JP2005205416A - Hot press-forming method and hot press-forming die - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱した鋼板を熱間状態でプレス成形する熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型に関し、特に、絞り成形に好適な熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型に関するものである。 The present invention relates to a hot press forming method and a hot press forming die for press forming a heated steel sheet in a hot state, and more particularly to a hot press forming method and a hot press forming die suitable for draw forming. .
従来からパネル材を組立て形成する例えば車体等において、軽量化を目的としてパネル材の強度を向上させる方法として、高強度鋼板を用いる従来からの方法に代えて、加熱状態の鋼板を熱間状態でプレス成形することが提案されている(特許文献1参照)。 As a method of improving the strength of the panel material for the purpose of weight reduction, for example, in a vehicle body or the like that is assembled and formed from a conventional panel material, instead of the conventional method using a high-strength steel plate, the heated steel plate is in a hot state. It has been proposed to perform press molding (see Patent Document 1).
これは、鋼板を摂氏1000度近傍まで加熱し、成形型に投入して摂氏約850度の熱間状態でプレス成形するものである。プレス成形される鋼板は、高温のために材料強度が低下しており、成形型に沿って素直に変形し、成形品の寸法精度が向上する。また、加熱鋼板は成形型に挟まれることで成形型に熱が奪われて急冷され焼入れされることとなり、成形品の母材強度を大幅に向上させることができる。成形品は焼入れ状態で形成されるため、スプリングバック等の寸法精度の不良等も極めて少ない。なお、この成形方法に適用する鋼板は、材料の焼入れ性を向上させるために炭素量(C)がやや多めで、合金成分等が添加されているものが使用される。
しかしながら、上記従来例では、ドアインパクトビームとかセンターピラー部材等の曲げ成形部品を対象としており、絞り成形(ドロー成形)部品を対象とする場合には成形割れ等の成形不良を生じる可能性が大きいものであった。即ち、絞り成形においては、成形に先立ち加熱鋼板をブランクホルダとダイによって挟み込む必要があり、加熱鋼板が成形型による成形が開始されるまでにブランクホルダにより冷却されて鋼板の温度が低下し、その部分の強度が増加し、材料の流入抵抗が増加して、絞り成形に必要な材料流入量が確保できずに成形品に成形割れが発生する課題を解決する必要があった。 However, in the above conventional example, bending molded parts such as a door impact beam or a center pillar member are targeted, and when a drawing molded (draw molded) part is targeted, molding defects such as molding cracks are likely to occur. It was a thing. That is, in draw forming, it is necessary to sandwich the heated steel sheet between the blank holder and the die prior to forming, and the heated steel sheet is cooled by the blank holder before forming by the forming die, and the temperature of the steel sheet decreases. It is necessary to solve the problem that the strength of the portion is increased, the inflow resistance of the material is increased, and the amount of material inflow necessary for the drawing is not ensured, and the molded product is cracked.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、成形割れを生ずることなく絞り成形可能な熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a hot press molding method and a hot press mold that can be drawn without causing molding cracks.
本発明は、加熱された鋼板を成形型によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得る熱間プレス成形であり、投入された加熱鋼板の周縁部を加熱鋼板に急冷を生じない温度に伴に昇温させたブランクホルダまたはブランクホルダに対面するダイのホルダ面に保持させ、成形型の成形開始作動に応じて加熱鋼板の周縁部を前記ブランクホルダとダイのホルダ面とにより押え、その後の成形作動により加熱鋼板を絞り成形するようにした。 The present invention is hot press forming that obtains a molded product by cooling a heated steel sheet simultaneously with press forming with a forming die, and a temperature at which the peripheral edge of the heated steel sheet is not rapidly cooled in the heated steel sheet. The blank holder heated at the same time or held on the holder surface of the die facing the blank holder, the peripheral edge of the heated steel plate is pressed by the blank holder and the die holder surface according to the molding start operation of the mold, The heated steel sheet was drawn by a subsequent forming operation.
したがって、本発明では、投入された加熱鋼板の周縁部を加熱鋼板に急冷を生じない温度に伴に昇温させたブランクホルダまたはブランクホルダに対面するダイのホルダ面に保持させ、成形型の成形開始作動に応じて加熱鋼板の周縁部を前記ブランクホルダとダイのホルダ面とにより押え、その後の成形作動により加熱鋼板を絞り成形するため、ダイのホルダ面とブランクホルダ面とで加熱鋼板を保持したブランクホールド時でも加熱鋼板が急冷されて焼入れがなされることがなく、成形部分への材料流入の妨げにならず、熱間プレスにおいても成形割れを生じることなく絞り成形することができる。 Therefore, in the present invention, the peripheral portion of the heated steel plate is held on the holder surface of the die that faces the blank holder or the blank holder that has been heated in accordance with the temperature at which the heated steel plate is not rapidly cooled. The heated steel plate is held by the die holder surface and the blank holder surface in order to press the peripheral edge of the heated steel plate with the blank holder and the die holder surface according to the starting operation, and to draw the heated steel plate by subsequent forming operation. Even during blank holding, the heated steel sheet is not rapidly quenched and quenched, does not hinder material flow into the forming part, and can be drawn without forming cracks even in hot pressing.
以下、本発明の熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型を各実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, a hot press molding method and a hot press mold of the present invention will be described based on each embodiment.
(第1実施形態)
図1は、本発明を適用した熱間プレス成形型の第1実施形態を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a hot press mold to which the present invention is applied.
図1において、熱間プレス成形型1は、ダイ2、ポンチ3およびブランクホルダ4からなる成形型を構成する各要素は、下記に記載する部位において冷却および加熱するよう構成している。
In FIG. 1, a
前記ポンチ3においては、その製品形状となる成形面6を冷却するための冷却手段、例えば、冷却パイプ7等を設置して、冷却パイプ7内に冷却水を循環させることで成形面6表面を低温(例えば、常温〜摂氏100度)に保持するよう構成している。
In the
前記ダイ2においては、その製品形状となる成形面8を冷却するための冷却手段、例えば、冷却水が循環する冷却パイプ9等が設置されて、成形面8表面を低温(例えば、常温〜摂氏100度)に保持する冷却部位と、ブランクホルダ4と対面するダイフェース等のホルダ面10を加熱するための加熱手段、例えば、電熱ヒータ等の加熱装置11が設置されて、ホルダ面10表面を高温(例えば、摂氏200度以上)に保持する加熱部位とを備える。
The
冷却部位と加熱部位との境界部には、断熱材による断熱層12を介在させ、互いに熱が伝達しないよう構成する。即ち、ダイ2は、冷却部位と加熱部位とで分割された構造とし、両者を断熱層12を介して一体化させて構成している。断熱層12は、プレス方向に延びた筒型にする必要はなく、例えば、図示のように、成形素材と接する境界部分から上方に延びる途中からダイ2外周側に曲げたL字形に構成することが、ダイ2の機械的強度を確保するために望ましい。
A
断熱層12が配置される境界部は、成形後の成形品周縁フランジをトリムするトリム端より外側に位置させて設置する。このようにすると、成形品の周縁部で硬度が急激に低下された部分を発生させることがない。
The boundary portion where the
前記ブランクホルダ4においても、ダイ2のホルダ面10表面の加熱部位に対面するホールド面14を加熱するための加熱手段、例えば、電熱ヒータ等の加熱装置15が設置されて、ホールド面14を高温(例えば、摂氏200度以上)に保持する加熱部位を備える。ブランクホルダ4の成形型1における内周側はポンチ3に接触してポンチ3と同程度の温度に維持される冷却部位が存在する。
Also in the
そして、前記加熱部位と冷却部位との境界部には、断熱材による断熱層16を介在させ、互いに熱が伝達しないよう構成している。即ち、ブランクホルダ4においても、冷却部位と加熱部位とで分割された構造とし、両者を断熱層16を介して一体化させて構成している。また、断熱層16が配置される境界部も同様に、成形品の周縁部で硬度が急激に低下された部分を発生させることがないように、成形後の成形品周縁フランジをトリムするトリム端より外側に位置させて設置している。
And the
上記構成の熱間プレス成形型1の作動を説明する。成形作動時には、ダイ2およびブランクホルダ4の加熱部位は電熱ヒータなどの加熱手段11、15により夫々の表面を高温に保ち、ポンチ3およびダイ2の冷却部位は冷却パイプ7、9に冷却水を循環させる等の冷却手段により夫々の成形面6、8表面を低温に保つ。図1に示す型開き状態においては、ダイ2は上昇した待機位置にあり、ブランクホルダ4も図示しないクッションにより、そのホールド面14がポンチ3先端より上昇した待機位置に位置している。
The operation of the
成形する鋼板Wは、先ず加熱炉を経由して摂氏約1000度近くに加熱された後、プレス成形型1のブランクホルダ4上に、図1に示すように、投入される。投入された鋼板Wは、ポンチ3に接触することなく、その周囲部分がブランクホルダ4のホールド面14(加熱部位)に支持される。ブランクホルダ4の加熱部位は電熱ヒータ等の加熱手段15により高温とされているため、鋼板Wの急冷が抑制される。
The steel sheet W to be formed is first heated to about 1000 degrees Celsius via a heating furnace, and then placed on the
次いで、プレス工程に移行し、ダイ2が下降される。ダイ2の下降が所定位置に達すると、ダイ2のホルダ面10である加熱部位がブランクホルダ4に支持された鋼板Wの周囲部分に接触して鋼板Wをホルダ面10の加熱部位とブランクホルダ4のホールド面14の加熱部位とでホールドする。ダイ2のホルダ面10の加熱部位も、電熱ヒータ等の加熱手段11により高温とされているため、この部分の鋼板Wが焼入れを生ずる程度まで急冷されることがない。
Next, the process proceeds to a pressing process, and the die 2 is lowered. When the lowering of the
引き続くダイ2とブランクホルダ4の下降により、図2に示すように、鋼板Wはポンチ3とダイ2との成形面6、8に挟まれ、ポンチ3とダイ2の成形面6、8に沿うように絞り加工されてプレス成形される。絞り加工の進行に連れてブランクホルダ4のホールド面14とダイ2のホルダ面10とで保持したブランク材Wがポンチ3とダイ2からなる成形面6、8間に引き込まれる材料の流入が発生し、最終的に成形面6、8に沿って成形されると同時に急冷されて焼入れされる。この材料の流入時に、鋼板Wの温度はブランクホルダ4のホールド面14とダイ2のホルダ面10との加熱部位間に保持されるため、焼入れされる程度まで急冷されていないので、急冷されて強度が増加して材料の流入抵抗が増加することを防止でき、絞り成形に必要な材料流入量を確保することができ、成形品に成形割れが発生することを防止できる。
As the
絞り成型加工が完了すると、ダイ2・ブランクホルダ4の上昇に伴って成形品も上昇され、さらにブランクホルダ4の初期位置への復帰により成形品とダイ2との間隔が増加し、ブランクホルダ4上の成形品を取り出し絞り加工が完了する。取り出された成形品は、ダイ2・ポンチ3の冷却された成形面6、8に挟まれて加工されるため、ダイ2・ポンチ3によって急激に冷却され、焼入れがなされる。このため、投入時には、摂氏約800度以上の温度に保持されていた鋼板Wであっても、取り出し時には、成形品の形状部はプレス成形型1の温度まで低下され、成形品周縁のフランジ部も成形型1から離脱されて迅速に温度低下するため、容易にハンドリングが可能である。
When the drawing process is completed, the molded product is also raised with the rise of the
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。 In the present embodiment, the following effects can be achieved.
(ア)加熱鋼板Wに急冷を生じない温度に夫々昇温させたブランクホルダ4またはブランクホルダ4に対面するダイ2のホルダ面10に投入された加熱鋼板Wの周縁部を保持させ、成形型1の成形開始作動に応じて加熱鋼板Wの周縁部を前記ブランクホルダ4とダイ2のホルダ面10とにより押え、その後の成形作動により鋼板Wを絞り成形するため、ダイ2のホルダ面10とブランクホルダ4面14とで加熱鋼板Wを保持したブランクホールド時でも加熱鋼板Wが急冷されて焼入れがなされることがなく、成形部分への材料流入の妨げにならず、加熱された鋼板Wを成形型1によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得る熱間プレスにおいても、成形割れのない絞り成形が可能とできる。
(A) The
(イ)成形型1のブランクホルダ4のホールド面14およびブランクホルダ4に対面するダイ2のホルダ面10を加熱鋼板Wに急冷を生じない温度に局部的に昇温させる加熱手段11、15と、成形品を直接成形する成形型1の成形面6、8を冷却する冷却手段7、9とを備えるため、ブランクホールド部分の加熱鋼板Wの急冷による焼入れが防止でき、成形部分への材料流入が可能となり、熱間プレスの絞り成形を行っても成形割れの無い焼入れされた絞り成形品を得ることができる。
(A) heating means 11 and 15 for locally raising the
(ウ)加熱手段11、15により昇温されるブランクホルダ4のホールド面14およびブランクホルダ4に対面するダイ2のホルダ面10は、成形型1の他の部位から断熱層12、16により断熱されているため、材料の流入を確実に行える一方、成形品を形成する成形面6、8部位を確実に冷却でき、成形により確実に鋼板Wを冷却して十分な焼入れ硬度を付与することができる。また、硬度が必要な部位とスクラップになるため硬度が必要でない部位とを意図的に分別でき、後工程でスクラップ部を切除するトリム工程における切断個所が成形品部位ほど硬度が高くないことにより容易に切断可能となる。
(C) The
(第2実施形態)
図3は、本発明を適用した熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型の第2実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、ポンチエッジとダイエッジ等の型締め初期に鋼板と接する部分の温度を型締め初期までは高温に、型締め終期以降では低温に設定することで、鋼材の成形性を高めるようにしたものである。なお、図1〜図2と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a hot press molding method and a hot press mold using the present invention. In the present embodiment, the temperature of the portion that contacts the steel plate at the initial stage of clamping such as the punch edge and the die edge is set to a high temperature until the initial stage of clamping and to a low temperature after the final stage of clamping so as to improve the formability of the steel material. It is a thing. The same devices as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図3において、本実施形態の熱間プレス成形型1は、第1実施形態と同様に構成に加えて、ポンチ3の成形面6のエッジ部6Aおよびダイ2の成形面8のエッジ部8Aには、局部的に電熱ヒータ等の(第2の)加熱手段18、19による加熱領域を備え、必要に応じて冷却手段7A、9Aも備えるように構成している。そして、型開き状態から型締め初期までは加熱手段18、19を作動させて、ポンチ3の成形面6のエッジ部6Aおよびダイ2の成形面8のエッジ部8Aを高温の状態とし、型締め終期から型開きまでは加熱手段18、19の作動を停止させ、代わりに冷却手段7A、9Aを作動させて低温状態とするよう構成する。
In FIG. 3, the
このように、型締め初期までポンチエッジ6Aおよびダイエッジ8Aを高温に維持させると、加熱炉により摂氏約1000度近くに加熱された鋼板Wが、成形初期に接触するポンチエッジ6Aおよびダイエッジ8Aにより、局部的に先行して急冷されることを抑制することができ、局部的に先行して硬度が高くなることが抑制できる。
As described above, when the
引き続く絞り成形の進行により加熱手段18、19の作動が停止されてポンチエッジ6Aおよびダイエッジ8Aの温度が降下され、型締め終期に到るとポンチエッジ6Aおよびダイエッジ8Aは冷却手段7A、9Aの作動により強制的に低温状態とされる。このため、ポンチエッジ6Aおよびダイエッジ8Aに接触する鋼板Wは、ポンチ3およびダイ2の冷却されている成形面6、8により挟まれる他の部分と共に急冷され、最終的に成形面6、8に沿って成形されると同時に急冷されて焼入れされる。
The operation of the heating means 18 and 19 is stopped by the progress of the subsequent drawing and the temperature of the
以上のように、ポンチエッジ6Aやダイエッジ8A等の型締め初期に鋼板Wと接する部分の温度を型締め初期までは高温に、型締め終期以降では低温に設定することで、成形初期に材料が急冷される部位と成形終期まで急冷されない部位との冷却タイミングの差を緩和することができるため、ポンチエッジ6A下部やダイエッジ8A通過部位の局部的硬度増加による成形割れを回避することができる。
As described above, by setting the temperature of the portion in contact with the steel plate W at the initial stage of clamping such as the
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)〜(ウ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。 In the present embodiment, in addition to the effects (a) to (c) in the first embodiment, the following effects can be achieved.
(エ)成形型1の絞り成形初期に加熱鋼板Wと接触する成形面6、8部位に、第2の加熱手段18、19および冷却手段7、9を配置し、第2の加熱手段18、19は成形初期に前記初期接触成形面6A、8A部位を加熱鋼板Wに急冷を生じない温度に昇温させ、前記冷却手段7A、9Aは成形終期以降に前記初期接触成形面6A、8A部位を加熱鋼板Wに急冷を生じさせる温度に降温させるため、成形初期に材料が急冷される部位と成形終期まで急冷されない部位との冷却タイミングの差を緩和することができ、ポンチエッジ6A下部やダイエッジ8A通過部位等の局部的硬度増加による成形割れを回避することができる。
(D) The second heating means 18 and 19 and the cooling means 7 and 9 are disposed on the forming
なお、上記実施形態において、プレス成形型1は、上方にダイ2が配置され、下方にポンチ3およびクッションピンにより支持したブランクホルダ4を備えるクッションドロータイプの成形型であり、ブランクホルダ4のホールド面14に加熱鋼板Wを投入させる場合について説明したが、図示はしないが、下方にダイが配置され、上方にポンチおよびブランクホルダを備えるダブルアクッションドロータイプの成形型であってもよく、この場合には、ダイのホルダ面に加熱鋼板を投入させるようにする。
In the above embodiment, the
1 熱間プレス成形型
2 ダイ
3 ポンチ
4 ブランクホルダ
6、8 成形面
7、7A、9、9A 冷却手段としての冷却パイプ
10 ホルダ面
14 ホールド面
11、15、18、19 加熱手段としての電熱ヒータ
12、16 断熱層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
投入された加熱鋼板の周縁部を加熱鋼板に急冷を生じない温度に夫々昇温させたブランクホルダまたはブランクホルダに対面するダイのホルダ面に保持させ、
成形型の成形開始作動に応じて加熱鋼板の周縁部を前記ブランクホルダとダイのホルダ面とにより押さえ、
その後の成形作動により加熱鋼板を絞り成形することを特徴とする熱間プレス成形方法。 In the hot press forming method of obtaining a molded product by cooling the heated steel sheet simultaneously with press forming with a forming die,
The peripheral part of the heated steel sheet that has been charged is held on the holder surface of the die that faces the blank holder or the blank holder, each of which is heated to a temperature that does not cause rapid cooling of the heated steel sheet,
In accordance with the molding start operation of the molding die, press the peripheral edge of the heated steel plate with the blank holder and the holder surface of the die,
A hot press forming method characterized in that a heated steel sheet is drawn by a subsequent forming operation.
成形型のブランクホルダのホールド面およびブランクホルダに対面するダイのホルダ面を加熱鋼板に急冷を生じない温度に局部的に昇温させる加熱手段を備えることを特徴とする熱間プレス成形型。 In a press mold that obtains a quenched product by cooling the heated steel sheet simultaneously with the press mold with the mold,
A hot press mold characterized by comprising heating means for locally raising the hold surface of the blank holder of the mold and the holder surface of the die facing the blank holder to a temperature at which the heated steel plate does not cause rapid cooling.
前記第2の加熱手段は成形初期に前記初期接触成形面部位を加熱鋼板に急冷を生じない温度に昇温させ、前記冷却手段は成形終期以降に前記初期接触成形面部位を加熱鋼板に急冷を生じさせる温度に降温させることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか一つに記載の熱間プレス成形型。 A second heating means and a cooling means are disposed on the molding surface portion that comes into contact with the heated steel plate at the initial stage of drawing of the mold,
The second heating means raises the temperature of the initial contact forming surface portion to a temperature that does not cause rapid cooling of the heated steel plate at the initial stage of forming, and the cooling means rapidly cools the initial contact forming surface portion of the heated steel plate after the end of forming. The hot press mold according to any one of claims 3 to 5, wherein the temperature is lowered to a temperature to be generated.
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