JP6447162B2 - 金属板プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板プレス成形品の製造方法に関する。さらに詳しくは、自動車の外板パネルに適した金属板プレス成形品の製造方法に関する。

自動車において、ドアアウターパネル等の外板パネルは、金属板をプレス成形することにより得られる。外板パネルの品質は自動車の外観に直接関わる。このため、外板パネルに用いられるプレス成形品は、パネル面に極わずかであってもうねりがあると、不良品となることがある。以下では、このパネル面のうねりを面ひずみとも称する。

面ひずみを抑制するプレス成形品の製造方法は、例えば特開２００９−１７２６６０号公報（特許文献１）に開示されている。

特許文献１に開示されたプレス成形品の製造方法では、個々に通気孔を有するパンチ及びダイが用いられる。それぞれの通気孔には吸排気ユニットが接続される。吸排気ユニットは、プレス成形中にダイとブランク材との間の空間に生じる気圧及びパンチとブランク材との間に形成される空間に生じる圧力を制御する。これにより、ブランク材がパンチに密着しやすくなり、面ひずみが抑制される、と特許文献１には記載されている。

特開２００９−１７２６６０号公報

しかしながら特許文献１の製造方法では、パンチ及びダイに格別な吸排気ユニットを設ける必要があるため、設備が大規模になる。

本発明の目的は、簡易な構成で面ひずみを抑制することができるプレス成形品の製造方法を提供することである。

本発明の実施形態による金属板プレス成形品の製造方法は、準備工程と、プレス成形工程とを含む。準備工程では、金属板のブランク材を準備する。プレス成形工程で用いるプレス機は、パンチ、ダイ及びブランクホルダを備える。パンチは、成形面に開口する通気孔を有する。ダイは、パンチの通気孔に対向する位置に突起を有し、型底部に開口する通気孔を有しない。プレス成形工程では、パンチとダイとが相対的に移動し、パンチがブランク材を押し込み始めてから下死点に到達するまでの間に、突起がブランク材を貫通する。これにより、ブランク材がプレス成形品に成形される。

本発明によるプレス成形品の製造方法は、簡易な構成でプレス成形品の面ひずみを抑制することができる。

図１は、本実施形態の製造方法で用いるプレス機を模式的に示す断面図である。 図２は、本実施形態の製造方法におけるプレス成形工程を模式的に示す断面図である。 図３は、通気孔を有するダイを用いてプレス成形を行う場合の状況を模式的に示す断面図である。 図４は、実施例で製造されたドアアウターパネルを模式的に示す平面図である。 図５は、実施例１の試験結果を示す図である。 図６は、実施例２の試験結果を示す図である。

本実施形態による金属板プレス成形品の製造方法は、準備工程と、プレス成形工程とを含む。準備工程では、金属板のブランク材を準備する。プレス成形工程で用いるプレス機は、パンチ、ダイ及びブランクホルダを備える。パンチは、成形面に開口する通気孔を有する。ダイは、パンチの通気孔に対向する位置に突起を有し、型底部に開口する通気孔を有しない。プレス成形工程では、パンチとダイとが相対的に移動し、パンチがブランク材を押し込み始めてから下死点に到達するまでの間に、突起がブランク材を貫通する。これにより、ブランク材がプレス成形品に成形される。

本実施形態では、通気孔を有しないダイを用いてブランク材をプレス成形する。これにより、プレス成形中にダイとブランク材との間に形成される空間の気圧が高くなる。一方、パンチとブランク材との間の空気は、パンチの通気孔を通じて外部に排出される。このため、プレス成形の際、ブランク材がパンチに密着し、面ひずみが抑制される。また、パンチが下死点に到達する前に、突起がブランク材を貫通する。これにより、ブランク材に形成される貫通孔を通じ、ダイとブランク材の間の空間の空気がパンチの通気孔に排出される。このため、ダイとブランク材の間の空間の気圧が大気圧に下がる。したがって、離型の際、プレス成形品に大気圧以上の外圧が作用することはなく、プレス成形品が不用意に変形することはない。

好ましくは、上述のプレス成形工程では、パンチによるブランク材の押し込み過程で、ダイとブランク材との間に形成される空間の気圧の最大値がゲージ圧で０．０７ＭＰａ以上になる。さらに好ましくは、突起によるブランク材の貫通は、下死点より５ｍｍ手前から下死点までの範囲内で行われる。

このようにして製造されたプレス成形品は、面ひずみが抑制されていることから、自動車の外板パネルに適する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。本実施形態では、例として、自動車の外板パネルに適用される金属板プレス成形品を製造する場合について説明する。

［製造装置］
図１は、本実施形態の製造方法で用いるプレス機１を模式的に示す断面図である。図１を参照して、プレス機１はパンチ２、ダイ４及びブランクホルダ６を備える。

パンチ２は、外板パネルの形状が造形された成形面２Ａを有する。成形面２Ａは、パンチ２の先端面２ｂ及びパンチ２の縦壁面２ｃを含む。パンチ２は、ブランク材Ｓをダイ４の型底部４Ａに押し込み、外板パネルを成形する。パンチ２は、通気孔３を備える。通気孔３は、パンチ２の成形面２Ａに開口する。通気孔３は、成形面２Ａからパンチ２の内部を通り外部に開放する。

ダイ４は、外板パネルの形状、すなわちパンチ２の形状に対応する形状が造形された型底部４Ａを有する。型底部４Ａは、ダイ４の底面４ｂ及びダイ４の内壁面４ｃを含む。ダイ４は、プレス機１の図示しないラムに取り付けられ、昇降可能である。ダイ４が降下すると、ダイ４とパンチ２との距離が近づき、パンチ２がブランク材Ｓを押し込む。ダイ４は、型底部４Ａ（底面４ｂ）に突起５を有する。

突起５は、パンチ２の成形面２Ａに開口する通気孔３と対向する位置に配置される。ダイ４が降下すると、突起５はブランク材Ｓを貫通し、通気孔３に侵入する。これにより、ブランク材Ｓに貫通孔が開く。突起５は、たとえば、先端が鋭利な工具である。突起５の断面形状は、円形でもよいし多角形でもよい。突起５はダイ４と一体であってもよいし、ダイ４に着脱可能であってもよい。後者の場合、突起５はダイ４にねじ込まれたり、ダイ４の裏からボルトなどによって締結される。また、貫通孔は、ブランク材Ｓが完全に打ち抜かれて設けられてもよいし、ブランク材Ｓに切り込みが入る程度に設けられてもよい。貫通孔が切り込みによって設けられる場合、打ち抜き片が発生しないため安定した操業を行える。

ブランクホルダ６は、パンチ２を包囲し、ダイ４に対向して配置される。ブランクホルダ６は、ダイ４とによってブランク材Ｓの周縁部を挟み込む。ブランクホルダ６は、弾性部材７を介して支持される。弾性部材７は、ダイ４が降下したとき、ブランクホルダ６をダイ４側に押し付ける。

本実施形態のプレス機１は、ダイ４を上方に配置し、パンチ２及びブランクホルダ６を下方に配置する場合を示す。しかしながら、これらの配置は図１に示す態様に限定されない。パンチ２及びブランクホルダ６と、ダイ４との配置は、上下反転してもよい。また、パンチ２を昇降させてブランク材Ｓをプレス成形してもよい。要するに、パンチ２がブランク材Ｓをダイ４に押し込む方向に向かって相対的に移動する構成であればよい。以下、本実施形態のプレス成形品の製造方法の各工程を説明する。

［製造方法］
［準備工程］
金属板からなるブランク材Ｓを準備する。金属板は、たとえば、鋼板やアルミ板等である。

［プレス成形工程］
ブランク材Ｓはプレス機１内の所定の位置に載置される。プレス機１は、パンチ２とダイ４との相対移動によってブランク材Ｓをプレス成形品に成形する。プレス成形の後、プレス成形品の不要な部分が取り除かれる。これにより、外板パネルが製造される。

図２は、本実施形態の製造方法におけるプレス成形工程を模式的に示す断面図である。プレス成形は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示す順に進行する。

図２（ａ）は、ブランク材Ｓがダイ４とブランクホルダ６とによって挟まれた状態を示す図である。図２（ａ）を参照して、ダイ４は降下し、ダイ４とブランクホルダ６とでブランク材Ｓを挟む。ダイ４は通気孔を有しないため、この状態でダイ４とブランク材Ｓとの間の空間Ｘ１は密封される。

図２（ｂ）は、パンチ２がブランク材Ｓを押し込んでいる状態を示す図である。図２（ｂ）を参照して、空間Ｘ１を密封した後、ダイ４はさらに降下する。パンチ２の成形面２Ａはブランク材Ｓに接触し、ブランク材Ｓをダイ４に押し込み始める。「押し込み始める」とは、パンチ２によってブランク材Ｓが成形され始めることをいう。

ブランク材Ｓがダイ４に押し込まれると、空間Ｘ１の体積は次第に小さくなる。空間Ｘ１は密封されているため、空間Ｘ１の気圧はブランク材Ｓが押し込まれるにつれて高くなる。一方、パンチ２とブランク材との間の空気は、通気孔３を通じて外部に排出されるため大気圧のままである。したがって、空間Ｘ１の気圧が高くなると、ブランク材Ｓはパンチ２に押し付けられる方向の力を受ける。そのため、ブランク材Ｓはパンチ２の成形面２Ａに密着しやすくなる。これにより、プレス成形の際に発生し得るプレス成形品の面ひずみが抑制される。この点については、図３を用いて後に詳述する。

本実施形態では、パンチ２がブランク材Ｓを押し込む前に、空間Ｘ１を密封する場合を示す。ただし、パンチ２がブランク材Ｓを押し込んでいるときに空間Ｘ１が密封されていればよい。したがって、パンチ２がブランク材Ｓを押し込み始めた後に、空間Ｘ１が密封されてもよい。

図２（ｃ）は、パンチ２が下死点に到達した状態を示す図である。図２（ｃ）を参照して、パンチ２が下死点に到達する前に、突起５はブランク材Ｓに当接し、そのままブランク材Ｓを貫通してパンチ２の通気孔３に侵入する。これにより、ブランク材Ｓにはパンチ２の通気孔３に通じる貫通孔８が形成される。その後、パンチ２は下死点に到達するまで押し込まれる。そして、図２（ｃ）に示す状態に至る。

ブランク材Ｓに貫通孔８が開くと、空間Ｘ１は、ブランク材Ｓの貫通孔８、パンチ２の通気孔３を通じて外部Ｘ２と通気するため、パンチ２の押し込みによって高くなった空間Ｘ１の気圧は下がる。パンチ２が下死点に到達すると、プレス成形品Ｐが成形される。

図２（ｄ）は、ブランク材Ｓのプレス成形が終了しパンチ２がプレス成形品Ｐから離れる状態を示す図である。図２（ｄ）を参照して、下死点到達後、プレス成形品Ｐを取り出すためにダイ４は上昇する。ブランクホルダ６は弾性部材７（図１参照）によって支持されているため、その反力によりダイ４の上昇に伴って上昇する。このとき、プレス成形品Ｐには貫通孔８が開いているため、空間Ｘ１と外部Ｘ２との気圧差はない。

ここで、ダイ４に突起５及び通気孔がない場合、空間Ｘ１は外部Ｘ２と通じていないため、下死点に到達した時点で空間Ｘ１の気圧は外部Ｘ２と比べて高いままである。この場合、パンチ２及びダイ４が離間する離型の際、プレス成形品Ｐが空間Ｘ１の気圧により変形する。

図３は、通気孔３０を有するダイ４を用いてプレス成形を行う場合の状況を模式的に示す断面図である。図３を参照して、ブランク材Ｓがダイ４とブランクホルダ６とによって挟まれたとき、ダイ４は通気孔３０を有するため空間Ｘ１は密封されない。そのため、パンチ２をブランク材Ｓに押し込んでも空間Ｘ１の気圧は高くならない。ブランク材Ｓにはパンチ２に押し付けられる力が作用しないため、パンチ２とブランク材Ｓとの間に隙間ＳＰが生じる。隙間ＳＰが生じたまま、パンチ２を下死点まで押し込むと、面ひずみが生じる。

要するに、パンチ２が下死点に到達する前に空間Ｘ１の気圧が低い状態であると、隙間ＳＰが形成されるため面ひずみが生じる。パンチ２が下死点に到達しても空間Ｘ１の気圧が高い状態であると、離型時にプレス成形品が変形する。これらの問題を解決するためには、パンチ２が下死点に到達する前に空間Ｘ１の気圧が高い状態になればよい。パンチ２が離型に移行する前に空間Ｘ１の気圧が外部Ｘ２と同じ状態になればよい。

本実施形態のプレス成形品の製造方法は、通気孔を有さないダイ４を用いて空間Ｘ１を密封し、ブランク材Ｓをプレス成形する。これにより、パンチ２の押し込みにより空間Ｘ１に高い気圧が作用し、ブランク材Ｓの面ひずみは抑制される。パンチ２が下死点に到達する前に、突起５がブランク材Ｓに貫通孔８を開ける。空間Ｘ１の気圧は、貫通孔８を開けるタイミングによって制御される。そのため、空間Ｘ１の気圧を制御するために、格別な吸排気ユニットを設ける必要がない。

貫通孔８は、ブランク材Ｓのうちのプレス成形後に外板パネルとならない部分、すなわち除去される部分に開けられるのが好ましい。例えば、外板パネルは、図２（ｄ）中のプレス成形品ＰのＰ１部分である。プレス成形品Ｐの外板パネルＰ１以外の部分は、後工程で、トリミングされる。したがって、外板パネルＰ１の領域には貫通孔８は形成されない。貫通孔８が外板パネルＰ１に形成される場合であっても、貫通孔８は、視認できない位置や後工程で打ち抜かれる部分に開ければよい。ドアアウターパネルの場合、視認できない位置とは、完成品においてデザインのために樹脂パネル等によって覆われる位置である。打ち抜かれる部分は、たとえば、窓部、鍵穴部などである。貫通孔８は複数開けられてもよい。

空間Ｘ１は密封されているため、パンチ２がブランク材Ｓに押し込まれるにつれ、空間Ｘ１の気圧は次第に高くなる。したがって、空間Ｘ１の気圧は、ブランク材Ｓに貫通孔８が開けられる直前に最大となる。

面ひずみを抑制するためには、空間Ｘ１の気圧の最大値がゲージ圧で０．０７ＭＰａ以上であるのが好ましい。空間Ｘ１の最大気圧が０．０７ＭＰａ未満の場合、ブランク材Ｓをパンチ２に押し付ける力が十分ではなく、ブランク材Ｓが成形面２Ａに密着しにくい。したがって、図３に示すように、ブランク材Ｓとパンチ２の成形面２Ａとの間に隙間ＳＰが生じ、面ひずみの抑制が十分でないことがある。

本実施形態では、ブランク材Ｓが引張強度２７０ＭＰａの鋼板からなる場合を示す。プレス成形中に、ブランク材Ｓをパンチ２の成形面２Ａに密着させるために必要な力は、ブランク材Ｓの材料によって異なる。そのため、空間Ｘ１の最大気圧は材料特性によって適宜設定される。

さらに、突起５によるブランク材Ｓの貫通は、下死点より５ｍｍ手前から下死点までの範囲内で行われるのが好ましい。空間Ｘ１の気圧がブランク材Ｓをパンチ２へ押し付ける効果を最大限に発揮させるためである。

突起５は、外周の一部に切欠きを有してもよい。突起５がブランク材Ｓを貫通しても、突起５の外周と貫通孔８の内周との間の隙間が狭い。そのため、空間Ｘ１内の空気が外部Ｘ２へ抜けにくい。突起５が切欠きを有すると、空間Ｘ１の空気は、この切欠きを通って外部Ｘ２に容易に抜ける。したがって、空間Ｘ１の気圧が効果的に下がる。

実施例１では、本発明例１として、図１に示すプレス機１を用い、プレス成形工程でのダイ４とブランク材Ｓとの間の空間Ｘ１の最大気圧を種々変更し、ドアアウターパネルを製造した。最大気圧の変更は、ブランクホルダ６が存在する領域において、板厚の異なるプレートをブランク材Ｓとダイ４との間に挟み込むことによって行った。そして、最大気圧とドアアウターパネルの面ひずみとの関係を調べた。

［試験条件］
パンチ２の成形面２Ａは、一辺が４００ｍｍの正方形で、面全体が３５００ｍｍの曲率半径で湾曲する形状とした。ブランク材Ｓは、引張強度２７０ＭＰａの鋼板とした。また、成形はフランジ部からパンチ底部へ材料の流入のない完全張出し状態で実施した。ここで、フランジ部はブランク材Ｓのダイ４とブランクホルダ６とによって挟み込まれる部分をいう。パンチ底部は、ブランク材Ｓのパンチ２とダイ４とによって成形される部分をいう。貫通孔８は、プレス成形品Ｐのうちドアアウターパネル以外の部分に開けた。突起５は、着脱可能な工具を用いた。工具材質は、ダイ４の材質と同じＳＫＤ１１とした。本発明例１として、空間Ｘ１の最大気圧を０．０５〜０．３０ＭＰａの範囲で設定した。ブランク材Ｓに貫通孔８が開くときのパンチ２の位置は、下死点より０．５ｍｍ手前とした。比較例として、図３に示すプレス機を用い、ドアアウターパネルを製造した。

［評価方法］
製造されたドアアウターパネルの面ひずみを、３点曲率計で測定した。３点曲率計のゲージ長は、５０ｍｍであった。

図４は、本実施例で製造されたドアアウターパネルを模式的に示す平面図である。図４を参照して、面ひずみは、パンチ底部におけるエンボス部９の端部のＲ止りから１０ｍｍ離れた線Ｌに沿って測定した。なお、線Ｌの両端はパンチＲ止りから３０ｍｍ離れた位置とした。ここで、面ひずみは、次に示す式を用いて算出した。評価は、比較例の面ひずみの値を基準とし、比較例に対する比率で行った。
（面ひずみ）＝（測定された最大曲率）−（測定された最少曲率）

［試験結果］
図５は、実施例１の試験結果を示す図である。図５を参照して、縦軸は、本発明例１と比較例との面ひずみの値の比を示す。本発明例１では、比較例よりも面ひずみが抑制された。特に、最大気圧が０．１ＭＰａ以上では、比較例と比べて面ひずみは２０％以上抑制された。

実施例２では、本発明例２として、実施例１と同様に図１に示すプレス機１を用い、プレス成形工程での貫通孔８が開くタイミングを種々変更し、ドアアウターパネルを製造した。貫通孔８が開くタイミングの変更は、突起５の突出量を変更することによって行った。そして、貫通孔８が開くタイミングとドアアウターパネルの面ひずみとの関係を調べた。

［試験条件］
本発明例２として、貫通孔８が開くタイミングを下死点より０．５ｍｍ手前から１０ｍｍ手前の範囲で設定した。それ以外の試験条件は実施例１の試験条件と同じとした。また、実施例１の試験と同様に、比較例として、図３に示すプレス機を用い、ドアアウターパネルを製造した。

［評価方法］
実施例１と同様に、面ひずみを測定した。評価は、比較例の面ひずみの値を基準とし、比較例に対する比率で行った。

［試験結果］
図６は、実施例２の試験結果を示す図である。図６を参照して、縦軸は、本発明例２と比較例との面ひずみの値の比を示す。本発明例２では、比較例よりも面ひずみが抑制された。特に、パンチ２が下死点より５ｍｍ以下手前の時点でブランク材Ｓに貫通孔８が開いたとき、比較例と比べて面ひずみは１５％以上抑制された。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１ プレス機
２ パンチ
３、３０ 通気孔
４ ダイ
５ 突起
６ ブランクホルダ
８ 貫通孔
Ｐ プレス成形品
Ｐ１ 外板パネル
Ｓ ブランクホルダ
Ｘ１ 空間
Ｘ２ 外部

Claims (2)

1. 金属板プレス成形品の製造方法であって、
   金属板のブランク材を準備する準備工程と、
   先端面を含む成形面に開口する通気孔を有するパンチ、前記先端面に対向する底面において前記通気孔に対向する位置に突起を有し、前記底面を含む型底部に開口する通気孔を有しないダイ、及びブランクホルダを備えるプレス機を用い、前記ブランク材をプレス成形品に成形するプレス成形工程と、を含み、
   前記プレス成形工程は、
   前記パンチと前記ダイとが相対的に移動し、前記パンチが前記ブランク材を押し込み始めてから下死点に到達するまでの間であって前記ブランク材に前記ダイの前記底面が接触する前に、前記突起が前記ブランク材を貫通し、
   前記プレス成形工程では、
   前記パンチによる前記ブランク材の押し込み過程で、前記ダイと前記ブランク材との間に空間が形成され、前記空間の気圧の最大値がゲージ圧で０．０７ＭＰａ以上になる、金属板プレス成形品の製造方法。
2. 請求項１に記載の金属板プレス成形品の製造方法であって、
   前記プレス成形工程では、
   前記突起による前記ブランク材の貫通は、前記下死点より５ｍｍ手前から前記下死点までの範囲内で行われる、金属板プレス成形品の製造方法。

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