特表 2023-550156 超高強度金属材料をレーザ切断するためのプロセス及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-30

(54)【発明の名称】超高強度金属材料をレーザ切断するためのプロセス及び装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/70 20140101AFI20231122BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

B23K26/70

B23K26/38 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023530829

(86)(22)【出願日】2021-11-04

(85)【翻訳文提出日】2023-07-21

(86)【国際出願番号】 IB2021060211

(87)【国際公開番号】W WO2022106946

(87)【国際公開日】2022-05-27

(31)【優先権主張番号】PCT/IB2020/061042

(32)【優先日】2020-11-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515214729

【氏名又は名称】アルセロールミタル

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バン・ウェゼマエル，ベール

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD07

4E168HA00

4E168JA02

(57)【要約】

金属材料で作られたマザーブランクから、ｎ個（ｎは厳密に１よりも大きい整数）のトリミングされたサブブランクを製造するためのレーザ切断プロセスにおいて、－Ｏｐ１／切断テーブル上にマザーブランクを位置決めするステップであって、前記切断テーブルが、横方向で互いに対して移動可能であるように配置されるｎ個のラスを備える、ステップと、－Ｏｐ２／マザーブランクの少なくとも一部を切断テーブルに対してクランプするステップと、－Ｏｐ３／レーザ源を使用して、マザーブランクからｎ個のトリミングされていないサブブランクを縦切断方向で切断するステップと、－Ｏｐ４／切断テーブルのｎ個のラスを互いに横方向で分離するステップと、－Ｏｐ５／クランプを解放するステップと、－Ｏｐ６／トリミングされていないｎ個のサブブランクをｎ個のラスに対してクランプするステップと、－Ｏｐ７／ｎ個のトリミングされたサブブランクを形成するためにｎ個のトリミングされていないサブブランクをレーザトリミングするステップと、－Ｏｐ８／クランプを解放するステップと、－Ｏｐ９／切断テーブルからｎ個のトリミングされたサブブランクを排出するステップと、を備える、レーザ切断プロセス。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料で出来ているマザーブランク（１０）から、ｎ個（ｎは厳密に１よりも大きい整数）のトリミングされたサブブランク（１２）を製造するためのレーザ切断プロセスであって、以下の、
－Ｏｐ１／切断テーブル（１）上にマザーブランク（１０）を位置決めするステップであって、前記切断テーブル（１）が、横方向で互いに対して移動可能であるように配置されるｎ個のラス（２）を備える工程と、
－Ｏｐ２／マザーブランク（１０）の少なくとも一部を切断テーブル（１）に対してクランプする工程と、
－Ｏｐ３／レーザ源を使用して、マザーブランク（１０）からｎ個のトリミングされていないサブブランク（１１）を縦切断方向で切断する工程と、
－Ｏｐ４／切断テーブル（１）のｎ個のラス（２）を互いに横方向で分離する工程と、
－Ｏｐ５／クランプを解放する工程と、
－Ｏｐ６／トリミングされていないｎ個のサブブランク（１１）をｎ個のラス（２）に対してクランプする工程と、
－Ｏｐ７／ｎ個のトリミングされたサブブランク（１２）を形成するためにｎ個のトリミングされていないサブブランク（１１）をレーザトリミングする工程と、
－Ｏｐ８／クランプを解放する工程と、
－Ｏｐ９／切断テーブル（１）からｎ個のトリミングされたサブブランク（１２）を排出する工程と、
を備え、
所与のマザーブランク（１０）、所与のトリミングされていないサブブランク（１１）、又は所与のトリミングされたサブブランク（１２）に関して、各工程Ｏｐｉ（ｉは１～９の整数）が工程Ｏｐｉ＋１の前に行われる、
レーザ切断プロセス。

【請求項2】

クランプ工程Ｏｐ２，Ｏｐ６は磁気クランプを使用して実行される、請求項１に記載のレーザ切断プロセス。

【請求項3】

第１のクランプ工程Ｏｐ２は、第１の切断工程Ｏｐ３で切断されるべきｍ個の最後のトリミングされていないサブブランク（１１）に対応するマザーブランク（１０）の表面の一部のみに対して実行され、ｍが１～ｎ－１の整数である、請求項１又は２に記載のレーザ切断プロセス。

【請求項4】

レーザトリミング工程Ｏｐ７は、トリミングされていない各サブブランク（１１）の両方のトリミングされていない切断エッジ（１１１）を同時にレーザ切断することによって、トリミングされていない各サブブランク（１１）に対して実行される、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ切断プロセス。

【請求項5】

縦方向で測定されるトリミングされたサブブランク（１２）の長さは、横方向で測定されるトリミングされたサブブランク（１２）の幅の少なくとも１２倍である、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ切断プロセス。

【請求項6】

マザーブランク（１０）の極限引張強度が少なくとも９８０ＭＰａである、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ切断プロセス。

【請求項7】

ｎ個のトリミングされたサブブランク（１２）の縦方向は、マザーブランク（１０）が切断されたコイルの圧延方向と実質的に同じである、請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ切断プロセス。

【請求項8】

横方向で互いに対して移動可能に配置された複数のラス（２）を備える、レーザ切断プロセス用の切断テーブル（１）。

【請求項9】

ラス（２）は少なくとも１つのリニアレールベアリング（３）に取り付けられる、請求項８に記載の切断テーブル（１）。

【請求項10】

各ラス（２）はクランプ装置を備える、請求項８又は９に記載の切断テーブル（１）。

【請求項11】

各ラス（２）は磁気クランプ装置を備える、請求項１０に記載の切断テーブル（１）。

【請求項12】

少なくとも１つのレーザ切断ヘッド（７）と、請求項８～１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの切断テーブル（１）とを備える切断ライン（６）。

【請求項13】

請求項８～１１のいずれか一項に記載の２つの切断テーブル（１）を備える、請求項１２に記載の切断ライン（６）。

【請求項14】

２つのレーザ切断ヘッド（７）を備える、請求項１２又は１３に記載の切断ライン（６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超高強度鋼をレーザ切断するためのプロセス及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の安全性能を向上させ、環境フットプリントを減少させるための車両メーカーに対する益々増大する要求は、高強度金属材料、特に高強度鋼の使用を押し進めている。そのような材料は、例えば、９８０ＭＰａを超える極限引張強度を有する。

【0003】

自動車両部品の打抜加工のための使用されるブランクを形成するためにそのような金属材料を切断する場合には、製造業者が残留応力緩和の問題に直面し、その結果、切断されたブランクの幾何学的精度が低下する。これは、細長いブランクを切断する場合に特に重大である。

【0004】

高強度材料で作られた、そのような薄くて細いブランクは、様々な用途を有することができ、特に、テーラードブランクに使用することができ、その場合、ブランクの幾何学的形状及び切断エッジの品質は、後続の溶接作業にとって特に重大である。

【0005】

例えば、このような薄くて細いブランクは、床パネルを製造するため又はロッカー補強材を製造するためにテーラードブランクで使用されることができ、床パネル及びロッカー補強材はいずれも、車両の搭乗者室の全長に及ぶため非常に長く、これらの特定の用途ではそれらの幅に対して非常に細くなり得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、優れたブランク形状、優れたエッジ品質、優れた生産性、及び少ないプロセススクラップを得るために、非常に高強度の金属材料をレーザ切断できるようにするプロセス及び装置を提供することによって、上記の技術的課題に対処することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的と達成するために、本発明は、金属材料で出来ているマザーブランクから、ｎ個（ｎは厳密に１よりも大きい整数）のトリミングされたサブブランクを製造するためのレーザ切断プロセスに関し、該プロセスは、
－Ｏｐ１／切断テーブル上にマザーブランクを位置決めするステップであって、前記切断テーブルが、横方向で互いに対して移動可能であるように配置されるｎ個のラスを備える、ステップと、
－Ｏｐ２／マザーブランクの少なくとも一部を切断テーブルに対してクランプするステップと、
－Ｏｐ３／レーザ源を使用して、マザーブランクからｎ個のトリミングされていないサブブランクを縦切断方向で切断するステップと、
－Ｏｐ４／切断テーブルのｎ個のラスを互いに横方向で分離するステップと、
－Ｏｐ５／クランプを解放するステップと、
－Ｏｐ６／トリミングされていないｎ個のサブブランクをｎ個のラスに対してクランプするステップと、
－Ｏｐ７／ｎ個のトリミングされたサブブランクを形成するためにｎ個のトリミングされていないサブブランクをレーザトリミングするステップと、
－Ｏｐ８／クランプを解放するステップと、
－Ｏｐ９／切断テーブルからｎ個のトリミングされたサブブランクを排出するステップと、
を備え、
所与のマザーブランク、所与のトリミングされていないサブブランク、又は所与のトリミングされたサブブランクに関して、各工程Ｏｐｉ（ｉは１～９の整数）が工程Ｏｐｉ＋１の前に行われる。

【0008】

単独で又は任意の想定し得る技術的組み合わせに従って考慮される、本発明に係るレーザ切断プロセスの他の任意選択的な特徴によれば、
－クランプ工程Ｏｐ２，Ｏｐ６は磁気クランプを使用して実行される
－第１のクランプ工程Ｏｐ２は、第１の切断工程Ｏｐ３で切断されるべきｍ個の最後のトリミングされていないサブブランクに対応するマザーブランクの表面の一部のみに対して実行され、ｍは１～ｎ－１の整数である。
－レーザトリミング工程Ｏｐ７は、トリミングされていない各サブブランクの両方のトリミングされていない切断エッジを同時にレーザ切断することによって、トリミングされていない各サブブランクに対して実行される。
－縦方向で測定されるトリミングされたサブブランクの長さは、横方向で測定されるトリミングされたサブブランクの幅の少なくとも１２倍である。
－マザーブランクの極限引張強度は少なくとも９８０ＭＰａである。
－ｎ個のトリミングされたサブブランクの縦方向は、マザーブランクが切断されたコイルの圧延方向と実質的に同じである。

【0009】

また、本発明は、前述のレーザ切断プロセスを適用することによって得られるトリミングされたサブブランク、前述のレーザ切断プロセスを適用することによって得られる少なくとも１つのトリミングされたサブブランクを備えるレーザ溶接ブランク、及び前述のレーザ切断プロセスを適用することによって得られる少なくとも１つのトリミングされたサブブランクを備えるレーザ溶接ブランクを形成することによって得られる自動車両用成形部品に関する。

【0010】

本発明は、更に、横方向で互いに対して移動可能に配置された複数のラスを備える、レーザ切断プロセス用の切断テーブルに関する。前記ラスは、場合により、少なくとも１つのリニアレールベアリングに取り付けられ、前記ラスはそれぞれ、場合により、クランプ装置、好ましくは磁気クランプ装置を備える。

【0011】

本発明は、更に、少なくとも１つのレーザ切断ヘッドと、上記の説明に対応する少なくとも１つの切断テーブルとを備える切断ラインに関する。前記ラインは、例えば、上記の説明に対応する少なくとも２つの切断テーブルを備えることができる。前記ラインは、例えば、少なくとも２つのレーザ切断ヘッドを備えることができる。

【0012】

本発明の他の態様及び利点は、例として与えられ、添付の図面を参照して行われる以下の説明を読むと明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係るレーザ切断プロセスのフローチャートである。

【図2a】レーザ切断プロセス中に取り得る２つの異なる形態における本発明に係る切断テーブルの上面図である。

【図2b】レーザ切断プロセス中に取り得る２つの異なる形態における本発明に係る切断テーブルの上面図である。

【図3a】本発明に係るプロセス段階Ｏｐ４の後の２つのトリミングされていないサブブランクの上面図である。

【図3b】本発明に係るプロセス段階Ｏｐ５の後の２つのトリミングされていないサブブランクの上面図である。

【図4a】本発明に係るプロセスステップＯｐ７中のサブブランクの上面図である。

【図4b】本発明に係るプロセスステップＯｐ８中のサブブランクの上面図である。

【図5】本発明の特定の実施形態に係るレーザ切断ラインの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

鋼のブランクは、その使用に適した任意の形状に切断された鋼の平坦なシートを指す。ブランクは、上端及び下端を有し、上端側及び下端側又は上端面及び下端面とも呼ばれる。前記面間の距離は、ブランクの厚さとして指定される。厚さは、例えばマイクロメータを使用して測定することができ、そのスピンドル及びアンビルは上端面及び下端面に配置される。同様に、厚さは成形部品上で測定することもできる。

【0015】

「実質的に平行」又は「実質的に垂直」とは、平行又は垂直方向から１５°以下だけ逸脱することができる方向を意味する。

【0016】

テーラードブランクは、その異なる領域における部品の性能を最適化し、全体的な部品重量を低減し、全体的な部品コストを低減するために、例えば一緒にレーザ溶接することにより、サブブランクとして知られる、鋼の複数のブランクを一緒に組み付けることによって形成される。テーラードブランクを形成するサブブランクは、重なり合いの有無にかかわらず組み付けられることができる、例えば、レーザ突合せ溶接されることができる（重なり合いがない）、又は互いにスポット溶接されることができる（重なり合いを伴う）。

【0017】

以下の説明及び添付図面では、簡単にするために、説明及び図示されているブランク及びサブブランクは、ほぼ矩形の形状を有する。しかしながら、本発明は矩形のブランクの場合に限定されず、異なる形状を有するブランクに適用することができることが理解されるべきである。

【0018】

降伏強度、極限引張強度、並びに均一伸び及び全伸びは、２００９年１０月に発行されたＩＳＯ規格ＩＳＯ６８９２－１に従って測定される。

【0019】

図１～図４を参照すると、本発明は、金属材料で形成されたマザーブランク１０から始まる、ｎ個のトリミングされたサブブランク１２をレーザ切断するためのプロセスに関する。縦方向は、図２に「Ｌ」とラベル付けされた矢印によって示され、横方向は、図２に「Ｔ」とラベル付けされた矢印によって示される。本明細書では、トリミングされていない又はトリミングされたサブブランク１１、１２の長さは、縦方向で測定されたサブブランクの寸法を指し、トリミングされていない又はトリミングされたサブブランク１１、１２の幅は、横方向で測定されたサブブランクの寸法を指す。本明細書では、トリミングされていない又はトリミングされたサブブランク１１、１２の長さは、トリミングされていない又はトリミングされたサブブランク１１、１２の幅よりも大きい。

【0020】

以下の説明では、「上端部」及び「下端部」という用語は、縦方向に従って定義され、例えば図１ａを参照すると、上端部は図の上端部に対応し、下端部は図の下端部を指す。

【0021】

以下の説明では、「左」及び「右」という用語は、横方向に従って定義され、例えば図１ａを参照すると、左は図の左に対応し、右は図の右を指す。

【0022】

マザーブランク１０は、鋼コイルから切断され、鋼コイルは、例えば、９８０ＭＰａを超える極限引張強度を有する高強度鋼コイルである。鋼コイルは、包装、取り扱い、輸送及びその後の処理のためにコイルの形態で調整された長い鋼シートである。鋼コイルは、鋼製造プロセスの熱間圧延及び／又は冷間圧延ステップ中に鋼が加工された方向に対応する圧延方向を有する。鋼コイルは、圧延方向で繰り出されるときに一般に非常に長い長さを有する（数百メートル程度、時にはキロメートルのオーダーにさえなる）が、製造装置の制約（幅方向の装置のサイズの制限、製造装置、例えば熱間圧延又は冷間圧延装置の強度の制限）に起因して制限された最大幅を有する。結果として、鋼コイルの最大幅よりも大きい長さを有する非常に長いサブブランクを製造する場合、前記サブブランクの縦方向は、それが製造される鋼コイルの圧延方向と同じ方向になる。

【0023】

マザーブランク１０は、例えば前述のように鋼コイルから切断される。例えば、マザーブランク１０は、鋼コイルからマザーブランクが製造するために、機械的剪断を用いた切断ライン、又は切断ダイを用いたブランキングライン、あるいはレーザ切断を用いたレーザブランキングラインで切断される。例えば、マザーブランク１０は、マザーブランク１０の長さがコイルの圧延方向に向くように且つ鋼コイルの幅に実質的に対応するマザーブランク１０の幅よりも大きくなるように切断される。先に説明したように、この切断方向は、前記鋼コイルの最大達成可能幅よりも高い縦方向を有するマザーブランク１０を製造するために唯一可能である。

【0024】

図３及び図４を参照すると、トリミングされていないサブブランク１１は、後続の処理ステップを何ら伴うことなくマザーブランク１０から直接切断されたサブブランクを指す。前記トリミングされていないサブブランク１１は、２つのトリミングされていない切断エッジ１１１を有し、これらの切断エッジは、マザーブランク１０からの上記の切断工程によって生成された前記トリミングされていないサブブランク１１のエッジに対応する。

【0025】

図４ａ及び図４ｂを参照すると、トリミングされたサブブランク１２は、２つのトリミングされた切断エッジ１１１を形成するために、前記トリミングされていないサブブランク１１の切断エッジ１１２に対してトリミングステップと呼ばれる切断ステップを更に実行することによってトリミングされていないサブブランク１１から製造されたサブブランクを指す。

【0026】

生産性の理由から、単一のマザーブランク１０内で切断されるトリミングされたサブブランク１２の最大可能数ｎを使用することは興味深い。実際、切断プロセスは、マザーブランク１０を切断ライン上に位置決めする工程を伴い、これは時間がかかる。数ｎが大きいほど、ブランクあたりの総切断プロセス時間は速くなる。例えば、マザーブランク１０当たりのトリミングされたサブブランクの総数ｎは８である。例えば、マザーブランク１０当たりのトリミングされたサブブランクの総数ｎは１６である。

【0027】

本発明のプロセスは、トリミングされたサブブランク１２の長さとトリミングされたサブブランク１２の幅との間の比率が高い場合に特に適している。この種の構成では、マザーブランクからサブブランクを切断する際に、トリミングされていないサブブランク１１の幾何学的形状の問題が生じる可能性がある。特に、トリミングされていないサブブランク１１は、「バナナ形状」としても知られるマザーブランク１０から切断された後に湾曲した形状をとる危険性がある。理論に束縛されることを望まないが、このタイプの変形は、材料が鋼製造プロセスから継承された内部応力を有するという事実に起因する。例えば、これらの内部応力は、熱間圧延及び／又は冷間圧延ステップから部分的に生じる。例えば、これらの内部応力は、冷間圧延後の焼鈍ステップ及び／又は焼鈍後の急冷ステップならびに／又は焼鈍後のスキンパスステップによって部分的にもたらされる。レーザ切断の場合、トリミングされていないサブブランク１１に関する幾何学的問題を説明することができる他の理由は、レーザ切断工程の熱入力であり、これは、例えば、更なる機械的応力及び熱収縮に関連する問題を引き起こす可能性がある。

【0028】

トリミングされていないサブブランク１１の湾曲形状が図３ｂに示される。バナナの一般的な形状に似て、トリミングされていないサブブランク１１の上端部及び下端部は一方側（この場合、右側であるが、内部応力がマザーコイル１０内に分散される方法にしたがって反対になり得る）に向けられ、一方で、トリミングされていないサブブランク１１の縦方向の中間部は反対側（この場合は左側）に向けられる。言い換えると、マザーブランク１０からトリミングされていないサブブランク１１を製造するための切断工程が直線に沿って行われたとしても、結果として得られる切断エッジ１１１は直線ではなく、曲線経路をたどる。この形状欠陥は重大となる可能性があり、例えば、トリミングされていないサブブランク１１の上端及び下端は、サブブランク１１の中間と比較して最大数ミリメートルオフセットされ得る。前述の湾曲した又は「バナナ形状」は、この変形が起こる方向及びその振幅が一方のマザーブランク１０から他方へ及び一方のトリミングされていないサブブランク１１から他方への所与のマザーブランク１０内で非常に可変とすることができるという、非常に概略的な説明であることが理解されるべきである。実際に、変形はマザーブランク１０の製造履歴に起因し、各ブランクは、関与する工業プロセスにおける多くの想定し得る変形に由来する異なる履歴を有する可能性がある。

【0029】

サブブランクの意図された形状が矩形ではない場合、同じタイプの問題が発生する。すなわち、切断エッジ１１１は、切断工程が行われた輪郭に追従しない。

【0030】

上記の幾何学的問題は、以下の条件において特に重大である。
－トリミングされていないサブブランク１１の長さは、それらの幅よりもかなり大きい。実際に、これが当てはまらない場合、トリミングされていないサブブランク１１の湾曲形状は顕著ではなく、重大な問題を誘発しない。例えば、本発明者らは、トリミングされていないサブブランク１１の長さがトリミングされていないサブブランク１１の幅の少なくとも１２倍であるときに、湾曲問題が非常に顕著になり始めることを見出した。
－マザーブランク１０を形成する材料は、非常に高い強度を有する。実際に、これが当てはまらない場合、ブランク内の前述の残留応力は、重大な形状歪みを引き起こすのに十分ではない。例えば、材料が９８０ＭＰａを超える極限引張強度を有する場合、形状の問題が重大となる。
－他の要因は、サブブランクのその後の使用である。実際に、サブブランクが最終形状要件が厳密ではない用途で使用される場合、上記の幾何学的問題は重大な産業上の問題とならない場合がある。しかしながら、多くの用途において、サブブランクの形状は非常に正確である必要がある。これは、例えば、トリミングされたサブブランク１２の切断エッジ１１２が他のブランクに溶接される突合せレーザ溶接に関して前記サブブランクを使用する場合に当てはまる。突合せレーザ溶接は、溶接されるべきエッジ間の距離を一定に保つために、溶接されるべきブランクの非常に正確な位置決めを必要とする。これは、ブランクの著しい湾曲が生じる場合には不可能である。実際に言えば、工業的工程では、トリミングされたサブブランク１２は品質管理に提出され、幾何学的な規格などの所定の規格を意味しないサブブランクは拒絶される。かなりの量の材料が品質基準を満たさない場合、かなりの量の不合格材料、言い換えればかなりの量のプロセススクラップが存在する。これは、製造コストを増大させ、生産性を低下させる。

【0031】

前述の幾何学的問題に加えて、トリミングされたサブブランク１２の品質もまた、前記サブブランクの切断エッジ品質に関連する。切断エッジ１１２に対して垂直な平面に沿った断面を見る場合、サブブランクの上端面及び下端面と直線角度を成す直線状の切断エッジ１１２を有することが望ましい。これは、切断エッジ品質として知られている。例えば、レーザ突合せ溶接の場合、前記切断エッジ品質はまた、溶接されるべきエッジ間で所定の距離を維持するために、及びその後の溶接部の品質のために非常に重要である。工業的に到達可能な最良の切断エッジ品質の１つは、レーザ切断プロセスによって得られるものであることが知られている。機械的剪断とは対照的に、機械的バリの問題はなく、エッジプロファイルは非常に均一である。更に、機械的剪断の場合のように、エッジ品質は切断工具の状態に依存せず、それによって、エッジ品質は切断工具の２つのメンテナンス作業間で徐々に低下する。レーザ切断の場合、工具と被削材とが直接接触しないという事実は、切断工程自体で工具の劣化がなく、工具メンテナンスのためのダウンタイムがあることを意味する。これにより、プロセススクラップが減少し、生産性が向上する。

【0032】

特定の実施形態において、マザーブランク１０は、重量％で、０．１３％＜Ｃ＜０．２５％、２．０％＜Ｍｎ＜３．０％、１．２％＜Ｓｉ＜２．５％、０．０２％＜ＡＩ＜１．０％を含有する化学組成を有する鋼から製造され、この場合、１．２２％＜Ｓｉ＋ＡＩ＜２．５％、Ｎｂ＜０．０５％、Ｃｒ＜０．５％、Ｍｏ＜０．５％、Ｔｉ＜０．０５％であり、残りの部分はＦｅ及び不可避不純物であり、８％～１５％の残留オーステナイトを含有する微細構造を有し、残りの部分は、フェライト、マルテンサイト及びベイナイトであり、マルテンサイト及びベイナイト分率の合計は７０％～９２％の間に含まれる。この組成では、鋼板は、圧延方向で測定して、１９％を超える全伸びを維持しながら、６００ＭＰａ～７５０ＭＰａの間に含まれる降伏強度と、９８０ＭＰａ～１３００ＭＰａの間に含まれる極限引張強度とを有する。

【0033】

特定の実施形態において、マザーブランク１０は、重量％で％：０．１５％＜Ｃ＜０．２５％、１．４％＜Ｍｎ＜２．６％、０．６％＜Ｓｉ＜１．５％、０．０２％＜ＡＩ＜１．０％、１．０％＜Ｓｉ＋ＡＩ＜２．４％、Ｎｂ＜０．０５％、Ｃｒ＜０．５％、Ｍｏ＜０．５％を含有する化学組成を有する鋼から製造され、残りの部分はＦｅ及び不可避不純物であり、１０％～２０％の残留オーステナイトを含有する微細構造を有し、残りの部分はフェライト、マルテンサイト及びベイナイトである。この組成では、鋼板は、圧延方向で測定して、１３％を上回る全伸びを保ちながら、８５０ＭＰａ～１０６０ＭＰａの間に含まれる降伏強度と、１１８０ＭＰａ～１３３０ＭＰａの間に含まれる極限引張強度とを有する。

【0034】

ＭＳ１５００：
特定の実施形態において、マザーブランク１０は、重量％で０．１５％≦Ｃ≦０．５％を含有する化学組成を有する鋼から作製され、例えば、鋼は、完全マルテンサイト微細構造及び１５００ＭＰａを超える極限引張強度を有する。

【0035】

本発明によれば、図１のフローチャートに示されるように、金属材料で作られたマザーブランク１０用のｎ個のトリミングされたサブブランク１２を製造するための切断プロセスは、工程Ｏｐ１、Ｏｐ２などとラベル付けされた以下のステップ、すなわち、
－Ｏｐ１／切断テーブル１上にマザーブランク１０を位置決めするステップであって、前記切断テーブル１は、横方向で互いに対して移動可能であるように配置されたｎ個のラス２を備える、ステップと、
－Ｏｐ２／マザーブランク１０の少なくとも一部を切断テーブル１に対してクランプするステップと、
－Ｏｐ３／レーザ源を使用して、マザーブランク１０からトリミングされていないｎ個のサブブランク１１を縦切断方向で切断するステップと、
－Ｏｐ４／切断テーブル１のｎ個のラス２を横方向で互いに分離するステップと、
－Ｏｐ５／クランプを解放するステップと、
－Ｏｐ６／トリミングされていないｎ個のサブブランク１１をｎ個のラス２に対してクランプするステップと、
－Ｏｐ７／ｎ個のトリミングされたサブブランク１１を形成するためにｎ個のトリミングされていないサブブランク１２をレーザトリミングするステップと、
－Ｏｐ８／クランプを解放するステップと、
－Ｏｐ９／切断テーブルからｎ個のトリミングされたサブブランク１２を排出するステップと、
を備える。

【0036】

所与のマザーブランク１０、所与のトリミングされていないサブブランク１１、又は所与のトリミングされたサブブランク１２に関して、各工程Ｏｐｉ（ｉは１～９の整数）は工程Ｏｐｉ＋１の前に実行される。

【0037】

続いて、各工程についてより詳細に説明する。

【0038】

Ｏｐ１は、単に切断テーブル１上にマザーブランク１０を位置決めすることからなり、各切断ラインに特有の標準的な工程であるため、これ以上の説明をする価値はない。この工程は、一般に、プロセスの生産性計算に入るプロセス時間の一部になると言うだけで十分である。Ｏｐ１に関連する生産性損失を最小限に抑えるために、最大可能数ｎのサブブランクを製造することができるマザーブランク１０を提供することは興味深い。更に、後述するように、少なくとも２つの切断テーブル１を有する切断ラインを、別の切断テーブル１上で別のブランクが切断されている間にＯｐ１を実行できるように設計することは興味深い。

【0039】

Ｏｐ２は、マザーブランク１０を切断テーブル１に対してクランプすることからなり、切断ライン上の標準的な工程でもある。実際に、正確に切断するためには、ブランクが、正確に位置決めされて、切断プロセス中に又は例えば切断テーブル１自体の動きやライン上の振動などの他の理由に起因して移動しないことが重要である。クランプ自体は、任意の利用可能なクランプ技術を使用して実行されることができる。例えば、機械的クランプが考えられる。好適には、磁気クランプは、鋼ブランクなどの磁気ブランクを効率的にクランプできるようにし、クランプ装置とクランプされるべきブランクとの間の接触を伴うことなくクランプできるようにする。これは、レーザ切断の場合に特に興味深く、なぜならば、磁気クランプシステムがブランクと直接接触しておらず、したがって切断工程中にレーザビームがクランプ装置を損傷する危険性がないためである。

【0040】

Ｏｐ３は、マザーブランク１０からｎ個のトリミングされていないサブブランク１１を製造するためのレーザ源の使用を含む。この最初の切断は、トリミングされていないサブブランク１１がマザーブランク１０から解放されるので、「自由切断」としても知られている。レーザ切断技術自体は周知である。特定の実施形態では、複数のレーザ切断を同時に実行し、したがって生産性を高めるために、２つ以上のレーザ源を使用してレーザ切断を実行することができる。トリミングされていないサブブランク１１がマザーブランク１０から切断される順序は、産業上の制約及び設備に最も適するように様々な方法でプログラムされることができる。例えば、切断のために２つのレーザ源を使用する場合、切断は、各レーザヘッドがマザーブランク１０の両側で開始し、中央で合流するように行われることができる。例えば、切断のために２つのレーザ源を使用する場合、切断は、各レーザヘッドが中央に並んで開始し、反対の横方向に徐々に移動してマザーブランク１０の反対側で終了するように実行されることができる。

【0041】

Ｏｐ４は、切断テーブル１の特定の特徴を使用することによって、ｎ個のトリミングされていないサブブランク１１を横方向に互いに分離することを含む。切断テーブル１は、横方向で互いに離間されることができるｎ個のラス２を備える。各ラス２は、マザーブランク１０から切断された後の対応するトリミングされていないサブブランク１１のその後の位置に対応する。各ラス２は、プロセスの更なる工程中に分かるように、その対応するトリミングされていないサブブランク１１をクランプするために使用されることができるクランプ機構を備える。例えば、Ｏｐ４の前後のラス２の位置をそれぞれ示す図２ａ及び図２ｂに示されるように、横方向に移動させるために、ラス２をリニアベアリング３に取り付けることができる。例えば、ラスは、１０～１２ｍｍだけ横方向に互いに対して移動される。

【0042】

Ｏｐ５は、自由切断が行われた後にクランプを解放することを含む。「バナナ形状」のトリミングされていないサブブランク１１の変形は、クランプが解放された後、すなわちＯｐ５の後にのみ起こる。実際に、クランプ解放工程の前に、トリミングされていないサブブランク１１は、クランプ機構によって所定の位置に保持され、したがって自然な静止形状に変形することができない。これは、Ｏｐ５の前後のトリミングされていないサブブランク１１の形状の概略図である図３ａ及び図３ｂに示される。トリミングされていないサブブランク１１が、実際にそれらの自然な形状をとったので、それらを正しい最終形状に設定するための後続のトリミング工程を適用することができる。

【0043】

Ｏｐ６は、トリミングされていないサブブランク１１をレーザトリミングステップのために準備するべくサブブランクに再びクランプを適用することを含む。実際に、レーザトリミング工程のために所定の位置に正確に保持されるために、トリミングされていないサブブランク１１は、クランプによって所定の位置にしっかりと保持される必要がある。トリミングされていないサブブランク１１が載置されている各ラス２は、クランプ機構を備えており、例えば、各ラス２は磁気クランプが設けられている。

【0044】

Ｏｐ７は、ｎ個のトリミングされていないサブブランク１１をレーザトリミングして、ｎ個のトリミングされたサブブランク１２を形成することを含む。これは、トリミングされていない切断エッジ１１１をレーザで切断して、２つのトリミングされた切断エッジ１１２を形成することによって行われる。例えば、トリミング工程は、トリミングされていないサブブランク１１の両側で２～３ｍｍ程度の幅の材料を除去して、トリミングされたサブブランク１２を形成する。図４ａは、トリミングステップＯｐ７の概略図であり、前記トリミングは、図４ｂのトリミングされたサブブランク１２を得るために破線５に沿って実行される。Ｏｐ７は、所望の最終的なサブブランク形状を有し、Ｏｐ５でクランプを解放する前に、トリミングされていないサブブランク１１に存在する内部応力がない、トリミングされたサブブランク１２を製造することを可能にする。実際に、Ｏｐ５の後、トリミングされていないサブブランク１１には内部応力がなく、それ自体が解放されることにより、トリミングされていないサブブランク１１の一般的な形状が屈曲した「バナナ形状」に変形している。個々のトリミングされていないサブブランク１１がＯｐ４の間に互いに横方向に分離されているという事実のおかげで、２つの隣接するサブブランク１１の幾つかの部分が「バナナ形状」効果のために互いに重なり合う可能性はない。このことは、隣接するブランクの一部を誤って切断するリスクを伴うことなくレーザトリミング工程Ｏｐ７を行うことができることを意味し、これは必然的に、廃棄される必要があるトリミングされたサブブランク１２の形状の問題をもたらす。これはまた、重複が検出された場合、隣接するトリミングされていないサブブランク１１を何らかの方法で移動させる必要がないことを意味し、これは、トリミングされていないサブブランク１１を移動させるための追加の検出装置及び追加の時間を伴い、生産性が低下し、トリミングされていないサブブランク１１の位置の再現性が低いために品質の問題が生じる可能性がある。

【0045】

Ｏｐ８は、トリミングされたサブブランク１２のクランプを解放することを含む。この時点で、Ｏｐ５の後に起こることとは対照的に、トリミングされたサブブランク１２を製造したトリミングされていないサブブランク１１には内部応力がないため、内部応力に起因する変形は殆ど又は全くない。

【0046】

Ｏｐ９は、次のマザーブランク１０を加工するために前記切断テーブルを解放するべく、既知の手段によってｎ個のトリミングされていないサブブランク１２を切断テーブル１から排出することを含む。

【0047】

前述のように、先に説明した処理ステップは、所与のマザーブランク１０、所与のトリミングされていないサブブランク１１、又は所与のトリミングされたサブブランク１２に対して順次に行われる。しかしながら、プロセス全体を見ると、或る工程は、異なるサブブランクに対して同時に又は異なる順序で行うことができる。これは、プロセスの全体的な生産性を高めるために特に興味深い。例えば、第１のトリミングされていないサブブランク１１がマザーブランク１０から切断されると（Ｏｐ３）、その対応するラス２が横方向に移動して、前記第１のトリミングされていないサブブランク１１を材料の残りの部分から分離することができ（Ｏｐ４）、前記第１のトリミングされていないサブブランク１１上のクランプを解放することができ（Ｏｐ５）、同時に、同じマザーブランク１０からの更にトリミングされていないサブブランク１１の切断（Ｏｐ３）を依然として行うことができる。したがって、所与のサブブランクに関するＯｐ３は、他のサブブランクに関するＯｐ４及び／又はＯｐ５と同時に行うことができる。重要な点は、任意の所与のサブブランクについて、上記の処理ステップが上記の順序で行われることである。

【0048】

本発明者らは、Ｏｐ２の間にマザーブランク１０の表面全体を切断テーブル１に対してクランプしなくても、ブランク形状及び切断エッジ品質に関して非常に良好な結果を得るために本発明を首尾よく適用できることを見出した。これは、Ｏｐ５のクランプ解放ステップがｎ個のサブブランクの各々に適用される場合に時間がかかる可能性があるため、生産性の理由から興味深いものとなり得る。例えば、磁気クランプが適用される場合、クランプ解放工程には１～２秒程度かかる可能性がある。特定の実施形態では、クランプ工程Ｏｐ２は、第１の切断工程Ｏｐ３で切断されるｍ個の最後のトリミングされていないサブブランクに対応するマザーブランク１０の表面の一部のみに対して行われ、ｍは１～ｎ－１の整数である。そうすることにより、Ｏｐ２の磁気クランプが適用されなかった切断テーブル１の領域上に位置した最初のｎ－ｍ個のトリミングされていないサブブランク１１に対してＯｐ５を実行する必要がなくなる。これにより、いくらかのクランプ解放時間を得ることができ、したがって生産性を高めることができる。

【0049】

レーザトリミングステップＯｐ７に関して、対応するトリミングされたサブブランク１１の最終的な品質及び形状を更に最適化するために、所与のトリミングされていないサブブランク１２の両方のトリミングされていない切断エッジ１１１に対して同時レーザトリミングを実行することは興味深いこととなり得る。実際に、レーザトリミングは、サブブランクの側面で熱を発生させ、一度に１つのトリミングされていない切断エッジ１１１が行われる場合、レーザトリミング中の熱入力は非対称であり、これは、ステップＯｐ８の間にクランプを解除した後にトリミングされたサブブランク１２のいくらかの変形をもたらし得る熱膨張と収縮の差に起因するいくらかの内部応力の発生をもたらし得る。特に、４．特定の実施形態では、レーザトリミング工程Ｏｐ７は、各トリミングされていないサブブランク１１の両方のトリミングされていない切断エッジ１１１を同時にレーザ切断することによって、各トリミングされていないサブブランク１１に対して実行される。同時にレーザ切断することは、トリミングに使用される２つのレーザビームが、それらが横方向に互いに実質的に整列した位置から開始して、同じ速度で移動することを意味する。

【0050】

本発明はまた、前述のレーザ切断プロセスを適用することによって得られるトリミングされたサブブランク１２に関する。

【0051】

本発明はまた、前述のレーザ切断プロセスを適用することによって得られた少なくとも１つのトリミングされたサブブランク１２を備えるレーザ溶接ブランクに関する。

【0052】

本発明はまた、前述のレーザ切断プロセスを適用することによって得られる少なくとも１つのトリミングされたサブブランク１２を備えるレーザ溶接ブランクを形成することによって得られる自動車用成形部品に関する。

【0053】

本発明はまた、前述の切断プロセスを適用するために使用される、少なくともｎ個のラスが設けられた特定の切断テーブル１に関する。前記切断テーブル１は、横方向で互いに離間されることができるｎ個のラス２を備える。各ラス２は、クランプ機構、例えば磁気又は機械的クランプ機構を備える。例えば、ラス２は、横方向に移動させるためにリニアベアリング３に取り付けられることができる。

【0054】

図５を参照すると、本発明はまた、前述の切断プロセスを実施するための前述の特徴を有する少なくとも１つの切断テーブル１を備えるとともに、少なくとも１つのレーザ切断ヘッド７を有する切断ライン６に関する。例えば、図５に示されるように、ライン６は、２つの切断テーブル１及び２つのレーザ切断ヘッド７を有する。好適には、これにより、例えば、Ｏｐ１及びＯｐ２を実行すること、すなわち、マザーブランク１０を第１のテーブル上に位置決めし、前記マザーブランク１０をクランプすることが可能になるが、レーザヘッド７は、第２のテーブル上で切断及び／又はトリミング工程でビジーである。また、これにより、最後の工程Ｏｐ８及びＯｐ９を実行すること、すなわち、トリミングされたサブブランク１２のクランプを解放し、トリミングされたサブブランク１２を第１の切断テーブルから排出することが可能になるが、レーザヘッド７は、第２のテーブルでの切断及び／又はトリミング工程でビジーである。このタイプのシーケンス及び生産組織は、材料の取り扱い及びクランプ工程中にレーザヘッド７が常に稼働しており、アイドル状態ではないことを意味するので、特に有利である。これにより、レーザヘッド７の最大限の生産性及び効率的な使用が保証され、これは、可能な限り放置してはならない高価で生産性の高い装置である。

【0055】

図５は、２つのレーザヘッド７が、それに沿って横方向に移動することができるレール８上に取り付けられ、前記レール自体が縦方向にライン６内で移動可能である、上部及び下部テーブル１を有するそのような切断ライン６の一例を示す。図５では、切断プロセスはトップテーブル上で進行中である。レーザヘッド７は、自由切断Ｏｐ３を実行するために、マザーブランク１０の対向するエッジから中心に向かって移動している。２つの第１のトリミングされていないサブブランク１１が切断され（Ｏｐ３）、それらの対応するラス２がそれらの隣接するラスから分離されている（Ｏｐ４）。レーザヘッドは、トリミングされていない別の二組のサブブランク１１の自由切断（Ｏｐ３）を終了している。これが行われている間、ロボット９は、新しいマザーブランク１０を下部テーブル１上に配置して、切断プロセスの準備をしている。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【国際調査報告】