(57)【要約】    【課題】安価で簡単に減厚部を有する金属板を形成し、この金属板を用いて成形部品を形成することにより厚肉の板材であっても良好な溶接作業が可能となる成形部品の製造方法と装置を提供する。    【解決手段】所定肉厚を有する金属板の所定位置に減厚部を鍛造により連続的あるいは間歇的に形成し、金属板を所定形状にプレス成形し、この金属板と他の金属板を重ね合せ減厚部に溶接を施し接合し、自動車のサスペンション部品や車体骨格部品などの溶接品質の向上、高剛性化、寸法精度向上を図ることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定肉厚を有する金属板の所定位置に減厚部を連続的あるいは間歇的に形成する鍛造工程と、前記金属板を所定形状に成形するプレス工程と、前記金属板と他の金属板を重ね合せ前記減厚部に溶接を施し接合する工程と、を有する成形部品の製造方法。
【請求項２】
前記鍛造工程は、冷間、温間又は熱間の少なくても一つの温度域で前記減厚部を形成することを特徴とする請求項１に記載の成形部品の製造方法。
【請求項３】
前記温間又は熱間の鍛造工程は、前記金属板を全体的又は局部的に加熱することを特徴とする請求項２に記載の成形部品の製造方法。
【請求項４】
前記鍛造及びプレス成形された金属板は、全体あるいは少なくとも前記減厚部の一部を加工硬化させることにより硬度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項５】
前記鍛造及びプレス成形された前記金属板は、全体あるいは少なくとも前記減厚部の一部を冷却することにより硬度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項６】
前記鍛造工程とプレス工程は、同一のダイセット内で行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項７】
前記鍛造工程とプレス工程は、同時に行なうことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項８】
前記接合工程は、電気抵抗溶接である請求項１〜７のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項９】
前記接合工程は、レーザ溶接である請求項１〜７のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項１０】
前記成形部品は、自動車のサスペンション部品若しくは車体骨格部品である請求項１〜９のいずれかに記載の成形部品の製造方法。
【請求項１１】
所定肉厚を有する金属板の所定位置に減厚部を連続的あるいは間歇的に形成する一対の鍛造型と、前記金属板を所定形状に成形するプレス型と、前記金属板と他の金属板を重ね前記減厚部に溶接を施し接合する接合手段と、を有する成形部品の製造装置。
【請求項１２】
前記鍛造型は、冷間、温間又は熱間の少なくても一つの温度域で前記減厚部を形成することを特徴とする請求項１１に記載の成形部品の製造装置。
【請求項１３】
前記鍛造型は、全体的又は局部的に加熱した前記金属板を温間又は熱間鍛造することを特徴とする請求項１２に記載の成形部品の製造装置。
【請求項１４】
前記成形された金属板は、全体あるいは少なくとも前記減厚部の一部を加工硬化させることにより硬度を制御することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の製造装置。
【請求項１５】
前記プレス型は、前記減厚部の少なくとも一部を冷却し当該増肉部の硬度を制御する冷却手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の成形部品の製造装置。
【請求項１６】
前記プレス型は、前記鍛造型を用いてプレス成形することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の製造装置。
【請求項１７】
前記接合手段は、電気抵抗溶接機である請求項１１〜１６のいずれかに記載の成形部品の製造装置。
【請求項１８】
前記接合手段は、レーザ溶接機である請求項１１〜１６のいずれかに記載の成形部品の製造装置。
【請求項１９】
前記成形部品は、自動車のサスペンション部品若しくは車体骨格部品を形成するものである請求項１１〜１８のいずれかに記載の成形部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚肉の板材であっても良好な溶接作業が可能となる成形部品の製造方法と、その装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車における成形部品としては、例えば、サスペンション部品や車体骨格部品などがあるが、これらは、ますます安全上の理由により高強度・高剛性化が必要になっている。車体骨格の高強度化や高剛性化は、高強度な高張力鋼板の使用やレインフォースを張るなどの対応がなされているが、高張力鋼板の多用は、高強度化には寄与できるものの高剛性化が課題となる。高剛性化は、厚肉の高強度鋼板を採用すればよいが、厚板の高強度鋼板の電気抵抗溶接は、品質的にも技術的にも困難で、板厚を限定して使用しているのが現状である。
【０００３】
また、電気抵抗溶接において、溶接のズレは、車体組み付け寸法精度に大きく影響することから、所定に位置に正確に行なわれることが望ましいが、現状の電気抵抗溶接では、いわゆる打点の寸法的な目標値がなく、初期の設定値が継続されるため、精度的に不十分となる虞がある。
【０００４】
この点に着目して最近提案されたものに下記特許文献１がある。この特許文献１では、重ね合わせた板材の一方にプレスにより薄肉部を形成し、この薄肉部にレーザビームを照射し溶接する板材の溶接構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−７１４６５号公報（要約、段落番号「００１９」、図６など参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の溶接構造は、パーソナルコンピュータのヘッドサスペンション用のものであり、極めて薄肉の板材であり、自動車用としては実用的でないばかりでなく、薄肉部の形成がプレスやパーシャルエッチングであるため、高精度のプレス型やエッチング装置を必要とし、極めて高価なものとなり、工数が増加し、製造コストが増大する虞がある。
【０００６】
また、レーザ溶接を車体で主に用いられている亜鉛メッキ鋼板に使用すると、レーザ溶接時に亜鉛が溶融金属中で気化し、ブローホールとなり溶接品質を極端に低下させるおそれもある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、安価で簡単に減厚部を有する金属板を形成し、この金属板を用いて成形部品を形成することにより厚肉の板材であっても良好な溶接作業が可能となる成形部品の製造方法と装置を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、所定肉厚を有する金属板の所定位置に減厚部を連続的あるいは間歇的に形成する鍛造工程と、前記金属板を所定形状に成形するプレス工程と、前記金属板と他の金属板を重ね合せ前記減厚部に溶接を施し接合する工程と、を有する成形部品の製造方法である。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１１に記載の発明は、所定肉厚を有する金属板の所定位置に減厚部を連続的あるいは間歇的に形成する一対の鍛造型と、前記金属板を所定形状に成形するプレス型と、前記金属板と他の金属板を重ね前記減厚部に溶接を施し接合する接合手段と、を有する成形部品の製造装置である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１，１１に記載の発明によれば、所定肉厚を有する金属板の所定位置に鍛造により連続的あるいは間歇的に減厚部を形成するので、簡単で安価に減厚部を形成できる。また、成形した成形部品と他の金属板を重ね、減厚部を基準にして溶接を行なうと、溶接後の寸法精度のズレを抑制し、溶接精度も向上し、亜鉛メッキ鋼板などをレーザ溶接する場合には気化亜鉛などに起因するブローホールが生じにくく、溶接品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係る成形方法により成形した成形部品を示す斜視図、図２は図１の２−２線に沿う断面図、図３（Ａ）は成形型に金属板をセットした状態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図、図４（Ａ）は前記成形型によるプレス状態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図、（Ｃ）は成形部品の要部斜視図である。
【００１３】
図１において、本実施形態の成形部品Ｗ１は、鋼板、アルミニウム合金板あるいはマグネシュウム合金板、亜鉛メッキ鋼板などの金属板（以下成形素材Ｐ）が使用され、成形素材Ｐの所定位置に鍛造により減厚部Ｇを連続的あるいは間歇的に形成すると共に全体を、フランジ部Ｆと溝状部Ｍとを有する軸直角断面がハットチャンネル状にプレス成形したものである。そして、図４に示すように、この成形部品Ｗ１を他の成形部品Ｗ２と重ね合せて溶接接合し、自動車のサスペンション部品あるいは車体骨格部品としている。
【００１４】
さらに詳述する。本実施形態に係る成形部品の製造装置は、図３，４に示すように、鍛造型とプレス型の両機能を有する上下一対の成形型４，５を有している。
【００１５】
成形型４，５は、ブランクホルダ部６，７をそれぞれ有し、上成形型４のポンチ部８が下成形型５の凹部９に入り込み、成形する構成となっている。下成形型５のブランクホルダ部７には、成形部品Ｗ１に減厚部Ｇを形成するための、平面が円弧状の凸部１０が所定間隔に間歇的に形成されている。凸部１０は、必ずしも間歇的のみでなく、連続的に形成してもよく、間歇的なものと連続的なものを併有するものであってもよい。また、間歇的あるいは連続的如何に拘わらず、段付きの凸部１０であってもよい。
【００１６】
成形型４，５間に供給される成形素材Ｐは、予め減厚部Ｇを形成する部分が加熱された状態であることが好ましい。減厚部Ｇに対応する部分のみの局部的な加熱のみでなく、全体的に加熱されたものであってもよい。加熱手段としては、成形素材Ｐを加熱し軟化させることができるものであれば、どのような手段であってもよいが、例えば、電気炉などの加熱炉、電気ヒータ、接触式又は非接触式の高周波誘導加熱などを使用できる。
【００１７】
成形型４，５の凸部１０の直近位置には、冷却部材１１が設けられている。冷却部材１１としては、成形素材Ｐあるいは減厚部Ｇを、全体的あるいは部分的に冷却し、減厚部Ｇの硬度を全体的あるいは部分的に高めることができれば、どのようなものであってもよいが、例えば、冷凍機の冷媒配管などを使用することができる。
【００１８】
なお、ポンチ部８の先端面や凹部９の型面は、図１の成形部品Ｗを形成するものであるため、３次元に変形した構造を有している。
【００１９】
この製造装置により成形部品Ｗを形成する方法を説明する。まず、電気炉などの加熱炉で成形素材Ｐを加熱する。加熱する部分は、減厚部Ｇが形成されるフランジ部Ｆのみであってもよく、成形素材Ｐを全体的に加熱してもよい。この状態で、図３（Ａ）に示すように、成形型４，５間に成形素材Ｐをセットし、成形型４，５を作動すると、図４（Ａ）に示すように、成形素材Ｐが加圧成形される。
【００２０】
この成形は、ブランクホルダ部６，７の凸部１０により成形素材Ｐに鍛造を施し減厚部Ｇを形成する工程と、ブランクホルダ６，７が成形素材Ｐを拘束した状態で、上成形型４のポンチ部８が下成形型５の凹部９に入り込み、両型間で圧造する工程と、により行なわれる。
【００２１】
減厚部Ｇを鍛造により成形すれば、成形素材Ｐのフランジ部下面に、図４（Ｃ）に示すような円弧状凹部である減厚部Ｇが極めて簡単に形成でき、プレスすれば、底面部２が肉厚変化することなく側面部１が絞られ、成形素材Ｐ略全体が所定形状に成形される。
【００２２】
この成形時において、成形素材Ｐのフランジ部Ｆは、成形型４，５に設けられた冷却部材１１により全体的又は局部的に急速冷却されるので、フランジ部Ｆに形成された減厚部Ｇの硬度が部分的あるいは全体的に増大し、高強度化する。なお、減厚部Ｇの硬度は、冷却時間あるいは冷却温度などを制御することにより所望の硬度に制御可能である。
【００２３】
例えば、成形素材Ｐとして、炭素量が０．２％前後で引張り強さ４４０Ｍｐａ級の熱延鋼板を用い、これを全体的又は局部的にオーステナイト領域に加熱した後、成形時に急速冷却すると、１２００ＭＰａ程度の引張強さを有するものとなる。
【００２４】
このようにして形成された成形部品Ｗは、底面部２の肉厚変化が抑えられ、フランジ部Ｆに硬度のある減厚部Ｇを有する、高剛性でかつ高強度なハットチャンネル状のものに成形される。なお、減厚部Ｇの硬度の増大は、冷却部材１１により成形素材Ｐの冷却のみでなく、減厚部Ｇの表面を加工硬化させ、所望の硬度に制御してもよい。
【００２５】
図５は前述の成形部品Ｗから形成した自動車のサスペンション部品を示す斜視図である。自動車のサスペンション部品あるいは車体骨格部品を形成するには、図５に示すように、２つの成形部品Ｗ１，Ｗ２を上下に重ね合わせ、溶接により接合する。溶接は、電気抵抗溶接あるいはレーザ溶接などを使用することができる。
【００２６】
電気抵抗溶接は、電気抵抗溶接機によりスポット的に行なわれるが、接合時において、フランジ部Ｆに形成した減厚部Ｇを基準に電気抵抗溶接機を制御し溶接する。
【００２７】
凸部１０により鍛造成形された減厚部Ｇを有する成形部品Ｗ１は、減厚部Ｇが形成されていない他の成形部品Ｗ２と溶接するとき、減厚部Ｇを基準に電気抵抗溶接機を移動させて溶接することができるので、図６（Ｂ）（Ｃ）に一点鎖線Ｋで示すように、いわゆる打点がズレることはなく、正確に溶接できる。また、成形されたサスペンション部品などは、成形部品Ｗ１，Ｗ２のフランジ部Ｆに硬度のある減厚部Ｇで接合することになるので、接合強度を大幅に向上させることができる。この結果、自動車の車体やサスペンション部品の溶接品質が向上するのみでなく、自動車の高剛性化、自動車骨格の寸法精度向上ひいては、原価低減に大きく貢献することができる。
【００２８】
ここにおいて、相互に溶接された成形部品Ｗ１，Ｗ２の剥離強度を検証した。図６（Ａ）は減厚部のない状態で電気抵抗溶接を施したフランジ部の斜視図、図６（Ｂ）は減厚部を形成した状態で電気抵抗溶接を施したフランジ部の斜視図、図６（Ｃ）はフランジ部の変形例を示す斜視図、図７は、減厚部を形成した鋼板と形成していない鋼板の剥離強度の実験結果を示すグラフである。
【００２９】
例えば、引張り強さ３７０ＭＰａ級の同板厚の鋼板を用い、板厚を０．５〜４．０ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで変化させ、電気抵抗溶接で形成きれるナゲットの径が板厚の平方根に所定の係数を掛けた一定の値を有するように電気抵抗溶接を行ない、両鋼板の剥離強度調べる実験を行なった。
【００３０】
図７に示すように、減厚部Ｇを形成していないもの（図６Ａ参照）では、図６（Ａ）に一点鎖線Ｋで示すように、打点のズレが生じるのみでなく、板厚が３ｍｍ以上で剥離強度が急激に低下した。剥離強度の低下は、溶接設備能力が限界に達し、良好なナゲットが形成できなくなったことによるものである。これに対し、連続的な減厚部Ｇを形成したもの（図６Ｂ参照）では、元板厚が３ｍｍを超える場合でも、鍛造により減厚部Ｇを形成し、板厚を３ｍｍに制御することにより、設備能力を変更することなく剥離強度は３ｍｍと同等の剥離強度を得ることが可能であることが判明した。また、図６（Ｂ）の一点鎖線Ｋで示すように、打点のズレも見られなかった。この効果は、図６（Ｃ）に示す段付き減厚部Ｇでも同一の効果が得られた。
【００３１】
次に、亜鉛めっき鋼板を用いた成形部品Ｗ１，Ｗ２にレーザ溶接を施す実験を行なった。図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は一方の成形部品Ｗ１に減厚部Ｇを形成してレーザ溶接する状態を示す断面図である。
【００３２】
本実験では、３ｍｍの板厚の亜鉛めっき鋼板からなる成形部品Ｗ１のフランジ部Ｆの上面に減厚部Ｇを形成し、この減厚部Ｇを覆うように同様の成形部品Ｗ２を重ね合わせた状態とした。レーザ溶接すると、レーザ光（矢印参照）により亜鉛メッキ鋼板が溶融し、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように溶接された。
【００３３】
レーザ溶接時には、亜鉛メッキが気化するが、気化した亜鉛ガスが外部に逃げなければ、再凝固するときに溶融金属中に巻き込まれ、凝固後にブローホールとなり、接合強度を大幅に低下させる原因となる。したがって、減厚部Ｇを形成していない亜鉛めっき鋼板の場合は、気化したガスの逃げ場がないので、ブローホールが生じやすく、接合強度も低下する。
【００３４】
しかし、減厚部Ｇを形成した場合は、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、気化した亜鉛が減厚部Ｇに沿って外部に排気され、亜鉛メッキしていない無処理鋼板と同様、良好な溶接品質や強度を得ることができる。
【００３５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態では、温間又は熱間の鍛造であるが、冷間で行ってもよく、また、鍛造工程の後に、同一のダイセットを用いて鍛造とプレスを殆ど同時に行なっているが、これのみでなく、それぞれ異なるダイセットを使用し、鍛造工程後にプレス工程を行なってもよい。
【００３６】
プレス加工に関しても、単に曲げプレスのみでなく、絞り、張り出し、穴あけなどのプレス成形工程を組み合わせて行なってもよく、減厚部Ｇも所望の部位に少なくとも１箇所以上成形すればよい。
【００３７】
さらに、前述した実施形態のものは、軸直角断面が矩形状をしたものであるが、これのみに限定されるものではなく、種々の断面形状をしたものにも適用可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、高剛性でかつ高強度な自動車のサスペンション部品などを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る成形方法により成形した成形部品を示す斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】（Ａ）は成形型に金属板をセットした状態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は成形型によるプレス状態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図、（Ｃ）は成形部品の要部斜視図である。
【図５】成形部品から形成した自動車のサスペンション部品を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）は減厚部のない状態で電気抵抗溶接を施したフランジ部の斜視図、（Ｂ）は減厚部を形成した状態で電気抵抗溶接を施したフランジ部の斜視図、（Ｃ）はフランジ部の変形例を示す斜視図である。
【図７】減厚部を形成した鋼板と形成していない鋼板の剥離強度の実験結果を示すグラフである。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は一方の成形部品に減厚部を形成してレーザ溶接する状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
４，５…成形型（鍛造型、プレス型）、
１１…冷却手段、
Ｆ…フランジ、
Ｇ…減厚部、
Ｐ…成形素材、
Ｗ１，Ｗ２…成形部品。
【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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