JP4870018B2 - 薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄板を成形材料とするプレス金型装置およびプレス成形方法に関し、特に成形中のクリアランス内での薄板の変形挙動を検知することで、成形品の寸法精度や破断を判定・制御できるプレス金型装置およびプレス成形方法に関する。

プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形は、自動車用部品の製造分野などで広く利用されている。プレス成形の分野では、成形品の寸法精度の向上、材料の破断などを防止するために、従来から種々の方策が講じられている。例えば特許文献１、２には、成形時にポンチとダイの間に形成されるクリアランスの大きさを板厚に対して所定の範囲に設定することにより、いわゆる逆曲げを発生させて、スプリングバックによる形状不良を解消する技術が開示されている。また、特許文献２には、逆曲げではなく、クリアランスを板厚より小さくする、いわゆるしごきにより、スプリングバックを低減する技術も開示されている。

また、例えば特許文献３には、薄板をしわ押え金型で押えながら成形するドロー成形時に、ダイとしわ押え金型の間に生ずる薄板との摩擦力を測定して、しわ押え力を適正に制御する技術が開示されている。

更に、非特許文献４には、ダイの肩部近傍に圧電素子を内蔵させ、ダイ肩に生ずる圧縮歪に基いて、薄板の摺動特性を測定する技術が開示されている。
特開昭５６−１１７８３１号公報 特開２００４−２３７３６０号公報 特開２００４−２４９３６５号公報 高張力鋼板の成形一貫技術開発（金型摩擦センサーの開発）」、第５７回塑性加工連合講演会講演論文集（平成18年10月31日〜11月2日、高岡商工会議所商工ビル）、社団法人日本塑性加工学会発行（平成18年10月17日）pp. 165-166。

しかし、プレス成形される薄板の板厚の変化、金型（ダイ、ポンチ）の磨耗、金型の位置ずれなどにより、成形時にポンチとダイの間に形成されるクリアランスの大きさは変動する。このため、上記特許文献１、２のようにクリアランスの大きさを所定の範囲に設定しようとしても、常に同一の条件でプレス成形することは困難である。また、これら特許文献１、２によると、成形時に逆曲げが適切に発生しているかどうかを確認することができない。

また、上記特許文献３や上記特許文献４のようにダイとしわ押え金型の間の摩擦力を測定したとしても、やはりクリアランス内における薄板と金型の接触状態は知ることはできていなかった。

ここで、本発明者らが種々の研鑽を重ねたところ、プレス成形では、成形時にクリアランスを形成させるポンチおよびダイの縦壁部に発生する法線方向（縦壁部に直角な方向）の歪が、成形品の寸法精度の向上、材料の破断の防止などに極めて重要な因子であることが判明した。即ち、本発明者らは、プレス成形時にポンチとダイの縦壁部に接触して成形される成形品の垂壁面について、成形方向（ポンチとダイの相対的な直進移動の方向）での直線性を調べた。その結果、ポンチおよびダイの縦壁部に発生する法線方向の歪が所定の範囲内となっている場合は、成形品の垂壁面は成形方向に関してほぼ直線形状となるが、上記法線方向の歪が所定の範囲から外れた場合は、成形品の垂壁面の湾曲が成形方向に対して大きくなるか、あるいは、成形中に材料の破断が発生するといった知見を得た。本発明はかかる知見に基いて得られたものであり、プレス成形中のクリアランス内における薄板と金型の接触状態を正確に知ることにより、薄板を破断させることなく、寸法精度に優れたプレス成形品を得ることを目的としている。

かかる目的を達成するために、本発明によれば、ポンチとダイの相対的な直進移動によって薄板をプレス成形するプレス金型装置であって、成形時に互いに対向してクリアランスを形成させる前記ポンチおよび前記ダイの前記直進移動方向に平行な縦壁部の少なくとも一方の内部に、前記縦壁部の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段が配置されていることを特徴とする薄板のプレス金型装置が提供される。

このプレス金型装置において、例えば、前記歪測定手段はピエゾ素子又は歪ゲージである。また、前記ポンチと前記ダイの相対的な移動方向において、異なる位置に前記歪測定手段が複数配置されていても良い。更に、しわ押え金型及び／または前記ポンチと連動するパッドを有しても良い。

また本発明によれば、上記プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形中に前記歪測定手段によって測定した歪が所定範囲を超えたとき、または、所定範囲を下回ったときに、成形異常と判定することを特徴とするプレス成形方法が提供される。

また本発明によれば、上記プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形中に前記歪測定手段によって測定した歪が所定範囲を超えたとき、または、所定範囲を下回ったときに、歪が所定の範囲となるようにしわ押え荷重またはパッド圧を調節することを特徴とするプレス成形方法が提供される。

このプレス成形方法において、前記クリアランス内で薄板に逆曲げを起こさせながらプレス成形することもできる。

本発明によれば，ポンチおよびダイの縦壁部に発生する法線方向の歪を測定することにより、プレス成形中のクリアランス内における薄板の変形挙動を正確に検知することが可能となる。即ち本発明によれば，逆曲げやしごき成形のようにクリアランス内の材料とポンチおよびダイの縦壁部との接触を利用してスプリングバックを抑制する際に、成形中のクリアランス内での薄板と縦壁部との接触状態を検知することにより、クリアランス内において逆曲げやしごきが正しく行われているかどうかを判定できるようになる。また、しごきのときの接触力異常を検出することにより、薄板の破断も防止できる。その結果、薄板を破断させることなく成形でき、寸法精度に優れたプレス成形品が得られるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１〜３は、本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図１〜３のプレス金型装置は、しわ押え金型を用いずに絞り加工を行う方式である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

プレス金型装置では、上方に配置されたポンチ１と下方に配置されたダイ２が対向して配置されている。ポンチ１は、プレス金型装置のポンチホルダー３に支持されており、ダイ２は、プレス金型装置のダイホルダー４に支持されている。

かかるプレス金型装置において、ダイ２の上に成形材料である薄板５を載せ、図２，３に示すように、ポンチ１とダイ２を上下方向に相対的に直進移動させる。このポンチ１とダイ２の相対的な直進移動に従い、薄板５はダイ２の空腔２ａ内に引き込まれ、ポンチ１に沿った形状にプレス成形される。なお、この場合、ポンチ１を下降させてもよいし、ダイ２を上昇させても良いことはもちろんである。また、ポンチ１とダイ２を上下逆に設置し、ダイ２を下降させても良い。

プレス金型装置では、成形時にポンチ１がダイ２の空腔２ａ内に挿入されて、ポンチ１の外周面である縦壁部１’と、ダイ２の空腔２ａの内周面である縦壁部２’とが、所定の間隔をあけて互いに対向した状態となる。このポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’とによって形成される空間はクリアランスと呼ばれる。

図１〜３に示したプレス金型装置では、このクリアランス（ポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間隔）ｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも僅かに小さく設定されている。即ち、ｔ＞ｃである。そのため、プレス成形中、クリアランスｃ内では、薄板５はポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間でしごかれた状態となる。このポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間のしごきの作用により、成形後の製品に生ずるスプリングバックをキャンセルさせ、所望の製品形状を得ている。

しかしながら、例えば薄板５が硬い材料である場合や、あるいは、クリアランスｃ内で薄板５が十分にしごかれなかった場合等には、成形後にスプリングバックを生じ、所望の製品形状を得られなくなる心配がある。また、薄板５の板厚の変化、金型（ポンチ１、ダイ２）の磨耗、金型の位置ずれなどに起因するクリアランスｃの変動の影響で、しごきによって薄板５に加わる力も変化してしまう。更に、クリアランスｃ内でのしごきによって薄板５に加わる力が過大であると、成形中に薄板５を破断させてしまう心配もある。

一方、クリアランスｃ内で薄板５がしごかれる力は、ポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間で薄板５が圧縮されることにより生じる。例えばクリアランスｃが比較的大きければ、しごきによって薄板５に加わる力は小さくなるし、逆にクリアランスｃが比較的小さければ、しごきによって薄板５に加わる力は大きくなる。したがって、ポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’から薄板５に加わる圧縮力は、しごきによって薄板５に加わる力の指標となるはずである。

また一方、ポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εは、ポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’から薄板５に加わる圧縮力の反力によって生ずる。この歪εは、クリアランスｃ内で薄板５に加わる圧縮力と比例関係にあるから、クリアランスｃ内で薄板５に加わる圧縮力と同様に、歪εもしごきによって薄板５に加わる力の指標となるはずである。

そこで本発明では、ポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’の少なくとも一方の内部に、縦壁部１’、２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段を設ける。図１〜３に示したプレス金型装置では、その一例として、ポンチ１の縦壁部１’の内部に、縦壁部１’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段１０を、ポンチ１とダイ２の相対的な移動方向（紙面上下方向）に２個設け、ダイ２の縦壁部２’の内部に、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段１０を一つ設けている。

なお、プレス成形時には、薄板５はダイ２の肩部２ｂを通過した直後にクリアランスｃ内に引き込まれる。その際、薄板５には、最も大きな力がしごきによって加わることとなる。そのため、薄板５がダイ２の肩部２ｂを通過した直後にポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’に生ずる歪εは、しごきによって薄板５に加わる力の指標に最もふさわしいと考えられる。そこで、図１〜３に示したプレス金型装置では、肩部２ｂのすぐ下においてダイ２の縦壁部２’の内部に一つの歪測定手段１０を配置している。一方、ポンチ１については、ダイ２の空腔２ａ内へポンチ１が挿入されることに伴って、しごきによって薄板５に最も大きな力が加わる位置が順次上方に移動して行く。そこで、図１〜３に示したプレス金型装置では、ポンチ１の縦壁部１’の内部には、複数の歪測定手段１０を互いに異なる高さに配置して、薄板５がダイ２の肩部２ｂを通過した直後に生ずる歪εを、プレス成形中に複数回検出できるように構成している。

ここで、図４を参考にして、ダイ２の縦壁部２’の内部に設ける歪測定手段１０の取り付け方向について説明する。図４において、歪測定手段１０ａは、ダイ２の縦壁部２’の法線方向（紙面左向きの矢印）に発生する歪εを測定する向きに配置されている。一方、歪測定手段１０ｂは、ダイ２の縦壁部２’の面方向（法線方向と垂直方向：紙面下向きの矢印）に発生する歪ε’を測定する向きに配置されている。歪測定手段１０ａによれば、しごきによって薄板５に加わる力の指標となるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定することができる。一方、歪測定手段１０ｂは、ダイ２の縦壁部２’と薄板５との摩擦力による歪ε’は測定できるが、しごきによって薄板５に加わる力の指標となるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定することができない。そこで本発明では、歪測定手段１０の取り付け方向を、歪測定手段１０ａのように、ダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定できる向きとする。但し、歪測定手段１０の取り付け方向は、ダイ２の縦壁部２’の表面に対して正確に垂直でなくても良い。感度向上の観点では、歪測定手段１０の測定軸方向がダイ２の縦壁部２’の法線方向と一致していることが望ましいが、多少傾いていても、実施的にダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定できれば良い。

なお、ダイ２の縦壁部２’の内部に設ける歪測定手段１０の取り付け方向について説明したが、ポンチ１の縦壁部１’の内部に設ける歪測定手段１０についても同様である。

このようにポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’の内部に設けられる歪測定手段１０としては、例えばピエゾ素子又は歪ゲージなどが利用できる。図５は、そのようなピエゾ素子、歪ゲージ等からなる測定手段１０をダイ２の縦壁部２’の内部に取り付ける場合の説明図である。

この図５では、ダイ２に形成した孔の底部に歪測定手段１０を挿入することにより、ダイ２の縦壁部２’の内部に歪測定手段１０を配置させ、その後、ボルト１１によって孔を塞いだ構成である。歪測定手段１０による検出信号を取り出すリード線１２は、ボルト１１内を貫通させて、外部に引き出されている。この場合、縦壁部２’の表面から例えば深さ４〜３０ｍｍ程度の位置に歪測定手段１０が配置されると良い。

なお、ダイ２の縦壁部２’の内部に設ける歪測定手段１０の取り付け構造について説明したが、ポンチ１の縦壁部１’の内部に設ける歪測定手段１０についても同様である。

以上のように、ポンチ１の縦壁部１’やダイ２の縦壁部２’の内部に、縦壁部１’、２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段１０を設けたことにより、成形中のクリアランスｃ内での薄板５と縦壁部１’、２’との接触状態を検知でき、クリアランスｃ内においてしごき加工が正しく行われているかどうかを判定できる。また、接触力異常を検出することにより、薄板５の破断も防止できる。その結果、薄板５を破断させることなく成形でき、寸法精度に優れたプレス成形品が得られるようになる。

また例えば、プレス成形中に歪測定手段１０によって測定した歪εが所定範囲を超えたとき、または、所定範囲を下回ったときに、成形異常と判定することもできる。かかる場合は、次の成形を行うときに、金型を修理する等、クリアランスｃの調整を行うことなどによる対処が可能となる。また、成形異常の検知により、不具合品の検出やプレス条件の修正による対策など、大量生産時の品質管理が容易にできるようになる。

図６は、本発明の第２の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図６のプレス金型装置は、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えながら絞り加工を行う方式である。図１〜３に示したプレス金型装置と同様、図６のプレス金型装置も、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも僅かに小さく設定され（ｔ＞ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内では、薄板５はポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間でしごかれた状態となる。このように、しわ押え金型１５を用いることによってフランジ部にしわの無い形状の優れたプレス成形品が得られるようになる。

図７は、本発明の第３の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図７のプレス金型装置は、パッド１６によってポンチ１との間に薄板５を押えながら、絞り加工を行う方式である。図７のプレス金型装置も、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも僅かに小さく設定され（ｔ＞ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内では、薄板５はポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間でしごかれた状態となる。このように、ポンチ１との間にパッド１６で薄板５を押えることによって安定したプレス成形が行えるようになる。

次に、図８は、本発明の第４の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図８のプレス金型装置では、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも大きく設定されている。即ち、ｔ＜ｃである。この図８のプレス金型装置では、プレス成形中、クリアランスｃ内において、薄板５の断面形状をＳ字カーブとさせることによりいわゆる逆曲げを発生させて、スプリングバックによる形状不良を解消することが行われる。なお、図８のプレス金型装置は、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えながらプレス成形を行う方式である。

図８に示したプレス金型装置では、クリアランスｃ内では、薄板５は特定の箇所においてのみポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’に接触することとなる。そこで本発明では、ポンチ１の縦壁部１’およびダイ２の縦壁部２’の少なくとも一方の内部に、縦壁部１’、２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段を設ける。図８に示したプレス金型装置では、その一例として、ダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さに、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段１０を設けている。

以上のように、ダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さに、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段１０を設けたことにより、成形中のクリアランスｃ内において、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さで外側に膨出し、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さに正しく接触していることを検出できる。なお、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さで外側に膨出していない場合は、歪測定手段１０は歪εを検出しなくなることにより、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さに接触していないことが分かる。その結果、クリアランスｃ内における薄板５の成形の状態を検出することができる。また、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さで外側に膨出していないと判断した場合は、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さに正しく接触するようにしわ押え荷重を調節することにより、不良品の発生を回避することもできる。

次に、図９は、本発明の第５の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図９のプレス金型装置も、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも大きく設定され（ｔ＜ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内において、薄板５の断面形状をＳ字カーブとさせることによりいわゆる逆曲げを発生させて、スプリングバックによる形状不良を解消することが行われる。図９のプレス金型装置は、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えつつ、パッド１６によってポンチ１との間に薄板５を押えながらプレス成形を行う方式である。このように、しわ押え金型１５を用いながら、ポンチ１との間にパッド１６で薄板５を押えることによって安定したプレス成形が行えるようになる。また、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さで外側に膨出していないと判断した場合は、薄板５がダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さに正しく接触するようにしわ押え荷重とパッド１６による押え荷重（パッド圧）を調節することにより、不良品の発生を回避することもできる。

次に、図１０は、本発明の第６の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図１０のプレス金型装置も、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも大きく設定され（ｔ＜ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内において、薄板５の断面形状をＳ字カーブとさせることによりいわゆる逆曲げを発生させて、スプリングバックによる形状不良を解消することが行われる。なお、図１０のプレス金型装置は、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えながらプレス成形を行う方式である。

図１０のプレス金型装置では、ダイ２の縦壁部２’の上部と中間と下部の３つの高さに、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段１０を設けている。このように、異なる高さに複数の歪測定手段１０を設けることにより、成形中のクリアランスｃ内において、薄板５がどのような位置で外側に膨出し、薄板５がダイ２の縦壁部２’に対してどの位置で接触していることを検出できる。その結果、クリアランスｃ内における薄板５の成形の状態を検出でき、成形品の形状も判別できるようになる。また、薄板５が正しい高さで外側に膨出していないと判断した場合は、正しい形状となるようにしわ押え荷重を調節することにより、不良品の発生を回避することもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

実施例１では、先に図６で説明したように、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えながら絞り加工を行うプレス金型装置（Ｎｏ１１〜１５）と、先に図１〜３で説明したように、しわ押え金型１５およびパッド１６をいずれも有していないプレス金型装置（Ｎｏ１６〜１８）と、先に図９で説明したように、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えつつ、パッド１６によってポンチ１との間に薄板５を押えながらプレス成形を行うプレス金型装置（Ｎｏ１９〜２１）と、図１１に示すパッド１６を用いてプレス成形を行うプレス成形装置（Ｎｏ２２）の４種類について測定を行い、それぞれの条件で薄板５をプレス成形した。なお、実施例１では、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも僅かに小さく設定され（ｔ＞ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内では、薄板５はポンチ１の縦壁部１’とダイ２の縦壁部２’との間でしごかれた状態となる。実施例１では、全て図１１に示すように、肩部２ｂのすぐ下においてダイ２の縦壁部２’の内部に、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段Ａを配置している（図９においては図示を省略した）。また、ポンチ１のほぼ中間の高さにおいて縦壁部１’の内部に、全て縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段Ｂを配置している（図９においては図示を省略した）。更に、薄板５のフランジ部とダイ２の上面との間に生ずる摩擦力を測定するための歪測定手段Ｃを、全てダイ２の上面の内部に配置している（図１〜３、図６、図９においては図示を省略した）。歪測定手段Ｃは、肩部２ｂ近傍においてダイ２の上面の面方向（法線方向と垂直方向）に発生する歪を測定する向きに配置した。薄板５は、板厚１．２１〜１．５０ｍｍの高張力鋼板であり、ウェブ幅９０ｍｍ、深さ８０ｍｍのハット断面ビーム（長さ１５０ｍｍ）を成形した。各歪測定手段を金型の長手方向中央に配置し、ストローク中の最大出力値を測定した。

実施例１においてプレス成形された成形品の垂壁面について、成形方向（ポンチ１とダイ２の相対的な直進移動の方向）での直線性を調べた。その結果、表１を得た。歪測定手段Ａによって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εと、歪測定手段Ｂによって測定されるポンチ１の縦壁部１’の法線方向に発生する歪εがいずれも１００〜２００（μ）の範囲にある場合は、成形方向に対する成形品の垂壁面の曲率（１/ｍ）は１．０以下となり、ほぼ直線形状となった。一方、歪測定手段Ａによって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εと、歪測定手段Ｂによって測定されるポンチ１の縦壁部１’の法線方向に発生する歪εのどちらか一方が１００〜２００（μ）の範囲から外れると、成形方向に対する成形品の垂壁面の曲率（１/ｍ）は１．０を越えてしまい、湾曲が大きくなっていた。また、Ｎｏ１５は、歪測定手段Ａによって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εと、歪測定手段Ｂによって測定されるポンチ１の縦壁部１’の法線方向に発生する歪εのいずれもは１００〜２００（μ）の範囲を超えており、成形中に材料の破断が生じた。なお、歪測定手段Ｃによって測定したダイ２の上面の面方向に発生する歪は、成形品の判定の指標となっていなかった。

図１２は、本発明の実施例２にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図１２のプレス金型装置は、クリアランスｃ（ｍｍ）は、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも大きく設定され（ｔ＜ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内において、薄板５の断面形状をＳ字カーブとさせることによりいわゆる逆曲げを発生させて、スプリングバックによる形状不良を解消した（Ｎｏ３１〜３５）。なお、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えながらプレス成形を行った。図１２のプレス金型装置では、ダイ２の縦壁部２’のほぼ中間の高さにおいて、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段Ａを配置した。更に図１２のプレス金型装置では、肩部２ｂ近傍においてダイ２の上面の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段Ｄを配置した。薄板５は、板厚１．４ｍｍの高張力鋼板であり、ウェブ幅８０ｍｍ、深さ８０ｍｍのハット断面ビーム（長さ１００ｍｍ）を成形した。各歪測定手段を金型の長手方向中央に配置し、ストローク中の最大出力値を測定した。

実施例２においてプレス成形された成形品の垂壁面について、成形方向（ポンチ１とダイ２の相対的な直進移動の方向）での直線性を調べた。その結果、表２を得た。歪測定手段Ａによって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εが４０（μ）以上の場合は、成形方向に対する成形品の垂壁面の曲率（１/ｍ）は１．０以下となり、ほぼ直線形状となった。一方、歪測定手段Ａによって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εが４０（μ）未満の場合は、成形方向に対する成形品の垂壁面の曲率（１/ｍ）は１．０を越えてしまうか、あるいは、Ｎｏ３２のように逆反りが発生した。なお、歪測定手段Ｄによって測定したダイ２の上面の法線方向に発生する歪は、成形品の判定の指標となっていなかった。また、表２中のＮｏ３４では歪測定手段Ａによって測定される歪εが過大で、曲率（１／ｍ）が１．７となったが、Ｎｏ３５に示すように、歪測定手段Ａによって測定される歪εが４０（μ）以上となるようにしわ押さえ荷重を低く調節することで、曲率（１／ｍ）を１．０以下とすることができた。

図１３は、本発明の実施例３にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。図１３のプレス金型装置は、クリアランスｃ（ｍｍ）が、薄板５の板厚ｔ（ｍｍ）よりも大きく設定され（ｔ＜ｃ）、プレス成形中、クリアランスｃ内において、薄板５の断面形状をＳ字カーブとさせることによりいわゆる逆曲げを発生させて、スプリングバックによる形状不良を解消した（Ｎｏ４１〜４７）。なお、しわ押え金型１５によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えつつ、パッド１６によってポンチ１との間に薄板５を押えながらプレス成形を行った。図１３のプレス金型装置では、ダイ２の縦壁部２’の複数の高さに、縦壁部２’の法線方向に発生する歪εを測定する歪測定手段Ａ１、Ａ２を配置した。更に図１３のプレス金型装置では、肩部２ｂ近傍においてフランジ部とダイ２の上面の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段Ｄを配置した。薄板５は、板厚１．４ｍｍの高張力鋼板であり、ウェブ幅８０ｍｍ、深さ８０ｍｍのハット断面ビーム（長さ１００ｍｍ）を成形した。各歪測定手段を金型の長手方向中央に配置し、ストローク５５ｍｍでの出力値を測定した。

実施例３においてプレス成形された成形品の垂壁面について、成形方向（ポンチ１とダイ２の相対的な直進移動の方向）での直線性を調べた。その結果、表３を得た。歪測定手段Ａ１によって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εが４０（μ）未満であり、歪測定手段Ａ２によって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εが４０（μ）以上の場合は、成形方向に対する成形品の垂壁面の曲率（１/ｍ）は１．０以下となり、ほぼ直線形状となった。一方、歪測定手段Ａ１によって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εが４０（μ）以上であるか、歪測定手段Ａ２によって測定されるダイ２の縦壁部２’の法線方向に発生する歪εが４０（μ）未満の場合は、成形方向に対する成形品の垂壁面の曲率（１/ｍ）は１．０を越えてしまった。なお、歪測定手段Ｄによって測定したダイ２の上面の法線方向に発生する歪は、成形品の判定の指標となっていなかった。また、表３中のＮｏ４５では歪測定手段Ａ２によって測定される歪εが過小で、曲率（１／ｍ）が１．４となったが、歪測定手段Ａ２によって測定される歪εが４０（μ）以上となるよう、Ｎｏ４６ではパッド圧を、Ｎｏ４７ではパッド圧としわ押さえ荷重の両方を調節することで、曲率（１／ｍ）を１．０以下とすることができた。

本発明は、薄板のプレス成形分野に適用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス前の状態を示している。 本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス途中の状態を示している。 本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 ダイの縦壁部の内部に設ける歪測定手段の取り付け方向の説明図である。 ダイの縦壁部の内部に設ける歪測定手段の取り付け構造の説明図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 本発明の第３の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 本発明の第４の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 本発明の第５の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 本発明の第６の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 実施例１のうちの１種のプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 実施例２のプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。 実施例３のプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。

符号の説明

１ ポンチ
１’ 縦壁部
２ ダイ
２’ 縦壁部
２ａ 空腔
３ ポンチホルダー
４ ダイホルダー
５ 薄板
ｃ クリアランス
１０ 歪測定手段
１５ しわ押え金型
１６ パッド

Claims (7)

1. ポンチとダイの相対的な直進移動によって薄板をプレス成形するプレス金型装置であって、
   成形時に互いに対向してクリアランスを形成させる前記ポンチおよび前記ダイの前記直進移動方向に平行な縦壁部の少なくとも一方の内部に、前記縦壁部の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段が配置されていることを特徴とする薄板のプレス金型装置。
2. 前記歪測定手段がピエゾ素子又は歪ゲージであることを特徴とする請求項１に記載の薄板のプレス金型装置。
3. 前記ポンチと前記ダイの相対的な移動方向において、異なる位置に前記歪測定手段が複数配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄板のプレス金型装置。
4. 更に、しわ押え金型及び／または前記ポンチと連動するパッドを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の薄板のプレス金型装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のプレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形中に前記歪測定手段によって測定した歪が所定範囲を超えたとき、または、所定範囲を下回ったときに、成形異常と判定することを特徴とするプレス成形方法。
6. 請求項４に記載のプレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形中に前記歪測定手段によって測定した歪が所定範囲を超えたとき、または、所定範囲を下回ったときに、歪が所定の範囲となるようにしわ押え荷重またはパッド圧を調節することを特徴とするプレス成形方法。
7. 前記クリアランス内で薄板に逆曲げを起こさせながらプレス成形することを特徴とする請求項５または６に記載のプレス成形方法。

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