JP6777102B2

JP6777102B2 - プレス成形方法

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Publication number: JP6777102B2
Application number: JP2018004706A
Authority: JP
Inventors: 智史澄川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2038-01-16
Also published as: JP2019104054A

Description

本発明は、鋼板などの金属板を、曲げ部を有する形状にプレス成形するプレス成形方法に関し、特に、前記曲げ部のスプリングバックを抑制することができるプレス成形方法に関する。

近年、特に自動車産業においては環境問題に起因した車体の軽量化により、車体部品に用いる材料（金属薄板）の薄肉化と高強度化が進められている。高強度金属板のプレス成形の課題として、成形不良（割れ・しわ）や成形荷重の増加などがあるが、特にスプリングバックによる形状凍結性の悪化は解決すべき最も重要な課題である。
スプリングバックとは、プレス成形後に、プレス成形品を金型から離型した際に、当該プレス成形品に生じる形状変化であり、プレスストローク最下点（以下、「下死点」という）で金属板に残留した応力が解放され、これによって生じるひずみを原因とする。そのため、スプリングバックの抑制には下死点での応力をできるだけ低減させることが重要である。

ここで、成形過程における金属板の応力−ひずみ関係を図７に示す。金属板は、一度変形すると応力は上昇するが、変形方向が変化してひずみが反転すると、応力はひずみのわずかな変化に対し敏感に低下する。そこで、この効果を成形過程において金属板に誘発させることで下死点での応力を低減させ、スプリングバックを抑制させるプレス成形方法がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、製品形状より断面線長が長い第１金型で予成形し、製品形状の線長である第２金型でリストライク成形する方法が提案されている。
また、工数を増加させずに、１工程（同一金型）でひずみの反転を実現させる方法として、弾性体や油圧シリンダなどの加圧装置を備えたプレス金型やそれを用いたプレス成形方法が特許文献２および特許文献３に開示されている。

特許文献２には、パンチを長手方向とストローク方向に分割し、ストローク方向の分割箇所に弾性体を配置したプレス金型が開示されており、当該プレス金型においては、弾性体を配置したパンチ面（パンチ突出部）は周囲のパンチ面より突出しており、成形中はパンチに配置された弾性体の反発力によりパンチ突出部は突出した状態であるが、下死点直前に下降してくるダイにパンチ突出部が接触し、プレス荷重によりパンチ突出部は下降して材料は製品形状に成形される。この際、材料のパンチ突出部が接触する部位においては引張変形−圧縮変形が生じ、これがスプリングバックの低減効果となるとされている。

また、特許文献３には、パンチ底を幅方向に分割し、シリンダなどに接続されたパッドを外側に突出するように配置した金型を用いるプレス成形方法が開示されている。この方法によれば、成形中、突出したパッドによりブランクのパンチ底部に曲げ変形を与えることで、離型時にパンチ底にスプリングゴー（スプリングバックの逆方向の変形）が生じ、縦壁のスプリングバックと相殺させることができるとされている。

特許５１１４６８８号公報特許４５６８０７７号公報特許５０７９６５５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法においては、工数が増加することで金型製作費やリードタイムが悪化することが懸念される。
また、特許文献２に開示されているプレス金型においては、パンチの長手方向分割部は急激な段差形状となっており、この段差が起点となりわれやしわなどの成形不良が生じる恐れがある。
さらに、特許文献３に開示されているプレス成形方法においては、パンチ底の平坦面は、他の部品との接合面になることがほとんどであり、厳しい面精度が要求される場合に対しては、パンチ底に曲げ変形を与える本方法は適用し難い。
このように、上記特許文献１〜特許文献３に開示されているプレス成形方法は、プレス成形の工数や成形性、製品品質の観点で実用性に欠けるものが多く、実際の生産現場で適用できる方法とは言えなかった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、工数を増やさず、成形性や製品品質を担保しつつ、スプリングバックを低減するプレス成形方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、ダイとパンチによって金属板を曲げ部を有する形状にプレス成形するものであって、前記曲げ部の曲げ内側に配置されるパンチ肩部及び／又はダイ肩部に、該パンチ肩部及び／又はダイ肩部よりも曲率半径の小さい先端面部を有し、前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部から出没可能に支持された可動凸部を設け、前記可動凸部の先端面部側を前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部よりも突出させた状態で前記ダイを前記パンチ側に下死点手前まで相対移動させ、前記金属板を前記先端面部に当接させて目標形状よりも曲げ半径の小さい曲げ部を有する形状に成形する一次曲げステップと、前記ダイを下死点まで相対移動させて前記可動凸部の先端面部を前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部に没入した状態にして前記目標形状に成形する二次曲げステップと、を有す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、前記可動凸部は、前記一次曲げステップでの成形荷重に対しては前記先端面部が前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部から突出した状態を維持し、前記二次曲げステップでの成形荷重に対しては前記先端面部が前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部に没入するように支持されることを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記可動凸部は、前記パンチ肩部及び／又は前記ダイ肩部の稜線方向における一部の範囲に単数又は複数設けられていることを特徴とするものである。

本発明においては、ダイとパンチによって金属板を曲げ部を有する形状にプレス成形するものであって、前記曲げ部の曲げ内側に配置されるパンチ肩部及び／又はダイ肩部に、該パンチ肩部及び／又はダイ肩部よりも曲率半径の小さい先端面部を有し、前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部から出没可能に支持された可動凸部を設け、前記可動凸部の先端面部側を前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部よりも突出させた状態で前記ダイを前記パンチ側に下死点手前まで相対移動させ、前記金属板を前記先端面部に当接させて目標形状よりも曲げ半径の小さい曲げ部を有する形状に成形する一次曲げステップと、前記ダイを下死点まで相対移動させて前記可動凸部の先端面部を前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部に没入した状態にして前記目標形状に成形する二次曲げステップと、を有することにより、前記曲げ部の成形過程において曲げ戻すことで成形下死点における前記曲げ部の応力を低減し、工数を増やさずにスプリングバックを低減させることができ、寸法精度の良好なプレス成形品を安定して量産することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法で用いるパンチを説明する図である。本発明で成形対象とする曲げ部を説明する図である。本発明で成形対象とする曲げ部を有する形状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により成形するプレス成形品を示す図である。本発明で対象とする曲げ部に生じるスプリングバックを説明する図である。本発明で対象とする曲げ部を成形したときに生じる応力分布を説明する図である。プレス成形過程において金属板に生じる応力−ひずみ関係を示すグラフである。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法で用いる金型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で用いるパンチのパンチ肩部に設ける可動凸部の他の態様を説明する図である（その１）。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法で用いるパンチのパンチ肩部に設ける可動凸部の他の態様を説明する図である（その２）。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法により成形された曲げ部の断面形状を示す図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法により成形されたパンチ肩Ｒ部に生じる応力分布を示す図である（（ａ）：下死点手前、（ｂ）：下死点）。本発明の実施例１において、スプリングバックにより生じるパンチ肩Ｒ部の角度変化を説明する図である。本発明の実施例２において、スプリングバックにより生じるダイ肩Ｒ部の角度変化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を説明するに先だって、本発明で成形対象とする曲げ部を有する形状と、そのスプリングバックのメカニズム、さらには、本発明に至った経緯について説明する。

本発明は、図２に示すような隣接する２つの面部２１の間を繋ぐ曲げ部２３（肩Ｒ部）を有する形状に金属板をプレス成形する際に適用するものであり、曲げ部２３は、曲げ半径Ｒ、曲げ角度θで曲げられている。

このような曲げ部２３を有する形状としては、図３に例示するようなハット型断面形状、コの字型断面形状またはＶの字型断面形状のものが挙げられる。図３（ａ）、（ｂ）はコの字型断面形状、図３（ｃ）はＶの字型断面形状のプレス成形品である。図３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、コの字型断面形状またはＶの字型断面形状の一対の縦壁部のうち一方にフランジ部を有するものであり、図３（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）はコの字型断面形状またはＶの字型断面形状の一対の縦壁部の双方にフランジ部を有するハット型断面形状である。図３（ａ）、（ｄ）、（ｇ）は縦壁部が垂直になっているものであり、図３（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）は縦壁部が傾斜しているものである。なお、図３（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）はＶの字型断面形状を有するものであり、このような断面形状を成形するには、Ｖの字の先端に当接する部位がＲ形状になっているパンチを使用するとよい。

そして、例えば、図４に示す天板部３３と縦壁部３５とフランジ部３７とを有するハット型断面形状のプレス成形品３１においては、天板部３３と縦壁部３５を接続するパンチ肩Ｒ部３９や、縦壁部３５とフランジ部３７とを繋ぐダイ肩Ｒ部４１が、図２に示す２つの面部２１を繋ぐ曲げ部２３に相当する。
また、コの字型断面形状やＶの字型断面形状のプレス成形品（図３参照）においても同様に、天板部と縦壁部、縦壁部とフランジ部を繋ぐ曲げ部を有し、さらには、Ｖの字型断面形状のプレス成形品においては一対の縦壁部同士を接続する曲げ部を有する。

曲げ部２３は、プレス成形した後に金型から離型すると、図５に示すように、下死点における形状（図５中の破線）に対して曲げ部２３の曲げ角度が変化するスプリングバックが生じる。
図６に、下死点で曲げ部２３が受ける応力分布を示す。下死点での曲げ部２３における応力分布は、曲げ外側では引張応力、曲げ内側では圧縮応力となる。これらの応力が離型とともに解放されると、曲げ部２３にひずみ変化が生じ、曲げ部２３の曲げ角度が変化する（図５参照）。

ここで、曲げ部２３が受けるひずみは、曲げ部２３の曲げ半径Ｒ（図２参照）により概ね決まり、曲げ半径Ｒが小さいほど成形過程において曲げ部２３が受けるひずみは大きくなり、これにともなって応力も大きくなる。そこで、離型後における曲げ角度の変化の原因となる曲げ部２３の応力を低減する方法として、まずは第１工程として曲げ部２３を目標形状の曲げ部２３よりも小さな曲げ半径Ｒ_１で曲げ、次いで第２工程として目標形状の曲げ部２３の曲げ半径Ｒ_０（＞Ｒ_１）で曲げ部２３を曲げることで、図７に示すようにひずみεを戻して応力σを低減させることができると考えられる。

本発明者は、このような応力低減を実現させる方法を鋭意検討し、曲げ部２３の曲げ内側に配置されるダイ又はパンチにおける曲げ部２３を成形する部位に出没可能な可動凸部を設けて曲げ部２３をプレス成形する方法を着想するに至った。以下、本発明の実施の形態に係るプレス成形方法で用いる金型について説明する。なお、以下の説明では、ハット型断面形状のプレス成形品３１における天板部３３と縦壁部３５とを繋ぐパンチ肩Ｒ部３９（図４）を対象とする。

＜プレス成形方法＞
まず、本発明のプレス成形方法に用いる金型について説明する。
本実施の形態で用いる金型１は、図８に示すようなダイ３とパンチ５によって金属板７をハット型断面形状のプレス成形品３１（図４）に成形するものであり、ダイ３はプレス成形品３１のパンチ肩Ｒ部３９の曲げ外側に配置され、パンチ５はパンチ肩Ｒ部３９の曲げ内側に配置される。

そして、パンチ５は、図１に示すように、パンチ肩部５ａにプレス方向に対して斜め方向に凹むように設けられた溝部９に挿入された可動凸部１１と、可動凸部１１を支持する支持部１３とを有している。

可動凸部１１は、先端面部１１ａ側がパンチ肩部５ａから出没可能に、すなわち、可動凸部１１が曲げ外側に向かって移動して先端面部１１ａがパンチ肩部５ａの表面から突出した状態と、可動凸部１１が曲げ内側に向かって移動して先端面部１１ａがパンチ肩部５ａの表面と面一またはそれよりも没入した状態となることができるように、支持部１３により支持されている。ここで、支持部１３としては、具体的には、油圧シリンダや金属バネが例示できる。

可動凸部１１の先端面部１１ａは曲率半径Ｒ_１で湾曲する断面形状を有している。また、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１は、パンチ肩部５ａの曲率半径Ｒ_０よりも小さく設定されている。なお、先端面部１１ａがパンチ肩部５ａから突出した状態において、パンチ肩部５ａの表面から先端面部１１ａまでの突出高さをｈとしたとき、該突出高さｈは適宜設定できるものとする。

可動凸部１１の素材としては、通常の金型に使用される金属を用いることができる。もっとも、可動凸部１１の素材はこれに限るものではなく、ゴムなどの弾性体でもよく、この場合、図９に示すように、支持部１３（図６参照）を設けずに溝部９内に可動凸部１５を設けるようにしてもよい。

また、溝部９は、その凹む方向がプレス方向に対して0°超え〜90°未満の範囲であり、下死点直前でダイ３により可動凸部１１がスムーズに曲げ内側に向かって押し戻されるような角度であることが望ましい。

さらに、図１に示す可動凸部１１は、パンチ肩部５ａの曲げ稜線方向の全長にわたって設けられたものであるが、図１０に示すように、パンチ肩部５ａの曲げ稜線方向における一部の範囲に可動凸部１７を単数又は複数設けてもよい。複数の可動凸部１７を互いに間隔を設けて配置した場合、成形過程の下死点においては、パンチ肩部５ａにおける可動凸部１７が配置されていない部位を金属板７に当接させることができるため、曲げ部２３の形状を精度よく成形することができて好ましい。そのため、複数の可動凸部１７を設けた場合においては、その個数、曲げ稜線方向の長さＬ（図１０参照）と互いの間隔を適宜設定すればよい。

次に、本実施の形態に係るプレス成形方法について、図１に示すパンチ５を用いて、図４に示すハット型断面形状のプレス成形品３１をプレス成形する場合を例として説明する。
本実施の形態に係るプレス成形方法は、図８に示すようにダイ３とパンチ５によって金属板７をパンチ肩Ｒ部３９を有するプレス成形品３１にプレス成形するものであって、図１に示すように先端面部１１ａがパンチ肩部５ａから出没可能な可動凸部１１をパンチ肩部５ａに設け、一次曲げステップと、二次曲げステップとによりプレス成形するものである。

一次曲げステップは、パンチ５の可動凸部１１の先端面部１１ａ側をパンチ肩部５ａよりも突出させた状態でダイ３をパンチ５側に下死点手前まで相対移動させ、金属板７を先端面部１１ａに当接させて目標形状よりも小さい曲げ半径Ｒ_１のパンチ肩Ｒ部３９ａ（図１１参照）を成形するステップである。

続く二次曲げステップは、ダイ３を下死点まで相対移動させて可動凸部１１の先端面部１１ａをパンチ肩部５ａに没入した状態にして、パンチ肩部５ａにより目標形状の曲げ半径Ｒ_０のパンチ肩Ｒ部３９（図１１参照）を成形するステップである。

図１に示すように可動凸部１１を支持部１３で支持する場合、支持部１３に設定する支持力は、一次曲げステップにおいてパンチ肩Ｒ部３９に作用する成形荷重に対しては先端面部１１ａ側をパンチ肩部５ａから突出した状態を維持することができ、一次曲げステップにおいてパンチ肩Ｒ部３９に作用する成形荷重に対してはダイ３によって可動凸部１１が曲げ内側に押し戻されて先端面部１１ａがパンチ肩部５ａに没入するように設定すればよい。

本実施の形態に係るプレス成形方法によるスプリングバック低減効果について図１２に基づいて説明する。

図１２（ａ）は、一次曲げステップにおいて下死点手前まで成形されたときのパンチ肩Ｒ部３９ａの応力を示したものである。パンチ肩Ｒ部３９ａは、可動凸部１１の先端面部１１ａ側を突出させた状態で金属板７を先端面部１１ａに当接させて成形されたものであり、通常の曲げ部２３（図６参照）と同様、曲げ外側に引張応力、曲げ内側に圧縮応力を受ける。

図１２（ｂ）は、一次曲げステップに続く二次曲げステップにおいて下死点まで成形されたときのパンチ肩Ｒ部３９の応力を示したものである。二次曲げステップにおいては、可動凸部１１の先端面部１１ａをパンチ肩部５ａに没入させた状態でパンチ肩Ｒ部３９を成形するため、パンチ肩Ｒ部３９は、一次曲げステップでのパンチ肩Ｒ部３９ａの曲げ半径Ｒ_１よりも大きな曲げ半径Ｒ_０に成形される。

前述のとおり、パンチ肩Ｒ部３９に生じる応力（ひずみ）は曲げ半径に依存するため、図１２（ｂ）に示すように、一次曲げステップで成形されたパンチ肩Ｒ部３９ａが一次曲げステップで曲げ半径Ｒ_０に成形される際、パンチ肩Ｒ部３９の中央部３９ｂにおいては曲げ外側に圧縮ひずみが、曲げ内側に引張ひずみが付与される。その結果、パンチ肩Ｒ部３９の中央部３９ｂにおける応力は反転し、この反転した応力が離型後のスプリングゴー成分となり、パンチ肩Ｒ部３９のスプリングバックが低減する。

以上、本実施の形態に係るプレス成形方法によれば、金属板を曲げ部を有する形状にプレス成形するに際し、金型の交換を要せずに１度のプレス成形で曲げ部のスプリングバックを低減することができる。これにより、寸法精度の良好なプレス成形品を安定して量産することができる。

なお、上記の説明は、ハット型断面形状のプレス成形品３１のパンチ肩Ｒ部３９を対象としたものであるため、可動凸部１１は、パンチ肩Ｒ部３９の曲げ内側に配置されるパンチ肩部５ａに設けられていた。もっとも、本発明に係るプレス成形方法は、パンチ肩Ｒ部３９のみを対象とするものではなく、面部と面部とを接続する曲げ部を有する形状であれば、他の部位にも適用できる。

例えば、ハット型断面形状のプレス成形品３１のダイ肩Ｒ部４１を対象とする場合には、ダイ肩Ｒ部４１の曲げ内側に配置されるダイ肩部３ａ（図８参照）に、ダイ肩部３ａよりも曲率半径の小さい先端面部を有してダイ肩部３ａから出没可能な可動凸部を設ければよい。あるいは、プレス成形品３１のパンチ肩Ｒ部３９とダイ肩Ｒ部４１の双方を対象とする場合には、パンチ肩部５ａとダイ肩部３ａの双方に出没可能な可動凸部を設けてもよい。

さらに、本発明に係るプレス成形方法は、前述の図３に示すようなコの字型断面形状やＶの字型断面形状のプレス成形品についても、これらのプレス成形品において２つの面部を繋ぐ曲げ部に対し、該曲げ部の曲げ内側に配置されて該曲げ部を成形するパンチ肩部及び／又はダイ肩部に上記のような可動凸部を出没可能に設け、前記曲げ部を成形するものであってもよい。

また、上記の説明は、ダイとパンチにより金属板を挟み込んで曲げ部を成形するフォーム成形についてのものであったが、本発明は、ブランクホルダで金属板の端部を保持しながら成形するドロー成形に適用した場合であっても、上記と同様に曲げ部におけるスプリングバックの低減効果が得られる。
さらに本発明は、パンチにおけるパンチ底部と対になるようパッドを配置して該パッドとパンチ底部とで金属板を押さえながらプレス成形する場合に適用しても良く、この場合、ダイをパンチ側に下死点手前まで相対移動させる一次曲げステップにおいて、金属板を目標形状よりも曲げ半径の小さい曲げ部に精度よく成形することができる。

本発明に係るプレス成形方法の作用効果を検証する実験を行ったので、以下に説明する。
実施例１では、図８に示すダイ３とパンチ５を備えた金型１を用いて、図４に示すハット型断面形状を有するプレス成形品３１のプレス成形を行い、プレス成形品３１のスプリングバックによるパンチ肩Ｒ部３９の角度変化を評価した。

実験では、金属板７として厚さ1.2mmの590MPa級鋼板（材料Ａ）と1180MPa級鋼板（材料Ｂ）を用いた。また、金型１において、ダイ肩部３ａの曲率半径およびパンチ肩部５ａの曲率半径はともに10mmとした。

実施例１では、本発明例として、パンチ５のパンチ肩部５ａには、図１に示すように、溝部９と、溝部９に挿入されてパンチ肩部５ａから出没可能な可動凸部１１と、可動凸部１１を所定の支持力で支持する支持部１３を設けた。ここで、支持部１３には油圧シリンダを用い、可動凸部１１を支持する支持力としてシリンダ荷重を設定した。

そして、本発明例については、可動凸部１１のパンチ肩部５ａからの突出高さｈは1mmとし、可動凸部１１の先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１は3mm、7mmの２条件、支持部１３として使用する油圧シリンダに設定するシリンダ荷重は10kN、20kN、30kNの３条件とし、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１とシリンダ荷重をそれぞれ変更した計６条件を本発明例１〜本発明例６とした。
さらに、比較対象として、パンチ５のパンチ肩部５ａに可動凸部１１を設けずにプレス成形したものを比較例１とした。

スプリングバックによるパンチ肩Ｒ部３９の角度変化Δθは、図１３に示すように、離型後のパンチ肩Ｒ部３９の曲げ角度θ₁と目標形状におけるパンチ肩Ｒ部３９の曲げ角度θ₀の差Δθ＝θ₁−θ₀を算出することにより測定した。
表１および表２に、本発明例１〜本発明例６および比較例１における各条件と、パンチ肩Ｒ部３９の角度変化Δθの測定結果を示す。

表１は材料Ａ、表２は材料Ｂを用いた場合のものであり、表１および表２に示すように、本発明例１〜本発明例６は、比較例１に比べて、材料Ａおよび材料Ｂともに角度変化Δθが低下する結果となった。このことから、プレス成形品３１のパンチ肩Ｒ部３９の曲げ内側に配置されるパンチ肩部５ａに可動凸部１１を設け、先端面部１１ａを突出した状態で下死点手前まで目標形状よりも小さい曲げ半径Ｒ_１のパンチ肩Ｒ部３９を成形し、その後、ダイ３により先端面部１１ａをパンチ肩部５ａに没入させた状態にして目標形状の曲げ半径Ｒ_０のパンチ肩Ｒ部３９に成形することで、スプリングバックによるパンチ肩Ｒ部３９の角度変化Δθを低減できることが示された。

次に、本発明例において他の条件を変更せずに、シリンダ荷重、先端面部の曲率半径、および材料のそれぞれを変更したときの結果について説明する。

まず、シリンダ荷重については、本発明例１、本発明例３および本発明例５の比較と、本発明例２、本発明例４および本発明例６の比較から、シリンダ荷重を増加することにより角度変化Δθが低減することがわかる。これは、シリンダ荷重が大きほど、一次曲げステップにおいて先端面部１１ａが突出した状態を維持しやすくなり、パンチ肩部５ａの曲率半径Ｒ_０よりも小さい曲げ半径Ｒ_１のパンチ肩Ｒ部３９が成形されやすくなるためであると考えられる。

先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１については、本発明例１と本発明例２、本発明例３と本発明例４、本発明例５と本発明例６のそれぞれの比較から、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１を小さくすることによりパンチ肩Ｒ部３９の角度変化Δθが低減することがわかる。これは、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１を小さくすることで、二次曲げステップにおいて目標形状の曲げ半径Ｒ_０のパンチ肩Ｒ部３９に成形する過程でのひずみの戻し（戻しひずみ量）が大きくなり、パンチ肩Ｒ部３９に生じた応力をより低減できるためであると考えられる。

さらに、成形に用いた材料については、表１および表２の本発明例１〜本発明例６におけるそれぞれの比較から、鋼板強度が低い材料の方が角度変化Δθが低減する結果となった。これは、鋼板強度が低い材料ほど、一次曲げステップにおける成形荷重が小さくなり、先端面部１１ａが突出した状態を維持しやすくなり、曲げ半径の小さいパンチ肩Ｒ部３９を成形しやすいためであると考えられる。

以上、パンチ肩部５ａに可動凸部１１を出没可能に設けたパンチ５を用いて成形することで、ハット型断面形状のプレス成形品３１のパンチ肩Ｒ部３９のスプリングバックを低減できることが示された。

実施例２では、図８に示すダイ３とパンチ５を備えた金型１を用いて図４に示すハット型断面形状を有するプレス成形品３１のプレス成形するに際し、ダイ３のダイ肩部３ａに可動凸部１１を設け（図１参照）、ダイ肩Ｒ部４１のスプリングバックによる角度変化を評価した。

実験では、実施例１と同様、金属板７として厚さ1.2mmの590MPa級鋼板（材料Ａ）と1180MPa級鋼板（材料Ｂ）を用いた。また、ダイ肩部３ａの曲率半径およびパンチ肩部５ａの曲率半径は10mmとした。

実施例２では、本発明例として、ダイ３のダイ肩部３ａに、図１に示すような溝部９と、溝部９に挿入されてダイ肩部３ａから出没可能な可動凸部１１と、可動凸部１１を所定の支持力で支持する支持部１３を設けた。支持部１３に関しては、実施例１と同様に油圧シリンダを用い、可動凸部１１を支持する支持力としてシリンダ荷重を設定した。

そして、本発明例については、可動凸部１１のダイ肩部３ａからの突出高さｈは1mmとし、可動凸部１１の先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１は3mm、7mmの２条件、支持部１３として使用する油圧シリンダに設定するシリンダ荷重は10kN、20kN、30kNの３条件とし、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１とシリンダ荷重をそれぞれ変更した計６条件を本発明例７〜本発明例１２とした。
さらに、比較対象として、ダイ３のダイ肩部３ａに可動凸部１１を設けずにプレス成形したものを比較例２とした。

スプリングバックによるダイ肩Ｒ部４１の角度変化は、図１４に示すように、離型後のダイ肩Ｒ部４１の曲げ角度θ₁と目標形状のダイ肩Ｒ部４１の曲げ角度θ₀の差Δθ＝θ₁−θ₀を算出することにより測定した。
表３および表４に、本発明例７〜本発明例１２および比較例２における各条件と、ダイ肩Ｒ部４１の角度変化Δθの測定結果を示す。

表３は材料Ａ、表４は材料Ｂを用いた場合のものであり、表３および表４に示すように、本発明例７〜本発明例１２は、比較例２に比べて、材料Ａおよび材料Ｂともに角度変化Δθが低下する結果となった。このことから、プレス成形品３１のダイ肩Ｒ部４１の曲げ内側に配置されるダイ肩部３ａに可動凸部１１を設け、先端面部１１ａを突出した状態で下死点手前まで目標形状よりも小さい曲げ半径Ｒ_１のダイ肩Ｒ部４１を成形し、その後、パンチ５により先端面部１１ａをダイ肩部３ａに没入させた状態にして目標形状の曲げ半径Ｒ_０のダイ肩Ｒ部４１に成形することで、スプリングバックによるダイ肩Ｒ部４１の角度変化Δθを低減できることが示された。

次に、本発明例において他の条件を変更せずに、シリンダ荷重、先端面部の曲率半径、および材料のそれぞれを変更したときの結果を説明する。

まず、シリンダ荷重については、本発明例７、本発明例９および本発明例１１の比較と、本発明例８、本発明例１０および本発明例１２の比較から、シリンダ荷重を増加することにより角度変化Δθが低減することがわかる。これは、シリンダ荷重が大きほど、一次曲げステップにおいて先端面部１１ａが突出した状態を維持しすくなり、ダイ肩部３ａの曲率半径Ｒ_０よりも小さい曲げ半径Ｒ_１のダイ肩Ｒ部４１が成形されやすくなるためであると考えられる。

先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１については、本発明例７と本発明例８、本発明例９と本発明例１０、本発明例１１と本発明例１２のそれぞれの比較から、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１を小さくすることによりダイ肩Ｒ部４１の角度変化Δθが低減することがわかる。これは、先端面部１１ａの曲率半径Ｒ_１を小さくすることで、二次曲げステップにおいて目標形状の曲げ半径Ｒ_０のダイ肩Ｒ部４１に成形する過程でのひずみの戻し（戻しひずみ量）が大きくなり、ダイ肩Ｒ部４１に生じた応力をより低減できるためであると考えられる。

さらに、成形に用いた材料については、表３および表４の本発明例７〜本発明例１２におけるそれぞれの比較から、鋼板強度が低い材料ほど角度変化Δθが低減する結果となった。これは、鋼板強度が低い材料ほど、一次曲げステップにおける成形荷重が小さくなり、先端面部１１ａが突出した状態を維持しやすくなり、曲げ半径の小さいダイ肩Ｒ部４１を成形しやすいためであると考えられる。

以上、ダイ肩部３ａに可動凸部１１を出没可能に設けたダイ３を用いて成形することで、ハット型断面形状のプレス成形品３１のダイ肩Ｒ部４１のスプリングバックを低減できることが示された。

１金型
３ダイ
３ａダイ肩部
５パンチ
５ａパンチ肩部
７金属板
９溝部
１１可動凸部
１１ａ先端面部
１３支持部
１５可動凸部
１７可動凸部
２１面部
２３曲げ部
３１プレス成形品
３３天板部
３５縦壁部
３７フランジ部
３９、３９ａパンチ肩Ｒ部
３９ｂ中央部
４１ダイ肩Ｒ部

Claims

金型の交換をせずに１度のプレス成形で曲げ部を有する形状にダイとパンチによって金属板をプレス成形してスプリングバックを抑制するプレス成形方法であって、
前記曲げ部の曲げ内側に配置されるパンチ肩部及び／又はダイ肩部に、該パンチ肩部及び／又はダイ肩部よりも曲率半径の小さい先端面部を有し、前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部から出没可能に支持された可動凸部を設け、
前記可動凸部の先端面部側を前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部よりも突出させた状態で前記ダイを前記パンチ側に下死点手前まで相対移動させ、前記金属板を前記先端面部に当接させて目標形状よりも曲げ半径の小さい曲げ部を有する形状に成形する一次曲げステップと、
前記ダイを下死点まで相対移動させて前記可動凸部の先端面部を前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部に没入した状態にしてひずみを変化させ下死点での応力を低減させて前記目標形状に成形する二次曲げステップと、を有することを特徴とするプレス成形方法。
前記可動凸部は、前記一次曲げステップでの成形荷重に対しては前記先端面部が前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部から突出した状態を維持し、前記二次曲げステップでの成形荷重に対しては前記先端面部が前記パンチ肩部及び／又はダイ肩部に没入するように支持されることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
前記可動凸部は、前記パンチ肩部及び／又は前記ダイ肩部の稜線方向における一部の範囲に単数又は複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のプレス成形方法。