自動車部品用高張力鋼ロールフォーミング

高張力鋼ロールフォーミング

高張力鋼 (HSS) および高度高張力鋼 (AHSS) のロール成形とは、フラット コイル素材を、段階的に成形された一連のローラーに通し、最終的な断面プロファイルに達するまで、それぞれのローラーで材料をさらに数度曲げることを意味します。変形は一度のストロークではなく、多くのローラーステーションにわたって徐々に起こるため、ロール成形では材料にかかる応力がシングルヒット成形法よりも均一に分散されます。これが、突然集中した力によって亀裂が入りやすい AHSS グレードにロール成形が推奨されるプロセスである主な理由です。

二相 (DP)、変態誘起塑性 (TRIP)、およびマルテンサイト鋼を含む HSS および AHSS グレードは、従来の軟鋼の 270 ～ 400 MPa と比較して、約 440 MPa から最大 1,500 MPa の範囲の引張強さを提供します。この強度により、自動車メーカーは同じ構造性能を得るためにより薄いゲージの材料を使用することができ、衝突安全性を犠牲にすることなく車両の軽量化目標を直接サポートできます。

自動車用ロール成形プロセス

自動車製造では、ロール成形ラインは通常、次の順序に従います。

1. コイルストックはコイルがほどかれ、ラインに連続的に供給されます。多くの場合、成形前にレベラーを使用してコイルセットの曲率を除去します。
2. ストリップは一連のローラー ステーションを通過し、各ローラー ステーションで少しずつ曲げを加え、平らなストリップを目標プロファイル (ハット チャネル、チューブ、または複雑なマルチベンド構造形状) に徐々に成形します。
3. インラインパンチングまたはノッチングステーションは、完全に成形した後のパンチングははるかに難しいため、必要に応じて、ストリップがまだ平坦または部分的に形成されている間に取り付け穴またはフィーチャーカットアウトをカットします。
4. 形成されたプロファイルはカットオフ プレスを通過し、ライン速度に同期したフライング カットオフを使用して、ラインを停止することなく所定の長さに切断されます。
5. 完成した部品は、組み立てに向けて準備される前に、インラインまたは二次溶接、コーティング、または熱処理を受ける場合があります。

この連続的で大量生産の性質により、ロールフォーミングは自動車生産に特に適しています。自動車生産では、同じ構造プロファイル (ドアビーム、バンパー補強材、ルーフレール、シートフレームコンポーネント) を年間数万から数十万直線フィートで稼働させる必要がある場合があります。

ロールフォーミングとスタンピング

ロールフォーミングとスタンピングはどちらも形状平鋼を構造部品にしますが、異なる部品の形状や生産プロファイルに適しています。

自動車構造部品製造におけるロールフォーミングとスタンピングの比較。

特に AHSS の場合、ロールフォーミングの段階的なマルチステーション曲げは、スタンピングの一発変形に比べて大きな利点です。これは、AHSS グレードは一般に破断前の伸びが低く、スタンピング金型が 1 回の動作で加えるひずみ速度と応力集中の影響を受けやすいためです。

AHSS 用のロール成形金型設計

AHSS ロール成形用の工具設計は、材料が生成するより高い成形力とスプリングバックによって駆動されるいくつかの点で軟鋼工具とは異なります。

• さらなる形成ステーション — AHSS プロファイルは通常、同等の軟鋼プロファイルと比較して追加のローラー パスを必要とし、曲げ角度をより多くの増分に広げてパスごとのひずみを軽減します。
• より硬いロール素材 — AHSS は軟鋼と比較してロールの摩耗を促進するため、通常は耐摩耗性コーティングまたは硬化表面を備えた工具鋼ロールが必要です。
• ロール分離力の増加 — AHSS は各ステーションでの変形に対する抵抗力がより強いため、ミルのフレーム、シャフト、ベアリングは軟鋼のみのラインよりも高い荷重に耐える必要があります。
• オーバーベンド補正 — ツーリングのプロファイルは通常、スプリングバックに対抗し、最終的な寸法目標を達成するために、計算されたオーバーベンド角度で設計されます。

高張力鋼のスプリングバック

スプリングバックとは、成形力が取り除かれた後、成形された金属が部分的に元の平らな形状に戻ろうとする傾向であり、材料の変形の弾性回復部分によって引き起こされます。一般に、強度の高い鋼は、その弾性率に比べて降伏強度が高くなります。これは、全体の変形のうち、塑性 (永久的) ではなく弾性 (回復可能) が占める割合が大きいことを意味します。そのため、AHSS は、同じ角度に曲げた軟鋼よりも跳ね返ります。

ロールフォーミングラインは、主に過剰曲げによってスプリングバックに対処します。各ローラーステーションは、材料が解放されると元に戻る量を予測しながら、目標角度をわずかに超えて材料を曲げます。正確なオーバーベンド角度は、通常、成形シミュレーション ソフトウェアと物理的な試運転を組み合わせて決定されます。これは、スプリングバックは鋼種、ゲージの厚さ、プロファイルの形状によって異なり、コイル間の材料特性がわずかに変化しても、必要な修正量が変わる可能性があるためです。