JP2020146748A - 車体フレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塑性ひずみを均等に付与し易く、かつ、塑性ひずみが付与された部分の板厚の減少を抑えつつフラット化可能にする。【解決手段】車体フレーム１０に予ひずみを付与する予ひずみ工程において、円弧に沿った波が繰り返す波形状であって、各波の高さＨが、目標塑性ひずみの半分に相当する予ひずみを付与する高さに設定された波形状２１をプレス成形する第１プレス工程と、波形状２１をフラット化するプレス成形により、付与された予ひずみを倍増させる第２プレス工程とを行うようにした。【選択図】図６

Description

本発明は、車体フレームの製造方法に関する。

車体フレームに作用する曲げ力及び圧縮力に対し、目標とする耐荷重が得られない場合、材料をより高強度な材料にグレードアップしたり、補強材（パッチ又はスティフナ）を追加したり、板厚をアップしたり、といった対策が実施される（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、材料のグレードアップはコスト上昇等の要因となり、補強材や板厚アップによる補強対策は、軽量化に不利となる。

一方、金属板の強度を上げる技術として、台形の溝でせん断変形させて結晶を微細化する塑性変形技術が開示されている（非特許文献１）。この非特許文献１に記載の技術は、図１４に示すように、金属板に対し、せん断変形させるための台形の溝で４５度変形させる１ｓｔステージと、フラットダイスでフラット化する２ｎｄステージと、再び台形の溝で４５度変形させる３ｒｄステージと、フラットダイスでフラット化する４ｔｈステージとからなる４回のプレス成形を行っている。そして、加工後に割れ防止のため焼鈍の熱処理をしている。図１４には、プレス成形を行う毎に、金属板に残留する塑性ひずみの分布が変化する様子も示されている。

特開２００８−１６８７０７号公報 特開２００５−１１９３５４号公報

Sunil Kumar、他２名、"Numerical Study of Constrained Groove Pressing to Produce Nano-structured Metallic Materials"、２０１７年１２月７日−９日、第１０回精密工学会議（COPEN10）、[平成３１年３月１日検索]、インターネット（ＵＲＬ：http://www.copen.ac.in/proceedings/copen10/copen/97.pdf）

しかし、非特許文献１に記載の技術は、金属板をせん断変形させるので、せん断変形後の凸部分のひずみが大きくなり、板全体として不均一なひずみ分布となり易い。耐荷重を上げる観点からは、均一に塑性ひずみを与えることが望ましい。また、非特許文献１には、車体フレームへの活用事例は記載されていない。
ところで、発明者等は、予ひずみを付与する波形状をプレス成形することによって降伏応力を上げる新規な方法も検討している。しかし、この方法は板厚が減少する、といったネガがあり、剛性の低下や、破断に対する許容荷重に対して不利である。

そこで、本発明は、所望の塑性ひずみを均等に付与し易く、かつ、塑性ひずみが付与された部分の板厚の減少を抑えつつフラット化可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、金属製の車体フレームの製造方法において、プレス成形によって、当該車体フレームとなる金属部品の降伏応力を上昇させる目標塑性ひずみに相当する予ひずみを付与する予ひずみ工程を行い、前記予ひずみ工程では、円弧に沿った波が繰り返す波形状であって、各波の高さが、前記目標塑性ひずみの半分に相当する予ひずみを付与する高さに設定された波形状をプレス成形する第１プレス工程と、前記波形状をフラット化するプレス成形により、付与された前記予ひずみを倍増させる第２プレス工程と、を行うことを特徴とする。

上記構成において、前記波形状は、前記車体フレームとなる金属部品のうち、残留ひずみが相対的に少ない領域に設けられてもよい。

また、上記構成において、前記波形状が有する波は、前記車体フレームの長手方向、又は長手方向に直交する方向の少なくともいずれかに延びてもよい。

また、上記構成において、前記車体フレームは、一又は複数回のプレス成形によって成形されるプレス成形品であり、いずれかの前記プレス成形の後に、前記予ひずみ工程を行ってもよい。

また、上記構成において、前記プレス成形は、前記車体フレームの基本形状を成形する基本成形工程を含み、前記基本成形工程の後、又は、前記基本成形工程の最後のプレス成形と同時に、前記予ひずみ工程を行ってもよい。

また、上記構成において、前記予ひずみ工程では、前記第２プレス工程の後に、前記第１プレス工程の波形状と同じ波形状を、この波形状の波長の四分の一に相当する距離だけ平行にずらしてプレス成形した後、プレス成形した波形状をフラット化するプレス成形により、その波形状によって付与された予ひずみを倍増させる他のプレス工程を行ってもよい。

また、上記構成において、前記予ひずみ工程では、前記第２プレス工程の後に、前記第１プレス工程の波形状に交差する波形状をプレス成形し、プレス成形された前記波形状をフラット化するプレス成形を行ってもよい。

本発明は、車体フレームに予ひずみを付与する予ひずみ工程において、円弧に沿った波が繰り返す波形状であって、各波の高さが、目標塑性ひずみの半分に相当する予ひずみを付与する高さに設定された波形状をプレス成形する第１プレス工程と、前記波形状をフラット化するプレス成形により、付与された前記予ひずみを倍増させる第２プレス工程とを行うので、所望の塑性ひずみを均等に付与し易く、かつ、塑性ひずみが付与された部分の板厚の減少を抑えつつフラット化可能になる。

本発明の実施形態に係る車体フレームを示す図である。 波形状をプレス成形するためのプレス型を模式的に示す図である。 車体フレームに付与された波形状を示す図である。 波形状によって付与される予ひずみのシミュレーション結果を示した図である。 予ひずみ工程を示す図である。 予ひずみ工程での塑性ひずみのシミュレーション結果を示す図である。 ３点曲げの説明に供する図である。 ３点曲げの検証結果を示す図である。 予ひずみ工程を含む車体の製造工程の一例を示す図である。 波形状の領域の説明に供する車体フレームの斜視図である。 予ひずみ工程の変形例を示す図である。 予ひずみ工程の変形例を示す図である。 車体フレームの他の例を示す図である。 せん断変形により結晶を微細化する塑性変形技術の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車体フレームを示す図である。
車体フレーム１０は、自動車等の車両用のフレーム部品であり、複数の一般面からなる多角形の断面形状で所定方向に延在する形状を有している。本実施形態の車体フレーム１０は、金属板材（鋼板）をプレス成形することによって形成されたプレス成形品であり、所定方向Ｙ（以下、長手方向Ｙと言う）に延在する板部１１と、板部１１の左右両端から下方に延びる左右一対の側面部１２、１３とからなる３つの一般面に加え、各側面部１２、１３の下端から外側に張り出す一対のフランジ部１４、１５を有する、いわゆる断面ハット形状に形成されている。
この車体フレーム１０は、各フランジ部１４、１５がフロアパネル等に接合されることによって、閉断面構造となり、車両の骨格部品又は補強部品等として機能する。なお、車体フレーム１０に使用される金属板材は、例えば高張力鋼板である。

車体フレーム１０の長手方向Ｙにおける中央部１０Ｃ（図１中、二点鎖線で囲った領域）には、後述する予ひずみ工程Ｋ１Ｄによって、塑性ひずみに相当する予ひずみが付与されている。一般的に、鋼板等の金属材の特徴として、予ひずみを付与することにより、加工硬化（ひずみ硬化とも称する）が生じ、降伏応力が上がることが知られている。降伏応力が上がった場合、曲げ強度が高くなる一方で、予ひずみが多すぎると、外力により伸びが少ない箇所で割れやすくなる。このため、予ひずみを適正に管理することが望まれる。

図１に示す車体フレーム１０では、中央部１０Ｃに予ひずみを付与しているので、中央部１０Ｃを基準にした曲がりを効果的に規制でき、車体フレーム１０全体の曲げ強度等を効率良く高めることができる。
なお、図１では、車体フレーム１０の全ての一般面１１〜１３の中央部１０Ｃに予ひずみを付与しているが、目標の耐荷重が得られる範囲であれば、一般面１１〜１３のいずれかの中央部１０Ｃだけに波形状２１をプレス成形してもよい。また、中央部１０Ｃ以外に予ひずみを付与してもよい。さらに、車体フレーム１０の形状も適宜に変更してもよく、要は曲げ変形等が相対的に生じやすい部位に予ひずみを付与し、所望の耐荷重を満足させるようにすればよい。

予ひずみ工程Ｋ１Ｄは、中央部１０Ｃに対し、所定の波形状２１（後述する図３）をプレス成形する工程を含んでいる。ここで、図２は、波形状２１をプレス成形するためのプレス型１５Ａ、１５Ｂを模式的に示す図である。プレス型１５Ａ、１５Ｂの表面は、同じピッチで湾曲する波形状に形成されている。

図３は、車体フレーム１０に付与された波形状２１を示す図である。図３には、波形状２１の板厚中心を通る軸線ＬＣ（中心軸線ＬＣとも称する）も示している。
図３に示すように、波形状２１には、円弧に沿った山部Ｍ１と谷部Ｖ１からなる波が繰り返す波形状が採用され、換言すると、正弦波を近似した波形状が採用されている。この波形状２１が付与する予ひずみは、波の高さＨ、及び波の曲げ半径ｒ（山部Ｍ１と谷部Ｖ１を近似する円弧の半径ｒに相当）等によって決定することができる。具体的には、予ひずみは次の計算式（１）、（２）で求めることができる。

板中心Ｐ１のひずみ量＝（ｒθ／ｒsinθ）−１・・・（１）
板外部Ｐ２のひずみ量＝（（ｒ＋Ｄ／２）×θ／ｒsinθ）−１・・・（２）

ここで、板中心Ｐ１は、波形状２１の中心軸線ＬＣ上で、最もひずみ量が多くなる位置（山部Ｍ１の最上部、及び谷部Ｖ１の最下部における中心軸線ＬＣ上の位置）に相当する。また、板外部Ｐ２は、波形状２１の表面上で、最もひずみ量が多くなる位置（山部Ｍ１の最上部、及び谷部Ｖ１の最下部における表面上の位置）に相当する。
また、値θは、波の高さがｍａｘ値（高さＨに相当）から値０になるまでの上記円弧の角度（山部Ｍ１と谷部Ｖ１を近似する円の角度範囲に相当）０に相当する。式（１）中の値ｒθは、図３に示す周長Ｌに相当する。また、値Ｄは、車体フレーム１０の板厚である。

波の高さＨが一定の場合でも、波のピッチＰＴ（図３参照）を変えることによって、値ｒ及び値θを変化させることができる。したがって、波の高さＨ及び波のピッチＰＴの値をそれぞれ調整することによって、予ひずみを容易に変更して所望の値に調整できる。なお、板厚方向に応じて予ひずみの大きさは異なる値を示すが、上記式（１）、（２）で求められる予ひずみは、最大ひずみを示している。

図４は、波形状２１によって付与される予ひずみのシミュレーション結果を示す図である。
図４では、説明の便宜上、予ひずみに相当する塑性ひずみを三段階に分けて模式的に示しており、相対的にひずみ量が多い領域を「領域ＳＡ」で示し、次にひずみ量が多い領域を「領域ＳＢ」で示し、相対的にひずみ量が小さい領域を「領域ＳＣ」で示している。なお、発明者等は、シミュレーションによって求めたひずみ量と、上記の簡易な計算式（１）、（２）で求めたひずみ量とが概ね一致していることを確認済である。

図５は、予ひずみ工程Ｋ１Ｄを示す図である。予ひずみ工程Ｋ１Ｄは、目標塑性ひずみに相当する予ひずみを付与する工程である。ここで、目標塑性ひずみは、車体フレーム１０の降伏応力を上昇させる塑性ひずみの範囲内で予め定めた目標値である。
図５に示すように、予ひずみ工程Ｋ１Ｄは、車体フレーム１０に対し、波形状２１をプレス成形する第１プレス工程Ｋ１１と、第１プレス工程Ｋ１１の波形状２１をフラット化する第２プレス工程Ｋ１２と、第１プレス工程Ｋ１１と同じ波形状２１を、所定の距離Ｘだけずらしてプレス成形する第３プレス工程Ｋ１３と、第３プレス工程Ｋ１３の波形状２１をフラット化する第４プレス工程Ｋ１４とからなる４回のプレス工程で構成されている。

図６は、予ひずみ工程Ｋ１Ｄでの塑性ひずみのシミュレーション結果を示す図である。図６に示すように、第１プレス工程Ｋ１１では、目標塑性ひずみを値Ｚとした場合に、各波の高さＨが、値Ｚの半分に相当する予ひずみを付与する高さに設定された波形状２１をプレス成形する。この場合、図６に示すように、山部Ｍ１の最上部、及び谷部Ｖ１の最下部に対応する位置がひずみ量の多い位置となるので、この位置を含む領域ＳＡを、目標塑性ひずみＺの半分に相当する予ひずみの領域とみなすことができる。

第２プレス工程Ｋ１２では、フラットダイス等を用いて波形状２１をフラット化することにより、ひずみ量が加算される。この場合、第１プレス工程Ｋ１１で付与された予ひずみに相当する塑性ひずみが付与され、予ひずみが倍増する。なお、波形状２１をフラット化しても厳密には凹凸が僅かに残るため、予ひずみは正確に倍にはならない。本説明において、予ひずみが倍増した状態とは、予ひずみが厳密な意味で倍になった場合に限定されず、倍の数値を基準としたその近辺範囲内のひずみ量になった場合を含んでいる。予ひずみが倍増することにより、値Ｚに相当する予ひずみが得られる。
この第２プレス工程Ｋ１２では、図６からも明らかなように、ひずみ量の多い領域ＳＡが拡がると共に、波形状２１がフラット化される。これにより、値Ｚ近辺の予ひずみが得られた領域が拡がり、かつ、フラット化される。

第３プレス工程Ｋ１３では、第１プレス工程Ｋ１１と同じ波形状２１を、距離Ｘだけ平行にずらしてプレス成形する。この場合の距離Ｘは、第１プレス工程Ｋ１１と同じ波形状２１の波長の四分の一に相当する距離（図３に示すピッチＰＴの四分の一に相当する距離）に設定される。これにより、図６に示すように、ひずみ量の多い領域ＳＡが更に拡がる。
第４プレス工程Ｋ１４では、フラットダイス等を用いて波形状２１をフラット化することにより、予ひずみが倍増する。これにより、図６からも明らかなように、ひずみ量の多い領域ＳＡが更に拡がり、かつ、フラット化される。
上記第２及び第４プレス工程Ｋ１２、Ｋ１４は、曲げ戻しの加工とも言える。この曲げ戻しの加工によって板厚の減少を抑えることができる。

発明者等は、予ひずみの効果を検証すべく、波形状２１を付与した車体フレーム１０に対し、図７に示す３点曲げで検証を行った。図７中、値Ｆ０は、外部負荷（LOAD）である。図８は、車体フレーム１０がステンレス材の場合の検証結果（変形量（STROKE）−負荷（LOAD）の関係）を示す図である。
図８中、符号ｆ１は、波形状２１をプレス成形しない場合の特性曲線であり、符号ｆ２は、図７中の上面に相当する板部１１だけに波形状２１をプレス成形した場合の特性曲線図である。符号ｆ３は、図７中の側面部１２、１３だけに波形状２１をプレス成形した場合の特性曲線図であり、符号ｆ４は、車体フレーム１０の三面（板部１１、側面部１２、１３）に波形状２１をプレス成形した場合の特性曲線図である。この図８から特性曲線ｆ４＞ｆ３＞ｆ２＞ｆ１の関係で降伏応力が高くなることが判る。

図９は、車体フレーム１０の予ひずみ工程Ｋ１Ｄを含む車体の製造工程の一例を示す図である。図９に示すように、製造工程には、プレス工程Ｋ１、溶接工程Ｋ２、塗装工程Ｋ３があり、プレス工程Ｋ１において、車体フレーム１０は、複数回のプレス成形、及びトリミング成形によって所望の形状に成形される。
本実施形態では、車体フレーム１０の基本形状をプレス成形する工程（以下、「基本成形工程Ｋ１Ａ」）の後工程において、波形状２１をプレス成形する予ひずみ工程Ｋ１Ｄが行われる。基本成形工程Ｋ１Ａは、図１の車体フレーム１０の場合、断面ハット形状に形成するまでの工程に相当する。なお、図１には示していないが、実際の車体フレーム１０には、断面ハット形状に形成した後に、各部に凹部又は凸部等の段差を設ける、といった追加工が適宜に施される。

基本成形工程Ｋ１Ａでは、ドロー、又はフォーミング等によって基本形状を成形するので、仮に、この工程Ｋ１Ａの終了前に上記予ひずみ工程Ｋ１Ｄに相当するプレス成形を行った場合、波形状２１の領域がプレス成形されてしまい、所望の予ひずみを得難くなる。
本実施形態では、基本成形工程Ｋ１Ａの後に予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行うので、基本形状を形成するためのプレス成形によって、波形状２１の領域がプレスされることがない。具体的には、図９に示すように、基本成形工程Ｋ１Ａ後に行われるプレス成形Ｋ１Ｂ、及びトリミング成形Ｋ１Ｃの後に予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行っており、つまり、プレス工程Ｋ１の最後に予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行っている。これにより、基本形状を成形するためのプレス成形が波形状２１に影響する事態を避けることができる。

なお、予ひずみ工程Ｋ１Ｄのタイミングは、上記タイミングに限定されない。例えば、予ひずみ工程Ｋ１Ｄを少なくともいずれかのプレス成形の後にすることで、そのプレス成形によって、予ひずみを付与する波形状２１がプレスされる事態を回避でき、適切な予ひずみを付与することができる。
この場合、プレス工程Ｋ１中のプレス成形等が波形状２１に影響しない範囲で、予ひずみ工程Ｋ１Ｄのタイミングを変更してもよい。例えば、基本成形工程Ｋ１Ａの後、かつ、プレス成形Ｋ１Ｂ又はトリミング成形Ｋ１Ｃの前のタイミングで、予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行うようにしてもよい。また、基本成形工程Ｋ１Ａ中の最後のプレス成形時、又はプレス工程Ｋ１中の最後のプレス成形Ｋ１Ｂ時に、予ひずみ工程Ｋ１Ｄに相当するプレス成形を同時に行うようにしてもよい。

また、車体フレーム１０の側面部１２、１３に設けられる予ひずみについては、車体フレーム１０の素材となる金属鋼板を曲げ加工する前に付与してもよい。例えば、曲げ加工よりも後の工程で側面部１２、１３にプレス成形することがプレス工程上、難しい場合に、曲げ加工前に、側面部１２、１３に対応する領域に波形状２１をプレス成形すると共に、波形状２１をフラット化すればよい。この場合、曲げ加工箇所（板部１１、側面部１２、１３、及びフランジ部１４、１５の境界部分に相当）を外した所定の位置に予ひずみを付与した後、プレス、ベンド等の成形を実施すればよい。また、側面部１２、１３については、ひずみを与える効率が落ちるが、波形状２１の大きさにより予ひずみを調整してもよい。
また、車体フレーム１０によっては一回のプレス成形（基本成形工程Ｋ１Ａに相当）で成形できる場合がある。この場合、一回のプレス成形の後に、予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行うようにしてもよい。なお、本説明中の各プレス成形は、最終製品（本実施形態では車両）の状態で所望の予ひずみが得られていれば、冷間プレス、及び温間プレスのいずれでもよい。

図９に示す溶接工程Ｋ２では、車体フレーム１０と他の部品（例えばフロアパネル）とが溶接される。次の塗装工程Ｋ３では、溶接工程Ｋ２を経た部品に塗装が施される。例えば、電着塗装、中塗り塗装、中塗り塗装の塗料を加熱乾燥する焼き付け工程、上塗り塗装、及び上塗り塗装の塗料を加熱乾燥する焼き付け工程等がこの順で行われる。これらの焼き付け工程の少なくともいずれかの加熱の条件を、車体フレーム１０への焼鈍（焼きなまし）の条件を満たすように設定することで、車体フレーム１０の弾性限度、降伏点、引張強さ及び硬さ等を更に増すことが可能である。
但し、上記焼鈍の熱処理によっては、予ひずみ工程Ｋ１Ｄで付与される予ひずみが減少することがある。このため、予ひずみに影響しないように熱処理の条件を設定すること、又は、焼鈍による減少分を加味して予ひずみを付与することが好ましい。

車体フレーム１０に付与する予ひずみ（目標塑性ひずみ）は、上述したように、車体フレーム１０となるプレス成形品の降伏応力を上昇させる塑性ひずみの範囲内で予め設定される。この場合、予ひずみの上限値は、例えば、日本鉄鋼連盟規格のＪＦＳで定められる全伸び参考値の半分以下に設定される。また、予ひずみの下限値は、例えば、変形応力が降伏応力から約１００ＭＰａ上昇するひずみ量をＳＳ線図（応力-ひずみ曲線に相当）から抽出した値に設定される。さらに、波形状２１の下限ｒ／Ｄ（曲げ半径／板厚）として、曲げ試験から予め得たクラック発生限界値を設定することで、波形状２１の箇所で割れが生じる事態を避け易くなる。

図１０は、車体フレーム１０の他の例を示す斜視図である。この車体フレーム１０を用いて波形状２１をプレス成形する領域について説明する。
図８には、プレス成形による残留ひずみが相対的に多い領域を「領域ＳＢ１」で示し、領域ＳＢ１のうち特に残留ひずみが特に多い領域を「領域ＳＡ１」で示している。また、図８中の領域ＳＢを示す輪郭内には、残留ひずみが相対的に少ない領域（図８中、領域ＳＣ１で示す）が存在する。
領域ＳＢ１、ＳＡ１で示す領域は、図８に示すように、プレス成形による曲げが存在する領域、及び、曲げの箇所が互いに近接する領域等である。一方、図８中の領域ＳＣ１で示す領域、及び、複数の領域ＳＢ１に挟まれる領域は、残留ひずみが相対的に少ない領域である。

波形状２１は、上記プレス工程Ｋ１等による残留ひずみが相対的に少ない領域に設けるようにしてもよい。つまり、第１フレーム部５１における板部１１であって、領域ＳＡ１、及びＳＢ１を避けた領域、かつ、車体フレーム１０が有する稜線（板部１１、側面部１２、１３、及びフランジ部１４、１５の境界部分に相当）を避けた領域に波形状２１が設けられる。これにより、波形状２１によって予ひずみを所望の値（目標塑性ひずみの範囲）に調整し易くなり、また、塑性ひずみが過度に大きい箇所が発生する事態を抑制し易くなる。

ここで、板部１１は、プレス工程Ｋ１によって平坦面にプレスされるプレス面（プレスと平行な面とも称する）であるので、残留ひずみを略一定とみなすことができ、予ひずみの調整がし易い面であり、かつ、波形状２１を付与するプレス成形をし易い面でもある。さらに、図８では、波形状２１を、車体フレーム１０が有する稜線に近い位置に設けているので、相対的に曲げ強度が高い稜線の周囲の強度を向上でき、曲げ強度を効果的に高め易くなる。しかも、波形状２１を、車体フレーム１０の両端部から離れた領域に設けているので、車体フレーム１０の曲げ強度や圧縮強度の向上に有利である。また、波形状２１は、車体フレーム１０中の曲げ強度、又は圧縮強度が特に要求される領域に設けるようにしてもよい。
例えば、図８に示す車体フレーム１０に波形状２１を追加する場合、領域ＳＣ１に設けることが好ましい。

波形状２１は、図３等に示した波形状に限定されない。例えば、せん断変形させない波形状、或いは、不均一なひずみ分布とならない程度のせん断変形を行う波形状を採用することで、塑性ひずみ、つまり、予ひずみを均等に付与し易くなる。具体的には、円弧に沿った任意の波が繰り返す波形状を採用すれば、塑性ひずみに相当する予ひずみを均等に付与し易くなる。

上記実施形態では、図７に例示したように、車体フレーム１０の長手方向Ｙに沿って山部Ｍ１及び谷部Ｖ１が延在する波形状２１を形成しているが、この構成に限定されない。例えば、図１１に例示するように、第１プレス工程Ｋ１１、及び、第３プレス工程Ｋ１３のそれぞれにおいて、長手方向Ｙに直交する方向に山部Ｍ１及び谷部Ｖ１が延在する波形状２１を形成してもよい。なお、第１プレス工程Ｋ１１での波形状２１と、第３プレス工程Ｋ１３での波形状２１とは、長手方向Ｙに沿って、この波形状２１の波長の四分の一に相当する距離だけずれている。

ところで、車体フレーム１０は、使用する材料に応じて降伏応力の異方性を有する場合がある。例えば、高強度材の場合、圧延方向が一般的に高い強度を有することが知られている。この異方性を考慮して、波形状２１の方向を設定してもよい。例えば、圧延方向に対して０°方向に山部Ｍ１及び谷部Ｖ１が延在する波形状２１にすれば降伏応力を上げやすくなる。また、圧延方向に対して９０°方向に山部Ｍ１及び谷部Ｖ１が延在する波形状２１にすれば、異方性の影響を低減できる。また、圧延方向に対して４５°方向に山部Ｍ１及び谷部Ｖ１が延在する波形状２１にしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態の予ひずみ工程Ｋ１Ｄでは、各波の高さが、目標塑性ひずみの半分に相当する予ひずみを付与する高さに設定された波形状２１をプレス成形する第１プレス工程Ｋ１１と、その波形状２１をフラット化するプレス成形により、付与された予ひずみを倍増させる第２プレス工程Ｋ１２とを行うので、目標塑性ひずみに相当する予ひずみを付与することができる。
しかも、上記波形状２１に、円弧に沿った波が繰り返す波形状を使用しているので、せん断変形させて塑性ひずみを付与する場合と比べ、塑性ひずみに相当する予ひずみを均等に付与し易くなる。また、第２プレス工程Ｋ１２によって、予ひずみが付与される領域をフラット化できると共に、板厚の減少を抑えることができる。これらにより、塑性ひずみを均等に付与し易く、かつ、塑性ひずみが付与された部分の板厚の減少を抑えつつフラット化し易くなる。板厚の減少を抑えることによっても、剛性の低下や、破断に対する許容荷重に対して有利となる。

さらに、予ひずみ工程Ｋ１Ｄでは、第２プレス工程Ｋ１２の後に、第１プレス工程Ｋ１１と同じ波形状２１を、この波形状２１の波長の四分の一に相当する距離だけ平行にずらしてプレス成形した後、プレス成形した波形状２１をフラット化するプレス成形により、その波形状２１によって付与された予ひずみを倍増させる他のプレス工程（第３プレス工程Ｋ１３、及び第４プレス工程Ｋ１４に相当）を行っている。これにより、塑性ひずみをより均等に付与し易くなる。

また、車体フレーム１０は、一又は複数回のプレス成形によって成形されるプレス成形品であり、いずれかのプレス成形の後に予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行うので、降伏応力を増加させて曲げ強度、及び圧縮強度等を向上できる。したがって、材料のグレードアップ、補強材及び板厚アップ等による対策に依存せずに、車体フレーム１０に要求される耐荷重を確保し易くなる。
しかも、車体フレーム１０の基本形状をプレス成形する基本成形工程Ｋ１Ａの後、又は、基本成形工程Ｋ１Ａの最後のプレス成形と同時に予ひずみ工程Ｋ１Ｄを行うので、基本形状を成形するためのプレス成形が波形状２１に影響する事態を避けることもできる。

また、波形状２１は、車体フレーム１０となる金属部品のうち、残留ひずみが相対的に少ない領域に設けられるので、予ひずみを所望の値に容易に調整し易くなる。また、波形状２１は、波の高さＨ、波の曲げ半径ｒ、及び波のピッチＰＴの少なくともいずれかによって予ひずみが調整されるので、これによっても予ひずみを所望の値に容易に調整し易くなる。

また、波形状２１は、車体フレーム１０が有する稜線を避けた領域、プレス成形時にプレスされたプレス面である板部１１、及び、板部１１から屈曲する側面部１２、１３の少なくともいずれかの領域に設けられる。これによっても、予ひずみを所望の値に容易に調整し易くなる。また、波形状２１が有する波は、車体フレーム１０の長手方向Ｙ、又は長手方向Ｙに直交する方向の少なくともいずれかに延びているので、車体フレーム１０における降伏応力の異方性に合わせて、又は、車体フレーム１０に作用する荷重等に合わせて波が延びる方向を調整し、所望の強度を得やすくなる。

また、車体フレーム１０を含む部材を塗装し、加熱乾燥する塗装工程Ｋ３を有し、塗装工程Ｋ３における加熱の条件を、車体フレーム１０への焼鈍の条件を満たすように設定することで、車体フレーム１０の弾性限度等を更に増すことが可能になる。

上記実施形態は、あくまでも本発明の一実施の態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
例えば、予ひずみ工程Ｋ１Ｄ中の各工程を、塑性ひずみを均等に付与し易く、かつ、塑性ひずみが付与された部分をフラット化できる範囲で適宜に変更してもよい。図１２は、予ひずみ工程Ｋ１Ｄの変形例を示す図である。
図１２では、第３プレス工程Ｋ１３として、第１プレス工程Ｋ１１の波形状２１に交差する波形状２１をプレス成形した後、第４プレス工程Ｋ１４によって、フラット化している。これによっても、同図１２に示すように、予ひずみを付与する領域（図１２中、領域ＳＡ）を拡げることができ、かつ、予ひずみが付与される領域をフラット化できる。図１２では交差する角度が９０°の場合を例示しているが、９０°以外の角度にしてもよい。

この場合、第３プレス工程Ｋ１３の波形状２１の各波の高さを、第１プレス工程Ｋ１１の波形状２１の各波の高さと同一にすることによって、上記実施形態と同様に、目標塑性ひずみに相当する予ひずみの領域を拡げやすくなる。
なお、第３プレス工程Ｋ１３の波形状２１は、第１プレス工程Ｋ１１の波形状２１と同一でもよいし、異なってもよい。例えば、最終的に所望の強度が得られる範囲であれば、第３プレス工程Ｋ１３の波形状２１の各波の高さ、及びピッチ等を適宜に変更してもよい。異なる場合でも、第３プレス工程Ｋ１３の波形状２１に、円弧に沿った波が繰り返す波形状を使用することにより、せん断変形させて予ひずみを付与する場合と比べ、予ひずみに相当する塑性ひずみを均等に付与し易くなる。

また、予ひずみ工程Ｋ１Ｄを、第１プレス工程Ｋ１１及び第２プレス工程Ｋ１２だけにしてもよい。例えば、第１プレス工程Ｋ１１及び第２プレス工程Ｋ１２だけでも十分な強度が得られる場合に、第３プレス工程Ｋ１３及び第４プレス工程Ｋ１４を省略してもよい。また、車体フレーム１０は、図１３の符号Ａ、Ｂに示すようなフレーム形状でもよい。同図１３に示すように、フレーム形状等に合わせて波形状２１の位置も適宜に変更することが好ましい。

また、上記実施形態では、自動車が有する車体フレーム１０の製造方法に本発明を適用する場合を説明したが、自動車に限定されず、公知の様々な車両の車体フレーム１０の製造方法に本発明を適用してもよい。また、金属製の車体フレーム１０に限定されず、強度が要求される様々な商品のフレーム部材の製造方法に本発明を適用してもよい。また、車体フレーム１０等のフレーム部材の材料は、予ひずみに応じて強度が変化し、かつプレス成形が可能な様々な材料を広く適用可能である。

１０ 車体フレーム
１０Ｃ 中央部
１１ 板部
１２、１３ 側面部
１４、１５ フランジ部
２１ 波形状
Ｙ 車体フレームの長手方向
Ｈ 波の高さ
ｒ 波の曲げ半径
θ 波の円弧の角度
Ｄ 板厚
Ｌ 周長
ＬＣ 中心軸線
ＰＴ 波のピッチ
Ｐ１ 板中心
Ｐ２ 板外部
Ｍ１ 山部
Ｖ１ 谷部
Ｋ１ プレス工程
Ｋ２ 溶接工程
Ｋ３ 塗装工程
Ｋ１Ａ 基本成形工程
Ｋ１Ｄ 予ひずみ工程

Claims (7)

1. 金属製の車体フレームの製造方法において、
   プレス成形によって、当該車体フレームとなる金属部品の降伏応力を上昇させる目標塑性ひずみに相当する予ひずみを付与する予ひずみ工程を行い、
   前記予ひずみ工程では、
   円弧に沿った波が繰り返す波形状であって、各波の高さが、前記目標塑性ひずみの半分に相当する予ひずみを付与する高さに設定された波形状をプレス成形する第１プレス工程と、
   前記波形状をフラット化するプレス成形により、付与された前記予ひずみを倍増させる第２プレス工程と、
   を行うことを特徴とする車体フレームの製造方法。
2. 前記波形状は、前記車体フレームとなる金属部品のうち、残留ひずみが相対的に少ない領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車体フレームの製造方法。
3. 前記波形状が有する波は、前記車体フレームの長手方向、又は長手方向に直交する方向の少なくともいずれかに延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車体フレームの製造方法。
4. 前記車体フレームは、一又は複数回のプレス成形によって成形されるプレス成形品であり、
   いずれかの前記プレス成形の後に、前記予ひずみ工程を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車体フレームの製造方法。
5. 前記プレス成形は、前記車体フレームの基本形状を成形する基本成形工程を含み、
   前記基本成形工程の後、又は、前記基本成形工程の最後のプレス成形と同時に、前記予ひずみ工程を行うことを特徴とする請求項４に記載の車体フレームの製造方法。
6. 前記予ひずみ工程では、前記第２プレス工程の後に、
   前記第１プレス工程の波形状と同じ波形状を、この波形状の波長の四分の一に相当する距離だけ平行にずらしてプレス成形した後、プレス成形した波形状をフラット化するプレス成形により、その波形状によって付与された予ひずみを倍増させる他のプレス工程を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車体フレームの製造方法。
7. 前記予ひずみ工程では、前記第２プレス工程の後に、
   前記第１プレス工程の波形状に交差する波形状をプレス成形し、プレス成形された前記波形状をフラット化するプレス成形を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車体フレームの製造方法。

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