JP7037125B2

JP7037125B2 - プレス成形方法

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Publication number: JP7037125B2
Application number: JP2019122761A
Authority: JP
Inventors: 裕樹荻原; 亮伸石渡; 徹簑手
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: JP2021007969A

Description

本発明は、プレス成形方法に関し、特に、平面視で長手方向に沿って湾曲する断面ハット形状のプレス成形品のプレス成形方法に関する。

一般に、プレス成形品のプレス成形過程において生じるしわ対策として、プレス成形過程における材料流入を抑制するために、例えば絞り成形においてダイとブランクホルダーとでブランクを挟持するクッション圧を増加させて成形する技術や、非特許文献１に開示されているように、材料流入に伴ってブランクの板厚が増加する部位にビードなどの形状を設ける技術が適用されている。

薄鋼板成形技術研究会編、プレス成形難易ハンドブック第４版、「第５章面形状精度不良と成形難易評価」、pp.244－247、日刊工業新聞社、（２０１７）

図４（ａ）に例示するような、平面視で長手方向に沿って湾曲する断面ハット形状のプレス成形品３１は、そのプレス成形過程において、湾曲の内側にあるフランジ部３９の長手方向中央に向かって材料が流入してフランジ部３９の先端部にしわが発生しやすいという問題がある。
このようなプレス成形品３１のしわ発生を抑制するために、ダイとブランクホルダーとによりブランクを挟持するクッション圧を増加させてドロー成形することで、フランジ部３９における材料流入を抑制することでしわの発生を抑制することができるといった効果がある反面、プレス成形品３１におけるパンチ肩Ｒ部３４や縦壁部３７に割れが発生するという課題があった。

また、非特許文献１に開示されているように、プレス成形過程においてしわが発生しやすい部位にしわ取り形状としてのビードを形成する技術は、プレス成形品の製品形状の変更を伴うものであるという課題があるため、しわ発生対策とならない場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、製品形状の変更を要せずに割れを防止しつつ曲げ成形により、平面視で湾曲するハット断面形状のプレス成形品をプレス成形するプレス成形方法を提案することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有してなる断面ハット形状であり、平面視で長手方向に沿って湾曲するプレス成形品を、ダイ及びパンチを用いて曲げ成形によりプレス成形するものであって、ブランクを前記プレス成形品に曲げ成形する過程において、前記湾曲の内側にあるフランジ部を成形する際に材料の流入を拘束する形状の拘束形状部を前記ダイ及びパンチで該湾曲の内側にあるフランジ部の長手方向両端部に形成することにより、前記長手方向端部から中央への材料の流入を拘束して前記湾曲の内側にあるフランジ部に相当する部位における圧縮応力を緩和することを特徴とするものである。

（２）本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有してなる断面ハット形状であり、平面視で長手方向に沿って湾曲するプレス成形品を、ダイ及びパンチを用いて曲げ成形によりプレス成形するものであって、ブランクを前記プレス成形品に曲げ成形する過程において、前記湾曲の内側にあるフランジ部を成形する際に材料の流入を拘束する形状の拘束形状部を前記ダイ及びパンチで前記天板部及び前記湾曲の内側にあるフランジ部それぞれの長手方向両端部に形成することにより、前記長手方向端部から中央への材料の流入を拘束して前記湾曲の内側にあるフランジ部に相当する部位における圧縮応力を緩和す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、前記拘束形状部は、段差状に凹んだ段差部であることを特徴とするものである。

（４）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記拘束形状部は、前記プレス成形品の湾曲に直交する方向に延在する凸状又は凹状のビード部であることを特徴とするものである。

本発明においては、天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有してなる断面ハット形状であり、平面視で長手方向に沿って湾曲するプレス成形品を、ダイ及びパンチを用いて曲げ成形によりプレス成形するものであって、ブランクを前記プレス成形品に曲げ成形する過程において、前記湾曲の内側にあるフランジ部を成形する際に材料の流入を拘束する形状の拘束形状部を前記ダイ及びパンチで該湾曲の内側にあるフランジ部の長手方向両端部に形成することにより、前記長手方向端部から中央への材料の流入を拘束して前記湾曲の内側にあるフランジ部に相当する部位における圧縮応力を緩和することができ、前記湾曲の内側にあるフランジ部におけるしわを抑制してプレス成形することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法によりプレス成形されるプレス成形品と、該プレス成形品の湾曲の内側にあるフランジ部に発生するしわを抑制することができる理由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おいて用いるダイ及びパンチを示す図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法において用いるダイの具体例を示す図である（（ａ）平面図、（ｂ）斜視図（その１）、（ｃ）斜視図（その２））。本発明で成形対象とするプレス成形品において発生するしわと、該しわの発生を抑制する手段について説明する図である（（ａ）しわ発生、（ｂ）しわ発生の抑制）。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法において、拘束形状部の他の例としてビード部を形成したプレス成形品を示す図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様を説明する図である。実施例において、発明例に係るプレス成形品の成形下死点における圧縮応力分布の結果を示す図である。実施例において、比較例に係るプレス成形品の成形下死点における圧縮応力分布の結果を示す図である。

本発明で成形対象とするプレス成形品は、図１（ａ）に一例として示すように、天板部３と、天板部３から連続する縦壁部５及び縦壁部７と、縦壁部５及び縦壁部７からそれぞれ連続するフランジ部９及びフランジ部１１とを有してなる断面ハット形状であり、平面視で長手方向に沿って湾曲するプレス成形品１である。なお、縦壁部５及びフランジ部９は、プレス成形品１の湾曲の内側にあるものであり、縦壁部７及びフランジ部１１は、プレス成形品１の湾曲の外側にあるものである。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法は、図１（ａ）に例示するプレス成形品１を、図１（ｂ）及び図２に示すように、ダイ２１とパンチ２３とを用いて曲げ成形によりプレス成形するものであって、ブランク２５をプレス成形品１に曲げ成形する過程において、湾曲の内側にあるフランジ部９を成形する際に材料の流入を拘束する形状の拘束形状部である段差部９ａをダイ２１及びパンチ２３でフランジ部９の長手方向両端部のみに形成することにより、湾曲の内側にあるフランジ部９に相当する部位における長手方向中央への材料の流入を拘束して当該部位における圧縮応力を緩和するものである。

ここで、図１（ｂ）は図１（ａ）の湾曲の内側にあるフランジ部９の中央ライン（一点鎖線）に沿った断面形状である。ダイ２１及びパンチ２３は、図１（ｂ）及び図２に示すように、フランジ部９を成形するフランジ成形部２１ａ及びフランジ成形部２３ａと、フランジ成形部２１ａ及びフランジ成形部２３ａそれぞれの長手方向両端部に設けられて段差部９ａを形成する段差形成部２１ｂ及び段差形成部２３ｂと、を有するものである。
そして、段差形成部２１ｂ及び段差形成部２３ｂにより形成される段差部９ａは、プレス成形方向に段差状に凹んだものである。
図３に、ダイ２１の具体的な形状の一例を示す。

以下、本実施の形態に係るプレス成形方法により、湾曲の内側となるフランジ部９におけるしわ発生を抑制することができる理由について説明する。

前述のとおり、図４（ａ）に示すように、平面視で長手方向に沿って湾曲する断面ハット形状のプレス成形品３１を従来の曲げ成形によりプレス成形すると、湾曲の内側にあるフランジ部３９の端部においては長手方向中央に向かって材料が流入するために圧縮変形が生じ、しわが発生する。

これに対し、本実施の形態に係るプレス成形方法においては、図１（ｂ）に示すように、湾曲の内側にあるフランジ部９を成形する際にフランジ部９の長手方向両端部のみにブランク２５の長手方向中央に向かう材料の流入を拘束する形状である段差部９ａをダイ２１の段差形成部２１ｂとパンチ２３の段差形成部２３ｂとで形成する。

このようにフランジ部９を成形しつつ段差部９ａを形成することより、ブランク２５におけるフランジ部９に相当する部位２５ａの長手方向中央に向かう材料の流入が拘束されるとともに成形下死点の直前で長手方向外側に向かう張力が付与され（図４（ｂ）参照）、フランジ部９に相当する部位２５ａにおける圧縮応力が緩和される。その結果、湾曲の内側にあるフランジ部９におけるしわの発生を抑制してプレス成形品１をプレス成形することができる。

なお、本実施の形態に係るプレス成形方法は、ブランクとして材料強度440MPa級～1470MPa級の鋼板を用いて曲げ成形によりプレス成形品１をプレス成形する場合に好ましく適用することができる。

ここで、本実施の形態に係るプレス成形方法において段差部９ａを形成する位置は、製品形状の長手方向両端から外側とすればよい。そして、段差部９ａが形成されたプレス成形品１に対し、図１に示すように、段差部９ａを含む長手方向端部側を破線に沿って切除し、残りの長手方向中央側の部位を製品として採取することにより、湾曲の内側となるフランジ部９のしわが抑制された製品を容易に得ることができる。

また、段差部９ａのプレス成形方向における段差深さ等の具体的な形状は、曲げ成形過程において、ブランク２５におけるフランジ部９に相当する部位２５ａの長手方向両端部における材料の流入を拘束するとともに該長手方向端部に対して張力を付与し、フランジ部９におけるしわの発生を効果的に抑制するようことが可能となるように、適宜設定すればよい。

上記の説明は、フランジ部９の長手方向両端部に形成する拘束形状部として、図１（ｂ）に示すような段差部９ａを形成する場合についてものであった。もっとも、本発明に係るプレス成形方法は、拘束形状部の具体的な形状を段差部９ａに限定するものではなく、ブランクにおける湾曲の内側にあるフランジ部に相当する部位において長手方向端部から中央に向かう材料の流入を拘束することができる形状であればよい。

例えば図５に示すプレス成形品５１のように、湾曲の内側となるフランジ部５９の長手方向端部に、該湾曲に直交する方向に延在するビード部５９ａをダイ及びパンチ（図示なし）により形成するものであってもよい。なお、図５に示すビード部５９ａは、プレス成形方向に凹状に形成したものであるが、プレス成形方向に凸状に形成したビード部を拘束形状部としてもよい。

さらに、上記の本実施の形態に係るプレス成形方法は、拘束形状部として段差部９ａを湾曲の内側のフランジ部９の長手方向両端部のみに形成するものであったが、本実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様としては、図６に例示するプレス成形品７１のように、湾曲の内側にあるフランジ部７９の長手方向両端部に拘束形状部として段差部７９ａを形成するとともに天板部７３の長手方向両端部に拘束形状部として段差部７３ａを、ダイ及びパンチ（図示なし）により形成するものであってもよい。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）の天板部７３の中央ライン（一点鎖線）に沿った断面形状である。

このように、プレス成形品７１を曲げ成形する過程において、段差部７９ａ及び段差部７３ａを形成することで、ブランクにおけるフランジ部７９に相当する部位の長手方向端部から中央に向かう材料の流入が拘束されるとともに成形下死点の直前で長手方向外方に向かう張力が付与され、圧縮応力が緩和される。その結果、湾曲の内側にあるフランジ部７９におけるしわの発生を抑制してプレス成形品７１をプレス成形することができる。

さらに、図６に示す破線に沿ってプレス成形品７１の長手方向両端部側を切除し、残りの長手方向中央側の部位を製品として採取することで、湾曲の内側となるフランジ部７９のしわが抑制された製品を容易に得ることができる。

なお、曲げ成形過程において天板部の長手方向両端部についてダイとパンチとで拘束する場合にあっても、前述の本実施の形態に係るプレス成形方法と同様、プレス成形品の湾曲に直交する方向に延在しプレス成形方向に凸状又は凹状のビード部を形成するものであってもよい。

本発明に係るプレス成形方法の作用効果について確認するための実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

実験では、本発明例として、図１（ａ）に示す平面視で長手方向に沿って湾曲する断面ハット形状のプレス成形品１を成形対象とし、湾曲の内側になるフランジ部９の長手方向両端部のみに段差部９ａを形成するように、図２に示すように、ダイ２１及びパンチ２３を用いてブランク２５を成形下死点まで曲げ成形する過程のＣＡＥ解析を行った。そして、成形下死点におけるプレス成形品１の圧縮応力分布を求めた。

プレス成形品１のプレス成形に供するブランク２５は、板厚1.0mm、引張強度980MPa級の鋼板とした。
そして、プレス成形品１の目標形状の寸法は、湾曲の曲率半径を250mm、天板部３の幅を30mm、成形高さ（プレス成形方向における縦壁部５及び縦壁部７の高さ）を40mm、フランジ部９及びフランジ部１１のフランジ幅を30mmとした。また、段差部９ａの寸法については、段差深さを20mm、長手方向の長さを15mmとした。

さらに、比較対象として図７（ａ）に示すように、従来のプレス成形方法によりブランク９５をダイ９１及びパンチ９３によりプレス成形品３１（図４）に成形下死点まで曲げ成形する過程のＣＡＥ解析を行ったものを比較例とし、成形下死点におけるプレス成形品３１の圧縮応力分布を求めた。比較例において、ブランク９５の板厚及び引張強度、並びに、プレス成形品３１の目標形状の寸法（湾曲の曲率半径、天板部３３の幅、成形高さ、フランジ部３９及びフランジ部４１のフランジ幅）は、発明例と同様とした。

図７（ｂ）に、比較例に係るプレス成形品３１の成形下死点における圧縮応力分布を、図８（ｂ）に、発明例に係るプレス成形品１の成形下死点における圧縮応力分布の結果を示す。

図７及び図８より、フランジ部３９（比較例）及び湾曲の内側にあるフランジ部９（発明例）のいずれにおいても圧縮応力の絶対値が高い領域が見られる。ここで、比較例（図７）と発明例（図８）を比較すると、比較例に係るフランジ部３９に比べて発明例に係るフランジ部９の方が圧縮応力の絶対値が高い領域の範囲が狭くなっていることが分かる。

以上、本発明に係るプレス成形方法によれば、平面視で長手方向に沿って湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を曲げ成形によりプレス成形するに際し、湾曲の内側にあるフランジ部におけるしわの発生を抑制できることが示唆された。

１プレス成形品
３天板部
５縦壁部
７縦壁部
９フランジ部（湾曲内側）
９ａ段差部
１１フランジ部
２１ダイ
２１ａフランジ成形部
２１ｂ段差形成部
２３パンチ
２３ａフランジ成形部
２３ｂ段差形成部
２５ブランク
２５ａ部位
３１プレス成形品（従来例）
３３天板部
３４パンチ肩Ｒ部
３５縦壁部
３７縦壁部
３９フランジ部
４１フランジ部
５１プレス成形品
５３天板部
５５縦壁部
５７縦壁部
５９フランジ部
５９ａビード部
６１フランジ部
７１プレス成形品
７３天板部
７３ａ段差部
７５縦壁部
７７縦壁部
７９フランジ部
７９ａ段差部
８１フランジ部
９１ダイ
９３パンチ
９５ブランク

Claims

天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有してなる断面ハット形状であり、平面視で長手方向に沿って湾曲するプレス成形品を、ダイ及びパンチを用いて曲げ成形によりプレス成形するプレス成形方法であって、
ブランクを前記プレス成形品に曲げ成形する過程において、前記湾曲の内側にあるフランジ部を成形する際に材料の流入を拘束する形状の拘束形状部を前記ダイ及びパンチで該湾曲の内側にあるフランジ部の長手方向両端部に形成することにより、前記長手方向端部から中央への材料の流入を拘束して前記湾曲の内側にあるフランジ部に相当する部位における圧縮応力を緩和することを特徴とするプレス成形方法。
天板部と、該天板部から連続する縦壁部と、該縦壁部から連続するフランジ部とを有してなる断面ハット形状であり、平面視で長手方向に沿って湾曲するプレス成形品を、ダイ及びパンチを用いて曲げ成形によりプレス成形するプレス成形方法であって、
ブランクを前記プレス成形品に曲げ成形する過程において、前記湾曲の内側にあるフランジ部を成形する際に材料の流入を拘束する形状の拘束形状部を前記ダイ及びパンチで前記天板部及び前記湾曲の内側にあるフランジ部それぞれの長手方向両端部に形成することにより、前記長手方向端部から中央への材料の流入を拘束して前記湾曲の内側にあるフランジ部に相当する部位における圧縮応力を緩和することを特徴とするプレス成形方法。
前記拘束形状部は、段差状に凹んだ段差部であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形方法。
前記拘束形状部は、前記プレス成形品の湾曲に直交する方向に延在する凸状又は凹状のビード部であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形方法。