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WO2023153034A1 - プレス成形方法及びプレス成形品の製造方法 - Google Patents

プレス成形方法及びプレス成形品の製造方法 Download PDF

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WO2023153034A1
WO2023153034A1 PCT/JP2022/041902 JP2022041902W WO2023153034A1 WO 2023153034 A1 WO2023153034 A1 WO 2023153034A1 JP 2022041902 W JP2022041902 W JP 2022041902W WO 2023153034 A1 WO2023153034 A1 WO 2023153034A1
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WO
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press
forming
molding
shoulder
molded product
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/041902
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English (en)
French (fr)
Inventor
隼佑 飛田
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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Publication date
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Priority to CN202280091266.4A priority patent/CN118715070A/zh
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Priority to EP22926050.0A priority patent/EP4454777A1/en
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    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • the present invention is a press-forming method for forming a press-formed part having a top portion, a side wall portion, and a flange portion. ) methods and methods for manufacturing press-formed products.
  • the present invention relates to a press-molding method and a method of manufacturing a press-molded product for suppressing the occurrence of wrinkles associated with shrink flange forming when forming the press-molded product.
  • high-strength steel sheets of 590 MPa class or higher high-strength steel sheets
  • high-tensile materials also called high-tensile steel sheet
  • automotive parts have a top plate portion, a vertical wall portion, and a flange portion, such as A pillar upper, A pillar lower, and bumper parts.
  • a top plate portion such as A pillar upper, A pillar lower, and bumper parts.
  • I have parts.
  • the outer peripheral edge of the top plate part or a part of it is curved outwardly in a convex shape (convex), during press molding
  • the vertical walls and flanges of the portion are shrink-flanged, and wrinkles may occur at the ends of the flanges.
  • the increase in strength makes them more susceptible to buckling and wrinkles.
  • Patent Document 1 a top plate portion and a slanted wall portion without a flange at the tip that is continuous with at least one side of the top plate portion are provided, and the entire or part of the slanted wall portion is flat.
  • a press molding method that suppresses wrinkles is described. Specifically, in this method, a part on the end side of the blank sheet corresponding to the oblique wall part is held between a die and a punch during molding, and the part on the end side is held.
  • a top plate portion and a flange portion have a hat-shaped cross section that is continuous in the width direction via a side wall, and the top plate portion and the flange
  • a stepped drawing process is performed by setting a wrinkle holding region where the metal plate is held by a blank holder to the outer peripheral portion rather than the flange position and forming by stepped drawing.
  • the slanted wall portion is formed in a state in which a portion of the blank material on the end side of the portion corresponding to the slanted wall portion is sandwiched between the die and the punch. It is necessary to trim (trimming) the part sandwiched by the next step. Furthermore, there is also a problem that the press-molding method described in Patent Document 1 cannot be applied to molding of a press-molded product having a flange portion continuous to a vertical wall portion (slanted wall portion).
  • the method for manufacturing a press-formed product described in Patent Document 2 can be applied to the forming of a press-formed product having a flange portion. ) cannot be applied to press molding.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its object is to sufficiently suppress wrinkles in the flange portion caused by shrink flange forming without requiring a trimming process after press forming, and to prevent bending.
  • An object of the present invention is to provide a press molding method applicable to molding and a method for manufacturing a press molded product.
  • a press molding method includes a top plate portion having a convex outer peripheral edge portion whose outer peripheral edge or a part thereof is convexly curved outward, and a punch shoulder R portion on the top plate portion.
  • the first forming step may apply drawing or bending, and the second forming step may apply bending.
  • the metal plate is preferably a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or higher.
  • a method for manufacturing a press-formed product according to the present invention includes a top plate portion having a convex outer peripheral edge portion in which an outer peripheral edge or a part of the outer peripheral edge is convexly curved outward, and a punch shoulder R portion on the top plate portion.
  • the bending radius of the die shoulder R portion formed corresponding to the convex outer peripheral edge portion of the top plate portion is formed so as to be larger than the bending radius of the die shoulder R portion of the press-formed product of the target shape.
  • the present invention includes a first forming step of forming a metal plate into an intermediate formed product, and a second forming step of forming the intermediate formed product into a press-formed product having a target shape.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a press molding method according to one embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are explanatory diagrams of parts (target shapes) targeted in the embodiment, FIG. 2(a) being a perspective view and FIG. 2(b) being a plan view.
  • FIG. 3 is a diagram (FIG. 3(a)) showing the state of the bottom dead center of molding when the target shape is molded by the method of the conventional example, and an intermediate molded product in the first molding step of the embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing the state of the molding bottom dead center when molding the .
  • FIG. 4 is a plan view showing the outer peripheral lines of the bottom dead center molded into the target shape of FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the second molding process according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the thickness increase rate distribution of the intermediate molded product press-molded in the first molding step.
  • FIG. 7 is a diagram showing the plate thickness increase rate distribution of the press-formed product press-formed into the target shape in the second forming step.
  • FIG. 8 is a diagram comparing the plate thickness increase rate distribution of the intermediate formed product of FIG. 6 and the plate thickness increase rate distribution of the press-formed product press-formed into the target shape of FIG. 7 .
  • 9A and 9B are diagrams for explaining problems when the part shown in FIG. 2 is press-molded by a conventional method.
  • FIG. 2 shows a part of the press-molded product.
  • the press-formed product 1 shown in FIG. 2 has a top plate portion 3, a vertical wall portion 5, and a flange portion 7, and a portion of the outer peripheral edge of the top plate portion 3 protrudes outward. It has a curved portion (hereinafter referred to as “convex outer peripheral edge portion 3a”).
  • the boundary between the convex outer peripheral edge portion 3a and other parts is, for example, up to the curved end of the convex outer peripheral edge portion 3a when the top plate portion 3 is viewed from above.
  • the boundary portion between the top plate portion 3 and the vertical wall portion 5 has an R shape corresponding to the shape of the shoulder portion of the punch used for press molding
  • the term "punch shoulder R "part” indicates the corresponding part on the press-formed product 1 side.
  • the boundary between the vertical wall portion 5 and the flange portion 7 has an R shape corresponding to the shape of the shoulder portion of the die. point to the part.
  • FIG. 9 shows the result of FEM analysis of the case where the press-formed product 1 is press-formed by the conventional method, and shows the distribution of the plate thickness increase rate by shades of color.
  • the plate thickness increase rate is obtained by obtaining the difference (thickness increment) between the plate thickness of the press-formed product after press-forming and the plate thickness of the blank before press-forming, and the ratio (ratio) to the thickness of the blank. , and the larger the value, the greater the plate thickness.
  • the press forming method of the present embodiment is designed to reduce the occurrence of wrinkles in the flange portion 7 as compared with the conventional method and to apply bending forming.
  • the press molding method according to the present embodiment has a convex outer peripheral edge portion 3a in which a part of the outer peripheral edge is convexly curved outward, as shown in FIG.
  • a press-formed product 1 having a top plate portion 3, a vertical wall portion 5 continuous with the top plate portion 3 via a punch shoulder R portion, and a flange portion 7 continuous with the vertical wall portion 5 via a die shoulder R portion. It is a method of molding.
  • the press molding method according to the present embodiment includes a first molding step of molding a blank 13, which is a metal plate, into an intermediate molded product 17, and a pressing step of molding the intermediate molded product 17 into a target shape.
  • FIG. 1 shows the state before molding of the portion corresponding to the AA' section of FIG. 2(b) in each step. Since the press-molded product 1 is manufactured by executing the press-molding method, the invention of the press-molding method can be configured as the invention of the method of manufacturing the press-molded product. Therefore, the embodiment of the press-molding method described below is common to the embodiment of the method of manufacturing a press-molded product. Each step will be described in detail below.
  • the first molding step is a step of press-molding the blank 13, which is a metal plate, into an intermediate molded product 17 described below.
  • the shape of the die shoulder R portion at the boundary between the vertical wall portion 5 and the flange portion 7 formed by shrink flange forming is different from the target shape. This point will be specifically described below.
  • a die 15 is moved relative to the punch 9 while part of the blank 13 is sandwiched between the upper surface of the punch 9 and a pad 11. and the intermediate molded product 17 is molded.
  • the forming surface portion of the die 15 has a shape corresponding to the target shape except for the shoulder portion 15a .
  • the curvature radius of 21a is larger than R 0 (R 0 ⁇ R 1 ).
  • FIG. 3 shows an example of the shape of the intermediate molded product 17 according to the present invention when the first molding step is performed using the mold as described above.
  • FIG. 3(a) shows the state of the molding bottom dead center of the portion corresponding to the AA' section when the target shape of FIG. 2 is molded by the conventional method.
  • FIG. 3(b) shows the state of the molding bottom dead center of the portion corresponding to the AA' cross section when the intermediate molded product 17 is molded in the first molding step of the present embodiment.
  • the conventional mold shown in FIG. 3A has the same shape as the mold used in the second molding step shown in FIG. Also, in FIGS. 3(a) and 3(b), illustration of the die is omitted.
  • the boundary between the top plate portion 3 and the vertical wall portion 5 in the target shape and the intermediate molded product 17 is the shoulder portion 19a of the punch 19 or the shoulder portion 9a of the punch 9. It is a portion that becomes an R shape along the . Therefore, this portion of the target shape and intermediate molded product 17 is called a punch shoulder R portion 23 .
  • the boundary portion between the vertical wall portion 5 and the flange portion 7 is a portion that forms an R shape along the shoulder portion 21a of the die 21 or the shoulder portion 15a (see FIG. 1) of the die 15, the target shape and the intermediate forming This portion of the product 17 is called a die shoulder R portion 25 .
  • the first molding step by using the mold shown in FIG.
  • the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the target shape is R4 mm
  • the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the intermediate molded product 17 is R10 mm.
  • the distance a from the R stop of the punch shoulder R portion 23 of the intermediate molded product 17 on the side of the vertical wall portion 5 to the blank end at the bottom dead center of the molding is longer than the distance a of the target shape.
  • the distance a of the target shape in FIG. 3(a) is 7.3 mm
  • the distance a of the intermediate molded product 17 in FIG. 3(b) is 9.5 mm, which is 2.2 mm longer.
  • FIG. 4 shows a comparison of the target shape of FIG. 3(a) and the shape of the intermediate molded product 17 of FIG. 3(b) in plan view.
  • FIG. 4 shows the outer peripheral lines when the target shape and the intermediate molded product 17 are overlapped with the top plate portion 3 aligned.
  • FIG. 4 as in FIG. 3, it can be seen that the end portion of the flange portion 7 of the intermediate molded product 17 (invention example) is positioned about 2.2 mm outside the target shape (conventional example).
  • the amount of deformation of the vertical wall portion 5 and the flange portion 7 becomes smaller than the target shape. Wrinkles due to shrink flanging are less likely to occur at this portion.
  • the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the intermediate molded product 17 is made larger than the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the target shape because the total length of the die shoulder R portion 25 (the total length of the ridgeline of the vertical wall portion 5 and the flange portion 7) ), or only the portion to be shrink-flanged. That is, the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the portion formed continuously with the vertical wall portion 5 corresponding to at least the convex outer peripheral edge portion 3a in the intermediate molded product 17 is the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the target shape. It should be bigger.
  • the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the intermediate molded product 17 is preferably 1.2 to 5 times the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the target shape. Furthermore, it is even better if it is increased from 1.2 times to 3 times. This is for optimizing the gap between the punch 19 and the die 21 at the start of shrink flange forming in the second forming step, which will be described later.
  • the second forming step is a step of forming the intermediate formed product 17 formed in the first forming step into the press-formed product 1 having the target shape.
  • the punch 19 and the die 21 used in the second molding process are the same as the punch 9 and the die 15 used in the first molding process except for the molding portion of the die shoulder R portion 25. have the same shape. Therefore, this process also serves as a "restrike" to reduce springback by re-pressing the molded product with the same mold.
  • the punch shoulder R portion 23 of the intermediate molded product 17 is set so as to match the shoulder portion 19a of the punch 19, and the punch 19 and the pad 11 are used to form the intermediate molded product 17.
  • the die 21 is lowered while the top plate portion 3 is held, and the press-formed product 1 having the target shape is formed.
  • the die 21 has a shape corresponding to the target shape, and as described above, the curvature radius R0 of the shoulder portion 21a of the die 21 is equal to the curvature radius R1 of the shoulder portion 15a of the die 15 used in the first forming step. less than ( R0 ⁇ R1 ).
  • FIG. 5 shows changes in the appearance of the die shoulder R portion 25 during the forming process of the second forming step, and the state of the forming process of the portion corresponding to the AA' section of FIG.
  • Numerical values such as "5 mmup” are distances up to the bottom dead center of molding of the die 21 in consideration of the sheet thickness of the intermediate molded product 17 . Therefore, the gap between the punch 19 and the die 21 in the press forming direction when "5 mmup" is the plate thickness of the intermediate product 17 +5 mm. As the numerical value becomes smaller, the die 21 moves closer to the punch 19 and the molding progresses, and at "0mmup", the molding bottom dead center is reached.
  • the die shoulder R portion 25 began to be formed.
  • the portion is subjected to shrink flange forming.
  • the gap becomes smaller until the bottom dead center of the molding, so it is difficult for the material to concentrate locally. Therefore, wrinkles are less likely to occur at the end of the flange portion 7 in the second forming step as well.
  • FIG. 6 shows the distribution of the plate thickness increase rate of the intermediate molded product 17 molded in the first molding step of the present embodiment. Note that the plate thickness increase rate and color gradation are the same as in FIG. As shown in FIG. 6, the maximum plate thickness increase rate of the conventional example in FIG. We were able to halve the increase in sheet thickness at the area where shrinkage flange forming occurs.
  • FIG. 7 shows the distribution of the plate thickness increase rate when the intermediate molded product 17 of FIG. 6 is molded into the target shape in the second molding process.
  • the maximum plate thickness increase rate after the second forming process in the present embodiment was +7.3%, which was only 0.8% higher than the maximum plate thickness increase rate of the intermediate molded product 17.
  • the press-formed product 1 manufactured by the press-forming method of the present embodiment has a more shrink-flange-formed portion than the press-formed product 1 press-formed by the conventional method. It can be seen that the increase in the thickness of the plate can be sufficiently reduced, and the occurrence of wrinkles at the part can be suppressed.
  • FIG. 8(a) shows the distribution of the plate thickness increase rate of the intermediate molded product 17 at the molding bottom dead center in the first molding step.
  • FIG. 8(b) shows the distribution of the plate thickness increase rate of the press-formed product 1 at the forming bottom dead center in the second forming step. The distribution of plate thickness increase rate is shown in a range smaller than that in FIGS.
  • the increase in plate thickness is dispersed over a wider range than in the first forming process. This indicates that the strain in the shrink flange forming in the second forming step is distributed over a wide range, thereby preventing a local increase in plate thickness and suppressing the occurrence of wrinkles.
  • the trimming process is not essential unlike the conventional example shown in Patent Document 1.
  • the press forming method of the present embodiment can suppress wrinkles in the flange portion 7 without using a wrinkle suppressor, and therefore can be applied to press forming by bending (form) forming. That is, it is particularly effective when drawing or bending is applied in the first forming step for forming the intermediate product 17 and bending is applied in the second forming step for forming the target shape.
  • the press forming method of the present embodiment is particularly effective when using a high-strength steel sheet that tends to wrinkle due to shrink flange forming.
  • the metal plate (blank) may be a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more, and even in this case, a sufficient effect of reducing wrinkles can be obtained.
  • the effect of suppressing shrinkage flanging wrinkles in the press forming method of the present invention was specifically examined using FEM analysis, and the results are described below.
  • a steel sheet having a thickness of 1.0 mm and a tensile strength of 980 MPa was used as a blank, and the press-formed product 1 shown in FIG.
  • the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the target shape was set to 4 mm.
  • FEM analysis was performed on a conventional example in which a metal plate is formed into a target shape in one process and an example of the present invention in which a metal plate is formed into a target shape in two processes, and the maximum plate thickness increase rate at the shrink flange forming portion was obtained.
  • a plurality of examples of the present invention were carried out by changing the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the intermediate molded product 17 . Table 1 shows the results.
  • No. 1 is a conventional example that directly forms a target shape from a metal plate in one process.
  • No. 2 to No. 5 are the first step of forming the metal plate into the intermediate molded product 17 (first forming step of the embodiment), the second step of molding the intermediate molded product 17 into the target shape (embodiment This is an example of the present invention carried out in two steps, the second molding step of (2).
  • the bending radius of the die shoulder R portion 25 of the intermediate molded product 17 was changed to four patterns of 6 mm, 8 mm, 10 mm and 12 mm.
  • the maximum plate thickness increase rate of press-formed product 1 was 12.5%.
  • the maximum plate thickness increase rate in the first step is 7.4%
  • the maximum plate thickness increase in the second step is 7.4%.
  • the rate of increase in plate thickness was 8.2%
  • the plate thickness increase rate was reduced compared to No. 1, the conventional example.
  • Example No. 3 of the present invention in which the bending radius of the die shoulder R portion 25 in the first process is 8 mm, the maximum thickness increase rate in the first process is 7.4%, and the maximum thickness increase rate in the second process is 7.4%. was 8.2%, and the plate thickness increase rate could be reduced similarly to No.2.
  • Example No. 4 of the present invention in which the bending radius of the die shoulder R portion 25 in the first process is 10 mm, the maximum thickness increase rate in the first process is 6.5%, and the maximum thickness increase rate in the second process is 6.5%. It was 7.3%, and the plate thickness increase rate could be further reduced than No.2 and No.3.
  • Example No. 5 of the present invention in which the bending radius of the die shoulder R portion 25 in the first process is 12 mm, the maximum plate thickness increase rate in the first process is 5.2%, which is even lower than the other invention examples.
  • the maximum plate thickness increase rate in the second step was 8.9%, which was lower than that of the conventional example, but higher than that of the other invention examples. Therefore, in this example, it was found that Example No. 4 was able to reduce the plate thickness increase rate the most.
  • the plate thickness in the first forming step is reduced, but on the other hand, the plate thickness tends to increase in the second forming step. .
  • the larger the bending radius of the die shoulder R of the intermediate product is, the earlier the forming of the die shoulder R is started in the second forming step.
  • the effect of suppressing wrinkles is lowered due to the increase in Therefore, if the bending radius of the die shoulder R portion of the intermediate product is too large, the forming of the die shoulder R portion is started before the gap between the punch and the die becomes sufficiently small in the second forming step, resulting in local deformation of the material. Concentration may be difficult to control. For this reason, it is preferable to set the bending radius of the die shoulder R portion of the intermediate molded product so that a well-balanced wrinkle suppressing effect can be obtained in both the first molding process and the second molding process.
  • a press-forming method and a press-formed product that can be applied to bending forming by sufficiently suppressing wrinkles in the flange portion caused by shrink flange forming without requiring a trimming process after press forming. can provide a method.

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Abstract

本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法は、外周縁又はその一部が外方に向かって凸状に湾曲した凸状外周縁部３ａを有する天板部３と、天板部３にパンチ肩Ｒ部２３を介して連続する縦壁部５と、縦壁部５にダイ肩Ｒ部２５を介して連続するフランジ部７とを有するプレス成形品１を成形する方法であって、金属板を中間成形品１７に成形する第１成形工程と、第１成形工程で成形した中間成形品１７を目標形状のプレス成形品１に成形する第２成形工程と、を含み、第１成形工程は、中間成形品１７の少なくとも天板部３の凸状外周縁部３ａに対応して形成されるダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を目標形状のプレス成形品１のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径よりも大きくなるように成形する。

Description

プレス成形方法及びプレス成形品の製造方法
　本発明は、天板部（top　portion）と、縦壁部（side　wall　portion）と、フランジ部（flange　portion）とを有するプレス成形品（press-formed　part）を成形するプレス成形（press-forming）方法及びプレス成形品の製造方法に関する。特に、本発明は、前記プレス成形品を成形する際の縮みフランジ成形（shrink　flange　forming）に伴うしわ（wrinkles）の発生を抑制するプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法に関する。
　自動車（automotive）の衝突安全性（collision　safety）基準の厳格化により、車体（automotive　body）の衝突安全性の向上が進む中で、二酸化炭素排出規制を受けて、燃費向上（improved　fuel　efficiency）やＥＶ化（electrification　of　vehicles）のために車体の軽量化（weight　reduction　of　automotive　body）も必要とされている。これら車体の衝突安全性向上と軽量化を両立させるために、車体構造部品（automotive　body　structural　parts）への590MPa級（MPa-class）以上の高強度鋼板（high-strength　steel　sheet）（ハイテン材（high-tensile　steel　sheet）とも称する）の適用が進んでいる。ハイテン材を車体構造部品にプレス成形する際には、縮みフランジ成形により生じるしわの抑制が課題となっている。
　例えば、自動車部品（automotive　parts）には、Ａピラーアッパー（pillar　upper）やＡピラーロア（pillar　lower）、バンパー部品（bumper）等のように、天板部と、縦壁部と、フランジ部を有する部品がある。このような部品において天板部の外周縁（outer　peripheral　edge）又はその一部が外方に向かって凸状（convex）に湾曲（curve）した形状となっている場合、プレス成形の際に当該部位（portion）の縦壁部やフランジ部は縮みフランジ成形となり、フランジ部の端部にしわが発生する場合がある。特にハイテン材の場合、高強度化によって座屈（buckling）しやすくなり、しわが発生しやすい。
　そこで、特許文献１には、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部（slanted　wall）を有し、斜壁部の全体もしくは一部が平面視（planar　view）でプレス成形品の長手方向において斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状（concave）のダイ（die）と凸状のパンチ（punch）により成形するに際し、しわを抑制するプレス成形方法が記載されている。具体的には、本方法は、成形途中においてブランク材（blank　sheet）における斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位をダイとパンチとで挟持し、端部側の部位を挟持した状態で斜壁部を成形することにより、ブランク材の板厚方向（thickness　direction）への座屈を防止して、斜壁部で発生するしわを抑制する。
　また、特許文献２には、天板部とフランジ部とが側壁部（side　wall）を介して幅方向で連続しているハット形断面（hat-shaped　cross　section）を有すると共に天板部及びフランジ部が長手方向に沿って天板部側に凸に湾曲した湾曲部分（curved　portion）を有する製品形状（product　shape）に、金属板（metal　sheet）をプレス成形してプレス成形品を製造するに際し、しわを抑制するプレス成形品の製造方法が記載されている。具体的には、本方法は、フランジ部位置よりも外周部分に対しシワ押さえ（blank　holder）で上記金属板を押さえるシワ押さえ領域を設定し段絞り（stepped　drawing）で成形を行う段絞り工程を有し、段絞りで成形を行う際に、フランジ部位置の一部にも、シワ押さえで押さえる付加領域を設定することにより、フランジ部で発生するしわを抑制する。
特開２０１６－２２１５５８号公報 特開２０１８－０３４１７６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のプレス成形方法では、ブランク材における斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位をダイとパンチで挟持した状態で斜壁部を成形するため、ダイとパンチで挟持した部位を次工程でトリミング（trimming）する必要がある。さらに、特許文献１に記載のプレス成形方法は、縦壁部（斜壁部）に連続するフランジ部を有するプレス成形品の成形には適用できないという問題もある。
　この点、特許文献２に記載のプレス成形品の製造方法は、フランジ部を有するプレス成形品の成形に適用できるものの、しわ押さえを使用するため、曲げ成形（bending）（フォーム成形（crash　forming））によるプレス成形には適用できないという問題がある。
　本発明は、以上の問題を解決すべくなされたものであり、その目的は、プレス成形後のトリミング工程を必須とすることなく、縮みフランジ成形によって生じるフランジ部のしわを十分に抑制し、曲げ成形にも適用可能なプレス成形方法及びプレス成形品の製造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、外周縁又はその一部が外方に向かって凸状に湾曲した凸状外周縁部を有する天板部と、該天板部にパンチ肩Ｒ部（punch　shoulder　R　portion）を介して連続する縦壁部と、該縦壁部にダイ肩Ｒ部を介して連続するフランジ部とを有するプレス成形品を成形する方法であって、金属板を中間成形品（preformed　part）に成形する第１成形工程と、該第１成形工程で成形した前記中間成形品を目標形状の前記プレス成形品に成形する第２成形工程と、を含み、前記第１成形工程は、前記中間成形品の少なくとも前記天板部の凸状外周縁部（convex　peripheral　edge）に対応して形成されるダイ肩Ｒ部（die　shoulder　R　portion）の曲げ半径（bending　radius）を前記目標形状のプレス成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径よりも大きくなるように成形する。
　前記第１成形工程は、絞り成形（drawing）又は曲げ成形を適用し、前記第２成形工程は、曲げ成形を適用するとよい。
　前記金属板を、引張強度（tensile　strength）が５９０ＭＰａ級以上の鋼板とするとよい。
　本発明に係るプレス成形品の製造方法は、外周縁又はその一部が外方に向かって凸状に湾曲した凸状外周縁部を有する天板部と、該天板部にパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部と、該縦壁部にダイ肩Ｒ部を介して連続するフランジ部とを有するプレス成形品を製造する方法であって、金属板を中間成形品に成形する第１成形工程と、該第１成形工程で成形した前記中間成形品を目標形状の前記プレス成形品に成形する第２成形工程と、を含み、前記第１成形工程は、前記中間成形品の少なくとも前記天板部の凸状外周縁部に対応して形成されるダイ肩Ｒ部の曲げ半径を前記目標形状のプレス成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径よりも大きくなるように成形する。
　本発明においては、金属板を中間成形品に成形する第１成形工程と、中間成形品を目標形状のプレス成形品に成形する第２成形工程と、を含み、第１成形工程において、中間成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径を目標形状のプレス成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径よりも大きくなるように成形することにより、縮みフランジ成形によって生じるフランジ部のしわを十分に抑制できる。これにより、しわのない良好な形状のプレス成形品が得られ、プレス成形における歩留まり（yield　ratio）向上に繋がる。また、パンチとダイでブランクの端部を挟持する必要がないので、従来のトリミング工程を必須としない。さらに、しわ押さえも必要としないので、曲げ成形にも適用可能である。
図１は、本発明の一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、実施の形態で対象とした部品（目標形状）の説明図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は平面図である。 図３は、従来例の方法で目標形状に成形した場合の成形下死点（bottom　dead　center）の状態を示す図（図３（ａ））及び実施の形態の第１成形工程で中間成形品を成形した場合の成形下死点の状態を示す図（図３（ｂ））である。 図４は、図３（ａ）の目標形状に成形した下死点と図３（ｂ）の中間成形品に成形した下死点との平面視した外周ラインを重ねて示した平面図である。 図５は、実施の形態に係る第２成形工程の説明図である。 図６は、第１成形工程でプレス成形した中間成形品の板厚増加率分布（thickness　increase　rate　distribution）を示す図である。 図７は、第２成形工程で目標形状にプレス成形したプレス成形品の板厚増加率分布を示す図である。 図８は、図６の中間成形品の板厚増加率分布と図７の目標形状にプレス成形したプレス成形品の板厚増加率分布を比較する図である。 図９は、図２に示す部品を従来例の方法でプレス成形する場合の課題を説明する図である。
　本実施の形態に係るプレス成形方法が対象とするプレス成形品について、図２に基づいて説明する。図２は、プレス成形品の一部を示したものである。図２に示すプレス成形品１は、天板部３と、縦壁部５と、フランジ部７を有するものであって、天板部３の外周縁の一部が外方に向かって凸状に湾曲した部位（以下、「凸状外周縁部３ａ」という）を有するものである。凸状外周縁部３ａと他の部位との境界は、例えば天板部３を平面視したときの凸状外周縁部３ａのＲ止まり（curved　end）までとする。また、天板部３と縦壁部５の境界部（boundary　portion）はプレス成形に用いたパンチの肩部の形状に対応したＲ形状となっているので、本明細書において単に「パンチ肩Ｒ部」と表記したときにはプレス成形品１側の当該部位を指す。同様に、縦壁部５とフランジ部７の境界部はダイの肩部の形状に対応したＲ形状となっているので、単に「ダイ肩Ｒ部」と表記したときにはプレス成形品１側の当該部位を指す。これらの部位については後述にて詳しく説明する。
　まず、本実施の形態に係るプレス成形方法を説明するに先立って、従来の方法で図２のようなプレス成形品１をプレス成形する場合の問題点について図９を用いて説明する。図９は、従来の方法でプレス成形品１をプレス成形した場合についてＦＥＭ解析した結果であり、板厚増加率の分布を色の濃淡（shade　of　color）で示している。板厚増加率は、プレス成形後のプレス成形品の板厚とプレス成形前のブランクの板厚との差（板厚増分（thickness　increment））を求め、ブランクの板厚との比（割合）で表したものであり、値が大きいほど板厚が増加していることを表している。
　図２のようなプレス成形品１をプレス成形する場合、天板部３の凸状外周縁部３ａに対応する縦壁部５とフランジ部７は、縮みフランジ成形となって材料が集中し、しわが発生しやすい。図９の例の場合、最も板厚が増加したのは図中の矢印で示すフランジ部７の端部であり、最大板厚増加率（maximum　sheet　thickness　increase　rate）は+12.5％であった。このように、局所的に板厚が増加することで当該部分にしわが生じ、問題となっていた。そこで、従来は、フランジ部７にしわ押さえを活用して、板厚方向の座屈を防ぐ手段が取られていたが、必ずしも十分ではなかった。また、しわ押さえを使用すると絞り成形となって、曲げ成形を適用できないという課題もあった。
　そこで、フランジ部７に生じるしわの発生を従来よりも低減しつつ、曲げ成形も適用できるようにしたのが、本実施の形態のプレス成形方法である。
　具体的には、本実施の形態に係るプレス成形方法は、図２に一例を示したような、外周縁の一部が外方に向かって凸状に湾曲した凸状外周縁部３ａを有する天板部３と、天板部３にパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部５と、縦壁部５にダイ肩Ｒ部を介して連続するフランジ部７とを有するプレス成形品１を成形する方法である。そして、図１に示すように、本実施の形態に係るプレス成形方法は、金属板であるブランク１３を中間成形品１７に成形する第１成形工程と、中間成形品１７を目標形状であるプレス成形品１に成形する第２成形工程と、を含む。図１は、各工程における図２（ｂ）のＡ－Ａ´断面に相当する部分の成形前の状態を示している。該プレス成形方法を実行することによって、プレス成形品１が製造されるので、プレス成形方法の発明は、プレス成形品の製造方法の発明として構成することができる。したがって、以下に説明するプレス成形方法の実施の形態は、プレス成形品の製造方法の実施の形態と共通するものである。以下、各工程を詳細に説明する。
＜第１成形工程＞
　第１成形工程は、金属板であるブランク１３を下記に説明する中間成形品１７にプレス成形する工程である。第１成形工程で成形する中間成形品１７は、縮みフランジ成形によって形成される縦壁部５とフランジ部７の境界部のダイ肩Ｒ部の形状が目標形状と異なっている。この点ついて、以下、具体的に説明する。
　第１成形工程においては、図１（ａ）に示すように、パンチ９の上面とパッド（pad）１１でブランク１３の一部を挟持した状態でパンチ９に対してダイ１５を相対的に移動させて中間成形品１７を成形する。ダイ１５の成形面部は、肩部１５ａを除いて目標形状に対応した形状となっているが、肩部１５ａの曲率半径R1は、第２成形工程で目標形状を成形するダイ２１の肩部２１ａの曲率半径（curvature　radius）R0よりも大きい（R0＜R1）。
　上記のような金型を用いて第１成形工程を実施したときの本発明に関わる中間成形品１７の形状について、図３に一例を示して説明する。図３（ａ）は、従来の方法で図２の目標形状を成形した場合のＡ－Ａ´断面に相当する部分の成形下死点の状態を示したものである。図３（ｂ）は、本実施の形態の第１成形工程で中間成形品１７を成形した場合のＡ－Ａ´断面に相当する部分の成形下死点の状態を示したものである。図３（ａ）の従来例の金型は、図１（ｂ）に示した第２成形工程に用いる金型と同形状であるので、同一の符号を付す。また、図３（ａ）、図３（ｂ）においてはダイの図示を省略している。
　図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、目標形状及び中間成形品１７における天板部３と縦壁部５の境界部はパンチ１９の肩部１９ａ又はパンチ９の肩部９ａに沿ったＲ形状となる部分である。したがって、目標形状及び中間成形品１７におけるこの部分をパンチ肩Ｒ部２３という。同様に、縦壁部５とフランジ部７の境界部はダイ２１の肩部２１ａ又はダイ１５の肩部１５ａ（図１参照）に沿ったＲ形状となる部分であるので、目標形状及び中間成形品１７におけるこの部分をダイ肩Ｒ部２５という。第１成形工程においては、図１（ａ）に示した金型を用いることにより、図３（ｂ）に示すように、中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径が目標形状のダイ肩Ｒ部２５（図３（ａ））の曲げ半径よりも大きくなるように成形する。図３の例においては、目標形状のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径をR4mmとし、これに対する中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径をR10mmとした。
　上記のようにすることで、成形下死点における中間成形品１７のパンチ肩Ｒ部２３の縦壁部５側のＲ止まりからブランク端部までの距離ａが、目標形状の距離ａよりも長くなる。具体的には、図３（ａ）の目標形状の距離ａが7.3mmであるのに対し、図３（ｂ）の中間成形品１７の距離ａは9.5mmとなり、2.2mm長くなっている。
　また、図３（ａ）の目標形状と図３（ｂ）の中間成形品１７の形状の違いを平面視で比較したものを図４に示す。図４は、目標形状及び中間成形品１７を、天板部３を合わせて重ねた場合の外周ラインをそれぞれ示したものである。図４においても図３と同様に、中間成形品１７（発明例）のフランジ部７の端部が、目標形状（従来例）よりも2.2mm程外側に位置することがわかる。
　上記のように、中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を大きくしたことにより、縦壁部５及びフランジ部７の変形量が目標形状と比べて小さくなるので、中間成形品１７の当該部位に縮みフランジ成形によるしわは生じにくくなる。
　中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を目標形状のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径より大きくするのは、ダイ肩Ｒ部２５の全長（縦壁部５とフランジ部７の稜線全長）に亘ってでもよいが、縮みフランジ成形となる部位のみでもよい。即ち、中間成形品１７における少なくとも凸状外周縁部３ａに対応する縦壁部５に連続して形成される部分のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を目標形状のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径より大きくすればよい。目標形状のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径に対して、中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を１．２倍から５倍とするとよい。さらに、１．２倍から３倍にするとさらによい。これは、後述する第２成形工程での縮みフランジ成形開始時点で、パンチ１９とダイ２１の隙間を最適化するためである。
＜第２成形工程＞
　第２成形工程は、第１成形工程で成形した中間成形品１７を目標形状のプレス成形品１に成形する工程である。前述したように、第２成形工程で用いる金型であるパンチ１９及びダイ２１は、ダイ肩Ｒ部２５の成形部位を除いて第１成形工程で用いた金型であるパンチ９及びダイ１５と同じ形状である。したがって、本工程は、同じ金型で成形品を再プレスしてスプリングバック（springback）の低減を図る「リストライク（restrike）」も兼ねるものである。
　第２成形工程においては、図１（ｂ）に示すように、中間成形品１７のパンチ肩Ｒ部２３をパンチ１９の肩部１９ａに合わせてセットし、パンチ１９とパッド１１で中間成形品１７の天板部３を挟持した状態でダイ２１を下降させて目標形状であるプレス成形品１に成形する。ダイ２１は目標形状に対応した形状となっており、前述したように、ダイ２１の肩部２１ａの曲率半径R0は、第１成形工程で用いたダイ１５の肩部１５ａの曲率半径R1よりも小さい。（R0＜R1）。
　パンチ１９とダイ２１を用いて中間成形品１７の凸状外周縁部３ａに対応した縦壁部５とフランジ部７を目標形状に成形する際、当該部位は縮みフランジ成形となるが、第２成形工程の縮みフランジ成形においてもしわの発生を抑制できる。その理由について図５に基づいて説明する。
　図５は、第２成形工程の成形過程におけるダイ肩Ｒ部２５の外観の変化と、図２のＡ－Ａ´断面に相当する部分の成形過程の様子を示したものである。「5mmup」等の数値はダイ２１の成形下死点までの中間成形品１７の板厚（sheet　thickness）を考慮した距離である。したがって、「5mmup」のときのパンチ１９とダイ２１のプレス成形方向の隙間は中間成形品１７の板厚+5mmとなる。数値が小さくなるほどダイ２１がパンチ１９に近づいて成形が進み、「0mmup」で成形下死点の状態となる。
　本実施の形態の第２成形工程において、中間成形品１７をパンチ１９の上面にセットして、ダイ２１を下降させると、図５に示すように、成形下死点より1mm手前の時点（1mmup）からダイ肩Ｒ部２５が成形され始めた。ダイ肩Ｒ部２５が目標形状に成形されるとき、当該部位は縮みフランジ成形となるが、縮みフランジ成形が始まった時点でパンチ１９とダイ２１の隙間は板厚+1mmと非常に小さく、以降、成形下死点までさらに隙間は小さくなっていくため、材料が局所的に集中しにくい。したがって、第２成形工程においてもフランジ部７の端部にしわが生じにくい。
　上述した本実施の形態の効果を図６、図７に基づいて具体的に説明する。図６は、本実施の形態の第１成形工程で成形した中間成形品１７の板厚増加率の分布を示したものである。なお、板厚増加率及び色の濃淡については図９と同様である。図６に示すように、図９の従来例の最大板厚増加率が+12.5%であるのに対し、本実施の形態の中間成形品１７の最大板厚増加率は+6.5%であり、縮みフランジ成形となる部位の板厚増加を半減できた。
　次に、図６の中間成形品１７を第２成形工程で目標形状に成形した場合の板厚増加率の分布を図７に示す。図７に示すように、本実施の形態の第２成形工程後の最大板厚増加率は+7.3%であり、中間成形品１７の最大板厚増加率からわずか0.8%増加したのみであった。このように、最終成形品を比較した場合においても、本実施の形態のプレス成形方法で製造したプレス成形品１は、従来の方法でプレス成形したプレス成形品１よりも縮みフランジ成形となる部位の板厚の増加を十分に低減しており、当該部位のしわの発生を抑制できることがわかる。
　また、第２成形工程において中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５を目標形状の曲げ半径に成形するとき、パンチ１９とダイ２１の隙間が非常に小さいことで、材料が局所的に集中しにくいことを説明したが、この効果についても確認したので図８を用いて説明する。図８（ａ）は第１成形工程の成形下死点における中間成形品１７の板厚増加率の分布である。図８（ｂ）は第２成形工程の成形下死点におけるプレス成形品１の板厚増加率の分布である。板厚増加率の分布は図６、図７よりも小さいレンジで示している。
　図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、第２成形工程では、板厚の増加が第１成形工程よりも広い範囲に分散している。これは第２成形工程時の縮みフランジ成形におけるひずみが広範囲に分散して生じていることを示しており、これによって、局所的な板厚増加が生じず、しわの発生が抑制できる。
　上記のように、本実施の形態では、第１成形工程で縮みフランジ成形となる部位のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を目標形状よりも大きく成形してから第２成形工程で目標形状に成形することで、局所的な板厚増加の問題を解消し、しわの発生を抑制できる。さらに、パンチとダイでブランクの端部を挟持する必要がないので、特許文献１に示す従来例のようにトリミング工程を必須としない。
　また、前述したように、本実施の形態のプレス成形方法は、しわ押さえを用いることなくフランジ部７のしわを抑制することができるので、曲げ（フォーム）成形によるプレス成形に適用できる。即ち、中間成形品１７を成形する第１成形工程で絞り成形又は曲げ成形を適用し、目標形状を成形する第２成形工程で曲げ成形を適用する場合に特に効果的である。
　さらに、本実施の形態のプレス成形方法は、縮みフランジ成形によってしわが生じやすい高強度鋼板を用いる場合に特に効果的である。例えば、金属板（ブランク）を、引張強度が５９０ＭＰａ級以上の鋼板としてもよく、その場合も十分なしわの低減効果を奏することができる。上記プレス成形方法の各工程を実行することにより、目標とするプレス成形品が製造でき、製造されたプレス成形品は上述の通り、しわが抑制されたものとなる。
　本発明のプレス成形方法における縮みフランジ成形しわの抑制効果について、FEM解析を用いて具体的な検討を行ったので、その結果について以下に説明する。本実施例では、板厚1.0mm、引張強度が980MPa級の鋼板（steel　sheet）をブランクとして用い、図２のプレス成形品１を目標形状としてプレス成形する場合について確認した。目標形状のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径は4mmとした。金属板を１工程で目標形状に成形する従来例と、金属板を２工程で目標形状に成形する本発明例についてFEM解析を実施し、縮みフランジ成形部位における最大板厚増加率を求めた。本発明例は、中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を変更して複数例実施した。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　No.1は、金属板から１工程で直接目標形状に成形する従来例である。No.2～No.5は、金属板を中間成形品１７に成形する１工程目（実施の形態の第１成形工程）、中間成形品１７を目標形状に成形する２工程目（実施の形態の第２成形工程）の２工程で行った本発明例である。本発明例では中間成形品１７のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を6mm、8mm、10mm、12mmの4パターンに変更して実施した。
　表１に示すように、No.1の従来例では、プレス成形品１の最大板厚増加率が12.5％であった。これに対し、１工程目のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を6mmとした本発明例のNo.2は、１工程目の最大板厚増加率が7.4％、２工程目の最大板厚増加率が8.2％であり、No.1の従来例と比較して板厚増加率を低減できた。また、１工程目のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を8mmとした本発明例のNo.3においても、１工程目の最大板厚増加率が7.4％、２工程目の最大板厚増加率が8.2％であり、No.2と同様に板厚増加率を低減できた。
　さらに、１工程目のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を10mmとした本発明例のNo.4は、１工程目の最大板厚増加率が6.5％、２工程目の最大板厚増加率が7.3％であり、No.2、No.3よりさらに板厚増加率を低減できた。
　そして、１工程目のダイ肩Ｒ部２５の曲げ半径を12mmとした本発明例のNo.5は、１工程目の最大板厚増加率が5.2％となり他の発明例よりさらに低減したが、２工程目の最大板厚増加率では8.9％となり、従来例より低減したものの、他の発明例より増加した。したがって、本実施例においては、No.4の例が最も板厚増加率を低減できることがわかった。
　上記のように、中間成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径を大きくするほど、第１成形工程における板厚増加が低減されるが、一方で、第２成形工程で板厚が増加しやすくなる。これは、中間成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径が大きいほど、第２成形工程におけるダイ肩Ｒ部の成形開始時期が早まるので、ダイ肩Ｒ部の成形開始時点でのパンチとダイの隙間が大きくなってしわ抑制効果が低下するからである。したがって、中間成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径が大きすぎると、第２成形工程においてパンチとダイの隙間が十分小さくなる前にダイ肩Ｒ部の成形が開始されて、材料の局所的な集中を抑制しにくい場合がある。このため、第１成形工程、第２成形工程の双方でバランスよくしわ抑制効果が得られるように中間成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径を設定するのが好ましい。
　本発明によれば、プレス成形後のトリミング工程を必須とすることなく、縮みフランジ成形によって生じるフランジ部のしわを十分に抑制し、曲げ成形にも適用可能なプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法を提供することができる。
　１　プレス成形品（目標形状）
　３　天板部
　３ａ　凸状外周縁部
　５　縦壁部
　７　フランジ部
　９　パンチ（第１成形工程）
　９ａ　肩部
　１１　パッド
　１３　ブランク（金属板）
　１５　ダイ（第１成形工程）
　１５ａ　肩部
　１７　中間成形品
　１９　パンチ（第２成形工程、従来例）
　１９ａ　肩部
　２１　ダイ（第２成形工程）
　２１ａ　肩部
　２３　パンチ肩Ｒ部
　２５　ダイ肩Ｒ部

Claims (4)

  1. 　外周縁又はその一部が外方に向かって凸状に湾曲した凸状外周縁部を有する天板部と、該天板部にパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部と、該縦壁部にダイ肩Ｒ部を介して連続するフランジ部とを有するプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、
    　金属板を中間成形品に成形する第１成形工程と、
    　該第１成形工程で成形した前記中間成形品を目標形状の前記プレス成形品に成形する第２成形工程と、を含み、
    　前記第１成形工程は、前記中間成形品の少なくとも前記天板部の凸状外周縁部に対応して形成されるダイ肩Ｒ部の曲げ半径を前記目標形状のプレス成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径よりも大きくなるように成形する、プレス成形方法。
  2. 　前記第１成形工程は、絞り成形又は曲げ成形を適用し、
    　前記第２成形工程は、曲げ成形を適用する、請求項１に記載のプレス成形方法。
  3. 　前記金属板を、引張強度が５９０ＭＰａ級以上の鋼板とする、請求項１又は２に記載のプレス成形方法。
  4. 　外周縁又はその一部が外方に向かって凸状に湾曲した凸状外周縁部を有する天板部と、該天板部にパンチ肩Ｒ部を介して連続する縦壁部と、該縦壁部にダイ肩Ｒ部を介して連続するフランジ部とを有するプレス成形品の製造方法であって、
    　金属板を中間成形品に成形する第１成形工程と、
    　該第１成形工程で成形した前記中間成形品を目標形状の前記プレス成形品に成形する第２成形工程と、を含み、
    　前記第１成形工程は、前記中間成形品の少なくとも前記天板部の凸状外周縁部に対応して形成されるダイ肩Ｒ部の曲げ半径を前記目標形状のプレス成形品のダイ肩Ｒ部の曲げ半径よりも大きくなるように成形する、プレス成形品の製造方法。
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