JPH0472010A - 高強度プレス成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高強度プレス成形品に関し、詳しくは自動車用
ホゾ−パネル等に用いて好適な高強度のプレス成形品に
関する。

［従来の技術］ 従来の高強度プレス成形品、例えば自動車用ポデーパネ
ルとして、高強度な鋼板からなるものや板厚の厚い鋼板
からなるものか知られている。

［発明が解決しようとする課題１ しかし、上記従来の高強度プレス成型品は、実用上、種
々の制約をもつものでめった。

すなわち、高強度な鋼板からなる高強度プレス成形品は
、鋼板の高強度化に反比例して鋼板の伸び率か低下する
ため、製造時のプレス成形性か著しく悪いものであった
。また、この高強度プレス成形品は、鋼板自体が高強度
なため、スプリングバックが大きく、高い寸法精度が１
ｑられにくい。

このため、高強度の鋼板を爆発成形法、放電成形法、電
磁成形法、衝撃液圧成形法等の高エネルギ速度加工法で
成形することにより、成形性よく高精度の高強度プレス
成形品を得ることもなされうるが、これらの成形法では
、生産性の低下によりコスト高かまぬがれない。

また、板厚の厚い鋼板からなる高強度プレス成形品は、
板厚の増加により重量が増加するため、使用時に例えば
自動車ポデーの軽量化等に反することになるとともに、
やはりプレス機械の大型化を要して生産性の低下等をも
たらしてしまう。

かかる生産性の低下、コスト高、重量化等を解決するた
め、成形後の未処理プレス成形品全体を焼入れすること
も考えられるか、これによって得られる高強度プレス成
形品は、熱歪みによって、そり、ねじれ等が発生しやす
く、高い寸法精度が得られにくい。

本発明は、上記従来の不具合に鑑みてなされたものであ
り、生産性よく得られるとともに、軽量かつ高精度であ
る高強度プレス成形品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１ 本発明の高強度プレス成形品は、未処理プレス成形品の
少なくとも強度が必要とされる部位に高密度エネルギ源
を照射することにより形成された所定間隔隔てられた複
数のビード状の焼入れ硬化部をもつことを特徴とするも
のである。

この高強度プレス成形品は、未処理プレス成形品に焼入
れ硬化部を形成することにより得ることができる。

未処理プレス成形品は、鋼板、非鉄金属板等の素材を用
い、この素材を通常のようにプレス機械によりプレスす
ることにより得ることかできる。

この未処理プレス成形品における少なくとも強度が必要
とされる部位は、例えば高強度プレス成形品か自動車に
用いられる場合であれば、車両衝突試験、ＦＥＭ（有限
要素法）等により解析される高応力部とする。

焼入れ硬化部は、未処理プレス成形品における少なくと
も強度が必要とされる部位に高密度エネルギ源を照射す
ることによりビート状に形成される。高密度エネルギ源
としては、レーザ、プラズマ等を採用することができる
。この焼入れ硬化部は、すし状又は格子状等に所定間隔
隔てられた複数のものである。各焼入れ硬化部の間隔は
、素材の材質、所望する強度等により決定することがで
きる。

［作用］ 素材に高密度エネルギ源を照射するとビート状の焼入れ
硬化部が形成される。この焼入れ硬化部は、素材の材質
によっても異なるが、硬度、引張張力共に素材に対して
５０％以上の増加か期待できる。このため、未処理プレ
ス成形品に高密度エネルギ源を照射することにより焼入
れ硬化部を形成すれば、素材の高強度化を図ることなく
、かつ板厚を増加させることなく、高強度プレス成形品
が得られる。また、未処理プレス成形品の少なくとも強
度が必要とされる部位に所定間隔を隔てた複数の焼入れ
硬化部を形成するため、全体に焼入れする場合と比較し
て、高強度プレス成形品か熱歪みを受けにくいとともに
、焼入れ硬化部により強度を維持しつつ隣接の焼入れ硬
化部間で変位を吸収して靭性をも併せもつ。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面とともに説明す
る。本実施例は、高強度プレス成形品として自動車用ボ
デーパネルのフロントサイドメンバーを適用したもので
ある。

このフロントサイドメンバーは、第１図に示すように、
未処理プレス成形品１にすし状及び格子状に形成された
ビード状の焼入れ硬化部２をもつものである。

このフロントサイトメンバーは、次のように得られたも
のである。まず、材質５ＧＡＣ４５−４５／４５からな
る厚さ１．４Ｔ′ｒＬ７／ｍの鋼板を用いて通常の成形
法により得られた未処理プレス成形品１を用意した。そ
して、この未処理プレス成形品１における車両衝突試験
結果及びＦＥＭ解析等により定めた高応力部にＣＯ２レ
ーザを照射し、ビート状の焼入れ硬化部２を形成した。

レーザの照射条件は、出力２ｋＷ、速度５ｍ／’ｍｉｎ
、焦点ポイント−１１ｎＩｎ、ノズル高さ８ｍ、ガス流
量２ＣＨ２／ｍｉｎ、焼入状態である。こうして、焼入
れ硬化部２をもつフロントサイドメンバーを得た。

このフロントサイトメンバーでは、焼入れ硬化部２は、
鋼板組織がレーザの照射によりベーナイト組織及びマル
テンサイト組織になり、硬化された。そして、この焼入
れ硬化部２は、隣接の焼入れ硬化部２間における未処理
プレス成形品１の軟かい鋼板部分に対してすし状及び格
子状に形成されており、焼入れ硬化部を形成しない未処
理プレス成形品１と比較して、強度が向上していたとと
もに靭性を併せもっていた。また、このフロントサイド
メンバーは、全体に焼入れする場合と比較して熱歪みを
受けにくく、高精度なものであった。

［試験］ 次に本発明の一効果を確認するために行なった試験１．
２．３について図面を参照しつつ説明する。

（試験１） 未処理プレス成形品として第２図に示すＪＩＳ５号試験
片１１を用いたＪＩＳ５号引張試験を行ない、歪み（ε
（％〉）と応力（σ（Ｋ３／＃２））との関係を調べた
。

実施測量１として、ＪＩＳ５号試験片（ＳＧＡＣ４５−
４，５／４５　）　１１に前記実施例と同様の条件によ
り長さ方向に３本の焼入れ硬化部２１を形成したものを
用いた。

比較測量１として、焼入れ硬化部を形成しないＪＩＳ５
号試験片を用いた。

結果を第３図に示す。この図から、実施測量１は、比較
測量１と比較して、応力が約２５％向上していることか
わかる。

この試験１から、実施測量１は、比較測量１と比較して
、硬化されていることがわかる。

（試験２〉 未処理プレス成形品として第４図に示すハツト型パネル
３を用い、焼入れ硬化部の本数と座屈強度及び曲強度と
の関係を２種類の素材について試験した。

ハツト型パネル３は、とい形状の上板３１と、この上板
３１の底面に固着された下板３２とからなる。

このハツト型パネル３の素材は、 ５ＨＰ２８　（炭素（Ｃ）公称値＝０．０４９％）ＳＨ
Ｐ４５　（炭素（Ｃ）公称値−０，１６７％）のいづれ
かである。

また、このハツト型パネル３の寸法は、厚さ　ｉ＞−１
，４ｍ 高さ　ｈ）＝７８履 上幅　ｗｌ　＞　−８０順 長ざ　ρ）＝３００ｍ 下幅　Ｗ２＞＝１２０Ｍ である。

焼入れ硬化部は、各ハツト型パネル３の上面及び両側面
に３本づつ長さ方向に形成しく計９本）、上面に形成す
る横方向の本数を次のように変化させた。

△パターン・・・０本 Ｂパターン・・・３本 Ｃパターン・・・２１本 また、各焼入れ硬化部は、ＣＯ２レーザを用いて、以下
の条件で形成した。

出力・・・３．Ｑｋｗ 速度−３ｍ／ｍ＋ｎ 焦点ポイント・・・−１ｍ ノズル高さ・・・８＃ カス流量・・・２０ｊ／ｍｌｎ 溶融状態、中密度 そして、上記２種類の素材からなるＡ〜Ｃパタンのハツ
ト型パネル３を２個づつ、第４図に示すように、座屈試
験ではＰｌの方向から、曲試験ではＰ２の方向から、そ
れぞれ金材質５ＱｔＯｎ万能試験機により荷重をかけた
。

座屈強度を最大荷重（Ｐｍａｘ　（ｔｏｎ））及びエネ
ルギー吸収量（Ｅａ　（ｘｌ　００に！ｊ−ｒｒｔ＞　
）で評価した。結果を第５図及び第６図に示す。第５図
から、５ＨＰ２８．５ＨＰ４５いづれの最大荷重も、焼
入れ硬化部の本数により微増傾向にあることかわかる。

また、第６図から、エネルギー吸収量は、５ＨＰ２８で
は約１６％上昇、５ＨＰ４５ては約１３％上昇している
ことかわかる。

また、曲強度を最大荷重（Ｐｍａｘ　（ｔｏｎ））で評
価した。結果を第７図に示す。第７図から、５ＨＰ２８
．５ＨＰ４５いづれの最大荷重も、横方向の焼入れ硬化
部か０本の場合（Ａパターン）と比較して最大約２０％
上昇し、最大荷重は焼入れ硬化部の本数により顕箸に増
加する傾向にあることがわかる。

この試験２から、本発明の高強度プレス成形品は、従来
の素材及び板厚で製造しても、必要強度が１０〜２０％
増加し、１０〜２０％の重量軽減が期待できることがわ
かる。

（試験３） 未処理プレス成形品として第８図に示すＪＩＳ５１８５
号試験用い、焼入れ硬化部５のパター・ンと、硬度、引
張強度、最大荷重及び全伸びとの関係を２種類の素−材
について試験した。

ＪＩＳ５１８５号試験素材は、 ５ＧＡＣ４５−４５／４５　（炭素（Ｃ）公称値＝０．
０５％） ＳＧＡＣＥ−４５／４５　（炭素（Ｃ）公称値−０，０
３％） のいづれかである。

また、ＪＩＳ５１８５号試験板厚は１．６ｍである。

焼入れ硬化部５は、第８図に示すように、各ＪＩＳ５号
試験片４の上面に中心線（ＣＬ）と対称にＤ−Ｈパター
ンで形成した。また、焼入れ硬化部を形成しないＪＩＳ
５号試験片（Ｎｏｍａ　Ｉ　）も用意した。なお、Ｅパ
ターンにおける焼入れ硬化部５の間隔Δは１３ＩＮｎ、
Ｆパターンにおける焼入れ硬化部５の間隔Δは６．５＃
、Ｇパターンにおける長さ方向の焼入れ硬化部５の間隔
Δ１は６゜５１＋１１、同横方向の焼入れ硬化部５の間
隔△２は２０ＩｒＩＩｎ、Ｈパターンにおける横さ方向
の焼入れ硬化部５の間隔Δ３は６．５＃、同横４５°　
（θ）方向の焼入れ硬化部５の間隔Δ４は９履である。

また、各焼入れ硬化部５は、ＣＯ２レーザを用いて、以
下の条件で形成した。他の条件は試験２と同一である。

出力・・・２，５ｋｗ ノズル高ざ・・・６ＩｒＩ！１１ そして、上記２種類の素材からなるＤ〜Ｈバタン及びＮ
Ｏｍａ　＋パターンのＪＩＳ５１８５号試験２個づつ用
いて引張試験渫等により試験を行なった。

各Ｊ　ＩＳ５号試験片４の中心線（ＣＬ）からの距離（
ｍ）と、表面から０．２ｍｍの硬度（ｍＨＶ＞及び厚さ
方向中央の硬度（ｍＨｖ）との関係を第９図に示す。第
９図では、ＪＩＳ５１８５号試験断面図を併せて示し、
この断面図に測定位置をＸ印で示している。また、各焼
入れ硬化部パターンと引張強度（ＴＳ　（Ｎｇ／Ｍｎ２
）との関係を第１０図に示し、各焼入れ硬化部パターン
と最大荷重（Ｐｍａｘ　（ｔｏｎ））との関係を第１１
図に示し、各焼入れ硬化部パターンと全伸び（ＥＬ（％
））との関係を第１２図に示す。

ざらに、５ＧＡＣＥからなるＪＩＳ５１８５号試験形成
した焼入れ硬化部５の金属組織の３０倍、１００倍、４
００倍の顕微鏡写真を第１３図、第１４図、第１５図に
示し、５ＧＡＣ４５からなるＪＩＳ５１８５号試験形成
した焼入れ硬化部５の金属組織の３０倍、１００倍、４
００倍の顕微鏡写真を第１６図、第１７図、第１８図に
示す。

これらの評価から、焼入れ硬化部５がより多く形成され
ているほど、硬度、引張強度、最大荷重、全伸びともに
優れることがわかる。

また、硬度、引張強度、最大荷重、全伸びともに、５Ｇ
ＡＣ４５の方が５ＧＡＣＥより極めて優れることがわか
る。これは、５ＧＡＣ４５では金属組織が焼入れ状態に
近くされているのに対し、５ＧＡＣＥでは炭素量が５Ｇ
ＡＣ４５よりも少ないため肥大化するに止どまっている
からである。

この試験３から、本発明の高強度プレス成形品は、レー
ザ等の高密度エネルキ源の照射数、位置、方向等を適宜
選択することにより、強度を任意に選択でき、製品設計
の自由度が高いことかわかる。

［発明の効果１ 以上詳述したように、本発明の高強度プレス成形品は、
プレス成形法が従来法でかまわないため生産性の維持を
図ることができるとともに軽量である。

また、高強度プレス成形品は、高密度エネルギ源の照射
により得られるため、焼入れ硬化部の組織か安定してお
り、安定した製品強度か得られる。

ざらに、この高強度プレス成形品は、レーザ等の高エネ
ルキ源をビート状に未処理プレス成形品の一部に照射す
るにすぎないため、高強度プレス成形品が熱の影響を受
けにくく、全体焼入れの場合と比較して、熱歪みによる
寸法誤差を小さくすることかでき、高精度である。

したがって、この高強度プレス成形品は、高強度であり
ながら、軽量かつ高精度であるため、例えば自動車のポ
デーパネルに供した場合、自動車の軽量化とともに高強
度化をも実現することができ、実用上優れた効果を奏す
ることかできる。

加えて、この高強度プレス成形品は、焼入れ作業か短時
間、簡便かつ連続操作により可能であるとともに、未処
理プレス成形品が単品であっても、他の部品と組付けら
れていても、必要な部位に高密度エネルギ源の照射さえ
可能であれば、その未硬化プレス成形品の高強度化を図
ることができるため、ライン作業工程への適用をも図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るフロントサイドメンバ
ーを示す斜視図である。 第２図及び第３図は試験１に係り、第２図は焼入れ硬化
部を形成したＪＩＳ５号試験片の平面図、第３図は歪み
と応力との関係を示すグラフである。 第４〜７図は試験２に係り、第４図はハツト型パネルを
示す斜視図、第５図は座屈強度の測定における焼入れ硬
化部パターンと最大荷重との関係を示すグラフ、第６図
は座屈強度の測定におＣブる焼入れ硬化部パターンとエ
ネルギー吸収量との関係を示すグラフ、第７図は曲強度
の測定における焼入れ硬化部パターンと最大荷重との関
係を示すグラフである。 第８〜１８図は試験３に係り、第８図は焼入れ硬化部を
形成したＪＩＳ５号試験片の平面図、第９図は試験片の
中心線からの距離と硬度との関係を示す断面図及びグラ
フ、第１０図は焼入れ硬化部パターンと引張強度との関
係を示すグラフ、第１１図は焼入れ硬化部パターンと最
大荷重との関係を示すグラフ、第１２図は焼入れ硬化部
バタンと全伸びとの関係を示すグラフ、第１３図は５Ｇ
ＡＣＥを対象とする金属組織を示す３０倍の顕微鏡写真
、第１４図は５ＧＡＣＥを対象とする金属組織を示す１
００倍の顕微鏡写真、第１５図は５ＧＡＣＥを対象とす
る金属組織を示す４００倍の顕微鏡写真、第１６図は５
ＧＡＣ４５を対象とする金属組織を示す３０倍の顕微鏡
写真、第１７図は５ＧＡＣ４，５を対象とする金属組織
を示す１００倍の顕微鏡写真、第１８図は５ＧＡＣ４５
を対象とする金属組織を示す４００倍の顕微鏡写真であ
る。 １・・・未処理プレス成形品 １１．４・・・ＪＪＳ５号試験片（未処理プレス成形品
） ３・・・ハツト型パネル（未処理プレス成形品）２．２
１．５・・・焼入れ硬化部 特許出願人　　　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　
　　　　弁理士　　大川　水弟１図 第３図 第４図 第５図 第１２図 ★寿入淑石労イと合ｐパターン 座屈強度 Ｅａ　（ｘｌＯＯｋｇｌｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）未処理プレス成形品の少なくとも強度が必要とさ
   れる部位に高密度エネルギ源を照射することにより形成
   された所定間隔隔てられた複数のビード状の焼入れ硬化
   部をもつことを特徴とする高強度プレス成形品。