JP6022364B2 - 立体縁付き金属部品の製造用金型 - Google Patents

Description

本発明は、立体縁付き金属部品の製造用金型に関し、詳しくは、立体縁付き金属部品をプレス成形により製造するためのものであって、金属板（例えば引張強さ（ＴＳ）が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板）のブランクに設けた曲線状の縁部あるいはさらにこれに隣接するブランク部分を成形加工により立体化して立体縁付き金属部品となすに用いる、立体縁付き金属部品の製造用金型に関する。

ここで、前記立体縁における立体は、縦壁、山形、あるいはこれらの一方に他方が連なる立体である。又、ブランクとは、成形加工用の素材であって、原板から切り出され、該切り出しの際、前記成形加工後の立体形状に対応した平面輪郭形状を付与された単一平板である。

曲がり縁に立体、例えば縦壁をもつ金属部品を得る手段として、従来、金属単板に曲げ、絞り、伸びフランジの各種成形様式を複合したプレス成形（以降、従来プレス成形という）が行われており、寸法精度を得るための方法として縦壁部に末広がり状の段差を設ける方法（特許文献１）や、フランジ部を二段階に分けて成形する方法（特許文献２）が提案され、ねじれを防止する方法として二段階に分けて曲げ成形を行う方法（特許文献３）や、縦壁部に応力を付与する方法（特許文献４）が提案されている。

特開２０１０−５６５１号公報 特開２００６−２８９４８０号公報 特開２００９−２４１１０９号公報 特開２００６−３０５６２７号公報

軽量化の要請に応じた鋼板の高強度化は、同時に鋼板の絞り、張出し、伸びフランジ成形性の低下を招く。高強度鋼板のブランクを成形加工して、縁に立体例えば縦壁をもつ部品を製造する場合、縁部が直線状であれば曲げ加工にて縦壁に成形することが可能であるが、縁部が曲線状のときは、通常のプレス成形（伸びフランジ成形、あるいは絞り成形）にて縦壁に成形しようとすると、縦壁部にする縁部領域のブランク縁側境界曲線と被折り曲げ部側境界曲線とで線長が異なることから、伸びフランジ成形を行った場合にはわれが発生し、絞り成形を行った場合にはしわが発生してしまう。このとき、しわ押さえ等の成形条件の最適化あるいは部品形状変更により、ある程度までわれ、しわの発生抑制を図ることは可能であるが、そのような方法では、軽量化ニーズに応えるための、例えばＴＳで９８０ＭＰａ以上のさらなる高強度化に対応するには限界があると言える。

また、二段階に分けて成形する、縦壁部に段差を設ける、縦壁部に応力を付与する等の方法ではいずれも工程が増える、歩留まりが落ちる等の問題があり、さらには前記縦壁部のわれ、しわは、縦壁部にする縁部領域のブランク縁側境界曲線と被折り曲げ部側境界曲線との線長差に起因しているため、われ、しわの対策にはなりえない。
すなわち、特にブランクが高強度鋼板である場合などにおいて、曲がり縁部を立体化する立体縁付き金属部品を従来のプレス成形金型で製造すると、単純な工程ではわれ、しわが生じて立体縁付き金属部品の目標形状を達成することができず、工程簡素化と製品軽量化との両立は極めて困難であるという課題があった。

本発明者らは上記課題を解決する手段を検討し、折り紙をヒントに、次の知見を得た。すなわち、紙は伸びも縮みもしない素材であるが、簡素な折り方によって紙ブランク縁部に曲がった稜線をもつ立体を形成することができる。その折り方を金属ブランクに適用することにより、被加工材は絞り、張出し、伸びフランジの各変形をほとんどすることなく曲げ変形するため、簡素な成形工程で高強度金属ブランクから、われ、しわのない立体縁付き金属部品を製造することが可能となる。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１） 金属板から切り出した、両端をもつ曲線状の曲がり縁部を有するブランクを素材とし、前記曲がり縁部あるいはさらに該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体に成形して立体縁付き金属部品を製造する際に用いる、立体縁付き金属部品の製造用金型であって、前記曲がり縁部に、該曲がり縁部の曲がりに沿った山折れ又は谷折れいずれかの折れ形線を付与する折れ形線付与工程に用いる１工程目金型と次いで、前記曲がり縁部の両端間の中央部分を押して、該両端の間隔が狭まるように動かすことにより、前記折れ形線を起点として前記曲がり縁部あるいはさらに該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体化する立体成形工程に用いる２工程目金型とを有することを特徴とする立体縁付き金属部品の製造用金型。
（２） 前記１工程目金型を用いて付与する折れ形線が曲げ半径０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の折れ形線であることを特徴とする前記（１）に記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
（３） 前記１工程目金型は、平坦な挟持部、および該挟持部から前記ブランクの本体部分である一つ又は複数の中の少なくとも一つの折れ形線を付与される部分の両端あるいは中途部に繋がる中間部を前記ブランクに付与する構成とされたこと特徴とする前記（１）又は（２）に記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
（４） 前記折れ形線は、複数の曲線とされ、該複数のうちの少なくとも１つの曲線の一部が該一部の両側に連なる曲線部分よりも大きな曲率とされることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
（５） 前記２工程目金型は、前記曲がり縁部が立体化する起点となる折れ形線の周辺を押さえる構成とされたことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
（６） 前記２工程目金型は、前記立体化する曲がり縁部に隣接する部位である縦壁部を押さえる構成とされたことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
（７） 前記２工程目金型は、前記折れ形線の立体化を押さえる構成とされたことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。

本発明によれば、被加工材（材料）は、絞り、張出し、伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形するため、曲がり縁部を、われ、しわの発生なく縦壁又は山形に立体成形できて、高強度鋼板の単板からでも、立体縁付き金属部品を製造することが可能となる。さらに、伸び、縮み変形をほとんどさせずに成形することが可能であるため、従来では前記立体成形ができなかった曲率半径Ｒの小さい曲がり縁部に対しても、前記立体成形が可能となる。

本発明の実施形態例（１）を示す概略図である。 本発明の実施形態例（２）を示す概略図である。 本発明の実施形態例（３）を示す概略図である。 本発明の実施形態例（４）を示す概略図である。 本発明の実施形態例（５）を示す概略図である。 本発明の実施形態例（６）を示す概略図である。 本発明の実施形態例（７）を示す概略図である。

本発明は、金属板から切り出した、両端をもつ曲線状の曲がり縁部を有するブランクを素材とし、前記曲がり縁部あるいはさらに該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体に成形して立体縁付き金属部品を製造する際に用いる、立体縁付き金属部品の製造用金型である。
前記製造用金型は、前記曲がり縁部に、該曲がり縁部の曲がりに沿った山折れ又は谷折れいずれかの折れ形線を付与する折れ形線付与工程に用いる１工程目金型と次いで、前記曲がり縁部の両端間の中央部分を押して、該両端の間隔が狭まるように動かすことにより、前記折れ形線を起点として前記曲がり縁部あるいはさらに該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体化する立体成形工程に用いる２工程目金型とを有する［本発明（１）］。ここで、前記両端をもつ曲線は、両端をもつ折れ線をも含むものとする。

前記折れ形線付与工程において折れ形線を付与すると、次工程である立体成形工程において、前記曲がり縁部の両端間の中央部分を押して、該両端の間隔が狭まるように動かすことにより前記折れ形線を境界とする両側の線長差から、これら両側の一方が他方に対し自然に起き上がり、若しくは沈み、それゆえ前記折れ形線を起点として前記曲がり縁部あるいはさらに、該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体化することが可能かつ容易となる。前記折れ形線付与工程なしでは、前記立体成形工程による立体化は極めて困難である。

なお、前記折れ形線付与工程に用いる１工程目金型は、ブランクに折れ形線を付与できるものである限りにおいて、ロール成形や逐次成形、液圧成形、ゴム成形、フォーム成形、絞り成形、張出し成形など如何なる成形に用いる金型であっても良い。尤も、折れ形線の位置精度や生産効率を考えれば、折れ形に対応する金型形状を有するプレス加工用金型が好ましい。

更に、折れ形線の形状は曲げ半径０．５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下であることが好ましい［本発明（２）］。高強度鋼板は曲げ加工性が軟鋼よりも劣るため、折れ形線の曲げ半径が０．５ｍｍ未満であると曲げ部で割れが生じる可能性がある。一方、３０ｍｍを超えると立体成形工程にて、立体化の起点となりにくい。なお、立体成形工程をより効率的なものとしかつ曲げ部での割れをより効果的に防ぐには、曲げ半径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。

１工程目成形品（前記折れ線付与工程を経てなる成形品）に対し、２工程目金型は、曲がり縁部の両端間の中央部分を押して、該両端の間隔が狭まるように動かす構成とされる。斯かる構成は、治具により前記中央部分に力を加え、それによって前記両端を回転させながら前記曲がり縁部を立ち上がらせる機構を有する。従来プレス成形では、曲がり縁部を立ち上がらせようとすると治具との接触部で素材の線長が不足し、伸びフランジ割れを引き起こす。これに対し、本発明では、立体化の起点となる位置を中心に曲がり縁部の両端部は回転運動をすることで、不足する素材の線長を補うことができる。なおここで、１工程目成形品の保持をするためには、曲がり縁部が立体化する起点となる折れ形線の周辺を押さえることが好ましい［本発明（５）］。

１工程目成形品の曲がり縁部を動かす２工程目金型の機構は、プレス機械のスライドの上下運動をパンチなどの冶具を介して直接伝える機構以外にも、上記の上下運動の方向を変換して利用する方法として、カム機構に代表される傾斜面を利用した機構、リンク機構、てこを用いた機構でも良い。また、プレス機の駆動力以外にも、電気や空気圧、油圧を利用したシリンダを用いても良い。

より安定して成形を行うためには１工程目成形品が２工程目金型内から飛び出したりしないように両端部を挟持しつつ両端、もしくは片端を動かす機構がよい。挟持をする場合、単に上下の金型等で挟持して１工程目成形品の保持部を水平に保ったまま動かせるようにするのが好ましい。かといって単純に水平に保ったまま動かすと挟持されている部分が成形中立ち上がるのが阻害され、１工程目成形品に所望の立体縁付き金属部品形状を付与できなくなる部分が生じる。

そこで、１工程目金型は、平坦な挟持部、および該挟持部から前記ブランクの本体部分である一つ又は複数の中の少なくとも一つの折れ形線を付与される部分の両端あるいは中途部に繋がる中間部を前記ブランクに付与する構成とされることが好ましい［本発明（３）］。成形中に水平に対する角度が連続的に変化する部分に中間部を当てることで、挟持部は水平に保ったまま容易に両端部を動かすことができるようになる。

立体成形工程においては、１工程目成形品が折れ形線を起点に立体化するよりも容易に変形する部位があれば、そちらが優先的に変形する事になる。折れ形線の座屈などの成形不良を防ぐためには、割れやしわの発生が懸念される１工程目成形品の曲がり縁部を優先的に立体化させることが有効である。そのためには、前記優先的に立体化させたい曲がり縁部の周囲において、折れ形線は、複数の曲線とされ、該複数のうちの少なくとも１つの曲線の一部が該一部の両側に連なる曲線部分よりも大きい曲率とされることが好ましい［本発明（４）］。折れ形線の曲率を大きくすると、曲がり縁部の両端部の移動量に対し、前記折れ形線を境界とする両側の線長差が大きくなる。そのため、曲がり縁部が容易に立体化するようになる。

一方で、曲がり縁部の立体化が局所化すると、その他の曲がり縁部の立体化が不十分となる場合がある。その対策としては、曲がり縁部が立体化する途中で、局所的に立体化する曲がり縁部に隣接する部位である縦壁部を押さえるよう２工程目金型を構成することが有効である［本発明（６）］。立体化する曲がり縁部を押さえると、その周囲が立体化せざるをえない。そのため、要所要所に押さえ冶具を配置した構成の２工程目金型とすれば、広範囲を立体化することが出来る。

１工程目成形品の折れ形線と曲がり縁部、もしくは折れ形線同士の間隔が等間隔でない場合、２工程目金型において、曲がり縁部の立体化に伴い、前記の起点を頂点として折れ形線が水平面から見て弓なり状に立体化しようとする。このとき、折れ形線を押さえると、１工程目成形品の変形が他の位置に分散されるため、折れ形線が弓なり状に立体化するのを防ぐことができる［本発明（７）］。押さえる位置は弓なり状の頂点の周囲のみが好ましく、押さえ方は金属板を折れ形線付近に設置するなど、どのような方法でも良い。また、折れ形線の立体化が進みすぎると起点付近で折れ形線が座屈を起こす恐れがあるため、座屈を防ぐ効果もある。さらに、座屈が防げることで、曲がり縁部の両端側の１工程目成形品部位をより円滑に動かすことができるため、曲がり縁部をより効果的に立体化することもできる。

図１は、本発明の実施形態例（１）を示す概略図である。本例では、山折れ線（山折れの折れ形線）１１０をブランク１０に付与し、Ｖ字断面を持つ部材を製造するための１工程目金型の構造を示している。この１工程目金型は前記製品のＶ字断面に対応する型断面形状とされたダイス１とパンチ２とを有する。尚、１５は曲がり縁部、１６は曲がり縁部の端である。又、ＳＯＡ、ＣＯＡは夫々、ブランク１０から製造した製品のしわ発生有無の観察部位、われ発生有無の観察部位である（以下同じ）。

図２は、本発明の実施形態例（２）を示す概略図である。本例では、実施形態例（１）においてブランク１０に山折れ線１１１と谷折れ線（谷折れの折れ形線）１２０を追加することで中間部６と挟持部５（図１中の曲がり縁部の端１６と対応する）とを付与する構成とした１工程目金型の構造を示している。尚、前掲図と同一部又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。

図３は、本発明の実施形態例（３）を示す概略図である。本例では、Ｍ字断面を持つ部材を製造するために、実施形態例（１）において山折れ線１１１，１１２と谷折れ線１２１，１２２を追加することで中間部６と挟持部５とを付与する構成とした１工程目金型の構造を示している。尚、前掲図と同一部又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。
図４は、本発明の実施形態例（４）を示す概略図である。本例では、実施形態例（３）において、山折れ線１１１、谷折れ線１２１に代えて、夫々、他部分よりも曲率の大きい部分５０をもつ山折れ線１１３、谷折れ線１２３とした場合の１工程目金型の構造を示している。尚、前掲図と同一部又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。

図５は、本発明の実施形態例（５）を示す概略図である。本例では、２工程目金型の構造を示している。本例は、１工程目成形品１１の曲がり縁部１５の中央部分に当接させるパンチ２３をカムスライダー２４及びカムドライバー２５で付勢して前記中央部分に押し込み３０を加えて前記両端を回転３１させる事で前記両端の間隔を狭める構成とされた。更に、１工程目成形品１１の不具合な上下運動を拘束する為に、パンチ２３で押される前記中央部分に山折れ線１１０を挟んで隣接する非曲がり縁部を被保持部３２とし、該被保持部を板押さえパッド（下、上）２１，２２で水平摺動のみ可能に保持するようにした。又、パンチ２３、カムスライダー２４、カムドライバー２５、板押さえパッド（下、上）２１，２２は何れも、ホルダ２０にて支持するようにした。

図６は、本発明の実施形態例（６）を示す概略図である。本例では、２工程目金型が、曲がり縁部の立ち上がり４１の際に局所的に立体化する曲がり縁部を押さえる押さえ冶具４０を備えた場合を示している。尚、前掲図と同一部又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。
図７は、本発明の実施形態例（７）を示す概略図である。本例では、２工程目金型が、弓なり状に立体化する山折れ線１１０の円弧状の立ち上がり４３を押さえる押さえブロック４２を備えた場合を示している。尚、前掲図と同一部又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。

表１に示す機械的特性を有する鋼板から切り出したブランクを素材とし、表２に示す成形方法で立体縁付き金属部品を製造し、得られた部品についてわれ、しわの発生有無を判定した。
さらに、目視により目標形状との一致具合を観察し、実施例Ｎｏ．５と比較して目標形状との一致具合が同等ならば○、さらに良好な場合には形状評価を◎とした。

ここで、本発明例において、山折れ形線、谷折れ形線の折れ角度は９０度とした。比較例Ｎｏ．１〜４において、製造対象部品はそれぞれ本発明の実施形態例（１）〜（４）のそれと同じとした。われ発生有無は図１〜４の観察部位ＣＯＡを目視観察して判定し、しわ発生有無は観察部位ＳＯＡを目視観察して判定した。その結果を表２に示す。
表２より、高強度鋼板を素材としたブランクの曲がり縁部を立体成形して立体縁付き金属部品を製造する際、従来プレス成形ではわれ、しわが発生したが、本発明では、われ、しわを発生させることなく、所望の部品を製造できた。

さらに、実施形態例（６）〜（７）を併用することで、目標形状との一致具合がさらに良好（形状評価が◎）である立体縁付き金属部品を製造できた。

１ ダイス
２ パンチ
５ 挟持部
６ 中間部
１０ ブランク
１１ １工程目成形品
１２ ２工程目後或いは途中の成形品
１５ 曲がり縁部
１６ 曲がり縁部の端
２０ ホルダ
２１ 板押さえパッド（下）
２２ 板押さえパッド（上）
２３ パンチ
２４ カムスライダー
２５ カムドライバー
３０ 押込み
３１ 回転
３２ 被保持部
４０ 押さえ治具
４１ 曲がり縁部の立ち上がり
４２ 押さえブロック
４３ 円弧状の立ち上がり
５０ 他部分よりも曲率の大きい部分
１１０，１１１，１１２，１１３ 山折れ線
１２０，１２１，１２２，１２３ 谷折れ線

Claims (7)

1. 金属板から切り出した、両端をもつ曲線状の曲がり縁部を有するブランクを素材とし、前記曲がり縁部あるいはさらに該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体に成形して立体縁付き金属部品を製造する際に用いる、立体縁付き金属部品の製造用金型であって、前記曲がり縁部に、該曲がり縁部の曲がりに沿った山折れ又は谷折れいずれかの折れ形線を付与する折れ形線付与工程に用いる１工程目金型と次いで、前記曲がり縁部の両端間の中央部分を押して、該両端の間隔が狭まるように動かすことにより、前記折れ形線を起点として前記曲がり縁部あるいはさらに該曲がり縁部に隣接するブランク部分を立体化する立体成形工程に用いる２工程目金型とを有することを特徴とする立体縁付き金属部品の製造用金型。
2. 前記１工程目金型を用いて付与する折れ形線が曲げ半径０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の折れ形線であることを特徴とする請求項１に記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
3. 前記１工程目金型は、平坦な挟持部、および該挟持部から前記ブランクの本体部分である一つ又は複数の中の少なくとも一つの折れ形線を付与される部分の両端あるいは中途部に繋がる中間部を前記ブランクに付与する構成とされたこと特徴とする請求項１又は２に記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
4. 前記折れ形線は、複数の曲線とされ、該複数のうちの少なくとも１つの曲線の一部が該一部の両側に連なる曲線部分よりも大きな曲率とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
5. 前記２工程目金型は、前記曲がり縁部が立体化する起点となる折れ形線の周辺を押さえる構成とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
6. 前記２工程目金型は、前記立体化する曲がり縁部に隣接する部位である縦壁部を押さえる構成とされたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。
7. 前記２工程目金型は、前記折れ形線の立体化を押さえる構成とされたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の立体縁付き金属部品の製造用金型。

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