(57)【要約】【課題】割れ等を抑止しつつ、金属板を折り返すヘミング加工等を行える金属成形方法を提供する。【解決手段】本発明は、金属板の一面側に設けられて板厚が部分的に減少している薄肉部で、金属板を折り返して折返部を成形する折返工程を備える金属成形方法である。その薄肉部は、折り曲げられる内側にあり、滑らかな曲面からなる溝状をしている。本発明の金属成形方法は、金属板がマグネシウム合金からなる場合に好適である。薄肉部の最小板厚（ｔ）に対する折返部の最大高さ（Ｈ）の比である折返比（Ｈ／ｔ）、金属板の初期板厚（ｔ０）に対する薄肉部の最小板厚（ｔ）の比である板厚比（ｔ／ｔ０）等を所定の範囲内とすると、割れ等の発生を抑止しつつ、より低い温度で加工できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の一面側に設けられて板厚が部分的に減少している薄肉部で、該金属板を折り返して折返部を成形する折返工程を備える金属成形方法であって、
前記薄肉部は、折り曲げられる内側にあり、滑らかな曲面からなる溝状である金属成形方法。
【請求項２】
前記金属板は、マグネシウム合金からなる請求項１に記載の金属成形方法。
【請求項３】
折返工程は、前記薄肉部の最小板厚（ｔ）に対する前記折返部の最大高さ（Ｈ）の比である折返比（Ｈ／ｔ）を３．０〜８．５とする請求項１または２に記載の金属成形方法。
【請求項４】
前記折返工程は、少なくとも前記薄肉部を１００〜４００℃に加熱してなされる請求項１〜３のいずれかに記載の金属成形方法。
【請求項５】
前記薄肉部は、両側縁部から中央部にかけて滑らかに突出した湾曲面からなる金型の押込部で、前記金属板の一面を押圧する圧印工程により形成される請求項１または２に記載の金属成形方法。
【請求項６】
前記圧印工程は、前記金属板の少なくとも被加工部を１００〜４００℃に加熱してなされる請求項５に記載の金属成形方法。
【請求項７】
前記圧印工程は、前記金属板の初期板厚（ｔ０）に対する前記薄肉部の最小板厚（ｔ）の比である板厚比（ｔ／ｔ０）を０．３５〜０．８５とする請求項５または６に記載の金属成形方法。
【請求項８】
前記圧印工程は、前記薄肉部の最小板厚（ｔ）に対する該薄肉部の溝幅（Ｗ）の比である溝幅比（Ｗ／ｔ）を３．５〜１４とする請求項５〜７のいずれかに記載の金属成形方法。
【請求項９】
前記折返工程はヘミング加工工程である請求項１〜８のいずれかに記載の金属成形方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにより得られた折返部を有する金属成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板を折り返す金属成形方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種製品の筐体やボディなど、金属板を切断、型抜き、プレス等した板金製品が多く用いられている。その代表例として、自動車ボディのアウターパネルやインナーパネル等がある。
【０００３】
ところで、板金製品の端部の強化や安全対策、板金製品同士の接合等の目的で、板金製品の端部にはへミング加工が施されることが多い。ヘミング加工は、金属板の端部を反対側に折り返すため、その加工部（「折返部」という。）は塑性変形量が大きく、割れや肌荒れ等を生じ易い。これに対する対策が下記の特許文献で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、鋼板よりも延性が小さくて割れ等を生じ易いアルミニウム合金板に予めコイニング加工を施しておき、板厚を減少させた部分で折り曲げることを提案している。
【０００６】
しかし、本発明者が特許文献１の記載に沿って実際にヘミング加工を行ったところ、コイニング加工された角溝の端部付近に割れを生じることが明らかとなった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、割れ等を抑止しつつ、金属板を折り返すことができる金属成形方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、断面が滑らかに湾曲した凹状の薄肉部を内側にして金属板を折り返すことにより、割れ等を抑止できることを発見した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【０００９】
《金属成形方法》
（１）本発明の金属成形方法は、金属板の一面側に設けられて板厚が部分的に減少している薄肉部で、該金属板を折り返して折返部を成形する折返工程を備える金属成形方法であって、前記薄肉部は、折り曲げられる内側にあり、滑らかな曲面からなる溝状である。
【００１０】
（２）本発明の金属成形方法（単に「成形方法」ともいう。）によれば、内側および外側で割れ等のない折返部の形成が可能となる。この理由は、板厚が緩やかに減少する薄肉部で折り返されることにより、折り返される内側で応力集中等を生じ難いと共に、折り返される外側に作用する応力も減少したためと考えられる。
【００１１】
《金属成形品》
本発明は、上述した加工方法（製造方法）としてのみならず、それにより得られた金属成形品（金属成形部材）としても把握できる。
【００１２】
《その他》
特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】薄肉部を形成する押込部を示す模式図である。
【図２】薄肉部を形成する圧印加工の様子を示す模式図である。
【図３】薄肉部が形成された折返加工前の金属板（試験片）を示す模式図である。
【図４】その金属板を折返加工してできた折返部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の成形方法のみならず、それにより得られた金属成形品（単に「成形品」ともいう。）にも適宜該当し、方法的な構成要素であっても物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００１５】
《金属板》
本発明に係る金属板は、純金属からなっても、合金からなってもよい。金属板は、例えば、鉄（鋼）板、アルミニウム（合金）板、マグネシウム（合金）板などである。特に、延性が小さく成形時に割れ等を生じ易いマグネシウムまたはその合金からなる金属板（単に「Ｍｇ系板」ともいう。）に対して本発明の成形方法は有効である。Ｍｇ系板は、例えば、その全体組成を１００質量％（単に「％」という。）としたときに、合金元素の合計量が８％以下さらには５％以下であると好ましい。そのような合金元素としては、例えば、Ａｌ、Ｚｎ等がある。この場合、でＭｇ系板は、Ａｌを１〜７％さらには２〜４％、Ｚｎを０．５〜１．５さらには０．７〜１．３％含むＭｇ合金からなると好ましい。そのようなＭｇ合金の代表例は、ＡＺ３１、ＡＺ６１等である。
【００１６】
《薄肉部／圧印工程》
（１）本発明に係る薄肉部は、折返工程がなされる前に金属板に予め形成されており、その形状は上述したように、両側縁部から中央部を滑らかな曲面で接続した溝状であるとよい。その具体的な形態は、例えば、薄肉部以外の部分の板厚（または金属板の初期板厚：ｔ０）に対して、薄肉部の最小板厚（または中央部の板厚：ｔ）の比である板厚比（ｔ／ｔ０）が０．３５〜０．８５、０．４〜０．８さらには０．５〜０．７であると好ましい。板厚比が過小では、スプリングバック等により折返部に隙間（口開き）が生じ易くなる。板厚比が過大では、薄肉部の効果が不十分となり、割れ等が生じ易くなる。
【００１７】
また薄肉部は、その最小板厚（ｔ）に対するその両側縁間の距離（溝幅：Ｗ）の比である溝幅比（Ｗ／ｔ）を３．５〜１４、６〜１２さらには７〜１１であると好ましい。溝幅比が過小では、薄肉部の効果が不十分となり、割れ等が生じ易くなる。溝幅比が過大では、折返部に隙間（口開き）が生じ易くなる。
【００１８】
（２）本発明に係る薄肉部は、研削加工等により形成することもできるが、所望形状の治具（金型）で金属板を押圧する圧印加工により、効率的に形成され得る。そこで本発明の成形方法は、例えば、両側縁部から中央部にかけて滑らかに突出した湾曲面からなる金型の押込部で、金属板の一面を押圧して薄肉部を形成する圧印工程を備えると好ましい。これにより、押込部の形状がほぼ転写された薄肉部が安定的に形成されると共に、薄肉部の形状は、その押込部の形状により容易に調整できる。
【００１９】
その圧印工程は、金属板の被加工部を１００〜４００℃さらには２００〜３００℃に加熱してなされると好ましい。これにより深い薄肉部も、割れ等を抑止しつつ形成し易くなる。
【００２０】
《折返部／折返工程》
（１）本発明に係る折返部は、上述した薄肉部を内側にして金属板を折り返すことにより形成される。折返部は、金属板単独で折り返したもの（積層状態のもの）でも、別部材（他の成形品の端部等）を挟持したものでもよい。
【００２１】
ところで、薄肉部の最小板厚（ｔ）に対する折返部の最大高さ（Ｈ）の比である折返比（Ｈ／ｔ）は３．０〜８．５さらには４〜７であると好ましい。折返比が過小であると、割れ等が生じ易くなり、折返比が過大であると、折返部に隙間（口開き）が生じ易くなる。なお、折返部の最外周面側が略円弧状となっているとき、その曲率半径（Ｒ＝Ｈ／２）は薄肉部の最小板厚（ｔ）に対して１．６５〜４．１５さらには２〜３．５倍程度であると好ましい。
【００２２】
（２）折返部を形成する折返工程は、ダイ・ヘミング等のように治具（金型）を用いて一段階または複数段階で、所望範囲内に折返部を形成してもよいし、ロール・ヘミング等のように連続的に所望範囲内で折返部を形成してもよい。多段階で行う折返工程は、例えば、薄肉部で金属板をＶ字状またはＬ字状に曲げる予備曲げ工程と、それをさらに折り返す仕上げ工程との２段階で行ってもよい。
【００２３】
折返工程は、薄肉部を１００〜４００℃さらには２００〜３００℃に加熱してなされると好ましい。これにより割れ等を抑止しつつ良好な折返部の形成が容易となる。
【００２４】
金属板の折り返しは、金属板の積層や他部材（板材）のクラッド等にも利用できるため、本発明に係る折返部は、必ずしも、金属板（成形品）の端部でなくてもよい。本発明に係る折返工程の代表例は、金属板の外周端近傍に設けた薄肉部を折り返すヘミング加工工程である。
【実施例】
【００２５】
形状の異なる薄肉部を設けた試験片（金属板）を種々用意し、それらを実際に折返加工したときに形成される折返部の様子（割れの有無等）を観察した。このような具体例を挙げつつ、以下に本発明をさらに詳しく説明する。
【００２６】
《試験片》
市販されているマグネシウム合金（ＡＺ３１／Ｍｇ―３質量％Ａｌ―１質量％Ｚｎ）の板材から切り出した供試材Ｍ（幅２０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を用意した。
【００２７】
《圧印加工》
（１）上型
供試材Ｍを横断する溝ｂ（薄肉部）を形成するため、図１に示す３種類の押込部ｐ１〜ｐ３を有する上型Ｕを用意した。押込部ｐ１は、供試材Ｍに押し込まれる外周面全体が断面円弧状の湾曲面（半円筒面）からなる。押込部ｐ２は、平面状の底面と両側面とが曲面（丸め）で接続された外周面からなる。押込部ｐ３は、平面状の底面と両側面とが直角状に接続された外周面からなり、両端部が角張っている。なお、いずれの押込部ｐも、延在方向の長さは供試材Ｍの幅よりも十分に大きくした。
【００２８】
（２）薄肉部
図２に示すように、押込部ｐ１〜ｐ３（これらを併せて単に「押込部ｐ」という。）のいずれかを有する上型Ｕと平板状の下型Ｌとで供試材Ｍを挟持し、その中央部を温間プレスした。具体的にいうと、供試材Ｍを上型Ｕ（特に押込部ｐ）と下型Ｌに接触させた状態で下型Ｌを加熱した。上型Ｕと下型Ｌの表面温度をそれぞれ熱電対で測定し、両型および供試材Ｍを２４０℃にしてプレスした。
【００２９】
これにより、各押込部ｐの形状が各供試材Ｍに転写され、供試材Ｍの中央を横断する溝ｂを有する試験片Ｔ１〜Ｔ３（これらを併せて単に「試験片Ｔ」という。）が得られた。なお、いずれの場合も、溝ｂの両側縁間の距離（溝幅：Ｗ）は約５ｍｍとした。こうして図３に示すような試験片Ｔを得た。なお、図３には、押込部ｐ１を用いて得られた試験片Ｔ１（試料１２、試料１３に対応）の断面も併せて示した。
【００３０】
（３）比較のため、上型Ｕによるプレス加工（圧印加工）を施さない供試材Ｍのままの試験片（試料１０に対応）と、供試材Ｍの中央部を室温域で手研磨した試験片（試料１１に対応）とを用意した。なお、手研磨した試験片の溝は、試験片Ｔ１を模した形状とし、最小肉厚：０．７５ｍｍ、溝幅：約５ｍｍとした。
【００３１】
《折返加工》
（１）予備曲げ
折返加工前に、各試験片の中央部（薄肉部）を室温域で予めＶ字状（開き角度：６０°）に曲げておいた。この曲げ加工は治具を用いて行い、外周側の曲げ半径は３ｍｍとした。
【００３２】
（２）折返部
予備曲げした各試験片の内側にシムＳ（板厚：１ｍｍ）を介在させた状態で、金型を用いて、各試験片を平潰しした。この折返加工は、圧印加工と同様に、金型と試験片を１７０℃または２４０℃に加熱した温間状態で行った。こうして、図４に示すような折返部ｆを有する成形品（試料）を得た。
【００３３】
《観察》
上述した溝ｂの形態を変更した複数の試料（成形品）を製作し、各試料の折返部ｆを目視で観察し、割れや肌荒れの有無を判断した。判断基準は、ＪＩＳ  Ｈ７７０１（自動車用高強度アルミニウム合金板材のヘミング試験方法）を参照した。各試料に係る観察結果を、表１にまとめて示した。○：割れ無し、×：肌荒れ・割れ有り、をそれぞれ示す。
【００３４】
《評価》
（１）押込部ｐ３を用いた試料３１は、折返加工時に割れて分離した。また、押込部ｐ２を用いた試料２１は、折返加工時に分離しなかったものの、割れ（亀裂）を生じた。割れは、押込部ｐ２の側面と底面の接続部が接触した付近で生じていた。
【００３５】
一方、押込部ｐ１を用いた試料１２、１３は、いずれも折返部に割れ等は観られなかった。但し、薄肉部の最小板厚ｔを小さくした試料１３は、割れなかったものの、口開きを生じた。さらに、薄肉部を形成しなかった試料１０は折返部に肌荒れを生じたが、手研磨で薄肉部を形成した試料１１は、試料１２等と同様に折返部に割れを生じなかった。
【００３６】
（２）このように滑らかな湾曲面から溝状の薄肉部を設けて、その延在方向の回りに温間状態で折り返した場合、Ｍｇ合金板でも割れ等の発生を抑止できることがわかった。特に、表１に示すように、板厚比、溝幅比（Ｗ／ｔ）、折返比（Ｈ／ｔ）が本発明でいう所定範囲内にあると、折返加工をより低温で行っても、割れ等が発生し難いことがわかった。
【００３７】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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