JP2008264838A - プレス型とプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺で軸直角断面がハット状をした成形品を成形するに当り、金型の修正などを行うことなく、成形中に製品の捩れを解消することができる、コスト的に極めて有利なプレス型とプレス成形方法を提供する。
【解決手段】ポンチ１２とダイ１１によるブランク材Ｂの成形が完了する前に、ポンチ１２をダイ１１に対してズラして型とブランク材Ｂとの間に隙間Ｇを形成し、ブランク材Ｂを移動手段２０により型の外方に向って移動させるようにし、成形過程で発生する残留応力や、残留応力の開放に伴う曲げモーメントを、成形中に解消し、成形品に生じる複雑な捩れを防止することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、長尺な成形品を捩れなくプレス成形するプレス型とプレス成形方法に関する。

例えば、サイドメンバー、ピラー部分などのような長尺な自動車部品は、最近、安全性、軽量化の要請から高張力鋼板が使用されている。高張力鋼板は、その性質上、スプリングバックや捩れなどの弾性回復現象が顕著に表れ、寸法精度の確保容易でない。

したがって、従来から、リストライクやコイニングによる修正方法や、オーバーベンディングによる見込み成形により相殺する方法が行われている。例えば、下記特許文献１及び２に開示されたオーバーベンディングによる方法は、軸直角断面がコ字状をしたものを成形するもので、成形品の中央に位置する本体基板の側部に側板を立設したものであるが、本体基板に対する側板の成形位置をスプリングバックを見込んでオーバーベンディングし、成形後に側板が所定の寸法精度となるようにしている。

軸直角断面がコ字状をしたものを成形する場合には、曲げる部分が両側部のみであるため、オーバーベンディングによる成形は、比較的容易である。しかし、軸直角断面がハット状をした製品を成形する場合には、曲げる部分が本体基板の両側部のみでなく、側板から一体に延びるフランジ部分との間にもあるため、スプリングバックや捩れなどの弾性回復現象が複雑に表れ、その修正も複雑になり容易ではない。

一般に、長尺で軸直角断面がハット状をした成形品の成形には、ブランクの両側をしわ押えにより拘束しながらプレス成形する、ドロー成形方法が用いられるが、ドロー成形過程においては、大曲率フランジ面には圧縮方向の残留応力が、小曲率のフランジ面には残留応力が発生し、成形後に離型すると、残留応力が開放されることにより成形品内部に曲げモーメントが発生し、複雑な捩れが生じることになり、しかも前記側板部分の捩れもこれに加わることになる。

このような複雑な捩れを防止するには、予め、捩れ方向とは逆方向に変形するように金型を製作し、成形後に離型すると、捩れが相殺されるようにする方法もある。しかし、この方法では、金型の修正が複数回必要になることから、型費が増大し、コスト的に不利となる。
特開２００４−９１２９号公報（請求項１及び図１、２等参照）。 特開２００４−１９５５３５号公報（要約、請求項１及び図１等参照）。

本発明は、従来技術に伴う問題を解決するためになされたもので、長尺で軸直角断面がハット状をした成形品を成形するに当り、金型の修正などを行うことなく、成形中に製品の捩れを解消することができる、コスト的に極めて有利なプレス型とプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス型は、相対的に近接離間する一対の型と、当該両型間に設置されたブランク材の縁部を前記両型のいずれか一方との間で挟持するブランクホルダと、を有し、断面ハット状の成形品を成形するプレス型であって、前記両型による前記ブランク材に対する加工が完了する前に、一方の型を他方の型に対して前記近接離間する方向に所定量ズラして当該一方の型の先端部と当該先端部に対向する前記ブランク材との間に隙間を形成し、前記ブランクホルダが挟持しているブランク材のフランジ部を前記型の外方に向って移動させる移動手段を有することを特徴とする。

本発明に係るプレス成形方法は、相対的に近接離間する一対の型によりブランク材をプレス成形するとき、前記ブランク材の縁部を前記両型の一方とブランクホルダとにより挟持した状態で行ない断面ハット状の成形品を成形するプレス成形方法であって、前記両型による前記ブランク材に対する成形が完了する前に、一方の型を他方の型に対して前記近接離間方向にズラして当該一方の型の先端部と当該先端部に対向する前記ブランク材との間に隙間を形成した後、前記ブランクホルダが挟持しているブランク材のフランジ部を移動手段により前記型の外方に向って移動させつつ前記両型によりプレス成形することを特徴とする。

請求項１及び６の発明は、型によるブランク材の成形が完了する前に、一方の型を他方の型に対してズラして型とブランク材との間に隙間を形成し、ブランク材を移動手段により型の外方に向って移動させるようにしたので、成形過程で発生する残留応力や、残留応力の開放に伴う曲げモーメントを、この成形中に解消でき、金型の修正などを行なうことなく、成形品に生じる複雑な捩れを防止することができ、成形品の品質が向上し、しかもコスト的に極めて有利なプレス型となることになる。

請求項２及び７の発明は、前記移動手段が、一方の型の移動を、前記ブランクホルダの前記型の外方への移動に変換するようにしたので、付帯装置を使用することなくブランクホルダを移動することができ、型構造が簡素化される。

請求項３の発明は、前記移動手段が、一方の型に設けられたカム部材と、他方の型の側部に配置されたコラプス部材とを有し、このコラプス部材に、前記カム部材のカム面が当接するカム部、及びブランクホルダの反ブランク材面側が当接した状態を保持する保持部を有するので、一方の型の移動をブランクホルダの型外方への移動に容易にかつ円滑に変換でき、型構造もより簡素化される。

請求項４及び８の発明は、前記型としてポンチとダイを用い、前記移動手段が、加工時に、位置固定的に設けられたポンチの下端部をコラプス部材の保持部により支持し、加工が完了する前に、ポンチに対し近接離間するダイに設けられたカム部材によるコラプス部材の移動により保持部がポンチの下端部から退去し、ポンチの先端部とブランク材との間に所定の隙間を生じさせた後、更なる前記コラプス部材の移動により前記ブランク材のフランジ部を型外方向に移動させるようにしたので、ブランク材に形成された各角部に材料を逆流入させることができ、残留応力や曲げモーメントのないフランジ部を、金型の修正などを行うことなく、円滑に成形でき、成形品の品質が向上する。

請求項５及び９の発明は、前記移動手段に、コラプス部材を型の内方に向って付勢する付勢手段を設けると、加工の完了により直ちに加工開始時点のプレス型の状態にすることができ、成形性、作業性が大幅に向上する。

以下、本発明の実施形態を図面について、詳細に説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は本発明により成形される成形品を例示する概略斜視図、図２は本発明の実施形態に係るプレス型を示す概略断面図である。

まず、本発明により成形される成形品は、例えば、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、自動車のフレームの一部となるフロントサイドメンバーＷ１あるいはリヤーサイドメンバーＷ２などのような、軸直角断面がハット状をした長尺物で、本体基板１の両側に側板２が略直角に設けられ、側板２からフランジ部３が略直角に成形され、軸線方向においても左右上下に変形したものである。なお、本明細書では、便宜的に本体基板１の両側と側板２との間の角部を第１肩部Ｋ１、側板２とフランジ部３との間の角部を第２肩部Ｋ２と称する。

このような成形品Ｗ（Ｗ１，Ｗ２の総称）を成形するために、本実施形態では、図２に示すような、プレス型１０が使用される。なお、図示のプレス型１０は、ダイ１１とポンチ１２とを有しているが、これらは、長尺物を成形するように紙面に直交する方向に伸延されている。

プレス型１０のダイ１１は、図外の駆動源により昇降可能とされたスライダ１３に取り付けられ、内部にポンチ１２が入り込みブランク材Ｂを成形する凹部１４が形成されている。

ポンチ１２は、ボルスタ１５上に位置固定的に設置されている。ここに、位置固定的とは、完全に固定されているという意味ではなく、多少上下動可能に設置されていることをいう。

つまり、ポンチ１２は、位置固定のボルスタ１５に対し、例えば、数ミリ程度、僅かに上下動可能とされている。より具体的には、ポンチ１２は、成形部１２ａの幅Ｍ１より小さな幅Ｍ２の脚部１２ｂが下端部に垂下され、ボルスタ１５に開設された通孔Ｏ内に上下動し得るように嵌合されている。だだし、成形部１２ａと脚部１２ｂとの間には、テーパ部１２ｃが形成され、テーパ部１２ｃは後述する移動手段２０の保持部２４に当接し載置されている。

なお、ポンチ１２のテーパ部１２ｃと保持部２４との当接はポンチ１２の自重によるが、自重のみによる当接が困難な場合には、ポンチ１２に油圧あるいはカム作動する昇降手段（不図示）あるいはポンチ１２とボルスタ１５との間に、ポンチ１２をボルスタ１５側に付勢するバネ部材（不図示）を設けてもよい。

ポンチ１２の両側には、ボルスタ１５を挿通して突出されたクッションピン１６により支持されるブランクホルダ１７と、ブランクホルダ１７をブランク材Ｂと共に型外方向に移動させる移動手段２０と、が設けられている。

ブランクホルダ１７は、いわゆるしわの発生を防止するために設けられるもので、スライダ１３により下降したダイ１１の型面１１ａとの間でブランク材Ｂを挟持する。

移動手段２０は、ダイ１１とポンチ１２によるブランク材Ｂに対する加工が完了する前に、ポンチ１２をダイ１１に対して下方にズラし、ポンチ１２の先端部とブランク材Ｂとの間に隙間Ｇ（図４Ｂ参照）を形成し、ここに生じた隙間を利用してブランク材Ｂを型外方向への移動させ、しわや捩れを防止するものである。

本実施形態に係る移動手段２０は、ダイ１１の両側より垂下され、ダイ１１の移動方向に対し傾斜したカム面２１ａを有するたカム部材２１と、ブランクホルダ１７と共にブランク材Ｂを型外方向へ移動させるコラプス部材２２と、コラプス部材２２を型内方向に付勢する付勢手段２３と、を有している。

コラプス部材２２は、断面略Ｌ字状をした部材で、ブランクホルダ１７の下位に位置しブランクホルダ１７を保持すると共に、ポンチ１２を昇降させる保持部２４と、保持部２４の外側に立設され、カム部材２１のカム面２１ａにより押圧されるカム面２５ａを有し、保持部２４を型外方向へ移動するカム部２５と、を有している。なお、保持部２４には、クッションピン１６が挿通する長孔２６が開設されている。

保持部２４は、テーパ状に削落された内端部２４ａを有し、付勢手段２３がコラプス部材２２を型内方向に付勢すると、内端部２４ａがポンチ１２のテーパ部１２ｃに当接し、ポンチ１２を上昇させ、カム部材２１の押圧によりコラプス部材２２が型外方向に移動すると、ポンチ１２の保持を解き、ポンチ１２を下降させるようになっている。

図３は応力歪曲線を示すグラフである。一般に、応力と歪との関係は、図３に示すようになる。プレス成形は、塑性領域で行われるが、応力−歪曲線において、所定の成形時点の位置を「Ｘ」とし、成形後に加圧力を解くと、点Ｘからの応力−歪曲線は、加圧時の応力−歪曲線（実線で示す）に沿って戻ることはなく、破線で示すヒステリシスに沿って戻ることになる。したがって、点Ｘでの歪を僅かな量（Δε）除去するのみで、応力（Δσ）を大幅に低減させることができる。

ここにおいて、プレス成形時のブランク材Ｂにおける材料の移動を見れば、加圧時には元の状態から材料が引き伸ばされる。つまり、ブランク材Ｂの材料は、いわばポンチ外部に流出することになる。この状態から、プレス成形を一時的に中断し、ポンチとダイとの間に隙間Ｇ（図４Ｂ参照）を形成し、ブランクホルダ１７によりフランジ部３を型外方向に変位させると、成形品Ｗにおけるポンチ先端の第１肩部Ｋ１においても、またフランジ部３の基部に相当する第２肩部Ｋ１においても、直角状態から鈍角に状態に戻され、材料は圧縮されることになる。つまり、ブランク材Ｂにおける材料の移動状態では、流出した材料が戻され、いわばポンチ内部に逆流入することになり、ブランク材Ｂに発生していた応力は、ブランク材Ｂの極めて僅かな移動、例えば、数ミリ程度で大幅に低減することになり、歪の除去、曲げモーメントの発生を防止し、捩れを防止することができることになる。

次にプレス成形方法を説明する。

図４（Ａ）は所定の成形時点での加工状態を示す半断面図、図４（Ｂ）はポンチのみを下降した状態を示す半断面図、図４（Ｃ）は移動手段を作動させた状態を示す半断面図である。

まず、ブランク材Ｂをポンチ１２とダイ１１との間にセットし、スライダ１３を下降し、成形を開始する。成形開始時点では、ポンチ１２のテーパ部１２ｃは、保持部２４の内端部２４ａに支持された状態である。また、ブランク材Ｂの両側は、ダイ１１の下面１１ａとブランクホルダ１７の上面１７ａとの間で挟持された状態で成形が開始される。

成形が、ダイ１１の下死点に到達する直前まで行われると、ブランク材Ｂは、図４Ａに示すように、中央部の基板１がポンチ１２の先端部１２ｄに対応する形状となり、基板１の両側に側板２が略直角に形成され、側板２からフランジ部３が略直角に伸びる形状に成形される。

ダイ１１が下死点より数ミリ上方の位置まで到達すると、図４Ｂに示すように、ダイ１１に設けられたカム部材２１のカム面２１ａと、コラプス部材２２のカム面２５ａが当接し、コラプス部材２２が型外方向に移動する。このようにダイ１１の作動を利用し、上下動をカムによりコラプス部材２２の横移動に変換すれば、付帯設備を使用することなく成形ができ、装置構成が簡素になり、コスト的に有利である。

コラプス部材２２が型外方向に移動すると、保持部２４も同様に移動し、テーパ状に削落された内端部２４ａとポンチ１２のテーパ部１２ｃが離れ、ポンチ１２の保持が解かれ、ポンチ１２が下降を開始する。この場合、ダイ１１の下降速度は、カム部材２１がコラプス部材２２のカム面２５ａに当接することにより大幅に低減され、成形は殆ど中断された状態となるが、ポンチ１２も内端部２４ａのテーパ面の移動に伴って下降する。

そして、ポンチ１２のテーパ部１２ｃが保持部２４の内端部２４ａから外れると、ポンチ１２のみが僅か数ミリであるが急激に下降し、ポンチ１２の下部ではボルスタ１５上に当接することになり、ポンチ１２の上部ではポンチ１２の先端部１２ｄとブランク材Ｂの基板１との間には隙間Ｇが生じることになる。

また、ポンチ１２が下端に位置した後、さらにダイ１１が下降すると、ダイ１１に設けられたカム部材２１のカム面２１ａと、コラプス部材２２のカム面２５ａとの当接により、ダイ１１がブランクホルダ１７をコラプス部材２２の保持部２４に押付けつつ型外方向に移動することになる。この移動によりブランクホルダ１７とダイ１１との間に挟持されているフランジ部３も型外方向に引き出される。これによりポンチ１２の先端部では、隙間Ｇの存在によりブランク材Ｂがポンチ１２の先端部に当接するように変形し、いわば余剰肉を吸収し、また、図４ＣにΔｔで示す長さだけ、フランジ部３も型外方向に引き出される。

このように、ポンチ１２とダイ１１との間に隙間Ｇを形成した後、ブランクホルダ１７を型外方向に移動させると、ブランク材Ｂの形成された略直角の第１肩部Ｋ１と第２肩部Ｋ２が、いわば鈍角に伸ばされる状態が生じ、ドロー成形により流出した材料が戻され、ポンチ内部に逆流入することになり、ブランク材Ｂに発生していた応力は低減し、歪の除去、曲げモーメントの発生を防止に寄与し、捩れの発生を防止できる。

そして、図４Ｃに示すように、ダイ１１が下死点に達するまで下降すると、成形が完了する。成形が完了すると、ダイ１１を上昇するが、これに伴ってコラプス部材２２により押し縮められていた移動手段２０の付勢手段２３が反発し、コラプス部材２２を型の内方に向って移動させ、ポンチ１２のテーパ面に保持部２４の先端が入り込み、プレス型１０は当初の状態になる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態は、位置固定的なポンチに対しダイが近接離間するものであるが、この逆であってもよく、また、必ずしもポンチとダイのみでなく、ブランクホルダを有し相互に近接離間する種々の一対の型であってもよい。

本発明は、長尺な成形品を捩れなく成形するプレス成形に利用できる。

（Ａ）（Ｂ）は本発明により成形される成形品を例示する概略斜視図である。 本発明の実施形態に係るプレス型を示す概略断面図である。 図３は応力歪曲線を示すグラフである。 （Ａ）は所定の成形時点での加工状態を示す半断面図、（Ｂ）はポンチのみを下降した状態を示す半断面図、（Ｃ）は移動手段を作動させた状態を示す半断面図である。

符号の説明

１０…プレス型、
１１…ダイ、
１２…ポンチ、
１７…ブランクホルダ
２０…移動手段、
２１…カム部材
２１ａ…カム面、
２２…コラプス部材、
２３…付勢手段、
２４…保持部、
２５…カム部、
Ｂ…ブランク材、
Ｇ…隙間。

Claims (9)

1. 相対的に近接離間する一対の型と、当該両型間に設置されたブランク材の縁部を前記両型のいずれか一方との間で挟持するブランクホルダと、を有し、断面ハット状の成形品を成形するプレス型であって、
   前記両型による前記ブランク材に対する加工が完了する前に、一方の型を他方の型に対して前記近接離間する方向に所定量ズラして当該一方の型の先端部と当該先端部に対向する前記ブランク材との間に隙間を形成し、前記ブランクホルダが挟持しているブランク材のフランジ部を前記型の外方に向って移動させる移動手段を有することを特徴とするプレス型。
2. 前記移動手段は、前記他方の型の移動を、前記ブランクホルダの型外方向への移動に変換する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のプレス型。
3. 前記移動手段は、
   前記他方の型に設けられ、当該他方の型が近接離間する方向に対し傾斜したカム面を有するカム部材と、
   前記一方の型の側部に配置され、前記カム部材のカム面が当接するカム部、及び前記ブランクホルダの反ブランク材面側が当接した状態を保持する保持部を有し、前記カム部材の前記カム部に対する押圧により前記型外方向に向って移動するコラプス部材と、
   を有する請求項２に記載のプレス型。
4. 前記一方の型は位置固定的に設けられたポンチ、前記他方の型は前記ポンチに対し近接離間するダイであり、前記移動手段は、加工時に、前記ポンチの下端部を前記コラプス部材の保持部により支持し、加工が完了する前に、前記ポンチに対し近接離間するダイに設けられた前記カム部材による前記コラプス部材の移動により前記保持部が前記ポンチの下端部から退去し、前記ポンチの先端部と前記ブランク材との間に前記隙間が生じるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプレス型。
5. 前記移動手段は、前記コラプス部材を前記型の内方に向って付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス型。
6. 相対的に近接離間する一対の型によりブランク材をプレス成形するとき、前記ブランク材の縁部を前記両型の一方とブランクホルダとにより挟持した状態で行ない断面ハット状の成形品を成形するプレス成形方法であって、
   前記両型による前記ブランク材に対する成形が完了する前に、一方の型を他方の型に対して前記近接離間方向にズラして当該一方の型の先端部と当該先端部に対向する前記ブランク材との間に隙間を形成した後、前記ブランクホルダが挟持しているブランク材のフランジ部を移動手段により前記型の外方に向って移動させつつ前記両型によりプレス成形することを特徴とするプレス成形方法。
7. 前記ブランク材の移動は、前記移動手段により前記他方の型の移動を前記ブランクホルダの前記型の外方への移動に変換し、前記ブランクホルダと前記他方の型との間で挟持された前記ブランク材と共に前記ブランクホルダを前記型の外方に向って移動させることを特徴とする請求項６に記載のプレス成形方法。
8. 前記一方の型として位置固定的に設けられたポンチを、前記他方の型として前記ポンチに対し近接離間するダイを用い、
   前記移動手段として、前記ダイに設けられたカム部材と、位置固定的に設けられたポンチの側部に配置され、前記カム部材のカム面が当接するカム部、及び前記ブランクホルダを保持する保持部を有するコラプス部材との共働により、前記ダイの移動を前記ブランクホルダの型外方向への移動に変換するものを用い、
   前記ポンチとダイによる加工時に、前記ポンチの下端部を前記コラプス部材の保持部により支持し、前記カム部材による前記コラプス部材の移動に伴う前記保持部の移動により前記ポンチを前記ダイの移動方向にズラして前記ポンチの先端部と前記ブランク材との間に所定の前記隙間を生じさせた後、更なる前記コラプス部材の移動により前記ブランク材のフランジ部を型外方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項６又は７に記載のプレス成形方法。
9. 前記移動手段は、前記コラプス部材を付勢し前記型の内方に向って移動させる付勢手段を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のプレス成形方法。

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