JP2011073050A - 曲がり部材成形方法および曲がり部材ならびに曲がり部材製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形をするため、高強度鋼板の単板から曲がり部材への一体プレス成形が可能となる。さらに、成形目標とする曲がり部材の立体図形を平面展開した図形をブランクの輪郭形状に反映させることにより、部材強度の高いかつ複雑な曲がり形状を有する部材を容易に得ることができ、高い軽量化効果が期待できる。
【解決手段】金属単板からなるブランク１を、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部２の両側に第二壁部３が連なる立体形状の曲がり部材３０に成形する方法であって、曲がり部材３０が長手方向曲がり部の箇所に、第一壁部の幅方向を山長手方向とする定幅の山形部４と定幅の山形部の両端に連なって第二壁部の幅方向を谷長手方向とする徐変幅の谷形部５とを有するように、ブランクに対し曲げ加工を行う曲げ工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板を曲がり部材（詳しくは、曲がり形状を有するフレーム部材）に成形する方法に関し、特に、引張強さ（ＴＳ）が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板から曲がり部材への成形を可能とする成形方法および曲がり部材ならびに曲がり部材製造方法に関する。

曲がり部材を得る手段として、従来では金属単板を絞り、張出し、伸びフランジおよび曲げの各種成形様式を複合したプレス成形（以後、従来プレス成形という）が行われている。さらには筒状部材を曲げ成形する方法（特許文献１）や、ロールフォーミング技術（特許文献２）や、中空部材を用いた曲げ成形（特許文献３，４）が提案されている。また曲り部材を補強する例として、発泡樹脂を充填する方法（特許文献５）が提案されている。

特開平９−３０３４５号公報 特開平１１−１２９０４５号公報 特開平８−１７４０４７号公報 特開２００５−１４９０号公報 特開平１１−３４８８１３号公報

軽量化の要請に応じた鋼板の高強度化は、同時に鋼板の絞り・張出し・伸びフランジ成形性の低下を招くため、従来プレス成形では、割れやしわなどの不具合が発生し、特に形状が複雑になるにしたがい、曲がり部材が得られない場合が生じてきた。例えば、ＴＳで５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板の単板を、従来プレス成形により図８に示すような曲がり部材５０を構成する部材５０Ａ、５０Ｂ（ＸＹ平面視の曲がりを有する）に成形すると、平面部にしわ（例えば図中の「シワ」部に発生）、側面縦壁部やフランジ部に割れ（例えば図中の「ワレ」部に発生）が発生してしまう。このとき、しわ押さえ等の成形条件の最適化あるいは部品形状変更により、ある程度まで割れ・しわの発生抑制を図ることが可能であるが、そのような方法では、軽量化ニーズに応えるための、ＴＳで９８０ＭＰａ以上の更なる高強度化に対応するには限界があると言える。

また、筒状の部材を曲げ成形する、あるいはロールフォーミングにより、高強度の曲がり部材を得る方法が開示されている（特許文献１〜４）が、工程上の制約や素材の成形性の観点から、複雑な曲がり形状を得ることが困難であり、かつ、工程数の増加など生産面で大きな課題がある。例えば、低強度の素材を用いる場合、複雑な形状が容易に得られる反面、部材強度が不足するため、発泡樹脂の充填により補強効果を得る技術等がある（特許文献５）が、コスト面、生産面、あるいはリサイクルの観点から必ずしも有用な技術とは言いがたいのが現状である。

すなわち、従来の成形方法では、高強度鋼板の単板を素材とする場合、一体プレス成形で所望の曲がり部材への成形が困難である、あるいは低強度鋼板の単板を素材とする場合、曲がり部材への成形は可能であるが、部材強度の不足を招くため、部品強度の増加など、生産面、コスト面で不利となるという課題があった。

前記課題を解決するための本発明は、次のとおりである。
（請求項１） 金属単板からなるブランクを、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部の両側に第二壁部が連なる立体形状の曲がり部材に成形する曲がり部材成形方法であって、
前記曲がり部材がその長手方向曲がり部の箇所に、第一壁部の幅方向を山長手方向とする定幅の山形部と該定幅の山形部の両端に連なって第二壁部の幅方向を谷長手方向とする徐変幅の谷形部とを、あるいは、第一壁部の幅方向を谷長手方向とする定幅の谷形部と該定幅の谷形部の両端に連なって第二壁部の幅方向を山長手方向とする徐変幅の山形部とを、有するように、前記ブランクに対し曲げ加工を行う曲げ工程を有することを特徴とする曲がり部材成形方法。
（請求項２） 前記曲げ工程の前に、前記ブランクに対し少なくとも、前記定幅もしくは徐変幅の山形部に対応させる部位および前記定幅もしくは徐変幅の谷形部に対応させる部位、に折り目をつける、および/または、前記ブランクに対し切れ目を入れる、予備工程を有し、前記曲げ工程では前記折り目に沿って前記曲げ加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の曲がり部材成形方法。
（請求項３） 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて製造されてなる曲がり部材。
（請求項４） 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて、曲がり部材を製造することを特徴とする曲がり部材製造方法。

本発明によれば、材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形をするため、高強度鋼板の単板から曲がり部材を構成する部材への一体プレス成形が可能となる。さらに、成形目標とする曲がり部材の立体図形を平面展開した図形をブランクの輪郭形状に反映させることにより、従来では得られなかった部材強度の高いかつ複雑な曲がり形状を有する部材を容易に得ることができ、部品断面の縮小によるスペース拡大や、板厚の減少あるいは補強部材の廃止などによる高い軽量化効果が期待できる。

本発明の実施形態の１例を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図） 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図） 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図） 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図） 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図） 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図） 折り目のつけ方の例を示す概略図 従来プレス成形による曲がり部材の１例を示す概略図

図１〜図６は、それぞれ本発明の実施形態の相異なる例を示す概略図（(a)ブランクの平面図、(b)曲がり部材の立体図）である。
図１の例では、成形目標である曲がり部材３０は、長手方向の１箇所で曲がっており、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部２の両側に第二壁部３が連なる立体形状を有する。

曲がり部材３０の長手方向１箇所の曲がり部には、第一壁部２の幅方向を山長手方向とする定幅の山形部４と該定幅の山形部４の両端に連なって第二壁部３の幅方向を谷長手方向とする徐変幅の谷形部５とが存在する。ブランク１の平面図は、曲がり部材３０の平面展開図に相当し、同平面図中の、点線で示す山折りは曲がり部材３０の角稜線に対応し、破線で示す谷折りは曲がり部材３０の隅稜線に対応する。

ブランク１の平面図中の山折り、谷折りの部位がそれぞれ、成形後の曲がり部材３０における角稜線、隅稜線となるようにブランク１に曲げ加工を施すことにより、ブランク１の材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形し、成形目標である曲がり部材３０が得られる。このような曲げ加工は、例えば、予成形により山形部４を曲げ加工したのち、第二壁部３、谷形部５を曲げ加工することにより実現可能である。

図２の例では、成形目標である曲がり部材３０は、長手方向の１箇所で曲がっており、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部２の両側に第二壁部３が連なり、さらに、第二壁部３の幅方向の反第一壁部２側の端にフランジ１０が連なる立体形状を有する。なお、フランジ１０の長手方向曲がり部には切れ目６が入っている。
曲がり部材３０の長手方向１箇所の曲がり部には、第一壁部２の幅方向を山長手方向とする定幅の山形部４と該定幅の山形部４の両端に連なって第二壁部３の幅方向を谷長手方向とする徐変幅の谷形部５とが存在する。ブランク１の平面図は、曲がり部材３０の平面展開図に相当し、同平面図中の、点線で示す山折りは曲がり部材３０の角稜線に対応し、破線で示す谷折りは曲がり部材３０の隅稜線に対応し、フランジ対応部１０Ａは曲がり部材３０のフランジ１０に対応し、切れ目６Ａは曲がり部材３０の切れ目６に対応する。

ブランク１に切れ目６Ａを入れた後、ブランク１の平面図中の山折り、谷折りの部位がそれぞれ、成形後の曲がり部材３０における角稜線、隅稜線となるようにブランク１に曲げ加工を施すことにより、ブランク１の材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形し、成形目標である曲がり部材３０が得られる。このような曲げ加工は、例えば、予成形により山形部４を曲げ加工したのち、第二壁部３、谷形部５を曲げ加工することにより実現可能である。

図３の例では、成形目標である曲がり部材３０は、長手方向の１箇所で曲がっており、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部２の両側に第二壁部３が連なり、さらに、両側のうち一側の第二壁部３の幅方向の反第一壁部側の端と、他側の第二壁部３の幅方向の反第一壁部側の端部との双方に第三壁部１１が連なる立体形状を有する。
曲がり部材３０の長手方向１箇所の曲がり部には、第一壁部２の幅方向を山長手方向とする定幅の山形部４と該定幅の山形部４の両端に連なって第二壁部３の幅方向を谷長手方向とする徐変幅の谷形部５とが存在する。ブランク１の平面図は、曲がり部材３０の平面展開図に相当し、同平面図中の、点線で示す山折りは曲がり部材３０の角稜線に対応し、破線で示す谷折りは曲がり部材３０の隅稜線に対応し、ブランク１の幅方向両端部に位置する２つの第三壁部対応部１１Ａは曲がり部材３０の第三壁部１１に対応する。

ブランク１の平面図中の山折り、谷折りの部位がそれぞれ、成形後の曲がり部材３０における角稜線、隅稜線となるようにブランク１に曲げ加工を施すことにより、ブランク１の材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形し、成形目標である曲がり部材３０が得られる。このような曲げ加工は、例えば、予成形により山形部４を曲げ加工したのち、第二壁部３、谷形部５を曲げ加工することにより実現可能である。

なお、前記曲げ加工後、前記２つの第三壁部対応部１１Ａは分離した状態となっているが、必要に応じて、それらの幅方向自由端同士を接合して、閉断面化してもよい。接合方法としては、点溶接、連続溶接、リベット接合等々のいずれであってもよい。
図４の例では、成形目標である曲がり部材３０は、長手方向の１箇所で曲がっており、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部２の両側に第二壁部３が連なり、さらに、両側のうち一側の第二壁部３の幅方向の反第一壁部側の端と、他側の第二壁部３の幅方向の反第一壁部側の端部との双方に第三壁部１１が連なる立体形状を有する。

曲がり部材３０の長手方向１箇所の曲がり部には、第一壁部２の幅方向を谷長手方向とする定幅の谷形部７と該定幅の谷形部７の両端に連なって第二壁部３の幅方向を山長手方向とする徐変幅の山形部８とが存在する。ブランク１の平面図は、曲がり部材３０の平面展開図に相当し、同平面図中の、点線で示す山折りは曲がり部材３０の角稜線に対応し、破線で示す谷折りは曲がり部材３０の隅稜線に対応し、ブランク１の幅方向両端部に位置する２つの第三壁部対応部１１Ａは曲がり部材３０の第三壁部１１に対応する。

ブランク１の平面図中の山折り、谷折りの部位がそれぞれ、成形後の曲がり部材３０における角稜線、隅稜線となるようにブランク１に曲げ加工を施すことにより、ブランク１の材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形し、成形目標である曲がり部材３０が得られる。このような曲げ加工は、例えば、予成形により谷形部７を曲げ加工したのち、第二壁部３、山形部８を曲げ加工することにより実現可能である。

なお、前記曲げ加工後、前記２つの第三壁部対応部１１Ａは分離した状態となっているが、必要に応じて、それらの幅方向自由端同士を接合して、閉断面化してもよい。接合方法としては、点溶接、連続溶接、リベット接合等々のいずれであってもよい。
図５の例では、成形目標である曲がり部材３０は、長手方向の２箇所で曲がっており、曲がりの方向は一方向であり、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部２の両側に第二壁部３が連なり、さらに、両側のうち一側の第二壁部３の幅方向の反第一壁部側の端と、他側の第二壁部３の幅方向の反第一壁部側の端部との双方に第三壁部１１が連なる立体形状を有する。

曲がり部材３０の長手方向２箇所の各曲がり部には、第一壁部２の幅方向を谷長手方向とする定幅の谷形部７と該定幅の谷形部７の両端に連なって第二壁部３の幅方向を山長手方向とする徐変幅の山形部８とが存在する。ブランク１の平面図は、曲がり部材３０の平面展開図に相当し、同平面図中の、点線で示す山折りは曲がり部材３０の角稜線に対応し、破線で示す谷折りは曲がり部材３０の隅稜線に対応し、ブランク１の幅方向両端部に位置する２つの第三壁部対応部１１Ａは曲がり部材３０の第三壁部１１に対応する。

ブランク１の平面図中の山折り、谷折りの部位がそれぞれ、成形後の曲がり部材３０における角稜線、隅稜線となるようにブランク１に曲げ加工を施すことにより、ブランク１の材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形し、成形目標である曲がり部材３０が得られる。このような曲げ加工は、例えば、予成形により谷形部７を曲げ加工したのち、第二壁部３、山形部８を曲げ加工することにより実現可能である。

なお、前記曲げ加工後、前記２つの第三壁部対応部１１Ａは分離した状態となっているが、必要に応じて、それらの幅方向自由端同士を接合して、閉断面化してもよい。接合方法としては、点溶接、連続溶接、リベット接合等々のいずれであってもよい。
図６の例では、成形目標である曲がり部材３０は、長手方向の２箇所で曲がっており、うち１箇所の曲がりＣ１ともう１箇所の曲がりＣ２とでは曲がりの方向が互いに直交している（Ｃ１が上下方向の曲がりであるとするとＣ２は左右方向の曲がりになる）。曲がりＣ１の曲がり部では、曲がりＣ１の内周側をなす第一壁部２_１の両側に第二壁部３_１が連なり、さらに、両側のうち一側の第二壁部３_１の幅方向の反第一壁部側の端と、他側の第二壁部３_１の幅方向の反第一壁部側の端部との双方に第三壁部１１_１が連なっている。また、曲がりＣ２の曲がり部では、曲がりＣ２の内周側をなす第一壁部２_２の両側に第二壁部３_２が連なり、さらに、両側のうち一側の第二壁部３_２の幅方向の反第一壁部側の端と、他側の第二壁部３_２の幅方向の反第一壁部側の端部との双方に第三壁部１１_２が連なっている。

そして、１箇所の曲がりＣ１ともう１箇所の曲がりＣ２とでは曲がりの方向が互いに直交しているから、曲がりＣ１の第一壁部２_１と曲がりＣ２の２つの第二壁部３_２のうちの１つとは同一であり、かつ、曲がりＣ１の２つの第二壁部３_１のうちの１つと曲がりＣ２の第一壁部２_２とは同一であり、かつ、曲がりＣ１の２つの第二壁部３_１のうちのもう１つと曲がりＣ２の第三壁部１１_２とは同一であり、かつ、曲がりＣ１の第三壁部１１_１と曲がりＣ２の２つの第二壁部３_２のうちのもう１つとは同一である。図６の例の曲がり部材３０はこのような立体形状を有する。

そして、曲がり部材３０の長手方向２箇所の各曲がり部には、第一壁部２（２_１，２_２）の幅方向を谷長手方向とする定幅の谷形部７と該定幅の谷形部７の両端に連なって第二壁部３（３_１，３_２）の幅方向を山長手方向とする徐変幅の山形部８とが存在する。ブランク１の平面図は、曲がり部材３０の平面展開図に相当し、同平面図中の、点線で示す山折りは曲がり部材３０の角稜線に対応し、破線で示す谷折りは曲がり部材３０の隅稜線に対応し、ブランク１の幅方向両端部に位置する２つの第三壁部対応部１１_１Ａは曲がり部材３０の曲がりＣ１の第三壁部１１_１に対応し、かつ、ブランク１の第三壁部対応部１１_１Ａに隣接する第三壁部対応部１１_２Ａは曲がり部材３０の曲がりＣ２の第三壁部１１_２に対応する。

ブランク１の平面図中の山折り、谷折りの部位がそれぞれ、成形後の曲がり部材３０における角稜線、隅稜線となるようにブランク１に曲げ加工を施すことにより、ブランク１の材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形し、成形目標である曲がり部材３０が得られる。このような曲げ加工は、例えば、予成形により谷形部７を曲げ加工したのち、第二壁部３、山形部８を曲げ加工することにより実現可能である。

なお、前記曲げ加工後、前記２つの第三壁部対応部１１_１Ａ（２つの第二壁部３_２のうちの１つにも対応）は分離した状態となっているが、必要に応じて、それらの幅方向自由端同士を接合して、閉断面化してもよい。接合方法としては、点溶接、連続溶接、リベット接合等々のいずれであってもよい。
本発明における曲げ工程では、金型を用いてブランクの成形部位が目標部材の対応折り曲げ部となるように、プレス曲げ加工することで、被成形材は曲げ成形主体の変形をし、目標形状に成形される。

さらに、本発明では、前記曲げ加工の際にこの曲げ加工部の位置精度を向上させるために、ブランクにおける前記山折り、谷折りの部位に、予め折り目をつけることが好ましい。折り目については、対象箇所全てにつけてもよいし、一部分につけて形状の精度を高めてもよい。この折り目をつける加工方法には、コイニング等が好ましく用いうる。また、ロール表面につけた凹凸形状を連続的に材料の表面に転写していく方法も挙げられる。かかる折り目の好適形態として、図７（ｄ）に示すようなＶ溝を、線状（ａ）、破線状（ｂ）または点線状（ｃ）、あるいはこれらを組み合わせた複合線状に設けた形態が挙げられる。ここで、Ｖ溝の深さは金属板厚み（略して板厚）の２０％以下が好ましい。Ｖ溝の深さが板厚の２０％を超える場合は、自動車骨格部材等で必要とされる部材強度の低下、あるいは折り曲げ部の割れを助長する可能性があり、さらに高強度の金属材料においては、溝を深くすること自体が容易ではなく、生産面やコスト面に大きな問題があるためである。

なお、溝の形態はＶ字形状に限らず（図７（ｄ）に例示したＶ溝に限らず）、Ｕ字など各種凹み形状でもよい。また、折り曲げ部の曲率半径を大きくとる場合は、溝を複数条平行に設けてもよい。
また、折り曲げの際に局部的に過大な伸びまたは縮み変形加工が加わって割れまたはしわが発生する危険性が高いと予想される局所（例えばブランクのフランジ対応箇所において過大な伸びまたは縮みフランジ加工を受けそうな複数の局所）が存在する場合、かかる局所に予め切れ目を入れておくと、割れまたはしわの発生をさらに確実に予防できて好ましい。

表１に示す板厚および引張特性（降伏強さＹＳ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ）を有する薄鋼板（材料記号Ａ，Ｂ，Ｃ）からなるブランクを、表２に示す成形方法で曲がり部材に成形し、得られた曲がり部材形状を目視観察して、成形方法を評価した。その結果、表２に示すとおり、従来プレス成形による比較例では、図８に示した「シワ」部にはしわが、「ワレ」部には割れが、それぞれ発生したのに対し、本発明例では、割れ、しわの発生はなく、ほぼ目標形状どおりの曲がり部材が得られた。

表１に示す板厚および引張特性（降伏強さＹＳ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ）を有する薄鋼板（材料記号Ａ，Ｂ，Ｃ）からなるブランクを、これに予め、図７に示すような線状、破線状あるいは点線状のＶ溝（Ｖ溝の深さを表３に示す）からなる折り目をつけた後、表３に示す成形方法で曲がり部材に成形し、得られた曲がり部材形状を目視観察して、成形方法を評価した。その結果、表３に示すとおり、本発明例では、割れ、しわの発生はなく、しかも、実施例１での本発明例と比べて目標形状との一致具合がさらに良好な（寸法精度が○である）、曲がり部材が得られた。

１ ブランク
２，２_１，２_２ 第一壁部
３，３_１，３_２ 第二壁部
４ 定幅の山形部
５ 徐変幅の谷形部
６，６Ａ 切れ目
７ 定幅の谷形部
８ 徐変幅の山形部
１０ フランジ
１０Ａ フランジ対応部
１１，１１_１，１１_２ 第三壁部
１１Ａ，１１_１Ａ，１１_２Ａ 第三壁部対応部
３０ 本発明に係る曲がり部材（成形目標）
５０ 従来プレス成形による曲がり部材（添え符号Ａ，Ｂは曲がり部材５０を構成する部材）

Claims (4)

1. 金属単板からなるブランクを、長手方向曲がりの内周側をなす第一壁部の両側に第二壁部が連なる立体形状の曲がり部材に成形する曲がり部材成形方法であって、
   前記曲がり部材がその長手方向曲がり部の箇所に、第一壁部の幅方向を山長手方向とする定幅の山形部と該定幅の山形部の両端に連なって第二壁部の幅方向を谷長手方向とする徐変幅の谷形部とを、あるいは、第一壁部の幅方向を谷長手方向とする定幅の谷形部と該定幅の谷形部の両端に連なって第二壁部の幅方向を山長手方向とする徐変幅の山形部とを、有するように、前記ブランクに対し曲げ加工を行う曲げ工程を有することを特徴とする曲がり部材成形方法。
2. 前記曲げ工程の前に、前記ブランクに対し少なくとも、前記定幅もしくは徐変幅の山形部に対応させる部位および前記定幅もしくは徐変幅の谷形部に対応させる部位、に折り目をつける、および/または、前記ブランクに対し切れ目を入れる、予備工程を有し、前記曲げ工程では前記折り目に沿って前記曲げ加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の曲がり部材成形方法。
3. 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて製造されてなる曲がり部材。
4. 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて、曲がり部材を製造することを特徴とする曲がり部材製造方法。

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