JPH0810851A - 金属板のプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度金属材料からなる金属板についても、
所定の形状・寸法に、精度良く、かつ低コストさらには
短時間で成形することを可能とする金属板のプレス成形
方法の提供を目的とするものである。 【構成】 金属板を金型を用いて所定形状の成形品とす
るプレス成形方法において、成形された金属板の離型後
に弾性回復して成形品を変形させる残留応力の発生箇所
を予め把握し、被成形金属板をプレス成形下死点まで加
圧した時に、この部分に、図１に示すビード形状におい
て、 ｂ_W ／ｔ≧３．３３×ｂ_H ／ｔ（０．３≦ｂ_H ／ｔ≦
０．７）…（式１） ここで、ｂ_W ：ビード幅 ｔ：板厚 ｂ_H ：溶け込
み深さ を満たす高エネルギービームを数本照射するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属板を金型を用いて
所定の形状・寸法にプレス成形する、金属板のプレス成
形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属板を素材とし、これらをプレス成形
して各種形状・寸法の製品を得るに際して、成形後に金
型から成形品を取り出すと、成形品が金型の形状・寸法
と異なる形状に変形する、いわゆる弾性回復現象による
変形が生じて、成形品に形状不良が発生することが良く
知られている。

【０００３】これらの形状不良は、通常、成形品が金型
から取り出されると、金型から受けている拘束力が取り
除かれ、残留応力による弾性回復が生じるためである。
そして、この弾性回復により成形品に、側壁部の平面
が曲率をもった面になる壁反り現象、曲げの稜線を挟
む二つの面のなす角度が金型の角度と異なる、いわゆる
スプリングバックと呼ばれる角度変化、長手方向軸に
直角に交わる二つの断面が回転するねじれ現象、成形
品の曲げ軸稜線が金型の稜線と曲率が異なる稜線反り等
の形状不良現象が発生する。

【０００４】従来、これらの弾性回復現象に起因する形
状不良を防止するために、金属板の材料特性面からの対
策として、低降伏点材や高弾性率材のものを選定し、弾
性回復量を抑制する方法がある。また、成形方法面から
の対策の一つとして、高エネルギービームを利用する方
法がある。これまでの技術は、離型後にプレス成形品の
壁反りや角度変化の現象が発生している部分に高エネル
ギービームを照射し、収縮変形を発生させることにより
成形品の形状性を向上させる方法、成形下死点において
残留応力が発生していると予測される箇所に高エネルギ
ービームを照射し、残留応力を開放することにより離型
後の成形品の形状性を向上させる方法であった（特開平
１−２３３０１９号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、部品の軽量化な
いしは強度向上を目的として、プレス成形される金属板
の強度が高くなる傾向にある。例えば、自動車用部品
は、車体の軽量化によって燃費の向上を図るため、また
車体強度を高めて乗員の安全を図るために、プレス成形
される金属板として３５０〜５９０（Ｎ／ｍｍ² ）級の
高強度鋼板が多く使用されるようになり、さらに最近で
は、７８０〜１１８０（Ｎ／ｍｍ² ）級の高強度鋼板の
使用も検討されるようになってきている。

【０００６】このように、使用される金属板の強度が高
くなると、成形品の弾性回復量が大きくなり、前述の弾
性回復現象に起因する形状・寸法不良の程度が増大され
る。このため、金属板の強度が高くなるに従い、所定の
形状および寸法精度を有する成形品を得ることがより困
難となる。そこで、前述の従来技術のように、成形面か
らの対策の一つとして高エネルギービームを利用する方
法がある。しかし従来は、高エネルギービームの照射条
件（エネルギー密度、焦点位置、ビード形状、照射パタ
ーン等）について何ら規定せず、成形下死点において残
留応力が発生している箇所を予め把握し、その部分全体
に高エネルギービームを照射することにより、完全に残
留応力を解放し、所定の形状・寸法の成形品を得ようと
するものであった。従って高エネルギービームの照射量
が極めて多く、コスト面や照射時間、製品の見栄え等の
多くの問題をかかえている。

【０００７】本発明は上記の従来の技術がもつ問題点を
解消し、高強度金属材料からなる金属板についても、所
定の形状・寸法に、精度良く、かつ低コストさらには短
時間で成形することを可能とする金属板のプレス成形方
法の提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下のような手段をとる。すなわち、本発明
に係わる金属板のプレス成形方法は、金型を用いて金属
板を所定形状の成形品とするプレス成形方法において、
成形された金属板の離型後に弾性回復して成形品を変形
させる残留応力の発生箇所を予め把握し、被成形金属板
をプレス成形下死点まで加圧した時に、この部分に、 ｂ_W ／ｔ≧３．３３×ｂ_H ／ｔ（０．３≦ｂ_H ／ｔ≦
０．７） ここで、ｂ_W ：ビード幅 ｔ：板厚 ｂ_H ：溶け込み深さ を満たす高エネルギービームを数本照射するものであ
る。

【０００９】

【作用】本発明の作用については以下のように説明す
る。プレス成形に際して加圧成形される金属板は、プレ
ス成形下死点において金型形状に沿わされ、金型の曲げ
角度と同じ所定の形状・寸法のものとされているもの
の、特に大きな変形を受ける箇所に、その後の離型時に
おいて、弾性回復して成形品を変形させる残留応力が発
生する。

【００１０】本発明においては、このような残留応力の
発生箇所を予め把握しておき、被成形金属板のプレス成
形に際して、被成形金属板をプレス成形下死点まで加圧
した時に、図１で示すように被成形金属板１の残留応力
の発生箇所に、 ｂ_W ／ｔ≧３．３３×ｂ_H ／ｔ（０．３≦ｂ_H ／ｔ≦
０．７） の式１を満たす形状のビード２を数本照射する。

【００１１】ここで、ｂ_W ：ビード幅，ｔ：板厚，
ｂ_H ：溶け込み深さである。これによって被成形金属
は、残留応力の発生箇所に照射される高エネルギービー
ムのエネルギーを受けて加熱され、この部分の加工組織
の歪みを解放させられ歪みの少ない安定した組織にな
る。式１を満たす条件で高エネルギービームを照射され
た被成形金属は、ビード幅ｂ_W が溶け込み深さｂ_H の
３．３３倍以上となり、一本の照射によって比較的広範
囲にわたって歪みの少ない安定した組織を得ることがで
きる。ビード幅ｂ_W が溶け込み深さｂ_H の３．３３倍以
下となるような照射条件の場合、高エネルギービームは
被成形金属板の表面にあたった後、板厚を貫通する方向
に反射するため、ビード幅ｂ_W が極めて狭くなる。従っ
て一本の照射により極めて狭い範囲にしか歪みを減少さ
せる効果は得られなく、弾性回復量の抑制効果は小さ
い。

【００１２】一般に離型後の弾性回復量は、成形下死点
における被成形金属板の表裏の残留応力差の大きさによ
って決まることが知られている。そこで、弾性回復現象
が起こりやすい絞り曲げ成形における成形下死点での被
成形金属板の表裏の残留応力差と離型後の弾性回復量
（ここでは壁反り）の関係を表したのが図２である。プ
レス成形に使用される金属板が高強度化され、難成形が
求められる近年においても、そのほとんどの成形におい
て、プレス成形下死点での被金属板の表裏の残留応力差
は図２中に示す８００（Ｎ／ｍｍ² ）以下である。図２
よりプレス成形下死点での被成形金属板における表裏面
の残留応力差を３０％以上減少させることが可能であれ
ば、離型後の弾性回復量は実プレス成形品として問題の
ないレベルに抑えることが可能となる。これより、溶け
込み深さｂ_H は板厚の３０％以上にすることが必要であ
る。

【００１３】また、溶け込み深さｂ_H が板厚の７０％よ
り大きくなると、弾性回復量は小さいものの過剰な高エ
ネルギービームを照射することになり、コストアップに
つながるとともに、特に被成形金属板が薄板の場合には
切断の危険性が高くなる。以上の条件を満たす高エネル
ギービームの照射は、プレス成形下死点まで加圧した時
に行われるので、弾性回復を生じる残留応力を減少させ
られた被成形金属板は、金型に十分に馴染んだ後に離型
させられることになり、その形状・寸法は金型の形状・
寸法に対応する精度のものとなる。

【００１４】なお、本発明において、成形された金属板
の離型後に弾性回復して成形品を変形させる残留応力の
発生箇所を予め把握するについては、金型設計段階にお
けるシミュレーションによる解析や経験則に基づき把握
する方法、ないしは金型にて予備成形を行い、予備成形
結果を解析して把握する方法等が適用される。また、本
発明において、金属板とは、冷間および熱間圧延板、め
っきを施した表面処理鋼板のみならず、チタン、アル
ミ、銅等の金属の板状のものであり、高エネルギービー
ムとは、レーザービーム、電子ビーム、プラズマビーム
等の被照射体に熱を付与するエネルギービームをいう。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。 実施例１ 本実施例はプレス成形に際して壁反り現象の起こり易い
形状、すなわち絞り曲げ成形を要す形状の製品に適用し
た例である。

【００１６】図３は成形品３を示す図であり、供試材は
板厚０．８（ｍｍ）の４４０Ｎ級および５９０Ｎ級の冷
延鋼板である。プレス成形下死点において図３中の斜線
で示す箇所に、条件１としてビードの形状がｂ_H ＝０．
４（ｍｍ），ｂ_W ＝１．５（ｍｍ）、条件２としてｂ_H
＝０．２（ｍｍ），ｂ_W ＝１．５（ｍｍ）、条件３とし
てｂ_H ＝０．４（ｍｍ），ｂ_W＝１．０（ｍｍ）となる
ようにレーザービームを照射した。

【００１７】また、条件４としてレーザービームを照射
しない通常の成形を行った。これらの成形で得られた成
形品それぞれについて図３中の１／ρで表す縦壁部の曲
率を測定し、壁反り量とした。図４は、上記の測定結果
に基づく各条件における壁反り量１／ρを表すグラフで
ある。

【００１８】図４中に示すように、本発明のレーザービ
ームの照射条件を満たす条件１の場合は、条件２および
３の場合に比べて壁反り量１／ρが極めて小さくなって
いることがわかる。実施例２本実施例はプレス成形に際
してねじれ現象の起こりやすい長方形容器に際した例で
ある。

【００１９】図５は成形された長方形容器４を示す図で
あり、供試材は板厚０．８（ｍｍ）の４４０Ｎ級および
５９０Ｎ級の冷延鋼板である。プレス成形下死点におい
て図中の斜線で示す箇所に、条件１としてビードの形状
がｂ_H ＝０．４（ｍｍ），ｂ_W ＝１．６（ｍｍ）、条件
２としてｂ_H ＝０．２（ｍｍ），ｂ_W ＝１．６（ｍ
ｍ）、条件３としてｂ_H ＝０．４（ｍｍ），ｂ_W ＝０．
８（ｍｍ）となるようにレーザービームを照射した。

【００２０】また、条件４としてレーザービームを照射
しない通常の成形を行った。これらの成形で得られた成
形品それぞれについて図５中Ｎのθで表す所定平面度に
対するねじれ角θを測定した。図６は、上記の測定結果
に基づく角条件におけるねじれ角θを表すグラフであ
る。

【００２１】図６中に示すように、本発明のレーザービ
ームの照射条件を満たす条件１の場合は、条件２および
３の場合に比べてねじれ角θが極めて小さくなっている
ことがわかる。一般に、このような高エネルギービーム
を照射すると、この部分に若干の焼跡が残るが、見栄え
が大きく低下することはない。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属板の
プレス成形において加工品の離型後に生じる弾性回復に
起因する壁そり、ねじれ、スプリングバックなどを著し
く低減させることが可能であり、所定の形状・寸法の加
工品を精度良く、低コストでかつ短時間に得ることがで
き、しかも、素材である金属板の種類や強度など材料特
性面に制約されることなく実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】被成形金属板に高エネルギービームを照射した
場合のビードの形状を示す。

【図２】絞り曲げ成形での成形下死点における被成形金
属板の表裏の残留応力差と壁反り量の関係を示すグラフ
である。

【図３】本発明の第１実施例の成形品を示す。

【図４】本発明の第１実施例の各条件における壁反り量
を示すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例の成形品を示す。

【図６】本発明の第２実施例の各条件におけるねじれ角
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 被成形金属板 ２ ビード ３ プレス成形品（絞り曲げ成形） ４ プレス成形品（長方形容器）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型を用いて金属板を所定形状の成形品
   とするプレス成形方法において、成形された金属板の離
   型後に弾性回復して成形品を変形させる残留応力の発生
   箇所を予め把握しておき、被成形金属板をプレス成形下
   死点まで加圧した時に、この部分に ｂ_W ／ｔ≧３．３３×ｂ_H ／ｔ（０．３≦ｂ_H ／ｔ≦
   ０．７） ここで、ｂ_W ：ビード幅 ｔ：板厚 ｂ_H ：溶け込み深さ を満たす条件で高エネルギービームを照射することを特
   徴とする金属板のプレス成形方法。