JP6824317B2 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関し、特に本体鋼板に補強鋼板を重ね合わせてなる重ね合わせブランクの製造方法に関する。

一般に、熱間プレスとは鋼板をオーステナイト変態温度以上の温度に加熱し、これを上下方向に対向して配置された２つの金型の間に挟んで押圧し、プレス成形すると同時に金型による急冷により鋼板の金属組織をオーステナイトからマルテンサイトに変態せしめることで、鋼板の焼入れ強化を行うものである。

特許文献１には、ピラーレインフォースメント等の自動車車体部品（自動車ボディを構成する部品）において、その機械的強度を局部的に高めるために、本体鋼板に補強鋼板を重ね合わせ、スポット溶接で両鋼板を接合することで重ね合わせブランクを形成し、この重ね合わせブランクを熱間プレスする方法が記載されている。

特開２０１４−１９３７１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、重ね合わせブランクをフェライト変態開始温度（Ａｒ３）以上の温度から急冷するので、本体鋼板及び補強鋼板の両鋼板が焼き入れにより強化され、補強鋼板の延性が低くなるという問題があった。

上述した課題に鑑み、本発明のプレス成形品の製造方法は、本体鋼板及び補強鋼板をそれぞれ第１及び第２の加熱炉で加熱する工程と、前記補強鋼板を前記第２の加熱炉から取り出した後に前記本体鋼板を前記第１の加熱炉から取り出して前記補強鋼板及び前記本体鋼板をそれぞれ自然冷却する工程と、前記本体鋼板と前記補強鋼板を重ね合わせることにより、重ね合わせブランクとする工程と、前記重ね合わせブランクを金型でプレス成形すると同時に急冷するプレス工程と、前記重ね合わせブランクを前記金型から取り出し、前記重ね合わせブランクの重ね合わせ部を溶接する工程と、を備え、
前記プレス工程において、前記本体鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷し、前記補強鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷することを特徴とする。

本発明によれば、重ね合わせブランクにおいて、本体鋼板は焼き入れにより高い強度が得られるとともに、補強鋼板については焼き入れが抑制されるため高延性を得ることができる。これにより、プレス製品（重ね合わせブランク）に衝撃が加わり、本体鋼板が破断する場合でも、補強鋼板が延びて追従するため、プレス成形品（重ね合わせブランク）の分断を防止することができる。

本発明の実施形態におけるプレス成形品の製造工程を示す図である。 本発明の実施形態におけるプレス成形品の製造フローを示す図である。 本発明の実施形態における本体鋼板及び補強鋼板の温度変化を示す図である。

本発明の実施形態におけるプレス成形品の製造方法を図１乃至図３に基づいて説明する。

先ず、工程Ｓ１において、本体鋼板１及び補強鋼板２をそれぞれ第１の加熱炉３及び第２の加熱炉４でオーステナイト変態温度（Ａｃ３）以上の温度Ｔ０に加熱する。オーステナイト変態温度（Ａｃ３）は鋼板の炭素含有量によっても異なるが、例えば８７０℃である。これにより、本体鋼板１及び補強鋼板２の金属組織は、オーステナイトになる。

次に、工程Ｓ２において、時刻ｔ１で補強鋼板２を第２の加熱炉４から外部に取り出す。第２の加熱炉４から取り出された補強鋼板２はプレス装置５への搬送中に常温大気中で自然冷却され、その温度Ｔ２はＴ０から低下していく。
その後、工程Ｓ３において、時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）で本体鋼板１を第１の加熱炉３から外部に取り出す。第１の加熱炉３から取り出された本体鋼板１もプレス装置５への搬送中に常温大気中で自然冷却され、その温度Ｔ１はＴ０から低下していく。

その後、工程Ｓ４において、時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ２）で、プレス装置５の下金型の上で、本体鋼板１の上に補強鋼板２を重ね合わせることにより、重ね合わせブランク１０を形成する。この場合、補強鋼板２は本体鋼板１よりも先の時刻ｔ１で取り出されているために、その分、冷却時間が長くなっている。補強鋼板２の冷却時間はｔ３−ｔ１、本体鋼板１の冷却時間はｔ３−ｔ２である。

そのため、図３に示すように、時刻ｔ３では、本体鋼板１の温度Ｔ１はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高くなっており、補強鋼板２の温度Ｔ２はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くなっているという状態を作り出すことができる。この段階では、重ね合わせブランク１０の重ね合わせ部は溶接していない。なお、上述の各鋼板１，２の冷却時間は、鋼板の厚さ等によって異なるが、予め実験を行うことにより設定することがきる。

その後、工程Ｓ５において、重ね合わせブランク１０をプレス装置５の下金型と上金型の間に挟んでプレス成形すると同時にマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）以下の温度まで急冷する。この場合、本体鋼板１についてはフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷されることからマルテンサイト変態が生じ、１．５ＧＰａ以上の高い引張強度が得られる。

一方、補強鋼板２については、フェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷されることから、マルテンサイト変態が抑制されるため、高延性を得ることができる。

その後、金型を開放して、重ね合わせブランク１０を取り出し、重ね合わせブランク１０の重ね合わせ部における本体鋼板１と補強鋼板２を溶接する。この場合、重ね合わせブランク１０はハット形等の３次元形状にプレス成形されているため、溶接箇所の自由度が高いレーザー溶接を行うことが好ましい。その後、ナット等の締結部材を補強鋼板２に抵抗溶接する。

ここで、改めて本実形態の製造方法と従来の製造方法を対比すると、従来のように、重ね合わせブランク１０をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）以上の温度から急冷する方法では本体鋼板１及び補強鋼板２の両鋼板が焼き入れにより強化されるので、補強鋼板２の延性が低くなってしまう。

この場合、重ね合わせブランク１０における本体鋼板１と補強鋼板２との重ね合わせ部は熱容量が大きいため、温度低下が遅くなる。そのため、従来のように、あらかじめ抵抗溶接で接合した重ね合わせブランク１０を加熱し、これを自然冷却するという方法では、プレス時に本体鋼板１の温度をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高くしながら、補強鋼板２の温度をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くすることはできない。

一方、補強鋼板２として特殊な高延性鋼板を用いれば、フェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷した場合でも高延性を得ることができるが、鋼板の種類に制約が生じ、コストが高くなるという問題がある。

これに対して、本実施形態の製造方法によれば、本体鋼板１と補強鋼板２の冷却時間に差を設けているので、プレス時に補強鋼板２の温度をＡｒ３より低くすることができ、補強鋼板２として、特に制限なく様々な鋼板を使用することができる。

また、上述の実施形態では、本体鋼板１及び補強鋼板２をそれぞれ第１の加熱炉３及び第２の加熱炉４で加熱しているため、それぞれの鋼板に適した加熱条件を設定することができる。

これに対して、２台の加熱炉３，４を用いるのではなく、１台の加熱炉を用いることもできる。この場合、本体鋼板１及び補強鋼板２を１台の加熱炉で加熱し、同様に時間差をもって、本体鋼板１及び補強鋼板２を加熱炉から取り出し、プレス時に本体鋼板１の温度をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高くし、補強鋼板２の温度をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くすることができる。そして、この状態からプレス成形及び急冷することにより、同等の特性を有したプレス成形品を得ることができる。

また、逆に、本体鋼板１に高い延性を、補強鋼板２に高強度を持たせたい場合がある。例えば、本体鋼板１とアルミニウムで形成された部品とを接合する場合にはスポット溶接ができないため、機械接合が必要となる。この場合、熱間プレスされた本体鋼板１の引張強度が例えば１．５ＧＰａと高いと機械接合ができないため、本体鋼板１については強度を下げる必要がある。

このような場合、上述の実施形態において、加熱炉３，４もしくは１台の加熱炉から本体鋼板１及び補強鋼板２を取出す順序を逆に変更することで対応することができる。すなわち、本体鋼板１を取り出した後に補強鋼板２を取り出す。そして、プレス工程において、補強鋼板２をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷し、本体鋼板１をフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷することで、本体鋼板１に高い延性を、補強鋼板２に高強度を持たせることができる。

１ 本体鋼板
２ 補強鋼板
３ 第１の加熱炉
４ 第２の加熱炉
５ プレス装置
１０ 重ね合わせブランク

Claims (6)

1. 本体鋼板及び補強鋼板をそれぞれ第１及び第２の加熱炉で加熱する工程と、
   前記補強鋼板を前記第２の加熱炉から取り出した後に前記本体鋼板を前記第１の加熱炉から取り出して前記補強鋼板及び前記本体鋼板をそれぞれ自然冷却する工程と、
   前記本体鋼板と前記補強鋼板を重ね合わせることにより、重ね合わせブランクとする工程と、
   前記重ね合わせブランクを金型でプレス成形すると同時に急冷するプレス工程と、
   前記重ね合わせブランクを前記金型から取り出し、前記重ね合わせブランクの重ね合わせ部を溶接する工程と、を備え、
   前記プレス工程において、前記本体鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷し、前記補強鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
2. 本体鋼板及び補強鋼板を１台の加熱炉で加熱する工程と、
   前記補強鋼板を前記加熱炉から取り出した後に、前記本体鋼板を前記加熱炉から取り出して、前記補強鋼板及び前記本体鋼板をそれぞれ自然冷却する工程と、
   前記本体鋼板と前記補強鋼板を重ね合わせることにより、重ね合わせブランクとする工程と、
   前記重ね合わせブランクを金型でプレス成形すると同時に急冷するプレス工程と、
   前記重ね合わせブランクを前記金型から取り出し、前記重ね合わせブランクの重ね合わせ部を溶接する工程と、を備え、
   前記プレス工程において、前記本体鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷し、前記補強鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
3. 本体鋼板及び補強鋼板をそれぞれ第１及び第２の加熱炉で加熱する工程と、
   前記本体鋼板を前記第１の加熱炉から取り出した後に前記補強鋼板を前記第２の加熱炉から取り出して前記補強鋼板及び前記本体鋼板をそれぞれ自然冷却する工程と、
   前記本体鋼板と前記補強鋼板を重ね合わせることにより、重ね合わせブランクとする工程と、
   前記重ね合わせブランクを金型でプレス成形すると同時に急冷するプレス工程と、
   前記重ね合わせブランクを前記金型から取り出し、前記重ね合わせブランクの重ね合わせ部を溶接する工程と、を備え、
   前記プレス工程において、前記補強鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷し、前記本体鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
4. 本体鋼板及び補強鋼板を１台の加熱炉で加熱する工程と、
   前記本体鋼板を前記加熱炉から取り出した後に、前記補強鋼板を前記加熱炉から取り出して、前記補強鋼板及び前記本体鋼板をそれぞれ自然冷却する工程と、
   前記本体鋼板と前記補強鋼板を重ね合わせることにより、重ね合わせブランクとする工程と、
   前記重ね合わせブランクを金型でプレス成形すると同時に急冷するプレス工程と、
   前記重ね合わせブランクを前記金型から取り出し、前記重ね合わせブランクの重ね合わせ部を溶接する工程と、を備え、
   前記プレス工程において、前記補強鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度から急冷し、前記本体鋼板はフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
5. 前記溶接はレーザー溶接であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
6. 前記重ね合わせブランクの重ね合わせ部を溶接した後に、前記補強鋼板に締結部材を抵抗溶接する工程を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。

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