WO2023063366A1 - アルミニウム合金板加工方法 - Google Patents

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WO2023063366A1
WO2023063366A1 PCT/JP2022/038100 JP2022038100W WO2023063366A1 WO 2023063366 A1 WO2023063366 A1 WO 2023063366A1 JP 2022038100 W JP2022038100 W JP 2022038100W WO 2023063366 A1 WO2023063366 A1 WO 2023063366A1
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WO
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aluminum alloy
alloy plate
less
mold
temperature
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PCT/JP2022/038100
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆 稲葉
Original Assignee
株式会社日立ハイテク
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy plate processing method.
  • Aluminum (aluminum alloy) sheet material is effective as a lightweight substitute material for steel plate products, and is also used, for example, as automobile parts.
  • Aluminum plate materials are used for press products such as hoods, trunks, fenders, and doors.
  • aluminum plate material is used for automotive internal products, such as heat exchanger parts (radiators, etc.) around the engine and heat insulators for heat dissipation.
  • heat exchanger parts radiators, etc.
  • Aluminum sheet materials are rarely used for internal products.
  • Aluminum sheets are much inferior to steel sheets in formability, and in order to obtain the same rigidity, they are required to be considerably thicker.
  • aluminum alloy products include engine-related parts (aluminum casting products) and cases for consolidating control and functions (aluminum die gast products). These products are made by pouring molten aluminum into molds, and specialize in complex shapes and integrated molding.
  • the aluminum alloy used is a 4000 series Al-Si material, and the wrought material used for processing (1000 series, 2000 series, 3000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series) has the required material properties. is different.
  • the fluidity of the molten metal is important for aluminum alloys for casting, and is characterized by a high Si content.
  • a representative example of a cast alloy is AC4A
  • a representative example of a die-cast alloy is ADC12. Casting technology excels in mass production regardless of whether it is large or small.
  • JP 2009-241140 A JP 2018-073985 A Japanese Patent No. 5681631 JP-A-9-78210 JP-A-2003-277837 JP-A-8-67953
  • the aluminum materials in Japan are made from imported new aluminum ingots (7V ingots: 99.7% Al) to produce materials (components, strength, etc.) that match customer needs.
  • beverage can stock and die casting ADC 12 are products that have been successfully recycled. Although materials for other uses are also recycled without waste, the ratio of new ingots used is high, so further improvement activities are required to reduce CO2.
  • the electrification of automobiles is expected to expand rapidly after 2030.
  • the number of vehicles equipped with engines is expected to decrease sharply.
  • Many of the engine parts of engine-equipped vehicles are made of aluminum castings, and the destination (usage and processing method) of aluminum castings (aluminum alloy castings) from scrapped engine-equipped vehicles is an issue for the future.
  • aluminum castings are mainly 4000 series aluminum alloys with a large Si content (for example, 5% or more in weight ratio), and wrought materials (1000 series, 2000 series, 3000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series aluminum alloy) is difficult.
  • the wrought material is the same, it can be easily returned to the same kind of wrought material (component adjustment: scrap and a small amount of new ingot).
  • component adjustment scrap and a small amount of new ingot.
  • the casting material is returned to the wrought material, a method of diluting the Si component with a large amount of new ingot and wrought material waste is conceivable, and the effect of reducing CO2 is small. It is desirable to be able to use cast aluminum as a wrought material without using a large amount of new metal.
  • An object of the present invention is to provide a hot stamping technique for aluminum alloy sheet materials containing Si.
  • the first aspect is A heating step of holding an aluminum alloy plate made from an aluminum alloy containing Si at a weight ratio of 5% or more and less than 11% at a temperature of 350 ° C. or more and less than 580 ° C. for a time of 10 minutes or less; A press working step of supplying the aluminum alloy plate to a mold and press working, and cooling the aluminum alloy plate to 100 ° C. or less at the bottom dead center of the press working,
  • the aluminum alloy plate has a thickness of 1.5 mm or more and less than 5 mm.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a die of a press working apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of cooling water channels 150 and thermocouple installation holes 160 provided in the lower die set 122 of the mold 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a die of the press working device.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an operation flow of a method for hot stamping an aluminum alloy plate.
  • FIG. 5 is a diagram showing the strength and formability of a 4000 series aluminum alloy plate and a 6000 series aluminum alloy plate.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of strength characteristics of a 4000 series aluminum alloy plate and a 6000 series aluminum alloy plate due to aging treatment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of strength characteristics of a 4000 series aluminum alloy plate after short-time baking.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a die of a press working apparatus.
  • a mold 100 includes an upper mold 110 and a lower mold 120 .
  • the upper mold 110 includes an upper mold die set 111 , an upper mold wrinkle holder 112 and a punch 113 .
  • the lower die 120 includes a lower die wrinkle holding portion 121 and a lower die set 122 .
  • FIG. 1 is a diagram of the mold 100 viewed from the front. The direction from left to right in FIG. to the upper die set 111) is the z-direction.
  • the upper die set 111 and the lower die set 122 are fixed to a press molding device.
  • the upper die wrinkle holding portion 112 and the punch 113 are fixed to the upper die set 111 .
  • the punch 113 deforms the aluminum alloy plate 200 to be processed into a predetermined shape.
  • the shape of the tip of the punch 113 (on the side of the lower die 120) is, for example, a conical shape, a columnar shape, or an arbitrary shape.
  • the upper die wrinkle suppressing part 112 and the lower die wrinkle suppressing part 121 suppress the occurrence of wrinkles in the aluminum alloy plate 200 to be processed.
  • the lower die wrinkle holding portion 121 is fixed to the lower die set.
  • the lower mold 120 is arranged to face the upper mold 110 .
  • An aluminum alloy plate (test material) 200 to be processed is set on the lower die wrinkle holding portion 121 .
  • the upper die set 111 has a thermocouple installation hole 140 for installing the thermocouple 310 .
  • the lower die set 122 has a cooling water channel 150 through which a cooling coolant flows, and a thermocouple installation hole 160 for installing the thermocouple 320 .
  • the cooling water channel 150 is provided with an inlet and an outlet, and a coolant such as water for cooling the mold 100 is introduced from the inlet and discharged from the outlet.
  • a thermocouple 310 and a thermocouple 320 are installed in the thermocouple installation hole 140 and the thermocouple installation hole 160 to measure the temperature of the mold 100 .
  • the material of the mold 100 is, for example, steel (tool steel, high-speed steel, super steel, etc.). Here, a wrinkle holding control mechanism for suppressing shrinkage flange deformation is not required.
  • the configuration of mold 100 is not limited to that described herein.
  • the upper die 110 (or the lower die 120) reciprocates in the vertical direction between the top dead center and the bottom dead center due to the operation of the press working device, so that the upper die 110 and the lower die 120 approach or move away from each other. do.
  • the press working apparatus includes a mold sprayer that turns water or a water-soluble lubricant into a mist and sprays it toward the upper mold 110 and the lower mold 120 of the mold 100 .
  • the mold sprayer sprays a predetermined amount of water mist or water-soluble lubricant onto the upper mold 110 and the lower mold 120 before the aluminum alloy plate to be processed is set in the mold 100 .
  • the mold 100 In drawing (shrinkage flange deformation), the mold 100 generally has a wrinkle holding control mechanism that controls the pressing of the wrinkle holding onto the aluminum alloy plate 200 by a spring or the like.
  • the wrinkle-holding control mechanism if used, the aluminum alloy plate 200 and the wrinkle-holding control mechanism may come into contact with each other during press working, lowering the temperature of the aluminum alloy plate 200 and causing deterioration in formability.
  • no wrinkle control mechanism is used. That is, the contact portion of the wrinkle holding portion 121 of the lower die 120 is reduced as much as possible, and the receiving shape of the punch 113 exists in the lower die 120 .
  • the material of the mold 100 for example, aluminum alloy (eg, 5000 series, 7000 series), tool steel (eg, SKD61, etc.), high-speed steel, or steel such as super steel is used. 5000 series aluminum alloys are excellent in terms of cost. 7000 series aluminum alloys are excellent in terms of strength.
  • the material of the mold 100 can be selected according to the required characteristics of the processed product. Aluminum alloys, tool steels, high-speed steels, and super steels may be used only for the surface layer portion (working surface) of the mold 100 .
  • the surface of the mold 100 may be left as a polished surface, but in order to prevent adhesion of the aluminum alloy plate 200, a plating process such as high-hardness chromium plating or nickel plating is applied to the surface of the mold 100 to reduce friction. It is desirable to form a modulus coating. For example, electroless nickel plating with a film thickness of 5-10 ⁇ m is desirable. Methods of plating the mold 100 include electrolysis, electroless, thermal spraying, and the like.
  • the mold 100 is an example of a steel mold. Steel materials such as tool steel, high-speed steel, and super steel have lower thermal conductivity than aluminum alloys, but are easy to process and low in cost.
  • a spray atomizer for aluminum alloy plates is provided near the press processing device.
  • the aluminum alloy plate sprayer sprays a predetermined amount of water mist or a water-soluble lubricant onto the pressed aluminum alloy plate (molded product).
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of cooling water channels 150 and thermocouple installation holes 160 provided in the lower die set 122 of the mold 100.
  • FIG. The lower die set 122 has a cuboid shape.
  • the cooling channel 150 has a first portion 151 , a second portion 152 and a third portion 153 .
  • the right side surface of the lower die set 122 is provided with the inlet and outlet of the cooling water channel 150 and the thermocouple inlet.
  • a first portion 151 of the cooling channel 150 is a cylindrical channel extending parallel to the x-direction from the inlet.
  • the second portion 152 of the cooling channel 150 is a cylindrical channel that is connected to the end of the first portion 151 opposite to the inlet side end and extends parallel to the y-direction.
  • the third portion 153 of the cooling channel 150 is a cylindrical channel connected to the end of the second portion 152 opposite to the end connected to the first portion 151 and extending in parallel to the x-direction to the outlet.
  • hoses and pipes are connected to the inlet and outlet of the cooling water channel 150 .
  • a coolant such as water is introduced from the inlet of the cooling water channel 150, passes through the first portion 151, the second portion 152, and the third portion 153, and is discharged from the outlet, thereby cooling the lower die set 122.
  • hoses and pipes are connected to the inlet and outlet of the cooling water channel 150 .
  • the diameter of the cooling channel 150 is, for example, 10 mm when the thickness (length in the z-direction) of the lower die set 122 is 50 mm.
  • the thermocouple installation hole 160 is a cylindrical hole extending parallel to the x-direction from the thermocouple insertion opening provided on the right side surface of the lower die set 122 .
  • the thermocouple installation hole 160 extends to near the center of the lower die set 122 .
  • a thermocouple 320 is inserted into the thermocouple installation hole 160 from a thermocouple insertion port.
  • a temperature-measuring junction (a portion for measuring temperature) of the thermocouple 320 is arranged near the center of the lower die set 122 within the thermocouple installation hole 160 .
  • the temperature of the lower die set 122 of the mold 100 can be measured by the thermocouple 320 inserted into the thermocouple installation hole 160 .
  • the shapes of the cooling water channel 150 and the thermocouple installation hole 160 are not limited to those described here, and can be appropriately changed according to the shape of the mold 100 and the like. Also, a plurality of cooling channels may be provided. Also, a plurality of thermocouple installation holes may be provided to measure the temperature at a plurality of positions.
  • the thermocouple installation hole 160 and thermocouple 310 provided in the upper die set 111 are similar to the thermocouple installation hole 160 and thermocouple 320 provided in the lower die set 122 .
  • a thermistor, a resistance temperature detector, a thermocamera, or the like may be used to measure the temperature of the mold 100.
  • FIG. The mold 100 is cooled by flowing the refrigerant through the cooling water channel 150, and the aluminum alloy plate 200 set in the mold 100 is cooled.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a die of a press working device.
  • the upper die set 111 is provided with cooling water channels 130 similar to the cooling water channels 150 of the lower die set 122 .
  • Other configurations of the mold 100 of FIG. 3 are the same as those of the mold 100 of FIG.
  • the amount of refrigerant flowing through cooling waterway 130 is the same as the amount of refrigerant flowing through cooling waterway 150 .
  • the raw material for the aluminum alloy plate used here is, for example, a scrap of casting (casting product) made of a 4000 series aluminum alloy.
  • Aluminum alloy castings are made by pouring an aluminum alloy melted at a high temperature into a mold cavity and then cooling and hardening it.
  • Al-Si series alloy is an aluminum alloy in which silicon (Si) is mainly added to aluminum.
  • the 4000 series aluminum alloy used here is, for example, an aluminum alloy containing Si in an amount of 5% or more and less than 11% by weight.
  • Aluminum alloys containing less than 5% of Si are less likely to have precipitation hardening due to the Al--Mg--Si system and the Al--Cu--Mg--Si system in addition to the solid solution strengthening of the Si additive component.
  • Aluminum alloys containing 11% or more of Si have low rollability, and are prone to edge cracks and rolling fractures.
  • an aluminum alloy containing 5% or more and less than 11% of Si is preferable in terms of rollability and strength characteristics when made into an aluminum alloy sheet.
  • the 4000 series aluminum alloy used here contains, for example, Si of 5% or more and less than 11%, Mn of less than 0.6%, Mg of less than 0.6%, and Cu of less than 2.0% by weight. It may be an aluminum alloy containing.
  • the 4000 series aluminum alloy used here includes, for example, Si of 5% or more and less than 11%, Mn of 0.2% or more and less than 0.6%, and 0.2% or more and less than 0.6% by weight. of Mg and 0.05% or more and less than 2.0% of Cu. Mn and Mg contribute to improving the strength of the aluminum alloy.
  • the strength improvement effect is small.
  • the amount of Mn or Mg is 0.6% or more, the formation of Al--Mn-based and Al--Fe--Mn--Mg-based compounds and macro-compounds is accelerated, and cracking during working is accelerated. Therefore, 0.2% or more and less than 0.6% of Mn and 0.2% or more and less than 0.6% of Mg are preferable.
  • Cu is an element particularly effective in improving strength. If Cu is less than 0.05%, the strength improvement effect is small. A Cu content of 2.0% or more results in a decrease in corrosion resistance, excessive promotion of cracking susceptibility, and delayed fracture after forming. Therefore, 0.05% or more and less than 2.0% of Cu is preferable.
  • the 4000 series aluminum alloy is not limited to this.
  • Each aluminum alloy may contain elements other than those shown here.
  • Fe, Zn, Ti, etc. may be included.
  • Fe, Zn, Ti and the like are allowed as long as they do not adversely affect formability.
  • Fe is made less than 0.3% in order to prevent deterioration of moldability due to the formation of Al--Fe-based giant compounds.
  • Zn is controlled to be less than 0.5% in order to suppress precipitation hardening due to Al--Zn--Mg precipitates and to prevent stress corrosion cracking.
  • Ti should be less than 0.10% to reduce the nucleation of large compound formation.
  • JIS component standards for aluminum alloy castings include AC1B to AC9B depending on the application. These are examples of 4000 series aluminum alloys.
  • a slab is produced by melting and casting a raw material aluminum alloy (for example, a cast product made of a 4000 series aluminum alloy).
  • degassing treatment and inclusion removal treatment are performed.
  • the degassing process is a process for removing hydrogen gas and the like contained in the molten aluminum alloy.
  • the inclusion removal treatment is a treatment for removing inclusions such as oxides, carbides and nitrides contained in the molten metal. When inclusions are contained in the molten metal, problems such as deterioration of castability occur.
  • a segregation removal treatment is performed on the cast slab.
  • the segregation removing treatment is a treatment for removing non-homogeneous segregation generated during casting from the slab.
  • P or Na may be added in an amount less than 100 ppm. Addition of P or Na refines the cast structure of the aluminum alloy.
  • a homogenization heat treatment is performed at a temperature of 400°C or more and less than 530°C on the slab that has undergone the segregation removal treatment.
  • Homogenization heat treatment is a process that eliminates the uneven distribution of atoms in the slab obtained by casting.
  • Homogenization heat treatment at less than 400° C. leaves the cast structure, causing edge cracks during hot rolling and deterioration of formability during cold rolling.
  • the homogenization heat treatment is preferably performed at a temperature of 400°C or more and less than 530°C.
  • the slab subjected to the homogenization heat treatment becomes a hot coil having a plate thickness of 2 mm or more and less than 8 mm by hot rolling.
  • a hot coil is obtained by coiling an aluminum alloy plate produced by hot rolling.
  • the winding temperature is 300°C or higher and lower than 400°C. If the plate thickness is less than 2 mm, the inner and outer surfaces rub against each other during winding, causing scratches. A plate thickness of 8 mm or more causes flaws due to winding looseness. Therefore, the plate thickness of the hot coil is preferably 2 mm or more and less than 8 mm. If the winding temperature is less than 300°C, recrystallization is insufficient. At a coiling temperature of 400° C. or higher, the solid-solution strengthening increases, resulting in a change in deformation resistance. Inappropriate winding temperature causes a change in deformation resistance and causes defects. Therefore, the winding temperature is preferably 300°C or higher and lower than 400°C.
  • roughening is performed at 300°C or more and less than 400°C, and an aluminum alloy plate having a thickness of 1.5 mm or more and less than 5 mm is manufactured by cold rolling.
  • the cold rolling process is performed, for example, at room temperature (for example, 0° C. or more and less than 150° C.).
  • the cold rolling process is performed at a lower temperature than the hot rolling process.
  • Roughing leads to prevention of ear (end) cracking during cold rolling.
  • Roughening is suitably performed at a temperature of 300° C. or more and less than 400° C. as a temperature for softening the aluminum alloy plate. For example, if the hot rolling temperature is above 300°C, roughing may not be performed.
  • finish annealing at 330° C. or more and less than 400° C. and strain correction may be performed.
  • finish annealing at 330° C. or more and less than 400° C. and strain correction.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an operation flow of a method for hot stamping an aluminum alloy plate.
  • An aluminum alloy plate is an aluminum alloy plate to be processed.
  • the aluminum alloy plate is, for example, a 4000 series aluminum alloy plate manufactured by the method described above.
  • an aluminum alloy plate is processed into a cut plate of a suitable size for press working.
  • the mold 100 is set in the press working device, and the cooling water channel 150 of the mold 100 is supplied with a coolant. It is assumed that cooling water passage 150 is supplied with water as a refrigerant in an amount of 3 L (liter)/minute to 15 L/minute. If the mold 100 is an aluminum alloy, for example, a supply rate of 3 L/min-10 L/min is appropriate.
  • the mold 100 is a steel material such as tool steel, for example, a supply rate of 7 L/min-15 L/min is appropriate.
  • the amount of coolant supplied to the cooling channel 150 is adjusted according to the temperature of the mold 100 measured by the thermocouples 310 and 320 so that the internal temperature and surface temperature of the mold 100 are 100° C. or less. may be adjusted. If the temperature exceeds 100° C., the amount of solid solution Si, Mg, and Cu decreases in the aluminum alloy plate 200 to be processed, and the cooling time of the aluminum alloy plate 200 becomes longer, resulting in lower productivity.
  • the higher the temperature measured by the thermocouples 310 and 320 the greater the amount of coolant supplied to the cooling water passage 150.
  • FIG. When the mold 100 is sufficiently cooled by mist spraying, cooling by the cooling water passage 150 may not be performed.
  • a heating furnace such as an electric heater furnace (an electric furnace), an induction heating furnace, or an infrared heating furnace is used to hold the aluminum alloy plate 200 to be processed at a temperature of 450° C. or more and less than 560° C. for less than 10 minutes. Heat up in time. That is, after raising the temperature of the aluminum alloy plate 200 to the target temperature in the heating furnace, the aluminum alloy plate 200 is further heated at the target temperature for a holding time of less than 10 minutes. During heating, it is desirable that the temperature difference between the respective positions in the aluminum alloy plate 200 is within 40°C at maximum. Moreover, it is desirable that the heating rate is 50° C./min or more during heating.
  • the heating rate affects the material structure (crystal grains), and if it is less than 50° C./min, it leads to a decrease in formability due to grain growth, a rough surface on the processed surface, and a decrease in productivity. On the other hand, if the width of the temperature distribution in the material is wide, the strength variation becomes large. Moreover, the thickness of the aluminum alloy plate is, for example, 1.5 mm or more and less than 5 mm. The ultimate temperature can be changed depending on the type of aluminum alloy.
  • the temperature reached is preferably 450°C-560°C. If the ultimate temperature is less than 450° C., solid solution of the additive components in the aluminum alloy plate is insufficient, and it is difficult to increase the strength. Also, if the temperature reaches 560° C. or higher, burning (surface dissolution) occurs due to alloying elements, which is not preferable.
  • the holding time at the reached temperature may be 60 minutes or more, but if the holding time at the reached temperature is long, the productivity will drop significantly, so the holding time at the reached temperature is preferably less than 60 minutes. In particular, when the temperature reached is 500° C.-560° C., the holding time is preferably shorter, and even within 10 minutes is sufficient.
  • the reaching temperature when the reaching temperature is 500° C.-560° C., it contributes to the improvement of moldability and strength. A shorter holding time contributes to improved productivity and energy saving.
  • the holding time at the reached temperature may be less than 1 minute without any problem, and it is desirable to make it as short as possible. If the thickness of the aluminum alloy plate is less than 1.5 mm, it is not preferable because it is likely to be deformed during transportation. Also, even if the thickness of the aluminum alloy plate is 5 mm or more, the processing is possible, but other methods such as extrusion are more convenient.
  • the thickness of the aluminum alloy plate 200 is preferably 1.5 mm or more and less than 5 mm.
  • the mold sprayer of the press machine sprays water or a water-soluble lubricant in the form of mist toward the upper mold 110 and the lower mold 120 of the mold 100 .
  • the mold sprayer sprays water or a water-soluble lubricant in the form of mist in an amount of 10 mg or more per 100 cm 2 of area of the aluminum alloy plate 200 to be processed to the upper mold 110 and the lower mold 120 .
  • Mist water or water-soluble lubricant is sprayed by the mold sprayer before the aluminum alloy plate 200 to be processed is set in the mold 100 .
  • the spray amount is less than 10 mg per 100 cm 2 area of the aluminum alloy plate 200 to be processed, the cooling capacity and lubricating performance are insufficient, causing adhesion of the aluminum alloy plate 200 to the mold 100 .
  • the spray amount is 3000 mg or more per 100 cm 2 of the area of the aluminum alloy plate 200 to be processed, the mold 100 is sufficiently cooled, but the water or water-soluble lubricant becomes excessive. Excess water or water-soluble lubricant in the mold 100 requires draining work to remove the liquid (water or water-soluble lubricant) from the mold 100, resulting in deterioration of workability and quality. Also, an excessive amount of spray causes unevenness in strength due to temperature unevenness in the aluminum alloy plate 200 .
  • the spray amount is preferably 10 mg or more and less than 3000 mg per 100 cm 2 area of the aluminum alloy plate 200 to be processed.
  • the spray amount is preferably 10 mg or more and less than 3000 mg per 100 cm 2 area of the aluminum alloy plate 200 to be processed.
  • the spraying of mist by the mold sprayer is effective for cooling the aluminum alloy plate 200 . It is preferable to increase the spray amount as the plate thickness of the aluminum alloy plate 200 increases.
  • the aluminum alloy plate 200 heated in S101 is taken out from the heating furnace and quickly (for example, within 5 seconds) is set on the lower mold wrinkle holder 121 of the mold 100 of the press working device.
  • Taking out the aluminum alloy plate from the heating furnace and setting it in the mold 100 is performed by, for example, a well-known robot or the like.
  • the robot has, for example, an arm that grips the aluminum alloy plate 200 , takes out the aluminum alloy plate 200 heated for a predetermined time from the heating furnace, and moves it to the mold 100 . Further, the robot may take out the pressed aluminum alloy plate 200 from the mold 100 .
  • the upper die 110 of the die 100 is moved to the bottom dead center, and the punch 113 and the upper die wrinkle holding portion 112 are brought into contact with the aluminum alloy plate 200, so that the aluminum alloy plate 200 is pressed to a predetermined level. deformed (pressed) into the shape of
  • the height of the drawn product after processing into the aluminum alloy plate 200 is less than 40 mm. Since the wrinkle holding control mechanism is not used here, when the height of the molded product is 40 mm or more, insufficient material flow occurs due to wrinkles in the flange portion.
  • the height of the molded product obtained by shrink flanging means, for example, the dimension of the processed product in the molding direction, that is, in the press direction after working in press working. Therefore, if the height of the molded product is 40 mm or more, constriction or the like may appear in the molded product, and the product performance may not be satisfied.
  • the upper mold 110 of the mold 100 is maintained at the bottom dead center, and the aluminum alloy plate 200 is cooled to 200°C or less.
  • the aluminum alloy plate 200 is cooled to 100° C. or less by maintaining the upper die 110 at the bottom dead center for 1 to 5 seconds (bottom dead center holding time of 1 to 5 seconds). If the bottom dead center holding time is less than 1 second, it is difficult to cool the aluminum alloy plate 200 to 100° C. or lower. If the bottom dead center holding time exceeds 5 seconds, the productivity is poor. Since the mold 100 is cooled in advance by water cooling or the like, the aluminum alloy plate 200 sandwiched between the upper mold 110 and the lower mold 120 of the mold 100 is also cooled.
  • the temperature of the aluminum alloy plate 200 exceeds 100° C., the additional elements that increase the strength are precipitated, making it impossible to ensure high strength, and the deformation of the molded product is likely to occur.
  • the temperature difference thermal contraction rate
  • the temperature difference imparts tension to the aluminum alloy plate 200, contributing to improvement in flatness. The lower the temperature at the bottom dead center, the better.
  • heat shrinkage causes the aluminum alloy plate 200 to stick to the punch 113 side, making release difficult. Therefore, it is preferable to reduce the tension by optimizing the ultimate temperature of the aluminum alloy plate 200 .
  • a relief angle of several degrees for example, 1 to 3 degrees
  • it is effective to reduce deformation resistance during processing. Deformation resistance is seizure. Deformation resistance is reduced by appropriately combining plating (for example, nickel plating, chromium plating) on the mold 100 and applying a water-soluble coolant (lubricant).
  • Known release agents can be used as lubricants.
  • Plating the mold 100 can reduce the coefficient of friction between the mold 100 and the aluminum alloy plate 200 .
  • the dimensional accuracy (flatness, etc.) of the molded product can be improved by providing the mold 100 with a convex clearance angle, plating, and the like.
  • the dimensional accuracy of the molded product can be improved by the forced separation method.
  • a force is applied to a part of the molded product (aluminum alloy plate 200) by a mechanical method (knockout bar, stripper, etc.) to the extent that the molded product (aluminum alloy plate 200) is not deformed. This is a method of separating the aluminum alloy plate 200).
  • the aluminum alloy plate 200 is heated to a temperature of 190° C. or more and less than 250° C. for 5 minutes or more and 60 minutes or less using a heating furnace such as an electric heater furnace (an electric furnace), an induction heating furnace, or an infrared heating furnace. Baking process is performed for a short period of time. That is, after raising the temperature of the aluminum alloy plate 200 to the target temperature in the heating furnace, the aluminum alloy plate 200 is further heated at the target temperature for a holding time of 5 minutes or more and 60 minutes or less. If the temperature is less than 190°C, the precipitation hardening is insufficient, and if the temperature is 250°C or more, the precipitates become large and the precipitation hardening is reduced.
  • a heating furnace such as an electric heater furnace (an electric furnace), an induction heating furnace, or an infrared heating furnace. Baking process is performed for a short period of time. That is, after raising the temperature of the aluminum alloy plate 200 to the target temperature in the heating furnace, the aluminum alloy plate 200 is further heated at
  • the short-time baking treatment is preferably performed at 190°C or higher and lower than 250°C.
  • a long-time baking process may be performed.
  • the long-time baking treatment is performed on the aluminum alloy plate 200 by a heating furnace such as an electric heater furnace (an electric furnace), an induction heating furnace, and an infrared heating furnace, for example, at a temperature of 150° C. or more and less than 180° C. for 5 hours or more. Heat with a hold time of less than 20 hours (eg 170° C., 8 hours).
  • the temperature and time for the long-term baking treatment are not limited to those described here, as long as they are determined as conditions for reliably obtaining the desired strength.
  • Short-time baking treatment and long-time baking treatment are examples of artificial aging treatment.
  • the treatment of S106 may be performed after other treatments (cold press such as trimming, piercing, restrike, etc.) after the aluminum alloy plate 200 is treated in S101 to S105. Further, the treatment of S106 may be maintained at 100° C.-200° C. after the treatment of the aluminum alloy plate 200 of S101 to S105. This promotes high strength in the artificial aging treatment. Also, natural aging (leaving at room temperature (about 25° C.)) may be performed instead of the artificial aging treatment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the strength and formability of a 4000 series aluminum alloy plate and a 6000 series aluminum alloy plate.
  • a 4000-series aluminum alloy plate a cast part scrap (Al-8.9% Si-0.1% Cu-0.4% Mn-0.5% Mg) by AC4A is melt-cast and 480 After homogenization heat treatment at °C, hot rolling treatment, cold rolling treatment and final annealing at 350 °C are performed to produce an aluminum alloy plate with a thickness of 2 mm.
  • a 6022-T4 material is used as the 6000 series aluminum alloy plate.
  • AC4A material is inferior to 6022-T4 material in strength and yield strength. Also, the AC4A material has a lower elongation rate and Erichsen value than the 6022-T4 material. On the other hand, the AC4A material and the 6022-T4 material have the same critical drawing ratio LDR. This is due to the influence of the material structure (crystal grain, eutectic structure, etc.). The drawability of the two materials is the same due to the contribution of improved shrink flangeability (wrinkle suppression) due to the low strength of the AC4A scrap material. Therefore, if the strength of the AC4A material is equivalent to that of the 6022-T4 material, the formability of the AC4A material is inferior.
  • Example 2 Here, using test materials of AC4A material and 6022-T4 material of Example 1, molding tests by cold pressing and the above-described hot stamping method for automotive ECU cases are carried out. In the cold press, both test materials cracked 10 mm before the bottom dead center. The degree of cracking is greater in the AC4A material than in the 6022-T4 material. On the other hand, in the above hot stamping method (reaching temperature of 550 ° C., water-soluble lubricant application, water cooling mold, bottom dead center holding time of 2 seconds), cracks do not occur in both test materials, and the moldability is good. .
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of strength characteristics of a 4000 series aluminum alloy plate and a 6000 series aluminum alloy plate due to aging treatment.
  • the AC4A material and 6022-T4 material test material (JIS No. 5 test piece) of Example 1 are solution treated at 550 ° C., water cooled, and then naturally aged. Treatment (2 weeks, left at room temperature) or artificial aging treatment (long-term baking treatment, 170° C. for 8 hours) is performed. Tensile strength, yield strength, and elongation are measured for each test material.
  • a test material obtained by subjecting the AC4A material to artificial aging treatment has a high strength comparable to that of a steel plate (high tensile strength steel).
  • the test material obtained by subjecting the AC4A material to artificial aging treatment has higher strength than the test material obtained by subjecting the 6022-T4 material to artificial aging treatment.
  • the AC4A material is a 4000 series aluminum alloy and belongs to non-heat-treated alloys. It is said that non-heat-treated alloys basically do not exhibit precipitation hardening behavior. is obtained.
  • the test material obtained by subjecting the AC4A material to artificial aging treatment has a higher strength than the test material obtained by subjecting the 6022-T4 material used as a panel material for automobiles to artificial aging treatment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of strength characteristics of a 4000 series aluminum alloy plate after short-time baking.
  • the AC4A material test material JIS No. 5 test piece
  • Example 1 is subjected to solution treatment at 550 ° C., water cooling, and artificial aging treatment (short-time baking process).
  • Tensile strength, yield strength, and elongation are measured for test materials that have been subjected to artificial aging treatment.
  • the baking conditions for the short-time baking treatment are 180° C. for 20 minutes, 200° C. for 20 minutes, 220° C. for 20 minutes, 240° C. for 20 minutes, and 260° C. for 20 minutes.
  • a tensile strength of 320 MPa or more and a yield strength of 250 MPa or more are considered acceptable.
  • the tensile strength is 320 MPa or more.
  • the baking temperature is 180° C. and 260° C.
  • the tensile strength is less than 320 MPa.
  • the yield strength is 250 MPa or more.
  • the baking temperature is 180° C. and 260° C.
  • the yield strength is less than 250 MPa.
  • the baking temperature is preferably 190°C or higher and lower than 250°C.
  • the elongation rate is 8% or more under each condition, and an elongation rate of 8% or more is a sufficient value.
  • the tensile strength of the test material is 365 MPa under the baking conditions of 200° C. and 20 minutes for the short-time baking treatment.
  • the tensile strength of 365 MPa corresponds to 96% of the tensile strength of 380 MPa of the long-time baking treatment (8 hours at 170° C.) of the AC4A test material of Example 3.
  • an aluminum alloy plate of a 4000 series aluminum alloy is produced using a casting product of an aluminum alloy such as a 4000 series aluminum alloy as a raw material.
  • a slab is produced by melting and casting a scrap material of an aluminum alloy cast product.
  • degassing treatment and inclusion removal treatment are performed.
  • the cast slab is subjected to segregation removing treatment.
  • P or Na may be added in an amount less than 100 ppm. Addition of P or Na refines the cast structure of the aluminum alloy.
  • a homogenization heat treatment is performed at a temperature of 400° C. or more and less than 530° C.
  • the slab subjected to the homogenization heat treatment becomes a hot coil having a plate thickness of 2 mm or more and less than 8 mm by hot rolling.
  • the winding temperature is 300°C or higher and lower than 400°C.
  • roughening is performed at 300° C. or more and less than 400° C., and an aluminum alloy plate having a thickness of 1.5 mm or more and less than 5 mm is manufactured by cold rolling. Hot stamping is performed on the aluminum alloy plate 200 .
  • the aluminum alloy plate 200 is heated in a heating furnace to reach a temperature of 450°C or more and less than 560°C for a holding time of less than 10 minutes.
  • the mold 100 is a mold made of aluminum alloy, tool steel, high-speed steel, super steel, or the like.
  • the mold 100 is cooled by the coolant flowing through the cooling water channel 150 .
  • the mold 100 is cooled by mist spraying.
  • the heated aluminum alloy plate 200 is taken out from the heating furnace, set in the mold 100, and pressed. During press working, the aluminum alloy plate 200 is cooled to 100° C. or less at the bottom dead center of the die 100 .
  • the hot stamping method for the aluminum alloy plate of the present embodiment the formability of the aluminum alloy can be improved, a shape that has been difficult to form is possible, and the number of mold steps can be reduced.
  • the temperature of the mold 100 can be reduced to less than 100°C.
  • the aluminum alloy plate 200 to be processed can be cooled.
  • the strength of the aluminum alloy plate 200 can be increased (tensile strength of 320 MPa or more).
  • the aluminum alloy plate can be cooled to a predetermined temperature.
  • a molded article having excellent shape fixability and flatness can be produced.
  • Direct water cooling of the aluminum alloy plate after press working can be omitted by cooling with a cooling water channel and mist spraying. By not directly cooling with water, it is possible to suppress the decrease in press speed, the complication of the mold shape, and the complication of the working process. Thereby, the productivity and simplicity of the press working process can be improved.
  • the method of hot stamping an aluminum alloy plate according to the present embodiment can realize a pressed product of a 4000 series Al—Si alloy with a large amount of Si. According to the present embodiment, it is possible to manufacture a pressed product from a 4000 series aluminum alloy having a strength equivalent to that of a 6000 series aluminum alloy. According to the present embodiment, by producing an aluminum alloy plate using a cast product of a 4000 series aluminum alloy as a raw material and producing a pressed product, compared to the case of producing a pressed product using a new aluminum ingot, Energy consumption can be reduced. By reducing energy consumption, it is possible to reduce CO2 emissions.
  • Mold 110 Upper mold 111 Upper mold die set 112 Upper mold wrinkle holding part 113 Punch 120 Lower mold 121 Lower mold wrinkle holding part 122 Lower mold die set 130 Cooling channel 140 Thermocouple installation hole 150 Cooling channel 151 First part 152 Second Second part 153 Third part 160 Thermocouple installation hole 200 Aluminum alloy plate 310 Thermocouple 320 Thermocouple

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Abstract

重量比で、５％以上１１％未満のＳｉを含むアルミニウム合金を原料としたアルミニウム合金板を３５０℃以上５８０℃未満の温度で１０分以内の時間保持する加熱工程と、前記アルミニウム合金板を金型に供給してプレス加工し、当該プレス加工の下死点で前記アルミニウム合金板を１００℃以下に冷却するプレス加工工程とを含み、前記アルミニウム合金板の厚さは１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満である、アルミニウム合金板加工方法とする。

Description

アルミニウム合金板加工方法
　本発明は、アルミニウム合金板加工方法に関する。
　アルミ（アルミニウム合金）板材は、鋼板製品等の軽量化代替材として有効であり、例えば、自動車部品としても使用されている。アルミ板材のプレス品用途としては、フード、トランク、フェンダ、ドア等の外板製品がある。また、アルミ板材の車載用内部製品用途としては、放熱性のための、エンジン回りの熱交換器部材（ラジエータ等）、ヒートインシュレータ等がある。アルミ板材の内部製品用途としては、これら以外はあまり採用されていない。アルミ板材は、鋼板に比べて成形性が大幅に劣る他、同じ剛性を得るためには板厚をかなり厚くすることが求められる。
　また、アルミニウム合金の製品として、エンジン関係部品（アルミ鋳造品）および制御・機能集約用のケース類（アルミダイガスト品）が挙げられる。これらはアルミ溶湯を型に入れて成型するもので、複雑形状と一体成型を得意とする。使用されているアルミ合金は４０００系のＡｌ－Ｓｉ材であり、加工に用いられる展伸材（１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系）とは要求される材料特性が異なる。鋳造用アルミ合金では溶湯の流動性が重要であり、高Ｓｉ成分が特徴である。鋳物合金の代表例としてＡＣ４Ａが、ダイカスト合金としてＡＤＣ１２が挙げられる。鋳造技術は、大物、小物を問わず量産性に優れる。しかし、例えば、ダイガスト品（ＡＤＣ１２）では鋳造品であることに起因する課題（内部材料欠陥：引け巣等、寸法精度：切削加工必要）の他、アルミ合金中のＣｕ添加（強度確保）に伴う耐食性の劣化といった課題がある。
　一方、自動車業界では、電動車（ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ＥＶ（Electric Vehicle）等）、自動運転（各種センサ搭載）、安全性確保等の観点から、マルチマテリアル化による車両全体の軽量化がすすめられている。さらに、近年では、カーボンニュートラルの推進が求められ、材料自身の素性も重要となる。すなわち、材料として、製造に大量の電力を消費する新地金が使用されるのか、大量の電力を消費しないリサイクル品が使用されるのかが重要となる。車体重量の大半を占める鋼板においては、従来のプレス（冷間）技術に加えて、ホットスタンプ技術の採用が顕著になっている。ホットスタンプ技術は、特に搭乗者保護向けキャビン用構造部品（鋼板の超ハイテン材）に適用されつつある。しかしながら、アルミニウム合金板のホットスタンプ技術については展示会で試作品として認められるが、いずれも実用化をイメージされていない。
特開２００９－２４１１４０号公報 特開２０１８－０７３９８５号公報 特許５６８１６３１号公報 特開平９－７８２１０号公報 特開２００３－２７７８３７号公報 特開平８－６７９５３号公報
　近年の世界情勢で地球温暖化防止を目的に、カーボンフリー化が望まれている。自動車部品の多くは原料、材料および加工の段階で多くのエネルギーを必要とする。ＣＯ２排出量は発電の種類（火力、水力、原子力、太陽光・風力等）により変化するが、将来的（２０５０年以降）には再生可能エネルギーの使用が望ましく、カーボンフリー化には化石燃料からの転換が重要になる。とは言え、当面は原料（材料）に起因するＣＯ２削減に有効なリサイクル、リユースの推進、また製造工程では化石燃料の使用量低減、部品製造では加工および熱処理の時間短縮が求められる。
　日本国内のアルミ材料は、輸入されたアルミ新地金（７Ｖ地金：９９．７％Ａｌ）を多用して、顧客ニーズにマッチした材料（成分、強度等）を製作したものである。その中で、飲料用缶材およびダイカスト材ＡＤＣ１２は、上手くリサイクルされている製品である。その他の用途材も無駄なく再生されているものの、新地金の使用比率が高いため、ＣＯ２削減には更なる改善活動が求められる。
　ところで、近年のカーボンニュートラル（２０５０年目標）化におけるアルミ材料を鑑みると、アルミ新地金は、莫大なエネルギーで製造されるため、多くのＣＯ２を排出する。このため、アルミ新地金の使用を控えることが望ましい。アルミ製品のリサイクル或いはリユースの促進が非常に重要となる。アルミ製品の再利用は、新地金製造に対して約３％のエネルギーで済むので、省エネルギーには勿論、ＬＣＡ（Life-Cycle Assessment）および将来のカーボンニュートラル化に有効である。
　そのような中、自動車の電動化（特にＥＶ（Electric Vehicle）、ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle））は、２０３０年以降、急激に拡大することが予測される。一方、エンジン搭載車は激減していくことが予想される。エンジン搭載車のエンジン部品にはアルミ鋳物製が多く、エンジン搭載車の廃車から出てくるアルミ鋳物（アルミニウム合金の鋳物）の行き場所（用途、その加工法）は今後の課題である。特に、アルミ鋳物は、主に、Ｓｉ成分量の多い（例えば、重量比で５％以上）４０００系アルミニウム合金であり、展伸材（１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系アルミニウム合金）への転換が難しい。展伸材同士であれば、同種の展伸材（成分調整：スクラップ及び少量の新地金）に戻すことが容易にできる。鋳物材を展伸材に戻す場合には多量の新地金及び展伸材屑でＳｉ成分を薄める手法が考えられ、ＣＯ２削減効果は少ない。アルミ鋳物を、多量の新地金を用いることなく、展伸材として使用できることが望ましい。
　本発明は、Ｓｉを含むアルミニウム合金板材のホットスタンプ加工技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
　即ち、第１の態様は、
　重量比で、５％以上１１％未満のＳｉを含むアルミニウム合金を原料としたアルミニウム合金板を３５０℃以上５８０℃未満の温度で１０分以内の時間保持する加熱工程と、
　前記アルミニウム合金板を金型に供給してプレス加工し、当該プレス加工の下死点で前記アルミニウム合金板を１００℃以下に冷却するプレス加工工程とを含み、
　前記アルミニウム合金板の厚さは１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満である、
アルミニウム合金板加工方法である。
　本発明によれば、Ｓｉを含むアルミニウム合金板材のホットスタンプ加工技術を提供することができる。
図１は、プレス加工装置の金型の構成例を示す図である。 図２は、金型１００の下型ダイセット１２２に設けられる冷却用水路１５０、熱電対設置孔１６０の例を示す図である。 図３は、プレス加工装置の金型の構成例を示す図である。 図４は、アルミニウム合金板のホットスタンプ加工方法の動作フローの例を示す図である。 図５は、４０００系アルミニウム合金板と６０００系アルミニウム合金板の強度及び成形性を示す図である。 図６は、４０００系アルミニウム合金板と６０００系アルミニウム合金板との、時効処理による強度特性の例を示す図である。 図７は、４０００系アルミニウム合金板の、短時間ベーキング処理による強度特性の例を示す図である。
　以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、発明の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
　〔実施形態〕
　（構成例）
　図１は、プレス加工装置の金型の構成例を示す図である。金型１００は、上型１１０、下型１２０を含む。上型１１０は、上型ダイセット１１１、上型シワ押さえ部１１２、ポンチ１１３を含む。下型１２０は、下型シワ押さえ部１２１、下型ダイセット１２２を含む。ここで、図１は、金型１００を正面から見ている図である。図１の左から右への方向をｘ方向、紙面の表面から裏面への方向（金型１００の正面から裏面への帆方向）をｙ方向、下から上への方向（下型ダイセット１２２から上型ダイセット１１１への方向）をｚ方向とする。上型ダイセット１１１及び下型ダイセット１２２は、プレス成形装置に固定される。上型シワ押さえ部１１２、ポンチ１１３は、上型ダイセット１１１に固定される。ポンチ１１３は、加工対象のアルミニウム合金板２００を所定の形状に変形させる。ポンチ１１３の先端（下型１２０側）の形状は、例えば、錐形状、柱形状、または、任意の形状である。上型シワ押さえ部１１２、下型シワ押さえ部１２１は、加工対象のアルミニウム合金板２００のしわの発生の抑制をする。下型シワ押さえ部１２１は、下型ダイセットに固定される。下型１２０は、上型１１０に対向して配置される。下型シワ押さえ部１２１の上には、加工対象となるアルミニウム合金板（供試材）２００がセットされる。上型ダイセット１１１は、熱電対３１０を設置するための熱電対設置孔１４０を有する。また、下型ダイセット１２２は、冷却用冷媒を流す冷却用水路１５０、熱電対３２０を設置するための熱電対設置孔１６０を有する。冷却用水路１５０には、流入口及び流出口が設けられ、当該流入口から金型１００を冷却するための水などの冷媒が導入され、当該流出口から排出される。熱電対設置孔１４０、熱電対設置孔１６０には、熱電対３１０、熱電対３２０が設置され、金型１００の温度を測定する。金型１００の材料は、例えば、鋼材（工具鋼、ハイス鋼、超鋼など）である。ここでは、縮みフランジ変形を抑制するためのシワ押さえ制御機構を必要としない。金型１００の構成は、ここに記載されるものに限定されるものではない。
　上型１１０（または下型１２０）が、プレス加工装置の動作により上下方向に上死点と下死点との間を往復運動することで、上型１１０と下型１２０とが近づいたり遠ざかったりする。上型１１０と下型１２０とが近づいた際に、ポンチ１１３がアルミニウム合金板２００に押し当てられ、アルミニウム合金板２００が変形することによりプレス加工される。また、プレス加工装置は、水または水溶性潤滑剤をミスト状にして、金型１００の上型１１０および下型１２０に向けて噴霧する金型用スプレー噴霧器を備える。金型用スプレー噴霧器は、加工対象のアルミニウム合金板が金型１００にセットされる前に、上型１１０および下型１２０に、所定量のミスト状の水または水溶性潤滑剤を噴霧する。
　絞り加工（縮みフランジ変形）では、金型１００が、シワ押さえをスプリング等によりアルミニウム合金板２００に押しつける制御をするシワ押さえ制御機構を有することが一般的である。しかし、シワ押さえ制御機構を使用すると、プレス加工時にアルミニウム合金板２００とシワ押さえ制御機構とが接触してアルミニウム合金板２００の温度を低下させ成形性低下を招くことがある。ここでは、シワ押さえ制御機構は使用されない。即ち、下型１２０のシワ押さえ部１２１の接触部は極力低減し、ポンチ１１３の受け形状が下型１２０に存在する。
　金型１００の材料として、例えば、アルミニウム合金（例えば、５０００系、７０００系）、工具鋼（例えば、ＳＫＤ６１等）、ハイス鋼、または、超鋼などの鋼材が使用される。５０００系アルミニウム合金は、コスト面に優れる。７０００系アルミニウム合金は、強度面に優れる。金型１００の材料は、加工製品の要求特性等に応じて選択され得る。アルミニウム合金、工具鋼、ハイス鋼、超鋼の鋼材は、金型１００の表層部（加工表面）にのみ使用されてもよい。金型１００の表面は、研磨面のままでもよいが、アルミニウム合金板２００の凝着防止のために、高硬度のクロムメッキ、ニッケルメッキ等のメッキ加工を施し、金型１００の表面に低摩擦係数となる被膜を形成させることが望ましい。例えば、５－１０μｍの被膜厚の無電解ニッケルメッキとすることが望ましい。金型１００に対するメッキ加工の方法として、電解、無電解、溶射等の方法があるが、金型１００のサイズなどにより適宜、適切な方法が採用され得る。金型１００は、鋼材金型の一例である。工具鋼、ハイス鋼、超鋼などの鋼材は、アルミニウム合金と比べて、低熱伝導率であるが、加工容易であり、低コストである。
　また、プレス加工装置の近傍には、アルミニウム合金板用スプレー噴霧器が備えらえる。アルミニウム合金板用スプレー噴霧器は、プレス加工後のアルミニウム合金板（成型品）に、所定量のミスト状の水または水溶性潤滑剤を噴霧する。
　図２は、金型１００の下型ダイセット１２２に設けられる冷却用水路１５０、熱電対設置孔１６０の例を示す図である。下型ダイセット１２２は、直方体形状を有する。冷却用水路１５０は、第１部分１５１、第２部分１５２、第３部分１５３を有する。
　図２の例では、下型ダイセット１２２の右側の側面に、冷却用水路１５０の流入口および流出口、熱電対投入口が設けられる。冷却用水路１５０の第１部分１５１は、流入口からｘ方向に平行に伸びる円筒形の水路である。冷却用水路１５０の第２部分１５２は、第１部分１５１の流入口側の端とは反対側の端に接続され、ｙ方向に平行に伸びる円筒形の水路である。冷却用水路１５０の第３部分１５３は、第２部分１５２の第１部分１５１と接続する端とは反対側の端に接続され、ｘ方向に平行に流出口まで伸びる円筒形の水路である。冷却用水路１５０の流入口、流出口には、例えば、ホースやパイプなどが接続される。水などの冷媒が、冷却用水路１５０の流入口から導入され、第１部分１５１、第２部分１５２、第３部分１５３を通り、流出口から排出されることで、下型ダイセット１２２が冷却される。冷却用水路１５０の流入口、流出口には、例えば、ホースやパイプなどが接続される。下型ダイセット１２２が冷却されることで、下型シワ押さえ部１２１を含む下型１２０が冷却される。また、プレスの際に下型１２０と接触する上型１１０も冷却され得る。冷却用水路１５０の直径は、例えば、下型ダイセット１２２の厚さ（ｚ方向の長さ）が５０ｍｍであるとき、１０ｍｍである。
　熱電対設置孔１６０は、下型ダイセット１２２の右側の側面に設けられる熱電対挿入口から、ｘ方向に平行に伸びる円筒形の孔である。熱電対設置孔１６０は、下型ダイセット１２２の中央付近まで伸びる。熱電対設置孔１６０には、熱電対３２０が熱電対挿入口から挿入される。熱電対３２０の測温接点（温度を計測する部分）は、熱電対設置孔１６０内で、下型ダイセット１２２の中央付近に配置される。熱電対設置孔１６０に挿入された熱電対３２０により、金型１００の下型ダイセット１２２の温度を測定することができる。
　冷却用水路１５０、熱電対設置孔１６０の形状は、ここに記載したものに限定されるものではなく、金型１００などの形状等に合わせて適宜変更され得る。また、複数の冷却用水路が設けられてもよい。また、複数の熱電対設置孔が設けられ、複数の位置で温度が測定されてもよい。上型ダイセット１１１に設けられる熱電対設置孔１６０、熱電対３１０についても、下型ダイセット１２２に設けられる熱電対設置孔１６０、熱電対３２０と同様である。熱電対３１０、熱電対３２０の代わりに、サーミスタ、測温抵抗体、サーモカメラ等が使用されて、金型１００の温度が測定されてもよい。冷却用水路１５０に冷媒が流されることで、金型１００が冷却され、金型１００にセットされたアルミニウム合金板２００が冷却される。
　図３は、プレス加工装置の金型の構成例を示す図である。図３の金型１００では、上型ダイセット１１１に、下型ダイセット１２２の冷却用水路１５０と同様の冷却用水路１３０が設けられる。図３の金型１００の他の構成については、図１の金型１００と同様である。上型ダイセット１１１、及び、下型ダイセット１２２に、冷却用水路が設けられることで、金型１００をより適切に冷却することができる。冷却用水路１３０に流される冷媒の量は、冷却用水路１５０に流される冷媒の量と同様である。
　（アルミニウム合金板の製造方法）
　ここで、本実施形態のホットスタンプ加工方法において使用するアルミニウム合金板の製造方法について説明する。ここで使用するアルミニウム合金板は、例えば、４０００系アルミニウム合金による鋳物（鋳物製品）のスクラップ等を原料とする。アルミニウム合金による鋳物は、高温で溶かしたアルミニウム合金を、型の空洞部分に流し込み、冷やし固めたものである。
　４０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｓｉ系合金）は、アルミニウムに主にシリコン（Ｓｉ）を添加したアルミニウム合金である。ここで使用する４０００系アルミニウム合金は、例えば、重量比で、５％以上１１％未満のＳｉを含むアルミニウム合金である。５％未満のＳｉを含むアルミニウム合金は、Ｓｉ添加成分の固溶体強化に加え、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｓｉ系による析出硬化が少ない。１１％以上のＳｉを含むアルミニウム合金は、圧延性が低いため、耳割れ、圧延破断しやすい。よって、５％以上１１％未満のＳｉを含むアルミニウム合金は、アルミニウム合金板にした際の、圧延性、強度特性の面で好ましい。また、ここで使用する４０００系アルミニウム合金は、例えば、重量比で、５％以上１１％未満のＳｉ、０．６％未満のＭｎ、０．６％未満のＭｇ、２．０％未満のＣｕを含むアルミニウム合金であってもよい。また、ここで使用する４０００系アルミニウム合金は、例えば、重量比で、５％以上１１％未満のＳｉ、０．２％以上０．６％未満のＭｎ、０．２％以上０．６％未満のＭｇ、０．０５％以上２．０％未満のＣｕを含むアルミニウム合金であってもよい。Ｍｎ、Ｍｇは、アルミニウム合金の強度向上に寄与する。ＭｎまたはＭｇの量が０．２％未満では、強度向上の効果が小さい。ＭｎまたはＭｇの量が０．６％以上では、Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｍｇ系の化合物および巨大化合物の形成が促され、加工時の割れ発生が促進される。よって、０．２％以上０．６％未満のＭｎ、０．２％以上０．６％未満のＭｇが好ましい。Ｃｕは特に強度向上に有効な元素である。０．０５％未満のＣｕでは、強度向上の効果が少ない。２．０％以上のＣｕでは、耐食性の低下、割れ感受性の過剰な促進、成形後の遅れ破壊が招かれる。よって、０．０５％以上２．０％未満のＣｕが好ましい。４０００系アルミニウム合金は、これに限定されるものではない。各アルミニウム合金は、ここに示した元素以外の元素を含む場合がある。例えば、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｔｉ等が含まれ得る。Ｆｅ、Ｚｎ、Ｔｉ等は、成形性に悪影響しない範囲で許容される。例えば、Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ系巨大化合物形成による成形性低下防止のため、０．３％未満とする。Ｚｎは、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系析出物による析出硬化抑制し、応力腐食割れ防止のため、０．５％未満とする。Ｔｉは、巨大化合物形成の核低減のため、０．１０％未満とする。アルミニウム合金による鋳物のＪＩＳ成分規格には、用途に応じてＡＣ１ＢからＡＣ９Ｂまでが存在する。これらは、４０００系アルミニウム合金の例である。
　原料のアルミニウム合金（例えば、４０００系アルミニウム合金による鋳物製品）を溶解、鋳造して、スラブが生成される。この際、脱ガス処理、介在物除去処理が行われる。脱ガス処理は、アルミニウム合金を溶解した溶湯の中に含まれる水素ガス等を除去する処理である。介在物除去処理は、溶湯の中に含まれる酸化物、炭化物、窒化物等の介在物を除去する処理である。溶湯の中に介在物が含まれると、鋳造性の悪化などの問題が生じる。また、鋳造されたスラブに対して、偏析部除去処理が行われる。偏析部除去処理は、スラブから、鋳造の際に生じる不均質な偏析部を除去する処理である。また、鋳造の際、１００ｐｐｍ未満の量のＰまたはＮａが添加されてもよい。ＰまたはＮａが添加されることで、アルミニウム合金の鋳造組織が微細化される。
　次に、偏析部除去処理をされたスラブに対して、４００℃以上５３０℃未満の温度で均質化熱処理が行われる。均質化熱処理は、鋳造で得られたスラブにおける原子の不均一分布を解消する処理である。４００℃未満の均質化熱処理では、鋳造組織が残存し、熱間圧延時の耳（端）割れ、冷間圧延時の成形性低下を招く。５３０℃以上の均質化熱処理では、スラブ表面にバーニングが発生し、アルミニウム合金板表面に焼き付き等の表面欠陥が発生する。よって、均質化熱処理は、４００℃以上５３０℃未満の温度で行われることが好ましい。さらに、均質化熱処理が行われたスラブは、熱間圧延処理により、２ｍｍ以上８ｍｍ未満の板厚のホットコイルとなる。ホットコイルは、熱間圧延処理により生成されたアルミニウム合金板をコイル状に巻き取ったものである。この際、巻き取り温度は、３００℃以上４００℃未満とする。２ｍｍ未満の板厚は、巻き取り時に内外面での擦れが生じて疵（きず）発生の原因となる。８ｍｍ以上の板厚は、巻き緩みによる疵発生の原因となる。よって、ホットコイルの板厚は２ｍｍ以上８ｍｍ未満とすることが好ましい。なお、巻き取り温度３００℃未満では、再結晶が不十分である。巻き取り温度４００℃以上では、固溶強化が高くなり、変形抵抗力の変化がもたらされる。不適切な巻き取り温度は、変形抵抗力の変化を招き、疵発生の原因となる。よって、巻き取り温度は、３００℃以上４００℃未満とすることが好ましい。
　この後、３００℃以上４００℃未満の粗鈍が行われて、冷間圧延処理にて１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満の厚さのアルミニウム合金板が製造される。冷間圧延処理は、例えば、常温（例えば、０℃以上１５０℃未満）で行われる。冷間圧延処理は、熱間圧延処理よりも低い温度で行われる。粗鈍は、冷間圧延処理時の耳（端）割れ防止に繋がる。粗鈍は、アルミニウム合金板を軟質化する温度として３００℃以上４００℃未満で行われることが適正である。例えば、熱間圧延温度が３００℃を超えている場合には、粗鈍は、行われなくてもよい。冷間圧延処理の後、３３０℃以上４００℃未満の仕上げ焼鈍、歪矯正が行われてもよい。３３０℃以上４００℃未満の仕上げ焼鈍が行われることで、アルミニウム合金板の強度が安定し、残存応力が低減する。
　（動作例）
　図４は、アルミニウム合金板のホットスタンプ加工方法の動作フローの例を示す図である。アルミニウム合金板は、加工対象のアルミニウム合金の板である。アルミニウム合金板は、例えば、上記の方法により製造された４０００系アルミニウム合金板である。ここでは、アルミニウム合金板は、プレス加工のために適切な大きさの切板に加工されている。ここでは、プレス加工装置に金型１００がセットされ、金型１００の冷却用水路１５０には、冷媒が流されているとする。冷却用水路１５０には、３Ｌ（リットル）／分から１５Ｌ／分の量の冷媒としての水が供給されているとする。金型１００がアルミニウム合金である場合、例えば、３Ｌ／分－１０Ｌ／分の供給量が適正である。金型１００が工具鋼などの鋼材である場合、例えば、７Ｌ／分－１５Ｌ／分の供給量が適正である。プレス加工中において、冷媒により、金型１００の内部温度及び表面温度が、１００℃以下に維持される。金型１００の内部温度及び表面温度が、１００℃以下になるように、熱電対３１０、熱電対３２０で測定される金型１００の温度に応じて、冷却用水路１５０に供給される冷媒の量が調整されてもよい。１００℃を超えると、加工対象のアルミニウム合金板２００において、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃｕの固溶量が減少し、また、アルミニウム合金板２００の冷却時間が長くなり生産性の低下を招く。例えば、熱電対３１０、熱電対３２０で測定される温度が高いほど、冷却用水路１５０に供給される冷媒の量を多くする。ミスト噴霧により、金型１００が十分冷却される場合には、冷却用水路１５０による冷却が行われなくてもよい。
　Ｓ１０１では、電気ヒータ炉（電気炉）、誘導加熱炉、赤外線加熱炉などの加熱炉により、加工対象のアルミニウム合金板２００に対して、４５０℃以上５６０℃未満の到達温度で１０分未満の保持時間で加熱を行う。すなわち、加熱炉で、アルミニウム合金板２００に対して、アルミニウム合金板２００の温度を到達温度に上昇させた後、さらに、当該到達温度で１０分未満の保持時間、加熱を行う。加熱の際、アルミニウム合金板２００内の各位置の温度の温度差は、最大で４０℃以内になることが望ましい。また、加熱の際、５０℃／分以上の加熱速度であることが望ましい。加熱速度は、材料組織（結晶粒）に影響し、５０℃／分未満では、結晶粒成長による成形性の低下、加工表面の肌荒れを招くほか、生産性の低下につながる。一方、材料内の温度分布の幅が大きいと強度ばらつきが大きくなるので、アルミニウム合金板２００内の各位置の温度の温度差を４０℃以内にすることが望ましい。また、アルミニウム合金板の厚さは、例えば、１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満である。到達温度は、アルミニウム合金の種類によって変更され得る。
　到達温度は、４５０℃－５６０℃であることが好ましい。到達温度が４５０℃未満では、アルミニウム合金板の添加成分の固溶が不十分であり、高強度化が難しい。また、到達温度が５６０℃以上では、合金添加元素によってバーニング（表面溶解）が生じるため、好ましくない。到達温度での保持時間は６０分以上でもよいが、到達温度での保持時間が長いと生産性が大幅に低下するので、到達温度での保持時間は６０分未満が望ましい。特に、到達温度が５００℃－５６０℃である場合、保持時間はより短時間であることが好ましく、１０分以内であっても十分である。また、到達温度が５００℃－５６０℃である場合、成形性、強度の向上に貢献する。保持時間が短いほど、生産性の向上、省エネルギーに寄与する。また、アルミニウム合金板の厚さが薄い（例えば、３ｍｍ未満）場合、到達温度での保持時間は１分未満であっても問題なく、できるだけ短くすることが望ましい。アルミニウム合金板の厚さが１．５ｍｍ未満では、搬送時等に変形が生じやすいため好ましくない。また、アルミニウム合金板の厚さが５ｍｍ以上でも、当該加工は可能であるが、押出し型材など他の方法の方が使い勝手がよい。また、アルミニウム合金板の厚さが５ｍｍ以上では、プレス加工前の加熱やプレス加工後の冷却に時間を要し、生産性が低下する。よって、ここでのアルミニウム合金板２００の厚さは、１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満であることが好ましい。
　Ｓ１０２では、プレス加工機の金型用スプレー噴霧器は、金型１００の上型１１０および下型１２０に向けて、ミスト状の水または水溶性潤滑剤を噴霧する。金型用スプレー噴霧器は、上型１１０、下型１２０に対して、加工対象のアルミニウム合金板２００の面積１００ｃｍ２当たり１０ｍｇ以上の量のミスト状の水または水溶性潤滑剤を噴霧する。金型用スプレー噴霧器によるミスト状の水または水溶性潤滑剤の噴霧は、金型１００に加工対象のアルミニウム合金板２００がセットされる前に行われる。噴霧量が、加工対象のアルミニウム合金板２００の面積１００ｃｍ２当たり１０ｍｇ未満では、冷却能力および潤滑性能が不足し、金型１００へのアルミニウム合金板２００の凝着を招く。また、噴霧量が、加工対象のアルミニウム合金板２００の面積１００ｃｍ２当たり３０００ｍｇ以上では、十分に冷却されるものの、金型１００内に水または水溶性潤滑剤が過剰となる。金型１００内に水または水溶性潤滑剤が過剰となると、金型１００から液体（水または水溶性潤滑剤）を抜く水抜き作業が求められ、作業性悪化、品質低下を招く。また、過剰な量の噴霧は、アルミニウム合金板２００の温度むらによる強度ばらつきの原因となる。よって、噴霧量は、加工対象のアルミニウム合金板２００の面積１００ｃｍ２当たり１０ｍｇ以上３０００ｍｇ未満が好ましい。例えば、冷却された金型１００にて十分な冷却が得られる場合には、ミスト噴霧による冷却は、行われなくてもよい。金型用スプレー噴霧器によるミストの噴霧は、アルミニウム合金板２００の冷却に効果的である。噴霧量は、アルミニウム合金板２００の板厚が大きいほど、多くすることが好ましい。
　Ｓ１０３では、Ｓ１０１で加熱したアルミニウム合金板２００を、加熱炉から取り出して、速やかに（例えば、５秒以内に）、プレス加工装置の金型１００の下型シワ押さえ部１２１の上にセットする。アルミニウム合金板の加熱炉からの取り出し及び金型１００へのセットは、例えば、周知のロボット等により行われる。当該ロボットは、例えば、アルミニウム合金板２００を把持するアームを有し、所定時間加熱されたアルミニウム合金板２００を加熱炉から取り出し、金型１００に移動させる。また、当該ロボットは、プレス加工されたアルミニウム合金板２００を金型１００から取り出してもよい。
　Ｓ１０４では、プレス加工装置において、金型１００の上型１１０を下死点まで移動させて、ポンチ１１３及び上型シワ押さえ部１１２をアルミニウム合金板２００に接触させることで、アルミニウム合金板２００を所定の形状に変形加工（プレス加工）させる。ここで、アルミニウム合金板２００に加工した後の絞り加工の成形品の高さは、４０ｍｍ未満であることが好ましい。ここではシワ押さえ制御機構を使用しないため、成形品の高さが４０ｍｍ以上になると、フランジ部しわに伴う材料流入不足が生じる。ここで、縮みフランジ加工により得られる、成形品の高さとは、例えば、成形方向、すなわち、プレス加工における加工後のプレス方向での加工品の寸法をいう。よって、成形品の高さが４０ｍｍ以上では、成形品にくびれ等が顕在化し製品性能を満足しないことがある。
　Ｓ１０５では、金型１００の上型１１０を下死点で維持して、アルミニウム合金板２００を２００℃以下まで冷却する。例えば、上型１１０を下死点で１－５秒間維持すること（下死点保持時間１秒－５秒）で、アルミニウム合金板２００が１００℃以下まで冷却される。下死点保持時間が１秒未満では、アルミニウム合金板２００を１００℃以下まで冷却することは難しい。下死点保持時間が５秒超では、生産性が劣る。金型１００は、予め水冷などにより冷却されているため、金型１００の上型１１０と下型１２０との間に挟まれるアルミニウム合金板２００も冷却される。アルミニウム合金板２００の温度が１００℃超では、強度を高める添加元素が析出し高強度を確保できない、成形品の変形が生じ易いといった問題がある。また、アルミニウム合金板２００を１００℃以下まで冷却することで、アルミニウム合金板２００の到達温度と下死点での冷却温度との温度差（熱収縮率）を活用して、成形品の平坦度と金型１００からの離型性を向上させることができる。アルミニウム合金板２００の温度は金型１００に接触することによって低下し、温度差がアルミニウム合金板２００にテンション（張り）を与えて平坦度の向上に寄与する。下死点での温度は低いほどよい。一方、熱収縮はアルミニウム合金板２００がポンチ１１３側に張り付き、離型を困難にさせる。よって、アルミニウム合金板２００の到達温度を適正化してテンションを低減することが好ましい。また、アルミニウム合金板２００の熱収縮対策でも離型の難しい形状が存在する場合、例えば、金型１００の凸側であるポンチ１１３側に数度（例えば、１～３度）の逃げ角を付与すると共に、加工時の変形抵抗の低減化が有効である。変形抵抗は、焼き付きである。変形抵抗は、金型１００へのメッキ（例えば、ニッケルメッキ、クロムメッキ）加工、水溶性クーラント（潤滑剤）の塗布を適宜組合わせることで、低減される。潤滑剤として、周知の離型剤が使用され得る。金型１００へのメッキは、金型１００とアルミニウム合金板２００との間の摩擦係数を低減させることができる。金型１００への凸側逃げ角の付与、メッキ加工などにより、成形品の寸法精度（平坦度等）の向上を図ることができる。また、強制離脱方式により、成形品の寸法精度の向上を図ることができる。強制離脱方式は、機械的な方法（ノックアウトバー、ストリッパー等）で成形品（アルミニウム合金板２００）の一部に変形しない程度に力を与える（印加する）ことで、金型１００から成型品（アルミニウム合金板２００）を離脱する方法である。
　Ｓ１０６では、電気ヒータ炉（電気炉）、誘導加熱炉、赤外線加熱炉などの加熱炉により、アルミニウム合金板２００に対して、１９０℃以上２５０℃未満の到達温度で５分以上６０分以下の保持時間で加熱をする短時間ベーキング処理を行う。すなわち、加熱炉で、アルミニウム合金板２００に対して、アルミニウム合金板２００の温度を到達温度に上昇させた後、さらに、当該到達温度で５分以上６０分以下の保持時間、加熱を行う。１９０℃未満では、析出硬化が不十分であり、２５０℃以上では、析出物が大きくなり析出硬化が低減する。よって、短時間ベーキング処理は、１９０℃以上２５０℃未満が好ましい。また、短時間ベーキング処理の代わりに、長時間ベーキング処理が行われてもよい。長時間ベーキング処理は、電気ヒータ炉（電気炉）、誘導加熱炉、赤外線加熱炉などの加熱炉により、アルミニウム合金板２００に対して、例えば、１５０℃以上１８０℃未満の到達温度で５時間以上２０時間未満の保持時間（例えば、１７０℃、８時間）で加熱をする。長時間ベーキング処理の温度、時間は、確実に、所望の強度を得られる条件として決められればよく、ここに記載したものに限定されるものではない。短時間ベーキング処理、長時間ベーキング処理は、人工時効処理の例である。Ｓ１０６の処理は、上記のＳ１０１からＳ１０５のアルミニウム合金板２００に対する処理後の他の処理（トリミング、ピアス、リストライク等の冷間プレスなど）の後に行われてもよい。また、Ｓ１０６の処理は、上記のＳ１０１からＳ１０５のアルミニウム合金板２００に対する処理後、１００℃－２００℃で維持されるようにしてもよい。これにより、人工時効処理での高強度化が促進される。また、人工時効処理の代わりに、自然時効（室温（２５℃程度）に放置）が行われてもよい。
　（実施例１）
　図５は、４０００系アルミニウム合金板と６０００系アルミニウム合金板の強度及び成形性を示す図である。ここでは、４０００系アルミニウム合金板として、ＡＣ４Ａによる鋳造部品のスクラップ（Ａｌ－８．９％Ｓｉ－０．１％Ｃｕ－０．４％Ｍｎ－０．５％Ｍｇ）を、溶融鋳造し、４８０℃で均質化熱処理した後、熱間圧延処理、冷間圧延処理、３５０℃の仕上げ焼鈍を施して、２ｍｍ厚のアルミニウム合金板を生成する。また、６０００系アルミニウム合金板として、６０２２－Ｔ４材を使用する。ここでは、生成した２ｍｍ厚の４０００系アルミニウム合金板（ＡＣ４Ａ材）と、２ｍｍ厚の６０００系アルミニウム合金板（６０２２－Ｔ４材）とで、引張強度、耐力、伸び率、エリクセン値、限界絞り比ＬＤＲを比較する。
　ＡＣ４Ａ材は、６０２２－Ｔ４材に比べて、強度、耐力は劣る。また、ＡＣ４Ａ材は６０２２－Ｔ４材に比べて、伸び率、エリクセン値が低い。一方、ＡＣ４Ａ材と６０２２－Ｔ４材とでは、限界絞り比ＬＤＲは同等である。これは、材料組織（結晶粒、共晶組織等）の影響である。なお、ＡＣ４Ａ屑材の低強度による縮みフランジ性向上（シワ抑制）の寄与により、両者の絞り加工性は同等である。よって、ＡＣ４Ａ材の強度が６０２２－Ｔ４材の強度と同等であれば、ＡＣ４Ａ材の成形性は劣る。
　（実施例２）
　ここでは、実施例１のＡＣ４Ａ材、６０２２－Ｔ４材の試験材を用いて、自動車用ＥＣＵケースでの冷間プレス及び上記のホットスタンプ加工方法による成形試験を実施する。冷間プレスでは、両試験材とも下死点１０ｍｍ手前で割れを生じる。割れの程度は、６０２２－Ｔ４材よりもＡＣ４Ａ材の方が大きい。一方、上記のホットスタンプ加工方法（到達温度５５０℃、水溶性潤滑剤塗布、水冷金型、下死点保持時間２秒）では、両試験材とも割れが発生せず、成形性は良好である。
　（実施例３）
　図６は、４０００系アルミニウム合金板と６０００系アルミニウム合金板との、時効処理による強度特性の例を示す図である。ここでは、実施例１のＡＣ４Ａ材、６０２２－Ｔ４材の試験材（ＪＩＳ５号試験片）に対して、ホットスタンプ加工を想定して、５５０℃で溶体化処理、水冷をし、さらに、自然時効処理（２週間、室温で放置）または人工時効処理（長時間ベーキング処理、１７０℃で８時間）を行う。それぞれの試験材に対して、引張強度、耐力、伸び率を測定する。ＡＣ４Ａ材に対して人工時効処理を行った試験材では、鋼板（ハイテン）並みの高強度が得られる。ＡＣ４Ａ材に対して人工時効処理を行った試験材は、６０２２－Ｔ４材に対して人工時効処理を行った試験材と比べても、高強度である。ＡＣ４Ａ材は、４０００系アルミニウム合金であり、非熱処理合金に属する。非熱処理合金は、基本的に析出硬化挙動を示さないと言われているが、４０００系アルミニウム合金に対する上記のようなホットスタンプ加工（到達温度４５０℃以上の加熱、その後の急冷）により、高強度が得られる。特に、ＡＣ４Ａ材に対して人工時効処理を行った試験材では、自動車のパネル材として使用される６０２２－Ｔ４材に対して人工時効処理を行った試験材よりも強度の高いものが得られる。
　（実施例４）
　図７は、４０００系アルミニウム合金板の、短時間ベーキング処理による強度特性の例を示す図である。ここでは、実施例１のＡＣ４Ａ材の試験材（ＪＩＳ５号試験片）に対して、ホットスタンプ加工を想定して、５５０℃で溶体化処理、水冷をし、さらに、人工時効処理（短時間ベーキング処理）を行う。人工時効処理まで施した試験材に対して、引張強度、耐力、伸び率を測定する。短時間ベーキング処理のベーキング条件は、１８０℃で２０分、２００℃で２０分、２２０℃で２０分、２４０℃で２０分、２６０℃で２０分とする。ここでは、引張強度３２０ＭＰａ以上、かつ、耐力２５０ＭＰａ以上を合格とする。ベーキング温度が、２００℃、２２０℃、２４０℃である場合、引張強度が３２０ＭＰａ以上となっている。また、ベーキング温度が、１８０℃、２６０℃である場合、引張強度が３２０ＭＰａ未満となっている。また、ベーキング温度が、２００℃、２２０℃、２４０℃である場合、耐力が２５０ＭＰａ以上となっている。また、ベーキング温度が、１８０℃、２６０℃である場合、耐力が２５０ＭＰａ未満となっている。よって、ベーキング時間が２０分である場合、ベーキング温度は１９０℃以上２５０℃未満であることが望ましい。また、各条件において伸び率は８％以上となっており、８％以上の伸び率は十分な値である。短時間ベーキング処理のベーキング条件２００℃、２０分で、試験材の引張強度は３６５ＭＰａとなる。引張強度３６５ＭＰａは、実施例３のＡＣ４Ａの試験材の長時間ベーキング処理（１７０℃で８時間）の引張強度３８０ＭＰａの９６％に相当する。このように短時間ベーキング処理を行うことで、長時間ベーキング処理で得られる強度と同等の強度のアルミニウム合金板を得ることができる。短時間ベーキング処理を行うことで、長時間ベーキング処理よりも省エネルギーで、長時間ベーキング処理と同等のアルミニウム合金板を得ることができる。
　（実施形態の作用、効果）
　本実施形態では、４０００系アルミニウム合金などのアルミニウム合金の鋳造製品を原料として、４０００系アルミニウム合金のアルミニウム合金板を生成する。このとき、例えば、アルミニウム合金の鋳造製品のスクラップ材を溶解、鋳造して、スラブが生成される。この際、脱ガス処理、介在物除去処理が行われる。さらに、鋳造されたスラブに対して、偏析部除去処理が行われる。また、鋳造の際、１００ｐｐｍ未満の量のＰまたはＮａが添加されてもよい。ＰまたはＮａが添加されることで、アルミニウム合金の鋳造組織が微細化される。次に、偏析部除去処理をされたスラブに対して、４００℃以上５３０℃未満の温度で均質化熱処理が行われる。さらに、均質化熱処理が行われたスラブは、熱間圧延処理により、２ｍｍ以上８ｍｍ未満の板厚のホットコイルとなる。この際、巻き取り温度は、３００℃以上４００℃未満とする。さらに、３００℃以上４００℃未満の粗鈍が行われて、冷間圧延処理にて１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満の厚さのアルミニウム合金板が製造される。当該アルミニウム合金板２００に対して、ホットスタンプ加工が行われる。
　本実施形態のアルミニウム合金板に対するホットスタンプ加工方法は、アルミニウム合金板２００を、４５０℃以上５６０℃未満の到達温度で１０分未満の保持時間、加熱炉で加熱する。金型１００は、アルミニウム合金、工具鋼、ハイス鋼、超鋼などによる金型である。金型１００は、冷却用水路１５０に流される冷媒により冷却される。また、金型１００は、ミスト噴霧により、冷却される。加熱されたアルミニウム合金板２００は、加熱炉から取り出されて、金型１００にセットされ、プレス加工される。プレス加工の際、アルミニウム合金板２００は、金型１００の下死点で１００℃以下に冷却される。これにより、強度に寄与するＳｉ、Ｍｇ、Ｃｕを固溶させることができる。本実施形態のアルミニウム合金板に対するホットスタンプ加工方法によれば、アルミニウム合金の成形性を向上させ、これまで困難であった形状を可能とし、金型の工程数を減少させることができる。金型１００を冷却することで、金型１００の温度を１００℃未満にすることができる。金型１００を冷却することで、加工対象のアルミニウム合金板２００を冷却することができる。プレス加工後のアルミニウム合金板２００に、短時間ベーキング処理をすることで、アルミニウム合金板２００を高強度化（引張強度３２０ＭＰａ以上）することができる。金型１００への冷媒の導入、ミスト噴霧をすることで、アルミニウム合金板を所定の温度まで冷却することができる。また、アルミニウム合金板２００を１００℃以下に冷却することで、形状凍結性、平坦度に優れた成形品を生成することができる。冷却用水路による冷却、ミスト噴霧により、プレス加工後のアルミニウム合金板の直接水冷を省略することができる。直接水冷を行わないことで、プレス速度の低下、金型形状の複雑化、加工工程の複雑化を抑制できる。これにより、プレス加工工程の生産性、簡易性を向上させることができる。
　本実施形態のアルミニウム合金板に対するホットスタンプ加工方法は、Ｓｉ成分量の多い４０００系のＡｌ－Ｓｉ合金のプレス加工品を実現させることができる。本実施形態によれば、４０００系アルミニウム合金で、６０００系アルミニウム合金と同等の強度を有するプレス加工品を製造することができる。本実施形態によれば、４０００系アルミニウム合金による鋳造製品を原料としてアルミニウム合金板を生成しプレス加工品を製造することで、アルミニウム新地金を使用してプレス加工品を製造する場合に比べて、消費エネルギーの削減することができる。消費エネルギーの削減により、ＣＯ２排出量削減を実現することができる。
　以上の各実施形態は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。
１００　　金型
１１０　　　上型
１１１　　　　上型ダイセット
１１２　　　　上型シワ押さえ部
１１３　　　　ポンチ
１２０　　　下型
１２１　　　　下型シワ押さえ部
１２２　　　　下型ダイセット
１３０　　　冷却用水路
１４０　　　熱電対設置孔
１５０　　　冷却用水路
１５１　　　　第１部分
１５２　　　　第２部分
１５３　　　　第３部分
１６０　　　熱電対設置孔
２００　　アルミニウム合金板
３１０　　熱電対
３２０　　熱電対

Claims (10)

  1. 　重量比で、５％以上１１％未満のＳｉを含むアルミニウム合金を原料としたアルミニウム合金板を３５０℃以上５８０℃未満の温度で１０分以内の時間保持する加熱工程と、
    　前記アルミニウム合金板を金型に供給してプレス加工し、当該プレス加工の下死点で前記アルミニウム合金板を１００℃以下に冷却するプレス加工工程とを含み、
    　前記アルミニウム合金板の厚さは１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満である、
    アルミニウム合金板加工方法。
  2. 　アルミニウム合金による鋳物を原料としたアルミニウム合金板を３５０℃以上５８０℃未満の温度で１０分以内の時間保持する加熱工程と、
    　前記アルミニウム合金板を金型に供給してプレス加工し、当該プレス加工の下死点で前記アルミニウム合金板を１００℃以下に冷却するプレス加工工程とを含み、
    　前記アルミニウム合金板の厚さは１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満である、
    アルミニウム合金板加工方法。
  3. 　前記アルミニウム合金板は、重量比で、５％以上１１％未満のＳｉ、０．２％以上０．６％未満のＭｇ、０．０１％以上２．０％未満のＣｕを含む、
    請求項１または２に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  4. 　前記アルミニウム合金板は、１００ｐｐｍ未満のＰ、または、１００ｐｐｍ未満のＮａを添加されている、
    請求項３に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  5. 　前記アルミニウム合金板は、前記アルミニウム合金を、溶解、鋳造し、４００℃以上５３０℃未満の温度で均質化熱処理、３００℃以上４００℃未満の温度で２ｍｍ以上８ｍｍ未満の厚さにする熱間圧延処理、１．５ｍｍ以上５ｍｍ未満の厚さにする冷間圧延処理を行うことにより製造される、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  6. 　前記金型に、前記アルミニウム合金板の面積１００ｃｍ２当たり１０ｍｇ以上３０００ｍｇ未満の量でミスト状の水または水溶性潤滑剤を噴霧する噴霧工程を含み、
    　前記プレス加工工程における下死点保持時間は１秒以上５秒未満である、
    請求項１から５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  7. 　前記プレス加工工程後、前記アルミニウム合金板を１９０℃以上２５０℃未満の温度で５分以上６０分以内の時間保持するベーキング工程を含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  8. 　前記プレス加工工程後、前記アルミニウム合金板を１５０℃以上１８０℃未満の温度で５時間以上２０時間以内の時間保持するベーキング工程を含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  9. 　前記金型は、凸側に逃げ角の付与、または、メッキ加工が施される、
    請求項１から８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板加工方法。
  10. 　前記プレス加工工程後、前記アルミニウム合金板の一部に力を印加して、前記金型から前記アルミニウム合金板を離脱させる離脱工程を含む、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板加工方法。
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