JP2010227978A

JP2010227978A - アルミニウム合金板の成形方法

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Publication number: JP2010227978A
Application number: JP2009079479A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Takagi; 康夫高木; Tetsuya Masuda; 哲也増田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5503173B2

Abstract

【課題】連続曲面を有する自動車などのアルミニウム合金パネル全体形状に対する部分的な凹部を、面歪みを抑制しつつ成形できる、成形方法を提供する。
【解決手段】連続した曲面の一部に凹部１４を有する形状の自動車パネル１１にアルミニウム合金板１を成形する方法であって、第一のオス金型３とメス金型２とを用いて、前記凹部１４以外の曲面を成形した後で、前記アルミニウム合金板１の前記凹部１４への成形箇所を特定温度に部分的に加熱し、かつ、前記凹部１４以外の曲面を加圧した上で、前記凹部１４とその周縁部とを張出加工にて成形して、面ひずみの発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドア、ラゲージ、フェンダーのアウタパネルなどの、アルミニウム合金自動車パネルへのアルミニウム合金板の成形方法（以下、アルミニウムをAlとも言う）に関するものである。

従来から、自動車のフード、フェンダー、ドア、ラゲージ、ルーフ、トランクリッドなどのパネル構造体の、アウタパネル (外板) やインナパネル( 内板) 等のパネルには、薄肉でかつ高強度Al合金パネル材として、成形性に優れたAl-Mg 系の５０００系や、成形性や焼付硬化性に優れたAl-Mg-Si系の６０００系アルミニウム合金板材（圧延板材）が使用され始めている。

これら自動車パネルは、周知の通り、アルミニウム合金板のプレス成形によってパネル (製品) 形状とされる。自動車パネルの内、ドア、ラゲージ、フェンダーなどのアウタパネルには、例えば、把手座やランプ座、ライセンス (ナンバープレート) 座などの器具や部材を装着したり、あるいはホイールアーチを描く、所定深さの凹部（張出部、エンボス部）が、部分的に設けられる。図５(a) にドアアウタパネル１１の把手座１４、図５（ｂ）にラゲージアウタパネル１２のライセンス座１５、ランプ座１６、図５（ｃ）にフェンダーアウタパネル１３のホイールアーチ１７を、各々斜視図で示す。

通常、これらの凹部を形成する金型は自動車パネルの全体形状（全体曲面）を成形する金型内に一体で配置され、凹部と自動車パネルの全体形状とが同時にプレス成形される。

しかし、この凹部（張出部）はある程度の深さが必要であり、また、このように全体曲面とつながる凹部を、その凹部形状周囲の連続した曲面を含めて、プレス成形した場合には、歪みが発生しやすく、面歪み（面ひずみ）の発生が避けられない。鋼板に比して割れ限界が低いアルミニウム合金板をプレス成形する際には、成形時の張力を鋼板の場合よりも低くする必要があり、このことが面歪みの発生を助長している。

そして、この面歪みが発生した場合には、アルミニウム合金板は鋼板に比して弾性係数が低いために、一旦発生した面歪みを更にプレス成形や矯正によって消去することも難しい。したがって、前記凹部（張出部）の成形に伴う面歪みの発生は、鋼板には無い、アルミニウム合金板特有の問題である。

このような面歪み発生の状態は後述する特許文献５などに開示されているが、これを用いて面歪みの発生の機構を具体的に説明する。図６（ａ）（特許文献５の図５）に、全体を成形後のドアアウタパネル１１の把手座１４の、従来のプレス成形方法をプレス装置の断面図で示す。図６（ａ）において、しわ押さえ4 によりドアアウタパネル１１を固定しつつ、金型２０の把手座１４の成形面２ｂに対し、ポンチ３０により矢印方向に、ドアアウタパネル１１を部分的にプレス成形している。

このような場合、図６（ｂ）に、成形中のドアアウタパネル１１を平面的に示す通り、把手座１４中に、材料 (アルミニウム合金板) が矢印Ａ１方向に流入するにつれて、矢印Ａ２やＡ３の水平方向にも材料が必然的に、また不均一に移動する。このため、把手座１４の周辺部１４ａの四隅部には、面歪みＸが発生する。このように面歪みＸが発生した場合、金型を外してパネル１１を開放すると、面歪みＸが生じたパネル部分には、図６（ｃ）に成形後のドアアウタパネル１１を平面的に示す通り、凸部Ｙが生じる。したがって、面歪みの発生は、自動車パネルの平坦度などの形状精度を悪化させ、特に、前記用途のアウタパネルでは、外観乃至美観を損なう。このため、手間のかかる矯正作業が必要となったり、面歪みの発生が著しい場合には、矯正によっても手直しができず、アウタパネルとして採用できなくなる。

このような面歪みＸの発生原因は、他にも、把手座１４のコーナー部での材料の微小流入に伴う、円周方向圧縮応力による肉寄り、曲げモーメントによる張出部 (エンボス) 周囲の盛り上がり、弾性回復による面歪みの増大などが上げられている。また、このドアアウタパネル１１の把手座１４以外の、図５（ｂ）のラゲージアウタパネル１２のライセンス座１５、ランプ座１６でも、また、図５（ｃ）のフェンダーアウタパネル１３のホイールアーチ１７では曲げぐせの残留など、同様の、あるいは、これらの部位ならではの原因で各々面歪みが生じる。

また、このような面歪みの問題は、前記した凹部（張出部）だけの問題ではなく、ドアアウタパネルのくら型部、フロントフェンダの縦壁部、リアフェンダのウインドコーナー部、トランクリッドやフードアウタのキャラクターラインの消滅部、リアフェンダピラーの付け根部など、面歪みを生じるような凹部 (張出部) を一部に有するような、アルミニウム合金自動車パネルに共通する課題である。

これに対し、アルミニウム合金材料側での成形性の改良によって、上記面歪み抑制するのは大きな限界がある。このため、前記凹部を一部に有するような自動車パネルなどのアルミニウム合金パネルへの成形では、加工側からの改善が、従来から種々提案されている。

例えば、凹部（凹座部）を成形すべき部位の中央部を抜き加工（穴あけ加工）した後、この抜き加工した部位の周辺部を絞り加工する穴広げ加工で、面歪みを防止しつつ、素材に凹座部を成形することが提案されている (特許文献１参照) 。しかし、アルミニウム合金板は鋼板に比して穴広げ限界が低く、穴縁からの割れが発生しやすく、自動車パネルなどのアルミニウム合金パネルへの成形に対して、効果的な条件での適用は難しい。また、前記抜き加工を必要とするために、穴のある（穴を許容する）パネルにしか適用できない限界もある。

また、しわ押さえ力（しわ押さえ圧：トン）を一定範囲に増加させるなどの制御をして、成形時の割れ及び面歪みを防止することができるエンボス部を有する成型品のプレス成形方法が提案されている（特許文献２参照）。しかし、前記凹部（張出部）が深くなると効果が不十分となって、成形時の割れ及び面歪みを防止できない。また、汎用されるプレス装置には適用できず、しわ押さえ力の制御機能を持った特殊なプレス装置にしか適用できないという問題もある。

これに対して、前記凹部（張出部）の成形に必要なポンチ乃至金型部位の温度を300 ℃以下などの温度に加熱して成形することも提案されている (特許文献３、４参照) 。これらは、プレス成形難易ハンドブックにも開示されている、面歪みが発生する部位を局部的に加熱して面歪みを抑制する技術である。しかし、アルミニウム合金は熱膨張係数が大きく、加熱部と非加熱部との境界に、却って歪み（熱歪み）を生じさせるという、新たな問題がある。また、金型の大部分を加熱する必要が有り、成形コストが高くなる。このため、前記凹部（張出部）形状周囲の連続した曲面を含めて、凹部を部分的にプレス成形することへの適用には大きな限界があった。

一方、アルミニウム合金板を自動車パネルにプレス成形する際の前記面歪みを抑制するために、電磁成形と通常のプレス成形とを組み合わせ、しかも同じプレス成形工程内あるいは同じプレス装置内で電磁成形行う成形方法が特許文献５で提案されている。この方法では、全体的なパネル曲面は通常のプレス成形により行い、引き続き、前記凹部（張出部）の部分的な成形を、プレス装置内に組み込まれた電磁成形コイルにより、プレス装置によって板押えをしながら行うものである。そして、この際、前記凹部とともに、この凹部分周辺部を合わせて同時に電磁成形し、前記面歪みの発生を抑制するものである。

特開平６−３０４６７７号公報特開平９−２２５５４９号公報特開平９−１６４４４５号公報特開２００８−２５４００１号公報特許第４０６１１８９号公報

前記した特許文献５のような電磁成形方法が、アルミニウム合金パネルの成形に適用できれば、前記割れや形状不良などの成形不良発生の諸問題が解決できる。しかし、自動車アルミニウム合金パネルなどの広い面積の電磁成形技術は今だ実用化されていない。これは、電磁成形を例え部分的に用いるにせよ、電磁成形自体が未だ一般的ではなく、成形されるアウタパネル部分に対応する電磁コイルの大きさも限定され、しかも、電磁コイルの制作コストも高く、コイル寿命もあまり長くないことによる。したがって、前記のようにプレス成形と組み合わせても、アルミニウム合金自動車パネルの成形コストはやはり高くなる。また、汎用されるプレス装置には適用できず、電磁コイルを装着した特殊なプレス装置にしか適用できないという、大きな実用上の問題もある。電磁成形では等方的，対称的に電磁力が作用する為、非対称な形状では部分的に却って材料余りが生じ、顕著なシワを生じる場合がある為、適用できる形状が限定される。

したがって、現状では、所定深さの張出部が部分的に設けられるようなアルミニウム合金アウタパネルでは、面歪みを避けるために有効な一体成形方法が無い。このため、一体成形で生じる面歪みを避けるために、これまで、デザインで逃げるか、成形を別個に行って迂回するなどの、種々の回避策が講じられていたのが実情であった。例えば、パネルの前記凹部（張出部）のみを分割して成形後、別個に成形したパネル本体に溶接するなどして接合するような回避策がある。また、予測される面歪みを吸収するために、本来の設計形状では余分な、別個のキャラクタラインと呼ばれる凹凸の線形状を面歪み発生部位に沿って設けるような回避策などがある。

しかし、前記凹部（張出部）の分割成形・接合や、前記キャラクタラインの設置は、アウタパネルの外観性や設計自体を制約し、接合部の強度やアウタパネルの剛性も低下させるなどの種々の制約がある。また、張出部を一体に成形する場合に比して、余分な工程が増えるなど、成形工程自体を煩雑化させる問題も大きい。したがって、このような面歪み発生の問題は、特に自動車アウタパネルへのアルミニウム合金板の適用を妨げる大きな要因となっていた。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記張出部などの凹部を、面歪みを抑制しつつ、自動車などのアルミニウム合金パネルを一体的に成形できる、アルミニウム合金板の成形方法を提供しようとするものである。

上記目的達成のための本発明アルミニウム合金板の成形方法の要旨は、連続した曲面の一部に凹部を有する形状の自動車パネルにアルミニウム合金板を成形する方法であって、第一のオス金型とメス金型とを用いて前記凹部以外の曲面を成形した後で、前記凹部を第二のオス金型とメス金型とを用いて部分的に成形するに際し、前記アルミニウム合金板の前記凹部への成形箇所を１５０〜４００℃の温度に部分的に加熱し、かつ、前記凹部以外の曲面を押え型により加圧した上で、前記凹部とその周縁部とを張出加工にて成形し、前記凹部の成形に伴う面ひずみの発生を抑制することである。

ここで、前記凹部を張出加工にて成形する際に、前記第二のオス金型の成形面を１５０〜４００℃に加熱して、前記アルミニウム合金板のこの凹部への成形箇所を前記温度に部分的に加熱することが好ましい。また、前記凹部を張出加工にて成形する際に、前記凹部以外の成形曲面を、この成形曲面に対応した形状の押え型で０．６ＭＰａ以上に加圧することが好ましい。また、前記凹部を張出加工にて成形する際に、前記第二のメス金型および前記押え型を１００℃以下の温度で、かつ前記第二のオス金型の加熱温度１５０〜４００℃よりも１００℃以上低い温度に保持または冷却することが好ましい。

前記凹部以外の曲面を成形した後で、前記凹部を部分的に成形する工程を、同じプレス装置の中で連続的に行い、前記凹部以外の曲面を成形する第一のメス金型内に、前記凹部を張出加工にて成形する第二のオス金型を、分割して、かつ独立して進退可能に設けるとともに、前記第二のメス金型を前記第一のオス金型内に設け、第一のオス金型と第一のメス金型とを用いて前記凹部以外の曲面を成形した後で、成形面を１５０〜４００℃に加熱した前記第二のオス金型を前記第二のメス金型に近接させ、前記第一のオス金型と第一のメス金型とを前記押え型として用いて、前記凹部を張出加工にて部分的に成形することが好ましい。以上の本発明アルミニウム合金板の成形方法において、前記自動車パネルがアウタパネルであることが好ましい。

本発明は、自動車パネルの内の、前記したプレス成形の際に面歪みを発生しやすい凹部 (張出部) を選択し、この凹部の部分的な成形を、この凹部以外の曲面を成形した後で行うとともに、アルミニウム合金板のこの凹部への成形箇所を部分的に加熱した上で、張出加工にて成形する。

前記した通り、面歪みは、この凹部を、パネル全体の曲面形成とともに、絞り加工などにより成形する際の、材料流入によって生じる。

これに対して、本発明は、パネル全体の曲面形成は絞り加工などにより成形するとしても、この凹部の部分的な成形を、工程として切り離して、前記したような材料流入を抑制した張出加工にて成形する。但し、張出加工をする場合には、成形部への材料流入を抑制する必要が有り、通常は成形部の外周にビードを配置して行うが、本件における成形対象である凹部の外周部は、既にパネル全体の曲面が形成された製品面であり、製品面形状を阻害するビードは配置できず、ビードによる材料流入の抑制ができない。

このため、本発明は、このビードの代わりに、アルミニウム合金板のこの凹部への成形箇所を部分的に加熱して、材料の強度（耐力）を低くすることによって、前記材料流入を抑制する。これによって、絞り加工などにより予め成形したパネル全体の曲面形状が保持され、この凹部の成形に伴う面歪みの発生を抑制する。本発明では、この凹部のみが部分的に加熱されるために、加熱は極小でよく、パネル全体は加熱されず、パネル全体の強度（耐力）が低下することは無い。

本発明アルミニウム合金板ブランクのプレス成形の一態様を示すプレス装置の断面図である。図１のプレス装置によって成形されたドアアウタパネル１１の態様を示す平面図である。成形されたドアアウタパネル１１の別の態様を示す平面図である。図３のドアアウタパネル１１のプレス成形の一態様を示すプレス装置の断面図である。本発明が適用できるパネルを例示する自動車パネルの斜視図である。面歪みの発生機構を示す説明図である。パネルの全体形状と凹部とを同時に成形する、比較例プレス装置を示す断面図である。

以下に、図面を用いて、本発明の実施態様を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の前記凹部以外の曲面のプレス成形と前記凹部のプレス成形とを、同じプレス装置の中で連続的に行って、図２に平面図で示す自動車アウタパネル１１に成形する態様を順に示している。図１、２において、前記凹部１４はドアアウタパネル把手座である。

（プレス装置）
図１（ａ）、（ｂ）は、前記凹部を成形する第二のオス金型とメス金型とを、パネルの全体曲面形状を成形する第一のオス金型とメス金型とを有するプレス装置内に組み込んで、アルミニウム合金板１の前記凹部１４以外の曲面のプレス成形と、その後の前記凹部のプレス成形を、プレス成形工程の中で連続的に行なう態様を示している。

なお、第一のオス金型とメス金型とを用いて前記凹部以外の曲面（全体曲面）を成形した後で、前記凹部を第二のオス金型とメス金型とを用いて部分的に成形するに際し、第一のオス金型とメス金型を有するプレス装置と、第二のオス金型とメス金型を有するプレス装置とを、後述する実施例の通り、各々別々のプレス装置としても良い。

先ず、図１（ａ）、（ｂ）において、2 は第一のメス金型であるダイス、3 は第一のオス金型であるポンチ、4 はしわ押さえであり、前記凹部１４以外のパネル１１の全体曲面形状を成形するための絞り加工を行う。

次ぎに、３ａは前記凹部１４を張出成形する第二のメス金型であり、第一のオス金型であるポンチ３内の、アルミニウム合金板１の前記凹部１４成形対応位置に設けられている。また、5 は、前記凹部１４を張出成形する第二のオス金型であるポンチ５であり、第一のメス金型であるダイス２内の空間部に設ける。このポンチ５は、アルミニウム合金板１の前記凹部１４成形対応位置に、ダイス２とは分割して、かつ独立して進退可能に設けられている。また、凹部１４の張出加工においては板の押え型となる、ダイス２のポンチ５の周辺部は、一点鎖線で示す通り、ダイス２本体とは分割され、独立して可動できるように構成されている。

更に、6 は第二のオス金型であるポンチ５の先端５ａの成形面を加熱するヒータである。また、７は前記凹部１４を張出成形する第一のメス金型３ａと、その周辺部３ｂとを冷却する、例えば冷却水が循環する配管を第一のメス金型３ａに内蔵させた冷却装置である。

1 は、成形されるあるいは成形中のアルミニウム合金板であり、１ａは張出成形される前記凹部に相当する成形部分を示す。１４は張出成形された前記凹部（ドアアウタパネル把手座）、１４ａは張出成形された前記凹部の周辺部 (平坦部) を各々示す。

（プレス成形方法）
本発明プレス成形方法において、先ず、図１（ａ）に示すように、アルミニウム合金板１は、図２に示す自動車アウタパネル１１の全体曲面に絞り加工される。このプレス成形自体は、従来公知の方法と同じであり、第一のオス金型であるポンチ３と、メス金型であるダイス２、およびアルミニウム合金板１のしわ押さえ4 の共働により、絞り加工が行なわれる。この際、図示はしないが、後述する図３のような、製品形状外周部のドロービード（１９）が、しわ押さえ4 に設けられて、製品形状外周部からのダイス２内への材料流入量が制御される。

（凹部成形方法）
このような絞り加工後に、図１（ｂ）に示すように、ドアアウタパネル１１の前記凹部（張出部）１４が、第二のオス金型であるポンチ５と、メス金型３ａとによって、部分的に張出加工されて成形される。この際、前記凹部１４の周囲の周辺部１４ａは凹部と比較して低温である為に耐力が高く、且つ押さえ型で保持されるため、凹部への材料流入を抑制でき、前記絞り加工により予め成形したパネル全体の曲面形状を保持することで、面歪みの発生を抑制できる。

ここで、本発明は、ヒータ６によって、ポンチ５の先端５ａの成形面を加熱して、前記１５０〜４００℃の温度範囲に、アルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a のみを部分的に加熱する。また、その一方で、冷却装置７によって、前記凹部１４を張出成形する第一のメス金型３ａとその周辺部３ｂとが冷却される。これによって、アルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a 以外への熱拡散が防止され、成形箇所１a のみを部分的に加熱できる。ここで、加熱したい（加熱が必要な）領域は成形箇所１aのみであるが、厳密に成形箇所１aの領域に限って加熱することが難しい場合もあり、実際に加熱される領域が、その周辺部まで若干広がることはあり得る。したがって、このような場合も本発明の範囲に含まれる。

アルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a の加熱温度が１５０℃未満では、アルミニウム合金によらず、この凹部１４への成形箇所の材料の強度（耐力）が十分に低くならない。このため、張出加工における、メス金型３ａ内への材料流入を抑制できない。したがって、この凹部１４の成形に伴う面歪みの発生を抑制できない。

一方、加熱温度が４００℃を越えて高くなった場合には、この凹部への成形箇所の材料の強度（耐力）が低くなりすぎる。このため、この凹部１４の形状を維持することが困難となる。また、熱拡散による凹部１４周縁部の軟質化の拡大や凹部１４の強度低下のために、パネル全体の強度（耐力）も低下する可能性がある。

ここで、成形による短時間の接触でアルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a のみを、前記１５０〜４００℃の温度範囲に、部分的に加熱するためには、中ポンチ５の先端５ａの成形面の加熱温度を、この温度範囲よりも更に高温としても良い。

なお、アルミニウム合金板１を予め接触ヒータや高周波加熱等で加熱しても良いが、冷却手段によっては、熱拡散によって、アルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a のみを、前記１５０〜４００℃の温度範囲に部分的に加熱することが難しい。また、張出加工中に亙って、アルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a のみを、この温度範囲に保持することも難しい。

この点、ヒータ６などによるポンチ５の先端５ａの成形面の加熱方式であれば、前記冷却装置７との組み合わせによって、前記アルミニウム合金板１の凹部１４への成形箇所１a のみを、前記温度範囲に部分的に、加熱および張出加工中に亙って保持することが可能となる。

この場合、第二のメス金型（張出成形面）３ａと、凹部１４への張出加工においては板の押え型となる、その周囲面（周囲成形面）３ｂとの冷却は、１００℃以下の温度で、かつ前記第二のオス金型の加熱温度１５０〜４００℃よりも１００℃以上低い温度に保持または冷却することが好ましい。このために、前記したように、ダイス２のポンチ５の周辺部と、凹部１４を張出成形する第一のメス金型３ａの周辺部３ｂとに各々設けられた冷却装置７を各々制御して、これらの箇所の温度調節を行う。

この冷却条件から外れた場合、第二のメス金型（張出成形面）３ａと、その周囲面（周囲成形面）３ｂの冷却が不十分となって、これらの温度が上昇する。このため、熱拡散による凹部１４周縁部の軟質化が拡大し、周縁部の強度が低くなって、却って材料流入量が多くなり、面歪みが生じやすくなる。また、熱拡散による凹部１４周縁部の軟質化の拡大や凹部１４の強度低下のために、パネル全体の強度（耐力）も低下する可能性がある。

凹部１４への張出加工においては、板の押え型となる、第二のメス金型３ａの周囲面（周囲成形面）３ｂの加圧力、あるいは、更に広げて、ダイス２（前記一点鎖線で示すダイス２におけるポンチ５周辺の分割部）やポンチ３の面の加圧力（前記押え型としての加圧力）を０．６ＭＰａ以上とすることが好ましい。これらの加圧力が小さいと、条件によっては、凹部１４の張出加工における、メス金型３ａ内への材料流入を十分に抑制できず、予め成形したパネル全体の曲面形状が保持できずに、面歪みの発生を抑制できない可能性がある。

ここで、ポンチ３における第二のメス金型（張出成形面）３ａの周囲面（周囲成形面）３ｂは、張出部周囲の平坦部１４ａを成形するために平坦とする。ただ、この張出部１４ａ周囲の周辺部１４ａは、パネルの設計形状やパネル用途に応じ、必ずしも本態様のように平坦ではなく、任意の斜辺形状や曲面形状となる場合がある。このような場合には、第二のメス金型（張出成形面）３ａの周囲面（周囲成形面）３ｂを本態様のように必ずしも平坦部としなくとも良く、周辺部１４ａ形状に応じた任意の形状とする。

これによって成形したドアアウタパネル成形品１１を図２に平面図で示す。成形品１１は、張出部１４の成形に伴う、面歪みの発生が抑制されており、前記図６（ｃ）に示したような凸部Ｙが生じておらず、自動車パネルの平坦度などの形状精度や美観などに優れている。また、このような凹部成形方法によって面歪みの発生が抑制されるため、プレス成形に比しても、より深い（高い）、より大きな凹部の成形（張出加工）が可能になり、パネルや凹部（張出部）の形状設計の自由度が増す利点も大きい。

本態様によれば、使用するプレス装置も、既存のプレス装置に、第二のオス金型であるポンチ５やメス金型３ａを部分的に設けるだけの、部分的な改造で済むため、大幅なプレス装置の改造は不要である。

以上、ドアアウタパネルの成形方法について説明したが、本発明によれば、前記図５（ｂ）にラゲージアウタパネル１２のライセンス座１５、ランプ座１６、図５（ｃ）にフェンダーアウタパネル１３のホイールアーチ１７など、他の自動車アウタパネルの成形に、同様の要領で適用できる。

更に、以上説明した連続的な成形方法以外に、ドアアウタパネルをアルミニウム合金板のプレス成形により予め製作しておき、このドアアウタパネルの張出部を、別途あるいは別工程にて、張出加工して製作しても良い。

本発明で成形に用いるアルミニウム合金は、通常、この種構造材などの用途に汎用される、ＡＡ乃至ＪＩＳ規格に規定された５０００系、６０００系等のアルミニウム合金が、高成形性や高強度を兼備している点で好ましい。Ａｌ−Ｍｇ系の５０００系アルミニウム合金は、成形時の加工硬化量が大きく、高成形性である点で好ましい。また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０００系アルミニウム合金は人工時効硬化性 (ベークハード性) を備えており、低耐力状態で成形しやすくし、成形後に人工時効硬化処理で高耐力化できるなどの点で好ましい。勿論、これ以外のアルミニウム合金でも成形可能であり、用途と要求特性に応じて選択可能である。

以下に、本発明の実施例を説明する。図３に示す形状、寸法の自動車ドアアウタパネル１１につき、連続曲面を有する全体形状を、通常のプレス装置により成形した。そして、この後に、本発明の成形対象である前記凹部としての把手座１４を、図４に断面で示すプレス装置を用いて、部分的な成形試験を行い、成形後の把手座１４周囲の面歪み発生状況を評価した。これらの部分成形条件と成形結果とを表１に示す。

成形用の素材アルミニウム合金板は、０．２％耐力が１５０ＭＰａであるＡＡ６０２２−Ｔ４調質材の６０００系アルミニウム合金板とした。トリミングで除去される周縁部を除く、製品部のパネル１１は、図３（ｂ）のＡＡ断面である図３（ａ）に図示する通り、連続曲面（断面）がＲ１０００ｍｍの円弧状曲面とした。また、図３（ｂ）に図示する通り、パネル１１の平面的な全体形状は、幅６００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの直方体形状をしている。そして、前記凹部である把手座１４は、図３（ｂ）、（ｃ）に図示する通り、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、深さ１５ｍｍの楕円体形状を有している。

まず、前記素材アルミニウム合金板の図３の連続曲面を有するパネル全体形状への成形は、前記した通り、通常のプレス装置により成形した。このプレス装置の図示はしないが、前記図１における凹部を成形する第二のオス金型とメス金型とを省いたプレス装置と基本構成は同じである。即ち、前記素材アルミニウム合金板の図３の連続曲面を有するパネル全体形状への成形は、前記図１における、第一のオス金型であるポンチ３と、メス金型であるダイス２、およびアルミニウム合金板１のしわ押さえ4 との共働による絞り加工によって行った。

次ぎに、この絞り加工後のパネル１１を、図４に示すプレス装置にセットして、前記把手座１４を成形した。この図４のプレス装置も、前記図１のプレス装置における凹部１４の部分的な張出加工のための装置部分と基本構成は同じである。即ち、把手座１４は、第二のオス金型であるポンチ５と、メス金型３ａとによって、部分的に張出加工されて成形した。この際、図４に示すプレス装置の、前記第一のオス金型に相当するポンチ３とメス金型に相当するダイス２とは、連続曲面を有するパネル１１の全体形状に対応した形状をしており、パネル１１の押え型とした。

この際、ポンチ５に内蔵されたヒータ６によって、ポンチ５の先端５ａの成形面を加熱して、アルミニウム合金板１の把手座１４への成形箇所１a のみを部分的に加熱した。また、その一方で、内蔵させた配管にて冷却水を循環させる冷却装置７によって、把手座１４を張出成形する第二のメス金型３ａおよび押さえ型２とを冷却した。そして、ポンチ５の進退（進行）によって、メス金型３ａとの協動で、把手座（張出部）１４の部分のみを張り出し成形した。

この成形の際に、表１に示すように、前記ポンチ５の先端５ａの加熱温度、押え型となる把手座１４の周囲成形面である押さえ型３ｂの加圧力と温度、メス金型３ａの温度を変化させて行った。ここで、前記ポンチ５の先端５ａの加熱温度がアルミニウム合金板１の把手座１４への成形箇所の温度と等しくなるように、前記ポンチ５の先端５ａの把手座１４への成形箇所との接触時間を予め確保した上で成形を行った。

成形後の把手座１４の面歪み発生状況を評価した。面歪みの評価は、図３（ｃ）に図示する、前記凹部である把手座１４の端から５ｍｍ離れた４周囲位置で形状を測定し、メス金型３ａ形状との差異を求め、その差異の最大値（ｍｍ）の大きさによって、◎から×まで４段階で評価した。◎は０．２ｍｍ以下、○は０．２ｍｍ超え０．５ｍｍ以下、△は０．５ｍｍ超え１ｍｍ以下、×は１ｍｍ超えとした。

表１の通り、好ましい条件で成形している発明例１〜６は面歪みの発生が各々抑制されている。また、発明例のうちでも、前記ポンチ５の先端５ａの加熱温度、押え型となる把手座１４の周囲成形面３ｂの加圧力、周囲成形面３ｂの温度、メス金型３ａ温度等が、前記した好ましい範囲を全て満足する発明例１〜２の方が、いずれかが外れる発明例３〜６に比して、予め成形したパネル全体の曲面形状が保持されて、面歪みの発生がより抑制されている。

これに対して、比較例１１、１２は、板の加熱温度である前記ポンチ５の先端５ａの加熱温度が低すぎる。比較例１３は、周囲成形面３ｂの温度やメス金型３ａ温度が高すぎる。したがって、これら比較例では、板を部分的に加熱して成形しているものの、面歪みの発生が抑制されていない。

また、比較のために、図７に断面図で示すプレス装置のように、把手座（凹部）１４を成形する第二のオス金型８とメス金型９とを、ポンチ３とダイス２とに各々予め組み込んで形成し、パネル１１の全体形状と把手座１４とを同時に成形する例も実施した。この例では、発明例と同様に、ダイス２に内蔵されたヒータ６によって、第二のオス金型の先端部に相当するダイス突出部分８を部分的に加熱して、アルミニウム合金板１の把手座１４への成形箇所を表１の温度に加熱した。また、ポンチ３に内蔵させた配管にて冷却水を循環させる冷却装置７によって、把手座１４を張出成形する第二のメス金型３ａに相当する９とその周辺部とを冷却した。しかし、表１から分かる通り、この比較例９、１０のようなパネル１１の全体形状と把手座１４とを同時に成形する方法では、把手座１４への成形箇所を部分的加熱しても、予め成形したパネル全体の曲面形状が保持されず、面歪みの発生が抑制されていない。

以上の結果から、本発明の要件と好ましい要件との面歪みの発生を抑制するための意義が裏付けられる。

以上説明したように、本発明によれば、連続曲面を有する自動車などのアルミニウム合金パネル全体形状に対する部分的な凹部を、面歪みを抑制しつつ成形できる、成形方法を提供することができる。このため、面歪みが生じやすい各種自動車パネル部位の成形に、好適に利用可能である。

１：アルミニウム合金板、２：金型、３：ポンチ、４しわ押さえ、５：ポンチ、、６：ヒータ、７：冷却手段、１１：ドアアウタパネル (パネル成形品) 、１２：ラゲージアウタパネル、１３：フェンダーアウタパネル、１４：把手座 (凹部) 、１５：ライセンス座、１６：ランプ座、１７：ホイールアーチ、X : 面歪み
、Y : 凸部

Claims

連続した曲面の一部に凹部を有する形状の自動車パネルにアルミニウム合金板を成形する方法であって、第一のオス金型とメス金型とを用いて前記凹部以外の曲面を成形した後で、前記凹部を第二のオス金型とメス金型とを用いて部分的に成形するに際し、前記アルミニウム合金板の前記凹部への成形箇所を１５０〜４００℃の温度に部分的に加熱し、かつ、前記凹部以外の曲面を押え型により加圧した上で、前記凹部を張出加工にて成形し、前記凹部の成形に伴う面ひずみの発生を抑制することを特徴とするアルミニウム合金板の成形方法。
前記凹部を張出加工にて成形する際に、前記第二のオス金型の成形面を加熱するとともに、前記第二のメス金型および押え型を冷却して、前記アルミニウム合金板の前記凹部への成形箇所を前記温度に部分的に加熱する、請求項１に記載のアルミニウム合金板の成形方法。
前記押え型の加圧力を０．６ＭＰａ以上とする、請求項１または２に記載のアルミニウム合金板の成形方法。
前記第二のメス金型および前記押え型を、１００℃以下の温度で、かつ前記第二のオス金型の加熱温度１５０〜４００℃よりも１００℃以上低い温度に保持または冷却する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板の成形方法。
前記凹部以外の曲面を成形した後で、前記凹部を部分的に成形する工程を、同じプレス装置の中で連続的に行い、前記凹部以外の曲面を成形する第一のメス金型内に、前記凹部を張出加工にて成形する第二のオス金型を、分割して、かつ独立して進退可能に設けるとともに、前記第二のメス金型を前記第一のオス金型内に設け、第一のオス金型と第一のメス金型とを用いて前記凹部以外の曲面を成形した後で、成形面を１５０〜４００℃に加熱した前記第二のオス金型を前記第二のメス金型に近接させ、前記第一のオス金型と第一のメス金型とを前記押え型として用いて、前記凹部を張出加工にて部分的に成形する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板の成形方法。
前記自動車パネルがアウタパネルである請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板の成形方法。