CN107614139B

CN107614139B - 压制成形品及其设计方法

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Publication number: CN107614139B
Application number: CN201680028467.4A
Authority: CN
Inventors: 斋藤雅宽; 中泽嘉明; 大塚研一郎; 伊藤泰弘; 泰山正则; 德永仁寿
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2019-05-10
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: KR20180010227A; RU2688112C1; CN107614139A; ES2774475T3; JPWO2016190083A1; EP3278896A4; WO2016190083A1; JP6439868B2; EP3278896B1; MX2017014727A; KR102036750B1; CA2984746A1; CA2984746C; EP3278896A1; US10695815B2; US20180126439A1

Abstract

压制成形品是通过压制加工由对多个金属板进行对接焊接而成的拼焊板成形得到的。压制成形品具有凸缘部(10b)和圆弧状区域(14)，该圆弧状区域(14)在凸缘部(10b)的区域内通过拉伸翻边变形而形成，并且该圆弧状区域(14)的内周缘(14b)是开放的。拼焊板的焊接线(L)与圆弧状区域(14)的内周缘(14b)和外周缘(14a)交叉。焊接线(L)与拉伸翻边变形的最大主应变方向所成的角度θ为17°～84°。

Description

压制成形品及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种通过压制加工由金属板的原料成形得到的压制成形品(以下也简称为“成形品”)。特别是，本发明涉及含有利用拉伸翻边(stretch flanging)变形而形成的凸缘部的压制成形品以及该成形品的设计方法。

背景技术

在构成汽车的车身的汽车用骨架零件(以下也简称为“骨架零件”)中，推进轻型化以及高功能化(例如：耐碰撞性能的提高)。因此，使用拼焊板作为骨架零件的原料。拼焊板是将拉伸强度、板厚等不同的多个金属板通过接合(例如：对接焊接)形成为一体而得到的构件。以下，也将这种拼焊板称为TWB。通过对TWB进行压制加工，获得压制成形品。根据需要对压制成形品进行切边和整形加工等而精加工成期望的形状。

例如，前柱和侧梁是骨架零件的复合体。前柱配置在车身的前侧，并沿上下方向延伸。侧梁配置在车身的下部，并沿前后方向延伸。前柱的下端部与侧梁的前端部彼此结合在一起。这里，作为前柱的构造，有时采用上下分开的构造。在该情况下，将上部称为前柱上部，将下部称为前柱下部。前柱上部的下端部与前柱下部的上端部彼此结合在一起。

前柱下部例如包括前柱下部外加强件(以下也简称为“外加强件”)、前柱下部内加强件(以下也简称为“内加强件”)和前柱下部加强件(以下也简称为“加强件”)来作为骨架零件。外加强件配置在车宽方向的外侧。内加强件配置在车宽方向的内侧。加强件配置在外加强件与内加强件之间。上述这些构件中的外加强件沿长度方向呈L字形弯曲，并且截面形状在长度方向的整个区域为帽子形状。通常，外加强件为压制成形品。

图1A和图1B是表示作为压制成形品的前柱下部外加强件的一个例子的示意图。上述图中，图1A表示俯视图，图1B表示图1A的A-A剖视图。另外，为了使形状容易理解，在图1A中用附图标记“S”表示与侧梁结合的一侧，用附图标记“U”表示与前柱上部结合的一侧。

如图1A所示，前柱下部外加强件10包括沿长度方向呈L字形弯曲的弯曲部位(参照图1A中的用双点划线围成的区域)13以及分别与该弯曲部位13的两端相连的第1部位11和第2部位12。第1部位11自弯曲部位13朝向汽车的前进方向的后方地呈直线状伸出，与侧梁结合。第2部位12自弯曲部位13朝向上方地呈直线状伸出，与前柱上部结合。

另外，如图1B所示，外加强件10的截面形状在从与前柱上部结合的端部到与侧梁结合的端部的长度方向上的整个区域为帽子形状。因此，构成外加强件10的弯曲部位13、第1部位11以及第2部位12均包括顶板部10a、第1纵壁部10b、第2纵壁部10c、第1凸缘部10d以及第2凸缘部10e。第1纵壁部10b与顶板部10a的两侧部中的成为弯曲内侧的一侧部的整个范围相连。第2纵壁部10c与顶板部10a的两侧部中的成为弯曲外侧的一侧部的整个范围相连。第1凸缘部10d与第1纵壁部10b相连。第2凸缘部10e与第2纵壁部10c相连。

在这种前柱下部外加强件10的制造中可以使用TWB。关于由TWB成形压制成形品的方法，有下述的现有技术。

日本特开2006-198672号公报(专利文献1)公开了一种使压制加工时作用于TWB的焊接线附近的负荷减轻的技术。在专利文献1中记载了：在该技术中，在TWB的与焊接线稍微分开的位置设有缺口。在压制加工时，在焊接线附近产生的应变被缺口分散，成形品的成形性提高。

日本特开2001-1062号公报(专利文献2)公开了一种对由拉伸强度和板厚不同的2个金属板构成的TWB实施压制加工的技术。在专利文献2中记载了：在该技术中，在对非TWB的单一的金属板进行压制加工时产生应变的梯度的部分配置有TWB的焊接线。并且，在应变较大的一侧配置有高强度的金属板，并且在应变较小的一侧配置有低强度的金属板。由此，在深拉深、胀形等压制加工中减小应变。结果，在低强度侧的金属板产生的母材的裂纹得到抑制，成形品的成形性得到提高。

日本特开2002-20854号公报(专利文献3)公开了一种对由拉伸强度和延展性为相同程度的2个金属板构成的TWB实施压制加工的技术。在专利文献3中记载了：在该技术中，对通过压制加工获得的成形品的特定部位实施渗氮等热处理，该特定部位被加强。在进行热处理前的压制加工时，金属板的变形阻力均等，因此成形品的成形性得到提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-198672号公报

专利文献2：日本特开2001-1062号公报

专利文献3：日本特开2002-20854号公报

发明内容

发明要解决的问题

在压制加工时，有时，主要与压制成形品的形状对应地，坯料(金属板)的一部分发生拉伸翻边变形。拉伸翻边变形是如下这样的变形形态：随着加工工具(模具)的向坯料的进入移动，坯料在沿着加工工具的移动方向的方向上伸长，同时在与该移动方向垂直的周向上伸长。

例如如上述图1A和图1B所示，使用阴模和冲头作为加工工具，制造沿长度方向呈L字形弯曲且截面形状为帽子形状的压制成形品(前柱下部外加强件10)。在压制成形品的制造中，根据需要使用压料圈。压料圈与冲头相邻地配置。在压制加工时，将坯料的缘部夹入在压料圈与阴模之间，抑制坯料的不定形的变形。另外，在压制成形品的制造中，有时也使用垫板。垫板在阴模的内部与冲头相对配置。在压制加工时，将坯料夹入在垫板与冲头之间，抑制坯料的不定形的变形。

当进行上述图1A和图1B所示的压制成形品的成形时，第1凸缘部10d的区域中的位于弯曲部位13的弯曲内侧的圆弧状区域14在沿圆弧的径向(弯曲部位的宽度方向)伸长的同时，沿圆弧的周向(弯曲部位的长度方向)伸长。即，该圆弧状区域14利用拉伸翻边变形来形成。

以往，在使用TWB制造压制成形品的情况下，TWB的焊接线以避开进行拉伸翻边变形的区域(以下也称为“拉伸翻边变形场所”)的方式配置。这是因为，若将焊接线配置在拉伸翻边变形场所，则由于焊接金属与母材金属板的相互的变形阻力不同而引起在焊接线与母材金属板之间产生裂纹。

因而，以往，在上述图1A和图1B所示的压制成形品中，将焊接线的配置位置限定在侧梁侧S的第1部位11的区域或前柱上部侧U的第2部位12的区域。这是因为，弯曲部位13的区域包括成为拉伸翻边变形场所的圆弧状区域14。因此，使用了TWB的压制成形品的设计自由度受到限制。

对于上述这样的问题，在专利文献1的技术中，设在TWB上的缺口会残留在压制加工后的成形品上。因此，通过切边将缺口去除是必不可少的。于是，难以减少制造工序。

在专利文献2的技术中，需要将高强度的金属板配置在应变较大的一侧，并且将低强度的金属板配置在应变较小的一侧。因此，可能妨碍轻型化和高功能化。另外，关于TWB的焊接线的配置位置，在专利文献2中也仅有如下记载。将TWB的焊接线配置在距在对单一的坯料进行压制加工时产生裂纹的部位5mm～10mm以上且200mm以内的部分。

在专利文献3的技术中，需要对压制加工后的成形品实施渗氮等热处理。因此，不仅被强加了过大的热处理成本的负担，还增加了制造工序。

总之，专利文献1～专利文献3中任一者的技术均无法简单地实现压制成形品的设计自由度的提高。

本发明是鉴于上述这种状况而做成的。本发明的目的在于提供具有下述的特性的压制成形品及其设计方法：

提高由TWB成形得到的压制成形品的设计自由度。

用于解决问题的方案

本发明的一实施方式的压制成形品由对多个金属板进行对接焊接而成的拼焊板形成。压制成形品包括凸缘部和在凸缘部的区域内内周缘开放的圆弧状区域。拼焊板的焊接线与圆弧状区域的内周缘和圆弧状区域的外周缘交叉。焊接线与最大主应变方向所成的角度为17°～84°。

本发明的一实施方式的设计方法是所述的压制成形品的设计方法。在设计压制成形品时，以在压制加工过程中焊接线的宽度方向中央处的沿着焊接线的方向上的应变dε_WLy’与金属板的焊接线附近的沿着焊接线的方向上的应变dε_BMy’的相对差为0.030以下的方式配置焊接线。

发明的效果

本发明的压制成形品及其设计方法具有下述的显著的效果：

能够提高由TWB成形得到的压制成形品的设计自由度。

附图说明

图1A是示意地表示作为压制成形品的前柱下部外加强件的一个例子的俯视图。

图1B是图1A的A-A剖视图。

图2是作为本实施方式的压制成形品、示意地表示前柱下部外加强件的一个例子的俯视图。

图3是示意地表示在制造图2所示的前柱下部外加强件时使用的TWB的俯视图。

图4是将图2所示的前柱下部外加强件的弯曲部位的弯曲内侧的区域放大表示的立体图。

图5是表示在拉伸翻边变形场所的应变的产生状况的示意图。

图6A是示意地表示为了研究在平面应变变形场所(拉伸翻边变形场所)的焊接线的配置而进行的FEM分析的概要的图，是表示包含模具在内的分析模型的立体图。

图6B是表示图6A的分析模型中的坯料的形状的俯视图。

图6C是表示使用图6A的分析模型成形得到的成形品的形状的立体图。

图7是表示由扩孔试验得到的压制成形品的立体图，该扩孔试验是为了研究在单轴拉伸变形场所(拉伸翻边变形场所)的焊接线的配置而进行的。

图8是表示因图7所示的压制成形品的拉伸翻边变形而导致的应变的产生状况的示意图。

图9是表示焊接线的角度γ与母材金属板的r值的相关性的图。

图10是示意地表示扩孔试验的概要的剖视图。

图11是表示用在扩孔试验中的TWB的俯视图。

图12A是表示由扩孔试验得到的代表性的压制成形品的外观的照片，表示焊接线第2角度γ为大约43°的情况。

图12B是表示由扩孔试验得到的代表性的压制成形品的外观的照片，表示焊接线第2角度γ为大约58°的情况。

图12C是表示由扩孔试验得到的代表性的压制成形品的外观的照片，表示焊接线第2角度γ为大约68°的情况。

图12D是表示由扩孔试验得到的代表性的压制成形品的外观的照片，表示焊接线第2角度γ为大约90°的情况。

图13是示意地表示碰撞试验的概要的俯视图。

图14A是表示用在碰撞试验中的比较例1的前柱下部外加强件的俯视图。

图14B是表示用在碰撞试验中的本发明例1的前柱下部外加强件的俯视图。

图14C是表示用在碰撞试验中的比较例2的前柱下部外加强件的俯视图。

图15A是表示碰撞试验的试验结果的图，表示前柱下部外加强件的吸收能。

图15B是表示碰撞试验的试验结果的图，表示前柱下部外加强件的每单位体积的吸收能。

图16A是作为比较例3，表示用在压制成形中的坯料的形状和用在该坯料的制作中的切边加工前的金属板的形状的示意图。

图16B是作为比较例4，表示用在压制成形中的坯料的形状和用在该坯料的制作中的切边加工前的金属板的形状的示意图。

图16C是作为本发明例2，表示用在压制成形中的坯料的形状和用在该坯料的制作中的切边加工前的金属板的形状的示意图。

图16D是作为比较例5，表示用在压制成形中的坯料的形状和用在该坯料的制作中的切边加工前的金属板的形状的示意图。

图17是表示在本发明例2以及比较例3～比较例5的各个例子中通过切边加工去除的坯料的面积的图。

图18是表示WL焊接线方向应变dε_WLy’相对于最大主应变dεx的比例χ与应变比β之间的关系的一个例子的图。

具体实施方式

本发明人为了达到所述目的，进行了各种试验，反复潜心研究。结果得出下述见解。在通过压制加工由TWB制造压制成形品时，若将焊接线单纯地配置在拉伸翻边变形场所，则会在焊接线附近产生裂纹，成形品的成形性变差。但是，即使在焊接线配置在拉伸翻边变形场所的情况下，只要适当地设定焊接线的位置，就也能够抑制裂纹的产生，确保成形品的成形性。结果，能够使使用了TWB的压制成形品的设计自由度得到提高。

本发明的压制成形品及其设计方法是基于所述见解而完成的。

根据本发明的一实施方式的压制成形品由对多个金属板进行对接焊接而成的拼焊板形成。压制成形品具有凸缘部和在凸缘部的区域内内周缘开放的圆弧状区域。拼焊板的焊接线与圆弧状区域的内周缘和圆弧状区域的外周缘交叉。焊接线与最大主应变方向所成的角度为17°～84°。在典型的例子中，压制成形品通过压制加工来成形得到。届时，圆弧状区域通过拉伸翻边变形形成。最大主应变方向为拉伸翻边变形的最大主应变方向。

在所述的压制成形品中，优选的是，内周缘在焊接线与内周缘的交点处的切线相对于焊接线所成的角度为40°～75°。

在所述的压制成形品中，优选的是，构成拼焊板的金属板为2个，2个金属板的拉伸强度和板厚中的至少一者是不同的。

在该压制成形品的情况下，能够采用下述的结构。压制成形品是沿长度方向呈L字形弯曲的汽车用骨架零件。骨架零件的截面形状在长度方向上的整个区域为帽子形状。骨架零件包括沿长度方向弯曲的弯曲部位和分别自弯曲部位的两端伸出的第1部位和第2部位。上述骨架零件是预测为沿第1部位的伸出方向接受碰撞载荷的零件。圆弧状区域为弯曲部位的弯曲内侧的凸缘部。配置在第1部位侧的金属板的板厚大于配置在第2部位侧的金属板的板厚。

在采用了上述结构的压制成形品的情况下，能够采用下述的结构。骨架零件是前柱下部外加强件。第1部位与侧梁结合，第2部位与前柱上部结合。

在采用了上述结构的压制成形品中，优选的是，配置在第1部位侧的金属板的拉伸强度与板厚的乘积和配置在第2部位侧的金属板的拉伸强度与板厚的乘积大致相等。作为典型的例子，上述乘积的差为600mm·MPa以下。

本发明的一实施方式的设计方法在设计所述的压制成形品时以成为以下的状态的方式配置焊接线。在压制加工过程中，焊接线的宽度方向中央处的沿着焊接线的方向上的应变dε_WLy’与金属板的焊接线附近的沿着焊接线的方向上的应变dε_BMy’的相对差为0.030以下。更优选的是，应变dε_WLy’与应变dε_BMy’的相对差为0(零)。

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。这里，作为压制成形品，例举汽车用骨架零件中的前柱下部外加强件。

[压制成形品]

图2是作为本实施方式的压制成形品、示意地表示前柱下部外加强件的一个例子的俯视图。图3是示意地表示在制造图2所示的前柱下部外加强件10时使用的TWB的俯视图。图4是将图2所示的前柱下部外加强件的弯曲部位的弯曲内侧的区域放大表示的立体图。图2所示的本实施方式的外加强件10与上述图1A所示的外加强件同样地，沿长度方向呈L字形弯曲，并且其截面形状在长度方向的整个区域为帽子形状(参照图1B)。

如图2所示，外加强件10包括沿长度方向呈L字形弯曲的弯曲部位13以及分别与该弯曲部位13的两端相连的第1部位11和第2部位12。第1部位11自弯曲部位13朝向汽车的前进方向的后方呈直线状伸出，并与侧梁结合。第2部位12自弯曲部位13朝向上方呈直线状伸出，并与前柱上部结合。外加强件10构成前柱下部，是预测为沿与侧梁结合的第1部位11的伸出方向接受碰撞载荷的骨架零件。

本实施方式的外加强件10通过压制加工由图3所示的TWB20成形得到。TWB20的焊接线L以与外加强件10的弯曲部位13的区域相对应的方式配置。在外加强件10上，第1凸缘部10d的区域中的位于弯曲部位13的弯曲内侧的圆弧状区域14在压制加工时成为拉伸翻边变形场所。如图2和图4所示，圆弧状区域14的外周缘14a成为与第1纵壁部10b相连的棱线。圆弧状区域14的内周缘14b是开放的。焊接线L与圆弧状区域14的内周缘14b和外周缘14a交叉。

如图3所示，TWB20是将2个金属板通过对接焊接而接合形成的构件，由第1金属板21和第2金属板22构成。在TWB20上，第1金属板21配置为成为外加强件10的第1部位11侧(侧梁侧)，第2金属板22配置为成为外加强件10的第2部位12侧(前柱上部侧)。第1金属板21的拉伸强度低于第2金属板22的拉伸强度。但第1金属板21的拉伸强度也可以与第2金属板22的拉伸强度相同，也可以高于第2金属板22的拉伸强度。此外，第1金属板21的板厚大于第2金属板22的板厚。

在本实施方式的外加强件10中，侧梁侧(第1部位11侧)的板厚相当于第1金属板21的板厚，前柱上部侧(第2部位12侧)的板厚相当于第2金属板22的板厚。也就是说，侧梁侧的板厚大于前柱上部侧的板厚。由于与侧梁结合的第1部位11侧的板厚较厚，因此第1部位11的轴向压溃性能得到提高。由此，能够提高外加强件10的耐碰撞性能。另一方面，由于与前柱上部结合的第2部位12侧的板厚较薄，因此能够实现外加强件10的轻型化。第2部位12侧的板厚对第1部位11的轴向压溃性能的帮助程度较低，因此不会妨碍耐碰撞性能。

[焊接线的配置]

在将TWB20的焊接线L单纯地配置在外加强件10的圆弧状区域14时，在焊接线L的附近产生裂纹。这是因为，圆弧状区域14在压制加工时成为拉伸翻边变形场所。在本实施方式中，在外加强件10的圆弧状区域14，焊接线L与拉伸翻边变形的最大主应变方向所成的角度θ(以下也称为“焊接线第1角度”)设定为17°～84°。最大主应变方向是指在压制加工时因拉伸翻边变形而导致板厚减小的圆弧状区域14中，板厚减小率最大的部分(以下也称为“最大板厚减小部”)的弯曲圆弧的周向(参照图4中的虚线箭头)。

该最大板厚减小部出现在夹着焊接线L接合在一起的第1金属板21和第2金属板22中的、相当强度较低的金属板侧的焊接线L的附近。金属板的相当强度是指该金属板的拉伸强度[MPa]与板厚[mm]的乘积[mm·MPa]。焊接线L的附近例如在距焊接线L与低相当强度侧的金属板的交界0.5mm～4mm的范围内。当低相当强度侧的金属板的板厚为t[mm]时，可以将焊接线L的附近设在距焊接线L与低相当强度侧的金属板的交界0.5×t～4×t[mm]的范围内。最大板厚减小部是表示达到低相当强度侧的金属板的加工硬化系数(n值)的值或该n值的0.8倍的板厚减小的部位。

最大主应变方向能够根据压制成形品(外加强件10)的形状容易地识别。具体而言，在描画将圆弧状区域14的外周缘14a的圆弧中心作为中心的同心圆弧时，沿着最大板厚减小部的圆弧的切线的方向就是最大主应变方向。

当焊接线第1角度θ为17°～84°时，能够降低在最大板厚减小部的板厚减小率，能够抑制裂纹的产生。结果，能够确保成形品的成形性。

另外，在将TWB20的焊接线L单纯地配置在外加强件10的圆弧状区域14内时，容易在焊接线L与圆弧状区域14的内周缘14b的交点附近产生裂纹。该裂纹也会在夹着焊接线L接合在一起的第1金属板21和第2金属板22中的、相当强度较低的金属板侧的焊接线L的附近产生。因此，在本实施方式中，在外加强件10的圆弧状区域14内，将由内周缘14b在焊接线L与内周缘14b的交点处的切线相对于焊接线L所成的角度γ(以下也称为“焊接线第2角度”)设定为40°～75°。

当焊接线第2角度γ为40°～75°时，能够抑制在圆弧状区域的内周缘的裂纹的产生。结果，能够确保成形品的成形性。

用于制造本实施方式的外加强件10的压制成形的方案根据成形品的形状适当地选择即可。例如，不仅可以进行翻边成形，还可以组合进行弯曲成形、拉深成形、胀形成形和扩孔成形等。作为模具，使用成对的阴模以及冲头。此外，为了保持坯料，也能使用压料圈和垫板等。

另外，在本实施方式的外加强件10中，焊接线L配置于弯曲部位13。由此，与将焊接线配置在第1部位11(侧梁侧)或第2部位12(前柱上部侧)的直线状部分上的情况相比，能够提高材料利用率。因而，能够削减成形品的制造成本。

此外，与将焊接线配置于与侧梁结合的第1部位11侧的直线状部分的情况相比，本实施方式的外加强件10的碰撞时的吸收能较高，能够提高耐碰撞性能。另外，与将焊接线配置于与前柱上部结合的第2部位12侧的直线状部分的情况相比，以每单位体积来看，本实施方式的外加强件10的碰撞时的吸收能较高。因而，能够平衡良好地兼顾轻型化和高功能化。

如上所述，本实施方式的外加强件10由TWB20成形得到，该TWB20由第1金属板21和第2金属板22构成。在该情况下，优选的是，配置在第1部位11侧的第1金属板21的相当强度与配置在第2部位12侧的第2金属板22的相当强度大致相等。这是因为，在压制加工时，第1金属板21和第2金属板22的变形阻力变为同等，能够进一步提高成形品的成形性。“相当强度大致相等”允许相当强度的差小于等于600mm·MPa。也就是说，优选的是，第1金属板21的相当强度与第2金属板22的相当强度之差为600mm·MPa以下。该两者的相当强度的差更优选为400mm·MPa以下，进一步优选为350mm·MPa以下。

在制造本实施方式的外加强件10时，优选的是，TWB20的焊接线L的宽度较窄。这是因为，在本实施方式中，着眼于包含焊接线L及其附近在内的区域的焊接线方向的变形，结合实际情况研究了该变形。该变形基于焊接线L的宽度方向中央处的焊接线方向上的应变量。作为形成宽度较窄的焊接线L的焊接法，能够采用激光焊接。除此以外，也能采用等离子弧焊。

[焊接线的恰当的配置的设计]

在成为压制成形品的拉伸翻边变形场所的圆弧状区域，在将TWB的焊接线配置为与圆弧状区域的内周缘和外周缘交叉的情况下，包含焊接线及其附近在内的区域的变形场所(应变场所)严密而言是单轴拉伸的变形场所或靠近平面应变的变形场所。特别是，在圆弧状区域中的除内周缘以外的区域，成为靠近平面应变的变形场所(以下也称为“平面应变变形场所”)。另一方面，在圆弧状区域的内周缘，成为单轴拉伸变形场所。这是因为，内周缘是开放的。

图5是表示在拉伸翻边变形场所的应变的产生状况的示意图。实际上，焊接线L具有宽度(参照图5中的阴影部)。这里，考虑焊接线L相对于圆弧状区域的弯曲圆弧的周向(即，凸缘变形的最大主应变方向)成角度θ(即，所述的焊接线第1角度)交叉的情况。在成为拉伸翻边变形场所的圆弧状区域，在焊接线附近的母材金属板21、22沿弯曲圆弧的周向产生应变dεx。以下，也将该应变dεx称为周向应变。此外，沿与弯曲圆弧的周向成直角的方向(即，弯曲圆弧的径向)产生应变dεy。以下，也将该应变dεy称为径向应变。两者的应变比β(＝dεy/dεx)与母材金属板的兰克福特值(以下也称为“r值”)相对应地变化。

在该情况下，径向应变dεy能够利用下述算式(1)表示。

dεy＝dεx×(-r)/(1+r)……(1)

这里，r为r值。

另外，关于基于在焊接线附近的母材金属板21、22产生的周向应变dεx和径向应变dεy的应变分量，沿着焊接线L的方向(以下也称为“焊接线方向”)的应变dεy’能用下述算式(2)表示。以下，也将该应变dεy’称为BM焊接线方向应变dεy’(或“dε_BMy’”)。使用张量的坐标转换规则，通过对周向应变dεx以及径向应变dεy进行坐标转换而导出该算式(2)。

dεy’＝dεx×(cosθ)²+dεy×(sinθ)²……(2)

在将所述算式(1)代入所述算式(2)时，BM焊接线方向应变dεy’也能够用下述算式(3)表示。

dεy’＝dεx×(cosθ)²+dεx×(-r)/(1+r)×(sinθ)²……(3)

所述算式(1)～算式(3)均在单轴拉伸变形场所以及平面应变变形场所是通用的。在这样的拉伸翻边变形场所，最大板厚减小部出现在夹着焊接线L接合在一起的2个金属板21、22中的、相当强度较低的金属板侧的焊接线附近。这里，关于沿弯曲圆弧的周向与最大板厚减小部相邻的焊接线的部分，将该焊接线的宽度方向中央处的焊接线方向的应变设为dε_WLy’。以下，也将该应变dε_WLy’称为WL焊接线方向应变dε_WLy’。

在将焊接线L配置在拉伸翻边变形场所的情况下，在焊接线附近产生的裂纹由于在焊接线L与低相当强度侧的母材金属板(在图5中为金属板22)之间产生的剪切变形而引起。该剪切变形因焊接金属与母材金属板彼此的材料特性不同而产生。由此可以说，若减小剪切变形，则能够抑制裂纹的产生。

因此，在本实施方式中，在设计压制成形品时，以在压制加工过程中WL焊接线方向应变dε_WLy’与BM焊接线方向应变dεy’的相对差减小的方式配置焊接线。具体而言，结合实际情况，以WL焊接线方向应变dε_WLy’与BM焊接线方向应变dεy’的相对差为0.030以下的方式配置焊接线即可。当WL焊接线方向应变dε_WLy’与BM焊接线方向应变dεy’的相对差较小时，在焊接线与低相当强度侧的母材金属板之间产生的剪切变形减小。由此，能够抑制裂纹的产生，确保成形品的成形性。结果，能使使用了TWB的压制成形品的设计自由度得到提高。特别是，在将焊接线配置为WL焊接线方向应变dε_WLy’与BM焊接线方向应变dεy’的相对差成为0时，能够最有效地抑制裂纹的产生。

[在平面应变变形场所的焊接线的配置：焊接线第1角度θ]

图6A～图6C是示意地表示为了研究在平面应变变形场所(拉伸翻边变形场所)的焊接线的配置而进行的FEM分析的概要的图。这些图中的图6A是表示包含模具在内的分析模型的立体图。图6B是表示坯料的形状的俯视图。图6C是表示成形品的形状的立体图。

如图6C所示，作为包含拉伸翻边变形的平面应变变形场所的成形品，采用了沿长度方向呈L字形弯曲的压制成形品15。该压制成形品15包括呈L字形弯曲的顶板部15a、与该顶板部15a的弯曲内侧的侧部相连的纵壁部15b以及与该纵壁部15b相连的凸缘部15c。凸缘部15c包括因拉伸翻边变形而形成的圆弧状区域16。该成形品15以与圆弧状区域16的内周缘16b和外周缘16a交叉的方式具备焊接线L。

作为用于成形压制成形品15的坯料，如图6B所示，采用了由2个金属板A以及B形成的TWB25。在该TWB25上，焊接线L配置在与压制成形品15的圆弧状区域16对应的位置。金属板A是相当于日本钢铁联盟规格的JAC980Y的高张力钢板(以下也称为“980MPa级高强度钢”)，金属板B是相当于上述规格的JAC780Y的高张力钢板(以下也称为“780MPa级高强度钢”)。两者的板厚均为1.6mm。即，金属板A的相当强度高于金属板B的相当强度。

如图6A所示，使用阴模26、冲头27以及垫板28进行了压制加工。届时，在成形品15上，将TWB25的焊接线L的配置改变为使焊接线L与拉伸翻边变形的最大主应变方向所成的角度θ(焊接线第1角度)达到23°、40°、72°以及86°这4种水平。在任一水平的情况下，最大板厚减小部均出现在与纵壁部15b相连的外周缘16a的附近，而不是出现在圆弧状区域16的内周缘16b。而且，产生该最大板厚减小部的部分是焊接线L附近的低相当强度侧的金属板(金属板B)。在下述的表1中表示结果。

[表1]

如表1所示，在焊接线第1角度θ为40°的情况下，板厚减小率最低。因而，在本实施方式中，优选的是，立足于在压制加工中实际采用的条件将焊接线第1角度θ设定为17°～84°。这是因为，能将板厚减小率维持为较低，能够抑制在焊接线附近的裂纹的产生。焊接线第1角度θ优选为17°～71°，更优选为19°～71°，进一步优选为25°～71°。

WL焊接线方向应变dε_WLy’与BM焊接线方向应变dεy’的相对差(|dεy’-dε_WLy’|)越小越好。因而，该相对差优选为0.030以下，更优选为0.025以下，进一步优选为0。

[在单轴拉伸变形场所的焊接线的配置：焊接线第2角度γ]

图7是表示由扩孔试验得到的压制成形品的立体图，该扩孔试验是为了研究在单轴拉伸变形场所(拉伸翻边变形场所)的焊接线的配置而进行的。图8是表示因图7所示的压制成形品的拉伸翻边变形而导致的应变的产生状况的示意图。另外，在下述的实施例中详细说明扩孔试验。

扩孔试验是通过将冲头压入形成有圆形的孔的坯料，以同心状扩大该孔的试验。如图7所示，利用扩孔试验成形得到的压制成形品30具有孔30a。该孔30a周围的圆形区域31成为拉伸翻边变形场所。因此，圆形区域31相当于所述圆弧状区域14，孔30a相当于所述圆弧状区域14的内周缘14b。这里，考虑焊接线L相对于孔30a的周向(即，孔30a在焊接线L与孔30a的交点处的切线方向)以角度γ(即，所述的焊接线第2角度)交叉的情况。

在扩孔试验中的拉伸翻边变形场所，随着加工工具(冲头)的进入移动，坯料在沿着加工工具的移动方向的方向上伸长。该方向如图8中的实线箭头所示，为孔30a的径向。另外，随着孔30a的扩大，坯料在与沿着加工工具的移动方向的方向成直角的方向上伸长。该方向如图8中的阴影箭头所示为孔30a的周向(孔30a的切线方向)。这里，坯料在孔30a的径向上的变形由单轴拉伸的应变比β决定。也就是说，在将孔30a的周向的应变设定为dεx时，使用所述算式(1)决定径向的应变dεy。将这种拉伸翻边变形场所视作单轴拉伸变形场所。

在由扩孔试验得到的成形品30中，由于孔30a与圆形区域31的外周缘是同心圆，因此能在所述算式(3)中将θ置换为γ。在该情况下，在假设dεx为1时，导出下述算式(4)。如该算式(4)所示，BM焊接线方向应变dεy’根据焊接线的角度γ(即，焊接线第2角度)和母材金属板的r值而变化。

dεy’＝(cosγ)²+(-r)/(1+r)×(sinγ)²……(4)

图9是表示焊接线的角度γ与母材金属板的r值的相关性的图。在图9中分别表示BM焊接线方向应变dεy’为-0.2、-0.1、0、0.1以及0.2的情况下的状况。

为了在由扩孔试验得到的成形品的孔(即，压制成形品的圆弧状区域的内周缘)与焊接线的交点附近抑制裂纹的产生，需要将BM焊接线方向应变dεy’设定为-0.2～0.2。这里，通常的金属板(例如：热轧钢板、冷轧钢板、镀覆钢板、铝合金板和钛合金板)的r值为0.5～3.0。r值是容易产生裂纹的低相当强度侧的母材金属板的r值。由此，根据图9，优选将焊接线第2角度γ设定为42°～72°。

在本实施方式中，能将焊接线第2角度γ规定为比42°～72°稍宽的40°～75°。这是因为，考虑到在焊接线附近因焊接热而软化的区域的变形量，角度γ稍宽是可被允许的。

BM焊接线方向应变dεy’越小越好。因而，BM焊接线方向应变dεy’优选为-0.1～0.1，更优选为-0.025～0.025，进一步优选为0。相应地，根据图9，焊接线第2角度γ优选为45°～66°，更优选为47°～62°，进一步优选为48°～60°。

在成形外加强件作为本实施方式的压制成形品的情况下，作为金属板，使用拉伸强度为440MPa级以上的钢板、铝合金板、钛合金板。这些金属板的r值为0.5～3.0。因而，在该情况下，优选将焊接线第2角度γ设定为45°～72°。

除此以外，本发明不限定于所述的实施方式，能在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，压制成形品只要包含因拉伸翻边变形而形成的凸缘部，就没有特别限定。另外，作为压制成形品的汽车用骨架零件只要沿长度方向呈L字形弯曲，且是预测为沿第1部位的伸出方向接受碰撞载荷的零件即可，不限定于前柱下部外加强件，也可以是后方侧部外加强件等。

另外，TWB只要是对多个金属板进行对接焊接而成的构件，就没有特别限定。例如，在TWB由2个金属板构成的情况下，金属板的拉伸强度和板厚中的至少一者不同即可。TWB也可以由3个以上的金属板构成。

实施例

[扩孔试验]

使用TWB进行扩孔试验，调查了焊接线第2角度γ与成形性的关系。

图10是示意地表示扩孔试验的概要的剖视图。图11是表示用在扩孔试验中的TWB的俯视图。如图10所示，在扩孔试验中，使用阴模41作为上模，在阴模41的中央设有直径为54mm的孔41a。在该孔41a的入口的周缘设有半径为5mm的倒圆角部41b。另一方面，在阴模41的孔41a的中心轴线上配置有圆柱状的冲头42作为下模。冲头42的直径为50mm，冲头42的肩部42a的倒圆角半径为5mm。压制成形(扩孔成形)通过将冲头42压入到坯料35中而进行。在坯料35的孔35a产生了裂纹的时刻，该压入结束。在压制成形时，利用阴模41和压料圈43保持坯料35的周缘部。

如图11所示，作为坯料，使用对2个金属板C以及D进行对接焊接而成的TWB35。TWB35是一边的长度为100mm的正方形。在TWB35的中央设有直径为30mm的孔35a。在成形前的TWB35上将孔35a在焊接线L与孔35a的交点处的切线相对于焊接线L所成的角度α(以下也称为“成形前的焊接线角度”)改变为45°、60°、75°、90°、105°、120°以及135°这7个水平。7个水平各准备五张TWB，对所有的TWB进行了扩孔试验。金属板C以及金属板D的焊接通过激光焊接来进行。

金属板C是980MPa级高强度钢，板厚为1.6mm。金属板D是780MPa级高强度钢，板厚为1.4mm。即，金属板C的相当强度高于金属板D的相当强度。

关于低相当强度侧的金属板D，遵照JIS Z 2254(1996年)算出了附加应变量为10％时的平均r值(平均塑性应变比)，结果为0.712。在r值为0.712的情况下，若将角度γ设定为57.2°，则所述算式(4)中的BM焊接线方向应变dεy’为0(零)。

如上述图7所示，在压制成形(扩孔成形)后的各成形品30中，测量了扩宽后的孔30a的直径d2(mm)。根据成形前的孔35a的直径d1(mm)和成形后的孔30a的直径d2(mm)，利用下述算式(5)算出了扩孔率λ(％)。此外，测量了在成形后的各成形品30中、孔30a在焊接线L与孔30a的交点处的切线相对于焊接线L所成的角度，即，焊接线第2角度γ。

λ＝(d2-d1)/d1×100……(5)

图12A～图12D是表示由扩孔试验得到的代表性的压制成形品的外观的照片。这些图中，图12A表示焊接线第2角度γ为大约43°(成形前的焊接线角度为45°)的情况。图12B表示焊接线第2角度γ为大约58°(成形前的焊接线角度为60°)的情况。图12C表示焊接线第2角度γ为大约68°(成形前的焊接线角度为75°)的情况。图12D表示焊接线第2角度γ为大约90°(成形前的焊接线角度为90°)的情况。图12A～图12D的上部分的照片均表示孔30a的整体，下部分的照片均放大表示焊接线L与孔30a的交点的部分。另外，在下部分的放大照片中用双点划线圈出表示产生裂纹的部位。

如图12A～图12D所示，确认到在将焊接线配置在拉伸翻边变形场所时，在焊接线L与孔30a的交点附近的母材金属板上产生了裂纹。另外，在任一水平，在相当强度较低的一侧的金属板(在本试验中是金属板D)上都产生了裂纹。在下述的表2中表示结果。

[表2]

表2中的扩孔率表示各水平的平均值。在焊接线第2角度γ为59°的情况下，扩孔率最佳。即，清楚得知，在以利用所述算式(4)规定的BM焊接线方向应变dεy’减小的方式配置焊接线时，能够抑制裂纹的产生，并且提高成形性。

[碰撞试验]

作为本实施方式的压制成形品，采用了前柱下部外加强件，对该外加强件，通过FEM分析进行了确认前表面碰撞时的耐碰撞性能的试验。

图13是示意地表示碰撞试验的概要的俯视图。在图13中表示外加强件10和冲击件(impactor)51。在通过FEM分析进行的碰撞试验中，将外加强件10的第1部位11的前端部，即，侧梁侧的前端部固定，约束该前端部的位移。在该状态下，使冲击件51以15km/h的速度沿水平方向移动而与外加强件10的弯曲部位13进行了碰撞。并且，在冲击件51向外加强件10的进入量达到了100mm的时刻，使冲击件51停止。

届时，求出了随着冲击件51向外加强件10进入、外加强件10所吸收的能量。用该外加强件10的吸收能除以外加强件10的体积，从而算出了每单位体积的吸收能。

图14A～图14C是表示用在碰撞试验中的前柱下部外加强件的俯视图。这些图中，图14A表示比较例1。图14B表示本发明例1。图14C表示比较例2。在比较例1中，如图14A所示，将焊接线L配置在第1部位11(侧梁侧)的直线状部分上。在比较例2中，如图14C所示，将焊接线L配置在第2部位12(前柱上部侧)的直线状部分上。另一方面，在本发明例1中，如图14B所示，将焊接线L配置在包含因拉伸翻边变形而成形得到的圆弧状区域14的弯曲部位13上。本发明例1的焊接线第1角度θ设为58.2°，焊接线第2角度γ设为54.6°。

在本发明例1、比较例1以及比较例2中，作为比焊接线L靠第2部位12侧(前柱上部侧)的金属板，均使用了金属板E，作为比焊接线L靠第1部位11侧(侧梁侧)的金属板，均使用了金属板F。金属板E是980MPa级高强度钢，其板厚为1.2mm。金属板F是780MPa级高强度钢，其板厚为1.5mm。金属板E具有比金属板F容易产生裂纹的特性，金属板E的r值为0.790。

图15A以及图15B是表示碰撞试验的试验结果的图。这些图中，图15A表示外加强件的吸收能。图15B表示外加强件的每单位体积的吸收能。根据图15A以及图15B的结果得知下述事项。

如图15A所示，在比较例1中，由于焊接线配置于侧梁侧的直线状部分，因此吸收能不佳。另一方面，在本发明例1中，由于将焊接线配置在由本实施方式规定的区域内，因此吸收能良好。另外，在比较例2中，由于将焊接线配置于前柱上部侧的直线状部分，因此吸收能良好。

这里，碰撞试验时的吸收能根据板厚的不同而变化。当板厚较厚的区域变大时，吸收能处于增加的倾向。因此，板厚较厚的金属板F的区域较大的比较例2的吸收能比本发明例1的吸收能稍佳。

另一方面，如图15B所示，关于每单位体积的吸收能，本发明例1比比较例2佳。这是由于，本发明例1的外加强件的重量比比较例2轻。因而，清楚得知，在平衡良好地兼顾轻型化和高功能化的观点上，本实施方式的外加强件优异。

[材料利用率]

作为本实施方式的压制成形品，采用了前柱下部外加强件，在由金属板制作该外加强件的情况下，调查了材料利用率。

图16A～图16D是表示用在压制成形中的坯料的形状和用在该坯料的制作中的切边加工前的金属板的形状的示意图。这些图中，图16A、图16B以及图16D分别表示比较例3、比较例4以及比较例5。图16C表示本发明例2。在图16A～图16D中用双点划线表示用在压制成形中的坯料61的形状，用实线表示用在该坯料61的制作中的切边加工前的第1金属板62和第2金属板63的形状，用粗线表示焊接线L。切边加工前的第1金属板62和第2金属板63均设定为矩形。分别对第1金属板62上通过切边加工去除的区域62a和第2金属板上通过切边加工去除的区域63a标注了斜线。

如图16A所示，在比较例3中，将单一的金属板(第1金属板62)而不是将TWB设为压制成形用的坯料。如图16B所示，在比较例4中，将焊接线L配置于侧梁侧的直线状部分。如图16D所示，在比较例5中，将焊接线L配置于前柱上部侧的直线状部分。另一方面，如图16C所示，在本发明例2中，将焊接线L配置在由本实施方式规定的区域内。

图17是表示在本发明例2以及比较例3～比较例5的各个例子中通过切边加工去除的坯料的面积的图。如图17所示，本发明例2的坯料的去除面积最小。因而，清楚得知，采用本实施方式的外加强件，能够提高材料利用率。

[焊接线第1角度θ(第2角度γ)的简易的设定方法]

如上所述，在将焊接线配置为使WL焊接线方向应变dε_WLy’与BM焊接线方向应变dεy’(dε_BMy’)的相对差为0.030以下时，能够抑制裂纹的产生。因而，用于抑制裂纹的最佳的条件为dε_WLy’与dεy’的相对差达到0。也就是说，dε_WLy’与dεy’相同。在将此条件(dε_WLy’＝dεy’)代入所述算式(2)，并进一步用所述算式(2)的两边除以焊接线附近的母材金属板上的周向应变dεx时，导出下述算式(6)。

dε_WLy’/dεx＝(cosθ)²+dεy/dεx×(sinθ)²……(6)

在算式(6)中，右边中的“dεy/dεx”为应变比β，因此在将左边的“dε_WLy’/dεx”设为χ时，导出下述算式(7)。

χ＝(cosθ)²+β×(sinθ)²……(7)

根据算式(7)，对于每个焊接线第1角度θ，确定了WL焊接线方向应变dε_WLy’相对于焊接线附近的母材金属板上的最大主应变dεx的比例χ与应变比β的关系。

图18是表示WL焊接线方向应变dε_WLy’相对于最大主应变dεx的比例χ与应变比β的关系的一个例子的图。如图18所示，随着应变比β的增加，比例χ增大。此外，若是相同的应变比β，则焊接线第1角度θ越小，比例χ越大。因而，只要得知WL焊接线方向应变dε_WLy’、最大主应变dεx以及应变比β，就能设定适于裂纹的抑制的焊接线第1角度θ。dε_WLy’、dεx以及β能够通过FEM分析等容易地算出。

产业上的可利用性

本发明对于汽车用骨架零件及其制造是有用的。

附图标记说明

10、前柱下部外加强件(压制成形品)；10a、顶板部；10b、第1纵壁部；10c、第2纵壁部；10d、第1凸缘部；10e、第2凸缘部；11、第1部位；12、第2部位；13、弯曲部位；14、圆弧状区域；15、压制成形品；15a、顶板部；15b、纵壁部；15c、凸缘部；16、圆弧状区域；16a、圆弧状区域的外周缘；16b、圆弧状区域的内周缘；20、坯料(TWB)；21、第1金属板；22、第2金属板；25、坯料(TWB)；A、B、金属板；26、阴模；27、冲头；28、垫板；30、由扩孔试验得到的压制成形品；30a、孔；31、圆形区域；35、扩孔试验用的坯料(TWB)；35a、孔；41、阴模；41a、孔；41b、倒圆角部；42、冲头；42a、肩部；43、压料圈；51、冲击件；61、坯料；62、第1金属板；62a、第1金属板上通过切边加工而去除的区域；63、第2金属板；63a、第2金属板上通过切边加工而去除的区域；L、焊接线。

Claims

1.一种压制成形品，该压制成形品由对多个金属板进行对接焊接而成的拼焊板形成，其中，

所述压制成形品包括凸缘部以及在所述凸缘部的区域中内周缘开放的圆弧状区域，该压制成形品的特征在于，

所述拼焊板的焊接线与所述圆弧状区域的所述内周缘和所述圆弧状区域的外周缘交叉，

所述焊接线与最大主应变方向所成的角度为17°～84°。

2.根据权利要求1所述的压制成形品，其中，

所述内周缘在所述焊接线与所述内周缘的交点处的切线相对于所述焊接线所成的角度为40°～75°。

3.根据权利要求1所述的压制成形品，其中，

构成所述拼焊板的所述金属板为2个，所述2个金属板的拉伸强度和板厚中的至少一者是不同的。

4.根据权利要求3所述的压制成形品，其中，

所述压制成形品是沿长度方向呈L字形弯曲的汽车用骨架零件，所述骨架零件的截面形状在长度方向的整个区域为帽子形状，

所述骨架零件包括沿长度方向弯曲的弯曲部位以及分别自所述弯曲部位的两端伸出的第1部位和第2部位，所述骨架零件是预测为沿所述第1部位的伸出方向接受碰撞载荷的零件，

所述圆弧状区域为所述弯曲部位的弯曲内侧的凸缘部，

配置在所述第1部位侧的所述金属板的板厚大于配置在所述第2部位侧的所述金属板的板厚。

5.根据权利要求4所述的压制成形品，其中，

所述骨架零件为前柱下部外加强件，

所述第1部位与侧梁结合，所述第2部位与前柱上部结合。

6.根据权利要求4或5所述的压制成形品，其中，

配置在所述第1部位侧的所述金属板的拉伸强度与板厚的乘积与配置在所述第2部位侧的所述金属板的拉伸强度与板厚的乘积的差为600mm·MPa以下。

7.一种压制成形品的设计方法，该压制成形品通过压制加工由对多个金属板进行对接焊接而成的拼焊板成形而得到，其中，

所述压制成形品包括凸缘部和圆弧状区域，该圆弧状区域在所述凸缘部的区域内通过拉伸翻边变形而形成，并且该圆弧状区域的内周缘是开放的，所述拼焊板的焊接线与所述圆弧状区域的所述内周缘和所述圆弧状区域的外周缘交叉，

在设计所述压制成形品时，以在压制加工过程中所述焊接线的宽度方向中央处的沿着所述焊接线的方向上的应变dε_WLy’与所述金属板的所述焊接线附近的沿着所述焊接线的方向上的应变dεy’的相对差为0.030以下的方式配置所述焊接线。

8.根据权利要求7所述的压制成形品的设计方法，其中，

所述应变dε_WLy’与所述应变dεy’的相对差为0。