JP4709659B2 - 形状凍結性に優れる多段プレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば図１に示すような高さ方向に湾曲したハット断面を有する金属製部材のプレス成形品において、通常では離型後に発生する成形高さ方向の変位を低減し、精度良い形状の製品を得るプレス成形方法に関するものである。

高さ方向に湾曲した形状を有するハット型断面の金属製部品をプレス成形により製造すると、図１に示すウェブ面１において長手方向への引張り応力が開放され、その結果として高さ方向へのスプリングバックを生じ寸法精度が悪化する。

従来の技術においては、スプリングバックする量を見込んで、あらかじめ金型形状を修正したり、特許文献１に開示されたように、断続的なエンボスをウェブ面の内側に設置し、これを曲げ成形と共に所定寸法に押圧加工することで所定の形状を得る方法が取られている。しかし、前者ではスプリングバック量の予測が困難であり、試行錯誤による方法のため、形状修正に費用と工数がかかる問題があった。後者においては、スプリングバック量に応じたリブの押圧加工が必要となる為、押圧加工量の調整の為の工数・費用がかかる上、断続的なエンボスの押圧加工後にも、リブあるいはリブ跡が製品形状として残る為、部品上使用が限定されるといった問題があった。また、部品形状が複雑な場合には、しわが発生する可能性があり、汎用的には適用できないといった問題がある。
特開昭５９−２２０２１５号公報

本発明は上述の問題に鑑み、金型形状の調整を行うことなく、且つ所定の部品形状のままで、精度良くコの字型又はハット型の断面で、高さ方向に湾曲した正規形状の金属製部材を得ることを可能とするものである。

係る課題を解決するため、本発明の要旨は以下のとおりである。

（１）コの字型又はハット型の断面で、側壁に挟まれた天井部面を上としたときの高さ方向に湾曲した形状を有する金属製部材を成形する方法であって、
第一成形工程で、該金属製部材の側壁に挟まれた天井部面内に、前記高さ方向に凸となるエンボスを形成し、その長手方向の線長が、最終製品の長手方向における線長よりも長くなるように、設けた中間品を成形し、
第二成形工程で、前記エンボスが無くなるように押圧しつつ、製品形状へ成形することを特徴とする、形状凍結性に優れた多段プレス成形方法。

（２） 第一成形工程で、製品の長手方向の線長をＬ［ｍ］、中間品の長手方向の線長をＬ’［ｍ］とした時に、１＜Ｌ’／Ｌ＜１．１の条件となるように中間品を成形することを特徴とする、前記（１）記載の形状凍結性に優れる多段プレス成形方法。

（３） エンボスが、中間品の長手方向に断続した複数の凸形状の突起からなることを特徴とする、前記（１）又は（２）記載の形状凍結性に優れる多段プレス成形方法。

（４） エンボスが、中間品の長手方向に連続した凸形状の突起からなることを特徴とする、前記（１）又は（２）記載の形状凍結性に優れる多段プレス成形方法。

本発明によれば、金型形状の調整を行うことなく、且つ所定の部品形状のままで、精度良くコの字型又はハット型の断面で、高さ方向に湾曲した正規形状の金属製部材を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

高さ方向（図のＺ方向）に湾曲したハット型等の断面を持つ金属製部品においては、金型で成形する際にウェブ面の長手方向（図のＸ方向）へ引張り応力が作用し、離型後に、この応力が開放されて、図２に示すように、正規の製品形状３（図１の点線２に対応する部分）に対し、点線で示す長手方向の形状４（図１の点線２に対応する部分）となるようなスプリングバックを発生させる。最終製品でのスプリングバックを無くすには、最終成形終了時点で当該部位（ウェブ面）における引張り応力が、金属製部品の形状剛性に対し、十分小さくなっていれば良い。ウェブ面の引張り応力を十分小さくする為には、第一成形工程において、引張り応力が作用する部位の長手方向の線長を、予め、最終製品よりも長く成形する。言い換えれば、第一成形工程によって成形される成形品（中間品）の長手方向における線長が、最終製品の長手方向における線長よりも長くなるように中間品を成形する。そして、次の工程において、最終製品の形状へと成形することで達成される。具体的には、第一成形工程において、製品形状に無いエンボスを設けた中間品を成形し、第二成形工程において、エンボスを押圧加工する方法が有効である。第二成形工程でエンボスが無くなるように押圧しつつ、製品形状に成形することにより、圧縮応力を付与しながら成形することができるので、第一成形工程で発生したウェブ面の引張り応力を十分小さくすることが可能になる。

成形された金属製部品（最終製品）は、自動車部品に代表されるように、通常、他部品と接合しながら使用される場合が多く、且つ、最終製品としての性能を踏まえた製品形状となっている場合が多い。このため、製品形状が変わると、他部品との干渉により最終製品の組立てが困難になったり、製品としての性能を劣化させる可能性があるので、第二成形工程で押圧加工する際には、エンボス形状を残さないようにする（前記（１）に係る発明）。

また、エンボスは、この長手方向の線長が製品形状の長手方向の線長よりも長くなるように設定すればよいが、一方で、線長が長すぎる場合には、第二成形工程におけるエンボスの押圧加工後に、エンボスが完全に伸ばされずにしわとなり、製品形状が変化してしまう。この為、製品の長手方向の線長Ｌ［ｍ］と中間品の長手方向の線長Ｌ’［ｍ］との比は、１＜Ｌ’／Ｌ＜１．１の範囲内に、好ましくは１＜Ｌ’／Ｌ＜１．０５、更に好ましくは１＜Ｌ’／Ｌ＜１．０２の範囲内に設定することが望ましい（前記（２）に係る発明）。

さらに、エンボス形状としては、図５に示すように断続的に複数のエンボス７を設けても構わないが（前記（３）に係る発明）、しわ発生の観点から図３に示すように連続的な凸状エンボス５を設けることが望ましい（前記（４）に係る発明）。

断続的に複数のエンボスを成形する場合、エンボスの高さ（図のＺ方向の長さ）はエンボス押圧後の平坦度を確保する点から１０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、隣り合うエンボス同士の間隔は先述記載の平坦度を確保する点から５ｍｍ以上とし、通常成形時に発生する湾曲部（ウェブ面）の引張り応力を均一に緩和する観点から５０ｍｍ以下とすることが好ましい。更に、最終製品の長手方向の線長をＬ（ｍ）とし、複数のエンボスを有する中間品の長手方向の線長をＬ’（ｍ）としたとき、（２）に係る発明と同様に、１＜Ｌ’／Ｌ＜１．１、好ましくは１＜Ｌ’／Ｌ＜１．０５、更に好ましくは１＜Ｌ’／Ｌ＜１．０２の範囲内に設定することが望ましい。

また、エンボス形状は凹状でも同様の効果は見込めるものの、Ｌ’及びＬが同じ場合にはエンボスの高さを高く設定する必要がある。そして、他の寸法精度への影響を考えると、形状変更のより少ない凸状エンボスにする必要がある。
以上

前記（４）に係る発明において、連続的なエンボスを設ける場合、エンボスの長手方向の線長は、湾曲部の引張り応力を均一に緩和する観点から、製品の湾曲部の線長に対して８０％以上とすることが好ましい。中間品の湾曲部全体（例えば、製品の湾曲部の線長に対して１００％）にエンボスを設けても本発明の効果が得られることは言うまでもない。また、エンボスの幅方向の線長は、先述と同じく湾曲部の引張り応力を均一に緩和する観点から、製品のウェブ面の幅方向（図のＹ方向）における線長に対して７０％以上とすることが好ましい。また、エンボス押圧時にウェブ面から製品縦壁（Ｘ−Ｚ平面内に位置する側壁であって、図１の側壁１０ｃに相当する部分）への材料流入による寸法精度悪化を抑制するために、長手方向での各位置における中間品の幅方向の線長は、製品形状の幅方向の線長に対して１１０％以下とすることが好ましい。

図１は、本発明において検討を実施した製品形状を示す。鋼板は、厚さ１．６ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼板を使用して、ハット型断面の高さ（製品１０のＺ方向における長さ）４０ｍｍ、天井部１０ａの幅（Ｙ方向の長さ）３０ｍｍ、製品１０の長手方向（Ｘ方向）における線長４００ｍｍ、フランジ１０ｂの幅２０ｍｍ、長手方向の曲率半径（図１に示す点線２の曲率半径）１０００ｍｍの鋼製部材（製品）を成形した。比較例である通常の１段成形においては、ウェブ面１に長手方向への引張り応力が発生し、これが長手反りの発生要因となる。また図１の点線部２に示す位置における製品の断面形状、及び比較例である１段成形方法で成形した後に得られる製品の断面形状を図２に示す。正規の製品形状３に対し、比較例の成形方法で得られた製品形状４は、長手方向の両端部において長手反りが２．９ｍｍ発生した（表１のＮｏ．１参照）。

図３は本発明により第一成形工程後に得られる中間品形状を示し、図４の実線部６は、図３に示す部材（中間品）の幅方向中心における長手方向の断面形状を示したものである。５はウェブ面上に設けられた長手方向に連続する凸状エンボスを示している。エンボスの両端は、中間品の両端部から４０ｍｍの位置にあり、エンボスの全長は３２０ｍｍ（中間品の長手方向の線長に対して８０％の長さ）、エンボスの幅は２６ｍｍ（製品の幅３０ｍｍに対して８７％の長さ）となるように設けた。ここで、第一成形工程では、上述した中間品が成形されるような金型が用いられる。このエンボスは、その次の第二成形工程においてエンボスが無くなるように（具体的には、エンボスの高さが０．２ｍｍ以下となるように）押圧加工され、第一成形工程でウェブ面に発生する引張り応力を消失あるいは緩和させるものである。ここで、第二成形工程では、製品形状に対応した形状の金型が用いられる。本発明では、第一成形工程用の金型と、第二成形工程用の金型とを用いて、段階的に成形工程を行うものである。

実験では、製品形状におけるウェブ面の長手方向における線長Ｌ［ｍ］に対して、第一成形工程後（中間品）のウェブ面における長手方向の線長Ｌ’［ｍ］を変化させて部品形状の比較を行った（表１参照）。製品の評価は、長手反り量及びウェブ面におけるしわの発生を評価項目として行った。表１に、実施例１の実験条件及び実験結果を示す（Ｎｏ．２〜５参照）。長手反り量は、製品形状に対するプレス方向（図のＺ方向）の変位量（規定された製品形状の位置と実験対象である製品形状の位置との差）とし、これが０．２ｍｍ以下を◎、０．２ｍｍよりも大きく、かつ０．５ｍｍ以下を○、それ以外（０．５ｍよりも大きい）を×とした。しわの評価は、エンボス押圧後の高さが０．２ｍｍ以上を×、０よりも大きく、かつ０．２ｍｍ未満を○、目視にて確認できないもの（高さ≒０）を◎とした。

実施例２として、上記本実施例１と同一の鋼種、試験片サイズにて以下の実験を行った。図５は実施例２により、第一成形工程後に得られる中間品形状を示し、図６の実線部８は、図５に示す部材の幅方向中心における長手方向断面形状を示したものである。７はウェブ面上に成形された長手方向に断続的な複数の凸状エンボスを示している。エンボスは中間品の両端部から４０ｍｍの位置間の領域に断続的に複数個配置した。エンボスの幅は、３０ｍｍ一定とした。このエンボスは、実施例１と同様、その次の第二成形工程においてエンボスがなくなるように（具体的には、エンボスの高さが０．２ｍｍ以下となるように）押圧加工した。実験では、製品形状におけるウェブ面の長手方向における線長Ｌ［ｍ］に対して、第一成形工程後のウェブ面における長手方向の線長Ｌ’［ｍ］を変化させて部品形状の比較を行った。評価は実施例１と同じ基準にて、長手反り量、しわの評価を行った。

実施例２における実験条件及びその結果を表１（Ｎｏ．６〜９）に示す。

本発明により、比較例より寸法精度が向上し、寸法精度に優れるハット型成形部品を得ることができた。

尚、実験Ｎｏ．５及び７は、前記（２）に係る本発明の範囲を外れているため、しわの評価が「×」となっているが、前記（１）に係る本発明の要件を満たしているので、長手方向の反りを比較例（Ｎｏ．１）に比べて、１／１０以下（＜０．２／２．９）に低減することができた。

ハット型断面で、高さ方向に湾曲した形状を有する金属製部材の外観図を示す。 正規の製品の断面形状と従来方法で成形した後に得られる金属製部材の断面形状を示す。 本発明における第一成形後のエンボス（長手方向に連続した凸形状の突起）の外観図を示す。 本発明における第一成形後のエンボス（長手方向に連続した凸形状の突起）の断面形状を示す。 本発明における第一成形後のエンボス（長手方向に断続した複数の凸形状の突起）の外観図を示す。 本発明における第一成形後のエンボス（長手方向に断続した凸形状の突起）の断面形状を示す。

符号の説明

１ ウェブ面
２ 金属製部材のウェブ面における幅方向中心位置
３ 正規の製品の長手方向断面形状
４ 従来品における金属製部材のスプリングバック後の長手方向断面形状
５ 長手方向に連続した凸形状の突起（エンボス）
６ 長手方向に連続した凸形状の突起（エンボス）を配置した中間品の断面形状
７ 長手方向に断続した複数の凸形状の突起（エンボス）
８ 長手方向に断続した複数の凸形状の突起（エンボス）を配置した中間品の断面形状
１０ 製品
１０ａ 天井部
１０ｂ フランジ
１０ｃ 側壁

Claims (4)

1. コの字型又はハット型の断面で、側壁に挟まれた天井部面を上としたときの高さ方向に湾曲した形状を有する金属製部材を成形する方法であって、
   第一成形工程で、該金属製部材の側壁に挟まれた天井部面内に、前記高さ方向に凸となるエンボスを形成し、その長手方向の線長が、最終製品の長手方向における線長よりも長くなるように、設けた中間品を成形し、
   第二成形工程で、前記エンボスが無くなるように押圧しつつ、製品形状へ成形することを特徴とする、形状凍結性に優れた多段プレス成形方法。
2. 第一成形工程で、前記製品の長手方向の線長をＬ［ｍ］、前記中間品の長手方向の線長をＬ’［ｍ］とした時に、
   １＜Ｌ’／Ｌ＜１．１
   の条件となるように前記中間品を成形することを特徴とする、請求項１記載の形状凍結性に優れる多段プレス成形方法。
3. 前記エンボスが、前記中間品の長手方向に断続した複数の凸形状の突起からなることを特徴とする、請求項１又は２記載の形状凍結性に優れる多段プレス成形方法。
4. 前記エンボスが、前記中間品の長手方向に連続した凸形状の突起からなることを特徴とする、請求項１又は２記載の形状凍結性に優れる多段プレス成形方法。
   

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