JP2019005823A

JP2019005823A - 金属部材の製造方法

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Publication number: JP2019005823A
Application number: JP2017121459A
Authority: JP
Inventors: 哲司江川; Tetsuji Egawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: CN113458720A; EP3417990B1; BR102018012712A2; US20180369936A1; CN109093326B; RU2701435C1; JP7020806B2; CN109093326A; EP3417990A1; CN113458720B

Abstract

【課題】加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くする、金属部材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかる金属部材１の製造方法は、金属板である素材３０における厚さ方向に垂直な表面に沿う方向に切刃２１を移動させ、素材３０の一部分における厚さ方向に垂直な表面３０ａに対してシェービング加工を施し、素材３０における、一部分の厚さ３２ａを他の部分３２ｂの厚さよりも薄くする。【選択図】図２

Description

本発明は、金属部材の製造方法に関する。

近年、省エネの観点から、車両に用いられる部材は一層の軽量化が求められている。こういったことから、要求される強度が相対的に低い一部の領域の厚さを、他の領域よりも薄くする加工技術の検討がなされている。特許文献１には、圧延ロールを用いて板材の厚みを部分的に薄くする技術が記載されている。

特開２０１４−１６６６４１号公報

発明者は、金属部材の製造方法に関し、以下の問題点を見出した。
図１９から図２４は、本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。なお、図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。

図１９は、要求される強度が相対的に低い一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くした板状の金属部材の外観の一例を示す斜視図である。図２０は、図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図である。図１９および図２０に示すように、金属部材５０１には、中央部に厚さの薄い薄厚部分５０２が形成されている。すなわち、薄厚部分５０２の厚さｔ２がその他の部分５０３の厚さｔ１よりも薄い（ｔ２＜ｔ１）。この金属部材５０１の薄厚部分５０２を、図２１に示すように一対の圧延ロール５１０を用いて加工することが考えられる。すなわち、素材としての金属製の板材の中央部分を圧延ロール５１０で挟み込み、中央部分の厚みを薄くする。しかしながら、一対の圧延ロール５１０にて薄厚部分５０２を加工すると、図２２に示すように、板厚が徐々に変化する漸変領域５０４が生じてしまう。板厚を１ｍｍ薄くする（すなわち、差厚ｔ１―ｔ２を１ｍｍにする）場合、漸変領域５０４の長さＬは１００ｍｍ程度になることが分かっている。漸変領域５０４では、厚さが目標のｔ２よりも厚くなる。つまり、金属部材５０１を圧延ロール５１０にて加工すると、軽量化が不十分になる。

図２３は、要求される強度が相対的に低い一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くした板状の金属部材を鍛造潰し加工により製造する方法について示す斜視図である。図２４は、図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿う断面図である。図２３および図２４に示すように、金属部材６０１の中央部における薄厚部分６０２は、プレス用金型６１０を用いて鍛造潰し加工により形成されている。しかしながら、このようにすると、プレス用金型６１０の押圧荷重を絞り加工における荷重よりもずっと大きくする必要があるので、加工設備が大がかりになり、省エネの点でも好ましくない。また、鍛造潰し加工後に薄厚部分６０２の硬度が高くなっている（加工硬化している）ので、当該部分では延性が低下している。このため、潰し加工後に、焼鈍および酸化スケール除去などの追加処理が必要になる。さらに、鍛造潰し加工を行った箇所ではスプリングバックが大きくなるので、鍛造潰し加工で所望の形状に精度良く形成するのは容易ではない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くする、金属部材の製造方法を提供するものである。

本発明の一態様にかかる金属部材の製造方法によって製造された金属部材は、金属板の厚さ方向に垂直な表面に沿う方向に切刃を移動させ、前記素材の一部分における前記厚さ方向に垂直な表面に対してシェービング加工を施し、前記素材における、前記一部分の厚さを他の部分の厚さよりも薄くするものである。

本発明の一態様にかかる金属部材の製造方法では、素材の一部分における厚さ方向に垂直な表面に対してシェービング加工を施すことで、素材における、一部分の厚さを他の部分の厚さよりも薄くしている。また、シェービング加工を施した箇所では加工硬化はほとんど生じない。よって、本発明の一態様にかかる金属部材の製造方法では、加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くすることができる。

前記金属部材は、前記素材における厚さ方向に垂直な表面のうちの、一方の表面には凹部が、他方の表面には突出部が、それぞれ形成されるように、前記一方の表面をプレス用金型で押圧する工程と、前記他方の表面に沿う方向に前記切刃を移動させて前記突出部をシェービング加工により除去する工程と、を備えていてもよい。このようにすることで、加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くすることができる。

前記金属部材は、前記素材における厚さ方向に垂直な表面のうちの、一方の表面には凹部が、他方の表面には突出部が、それぞれ形成されるように、前記一方の表面をプレス用金型で押圧する工程と、前記一方の表面に沿う方向に前記切刃を移動させて前記一方の表面が前記凹部の底と同一平面になるようにシェービング加工する工程と、を備えていてもよい。このようにすることで、加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くすることができる。

本発明により、加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くする金属部材の製造方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる金属部材の製造方法に用いる加工装置の構成を模式的に示す斜視図である。実施の形態１にかかる金属部材の製造方法について模式的に示す斜視図である。実施の形態１にかかる金属部材の製造方法について模式的に示す斜視図である。実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により製造した、金属部材における薄肉部分の加工硬度について検査した結果を示す図である。実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により得られた金属部材の変形例を示す斜視図である。実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により得られた金属部材のさらに別の変形例を示す斜視図である。実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により得られた金属部材のさらに別の変形例を示す斜視図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法の変形例について説明する模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法の変形例について説明する模式図である。実施の形態２にかかる金属部材の製造方法の変形例について説明する模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる金属部材の製造方法について説明する模式図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

[実施の形態１]
まず、図１を参照して実施の形態１にかかる金属部材の製造方法に用いる加工装置２０の構成について説明する。加工装置２０は、具体的にはプレス装置である。図１は、本実施の形態にかかる金属部材の製造方法に用いる加工装置２０の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。

図１に示すように、加工装置２０は、切刃２１と、スライド２２と、本体部２３と、固定台２４と、を備える。スライド２２は、本体部２３において、上下方向（Ｘ軸方向）に移動可能なように取り付けられている。切刃２１は、素材３０をシェービング加工するための工具で、スライド２２の先端に取り付けられている。ここで、素材３０は、金属板であり、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、チタン、マグネシウムなどの卑金属でできた板材である。固定台２４は、素材３０を固定するためのもので、本体部２３に取り付けられている。なお、素材３０を固定台２４に固定するため、素材３０に対してＺ軸方向のプラス側に抑え力Ｆを加える。

次に、図１から図３を参照して、金属部材３１の製造方法について説明する。図２および図３は、金属部材３１の製造方法について模式的に示す斜視図である。なお、図２および図３に示した右手系ｘｙｚ座標は、図１と一致している。また、図２、図３においては、簡便のため、加工装置２０について、切刃２１と固定台２４のみを示し、それ以外の部分の表示を省略している。

図１に示すように、素材３０は、固定台２４において、厚さ方向がＺ軸方向になるように固定配置されている。すなわち、素材３０の厚さ方向に垂直な、一方の表面３０ａがＺ方向のマイナス側、他方の表面３０ｂがＺ方向のプラス側になり、他方の表面３０ｂが固定台２４と対向している。このように配置された素材３０に対して、先端に切刃２１が取り付けられたスライド２２を下方向（Ｘ軸方向のマイナス側）に移動させる。

このようにスライド２２を移動させると、図２に示すように、切刃２１が素材３０における厚さ方向に垂直な一方の表面３０ａに沿う方向に移動し、切刃２１が素材３０に作用して、素材３０の一部分３２ａにおける表面３０ａに対してシェービング加工が施される。ここで、シェービング加工は、プレス装置による剪断加工の一種で、素材の表面を薄く削る（例えば、板厚の５％以下に切削する）加工である。つまり、シェービング加工により、素材３０の一部分３２ａにおける表面３０ａを層状に削り取り、一部分３２ａの厚さを他の部分３２ｂの厚さよりも薄くする。なお、図３に示すスクラップ３２は、素材３０の一部分３２ａにおける表面３０ａから削り取られた切削屑である。

素材３０の一部分３２ａにおける表面３０ａに対するシェービング加工が完了すると、図３に示す金属部材３１が得られる。金属部材３１は、相対的に薄い薄肉部分３１ａ（図２における素材３０の一部分３２ａに対応する）と、相対的に厚い厚肉部分３１ｂ（図２における素材３０の他の部分３２ｂに対応する）と、を有する。すなわち、薄肉部分３１ａの厚さｔ２は、厚肉部分３１ｂの厚さｔ１よりも薄い（ｔ２＜ｔ１）。

図４は、本実施の形態にかかる金属部材の製造方法により製造した、金属部材３１における薄肉部分３１ａの加工硬度について検査した結果を示す図である。ここで、横軸は薄肉部分３１ａにおける研削面からの厚さ方向の距離[ｍｍ]、縦軸は硬度[Ｈｖ]である。図４に示すように、薄肉部分３１ａにおける研削面に近い微小層ではやや硬度が高いものの、それ以降の層では加工硬化は生じていない。このため、金属部材の特性を改善するために焼鈍および酸化スケール除去などの追加処理を行う必要はない。

以上より、本実施の形態にかかる金属部材の製造方法に拠れば、加工硬化を抑制しつつ、素材の一部の領域の厚さを他の領域よりも薄くすることができる。

なお、素材の一部分において、フライスの一種であるエンドミルによって厚さ方向に垂直な表面を削り、金属部材における薄肉部分を形成することも原理的には可能である。しかしながら、金属部材における薄肉部分をエンドミルにより精度良く形成するのは容易ではなく、加工時間もかかる。本実施の形態のように、シェービング加工によって金属部材における薄肉部分を形成する場合、エンドミルによって金属部材における薄厚部分を形成する場合に対して加工時間を大幅に短縮することができる。

また、エンドミルによって金属部材における薄厚部分を加工した場合、いわゆる切り子とよばれる微小な切削屑が生じる。この切り子は、微小であるが故、切り子を炉に投入する際に、炉の熱によって生じる気流によって舞い散ってしまい再利用するのが難しい。シェービング加工によって金属部材における薄厚部分を加工した場合、図３に示すように、切削屑であるスクラップ３２は、ある程度まとまった大きさになるので、スクラップ３２を炉に投入する際に舞い散ることもなく再利用性がよい。

[変形例１]
図５は、実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により得られた金属部材の変形例を示す斜視図である。なお、図５に示した右手系ｘｙｚ座標は、図１と一致している。図５に示すように、変形例１にかかる金属部材４１は、厚さ方向に垂直な２つの表面４１a、４１ｂの両方に対してシェービング加工が施されて、相対的に薄い薄肉部分４２ａと、相対的に厚い厚肉部分４２ｂが形成されている。このように本実施の形態にかかる金属部材の製造方法に拠れば、相対的に薄い薄肉部分を設計の都合に合わせて形成することができ、金属部材の軽量化を効率的に実現することができる。

[変形例２]
図６は、実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により得られた金属部材の別の変形例を示す斜視図である。なお、図６に示した右手系ｘｙｚ座標は、図１と一致している。図６に示すように、変形例２にかかる金属部材５１は、厚さ方向に垂直な表面５１a、５１ｂのうちの表面５１aに対してシェービング加工が施されて、相対的に薄い薄肉部分５２ａと、相対的に厚い厚肉部分５２ｂが形成され、薄肉部分５２ａと厚肉部分５２ｂとの境界には２つのＲ部分５５ａ、５５ｂが形成されている。金属部材５１を形成するために使用される切刃１２１ａは、２つのＲ部分５５ａ、５５ｂに対応するＲ部形成部分１２１ａＡを有する。このように本実施の形態にかかる金属部材の製造方法に拠れば、相対的に薄い薄肉部分を設計の都合に合わせて形成することができ、金属部材の軽量化を効率的に実現することができる。

[変形例３]
図７は、実施の形態１にかかる金属部材の製造方法により得られた金属部材のさらに別の変形例を示す斜視図である。図７に示すように、変形例３にかかる金属部材６１は、複数の相対的に薄い薄肉部分６２ａＡ，６２ａＢ，６２ａＣと、相対的に厚い厚肉部分６２ｂが形成されている。薄肉部分６２ａＡと薄肉部分６２ａＢとの境界部分にはＲ部分６５ａが形成されていてもよい。薄肉部分６２ａＡの板厚ｔ２、薄肉部分６２ａＢの板厚ｔ３，薄肉部分６２ａＣの板厚ｔ４がそれぞれ異なっていてもよい。金属部材６１を形成するために使用される切刃２２１ａは、薄肉部分６２ａＡ，６２ａＢ，６２ａＣに対応する形状を有する。このように本実施の形態にかかる金属部材の製造方法に拠れば、相対的に薄い薄肉部分を設計の都合に合わせて形成することができ、金属部材の軽量化を効率的に実現することができる。

[実施の形態２]
次に、図８から図１５を参照して、実施の形態２にかかる金属部材の製造方法について説明する。なお、実施の形態２にかかる金属部材の製造方法に用いる加工装置は、実施の形態１において図１を用いて説明した加工装置２０と基本的に同じプレス装置である。
図８は、実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示すフローチャートである。図９から図１５は、実施の形態２にかかる金属部材の製造方法を示す模式図である。なお、図９、図１０、図１２から図１４に示した右手系ｘｙｚ座標は、図１と一致している。図１０および図１１においては、簡便のため、加工装置２０について、プレス用金型１２８とスライド２２のみを示し、それ以外の部分の表示を省略している。また、図１３および図１４においては、簡便のため、加工装置２０について、切刃２１のみを示し、それ以外の部分の表示を省略している。

図８および図９に示すように、まず、加工装置２０にプレス用金型１２８，１２９をセットする（ステップＳ１）。具体的には、スライド２２の先端にプレス用金型１２８を取り付け、プレス用金型１２８の下方にプレス用金型１２８と対向するようにプレス用金型１２９を配置し、プレス用金型１２９の上に素材１３０を配置する。ここで、素材１３０における厚さ方向に垂直な表面のうち、プレス用金型１２８と対向する面を一方の表面１３０ａ、プレス用金型１２９と対向する面を他方の表面１３０ｂとする。なお、プレス用金型１２９におけるプレス用金型１２８と対向する面の中央部分には、プレス用金型１２８の外形に対応する切り欠きが形成されている。

次に、図８および図１０に示すように、素材１３０における厚さ方向に垂直な表面に対して座出を行う（ステップＳ２）。具体的には、スライド２２を下方向（Ｘ軸方向のマイナス側）に移動させ、一方の表面１３０ａをプレス用金型１２８で押圧する。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。図１１に示すように、素材１３０において、一方の表面１３０ａには凹部１３６が、他方の表面１３０ｂには突出部１３５が、それぞれ形成される。

次に、図８および図１２に示すように、加工装置２０に切刃２１をセットする（ステップＳ３）。具体的には、スライド２２の先端の工具を切刃２１に付け替え、一方の表面１３０ａに凹部１３６（図１１参照）、他方の表面１３０ｂに突出部１３５が形成された素材１３０を、固定台２４において、厚さ方向がＺ軸方向になるように固定配置する。なお、素材１３０を固定台２４に固定するため、素材１３０に対してＺ軸方向のプラス側に抑え力Ｆを加える。

次に、図８および図１３に示すように、他方の表面１３０ｂに沿う方向に切刃２１を移動させて、突出部１３５をシェービング加工により除去する（ステップＳ４）。これにより、図１４に示す金属部材１３１が得られる。シェービング加工により除去された突出部１３５（図１３参照）は、図１４に示すように切削屑であるスクラップ１３２となる。スクラップ１３２は、ある程度まとまった大きさになるので、スクラップ１３２を炉に投入する際に舞い散ることもなく再利用性がよい。

図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。図１５に示すように、突出部１３５（図１３参照）をシェービング加工により除去した後、相対的に薄い薄肉部分１３２ａ（厚さｔ２）と、相対的に厚い厚肉部分１３２ｂ（厚さｔ１）と、を有する金属部材１３１が得られる（ｔ２＜ｔ１）。

[変形例４]
図１６から図１８は、実施の形態２にかかる金属部材の製造方法の変形例について説明する模式図である。本変形例にかかる金属部材の製造方法では、図８に示す金属部材の製造方法の処理フローとステップＳ４のみ異なる。すなわち、図８のステップＳ４において、他方の表面１３０ｂに沿う方向に切刃２１を移動させて、突出部１３５をシェービング加工により除去する代わりに、図１６に示すように、一方の表面１３０ａに沿う方向に切刃２１を移動させて一方の表面１３０ａが凹部１３６の底と同一平面になるようにシェービング加工する。これにより、図１７に示す金属部材２３１が得られる。図１７に示すように、切削屑であるスクラップ２３２は、ある程度まとまった大きさになるので、スクラップ２３２を炉に投入する際に舞い散ることもなく再利用性がよい。

図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図１８に示すように、一方の表面１３０ａにおける凹部１３６以外の部分をシェービング加工により除去した後、相対的に薄い薄肉部分２３２ａ（厚さｔ５）と、相対的に厚い厚肉部分２３２ｂ（厚さｔ６）と、を有する金属部材１３１が得られる（ｔ５＜ｔ６）。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１１、３１、４１、６１、１３１、２３１金属部材
２０加工装置
２１、１２１ａ、２２１ａ切刃
２２スライド
２３本体部
２４固定台
３０、１３０素材
１２８、１２９プレス用金型
１３５突出部
１３６凹部

Claims

金属板の厚さ方向に垂直な表面に沿う方向に切刃を移動させ、前記素材の一部分における前記厚さ方向に垂直な表面に対してシェービング加工を施し、前記素材における、前記一部分の厚さを他の部分の厚さよりも薄くする、金属部材の製造方法。
前記素材における厚さ方向に垂直な表面のうちの、一方の表面には凹部が、他方の表面には突出部が、それぞれ形成されるように、前記一方の表面をプレス用金型で押圧する工程と、
前記他方の表面に沿う方向に前記切刃を移動させて前記突出部をシェービング加工により除去する工程と、を備える、請求項１に記載の金属部材の製造方法。
前記素材における厚さ方向に垂直な表面のうちの、一方の表面には凹部が、他方の表面には突出部が、それぞれ形成されるように、前記一方の表面をプレス用金型で押圧する工程と、
前記一方の表面に沿う方向に前記切刃を移動させて前記一方の表面が前記凹部の底と同一平面になるようにシェービング加工する工程と、を備える、請求項１に記載の金属部材の製造方法。