JP5249693B2 - ダイクエンチ加工製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板素材をダイクエンチ加工して得られた成形品に後加工としての孔加工を施してダイクエンチ加工製品を製造する方法に関するものである。

例えば自動車部品は、鋼板等の金属板素材（ブランク材）をプレス成形することによって得られるが、近年の自動車の軽量化の要求に伴って自動車部品には薄板化が要求されている。そして、自動車部品を薄板化しつつ、これに必要十分な強度を確保するためには高強度化が必要となる。

そこで、プレス成形品の高強度化を実現する１つの方法としてダイクエンチ加工が実施されている。このダイクエンチ加工は、所定温度に加熱された鋼鈑素材をプレス型でプレス成形すると同時にプレス成形品をプレス型によって急冷し、該プレス成形品を焼き入れして硬化させることによってその強度を高める加工法である。

ところで、自動車部品等には締結や位置決め用の多くの孔が形成されているが、孔加工はダイクエンチ成形の後加工として実施されている。

而して、成形品に後加工としてプレス加工により孔加工が施されると、加工後の周縁（剪断面）に高い引張残留応力が発生し、この残留応力が原因となって孔加工後しばらく経過した後、成形品の孔周縁から亀裂が発生するという問題がある。これは遅れ破壊と呼ばれている。尚、孔周縁部に生じる残留応力には、孔加工のような製品加工に原因があるもの以外に、相手製品との組み付け時に製品形状が矯正されることによって生じるものや、自動車の走行中にボディーが撓むことにより生じるもの等、製品に加わる外力が原因のものもある。

そこで、従来はダイクエンチ加工後の剪断加工（孔加工）をレーザー加工によって行っていた。ここで、ダイクエンチ加工製品の従来の製造方法の一例を図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。

即ち、図６（ａ）〜（ｃ）はダイクエンチ加工製品の従来の製造方法をその工程順に示す斜視図であり、例えば図６（ｃ）に示すようなハット形状（チャンネル状）のダイクエンチ加工製品Ｗを製造するには、先ず、図６（ａ）に示すブランク工程において、ダイクエンチ加工製品Ｗに応じた形状及び寸法の金属板素材（ブランク材）Ｗ１をプレス加工によって得る。

次に、図６（ａ）に示す金属板素材Ｗ１をダイクエンチ加工して図６（ｂ）に示すようなハット形状の成形品Ｗ２を得る。尚、ダイクエンチ加工においては、金属板素材Ｗ１が所定温度に加熱され、この加熱された金属板素材Ｗ１がプレス型によって所定の形状にプレス成形されるが、成形と同時に急冷されて焼き入れされるため、硬化してその強度が高められる。

そして、最後にダイクエンチ加工された成形品Ｗ２の所定箇所に図６（ｃ）に示すようにレーザー加工によって円孔２を形成することによって所望のダイクエンチ加工製品Ｗが得られる。

ところで、遅れ破壊の問題を解決する手法が種々提案されており、例えば特許文献１には、ポンチを切刃と曲げ刃の二段構造とし、被加工材の切刃で切断される部分（材料切断部）に曲げ刃によって引張応力を与えながら打ち抜く加工法が提案されている。この打ち抜き加工法によれば、打ち抜き後の引張残留応力が低くなり、引張残留応力に起因する遅れ破壊を防ぐことができる。

又、特許文献２には、成形品の剪断加工により生じた引張残留応力が存在する部位にコイニング加工等の圧縮加工を加えることによって圧縮残留応力を付与し、圧縮残留応力によって引張残留応力を相殺して低く抑え、これによって遅れ破壊の発生を防ぐようにした高強度部品の製造方法が提案されている。
特開２００６−２２４１５１号公報 特開２００６−０８２０９９号公報

しかしながら、特許文献１において提案された打ち抜き加工法は、パンチ形状やクリアランス量を細かく設計する必要があるために汎用性及び量産性に乏しいという問題がある。

又、特許文献２において提案された製造方法においては、剪断加工（孔加工）後にコイニング加工等の圧縮加工を行う必要があるため、加工工数が増加してコストアップを招くという問題がある。

ダイクエンチ加工後の剪断加工（孔加工）をレーザー加工によって行う従来の方法では、発生する残留応力の値は低い反面、加工速度が遅くて生産性が悪く、設備に大きなコストを要するという問題がある。

上記手段を実施すれば遅れ破壊が発生する可能性を低く抑えることは可能ではあるが、成形品が実際に製品として車体に組み付けられると、前述の外力によって遅れ破壊が発生する可能性を払拭することはできない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、加工工数の増加を招くことなく、遅れ破壊の発生を防ぐことができるダイクエンチ加工製品の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、金属板素材をダイクエンチ加工して得られた成形品に後加工としての孔加工を施してダイクエンチ加工製品を製造する方法として、前記ダイクエンチ加工前に前記金属板素材の孔加工予定位置の周りを取り囲むようにスリット状孔を予め形成し、該スリット状孔が形成された金属板素材をダイクエンチ加工し、ダイクエンチ加工によって得られた成形品の前記スリット状孔によって囲まれる領域内にプレス加工によって孔加工を施すことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スリット状孔を、該スリット孔によって囲まれる領域内に加工される孔から見て該孔が同一平面上の全ての方向にオーバーラップする形状としたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ダイクエンチ加工前の鋼鈑素材に予め形成されたスリット状孔の周縁には残留応力が発生しているが、このスリット状孔が形成された金属板素材をダイクエンチ加工した際に、成形品のスリット状孔の周縁に生じていた残留応力は消失する。このため、成形品のスリット状孔の周縁からは遅れ破壊が発生せず、外力による応力はスリット状孔の周縁に集中し、スリット状孔で囲まれる領域に形成された孔の周りに応力が集中することがないため、外力に起因する孔周りからの遅れ破壊の発生が防がれる。

そして、前述のようにスリット状孔を予め孔加工予定位置を取り囲むように形成しているために外力による応力が孔周りに集中せず、遅れ破壊の発生が防がれる。万一、孔周りからの遅れ破壊が発生しても、その遅れ破壊はスリット状孔によって阻止され、スリット状孔を越えては進展しないため、破壊はスリット状孔によって囲まれる領域内に限定されるために自動車部品として大きな問題は発生しない。

又、スリット状孔はブランク加工（金属板素材を製品形状に合わせた形状に切断するプレス加工）と同時に形成されるため、加工工数が増加することがなく、加工工数の増加に伴うコストアップを招くことがない。

請求項２記載の発明によれば、後加工された孔の周りから何れの方向に亀裂が進展しようとも、亀裂は必ず予め形成したスリット状孔に到達するため、亀裂の進展がスリット状孔によって阻止され、スリット状孔を越えてその外側の領域に亀裂が進展することがない。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るダイクエンチ加工製品の製造方法をその工程順に示す斜視図、図２はダイクエンチ加工製品の孔周りの拡大詳細図である。

例えば図１（ｃ）に示すようなハット形状（チャンネル状）のダイクエンチ加工製品Ｗを製造するには、先ず、図１（ａ）に示すブランク工程において、ダイクエンチ加工製品Ｗに応じた形状（図示例では矩形）及び寸法の金属板素材（ブランク材）Ｗ１をプレス加工によって得るが、このブランク工程においては、金属板素材Ｗ１の孔加工予定位置の周りを取り囲むように円弧状の２つのスリット状孔１がプレス加工によって同時に形成される。

次に、図１（ａ）に示す金属板素材Ｗ１をダイクエンチ加工して図１（ｂ）に示すようなハット形状の成形品Ｗ２を得る。このダイクエンチ加工においては、金属板素材Ｗ１が所定温度に加熱され、この加熱された金属板素材Ｗ１がプレス型によって所定の形状にプレス成形されるが、金属板素材Ｗ１はプレス型によって急冷されて焼き入れされるため、得られる成形品Ｗ２が硬化してその強度が高められる。ここで、金属板素材Ｗ１には鋼板が使用され、この鋼板は９００℃〜９５０℃に加熱される。

そして、最後に、図１（ｃ）に示すように、ダイクエンチ加工された成形品Ｗ２のスリット状孔１によって囲まれた領域の中心部にプレス加工によって円孔２が形成され、所望のハット形状のダイクエンチ加工製品Ｗが得られる。

以上のように、本発明に係る製造方法によれば、金属板素材Ｗ１の孔加工予定位置の周りを取り囲むように円弧状の２つのスリット状孔１がプレス加工によって同時に形成されるが、ダイクエンチ加工前に予めスリット状孔１を形成しておけば、金属板素材Ｗ１をダイクエンチ加工しても、成形品Ｗ２のスリット状孔１の周縁には残留応力は発生しない。このため、成形品Ｗ２のスリット状孔１の周縁からは遅れ破壊が発生せず、外力による応力はスリット状孔１の周縁に集中し、スリット状孔１で囲まれる領域に形成された円孔２の周りに応力が集中することがないため、外力に起因する遅れ破壊が円孔２のから発生することがない。

そして、後加工としての孔加工によって円孔２の周縁（剪断面）に発生した残量応力に起因して円孔２の周りから遅れ破壊による亀裂が発生したとしても、前述のように外力に応力が円孔２の周りに集中しないため、遅れ破壊による亀裂の進展が防がれる。万一、円孔２の周りからの遅れ破壊によって図２に示すように亀裂ａが発生しても、この亀裂ａの進展はスリット状孔１によって阻止され、亀裂ａはスリット状孔１を越えては進展しないため、スリット状孔１の外側まで破壊が進展することはなく、破壊はスリット状孔１によって囲まれる領域内に限定されるために大きな問題は発生しない。

又、スリット状孔１はブランク加工（金属板素材Ｗ１を製品Ｗ２の形状に合わせた形状に切断するプレス加工）と同時に形成されるため、加工工数が増加することがなく、加工工数の増加に伴うコストアップを招くことがない。

ところで、以上の実施の形態では、円孔２を囲むように２つの円弧状のスリット状孔１が形成されているが、このような構成では２つのスリット状孔１の間の部位は円孔２を外側から囲むことがないため、図２に示すように遅れ破壊によって円孔２から亀裂ｂが発生し、この亀裂ｂが２つのスリット状孔１の間の部位を通ってスリット状孔１の外側まで広がる可能性がある。

上記問題を解消するためには、スリット状孔を、該スリット孔によって囲まれる領域内に加工される孔から見て該孔が同一平面上の全ての方向にオーバーラップする形状とすれば良く、具体的には例えば図３〜図５に示すような形状が考えられる。

即ち、図３に示すように、２つの第１の円弧状孔３の外側に、第１の円弧状孔３の間を外側から覆う２つの第２の円弧状孔４を形成すれば良い。スリット状孔をこのように構成すると、後加工された円孔２の周りから発生した遅れ破壊による亀裂ｂが第１の円弧状孔３の間の部位を通過してその外側へ及んだとしても、第１の円弧状孔３の間を外側から覆う第２の円弧状孔４によって亀裂ｂの進展が阻止されるため、遅れ破壊は限定的となって大きな問題は発生しない。

又、図４に示すように、円孔２の周りに３つの直線状孔５を三角形を成すよう形成したり、図５に示すように、２つの円弧状孔６を図５の左右方向に偏心（オフセット）させて形成すれば、円孔２の周縁から発生した亀裂がどの方向に進展しても、この亀裂の進展は必ず直線状孔５又は円弧状孔６によって阻止される。

尚、本実施の形態では、ハット形状のダイクエンチ加工製品を製造する方法について説明したが、本発明は、他の任意の形状のダイクエンチ加工製品の製造方法に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るダイクエンチ加工製品の製造方法をその工程順に示す斜視図である。 本発明方法によって製造されたダイクエンチ加工製品の孔周りの拡大詳細図である。 スリット状孔の別形態を示すダイクエンチ加工製品の孔周りの拡大詳細図である。 スリット状孔の別形態を示すダイクエンチ加工製品の孔周りの拡大詳細図である。 スリット状孔の別形態を示すダイクエンチ加工製品の孔周りの拡大詳細図である。 （ａ）〜（ｃ）はダイクエンチ加工製品の従来の製造方法をその工程順に示す斜視図である。

符号の説明

１ スリット状孔
２ 円孔（孔）
３ 第１の円弧状孔
４ 第２の円弧状孔
５ 直線状孔
６ 円弧状孔
ａ，ｂ 亀裂
Ｗ ダイクエンチ加工製品
Ｗ１ 金属板素材（ブランク材）
Ｗ２ 成形品

Claims (2)

1. 金属板素材をダイクエンチ加工して得られた成形品に後加工としての孔加工を施してダイクエンチ加工製品を製造する方法であって、
   前記ダイクエンチ加工前に前記金属板素材の孔加工予定位置の周りを取り囲むようにスリット状孔を予め形成し、該スリット状孔が形成された金属板素材をダイクエンチ加工し、ダイクエンチ加工によって得られた成形品の前記スリット状孔によって囲まれる領域内にプレス加工によって孔加工を施すことを特徴とするダイクエンチ加工製品の製造方法。
2. 前記スリット状孔を、該スリット孔によって囲まれる領域内に加工される孔から見て該孔が同一平面上の全ての方向にオーバーラップする形状としたことを特徴とする請求項１記載のダイクエンチ加工製品の製造方法。

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