JP4158028B2 - 金属板のプレス加工工具および加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工方法および加工工具に関する技術であり、特に成形体の形状凍結性を改善する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車車体重量の軽減を図るため、素材として従来材より板厚が薄い高張力鋼板とか、比重が小さいアルミニウム合金板などが使用されるようになった。これらの素材は、プレス加工によって様々な部品に成形されるが、従来材に比べて強度が大きいか、またはヤング率（縦弾性係数）が小さい性質を有するために、形状凍結性が劣り、目標形状を得難い場合がある。
【０００３】
例えば、図７（ａ）に示すような断面ハット形状の部品11をプレス加工によって得る場合には、図７（ｂ）に示す通り、目標とする二点鎖線の形状であるべきところ、プレス加工を受けた成形体を加工工具から取り出すと、実線に示すような形状を呈することがある。これがプレス加工における形状凍結不良である。
形状凍結不良は、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックと、壁部13での反りに起因して生じることが知られている。図７（ａ）、（ｂ）中、符号14はフランジ部であり、符号15は部品のダイ肩部である。
【０００４】
断面ハット形状の部品11を得るには、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ポンチ101 とダイス102 としわ押さえ103 を備えた加工工具を用い、金属板 104を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するのが一般的である。絞り曲げ加工は、ダイス102 としわ押さえ103 により金属板 104の幅方向両端部を押圧し、ポンチ101 を金属板 104の幅方向中央部に押し込んでダイス102 内に挿入することにより行われる。その際、金属板104 は、ダイスの肩部105 の入口で曲げ加工を、ダイス肩部105 の出口で曲げ戻し加工を受けながらダイス102 内に導入され、所定の高さまでポンチで押し込まれることにより成形がなされる。その結果、加工工具に拘束された状態で目標とする形状に成形される。プレス加工を受けた成形体の形状がそのまま凍結されれば問題はないが、実際には、曲げ、曲げ戻し加工により生じた曲げモーメントのために、プレス加工後の成形体を加工工具から取り外すと、曲げモーメントがゼロになるように弾性変形する。
【０００５】
このプレス加工により生じた曲げモーメントが形状凍結不良の原因であり、素材の強度が大きいほど曲げモーメントが大きく、また曲げモーメントによって生じる弾性変形量はヤング率が小さいほど大きく、さらに素材板厚が薄いほど弾性変形量が大きくなるから、曲げモーメントを小さくすることが形状凍結性を向上させるうえで重要である。
【０００６】
ところで、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックに関しては、プレス加工における成形ストロークの最終工程において、曲げ加工を受けた金属板１の凸面側の少なくともその一部に所定深さの凹部を付与することにより十分小さくできることが知られている（特許文献１）。
あるいは、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックがそれほど大きくない場合には、スプリングバック後に所定の断面ハット形状になるように予め断面ハット形状を得るためのポンチ等の加工工具に見込みを入れておくことによりほぼ解決できることも公知である。
【０００７】
一方、壁部の反りに関しては、その解消が難しく、特に高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合、断面ハット形状部品の寸法精度が悪化するという問題があった。
なお、壁部の反りを抑制する方法として、可動ダイを用いたプレス加工方法が知られている（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平8-174074号公報
【特許文献２】
特開平2000-271661 号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平2000-271661 号公報に記載のプレス加工方法は、ダイス内壁の異なる成形方向位置に二つの肩部を設け、その一方の肩部を可動ダイとする必要があるためにダイスの構造が複雑になる欠点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解消することにあり、ダイスの構造をシンプルにでき、高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも絞り曲げ加工により高精度な断面ハット形状部品を得ることができる加工工具および形状凍結性に優れた金属板のプレス加工方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
１． 金属板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するための、ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具であって、前記ポンチは、頭部から順にポンチ頭部と、突出部が頭部側に形成され前記突出部より幅の狭い側壁が基部側に形成されたポンチ胴部と、前記ポンチ頭部を支持するポンチ首部を有し、該ポンチ首部が成形高さ方向に摺動自在に該ポンチ胴部内に装着され、前記ポンチ頭部と前記ポンチ胴部の突出部の間隔が成形高さ方向に可変とされてなることを特徴とする加工工具。
２． 上記１．に記載の加工工具を用い、金属板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、前記金属板の幅方向両端部を前記ダイスとしわ押さえにより前記金属板の板厚方向に押圧し、ポンチ頭部とポンチ胴部の突出部とを接近させた状態で、前記ポンチを前記金属板の幅方向中央部に押し込んでダイス内に挿入し、前記ポンチによりダイス内に導入された金属板にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部とポンチ胴部の突出部の間隔を開き、ポンチ胴部の突出部によりオーバーラン後の金属板に逆曲げ加工を行うことを特徴とする金属板のプレス加工方法。
３． 前記金属板に逆曲げ加工を行うに際し、前記ポンチを、一旦、ポンチ頭部が成形高さの途中位置に到達するまで前記ダイス内に挿入し、次いで、ポンチ胴部の突出部を成形高さの途中位置に静止させたまま、ポンチ頭部を成形高さ位置に到達させることを特徴とする上記２．に記載の金属板のプレス加工方法。
４． 前記金属板に逆曲げ加工を行うに際し、前記ポンチを、一旦、ポンチ頭部が成形高さ位置に到達するまで前記ダイス内に挿入し、次いで、ポンチ頭部を成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部を前記ダイス内から引き出すことを特徴とする上記２．に記載の金属板のプレス加工方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について、図１〜３を用いて説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の成形過程を示す縦断面模式図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の要部を示す縦断面図である。また、図３は、本発明に用いて好適なポンチ１の概略縦断面図である。
【００１２】
先ず、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法に用いた加工工具について述べる。加工工具としては、図１および図３に示すようなポンチ１、ダイス２およびしわ押さえ３を用いることができる。
本発明に用いて好適なポンチ１は、図３に示すように、頭部から順に金属板４をハット頭部形状に成形するためのポンチ頭部１Ａと、突出部８より幅の狭い側壁７が基部側に形成されたポンチ胴部１Ｃと、ポンチ頭部１Ａを支持するポンチ首部１Ｂを有し、ポンチ首部１Ｂが成形高さ方向に摺動自在にポンチ胴部１Ｃ内に装着され、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部１Ｃの突出部８の間隔が成形高さ方向に可変とされてなる。
【００１３】
上述したポンチ１、ダイス２およびしわ押さえ３を用いた場合には、絞り曲げ加工時、ポンチ１をダイス２内に挿入することにより、図２（ａ）に示すようにポンチ胴部１Ｃの側壁７とダイス内壁間の隙間に金属板４のオーバーラン現象が生じると共に、図２（ｂ）に示すように、オーバーラン後の金属板４にポンチ胴部１Ｃの突出部８により逆曲げ加工を行うことができる。図２（ａ）、（ｂ）中、Ｇ1 はポンチ胴部の側壁７とダイスの内壁間のクリアランスを、Ｇ2 はポンチ胴部の突出部８とダイスの内壁間のクリアランスをそれぞれ示し、Ｇ1 ＞Ｇ2 の関係となっている。
【００１４】
ところで、図２（ａ）には金属板４のオーバーラン現象を示し、一方、図２（ｂ）には、オーバーラン後の金属板４をポンチ胴部の突出部８に接触させ、オーバーランにより生じた曲げ方向と反対方向に曲げ加工を行っている。すなわち逆曲げ加工を行っている状態を示した。ここでオーバーラン現象とは、金属板４の強度が高い場合等に発生する現象で、金属板４がダイス２の肩２Ａになじまず、金属板４の曲率半径がダイス２の肩半径よりも大きくなる現象である。このようなオーバーラン現象は、ダイス２の肩半径が小さく、押圧力が低い場合に顕著に生じる。
【００１５】
またここで、図１（ａ）〜（ｃ）では、ダイス２が図示しないプレス装置の上部に昇降可能に設置され、一方、ポンチ胴部１Ｃの基部側がプレス装置の下部に固定されている。ダイス２としわ押さえ３は、金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、金属板４の幅方向両端部を金属板４の板厚方向に押圧しつつ、ダイス２の下降に伴って、しわ押さえ３が下降する。その際、しわ押さえ３は、ロッド３Ａを介して図示しない油圧シリンダーに接続され、押圧力を付与可能とされている。押圧力は、油圧シリンダー内の油圧の圧力を調整する圧力調整弁により、割れやしわ等の成形不良を発生することなく絞り曲げ加工により金属板４を断面ハット形状に成形できる適宜な値に設定することができる。ポンチ頭部１Ａを支持するポンチ首部１Ｂは、プレス装置に設置された状態で金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際してポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態からポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔αを開くことができる。
【００１６】
次いで、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
但し、図１（ａ）、（ｂ）中、矢印５はダイス２の移動方向を示し、矢印６は、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔を変える際の、ポンチ頭部１Ａを支持するポンチ首部１Ｂの移動方向を示す。また、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ｃ）の要部縦断面図であり、図２（ａ）には、ポンチ胴部１Ｃの側壁７とダイス内壁間の隙間に生じた金属板４のオーバーラン現象を示し、一方、図２（ｂ）には、オーバーラン後の金属板４がポンチ胴部１Ｃの突出部８によりダイス肩部とは逆方向の曲げ加工、すなわち逆曲げ加工を受けている状態を示した。
【００１７】
本発明の実施の形態に係るプレス加工方法は、金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接近させた状態で、ポンチ１を金属板４の幅方向中央部に押し込んでダイス２内に挿入し、ポンチ１によりダイス２内に導入された金属板４にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔αを開き、ポンチ胴部の突出部８によりオーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行う。
【００１８】
金属板４の幅方向両端部を押圧する理由は、金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧しない場合には、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で共にダイス２内に挿入するに際し、金属板４がダイス２の肩部により曲げ加工を受け、金属板４の幅方向両端部がダイフェース面から離れてしまうために部品のフランジ部となる部分を成形することができないからである。そこで、金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するために、金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧する。
【００１９】
押圧力は、過大となると、金属板４にオーバーラン現象が生じないだけでなく、金属板４に割れが発生してしまうので、予め実験等により押圧力を決めておくのが望ましい。なお、ダイフェース面とは、金属板４を挟んでしわ押さえ３と対向するダイス２の面である。
また、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接近させた状態でポンチ１をダイス２内に挿入する理由は、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とが離隔した状態でポンチ１をダイス２内に挿入した場合、オーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行うための成形高さ方向範囲が狭くなり、逆曲げ加工を施せない壁部がひろくなるためである。従って、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接触させ、その状態でポンチ１をダイス２内に挿入するのがオーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行うための成形高さ方向範囲をより広くすることができ、壁反り発生を少なくできるので望ましい。
【００２０】
なお、オーバーラン後の金属板４に接触して逆曲げ加工を行っているポンチ胴部の突出部８の面は、図２（ｂ）に示すように、突出部８の最大幅部位置より基部側であり、この面は曲面とするのが部品の内面に引っ掻き疵を発生させないので好ましい。
このように、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、ポンチ１を金属板４の幅方向中央部に押し込んでダイス２内に挿入し、ポンチ１によりダイス２内に導入された金属板４にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔αを開き、ポンチ胴部の突出部８によりオーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行っているので、金属板４の残留応力の分布が緩和されるという作用により、図８に示すような従来のプレス成形方法に比べて、得られる金属板部品の壁部での反りを小さくすることができる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、適切な押圧力で金属板４の幅方向両端部を金属板の板厚方向に押圧しつつ、絞り曲げ加工により断面ハット形状にするに際し、逆曲げという作用を効果的に発揮させ、得られる金属板部品の壁部での反りをより小さくするには、ポンチ胴部の突出部８とダイス内壁間のクリアランスＧ2 は板厚の1.1 〜1.2 倍程度とするのが好ましい。但し、ポンチ胴部の側壁７とダイスの内壁間のクリアランスＧ1 および押圧力の適正値は、部品形状や用いる金属板素材の板厚、材質、およびプレス加工条件等に応じた予備実験等を行って決定することが好ましい。
【００２２】
上述した本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、金属板４に逆曲げ加工を行うに際し、ポンチ１を、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で一旦、ポンチ頭部１Ａが成形高さの途中位置に到達するまでダイス２内に挿入し、次いで、ポンチ胴部の突出部８を成形高さの途中位置に静止させたまま、ポンチ頭部１Ａを成形高さ位置に到達させることがプレス装置の動作を簡単にできるので好ましい。この場合、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態でポンチ１をダイス２内に挿入し、ポンチ胴部の突出部８を静止させる位置は、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））を０〜５とすることが好ましい。
【００２３】
この理由は、下記〔実施例２〕の結果からわかるように、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径 （mm））を０未満とした場合、金属板４に適切な逆曲げ加工を施すことができず、得られる金属板部品の壁部の反りを十分小さくすることができない。一方、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））を５超えとした場合、ポンチ胴部の突出部８での逆曲げ半径が大きくなりすぎ、十分な逆曲げ効果が得られず、また逆曲げ加工を施す範囲である図１（ｃ）におけるαが過小となるからである。
【００２４】
但し、上述したプレス装置では、図１（ｃ）に示す成形過程で絞り曲げ加工が終了し、続いてダイス２を上昇させて、絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形された金属板４の成形体を加工工具から取り出して金属板部品とする。その後、ポンチ首部１Ｂを下降させることにより、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接触させ、一回のプレス加工が完了する。
【００２５】
次のプレス加工を行うには、図１（ａ）に示すように金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接近させた状態で絞り曲げ加工を開始する。
あるいは、上述した本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、金属板４に逆曲げ加工行うに際し、ポンチ１を、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で一旦、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでダイス２内に挿入し、次いで、ポンチ頭部１Ａを成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部８をダイス２内から引き出すようにするのも、プレス装置の動作を簡単にできるので好ましい。
【００２６】
この場合には、オーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を施す範囲を最大とすることができる。ここで、ポンチ１を、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で一旦、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでダイス２内に挿入し、次いで、ポンチ頭部１Ａを成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部８をダイス２内から引き出すようにするには、図１に示したプレス装置ではプレス装置の動作が煩雑となるため、図１におけてポンチ首部113 を装置に固定し、ポンチ胴部１Ｃを昇降できる機構としたプレス装置により行うことができる。
【００２７】
【実施例】
〔実施例１〕 図１、図３に示すポンチ１とダイス２としわ押さえ３を備えた加工工具を用い、金属板４を絞り曲げ加工により成形高さが70mmの断面ハット形状に成形した。その際、ポンチ頭部１Ａの厚み、すなわちポンチ頭部１Ａの頂面から首側の面までの成形高さ方向距離を10mmとし、ポンチ頭部１Ａの肩半径を５mmとした。ポンチ頭部１Ａの最大幅およびポンチ胴部１Ｃの最大幅は共に50mmとし、ポンチ胴部１Ｃの突出部８には、曲率半径が５mmの曲面を基部側に形成した。また、ポンチ胴部１Ｃの突出部８の厚みは10mmとした。また、ダイス２としては、ダイス肩半径を５mm、ダイスの内壁面間の間隔をポンチ頭部１Ａの最大幅およびポンチ胴部１Ｃの最大幅に対して、ポンチ１とダイス２との隙間が供試材板厚の1.1 〜1.2 倍としたものを用いた。ダイス２の内壁は、ストレートに形成し、ポンチ１、ダイス２およびしわ押さえ３は鋼製とした。
【００２８】
金属板４素材としては、引張強さが270MPa、590MPa、980MPaで、板厚が1.2 mmの鋼板と、板厚が1.2 mmの5000系のアルミニウム合金板（ヤング率：69GPa ＝7000kgf/mm2 ）の４種類を用い、絞り曲げ加工を、金属板の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接触させた状態で（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／ダイス肩半径（mm））が２となる位置にまでポンチ１をダイス２内に挿入し、その位置にポンチ胴部の突出部８を静止させ、その後、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでポンチ頭部１Ａのみをダイス２内に挿入することにより行い、発明例１とした。但し、発明例１における絞り曲げ加工では、押圧力を12000 kNとした。
【００２９】
得られた断面ハット形状金属板部品の寸法精度を調べ、その結果を従来例の場合と比較して図４に示した。
従来例１としては、図８に示した加工工具を用い、発明例と同じ金属板素材を用い、成形高さを70mmとしてプレス加工を行った。なお、ポンチの幅を50mm、ポンチ肩半径を５mmとした。また、ダイスとしては、ポンチとダイスとの隙間が供試材板厚の1.1 倍とし、ダイスの肩部半径を５mmとした。ダイスの内壁はストレートに形成し、ポンチ、ダイス、しわ押さえの材質は発明例１と同じとした。絞り曲げ加工での押圧力は12000 kNとした。
【００３０】
ここで、金属板部品の寸法精度は、工具から図７（ｂ）に示す成形体を取り出した後、部品のダイ肩部の壁部側の終点、すなわち部品のダイ肩部の壁部側の曲げ留り部の内側間隔：Ｌ（mm）を測定し、寸法誤差（mm）＝（内側間隔測定値Ｌ（mm））−（ポンチ幅（50mm））として寸法誤差（口開き量）を求めた。
図４に示す寸法誤差の結果から、従来例Ｌの場合には寸法誤差が大きく、一方、発明例１の場合には、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも従来例１より金属板部品の寸法精度が良好であることがわかる。
〔実施例２〕 上記実施例１に用いた加工工具を用い、引張強さが590MPaで板厚が1.2 mmの鋼板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形した。
【００３１】
その際、絞り曲げ加工を、金属板の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接触させた状態で（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））が図５に示す位置になるようにポンチ１をダイス２内に挿入し、その位置にポンチ胴部の突出部８を静止させ、その後、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでポンチ頭部１Ａのみをダイス２内に挿入することにより行い、発明例２とした。なお、発明例２における押圧力は、実施例１と同じとした。また、金属板部品の寸法精度は、成形体を加工工具から取り出し、実施例１と同様にして測定した。
【００３２】
（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））と金属板部品の寸法精度の関係を図５に示した。
図５に示す金属板部品の寸法精度から発明例２の場合には、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））が０〜５の範囲ではその範囲を外れた場合より格段と金属板部品の寸法精度が良好となる。
【００３３】
また、図５に示す結果から、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））＝７とした場合は、図４に示す引張強さが590MPaで板厚が1.2 mmの鋼板を成形した従来例１の場合と大差がなく、本発明の効果が小さくなってしまうため、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））は０〜５の範囲とすることが好ましい。
〔実施例３〕 上記実施例１に用いた加工工具を用い、実施例１と同様な金属板素材を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形した。その際、絞り曲げ加工を、金属板の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接触させた状態でポンチ１をポンチ頭部が成形高さ位置に到達するまでダイス内に挿入し、その後、ポンチ頭部を成形高さ位置に位置させたまま、ポンチ胴部を降下させポンチ胴部の突出部８をダイス内より引き出すことにより逆曲げ加工を行い発明例３とした。
【００３４】
発明例３により得られた金属板部品の寸法精度を実施例１と同様に測定し、その結果を図６に示した。従来例２は、上述した実施例１における従来例２を再掲した。
図６に示す寸法誤差の結果から、発明例３の場合には、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも従来例１より金属板部品の寸法精度が良好であることがわかる。また、図６に示す発明例３の寸法誤差と、図４に示す発明例１の寸法誤差とを比較することにより、発明例３のプレス成形方法によれば、発明例１の場合より金属板部品の寸法精度をより良好にできることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイスの構造をシンプルにでき、高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも壁部の反りを小さくすることができ、絞り曲げ加工により高精度な断面ハット形状部品を得ることができる。この結果、高寸法精度でかつ高剛性のハット形状部品を得ることができ、この部品を自動車の構造部材として使用することにより構造部材の組み立てが容易に行え、耐衝突性能に優れた自動車とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るプレス加工方法の成形過程を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るプレス加工方法の要部を示す縦断面図である。
【図３】図３は、本発明に用いて好適なポンチの概略縦断面図である。
【図４】図４は、本発明のプレス加工方法により成形した金属板部品の寸法精度を従来例と比較して示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のプレス加工方法における好適範囲を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のプレス加工方法により成形した金属板部品の寸法精度を従来例と比較して示す他のグラフである。
【図７】図７は、ハット状金属板部品の一例を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、従来のプレス加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１ ポンチ
１Ａ ポンチ頭部
１Ｂ ポンチ首部
１Ｃ ポンチ胴部
２ ダイス
３ しわ押さえ
４ 金属板
５ ダイス２の移動方向を示す矢印
６ ポンチ首部１Ｂの移動方向を示す矢印
７ ポンチ胴部の側壁
８ ポンチ胴部の突出部
α ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔
Ｇ1 ポンチ胴部の側壁７とダイスの内壁間のクリアランス
Ｇ2 ポンチ胴部の突出部８とダイスの内壁間のクリアランス
11 ハット形状金属板部品
12 ハット頭部
13 壁部
14 フランジ部
15 ダイ肩部
１０１ ポンチ
１０２ ダイス
１０３ しわ押さえ
１０４ 金属板
１０５ ダイスの肩部
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工方法および加工工具に関する技術であり、特に成形体の形状凍結性を改善する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車車体重量の軽減を図るため、素材として従来材より板厚が薄い高張力鋼板とか、比重が小さいアルミニウム合金板などが使用されるようになった。これらの素材は、プレス加工によって様々な部品に成形されるが、従来材に比べて強度が大きいか、またはヤング率（縦弾性係数）が小さい性質を有するために、形状凍結性が劣り、目標形状を得難い場合がある。
【０００３】
例えば、図７（ａ）に示すような断面ハット形状の部品11をプレス加工によって得る場合には、図７（ｂ）に示す通り、目標とする二点鎖線の形状であるべきところ、プレス加工を受けた成形体を加工工具から取り出すと、実線に示すような形状を呈することがある。これがプレス加工における形状凍結不良である。
形状凍結不良は、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックと、壁部13での反りに起因して生じることが知られている。図７（ａ）、（ｂ）中、符号14はフランジ部であり、符号15は部品のダイ肩部である。
【０００４】
断面ハット形状の部品11を得るには、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ポンチ101 とダイス102 としわ押さえ103 を備えた加工工具を用い、金属板 104を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するのが一般的である。絞り曲げ加工は、ダイス102 としわ押さえ103 により金属板 104の幅方向両端部を押圧し、ポンチ101 を金属板 104の幅方向中央部に押し込んでダイス102 内に挿入することにより行われる。その際、金属板104 は、ダイスの肩部105 の入口で曲げ加工を、ダイス肩部105 の出口で曲げ戻し加工を受けながらダイス102 内に導入され、所定の高さまでポンチで押し込まれることにより成形がなされる。その結果、加工工具に拘束された状態で目標とする形状に成形される。プレス加工を受けた成形体の形状がそのまま凍結されれば問題はないが、実際には、曲げ、曲げ戻し加工により生じた曲げモーメントのために、プレス加工後の成形体を加工工具から取り外すと、曲げモーメントがゼロになるように弾性変形する。
【０００５】
このプレス加工により生じた曲げモーメントが形状凍結不良の原因であり、素材の強度が大きいほど曲げモーメントが大きく、また曲げモーメントによって生じる弾性変形量はヤング率が小さいほど大きく、さらに素材板厚が薄いほど弾性変形量が大きくなるから、曲げモーメントを小さくすることが形状凍結性を向上させるうえで重要である。
【０００６】
ところで、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックに関しては、プレス加工における成形ストロークの最終工程において、曲げ加工を受けた金属板１の凸面側の少なくともその一部に所定深さの凹部を付与することにより十分小さくできることが知られている（特許文献１）。
あるいは、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックがそれほど大きくない場合には、スプリングバック後に所定の断面ハット形状になるように予め断面ハット形状を得るためのポンチ等の加工工具に見込みを入れておくことによりほぼ解決できることも公知である。
【０００７】
一方、壁部の反りに関しては、その解消が難しく、特に高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合、断面ハット形状部品の寸法精度が悪化するという問題があった。
なお、壁部の反りを抑制する方法として、可動ダイを用いたプレス加工方法が知られている（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平8-174074号公報
【特許文献２】
特開平2000-271661 号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平2000-271661 号公報に記載のプレス加工方法は、ダイス内壁の異なる成形方向位置に二つの肩部を設け、その一方の肩部を可動ダイとする必要があるためにダイスの構造が複雑になる欠点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解消することにあり、ダイスの構造をシンプルにでき、高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも絞り曲げ加工により高精度な断面ハット形状部品を得ることができる加工工具および形状凍結性に優れた金属板のプレス加工方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
１． 金属板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するための、ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具であって、前記ポンチは、頭部から順にポンチ頭部と、突出部が頭部側に形成され前記突出部より幅の狭い側壁が基部側に形成されたポンチ胴部と、前記ポンチ頭部を支持するポンチ首部を有し、該ポンチ首部が成形高さ方向に摺動自在に該ポンチ胴部内に装着され、前記ポンチ頭部と前記ポンチ胴部の突出部の間隔が成形高さ方向に可変とされてなることを特徴とする加工工具。
２． 上記１．に記載の加工工具を用い、金属板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、前記金属板の幅方向両端部を前記ダイスとしわ押さえにより前記金属板の板厚方向に押圧し、ポンチ頭部とポンチ胴部の突出部とを接近させた状態で、前記ポンチを前記金属板の幅方向中央部に押し込んでダイス内に挿入し、前記ポンチによりダイス内に導入された金属板にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部とポンチ胴部の突出部の間隔を開き、ポンチ胴部の突出部によりオーバーラン後の金属板に逆曲げ加工を行うことを特徴とする金属板のプレス加工方法。
３． 前記金属板に逆曲げ加工を行うに際し、前記ポンチを、一旦、ポンチ頭部が成形高さの途中位置に到達するまで前記ダイス内に挿入し、次いで、ポンチ胴部の突出部を成形高さの途中位置に静止させたまま、ポンチ頭部を成形高さ位置に到達させることを特徴とする上記２．に記載の金属板のプレス加工方法。
４． 前記金属板に逆曲げ加工を行うに際し、前記ポンチを、一旦、ポンチ頭部が成形高さ位置に到達するまで前記ダイス内に挿入し、次いで、ポンチ頭部を成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部を前記ダイス内から引き出すことを特徴とする上記２．に記載の金属板のプレス加工方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について、図１〜３を用いて説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の成形過程を示す縦断面模式図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法の要部を示す縦断面図である。また、図３は、本発明に用いて好適なポンチ１の概略縦断面図である。
【００１２】
先ず、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法に用いた加工工具について述べる。加工工具としては、図１および図３に示すようなポンチ１、ダイス２およびしわ押さえ３を用いることができる。
本発明に用いて好適なポンチ１は、図３に示すように、頭部から順に金属板４をハット頭部形状に成形するためのポンチ頭部１Ａと、突出部８より幅の狭い側壁７が基部側に形成されたポンチ胴部１Ｃと、ポンチ頭部１Ａを支持するポンチ首部１Ｂを有し、ポンチ首部１Ｂが成形高さ方向に摺動自在にポンチ胴部１Ｃ内に装着され、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部１Ｃの突出部８の間隔が成形高さ方向に可変とされてなる。
【００１３】
上述したポンチ１、ダイス２およびしわ押さえ３を用いた場合には、絞り曲げ加工時、ポンチ１をダイス２内に挿入することにより、図２（ａ）に示すようにポンチ胴部１Ｃの側壁７とダイス内壁間の隙間に金属板４のオーバーラン現象が生じると共に、図２（ｂ）に示すように、オーバーラン後の金属板４にポンチ胴部１Ｃの突出部８により逆曲げ加工を行うことができる。図２（ａ）、（ｂ）中、Ｇ1 はポンチ胴部の側壁７とダイスの内壁間のクリアランスを、Ｇ2 はポンチ胴部の突出部８とダイスの内壁間のクリアランスをそれぞれ示し、Ｇ1 ＞Ｇ2 の関係となっている。
【００１４】
ところで、図２（ａ）には金属板４のオーバーラン現象を示し、一方、図２（ｂ）には、オーバーラン後の金属板４をポンチ胴部の突出部８に接触させ、オーバーランにより生じた曲げ方向と反対方向に曲げ加工を行っている。すなわち逆曲げ加工を行っている状態を示した。ここでオーバーラン現象とは、金属板４の強度が高い場合等に発生する現象で、金属板４がダイス２の肩２Ａになじまず、金属板４の曲率半径がダイス２の肩半径よりも大きくなる現象である。このようなオーバーラン現象は、ダイス２の肩半径が小さく、押圧力が低い場合に顕著に生じる。
【００１５】
またここで、図１（ａ）〜（ｃ）では、ダイス２が図示しないプレス装置の上部に昇降可能に設置され、一方、ポンチ胴部１Ｃの基部側がプレス装置の下部に固定されている。ダイス２としわ押さえ３は、金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、金属板４の幅方向両端部を金属板４の板厚方向に押圧しつつ、ダイス２の下降に伴って、しわ押さえ３が下降する。その際、しわ押さえ３は、ロッド３Ａを介して図示しない油圧シリンダーに接続され、押圧力を付与可能とされている。押圧力は、油圧シリンダー内の油圧の圧力を調整する圧力調整弁により、割れやしわ等の成形不良を発生することなく絞り曲げ加工により金属板４を断面ハット形状に成形できる適宜な値に設定することができる。ポンチ頭部１Ａを支持するポンチ首部１Ｂは、プレス装置に設置された状態で金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際してポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態からポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔αを開くことができる。
【００１６】
次いで、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
但し、図１（ａ）、（ｂ）中、矢印５はダイス２の移動方向を示し、矢印６は、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔を変える際の、ポンチ頭部１Ａを支持するポンチ首部１Ｂの移動方向を示す。また、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ｃ）の要部縦断面図であり、図２（ａ）には、ポンチ胴部１Ｃの側壁７とダイス内壁間の隙間に生じた金属板４のオーバーラン現象を示し、一方、図２（ｂ）には、オーバーラン後の金属板４がポンチ胴部１Ｃの突出部８によりダイス肩部とは逆方向の曲げ加工、すなわち逆曲げ加工を受けている状態を示した。
【００１７】
本発明の実施の形態に係るプレス加工方法は、金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接近させた状態で、ポンチ１を金属板４の幅方向中央部に押し込んでダイス２内に挿入し、ポンチ１によりダイス２内に導入された金属板４にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔αを開き、ポンチ胴部の突出部８によりオーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行う。
【００１８】
金属板４の幅方向両端部を押圧する理由は、金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧しない場合には、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で共にダイス２内に挿入するに際し、金属板４がダイス２の肩部により曲げ加工を受け、金属板４の幅方向両端部がダイフェース面から離れてしまうために部品のフランジ部となる部分を成形することができないからである。そこで、金属板４を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するために、金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧する。
【００１９】
押圧力は、過大となると、金属板４にオーバーラン現象が生じないだけでなく、金属板４に割れが発生してしまうので、予め実験等により押圧力を決めておくのが望ましい。なお、ダイフェース面とは、金属板４を挟んでしわ押さえ３と対向するダイス２の面である。
また、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接近させた状態でポンチ１をダイス２内に挿入する理由は、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とが離隔した状態でポンチ１をダイス２内に挿入した場合、オーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行うための成形高さ方向範囲が狭くなり、逆曲げ加工を施せない壁部がひろくなるためである。従って、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接触させ、その状態でポンチ１をダイス２内に挿入するのがオーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行うための成形高さ方向範囲をより広くすることができ、壁反り発生を少なくできるので望ましい。
【００２０】
なお、オーバーラン後の金属板４に接触して逆曲げ加工を行っているポンチ胴部の突出部８の面は、図２（ｂ）に示すように、突出部８の最大幅部位置より基部側であり、この面は曲面とするのが部品の内面に引っ掻き疵を発生させないので好ましい。
このように、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、ポンチ１を金属板４の幅方向中央部に押し込んでダイス２内に挿入し、ポンチ１によりダイス２内に導入された金属板４にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔αを開き、ポンチ胴部の突出部８によりオーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を行っているので、金属板４の残留応力の分布が緩和されるという作用により、図８に示すような従来のプレス成形方法に比べて、得られる金属板部品の壁部での反りを小さくすることができる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、適切な押圧力で金属板４の幅方向両端部を金属板の板厚方向に押圧しつつ、絞り曲げ加工により断面ハット形状にするに際し、逆曲げという作用を効果的に発揮させ、得られる金属板部品の壁部での反りをより小さくするには、ポンチ胴部の突出部８とダイス内壁間のクリアランスＧ2 は板厚の1.1 〜1.2 倍程度とするのが好ましい。但し、ポンチ胴部の側壁７とダイスの内壁間のクリアランスＧ1 および押圧力の適正値は、部品形状や用いる金属板素材の板厚、材質、およびプレス加工条件等に応じた予備実験等を行って決定することが好ましい。
【００２２】
上述した本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、金属板４に逆曲げ加工を行うに際し、ポンチ１を、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で一旦、ポンチ頭部１Ａが成形高さの途中位置に到達するまでダイス２内に挿入し、次いで、ポンチ胴部の突出部８を成形高さの途中位置に静止させたまま、ポンチ頭部１Ａを成形高さ位置に到達させることがプレス装置の動作を簡単にできるので好ましい。この場合、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態でポンチ１をダイス２内に挿入し、ポンチ胴部の突出部８を静止させる位置は、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））を０〜５とすることが好ましい。
【００２３】
この理由は、下記〔実施例２〕の結果からわかるように、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径 （mm））を０未満とした場合、金属板４に適切な逆曲げ加工を施すことができず、得られる金属板部品の壁部の反りを十分小さくすることができない。一方、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））を５超えとした場合、ポンチ胴部の突出部８での逆曲げ半径が大きくなりすぎ、十分な逆曲げ効果が得られず、また逆曲げ加工を施す範囲である図１（ｃ）におけるαが過小となるからである。
【００２４】
但し、上述したプレス装置では、図１（ｃ）に示す成形過程で絞り曲げ加工が終了し、続いてダイス２を上昇させて、絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形された金属板４の成形体を加工工具から取り出して金属板部品とする。その後、ポンチ首部１Ｂを下降させることにより、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８とを接触させ、一回のプレス加工が完了する。
【００２５】
次のプレス加工を行うには、図１（ａ）に示すように金属板４の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接近させた状態で絞り曲げ加工を開始する。
あるいは、上述した本発明の実施の形態に係るプレス加工方法においては、金属板４に逆曲げ加工行うに際し、ポンチ１を、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で一旦、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでダイス２内に挿入し、次いで、ポンチ頭部１Ａを成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部８をダイス２内から引き出すようにするのも、プレス装置の動作を簡単にできるので好ましい。
【００２６】
この場合には、オーバーラン後の金属板４に逆曲げ加工を施す範囲を最大とすることができる。ここで、ポンチ１を、ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８を接近させた状態で一旦、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでダイス２内に挿入し、次いで、ポンチ頭部１Ａを成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部８をダイス２内から引き出すようにするには、図１に示したプレス装置ではプレス装置の動作が煩雑となるため、図１におけてポンチ首部113 を装置に固定し、ポンチ胴部１Ｃを昇降できる機構としたプレス装置により行うことができる。
【００２７】
【実施例】
〔実施例１〕 図１、図３に示すポンチ１とダイス２としわ押さえ３を備えた加工工具を用い、金属板４を絞り曲げ加工により成形高さが70mmの断面ハット形状に成形した。その際、ポンチ頭部１Ａの厚み、すなわちポンチ頭部１Ａの頂面から首側の面までの成形高さ方向距離を10mmとし、ポンチ頭部１Ａの肩半径を５mmとした。ポンチ頭部１Ａの最大幅およびポンチ胴部１Ｃの最大幅は共に50mmとし、ポンチ胴部１Ｃの突出部８には、曲率半径が５mmの曲面を基部側に形成した。また、ポンチ胴部１Ｃの突出部８の厚みは10mmとした。また、ダイス２としては、ダイス肩半径を５mm、ダイスの内壁面間の間隔をポンチ頭部１Ａの最大幅およびポンチ胴部１Ｃの最大幅に対して、ポンチ１とダイス２との隙間が供試材板厚の1.1 〜1.2 倍としたものを用いた。ダイス２の内壁は、ストレートに形成し、ポンチ１、ダイス２およびしわ押さえ３は鋼製とした。
【００２８】
金属板４素材としては、引張強さが270MPa、590MPa、980MPaで、板厚が1.2 mmの鋼板と、板厚が1.2 mmの5000系のアルミニウム合金板（ヤング率：69GPa ＝7000kgf/mm2 ）の４種類を用い、絞り曲げ加工を、金属板の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接触させた状態で（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／ダイス肩半径（mm））が２となる位置にまでポンチ１をダイス２内に挿入し、その位置にポンチ胴部の突出部８を静止させ、その後、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでポンチ頭部１Ａのみをダイス２内に挿入することにより行い、発明例１とした。但し、発明例１における絞り曲げ加工では、押圧力を12000 kNとした。
【００２９】
得られた断面ハット形状金属板部品の寸法精度を調べ、その結果を従来例の場合と比較して図４に示した。
従来例１としては、図８に示した加工工具を用い、発明例と同じ金属板素材を用い、成形高さを70mmとしてプレス加工を行った。なお、ポンチの幅を50mm、ポンチ肩半径を５mmとした。また、ダイスとしては、ポンチとダイスとの隙間が供試材板厚の1.1 倍とし、ダイスの肩部半径を５mmとした。ダイスの内壁はストレートに形成し、ポンチ、ダイス、しわ押さえの材質は発明例１と同じとした。絞り曲げ加工での押圧力は12000 kNとした。
【００３０】
ここで、金属板部品の寸法精度は、工具から図７（ｂ）に示す成形体を取り出した後、部品のダイ肩部の壁部側の終点、すなわち部品のダイ肩部の壁部側の曲げ留り部の内側間隔：Ｌ（mm）を測定し、寸法誤差（mm）＝（内側間隔測定値Ｌ（mm））−（ポンチ幅（50mm））として寸法誤差（口開き量）を求めた。
図４に示す寸法誤差の結果から、従来例Ｌの場合には寸法誤差が大きく、一方、発明例１の場合には、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも従来例１より金属板部品の寸法精度が良好であることがわかる。
〔実施例２〕 上記実施例１に用いた加工工具を用い、引張強さが590MPaで板厚が1.2 mmの鋼板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形した。
【００３１】
その際、絞り曲げ加工を、金属板の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接触させた状態で（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））が図５に示す位置になるようにポンチ１をダイス２内に挿入し、その位置にポンチ胴部の突出部８を静止させ、その後、ポンチ頭部１Ａが成形高さ位置に到達するまでポンチ頭部１Ａのみをダイス２内に挿入することにより行い、発明例２とした。なお、発明例２における押圧力は、実施例１と同じとした。また、金属板部品の寸法精度は、成形体を加工工具から取り出し、実施例１と同様にして測定した。
【００３２】
（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））と金属板部品の寸法精度の関係を図５に示した。
図５に示す金属板部品の寸法精度から発明例２の場合には、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））が０〜５の範囲ではその範囲を外れた場合より格段と金属板部品の寸法精度が良好となる。
【００３３】
また、図５に示す結果から、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイスフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））＝７とした場合は、図４に示す引張強さが590MPaで板厚が1.2 mmの鋼板を成形した従来例１の場合と大差がなく、本発明の効果が小さくなってしまうため、（ポンチ胴部の突出部８の最大幅箇所からダイフェース面までの距離（mm））／（ダイス肩半径（mm））は０〜５の範囲とすることが好ましい。
〔実施例３〕 上記実施例１に用いた加工工具を用い、実施例１と同様な金属板素材を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形した。その際、絞り曲げ加工を、金属板の幅方向両端部をダイス２としわ押さえ３により押圧すると共にポンチ頭部とポンチ胴部の突出部８とを接触させた状態でポンチ１をポンチ頭部が成形高さ位置に到達するまでダイス内に挿入し、その後、ポンチ頭部を成形高さ位置に位置させたまま、ポンチ胴部を降下させポンチ胴部の突出部８をダイス内より引き出すことにより逆曲げ加工を行い発明例３とした。
【００３４】
発明例３により得られた金属板部品の寸法精度を実施例１と同様に測定し、その結果を図６に示した。従来例２は、上述した実施例１における従来例２を再掲した。
図６に示す寸法誤差の結果から、発明例３の場合には、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも従来例１より金属板部品の寸法精度が良好であることがわかる。また、図６に示す発明例３の寸法誤差と、図４に示す発明例１の寸法誤差とを比較することにより、発明例３のプレス成形方法によれば、発明例１の場合より金属板部品の寸法精度をより良好にできることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイスの構造をシンプルにでき、高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも壁部の反りを小さくすることができ、絞り曲げ加工により高精度な断面ハット形状部品を得ることができる。この結果、高寸法精度でかつ高剛性のハット形状部品を得ることができ、この部品を自動車の構造部材として使用することにより構造部材の組み立てが容易に行え、耐衝突性能に優れた自動車とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るプレス加工方法の成形過程を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るプレス加工方法の要部を示す縦断面図である。
【図３】図３は、本発明に用いて好適なポンチの概略縦断面図である。
【図４】図４は、本発明のプレス加工方法により成形した金属板部品の寸法精度を従来例と比較して示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のプレス加工方法における好適範囲を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のプレス加工方法により成形した金属板部品の寸法精度を従来例と比較して示す他のグラフである。
【図７】図７は、ハット状金属板部品の一例を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、従来のプレス加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１ ポンチ
１Ａ ポンチ頭部
１Ｂ ポンチ首部
１Ｃ ポンチ胴部
２ ダイス
３ しわ押さえ
４ 金属板
５ ダイス２の移動方向を示す矢印
６ ポンチ首部１Ｂの移動方向を示す矢印
７ ポンチ胴部の側壁
８ ポンチ胴部の突出部
α ポンチ頭部１Ａとポンチ胴部の突出部８の間隔
Ｇ1 ポンチ胴部の側壁７とダイスの内壁間のクリアランス
Ｇ2 ポンチ胴部の突出部８とダイスの内壁間のクリアランス
11 ハット形状金属板部品
12 ハット頭部
13 壁部
14 フランジ部
15 ダイ肩部
１０１ ポンチ
１０２ ダイス
１０３ しわ押さえ
１０４ 金属板
１０５ ダイスの肩部
Claims (4)
- 金属板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するための、ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具であって、
前記ポンチは、頭部から順にポンチ頭部と、突出部が頭部側に形成され前記突出部より幅の狭い側壁が基部側に形成されたポンチ胴部と、前記ポンチ頭部を支持するポンチ首部を有し、該ポンチ首部が成形高さ方向に摺動自在に該ポンチ胴部内に装着され、前記ポンチ頭部と前記ポンチ胴部の突出部の間隔が成形高さ方向に可変とされてなることを特徴とする加工工具。 - 請求項１に記載の加工工具を用い、金属板を絞り曲げ加工により断面ハット形状に成形するに際し、前記金属板の幅方向両端部を前記ダイスとしわ押さえにより前記金属板の板厚方向に押圧し、ポンチ頭部とポンチ胴部の突出部とを接近させた状態で、前記ポンチを前記金属板の幅方向中央部に押し込んでダイス内に挿入し、前記ポンチによりダイス内に導入された金属板にオーバーラン現象を生じさせ、その後、ポンチ頭部とポンチ胴部の突出部の間隔を開き、ポンチ胴部の突出部によりオーバーラン後の金属板に逆曲げ加工を行うことを特徴とする金属板のプレス加工方法。
- 前記金属板に逆曲げ加工を行うに際し、前記ポンチを、一旦、ポンチ頭部が成形高さの途中位置に到達するまで前記ダイス内に挿入し、次いで、ポンチ胴部の突出部を成形高さの途中位置に静止させたまま、ポンチ頭部を成形高さ位置に到達させることを特徴とする請求項２に記載の金属板のプレス加工方法。
- 前記金属板に逆曲げ加工を行うに際し、前記ポンチを、一旦、ポンチ頭部が成形高さ位置に到達するまで前記ダイス内に挿入し、次いで、ポンチ頭部を成形高さ位置に静止させたまま、ポンチ胴部の突出部を前記ダイス内から引き出すことを特徴とする請求項２に記載の金属板のプレス加工方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003112347A JP4158028B2 (ja) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | 金属板のプレス加工工具および加工方法 |
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