JP2001506543A - 成形によって金属板成形部材を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 変形、特に、深絞りによって、強度要求または剛性要求に対応して異なる材料厚さを有する金属板成形部材（２）を製造する方法を記載した。本発明にもとづき、金属板材（１）を、それ自体は公知の態様で、成形範囲において加熱し、この場合、金属板材（１）の面積にわたって異なる材料膨張係数を達成するために加熱を部分的にのみまたは異なる強さで行えば、特にコスト的に妥当で成形プロセスに関して問題なく実施できる操作態様が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 成形によって金属板成形部材を製造する方法 本発明は、深絞りによって、強度要求または剛性要求に対応して異なる材料厚 を有する金属板成形部材を製造する方法に関する。 上述の種類の製造法は、特に、軽量構造に役立ち、特に、車体の製造に使用さ れる。即ち、従来、通常、機械的要求が最大の範囲／部分にもとづき金属板成形 部材の厚さを設計していたが、最近、局部的に異なる剛性要求に鑑みて、材料厚 さに関して分化を行う方式に移行している。 対応する方法は、例えば、ドイツ特許第４３０７５６３号に記載されている。 この特許は、ベース金属板と、局部的に配置して上記ベース金属に結合された１ つまたは複数の補強金属板とからなる多層金属板構造を部分的に有する金属板構 造部材を製造する方法であって、ベース金属板および１つまたは複数の補強金属 板をいっしょに深絞りする形式のものを説明している。この場合、１つまたは複 数の補強金属板は、共通の深絞りの前に、少なくとも部分的にベース金属板に固 定し、深絞り後、外れないようベース金属板に結合する。 対応する操作態様は、例えば、ドイツ特許出願ＤＥ４２２８３９６Ａ１に記載 されており、この場合、部分的剛性増大以外に、平坦なまたは僅かに変形した金 属板部材の範囲の振動し易い質量を減少して固有周波数を上昇するという他の目 的を追求する。 上述の先行技術には、このような操作態様の場合、製造および材料管理に関し て多額の運転費が必要であり、従って、対応してコスト高となるという欠点があ る。 ヨーロッパ特許第０４８６０９３号には、被覆すべき板材とは別個に成形し、 次いで、同じく成形ずみの板材と結合する補強構造体によって成形部材の部分範 囲を補強する方法が記載されている。この操作態様の場合、成形プロセスが複雑 で経費が掛かる。 理解を助けるため、更に、ドイツ特許公開第４１０４２５６号を参照する。こ の場合、特に、乗用車およびトラックの車体の例について、高負荷の局部的範囲 （ヒンジ受け、錠補強部、梁または他の支持部材の突起範囲）を効果的に補強す る態様が説明されている。この方法の場合、結果として、いわゆる“テーラード ・ブランク”(tailored blanks)としても知られている成形部材が形成される（ これに関しては、ＶＤＩ−Ｂｅｒｉｃｈｔｅ Ｎｏ．１００２，１９９３，ｐ４ ５−５１参照）。上記文献には、特に、ドア内側パネルの例について、ヒンジ補 強部および錠補強部の範囲の金属板厚さを増大して十分な剛性を達成する態様が 示されている。この場合、厚い金属板の間に薄板を設置して軽量化を達成する。 この種の金属板の使用は、要するに、完成した製品において見えない成形部材に 限られるという事実が、この種の金属板の欠点である。上記の双方の公報は、明 らかに、それ自体が複合部材の内側部材であるか、外表面を中断して部材内面上 の別個の成形部材によって補強された成形体を意図する。 本発明の課題は、強度要求または剛性要求に対応して異なる材料 厚さを有する金属板成形部材を妥当なコストで且つ成形プロセスに関して問題な く製造する方法を提供することにある。 本発明に係る解決法は、請求項１の特徴記載部分に開示の方法特徴から知られ る。このように製造された金属板成形部材は、製造技術および材料管理に関して 極く僅かな経費増を必要とするに過ぎない。金属板成形部材は、高い表面品質お よび材料厚の異なる範囲の間の滑らかな移行状態を特徴とする。 鋼板、特に、オーステナイト鋼からなる鋼板の深絞りのために、成形範囲を加 熱すること自体は、既に、ドイツ特許第２３３２２８７号から知られている。他 方、力伝達範囲では冷却が行われる。熱処理は、総合的に、オーステナイト鋼板 を変形できるよう深絞りプロセスを構成する目的に役立つ。強度要求に対応して 異なる材料厚を得るという本発明の依拠する目的によって、板上面にわたって異 なる熱処理は起こらない。 更に、ドイツ特許公開第４４２５０３３号には、工作物を圧縮成形する方法お よび装置が記載されている。この場合、工作物を固定装置に固定し、少なくとも １つの圧縮工具によって成形する。特に、流動応力を低下し且つ成形能を改善す るため工作物にレーザ光を照射して加熱するレーザ照射装置が設けてある。成形 温度は、各種材料に適合され、調節される。かくして、加工度の高い範囲におい て工作物の局部的加熱を行うことができる。多様な実施例において、肉厚減少に ついて触れられてなくとも、工作物の肉厚を減少することもできる。なぜならば 、このような減少を意図すべきであるからである。 更に、ドイツ特許公開第４３１６８２９号には、ダイオード照射 による材料加工法が記載されている。この場合、加工プロセスに照射プロフィル を適合させることができる。使用可能性として、工作物の変形および湾曲、レー ザ光熔断、工作物の溶接、工作物の異物またはコーチングの除去、工作物の切削 加工の支援のための局部的加熱および工作物のろう付を挙げ得る。 高強度の鋼板、より高強度の鋼板および最高強度の鋼板の使用によって、例え ば、車体構造において、部材重量の減少を達成できる。しかしながら、このよう な鋼の成形能は限定されているので、その使用は、概ね、機能的に必要な加工度 にもとづき、深絞り部材の特定範囲には不可能である。本発明にもとづき、成形 、特に、深絞りの実施前または実施中に、局部的昇温によって、流動限界を局部 的に低下し、安定能および成形能を変化させることによって、上記欠点を克服し 、異なる材料厚によって部材重量を更に減少できる。かくして、機能的に高い強 度／剛性が必要である範囲において、変形時に材料厚の減少は、全くまたは殆ど 起きず、他方、強度／剛性要求がないまたはこの要求が僅かな範囲において、成 形中に板厚を比較的強く、即ち、技術的に許容できる寸法に減少できる。 使用する板材料、板厚および部材ジオメトリに応じて、例えば、以下に述べる 変更例によって、異なる流動特性を達成できる。 変更例Ａ： 最終圧延工程後、局部的加熱を行う；かくして、以降の成形プロセスに適合し た加工特性を有するコイル材またはシート材が生ずる。流動特性の局部的変化は 、材料に依存して下記の如く達成される、即ち ・品質Ｓｔ１５の圧延鋼板の場合、鋼板材料の局部的再結晶または回復によって 流動限界を局部的に減少する、 ・デュアルフェーズ鋼（ＤＰ５００）の場合、マルテンサイトまたはフェライト の割合の局部的変更によってまたはマルテンサイト相成分のマルテンサイト硬さ の変更によって、流動限界を局部的に減少する、 ・析出硬化鋼板材料の場合、鋼板材料の過時硬または均一化によって流動限界を 局部的に減少する。 変更例Ｂ： 金属板成形部材への金属板の加工中または加工直前に、例えば、深絞り工具に おいてまたは深絞り工具に前置した加熱・冷却装置において、局部的温度変更を 行う。かくして、温度変更範囲において、流動限界は、その温度依存性にもとづ き、局部的に変化され、成形能も局部的に変化される。 変更例Ｃ： この場合、２工程で金属板の成形を行う。小さい加工度の第１成形後、特に、 材料厚の減少を意図する範囲において、−変形すべき金属板の性質を局部的昇温 によって変更した後−、高加工度の最終成形を行う。 各種の鋼について実施した実験から、下記が判明した： 変更例Ａ−最終圧延工程後の局部的加熱 この変更例の目的は、最終圧延工程後に、しかしながら、コイル またはシートに金属板を加工する前に加えた熱によって、流動限界を局部的に変 更することにある。最高強度の鋼、鋼ＺＳｔＥ１８０ＢＨ（炙り焼入れ）および ＤＰ５００の場合、２００℃−４００℃の温度範囲において、出発値に対して約 ２５％の伸び限界の上昇が認められる。炙り焼入れ鋼の場合、高温において強度 変化は現れないが、デュアルフェーズ鋼の場合は、５５０℃以上の温度において 、数値は、最大伸び限界値の２５％まで減少する。 最高強度鋼、例えば、ＴＲＩＰ８００およびＣＰ１０００の場合、強度値は変 動する。総括して、室温強度に対して約１０％の比較的小さい強度差が認められ る。 まとめ：変更例Ａの上述の鋼の場合、適切な成形部材に対応して、コイルまたは シート材において局部的伸び限界を変更することができる。加熱は、例えば、レ ーザによって行うことができる。 変更例Ｂ：成形直前または成形中の局部的加熱 この変更例の目的は、成形直前または成形中に（薄）金属板に加えた熱による 流動限界の局部的変更である。 昇温は、極めて迅速に、即ち、秒範囲で行うことができる。被検鋼（ＺＳｔＥ １８０ＢＨ，ＤＰ５００）の場合、加熱時に、特定の範囲は強く変形し、他の範 囲は弱く変形するということが確認される。 炙り焼入れ鋼の場合、温度は、−局部的流動性の実現のため−１００℃−２０ ０℃の範囲に選択するのが好ましい。この場合、出発状態に対して最大８％の強 度低下が予期される。成形工具は、この場合に必要な中程度の温度に耐えること ができる。これに反して、 デュアルフェーズ鋼の場合、所定の範囲において局部的伸びの有意の増大を達成 するには、２００℃近傍または５００℃近傍またはより高温の近傍の温度が必要 である。２００℃近傍の温度では、出発状態の少なくとも１０％の強度低下が認 められ、５５０℃以上では、出発状態の少なくとも２０％の強度低下が認められ る。 最高強度の鋼板品質ＴＲＩＰ８００またはＣＰ１０００の場合、有意な局部的 伸びを達成するには、約５００℃の温度が必要である。この場合、出発状態に対 してそれぞれ約２２％または２８％の強度低下が起きる。 まとめ：変更例Ｂは、炙り焼入れ鋼については決定的に使用でき、デュアルフェ ーズ鋼については条件づきで使用できる。強度値の低下に５００℃以上の温度を 必要とする最高強度鋼ＴＲＩＰ８００およびＣＰ１０００には、変更例Ｂは適さ ない。必要な温度は、変形工具には高温に過ぎる。熱源（温度範囲：約１００− ２５０℃）の例を以下に示す：油浴、ヘヤドライヤ。 上記のすべての鋼種について、約３５０℃−４５０℃の温度範囲は、局部的伸 び変更に無意味と思われる。上記範囲では、強度低下は起きず、炙り焼入れ効果 によって助長されて強度ピークが現れる。 変更例Ｃ：２工程の成形 変更例Ｃの目的は、２工程の金属板の成形である。第１成形工程後、変更例Ｂ と同様に操作できる。 本発明に係る使用に関連して、下記の考え方が注目される： 通常、簡単な引張実験において、引張試料を局部的に加熱した場合、特に、当 該範囲にネッキングが起きる。なぜならば、高温によって、伸び限界が低下し、 かくして、特に流動の強い範囲が生ずるからである。 引張実験において、下記関係が成立する： σ＝ｆ／Ｓ_O Ｒｍ＝Ｆｍａｘ／Ｓ_O ε＝△Ｌ／Ｌ_O＝（Ｌ−Ｌ_O）／Ｌ_O ここで、 σ ：定格応力 Ｓ_O ：出発横断面積 Ｆ ：張力 Ｒｍ ：引張強度 Ｆｍａｘ：最大張力 Ｒｐ ：伸び限界、例えば、Ｒｐ_O,2 ε ：伸び率 △Ｌ ：伸び Ｌ_O ：初期測定長さ Ｌ ：各測定長さ ネッキングに際してなされる機械的仕事は、熱に変換されるので、温度が更に 上昇し、その結果、加工硬化は、流動応力が低下する程度には増大せず、最終的 に、試料が破壊する。一方、段階的な昇温によって、各範囲に流動限界の差−例 えば、２０％／１０％／５％−を調整すれば、この“正常な”上述の挙動を避け ることができる。変更例Ａ，Ｂ，Ｃの目的は、各範囲において異なる加工硬化挙 動による伸び限界の僅かな差を調整することにある。 実際には、最終圧延工程後、バーナの配置によって異なる加熱ゾーンを設けた 炉における局部的加熱、誘導加熱または高エネルギ放射源によって、金属板材料 の流動限界を局部的に低下することができる。金属板の表面に対応してマーキン グすることによって、深絞りプレスによって強度が低下した範囲を確認でき、か くして、成形工具内の金属板の対応する位置決めが可能である。 変更例Ｂ，Ｃの実施の場合、成形直前に、バーナの配置によって異なる加熱ゾ ーンを設けた炉における局部的加熱、誘導加熱または高エネルキ放射源によって 、あるいは、成形中に対応する熱源の作用によって、金属板材料の流動限界を局 部的に変更できる。 冒頭に述べた先行技術の方策（例えば、ダイオード照射）の使用も考えられる 。 金属板成形部材に加工される板材を、例えば、鋼材料の異なるおよび／または 板厚の異なる２つの接合（溶接）した部分金属板から構成すれば、本発明に係る 方法において、強度および材料厚の異なる金属板成形部材を形成する可能性を更 に拡大できる。 添付の図面において、図１に、出発板厚ｄ₀の金属板材１および異なる強さで 熱処理した金属板１．１，１．２，１．３を示し、図１ｂに、金属板成形部材２ に加工した金属板材１の断面図を示した。同図から明らかな如く、この場合、異 なる板厚ｄ１，ｄ２，ｄ３を有する範囲が生じている。 図２ａ，２ｂに、金属板材１の各範囲を対応して熱処理した場合に現れる如き 、異なる加工硬化挙動による異なる伸び限界の２つの例を示した。双方の材料範 囲が塑性流動できる領域を斜線で示した 。これは、σ／εグラフとして示してある。 出発状態：材料には、異なる強度Ｒｍ¹；Ｒｍ²および伸び限界Ｒｐ¹；Ｒｐ²をそ れぞれ有する２種の材料状態１；２が並置されている。 引張強度／伸び限界の異なる材料範囲を有する材料の場合、双方の材料範囲が 、所定の応力において、破断することなく塑性流動できるよう、下記条件を満足 しなければならない。 条件： １） Ｒｐ²＜Ｒｐ¹＜σ ２） σ＜ｍｉｎｉｍｕｍ（Ｒｍ²，Ｒｍ¹） １）に関して 双方の材料範囲が塑性変形するよう、加える応力は、双方の伸び限界のうち大 きい方の伸び限界よりも大きくなければならず、 しかしながら、同時に、 ２）に関して 材料が破損することのないよう、双方の引張強度のうち小さい方の引張強度より も小さくなければならない。 図２ａ，２ｂの各記号は下記を意味する： 範囲 １，２ ：Ｒｍ¹；Ｒｍ²およびＲｐ¹；Ｒｐ²の材料状態１；２ △σ ：双方の材料範囲が破損せずに塑性流動できる許容応力範囲 △ε_1,2：材料範囲１；２の許容応力範囲△σに属する伸び範囲

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月１９日（１９９８．１２．１９） 【補正内容】 補正後の請求の範囲 １． 深絞りによって、強度要求または剛性要求に対応して異なる材料厚を有す る金属板成形部材を製造する方法において、金属板材（１）を成形範囲において 加熱し、この場合、金属板材（１）の面積にわたって異なる材料膨張係数を達成 し、かくして、金属板材（１）の材料厚減少を伴う異なる大きさの伸びを達成す るために、深絞り中、加熱を部分的にのみまたは異なる強さで行うことを特徴と する方法。 ２． 異なる鋼材料の少なくとも２つの接合した部分鋼板からなる鋼板材（１） の使用を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 異なる金属板厚の少なくとも２つの接合した部分金属板からなる金属板材 （１）の使用を特徴とする請求項１に記載の方法。 ４． 金属板材（１）の成形を２工程で行うことを特徴とする請求項１に記載の 方法。 ５． ２つの成形工程の間で加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法 。 ６． 金属板製造時の最終圧延工程と金属板材料の以降の加工（コイルの巻取、 シートの製造）との間で加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 成形、特に、深絞りによって、強度要求または剛性要求に対応して異なる 材料厚を有する金属板成形部材を製造する方法において、金属板材（１）を、そ れ自体は公知の態様で、成形範囲において加熱し、この場合、金属板材（１）の 面積にわたって異なる材料膨張係数を達成するために加熱を部分的にのみまたは 異なる強さで行うことを特徴とする方法。 ２． 異なる鋼材料の少なくとも２つの接合した部分鋼板からなる鋼板材（１） の使用を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 異なる金属板厚の少なくとも２つの接合した部分金属板からなる金属板材 （１）の使用を特徴とする請求項１に記載の方法。 ４． 金属板材（１）の成形を２工程で行うことを特徴とする請求項１に記載の 方法。 ５． ２つの成形工程の間で加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法 。 ６． 最終圧延工程と金属板材料の以降の加工（コイルの巻取、シートの製造） との間で加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。