WO2010035883A1

WO2010035883A1 - 異形断面への成形方法およびスポット溶接性に優れた四辺形断面成形品

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Publication number: WO2010035883A1
Application number: PCT/JP2009/067123
Authority: WO
Inventors: 新宮豊久; 鈴木孝司; 園部治; 橋本裕二; 池田倫正; 佐藤昭夫
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2010-04-01
Also published as: KR20130083492A; EP2351623A1; EP2351623A4; EP2351623B1; CN102164690A; KR20110046557A; KR101322229B1

Abstract

従来の異形断面成形技術では、スポット溶接性に優れた高寸法精度の異形断面成形品を得るのが困難である。具体的には、引張強さ（ＴＳ）５９０ＭＰａ以上の管材１０に、内圧を負荷しない状態もしくは液体により５０ＭＰａ以下の内圧を負荷した状態で、少なくとも１つの面が平坦部を有する異形断面金型１，1Aにて潰し加工を行い、引続き前記液体により最高内圧が下記Ｐ_ｍｉｎ［ＭＰａ］以上になる内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形する。Ｐ_ｍｉｎ＝０．０４５×ＴＳ

Description

異形断面への成形方法およびスポット溶接性に優れた四辺形断面成形品

　本発明は、異形断面への成形方法（ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｈａｐｅ）およびスポット溶接性（ｓｐｏｔ　ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ）に優れた四辺形断面の成形品（ｑｕａｄｒａｔｅ　ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ａｒｔｉｃｌｅ）に関し、詳しくは、管材（ｔｕｂｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ）を素材とし、これをハイドロフォーミング加工（ｈｙｄｒｏｆｏｒｍ　ｐｒｏｃｅｓｓ）により異形断面形状に成形する異形断面成形方法、および該成形方法で管材を成形してなるスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面の成形品に関する。

　従来、管材を素材として用い、これをハイドロフォーミング加工により、異形断面形状に成形する方法が知られている（例えば特許文献１の従来技術の［０００３］~［０００５］および図１、図２参照）。これは、特許文献１の図１の（ａ）に示すように、断面が円形のパイプを所要平面形状たとえば特許文献１の図３の（ｂ）に示すようなＵ字状に曲げ加工（本発明では、予成形（ｐｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）と称す）し、その曲げ加工品のパイプ径よりも狭い幅の製品部分については、プレスあるいは専用機により特許文献１の図１の（ｂ）のように素材径よりも幅寸法が減縮した断面形状に潰し加工（ｐｒｅ−ｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｏｒ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ）し、この潰し加工品を特許文献１の図１の（ｃ）のように上下型のキャビテイに装填し、特許文献１の図１の（ｄ）のように上下型の型締めを行った後、特許文献１の図１の（ｅ）のように潰し加工品内に液体を注入して、例えば２２０００ｐｓｉ（１５１ＭＰａ）の内圧を負荷させることにより、型面に馴染むように塑性変形させ、特許文献１の図１の（ｆ）のような断面形状に成形する第１のタイプの方法が開示されている。また、特許文献１の図２の（ａ）に示すように、断面が円形のパイプを所要平面形状たとえば特許文献１の図３の（ｂ）に示すようなＵ字状に曲げ加工し、その曲げ加工品をやはりプレスあるいは専用機により特許文献１の図２の（ｂ）に示すように幅寸法が減縮した断面形状に潰し加工し、この潰し加工品を特許文献１の図２の（ｃ）のように上下型のキャビテイに装着し、特許文献１の図２の（ｄ）のように型締め前に潰し加工品内に例えば１０００ｐｓｉ（７ＭＰａ）程度の低圧を負荷させて予備加圧成形し、ついで、特許文献１の図２の（ｅ）のように型締めを行い、予備加圧成形品を特許文献１の図２の（ｆ）のような断面形状になるように６０００~７０００ｐｓｉ（４２−４９ＭＰａ）の高い内圧にして、型面に馴染むように塑性変形させる第２のタイプが開示されている。

特開２０００−２４６３６１号公報

　しかし、上記従来の成形方法では、前記第１のタイプでは１０％以上の大きな周長増加率を採用することが一般的であり、延性の低い管材、例えば高強度の鋼管では高内圧負荷時に破断が発生する傾向が増加し、前記第２のタイプでは、潰し加工を行うことにより異形断面成形品の平坦であるべき部位（例えば四辺形断面の辺になる部位）にかなりの凹みを生じる部分があり、スポット溶接、特に片側スポット溶接（ｏｎｅ−ｓｉｄｅ　ｓｐｏｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ）が非常に困難となる。また、コーナー（ｃｏｒｎｅｒ）Ｒ部（例えば四辺形断面のコーナーになる部位）の曲率半径（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ｒａｄｉｕｓ）Ｒが、金型の対応隅部（ｃｏｒｎｅｒ）のそれよりかなり大きくなり、シャープな断面形状を得難く、製品の形状精度が不十分である。

　つまり、従来のハイドロフォーミング加工による異形断面成形技術では、スポット溶接性に優れた高寸法精度（ｈｉｇｈ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ａｃｃｕｒａｃｙ）の異形断面の成形品を得るのが困難であるという課題があった。
　ここで、異形断面とは円形（ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｆｏｒｍ）以外の、例えば、四辺形断面のような断面をいう。

　発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討し、その結果、スポット溶接を容易ならしめる高寸法精度の異形断面成形品をハイドロフォーミング加工により実現する手段に想到し、本発明をなした。すなわち本発明は以下のとおりである。
（１）引張強さ５９０ＭＰａ以上の管材に、内圧を負荷しない状態もしくは液体により５０ＭＰａ以下の内圧を負荷した状態で、少なくとも１つの面が平坦部を有する異形断面金型にて潰し加工を行い、引続き前記液体により最高内圧が下記Ｐ_ｍｉｎ［ＭＰａ］以上になる内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形することを特徴とする異形断面成形方法。

　記
　Ｐ_ｍｉｎ＝０．０４５×ＴＳ
　Ｐ_ｍｉｎ：最高内圧の下限［ＭＰａ］、ＴＳ：管材の引張強さ［ＭＰａ］
（２）前記潰し加工後の内圧負荷と併せて、管端（ｔｕｂｅ　ｅｎｄ）に管軸方向（ｔｕｂｅ　ａｘｉｓ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の圧縮力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｆｏｒｃｅ）を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むことを特徴とする上記（１）に記載の異形断面成形方法。
（３）上記（１）または（２）において、前記管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用い、成形後の周長増加率（ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｇｉｒｔｈ）が２．０％以上１０．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
（４）上記（１）~（３）のいずれかにおいて、前記管材として肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５以下である鋼管を用いることを特徴とする異形断面成形方法。
（５）管材を上記（１）~（４）のいずれかに記載の異形断面成形方法で成形してなる一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品であって、平坦部凹み量（ｈｏｌｌｏｗ　ｄｅｐｔｈ　ｏｎ　ｆｌａｔ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｒ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｈｏｌｌｏｗ　ｏｎ　ｆｌａｔ　ｓｕｒｆａｃｅ）が０．５ｍｍ以下であり、さらにコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下であることを特徴とするスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品。
（６）上記（１）において、前記管材が引張強さ６９０ＭＰａ以上の管材であり、前記異形断面金型にて潰し加工を行った後、引続き前記液体により内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形するにあたり、前記最高内圧が、Ｐｍｉｎ以上および、５０ＭＰａ超えの両方を満足する内圧を加え、さらに、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１１．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。

　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
（７）前記潰し加工後の内圧負荷と併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むことを特徴とする（６）に記載の異形断面成形方法。
（８）（６）または（７）において、前記管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用い、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１０．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。

　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
（９）（６）~（８）のいずれかにおいて、前記管材として肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５以下である鋼管を用いることを特徴とする異形断面成形方法。
（１０）管材を（６）~（９）のいずれかに記載の異形断面成形方法で成形してなる一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品であって、平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下であり、さらにコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下であることを特徴とするスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品。
（１１）引張強さ６９０ＭＰａ以上の管材に、内圧を負荷しない状態もしくは液体により５０ＭＰａ以下の内圧を負荷した状態で、少なくとも１つの面が平坦部を有する異形断面金型にて潰し加工を行い、引続き前記液体により最高内圧が、５０ＭＰａ超である内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形するにあたり、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１１．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
（１２）前記潰し加工後の内圧負荷と併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むことを特徴とする前記（１１）に記載の異形断面成形方法。
（１３）前記（１１）または（１２）において、前記管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用い、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１０．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
（１４）前記（１１）~（１３）のいずれかにおいて、前記管材として肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５以下である鋼管を用いることを特徴とする異形断面成形方法。
（１５）管材を前記（１１）~（１４）のいずれかに記載の異形断面成形方法で成形してなる一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品であって、平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下であり、さらにコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下であることを特徴とするスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品。

　本発明によれば、上下成形金型（ｕｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｄｉｅ）を用いた潰し加工後、引続き管材に液体により内圧を負荷し、最高内圧が、適正範囲、さらに好ましくは、成形後の周長増加率が適正範囲に収まるように成形することにより、管材を平坦部凹み量が小さくかつ輪郭がシャープな（曲率半径が小さい）コーナーの曲率半径Ｒを有する異形断面形状に成形することができる。得られた異形断面成形品は、平坦部凹み量が小さいことから、金属板との片側スポット溶接性に優れる。また、除荷後のスプリングバック変形（ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が抑制され、高寸法精度の異形断面成形品となる。

本発明方法の概要を示す説明図である。一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品の平坦部凹み量およびコーナーの曲率半径Ｒの定義を示す説明図である。片側スポット溶接が不具合になる状態を示す説明図である。最高内圧の下限と引張強さの関係を示すグラフである。スポット溶接実験の実験方法を示す説明図である。周長増加率の下限と引張強さの関係を示すグラフである。

　図１は、本発明方法の概要を示す説明図である。管材１０には引張強さ（略してＴＳ（ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ））が５９０ＭＰａ以上の金属管（ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｔｕｂｅ）例えば鋼管（ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅ）を用いる。まず、図１（ａ）のように管材１０を少なくとも１つの面が平坦部を有する金型、例えば上下一対の平坦部を有する金型１，１Ａに装入する。金型１，１Ａの型断面形状は管材１０とは異形の断面形状である。管材１０は予成形されたものとされていないものとのいずれであってもよい。なお、本発明で言う予成形とは、前述したように、管材を特許文献１の図３の（ｂ）に示すように長手方向にＵ字状に曲げ加工する場合やＳ字形状、９０°曲げ加工したり、管材の長手方向の一部を潰し加工したり、局部的に拡管加工あるいは、縮径加工することを言う。そして、管材への内圧負荷なしの状態、あるいは液体による低内圧（５０ＭＰａ以下）負荷ありの状態で、管材を上下金型１，１Ａで潰し加工する。

　なお、本発明方法では、管材への内圧負荷なしの方法の場合、パイプ内に液体が入っていない場合とパイプ内に液体が入っていても液体による内圧が発生しない場合の２つの場合を含む。一般には、ハイドロフォーミングのサイクルタイムを短縮するため、潰し加工を行いながら、液体の注入による準備（液体で満たしつつ気泡を抜く）を行う。

　すると、図１（ｂ）に示すように、金型の平坦部に対面する管壁部分には凹み（平坦部凹みという）が形成され、金型のコーナー部に対面する管壁部分には緩やかなコーナーＲが形成される。

　そこで、型締め（ｃｌｏｓｉｎｇ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　ｏｒ　ｃｌｏｓｉｎｇ　ｏｆ　ｕｐｐｅｒ　ｄｉｅ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｄｉｅ）したまま引続き管材に前記液体により最高内圧が下記Ｐ_ｍｉｎ［ＭＰａ］以上になる内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形する（図１（ｃ））。
　記
　Ｐ_ｍｉｎ＝０．０４５×ＴＳ　　・・・・（１）
　Ｐ_ｍｉｎ：最高内圧の下限［ＭＰａ］、ＴＳ：管材の引張強さ［ＭＰａ］
　これにより、図１（ｃ）に示すように、平坦部凹みは低減し、コーナーＲ部は材料（管材の材料）が張り出し、シャープなＲ形状となる。また、最高内圧を高くするほど残留応力が低減し、除荷後のスプリングバックによる形状変化が小さくなる。

　なお、（１）式において、右辺の係数を０．０４５に代えて、０．０９、より好ましくは０．１２とすると、成形品の形状がさらに良好となるので好ましい。

　なお、ここで、最高内圧は下記の理由から、通常１００~２００ＭＰａ程度である。通常、内圧を掛ける増圧機の性能は、最大２００ＭＰａである。また、成形品の水平面内の投影面積（あるいは、金型キャビティ投影面積）が過大の場合は、増圧機のプレス力量の制限から２００ＭＰａ未満、例えば１５０ＭＰａに設定される場合もある。上記のような制約がない場合で、素管が薄肉で低強度であれば、１００ＭＰａで、十分な矯正成形が可能となる場合もある。

　また、潰し加工後の内圧負荷時には、材料が張り出すことにより、コーナーＲ部近傍の肉厚減少が過大となる場合が考えられる。そのような場合には、潰し加工後の内圧負荷に併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むこと（これを「軸押し」（ａｘｉａｌ　ｆｅｅｄｉｎｇ）という）により、肉厚減少を軽減させることが可能である。実際に軸押しをかけるタイミングは、内圧負荷後少し経過してから、軸押しをするのが好ましく、内圧負荷と同時に軸押しすることは無い。なお、「軸押し」の好ましい条件は、軸押し用のプレス機のシリンダーストローク（ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｓｔｒｏｋｅ）を調整することで、押し込み量（ａｘｉａｌ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ｌｅｎｇｔｈ）（ストローク（ｓｔｒｏｋｅ））をハイドロフィーム加工後の最終製品の成形部長さＬと素管外径Ｄの比Ｌ／Ｄにおいて、Ｌ／Ｄ≧１０程度ならば押し込み量は最終製品の成形部長さＬの０~２％程度、Ｌ／Ｄ＝７超え~１０未満では、Ｌの０~３．５％程度、Ｌ／Ｄ≦７ならばＬの０~５％程度にするのが好ましい。なお、内圧が負荷されていれば、軸押し用のプレス機に反力がかかり、押し戻される傾向があるため、０％の押し込み量でも軸押し力が存在する。

　また、本発明では、管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用いるときには、成形後の周長増加率が２．０％以上１０．０％以下となるように成形することが好ましい。
　なお、周長増加率は次式の（２）式で与えられる。
　周長増加率＝（成形品の外周長／成形前の管材の外周長−１）×１００（％）‥‥・・・（２）

　また、管材に用いる鋼管の肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５を超えると、ｔ／Ｄの増加につれて平坦部凹み量が増加する傾向があるため、管材にはｔ／Ｄが０．０５以下の鋼管を用いることが好ましい。

　上述の本発明方法により、スポット溶接性に優れた、高寸法精度の異形断面成形品が得られる。この成形品（製品）が、優れた片側スポット溶接性を有するには、製品の平坦部凹み量（図２に定義を示す。具体的な測定方法として、レーザー距離計を用いて、異形断面成形品の平坦部の凹み量を測定し、その最大凹み量を平坦部凹み量とした。）が０．５ｍｍ以下である必要がある。製品の平坦部凹み量が０．５ｍｍを超えると、例えば図３に示すように、スポット溶接用電極（ｓｐｏｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）３で鋼板１２を製品１１に押し付けた際に、電極３の直下の範囲内の鋼板１２と製品１１との間に比較的大きな隙間δが生じやすくなり、安定した通電状態が得られず、スポット溶接が不具合となりやすいからである。

　また、一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品について高寸法精度を有するには、シャープなＲ形状が必要であり、その目安として本発明では、製品のコーナーの曲率半径Ｒ（図２に定義を示す。具体的な測定方法は、異形断面成形品を長手方向に垂直な面で切断し、全てのコーナーの断面写真を画像に取り込み、種々の大きさの曲率半径の円を各コーナーに重ね合わせることで、全てのコーナーの曲率半径Ｒを求め、その最大Ｒをコーナーの曲率半径Ｒとした。）が１０ｍｍ以下であることとした。

　ここで、本発明において潰し加工後に負荷する内圧が最高になるときの内圧（最高内圧）の下限Ｐ_ｍｉｎ［ＭＰａ］を前記（１）式の値に規定した理由を述べる。種々のＴＳを有する管材を金型にて潰し加工後、液体で内圧を負荷して一又は二の平行２辺を有する四辺形断面形状に成形する場合に、成形品の平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下となり、かつコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下となるための成形条件を検討した。その結果、最高内圧の上昇につれて平坦部凹み量、コーナーの曲率半径Ｒとも減少し、平坦部凹み量が０．５ｍｍになる最高内圧とコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍになる最高内圧とのうち大きい方を最高内圧の下限とすればよいことがわかった。この下限と管材のＴＳとの関係は図４のようになり、同図より、ＴＳが５９０ＭＰａ以上において、最高内圧の下限Ｐ_ｍｉｎは前記式（１）で表される。

　さらに、周長増加率に着目して、平坦部凹み量およびコーナーＲの周長増加率依存性を求め、次の知見が得られた。すなわち、潰し加工後の最高内圧を前記Ｐ_ｍｉｎ以上とした条件下で、管材のＴＳが７８０ＭＰａ以上のとき、製品の周長増加率が２．０％以上であると平坦部凹み量が一段と小さくなり、また、製品の周長増加率が１０．０％以下であるとコーナーの曲率半径Ｒが一段と小さくなるという知見である。

　したがって、管材のＴＳが７８０ＭＰａ以上の場合は、潰し加工後の最高内圧をＰ_ｍｉｎ［ＭＰａ］以上とする条件下で、成形後の周長増加率が２．０~１０．０％になるように成形するのがよい。

　周長増加率を所定の範囲（Ａ％以上Ｂ％以下）に収めるには、型締め時の金型断面の内周長Ｌ_Ｋとハイドロフォーム成形前の管材の外周長Ｌ_Ｐとが、次式の関係を満足するような、金型と管材の組み合わせを用いて成形を行うとよい。

　Ａ≦（Ｌ_Ｋ／Ｌ_Ｐ−１）×１００≦Ｂ　…（３）
　また、潰し加工後の成形に用いる内圧は、ＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ）解析や実験により、最高内圧と周長増加率の対応関係を求めておき、この対応関係において目標の周長増加率に対応する最高内圧に設定するとよい。

　さらに、本発明では、引張強さが６９０ＭＰａ以上の管材１０を用いる場合、上述したように、型締めしたまま引続き管材に前記液体により最高内圧が前記（１）式に規定されたＰ_ｍｉｎ［ＭＰａ］以上になる内圧および５０ＭＰａ超の両方を満足する内圧を負荷し、ハイドロフォーム成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１１．０％以下となるように成形する。なお、周長増加率は次式で与えられる。

　周長増加率＝（成形品の外周長／成形前の管材の外周長−１）×１００（％）・・・（２）
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）…（４）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）

　これにより、図１（ｃ）に示すように、平坦部凹みはさらに低減し、コーナーＲ部は材料（管材の材料）が張り出し、さらにシャープな（曲率半径が小さい）Ｒ形状となる。また、最高内圧を高くするほど、残留応力が低減し、除荷後のスプリングバックによる形状変化が小さくなる。なお、（４）式において、右辺の係数を４．１６７×１０^−３に代えて、４．８×１０^−３とすると、成形品の形状（平坦部凹みやコーナーＲ部）がさらに良好となるので好ましい。

　なお、本発明では、管材の引張強さが、ＴＳ：６９０−１１００ＭＰａの範囲では、最高内圧は、前述のＰｍｉｎよりも５０ＭＰａの方が高くなるので、型締め時の最高内圧は、Ｐｍｉｎおよび５０ＭＰａ超えの両方を満足する５０ＭＰａ超えが好ましい。また、ＴＳ：１１００ＭＰａ超えの場合は、５０ＭＰａ超えよりもＰｍｉｎの方が最高内圧が高くなるので、型締め時の最高内圧は、Ｐｍｉｎ以上が好ましい。

　また、潰し加工後の内圧負荷時には、材料が張り出すことにより、コーナーＲ部近傍の肉厚減少が過大となる場合が考えられる。そのような場合には、潰し加工後の内圧負荷に併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むこと（これを「軸押し」という）により、肉厚減少を軽減させることが可能である。なお、「軸押し」の好ましい条件は、軸押し用のプレス機のシリンダーストローク（ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｓｔｒｏｋｅ）を調整することで、押し込み量（ストローク）をハイドロフィーム加工後の最終製品の成形部長さの０~１０％程度にするのが好ましい。

　ここで、本発明において成形後の周長増加率がＡ％以上１１．０％以下となるように成形することと規定した理由を述べる。種々のＴＳを有する管材を金型にて潰し加工後、液体で内圧を負荷して一又は二の平行２辺を有する四辺形断面形状に成形する場合に、成形品の平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下となり、かつコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下となるための成形条件を検討した。その結果、平坦部凹み量は周長増加率の増加につれて減少し、平坦部凹み量が０．５ｍｍになるときの周長増加率が下限となることがわかった。この下限と管材のＴＳとの関係は図６のようになり、図６より、ＴＳが６９０ＭＰａ以上において、周長増加率の下限Ａは前記式（４）で表される。

　一方、コーナーの曲率半径Ｒは、周長増加率の増加につれて減少し、コーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍになるときの周長増加率が上限となることがわかった。この上限と管材のＴＳとの関係（図示省略）を求めた結果によると、ＴＳが６９０ＭＰａ以上では周長増加率は１１．０％以下とするのがよい。また、ＴＳが７８０ＭＰａ以上では周長増加率は１０．０％以下とするのがよい。

　したがって、管材のＴＳが６９０ＭＰａ以上の場合は、成形後の周長増加率がＡ~１１．０％となるように成形するのがよい。また、管材のＴＳが７８０ＭＰａ以上の場合は、成形後の周長増加率がＡ~１０．０％となるように成形するのがよい。

　なお、本願成形方法が適用可能な管材は、ＴＳが５９０ＭＰａ以上の熱延鋼板や冷延鋼板から製造された電縫鋼管であり、焼入れ、焼戻し等の熱処理された熱延鋼板や冷延鋼板から製造された電縫鋼管も含む。また、上記の熱延鋼板および冷延鋼板の鋼種は、普通鋼、低合金鋼、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレスあるいは、マルテンサイト系ステンレスであっても良い。これらに限るものではない。

　図１に示した矩形断面形状の金型１、１Ａを用い、表１に示すＴＳ、サイズを有する管材を下記の工程で異形断面形状に成形した。なお、用いられた管材は、全て電縫鋼管で、Ｎｏ．１~３２の電縫鋼管の素材の鋼板の組成と、鋼板の製造方法を表２に示す。なお、実施例に用いた鋼管の長さは、３００ｍｍであった。
［工程］　金型に装入→内圧無しの状態または液体により５０ＭＰａ以下の内圧（Ｎｏ．１０と１１は、それぞれ　１０ＭＰａ、１３ＭＰａ）を負荷した状態で型締めによる潰し加工→表１に示す種々の周長増加率となるように液体により最高内圧が表１に示す値となる内圧を負荷（一部の管材には軸押しを併用（Ｎｏ．１２と１３は、それぞれ、押し込み量　２．５％、３．０％））。

　得られた成形品（製品）の平坦部凹み量およびコーナーの曲率半径Ｒ（図２参照）を測定し（平坦部凹み量の測定は、異形断面成形品を長手方向の中央部で、各々４つの平坦部について、長手方向に垂直な方向にレーザー距離計を用いて、各々４つの平坦部の凹み量を測定し、その最大凹み量を平坦部凹み量とした。また、コーナーの曲率半径Ｒの測定は、異形断面成形品を長手方向の中央部で、長手方向に垂直な面で切断し、各々４つのコーナーの断面写真を画像に取り込み、種々の大きさの半径の円を各コーナーに重ね合わせることで、４つのコーナーの曲率半径Ｒを求め、その最大Ｒをコーナーの曲率半径Ｒとした。）、また、以下の方法でスポット溶接性を試験した。
［スポット溶接性の試験方法］

　図５に示すように、製品１１の上平坦部に鋼板１２を置き、その上から電極３を一定の加圧力（５０~２００Ｋｇｆ）で押し当てて、各３個づつ片側スポット溶接を行う。（溶接条件：通電時間１０~２０サイクル（ｃｙｃｌｅｓ）（５０Ｈｚ）、溶接電流５~１０ＫＡ）スポット溶接性の良否判定は、ナゲット形成（ｎｕｇｇｅｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の有無および引張せん断試験（ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｔｅｓｔ）（ＪＩＳ　Ｚ　３１３６）における引張せん断荷重（ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｌｏａｄ）で行い、次の○、×の２段階評価とする。継手の引張せん断荷重の基準値ＴＳＳは下式に基づき、基準値を満足する継手を十分（合格）と判定する。
　ＴＳＳ（Ｎ）＝１．８５×ｔ×ＴＳ×（１＋０．００５９ＥＬ）×（ＮＤ＋２．０９）
　ただし、ｔは鋼板１２の板厚（ｍｍ）
　ＴＳは鋼板１２の引張強さ（ＭＰａ）
　ＥＬは鋼板１２の伸び（％）
　ＮＤは製品１１と鋼板１２の間のナゲット径（ｎｕｇｇｅｔ　ｄｉａｍｅｔｅｒ）（ｍｍ）
　鋼板１２は、板厚が１．０ｍｍ以下の４４０ＭＰａ級以下の鋼板である。
○：スポット溶接部１３にナゲット形成有（ナゲット形成の有無は断面写真から判定）、引張せん断荷重は十分（合格）
×：スポット溶接部１３にナゲット形成無、もしくは、引張せん断荷重が不十分

　上記測定および試験の結果を表１に示す。表１より、本発明例では、ＴＳ５９０ＭＰａ以上の管材からスポット溶接性に優れた高寸法精度の異形断面成形品が得られたことがわかる。なお、本発明例において、ｔ／Ｄ≦０．０５のものは、ｔ／Ｄ＞０．０５のものに比べ、平坦部凹み量が小さくなっている。

　実施例１と同様に、図１に示した矩形断面形状の金型１、１Ａを用い、表３に示すＴＳ、サイズを有する管材を下記の工程で異形断面形状に成形した。なお、用いられた管材は、全て電縫鋼管で、Ｎｏ．１~３０の電縫鋼管の素材の鋼板の組成と、鋼板の製造方法を表４に示す。なお、実施例に用いた鋼管の長さは、３００ｍｍであった。
［工程］　金型に装入→内圧無しの状態または液体により５０ＭＰａ以下の内圧（Ｎｏ．８と９は、それぞれ１０ＭＰａ、１３ＭＰａ）を負荷した状態で型締めによる潰し加工→表３に示す種々の周長増加率となるように液体により５０ＭＰａ超の内圧を負荷（一部の管材には軸押しを併用（Ｎｏ．１０と１１は、それぞれ、押し込み量４％、５％））。

　得られた成形品（製品）の平坦部凹み量およびコーナーの曲率半径Ｒ（図２参照）を測定し、また、実施例１と同様の方法でスポット溶接性を試験した。
　上記測定および試験の結果を表３に示す。表３より、本発明例では、ＴＳ６９０ＭＰａ以上の管材からスポット溶接性に優れた高寸法精度の異形断面成形品が得られたことがわかる。なお、本発明例において、ｔ／Ｄ≦０．０５のものは、ｔ／Ｄ＞０．０５のものに比べ、平坦部凹み量が小さくなっている。

　本発明によれば、上下成形金型を用いた潰し加工後、引続き管材に液体により内圧を負荷し、最高内圧が、適正範囲、さらに好ましくは、成形後の周長増加率が適正範囲に収まるように成形することにより、管材を平坦部凹み量が小さくかつ輪郭がシャープな（曲率半径が小さい）コーナーの曲率半径Ｒを有する異形断面形状に成形することができる。得られた異形断面成形品は、平坦部凹み量が小さいことから、金属板との片側スポット溶接性に優れる。また、除荷後のスプリングバック変形が抑制され、高寸法精度の異形断面成形品となる。

１　　金型（上金型）
１Ａ　金型（下金型）
３　　電極
１０　管材
１１　製品（異形断面成形品、一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品）
１２　鋼板
１３　スポット溶接部

Claims

　引張強さ５９０ＭＰａ以上の管材に、内圧を負荷しない状態もしくは液体により５０ＭＰａ以下の内圧を負荷した状態で、少なくとも１つの面が平坦部を有する異形断面金型にて潰し加工を行い、引続き前記液体により最高内圧が下記Ｐ_ｍｉｎ［ＭＰａ］以上になる内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ｐ_ｍｉｎ＝０．０４５×ＴＳ
　Ｐ_ｍｉｎ：最高内圧の下限［ＭＰａ］、ＴＳ：管材の引張強さ［ＭＰａ］
　前記潰し加工後の内圧負荷と併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むことを特徴とする請求項１に記載の異形断面成形方法。
　請求項１または２において、前記管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用い、成形後の周長増加率が２．０％以上１０．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　請求項１~３のいずれか１項において、前記管材として肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５以下である鋼管を用いることを特徴とする異形断面成形方法。
　管材を請求項１~４のいずれか１項に記載の異形断面成形方法で成形してなる一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品であって、平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下であり、さらにコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下であることを特徴とするスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品。
　請求項１において、前記管材が引張強さ６９０ＭＰａ以上の管材であり、前記異形断面金型にて潰し加工を行った後、引続き前記液体により内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形するにあたり、前記最高内圧が、Ｐｍｉｎ以上および、５０ＭＰａ超えの両方を満足する内圧を加え、さらに、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１１．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
　前記潰し加工後の内圧負荷と併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むことを特徴とする請求項６に記載の異形断面成形方法。
　請求項６または７において、前記管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用い、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１０．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
　請求項６~８のいずれか１項において、前記管材として肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５以下である鋼管を用いることを特徴とする異形断面成形方法。
　管材を請求項６~９のいずれか１項に記載の異形断面成形方法で成形してなる一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品であって、平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下であり、さらにコーナーの曲率半径Ｒが１０ｍｍ以下であることを特徴とするスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品。
　引張強さ６９０ＭＰａ以上の管材に、内圧を負荷しない状態もしくは液体により５０ＭＰａ以下の内圧を負荷した状態で、少なくとも１つの面が平坦部を有する異形断面金型にて潰し加工を行い、引続き前記液体により最高内圧が、５０ＭＰａ超である内圧を負荷して、前記管材を異形断面形状に成形するにあたり、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１１．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
　前記潰し加工後の内圧負荷と併せて、管端に管軸方向の圧縮力を負荷して管端を管軸方向中央側に押し込むことを特徴とする請求項１１に記載の異形断面成形方法。
　請求項１１または１２において、前記管材として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼管を用い、成形後の周長増加率が下記Ａ％以上１０．０％以下となるように成形することを特徴とする異形断面成形方法。
　記
　Ａ＝４．１６７×１０^−３×（ＴＳ−５９０）
　Ａ：周長増加率の下限（％）、ＴＳ：管材の引張強さ（ＭＰａ）
　請求項１１~１３のいずれか１項において、前記管材として肉厚／外径比ｔ／Ｄが０．０５以下である鋼管を用いることを特徴とする異形断面成形方法。
　管材を請求項１１~１４のいずれか１項に記載の異形断面成形方法で成形してなる一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品であって、平坦部凹み量が０．５ｍｍ以下であり、さらにコーナーＲが１０ｍｍ以下であることを特徴とするスポット溶接性に優れた一又は二の平行２辺を有する四辺形断面成形品。