張り出し成形品の製造装置および製造方法
【課題】ブランク材をパンチとダイの間で加工することにより張り出し成形品を製造する際に、厳格な上下金型の面あわせ作業に多大な工数を要することなく、ブランク拘束可能であり、さらに、ブランク材の材料歩留を向上させる。
【解決手段】ブランク５に当接する第１のブランク拘束部３ａをオープニングラインに有する第１の金型３と、ブランク６の周縁部に当接する第２のブランク拘束部４ａをオープニングラインに有する第２の金型４と、第１の金型３および第２の金型４によって拘束されたブランク５に対して移動することによってブランク５に張り出し成形を行う第３の金型２とを備える張り出し成形品の製造装置１である。第１のブランク拘束部３ａのうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部により構成されるとともに、第２のブランク拘束部４ａのうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部３ａを、それぞれ、隙間を有して収容する並設された複数の凹部４ａにより構成される。
【解決手段】ブランク５に当接する第１のブランク拘束部３ａをオープニングラインに有する第１の金型３と、ブランク６の周縁部に当接する第２のブランク拘束部４ａをオープニングラインに有する第２の金型４と、第１の金型３および第２の金型４によって拘束されたブランク５に対して移動することによってブランク５に張り出し成形を行う第３の金型２とを備える張り出し成形品の製造装置１である。第１のブランク拘束部３ａのうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部により構成されるとともに、第２のブランク拘束部４ａのうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部３ａを、それぞれ、隙間を有して収容する並設された複数の凹部４ａにより構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、張り出し成形品の製造装置および製造方法に関し、具体的には、ブランクが流入しないようにダイとブランクホルダでブランクの周縁部分を拘束し、ブランクをパンチとダイの間で加工することによる張り出し成形品の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄板のプレス成形は、一般的に、張出成形と絞り成形との２つに大別される。張出成形とは、ブランクを拘束した後の成形中に、主にブランク周縁部に設けられるブランク拘束部により、製品部に相当するブランクの中央部に向かって実質的にブランクが流入（移動）しない成形方法である。例えば、自動車部品のうち、ドアーアウターパネルやフードアウターパネルといった比較的単純な形状の部品は張出成形によって製造されるのが一般的である。
【０００３】
これに対し、絞り成形とは、ブランクを拘束した後の成形中に、ブランク拘束部においてブランクが流入する量を適切にコントロールすることによって、製品に割れやしわ等が発生しないように成形性をコントロールする成形方法である。例えば、自動車部品のサイドパネルアウター等の比較的複雑な形状の部品は絞り成形によって製造されるのが一般的である。このように、張出成形とは、ブランク拘束部によりブランクの流入を実質的に無くすという点において、絞り成形とは異なる成形方法である。
【０００４】
これまで、ブランクが流入しないようにするために、ダイとブランクホルダとによりブランク周縁部分を拘束するビードには、台形ビードや波状ビードが知られている。台形ビードは、断面が略台形形状であり、台形コーナー部の曲げ、曲げ戻し変形の変形抵抗と、断面直辺部の面圧とによって、ブランクを拘束する。一方、波状ビードは、断面は略台形形状であり、上面視形状が正弦波のような波形状をなすものである。台形コーナー部の曲げ、曲げ戻し変形抵抗と、断面直辺部の面圧とに加えて、さらに、上面視の波形状に応じた伸び縮み変形抵抗によって、ブランクを拘束する。
【０００５】
さらに、特許文献１、２には、不連続に設けられたエンボスによりブランクの流入量をコントロールしながら絞り成形を行う発明がそれぞれ開示されている。特許文献１の段落００１６には「図３に示すように、上記スポットビード８，８同士のピッチＰｃは例えば２０ｍｍ、スポットビード８の根元部での直径Ｄは主ビード７の幅と同程度の１１ｍｍ、スポットビード８の高さＨは６ｍｍ、スポットビード８の頂部周縁の面取り寸法ＲｎはＲ２、スポットビード８の円周面のテーパ角度θは６°程度にそれぞれ設定される。」と記載されているとともに、特許文献２の第１２柱には、寸法に関して「ブランク（Ｍ）に対する摩擦抵抗の部分的増大度合いは、ビード（３４）の植立高さ（Ｈ）や直径（Ｄ）により調整し、またその増大したい部分はこれに応じた位置のビード（３４）を抜き差しすることにより調整し、」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１１７３４０号公報
【特許文献２】特開昭５７−７２７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の台形ビードでは、通常、台形コーナー部の曲げ、曲げ戻し変形の変形抵抗のみでは拘束力が小さいため、断面直辺部の面圧による拘束力の付与が不可欠になる。直辺部の面圧を作用させるためには、上下の金型の面合せを確実に行うことが重要になるが、量産開始前にこれらの作業に多大な工数を要することとなる。また、台形ビードのような連続ビードでは、ブランクホールド時に、ブランク端が内側に引き込まれるため、断面線長の大きな台形ビードでは、ブランクの材料歩留りが低下する。
【０００８】
また、波状ビードは、台形ビードと比較すると、波形状に応じた伸び縮み変形抵抗によって、拘束力が向上するため、断面直辺部の面あわせに要する工数は少なくて済む。しかしながら、波状ビードも台形ビード同様に、ブランクホールド時に、ブランク端が内側に引き込まれるため、ブランクの材料歩留が低下してしまう。また、波形状の分だけ、ブランクの材料歩留りがさらに低下する。
【０００９】
さらに、特許文献１、２により開示された絞り成形技術を張り出し成形に単に転用すると、以下に列記する問題を生じる。
【００１０】
（ａ）ビードの径を大きくするとビードが大きくなり、ブランクの歩留まりが低下すること。
（ｂ）ビードの高さを高くするとブランクが割れる恐れが高まること。
（ｃ）ビードの間隔を狭くするとブランクを挟み込むために必要な押圧力が大きくなるため、機械能力が不足し、上下金型が押さえ込めきれなくなり、ブランクが流入してしまう。
【００１１】
ウェーブビード等の連続的なビードの場合、ブランクが割れるとブランクをロックできなくなるため問題である。一方、エンボスロックの場合、エンボス頂部付近のブランクが割れてもロック可能であるため、ブランク割れは致命的ではない。しかし、ブランクが割れると、割れて脱落した部分が製品部分に押し込まれて押し込みキズになってしまうといった問題が発生するおそれがあり、好ましくない。
【００１２】
また、特許文献１、２では凹金型の形状について何も言及していない。
さらに、量産のプレス成形では、金型の弾性変形や金型の出来映え等が要因で、必ずしも全周に渡って隙間をゼロにできるとは限らないが、材料が流入せずにロックできる最大の上下金型間の隙間（金型間の距離から元板厚を差し引いた値（以下、本明細書ではこの値を「ギャップ余裕」という。）が大きいロック方法ほど量産安定性に対して優位であるが、特許文献１、２にはギャップ余裕について開示も示唆もない。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ブランクが流入しないようにダイとブランクホルダでブランクの周縁部分を拘束し、ブランクをパンチとダイの間で加工することにより張り出し成形品を製造する際に、厳格な上下金型の面あわせ作業に多大な工数を要することなく、ブランクを確実に拘束することができ、さらに、ブランクの材料歩留を向上することができる張り出し成形品の製造装置および製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、
（Ｉ）絞り成形(従来技術)と張り出し成形(本発明の対象)は異なるので、両者は互いに転用可能な関係にはないこと、
（ＩＩ）ビードのサイズを最適化すること(ブランクを拘束することと面積を小さくすることとは背反する。ブランクを拘束するるためにビードを大きく、高く、密度を高くするのではうまくいかないこと)、及び
（ＩＩＩ）量産性を考慮してギャップ余裕を最適化することにより、張り出し成形において拘束している面積が小さいビードを提供でき、拘束している面積が小さいために、製品歩留まりが向上すること
を知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
【００１５】
本発明は、ブランクの周縁部に当接する第１のブランク拘束部をオープニングラインに有する第１の金型と、ブランクの周縁部に当接する第２のブランク拘束部をオープニングラインに有する第２の金型と、第１の金型および第２の金型によって拘束されたブランクに対して移動することによってブランクに張り出し成形を行う第３の金型とを備える張り出し成形品の製造装置において、第１のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部により構成されるとともに、第２のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部を、それぞれ、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成されることを特徴とする張り出し成形品の製造装置である。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、第１の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が並設された複数の凸部により構成される第１の拘束部を、ブランクの周縁部に当接するとともに、第２の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が、並設された複数の凸部それぞれを、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成される第２の拘束部を、ブランクの周縁部に当接することによって、凸部および凹部によりブランクを拘束し、拘束されたブランクに対して第３の金型を移動することによってブランクに張り出し成形を行うことを特徴とする張り出し成形品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、通常の台形ビードと比較して、ビードライン方向の断面形状に応じた伸び縮み変形抵抗によって、拘束力が向上するため、断面直辺部の面あわせに要する工数は少なくて済む。さらに、本発明の装置は、通常の台形ビードや波形状ビードと比較して、断面形状が小さいこと、張出されてビード部が形成されること、及び上面視で波形状のように配置する必要がないことから、ブランクの材料歩留が大きく向上する。
【００１８】
このように本発明により、厳格な上下金型の面合せ作業に多大な工数を要することなく、ブランクを確実に拘束することができ、さらに、ブランクの材料歩留を向上させながら、張り出し成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、自動車ドアーアウターパネルを模擬した金型を用いて張り出し成形を行う状況を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）は凸部の配置を示す平面図であり、図２（ｂ）は凸部の形状を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、いずれも、凸部の頂部形状を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、凹部の形状を示す説明図である。
【図５】図５は、凹部の穴径の決定手法を示す説明図である。
【図６】図６は、評価結果の一例の写真である。
【図７】図７は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、表４における「ドーム状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．１を例に示す説明図であり、図１０（ｂ）は、表４における「先細形状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．６を例に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、自動車ドアーアウターパネルを模擬した金型１を用いて張り出し成形を行う状況を示す説明図である。図２（ａ）は凸部３ａの配置を示す平面図であり、図２（ｂ）は凸部３ａの形状を示す断面図である。
【００２１】
金型１は、パンチ２、ダイ３、ブランクホルダ４によって構成されている。ブランク５が流入しないように拘束するため、ダイ３に複数の凸部３ａが設けられ、ブランクホルダ４に凹部４ａが設けられている。
【００２２】
凸部３ａは、頂部が直径４ｍｍ程度の半球形状であり、高さが３．０ｍｍの軸対象形状である。
凸部３ａの径は、直径２〜６ｍｍの略円形状であることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ前後の径の円形状である。ブランク５の歩留向上のためには、絞り成形を含めた従来のビードのビード幅よりも充分に小さい直径の凸部であることが好ましい。したがって、エンボス直径は６ｍｍ程度以下であることが望ましい。一方、ブランク５の歩留向上の観点では凸部３ａの直径は小さいほうが好ましいが、凸部３ａの直径が小さくなるほど金型の加工が困難になる上、凸部３ａが折れてしまう恐れがある。このため、凸部３ａの直径は２ｍｍ以上であることが好ましく、４ｍｍ前後程度であることがさらに好ましい。
【００２３】
凸部３ａの高さは、凸部３ａの径の０．５〜１．０倍であることが好ましい。上述したように凸部３ａの径は２〜６ｍｍであることが好ましいことから凸部３ａの高さは１〜６ｍｍであることが好ましい。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は２〜４ｍｍであることが好ましい。より好ましくは凸部３ａの径の０．７〜０．９倍である。その場合、凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから凸部３ａの高さは１．４〜５．４ｍｍの範囲である。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は２．８〜３．６ｍｍであることがより好ましい。凸部３ａの高さを凸部３ａの直径よりも大きくするとブランクが割れてしまう。一方、凸部３ａの径の半分よりも小さくすると、拘束力が弱くなり安定性が確保できない。したがって、凸部３ａの高さは、凸部３ａの径の０．５〜１．０倍に設定することが好ましい。
【００２４】
上述したギャップ余裕（ブランク５が流入しないように拘束することができる最大の上下金型間の隙間であって、金型間の距離から元板厚を差し引いた値）を適正に確保するために、凸部３ａの高さは凸部３ａの径の０．７倍以上であることが好ましい。本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから少なくとも１．４ｍｍ以上である。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は２．８ｍｍ以上の高さが必要である。ギャップ余裕は、量産時にはギャップが０．１ｍｍ程度空いてしまうことが多いため、０．１ｍｍ程度以上であることが好ましい。一方、凸部３ａの高さは、凸部３ａの径の０．９倍を超えると凸部３ａの近傍でブランク５が割れてしまう可能性が高まるため、凸部３ａの径の０．９倍以下であることが好ましい。
【００２５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、凸部３ａの頂部形状を示す説明図である。
凸部３ａの頂部の形状は、概略球形状であることにより、周りから凸部３ａに向かって材料を多く引き込む（歩留まりが下がる）ことがないように凸部３ａを張り出して形成するためである。またこの時、ブランク５が割れにくいようにすることも重要である。このような条件を満足する形状であれば、多少球形状から外れていたとしても本質的には問題ないため、凸部３ａの頂部の形状は、図３（ａ）に示すように肩部Ｒが大きな略円筒形状や、図３（ｂ）に示す頂部Ｒが小さな（鉛筆の先端のような）形状でも同等の効果を奏することができる。
【００２６】
凸部３ａの中心間間隔は、後述する凹部４ａの中心間間隔と同様に、凸部３ａの径の１．３〜３．０倍、すなわち本発明の凸部３ａの径が２〜６ｍｍであることが好ましいことから２．６〜１８ｍｍの範囲であることが好ましい。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は５．２〜１２ｍｍであることが好ましい。凸部３ａの径の２．０〜２．５倍、すなわち凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから４〜１５ｍｍ、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は８〜１０ｍｍであることがさらに好ましい。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、凹部４ａの形状を示す説明図であり、図５は、凹部４ａの穴径の決定手法を示す説明図である。
凹部４ａは、おおよそ、凸部３ａをブランク５の板厚程度、外側にオフセットしたような形状であり、Ｒｄ部位の曲率半径は１．３ｍｍ程度である。また、凹部４ａの中心点間距離は８．８ｍｍである。
【００２８】
凹部４ａの穴径の下限は、図５に示すように、凸部３ａにブランク５を巻き付かせた場合に凹部４ａがブランク５に接する形状にすることが好ましい。一方、上限は、ブランク５が流入しない程度まで拡げても構わない。
【００２９】
例えば、凹部４ａの適切な穴径は、凸部３ａの形状とブランク５の板厚とによって変化する。例えば、図５あるいは後述する表３のＮｏ．１のような半球と円柱からなる凸部であれば、凹部４ａの適切な穴径は凸部３ａの外径にブランク５の板厚の３〜４倍を加えた範囲である。ただし、凸部３ａの高さが高ければこの範囲を超えて大きな穴径が好ましく、凸部３ａの形状が後述する表３のＮｏ．６のような径の小さな頂部であればこの範囲を超えて小さな穴径であることが好ましくなる場合もある。したがって、適切な穴径を求めるには図５に示したようにして適宜選択すればよい。
【００３０】
凹側４ａの角Ｒ部の断面曲率半径は、ブランクが割れないように、かつ拘束力が弱くなることを避けるためには、凸部３ａの径の１／４〜１／２倍、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであることが好ましいことから０．５〜３．０ｍｍの範囲、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は１．０〜２．０ｍｍに設定することが好ましい。
【００３１】
また、隣接する凹部４ａの同士の間隔は、中心点間隔で、凸部３ａの径の１．３〜３．０倍、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから２．６〜１８ｍｍの範囲、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は５．２〜１２ｍｍであることが好ましく、凸部３ａの径の２．０〜２．５倍、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから４〜１５ｍｍの範囲、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は８〜１０ｍｍであることがさらに好ましい。
【００３２】
隣接する凹部４ａ同士の間のブランク５が流入しないようにするためには中心点間隔を凸部３ａの径の３．０倍以下、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから最大でも１８ｍｍ以下、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は１２ｍｍ以下に設定することが好ましく、一般的なプレス機の荷重（ブランクホールド荷重）を考慮すると中心点間隔を凸部３ａの径の１．３倍以上、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから最小でも２．６ｍｍ以上、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は５．２ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３３】
隣接する凹部４ａ同士の間隔が狭すぎると、ブランク５を挟み込むために必要な押圧力が大きくなるため、機械能力が足らなくなって、上下金型が押さえ込めきれなくなり、ブランク５が流入してしまう。逆に、この間隔が広すぎると、拘束力が低下してしまい、ブランク５の流入を阻止するのに必要な押圧力が大きくなる。
【００３４】
ブランク５の板厚は、絞り成形の素材の板厚として一般的な０．６〜０．８ｍｍであることが好ましい。
量産金型間のギャップを想定すると、隣接する凹部４ａ同士の間のブランク５が流入しないようにするためには、中心点間隔を凸部３ａの径の２．５倍以下、本発明の凸３ａの径は２〜６ｍｍであるから最大でも１５ｍｍ以下、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は１０ｍｍ以下に設定することが好ましく、特別な機構を追加することなく、さらに張出成形に用いられるようなプレス機の荷重（ブランクホールド荷重）を考慮すると、中心点間隔を凸部３ａの径の２．０倍以上、本発明の凸３ａの径は２〜６ｍｍであるから最小でも４．０ｍｍ以上、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は８．０ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３５】
上述した範囲をまとめると表１のようになる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
次に、本実施形態の作用について説明する。最初に、ダイ３上にブランク５を投入する。次に、ブランクホルダ４が下降して、ダイ３とブランクホルダ４の間に、ブランク５を挟みこむ。この際、ブランク５のビード部は、半球形状の凸部３ａによって小さく張り出され、ビード形状が形成される。次に、パンチ２が下降し、凸部３ａで拘束されたブランク５の凸部３ａよりも内側に、押し付けられることにより、成形が行われる。
【００３８】
この際、ブランク５のビード部は、内側に引き込まれるような引張力を受ける。凸部３ａは、ブランク５の流入方向の断面に応じた曲げ、曲げ戻し変形抵抗、直辺部の面圧に加えて、ビードライン方向の断面形状に応じたブランク５の伸び縮み変形抵抗が生じるため、前記の引張力に勝る拘束力を有しており、成形中にブランク材を流入させることなく拘束し、プレス成形（張り出し成形）が行われる。
【００３９】
本実施の形態は、以下に示す効果を有する。
（１）ブランク５は、ビードの断面線長が小さく、また前記のように、張出されてビードを形成されるため、ブランク５の端の流入量は、ブランクホールド時および成形時を合わせても、２ｍｍ程度以下の小さな値となる。さらに、流入方向のビード幅も小さい。したがって、例えば、波形状ビードに比較して、片側５〜１５mm程度の材料歩留向上が可能である。
【００４０】
（２）前記のように、通常の台形ビードと比較して拘束力が大きいため、上下金型に若干のギャップが存在しても、ブランク材を拘束可能である。例えば本実施形態では、０．４ｍｍ程度のギャップが存在してもブランク材の拘束可能であり、厳格な上下金型の面あわせ作業を必要としない。
【００４１】
（３）リングプロファイル〜ビードまでの間隔が短い。従来のビードでは、凹部４ａのコーナー部における金型亀裂の発生を防ぐため、リングプロファイル〜ビードまでの間隔を例えば７〜１０ｍｍと広めに設定していた。しかし、本発明では、凹部４ａの深さは凸部３ａが低いので浅く設定でき、また非連続であるため、リングプロファイル〜ビードまでの間隔の短縮のネックとなる凹部４ａのコーナー部におけるき裂の発生要因となる曲げモーメントが小さくなる。リングプロファイル〜ビードまでの間隔を５ｍｍに短縮できる。
【００４２】
（４）凸部３ａ自体の引張方向長さが短い。本発明の凸部３ａ及び凹部４ａの深さは、従来のビードに比べて、拘束力が高いため、小さくできる。また、ブランク材を挟みこむ時（＝ブランクホールド時）、ブランク５の引き込みが極小である。本発明の凸部３ａ及び凹部４ａは不連続であるため、ブランク５の引き込みが小さいが、従来のビードは連続して曲げるため、引き込み量が大きい。これらにより、材料歩留りを７ｍｍ改善できた。片側につき９〜１２ｍｍ母材を小さくできるため、全体では縦横それぞれ１８〜２４ｍｍ母材を小さくできる。
【実施例１】
【００４３】
図１に示す本発明の凸部３ａ及び凹部４ａを有する金型１の最適形状（凸部の高さＨ）を、量産プレスで想定される上下金型間の隙間に対するギャップ余裕と、凸部３ａの頂部のブランク５が破断してしまう危険性という２つの観点から、検討した。
【００４４】
試験対象材であるブランク５は、ドア等の外板用途ではごく一般的な板厚０．７５ｍｍの引張強度３４０ＭＰａ級冷延合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。試験方法は、４０ｍｍ幅のブランク５の端を、図１に示す本発明に係る製造装置の金型１で所定の押圧力で挟み込んで、ブランク５のどこかが破断するまで引抜く試験である。ブランク５をロックできた場合（本明細書では、「ロック」とは試験対象材の流れ込みの阻止を意味する）、ブランク５の流入量は１ｍｍ未満の小さな値となり、ブランク５は凸部３ａ及び凹部４ａを有する金型１の外側の部分で破断する。ブランク５の押圧力は４０ｋｇｆ/ｍｍ（凹凸形状の並設方向の長さ１ｍｍあたりの荷重）とした。
【００４５】
（１）実験方法
１−１ ギャップ余裕定量化
ブランク５の流入量（中央３点の摺動痕長さ平均値で評価）がブランクホールド後、成形中に１ｍｍを超えない最大ギャップをギャップ余裕と定義し、ギャップ余裕に及ぼす凸部３ａの高さの影響を定量化した。比較のため、従来のウェーブビードも同様にギャップ余裕を定量化した。表２に実験条件を示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
（２）エンボス近傍のブランク破断危険性評価
＜条件１：ブランクホールドのみ＞
凸部３ａ、凹部４ａを有する上下金型１間の隙間がなくなるまで（凸部３ａ及び凹部４ａの距離がブランク５の板厚に一致するまで）押圧力を負荷することによって、完全ホールド状態を模擬した。完全ホールド時の凸部３ａの近傍の板厚（最薄部）および肌荒れ状態を評価した。
＜条件２：ブランクホールド→引抜＞
表３に示すように、設定押圧力４０ｋｇｆ／ｍｍまでブランクホールドし、そのまま引き抜くことによって成形工程を模擬した。引抜後の凸部３ａの近傍の板厚（最薄部）および肌荒れ状態を評価した。図６に、評価結果の一例の写真を示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
（３）実験結果
実験結果を図７〜９のグラフにまとめて示す。なお、試験対象材の流入量が１ｍｍ未満となる場合、ロックしたと判断した。図6に示すように、試験後のブランク５には金型１との接触面圧が強い部分に、流入した長さに対応する摺動痕が残存する。そこで、流入量はブランク５に接触する金型１との摺動痕の長さから判断した。
【００５０】
図７に示すように、比較例のウェーブビード及び本発明例ともに、ギャップ設定の増大に伴って流入量（摺動痕長さ）が増大した。また、図８にグラフで示すように、凸部３ａの高さを２．０→３．３ｍｍと高くするほど同じ上下金型１間の隙間での流入量は縮小し、ギャップ余裕が増大した。
【００５１】
さらに、図９にグラフで示すように、凸部３ａの高さ約２．９ｍｍでウェーブビードと同等以上のギャップ余裕を確保可能であった。
【実施例２】
【００５２】
図１〜４に示す凸部３ａ及び凹部４ａを有する金型の各部寸法を種々変更して板厚０．７５ｍｍの３４０ＭＰａ級冷延合金化溶融亜鉛めっき鋼板から張り出し成形品を製造し、歩留り、外観及び必要押圧力を測定した。表４に試験条件及び試験結果をまとめて示す。なお、本実施例の上下金型１間の隙間の設定条件は、量産時には上下金型１間の隙間が０．１ｍｍ程度空いてしまうことが多いため、量産を想定して、金型の押圧力：４０ｋｇｆ／ｍｍ、上下金型間の隙間が０．１ｍｍの条件で行った。
【００５３】
また、表４では、従来例に対する歩留りは、リングプロファイル〜ブランク拘束部（ビード部あるいは凹凸形状）の間隔の削減代を考慮しない条件で、トリムされる部分の削減幅が５ｍｍ以上である場合を○とし、５ｍｍ未満である場合を×とした、外観検査では、割れやめっき剥離がない場合を○とし、ある場合を×とした。さらに、ブランク５のロックを達成できた場合を○とし、達成できない場合を×とした。
【００５４】
表４では「先細形状」とは、凸部の頂部における曲率半径が、凸部の半径よりも小さく、かつ断面形状が実質的に直線であるような斜面によって凸部の略円筒形状をした根元部分に繋げた形状を意味し、「ドーム状」とは凸部の頂部における曲率半径が、凸部の半径と同程度の半球形状である形状を意味する。
【００５５】
図１０（ａ）は、表４における「ドーム状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．１を例に示す説明図であり、図１０（ｂ）は、表４における「先細形状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．６を例に示す説明図である。
【００５６】
図１０（ａ）に示すように、「ドーム状」とは、円柱体１０の上に半球体１１が乗った形状である。表４のＮｏ．１では外径４．０ｍｍの円柱体１０の上に半径２．０ｍｍの半球体１１が乗っている。図１０（ａ）では省略したが、凸部１２の部品の根元にねじ山を切り、凸部１２の高さを任意に調節できる。また、凸部１２が損傷した場合、損傷した部分のみを交換できる。表４のＮｏ．１において、凸部１２の高さを３．０ｍｍに調節し、金型から露出した円柱体１０の高さは１．０ｍｍとした。
【００５７】
一方、図１０（ｂ）に示すように、「先細形状」とは円錐台１３の上に半球体１４が乗った形状である。また、必要に応じて円錐台１３は円柱にしてもよい。表４のＮｏ．６では頂部が半径１．０ｍｍの半球体１４になっている。半球体１４の下は円錐台１３になっていて、半球体１４と円錐台１３の境目の径は２．０ｍｍである。円錐台１３の箇所は高さ１ｍｍにつき径２ｍｍで根元に向かって拡大し、径が４．０ｍｍになったところでそれより下方は円柱体となる。凸部１５の根元および凸部１５の部品のうち金型に埋没した箇所を円柱状にし、Ｎｏ．１と同様に凸部１５の部品の根元にねじ山を切り、凸部１５の高さを任意に調節できる。表４のＮｏ．６において、凸部１５の高さを３．０ｍｍに調整し、金型から露出した円柱体の高さは１．０ｍｍ、その上の円錐台１３の高さは１．０ｍｍ、半球体１４の高さは１．０ｍｍとした。
【００５８】
【表４】
【００５９】
表４に示す結果から、本発明の効果が明らかである。
【符号の説明】
【００６０】
１ 金型
２ パンチ
３ ダイ
３ａ 凸部
４ ブランクホルダ
４ａ 凹部
５ ブランク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、張り出し成形品の製造装置および製造方法に関し、具体的には、ブランクが流入しないようにダイとブランクホルダでブランクの周縁部分を拘束し、ブランクをパンチとダイの間で加工することによる張り出し成形品の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄板のプレス成形は、一般的に、張出成形と絞り成形との２つに大別される。張出成形とは、ブランクを拘束した後の成形中に、主にブランク周縁部に設けられるブランク拘束部により、製品部に相当するブランクの中央部に向かって実質的にブランクが流入（移動）しない成形方法である。例えば、自動車部品のうち、ドアーアウターパネルやフードアウターパネルといった比較的単純な形状の部品は張出成形によって製造されるのが一般的である。
【０００３】
これに対し、絞り成形とは、ブランクを拘束した後の成形中に、ブランク拘束部においてブランクが流入する量を適切にコントロールすることによって、製品に割れやしわ等が発生しないように成形性をコントロールする成形方法である。例えば、自動車部品のサイドパネルアウター等の比較的複雑な形状の部品は絞り成形によって製造されるのが一般的である。このように、張出成形とは、ブランク拘束部によりブランクの流入を実質的に無くすという点において、絞り成形とは異なる成形方法である。
【０００４】
これまで、ブランクが流入しないようにするために、ダイとブランクホルダとによりブランク周縁部分を拘束するビードには、台形ビードや波状ビードが知られている。台形ビードは、断面が略台形形状であり、台形コーナー部の曲げ、曲げ戻し変形の変形抵抗と、断面直辺部の面圧とによって、ブランクを拘束する。一方、波状ビードは、断面は略台形形状であり、上面視形状が正弦波のような波形状をなすものである。台形コーナー部の曲げ、曲げ戻し変形抵抗と、断面直辺部の面圧とに加えて、さらに、上面視の波形状に応じた伸び縮み変形抵抗によって、ブランクを拘束する。
【０００５】
さらに、特許文献１、２には、不連続に設けられたエンボスによりブランクの流入量をコントロールしながら絞り成形を行う発明がそれぞれ開示されている。特許文献１の段落００１６には「図３に示すように、上記スポットビード８，８同士のピッチＰｃは例えば２０ｍｍ、スポットビード８の根元部での直径Ｄは主ビード７の幅と同程度の１１ｍｍ、スポットビード８の高さＨは６ｍｍ、スポットビード８の頂部周縁の面取り寸法ＲｎはＲ２、スポットビード８の円周面のテーパ角度θは６°程度にそれぞれ設定される。」と記載されているとともに、特許文献２の第１２柱には、寸法に関して「ブランク（Ｍ）に対する摩擦抵抗の部分的増大度合いは、ビード（３４）の植立高さ（Ｈ）や直径（Ｄ）により調整し、またその増大したい部分はこれに応じた位置のビード（３４）を抜き差しすることにより調整し、」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１１７３４０号公報
【特許文献２】特開昭５７−７２７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の台形ビードでは、通常、台形コーナー部の曲げ、曲げ戻し変形の変形抵抗のみでは拘束力が小さいため、断面直辺部の面圧による拘束力の付与が不可欠になる。直辺部の面圧を作用させるためには、上下の金型の面合せを確実に行うことが重要になるが、量産開始前にこれらの作業に多大な工数を要することとなる。また、台形ビードのような連続ビードでは、ブランクホールド時に、ブランク端が内側に引き込まれるため、断面線長の大きな台形ビードでは、ブランクの材料歩留りが低下する。
【０００８】
また、波状ビードは、台形ビードと比較すると、波形状に応じた伸び縮み変形抵抗によって、拘束力が向上するため、断面直辺部の面あわせに要する工数は少なくて済む。しかしながら、波状ビードも台形ビード同様に、ブランクホールド時に、ブランク端が内側に引き込まれるため、ブランクの材料歩留が低下してしまう。また、波形状の分だけ、ブランクの材料歩留りがさらに低下する。
【０００９】
さらに、特許文献１、２により開示された絞り成形技術を張り出し成形に単に転用すると、以下に列記する問題を生じる。
【００１０】
（ａ）ビードの径を大きくするとビードが大きくなり、ブランクの歩留まりが低下すること。
（ｂ）ビードの高さを高くするとブランクが割れる恐れが高まること。
（ｃ）ビードの間隔を狭くするとブランクを挟み込むために必要な押圧力が大きくなるため、機械能力が不足し、上下金型が押さえ込めきれなくなり、ブランクが流入してしまう。
【００１１】
ウェーブビード等の連続的なビードの場合、ブランクが割れるとブランクをロックできなくなるため問題である。一方、エンボスロックの場合、エンボス頂部付近のブランクが割れてもロック可能であるため、ブランク割れは致命的ではない。しかし、ブランクが割れると、割れて脱落した部分が製品部分に押し込まれて押し込みキズになってしまうといった問題が発生するおそれがあり、好ましくない。
【００１２】
また、特許文献１、２では凹金型の形状について何も言及していない。
さらに、量産のプレス成形では、金型の弾性変形や金型の出来映え等が要因で、必ずしも全周に渡って隙間をゼロにできるとは限らないが、材料が流入せずにロックできる最大の上下金型間の隙間（金型間の距離から元板厚を差し引いた値（以下、本明細書ではこの値を「ギャップ余裕」という。）が大きいロック方法ほど量産安定性に対して優位であるが、特許文献１、２にはギャップ余裕について開示も示唆もない。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ブランクが流入しないようにダイとブランクホルダでブランクの周縁部分を拘束し、ブランクをパンチとダイの間で加工することにより張り出し成形品を製造する際に、厳格な上下金型の面あわせ作業に多大な工数を要することなく、ブランクを確実に拘束することができ、さらに、ブランクの材料歩留を向上することができる張り出し成形品の製造装置および製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、
（Ｉ）絞り成形(従来技術)と張り出し成形(本発明の対象)は異なるので、両者は互いに転用可能な関係にはないこと、
（ＩＩ）ビードのサイズを最適化すること(ブランクを拘束することと面積を小さくすることとは背反する。ブランクを拘束するるためにビードを大きく、高く、密度を高くするのではうまくいかないこと)、及び
（ＩＩＩ）量産性を考慮してギャップ余裕を最適化することにより、張り出し成形において拘束している面積が小さいビードを提供でき、拘束している面積が小さいために、製品歩留まりが向上すること
を知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
【００１５】
本発明は、ブランクの周縁部に当接する第１のブランク拘束部をオープニングラインに有する第１の金型と、ブランクの周縁部に当接する第２のブランク拘束部をオープニングラインに有する第２の金型と、第１の金型および第２の金型によって拘束されたブランクに対して移動することによってブランクに張り出し成形を行う第３の金型とを備える張り出し成形品の製造装置において、第１のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部により構成されるとともに、第２のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部を、それぞれ、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成されることを特徴とする張り出し成形品の製造装置である。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、第１の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が並設された複数の凸部により構成される第１の拘束部を、ブランクの周縁部に当接するとともに、第２の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が、並設された複数の凸部それぞれを、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成される第２の拘束部を、ブランクの周縁部に当接することによって、凸部および凹部によりブランクを拘束し、拘束されたブランクに対して第３の金型を移動することによってブランクに張り出し成形を行うことを特徴とする張り出し成形品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、通常の台形ビードと比較して、ビードライン方向の断面形状に応じた伸び縮み変形抵抗によって、拘束力が向上するため、断面直辺部の面あわせに要する工数は少なくて済む。さらに、本発明の装置は、通常の台形ビードや波形状ビードと比較して、断面形状が小さいこと、張出されてビード部が形成されること、及び上面視で波形状のように配置する必要がないことから、ブランクの材料歩留が大きく向上する。
【００１８】
このように本発明により、厳格な上下金型の面合せ作業に多大な工数を要することなく、ブランクを確実に拘束することができ、さらに、ブランクの材料歩留を向上させながら、張り出し成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、自動車ドアーアウターパネルを模擬した金型を用いて張り出し成形を行う状況を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）は凸部の配置を示す平面図であり、図２（ｂ）は凸部の形状を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、いずれも、凸部の頂部形状を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、凹部の形状を示す説明図である。
【図５】図５は、凹部の穴径の決定手法を示す説明図である。
【図６】図６は、評価結果の一例の写真である。
【図７】図７は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、表４における「ドーム状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．１を例に示す説明図であり、図１０（ｂ）は、表４における「先細形状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．６を例に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、自動車ドアーアウターパネルを模擬した金型１を用いて張り出し成形を行う状況を示す説明図である。図２（ａ）は凸部３ａの配置を示す平面図であり、図２（ｂ）は凸部３ａの形状を示す断面図である。
【００２１】
金型１は、パンチ２、ダイ３、ブランクホルダ４によって構成されている。ブランク５が流入しないように拘束するため、ダイ３に複数の凸部３ａが設けられ、ブランクホルダ４に凹部４ａが設けられている。
【００２２】
凸部３ａは、頂部が直径４ｍｍ程度の半球形状であり、高さが３．０ｍｍの軸対象形状である。
凸部３ａの径は、直径２〜６ｍｍの略円形状であることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ前後の径の円形状である。ブランク５の歩留向上のためには、絞り成形を含めた従来のビードのビード幅よりも充分に小さい直径の凸部であることが好ましい。したがって、エンボス直径は６ｍｍ程度以下であることが望ましい。一方、ブランク５の歩留向上の観点では凸部３ａの直径は小さいほうが好ましいが、凸部３ａの直径が小さくなるほど金型の加工が困難になる上、凸部３ａが折れてしまう恐れがある。このため、凸部３ａの直径は２ｍｍ以上であることが好ましく、４ｍｍ前後程度であることがさらに好ましい。
【００２３】
凸部３ａの高さは、凸部３ａの径の０．５〜１．０倍であることが好ましい。上述したように凸部３ａの径は２〜６ｍｍであることが好ましいことから凸部３ａの高さは１〜６ｍｍであることが好ましい。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は２〜４ｍｍであることが好ましい。より好ましくは凸部３ａの径の０．７〜０．９倍である。その場合、凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから凸部３ａの高さは１．４〜５．４ｍｍの範囲である。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は２．８〜３．６ｍｍであることがより好ましい。凸部３ａの高さを凸部３ａの直径よりも大きくするとブランクが割れてしまう。一方、凸部３ａの径の半分よりも小さくすると、拘束力が弱くなり安定性が確保できない。したがって、凸部３ａの高さは、凸部３ａの径の０．５〜１．０倍に設定することが好ましい。
【００２４】
上述したギャップ余裕（ブランク５が流入しないように拘束することができる最大の上下金型間の隙間であって、金型間の距離から元板厚を差し引いた値）を適正に確保するために、凸部３ａの高さは凸部３ａの径の０．７倍以上であることが好ましい。本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから少なくとも１．４ｍｍ以上である。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は２．８ｍｍ以上の高さが必要である。ギャップ余裕は、量産時にはギャップが０．１ｍｍ程度空いてしまうことが多いため、０．１ｍｍ程度以上であることが好ましい。一方、凸部３ａの高さは、凸部３ａの径の０．９倍を超えると凸部３ａの近傍でブランク５が割れてしまう可能性が高まるため、凸部３ａの径の０．９倍以下であることが好ましい。
【００２５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、凸部３ａの頂部形状を示す説明図である。
凸部３ａの頂部の形状は、概略球形状であることにより、周りから凸部３ａに向かって材料を多く引き込む（歩留まりが下がる）ことがないように凸部３ａを張り出して形成するためである。またこの時、ブランク５が割れにくいようにすることも重要である。このような条件を満足する形状であれば、多少球形状から外れていたとしても本質的には問題ないため、凸部３ａの頂部の形状は、図３（ａ）に示すように肩部Ｒが大きな略円筒形状や、図３（ｂ）に示す頂部Ｒが小さな（鉛筆の先端のような）形状でも同等の効果を奏することができる。
【００２６】
凸部３ａの中心間間隔は、後述する凹部４ａの中心間間隔と同様に、凸部３ａの径の１．３〜３．０倍、すなわち本発明の凸部３ａの径が２〜６ｍｍであることが好ましいことから２．６〜１８ｍｍの範囲であることが好ましい。例えば、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は５．２〜１２ｍｍであることが好ましい。凸部３ａの径の２．０〜２．５倍、すなわち凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから４〜１５ｍｍ、凸部３ａの径が４ｍｍの場合は８〜１０ｍｍであることがさらに好ましい。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、凹部４ａの形状を示す説明図であり、図５は、凹部４ａの穴径の決定手法を示す説明図である。
凹部４ａは、おおよそ、凸部３ａをブランク５の板厚程度、外側にオフセットしたような形状であり、Ｒｄ部位の曲率半径は１．３ｍｍ程度である。また、凹部４ａの中心点間距離は８．８ｍｍである。
【００２８】
凹部４ａの穴径の下限は、図５に示すように、凸部３ａにブランク５を巻き付かせた場合に凹部４ａがブランク５に接する形状にすることが好ましい。一方、上限は、ブランク５が流入しない程度まで拡げても構わない。
【００２９】
例えば、凹部４ａの適切な穴径は、凸部３ａの形状とブランク５の板厚とによって変化する。例えば、図５あるいは後述する表３のＮｏ．１のような半球と円柱からなる凸部であれば、凹部４ａの適切な穴径は凸部３ａの外径にブランク５の板厚の３〜４倍を加えた範囲である。ただし、凸部３ａの高さが高ければこの範囲を超えて大きな穴径が好ましく、凸部３ａの形状が後述する表３のＮｏ．６のような径の小さな頂部であればこの範囲を超えて小さな穴径であることが好ましくなる場合もある。したがって、適切な穴径を求めるには図５に示したようにして適宜選択すればよい。
【００３０】
凹側４ａの角Ｒ部の断面曲率半径は、ブランクが割れないように、かつ拘束力が弱くなることを避けるためには、凸部３ａの径の１／４〜１／２倍、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであることが好ましいことから０．５〜３．０ｍｍの範囲、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は１．０〜２．０ｍｍに設定することが好ましい。
【００３１】
また、隣接する凹部４ａの同士の間隔は、中心点間隔で、凸部３ａの径の１．３〜３．０倍、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから２．６〜１８ｍｍの範囲、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は５．２〜１２ｍｍであることが好ましく、凸部３ａの径の２．０〜２．５倍、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから４〜１５ｍｍの範囲、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は８〜１０ｍｍであることがさらに好ましい。
【００３２】
隣接する凹部４ａ同士の間のブランク５が流入しないようにするためには中心点間隔を凸部３ａの径の３．０倍以下、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから最大でも１８ｍｍ以下、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は１２ｍｍ以下に設定することが好ましく、一般的なプレス機の荷重（ブランクホールド荷重）を考慮すると中心点間隔を凸部３ａの径の１．３倍以上、本発明の凸部３ａの径は２〜６ｍｍであるから最小でも２．６ｍｍ以上、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は５．２ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３３】
隣接する凹部４ａ同士の間隔が狭すぎると、ブランク５を挟み込むために必要な押圧力が大きくなるため、機械能力が足らなくなって、上下金型が押さえ込めきれなくなり、ブランク５が流入してしまう。逆に、この間隔が広すぎると、拘束力が低下してしまい、ブランク５の流入を阻止するのに必要な押圧力が大きくなる。
【００３４】
ブランク５の板厚は、絞り成形の素材の板厚として一般的な０．６〜０．８ｍｍであることが好ましい。
量産金型間のギャップを想定すると、隣接する凹部４ａ同士の間のブランク５が流入しないようにするためには、中心点間隔を凸部３ａの径の２．５倍以下、本発明の凸３ａの径は２〜６ｍｍであるから最大でも１５ｍｍ以下、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は１０ｍｍ以下に設定することが好ましく、特別な機構を追加することなく、さらに張出成形に用いられるようなプレス機の荷重（ブランクホールド荷重）を考慮すると、中心点間隔を凸部３ａの径の２．０倍以上、本発明の凸３ａの径は２〜６ｍｍであるから最小でも４．０ｍｍ以上、例えば凸部３ａの径が４ｍｍの場合は８．０ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３５】
上述した範囲をまとめると表１のようになる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
次に、本実施形態の作用について説明する。最初に、ダイ３上にブランク５を投入する。次に、ブランクホルダ４が下降して、ダイ３とブランクホルダ４の間に、ブランク５を挟みこむ。この際、ブランク５のビード部は、半球形状の凸部３ａによって小さく張り出され、ビード形状が形成される。次に、パンチ２が下降し、凸部３ａで拘束されたブランク５の凸部３ａよりも内側に、押し付けられることにより、成形が行われる。
【００３８】
この際、ブランク５のビード部は、内側に引き込まれるような引張力を受ける。凸部３ａは、ブランク５の流入方向の断面に応じた曲げ、曲げ戻し変形抵抗、直辺部の面圧に加えて、ビードライン方向の断面形状に応じたブランク５の伸び縮み変形抵抗が生じるため、前記の引張力に勝る拘束力を有しており、成形中にブランク材を流入させることなく拘束し、プレス成形（張り出し成形）が行われる。
【００３９】
本実施の形態は、以下に示す効果を有する。
（１）ブランク５は、ビードの断面線長が小さく、また前記のように、張出されてビードを形成されるため、ブランク５の端の流入量は、ブランクホールド時および成形時を合わせても、２ｍｍ程度以下の小さな値となる。さらに、流入方向のビード幅も小さい。したがって、例えば、波形状ビードに比較して、片側５〜１５mm程度の材料歩留向上が可能である。
【００４０】
（２）前記のように、通常の台形ビードと比較して拘束力が大きいため、上下金型に若干のギャップが存在しても、ブランク材を拘束可能である。例えば本実施形態では、０．４ｍｍ程度のギャップが存在してもブランク材の拘束可能であり、厳格な上下金型の面あわせ作業を必要としない。
【００４１】
（３）リングプロファイル〜ビードまでの間隔が短い。従来のビードでは、凹部４ａのコーナー部における金型亀裂の発生を防ぐため、リングプロファイル〜ビードまでの間隔を例えば７〜１０ｍｍと広めに設定していた。しかし、本発明では、凹部４ａの深さは凸部３ａが低いので浅く設定でき、また非連続であるため、リングプロファイル〜ビードまでの間隔の短縮のネックとなる凹部４ａのコーナー部におけるき裂の発生要因となる曲げモーメントが小さくなる。リングプロファイル〜ビードまでの間隔を５ｍｍに短縮できる。
【００４２】
（４）凸部３ａ自体の引張方向長さが短い。本発明の凸部３ａ及び凹部４ａの深さは、従来のビードに比べて、拘束力が高いため、小さくできる。また、ブランク材を挟みこむ時（＝ブランクホールド時）、ブランク５の引き込みが極小である。本発明の凸部３ａ及び凹部４ａは不連続であるため、ブランク５の引き込みが小さいが、従来のビードは連続して曲げるため、引き込み量が大きい。これらにより、材料歩留りを７ｍｍ改善できた。片側につき９〜１２ｍｍ母材を小さくできるため、全体では縦横それぞれ１８〜２４ｍｍ母材を小さくできる。
【実施例１】
【００４３】
図１に示す本発明の凸部３ａ及び凹部４ａを有する金型１の最適形状（凸部の高さＨ）を、量産プレスで想定される上下金型間の隙間に対するギャップ余裕と、凸部３ａの頂部のブランク５が破断してしまう危険性という２つの観点から、検討した。
【００４４】
試験対象材であるブランク５は、ドア等の外板用途ではごく一般的な板厚０．７５ｍｍの引張強度３４０ＭＰａ級冷延合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。試験方法は、４０ｍｍ幅のブランク５の端を、図１に示す本発明に係る製造装置の金型１で所定の押圧力で挟み込んで、ブランク５のどこかが破断するまで引抜く試験である。ブランク５をロックできた場合（本明細書では、「ロック」とは試験対象材の流れ込みの阻止を意味する）、ブランク５の流入量は１ｍｍ未満の小さな値となり、ブランク５は凸部３ａ及び凹部４ａを有する金型１の外側の部分で破断する。ブランク５の押圧力は４０ｋｇｆ/ｍｍ（凹凸形状の並設方向の長さ１ｍｍあたりの荷重）とした。
【００４５】
（１）実験方法
１−１ ギャップ余裕定量化
ブランク５の流入量（中央３点の摺動痕長さ平均値で評価）がブランクホールド後、成形中に１ｍｍを超えない最大ギャップをギャップ余裕と定義し、ギャップ余裕に及ぼす凸部３ａの高さの影響を定量化した。比較のため、従来のウェーブビードも同様にギャップ余裕を定量化した。表２に実験条件を示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
（２）エンボス近傍のブランク破断危険性評価
＜条件１：ブランクホールドのみ＞
凸部３ａ、凹部４ａを有する上下金型１間の隙間がなくなるまで（凸部３ａ及び凹部４ａの距離がブランク５の板厚に一致するまで）押圧力を負荷することによって、完全ホールド状態を模擬した。完全ホールド時の凸部３ａの近傍の板厚（最薄部）および肌荒れ状態を評価した。
＜条件２：ブランクホールド→引抜＞
表３に示すように、設定押圧力４０ｋｇｆ／ｍｍまでブランクホールドし、そのまま引き抜くことによって成形工程を模擬した。引抜後の凸部３ａの近傍の板厚（最薄部）および肌荒れ状態を評価した。図６に、評価結果の一例の写真を示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
（３）実験結果
実験結果を図７〜９のグラフにまとめて示す。なお、試験対象材の流入量が１ｍｍ未満となる場合、ロックしたと判断した。図6に示すように、試験後のブランク５には金型１との接触面圧が強い部分に、流入した長さに対応する摺動痕が残存する。そこで、流入量はブランク５に接触する金型１との摺動痕の長さから判断した。
【００５０】
図７に示すように、比較例のウェーブビード及び本発明例ともに、ギャップ設定の増大に伴って流入量（摺動痕長さ）が増大した。また、図８にグラフで示すように、凸部３ａの高さを２．０→３．３ｍｍと高くするほど同じ上下金型１間の隙間での流入量は縮小し、ギャップ余裕が増大した。
【００５１】
さらに、図９にグラフで示すように、凸部３ａの高さ約２．９ｍｍでウェーブビードと同等以上のギャップ余裕を確保可能であった。
【実施例２】
【００５２】
図１〜４に示す凸部３ａ及び凹部４ａを有する金型の各部寸法を種々変更して板厚０．７５ｍｍの３４０ＭＰａ級冷延合金化溶融亜鉛めっき鋼板から張り出し成形品を製造し、歩留り、外観及び必要押圧力を測定した。表４に試験条件及び試験結果をまとめて示す。なお、本実施例の上下金型１間の隙間の設定条件は、量産時には上下金型１間の隙間が０．１ｍｍ程度空いてしまうことが多いため、量産を想定して、金型の押圧力：４０ｋｇｆ／ｍｍ、上下金型間の隙間が０．１ｍｍの条件で行った。
【００５３】
また、表４では、従来例に対する歩留りは、リングプロファイル〜ブランク拘束部（ビード部あるいは凹凸形状）の間隔の削減代を考慮しない条件で、トリムされる部分の削減幅が５ｍｍ以上である場合を○とし、５ｍｍ未満である場合を×とした、外観検査では、割れやめっき剥離がない場合を○とし、ある場合を×とした。さらに、ブランク５のロックを達成できた場合を○とし、達成できない場合を×とした。
【００５４】
表４では「先細形状」とは、凸部の頂部における曲率半径が、凸部の半径よりも小さく、かつ断面形状が実質的に直線であるような斜面によって凸部の略円筒形状をした根元部分に繋げた形状を意味し、「ドーム状」とは凸部の頂部における曲率半径が、凸部の半径と同程度の半球形状である形状を意味する。
【００５５】
図１０（ａ）は、表４における「ドーム状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．１を例に示す説明図であり、図１０（ｂ）は、表４における「先細形状」の具体的な寸法を、表４のＮｏ．６を例に示す説明図である。
【００５６】
図１０（ａ）に示すように、「ドーム状」とは、円柱体１０の上に半球体１１が乗った形状である。表４のＮｏ．１では外径４．０ｍｍの円柱体１０の上に半径２．０ｍｍの半球体１１が乗っている。図１０（ａ）では省略したが、凸部１２の部品の根元にねじ山を切り、凸部１２の高さを任意に調節できる。また、凸部１２が損傷した場合、損傷した部分のみを交換できる。表４のＮｏ．１において、凸部１２の高さを３．０ｍｍに調節し、金型から露出した円柱体１０の高さは１．０ｍｍとした。
【００５７】
一方、図１０（ｂ）に示すように、「先細形状」とは円錐台１３の上に半球体１４が乗った形状である。また、必要に応じて円錐台１３は円柱にしてもよい。表４のＮｏ．６では頂部が半径１．０ｍｍの半球体１４になっている。半球体１４の下は円錐台１３になっていて、半球体１４と円錐台１３の境目の径は２．０ｍｍである。円錐台１３の箇所は高さ１ｍｍにつき径２ｍｍで根元に向かって拡大し、径が４．０ｍｍになったところでそれより下方は円柱体となる。凸部１５の根元および凸部１５の部品のうち金型に埋没した箇所を円柱状にし、Ｎｏ．１と同様に凸部１５の部品の根元にねじ山を切り、凸部１５の高さを任意に調節できる。表４のＮｏ．６において、凸部１５の高さを３．０ｍｍに調整し、金型から露出した円柱体の高さは１．０ｍｍ、その上の円錐台１３の高さは１．０ｍｍ、半球体１４の高さは１．０ｍｍとした。
【００５８】
【表４】
【００５９】
表４に示す結果から、本発明の効果が明らかである。
【符号の説明】
【００６０】
１ 金型
２ パンチ
３ ダイ
３ａ 凸部
４ ブランクホルダ
４ａ 凹部
５ ブランク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブランクの周縁部に当接する第１のブランク拘束部をオープニングラインに有する第１の金型と、前記ブランクの周縁部に当接する第２のブランク拘束部をオープニングラインに有する第２の金型と、前記第１の金型および前記第２の金型によって拘束された前記ブランクに対して移動することによって該ブランクに張り出し成形を行う第３の金型とを備える張り出し成形品の製造装置において、
前記第１のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部により構成されるとともに、
前記第２のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、前記並設された複数の凸部を、それぞれ、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成されること
を特徴とする張り出し成形品の製造装置。
【請求項２】
第１の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が並設された複数の凸部により構成される第１の拘束部を、ブランクの周縁部に当接するとともに、第２の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が、前記並設された複数の凸部それぞれを、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成される第２の拘束部を、前記ブランクの周縁部に当接することによって、前記凸部および前記凹部により前記ブランクを拘束し、拘束された当該ブランクに対して第３の金型を移動することによって該ブランクに張り出し成形を行うことを特徴とする張り出し成形品の製造方法。
【請求項１】
ブランクの周縁部に当接する第１のブランク拘束部をオープニングラインに有する第１の金型と、前記ブランクの周縁部に当接する第２のブランク拘束部をオープニングラインに有する第２の金型と、前記第１の金型および前記第２の金型によって拘束された前記ブランクに対して移動することによって該ブランクに張り出し成形を行う第３の金型とを備える張り出し成形品の製造装置において、
前記第１のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、並設された複数の凸部により構成されるとともに、
前記第２のブランク拘束部のうちの少なくとも一部は、前記並設された複数の凸部を、それぞれ、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成されること
を特徴とする張り出し成形品の製造装置。
【請求項２】
第１の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が並設された複数の凸部により構成される第１の拘束部を、ブランクの周縁部に当接するとともに、第２の金型のオープニングラインに設けられ、かつその少なくとも一部が、前記並設された複数の凸部それぞれを、隙間を有して収容する並設された複数の凹部により構成される第２の拘束部を、前記ブランクの周縁部に当接することによって、前記凸部および前記凹部により前記ブランクを拘束し、拘束された当該ブランクに対して第３の金型を移動することによって該ブランクに張り出し成形を行うことを特徴とする張り出し成形品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１０６４２（Ｐ２０１２−２１０６４２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７０９６（Ｐ２０１１−７７０９６）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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