JP2019098376A

JP2019098376A - プレス成形品の製造方法

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Publication number: JP2019098376A
Application number: JP2017233112A
Authority: JP
Inventors: 雅寛斎藤; Masahiro Saito
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2037-12-05
Also published as: JP6907911B2

Abstract

【課題】伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品を、フランジの形状を設計変更することなく、打ち抜き条件に頼らずに、１工程により低コストで、引張ひずみの集中による板厚の減少に起因した伸びフランジ割れを生じることなく、製造する。【解決手段】ブランク３０の特定領域に、板厚方向へ貫通する孔を設けた後にプレス成形を行って、伸びフランジ３２を有するプレス成形品３１を製造する。特定領域は、：前記平面視で、天板３３に直交する平面視で、プレス成形により伸びフランジ割れが生じる縦壁３２の曲線に稜線３４を介して連続する天板３３にプレス成形される領域であって、第１Ｒ止まり３５上の任意の１点Ｐでの接線ｍに交差する方向へ任意の１点からの距離ａが０〜１０ｍｍ（好ましくは０〜５ｍｍ）離れた位置を含む領域である。【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関する。

例えば、自動車車体の構成部品であるフロアクロスメンバーをプレス成形により製造する場合、伸びフランジ成形を利用する。伸びフランジ成形性を向上する方法として、ブランクの形状を工夫する方法、伸びフランジ成形されるフランジの端面の性状を改善する方法、さらには、伸びフランジ成形されるフランジの端部のひずみを分散させる方法等が知られる。

近年、自動車の燃費向上と衝突時の安全性向上を図るため、自動車車体の構成部品は、高強度化による板厚の低減が推進されている。このため、自動車車体の構成部品の素材として、引張硬度が、５９０ＭＰａ以上、さらには９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板が用いられるようになっている。このような高強度化に伴って伸びフランジ成形性が低下する。

図６（ａ）は、伸びフランジ成形されたフランジ１２を有するプレス成形品１０のブランク１１の一例を示す説明図であり、図６（ｂ）は、プレス成形品１０を示す説明図である。プレス成形により、ブランク１１にフランジ１２および天板１４を形成して、図６（ｂ）に示すプレス成形品１０を製造する場合を考える。

例えば、図６（ｂ）に示すように、凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ１２をプレス成形により形成する際には、ブランク１１におけるフランジ１２に成形される部分は加工中に引張変形を受け、引張応力がこの部分に作用する。このため、凹状に湾曲したフランジ１２の中央に成形される部分では、引張応力が集中して引張ひずみが生じるため、板厚が減少する。板厚が大きく減少すると、フランジ１２の端部で加工割れが生じる。

図７は、従来の技術によるフランジ１２を有するプレス成形品１０の製造装置２０を示す説明図である。

フランジ１２をプレス成形により形成する一例として、図７に示すように、ブランク２１に、パンチ２２、ダイ２３およびブランクホルダー２４を用いて伸びフランジ成形する。ブランクホルダー２４は、ダイ２３とともにブランク２１を抑えて材料の流入を調整し、また、しわの発生を防止する。

ブランクホルダー２４は、必ずしもブランク２１に密着している必要はなく、ブランク２１との間に隙間があってもよい。この装置２０を用い、ダイ２３により固定されたブランク２１を、パンチ２２を相対的に移動させて押すことにより、伸びフランジ成形によりフランジ１２を成形する。

フランジ１２および天板１４が形成されたプレス成形品１０では、天板部１４は、内方に凹んだ凹状外周部を有し、この凹状外周部が曲げ線１３となる。フランジ１２を成形する際に、直線Ａの方向、すなわち、概ねフランジの端部の中央の法線方向には、直線Ｂの方向、すなわち、フランジの端部の法線方向と比較して、相対的な圧縮が生じる。その結果、フランジ１２の中央部である端部Ｃには、概ねフランジ１２の接線方向に引張ひずみが集中するため板厚が減少し、割れが生じることがある。

図８は、従来の方法により製造された、フランジ１２を有するプレス成形品１０の板厚の増減を示すコンター図である。

図８のコンター図に示すように、形成されたフランジ１２の中央付近で、板厚が大きく減少していることが分かる。この現象は、特に、引張強度５９０Ｍｐａ以上の高強度鋼板で生じ易く、引張強度が高くなるほどその傾向は顕著になる。

特許文献１には、天板、稜線および縦壁を有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち稜線とその両側に位置する天板おび縦壁にわたり、伸びフランジ成形されたフランジを有する高張力鋼板製のプレス成形品の製造方法が開示されている。この製造方法では、フランジのひずみ集中を分散することにより、フランジに切り欠きを設けたり、材料の歩留まりを低下させたりすることなく、伸びフランジ成形性を向上する。

特許文献２には、基部側へ凸状に湾曲する湾曲を有する縦壁が形成されるプレス成形品のプレス成形方法が開示されている。この方法では、基部の変形部との境界側の部分と、変形部の外方部を別々に拘束する。そして、変形部の縦壁となる部分を板面内で剪断変形させる。これにより、湾曲部から、湾曲部から離れた部分へ向かう材料の流れを生じさせる。

さらに、特許文献３には、伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品を製造する方法が開示されている。この方法では、フランジの端部の外周縁部に、外周縁部を囲むように稜線が伸び、かつ板厚方向に屈曲したステップ形状部を形成し、伸びフランジ割れを抑制する。

国際公開第２０１３／１９１２５６号パンフレット国際公開第２０１６／０３１１５９号パンフレット特許第６０５２４７８号明細書

特許文献１により開示された発明は、１工程目の成形部位と２工程目の成形部位を変更しなければならず、２工程化が必須である。このため、プレス成形品の製造コストが上昇する。

特許文献２により開示された発明は、２つの拘束部が必要になり、プレス加工時の一方の拘束部の動きが複雑になる。このため、プレス成形品の製造コストが上昇する。

さらに、特許文献３により開示された発明は、ステップ形状部を形成する工程と、縦壁およびフランジを成形する工程が必要になり、２工程化が必須である。このため、プレス成形品の製造コストが上昇する。

本発明の目的は、プレス成形品の製造方法を提供することであり、具体的には、伸びフランジ成形されたプレス成形品、特に、フランジ端部の形状を変更しないでフランジの板厚減少が抑制された伸びフランジ成形されたプレス成形品の製造方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、ブランクにおける天板に成形される部分の一部に孔を設けてプレス成形を行うことにより、伸びフランジ成形における天板に成形される部分の最小主応力（圧縮）を開放することができ、これにより、伸びフランジ成形における最大主応力（引張）を低減できるために、伸びフランジ成形性を向上（割れの抑制による成形限界の向上）できることに想到し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。本発明は、以下に列記の通りである。

（１）ブランクに、パンチおよびダイを用いてプレス成形を行うことによりプレス成形品を製造する方法であって、
前記プレス成形品は、第１Ｒ止まり（第１曲げかど）を有する天板と、前記第１Ｒ止まりに連続し、第２Ｒ止まり（第２曲げかど）を有する稜線と、前記第２Ｒ止まりに連続する縦壁を有する断面を有し、かつ、
前記天板に直交する方向から見た平面視で、前記第１Ｒ止まり、前記稜線、前記第２Ｒ止まりおよび前記縦壁がそれぞれの延設方向の一部または全部において前記断面の内側へ向けた凸の曲線をなし、
前記ブランクの下記特定領域に、板厚方向へ貫通する孔を設けた後に前記プレス成形を行う、プレス成形品の製造方法；
特定領域：前記平面視で、前記縦壁の曲線部分に前記稜線を介して連続する前記天板にプレス成形される領域であって、前記第１Ｒ止まり上の任意の１点での接線ｍに交差する方向へ該任意の１点からの距離ａが０〜１０ｍｍ（好ましくは０〜５ｍｍ）離れた位置を含む領域。

（２）前記平面視で、前記接線ｍに交差する方向への前記孔の長さＬは２０ｍｍ以上である、１項に記載のプレス成形品の製造方法。

（３）前記平面視で、前記接線ｍと平行な方向への前記孔の長さＷは６ｍｍ以上である、１または２項に記載のプレス成形品の製造方法。

（４）前記交差する方向は、前記平面視で、前記接線に直交する方向に対して±１５°の鋭角をなす２方向の間に含まれる方向である、１〜３項のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。

（５）前記第１Ｒ止まりの前記平面視での曲率半径をＲ（ｍｍ）とし、前記縦壁の高さをｈ（ｍｍ）とする場合に、伸びフランジ率（％）＝｛ｈ／（Ｒ−ｈ）｝×１００
が５０％以上である、１〜４項のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。

（６）前記ブランクは、５９０〜１８７０ＭＰａの引張強度を有する鋼板である、１〜５項のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。

（７）前記ブランクは、０．７〜３．５ｍｍの板厚を有する鋼板である、１〜６項のいずれかに記載されたプレス成形品の製造方法。

本発明によれば、伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品を、フランジの形状を設計変更することなく、打ち抜き条件に頼らずに、１工程により低コストで、引張ひずみの集中による板厚の減少に起因した伸びフランジ割れを生じることなく、製造できる。

図１（ａ）は、本発明により製造される、伸びフランジ成形された縦壁を有するプレス成形品を示す説明図であり、図１（ｂ）は、ブランクにプレス加工を行ってプレス成形品を製造する状況を概念的に示す説明図である。図２（ａ）は、プレス成形品を示す説明図であり、図２（ｂ）は、特定領域Ｂにおける孔３７を拡大して示す平面視図である。図３（ａ）は、本実施例で用いたパンチの形状を示す平面視図であり、図３（ｂ）は、本実施例で用いた金型の側面視図であり、図３（ｃ）は、本実施例で用いたブランクの形状を示す平面視図である。図４は、実施例における孔の設置位置を示す平面視図である。図５は、解析結果を示すコンター図である。図６（ａ）は、伸びフランジ成形された縦壁を有するプレス成形品のブランクの一例を示す説明図であり、図６（ｂ）は、プレス成形品を示す説明図である。図７は、従来の技術による伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品の製造装置を示す説明図である。図８は、従来の方法により製造された、伸びフランジ成形された縦壁を有するプレス成形品の板厚の増減を示すコンター図である。

添付図面を参照しながら、本発明を説明する。
図１（ａ）は、本発明により製造される、伸びフランジ成形された縦壁３２を有するプレス成形品３１を示す説明図であり、図１（ｂ）は、ブランク３０にプレス加工を行ってプレス成形品３１を製造する状況を概念的に示す説明図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明では、ブランク３０に、図示しないパンチおよびダイ、さらに必要に応じてダイパッドを用いてプレス成形を行うことにより、伸びフランジ成形された縦壁３２を有するプレス成形品３１を製造する。

プレス成形品３１は、天板３３と、稜線３４と、縦壁３２を有する横断面を備える。天板３３は、平面状をなし、第１Ｒ止まり（第１曲げかど）３５を有する。稜線３４は、曲面状をなし、第１Ｒ止まり３５に連続し、第２Ｒ止まり（第２曲げかど）３６を有する。縦壁３２は、平面状をなし、第２Ｒ止まり３６に連続する。

さらに、第１Ｒ止まり３５、稜線３４、第２Ｒ止まり３６および縦壁３２は、天板３３に直交する方向から見た平面視（図１（ａ）におけるＡ矢視）で、それぞれの延設方向（長手方向）の一部または全部において、プレス成形品３１の断面の内側へ向けた凸の曲線をなしている。

図２（ａ）はプレス成形品３１を示す説明図であり、図２（ｂ）は特定領域Ｂにおける孔３７を拡大して示す平面視図（図１（ａ）におけるＡ矢視図）である。
本発明では、ブランク３０の特定領域に、板厚方向へ貫通する孔３７を設けた後に前記プレス成形を行う。

ここで、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、特定領域Ｂとは、前記平面視で、プレス成形により伸びフランジ割れが生じる縦壁３２の曲線部分の範囲Ｃに稜線３４を介して連続する天板３３にプレス成形される領域であって、第１Ｒ止まり３５上の任意の１点Ｐでの接線ｍに交差する方向へ任意の１点Ｐからの距離ａで０〜１０ｍｍ、好ましくは０〜５ｍｍ離れた位置Ｑを含む領域を意味する。すなわち、図２（ｂ）における距離ａは、０〜１０ｍｍであり、好ましくは０〜５ｍｍである。

ブランク３０における天板３３に成形される部分の一部である特定領域Ｂに孔３７を開けてプレス成形を行うことにより、天板３３に成形される部分の最小主応力（圧縮）を開放することができ、縦壁３２の最大主応力（引張り）を低減できる。このため、成形限界を高めて伸びフランジ割れを抑制でき、伸びフランジ成形性を向上できる。

本発明によれば、伸びフランジ３２を有するプレス成形品３１を、縦壁３２の形状を設計変更することなく、打ち抜き条件に頼らずに、１工程により低コストで、引張ひずみの集中による板厚の減少に起因した伸びフランジ割れを生じることなく、製造できる。

次に、本発明の好適態様を説明する。
（ｉ）孔３７の接線ｍに交差する方向への長さＬ
図２（ｂ）に示すように、上記平面視（Ａ矢視）で、接線ｍに交差する方向への孔３７の長さＬは２０ｍｍ以上であることが好ましい。長さＬが２０ｍｍ未満であると、天板３３に成形される部分の最小主応力（圧縮）を開放し、縦壁３２の最大主応力（引張り）を低減する効果を十分に得られない。

長さＬの長さの上限は、前記効果の観点からは特に規定する必要はないが、長過ぎるとプレス成形品３１の剛性に影響するおそれがあるため、６０ｍｍ以下であることが好ましい。

（ｉｉ）孔３７の接線ｍと平行な方向への長さＷ（本明細書では「幅」ともいう）
図２（ｂ）に示すように、上記平面視（Ａ矢視）で、接線ｍと平行な方向への孔３７の長さＷは６ｍｍ以上であることが好ましい。

幅Ｗが６ｍｍ未満であると、天板３３に成形される部分の最小主応力（圧縮）を開放し、縦壁３２の最大主応力（引張り）を低減する効果を十分に得られない。
幅Ｗの上限は、前記効果の観点からは特に規定する必要はないが、広過ぎるとプレス成形品３１の剛性に影響するおそれがあるため、３０ｍｍ以下であることが好ましい。

（ｉｉｉ）孔３７の設置方向（接線ｍと交差する方向）
図２（ｂ）に示すように、接線ｍと交差する方向は、上記平面視（Ａ矢視）で、接線ｍに直交する方向に対して±１５°の鋭角（本明細書では「振れ角」ともいう）θをなす２方向の間に含まれる方向であることが好ましい。

この２方向の間に含まれない方向へ孔３７を設置すると、天板３３に成形される部分の最小主応力（圧縮）を開放し、縦壁３２の最大主応力（引張り）を低減する効果を十分に得られない。

（ｉｖ）伸びフランジ率｛ｈ／（Ｒ−ｈ）｝×１００
第１Ｒ止まり３４の上記平面視（Ａ矢視）での曲率半径をＲ（ｍｍ）とし、縦壁３２の高さをｈ（ｍｍ）としたときに、部分的にどれだけ伸ばされたかを示す伸びフランジ率｛ｈ／（Ｒ−ｈ）｝×１００が５０％以上であることが好ましい。伸びフランジ率が５０％未満であると、上記曲率半径Ｒが大きい形状、または高さｈが小さい形状となり、プレス成形品３１の剛性が低下するおそれがあるからである。

（ｖ）孔３７の長手方向端部の形状
孔３７の長手方向端部の形状は、孔３７の幅に一致する単一の曲率半径の半円形であることが好ましい。

（ｖｉ）孔３７の形状
孔３７は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す長円形に限定されるものではなく、楕円形や長方形、さらには菱形であってもよい。

（ｖｉｉ）孔３７の設置範囲
孔３７の設置範囲は、縦壁３２の範囲Ｃに稜線３４を介して連続する天板３３に含まれ、かつ、範囲Ｃの稜線３４の平面視Ｒどまりから天板３３側に伸びる垂線間に含まれる領域であることが好ましい。

（ｖｉｉｉ）突出し長さ
成形されるフランジ長さ（突出し長さ）は、例えば他部材との接合を必要とする場合には７ｍｍ以上のフランジ長さを有することすることが好ましい。

（ｉｘ）ブランク３１の強度、板厚
ブランク３１は、５９０〜１８７０ＭＰａの引張強度、０．７〜３．５ｍｍの板厚を有する鋼板であることが例示される。

以上の説明では、プレス成形品３１の一方側において縦壁（伸びフランジ）３２が伸びフランジ成形される場合を例にとったが、この一方側に対向する他方側においても縦壁（伸びフランジ）３２が伸びフランジ成形されてもよい。

さらに、プレス成形品３１は、縦壁（伸びフランジ）３２に連続する外向きフランジを有していてもよい。縦壁３２および外向きフランジを２組有する場合には、プレス成形品３１はハット断面を有することになる。

本発明を、実施例を参照しながら説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ブランク３０に、パンチ、ブランクホルダーおよびダイを用いてプレス成形を行うことにより、伸びフランジ３２を有するプレス成形品３１を製造した。

図３（ａ）は本実施例で用いたパンチの形状を示す平面視図であり、図３（ｂ）は本実施例で用いた金型の側面視図であり、図３（ｃ）は本実施例で用いたブランク３０の形状を示す平面視図である。

図３（ａ）〜図３（ｃ）中の寸法の単位はｍｍである。ブランク３０の板厚は、０．７，１．６，３．５ｍｍの３水準とした。

図４は、本実施例における孔３７の設置位置を示す平面視図である。
図４に示すように、プレス成形品３１の第１Ｒ止まり（第１曲げかど）３５は、Ｒ６０およびＲ３０の二つの曲率半径を有している。孔３７の設置位置は、Ｒ３０の中央（ｃ）、Ｒ３０側直線（ａ）、Ｒ３０と直線の境界（ｂ）、Ｒ３０とＲ６０の境界（ｄ）、Ｒ６０の中央（ｅ），Ｒ６０と直線の境界（ｆ）の６水準とした。

表１に、孔３７の距離ａ,幅Ｗ,長さＬ,振れ角θ,設置位置と、縦壁３２の高さｈと、第１Ｒ止まり３４の平面視（Ａ矢視）での曲率半径Ｒと、伸びフランジ率λと、孔３７の有無と、ブランク３０の強度，板厚と、成形結果をまとめて示す。

表１のＮｏ．１〜７を対比することにより、距離ａが０〜６ｍｍであれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品３１を製造できることが分かる。
表１のＮｏ．１，１１，５，１２を対比することにより、長さＬが２０ｍｍ以上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品３１を製造できることが分かる。

表１のＮｏ．１，８，５，９，１０を対比することにより、幅Ｗが６ｍ以上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品３１を製造できることが分かる。
表１のＮｏ．１，１３，１４，１５，１６，５，１７，１８，１９，２０を対比することにより、振れ角θが±１５°以内であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品３１を製造できることが分かる。

表１のＮｏ．１，２１，２２，５，２３，２４，２５を対比することにより、孔３７の設置位置が平面視での曲線上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品３１を製造できることが分かる。

表１のＮｏ．５，１，２６，２７，を対比することにより、伸びフランジ率λが５０％以上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品３１を製造できることが分かる。

表１のＮｏ．２８，２９，３０，３１，５，１，３２，３４を対比することにより、本発明はブランクの引張強度５９０〜１７６０ＭＰａで、伸びフランジ割れを防止する効果があることが分かる。

さらに、表１のＮｏ．３４，３５，５，１，３６，３７を対比することにより、本発明はブランクの板厚０．７〜３．５ｍｍで、伸びフランジ割れを防止する効果があることが分かる。

図５は、Ｎｏ．３（本発明例）、Ｎｏ．１（比較例）の解析結果を示すコンター図である。
本発明によれば、縦壁（伸びフランジ）３２の最大板厚減少率を約３％低減できたことが分かる。

３０ブランク
３１プレス成形品
３２伸びフランジ（縦壁）
３３天板
３４稜線
３５第１Ｒ止まり（第１曲げかど）
３６第２Ｒ止まり（第２曲げかど）
３７孔
ｍ接線
Ｐ任意の１点
ＱＰから０〜１０ｍｍ離れた位置

Claims

ブランクに、パンチおよびダイを用いてプレス成形を行うことによりプレス成形品を製造する方法であって、
前記プレス成形品は、第１Ｒ止まり（第１曲げかど）を有する天板と、前記第１Ｒ止まりに連続し、第２Ｒ止まり（第２曲げかど）を有する稜線と、前記第２Ｒ止まりに連続する縦壁を有する断面を有し、かつ、
前記天板に直交する方向から見た平面視で、前記第１Ｒ止まり、前記稜線、前記第２Ｒ止まりおよび前記縦壁がそれぞれの延設方向の一部または全部において前記断面の内側へ向けた凸の曲線をなし、
前記ブランクの下記特定領域に、板厚方向へ貫通する孔を設けた後に前記プレス成形を行う、プレス成形品の製造方法；
特定領域：前記平面視で、前記縦壁の曲線部分に前記稜線を介して連続する前記天板にプレス成形される領域であって、前記第１Ｒ止まり上の任意の１点での接線に交差する方向へ該任意の１点からの距離ａが０〜１０ｍｍ離れた位置を含む領域。
前記平面視で、前記接線に交差する方向への前記孔の長さは２０ｍｍ以上である、請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
前記平面視で、前記接線と平行な方向への前記孔の長さは６ｍｍ以上である、請求項１または２に記載のプレス成形品の製造方法。
前記交差する方向は、前記平面視で、前記接線に直交する方向に対して±１５°の鋭角をなす２方向の間に含まれる方向である、請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
前記第１Ｒ止まりの前記平面視での曲率半径をＲ（ｍｍ）とし、前記縦壁の高さをｈ（ｍｍ）とする場合に、伸びフランジ率｛ｈ／（Ｒ−ｈ）｝×１００が５０％以上である、請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
前記ブランクは、５９０〜１８７０ＭＰａの引張強度を有する鋼板である、請求項１〜５のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
前記ブランクは、０．７〜３．５ｍｍの板厚を有する鋼板である、請求項１〜６のいずれかに記載されたプレス成形品の製造方法。