JP5610073B2 - プレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形方法に関する。

近年、自動車業界においては、地球温暖化の原因であるＣＯ_２の排出量を低減するため、自動車の燃費向上が急務となっている。このため代替燃料による抜本的なＣＯ_２の排出量を削減する努力に加えて、エンジンやトランスミッション等の機械効率の向上、更には車体の軽量化等の対策が必要となっている。一方、厳しくなる衝突安全規制の中、衝突安全性に優れた車体を開発していくことも重要な課題となっている。

しかしながら、衝突安全性の向上を車体に用いられる低強度鋼板のみで達成するためには、補強部品を多用する、もしくは車体部品の板厚を厚くすることが必要であり、車体の軽量化と両立させることは容易ではない。

そこで、車体の軽量化と衝突安全性の向上を両立させるため、フレーム等の車体部品に高強度鋼板を用いることが進められている。例えば、従来の車体部品では、引張強さが４４０ＭＰａ級の鋼板が多用されていたのに対し、最近の車体部品では、５９０ＭＰａ級の鋼板の採用が増えており、更に９８０ＭＰａ級以上の鋼板も、車体部品に適用され始めている。

しかしながら、このような高強度鋼板をプレス成形（曲げ加工）する場合、鋼板の強度上昇と共に形状凍結不良（スプリングバック）やしわが増加し、車体部品の寸法精度の確保が困難となってきている。また、鋼板の強度上昇に伴う延性の低下は、プレス成形時の破断の危険性を高める。

従って、高強度鋼板を用いた車体部品では、従来の低強度鋼板を多用した車体部品に比べて、車体の性能と生産性の両立が必ずしも容易ではなく、開発工期の短縮や製造コストの抑制等と相まって、高強度鋼板を車体部品に適用する上で阻害要因の一つとなっている。

一方、高強度鋼板を用いることなく車体部品の衝突性能を高める方法として、ホットプレス工法や高周波焼入れ等の熱処理により、部品全体又はその一部を高強度化する方法も提案されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。しかしながら、部品形状によっては焼入れに適さない車体部品もある他、新たな設備を導入する必要がある等、生産技術や製造コストの面で課題が多く、適用可能な部品は限られている。

更に、熱処理の際に熱源としてレーザを用いることも提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。しかしながら、レーザは加熱範囲が狭く、長時間の熱処理が必要となる上、十分な効果を得ることが難しく実用的でない。

特開２０１０−１７４２８３号公報 特開２００６−２１３９４１号公報 特開平４−７２０１０号公報 特開２００７−１９０５８８号公報 特開２０１０−６４１３７号公報 特開２００８−１２５７０号公報 特開昭６１−８２９２９号公報

ここで更に、この種の成形加工において重要な要素となるスプリングバック対策技術について検討する。図１２は、弾性回復歪みによるスプリングバック発生メカニズムを説明する図である。成形品を成形後に金型から取り出す、あるいは不要な部分をトリミングする等、除荷するにより拘束を緩和することで、プレス成形下死点での残留応力が駆動力となり、新たな釣合いを満たすように部品を弾性変形させ、弾性回復歪みとなって現われる。高強度鋼板ではこの形状凍結不良が大きいため、最終製品として要求されている寸法精度の確保が困難となる。

形状凍結不良は現象に応じて角度変化、壁反り、捩れ、稜線反り、パンチ底の形状凍結不良に分類される。いずれの場合でも部品内での残留応力分布が曲げ又は捩れの曲げモーメントとして働き、材料の弾性係数や部品形状で決まる剛性に応じて変形した結果としてスプリングバックが生じる。例えば最も良く知られている例は、曲げ角度の変化である（特許文献４、特許文献７等）。図１３は、弾性回復前の板厚方向の応力分布と曲げモーメントの関係を示す図である。これらは板厚（ｔ_０）方向の応力分布が駆動力となり、その場合の部品の剛性は主に部品形状で決定される。

あるいはまた、長手方向に湾曲したハット断面のビーム（特許文献２、特許文献６等）をドロー成形すると壁反りと捩れが生じるが、湾曲の曲率が小さいと部品剛性が高まり、壁反りが小さくなること、及び伸びフランジ部と縮みフランジ部の応力差が捩りモーメントを与えることになる。即ち、残留応力の分布を（低いレベルに）平準化し、スプリングバックのモードに応じた駆動力（モーメント）を低減するプレス成形方法であり、特許文献４〜７のものは全てこの技術思想によるものである。

次に、特許文献４〜７に開示される形状凍結性に優れたプレス成形方法について説明する。スプリングバックの大きさは拘束解除直前（離型時）の流動応力（残留応力）に依存し変化する。即ち、スプリングバックの駆動力は応力の不均一分布に起因するモーメントが主要因であるため、特許文献１や特許文献７のような各種工法により板厚内の残留応力の表裏差を小さくする技術が考案されている。

これらいずれの技術も複数工程からなるプレス工程であり、製品形状を得る最後の工程のプレス下死点に至る最後の歪み増分で残留応力分布を小さくすることを利用した変形履歴制御工法である。図１４は、形状凍結不良対策による残留応力の低下メカニズムを説明するための図である。変形履歴制御工法では２工程目（離型時）の残留応力制御を行うことで、弾性回復歪みを低下させる。

また、捩れや稜線反り等、３次元的スプリングバックの場合（特許文献５、特許文献６等）、面内変形履歴制御を利用して伸びの部位に最終工程の下死点直前で圧縮応力を与え、縮みの部位に引張応力を与える。そのため製品内にエンボスやビードを付けて圧縮応力を引張応力に変える技術や最終工程前に付与されたエンボスやビードを最終工程で潰すことで引張応力を圧縮応力に変えることで面内の応力分布を制御する技術が発明されている。

但し、これらのスプリングバック対策は残留応力の制御を誤ると、所謂スプリングゴー（スプリングイン）にまで行き過ぎる可能性があるため、２工程目で導入される応力は、残留応力を低減するレベルの範囲に抑える必要がある（図１４参照）。更に、２工程目にそれ以上の過大な応力を与えた場合、離型直前の流動応力（残留応力）が高まるため逆に、スプリングバックは大きくなる。そのため例えば特許文献４に記載の曲率半径が異なる金型を用いた工法や、特許文献７に記載の凸形状のエンボスを用いる工法では、前述の制約により最終工程で大きな加工硬化を付与することができない。

そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ホットプレス工法や高周波焼入れなどの熱処理を被加工材に施すことなく、複数回のプレス成形を繰り返すことにより、被加工材の変形強度を高めることが可能なプレス成形方法、並びにそのようなプレス成形方法を用いて成形された被加工材を使用することによって、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることを可能とした衝突性能に優れた車体部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
ダイとパンチとの相対的な移動によって前記ダイの内側に前記パンチを押し込みながら、前記ダイと前記パンチとの間で被加工材をプレス成形するプレス成形方法であって、
前記被加工材の角部に稜線部を持たせた、最終加工形状の断面線長よりも２％以上且つ１０％以下の大きい断面線長を有する中間加工形状に成形した中間成形体に対して、プレス成形を少なくとも１回以上繰り返し、その際に前記中間成形体を挟持して拘束するパンチ及びパッドの幅比を０．４以上、０．８以下に設定して、最終加工形状に成形することによって、前記被加工材の所定部位の板厚を実質的に増厚して加工硬化を導入することを特徴とするプレス成形方法。

（１２） 外部から加わる衝撃エネルギーを座屈変形しながら吸収する車体部品であって、
前記（１）〜（１０）のいずれか１に記載のプレス成形方法を用いて成形された被加工材を含むことを特徴とする車体部品。
（１３） 前記被加工材がハット型断面形状を有し、この被加工材の曲げ加工が施された稜線部に加工硬化が導入されることによって、この稜線部が他の部位よりも高い変形強度を有することを特徴とする前記（１２）に記載の車体部品。

本発明では、上記のように被加工材の所定部位に稜線部を持たせた中間成形体を成形し、この中間成形体をプレス成形して最終加工形状に成形することによって、被加工材の所定部位の板厚を実質的に増厚して加工硬化を導入することで、ホットプレス工法や高周波焼入れ等の熱処理を被加工材に施すことなく、加工硬化を導入した稜線部位の変形強度を高めることが可能である。そして、この被加工材を含む車体部品では、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることが可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるハット型断面形状を有するプレス成形品の例を示す図である。 図２Ａは、本発明に係るプレス成形装置の動作を説明するための図である。 図２Ｂは、本発明に係るプレス成形装置の動作を説明するための図である。 図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置における２工程目の動作を説明するための図である。 図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置における２工程目の動作を説明するための図である。 図４は、本発明によるプレス成形方法により成形されるプレス成形品の例を示す図である。 図５は、本発明によるプレス成形方法において材料が受ける加工硬化のメカニズムを示す図である。 図６は、本発明に係る実施例において作製された供試材の各寸法を示す図である。 図７は、本発明の供試材と比較例の供試材の落重試験のストロークに対するエネルギー吸収量を比較したグラフである。 図８は、本発明の第２の実施形態に係るプレス成形装置の動作を説明するための図である。 図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係るプレス成形装置の動作を説明するための図である。 図９Ｂは、本発明の第２の実施形態に係るプレス成形装置の動作を説明するための図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の動作を説明するための図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る供試材とその比較例についての落重試験でのストロークに対するエネルギー吸収量の比較結果を示すグラフである。 図１２は、弾性回復歪みによるスプリングバック発生メカニズムを説明するための図である。 図１３は、弾性回復前の板厚方向の応力分布と曲げモーメントの関係を示す図である。 図１４は、形状凍結不良対策による残留応力の低下メカニズムを説明するための図である。

以下、本発明を適用したプレス成形方法について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は便宜上、被加工材やプレス成形装置等を模式的に示している場合があり、各部の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される被加工材の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

本発明の第１の実施形態では、例えば図１に示すようなハット型断面形状を有するプレス成形品（車体部品）１００Ａを得る場合を例に挙げて、本発明によるプレス成形方法を具体的に説明するものとする。
このプレス成形品１００Ａは図１に示すように、金属板（被加工材）１００をドローベンド成形（プレス成形）することによって、その最終加工形状として、一対のフランジ部１００ａと縦壁部１００ｂと天井部１００ｃとを備えたハット型断面形状を有している。なお、図１中には、このプレス成形品１００Ａの各部の寸法（単位：ｍｍ）の一例を併せて表記している。

図２Ａ、図２Ｂは、プレス成形装置の一例を模式的に示す図である。このプレス成形装置は、下ホルダ（固定ホルダ）に取り付けられたパンチ１と、上ホルダ（可動ホルダ）に取り付けられたダイ２とを備え、ガスシリンダ３が取り付けられたダイ２を昇降（図２Ａ、図２Ｂでは下降）動作させることによって、ダイ２の内側にパンチ１を押し込みながら、ダイ２とパンチ１との間で金属板１００をプレス成形することが可能となっている。

また、このプレス成形装置は、それぞれ相互に独立したガスシリンダ４が取り付けられた一対のしわ押さえ具５を備え、しわ押さえ具５を昇降（図２Ａ、図２Ｂでは上昇）動作させることによって、しわ押さえ具５とダイ２との間で金属板１００の端部（図１に示すプレス成形品１００Ａのフランジ部１００ａ）を押さえ込みながら、しわ押え力（張力）を付加した状態で、ダイ２にパンチ１を押し込んでプレス成形するドローベンド成形を行うことが可能となっている。

なお、本発明は、このようなドローベンド成形を行う場合に限らず、しわ押え力（張力）を付加しない状態でプレス成形するフォームベンド成形を行う場合にも適用可能である。また、上記プレス成形装置は、パンチ１に対してダイ２が移動する構成となっているが、ダイ２に対してパンチ１が移動する構成であってもよい。また、下ホルダにダイ２、上ホルダにパンチ１が取り付けられた構成であってもよい。

ここで、従来のプレス成形方法により金属板１００をプレス成形する場合について説明する。先ず図２Ａに示すように、プレス成形装置に金属板１００をセットした後、ダイ２が下降することによって、金属板１００の端部、即ちフランジ部１００ａがしわ押さえ具５とダイ２との間で挟持された状態となる。また、このときのガスシリンダ４の圧力調整により、しわ押さえ具５の金属板１００に対するしわ押さえ力が制御される。

次に、図２Ｂに示すように、この状態から更にダイ２が下降することで、ダイ２の内側にパンチ１が押し込まれた状態となる。このとき金属板１００の端部（フランジ部１００ａ）は、しわ押さえ具５によりしわ押さえ力（張力）が付与されているので、しわ押さえ具５とパンチ１により拘束されていない部分（図１に示すプレス成形品１００Ａの縦壁部１００ｂ）には、塑性変形により板厚が減少すると共に加工硬化が生じる。

そして、この状態から更にダイ２が成形工程の下死点まで下降することによって、パンチ１とダイ２との間で金属板１００がプレス成形される。これにより図１に示すようなハット型断面形状を有するプレス成形品（車体部品）１００Ａを得ることができる。

かかる従来のプレス成形方法では、金属板１００の縦壁部１００ｂに加工硬化が生じるため、この縦壁部１００ｂの変形強度が上昇するものの、この縦壁部１００ｂの板厚も同時に減少することになる。このため、得られたプレス成形品（車体部品）１００Ａは期待されるほど、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることができず、衝突性能を向上させることが困難であった。

また、しわ押さえ具５を用いずにしわ押え力（張力）を付加しないフォームベンド成形により金属板１００をプレス成形する方法もある。しかしながら、この場合は、金属板１００の曲げ加工が施された稜線部位もしくは稜線部以外に加工硬化は生じないため、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることは困難である。

そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、自動車のフレーム等の車体部品における曲げ加工が施された稜線部に、複数回のプレス成形により板厚減少を伴わずに大きな加工硬化を導入することが可能なプレス成形方法を見出すと共に、この加工硬化を活用した車体部品において、衝突時等に外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を大幅に向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、ダイとパンチとの相対的な移動によってダイの内側にパンチを押し込みながら、ダイとパンチとの間で被加工材をプレス成形するプレス成形方法であって、被加工材の所定部位に稜線部（この実施形態では後述するように、縦壁部１００ｂと天井部１００ｃの間の角部に対応する部位）を持たせた中間成形体を成形し、この中間成形体をプレス成形して最終加工形状に成形することによって、被加工材の所定部位の板厚を実質的に増厚して加工硬化を導入することを特徴とする。

本発明方法において、金属板をドローベンド成形あるいは曲げ成形により製品形状よりも断面線長が長い中間品をプレス成形し、その後のプレス成形工程の下死点直前で稜線部を最終加工形状である製品形状に成形する。このとき２工程目のプレス成形工程で稜線部には圧縮の塑性変形が生じ、その結果、板厚は減少することなく大きな加工硬化を導入することができる。この場合、最終的な製品形状よりも断面線長比が２％以上、１０％以下の大きな断面プロファイルを持つ金属板の中間成形体を成形し、それを最終の製品形状の断面プロファイルにプレス成形する。

上記のように断面プロファイルを規定したのは、材料によっては降伏点伸びが観測される材料があり、２％未満の場合には加工硬化が不十分となり、想定した変形強度が必ずしも得られないためである。また、１０％以下としたのは、それ以上の断面線長比の場合は２工程目で材料余りによるしわ重なりが生じ、その場合には良好な成形品が得られないためである。特に薄板にあっては通常のプレス成形では前述した座屈の発生により圧縮変形が困難であるが、発明者等は１工程目と２工程目の最適な線長比とパッドとパンチの幅比の組合せによりこれを可能にした。

図３Ａ、図３Ｂは２工程目におけるプレス成形装置の例を模式的に示す図である。このプレス成形装置は、下ホルダに取り付けられたパンチ１′と、上ホルダに支持されたダイ２′と、上ホルダに支持されたパッド６から主に構成される。このような構造のプレス成形装置において先ず、図３Ａのように中間成形体１００Ｂがパンチ１′とパッド６の間に挟持される。パッド６にはガスシリンダの圧力調整により押さえ力が制御され、図３Ｂのようにプレス下死点までダイ２′が下降することで製品形状に成形される。このとき中間成形体１００Ｂは、パッド６により拘束されているのでその材料は移動することができないため、効率良く稜線部に圧縮変形を与えることができる。

上記の場合、パンチ１′の幅Ｗ_２に対するパッド６の幅Ｗ_１の大小に依存して、稜線部の圧縮変形の大きさと領域が変化する。即ち、パンチ１′とパッド６の幅比Ｗ_１／Ｗ_２が１に近づけば、稜線部のみに大きな加工硬化を導入することができる一方で、座屈によるしわ重なりの危険性が高まる。従って、パンチ１′とパッド６の幅比Ｗ_１／Ｗ_２は０．８以下とすることが好ましい。逆に、その幅比を小さくすると稜線部を中心にして広い範囲に加工硬化が導入されることとなるので、稜線部に効果的に加工硬化を導入するには幅比Ｗ_１／Ｗ_２は０．４以上とすることが好ましい。

本発明のプレス成形方法を更に具体的に説明する。先ず１工程目において金属板１００をプレス成形する際は、図２Ａ、図２Ｂに示したプレス成形装置を用いて、金属板１００をプレス成形する。この１工程目のプレス成形によって、図４中の破線で示すようなハット型断面形状（中間加工形状）に成形された中間成形体１００Ｂを作製する。
この中間成形体１００Ｂは、図１に示すハット型断面形状（最終加工形状）を有するプレス成形品１００Ａ（図４中の実線で示す。）よりも、その断面線長が長くなっている。

そして、２工程目において前述のようにかかる中間成形体１００Ｂをプレス成形することによって、図４中の実線で示すようなハット型断面形状（最終加工形状）に成形する。

ここで、本発明では、１工程目のプレス成形時に図４中の破線で示すように、曲げ加工により金属板１００に塑性変形が導入される一方、２工程目のプレス成形時には図４中の実線で示すように、金属板１００の曲げ加工が施された天井部１００ｃと縦壁部１００ｂとの間の稜線部１００ｄに圧縮の塑性変形が生じる。その結果、図５に示されるように金属板１００に対しては、２工程目のプレス成形により稜線部１００ｄの板厚を実質的に増厚して、大きな加工硬化を導入することが可能である。

また、本発明では、金属板１００を最終加工形状の断面線長よりも２％以上大きい断面線長を有する中間加工形状に成形した中間成形体１００Ｂに対して、プレス成形を少なくとも１回以上繰り返すことによって、金属板１００を最終加工形状（プレス成形品１００Ａ）に成形することが好ましい。これは、金属板１００の材質によっては降伏点伸びが観測されるものがあり、２％未満の場合には加工硬化が不十分で想定した変形強度が十分得られなくなるためである。

更に本発明では、最終加工形状の断面線長よりも１ｍｍ以上大きい断面線長を有する中間加工形状に成形した中間成形体１００Ｂ、又は最終加工形状の稜線部断面における半径が１ｍｍ以上小さい稜線部断面を有する中間加工形状に成形した中間成形体１００Ｂに対して、プレス成形を少なくとも１回以上繰り返すことによって、金属板１００を最終加工形状（プレス成形品１００Ａ）に成形することが好ましい。

これにより本発明では、ホットプレス工法や高周波焼入れ等の熱処理を金属板１００に施すことなく、上述したように実質的に増厚すると共に加工硬化を導入した稜線部１００ｄの変形強度を高めることが可能である。

以上のようにして、図１で示すようなハット型断面形状（最終加工形状）を有するプレス成形品１００Ａ（車体部品）を得ることができる。

そして、得られたプレス成形品１００Ａによれば、外部から加わる衝撃エネルギーに対して、座屈変形しながらその衝撃エネルギーを吸収する車体部品として好適に用いることができる。即ち、この車体部品は、ハット型断面形状を有するプレス成形品１００Ａの曲げ加工が施された稜線部１００ｄが増厚すると共に加工硬化が導入されることによって、この稜線部１００ｄが他の部位よりも極めて高い変形強度を有する。これにより、衝突時等に外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を大幅に高めることが可能である。

従って本発明によれば、ホットプレス工法や高周波焼入れなど新たな焼入れ用の設備を導入することなく、従来の冷間プレスを前提にして、フロントフレームやサイドシルアウター等の自動車構造部品（車体部品）の所定部位に加工硬化を付与することで、その衝突強度を高めることができる。また、その衝突性能を損なうことなく板厚を薄くすることができる。更に、生産コストの負荷増も小さく抑えつつ、車体の軽量化と衝突性能の向上を同時に満足した自動車用構造部品（車体部品）を提供することが可能である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

本実施例では、金属板１００として板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級の複合組織鋼板を用意し、この鋼板を１工程目のプレス成形により中間加工形状（中間成形体）に成形した後、２工程目のプレス成形により、この中間成形体を最終加工形状に成形することによって、図１に示すハット断面形状を有するプレス成形品を作製した。なお、１工程目のプレス成形時には、中間加工形状（中間成形体）のパンチ肩Ｒを最終加工形状（プレス成形品）よりも１ｍｍ小さくして、プレス成形を行った。

そして、作製したハット断面形状を有するプレス成形品と平行平板のクロージングプレートとを突き合わせ、フランジ部で３０ｍｍ間隔のスポット溶接処理にて締結し、図６に示すような各寸法を有する供試材Ｓを得た。
この本発明の供試体Ｓに対して、質量２６０ｋｇの落錘を高さ３ｍから自由落下させ、初速７．７ｍ／ｓで衝突させる落重試験を行った。なお、このときの部材変形反力は、固定端側に設置したロードセルにより、変位はレーザ式変形計により計測した。

更に、本発明の効果を確認するため、図２を用いて説明した従来のプレス成形方法により作製されたプレス成形品と比較検討した。そして、この比較例の供試材についても、同様の落重試験を行った。
本発明に係る実施例及び比較例の供試材について、部材変形反力をストロークで積分した部材吸収エネルギーの比較結果を図７に示す。
図７に示すように本発明によれば、プレス成形品の板厚の減少を伴わずに大きな加工硬化を鋼板に導入することで、部材吸収エネルギーが約１０％増加することが分かった。

次に、本発明によるプレス成形方法及び車体部品の第２の実施形態について説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一又は対応する部材には適宜、同一符号を用いて説明する。
第２の実施形態においても、既に図１に示したようなハット型断面形状を有するプレス成形品１００Ａ（車体部品）を得る場合を例に挙げて説明する。 従ってプレス成形品１００Ａは図１に示すように、金属板（被加工材）１００をドローベンド成形（プレス成形）することによって、その最終加工形状として、一対のフランジ部１００ａと縦壁部１００ｂと天井部１００ｃとを備えたハット型断面形状を有する。

かかるプレス成形品１００Ａを得るために、図２に示したプレス成形装置を用いて従来のようなプレス成形方法でプレス成形を行った場合、第１の実施形態において説明したように、得られたプレス成形品（車体部品）１００Ａは期待される程、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることができず、衝突性能を向上させることが困難である。

また、しわ押さえ具５を用いずにしわ押え力（張力）を付加しないフォームベンド成形により金属板１００をプレス成形する方法もある。しかしながら、この場合は、金属板１００の曲げ加工が施された稜線部位もしくは稜線部以外に加工硬化は生じないため、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることは困難である。

そこで、第２の実施形態において本発明は、ダイとパンチとの相対的な移動によってダイの内側にパンチを押し込みながら、ダイとパンチとの間で被加工材をプレス成形するプレス成形方法であって、被加工材の所定部位に稜線部（この第２の実施形態では後述するように、天井部１００ｃに対応する部位）を持たせた中間成形体を成形し、この中間成形体をプレス成形して最終加工形状に成形することによって、被加工材の所定部位の板厚を実質的に増厚して加工硬化を導入することを特徴とする。

特に第２の実施形態によるプレス成形方法では、被加工材の所定部位に稜線部を施す工程と、この稜線部が施された部位を平坦化することで増厚して、この部位に加工硬化を導入する工程と、を含む。

本発明の第２の実施形態によるプレス成形方法を更に具体的に説明する。先ず１工程目において金属板１００をプレス成形する際は、図８に示したプレス成形装置を用いて、金属板１００の所定部位にエンボス加工を施す。

１工程目においてエンボス加工を施すプレス成形装置は、下ホルダに取付けられた凸部１１ａを有するパンチ１１と、上ホルダに取り付けられた凹部１２ａを有するダイ１２とを備えて概略構成されている。そして、ガスシリンダ３が取り付けられたダイ１２を昇降（図８では下降）動作させることによって、ダイ１２の凹部１２ａの内側にパンチ１１の凸部１１ａを押し込みながら、金属板１００にエンボス加工を施す。これにより金属板１００の中央部（図１に示したプレス成形品１００Ａの天井部１００ｃ）に複数のエンボス（凹凸）Ｂが形成された中間加工形状を有する中間成形体１００Ｂが作製される。

第２の実施形態では図８に示されるように、稜線部としてのエンボスＢが天井部１００ｃに設定される。エンボスＢは図８の例のように上方に凸状に湾曲し、あたかも稜線状を呈する。 なお、図８では中間成形体１００Ｂに２つのエンボスＢを形成する場合が図示されているが、この中間成形体１００Ｂに形成されるエンボスＢの数については特に限定されるものではなく、その形状や数等については適宜変更して実施することが可能である。

次に、図２に示したプレス成形装置を用いて２工程目において、エンボス加工が施された金属板１００（中間成形体１００Ｂ）をプレス成形する。これにより図１に示すハット型断面形状を有するプレス成形品（車体部品）１００Ａを得ることができる。

具体的には図９Ａに示すように、プレス成形装置（図２）に中間成形体１００Ｂをセットした後、ダイ２が下降することによって、金属板１００のフランジ部１００ａがしわ押さえ具５とダイ２との間で挟持された状態となる。また、このときのガスシリンダ４の圧力調整により、しわ押さえ具５のフランジ部１００ａに対するしわ押さえ力が制御される。

そして、この状態から更にダイ２が下降することによって、ダイ２の内側にパンチ１が押し込まれた状態となる。このとき、フランジ部１００ａは、しわ押さえ具５によりしわ押さえ力（張力）が付与されているので、しわ押さえ具５とパンチ１により拘束されていない金属板１００の縦壁部１００ｂには、塑性変形により板厚が減少すると共に加工硬化が生じる。

そして図９Ｂに示すように、この状態から更にダイ２が成形下死点まで下降することによって、パンチ１とダイ２との間で金属板１００がプレス成形される。このとき金属板１００の天井部１００ｃは、エンボスＢがパンチ１とダイ２との間で潰されて平坦化された状態となる。

これにより金属板１００の天井部１００ｃ、この例では稜線部対応部位に加工硬化を導入することができる。即ち、エンボス加工時には、張出し成形により金属板１００に塑性変形が導入される一方、プレス成形時には、エンボスＢが平坦化されることにより金属板１００に圧縮の塑性変形が生じる。その結果、金属板１００に対しては、２工程目のプレス成形によりエンボスＢの板厚を実質的に増厚して、大きな加工硬化を導入することが可能である。

本発明では、ホットプレス工法や高周波焼入れなどの熱処理を金属板１００に施すことなく、上述した加工硬化を導入した部位の変形強度を高めることが可能である。

そして、得られたプレス成形品１００Ａによれば、外部から加わる衝撃エネルギーに対して、座屈変形しながらその衝撃エネルギーを吸収する車体部品として好適に用いることができる。即ち、この車体部品は、ハット型断面形状を有するプレス成形品１００Ａの長手方向又は幅方向の所定部位に加工硬化が導入されることによって、この部位が他の部位よりも極めて高い変形強度を有するため、衝突時等に外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を大幅に高めることが可能である。

従って本発明によれば、ホットプレス工法や高周波焼入れ等の新たな焼入れ用の設備を導入することなく、従来の冷間プレスを前提にして、フロントフレームやサイドシルアウター等の自動車構造部品（車体部品）の所定部位に加工硬化を付与することで、その衝突強度を高めることができる。また、その衝突性能を損なうことなく板厚を薄くすることができる。更に、生産コストの負荷増も小さく抑えつつ、車体の軽量化と衝突性能の向上を同時に満足した自動車用構造部品（車体部品）を提供することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 例えば上述の第２の実施形態では、金属板（被加工材）１００にエンボス加工を施した中間成形体１００Ｂを作製し、この中間成形体１００Ｂをプレス成形することによって、エンボス加工が施された部位を平坦化する場合について説明した。本発明においては、金属板１００をプレス成形した後、又はプレス成形すると同時に、金属板１００にエンボス加工を施した中間成形体を作製し、この中間成形体をプレス成形することによって、エンボス加工が施された部位を平坦化することも可能である。この場合も、上記実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。

例えば図１０に示すようなプレス成形装置を用いて、金属板１００をプレス成形することにより、この金属板１００にエンボス加工が施された中間加工形状を有する中間成形体１００Ｃを作製する。このプレス成形装置は、下ホルダに取付けられた凸部１１′ａを有するパンチ１１′と、上ホルダに取り付けられた凹部１２′ａを有するダイ１２′とを備えて概略構成されている。

そして、ガスシリンダ（図示せず）が取り付けられたダイ１２′を昇降（図１０では下降）動作させることによって、ダイ１２′の内側にパンチ１１′を押し込みながら、金属板１００をプレス成形すると共に、凹部１２′ａに凸部１１′ａを押し込むことによって、金属板１００の天井部１００ｃにエンボス加工を施す。これにより金属板１００の天井部１００ｃに複数のエンボス（凹凸）Ｂが形成された中間成形体１００Ｃが作製される。

次に、図２に示したプレス成形装置を用いて、エンボス加工が施された金属板１００（中間成形体１００Ｃ）をプレス成形する。これにより図１に示すハット型断面形状を有するプレス成形品（車体部品）１００Ａを得ることができる。

本発明では、エンボス加工が施された金属板１００（中間成形体１００Ｃ）をプレス成形することによって、中間成形体１００Ｂをプレス成形した場合と同様に、ダイ２とパンチ１との間でエンボス加工が施された部位を平坦化し、この部位に加工硬化を導入することが可能である。

これにより本発明では、ホットプレス工法や高周波焼入れ等の熱処理を金属板１００に施すことなく、上述したように実質的に増厚すると共に加工硬化を導入した部位の変形強度を高めることが可能である。

また、本発明では、金属板１００を最終加工形状の断面線長よりも２％以上大きい断面線長を有する中間加工形状に成形した中間成形体１００Ｂあるいは中間成形体１００Ｃに対して、プレス成形を少なくとも１回以上繰り返すことによって、金属板１００を最終加工形状（プレス成形品１００Ａ）に成形することが好ましい。これは、金属板１００の材質によっては降伏点伸びが観測されるものがあり、２％未満の場合には加工硬化が不十分で想定した変形強度が十分得られなくなるためである。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

本実施例では、金属板１００として板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級の複合組織鋼板を用意し、この鋼板を図８及び図９Ａ、図９Ｂに示す本発明のプレス成形方法を用いてプレス成形し、図１に示すハット断面形状を有するプレス成形品を作製した。

なお、図８に示す１工程目では、直径１０ｍｍ、高さ３ｍｍのエンボスを天井部の幅方向に２個、長手方向に３０個付与した。そして、図９Ａ、図９Ｂに示す２工程目では、これらのエンボスを全て潰して平坦化した。

そして、作製したハット断面形状を有するプレス成形品と平行平板のクロージングプレートとを突き合わせ、フランジ部で３０ｍｍ間隔のスポット溶接処理にて締結する。そして、前述の第１の実施形態で説明した図６に示すような各寸法を有する供試材Ｓを得た。

そして、この本発明の供試体Ｓに対して図６を参照して、質量２６０ｋｇの落錘を高さ３ｍから自由落下させ、初速７．７ｍ／ｓで衝突させる落重試験を行った。なお、このときの部材変形反力は、固定端側に設置したロードセルにより、変位はレーザ式変形計により計測した。

更に、本発明の効果を確認するため、図２を用いて説明した従来のプレス成形方法を用いて作製されたプレス成形品を使用した比較例の供試材についても、同様の落重試験を行った。 本発明に係る実施例及び比較例の供試材について、部材変形反力をストロークで積分した部材吸収エネルギーの比較結果を図１１に示す。 図１１に示すように本発明によれば、板厚の減少を伴わずに大きな加工硬化を鋼板に導入することで、部材吸収エネルギーが３．６ｋＪから４．０ｋＪへと約１０％増加することが分かった。

上述した第１の実施形態において中間成形体１００Ｂに形成される稜線部として、縦壁部１００ｂと天井部１００ｃの間の角部に形成される例を説明した。この稜線部は典型的には、中間成形体１００Ｂの長手方向（図６ではプレス成形品のビーム方向ｚ）に連続して形成される。この場合、複数本もしくは複数条形成してもよく、このように複数本の稜線部を持つ場合にはそれら稜線部全体として中間成形体１００Ｂの長手方向に亘って連続していれば、個々の稜線部を断続的、即ち連続しないで形成することも可能である。例えば、稜線部全体として千鳥状等の形態になるように配置構成することもできる。

本発明によれば、熱処理を被加工材に施すことなく、被加工材の変形強度を高めることが可能なプレス成形方法、並びにそのようなプレス成形方法を用いて成形された被加工材を使用することによって、外部から加わる衝撃エネルギーの吸収率を高めることを可能とした衝突性能に優れた車体部品を提供することができる。これによりこの種の業界において、ＣＯ_２の排出量の削減と衝突安全性の双方に優れた車体を有効に実現可能となる。

Claims (4)

1. ダイとパンチとの相対的な移動によって前記ダイの内側に前記パンチを押し込みながら、前記ダイと前記パンチとの間で被加工材をプレス成形するプレス成形方法であって、
   前記被加工材の角部に稜線部を持たせた、最終加工形状の断面線長よりも２％以上且つ１０％以下の大きい断面線長を有する中間加工形状に成形した中間成形体に対して、プレス成形を少なくとも１回以上繰り返し、その際に前記中間成形体を挟持して拘束するパンチ及びパッドの幅比を０．４以上、０．８以下に設定して、最終加工形状に成形することによって、前記被加工材の所定部位の板厚を実質的に増厚して加工硬化を導入することを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記被加工材の曲げ加工が施された前記所定部位に加工硬化を導入することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 前記被加工材を最終加工形状の断面線長よりも１ｍｍ以上大きい断面線長を有する中間加工形状に成形した前記中間成形体を最終加工形状に成形することを特徴とする請求項２に記載のプレス成形方法。
4. 前記被加工材を最終加工形状の稜線部位断面における半径が１ｍｍ以上小さい稜線部位断面を有する中間加工形状に成形した前記中間成形体を最終加工形状に成形することを特徴とする請求項２に記載のプレス成形方法。

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