JP2006068778A

JP2006068778A - 高強度鋼板の成形方法および成形装置

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Publication number: JP2006068778A
Application number: JP2004256060A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hayashida; 康宏林田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】高強度鋼板を素材として、フランジ付きチャネル部品を成形する際に、形状凍結性を確保して形状不良を防止し、所要の成品寸法精度を実現できる、高強度鋼板の簡便な成形方法および成形装置を提供すことである。
【解決手段】パンチ１と、ダイ２と、ブランクホルダー３からなるプレス成形用金型で、凹部４をブランクホルダー３に、段差５をダイ２にそれぞれ設け、この凹部４内に転動曲げ部材６を配置し、この転動曲げ部材６とダイ２の間に被成形板Ｂを挟んでパンチ１を前進させる成形行程で、前記凹部４内で被成形板Ｂに曲げ部７を形成し、被成形板Ｂの縦壁部Ｕの張力を増加させて成形品の残留応力分布を一様化し、所定の寸法精度を確保するようにしたのである。このようにすれば、簡便な機構で寸法精度が良好なフランジ付きチャネル部品を製造することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、パンチ、ダイ、ブランクホルダーからなる金型を用いたプレス成形装置により、ブランクとして高強度鋼板を用いて概略ハット（帽子）形状のフランジ付きチャネル部品を成形する際に、形状凍結性を確保して所定の寸法精度を実現できる高強度鋼板の成形方法および成形装置に関する。

従来から、自動車車体の構成部品として、概略ハット形状のフランジ付きチャネル部品が数多く用いられている。しかし、このフランジ付きチャネル部品を、素材として高強度鋼板を用いて成形する場合には、一般の冷延鋼板を素材とする場合に比べて、スプリングバックによる寸法精度不良が生じやすいという問題がある。このスプリングバックの発生は、成形に伴う板厚方向の残留応力分布に起因するものであり、成形品の金型Ｒ部以外の部位でも、金型Ｒ部を通過するときにブランクが受ける曲げ・曲げ戻し変形によって、板厚方向に残留応力分布が生じて壁反りが発生するなど、対処の難しい問題である。このような問題を解決するために、図５（ａ）に示すように、パンチ１１と、ダイ１２と、ブランクホルダー１３を備えた成形金型で、ダイ１１の保持面に、ブランク１４を局部的に押し込むための窪み１５を設け、ブランクホルダー１３の保持面にダイ１１の窪み１５にブランク１４を局部的に押し込むための、シリンダ１７のピストン１８に接続された押圧体１６を設けて、高張力鋼板のブランク１４をプレス成形によりフランジ付きチャネル部品を成形する成形方法および成形装置が開示されている（特許文献１参照）。前記成形金型では、高張力鋼板のブランク１４は、押圧体１６により窪み１５に局部的に押し込まれ、ダイ１１とブランクホルダー１３間で、図５（ｂ）に示すように、ビード１４ｂが形成されるため、パンチ１１の先端面がパンチ成形行程の下死点に到達する過程でのブランク１４の縦壁部張力を増加させ、スプリングバック現象と壁反りの発生を防止して高強度鋼板をプレス成形した場合のチャネル部品の形状凍結性を安定確保し、所定の寸法精度を確保しようとするものである。
特開平１１−２９０９５１号公報（［００２０］〜［００２３］）

しかし、特許文献１に開示された成形方法では、ダイまたはブランクホルダー内に、ブランクの板材を局部押圧する押圧体を設ける必要があり、プレス成形装置の大幅な改造が必要となる。また、前記押圧体には、シリンダなど、その進退を可能とする駆動機構が必要であり、この押圧体を板厚方向に押し付けてビードを形成するため、ダイまたはブランクホルダーに貫通孔を設ける必要がある。このため、貫通孔を設けた方のダイまたはブランクホルダーの強度が低下する上に、幅および高さが長手方向に異なるチャネル部品を成形する場合には、前記ビードを適正に形成するために、押圧体の押し込み量を厳密に管理する必要がある。

この発明は、このような従来技術の問題に鑑みなされたもので、その課題は、高強度鋼板を素材として、概略ハット形状のフランジ付きチャネル部品を成形する際に、形状凍結性を確保して形状不良を防止し、所要の成品寸法精度を実現できる、高強度鋼板の簡便な成形方法および成形装置を提供すことである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

即ち、請求項１に係る高強度鋼板の成形方法は、パンチと、ダイと、ブランクホルダーからなる成形金型を用いたプレス成形装置で、ダイとブランクホルダーとの間に高強度鋼板のブランクを挟んでパンチを前進させることによりフランジ付きチャネル部品を成形する高強度鋼板の成形方法であって、前記ダイもしくはブランクホルダーの保持面、またはダイとブランクホルダーの双方の保持面に凹部を設け、この凹部内に転動曲げ部材を配置し、この転動曲げ部材とダイまたはブランクホルダーの保持面との間にブランクを挟んでパンチを前進させる成形行程で、前記凹部内でブランクに曲げ部を形成し、ブランクの縦壁部張力を増加させて所定の成形品寸法精度を確保することを特徴とする。

このように、高強度鋼板のブランク（被成形板）をこの転動曲げ部材とダイまたはブランクホルダーの保持面との間に挟むようにすれば、パンチが前進するにつれて、この挟まれた部分のブランクの曲げ角度が大きくなって曲げ抵抗が増大するため、パンチの終盤行程でブランク縦壁部の張力が大きく増加する。それにより、ブランク内での残留応力分布が一様化して、形状凍結性、即ち形状精度が確保されて、所定の寸法精度を実現することができる。なお、前記凹部をダイまたはブランクホルダーのいずれか一方の保持面に設ける場合には、他方に保持面には段差を設けるなどして、ブランクの曲げ部を形成しやすくすることが必要である。

請求項２に係る高強度鋼板の成形方法は、前記ダイとダイホルダーとの保持面のパンチの前進方向の間隔を、成形行程初期にはブランクの板厚よりも大きく開けておき、パンチがその全行程の９０％前進した時点から最終行程に至るまでの間は、前記間隔を板厚と同等に設けることを特徴とする。

このようにすれば、ダイＲ部付近での曲げ・曲げ戻し変形が緩和されるため、成形品の壁反りが減少する。パンチ全行程の９０％に達した成形の終盤で、前記距離をブランクの板厚と同等に小さくすることにより、転動曲げ部材が前記凹部のパンチ側の端部にまで移動し終える前にブランクがダイＲ部に巻き付くため、より確実に、フランジ部から縦壁部にかけての成形品のＲ部が形成される。

請求項３に係るプレス成形装置は、パンチと、ダイと、ダイホルダーとからなる成形金型を備え、前記ダイとブランクホルダーとの間にブランクを挟んでパンチを前進させることによりフランジ付きチャネル部品を成形するプレス成形装置であって、前記ダイもしくはブランクホルダーの保持面、またはダイとブランクホルダーの双方の保持面に凹部を設け、この凹部に転動曲げ部材を配置して、この転動曲げ部材とダイまたはブランクホルダーの保持面との間にブランクを挟んでパンチを前進させる成形行程で、前記凹部内のブランクに曲げ部を形成するようにしたこと特徴とする。

このようなプレス成形装置を用いれば、簡便に前記凹部内にビードを形成することができ、パンチ終盤行程でのブランクの縦壁部の張力が大きく増加し、スプリングバック現象が抑制されて形状凍結性が確保され、成形品の安定した寸法精度が得られる。

この発明では、プレス装置の成形金型のダイおよびブランクホルダーの保持面の片方または双方に凹部を設け、この凹部に挿入した転動曲げ部材とダイまたはブランクホルダーの保持面との間に高強度鋼板のブランクを挟んでパンチを前進させて成形するようにしたので、前記凹部内にブランクの曲げ部を簡便に形成することができ、この転動曲げ部材による曲げ部の曲げ抵抗により、パンチ成形行程でブランクの縦壁部張力が増加する結果として、形状凍結性が確保されて安定した寸法精度の成形品が得られる。

前記ダイとダイホルダーとの保持面の間隔を、成形行程初期にはブランクの板厚よりも大きく開けておき、パンチがその全行程の９０％前進した成形行程終盤には前記距離を板厚と同等にまで狭めることにより、ダイＲ部付近での曲げ・曲げ戻し変形による残留応力の発生が緩和されるため、成形品の壁反りが減少し、かつ、より確実にフランジ部から縦壁部にかけてのＲ部を形成することができる。

以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態の、高強度鋼板を素材とした概略ハット形状のフランジ付きチャネル部品の成形方法を、成形金型の中心から片側について示したものである。パンチ１と、ダイ２と、ブランクホルダー３とからなる成形金型で、ブランクホルダー３の保持面３ａに凹部４が形成され、ダイ２の保持面２ａには段差５が形成されている。前記凹部４には転動曲げ部材である、鋼などの金属球６が凹部４に、転動方向に設けた案内溝（図示省略）上に配置され、高強度鋼板のブランク（被成形板）Ｂが、ダイ２とブランクホルダー３の間で金属球６に接するように載置されている。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイ２の保持面２ａに設けた段差５の肩部にはＲが付され、転動曲げ部材の金属球６により、ブランク（被成形板）Ｂのフランジ部Ｆに曲げ部７を形成しやすくしている。この金属球６の大きさ（直径）は、次のようにして決定することができる。即ち、図１（ｂ）に示したように、ダイ２が下降して金属球６との間に被成形板Ｂを挟んだときに、被成形板Ｂが金属球６に沿って変形する程度に、ダイ２とブランクホルダー３の保持面２ａ、３ａ間の間隔を保つことができるような大きさであり、より具体的には、金属球６の大きさは、ダイ２の保持面２ａとブランクホルダー３の保持面３ａとの間で、パンチ１の前進につれて被成形板Ｂのダイ２内での移動が可能な程度に被成形板Ｂを軽く押さえることができる間隔を保てるような大きさとすることが望ましい。また、凹部４を、その深さＨおよび幅Ｗ（図１（ｃ）参照）を予め適正化して形成することにより、前記チャネル部品の高さ、即ちパンチ１の全行程（前進距離）に応じて、パンチ１の所定の位置から被成形板Ｂの縦壁部Ｕの張力が増加するようにすることができる。

図１（ｂ）に示した状態から、パンチ１を上昇、即ち前進させるにつれて、図１（ｃ）に示したように、金属球６は凹部４と段差５で形成される空間８のパンチ１側の端部、即ち凹部４の端部Ｅ１にまで転動する。この過程で、金属球６が端部Ｅ１に近づくにつれて、被成形板Ｂはダイ２とブランクホルダー３との保持面２ａ、３ａ間で支持されながら、図２（ａ）、（ｂ）に比較して示すように、金属球６で曲げられる角度θが大きくなるため、この部分の曲げ抵抗が大きくなる。その結果として、パンチ成形行程の終盤で、図１（ｃ）に示した、被成形板の縦壁部Ｕの張力が大きく増加する。この張力増加により、縦壁部Ｕおよび金型Ｒ部の部位での残留応力分布が一様となり、形状凍結性、即ち形状精度が確保される。

前記ダイ２の保持面２ａとブランクホルダー３の保持面３ａとのパンチ１の前進方向の間隔は、成形初期、即ちパンチ１の初期成形行程では、ダイ２の保持面２ａが転動曲げ部材の金属球６の頂部よりも下方に位置して金属球６により被成形板Ｂに曲げが生じる範囲で、大きく開けておくと、ダイＲ部（図１（ａ）参照）付近での曲げ・曲げ戻し変形による残留応力の発生が緩和されて、成形品の壁反りが抑制される。前記間隔は、パンチ１がさらに前進する成形行程でそのまま大きく開けておいても、金属球６が凹部空間８のパンチ１側の端部にまで転動すると、金属球６により被成形板Ｂの曲げ部７での曲げ抵抗により被成形板ＢがダイＲ部に巻き付くため、成形品のＲ部は十分に形成される。しかし、パンチ１の全行程の９０％に達した成形の終盤で、前記間隔を被成形板Ｂの板厚と同等に小さくすることにより、金属球６が前記凹部空間８のパンチ１側の端部（凹部４の端部Ｅ１）にまで移動し終える前に（図２（ａ）参照）被成形板ＢがダイＲ部に巻き付くため、フランジ部Ｆから縦壁部Ｕにかけての成形品のＲ部がより確実に形成される。

なお、図１に示した成形金型のダイ２とブランクホルダー３を上下逆に配置し、パンチ１を上方から下降させて前記フランジ付きチャネル部品を形成する金型構成においても、ダイ２およびブランクホルダー３の保持面２ａ、３ａに前記凹部４および段差５をそれぞれ設け、この凹部４に転動曲げ部材である金属球６を挿入して、前述のように、被成形板Ｂの縦壁部Ｕの張力を増加させることができる。また、転動曲げ部材の金属球６は、成形品の長さ、即ち金型の長さに応じて、複数配置することもできる。

板厚が１．４ｍｍで、引張り強さが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板のブランク（被成形板）Ｂを、図１に示した実施形態の成形方法を用いて、幅５０ｍｍ、高さ７０ｍｍの概略ハット形状のフランジ付きチャネル部品に成形した。その際に、ダイ２の保持面２ａには、図１に示したように深さ５ｍｍの段差５を、ブランクホルダー３の保持面３ａには深さ５ｍｍの矩形溝状の凹部４をそれぞれ設け、この凹部４と段差５で形成される空間８に、前記金属球６の代わりに外径１０ｍｍの丸棒を転動曲げ部材として、転動中の凹部４内での回転を防止するためにその両端部を凹部４および段差５の壁面に沿わせて配置した。前記高強度鋼板の被成形板Ｂを、図１（ａ）に示したように、ダイ２とブランクホルダー３の間で転動曲げ部材の丸棒に接するように配置し、図１（ｂ）に示したように、ダイ２を下降させてブランクホルダー３との、それぞれの保持面２ａ、３ａの間隔をブランク板厚よりも若干量、例えば、０．５ｍｍ程度大きく設定した状態で、パンチ１を前進させた。被成形板Ｂはパンチ１の前進とともに図２（ａ）に矢印で示したように、ダイ２内に流入し、被成形板Ｂとの摩擦力により転動曲げ部材の丸棒が、空間８のパンチ（図示省略）側の端部、即ちダイホルダー３の凹部４の端部Ｅ１の方へ誘導され、パンチ成形行程の終端直前で、図２（ｂ）に示すように、前記端部Ｅ１の近傍に到達し、その時点から、パンチ成形行程の終端までは、この位置にほぼ留まった。成形終了後、パンチ１を後退させて除荷し、成形品Ａを取り出した。一方、ダイ２およびブランクホルダー３の保持面に前記の段差５および凹部４を設けず、ダイ２とブランクホルダー３との間隔を前記高張力鋼板のブランク板厚と同等に保って、パンチ１を前進させて、前記幅５０ｍｍ、高さ７０ｍｍの成形品と同じ成形品Ｂを成形した。この発明による成形品Ａおよび従来技術による成形品Ｂの形状を測定した結果を図３に示す。図３から、この発明による成形品Ａでは、壁反りの発生が殆んど認められず、ダイＲ部の部位の形状も良好に形成されていることがわかる。これに対し、従来技術による成形品Ｂでは壁反りの発生が顕著に認められ、形状精度が確保されていないことがわかる。

図４（ａ）〜（ｃ）は他の実施形態を示したもので、ダイ２の保持面２ａには、図１の実施形態でダイ２に形成した段差５の代わりに凹部４ａが形成されている。図４（ａ）に示した被成形板Ｂをセットした初期の状態から、図４（ｂ）に示したように、ダイ２が下降して転動曲げ部材の金属球６との間に被成形板Ｂを挟んで、被成形板Ｂが金属球６に沿って変形する。この状態からパンチ１が上昇、即ち前進すると、図４（ｃ）に示したように、金属球６が転動して、ダイホルダー３の保持面３ａに形成した凹部４とダイ２の保持面２ａに形成した凹部４ａとで形成される凹部空間８のパンチ１側端部にまで転動して被成形板Ｂの曲げ角度θが大きくなり、その曲げ抵抗によって、被成形板Ｂの縦壁部の張力が増加する。このように、ダイ２の保持面２ａに凹部４ａを設けることによっても、形状凍結性が確保され、所定の寸法精度が実現される。なお、図４に示したように、ダイ２とブランクホルダー３の双方に凹部４ａ、４を設ける場合、また、図１および図２に示したように、ブランクホルダー３に凹部４を、ダイ２に段差５を設ける場合、のいずれの場合も、ブランクホルダー３側の凹部４の端部Ｅ１の位置は、転動曲げ部材６が移動することにより形成される被成形版Ｂの曲げ部７のＲの程度を規定するものであるため、ダイ２側の凹部４ａの端部Ｅ２、またはダイ２の段差５の位置と、転動曲げ部材６の移動（転動）方向に対して同じ位置、または図２に示したように、フランジ部Ｆの外側方向にずれた位置に形成することが望ましい。

前記転動曲げ部材は、球状や丸棒状の部材に限らず、ブランクとの摩擦力によって前記凹部空間内を転動できる形状のものであればよい。また、形状が複雑なフランジ付きチャネル部品に対しては、前記凹部空間端部近傍でのブランクの曲げ抵抗の大きさをきめ細かく制御して所定の寸法精度を安定して確保するために、転動曲げ部材の変位を計測する変位センサーとその出力に基づいて転動曲げ部材の位置を微調整する駆動装置を設けることもできる。

この発明は、自動車車体の構成部品として多用されているフランジ付きチャネル部品の所定の形状および寸法精度を簡便な機構で確保できるプレス成形方法および成形装置として利用することができる。

（ａ）〜（ｃ）この発明の実施形態の高張力鋼板の成形方法を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）転動曲げ部材の転動に伴うブランクの曲げ角度の増加を示す説明図である。本願発明と従来技術による成形品の形状を比較した説明図である。（ａ）〜（ｃ）他の実施形態の高張力鋼板の成形方法を示す説明図である。（ａ）フランジ付きチャネル部品の成形方法を示す従来技術の一例である。（ｂ）被成形板に形成されたビードを示す断面図である。

符号の説明

１・・・パンチ
２・・・ダイ
３・・・ブランクホルダー
２ａ、３ａ・・・保持面
４、４ａ・・・凹部
５・・・段差
６・・・金属球（転動曲げ部材）
７・・・曲げ部
８・・・空間
Ｂ・・・ブランク（被成形板）
Ｅ１、Ｅ２・・・端部
Ｆ・・・フランジ部
Ｕ・・・縦壁部

Claims

パンチと、ダイと、ブランクホルダーからなる成形金型を用いたプレス成形装置で、ダイとブランクホルダーとの間に高強度鋼板のブランクを挟んでパンチを前進させることによりフランジ付きチャネル部品を成形する高強度鋼板の成形方法であって、前記ダイもしくはブランクホルダーの保持面、またはダイとブランクホルダーの双方の保持面に凹部を設け、この凹部内に転動曲げ部材を配置し、この転動曲げ部材とダイまたはブランクホルダーの保持面との間にブランクを挟んでパンチを前進させる成形行程で、前記凹部内でブランクに曲げ部を形成し、ブランクの縦壁部張力を増加させて所定の成形品寸法精度を確保することを特徴とする高強度鋼板の成形方法。
前記ダイとダイホルダーとの保持面のパンチの前進方向の間隔を、成形行程初期にはブランクの板厚よりも大きく開けておき、パンチがその全行程の９０％前進した時点から最終行程に至るまでの間は、前記間隔を板厚と同等に設けることを特徴とする請求項１に記載の高強度鋼板の成形方法。
パンチと、ダイスと、ダイホルダーとからなる成形金型を備え、前記ダイとブランクホルダーとの間にブランクを挟んでパンチを前進させることによりフランジ付きチャネル部品を成形するプレス成形装置であって、前記ダイもしくはブランクホルダーの保持面、またはダイとブランクホルダーの双方の保持面に凹部を設け、この凹部に転動曲げ部材を配置して、この転動曲げ部材とダイまたはブランクホルダーの保持面との間にブランクを挟んでパンチを前進させる成形行程で、前記凹部内のブランクに曲げ部を形成するようにしたこと特徴とするプレス成形装置。