JP5291370B2 - アルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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製自動車用パネル部材の製造方法に関するものである。

近年の自動車は、安全性の向上や快適装備の充実といった背景から、モデルチェンジ毎に車体重量が増加する傾向にあり、燃費が劣化する原因となっている。また、自動車をはじめとする輸送機全体の車体分野では、排気ガス等による地球環境問題に対して、軽量化による燃費の向上も追求されている。そのため、従来から自動車などの輸送機の車体に用いられている鋼板に代えて、より軽量なアルミニウム合金板が、自動車などの輸送機の車体に用いられている圧延板や押出型材として採用されることが多くなってきている。

これらのうち、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどの、アウタパネル（外板）やインナパネル（内板）等の車体パネルには、高強度のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の使用が検討されている。

従来、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、溶解・鋳造→均質化処理→熱間圧延→冷間圧延の順の工程、或いは、その熱間圧延と冷間圧延の間に中間焼鈍を含んだ工程で、所定板厚とした後、溶体化処理、焼入れ処理を行い、その後、室温に放置してＴ４調質としたものがコイル或いはシートの状態で製品化されていた。

この室内時効されたＴ４調質材を、プレスメーカーにて所定の大きさに切断した後、絞り加工、リストライク、ピアシングといったプレス成形工程による加工を施して、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板でなる自動車用パネル部材は製造されていた。

しかしながら、アルミニウム合金板は、従来から自動車用パネル部材に用いられている鋼板と比較すれば延性が乏しく成形性に劣る。そのため、鋼板と全く同じ条件でプレス成形しようとしても、難成形部位で、プレス成形時に割れが発生することがある。また、その割れの発生を回避するためにしわ押さえ力を低くすると、今度はしわが発生してしまう。

特に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、室温時効して強度が増加するため、他のアルミニウム合金板と比べてもプレス成形時に割れやしわの発生が起こりやすくなるが、この現象に対する対応が難しいことも、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板のプレス成形をより困難としていた。

このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の成形性を改善するための成形法として、局部軟化ブランク成形法という成形法があり、既に実施されている。この成形法は、絞り成形に用いられるブランク材のうち、絞り成形で縮み変形を受ける全周部の素材強度を、ポンチによって成形力を加えられる全周部で囲まれた中央部より低くすることで絞り成形性を高める方法である。

この方法を応用した提案として種々の提案がある。例えば、特許文献１には、所定の大きさに切断されたブランク材のうち、軟化させたい部分に３５０℃〜５００℃に加熱した金型を押し当てて、その後にブランク材を冷却する方法が記載されている。

また、特許文献２には、ブランクのフランジ部を挟着する板押さえとダイスを、夫々に設けた加熱ヒーターで加熱することで、成形時のブランクのフランジ部を加熱する技術が記載されている。特許文献３には、電気ヒーターが内部に設けられたしわ押さえと、電気ヒーターが内部に設けられたダイスで、板材を挟持すると共にこの挟持部分を加熱し、同時に加熱の影響を受けるパンチの端面が接触する板材の部分を、パンチの反対側に設けた冷却風供給装置からの冷却気体で冷却する技術が記載されている。特許文献４には、電気ヒーターが内部に設けられたしわ押さえと、電気ヒーターが内部に設けられたダイスで、板材を挟持すると共にこの挟持部分を加熱し、同時に加熱の影響を受けるパンチの端面が接触する板材の部分を、パンチの反対側に設けた非酸化性ガス供給装置から吹き出す非酸化性ガスで冷却する技術が記載されている。

また、特許文献５には、ダイスおよび／または板押さえの取り付け部に電熱ヒーター等の加熱媒体を設置すると共に、パンチに貫通路を穿孔して冷却水等の冷却媒体を還流させ、そのダイス、板押さえ、パンチを用いて金属薄板を深絞り加工する技術が記載されている。特許文献６には、５０００系アルミニウム合金を対象とした温間プレス加工に関する技術として、ヒーターを埋め込んだダイス及びしわ押さえ金具と、冷媒を循環させる配管を埋め込んだポンチでアルミニウム合金板を温間成形する技術が記載されている。特許文献７には、６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金）を対象とした温間成形に関する技術として、ヒーターを内蔵するパンチ、ダイス、及びしわ押さえを具備する成形装置を用いて、アルミニウム合金板を温間成形する技術が記載されている。

しかしながら、これらの技術は、アルミニウム合金板のプレス成形時に割れやしわが発生することを防止できる有効な技術ではあるが、これらの技術を用いてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板を成形したとしても、室内時効されたＴ４調質材を用いてプレス成形していたのでは、プレス成形時の割れやしわの発生を確実には防止することはできない。

特開２００４−１２４１５１号公報 特開平４−３５１２２９号公報 特開平５−２３７５５８号公報 特開平５−３０９４２５号公報 特開平１１−３０９５１８号公報 特開２００７−１２５６０１号公報 特開２００６−２０５２４４号公報

本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、ピーク時効処理または過時効処理を施したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に対し、プレス成形までの工程を連続して行うことで、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板のプレス加工時の割れの発生やしわの発生を確実に防止して、アルミニウム合金製自動車用パネル部材を安定的にプレス成形することができるアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、ピーク時効処理または過時効処理を施したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に対し、ブランクカット工程による加工、局部加熱工程による加工、冷却工程による加工、プレス成形工程による加工を連続して実施することにより自動車用パネル部材を製造するアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法において、前記ブランクカット工程による加工と、前記局部加熱工程による加工を、同時に実施すると共に、前記局部加熱工程による加工を、前記ブランクカット工程で前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板のブランクカットを行うブランクカット金型に設けられた加熱手段により実施することを特徴とするアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法である。

請求項２記載の発明は、前記局部加熱工程による加工で加熱される部位は、前記ブランクカット工程による加工で得られたブランク材の全周部と、その全周部で囲まれた部位の中の１箇所以上の局部であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法である。

本発明の請求項１記載のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法によると、ピーク時効処理または過時効処理を施したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板を用いて連続して加工を実施することで、プレス加工時の割れの発生やしわの発生を確実に防止して、アルミニウム合金製自動車用パネル部材を安定的に製造することができる。

また、ブランクカット工程による加工と、局部加熱工程による加工を、加熱手段が設けられたブランクカット金型を利用して同時に実施することで製造工程が減り、アルミニウム合金製自動車用パネル部材をより安定的に、しかも迅速に製造することができる。

本発明の請求項２記載のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法によると、ブランク材の局部加熱工程で加熱される部位を、ブランク材の全周部と、その全周部で囲まれた部位の中の１箇所以上の局部とすることで、複雑な形状のアルミニウム合金製自動車用パネル部材を、プレス加工時の割れの発生やしわの発生がなく、安定的に製造することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

本発明のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法に用いられるアルミニウム合金板は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板である。このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の成分組成は特には限定しないが、次により好ましい成分範囲を例示する。

好ましい成分範囲のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、例えば、Ｍｇ：０．２〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板、或いは、Ｍｇ：０．２〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜２．０質量％、Ｃｕ：０．１〜１．０質量％を含有し、更に、Ｆｅ：０．０３〜０．４質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．２質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．３質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．３質量％のうち少なくとも１種を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金板である。

Ｍｇは、Ｓｉと共に強度および成形性に寄与する元素で、０．２質量％より少ないと強度が必ずしも十分ではなくなり、成形性も劣るものとなる。一方、１．２質量％より多くなると圧延が困難となり、成形性が低下する。よって、Ｍｇの含有量は、０．２〜１．２質量％とすることが好ましい。

Ｓｉは、Ｍｇと共に強度および成形性に寄与する元素で、０．４質量％より少ないと強度が必ずしも十分ではなくなり、成形性も劣るものとなる。一方、２．０質量％より多くなると粗大なＳｉ単体の晶出により、成形が困難となる。よって、Ｓｉの含有量は、０．４〜２．０質量％とすることが好ましい。

本発明においては、ＭｇとＳｉを主添加元素とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を用いることで、十分な作用効果を奏することができるが、更に、成形性を向上させるために、ＭｇとＳｉに加えて、Ｃｕを主添加元素とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金を用いることもできる。

このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金において、Ｃｕ含有量が、０．１質量％より少ないと成形性が十分ではなくなる。一方、１．０質量％より多くなると耐食性、特に耐糸錆性を著しく低下させる。よって、Ｃｕの含有量は、０．１〜１．０質量％とすることが好ましい。

Ｃｕに加えて、更に、Ｆｅ：０．０３〜０．４質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．２質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．３質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．３質量％のうち少なくとも１種を含有させても良い。

Ｆｅは、その含有量が０．４質量％を超えて添加すると、Ｆｅ系の化合物を形成し、成形性を著しく低下させるため、０．０３〜０．４質量％とすることが好ましい。

Ｍｎは、金属間化合物ＭｎＡｌ_６を形成し、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金の再結晶においてピン止め効果を有し、結晶粒径を微細化する効果がある元素である。しかし、添加量が０．１質量％を超えると形成した化合物により成形性や曲げ性を低下させるため、その添加量は０．０１質量％以上、０．２質量％未満とすることが好ましい。

Ｃｒは、Ｍｎと同様に、結晶粒径を微細化する効果があるが、金属間化合物の形成により成形性や曲げ性の低下の原因となるので、その添加量は０．０１〜０．３質量％とするのが好ましい。

Ｚｒは、Ｍｎと同様に、結晶粒径を微細化する効果があるが、金属間化合物の形成により成形性や曲げ性の低下の原因となるので、その添加量は０．０１〜０．３％質量とするのが好ましい。

図１は、本発明のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、上段は主に製造装置を、下段はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板を切断したブランク材１とプレス成形により得た自動車用パネル部材２を示す。

尚、図１には、ブランクカット工程、局部加熱工程、冷却工程、プレス成形工程を示すが、本発明では、その各工程での処理を、加熱、冷却等であってもその上位概念の加工として説明する。

３は、ピーク時効処理（Ｔ６調質）または過時効処理（Ｔ７調質）を施したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板でなるコイルである。尚、ピーク時効処理（Ｔ６調質）並びに過時効処理（Ｔ７調質）を用いることによる作用効果については後で詳しく説明する。本発明のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法では、まず、このコイル３から連続して順次引き出されるストリップ状のアルミニウム合金板を、シャー４で切断しブランク材１Ａとする。或いは、予め切断された切板をもってブランク材１Ａとしても良い。

次に、ブランク材１Ａの外周を、ブランクカット金型５を用いて成形形状に近い外周形状に切断（ブランクカット）してブランク材１Ｂとする。この工程をブランクカット工程という。図１に示す実施形態では、ブランクカット工程による加工と同時に、局部加熱工程による加工も行う。ブランクカット金型５には、加熱手段としてヒーターが内蔵されており、そのヒーターはブランク材１Ｂの加熱される部位に合わせてブランクカット金型５に内蔵されている。尚、ブランクカット工程による加工と局部加熱工程による加工は、必ずしも同時に実施されなくても良い。その場合は、ブランクカット金型５にはヒーターは内蔵されておらず、ブランクカット金型５とは別に、その次工程に独立して加熱手段が設けられる。

ブランク材１Ｂの加熱される部位は、一般的にはブランク材１Ｂの全周部ａ（フランジ部）である。また、ブランク材１Ｂを後工程のプレス成形工程で複雑な形状にプレス成形する場合は、その全周部ａ（フランジ部）で囲まれた部位の中の必要箇所（局部ｂ）も加熱する。尚、この局部加熱工程での加熱条件は、加熱温度：４５０℃以上５８０℃未満、加熱時間：３０秒以内（０秒は含まない）とすれば、周囲に熱が伝達しなく加熱が必要な部位だけを確実に加熱することができる。

この加熱温度が４５０℃未満であれば、加熱した部位が再結晶されず加工組織がそのまま残存し、後工程のプレス成形工程で十分な成形性を得ることができない。一方、加熱温度が５８０℃以上であれば、加熱時にバーニングを起こしてしまう。従って、加熱温度は、４５０℃以上５８０℃未満とする。

また、加熱時間が３０秒より長くなると、プレスライン速度が遅延して次工程への影響を生じたり、加熱による熱が、加熱が必要な部位以外の周囲に伝達してしまい、加熱した部位と加熱しない部位（母材部分）での強度差を得ることができなくなってしまう。従って、加熱時間は、３０秒以内（０秒は含まない）とする。

この後、ブランク材１Ｂは、冷却装置６での冷却工程に送られる。ブランク材１Ｂは、冷却装置６の上下に対峙した冷却体で挟持されて速やかに冷却されてブランク材１Ｃとなり、ブランク材１Ｃ内での強度差が固定される。

この冷却工程での加工を終えたブランク材１Ｃは、プレス金型７でのプレス成形工程に送られ、プレス金型７で所定形状の自動車用パネル部材２に成形される。

尚、これまでに、自動車用パネル等の大型パネルを、プレス成形する際に用いられていたブランク材１Ｃの母材部分は、室温時効して素材強度が増加し、伸びが低下したＴ４調質材の部位である。従来はこの成形性や曲げ性が低下したＴ４調質材部分がポンチの端面で押し込まれてプレス成形されていたため、しわや割れの発生原因となっていた。しかし、本発明では、ブランク材１Ｃの母材部分は、ピーク時効処理（Ｔ６調質）または過時効処理（Ｔ７調質）を施されているため、成形性や曲げ性が良く、ポンチの端面で押し込まれてもしわや割れが発生することはない。

ブランク材１Ｃのうち、局部加熱工程で加熱した全周部ａと局部ｂは、プレス成形で変形を伴うため比較的軟質な部位、母材部分（Ｔ６調質或いはＴ７調質のままで加熱していない部分）は、比較的硬質な部位となるが、その軟質な部位の素材強度（耐力）と、硬質な部位の素材強度（耐力）の強度差は、４０ＭＰａ超１４０ＭＰａ未満となる。その強度差が、４０ＭＰａ以下である場合は、成形性が十分に向上しない。一方、１４０ＭＰａ以上の場合は、局部加熱した部位の素材強度が低めになり、割れが発生する可能性がある。

本発明の一実施形態を示す工程図であって、上段は主に製造装置を、下段はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板を切断したブランク材とプレス成形により得た自動車用パネル部材を示す。

符号の説明

１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）…ブランク材
２…自動車用パネル部材
３…コイル
４…シャー
５…ブランクカット金型
６…冷却装置
７…プレス金型
ａ…全周部
ｂ…局部

Claims (2)

1. ピーク時効処理または過時効処理を施したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に対し、ブランクカット工程による加工、局部加熱工程による加工、冷却工程による加工、プレス成形工程による加工を連続して実施することにより自動車用パネル部材を製造するアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法において、
   前記ブランクカット工程による加工と、前記局部加熱工程による加工を、同時に実施すると共に、
   前記局部加熱工程による加工を、前記ブランクカット工程で前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板のブランクカットを行うブランクカット金型に設けられた加熱手段により実施することを特徴とするアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法。
2. 前記局部加熱工程による加工で加熱される部位は、前記ブランクカット工程による加工で得られたブランク材の全周部と、その全周部で囲まれた部位の中の１箇所以上の局部であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金製自動車用パネル部材の製造方法。

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