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【発明の名称】 アルミニウム合金板材、シートおよび成形部材の各製造方法
【発明者】 【氏名】小西 晴之

【氏名】櫻井 健夫

【氏名】松元 和秀

【氏名】高橋 直人

【氏名】吉田 正敏

【氏名】杉崎 英太郎

【要約】 【課題】局部軟化成形法の生産性を高めて大型の部材を量産しうる、アルミニウム合金板材、シートおよび成形部材の各製造方法を提供する。

【解決手段】コイル1から巻き出されるストリップ状の板材2に対し、この板材2と接触する側の表面に加熱部4が部分的に設けられた加熱体3を昇降させて前記板材2に接触させる操作を繰り返すことにより、前記板材2における前記加熱部4との接触部分5を局部的に加熱し軟化させる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、この板材と接触する側の表面に加熱部が部分的に設けられた加熱体を昇降させて前記板材に接触させる操作を繰り返すことにより、前記板材における前記加熱部との接触部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項2】
コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、表面に加熱部が部分的に設けられたロールを接触させることにより、前記板材における前記加熱部との接触部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項3】
コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、この板材の片面または両面に複数の電極を接触させ、これらの電極間に通電することにより、前記板材における前記複数の電極との接触部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項4】
コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、この板材の片面または両面に配した、誘導加熱装置、輻射加熱装置、高温ガス加熱装置およびレーザ加熱装置よりなる群から選ばれた少なくとも1種の非接触式加熱装置を用いて前記板材を部分的に加熱することにより、前記板材の加熱部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項5】
前記局部加熱工程の後に、引き続き前記板材を冷却する冷却工程を設けた、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項6】
前記局部加熱工程の後に、引き続き前記板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項7】
前記冷却工程の後に、引き続き前記板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項5に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法により得られた板材を、引き続き所定のサイズに切断する切断工程を設けたことを特徴とするアルミニウム合金シートの製造方法。
【請求項9】
請求項8に記載の製造方法により得られたシートを、引き続き連続的にプレス成形する成形工程を設けたことを特徴とするアルミニウム合金成形部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、特に自動車の車体パネルに使用されて好適な、アルミニウム合金板材(以下、「アルミニウム合金」を単に「アルミ」ともいう。)、この板材を切断してなるシート、およびこのシートを成形してなる成形部材の各製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年自動車の燃費規制が強化される一方で、安全性向上への適用や快適装備の充実のため重装備化する傾向があるという背景から、各自動車メーカにおいては、車体の強度を維持しつつ軽量化を実現することが急務となっている。こうした流れから、自動車の外板部品(フード、ドア、フェンダー、ルーフ、トランク)などを、アルミニウム合金の中では高強度の5000系、6000系のアルミニウム合金を用いてアルミ化し、軽量化することが活発化している。
【0003】
従来、自動車パネル用のアルミニウム合金板材は、溶解・鋳造−熱間圧延−(中間焼鈍)−冷間圧延の工程を経たのち、バッチ式あるいは連続式の焼鈍炉による熱処理を行い、コイルあるいはシートの状態とされる。
【0004】
その後、コイルあるいはシートの状態から、プレスメーカにて適正な大きさにブランクカットを行ったのち、絞り成形(ドロー)、リストライク、ピアシング等のプレス成形工程を経て各部材に製品化される。
【0005】
しかし、成形が厳しい部品では、従来のアルミニウム合金板材を用いて一般的なプレス成形を行っても、プレス加工時に割れが生じることがあり、一方、割れを回避するためにしわ押さえ力を低くすると、しわが発生するという不具合が起こるため、製品化が困難であった。
【0006】
このアルミニウム合金板材の成形性が不足する問題の解決方法は種々提案されているが、その内の一つに局部軟化ブランク成形法(以下、「局部軟化成形法」、「局部軟化成形技術」ともいう。)がある。この成形法は、絞り成形に用いられるブランクのうち、縮みフランジ変形を受けるブランク周辺の素材強度を、パンチによって成形力を加えられる部分よりも低くすることにより、絞り成形性を高める方法である。この方法では、ブランク内に強度の高い部分と低い部分を設ける必要があり、従来は特許文献1に示すように、所定の大きさに切断されたブランクのうち、軟化させたい部分に350℃〜500℃に加熱した金型を押し当てて、そののち板材を冷却する方法が提案されていた。
【0007】
しかしながら上記従来技術のような方法で、自動車部品のような大型の部材を量産製造するにあたり、以下のような問題点があった。
【0008】
第一に、プレス金型に加熱体を装着して、プレス成形の直前にあるいは同時に素材を加熱する方法が考えられるが、高温の金型を取り扱うプレス装置は複雑化、大型化してしまい、導入コストが高くなる。第二に、大型設備のため、加熱までの準備運転の時間がかかることや、運転速度が高速化しにくいことがあり、生産性が十分高められない。第三に、高温の金型を高速運転する設備は安全上の管理が困難である。第四に、生産したブランクには反りが出やすいため、プレス成形前に矯正を行う必要がある場合が多いが、ブランク状になった板材ではレベラのスピードを上げにくく、やはり生産性が劣る。
【特許文献1】特開2004−124151号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで本発明は、上述のような課題を解決し、生産性を高めて大型の部材を量産しうる、アルミニウム合金板材、シートおよび成形部材の各製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項1に記載の発明は、コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、この板材と接触する側の表面に加熱部が部分的に設けられた加熱体を昇降させて前記板材に接触させる操作を繰り返すことにより、前記板材における前記加熱部との接触部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法である。
【0011】
請求項2に記載の発明は、コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、表面に加熱部が部分的に設けられたロールを接触させることにより、前記板材における前記加熱部との接触部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法である。
【0012】
請求項3に記載の発明は、コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、この板材の片面または両面に複数の電極を接触させ、これらの電極間に通電することにより、前記板材における前記複数の電極との接触部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法である。
【0013】
請求項4に記載の発明は、コイルから巻き出されるストリップ状の板材に対し、この板材の片面または両面に配した、誘導加熱装置、輻射加熱装置、高温ガス加熱装置およびレーザ加熱装置よりなる群から選ばれた少なくとも1種の非接触式加熱装置を用いて前記板材を部分的に加熱することにより、前記板材の加熱部分を局部的に加熱し軟化させる局部加熱工程を設けたことを特徴とする、アルミニウム合金板材の製造方法である。
【0014】
請求項5に記載の発明は、前記局部加熱工程の後に、引き続き前記板材を冷却する冷却工程を設けた、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。
【0015】
請求項6に記載の発明は、前記局部加熱工程の後に、引き続き前記板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。
【0016】
請求項7に記載の発明は、前記冷却工程の後に、引き続き前記板材をレベラに導入して矯正を行う矯正工程を設けた、請求項5に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。
【0017】
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法により得られた板材を、引き続き所定のサイズに切断する切断工程を設けたことを特徴とするアルミニウム合金シートの製造方法である。
【0018】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の製造方法により得られたシートを、引き続き連続的にプレス成形する成形工程を設けたことを特徴とするアルミニウム合金成形部材の製造方法である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、局部軟化成形技術を量産適用する場合でも、高温の金型を高速で運動させるような大型設備が不要になる。また通板速度を速くできるため、生産性が高められ、ブランクの製造コストを低減できる。また高温金型を高速運転する必要がないため、安全上の管理が容易になる。加えて加熱処理後の板材を連続的に冷却、矯正、切断することで生産性がさらに高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0021】
[実施形態1]
図1は、本発明に係る製造方法の一実施形態であるアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す図である。同図(a)に示すように、コイル1から巻き出されるストリップ状のアルミ板材2に対し、例えば、局部加熱装置(局部加熱工程)としての平板型の加熱体3を昇降させて接触させる操作を繰り返すことで、ストリップ状のアルミ板材2をその長手方向にわたって連続的に加熱し軟化することができる。
【0022】
加熱体3のアルミ板材2に接触する側の表面には、例えば図1(b)に示すように、加工予定部位に対応する位置である、周辺部とその内部複数個所(本例では5箇所)とに、部分的に加熱部4が設けられており、アルミ板材2における、これら加熱部4との接触部分(図1(a)における符号5)が部分的に加熱される。
【0023】
加熱部4は、例えば電熱ヒータを内蔵したものとし、その出力を調節して加熱部4の温度を例えば400〜500℃とすることで、前記接触部分5が瞬時に局部的に加熱され軟化される。
【0024】
アルミ板材2の通板速度は、加熱体3の通板方向長さに応じて定めればよいが、加熱体3が1回昇降する間に加熱体3の通板方向長さ分だけ移動する速度と等しくすることにより、アルミ板材2を前記加熱体3の通板方向長さ分ずつ連続的に加熱することができる。
【0025】
加熱処理を受けたアルミ板材2は、巻き取られて、局部軟化を受けたアルミ板材のコイル6が得られる。
【0026】
この局部軟化を受けたアルミ板材のコイル6は、前記加熱体3の通板方向長さ分ずつ巻き出してブランクカットし、これをプレス成形に用いることで、加工予定部位が予め局部加熱されて軟化しているので、成形が厳しい複雑形状の部品であっても、容易に製品化できる。
【0027】
本発明が適用できるアルミ板材2の材質には特に制限はないが、加工性と強度に優れた5000系、6000系のアルミニウム合金に適用するのが特に推奨される。
【0028】
なお、本実施形態においては、図1(a)に示すように、加熱体3は、アルミ板材の上下面側両方に設置した例を示したが、片面側だけに設置してもよい。また、加熱部4は、必要に応じて、いずれかの部分を省略しても、逆に追加しても構わない。
【0029】
[実施形態2]
図2は、局部加熱装置(局部加熱工程)として、上記実施形態1の平板型加熱体3に代えて、加熱部を有するロール(以下「加熱ロール」ともいう。)を用いた一実施形態を示す図である。例えば、アルミ板材2の上下両面にそれぞれ接触させて設けられた一対の加熱ロール7,7の表面には、各々、その周方向とその軸方向、およびそれらの内側複数個所に加熱部4が設けられており、それぞれアルミ板材2の長手方向と幅方向にわたる部分、およびそれらの内側の必要な箇所を加熱するようになっている。
【0030】
このように、加熱ロール7,7を用いることにより、上記平板型加熱体3を用いた場合のように加熱体3の昇降間隔とアルミ板材2の通板速度とをマッチングさせるために精密な調整を行う必要がなく、さらに通板速度も向上させることができるため、生産性がより高まる。
【0031】
本実施形態における加熱部4についても、上記実施形態1と同様、例えば電熱ヒータを用いることができる。
【0032】
なお、本実施形態においては、加熱ロール7は、アルミ板材の上下面両側に設置した例を示したが、片面側だけに設置してもよい。また、加熱部4は、必要に応じて、いずれかの部分を省略しても、逆に追加しても構わない。
【0033】
[実施形態3]
図3は、局部加熱装置(局部加熱工程)として、上記実施形態1,2のように、加熱部4を設けた加熱体3または加熱ロール7を用いる方式に代えて、電極を用いた抵抗加熱を利用する方式の一実施形態を示す図である。例えば、アルミ板材2の板幅両端部においてその上下両面に1対のロール型電極8,8を接触させ、これら一対の電極8,8間に通電することで、接触部分5である板幅両端部を連続的に抵抗加熱し軟化させることができる。
【0034】
上記実施形態1,2のように、加熱部4を設けた加熱体3または加熱ロール7を用いるよりも、簡易な方式で加熱することができるうえ、加熱の制御も容易である。
【0035】
なお、本実施形態では、1対の電極8,8をアルミ板材の上下両面に接触させる例を示したが、片面だけに接触させるようにしてもよい。また、本実施形態では、2対の電極を用いる例を示したが、1対だけでも、3対以上用いてもよい。
またロール型電極をアルミ板材の板幅全体に接触するように配置するとともに、該ロール型電極の板幅方向の各部分ごとに通板速度に合わせて所定のタイミングで通電、通電休止を繰り返すことでアルミ板材の板幅方向および長手方向の所定の部分のみを加熱することができ、図1(b)に示すような領域を軟化させることができる。
【0036】
[実施形態4]
図4は、局部加熱装置(局部加熱工程)として、上記実施形態1〜3に示すような接触式加熱装置に代えて、非接触式加熱装置を用いる一実施形態を示す図である。非接触式加熱装置9としては、誘導加熱装置、輻射加熱装置、ガス加熱装置、およびレーザ加熱装置が例示でき、これらのうち1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0037】
このように、非接触式加熱装置9を用いることで、例えば図4に示すように、板幅端部を連続的に加熱することができることはもちろん、アルミ板材2に直接接触させる必要がないので、アルミ板材2の表面に、キズ、凹み等の不良が生じるおそれがない。
【0038】
なお、本実施形態では、非接触式加熱装置9をアルミ板材2の片面にのみ配置したが、両面に配置してもよい。
【0039】
[実施形態5]
図5は、局部加熱装置(局部加熱工程)の後(「通板方向下流側」の意、以下同じ。)に、引き続いてアルミ板材を冷却する冷却装置(冷却工程)を設けた一実施形態を示す図である。アルミ板材2は局部加熱装置としての加熱体3にて部分的に加熱された後、冷却装置としての冷却ロール10を通過することで連続的に冷却される。
【0040】
これにより、熱伝導性の高いアルミニウム合金において、加熱軟化させたい部分の周囲が過度に軟化しないように、より精密に境界を確定することができる。また、熱処理型アルミ合金においては、加熱部分を急冷することにより時効硬化成分を固溶させる溶体化処理を兼ねることができる。
【0041】
本実施形態では、局部加熱装置として実施形態1の平板型加熱体3を例示したが、当然に、実施形態2〜4のロール7、電極8、非接触式加熱装置9をも用いることができる。また、本実施形態では冷却装置10として、冷却ロールを例示したが、散水装置、気体または液体冷媒の吹付け装置などの手段を用いることもできる。
【0042】
[実施形態6]
図6は、冷却装置10(冷却工程)としての散水装置の後に、冷却されたアルミ板材2を引き続いて矯正するレベラ(以下「矯正用レベラ」ともいう。)11(矯正工程)を設けた一実施形態を示す図である。
【0043】
これにより、アルミ板材2に歪が生じた場合でも矯正することができ、プレス加工時用の材料としての精度を確保できる。
【0044】
なお、本実施形態では、矯正用レベラ11(矯正工程)を冷却装置10(冷却工程)の後に設ける例を示したが、冷却を必要としない場合は、矯正用レベラ11(矯正工程)を局部加熱装置(局部加熱工程)の後に直接設ければよい。
【0045】
[実施形態7]
図7は、矯正用レベラ11(矯正工程)の後に、引き続いて矯正後のアルミ板材2を切断してアルミシート12とするシャー13(切断工程)を設けた一実施形態を示す図である。シャー13によるアルミ板材2の切断長さは、平板型加熱体3を用いる場合には、加熱体3の通板方向長さに一致させればよい。
【0046】
これにより、得られたアルミシート12を直接、プレス加工に用いることができるので、局部軟化処理されたアルミ板材2をいったんコイル状に巻き戻した後に、再度巻き出して切断する手間が省ける。
【0047】
本実施形態では、シャー13(切断工程)を矯正用レベラ11(矯正工程)の後に設ける例を示したが、矯正を必要としない場合は、冷却装置10(冷却工程)の後に直接シャー13(切断工程)を設けてもよい。また、冷却も矯正も必要としない場合は、局部加熱装置(局部加熱工程)の後に直接シャー13(切断工程)を設けてもよい。
【0048】
[実施形態8]
図8は、上記実施形態7で得られたアルミシート12を、引き続いてプレス成形するプレス成形機14(成形工程)を設けた一実施形態を示す図である。
【0049】
これにより、素材から局部軟化成形技術を適用した部品(部材)を一気通貫で連続的に製造することができ、量産化が可能となる。
【0050】
なお、本実施形態では、シャー13による切断工程の後にすぐにプレス成形機14による成形工程を設ける例を示したが、必要により、切断工程と成形工程の間に、部品を最適形状に切断するためのブランクカット工程を加えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0051】
以上のように、本発明によれば、自動車パネルの製造に好適な局部軟化成形法に使用するアルミニウム合金板材、または、局部軟化成形法を適用した自動車パネル部品を連続的に生産することができ、量産化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】実施形態1に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す図であり、(a)は斜視図、(b)は底面図である。
【図2】実施形態2に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す図であり、(a)は正面図、(b)は(a)におけるAA線断面図である。
【図3】実施形態3に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図4】実施形態4に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図5】実施形態5に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図6】実施形態6に係るアルミニウム合金板材の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図7】実施形態7に係るアルミニウム合金シートの製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図8】実施形態8に係るアルミニウム合金部材の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【0053】
1…コイル
2…アルミニウム合金板材
3…加熱体
4…加熱部
5…接触部分
6…コイル
7…加熱ロール
8…電極
9…非接触式加熱装置
10…冷却装置
11…矯正用レベラ
12…アルミニウム合金シート
13…シャー
14…プレス成形機
【出願人】 【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【出願日】 平成19年3月30日(2007.3.30)
【代理人】 【識別番号】100089196
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之

【識別番号】100104226
【弁理士】
【氏名又は名称】須原 誠

【識別番号】100131750
【弁理士】
【氏名又は名称】竹中 芳通


【公開番号】 特開2008−248342(P2008−248342A)
【公開日】 平成20年10月16日(2008.10.16)
【出願番号】 特願2007−93286(P2007−93286)