JP7273355B1 - 構造部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
0.9×Tmax≦T≦Tmax
ただし、Tmax[%]は、縦壁のうち張出部に連続する部分の端縁における板厚減少率の最大値である。
[構造部材の構成]
図1は、第1実施形態に係る構造部材10の斜視図である。図2は、構造部材10の横断面図(II-II断面図)である。構造部材10は、自動車用の構造部材として使用される。構造部材10は、例えば、フロアパネル上又はフロアパネル裏に配置されるクロスメンバや、クロスメンバの端部に設けられるクロスエクステンション等である。
以下、構造部材10の製造方法について、図3A~図3Hを参照しつつ説明する。図3A~図3Hは、構造部材10の製造方法を説明するための模式図である。構造部材10の製造方法は、素材Mを準備する工程と、素材Mを加熱する工程と、加熱された素材Mを構造部材10に成形する工程とを備える。構造部材10は、熱間成形(ホットスタンピング)によって製造される。
図3Aを参照して、準備工程では、金属板からなる素材Mを準備する。素材Mは、鋼板で構成されてもよい。素材Mは、例えば、構造部材10(図1及び図2)を展開した形状のブランクである。このようなブランクは、目的の形状の型を用い、金属帯(コイル)に打ち抜き加工を施して形成することができる。あるいは、レーザによるくり抜き加工をコイルに施すことにより、ブランクが形成されてもよい。
加熱工程は、準備された素材Mを加熱する工程である。加熱工程において、素材Mは、ホットスタンピングに適した温度に加熱される。素材Mは、例えば公知の加熱炉によって加熱される。
加熱された素材Mは、図3B~図3Dに示す金型20に搬送される。成形工程では、金型20を用い、加熱された素材Mを構造部材10(図1及び図2)に成形する。まず、図3B~図3Dを参照して、金型20の構成について説明する。図3Bは、金型20の斜視図である。図3Cは、金型20の横断面図(IIIC-IIIC断面図)である。図3Dは、金型20の縦断面図(IIID-IIID断面図)である。
0.9×Tmax≦T≦Tmax (1)
本実施形態では、下型21と、上型22と、パッド23とを含む金型20を用いて素材Mから構造部材10を成形する。成形工程では、素材Mのうち下型21の頂面本体211Aに位置する部分をパッド23で押さえる一方、素材Mのうち下型21の張出部211Bに位置する部分をパッド23で押さえない状態で、上型22及び下型21によって加熱された素材Mをプレスする。この場合、素材Mのうち下型21の張出部211Bに位置する部分、つまり構造部材10の天板11の張出部112となる部分が金型20によって拘束されない。素材Mのうち天板11の張出部112となる部分は、成形中、金型20から離れた状態となる。そのため、成形過程において、天板11の張出部112が冷却されにくくなり、張出部112において材料の流動を生じさせることができる。材料は、天板11の張出部112から縦壁13の第2部分132に向かい、構造部材10の高さ方向に流動する。これにより、構造部材10における割れの発生を抑制することができる。特に、縦壁13のうち、天板11の張出部112に連続する第2部分132の端縁132aや、縦壁13の第2部分132とフランジ14との接続部分において割れが発生するのを抑制することができる。
図6は、第2実施形態に係る構造部材10Aの斜視図である。本実施形態に係る構造部材10Aの基本的な構成は、第1実施形態に係る構造部材10と構成と同一である。ただし、構造部材10Aは、天板11の形状において、第1実施形態に係る構造部材10と異なる。
図8は、第3実施形態に係る構造部材10Bの斜視図である。本実施形態の構造部材10Bは、上記実施形態に係る構造部材10,10Aと異なる形状を有する。上記実施形態に係る構造部材10,10Aは、例えば、フロアパネル上又はフロアパネル裏に配置されるクロスメンバや、クロスメンバの端部に設けられるクロスエクステンション等として使用することができる。一方、本実施形態に係る構造部材10Bは、例えば、Bピラーとして使用することができる。
図10は、本実施形態に係る製造方法で使用される金型20Aの斜視図である。図11は、金型20Aの横断面図(XI-XI断面図)である。金型20Aは、下型21の構成においてのみ、第1実施形態において説明した金型20と異なる。上記実施形態に係る構造部材10,10A,10Bは、金型20Aを用いて成形することもできる。
本開示による効果を確認するため、第1実施形態に係る構造部材10(図1及び図2)のプレス成形について、市販のソフトウェア(プレス成形シミュレーションシステムJSTAMP ver2.18,株式会社JSOL製、及び LS-DYNA ver971 rev7.12,ANSYS社製)を使用してCAE解析を実施した。解析の条件及び結果を表1に示す。
上記実施例5について、構造部材10の重量(kg)をプレス成形の素材としてのブランクを切り出す前の金属帯(コイル)の重量(kg)で除し、歩留まりを計算した。参考例として、パンチ、ダイ、及びブランクホルダを含む金型を用いた絞り成形によって構造部材10を成形する場合について、上記と同様のCAE解析を実施し、歩留まりを計算した。また、実施例5及び参考例について、部品のLCA(Life Cycle Assessment:ライフサイクルでの評価)ツール(WAS:World Steel Associationの自動車分科会提唱のライフサイクル温室効果ガスの排出量の解析ができるツールであり、WASのホームページ(https://www.worldautosteel.org/life-cycle-thinking/case-studies/comparing-material-usage-in-production-vehicle-efficient-designs/)からダウンロードした、エクセル形式の解析用のソフトウェア)を使用し、構造部材10の製造時における温室効果ガスの排出量(CO2-eq)を計算した。計算結果を表2に示す。
第3実施形態に係る構造部材10B(図8)のプレス成形について、第1実施例と同じソフトウェアを使用し、第1実施例と同様のCAE解析を実施した。解析の条件及び結果を表3に示す。
第1実施形態に係る構造部材10(図1及び図2)のプレス成形について、パッド23によって素材を押さえる範囲を変更しながら、第1実施例と同様のCAE解析を実施した。解析の条件及び結果を図14及び表4に示す。
11:天板
111:天板本体
111a:側縁
112:張出部
112a:端縁
12:稜線部
13:縦壁
132a:端縁
14:フランジ
20,20A:金型
21:下型
211:頂面
211A:頂面本体
211a:側縁
211B:張出部
212:肩部
213:側面
214:フランジ面
215:第1下型
216:第2下型
22:上型
23:パッド
25:クッション機構
Claims (6)
- 自動車用の構造部材の製造方法であって、
金属板からなる素材を加熱する加熱工程と、
金型を用い、加熱された前記素材を前記構造部材に成形する成形工程と、
を備え、
前記金型は、
頂面本体、及び前記頂面本体の側縁から外側に張り出した張出部を含む頂面と、前記頂面本体の前記側縁及び前記張出部に連続する肩部と、前記肩部を介して前記頂面本体及び前記張出部に接続される側面と、前記頂面の反対側で前記側面に接続されるフランジ面と、を含む下型と、
前記頂面本体に対向するパッドと、
前記パッドの側方に配置される上型と、
を含み、
前記成形工程では、前記頂面本体と前記パッドとで前記素材を挟持する一方、前記張出部と前記上型及び前記パッドとで前記素材を挟持しない状態で、前記上型と前記下型とを相対的に接近させて、前記上型と、前記肩部、前記側面、及び前記フランジ面とで前記素材をプレスする、製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法であって、
前記下型は、第1下型と、前記第1下型に隣接して配置され、前記張出部を含む第2下型と、を含み、
前記第1下型と前記第2下型との間に予め段差を生じさせておくことにより、前記上型と前記下型とを相対的に接近させたとき、前記第1下型が前記第2下型に先行して前記上型との間で前記素材をプレスする、製造方法。 - 請求項2に記載の製造方法であって、
前記第1下型は、クッション機構によって昇降可能に構成されており、
前記成形工程では、前記上型を前記第1下型及び前記第2下型に向かって下降させる、製造方法。 - 自動車用のホットスタンピング構造部材であって、
天板本体、及び前記天板本体の側縁から外側に張り出した張出部を含む天板と、
前記天板本体の前記側縁及び前記張出部に連続する稜線部と、
前記稜線部を介して前記天板本体及び前記張出部に接続される縦壁と、
前記天板の反対側で前記縦壁に接続され、前記縦壁から前記ホットスタンピング構造部材の外側に張り出したフランジと、
を備え、
前記天板本体の板厚を基準とする板厚減少率をT[%]としたとき、前記縦壁のうち前記張出部に連続する部分の端縁において、以下の式を満たす板厚減少率Tを有する領域の長さは、前記板厚の2.0倍以上である、ホットスタンピング構造部材。
0.9×Tmax≦T≦Tmax
ただし、Tmax[%]は、前記縦壁のうち前記張出部に連続する部分の前記端縁における板厚減少率の最大値である。 - 請求項4に記載のホットスタンピング構造部材であって、
前記縦壁のうち前記張出部に連続する部分の前記端縁における算術平均粗さRaは、3.00μm以下である、ホットスタンピング構造部材。 - 請求項4又は5に記載のホットスタンピング構造部材であって、
当該ホットスタンピング構造部材は、325Hv以上のビッカース硬さを有する、ホットスタンピング構造部材。
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