JP4216617B2

JP4216617B2 - アルミニウム合金差厚ブランク材の製造方法

Info

Publication number: JP4216617B2
Application number: JP2003047224A
Authority: JP
Inventors: 松本克也; 村松俊樹
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004255400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば自動車ボディーの製造などに用いられるアルミニウム合金差厚ブランク材の製造方法に関するもので、特に生産性の高い差厚ブランク材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軽量化を目的として鉄系合金からアルミニウム系合金への材料置換がなされる分野は多く、自動車ボディーもそのうちの一つとして挙げられる。
通常は均一板厚の板材のプレス加工及び各パーツの接合により自動車ボディーが製造されるが、軽量化、低コスト化などを可能とする技術として部位によって板厚の異なる差厚ブランク材（テーラードブランク材とも呼ばれる）を使用して、それをプレス成形によって特定の部材形状に加工するボディーの製造法がある。
このような差厚ブランク材を用いれば、高い強度が要求される部分のみに高強度材又は厚板を使用することにより、補強材を別途使用しなくても必要な強度及び剛性を確保することが可能になる。更に、肉厚配分を容易に最適化することができるので、必要な強度及び剛性を確保しつつ最も軽量な部材を得ることができるようにもなる。
このような差厚ブランク材の製造方法としては、複数の鋼板の端面を突合せて溶接で接合することにより１枚の鋼板を製造する技術が開示されている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１８０４７０号公報
【特許文献２】
特開２００１ −１２２１５４号公報
【特許文献３】
特開２００２ −２２４８５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
差厚ブランク材を使った自動車ボディーの製造技術は鉄系材料では既に実用段階にあるが、アルミニウム系材料では活発な開発検討がなされるも適用には至っていない。これは、差厚ブランク材は一般に板厚の異なる複数部材の突合せ接合により製造されるが、アルミニウム合金では鉄系合金に比べて溶接性が劣ることが大きな障害となっているためである。
すなわちレーザー溶接、アーク溶接などの溶融溶接では、高温割れやポロシティを発生しやすい、熱影響部での軟化が不可避であるなど材料固有または接合法固有の問題がある。また、たとえばレーザー溶接の場合には突合せ面のギャップ裕度が小さく管理が難しいなど施工上の問題もある。こうした所に、安定した接合強度、成形性を得ることに対する難しさがあり、アルミニウム合金では実用化レベルに達していないといえる。
また突合せ接合により製造された差厚ブランク材では例えば溶融溶接でアンダーカット欠陥を作ってしまうと、ブランク材は作成できるもプレス加工時には同箇所への応力集中により成形性は極端に低下し破断に至るという問題もある。
以上のような溶融溶接での難点を解決すべく、摩擦攪拌接合法による差厚ブランク材の製造も考えられている（例えば特許文献３）。摩擦攪拌接合法は接合中の加熱による母材の最高到達温度が融点の８割程度の固相接合である為、高温割れやポロシティ欠陥の発生など溶融溶接固有の問題がなく、また機械的特性にも優れる。
しかし一方で、同接合法固有の問題として継手形状の設計に裕度が与え難いことが挙げられる。また摩擦攪拌接合法では、接合面に対するショルダーの押え付けによりメタルの排出を抑えなくてはならず、継手を滑らかな形状に仕上げるには工夫が必要であり、実質上、継手形状には設計限界がある。さらに普及し始めてから歴史が浅い接合法である為、所謂キッシングボンド欠陥の問題の様な技術的に不明な点も残している。
加えて、溶融溶接にせよ固相接合にせよ、複数部材の突合せ接合による製造方法では、部材数の増加に伴い接合工数が増加することになり、生産性の低下を免れない。
本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、安定した成形性、強度を有し、かつ生産性の高いアルミニウム合金差厚ブランク材を提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的に対してなされたもので、肉厚ｔ_１、ｔ_２（ｔ_１＜ｔ_２とする）からなる肉厚変化部において、ｔ_１〜ｔ_２への肉厚勾配を有する肉厚遷移領域の幅を１．５×ｔ_１以上とした肉厚変化部の押出断面形状を持ち、横断面において屈曲させた状態で押出成形した押出形材を幅方向に展開加工することを特徴とする成形性及び強度の安定性に優れ、製造生産性の高いアルミニウム合金差厚ブランク材の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるアルミニウム合金は、押出加工、展開加工が可能なアルミニウム合金であればよく、例えば自動車ボディーへの適用を考えた場合には６０００系合金が好適に使用される。
【０００７】
・肉厚変化部の押出断面形状：
肉厚変化部の押出断面形状は、押出性が確保できる範囲内で任意の形状に設計できるが、極端な肉厚変化を避けた滑らかな肉厚勾配断面とすることが重要である。
まず、図１に示すように肉厚ｔ_１、ｔ_２（ｔ_１＜ｔ_２とする）からなる肉厚変化部において、ｔ_１〜ｔ_２への肉厚勾配を有する肉厚遷移領域の幅を１．５×ｔ_１以上に規定した理由について説明する。
この値が１．５×ｔ_１未満では成形時にｔ_１〜ｔ_２への肉厚遷移領域のｔ_１側止端部において応力集中を招き局部歪を生じる為、同箇所において破断に至る危険性がある。これに対し１．５×ｔ_１以上とすることにより、得られたブランク材をプレス成形する際に肉厚変化部への応力集中がなく、良好な成形性が得られる。更に、肉厚変化部の押出断面形状の設計は表面性状の観点からも重要で、上記範囲から外れて極端な肉厚変化を有する形材を押出した際には、ダイラインが顕著に見られ表面性状を劣化させる事からも好ましくない。なお、展開加工による板厚変化はほとんど無いか肉厚遷移領域が伸びる方向であり、押出断面形状での肉厚遷移領域の幅を規定してあれば、展開後も上記の条件を満たす。
また、肉厚変化部の角部には（ｔ_２−ｔ_１）以上の曲げＲをつけるのが好ましい。この曲げＲをつけることにより、さらに肉厚変化部への応力集中を軽減することができる。
【０００８】
・押出形材の横断面の屈曲形状：
自動車ボディーへの適用の場合など数百ｍｍオーダーの広幅材が必要とされる部位は多いが、通常の押出法では以下に示す各種問題から広幅化には限界がある。
即ち、ビレットの大径化による広幅化では、
１）大容量の押出プレスが必要となる、
２）大型のダイスは製作費が高価である上に寿命が短かい、
３）薄肉材の作成が困難になる、
などの問題が伴う。スプレッダーダイスによるビレット径の大径化技術もあるが、これにも広幅化限界がある。
これに対し、本発明では横断面において屈曲させた状態で押出成形した後、この押出形材を幅方向に展開加工する方法であるため、容易に長尺な広幅材を得ることができる。この得られた長尺広幅材はそのままでも、あるいは必要なサイズに切断しても良い。
なお、本発明における横断面の屈曲形状は、得られた押出形材の展開加工が可能な範囲内で任意の形状に設計できるが、例えばらせん形状、コーナー部を円弧状として丸みを持たせたＵ字形状、Ｖ字形状、多角形状などの屈曲形状が好適に使用できる。
【０００９】
・展開方法：
屈曲形状で押し出して得られた押出形材の展開加工方法としては、真空吸着や掴み治具により引張って展開する方法、ロールフォーミングにより展開する方法などが適用できる。
なお、展開加工により屈曲部近傍に局部的な残留歪を発生した差厚ブランク材ではプレス成形挙動の予測や管理が面倒になることから、展開加工は押出形材の強度がなるべく低い状態で行うのが好ましい。例えば６０００系合金では押出後の室温放置によりＭｇ_２Ｓｉを析出し強度が向上することから、押出加工後の室温放置は極力抑えて、押出し後すみやかに展開加工することが望ましい。
【００１０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を紹介する。
ＪＩＳ６０６３合金ビレット（２００ｍｍφ）を鋳造後、均質化処理（５１０℃−６ｈ）を施した後、ダイス、コンテナーなどを４６０℃に予熱して２．５ｍ／ｍｉｎの速度で押出し、得られた押出形材をロールフォーミングにより展開加工を行い差厚ブランク材を得た。展開加工前後の押出形材の断面形状を図１及び図２に示す。
また比較例として、実施例１と同一条件にて作製した差厚ブランク材の展開加工前後の押出形材断面形状を図３及び図４に示す。
肉厚は実施例１、比較例１に共通してｔ_１＝２ｍｍ、ｔ_２＝３ｍｍとしたが、実施例１ではｔ_１〜ｔ_２への肉厚遷移領域の幅を４ｍｍ（≧１．５×２ｍｍ（ｔ_１））とし、更に角部には２ｍｍの曲げＲをつけている。これに対し比較例１では肉厚遷移領域の幅を０ｍｍの階段状とし、角部も曲げＲをつけず直角に仕上げている。
得られた差厚ブランク材から、長手方向に対し一定間隔（０．５ｍ）で８点（０ｍから３．５ｍ）、長手方向に対して垂直方向にＪＩＳ５号引張試験片を切出し室温引張試験を行い、破断位置を調べた。尚、引張試験片は、肉厚変化部が平行部中心に位置するように切出した。
試験の結果、実施例１では破断位置は全て薄肉側の肉厚一定の箇所で起こっており、肉厚変化部やその端部での破断は見られなかった。これに対し、比較例１では全て肉厚変化部端部の段差部分、薄肉側エッジ部において破断し、伸びは実施例１の２／３程度であった。
また得られた差厚ブランク材を実際に金型にセットしプレス成形を施した。その結果、実施例１では破断すること無く成形が可能であったのに対して、比較例１では引張試験の結果と同様に肉厚段差部分の薄肉側エッジ部において破断を生じ、成形できなかった。
以上の結果から、本発明により製造したアルミニウム合金差厚ブランク材では、応力集中が無く、破断に対する強度が高く、実際のプレス成形に耐えることが確認できた。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば肉厚遷移領域の幅を１．５×ｔ_１以上に規定することによって、得られたブランク材をプレス成形する際に、肉厚変化部、特にその薄肉側止端部への応力集中がなく、従って同箇所に局部歪が生じて破断に至る危険性が無く、良好な成形性の差厚ブランク材が得られる。
さらに横断面において屈曲させた状態で押出成形した押出形材を幅方向に展開加工することにより、広幅で長尺の素材を容易に製造できることから製造生産性の高いアルミニウム合金差厚ブランク材の製造方法となっている。
特に本発明は、多段からなる肉厚形状（即ち、展開した時には多数の板厚差）を有する差厚ブランク材の作成において有効性が発揮できる。即ち、複数部材の突合せ接合による製造方法では部材数の増加に伴い接合工数が増加するのに対し、本発明法によれば一回の押出工程で多段肉厚形状を得ることが可能で、製造生産性の大幅な向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の展開加工前の押出形材の断面形状を示す略解図である。
【図２】実施例１の展開加工後の押出形材の断面形状を示す略解図である。
【図３】比較例１の展開加工前の押出形材の断面形状を示す略解図である。
【図４】比較例１の展開加工後の押出形材の断面形状を示す略解図である。
【符号の説明】
ｔ１薄肉部の板厚
ｔ２厚肉部の板厚

Claims

肉厚ｔ_１、ｔ_２（ｔ_１＜ｔ_２とする）からなる肉厚変化部において、ｔ_１〜ｔ_２への肉厚勾配を有する肉厚遷移領域の幅を１．５×ｔ_１以上とした肉厚変化部の押出断面形状を持ち、横断面において屈曲させた状態で押出成形した押出形材を幅方向に展開加工することを特徴とする成形性及び強度の安定性に優れ、製造生産性の高いアルミニウム合金差厚ブランク材の製造方法。