JP7572935B2 - 重ね合わせブランク及びその成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、重ね合わせブランク及びその成形方法に関する。

一般に、自動車の骨格部材を金属板のプレス成形により製造する技術が知られている。このような自動車の骨格部材では、軽量化、低コスト化及び高強度化のために、板厚を部分的に増厚した金属板をプレス成形する場合がある。

特許文献１には、第１金属板と第２金属板とを重ね合わせ、重なった部分を線溶接によって接合した重ね合わせブランクを形成し、重ね合わせブランクをハット状にプレス成形する成形方法が開示されている。

特開２０００－１９７９６９号公報

特許文献１に開示された重ね合わせブランクのプレス成形方法では、プレス成形の時点で既に第１金属板と第２金属板とが接合部で拘束されているため、曲げの際、線長差に起因して曲げの内側にある部材には圧縮、外側にある部材には引っ張りが生じる傾向にある。このため、接合部に剪断応力が生じ、接合部が破断する場合がある。また、曲げ加工後に荷重を除き製品を離型すると弾性的な回復が起こって形状が戻る、いわゆるスプリングバックが生じ、プレス成形品の形状が所望の形状と一致しなくなる場合がある。

本発明は、重ね合わせブランク及びその成形方法において、重ね合わせて接合された複数の金属板からなる重ね合わせブランクを曲げ加工するプレス成形時に、接合部の破断の回避と、スプリングバックの抑制を課題とする。

本発明の第１の態様は、膨らんだ余肉部と前記余肉部に隣接して設けられた第１平坦部と、前記第１平坦部とは反対側に前記余肉部に隣接して設けられた第２平坦部とを備える第１金属板と、前記第１平坦部と前記第２平坦部において重ね合わされている平坦な第２金属板と、前記第１平坦部と前記第２金属板とが接合された第１接合部と、前記第２平坦部と前記第２金属板とが接合された第２接合部と、を備え、前記第２接合部の接合強度は、前記第１接合部の接合強度に比べて高い、重ね合わせブランクを提供する。

本発明によれば、余肉部が接合部間に設けられるので、重ね合わせブランクを曲げ加工するプレス成形時に、第１金属板と第２金属板の接合部間の線長差に起因する歪を余肉部の変形で吸収し、接合部に生じる剪断応力を軽減できるので、溶接部の破断が回避される。また、曲げ加工時に、第１金属板は余肉部が延びることで変形するので、余肉部が備えられていない場合よりも曲げによる引張応力が抑制され、スプリングバックを抑制できる。さらに、余肉部がつぶれ変形することによって、第１金属板には、圧縮応力が生じる。この圧縮応力によって、スプリングバックを生じさせる第１金属部材の引張応力の一部がキャンセルされて、重ね合わせブランクのスプリングバックがさらに抑制できる。

第２金属板は第１金属板に拘束されているので、曲げ加工中に生じる余肉部の変形時において、第２金属板には、曲げ加工時に生じる圧縮応力に加えて、第１金属板の余肉部の変形に追従することによる引張応力が生じる。この引張応力によって、スプリングバックを生じさせる第２金属板の圧縮応力の一部がキャンセルされて、重ね合わせブランクのスプリングバックが抑制される。

また第２金属板に生じた引張応力によって、重ね合わせブランクの接合部間における第２金属板の圧縮方向の曲げ変形が抑制されるので、第２金属板と第２金属板に対向する金型との間に隙間が生じる。

その後、曲げ変形が進むに連れて、金型によって前記隙間を消失させるように第２金属板が幅方向内側に向かって変形する。これにより、第２金属板の曲げの内側の面には、さらに引張応力が生じ、スプリングバックを生じさせる第２金属板の圧縮応力の一部がキャンセルされて、重ね合わせブランクのスプリングバックがさらに抑制される。

本発明の第２の態様は、膨らんだ余肉部と、前記余肉部に隣接して設けられた第１平坦部と、前記第１平坦部とは反対側に前記余肉部に隣接して設けられた第２平坦部とを備える第１金属板と、前記第１平坦部と前記第２平坦部において重ね合わせられている平坦な第２金属板と、前記第１平坦部と前記第２金属板とが接合された第１接合部と、前記第２平坦部と前記第２金属板とが接合された第２接合部と、を備え、前記第２接合部の接合強度は、前記第１接合部の接合強度に比べて高い、重ね合わせブランクを準備し、前記第１金属板を前記重ね合わせブランクの曲げの外側に位置させた状態で、前記重ね合わせブランクを曲げ加工する、重ね合わせブランクの成形方法を提供する。

本発明によれば、前記重ね合わせブランクを曲げ加工するプレス成形時と同様の効果が得られる。

前記余肉部を設けたことによる線長増加は、曲げ加工前後の前記第１金属板の線長変化代と前記第２金属板の線長変化代の差異よりも大きく設定されることが好ましい。

本構成によれば、余肉部の長さが第１金属板の曲げ加工前後の線長変化代よりも大きく設定されているので、線長変化後に残った余肉部が金型によって圧縮変形される。これにより、第１金属板には、曲げ加工によって生じる引張応力に加えて圧縮応力が生じるので、スプリングバックを生じさせる第１金属板の引張応力の一部が圧縮応力によってキャンセルされて、重ね合わせブランクのスプリングバックが抑制される。

前記余肉部の長さは、以下の関係を満たすことが好ましい。

Ｌ０：余肉部の直線距離
Ｌ１：余肉部の長さ
ｔ１：第１金属板の板厚
ｔ２：第２金属板の板厚

本構成によれば、余肉部の長さが適切に設定することができるので、接合部の破断を回避しつつ、重ね合わせブランクのスプリングバックを抑制できる。具体的には、余肉部の長さがＬ０＋０．６５（ｔ１＋ｔ２）未満である場合、良好な接合部の破断及びスプリングバックの抑制効果が得られにくい。余肉部の長さがＬ０＋１．３５（ｔ１＋ｔ２）よりも大きい場合、第１金属板の余肉部が過剰に余ってしまい、その余肉部を所定の形状まで変形させた際に第1金属板と第２金属板の接合部にせん断応力が生じ、接合部が破断する可能性がある。

前記第１金属板及び前記第２金属板は、鋼板であってもよい。

本構成によれば、プレス加工時の加工圧の上昇による接合部の破断、および、スプリングバックが大きくなりやすい引張強度の高い鋼板に本発明の構成を適用することで、好適に効果を発揮する。

前記第１金属板及び前記第２金属板は、高張力鋼板であってもよい。

本構成によれば、プレス加工時の加工圧の上昇による接合部の破断、および、スプリングバックが大きくなりやすい引張強度の高い高張力鋼板に本発明の構成を適用することで、より好適に効果を発揮する。

前記第１金属板と前記第２金属板とは、スポット溶接によって接合されてもよい。

本構成によれば、線溶接等に比べて接合部の強度が低いスポット溶接であっても、接合部の破断が抑制できるので、線溶接に比べてコストを低減できる。

前記曲げ加工は、成形品の肩部を形成するための凸形状のパンチ肩部を有するパンチ、及び、前記凸形状に対応する凹形状のダイ肩部を内部に有するダイを用意し、前記重ね合わせブランクの前記余肉部の少なくとも一部が前記パンチの前記パンチ肩部にオーバラップするように配置し、前記ダイを前記パンチに対して相対的下降させることが好ましい。

本構成によれば、線長変化の大きいパンチ肩部に余肉部を配置することで、余肉部による線長変化の吸収、及び、引張応力の低減がより達成されやすい。

本発明にかかる重ね合わせブランク及びその成形方法によれば、重ね合わせて接合された複数の金属板からなるブランクを曲げ加工するプレス成形時に、溶接部の破断の回避と、スプリングバックの抑制ができる。

重ね合わせブランクの曲げ加工前を示す斜視図。 図１における矢印ＩＩ方向で見た拡大底面図。 図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った部分拡大断面図。 本発明の実施形態に係る重ね合わせブランクのプレス成形品の成形方法を実行する成形装置を模式的に示す断面図。 曲げ加工前のパンチ、ダイ及び重ね合わせブランクを示す断面図。 重ね合わせブランクをパンチ及びダイでプレスした状態（下死点）を示す断面図。 本発明の実施形態に係る重ね合わせブランクの成形方法によって成形された成形品の斜視図。 重ね合わせブランクをパンチ及びダイでプレスした状態（下死点１８ｍｍアップ）での応力分布図。 重ね合わせブランクをパンチ及びダイでプレスした状態（下死点８ｍｍアップ）での応力分布図。 重ね合わせブランクの下死点での応力分布図。 重ね合わせブランクの変形例を示す斜視図及び成形後の断面図。 比較例及び実施例に係る重ね合わせブランクのスプリングバックの解析結果を示す模式図。 比較例及び実施例に係る重ね合わせブランクの下死点での応力分布図。 余肉部のパンチ肩部に対する位置を変化させた場合のスプリングバックの解析結果を示す模式図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

本発明の実施形態に係る重ね合わせブランクの成形方法は、第１金属板と、第２金属板とを重ね合わせて接合した重ね合わせブランクをプレス成形して所望の形状のプレス成形品を得るものである。本方法は、特に自動車の車体骨格を構成する車体構成部材を形成するために使用されることができる。以下では、本方法を使用して断面ハット状の車体構成部材を成形する方法について説明する。

図１から図３は、本発明の実施形態に係る重ね合わせブランク１を示す。図１を参照すると、この重ね合わせブランク１は、板厚一定の金属板からなる本体部材２（第１金属板）と、同様に板厚一定の金属板からなる補強部材３（第２金属板）とを備える。本実施形態では、本体部材２及び補強部材３は、例えば、引張強度が５９０ＭＰａ以上のいわゆる高張力鋼板である。

図１を参照すると、本体部材２は、幅方向の中心線Ｃ１を挟んで両側にそれぞれ、膨らんだ余肉部２ａと、余肉部２ａに隣接して設けられた第１平坦部２ｂと、第１平坦部２ｂとは反対側で余肉部２ａに隣接して設けられた第２平坦部２ｃとを備える。補強部材３は、第１平坦部２ｂと第２平坦部２ｃとにおいて重ね合わされている。余肉部２ａは、本体部材２を曲げの外側に突出するように撓ませることで形成され、長手方向に延びている。具体的には、余肉部２ａは、本体部材２の長手方向の一端から他端まで連続して延びている。

補強部材３は、本体部材２の内側（重ね合わせブランク１のプレス成形時における曲げの内側）に必要に応じて部分的に補強部材３を重ね合わせて接合することで、重ね合わせブランク１を形成する。本実施形態の重ね合わせブランク１は、補強部材３の幅方向の中央部と本体部材２の幅方向の中央部との位置が一致している。

本実施形態では、補強部材３は本体部材２よりも幅狭かつ本体部材２と同じ長手方向長さである。重ね合わせブランク１のうち本体部材２と補強部材３とが重ね合わされている領域を、以下、重合部４ともいう。重ね合わせブランク１は、重合部４が設けられた中央部の厚さが幅方向両端部よりも厚く、強度が高められている。

図１に示すように、重ね合わせブランク１は、重合部４（補強部材３）の幅方向中央部に位置する第１接合部１１と、重合部４（補強部材３）の幅方向両端部に設けられた第２接合部１２とを有する。言い換えると、第１接合部１１は、第２平坦部２ｃと第２平坦部２ｃに重ね合わせられた補強部材３とが溶接された部位であり、第２接合部１２は、第１平坦部２ｂと第１平坦部２ｂに重ね合わさせられた補強部材３とが溶接された部位である。第１接合部１１及び第２接合部１２では、長手方向に沿って一列に並ぶ複数の第１及び第２溶接打点１１ａ，１２ａが設けられ、本体部材２と補強部材３とが接合されている。

図２は、図１の矢印ＩＩ方向から重ね合わせブランク１を見たときの底面図であって、重ね合わせブランク１の中心線Ｃ１の一方側のみを示している。図２に示すように、第１接合部１１の長手方向に隣接する第１溶接打点１１ａの間隔Ｗ１は、第２接合部１２の長手方向に隣接する第２溶接打点１２ａの間隔Ｗ２よりも大きいさい。本実施形態においては、第１接合部１１の第１溶接打点１１ａの間隔Ｗ１は、例えば、５０ｍｍで、第２接合部１２の第２溶接打点１２ａの間隔Ｗ２は、例えば、２５ｍｍである。溶接打点間の距離を狭く設定することで、第２接合部１２の接合強度は、第１接合部１１の接合強度に比べて高められている。

図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図であって、重ね合わせブランク１の中心線Ｃ１の一方側のみを示している。図３に示すように、本実施形態の余肉部２ａは、円弧状の断面形状を有する。余肉部２ａでは、本体部材２が補強部材３の上面から離間している部分である。余肉部２ａによって、本体部材２と補強部材３との間には隙間Ｓ１が形成されている。余肉部２ａは、長手方向に延びているので、隙間Ｓ１も余肉部２ａ同様に長手方向に延びている。余肉部２ａは、幅方向の両端においてそれぞれ補強部材３の上面から離間する第１立ち上がり部２ｄ及び第２立ち上がり部２ｅと、第１及び第２立ち上がり部２ｂ，２ｃ間の中央部２ｆとを有する。

中央部２ｆは、補強部材３よりも下方（曲げ内側）に位置する曲率中心Ｏ１を中心として曲率半径Ｒ１である円弧状に延びている。第１立ち上がり部２ｄは、第１接合部１１の第１溶接打点１１ａよりも幅方向外側の位置から補強部材３から離間する方向（曲げの上側）に向かって延びる円弧状に形成されている。第２立ち上がり部２ｅは、第２接合部１２の第２溶接打点１２ａよりも幅方向内側の位置から補強部材３から離間する方向に向かって延びる円弧状に形成されている。

第１立ち上がり部２ｄ及び第２立ち上がり部２ｅは、本体部材２よりも上方（曲げ外側）に位置する曲率中心Ｏ２を中心として曲率半径Ｒ２を有する。第１立ち上がり部２ｄ及び第２立ち上がり部２ｅによって、中央部２ｆと本体部材２の上面とが滑らかに接続されている。第１立ち上がり部２ｄ及び第２立ち上がり部２ｅの曲率半径Ｒ２は、中央部２ｆの曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されている。

本実施形態の第１及び第２立ち上がり部２ｂ，２ｃの曲率半径Ｒ２は、例えば、５．０ｍｍに設定されている。本実施形態の中央部２ｆの曲率半径Ｒ１は、例えば、１３．７ｍｍに設定されている。本実施形態において、余肉部２ａの本体部材２の上面からの突出量ｔ３は、例えば、６ｍｍ以下に設定されている。突出量ｔ３が６ｍｍよりも大きくなると、成形時に余肉部を押しつぶす際に、余肉部が横倒れして折れ重なる場合がある。また、突出量ｔ３が６ｍｍよりも大きくなると、成形品の状態では、余肉部が消失せずに残ってしまう虞がある。突出量ｔ３は、第２接合部１２の第２溶接打点１２ａが設けられている本体部材２の第２平坦部２ｃの上面から余肉部２ａの中央部２ｆの上端までの高さである。本実施形態においては、余肉部２ａを円弧で規定したが、これに限られるものではなく、放物線などでもよい。

長手方向に直交する断面における余肉部２ａの断面長さＬ１と直線長さＬ０との差異（Ｌ１－Ｌ０）は、余肉を設けなかった場合の本体部材２の曲げ加工前後の線長変化代と補強部材３の曲げ加工前後の線長変化代の差異ΔＬより大きい。ここで、断面長さＬ１は、余肉部２ａの第１立ち上がり部２ｄの幅方向内端から第２立ち上がり部２ｅの幅方向外端までの長さである。線長変化代ΔＬは、曲げ加工後の本体部材２の第１接合部１１の接合打点１１ａと第２接合部１２の接合打点１２ａとの距離Ｌ１２（図６参照）と曲げ加工後の補強部材３の第１接合部１１の接合打点１１ａと第２接合部の接合打点１２ａとの距離Ｌ１３（図６参照）の差としてもよい。

より詳しくは、余肉部２ａの長手方向に直交する断面における長さ（断面長さ）は、以下の関係を満足する。

Ｌ０：余肉部の直線距離
Ｌ１：余肉部の長さ
ｔ１：第１金属板の板厚
ｔ２：第２金属板の板厚
本実施形態において、本体部材２の板厚ｔ１は、例えば、１．４ｍｍである。補強部材３の板厚ｔ２は、例えば、１．４ｍｍである。

図４を参照して、プレス成形装置２０は、板状の重ね合わせブランク１をハット状にプレス成形する装置である。

本実施形態のプレス成形装置２０は、固定台２１と、金型３０と、駆動機構２２とを備える。金型３０は、パンチ３１と、ダイ３２とを備える。また、駆動機構２２の詳細な構成はプレス成形装置２０に一般に使用されるものと相違ないため、詳細な説明および図示は省略する。

固定台２１は、固定されており不動である。固定台２１には上向きに突出するようにパンチ３１が取り付けられている。従って、パンチ３１も、固定されており不動である。ダイ３２は、油圧式又は機械式の駆動機構２２の作動により上下方向に駆動されて昇降する（矢印Ａ１参照）。駆動機構２２は、ダイ３２の昇降を停止させ、加圧状態を保持できる。

パンチ３１は、凸形状を有している。パンチ３１は、パンチ頂部３１ａと、パンチ頂部３１ａの両端に設けられた左右一対のパンチ肩部３１ｂと、各パンチ肩部３１ｂから斜め下方に延びるパンチ側部３１ｃとを備える。パンチ頂部３１ａは、水平な平坦面であり、パンチ頂部３１ａの幅は、重ね合わせブランク１の補強部材３（重合部４）の幅よりも小さい。成形時に、パンチ３１のパンチ頂部３１ａの幅方向中央と、重ね合わせブランク１の幅方向中央部とを一致させて配置した場合、重合部４は、パンチ頂部３１ａからパンチ側部３１ｃに跨って配置される。

パンチ側部３１ｃは、段差３１ｄのある平坦面となっている。段差３１ｄの高さは、補強部材３の厚みｔ２に概ね対応している。したがって、パンチ３１の表面は、補強部材３の大きさに対応してパンチ肩部３１ｂから段差３１ｄにかけて一段下げられている。

パンチ側部３１ｃは、固定台２１と共に角部３１ｅを形成する。固定台２１は、角部３１ｅを介しフランジ面部３１ｆを構成している。フランジ面部３１ｆは、水平方向外側に延びる平坦面となっている。

ダイ３２は、内部に凹形状を有している。ダイ３２は、中央に位置する第１ダイ（パッド）３３と、第１ダイ３３を挟んで両側に位置する第２ダイ３４及び第３ダイ３５とを備える。第１ダイ３３と、第２及び第３ダイ３４，３５とは、駆動機構２２によって異なるタイミングで昇降可能となっている。

第１ダイ３３は、正面視において矩形状を有し、上下方向に延びている。第１ダイ３３は、ダイ３２の凹形状のダイ底面３２ａを構成し、パンチ頂部３１ａに対向する水平な平坦面を有する。プレス成形の際には、二点鎖線で示すように最初に第１ダイ３３が下降して、重ね合わせブランク１に接触するようにされている。ダイ底面３２ａの幅は、余肉部２ａ間の幅よりも小さい。したがって、プレス成形の際に、ダイ底面３２ａとパンチ頂部３１ａとによって重ね合わせブランク１が挟持される段階では、余肉部２ａが変形されない。

図５に示すように、ダイ底面３２ａの幅は、幅方向一対の第１溶接打点１１ａと幅方向位置がオーバラップするように設定されている。したがって、プレス成形の際に、幅方向一対の第１溶接打点１１ａ間が第１ダイ３３とパンチ頂部３１ａによって拘束されて、幅方向一対の第１溶接打点１１ａ間の変形が抑制される。これにより、プレス成形の際に、第１溶接打点１１ａと第２溶接打点１２ａとの間の本体部材２と補強部材３との間の線長変化代ΔＬを余肉部２ａで吸収しやすい。

第２ダイ３４及び第３ダイ３５は、正面視において概ね倒Ｌ字状を有する。第２ダイ３４及び第３ダイ３５は、上下方向に延びるベース部３４ａ，３５ａと、ベース部３４ａ，３５ａの幅方向内側（第１ダイ３３に向かう側）の面の一部を切り欠いた切欠き部３４ｂ，３５ｂと、を備える。切欠き部３４ｂ，３５ｂは、長手方向に連続して形成されている。

切欠き部３４ｂ，３５ｂは、ダイ３２の凹形状のダイ肩部３２ｂ及びダイ肩部３２ｂから斜め下方に延びるダイ側部３２ｃを構成し、ダイ側部３２ｃは、平坦面となっている。ダイ側部３２ｃは、パンチ側部３１ｃと対向し、概ね平行に形成されている。

ダイ側部３２ｃの下端には、肩Ｒ部３２ｄと、肩Ｒ部３２ｄを介してフランジ面部３２ｅが接続されている。フランジ面部３２ｅは、固定台２１のフランジ面部３１ｆと対向し、幅方向外側に延びる平坦面となっている。

次に、図４～図７を参照しながら、重ね合わせブランク１の成形方法について説明する。図４～図７は、本実施形態に係る重ね合わせブランク１の成形方法の各工程を順に示している。なお、図５～図７では、図示を明瞭にするため、重ね合わせブランク１と金型３０の幅方向一方側の断面のみが示されている。

まず、上方に突出する余肉部を備えた本体部材２と、平坦な補強部材３とを互いに重ね合わせて接合した重ね合わせブランク１を準備し、本体部材２を重ね合わせブランク１の曲げの外側に位置させた状態で、重ね合わせブランク１を曲げ加工する。プレス成形は室温等で実施されるいわゆる冷間で行っても、ホットスタンプ等の熱間で行ってもよい。

図４は、準備工程を示している。準備工程では、重ね合わせブランク１を金型３０にセットする。このとき、重ね合わせブランク１は、本体部材２が上側に位置して配置されている。このように配置されると、余肉部２ａが線長変化の大きい曲げの上側に配置されることになる。

図５及び図６は、曲げ加工を実行する曲げ工程を示している。図５は、曲げ加工前を示しており、図６は曲げ加工後を示している。

図５に示すように、曲げ加工前の状態では、駆動機構２２（図４参照）によって第１ダイ３３が下降され、第１ダイ３３のダイ底面３２ａが重ね合わせブランク１の重合部４に接触する。パンチ３１のパンチ頂部３１ａとダイ３２のダイ底面３２ａとによって重合部４を挟み込んだ状態となる。このとき、重ね合わせブランク１は、余肉部２ａの少なくとも一部がパンチ３１のパンチ肩部３１ｂにオーバラップするように配置される。

具体的には、余肉部２ａの幅方向の中心線Ｃ２よりも幅方向内側の領域Ｚ１が、パンチ肩部３１ｂよりも幅方向位内側となるように配置される。より好ましくは、余肉部２ａの第１立ち上がり部２ｄは、パンチ肩部３１ｂの幅方向外側のＲ止まりを通る図５の破線で示す直線Ｘよりも幅方向内側の領域Ｚ２に位置する。重ね合わせブランク１を曲げ加工する際に、重ね合わせブランク１の幅方向中央部、より詳しくは、幅方向一対の余肉部２ａ間が、パンチ３１のパンチ頂部３１ａと第１ダイ３３のダイ底面３２ａによって拘束される。

そして、曲げ加工前の状態では、駆動機構２２（図４参照）によって第２ダイ３４及び第３ダイ３５が下降されて、第２ダイ３４及び第３ダイ３５の肩Ｒ部３２ｄが重ね合わせブランク１に接触する。具体的には、第２ダイ３４及び第３ダイ３５の肩Ｒ部３２ｄが、余肉部２ａの幅方向の中心線Ｃ２よりも幅方向外側の領域Ｚ３に当接する。より好ましくは、肩Ｒ部３２ｄは、余肉部２ａの中央部２ｆのうち第２立ち上がり部２ｅ側の部位と当接する。

その後、図６に示すように第２ダイ３４及び第３ダイ３５を下死点（曲げ加工完了となるダイ３２の下端位置）まで下降させて、重ね合わせブランク１を曲げ加工する。曲げ加工中の重ね合わせブランク１の変形及び重ね合わせブランク１に発生する応力分布の変化について詳細を後述する。

このようにして、図７に示すようなハット状のプレス成形品５を製造することができる。プレス成形品５は、頂面部５ａと、頂面部５ａの幅方向両側の肩部５ｂと、肩部５ｂから下方に向かって幅方向外側に傾斜する縦壁部５ｃと、縦壁部５ｃの下端から幅方向外側へ延びるフランジ部５ｄとを有する。

補強部材３は、頂面部５ａと縦壁部５ｃに跨るようにプレス成形品５の内面側に設けられている。言い換えると、重合部４が頂面部５ａと縦壁部５ｃに跨って形成されている。プレス成形品５の状態では、第１接合部１１の接合打点１１ａは頂面部５ａに位置し、第２接合部１２の接合打点１２ａは縦壁部５ｃに位置し、余肉部２ａによって形成された隙間Ｓ１が消失する。

次に、図８～図１０を参照しながら、曲げ加工の際の本体部材２及び補強部材３に生じる応力分布について説明する。図８～図１０では、引張応力が作用する部分を濃色で示し、圧縮応力が作用する部分を淡色で示す。図８は、余肉部２ａによって線長変化が吸収された（本実施形態においては、例えば、ダイ３２を下死点から１８ｍｍ上方に位置させた）状態における応力分布が示されている。図９は、余肉部２ａをダイ３２で圧縮変形させる（本実施形態においては、例えば、ダイ３２を下死点から８ｍｍ上方に位置させた）状態における応力分布が示されている。図１０は、ダイ３２を下死点に位置させた状態における応力分布が示されている。なお、図８～図１０は、図示を明瞭にするため、重ね合わせブランク１と金型３０の肩部周辺のみが拡大表示されている。

図８では、第３ダイ３５の肩Ｒ部３２ｄによって、重ね合わせブランク１の余肉部２ａよりも外側の部分（第１平坦部２ｂ）が押し下げられることで曲げ変形が生じている。したがって、図８に示す下死点から１８ｍｍ上方に位置する時点では、余肉部２ａの曲げの外側の面（反補強部材３側の面）と、第３ダイ３５とは当接していないため、余肉部２ａの曲げの内側の面（補強部材３側の面）に引張応力（矢印ａ１参照）が生じ、本体部材２は余肉部２ａが上下方向に延びるように変形する。その結果、余肉部２ａによって形成されている本体部材２と補強部材３との間に設けられた隙間Ｓ１が小さくなる。

このとき、補強部材３は、本体部材２と第１接合部１１及び第２接合部１２で互いに拘束されているため、余肉部２ａの変形（余肉部２ａが上下方向に延びる変形）に追従する。これにより、成形後に補強部材３の肩部となる部分に生じる曲げ変形による圧縮応力は、図８の仮想線で示す第２接合部１２を設けずに補強部材３がパンチ３１に形状になじむように変形する場合に比べて、低減されている。このとき、補強部材３はパンチ３１の形状になじまず、補強部材３とパンチ３１との間に隙間Ｓ２が生じる。

図９に示すように、さらに曲げ加工を進めると、下降する第３ダイ３５のダイ側部３２ｃによって、余肉部２ａと補強部材３との間の隙間Ｓ１が消失する（つぶされる）ように、線長変化後に残った本体部材２の余肉部２ａが圧縮変形され、余肉部２ａの曲げの外側の面には圧縮応力（矢印ａ２参照）が生じる。これにより、本体部材２に線長変化後に残る余肉部２ａを設けない場合に比べて、成形後に本体部材２の肩部となる部分に生じる曲げ変形による引張応力（矢印ａ３参照）が、低減される。このとき、補強部材３とパンチ３１との間の隙間Ｓ２は残った状態である。

図１０に示すように、ダイ３２が下死点に至ると、下降する第３ダイ３５のダイ側部３２ｃによって、補強部材３とパンチ３１との間の隙間Ｓ２が消失する（つぶされる）ように補強部材３が圧縮変形され、補強部材３の本体部材２側の面に圧縮応力が生じ、反本体部材２側の面には引張応力（矢印ａ４参照）が生じる。これにより、成形後に補強部材３の縦壁部となる部分に生じる引張応力によって、成形後に補強部材３の肩部となる部分生じる圧縮応力（矢印ａ５参照）が減少される。

このように、余肉部２ａを設けることで本体部材２の縦壁部に圧縮応力が発生すると共にパンチ肩部３１ｂの引張応力が減少する。縦壁部に接合部を設けることで、本体部材２ではパンチ肩部の引張応力が減少し、縦壁部で圧縮応力が増加する。また、補強部材３ではパンチ肩部の圧縮応力が減少し、側壁部で引張応力が発生する。これにより、離型時におけるスプリングバックが抑制される。

以上の構成により、本実施形態に係る重ね合わせブランク１の成形方法は以下の効果が得られる。

重ね合わせブランク１を曲げ加工する際、本体部材２と補強部材３は、第１接合部１１及び第２接合部１２によって互いに拘束されている。したがって、曲げの進行に伴い、線長差に起因して曲げの内側にある補強部材３には圧縮応力、曲げの外側にある本体部材２には引張応力が生じる傾向にある。このため、第１溶接打点１１ａに剪断応力が生じ、本体部材２及び補強部材３の接合部１１，１２に大きな負荷がかかって第１溶接打点１１ａが破断する場合がある。また、曲げ加工で加工後に荷重を除き製品を離型すると弾性的な回復が起こって形状が戻る、いわゆるスプリングバックが生じ、プレス成形品の形状が所望の形状と一致しなくなる場合がある。

本実施形態においては、第１接合部１１と第２接合部１２間に余肉部２ａが設けられているので、重ね合わせブランク１を曲げ加工するプレス成形時に、本体部材２と補強部材３の第１接合部１１と第２接合部１２間の線長差に起因するひずみを余肉部２ａの変形で吸収し、接合部に生じる剪断応力を軽減できるので、第１溶接打点１１ａの破断を回避できる。

曲げ加工時に本体部材２は余肉部２ａが延びるように変形するので、余肉部が備えられていない場合よりも曲げによる引張応力が抑制されて、スプリングバックが抑制できる。さらに、余肉部が２ａつぶれ変形することによって、本体部材２には、圧縮応力が生じる。この圧縮応力によって、スプリングバックを生じさせる本体部材２の引張応力の一部がキャンセルされて、重ね合わせブランク１のスプリングバックがさらに抑制できる。

補強部材３は本体部材２に拘束されているので、補強部材３には、曲げ加工時に生じる圧縮応力に加えて、本体部材２の余肉部２ａの変形に追従することによる引張応力（図８矢印ａ１参照）が生じる。これにより、スプリングバックを生じさせる補強部材３の圧縮応力の一部がキャンセルされて、重ね合わせブランク１のスプリングバックが抑制される。

引張応力によって、重ね合わせブランク１の第１及び第２接合部１１，１２間における補強部材３の圧縮方向の曲げ変形が抑制されるので、プレス成形過程の前半においては、補強部材３と補強部材３に対向するパンチ側部３１ｃとの間に隙間Ｓ２が生じる。

曲げ変形が進むに連れて、前記隙間Ｓ２を消失させるように補強部材３が幅方向内側に向かって変形するので、補強部材３の曲げの内側の面にはさらに引張応力（図１０矢印ａ４参照）が生じる。これにより、スプリングバックを生じさせる補強部材３の圧縮応力の一部がキャンセルされて、重ね合わせブランク１のスプリングバックがさらに抑制される。

余肉部２ａの断面長さＬ１と直線長さＬ０との差異（Ｌ１－Ｌ０）は、余肉を設けなかった場合の本体部材２の曲げ加工前後の線長変化代と補強部材３の曲げ加工前後の線長変化代の差異ΔＬよりも大きく設定されているので、線長変化後に残った余肉部２ａが金型３０によって圧縮変形される。これにより、本体部材２には、曲げ加工によって生じる引張応力に加えて圧縮応力（図９矢印ａ２参照）が生じるので、スプリングバックを生じさせる本体部材２の引張応力（図９矢印ａ３参照）の一部が圧縮応力によってキャンセルされて、重ね合わせブランク１のスプリングバックが抑制される。

余肉部２ａの長さＬ１は、本体部材２の板厚をｔ１とし、補強部材の板厚をｔ２としたときに、Ｌ０＋０．６５（ｔ１＋ｔ２）以上、Ｌ０＋１．３５（ｔ１＋ｔ２）以下に設定されるので、接合部１１，１２の破断を回避しつつ、重ね合わせブランク１のスプリングバックを抑制できる。

具体的には、余肉部の長さがＬ０＋０．６５（ｔ１＋ｔ２）未満である場合、良好な接合部の破断及びスプリングバックの抑制効果が得られにくい。余肉部の長さがＬ０＋１．３５（ｔ１＋ｔ２）よりも大きい場合、第１金属板の余肉部が過剰に余ってしまい，その余肉部を所定の形状まで変形させた際に第１金属板と第２金属板の接合部にせん断応力を生じ，接合部が破断する可能性がある。

本体部材２及び補強部材３は、鋼板、例えば高張力鋼板で形成されているので、スプリングバックが大きくなりやすい強度の高い鋼板に適用することで、好適に効果を発揮する。

本体部材２と補強部材３とは、線溶接に比べて接合部の強度が低いスポット溶接によって接合されている場合においても接合部１１，１２の破断が抑制できるので、線溶接に比べてコストを低減できる。

重ね合わせブランク１は、余肉部２ａの少なくとも一部がパンチ肩部３１ｂにオーバラップするように配置されるので、余肉部２ａによる線長変化の吸収、及び、引張応力の低減がより達成されやすい。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態においては、本体部材２及び補強部材３は、引張強度が５９０Ｍｐａ以上の高張力鋼板であることを説明したが、これに限られず、アルミニウム合金からなる金属板、鋼板、引張強度５９０ＭＰａ未満の高張力鋼板等であってもよい。

本実施形態においては、本体部材２及び補強部材３の板厚ｔ１，ｔ２がいずれも１．４ｍｍであることを説明したが、これに限られず、板厚ｔ１,ｔ２の板厚が異なっていてもよい。

本実施形態においては、本体部材２の幅方向の中央部と補強部材３の幅方向の中央部との位置が一致することを説明したが、これに限られず、補強部材３の中央部が本体部材２の中央部に対して幅方向位置がずれて配置されていてもよく、例えば、ハット状の成形品の一方側の肩部のみに補強部材３が設けられていてもよい。

本実施形態においては、本体部材２に比べて補強部材３が幅狭であることを説明したが、これに限られず、補強部材３は本体部材２と同じ幅以上であってもよい。

本実施形態においては、本体部材２の内側に補強部材３が重ね合わせられていることを説明したが、これに限られず、図１１に示すように、補強部材３が本体部材２の外側に重ね合わせられていてもよい。この場合、補強部材３を第１金属板とし、本体部材２を第２金属板として、補強部材３に余肉部が設けられていればよい。

本実施形態においては、第１接合部１１の第１溶接打点１１ａの間隔Ｗ１が第２接合部１２の第２溶接打点１２ａの間隔Ｗ２よりも大きいことを説明したが、これに限られず、第１接合部１１の間隔Ｗ１と第２接合部１２の間隔Ｗ２は同じであってもよいし、成形品の頂面部５ａに位置する第１接合部１１を設定しなくてもよい。部材強度上に問題がなく第１接合部１１を設定しない場合は、基準穴を設けてロケートピンで幅方向のずれを拘束できればよい。

表１には、比較例１および実施例１の重ね合わせブランクについて、接合部の破断の解析を行った結果が示されている。比較例１及び実施例１の重ね合わせブランクは、いずれも本体部材と補強部材には引張強度が９８０ＭＰaの高張力鋼板を冷間プレス成形することでハット状のプレス成形品を得る。接合部の破断抑制の効果は、スポット打点が所定の破断判定基準に到達した場合に、解析中に要素が消滅するかどうかを評価した。

比較例１は、側壁部に接合部を設けると共に余肉部が設けられていない従来例に係る重ね合わせブランクである。実施例１は、余肉部及び側壁部に接合部が設けられている本発明の実施形態に係る重ね合わせブランクである。

表１からわかるように、余肉部が設けられていない比較例１では、成形後に接合部が破断している。これに対し、余肉部が設けられている実施例１では、成形後においても接合部の破断が生じない。したがって、本体部材に余肉部を設けることによって、成形中に本体部材と補強部材との間に生じるひずみ差を緩和し、接合部にかかる応力を減少させて、側壁部における接合部の破断が回避されている。

図１１には、比較例１，２および実施例１の重ね合わせブランクについて、成形後のスプリングバック量の解析を行った結果が模式的に示されている。比較例１，２および実施例１の重ね合わせブランクは、いずれも本体部材と補強部材には引張強度が９８０ＭＰaの高張力鋼板を冷間プレス成形することでハット状のプレス成形品を得る。スプリングバック抑制の効果は、重ね合わせブランクをハット状に成形し、その後、スプリングバック解析した結果（実線）と、下死点での形状（二点鎖線）を重ね合わせて、両者の差に基づいて評価した。

比較例１及び実施例１は、表１に示す比較例１及び実施例１の条件と同一であるが、成形後に接合部が破断するため比較例１については、側壁部の接合部を設けずに解析を行った。比較例２は、余肉部を設けると共に側壁部に接合部が設けられていない従来例に係る重ね合わせブランクである。

図１１から明らかなように、実施例１では、比較例１に比べて、縦壁部５ｃ及びフランジ部５ｄにおける下死点での成型品の形状（二点鎖線）とスプリングバック後の形状（実線）との差が小さくなって、スプリングバック量が抑制されており、実施例１はスプリングバックの抑制にも効果があることがわかる。余肉部が設けられると共に側壁部に接合部が設けられていない比較例２では、縦壁部５ｃ及びフランジ部５ｄにおける下死点での成型品の形状（二点鎖線）とスプリングバック後の形状（実線）とに大きな差はみられず、スプリングバック量の大きな抑制効果が見られない。したがって、実施例１のように余肉部を設けかつ側壁部に接合部を設けることで、スプリングバックが抑制されることがわかる。

図１２には、前述の比較例１，２および実施例１の重ね合わせブランクを曲げ加工した際の下死点における応力変化の解析を行った結果が示されている。図１２では、引張応力が作用する部分を濃色で示し、圧縮応力が作用する部分を淡色で示す。

比較例１と比較例２の結果を比較すると、余肉部を設けることで、比較例１に比べて比較例２では、本体部材の側壁部に圧縮応力（ｂ１）が発生すると共に、パンチ肩部の引張応力（ｂ２）が減少していることがわかる。これにより、比較例１で本体部材に生じていた引張応力（ｂ１２）の一部が本体部材に発生した圧縮応力（ｂ１）によってキャンセルされていると考えられる。一方、補強部材３については、肩部に発生する圧縮応力に大きな変化が見られない。

比較例２と実施例１の結果から、側壁部をスポット溶接することで、本体部材のパンチ肩部の引張応力（ｂ２２）が減少し、本体部材の側壁部で圧縮応力（ｂ２１）が増加している。また、補強部材ではパンチ肩部の圧縮応力（ｂ２３）が減少し、補強部材の側壁部で引張応力（ｂ２４）が発生する。以上より、スプリングバックが抑制されていることがわかる。

図１３には、重ね合わせブランクの余肉部２ａの幅方向位置をパンチ肩部３１ｂ及びダイ肩部３２ｄに対して変化させた場合のスプリングバック量の解析を行った結果が示されている。実施例１では、重ね合わせブランクは、余肉部２ａの一部がパンチ肩部３１ｂにオーバラップすると共に、ダイ肩部３２ｄが余肉部２ａの幅方向中心よりも幅方向外側に位置するように金型３０に配置されている。比較例４では、重ね合わせブランクは、余肉部２ａがパンチ肩部３１ｂよりも幅方向外側に位置すると共に、ダイ肩部３２ｄが余肉部２ａの幅方向中心よりも幅方向内側に位置するように金型３０に配置されている。実施例１と比較例４のスプリングバックの結果を比較すると、図１３に示すように、差は大きくないものの、比較例４に比べて実施例１の方が、スプリングバックが抑制されており、成形下死点（二点鎖線）での形状に近づくことがわかる。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、重ね合わせブランク及びその成形方法によれば、重ね合わせて接合された複数の金属板からなるブランクを曲げ加工するプレス成形時に、溶接部の破断の回避と、スプリングバックの抑制ができるので、自動車等の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１ 重ね合わせブランク
２ 本体部材（第１金属板）
２ａ 余肉部
２ｂ 第１平坦部
２ｃ 第２平坦部
３ 補強部材（第２金属板）
１１ 第１接合部
１２ 第２接合部
３１ パンチ
３１ｂ パンチ肩部
３２ ダイ
３２ｂ ダイ肩部
Ｌ１ 余肉部の長さ
ΔＬ 線長変化代
ｔ１ 第１金属板の板厚
ｔ２ 第２金属板の板厚

Claims (8)

1. 膨らんだ余肉部と、前記余肉部に隣接して設けられた第１平坦部と、前記第１平坦部とは反対側に前記余肉部に隣接して設けられた第２平坦部とを備える第１金属板と、
   前記第１平坦部と前記第２平坦部において重ね合わされている平坦な第２金属板と、
   前記第１平坦部と前記第２金属板とが接合された第１接合部と、
   前記第２平坦部と前記第２金属板とが接合された第２接合部と、
   を備え、
   前記第２接合部の接合強度は、前記第１接合部の接合強度に比べて高い、重ね合わせブランク。
2. 膨らんだ余肉部と、前記余肉部に隣接して設けられた第１平坦部と、前記第１平坦部とは反対側に前記余肉部に隣接して設けられた第２平坦部とを備える第１金属板と、
   前記第１平坦部と前記第２平坦部において重ね合わせられている平坦な第２金属板と、
   前記第１平坦部と前記第２金属板とが接合された第１接合部と、
   前記第２平坦部と前記第２金属板とが接合された第２接合部と、
   を備え、
   前記第２接合部の接合強度は、前記第１接合部の接合強度に比べて高い、重ね合わせブランクを準備し、
   前記第１金属板を前記重ね合わせブランクの曲げの外側に位置させた状態で、前記重ね合わせブランクを曲げ加工する、重ね合わせブランクの成形方法。
3. 前記余肉部の長さは、前記余肉部の直線長さに前記第１金属板の線長変化代と前記第２金属板の線長変化代の差異を加えた長さよりも大きく設定される請求項２に記載の重ね合わせブランクの成形方法。
4. 前記余肉部の長さは、以下の関係を満たす請求項２又は請求項３に記載の重ね合わせブランクの成形方法。
   Ｌ０＋０．６５（ｔ１＋ｔ２）≦Ｌ１≦Ｌ０＋１．３５（ｔ１＋ｔ２）
   Ｌ０：余肉部の直線距離
   Ｌ１：余肉部の長さ
   ｔ１：第１金属板の板厚
   ｔ２：第２金属板の板厚
5. 前記第１金属板及び前記第２金属板は、鋼板である請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の重ね合わせブランクの成形方法。
6. 前記第１金属板及び前記第２金属板は、高張力鋼板である請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の重ね合わせブランクの成形方法。
7. 前記第１金属板と前記第２金属板とは、スポット溶接によって接合される請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の重ね合わせブランクの成形方法。
8. 前記曲げ加工は、
   成形品の肩部を形成するための凸形状のパンチ肩部を有するパンチ、及び、前記凸形状に対応する凹形状のダイ肩部を内部に有するダイを用意し、
   前記重ね合わせブランクの前記余肉部の少なくとも一部が前記パンチの前記パンチ肩部にオーバラップするように配置し、
   前記ダイを前記パンチに対して相対的に下降させる
   請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の重ね合わせブランクの成形方法。

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