アルミニウム合金板の成形加工方法
【課題】常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金材について、ヘム加工性を効果的に回復させるとともに生産効率の高い成形加工方法を提供する。
【解決手段】常温にて時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金板のうちヘム加工される領域の全部又は一部を選択的に１６０℃以上３５０℃以下の温度まで加熱して５ｍｉｎ以下保持した後室温まで冷却する復元処理を施す。その後、前記アルミニウム合金板に対して冷間プレス成形し、さらにヘム加工を施す。
【解決手段】常温にて時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金板のうちヘム加工される領域の全部又は一部を選択的に１６０℃以上３５０℃以下の温度まで加熱して５ｍｉｎ以下保持した後室温まで冷却する復元処理を施す。その後、前記アルミニウム合金板に対して冷間プレス成形し、さらにヘム加工を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間プレス成形及びヘム加工を施して使用されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の成形加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のボディシートとしては、主として冷延鋼板を使用することが多かった。しかしながら、最近では、地球温暖化抑制の視点からＣＯ２排出量の削減が求められ、そのため車体軽量化の重要性が広く認識された結果、アルミニウム合金圧延板を使用することが多くなっている。
【０００３】
アルミニウム合金圧延板の用途のうち、自動車のフード、フェンダ、ドアなどのボディパネル類については、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が使用されることが多い。これは、本系合金は主要元素としてＭｇとＳｉを含有しているためである。即ち、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、プレス成形時には低耐力の状態としてプレス成形性を確保しておき、その後の自動車製造工程における塗装焼付処理での約１７０℃での加熱の際に、時効硬化（ベークハード又は塗装焼付硬化と呼ばれる）して、自動車ボディパネルに必要な高耐力を付与することができるという特徴を有しているためである。
【０００４】
前述のボディパネルは、一般的に、車体の外面側に位置するアウタパネルと、車体の内面側に位置するインナパネルより構成されている。このうちのアウタパネルについては、ボディの形状を形作る冷間でのプレス成形とトリミングとに引き続いて、別途プレス成形されたインナパネルと組み付ける際に、その周辺部においてヘム加工と呼ばれる約１８０°の曲げ加工が行われる。このヘム加工は、加工中に割れが発生することが多く、素材にとって非常に厳しい加工である。
【０００５】
一方、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、前述した塗装焼付処理時の時効硬化性（ベークハード性又は塗装焼付硬化性とも呼ばれる）を確保することを目的として、主要元素であるＭｇとＳｉを固溶させるためにアルミ圧延メーカーで溶体化・急冷処理が行われ、さらにその後予備時効処理が行われ、Ｔ４（ＪＩＳ Ｈ０００１）と呼ばれる調質の種類で、自動車メーカーに出荷されることが、現状一般的な形態となっている。
【０００６】
このようにＴ４調質されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の機械的性質は、常温で安定ではなく、常温時効により徐々にその強度（耐力、引張強さ）が上昇してしまう（常温時効硬化）。ここで常温とは、材料の輸送・保管中において空調設備が無い状態において一般に想定される温度範囲の目安として０〜５０℃の温度を意味する。この常温保持中における強度上昇に伴い、上記したアウタパネルのヘム加工の際に割れやすくなる（即ち材料のヘム加工性が低下する）という問題が生じる。
【０００７】
このうち常温経時に伴うヘム加工性の低下に対して、課題を解決するために特許文献１〜４に示すような技術が提案されている。
【０００８】
特許文献１では、室温時効が進んでヘム加工性が低下したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金について、プレス成形を行った後に、プレス成形品のうちヘム加工を行う部位について、事前に２５０〜５００℃の温度に加熱して材料を復元させて、ヘム性を回復させた後に、ヘム加工を行うという技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２では、ヘム加工部を加熱する手段を組み込んだヘム加工装置が開示されている。これはヘム加工部を２００℃前後の温度に加熱して温間でヘム加工することにより、ヘム加工性が向上することを利用したものである。
【００１０】
また、特許文献３では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に対して一旦１％以上の加工歪を予め与えた後に５０〜１５０℃の温度に加熱する時効硬化回復処理を行うことにより、ヘム加工性が向上するという技術を開示されている。ここで、プレス成形後のヘム加工の場合は、まずプレス成形を行い、その際にヘム加工される部分にひずみが付与され、ヘム加工を行う前にプレス成形品の所定の温度に加熱する時効硬化回復処理を行ってヘム加工性を向上させる技術が開示されている。
【００１１】
また、特許文献４では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金についてプレス成形を行った後、プレス成形品全体を１９０〜２１５℃の温度範囲で２〜８時間加熱する過時効処理を行ってからヘム加工する技術が開示されている。
【００１２】
以上の技術では、いずれの場合も一旦プレス成形を行った後に、そのプレス成形品に対して、ヘム加工性を向上させる処理が施されている。このうち、特許文献１及び特許文献３の場合、曲面で構成される複雑形状のプレス成形品について、ヘム曲げが行われる部分を局所的に加熱処理する必要があるが、これを、従来の生産効率を大幅に損なうことなく効率的に行うことは実際上困難である。またこれは、特許文献２に開示されている、加熱装置を具備したヘム加工装置の場合でも同様であり、加熱部が所定の温度に達するのに一定時間を要すため、ヘム加工速度が低下して生産効率が大幅に低下してしまう。また、特許文献４の場合は、プレス成形品全体に熱処理を行う必要があり、処理に最低でも２時間を要するため、生産効率が大幅に低下してしまう。
【００１３】
これらに対して、特許文献５では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板について、プレス成形を行う前のブランクの状態で、ブランクのうちパンチ肩部が接触することになるよりも外側部分について部分的に復元処理して軟化させ、絞り成形性を向上する技術が開示されている。また、特許文献５では、パンチ肩部が接触することになる部分より外側の部分のうち、プレス成形後にヘム加工されることになる部分を含めることにより、プレス成形後のヘム加工性を向上させる技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３４３１９２４号公報
【特許文献２】特許第３３９０４７９号公報
【特許文献３】特許第４１６４４５３号公報
【特許文献４】特開２００８−２５４０００号公報
【特許文献５】特開２００９−１６１８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献５の技術を適用すれば、平坦なブランクの状態において、所定の温度条件に加熱する部分復元処理を行うため、プレス成形後にヘム加工性向上を目的として加熱処理を行う特許文献１〜４の技術に比べて処理が容易であり高い生産効率を維持することが可能である。しかし、特許文献５の技術は絞り成形が主体となるインナパネルの成形性向上を主目的としたもので、本発明で対象とするアウタパネルの成形のようにブランク周囲をビードで固定して張出し成形する場合は、パンチ肩部の外側領域を復元軟化させることがプレス成形性を低下させてしまう場合があり、ヘム加工性は向上するが、プレス成形で割れが生じる場合があった。また、ヘム加工される部分が必ずしもパンチ肩部の外側領域に無く、パンチ肩部であったり、その内側領域であったりして、復元軟化領域にヘム加工領域を含めることが出来ない場合もあった。
【００１６】
以上のように、従来提案されている技術では、常温時効により強度が上昇することにより、ヘム加工性が低下してしまったＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金のヘム加工性を、生産効率を大きく損なうことなく効果的に回復させることは困難であった。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金材について、ヘム加工性を効果的に回復させるとともに生産効率の高い成形加工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】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係るアルミニウム合金板の成形加工方法は、
常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金板の成形加工方法であって、
前記アルミニウム合金板のうちヘム加工される領域の全部又は一部を選択的に１６０℃以上３５０℃以下の温度まで加熱して５ｍｉｎ以下保持した後室温まで冷却する復元処理を施す工程と、
前記復元処理された前記アルミニウム合金板を冷間プレス成形する工程と、
成形された前記アルミニウム合金板に前記ヘム加工を施す工程と、を備える、
ことを特徴とする。
【００１９】
前記アルミニウム合金板は、Ｍｇ：０．２〜１．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．３〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、かつＦｅ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０３〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有する、こととしてもよい。
【００２０】
また、前記復元処理の後、１０日以内に前記冷間プレス成形及び前記ヘム加工を行う、こととしてもよい。
【００２１】
また、前記復元処理の前の前記アルミニウム合金板の表面が無塗油の状態である、こととしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金材について、ヘム加工性を効果的に回復させるとともに生産効率の高い成形加工方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例においてブランクに復元処理を施す位置を示す図である。
【図２】本発明の実施例におけるプレス成形前の状態を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施例におけるプレス成形後の状態を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるヘム加工後の状態を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施例における小型引張試験片の形状及び寸法を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明では、上記のように、アルミ圧延メーカーで製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金圧延板を用いる。
【００２５】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく種々の実験・検討を重ねた結果、常温時効により大幅にヘム加工性が低下してしまったＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金について、プレス成形を行う前に最適な処理条件において、アルミニウム合金板のうちヘム加工されることになる箇所について、部分的に復元処理を行って、ヘム加工性を回復させてから、プレス成形及びトリミングを行った後に、ヘム加工を行うことにより、生産効率を大幅に低下させること無く、ヘム加工を要するプレス成形品を製造することが可能であることを見出し、本発明をなすに至ったのである。
【００２６】
＜復元処理＞
本発明では、プレス成形を行う前の素材形状が平坦な状態で、復元処理を行って、ヘム加工性を回復させることが技術の要点となる。
【００２７】
復元とは、常温時効により硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、所定の温度に加熱され、短時間保持してから室温まで冷却されることにより、加熱前に比べて材料強度が低下するという現象である。本明細書では、このように強度低下を目的として、アルミニウム合金板を所定の条件で加熱・冷却することを復元処理と呼ぶ。
【００２８】
復元による強度低下のメカニズムは以下のように説明される。すなわち、常温経時によりマトリクス中ではＭｇとＳｉよりなるクラスタが生成・成長し、これにより材料強度が増加している。このような状態の材料を所定の温度に短時間加熱すると、熱的に不安定なクラスタは容易に再固溶して消滅し、室温まで冷却した後の強度が、加熱する前に比べて低下するのである。材料のヘム加工性は、常温経時により材料強度が上昇するにつれて低下していたため、復元することによって材料強度が下がれば、ヘム加工性は回復する。
【００２９】
本発明では復元処理について以下のように処理条件を限定した。すなわち、復元処理での加熱温度（加熱時に到達する材料温度）は１６０℃以上３５０℃以下の範囲とした。加熱温度が１６０℃よりも低いと復元による強度低下が無く、そのためにヘム加工性も回復しない。また加熱温度が３５０℃を超えると復元と同時に生じるＭｇとＳｉの析出が顕著となり、強度が低下せず、ヘム加工性の回復もない。また、さらに好ましい加熱温度は１６０℃以上２５０℃未満の範囲である。２５０℃以上の温度範囲では、クラスタが効率的に再固溶するため、強度低下して曲げ性も回復するが、一方で、温度が高めであることから短時間の加熱であってもＭｇとＳｉが粒界上に析出するため、延性の低下が大きくなる。このため、その後のプレス成形時に伸びの低下が原因で、プレスの形状によっては割れが生じることが多くなってしまう。
【００３０】
また、復元処理での加熱処理において、加熱温度での保持時間は５分以下に規定する。保持時間を５分以上とすると、一旦クラスタが固溶した後にＭｇ・Ｓｉよりなる析出物（β’’）が生成して強度が再上昇するため、ヘム加工性は実質的に向上しない。温度条件を最適に選択すれば、保持時間をほぼ０秒としても効果的に復元軟化が生じ、ヘム加工性を回復させることができる。生産効率を重視する場合は、加熱温度での保持時間ができるだけ短い条件を選択した方より好ましい。
【００３１】
また、加熱の際に加熱温度に到達するまでの昇温速度については、本特許では特に規定を設けないが、５０℃／ｍｉｎ以上の出来るだけ大きいほうが好ましい。昇温速度が大きいほど、昇温途中において復元と競合して生じるＭｇとＳｉの析出を抑制することができ、結果として復元軟化が効果的に生じて、ヘム加工性が向上しやすい。また、加熱後の冷却についても、特に規定は設けないが、３０℃／ｍｉｎ以上の出来るだけ速い冷却速度で行うことが、ヘム性向上及び生産効率の点から好ましい。
【００３２】
＜復元処理を行う領域＞
復元処理は、アルミニウム合金板のうちプレス成形後にヘム加工されることになる部分の全部又は一部を選択して部分的に行う。例えばヘム加工を全周にわたって行う場合は、この全周に添って該当部位を復元処理する。ヘム加工部は厳密には極狭い一定幅の線状領域となるが、実質的にこのような狭小領域を加熱処理することは困難であるため、この線状領域を含む、適当な大きさの幅の領域を加熱領域とする。また、このようなヘム加工部のうち、ヘム加工時に割れが発生しやすい部位が特定できている場合は、この全周からヘム加工割れ多発部位についてのみ選択的に復元処理を行っても良い。
【００３３】
このようにヘム加工割れ多発部位に復元処理位置を限定して行う利点は、加熱処理する面積が大幅に限定されるため、復元処理が非常に容易に行うことができる点である。一方、復元処理位置を限定して行う欠点は、復元処理した部分での強度が低下するため、その後のプレス成形時において、この部分にひずみが集中して、プレス時に割れが生じる場合があることである。この割れはプレス成形での材料の変形量が大きい時に顕在化する。
【００３４】
＜復元処理の具体的な方法＞
アルミニウム合金板の一部分を選択して復元処理する場合には、加熱したい部分の形状に合わせて金属板（アルミニウム合金や銅合金など）を加工して、この金属板を加熱して、アルミニウム合金板に接触して加圧する方法が、領域を限定して加熱する上で簡便である。もちろん、その他、誘導加熱、レーザー加熱、赤外線加熱など公知の加熱手段を適宜利用してもよい。
【００３５】
＜塗油について＞
本発明ではプレス成形に先立って行われる復元処理の際に、板表面を無塗油の状態にしておくことが望ましい。通常、アルミ圧延メーカーよりアルミニウム合金板が出荷される際は、輸送中の板の傷付きを防止することを目的として、防錆油などが塗布される。しかしながら、このように塗油された状態のままで復元処理を行い、板を部分的に加熱すると、加熱部において塗油が表面に焼付いてしまい、その後のプレス成形品の外観不良の原因となる。また、加熱の際に防錆油が揮発して発煙を生じ、作業環境が悪化してしまう。そこで、本発明では、復元処理を行う段階で、板表面を無塗油の状態とするために、酸洗等の処理工程により、あらかじめ防錆油を除去しておくか、輸送の際に傷付きが生じないように梱包方法を工夫した上で、無塗油の状態でアルミ圧延メーカーより出荷することとする。
【００３６】
復元処理は無塗油の状態で行うが、復元処理後に行うプレス成形にはプレス潤滑油の塗布が必要であり、通常と同じくプレス成形用の潤滑油を表面に適量塗油して行う。
【００３７】
＜プレス成形＞
部分的に復元処理を行ったアルミニウム合金板について行うプレス成形は、通常のプレス成形機を用いて行うことができる。但し本発明では、復元処理を行ってから１０日以内にプレス成形を行うことを規定する。これは、復元処理を行った後、しばらくは材料強度が低下したままの状態が持続するが、再び常温時効により強度が増大しはじめて、再びヘム加工性が大幅に低下するためである。通常、目安として、復元処理後１０日で効果の１／３程度が消失して、復元処理後１ヶ月でほぼ全ての効果が消失する。よって、より好ましくは復元処理後３日以内にプレス成形を行う。
【００３８】
＜ヘム加工＞
プレス成形及びトリミングを行った後に、アウタパネルの周辺部の所定箇所についてヘム加工が施され、別途製造されたインナパネルと組み付けされる。上記で説明したように復元処理後の常温時効によりヘム加工性が低下してしまうために、本発明では復元処理を行ってから１０日以内にヘム加工を行うことを規定する。より好ましくは復元処理後３日以内にヘム加工を行う。
【００３９】
＜素材となるアルミニウム合金の製造方法＞
本発明においては、アルミ圧延メーカーで製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金圧延板を素材として用いる。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は以下に述べる通常一般のプロセスにより製造されたものが適用される。すなわち、所定の成分に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。ここで、通常の溶解鋳造法としては、例えば半連続鋳造法（ＤＣ（Direct Chill）鋳造法等）や薄板連続鋳造法（ロールキャスト法等）などを含む。
【００４０】
次いで、このアルミニウム合金鋳塊に均質化処理が施され、その後の加熱処理（前記均質化処理を兼ねて行う場合も含む。）、熱延、冷延により、最終板厚のアルミニウム合金板とされる。このとき、必要に応じて熱延後又は冷間圧延の途中において中間焼鈍を行ってもよい。このように最終の板厚まで圧延されたアルミニウム合金板は、最終的に溶体化処理が行われる。これは、合金板を４８０℃以上の温度に所定時間保持したのち、急冷するもので、ＭｇとＳｉを室温にて過飽和固溶させるプロセスであり、自動車メーカーにてプレス成形後に行われる塗装焼付け処理時に、アルミニウム合金板が時効硬化してアウタパネルとして必要な強度を確保する上で必須のプロセスである。
【００４１】
この溶体化処理に引続いて、通常は塗装焼付け硬化性を高めることを目的として６０〜１００℃程度の温度で１〜２４時間程度保持する予備時効処理が行われることが多い。本発明の場合は、この予備時効処理を行っておくことが好ましい。これは、予備時効処理が無い場合に、復元処理されなかった部分の塗装焼付け硬化性が低いために、成形品の強度が部分的に不足するためである。
【００４２】
＜素材となるアルミニウム合金の成分＞
本発明のアルミニウム合金板は、基本的にはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であれば良く、その具体的な成分組成は特に制約されるものではないが、例えば以下の成分組成の合金が用いられる。すなわち、Ｍｇ：０．２０〜１．５％、Ｓｉ：０．３０〜２．０％を含有し、かつＦｅ：０．０３〜１．０％、Ｍｎ：０．０３〜０．６０％、Ｃｒ：０．０１〜０．４０％、Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、Ｖ：０．０１〜０．４０％、Ｔｉ：０．００５〜０．３０％、Ｚｎ：０．０３〜２．５％、Ｃｕ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物よりなるアルミニウム合金である。
【００４３】
以上説明した本発明の成形加工方法によれば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板について、プレス成形を行う前に事前に合金板の所定箇所について復元処理を施しておくことにより、プレス成形の後に行われるヘム加工にて割れ等の不具合が発生せずに容易に行うことができる。これにより、２枚の成形品を端部のヘム加工で接合するような、例えば自動車ボディパネルのフードやドアなどの製造が容易となる。特に、アルミ圧延メーカーで製造されてから室温にて長期間保管されることにより、常温時効が進みヘム加工性が大幅に低下してしまった状態にあるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板素材について、生産効率を大幅に低下させることなく、そのヘム加工性を大幅に回復させ、プレス成形品の製造に再び供することが可能となる。
【実施例】
【００４４】
以下にこの発明の実施例を比較例とともに記す。なお以下の実施例は、この発明の効果を説明するためのものであり、実施例記載のプロセス及び条件がこの発明の技術的範囲を制限するものではない。
【００４５】
アルミニウム合金を溶解して成分調整を行なった後、ＤＣ鋳造法により、表１に示す6種の化学成分のアルミニウム合金鋳塊を作製した。鋳塊に５３０℃で１０時間の均質化処理を行なった後、常法にしたがって熱間圧延を行なって厚さ４ｍｍの熱延板とし、さらに冷間圧延を行なって厚さ１ｍｍの冷間圧延板とした。このとき、冷間圧延の途中の厚みにおいて一度中間焼鈍を行った。その後、連続焼鈍炉によって５４０℃に加熱して溶体化処理を行い、１００℃以下の温度まで急冷した後、８０℃にて５時間保持する予備時効処理を行って塗装焼付け硬化性を付与して、アルミニウム合金圧延板を作製した。このアルミニウム合金板を常温にて６ヶ月間経時させてから、以下の評価試験に供した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
まず、上記アルミニウム合金板より、幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍの短冊状試験片を長手方向が圧延方向に対して直角となるよう作製した。この試験片の図１に示す復元処理位置１２の領域について部分的に復元処理を行った。復元処理される領域は、ヘム加工される部分を中心として１０ｍｍ幅の部分である。部分復元処理については、加熱部の形状に加工した金属製の加熱体を試験片に接触させ、加圧することにより行った。復元処理時のアルミニウム合金板の加熱処理条件を表２に示した。加熱の昇温速度はいずれの場合も６００℃／ｍｉｎであった。また加熱終了後は、強制空冷により６０℃／ｍｉｎの冷却速度で供試材の加熱部を冷却した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
上記のようにして復元処理を行ったブランクについて、トリミング後にヘム加工することを前提として、図２に示す形状の試験モデルでプレス成形を行った。用いたパンチ２の形状は、パンチ幅は１２０ｍｍ、パンチ肩半径１０ｍｍであり、ダイ１の形状は、ダイス幅１２３ｍｍ、ダイス肩半径１５ｍｍであった。ダイ１とシワ押さえ３とで短冊状試験片（ブランク１０）を挟持し、ブランク１０の周囲を複数のロックビード４で固定した。プレス成形試験は、パンチ速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、シワ押さえ３の付与荷重１０００ｋｇｆ（９．８ｋＮ）の条件にて行い、潤滑剤としてジョンソンワックス（商標）を使用して行った。これにより、図２にて平板状であったブランク１０は図３に示す形状にプレス成形された。プレス成形に引き続き、成形品端部のロックビード４を含む１０ｍｍ程度をトリミングした後、図４に示すように板厚１ｍｍの模擬インナパネル５を挟みこんでヘム加工を行った。
【００５０】
ヘム加工後にヘム加工部１１の加工面の外側を目視で観察して、下記の基準で評点を付けた。そして、最終的に実質的に割れが発生していない０〜２点を合格と判定し、微細なものを含めて割れが発生した３〜５点を不合格と判定した。なお、復元処理後プレス成形及びヘム加工を行うまでに経過した時間を表２に示した。プレス成形とヘム加工とは連続して行い、実質的にはプレス成形後２時間以内にヘム加工を実施した。
【００５１】
（ヘム曲げ性評点基準）
０点：肌荒れなし、微小割れなし
１点：肌荒れが僅かに発生しているが、微小割れなし
２点：肌荒れが発生しているが、微小割れなし
３点：微小割れが発生する
４点：大きな割れが発生する
５点：ヘム加工中に割れて破断する
【００５２】
また、ヘム加工性を評価した後（実質的にはプレス成形後１日後）に、自動車ボディパネルの製造工程における塗装焼付け処理での熱履歴を模擬するため、プレス成形品を加熱炉にて、１７０℃×２０分間の条件で加熱処理を行った。この加熱処理後のプレス成形品の頭頂部（パンチ頭部との接触部）より、図５に示す形状の小型引張試験片２０（板厚１．０ｍｍ）を作製して、引張試験を行いプレス成形品の耐力値を測定することにより、プレス成形品の強度を評価して、結果を表３に記載した。耐力値が２００ＭＰａ以上ある場合にボディパネルとして必要な強度を満足していると判定した。
【００５３】
また、復元処理直後及びヘム加工時における復元処理した領域の機械的性質を調べた。具体的な手順を以下に示す。まず、３０ｍｍ×２００ｍｍの短冊状試験片からＪＩＳ５号試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１）を作製した。続いて、表２に示した復元処理条件と同じ条件で、ＪＩＳ５号試験片の全面に復元処理を行い、直後及びヘム加工と同じタイミングにて引張試験を行った。各々の状態での機械的性質を表３に示した。
【００５４】
【表３】
【００５５】
また、本試験に供した材料について、溶体化処理・予備時効処理後に１ヶ月、３ヶ月、６ヶ月（本試験での供試材）常温時効した状態での、引張特性とヘム加工性の変化を調べて結果を表４に示した。引張特性は、引張方向が圧延直角方向となるようにＪＩＳ５号試験を作製して、引張試験を行い調べた。また、ヘム加工性については、以下のような手順で評価した。まず、引張特性と同様に引張方向が圧延直角となるようにＪＩＳ５号試験片を作製した。続いて、試験片にプレス成形でのひずみを模擬して５％変形を付与した後、板厚１ｍｍの中板を挿入した状態で試験片の平行部をヘム加工した。その後、ヘム加工面の外側を目視観察して、上記と同じ評価基準でヘム加工性を評価した。
【００５６】
【表４】
【００５７】
条件１及び条件２は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件が本発明の範囲内となっている。よって、プレス成形後に行うヘム加工性が復元処理により効果的に回復して、問題なくヘム加工することが可能であった。
【００５８】
条件３は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱温度が本発明で規定した範囲よりも低い。よって、復元が効果的に生じないため、ヘム加工性も回復せず、プレス成形後のヘム加工で割れが生じた。
【００５９】
条件４は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱温度が本発明で規定した範囲よりも高い。よって、復元が効果的に生じないため、ヘム加工性も回復しない。このためプレス成形後のヘム加工で割れが生じた。
【００６０】
条件５は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱温度は本発明で規定した範囲内であるが、保持時間が本発明で規定した範囲よりも長い。よって、この保持時間中に復元に引続いて、時効硬化が進んで、復元の効果が消失したため、ヘム加工性が回復しなかった。このため、プレス成形後ヘム加工で割れが生じた。
【００６１】
条件６は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件が本発明の範囲内となっている。よって、プレス成形後に行うヘム加工性が復元処理により効果的に回復して、問題なくヘム加工することが可能であった。
【００６２】
条件７は、合金１について実施したもので、本発明例である条件６と同じ復元処理の加熱条件で処理を行っている。しかし、復元処理を行ってからヘム加工を行うまでの室温での経過時間が本発明で規定する期間よりも長い。このため、復元処理によって一旦回復したヘム加工性が再度低下してしまい、プレス成形後のヘム加工で微細であるが割れが生じてしまった。
【００６３】
条件８は、合金１について実施したもので、条件６と同じ復元処理の加熱条件であり本発明の範囲内であり、成形高さが条件６の場合よりもさらに高く設定されている。この場合でも、プレス成形を問題なく行うことができ、また、ヘム加工も問題なく行うことができた。
【００６４】
条件９及び１０は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件も本発明の範囲内にある。このうち、条件１０は成形高さが１０ｍｍであり、プレス成形を問題なく行うことができ、また、ヘム加工も問題なく行うことができた。これに対して、条件９は上記の試験モデルに対して成形高さが１５ｍｍと厳しく、プレス成形中に割れが生じて、プレス成形できず、引続くヘム加工性は評価することができなかった（表３に「−」で示す）。これは本発明での復元処理のより好ましい温度範囲１６０℃以上２５０℃未満よりも高いため、伸びの低下が若干大きくなるためである。そのため、条件９については表２及び表３において便宜上比較例に区分した。これに対して、上記の条件８では、復元処理の加熱温度が本発明の好ましい温度範囲内であるため、伸びの低下が限定的であり、１５ｍｍの成形高さでも成形することが可能であった。
【００６５】
条件１１は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件が本発明の範囲内で、かつヘム加工するまでの経過時間が８日であり、本発明の範囲内である。このため、プレス成形後のヘム加工を問題なく行うことができた。
【００６６】
条件１２、条件１３及び条件１４は、各々本発明の範囲の合金２、合金３及び合金４について、本発明の範囲内の条件にて復元処理したものである。よって、プレス成形後に行うヘム加工性が復元処理により効果的に回復して、問題なくヘム加工することが可能であった。
【００６７】
条件１５及び条件１７は各々、本発明の範囲外の合金５、合金７について、本発明の範囲の条件にて復元処理を行ったものであるが、Ｍｇ量またはＳｉ量が本発明の範囲よりも多い。よって、素材のヘム加工性がもともと低い。このため、復元処理によりヘム加工性が回復はするものの、十分なヘム加工性とはならなかった。このため、プレス成形後ヘム加工で割れが生じた。
【００６８】
条件１６及び条件１８は各々、本発明の範囲外の合金６、合金８について、本発明の範囲の条件にて復元処理を行ったものであるが、Ｍｇ量またはＳｉ量が本発明の範囲よりも少ない。よって素材のヘム加工性はもともと高いが、ＭｇとＳｉの固溶量が少ないために、プレス成形後の塗装焼付け処理工程を模擬して、１７０℃×２０分間の条件で加熱処理した後の耐力値が自動車ボディパネル用としては不十分であった。
【符号の説明】
【００６９】
１ ダイ
２ パンチ
３ シワ押さえ
４ ロックビード
５ 模擬インナパネル
１０ ブランク
１１ ヘム加工部
１２ 復元処理位置
２０ 小型引張試験片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間プレス成形及びヘム加工を施して使用されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の成形加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のボディシートとしては、主として冷延鋼板を使用することが多かった。しかしながら、最近では、地球温暖化抑制の視点からＣＯ２排出量の削減が求められ、そのため車体軽量化の重要性が広く認識された結果、アルミニウム合金圧延板を使用することが多くなっている。
【０００３】
アルミニウム合金圧延板の用途のうち、自動車のフード、フェンダ、ドアなどのボディパネル類については、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が使用されることが多い。これは、本系合金は主要元素としてＭｇとＳｉを含有しているためである。即ち、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、プレス成形時には低耐力の状態としてプレス成形性を確保しておき、その後の自動車製造工程における塗装焼付処理での約１７０℃での加熱の際に、時効硬化（ベークハード又は塗装焼付硬化と呼ばれる）して、自動車ボディパネルに必要な高耐力を付与することができるという特徴を有しているためである。
【０００４】
前述のボディパネルは、一般的に、車体の外面側に位置するアウタパネルと、車体の内面側に位置するインナパネルより構成されている。このうちのアウタパネルについては、ボディの形状を形作る冷間でのプレス成形とトリミングとに引き続いて、別途プレス成形されたインナパネルと組み付ける際に、その周辺部においてヘム加工と呼ばれる約１８０°の曲げ加工が行われる。このヘム加工は、加工中に割れが発生することが多く、素材にとって非常に厳しい加工である。
【０００５】
一方、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、前述した塗装焼付処理時の時効硬化性（ベークハード性又は塗装焼付硬化性とも呼ばれる）を確保することを目的として、主要元素であるＭｇとＳｉを固溶させるためにアルミ圧延メーカーで溶体化・急冷処理が行われ、さらにその後予備時効処理が行われ、Ｔ４（ＪＩＳ Ｈ０００１）と呼ばれる調質の種類で、自動車メーカーに出荷されることが、現状一般的な形態となっている。
【０００６】
このようにＴ４調質されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の機械的性質は、常温で安定ではなく、常温時効により徐々にその強度（耐力、引張強さ）が上昇してしまう（常温時効硬化）。ここで常温とは、材料の輸送・保管中において空調設備が無い状態において一般に想定される温度範囲の目安として０〜５０℃の温度を意味する。この常温保持中における強度上昇に伴い、上記したアウタパネルのヘム加工の際に割れやすくなる（即ち材料のヘム加工性が低下する）という問題が生じる。
【０００７】
このうち常温経時に伴うヘム加工性の低下に対して、課題を解決するために特許文献１〜４に示すような技術が提案されている。
【０００８】
特許文献１では、室温時効が進んでヘム加工性が低下したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金について、プレス成形を行った後に、プレス成形品のうちヘム加工を行う部位について、事前に２５０〜５００℃の温度に加熱して材料を復元させて、ヘム性を回復させた後に、ヘム加工を行うという技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２では、ヘム加工部を加熱する手段を組み込んだヘム加工装置が開示されている。これはヘム加工部を２００℃前後の温度に加熱して温間でヘム加工することにより、ヘム加工性が向上することを利用したものである。
【００１０】
また、特許文献３では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に対して一旦１％以上の加工歪を予め与えた後に５０〜１５０℃の温度に加熱する時効硬化回復処理を行うことにより、ヘム加工性が向上するという技術を開示されている。ここで、プレス成形後のヘム加工の場合は、まずプレス成形を行い、その際にヘム加工される部分にひずみが付与され、ヘム加工を行う前にプレス成形品の所定の温度に加熱する時効硬化回復処理を行ってヘム加工性を向上させる技術が開示されている。
【００１１】
また、特許文献４では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金についてプレス成形を行った後、プレス成形品全体を１９０〜２１５℃の温度範囲で２〜８時間加熱する過時効処理を行ってからヘム加工する技術が開示されている。
【００１２】
以上の技術では、いずれの場合も一旦プレス成形を行った後に、そのプレス成形品に対して、ヘム加工性を向上させる処理が施されている。このうち、特許文献１及び特許文献３の場合、曲面で構成される複雑形状のプレス成形品について、ヘム曲げが行われる部分を局所的に加熱処理する必要があるが、これを、従来の生産効率を大幅に損なうことなく効率的に行うことは実際上困難である。またこれは、特許文献２に開示されている、加熱装置を具備したヘム加工装置の場合でも同様であり、加熱部が所定の温度に達するのに一定時間を要すため、ヘム加工速度が低下して生産効率が大幅に低下してしまう。また、特許文献４の場合は、プレス成形品全体に熱処理を行う必要があり、処理に最低でも２時間を要するため、生産効率が大幅に低下してしまう。
【００１３】
これらに対して、特許文献５では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板について、プレス成形を行う前のブランクの状態で、ブランクのうちパンチ肩部が接触することになるよりも外側部分について部分的に復元処理して軟化させ、絞り成形性を向上する技術が開示されている。また、特許文献５では、パンチ肩部が接触することになる部分より外側の部分のうち、プレス成形後にヘム加工されることになる部分を含めることにより、プレス成形後のヘム加工性を向上させる技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３４３１９２４号公報
【特許文献２】特許第３３９０４７９号公報
【特許文献３】特許第４１６４４５３号公報
【特許文献４】特開２００８−２５４０００号公報
【特許文献５】特開２００９−１６１８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献５の技術を適用すれば、平坦なブランクの状態において、所定の温度条件に加熱する部分復元処理を行うため、プレス成形後にヘム加工性向上を目的として加熱処理を行う特許文献１〜４の技術に比べて処理が容易であり高い生産効率を維持することが可能である。しかし、特許文献５の技術は絞り成形が主体となるインナパネルの成形性向上を主目的としたもので、本発明で対象とするアウタパネルの成形のようにブランク周囲をビードで固定して張出し成形する場合は、パンチ肩部の外側領域を復元軟化させることがプレス成形性を低下させてしまう場合があり、ヘム加工性は向上するが、プレス成形で割れが生じる場合があった。また、ヘム加工される部分が必ずしもパンチ肩部の外側領域に無く、パンチ肩部であったり、その内側領域であったりして、復元軟化領域にヘム加工領域を含めることが出来ない場合もあった。
【００１６】
以上のように、従来提案されている技術では、常温時効により強度が上昇することにより、ヘム加工性が低下してしまったＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金のヘム加工性を、生産効率を大きく損なうことなく効果的に回復させることは困難であった。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金材について、ヘム加工性を効果的に回復させるとともに生産効率の高い成形加工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】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係るアルミニウム合金板の成形加工方法は、
常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金板の成形加工方法であって、
前記アルミニウム合金板のうちヘム加工される領域の全部又は一部を選択的に１６０℃以上３５０℃以下の温度まで加熱して５ｍｉｎ以下保持した後室温まで冷却する復元処理を施す工程と、
前記復元処理された前記アルミニウム合金板を冷間プレス成形する工程と、
成形された前記アルミニウム合金板に前記ヘム加工を施す工程と、を備える、
ことを特徴とする。
【００１９】
前記アルミニウム合金板は、Ｍｇ：０．２〜１．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．３〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、かつＦｅ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０３〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有する、こととしてもよい。
【００２０】
また、前記復元処理の後、１０日以内に前記冷間プレス成形及び前記ヘム加工を行う、こととしてもよい。
【００２１】
また、前記復元処理の前の前記アルミニウム合金板の表面が無塗油の状態である、こととしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金材について、ヘム加工性を効果的に回復させるとともに生産効率の高い成形加工方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例においてブランクに復元処理を施す位置を示す図である。
【図２】本発明の実施例におけるプレス成形前の状態を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施例におけるプレス成形後の状態を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるヘム加工後の状態を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施例における小型引張試験片の形状及び寸法を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明では、上記のように、アルミ圧延メーカーで製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金圧延板を用いる。
【００２５】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく種々の実験・検討を重ねた結果、常温時効により大幅にヘム加工性が低下してしまったＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金について、プレス成形を行う前に最適な処理条件において、アルミニウム合金板のうちヘム加工されることになる箇所について、部分的に復元処理を行って、ヘム加工性を回復させてから、プレス成形及びトリミングを行った後に、ヘム加工を行うことにより、生産効率を大幅に低下させること無く、ヘム加工を要するプレス成形品を製造することが可能であることを見出し、本発明をなすに至ったのである。
【００２６】
＜復元処理＞
本発明では、プレス成形を行う前の素材形状が平坦な状態で、復元処理を行って、ヘム加工性を回復させることが技術の要点となる。
【００２７】
復元とは、常温時効により硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、所定の温度に加熱され、短時間保持してから室温まで冷却されることにより、加熱前に比べて材料強度が低下するという現象である。本明細書では、このように強度低下を目的として、アルミニウム合金板を所定の条件で加熱・冷却することを復元処理と呼ぶ。
【００２８】
復元による強度低下のメカニズムは以下のように説明される。すなわち、常温経時によりマトリクス中ではＭｇとＳｉよりなるクラスタが生成・成長し、これにより材料強度が増加している。このような状態の材料を所定の温度に短時間加熱すると、熱的に不安定なクラスタは容易に再固溶して消滅し、室温まで冷却した後の強度が、加熱する前に比べて低下するのである。材料のヘム加工性は、常温経時により材料強度が上昇するにつれて低下していたため、復元することによって材料強度が下がれば、ヘム加工性は回復する。
【００２９】
本発明では復元処理について以下のように処理条件を限定した。すなわち、復元処理での加熱温度（加熱時に到達する材料温度）は１６０℃以上３５０℃以下の範囲とした。加熱温度が１６０℃よりも低いと復元による強度低下が無く、そのためにヘム加工性も回復しない。また加熱温度が３５０℃を超えると復元と同時に生じるＭｇとＳｉの析出が顕著となり、強度が低下せず、ヘム加工性の回復もない。また、さらに好ましい加熱温度は１６０℃以上２５０℃未満の範囲である。２５０℃以上の温度範囲では、クラスタが効率的に再固溶するため、強度低下して曲げ性も回復するが、一方で、温度が高めであることから短時間の加熱であってもＭｇとＳｉが粒界上に析出するため、延性の低下が大きくなる。このため、その後のプレス成形時に伸びの低下が原因で、プレスの形状によっては割れが生じることが多くなってしまう。
【００３０】
また、復元処理での加熱処理において、加熱温度での保持時間は５分以下に規定する。保持時間を５分以上とすると、一旦クラスタが固溶した後にＭｇ・Ｓｉよりなる析出物（β’’）が生成して強度が再上昇するため、ヘム加工性は実質的に向上しない。温度条件を最適に選択すれば、保持時間をほぼ０秒としても効果的に復元軟化が生じ、ヘム加工性を回復させることができる。生産効率を重視する場合は、加熱温度での保持時間ができるだけ短い条件を選択した方より好ましい。
【００３１】
また、加熱の際に加熱温度に到達するまでの昇温速度については、本特許では特に規定を設けないが、５０℃／ｍｉｎ以上の出来るだけ大きいほうが好ましい。昇温速度が大きいほど、昇温途中において復元と競合して生じるＭｇとＳｉの析出を抑制することができ、結果として復元軟化が効果的に生じて、ヘム加工性が向上しやすい。また、加熱後の冷却についても、特に規定は設けないが、３０℃／ｍｉｎ以上の出来るだけ速い冷却速度で行うことが、ヘム性向上及び生産効率の点から好ましい。
【００３２】
＜復元処理を行う領域＞
復元処理は、アルミニウム合金板のうちプレス成形後にヘム加工されることになる部分の全部又は一部を選択して部分的に行う。例えばヘム加工を全周にわたって行う場合は、この全周に添って該当部位を復元処理する。ヘム加工部は厳密には極狭い一定幅の線状領域となるが、実質的にこのような狭小領域を加熱処理することは困難であるため、この線状領域を含む、適当な大きさの幅の領域を加熱領域とする。また、このようなヘム加工部のうち、ヘム加工時に割れが発生しやすい部位が特定できている場合は、この全周からヘム加工割れ多発部位についてのみ選択的に復元処理を行っても良い。
【００３３】
このようにヘム加工割れ多発部位に復元処理位置を限定して行う利点は、加熱処理する面積が大幅に限定されるため、復元処理が非常に容易に行うことができる点である。一方、復元処理位置を限定して行う欠点は、復元処理した部分での強度が低下するため、その後のプレス成形時において、この部分にひずみが集中して、プレス時に割れが生じる場合があることである。この割れはプレス成形での材料の変形量が大きい時に顕在化する。
【００３４】
＜復元処理の具体的な方法＞
アルミニウム合金板の一部分を選択して復元処理する場合には、加熱したい部分の形状に合わせて金属板（アルミニウム合金や銅合金など）を加工して、この金属板を加熱して、アルミニウム合金板に接触して加圧する方法が、領域を限定して加熱する上で簡便である。もちろん、その他、誘導加熱、レーザー加熱、赤外線加熱など公知の加熱手段を適宜利用してもよい。
【００３５】
＜塗油について＞
本発明ではプレス成形に先立って行われる復元処理の際に、板表面を無塗油の状態にしておくことが望ましい。通常、アルミ圧延メーカーよりアルミニウム合金板が出荷される際は、輸送中の板の傷付きを防止することを目的として、防錆油などが塗布される。しかしながら、このように塗油された状態のままで復元処理を行い、板を部分的に加熱すると、加熱部において塗油が表面に焼付いてしまい、その後のプレス成形品の外観不良の原因となる。また、加熱の際に防錆油が揮発して発煙を生じ、作業環境が悪化してしまう。そこで、本発明では、復元処理を行う段階で、板表面を無塗油の状態とするために、酸洗等の処理工程により、あらかじめ防錆油を除去しておくか、輸送の際に傷付きが生じないように梱包方法を工夫した上で、無塗油の状態でアルミ圧延メーカーより出荷することとする。
【００３６】
復元処理は無塗油の状態で行うが、復元処理後に行うプレス成形にはプレス潤滑油の塗布が必要であり、通常と同じくプレス成形用の潤滑油を表面に適量塗油して行う。
【００３７】
＜プレス成形＞
部分的に復元処理を行ったアルミニウム合金板について行うプレス成形は、通常のプレス成形機を用いて行うことができる。但し本発明では、復元処理を行ってから１０日以内にプレス成形を行うことを規定する。これは、復元処理を行った後、しばらくは材料強度が低下したままの状態が持続するが、再び常温時効により強度が増大しはじめて、再びヘム加工性が大幅に低下するためである。通常、目安として、復元処理後１０日で効果の１／３程度が消失して、復元処理後１ヶ月でほぼ全ての効果が消失する。よって、より好ましくは復元処理後３日以内にプレス成形を行う。
【００３８】
＜ヘム加工＞
プレス成形及びトリミングを行った後に、アウタパネルの周辺部の所定箇所についてヘム加工が施され、別途製造されたインナパネルと組み付けされる。上記で説明したように復元処理後の常温時効によりヘム加工性が低下してしまうために、本発明では復元処理を行ってから１０日以内にヘム加工を行うことを規定する。より好ましくは復元処理後３日以内にヘム加工を行う。
【００３９】
＜素材となるアルミニウム合金の製造方法＞
本発明においては、アルミ圧延メーカーで製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金圧延板を素材として用いる。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は以下に述べる通常一般のプロセスにより製造されたものが適用される。すなわち、所定の成分に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。ここで、通常の溶解鋳造法としては、例えば半連続鋳造法（ＤＣ（Direct Chill）鋳造法等）や薄板連続鋳造法（ロールキャスト法等）などを含む。
【００４０】
次いで、このアルミニウム合金鋳塊に均質化処理が施され、その後の加熱処理（前記均質化処理を兼ねて行う場合も含む。）、熱延、冷延により、最終板厚のアルミニウム合金板とされる。このとき、必要に応じて熱延後又は冷間圧延の途中において中間焼鈍を行ってもよい。このように最終の板厚まで圧延されたアルミニウム合金板は、最終的に溶体化処理が行われる。これは、合金板を４８０℃以上の温度に所定時間保持したのち、急冷するもので、ＭｇとＳｉを室温にて過飽和固溶させるプロセスであり、自動車メーカーにてプレス成形後に行われる塗装焼付け処理時に、アルミニウム合金板が時効硬化してアウタパネルとして必要な強度を確保する上で必須のプロセスである。
【００４１】
この溶体化処理に引続いて、通常は塗装焼付け硬化性を高めることを目的として６０〜１００℃程度の温度で１〜２４時間程度保持する予備時効処理が行われることが多い。本発明の場合は、この予備時効処理を行っておくことが好ましい。これは、予備時効処理が無い場合に、復元処理されなかった部分の塗装焼付け硬化性が低いために、成形品の強度が部分的に不足するためである。
【００４２】
＜素材となるアルミニウム合金の成分＞
本発明のアルミニウム合金板は、基本的にはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であれば良く、その具体的な成分組成は特に制約されるものではないが、例えば以下の成分組成の合金が用いられる。すなわち、Ｍｇ：０．２０〜１．５％、Ｓｉ：０．３０〜２．０％を含有し、かつＦｅ：０．０３〜１．０％、Ｍｎ：０．０３〜０．６０％、Ｃｒ：０．０１〜０．４０％、Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、Ｖ：０．０１〜０．４０％、Ｔｉ：０．００５〜０．３０％、Ｚｎ：０．０３〜２．５％、Ｃｕ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物よりなるアルミニウム合金である。
【００４３】
以上説明した本発明の成形加工方法によれば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板について、プレス成形を行う前に事前に合金板の所定箇所について復元処理を施しておくことにより、プレス成形の後に行われるヘム加工にて割れ等の不具合が発生せずに容易に行うことができる。これにより、２枚の成形品を端部のヘム加工で接合するような、例えば自動車ボディパネルのフードやドアなどの製造が容易となる。特に、アルミ圧延メーカーで製造されてから室温にて長期間保管されることにより、常温時効が進みヘム加工性が大幅に低下してしまった状態にあるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板素材について、生産効率を大幅に低下させることなく、そのヘム加工性を大幅に回復させ、プレス成形品の製造に再び供することが可能となる。
【実施例】
【００４４】
以下にこの発明の実施例を比較例とともに記す。なお以下の実施例は、この発明の効果を説明するためのものであり、実施例記載のプロセス及び条件がこの発明の技術的範囲を制限するものではない。
【００４５】
アルミニウム合金を溶解して成分調整を行なった後、ＤＣ鋳造法により、表１に示す6種の化学成分のアルミニウム合金鋳塊を作製した。鋳塊に５３０℃で１０時間の均質化処理を行なった後、常法にしたがって熱間圧延を行なって厚さ４ｍｍの熱延板とし、さらに冷間圧延を行なって厚さ１ｍｍの冷間圧延板とした。このとき、冷間圧延の途中の厚みにおいて一度中間焼鈍を行った。その後、連続焼鈍炉によって５４０℃に加熱して溶体化処理を行い、１００℃以下の温度まで急冷した後、８０℃にて５時間保持する予備時効処理を行って塗装焼付け硬化性を付与して、アルミニウム合金圧延板を作製した。このアルミニウム合金板を常温にて６ヶ月間経時させてから、以下の評価試験に供した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
まず、上記アルミニウム合金板より、幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍの短冊状試験片を長手方向が圧延方向に対して直角となるよう作製した。この試験片の図１に示す復元処理位置１２の領域について部分的に復元処理を行った。復元処理される領域は、ヘム加工される部分を中心として１０ｍｍ幅の部分である。部分復元処理については、加熱部の形状に加工した金属製の加熱体を試験片に接触させ、加圧することにより行った。復元処理時のアルミニウム合金板の加熱処理条件を表２に示した。加熱の昇温速度はいずれの場合も６００℃／ｍｉｎであった。また加熱終了後は、強制空冷により６０℃／ｍｉｎの冷却速度で供試材の加熱部を冷却した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
上記のようにして復元処理を行ったブランクについて、トリミング後にヘム加工することを前提として、図２に示す形状の試験モデルでプレス成形を行った。用いたパンチ２の形状は、パンチ幅は１２０ｍｍ、パンチ肩半径１０ｍｍであり、ダイ１の形状は、ダイス幅１２３ｍｍ、ダイス肩半径１５ｍｍであった。ダイ１とシワ押さえ３とで短冊状試験片（ブランク１０）を挟持し、ブランク１０の周囲を複数のロックビード４で固定した。プレス成形試験は、パンチ速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、シワ押さえ３の付与荷重１０００ｋｇｆ（９．８ｋＮ）の条件にて行い、潤滑剤としてジョンソンワックス（商標）を使用して行った。これにより、図２にて平板状であったブランク１０は図３に示す形状にプレス成形された。プレス成形に引き続き、成形品端部のロックビード４を含む１０ｍｍ程度をトリミングした後、図４に示すように板厚１ｍｍの模擬インナパネル５を挟みこんでヘム加工を行った。
【００５０】
ヘム加工後にヘム加工部１１の加工面の外側を目視で観察して、下記の基準で評点を付けた。そして、最終的に実質的に割れが発生していない０〜２点を合格と判定し、微細なものを含めて割れが発生した３〜５点を不合格と判定した。なお、復元処理後プレス成形及びヘム加工を行うまでに経過した時間を表２に示した。プレス成形とヘム加工とは連続して行い、実質的にはプレス成形後２時間以内にヘム加工を実施した。
【００５１】
（ヘム曲げ性評点基準）
０点：肌荒れなし、微小割れなし
１点：肌荒れが僅かに発生しているが、微小割れなし
２点：肌荒れが発生しているが、微小割れなし
３点：微小割れが発生する
４点：大きな割れが発生する
５点：ヘム加工中に割れて破断する
【００５２】
また、ヘム加工性を評価した後（実質的にはプレス成形後１日後）に、自動車ボディパネルの製造工程における塗装焼付け処理での熱履歴を模擬するため、プレス成形品を加熱炉にて、１７０℃×２０分間の条件で加熱処理を行った。この加熱処理後のプレス成形品の頭頂部（パンチ頭部との接触部）より、図５に示す形状の小型引張試験片２０（板厚１．０ｍｍ）を作製して、引張試験を行いプレス成形品の耐力値を測定することにより、プレス成形品の強度を評価して、結果を表３に記載した。耐力値が２００ＭＰａ以上ある場合にボディパネルとして必要な強度を満足していると判定した。
【００５３】
また、復元処理直後及びヘム加工時における復元処理した領域の機械的性質を調べた。具体的な手順を以下に示す。まず、３０ｍｍ×２００ｍｍの短冊状試験片からＪＩＳ５号試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１）を作製した。続いて、表２に示した復元処理条件と同じ条件で、ＪＩＳ５号試験片の全面に復元処理を行い、直後及びヘム加工と同じタイミングにて引張試験を行った。各々の状態での機械的性質を表３に示した。
【００５４】
【表３】
【００５５】
また、本試験に供した材料について、溶体化処理・予備時効処理後に１ヶ月、３ヶ月、６ヶ月（本試験での供試材）常温時効した状態での、引張特性とヘム加工性の変化を調べて結果を表４に示した。引張特性は、引張方向が圧延直角方向となるようにＪＩＳ５号試験を作製して、引張試験を行い調べた。また、ヘム加工性については、以下のような手順で評価した。まず、引張特性と同様に引張方向が圧延直角となるようにＪＩＳ５号試験片を作製した。続いて、試験片にプレス成形でのひずみを模擬して５％変形を付与した後、板厚１ｍｍの中板を挿入した状態で試験片の平行部をヘム加工した。その後、ヘム加工面の外側を目視観察して、上記と同じ評価基準でヘム加工性を評価した。
【００５６】
【表４】
【００５７】
条件１及び条件２は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件が本発明の範囲内となっている。よって、プレス成形後に行うヘム加工性が復元処理により効果的に回復して、問題なくヘム加工することが可能であった。
【００５８】
条件３は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱温度が本発明で規定した範囲よりも低い。よって、復元が効果的に生じないため、ヘム加工性も回復せず、プレス成形後のヘム加工で割れが生じた。
【００５９】
条件４は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱温度が本発明で規定した範囲よりも高い。よって、復元が効果的に生じないため、ヘム加工性も回復しない。このためプレス成形後のヘム加工で割れが生じた。
【００６０】
条件５は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱温度は本発明で規定した範囲内であるが、保持時間が本発明で規定した範囲よりも長い。よって、この保持時間中に復元に引続いて、時効硬化が進んで、復元の効果が消失したため、ヘム加工性が回復しなかった。このため、プレス成形後ヘム加工で割れが生じた。
【００６１】
条件６は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件が本発明の範囲内となっている。よって、プレス成形後に行うヘム加工性が復元処理により効果的に回復して、問題なくヘム加工することが可能であった。
【００６２】
条件７は、合金１について実施したもので、本発明例である条件６と同じ復元処理の加熱条件で処理を行っている。しかし、復元処理を行ってからヘム加工を行うまでの室温での経過時間が本発明で規定する期間よりも長い。このため、復元処理によって一旦回復したヘム加工性が再度低下してしまい、プレス成形後のヘム加工で微細であるが割れが生じてしまった。
【００６３】
条件８は、合金１について実施したもので、条件６と同じ復元処理の加熱条件であり本発明の範囲内であり、成形高さが条件６の場合よりもさらに高く設定されている。この場合でも、プレス成形を問題なく行うことができ、また、ヘム加工も問題なく行うことができた。
【００６４】
条件９及び１０は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件も本発明の範囲内にある。このうち、条件１０は成形高さが１０ｍｍであり、プレス成形を問題なく行うことができ、また、ヘム加工も問題なく行うことができた。これに対して、条件９は上記の試験モデルに対して成形高さが１５ｍｍと厳しく、プレス成形中に割れが生じて、プレス成形できず、引続くヘム加工性は評価することができなかった（表３に「−」で示す）。これは本発明での復元処理のより好ましい温度範囲１６０℃以上２５０℃未満よりも高いため、伸びの低下が若干大きくなるためである。そのため、条件９については表２及び表３において便宜上比較例に区分した。これに対して、上記の条件８では、復元処理の加熱温度が本発明の好ましい温度範囲内であるため、伸びの低下が限定的であり、１５ｍｍの成形高さでも成形することが可能であった。
【００６５】
条件１１は、合金１について実施したもので、復元処理の加熱条件が本発明の範囲内で、かつヘム加工するまでの経過時間が８日であり、本発明の範囲内である。このため、プレス成形後のヘム加工を問題なく行うことができた。
【００６６】
条件１２、条件１３及び条件１４は、各々本発明の範囲の合金２、合金３及び合金４について、本発明の範囲内の条件にて復元処理したものである。よって、プレス成形後に行うヘム加工性が復元処理により効果的に回復して、問題なくヘム加工することが可能であった。
【００６７】
条件１５及び条件１７は各々、本発明の範囲外の合金５、合金７について、本発明の範囲の条件にて復元処理を行ったものであるが、Ｍｇ量またはＳｉ量が本発明の範囲よりも多い。よって、素材のヘム加工性がもともと低い。このため、復元処理によりヘム加工性が回復はするものの、十分なヘム加工性とはならなかった。このため、プレス成形後ヘム加工で割れが生じた。
【００６８】
条件１６及び条件１８は各々、本発明の範囲外の合金６、合金８について、本発明の範囲の条件にて復元処理を行ったものであるが、Ｍｇ量またはＳｉ量が本発明の範囲よりも少ない。よって素材のヘム加工性はもともと高いが、ＭｇとＳｉの固溶量が少ないために、プレス成形後の塗装焼付け処理工程を模擬して、１７０℃×２０分間の条件で加熱処理した後の耐力値が自動車ボディパネル用としては不十分であった。
【符号の説明】
【００６９】
１ ダイ
２ パンチ
３ シワ押さえ
４ ロックビード
５ 模擬インナパネル
１０ ブランク
１１ ヘム加工部
１２ 復元処理位置
２０ 小型引張試験片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金板の成形加工方法であって、
前記アルミニウム合金板のうちヘム加工される領域の全部又は一部を選択的に１６０℃以上３５０℃以下の温度まで加熱して５ｍｉｎ以下保持した後室温まで冷却する復元処理を施す工程と、
前記復元処理された前記アルミニウム合金板を冷間プレス成形する工程と、
成形された前記アルミニウム合金板に前記ヘム加工を施す工程と、を備える、
ことを特徴とするアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金板は、Ｍｇ：０．２〜１．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．３〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、かつＦｅ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０３〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項３】
前記復元処理の後、１０日以内に前記冷間プレス成形及び前記ヘム加工を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項４】
前記復元処理の前の前記アルミニウム合金板の表面が無塗油の状態である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項１】
常温時効硬化したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金板の成形加工方法であって、
前記アルミニウム合金板のうちヘム加工される領域の全部又は一部を選択的に１６０℃以上３５０℃以下の温度まで加熱して５ｍｉｎ以下保持した後室温まで冷却する復元処理を施す工程と、
前記復元処理された前記アルミニウム合金板を冷間プレス成形する工程と、
成形された前記アルミニウム合金板に前記ヘム加工を施す工程と、を備える、
ことを特徴とするアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金板は、Ｍｇ：０．２〜１．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．３〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、かつＦｅ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０３〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項３】
前記復元処理の後、１０日以内に前記冷間プレス成形及び前記ヘム加工を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金板の成形加工方法。
【請求項４】
前記復元処理の前の前記アルミニウム合金板の表面が無塗油の状態である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金板の成形加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５２７８０（Ｐ２０１２−１５２７８０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４９４（Ｐ２０１１−１３４９４）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
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