WO2016147703A1

WO2016147703A1 - プレス成形（ｐｒｅｓｓｆｏｒｍｉｎｇ）方法及びプレス成形金型（ｔｏｏｌｏｆｐｒｅｓｓｆｏｒｍｉｎｇ）

Info

Publication number: WO2016147703A1
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Inventors: 遼揚場; 亮伸石渡; 平本　治郎
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Abstract

　本発明の一態様であるプレス成形方法は、少なくとも天板部と、この天板部に接続部を介して連続する縦壁部とを有し、この縦壁部の全体もしくは一部がプレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲したプレス成形品を、ダイとパンチでフォーム成形するものである。このプレス成形方法において、ブランク材の先端部は、ダイの縦壁成形部に常に接触させる。かつ、ダイの縦壁成形部は、この接触以外にブランク材の先端部を拘束しない状態で、プレス成形品の縦壁部を成形する。

Description

プレス成形（ｐｒｅｓｓ　ｆｏｒｍｉｎｇ）方法及びプレス成形金型（ｔｏｏｌ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓ　ｆｏｒｍｉｎｇ）

　本発明は、金属板（metal　sheet）のプレス成形方法及びプレス成形金型に関し、特に、フォーム成形（crash　forming）においてしわ（wrinkles）の発生を抑制するプレス成形方法及びプレス成形金型に関する。

　近年、環境問題に起因した車体の軽量化（weight　reduction　of　automotive　body）のため、自動車部品（automotive　parts）に高強度鋼板（high-strength　steel　sheet）が多用されつつある。自動車部品の製作には、製作コストに優れたプレス成形が用いられることが多いが、高強度鋼板は低強度な鋼板と比較し延性（ductility）が劣るため、ブランク材（blank）の先端部をブランクホルダー（blank　holder）によって把持してしわ押さえ力（blank　holder　force）を付与するドロー成形（deep　drawing）においては、ブランク材の先端部近傍に大きな歪み（strain）が生じるので材料破断（fracture　of　sheet）に至りやすい。

　そのため、このような場合においては、ブランクホルダーを使用しない曲げ加工（bending　deformation）主体のプレス成形であるフォーム成形を適用するケースが多い。しかしフォーム成形ではブランク材にかかる張力（tension）がわずかであるため、部品形状に起因する材料余り（excess　metal）がしわ発生の直接要因となり易く、所望形状のプレス成形品を得ることは難しい。

　特許文献１には、プレス加工によるＬ形製品の製造方法が示されている。当該方法によれば、しわ押さえパッド（pad　for　suppressing　wrinkles）を使用してプレス加工することで、Ｌ形製品の上壁（top　portion）におけるしわの発生及び伸びフランジ成形（stretch　flange　forming）における割れ（fracture）を回避することができるとされている。

　特許文献２には、角部に円弧状部を有する部品を、縦壁（side　wall　portion）にしわを発生させずに製造する方法が開示されている。当該方法は、円弧状部を成形しない中間成形品を作製する工程と、該工程により作製された中間成形品から円弧状部を絞り成形して角部を完成させる工程からなり、円弧状部に至らない部分にフランジ部のエッジ側から始まる切り欠き（incision）を１個以上いれることでしわの発生を回避することができるとされている。

　特許文献３には、金属板素材（steel　blank　sheet）をハット形断面（hat-shaped　cross　section）に曲げ加工し、曲げ加工完了した直後に金属板素材の縦壁部に圧縮力（compressive　stress）を付与するようにしたプレス型（tool　of　press　forming）が開示されている。

ＷＯ２０１２／０７０６２３号特公平６－４７１３５号公報特開２００５－２５４２７９号公報

　プレス成形時に発生するしわを抑制する手法としては、プレス機とは別動力のしわ押さえパッド機構を用いて、しわが生じる部位に予めパッド荷重（padding　force）を付与しておくことで、材料余りによるブランク材の座屈（buckling）を防止する方法がある。しかしながら、当該方法は、プレス成形初期にパンチ（punch）とパッドにより挟持することができる部品上面（top　portion　of　part）に適用することは可能であるが、プレス機の駆動方向に対して大きな傾斜角を有する部品縦壁（side　wall　portion　of　part）には適用できない。

　特許文献１に記載のプレス加工によるＬ形製品の製造方法は、パンチとパッドによってブランク材を挟圧し、そのままパッドの高さを維持することで上壁の湾曲部分（curved　portion）近傍のしわを抑制するものであるが、製品上壁のみにおいてしわの発生を抑制できるものであって、縦壁にしわが発生するようなフォーム成形部品には適用できない。

　特許文献２に記載の方法は、部品の製造に少なくとも２工程が必要となるため生産性に難がある上、ブランク材に切り欠きを入れる必要があるので、本来得るべき部品形状と異なるものになってしまう問題があった。

　特許文献３に記載のプレス型は、上型に摺動（sliding）可能に取り付けられた吊りスライダ（suspended　slider）によってダイ（die）の上曲げ刃（bending　blade）が横方向に移動し、縦壁部の上半分を挟持するとともに下半分を押圧して縦壁部を圧縮するものである。しかしながら、本願が扱う長手方向に対して外側に湾曲する縦壁部を有する部品のプレス成形では、曲げ加工する過程において縦壁部の湾曲の曲率（curvature）が変化するため、前記プレス型の上曲げ刃の形状を曲げ加工過程における湾曲の曲率に併せて変化させなくてはならないが、特許文献３のプレス型では、上曲げ刃の形状を曲げ加工過程において変化させることはできない。そのため、特許文献３に記載のプレス型では外側に向かって平面視で凸状に湾曲する縦壁部を有するプレス成形品を製造することはできない。

　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、プレス成形品の長手方向の外側に向かって平面視で凸状に湾曲する縦壁部を有するプレス成形品のフォーム成形において、ブランク材に切り欠きを入れることなく、又、縦壁部を１工程で成形することができ、縦壁部にしわが発生するのを抑制するプレス成形方法及びプレス成形金型を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプレス成形方法は、フランジ部を有さないプレス成形品のプレス成形方法であって、少なくとも天板部（top　portion）と該天板部に接続部を介して連続する縦壁部（side　wall　portion）を有し、該縦壁部の全体もしくは一部がプレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲したプレス成形品をダイとパンチでフォーム成形するプレス成形方法であって、ブランク材の先端部を前記ダイの縦壁成形部に常に接触させ、かつ、前記縦壁成形部においては前記ダイにより該接触以外の拘束をしない状態で前記縦壁部を成形することを特徴とするものである。

　また、本発明に係るプレス成形方法は、上記の発明において、前記ブランク材の先端部は、前記ブランク材の先端から板厚の４倍までの距離の範囲であることを特徴とするものである。

　また、本発明に係るプレス成形金型は、上記の発明のうち何れか一つに記載のプレス成形方法に用いるものであって、パンチとダイを有し、前記ダイの縦壁成形部の断面形状は、縦壁成形中においてブランク材の先端部が前記縦壁成形部に常に接触する形状であることを特徴とするものである。

　また、本発明に係るプレス成形金型は、上記の発明において、前記縦壁成形部の断面形状は、縦壁成形中において、前記ブランク材の先端から板厚の４倍までの距離の範囲が前記縦壁成形部に常に接触する形状であることを特徴とするものである。

　また、本発明に係るプレス成形金型は、フランジ部を有さないプレス成形品であって、少なくとも天板部と該天板部に接続部を介して連続する縦壁部を有し、該縦壁部の全体もしくは一部がプレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲した前記プレス成形品をフォーム成形するものであって、ブランク材が載置される天板成形部と、該天板成形部に連続するとともに前記プレス成形品の前記湾曲に沿うパンチ肩部と、前記パンチ肩部に連続する縦壁成形部を有するパンチと、該パンチに対して相対移動して前記プレス成形品の前記縦壁部を成形する縦壁成形部を有するダイを備え、該ダイの前記縦壁成形部は、その断面形状が、前記天板成形部上における前記湾曲の曲率半径（radius　curvature）の中心となる点を原点とし、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とするＸＹ座標上において下式によって表される曲線を最適曲線とし、任意のＸ座標位置における前記最適曲線の接線の傾斜角度を最適傾斜角度としたとき、前記Ｘ座標位置における接線の（tangential）水平方向に対する傾斜角度が前記最適傾斜角度以上となる曲線で表されることを特徴とするものである。

　本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型は、プレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲する縦壁部を、ブランク材に切り欠きを入れることなく、しわの発生を抑制して１工程で容易に成形することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法の説明に用いるプレス成形金型であり、かつ、実施の形態２に係るプレス成形金型の一構成例を示す断面図である。図２は、本発明に係るプレス成形品の一例を示す斜視図である。図３は、従来のプレス成形金型を用いて成形したプレス成形品の一例を示す斜視図である。図４は、プレス成形中のブランク材の先端部における変形挙動（deformation　behavior）を説明する図である。図５は、本発明に係るダイの縦壁成形部が平坦な傾斜面であるプレス成形金型の一例を示す断面図である。図６は、従来のプレス成形金型を説明する図である。図７は、本発明の実施の形態２に係るプレス成形方法に用いるプレス成形金型の断面形状を説明する図である。図８は、本発明の実施の形態２におけるプレス成形中のブランク材の先端の軌跡を説明する図である。図９は、本発明の実施の形態２におけるブランク材の変形とダイの縦壁成形部の水平方向に対する傾斜角度を説明する図である。図１０は、ブランク材の先端の軌跡と最適曲線の計算結果の一例を示す図である。図１１は、本発明の実施の形態２におけるプレス成形金型のダイの縦壁成形部を例示する斜視図である。図１２－１は、本発明の実施の形態２における縦壁成形部の許容断面形状の例１を説明する図である。図１２－２は、本発明の実施の形態２における縦壁成形部の許容断面形状の例２を説明する図である。図１２－３は、本発明の実施の形態２における縦壁成形部の許容断面形状の例３を説明する図である。図１３－１は、本発明の実施の形態２における縦壁成形部の許容断面形状の別例を説明する図である。図１３－２は、本発明の実施の形態２における縦壁成形部の許容不可断面形状の一例を説明する図である。図１４－１は、本発明の実施の形態２におけるブランク材のサイズの一例を説明する図である。図１４－２は、本発明の実施の形態２におけるブランク材のサイズの別例を説明する図である。図１５は、実施例１及び実施例３で対象とするプレス成形品を説明する図である。図１６は、実施例２において対象とするプレス成形品を成形するためのブランク材の形状を説明する図である。

　以下に、本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。

［実施の形態１］
　本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法は、図２に示すようにフランジ部を有さないプレス成形品１１を、図１に示すプレス成形金型１を用いてフォーム成形するものである。詳細には、プレス成形品１１は、図２に示すように、少なくとも天板部１３と、天板部１３に接続部１４を介して連続する縦壁部１５とを備え、縦壁部１５の全体もしくは一部が外側に向かって平面視で凸状に湾曲したものである。本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法は、図２に示すようなプレス成形品１１を、図１に示すように、プレス成形金型１のパンチ５とパッド７とダイ９とでフォーム成形するプレス成形方法であって、ブランク材３の先端部をダイ９に常に接触させ、かつ、縦壁成形部９ａにおいてはダイ９により該接触以外の拘束をしない状態でプレス成形品１１の縦壁部１５を成形するものである。以下、本実施の形態１に係るプレス成形方法により縦壁部１５のしわの発生を抑制することができる理由を図２から図４に基づいて詳細に説明する。

　図２に示すような外側に向かって平面視で凸状に湾曲した縦壁部１５を有するプレス成形品１１を従来のフォーム成形により製造すると、プレス成形品１１の縦壁部１５の高さがある高さ以上になった場合に、縦壁部１５の下端に縮み変形（shrink　deformation）が集中して、しわ１９が発生する（図３参照）。このしわは、以下のメカニズムによって発生するものと考えられる。

　外側に向かって平面視で凸状に湾曲した縦壁部１５を成形するフォーム成形において、縦壁部１５の下端に相当するブランク材３（図１参照）の先端部が座屈せずに線長が短くなる変形をする場合、この先端部の変形には、面内方向への縮み変形エネルギーと板厚増加の変形エネルギーとを要する。

　しかしながら、ブランク材３の先端部が座屈して線長の減少を抑制するように面外方向へ変形した場合、面内方向（in-plane　direction）への縮み変形エネルギーと板厚増加の変形エネルギーと面外方向（off-plane　direction）への曲げ変形エネルギーとの和が、この先端部が座屈しない場合の面内方向への縮み変形エネルギーと板厚増加の変形エネルギーとの和よりも小さければ、この先端部は座屈変形する。その結果、縦壁部１５の下端に、しわが外側に向かって生じる。

　そこで、本発明で目標形状とするプレス成形品１１を成形する場合、図１に示すようにブランク材３の先端部をダイ９によって外側に広がらないように押さえることにより、外側にしわが発生することを抑制することができる。

　一方で、ブランク材３の先端部の外側を押えながら成形した場合、この先端部は内側に向かって折れ曲がり（bent）が発生することが懸念される。図４には、プレス成形品１１の縦壁部１５の先端部に用いられるブランク材３の水平断面（図３に示す天板部１３の平面と平行な方向に切断したブランク材３の断面）が図示されている。図４の状態Ｓ１に示すブランク材３の先端部が成形過程において図４の状態Ｓ３に示すように面外方向内側に変形して、ブランク材３の先端部が内側に折れ曲がった状態となるためには、図４の状態Ｓ２に示すように一度線長がわずかながら短い状態を経由しなければならない。しかしながら、変形エネルギーの観点からすると、図４の状態Ｓ２に示すような内側に折れ曲がって線長がわずかながら短い状態になるような変形は、面内方向への縮み変形に比べて圧倒的に生じにくい。すなわち、ダイ９によってブランク材３の先端部を外側から押え込んでも、ブランク材３が内側に折れ曲がってしわが発生することは極めて起こりにくい。

　以上より、ブランク材３の先端部をダイ９によって外側から押え込むように接触させ、かつ、この接触以外の拘束をしない状態でブランク材３の先端部を成形することによって、この先端部が外側に変形するのを防止し、この先端部にしわが発生するのを抑制することができる。そして、しわが外側に向かって生じやすい状態は成形途中から成形終了時まで継続するので、ブランク材３の先端部を常にダイ９に接触させて、この先端部を外側から押え込む必要がある。

　ブランク材３の先端部を常にダイ９に接触させて成形する方法としては、後述する実施の形態２に示すように、ダイ９の縦壁成形部９ａの断面形状を工夫するなどの方法がある。

　なお、本実施の形態１は、図１に示すようにブランク材３の上面をパッド７で押さえながらフォーム成形するプレス成形方法であるが、パッド７でブランク材３を押さえずに成形するものであっても、成形中においてブランク材３の先端部を常にダイ９の縦壁成形部９ａに接触させ、かつ、この接触以外でブランク材３の先端部を拘束しないものであれば、プレス成形品１１の縦壁部１５にしわを発生させずに縦壁部１５を成形することができる。

　なお、成形中にダイ９の縦壁成形部９ａに接触させるブランク材３の先端部は、後述する実施例１のとおり、ブランク材３の先端から板厚の４倍までの距離の範囲であればよく、この場合においては、縦壁部１５にしわを発生させずに縦壁部１５を成形することができる。

［実施の形態２］
　本発明の実施の形態２に係るプレス成形金型１を、成形途中の状態を示す図１に基づいて説明する。本発明の実施の形態２に係るプレス成形金型１は、上述した実施の形態１と同様に図２に示すような、少なくとも天板部１３と、天板部１３に接続部１４を介して連続する縦壁部１５を有し、縦壁部１５の全体もしくは一部が外側に向かって平面視で凸状に湾曲したプレス成形品１１を成形するものである。プレス成形金型１は、図１に示すように、平板状のブランク材３の下面を支持するパンチ５と、パンチ５の天板成形部（forming　top　portion）５ａで支持されたブランク材３の上面を押圧するパッド７と、パンチ５とパッド７とで挟持されたブランク材３に縦壁成形部９ａが当接して曲げ加工を行うダイ９とを備えている。

＜パンチ＞
　パンチ５は、天板成形部５ａと、天板成形部５ａの端部から斜め下方に連続するパンチ肩部（shoulder　portion　of　punch）５ｂと、パンチ肩部５ｂの下端側から下方に連続する縦壁成形部（forming　wall　portion）５ｃとを有している。天板成形部５ａは、平坦面であるブランク材３の下面を支持する。また、パンチ肩部５ｂの断面形状は、曲率半径Ｒの円弧である。

＜パッド＞
　パッド７は、パンチ５の天板成形部５ａに対向するように配置され、昇降可能になっている。ブランク材３をパンチ５の天板成形部５ａに載置し、パッド７をパンチ５側に移動させて押圧することで、パンチ５とパッド７とによりブランク材３を挟持することができる。

＜ダイ＞
　ダイ９は、ブランク材３に当接してブランク材３の曲げ加工をし、プレス成形品１１の縦壁部１５を成形する縦壁成形部９ａを有している。縦壁成形部９ａは、その断面形状が図１に示すような曲線である。縦壁成形部９ａの断面形状を曲線とすることで、成形中においてブランク材３の先端部を常に縦壁成形部９ａに接触させることができる。もしくは、後述するように、図５に示すような断面形状が直線である縦壁成形部３９ａを有するダイ３９を用いても、成形中においてブランク材３の先端部を常に縦壁成形部３９ａに接触させることができる。

　次に、ブランク材３の先端部を常にダイ９に接触させるために要求されるダイ９の縦壁成形部９ａの断面形状を、図６～図９に基づいて説明する。なお、図６～図９において、図１と同一又は相当する部位には同じ符号を付している。

　図６に示すようなパンチ５とパッド７とダイ２９とを備える従来のプレス成形金型２１を用いて天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品をプレス成形する場合、ダイ肩部２９ｂの断面形状は、このプレス成形品における縦壁部とフランジ部との接続部の断面形状によって定められる。

　他方、従来のプレス成形金型２１を用いて、本発明が対象とするようなフランジ部を有さないプレス成形品１１をプレス成形する場合、プレス成形後にプレス成形品１１に生じる割れやしわなどの成形不良（forming　defect）を除けば、ダイ肩部２９ｂの断面形状は、プレス成形品１１の成形後の製品形状に関わらず設定できる。

　そこで、上記の点に着目し、成形中において常にブランク材３の先端をダイ９に接触させるための縦壁成形部９ａの断面形状を検討した。まず、図７に示すような、ダイ９の縦壁成形部９ａを傾斜角度一定の傾斜面とした場合について検討した。

　ダイ９の縦壁成形部９ａを図７に示すように傾斜角度一定の傾斜面とした場合、ブランク材３の先端がダイ９に常に接触して成形されるためには、ダイ９の縦壁成形部９ａをなす傾斜面の水平方向に対する傾斜角度θ₂は、成形下死点におけるブランク材３の先端付近、すなわち、プレス成形品１１の縦壁部１５の水平方向に対する傾斜角度θ₁以上であることが必要である。しかし、上述のように傾斜角度一定である傾斜面の傾斜角度θ₂を、ブランク材３の先端付近における傾斜角度θ₁以上の一定値とすると（図７参照）、ブランク材３を成形下死点まで曲げ加工するためには、縦壁部１５が垂直に近いため傾斜面の傾斜角度θ₂を９０度近くにする必要があって、ダイ９の成形ストロークを非常に長くしなくてはならない。

　一方、プレス成形品１１の縦壁部１５に相当するブランク材３の先端の水平方向に対する傾斜角度は、成形中において変化する。そこで、本発明者は、縦壁成形部９ａの断面形状を、成形中においてブランク材３の先端がダイ９と接触する位置に合わせて縦壁成形部９ａの水平方向に対する傾斜角度が変化する曲線で表される断面形状とすれば、成形ストロークを長くすることなく、ブランク材３の先端を常に縦壁成形部９ａに接触させることが可能であることを見出した。

　縦壁成形部９ａの水平方向に対する傾斜角度が変化する具体的な断面形状は、以下のように決定した。図８に示すように、パンチ５の天板成形部５ａの水平方向に平行な面内のパンチ半径はｐｒ［ｍｍ］とし、パンチ肩部５ｂの曲率半径はＲ［ｍｍ］とし、ブランク材３の天板成形部５ａの水平方向に平行な面内のブランク材半径はｂｒ［ｍｍ］とし、ブランク材３の板厚はｔ［ｍｍ］とする。この場合、パンチ肩部５ｂに当接して曲げ加工されたブランク材３がパンチ肩部５ｂから離れる点（図８中の点Ａ）からブランク材３の先端までの距離Ｌは、ブランク材３のパンチ肩部５ｂへの巻き付き角θ［ｒａｄ］を媒介変数（parameter）として、次式により与えられる。

　これより、成形中におけるブランク材３の先端位置の軌跡（locus）は、天板成形部５ａ上の水平方向における湾曲の曲率半径の中心となる点を原点Ｏとし、天板成形部５ａの水平方向をｘ軸とし、天板成形部５ａの鉛直方向をｙ軸とするｘｙ座標上において、次式で表される点（ｘ，ｙ）によって表すことができる。

　図９に示すように、ブランク材３の先端におけるブランク材３の縦壁成形部９ａと接触する部分に平行な方向の水平方向に対する角度θ_Bがブランク材３のパンチ肩部５ｂにおける巻き付き角θと等しい。このことから、ダイ９の縦壁成形部９ａがブランク材３の先端に常に接触する断面形状であるためには、ブランク材３の先端が接触する点（図９中の点Ｂ）における縦壁成形部９ａの水平方向に対する傾斜角度φは、常に角度θ_B以上であることが必要であり、ブランク材３のパンチ肩部５ｂにおける巻き付き角θと傾斜角度φとが次式（１）の関係を満たす必要がある。
　
　θ≦φ　・・・（１）
　
これより、縦壁成形部９ａの高さ、すなわち成形ストロークをできる限り短くしたい場合、傾斜角度φが最小、すなわちθ＝φの条件を満たせば良い。

　したがって、パンチ５の天板成形部５ａ上の水平方向における上述した湾曲の曲率半径の中心となる点を原点Ｏとし、天板成形部５ａの水平方向をＸ軸とし、天板成形部５ａの鉛直方向をＹ軸とするＸＹ座標上において、縦壁成形部９ａの表面の座標を（Ｘ，Ｙ）とすると、縦壁成形部９ａの表面の座標（Ｘ，Ｙ）では、Ｘ成分の増加に伴い、傾斜角度φが巻き付き角θと等しくなった場合にＹ成分が減少することから、縦壁成形部９ａの最適断面形状は、次式の関係を満たすように定めればよい。

　以上より、上記ＸＹ座標上において、縦壁成形部９ａの最適断面形状は、次式により与えられる最適曲線によって表すことができる。

　上式を整理すると、縦壁成形部９ａの最適断面形状を示す最適曲線は、次式（２）により表される。

　図１０には、一例として、パンチ半径ｐｒ＝８０［ｍｍ］、パンチ肩部５ｂの曲率半径Ｒ＝５［ｍｍ］、ブランク材半径ｂｒ＝１００［ｍｍ］、ブランク材３の板厚ｔ＝１．２［ｍｍ］とし、巻き付き角θ［ｒａｄ］をπ／１８０刻みで０≦θ≦π／２の範囲において数値計算により求めたブランク材３の先端の軌跡及び最適曲線が示される。

　このように、式（２）中の各パラメータを与えて最適曲線を求めることにより、縦壁成形部９ａの最適断面形状を決定することができる。縦壁成形部９ａを最適断面形状とすることで、ブランク材３の先端を縦壁成形部９ａに常に当接させつつ、成形ストロークの増加を防ぐことができる。図１１には、上記の方法により決定した最適断面形状を有する縦壁成形部９ａの一例が示される。

　さらに、上述したＸＹ座標上の任意のＸ座標位置における前記最適曲線の接線の水平方向に対する傾斜角度を最適傾斜角度とした時、縦壁成形部９ａの断面形状は、この任意のＸ座標位置における接線の水平方向に対する傾斜角度が前記最適傾斜角度以上となる曲線で表される断面形状（以下、許容断面形状という）であれば、成形中において常に式（１）の条件を満たすことになる。このため、成形中においてブランク材３の先端は常に縦壁成形部９ａに接触して曲げ加工され、プレス成形品の縦壁部に発生するしわを抑制することができる。

　図１２－１～図１２－３は、式（１）を満たす縦壁成形部９ａの許容断面形状の例を示す図である。なお、プレス成形開始時のブランク材３の先端は、必ず縦壁成形部９ａに接触するものとする。

　図１２－１には、縦壁成形部９ａの許容断面形状の例１が図示されている。この例１の許容断面形状は、傾斜角度φ₂一定の傾斜面で表される許容断面形状である。この例１において、図１２－１に示すように、傾斜角度φ₂は最適傾斜角度φ₁よりも大きい。図１２－２には、縦壁成形部９ａの許容断面形状の例２が図示されている。この例２の許容断面形状は、最適断面形状を相似拡大して得られた許容断面形状である。図１２－２に示すように、任意のＸ座標位置において、この例２の許容断面形状を表す曲線の水平方向に対する接線の傾斜角度φ₂は、最適傾斜角度φ₁よりも大きい。図１２－３には、縦壁成形部９ａの許容断面形状の例３が図示されている。この例３の許容断面形状は、曲率半径の大きい円弧で表される許容断面形状である。この例３において、図１２－３に示すように、任意のＸ座標位置における前記円弧の接線の傾斜角度φ₂は、最適傾斜角度φ₁よりも大きい。

　よって、図１２－１～図１２－３のいずれの場合においても縦壁成形部９ａの断面形状は式（１）の条件を満たすため、ブランク材３の先端を縦壁成形部９ａと常に接触して曲げ加工することができる。

　さらに、縦壁成形部９ａの断面形状は、任意のＸ座標位置において式（１）の条件を満たすものであれば、図１３－１のように、この任意のＸ座標位置における接線の水平方向に対する傾斜角度φ₂（図１３－１には図示せず）が途中で小さくなる曲線で表される許容断面形状であっても構わない。

　しかしながら、縦壁成形部９ａの断面形状が、例えば図１３－２に示すように、あるＸ座標位置Ｘ_Aにおける接線の傾斜角度φ₂が最適傾斜角度φ₁よりも小さくなる曲線で表される断面形状である場合、式（１）の条件を満たさない。このように式（１）の条件を満たさない断面形状は、縦壁成形部９ａにとって許容できない許容不可断面形状である。縦壁成形部９ａの断面形状が許容不可断面形状である場合、ブランク材３の先端以外の部位が縦壁成形部９ａと接触してしまう。そのため、図１３－２に示すような断面形状を有する縦壁成形部９ａは好ましくない。ただし、縦壁成形部９ａの断面形状が、縦壁成形中において、ブランク材３の先端から板厚の４倍までの距離の範囲が縦壁成形部９ａに常に接触する形状であれば、しわの発生を抑制することができる。

　なお、縦壁成形部９ａの最適断面形状を求める際に与えたブランク材（以下、「基本ブランク材４１」という）のブランク材半径ｂｒよりも半径の小さいブランク材（以下、「小ブランク材４３」という）を成形する場合に対しても、本発明に係るプレス成形金型１を用いることで、しわの発生を抑制することができる。この点については、図１４－１および図１４－２に基づいて以下に説明する。

　図１４－１に示すように、プレス成形金型１による基本ブランク材４１の成形中、パンチ５の天板成形部５ａの高さを基準としたダイ９の移動距離Ｌｓにおいて、パンチ肩部５ｂへの基本ブランク材４１の巻き付き角はθである。また、基本ブランク材４１の先端が縦壁成形部９ａと接触する点（図１４－１中の点Ａ）におけるダイ９の接線の水平方向に対する傾斜角度はφ₁とする。同様に、図１４－２に示すように、プレス成形金型１による小ブランク材４３の成形中、ダイ９のパンチ５側への移動距離Ｌｓにおいて、パンチ肩部５ｂへの小ブランク材４３の巻き付き角はθ’である。また、小ブランク材４３の先端が縦壁成形部９ａと接触する点（図１４－２中の点Ｂ）におけるダイ９の接線の水平方向に対する傾斜角度はφ₂とする。

　図１４－１および図１４－２に示すように、いずれのダイ９の移動距離Ｌｓにおいても、小ブランク材４３の巻き付き角θ’は基本ブランク材４１の巻き付き角θよりも常に小さい値となる。さらに、小ブランク材４３の先端が縦壁成形部９ａに接触する点におけるダイ９の接線の傾斜角度φ₂は、巻き付き角θ’よりも大きい値となる。したがって、基本ブランク材４１を基に決定された断面形状である縦壁成形部９ａを有するダイ９を用いて小ブランク材４３を成形する場合、必ず式（１）の関係を満たすため、小ブランク材４３の先端は常に縦壁成形部９ａに接触した状態で成形され、しわの発生を抑制することができる。ただし、小ブランク材４３をダイ９にプレス成形開始時から接触させるため、小ブランク材４３の半径はパンチ半径より大きくする必要がある。

　なお、ダイ９の縦壁成形部９ａの断面形状を上記のように決定する部位は、プレス成形品１１の縦壁部１５にしわが発生するのを抑制する対象部位のみでも構わないし、縦壁部１５全体でもよい。

　さらに、外側に向かって平面視で凸状に湾曲する縦壁部１５の曲率半径が縦壁部１５全体にわたって一定ではない場合においても、湾曲の曲率半径が等しい部位毎に縦壁部１５を分割し、この分割した部位毎にダイ９の縦壁成形部９ａの断面形状を上記方法に従って決定し、このように分割部位毎に決定された断面形状を有する縦壁成形部９ａをつなぎ合わせてダイ９を設計すればよい。

　本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型において、ブランク材の先端から板厚の４倍までの距離の範囲の先端部をダイの縦壁成形部に常に接触させ、かつ、該接触以外のブランク材先端部の拘束をしない状態でプレス成形品の縦壁部を成形することで、このプレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲した縦壁部にしわが発生するのを抑制することができることを検証する実験を行ったので、以下これについて説明する。

　本実施例１では、図１５に示す円板状の天板部５３に接続部５４を介して連続する縦壁部５５を有するプレス成形品５１をフォーム成形する場合が対象となる。プレス成形品５１の寸法として、天板部５３の半径ｒが９０［ｍｍ］であり、接続部５４の曲率半径が８［ｍｍ］である。また、プレス成形品５１の成形に使用するブランク材３は、板厚ｔ＝１．２［ｍｍ］、引張強度（tensile　strength）５９０［ＭＰａ］級の鋼板Ａ又は板厚ｔ＝１．６［ｍｍ］、引張強度５９０［ＭＰａ］級の鋼板Ｂの２種類とした。さらに、円板状の天板部５３を有するプレス成形品５１を成形するため、ブランク材３は円板形状のものであり、その半径（ブランク材半径）は鋼板Ａにおいては１０５［ｍｍ］とし、鋼板Ｂにおいては１０７［ｍｍ］とした。

　上記仕様のブランク材３に対して図１に断面を示すような本発明に係るプレス成形金型１を用いてプレス成形品５１をフォーム成形によりプレス成形するにあたり、パンチ５のパンチ半径を９０［ｍｍ］とし、パンチ肩部５ｂの曲率半径を８［ｍｍ］とした。ダイ９の縦壁成形部９ａは、式（２）中のパラメータをｐｒ＝９０［ｍｍ］、Ｒ＝８［ｍｍ］、ｔ＝１．２［ｍｍ］とし、ｂｒ＝１００～１０５［ｍｍ］まで１［ｍｍ］毎に決定した断面形状であるものとした。

　プレス成形に用いるブランク材３のブランク材半径は１０５［ｍｍ］であるため、式（２）のブランク材３のブランク材半径をｂｒ＝１０５［ｍｍ］として最適断面形状を求めた縦壁成形部９ａの場合、ブランク材３の先端のみが縦壁成形部９ａに接触して成形される。一方、ブランク材３のブランク材半径よりも小さいｂｒを与えて断面形状を決定した縦壁成形部９ａの場合、ブランク材３の先端から内側に入った部位を含む先端部が縦壁成形部９ａに接触して成形される。ここで、ブランク材３のブランク材半径と式（２）のｂｒとの差が大きいほど、縦壁成形部９ａが接触する前記先端部の範囲は拡大する。

　表１は、鋼板Ａ及び鋼板Ｂを上述の条件の下でフォーム成形し、プレス成形品５１の縦壁部５５に発生するしわの有無、ならびに、縦壁成形部９ａに接触するブランク材３先端部の範囲ａを求めた結果を示すものである。

　表１より、鋼板Ａ及び鋼板Ｂともに、ブランク材３の先端部の範囲ａと板厚ｔとの比が４．０倍以下である場合、ブランク材３の先端部がダイ９の縦壁成形部９ａに常に接触して外側から押え込まれることで、プレス成形品５１に発生するしわを抑制する効果が実証された。すなわち、ブランク材３の先端から板厚の４．０倍までの範囲のブランク材３の先端部がダイ９の縦壁成形部９ａに接触するような縦壁成形部９ａの断面形状を式（２）に基づいて決定することで、凸状に外側に湾曲した形状を有するプレス成形品５１をフォーム成形により成形した際に縦壁部５５に発生するしわを抑制することができる。

　本実施例２は、図２に示す外側に向かって平面視で凸状に湾曲する縦壁部１５を有するプレス成形品１１を、図１に示す本発明に係るプレス成形金型１を用いてフォーム成形により成形した時に縦壁部１５に発生するしわの有無を検証した実施例である。

　プレス成形品１１の寸法として、天板部１３と縦壁部１５との接続部１４の断面の曲率半径が５［ｍｍ］であり、天板部１３の水平方向に平行な面内の湾曲の曲率半径が８０［ｍｍ］である。ブランク材３は、板厚１．２［ｍｍ］、引張強度９８０［ＭＰａ］級の鋼板とした。ダイ９の縦壁成形部９ａの最適断面形状Ａは、プレス成形品１１の各寸法を基に、式（２）中の各パラメータをｐｒ＝８０［ｍｍ］、Ｒ＝５［ｍｍ］、ｔ＝１．２［ｍｍ］、ｂｒ＝１００［ｍｍ］として決定した。なお、実施の形態２で述べたように、ｂｒ＝１００［ｍｍ］よりも小さくてパンチ５のパンチ半径ｐｒより大きいブランク材半径のブランク材３は、本発明の範囲内である。なお、ブランク材３のブランク材半径は、図１６に示すように、ブランク材３の先端部における湾曲の曲率半径である。

　本実施例２では、上記最適断面形状Ａの縦壁成形部９ａを有するダイ９を備えたプレス成形金型１（本発明例１）に加え、図５に示すような水平方向に対する傾斜角度一定の縦壁成形部３９ａを有するダイ３９を備えたプレス成形金型３１（本発明例２）、及び、図６に示すような曲率半径一定（＝５［ｍｍ］）のダイ肩部２９ｂを有する従来形状のダイ２９を備えたプレス成形金型２１（比較例１）それぞれを用いてブランク材半径の異なるブランク材３をフォーム成形する場合が対象となる。本実施例２は、これらの各場合においてプレス成形品１１のプレス成形品高さｈを変更し、しわの発生の有無を求めたものである。なお、本発明例２における縦壁成形部３９ａの水平方向に対する傾斜角度は、プレス成形品１１の縦壁部１５の水平方向に対する傾斜角度から与えられる最大傾斜角度（＝８７．７［°］）とした。本実施例２の結果は、表２に示される。

　表２に示すように、本発明例１及び本発明例２においては、ブランク材半径によらずプレス成形品１１の縦壁部１５に、しわは発生しなかった。特に、ブランク材半径が１００［ｍｍ］である場合においても、しわを発生せずに縦壁部１５を成形することができた。これら本発明例１及び本発明例２の各結果は、表２を参照してわかるように、従来のプレス成形金型２１により成形した比較例１に比べて良好であった。

　また、本発明例１における成形ストロークは８０［ｍｍ］であったのに対し、本発明例２における成形ストロークは４７０［ｍｍ］であり、ダイ９の縦壁成形部９ａを最適断面形状Ａとすることで、成形ストロークの増加を防ぐことができた。

　以上より、ダイの縦壁成形部をブランク材の先端部が常に接触するような断面形状とすることで、プレス成形品高さｈを高くしてもプレス成形品１１の縦壁部１５に発生するしわを抑制できることが実証された。さらに、ダイの縦壁成形部を最適断面形状とすることで、成形ストロークを大きく増加することなく、プレス成形品１１の縦壁部１５を成形できることが示された。

　本実施例３は、本発明に係るプレス成形金型１を用い、図１５に示す円板状のプレス成形品５１をフォーム成形により成形し、プレス成形品５１の縦壁部５５におけるしわの発生の有無を検証した実施例である。

　図１５に示すように、プレス成形品５１は、天板部５３と縦壁部５５とを有する。天板部５３と縦壁部５５とは、曲率一定の円弧状曲面である接続部５４により、連続して接続されている。この縦壁部５５の高さは、プレス成形品５１の高さ（プレス成形品高さｈ）に相当する。本実施例３において、プレス成形品５１は、板厚１．２［ｍｍ］、引張強度５９０［ＭＰａ］級の鋼板をブランク材３として図１に断面を示すプレス成形金型１により成形した。プレス成形品５１の寸法として、天板部５３の半径ｒが９０［ｍｍ］であり、天板部５３と縦壁部５５との接続部５４の曲率半径が８［ｍｍ］である。

　本実施例３において、ダイ９の縦壁成形部９ａの最適断面形状は、プレス成形品５１の上記各寸法を基に、式（２）中の各パラメータをｐｒ＝８０［ｍｍ］、Ｒ＝５［ｍｍ］、ｔ＝１．２［ｍｍ］として決定した。この際、縦壁成形部９ａの最適断面形状は、ｂｒ＝１１０［ｍｍ］とした最適断面形状Ｂ（本発明例３）と、ｂｒ＝１０５［ｍｍ］とした最適断面形状Ｃ（本発明例４）との２種類であり、本実施例３では、これら２種類の縦壁成形部９ａについて検討がなされた。さらに、本実施例３は、図６に示すような従来のプレス成形金型２１を用いてフォーム成形した場合と比較することで、本発明の効果を検証した例を示す。従来のプレス成形金型２１は、ダイ肩部２９ｂの曲率半径を８［ｍｍ］としたもの（比較例２）又は２［ｍｍ］としたもの（比較例３）の２種類とした。

　本実施例３では、縦壁成形部９ａが最適断面形状のプレス成形金型１（本発明例３又は本発明例４）又は従来のプレス成形金型２１（比較例２又は比較例３）を用いてブランク材半径の異なるブランク材３をフォーム成形する場合が対象となる。本実施例３は、得られたプレス成形品５１の縦壁部５５におけるしわ発生の有無を確認したものである。本実施例３の結果は、表３に示される。

　表３に示すように、ダイ肩部２９ｂの曲率半径が２［ｍｍ］である比較例３に比べて、曲率半径が大きい比較例２の方がしわ防止効果がわずかに良いものの、本発明例３、４に示す最適断面形状Ｂ又は最適断面形状Ｃの縦壁成形部９ａを有するプレス成形金型１を用いると、さらに大きなブランク材半径まで、しわを発生させずにプレス成形品５１の縦壁部５５をプレス成形することができた。

　以上より、本発明に係るプレス成形金型を用いることにより、従来のプレス成形金型と比較してしわ防止効果を著しく向上できることが実証できた。

　以上のように、本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型は、プレス成形品のフォーム成形に有用であり、特に、プレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲した縦壁部を、しわの発生を抑制するとともに１工程で容易に成形することができるプレス成形方法及びプレス成形金型に適している。

　　１　プレス成形金型
　　３　ブランク材
　　５　パンチ
　　５ａ　天板成形部
　　５ｂ　パンチ肩部
　　５ｃ　縦壁成形部
　　７　パッド
　　９　ダイ
　　９ａ　縦壁成形部
　１１　プレス成形品
　１３　天板部
　１４　接続部（connecting　portion）
　１５　縦壁部
　１９　しわ
　２１　プレス成形金型（従来）
　２９　ダイ（従来）
　２９ｂ　ダイ肩部（従来）
　３１　プレス成形金型
　３９　ダイ
　３９ａ　縦壁成形部
　４１　基本ブランク材
　４３　小ブランク材
　５１　プレス成形品
　５３　天板部
　５４　接続部
　５５　縦壁部

Claims

　フランジ部を有さないプレス成形品のプレス成形方法であって、少なくとも天板部と該天板部に接続部を介して連続する縦壁部を有し、該縦壁部の全体もしくは一部がプレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲したプレス成形品をダイとパンチでフォーム成形するプレス成形方法であって、
　ブランク材の先端部を前記ダイの縦壁成形部に常に接触させ、かつ、前記縦壁成形部においては前記ダイにより該接触以外の拘束をしない状態で前記縦壁部を成形することを特徴とするプレス成形方法。
　前記ブランク材の先端部は、前記ブランク材の先端から板厚の４倍までの距離の範囲であることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
　請求項１又は２に記載のプレス成形方法に用いるプレス成形金型であって、パンチとダイを有し、前記ダイの縦壁成形部の断面形状は、縦壁成形中においてブランク材の先端部が前記縦壁成形部に常に接触する形状であることを特徴とするプレス成形金型。
　前記縦壁成形部の断面形状は、縦壁成形中において、前記ブランク材の先端から板厚の４倍までの距離の範囲が前記縦壁成形部に常に接触する形状であることを特徴とする請求項３記載のプレス成形金型。
　フランジ部を有さないプレス成形品であって、少なくとも天板部と該天板部に接続部を介して連続する縦壁部を有し、該縦壁部の全体もしくは一部がプレス成形品の外側に向かって平面視で凸状に湾曲した前記プレス成形品をフォーム成形するプレス成形金型であって、
　ブランク材が載置される天板成形部と、該天板成形部に連続するとともに前記プレス成形品の前記湾曲に沿うパンチ肩部と、前記パンチ肩部に連続する縦壁成形部を有するパンチと、
　該パンチに対して相対移動して前記プレス成形品の前記縦壁部を成形する縦壁成形部を有するダイを備え、
　該ダイの前記縦壁成形部は、その断面形状が、
　前記天板成形部上における前記湾曲の曲率半径の中心となる点を原点とし、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とするＸＹ座標上において下式によって表される曲線を最適曲線とし、任意のＸ座標位置における前記最適曲線の接線の傾斜角度を最適傾斜角度としたとき、
　前記Ｘ座標位置における接線の水平方向に対する傾斜角度が前記最適傾斜角度以上となる曲線で表されることを特徴とするプレス成形金型。