WO2016133210A1 - 金属板の成形方法及び成形品 - Google Patents

金属板の成形方法及び成形品 Download PDF

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雅寛 斎藤
吉田　亨
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新日鐵住金株式会社
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    • B21D35/007—Layered blanks

Definitions

  • the present invention relates to a molding method in which breakage does not occur in molding of a metal plate such as draw molding, stretch flange molding, bending molding, and stretch molding, and a molded product molded by the molding method.
  • the formability of a metal plate decreases as the strength of the metal plate increases. Therefore, when a highly strong metal plate is formed, if the plastic deformation cannot follow the part to be formed, the internal stress exceeds the breaking strength and breaks.
  • FIG. 1 shows a state of fracture at the shoulder of the punch in drawing of a metal plate.
  • the blank material 1 made of a metal plate is pressed into the die 2 by the punch 3 while pressing the flange portion 1 ′ of the blank material 1 with the blank holder 4 to perform drawing.
  • drawing is performed under a balance between the breaking strength of the blank 1 at the shoulder 3 ′ of the punch 3 and the pulling force acting on the flange 1 ′ of the blank 1.
  • Patent Document 1 proposes a method of press forming by providing two or more weld beads at a location where a reduction in the thickness of the blank material is expected when the blank material is press formed.
  • the strength ⁇ plate thickness is 15% or more lower than that of the center material, or a high-tensile steel plate having ductility higher than 5% or more of the center material is a part other than a part that becomes a product after deep drawing.
  • a tailored blank material for press molding excellent in deep drawability which is welded between steel plates over the entire circumference of a drawing flange portion that imparts a wrinkle suppressing force during forming, has been proposed.
  • the material becomes brittle at the welding heat input portion of the blank material, and the material of the blank material becomes non-uniform, so it is difficult to completely avoid the breakage of the blank material during press molding.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose material change (strengthening) by partial quenching and joining of heterogeneous materials as material improvements for high-strength steel sheets.
  • material change stressening
  • Patent Documents 1 and 2 disclose material change (strengthening) by partial quenching and joining of heterogeneous materials as material improvements for high-strength steel sheets.
  • an increase in molding cost and a decrease in productivity are unavoidable.
  • this invention makes it a subject to shape
  • the present inventors diligently studied a method for solving the above problems. As a result, the present inventors have found that when a reinforcing material (Reinforcinginmaterial) is joined to a portion where a required breaking strength is required when forming a metal plate, the breaking strength at the above portion is improved and breakage can be prevented. I found it.
  • a reinforcing material Reinforcinginmaterial
  • the present invention has been made on the basis of the above findings, and the gist thereof is as follows.
  • a method for forming a metal plate comprising: joining a reinforcing material to a part of the metal plate before forming, and thereafter forming the metal plate.
  • the breaking strength of the portion where the breaking strength is required is increased, the formability of the metal plate is improved, and the draw forming is performed. Breaking inside can be prevented.
  • (A) shows the aspect which joined the cyclic
  • (b) shows the cross section of the molded article which draw-formed the blank material shown to (a). It is a figure which shows another aspect which joined the fiber reinforced plastic as a reinforcing material to the site
  • (A) shows the aspect which joined each of the cyclic
  • (b) is a cross section of the molded article which draw-molded the blank material shown to (a). Indicates.
  • the metal plate molding method of the present invention is characterized in that, in the molding method of molding a metal plate, a reinforcing material is previously drawn and drawn at a site where fracture strength is required (hereinafter referred to as “fracture concern site”). And
  • the molded product of the present invention is characterized by being molded by the molding method of the present invention.
  • FIG. 2 shows, as an example of the present invention, a mode in which a fiber reinforced plastic sheet is joined to a portion where a fracture strength is required in drawing of a high strength steel plate to prevent the fracture.
  • a blank material 1 made of high-strength steel sheet is drawn into a die 2 by pressing with a punch 3 while pressing a flange portion 1 ′ of the blank material 1 with a blank holder 4. Drawing is performed under a balance between the breaking strength of the blank 1 at the shoulder 3 ′ of the punch 3 and the pulling force acting on the flange 1 ′ of the blank 1.
  • the deformation resistance 6 of the flange portion 1 ′ becomes equal to the breaking strength of the blank material 1 in contact with the shoulder portion 3 ′ of the punch 3, the deformation of the flange portion 1 ′ (into the die 2). In other words, the deformation proceeds and breaks only at the portion of the blank 1 that contacts the shoulder 3 ′ of the punch 3 (see FIG. 1).
  • a sheet 8 of fiber-reinforced plastic is joined in advance as a reinforcing material to the portion 7 where the breaking strength is required, and then drawn.
  • FIG. 2 shows that during the drawing of a high-strength steel sheet, the fiber-reinforced plastic sheet 8 is bonded to a portion 7 that requires a breaking strength, and the fiber-reinforced plastic sheet 8 can be fully exhibited.
  • the mode which joined so that the bottom part of a draw-molded article might be wrapped is shown.
  • the manner in which the reinforcing material is joined to the site requiring the breaking strength is not limited to the joining mode shown in FIG. 2, and various joining modes can be adopted as long as the reinforcing material is reliably joined to the site requiring the breaking strength. . This point will be described later with another joining mode.
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • the molding method of the present invention is based on the basic idea that the reinforcing material is joined to the material to be molded (blank material) and integrated before molding, and the formability of the part where the sheet or patch is joined is improved.
  • the molding method of the present invention is fundamentally different from the above-described method in which after molding, a fiber-reinforced plastic sheet or patch is bonded to the molded product to enhance or reinforce the mechanical properties or functionality of the molded product. Is.
  • FIG. 3 shows a state in which a fiber reinforced plastic patch is joined to a portion where fracture strength is required in the drawing of a high strength steel sheet.
  • FIG. 3 (a) is an embodiment in which an annular fiber-reinforced plastic patch is joined to an annular portion that requires breaking strength.
  • FIG. 3 (b) is a drawing of the blank shown in FIG. 3 (a). The cross section of a molded product is shown.
  • FIG. 4 shows another embodiment in which a fiber reinforced plastic patch is joined to a portion where fracture strength is required in drawing of a high strength steel sheet.
  • FIG. 4 (a) shows an embodiment in which a patch of an annular fiber reinforced plastic is joined to each of the double annular portions that require breaking strength
  • FIG. 4 (b) shows a blank material shown in FIG. 4 (a). A cross section of a molded product obtained by drawing is shown.
  • Annular fiber-reinforced plastic sheets 8b and 8c are joined.
  • FIGS. 3 and 4 show the case where the circular blank material is subjected to the axially symmetric drawing, but the blank material is not limited to the circular blank material, and the drawing is limited to the axially symmetric drawing. It is not limited.
  • the fracture strength of a portion requiring fracture strength is improved. Therefore, the flexibility of the shape of the blank material, the flexibility of the molding mode, and the freedom of the shape of the molded product are improved. The degree greatly expands.
  • the molding method of the present invention if a part that is likely to break during drawing of the blank material, that is, a part that contacts the shoulder of the punch and needs a breaking strength can be identified, the identified part is covered. In this way, the reinforcing material can be joined, and the breaking strength can be increased at the above specified portion to prevent the breaking.
  • FIG 3 and 4 show a mode in which an annular fiber-reinforced plastic sheet is joined as a reinforcing material to a portion where fracture strength is required.
  • the shape of the reinforcing material is not limited to a specific shape, and may be set as appropriate according to the shape, position, etc. of the portion requiring the specified breaking strength.
  • FIG 3 and 4 show an embodiment in which an annular fiber-reinforced plastic sheet is joined to the outside of the portion where the breaking strength is required, but the place where the reinforcing material is joined is limited to the outside of the portion where the breaking strength is needed. It may be any of the inside, the outside, and both sides of the portion where the breaking strength is required. The location where the reinforcing material is joined may be determined as appropriate according to the shape, position, etc. of the portion that requires fracture strength.
  • the reinforcing material when the reinforcing material is joined to a portion where the breaking strength is required, the reinforcing material may be appropriately divided and joined.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which an annular fiber reinforced plastic as a reinforcing material is divided and joined to an annular portion that requires breaking strength.
  • the annular fiber reinforced plastic is divided into four, and the fiber reinforced plastics 8a ′ are arranged in a circle and joined.
  • the division mode may be set as appropriate according to the shape, position, etc. of the part requiring the specified breaking strength.
  • FIGS. 6 to 9 show sites of fear of fracture in various moldings. 6 shows deep drawing, FIG. 7 shows stretch flange forming, FIG. 8 shows bending forming, and FIG. 9 shows stretch forming. With such general molding, it is relatively easy to predict a site where the fracture is likely to occur.
  • the punch shoulder 61 is a deep drawing molding
  • the flange end 71 is a stretch flange molding
  • the bending portion 81 is a bending molding
  • the punch overhanging portion 91 is a fracture concern portion in an overhang molding. Therefore, before molding the metal plate, the reinforcing material may be joined and molded so as to cover the position to be the part at the time of molding.
  • the position where the reinforcing material is joined may be determined by predicting the site and analyzing the molding when the reinforcing material is joined to the fracture-prone site by CAE again.
  • the material of the reinforcing material is not particularly limited as long as it can bear the stress applied to the site of fear of fracture during molding. Considering strength and ease of handling, it is preferable to use a fiber reinforced plastic sheet or a high strength steel foil.
  • the fiber reinforced plastic may be any plastic reinforced with fiber, and is not limited to a specific fiber or plastic. Suitable examples include carbon fiber reinforced plastics.
  • An example of the high strength steel foil is a steel foil having a tensile strength at room temperature of 600 MPa or more.
  • the fiber reinforced plastic is bonded so that the direction of the fiber is along the direction where the breaking strength is required, specifically, across the generated crack.
  • the required thickness is required, but it is not limited to a specific thickness.
  • the thickness of the reinforcing material may be appropriately set in consideration of the material of the blank material, the drawing mode, the shape of the molded product, and the like.
  • the molded product obtained by molding the blank material with the reinforcing material joined to the site where the rupture strength is required may be used with the reinforcing material removed, or may be used with the reinforcing material joined. Good.
  • the method for joining the reinforcing material to the portion requiring the breaking strength there is no particular limitation on the method for joining the reinforcing material to the portion requiring the breaking strength.
  • the reinforcing material is a fiber reinforced plastic
  • the type of the adhesive or resin is not particularly limited, and the adhesive may be appropriately selected in consideration of whether the reinforcing material is removed from the molded product or left as it is. If the reinforcing material is a high-strength steel foil and it is not necessary to remove the reinforcing material from the molded product, it may be joined by diffusion bonding.
  • Pbreak can be calculated by the following formula (1) (Plastic Processing Technology Series 13 “Press Drawing Process-Process Design and mold design-"(Corona), page 23).
  • Pbreak 2 ⁇ Rt 0 F ⁇ 2 (r + 1) (r + 2) / 3 (2r + 1) ⁇ (n + 1) / 2 (n / e) n ...
  • R Radius of punch t 0 : Thickness of blank material
  • r Rankford value
  • e Napier number (base of natural logarithm) F
  • n Swift equation parameters
  • P′break can be defined by the following formula (2).
  • P'break Pbreak + 2 ⁇ Rt frp TS frp (2)
  • P'break Breaking strength of blank material in contact with punch shoulder
  • R Punch radius t frp : Reinforcement thickness
  • TS frp Reinforcement tensile strength
  • the forming method of the present invention is effective regardless of the metal plate as the workpiece and the content of the forming. In particular, it has a great effect on forming a high-strength steel sheet having a tensile strength of 590 MPa or more, which tends to lower formability.
  • the conditions in the examples are one example of conditions used for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is based on this one example of conditions. It is not limited.
  • the present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.
  • an adhesive sheet (polypropylene resin sheet) 113 having a thickness of 0.7 mm and a diameter of 58 mm is formed on a blank material (dual phase steel) 112 having a thickness of 1.0 mm and a diameter of 108 mm, and a thickness.
  • a carbon fiber reinforced plastic sheet 111 having a diameter of 0.23 mm and a diameter of 58 mm is stacked in this order, heated with a warm pressure bonding machine 114 at 180 ° C. for 1 minute, and then at 0.049 MPa ( ⁇ 5 tonf / m 2 ) for 1 minute.
  • the carbon fiber reinforced plastic 111 was joined to the blank 112 by pressurizing and air cooling.
  • the blank material 112 joined with the carbon fiber reinforced plastic 111 was drawn using the punch and the die used in the comparative example.
  • FIG. (A) is a comparative example in which a fiber reinforced plastic sheet is not joined to a part where the breaking strength is required, and (b) is a fiber reinforced plastic sheet that is joined to a part requiring the breaking strength. It is the result of the Example which carried out drawing molding.

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Abstract

　金属板の成形において、金属板の材質、及び、成形工程を変えることなく、金属板が破断しないように成形する成形方法であって、成形前に金属板の一部に補強材を接合し、その後金属板を成形することを特徴とする。

Description

金属板の成形方法及び成形品
　本発明は、絞り成形、伸びフランジ成形、曲げ成形、張出し成形のような金属板の成形において、破断が生じない成形方法と、該成形方法で成形した成形品に関する。
　通常、金属板の成形性は、金属板の強度が上昇するほど低下する。それゆえ、特に強度の高い金属板を成形する場合、成形される部位で塑性変形が追従できないと、内部応力が破断耐力を超えて破断する。
　図１に、金属板の絞り成形におけるパンチの肩部での破断の態様を示す。金属板のブランク材１を、ダイス２の中に、ブランクホルダー４でブランク材１のフランジ部１’を押圧しつつ、パンチ３で押し込んで絞り成形を行う。絞り成形は、パンチ３の肩部３’でのブランク材１の破断耐力と、ブランク材１のフランジ部１’に作用する引込み力との釣り合いのもとで絞り成形が進行する。
　そして、フランジ部１’の変形抵抗６が、パンチ３の肩部３’に接するブランク材１の破断耐力と等しくなったとき、フランジ部１’の変形（ダイス２内への引き込まれ）が停止し、一方、パンチ３の肩部３’に接するブランク材１の部位のみで変形が進行して破断する。
　ブランク材の絞り成形において破断を回避するためには、パンチの肩部に接する部位の破断耐力が高いことが重要であり、これまで、絞り成形時のブランク材の破断を防止する技術が幾つか提案されている。
　特許文献１には、ブランク材をプレス成形する際、ブランク材の板厚減少が見込まれる箇所に、溶接ビードを２本以上設けてプレス成形する方法が提案されている。
　特許文献２には、１５％以上中心部の材料より強度×板厚が低いか、又は、５％以上中心部の材料より延性の優れた高張力鋼板が、深絞り成形後製品となる部分以外で、成形時にしわ抑え力を付与する部分の絞りフランジ部の全周にわたり、鋼板同士で溶接されている深絞り成形性に優れたプレス成形用テーラードブランク材が提案されている。
　しかし、いずれの技術においても、ブランク材の溶接入熱部で材質が脆くなり、ブランク材の材質は不均一となるので、プレス成形時のブランク材の破断を完全に回避することは難しい。
特開平１０－１７５０２４号公報 特許第４５３２７０９号公報
　一般に、金属板の成形において破断を防止する手法としては、大きく分けて、成形工程の改良、及び、金属板の材質改善が考えられる。たとえば、絞り成形工程の改良では、金型の分割法や、プレス工程数の増加が考えられるが、これらの方法では、成形コストの上昇や、生産性の低下は避けられない。
　特許文献１及び２には、高強度鋼板の材質改善として、部分焼入れによる材質の変化（強化）や、異質材の接合が開示されている。しかしながら、これらの方法も、同様に、成形コストの上昇や、生産性の低下は避けられない。
　そこで、本発明は、金属板の成形において、金属板の材質、及び、成形工程を変えずに、金属板が破断しないように成形することを課題とし、該課題を解決する成形方法と、該成形方法で成形した成形品を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、金属板の成形に際し、所要の破断耐力が必要な部位に補強材（Reinforcing material）を接合すれば、上記部位での破断耐力が向上し、破断を防止できることを見出した。
　本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
　（１）金属板を成形する方法であって、成形前に上記金属板の一部に補強材を接合し、その後上記金属板を成形することを特徴とする金属板の成形方法。
　（２）前記補強材が、成形において前記金属板の板厚が減少する部位に接合されることを特徴とする前記（１）の金属板の成形方法。
　（３）前記金属板が引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることを特徴とする前記（１）又は（２）の金属板の成形方法。
　（４）前記補強材が繊維強化プラスチックであることを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかの金属板の成形方法。
　（５）前記繊維強化プラスチックの繊維の方向が、前記金属板の破断耐力が必要な方向に沿うように接合されることを特徴とする前記（４）の金属板の成形方法。
　（６）前記補強材が高強度鋼箔であることを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかの金属板の成形方法。
　（７）前記（１）～（６）のいずれかの高強度鋼板の成形方法で絞り成形したことを特徴とする成形品。
　本発明によれば、金属板の成形において、金属板の材質、及び、成形工程を変えずに、破断耐力が必要な部位の破断耐力を高めて、金属板の成形性を向上させ、絞り成形中の破断を防止することができる。
高強度鋼板の絞り成形におけるパンチの肩部での破断の態様を示す図である。 高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合して破断を防止する態様を示す図である。 高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、補強材として繊維強化プラスチックを接合した態様を示す図である。（ａ）は、破断耐力が必要な環状部位に、環状の繊維強化プラスチックを接合した態様を示し、（ｂ）は、（ａ）に示すブランク材を絞り成形した成形品の断面を示す。 高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、補強材として繊維強化プラスチックを接合した別の態様を示す図である。（ａ）は、破断耐力が必要な２重の環状部位に、環状の繊維強化プラスチックをそれぞれ接合した態様を示し、（ｂ）は、（ａ）に示すブランク材を絞り成形した成形品の断面を示す。 破断耐力が必要な環状部位に、補強材として環状の繊維強化プラスチックのパッチを分割して接合した態様を示す図である。 深絞り成形において、破断懸念部位となることが予想されるパンチ肩の位置を示す図である。 伸びフランジ成形において、破断懸念部位となることが予想されるフランジ端の位置を示す図である。 曲げ成形において、破断懸念部位となることが予想される曲げの位置を示す図である。 張り出し成形において、破断懸念部位となることが予想されるパンチ張り出し部位の位置を示す図である。 破断耐力が必要な部位の予測が難しい複雑な形状の金属板の成形における、補強材を接合する位置を決定するためのフローを示す図である。 高強度鋼板の、破断耐力が必要な部位に繊維強化プラスチックのシートを接合する方法を示す図である。 高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合しないで絞り成形した場合と、繊維強化プラスチックのシートを接合して絞り成形した場合を示す図である。（ａ）は、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合しないで絞り成形した場合を示し、（ｂ）は、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合して絞り成形した場合を示す。
　本発明の金属板の成形方法は、金属板を成形する成形方法において、破断耐力が必要な部位（以下「破断懸念部位」という）に、あらかじめ、補強材を接合して絞り成形することを特徴とする。
　本発明の成形品は、本発明の成形方法で成形したことを特徴とする。
　本発明の成形方法について図面に基づいて説明する。
　図２に、本発明の一例として、高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合して破断を防止する態様を示す。
　高強度鋼板のブランク材１を、ダイス２の中に、ブランクホルダー４でブランク材１のフランジ部１’を押圧しつつ、パンチ３で押し込んで絞り成形を行う。絞り成形は、パンチ３の肩部３’でのブランク材１の破断耐力と、ブランク材１のフランジ部１’に作用する引込み力との釣り合いのもとで進行する。
　そして、前述したように、フランジ部１’の変形抵抗６が、パンチ３の肩部３’に接するブランク材１の破断耐力と等しくなったとき、フランジ部１’の変形（ダイス２内への引き込まれ）が停止し、一方、パンチ３の肩部３’に接するブランク材１の部位のみで変形が進行して破断する（図１、参照）。
　一方、図２に示す高強度鋼板の絞り成形においては、破断耐力が必要な部位７に、あらかじめ、補強材として繊維強化プラスチックのシート８を接合して絞り成形する。
　ブランク材１の絞り成形において、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、破断耐力が必要な部位７に繊維強化プラスチックのシート８を接合すると、破断耐力が必要な部位７において破断耐力が向上して、絞り成形中、ブランク材１は破断しない。
　図２は、高強度鋼板の絞り成形中、繊維強化プラスチックシート８が、破断耐力が必要な部位７に確実に接合して破断耐力向上機能を十分に発揮できるよう、繊維強化プラスチックシート８を、絞り成形品の底部を包むように接合した態様を示している。補強材を破断耐力が必要な部位に接合する態様は、図２に示す接合態様に限定されず、補強材を破断耐力が必要な部位に確実に接合する限りで、種々の接合態様を採用できる。この点については、別の接合態様を示して後述する。
　成形品に、成形品の形状に合わせて、別途、成形した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ、Carbon Fiber Reinforced Plastic）のシート又はパッチを接着し、成形品の機械特性又は機能性を高める又は補強する手法は知られている（例えば、平成２２年度戦略的基盤技術高度化支援事業報告書「自動車構造部材用ＣＦＲＰ－金属ハイブリッド部品のプレス成形加工技術に関する研究」、及び、平成２６年度塑性加工春季講演会で発表「筒状態の衝撃曲げ変形におけるＣＦＲＰ板の補強効果に関する基礎的検討」、参照）。
　しかし、本発明の成形方法は、被成形素材（ブランク材）に補強材を成形前に接合して一体化し、該シート又はパッチを接合した部位の成形性を高めることを基本思想とするものであり、この点で、本発明成形方法は、成形後に、成形品に繊維強化プラスチックのシート又はパッチを接着し、成形品の機械特性又は機能性を高める又は補強する上記手法とは基本的に異なるものである。
　ブランク材１の成形において、成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、破断耐力が必要な部位に繊維強化プラスチックシートを接合すると、破断耐力が必要な部位において破断耐力が向上して、成形中、ブランク材が破断しないことは、本発明者らが見出した新規な知見であり、本発明の成形方法の特徴である。
　図３は、高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのパッチを接合した態様を示す。図３（ａ）は、破断耐力が必要な環状部位に、環状の繊維強化プラスチックのパッチを接合した態様であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すブランク材を絞り成形した成形品の断面を示す。
　図３（ａ）に示すブランク材１においては、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な環状の部位を覆うように、補強材として、環状の繊維強化プラスチックシート８ａが接合されている。
　図３（ａ）に示すように、高強度鋼板の絞り成形において、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な部位を、絞り成形前に特定することができれば、特定した部位の幅より幅広の繊維強化プラスチックのシートを、特定した部位を完全に覆うように接合して、該部位において破断耐力を高めて成形性の向上を図ることができる。
　図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示すブランク材を絞り成形した成形品１ａにおいては、繊維強化プラスチックシート８ａを接合した、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な部位において、破断は生じない。
　図４に、高強度鋼板の絞り成形において、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックパッチを接合した別の態様を示す。図４（ａ）に、破断耐力が必要な２重の環状部位に、環状の繊維強化プラスチックのパッチをそれぞれ接合した態様を示し、図４（ｂ）に、図４（ａ）に示すブランク材を絞り成形した成形品の断面を示す。
　図４（ａ）に示すブランク材１においては、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な２重の環状部位をそれぞれ覆うように、環状の繊維強化プラスチックシート８ｂ及び８ｃが接合されている。
　図４（ａ）に示すように、高強度鋼板の絞り成形において、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な部位が複数存在しても、該部位の位置を特定することができれば、特定した部位を完全に覆うように繊維強化プラスチックシートを接合して、上記特定した複数の部位において破断耐力を高めて成形性の向上を図ることができる。
　図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示すブランク材を絞り成形した成形品１ｂにおいては、繊維強化プラスチックのシート８ｂ及び８ｃを接合した、絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な２重の環状部位において、破断は生じない。
　図３及び図４には、円形のブランク材に軸対称の絞り成形を施す場合を示したが、ブランク材は円形のブランク材に限定されないし、また、絞り成形は、軸対称の絞り成形に限定されない。
　本発明の成形方法によれば、破断耐力が必要な部位（破断懸念部位）の破断耐力が向上するので、ブランク材の形状の自由度、成形態様の自由度、及び、成形品の形状の自由度が大きく拡大する。
　本発明の成形法においては、ブランク材の絞り成形中に破断の懸念がある部位、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な部位を特定することができれば、特定した部位を覆うように補強材を接合して、上記特定した部位において破断耐力を高めて破断を防止することができる。
　図３及び図４に、破断耐力が必要な部位に補強材として環状の繊維強化プラスチックのシートを接合する態様を示す。補強材の形状は、特定の形状に限定されず、特定した破断耐力が必要な部位の形状、位置等に応じて適宜設定すればよい。
　図３及び図４は、破断耐力が必要な部位の外側に、環状の繊維強化プラスチックのシートを接合する態様を示すが、補強材を接合する場所は、破断耐力が必要な部位の外側に限定されず、破断耐力が必要な部位の内側、外側、及び、両側のいずれでもよい。補強材を接合する場所は、破断耐力が必要な部位の形状、位置等に応じて適宜定めればよい。
　さらに、補強材を、破断耐力が必要な部位に接合する場合、適宜分割して接合してもよい。
　図５に、破断耐力が必要な環状部位に、補強材である環状の繊維強化プラスチックを分割して接合した態様を示す。図５においては、環状の繊維強化プラスチックを４分割して、繊維強化プラスチック８ａ'を環状に並べて接合している。
　補強材を分割して接合する場合、分割態様は、特定した破断耐力が必要な部位の形状、位置等に応じて適宜設定すればよい。
　以上、本発明の成形方法を絞り成形を例に説明した。本発明の成形方法は、絞り成形に限定されるものではなく、図６～９に示すような、種々の成形においても適用可能である。図６～９に、種々の成形における破断懸念部位を示す。図６は深絞り成形、図７は伸びフランジ成形、図８は曲げ成形、図９は張り出し成形を示す。このような一般的な成形であれば、破断懸念部位の予測は比較的容易である。
　具体的には、深絞り成形であればパンチ肩６１、伸びフランジ成形であればフランジ端７１、曲げ成形であれば曲げ部位８１、張出し成形であれば、パンチ張り出し部位９１が破断懸念部位となる。したがって、金属板を成形する前に、成形時にこの部位となる位置を覆うように補強材を接合し、成形を行えばよい。
　破断耐力が必要な部位の予測が難しい複雑な形状の金属板の成形の場合は、図１０に示すように、ＣＡＥ（computer aided engineering）により補強材を使用しない場合に板厚が減少する破断懸念部位を予測し、破断懸念部位に補強材を接合した場合の成形を再度ＣＡＥで解析することにより、補強材を接合する位置を確定すればよい。
　補強材は、成形の際に、破断懸念部位にかかる応力を負担できるものであれば、特に材質は問わない。強度と扱いやすさを考慮すると、繊維強化プラスチックのシートや、高強度鋼箔を用いるのが好ましい。繊維強化プラスチックは繊維で強化されたプラスチックであればよく、特定の繊維やプラスチックに限定されない。好適な例としては、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。高強度鋼箔としては、常温での引張強度が６００ＭＰａ以上となる鋼箔が例示できる。
　補強材として繊維強化プラスチックを用いる場合、繊維強化プラスチックの繊維の方向が、破断耐力が必要な方向に沿うように、具体的には、発生する亀裂を横断するように接合することが好ましい。
　補強材は、破断耐力が必要な部位において破壊耐力の向上を図るものであるから、所要の厚さが必要であるが、特定の厚さに限定されない。補強材の厚さは、ブランク材の材質、絞り成形態様、成形品の形状等を考慮して適宜設定すればよい。
　破断耐力が必要な部位に、補強材を接合したブランク材を成形した成形品は、用途に応じ、補強材を取り除いて使用してもよいし、また、補強材を接合したまま使用してもよい。
　それゆえ、破断耐力が必要な部位に、補強材を接合する場合の接合強度は、成形品の用途に応じて適宜選択すればよい。
　補強材を破断耐力が必要な部位に接合する方法は、特に限定されない。補強材が繊維強化プラスチックである場合、接着剤や樹脂を用いるのが好ましい。接着剤や樹脂の種類は特に限定されず、成形品から、補強材を取り外すか、又は、そのままするかを考慮して、接着剤を適宜選択すればよい。補強材が高強度鋼箔であって、成形品から補強材を取り外す必要がなければ、拡散接合により接合しても構わない。
　ここで、補強材を接合することにより破断耐力が向上して成形性が向上する機構について説明する。
　一般に、ブランク材をダイスとパンチで絞り成形する場合、パンチの肩部に当接するブランク材の破断耐力：Ｐbreakは、下記式（１）で算出できる（塑性加工技術シリーズ１３「プレス絞り加工－工程設計と型設計－」（コロナ社）、２３頁、参照）。
　Ｐbreak＝２πＲｔ0Ｆ｛２(ｒ＋１)(ｒ＋２)／３(２ｒ＋１)｝(n+1)/2（ｎ／ｅ）n
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　　Ｒ：パンチの半径
　　ｔ0：ブランク材の厚さ
　　ｒ：ランクフォード値
　　ｅ：ネイピア数（自然対数の底）
　　Ｆ、ｎ：Swiftの式のパラメーター
　ブランク材の破断懸念部位（絞り成形中に破断の懸念がある部位）、すなわち、パンチの肩部に当接し、破断耐力が必要な部位を、補強材で補強したときのブランク材の破断耐力：Ｐ'breakは、下記式（２）で定義することができる。
　Ｐ'break＝Ｐbreak＋２πＲｔfrpＴＳfrp　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　　Ｐ'break：パンチの肩部に当接するブランク材の破断耐力
　　Ｒ：パンチの半径
　　ｔfrp：補強材の厚さ
　　ＴＳfrp：補強材の引張強度
　上記式（２）に示すように、ブランク材の破断懸念部位に、繊維強化プラスチックのシート又はパッチを補強材として接合すれば、接合後の破壊耐力：Ｐ'breakは、ブランク材の破壊耐力：Ｐbreakを超えるので、上記破断懸念部位において成形性の向上を見込むことができる。このように、本発明の成形方法は、理論的にも裏付けることができる。
　本発明の成形方法は被加工材である金属板、成形内容によらず効果を発揮する。特に、成形性が低くなる傾向にある、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板の成形には大きな効果を発揮する。
　次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
　（実施例）
　図１１に示すように、厚さ１．０ｍｍ、直径１０８ｍｍのブランク材（デュアルフェーズ鋼）１１２の上に、厚さ０．７ｍｍ、直径５８ｍｍの接着剤シート（ポリプロピレン樹脂シート）１１３と、厚さ０．２３ｍｍ、直径５８ｍｍの炭素繊維強化プラスチックのシート１１１を、この順序で重ね、温間圧着機１１４で、１８０℃で１分加熱した後、０．０４９ＭＰａ（≒５ｔｏｎｆ／ｍ２）で１分加圧して空冷し、炭素繊維強化プラスチック１１１をブランク材１１２に接合した。
　炭素繊維強化プラスチック１１１を接合したブランク材１１２を、比較例で用いたパンチとダイスを用いて絞り成形した。
　（比較例）
　板厚１．０ｍｍ、直径１０８ｍｍのブランク材（デュアルフェーズ鋼）を、次のパンチとダイスを用いて絞り成形した。
　パンチ肩：Ｒ５　パンチ直径：５０ｍｍ
　ダイス肩：Ｒ５　ダイス直径：６０ｍｍ
　ブランクホルダー圧：０．０９８ＭＰａ（≒１０ｔｏｎｆ／ｍ２）
　結果を、図１２に示す。（ａ）が、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合しないで絞り成形した比較例であり、（ｂ）が、破断耐力が必要な部位に、繊維強化プラスチックのシートを接合して絞り成形した実施例の結果である。
　本発明によれば、金属板の成形において、金属板の材質、及び、成形工程を変えずに、破断耐力が必要な部位の破断耐力を高めて、金属板の成形性を向上させ、成形中の破断を防止することができる。本発明は被加工材である金属板、成形内容によらず効果を発揮する。特に、成形性が低くなる傾向にある、高強度鋼板の絞り成形、張出し成形、伸びフランジ成形、曲げ成形には大きな効果を発揮する。本発明は、金属製品製造産業において利用可能性が高いものである。
　１　　ブランク材
　１’　　フランジ部
　１ａ、１ｂ　　成形品
　２　　ダイス
　３　　パンチ
　３’　　肩部
　４　　ブランクホルダー
　５　　破断
　６　　変形抵抗
　７　　破断耐力が必要な部位
　８　　繊維強化プラスチックのシート
　８ａ、８ａ'　　繊維強化プラスチックの補強材
　８ｂ、８ｃ　　繊維強化プラスチックの補強材
　６１　　パンチ肩
　７１　　フランジ端
　８１　　曲げ部位
　９１　　パンチ張り出し部位
　１１１　　炭素繊維強化プラスチックのシート
　１１２　　ブランク材
　１１３　　接着剤シート
　１１４　　温間圧着機

Claims (7)

  1. 　金属板を成形する方法であって、成形前に上記金属板の一部に補強材を接合し、その後上記金属板を成形することを特徴とする金属板の成形方法。
  2. 　前記補強材が、成形において前記金属板の板厚が減少する部位に接合されることを特徴とする請求項１に記載の金属板の成形方法。
  3. 　前記金属板が引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板の成形方法。
  4. 　前記補強材が繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の金属板の成形方法。
  5. 　前記繊維強化プラスチックの繊維の方向が、前記金属板の破断耐力が必要な方向に沿うように接合されることを特徴とする請求項４に記載の金属板の成形方法。
  6. 　前記補強材が高強度鋼箔であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の金属板の成形方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の高強度鋼板の成形方法で絞り成形したことを特徴とする成形品。
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