(57)【要約】【課題】プレス成形性とヘム加工性とを両立することができ、室温時効が進んだ場合でも、良好なヘム加工性を得ることができるヘミング加工方法を提供する。【解決手段】自動車アウタパネル用にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板をヘミング加工するヘミング加工方法において、アルミニウム合金板の縁部を９０°曲げるダウンフランジ工程と、アウタパネルの全体を１９０乃至２１５℃に２乃至８時間加熱する過時効熱処理を施す工程と、前記アルミニウム合金板の端縁を１３５°曲げるプリヘム工程と、前記アルミニウム合金板の端縁を１８０°曲げるヘム曲げ工程とを有する。【選択図】図１
2008254000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車アウタパネル用にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板をヘミング加工するヘミング加工方法において、前記アルミニウム合金板の端縁を９０°曲げるダウンフランジ工程と、次いで、アウタパネルの全体を１９０乃至２１５℃に２乃至８時間加熱する過時効熱処理を施す工程と、その後、前記アルミニウム合金板の端縁を１３５°曲げるプリヘム工程と、その後、前記アルミニウム合金板の端縁を１８０°曲げるヘム曲げ工程とを有することを特徴とするヘミング加工方法。
【請求項２】
前記過時効熱処理により、前記アルミニウム合金板の局部伸びを５乃至１０％とすることを特徴とする請求項１に記載のヘミング加工方法。
【請求項３】
前記過時効熱処理により、前記アルミニウム合金板の導電率を４９．０乃至５４．０％ＩＡＣＳにすることを特徴とする請求項１に記載のヘミング加工方法。
【請求項４】
前記ヘム曲げ工程の後の焼付け塗装後に、１９０ＭＰａ以上の強度を保持していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘミング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車パネル用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板をヘム曲げ加工するヘミング加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車、船舶、航空機及び車両等の輸送機、機械、電気製品、建築、構造物、光学機器、並びに器物の部材又は部品用として、成形性及び焼付硬化性が優れたアルミニウム合金板が使用されている。特に、自動車などの輸送機の車体分野では、近時、排気ガス等による地球環境問題に対処するために、車体軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、自動車の車体として、従来から使用されている鋼材に代わって、アルミニウム合金圧延板及びアルミニウム合金押出形材等、鋼材より軽量なＡｌ合金材の適用が増加しつつある。
【０００３】
この内、自動車のフード、フェンダ、ドア、ルーフ、トランクリッド等のパネル構造体のアウタパネル（外板）及びインナパネル（内板）等のパネルには、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡＡ規格又はＪＩＳ規格６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板が使用されている。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金材は、基本的には、Ｓｉ及びＭｇを必須元素として含み、優れた時効硬化性を有しているため、プレス成形及び曲げ加工時には低耐力化により成形性を確保すると共に、成形後のパネルに対し塗装焼付処理等の比較的低温の人工時効（硬化）処理を施すときに、その低温人工時効処理時の加熱により、時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できるＢＨ性（ベークハード性、人工時効硬化性、塗装焼付硬化性）がある。
【０００４】
前記自動車パネルの内、アウタパネル（外板）では、上記プレス成形の後に、インナパネル（内板）と接合してパネル構造体とするためにフラットヘム加工と呼ばれる略１８０°曲げ加工等の厳しい曲げ成形が複合して施される。このフラットヘム加工は、アウタパネルの縁を折り曲げて（略１８０度折り返して）インナパネルの縁との接合を行う厳しい曲げ加工である。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、アウタパネルとして０．９〜１．２ｍｍの板厚で使用されている。自動車パネル用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、一般に、溶体化焼入れした後のＴ４調質にてプレス成形及び切断（トリム）が施される。
【０００５】
その後、フラットヘム加工に当っては、先ず、図３（ａ）に示すように、このアルミニウム合金板１０をその縁部１０ａを突き出させた状態で、上型１１及び下型１２で挟み、アルミニウム合金板１０を上型１１及び下型１２で挟持する。そして、移動型１３を矢印方向に移動（上昇）させて、アルミニウム合金板１０の縁部１０ａを上型１１の隅部を中心として略９０°曲げ加工する(図４のダウンフランジ工程)。この場合に、曲げ加工の円滑化のために、上型１１の隅部は曲率半径Ｒｄの曲面を有し、移動型１３はその隅部が曲率半径Ｒｐの曲面を有する。
【０００６】
次に、図３（ｂ）に示すように、上型１１を取り外し、アルミニウム合金板１０の上にインナパネル（内板）用のアルミニウム合金板２０の縁部を配置し、このアルミニウム合金板２０の上に上型１４を配置して、上型１４と下型１２との間でアルミニウム合金板１０及び２０を挟持する。そして、移動型１５を矢印にて示すように、左方向及び下方向に移動させて、アルミニウム合金板１０の縁部１０ａを押圧し、このアルミニウム合金板１０の縁部１０ａをアウタパネル用アルミニウム合金板１０の表面に対して略１３５°の角度をなすようにプリヘム加工する。
【０００７】
次に、図３（ｃ）に示すように、移動型１６を縁部１０ａの直上から下降させ、アルミニウム合金板１０の縁部１０ａをアルミニウム合金板１０の表面に対して略１８０°の角度をなすようにヘム曲げ加工する。
【０００８】
これにより、インナパネル用アルミニウム合金板の縁部がアウタパネル用アルミニウム合金板の縁部で挟持されて、アウタパネルとインナパネルとの組み立てが完成する。
【０００９】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材は、その優れた時効硬化性ゆえに、Ａｌ合金材自体の製造後、前記各用途に使用されるまでの間に、室温（常温）時効硬化が生じやすく、常温安定性に欠けるという大きな問題があった。このような室温時効が生じた場合、Ａｌ合金材の製造直後には、前記各用途の要求特性を満足したとしても、一定時間の経過後に、実際の用途に使用される際に、要求特性を満足しなくなる場合がある。自動車パネル材の場合では、アウタパネルを成形する前に素材単体で、又は、アウタパネルとインナパネルを成形した後これらを組立てるまでの間、又はこれらを通じた期間、室温に保管されることで、室温時効が進んでしまい、前記プレス成形性及びヘム加工性、更には、前記ＢＨ性（人工時効硬化性）を著しく低下させるという問題点があった。
【００１０】
そこで、アルミニウム合金板の素材自体のヘム加工性を改善するために、製造方法を管理して組織制御を行い、結晶方位を揃えることにより、ヘム加工性を改善する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
また、成形加工方法によってヘム加工性を改善する観点においても、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材を加熱しつつ成形加工する技術が従来から提案されており、アルミニウム合金板のヘム加工部位を２５０乃至５００℃で加熱し、急冷して、ヘム加工性を改善することも提案されている（特許文献２参照）。
【００１２】
更に、ヘム加工金型のワーク受け及びヘミングエッジ等に、電熱ヒータ等の加熱手段を設けて、２００℃前後に加熱してヘム加工性を改善することも提案されている（特許文献３参照）。
【００１３】
更にまた、アルミニウム合金製の板、形材及び管材等の曲げ加工においても、Ａｌ合金材の曲げ加工中に、高周波加熱コイルなどを用いて、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金材の曲げ加工部分を加熱して焼きなまし、温間又は熱間にて曲げ加工することが開示されている（特許文献４参照）。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１６６０２９号公報
【特許文献２】特許３４３１９２４号公報（請求項、図２、第１〜４頁）
【特許文献３】特許３３９０４７９号公報（請求項、図１、第１〜３頁）
【特許文献４】特開平６−２７７７６４号公報（請求項３、図１、第１〜３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、素材の組織を調整してヘム加工に特に好適な合金を使用する方法は、製造方法が特殊であるため、従来の一般的なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉに比べてコストがかかる方法であった。また、ヘム加工性を向上させるために、例えば特定の結晶方位に揃うよう集合組織を制御すると、一方ではプレス成形性が悪くなることがあり、必ずしもパネル材として好適な材料とはならないことがあった。
【００１６】
また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金材を加熱しつつ、温間又は熱間で、金型成形加工する技術では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金材の加工部分の伸びを向上させるため、又は焼きなますためには、最低でも２００℃以上の温度に加熱する必要があると考えられている。このため、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の加熱部分の強度が低下するなど、機械的な性質が部分的にでも変化してしまい、強度部材等として使用された場合の信頼性に欠けるという問題点があった。
【００１７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、プレス成形性とヘム加工性とを両立することができ、室温時効が進んだ場合でも、良好なヘム加工性を得ることができるヘミング加工方法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】
【００１８】
本発明に係るヘミング加工方法は、自動車アウタパネル用にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板をヘミング加工するヘミング加工方法において、前記アルミニウム合金板の端縁を９０°曲げるダウンフランジ工程と、次いで、アウタパネルの全体を１９０乃至２１５℃に２乃至８時間加熱する過時効熱処理を施す工程と、その後、前記アルミニウム合金板の端縁を１３５°曲げるプリヘム工程と、その後、前記アルミニウム合金板の端縁を１８０°曲げるヘム曲げ工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
この場合に、前記過時効熱処理により、前記アルミニウム合金板の局部伸びを５乃至１０％とすることが好ましい。
【００２０】
又は、前記過時効熱処理により、前記アルミニウム合金板の導電率を４９．０乃至５４．０％ＩＡＣＳにすることが好ましい。
【００２１】
更に、本発明においては、前記ヘム曲げ工程の後の焼付け塗装後に、１９０ＭＰａ以上の強度を保持していることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のヘミング加工方法によれば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材の中で、特にヘミング加工性が良好な組成のもの（素材）を使用しなくても、一般のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金で良好なヘミング加工を行うことができる。このため、組成としては、プレス成形性が優れた材料を主眼として選定し、ヘミング加工の際に本発明の成形方法を使用することにより、プレス成形性とヘミング加工性とを両立することができる。また、室温時効が進んだ材料でも、本発明のヘミング加工方法を実施することで、良好なヘミング加工を実現することができる。更に、本発明は、温間成形のような特別な成形方法及び装置を必要としないため、従来の成形手段を使用しながらヘミング曲げ加工性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態の成形方法を工程順に示すフローチャート図である。図１に示すように、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金素材は、予め、溶体化処理等の熱処理が施され、Ｔ４調質の状態となっている。この素材に対し、プレス成形及びトリム工程により、アウタパネルの外形が形作られる。
【００２４】
その後、フラットヘム工程を行うが、先ず、ダウンフランジ工程で、９０°曲げを行った後、インナパネルを組み付け、その後、アウタパネル全体を１９０〜２１５℃で２〜８時間の条件で加熱する。このアウタパネル全体の加熱により、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金中の時効硬化成分であるＭｇ２Ｓｉの析出が進んで過時効状態となり、強度が高くなると共に、伸び、とりわけ局部伸びが向上する。このため、その後のプリヘム工程、及びヘム曲げ工程における変形を受けても割れが発生することがなく、フラットヘムが可能となる。
【００２５】
その後、パネル部品として焼付塗装時に１８０〜２００℃程度の加熱を受けるが、この塗装時の加熱は短時間であるため、既に時効が進んだ素材の強度は低下せず、維持される。
【００２６】
このような性質を得るための過時効処理における加熱温度及び加熱時間は、１９０〜２１５℃で２〜８時間である。加熱温度が１９０℃未満又は加熱時間が２時間未満であると、その後の塗装焼付工程を経たベーク後耐力が十分でなく、アウタパネルとしては好ましくない。また、加熱温度が２１５℃を超えるか又は加熱時間が８時間を超えると、その後の塗装焼付工程により、強度は維持されず低下してしまい、アウタパネルとして好ましくない。
【００２７】
局部伸びは、ヘミング曲げのような局所変形には有効な特性であり、局部伸びが大きければ局所変形しやすくなる。局所伸びが５％未満では、ヘミング曲げ加工時において割れが発生してしまう。また、局所伸びを１０％より大きくするためには、過時効処理の温度の高温化又は時間の長時間化を必要とし、この場合、アウタパネルとしての強度及び耐力を充分にもつことができない。
【００２８】
導電率は、過時効処理をした材料の析出状態を数値化してみることが容易にできる方法であり、本発明の材料特性範囲にあるか否かを確認することが可能である。導電率が、４９．０％ＩＡＣＳ未満では、過時効処理に至っておらず、強度が高すぎ、ヘミング曲げ時に割れが発生してしまう。また、５４．０％ＩＡＣＳより大きい場合、過時効処理が超過しているため、充分な強度及び耐力を得ることができず、アウタパネルとして使用することができない。
【００２９】
更に、ヘム曲げ工程の後の焼付け塗装後において、耐力が１９０ＭＰａ未満の場合、素材の耐力が低いため、耐デント性等の外部応力によって発生する変形を伴うため、アウタパネルとして使用することができないため、１９０ＭＰａ以上とする。
【００３０】
なお、本発明にて使用するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ素材の組成及び金属組織についての限定は特には無く、ダウンフランジ加工の略９０度曲げにて割れが発生しない程度の成形性を持った材料であれば良い。その後のプリヘム工程及びヘム曲げ工程においては、過時効処理により、割れの発生を防止できる。
【００３１】
なお、本発明にて、曲げ加工の角度の９０度、１３５度、１８０度は正確にこれらの角度でなければならないわけではなく、±５度程度違っていても、本発明の効果を奏するため、本発明の範囲に含まれる。
【実施例１】
【００３２】
次に、本発明の範囲に入る実施例の特性について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１に示す成分の合金をＴ４調質の後、長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍの曲げ加工試験片を採取し、ダウンフランジ工程を想定した９０度曲げを行った後に、室温で２週間放置した後、下記表１の条件で熱処理を施した。実施例６については、室温放置期間を３ヶ月とした。その後、プリヘム工程を想定した１３０°曲げ、及びヘム曲げ工程を想定した１８０°曲げ（内側曲げ半径Ｒ＝約０．２５ｍｍ）を行った。フラットヘミング加工性は、曲げの縁曲部の割れ発生程度を目視で確認し、下記基準に基づいて評価した。なお、評価段階０〜２が合格であり、評価段階３〜５は不合格である。
【００３３】
評価段階
０：肌荒れ、及び微小な割れがない
１：肌荒れが僅かに発生している
２：肌荒れが発生しているものの微小なものを含めた割れはない
３：微小な割れが発生
４：大きな割れが発生
５：大きな破断割れ。
【００３４】
ベーク後耐力は、Ｔ４調質で引張試験片を採取した後、上記ヘム曲げ評価で良好だった処理についてのみ熱処理を行い、その後、焼付塗装加熱を想定した１７０℃×２０分の加熱を行った引張試験について耐力を測定し、１９０ＭＰａ以上を合格とした。
【００３５】
プレス成形評価については、図２に示すように、ダイス２、３間に、供試アルミニウム合金板１を挟持し、図２に示す形状に成形した半径が５０ｍｍの球頭ポンチ４を使用して、アルミニウム合金板１ダイス２の開口５内に押し込んで、アルミニウム合金板１をプレス成形した。このとき、しわ抑え力が１０トンの条件で、２０ｍｍの高さだけ張出し試験を行った。その後のアルミニウム合金板１の成形体の表面の筋模様を観察した。
【００３６】
【表１】
2008254000.tif 000003
【００３７】
【表２】
2008254000.tif 000004
【００３８】
その結果を上記表２に示す。ダウンフランジ加工後に本発明の範囲を満足する実施例３〜８の試験材では、その後のプリヘム及びヘム曲げ加工を行っても、割れが起きなかった。また、実施例６に示すように、ダウンフランジ後に室温時効が進んだ材料においても、ヘム曲げ性が良好であった。本発明の加熱を行わない比較例１では、ヘム加工時に割れが生じた。また、本発明の範囲を満たさない比較例９〜１２では、ヘム割れが生じるか、パネルとして必要なベーク後耐力が得られなかった。なお、ヘム加工性に特に優れる合金を使用した場合、ヘム曲げ性及びベーク後耐力は良好であるものの、プレス成形性が劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、フラットヘム加工される自動車パネル材にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を使用することが可能になり、自動車の軽量化に極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るヘミング加工方法を示すフローチャート図である。
【図２】本発明の試験にて使用したプレス成形装置を示す断面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は従来のヘム曲げ加工方法を工程順に示す模式図である。
【図４】従来のヘミング加工方法を示すフローチャート図である。
【００４１】
１    アルミニウム合金板
２、３    ダイス
４    ポンチ
５    開口
１０、２０    アルミニウム合金板
１０ａ    縁部
１１、１４    上型
１２    下型
１３、１５、１６    移動型
【図１】
2008254000.tif 000005
【図２】
2008254000.tif 000006
【図３】
2008254000.tif 000007
【図４】
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