WO2018012405A1 - プレス成形用の金属板及びその製造方法、並びにプレス品製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a metal plate that is press-formed into a final part shape, and a press product manufacturing method that press-molds the metal plate into a final part shape.
- Patent Document 1 discloses a method for designing a preformed shape based on information on a sectional line length of a final part shape.
- Patent Document 2 and Patent Document 3 are disclosed. The idea is different.
- Patent Document 1 can improve the formability, it takes time to design a preformed shape using CAE analysis.
- the present invention has been made paying attention to the above points, and provides a metal plate for press forming that can improve formability more easily and a method for manufacturing a press product using the metal plate. The purpose is that.
- the inventors have conducted research for effective preforming, and unit shapes made of unevenness are repeatedly arranged on the metal plate in advance. If the shape of the concavo-convex pattern is given and the main forming is performed while pressing in the direction in which the concavo-convex pattern is eliminated, the entire metal plate portion of the region to which the concavo-convex pattern is given opens origami according to the given concavo-convex pattern. As a result of spreading as described above, it was found that strain is uniformly introduced in a wide range of the metal plate and the formability is improved.
- one embodiment of the present invention is a press-molding metal plate that is press-molded into a final part shape, and at least a part of the metal plate is in one direction or two or more directions along the plate surface. Therefore, it is formed into a concave / convex pattern shape in which one or more unit shapes made of a curved shape deformed in the thickness direction are repeatedly arranged.
- the curved shape of the unit shape has a height difference of 3 in the thickness direction.
- the projected area in the plate thickness direction is not less than [mm] and is 400 [mm 2 ] or more and 10000 [mm 2 ] or less in terms of a square shape.
- the metal plate 10 of the present embodiment is a press-molding metal plate that is press-formed into a final part shape.
- the material of the metal plate 10 is made of stainless steel, other steel materials, aluminum materials, or the like.
- the metal plate 10 of the present embodiment is formed by repeatedly arranging a unit shape 11 having a curved shape deformed in the plate thickness direction in two directions along the plate surface. It is formed in the shape of the concave / convex pattern 12.
- FIG. 1 illustrates the case where the unit shapes 11 are arranged in two directions, the unit shapes 11 may be arranged in one direction or three or more directions. Further, the uneven pattern 12 may be formed by combining a plurality of types of unit shapes.
- the concavo-convex pattern 12 may be formed on the entire surface of the metal plate 10, but as shown in FIG. 2, the shape of the concavo-convex pattern 12 is formed only on the center side portion of the punched blank material. You may make it provide. Further, the concave / convex pattern 12 may be arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction or the width direction of the plate regardless of the press position. In addition, it is preferable that the uneven
- the curved shape of the unit shape 11 is a shape in which all surfaces are smooth surfaces (surfaces having no steep curvature) and are smoothly connected to the adjacent unit shapes 11.
- the shape of the concave / convex pattern 12 is set so that there is no portion where the curvature is steep (curvature steep portion) in the shape along the surface direction of the plate.
- the portion becomes a singular point, and at the time of press forming, depending on the steepness of the steep curvature portion, strain may concentrate on the steep curvature portion and cracks may occur.
- the projection shape of the unit shape 11 in the pressing direction may be a quadrangle, a triangle, or any geometric shape as long as it is smoothly connected to the adjacent unit shape 11.
- the profile of the concave / convex pattern 12 is set as much as possible so as not to have a sharp curvature portion.
- the sharply curved portion has a sharp shape such as an L-shaped square.
- the curved shape of the unit shape 11 has a height difference h in the thickness direction of 3 [mm] or more and a projected area in the thickness direction of 400 [mm 2 ] to 10000 [mm 2 ] in terms of a square shape.
- the thickness t of the metal plate 10 is preferably 2 [mm] or less, for example, and more preferably 1 [mm] or less. With the metal plate 10 having this thickness, the shape of the uneven pattern 12 can be more reliably implemented.
- the method of manufacturing the metal plate 10 provided with the uneven pattern 12 is a pair of rollings in which the uneven pattern 12 is formed on the peripheral surface of the metal plate 1 finish-rolled by a rolling mill 21. What is necessary is just to roll with the roll 20 and to transfer the uneven
- FIG. 1 although the uneven
- the rolling roll 20 which transfers an uneven
- the uneven pattern 12 may be transferred to the metal plate 10 by means other than the rolling roll 20.
- the uneven pattern 12 may be transferred by press molding using a mold.
- the applied uneven material spreads so as to open the origami, so that strain is uniformly introduced.
- the formability is improved as a result of the material being uniformly strained over a wide range. That is, when press forming, the unevenness of the uneven pattern 12 extends so that the origami spreads, so that an excessive reduction in plate thickness can be suppressed and formability can be improved.
- the shape previously given to the metal plate 10 is a simple forming shape consisting of repetition of the unit shape 11.
- the entire in-plane formed by the uneven pattern 12 is configured by a smooth curved surface (a part of the surface may include a flat surface). According to this configuration, it is possible to surely prevent strain from being concentrated when pressed.
- the curved shape of the unit shape 11 has a height difference of 3 [mm] or more in the plate thickness direction, as long as the height difference is not 3 [mm] or more, like an uneven origami when pressed. This is because the amount of spreading in the lateral direction is small and the contribution of strain equalization is small.
- the upper limit of the height difference in the plate thickness direction is regulated by the forming limit of the metal plate 10, but is preferably 10 [mm] or less.
- the projection area in the plate thickness direction (press direction) is set to a range of 400 [mm 2 ] or more and 10000 [mm 2 ] or less in terms of a square shape, considering the contribution rate of strain equalization It is.
- the final product of the press is a part having a length of at least 1 m in the longitudinal direction, such as a panel board or a housing of an automobile, a housing or a wall of a building.
- the uneven pattern 12 has a surface area (dimension) of the blank material to be pressed, and the surface area of the metal plate 10 is equal to or less than the surface area in the final part shape, In particular, it is preferable to set so as to be smaller than the surface area in the final part shape.
- the surface area of the metal plate 10 (blank material) provided with the concavo-convex pattern 12 is equal to or smaller than the surface area of the final part shape, there is not much material in the mold during press molding, and the concavo-convex pattern 12 However, it is stretched so that the origami spreads to the final part shape.
- the uneven pattern 12 is formed after the final forming by press forming.
- the concavo-convex shape slightly remains.
- the shape accuracy of the final part shape is inferior, effects such as improvement in rigidity and heat dissipation can be expected by the uneven shape with respect to the final part shape.
- the cross sectional line length of the final part shape and the cross sectional line length of the metal plate 10 as the blank material are set to approach the same.
- the metal plate 10 is manufactured by rolling as a dedicated metal plate 10 for pressing to a predetermined final part shape, the target metal plate 10 in a state where the uneven pattern 12 is not formed is used.
- the metal plate 10 is deformed so that the shape of the uneven pattern 12 having a large difference in elevation is obtained in the region of the plate where it is estimated that a large amount of distortion is introduced when the final part shape is press-formed, it becomes more uniform. It becomes easy to introduce strain.
- the part that is, the final part shape, should be relatively rigid.
- the uneven pattern 12 may be prevented from being formed in the first region to be secured.
- the formation region in which the concavo-convex pattern 12 is formed is not formed because the concavo-convex pattern 12 extends (the material spreads in the surface direction) and strain is more easily introduced than the non-formation region in which the concavo-convex pattern 12 is not formed.
- the metal plate 10 dedicated to pressing a predetermined product it is possible to easily control a portion where a uniform strain is to be introduced.
- the material only needs to extend mainly in the circumferential direction. Therefore, the shape of the concavo-convex pattern 12 that undulates only in the circumferential direction to introduce the strain is formed on the metal plate 10.
- the unit shape 11 was designed with the following requirements set in order to be able to be preformed by a press and to obtain a sufficient effect of strain dispersion in the main forming. (1) All the uneven surfaces are smooth curved surfaces. (2) It is smoothly connected to the adjacent unit shape 11. (3) The line length in all directions with respect to the plane can be increased.
- the projected shape in the plate thickness direction is a square.
- the curved shape of the unit shape 11 is a sine curve shape corresponding to one wavelength in which the profile in the direction parallel to one side of the square (referred to as the reference direction) passes through the center and the center is most depressed.
- the phase of the sine curve was continuously shifted from the position toward the direction orthogonal to the reference direction so that the phase of the unit shape 11 was shifted 90 degrees from the center at the side position.
- An example of the unit shape 11 is shown in FIG. It is possible to smoothly connect adjacent unit shapes 11 by arranging the designed unit shapes 11 in two directions of the X direction and the Y direction so as to connect the sides to form the concave / convex pattern 12. It becomes.
- the concave and convex patterns are arranged in order in the arrangement direction while rotating the arrangement of the unit shapes 11 by 90 degrees. 12 were designed. In this way, the uneven pattern 12 can be designed.
- Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 presses in which various uneven patterns 12 were transferred to a metal plate by press-molding a metal plate with an upper mold and a lower mold having the designed uneven pattern on the processed surface A metal plate 10 for forming was manufactured.
- Examples 3 to 5 and Comparative Examples 4 to 6 a metal plate for press forming was prepared by rolling with a pair of rolling rolls 20 having the designed uneven pattern on the surface and transferring the uneven pattern 12 to the metal plate. 10 was produced.
- Comparative Examples 5 to 6 the projection area A0 is wide. However, in Comparative Example 5, the difference in height in the plate thickness direction is small, so that breakage frequently occurs during the manufacture of the final part. In Comparative Example 6, the height difference in the plate thickness direction. Became excessive, and breakage occurred frequently during the transfer of the uneven pattern 12. On the other hand, in Examples 1 to 3, breakage occurred during transfer of the concave / convex pattern 12 and production of the final part, and the plate thickness was rarely excessive. In particular, in Examples 2 to 3, the defect rate was small.
- Examples 4 to 5 are examples in which the projection area A0 is wide as in Comparative Examples 5 to 6.
- breakage occurs during the transfer of the uneven pattern 12 and the manufacture of the final part.
- the plate thickness is rarely excessively small.
- the defect rate was small.
- the unit-shaped curved shape has a height difference of 3 [mm] in the plate thickness direction.
- the projected area in the press direction is 400 [mm 2 ] or more and 10000 [mm 2 ] or less in terms of a square shape, and is designed so as to satisfy the above expression (1) or (2). It turns out that it is preferable. In particular, it can be seen that it is more preferable to design so as to satisfy both the expressions (1) and (2).
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Abstract
Description
しかし、型内への材料の流入が小さすぎると、成形時に型内の材料が足りなくなるために、成形領域で板厚が過度に薄くなり、割れが生じるといった不具合が生じる。一方、割れを回避するために絞り主体の成形とすると、歩留りの低下を招くおそれがある。
例えば、特許文献1では最終部品形状の断面線長の情報を基に予成形形状を設計する方法が開示されている。
ここで、最終部品にエンボスからなる凹凸パターンを付与することで、板の剛性を高める技術として、特許文献2や特許文献3に記載のような技術が公開されているが、本発明とは技術思想を異にするものである。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、より簡易に成形性を向上することが可能なプレス成形用の金属板とその金属板を使用したプレス品製造方法を提供することを目的としている。
そして課題を解決するために、本発明の一態様は、最終部品形状にプレス成形されるプレス成形用の金属板であって、少なくとも一部が、板面に沿った一方向若しくは二方向以上に向けて、板厚方向に変形した湾曲形状からなる1種若しくは2種以上の単位形状を繰り返し配置した凹凸パターンの形状に成形され、上記単位形状の湾曲形状は、板厚方向の高低差が3[mm]以上で、且つ板厚方向の投影面積が正方形形状に換算して400[mm2]以上10000[mm2]以下であることを特徴とする。
<プレス成形用の金属板10>
本実施形態の金属板10は、最終部品形状にプレス成形されるプレス成形用の金属板である。金属板10の材質は、ステンレスその他の鋼材やアルミニウム材などからなる。
本実施形態の金属板10は、図1に示すように、板面に沿った二方向に向けて、板厚方向に変形した湾曲形状からなる単位形状11を複数回繰り返し配置することで形成される凹凸パターン12の形状に成形されている。図1では、単位形状11を二方向に向けて配列する場合を例示しているが、単位形状11を1方向若しくは3方向以上に向けて配列するようにしても良い。また、複数種類の単位形状を組み合わせて凹凸パターン12を形成するようにしても良い。
また、単位面積毎(1プレスする領域毎)に、凹凸パターン12を形成する領域を2箇所以上設定して、それぞれに個別の凹凸パターンを形成するようにしても良い。
単位形状11の湾曲形状は、板厚方向の高低差hが3[mm]以上で、且つ板厚方向の投影面積が正方形形状に換算して400[mm2]以上10000[mm2]以下の範囲に設定されている。
ここで、金属板10の厚さtは、例えば2[mm]以下が好ましく、1[mm]以下がより好ましい。この厚さの金属板10であれば、上記凹凸パターン12の形状の付与がより確実に実施可能となる。
上記の凹凸パターン12を付与した金属板10の製造方法は、例えば、図3のように、圧延機21で仕上げ圧延された金属板1を、周面に上記凹凸パターン12を形成した一対の圧延ロール20で圧延して、圧延ロール20から金属板10に凹凸パターン12を転写するようにすればよい。なお、一対の圧延ロール20の両方に転写用の凹凸パターンを形成しておいても良いが、一方の圧延ロール20にのみ転写する凹凸パターンを形成しておき、他方の圧延ロール20の表面がゴムからなるゴムロールであっても良い。
また凹凸パターンを転写する圧延ロール20は、テンションレベラなどの矯正ロールに適用しても良い。また、金属板10への凹凸パターン12の転写は圧延ロール20以外で実施しても良い。例えば金型を用いたプレス成形にて実施して凹凸パターン12を転写しても良い。
張り出し成形を行う場合に、一回で金属板10を最終部品形状に成形を行うとパンチ底では摩擦抵抗によりほとんど材料はひずまないが、パンチ肩部やダイ肩部では材料が過度に薄くなり、割れが生じる可能性が高くなる。そのため、予成形段階で最終部品形状におけるパンチ底部にひずみを導入しておくことにより、擬似的に最終成形段階での成形性を向上させることができる。ひずみは全体に均一に入れることが望ましい。
そして、本実施形態では、以上のように単位形状11の繰り返しからなる凹凸パターン12が付与されたプレス成形用の金属板10を、図4のように、上型30と下型31を用いて最終部品形状にプレス成形する。図4では張り出し成形の場合を例示しているが、本実施形態のプレス成形用の金属板10を、深絞り成形その他のプレス成形で成形して目的の最終部品形状に加工しても良い。
このとき、予め金属板10に付与した形状は、単位形状11の繰り返しからなるという単純な成形形状である。なお、凹凸パターン12で形成される面内全てが滑らかな曲面(一部に平面を含んでいても良い)で構成されることが好ましい。この構成によれば、プレスされる際にひずみが集中することを確実に防止可能となる。
また、板厚方向(プレス方向)の投影面積が正方形形状に換算して400[mm2]以上10000[mm2]以下の範囲に設定したのも、ひずみの均一化の寄与率を考慮したものである。
ここで、プレスの最終製品として、自動車のパネル板や躯体、建築物の躯体や壁体など、少なくとも長手方向の長さが1m以上の部品を想定している。
A1 < A0×(1+ε0)2 ・・・(1)
A1 < (A0×t0)/t1 ・・・(2)
ここで、
金属板の一様伸び限界:ε0[無次元量]
金属板の初期板厚:t0[mm]
最終部品形状での最小板厚:t1[mm]
である。
(1)式において、A1が上限(右項)を超えた場合、単位形状11で伸ばされた部位にくびれが発生し、破断する可能性が生じる。(2)式において、A1が上限(右項)を超えた場合、単位形状11で伸ばされた部分の板厚が過少となるおそれがある。
|A1 -A0| ≦ 0.1×A1
ここで、所定の最終部品形状にプレスするための専用の金属板10として、圧延にて当該金属板10を製造する場合には、凹凸パターン12を形成していない状態の金属板10から目的の最終部品形状にプレス成形した際にひずみが多く導入されると推定される板の領域ほど、高低差の大きな凹凸パターン12の形状となるように金属板10を変形させておくと、より均一にひずみを導入し易くなる。
このように、所定製品へのプレス専用の金属板10にあっては、均一のひずみを導入したい部分を簡易に制御する事も可能である。
また、最終部品形状が、例えば半円筒形状の場合には、材料は主として円周方向に伸びればよいので、そのひずみを導入する円周方向にだけ波打つような凹凸パターン12の形状を金属板10に付与すればよい。
まず第1の実施例について説明する。
プレスで予成形可能で且つ本成形でひずみ分散の効果を十分に得られるようにするために、以下の要件を設定して単位形状11を設計した。
(1)凹凸形状の面が全て滑らかな曲面で構成される。
(2)隣の単位形状11と滑らかに接続される。
(3)平面に対し全方向の線長増大を図ることが出来る。
この設計した単位形状11を、辺同士を接続するようにして、X方向及びY方向の二方向に並べて凹凸パターン12を形成することで、隣り合う単位形状11同士を滑らかに接続する事が可能となる。
このとき、本成形での変形の方向性をキャンセルするために、図6に示すように、単位形状11の並びを90度ずつ回転変位させながら、並び方向に順番に配置するようにして凹凸パターン12を設計した。
このように、凹凸パターン12の設計は可能である。
次に、第2の実施例について説明する。
第1の実施例で示した単位形状11の繰り返しで凹凸パターン12を形成するように設計する際に、単位形状11のサインカーブ形状のうち、振幅および1波長分の長さをそれぞれ変えることで、実施例1~5および比較例1~6の各凹凸パターンを設計した。表1に、各実施例及び各比較例における、投影面積A0、板厚方向の高低差、及び上述の式(1)及び式(2)の関係(判定式)について記載する。
また表1には、各実施例及び比較例の評価結果についても併せて記載する。
評価は、部品の成形回数に対して割れが発生する割合である不良率を用いた。
その不良率評価は、次の通りである。
◎:不良率3%未満
○:不良率3%以上5%未満
×:不良率5%以上
また、比較例3~4では板厚方向の高低差が小さいために、最終部品の製造時に、比較例3では板材にくびれが生じて板厚が過小となって破断が頻発し、比較例4では破断する部品が頻発した。
これに対し、実施例1~3では、凹凸パターン12の転写および最終部品の製造時に破断が生じることや、板厚が過小となることが少なかった。特に、実施例2~3では不良率が少なかった。
このように、第2の実施例から、金属板10および最終部品の製造工程を採用してプレス品を製造する際に、単位形状の湾曲形状は、板厚方向の高低差が3[mm]以上で、且つプレス方向の投影面積が正方形形状に換算して400[mm2]以上10000[mm2]以下であり、更に上記の(1)式又は(2)式を満足するように設計することが好ましいことが分かる。特に上記の(1)式および(2)式の両方の式を満足するように設計することがより好ましいことが分かる。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
11 単位形状
12 凹凸パターン
20 圧延ロール
21 圧延機
h 高低差
Claims (7)
- 最終部品形状にプレス成形されるプレス成形用の金属板であって、
少なくとも一部が、板面に沿った一方向若しくは二方向以上に向けて、板厚方向に変形した湾曲形状からなる1種若しくは2種以上の単位形状を繰り返し配置した凹凸パターンの形状に成形され、
上記単位形状の湾曲形状は、板厚方向の高低差が3[mm]以上で、且つ板厚方向の投影面積が正方形形状に換算して400[mm2]以上10000[mm2]以下であることを特徴とするプレス成形用の金属板。 - 上記単位形状の板厚方向の投影面積をA0[mm2]、その単位形状の表面積をA1[mm2]とした場合に、(1)式を満足することを特徴とする請求項1に記載したプレス成形用の金属板。
A1 < A0×(1+ε0)2 ・・・(1)
ここで、
金属板の一様伸び限界:ε0[無次元量]
である。 - 上記単位形状の板厚方向の投影面積をA0[mm2]、その単位形状の表面積をA1[mm2]とした場合に、(2)式を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したプレス成形用の金属板。
A1 < (A0×t0)/t1 ・・・(2)
ここで、
金属板の初期板厚:t0[mm]
最終部品形状での最小板厚:t1[mm]
である。 - 請求項1~請求項3のいずれか1項に記載したプレス成形用の金属板を製造する方法であって、圧延ロールによって、上記凹凸パターンの形状を金属板に転写することを特徴とする金属板の製造方法。
- 金属板を最終部品形状にプレス成形するプレス品製造方法であって、
プレス成形する金属板として、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載したプレス成形用の金属板を使用することを特徴とするプレス品製造方法。 - 上記最終部品形状にプレス成形する際に、上記金属板を、上記金属板に付与されている上記凹凸パターンの凹凸が小さくなる方向に変形しつつ上記最終部品形状に成形することを特徴とする請求項5に記載したプレス品製造方法。
- 上記プレス成形される金属板の表面積が上記最終部品形状での表面積以下であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載したプレス品製造方法。
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