JP2012206539A

JP2012206539A - 部分加熱成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2012206539A
Application number: JP2011071749A
Authority: JP
Inventors: Kiyoto Kondo; 清人近藤; Hideyuki Kai; 秀幸甲斐; Takanobu Suzuki; 孝宜鈴木; Jun Hayase; 純早瀬
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】高剛性部分と高耐食性部分とが共存した部分加熱成形体を低コストで効率的に製造することができる部分加熱成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】表面に耐食メッキが施された防錆鋼板を打ち抜いて、矩形状の加熱予定部１１ａおよびその加熱予定部１１ａに連続する非加熱部１２ａを有してなるブランク材１０ａを得る（ブランキング工程）。ブランク材１０ａの加熱予定部１１ａの両端位置に一対の電極３０を配置すると共に、両電極間で通電して加熱予定部１１ａを選択的に加熱する（電気加熱工程）。ブランク材１０ａの加熱部１１ａおよび非加熱部１２ａに対して金型によるプレス加工を施して、加熱部１１ａおよび非加熱部１２ａを同時に成形すると共に、前記加熱部１１ａを成形と同時に焼入れする（熱間及び冷間同時プレス工程）。得られた部分加熱成形体１０のうち、焼入れされた加熱部１１が高剛性部分となり、非加熱部１２が高耐食性部分となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、部分加熱成形体（例えば、車両の衝突補強に用いられる補強ビーム等）の製造方法に関するものである。

車両用の補強ビームとしては、ドアインパクトビーム、バンパーリインフォースメントや各種ピラー等があるが、これらは、鋼板から型成形されるとともに、少なくともその一部にてドアや車体に取り付けられるものである。これらの補強ビームは、必要剛性を満たしながら車両の軽量化をも達成しなければならないことから、鋼板から複雑形状のものに型成形しなければならないものであるし、車両用のものであることから、耐腐食性（耐食性ともいう）にも優れたものである必要がある。勿論、これらの補強ビームは、容易に製造できるようにすることによってコスト低減も図ることのできるものである必要がある。このような補強ビームの内、ドアインパクトビームを例に採ってみると、これに関連する技術が、特許文献１にて「車両用ドアの補強ビーム及びその製造方法」として提案されている。

特許文献１の「車両用ドアの補強ビーム及びその製造方法」は、「断面２次モーメントが充分に大きくなる断面形状にすることが可能で、衝撃荷重等の荷重に対する充分な強度を有し、幅寸法の短縮で小型化することも可能になる車両用ドアの補強ビーム及びその製造方法を提供すること」を目的としてなされたもので、特許文献１の要約によると「補強ビーム２０の材料は引張り強さＴが294.1995Ｎ/mm2≦Ｔ≦784.532Ｎ/mm2の範囲にある鋼板で、この鋼板にプレス成形と焼き入れ処理を行うことでビーム本体２１と２個のブラケット２２とからなる補強ビーム２０が形成され、上記引張り強さは従来における鋼板をプレス成形して製造される補強ビームの材料よりも小さく、これより断面２次モーメントが大きい補強ビーム２０を得られ、また、焼き入れ処理で補強ビーム２０の強度を大きくできる」ものである。

特開２００３−９４９４３号公報（要約）

ところで、この特許文献１の車両用ドアの補強ビームの製造方法では「鋼板を初めにプレス成形し、次いで、このプレス成形によって得られたプレス成形品を焼き入れ処理することにより車両用ドアの補強ビームを製造する」とのことであり（同文献の請求項１５参照）、プレス成形後の焼き入れは高周波加熱によって行われる（例えば同文献の段落００６０参照）。このため、複雑形状の補強ビームに対しては「プレス成形」での付形型（金型）が複雑になったり工程数が増加したりするだけでなく、「焼き入れ処理」自体を均等に行えない可能性がある。つまり、最初のプレス成形工程は冷間プレス成形であるため、使用可能な材料が制限される。また、プレス成形完了後の高周波焼き入れによるのでは、成形品の形状が複雑なときには成形品全体に均等な焼き入れを施すことが難しく、又、高周波加熱の不均一性に起因して、折角成形した成形品が熱変形してしまい最終製品の形状および寸法の精度が低下するという不具合も生じ得る。

更に特許文献１の技術では、「耐食性」に優れた補強ビームとすることについては意が用いられておらず、耐久性に疑問が残る補強ビームではないかと考えられる。勿論、ドアインパクトビームを使用した車両用ドアにあっても、ウエザーストリップ等の防水機構を用いて内部に雨水が侵入しないようにしてあるが、それでも、ドアガラスの開閉を繰り返すことによって、あるいはウエザーストリップの経年変化によって、雨水や、結露を引き起こす水蒸気がドア内に浸入することがある。このような雨水や結露は、補強ビームのドアパネル等に対する連結部分（ブラケット部）での錆の発生原因となり、この錆が補強ビームの連結部分での外れや破損を招くことがあるため、この種の補強ビームに対しては、特にその連結部分（ブラケット部）での防錆性能が高くなければならないのである。

以上のような種々の事情に鑑み、この種の焼き入れ処理型の補強ビームについて、防錆性能が高く、製造するための金型構造等も簡素化するにはどうしたらよいかについて種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

本発明の主たる目的は、高剛性部分と高耐食性部分とが共存した部分加熱成形体を低コストで（つまり最小の工程数で）効率的に製造することができる部分加熱成形体の製造方法を提供することにある。より具体的には、防錆性能の高い補強ビームを製造することができて、金型構造も簡単にできてコスト低減を図ることのできる補強ビームの製造方法を提供することにある。

本発明の部分加熱成形体の製造方法は、
（Ａ）表面に耐食メッキが施された防錆鋼板を打ち抜いて、矩形状の加熱予定部およびその加熱予定部に連続する非加熱部を有してなる平板状のブランク材を得るブランキング工程と、
（Ｂ）前記ブランク材の矩形状の加熱予定部の両端位置に一対の電極を配置すると共に、両電極間で通電して当該加熱予定部を選択的に加熱する電気加熱工程と、
（Ｃ）前記ブランク材の加熱部および非加熱部に対して金型によるプレス加工を施して、当該加熱部および非加熱部を同時に成形すると共に、前記加熱部を成形と同時に焼入れする熱間及び冷間同時プレス工程と、を経ることを特徴とするものである。

本発明は、好ましくは、前記ブランキング工程（Ａ）において、平板状のブランク材の非加熱部に、前記熱間及び冷間同時プレス工程（Ｃ）でのブランク材の金型に対する位置決めに関与するプレス基準穴を形成することを特徴とするものである。

［補足説明］
本発明の製造方法は、基本的に上記３つの工程（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を備える。
ブランキング工程（Ａ）では、防錆鋼板を打ち抜いて平板状のブランク材を得る。このとき、加熱予定部は、事後の電気加熱において加熱ムラを回避するために矩形状（具体的には、平面視で長方形状、正方形状など）に打ち抜かれる。非加熱部は、好ましくは、プレス成形後に追加の加工（例えばトリミング）を行わなくても良いよう予め最適な形状に打ち抜かれる。

電気加熱工程（Ｂ）では、ブランク材の加熱予定部の両端位置に一対の電極を配置し、両電極で挟まれた領域（即ち矩形状の加熱予定部）に対して通電加熱が行われる。両電極間の通電領域は矩形状の鋼板部分であることから、電流方向に直交する幅方向断面積は、電流方向に沿ったどの位置においても均等である。従って、一方の電極から他方の電極に向かう電流の密度は均一となり、位置によって加熱ムラ（つまり不均一な温度分布）が生ずることはなく、矩形状の加熱予定部の全体が均等に加熱される。このことは、事後のプレス工程における焼入れ（高強度化処理）の均等性を担保することにつながる。なお、加熱予定部が通電加熱されることで、当該部位の耐食メッキが熱によって揮発または合金化して耐食メッキ本来の機能（耐腐食性）が失われる又は低下することもあり得る。但しその場合でも、ブランク材の非加熱部は前記一対の電極間に位置せず通電加熱されないため、当該非加熱部の耐食メッキは電気加熱工程を経てもほぼそのまま維持される。

熱間及び冷間同時プレス工程（Ｃ）では、ブランク材の加熱部および非加熱部が金型によって同時にプレス成形される（熱間プレスと冷間プレスの同時実施）。ブランク材の加熱部においては、熱間プレスと同時に焼入れが施され、当該部位の高強度化・高剛性化が図られる。こうして得られた製品（部分加熱成形体）にあっては、加熱部は高強度化されるものの耐腐食性の低下は避けられない。その一方で、非加熱部の耐腐食性は、出発材である防錆鋼板の当初からの耐腐食性を維持している（防錆効果の残存）。このため、例えば、この部分加熱成形体をドア用補強ビームの形状にプレス加工し、その非加熱部を当該補強ビームの取付けブラケットとした場合でも、ドアへの取付け後において、いわゆるギャップ・コロージョン等の問題をほとんど生じない。

本発明によれば、局部選択的に電気加熱された加熱部と、電気加熱されない非加熱部とが一体化した平板状のブランク材をプレス成形して部分加熱成形体を形成するのであるから、出発材料である防錆鋼板を無駄なく打ち抜いて形成できる。換言すれば、この製造方法では、熱間プレスによって形成される剛性の高い部分によってのみ製品化するのではなく、冷間プレス部分（剛性は高くないが防錆性能を維持した部分）を有効活用することができる。従って、本発明の製造方法によれば、高剛性部分と高耐食性部分とが共存した部分加熱成形体を、従前の設備をほぼそのまま用いて、低コストで効率的に製造することができる。

また、ブランキング工程において平板状ブランク材の非加熱部にプレス基準穴を形成した場合には、たとえ加熱予定部を通電加熱したとしても、その通電加熱の影響は非加熱部に設定されたプレス基準穴には及ばない。このため、局部選択的な熱間プレスのために加熱予定部を通電加熱する必要があるとしても、そのことはプレス基準穴の形状や位置の正確性を狂わせるものではない。よって、熱間及び冷間同時プレス工程におけるブランク材の金型に対する位置決めを高い精度で行うことができる。

（ａ）は部分加熱成形体の一例である補強ビームの平面図、（ｂ）〜（ｄ）は部分加熱成形体の非加熱部の任意選択的な成形例を示す拡大断面図。ブランク材を打ち抜くべき防錆鋼板の部分平面図である。部分加熱成形体製造の一連の手順を示し、（ａ）は防錆鋼板から打ち抜かれたブランク材の平面図、（ｂ）はブランク材の矩形部（加熱予定部）の両側に加熱電極を配置したときの平面図、（ｃ）はプレス加工で得られた製品（補強ビーム）の平面図である。部分加熱成形体を製造する設備の概略図である。

次に、本発明の一実施形態を自動車ドア用の補強ビーム（ドアインパクトビーム）の例で説明する。

図１には、部分加熱成形体としての補強ビーム１０が示してある。この補強ビーム１０は、図２に示した防錆鋼板２０から打ち抜いた一体ブランク材１０ａに対して、冷間及び熱間プレスすることによって製造されるものである。

出発材料である防錆鋼板２０としては、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板やアルミメッキ鋼板等の耐食メッキを施した鋼板があげられる。本例では、防錆鋼板２０として、表面に亜鉛メッキが施された亜鉛メッキ鋼板を用いるものとする。防錆鋼板２０は、鋼板メーカーから図４に示したようなロール状の巻物として提供される。図２に示したように、この防錆鋼板２０からは、打ち抜きプレス機によって一体ブランク材１０ａが多数個取り出される（ブランキング工程）。

図３（ａ）に示すように、各一体ブランク材１０ａは、中央の矩形部１１ａと、その両側に位置する２個のプレブラケット部１２ａとを有する。本例では、矩形部１１ａが「加熱予定部」に、プレブラケット部１２ａが「非加熱部」にあたる。前記打ち抜き加工（ブランキング）では、各プレブラケット部１２ａにプレス基準穴１３が同時に打ち抜き形成される。矩形部１１ａについては、後述する二つの電極３０間での通電によって加熱される際にその加熱が均等に行えるようにするため、「矩形状」としたものである。

続いて図３（ｂ）に示すように、打ち抜き加工で得られた一体ブランク材１０ａに対してその矩形部１１ａの両端に電極３０がそれぞれ装着される。矩形部１１ａの端部とは、矩形部１１ａとプレブラケット部１２ａとの境界位置を指す。各電極３０は、矩形部１１ａの幅長さに匹敵する長さ又はそれ以上の長さを有し、矩形部１１ａの各端部において矩形部１１ａの幅長さ全体を完全に占拠する。図３（ｂ）では、矩形部１１ａの対向する二つの短辺に沿って二つの電極３０が配置されている。その結果、二つの電極３０間の領域には、加熱予定部としての矩形部１１ａのみが存在し、非加熱部としてのプレブラケット部１２ａは、電極間領域の外にある。

ブランク材への電極の装着後、両電極３０間において通電加熱が行われ、矩形部１１ａが約８５０℃〜１０５０℃の温度に加熱される（電気加熱工程）。この高温度加熱によって矩形部１１ａの亜鉛メッキの多くは揮発し、一部は鋼板本体の金属と合金化する。その結果、当該矩形部１１ａの表面の耐食性が低下ないし消失するが、これは本発明の想定範囲のことである。その一方で、電極間領域の外にある各プレブラケット部１２ａは、ほとんど加熱されず、従って当該プレブラケット部１２ａの亜鉛メッキはそのまま維持される。なお、ブランク材の電気加熱は、ブランク材１０ａを後記成形プレス機に装填する前に行っても良いし、成形プレス機に装填した後に行っても良い。

各一体ブランク材１０ａの成形プレス機への搬入に際しては、プレス基準穴１３が利用される。成形プレス機内には成形型（金型）が設置してあるが、この成形型に対しては、ブランク材１０ａが正しい位置にマウントされなければならない。本実施形態では、ブランク材の打ち抜き加工時に、各プレブラケット部１２ａにプレス基準穴１３が形成されるから、このプレス基準穴１３を利用することによって、成形プレス機内の成形型に対する正しい位置決めが行われる。

成形プレス機にセットされたブランク材１０ａを金型でプレス加工することで、矩形部１１ａに対して成形と焼き入れとが同時に施される。また、この矩形部１１ａの成形プレス機による成形と同時に、各プレブラケット部１２ａもプレス成形される。つまり、金型によるワンストロークの型押しによって、矩形部１１ａ（加熱部）に対しては熱間プレスが、プレブラケット部１２ａ（非加熱部）に対しては冷間プレスが同時に施される。

以上のように、各プレブラケット部１２ａに連続している矩形部１１ａが熱間プレスされても、各プレブラケット部１２ａが冷間プレスされる結果、当該プレブラケット部１２ａを構成している防錆鋼板２０に施されていたメッキ層が変化することはなく、各プレブラケット部１２ａは耐食性を維持したままブラケット部１２となる。なお、プレブラケット部１２ａから成形されたブラケット部１２は、ドアパネルや車体に対する溶接を確実に行えるものであり、従来の冷間プレスしたものと同様の溶接性を示す。

なお、図４の成形プレス機内では、矩形部１１ａにプレブラケット部１２ａを一体化した一体ブランク材１０ａに対して成形を行うのであるから、最終製品である補強ビーム１０とするために、原則として事後のトリム加工を行う必要はない。本発明で使用する成形プレス機については、トリム加工のための追加的な機械構造が必要ではないので、成形プレス機の構造を簡略化できる。あるいは、従前の成形プレス機をそのまま利用できる。

ただし、非加熱部としてのプレブラケット部１２ａあるいはブラケット部１２については、必要に応じて任意選択的に追加の加工を施してもよい。例えばプレス前の予備成形時に、非加熱部を図１（ｂ）のような断面形状に予備成形してもよい。例えば矩形部１１ａの熱間プレス時に、非加熱部を図１（ｃ）のような断面形状に同時成形してもよい。例えばプレス後の後加工工程において、非加熱部を図１（ｄ）のような断面形状に事後成形してもよい。

１０補強ビーム
１０ａブランク材
１１補強ビームの本体部
１１ａブランク材の矩形部（加熱予定部、加熱部）
１２補強ビームのブラケット部
１２ａブランク材のプレブラケット部（非加熱部）
１３プレス基準穴
２０防錆鋼板
３０電気加熱用の電極

Claims

（Ａ）表面に耐食メッキが施された防錆鋼板を打ち抜いて、矩形状の加熱予定部およびその加熱予定部に連続する非加熱部を有してなる平板状のブランク材を得るブランキング工程と、
（Ｂ）前記ブランク材の矩形状の加熱予定部の両端位置に一対の電極を配置すると共に、両電極間で通電して当該加熱予定部を選択的に加熱する電気加熱工程と、
（Ｃ）前記ブランク材の加熱部および非加熱部に対して金型によるプレス加工を施して、当該加熱部および非加熱部を同時に成形すると共に、前記加熱部を成形と同時に焼入れする熱間及び冷間同時プレス工程と、
を経ることを特徴とする、部分加熱成形体の製造方法。
前記ブランキング工程（Ａ）において、平板状のブランク材の非加熱部に、前記熱間及び冷間同時プレス工程（Ｃ）でのブランク材の金型に対する位置決めに関与するプレス基準穴(13)を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の部分加熱成形体の製造方法。