JP7277725B2 - プレス成形せん断加工方法 - Google Patents

Description

本開示は、プレス成形せん断加工方法に関する。

パンチとダイスとが対向して配置された金型を用いて金属板をプレス成形すると、プレス成形体には応力が発生し、離型後の成形品には弾性回復によりスプリングバックやねじれなどが生じ得る。

そのため、プレス成形体を最終製品として用いる場合は、寸法不良の問題があり、プレス成形体にさらに成形や切断等の加工を行う場合は、プレス成形体が変形しているために、金型内等の所定位置にプレス成形体を精度良く配置することができない、といった問題がある。

近年、自動車の車体構造部材では、素材としての軽量化を図るために、板厚の薄い高張力鋼板や比重の小さいアルミニウム合金板の適用が増加してきている。しかしながら、高張力鋼板やアルミニウム合金板などにおいては上記問題がより顕著になる。

プレス成形体の応力が開放されることによりスプリングバックが起こるので、プレス成形体の応力が小さいほどスプリングバックを抑制することができる。したがって、プレス成形体の応力を低減させることが従来からの課題であり、プレス成形の金型を所定の構成にすることにより、変形や寸法不良が発生しにくいプレス成形方法がいくつか提案されている（特許文献１）。

特開２０１２－０５１００５号公報

しかしながら、プレス成形体の寸法精度は依然として不十分であり、寸法精度のさらなる向上が望まれている。

本発明者は上記課題に対して鋭意研究を行い、プレス成形とともにせん断加工を行うプレス成形せん断加工方法を見出した。

本開示の要旨は、以下のとおりである。
（１）第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、
前記被加工材の第２面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状の第１のダイスと、前記被加工材の第１面側に配置され且つ前記第１のダイスの前記周辺部と対向するように配置された凹形状のパンチとの間、または
前記被加工材の第１面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状のパンチと、前記被加工材の第２面側に配置され且つ前記パンチの前記周辺部と対向するように配置された凹形状の第１のダイスとの間に、
配置すること、
前記パンチと前記第１のダイスとで前記被加工材をプレス成形して、プレス成形体を得ること、並びに
前記パンチと前記第１のダイスとで前記プレス成形体を押えながら、前記パンチと、前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイスとで、前記プレス成形体をせん断加工して、加工材を得ること
を含む、プレス成形せん断加工方法。
（２）前記せん断加工を、前記プレス成形の完了と同時または完了後に開始する、上記（１）に記載のプレス成形せん断加工方法。
（３）前記被加工材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である、上記（１）または（２）に記載のプレス成形せん断加工方法。
（４）前記被加工材が、１１８０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である、上記（１）または（２）に記載のプレス成形せん断加工方法。
（５）前記加工材が曲線形状を有し、
前記プレス成形体が、前記加工材の曲率半径の中央値ｒに対して０．８ｒ以下の箇所に前記せん断加工で切り落とされる切り代を有し、
前記せん断加工が、前記切り代を切り落とすことを含む、
上記（１）～（４）のいずれかに記載のプレス成形せん断加工方法。
（６）前記加工材が曲線形状を有し、
前記プレス成形体が、前記加工材の曲率半径の中央値ｒに対して０．５ｒ以下の箇所に前記せん断加工で切り落とされる切り代を有し、
前記せん断加工が、前記切り代を切り落とすことを含む、
上記（１）～（４）のいずれかに記載のプレス成形せん断加工方法。
（７）前記プレス成形体が、前記切り代を、前記加工材において内周部となる箇所に有する、上記（５）または（６）に記載のプレス成形せん断加工方法。
（８）被加工材にプレス成形及びせん断加工を行うプレス成形せん断加工装置であって、
突出した中央部及び周辺部を有する凸形状の第１のダイス、前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイス、及び前記第１のダイスと対向する位置に配置された凹形状のパンチ、または、
突出した中央部及び周辺部を有する凸形状のパンチ、前記パンチと対向する位置に配置された凹形状の第１のダイス、及び前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイス
を備え、
前記パンチと前記第１のダイスとの少なくとも一方を前記被加工材の板厚方向に駆動させ、前記被加工材をプレス成形してプレス成形体を得るプレス成形機構、並びに
前記パンチと前記第１のダイスとで前記プレス成形体を押さえながら、前記パンチと前記第２のダイスとの少なくとも一方を前記被加工材の板厚方向に駆動させ、前記プレス成形体をせん断加工して、加工材を得る、せん断加工機構、
をさらに備えた、プレス成形せん断加工装置。
（９）前記パンチの移動方向に平行な方向において、前記第２のダイスの前記被加工材に対向する端面の位置が、前記第１のダイスの周辺部の表面の位置よりも前記パンチ側に２ｍｍ以内の範囲で突出している、上記（８）に記載のプレス成形せん断加工装置。
（１０）前記パンチの移動方向に平行な方向において、前記第２のダイスの前記被加工材に対向する端面の位置が、前記第１のダイスの周辺部の表面の位置と同じか、または第１のダイスの前記周辺部の表面の位置よりもパンチ側とは反対側にある、上記（９）に記載のプレス成形せん断加工装置。

本開示の方法によれば、寸法精度に優れたプレス成形した加工材を得ることができる。

図１は、本開示の方法における配置工程の一例を説明する断面模式図である。 図２は、本開示の方法におけるプレス成形工程の一例を説明する断面模式図である。 図３は、本開示の方法におけるせん断加工工程の一例を説明する断面模式図である。 図４は、プレス成形せん断加工後の加工材取り出し工程の一例を説明する断面模式図である。 図５は、実施例で用いた被加工材のシミュレーションモデルである。 図６は、図５の被加工材に、本開示のプレス成形せん断加工を行って得られた加工材のシミュレーションモデルである。 図７は、図６の加工材の破線部Ｘに対応する位置における、プレス成形後せん断加工前のプレス成形体の断面模式図である。 図８は、比較例で用いた被加工材のシミュレーションモデルである。 図９は、図８の被加工材に、従来のプレス成形を行って得られたプレス成形体のシミュレーションモデルである。 図１０は、図９のプレス成形体１１の破線部Ｘにおける断面模式図である。 図１１は、主応力の測定箇所を示す模式図である。 図１２は、スプリングバックによる変形量の測定箇所を示す模式図である。 図１３は、スプリングバックによる変形量ΔＤの測定位置を示す模式図である。 図１４は、第１のダイスの周辺部の表面の位置と第２のダイスの端部の位置との関係を表す断面模式図である。 図１５は、本開示の方法における配置工程の一例を説明する断面模式図である。 図１６は、本開示の方法におけるプレス成形工程の一例を説明する断面模式図である。 図１７は、本開示の方法におけるせん断加工工程の一例を説明する断面模式図である。 図１８は、本開示のプレス成形せん断加工を行って得られた加工材のシミュレーションモデルである。

本開示の方法においては、パンチ及びダイスを用いて被加工材をプレス成形し、そのままプレス成形で用いたパンチ及びダイスでプレス成形体を押さえながら、前記パンチと前記ダイスの周囲に配置された別のダイスでせん断加工を行い、加工材を得る。

本開示は、第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記被加工材の第２面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状の第１のダイスと、前記被加工材の第１面側に配置され且つ前記第１のダイスと対向するように配置された凹形状のパンチとの間、または前記被加工材の第１面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状のパンチと、前記被加工材の第２面側に配置され且つ前記パンチと対向するように配置された凹形状の第１のダイスとの間に、配置すること、前記パンチと前記第１のダイスとで前記被加工材をプレス成形して、プレス成形体を得ること、並びに前記パンチと前記第１のダイスとで前記プレス成形体を押えながら、前記パンチと前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイスとで、前記プレス成形体をせん断加工して、加工材を得ることを含む、プレス成形せん断加工方法を対象とする。

本開示によれば、応力が生じたプレス成形体を押さえながら、比較的応力が大きいプレス成形体の外周部をせん断加工により切断することによりスプリングバックを抑制することができるので、寸法精度に優れたプレス成形体を得ることができる。

以下、本開示の方法について、図面を参照しながら説明する。

本開示の方法は、第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、（Ａ）被加工材の第２面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状の第１のダイスと、被加工材の第１面側に配置され且つ第１のダイスと対向するように配置された凹形状のパンチとの間、または（Ｂ）被加工材の第１面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状のパンチと、被加工材の第２面側に配置され且つパンチと対向するように配置された凹形状の第１のダイスとの間に、配置する配置工程を含む。

図１に、上記（Ａ）の場合の配置工程の一例を説明する断面模式図を示す。図１に示すように、第１面１０１及びその反対側の第２面１０２を有する被加工材１０を、被加工材１０の第２面１０２側に配置され且つ突出した中央部３１及び周辺部３２を有する凸形状の第１のダイス３０と、被加工材１０の第１面１０１側に配置され且つ第１のダイス３０と対向するように配置された凹形状のパンチ２０との間に、配置する。

凸形状の第１のダイス３０と凹形状のパンチ２０とは、被加工材１０を挟んで対向するように配置される。より具体的には、凸形状の第１のダイス３０と凹形状のパンチ２０とは、第１のダイス３０の突出した中央部３１とパンチ２０の***部２４とが対向し、第１のダイス３０の周辺部３２とパンチ２０の周辺部２２とが対向するように配置される。

被加工材１０の配置方法は特に限定されず、被加工材１０を第１のダイス３０の中央部３１上に配置してもよく、あるいは、被加工材１０を第１のダイス３０とパンチ２０との間に配置されるように、保持部材で把持してもよい。

好ましくは、ホルダー５０がパンチ２０の周囲に配置される。ホルダー５０は、好ましくはパンチ２０の上端部２３に、ばね５１で接続されている。ホルダー５０によって、切断時に生じる被加工材１０の振動を抑えることができ、工具の損傷を抑制することができる。

好ましくは、押え部材７０がパンチ２０の内側に配置される。押え部材７０により、成形の開始から終了まで被加工材１０を拘束しながら成形を行うことができる。押え部材７０は、好ましくは、パンチ２０の***部２４に、ばね７１で接続されている。押え部材７０が、パンチ２０の***部２４にばね７１で接続されることにより、より簡便に、成形の開始から終了まで被加工材１０を拘束しながら成形を行うことができる。

図１５に、上記（Ｂ）の場合の配置工程の一例を説明する断面模式図を示す。図１５に示すように、第１面１０１及びその反対側の第２面１０２を有する被加工材１０を、被加工材１０の第１面側１０１に配置され且つ突出した中央部２１及び周辺部２２を有する凸形状のパンチ２０と、被加工材１０の第２面１０２側に配置され且つパンチ２０と対向するように配置された凹形状の第１のダイス３０との間に、配置する。

凸形状のパンチ２０と凹形状の第１のダイス３０とは、被加工材１０を挟んで対向するように配置される。より具体的には、凸形状のパンチ２０と凹形状の第１のダイス３０とは、パンチ２０の突出した中央部２１と第１のダイス３０の下中央部３６とが対向し、パンチ２０の周辺部２２と第１のダイス３０の周辺部３２とが対向するように配置される。

被加工材１０の配置方法は特に限定されず、被加工材１０を第１のダイス３０上に配置してもよく、あるいは、被加工材１０を第１のダイス３０とパンチ２０との間に配置されるように、保持部材で把持してもよい。

好ましくは、ホルダー５０がパンチ２０の周囲に配置される。ホルダー５０は、好ましくはパンチ２０の上端部２３に、ばね５１で接続されている。ホルダー５０によって、切断時に生じる被加工材の振動を抑えることができ、工具の損傷を抑制することができる。

好ましくは、押え部材７０がダイス３０の内側に配置される。押え部材７０により、成形の開始から終了まで被加工材１０を拘束しながら成形を行うことができる。押え部材７０は、好ましくは、第１のダイス３０の下中央部３６に、ばね７１で接続されている。押え部材７０が、第１のダイス３０の下中央部３６にばね７１で接続されることにより、より簡便に、成形の開始から終了まで被加工材１０を拘束しながら成形を行うことができる。

本開示の方法は、パンチと第１のダイスとで被加工材をプレス成形して、プレス成形体を得るプレス成形工程を含む。

図２に、前記配置工程が上記（Ａ）の場合の、上記プレス成形工程の一例を説明する断面模式図を示す。図２に示すように、パンチ２０と第１のダイス３０とで被加工材をプレス成形して、プレス成形体１１を得る。

パンチ２０は、第１のダイス３０に向かって被加工材１０の板厚方向に、第１のダイス３０の周辺部３２との間にプレス成形体１１の周辺部を挟んで止まる位置まで移動する。第１のダイス３０が、パンチ２０に向かって加工材１０の板厚方向に移動してもよい。パンチ２０が、第１のダイス３０に向かって被加工材１０の板厚方向に移動し、且つ第１のダイス３０が、パンチ２０に向かって加工材１０の板厚方向に移動してもよい。前記止まる位置において、パンチ２０の***部２４と第１のダイス３０の突出した中央部３１との間でも、プレス成形体１１が挟まれていてもよい。

好ましくは、パンチ２０の周囲に配置されたホルダー５０と第１のダイス３０の周囲に配置された第２のダイス４０との間で、プレス成形体１１の周辺部を挟んで押さえる。これにより、より安定してプレス成形体１１を保持することができる。

好ましくは、パンチ２０の内側に配置された押え部材７０と第１のダイス３０の中央部３１との間で、被加工材１０の中央部を挟んで押えながらプレス成形を行う。これにより、より安定してプレス成形を行うことができる。好ましくは、押え部材７０と第１のダイス３０の中央部３１との間で、被加工材１０の中央部を挟んで押えながらせん断加工も行う。これにより、より安定して寸法精度に優れた加工材を得ることができる。

本開示の方法は、パンチと第１のダイスとでプレス成形体を押さえながら、パンチと第１のダイスの周囲に配置された第２のダイスとで、プレス成形体をせん断加工して、加工材を得るせん断加工工程を含む。

図１６に、前記配置工程が上記（Ｂ）の場合の、上記プレス成形工程の一例を説明する断面模式図を示す。図１６に示すように、パンチ２０と第１のダイス３０とで被加工材をプレス成形して、プレス成形体１１を得る。

パンチ２０は、第１のダイス３０に向かって被加工材１０の板厚方向に、パンチ２０の周辺部２２と第１のダイス３０の周辺部３２との間にプレス成形体１１の周辺部を挟んで止まる位置まで移動する。第１のダイス３０が、パンチ２０に向かって加工材１０の板厚方向に移動してもよい。パンチ２０が、第１のダイス３０に向かって被加工材１０の板厚方向に移動し、且つ第１のダイス３０が、パンチ２０に向かって加工材１０の板厚方向に移動してもよい。前記止まる位置において、第１のダイス３０の下中央部３６とパンチ２０の突出した中央部２１との間でも、プレス成形体１１が挟まれていてもよい。

好ましくは、パンチ２０の周囲に配置されたホルダー５０と第１のダイス３０の周囲に配置された第２のダイス４０との間で、プレス成形体１１の周辺部を挟んで押さえる。これにより、より安定してプレス成形体１１を保持することができる。

好ましくは、第１のダイス３０の内側に配置された押え部材７０（図示せず）とパンチ２０の突出した中央部２１との間で、被加工材１０の中央部を挟んで押えながらプレス成形を行う。これにより、より安定してプレス成形を行うことができる。好ましくは、押え部材７０とパンチ２０の突出した中央部２１との間で、被加工材１０の中央部を挟んで押えながらせん断加工も行う。これにより、より安定して寸法精度に優れた加工材を得ることができる。

図３に、前記配置工程が上記（Ａ）の場合の、上記せん断加工工程の一例を説明する断面模式図を示す。図３に示すように、パンチ２０と第１のダイス３０とでプレス成形体を押さえながら、パンチ２０と第１のダイス３０の周囲に配置された第２のダイス４０とで、プレス成形体をせん断加工して、加工材１２を得る。

第１のダイス３０は、好ましくは、台座６０上にばね３３を介して配置されている。第２のダイス４０は、好ましくは、台座６０上に配置されている。ばね３３は伸縮可能であるが、好ましくは、プレス成形の際は実質的に縮まず且つせん断加工の際に縮むばね定数を有する。別法では、好ましくは、プレス成形の際は、パンチ２０からの力で第１のダイス３０が動かないように第１のダイス３０が固定部材で台座６０上に固定されており、せん断加工の際に固定部材を取り外し、ばね３３が縮む。

プレス成形体に応力は発生しているが、パンチ２０と第１のダイス３０とからプレス成形体を取り外さずに、パンチ２０と第１のダイス３０とでプレス成形体を押さえながら、せん断加工を行うことにより、安定した形状にせん断加工することができ、且つせん断加工後の加工材の応力も低減することができる。

せん断加工により加工材１２を得る際、プレス成形体の端部１３が切り離される。

好ましくは、ホルダー５０と第２のダイス４０との間で、プレス成形体１１の周辺部を挟んで押さえながらせん断加工を行う。これにより、せん断加工面の面性状を向上することができる。

パンチ２０と第２のダイス４０との、被加工材の板厚方向に垂直方向の間隔（クリアランス）は、好ましくは板厚の５～２５％である。クリアランスを前記範囲内にすることにより、端面の不良を抑制することができる。

せん断加工は、プレス成形が実質的に完了するのと同時またはプレス成形が完了した後に開始される。実質的に完了とは、プレス成形が完全に完了する前の時点を含む。プレス成形が実質的に完了していれば、せん断加工の後にプレス成形体中の応力の増加は抑制されるので、スプリングバックが抑制され、寸法精度に優れたプレス成形した加工材を得ることができる。また、騒音を低減しせん断刃の摩耗を抑制することもできる。

せん断加工は、好ましくは、プレス成形が完了したときまたはプレス成形が完了した後に開始される。プレス成形が完了したときと同時またはその後にせん断加工を開始することにより、せん断加工の後にプレス成形体に発生する応力の増加は無いので、スプリングバックはより抑制され、寸法精度がより優れたプレス成形した加工材を得ることができる。また、騒音をより低減しせん断刃の摩耗をより抑制することもできる。

プレス成形体は、好ましくは、ウェブ部、フランジ部、及びアーム部を有するハット型成形体である。

図１７に、前記配置工程が上記（Ｂ）の場合の、上記せん断加工工程の一例を説明する断面模式図を示す。図１７に示すように、パンチ２０と第１のダイス３０とでプレス成形体を押さえながら、パンチ２０と第１のダイス３０の周囲に配置された第２のダイス４０とで、プレス成形体をせん断加工して、加工材１２を得る。せん断加工工程におけるその他の構成は、前記配置工程が上記（Ａ）の場合と同様である。

せん断加工工程で加工材を得た後、加工材を回収する。加工材を回収する際は、パンチと第１のダイスとの少なくとも一方をプレス方向に平行に移動させて、パンチと第１のダイスとを離して、加工材を回収する。

図４に、前記配置工程が上記（Ａ）の場合の、加工材を回収する際の一例を説明する断面模式図を示す。図４に示すように、パンチ２０と第１のダイス３０との少なくとも一方をプレス方向（せん断加工方向）に平行に移動させて、パンチ２０と第１のダイス３０とを離して、加工材を回収する。前記配置工程が上記（Ｂ）の場合も同様である。

本開示の方法において用いられる被加工材は、好ましくは金属部材である。被加工材は、好ましくは５９０ＭＰａ以上、より好ましくは１１８０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である。被加工材の強度が大きくなるほど、プレス成形及びせん断加工における発生応力及び歪みが大きくなる傾向があるが、本開示の方法を適用することにより、発生応力を低減し、寸法精度に優れた加工材を得ることができる。

被加工材は、せん断加工でプレス成形体の端部１３が切り離される切り代分だけ幅が広いものを用いる。プレス成形体における切り代の位置は、加工材の端部となる箇所の全体でもよく、一部でもよい。図６に例示するような曲線形状の加工材１２を得る場合、プレス成形体における切り代は、加工材１２の直線部分１２Ａ、１２Ｂ、並びに曲線部分１２Ｃの内周側１２Ｄ及び外周側１２Ｅの端部となる箇所の全体に形成してもよく、一部に形成してもよい。

プレス成形体における切り代は、少なくとも、成形下死点におけるプレス成形体において応力が集中する応力集中部位に設けることが好ましい。応力集中部位は、あらかじめ、切り離される成形体の端部がないことを前提としたブランクの成形シミュレーションで求めることができる。

応力集中部位は、曲線形状の加工材における曲率半径が小さい箇所であり得る。図６に示す加工材１２は、曲線部分１２Ｃが内周側１２Ｄ及び外周側１２Ｅを有し、内周側１２Ｄにおいて曲率半径が最も小さい。プレス成形体において、曲線形状の加工材の内周側１２Ｄとなる箇所に切り代を設けて、せん断加工により切り代（プレス成形体の端部１３）を切り落とすことで、本開示の方法で得られる加工材のスプリングバックをより効果的に低減することができる。

好ましくは、プレス成形体は、加工材の端部の曲率半径の中央値ｒに対し、好ましくは０．８ｒ以下の箇所、より好ましくは０．５ｒ以下の箇所に、せん断加工で切り落とされる切り代を有する。曲率半径の中央値ｒは、加工材の端部の全周における中央値である。
プレス成形体における切り代は、さらに好ましくは、前記好ましい曲率半径を有する箇所であって曲線形状の加工材の内周側となる位置に設ける。図１８に例示する本開示のプレス成形せん断加工を行って得られる加工材のシミュレーションモデルを参照しながら説明する。図１８に例示する加工材１２は、直線部分１２Ａ、１２Ｂ、並びに内周側１２Ｄ及び外周側１２Ｅを備えた曲線部分１２Ｃを有し、曲線部分１２Ｃの内周側１２Ｄにおいて曲率半径が最も小さい。プレス成形体は、加工材１２の内周側１２Ｄとなる箇所に、切り代１１Ｆを有することができる。

切り代の幅は、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上である。切り代の幅は、図３及び１７に例示する切り離されるプレス成形体の端部１３の片側の幅１３Ａである。切り代の幅を上記範囲内にすることによって、応力低減によるスプリングバック低減効果をより安定して得ることができる。また、切り代の幅を上記範囲内にすることによって、せん断加工の際に刃先に応力が集中することを防止して工具の損傷をより抑制することができる。切り代の幅の上限は特に限定されないが、例えば３０ｍｍとしてもよい。

被加工材の厚みは、好ましくは０．５～４．０ｍｍである。被加工材の厚みが前記好ましい範囲にあることにより、せん断加工（トリム）時の刃の損傷を抑えるとともに、良好なせん断端面を得ることができる。

被加工材は、好ましくは、図５に例示するような、少なくとも一部が曲線形状の板状部材である。曲線形状の板状部材をプレス成形する場合、特に発生応力及び歪みが大きくなる傾向があるが、本開示の方法を適用することにより、発生応力を低減し、寸法精度に優れた加工材を得ることができる。

本開示の方法は、加工材に発生する応力分布が複雑になる曲線形状の加工材を得る場合に特に大きな効果を奏するが、当然に、直線形状の加工材を得る場合にも適用され得る。

本開示はまた、被加工材にプレス成形及びせん断加工を行うプレス成形せん断加工装置であって、突出した中央部及び周辺部を有する凸形状の第１のダイス、前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイス、及び前記第１のダイスの前記周辺部と対向する位置に配置された凹形状のパンチ、または突出した中央部及び周辺部を有する凸形状のパンチ、前記パンチと対向する位置に配置された凹形状の第１のダイス、及び前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイスを備え、前記パンチと前記第１のダイスとの少なくとも一方を前記被加工材の板厚方向に駆動させ、前記被加工材をプレス成形してプレス成形体を得るプレス成形機構、並びに前記パンチと前記第１のダイスとで前記プレス成形体を押さえながら、前記パンチと前記第２のダイスとの少なくとも一方を前記被加工材の板厚方向に駆動させ、前記プレス成形体をせん断加工して、加工材を得る、せん断加工機構、をさらに備えた、プレス成形せん断加工装置を対象とする。

本開示のプレス成形せん断加工装置の一例を図１及び図１５に示す。上述のプレス成形せん断加工方法の説明は、プレス成形せん断加工装置にも適用される。

プレス成形機構は、パンチと第１のダイスとの少なくとも一方に接続され、パンチと第１のダイスとの少なくとも一方を、被加工材の板厚方向に駆動させ、被加工材をプレス成形することができる。

せん断加工機構は、パンチと第２のダイスとの少なくとも一方に接続され、パンチと第２のダイスとの少なくとも一方を被加工材の板厚方向に駆動させ、プレス成形体をせん断加工することができる。せん断加工する際に、パンチと第１のダイスとでプレス成形体を押さえるが、プレス成形機構がパンチと第１のダイスに接続され、パンチと第１のダイスの駆動を制御してもよく、せん断加工機構がパンチと第１のダイスとに接続され、パンチと第１のダイスの駆動を制御してもよい。

パンチの移動方向に平行方向（被加工材の板厚方向に平行方向）において、第２のダイスの被加工材に対向する端面の位置が、第１のダイスの周辺部の表面の位置よりもパンチ側に好ましくは２ｍｍ以内、より好ましくは１ｍｍ以内の範囲で突出していてもよい。

図１４に、前記配置工程が上記（Ａ）の場合の、パンチの移動方向に平行方向において、第２のダイス４０の被加工材１０に対向する端面の台座６０からの距離Ｈ２と、第１のダイス３０の周辺部３２の表面の台座６０からの距離Ｈ１との関係を示す。好ましくはＨ２≦Ｈ１＋２ｍｍであり、より好ましくはＨ２≦Ｈ１＋１ｍｍである。第２のダイスの被加工材に対向する端面と第１のダイスの周辺部の表面との相対位置を上記範囲にすることにより、プレス成形が実質的に終了するのと同時にせん断加工が開始されるので、せん断加工により得られる加工材に発生する応力をより低減することができる。前記配置工程が上記（Ｂ）の場合においても同様である。

さらに好ましくは、パンチの移動方向に平行方向（被加工材の板厚方向に平行方向）において、第２のダイスの被加工材に対向する端面の位置は、第１のダイスの周辺部の表面の位置と同じか、または第１のダイスの前記周辺部の表面の位置よりもパンチ側とは反対側にある。すなわち、さらに好ましくはＨ２≦Ｈ１である。第２のダイスの被加工材に対向する端面と第１のダイスの周辺部の表面との相対位置を上記範囲にすることにより、プレス成形が終了するのと同時またはその後にせん断加工が開始されるので、せん断加工により得られる加工材に発生する応力をさらに低減することができる。前記配置工程が上記（Ｂ）の場合においても同様である。

第１のダイス、第２のダイス、パンチの材料及び形状は、従来のプレス成形や、従来せん断加工で用いられているものと同じであることができる。ホルダーや押え部材の材料及び形状も、従来のプレス成形や、従来せん断加工で用いられているものと同じであることができる。

（発生応力及びスプリングバックによる変形評価）
シミュレーションにより、プレス成形せん断加工後の加工材の応力及び変形評価を行った。シミュレーション条件は、以下の通りである：
工具は剛体；
被加工材は、弾塑性体、１４７０ＭＰａ級鋼板、ヤング率２００ＧＰａ、ポアソン比０．３、板厚１．６ｍｍ；
ソルバーはＡｂａｑｕｓ；
成形解析は動的陽解法（ＦＥＭ）；
スプリングバック解析は静的陰解法（ＦＥＭ）。

（実施例１）
図５に示す曲線形状を有し幅が３００ｍｍの板状の被加工材１０を、シミュレーションモデルとして用意した。この被加工材１０は、それぞれの長さが３００ｍｍの直線部分１０Ａ、１０Ｂと曲率半径の中央値が８６０ｍｍの曲線部分１０Ｃとが一体で構成されていた。

図５の被加工材１０に対して、図１～４に示す本開示のプレス成形せん断加工を行い、図４に示す加工材の取り出しを行って、図６に示すハット型に成形された加工材１２を得た。図６は、図５の被加工材に、本開示のプレス成形せん断加工を行って得られた加工材のシミュレーションモデルである。用いたプレス成形せん断加工装置は、図５に示す被加工材１０の直線部分１０Ａ、１０Ｂと曲線部分１０Ｃとに対応する形状のパンチ、ダイス、ホルダー、押え部材等を有していた。

図６に示すハット型に成形された加工材１２は、それぞれの長さが３００ｍｍの直線部分１２Ａ、１２Ｂと、曲率半径の中央値が８６０ｍｍの内周側１２Ｄを有する曲線部分１２Ｃとが一体で構成されていた。

図７は、図６の加工材１２の破線部Ｘに対応する位置における、プレス成形後せん断加工前のプレス成形体１１の断面模式図である。被加工材は板状であり厚みを有するのでプレス成形体も厚みを有するが、模式的に線状で表している。プレス成形体１１は、断面において、幅が６５ｍｍのウェブ部、高さが６０ｍｍのフランジ部、及び幅が７５ｍｍのアーム部を有するハット型構造を有し、フランジ部とアーム部との間は曲率半径が１０ｍｍの曲線形状を有していた。

本開示のせん断加工工程では、図７に示すように、プレス成形体１１の２つのアーム部の全体において端部から幅２０ｍｍの位置をせん断加工（トリム）して、図６に示すハット型に成形された加工材１２を得た。

（比較例１）
図８に示す曲線形状を有し幅が２８０ｍｍの板状の被加工材１０を、シミュレーションモデルとして用意した。この被加工材１０は、それぞれの長さが３００ｍｍの直線部分１０Ａ、１０Ｂと曲率半径の中央値が８６０ｍｍの曲線部分１０Ｃとが一体で構成されていた。

被加工材１０に対して、従来技術におけるプレス成形を行い、図９に示すハット型に成形されたプレス成形体１１を得た。図９は、図８の被加工材に、従来のプレス成形を行って得られたプレス成形体のシミュレーションモデルである。

図９に示すハット型に成形されたプレス成形体１１は、それぞれの長さが３００ｍｍの直線部分１１Ａ、１１Ｂと、曲率半径の中央値が８６０ｍｍの内周側１１Ｄを有する曲線部分１１Ｃとが一体で構成されていた。

図１０は、図９のプレス成形体１１の破線部Ｘにおける断面模式図である。被加工材は板状であり厚みを有するが模式的に線状で表している。プレス成形体１１は、断面において、幅が６５ｍｍのウェブ部、高さが６０ｍｍのフランジ部、及び幅が５５ｍｍのアーム部を有するハット型構造を有し、フランジ部とアーム部との間は曲率半径が１０ｍｍの曲線形状を有していた。

（発生応力のシミュレーション結果）
実施例１におけるせん断加工後に金型から取り外す前の、パンチと第１のダイスで押さえた状態の加工材（図３の状態）の主応力、及び比較例１におけるプレス成形後に金型から取り外す前の、パンチとダイスで押さえた状態のプレス成形体の主応力を、上記シミュレーション条件で計算した。図１１に示すように、主応力の測定箇所は、曲線部分の内周側１２Ｄである。主応力の計算結果を表１に示す。

（スプリングバックによる変形量のシミュレーション結果）
実施例１におけるせん断加工後に金型から取り外した後の加工材のスプリングバックによる変形量、及び比較例１におけるプレス成形後に金型から取り外した後のプレス成形体のスプリングバックによる変形量を、上記シミュレーション条件で計算した。

図１２に示すように、スプリングバックによる変形量の測定箇所は、直線部分の端部であり、図１３に示すように、狙い形状の端部位置に対する加工材（実施例１）及びプレス成形体（比較例１）の端部位置の変位量ΔＤを、スプリングバックによる変形量とした。スプリングバックによる変形量の計算結果を表２に示す。狙い形状は、金型から取り外す前の加工材（実施例１）及びプレス成形体（比較例１）の形状と実質的に同じである。

比較例１のように、プレス成形後にプレス成形体を金型から取り出し、別の金型でせん断加工を行うと、スプリングバックによる変形量が大きいため、せん断加工により良好な寸法精度の加工材を得ることはできないが、実施例１では、スプリングバックによる変形量が少なく、良好な寸法精度の加工材を得ることができる。

（刃の摩耗、騒音評価）
（実施例２）
実施例１の条件で実際に、被加工材についてプレス成形せん断加工を行った。

（比較例２）
実施例１の条件で実際に、被加工材についてプレス成形を行った。次いで、プレス成形体をパンチ及び第１のダイスから取り外し、別のせん断加工装置を用いて、プレス成形体の実施例１と同様の箇所（アーム部の端部から２０ｍｍの位置）にせん断加工を行った。別のせん断加工装置のせん断刃（パンチ）とダイスは、本開示のプレス成形せん断加工装置のパンチ及びダイスと同じ形状を有し、同じ材料（ＳＫＤ１１）で構成されていた。

（刃の摩耗評価結果）
実施例２におけるパンチの損傷状態と、比較例２におけるせん断刃の損傷状態とを比較した。表３に、パンチ（実施例２）及びせん断刃（比較例２）が欠損したときのショット数を示す。ショット数とは、せん断加工の回数である。比較例２は１ショットでせん断刃が欠損したのに対し、実施例２では５００ショット後もパンチに欠損がなかった。

（騒音評価結果）
実施例２及び比較例２におけるせん断加工時の騒音を比較した。表４にＡ特定音圧レベルの評価値を示し、表５に騒音評価結果を示す。実施例２は比較例２に比べて騒音が低減されていた。

１０ 被加工材
１０Ａ、１０Ｂ 被加工材の直線部分
１０Ｃ 被加工材の曲線部分
１１ プレス成形体
１１Ａ、１１Ｂ プレス成形体の直線部分
１１Ｃ プレス成形体の曲線部分
１１Ｄ プレス成形体の内周側
１１Ｅ プレス成形体の外周側
１１Ｆ 切り代
１２ 加工材
１２Ａ、１２Ｂ 加工材の直線部分
１２Ｃ 加工材の曲線部分
１２Ｄ 加工材の内周側
１２Ｅ 加工材の外周側
１３ プレス成形体の端部
１３Ａ 切り離されるプレス成形体の端部の片側の幅
２０ パンチ
２１ パンチの突出した中央部
２２ パンチの周辺部
２３ パンチの上端部
２４ パンチの***部
３０ 第１のダイス
３１ 第１のダイスの突出した中央部
３２ 第１のダイスの周辺部
３３ ばね
３６ 第１のダイスの下中央部
４０ 第２のダイス
５０ ホルダー
５１ ばね
６０ 台座
７０ 押え部材
７１ ばね

Claims (6)

1. 第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、
   前記被加工材の第２面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状の第１のダイスと、前記被加工材の第１面側に配置され且つ前記第１のダイスの前記周辺部と対向するように配置された凹形状のパンチとの間、または
   前記被加工材の第１面側に配置され且つ突出した中央部及び周辺部を有する凸形状のパンチと、前記被加工材の第２面側に配置され且つ前記パンチの前記周辺部と対向するように配置された凹形状の第１のダイスとの間に、
   配置すること、
   前記パンチと前記第１のダイスとで前記被加工材をプレス成形して、プレス成形体を得ること、並びに
   前記パンチと前記第１のダイスとで前記プレス成形体を押えながら、前記パンチと、前記第１のダイスの周囲に配置された第２のダイスとで、前記プレス成形体をせん断加工して、加工材を得ること
   を含み、
   前記加工材が、曲線形状を有し、
   前記プレス成形体が、曲線形状の前記加工材の内周側となる箇所にのみ切り代を有し、
   前記せん断加工が、前記切り代のみを切り落とす、
   プレス成形せん断加工方法。
2. 前記せん断加工を、前記プレス成形の完了と同時または完了後に開始する、請求項１に記載のプレス成形せん断加工方法。
3. 前記被加工材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である、請求項１または２に記載のプレス成形せん断加工方法。
4. 前記被加工材が、１１８０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である、請求項１または２に記載のプレス成形せん断加工方法。
5. 前記加工材が曲線形状を有し、
   前記プレス成形体が、前記加工材の曲率半径の中央値ｒに対して０．８ｒ以下の箇所に前記せん断加工で切り落とされる切り代を有し、
   前記せん断加工が、前記切り代を切り落とすことを含む、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のプレス成形せん断加工方法。
6. 前記加工材が曲線形状を有し、
   前記プレス成形体が、前記加工材の曲率半径の中央値ｒに対して０．５ｒ以下の箇所に前記せん断加工で切り落とされる切り代を有し、
   前記せん断加工が、前記切り代を切り落とすことを含む、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のプレス成形せん断加工方法。

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