JP2007203348A

JP2007203348A - 成形型の製作方法

Info

Publication number: JP2007203348A
Application number: JP2006026315A
Authority: JP
Inventors: Akinori Yoshizawa; 成則吉澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP4899507B2

Abstract

【課題】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を使用し、安価なプレス成形品を得るための成形型の製作方法を、提供する。
【解決手段】リジングマークを起点とする割れの発生の有無を判別するための条件に基づき、成形型の設計データを作成する（Ｓ１０〜Ｓ１８）。
【選択図】図３

Description

本発明は、成形型の製作方法に関する。

Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（ＪＩＳ６０００系）アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を、プレス加工する場合、筋状の模様からなる表面欠陥であるリジングマークを発生する。リジングマークは、顕著である場合、板厚分布を不連続にし、板厚が薄い部位に、割れを引き起こし、成形不良を発生させる問題を有する。

そのため、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材の製造において、合金組成、熱処理方法、圧延方法などが、検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２３８６５７号公報

しかし、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材のプレス成形性や曲げ加工性を向上させることで、リジングマークを起点とする割れ（リジングマーク割れ）の発生を抑制することは可能であるが、素材コストが上昇し、得られるプレス成形品が高価となる問題を有する。

一方、成形型の形状を検討することで、安価なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から構成されるブランク材を使用しても、リジングマーク割れの発生を抑制することは可能である。しかし、リジングマーク割れの発生は、事前予測が困難であるため、成形型の構想時に、リジングマーク割れの抑制を織り込むことが難しい。したがって、リジングマーク割れを抑制するためには、一旦製作された成形型の大幅な修正、あるいは成形型の再製作が、必要となり、成形型の製作コストが上昇し、得られるプレス成形品が高価となる問題を有する。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を使用し、安価なプレス成形品を得るための成形型の製作方法を、提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を、プレス成形するための成形型の製作方法であって、
リジングマークを起点とする割れの発生の有無を判別するための条件に基づき、成形型の設計データを作成する
ことを特徴とする成形型の製作方法である。

本発明によれば、成形型の設計データは、リジングマークを起点とする割れ（リジングマーク割れ）の発生の有無を判別するための条件に基づき、作成されており、成形型の構想時に、リジングマーク割れの抑制が織り込まれている。そのため、一旦製作された成形型の大幅な修正、あるいは成形型の再製作は、不要であり、成形型の製作コストは、上昇しない。また、リジングマーク割れを抑制するために、特殊な組成、特別な熱処理方法あるいは圧延方法が適用された高価なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材を使用する必要がない。したがって、安価なプレス成形品を得ることが可能である。つまり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を使用し、安価なプレス成形品を得るための成形型の製作方法を、提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る成形型の製作方法を説明するためのブロック図、図２は、本発明の実施の形態に係るプレス成形品を説明するための斜視図である。

本発明の実施の形態に係る成形型の製作方法は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（ＪＩＳ６０００系）アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を、プレス成形するための成形型に係り、製品設計工程、型設計工程、および型製作工程を有する。本実施の形態に係るプレス成形品１０は、例えば、図２に示されるトランクの補強構造体（パネル部品）である。

製品設計工程においては、プレス成形品１０の形状および寸法や材質が決定され、プレス成形品１０の設計データが作成される。設計データは、３次元形状ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎ）データである。

型設計工程においては、プレス成形品１０の形状に対応する成形型の設計データが作成される。設計データは、３次元形状ＣＡＤデータであり、判別条件に基づき、修正される。判別条件は、ブランク材に、リジングマークを起点とする割れ（リジングマーク割れ）の発生の有無を判別するための条件である。

型製作工程においては、判別条件に基づき修正された設計データを使用し、機械加工によって成形型が製作される。機械加工は、例えば、ＣＡＤ／ＣＡＭ、ＮＣ加工、放電加工である。

以上のように、設計データは、リジングマーク割れの発生の有無を判別するための条件に基づき、修正されており、成形型の構想時に、リジングマーク割れの抑制が織り込まれている。そのため、型製作工程において一旦製作された成形型の大幅な修正、あるいは成形型の再製作は、不要であり、成形型の製作コストは、上昇しない。また、リジングマーク割れを抑制するために、特殊な組成、特別な熱処理方法あるいは圧延方法が適用された高価なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材を使用する必要がない。したがって、安価なプレス成形品を得ることが可能である。

次に、型設計工程を詳述する。図３は、図１に示される型設計工程を説明するためのフローチャートである。図４は、図３に示される圧延方向伸び量および垂直方向伸び量を説明するための概念図、図５は、成形限界伸び量を説明するための成形限界線図（ＦＬＤ：ＦｏｒｍｉｎｇＬｉｍｉｔＤｉａｇｒａｍ）である。

まず、プレス成形品１０の設計データに基づき、予肉形状やビード形状などの成形をコントールするための補助条件が設定され（Ｓ１０）、成形型の設計データが作成される（Ｓ１１）。

成形型の設計データに基づき、ブランク材のプレス成形後のひずみ分布が、有限要素法（ＦＥＭ）を利用し、解析され、伸び量データが取得される（Ｓ１２）。伸び量データは、初期径Ａ_０のサークル状領域（円要素）における、プレス成形後の最大伸びＡ_１および最小伸びＡ_２を含んでいる。ＦＥＭ解析ソフトウェアは、例えば、オートフォームエンジニアリング（ＡｕｔｏＦｏｒｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）社のオートフォーム（ＡｕｔｏＦｏｒｍ）が、挙げられる。

伸び量データから、最小伸び量Ｅ_ｍｉｎおよび最大伸び量Ｅ_ｍａｘが算出される（Ｓ１３）。最小伸び量Ｅ_ｍｉｎは、初期径Ａ_０と最小伸びＡ_２の差分の、初期径Ａ_０に対する比率であり、式「（Ａ_２−Ａ_０）／Ａ_０×１００）」で定義される。最大伸び量Ｅ_ｍａｘは、初期径Ａ_０と最大伸びＡ_１の差分の、初期径Ａ_０に対する比率であり、式「（Ａ_１−Ａ_０）／Ａ_０×１００）」で定義される。

ブランク材の圧延方向が設定され（Ｓ１４）、最小伸びＡ_２に関する圧延方向に平行な成分（圧延方向最小伸び）Ａ_２’、および最大伸びＡ_１に関する圧延方向に垂直な成分（垂直方向最大伸び）Ａ_１’が算出される（Ｓ１５）。

次に、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤおよび垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤが算出される（Ｓ１６）。圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤは、初期径Ａ_０と圧延方向最小伸びＡ_２’の差分の、初期径Ａ_０に対する比率であり、式「（Ａ_２’−Ａ_０）／Ａ_０×１００）」で定義される。垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤは、初期径Ａ_０と垂直方向最大伸びＡ_１’の差分の、初期径Ａ_０に対する比率であり、式「（Ａ_１’−Ａ_０）／Ａ_０×１００）」で定義される。

なお、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤは、最小ひずみ（Ｍｉｎｏｒｓｔｒａｉｎ）に対応し、垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤは、最大ひずみ（Ｍａｊｏｒｓｔｒａｉｎ）に対応する。

判別条件に基づき、ブランク材に、リジングマーク割れが発生するか否かが判定される（Ｓ１７）。判別条件は、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤに係る判別式Ａと、垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤに係る判別式Ｂを含んでいる。判別式Ａは、「−２≦Ｅ_ＲＤ≦２」である。判別式Ｂは、「Ｅ_ＰＤ≧０．５×Ｘ」である。

なお、Ｘは、垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤおよび圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤを、縦軸および横軸とする成形限界線図（ＦＬＤ：ＦｏｒｍｉｎｇＬｉｍｉｔＤｉａｇｒａｍ）における、平面ひずみ領域における成形限界伸び量を示している。つまり、成形限界伸び量Ｘは、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤが「０」の場合における、成長限界線Ｌの垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤの値である。

圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤおよび垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤが、判別式Ａおよび判別式Ｂを満たしていない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、リジングマーク割れが発生しないと判断し、プロセスは、終了する。

一方、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤおよび垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤが、判別式Ａおよび判別式Ｂを満たしている場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、リジングマーク割れが発生すると判断し、割れ発生部位の材料の流入量を調整するため、補助条件が変更され（Ｓ１８）、成形型の設計データが再作成（修正）される（Ｓ１１）。

そして、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤおよび垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤが、判別式Ａおよび判別式Ｂを満たさなくなるまで、補助条件の変更を、繰返す。

以上の結果、型設計工程において、リジングマーク割れが発生しない成形型の設計データが得られる。

なお、判別条件として、リジングマーク割れが発生しない条件を定義する判別式Ｃ（Ｅ_ＰＤ＜０．５×Ｘ）を利用することも可能である。

次に、判別条件の算出根拠を説明する。

図６は、伸び量データと、リジングマーク割れとの関係を示している図表である。

伸び量データＤ１〜Ｄ１４は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材に、マークを配置し、試験用成形型によってプレス成形することで、取得（実測）した。マークは、初期径Ａ_０が６ｍｍのサークルからなる。

伸び量データは、最小伸び量Ｅ_ｍｉｎ、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤ、最大伸び量Ｅ_ｍａｘ、および垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤによって、代表させている。リジングマーク割れが発生した場合を記号「×」で表し、リジングマーク割れが発生しなかった場合を記号「○」で表している。

図７は、リジングマーク割れの発生領域を説明するための成形限界線図であり、実測したデータＤ１〜Ｄ１４の圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤおよび垂直方向伸び量Ｅ_Ｐをプロットしている。なお、成形限界伸び量Ｘは、２４である。

図７に明確に示されるように、垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤが、１２未満においては、リジングマーク割れが発生していない。また、「１２」は、成形限界伸び量Ｘの二分の一である。つまり、判別式Ｃ（Ｅ_ＰＤ＜０．５×Ｘ）によって、リジングマーク割れが発生しない領域を、事前予測することが可能である。

一方、判別式Ｃを満たさない領域つまり判別式Ｂ（Ｅ_ＰＤ≧０．５×Ｘ）において、リジングマーク割れの発生は、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤが−２以上かつ２以下の領域に限定されている。つまり、判別式Ａ（−２≦Ｅ_ＲＤ≦２）によって、リジングマーク割れが発生する領域を、事前予測することが可能である。

したがって、判別式Ａおよび判別式Ｂの両者を利用する場合、リジングマーク割れが発生する領域を、より厳密に特定することが可能である。

以上のように、本実施の形態は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を使用し、安価なプレス成形品を得るための成形型の製作方法を、提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、プレス成形品は、フード、フェンダー、ドア、ルーフなどの車両用パネル部品や、車両以外の装置のパネル部品に適用することも可能である。

本発明の実施の形態に係る成形型の製作方法を説明するためのブロック図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形品を説明するための斜視図である。図１に示される型設計工程を説明するためのフローチャートである。図３に示される圧延方向伸び量および垂直方向伸び量を説明するための概念図である。成形限界伸び量を説明するための成形限界線図である。伸び量データと、リジングマーク割れとの関係を示している図表である。リジングマーク割れの発生領域を説明するための成形限界線図である。

符号の説明

１０・・プレス成形品、
Ａ_０・・初期径、
Ａ_１・・最大伸び、
Ａ_１’・・垂直方向最大伸び、
Ａ_２・・最小伸び、
Ａ_２’・・圧延方向最小伸び、
Ｅ_ｍａｘ・・最大伸び量、
Ｅ_ｍｉｎ・・最小伸び量、
Ｅ_ＰＤ・・垂直方向伸び量、
Ｅ_ＲＤ・・圧延方向伸び量、
Ｌ・・成長限界線、
Ｘ・・成形限界伸び量。

Claims

Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材から形成されるブランク材を、プレス成形するための成形型の製作方法であって、
リジングマークを起点とする割れの発生の有無を判別するための条件に基づき、成形型の設計データを作成する
ことを特徴とする成形型の製作方法。
前記条件は、前記ブランク材の成形限界線図、前記ブランク材のプレス成形後のひずみ分布における伸び量データ、およびプレス成形の際における圧延方向に基づいていることを特徴とする請求項１に記載の成形型の製作方法。
前記伸び量データは、有限要素法を利用して、前記ひずみ分布を解析することで取得されることを特徴とする請求項２に記載の成形型の製作方法。
前記伸び量データは、初期径Ａ_０の円要素における、プレス成形後の最大伸びＡ_１および最小伸びＡ_２を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の成形型の製作方法。
前記条件は、圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤ、垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤ、および、前記成形限界線図の平面ひずみ領域における成形限界伸び量Ｘを含んでおり、
前記圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤは、式
Ｅ_ＲＤ＝（Ａ_２’−Ａ_０）／Ａ_０×１００）
（式中Ａ_２’は、前記最小伸びＡ_２に関する前記圧延方向に平行な成分を表す）
によって、定義され、
前記垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤは、式
Ｅ_ＰＤ＝（Ａ_１’−Ａ_０）／Ａ_０×１００
（式中Ａ_１’は、最大伸びＡ_１に関する、圧延方向に垂直な成分を表す）
によって、定義され、
前記成形限界線図の縦軸および横軸は、前記垂直方向伸び量Ｅ_ＰＤおよび前記圧延方向伸び量Ｅ_ＲＤである
ことを特徴とする請求項４に記載の成形型の製作方法。
前記条件は、第１の式
Ｅ_ＰＤ≧０．５×Ｘ
および、第２の式
−２≦Ｅ_ＲＤ≦２
を含んでおり、
前記第１および第２の式が満たされる場合、リジングマークを起点とする割れが発生すると判別されることを特徴とする請求項５に記載の成形型の製作方法。
前記条件は、式
Ｅ_ＰＤ＜０．５×Ｘ
を含んでおり、
前記式が満たされる場合、リジングマークを起点とする割れが発生しないと判別されることを特徴とする請求項５に記載の成形型の製作方法。
前記ブランク材を、プレス成形して得られる成形品は、車両のパネル部品であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形型の製作方法。