JP4532709B2

JP4532709B2 - 深絞り成形性に優れたテーラードブランク材及びその製造方法

Info

Publication number: JP4532709B2
Application number: JP2000290879A
Authority: JP
Inventors: 浩二橋本; 幸久栗山; 康信宮崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002102946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常のプレス成形では成形できないような難成形部品で、かつ高強度材の適用が求められる部品に成形することができる素材ブランクである良成形性テーラードブランク材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の構造部材などでは、車体構成部品としての剛性や衝突対策にともなう吸収エネルギー量の確保、または軽量化のためにより高強度の高張力鋼板を適用する気運が盛んである。しかし、実際の自動車部品などは、完成部品形状を与えるためにプレス成形を行う必要がある。一般に高強度材は延性が劣る上に深絞り性に効果があるｒ値なども軟鋼板と比べて低く、高張力鋼板の適用が望ましい部品でもプレス成形時に割れるなどの不良が発生するために、鋼板強度や適用部位に限界があった。
【０００３】
このような成形特性の高強度材を難成形部品に供するためには、深絞り成形時の縦壁耐力を上げるか、絞りフランジ部の縮みフランジ変形抵抗力を下げるか、プレス工具との接触摩擦抵抗力を下げる必要がある。縦壁部耐力の向上のみならず部品強度を上げるためには、素材ブランクの段階から部品を構成する部位の強度を高く設定しておく必要がある。従って、素材ブランクでの深絞り性を高めるにはフランジの変形抵抗を下げるか、工具との摩擦力を下げる必要がある。
【０００４】
フランジ部の変形抵抗を下げるにはしわ抑え部分に熱を加え、変形抵抗を下げる方法や流体潤滑条件で摩擦力を低減する対向液圧成形法があるが、このような手法は新規設備の投資が必要となり、かつ生産性が劣る。より単純にフランジ変形抵抗力を下げる方法として、単純形状部品の場合には、立体形の稜線部分にスリットを入れたブランクで成形し、成形後に稜線部分を溶接して立体形状を形成する方法(山口ら；第50回塑性加工連合講演会(1999)P355)、または成形品に影響しない範囲内でブランクの縮み変形部位にカットや切り込みを入れる方法がある。しかし、これら方法では後工程に時間とコストがかかるか、またはフランジ部に十分なしわ抑え力がかからずに成形品にしわを生じやすい。
【０００５】
また、高強度鋼板の適用を促す別なアプローチとして、異材質・異板厚のいくつかの切り板をレーザー溶接、もしくはマッシュシーム溶接により締結したテーラードブランク材の適用が盛んである。例えば、Thyssen-Krupp-Hesch社(独)のテーラードブランク材のカタログには、ショックタワーハウジングのポンチ底及びポンチ肩部周辺までを円形状に高張力鋼板とし、縦壁部からフランジ先端に掛けて軟質鋼板としたテーラードブランク材の応用例が示されている。これは、絞り成形時の縦壁部耐力の向上と部品強度の向上を狙ったものである。しかし、従来のテーラードブランクは、上記例のように難成形部位に関しては軟鋼板を当て、剛性や強度の必要な部位にのみ高強度鋼板を配するもので、部品全体を高強度鋼板に置き換えたい場合には適用されていなかった。
【０００６】
一方、ポンチ縦壁部に相当する部位に、あらかじめレーザー照射や高周波焼き入れ(または中周波焼入れ)を施して破断耐力を向上させる技術も開発されているが(例えばK.Tamada et al, 19th IDDRG(1996)P47または玉田ら；自動車技術会1995年度春季大会講演会など)、焼入れ部分に縮みやゆがみを生じたり、レーザー照射で必要強度を得るには何回もレーザー照射が必要であるなどの問題がある。
また、近年では対向液圧成形などが考案されているが、対向液圧成形を行う場合には特殊なプレス装置が必要となり初期投資が嵩む。
【０００７】
従って、特殊な成形装置や後工程を必要とせず、かつ難成形部品形状でありながら完成部品全体に高強度材を適用できる素材ブランクの提供が望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高強度材の難成形部品への適用にあたり、部品としての強度特性を十分満足し、特殊プレス機などの新規設備投資が必要でなく、かつ、後工程にアッセンブリ行程以外の溶接行程もいらず、しわなどの成形不良もなく形状も確保できる、深絞り成形性に優れたテーラードブランク材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、冷延鋼板や熱延鋼板の高張力鋼板、またはこれらの表面処理鋼板やステンレス鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、チタン板などの難成形素材に、成形後に除去される絞りフランジ部に必要最小限度の良成形性板を溶接接合することを特徴とする深絞り性の優れたプレス成形用テーラードブランク材及びその製造方法である。
なお、本発明において、絞りフランジ部とは製品となる部分以外で、成形時にしわ抑え力を付与する部分と定義する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般に、円筒深絞り成形での成形荷重は
「縮みフランジ変形抵抗力」＋「曲げ曲げ戻し抵抗力」＋「摩擦力」
の３者の和で表され、ポンチ肩部の材料の破断強度以下であれば成形可能となる。
そこで、縮みフランジ部分の材料を良成形鋼板にしたテーラードブランク材を成形すれば、「縮みフランジ変形抵抗力」が低減することによってポンチ肩破断を防ぐことが可能である。
【００１１】
難成形素材に良好な成形性を与えるためには、「縮みフランジ変形抵抗力」を十分に低減させるために難成形素材の引張強度(=TS)×板厚に対し、少なくとも 15%以上引張強度(=TS)×板厚が低い板か、または少なくとも5％以上延性の優れた板をフランジ部に適用する必要がある。
【００１２】
良成形性鋼板の引張強度(TS)×板厚が難成形素材のそれより15％未満小さい場合には縮みフランジ変形抵抗力の低減効果が小さく、成形性の向上にまでは至らなくなり、また、良成形性素材の延性が難成形素材のそれより５％以上高い場合には一般的にフランジの変形抵抗力も低減する傾向があるため、成形性向上効果が現れるので、上記の範囲に限定する。
【００１３】
また、良成形性鋼板の縮みフランジに占める面積割合としては、成形後除去する部分の少なくとも20％以上100％以下の範囲とすることが好ましく、絞りフランジ部の一部、もしくは外周全周に渡り１種類以上（すなわち１枚以上）溶接接合したテーラードブランク材が深絞り成形性に優れたテーラードブランク材となりうる。良成形性鋼板の縮みフランジに占める面積割合が20％未満では、縮みフランジ変形抵抗力の低減が加工性向上に寄与するに十分とはならないため、20％以上とすることが好ましい。一方、良成形性鋼板の縮みフランジに占める面積割合の上限は特に定めることはなく本発明の効果を得ることができるので、100％であっても構わない。
【００１４】
この時、素材ブランクの接合方法はレーザー溶接、マッシュシーム溶接、電子ビーム溶接、高周波誘導溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接、TIG溶接のいづれかで、溶接ビードが板厚増加を伴う場合には母材厚と同等になるように調整する必要がある。また、硬化した溶接ビード部分の軟化後熱処理やノルマライズを施すことはより良好な成形性を得るために望ましい。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の深絞り成形性に優れたテーラードブランク材を、さらに詳しく説明する。
【００１６】
表１に、深絞り成形試験に用いた試験片の機械的特性を示す。成形試験には直径100mmでポンチ肩Ｒ5mm、ダイス直径105mmでダイス肩Ｒ5mmの円筒深絞り工具を用いた。潤滑は一般的な防錆油として出光興産製Ｚ３を用いた。成形性の指針としてＴＺＰ試験(例えば、日刊工業社刊プレス成形難易ハンドブック第２版ページ465など)を行った。ちなみに、成形荷重50kNで破断荷重が70kNとした場合のＴＺＰ値は(70‐50)×100/70=28.6%となる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
本発明の深絞り成形性に優れたテーラードブランク材は、フランジ部の変形抵抗を下げるために、図１に示すように円筒工具底部に当たる部位、即ち直径140mmの中心部分に高張力鋼板を当て、外周部には表１の１の低強度鋼板(SPCEN)を配し、5kWCO₂レーザーで溶接接合して円形の異材質テーラードブランク材を作成した。このようにして作成した250mm×250mmのブランクを直径190mmから直径220mmまでの同心円状ブランクとして切断してプレス成形に用いた。なお、今回はレーザー溶接したままの試験片を用いたが、レーザー溶接や電子ビーム溶接などで高強度鋼板と他材料を接合する場合、冷却速度が早いために接合部強度が上昇してしまう事が知られている。図１の適用例のように溶接線を円周方向に設置する場合、溶接部強度の上昇は縮みフランジ変形の変形抵抗力を増すことになるので、溶接直後に後熱処理を施すか、成形前にノルマライズ処理することが好ましい。
【００１９】
図２に、同心円状に切断された異材質テーラードブランク材を用いて、ポンチ直径100mmに対する絞り比1.9から2.2に相当する、ブランク(Blank)直径190mmから220mmまでのＴＺＰ試験結果を示す。横軸に示された各鋼種のうち、左側の濃い色の棒グラフは高張力鋼板単独での成形におけるＴＺＰ値を示す。一方、右側の色の薄い棒グラフは縮みフランジ部に良成形性鋼板を溶接した良成形性テーラードブランク材のＴＺＰ値を示す。なお、SPCENに関しては、SPCEN以上の良加工性鋼板が入手できなかったので、原板のみのＴＺＰ値を示した。なお、中心部にSPCC材を配し、外周にSPCENをレーザー溶接した直径200mmのブランクでの成形品例を図３に示す。
この結果から、図４に示すようにブランク径が大きくなってフランジに占める良加工性鋼板の割合が増えるほど、良加工性テーラードブランクの深絞り性が原板に比べて良くなることが判明した。特に、ブランク径が210mmを超えると、原板が最大成形荷重に達する前に破断するのに対して、良構成テーラードブランク材はかなり成形余裕を持っている事がわかる。また、成形性の改善効果は高高張力鋼板の成形性が低い程顕著となることから、成形の難しい難加工材ほど良加工性テーラードブランクにする効果が高いことになる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、冷延鋼板、熱延鋼板、亜鉛などのめっき鋼板の高張力鋼板、ステンレス鋼板や、チタン板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等の非鉄金属の難成形薄板を素材とするプレス部品に、良加工性板を縮みフランジに配した異材質テーラードブランクとすることにより、従来技術では成形できなかった難成形部品でも成形可能となる、深絞り成形性に優れたテーラードブランク材を提供することが可能である。
【００２１】
本発明による深絞り成形性に優れたテーラードブランク材は、難成形部品の加工に多く用いられる深絞り成形に対して特に有効であり、工業的価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いた本発明の良加工性テーラードブランク材の組み合わせ例を示す。中央部の円形ブランクが高張力鋼板で、周りのブランクが良加工性鋼板(SPCEN)で、レーザー溶接によりテーラードブランクとしている。
【図２】実施例で用いた良加工性テーラードブランクを直径100mmの円筒成形工具で成形したときのＴＺＰ値で成形性を評価したグラフである。
【図３】中心部に直径140mmのSPCC、外周部にSPCENを配した直径200mmのテーラードブランクＴＺＰ試験例である。
【図４】中心部に直径140mmのSPCC、SAFC370R,SAFC440R、SAFC690T、外周部にSPCENを配した直径190mmから220mmまでのテーラードブランク材の成形性向上効果を表した図である。

Claims

少なくとも１５％以上、中心部の材料より強度（ＴＳ）×板厚が低いか、少なくとも５％以上、中心部の材料より延性の優れた高張力鋼板またはチタン板が、深絞り成形後、製品となる部分以外で、成形時にしわ抑え力を付与する部分である絞りフランジ部の全周に亘り、鋼板同士またはチタン板同士と溶接されている事を特徴とする深絞り成形性に優れたプレス成形用テーラードブランク材。
請求項１に記載のテーラードブランク材を製造する方法であって、鋼板同士又はチタン板同士をレーザー溶接、マッシュシーム溶接、高周波誘導溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接又はＴＩＧ溶接することを特徴とする深絞り成形性に優れたプレス成形用テーラードブランク材の製造方法。