JP4641934B2

JP4641934B2 - プレス成形方法

Info

Publication number: JP4641934B2
Application number: JP2005351031A
Authority: JP
Inventors: 英世竹内
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JP2007152397A

Description

本発明はプレス成形に関するものである。

複数の金属板を溶接したプレス成形用プレス素材としては、例えば、複数の金属板を目的に合わせて溶接することにより繋ぎ合わせたテーラードブランク材が知られている。テーラードブランク材は、異種の金属板を溶接して繋ぎ合わせ一枚の素材とし、素材の特性を部分的に変えたものである。例えば、自動車ボディ用のテーラードブランク材は、異種の金属板を溶接して繋ぎ合わせ一枚のプレス素材としたものであり、自動車のボディに要求される、強度、耐久性、防錆、軽量化などの性能を実現している。斯かるテーラードブランク材のプレス成形方法としては、例えば、特許３０８０６６１号が知られている。同特許では、図９に示すように、ひずみ許容量が異なる２枚の金属板１０１、１０２を重ね合わせて溶接したプレス素材１０３を、図１０に示すように、断面凸形状にプレス成形するものである。断面凸形状にプレス成形する場合は、図１１に示すように、断面凸形状の凸側に位置する金属板１０１に最大ひずみ発生部位１０１ａが存在する。このため、溶接部に亀裂が生じないように、２枚の金属板１０１、１０２のうち、ひずみ許容量の大きい方の金属板を断面凸形状の凸側に位置させてプレス成形することが提案されている。
特許３０８０６６１号

自動車車両設計においては、製品に組み立てられた状態で、衝突時などにおいて、当該部材に作用する力や、当該部材の所望の部位に所望の性能を持たせるために、金属板の重ね合わせ方を自由に決めたい。しかし、特許３０８０６６１号において提案されたプレス成形方法では、プレス成形時に亀裂などが生じることを防止するため、プレス素材を設置する際に制約を受ける。すなわち、設置したい側に所望の金属板を設置することができない場合が生じ、設計上の不都合な制約がある。

本発明に係るプレス成形方法は、複数の金属板を相互に溶接して一枚のプレス素材を形成し、該プレス素材をプレス成形する方法であって、複数の金属板を重ね合わせた部位を、一方の金属板側から電極を押し当てて加圧通電し、電極を押し当てた金属板側の面を窪ませ、その裏面の金属板側の面を突出させた形状の溶接部を有するプレス素材を形成し、
プレス素材の少なくとも溶接部を含む部位を断面凸形状に深絞り成形することを特徴としている。

このプレス成形方法によれば、プレス成形（深絞り成形）するプレス素材の溶接部は、加圧通電されることにより、局部的に熱せられて変形したものであるから、プレス成形の前に初期的に残留した応力がほとんどない。さらに斯かる溶接部は、電極を押し当てた金属板側の面を窪ませ、その裏面の金属板側の面を突出させた形状になっている。このため、これをプレス成形する際に、溶接部を引き伸ばすように力が作用しても、ある程度の変形は許容され、溶接部に亀裂などの不具合を発生させることなく延伸させることができる。これにより、プレス成形の際に、所望の金属板を設置したい側に設置することができ、設計上の自由度が向上する。

以下、本発明の一実施形態に係るプレス成形方法およびプレス成形用プレス素材を図面に基づいて説明する。

このプレス成形方法は、複数の金属板を溶接したプレス素材をプレス成形（深絞り成形）する方法である。このプレス成形方法では、プレス成形するプレス素材１０は、図１に示すように、金属板１１、１２を重ね合わせた部位を、一方の金属板１１側から電極１３、１４を押し当てて加圧通電し、図２に示すように、電極１３、１４を押し当てた金属板１１側の面を窪ませ、その裏面の金属板１２側の面を突出させて、金属板１１、１２を溶接したものを用いている。なお、図１中、１６、１７は電極１３、１４の加圧力を制御する加圧制御装置であり、１８は電極１３、１４に通電する電流値等を制御する電流制御装置である。

一般的なスポット溶接では、図３に示すように、金属板２１、２２を重ね合わせた部位を、一対の電極２３、２４で挟み、加圧通電するものであるから、この場合、溶接部２５は、図４に示すように、表裏の金属板２１、２２がともに窪んだ形状に変形する。斯かる溶接部２５は、両側面から電極２３、２４が押し当てられて成形されるため、プレス成形する際に、溶接部２５を引き伸ばすように力が作用すると、変形が許容され難く、溶接部２５に亀裂が生じ易い。

これに対し、図１に示すプレス成形方法では、電極１３、１４を押し当てる金属板１１、１２の裏側に、いわゆるバック電極を設けずに、一方の金属板１１に電極１３、１４を押し当てて加圧通電し、図２に示すように、電極１３、１４を押し当てた金属板１１側の面を窪ませ、その裏面の金属板１２側の面を突出させた溶接部１５を形成している。このため、斯かる溶接部１５は、一方の金属板１１にのみ電極１３、１４を押し当てて加圧通電しており、また、バック電極もないので、溶接部１５で発熱した熱が逃げ難く、熱間変形する。このため、溶接部１５に初期的に残留する応力はほとんどない。

さらに溶接部１５は電極１３、１４を押し当てた金属板１１側の面が窪み、その裏面の金属板１２側の面が突出した形状になっているため、プレス成形する際、溶接部１５を引き伸ばすように力が作用しても、ある程度の変形は許容され、溶接部１５に亀裂などの不具合を発生させることなく延伸させることができる。プレス素材１０を断面凸形状に深絞り成形すると、図５に示すように、溶接部１５には平坦な形状に引き伸ばされるように力が作用する。この場合、溶接部１５は、ある程度の変形は許容されているので、溶接部１５を平坦な形状に引き伸ばすように力が作用しても、溶接部１５に亀裂が発生するなどの不具合が生じることはない。

このように、このプレス成形方法は、金属板１１、１２を重ね合わせた部位を、一方の金属板１１側から電極１３、１４を押し当てて加圧通電し、電極１３、１４を押し当てた金属板１１側の面を窪ませ、その裏面の金属板１２の側の面を突出させた溶接部１５を形成したプレス素材をプレス成形（深絞り成形）するのであり、溶接部１５はある程度の変形は許容されている。溶接部１５を平坦な形状に引き伸ばすように力が作用しても、溶接部１５に亀裂が発生するなどの不具合が生じることはなく、プレス成形の際に、所望の金属板を設置したい側に設置することができるから、設計上の自由度が向上する。

以下、上記プレス成形方法およびプレス成形用プレス素材を製造するのに採用できる溶接方法の例示する。

プレス素材１０の溶接は、例えば、図６に示すように、先端中心部に平坦部３を備えた略円錐状の先端形状を備えた抵抗溶接用電極１を用いて、バック電極を用いずに片側溶接を行うとよい。なお、斯かる抵抗溶接用電極１は、円錐面２の先端角度ａは１２０度〜１６５度とするとよく、円錐の先端中心部に形成した平坦部３の直径ｂは１．５〜３ｍｍとするとよい。

斯かる電極１を用いてバック電極を用いずに片側溶接を行うと、電極１の円錐の先端中心部に形成した平坦部３が通電初期に金属板１１に当接するが、その面積が狭いため通電初期の電流密度が大きくなる。このため、金属板１１の表面が早期に加熱され軟化されるから、金属板１１の表面に押し付けた電極１３、１４を金属板１１の表面に早期に馴染ませることができる。また、円錐の先端角度ａが１２０度〜１６５度である略円錐状の先端形状を備えているから、電極１３、１４を押し当てた部位の近傍において、金属板１１の表面にクラックやバリが生じた場合でも、これらは電極１３、１４が馴染むことで、発生後すぐに埋められる。したがって、クラックやバリが成長し、溶接部に大きな欠損が生じることもなく、金属板１１、１２に安定して品質の良い溶接が行える。また片側溶接としては、いわゆるインダイレクトスポット溶接やシリーズスポット溶接を採用することができる。

なお、例えば、抵抗溶接用電極の形状は上記の実施形態に限定されるものではない。円錐の先端角度ａは、小さすぎると、電極１を押し当てた部位の近傍にクラックやバリが生じた場合にその表面に円錐面２がすぐに押しあたらず、クラックやバリを解消する作用が十分に得られない。また、円錐の先端角度ａが大きすぎると、円錐面２の全面がすぐに当接してしまい、先端がＲ４０の平坦な電極を用いた場合と同様に、重合部に板隙が生じ易く、十分な溶接強度を備えたナゲットが得られない場合がある。このため円錐の先端角度ａは１２０〜１６５度であればよく、より好ましくは、それぞれ円錐の先端角度ａの下限は１４０度以上にし、円錐の先端角度ａの上限は１６０度以下にするとよい。

また、円錐の先端中心部に形成する平坦部３は、直径ｂが小さすぎると、通電初期において、電流密度が大きくなりすぎ、スパッタが発生し易くなる。また、直径ｂが大き過ぎると、通電初期に、金属板１１、１２を加熱し、軟化させるのに十分な電流密度を得られない場合がある。このため、好ましくは円錐の先端中心部に形成する平坦部３は、直径ｂが１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとするとよい。また、平坦部３は完全に平らでなくてもよく、Ｒ４０程度の略平坦な曲面にしてもよい。また、電極の円錐面２は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、先端側の傾斜がその外側の傾斜に比べて緩やかな２段の円錐面２ａ、２ｂで形成してもよい。なお、図中のｃは先端側の円錐面２ａの先端角度、ｄはその外側の円錐面２ｂの先端角度をそれぞれ示している。

また、溶接の際、例えば、図８に示す通電パターンのように、通電時間内に、電流値を高く維持する時間帯３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと電流値を低く維持する時間帯３２ａ、３２ｂ、３２ｃを交互に繰り返すように、電極に通電する電流値を制御するとよい。この場合、さらに図８に示す通電パターンのように、通電時間内に、電流値を高く維持する時間帯３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと電流値を低く維持する時間帯３２ａ、３２ｂ、３２ｃを交互に繰り返すにつれて、電流値を高く維持する時間帯３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの電流値が徐々に高くなるように、電極に通電する電流値を制御するとよい。また、電流値を低く維持する時間帯３２ａ、３２ｂ、３２ｃの電流値Ａ１は、電極１３、１４を押し当てる金属板に所定時間通電した場合でもスパッタや板切れを生じさせない程度の電流値に制御するとよい。これにより、金属板の表面にクラックやバリを発生させずに、安定して品質の良い溶接が行える。

以上のように、このようにして製造したプレス成形用プレス素材は、金属板を重ね合わせた部位を、一方の金属板側から電極を押し当てて加圧通電し、電極を押し当てた金属板側の面を窪ませ、その裏面の金属板側の面を突出させて、複数の金属板を溶接したものであるから、プレス成形（深絞り成形）において、溶接部およびその近傍に亀裂が生じ難い。これにより、プレス成形の際に、所望の金属板を設置したい側に設置することができるから、プレス成形の設計上の自由度を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態に係るプレス成形方法およびプレス成形用プレス素材を説明したが、本発明に係るプレス成形方法およびプレス成形用プレス素材は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、プレス成形用プレス素材は、２枚の金属板を溶接したものを例示したが、複数の金属板を溶接したプレス成形用プレス素材を採用できる。

本発明の一実施形態に係るプレス成形用プレス素材を製造する溶接工程を示す縦断面図。本発明の一実施形態に係るプレス成形用プレス素材の金属板を重ね合わせた部位を示す縦断面図。ダイレクトスポット溶接でプレス成形用プレス素材を製造する溶接工程を示す縦断面図。ダイレクトスポット溶接で溶接されたプレス成形用プレス素材の金属板を重ね合わせた部位を示す縦断面図。本発明の一実施形態に係るプレス成形方法によりプレス成形されたプレス成形品における金属板を重ね合わせた部位の縦断面図。抵抗溶接用電極を示す側面図。（ａ）は抵抗溶接用電極を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の抵抗溶接用電極の底面図。溶接工程で電極に通電する通電パターンの一例を示す図。プレス成形用プレス素材を示す斜視図。プレス成形用プレス素材をプレス成形した状態を示す斜視図。プレス成形したプレス成形用プレス素材の金属板を重ね合わせた部位を示す縦断面図。

符号の説明

１０プレス成形用プレス素材
１１金属板
１３電極
１５溶接部

Claims

複数の金属板を相互に溶接して一枚のプレス素材を形成し、該プレス素材をプレス成形する方法であって、
前記複数の金属板を重ね合わせた部位を、一方の金属板側から電極を押し当てて加圧通電し、電極を押し当てた金属板側の面を窪ませ、その裏面の金属板側の面を突出させた形状の溶接部を有するプレス素材を形成し、
前記プレス素材の少なくとも前記溶接部を含む部位を断面凸形状に深絞り成形することを特徴とするプレス成形方法。