CN111918729B

CN111918729B - 热压加工方法及加工装置

Info

Publication number: CN111918729B
Application number: CN201980022268.6A
Authority: CN
Inventors: 入江直之; 猪一郎; 平尾嘉英; 大川慧
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2039-02-14
Also published as: JP7214973B2; WO2019187742A1; CN111918729A; JP2019177390A; US12042840B2; US20210008610A1

Abstract

热压加工装置(1)包括加热工序、冲压工序以及冷却工序，在加热工序中，对工件(W)进行加热，在冲压工序中，对通过加热工序加热后的工件(W)进行冲压成型，在冷却工序中，对通过冲压工序冲压成型的工件(W)的一部分进行冷却而使该部分发生马氏体转变，由此在工件(W)内生成硬区(Zh)，另一方面，对该工件(W)的其他部分进行冷却而使该其他部分发生铁素体及贝氏体转变，由此在所述工件(W)内生成软区(Zs)。热压加工装置(1)在进行冷却工序时，提高软区(Zs)内的规定部位(Zb)的刚性和硬度后，对该规定部位(Zb)进行冷却。

Description

热压加工方法及加工装置

技术领域

此处所公开的技术涉及一种热压加工方法及加工装置。

背景技术

下述方法作为这种热压加工方法已为人熟知：将工件加热到奥氏体区域并进行冲压成型后，在成型模内进行冷却，由此通过马氏体转变得到超高强度的成型件。

例如，作为上述热压加工方法(hot stamping：热冲压)的一例，专利文献1公开了下述内容：通过向工件(坯料)添加Ni、Cr、Mo，而在不使其发生铁素体及贝氏体转变的情况下，在奥氏体区域进行成型。

专利文献1：日本公开专利公报特开2016－2594号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

近年来，作为所述专利文献1中记载的方法的应用例，有人提出下述成型件，该成型件由通过马氏体转变得到的硬区(hard zone)和通过铁素体及贝氏体转变得到的软区(soft zone)组合而成。根据该提案，尽管是单个成型件，也能够兼顾源自硬区的高强度和源自软区的延伸性。

然而，构成硬区的马氏体和构成软区的铁素体及贝氏体因晶体构造不同而存在体积差异。因此，由于冷却时的热收缩，可能引起成型件的翘曲等软区的非预期的变形。为了提高成型件的加工精度，需要抑制上述变形。

此处所公开的技术正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：在将工件加工成包括硬区和软区的成型件时，抑制冷却时的非预期的变形，进而提高成型件的加工精度。

－用以解决技术问题的技术方案－

本申请发明人等经过深入研究后发现了一种方法，其对软区内的规定部位采取变形抑制措施后，对该部位进行冷却，从而完成了本公开。

具体而言，此处所公开的技术涉及一种热压加工方法，其用于将工件加工成成型件。该热压加工方法包括加热工序、冲压工序以及冷却工序，在所述加热工序中，对所述工件进行加热，在所述冲压工序中，对通过所述加热工序加热后的工件进行冲压成型，在所述冷却工序中，对通过所述冲压工序冲压成型的工件的一部分进行冷却而使该部分发生马氏体转变，由此在所述工件内生成硬区，另一方面，对该工件的其他部分进行冷却而使该其他部分发生铁素体及贝氏体转变，由此在所述工件内生成软区，在进行所述冷却工序时，提高所述软区内的规定部位的刚性和硬度中的至少一者后，对所述软区内的规定部位进行冷却。

根据该方法，通过生成硬区和软区这两个区，尽管是单个成型件，也能够兼顾源自硬区的高强度和源自软区的延伸性。

而且，所述方法在进行冷却工序时，提高软区内的规定部位的刚性和硬度中的至少一者后，对该部位进行冷却。通过事先提高刚性和硬度中的至少一者，能够抑制随热收缩产生的翘曲等。像这样，通过在冷却前采取变形抑制措施，能够抑制软区的非预期的变形，从而能够提高成型件的加工精度。

此外，所述热压加工方法也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位刚性比所述软区的其他部位高的形状后，对所述规定部位进行冷却。

根据该方法，通过提高所述规定部位的刚性，有利于抑制软区的非预期的变形，从而有利于提高成型件的加工精度。

此外，所述热压加工方法也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位沿特定方向延伸的叠珠焊缝形状后，对所述规定部位进行冷却。

根据该方法，通过向所述规定部位赋予叠珠焊缝形状，能够提高该部位的刚性。这样一来，有利于抑制软区的非预期的变形，从而有利于提高成型件的加工精度。

此外，所述热压加工方法也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位沿所述硬区与所述软区的交界延伸的叠珠焊缝形状后，对所述规定部位进行冷却。

此外，所述热压加工方法也可以是：在进行所述冷却工序时，对所述规定部位进行淬火后，对所述规定部位进行冷却。

根据该方法，通过对所述规定部位进行淬火，能够提高该部位的硬度。这样一来，有利于抑制软区的非预期的变形，从而有利于提高成型件的加工精度。

此外，所述热压加工方法也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位刚性比所述软区的其他部位高的形状，并对所述规定部位进行淬火后，对所述规定部位进行冷却。

根据该方法，能够同时提高所述规定部位的刚性和硬度这二者。这样一来，更有利于抑制软区的非预期的变形，从而更有利于提高成型件的加工精度。

此外，也可以是：所述成型件为汽车的车身构成部件。

此外，也可以是：所述成型件为汽车的骨架构成部件。

此外，也可以是：所述成型件为汽车的柱部件。

此处公开的另一技术涉及一种热压加工装置，其用于将工件加工成成型件。该热压加工装置进行加热工序、冲压工序以及冷却工序，在所述加热工序中，对所述工件进行加热，在所述冲压工序中，对通过所述加热工序加热后的工件进行冲压成型，在所述冷却工序中，对通过所述冲压工序冲压的工件的一部分进行冷却而使该部分发生马氏体转变，由此在所述工件内生成硬区，另一方面，对该工件的其他部分进行冷却而使该其他部分发生铁素体及贝氏体转变，由此在所述工件内生成软区，在进行所述冷却工序时，提高所述软区内的规定部位的刚性和硬度中的至少一者后，对所述软区内的规定部位进行冷却。

根据该构成方式，通过生成硬区和软区这两个区，尽管是单个成型件，也能够兼顾源自硬区的高强度和源自软区的延伸性。

而且，所述构成方式在进行冷却工序时，提高软区内的规定部位的刚性和硬度中的至少一者后，对该部位进行冷却。通过事先提高刚性和硬度中的至少一者，能够抑制随热收缩产生的翘曲等。像这样，通过在冷却前采取变形抑制措施，能够抑制软区的非预期的变形，从而能够提高成型件的加工精度。

此外，所述热压加工装置也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位刚性比所述软区的其他部位高的形状后，对所述规定部位进行冷却。

此外，所述热压加工装置也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位沿特定方向延伸的叠珠焊缝形状后，对所述规定部位进行冷却。

此外，所述热压加工装置也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位沿所述硬区与所述软区的交界延伸的叠珠焊缝形状后，对所述规定部位进行冷却。

此外，所述热压加工装置也可以是：在进行所述冷却工序时，对所述规定部位进行淬火后，对所述规定部位进行冷却。

此外，所述热压加工装置也可以是：在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位刚性比所述软区的其他部位高的形状，并对所述规定部位进行淬火后，对所述规定部位进行冷却。

－发明的效果－

正如以上说明的那样，此处所公开的技术在将工件加工成包括硬区和软区的成型件时，能够抑制冷却时的非预期的变形，从而能够提高成型件的加工精度。

附图说明

图1是示出将工件运送到热压加工装置后的状态的剖视图；

图2是示出热压加工装置的冲压状态的剖视图；

图3是示例出作为冲压成型件的柱部件的图；

图4是示例出采取了变形抑制措施的柱部件的图；

图5是示例出工件的转变曲线的图；

图6是示例出未采取变形抑制措施的柱部件的图；

图7是示例出关于叠珠焊缝形状的结构的图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下说明仅为示例。

图1～图2示出本实施方式所涉及的热压加工装置1。该热压加工装置1通过对加热后的工件W进行冲压成型，将该工件W加工成图3～图4所示的冲压成型件。

本实施方式所涉及的冲压成型件是构成汽车的车身构成部件的柱部件100。如图3所示，该柱部件100构成架设在汽车的底板与顶盖之间的中柱。也就是说，柱部件100形成为宽度较窄的长板状，在组装车身时，以长度方向顺着车辆上下方向的姿势组装柱部件100。下面将组装车身时处于车辆上方的方向简称为“上方”，将其相反方向称为“下方”。“上下方向”、“上侧”以及“下侧”等措辞也表示相同的意思。此外，将组装车身时处于车辆前后方向的方向简称为“前后方向”。

如图4所示，柱部件100由第一硬区Zh和软区Zs组合而成，第一硬区Zh通过冲压成型后急冷来淬火而得到，软区Zs通过冲压成型后空冷而得到。具体而言，从上下方向上的上端部到中央部的部分构成第一硬区Zh，同一方向上的下端部构成软区Zs。

此外，赋予软区Zs内的规定部位Zb沿前后方向(特定方向)延伸的叠珠焊缝(bead)形状，规定部位Zb与第一硬区Zh一样经过淬火。如图4所示，叠珠焊缝形状相对于软区Zs与第一硬区Zh的交界大致平行地延伸。下面也将该规定部位Zb称为“第二硬区Zb”。

(热压加工装置)

如图1～图2所示，热压加工装置1包括用于得到作为冲压成型件的柱部件100的模具，即，用于冲压成型的上模11和下模12。上模11固定在上模座13上。在上模座13上安装有供冲压机械升降的滑块(省略图示)。下模12固定在下模座14上。

上模11包括用于对加热后的工件W进行冲压成型的冲压成型面15。下模12包括与上模11相对应的冲压成型面16。上模11和下模12分别从图1～图2的纸面左侧起依次划分为用于成型与第一硬区Zh相对应的部位的第一模部11A、12A、用于成型与软区Zs相对应的部位的第二模部11B、12B以及用于成型与第二硬区Zb相对应的部位的第三模部11C、12C。

在第一模部11A、12A和第三模部11C、12C中，分别设有制冷剂通路17、18，用于在冲压状态下对工件W进行模冷却的液态制冷剂(例如，冷却水)供往制冷剂通路17、18。

在本实施方式中，构成为由液态制冷剂仅对第一模部11A、12A和第三模部11C、12C进行冷却，但也可以采用直接水冷式的结构来代替该结构。在该情况下，各制冷剂通路17、18分别贯穿第一模部11A、12A和第三模部11C、12C并在冲压成型面15、16上开口。

在第二模部11B、12B上，设有用于对冲压状态下的工件W进行保温的加热器19、20。上下方的加热器19、20均构成为电加热器，且分别与加热器电源(省略图示)相连。

此外，由绝热材料21分别划分出第一模部11A、12A与第二模部11B、12B的交界部、第二模部11B、12B与第三模部11C、12C的交界部。

下模12的冲压成型面16中的与第三模部11C、12C相对应的部位构成向上方突出的凸状面16a。另一方面，上模11的冲压成型面15中的与第三模部11C、12C相对应的部位构成凹状面15a，将凸状面16a视为公部时凹状面15a相当于母部。

如图1所示，工件W由平板状的坯料构成。该工件W事先被加热到规定温度(奥氏体温度区域)，并被运送到上模11与下模12之间。对于被运送到上模11与下模12之间的工件W中的位于第一模部11A、12A与第三模部11C、12C之间的部位，通过在冲压成型后使该部位在冲压状态下冷却的热冲压而成型。另一方面，对于同一工件W中的位于第二模部11B、12B之间的部位，在冲压成型后由加热器19、20进行保温，作为用于进行铁素体及贝氏体转变的预先准备。

尤其是对于位于第三模部11C、12C之间的部位，当上模11朝向下模12下降时，凸状面16a和凹状面15a使工件W发生塑性变形，由此使所述叠珠焊缝形状成型。

冲压成型后的工件W从上模11和下模12送出后，进行空冷。

下面对使用热压加工装置1进行的热压加工方法进行详细说明。

(热压加工方法)

图5是示例出工件W的转变曲线的图。

[1.加热工序]

首先，对平板状的工件W进行加热，并加热到Ac3点(转变温度中的从铁素体向奥氏体转变结束时的温度)以上。这样一来，工件W就结束了向奥氏体的转变。

[2.运送工序]

如图1所示，将加热后的工件W运送到上模11与下模12之间。

[3.冲压工序]

如图2所示，使上模11下降，将工件W冲压成型为与上模11的冲压成型面15和下模12的冲压成型面16相对应的形状。此时，利用上模11和下模12各自的第一模部11A、12A，使柱部件100的从上端部到中央部的部位成型，利用各自的第二模部11B、12B，使柱部件100的下端部成型。

同时，利用上模11和下模12各自的第三模部11C、12C，赋予柱部件100的下端部柱形状。该柱形状沿前后方向(与图1的纸面垂直的方向)延伸。如图7(a)的沿A1－A1剖开的剖面所示，被赋予柱形状的部位(第二硬区Zb)朝向柱部件100的板厚方向形成凸起。

[4.冷却工序(模冷却)]

在由上模11和下模12对工件W进行冲压的状态下，使液态制冷剂在第一模部11A、12A和第三模部11C、12C的制冷剂通路17、18中流动。当将水用作液态制冷剂时，液态制冷剂流动的时间设在2～3秒左右。与此同时，使第二模部11B、12B的加热器19、20发热。通过使加热器19、20发热，将第二模部11B、12B保温在例如500℃左右。如图5所示，加热器19、20的温度也可以设定得比铁素体及贝氏体生成区域的下限温度高。

这样一来，运送到模内的工件W中的位于第一模部11A、12A之间的部位、位于第三模部11C、12C之间的部位(工件的一部分)就被模冷却到低于Ms点(转变温度中的从奥氏体开始向马氏体转变的温度)，发生马氏体转变而进入淬火状态(参照图5的虚线)。像这样，被模冷却的部位的硬度得到提高，在工件W内生成第一硬区Zh、第二硬区Zb。

另一方面，工件W中的位于第二模部11B、12B之间的部位在保持在Ms点以上的温度的同时被冷却，以免发生马氏体转变。

[5.脱模工序]

使上模11上升而将冲压成型后的工件W脱模，省略图示。将脱模后的工件W从下模12送出。

[6.冷却工序(空冷)]

从下模12送出的工件W被大气空冷。这样一来，生成第一硬区Zh、第二硬区Zb的部位就会比模冷却时缓慢地冷却至常温。

另一方面，如图5的实线所示，工件W的其他部位，即，由加热器19、20保温的部位(工件的其他部分)以通过铁素体及贝氏体生成区域(参照图5的阴影部)的方式被冷却。此处，铁素体及贝氏体生成区域是所谓的铁素体区域和贝氏体区域的总称。这样，被保温的部位发生铁素体及贝氏体转变，在工件W内，生成由软组织构成的软区Zs。然后，生成软区Zs的部位进一步被冷却至常温。

(关于空冷时的热收缩)

像这样，得到冲压成型后的柱部件100。该柱部件100尽管是单个成型件，也能够兼顾源自第一硬区Zh的高强度和源自软区Zs的延伸性。尤其是利用该软区Zs，能够在车辆发生碰撞时(尤其是在发生侧面碰撞时)吸收其碰撞能量。

然而，构成第一硬区Zh的马氏体和构成软区Zs的铁素体及贝氏体因晶体构造不同而存在体积差异。因此，由于空冷时的热收缩，可能引起柱部件100的翘曲等软区Zs的非预期的变形。

关于上述变形，如图6的沿A－A剖开的剖面和沿A’－A’剖开的剖面所示，可能产生沿硬区与软区的交界线延伸的翘曲。为了提高柱部件100的加工精度，需要抑制上述变形。

于是，在实施空冷之前，提高软区Zs内的规定部位Zb的刚性和硬度，来作为变形抑制措施。具体而言，通过向该规定部位Zb赋予沿前后方向延伸的叠珠焊缝形状，能够向该规定部位Zb赋予比软区Zs的其他部位高的刚性。与此同时，通过在实施空冷之前进行淬火，能够向该规定部位Zb赋予比软区Zs的其他部位高的硬度。像这样，通过在空冷前采取变形抑制措施，能够抑制随空冷时的热收缩产生的翘曲等，从而能够提高柱部件100的加工精度。

尤其是被赋予叠珠焊缝形状的第二硬区Zb沿第一硬区Zh与软区Zs的交界线延伸，因此能够有效地抑制随热收缩产生的翘曲。

此处，在车辆发生侧面碰撞时，作为中柱的柱部件100实质上包括沿大致前后方向延伸的折线(所谓的弯折线)。柱部件100沿该折线弯曲而吸收碰撞能量，于是，构成第二硬区Zb的叠珠焊缝形状沿该折线延伸。因此，与叠珠焊缝沿上下方向延伸的结构相比，该叠珠焊缝形状不会妨碍碰撞能量的吸收。

－柱部件的变形例－

在上述实施方式中，说明了朝向柱部件100的板厚方向形成凸起的形状来作为向第二硬区Zb赋予的叠珠焊缝形状，但本公开所涉及的叠珠焊缝形状不限于此。例如，可以如图7(b)及其沿A2－A2剖开的剖面所示，向柱部件100’的第二硬区Zb赋予以阶梯状弯折而成的叠珠焊缝形状。

此外，向第二硬区Zb赋予的形状本来就不限于叠珠焊缝形状。例如，也可以如图7(c)及其沿A3－A3剖开的剖面所示，向柱部件100”的下端部赋予凹陷状的凹凸形状Zb”。即使采用这样的形状，也能够提高软区的刚性。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，说明了作为汽车的车身构成部件的柱部件来作为成型件的一个示例，但此处所公开的技术例如也能够应用于汽车的骨架构成部件。当将该技术应用于包括纵梁在内的骨架构成部件时，尽管是单个成型件，也能够兼顾源自硬区的高强度和源自软区的加工性。在该情况下，也能够抑制冷却时的非预期的变形，从而能够提高成型件的加工精度。

此外，在上述实施方式中，说明了向第二硬区Zb赋予叠珠焊缝形状并进行淬火的结构，但不限于该结构。只要实施叠珠焊缝形状的赋予和淬火中的一者即可。

此外，在上述实施方式中，说明了为生成软区Zs而由大气进行空冷的结构，但也可以例如在模内缓慢冷却，来代替该结构。

此外，在上述实施方式中，说明了包括用于对生成软区Zs的部位进行保温的加热器19、20的结构，但也可以例如使高温流体(例如油)在第二模部11B、12B的内部流动，来代替该结构。

此外，在上述实施方式中，如图1所示，说明了在工件W的上下方布置制冷剂通路17、18以及加热器19、20的结构，但也可以布置在前后左右方向，来代替该结构。

此外，也可以在第一模部11A、12A与第二模部11B、12B的交界部、第二模部11B、12B与第三模部11C、12C的交界部设置空气层，来代替在该交界部设置绝热材料21的结构。

此外，在上述实施方式中，说明了对工件W进行模冷却而生成第一硬区Zh后，对该工件W进行空冷而生成软区Zs的方法，但也可以例如在向规定部位Zb赋予叠珠焊缝形状后，同时进行用液态制冷剂进行的模冷却和在模内进行的缓慢冷却，从而同时生成第一硬区Zh和软区Zs。

－符号说明－

1 热压加工装置

100 柱部件

W 工件

Zh 第一硬区

Zs 软区

Zb 第二硬区(规定部位)

Claims

1.一种热压加工方法，其用于将工件加工成成型件，其特征在于：该热压加工方法包括加热工序、冲压工序以及冷却工序，

在所述加热工序中，对所述工件进行加热，

在所述冲压工序中，对通过所述加热工序加热后的工件进行冲压成型，

在所述冷却工序中，对通过所述冲压工序冲压成型的工件的一部分进行冷却而使该部分发生马氏体转变，由此在所述工件内生成第一硬区和第二硬区，另一方面，对该工件的其他部分进行冷却而使该其他部分发生铁素体及贝氏体转变，由此在所述工件内生成软区，

在进行所述冷却工序时，提高所述软区内的规定部位的刚性和硬度中的至少一者后，对所述软区内的规定部位进行冷却，

在将组装汽车的车身时成为车辆上下方向的方向称为上下方向，并将组装所述汽车的车身时成为车辆前后方向的方向称为前后方向时，

所述成型件为所述汽车的车身构成部件，且为以长度方向顺着所述上下方向的姿势组装的长板状的柱部件，

在所述冷却工序中，在所述柱部件的所述上下方向上的从上端部到中央部的部分构成所述第一硬区，并且在所述软区内的所述规定部位构成所述第二硬区，该第二硬区沿所述前后方向延伸且刚性和硬度中的至少一者被提高。

2.根据权利要求1所述的热压加工方法，其特征在于：

在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位刚性比所述软区的其他部位高的形状后，对所述规定部位进行冷却。

3.根据权利要求2所述的热压加工方法，其特征在于：

在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位沿特定方向延伸的叠珠焊缝形状后，对所述规定部位进行冷却。

4.根据权利要求3所述的热压加工方法，其特征在于：

在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位沿所述第一硬区与所述软区的交界延伸的叠珠焊缝形状后，对所述规定部位进行冷却。

5.根据权利要求1所述的热压加工方法，其特征在于：

在进行所述冷却工序时，对所述规定部位进行淬火后，对所述规定部位进行冷却。

6.根据权利要求1所述的热压加工方法，其特征在于：

在进行所述冷却工序时，赋予所述规定部位刚性比所述软区的其他部位高的形状，并对所述规定部位进行淬火后，对所述规定部位进行冷却。