(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型並びに可動金型と、固定金型の周囲に配置した少なくとも３個の位置規制部材と、車体パネルのためのブランク材と、加熱手段と、整形用金型とを用い、
前記加熱手段で所定の温度に加熱した状態のブランク材を前記位置規制部材にて位置決めしつつ固定金型に載せ、この状態で可動金型を固定金型に合せることで、ブランク材の周縁部を非拘束で絞り成形する熱間絞り成形工程と、
得られた絞り成形品が焼戻し温度まで下がった段階で前記整形用金型にて絞り成形品の形状を整える整形工程と、からなる車体パネルの製造方法。
【請求項２】
前記整形工程では、絞り成形品を矯正するとともに、絞り成形品の端部を加工することを特徴とする請求項１記載の車体パネルの製造方法。
【請求項３】
前記整形工程では、焼戻し温度を２００〜２５０℃の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車体パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の板材を用いた車体パネルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体パネルは板材を所望の形状に成形したもので、その製造方法には、例えば、特開平６−２３８３７８号公報「薄板材の成形装置および薄板成形体の離型方法」に示されたものがある。同公報の段落番号［００１９］〜［００２１］によれば、この薄板成形体の離型方法は次の通りである。ただし、以下の説明は原文の要約である。
【０００３】
まず、同公報の図１の金型容器４（符号は公報記載のものを流用した。以下同様。）と天板６との間にアルミニウム合金製の薄板材２を配置するとともに、金型容器４と天板６とで薄板材２の周縁部２ａを挟持する。そして、金型容器４と天板６とで薄板材２を５００℃前後に加熱し、薄板材２と天板６との間にガスを供給して薄板材２を金型容器４に押圧し、成形加工を施す。その後、天板６とヘッド１０とで周縁部２ａを挟持しながら薄板材２を金型容器４から離型させる。
このように、従来の技術は、薄板材２の周縁部２ａを挟持しながら離型するようにしたので、離型用のフォークを用いる必要がなく、作業性を高めることができるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術では、成形した薄板材２を金型容器４から押し出すとともに、離型し、薄板材２を取り出した。この場合、成形した薄板材２の温度は、５００℃前後、若しくは５００℃前後からの降温途中にあり、まだ塑性変形しやすい温度である。この状態で取り出すと、成形した薄板材２が変形する場合がある。
【０００５】
この変形を抑える目的で同公報の段落番号［００２８］（図４）の冷却手段１３（吹出口１１…、１２…）を設け、成形した薄板材２を冷却するという考えがある。しかし、金型容器４及び天板６の温度はともに５００℃前後を保持しており、５００℃前後の雰囲気下にある薄板材２の冷却には時間がかかる。また、冷却手段１３によって金型容器４及び天板６の温度は下り、２サイクル目の昇温に時間がかかる。
さらに、冷却手段１３の作動が終了するまでの間、金型容器４と天板６との間に薄板材２を保持し、成形を長時間止めると、薄板成形体の成形サイクルタイムが長くなり、生産効率が低下する。
【０００６】
また、薄板材２の周縁部２ａは、最終製品としては使用しない部分であり、使用済みとなった時点で、除去され、廃棄処分となる。高価なアルミニウム合金製板材の廃棄量が多くなると、生産コストが嵩むため、板材の歩留りを高める必要がある。
さらに、薄板材２の周縁部２ａを除去するトリミング（縁切り）工程を設ける必要があり、加工時間が増加して生産効率が低下する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、成形精度がよく、生産効率を向上させることができ、板材の歩留りを向上させることができる車体パネルの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、固定金型並びに可動金型と、固定金型の周囲に配置した少なくとも３個の位置規制部材と、車体パネルのためのブランク材と、加熱手段と、整形用金型とを用い、加熱手段で所定の温度に加熱した状態のブランク材を位置規制部材にて位置決めしつつ固定金型に載せ、この状態で可動金型を固定金型に合せることで、ブランク材の周縁部を非拘束で絞り成形する熱間絞り成形工程と、得られた絞り成形品が焼戻し温度まで下がった段階で整形用金型にて絞り成形品の形状を整える整形工程と、からなる。
【０００９】
熱間絞り成形工程で得られた絞り成形品を次工程の整形工程で整形するので、成形精度を向上させることができ、熱間絞り成形工程において絞り成形品を冷却するための特別な冷却時間を設定する必要はない。従って、成形サイクルタイムは短く、生産効率は向上する。
【００１０】
また、熱間絞り成形工程では、加熱した状態のブランク材を位置規制部材にて位置決めしつつブランク材の周縁部を押えることなしに非拘束で絞り成形するので、ブランク材に周縁部を設けて挟む必要はない。その結果、板材の廃棄量が減少し、板材の歩留りは向上する。
【００１１】
整形工程では、絞り成形品が焼戻し温度まで下がった段階で整形用金型にて絞り成形品の形状を整えるので、細部の鋭い曲げ形状が仕上り、成形精度が向上する。同時に、整えた後の仕上り成形品は温度による変形の影響を受けずに整えた後の成形形状を保持する。従って、成形精度が向上する。
また、絞り成形品が焼戻し温度まで下がった段階で成形品の形状を整えるので、焼戻しのための設備を設置する必要がなく、且つ昇温時間も発生せず、生産コストを抑えることができる。
【００１２】
請求項２は、整形工程では、絞り成形品を矯正するとともに、絞り成形品の端部を加工することを特徴とする。
絞り成形品を矯正するので、熱間絞り成形工程で発生した変形部を元に戻すことができ、成形精度を維持することができる。
整形工程で絞り成形品の端部を加工することにより、より複雑な形状を整形工程の１工程に含めて加工することができる。また、熱間絞り成形工程の加熱温度より低い温度で塑性変形を行うので、成形精度を確保しやすい。
【００１３】
請求項３は、整形工程では、焼戻し温度を２００〜２５０℃の範囲に設定したことを特徴とする。
焼戻し温度が２００℃未満になると、塑性変形の抵抗が大きくなり、成形精度及び生産効率は低下する。
焼戻し温度が２５０℃を超えると、温度が高過ぎて焼戻しの効果は期待できない。同時に、機械的性質が低下し、変形の心配がある。
整形後の変形を抑えて成形精度の向上を図りつつ、ブランク材の焼戻しを実施するには、焼戻し温度を２００〜２５０℃の範囲に設定することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車体パネルの製造方法のフローチャートであり、ＳＴはステップを示す。
【００１５】
ＳＴ０１：ブランクホルダを有しないプレス機、位置規制部材を配置した固定金型、可動金型、ブランク材、加熱手段、及び整形用金型を準備する。
ＳＴ０２：加熱した状態のブランク材を位置規制部材にて位置決めしつつ固定金型に載せる。
ＳＴ０３：可動金型を固定金型に合せ、ブランク材の周縁部を押えることなしに絞り成形する。
【００１６】
ＳＴ０４：得られた絞り成形品を焼戻し温度まで下げる。
ＳＴ０５：焼戻し温度まで下がった段階で絞り成形品を整形用金型にセットする。
ＳＴ０６：整形用金型にて絞り成形品の形状を整える。その際に、絞り成形品を矯正するとともに、絞り成形品の端部も加工する。
ＳＴ０７：離型し、車体パネルを得る。
次に、ＳＴ０１〜ＳＴ０７を具体的に説明する。
【００１７】
図２は本発明に係る熱間絞り成形工程の第１説明図である。
予めブランクホルダを有しないプレス機１１、絞り成形用金型１２（固定金型１３、可動金型１４）、ブランク材１５と、図に示していない加熱手段と、整形用金型５０（図６参照）とを準備する。
【００１８】
固定金型１３は、凸状の型２１と、周囲に配置した少なくとも３個の位置規制部材２２，２２（１個は図に示していない）と、第１カム機構２３と、第２カム機構２４と、を備えたものである。
可動金型１４は、内型２６と、外型２７と、この外型２７の下方に形成した駆動部２８とを備えたものである。
【００１９】
ブランク材１５は、車体パネルを成形するためのもので、縁３１には周縁部３２を設けずに、縁３１を仕上り寸法に形成したもので、アルミニウム合金製素材からブランキングで打ち抜いたものである。アルミニウム合金としては、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（６０００系）の板材を用いた。
【００２０】
準備後、まず、このブランク材１５を加熱手段で所定の温度に加熱する。加熱温度は５００〜５５０℃の範囲に設定した。その次に、この温度に加熱した状態のブランク材１５を位置規制部材２２・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）にて位置決めしつつ固定金型１３の型２１上に想像線の如く載せる。なお、ブランク材１５は加熱した状態にあり、機械的性質は低下し、そのため、縁３１は自重で下がる。
その後で、可動金型１４の圧下を矢印▲１▼の如く開始する。
【００２１】
図３は本発明に係る熱間絞り成形工程の第２説明図である。
可動金型１４を固定金型１３に合せ、且つ第１段目の荷重Ｆ１で加圧し、ブランク材１５の周縁部を挟んで押えることなしに非拘束で絞り成形する。その際、ブランク材１５の温度が５００〜５５０℃の範囲内になるように温度を保つ。
【００２２】
図に示すように、ブランク材１５の周縁部３２（図２参照）を挟んで押えることなしに非拘束で絞り成形するので、アルミニウム合金製素材の廃棄量を少なくすることができ、板材の歩留りを向上させることができる。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る熱間絞り成形工程の第３説明図である。
（ａ）：引続き、可動金型１４を第２段目の荷重Ｆ２（Ｆ２＞Ｆ１）で加圧し、外型２７のみを矢印▲２▼の如く圧下し、一方の端部３４をＬ形に曲げ成形する。そして、一旦、可動金型１４の下降を停止する。
【００２４】
（ｂ）：一方、荷重Ｆ２の加圧の完了〜下降の一旦停止の間に、第１カム機構２３を矢印の如く駆動し、他方の端部３５をＺ形に曲げ成形する。その後、可動金型１４の下降を再開し、下降する駆動部２８で第１カム機構２３のポンチ３６を矢印▲３▼方向に駆動し、穴開け（ピアシング工程）を実施する。これで、ブランク材１５（図２参照）から絞り成形品３７を得る。
可動金型１４による加圧完了後、絞り成形品３７を冷却せずに可動金型１４を矢印▲４▼の如く後退させ、型開を行う。
【００２５】
なお、図２で５００℃に達した時点〜図４の型開の時点までに要する所要時間をＰ１とし、溶体化処理に必要な保持時間をＫ１としたときに、この所要時間Ｐ１と保持時間Ｋ１は、例えば、６０秒程度に設定するのが望ましい。
【００２６】
図３、図４に示す熱間絞り成形工程では、ブランク材１５の温度を５００〜５５０℃の範囲に保持するので、塑性変形の抵抗は極めて小さく、且つ伸びは大きく、ブランク材１５のスプリングバックはほとんど発生しない。従って、絞り成形品３７の寸法精度を向上させることができる。
また、ブランク材１５を５００〜５５０℃の範囲の温度で、保持時間Ｋ１だけ保持するので、溶体化処理を実施することができる。
【００２７】
図５は本発明に係る熱間絞り成形工程の第４説明図である。
型開後、成形品を取り出し、絞り成形品３７が完成するとともに、熱間絞り成形工程の１サイクル目が完了する。続けて、図２に戻って２サイクル目を開始する。
熱間絞り成形工程では、絞り成形用金型１２内で絞り成形品３７を冷却するための冷却時間を設定することなく、絞り成形品３７を取り出すので、冷却による停止時間が発生せず、成形サイクルタイムの短縮を図ることができるとともに、生産効率の向上を図ることができる。
【００２８】
また、絞り成形用金型１２内で絞り成形品３７を冷却しないので、絞り成形用金型１２の温度は低下し難く、２サイクル目のブランク材１５を５００〜５５０℃の範囲に保持するための温度管理は容易になる。従って、成形サイクルタイムを短くすることができる。
【００２９】
次に整形工程を説明する。
得られた絞り成形品３７を焼戻し温度まで下げる。この場合、急冷するのが望ましい。
焼戻し温度は、２００〜２５０℃の範囲に設定した。
焼戻し温度が２００℃未満になると、塑性変形の抵抗が大きくなり、成形精度及び生産効率は低下する。
一方、焼戻し温度が２５０℃を超えると、温度が高過ぎて焼戻しによる所望の効果は小さくなり、好ましくない。また、機械的性質は温度の上昇に比例して低下するため、次工程の整形工程で変形が起きる心配がある。
成形精度の向上を図り、ブランク材の焼戻しを実施するには、焼戻し温度を２００〜２５０℃の範囲に設定することが望ましい。
【００３０】
図６は本発明に係る整形工程の第１説明図である。
絞り成形品３７の温度が焼戻し温度まで下がった段階で、整形用金型５０に絞り成形品３７をセットする。具体的には、整形用金型５０は、固定金型５１と、可動金型５２とからなる。固定金型５１は、中央に設けた中央整形型５３と、この中央整形型５３の一方に移動可能に配置した第１移動整形型５４と、他方に移動可能に配置した第２移動整形型５５と、第１移動整形型５４に取付けた端部整形型５６と、第２移動整形型５５に取付けた第３カム機構５７とを備えたものである。なお、中央整形型５３、第１、第２移動整形型５４，５５で一体的な固定整形型５８を形成する。
【００３１】
可動金型５２は、内側の可動整形型６１と、外型６２と、この外型６２の下方に形成した駆動部６３とを備えるものである。
図に示すように、可動金型５２を上限で待機させ、且つ固定金型５１の第１、第２移動整形型５４，５５を後退限で止め、固定整形型５８へ絞り成形品３７を矢印▲５▼の如く搬入するとともに、想像線のように被せてセットする。そして、可動金型５２の圧下を矢印▲６▼の如く開始する。
【００３２】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る整形工程の第２説明図である。
（ａ）：可動金型５２を固定金型５１に合せ、且つ第１段目の荷重Ｆ３で加圧し、固定整形型５８と可動整形型６１とで絞り成形品３７の中央部の形状を整える。この後、他方の端部３５を整え、さらに一方の端部３４を加工する。
【００３３】
（ｂ）：可動金型５２が下限に達した型閉状態において、端部整形型５６をシリンダ６４で矢印▲７▼の如く前進させ、他方の端部３５のＺ形曲げの形状を整える。この工程で絞り成形品３７の形状を整える工程は終了し、仕上り成形品６６を得る。なお、整形後、端部整形型５６はシリンダ６４で後退限まで戻る。
【００３４】
図のように熱間絞り成形工程で得られた絞り成形品３７の形状を整形工程で整えるので、絞り成形後に特別な冷却時間を設定することなく、絞り成形品３７を取り出すことができる。その結果、成形サイクルタイムを短く設定することができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００３５】
この整形工程では、絞り成形品３７が所望の焼戻し温度（２００〜２５０℃）まで下がった段階で整形用金型５０にて絞り成形品３７の形状を整えるので、細部の鋭い曲げ形状が仕上り、成形精度が向上する。同時に、整えた後の仕上り成形品６６は温度による変形の影響を受けずに整えた後の成形形状を保持する。従って、成形精度が向上する。
【００３６】
また、図７（ａ），（ｂ）の整形工程では、同時に絞り成形品３７を矯正する。すなわち、固定整形型５８と可動整形型６１とで絞り成形品３７の中央部の形状を矯正し、端部整形型５６で他方の端部３５のＺ形曲げの形状を矯正し、仕上り成形品６６を得る。
【００３７】
絞り成形品３７を矯正するので、熱間絞り成形工程で発生した変形部を元に戻すことができ、成形精度を維持することができる。同時に、矯正した後の仕上り成形品６６は温度による変形の影響を受けずに矯正した後の成形形状を保持する。従って、成形精度を維持することができる。
【００３８】
その上、絞り成形品３７が焼戻し温度まで下がった段階で絞り成形品３７の形状を整えるので、焼戻しのための加熱設備を設置する必要がなく、且つ昇温時間も発生せず、生産コストを抑えることができる。
【００３９】
図８（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る整形工程の第３説明図である。
（ａ）：絞り成形品３７の一方の端部３４を加工する。具体的には、型閉状態で、第３カム機構５７のシリンダ６７で型６８を前進（矢印方向）させ、型６８で端部３４をＺ形に曲げる。
【００４０】
（ｂ）：引続き、可動金型５２を第２段目の荷重Ｆ４（Ｆ４＞Ｆ３）で加圧し、外型６２のみを矢印▲８▼の如く下降させ、下降する駆動部６３で第３カム機構５７のポンチ７１を矢印▲９▼方向に駆動し、穴開け（ピアシング工程）を実施する。（ｃ）は穴開けの詳細を示し、端部３４の曲げ加工に続いて、端部３４にポンチ７１で穴７２を加工したことを示す。その後、型開を行うと、ポンチ７１はリターンスプリング７３で戻る。
【００４１】
なお、焼入れで２５０℃に達した時点〜図８の型開の時点までに要する所要時間をＰ２とし、焼戻しに必要な保持時間をＫ２としたときに、この所要時間Ｐ２と保持時間Ｋ２は、例えば、６０秒程度に設定するのが望ましい。
【００４２】
このように、整形工程で絞り成形品の端部３４を加工することにより、より複雑な形状を整形することができるとともに、より複雑な形状を整形工程の１工程に含めて加工することができる。従って、生産効率の向上を図ることができる。
【００４３】
また、熱間絞り成形工程の加熱温度５００〜５５０℃より低い温度２００〜２５０℃で塑性変形を行うので、成形精度を確保しやすい。
さらに、熱間絞り成形工程の加熱温度５００〜５５０℃より低い温度２００〜２５０℃で塑性変形を行うと、曲げ成形後の表面肌は荒くならず、仕上りをよくすることができる。
【００４４】
その上、絞り成形品３７を２００〜２５０℃の範囲の温度で、保持時間Ｋ２だけ保持するので、焼戻しを実施することができる。
【００４５】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る整形工程の第４説明図である。
（ａ）：成形した車体パネル７６を取り出す。具体的には、型開後、第１移動整形型５４をシリンダ７４で前進させ、第１移動整形型５４を離型する。同時に、第２移動整形型５５をシリンダ７５で前進させ、第２移動整形型５５を離型する。
（ｂ）：最後に、中央整形型５３から取り外し、車体パネル７６を得る。
【００４６】
次に、本発明に係る車体パネルの製造方法を線図で補足説明する。
図１０は本発明に係る車体パネルの製造方法の熱処理要領を示した線図であり、横軸を時間とし、縦軸を温度とした加熱線図である。
まず、ブランク材１５（図２参照）を所望の昇温速度で昇温し、昇温開始から時間Ｍ１で、温度を温度Ｔ１（例えば、５００℃）〜温度Ｔ２（例えば、５５０℃）の範囲内まで上げる。そのブランク材１５を固定金型１３に載せ（時間Ｍ２）、絞り成形し、時間Ｍ３で型開を実施する。この間において、温度Ｔ１〜温度Ｔ２の範囲内の温度を保持時間Ｋ１だけ保ち、溶体化処理を実施する。
【００４７】
型開後、急冷し、温度Ｔ４（例えば、２５０℃）まで降温して焼入れを行う。焼入れ後、整形用金型５０（図６参照）にセット（時間Ｍ５）し、整形し、時間Ｍ６で型開を実施する。この間において、温度Ｔ３（例えば、２００℃）〜温度Ｔ４の範囲内の温度を保持時間Ｋ２だけ保ち、焼戻しを実施する。
【００４８】
このように、成形加工（整形含む）と、アルミニウム合金の熱処理とを同時並行的に実施するので、工程を集約することができ、成形精度の向上を図るとともに、生産効率の向上を図ることができる。
【００４９】
尚、本発明の実施の形態に示した図２の絞り成形用金型１２、及び図６の整形用金型５０は一例であって、これに限定するものではない。例えば、絞り成形用金型１２及び整形用金型５０に各々加熱手段を設けてもよい。この場合、絞り成形用金型１２の加熱手段でブランク材１５の昇温、及び温度保持を実施してもよく、整形用金型５０の加熱手段でブランク材１５の温度保持を実施してもよい。
【００５０】
また、本発明の実施の形態に示した車体パネルの形状は一例であり、車体の位置によって車体パネルの形状は異なり、当然、絞り成形用金型１２、及び整形用金型５０の型は異なる。同様に、端部の曲げ形状は一例であり、これに限定しない。
【００５１】
ここでは、ブランクホルダをプレス機の一部としたが、ブランクホルダを金型の一部として構成した場合は、「ブランクホルダを有しない金型」を準備し、且つ使用するということになる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、所定の温度に加熱した状態のブランク材を位置規制部材にて位置決めしつつ固定金型に載せ、ブランク材の周縁部を非拘束で絞り成形する熱間絞り成形工程と、得られた絞り成形品が焼戻し温度まで下がった段階で整形用金型にて絞り成形品の形状を整える整形工程と、からなる。
整形工程で絞り成形品を整形するので、成形精度を向上させることができる。その結果、熱間絞り成形工程の際に、絞り成形品を冷却するための特別な冷却時間を設定する必要はなく、成形サイクルタイムを短縮することができるとともに、生産効率の向上を図ることができる。
【００５３】
また、熱間絞り成形工程では、加熱した状態のブランク材を位置規制部材にて位置決めしつつブランク材の周縁部を押えることなしに非拘束で絞り成形するので、ブランク材に周縁部を設けて挟む必要はない。その結果、板材の廃棄量が減少し、板材の歩留りを向上させることができる。
【００５４】
請求項２の整形工程では、絞り成形品を矯正するとともに、絞り成形品の端部を加工する。絞り成形品を矯正するので、熱間絞り成形工程で発生した変形部を元に戻すことができ、成形精度を維持することができる。
また、絞り成形品の端部を加工することにより、より複雑な形状を整形工程の１工程に含めて加工することができ、成形の範囲を拡大することができるとともに、生産効率の向上を図ることができる。
さらに、熱間絞り成形工程の加熱温度より低い温度で塑性変形を行うので、成形精度を確保しやすい。
【００５５】
請求項３の整形工程では、焼戻し温度を２００〜２５０℃の範囲に設定したので、所望の機械的性質を確保して変形を抑えることができ、成形精度の向上を図ることができる。また、同時並行的に、ブランク材の焼戻しを実施することができ、生産効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車体パネルの製造方法のフローチャート
【図２】本発明に係る熱間絞り成形工程の第１説明図
【図３】本発明に係る熱間絞り成形工程の第２説明図
【図４】本発明に係る熱間絞り成形工程の第３説明図
【図５】本発明に係る熱間絞り成形工程の第４説明図
【図６】本発明に係る整形工程の第１説明図
【図７】本発明に係る整形工程の第２説明図
【図８】本発明に係る整形工程の第３説明図
【図９】本発明に係る整形工程の第４説明図
【図１０】本発明に係る車体パネルの製造方法の熱処理要領を示した線図
【符号の説明】
１１…プレス機、２…絞り成形用金型、１３…固定金型、１４…可動金型、１５…ブランク材、２２…位置規制部材、３１…縁、３２…周縁部、３４…絞り成形品の端部（一方の端部）、３７…絞り成形品、５０…整形用金型、７６…車体パネル。
【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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【図９】
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【図１０】
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