−３１２１８４号公報

しかしながら、引張強度が５９０ＭＰａ級以上の高強度鋼板を成形する場合、特許文献１に記載のプレス成形法では、第１成形工程で成形された仮成形体はスプリングバックによって縦壁部に反りが生じているため、第２成形工程において、図１６に示すように、仮成形体Ｆｆを板押さえ部材６３に載置してダイ６１の成形凹部６２に装入する際、仮成形体Ｆｆの縦壁部５３ｆがダイ肩部６１ｄに干渉してその部分から部材が折れる場合があり、安定した成形が得れらない。

また、仮に仮成形体Ｆｆがダイ６１の成形凹部に収容されたとしても、成形部材の成形目標形状の横壁部と縦壁部とが直角のハット形チャンネル部材であればパンチ６２の挿入によって仮成形体Ｆｆの縦壁部５３ｆに逆擦りが生じるが、図１５の実線で示すように、成形部材の成形目標形状の縦壁部が横壁部に対して鈍角をなすように傾斜する場合、図１７に示すように、第２成形工程において、仮成形体Ｆｆの縦壁部５３ｆの下半部ではパンチ６２のパンチ肩部６２ｐが有効に当接せず、逆擦りが生じ難いため、壁反りを効果的に抑制することができない。

また、特許文献２、３に記載の成形法では、成形部材の絞り深さが左右の縦壁部の間の幅に比してごく浅い場合には壁反りの低減が期待できるものの、絞り深さが深くなると、縦壁部に過大な張力が作用し、金属素板に割損が生じやすくなり、安定したプレス成形を行うことができない。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、高強度鋼板などのスプリングバックの生じやすい金属板に対して、壁反りを低減することができ、しかも安定した成形が得られるプレス成形法を提供することを目的とする。

本発明の２段プレス成形法は、横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成された断面ハット形の成形部材を金属素板から成形するプレス成形法であって、横壁部の両側にそれぞれ曲げ部を介して縦壁部を備え、成形目標形状における縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｆが成形部材の成形目標形状の縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｓに対して短く形成された仮成形体を金属素板から絞り成形する第１成形工程と、成形部材の横壁部および縦壁部をそれぞれ成形する横壁成形面部および縦壁成形面部を有する成形凹部を備えたダイと、前記成形凹部と協働して成形部材を成形するパンチとを準備し、前記仮成形体の横壁部および縦壁部を前記成形凹部の横壁成形面部および縦壁成形面部に対向するように前記仮成形体を前記成形凹部に収容して保持した後、前記ダイの成形凹部にパンチを相対移動させて挿入することにより前記成形部材に成形する第２成形工程を有する。

この成形法によると、第２成形工程において、仮成形体がダイの成形凹部に収容保持された状態でパンチの相対移動により成形が行われるので、仮成形体を再成形（リストライク）する際、仮成形体のスプリングバックした縦壁部がダイの成形凹部のダイ肩部（開口縁部）に当接することがなく、プレス成形を安定した状態で容易に実施することができる。また、第２成形工程において、仮成形体の縦壁部がその開口側端部から横壁部側端部にかけてパンチによってダイの縦壁成形面部に沿って外側が凸となるように曲げられ（このような曲げ形態を「逆曲げ」という。）、その後曲げ戻される。このため、成形部材の縦壁部の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が付与され、仮成形体の縦壁部に存在する壁反りの原因となる応力（内側が圧縮応力、外側が引張応力）が解消され、成形部材の縦壁部の壁反りが抑制され、優れた成形性が得られる。

前記第１成形工程において、前記仮成形体の成形目標形状における縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｆ（mm）が成形部材の成形目標形状の縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｓ（mm）に対して、金属素板の板厚をｔ（mm）としたとき、Ｗａｓ−３ｔ≦Ｗａｆ≦Ｗａｓ−３ｔを満足するように仮成形体を成形することが好ましい。

上記関係を満足する仮成形体を用いて第２成形工程を実施することにより、後述する実施例から明らかなように、成形部材を一工程で成形する場合に比較して、成形部材の成形目標形状の縦壁部の開口側端部同士の間隔と、成形後の同間隔間隔との差（口開き量）を１／３程度以下に抑制することができ、優れた壁反り改善効果を得ることができる。

また、前記成形法において、前記成形部材の目標成形形状が横壁部と縦壁部とのなす角が鈍角になるように前記縦壁部が前記横壁部に対して斜めに形成される場合、前記第１成形工程において成形される仮成形体の成形目標形状における縦壁部の開口側端部同士の間隔Ｗｂｆを成形部材の成形目標形状の縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｓと同等以下に形成することが好ましい。

前記ＷｂｆをＷａｓ以下にすることにより、成形部材の成形目標形状が横壁部と縦壁部とのなす角が鈍角となる場合においても、第２成形工程において、仮成形体の縦壁部がその開口側端部から横壁部側端部にかけてパンチによって前記仮成形体の縦壁部に逆曲げ及び曲げ戻しを行うことができ、成形部材の縦壁部における壁反りを抑制することができる。もっとも、ＷｂｆがＷｂｓに対してあまり小さいと、第２成形工程において、仮成形体の縦壁部の開口側端部及びその周辺がパンチによって逆曲げされる際に、大きな歪みが生じるので、前記ＷｂｆはＷｂｓの８０％以上の長さに設定することが好ましい。

また、前記成形部材の目標成形形状が横壁部と縦壁部とのなす角が鈍角になるように前記縦壁部が前記横壁部に対して斜めに形成される場合、前記第２成形工程において前記パンチは少なくともその頭部がダイの縦壁成形面部の方向に拡縮すると共に成形終了時に成形部材が成形目標形状となるようにダイの成形凹部に係合する拡縮構造を備え、前記ダイの成形凹部に収容された仮成形体の縦壁部の開口側の下部から前記仮成形体の縦壁部が前記成形凹部の縦壁成形面部に当接するように前記パンチの頭部を拡縮自在に拡張しながら当該パンチをダイ側に相対移動させて成形することができる。

第２成形工程をこのようにして成形することにより、上記のようにＷｂｆをＷａｓ以下にする必要がなくなり、仮成形体の目標形状の縦壁部の開口側端部同士の間隔Ｗｂｆを成形部材の成形目標形状のＷｂｓと同等にしても、仮成形体の縦壁部を容易に逆曲げ、曲げ戻しすることができるため、成形がより安定し、成形性をより向上させることができる。

前記パンチの拡縮構造としては、成形部材の横壁部の両側の曲げ部および縦壁部をそれぞれダイの成形凹部と共に成形する一対の分割パンチ部を備え、各分割パンチ部がダイの縦壁成形面部側に拡縮自在とした構造とすることができる。また、パンチ本体と、その頭部にダイの縦壁成形面部側に伸縮自在とされた押圧部材を備えた構造とすることができる。

本発明の２段プレス成形法によれば、第１成形工程で成形した仮成形体がダイの成形凹部に収容保持された状態でパンチをダイの成形凹部に挿入する第２成形工程が行われるので、仮成形体を第２成形工程で再成形する際、仮成形体の縦壁部がダイの成形凹部の開口縁部に当接することなく、仮成形体の縦壁部を逆曲げ、曲げ戻しすることができ、仮成形体の縦壁部に存在した、壁反りの原因となる応力が解消され、縦壁部の壁反りが抑制された成形部材を安定してプレス成形することができる。

まず、本発明成形法の成形対象について、第１成形工程によって成形される仮成形体Ｆｆの成形目標形状および第２成形工程によって成形される成形部材Ｆｓの成形目標形状を図１、図２を参照して説明する。

前記仮成形体Ｆｆは、図１に示すように、断面がハット形をしており、横壁部１ｆの両端に曲げ部２ｆを介して縦壁部３ｆが左右対称に形成され、各縦壁部３ｆの開口側端部（下端部）にはそれぞれ曲げ部４ｆを介してフランジ部５ｆが連成されている。図において、Ｗａｆは仮成形体Ｆｆ成形目標形状の縦壁部３ｆの上端部（横壁部側端部すなわち横壁部側曲げ部の曲げ止まり端部）Ｐａｆ，Ｐａｆの内側の間隔（「上幅」という。）、Ｗｂｆは成形目標形状の縦壁部３ｆの下端部（開口側端部すなわちフランジ部側曲げ部の縦壁部側の曲げ止まり端部）Ｐｂｆ，Ｐｂｆの内側の間隔（「下幅」という。）である。また、Ｈｆは、成形目標形状の横壁部１ｆの上面からフランジ部５ｆの上面までの長さ（「高さ」という。）を意味する。

第２成形工程で成形される成形部材Ｆｓは、図２に示すように、断面がハット形をしており、横壁部１の両端に曲げ部２を介して縦壁部３が左右対称に形成され、各縦壁部３の開口側端部（下端部）にはそれぞれ曲げ部４を介してフランジ部５が連成されている。図中、Ｗａｓは成形部材Ｆｓの成形目標形状の縦壁部３の上端部Ｐａｓ，Ｐａｓの内側の間隔（「上幅」という。）、Ｗｂｓは成形目標形状の縦壁部３の下端部Ｐｂｓ，Ｐｂｓの内側の間隔（「下幅」という。）、Ｈｓは成形目標形状の横壁部１の上面からフランジ部５の上面までの長さ（「高さ」という。）であり、それぞれ仮成形体ＦｆのＷａｆ、Ｗｂｆ、Ｈｆに対応している。

前記仮成形体Ｆｆの成形目標形状の上幅Ｗａｆは、成形部材Ｆｓの成形目標形状の上幅Ｗａｓよりも小さく形成される。後述の実施例から明らかなように、仮成形体Ｆｆを成形する際に用いられる金属素板の板厚をｔ（mm）とするとき、Ｗａｆ（mm）は、Ｗａｓ（mm）に対して
Ｗａｓ−３ｔ≦Ｗａｆ≦Ｗａｓ−ｔ
に設定することが好ましい。また、仮成形体Ｆｆの成形目標形状の下幅Ｗｂｆ、高さＨｆは、それぞれ成形部材Ｆｓの成形目標形状の下幅Ｗｂｓ、高さＨｓと同等ないしほぼ同等にすることが好ましい。また、仮成形体Ｆｆの横壁部側およびフランジ部側の曲げ部２ｆ、４ｆも成形部材Ｆｓの曲げ部２、４と同等程度の曲率半径とすることが好ましい。

次に、成形部材Ｆｓの成形目標形状がＷａｓ＝Ｗｂｓ（上幅＝下幅）、すなわち横壁部１と縦壁部３とのなす角度が直角のハット形チャンネル部材を成形する第１実施形態に係る２段プレス成形法について説明する。この成形法は、前記仮成形体Ｆｆを絞り成形する第１成形工程と、前記仮成形体Ｆｆを再成形する第２成形工程を有する。前記第１成形工程は、仮成形体Ｆｆの成形目標形状を成形部材Ｆｓの成形目標形状に対して上幅を小さく設定する点を除き、成形目標形状に対応した成形面を備えたダイとパンチにより１工程で絞り成形される。この工程は、従来の１工程で行う絞り成形と同様であるので、その説明は省略する。第１成形工程によって成形さえた仮成形体Ｆｆは、従来と同様、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆに壁反りが生じる。

前記第２成形工程は、図３に示すように、成形部材Ｆｓの横壁部１を成形する横壁成形面部１ｄ、縦壁部３を成形する縦壁成形面部３ｄおよび縦壁部３の下端部側の曲げ部４を成形するダイ肩部４ｄが連成された成形凹部７を有するダイ８と、前記ダイ８の横壁成形面部１ｄおよび縦壁成形面部３ｄと協働して成形部材Ｆｓの横壁部１および縦壁部３を成形する横壁成形面部１ｐおよび縦壁成形面部３ｐを備え、さらに成形部材Ｆｓの横壁部１と縦壁部３とをつなぐ曲げ部２を成形するパンチ肩部２ｐを有するパンチ９とを備えた成形金型を用いて実施される。なお、前記パンチ９についても、成形部材Ｆｓの成形目標形状のＷａｓに対応した部位の間隔Ｗａｓｐを「上幅」といい、成形部材Ｆｓの成形目標形状のＷｂｓに対応した部位の間隔Ｗｂｓｐを「下幅」といい、この実施形態では、Ｗａｓｐ＝Ｗｂｓｐ＝Ｗａｓ＝Ｗｂｓとされる。

前記パンチ９には、仮成形体Ｆｆをダイ８の成形凹部７に収容するための収容部材１１がパンチ９の中央部に昇降自在に設けられている。前記収容部材１１は、油圧や空気圧などの流体圧シリンダなどの昇降手段によって昇降自在とされている。また、前記ダイ８の下面（成形凹部の開口外周面）との間で金属素板（仮成形体のフランジ部）を押圧して挟持する板押さえ部材（ブランクホルダー）１２が設けられる。前記板押さえ部材１２は、上方へ流体圧シリンダや弾性部材などにより付勢されるが、金属素板をダイ８の下面との間で押圧挟持するまでは、板押さえ部材１２の上面がパンチ８の上面に対して一定の位置関係、例えば面一になるように位置規制される。

この実施形態では、前記ダイ８がプレス装置の上部フレームに固定され、パンチ９がプレス装置の下部に設けられたラムに付設され、パンチ９をダイ側に移動してダイ８の成形凹部７に挿入することによって成形が行われる。もちろん、この実施形態（以下の他の実施形態において同様）とは反対に、パンチ９をプレス装置の下部フレームに固定し、ダイ８をプレス装置の上部に設けられたラムに付設し、ダイ８をパンチ９側に移動してダイ８の成形凹部７にパンチ９が挿入されるようにして成形してもよい。この場合においても、板押さえ部材１２は、上方へ付勢されるが、金属素板をダイ８の下面との間で押圧挟持するまでは、板押さえ部材１２の上面がパンチ８の上面に対して一定の位置関係、例えば面一になるように位置規制される。

第２成形工程における成形動作を図３から図６を参照して説明する。まず、図３に示すように、パンチ９および板押さえ部材１２を下降限に待機させて、第１成形工程で成形した仮成形体Ｆｆを収容部材１１の上部に設けた載置台に載置して上昇させる。次に、図４に示すように、収容部材１１を上昇させたまま、パンチ９および板押さえ部材１２をダイ側に上昇させる。この際、収容部材１１に載置された仮成形体Ｆｆは、縦壁部３ｆの反りに抗してダイ８の成形凹部７に押し込められる。さらに、図５に示すように、仮成形体Ｆｆのフランジ部５ｆを板押さえ部材１２によって押圧挟持し、パンチ９をさらに上昇させる。この際、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆはパンチ肩２ｐによって外側が凸になるように曲げられ、パンチ９の縦壁成形面部３ｐによって曲げ戻される。そして、図６に示すように、パンチ９を上昇限に上昇させると仮成形体Ｆｆが成形部材Ｆｓに成形され、成形が終了する。その後、収容部材１１をパンチ９内に下降させたまま、パンチ９と板押さえ部材１２を下降させ、成形部材Ｆｓをダイ８から離型する。なお、仮成形体Ｆｆの成形目標形状の下幅Ｗｂｆを成形部材Ｆｓの成形目標形状の下幅Ｗｂｓと同等程度に形成することにより、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆのスプリングバックによって外側に開くため、前記収容部材１１に仮成形体Ｆｆを載置して、収容部材１１を上昇させて仮成形体Ｆｆをダイ８の成形凹部７に収容することにより、縦壁部３ｆの弾発力によって仮成形体Ｆｆは自ずから成形凹部７内に保持される。このため、仮成形体Ｆｆを成形凹部７に収容した後、収容部材１１を下降させてもよい。

図７は、成形終了時における、成形金型に拘束された状態における成形部材Ｆｓの断面模式図であり、Ｍ１は仮成形体Ｆｆの上側の曲げ部２ｆが曲げ戻されて生じた曲げモーメントであり、Ｍ２は第２成形工程で成形部材Ｆｓの上側の曲げ部２に生じた曲げモーメントである。また、Ｍ３は仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆに生じた曲げモーメントであり、Ｍ４は第２成形工程で成形部材Ｆｓの縦壁部がパンチによって逆曲げ、曲げ戻しされて生じた曲げモーメントであり、Ｍ１とＭ２とが相殺され、Ｍ３とＭ４とが相殺される。このため、第２成形工程後の成形部材Ｆｓの成形目標形状からの変形が抑制される。

上記実施形態の成形法について、仮成形体Ｆｆの上幅Ｗａｆの最適範囲を以下の実験により調べた。金属素板として板厚ｔ＝１．２mmの７８０ＭＰａ級の高張力鋼板を用いた。下記表１に示す寸法（成形目標寸法）の仮成形体Ｆｆを第１成形工程で成形した。この成形における金属素板の板押さえ力は３tonfとした。得られた仮成形体Ｆｆを用いて、同表に示す寸法（成形目標寸法）の成形部材Ｆｓを第２成形工程で成形した。第２成形工程における収容部材の押し上げ力は１tonfとした。

第２成形工程の成形が終了した後、離型後の成形部材Ｆｓに対して実際の下幅Ｗｂｓ’を測定して、口開き量ΔＷを（Ｗｂｓ’−Ｗｂｓ）から算出した。そして、従来の成形法に相当する第２成形工程のみで成形した成形部材Ｆｓ（試料No. ７）の口開き量に対する実施形態の成形法で成形した成形部材Ｆｓの口開き量の比（口開き比）を求めた。これらの値を表１に併せて示す。なお、口開き量が負値のものは、縦壁部が成形目標形状よりも内側に変形していることを示す。

表１より、試料No. ２〜４では、（Ｗａｓ−Ｗａｆ）／ｔが１．３〜３．０、すなわちＷａｆが（Ｗａｓ−１．３ｔ）から（Ｗａｓ−３．０ｔ）の範囲では従来の１工程成形に比して口開き量が１／３程度以下になることがわかる。口開き量は材料強度にほほぼ比例するので、Ｗａｆを（Ｗａｓ−ｔ）から（Ｗａｓ−３ｔ）の範囲内に設定することにより、２７０ＭＰａ級の軟鋼板を１工程で成形したのと同等の口開き量となることが推察される。

次に、成形部材Ｆｓの成形目標形状がＷａｓ＜Ｗｂｓ（上幅＜下幅）、すなわち横壁部１と縦壁部３とのなす角度が鈍角で縦壁部３が横壁部１に対して斜めに形成されたハット形チャンネル部材を成形対象とする、第２実施形態に係る２段プレス成形法について説明する。この実施形態は、第１実施形態と同様、仮成形体Ｆｆを絞り成形する第１成形工程と、前記仮成形体Ｆｆを再成形する第２成形工程を有する。そして前記第１成形工程によって成形される仮成形体Ｆｆの成形目標形状が成形部材Ｆｓの成形目標形状に対して上幅を小さく（Ｗａｆ＜Ｗａｓ）設定されるほか、仮成形体Ｆｆの成形目標形状における下幅Ｗｂｆを成形部材Ｆｓの成形目標形状の上幅Ｗａｓと同等以下（Ｗｂｆ≦Ｗａｓ）に設定する点を除き、前記第１実施形態と同様である。

この実施形態の第２成形工程において、使用するダイ、パンチの基本構成は第１実施形態と同様であるが、成形面の形状が成形部材Ｆｓの成形目標形状に応じて、図８に示すように、縦壁成形面部３ｐが横壁成形面部１ｐに対して斜めに形成される点が異なる。勿論、パンチ９の上幅Ｗａｓｐは成形部材Ｆｓの成形目標形状の上幅Ｗａｓに、パンチ９の下幅Ｗｂｓｐは同成形目標形状の下幅Ｗｂｓに設定される。なお、煩雑さを避けるために第１実施形態にかかるダイ、パンチと同様の成形部位は同符号を付する。

ここで、第２実施形態の第２成形工程における成形動作を説明する。先ず、図示省略した収容部材を用いて、仮成形体Ｆｆをダイ８の成形凹部７に収容保持する。次に、図８に示すように、板押さえ部材１２をパンチ９と共に上昇させると、板押さえ部材１２によって仮成形体Ｆｆのフランジ部５ｆがダイ８の下面に押圧挟持され、仮成形体Ｆｆは成形凹部７の中で成形目標形状になるように弾性変形する。一方、パンチ９はパンチ肩２ｐが仮成形体Ｆｆの下側の曲げ部４ｆに当接する。さらにパンチ９を上昇させると、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆがパンチ９のパンチ肩２ｐによって逆曲げされ、次いでその逆曲げ部が縦壁成形面部３ｐとダイ８の縦壁成形面部３ｄとに挟まれて曲げ戻しされる。これによって、成形部材Ｆｓの縦壁部３が斜めに形成する場合においても、図７と同様、横壁部１から縦壁部３に生じた曲げモーメントが相殺されて、成形部材Ｆｓの変形が抑制される。

上記第２実施形態の２段プレス成形法について成形実験を行った。横壁部１と縦壁部３とのなす角度が鈍角である成形部材の形状をＷａｓ＝ｋ×Ｗｂｓ（但し、ｋは０＜ｋ＜１を満足する定数）で表したとき、ｋが０．９程度の場合、仮成形体のＷａｆ、Ｗｂｆを下記式のように設定することで、前記表１とほぼ同様の結果が得られた。
Ｗａｆ＝Ｗｂｆ＝０．９×Ｗａｓ＝０．９×ｋ×Ｗｂｓ

一方、ｋが０．８以下と小さくなり、横壁部に対して縦壁部がより大きな鈍角をなすようになると、上記式に従ってＷｂｆを設定すると、ＷｂｆがＷｂｓに対してかなり小さくなるため、第２成形工程の際にダイ肩の近傍で縦壁部に曲げ癖（逆曲げが過大なために離型後に局部的に内側に曲がること）が発生する傾向が見られた。このような大きな鈍角となる成形部材を成形する場合でも、曲げ癖を発生させることなく、ＷｂｆをＷｂｓと同等にした仮成形体を用いて縦壁部の全範囲で壁反りを改善することができる２段プレス成形法を以下の第３実施形態によって説明する。

第３実施形態に係る２段プレス成形法についても、上記のとおり、成形部材Ｆｓの成形目標形状が横壁部と縦壁部とのなす角度が鈍角で縦壁部が横壁部に対して斜めに形成されたのハット形チャンネル部材を成形対象とする。この成形法も、仮成形体Ｆｆを絞り成形する第１成形工程と、前記仮成形体Ｆｆを再成形する第２成形工程を有する。そして、第１、第２実施形態と同様、前記第１成形工程によって成形される仮成形体Ｆｆの成形目標形状が成形部材Ｆｓの成形目標形状に対して上幅を小さく（Ｗａｆ＜Ｗａｓ）設定される。

第３実施形態の第２成形工程において、ダイは第２実施形態と同様であるが、パンチの構造が異なるので、この点を中心に説明する。図９に示すように、パンチ９は、成形凹部７の中心線に沿って左右に２分割された左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒと、前記分割パンチ部９Ｌ，９Ｒをダイ８の縦壁成形面部３ｄの方向（横方向）に進退させる拡縮手段を備えた拡縮構造を有している。図中、１ｐＬ，１ｐＲはそれぞれ分割パンチ部９Ｌ，９Ｒの分割横壁成形面部である。前記拡縮手段としては、流体圧シリンダ、ばね等の弾性部材、カムなどの機械的伸縮機構などを用いることができる。

前記左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒは、両分割パンチ部の間隔が縮まって一体化した際に、成形部材Ｆｓの成形目標形状の横壁部１、上方の曲げ部２、縦壁部３を介してダイ８の成形凹部７に係合するように成形面が形成されている。第２成形工程において成形に必要とされる左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒの最大拡張時の上幅（最大上幅：最大Ｗａｓｐ）はＷｂｓとされ、図１１に示すように、一体化時の上幅（Ｗａｓｐ）はＷａｓ、下幅（Ｗｂｓｐ）はＷｂｓとされる。従って、成形に必要な分割パンチ部の拡縮幅ΔＳは、（Ｗｂｓ−Ｗａｓ）とされる。勿論、メンテナンス等を考慮して最大上幅をＷｂｓ以上としてもよい。

ここで、第３実施形態の第２成形工程における成形動作を図９〜図１１を参照して説明する。まず、図示省略した収容部材により、仮成形体Ｆｆをダイ８の成形凹部７に収容する。仮成形体Ｆｆを成形凹部７に収容した後、図９に示すように、左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒを外側に拡張してパンチ９を上昇させる。これにより、拡張した左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒのパンチ肩２ｐが仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆの開口側の下端部をダイ８の縦壁成形面部３ｄに押し付ける。さらに、図１０に示すように、左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒを拡張して仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆをダイ８の縦壁成形面部３ｄに押し当てながらパンチ９を上昇させる。これにより、縦壁部３ｆは下端部から上端部へと逆曲げ、曲げ戻しを受け、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆに壁反りを生じさせている曲げモーメントと反対方向の曲げモーメントが生じる。そして、図１１に示すように、成形終了時に左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒの隙間が無くなり、両者が一体化して仮成形体Ｆｆが成形部材Ｆｓの成形目標形状に成形される。この状態における成形部材Ｆｓの断面における曲げモーメントの分布状態は図７と同様であり、各曲げモーメントが打ち消し合うため、離型後の成形部材Ｆｓの縦壁部３の反りが矯正される。

上記第３実施形態では、第２成形工程において、左右に拡縮する分割パンチ部９Ｌ，９Ｒを備えたパンチ９を用いて、ダイ８に収容された仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆを下部から上部へ逆曲げ、曲げ戻しを施したが、第３実施形態の変形例として、前記逆曲げ、曲げ戻しを行うパンチ９として、図１２に示すパンチ９を用いることができる。このパンチ９は、ダイ８の成形凹部７と協働して仮成形体Ｆｆを成形部材Ｆｓの成形目標形状に成形する成形面を備えたパンチ本体９Ｍと、該パンチ本体９Ｍのパンチ肩２ｐの直下部に設けられ、ダイ８の縦壁成形面部３ｄの方向（横方向）に伸縮する左右一対の押圧部材１４Ｌ，１４Ｒと、前記押圧部材１４Ｌ，１４Ｒを伸縮させる伸縮手段を備えた拡縮構造を有する。前記伸縮手段としては、流体圧、ばね等の弾性部材、カムなどの機械的構造を用いた伸縮機構を用いることができる。図例では流体圧を押圧部材１４Ｌ，１４Ｒの収納シリンダに供給、排出することによって伸縮機構を形成している。

前記押圧部材１４Ｌ，１４Ｒは、成形終了時にパンチ本体９Ｍの縦壁成形面部３ｐ内に縮まって収容され、それらの外側端部が縦壁成形面部３ｐに面一となる後退位置（図１４参照）と、その外幅Ｗｏｕｔが成形部材Ｆｓの成形目標形状の下幅Ｗｂｓに伸長する伸長位置（図１２参照）との間を伸縮する。すなわち、押圧部材１４Ｌ，１４Ｒの最大外幅（最大Ｗｏｕｔ）はＷｂｓとされ、最小外幅（最小Ｗｏｕｔ）はほぼＷａｓとされる。勿論、メンテナンス等を考慮して最大ＷｏｕｔをＷｂｓ以上、最小ＷｏｕｔをＷａｓ未満としてもよい。

前記押圧部材１４Ｌ，１４Ｒを備えたパンチ９を用いた場合の第２成形工程における成形動作を図１２〜図１４を参照して説明する。まず、図示省略した収容部材により、仮成形体Ｆｆをダイ８の成形凹部７に収容する。仮成形体Ｆｆを成形凹部７に収容した後、図１２に示すように、左右の押圧部材１４Ｌ，１４ＲをＷｏｕｔが最大になるように外側へ伸長させてパンチ９を上昇させる。これにより、伸長した左右の押圧部材１４Ｌ，１４Ｒの頂部が仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆの開口側の下端部をダイ８の縦壁成形面部３ｄに押し付ける。さらに、図１３に示すように、左右の押圧部材１４Ｌ，１４Ｒの頂部を伸長して仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆをダイ８の縦壁成形面部３ｄに押し当てながらパンチ９を上昇させる。これにより縦壁部３ｆは下端部から上端部へと逆曲げ、曲げ戻しを受け、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆに壁反りを生じさせている曲げモーメントと反対方向の曲げモーメントが生じる。そして、図１４に示すように、成形終了時に左右の押圧部材１４Ｌ，１４Ｒがパンチ本体９Ｍの成形面内に縮小して、パンチ本体９Ｍによって仮成形体Ｆｆが成形部材Ｆｓの成形目標形状に成形される。この状態における成形部材Ｆｓの断面における曲げモーメントの分布状態は図７と同様であり、各曲げモーメントが打ち消し合うため、離型後の成形部材Ｆｓの縦壁部の反りが矯正される。

上記第３実施形態およびその変形例では、第２成形工程の成形開始時における左右の分割パンチ部９Ｌ，９Ｒの最大上幅、パンチ本体９Ｍの頭部に設けられた左右の押圧部材１４Ｌ，１４Ｒの最大外幅を成形部材Ｆｓの成形目標形状の下幅Ｗｂｓとほぼ同等に設定し、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆの開口側の下端部から上端部へと逆曲げ、曲げ戻しを行うようにしたが、仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆの下端部に限らず、下端部を含む下部、好ましくは下端部から仮成形体Ｆｆの高さの２０％程度以内の下部領域からパンチ肩部あるいは押圧部材の頂部を仮成形体Ｆｆの縦壁部３ｆに押し当てて、逆曲げ、曲げ戻しを行うようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る第１成形工程の成形対象である仮成形体の横断面図である。 本発明の実施形態に係る第２成形工程の成形対象である成形部材（ハット形チャンネル部材）の横断面図である。 第１実施形態にかかる第２成形工程の成形準備期におけるダイ、パンチおよび仮成形体の配置を示す断面説明図である。 第１実施形態にかかる第２成形工程の成形開始期におけるダイ、パンチおよび仮成形体の配置を示す断面説明図である。 第１実施形態にかかる第２成形工程の成形中期における仮成形体の成形状態を示す断面説明図である。 第１実施形態にかかる第２成形工程の成形終了時における仮成形体の成形状態を示す断面説明図である。 第２成形工程の成形終了時において成形金型に拘束された成形部材に生じる曲げモーメントの分布状態を示す断面説明図である。 第２実施形態にかかる第２成形工程の成形開始期におけるダイ、パンチおよび仮成形体の配置を示す断面説明図である。 第３実施形態にかかる第２成形工程の成形開始期におけるダイ、パンチおよび仮成形体の配置を示す断面説明図である。 第３実施形態にかかる第２成形工程の成形中期における仮成形体の成形状態を示す断面説明図である。 第３実施形態にかかる第２成形工程の成形終了時における仮成形体の成形状態を示す断面説明図である。 第３実施形態の変形例にかかる第２成形工程の成形開始期におけるダイ、パンチおよび仮成形体の配置を示す断面説明図である。 第３実施形態の変形例にかかる第２成形工程の成形中期における仮成形体の成形状態を示す断面説明図である。 第３実施形態の変形例にかかる第２成形工程の成形終了時における仮成形体の成形状態を示す断面説明図である。 従来のプレス成形法により１工程で絞り成形されたハット形チャンネル部材の成形目標形状および成形後の変形形状の断面図である。 従来の２段プレス成形法の第２成形工程における成形準備期の仮成形体の状態を示す断面図である。 従来の２段プレス成形法を用いて、縦壁部が外側に広がった成形目標形状の成形部材を成形する際の第２成形工程における成形初期ないし中期の仮成形体の成形状態を示す断面図である。

符号の説明

１，１ｆ 横壁部
２，２ｆ，４，４ｆ 曲げ部
３，３ｆ 縦壁部
３ｄ、３ｐ 縦壁成形部
７ 成形凹部
８ ダイ
９ パンチ
１１ 収容部材
１２ 板押さえ部材
Ｆｆ 仮成形体
Ｆｓ 成形部材

Claims (6)

1. 横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成された断面ハット形の成形部材を金属素板から成形するプレス成形法であって、
   横壁部の両側にそれぞれ曲げ部を介して縦壁部を備え、成形目標形状における縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｆが成形部材の成形目標形状の縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｓ対して短く形成された仮成形体を金属素板から絞り成形する第１成形工程と、
   成形部材の横壁部および縦壁部をそれぞれ成形する横壁成形面部および縦壁成形面部を有する成形凹部を備えたダイと、前記成形凹部と協働して成形部材を成形するパンチとを準備し、前記仮成形体の横壁部および縦壁部を前記成形凹部の横壁成形面部および縦壁成形面部に対向するように前記仮成形体を前記成形凹部に収容して保持した後、前記ダイの成形凹部にパンチを相対移動させて挿入することにより前記成形部材に成形する第２成形工程を有する、２段プレス成形法。
2. 前記第１成形工程において、前記仮成形体の成形目標形状における縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｆ（mm）が成形部材の成形目標形状の縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｓ（mm）に対して、金属素板の板厚をｔ（mm）としたとき、Ｗａｓ−３ｔ≦Ｗａｆ≦Ｗａｓ−ｔを満足するように仮成形体を絞り成形する、請求項１に記載した２段プレス成形法。
3. 前記成形部材の目標成形形状が横壁部と縦壁部とのなす角が鈍角になるように前記縦壁部が前記横壁部に対して斜めに形成され、前記第１成形工程において成形される仮成形体の成形目標形状における縦壁部の開口側端部同士の間隔Ｗｂｆが成形部材の成形目標形状の縦壁部の横壁部側端部同士の間隔Ｗａｓと同等以下に形成された、請求項１又は２に記載した２段プレス成形法。
4. 前記成形部材の目標成形形状が横壁部と縦壁部とのなす角が鈍角になるように前記縦壁部が前記横壁部に対して斜めに形成され、前記第２成形工程において前記パンチは少なくともその頭部がダイの縦壁成形面部の方向に拡縮すると共に成形終了時に成形部材が成形目標形状となるようにダイの成形凹部に係合する拡縮構造を備え、前記ダイの成形凹部に収容された仮成形体の縦壁部の開口側の下部から前記仮成形体の縦壁部が前記成形凹部の縦壁成形面部に当接するように前記パンチの頭部を拡縮自在に拡張しながら当該パンチをダイ側に相対移動させて成形する、請求項１又は２に記載した２段プレス成形法。
5. 前記パンチの拡縮構造は、成形部材の横壁部の両側の曲げ部および縦壁部をそれぞれダイの成形凹部と共に成形する一対の分割パンチ部を備え、各分割パンチ部がダイの縦壁成形面部側に拡縮自在とされた、請求項４に記載した２段プレス成形法。
6. 前記パンチの拡縮構造は、パンチ本体と、その頭部にダイの縦壁成形面部側に伸縮自在とされた押圧部材を備えた、請求項４に記載した２段プレス成形法。

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