JP6777053B2 - プレス成形装置及び方法 - Google Patents
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Description
このため、スプリングバック後の形状を目標とする設計形状に近づけるために、生産現場では熟練者が金型を幾度も修正して、トライアル&エラーを重ねなければならず、その結果、生産準備期間が長期化してしまう。したがって、スプリングバックを効果的に低減できる方法を開発することは、自動車の開発期間やコストを削減する上でも、ますます重要な課題であると言える。
湾曲部品の捩れや曲がりの3次元的なスプリングバックを低減する技術として、特許文献1に「プレス成形方法及び装置」が提案されている。
本発明は、同文献で検討されたスプリングバック低減のメカニズムを前提としているので、以下において同文献で検討されたメカニズムを概説する。
これらの残留応力は離型時に弾性回復し、湾曲内側フランジ部51dでは縮み変形、湾曲外側フランジ部51cは伸び変形となり、その結果、図14に示すように、部品は湾曲曲率が大きく(曲率半径が小さく)なるような曲がり変形となるスプリングバックが発生する。なお、図14において、破線がスプリングバック前の形状を示しており、実線がスプリングバック後の形状を示している。
特許文献1に開示されたプレス成形装置の成形中の断面を図15に示す。プレス成形装置59は、ダイ61と、ダイに対向配置されたフランジ成形用ダイ63と、支持機構65によって上下動可能に支持されたパンチ67と、ブランク69をパンチに押圧するパッド71とを備えている。
特許文献1のプレス成形方法は、ダイ61とパンチ67によってパンチ底部51a及び縦壁部51bを目標形状に第1下死点まで成形すると共に、湾曲外側フランジ部51cおよび湾曲内側フランジ部51dについて、湾曲外側フランジ部51cに対しては長手方向の線長が成形品51のフランジ部の線長よりも短く、湾曲内側フランジ部51dに対しては長手方向の線長が成形品51のフランジ部の線長よりも長くなるように成形する第1成形工程(図15(a)〜図15(c)参照)と、ダイ61とフランジ成形用ダイ63によって第1成形工程で成形された湾曲外側フランジ部51cおよび湾曲内側フランジ部51dを成形品51の目標形状に第2下死点まで成形する第2成形工程(図15(c)、(d)参照)とを備え、第1成形工程と第2成形工程を1度のプレス成形で行うことを特徴とするものである。
以上のように、特許文献1の発明は、わずかにひずみを戻すことによって、残留応力が敏感に大きく変化する特徴を利用したものである。
そして、ひずみの戻し量は第1下死点(図15(c)参照)から第2下死点(図15(d)参照)に至るパンチの下降量(相対移動距離h)(図15(a)参照)に関係しており、相対移動距離hを確実かつ正確に調整できることが重要である。
パンチの動きがプレス成形の各ショットで同じでないと、上述の相対移動距離hがショットごとに変化してひずみの戻し量が変化することになる。このため、スプリングバック後の形状がショットごとに変動する場合があり、この点では特許文献1のプレス成形装置59ではスプリングバック後の目標形状がばらつく懸念がある。
さらに、湾曲内側フランジと湾曲外側フランジのプレス方向の位置が同じであり、相対移動距離hの調整を湾曲内側フランジと湾曲外側フランジで個別にできないため、捩れや曲がりといった複雑な3次元的なスプリングバックに柔軟に対応することが難しいという課題もあった。
また、捩れや曲がりといった3次元的なスプリングバックを安定して低減できるプレス成形装置及び方法を提供することを目的としている。
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能(離れたり接したりできるように)に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備えたことを特徴とするものである。
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイ肩部に対向配置されて前記ダイ肩部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記ダイの溝部に挿入されて前記縦壁部の下部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能(離れたり接したりできるように)に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備え
前記フランジ成形用ダイの少なくとも一方は他方と独立して高さ方向移動可能に構成されていることを特徴とするものである。
前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部及びフランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするものである。
前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持すると共に高さ方向移動可能なフランジ成形用ダイの高さを所定の高さに調整した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部を前記目標形状に成形する工程と、前記フランジ成形用ダイを前記ダイ側に移動させて前記フランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするものである。
本実施の形態に係る一例としてのプレス成形装置1は、図5に示す長手方向に延びる溝形状部及びパンチ底部51aを有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部51bの両側に長手方向に沿って湾曲するフランジ部51c、51dを有する目標形状の成形品51を成形するものであって、図1に示すように、ダイ3と、下部パンチ5と、上部パンチ7と、上部パンチ支持機構9と、パッド11とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
ダイ3は、溝形状部を成形する溝部15と溝部15の両側にダイ肩部13を有しており、図示しないダイ駆動装置によってパンチ側に相対移動できるようになっている。
ダイ3の溝部15の上方には、パッド11を収容するパッド収容部17と、後述のパッド押付機構35を収容するためのパッド押付機構収容部19が設けられている。
下部パンチ5は、ダイ3と協働して目標形状の縦壁部51bの下部とフランジ部を成形するものである。下部パンチ5は、図1に示すように、中央部に縦壁部51bの下部を成形するための縦壁下部成形部21が設けられ、縦壁下部成形部21の下端から連続して水平方向に張り出すフランジ成形部23が設けられている。
下部パンチ5には、その内部に空洞部25が形成され、空洞部25から縦壁下部成形部21の中央を通り縦壁下部成形部21の上面に至る連通溝27が形成されている。
上部パンチ7は、下部パンチ5に対して高さ方向で離接可能(離れたり接したりできるように)に設けられて縦壁部51bの上部を成形するものである。
上部パンチ支持機構9は、上部パンチ7の下面と下部パンチ5における縦壁下部成形部21の上面との間のパンチギャップGを調整可能に空洞部25内に設置され上部パンチ7を支持するものであり、連通溝27に上下動可能に配設されて上端が上部パンチ7の下面に接続されて上部パンチ7を下方から支持する支持部材29と、支持部材29の下端に接続されて空洞部25の上部壁に当接することで支持部材29の上動位置を規制するストッパ31と、ストッパ31の下部に接続されてストッパ31を所定の支持力で支持するエアシリンダ等の支持装置33とを備えている。
このパンチギャップGは相対移動距離h(図15)に相当するものであるが、ストッパ31と空洞部25の上面との間にシム等を配設することで容易に微調整することができる。
パッド11は、成形過程においてブランク69を上部パンチ7に押し付けるものであり、ダイ3の内部に設けられたエアシリンダ等で構成されるパッド押付機構35によって上部パンチ7側に押し付けられるようになっている。
なお、パッド11を使用しなくても、本発明の方法は実施できるが、成形中にブランク69が動かないようにパッド11と上部パンチ7で保持しておくことが望ましい。
プレス成形の開始時点においては、図2(a)に示すように、上部パンチ7は支持装置33によって最上位置まで押し上げられた状態で支持されており、この状態では上部パンチ7の下面と下部パンチ5の縦壁下部成形部21の上面との間に所定のパンチギャップGが形成されている。そして、ブランク69は上部パンチ7とパッド11により把持されている。
そして、本実施の形態のプレス成形装置1では、縦壁部51bを成形するパンチが上下で分割されて、上部パンチ7と下部パンチ5のパンチギャップGを調整可能にしているので、シム等をかませることでパンチギャップGの微調整が可能になっている。パンチギャップGを微調整することで、ひずみの戻し量をコントロールできるので、スプリングバックの低減に最も適切なパンチギャップGにすることができ、スプリングバックを効果的に防止できる。
また、上記は内側フランジおよび外側フランジともに湾曲する例を示したが、内側フランジまたは外側フランジのいずれかが湾曲する目標形状においても上記手段が適用できて、スプリングバックが防止できる。
実際のプレス成形加工においては、ある部品のプレス成形を連続して行う前にプレストライを行って、成形品の形状を測定した結果をもとに、金型を微調整する。その際、湾曲外側フランジ部51cと湾曲内側フランジ部51dにおけるひずみの戻し量を個別に調整できれば、捩れや曲がりといった3次元的なスプリングバックを効果的に防止できる。
しかし、実施の形態1のプレス成形装置1では、ダイ3と下部パンチ5によるフランジ高さが同じであり、湾曲外側フランジ部51cと湾曲内側フランジ部51dにおける調整を個別に行うことができない。
そこで、本実施の形態2では、湾曲外側フランジ部51cと湾曲内側フランジ部51dにおけるひずみの戻し量を個別に調整できるプレス成形装置を提供することを目的としている。
本実施の形態に係るプレス成形装置37は、下部パンチ39は縦壁下部成形部21を有しているが、実施の形態1のフランジ成形部23は有しておらず、フランジ成形部23に代えて、高さ方向に移動可能なフランジ成形ダイ(湾曲内側フランジ成形ダイ41(図中左側)と湾曲外側フランジ成形ダイ43(図中右側))を下部パンチ39の両側に設けている。湾曲内側フランジ成形ダイ41及び湾曲外側フランジ成形ダイ43はダイ移動機構45によって上下位置の設定と上下動が可能になっている。
湾曲内側フランジ成形ダイ41と湾曲外側フランジ成形ダイ43の高さは、同じである必要はなく、両者をそれぞれ独立に最適な高さにすることによって、より精密に曲がりや捩れのスプリングバックを制御することができる。
以下の説明においては、湾曲内側フランジ成形ダイ41及び湾曲外側フランジ成形ダイ43の高さに関し、図3に示すように、下部パンチ39における縦壁下部成形部21の下端からの鉛直距離をダイギャップg(湾曲内側フランジ成形ダイのダイギャップをg1、湾曲外側フランジ成形ダイのダイギャップをg2)という。
図4(a)の成形開始時点において、図中左側の湾曲内側フランジ成形ダイ41の高さが図中右側の湾曲外側フランジ成形ダイ43よりも若干だけ低く設定されている。すなわち、湾曲内側フランジ成形ダイ41のダイギャップg1を湾曲外側フランジ成形ダイ43のダイギャップg2よりも大きく設定している。これは、湾曲内側フランジ部51dのひずみの戻し量を湾曲外側フランジ部51cよりも多くするためである。
図4(b)から図4(c)に至る過程では、ダイ3がさらに下降してパンチギャップGがゼロになる。その後、湾曲内側フランジ成形ダイ41及び湾曲外側フランジ成形ダイ43が共に上昇して、ダイギャップgが小さくなり、図4(d)に示す第2下死点の状態ではダイギャップgがゼロになる。
このように、本実施の形態においては湾曲内側フランジ成形ダイ41と湾曲外側フランジ成形ダイ43を個別に高さ方向移動可能にしたことにより、金型自体の形状を変えることなく、湾曲内側フランジ部51dと湾曲外側フランジ部51cの各ひずみの戻し量を個別に制御することができ、より精密に曲がりや捩れのスプリングバックを制御することができる。
本発明の実施形態のこのような柔軟性は、微調整を繰り返すプレスショップにおいて大きな優位性を有していると言える。
また、実施の形態1と同様に、内側フランジまたは外側フランジのいずれかが湾曲する目標形状においても上記手段が適用できる。なお、湾曲する側のダイギャップgを変更する必要がある。
プレス成形した目標形状は、図5および図6に示すように、ハット断面を有し、両側フランジともに長手方向に沿って天板水平方向に湾曲した形状であり、長さは1000mm、断面の高さは30mm、パンチ底部の幅は20mm、湾曲内側フランジおよび湾曲外側フランジの幅はともに25mm、形状の幅中心の長手方向湾曲曲率半径は1000mmである。ブランクとして、板厚1.2mmの引張強度980MPa級の鋼板を使用した。プレス機には1000tonf油圧プレス機を用いた。
比較例として、図15に示すプレス成形装置59を用いて、相対移動距離hを10mmとした特許文献1の方法を用いた。比較例、本発明例ともに、パッドを使用し、パッド圧は50tonfとした。比較例と本発明例のいずれの方法でも、20枚のブランクをプレス成形した。
曲がり量Δyは、正ならば部品の湾曲曲率が大きくなる(曲率半径が小さくなる)方向に曲がり変形したことを、負ならば湾曲曲率が小さくなる(曲率半径が大きくなる)方向に曲がり変形したことを意味する。そして、絶対値が小さければスプリングバック量が少ないことを意味する。
本発明例のΔyの最小値は−0.6mm、最大値は1.4mmであった。一方、比較例のΔyの最小値は−1.7mm、最大値は1.5mmであった。Δyの最大値と最小値の差は、本発明例が2.0mm、比較例が3.2mmであり、本発明により形状のばらつきが小さくなることが実証された。
本発明例として、図3に示すプレス成形装置37を用いて、上部パンチ7と下部パンチ5のパンチギャップGを10mmとし、湾曲内側フランジ成形ダイ41と湾曲外側フランジ成形ダイ43の高さ(ダイギャップg)をそれぞれ個別に設定する方法を用いた。比較例として、図15に示すプレス成形装置59を用いて、特許文献1の方法を用い、相対移動距離hを変化させた。比較例、本発明例ともに、パッドを使用し、パッド圧は50tonfとした。
このときの相対移動距離hは15mmに相当(h=10+(6+4)/2=15)し、本発明例では、曲がり量Δy、捩れ量Δθともに、ゼロに近い値にすることができた。
本実施例2からわかるように、本発明の方法では、湾曲内側フランジ成形ダイ41と湾曲外側フランジ成形ダイ43をそれぞれ独立に設定することができ、曲がり量と捩れ量が、ともにゼロに近い値になるような操業条件を捜して設定することができる。
3 ダイ
5 下部パンチ
7 上部パンチ
9 上部パンチ支持機構
11 パッド
13 ダイ肩部
15 溝部
17 パッド収容部
19 パッド押付機構収容部
21 縦壁下部成形部
23 フランジ成形部
25 空洞部
27 連通溝
29 支持部材
31 ストッパ
33 支持装置
35 パッド押付機構
37 プレス成形装置(実施の形態2)
39 下部パンチ
41 湾曲内側フランジ成形ダイ
43 湾曲外側フランジ成形ダイ
45 ダイ移動機構
<成形品>
51 成形品
51a パンチ底部
51b 縦壁部
51c 湾曲外側フランジ部
51d 湾曲内側フランジ部
<従来例>
53 ダイ
55 パンチ
57 プレス成形金型
59 プレス成形装置
61 ダイ
63 フランジ成形用ダイ
65 支持機構
67 パンチ
69 ブランク
69a フランジ内側端
69b フランジ外側端
71 パッド
G パンチギャップ
g ダイギャップ
g1 湾曲内側フランジ成形ダイのダイギャップ
g2 湾曲外側フランジ成形ダイのダイギャップ
h 相対移動距離
Claims (4)
- 長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、下面が該下部パンチの上面に対して高さ方向で離接可能(離れたり接したりできるように)に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチの下面と前記下部パンチの上面との間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチに形成された空洞部内に設置される上部パンチ支持機構とを備えたことを特徴とするプレス成形装置。 - 長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイ肩部に対向配置されて前記ダイ肩部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記ダイの溝部に挿入されて前記縦壁部の下部を成形する下部パンチと、下面が該下部パンチの上面に対して高さ方向で離接可能(離れたり接したりできるように)に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチの下面と前記下部パンチの上面との間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチに形成された空洞部内に設置される上部パンチ支持機構とを備え、
前記フランジ成形用ダイの少なくとも一方は他方と独立して高さ方向移動可能に構成されていることを特徴とするプレス成形装置。 - 長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、請求項1のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、
前記上部パンチの下面を前記下部パンチの上面に対して所定のパンチギャップを設けて支持した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチの下面を前記下部パンチの上面に前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部及びフランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。 - 長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、請求項2のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、
前記上部パンチの下面を前記下部パンチの上面に対して所定のパンチギャップを設けて支持すると共に高さ方向移動可能なフランジ成形用ダイの高さを所定の高さに調整した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチの下面を前記下部パンチの上面に前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部を前記目標形状に成形する工程と、前記フランジ成形用ダイを前記ダイ側に移動させて前記フランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
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