JP2009190075A

JP2009190075A - プレス成形方法

Info

Publication number: JP2009190075A
Application number: JP2008034893A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kiso; 俊彦木曽
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】寄せ曲げに起因するシワの発生を抑えることを目的とする。
【解決手段】下型３１とダイ５１とを相対的に接近させつつ型締めすることにより、両型間にセットされた板材２０の縁部２０Ａを前記両型で上下に挟みつつ絞って当該板材２０を凹状断面に成形する絞り工程と、前記絞り工程後に行われ、縁部２０Ａを切り落とす外抜き工程と、縁部２０Ａを切り落とした後の前記凹状断面をなす板材２０に対して、寄せ曲げ刃１３０を側方から寄せて、凹状断面を構成する側壁２６を屈曲形状に寄せ曲げる寄せ曲げ工程と、を経て板材２０を製品形状に成形するプレス成形方法であって、前記絞り工程の段階にて、後に前記寄せ曲げが予定される側壁２６に、前記両型３１、５１を用いて段差部２７を成形することを特徴とするプレス成形方法。
【選択図】図１０

Description

本発明は、プレス成形方法に関する。

従来より、板材を所望の断面形状とするべく、型締めして板材を曲げ加工するのと同時に、寄せ曲げ刃を側方から寄せることで、板材の一部を内側に曲げ込む（以下、寄せ曲げと呼ぶ）ようにしたものがある（下記特許文献１）。また、断面形状によっては、絞りを要するものもあり、この場合、同時に寄せ曲げを行うことは出来ず、絞り工程を経た後に、寄せ曲げが別の工程で行われる。
特開２００４−２３７３００公報

上記のような寄せ曲げを行うと、製品の曲率など成形条件によっては板材を縮ませる力が作用し、寄せ曲げを行った箇所に、波打つシワが発生するという問題点があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、寄せ曲げに起因するシワの発生を抑えることを目的とする。

本発明は、下型と上型とを相対的に接近させつつ型締めすることにより、両型間にセットされた板材を前記両型で上下に挟みつつ絞って当該板材を凹状断面に成形する絞り工程と、前記絞り工程後に行われ、前記板材の縁部を切り落とす外抜き工程と、前記縁部を切り落とした後の前記凹状断面をなす板材に対して、寄せ曲げ刃を側方から寄せて、凹状断面を構成する側壁を屈曲形状に寄せ曲げる寄せ曲げ工程と、を経て前記板材を製品形状に成形するプレス成形方法であって、前記絞り工程の段階にて、後に前記寄せ曲げが予定される前記側壁に、前記両型を用いて段差部を成形するところに特徴を有する。

この発明の実施態様として以下の構成とすることが好ましい。
・前記寄せ曲げ工程において、前記段差部を前記寄せ曲げ刃により押し潰す。このようにしておけば、成形完了段階で、段差部が残らず、当該部分が他の部品との合わせとなる場合にも、支障なく使用可能となる。

・前記段差部を、前記側壁の先端に出来る限り近い位置に成形する。このような位置に段差部を設けておけば、シワが最も出易い先端近辺を剛性アップできるので、シワの発生を抑えるのに、極めて効果的である。

本発明によれば、寄せ曲げが予定される側壁に、絞り工程の段階で段差部を設けるようにした。このようにしておけば、側壁は剛性が高くなり、寄せ曲げ時に変形し難くなる。よって、シワの発生を抑えることが可能となる。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態を図１ないし図１３を参照して説明する。
本実施形態では本発明に係るプレス加工法を、図１に示す車両を構成するフロントピラー（より具体的にはフロントピラーアウタ１５）１０Ｒ、１０Ｌの成形に適用したものである。

フロントピラー１０は図２にて示すように、ルーフ１８の先端部から車両前方に向かって下降しつつ所定の曲率（曲率中心はＯ）を持って湾曲するアーチ状をなし、車両の意匠ラインを構成している。尚、フロントピラー１０Ｒ、１０Ｌは左右対称形状であるので、以下、左右双方のピラー１０Ｒ、１０Ｌを総称してフロントピラー１０と呼ぶものとする。

（１）フロントピラーの構成
フロントピラー１０は、厚さ０．７５ｍｍ程度の亜鉛めっき鋼板を所定形状にプレス成形した三枚の金属板を重ね、端部同士を溶接して固定したものであり、フロントピラーインナ１３と、補強用パネル１４と、フロントピラーアウタ１５とから構成されている（図３参照）。

フロントピラーアウタ１５の断面形状は図３にて示すように大まか凹状をなしており、更に、フロントピラーアウタ１５のうちの、図３における上側にあたる前面壁はＬ字型に屈曲している。この屈曲した箇所は座面を形成しており、そこは、間にウェザーストリップ１９を介挿させつつフロントガラス１１の端部を受ける座面部１６となっている。また、フロントピラーアウタ１５のうちの、図３において下側にあたる後面壁は段差状をなし、そこはフロントドア１２の上部を嵌合させるための嵌合部１７となっている。

本実施形態のものは、上記フロントピラーアウタ１５を、以下詳しく説明するように（ａ）絞り工程、（ｂ）外抜き工程、（ｃ）寄せ曲げ工程の３工程をかけて成形している。

（２）プレス成形方法、及び成形に用いられるプレス装置
（ａ）第一のプレス装置
第一のプレス装置３０は図４に示すように、固定側となる下型３１と、可動側となる上型としてのダイ５１と、から構成されている。下型３１はベースプレート３１Ａを備え、その中央にポンチ４０を設置している。

ポンチ４０の天頂部４１は、フロントピラーアウタ１５の断面形状に倣った形状をなしている。具体的に説明すると、天頂部４１の左半分４２は、フロントピラーアウタ１５の嵌合部１７に対応しており、左側に向かう程下降する三段の階段形状となっている。また、天頂部４１の右半分４３はフロントピラーアウタ１５の外周部１５Ａに対応しており、右側に向かう程下降する形状となっている。

また、ポンチ４０の外周壁（図４における右側の壁面）であって、高さ方向の中央から下部にかけた領域４６は、図４に示す右側に張り出しており、壁面上部４５との間に段差が付けてある。この段差（図４における破線部）は段差成形部４７とされ、テーパ状をなす。

また、ポンチ４０の周囲には、同ポンチ４０を囲むようにブランクホルダー３２が配置（図４では左右両側に配置）されている。係るブランクホルダー３２は、ベースプレート３１Ａを上下に貫通し上下移動可能とされた支持ロッド３７によって上下移動可能に支持されている。

前記支持ロッド３７にはバネ３８が外挿されており、ブランクホルダー３２に上向きの付勢力を作用させる構成となっている。これにより、図４に示す型開き時において、ブランクホルダー３２はバネ３８により上向きに付勢され、上面が上記したポンチ４０の上端より高い位置となる。そして、ブランクホルダー３２の上部にはビード成形部３６が凸設されている。

次に、上型としてのダイ５１について説明する。ダイ５１は、ブランクホルダー３２を上から押さえることが可能な大きさとされ、ダイ下面の側端部（図４では左右両側端部）５４は、概ね平坦な形状をなしている。このダイ下面の側端部５４は、下型３１のブランクホルダー３２と共に保持部を形成しており、型締めを行う際に、成形対象となる板材２０の縁部２０Ａを保持する機能を担っている。

また、ダイ下面の側端部５４であって、ブランクホルダー３２のビード成形部３６に対応する位置にはビード成形部５６が凹設されている。このビード成形部５６はブランクホルダー３２側のビード成形部３６の相手となるものであり、成形時、板材２０の縁部２０Ａにビードを成形する。このように、縁部２０Ａにビードを形成することとしているのは、ダイ５１に絞り込まれる板材２０の量を調節し、絞り率を調整するためである。

また、ダイ５１の中央部には空洞部５２が形成されている。空洞部５２は、図４に示すように、上記ポンチ４０の外形形状を転写した凹状をなしており、ポンチ４０の段差成形部４７に対応した箇所には、受け側段差成形部５７が形成されている。

そして、図４に示す型開き位置にあるダイ５１を不図示の駆動装置によって下降させることで型締めでき、また、図５に示す型締め位置にあるダイ５１を上昇させることで型開き出来る構成となっている。

尚、ダイ５１及びポンチ４０は長手方向（図４の紙面に直交する方向）に曲率が付けられており、絞り成形を行うと、板材２０は長手方向についてもアーチ状（言い換えると、意匠ラインの形状）に絞り込まれる構成となっている。

次に、上記第一のプレス装置３０を用いて行われる絞り工程について説明する。成形に先立ち、不図示の駆動装置を駆動させてダイ５１を図４に示す型開き位置に変位させ、両型３１、５１間に成形対象となる板材２０をセットする。そして、板材２０がセットできたら、次に駆動装置を再駆動させ、今度は、型開き位置にあるダイ５１を下降させて型締めしてやる。

これを行うと、型締め動作の初期段階で、ダイ５１の側端部５４が縁部２０Ａに接近して当接し、板材２０を下方に押し込む。これにより、ダイ５１の側端部５４とブランクホルダー３２との間に縁部２０Ａが挟まれ、板材２０は保持された状態となる。尚、このときに、縁部２０Ａにはビード成形部３６、５６によりビードが成形される。

それ以降、ダイ５１がブランクホルダー３２を下方に押し込むから、板材２０はブランクホルダー３２と一体的に下降し、ポンチ４０に接近してゆく。そして、型締め動作の終期段階において、板材２０はポンチ４０を介してダイ５１の空洞部５２に押し込まれ、絞られてゆく。

そして、ダイ５１が図５に示す型締め位置に至ると、板材２０はダイ５１の空洞部５２とポンチ天頂部４１との間に所定のプレス圧にて押し挟まれた状態になる。かくして、板材２０はポンチ４０の外形形状に倣った凹状断面に絞り込まれ、かつ全体が図６にて示すようにアーチ状（より詳しく言えば、曲率中心Ｏとし所定の曲率を持ったアーチ状）に成形されることとなる。

このとき、段差成形部４７、５７の作用により、凹状断面を構成する側壁２６の下端寄りの位置に、高さ（図７中におけるＦ寸法）約３ｍｍ程度の段差部２７が成形される。段差部２７は、図７の右手にあたる下型外方に向かって傾斜する傾斜状をなし、側壁２６のうち段差部２７よりも先側（図６では下側）の先端部２６Ａは、下型外方にオフセットされた形状となる。

上記段差部２７は、図６に示すＤ範囲（後述する寄せ曲げ工程にて寄せ曲げが予定される箇所）の全体に渡って切れ目なく連続して形成される。このような段差部２７を側壁２６に設けることで、いわゆる腰を付けることが出来、側壁２６の剛性が高まる。

そして、上記した型締め動作に続いてダイ５１を上昇させつつ型開き動作を行うと、ダイ５１によるブランクホルダー３２の押圧が解かれるから、バネ３８の復元力によって復動したブランクホルダー３２が絞り成形後の板材（以下、一次成形品２５）２０を上方に押し出す。これにより、第一のプレス装置３０から一次成形品２５が自動的に取り出される。

（ｂ）第二のプレス装置
第二のプレス装置６０は図８に示すように、下型６１と、下型６１の上方において上下移動可能とされたパット８１と、図８において下型６１の右手側に配置される横抜き刃９１と、図８において下型６１の左手側に配置される縦抜き刃９５と、を備える。

下型６１上部の外形形状は一次成形品２５の断面形状に対応しており、下型６１はパット８１の下面との間に一次成形品２５を上下に挟み込んで、これを保持する機能を担っている。

また、下型６１であって、図８における右手下部には第一の下刃６１Ａが形成され、また、図８における左手側には第二の下刃６１Ｂが形成されている。

横抜き刃９１は駆動装置（図示せず）によって、水平方向に対してやや角度を付けたＧ矢印方向に往復移動可能とされ、一次成形品２５の縁部２０Ａを第一の下刃６１Ａとの間に挟み込んで、これを切り落とす機能を担うものである。また、この横抜き刃９１とパット８１との対向面間には若干の隙間Ｕ１が設けられており、横抜き刃９１を円滑に往復移動できる構成としてある。

縦抜き刃９５は駆動装置（図示せず）によって上下方向に往復移動可能とされ、一次成形品２５の縁部２０Ａを第二の下刃６１Ｂとの間に挟み込んで、これを切り落とす機能を担うものである。また、この縦抜き刃９５とパット８１との対向面間には若干の隙間Ｕ２が設けられており、縦抜き刃９５を円滑に往復移動できる構成としてある。

次に、上記第二のプレス装置６０を用いて行われる外抜き工程について説明を行う。外抜きを行うには、まず、パット８１を上昇させておき、下型６１とパット８１との間に一次成形品２５をセットする。そして、一次成形品２５をセットできたら、パット８１を下降させて、下型６１との間に一次成形品２５を保持すると共に、続いて各駆動装置をそれぞれ作動させて、横抜き刃９１を第一の下刃６１Ａに向けてＧ矢印方向にスライドさせ、縦抜き刃９５を第二の下刃６１Ｂに向けて下降させてやればよい。

これを行うと、一次成形品２５のうち、絞り加工の際に図４において右手側のブランクホルダー３２にて保持していた縁部２０Ａが横抜き刃９１により切断され、図４において左手側のブランクホルダー３２にて保持していた縁部２０Ａが縦抜き刃９５により切断される。尚、この切り落とし後の状態においても、図９に示すように絞り工程にて成形した段差部２７は、依然として残されたままになっている。

（ｃ）第三のプレス装置
第三のプレス装置１００は、図１０に示すように下型１１０、上型としてのパット１２０、及び寄せ曲げ刃１３０から構成されている。また、下型１１０は下型本体部１１１とパット構成部１１５とから分割構成されている。

下型本体部１１１は大まかブロック状をなし、上面壁１１２に支持部１１３を設けている。支持部１１３は上面壁１１２より上方に突出しつつ、寄せ曲げ刃１３０が配置される図１０の右手側に斜めに延びている。係る支持部１１３の下部はＬ字型に切り欠かれ、そこは、寄せ曲げ刃１３０の刃先を図１０における右手側から受け入れる刃受け部１１４とされている。

パット構成部１１５は、上部が一次成形品２５の形状に倣った凸状をなす一方、下部は下部本体部１１１の上部形状と相似対称形状をしている。係るパット構成部１１５は、一端部１１６を支持部１１３の上面に載せ、他端部１１７を下型本体部１１１の上面壁１１２に載せており、下型本体部１１１との間に両者の水平相対移動を許容する移動スペースＵｓを保有しつつ下型本体部１１１上に支持されている。

上記パット構成部１１５は下型本体部１１１の支持部１１３の外周側部１１３Ａと共に、外抜き後の一次成形品２５を支持する支持面を構成している。その一方、パット１２０の下面中央には、一次成形品２５の形状に倣った凹状の押さえ部１２１を設けている。

上記パット１２０は、パット構成部１１５により下支えされた状態にある一次成形品２５を、押さえ部１２１によって上から挟んで保持する機能を担うものであり、不図示の駆動装置の駆動により、上下方向に移動可能とされている。

寄せ曲げ刃１３０は刃先１３１を下型本体部１１１の刃受け部１１４に向かい合わせており、図１０に示すＨ矢印方向（水平方向に対してやや角度を付けた方向）にスライド可能となっている。

そして、寄せ曲げ刃１３０は上型としてのパット１２０との間に不図示の連動機構（上下方向の運動を水平方向の運動に変換して伝えるスライドカム機構など）を介在させている。そのため、寄せ曲げ刃１３０はパット１２０の上下移動に連動して、図１０に示すＨ矢印方向に往復移動し、下型１１０の刃受け部１１４を出入りする。これにより、成形対象たる側壁２６を下型１１０の内方に曲げ込む寄せ曲げ成形が可能となる。

次に、上記第三のプレス装置１００を用いて行われる寄せ曲げ工程について説明を行う。寄せ曲げを行うには、まず、パット１２０を上昇させておき、下型１１０とパット１２０との間に外抜き後の一次成形品２５をセットさせてやる。そして、一次成形品２５をセットできたら、続いて駆動装置を作動させて、パット１２０を下型に向けて下降させてやればよい。

これを行うと、一次成形品２５は下型１１０とパット１２０との間に挟まれて保持される。そして、保持された一次成形品２５に対して、連動機構の作用により寄せ曲げ刃１３０が図１０に示すように側方から寄せられる。これにより、一次成形品２５の側壁２６は寄せ曲げ刃１３０により側方から押され、刃受け部１１４との間に所定のプレス圧を持って挟み付けられる（寄せ曲げ成形）。

かくして、一次成形品２５の側壁２６は、刃受け部１１４の輪郭に倣ったＬ字型（本発明の「屈曲形状」に相当）に寄せ曲げられ、上述した座面部１６が成形される。尚、このとき、先の絞り工程にて成形された段差部２７は寄せ曲げ刃１３０の刃先１３１にて潰され、座面部１６はフラットな平面となる。

そして、寄せ曲げ成形後には、不図示の駆動装置が駆動され、図１１にて示すように下型１１０を構成する下型本体部１１１が左側に水平移動する。これにより、下型本体部１１１の支持部１１３が座面部１６との干渉を回避する位置に退避する。従って、その後、パット１２０を上昇させてやれば、第三のプレス装置１００から製品、すなわちフロントピラーアウタ１５を取り出すことが可能となる。

さて、本実施形態のものは、一次成形品２５の側壁２６を寄せ曲げることにより座面部１６を成形しているが、側壁２６の寄せ曲げ方向は図１２に示すように、一次成形品２５の曲率との関係において曲率中心Ｏに向かう方向となっている。このように、曲率中心Ｏに向かう側に側壁２６を寄せ曲げると、その過程において、側壁２６のうち、曲げが最も深くなるコーナ２６Ｃ近辺では、全体を縮ませる方向に力が加わる。すると、成形途中の側壁２６に歪みが生じ、その力に比べ側壁２６の剛性が劣ると、図１３にて示すように、座面部１６上に、長手方向に波打つシワが出来る。特に、本実施形態のフロントピラーアウタ１５は曲率が大きく、シワが出来易い成形条件となっている。

この点、本実施形態では、寄せ曲げが予定される側壁２６に、絞り工程の段階で段差部２７を設けた。このようにしておけば、側壁２６は剛性が高くなり、歪みに抗することが可能となる結果、シワの発生を抑えられる。

また、本実施形態では、段差部２７の形成場所を、側壁２６の先端２６Ｂに出来る限り近い位置（具体的には、下型６１の下刃６１Ａの強度を考慮して先端２６Ｂから約８ｍｍの位置（図９参照））に設定してある。このような位置に段差部２７を設けておけば、シワが最も出易い側壁（座面部）２６の先端近辺を剛性アップできるので、シワの発生を抑えるのに、極めて効果的である。

また、本実施形態のものは、寄せ曲げ工程にて、段差部２７を寄せ曲げ刃１３０によって押し潰しており、しかも、段差部２７の形状は潰れ易いテーパ状としてある。そのため、成形後、座面部１６の表面に凹凸が殆ど残らず、当該部分は平坦な形状となる。このようにしておけば、座面部１６に他のパネル１３、１４を隙間なく合わせることが可能となるため、合わせ不良に起因する浸水を生じさせることがなく、またパネル同士を溶接する際に、スパッタが多く出ることがない。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、本発明のプレス成形方法を用いて成形される製品の一例として、フロントピラーアウタ１５を例示したが、本発明はフロントピラーアウタ１５の成形に限定されるものでなく、寄せ曲げを行うことで、シワが発生するものであれば、製品形状を問わず、適用可能である。

（２）上記実施形態では、段差部２７の一例としてテーパ状のものを例示したが、寄せ曲げが予定される側壁の剛性を高める形状であればよく、例えば直角状としてもよい。

（３）上記実施形態では、３つの工程を経てフロントピラーアウタ１５を成形したが、一連の成形過程に他の工程が含まれるものであってもよい。

車両を前方から見た斜視図フロントピラーの側面図図１のＡ−Ａ断面図第一のプレス装置の断面図（型開き状態を示す）第一のプレス装置の断面図（型閉状態を示す）一次成形品の斜視図図５中のＢ部を拡大した図第二のプレス装置の断面図図８中のＣ部を拡大した図第三のプレス装置の断面図下型本体部による退避動作を示す断面図曲率中心と寄せ曲げとの関係を示す図シワの発生を示す図

符号の説明

１０…フロントピラー
１５…フロントピラーアウタ
１６…座面部
２０…板材
２６…側壁
２７…段差部
３０…第一のプレス装置
３１…下型
４０…ポンチ
５１…ダイ（本発明の「上型」に相当）
１３０…寄せ曲げ刃

Claims

下型と上型とを相対的に接近させつつ型締めすることにより、両型間にセットされた板材を前記両型で上下に挟みつつ絞って当該板材を凹状断面に成形する絞り工程と、
前記絞り工程後に行われ、前記板材の縁部を切り落とす外抜き工程と、
前記縁部を切り落とした後の前記凹状断面をなす板材に対して、寄せ曲げ刃を側方から寄せて、凹状断面を構成する側壁を屈曲形状に寄せ曲げる寄せ曲げ工程と、を経て前記板材を製品形状に成形するプレス成形方法であって、
前記絞り工程の段階にて、後に前記寄せ曲げが予定される前記側壁に、前記両型を用いて段差部を成形することを特徴とするプレス成形方法。
前記寄せ曲げ工程において、前記段差部を前記寄せ曲げ刃により押し潰すことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
前記段差部を、前記側壁の先端に出来る限り近い位置に成形したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス成形方法。