JP7246227B2

JP7246227B2 - プレス成形方法及び金属板

Info

Publication number: JP7246227B2
Application number: JP2019063874A
Authority: JP
Inventors: 茂樹沖野
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-03-27
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP2020163397A

Description

本発明は、金属板に厚肉部を形成するプレス成形方法、及びその方法で形成された金属板に関する。

例えば、自動車の車体に使用される断面ハット形状の部品の強度を高める場合、部品全体を厚肉化すると、重量増やコスト高を招くため好ましくない。そこで、機能的に最も強度が必要とされるのは曲げ部（稜線）のみを厚肉化することが行われている。このように部分的に厚肉化した金属板として、例えば、金属板に板状のパッチワークを貼り付けて部分的に厚肉化したパッチワーク材（下記の特許文献１参照）や、厚さの異なる複数の金属板を溶接等により接合したテーラードブランク材（下記の特許文献２参照）が知られている。

特開２０１７－１７７１１５号公報特開２００５－１５２９７５号公報

しかし、上記のようなパッチワーク材やテーラードブランク材は、金属板にパッチワークを貼り付けたり、厚さの異なる金属板を接合したりするための専用の設備を要するため、設備コストが高くなる。

そこで、本発明は、金属板に厚肉部を形成するための設備の低コスト化を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、金属板に、厚さ方向がプレス方向に対して傾斜した傾斜部を含む増肉予定部を設け、前記増肉予定部を、前記プレス方向と直交する方向の寸法を増大させることなく、前記プレス方向に押し潰すことにより、厚肉部を形成するプレス成形方法を提供する。

このように、傾斜部を含む増肉予定部を、プレス方向と直交する方向（幅方向）の寸法を増大させることなく、プレス方向に押し潰すことで、厚肉部を形成することができる。この場合、金属板の成形に通常用いられるプレス設備を用いて、金属板に厚肉部を形成することができるため、パッチワーク材やテーラードブランク材のように専用の設備が不要となる。

上記のように傾斜部を含む増肉予定部を押しつぶして形成された厚肉部は、比較的小さい領域（幅）に形成される。この厚肉部に隣接した領域に、上記と同様の方法で他の厚肉部を形成すれば、厚肉領域を広げることができる。具体的には、厚肉部に隣接した領域に、厚さ方向がプレス方向に対して傾斜した傾斜部を含む他の増肉予定部を形成し、この他の増肉予定部の、プレス方向と直交する方向の寸法増加を規制した状態で、他の増肉予定部をプレス方向に押し潰すことにより、厚肉部の近傍に他の厚肉部を形成することができる。このとき、先に形成した増肉予定部を押し潰して厚肉部を形成すると同時に、この厚肉部に隣接した領域に他の増肉予定部を形成すれば、厚肉部の形成と他の増肉予定部の形成とを異なる工程で行う場合と比べて、工数が削減されて低コスト化が図られる。

増肉予定部は、例えば、厚さ方向がプレス方向に対して一方側に傾斜した前記傾斜部と、厚さ方向がプレス方向に対して他方側に傾斜した他の傾斜部と、両傾斜部の間に設けられた頂部とを有する構成とすることができる。この増肉予定部をプレス方向に押し潰すことにより、両傾斜部が押し潰されて厚肉部が形成されるため、一回のプレスでより広い厚肉領域を得ることができる。このとき、予め、頂部の肉厚を両傾斜部の肉厚よりも大きくしてもよい。この場合、増肉予定部を押し潰すことで、元々厚肉であった頂部に起因する厚肉部の両側に、傾斜部を押し潰して形成された厚肉部を設けることができる。

上記の方法でプレス成形された金属板は、プレス成形による材料の塑性流動により形成された厚肉部を有する。この厚肉部は、肉厚が均一ではないため、厚肉部の表面の全域が金型で成形されるのではなく、厚肉部の表面の一部は金型と非接触となる。このため、厚肉部の表面には、前記プレス成形により成形された成形面と、前記プレス成形で成形されていない非成形面とが設けられる。

以上のように、本発明のプレス成形方法で金属板に厚肉部を形成すれば、パッチワーク材やテーラードブランク材のような専用の設備を要することなく、汎用のプレス設備を用いて成形することができるため、設備の低コスト化が図られる。

（Ａ）は金属板、（Ｂ）は厚肉部を形成した金属板、（Ｃ）はハット形状に成形した金属板の斜視図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、金属板に増肉予定部（傾斜部）を成形する工程を示す断面図である。厚肉部を形成する金型の断面図である。図３の金型で増肉予定部を押し潰している途中の状態を示す断面図である。図３の金型で厚肉部の形成が完了した状態を示す断面図である。傾斜部の角度が過大な増肉予定部を押し潰している途中の状態を示す断面図である。図６の増肉予定部を押し潰して厚肉部を形成した状態を示す断面図及びその拡大図である。厚肉部に隣接して他の厚肉部を形成する金型の断面図である。図８の金型で他の厚肉部を形成した状態を示す断面図である。厚肉部を形成する金型の他の例を示す断面図である。図１０の金型で増肉予定部を押し潰している途中の状態を示す断面図である。図１０の金型で厚肉部の形成が完了した状態を示す断面図である。図１０の金型で、厚肉部に隣接して他の厚肉部を形成する状態を示す断面図である。図１０の金型で他の厚肉部を形成した状態を示す断面図である。厚肉部を形成する金型のさらに他の例を示す断面図である。図１５の金型で増肉予定部を押し潰している途中の状態を示す断面図である。図１５の金型で厚肉部の形成が完了した状態を示す断面図である。厚肉部を形成する金型のさらに他の例を示す断面図である。図１８の金型で厚肉部の形成が完了した状態を示す断面図である。厚肉部を形成する金型のさらに他の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係るプレス成形方法は、図１（Ａ）に示す平坦な金属板１００（例えば鋼板）に、図１（Ｂ）に示すように厚肉部１０１を形成する厚肉部形成工程と、この金属板１００を図１（Ｃ）に示すような断面ハット形状に成形するハット成形工程とを有する。断面ハット形状に成形された金属板１００は、天面部１０２と、天面部１０２の幅方向（図中Ｘ方向）両端から下方に延びる一対の縦壁部１０３と、各縦壁部１０３から幅方向外側に延びる一対のフランジ部１０４とを有する。図示例では、厚肉部１０１が、金属板１００の長手方向（図中Ｙ方向）に沿って形成され、具体的には、断面ハット形状に成形された金属板１００の稜線（図示例では、天面部１０２と縦壁部１０３との間の稜線）となる領域に沿って形成される。このように、稜線のみに厚肉部を設けることで、重量増加を抑えつつ、強度を確保することができる。上記の各工程は、常温環境下（冷間プレス）で行われる。

厚肉部形成工程では、まず、図２（Ａ）に示す金型１１、１２により平坦な金属板１００にプレス成形（曲げ成形）を施す。これにより、図２（Ｂ）に示すように、金属板１００に傾斜部１１１を有する増肉予定部１１０を形成する。

次に、図３に示す金型で、金属板１００の増肉予定部１１０を押し潰して厚肉部１０１を形成する。具体的には、まず、金属板１００を金型にセットし、金属板１００のうち、増肉予定部１１０の幅方向一方側（図中左側）の平坦部１２０を下型１と押さえ部３とで挟持固定し、増肉予定部１１０の幅方向他方側（図中右側）の平坦部１３０を上型２と押さえ部４とで挟持固定する。こうして金属板１００を金型にセットした状態では、増肉予定部１１０に設けられた傾斜部１１１の厚さ方向が、プレス方向（図中上下方向）に対して傾斜している。

この状態で、図４に示すように上型２及び押さえ部４を一体に降下させ、下型１の上面に設けられた成形面１ａと、上型２の下面に設けられた成形面２ａとで、増肉予定部１１０をプレス方向（上下方向）に圧縮する。図示例では、成形面１ａ、２ａが、プレス方向と直交する平坦面である。このとき、増肉予定部１１０の幅方向両側の平坦部１２０、１３０が挟持固定されているため、増肉予定部１１０の幅方向の寸法増加が規制されている。この状態で、増肉予定部１１０をプレス方向に圧縮することで、材料が塑性流動して傾斜部１１１の肉厚が増大すると共に、傾斜部１１１の角度が立ち上がる。さらに増肉予定部１１０をプレス方向に圧縮すると、図５に示すように、下型１の成形面１ａと上型２の成形面２ａとで傾斜部１１１が押し潰されて、厚肉部１０１が形成される。

ところで、傾斜部１１１の幅方向寸法Ｌや高さＨ（図３参照）が過大であったり、傾斜部１１１の角度θが過大であったりすると、図６に示すようにプレス途中で傾斜部１１１の角度θ’が過大となり、この状態でプレスすることで傾斜部１１１が折れ曲がってしまい、図７に示すように、厚肉部１０１に急な段差１０１ａや亀裂１０１ｂが生じる恐れがある。従って、圧縮前の傾斜部１１１の角度θや、傾斜部１１１の幅方向寸法Ｌ及び高さＨは、プレス途中で傾斜部１１１が折れ曲がらないように設定される。これらの値は、金属板１００の材質や肉厚等によって異なるが、概ね、傾斜部１１１の幅方向寸法Ｌ及び高さＨは５～２０ｍｍ程度、傾斜部１１１の角度θは３０～６０°程度に設定される。

こうして形成された厚肉部１０１の下面及び上面には、図５に示すように、金型１、２の成形面１ａ、２ａで成形された成形面１０１ｃと、金型１、２で成形されていない非成形面１０１ｄとが設けられる。図示例では、厚肉部１０１の下面のうち、最大肉厚部及びこれに幅方向一方側（図中左側）に連続した領域に、下型１の成形面１ａで成形された平坦な成形面１０１ｃが設けられる。厚肉部１０１の下面のうち、最大肉厚部よりも幅方向他方側（図中右側）の領域には、成形面１０１ｃよりも上方に後退し、幅方向他方側に行くにつれて上方に傾斜した非成形面１０１ｄが設けられる。また、厚肉部１０１の上面のうち、最大肉厚部及びこれに幅方向他方側（図中右側）に連続した領域には、上型２の成形面２ａで成形された平坦な成形面１０１ｃが設けられる。厚肉部１０１の上面のうち、最大肉厚部よりも幅方向他方側（図中右側）の領域には、成形面１０１ｃよりも下方に後退し、幅方向一方側に行くにつれて下方に傾斜した非成形面１０１ｄが設けられる。

ハット成形工程では、厚肉部１０１が形成された金属板１００にプレス成形（例えば曲げ成形）を施して、図１（Ｃ）に示すような断面ハット形状に成形する。このとき、ハット形状の稜線に厚肉部１０１が配されるように、金属板１００を成形する。

以上のように、増肉予定部１１０の傾斜部１１１を押し潰して厚肉部１０１を形成することにより、専用の設備を要することなく、金属板の成形工程で用いられる汎用のプレス設備（プレス機）を用いて厚肉部１０１を形成することができる。例えば、ハット成形工程で用いるプレス機の金型を、図３に示す金型に交換して使用することができる。これにより、金属板１００に厚肉部１０１を形成するための設備の低コスト化が図られる。

本発明は以上の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。

例えば、上記の実施形態に示す方法で金属板１００に厚肉部１０１を形成した後、さらに他の厚肉部１０１を形成してもよい。具体的には、厚肉部１０１を形成した略平坦な金属板１００（図５参照）をプレス成形して、厚肉部１０１の幅方向他方側（図中右側）に、再び傾斜部１１１を含む増肉予定部１１０を成形する（図８参照）。この金属板１００の増肉予定部１１０を、上記の実施形態と同様に金型１、２で押し潰す。具体的には、増肉予定部１１０の幅方向一方側（図中左側）の厚肉部１０１を下型１と押さえ部３とで挟持固定すると共に、増肉予定部１１０の幅方向他方側（図中右側）に設けられた平坦部１３０を上型２と押さえ部４とで挟持固定する。この状態で、図９に示すように上型２及び押さえ部４を一体に降下させ、増肉予定部１１０を押しつぶして新たな厚肉部１０１を形成する。各厚肉部１０１の幅方向寸法は、金属板１００の肉厚の２～３倍程度であるが、上記のように複数の厚肉部１０１を幅方向に隣接して設けることで、厚肉領域を広げることができる。

また、図１０に示す金型を用いて、複数の厚肉部１０１を連続的に形成してもよい。この実施形態では、上型２のうち、成形面２ａの幅方向他方側（図中右側）に隣接した領域に傾斜面２ｂを設けている。成形面２ａには、プレス方向と直交する平坦面２ａ１と、平坦面２ａ１と傾斜面２ｂとを滑らかに連続する曲面部２ａ２とが設けられる。まず、金属板１００のうち、増肉予定部１１０の幅方向一方側（図中左側）に設けられた平坦部１２０を下型１と押さえ部３とで挟持固定すると共に、傾斜部１１１のうち、増肉予定部１１０よりも幅方向他方側の領域を、上型２の傾斜面２ｂと押さえ部４とで挟持固定する。この状態で、上型２及び押さえ部４を一体に降下させることにより、図１１に示すように、下型１の成形面１ａと上型２の成形面２ａの平坦面２ａ１とで金属板１００の増肉予定部１１０（傾斜部１１１の一部）がプレス方向で圧縮される。これと同時に、上型２の成形面２ａの曲面部２ａ２で、傾斜部１１１に新たな曲げ部１１２が形成される。その後、さらに上型２を降下させることで、図１２に示すように、金属板１００に厚肉部１０１が形成されると共に、厚肉部１０１の幅方向他方側に新たな増肉予定部（曲げ部１１２及び傾斜部１１１）が設けられる。

上記のように厚肉部１０１を形成した後、型開きし、図１３に示すように、金属板１００を幅方向一方側（図中左側）に移動させる。その後、金属板１００の厚肉部１０１を下型１と押さえ部３とで挟持固定すると共に、傾斜部１１１を上型２と押さえ部４とで挟持固定する。そして、上型２及び押さえ部４を降下させることで、図１４に示すように、上型２と下型１とで増肉予定部１１０（傾斜部１１１の一部）を押し潰して厚肉部１０１を形成すると共に、その幅方向他方側に新たな増肉予定部１１０（曲げ部１１２及び傾斜部１１１）を形成する。以上のように、厚肉部１０１を形成すると同時に、これに隣接した領域に新たな増肉予定部１１０を形成することで、別途の金型を要することなく複数の厚肉部１０１を連続的に形成することができる。

図１５に示す実施形態では、金属板１００の増肉予定部１１０が、プレス方向（図中上方）に突出した凸湾曲部１４０で構成される。凸湾曲部１４０は、頂部１４１と、頂部１４１の幅方向両側に設けられた一対の傾斜部１４２とを有し、各傾斜部１４２の厚さ方向は、プレス方向（図中上下方向）に対してそれぞれ反対側に傾斜している。金属板１００のうち、凸湾曲部１４０幅方向両側に設けられた平坦部１２０、１３０を、下型１と押さえ部３、４とで挟持固定する。この状態で、上型２を降下させることで、図１６に示すように、下型１の成形面１ａと上型２の成形面２ａとで凸湾曲部１４０がプレス方向で圧縮され、一対の傾斜部１４２が増肉しながら立ち上がる。さらに上型２を降下させることで、図１７に示すように、凸湾曲部１４０の傾斜部１４２が押し潰されて厚肉部１０１が形成される。このように、一対の傾斜部１４２を有する凸湾曲部１４０を押し潰して厚肉部１０１を形成することで、一回のプレス成形で、より広い領域に厚肉部１０１を形成することができる。

図１８に示す実施形態では、金属板１００の増肉予定部１１０が、複数（図示例では３つ）の頂部１４１と、各頂部１４１の両側に設けられた傾斜部１４２とからなる波形の湾曲部で構成される。この増肉予定部１１０を、下型１と上型２とでプレス方向で圧縮して押し潰すことで、図１９に示すように、さらに広い領域に厚肉部１０１が形成される。

図２０に示す実施形態では、予め、厚肉部１０１（散点で示す）を形成した金属板１００（例えば、図１８の金属板１００）をプレス成形して、厚肉部１０１を頂部１４１に配した波形の湾曲部からなる増肉予定部１１０を形成している（図２０（Ａ）参照）。この金属板１００の増肉予定部１１０を、下型１と上型２とでプレス方向に圧縮して押し潰すことで、先に形成した厚肉部１０１と隣接した領域に、さらに厚肉部１０１を形成することができる（図２０（Ｂ）参照）。

以上の実施形態では、金属板１００に厚肉部１０１を形成する場合を示したが、厚肉部１０１を形成する金型で、金属板１００を厚さ方向にプレスして塑性変形させることにより、薄肉部を同時に成形してもよい。これにより、金属板１００を、場所ごとに適切な肉厚を有するように成形することができる。

以上のようなプレス成形方法で成形した断面ハット形状の部品は、例えば車体の骨格部品（フロントサイドメンバー等）など、各種フレーム部品に適用することができる。尚、以上に示したプレス成形方法は、断面ハット形状の部品を成形する場合に限らず、金属板に部分的な厚肉部を形成し、この金属板を所定の形状に成形する場合に適用することができる。

１下型
２上型
３押さえ部
４押さえ部
１００金属板
１０１厚肉部
１０１ｃ成形面
１０１ｄ非成形面
１１０増肉予定部
１１１傾斜部
１４０凸湾曲部
１４１頂部
１４２傾斜部

Claims

金属板に、厚さ方向がプレス方向に対して傾斜した傾斜部を含む増肉予定部を設け、
前記増肉予定部を、前記プレス方向と直交する方向の寸法を増大させることなく、前記プレス方向に押し潰すことにより、厚肉部を形成するプレス成形方法において、
上型に設けられた傾斜面とこれに前記プレス方向で対向する押さえ部とで、前記金属板のうち、前記増肉予定部に隣接する領域を挟持固定した状態で、前記上型の成形面と下型の成形面とで前記増肉予定部を前記プレス方向に押し潰すことにより、前記厚肉部を形成すると同時に新たな増肉予定部を設ける工程を有するプレス成形方法。
前記上型と前記下型とを型開きした後、前記金属板を移動させる工程と、
前記下型とこれに前記プレス方向で対向する他の押さえ部とで前記金属板の前記厚肉部を挟持固定すると共に、前記上型の傾斜面と前記押さえ部とで、前記金属板のうち、前記新たな増肉予定部に隣接する領域を挟持固定した状態で、前記上型の成形面と前記下型の成形面とで前記新たな増肉予定部を前記プレス方向に押し潰すことにより、新たな厚肉部を形成する工程とをさらに有する請求項１に記載のプレス成形方法。