(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみ時効性を有する鋼板から一体に形成されてなるテーパ状の中空管にスピニングあるいはスウェージングによるテーパを減らす縮管成形を施して、中空管の小径側に位置する一方の端部から大径側に位置する他方の端部にかけてひずみ勾配をもたせた後、この中空管を部品形状に成形するのに続いて熱処理を行って、上記一方の端部から上記他方の端部にかけて強度勾配を有する強度構造部材を製造することを特徴とする強度構造部材の製造方法。
【請求項２】
ひずみ時効性を有する鋼板から一体に形成されてなるテーパ状の中空管に小径側に位置する一方の端部の直径および板厚を維持したままスピニングあるいはスウェージングによるテーパを減らす縮管成形を施して、中空管の小径側に位置する一方の端部から大径側に位置する他方の端部にかけて漸次板厚が増加する板厚勾配をもたせた後、この中空管を部品形状に成形するのに続いて熱処理を行って、上記一方の端部から上記他方の端部にかけて板厚勾配および強度勾配を有する強度構造部材を製造することを特徴とする強度構造部材の製造方法。
【請求項３】
大径側の他方の端部の縮管率を８〜２５％とした請求項１または２に記載の強度構造部材の製造方法。
【請求項４】
小径側の一方の端部の縮管率を０〜２％とした請求項３に記載の強度構造部材の製造方法。
【請求項５】
小径側の一方の端部の相当ひずみを０．０３５以下とし、大径側の他方の端部の相当ひずみを０．０９以上とした請求項１ないし４のいずれかに記載の強度構造部材の製造方法。
【請求項６】
大径側の他方の端部における縮管成形前の板厚に対する板厚増加率を５％以上とした請求項５に記載の強度構造部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１，３〜６のいずれかに記載の強度構造部材の製造方法によって製造された強度構造部材であって、一方の端部から他方に端部にかけて強度勾配をもたせてあることを特徴とする強度構造部材。
【請求項８】
請求項２〜６のいずれかに記載の強度構造部材の製造方法によって製造された強度構造部材であって、一方の端部から他方の端部にかけて板厚勾配および強度勾配をもたせてあることを特徴とする強度構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車の構造部材として用いられて、衝突時の衝撃エネルギを吸収して衝撃を和らげるのに利用される強度構造部材の製造方法および強度構造部材に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような強度構造部材において、その素材となるブランク材は、板厚や強度が異なる板材同士をレーザ溶接やシーム溶接によって接合することによって形成される都合上、このブランク材に対してよりきめ細かな板厚分布と強度分布を与えようとする場合には、溶接する板の枚数を増やす必要がある。つまり、後の行程でプレス成形される１個のブランク材を形成するためには、何枚もの板材を溶接しなくてはならず、その分だけ、多くの溶接設備が必要になるという問題があった。
【０００３】
また、このような板厚や強度が異なる板材同士を接合してなるブランク材に対してプレス加工を施す場合には、１枚の板材にプレス加工を施す場合と比較してスプリングバックの挙動が複雑になるうえ、とくに、強度の高い板材あるいはヤング率の低い軽合金を使用する場合には、より大きなスプリングバックが発生するため、短時間に部品精度を確保することが困難であるという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題であった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、多くの溶接設備を必要とすることなく強度構造部材を製造することができ、加えて、プレス成形時のスプリングバックの挙動が単純でかつ短時間のうちに部品精度を確保することが可能である強度構造部材の製造方法および強度構造部材を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる強度構造部材の製造方法は、ひずみ時効性を有する鋼板から一体に形成されてなるテーパ状の中空管にスピニングあるいはスウェージングによるテーパを減らす縮管成形を施して、中空管の小径側に位置する一方の端部から大径側に位置する他方の端部にかけてひずみ勾配をもたせた後、この中空管を部品形状に成形するのに続いて熱処理を行って、上記一方の端部から上記他方の端部にかけて強度勾配を有する強度構造部材を製造する構成としたことを特徴としており、この強度構造部材の製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
本発明の請求項２に係わる強度構造部材の製造方法において、ひずみ時効性を有する鋼板から一体に形成されてなるテーパ状の中空管に小径側に位置する一方の端部の直径および板厚を維持したままスピニングあるいはスウェージングによるテーパを減らす縮管成形を施して、中空管の小径側に位置する一方の端部から大径側に位置する他方の端部にかけて漸次板厚が増加する板厚勾配をもたせた後、この中空管を部品形状に成形するのに続いて熱処理を行って、上記一方の端部から上記他方の端部にかけて板厚勾配および強度勾配を有する強度構造部材を製造する構成としたことを特徴としており、この強度構造部材の製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明の請求項３に係わる強度構造部材の製造方法において、大径側の他方の端部の縮管率を８〜２５％とした構成とし、本発明の請求項４に係わる強度構造部材の製造方法において、小径側の一方の端部の縮管率を０〜２％とした構成としている。
【０００８】
本発明の請求項５に係わる強度構造部材の製造方法において、小径側の一方の端部の相当ひずみを０．０３５以下とし、大径側の他方の端部の相当ひずみを０．０９以上とした構成とし、本発明の請求項６に係わる強度構造部材の製造方法において、大径側の他方の端部における縮管成形前の板厚に対する板厚増加率を５％以上とした構成としている。
【０００９】
一方、本発明の請求項７に係わる強度構造部材は、上記した強度構造部材の製造方法によって製造された強度構造部材であって、一方の端部から他方に端部にかけて強度勾配をもたせてある構成としたことを特徴としており、この強度構造部材の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
本発明の請求項８に係わる強度構造部材は、上記した強度構造部材の製造方法によって製造された強度構造部材であって、一方の端部から他方に端部にかけて板厚勾配および強度勾配をもたせてある構成としたことを特徴としており、この強度構造部材の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる強度構造部材の製造方法において、引張り強度が上昇するひずみ時効型の鋼板によってテーパ状の中空管を形成し、スピニングあるいはスウェージングによってこの中空管のテーパを減らす縮管成形を行うことにより、中空管の長手方向にひずみ分布と板厚分布を付与した後、このひずみ分布を有する中空管を部品形状に成形するのに続いて熱処理を行うことによって、小径側の一方の端部から大径側の他方の端部に向けて強度勾配および板厚分布を与えることが可能となる。
【００１２】
より詳しく述べると、例えば、小径側の一方の端部は強度が低く、縮管された大径側の他方の端部に向けて強度を大きくしたり、あるいは、強度に加えて板厚を大径側の他方の端部に向けて厚くした中空管を成形することができ、これによって、多数の板材を溶接することなく、ひずみ時効性を有する鋼板から一体に形成されてなる部材に板圧分布と強度分布を与えることが可能となる。
【００１３】
上記スピニングによって中空管の長手方向にひずみ分布を与えることは可能であるが、断面の大きさが変化する中空管の断面が大きな箇所に対して、より大きなひずみを与えたり、板厚の増肉を行ったりすることは、スピニング加工の性質上困難である。そこで、本発明に係わる強度構造部材の製造方法では、素材とする中空管にテーパを与えて、小さい断面の部分については絞り成形を行わず、大きな断面の部分を縮管して断面が大きい部分に大きなひずみと板厚増肉を形成する。
【００１４】
ここで、使用する鋼板としてひずみ時効性をほとんど持たない鋼板を用いると、加工硬化によって耐力は増加するが、強度が大きく上昇することは望めない。そこで、例えば、耐力のみならず強度も増加するひずみ時効性を有する材料を使用して、自動車の焼きつけ塗装工程における典型的な熱処理である１７０℃で２０分間の熱処理を行うことによって、より大きな耐力およびより大きな強度を大きなひずみを加えた部位に付与することが可能となり、したがって、異なる板厚および異なる強度レベルの材料同士を溶接等によって接合することなく、ひずみ時効性を有する鋼板から一体に形成されてなる１つの中空管に強度勾配、さらには板厚分布を与えることができる。
【００１５】
このようにして、テーパ付きの中空管をスピニング加工によって、断面の大きな箇所により大きな縮管成形を行い、この中空管に使用する鋼板に自動車の焼き付け塗装工程等において耐力および強度が上昇する鋼板を用いることで、長手方向に強度勾配を有する強度構造部材を得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係わる強度構造部材の製造方法によれば、上記した構成としているので、多くの溶接設備を用いることなく、一方の端部から他方の端部に向けて強度勾配を有する強度構造部材を製造することができるのに加えて、プレス成形時のスプリングバックの挙動を単純なものとすることができると共に、部品精度を短時間のうちに確保することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１７】
本発明に係わる強度構造部材の製造方法によって製造された強度構造部によれば、溶接設備をほとんど不要なものとすることができるうえ、プレス成形時におけるスプリングバックの挙動が単純化すると共に、部品精度が短時間のうちに確保されるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１９】
［実施例１］
図１は、本発明に係わる強度構造部材の製造方法の一実施例による製造工程を示している。
【００２０】
この実施例による強度構造部材の製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、引張り強度が４６０ＭＰａでかつ板厚が１．８ｍｍのひずみ時効性を有する鋼板Ｓを丸めて長さ５００ｍｍのテーパ管状に成形し、鋼板Ｓの端縁同士をシーム溶接で接合することによって、小径側の一方の端部１ａにおける直径が１００ｍｍで大径側の他方の端部１ｂにおける直径が１５０ｍｍのテーパ状の中空管１を形成する。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、スピニングローラＲ，Ｒを使用してこの中空管１にスピニング加工を行うことによって、図１（ｃ）に示すように、小径側の一方の端部２ａにおける直径が１００ｍｍで大径側の他方の端部２ｂにおける直径が１２０ｍｍのテーパ状の中空管２とする。
【００２２】
このとき、中空管２の板厚は、全長にわたって１．８ｍｍになった。また、中空管２の全長は、中空管１よりも長くなったが、素材としての鋼板Ｓの長さに比較すると、全長に対する縮管率、すなわち、各部位の直径とこれに対応する縮管前の各部位との直径の比が、図１（ｄ）のグラフに示すように、直線的に変化するように成形することができた。
【００２３】
なお、このときの縮管率は、３０％を超えるようにすることも可能であるが、ひずみ分布を与えたテーパ状の中空管２に対して後工程においてさらに成形加工を施すためには、縮管率を２５％以下に留めることが望ましい。さらに、ひずみ時効型の鋼板Ｓを用いている場合には、焼付け硬化処理後の強度の上昇は、縮管率で８％以上で最も効果的である。
【００２４】
従って、自動車のフロントサイドメンバのように前端部（図示左側の小径側端部）から優先的に変形させようとする強度構造部材では、最も変形を抑制したい後端部（図示右側の大径側端部）の縮管率は、８％から２５％の間が望ましい。相当ひずみとして表現するならば、０．０９以上とすることによって焼き付け硬化処理後の強度上昇が効果的となる。
【００２５】
変形が生じた場合に最も優先的に変形させたい前端部では、ひずみ硬化性材料を用いる特徴上、不必要に大きなひずみを加えることは好ましくない。相当ひずみ量として０．０３５以下に留めることによって、強度の大幅上昇を抑制することができる。また、前端部の縮管率は、０％〜２％とすることが好ましい。
【００２６】
次いで、液圧成形型により、初期液圧を１０ＭＰａとして、中空管２が液圧で拡管しないようにその後の液圧増加を２０ＭＰａ以下に制御しつつ中空管２のプレス成形を行って、図１（ｅ）に示すように、部品形状をなす中空角管３を得た、すなわち、一方の端部３ａの断面が６０ｍｍ×９０ｍｍの小さい四角形状をなしていると共に他方の端部３ｂの断面が８０ｍｍ×１００ｍｍの大きい四角形状をなす中空角管３を得た。
【００２７】
そして、図１（ｆ）に示すように、この中空角管３に対して１７０℃のオーブンで２０分間の熱処理を行った。このようにして製造した強度構造部材４において、一方の端部４ａ（図示左端部）のビッカース硬度はＨｖ＝２００であり、他方の端部４ｂ（図示右端部）のビッカース硬度はＨｖ＝２５０であって、全長にわたって強度分布を有しており、これにより、この実施例による強度構造部材の製造方法によって、一方の端部４ａから他方の端部４ｂに向けて強度勾配を有する強度構造部材４を製造可能であることが実証できた。
【００２８】
［実施例２］
図２は、本発明に係わる強度構造部材の製造方法の他の実施例による製造工程を示している。
【００２９】
この実施例による強度構造部材の製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、引張り強度が４６０ＭＰａでかつ板厚が１．８ｍｍのひずみ時効性を有する鋼板Ｓを丸めてテーパ管状に成形し、鋼板Ｓの端縁同士をシーム溶接で接合することによって、小径側の一方の端部２１ａにおける直径が１００ｍｍで大径側の他方の端部２１ｂにおける直径が１２５ｍｍのテーパ状の中空管２１を形成する。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示すように、スピニングローラＲ，Ｒを使用してこの中空管２１にスピニング加工を行うことによって、図２（ｃ）に示すように、小径側の一方の端部２２ａから大径側の他方の端部２２ｂにかけて直径を１００ｍｍで一定させた長さ４００ｍｍのストレート状の中空管２２とする。
【００３１】
このとき、中空管２２の一方の端部２２ａにおける板厚を１．８ｍｍとし、他方の端部２２ｂに向けて漸次板厚を増して他方の端部２２ｂの板厚が２．０ｍｍとなるように成形した。また、中空管２２の全長は伸びているが、素材としての鋼板Ｓの長さに比較すると、全長に対する板厚分布は、図２（ｄ）のグラフに示すように、直線的に変化するように成形することができた。
【００３２】
次いで、液圧成形型により、初期液圧を１０ＭＰａとして、中空管２２が液圧で拡管しないようにその後の液圧増加を２０ＭＰａ以下に制御しつつ中空管２２のプレス成形を行って、図２（ｅ）に示すように、部品形状をなす中空角管２３を得た、すなわち、断面が７５ｍｍ×７５ｍｍの四角形状をなしている中空角管２３を得た。
【００３３】
そして、図２（ｆ）に示すように、この中空角管２３に対して１７０℃のオーブンで２０分間の熱処理を行った。このようにして製造した強度構造部材２４において、一方の端部２４ａ（図示左端部）のビッカース硬度はＨｖ＝２００であり、他方の端部２４ｂ（図示右端部）のビッカース硬度はＨｖ＝２５０であって、全長にわたって強度分布および板厚分布を有しており、これにより、この実施例による強度構造部材の製造方法により、一方の端部２４ａから他方の端部２４ｂに向けて強度勾配および板厚勾配を有する強度構造部材２４を製造可能であることが実証できた。
【００３４】
［実施例３］
図３は、本発明に係わる強度構造部材の製造方法のさらに他の実施例による製造工程を示している。
【００３５】
この実施例による強度構造部材の製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、引張り強度が４６０ＭＰａでかつ板厚が１．８ｍｍのひずみ時効性を有する鋼板Ｓを丸めて長さ５００ｍｍのテーパ管状に成形し、鋼板Ｓの端縁同士をシーム溶接で接合することによって、小径側の一方の端部３１ａにおける直径が１００ｍｍで大径側の他方の端部３１ｂにおける直径が１５０ｍｍのテーパ状の中空管３１を形成する。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、スピニングローラＲ，Ｒを使用してこの中空管３１にスピニング加工を行うことによって、図３（ｃ）に示すように、小径側の一方の端部３２ａにおける直径が１００ｍｍで大径側の他方の端部３２ｂにおける直径が１２０ｍｍのテーパ状の中空管３２とする。
【００３７】
このとき、中空管３２の一方の端部３２ａにおける板厚を１．８ｍｍとし、他方の端部３２ｂに向けて漸次板厚を増して他方の端部３２ｂの板厚が２．０ｍｍとなるように成形した。また、素材の長さに対する中空管３２の全長の板厚分布は、図３（ｄ）のグラフに示すように、直線的に変化するように成形することができた。
【００３８】
次いで、液圧成形型により、初期液圧を１０ＭＰａとして、中空管３２が液圧で拡管しないようにその後の液圧増加を２０ＭＰａ以下に制御しつつ中空管３２のプレス成形を行って、図３（ｅ）に示すように、部品形状をなす中空角管３３を得た、すなわち、すなわち、一方の端部３３ａの断面が６０ｍｍ×９０ｍｍの小さい四角形状をなしていると共に他方の端部３３ｂの断面が８０ｍｍ×１００ｍｍの大きい四角形状をなす中空角管３３を得た。
【００３９】
そして、図３（ｆ）に示すように、この中空角管３３に対して１７０℃のオーブンで２０分間の熱処理を行った。このようにして製造した強度構造部材３４において、一方の端部３４ａ（図示左端部）のビッカース硬度はＨｖ＝２００であり、他方の端部３４ｂ（図示右端部）のビッカース硬度はＨｖ＝２５５であって、全長にわたって強度分布および板厚分布を有しており、これにより、この実施例による強度構造部材の製造方法により、一方の端部３４ａから他方の端部３４ｂに向けて強度勾配および板厚勾配を有する強度構造部材３４を製造可能であることが実証できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる強度構造部材の製造方法の一実施例による製造工程説明図（ａ）〜（ｆ）である。
【図２】本発明に係わる強度構造部材の製造方法の他の実施例による製造工程説明図（ａ）〜（ｆ）である。
【図３】本発明に係わる強度構造部材の製造方法のさらに他の実施例による製造工程説明図（ａ）〜（ｆ）である。
【符号の説明】
１，２１，３１  テーパ状の中空管
２，２２，３２  縮管成形後の中空管
２ａ，２２ａ，３２ａ  縮管成形後の中空管の小径側に位置する一方の端部
２ｂ，２２ｂ，３２ｂ  縮管成形後の中空管の大径側に位置する一方の端部
３，２３，３３  部品形状に成形した中空角管
４，２４，３４  強度構造部材
４ａ，２４ａ，３４ａ  強度構造部材の一方の端部
４ｂ，２４ｂ，３４ｂ  強度構造部材の他方の端部
【図１】
0003811947.tif 000002
【図２】
0003811947.tif 000003
【図３】
0003811947.tif 000004