JPH07178462A - 金属板の曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属板をハット型断面にプレス加工する際に
生じる「そり」の防止を目的とする。 【構成】 被加工材の片面または両面に軟質で高延性の
樹脂製シートを１枚または複数枚重ね、パンチとダイス
のクリアランスを、シートの厚さの合計に被加工材の厚
さの８０〜９５％を加えた大きさに設定する。 【効果】 クリアランス内で被加工材が板厚方向に圧縮
を受ける際に、シートが板面に沿って展伸され、板厚方
向の残留応力差が小さくなり、そりが低減される、この
効果は高強度鋼板やアルミニウム合金板などのスプリン
グバックの大きい材料に対しても有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は金属板の曲げ加工方法
に関し、特に高強度鋼板やヤング率の低いアルミニウム
合金板などの曲げ加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車用部品に高強度鋼板やアル
ミニウム合金板が多用されつつあるが、その際に成形後
のスプリングバックによる形状凍結不良が問題となって
いる。すなわち、図１に示すようなＵ字型の曲げ加工用
工具を用いて図２の斜視図（ａ）に示すハット型断面形
状の部品を成形する場合には図２の断面図（ｂ）に示す
ように側壁にそりと呼ばれる形状不良が発生する。これ
は、本来、底面に対して垂直に加工されるべき側壁がス
プリングバックにより矢印で示す方向に戻ってしまい、
側壁がある曲率を有した形状になる現象であり、そりの
大きさは一般に曲率半径ρで評価される。

【０００３】スプリングバックは曲げ加工時に生ずる残
留応力の板厚方向への分布が原因であり、そりの場合は
ダイス肩での曲げ・曲げ戻し変形に起因する残留応力に
よるスプリングバックに加え、パンチとダイスのクリア
ランス内での被加工材の蛇行が影響する複雑な現象であ
る。蛇行とは、クリアランスが板厚に比べて大き過ぎる
場合にダイス肩での曲げ癖が残り、曲げ戻し不足や過剰
な曲げ戻しの結果、被加工材の側壁部がパンチの進行方
向に直線状でなくなる現象を指す。ダイス肩部での曲げ
・曲げ戻しにより、被加工材には表側と裏側で逆向きの
残留応力が生じ、一般には外向きにそりを発生させるよ
うなモーメントが発生する。しかし、クリアランス内で
被加工材が蛇行している場合、曲げ戻し時の逆曲げが強
く働き、内側にそるような残留モーメントを生じる場合
もある。

【０００４】一般に、スプリングバックは曲げ加工部に
引張りの塑性変形が与えられるまで張力を付与すれば軽
減できることが知られている。その場合、板押さえ圧を
高めたりドロービードを設けるなどの対策がとられる
が、延性の劣る高強度鋼板やアルミニウム合金板では張
力を強くすると側壁部で破断する恐れがある。そのた
め、従来はリストライク工程でそりと逆側に曲げてやり
形状を補正する方法が採られている。しかし、この方法
では工程が増すことがコストや生産効率の点で大きな欠
点となる。

【０００５】この問題を解決するために特開昭５６−１
１７８３１号公報ではそりの発生機構の詳細な研究から
ダイス肩での曲げ半径とパンチとダイスのクリアランス
をある特定範囲に設定し、ダイス肩部での曲げ・曲げ戻
し時の逆曲げを制御して残留モーメントを打ち消すこと
でそりを防止する方法を提唱している。しかし、この場
合、最適な逆曲げの大きさは材料の板厚や機械的性質に
も強く依存することは容易に想像できる。実際、引張強
さ４９０ＭＰａ以上の高強度鋼板やヤング率が鋼の３分
の１程度のアルミニウム合金板ではこの発明の範囲内で
あっても十分な効果が得られないことがあり、効果的な
範囲が限定されるため、板厚の精度によりそりの程度が
大きくぱらついてしまうことが問題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高強度鋼板
やアルミニウム合金板などのハット型部品の曲げ加工に
おいて、プレス工程数を増やすことなく、板厚精度の誤
差に影響されずにそりを安定して小さい範囲に制御する
方法を提供することを目的としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記問題点を
解決するために、被加工金属板に比べて十分に軟質なシ
ートを用い、パンチとダイスのクリアランスを特定の範
囲に設定することを特徴としている。すなわち、断面が
Ｕ字型の曲げ加工用工具を用いて金属板をハット型断面
形状に成形する方法において、被加工金属板のパンチ側
片面またはパンチ側およびダイス側の両面に十分に軟質
で高延性の樹脂シートを１枚または複数枚重ね、パンチ
とダイスのクリアランスを、樹脂シートの厚さの合計に
被加工金属板の厚さの８０〜９５％を加えた値にクリア
ランスを設定することを特徴とする金属板の曲げ加工方
法である。

【０００８】

【作用】以下にこの発明を詳細に説明する。図３（ａ）
に示すようにパンチ１とダイス２のクリアランスｃは被
加工金属板４と樹脂シート５の厚さの合計よりも小さい
ため、被加工材４と樹脂シート５はクリアランスｃ内で
厚さ方向に圧縮変形を受ける。板厚方向への圧縮は板面
内のある方向への引張りと等価である。したがって、ダ
イス肩での曲げ・曲げ戻しにより発生した残留応力の板
厚方向の分布は、張力の付与によるスプリングバックの
防止と同様の作用、効果で、圧縮変形により軽減でき
る。圧縮変形は大きいほど効果的ではあるが、製品とし
ての厚みを損ってはならないことや、プレス加工設備の
能力負荷を特に必要としないような条件を考えて、クリ
アランスｃを樹脂シート５の厚さの合計に被加工金属板
４の厚さの８０〜９５％を加えた大きさに範囲を定める
必要がある。８０％未満では加工後の製品の側壁部の板
厚が小さすぎるため、製品として必要な剛性や強度が不
足することが懸念される。また、圧縮に要する荷重が大
きくなり、プレス加工設備の負荷が増大し、プレス能力
不足が問題となることもある。９５％超では軟質樹脂シ
ート５に変形が集中し、被加工材４に十分な圧縮の塑性
変形を与えられない。

【０００９】このとき、被加工材に樹脂シートを重ねて
いない場合、被加工材表面と工具表面との間で摩擦力が
働く。この摩擦力はパンチ側では圧縮に、ダイス側では
引張りに働くため、板厚方向に残留応力分布を生じさせ
てしまう。そこで、被加工材には摩擦力を緩和するため
に軟質樹脂シートを重ねる必要がある。軟質樹脂シート
はパンチ側の面のみに重ねても良いが、両面に使用した
方が板厚方向の応力分布の均一化の点で効果的である。

【００１０】被加工材に重ねる樹脂シートは被加工材に
比べ十分軟質でなければならない。これは次の２つの理
由による。１つは被加工材と工具の間に作用する摩擦力
を樹脂シートのしごき加工により緩和することであり、
たとえ、工具と樹脂シート、および、被加工材と樹脂シ
ートの間の摩擦力が大きくても、樹脂シートが容易に変
形してしまえば樹脂シートの変形抵抗以上の力は伝達さ
れないことになる。もう１つはクリアランス内での変形
時に軟質な樹脂シートが板厚方向に圧縮され、板面の引
張り方向に沿って延ばされることで、被加工金属板が引
張りの力を受けることである。つまり、圧縮変形により
被加工材表面に引張りの力を伝達するため被加工材その
ものの圧縮による展伸を促進する効果がある。

【００１１】これは、図３の（ｂ）に示す円柱の据え込
みで良く知られている現象である。当然ながら、樹脂シ
ートと被加工材、あるいは樹脂シートと工具表面の摩擦
が小さければ樹脂シートが硬質であっても前者の効果に
頼る必要はないが、その場合、後者の効果は小さくな
る。従って、樹脂シートと被加工材、樹脂シートと工具
の摩擦との兼ね合いで樹脂シートの変形抵抗は決まる。
また、当然のことながら成形中に樹脂シートが破損して
しまっては効果が期待できないため、樹脂シートは十分
な延性を有している必要がある。このような樹脂シート
の素材としては、例えば、テフロン（登録商標）などの
ふっ素樹脂や、ポリエチレンなどの有機系樹脂が挙げら
れる。樹脂シートの厚さに関しては素材との変形抵抗比
やクリアランスに比べさほど影響を受けることなく効果
を得ることができるため特に規定しないが、コストや取
り扱いの点から０．０５〜０．２ｍｍ程度のものが良
い。

【００１２】以上の様な条件のもとであれば、高強度鋼
板やアルミニウム合金板のようなスプリングバックの大
きな材料を用いても、板厚や材料特性のばらつきによら
ず安定して、良好な形状精度を得ることができる。

【００１３】

【実施例】次に実施例にて本発明を具体的に説明する。
図４に示す工具を用い、５００ｍｍ角の正方形の被加工
材をハット型にプレス加工した。このとき、用いた材
料、軟質樹脂シート、クリアランスは表１の条件で試験
した。板押さえ圧は、ＳＰＣＣとアルミニウム合金板に
対しては２００ｋＮ、高強度鋼板に対しては６００ｋＮ
に設定した。加工品の評価としては、側壁部の曲率１／
ρを測定し、表１に示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】方法Ａと方法Ｂは従来の方法で成形した例
である。軟鋼板を用いている方法Ａでは、そりの曲率は
０．００１ｍｍ^-1未満におさまっているのに対し、高強
度鋼板を用いた方法Ｂではそりが大きい。このような形
状凍結不良は材料の強度が高いほど大きい。ところが、
本発明によれば方法Ｅ，Ｅ′，Ｆ，Ｇに示すようにそり
は０．００１ｍｍ^-1未満の小さいレベルにおさまること
がわかる。方法Ｃは、クリアランスが大きく、被加工材
に圧縮が付与されない例である。この場合は、軟質樹脂
シートを使って摺動性を高めても、そりの曲率はまだ許
容範囲を越える大きさである。しかし、方法ＥやＧのよ
うにクリアランスを小さくして加工時に板厚方向に圧縮
が付与されると、板厚方向の残留応力分布の差が小さく
なり、そりが十分小さくなる。

【００１６】方法ＤとＦは、軟質樹脂シートを片側にの
み重ねた場合だが、板の表と裏でその効果は異なる。樹
脂シートを重ねない場合、ダイスの壁部からの摩擦力は
引張りに働くのに対し、パンチ側壁からの摩擦力は圧縮
である。しかし、本発明を適用し、パンチ側に軟質樹脂
シートを重ねると、被加工材のパンチ側の面も引張り力
が作用することになり、板厚方向の応力差が緩和され
る。ダイス側にのみ樹脂シートを用いた場合はその効果
はさほど期待できず、比較的大きいそりが残ってしま
う。

【００１７】方法Ｅ′は、樹脂シートとして厚さ０．０
５ｍｍのポリエチレンシートを用いた例であるが、この
場合もふっ素樹脂シートと同じく、そりは十分低減でき
る。方法Ｈは、ヤング率が鋼板の３分の１程度のアルミ
ニウム合金板を用いて、従来の方法で加工した例である
が、この場合は、高強度鋼板を用いた方法Ｂと同様、そ
りが大きい。しかし、本発明を適用した方法Ｉでは、鋼
板に比べヤング率が小さいアルミニウム合金板を用いて
も、そりを十分に小さくできる。以上の例のように本発
明により高強度鋼板やアルミニウム合金板のそりが軟鋼
板と同時にレベルにまで低減されることがわかる。

【００１８】

【発明の効果】この発明によれば軟質樹脂シートを用
い、クリアランスを特定の寸法に設定することで、プレ
ス工程を増やすことなく、そりの発生を安定して軽減す
ることができる。したがって、この発明は高強度鋼板や
アルミニウム合金板のようなスプリングバックの大きな
素材を曲げ成形部品に適用することを容易にし、これら
の用途拡大に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハット型断面形状の部品をＵ字型の曲げ加工用
工具を用いて成形する従来法説明図、

【図２】ハット型断面形状部品の側壁部のそりの形状不
良の説明図、

【図３】本発明のハット型断面形状成形時の作用・効果
の説明図、

【図４】本発明の実施例のＵ字型の曲げ加工用工具の断
面図である。

【符号の説明】 １ パンチ ２ ダイス ３ ブランクホルダー ４ 被加工材 ５ 軟質樹脂シート ｃ クリアランス ρ そり曲率 Ｒ 工具肩半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼田 松男 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面がＵ字型の曲げ加工用工具を用いて
   金属板をハット型断面形状に成形する方法において、被
   加工金属板のパンチ側片面またはパンチ側およびダイス
   側の両面に十分に軟質で高延性の樹脂シートを１枚また
   は複数枚重ね、パンチとダイスのクリアランスを、樹脂
   シートの厚さの合計に被加工金属板の厚さの８０〜９５
   ％を加えた値にクリアランスを設定することを特徴とす
   る金属板の曲げ加工方法。