(57)【要約】【課題】金型形状を複雑にすることなく、必要以上に加熱処理を施すこともなく、伸びフランジ割れを抑制することができて、成形不良のないプレス成形品を提供する。【解決手段】プレス成形品の製造方法は、せん断加工した後の金属板に対し、伸びフランジ成形を含むプレス加工を施して製造するプレス成形品の製造方法において、上記金属板を上記プレス加工でプレス成形した際に伸びフランジ割れが発生しやすいと推定される領域を伸びフランジ割れ領域とした場合に、上記せん断加工前の金属板における、せん断加工後の金属板での上記伸びフランジ割れ領域内に位置する金属板端面となる位置及びその近傍を加熱してから、上記せん断加工を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断加工後の金属板に対し、伸びフランジ成形を含むプレス加工を施して製造するプレス成形品の製造方法において、
上記せん断加工後の金属板を上記プレス加工でプレス成形した際に伸びフランジ割れが発生しやすいと推定される領域を伸びフランジ割れ領域とした場合に、
せん断加工後の金属板における上記伸びフランジ割れ領域で金属板端面となる位置及びその近傍のうちの少なくとも端面位置への加熱処理を、上記せん断加工前の金属板に施してから、上記せん断加工を施すことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【請求項２】
上記加熱する際の被加熱部の加熱温度Ｔ［℃］を、２００℃以上、且つ上記金属板のＡｃ１点以下とすることを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項３】
金属板表面における、上記せん断加工後の金属板で端面となる位置からの加熱範囲Ｘ［ｍｍ］を、（１）式の範囲内とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス成形品の製造方法。
０［ｍｍ］  ≦  Ｘ  ≦  ８［ｍｍ］  ・・・・（１）
【請求項４】
上記金属板は、引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板をプレス成形した際における伸びフランジ割れの危険を低減してからプレス加工を施して製造する、プレス成形品の製造方法に関する。本発明は、特に、自動車用の車体構造部品の製造に好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体の衝突安全性向上と軽量化を両立させるために、車体構造部品への５９０ＭＰａ以上のハイテン材の適用が進んでいる。ハイテン材は、穴広げ率が小さいため、プレス成形を行う上で伸びフランジ割れなどの成形不良が課題となる。
自動車の足回り部品に用いられるプレス成形品の一つとして、例えばロワアームのように平面視で湾曲した形状の構造部品が使用される。このような平面視で湾曲した部品形状にプレス成形で加工した場合、湾曲部で伸びフランジ割れが発生するおそれがある。
【０００３】
また、自動車部品をプレス成形で量産する場合、トリム工程やピアス工程などのせん断加工をしてからプレス加工工程に入る場合も多い。この場合、トリム工程やピアス工程で形成されたせん断端面縁から伸びフランジ割れが発生しやすい。
上記のような部品形状や成形工程に対してハイテン材を適用した場合に、特に上記伸びフランジ割れが発生する傾向がある。
【０００４】
伸びフランジ割れに関する従来技術として、例えば特許文献１〜特許文献３がある。
特許文献１に記載の方法は、高強度鋼板をプレス成形する際に発生する伸びフランジ割れを防止する技術である。特許文献１には、これによって鋼板を伸びフランジ成形する際に、成形中の鋼板温度を４００℃以上１０００℃以下まで加熱することで、加工中に転位の動的回復が起こることで、転位の堆積が起こりにくくなり、伸びフランジ割れが抑制されると記載されている。
【０００５】
特許文献２に記載の方法は、プレス素材としての板状パネルの所定部位に機械的強度を高める強化処理を施し、プレス加工時の成形性を向上させる技術である。特許文献２には、これによってプレス加工の進行に伴い応力集中が生じて発生する割れを抑制することができると記載されている。
【０００６】
特許文献３に記載の方法は、複数の板材の端部を突き合わせた状態で、その突合せ縁にレーザー光を照射して端部同士を溶接して作製された集合ブランク材を、プレス成形するための技術である。そして、特許文献３では、板材同士の溶接端部位置及びその近傍が、プレス成形によって平面視で湾曲形状にプレス加工される場合には、プレス加工前に、溶接端部を含む板材周縁部及びその近傍にレーザー光を照射して焼鈍し軟化処理を施すことが記載されている。この処理によって、板材周縁部に応力集中が発生することが阻止され、プレス成形時に軟化部位が容易に伸びて、溶接端部への応力集中が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１３５２７号公報
【特許文献２】特開平８−１１７８７９号公報
【特許文献３】特許第２７８３４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、プレス成形中の鋼板を加熱するため、金型内に加熱装置を組み込む必要があり、複雑な金型形状になる。さらに、加熱により金型が傷みやすくなり、量産コストが増加する可能性がある。
また、特許文献２に記載の方法は、強度を高めて割れを抑制する方法であり、伸びが必要な伸びフランジ割れに適用することは難しい。特に引張強度が高いハイテン材に不向きな方法である。
【０００９】
また特許文献３に記載の方法は、伸びフランジ割れ危険領域のひずみを分散させて溶接部近傍の伸びフランジ割れを抑制する方法であるが、材料ごとの加熱温度や加熱領域、鋼種の条件の記載がなく、局所的な伸びフランジ成形では十分な伸びフランジ成形性を得られない可能性がある。また溶接端部の割れを防止するための軟化処理であることから加熱処理を施す領域が比較的広範囲になるおそれがある。
本発明は、上記のような点を鑑みてなされたもので、金型形状を複雑にすることなく、必要以上に加熱処理を施すこともなく、伸びフランジ割れを抑制することができて、成形不良を抑制したプレス成形品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】
【００１０】
課題を解決するために、本発明の一態様であるプレス成形品の製造方法は、せん断加工後の金属板に対し、伸びフランジ成形を含むプレス加工を施して製造するプレス成形品の製造方法において、上記せん断加工後の金属板を上記プレス加工でプレス成形した際に伸びフランジ割れが発生しやすいと推定される領域を伸びフランジ割れ領域とした場合に、せん断加工後の金属板における上記伸びフランジ割れ領域で金属板端面となる位置及びその近傍のうちの少なくとも端面位置への加熱処理を、上記せん断加工前の金属板に施してから、上記せん断加工を施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、必要以上の領域に加熱を施すことなく、伸びフランジ割れが発生する部品の割れ危険を大きく低減することができて、成形不良を抑制したプレス成形品を提供することができる。この結果、成形性の良い部品が得られ、歩留まりの向上に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るプレス成形品の製造の工程を説明する図である。
【図２】せん断位置、伸びフランジ割れ領域、加熱領域の例を示す平面図である。
【図３】伸びフランジ割れが発生する領域の一例を説明する図である。
【図４】穴広げ試験の概略図である。
【図５】穴広げ試験片の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態におけるプレス成形品の製造方法は、図１に示すように、加熱工程１、せん断工程２、プレス加工工程３をこの順に備える。また伸びフランジ割れ領域推定処理４を有する。
本実施形態のプレス成形品の製造方法は、金属板の引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板の場合に特に効果的である。本実施形態では、プレス加工する金属板としては４４０ＭＰａ以上のハイテン材を対象とする。ただし、金属板の引張強度が４４０ＭＰａ未満の鋼板や、アルミニウム板などの金属板であっても適用することができる。
【００１４】
＜伸びフランジ割れ領域推定処理４＞
伸びフランジ割れ領域推定処理４は、せん断加工後の金属板をプレス加工工程３でプレス成形した際に伸びフランジ割れが発生しやすいと推定される領域である伸びフランジ割れ領域の位置を特定する処理である。
例えば、図２に示す平面図において、符号９がせん断前の金属板であり、符号１０がせん断後の金属板とした場合に、そのせん断位置１０ａが、せん断後の金属板の端面位置となる。そして、伸びフランジ割れ領域は、例えば図２中符号Ａの領域のように表される。
【００１５】
そのような伸びフランジ割れ領域（伸びフランジ割れ危険部位）の特定は、プレス加工工程３でのプレス成形の条件に基づきＣＡＥ解析によって検討して特定しても良いし、実プレスで特定しても良い。通常、平面視における湾曲部やバーリング部等が伸びフランジ割れ領域である。このため、簡易に、伸びフランジ成形が行われる領域において、プレス加工で所定以上の曲率半径となるフランジ部を伸びフランジ割れ領域してもよい。
【００１６】
＜加熱工程１＞
加熱工程１は、せん断工程２前の金属板に対する前処理である。
加熱工程１では、伸びフランジ割れ領域推定処理４が特定した伸びフランジ割れ領域における、せん断工程２後の金属板における金属板端面及びその近傍のうちの少なくとも金属板端面の位置に対応する、せん断工程２前の金属板での位置を加熱する。
【００１７】
例えば、図２中の符号Ｂで示される領域が加熱領域となる。なお、せん断面１０ａよりも外周側も加熱しても構わない。なお、ピアス処理が施された場合には、それによる開口端の端面も、せん断工程２後の金属板における金属板端面となる。
伸びフランジ割れ領域のせん断加工後の金属板での端面及びその近傍に対応するせん断前の金属板表面を局所的に加熱するため、加熱にはレーザーや誘導加熱等を使用することが好ましい。
【００１８】
例えば、金属板表面における、せん断加工後の金属板の端面位置からの加熱範囲Ｘ［ｍｍ］を、（１）式の範囲内とする。すなわち、この加熱範囲Ｘ［ｍｍ］以下の領域を、せん断加工後の金属板の端面及びその近傍とする。
０［ｍｍ］  ≦  Ｘ  ≦  ８［ｍｍ］  ・・・（１）
ここで、加熱範囲Ｘ［ｍｍ］が８ｍｍ以上の場合、材料強度（引張強度）の軟化に伴い部品の疲労特性が低下する恐れがあるため、好ましくない。
【００１９】
また、加熱による不具合を抑えるという観点からすると、できるだけ端面近傍が好ましく、下記（２）式の範囲内がより好ましい。
０［ｍｍ］  ≦  Ｘ  ≦  ５［ｍｍ］  ・・・（２）
加熱方法は、レーザーによる加熱に限定されず、例えば、加熱領域に誘導コイル等の加熱装置を近づけて加熱するようにしても良い。ただし、レーザーによる加熱の方が局所的な加熱が簡便にできて好ましい。
加熱する際の被加熱部の加熱温度Ｔ［℃］は、加熱位置で材料の軟化が発生可能な温度であれば良く、例えば対象とする金属での焼き鈍し温度とする。
【００２０】
その加熱温度は、例えば２００℃以上、且つ上記金属板のＡｃ１点以下とすることが好ましい。
加熱時の加熱速度は急速加熱が好ましい。加熱後に冷却処理を施さなくても良いが、冷却処理を行う場合には空冷が好ましい。
ここで、加熱温度Ｔ［℃］が材料のＡｃ１点以上の場合、変態点を超えるため、急速冷却すると硬度が増し、逆に伸びフランジ成形性が低減する可能性があるため、好ましくない。また、通常の鋼板などの金属であれば、２００℃以上の加熱で軟化処理が施されると考えられる。
【００２１】
＜せん断工程２＞
せん断工程２は、圧延その他で形成された１枚の板材からなる金属板に対し、上記加熱工程での処理を施した後に、予め設定した形状に外周輪郭形状をトリムしたり、せん断により開口部を形成したりして単一の金属板を得る工程である。
ここで、単純にせん断加工で金属板を切断した場合、機械加工で作製した端面よりも端面のダメージが大きく、不均一な端面状態になるため、伸びフランジ成形性が低下する。
【００２２】
＜プレス加工工程３＞
プレス加工工程３では、せん断加工後の金属板に対し、伸びフランジ成形を含むプレス加工を施して、目的の形状のプレス成形品とする工程である。プレス成形品は最終成形品でなくても良い。
【００２３】
＜作用その他について＞
図３に示すように、平板の金属板からなるブランク材１０を、単純に、プレス成形時にフランジが伸ばされる変形が付与される図３に示すようなプレス成形品１１にプレス加工する場合、金属板１０にハイテン材を適用してプレス成形すると、図３中、符号Ａで示す部位で、伸びフランジ割れが発生した。この伸びフランジ割れの発生の有無は、材料強度（引張強度）、材料組織、せん断端面状態、表面処理等に依存する。
【００２４】
例えば超ハイテン材にみられる複合組織の材料の場合、組織の硬度差によって、単相組織の材料に比べて伸びフランジ成形性が低下する。
また伸びフランジ成形性は、伸びフランジ変形を受ける材料端部の切断方法に依存し、例えばせん断加工で切断した場合、機械加工で作製した端面よりもダメージが大きく、不均一な端面状態になるため、伸びフランジ成形性が低下する。さらにせん断加工の場合でもクリアランスにより伸びフランジ成形性が変化する。
【００２５】
このような伸びフランジ成形に不利な材料や加工条件により発生する伸びフランジ割れを低減するために、本実施形態のプレス成形品の製造方法では、伸びフランジ割れ危険領域のうち、せん断加工で割れの起点になりやすいせん断位置及び近傍を加熱してから、せん断加工を行う。
この結果、本実施形態では、前処理としての加熱によって、伸びフランジ割れ危険部の材料の組織変化、すなわち材料の軟化をしてからせん断加工を行い、その後プレス加工を行うことで、加熱処理を施さずに単純にせん断加工を行ってからプレス加工を行う場合よりも、伸びフランジ割れの限界ひずみが向上する。すなわち、本実施形態のプレス成形品の製造方法では、伸びフランジ成形性が向上する。
【００２６】
特に、せん断後の金属板の端面及び端面近傍の一部をターゲットとして、せん断前の金属板に対し材料軟化のための加熱処理を行うことで、加熱による材料強度（引張強度）の軟化に伴う部品の疲労特性の低下を、最低限に抑えることが可能となる。
【実施例】
【００２７】
本発明に係るプレス成形方法による伸びフランジ成形性の向上効果を確認するため、穴広げ試験の穴開け前の試験片の中央Φ１０の領域を部分的に加熱・空冷した後に、せん断によってΦ１０の穴を作製し、その後、穴広げ試験を実施した。その結果を以下に説明する。
本実施例では図４に示す穴広げ試験により伸びフランジ成形性を評価した。図４中、符号２０がブランク材を、符号３０がダイを、符号３１がブランクホルダーを、符号３２がパンチをそれぞれ示す。
【００２８】
まず、図５に示すように、１００［ｍｍ］×１００［ｍｍ］角の正方形のブランク材に対し、ブランク中心にクリアランス１２％でφ１０［ｍｍ］の穴を打ち抜いて、穴広げ試験片（図４におけるブランク材２０）を作製した。本実施例で使用したブランク材を構成する金属板は、板厚ｔ＝１．２ｍｍ、引張強度が１１８０ＭＰａ級鋼板とした。
作製した穴広げ試験片に対し、伸びフランジ成形を含むプレス加工を模して、図４のように、円錐型のパンチ３２により穴広げ試験を実施した。しわ押さえ力は８ｔｏｎに設定した。
【００２９】
このとき、穴を打ち抜く前の前処理として加熱処理しない条件（従来法）と、穴を打ち抜く前に加熱処理を施す条件（本発明）とで、それぞれ穴広げ試験を実施した。
加熱処理の加熱条件としては、加熱装置にレーザーを使用してブランク材２０の表面側を加熱し、加熱領域は、金属板穴縁となる位置から１ｍｍ〜８ｍｍの外径部分の領域である端縁領域とした。また加熱温度は、レーザー加熱面温度を２００℃〜７００℃の範囲でそれぞれ行った。
表１に加熱条件及び穴広げ試験結果をまとめて示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１から分かるように、Ｎｏ．１は加熱をしていないサンプルを穴広げ試験した結果であり、その穴広げ率は２３％であった。この結果に対して、本発明に基づくＮｏ．２〜Ｎｏ．５は穴縁（穴の端面位置）となる位置から１ｍｍの範囲を予めレーザー加熱してから穴を打ち抜き穴広げ試験をした結果であり、穴広げ率が向上していることが分かる。
また、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．９は穴縁から３ｍｍの範囲、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３は穴縁となる位置から５ｍｍの範囲、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１７は穴縁となる位置から８ｍｍの範囲、をレーザー加熱してから穴を打ち抜き、穴広げ試験を行った結果であり、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５と同様に、加熱温度の上昇に伴い穴広げ率が向上することが分かる。
【００３２】
表１から分かるように、本発明の範囲内では、各加熱温度が高い場合、加熱領域が穴広げ率に与える影響を比較すると、加熱領域が広い方が穴広げ率が向上することが分かる。ただし、加熱によって生じる材料強度（引張強度）の軟化に伴う部品の疲労特性の低下を考慮すると、フランジ割れ発生を抑制可能な範囲で、できるだけ端面からの加熱領域の範囲を小さく設定することが好ましい。またこの観点から、加熱温度も、例えば４００℃〜６００℃の範囲とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００３３】
１     加熱工程
２     せん断工程
３     プレス加工工程
４     伸びフランジ割れ領域推定処理
９    せん断前の金属板
１０   せん断後の金属板（ブランク材）
１０ａ  せん断位置（せん断後の金属端面）
１１   プレス成形品
２０   ブランク材
Ｂ    加熱領域
【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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