JP2004050187A

JP2004050187A - テーラードブランク材及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004050187A
Application number: JP2002207205A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanaka; 田中　晃二; Masaki Kumagai; 熊谷　正樹; Masamichi Aono; 青野　雅路
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】従来のテーラードブランク材よりも複数の板材の配置の自由度が増し，かつ，優れたプレス加工性を有するテーラードブランク材を提供すること。
【解決手段】アルミニウム合金よりなる主板材２と，材質または板厚の少なくとも一方が主板材と異なるアルミニウム合金よりなる副板材３とを接合してなる，プレス成形用のテーラードブランク材１である。主板材には，切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設けてあり，一方，副板材には，主当接部に密接可能な副当接部を設けてある。主当接部と副当接部とが突き合わされた状態で，摩擦撹拌接合により接合されている。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，プレス成形に供されるブランク材であって，部分的に板厚又は材質の異なるテーラードブランク材に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，地球環境保護および省エネルギーの観点から，特に自動車関連では排出する有害ガスの抑制，地球温暖化を引き起こすとされる二酸化炭素の抑制および燃費向上が急務となっている。
これらの諸問題を解決する一つの方策としては，車体の軽量化が有効であり，特にボディおよび部品等に従来から使用されている鋼を軽量材であるアルミニウム合金ヘ置換することが盛んに検討されている。
更には，素材を可能な限り節約し，部材の適材適所を図る試みも同時に検討されており，特に板厚の異なる板あるいは材質の異なる板を接合し，プレス成形に供するテーラードブランクの考え方が自動車の軽量化による燃費向上には有効な手段とされている。
【０００３】
鋼板を用いた従来のテーラードブランク材は，複数の鋼板の直線状の端面を突き合せて，レーザー溶接或いはマッシュシーム溶接することによって一枚の板として製造する方法が知られている。このテーラードブランク材は，その後プレス成形によって特定の形状に加工される。
また最近では，従来の突合せ方法とは異なるテーラードブランク材の製造方法も，特開２０００−１９７９６９号公報や特開２００１−１２２１５４号公報に開示されている。具体的には，ベースとなる主板材の表面において部分的に副板材を重ねて配置し，その周囲等を主板材に接合する方法が示されている。
また，板厚が異なる一対の金属板の直線状の端面を突き合わせて摩擦撹拌接合により接合したテーラードブランク板材が，特開２００１−２６９７７９号公報に開示されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，従来のテーラードブランク材においては，次のような問題がある。
即ち，２種類の板材の直線状の端面を突き合わせ接合することにより作製したテーラードブランク材は，例えば複雑な形状のプレス加工品においては，その接合部の位置が必ずしも最適な位置とならない。
【０００５】
一方，上記の主板材の表面に副板材を部分的に重ね合わせる構造の場合には，上記の端面を突き合わせる場合に比べて，副板材の自由な配置を実現することができる。しかしながら，プレス加工時において，重ね合わせ部における摩擦や応力差などが生じて接合部の破断が生じることがある。さらには，重ね合わせ部に閉じこめられた空気の影響や，進入した水分等の悪影響を受けることもある。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，従来のテーラードブランク材よりも複数の板材の配置の自由度が増し，かつ，優れたプレス加工性を有するテーラードブランク材を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
第１の発明は，アルミニウム合金よりなる主板材と，材質または板厚の少なくとも一方が上記主板材と異なるアルミニウム合金よりなる副板材とを接合してなる，プレス成形用のテーラードブランク材において，
上記主板材には，切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設けてあり，一方，上記副板材には，上記主当接部に密接可能な副当接部を設けてあり，
上記主当接部と上記副当接部とが突き合わされた状態で，摩擦撹拌接合により接合されていることを特徴とするテーラードブランク材にある（請求項１）。
【０００８】
本発明においては，上記のごとく，上記主板材に切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設け，一方，上記副板材には，上記主当接部に密接可能な副当接部を設けてある。これら主当接部及び副当接部は，用途に応じて自由な形状に設定することができる。そのため，この特殊な形状の主当接部と副当接部を突き合わせ接合して得られたテーラードブランク材は，プレス加工性の観点から，あるいは得られるプレス加工品にとって，最適な位置に最適な形状の接合部分を有するものとすることができる。
【０００９】
また，上記主当接部と副当接部との当接部においては，副板材の少なくとも一部が主板材にはめ込まれた状態となる。これにより，従来の直線状の端部同士を接合した場合と比べて，接合部分の剛性，安定性を向上させることができる。
また，上記のような接合部の位置，形状等の自由度の向上によって，プレス加工に最適なブランク材を設計することもできる。例えば，プレス加工時において部分的に加工度の違いがある場合には，伸び，強度等が異なる主板材と副板材を採用し，これら主板材と副板材の配置を加工度の違いに応じて決定することができる。
【００１０】
また，上記のごとく，主当接部と副当接部とは突き合わせて接合してある。そのため，上記主板材と副板材とが重なり合う部分がなく，プレス加工性を向上させることができる。
さらに，上記主当接部と副当接部との接合は，上記摩擦撹拌接合により行っている。これにより，上記主当接部と副当接部が単なる直線状ではなく複雑な形状をしていたとしても，両者の当接状態を維持して確実な接合を行うことができる。そして，また，溶融部のない安定的な継ぎ手部分を得ることができる。そして，接合部分でも優れた強度と靱性を維持することができる。
【００１１】
このように，本発明のテーラードブランク材は，従来のテーラードブランク材よりも複数の板材の配置の自由度が増し，かつ，優れたプレス加工性を有する優れたものとなる。
【００１２】
第２の発明は，アルミニウム合金よりなる主板材と，材質または板厚の少なくとも一方が上記主板材と異なるアルミニウム合金よりなる副板材とを接合してなる，プレス成形用のテーラードブランク材を製造する方法において，
上記主板材に切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設けると共に，上記副板材に上記主当接部に密接可能な副当接部を設け，
上記主板材と上記副板材とを上記主当接部と上記副当接部とにおいて突き合わせ，
その突き合わせ部分を摩擦撹拌接合により接合することを特徴とするテーラードブランク材の製造方法にある（請求項３）。
【００１３】
本発明の製造方法においては，上述した第１の発明の優れたテーラードブランク材を容易に製造することができる。そして，得られたテーラードブランク材は，上記のごとく，最終製品の形状に最適な材料配置を実現することができ，かつ，強固かつ靱性に優れ，優れたプレス加工性を備えたものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記第１，第２の発明においては，上記のごとく，主板材には切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設ける。ここでいう切り欠き部とは，例えば通常の直線状の端面から内方に切り欠きを入れたような部分をいう。切り欠き形状としては，曲線状，円弧状，鋭角状，鈍角状など，様々な形状を採用することができる。また，上記貫通穴は，主板材の内部において表面から裏面に貫通するように設けた穴であって，丸穴，多角形状の穴など，これも様々な形状を採用することができる。
【００１５】
また，上記副板材に設ける副当接部としては，例えば上記切り欠き部又は貫通穴部に密接可能な突部又は外周部全体により構成することができる。ここでいう突部は，上記主当接部が切り欠き部である場合に，これに密接しうるよう突出した形状をいう。この場合，副板材の外周部の一部，例えば角部を上記突部として適用することも可能である。また，上記外周部全体を採用するのは，上記主当接部が貫通穴部である場合であって，この貫通穴部の内壁に密着するように整えた上記副当接部の外周部全体が上記副当接部となる。
【００１６】
また，上記摩擦撹拌接合は，ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）と呼ばれる接合方法であって，肩面から突出した突起部を先端に有する回転工具を用い，この回転工具を回転させながら上記突起部を接合部分，すなわち，主当接部と副当接部の当接部に差し込んで移動させることにより接合を行う方法である。
【００１７】
上記第１，第２の発明においては，この摩擦撹拌接合を積極的に採用することによって，アルミニウム合金よりなる上記主板材と副板材の接合部分を溶融させることなく安定した接合部とすることができる。
そして，レーザ溶接やマッシュルーム溶接でアルミニウム合金を溶接する場合の問題，例えば，ブローホールの発生や，突き合わせ面の隙間（ギャップ）管理が困難である点等を上記摩擦撹拌接合の採用によって確実に回避することができる。
【００１８】
また，上記テーラードブランク材は，自動車用プレス材に用いられることが好ましい（請求項２，４）。
自動車用プレス材としては，例えば，自動車の内外装パネル，シャシー用プレス材など種々の材料がある。これらの自動車用プレス材においては，デザインによって様々なプレス加工が必要となるので，上記のテーラードブランク材の採用が，プレス加工品の性能の向上及び加工性，加工歩留まりの向上等に貢献することができる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例に係るテーラードブランク材につき，図１〜図３を用いて説明する。
本例のテーラードブランク材１は，図３に示すごとく，アルミニウム合金よりなる主板材２と，板厚が上記主板材２と異なるアルミニウム合金よりなる副板材３とを接合してなる，プレス成形用のテーラードブランク材である。
上記主板材２には，切り欠き部よりなる主当接部２０を設けてあり，一方，上記副板材３には，上記主当接部２０に密接可能な副当接部３０を設けてある。
そして，上記主当接部２０と上記副当接部３０とが突き合わされた状態で，摩擦撹拌接合により接合されている。
【００２０】
以下，これを詳説する。
本例では，上記主板材２として，ＪＩＳ　Ａ６０６３−Ｔ４よりなり，板厚２ｍｍのアルミニウム合金板を採用した。そして，図１に示すごとく，四角形状の一角を９０°の角度で内方に切り欠いた切り欠き部を設け，これを主当接部２０とした。
【００２１】
また，副板材３としては，主板材２と同じ材質であるが板厚を主板材２の半分にしたアルミニウム合金板を採用した。また，その外形状は，図１に示すごとく，四角形状とした。そして，その一角，すなわち四角形を形成する２辺よりなる突部を主当接部２０に密接可能な形状として，これを副当接部３０とした。
【００２２】
次に，図２に示すごとく，主板材２の主当接部２０に副板材３の副当接部３０が突き合わされるように，主板材２と副板材３とを配置する。
次に，その突き合わせ部分を摩擦撹拌接合により接合する。
本例の摩擦撹拌接合には，図２に示すごとく，回転工具５として，肩面５１と該肩面５１から突出させた突起部５２とを先端に有すると共に主板材２及び副板材３よりも硬質の回転工具を用いた。
【００２３】
そして，回転工具５を高速回転させながら突起部５２を主当接部２０と副当接部３０との突き合わせ部分に差し込み，その突き合わせ部分に沿って略Ｌ字状に回転工具５を移動させる。回転工具５が差し込まれた状態においては，主板材１と副板材３とが摩擦熱を発生させた状態で撹拌され撹拌域１５が形成される。撹拌域１５が回転工具５の移動とともに突き合わせ部分全体に形成され，これが突き合わせ接合部分となる。
これにより，図３に示すごとく，主板材２と副板材３とが接合され，テーラードブランク材１が得られる。
【００２４】
得られたテーラードブランク材１は，図１〜図３に示すごとく，主当接部２０と副当接部３０との当接部において，副板材３が主板材２にはめ込まれた状態となる。これにより，従来の直線状の端部同士を接合した場合と比べて，接合部分の剛性，安定性を向上させることができる。
【００２５】
また，上記のような接合部の位置，形状等の自由度の向上によって，プレス加工に最適なブランク材を設計することもできる。例えば，本例の場合には，四角形状のうち，一角部分における要求強度が低い場合に，その部分に上記副板材３が位置するようにして用いることができる。
【００２６】
また，図２，図３に示すごとく，主当接部２０と副当接部３０とは突き合わせて接合してある。そのため，主板材２と副板材３とが重なり合う部分がなく，従来の重なり部分による不具合発生を確実に回避することができ，プレス加工性を向上させることができる。
【００２７】
さらに，主当接部２０と副当接部３０との接合は，上記のごとく摩擦撹拌接合により行っている。これにより，上記主当接部２０と副当接部３０が単なる直線状ではない本例の場合でも，両者の当接状態を維持して確実な接合を行うことができる。そして，また，溶融部のない安定的な継ぎ手部分を得ることができ，接合部分でも優れた強度と靱性を維持することができる。
【００２８】
なお，本例の主板材１と副板材２の形状等は一例であって，主当接部及び副当接部は，用途に応じて自由な形状に設計変更することができる。そのため，この特殊な形状の主当接部と副当接部を突き合わせ接合して得られたテーラードブランク材は，最適な位置に最適な形状の接合部分を有するものとすることができる。
また，本例では，主板材２と副板材３の材質を同じにし，板厚を変えたが，板厚が同じで材質が異なる組み合わせなどを採用することも可能である。
【００２９】
また，本例での摩擦撹拌接合は，回転工具５を差し込む際に，突起部５２の中心が主板材２と副板材３の当接面に平行となるように行った。これに代えて，突起部５２を厚板である主板材２の方に傾けて差し込む方法など，様々な差し込み方法を適用できることは言うまでもない。
【００３０】
（実施例２）
本例は，図４，図５に示すごとく，実施例１における主板材２の形状を変更するとともに，副板材３を２枚採用した例である。
即ち，図４に示すごとく，四角形状のうち隣り合う２つの角部をそれぞれ９０°の角度で内方に切り込んで切り欠き部を形成し，２つの主当接部２０とした。
また，副板材３としては，同図に示すごとく，四角形状のもの２枚を採用し，それぞれ四角形を形成する２片よりなる突部を副当接部３０とした。
主板材２及び副板材３の材質及び板厚はそれぞれ実施例１と同様とした。
【００３１】
この場合には，図４に示すごとく，主板材２の２箇所の主当接部２０にそれぞれ副板材３の副当接部３０が突き合わされるように，主板材２と副板材３とを配置する。
そして，その突き合わせ部分を摩擦撹拌接合により接合する。
これにより，図５に示すごとく，突き合わせ部分全域に撹拌域１５よりなる接合部分が形成され，２箇所に副板材３をはめ込んだ状態のテーラードブランク材１０２が得られた。
【００３２】
（実施例３）
本例は，図６，図７に示すごとく，実施例１における主板材２の形状を変更した別例である。
即ち，図６に示すごとく，四角形状の主板材１の一辺部においてコ字状に内方に切り欠いて切り欠き部を設け，これを主当接部２０とした。
また，副板材３としては，同図に示すごとく，四角形状のものを採用し，その３辺を副当接部３０とした。
主板材２及び副板材３の材質及び板厚はそれぞれ実施例１と同様とした。
【００３３】
この場合にも，図６に示すごとく，主板材２の１箇所の主当接部２０に副板材３の副当接部３０が突き合わされるように，主板材２と副板材３とを配置する。
そして，その突き合わせ部分を摩擦撹拌接合により接合する。
これにより，図７に示すごとく，コ字状の突き合わせ部分全域に撹拌域１５よりなる接合部分が形成され，コ字状の切り欠き部に副板材３をはめ込んだ状態のテーラードブランク材１０３が得られた。
【００３４】
（実施例４）
本例は，図８〜図１０に示すごとく，実施例１における主板材２の形状を変更し，貫通穴よりなる主当接部３０を採用した例である。
即ち，図８に示すごとく，主板材２としては，四角形状の中央に四角形状の貫通穴を設け，これを主当接部２０とした。
また，副板材３としては，同図に示すごとく，四角形状のものを採用し，その４辺，すなわち外周部全体を副当接部３０とした。
主板材２及び副板材３の材質及び板厚はそれぞれ実施例１と同様とした。
【００３５】
この場合には，図９に示すごとく，主板材２の貫通穴よりなる主当接部２０に副板材３を挿入配置し，主当接部２０と副当接部３０とが突き合わされるように主板材２と副板材３とを配置する。
そして，その突き合わせ部分を摩擦撹拌接合により接合する。
これにより，図１０に示すごとく，四角形状の突き合わせ部分全域に撹拌域１５よりなる接合部分が形成され，中央に副板材３をはめ込んだ状態のテーラードブランク材１０４が得られた。
【００３６】
（実施例５）
本例は，図１１に示すごとく，主板材２に副板材３をはめ込むと共に副板材３を主板材２からはみ出させた形状を採用した例である。
即ち，同図に示すごとく，主板材２として，実施例１と同様に，四角形状の一角を９０°の角度で内方に切り欠いた切り欠き部を設け，これを主当接部２０としたものを採用した。
【００３７】
また，副板材３としては，上記主当接部２０を構成する２つの辺よりも長い辺を有する四角形状とした。そして，その一角，すなわち四角形を形成する２辺の一部よりなる突部を副当接部３０とした。本例でも，主板材２及び副板材３の材質及び板厚はそれぞれ実施例１と同様とした。
【００３８】
この場合にも実施例１と同様の摩擦撹拌接合を行うことによって，主板材２に副板材３の一部がはめ込まれ，かつ副板材３が主板材２からはみ出したような形状を有するテーラードブランク材が得られる。
同様に，図１２，図１３，図１４に示すごとく，接合部分が円弧状，コ字状，あるいは自由曲線状の場合にも，主板材２に副板材３の一部がはめ込まれ，かつ副板材３が主板材２からはみ出したような形状のテーラードブランク材が得られる。
【００３９】
なお，以上の実施例１〜実施例６においては，主板材２と副板材３の材質を同じにし，主板材２の板厚を副板材３よりも厚くした例を示したが，主板材２よりも副板材３の方が板厚が厚い例，あるいは主板材２と副板材３の材質が異なる例なども勿論実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，主板材と副板材の形状を示す説明図。
【図２】実施例１における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態を示す説明図。
【図３】実施例１における，テーラードブランク材を示す説明図。
【図４】実施例２における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態を示す説明図。
【図５】実施例２における，テーラードブランク材を示す説明図。
【図６】実施例３における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態を示す説明図。
【図７】実施例３における，テーラードブランク材を示す説明図。
【図８】実施例４における，主板材と副板材の形状を示す説明図。
【図９】実施例４における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態を示す説明図。
【図１０】実施例４における，テーラードブランク材を示す説明図。
【図１１】実施例５における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態を示す説明図。
【図１２】実施例５における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態の別例を示す説明図。
【図１３】実施例５における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態の他の別例を示す説明図。
【図１４】実施例５における，主板材と副板材とを主当接部と副当接部を突き合わせて配置した状態のさらに他の別例を示す説明図。
【符号の説明】
１，１０２，１０３．．．テーラードブランク材，
１５．．．撹拌域，
２．．．主板材，
２０．．．主当接部，
３．．．副板材，
３０．．．副当接部，
５．．．回転工具，
５１．．．肩面，
５２．．．突起部，

Claims

アルミニウム合金よりなる主板材と，材質または板厚の少なくとも一方が上記主板材と異なるアルミニウム合金よりなる副板材とを接合してなる，プレス成形用のテーラードブランク材において，
上記主板材には，切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設けてあり，一方，上記副板材には，上記主当接部に密接可能な副当接部を設けてあり，
上記主当接部と上記副当接部とが突き合わされた状態で，摩擦撹拌接合により接合されていることを特徴とするテーラードブランク材。
請求項１において，上記テーラードブランク材は，自動車用プレス材に用いられることを特徴とするテーラードブランク材。
アルミニウム合金よりなる主板材と，材質または板厚の少なくとも一方が上記主板材と異なるアルミニウム合金よりなる副板材とを接合してなる，プレス成形用のテーラードブランク材を製造する方法において，
上記主板材に切り欠き部又は貫通穴部よりなる主当接部を設けると共に，上記副板材に上記主当接部に密接可能な副当接部を設け，
上記主板材と上記副板材とを上記主当接部と上記副当接部とにおいて突き合わせ，
その突き合わせ部分を摩擦撹拌接合により接合することを特徴とするテーラードブランク材の製造方法。
請求項３において，上記テーラードブランク材は，自動車用プレス材に用いられることを特徴とするテーラードブランク材の製造方法。