JP2006212680A - 塗装鋼板の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで、容器半体を塗装鋼板から成形することができる成形方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 図（ｃ）は比較例の平面断面図であり、幅広の鍔１２０が形成されており、周長Ｌ１のラインから折り曲げる。図（ｄ）は図（ｃ）の断面図であり、鍔１２０を想像線の位置まで曲げる。鍔１２０の外縁に注目すると、曲げ前の周長はＬ３で、曲げ後の周長はＬ１となる。周長がＬ３からＬ１に変化するため、周長差が皺の発生させる。これに対して、本発明に係る図（ｂ）は、縦部３８を別途絞り高低で形成する。曲げ工程では幅狭のフランジ部４６だけを想像線の位置まで曲げる。周長Ｌ２と周長Ｌ１の差は許容できる範囲に決めるため、曲げによる皺の発生は防止することができる。皺が発生しなければ、塗装が剥がれる心配はなく、安定した塑性加工を行うことができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、燃料タンクの上半体のような容器半体を、塗装鋼板から成形する塗装鋼板の成形方法に関する。

図９は従来の燃料タンクの断面図であり、燃料タンク１００は、ロアケース１０１と、ロアインナーケース１０２と、アッパーケース１０３とを相互に重ねて、合わせ部分１０４を巻締め加工することで、一体化した容器である。

図１０は図９の１０部拡大図であり、合わせ部分１０４では、ロアケース１０１の端部１０５は曲げ程度が小さい。一方、ロアインナーケース１０２の端部１０６にアッパーケース１０３の端部１０７を巻き付けた状態で、両端部１０６、１０７を端部１０５に巻き付ける構造とした。そのため、アッパーケース１０３の端部１０７は端部１０５、１０６より長くなる。

図１１は従来の巻締め加工の説明図である。なお、加工は天地を逆、すなわちアッパーケース１０３を下に、ロアケース１０１を上にして、実施する。
（ａ）において、ダイ１１１に、アッパーケース１０３の端部１０７を載せ、この端部１０７にロアインナーケース１０２の端部１０６を載せ、この端部１０６にロアケース１０１の端部１０５を載せ、パンチ１１２を下げる（矢印Ｄ）。パンチ１１２の下面に設けた凹部１１３でアッパーケース１０３の端部１０７を矢印Ｅのごとく、曲げる。

（ｂ）において、別のダイ１１４に、半完成品を載せ、別のパンチ１１５を下げ（矢印Ｈ）、端部１０５〜１０７を矢印Ｊのごとく曲げて、かしめる。次に、天地逆にすることで、図１０の合わせ部１０４を得ることができる。

そして、塗装ラインへ移し、塗装を施して完成品とする。巻締め加工→塗装工程の順で作業を進めるため、工程数が多くなる。加えて、容器の移動時間が不可欠となる。すなわち、巻締め加工→塗装工程の順で作業を進めると加工コストが嵩む。

加工コストを低減する手法の１つに鋼板に予め塗装を施した塗装鋼板を出発材料とし、この塗装材料を塑性加工することで容器を製造する技術が提案されている。しかし、塑性加工で塗装鋼板に大きな皺がよると、塗膜に亀裂が入り、塗装が剥がれることがある。
対策として、塗装が剥がれないようにして塗装鋼板を塑性加工する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２９８９０６公報（請求項１）

特許文献１の請求項１には、「塗装金属板を予め各種条件で絞り加工して塗膜剥離状況を確認するとともに、塗装前の原金属板を素材として前記加工条件と同じ条件で成形シミュレーションを実施して両結果から塗膜剥離発生最小歪みを推定し、塗装金属板絞り加工時に、塗膜が剥離しやすい箇所の歪みが前記塗膜剥離発生最小歪みに達しないようにコーナーカット量と絞り加工条件を調整することを特徴とする塗装金属板の絞り加工方法。」と記載されている。

前記成形シミュレーションについては、特許文献１段落番号［０００９］第１行〜第２行に「本発明では、塗膜を形成していない金属板を絞り加工するときに各部位に生じる歪みを、コンピューターによるシミュレーション（ＣＡＥ解析）を活用することにより推定した。」と記載されている。

特許文献１には、次の点で改良の余地がある。
まず、原金属板におけるシミュレーション（ＣＡＥ解析）が必須であるため、解析コストが発生する。

また、塗膜剥離発生最小歪みに達しないように絞り加工条件を調整するため、必然的に１回当たりの絞り量が小さくなり、絞り工程の数が著しく増加する虞がある。この結果、加工時間と加工工数が増大する。

従来の技術では、解析コストと加工工数増大とにより、加工コストが嵩むことになる。

本発明は、低コストで、容器半体を塗装鋼板から成形することができる成形方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、片面若しくは両面に塗装を施した塗装鋼板を準備する工程と、
準備した塗装鋼板の周縁部を、第１のブランクホルダで押さえながら中央部を絞ることで第１成形体を得る第１絞り工程と、
前記第１のブランクブランクホルダで押さえることで第１成形体に残した第１平坦部の周縁部を、第２のブランクホルダで押さえながら第１平坦部の残部がＬ字断面となるように絞ることで第２成形体を得る第２絞り工程と、
前記第２のブランクブランクホルダで押さえることで第２成形体に残した第２平坦部から不要部分を切除して第３成形体を得るトリム工程と、
第２平坦部の残部をフランジ部、前記Ｌ字断面を縦部と横部と呼ぶときに、前記フランジ部が前記縦部と面一になるように、前記フランジ部を曲げることで第４成形体を得る曲げ工程と、からなり、
燃料タンクの上半体のような容器半体を、塗装鋼板から成形することを特徴とする。

仮に、第２絞り工程を省いて、曲げ工程で、縦部及びフランジ部を一括形成することが考えられるが、曲げ工程では縦部にフランジ部を加えた幅広の部位を曲げることなる。
幅広であるため、曲げ加工直前時点で、縦部の基部周長とフランジ部の先端部周長とは著しく異なる。曲げ加工を行うと長い方の先端部周長が短い方の基部周長に近づくため、先端部は一部縮むが、残り部は皺となる。皺は塗膜剥離を引き起こす。

請求項１では、縦部は第２絞り工程で、塗装鋼板をブランクホルダで押さえながら形成する。そのため、縦部には皺が発生しない。
そして、フランジ部は幅狭である。幅狭のフランジ部を曲げ工程で曲げる分には皺は発生しない。
第２絞り工程と曲げ工程とで幅広の部位を形成するため、複雑なシミュレーションは必要なく、工程数が著しく増加することもない。

更には、曲げ工程での変形量を抑えることができるため、残留応力を小さくすることができ、歪みのない良質な容器半体を得ることができる。

したがって、請求項１によれば、低コストで、容器半体を塗装鋼板から成形することができる成形方法を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、容器半体は種類を問わないが、燃料タンクの上半体を例にして以下説明する。
図１は本発明に係る燃料タンクの上半体の断面図であり、容器半体としての燃料タンクの上半体１０は、巻締め工程へ投入する塑性加工品であり、湾曲本体部１１の下端部に、鍔部１２と、この鍔部１２から下げた立ち下がり部１３とを備える（図１１（ａ）符号１０７参照）。なお、１４は給油穴用開口である。

図２は本発明に係る燃料タンクの上半体の斜視図であり、燃料タンクの上半体１０は、角形容器の上半体であり、四隅にアール部１５・・・（・・・は複数を示す。）を有する。

以上に述べた燃料タンクの上半体１０の成形方法を次に説明する。
図３は本発明の準備工程及び第１絞り工程の説明図であり、適当な大きさに切断した塗装鋼板２１を準備する。なお、塗装鋼板２１は、厚さ０．４〜２．０ｍｍの炭素鋼鋼板の両面（又は片面）に厚さ１０〜１００μｍの塗膜を被せてなり、一般に製鉄所などの鋼材製造ラインで製造される。

そして第１絞り工程を行うために、第１雌型２２、第１雄型２３、第１のブランクホルダ２４を備える第１絞り加工装置２５を用意する。
そして、平板状の塗装鋼板２１を、第１のブランクホルダ２４と第１雌型２２とで強く挟む。次に、第１雌型２２と共に塗装鋼板２１を下げ、第１雄型２３により塗装鋼板２１の中央部分（第１のブランクホルダ２４より内側の部分）を絞る。以上の工程を第１の絞り工程という。

この第１の絞り工程を実施した結果、想像線で示す第１成形体２６を得ることができる。第１のブランクホルダ２４で押さえたため平坦のままであった部位を第１平坦部２７と呼ぶ。
この第１平坦部２７を含む第１成形体２６は、第１絞り加工装置２５から外し、次に説明する第２絞り加工装置へ移す。

図４は本発明の第２絞り工程の説明図であり、要部のみを図示するが、第２雌型３１、第２雄型３２、第２のブランクホルダ３３を備える第２絞り装置３０を用意する。
そして、第２雄型３２に第１成形体２６をセットし、第１平坦部２７の周縁部３４を、第２のブランクホルダ３３と第２雌型３１とで強く挟む。

次に、第２雌型３１と共に第１成形体２６の周縁部３４を下げ、想像線で示すように絞る。
以上の工程を第２の絞り工程という。この第２の絞り工程を実施した結果、想像線で示す部分を含む第２成形体３５を得ることができる。
この第２成形体３５は、第２絞り加工装置３０から外し、次に説明するトリム加工装置へ移す。

図５は本発明のトリム工程の説明図であり、受け型４１とトリム刃４２と押さえ部材４３とを含むトリム加工装置４０を用意する。
第２成形体３５は、横部３７と縦部３８からなるＬ字断面を含み、このＬ字断面の縦部下端から第２平坦部３９を延ばした形態になる。なお第２平坦部３９は、図４に示した第２のブランクホルダ３３で挟んだことで得られた平坦部である。

そして、第２成形体３５の第２平坦部３９を受け型４１に載せ、押さえ部材４３で押さえながら、不要部分４４をトリム刃４２で切除する。以上の工程をトリム工程という。このトリム工程を実施した結果、実線で示した第３成形体４５を得ることができる。不要部分４４を除いた第２平坦部３９を、フランジ部４６と呼ぶ。
このフランジ部４６を含む第３成形体４５は、トリム加工装置４０から外し、次に説明する曲げ加工装置へ移す。

図６は本発明の曲げ工程の説明図であり、受け型５１と曲げ部材５２と押さえ部材５３とを含む曲げ加工装置５０を用意する。
そして、実線で示す第３成形体４５を受け型５１に載せ、横部３７を押さえ部材５３で押さえ、フランジ部４６を曲げ部材５２で約９０°曲げて、フランジ部４６が縦部３８と同一面、すなわち面一になるようにする。以上の工程を曲げ工程という。曲げ工程の結果、縦部３８とフランジ部４６とが面一になった第４成形体５４を得ることができる。この第４成形体５４は図１に示す燃料タンクの上半体１０に相当する。

次に、本発明の理解を促すために、実施例と比較例とを対比説明する。
図７は実施例と比較例との対比説明図であり、実施例を（ａ）、（ｂ）、比較例を（ｃ）、（ｄ）で説明する。
（ａ）は図６の７−７線断面図（ただし、アール部１５のみ）であり、半径Ｒｒで縦部３８が成形され、この縦部３８から幅Ｗのフランジ部４６が膨出しているとする。
横部３７の外縁の周長Ｌ１は、直径×π×（１／４）で求めることができるから、Ｌ１＝２×Ｒｒ×π×（１／４）＝π・Ｒｒ／２の計算により、π・Ｒｒ／２となる。
フランジ部４６の外縁の周長Ｌ２は、Ｌ２＝２×（Ｒｒ＋Ｗ）×π×（１／４）＝π・（Ｒｒ＋Ｗ）／２の計算により、π・（Ｒｒ＋Ｗ）／２となる。

（ｂ）は（ａ）の断面図であり、フランジ部４６を曲げ工程により、想像線のように曲げて縦部３８と面一にすると、曲げ工程の前後で、フランジ部４６の外縁の周長はＬ２からＬ１に変化する。Ｌ２−Ｌ１＝π・（Ｒｒ＋Ｗ）／２−π・Ｒｒ／２＝π・Ｗ／２の計算で求めた、π・Ｗ／２が、フランジ部４６の圧縮変形で吸収されれば、皺は発生しない。本発明ではフランジ部４６で吸収され得る程度に幅Ｗを設定したので、塗膜が剥がれるような有害な皺は発生しない。

次に、絞り工程、トリム工程、曲げ工程、すなわち本発明の第２絞り工程を省略した工程で成形を行う、比較例を説明する。
（ｃ）は絞り工程、トリム工程を経た成形体を示す。この成形体は、（ｂ）に示す横部３７、縦部３８及びフランジ部４６を合計したところの大きな幅の鍔部１２０を有する。
（ｄ）は（ｃ）の断面図であり、周長Ｌ１（半径Ｒｒの円弧）で折り曲げることを示す。この曲げ工程により、（ｂ）と同一品を得ることができる。鍔部１２０の外縁の周長をＬ３とすれば、曲げ工程の前後で周長Ｌ３が周長Ｌ１に変化する。

（ｃ）において、鍔部１２０のうち、折り曲げる部分の幅は、（ｂ）の縦部３８とフランジ部４６の合計となり、説明を簡単にするために、縦部３８とフランジ部４６の合計をフランジ部４６の２倍、すなわち２×Ｗと仮定する。周長Ｌ３は、Ｌ３＝π・（Ｒｒ＋２Ｗ）／２の計算で求めることができる。
周長差（Ｌ３−Ｌ１）は、Ｌ３−Ｌ１＝π・（Ｒｒ＋２Ｗ）／２−π・Ｒｒ／２＝π・Ｗの計算で求まる。周長差π・Ｗは実施例の２倍であり、半分（π・Ｗ／２）がフランジ部４６の内部変形で吸収されるとしても、残りのπ・Ｗ／２が吸収されずに、皺を発生させ、塗膜の剥離を招く。

次に、ＲｒとＷの相関を実験により求めたので、その結果を説明する。
コーナーの半径Ｒｒが３０ｍｍ、４５ｍｍ及び６０ｍｍの金型を準備し、塗装鋼板に第１絞り工程、第２絞り工程を施し、フランジ部４３の幅Ｗが７ｍｍ〜２０ｍｍになるようにトリム工程を施し、曲げ工程を実施したときに、塗膜の剥離が発生したか否かを調べた。

○は良好、×は不良（塗膜剥離発生）である。この結果を、グラフ化する。
図８は本発明に係るＲｒとＷの関係を示すグラフ図であり、フランジ部の幅Ｗが小さいほど結果が良好になり、コーナーの半径Ｒｒが大きいほど結果は良好となることが確認できた。

表１は単位がｍｍであるため、フランジ部の幅Ｗをコーナーの半径Ｒｒで割って無次元化することにより、本発明を一般化する。
例えば、表１で右下隅の「窓」は、Ｗが７ｍｍ、Ｒｒが６０ｍｍであるから、には、７／６０＝０．１１の計算により、０．１１を当てはめる。他の窓も同様に計算して次の表を完成する。

この表のＲｒを横軸にとり、Ｗ／Ｒｒを縦軸にとったグラフに○、×に分布させることで分布図を作成する。

図９は本発明に係るＷ／Ｒの分布図であり、塗膜が剥離する×と、塗膜が剥離しない○との間に区分線を引くことができる。この区分線はＷ／Ｒｒ＝０．３、すなわち３０％の線である。
Ｗ／Ｒが３０％以下であれば、塗膜の剥離が認められず、良好な成形体が得られることが判明したことになる。

新規の燃料タンクの上半体を設計する場合、Ｗ／Ｒが３０％以下になるように、フランジ部の幅Ｗ又はコーナーの半径Ｒｒを決めればよいから、上半体の形状決定を極めて容易に行うことができる。

尚、本発明は、容器半体であれば、容器の用途は燃料タンクに限定するものではない。

本発明は、燃料タンクの上半体の成形に好適である。

本発明に係る燃料タンクの上半体の断面図である。 本発明に係る燃料タンクの上半体の斜視図である。 本発明の準備工程及び第１絞り工程の説明図である。 本発明の第２絞り工程の説明図である。 本発明のトリム工程の説明図である。 本発明の曲げ工程の説明図である。 実施例と比較例との対比説明図である。 本発明に係るＲｒとＷの関係を示すグラフ図である。 従来の燃料タンクの断面図である。 図９の１０部拡大図である。 従来の巻締め加工の説明図である。

符号の説明

１０…容器半体（燃料タンクの上半体）、２１…塗装鋼板、２４…第１のブランクホルダー、２５…第１絞り加工装置、２６…第１成形体、２７…第１平坦部、３０…第２絞り加工装置、３３…第２のブランクホルダー、３５…第２成形体、３７…Ｌ字断面の横部、３８…Ｌ字断面の縦部、３９…第２平坦部、４０…トリム加工装置、４４…不要部分、４５…第３成形体、４６…フランジ部、５０…曲げ加工装置、５４…第４成形体。

Claims (1)

1. 片面若しくは両面に塗装を施した塗装鋼板を準備する工程と、
   準備した塗装鋼板の周縁部を、第１のブランクホルダで押さえながら中央部を絞ることで第１成形体を得る第１絞り工程と、
   前記第１のブランクブランクホルダで押さえることで第１成形体に残した第１平坦部の周縁部を、第２のブランクホルダで押さえながら第１平坦部の残部がＬ字断面となるように絞ることで第２成形体を得る第２絞り工程と、
   前記第２のブランクブランクホルダで押さえることで第２成形体に残した第２平坦部から不要部分を切除して第３成形体を得るトリム工程と、
   第２平坦部の残部をフランジ部、前記Ｌ字断面を縦部と横部と呼ぶときに、前記フランジ部が前記縦部と面一になるように、前記フランジ部を曲げることで第４成形体を得る曲げ工程と、からなり、
   燃料タンクの上半体のような容器半体を、塗装鋼板から成形することを特徴とする塗装鋼板の成形方法。

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