JP5237573B2 - アルミニウム合金板材、シートおよび成形部材の各製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車の車体パネルに使用されて好適な、アルミニウム合金板材（以下、「アルミニウム合金」を単に「アルミ」ともいう。）、この板材を切断してなるシート、およびこのシートを成形してなる成形部材の各製造方法に関する。

近年自動車の燃費規制が強化される一方で、安全性向上への適用や快適装備の充実のため重装備化する傾向があるという背景から、各自動車メーカにおいては、車体の強度を維持しつつ軽量化を実現することが急務となっている。こうした流れから、自動車の外板部品（フード、ドア、フェンダー、ルーフ、トランク）などを、アルミニウム合金の中では高強度の５０００系、６０００系のアルミニウム合金を用いてアルミ化し、軽量化することが活発化している。

従来、自動車パネル用のアルミニウム合金板材は、溶解・鋳造−熱間圧延−（中間焼鈍）−冷間圧延の工程を経たのち、バッチ式あるいは連続式の焼鈍炉による熱処理を行い、コイルあるいはシートの状態とされる。

その後、コイルあるいはシートの状態から、プレスメーカにて適正な大きさにブランクカットを行ったのち、絞り成形（ドロー）、リストライク、ピアシング等のプレス成形工程を経て各部材に製品化される。

しかし、成形が厳しい部品では、従来のアルミニウム合金板材を用いて一般的なプレス成形を行っても、プレス加工時に割れが生じることがあり、一方、割れを回避するためにしわ押さえ力を低くすると、しわが発生するという不具合が起こるため、製品化が困難であった。

このアルミニウム合金板材の成形性が不足する問題の解決方法は種々提案されているが、その内の一つに局部軟化ブランク成形法（以下、「局部軟化成形法」、「局部軟化成形技術」ともいう。）がある。この成形法は、絞り成形に用いられるブランクのうち、縮みフランジ変形を受けるブランク周辺の素材強度を、パンチによって成形力を加えられる部分よりも低くすることにより、絞り成形性を高める方法である。この方法では、ブランク内に強度の高い部分と低い部分を設ける必要があり、従来は特許文献１に示すように、所定の大きさに切断されたブランクのうち、軟化させたい部分に３５０℃〜５００℃に加熱した金型を押し当てて、そののち板材を冷却する方法が提案されていた。

しかしながら上記従来技術のような方法で、自動車部品のような大型の部材を量産製造するにあたり、以下のような問題点があった。

第一に、プレス金型に加熱体を装着して、プレス成形の直前にあるいは同時に素材を加熱する方法が考えられるが、高温の金型を取り扱うプレス装置は複雑化、大型化してしまい、導入コストが高くなる。第二に、大型設備のため、加熱までの準備運転の時間がかかることや、運転速度が高速化しにくいことがあり、生産性が十分高められない。第三に、高温の金型を高速運転する設備は安全上の管理が困難である。第四に、生産したブランクには反りが出やすいため、プレス成形前に矯正を行う必要がある場合が多いが、ブランク状になった板材ではレベラのスピードを上げにくく、やはり生産性が劣る。
特開２００４−１２４１５１号公報

そこで本発明は、上述のような課題を解決し、生産性を高めて大型の部材を量産しうる、アルミニウム合金板材、シートおよび成形部材の各製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、アルミニウム合金成形部材の製造に用いられるアルミニウム合金板材の製造方法であって、前記アルミニウム合金成形部材の製造は、ストリップ状の板材を局部的に加熱し軟化させて局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を得る局部加熱工程と、前記局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を所定のサイズに切断してアルミニウム合金シートを得る切断工程と、前記アルミニウム合金シートをプレス成形してアルミニウム合金部材を得る成形工程とを設けた工程により行われるものであり、前記局部加熱工程は、コイルから巻き出される前記ストリップ状の板材に対し、表面に４００〜５００℃の加熱部が部分的に設けられたロールを接触させることにより、前記板材における前記加熱部との接触部分を局部的に加熱し軟化させて局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を得る工程であることを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、前記局部加熱工程と切断工程の間に、前記局部加熱工程に引き続き前記局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を冷却する冷却工程を設けた、請求項１に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記局部加熱工程と切断工程の間に、前記局部加熱工程に引き続き前記局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項１に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、前記冷却工程と切断工程の間に、前記冷却工程に引き続き前記冷却されたアルミニウム合金板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項２に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。

請求項５に記載の発明は、アルミニウム合金成形部材の製造に用いられるアルミニウム合金シートの製造方法であって、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法により得られたアルミニウム合金板材を、前記切断工程で切断して得られたことを特徴とするアルミニウム合金シートの製造方法である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の製造方法により得られたアルミニウム合金シートを、前記成形工程で成形して得られたことを特徴とするアルミニウム合金成形部材の製造方法である。

本発明によれば、局部軟化成形技術を量産適用する場合でも、高温の金型を高速で運動させるような大型設備が不要になる。また通板速度を速くできるため、生産性が高められ、ブランクの製造コストを低減できる。また高温金型を高速運転する必要がないため、安全上の管理が容易になる。加えて加熱処理後の板材を連続的に冷却、矯正、切断することで生産性がさらに高められる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る製造方法の一実施形態であるアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す図である。同図（ａ）に示すように、コイル１から巻き出されるストリップ状のアルミ板材２に対し、例えば、局部加熱装置（局部加熱工程）としての平板型の加熱体３を昇降させて接触させる操作を繰り返すことで、ストリップ状のアルミ板材２をその長手方向にわたって連続的に加熱し軟化することができる。

加熱体３のアルミ板材２に接触する側の表面には、例えば図１（ｂ）に示すように、加工予定部位に対応する位置である、周辺部とその内部複数個所（本例では５箇所）とに、部分的に加熱部４が設けられており、アルミ板材２における、これら加熱部４との接触部分（図１（ａ）における符号５）が部分的に加熱される。

加熱部４は、例えば電熱ヒータを内蔵したものとし、その出力を調節して加熱部４の温度を例えば４００〜５００℃とすることで、前記接触部分５が瞬時に局部的に加熱され軟化される。

アルミ板材２の通板速度は、加熱体３の通板方向長さに応じて定めればよいが、加熱体３が１回昇降する間に加熱体３の通板方向長さ分だけ移動する速度と等しくすることにより、アルミ板材２を前記加熱体３の通板方向長さ分ずつ連続的に加熱することができる。

加熱処理を受けたアルミ板材２は、巻き取られて、局部軟化を受けたアルミ板材のコイル６が得られる。

この局部軟化を受けたアルミ板材のコイル６は、前記加熱体３の通板方向長さ分ずつ巻き出してブランクカットし、これをプレス成形に用いることで、加工予定部位が予め局部加熱されて軟化しているので、成形が厳しい複雑形状の部品であっても、容易に製品化できる。

本発明が適用できるアルミ板材２の材質には特に制限はないが、加工性と強度に優れた５０００系、６０００系のアルミニウム合金に適用するのが特に推奨される。

なお、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、加熱体３は、アルミ板材の上下面側両方に設置した例を示したが、片面側だけに設置してもよい。また、加熱部４は、必要に応じて、いずれかの部分を省略しても、逆に追加しても構わない。

［実施形態２］
図２は、局部加熱装置（局部加熱工程）として、上記実施形態１の平板型加熱体３に代えて、加熱部を有するロール（以下「加熱ロール」ともいう。）を用いた一実施形態を示す図である。例えば、アルミ板材２の上下両面にそれぞれ接触させて設けられた一対の加熱ロール７，７の表面には、各々、その周方向とその軸方向、およびそれらの内側複数個所に加熱部４が設けられており、それぞれアルミ板材２の長手方向と幅方向にわたる部分、およびそれらの内側の必要な箇所を加熱するようになっている。

このように、加熱ロール７，７を用いることにより、上記平板型加熱体３を用いた場合のように加熱体３の昇降間隔とアルミ板材２の通板速度とをマッチングさせるために精密な調整を行う必要がなく、さらに通板速度も向上させることができるため、生産性がより高まる。

本実施形態における加熱部４についても、上記実施形態１と同様、例えば電熱ヒータを用いることができる。

なお、本実施形態においては、加熱ロール７は、アルミ板材の上下面両側に設置した例を示したが、片面側だけに設置してもよい。また、加熱部４は、必要に応じて、いずれかの部分を省略しても、逆に追加しても構わない。

［実施形態３］
図３は、局部加熱装置（局部加熱工程）として、上記実施形態１，２のように、加熱部４を設けた加熱体３または加熱ロール７を用いる方式に代えて、電極を用いた抵抗加熱を利用する方式の一実施形態を示す図である。例えば、アルミ板材２の板幅両端部においてその上下両面に１対のロール型電極８，８を接触させ、これら一対の電極８，８間に通電することで、接触部分５である板幅両端部を連続的に抵抗加熱し軟化させることができる。

上記実施形態１，２のように、加熱部４を設けた加熱体３または加熱ロール７を用いるよりも、簡易な方式で加熱することができるうえ、加熱の制御も容易である。

なお、本実施形態では、１対の電極８，８をアルミ板材の上下両面に接触させる例を示したが、片面だけに接触させるようにしてもよい。また、本実施形態では、２対の電極を用いる例を示したが、１対だけでも、３対以上用いてもよい。
またロール型電極をアルミ板材の板幅全体に接触するように配置するとともに、該ロール型電極の板幅方向の各部分ごとに通板速度に合わせて所定のタイミングで通電、通電休止を繰り返すことでアルミ板材の板幅方向および長手方向の所定の部分のみを加熱することができ、図１（ｂ）に示すような領域を軟化させることができる。

［実施形態４］
図４は、局部加熱装置（局部加熱工程）として、上記実施形態１〜３に示すような接触式加熱装置に代えて、非接触式加熱装置を用いる一実施形態を示す図である。非接触式加熱装置９としては、誘導加熱装置、輻射加熱装置、ガス加熱装置、およびレーザ加熱装置が例示でき、これらのうち１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

このように、非接触式加熱装置９を用いることで、例えば図４に示すように、板幅端部を連続的に加熱することができることはもちろん、アルミ板材２に直接接触させる必要がないので、アルミ板材２の表面に、キズ、凹み等の不良が生じるおそれがない。

なお、本実施形態では、非接触式加熱装置９をアルミ板材２の片面にのみ配置したが、両面に配置してもよい。

［実施形態５］
図５は、局部加熱装置（局部加熱工程）の後（「通板方向下流側」の意、以下同じ。）に、引き続いてアルミ板材を冷却する冷却装置（冷却工程）を設けた一実施形態を示す図である。アルミ板材２は局部加熱装置としての加熱体３にて部分的に加熱された後、冷却装置としての冷却ロール１０を通過することで連続的に冷却される。

これにより、熱伝導性の高いアルミニウム合金において、加熱軟化させたい部分の周囲が過度に軟化しないように、より精密に境界を確定することができる。また、熱処理型アルミ合金においては、加熱部分を急冷することにより時効硬化成分を固溶させる溶体化処理を兼ねることができる。

本実施形態では、局部加熱装置として実施形態１の平板型加熱体３を例示したが、当然に、実施形態２〜４のロール７、電極８、非接触式加熱装置９をも用いることができる。また、本実施形態では冷却装置１０として、冷却ロールを例示したが、散水装置、気体または液体冷媒の吹付け装置などの手段を用いることもできる。

［実施形態６］
図６は、冷却装置１０（冷却工程）としての散水装置の後に、冷却されたアルミ板材２を引き続いて矯正するレベラ（以下「矯正用レベラ」ともいう。）１１（矯正工程）を設けた一実施形態を示す図である。

これにより、アルミ板材２に歪が生じた場合でも矯正することができ、プレス加工時用の材料としての精度を確保できる。

なお、本実施形態では、矯正用レベラ１１（矯正工程）を冷却装置１０（冷却工程）の後に設ける例を示したが、冷却を必要としない場合は、矯正用レベラ１１（矯正工程）を局部加熱装置（局部加熱工程）の後に直接設ければよい。

［実施形態７］
図７は、矯正用レベラ１１（矯正工程）の後に、引き続いて矯正後のアルミ板材２を切断してアルミシート１２とするシャー１３（切断工程）を設けた一実施形態を示す図である。シャー１３によるアルミ板材２の切断長さは、平板型加熱体３を用いる場合には、加熱体３の通板方向長さに一致させればよい。

これにより、得られたアルミシート１２を直接、プレス加工に用いることができるので、局部軟化処理されたアルミ板材２をいったんコイル状に巻き戻した後に、再度巻き出して切断する手間が省ける。

本実施形態では、シャー１３（切断工程）を矯正用レベラ１１（矯正工程）の後に設ける例を示したが、矯正を必要としない場合は、冷却装置１０（冷却工程）の後に直接シャー１３（切断工程）を設けてもよい。また、冷却も矯正も必要としない場合は、局部加熱装置（局部加熱工程）の後に直接シャー１３（切断工程）を設けてもよい。

［実施形態８］
図８は、上記実施形態７で得られたアルミシート１２を、引き続いてプレス成形するプレス成形機１４（成形工程）を設けた一実施形態を示す図である。

これにより、素材から局部軟化成形技術を適用した部品（部材）を一気通貫で連続的に製造することができ、量産化が可能となる。

なお、本実施形態では、シャー１３による切断工程の後にすぐにプレス成形機１４による成形工程を設ける例を示したが、必要により、切断工程と成形工程の間に、部品を最適形状に切断するためのブランクカット工程を加えてもよい。

以上のように、本発明によれば、自動車パネルの製造に好適な局部軟化成形法に使用するアルミニウム合金板材、または、局部軟化成形法を適用した自動車パネル部品を連続的に生産することができ、量産化が実現できる。

実施形態１に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面図である。 実施形態２に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ線断面図である。 実施形態３に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態４に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態５に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態６に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態７に係るアルミニウム合金シートの製造装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態８に係るアルミニウム合金部材の製造装置を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１…コイル
２…アルミニウム合金板材
３…加熱体
４…加熱部
５…接触部分
６…コイル
７…加熱ロール
８…電極
９…非接触式加熱装置
１０…冷却装置
１１…矯正用レベラ
１２…アルミニウム合金シート
１３…シャー
１４…プレス成形機

Claims (6)

1. アルミニウム合金成形部材の製造に用いられるアルミニウム合金板材の製造方法であって、
   前記アルミニウム合金成形部材の製造は、ストリップ状の板材を局部的に加熱し軟化させて局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を得る局部加熱工程と、前記局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を所定のサイズに切断してアルミニウム合金シートを得る切断工程と、前記アルミニウム合金シートをプレス成形してアルミニウム合金部材を得る成形工程とを設けた工程により行われるものであり、
   前記局部加熱工程は、コイルから巻き出される前記ストリップ状の板材に対し、表面に４００〜５００℃の加熱部が部分的に設けられたロールを接触させることにより、前記板材における前記加熱部との接触部分を局部的に加熱し軟化させて局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を得る工程であることを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法。
2. 前記局部加熱工程と切断工程の間に、前記局部加熱工程に引き続き前記局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材を冷却する冷却工程を設けた、請求項１に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。
3. 前記局部加熱工程と切断工程の間に、前記局部加熱工程に引き続き前記局部軟化処理を受けたアルミニウム合金板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項１に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。
4. 前記冷却工程と切断工程の間に、前記冷却工程に引き続き前記冷却されたアルミニウム合金板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項２に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。
5. アルミニウム合金成形部材の製造に用いられるアルミニウム合金シートの製造方法であって、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法により得られたアルミニウム合金板材を、前記切断工程で切断して得られたことを特徴とするアルミニウム合金シートの製造方法。
6. 請求項５に記載の製造方法により得られたアルミニウム合金シートを、前記成形工程で成形して得られたことを特徴とするアルミニウム合金成形部材の製造方法。

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