(57)【要約】【課題】ハイテン材のプレス成形課題の一つに伸びフランジ割れが挙げられる。この伸びフランジ割れはせん断端面の残留歪みに起因して発生する。従来の残留歪み除去技術によると、打ち抜き加工によって打ち抜かれた鋼板端部は、加熱時の熱が行き渡りにくく残留歪みが除去しきれない、または、当該端部の残留歪みが除去される程度まで加熱すると、他の領域が加熱され過ぎて部分的に硬度が変化してしまうという課題を生じていた。そこで、他の領域に過加熱を生じさせることなく打ち抜き端の残留歪みを除去できる鋼板の成形加工方法を提供する。【解決手段】鋼板の成形加工方法は、鋼板を打ち抜く抜き工程と、互いに対向する電極面間に抜き工程による打ち抜き端が位置するようにそれぞれの加熱電極を配置して、打ち抜き端を含む鋼板の部分領域を加熱する加熱工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を打ち抜く抜き工程と、
互いに対向する電極面間に前記抜き工程による打ち抜き端が位置するようにそれぞれの加熱電極を配置して、前記打ち抜き端を含む前記鋼板の部分領域を加熱する加熱工程と
を有する鋼板の成形加工方法。
【請求項２】
前記加熱工程による熱を冷ます放冷工程と、
前記打ち抜き端に対して伸びフランジを成形する伸びフランジ工程と
を有する請求項１に記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項３】
前記加熱工程は、前記打ち抜き端を２００℃以上Ａｃ１点未満に加熱する請求項１または２に記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項４】
前記それぞれの加熱電極は、前記鋼板に誘導起電力を生じさせて加熱を行うコイル電極であり、
前記加熱工程は、前記コイル電極を前記鋼板の表面に接触させずに前記部分領域を加熱する請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項５】
前記抜き工程は、前記鋼板に穿孔を設ける工程であり、
前記コイル電極は、前記穿孔の周囲を取り囲むように設けられている請求項４に記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項６】
前記加熱工程は、前記コイル電極の周辺部に設けられた絶縁体部を前記鋼板の表面に接触させて前記部分領域を加熱する請求項４または５に記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項７】
前記対向する加熱電極のうちの少なくとも一方は、前記打ち抜き端に線接触するように構成されている、請求項１乃至３のうちのいずれか１項記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項８】
前記対向する加熱電極のうちの少なくとも一方は、円錐形状又は球形状となっている、請求項７に記載の鋼板の成形加工方法。
【請求項９】
前記打ち抜き端に線接触するように構成された加熱電極は、前記抜き工程で前記鋼板の打ち抜き端にバリが生じる側に配置されている、請求項７又は８に記載の鋼板の成形加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の成形加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイテン材のプレス成形課題の一つに伸びフランジ割れが挙げられる。この伸びフランジ割れはせん断端面の残留歪みに起因して発生する。この残留歪みを低減する方法として、加熱する方法が既に知られている。また、残留歪み部を加熱方法として、プレス成形品の曲げ部を通電加熱して残留歪み除去する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０３９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
打ち抜き加工によって打ち抜かれた鋼板端部は加熱時の熱が行き渡りにくく残留歪みが除去しきれない、または、端部の残留歪みが除去される程度まで加熱すると、他の領域が加熱され過ぎて部分的に硬度が変化してしまう、という課題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、他の領域に過加熱を生じさせることなく打ち抜き端の残留歪みを除去できる鋼板の成形加工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の具体的態様における鋼板の成形加工方法は、鋼板を打ち抜く抜き工程と、互いに対向する電極面間に抜き工程による打ち抜き端が位置するようにそれぞれの加熱電極を配置して、打ち抜き端を含む鋼板の部分領域を加熱する加熱工程とを有する。このように、電極面間に打ち抜き端を挟み込むようにそれぞれの加熱電極を配置して通電することにより、打ち抜き端を十分加熱することができる。打ち抜き端を中心に加熱を施すことにより、残留歪みを適切に除去できると共に、他の領域の過加熱を回避することができる。
【０００７】
上記の成形加工方法は、さらに、加熱工程による熱を冷ます放冷工程と、打ち抜き端に対して伸びフランジを成形する伸びフランジ工程とを有すると効果的である。熱を冷ました状態の鋼板に対して伸びフランジ工程を施せば、フランジ金型に生じるダメージを軽減することができる。
【０００８】
また、上記の加熱工程は、打ち抜き端を２００℃以上Ａｃ１点未満に加熱することが好ましい。この範囲での加熱であれば、残留歪みの除去を適切に行える上に、鋼板の軟化や硬化を回避することができる。
【０００９】
また、上記のそれぞれの加熱電極は、鋼板に誘導起電力を生じさせて加熱を行うコイル電極であっても良く、この場合において加熱工程は、コイル電極を鋼板の表面に接触させずに部分領域を加熱する。このように誘導起電力を利用して加熱すれば、加熱電極を鋼板の表面に接触させることなく加熱することができるので、加熱電極の損傷を軽減することができる。この場合、上記の抜き工程が鋼板に穿孔を設ける工程であれば、コイル電極は、穿孔の周囲を取り囲むように設けられていることが好ましい。このように誘導加熱を用いた場合、エッジ効果により効率よく打ち抜き端を加熱することができる。また、コイル電極の周辺部に絶縁体部が設けられていれば、上記の加熱工程は、当該絶縁体部を鋼板の表面に接触させて上記の部分領域を加熱すると良い。絶縁体部を接触させるのであれば、コイル電極の損傷を防ぎつつ、安定的に加熱を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、他の領域に過加熱を生じさせることなく打ち抜き端の残留歪みを除去できる鋼板の成形加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る加工方法の工程を概略的に示す模式図である。
【図２】加熱工程における鋼板と加熱電極の接触を説明する模式図である。
【図３】加熱工程において加熱電極が鋼板に接触した状態の部分断面図である。
【図４】他の加熱電極を用いた場合の加熱電極と鋼板の関係を示す部分断面図である。
【図５】成形品の例を説明する図である。
【図６】他の成形品の例を説明する図である。
【図７】本実施形態における第１及び第２加熱電極の構成を示す概略的な断面図である。
【図８】第１加熱電極の他の構成を示す概略的な断面図である。
【図９】第１及び第２加熱電極の他の構成を示す概略的な断面図である。
【図１０】穴広げ試験を説明するための図である。
【図１１】板厚１．２ｍｍの１１８０ＧＡの鋼板に対する試験結果を示す図である。
【図１２】板厚２．９ｍｍの９８０ＨＲの鋼板に対する試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【００１３】
実施形態１
図１は、本実施形態に係る加工方法の工程を概略的に示す模式図である。以下に説明する加工方法は、ワークとしての鋼板に穿孔を設け、当該穿孔の周縁を変形させて伸びフランジを成形するものである。全体としては大きく分けると、図１に示すように、鋼板を打ち抜く抜き工程と、打ち抜き端を含む部分領域を加熱する加熱工程と、加熱工程による熱を冷ます放冷工程と、打ち抜き端に対して伸びフランジを成形する伸びフランジ工程とを含む。
【００１４】
抜き工程は、不図示の抜きダイスに固定された鋼板１００を、抜きパンチ７００によって打ち抜く工程である。加熱工程は、詳しくは後述するが、抜き工程で形成された穿孔１１０の周縁を加熱する工程である。加熱工程によって加熱される領域は、鋼板１００の部分領域である、穿孔１１０の打ち抜き端を含む加熱領域１１１である。
【００１５】
放冷工程は、加熱工程で加熱された加熱領域１１１の熱を冷ます工程である。具体的には、鋼板１００が常温環境において一定時間放置される。伸びフランジ工程は、穿孔１１０にフランジ金型９００を挿入し、穿孔１１０の周縁部を塑性変形させて伸びフランジ１１３を形成する工程である。
【００１６】
抜き工程によって穿孔１１０の周縁部に生じた残留歪みは、加熱工程で除去される。放冷後、伸びフランジ工程に導入されるため、加熱状態の鋼板１００に対して行うよりもフランジ金型９００に生じるダメージを軽減することができる。特に、本実施形態においては、後述するように、打ち抜き端まで十分に加熱することができるので残留歪みを良好に除去することができる。１１８０ＧＡ材の１．２ｍｍの鋼板にφ１０ｍｍの穿孔を設けて三角錐の金型を押し込む穴広げ試験を行ったところ、ひびが生じるまでの径の拡張割合は、未加熱がλ＝３５％であったのに対し、本実施形態に係る加工方法ではλ＝５３％にまで向上した。
【００１７】
図２は、加熱工程における鋼板１００と加熱電極の接触を説明する模式図である。加熱工程は、一対の加熱電極である第１加熱電極８１０と第２加熱電極８２０で鋼板１００を挟み込み、通電加熱することにより実行する。具体的には、第１加熱電極８１０の電極面８１１を鋼板１００の加熱領域１１１の一面側に接触させ、第２加熱電極８２０の電極面８２１を鋼板１００の加熱領域１１１の他面側に接触させて通電する。
【００１８】
このときの加熱温度は、打ち抜き端面が２００℃以上Ａｃ１点未満となるように調整される。この温度範囲での加熱であれば、残留歪みの除去を適切に行える。特に、Ａｃ１点以上まで加熱してしまうと、鋼板１００がオーステナイト変態を起こしてしまい、空冷すると軟化して強度が低下し、流水等によって急冷すると硬度が増して伸びフランジ工程における成形性が低下してしまうので、Ａｃ１点未満に留めることが好ましい。
【００１９】
図３は、加熱工程において加熱電極が鋼板１００に接触した状態の部分断面図である。具体的には穿孔１１０の中心軸を含む断面において、中心軸に対する一方側を示す断面図である。
【００２０】
図示するように、穿孔１１０の内周面である打ち抜き端１１２は、互いに対向する電極面８１１、８２１の面間に位置するように配置されている。換言すると、第１加熱電極８１０の内側端面８１２および第２加熱電極８２０の内側端面８２２は、打ち抜き端１１２よりも穿孔１１０の中心側へ、図に示す長さｄの分だけ張り出した状態となっている。このような配置によって加熱領域１１１が加熱されると、打ち抜き端１１２を十分に加熱することができ、打ち抜き端１１２の周辺部に集中する残留歪みの除去を良好に行うことができる。また、加熱領域１１１は、鋼板１００全体の一部の領域であるので、不要な領域を加熱する電力を削減でき、軟化や硬化の原因となる過加熱を回避することができる。
なお、打ち抜き端１１２が、第１加熱電極８１０の内側端面８１２および第２加熱電極８２０の内側端面８２２よりも穿孔１１０の中心側へ張り出した状態となっていてもよい。
【００２１】
図２および図３に示すように、第１加熱電極８１０および第２加熱電極８２０のそれぞれの電極面８１１、８２１は、円環状である。しかし、打ち抜き端１１２が電極面８１１、８２１の面間に位置するように配置されるのであれば、電極面８１１、８２１は、単に円形であっても構わない。
【００２２】
図４は、他の加熱電極を用いた場合の加熱電極と鋼板１００の関係を示す部分断面図である。図４は、図３と同様に、穿孔１１０の中心軸を含む断面において、中心軸に対する一方側を示す断面図である。
【００２３】
図示する一対の加熱電極は、交流電流を通電することにより鋼板１００に誘導起電力を生じさせて加熱を行うコイル電極であり、第１加熱コイル８３０と第２加熱コイル８４０から構成される。第１加熱コイル８３０は、周囲を絶縁体である第１支持体８３３に囲まれており、第２加熱コイル８４０は、周囲を絶縁体である第２支持体８４３に囲まれている。加熱時には、第１支持体８３３および第２支持体８４３を鋼板１００の表面に接触させる。その結果、第１加熱コイル８３０と第２加熱コイル８４０の距離が安定するので、温度制御を行いやすい。また、第１加熱コイル８３０と第２加熱コイル８４０が鋼板１００の表面に直接接触することがないので、電極の損傷を軽減することができる。
【００２４】
図示するように、穿孔１１０の内周面である打ち抜き端１１２は、互いに対向する電極面間に位置するように配置されている。換言すると、第１加熱コイル８３０の内周端面８３２および第２加熱コイル８４０の内周端面８４２は、打ち抜き端１１２よりも穿孔１１０の中心側へ、図に示す長さｄの分だけ張り出した状態となっている。このような配置によって加熱領域１１１が加熱されると、打ち抜き端１１２を十分に加熱することができ、打ち抜き端１１２の周辺部に集中する残留歪みの除去を良好に行うことができる。また、加熱領域１１１は、鋼板１００全体の一部の領域であるので、不要な領域を加熱する電力を削減でき、軟化や硬化の原因となる過加熱を回避することができる。
【００２５】
第１加熱コイル８３０および第２加熱コイル８４０の形状および配置は様々に考えられるが、本変形例においては、穿孔１１０の周囲を円環状に取り囲むように設けられている。このように設けられることによって、打ち抜き端１１２を含む加熱領域１１１を効率よく加熱することができる。
【００２６】
以上説明した加工方法によって成型される成形品の例を説明する。図５は、成形品の第１例として、車両のサスペンションに用いられるＦＲロアアーム２００を説明する図である。点線で囲んだ部分を拡大して示すように、ＦＲロアアーム２００のブッシュ圧入部２１０は、上述した加工方法によって形成される。図６は、成形品の第２例として、車両の窓柱に用いられるＡピラーロア３００を説明する図である。上述した加工方法では、例として鋼板１００に穿孔１１０を設ける場合を説明したが、鋼板１００を打ち抜く抜き工程は、穿孔を設ける場合に限らず、不要部分の切り落としでも良い。伸びフランジ工程は、不要部分を切り落とした打ち抜き端に対してフランジ金型を押し当てて伸びフランジを成形する。Ａピラーロア３００の伸びフランジ成形部３１０は、このようにして成形される。
【００２７】
実施形態２
本実施形態において、対向する第１及び第２加熱電極のうちの少なくとも一方は、打ち抜き端１１２に線接触するように構成されている。図７は、本実施形態における第１及び第２加熱電極の構成を示す概略的な断面図である。第１加熱電極８５０は、例えば、円錐形状となっており、鋼板１００の打ち抜き端１１２の角部に線接触している。一方で、第２加熱電極８６０は、円筒形状となっている。第１加熱電極８５０及び第２加熱電極８６０は、例えば、銅で形成されている。
【００２８】
加熱工程において、円錐形状の第１加熱電極８５０と円筒形状の第２加熱電極８６０により、鋼板１００の打ち抜き端１１２を挟み込み、通電加熱を行う。具体的には、第１加熱電極８５０の電極面８５１を鋼板１００の打ち抜き端１１２の角部に線接触させ、第２加熱電極８６０の電極面８６１を鋼板１００の加熱領域１１１の他面側に接触させて通電する。
【００２９】
なお、図７に示すように、第２加熱電極８６０は、円筒形状であるが、これに限定されない。第１加熱電極８５０と第２加熱電極８６０により、鋼板１００の加熱領域１１１を挟み込むことができれば、第２加熱電極８６０は、例えば、円柱形状などであってもよい。第２加熱電極８６０は円錐形状となっており、第１加熱電極８５０は円筒形状となっていてもよい。
【００３０】
抜き工程で鋼板１００の打ち抜き端１１２にバリが生じるが、このバリが生じる側に円錐形状の加熱電極を配置するのが好ましい。これは、円錐形状の加熱電極の方が電流密度がより高くなり、このバリを潰し易く、その後工程の成形がし易くなるからである。
【００３１】
また、図８に示す如く、第１加熱電極８５０は、球形状となっており、鋼板１００の打ち抜き端１１２の角部に線接触してもよい。第１加熱電極８５０の電極面８５１が、鋼板１００の打ち抜き端１１２の角部に線接触している。さらに、対向する第１及び第２加熱電極８５０、８６０の両方が、打ち抜き端１１２の角部に夫々線接触するように構成されていてもよい。例えば、図９に示す如く、第１加熱電極８５０及び第２加熱電極８６０が切頭円錐形状となっている。第１加熱電極８５０の電極面８５１が鋼板１００の打ち抜き端１１２の角部に線接触している。同様に、第２加熱電極８６０の電極面８６１が鋼板１００の打ち抜き端１１２の角部に線接触している。これにより、第１及び第２加熱電極８５０、８６０の電流密度をより高くすることができ、かつ、打ち抜き端１１２を均一に加熱することができる。
【００３２】
なお、上述の如く、鋼板１００を打ち抜く抜き工程は、穿孔を設ける場合に限定されない。例えば、図６に示す如く、鋼板１００を打ち抜く抜き工程で不要部分を切り落としＡピラーロア３００などを成形する場合、第１及び第２加熱電極８５０、８６０のうち少なく一方は、その切り落とした部分に線接触するように構成されてもよい。
【００３３】
本実施形態において、第１及び第２加熱電極８５０、８６０のうちの少なくとも一方を、打ち抜き端１１２の角部に線接触させ、その電流密度をより高くする。これにより、鋼板１００の打ち抜き端１１２をより均一かつ、効率的に加熱することができ、残留歪みをより良好に除去することができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る第１及び第２加熱電極による効果について詳細に説明する。本実施形態においては、次のような（１）乃至（４）の穴広げ試験を行う。
（１）鋼板１００にφ１０ｍｍの穿孔１１０を加工する。打抜きクリアランスは１２％とする。
（２）穿孔１１０の加工後、円錐形状の第１加熱電極８５０と円筒形状の第２加熱電極８６０により、鋼板１００の穿孔１１０を挟み込み（図７）、通電加熱を行う。このとき、第１及び第２加熱電極８５０、８６０により、穿孔１１０の加熱領域１１１を２５０ｋｇｆの圧力で挟み込み、第１及び第２加熱電極８５０、８２０に対し交流の電圧２００Ｖ及び電流２〜８ｋＡの電力を１秒間供給する。
【００３５】
鋼板１００は、１００ｍｍ×１００ｍｍの１１８０ＧＡ（引張強度が１１８０ＭＰａの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板）であり、その板厚は１．２ｍｍである。第１加熱電極８５０の円錐形状の頂角を１２０°、底面の径を１５ｍｍとする。第２加熱電極８６０の円筒形状の内径を８ｍｍ、外径を１５ｍｍとする。
（３）通電加熱後、加熱された鋼板１００を常温まで冷却する。
（４）冷却後、図１０に示す如く、鋼板１００をダイＸ１及びホルダーＸ２で挟み込んで固定しつつ、穿孔１１０に対し頂角６０°の三角錐の金型Ｘ３を押し込む、穴広げ試験を行う。なお、鋼板１００の打ち抜き端１１２のバリが生じている側が金型Ｘ３の反対側（外側）に位置している。
【００３６】
図１１は、上述した板厚１．２ｍｍの１１８０ＧＡの鋼板１００に対する試験結果を示す図である。図１２は、板厚２．９ｍｍの９８０ＨＲ（引張強度が９８０ＭＰａの熱延材）の鋼板１００に対し、上記同様の条件で試験を行ったときの試験結果を示す図である。図１１及び図１２において、横軸は、鋼板１００の打ち抜き端１１２の加熱温度を示し、縦軸は鋼板１００の打ち抜き端１１２に亀裂が貫通するまでの穿孔径の拡張割合λを示している。拡張割合λは、例えば、以下の式を用いて算出される。
【００３７】
λ＝（ｄｂ−ｄ０）／ｄ０×１００
【００３８】
ｄｂは、亀裂が貫通する時の穿孔径であり、ｄ０は、三角錐の金型Ｘ３を押し込む前の初期の穿孔径である。５回の穴広げ試験を行い、５回の試験のλの平均値を算出している。
【００３９】
上記１１８０ＧＡに関しては、図１１に示す如く、未加熱がλ＝２０％であったのに対し、本実施形態に係る加工方法において、λは、加熱温度が６００℃のとき最大となり略１２０％にまで向上した。また、上記９８０ＨＲに関しては、図１２に示す如く、未加熱がλ＝６０％であったのに対し、本実施形態に係る加工方法において、λは、加熱温度が８００℃のとき最大となり略２００％にまで向上した。
【００４０】
なお、本実施形態２において、上記実施形態１と同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００４１】
１００  鋼板、１１０  穿孔、１１１  加熱領域、１１２  打ち抜き端、１１３  伸びフランジ、２００  ＦＲロアアーム、２１０  ブッシュ圧入部、３００  Ａピラーロア、３１０  伸びフランジ成形部、７００  抜きパンチ、８１０  第１加熱電極、８１１、８２１  電極面、８１２、８２２  内側端面、８２０  第２加熱電極、８３０  第１加熱コイル、８３２、８４２  内周端面、８３３  第１支持体、８４０  第２加熱コイル、８４３  第２支持体、８５０  第１加熱電極、９００  フランジ金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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