(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面略矩形形状のアルミニウム合金板ブランクを、周囲にフランジ部を有する平面略矩形形状の成形品に、温間にて深絞り成形するアルミニウム合金板の温間成形方法において、
前記アルミニウム合金板ブランクの成形時にパンチ底が接触する中央部の成形時温度をＴ０、成形時にブランクホールドされる前記アルミニウム合金板ブランクの周辺部の内、ブランクの短辺側部位の中央部の成形時温度をＴ１、ブランクの長辺側部位の中央部の成形時温度をＴ２、四隅のコーナー部の中央部の成形時温度をＴ３としたときに、Ｔ０＜Ｔ３、Ｔ０≦（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ１、Ｔ２）＜Ｔ３という各式を満足させたうえで、
前記Ｔ１およびＴ２が１５０℃以上、且つ、Ｔ３と、Ｔ１およびＴ２の温度差が５０℃以上になるようにして成形することを特徴とするアルミニウム合金板の温間成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形するには比較的大きな平面略矩形形状で、且つ成形深さが深い自動車パネル等のパネルを、分割せずに一体で成形することができるアルミニウム合金板の温間成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車は、省燃費化を目的として、その外板部品（フード、ドア、フェンダー、ルーフ、トランク）などに、従来の鋼板に代えてアルミニウム合金板を用い、軽量化することが活発になっている。このアルミニウム合金板には、成形性を重視するために主添加元素としてＭｇを添加した５０００系アルミニウム合金や、塗装焼付後に強度が向上することを狙いとして主添加元素としてＭｇおよびＳｉを添加した６０００系アルミニウム合金が適用されることが多い。
【０００３】
一般に自動車部品のプレス成形は、鋼板あるいはアルミニウム合金板をシートあるいはコイルの状態から、プレス成形品（成形パネル）を得るのに適正な大きさのブランクにカットし、そして、そのブランクを、絞り加工（ドロー）、リストライク、ピアシング等の加工を経て製品化（パネル化）することで、実施されている。
【０００４】
一方で、自動車（車体）の衝突安全性に関する国内外の安全基準が年々厳しくなっており、ドアが含まれる車体側部構造に関しても、側面へのバリア衝突時の安全基準を満足することが求められている。こうした安全基準を満足するためには、ドア内部に種々の安全部材を装着する必要があり、このスペースを確保するためにも、ドアの厚み方向の寸法が従来のドアの厚み方向の寸法より厚くなる傾向にある。その結果、ドアを構成する部材のうち、特に大きな矩形形状をなすドアインナパネルにも、成形深さが深い深絞り成形が施される状況になっている。
【０００５】
ところが、アルミニウム合金板材は、従来から用いられてきた軟鋼板などに比べると成形性が劣るため、深絞り成形時にクラック（割れ）やしわが発生し、前記したような成形深さが深いドアインナパネルの成形性を確保できず、その結果、ドアのアルミ化（軽量化）が進まないという実情があった。
【０００６】
このような深絞り成形では、パンチの加圧によりブランクのフランジ部がパンチ加圧部に向かう方向へ移動する際の縮み変形に伴う素材変形抵抗による抵抗力（これを流れ込み抵抗Ｆとする）に対し、これに打ち勝つだけの成形力がパンチ肩部からブランクに伝えられて成形が行われる。この際、フランジ部の流れ込み抵抗Ｆと比較してパンチ肩部の破断抵抗（これをＳとする）が大きい場合、破断なく成形することができる。また、ブランクの変形抵抗および破断抵抗Ｓは、何れも各部位の素材の変形応力に依存する。そのため、パンチ肩部と接触するブランク部位の素材の変形応力が高く、かつフランジ部の素材の変形応力が低いブランクであれば、素材特性が同一板内で均一なブランクと比較して、プレス成形時の絞り性は向上する。
【０００７】
この考えを採用したアルミニウム合金板の成形方法として以下に示すような温間成形方法がある。例えば、フランジ部の素材温度を加熱により局部的に上げ、ブランク中央部は低温に保つ温間成形方法が提案され、成形性が向上することが試験によっても実証されており、６０００系アルミ合金板材の周辺部（フランジ部）を、所定の加熱時間、保持時間、成形時間で成形する方法が特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２０５２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記で説明した通り、成形時に同一板内で温度差（強度差）があるような温間成形は、深絞り成形には有効と考えられる。しかし、最適な温度分布は、成形対象であるプレス成形品（成形パネル）により各々異なっており、各プレス成形品（成形パネル）に応じた、最適な温度分布は、これまでは必ずしも明確ではなかった。そのため、同一板内で温度差を設けても、実際のプレス成形品を成形するブランクにおいては、それが最適な温度分布とはなりにくいため、部分的にクラックが発生するなどの問題が生じて、うまく成形品を成形できていないのが実情であった。
【００１０】
また、前記したフランジ部の温度と加熱時間（保持時間、成形時間）を規定するという粗い温度分布の条件設定だけでは、前記したドアインナパネルのような比較的大きな矩形形状をなすプレス成形品を、実際に温間成形することは難しい。このような大きな矩形形状を有し、しかも成形深さが深いプレス製品では、後述する通り、ブランク各部の温度分布をより細かく制御しない限り、実際に、一体的に温間成形することは困難であった。
【００１１】
実際に、アルミニウム合金板をドアインナパネルに用いる場合には、ドアインナパネル自体を２〜３部品程度の部品に分割して、夫々の部品を別々にプレス成形してから、スポット溶接等で改めて一体に組み立てる方法をとらざるを得ないのが実情である。そのため、製造途中の部品点数が増加する他、接合工程を別途要するゆえに、現実には、製造コストが大幅に高くなってしまうという問題があった。そして、この問題が、前記ドアパネルのアルミ化（軽量化）が進まない大きな理由の一つとなっている。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたものであって、大きな矩形形状を有し、且つ成形深さが深いドアインナパネルのようなプレス成形品であっても、分割せずに一体で、成形時にクラック（割れ）やしわが生じることなく成形することができるアルミニウム合金板の温間成形方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、平面略矩形形状のアルミニウム合金板ブランクを、周囲にフランジ部を有する平面略矩形形状の成形品に、温間にて深絞り成形するアルミニウム合金板の温間成形方法において、前記アルミニウム合金板ブランクの成形時にパンチ底が接触する中央部の成形時温度をＴ０、成形時にブランクホールドされる前記アルミニウム合金板ブランクの周辺部（四周）の内、ブランクの短辺側部位の中央部の成形時温度をＴ１、ブランクの長辺側部位の中央部の成形時温度をＴ２、四隅のコーナー部の中央部の成形時温度をＴ３としたときに、Ｔ０＜Ｔ３、Ｔ０≦（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ１、Ｔ２）＜Ｔ３という各式を満足させたうえで、前記Ｔ１およびＴ２が１５０℃以上、且つ、Ｔ３と、Ｔ１およびＴ２の温度差が５０℃以上になるようにして成形することを特徴とするアルミニウム合金板の温間成形方法である。
【００１４】
即ち、本発明のアルミニウム合金板の温間成形方法の要件は、温間にて深絞り成形するアルミニウム合金板ブランクの四隅のコーナー部の中央部の成形時温度を、他の全ての部位の成形時温度より高くすることであり、また、アルミニウム合金板ブランクの成形時にパンチ底が接触する中央部の成形時温度が、ブランクの短辺側部位と長辺側部位の成形時温度より高くなければ良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、大きな矩形形状を有し、且つ成形深さが深いドアインナパネルのようなプレス成形品であっても、分割せずに一体で、しかも、プレス加工時のクラック（割れ）の発生やしわの発生がなく、安定的にアルミニウム合金板を温間成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００１７】
本発明を説明するにあたり、まず、図２および図３に基づいて、一般的な円筒絞りによるアルミニウム合金板ブランク１の変形メカニズムを説明する。図２は、アルミニウム合金板ブランク１を円筒絞りにより温間成形している状態を示す縦断面斜視図、図３は、円筒絞りにより温間成形したプレス製品を示す縦断面斜視図である。尚、図２において、２は、アルミニウム合金板ブランク１を加圧して絞り成形するパンチ、３は、アルミニウム合金板ブランク１の成形時に前記パンチ２による材料の変形部を受けると共に、ブランク１の周辺部をブランクホールドするダイス、４は、ダイス３と共にアルミニウム合金板ブランク１の周辺部をブランクホールドするブランクホルダである。
【００１８】
絞り成形が成立するか否かは、アルミニウム合金板ブランク１の周辺部の材料がパンチ２による加圧によって中心方向へ移動する際の周方向への縮み変形に対して抵抗する力、即ち、流れ込み抵抗Ｆと、パンチ２から材料に荷重が伝わる部位の断面の素材破断抵抗Ｓとの大小関係によって決まる。その絞り成形が成立するためには、Ｓ＞Ｆという条件が成立する必要がある。
【００１９】
従って、素材破断抵抗Ｓが高く、流れ込み抵抗Ｆが低いほど絞り成形が成立しやすいことになる。言い換えれば、アルミニウム合金板ブランク１の中央部である、成形時にパンチ２の底が接触する部位の、材料の変形応力σ０が大きいほど素材破断抵抗Ｓが高く、成形時にブランクホールドされるアルミニウム合金板ブランク１の周辺部の材料の変形応力σ１が小さいほど流れ込み抵抗Ｆが小さくなり、絞り成形性が高くなる。
【００２０】
図４に、成形時にブランクホールドされる周辺部（四周）のみを加熱するという従来からの温間成形技術で、平面略矩形形状のアルミニウム合金板ブランク１を成形した際の成形時の温度分布を示す。このアルミニウム合金板ブランク１は、その四周の周辺部だけを、ブランクホールドしたダイス３のブランクホールド面や、ブランクホルダ４で加熱することで温度分布が設けられている。尚、この温間成形技術は、ドアインナパネル等と比較して、平面形状が小さく成形深さが浅いプレス成形品の成形に採用されている温間成形技術である。
【００２１】
このアルミニウム合金板ブランク１の温度分布には、ブランク１の成形時にパンチ２の底が接触する部位の温度Ｔ０と、ブランク１の成形時にブランクホールドされる周辺部の温度Ｔ１の間に、Ｔ０＜Ｔ１という関係が成立する。従来は、この関係が成立した温度分布のアルミニウム合金板ブランク１を用いて深絞り成形することで温間成形する方法がとられていた。以上のような温度分布にすることにより、アルミニウム合金板ブランク１の中央部である成形時にパンチ２の底が接触する部位の材料の変形応力σ０と、成形時にブランクホールドされるアルミニウム合金板ブランク１の周辺部の材料の変形応力σ１の間には、σ０＞σ１という関係が成立するようにする。
【００２２】
成形時のアルミニウム合金板ブランク１の条件を、このようにすることで、パンチ２から材料に荷重が伝わる部位の断面の素材破断抵抗Ｓを、アルミニウム合金板ブランク１の周辺部の材料がパンチ２による加圧方向への移動並びにその移動に伴う変形に対して抵抗する力である流れ込み抵抗Ｆに対して、相対的に大きくし、成形性を高めることができると考えて、従来からの深絞り成形は行われていた。
【００２３】
しかしながら、図４に示すような温度分布で、ドアインナパネルの成形で用いられるような比較的大きな平面略矩形形状のアルミニウム合金板ブランク１を用いて深絞り成形すると、成形時にブランクホールドされる周辺部を構成する材料の内、四隅のコーナー部を除く短辺側部位と長辺側部位が、特にその中央部の材料が、コーナー部に先行してパンチ２で加圧した方向に移動する流れ込み現象が起こり、図５に示すように、ダイ肩付近でクラック（割れ）５やしわが生じるという現象が非常に高い頻度で発生する。即ち、この従来の温間成形技術を採用しても、大きな矩形形状を有し、且つ成形深さが深いドアインナパネルのようなプレス成形品の深絞り成形では、成形性の改善を図ることは不可能であった。
【００２４】
それに対し、本発明のアルミニウム合金板の温間成形方法では、図１に示すように、より細かく成形時のアルミニウム合金板ブランク１の温度分布を規定した。
【００２５】
本発明のアルミニウム合金板の温間成形方法では、アルミニウム合金板ブランク１の成形時にパンチ２底が接触するブランク中央部の成形時温度をＴ０とし、その成形時にブランクホールドされるアルミニウム合金板ブランク１の周辺部の内、ブランク１の短辺側部位の中央部の成形時温度をＴ１、ブランク１の長辺側部位の中央部の成形時温度をＴ２、四隅のコーナー部の中央部の成形時温度をＴ３としたときに、以下に示す各式を満足する条件で成形することとした。
【００２６】
まず、一つ目の条件は、Ｔ０＜Ｔ３という条件である。アルミニウム合金板ブランク１の成形時にパンチ２底が接触するブランク中央部の成形時温度Ｔ０より、アルミニウム合金板ブランク１の四隅のコーナー部の中央部の成形時温度Ｔ３を高くすることが一つ目の条件である。
【００２７】
二つ目の条件は、Ｔ０≦（Ｔ１、Ｔ２）という条件である。アルミニウム合金板ブランク１の四隅のコーナー部を除く短辺側部位の中央部の成形時温度Ｔ１および長辺側部位の中央部の成形時温度Ｔ２を、アルミニウム合金板ブランク１の成形時にパンチ２底が接触するブランク中央部の成形時温度Ｔ０以上とすることである。尚、Ｔ０＜（Ｔ１、Ｔ２）とすることがより望ましい。
【００２８】
三つ目の条件は、（Ｔ１、Ｔ２）＜Ｔ３という条件である。アルミニウム合金板ブランク１の四隅のコーナー部の中央部の成形時温度Ｔ３を、アルミニウム合金板ブランク１の四隅のコーナー部を除く短辺側部位の中央部の成形時温度Ｔ１並びに長辺側部位の中央部の成形時温度Ｔ２より高くすることである。
【００２９】
尚、以上の説明では、アルミニウム合金板ブランク１の各部位の中央部の成形時の温度を、夫々Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３として示し、厳密には各部位の中央部の成形時の温度のみを示すが、各部位の中央部以外の部位もそれらの温度と同一あるいは近似する温度であるため、以下の説明では、特に各部位の中央部にこだわることなく説明する。
【００３０】
本発明のアルミニウム合金板の温間成形方法では、以上の各条件を満足するようにして成形を行う。
【００３１】
ここでは、アルミニウム合金板ブランク１の中央の、成形時にパンチ２の底が接触する部位の材料の変形応力をσ０とし、その成形時にブランクホールドされるアルミニウム合金板ブランク１の周辺部の材料の変形応力の内、ブランク１の短辺側部位の中央部の材料の変形応力をσ１、ブランク１の長辺側部位の中央部の材料の変形応力をσ２、四隅のコーナー部の中央部の材料の変形応力をσ３とする。温度と変形応力は反比例する関係にあるので、各部位の変形応力の間には、σ０＞σ３、σ０≧（σ１、σ２）、（σ１、σ２）＞σ３という関係が成り立つこととなる。
【００３２】
深絞り成形を行うと、成形時にブランクホールドされる周辺部を構成する材料の内、四隅のコーナー部を除く短辺側部位と長辺側部位の材料が、コーナー部の材料に先行してパンチ２で加圧した方向に移動して流れ込む可能性が高い。
【００３３】
しかしながら、本発明の条件を採用して温間で深絞り成形を行うと、先行して流れ込むことが多い部位である短辺側部位と長辺側部位の温度Ｔ１、Ｔ２の方が、四隅のコーナー部の温度Ｔ３より低い温度となるため、前記したように、（σ１、σ２）＞σ３という関係が成り立つ。即ち、四隅のコーナー部を除く短辺側部位と長辺側部位の材料の変形応力σ１、σ２は、四隅のコーナー部の材料の変形応力σ３よりも大きな値となるため、短辺側部位と長辺側部位の材料が先行してパンチ２で加圧した方向に移動して流れ込む可能性は低くなる。また、たとえその流れ込み現象が生じても、図５に示すような、ダイ肩付近でのクラック（割れ）５やしわが発生することはない。
【００３４】
また、四隅のコーナー部の成形時の温度Ｔ３は、他の部位より相対的に高温となるため、その変形応力σ３は十分に小さくなり、コーナー部の材料もパンチ２で加圧した方向に移動して流れ込みやすくなり、成形性の向上に寄与する。
【００３５】
尚、アルミニウム合金板ブランク１には、ＪＩＳに規格化された、あるいはＪＩＳ規格に相当する乃至近似する、１０００系、３０００系、５０００系、６０００系などのアルミニウム合金板が使用できる。但し、フード、ドア、フェンダー、ルーフ、トランク等の成形が困難な自動車パネルとして必要な、基本的な強度、成形性、耐食性などの諸特性を有するためには、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系である６０００系アルミニウム合金あるいはＡｌ−Ｍｇ系である５０００系アルミニウム合金とすることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
アルミニウム合金板ブランク１として、板厚１ｍｍのＪＩＳ５１８２アルミニウム合金をＯ材相当に調質したものを用い、温間で深絞り成形を行うことで試験を行った。試験に用いた成形金型は、図６に示すような、平面略矩形形状のパンチ２と、そのパンチ２に適合した凹所を有するダイス３と、そのダイス３と対になってアルミニウム合金板ブランク１の周辺部をブランクホールドするブランクホルダ４から構成されている。
【００３７】
潤滑材としてテフロン（登録商標）シートを用い、しわ押さえ力３５０ｋＮで成形した。尚、ブランクホルダ４とダイス３には複数のヒーターが内蔵されており、ブランクホルダ４とダイス３でブランクホールドされるアルミニウム合金板ブランク１の周辺部の、四隅のコーナー部と、その四隅のコーナー部を除く短辺側部位と、長辺側部位の間に、温度差を設けることができるように、前記ヒーターの発熱温度をその部位毎に制御できる。
【００３８】
この試験での温度測定箇所は、図６（ａ）に示す通り、パンチ２底の中央点（点０）、ブランク１の周辺部とダイス３が接触する領域の内、短辺側部位の中央（点１）、長辺側部位の中央点（点２）、コーナー部の中央点（点３）の計４箇所であり、成形金型の該当箇所に熱電対を内蔵させることにより温度測定を行った。また、これらの箇所の温度を種々変更させることにより試験を行った。更には、パンチ２にもヒーターと冷却水の配管を内蔵しており、温度コントロールを行うことができる。この試験では、成形深さを徐々に深くしていくことで、クラック５が発生することなく成形できる最大深さを確認し、試験での評価項目とした。その試験結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005367998.tif 000002
【００４０】
発明例１では、Ｔ３（コーナー部）の温度を他の全ての部位の温度より高くし、Ｔ１（短辺側部）とＴ２（長辺側部）の温度を同一温度とした。また、発明例２では、Ｔ３（コーナー部）の温度を他の全ての部位の温度より高くし、Ｔ１（短辺側部）とＴ２（長辺側部）の温度は異なる温度とした。更には、発明例３および参考例では、Ｔ３（コーナー部）の温度を他の全ての部位の温度より高くし、Ｔ１（短辺側部）とＴ０（中央部）の温度を同一温度とした。発明例３と参考例が異なるのは、Ｔ３（コーナー部）以外の温度である。
【００４１】
これらの発明例では、評価項目であるクラックが発生せずに成形できる最大深さは１４０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲であり、成形深さが深いプレス製品であるドアインナパネル等で通常求められる成形深さであれば、クラックが発生することなく成形を良好に行うことができることが確認できた。
【００４２】
一方、比較例１〜４は本発明の要件を満足しない事例である。比較例１では、各部位の温度管理をせず室温で成形を行った。比較例２〜４では、周辺部（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の温度を一律に上げた従来からの方法で成形を行った。比較例２〜４で異なるのは、Ｔ０〜Ｔ３の各温度である。
【００４３】
これらの比較例では、評価項目のクラックが発生せずに成形できる最大深さは６０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲であり、成形深さが深いプレス製品であるドアインナパネル等で通常求められる成形深さには足りなく、ドアインナパネル等の成形には採用できないことが確認できた。
【００４４】
また、温度と材料の変形応力が反比例する関係にあることを確認するため、別途、アルミニウム合金板ブランクの引張試験も行った。その試験結果を参考として表２に示す。
【００４５】
【表２】
0005367998.tif 000003
【００４６】
この試験では、試験に用いた材料（ＪＩＳ５１８２アルミニウム合金）の各温度における１０％引張変形時の変形応力を確認した。この試験結果でも明らかなように、温度と材料の変形応力は反比例する関係にある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のアルミニウム合金板の温間成形方法に用いられるアルミニウム合金板ブランクの成形時の温度分布を示す説明図である。
【図２】アルミニウム合金板ブランクを円筒絞りにより温間成形している状態を示す縦断面斜視図である。
【図３】円筒絞りにより温間成形したプレス製品を示す縦断面斜視図である。
【図４】従来からプレス製品の成形に採用されている温間成形技術で、アルミニウム合金板ブランクを成形した際の成形時の温度分布を示す説明図である。
【図５】従来からプレス製品の成形に採用されている温間成形技術で、アルミニウム合金板ブランクを成形したプレス製品の状態を示す斜視図である。
【図６】実施例の試験に用いた成形金型とアルミニウム合金板ブランクの成形時の状態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…アルミニウム合金板ブランク
２…パンチ
３…ダイス
４…ブランクホルダ
５…クラック
【図１】
0005367998.tif 000004
【図２】
0005367998.tif 000005
【図３】
0005367998.tif 000006
【図４】
0005367998.tif 000007
【図５】
0005367998.tif 000008
【図６】
0005367998.tif 000009