JP2020175427A - プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高さ方向に凹状に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を割れとしわを抑制してプレス成形するプレス成形方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形方法は、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有する断面ハット形状であり、側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する凹状湾曲部位１１を有するプレス成形品１を成形するものであって、天板相当部２３と、長手方向に沿ってねじれた形状のねじれ縦壁部２５ａを含む縦壁相当部２５とが形成され、凹状湾曲相当部位３１を有する中間成形品２１をプレス成形する第１成形工程と、中間成形品２１を目標形状のプレス成形品１にプレス成形する第２成形工程と、を備え、前記第１成形工程におけるねじれ縦壁部２５ａは、天板相当部２３となす角度が凹状湾曲相当部位３１の長手方向中央に比べて端部側が小さくなるようにねじれている、ことを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、プレス成形方法に関し、特に、天板部、縦壁部及びフランジ部を有する断面ハット形状であり、側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲するプレス成形品のプレス成形方法に関する。

プレス成形とは、鋼板などの金属材料を金型で挟圧することにより、金型の形状を転写して加工を行う方法のことである。特に、自動車部品の多くはプレス成形により製造されている。昨今では、自動車車体の軽量化の観点から車体部品に高強度な鋼板（高張力鋼板）を使用する傾向が強くなっている。しかしながら、鋼板やその他金属材料の特性として強度が増すと延性は乏しくなる傾向があることにより、高張力鋼板のプレス成形では割れやしわといった成形不良がしばしば発生して問題となっている。

自動車車体の骨格部品の中で、フロントサイドメンバやリアサイドメンバなど急峻に湾曲した形状を有する湾曲部品は、プレス成形により製造すると割れやしわが発生しやすいため、難成形部品とされている。最近では、自動車会社や部品会社は自動車車体のさらなる軽量化を目指して、それら湾曲部品の製造に高張力鋼板を適用する検討がされており、割れやしわをいかに防止しながらプレス成形を行うかが課題となっている。

これまでに、割れやしわを抑制して湾曲部品をプレス成形する技術がいくつか提案されている。
例えば、特許文献１には、上面視で湾曲したＬ字部品のプレス成形において、フランジと縦壁を成形する成形力を利用し材料のパンチ底面でスライドさせて成形することにより、パンチ底のしわとフランジの割れを回避する技術が開示されている。

特許文献２には、上下方向に湾曲した部品に対し、パッドでブランクのパンチ底を板厚方向に加圧しながらドロー成形を行うことで、面外変形を防止してしわを抑制する方法が提案されている。

特許文献３には、長手方向に湾曲した断面ハット状の湾曲プレス部品のプレス成形において、予備成形でブランク材の幅方向端部に折曲部を付与し、該折曲部を残した状態で前記湾曲プレス部品をプレス成形することで、フランジ部におけるしわの発生を抑制する技術が開示されている。当該技術によれば、予備成形においてブランク材の幅方向端部に付与した折曲部により幅方向端部の剛性が高くなり、長手方向に縮む力に対して対抗力が大きくなるために、湾曲形状に起因した肉余りによって長手方向に縮む力が作用しても、フランジ部におけるシワの発生を抑制することができるとされている。

さらに、割れやしわの発生を抑制することを目的とし、ビードを付与して湾曲部品をプレス成形する技術がいくつか提案されている。
特許文献４には、素材の端部を平面視したときに曲率を有し、かつ側面視したときに縦壁面の下方にフランジ面を有する形状に１工程でプレス加工するに際し、縦壁面に凸状ビードを付与し、その直下のフランジ面には凹状ビードを付与することにより、素材成形部のしわ発生を抑制する技術が開示されている。

特許第５１６８４２９号公報 特許第５７３３４７５号公報 特許第５９６５１５９号公報 特開２０１０−１１５６７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、パンチ底に座面などの形状がある場合や、袋形状のような閉じられた形状である場合は材料を大きく動かすことができないため、適用可能な部品が限定的であった。

特許文献２に開示されている技術では、ブランクホルダとパッドを同時に使用して成形し、成形品を金型から取り外す際、ブランクホルダかパッドが加圧したままの状態であると、成形品を押し潰してしまうため、動きを止めるロッキング機構が必要となる。しかし、この機構が搭載されているプレス装置は一般的ではないため、汎用性に欠ける。

特許文献３に開示されている技術では、フランジ部の折り曲げ形状は次工程で平坦に成形する必要があるが、曲げ癖が残存してしまうおそれがあった。特に、自動車部品の場合、フランジは他部品との接合面になる場合が多く、高い面精度が求められるため、本成形方法の適用には注意が必要であった。

特許文献４に開示されている技術は、１工程でプレス加工するものであり、しわ発生や割れを防止するために付与したビードがそのまま残ってしまうという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、天板部、縦壁部及びフランジ部を有する断面ハット形状であり、長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲するプレス成形品を、割れやしわを抑制して良好な形状にプレス成形することができるプレス成形方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有する断面ハット形状であり、前記天板部及び／又は前記フランジ部が側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する凹状湾曲部位を有するプレス成形品を成形するものであって、前記天板部に相当する天板相当部と、前記縦壁部に相当し、長手方向に沿ってねじれた形状のねじれ縦壁部を含む縦壁相当部と、が形成され、前記凹状湾曲部位に相当する凹状湾曲相当部位を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、該中間成形品を前記プレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を備え、前記第１成形工程におけるねじれ縦壁部は、前記天板相当部となす角度が、前記凹状湾曲相当部位の長手方向中央に比べて端部側が小さくなるようにねじれている、ことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記第１成形工程におけるねじれ縦壁部は、下式で与えられるねじれ量Tが10°以上20°以下の範囲となるように設定されていることを特徴とするものである。
T＝Δθ×（H／L）
ただし、
Δθ：角度差（＝θ₁−θ₂）
θ₁：凹状湾曲相当部位の長手方向中央におけるねじれ縦壁部と天板相当部とのなす角度（°）
θ₂：ねじれ縦壁部の長手方向端部におけるねじれ縦壁部と天板相当部とのなす角度（°）
H：ねじれ縦壁部の縦壁高さ（mm）
L：ねじれ縦壁部の長手方向長さ（mm）

本発明においては、天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有する断面ハット形状であり、前記天板部及び／又は前記フランジ部が側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する凹状湾曲部位を有するプレス成形品を成形するものであって、前記天板部に相当する天板相当部と、前記縦壁部に相当し、長手方向に沿ってねじれた形状のねじれ縦壁部を含む縦壁相当部と、が形成され、前記凹状湾曲部位に相当する凹状湾曲相当部位を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、該中間成形品を目標形状であるプレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を備え、前記第１成形工程におけるねじれ縦壁部は、前記天板相当部となす角度が、前記凹状湾曲相当部位の長手方向中央に比べて端部側が小さくなるようにねじれていることにより、ねじれ縦壁部にせん断変形を生じさせることができ、割れとしわの発生を抑制して前記プレス成形品を良好な形状にプレス成形することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法においてプレス成形される中間成形品と目標形状であるプレス成形品を説明する図である（（ａ−１）中間成形品の斜視図、（ａ−２）中間成形品における凹状湾曲部位の中央の断面と長手方向の端部の断面を重ねて示した図、（ｂ）プレス成形品の斜視図）。 本発明において成形対象とするプレス成形品を説明する図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）側面図）。 本発明において成形対象とするプレス成形品の長手方向に直角な断面図である。 本発明で成形対象とするプレス成形品を従来のプレス成形方法でプレス成形したときの材料の動きと、該プレス成形品における引張変形及び圧縮変形が生じる部位を説明する図である。 本発明に至った経緯において、せん断変形を生じさせて縦壁部をプレス成形したときの材料の動きを説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の第１成形工程でプレス成形される中間成形品を説明する図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）側面図）。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品のねじれ縦壁部における面内せん断変形を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品のねじれ縦壁部のねじれ量を与える縦壁高さと長手方向長さを示す図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品のねじれ縦壁部の縦壁高さを変更した場合を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）側面図）。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品のねじれ縦壁部の長手方向長さを変更した場合を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）側面図）。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品のねじれ縦壁部と逆向きにねじれた曲面形状のねじれ縦壁部を有する中間成形品を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）側面図）。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品のねじれ縦壁部と逆向きにねじれたねじれ縦壁部における面内せん断変形を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法でプレス成形される中間成形品の他の例を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）側面図）。 本発明で成形対象とするプレス成形品の他の例を示す図である（（ａ）天板部のみ凹状に湾曲、（ｂ）フランジ部のみ凹状に湾曲）。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法で適用するドロー成形及びフォーム成形を説明する図である（（ａ）、（ｂ）ドロー成形、（ｃ）、（ｄ）フォーム成形）。 本実施例において成形対象とするプレス成形品の長手方向に直角な断面形状を説明する図である。 本実施例においてプレス成形した中間成形品のねじれ縦壁部の長手方向に直角な断面形状を説明する図である（（ａ）：凹状湾曲中央、（ｂ）長手方向端部）。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法を説明するに先立って、本発明で成形対象とするプレス成形品と、該プレス成形品をプレス成形する際に割れやしわが発生する理由、さらには、本発明に至った経緯について説明する。なお、本実施の形態においては、プレス成形品の高さ方向は、該プレス成形品のプレス成形方向と一致するものとしている。

＜プレス成形品＞
本発明で成形対象とするプレス成形品１は、図２及び図３に一例として示すように、天板部３と、天板部３から連続する縦壁部５と、縦壁部５から連続するフランジ部７とを有する断面ハット形状であり、側面視（図２（ｃ））で天板部３とフランジ部７とが長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する凹状湾曲部位１１を有するものであり、凹状湾曲部位１１の長手方向両側には、直線状に延在する直線部位１３が設けられている。
ここで、凹状湾曲部位１１が長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲するとは、側面視において凹状に湾曲した円弧の中心が天板部３側に位置することをいう。

プレス成形品１を側面視したときのプレス成形中における材料の動きを図４に示す。ブランク（金属板）をプレス成形する過程において、該ブランクは天板部３と縦壁部５との間のパンチ肩Ｒ部４で曲げられて、パンチ肩Ｒ部４の曲げ稜線に対して直交方向（図４中の矢印の向き）に材料が動く。

そのため、凹状湾曲部位１１においては、天板部３では材料が集って長手方向長さは短くなるのに対し、フランジ部７の長手方向長さは長くなり、天板部３とフランジ部７との長手方向の線長差が生じる。これにより、フランジ部７では引張変形が作用して割れが生じやすく、天板部３では圧縮変形が作用してしわが生じやすい。

このことから、プレス成形品１をプレス成形する際に割れやしわの発生を抑制するためには、凹状湾曲部位１１におけるフランジ部７に引張変形や天板部３に圧縮変形を生じさせないようにプレス成形過程での材料の動きを変えることで、天板部３とフランジ部７との長手方向の線長差を低減することが重要であると考えられる。

そこで、凹状湾曲部位１１における天板部３とフランジ部７との長手方向の線長差を生じさせないでプレス成形する理想状態を考える。図５に、理想状態での材料の動きを示す。天板部３とフランジ部７との長手方向の線長差を生じさせないためには、図５に示すように、ブランクにおける縦壁部５に相当する部位（以下「縦壁相当部」という。）にせん断変形を生じさせて材料をプレス成形方向と同じ方向に動かす必要がある。しかし、プレス成形においては、基本的に金型は上下方向の移動のみであり、この限られた金型の移動により縦壁相当部の材料に面内せん断変形を生じさせることは容易ではない。

発明者らは材料に面内せん断変形を生じさせる方法の鋭意検討を重ねた。その結果、ブランクにおける縦壁相当部を長手方向に沿って面外にねじれた曲面形状にプレス成形することにより、該縦壁相当部に面内せん断変形を生じさせることができることを見出した。
本発明は、かかる検討に基づいてなされたものであり、以下、本発明の実施の形態に係るプレス成形方法について説明する。

＜プレス成形方法＞
本実施の形態に係るプレス成形方法は、図１（ｂ）及び図２に例示するプレス成形品１を目標形状としてプレス成形するものであって、ブランクを中間成形品２１（図１（ａ−１）、（ａ−２））に予成形する第１成形工程と、中間成形品２１を目標形状であるプレス成形品１にプレス成形する第２成形工程と、を備えたものである。なお、本発明に係るプレス成形方法に供するブランクは、鋼板のみならず、薄板の塑性体であれば良く、例えば、アルミニウム合金板、マグネシウム合金板、チタン合金板、樹脂板などが挙げられる。また、ブランクの材質強度においても特に制限はない。

≪第１成形工程≫
第１成形工程は、ブランクを中間成形品２１（図１（ａ−１）、（ａ−２））に予成形する工程である。

中間成形品２１は、図１（ａ−１）に示すように、プレス成形品１の天板部３に相当する天板相当部２３と、プレス成形品１の縦壁部５に相当し、縦壁部５に比べて長手方向に沿ってねじれた曲面形状のねじれ縦壁部２５ａを含む縦壁相当部２５と、プレス成形品１のフランジ部７に相当するフランジ相当部２７とを有する断面ハット形状であり、プレス成形品１の凹状湾曲部位１１に相当する凹状湾曲相当部位３１と、直線部位１３に相当する直線相当部位３３と、を有するものである。

中間成形品２１において、ねじれ縦壁部２５ａは、縦壁相当部２５の長手方向の全長にわたって形成されている。図１（ａ−２）に、凹状湾曲相当部位３１の長手方向の中央（以下、「凹状湾曲中央」という。）と、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向の端部（以下、「長手方向端部」という。）それぞれにおける中間成形品２１の長手方向に直交する断面の形状を示す。図１（ａ−２）に示す断面形状は、説明の便宜上、フランジ相当部２７の高さ方向の位置を合わせて示している。

ねじれ縦壁部２５ａは、図１（ａ−２）に示すように、天板相当部２３とのなす角度をθとしたとき、凹状湾曲中央における角度θ₁に比べて、長手方向端部における角度θ₂の方が小さくなるようにねじれている。そして、このねじれに伴い、ねじれ縦壁部２５ａと天板相当部２３とのなす角度θは、長手方向に沿って連続的に変化している。

なお、本実施の形態においては、中間成形品２１の天板相当部２３は、図１に示すように、プレス成形品１の天板部３（図２）と同一形状であるものとする。これに対し、中間成形品２１のフランジ相当部２７は、図１に示すように、縦壁部５と異なる形状であるねじれ縦壁部２５ａを含む縦壁相当部２５に連続するため、図６（ｂ）、（ｃ）に示すとおりプレス成形品１（図２（ｂ）、（ｃ））のフランジ部７と平面視および側面視で異なる形状である。

また、中間成形品２１の天板相当部２３とねじれ縦壁部２５ａのなす角度は、凹状湾曲中央（θ₁）に比べて長手方向端部（θ₂）の方が小さい（図１（ａ−２）参照）。そのため、中間成形品２１の高さ方向における成形品高さは、長手方向に沿って一定ではなく、プレス成形品１の高さ方向における成形品高さと異なる。

さらに、中間成形品２１の天板相当部２３と縦壁相当部２５との間のパンチ肩Ｒ部２４（図６）の稜線長さ、又は、縦壁相当部２５とフランジ相当部２７との間のダイ肩Ｒ部２６（図６）の稜線長さについても、プレス成形品１のパンチ肩Ｒ部４及びダイ肩Ｒ部６（図２）それぞれの稜線長さと異なる。

例えば、天板相当部２３を目標形状であるプレス成形品１の天板部３と同一形状に成形した場合、パンチ肩Ｒ部２４の稜線長さはプレス成形品１と同じであるが、ダイ肩Ｒ部２６の稜線長さはプレス成形品１とは異なる。
また、フランジ相当部２７を目標形状であるプレス成形品１のフランジ部７と同一形状に成形した場合、ダイ肩Ｒ部２６の稜線長さはプレス成形品１と同じとしても、パンチ肩Ｒ部２４の稜線長さはプレス成形品１とは異なる。

≪第２成形工程≫
第２成形工程は、中間成形品２１（図１（ａ−１）、（ａ−２））を目標形状であるプレス成形品１（図１（ｂ））にプレス成形する工程である。
第２成形工程により、天板相当部２３とのなす角度が長手方向に沿って変化するねじれ縦壁部２５ａを含む縦壁相当部２５は、目標形状の縦壁部５に成形される。さらに、フランジ相当部２７は、目標形状のフランジ部７に成形される。

≪割れとしわを抑制することができる理由≫
次に、本実施の形態に係るプレス成形方法により、側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲するプレス成形品を、割れとしわを抑制してプレス成形することができる理由について説明する。

第１成形工程では、図１に示すように、プレス成形品１の縦壁部５に相当する縦壁相当部２５に、長手方向に沿って面外にねじれた曲面形状のねじれ縦壁部２５ａを形成する。このように、材料（ブランク）が面外にねじれた曲面形状に成形されると、当該材料においては、図７に示すように、面外のせん断変形に加えて面内のせん断変形を受ける。

これにより、凹状湾曲相当部位３１における天板相当部２３の長手方向の中央への材料の移動が抑制されるとともに、フランジ相当部２７における長手方向の端部側への材料の移動も抑制される。そのため、ねじれ縦壁部２５ａにおいては、図５に示すようにフランジ相当部２７の長手方向の線長と天板相当部２３の長手方向の線長との線長差が減少する。その結果、第２成形工程において中間成形品２１を目標形状にプレス成形したプレス成形品１においては、フランジ部７の割れが抑制されるとともに天板部３のしわが抑制される。

≪ねじれ縦壁部のねじれ量の好適範囲≫
本発明に係るプレス成形方法は、前述の図７に示すとおり、第１成形工程においてねじれ縦壁部２５ａに面内せん断変形を生じさせることで、目標形状であるプレス成形品１（図２）のフランジ部７における割れと天板部３におけるしわを抑制するものである。

ここで、ねじれ縦壁部２５ａにおける面内せん断変形の大きさは、ねじれ縦壁部２５ａのねじれの度合いに依存する。そして、本発明では、ねじれ縦壁部２５ａのねじれの度合いは、ねじれ縦壁部２５ａの角度変化及びアスペクト比を用いて表すことができる。

ねじれ縦壁部２５ａの角度変化は、ねじれ縦壁部２５ａと天板相当部２３とのなす角度の凹状湾曲中央（凹状湾曲相当部位３１の長手方向の中央）における角度θ₁と、長手方向端部（ねじれ縦壁部２５ａの長手方向の端部）における角度θ₂との角度差Δθ（＝θ₁−θ₂）で与える（図１（ａ−２）参照）。

ねじれ縦壁部２５ａのアスペクト比は、図８に示すように、ねじれ縦壁部２５ａの縦壁高さHと長手方向長さLとの比H／Lで与える。ここで、ねじれ縦壁部の縦壁高さH及び長手方向長さLは、ねじれ縦壁部２５ａの面内において長手方向に直交する方向の高さ及び長手方向の長さとする。

そして、ねじれ量T(°)は、下式（１）により与える。
T＝Δθ×（H／L）＝（θ₁−θ₂）×（H／L） （１）

式（１）より、ねじれ量Tを変えるには、(ア)凹状湾曲中央におけるねじれ縦壁部２５ａと天板相当部２３とのなす角度θ₁、(イ)長手方向端部におけるねじれ縦壁部２５ａと天板相当部２３とのなす角度θ₂、(ウ)ねじれ縦壁部２５ａの縦壁高さH、(エ)ねじれ縦壁部２５ａの長手方向長さL、を変更すればよいことがわかる。

図９に、ねじれ縦壁部２５ａの高さHを変化させた中間成形品４１の一例を、図１０に、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向長さLを変化させた中間成形品６１の一例を、それぞれ示す。

前述の図１及び図６に示す中間成形品２１は、その長手方向の全長にわたってねじれ縦壁部２５ａが形成されたものであった。一方、図１０に示す中間成形品６１は、ねじれ縦壁部６５ａの長手方向長さLをプレス成形品１の縦壁部５の長手方向長さより短くしたものである。そのため、中間成形品６１の縦壁相当部６５は、長手方向に沿ってねじれたねじれ縦壁部６５ａと、ねじれ縦壁部６５ａの長手方向端部から延出してねじれていない面部６５ｂとを有する。そして、中間成形品６１においては、長手方向端部におけるねじれ縦壁部６５ａと天板相当部６３となす角度θ₂は、中間成形品６１全体の長手方向の端部ではなく、ねじれ縦壁部６５ａのみの長手方向の端部での角度である。

なお、第１成形工程でプレス成形する中間成形品２１のねじれ縦壁部２５ａと天板相当部２３のなす角度については、前述のとおり、長手方向端部における角度θ₂を凹状湾曲中央における角度θ₁よりも小さくすることが必要である。例えば図１１に示すように、長手方向端部における角度θ₂を凹状湾曲中央における角度θ₁より大きくした場合、図１２に示すように、ねじれ縦壁部２５ａにおける面内せん断変形は、図７に示すねじれ縦壁部２５ａとは逆向きとなる。そのため、中間成形品８１を目標形状であるプレス成形品１にプレス成形しても、天板部３とフランジ部７との長手方向の線長差を小さくすることができず、割れやしわの抑制効果が得られない。

さらに、割れやしわを抑制するのに好適なねじれ量Tについて、有限要素法（FEM）によるシミュレーションにより検討した。その結果、ねじれ量Tが10°以上20°以下の範囲となるように設定されていれば、割れとしわの双方を抑制するのに望ましいことを見出した。
ねじれ量Tが10°未満の場合、ねじれ縦壁部２５ａの面内せん断変形が十分でない場合がある。また、ねじれ量Tが20°超の場合、第１成形工程でねじれ縦壁部２５ａが過大なせん断変形を受けて縦壁相当部にせん断しわが生じる場合がある。

なお、ねじれ縦壁部２５ａのアスペクト比H／Lは、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向長さの中央（凹状湾曲中央と長手方向端部との中間位置）における縦壁高さHと、縦壁高さ方向の中央における長手方向長さLとを用いて与えればよい。

≪中間成形品及びプレス成形品の形状について≫
上記の説明では、中間成形品２１（図１、図６）や中間成形品４１（図９）、中間成形品６１（図１０）は、いずれも天板相当部が目標形状の天板部と同一の形状であり、フランジ相当部が目標形状のフランジ部７とは異なる形状のものであった。

もっとも本発明は、図１３に示す中間成形品１０１のように、フランジ相当部１０７を目標形状のフランジ部７（図２）と同一の形状とし、天板相当部１０３を目標形状の天板部３と異なる形状とするものであってもよい。

このような中間成形品１０１においても、凹状湾曲中央におけるねじれ縦壁部１０５ａと天板相当部１０３とのなす角度θ₁に比べ、長手方向端部におけるねじれ縦壁部１０５ａと天板相当部１０３とのなす角度θ₂が小さければ、縦壁相当部１０５に形成されたねじれ縦壁部１０５ａは図７に示すような面内せん断変形を受けてプレス成形される。そのため、中間成形品１０１を目標形状にプレス成形したプレス成形品１においては、フランジ部７の割れと天板部３のしわの双方を抑制することができる。

ただし、図６に示すように中間成形品２１の天板相当部２３が目標形状の天板部３と同一形状であれば、第２成形工程で用いる金型のパンチの上に中間成形品２１を置いたとき、がたつきが無く安定してプレス成形を行うことができるため、目標形状の天板部３と同一の形状とした天板相当部２３の中間成形品２１を成形することが好ましい。

また、上記の説明において成形対象としたプレス成形品１は、天板部３とフランジ部７がともに長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲したものであったが、本発明は、図１４に示すように、天板部１２３のみが凹状に湾曲したプレス成形品１２１や、フランジ部１４７のみが凹状に湾曲したプレス成形品１４１を成形対象とするものであってもよい。

なお、上記の説明は、図２に例示したプレス成形品１のように、凹状湾曲部位１１の曲率半径が長手方向において一定のものを成形対象とする場合についてものであった。もっとも、本発明は、曲率半径の異なる凹状湾曲部位が複数連続するようなプレス成形品を成形対象とするものであってもよい。

このような場合、曲率半径が一定の凹状湾曲部位ごとに、該凹状湾曲部位におけるねじれ縦壁部が該凹状湾曲部の長手方向の中央から端部側に向かってねじれた曲面形状となるようにすればよい。そして、各凹状湾曲部位において、該凹状湾曲部位の長手方向の中央に比べて該凹状湾曲部位のねじれ縦壁部の長手方向端部における天板相当部とねじれ縦壁部とのなす角度が小さくなるようにすればよい。

また、本実施の形態で成形対象としたプレス成形品１は、凹状湾曲部位１１の長手方向両側に直線部位１３を有するものであったが、本発明は、凹状湾曲部位の長手方向の片側に直線部位を有するプレス成形品や、凹状湾曲部位のみを有するプレス成形品を成形対象とするものであってもよい。

さらに、図２に例示したプレス成形品１は、天板部３と縦壁部５とのなす角度が長手方向に沿って一定、すなわち、図３に示すように、プレス成形品１の凹状湾曲中央（凹状湾曲部位１１の長手方向の中央）における角度θ_1,0と長手方向端部（縦壁部５の長手方向の端部）における角度θ_2,0とが等しいものであった。もっとも、本発明は、天板部と縦壁部とのなす角度が長手方向に沿って変化する、すなわち、縦壁部が長手方向に沿ってねじれた曲面形状であるプレス成形品を成形対象とするものであってもよい。

このような場合、中間成形品のねじれ縦壁部の長手方向の端部における角度と凹状湾曲相当部位の長手方向の中央における角度との角度差を、目標形状のプレス成形品の凹状湾曲部位の長手方向の中央（凹状湾曲中央）における角度と、縦壁部の長手方向の端部（長手方向端部）における角度との角度差よりも大きくなるようにして、中間成形品のねじれ縦壁部を目標形状の縦壁部よりもさらに長手方向に沿ってねじれた曲面形状にすればよい。

例えば、中間成形品の凹状湾曲中央における天板相当部とねじれ縦壁部とのなす角度を目標形状の凹状湾曲中央における天板部と縦壁部となす角度とし、中間成形品の長手方向端部における天板相当部とねじれ縦壁部とのなす角度を、目標形状の長手方向端部における天板部と縦壁部とのなす角度よりも小さくすればよい。

≪プレス工法について≫
上記のように第１成形工程においてねじれ縦壁部２５ａを形成して面内せん断変形を生じさせたとしても、天板相当部２３においては圧縮変形を受けてしわの発生が懸念される場合がある。このような場合、第１成形工程は、ブランクホルダとダイとでブランクの端部を挟圧しながらプレス成形するドロー成形が望ましい。

一方、第２成形工程では、ダイとパンチで挟み込んで成形するフォーム成形か、天板部のしわが懸念される場合は、パッドを用いたフォーム成形としてもよい。

図１５に、第１成形工程でパッドを用いたフォーム成形（パッド適用フォーム成形）と、第２成形工程でパッドを用いないフォーム成形とした場合の金型とブランクの断面図を示す。

第１成形工程におけるパッド適用フォーム成形（図１５（ａ）、（ｂ））では、まず、ブランク２０１をパンチ２１３の上に設置する。続いて、ダイ２１１とパッド２１５がパンチ２１３側に下降してブランク２０１と接した際、ブランク２０１における天板相当部２０３ａ（図１５（ｃ）参照）に相当する部位２０１ａをパッド２１５とパンチ２１３で保持した状態となる。そして、パッド２１５は下方に加圧した状態のままダイ２１１がさらに下降することで、中間成形品２０３を成形する。
その後、第２成形工程におけるパッドを用いないフォーム成形（図１５（ｃ）、（ｄ））では、パンチ２２３の上に中間成形品２０３を設置し、ダイ２２１をパンチ２２３側に下降させてパンチ２２３と挟み込み、目標形状であるプレス成形品２０５を成形する。

本発明に係るプレス成形方法による作用効果について、具体的なプレス成形実験を行ったので、以下に説明する。

プレス成形実験では、図２に示すように、天板部３と縦壁部５とフランジ部とを有する断面ハット形状であり、側面視で天板部３とフランジ部７とが長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する凹状湾曲部位１１とその長手方向両側に延在する直線部位１３を有するプレス成形品１を成形対象とした。

プレス成形品１の寸法は、図１６に示すように、天板部３の幅を60mm、縦壁部５の縦壁高さを70mm、フランジ部７の幅20mm、天板部３と縦壁部５のなす角度を80°とした。さらに、長手方向長さを385mm、凹状湾曲部位１１の湾曲の曲率半径をR150mm、側面視したときの直線相当部位３３における天板部３とプレス成形方向とのなす角度のうち鈍角側の角度を70°とした。
また、実験においてプレス成形に供した材料は、板厚1.4mm、引張強度1180MPa級の鋼板を使用した。

ここで、第１成形工程でのプレス工法は、パッドを用いたフォーム成形（図１５（ａ）、（ｂ）参照）とし、第２成形工程でのプレス工法はフォーム成形（図１５（ｃ）、（ｄ）参照）とした。ここで、第１工程において、パッド荷重は10tonfとした。

第１成形工程は、図６に示すように、天板相当部２３と、長手方向に沿ってねじれた形状のねじれ縦壁部２５ａを含む縦壁相当部２５と、フランジ相当部２７とが形成され、凹状湾曲相当部位３１を有する中間成形品２１をプレス成形するものとした。ここで、ねじれ縦壁部２５ａは、長手方向長さLを250mm、縦壁高さHを70mmとした（図８参照）。

図１７に、中間成形品２１の断面形状を示す。本実施例では、凹状湾曲相当部位３１の長手方向の中央（図１７（ａ））における天板相当部２３とねじれ縦壁部２５ａとのなす角度θ₁に比べ、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向の端部（図１７（ｂ））における天板相当部２３とのなす角度θ₂の方が小さいものを本発明例とした。そして、この２つの角度θ₁及び角度θ₂を変えることにより角度差Δθ（＝θ₁−θ₂）を種々に変更させて中間成形品２１を第１成形工程でプレス成形し、続く第２成形工程で目標形状にプレス成形したプレス成形品１における割れとしわの有無により、プレス成形性を評価した。

割れの評価については、割れが有る場合は「×」、割れはないが板厚減少によるくびれが有る場合は「△」、割れ・くびれが一切無い場合は「○」とした。
しわの評価については、顕著なしわがある場合は「×」、微小なしわがある場合は「△」、しわが一切無い場合は「○」とした。

また、本実施例では、フォーム成形又はドロー成形の１工程でプレス成形品１をプレス成形するもの、及び、第１成形工程と第２成形工程の２工程でプレス成形品１をプレス成形するものであって、第１成形工程でプレス成形された中間成形品２１の縦壁相当部２５が長手方向に沿ってねじれた曲面形状ではないもの、を従来例とした。

さらに、第１成形工程と第２成形工程の２工程でプレス成形品１をプレス成形するものであって、第１成形工程でプレス成形される中間成形品２１のねじれ縦壁部２５ａが、天板相当部２３となす角度が凹状湾曲相当部位３１の長手方向中央に比べて端部側が大きくなるようにねじれている、すなわち、凹状湾曲中央における角度θ₁と長手方向端部における角度θ₂との角度差Δθ（＝θ₁−θ₂）が負の値であるものを比較例とした。

そして、従来例及び比較例に係るプレス成形品についても、本発明例と同様に割れとしわの有無を評価した。
表１に、プレス成形条件とプレス成形性の評価結果を示す。

表１において、凹状湾曲中央角度θ₁は、中間成形品２１の凹状湾曲相当部位３１の長手方向の中央における天板相当部２３とねじれ縦壁部２５ａとのなす角度であり（図１７（ａ））、長手方向端部角度θ₂は、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向の端部における天板相当部２３とねじれ縦壁部２５ａ（又は縦壁相当部２５）とのなす角度である（図１７（ｂ））。また、角度差Δθ、長手方向長さL及び縦壁高さHは、前述の実施の形態と同様に与えたものであり、ねじれ量Tは、角度差Δθ、長手方向長さL及び縦壁高さHを前述の式（１）に代入して求めたものである。

表１において、従来例２〜従来例４、比較例１〜比較例３及び発明例１〜発明例１０は、角度差Δθが同じ条件ごとにまとめて示している。また、従来例１は、フォーム成形の１工程でプレス成形品１を成形したものである。天板部３と縦壁部５とのなす角度は目標形状である100°である。

従来例１においては、天板部３におけるしわの発生は見られなかったものの、フランジ部７に割れが発生した。

従来例２〜従来例４は、凹状湾曲中央角度θ₁と長手方向端部角度θ₂との角度差Δθが0であるため、縦壁相当部２５に面内せん断変形を与えて中間成形品２１をプレス成形することができなかった。そのため、中間成形品２１を目標形状にプレス成形したプレス成形品１においては、天板部３とフランジ部７の長手方向の線長差が生じ、天板部３におけるしわとフランジ部７における割れの双方を同時に抑制することができなかった。

比較例１〜比較例３は、凹状湾曲中央角度θ₁に比べて長手方向端部角度θ₂の方が大きいものである。そのため、第１成形工程では凹状湾曲中央角度θ₁と長手方向端部角度θ₂との角度差Δθが0ではなく、ねじれ縦壁部２５ａは面内せん断変形を受けて成形されている。しかしながら、当該面内せん断変形の向きが本発明例に係るねじれ縦壁部におけるせん断変形の向きと逆向き（図１２参照）であるため、天板相当部２３とフランジ相当部２７の長手方向の線長差が減少するものではなかった。その結果、目標形状のプレス成形品１においては、天板部３におけるしわとフランジ部７における割れの双方を同時に抑制することができなかった。

本発明例１〜本発明例１３は、凹状湾曲中央角度θ₁に比べて長手方向端部角度θ₂の方が小さいものであり、凹状湾曲中央角度θ₁、長手方向端部角度θ₂、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向長さL及び縦壁高さHを変更したものである。

表１より、本発明例１〜本発明例４（Δθ＝20°）、本発明例５〜本発明例７（Δθ＝40°）、本発明例８〜本発明例９（Δθ＝60°）、本発明例１０（Δθ＝80°）や、長手方向端部角度θ₂が目標形状の天板部３と縦壁部５のなす角度(＝100°)よりも小さい本発明例１１（θ₂＝95°）、ねじれ縦壁部２５ａの長手方向長さL及び縦壁高さHを変更した本発明例１２（L＝125mm）及び本発明例１３（H＝35mm）のいずれにおいても、割れとしわの双方を同時に抑制してプレス成形品がプレス成形できることが示された。

これは、本発明例１〜本発明例１３に係る中間成形品２１においては、ねじれ縦壁部２５ａは前掲の図７に示すような面内せん断変形を受けて成形されたことにより、天板部３とフランジ部７の長手方向の線長差が生じるのを低減したためであると考えられる。

さらに、ねじれ量Tが本発明の好適範囲内（10°以上20°以下）である本発明例５〜本発明例７（T＝11.2°）、本発明例８〜本発明例９（T＝16.8°）、本発明例１１（T＝18.2°）においては、プレス成形品１に割れとしわの発生は一切見られず、良好な結果が得られた。

以上、本発明に係るプレス成形方法によれば、側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を、割れとしわの双方を抑制してプレス成形することができることが実証された。

１ プレス成形品
３ 天板部
４ パンチ肩Ｒ部
５ 縦壁部
６ ダイ肩Ｒ部
７ フランジ部
１１ 凹状湾曲部位
１３ 直線部位
２１ 中間成形品
２３ 天板相当部
２４ パンチ肩Ｒ部
２５ 縦壁相当部
２５ａ ねじれ縦壁部
２６ ダイ肩Ｒ部
２７ フランジ相当部
３１ 凹状湾曲相当部位
３３ 直線相当部位
４１ 中間成形品
４３ 天板相当部
４５ 縦壁相当部
４５ａ ねじれ縦壁部
４７ フランジ部
５１ 凹状湾曲相当部位
５３ 直線相当部位
６１ 中間成形品
６３ 天板相当部
６５ 縦壁相当部
６５ａ ねじれ縦壁部
６５ｂ 面部
６７ フランジ部
７１ 凹状湾曲相当部位
７３ 直線相当部位
８１ 中間成形品
８３ 天板相当部
８５ 縦壁相当部
８５ａ ねじれ縦壁部
８７ フランジ部
９１ 凹状湾曲相当部位
９３ 直線相当部位
１０１ 中間成形品
１０３ 天板相当部
１０５ 縦壁相当部
１０５ａ ねじれ縦壁部
１０７ フランジ相当部
１１１ 凹状湾曲相当部位
１１３ 直線相当部位
１２１ プレス成形品
１２３ 天板部
１２５ 縦壁部
１２７ フランジ部
１３１ 凹状湾曲部位
１３３ 直線部位
１４１ プレス成形品
１４３ 天板部
１４５ 縦壁部
１４７ フランジ部
１５１ 凹状湾曲部位
１５３ 直線部位
２０１ ブランク
２０１ａ 部位
２０３ 中間成形品
２０３ａ 天板相当部
２０５ プレス成形品
２１１ ダイ
２１３ パンチ
２１５ パッド
２２１ ダイ
２２３ パンチ

Claims (2)

1. 天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有する断面ハット形状であり、前記天板部及び／又は前記フランジ部が側面視で長手方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲する凹状湾曲部位を有するプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、
   前記天板部に相当する天板相当部と、前記縦壁部に相当し、長手方向に沿ってねじれた形状のねじれ縦壁部を含む縦壁相当部と、が形成され、前記凹状湾曲部位に相当する凹状湾曲相当部位を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、
   該中間成形品を前記プレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を備え、
   前記第１成形工程におけるねじれ縦壁部は、前記天板相当部となす角度が、前記凹状湾曲相当部位の長手方向中央に比べて端部側が小さくなるようにねじれている、ことを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記第１成形工程におけるねじれ縦壁部は、下式で与えられるねじれ量Tが10°以上20°以下の範囲となるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
   T＝Δθ×（H／L）
   ただし、
   Δθ：角度差（＝θ₁−θ₂）
   θ₁：凹状湾曲相当部位の長手方向中央におけるねじれ縦壁部と天板相当部とのなす角度（°）
   θ₂：ねじれ縦壁部の長手方向端部におけるねじれ縦壁部と天板相当部とのなす角度（°）
   H：ねじれ縦壁部の縦壁高さ（mm）
   L：ねじれ縦壁部の長手方向長さ（mm）