JP4061189B2

JP4061189B2 - Molding method for automobile panel

Info

Publication number: JP4061189B2
Application number: JP2002378902A
Authority: JP
Inventors: 正敏吉田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004209486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドア、ラゲージ、フェンダーのアウタパネルなどの、アルミニウム合金自動車パネルの成形方法（以下、アルミニウムをAlとも言う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のフード、フェンダー、ドア、ラゲージ、ルーフ、トランクリッドなどのパネル構造体の、アウタパネル (外板) やインナパネル( 内板) 等のパネルには、薄肉でかつ高強度Al合金パネル材として、成形性に優れたAl-Mg 系の5000系や、成形性や焼付硬化性に優れたAl-Mg-Si系の 6000 系アルミニウム合金板材（圧延板材）が使用され始めている。
【０００３】
これら自動車パネルは、周知の通り、アルミニウム合金板のプレス成形によってパネル (製品) 形状とされる。自動車パネルの内、ドア、ラゲージ、フェンダーなどのアウタパネルには、例えば、把手座やランプ座、ライセンス (ナンバープレート) 座などの器具や部材を装着したり、あるいはホイールアーチを描く、所定深さの張出部（凹み部、エンボス部）が、部分的に設けられる。図4 (a) にドアアウタパネル11の把手座14、(b) にラゲージアウタパネル12の、ライセンス座15、ランプ座16、(c) にフェンダーアウタパネル13のホイールアーチ17を、各々斜視図で示す。
【０００４】
通常、これらの張出部は、アルミニウム合金板を自動車パネルの全体形状にプレス成形後に、更に、張出部を部分的にプレス成形することで形成される。しかし、この張出部はある程度の深さが必要であるため、張出部を部分的にプレス成形した場合、鋼板には無い、アルミニウム合金板特有の問題として、張出部の成形に伴う面ひずみの発生が避けられない。
【０００５】
即ち、図5(a)に、全体を成形後のドアアウタパネル11の把手座14の、従来のプレス成形方法をプレス装置の断面図で示す。図5(a)において、しわ押さえ4 によりドアアウタパネル11を固定しつつ、金型2 の把手座14の成形面2bに対し、ポンチ3 により矢印方向に、ドアアウタパネル11を部分的にプレス成形している。
【０００６】
このような場合、成形中のドアアウタパネル11を図5(b)に平面的に示す通り、把手座14中に、材料 (アルミニウム合金板) が矢印A1方向に流入するにつれて、矢印A2やA3の水平方向にも材料が必然的に、また不均一に移動する。このため、把手座14の周辺部14a の四隅部には、面ひずみX が発生する。このように面ひずみX が発生した場合、金型を外すと、面ひずみX が生じたパネル部分には、図5 (c) に成形後のドアアウタパネル11を平面的に示す通り、凸部Y が生じる。したがって、面ひずみの発生は、自動車パネルの平坦度などの形状精度を悪化させ、特に、前記用途のアウタパネルでは、美観を損なう。このため、手間のかかる矯正作業が必要となったり、面ひずみの発生が著しい場合には、矯正によっても手直しができず、アウタパネルとして採用できなくなる。
【０００７】
このような面ひずみX の発生原因は、他にも、把手座14のコーナー部での材料の微小流入に伴う、円周方向圧縮応力による肉寄り、曲げモーメントによる張出部 (エンボス) 周囲の盛り上がり、弾性回復による面ひずみの増大などが上げられている。また、このドアアウタパネル11の把手座14以外の、図4 (b) のラゲージアウタパネル12のライセンス座15、ランプ座16でも、また、図4(c)のフェンダーアウタパネル13のホイールアーチ17では曲げぐせの残留など、同様の、あるいは、これらの部位ならではの原因で、各々面ひずみが生じる。
【０００８】
また、このような面ひずみの問題は、前記した張出部だけの問題ではなく、ドアアウタパネルのくら型部、フロントフェンダの縦壁部、リアフェンダのウインドコーナー部、トランクリッドやフードアウタのキャラクターラインの消滅部、リアフェンダピラーの付け根部など、面ひずみを生じるような凹凸部分 (張出部を含む) を一部に有するようなアルミニウム合金自動車パネルに共通する課題である。
【０００９】
これに対し、アルミニウム合金材料側での成形性の改良によって、上記面ひずみ抑制するのは大きな限界がある。このため、前記張出部を一部に有するようなアルミニウム合金自動車パネルでは、必要ポンチ乃至金型部位の温度を80〜290 ℃などの温度に加熱して、所謂温間成形乃至熱間成形すること (特許文献1 参照) などが提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平9-164445号公報(1〜2 頁、1 図)
【００１１】
一方、パネルなどの成形技術として、電磁成形技術の適用が提案されている。電磁成形自体は、高電圧で蓄荷電されている電気エネルギー (電荷) を、通電コイルに瞬時に投入し (放電させ) 、極めて短時間の強力な磁場を形成することにより、この磁場内におかれたワーク (被加工物、金属部材) が磁場の反発力 (フレミングの左手の法則に従ったLorentz 力) によって強い拡張力や収縮力を受けて、高速で塑性変形することを利用して、ワークを所定形状に、塑性加工乃至成形する技術である。
【００１２】
この電磁成形のアルミニウム合金板の成形適用の具体例として、成形する板部分に対応した形状を有するコイルを板の表面側に近接させて設ける一方、金型成形面を板の反対表面側に近接させて設け、前記コイルに電気エネルギーを投入して、成形する板部分を変形させるとともに、変形した板表面の一方側のみを前記金型成形面に押圧して、所定の形状に成形するアルミニウム合金板の電磁成形技術が提案されている (非特許文献１参照) 。
【００１３】
【非特許文献１】
佐野利男他4 名、" 電磁力を利用する塑性加工の研究" 、「機械技術研究所報告第150 号」、1990年3 月、機械技術研究所発行 (第3 章板の成形、第7 〜28頁)
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特に、3000系や6000系のアルミニウム合金板において、あるいは5000系アルミニウム合金板においても、前記張出部を面ひずみを発生させることなく、前記特許文献1 のように温間成形乃至熱間成形するためには、ポンチ乃至金型部位の、ある程度高温の加熱が必要であって、成形されるアルミニウム合金板自体が高温とならなければその効果が無い。
【００１５】
このため、アルミニウム合金板自体の高温化によって、前記張出部を面ひずみ発生無しで成形できたとしても、成形後のアルミニウム合金パネル表面に肌荒れが生じやすい。この肌荒れが生じたパネルは、特に、外観が問題となるアウタパネルのような用途では、平滑かつ美麗なアルミニウム合金光沢がパネル表面から失われるため、その商品価値が大きく損なわれる。また、アルミニウム合金パネルの強度も高温化によって低下し、自動車パネルに必要な強度や、成形後のハンドリングに必要な強度確保できない事態も生じる。
【００１６】
一方、前記した非特許文献１のような電磁成形方法が、アルミニウム合金パネルの成形に適用できれば、前記割れや形状不良などの成形不良発生の諸問題が解決できる。しかし、自動車アルミニウム合金パネルなどの広い面積の電磁成形技術は今だ実用化されていない。
【００１７】
これは、アルミニウム合金板の電磁成形においては、この成形される部分に対応するコイルの大きさが必要となるが、広い成形面積を有するコイルの製作自体が困難かつ高価となる問題や、成形に必要な大電力に対するコイルの耐久性や寿命を保証するコイルの製作自体が困難かつ高価となる問題が大きい。
【００１８】
したがって、現状では、面ひずみを避けるために有効な一体成形方法が無く、所定深さの張出部が部分的に設けられるようなアルミニウム合金アウタパネルでは、一体成形で生じる面ひずみを避けるために、これまで、種々の回避策が講じられていたのが実情であった。例えば、パネルの張出部のみを分割して成形後、別個に成形したパネル本体に溶接するなどして接合するような回避策がある。また、予測される面ひずみを吸収するために、本来の設計形状では余分な、別個のキャラクタラインと呼ばれる凹部を面ひずみ発生部位に沿って設けるような回避策などがある。
【００１９】
しかし、前記張出部の分割成形、接合や、前記キャラクタラインの設置は、アウタパネルの外観性や設計自体を制約し、接合部の強度やアウタパネルの剛性も低下させるなどの種々の制約がある。また、張出部を一体に成形する場合に比して、余分な工程が増えるなど、成形工程自体を煩雑化させる問題も大きい。
【００２０】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、所定深さの張出部などの凹凸部分が部分的に設けられるようなアルミニウム合金自動車パネルを、面ひずみを抑制しつつ、一体的に成形できる、成形方法を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のための本発明アルミニウム合金自動車パネルの成形方法の要旨は、凹凸部分を一部に有するアルミニウム合金自動車パネルの成形方法であって、アルミニウム合金板を自動車パネルにプレス成形する際に、前記凹凸部分の部分的な成形を電磁成形により行うことを含み、前記凹凸部分とともに、この凹凸部分周辺部を合わせて同時に電磁成形するに際し、前記凹凸部分と凹凸部分の周辺部に対応した平面形状を有するコイルを、前記凹凸部分に相当するアルミニウム合金板部分の表面に金型側から近接させて設ける一方、ポンチ側に前記凹凸部分と凹凸部分の周辺部に対応した成形面を設けるとともに、この成形面を前記凹凸部分に相当するアルミニウム合金板部分の裏面に近接させて設け、前記コイルに電気エネルギーを投入することにより、前記ポンチ側の凹凸部分成形面によって、アルミニウム合金板の前記凹凸部分と凹凸部分の周辺部に相当する部分を電磁成形し、前記凹凸部分の成形に伴う面ひずみの発生を抑制することである。
【００２２】
本発明では、自動車パネルの内の、前記張出部などの、プレス成形の際に面ひずみを発生しやすい凹凸部分 (凹部や凸部、あるいはこれらの組み合わせ部分) を選択し、この凹凸部分の部分的な仕上げ成形または予備成形を電磁成形により行う。言い換えると、アルミニウム合金板を自動車パネルにプレス成形する前かプレス成形した後に、凹凸部分の部分的な成形を電磁成形により行う。但し、この際、凹凸部分だけではなく、凹凸部分周辺部を合わせて電磁成形して、凹凸部分の成形に伴う面ひずみの発生を抑制する。
【００２３】
本発明では、また、他のプレス成形が容易なパネル部分は、基本的に、通常のプレス成形によって成形する。このように、電磁成形と通常のプレス成形とを組み合わせて行うことによって、電磁成形されるパネル部分の面積や大きさを限定し、また、成形されるアウタパネル部分に対応するコイルの大きさも限定して、電磁成形やコイルの製作を容易とする。これによって、アルミニウム合金自動車パネルへの電磁成形の適用と、前記形状部分の成形を可能とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて、本発明の実施態様を説明する。
本発明のプレス成形と電磁成形とを組み合わせて成形を行なう一実施態様を図1(a)、(b) に順に示す。図1(a)、(b) は、電磁成形に用いるコイルをプレス装置内に組み込んで、アルミニウム合金板プレス成形後のアルミニウム合金パネル( 場合によってアルミニウム合金板とも言う) の電磁成形を、プレス成形工程の中で連続的に行なう態様を示している。
【００２５】
図1(a)、(b) はプレス装置の要部を示す断面図であって、2 は金型 (ダイス) 、3 はポンチ、3aはポンチにおける張出部 (ドアアウタパネル把手座) の部分成形部、4 はしわ押さえ、5 は金型2 の空間部2aに設けた電磁成形コイルである。また、1 は成形中のアルミニウム合金板であり、1aは張出部に相当する成形部分を示す。更に、図1(b)において、6 はコイルから発生した電磁力 (方向) 、14は電磁成形された張出部、14a は電磁成形された張出部周辺部 (平坦部) を各々示す。
【００２６】
本発明成形方法において、先ず、図1(a)に示すように、アルミニウム合金板1 は一体的に図1(b)のドアアウタパネル11にプレス成形される。このプレス成形自体は、従来公知の方法と同じであり、金型2 、ポンチ3 、アルミニウム合金板のしわ押さえ4 の共働により行なわれる。
【００２７】
このプレス成形後に、図1(b)に示すように、ドアアウタパネル11の張出部14が電磁成形にて部分的に成形される。この際、張出部14の部分だけではなく、張出部14周囲の周辺部14a を合わせて同時に電磁成形することによって、張出部14の成形に伴う、前記図5 (b) に示したような面ひずみX の発生を抑制する。張出部14だけの部分的な電磁成形では、従来のプレス成形と同様となり、前記図5 (b) に示したような面ひずみX の発生を抑制できない。また、張出部14とその周辺部14a との電磁成形とに時間的な遅れが出るなど、張出部14とその周辺部14a とを合わせて同時に電磁成形しなければ、面ひずみX の発生を抑制できない。
【００２８】
張出部14とその周辺部14a とを合わせて同時に、しかも電磁成形の成形 (材料の変形) 速度がプレス成形に比して著しく早いため、電磁成形することで、張出部14に、アルミニウム合金板材料が拡径 (変形) する際には、前記図5(b)で示したような水平方向の材料移動が抑制されるか、または生じない。このため、張出部( 把手座)14 の周辺部14a の、前記図5(b)で示した、四隅部の面ひずみX が抑制される。
【００２９】
図1(b)において、金型2 の空間部2aに設けるコイル5 は、図1(b)に示すように、ドアアウタパネル11の張出部14に相当する部分 (図1(a)で言うアルミニウム合金板1 の張出部に相当する成形部分1a) の表面に金型側から近接させて設ける。それとともに、ポンチ3 に設けた張出部の成形面 (凹面)3a を、前記パネルの張出部に相当する部分の裏面に近接させて設ける。
【００３０】
ポンチ3 における張出部の成形面3aの周囲面（周囲成形面）3bは、張出部周囲の平坦部14a を成形するために平坦とする。ただ、この張出部14周囲の周辺部14a は、パネルの設計形状やパネル用途に応じ、必ずしも本態様のように平坦ではなく、任意の斜辺形状や曲面形状となる場合がある。このような場合には、ポンチ成形面3aの周囲面3bを本態様のように必ずしも平坦部としなくとも良く、周辺部14a 形状に応じた任意の形状とする。
【００３１】
そして、コイル5 に、高電圧で蓄荷電されている高レベルの電気エネルギーを瞬時に投入して、極めて短時間に強力な磁場を、矢印で示すように、張出部14と張出部周囲の平坦部14a に相当する部分に発生させる。そして、この磁場内におかれた、アルミニウム合金板乃至パネル11の張出部14と張出部周囲の平坦部14a に相当する部分に、磁場の反発力によって強い拡張力を与え、図の下方に拡径 (変形) させるとともに、前記ポンチの成形面3aやその周囲面3bに押圧し、前記張出部14と張出部周囲部14a の成形を同時にかつ瞬時に行う。
【００３２】
なお、図1(a)、(b) において、18は、電磁成形時に生じる空気圧を系外に排出する、ポンチ3 に設けた空気抜き孔である。図1(a)、(b) の態様のように、ポンチ3 側に閉空間が存在するなど、電磁成形する際に閉空間内に高い空気圧が生じて成形できない問題が生じる場合には、このような空気圧を閉空間内から系外に排出する空気抜き孔（貫通孔）を金型やポンチに適宜設けることが好ましい。
【００３３】
これによって成形したドアアウタパネル成形品11を図2 に平面図で示す。成形品11は、張出部14の成形に伴う、面ひずみの発生が抑制されており、前記図5 (c) に示したような凸部Y が生じておらず、自動車パネルの平坦度などの形状精度や美観などに優れている。また、電磁成形によって面ひずみの発生が抑制されるため、プレス成形に比しても、より深い（高い）、より大きな張出部の成形が可能になり、パネルや張出部の形状設計の自由度が増す利点も大きい。
【００３４】
本発明によれば、電磁成形コイルも、アルミニウム合金板の成形される張出部分などに対応するコイルの大きさで済むため、広い成形面積を有するコイルの製作が不要となる。したがって、成形に必要な大電力に対するコイルの耐久性や寿命を保証するコイルの製作も容易である。
【００３５】
以上、ドアアウタパネルの成形方法について説明したが、本発明によれば、前記図4 (b) のラゲージアウタパネル12のライセンス座15、ランプ座16、図4(c)のフェンダーアウタパネル13のホイールアーチ17など、自動車アウタパネルの部分的な張出部乃至凹凸部を成形するとともに、アウタパネル自体の成形に、同様の要領で適用できる。
【００３６】
更に、以上説明した連続的な成形方法以外に、ドアアウタパネルをアルミニウム合金板のプレス成形により予め製作しておき、このドアアウタパネルの張出部を、別途あるいは別工程にて、電磁成形して製作しても良い。また、電磁成形を予備成形として用い、張出部の形状に近似する形状に予め電磁成形により部分的に成形しておき、ドアアウタパネル自体の成形と張出部の成形とを、プレス成形により、同時あるいは連続的に行っても良い。
【００３７】
電磁成形に用いるコイルの一実施態様を図3(a)、(b) に、斜視図と平面図で各々示す。図3(a)はコイル5 の断面も合わせて示す斜視図、図3(b)は図3(a)のコイル5 の平面図である。コイル5 は、本態様では、平面的な略四角形状を有しており、この形状は、前記電磁成形の際に、前記張出部14と張出部の周辺部14a 周囲部に対応した平面形状を (大きさを含め) 有する。成形部分に対応した形状とは、張出部14周囲の周辺部14a を合わせて電磁成形できる大きさ (広さ) と形状を有する意味であって、略円形状など、外形 (輪郭) 形状は、他にも適宜選択される。
【００３８】
図3(a)において、コンデンサー27、結線26は、コイル5 に、図示しない衝撃電流発生装置に高電圧で蓄荷電されている電気エネルギーを十数〜数十kJ( 数百μF 、数十kV) 電気エネルギーを投入する。
【００３９】
張出部の電磁成形において、電磁成形によって最終張出部形状まで成形し、設計形状に対する張出部やその周囲部の形状精度を向上させるためには、張出部やその周囲部の深さや面積、材料特性などの成形条件によって異なるが、コイルへの投入電気エネルギー量はできるだけ大きく、7.3kJ 以上とすることが好ましい。7.3 kJ未満では、1 回当たりのコイルへの投入電気エネルギー量が小さいため、張出部やその周囲部の形状精度が不足する可能性がある。
【００４０】
ここで、コイル5 の断面構造は、好ましくは、図3(a)に示すように、樹脂7 などの絶縁物に埋設かつ図3(b)に示すように平面的に巻回された、断面が正方形 (または矩形) をなした導体素線8 と、導体素線8 自体の外側に巻回された絶縁性物質9 、導体素線8 の外表面側に配置された絶縁性物質10とからなる。隣接する導体素線8 間は隙間がないように密接し、絶縁層の厚みは均一とされている。素線8 表面は平行となるように巻回配置されている。これらの絶縁性物質は、ガラス繊維にエポキシ樹脂などを含浸させた繊維強化樹脂が好適に用いられる。
【００４１】
このような繊維強化樹脂の使用と前記各絶縁物や、銅線などの導体素線8 の配置構成によって、導体素線8 周囲が補強され、コイル5 への通電時における強い膨張力を受けた際にも、導体素線8 自体の変形や絶縁層の破損が軽減される。更に、導体素線8 は、隣接する導体素線8 との表面同士が平行になるように配置されているので、樹脂含浸時に無用な空孔が入り込んで絶縁性を損ねてしまう余地が無い。
【００４２】
本発明で成形に用いるアルミニウム合金は、通常、この種構造材などの用途に汎用される、AA乃至JIS 規格に規定された5000系、6000系等のアルミニウム合金が、高成形性や高強度を兼備している点で好ましい。Al-Mg 系の5000系アルミニウム合金は、電磁成形時の加工硬化量が大きく、高成形性である点で好ましい。また、Al-Mg-Si系の6000系アルミニウム合金は人工時効硬化性 (ベークハード性) を備えており、低耐力状態で成形しやすくし、成形後に人工時効硬化処理で高耐力化できるなどの点で好ましい。勿論、これ以外のアルミニウム合金でも、電磁成形可能であり、用途と要求特性に応じて選択可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プレス成形と電磁成形とを組み合わせることにより、所定深さの張出部などの凹凸部が部分的に設けられるようなアルミニウム合金自動車パネルを、面ひずみを抑制しつつ、一体的に成形できる、成形方法を提供することができる。言い換えると、面ひずみが生じやすい各種自動車パネル部位の成形を面ひずみを抑制しつつ行なえる。しかも、電磁成形コイルも、アルミニウム合金板の成形される張出部分などに対応するコイルの大きさで済むため、広い成形面積を有するコイルの製作が不要となり、コイルの製作自体も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形方法の一態様を順に示し、図1(a)はプレス成形、図1(b)は電磁成形を各々示す断面図である。
【図２】図1 の本発明成形方法によるパネル成形品を示す平面図である。
【図３】本発明の成形方法に用いる電磁成形用コイルを示し、図3(a)はコイルの斜視図、図3(b)はコイルの平面図である。
【図４】本発明が対象とするアウタパネル例を示し、図4 (a) はドアアウタパネル、図4 (b) はラゲージアウタパネル、図4 (c) はフェンダーアウタパネルを各々示す斜視図である。
【図５】従来のドアアウタパネルの把手座のプレス成形方法を示し、図5(a)はプレス成形の態様を示す断面図、図5(b)は成形中のドアアウタパネルの状態した場合を示す平面図、図5 (c) は成形後のドアアウタパネルを示す平面図である。
【符号の説明】
1:アルミニウム合金板、2:金型、3:ポンチ、4:しわ押さえ、
5:電磁成形コイル、6:コイルから発生した電磁力、7:絶縁性物質、
8:導体素線、9:絶縁性物質、10: 絶縁性物質、
11: ドアアウタパネル (パネル成形品) 、12: ラゲージアウタパネル、
13: フェンダーアウタパネル、14: 把手座 (張出部) 、15: ライセンス座、
16: ランプ座、17: ホイールアーチ、18: 空気抜き孔
X : 面ひずみ、Y : 凸部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming an aluminum alloy automobile panel such as a door, a luggage, and an outer panel of a fender (hereinafter, aluminum is also referred to as Al).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, panels such as outer panels (outer panels) and inner panels (inner panels) of panel structures such as automobile hoods, fenders, doors, luggage, roofs, trunk lids, etc. have been made of thin and high-strength Al alloy panels. As a material, Al-Mg-based 5000 series with excellent formability and Al-Mg-Si-based 6000 series aluminum alloy sheet (rolled sheet) with excellent formability and bake hardenability are beginning to be used.
[0003]
As is well known, these automobile panels are formed into a panel (product) shape by press molding of an aluminum alloy plate. Outer panels such as doors, luggages, and fenders of automobile panels, for example, are equipped with equipment and members such as handle seats, lamp seats, license (license plate) seats, or draw wheel arches of a predetermined depth. An overhang portion (a dent portion or an embossed portion) is partially provided. FIG. 4 (a) shows a handle seat 14 of the door outer panel 11, FIG. 4 (b) shows a license seat 15 and a lamp seat 16 of the luggage outer panel 12, and FIG. 4 (c) shows a wheel arch 17 of the fender outer panel 13 in a perspective view.
[0004]
Usually, these overhang portions are formed by press-molding an aluminum alloy plate into the entire shape of an automobile panel and then partially press-molding the overhang portions. However, since this overhang part needs to have a certain depth, when the overhang part is partially press-molded, the problem associated with the formation of the overhang part is a problem unique to aluminum alloy sheets that does not exist in steel sheets. Generation of strain is inevitable.
[0005]
That is, FIG. 5 (a) shows a conventional press molding method of the handle seat 14 of the door outer panel 11 after molding as a whole in a sectional view of the press device. In FIG. 5 (a), while the door outer panel 11 is fixed by the wrinkle retainer 4, the door outer panel 11 is partially press-molded in the direction of the arrow by the punch 3 against the molding surface 2b of the handle seat 14 of the mold 2. ing.
[0006]
In such a case, as shown in FIG. 5 (b) in plan view, the door outer panel 11 being molded is shown in FIG. 5 (b) as the material (aluminum alloy plate) flows into the handle seat 14 in the direction of the arrow A1. In the horizontal direction, the material inevitably and unevenly moves. Therefore, surface strain X occurs at the four corners of the peripheral portion 14a of the handle seat 14. When the surface strain X occurs in this way, when the mold is removed, the panel portion where the surface strain X is generated has a convex portion Y as shown in the plan view of the molded door outer panel 11 in FIG. Occurs. Therefore, the occurrence of surface distortion deteriorates the shape accuracy such as the flatness of the automobile panel, and in particular, the outer panel for the above-mentioned use deteriorates the aesthetic appearance. For this reason, in the case where laborious correction work is required or the occurrence of surface distortion is significant, it cannot be corrected by correction and cannot be employed as an outer panel.
[0007]
Other causes of such surface strain X include other factors such as fleshing due to circumferential compressive stress due to minute inflow of material at the corner of the handle seat 14, and the area around the overhang (emboss) due to bending moment. Increased surface strain due to swell and elastic recovery has been raised. Besides the handle seat 14 of the door outer panel 11, the license seat 15 and the lamp seat 16 of the luggage outer panel 12 shown in FIG. 4 (b) and the wheel arch 17 of the fender outer panel 13 shown in FIG. Surface distortion occurs in each case due to the same or different causes such as residual of the above.
[0008]
In addition, the problem of surface distortion is not only the problem of the above-mentioned overhanging part, but the shape of the door outer panel, the vertical wall of the front fender, the wind corner of the rear fender, the character line of the trunk lid and hood outer. This is a problem common to aluminum alloy automotive panels that have uneven portions (including overhanging portions) that cause surface distortion, such as extinguished portions and the base of rear fender pillars.
[0009]
On the other hand, there is a big limit to the suppression of the surface strain by improving the formability on the aluminum alloy material side. For this reason, in an aluminum alloy automobile panel having the overhang part in part, the required punch or mold part is heated to a temperature such as 80 to 290 ° C. to perform so-called warm forming or hot forming. (See Patent Document 1) and the like.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-164445 (pages 1 and 2, Fig. 1)
[0011]
On the other hand, application of electromagnetic forming technology has been proposed as a forming technology for panels and the like. In electromagnetic forming itself, electric energy (charge) stored and stored at a high voltage is instantaneously applied (discharged) to a current-carrying coil to form a strong magnetic field for a very short time. Utilizing the fact that the workpiece (workpiece, metal member) is subjected to strong expansion force and contraction force by the repulsive force of the magnetic field (Lorentz force according to Fleming's left hand law) and plastic deformation at high speed, This is a technique for plastic working or forming a workpiece into a predetermined shape.
[0012]
As a specific example of the application of electromagnetic forming aluminum alloy plate, a coil having a shape corresponding to the plate portion to be formed is provided close to the surface side of the plate, while the mold forming surface is close to the opposite surface side of the plate. The aluminum alloy is formed by applying electric energy to the coil to deform the plate portion to be molded, and pressing only one side of the deformed plate surface against the mold forming surface to form a predetermined shape. An electromagnetic forming technique for a plate has been proposed (see Non-Patent Document 1).
[0013]
[Non-Patent Document 1]
Toshio Sano and four others, "Research on plastic working using electromagnetic force", "Mechanical Technology Research Institute Report No. 150", published by the Mechanical Technology Research Institute in March 1990 (Chapter 3 Forming of plates, 7th ~ (Page 28)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in particular, in 3000-series and 6000-series aluminum alloy sheets, or even in 5000-series aluminum alloy sheets, the overhanging portion does not cause surface distortion, and warm forming or hot forming is performed as in Patent Document 1. In order to form, it is necessary to heat the punch or die part at a high temperature to some extent, and there is no effect unless the aluminum alloy plate to be formed itself has a high temperature.
[0015]
For this reason, even if the overhang portion can be formed without generation of surface distortion due to the high temperature of the aluminum alloy plate itself, rough surface tends to occur on the surface of the aluminum alloy panel after forming. The panel having such rough skin loses its smooth and beautiful aluminum alloy luster from the panel surface particularly in applications such as an outer panel in which the appearance is a problem, so that its commercial value is greatly impaired. In addition, the strength of the aluminum alloy panel also decreases due to high temperatures, and there may be a situation where the strength required for the automobile panel and the strength required for handling after forming cannot be ensured.
[0016]
On the other hand, if the electromagnetic forming method as described in Non-Patent Document 1 can be applied to the forming of an aluminum alloy panel, various problems of forming defects such as cracks and shape defects can be solved. However, a large area electromagnetic forming technology such as an automotive aluminum alloy panel has not yet been put into practical use.
[0017]
This is because in the electromagnetic forming of an aluminum alloy plate, the size of the coil corresponding to the part to be formed is required. However, it is difficult and expensive to produce a coil having a large forming area. There is a big problem that it is difficult and expensive to manufacture the coil itself that guarantees the durability and life of the coil with respect to the required large electric power.
[0018]
Therefore, at present, there is no effective integral molding method for avoiding surface distortion, and in an aluminum alloy outer panel in which an overhang portion having a predetermined depth is partially provided, in order to avoid surface distortion caused by integral molding, Until now, various workarounds have been taken. For example, there is a workaround in which only the projecting portion of the panel is divided and molded, and then joined to the separately molded panel body by welding or the like. Further, in order to absorb the predicted surface strain, there is a workaround such as providing a concave portion called a separate character line along the surface strain generating portion, which is extra in the original design shape.
[0019]
However, the division molding and joining of the overhanging part and the installation of the character line have various restrictions such as limiting the appearance and design of the outer panel and reducing the strength of the joining part and the rigidity of the outer panel. In addition, as compared with the case where the overhang portion is integrally molded, there is a large problem that the molding process itself becomes complicated, such as an extra process.
[0020]
The present invention has been made paying attention to such circumstances, and its purpose is to reduce the surface strain of an aluminum alloy automobile panel in which uneven portions such as an overhang portion having a predetermined depth are partially provided. An object of the present invention is to provide a molding method that can be integrally molded while suppressing.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The summary of the method for forming an aluminum alloy automobile panel of the present invention for achieving the above object is a method for forming an aluminum alloy automobile panel having a concavo-convex portion, and when an aluminum alloy plate is press-molded on an automobile panel, Including forming the concavo-convex portion by electromagnetic forming, and when forming the concavo-convex portion and the peripheral portion of the concavo-convex portion together with the concavo-convex portion at the same time, the planar shape corresponding to the concavo-convex portion and the peripheral portion of the concavo-convex portion Is provided on the surface of the aluminum alloy plate portion corresponding to the concavo-convex portion from the mold side, while providing a molding surface corresponding to the concavo-convex portion and the peripheral portion of the concavo-convex portion on the punch side. A molding surface is provided close to the back surface of the aluminum alloy plate portion corresponding to the uneven portion, and electric energy is applied to the coil. By, by uneven portion forming surface of the punch side, a portion corresponding to the peripheral portion of the concave and convex portion and concave-convex portion of the aluminum alloy plate to electromagnetic forming, suppress surface strain occurs in accompanying the molding of the uneven portion That is.
[0022]
In the present invention, an uneven portion (such as a concave portion or a convex portion, or a combination thereof) that easily causes surface distortion during press molding, such as the overhang portion of the automobile panel, is selected, and the uneven portion Partial finish molding or preforming is performed by electromagnetic forming. In other words, the uneven portion is partially formed by electromagnetic forming before or after the aluminum alloy plate is press formed on the automobile panel. However, at this time, not only the concavo-convex portion but also the concavo-convex portion peripheral portion is electromagnetically molded to suppress the occurrence of surface distortion accompanying the formation of the concavo-convex portion.
[0023]
In the present invention, the other panel portion that can be easily pressed is basically formed by ordinary press forming. Thus, by combining electromagnetic forming and normal press forming, the area and size of the panel portion to be electromagnetically formed are limited, and the size of the coil corresponding to the outer panel portion to be formed is also limited. This facilitates electromagnetic forming and coil manufacturing. This enables application of electromagnetic forming to an aluminum alloy automobile panel and formation of the shape portion.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
One embodiment in which molding is performed by combining press molding and electromagnetic molding of the present invention is shown in order in FIGS. 1 (a) and 1 (b). 1 (a) and 1 (b) show the electromagnetic forming of an aluminum alloy panel (sometimes referred to as an aluminum alloy plate) after press forming an aluminum alloy plate by incorporating the coil used for electromagnetic forming into the press device. A mode of continuously performing in the process is shown.
[0025]
1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views showing the main part of the press device, wherein 2 is a die (die), 3 is a punch, 3a is an overhanging part (door outer panel handle seat) of the punch A forming part, 4 is a wrinkle presser, and 5 is an electromagnetic forming coil provided in the space 2a of the mold 2. Reference numeral 1 denotes an aluminum alloy plate being formed, and 1a denotes a formed portion corresponding to the overhanging portion. Further, in FIG. 1 (b), 6 indicates an electromagnetic force (direction) generated from the coil, 14 indicates an electromagnetically formed overhang portion, and 14a indicates an electromagnetically formed overhang portion peripheral portion (flat portion).
[0026]
In the molding method of the present invention, first, as shown in FIG. 1 (a), the aluminum alloy plate 1 is integrally press-formed on the door outer panel 11 of FIG. 1 (b). This press molding itself is the same as a conventionally known method, and is performed by the cooperation of a mold 2, a punch 3, and a wrinkle presser 4 of an aluminum alloy plate.
[0027]
After this press forming, as shown in FIG. 1 (b), the overhanging portion 14 of the door outer panel 11 is partially formed by electromagnetic forming. At this time, not only the portion of the overhanging portion 14 but also the peripheral portion 14a around the overhanging portion 14 is simultaneously electromagnetically molded, thereby simultaneously performing the forming of the overhanging portion 14 as shown in FIG. The occurrence of such surface strain X is suppressed. The partial electromagnetic forming only of the overhanging portion 14 is the same as the conventional press forming, and the generation of the surface strain X as shown in FIG. 5 (b) cannot be suppressed. In addition, if there is a time delay in electromagnetic forming between the overhanging portion 14 and its peripheral portion 14a, and if the overhanging portion 14 and its peripheral portion 14a are not simultaneously electromagnetically formed, surface distortion X will occur. Can not be suppressed.
[0028]
The overhanging portion 14 and its peripheral portion 14a are combined and simultaneously the electromagnetic forming (material deformation) speed is significantly faster than press forming. When the alloy plate material expands (deforms), the horizontal movement of the material as shown in FIG. 5 (b) is suppressed or does not occur. For this reason, the surface strain X at the four corners shown in FIG. 5 (b) in the peripheral portion 14a of the overhang portion (handle base) 14 is suppressed.
[0029]
In FIG. 1 (b), the coil 5 provided in the space 2a of the mold 2 is a portion corresponding to the overhanging portion 14 of the door outer panel 11, as shown in FIG. 1 (b) (refer to FIG. 1 (a)). It is provided close to the surface of the molded part 1a) corresponding to the overhanging part of the aluminum alloy plate 1 from the mold side. At the same time, the molding surface (concave surface) 3a of the overhanging portion provided in the punch 3 is provided close to the back surface of the portion corresponding to the overhanging portion of the panel.
[0030]
The peripheral surface (peripheral molding surface) 3b of the projecting surface 3a of the overhang portion in the punch 3 is flat in order to form the flat portion 14a around the overhang portion. However, the peripheral portion 14a around the overhanging portion 14 is not necessarily flat as in this aspect, depending on the design shape of the panel and the panel application, and may have an arbitrary oblique side shape or curved surface shape. In such a case, the peripheral surface 3b of the punch forming surface 3a does not necessarily have to be a flat portion as in this embodiment, and has an arbitrary shape according to the shape of the peripheral portion 14a.
[0031]
Then, a high level of electrical energy stored at a high voltage is instantaneously applied to the coil 5, and a strong magnetic field is generated in an extremely short period of time, as indicated by the arrows, between the overhanging portion 14 and the overhanging portion. It is generated in a portion corresponding to the flat portion 14a. Then, a strong expansion force is applied to the portion corresponding to the overhanging portion 14 of the aluminum alloy plate or panel 11 and the flat portion 14a around the overhanging portion in the magnetic field by the repulsive force of the magnetic field. The diameter is expanded (deformed) and pressed against the molding surface 3a of the punch and the peripheral surface 3b thereof, and the overhanging portion 14 and the overhanging portion surrounding portion 14a are formed simultaneously and instantaneously.
[0032]
In FIGS. 1 (a) and 1 (b), 18 is an air vent hole provided in the punch 3 for discharging the air pressure generated during electromagnetic forming out of the system. If there is a problem that molding is not possible due to high air pressure in the closed space when electromagnetic forming, such as the closed space on the punch 3 side as shown in Fig. 1 (a) and (b). It is preferable that an air vent hole (through hole) for discharging such air pressure from the closed space to the outside of the system is appropriately provided in the mold or punch.
[0033]
FIG. 2 is a plan view showing the door outer panel molded product 11 molded in this manner. In the molded product 11, the occurrence of surface distortion accompanying the molding of the overhanging portion 14 is suppressed, the convex portion Y as shown in FIG. 5 (c) does not occur, the flatness of the automobile panel, etc. Excellent shape accuracy and aesthetics. In addition, since surface deformation is suppressed by electromagnetic forming, it is possible to form deeper (higher) and larger overhangs compared to press forming, and shape design of panels and overhangs. The advantage of increasing the degree of freedom is also great.
[0034]
According to the present invention, the electromagnetically formed coil can also have a coil size corresponding to the overhanging portion where the aluminum alloy plate is formed, and therefore, it is not necessary to manufacture a coil having a wide forming area. Therefore, it is easy to manufacture a coil that guarantees the durability and life of the coil with respect to the large power required for molding.
[0035]
The method for forming the door outer panel has been described above. According to the present invention, the license seat 15 and the lamp seat 16 of the luggage outer panel 12 shown in FIG. 4 (b), and the wheel arch 17 of the fender outer panel 13 shown in FIG. 4 (c). For example, it can be applied to the molding of the outer panel itself in the same manner as the molding of the partial overhanging portion or the uneven portion of the automobile outer panel.
[0036]
In addition to the continuous forming method described above, the door outer panel is manufactured in advance by press forming of an aluminum alloy plate, and the overhang portion of the door outer panel is manufactured by electromagnetic forming separately or in a separate process. You may do it. In addition, electromagnetic molding is used as a preliminary molding, it is partially molded in advance by electromagnetic molding into a shape that approximates the shape of the overhanging part, and the molding of the door outer panel itself and the overhanging part are performed by press molding, You may carry out simultaneously or continuously.
[0037]
One embodiment of a coil used for electromagnetic forming is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) in a perspective view and a plan view, respectively. FIG. 3 (a) is a perspective view that also shows a cross section of the coil 5, and FIG. 3 (b) is a plan view of the coil 5 of FIG. 3 (a). In this embodiment, the coil 5 has a planar substantially square shape, and this shape is a plane corresponding to the peripheral portion of the overhang portion 14 and the peripheral portion 14a of the overhang portion during the electromagnetic forming. Has a shape (including size). The shape corresponding to the molded part means that it has a size (width) and shape that can be electromagnetically formed by combining the peripheral part 14a around the overhanging part 14, and the outer shape (contour) shape such as a substantially circular shape is Others are also selected as appropriate.
[0038]
In FIG. 3 (a), the capacitor 27 and the connection 26 are connected to the coil 5 with electrical energy stored at a high voltage in an impact current generator (not shown) by several tens to several tens of kJ (several hundred μF, several tens of kV). ) Input electrical energy.
[0039]
In the electromagnetic forming of the overhang part, in order to form the final overhang part shape by electromagnetic forming and to improve the shape accuracy of the overhang part and its surrounding part with respect to the design shape, Although it depends on molding conditions such as area and material characteristics, the amount of electric energy input to the coil is as large as possible, preferably 7.3 kJ or more. If it is less than 7.3 kJ, the amount of electrical energy input to the coil per time is small, so the shape accuracy of the overhang and its surroundings may be insufficient.
[0040]
Here, the cross-sectional structure of the coil 5 is preferably a cross-section that is embedded in an insulator such as a resin 7 as shown in FIG. 3 (a) and wound in a plane as shown in FIG. 3 (b). Is formed from a conductor wire 8 having a square shape (or a rectangle), an insulating material 9 wound around the conductor wire 8 itself, and an insulating material 10 disposed on the outer surface side of the conductor wire 8. Become. Adjacent conductor wires 8 are in close contact with each other so that there is no gap, and the insulating layer has a uniform thickness. The surface of the element wire 8 is arranged so as to be parallel. As these insulating materials, fiber reinforced resins obtained by impregnating glass fibers with an epoxy resin or the like are preferably used.
[0041]
Due to the use of such fiber reinforced resin and the arrangement of the conductors 8 such as the respective insulators and copper wires, the periphery of the conductor wire 8 was reinforced and received a strong expansion force when the coil 5 was energized. At the same time, deformation of the conductor wire 8 itself and damage to the insulating layer are reduced. Furthermore, since the conductor wires 8 are arranged so that the surfaces of the conductor wires 8 adjacent to each other are parallel to each other, there is no room for unnecessary voids to enter and impair the insulation properties when impregnated with the resin.
[0042]
The aluminum alloy used for forming in the present invention is generally used for this kind of structural material, etc. Aluminum alloys such as 5000 series and 6000 series specified in AA to JIS standards have high formability and high strength. It is preferable at the point which combines. Al-Mg 5000 aluminum alloy is preferable in that it has a high work-hardening amount during electromagnetic forming and high formability. In addition, Al-Mg-Si based 6000 series aluminum alloy has artificial age hardening (bake hardness), making it easy to form in a low yield strength state and making it possible to increase the yield strength by artificial age hardening after forming. This is preferable. Of course, other aluminum alloys can be electromagnetically formed and can be selected according to the application and required characteristics.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by combining press forming and electromagnetic forming, an aluminum alloy automobile panel in which uneven portions such as a protruding portion having a predetermined depth are partially provided can be subjected to surface strain. It is possible to provide a molding method that can be integrally molded while suppressing the above. In other words, it is possible to form various automobile panel parts that are likely to cause surface distortion while suppressing surface distortion. In addition, since the electromagnetically formed coil can be of a size corresponding to the overhanging portion where the aluminum alloy plate is formed, it is not necessary to manufacture a coil having a large forming area, and the coil itself is easy to manufacture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows one embodiment of a molding method of the present invention in order, FIG. 1 (a) is a sectional view showing press molding, and FIG. 1 (b) is a sectional view showing electromagnetic molding.
FIG. 2 is a plan view showing a panel molded product according to the molding method of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 shows an electromagnetic forming coil used in the forming method of the present invention, FIG. 3 (a) is a perspective view of the coil, and FIG. 3 (b) is a plan view of the coil.
4A and 4B show examples of an outer panel to which the present invention is directed, wherein FIG. 4A is a perspective view showing a door outer panel, FIG. 4B is a luggage outer panel, and FIG. 4C is a fender outer panel.
5A and 5B show a conventional press molding method for a handle seat of a door outer panel, FIG. 5A is a cross-sectional view showing a mode of press molding, and FIG. 5B shows a state where the door outer panel is being molded. FIG. 5 (c) is a plan view showing the door outer panel after molding.
[Explanation of symbols]
1: Aluminum alloy plate, 2: Mold, 3: Punch, 4: Wrinkle retainer,
5: Electromagnetic forming coil, 6: Electromagnetic force generated from the coil, 7: Insulating material,
8: Conductor wire, 9: Insulating material, 10: Insulating material,
11: Door outer panel (panel molded product), 12: Luggage outer panel,
13: Fender outer panel, 14: Handle (overhang), 15: License seat,
16: Lamp seat, 17: Wheel arch, 18: Air vent
X: Surface strain, Y: Convex

Claims

A method for forming an aluminum alloy automobile panel having a concavo-convex portion in part, wherein the concavo-convex portion includes forming the concavo-convex portion by electromagnetic forming when press-molding an aluminum alloy plate on an automobile panel. When the electromagnetic wave is formed simultaneously with the uneven portion and the peripheral portion of the uneven portion, a coil having a planar shape corresponding to the uneven portion and the peripheral portion of the uneven portion is placed on the surface of the aluminum alloy plate portion corresponding to the uneven portion. While being provided close to the mold side, a forming surface corresponding to the uneven portion and the peripheral portion of the uneven portion is provided on the punch side, and this forming surface is close to the back surface of the aluminum alloy plate portion corresponding to the uneven portion. By providing electric energy to the coil, an aluminum alloy plate is formed by the concave and convex portion forming surface on the punch side. The uneven portion and a portion corresponding to the peripheral portion of the uneven portion is electromagnetic forming, a molding method of a motor vehicle panel, characterized in that to suppress the surface strain occurs in accompanying the molding of the uneven portion.