JP2020131281A - テーラードブランク材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】疲労強度が低下するおそれを抑制しつつ製造コスト及び外観品質の改善を図ることができるテーラードブランク材の製造方法の提供。【解決手段】テーラードブランク材の製造方法は、鋼板Ｗ１をプレス加工することによって、鋼板Ｗ１に凹部Ｗ１ｅを形成するステップ（ＳＴ１）と、肉盛溶接を凹部Ｗ１ｅに複数回実施することによって、所定の方向に延びた形状を有し、かつ並列配置された複数の溶接ビードＷ２１−Ｗ２４を凹部Ｗ１ｅに配置し、肉盛溶接部Ｗ２を凹部Ｗ１ｅに形成するステップ（ＳＴ２）と、肉盛溶接部Ｗ２の上面Ｗ２ａを機械加工するステップ（ＳＴ３）とを備える。複数の溶接ビードＷ２１−Ｗ２４同士が相互に重なる溶接ラップ部Ｗ３１−Ｗ３３は、凹部Ｗ１ｅの開口面Ｌ１ａと、溶接ビードＷ２１−Ｗ２４同士の表面とに区画される谷状空間Ｖ３１−３３と断面積が略同じである。【選択図】図１

Description

本発明はテーラードブランク材の製造方法に関し、特に、部位に応じて厚みが異なるテーラードブランク材の製造方法に関する。

特許文献１に開示の曲げ加工部材の製造方法では、まず、本体である金属板において曲げ加工される位置に開口を形成し、この開口に金属製の補強板を嵌め込む。さらに、補強板を金属板に溶接した後、金属板を曲げ加工する。

特開２０１８−０７５６１２号公報

発明者等は、上記した曲げ加工部材の製造方法について以下の課題を発見した。

上記した曲げ加工部材の製造方法では、開口部や溶接方法等の品質管理を厳格に行うことを必要とし、製造コストが高くなる傾向にある。よって、製造コストに改善の余地がある。また、金属板と補強板との厚みが異なると、金属板と補強板との境界の断面において角部があることが多い。そのため、応力がそれらの溶接部に集中し、疲労強度が低下するおそれがある。金属板と補強板との境界があり、外観品質に改善の余地があった。

本発明は、疲労強度が低下するおそれを抑制しつつ製造コスト及び外観品質の改善を図るものとする。

本発明に係るテーラードブランク材の製造方法は、
鋼板をプレス加工することによって、前記鋼板に凹部を形成するステップと、
肉盛溶接を前記凹部に複数回実施し、所定の方向に延びた形状を有し、かつ並列配置された複数の溶接ビードを前記凹部に配置することによって、肉盛溶接部を前記凹部に形成するステップと、
前記肉盛溶接部の上面を機械加工するステップと、を備え、
前記肉盛溶接部を前記凹部に形成するステップでは、
前記複数の溶接ビード同士が相互に重なる溶接ラップ部は、前記凹部の開口面と、前記溶接ラップ部を含む前記溶接ビード同士の表面とに区画される谷状空間と断面積が略同じである。

このような構成によれば、製造されたテーラードブランク材の一方の主面において厚みが変化する部位とその近傍の部位は、一体の鋼板によって構成される。よって、厚みが変化する部位は、その断面において角部がなく、滑らかに傾斜する、又は曲がる。よって、疲労強度が低下するおそれを抑制する。品質管理を厳格に行うことを必要とし、製造コスト及び外観品質の改善を図る。

本発明は、疲労強度が低下するおそれを抑制しつつ製造コスト及び外観品質の改善を図ることができる。

実施の形態１に係るテーラードブランク材の製造方法の各ステップのワークを示す斜視図である。 実施の形態１に係るテーラードブランク材の製造方法の各ステップのワークを示す断面図である。 成形体の要部の断面図である。 実施の形態１に係るテーラードブランク材の製造方法の１つのステップのワークの要部の断面形状を示す断面図である。 溶接金属端からの距離に対するビッカース硬さを示すグラフである。

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）
図１〜図３を参照して実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係るテーラードブランク材の製造方法の各ステップのワークを示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るテーラードブランク材の製造方法の各ステップのワークを示す断面図である。図２は、図１が示すワークの断面を示す。図２は、図１の矢視図である。図３は、成形体の要部の断面図である。図３は、図２が示すワークによる成形体の要部を示す。

なお、当然のことながら、図１及びその他の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。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

図１及び図２に示すように、まず、鋼板Ｗ１の所定の部位をプレス加工し、増厚部Ｗ１ｃを鋼板Ｗ１に形成する（プレス加工ステップＳＴ１）。鋼板Ｗ１は、第１の主面Ｗ１ａと、第２の主面Ｗ１ｂとを備える板状体である。鋼板Ｗ１は、プレス加工によって加工することができる鉄鋼材料からなる。プレス加工ステップＳＴ１は、鋼板Ｗ１を切り抜くと同時に行うと、生産性が良い。

増厚部Ｗ１ｃは、第１の主面Ｗ１ａにおいて凹んだ凹部Ｗ１ｅを備える。凹部Ｗ１ｅは、第１の主面Ｗ１ａに開口する開口面Ｌ１ａを有する。凹部Ｗ１ｅにおける開口面Ｌ１ａは、鋼板Ｗ１の第１の主面Ｗ１ａと同じ平面上にある。開口面Ｌ１ａと第１の主面Ｗ１ａとは連続する。

図３に示すように、凹部Ｗ１ｅは、内壁面Ｗ１ｆと、座面Ｗ１ｇとを備える。内壁面Ｗ１ｆは、第１の主面Ｗ１ａから第２の主面Ｗ１ｂ側へ、第１の主面Ｗ１ａに対して傾斜する方向に延びて、座面Ｗ１ｇに接続する。座面Ｗ１ｇは、開口面Ｌ１ａと第１の主面Ｗ１ａと略平行に延びるとよい。

また、増厚部Ｗ１ｃは、第２の主面Ｗ１ｂから張り出た張出面Ｗ１ｄを備える。張出面Ｗ１ｄは、底面Ｗ１ｈと、外壁面Ｗ１ｉとを備える。外壁面Ｗ１ｉは、第２の主面Ｗ１ｂから張り出す方向に傾斜して延びて、底面Ｗ１ｈに接続する。底面Ｗ１ｈは、第２の主面Ｗ１ｂと略平行に延びるとよい。外壁面Ｗ１ｉと第２の主面Ｗ１ｂとが交差した交差部Ｗ１ｊは、所定の曲率Ｒ１を有する。外壁面Ｗ１ｉと底面Ｗ１ｈとが交差した交差部Ｗ１ｋは、所定の曲率Ｒ２を有する。曲率Ｒ１、Ｒ２は、許容応力に応じて、適宜変更するとよい。

なお、プレス加工ステップＳＴ１を完了した時点では、増厚部Ｗ１ｃはその周辺の部位から張り出ているが、凹部Ｗ１ｅを備えている。そのため、増厚部Ｗ１ｃの肉厚はその周辺の部位と殆ど同じ厚みである。しかし、次のステップである肉盛溶接加工ステップＳＴ２を完了した時点では、増厚部Ｗ１ｃは、肉盛溶接部Ｗ２を凹部Ｗ１ｅに充填したため、その厚みが増大しており、増厚部Ｗ１ｃは、その周辺の部位と比較して厚い。

また、鋼板Ｗ１の引張強度が９８０ＭＰａ以下であると好ましい。鋼板Ｗ１の引張強度が９８０ＭＰａ以下である場合、本製造方法による成形体Ｗ１０のＨＡＺ（熱影響）部が軟化することを抑制する。そのため、成形体Ｗ１０は、良好な静的強度及び疲労強度を維持するＨＡＺ部を備える。

続いて、肉盛溶接を凹部Ｗ１ｅに複数回実施して、肉盛溶接部Ｗ２を凹部Ｗ１ｅの内側に形成する（肉盛溶接加工ステップＳＴ２）。具体的には、肉盛溶接を凹部Ｗ１ｅに複数回実施することによって、複数の溶接ビードを凹部Ｗ１ｅに配置し、肉盛溶接部Ｗ２を凹部Ｗ１ｅに形成する。肉盛溶接は、アーク溶接を用いて行うとよい。アーク溶接は、他の溶接方法と比較して、溶接時間が短く、コストが小さい傾向にあるからである。また、溶接ワイヤは、所望する増厚部Ｗ１ｃの機械的強度に応じて、選択するとよい。

例えば、図４に示すように、肉盛溶接部Ｗ２は、複数の溶接ビードＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４を備える。複数の溶接ビードＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３が座面Ｗ１ｇ上において所定の方向（図４では、ｘ軸方向）に並列配置されるように、複数回、肉盛溶接を凹部Ｗ１ｅに実施するとよい。複数の溶接ビードＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４は、それぞれ座面Ｗ１ｇ上において所定の方向（図４では、ｙ軸方向）に延びた形状を有するとよい。隣接する溶接ビード同士が重なり合うように、複数回、肉盛溶接を凹部Ｗ１ｅにする。

肉盛溶接部Ｗ２は、溶接ラップ部Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３を備える。複数の溶接ビードＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４が延びる方向に沿う仮想軸（図４では、ｙ軸）と交差する断面（図４では、ｚｘ平面）において、溶接ラップ部Ｗ３１は、溶接ビードＷ２１、Ｗ２２が相互に重なる部位である。同様に、溶接ラップ部Ｗ３２は、当該断面において、溶接ビードＷ２２、Ｗ２３同士が相互に重なる部位である。溶接ラップ部Ｗ３３は、当該断面において、溶接ビードＷ２３、Ｗ２４同士が相互に重なる部位である。溶接ビードＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４の断面形状は、開口面Ｌ１ａ側に山状に張り出るとよく、その頂点は、開口面Ｌ１ａ、又は開口面Ｌ１ａよりも上方（ここでは、ｚ軸プラス側）に位置するとよい。

凹部Ｗ１ｅの開口面Ｌ１ａと、溶接ラップ部Ｗ３１を含む溶接ビードＷ２１、Ｗ２２の表面に区画される谷状空間Ｖ３１がある。同様に、溶接ラップ部Ｗ３２を含む溶接ビードＷ２２、Ｗ２３の表面に区画される谷状空間Ｖ３２がある。同様に、溶接ラップ部Ｗ３３を含む溶接ビードＷ２３、Ｗ２４の表面に区画される谷状空間Ｖ３３がある。図４に示す断面において、溶接ラップ部Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３は、それぞれ、谷状空間Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３と断面積が略同じである。これによって、肉盛溶接加工ステップＳＴ２の完了後において、比較的平坦な面を確保することができる。この理由の１つとして、例えば、凹部Ｗ１ｅの容積と、溶接ラップ部Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３の体積との差が小さくなることが挙げられる。次工程の機械加工ステップＳＴ３において、機械加工の取り代を低減することができる。

肉盛溶接部Ｗ２は、溶接ラップ部Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３等により、図４に示す断面積よりも大きな断面積を備える。肉盛溶接部Ｗ２の上面Ｗ２ａは、うねった形状を備える。肉盛溶接部Ｗ２が凹部Ｗ１ｅを埋める、又は充填する。図２に示すように、肉盛溶接部Ｗ２の余盛り高さＢＨ１は、凹部Ｗ１ｅの座面Ｗ１ｇから開口面Ｌ１ａまでの座面高さＳＨ１を超えるとよい。つまり、肉盛溶接部Ｗ２の少なくとも一部は、開口面Ｌ１ａを越えていてもよい。

最後に、肉盛溶接部Ｗ２の上面Ｗ２ａを機械加工し、成形体Ｗ１０を形成する（機械加工ステップＳＴ３）。肉盛溶接部Ｗ２の上面Ｗ２ａは、凹部Ｗ１ｅの開口面Ｌ１ａ面に倣うように機械加工される。言い換えると、隣り合う肉盛溶接部Ｗ２の上面Ｗ２ａと鋼板Ｗ１の第１の主面Ｗ１ａとは、段差なく殆ど同じ平面上に位置する。

以上より、成形体Ｗ１０を製造することができる。成形体Ｗ１０は、テーラードブランク材として利用できる。

ここで、図３に示すように、成形体Ｗ１０は、一方の第２の主面Ｗ１ｂにおいて、増厚部Ｗ１ｃから、増厚部Ｗ１ｃの周辺の部位にかけて、厚みが減少して変化する。増厚部Ｗ１ｃとその周辺の部位とは、１枚の鋼板Ｗ１によって構成される。よって、厚みが変化する増厚部Ｗ１ｃとその周辺の部位とは、その断面において角部がなく、滑らかに傾斜する、又は曲がる。よって、疲労強度が低下するおそれを抑制する。品質管理を厳格に行う必要が無いため製造コストの低減を図ることできる。

また、成形体Ｗ１０の第２の主面Ｗ１ｂは、１枚の鋼板Ｗ１によって構成され、連続した表面を備え、切れ目や境界を確認することができない。第１の主面Ｗ１ａは、鋼板Ｗ１と肉盛溶接部Ｗ２とによって構成され、鋼板Ｗ１と肉盛溶接部Ｗ２との境界を備え、その境界を確認することができる。第２の主面Ｗ１ｂは、切れ目や境界が無く、連続しており、第１の主面Ｗ１ａは、第２の主面Ｗ１ｂ等、切れ目や境界のある主面と比較して、美観に優れる。そのため、成形体Ｗ１０は、第２の主面Ｗ１ｂが外観に現れるように配置される外観部品として利用されると、好ましい。

（実験）
次に、溶接した鋼板について行った実験について説明する。

当該実験では、主に引張強度が異なる鋼板を用いて、所定の溶接条件で、溶接を行なった。溶接条件は、上記した肉盛溶接加工ステップＳＴ２と同じ条件に設定した。さらに、その溶接した鋼板の溶接金属、ＨＡＺ（熱影響）部、及び母材におけるビッカース硬さを測定した。その測定した結果を図５に示す。なお、図５の凡例に示す各数字は、鋼板の引張強度を示し、図５の凡例に示す「ＨＳ」は、ホットスタンプ（1500MPa級）を示す。

図５に示すように、引張強度９８０ＭＰａを越えた鋼板を用いた場合、ＨＡＺ部は、溶接金属、及び母材と比較して、ビッカース硬さが小さかった。よって、引張強度９８０ＭＰａを越えた鋼板は、鋼板Ｗ１として用いると、静的強度や疲労強度が低下するおそれがある。

引張強度９８０ＭＰａ以下の鋼板を用いた場合、ＨＡＺ部は、溶接金属と比較してビッカース硬さが小さいものの、母材と比較してビッカース硬さが大きく変化せず、同程度の値を示した。よって、引張強度９８０ＭＰａ以下の鋼板は、引張強度９８０ＭＰａを越えた鋼板と比較して、鋼板Ｗ１として用いると、静的強度や疲労強度が大きく低下しない。したがって、鋼板Ｗ１として、引張強度９８０ＭＰａを越えた鋼板よりも引張強度９８０ＭＰａ以下の鋼板を用いると好ましい。

なお、本発明は上記実施の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。

Ｗ１ 鋼板
Ｗ１ａ 第１の主面 Ｗ１ｂ 第２の主面
Ｗ１ｃ 増厚部 Ｗ１ｄ 張出面
Ｗ１ｅ 凹部 Ｗ１ｆ 内壁面
Ｗ１ｇ 座面 Ｗ１ｈ 底面
Ｗ１ｉ 外壁面 Ｗ１ｊ、Ｗ１ｋ 交差部
Ｗ２ 肉盛溶接部
Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４ 溶接ビード
Ｗ２ａ 上面
Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３ 溶接ラップ部
Ｗ１０ 成形体
Ｌ１ａ 開口面 Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３ 谷状空間
ＳＴ１ プレス加工ステップ ＳＴ２ 肉盛溶接加工ステップ
ＳＴ３ 機械加工ステップ

Claims (1)

1. 鋼板をプレス加工することによって、前記鋼板に凹部を形成するステップと、
   肉盛溶接を前記凹部に複数回実施し、所定の方向に延びた形状を有し、かつ並列配置された複数の溶接ビードを前記凹部に配置することによって、肉盛溶接部を前記凹部に形成するステップと、
   前記肉盛溶接部の上面を機械加工するステップと、を備え、
   前記肉盛溶接部を前記凹部に形成するステップでは、
   前記複数の溶接ビード同士が相互に重なる溶接ラップ部は、前記凹部の開口面と、前記溶接ラップ部を含む前記溶接ビード同士の表面とに区画される谷状空間と断面積が略同じである、
   テーラードブランク材の製造方法。

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