JP2010036208A - 金属板の熱間プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度であって、かつ優れた寸法精度を有するプレス成形品を、短い成形時間で製造できる熱間プレス成形方法を提供する。
【解決手段】パンチ１およびダイス２を用いて加熱された金属板４をプレス成形する。パンチ１またはダイス２のいずれか一方に冷媒導入孔６を設けておき、パンチ１およびダイス２の間の所定のクリアランスにて中間材４にプレス成形する第１の工程と、このクリアランスを所定のクリアランスよりも大きくして、冷媒導入孔６から中間材４の表面に冷媒を供給して中間材４を冷却する第２の工程と、クリアランスを第２の工程におけるクリアランスよりも小さくして、冷却された中間材４をパンチ１およびダイス２にて押圧する第３の工程を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属板の熱間プレス成形方法に関し、具体的には、被加工材を昇温炉などにより加熱して７００℃以上の熱間で成形を行い、その後に型内部において金型による接触抜熱もしくは接触抜熱と冷媒による冷却との併用により、被加工材を急速に冷却して焼き入れを行い、超高強度かつ寸法精度が良好なプレス成形品を製造する、金属板の熱間プレス成形方法に関する。

近年、自動車用構造部材には、地球環境問題および衝突安全性能の観点から、薄肉化と高強度化とが求められている。これらの相反する要求を満足するために高強度鋼板の適用が拡大している。しかし、高強度鋼板を用いる場合の問題の一つとして、しわをはじめとする成形不良があり、高強度鋼板の適用拡大の障害となっている。これら問題を解決する手法として、７００℃以上の高温に加熱した被加工材（ブランク）をプレス成形し、次いで金型内もしくは金型外で焼入れを行うことにより高強度成形品の製造を行う熱間プレス成形方法が知られている。

熱間プレス成形は、鋼板の引張強度が低下する高温域で成形するために成形不良を容易に抑制または解消することができるとともに、成形後に焼き入れを行うことにより高強度化を実現するために引張強度が１５００ＭＰａ級の超高強度の製品を製造することができる。

特許文献１には、金型に設けた溝を介して冷却水を直接被加工材に供給して冷却速度を高めることにより、強度および寸法精度に優れたプレス成形品を製造する発明が開示されている。

また、特許文献２には、成形後に金型外で冷却を行うことにより強度および寸法精度に優れたプレス成形品を製造する発明が開示されている。
特開平２００２−２８２９５１号公報 特開平２００５−２８８５２８号公報

特許文献１により開示された発明は、金型による接触抜熱および金型内で冷媒による冷却を利用して被加工材を製造するものであるものの、十分な冷却速度を得ることが難しいために生産タクトを短縮できず、生産コストの上昇につながる。

また、特許文献２により開示された発明では、被加工材を拘束せずに急冷するため、冷却ムラに起因した寸法精度の不良が不可避的に発生する。
本発明の目的は、高強度と良好な寸法精度を両立したプレス成形品を製造することができる金属板の熱間プレス成形方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、溝および表面への導水孔を設けた金型のパンチおよびダイスの間を所定のクリアランスとして金属板を中間材にプレス成形した後に、パンチおよびダイスの間のクリアランスを所定のクリアランスよりも大きくして、冷媒導入孔から中間材の表面に冷媒を供給して中間材を冷却し、さらに、このクリアランスを小さくして、冷却された中間材をパンチおよびダイスにより押圧することにより、焼き入れ完了時間を大幅に短縮しながら寸法精度の不良を抑制できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。

本発明は、パンチおよびダイスを用いて加熱された金属板をプレス成形する方法であって、少なくともパンチまたはダイスのいずれか一方、望ましくは双方に冷媒導入孔を設けておき、パンチおよびダイスの間の所定のクリアランスにて金属板を中間材にプレス成形する第１の工程と、パンチおよびダイスの間のクリアランスを前記の所定のクリアランスよりも大きくして、冷媒導入孔から中間材の表面に冷媒を供給して中間材を冷却する第２の工程と、クリアランスを第２の工程におけるクリアランスよりも小さくして、冷却された中間材をパンチおよびダイスにて押圧する第３の工程を有することを特徴とする金属板の熱間プレス成形方法である。

この本発明に係る金属板の熱間プレス成形方法では、第１の工程の所定のクリアランスは、パンチおよびダイスの成形下死点におけるクリアランスであることが望ましい。
これらの本発明では、第１の工程において、所定のクリアランスにて中間材は加圧保持され、冷媒導入孔から加圧保持された中間材の表面に冷媒を供給してこの中間材を冷却することが望ましい。

これらの本発明では、第３の工程において、冷媒導入孔から中間材の表面に冷媒を供給してこの中間材を冷却することが望ましい。
これらの本発明では、パンチまたはダイスのいずれか一方に、冷媒導入孔に接続した複数の溝を備え、冷媒導入孔および溝から中間材の表面に冷媒を供給することが望ましい。この溝の深さは、金属板の厚さの０．５倍以上４倍以下であることが望ましい。

これらの本発明では、第２の工程における中間材の冷却開始温度はＭｓ点以上であり、第２の工程における前記中間材の冷却終了温度は（Ｍｆ点＋５０℃）超であることが望ましい。

これらの本発明では、第３の工程における中間材の押圧開始温度は、第２の工程の終了温度未満（Ｍｆ点＋５０℃）以上であり、第３の工程における中間材の押圧完了温度はＭｆ点以下であることが望ましい。

これらの本発明では、第２の工程において、パンチとダイスとのクリアランスは、金属板の板厚をｔとすると、（ｔ＋０．５）ｍｍ以上（ｔ＋１５）ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明により、高強度であって、かつ優れた寸法精度を有するプレス成形品を、短い成形時間（成形から焼入れ完了までの時間）で製造することができ、生産性の向上が図られる。このため、寸法精度が良好な高強度成形品を低コストで製造することが可能となるため、例えば自動車部品の高強度化に伴う軽量化を図ることが可能となり、ひいては自動車の安全性の向上、および車体軽量化による燃費低減を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
はじめに、本発明の原理を簡単に説明する。

まず、本発明者らは、溝を有する金型の内部における金属板の冷却速度を、溝の幅や金型のクリアランスを種々変更しながら詳細に検討することにより、以下の知見を得た。
全面金属接触による冷却を行う場合に比較して、並設された複数の溝にそれぞれ導水して金属板を水冷することによって大幅に冷却速度が向上するものの、溝と溝との間で接触冷却される部分については冷却が遅れ、特に板厚が大きい場合などには焼入れ不良が起きる傾向がある。一方、金型にクリアランスを設けて複数の溝それぞれから成形品の全面に導水すれば、均一な冷却速度と所望の焼入れ硬度とを得ることができるが、金型のクリアランスによっては成形品の精度不良が生じる。

これに対し、本発明では、金属板を中間品に成形した後に、一旦金型を浮かせて導水することにより中間品の全面に冷媒を行き渡らせ、その後に再度成形下死点での加圧保持を行うので、成形品の全面での急速冷却と、成形品の寸法精度の確保との両立を図ることが可能になる。

熱間プレス法を用いてプレス成形品を製造する場合に高い寸法精度を確保するためには、マルテンサイト変態により成形時に発生した残留応力を緩和することが必要であると考えられるが、本発明においては、マルテンサイト変態が完了するまでに成形下死点で再度加圧保持を行うため、高い寸法精度を得ることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１（ａ）は本実施の形態における金型０の成形前の状態を示す説明図であり、図１（ｂ）はこの金型０の成形下死点でのクリアランスを示す説明図である。図１に示す例は、ハット成形の場合を示す。また、図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ成形品の形状の模式図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明に係る成形装置は、パンチ１、ダイス２、板押さえ３、被加工材４、冷却溝５および冷媒導入孔６により構成される。
図示例は、単動プレス機によるクッション絞り成形を行う場合を示すが、本発明は単動プレスに制限されるものではなく、複動プレスであってもよい。また、必ずしも絞り成形である必要はなく、曲げ成形であってもよい。さらに、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す場合とは異なり、ダイス２の一部を分割することにより成形開始時に被加工材４の一部を拘束するパッド構造としてもよい。

また、図示例とは異なり、被加工材４の縦壁が水平方向に対して９０°の角度を有している場合においても、例えば、金型にカム機構を組み込むことにより成形下死点に向かってダイス２の側壁部が斜方よりパンチ１に接近する構造としておけば、プレス機のメインスライドの上下動作においても、側壁部にクリアランスを付与することが可能になるので、本発明を実施することが可能である。また、金型の斜方向駆動は、必ずしもこのカム機構に限定されるものではなく、プレス機のメインスライドとは別に金型に、例えば油圧シリンダーを組み込むようにしてもよい。

また、ダイス２には、図示しない冷媒循環装置に接続する冷媒導入孔６と、冷媒導入孔６が接続する複数の溝５とが設けられており、被加工材４の表面に冷媒を供給して被加工材４を冷媒により冷却可能に構成されている。冷媒導入孔６および溝５は、パンチ１またはダイス２のいずれか一方に設けてあればよく、双方に設けてあることがより望ましい。この溝５の深さは、冷媒の十分な供給量を確保するために被加工材４である金属板の厚さの０．５倍以上とすることが望ましく、金型の強度の低下を防止するためにこの金属板の４倍以下とすることが望ましい。

また、溝５の断面形状は、冷媒の供給を十分にするため、矩形状の断面とするのが望ましい。
本実施の形態による成形品は、図２（ｂ）に示すハット絞り成形のような開口した型（開口型）の製品７ｂでもよいし、あるいは図２（ａ）に示す角筒絞りのような閉じた形状の型（閉口型）の製品７ａであってもよい。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本実施の形態の熱間プレス成形方法の説明図であり、図３（ａ）は成形前を示し、図３（ｂ）は本発明の第１の工程を示し、図３（ｃ）は本発明の第２の工程を示し、さらに、図３（ｄ）は本発明の第３の工程を示す。この図３を参照しながら、本実施の形態の熱間プレス成形方法を説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、被加工材４を例えば雰囲気炉等の加熱装置によって、Ａｃ１変態点以上の所定の温度まで加熱し、加熱した被加工材４を金型上に搬送して位置決めを行う。このときの加熱方法は問わない。金型の内外での通電加熱または誘導加熱であってもよいし、加熱水蒸気を用いる方法であってもよい。いずれの加熱方法であっても所定の温度に加熱できる方法であればよい。なお、Ａｃ３変態点以上の所定の温度に被加工材を加熱するのが望ましい。

（第１の工程）
その後、図３（ｂ）に示すように、成形下死点までプレス成形を行い、成形下死点にて金型形状が転写されるまで加圧保持するとともに、溝部５に導水を開始する。このとき、加圧保持する前あるいは成形下死点手前で保持して導水を行うと、精度不良が生じやすい。また、成形下死点での加圧保持時間を長く取りすぎると、次工程の離型保持段階で焼入れが完了してしまい精度不良が発生する。したがって、成形下死点での加圧保持時間は３秒間以下とするのが望ましい。なお、溝部５への導水は必ずしも加圧保持工程から開始する必要はなく、次工程以降に開始してもよい。

このようにして、第１の工程により、パンチ１およびダイス２の間の所定のクリアランスにて金属板である被加工材４を中間材にプレス成形する。
なお、本実施の形態では、第１の工程のプレス成形を成形下死点まで行う例で示したが、本発明の作用効果が確保される範囲で成形下死点の近傍（例えば、成形下死点から２ｍｍ以下の範囲）までとすることができる。成形下死点を大きく外れると、第３の工程において、加工歪みが大きくなり、その結果、残留歪みが大きくなり形状不良が発生しやすい。

（第２の工程）
次に、図３（ｃ）に示すように、プレス機のメインスライドを少し持ち上げ、離型保持を行うとともに溝部５への冷媒の供給、すなわち導水を開始する。このとき、第１の工程で既に導水を開始した場合には導水は継続して行う。

なお、冷媒としては、一般的にはエマルジョンを分散させた水性のものが適当である。このとき、冷媒は高温の被加工材と直接接触するために、原則として不燃性のものが良く、また被加工材４の表面と化学反応が生じ難いものを用いることが望ましい。

この導水によって、導水礼６なちびにすでに溝部５に浸入する冷媒が被加工材４の全面に回り込み、プレス成形品の全面が均一に冷却される。第１の工程から導水が開始された場合にも、離型により金型と成形品の距離を必要量確保することが可能になり、これにより、被加工材４の全面を均一に冷却することができる。

このとき、第２の工程での離型保持時間を長くとり過ぎると、本工程において焼き入れが完了してしまい精度不良が発生する。従って、離型保持時間は３秒間以下とすることが望ましい。また、離型保持の際の金型１、２と被加工材４との間の距離は、小さすぎると十分な量の冷媒が被加工材４の全面に行き渡らず、十分な冷却効率が得られない。その一方で、大きすぎると寸法精度不良の要因となる場合がある。このため、離型保持の際の金型１、２と被加工材４との間の距離は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすること、すなわち第２の工程において、パンチとダイスとのクリアランスは、被加工材４の板厚をｔとすると、（ｔ＋０．５）ｍｍ以上（ｔ＋１５）ｍｍ以下とすることが望ましい。

ただし、離型保持の際の金型１、２と被加工材４との間の距離は、プレス機のメインスライドの上昇量を一定としても、成形品の形状によって部分的に異なるため、注意が必要である。

この第２の工程により金型の全面に冷媒を行き渡らせることが可能になるため、量産成形中の金型の温度上昇を抑制することもできる。
第２の工程における離型保持の回数は１回または複数回とするが、１回であることが望ましい。複数回行うモーションが可能なプレス機種は限られる上、被加工材４の温度が下がった条件で離型保持を行うと、寸法精度の不良を招く可能性があるからである。

このように、第２の工程により、パンチ１およびダイス２の間のクリアランスを、第１の工程でのクリアランスよりも大きくして、冷媒導入孔６から、中間材である被加工材４の表面に冷媒を供給して被加工材４を冷却する。

なお、本実施の形態では、この第２の工程において、溝５から被加工材４の表面に冷媒を供給して被加工材４を冷却するが、これに限定されるものではなく、第２の工程のみならず第１の工程および第３の工程においても冷媒導入孔６および溝５からそれぞれ被加工材４の表面に冷媒を供給して冷却するようにしてもよい。

第２の工程における被加工材４の冷却開始温度はＭｓ点以上であり、第２の工程における被加工材４の冷却終了温度は（Ｍｆ点＋５０℃）超であることが望ましい。なお、冷却開始温度の上限は特に限定されないが、通常、第１の工程における被加工材の加熱温度となる。すなわち、第２の工程おいては、被加工材の全ての部位の冷却開始温度は、Ａｃ１以上の所定の加熱温度以下Ｍｓ点以上であり、第２の工程における被加工材４の全ての部位の冷却終了温度は（Ｍｆ点＋５０℃）超であり、これにより、被加工材４を十分に焼入れしてマルテンサイト変態を促進することができる。

（第３の工程）
最後に、図３（ｄ）に示すように、プレスのメインスライドを押し下げ、成形下死点において再度加圧保持を行う。このとき、導水は継続しておくことが望ましい。再度の加圧保持を、被加工材４の各所の温度がＭｆ点以下まで実施することによって、焼き入れ完了までの時間を短縮できるとともにプレス成形品の寸法精度を高めることができる。

この第３の工程を実現するためには、メインスライドの上下駆動の自由度の高い油圧プレス機またはメカニカルサーボプレス機を用いることが望ましい。
このようにして、第３の工程において、クリアランスを第２の工程におけるクリアランスよりも小さくして、冷却された被加工材４をパンチ１およびダイス２により押圧する。このようにして、金属板を所望の形状に熱間プレス成形する。

第３の工程における被加工材４の押圧開始温度は、第２の工程の終了温度未満（Ｍｆ点＋５０℃）以上であり、第３の工程における中間材の押圧完了温度はＭｆ点以下であることが望ましい。これにより、被加工材４を十分に焼入れしてマルテンサイト変態を促進することができる。

図４は、本発明の方法における温度履歴を従来法と比較して示す説明図である。図４中の（ａ）は第２の工程の離型保持開始時期を示し、（ｂ）は第３の工程の再加圧保持開始時期を示し、図４（ｃ）は再加圧保持完了時期を示す。

図４中に示すデータは、同図中に示す金型を用い、溝と溝の中間の測温点１ならびに溝部中央の測温点２における材料温度を熱電対により測定した結果を示すものである。
従来例は、溝部に導水しながら保持を継続する条件とし、本発明例は保持開始後、それぞれ１回の離型保持ならびに再加圧保持を実施する条件とした。

本発明例では、測温点１において（ａ）の離型保持開始以降に冷媒によって急速に冷却速度が向上する効果が得られる。また、（ｂ）の再加圧保持以降においても、第１の工程（成形加圧保持）において一旦表面温度が上昇した金型が、第２の工程（離型保持）において冷媒により冷却されるため、（ｃ）の再加圧保持完了までの冷却速度は従来例と比較してより大きくなる。

結果として、従来例では測温点１と２の間に大幅な冷却速度差が生じており、冷却ムラによる寸法精度不良の問題が懸念されるが、本発明例においては、測温点１と２の間の冷却速度差が小さく均一に冷却されているうえ、かつ短時間での冷却が実現可能となる。

なお、溝５の設計に関して、導水孔６から回収孔までの流路を確保する必要があるが、本実施の形態の熱間プレス成形方法では、第２の工程において一旦離型保持して被加工材４の全面に冷媒を行き渡った後に第３の工程において再度加圧保持する際にプレスの加工圧によって冷媒が金型の外側に押し出されるため、余り厳密に流路を確保する必要はない。冷却効率を高めるためには、溝５は、被加工材４の表裏面、すなわち金型のダイ２、パンチ１、ホルダ３およびパッド等の被加工材４と接触する全ての部分に形成することが望ましい。

第３の工程での再度の加圧保持の回数は１回または複数回とするが、１回が望ましい。複数回行うモーションが可能なプレス機種は限られる上、材料温度が下がった条件で離型保持を行うと寸法精度不良を招く可能性があるからである。

なお、金型の材質は、熱間用のダイス鋼であることが熱間強度の観点より望ましい。しかし、金型の温度上昇が２００℃以下となる場合には、素材の熱伝導率が高く、金型への蓄熱が生じ難い冷間加工用のダイス鋼を使用するほうがよいこともある。

潤滑は、被加工材４が鋼板である場合にはスケールを表面に生成させると、スケールが固体潤滑機構を発現して、強度の型かじりを防止できる。ただし、脱落したスケールが金型上に堆積すると、製品への押し込み疵となって問題となるため、定期的に金型を清掃して堆積するスケールを除去することが望ましい。被加工材４が鋼板以外で表面にスケール皮膜が生成しない場合には、必要に応じて黒鉛系の潤滑剤を使用すればよい。

このようにして、本実施の形態により、高強度であって、かつ優れた寸法精度を有するプレス成形品を、短い成形時間で製造することができ、生産性の向上を図ることができる。

本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
本実施例では、図５に示す固定ダイ７および可動ダイ８を有するプレス成形装置を使って、本発明の効果を検証した。

この試験に用いる金型は、図１に示すハット絞り成形におけるパンチ底部、壁部、フランジ部等における平面部を模擬したものである。図５において、金型の幅Ｗａは６０ｍｍとし、奥行きは６０ｍｍとした。溝５の深さは３ｍｍとし、溝５の角部Ｒを１Ｒとした。溝５の幅Ｗｂは６ｍｍとし、幅方向に３本の溝を設けた。

このとき、３本の溝５にはそれぞれ直径５ｍｍの導水孔６を設け、冷媒の流量が０．５Ｌ／Ｍｉｎ．となるように調整した。導水孔６は金型の奥行き方向の中央にあり、冷媒は導水孔６から送られ、金型の前後から吐き出されるように構成される。

本試験では、冷媒には水道水を用いたが、エマルジョン等の耐錆性に優れるものでもよい。また、本試験は、試験金型を油圧プレス機に装着して行ったが、メインスライドの上下駆動が迅速に行えるものであれば、例えばメカニカルサーボプレス機等の他の駆動機構のプレス機でもよい。

なお、試験の際、潤滑剤は使用しなかった。被加工材には、幅６０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ２．３ｍｍの熱間プレス用鋼板（Ｃ：０．２１質量％、Ｓｉ：０．２５質量％、Ｍｎ：１．３質量％、Ｐ：０．０１１質量％、Ｓ：０．００４質量％、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｎ：０．００３５質量％、Ｃｒ：０．１９質量％、Ｔｉ：０．０２２質量％、Ｂ：０．００２質量、残部：Ｆｅおよび不純物、Ａｃ１点：７３０℃、Ｍｓ点：４２０℃およびＭｆ点：２００℃）を使用した。

試験は、次の手順により行った。雰囲気炉によりこの熱間プレス用鋼板を所定温度（本試験では９５０℃）まで上昇させ、型内へ搬送し、型上にセットする。その後、プレス開始時のこの鋼板の温度が９００℃を下回らないようにプレスを行い、その後は所定の試験条件に合わせたメインスライド（可動ダイ）のモーションおよび冷媒により被加工材４を冷却した。

第１の工程での加圧保持、第２の工程での離型保持、および第３の工程での加圧保持は、いずれも時間で制御した。加圧保持の時間は押圧している時間とし、離型保持の時間には、可動ダイスが所定位置まで移動する時間も含めた。加圧力は、第１の工程および第３の工程ともに２０ｋＮとした。その後、離型し材料を取り出した。

このとき、評価は、図５に示す２箇所（測定点１、２）の奥行き方向の３点（手前から１０ｍｍ，３０ｍｍ,５０ｍｍの位置）の平均のビッカース硬度を測定した。このとき、Ｈｖ４５０以上を評価点３とし、Ｈｖ４００以上４５０未満を評価点２とし、Ｈｖ４００未満を評価点１として、評価した。なお、図５に示すように、測定点１は隣接する溝の中間位置とし、測定点２は溝の中央位置とした。
また、所定硬度を得るために必要な保持時間を生産性として、全成形時間が３秒間未満の場合を評価点３とし、３秒間以上４秒間未満の場合を評価点２とし、４秒間以上を評価点１として、評価した。

また、測定点１、２の温度も測定した。温度測定は鋼板の側面に熱電対を貼り付けることによって行った。
さらに、寸法精度に関しては、図６に示す方法により幅方向、奥行き方向の２方向について反り高さＨｄを測定し、いずれか大きい値により評価した。このとき、Ｈｄが０．５ｍｍ未満を評価点３とし、Ｈｄが０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満を評価点２とし、Ｈｄが１ｍｍ以上を評価点１として、評価した。

そして、生産性、硬度評価点１、硬度評価点２および寸法精度の各評価のうちで評価点２が一つ以下であるものを総合評価３（良品レベル）とし、評価点２が２つ以上ある場合を総合評価２（許容レベル）とし、各評価で評価点１がある場合を総合評価１（ＮＧレベル）として、評価した。

結果を表１にまとめて示す。ここで、離型量とは、第２工程のクリアランスと第１工程のクリアランスの差を表す。なお、第２の工程の冷却終了温度は、再加圧保持開始温度とほぼ同じであるので省略した。また、離型保持開始温度と再加圧保持開始温度は、測定点１，２の低い方の温度で、再加圧保持終了温度は、測定点１，２の高い方の温度である。

まず、比較例で実施した従来技術では、溝に水冷しない場合のみならず溝に水冷する場合であっても、所望の高硬度と高い寸法精度とを両立するためには、４秒間の全成形時間が必要であった。これに対し、本発明例では、最も全成形時間が短い条件Ｎｏ．７では２秒間の全成形時間であり、従来技術に対して大幅な成形時間の短縮が実現されている。

次に、再加圧保持の開始時間の影響を見てみると、条件Ｎｏ．６は所定の硬度を満足しているものの、寸法精度不良が発生している。これは、第１の工程（成形加圧保持工程）ならびに第２の工程（離型保持工程）において冷却が進み過ぎ、金型で保持されない状態において焼入れがなされたために冷却ムラによる寸法精度不良が生じたものと思われる。その一方で、再加圧保持の開始温度が（Ｍｆ点＋５０℃）の場合には、硬度と寸法精度とが両立された。

以上を総合的に判断して、再加圧保持の開始温度は、（Ｍｆ点＋５０℃）以上が望ましいことがわかる。
次に、離型量の影響を見てみると、離型量が０．５ｍｍよりも小さい場合には、硬度不良となっている。これは、離型量が少ないと成形品全面への冷媒の回り込みが十分に確保できないためと考えられる。一方で、離型量が５ｍｍよりも大きい場合には、寸法精度不良が生じている。これは、金型による拘束が緩和されることに加えて、導水孔から供給される冷媒が不均一に成形品に掛かりやすくなるためと考えられる。

以上の結果を実成形に照らして考えると、離型保持した際の金型と成形品の最小距離は０．５ｍｍ以上であることが望ましく、同じく最大距離は５ｍｍ以下であることが望ましい。

図１（ａ）は実施の形態における金型の成形前の状態を示す説明図であり、図１（ｂ）はこの金型の成形下死点でのクリアランスを示す説明図である。図１に示す例は、ハット成形の場合を示す。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ成形品の形状の模式図である。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本実施の形態の熱間プレス成形方法の説明図であり、図３（ａ）は成形前を示し、図３（ｂ）は第１の工程を示し、図３（ｃ）は第２の工程を示し、さらに、図３（ｄ）は第３の工程を示す。 本発明の方法における温度履歴を、従来法と比較して示す説明図である。 実施例で示すプレス成形装置を示す説明図である。 寸法精度の測定方法を示す説明図である。

符号の説明

１ パンチ
２ ダイ
３ 板押さえ
４ 被加工材
５ 冷却用溝
６ 冷媒導入孔
７ 固定ダイ
８ 可動ダイ

Claims (8)

1. パンチおよびダイスを用いて、所定の温度に加熱された金属板をプレス成形する方法であって、少なくとも前記パンチまたは前記ダイスのいずれか一方に冷媒導入孔を設けておき、前記パンチおよび前記ダイスの間の所定のクリアランスにて前記金属板を中間材にプレス成形する第１の工程と、前記パンチおよび前記ダイスの間のクリアランスを前記所定のクリアランスよりも大きくして、前記冷媒導入孔から前記中間材の表面に冷媒を供給して該中間材を冷却する第２の工程と、前記パンチおよび前記ダイスの間のクリアランスを前記第２の工程におけるクリアランスよりも小さくして、冷却された前記中間材を前記パンチおよび前記ダイスにて押圧する第３の工程とを有することを特徴とする金属板の熱間プレス成形方法。
2. 前記第１の工程の所定のクリアランスは、前記パンチおよびダイスの成形下死点におけるクリアランスである請求項１に記載の金属板の熱間プレス成形方法。
3. 前記第１の工程において、前記所定のクリアランスにて前記中間材は加圧保持され、前記冷媒導入孔から加圧保持された前記中間材の表面に冷媒を供給して該中間材を冷却する請求項１または請求項２に記載の金属板の熱間プレス成形方法。
4. 前記第３の工程において、前記冷媒導入孔から前記中間材の表面に冷媒を供給して該中間材を冷却する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の金属板の熱間プレス方法。
5. 前記パンチまたは前記ダイスのいずれか一方に、前記冷媒導入孔に接続した複数の溝を備え、前記冷媒導入孔および前記溝から前記中間材の表面に冷媒を供給する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の金属板の熱間プレス成形方法。
6. 前記第２の工程における前記中間材の冷却開始温度はＭｓ点以上であり、前記第２の工程における前記中間材の冷却終了温度は（Ｍｆ点＋５０℃）超である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の金属板の熱間プレス成形方法。
7. 前記第３の工程における前記中間材の押圧開始温度は、前記第２の工程の終了温度未満（Ｍｆ点＋５０℃）以上であり、前記第３の工程における前記中間材の押圧完了温度はＭｆ点以下である請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の金属板の熱間プレス成形方法。
8. 前記第２の工程において、前記パンチと前記ダイスとのクリアランスは、前記金属板の板厚をｔとすると、（ｔ＋０．５）ｍｍ以上（ｔ＋１５）ｍｍ以下である請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の金属板の熱間プレス成形方法。

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