WO2021240941A1

WO2021240941A1 - プレス成形方法

Info

Publication number: WO2021240941A1
Application number: PCT/JP2021/008866
Authority: WO
Inventors: 遼揚場
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-05-23
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2022-11-23
Also published as: EP4140614A4; EP4140614A1; MX2022014540A; EP4140614B1; JP6923043B1; US12151274B2; CN115666809B; KR102862571B1; CN115666809A; JP2021184995A; US20230191469A1; KR20230003550A

Abstract

本発明に係るプレス成形方法は、天板部３と、天板部３から連続する縦壁部５であって側面視で天板部と反対側の辺部である下端辺が天板部３側に凹む凹み部７を有する縦壁部５と、縦壁部５の下端辺に外向きに形成されたフランジ部９とを有し、フランジ部９が伸びフランジ変形と縮みフランジ変形となるプレス成形品１を成形する方法であって、縦壁部５と、壁深さが深い部位の下端辺に形成されたフランジ部９と、フランジ部９に連続して形成されたねじり形状部２５と、を有する中間成形品２３を成形する第１成形工程Ｓ１と、中間成形品２３を、ねじり形状部２５をフランジ部９に成形すると共に、傾斜辺部１３に連続する第２湾曲部１９と壁深さの浅い凹み辺部１５とにフランジ部９を形成して、目標形状に成形する第２成形工程Ｓ３とを含む。

Description

プレス成形方法

　本発明は、金属素板（metal　sheet）から自動車部品（automotive　parts）等の部材（member）をプレス成形（press　forming）するプレス成形方法に関し、特に、天板部（top　portion）と、側面視で壁高さ（wall　height）が変化する部位（portion）を有する縦壁部（side　wall　portion）と、該縦壁部の天板部と反対側の辺部（side　portion）である下端辺（bottom　edge）に形成されたフランジ部（flange　portion）を有するプレス成形品のプレス成形方法に関する。

　近年、環境問題に起因した自動車車体の軽量化（weight　reduction　of　automotive　body）のため、自動車部品に高強度鋼板（high-strength　steel　sheet）が多用されつつある。しかし、高強度鋼板は強度の低い鋼板と比較して延性（elongation）に乏しく、加工中に破断（fracture）を生じやすい。また、高強度鋼板を用いた場合、さらなる軽量化のために薄肉化（sheet　metal　thinning）も同時に行うため、鋼板の座屈（buckling）が生じやすくてプレス成形中にしわ（wrinkles）が発生しやすいという問題もある。そのため、破断やプレスしわを抑制するためのプレス成形工法の開発が強く求められている。

　例えば、特許文献１には、パンチ（punch）およびダイ（die）とは別体で駆動するしわ抑えパッド（pad）を利用することで、製品内部のしわや伸びフランジ割れ（stretch　flange　fracture）を生じやすい自動車部品を、成形不具合なく製造するプレス成形方法が開示されている。特許文献１に開示された方法によれば、製品内部のしわや割れを生じやすい自動車部品を、成形不具合なく製造することができるとされる。

特許６０３２３７４号公報

　しかしながら、特許文献１に開示のプレス成形方法は、フランジから離れた製品内部をしわ抑えパッドを用いて拘束することが必要とされる方法である。そのため、フランジ部そのものにしわや割れを生じる形状には適用できないという課題がある。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、フランジそのものにしわや割れの生ずるプレス成形品にも適用でき、フランジに生ずるしわと割れを同時に抑制できるプレス成形方法を提供することにある。

　本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部から連続する縦壁部であって側面視で前記天板部の反対側の辺部である下端辺が前記天板部側に凹む凹み部（recessed　portion）を有する縦壁部と、該縦壁部の下端辺に外向きに形成されたフランジ部とを有し、前記凹み部が、壁深さが深い部位の下端辺から順に、該下端辺に連続する第１湾曲部（curved　portion）、該第１湾曲部に連続する傾斜辺部（inclined　side）、該傾斜辺部に連続する第２湾曲部、壁深さが浅い凹み辺部を有し、前記第１湾曲部に形成されるフランジ部が縮みフランジ（shrink　flange）で、前記第２湾曲部に形成されるフランジが伸びフランジとなるプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、前記縦壁部と、壁深さが深い部位の下端辺に形成されたフランジ部と、該フランジ部に連続して第２湾曲部に至る傾斜辺部に形成されたねじり形状部（torsional　shape　portion）と、を有する中間成形品（preformed　part）を成形する第１成形工程と、該第１成形工程で成形された中間成形品を、前記ねじり形状部をフランジ部に成形すると共に、前記傾斜辺部に連続する第２湾曲部と壁深さの浅い凹み辺部とにフランジ部を形成して、目標形状に成形する第２成形工程とを含む。

　前記第１成形工程と前記第２成形工程を別の金型（tool　of　press　forming）で成形するとよい。

　前記第１成形工程と前記第２成形工程を一つの金型で行うとよい。

　本発明によれば、第１成形工程では、縮みフランジ変形によるしわ発生が抑制され、第２成形工程では伸びフランジ変形による割れ発生が抑制され、全工程を通じてしわと割れの発生を抑制できる。

図１は、本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の説明図である。図２は、図１における第１成形工程における中間成形品のＡＡ部の拡大図である。図３は、第１成形工程においてしわの発生が抑制されるメカニズムを説明する説明図である。図４は、図１における第２成形工程における目標形状のＢＢ部の拡大図である。図５は、第２成形工程において割れの発生が抑制されるメカニズムを説明する説明図である。図６は、実施の形態における目標形状と、該目標形状の成形過程で生ずる課題を説明する説明図である。図７は、図６に示した目標形状の成形過程でしわと割れが生ずるメカニズムを説明する説明図である。図８は、図１における中間成形品の他の例を示す図である。

　本実施の形態に係るプレス成形方法の説明に先立ち、本発明が成形対象としているプレス成形品の一例について、図６、図７に基づいてその形状と課題について説明する。図６に示すプレス成形品１は、自動車部品であるフロントフロアクロス（floor　front　cross　member）である。プレス成形品１は、天板部３と、天板部３から連続する縦壁部５であって側面視で天板部３の反対側の辺部である下端辺が天板部３側に凹む凹み部７を有する縦壁部５と、縦壁部５の下端辺に外向きに形成されたフランジ部９を有する。

　そして、凹み部７が、壁深さが深い部位の下端辺１１から連続する一対の傾斜辺部１３と、傾斜辺部１３の端部を繋ぐ壁深さが浅い凹み辺部１５とを有する。壁深さが深い部位の下端辺から傾斜辺部１３にかけて湾曲する一対の第１湾曲部１７、傾斜辺部１３から壁深さが浅い部位にかけて湾曲する一対の第２湾曲部１９が形成されている。第１湾曲部１７に形成されるフランジ部９は縮みフランジ変形となり、第２湾曲部１９に形成されるフランジ部９は伸びフランジ変形となる。

　このようなプレス成形品１を従来のプレス成形方法で成形した場合、縮みフランジ変形となる部位（図中の丸い破線で囲んだａ部）では材料余り（excess　metal）によりしわが生じやすく、伸びフランジ変形となる部位（図中の丸い破線で囲んだｂ部）では材料不足による割れを生じやすい。

　このしわと割れが生ずるメカニズムを図７に基づいて説明する。図７は、図６の四角い破線で囲んだＥＥ部における成形過程の材料流れ（material　flow）を説明する図であり、図６を上面視（図６（ａ））及び側面視（図６（ｂ））した状態を示している。また、図７において、破線が成形前のブランク（blank）の先端であり、実線が目標形状に成形されたフランジ部９の端辺である。また、図中のＤ点及びＢ点は成形前のブランクにおける第１湾曲部１７のＲ止まり（R-finish）に相当する点であり、これらに対応して側面図においてＤ点及びＢ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点が、Ｄ´点及びＢ´点である。同様に、図中のＡ点及びＥ点は成形前のブランクにおける第２湾曲部１９のＲ止まりに相当する点であり、これらに対応して側面図においてＥ点及びＡ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点が、Ａ´点及びＥ´点である。図７（ｂ）側面図に示すように、材料は稜線（曲げの線）にほぼ垂直に流れるので、ａ部では材料が寄る方向に流れて、ｂ部では材料が離れる方向に流れる。そのため、ａ部ではしわが発生しやすくてｂ部では割れが発生しやすい。

　このような問題を解決するため、発明者は、縮みフランジ変形を生ずる部位から伸びフランジ変形を生ずる部位へと材料を流入しやすくする中間成形品を成形途中に介在させることで、それぞれの部位への圧縮ひずみ（compressive　strain）及び引張ひずみ（tensile　strain）の集中を回避できるプレス成形方法を考案した。具体的にはプレス成形方法は以下の構成からなる。

　本実施の形態に係るプレス成形方法は、図１に示すように、ブランクである金属板２１を、中間成形品２３に成形する第１成形工程Ｓ１と、第１成形工程Ｓ１で成形された中間成形品２３を目標形状に成形する第２成形工程Ｓ３とを含む。以下、各工程を説明する。なお、図１において、目標形状を示した図６と同一部分及び対応する部分には同一の符号が付してある。

＜第１成形工程＞
　第１成形工程Ｓ１は中間成形品２３を成形する工程である。中間成形品２３は、縦壁部５と、壁深さが深い部位の下端辺１１及び第１湾曲部１７に形成されたフランジ部９と、フランジ部９に連続して目標形状の第２湾曲部１９に至る傾斜辺部１３に形成されたねじり形状部２５と、を有している。

　第１成形工程Ｓ１における中間成形品成形過程では、壁深さが深い部位の下端辺１１及び第１湾曲部１７にはフランジ部９を成形するが、傾斜辺部１３にはフランジ部９ではなくねじり形状部２５が成形される。このねじり形状部２５は、図２に示すように、一端側が第１湾曲部１７に形成されたフランジ部９に繋がり、他端側が成形前のブランク端部１５ａに繋がっていることから、ねじれた形状となっている。ねじり形状部２５の成形の際には、図２の矢印で示すように、第１湾曲部１７のフランジ部９側からねじり形状部２５へ材料流入が生じ、縮みフランジ変形における材料余りが緩和され、しわの発生が抑制される。

　この材料流れが生ずるメカニズムを図３に基づいて説明する。図３は、図２の破線で囲んだＣＣ部における成形過程における材料流れを説明する図であり、図２の中間成形品２３を上面視及び側面視した状態を示している。また、図３において、目の細かい破線が成形前のブランクの端辺であり、目の粗い破線が中間成形品２３の端辺であり、実線が目標形状におけるフランジ部９の端辺である。図中のＡ～Ｅ点及びＡ´～Ｅ´点は、図７に示したものと同一の点である。すなわち、Ａ点は、ブランクにおける第２湾曲部１９のＲ止まりであり、ねじり形状部２５の先端位置となる。Ｂ点は、従来の縮みフランジ変形を生じるブランク部位の一方のＲ止まり（図７参照）に対応する点で、Ｂ´点は側面図においてＢ点からねじり形状部２５の端辺に対して垂直に向かう直線とねじり形状部２５の端辺との交点である。Ｄ点はブランクにおける第１湾曲部１７のＲ止まり、Ｄ´点は側面図においてＤ点から目標形状の端辺に対して垂直に向かう線と目標形状の端辺との交点である。

　縮みフランジ変形のため、Ｂ´点からＤ´点までの距離はＢ点からＤ点までの距離よりも短くて（Ｂ´Ｄ´＜ＢＤ）、フランジ部９の成形による材料余りによって第１湾曲部１７にはしわが発生しようとする。他方、Ａ点からＢ´点までの距離は、３次元的にみると、Ａ点からＢ点までの距離よりも長い（ＡＢ´＞ＡＢ）ため、材料はＡ点側に引っ張られて、図７のａ部に示す「稜線にほぼ垂直」からずれて流れる。そのため、従来の図７のしわ発生領域での矢印の材料流れに比べてＡ点寄りの図３の矢印で示す材料流れが生じ、この材料流れにより、第１成形工程Ｓ１で成形される縮みフランジ変形での材料余りが緩和され、しわの発生が防止される。

　なお、第１成形工程Ｓ１においては、図８に示すように、縦壁部５の高さ方向中間部に縦壁部５の開口側が外側に開くような角度をつける曲げ部２７を形成するようにしてもよい。このようにする理由は以下の通りである。本発明を適用するにあたり、縦壁部５を垂直にしたままフランジ部９を成形すると、スプリングバックによって縦壁部５とフランジ部９との曲げ角度が大きくなり、また、縦壁部５に反り（curl）が生じやすい。曲げ部２（bending　portion）７を形成することにより、先端が下向きＶ字形状の金型でフランジ部９を成形できるため、縦壁部５とフランジ部９との曲げ角度を鋭利にできて、かつ、フランジ部９に隣接する縦壁部５の高さを低くできて反りを抑制できる。その結果、フランジ部９の一部分、すなわち縮みフランジ変形部のみを成形することが容易になる。

＜第２成形工程＞
　第２成形工程Ｓ３は、第１成形工程Ｓ１で成形された中間成形品２３のねじり形状部２５をフランジ部９に成形すると共に、傾斜辺部１３に連続する第２湾曲部１９と壁深さの浅い凹み辺部１５のフランジ部９を形成して、目標形状に成形する工程である。第２成形工程Ｓ３の成形過程では、図４の矢印で示すように、図２の材料余りを吸収したねじり形状部２５からねじりを戻すことで、余った材料により伸びフランジ変形部へと材料流入が生じるため、伸びフランジ変形部の材料不足（material　shortage）が緩和され、割れの発生が抑制される。

　この材料流れが生ずるメカニズムを図５に基づいて説明する。図５は、図４の破線で囲んだＤＤ部の成形過程における材料流れを説明する図であり、図４を上面視及び側面視した状態を示している。また、図５において、目の細かい破線が成形前のブランクの端辺であり、目の粗い破線がねじり形状部２５の端辺、実線が目標形状におけるフランジ部９の端辺である。また、図中のＡ～Ｅ点及びＡ´～Ｅ´点は、図７に示したものと同一の点である。

　伸びフランジ変形のため、Ａ´点からＥ´点までの距離は、Ａ点からＥ点までの距離より長く（Ａ´Ｅ´＞ＡＥ）、フランジ部９の成形による材料不足により第２湾曲部１９では割れが発生しようとする。他方、３次元的にみると、Ｄ´点からＥ´点までの距離は、Ｄ´点からＥ点までの距離よりも短い（Ｄ´Ｅ´＜Ｄ´Ｅ）ため、材料はＡ´側に押されて図７のｂ部に示す「稜線にほぼ垂直」からずれて流れる。そのため、従来の図７の割れ発生領域での矢印の材料流れに比べてＡ´点寄りの図５の矢印で示す材料流れが生じ、この材料流れにより、第２成形工程Ｓ３で成形される伸びフランジ変形での材料不足が緩和され、割れの発生が防止される。

　以上のように、本実施の形態では、第１成形工程Ｓ１において、縮みフランジ変形となる部位のみを先に成形すると共に、該成形においては伸びフランジ変形となる部位側への材料流れを促進するようなねじり形状部２５を形成する。そして、第２成形工程Ｓ３において、ねじり形状部２５を第２湾曲部１９に成形すると共に、伸びフランジ変形となる部位を成形する。これにより、ねじり形状部２５からの材料流れにより、伸びフランジ変形での材料不足を抑制して目標形状を成形できる。

　このように、成形途中にねじり形状部２５の成形を介在させることで、縮みフランジしわの発生する危険部位および伸びフランジ割れの発生する危険部位のひずみを分散させる。これにより、第１成形工程Ｓ１では、縮みフランジ変形によるしわ発生が抑制され、第２成形工程Ｓ３では伸びフランジ変形による割れ発生が抑制され、全工程を通じてしわと割れの発生を抑制できる。

　なお、本発明の第１成形工程と第２成形工程は、別の金型で成形するようにしてもよい。あるいは、第１成形工程と第２成形工程を一つの金型で行うこともできる。

　本発明の効果確認のため、図６に示すフロントフロアクロス部品を目標形状としてプレス成形を行った。材料は、引張強度（tensile　strength）が1180MPa級（MPa-class）、板厚（thickness）1.4mmの鋼板とした。まず、比較例として、中間成形品２３を成形することなく一工程で目標形状を成形し、天板部をパッドで押さえるパッドフォーム成形（crash　forming　by　using　pad）によるプレス成形を行った。次に、本発明の実施例として、実施の形態で説明した縮みフランジ変形部のみを成形する中間成形品２３を成形する第１成形工程Ｓ１と、中間成形品２３を目標形状に成形する第２成形工程Ｓ３を含み、いずれの成形工程も天板部をパッドで押さえるパッドフォーム成形としたプレス成形を行った。

　比較例の場合には、図６に示すａ部にしわが、ｂ部に割れが生じ、目的の形状を得ることができなかった。他方、本発明の実施例では、フランジ部９の割れ・しわともに発生せず、高品質なプレス成形品１を得ることができた。以上により、フランジ部を有し縦壁深さが大きく変化するプレス成形部品の成形に際し、伸びフランジ割れおよび縮みフランジしわを抑制するために本発明が有効であることが示された。

　本発明によれば、フランジそのものにしわや割れの生ずるプレス成形品にも適用でき、フランジに生ずるしわと割れを同時に抑制できるプレス成形方法を提供することができる。

　１　プレス成形品
　３　天板部
　５　縦壁部
　７　凹み部
　９　フランジ部
　１１　深い部位の下端辺
　１３　傾斜辺部
　１５　凹み辺部
　１５ａ　ブランク端部
　１７　第１湾曲部
　１９　第２湾曲部
　２１　金属板
　２３　中間成形品
　２５　ねじり形状部
　２７　曲げ部

Claims

　天板部と、該天板部から連続する縦壁部であって側面視で天板部の反対側の端部である下端辺が前記天板部側に凹む凹み部を有する縦壁部と、該縦壁部の下端辺に外向きに形成されたフランジ部とを有し、
　前記凹み部が、壁深さが深い部位の下端辺から順に、該下端辺に連続する第１湾曲部、該第１湾曲部に連続する傾斜辺部、該傾斜辺部に連続する第２湾曲部、壁深さが浅い凹み辺部を有し、前記第１湾曲部に形成されるフランジ部が縮みフランジで、前記第２湾曲部に形成されるフランジが伸びフランジとなるプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、
　前記縦壁部と、壁深さが深い部位の下端辺に形成されたフランジ部と、該フランジ部に連続して第２湾曲部に至る傾斜辺部に形成されたねじり形状部と、を有する中間成形品を成形する第１成形工程と、
　該第１成形工程で成形された中間成形品を、前記ねじり形状部をフランジ部に成形すると共に、前記傾斜辺部に連続する第２湾曲部と壁深さの浅い凹み辺部とにフランジ部を形成して、目標形状に成形する第２成形工程とを含む、プレス成形方法。
　前記第１成形工程と前記第２成形工程を別の金型で成形する、請求項１に記載のプレス成形方法。
　前記第１成形工程と前記第２成形工程を一つの金型で行う、請求項１に記載のプレス成形方法。