JP4306774B2 - プレス成形用金型およびプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形の技術に関し、より詳しくはプレス成形品の製品コーナー部で発生する割れやしわを改善するプレス成形用金型およびその金型を用いたプレス成形方法に関する。

従来、プレス成形においては、プレス成形品の袋状コーナー部分に割れやしわが発生し易く、割れやしわが発生した製品はスクラップにされている。このため、プレス成形用金型の製作前には、ダイフェースの造形検討やシミュレーション評価等が実施され、製品に割れやしわが発生しない金型を製作するように考慮がなされている。
しかしながら、金型製作後にプレス成型品の試作を行ってみると、事前検討の通りにいかない場合も多い。
そして、実際には製作された金型を改修して対象療法的に割れやしわが発生しない金型に仕上げていく場合が多く、この金型の改修に多くの時間や費用が費やされている。

そこで、プレス成形品の袋状コーナー部分に発生する割れやしわを低減するべく、金型の構成部品であるダイを改良し、該ダイのしわ押さえ面に設けるビードに加え、コーナー部分のしわ押さえ面にも凹部・凸部を配設するようにし、これにより袋状コーナー部分に流入する材料（素材）のしわ発生に対する抵抗を増加させて、割れやしわの発生を低減する技術が知られている。例えば、特許文献１にその技術が開示されている。
特開平８−２５０９７号公報

しかしながら、この従来技術では、割れやしわの低減作用には限界があり、例えば、プレス成形品の絞り深さが深い場合には、前記対策では割れやしわの発生を十分に抑えることができないという問題があった。
そこで本発明では、このような現状を鑑み、絞り深さに係わらず、プレス成形品のコーナー部分で発生する割れやしわを低減するプレス成形用金型、および該金型を用いたプレス成形方法を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、凹部および該凹部の周囲にしわ押さえ面が形成されるダイと、前記凹部に対応する凸部が形成されるポンチと、前記しわ押さえ面に対応するクッション面が形成されるブランクホルダーとを備え、前記しわ押さえ面とクッション面とで材料部材を挟持するプレス成形用金型によるプレス成形方法であって、前記凹部におけるコーナー部の周囲では、前記しわ押さえ面と前記クッション面により形成される材料部材の挟持面を複数に分割し、前記複数の挟持面におけるコーナー部内側の各境界線を、平面視において前記材料部材の内側から外側に向けた円弧形状に形成し、前記円弧形状は、材料部材外形線の外側まで抜けるよう設定される、ことを特徴としたものである。

請求項２においては、前記各円弧形状は、前記材料部材の末端側に向かって、互いに相反する方向に曲げられる、ことを特徴としたものである。

請求項３においては、凹部および該凹部の周囲にしわ押さえ面が形成されるダイと、前記凹部に対応する凸部が形成されるポンチと、前記しわ押さえ面に対応するクッション面が形成されるブランクホルダーとを備え、前記しわ押さえ面とクッション面とで材料部材を挟持するプレス成形用金型であって、前記凹部におけるコーナー部の周囲では、前記しわ押さえ面と前記クッション面により形成される材料部材の挟持面が複数に分割され、前記複数の挟持面においては、それぞれ前記コーナー部内側の境界線が平面視において前記材料部材の内側から外側に向けた円弧形状となる円弧部が形成され、前記円弧形状は、材料部材外形線の外側まで抜けるよう設定される、ことを特徴としたものである。

請求項４においては、前記各円弧部は、前記材料部材の末端側に向かって、互いに相反する方向に曲げられる、ことを特徴としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、材料流入の集中が緩和できる。これにより、割れやしわの発生を低減することができる。また、分離されてしわ押さえがされていない部分は拘束が緩くなるため、容易に深絞りに対応できる。
また、さらに材料部材の流入抵抗を適正化することにより、プレス成形製品の肉厚減少率を改善することもできる。
また、材料部材に付与する流入抵抗を適正化して、コーナー部への材料流入を分散させることができる。

請求項２においては、挟持面と接していない開放部に位置する材料部材に対して流入抵抗を付与することができる。

請求項３においては、材料流入の集中が緩和できる。これにより、割れやしわの発生を低減することができる。また、分離されてしわ押さえがされていない部分は拘束が緩くなるため、容易に深絞りに対応できる。
また、さらに材料部材の流入抵抗を適正化することにより、プレス成形製品の肉厚減少率を改善することもできる。
また、材料部材に付与する流入抵抗を適正化して、コーナー部への材料流入を分散させることができる。

請求項４においては、挟持面と接していない開放部に位置する材料部材に対して流入抵抗を付与することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係るプレス成形用金型のコーナー部を示す平面模式図および部分断面図、図２は同じく本発明に係るプレス成形用金型によるコーナー部のプレス成形状況を示す平面模式図、図３は同じく材料部材が小さい場合におけるプレス成形用金型のコーナー部を示す平面模式図、図４は従来のプレス成形用金型のコーナー部を示す平面模式図、図５は同じく従来のプレス成形用金型によるプレス成形方法を説明する断面模式図（その１）、図６は同じく従来のプレス成形用金型によるプレス成形方法を説明する断面模式図（その２）、図７は同じく従来のプレス成形用金型によるプレス成形方法を説明する断面模式図（その３）、図８は同じく従来のプレス成形用金型によるコーナー部のプレス成形状況を示す平面模式図、図９は同じく従来のプレス成形用金型においてコーナー部に発生する不具合を示す平面模式図である。

まず始めに、従来のプレス成形用金型を用いたプレス成形方法について説明をする。
図４乃至図９に、従来のプレス成形用金型３１を用いたプレス成型方法の例を示している。
ここで、使用している各用語を説明すると、図４に示す如く、絞りプロファイル２１は、平面視において、下型たるポンチ３３とブランクホルダー３４の境界たる見切り線を表している。また、製品見切り線２２は、その線よりも内側は製品として残されて、外側は切り取られてスクラップとされる境界線を示している。
そして、絞りプロファイル２１と材料部材外形線２３によって囲まれる範囲を、材料部材（ブランク）３５に対して流入抵抗を付与する面たる挟持面３７としている。

図５、図６に示す如く、従来のプレス成形用金型３１は、上型たるダイ３２と、下型たるポンチ３３と、ブランクホルダー３４等により構成している。
図５（ａ）に示す如く、所謂クッション絞りと呼ばれるプレス方式では、まずブランクホルダー３４上に薄板状の材料部材３５を載置する。
次に、図５（ｂ）に示す如く、上方よりダイ３２を降下させて、ダイ３２に形成されるしわ押さえ面３２ａとブランクホルダー３４に形成されるクッション面３４ａで材料部材３５の縁部３５ａを挟持するようにしている。

次に、図６（ａ）に示す如く、しわ押さえ面３２ａとクッション面３４ａで材料部材３５の縁部３５ａを挟持しつつ、ダイ３２から受ける押圧力に応じてクッション面３４ａを降下させるようにしている。
そして、図６（ｂ）および図７に示す如く、ポンチ３３に形成される凸部３３ａをダイ３２に形成される凹部３２ｂに臨ませて材料部材３５を押圧し、凸部３３ａおよび凹部３２ｂによって形成される空隙部３６に材料部材３５を流入させつつ、凸部３３ａや凹部３２ｂの形状に沿わせて材料部材３５を塑性変形（曲げや伸延）させて、立体的な製品を成形加工するようにしている。

図４および図８に示す如く、従来はしわ押さえ面３２ａとクッション面３４ａによって、コーナー部３５ｂの周囲を連続的に包囲する略Ｌ字状の挟持面３７によって材料部材３５の縁部３５ａを挟持する構成としていた。
この場合においてコーナー部３５ｂが成形される工程では、図８に示す如く、コーナー凹部３２ｃに向かって２方向の側面から材料部材３５の流入が集中し、これによりコーナー部３５ｂ外側の縁部３５ａは圧縮方向に押圧（縮み成形）されていた。

その結果、図９に示す如く、コーナー部３５ｂ外側の縁部３５ａでは板厚が増加するという現象が発生していた。
そして、この縁部３５ａの板厚増加は、流入抵抗増加の原因となり、コーナー部３５ｂ周辺に割れやしわを発生させる原因となっていた。
また、コーナー部３５ｂの曲率半径を小さくすると、流入抵抗の増加がより顕著となるため、曲率半径を大きくすることができず、デザインが制約される原因ともなっていた。

次に、本発明に係るプレス成形用金型を用いたプレス成形方法について説明をする。
図１（ａ）、（ｂ）に、本発明に係るプレス成形金型を用いたプレス成型方法の例を示している。
本発明に係るプレス成形用金型１は、従来のプレス成形用金型３１と同様に、上型たるダイ２と、下型たるポンチ３と、ブランクホルダー４等により構成している。

本発明に係るプレス成形方法では、従来のプレス成形方法と同様に所謂クッション絞りと呼ばれるプレス方式を採用することができる。
つまり、図１（ｂ）に示す如く、ブランクホルダー４上に薄板状の材料部材（ブランク）５を載置し、上方よりダイ２を降下させて、ダイ２に形成されるしわ押さえ面２ａとブランクホルダー４に形成されるクッション面４ａで材料部材５の縁部５ａを挟持しつつ、ダイ２から受ける押圧力に応じてクッション面４ａを降下させるようにしている。そして、ポンチ３に形成される凸部３ａをダイ２に形成される凹部２ｂに臨ませて材料部材５を押圧し、凸部３ａおよび凹部２ｂよって形成される空隙部６に材料部材５を流入させつつ、凸部３ａや凹部２ｂの形状に沿わせて材料部材５を塑性変形（曲げや伸延）させて、立体的な製品を成形加工するようにしている。
尚、本実施例ではクッション絞りと呼ばれるプレス方式を採用した例を示しているが、本発明を適用するプレス方式を限定するものではない。

そして、本発明に係るプレス成形方法は、絞りプロファイルの設定方法が従来とは異なっており、この絞りプロファイルの設定方法に本発明の特徴を有している。
図１（ａ）に示す如く、本発明に係るプレス成形用金型１においては、絞りプロファイル１０は、平面視において、第一絞りプロファイル１０ａと第二絞りプロファイル１０ｂに二分する構成としている。また、製品見切り線１１は、従来と同様の設定とされている。そして、本発明に係るプレス成形方法においては、各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂに沿って余肉稜線１２ａ・１２ｂを設定している。余肉稜線とは、プレス性を考慮してプレス時に残される余肉部分との境界を示す稜線である。

第一絞りプロファイル１０ａは、図１（ａ）中の上辺部分に設定される境界線であり、第一絞りプロファイル１０ａと材料部材外形線１３で包囲する範囲を第一挟持面１４ａとしている。また、第二絞りプロファイル１０ｂは、図１（ａ）中の右辺部分に設定される境界線であり、第二絞りプロファイル１０ｂと材料部材外形線１３で包囲する範囲を第二挟持面１４ｂとしている。

つまり、本発明に係るプレス成形用金型を用いたプレス成形方法においては、従来は略Ｌ字型に形成され、材料部材のコーナー部の周囲を連続的に挟持するように構成されていた挟持面（例えば、図４中に示す挟持面３７）を第一挟持面１４ａおよび第二挟持面１４ｂに分割する構成としており、各挟持面１４ａ・１４ｂの間に材料部材５を拘束しない開放部１５を形成するようにしている。
尚、本実施例では、各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂが設定される２辺が略Ｌ字型（即ち、２辺が約９０度で交差している）に構成される例を示しているが、絞りプロファイルが設定される２辺が交差する角度によって本発明を限定するものではない。例えば、２辺が鋭角や鈍角で交差するコーナー部を有する製品をプレス成形する場合にも本発明を適用することが可能である。

図１に示す如く、本発明に係るプレス成形方法では、しわ押さえ面２ａとクッション面４ａによって、コーナー凹部２ｃ付近において挟持面１４を分断させて材料部材５の縁部５ａを挟持する構成としている。

この場合、略Ｌ字状の２方向からコーナー凹部２ｃに向かう材料流入が分散し、これによりコーナー凹部２ｃにおいて材料部材５の縁部５ａが受ける圧縮方向の押圧力が緩和されて、その結果、縁部５ａにおける板厚増加を緩和するようにしている。
そして、この縁部５ａにおける板厚増加を緩和させることにより、流入抵抗の増加を抑制し、コーナー部における割れやしわの発生を抑制するようにしている。

即ち、凹部２ｂび凹部２ｂの周囲にしわ押さえ面２ａが形成されるダイ２と、凹部２ｂに対応する凸部３ａが形成されるポンチ３と、しわ押さえ面２ａに対応するクッション面４ａが形成されるブランクホルダー４と、により構成されるプレス成形用金型１を用いて、コーナー凹部２ｃの周囲では、しわ押さえ面２ａとクッション面４ａにより形成される略Ｌ字の挟持面１４により材料部材５を挟持するプレス成形方法であって、前記略Ｌ字を構成する挟持面１４が、二つの挟持面（即ち、第一挟持面１４ａおよび第二挟持面１４ｂ）に分割される構成としている。
このような構成とすることにより、コーナー凹部２ｃにおける材料流入の集中が緩和できるのである。そして、コーナー凹部２ｃ周辺における割れやしわの発生を低減することができるのである。また、開放部１５によってしわ押さえがされていない部分は拘束が緩くなるため、容易に深絞りに対応できるのである。
また、さらに材料部材５の流入抵抗を適正化することにより、プレス成形製品の肉厚減少率を改善することもできるのである。

また、図１乃至図２に示す如く、各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂの形状は、コーナー凹部２ｃ周辺では円弧形状に設定されている。また、その円弧はそれぞれ材料部材５の端末（材料部材外形線１３）の外側まで抜けるよう設定されている。

さらに、各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂに材料部材５の末端側に設定される円弧部１０ｃ・１０ｄは、平面視において、互いに相反する方向に曲げられる構成としている。具体的には、図１中に示すように、第一絞りプロファイル１０ａに形成される円弧部１０ｃは、材料部材５の末端側に向かって反時計回りの方向に曲げられており、また、第二絞りプロファイル１０ｂに形成される円弧部１０ｄは、材料部材５の末端側に向かって時計回りの方向に曲げられる構成としている。

このような構成とすることにより、開放部１５に位置する材料部材５においても、ダイ２に形成される円弧（即ち、各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂの末端に設定される円弧部１０ｃ・１０ｄ）が流入抵抗となって、開放部１５における材料部材５の流入量を規制することができる。また、末端の円弧部１０ｃ・１０ｄの形状（即ち、円弧の半径）を調整することにより、材料部材の流入量を調整することもできる。具体的には、円弧部１０ｃ・１０ｄの半径をより小さくすることにより、より大きな流入抵抗を材料部材５に付与することができる。

即ち、二つの各挟持面１４ａ・１４ｂは、内側の境界線たる各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂには、円弧部１０ｃ・１０ｄが形成される構成としており、これにより、材料部材５に付与する流入抵抗を適正化して、コーナー部への材料流入を分散させることができるのである。

さらに、各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂの円弧部１０ｃ・１０ｄは、材料部材５の末端側に向けて互いに相反する方向に曲げられる構成としており、これにより、挟持面１４と接していない開放部１５に位置する材料部材５に対して流入抵抗を付与することができるのである。

また、図３に示す如く、材料部材５の歩留まりを改善するために材料部材５の小型化を図った場合であっても容易に本発明を適用することができる。
このような場合の各絞りプロファイル１８ａ・１８ｂは、前述した各絞りプロファイル１０ａ・１０ｂとは異なり、末端の円弧部１８ｃ・１８ｄの直前部に設けられる傾斜部を省略し、製品見切り線に対して平行な絞りプロファイルから直接円弧部１８ｃ・１８ｄが形成される構成の各絞りプロファイル１８ａ・１８ｂとすることができる。

本発明の一実施例に係るプレス成形用金型のコーナー部を示す平面模式図および部分断面図。 同じく本発明に係るプレス成形用金型によるコーナー部のプレス成形状況を示す平面模式図。 同じく材料部材が小さい場合におけるプレス成形用金型のコーナー部を示す平面模式図。 従来のプレス成形用金型のコーナー部を示す平面模式図。 同じく従来のプレス成形用金型によるプレス成形方法を説明する断面模式図（その１）。 同じく従来のプレス成形用金型によるプレス成形方法を説明する断面模式図（その２）。 同じく従来のプレス成形用金型によるプレス成形方法を説明する断面模式図（その３）。 同じく従来のプレス成形用金型によるコーナー部のプレス成形状況を示す平面模式図。 同じく従来のプレス成形用金型においてコーナー部に発生する不具合を示す平面模式図。

１ プレス成形用金型
２ ダイ
２ａ しわ押さえ面
２ｂ 凹部
２ｃ コーナー凹部
３ ポンチ
３ａ 凸部
４ ブランクホルダー
４ａ クッション面
５ 材料部材
１４ 挟持面
１４ａ 第一挟持面
１４ｂ 第二挟持面

Claims (4)

1. 凹部および該凹部の周囲にしわ押さえ面が形成されるダイと、
   前記凹部に対応する凸部が形成されるポンチと、
   前記しわ押さえ面に対応するクッション面が形成されるブランクホルダーとを備え、
   前記しわ押さえ面とクッション面とで材料部材を挟持するプレス成形用金型によるプレス成形方法であって、
   前記凹部におけるコーナー部の周囲では、前記しわ押さえ面と前記クッション面により形成される材料部材の挟持面を複数に分割し、
   前記複数の挟持面におけるコーナー部内側の各境界線を、
   平面視において前記材料部材の内側から外側に向けた円弧形状に形成し、
   前記円弧形状は、材料部材外形線の外側まで抜けるよう設定される、
   ことを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記各円弧形状は、
   前記材料部材の末端側に向かって、
   互いに相反する方向に曲げられる、
   ことを特徴とする請求項1記載のプレス成形方法。
3. 凹部および該凹部の周囲にしわ押さえ面が形成されるダイと、
   前記凹部に対応する凸部が形成されるポンチと、
   前記しわ押さえ面に対応するクッション面が形成されるブランクホルダーとを備え、
   前記しわ押さえ面とクッション面とで材料部材を挟持するプレス成形用金型であって、
   前記凹部におけるコーナー部の周囲では、前記しわ押さえ面と前記クッション面により形成される材料部材の挟持面が複数に分割され、
   前記複数の挟持面においては、それぞれ前記コーナー部内側の境界線が平面視において前記材料部材の内側から外側に向けた円弧形状となる円弧部が形成され、
   前記円弧形状は、材料部材外形線の外側まで抜けるよう設定される、
   ことを特徴とするプレス成形用金型。
4. 前記各円弧部は、
   前記材料部材の末端側に向かって、
   互いに相反する方向に曲げられる、
   ことを特徴とする請求項３記載のプレス成形用金型。

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