(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度(=( 引張強度) ×( 板厚))の異なる素板を連続溶接して締結した異材質テーラードブランク材を応力律速モードのプレス成形する方法において、単一素板でプレス成形した際に歪みピークを生じる箇所から５ｍｍ以上２００ｍｍ以下離れた領域に溶接部を設定し、歪みピークを含む側に高強度の素板を配し、歪みピークを含まない側に低強度の素板を配し、両素板を該溶接部で連続溶接して締結した後、プレス成形することを特徴とする成形性の優れた異材質テーラードブランク材のプレス成形法。
【請求項２】
前記高強度の素板と前記低強度の素板の強度比が1.2 以上であることを特徴とする請求項１記載の成形性の優れた異材質テーラードブランク材のプレス成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の素板を組み合わせた異材質テーラードブランク材のプレス成形法に関するものである。
更に詳しくは、本発明は、２種以上の、板厚または機械的特性の同じかもしくは異なる冷延鋼板、熱延鋼板、表面処理鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等の素板を連続溶接して締結したテーラードブランク材のプレス成形法に関するものであって、特に、素板の( 引張強度）×( 板厚）で表される素板強度の異なる２種以上の素板を締結した異材質テーラードブランク材のプレス成形性を向上させるプレス成形法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用プレス部品の生産においては、工程の簡素化、金型数の削減などのため、２種以上の部品を一体成形する技術が広く取り入れられている。しかし、一体成形部品を素板から生産する場合には、スクラップとなる部分が多くなり、このことから、素板歩留まり向上のため、同一板厚・同材質の薄板類を、レーザー溶接やマッシュシーム溶接、電子ビーム溶接、ＴＩＧ溶接、アーク溶接などで連続溶接して締結し、一体プレス成形を行う手法が開発された。さらに、最近では、衝突安全性の観点から、部品の一部に、必要な材料強度や板厚を変えた素板を連続溶接して締結した異材質テーラードブランク材が多く用いられるようになっている。
【０００３】
これら連続溶接により締結されたテーラードブランク材は、歩留り向上等の経済的効果を有するが、連続溶接部分（溶接ビード部）の材質劣化などに起因して生じるプレス成形時の成形不良という問題を抱えている。この成形不良の一形態としてプレス成形時の破断があげられるが、この破断は、溶接ビード部と平行に素板が延ばされたとき、材質劣化した溶接ビード部が破断に至る「延性律速モード」の破断と、溶接ビード部を挟んで素板が引き延ばされたとき、低強度側の素板が母材破断に至る「応力律速モード」の破断に分けられる。
【０００４】
このような破断に対する対策のひとつとして、例えば、特開平7-26346 号公報には、2.6 ≦f(C,Si,Mn,P,B)≦12.5(B≦0.0005％の場合：f(C,Si,Mn,P,B)＝100 〔％C 〕＋〔％Si〕＋２〔％Mn〕＋50〔％P 〕＋9000〔％B 〕，B ＞0.0005％の場合：f(C,Si,Mn,P,B)＝100 〔％C 〕＋〔％Si〕＋２〔％Mn〕＋50〔％P 〕＋1000（〔％B 〕−0.0005）＋4.5)を満足する、高密度エネルギービーム溶接後の成形性に優れた極低炭素鋼板が開示されている。しかし、このような極低炭素鋼板では、昨今の高強度の素板に適用しても、部材に必要な強度を満足に付与できない場合があること、及び、溶接ビード部の特性向上により「延性律速モード」の破断に対しては効果が認められるものの、「応力律速モード」の破断に対しては何ら対策が打てず、場合によっては、プレス成形時に、低強度側の素板において、母材破断が生じることが判明した。
【０００５】
この点について、「応力律速モード」の破断時の歪み分布については、従来知見（例えば、池本公一ら、塑性と加工、Vol.32, No.370 (1991) 1383〜1390）により、素板の強度比で２種以上の素板に加わる歪み比が初等解析で求まることが知られている。即ち、２種類の材料の応力- 歪み関係式は、添字１：高強度材、添字２：低強度材とすると、σ1=K1ε1 n1，σ2=K2ε2 n2で表せられる。
【０００６】
ここで、σ：引張応力［ＭＰａ］、Ｋ：塑性係数［ＭＰａ］、ε：塑性歪み、ｎ：加工硬化指数である。そして、以下の説明のため、ｔ：板厚〔mm〕、ＴＳ：最大引張強度［ＭＰａ］とする。
接合部では応力が釣り合っているから、σ1t1=σ2t2 が成り立つ。そこで、これらの式を解くと、低強度側の素板が破断限界に達したときの高強度側の素板における歪み( ε1max) は、TS1,TS2 の値、及び、t1，t2の値に基づき、下記(1) で与えられる。
【０００７】
ε1max =n1｛(t2/t1)(TS2/TS1)｝1/n1・・・・(1)
しかし、高強度側の素板における最大歪み（ε1max）は計算できても、「応力律速モード」の破断を改善する方法は示されていなかった。
従って、プレス作業現場では、異材質テーラードブランク材において、「応力律速モード」の破断が生じた場合には、素板強度比を下げるために板厚比を低減するか、強度比それ自体を下げるか、もしくは、テーラードブランク材の適用そのものを諦めるしかなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の異材質テーラードブランク材のプレス成形性の欠点を解決し、プレス成形品の形状に応じた歪み分布を考慮して、深絞りや張出し等の成形に対して、低強度側の素板で生じる母材破断を防止した優れた成形性を有するプレス成形法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、異材質テーラードブランク材におけるプレス成形時の成形不良、とりわけ今まで有効な対策をたてることができなかった「応力律速モード」の破断に対して、プレス成形品の形状によって生じる歪み分布を利用して、成形性を向上するプレス方法を発明した。即ち、本発明の要旨とするところは、次のとおりである。
（１）強度(=( 引張強度) ×( 板厚))の異なる素板を連続溶接して締結した異材質テーラードブランク材を応力律速モードのプレス成形する方法において、単一素板でプレス成形した際に歪みピークを生じる箇所から５ｍｍ以上２００ｍｍ以下離れた領域に溶接部を設定し、歪みピークを含む側に高強度の素板を配し、歪みピークを含まない側に低強度の素板を配し、両素板を、該溶接部で連続溶接して締結した後、プレス成形することを特徴とする成形性の優れた異材質テーラードブランク材のプレス成形法。
（２）前記高強度の素板と前記低強度の素板の強度比が1.2 以上であることを特徴とする前記（１）記載の成形性の優れた異材質テーラードブランク材のプレス成形法。
【００１０】
ここで、本発明において異材質テーラードブランク材に用いる素板とは、冷延鋼板、熱延鋼板、亜鉛・ 鉄- 亜鉛・アルミニウム・スズ・亜鉛- ニッケル・鉛- スズなどのめっき鋼板、ステンレス鋼板を含み、さらに、アルミニウム等の非鉄金属、アルミニウム合金等の薄板もその範囲に含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１に、あるプレス成形品の長手方向における歪みを測定したとき、単一素板（鋼板）においては、歪みが右肩上がりの分布を示し、l=100mm の位置で破断危険域に達している状況を模式的に示す。なお、歪みは、成形前に10mm径のスクライブド・サークルを転写し、成形後の伸び量を拡大投影機にて測定した。
【００１２】
このような歪み分布を有するプレス成形品の場合、図１のl=65mmの位置に溶接ビード部を配するテーラードブランク材を想定して、歪みの低い左側(0〜65mm) に、低強度の素板(TS=304MPa, 板厚=0.8mm) を配し、歪みの高い右側(65mm 〜100mm)に、高強度の素板(TS=459MPa, 板厚=0.8mm) を配すると、高強度側の素板において、塑性歪みの発生が抑制され、逆に、低強度側の素板においては、塑性歪みが増大するため、単一素板（鋼板）の場合における破断危険域(l=100mm) の歪み0.20が0.14に抑制されて、破断を回避することが可能となる。
【００１３】
また、図２は、単一素板（鋼板）の歪み分布において、1=50mmの位置に歪みピークがある場合の例であるが、この場合には、溶接ビード部の位置を、歪みピーク位置から５mm左側へずらした位置にし、歪みピークを含む側に高強度の素板を配し、歪みピークを含まない側に低強度の素板を配して締結したテーラードブランク材をプレス成形に供することにより、単一素板（鋼板）における歪みピーク位置（l=50mm）の歪み0.22を0.13に抑制でき、破断を回避することができることを模式的に示した。
【００１４】
このように、単一素板（鋼板）のプレス成形で得られる歪み分布を基に、歪みの高い側、または、歪みピークを含む側に、高強度の素板が位置するように作製した異材質テーラードブランク材をプレス成形することにより、プレス成形品において生じる歪みを抑制し、高い成形性を確保することが可能となる。
前記( ２) の発明においては、歪みピークを生じる箇所の近傍に溶接部を設定するが、この歪みピークに係る近傍は、溶接ビード部がピーク中心部に近いと、溶接ビード部に応力が集中し伸びフランジ変形により破断する恐れがあることから、歪みピークから５mm、好ましくは10mm以上の領域であることが望ましい。また、溶接ビード部がピーク中央部から遠ざかるにつれ、本発明の効果が弱まるから、溶接ビード部は、歪みピークの位置から200mm 以下の領域にあることが望ましい。
【００１５】
前記( ３) の発明においては、高強度の素板と低強度の素板の強度比を1.2 以上とするが、この下限は、応力律速破断の発生する素板に対して、強度比が1.2 以上であると、本発明の効果が顕著となることから強度比1.2 と設定したものである。この強度比において、その上限は、特に定める必要はなく、本発明の効果を得ることができるが、実用的な組み合わせ強度比の観点から、10.0以下が好ましい。
【００１６】
なお、本発明において、歪みは、上記の方法の他、歪み読み取り用の透明スケールによる直接読み取り方法、カメラなどによる位相差を用いた自動読み取り方法などで測定してもよい。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の異材質テーラードブランク材のプレス成形法を、更に詳しく説明する。
表１に、低強度側の素板として用いた0.80mm厚の軟質冷延鋼板( Ａ：SPCEN)と、高強度側の素板として用いた同板厚の高強度冷延鋼板( Ｂ：TS440MPa級、JIS 規格SAFC440R) の機械的特性を示す。Ａ材（低強度側：SPCEN)とＢ材（高強度側：SAFC440R）を５kWCO2 レーザーで溶接接合して、異材質テーラードブランク材を作製した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図３に、上記異材質テーラードブランク材の成形性を評価するために用いた実プレス型のプレス成形品（リヤサイドメンバー）の正面上方からみた外観を示す。図４に、上記プレス成形品を側方からみたときの形状と、成形性を評価するために、実際に用いた中央部の範囲を示す。図５は、図４に示す中央部の拡大図で、異材質テーラードブランク材における溶接ビード部の配置場所（図中、▲１▼部、▲２▼部及び▲３▼部）と、溶接ビード部を挟んでの歪み測定方向を示す。
【００２０】
このプレス成形品の中央部における、▲１▼部、▲２▼部及び▲３▼部の位置に、各々溶接ビード部がくるような異材質テーラードブランク材を作製し、左右の材料構成を変えて実プレス実験を実施した。表２に、実プレス実験の実験条件と試験結果をまとめて示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
また、図６、図７及び図８に、それぞれ、上記▲１▼部における歪み分布、同▲２▼部における歪み分布、及び、同▲３▼部における歪み分布を示す。
図６において、単一鋼板（SPCEN)の場合、▲１▼部には、歪み勾配が無い状況となっているため、SPCEN （軟質冷延鋼板）とSAFC440R（高強度冷延鋼板）の組み合わせ（図において、例えば、SPCEN+SAFC440Rは、左側にSPCEN を配し、右側にSAFC440Rを配したことを意味する。）では、SPCEN 側に歪みピークが生じることがわかる。左側の方が成形深さが深いため、左側にSPCEN （軟質冷延鋼板）を配した場合には破断したが、逆に、右側にSPCEN （同）を配した場合には、歪みピークが右側にシフトするが、破断には至らなかった。
【００２３】
図７において、単一鋼板（SPCEN)の場合、▲２▼部には、右肩上がりの歪み勾配がある状況となっていて、本発明に従い、歪みの高い右側にSAFC440R（高強度冷延鋼板）を配した場合には、最大歪みが抑制されて（図中、−◇−、参照）、成形余裕度が向上していることがわかる。反対に、右側に低強度のSPCEN （軟質冷延鋼板）を配した場合には、歪みが、SPCEN 側に集中して高い歪みピーク値を示していることがわかる（図中、−▲−、参照）。
【００２４】
図８において、単一鋼板（SPCEN)の場合、▲３▼部には、歪みピークのある歪み分布状況となっていて、本発明に従い、溶接ビード部をこの歪みピークから５ｍｍ左に配するように設定し（図中、０の位置）、歪みピークを含む右側にSAFC440R（高強度冷延鋼板）を配した場合には、成形歪みが抑制され、成形余裕度が向上していることがわかる（図中、−◇−、参照）。一方、右側の歪みピークを含む側に低強度のSPCEN （軟質冷延鋼板）を配した場合には、歪みピークが増長されて破断してしまった。なお、破断形態は、全て、低強度側の素板（この場合、SPCEN)で破断する「応力律速モード」の破断であった。
【００２５】
【発明の効果】
このように、本発明による異材質テーラードブランク材のプレス成形法は、強度比( 板厚×強度) が異なる２種類以上の素板を連続溶接で締結した異材質テーラードブランク材をプレス成形するものであるのにも拘わらず、深絞り部品の形状に応じて生じる歪み分布を有効に使い、深絞りや張出しなどの成形に対してきわめて有効なものであり、工業的価値の高いものである。
【００２６】
本発明によれば、冷延鋼板、熱延鋼板、亜鉛などのめっき鋼板、ステンレス鋼板や、アルミニウム板、アルミニウム合金板等の非鉄金属の薄板を素板とする異材質テーラードブランク材のプレス成形において、成形品の歪み勾配に適した素板を最適配置することにより、従来のテーラードブランク材の成形性向上対策では対処できなかった「応力律速モード」の破断に対して、有効に作用する異材質テーラードブランク材のプレス成形方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】右肩上がりの歪み分布を有するプレス成形品において、右側に高強度の素板を配した異材質テーラードブランク材を適用した場合の歪み低減効果を模式的に示す図である。
【図２】歪みピークのある歪み分布を有するプレス成形品において、歪みピークを含む側に高強度の素板を配した異材質テーラードブランク材を適用した場合の歪み低減効果を模式的に示す図である。
【図３】本発明に従う異材質テーラードブランク材の成形性を評価するために用いた実プレス型のプレス成形品（リヤサイドメンバー）の、正面上方からみた外観を示す図である。
【図４】上記プレス成形品を側方からみたときの形状と、成形性を評価するために、実際に用いた中央部の範囲を示す図である。
【図５】図４に示す中央部の拡大図で、異材質テーラードブランク材における溶接ビード部の配置場所と、溶接ビード部を挟んでの歪み測定方向を示す図である。
【図６】単一鋼板、及び、図５中、▲１▼部の位置に溶接ビード部を配した異材質テーラードブランク材をプレス成形した後測定した歪み分布を示す図である。
【図７】単一鋼板、及び、図５中、▲２▼部の位置に溶接ビード部を配した異材質テーラードブランク材をプレス成形した後測定した歪み分布を示す図である。
【図８】単一鋼板、及び、図５中、▲３▼部の位置に溶接ビード部を配した異材質テーラードブランク材をプレス成形した後測定した歪み分布を示す図である。
【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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