JP2011136369A - モータービークルの構造部品の製造方法、熱間成形のためのプレートバー及び構造部品 - Google Patents

Abstract

【課題】器具の磨耗が少なく、良質な構造部品を容易に得ることができる、モータービークルの構造部品の製造方法を提供する。
【解決手段】プレートバーを加熱し、加熱状態でダイに供給し、ダイで成形する、モータービークルの構造部品の製造方法であって、ダイで成形する前に、プレートバーに対して窒化処理を行うことを特徴とするモータービークルの構造部品の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、モータービークル（motorvehicle）の構造部品の製造方法、熱間成形のためのプレートバー及びモータービークルの構造部品に関する。

自動車ボディーあるいはモータービークルのシャシの構造部品を製造するために、冷間成形あるいは熱間成形の方法を使用することができる。熱間成形の利点は、冷間成形された構造部品に比べて、強度が向上することである。熱間成形においては、成形されるプレートバーは、オーステナイト化温度に加熱され、その後、ダイの中で成形される。また、構造部品について熱間成形を用いると、冷間成形に比べてスプリングバックが小さくなり、したがって、寸法の精度が高くなる。

しかしながら、熱処理可能な材料からなる従来のプレートバーを使用した場合、熱間成形において問題が存する。炉内での処理の後、プレートバーをダイに移動しなければならない。もしも、この移動が保護ガスではなく、通常の環境下で行われた場合、空気との接触のために、プレートバー上にスケール層の形成が起こる。その後、ダイにおける形成あるいは成形工程において、スケール層は研磨媒体として作用し、そのため、器具の磨耗を増大させる。その結果、器具の維持費が増加し、実質的に廃棄が増加することになる。さらには、スケール層がラッカー処理を妨害するので、該構造部品はその後ブラストしなければならない。

スケール層の形成を防ぐため、例えば、ドイツ国10350885B4公報において、プレートバーの被覆、特に、プレートバーの溶融アルミニウム化について開示している。この被覆の問題点は、これが本当の腐食保護となるのではなく、後のプレス硬化部品のラッカー処理のための良好な前状態を提供するにすぎないことである。
他の問題点は、炉内でのオーステナイト化温度は、被覆の融点よりも常に低くなるように調節しなければならないことである。しかしながら、被覆の融点は高温で変化するため、温度管理のための要件が増加することになる。

したがって、本発明の目的は、器具の磨耗が少なく、良質な構造部品を容易に得ることができる、モータービークルの構造部品の製造方法を提供することにある。

本発明は、熱間処理する前に、表面処理をプレートバーに施すことによって達成されることを発見したことによって完成するに至った。

本明細書において、表面処理は、プレートバーに対する熱化学処理であると理解される。特に、プレートバーの処理は、プレートバーがガスに曝されて、プレートバーの性質が変化する表面処理として利用される。被覆材料が表面に適用される被覆とは対照的に、該表面処理は、プレートバー自身の表面に変化をもたらす。

本発明の第一の態様によれば、本発明は、プレートバーを加熱し、加熱状態でダイに供給し、ダイで成形する、モータービークルの構造部品の製造方法である。該方法は、ダイで成形する前に、プレートバーに対して窒化処理を行う点に特徴づけられる。

自動車ボディーあるいはモータービークルのシャシの部品は、衝突の際に衝撃エネルギーを吸収することができ、構造部品と呼ばれる。これらの構造部品は、モータービークルの移動から生じる力学的負荷に抵抗する必要がある他のシャシ部品とは異なる。対照的に、構造部品は、モータービークルが他の物体と衝突したとき、衝撃エネルギーを歪みエネルギーに変換する役割がある。モータービークルの構造部品は、例えば、バンパー、モーターフード、サイド衝撃保護部品、A、B、C−ピラーである。

本発明においては、さらなる処理のために、コイル又はシートメタルから切り出されるシートメタルプレートは、プレートバーである。特には、プレートバーは、シートメタルから打ち抜くか、切り出される。ここでは、プレートバーは、全体にわたって一定の厚さを有することができる。しかしながら、異なる厚さをもつプレートバーを使用することも可能である。

本発明は、多数の優れた効果を奏する。第一に、器具の摩耗が減少することである。窒化層によるスケール形成が、ダイへの移動の間、起こらないからである。また、構造部品に一定の品質を提供することができる。構造部品の形状が熱間形成で形成され、そのため、冷間形成された構造部品よりもスプリングバックが減少するからである。さらには、廃棄量を最小化され、工程数が少なくなるので、コストが低下する。例えば、ラッカー処理の前の構造部品のブラスト処理が省略できることである。また、他の腐食保護システムを省略することができる。

プレートバーは、炉内で加熱するのが好ましい。本発明では、加熱とは、プレートバーの温度を、プレートバーの物質のオーステナイト化温度Ac1よりも上昇させることである。炉内での加熱が終わった後、プレートバーが加熱状態で供給されるダイは、冷却することができるプレス器具が好ましい。ダイでの成形も、熱間成形に該当する。ダイでの冷却は、マルテンサイト構造を形成させるため、十分に速く行うことが好ましい。プレートバーをダイで冷却する場合、ダイでの成形も、プレス硬化に該当する。

熱間成形で製造される構造部品の強度は、特にプレス硬化によれば、いわゆる冷間成形シートの冷間成形によって製造される構造部品に比べて増強させることができる。それゆえ、構造部品の材料厚さの低減が可能となり、それによって軽量化が可能となる。さらに、冷間成形と比較した場合の好ましい点としては、成形後の構造部品のスプリングバックが低減されることである。

驚くべきことに、プレートバーの加熱及びそれに続く成形を行う製造方法において、表面処理、特に窒化によるプレートバーの表面硬化により、構造部品の製造方法及び品質に関して、予想外の好ましい効果が得られることを発見した。

窒化工程は、プレートバーを窒素含有ガスに暴露するか、他の窒素含有媒体に暴露する。窒化処理は、チャンバー炉又は連続炉で行うことができる。プレートバーを窒化することにより、プレートバーの表面に、プレートバー内に窒素が拡散することにより、非常に硬い表面化合物層が形成される。該表面化合物層の下には、いわゆる拡散層が形成され、そこには、基礎構造の金属マトリックス、例えば、フェライト金属からなるマトリックス内に、ある深さのところまで、窒素が含まれる。しかしながら、化合物層が形成されないように、プレートバーを窒化することも可能である。

通常、窒化は、４００−６００℃の温度で行われる。また、一般には、酸化物がないプレートバーを形成し、その後の、ラッカー処理の前のブラスト処理を省略することができるように、窒化は、真空下で行われる。これにより、工程数を短縮し、コストを最適化することができる。さらに、窒化層は、プレートバーをダイに移動する間、スケーリングを防ぎ、器具の摩耗を低減させる。そのうえ、窒化層は、十分な耐腐食性を有するので、付加的な腐食保護被覆が不要となる。

本発明では、プレートバーの窒化は、例えば、ガス窒化あるいはイオン窒化とも呼ばれるプラズマ窒化により行うことができる。ガス窒化及びプラズマ窒化の特に好ましい点は、窒化処理したプレートバーの後処理が不要であることである。これにより、バス窒化等の処理に比べ、処理の最適化を図ることができる。

本発明では、窒化処理の時間が短縮できることから、プラズマ窒化が好ましい。プラズマ窒化を利用すると、プレートバーの窒化は、イオン化ガス雰囲気中で行われる。

プレートバーを形成する前に、プラズマ窒化により、プレートバーの表面に典型的な窒化層を塗布するか、形成することが好ましい。窒化層は、格別の耐腐食性、耐スケーリング性、及びワーカビリティーによって特徴づけられる。

本発明では、プレートバーを形成する前に、窒化を行うことが好ましい。１つの態様としては、プレートバーを炉に導入する前に窒化を行う。しかしながら、その代わりに、オーステナイト化温度に加熱した後、プレートバーを窒化することも可能である。

本発明では、形成されたプレートバーを熱間成形の後、すぐに最終工程に導入してもよい。この最終工程の例としては、構造部品のラッカー処理が挙げられる。このような、熱間成形後、直ちに行う最終工程は、本発明の方法に含めることができる。プレートバーをダイに、又はダイの中に移動する間、スケーリングが起こらないからである。したがって、本発明の方法では、プレートバーの形成後、ブラスト処理を省略することができる。また、腐食層を設けることは、本発明の方法では不要である。窒化中に形成される拡散層及び潜在的な化合物層も形成後の腐食を防止することができる。したがって、本発明の製造方法における必要な工程数が少なくなる。

本発明の方法で使用されるプレートバーの材質は、熱処理鋼とすることができる。この鋼は、窒化により、スケーリング及び腐食に対する十分な保護を行うことができる。また、本発明の方法では、構造部品に形成されるプレートバーの材質として、ミクロ合金鋼を使用することができる。さらに、プレートバーの潜在的材質として、２２MnB5鋼合金が挙げられる。

本発明の方法では、従来の鋼を使用でき、あるいは、本発明のプレートバーのための材料として従来の鋼を使用できるので、構造部品の製造コストには悪い影響は与えない。さらに、窒化鋼に比べて、これらの材料は、その製造コストが低く、また、炭素含有量が少なく、そのため、最終製品のワーカビリティー、特に溶接性が保持される。

本発明の方法の１つの態様としては、連続した方法である。この場合の連続した方法は、構造部品の連続した製造方法と理解され、個々の工程のサイクル時間は、相互に調整される。製造工程は、生産チェーンとして統合され、１つの工程を終えた生産品は、直ちに次の工程に送られる。この方法の好ましい点は、中間の長い保存の必要性がなくなるため、コストを最適化することができることである。さらに、構造部品の従来の製造工程で用いられる、製造方法のサイクル時間は、短い窒化の処理時間から、長くする必要はない。窒化、特にプラズマ窒化は、サイクル時間を変えることなく、本製造方法に含めることができる。

本発明の別の態様は、モータービークルの構造部品を製造する、熱間成形のためのプレートバーに関する。プレートバーは、その表面に窒化層を有することを特徴とする。熱間成形において、このようなプレートバーを使用することにより、プレートのスケーリングを防止することができる。

本発明のプレートバーの材質は、ミクロ合金鋼あるいは熱処理鋼とすることができる。例えば、プレートバーは、22MnB5鋼とすることができる。それにより、プレートバーの製造コストは、最小化することができる。

本発明のプレートバーは、バンパー、モーターフード、サイド衝撃保護部品あるいはA、B、C−ピラーを製造するためのプレートバーである。

さらに、本発明は、本発明の製造方法によって製造されることを特徴とする、モータービークルの構造部品である。特に、構造部品は、表面処理された、特に窒化されたプレートバーから作られる。

本発明の方法において、また、本発明であるプレートバーを構成する鋼は、例えば、熱処理鋼（Benteler社のBTR165（商品名））とすることができる。

鉄及び製錬による異物に加え、出発材料として使用される前記鋼としては、例えば、表１に示される３つの合金元素（重量％）群のうちの１つが挙げられる。

本発明の１態様としては、プレートバーは、以下の元素（重量％）の鋼からなる。
炭素（C）：0.22％〜0.25％
ケイ素（Si）：0.10％〜0.50％
マンガン（Mn）：1.00％〜2.50％
リン（P）：最大0.025％
硫黄（S）：最大0.010％
アルミニウム（Al）：0.010％〜0.060％
ホウ素（B）：0.0015％〜0.005％
クロム（Cr）：0.10％〜0.80％
チタン（Ti）：0.020％〜0.050％
モリブデン（Mo）：最大0.50％
銅（Cu）：最大0.10％
ニッケル（Ni）：最大0.30％
残り：鉄及び製錬による異物

これらの合金は、窒化の間、表面が硬化し、特に、モータービークルの構造部品に、十分なスケーリング保護と腐食保護を付与できることが証明されている。さらに、鋼合金は低コストで製造することができ、特に炭素含有量が少ないため、溶接できる。

ここに示された合金組成物とは対照的に、窒化形成元素（Al,Ti,V,Mo,Cr）は、それぞれ、単独あるいは互いに組み合わせて、合金とすることができる。本発明の方法で使用される前述した鋼合金は、特に炭素含有量が少ないこと、好適な量の個々の合金に含まれる窒化形成元素（Al,Ti,V,Mo,Cr）、これらの組成をもつ鋼の良好なワーカビリティー、鋼の低価格、及び出発原料の入手容易性が特徴である。

本発明の方法の好ましい点及び特徴は、適用できる限りにおいて、本発明のシートプレート及び構造部品に対しても有効であり、その逆も同様である。さらに、１つの態様について述べた好ましい点及び特徴は、他の態様の全ての特徴を持つことの必要なしに、他の態様にも有効である。

Claims (12)

1. プレートバーを加熱し、加熱状態でダイに供給し、ダイで成形する、モータービークルの構造部品の製造方法であって、ダイで成形する前に、プレートバーに対して窒化処理を行うことを特徴とするモータービークルの構造部品の製造方法。
2. 窒化処理が、プラズマ窒化である請求項１に記載の製造方法。
3. 窒化処理を、プレートバーを炉に供給する前に行う、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 成形したプレートバーを、熱間形成の後、直ちに最終処理を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. プレートバーが、熱処理鋼である請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. プレートバーが、22MnB5鋼である請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 製造方法が、連続した方法である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
8. プレートバーの表面が、窒化層であることを特徴とする、モータービークルの構造部品を製造する熱間成形のためのプレートバー。
9. プレートバーが、ミクロ合金鋼又は熱処理鋼からなることを特徴とする、請求項８に記載のプレートバー。
10. プレートバーが、バンパー、モーターフード、サイド衝撃保護部品又はA,B,C-ピラーのためのプレートバーであることを特徴とする、請求項８又は９に記載のプレートバー。
11. 窒化層を有するプレートバーを熱間成形して製造されることを特徴とするモータービークルの構造部品。
12. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法によって製造され、及び／又は請求項８又は９に記載のプレートバーから製造されることを特徴とする、請求項１１に記載の構造部品。