JP2003019516A

JP2003019516A - 自動車フロア部材用テーラードブランク材、その製造方法及びプレス成形方法

Info

Publication number: JP2003019516A
Application number: JP2002111968A
Authority: JP
Inventors: Koji Hashimoto; 浩二橋本; Yukihisa Kuriyama; 幸久栗山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高強度材を自動車用フロア部品に適用するに
当たり、部品としての強度特性を十分満足し、高強度材
の必要でない部分には低コストの軟質材料を配置するこ
とが可能な自動車用フロアパネル、その製法及びプレス
成形方法を提供する。【解決手段】自動車フロア部品にテーラードブランク
材を適用するに当たり、車体前後方向にストレート形
状、凸型又は鞍型形状を有するトンネル部分に該当する
第１の板材４の引張強さと板厚の積(TS₂×t₂)とフロア
フラット部分に該当する第２の板材３の引張強さと板厚
の積(TS₁×t₁)の強度比 (TS₂×t₂)/ (TS₁×t ₁)を2.5以
内とし、t₁≦t₂を満足する自動車フロア部材用テーラー
ドブランク材であり、強度比に応じてトンネル部のダイ
ス肩Ｒの最小半径r_dをフロアフラット部分に該当する板
厚t₁に応じて規定する自動車用フロア部材用テーラード
ブランク材のプレス成形方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のフロア部
品などのハット型断面形状を有するプレス成形で、テー
ラードブランク材を適用したときに溶接ビードが材料流
入方向と直角もしくは直角に近い角度をなして流入させ
る場合に、溶接ビード部もしくは低強度素板側で破断す
るような部品で、かつ高強度材の適用が求められる部品
に成形することができる良成形性テーラードブランク材
及びその製造方法とプレス成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車フロア部品は、乗員重量や衝突時
の衝撃を吸収するために、フロアトンネル部に十分な強
度を与える必要がある。図５は、従来の単一板を用いて
ハット型断面で車体前後方向にストレート形状のトンネ
ル部を有するフロア部品を成形した場合の成形品模式図
を示す。従来手法では、フロア全体を高強度材で成形す
るとフロアフラット部分のコストが高くなり、フロア全
体の板厚を厚くすると部品重量の増加を招く。そこで、
特開平11−104479号公報に開示されている自動車フロア
への適用例やThyssen Krupp Stahl社のカタログに記載
されているようにフロアトンネル部分に沿って３枚の板
を溶接して、テーラードブランク材をフロア部品に適用
する試みがなされている。図６には従来のテーラードブ
ランクをフロア部品に適用した場合の部品製品例を模式
的に示す。

【０００３】しかし、従来技術によるテーラードブラン
クのフロア部品への適用は、溶接ビードが製品縦壁部
（トンネル部分）に流入しない状態での適用例ばかりで
ある。図１に模式的に示したように、溶接ビードが製品
縦壁部に流入するような成形は、素材組合せによっては
溶接ビードが製品縦壁部に入ったと同時に比較的軟質か
つ低板厚で構成されるフロアフラット部材側で破断して
しまうため、溶接ビードが縦壁部に入るような適用例は
ない。これは、板厚組合せが不適切なために、軟質材料
が製品縦壁部に達すると成形荷重を担いきれなくなり、
破断するためである。従って、自動車用フロアパネルを
より軽量化しようとして、フロア中央部のトンネル部分
縦壁部の板厚を下げたくても、溶接ビード部分が製品縦
壁部分に達すると破断するため、十分な軽量化を達成す
ることができなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高強度材を
自動車用フロア部品に適用するに当たり、部品としての
強度特性を十分満足し、高強度材の必要でない部分には
低コストの軟質材料を配置する事が可能な自動車用フロ
アパネルを提供することを目的とする。また、本発明
は、特殊プレス機などの新規設備投資なども必要でな
く、従来プレス機と従来プレス金型によって成形でき、
かつ、より軽量なフロアパネルを破断やしわ発生なく成
形可能となる成形方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、冷延鋼板や熱延鋼板の高張力鋼板、または、これ
らの表面処理鋼板やステンレス鋼板、アルミニウム合金
板、チタン板などを、自動車フロア部品にテーラードブ
ランク材として適用するに当たり、トンネル部分に該当
する第２の板材の引張強さと板厚の積である材料強度(T
S₂×t₂)とフロアフラット部分に該当する第１の板材の
引張強さと板厚の積である材料強度(TS₁×t₁)の強度比
α＝(TS₂×t₂)/ (TS₁×t₁)を1.0〜2.5とし、t₁≦t₂を満
足する自動車フロア部材用テーラードブランク材であ
り、トンネル部がストレート形状、鞍型形状又は凸型形
状である自動車フロア部材用テーラードブランク材であ
り、第１の板材及び第２の板材をレーザー溶接等する製
造方法であり、第１の板材の板厚t₁［ｍｍ］に対するト
ンネル部のダイス肩Ｒ部の最小半径r_d［ｍｍ］を下記
（５）式を満足するように成形する成形方法であって、
フロアフラット部に該当する材料がトンネル縦壁部に流
入しても破断することなく成形できる成形方法である。

【０００６】

【数２】

【０００７】ここで、α：強度比（＝1.0〜2.5） μ：摩擦係数 θ：ビード巻き付き角度

【０００８】

【発明の実施の形態】自動車フロア部品は、トランスミ
ッション部品や排気系部品を通すためのトンネル部分
と、乗員の座席を固定するためのフロアフラット部分か
らなる。図２は、トンネル部分を有するフロア部品をプ
レス成形するときの、フロア断面の半分を模式的に表し
た図である。

【０００９】桑原による軽金属学会第84回(1993/5)春季
大会講演集 P315の文献をもとに、フロア型のトンネル
部ダイス肩Ｒをフロアフラット部に該当する引張強さTS
₁［ＭＰａ］、板厚t₁［ｍｍ］の第１の板材が通過・成
形されるときの帯板単位幅あたりに働く荷重Ｐ［Ｎ/m
m］は、材料を降伏応力Y₁［ＭＰａ］の剛完全塑性体と
仮定し、ダイスには押し付け力ｎ［Ｎ］が働き、成形後
期には材料がダイス肩にθ(例えば85°)で巻き付いてい
ると仮定すると、ベルト摩擦の式により以下の式(1)に
よって与えられる。ここでθは上記の例の85゜の他に、
フロア型トンネル縦壁部の角度に応じて実際の角度の値
を使用してもよい。

【００１０】

【数３】

【００１１】ここで μ：工具との摩擦係数(たとえば0.15)、はダイス肩Ｒ部での曲げ曲げ戻し変形による単位幅あた
りの張力成分［N/mm］で、以下の式(2)で表せる。ただ
し、摩擦係数は上記で用いられた例の値の他に、実際の
工具と材料との間の摩擦係数の実測値を用いても構わな
い。

【００１２】

【数４】

【００１３】ここで、r_d：ダイス肩Ｒ部の最小半径r
_d［ｍｍ］．(1)式の右辺の値が、トンネル部縦壁部に入
ったフロアフラット部に該当する強度TS₁、板厚t₁の材
料の破断耐力に達すると破断すること、剛完全塑性体を
仮定しているのでY₁=TSであるから、フロアフラット部
に該当する材料強度は(1)式の右辺より大きくなければ
破断してしまう。従って、(1)式は以下の(3)式で表され
る。

【００１４】

【数５】

【００１５】(2)式と(3)式を整理すると、下記の(4)式
となる。

【００１６】

【数６】

【００１７】成形に必要なしわ押さえ圧ｎ［Ｎ］は、ト
ンネル部分に該当する強度TS₂、板厚t ₂の第２の板材が
十分に形成されるだけの力が必要である。従って、強度
TS₂の板をポンチ肩で折り曲げるに必要な力とする．テ
ーラードブランク材のトンネル部とフラット部の強度比
(TS₂×t₂)/ (TS₁×t₁)をαとすれば、(4)式は以下の
（５）式となる。

【００１８】

【数７】

【００１９】ここで、α：強度比（＝1.0〜2.5） μ：摩擦係数 θ：ビード巻き付き角度この（５）式より、テーラードブランク材のトンネル部
とフラット部の比αが様々に変化したときのトンネル部
ダイス肩Ｒ部の最小半径r_dが求まる。図３は、強度比α
を１から2.5まで振ったときの、フロアフラット部分に
該当する第１の板材の板厚t₁［ｍｍ］に対するダイス肩
Ｒ部の最小半径r_d［ｍｍ］の比をプロットした図であ
る。強度比αでのフロア用テーラードブランク材の成形
限界を与えるダイス肩Ｒ部の最小半径r_dをこの式で与え
られる値以上に設定することにより軽量かつ強度を備え
た自動車用フロア部材を得ることが可能である。なお、
強度比αが2.5を超えると、適切なダイス肩r_dを設定で
きなくなるため、テーラードブランク材の強度比αは2.
5以下とする。

【００２０】トンネル部は車体デザインに依存するが、
異材質異板厚のテーラドブランク材でも十分な成形性を
得るために車体前後方向に沿ってストレート形状（図４
（ａ））、鞍型形状（同図（ｂ））又は凸型形状（同図
（ｃ））であることが好ましい。また、素材ブランクの
接合方法はレーザー溶接、マッシュシーム溶接、プラズ
マ溶接、高周波誘導溶接、アーク溶接、電子ビーム溶
接、又はTIG溶接のいずれかで、溶接ビードが板厚増加
を伴う場合には母材厚と同等になるように調整すること
が好ましい。また、硬化した溶接ビード部分の軟化後熱
処理やノルマライズを施すことはより良好な成形性を得
るために望ましい。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により、本発明の自動車フロア
用テーラードブランク材、及びテーラードブランク材製
自動車フロアの製造方法をさらに詳しく説明する。

【００２２】表１に、実施例で用いたテーラードブラン
ク製フロア用ブランクの母材の機械的特性を示す。板厚
は1.2mmと1.6mmである．また、表２には表１で示した材
料の組合せ例を示す。この実施例では、(5)式におい
て、摩擦係数＝0.15、ビード巻き付き角度θ＝85゜を代
入した。フロアフラット部分に1.2mm厚450mm幅の低強度
鋼板(SPCEN)を両サイドに配し、トンネル部分に幅200mm
の各種高強度鋼板を配し、５kWCO2 レーザーで溶接接合
して自動車フロア用異材質テーラードブランクを作成し
た。このようにして作成した1100mm×1000mmのブランク
をトンネル部高さ80mm、幅100mmのトンネル部を有する
フロアモデル型でプレス成形した。なお、フロア型のト
ンネルは車体前後方向に沿ってストレート形状、鞍型形
状(曲率半径3626mmR)又は凸型形状(曲率半径3626mmR)に
交換可能で、かつトンネル部ダイス肩r_dは4mmR、7mmR、
10mmRの肩Ｒと交換できるようになっているので、各組
合せで実験を行った。その結果を表３に簡便にまとめ
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】その結果、表３に示したようにフロアフラ
ット部分に該当する材料の板厚t₁に対するトンネル部ダ
イス肩r_dの比が図３の条件を満足する条件に付いては、
平行型ハット形状のポンチの場合はもとより、凸型ポン
チ形状、鞍型形状のポンチ形状においても、溶接ビード
線がダイス肩を通過しても縦壁部で破断することなく成
形する事が可能であった。一方、強度比2.5超の供試材
４と供試材５では、ダイス肩Ｒが10mmRでも成形でき
ず、フロアフラット部に該当する薄い鋼板側がダイス肩
を通過すると同時に破断してしまった。なお、これらの
供試材すべてにおいて、成形深さ50mm以下の条件、すな
わち、フロアフラット側に該当する低強度鋼板がダイス
肩に掛かる前の状態では破断しなかった。ちなみに、供
試材５で成形できた平行型ハット形状フロア部品の例
で、破断なく成形させるため従来のテーラードブランク
のように溶接ビード線をフロアフラット部分にとどめた
場合、ブランクはフラット部分とトンネル部分の板厚構
成は390mm(1.2mm)+320mm(1.6mm)+390mm(1.2mm)となり、
供試材５の構成450mm(1.2mm) +200mm(1.6mm)+450mm(1.2
mm)の重量11kgに対して11.4kgとなり、本発明によれば
従来のテーラードブランク材よりさらに４％程度の軽量
化が得られる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、冷延鋼板や熱延鋼板の
高張力鋼板、または、これらの表面処理鋼板やステンレ
ス鋼板、アルミニウム合金板、チタン板などを、自動車
フロア部品にテーラードブランク材として適用するに当
たり、フロアフラット部に該当する材料がトンネル縦壁
部に流入しても破断することなく成形でき、軽量な自動
車用フロア部材を提供可能である。

【００２８】本発明による自動車フロア部品用テーラー
ドブランク材及び自動車フロア部材製造法は、自動車の
軽量化ニーズに的確に答えられる手法であり、工業的価
値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動車フロア用テーラードブラン
ク材．溶接ビード部分がフロアトンネルのダイス肩Ｒ部
分を通過した形状をしている。

【図２】テーラードブランク製フロア成形の模式図。

【図３】テーラードブランク材の強度組み合せに応じた
トンネル部ダイス肩r_dとフラット部側板厚t₁との比を示
す．フロアフラット側に該当する鋼板の板厚t₁に対して
図のr_d/t₁以上のダイス肩r_dを採用すればよい。

【図４】自動車車体前後方向に沿ったトンネル部分形状
例で、（ａ）一般的なストレートタイプ(平面ひずみ)、
（ｂ）凸型(部分的な伸びフランジ)、（ｃ）鞍型（部分
的な縮みフランジ）の成形様式に対して本発明が適用可
能であることを示すフロア型模式図。

【図５】従来の単一板による、自動車用フロア部材の代
表的形状の例を示す。

【図６】トンネル部分に平行に３条の帯板を繋いで、溶
接部がトンネル部分にかからないように成形された、従
来技術のテーラードブランクによるフロア部材。

【符号の説明】

１.フロアトンネル部ポンチ２.フロアフラット部板押さえ３.第２の板材（フロア用テーラードブランク材トンネ
ル部分用材料材料強度TS₂、板厚t₂）４. 第１の板材（フロア用テーラードブランク材フラッ
ト部分用材料材料強度TS₁、板厚t₁）５.ダイスダイス肩Ｒはr_d

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車フロア部材のフロアフラット部に
材料強度(TS₁［ＭＰａ］×t₁［ｍｍ］)の第１の板材を
配し、トンネル部に材料強度(TS₂［ＭＰａ］×t₂(［ｍ
ｍ］)の第２の板材を配し、第１の板材と第２の板材が
溶接され、強度比α＝（TS₂×t₂）／(TS₁×t₁)＝1.0〜
2.5及びt₁≦t₂を満足することを特徴とする自動車フロ
ア部材用テーラードブランク材。
【請求項２】トンネル部がストレート形状、鞍型形状
又は凸型形状であることを特徴とする請求項1記載の自
動車フロア部材用テーラードブランク材。
【請求項３】請求項１又は２に記載のテーラードブラ
ンク材を製造する方法であって、第１の板材と第２の板
材が鋼板同士、アルミ板同士又はチタン板同士であり、
それらをレーザー溶接、マッシュシーム溶接、プラズマ
溶接、高周波誘導溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接ま
たはＴＩＧ溶接することを特徴とする自動車フロア部材
用テーラードブランク材の製造方法。
【請求項４】請求項１又は２に記載のテーラードブラ
ンク材をプレス成形する方法であって、第１の板材の板
厚t₁［ｍｍ］に対するフロアトンネル部ダイス肩Ｒ部の
最小半径r_d［ｍｍ］を、下記(5)式を満足するように成
形することを特徴とする自動車フロア部材用テーラード
ブランク材のプレス成形方法。【数１】ここで、α：強度比（＝1.0〜2.5） μ：摩擦係数 θ：ビード巻き付き角度