JP3766626B2

JP3766626B2 - 高強度鋼板プレス成形体の製造方法

Info

Publication number: JP3766626B2
Application number: JP2001358026A
Authority: JP
Inventors: 浩二橋本; 雄三高橋; 亨吉田; 幸久栗山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2003154413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板、特に引張強度690MPa以上を有する高強度鋼板をプレス成形して製造する鋼板プレス成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球的規模での環境保護の動きから、米国でのPNGV Project(80mile/gallon)や欧州での100km/3リットル車の開発など、燃費に優れた車の開発が進んでいる。この動きに対して、車体軽量化のための高強度部材の適用が進んでおり、さらに衝突安全性の向上のために、車体構造部材に高強度鋼板を適用することが火急の課題となっている。
【０００３】
2001年の現時点では、590MPa材の適用が徐々に進んでおり、今後は690MPa材や780MPa材以上の高強度材の適用が開発対象となっている。一方で、材料の高強度化に伴い、車体製造技術でさまざまな問題が顕在化してきている。例えば、高強度鋼板化の成分系に起因する溶接不良や、プレス成形時の形状凍結不良などである。
【０００４】
高強度鋼板の形状凍結不良対策としては、従来、特開昭56-117831号公報に見られるような、クリアランスを大きくしてさらに曲げ半径との関係をうまく採って逆曲げを利用する手法や、特開平06-106252号公報及び特開平07-178460号公報に見られるような、張力を働かして縦壁部の曲げモーメントを制御する手法、特開2000−263134号公報に開示されているような、温間成形法の適用、及び、一般的に用いられている決め押しや背圧付与による方法などが採られていた。
【０００５】
しかし、440MPa材から590MPa材、最近では690MPa材以上へと材料強度の上昇に伴い、形状凍結性の克服は指数関数的に難しくなってきており、従来の加工技術では、形状凍結性、特にスプリングバックや壁そりを改善するには至らなくなってきている。
【０００６】
図１は、スプリングバックのメカニズムを示したものであるが、材料強度が高くなると、加工後の弾性回復歪Δεは、加工時の流動応力に比例して大きくなる。壁そりに関しては、ダイス肩部を通過するときの曲げ曲げ戻し変形を経るときに、材料の板厚方向に残留曲げモーメントを生じてそりとなって現れる。
【０００７】
さらに、高強度化によって溶接時に溶接ロボットが部材同士を圧着させるに必要な荷重が増大するため、形状不良を矯正できなくなってしまうので、部品の組み付け精度を考慮した場合には、形状凍結精度は高強度材ほど良くならなければ生産設備自体を更新する必要に迫られてしまう。
【０００８】
そのために、最近では成形プロセスを１工程増やして、決め押しによる形状補正を行ったりして形状凍結性の改善を図っている。しかし、成形プロセスを増やすことは生産効率を落とすことに繋がってしまう。また、特開2000−263134号公報の温間成形法では、590MPa材級の材料を400℃に加熱することにより、440MPa材並みの形状凍結性に補完できるだけであった。従って、690MPa材以上の高強度鋼板の形状凍結性を、生産効率を落とすことなく、軟鋼並みの形状凍結性とする技術が必要とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、690MPa以上の高強度鋼板をプレス成形体に製造するにあたり、プレス工程を増やすことなく形状凍結不良を低減し、軟鋼並みの形状を確保できるプレス成形法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、
（１）冷延鋼板や熱延鋼板の高張力鋼板、または、これらの表面処理鋼板をプレス成形部品に適用するに当たり、鋼板温度を200℃〜500℃に加熱することにより被加工材の変形抵抗力を低下させ、さらに被加工材の引張り強度TS［ＭＰａ］に対して壁部に働く成形力Ｐ［ＭＰａ］が0.75≦(P/TS)となるように0.1 × TS 〜 0.3 × TS ［ＭＰａ］と高いしわ抑え圧力をかけて形状凍結性を改善できるように、温度200℃〜500℃に加熱しても摩擦係数が0.05〜0.10に制御することができる高温用潤滑剤を適用することにより、高強度材のプレス成形で問題となる形状凍結不良現象を軟鋼並みの形状が得られるように改善するプレス成形方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
プレス加工温度を200℃〜500℃とするのは、200℃未満では材料の軟化が僅かであるために、形状凍結性の向上には200℃以上が必要である。また、500℃超であれば材料の軟化がさらに進んで形状凍結性には好ましいが、600℃近傍で再結晶が生じる温度以上では材料強度が変わってしまう恐れがある。そこで、温間成形の温度は200℃〜500℃と規定する。
【００１２】
また、このような高温条件下で用いる潤滑剤であるが、二硫化モリブデンや特開平08-73883号公報の工業石鹸を主体とする固体潤滑剤、または、200℃程度の温度であればフッ素樹脂フィルムなどを潤滑被膜として使用することも可能で、摩擦係数を200℃〜500℃の高温下でも0.05〜0.10に抑えることができる。
【００１３】
なお、摩擦係数は被加工材と工具材質との滑り抵抗力Ｓ(kN)を押し付け力Ｎ（kＮ）で割った値（S/N）で、例えば日刊工業社刊「プレス成形難易ハンドブック」P270に示したような単純滑りもしくは引き抜き装置によって測定した値と定義する。
【００１４】
材料の引張り強度TSに対して壁部に働く成形力Ｐが0.75≦(P/TS)となるような高いしわ抑え圧力をかけるのは、図１で示したスプリングバックのメカニズムの図に於いて、スプリングバックの大きさは（弾性回復歪Δε／弾塑性変形歪ε_a）となるため、プレス成形品に高い成形塑性ひずみを加えることが重要だからである。0.75＞(P/TS)では十分な張力を材料に与えられないため、0.75≦(P/TS)が望ましい。なお、製品壁部に働く成形力Ｐ(MPa)は、ハット曲げ成形の場合、成形荷重をＷ(N)とすると、縦壁部を形成する被加工材の断面積Ａ(mm²)で割ることにより求められる（P=W/A）。
【００１５】
また、このような大きな塑性変形を与えようとすると金型との凝着などで被加工材が破断する危険性が高くなるため、高い押し付け力をかけてもかじりなどを生じないように、200〜500℃での摩擦係数を0.05〜0.10にすることが重要である。
【００１６】
200〜500℃での摩擦係数を0.05〜0.10にすることにより、通常の潤滑条件(摩擦係数0.15程度)では破断してしまうような高いしわ抑え圧の条件でも破断することなく成形できるため、縦壁への張力付与により形状凍結性を向上することができ、従来の温間成形法では改善しきれなかった形状凍結不良も、常温で成形した軟鋼プレス成形品並みまで改善可能である。
【００１７】
しわ押さえ力（Blank Holder Force）は高潤滑剤を使用する条件となるため、0.1×TS(MPa)以上とし、破断をさけるために0.3×TS(MPa)以下とする。
【００１８】
【実施例】
（実施例）
以下、本発明を具体例で説明する。板厚が1.2mmで引張り強度が300MPa級の軟鋼(SPCC)、390MPa級のSAFC390、440MPa級のSAFC440、690MPa級のSAFC690、780MPa級のSAFC780をサンプルとして用い、50mm×270mmの短冊状サンプルとして70mm×70mmの温間成形用角筒成形工具にてハット曲げ成形を実施した。
【００１９】
図２に、実施例で用いたハット曲げ成形の成形品例を示し、形状凍結不良現象を測定した部位を示した。成形温度は室温（RT）から500℃まで変化させた。高温用潤滑剤には二硫化モリブデン粉末20wt%を工業用石鹸水で溶かしたものを用い、それを両面に塗布して乾燥させ、１〜３g/m²となるようにした。
【００２０】
今回用いた二硫化モリブデン系の高温用潤滑剤の摩擦係数を測定したところ、200〜500℃まででも摩擦係数が0.05〜0.08に安定している潤滑剤であることがわかった。この潤滑剤を用いた条件で、ハット曲げ成形品の壁部に負荷される引張り応力が材料の引張り強度TSに対して0.5×TSから0.9×TSになるようにしわ抑え力を10kN〜700kNの間で変化させた。
【００２１】
表１に、本発明の比較例と実施例を比較して結果を示した。なお、形状凍結性の判定には、表１では、スプリングバックした後のハット曲げ成形サンプルのポンチ肩Ｒ部の開き角度θ（゜）を計測し、スプリングバック角度△θ（△θ＝θ−90゜）を求めたなお形状凍結性の改善判断基準として、軟鋼の常温での成形で得られた△θ=３°とした。
【００２２】
表１に示す結果のなかで、析出硬化タイプの690MPa高強度鋼板であるサンプルSAFC690Cでは、縦壁部に加わる引張り加工応力Ｐが0.8×TSでも３゜以下にならない。これは、析出硬化タイプの高強度鋼板の降伏強度／引張り強度が0.85程度と高いために、塑性変形域に達しなかったためである。
【００２３】
図３に、690MPa材の各成形温度及びしわ抑え力条件でのスプリングバック角度変化を示す。300℃の成形温度では、しわ抑え力400kN以上でスプリングバック角度３゜以下にすることが可能である。このときの成形品を常温で成形したサンプルと比較して図４に示す。300℃で500kNのしわ抑え力を掛けたサンプルでは、常温における軟鋼並みの形状凍結性が得られていることがわかる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、冷延鋼板や熱延鋼板の引張り強度が690MPa以上の高張力鋼板、または、これらの表面処理鋼板などを、決め押し工程などのプレス工程を増やすことなく形状凍結不良を低減し、軟鋼並みの形状を確保できるプレス成形法を提供することができ、本発明による高強度鋼板のプレス成形法は、工業的価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】スプリングバックの生じるメカニズムを説明する図である。
【図２】ハット曲げ成形サンプルと形状凍結不良の測定個所を模式的に示す図である。
【図３】 690MPa材の各成形温度及びしわ抑え力条件でのスプリングバック角度変化を示す図である。
【図４】常温でのハット曲げ成形サンプルと、本発明による高温でのハット曲げ成形サンプルを模式的に比較する図である。

Claims

引張り強度690MPa以上の高強度鋼板の曲げ曲げ戻し成形を行うに際して、被加工材を200℃〜500℃に加熱し、さらに200℃〜500℃で摩擦係数が0.05〜0.10である高潤滑剤を用いて、被加工材の引張り強度TS［ＭＰａ］に対して壁部に働く成形力Ｐ［ＭＰａ］が0.75≦(P/TS)となるようにしわ抑え圧力を0.1 × TS 〜 0.3 × TS ［ＭＰａ］とかけながら成形することを特徴とする高強度鋼板プレス成形体の製造方法。