CN111918730B - 热压加工方法及加工装置 - Google Patents

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，将通过加热工序加热后的工件(W)运送到上模(11)与下模(12)之间后，利用该上模(11)和下模(12)进行冲压成型，在冷却工序中，使制冷剂与通过冲压工序成型且处于冲压状态的工件(W)的表面接触，由此对该工件(W)进行冷却而使该工件(W)变为淬火状态，通过冲压工序成型且处于冲压状态的工件(W)，在该工件(W)的精度保证部位(Wr)以外的部位与上模(11)和下模(12)这二者之间都形成间隙(c2)，以便在进行冷却工序时允许变形。

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：将工件加热并冲压成型后，在成型模内进行冷却，由此得到处于淬火状态的成型件。

作为上述热压加工方法(热压成型方法)的一个示例，专利文献1公开了下述内容：将布置在成型模(上模具和下模具)之间的工件(金属板材)冲压成型后，通过使制冷剂与处于冲压状态的工件的表面接触而进行冷却的直冷方式，来进行淬火。

专利文献1：国际公开第2012/161192号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

采用一般的热压加工方法时，工件会随脱模前后的冷却产生热收缩。另一方面，如果在工件脱模前，进行如上述专利文献1中记载的淬火，则由于随所谓的马氏体转变而产生的组织变化，工件的体积会膨胀。

在采用所谓的模冷却时也同样会出现随冷却而产生的热收缩和随转变而产生的体积膨胀。然而，采用如上述专利文献1中记载的直冷方式时，工件的温度分布可能不均匀。也就是说，制冷剂直接接触的部位急速地冷却，另一方面，除此之外的部位则相对缓慢地冷却。其结果是，工件上会同时存在相对高温的部位和相对低温的部位。

由于上述温度分布不均匀现象，热收缩和体积膨胀在工件的各部分以不同的速度进行或互相抵消，其结果是，打开成型模放出工件时，工件可能因其残余应力而变形。上述变形的产生是非预期的，为了提高成型件的加工精度，需要尽可能地抑制该变形。

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：通过直冷方式进行淬火时，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一种方法，着眼于在成型件应保证精度的部位和除此之外的部位中，有意地使残余应力在后者的部位分散，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，将通过所述加热工序加热后的工件运送到成型模之间后，利用该成型模进行冲压成型，在所述冷却工序中，使制冷剂与通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件的表面接触，由此对该工件进行冷却而使该工件变为淬火状态，通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件，在该工件的规定部位以外的部位与所述成型模之间形成有间隙，以便在进行所述冷却工序时允许变形。

根据该方法，在应保证精度的部位以外的部位即规定部位以外的部位与成型模之间形成有间隙的状态下对工件进行冷却，使其变为淬火状态。这样一来，在与成型模之间形成间隙的部位允许变形，因此在形成该间隙的部位，可能产生残余应力引起的变形。

这样，使残余应力在形成间隙的部位分散，相应地，在打开成型模放出工件时，能够在所述规定部位抑制残余应力引起的变形。像这样，区分使用应保证精度的部位(规定部位)和允许残余应力引起的变形的部位，并有意地使残余应力在后者的部位分散，由此抑制前者的部位的非预期的变形，能够提高成型件的加工精度。

此外，也可以是：所述规定部位构成与不同于所述成型件的其他部件接触的接触部位。

一般而言，与其他部件接触的接触部位例如有安装有其他部件的部位、与其他部件接合的接合部位等，需要加工精度比其他部位高。所述方法能够满足上述需求。

此外，也可以是：所述规定部位设置在所述工件的多个位置处，并且在各规定部位之间设置有所述间隙。

此外，也可以是：所述间隙在顺着所述工件的方向上的尺寸被设定为10mm以上。

本申请发明人等经过深入研究后发现：如果将间隙的尺寸设定为10mm以上，则能够有效地实现应供残余应力分散的部位的变形。

也就是说，如果将间隙的尺寸设定为小于10mm，则应保证精度的部位彼此较近，其结果是，工件受到这些部位约束，用于分散残余应力的变形不充分。

对此，如果将间隙的尺寸设定为10mm以上，则应保证精度的部位彼此充分分开，工件不会受到这些部位约束，能够充分地允许用于分散残余应力的变形。

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。

此处所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，将通过所述加热工序加热后的工件运送到成型模之间后，利用该成型模进行冲压成型，在所述冷却工序中，使制冷剂与通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件的表面接触，由此对该工件进行冷却而使该工件变为淬火状态，通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件，在该工件的规定部位以外的部位与所述成型模之间形成有间隙，以便在进行所述冷却工序时允许变形。

根据该构成方式，在应保证精度的部位以外的部位即规定部位以外的部位与成型模之间形成有间隙的状态下对工件进行冷却，使其变为淬火状态。这样一来，在与成型模之间形成间隙的部位允许变形，因此在形成该间隙的部位，可能产生残余应力引起的变形。

这样，使残余应力在允许变形的部位分散，相应地，在打开成型模放出工件时，能够在所述规定部位抑制残余应力引起的变形。像这样，区分使用应保证精度的部位和此外的部位，并有意地使残余应力在后者的部位分散，由此抑制前者的部位的非预期的变形，能够提高成型件的加工精度。

－发明的效果－

正如以上说明的那样，此处所公开的技术在通过直冷方式进行淬火时，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是放大示出图2的一部分的图；

图4是示例出作为冲压成型件的柱部件的图；

图5是示例出热压加工方法的步骤的图。

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3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。该柱部件100的剖面形状为帽状，具体而言，该柱部件100是架设在汽车的底板与车身顶板之间的中柱。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。

此外，该柱部件100上存在需要加工精度相对较高的部位，即应保证精度的部位(规定部位)。下面将该部位称为“精度保证部位”，并用符号“Wr”表示。如图4的阴影部分所示，该精度保证部位Wr设置在多个位置处，包括与柱部件100的帽状棱线相对应的部位和与其他部件接触的接触部位。此处，“与其他部件接触的接触部位”是指例如柱部件100的长度方向中央部等安装有其他部件的部位、柱部件100的周缘部等与其他部件接合的接合部位。

(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(成型模)，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。

下模12包括向上方突出的凸状成型面16。上模11包括与下模12的凸状成型面16相对应的凹状成型面15。图1～图3所示的剖面与图4的沿A－A剖开的剖面大致一致，且与柱部件100的帽状形状相对应。

如上所述，在柱部件100上设置有多个精度保证部位Wr。于是，凹状成型面15具有分别用于成型精度保证部位Wr的第一成型面15a和用于成型精度保证部位Wr以外的部位(下面称为“变形容许部位”，并用符号“Wd”表示)的第二成型面15b。

同样，凸状成型面16具有用于成型精度保证部位Wr的第一成型面16a和用于成型变形容许部位Wd的第二成型面16b。凸状成型面16的第一成型面16a和第二成型面16b分别设置在与凹状成型面15的第一成型面15a和第二成型面15b相对应的位置处。

下面对凸状成型面16的第一成型面16a和第二成型面16b的结构进行说明，下述说明对于凹状成型面15的第一成型面15a和第二成型面15b是共通的。

第一成型面16a和第二成型面16b分别设置在多个位置处。如图1～图2所示，在各第一成型面16a之间设置有第二成型面16b。

并且，如图3夸张地示出的那样，将工件W冲压成型后，处于冲压状态的工件W与第一成型面16a之间的缝隙(下面称为“第一缝隙”)c1实质上为零(公差程度)。对此，将工件W冲压成型后，处于冲压状态的工件W与第二成型面16b之间的缝隙(下面称为“第二缝隙”)c2设定为大于第一缝隙c1。详细而言，第二缝隙c2设定在0.1～1.0mm的范围内，优选设定在0.1mm～0.5mm的范围内。该第二缝隙c2构成后述的“间隙”。

此外，设置范围遍及多个位置处的第二成型面16b的面积的总和设定为整个凸状成型面16的面积的50～80％。各第二成型面16b在顺着工件W的表面的方向上的尺寸(如图3所示，实质上是第一成型面15a彼此之间的间隔)d设定为10mm以上。

在上模11和下模12中设置有制冷剂通路17、18，用于在冲压状态下对工件W进行冷却的液态制冷剂(在本实施方式中为冷却水)被供往制冷剂通路17、18。本实施方式所涉及的热压加工装置1采用对处于冲压状态的工件W喷吹冷却水的直冷方式。为了实施该直冷方式，制冷剂通路17在凹状成型面15上开口，优选在凹状成型面15的第二成型面15b上开口。同样，制冷剂通路18在凸状成型面16上开口，优选在凸状成型面16的第二成型面16b上开口。

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。

工件W通过在冲压成型后使其在冲压状态下冷却的热冲压而成型。即，上模11朝向下模12下降时，凸状成型面16和凹状成型面15使工件W塑性变形，工件W由此形成帽状的剖面形状。

此处，用于成型精度保证部位Wr的第一成型面15a、16a在工件W处于冲压状态时，根据第一缝隙c1的值，向工件W接近或与工件W接触(参照图2中圈出的部分)，另一方面，用于成型变形容许部位Wd的第二成型面15b、16b在工件W处于冲压状态时与工件W之间形成间隙，该间隙的大小根据第二缝隙c2的值而变化。下面也用符号“c2”表示该“间隙”。在顺着工件W的表面的方向上，构成为：在各精度保证部位Wr之间设置有间隙c2和变形容许部位Wd。

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是示例出热压加工方法的步骤的图。

[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的凹状成型面15和下模12的凸状成型面16相对应的形状。工件W的外表面成型为帽状。此时，如上所述，凹状成型面15的第二成型面15b和凸状成型面16的第二成型面16b与处于冲压状态的工件W之间形成间隙c2。

[4.冷却工序(水冷)]

在由上模11和下模12成型且对工件W进行冲压的状态下，使冷却水在上模11的制冷剂通路17和下模12的制冷剂通路18中流动。该冷却水通过设置在凹状成型面15和凸状成型面16上的开口，与处于冲压状态的工件W的表面接触。与工件W的表面接触的冷却水将该工件W冷却到小于Ms点。这样一来，工件W发生马氏体转变，进入淬火状态。

[5.脱模工序]

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

[6.冷却工序(空冷)]

从下模12运出的工件W被大气空冷。这样一来，淬火状态的工件W就会比利用冷却水进行水冷时更缓慢地冷却至常温。

(关于残余应力引起的变形)

脱模前后的工件W会随水冷和空冷产生热收缩。另一方面，如果在工件W脱模前，进行如上所述的淬火，则由于随所谓的马氏体转变而产生的组织变化，工件W的体积会膨胀。

在采用所谓的模冷却时也同样会出现随冷却而产生的热收缩和随转变而产生的体积膨胀。然而，采用所述直冷方式时，工件W的温度分布可能不均匀。也就是说，与制冷剂通路17、18的开口相对的部位等冷却水直接接触的部位急速地冷却，另一方面，除此之外的部位则相对缓慢地冷却。其结果是，工件W上会同时存在相对高温的部位和相对低温的部位。

由于上述温度分布不均匀现象，热收缩和体积膨胀在工件W的各部分以不同的速度进行或互相抵消，其结果是，打开成型模放出工件W时，工件W可能因其残余应力而变形。上述变形的产生是非预期的，为了提高柱部件100的加工精度，需要尽可能地抑制该变形。

于是，在本实施方式中，处于冲压状态的工件W，在该工件W的精度保证部位Wr以外的部位与上模11和下模12这二者之间都形成间隙c2，以便在进行水冷时允许变形。

即，如上所述，在应保证精度的部位以外的部位即精度保证部位Wr以外的部位与上模11和下模12之间分别形成有间隙c2的状态下，对工件W进行冷却，使工件W变为淬火状态。这样一来，因为在与上模11和下模12之间分别形成间隙c2的部位，即在变形容许部位Wd允许变形，所以在该变形容许部位Wd会产生残余应力引起的变形。

这样，使残余应力在变形容许部位Wd分散，相应地，在从上模11和下模12中将工件W脱模时，在精度保证部位Wr能够抑制残余应力引起的变形。像这样，区分使用应保证精度的部位(精度保证部位Wr)和允许残余应力引起的变形的部位(变形容许部位Wd)，并有意地使残余应力在后者的部位分散，由此抑制前者的部位的非预期的变形，能够提高作为成型件的柱部件100的加工精度。

此外，在变形容许部位Wd设置有间隙c2，相应地，能够减小将工件W冲压成型时的所施加的压力。这样一来，在冲压成型时，能够减轻热压加工装置1的负荷。

此外，与精度保证部位Wr相比，在变形容许部位Wd本来就不需要加工精度。通过使上述部位的设置范围遍及多个位置处，使工件W的加工较容易。

此外，与柱部件100的棱线相对应的部位比其他部位的刚性高。因此，与该棱线相对应的变形会影响整个柱部件100的加工精度。其结果是，通过将与柱部件100的棱线相对应的部位设为精度保证部位Wr，能够保证整个柱部件100的加工精度。

此外，如上所述，间隙c2在顺着工件W的表面的方向上的的尺寸，即第二成型面15b、16b的尺寸d设定为10mm以上。

本申请发明人等经过深入研究后发现：如果将第二成型面15b、16b的尺寸d设定为10mm以上，则能有效地实现变形容许部位Wd的变形。

也就是说，如果将第二成型面15b、16b的尺寸d设定为小于10mm，则第一成型面15a、16a乃至精度保证部位Wr会彼此相对较近。其结果是，工件W会受到精度保证部位Wr约束，变形容许部位Wd的变形不充分。

对此，如果将第二成型面15b、16b的尺寸d设定为10mm以上，则精度保证部位Wr会彼此充分分开。其结果是，工件不会受到精度保证部位Wr约束，能够充分地允许用于分散残余应力的变形。

(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，来作为成型件的一例，但此处所公开的技术例如也能够应用于纵梁等汽车的骨架构成部件。在此情况下，也能够抑制非预期的变形，从而能够提高成型件的加工精度。

此外，在上述实施方式中，说明了在脱模工序后由大气进行空冷的结构，但不限于该结构。例如，也可以在模内缓慢冷却。

－符号说明－

1 热压加工装置

11 上模(成型模)

12 下模(成型模)

15 凹状成型面

15a 第一成型面

15b 第二成型面

16 凸状成型面

16a 第一成型面

16b 第二成型面

17 制冷剂通路

18 制冷剂通路

100 柱部件

c2 间隙

W 工件

Wr 精度保证部位(规定部位)

Wd 变形容许部位(除了规定部位以外的部位)

Claims (11)

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，将通过所述加热工序加热后的工件运送到成型模之间后，利用该成型模进行冲压成型，

在所述冷却工序中，使制冷剂与通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件的表面接触，由此对该工件进行冷却而使该工件变为淬火状态，

通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件，在该工件的规定部位以外的部位与所述成型模的上模和下模这二者之间形成有间隙，以便在进行所述冷却工序时允许残余应力引起的变形，

在所述成型模设置有在进行所述冷却工序时供给所述制冷剂的制冷剂通路，

所述制冷剂通路在所述上模和所述下模各自的形成有所述间隙的成型面开口。

2.根据权利要求1所述的热压加工方法，其特征在于：

所述规定部位构成与不同于所述成型件的其他部件接触的接触部位。

3.根据权利要求1或2所述的热压加工方法，其特征在于：

所述规定部位设置在所述工件的多个位置处，并且在各规定部位之间设置有所述间隙。

4.根据权利要求3所述的热压加工方法，其特征在于：

所述间隙在顺着所述工件的方向上的尺寸被设定为10mm以上。

5.根据权利要求1或2所述的热压加工方法，其特征在于：

所述成型件为汽车的车身构成部件。

6.根据权利要求5所述的热压加工方法，其特征在于：

所述成型件为汽车的骨架构成部件。

7.根据权利要求5所述的热压加工方法，其特征在于：

所述成型件为汽车的柱部件。

8.一种热压加工装置，其用于将工件加工成成型件，其特征在于：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，将通过所述加热工序加热后的工件运送到成型模之间后，利用该成型模进行冲压成型，

在所述冷却工序中，使制冷剂与通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件的表面接触，由此对该工件进行冷却而使该工件变为淬火状态，

通过所述冲压工序成型且处于冲压状态的工件，在该工件的规定部位以外的部位与所述成型模的上模和下模这二者之间形成有间隙，以便在进行所述冷却工序时允许残余应力引起的变形，

在所述成型模设置有在进行所述冷却工序时供给所述制冷剂的制冷剂通路，

所述制冷剂通路在所述上模和所述下模各自的形成有所述间隙的成型面开口。

9.根据权利要求8所述的热压加工装置，其特征在于：

所述规定部位构成与不同于所述成型件的其他部件接触的接触部位。

10.根据权利要求8或9所述的热压加工装置，其特征在于：

所述规定部位设置在所述工件的多个位置处，并且在各规定部位之间设置有所述间隙。

11.根据权利要求10所述的热压加工装置，其特征在于：

所述间隙在顺着所述工件的方向上的尺寸被设定为10mm以上。

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