JP2011000617A - Device and method for hot press-forming metallic pipe - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、加熱した金属管を金型または金型と軸押装置を用いて成形する熱間プレス成形装置およびその方法、特にプレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することができる金属管の熱間プレス成形装置およびその方法に関する。 The present invention relates to a hot press molding apparatus and method for molding a heated metal tube using a mold or a mold and a shaft pressing device, and in particular, a metal capable of accurately and arbitrarily setting the strength of each part of a press molded product. The present invention relates to a hot press forming apparatus for a tube and a method thereof.
金属管のプレス成形は、生産性が高く、寸法精度に優れ、また、プレス製品間の強度ばらつきが少なく品質が安定していることから、自動車、機械、電気機器、輸送用機器等の製造に広く用いられている最も一般的な加工技術である。
しかし、近年におけるプレス製品、特に自動車部品には軽量化等の観点から高強度化が求められており、これにより成形性の低下、特にスプリングバック等の発生による形状凍結性の低下を招来し、複雑な形状をしたプレス製品を製造することが困難となっている。
Metal tube press molding is highly productive, excellent in dimensional accuracy, and stable in quality with little variation in strength between pressed products, making it suitable for manufacturing automobiles, machinery, electrical equipment, transportation equipment, etc. It is the most common processing technique widely used.
However, press products in recent years, especially automobile parts, are required to have high strength from the viewpoint of weight reduction, etc., and this leads to a decrease in formability, particularly a decrease in shape freezing due to the occurrence of a springback, It has become difficult to manufacture a press product having a complicated shape.
このため、自動車部品等の製造分野においては、金属管を金型の内部に充填し、金属管内に水圧をかけて膨らませると同時に金属管を長さ方向に軸押しして、金属管を複雑な形状に成形するハイドロフォーム成形技術が注目されている。
ハイドロフォーム成形技術は、従来、複数の部品を溶接して組み合わせていた部分を一体成形することができ、部品点数の削減や工程・溶接省略につながるため、いまや車体の高強度化や軽量化に欠かせない重要な技術となっている。
For this reason, in the manufacturing field of automobile parts and the like, the metal tube is filled into the mold, and the metal tube is inflated by applying water pressure, and at the same time, the metal tube is axially pushed in the length direction to make the metal tube complicated. Attention has been focused on hydroform molding technology for molding into various shapes.
Hydroform molding technology has been able to integrally form parts that were previously welded and combined together, leading to a reduction in the number of parts and the elimination of processes and welding. It is an indispensable important technology.
しかしながら、ハイドロフォームには、成形の際に複雑・高度な制御が求められる。これは、制御するパラメータが非常に多いためである。また、ハイドロフォームは、金型内で行われるため、実際の変形を見ることができないためである。
例えば、水圧や軸押しのタイミングを誤ると金属管が破裂したり座屈したりする場合がある。さらに、材料や潤滑が変わると適切な条件が変化してしまう。具体的には、ハイドロフォームにおいては、膨出量を多くし過ぎると成形に伴ってしわや割れが発生する問題がある。同様に、膨出量を多くし過ぎると膨出部の肉厚が薄くなって強度不足や破断が生じる問題もある。
However, hydroforms require complex and advanced control during molding. This is because there are very many parameters to be controlled. Moreover, since hydroforming is performed in a metal mold | die, it is because an actual deformation | transformation cannot be seen.
For example, the metal tube may rupture or buckle if the hydraulic pressure or the shaft pressing timing is incorrect. Furthermore, appropriate conditions change when the material and lubrication change. Specifically, in hydrofoam, there is a problem that wrinkles and cracks occur with molding if the amount of swelling is excessively increased. Similarly, when the amount of bulging is excessively increased, there is a problem that the wall thickness of the bulged portion is reduced, resulting in insufficient strength or breakage.
このため、成形に伴うしわや割れの発生を防止すべく、金型を移動させて膨出用空洞部の幅を制御する方法が開示されているが(例えば、特許文献1参照)、当該方法では、金型を移動させる手段が必要となり、装置構成が益々複雑となる。
あるいは、金型の中で被成形材がどのように変形するかをシミュレーションする有限要素法(FEM)を用いた数値解析技術が開発されており、比較的精度の高いシミュレーションが可能となっているが、適切な加工条件を見つけるためには解析に必要なデータを大量に蓄積する必要がある。
For this reason, in order to prevent the generation of wrinkles and cracks associated with molding, a method for controlling the width of the bulging cavity by moving the mold is disclosed (for example, see Patent Document 1). Then, means for moving the mold is required, and the apparatus configuration becomes more complicated.
Alternatively, a numerical analysis technique using a finite element method (FEM) for simulating how a material to be deformed in a mold has been developed, and a relatively accurate simulation is possible. However, in order to find appropriate processing conditions, it is necessary to accumulate a large amount of data necessary for the analysis.
一方、自動車部品等に要求される特性は、前記したような軽量化や高強度化のみではない。例えば、近年における自動車のボディには、商品力あるデザイン性や衝突安全性などがより厳しく要求されるようになっているため、ボディ各部においては当該性能を実現するために板厚や肉厚、そして強度を詳細に設定する必要が生じ、ボディを構成する部品の数は数百にも及ぶようになっている。 On the other hand, the characteristics required for automobile parts and the like are not limited to lightening and increasing strength as described above. For example, in recent years, the body of automobiles has become more demanding of product design and collision safety, so in each part of the body to achieve the performance, plate thickness and wall thickness, And it is necessary to set the strength in detail, and the number of parts constituting the body has reached several hundred.
このため、近年におけるバンパー、ピラリンフォース、センターピラー、足回り部品等の自動車部品には、肉厚や強度の異なる複数の金属管を溶接により結合して一体化したプレス素材、すなわち、テーラードチューブが用いられている。(例えば、特許文献2参照)。
テーラードチューブは、1つの金属管の特性を目的に合わせて部分的に変更することができるという優れた特徴を有し、例えば、強度が必要な部位にのみ高強度管を適用することで成形品としての必要な強度を保ちつつ、強度が不要な部分の軽量化を図ることができる。また、目的に合う肉厚や強度を有する金属管を選択し、これを溶接結合して一体化するので、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて正確かつ任意に設定することが可能である。このため、商品力あるデザイン性を満足しつつも衝突安全性に優れるボディを製造することができるとともに、部品点数をも削減することができる。
For this reason, in recent automobile parts such as bumpers, pyralin forces, center pillars, and suspension parts, there is a press material that combines and integrates multiple metal pipes with different thicknesses and strengths by welding, that is, tailored tubes. It is used. (For example, refer to Patent Document 2).
The tailored tube has an excellent feature that the characteristics of one metal tube can be partially changed according to the purpose. For example, a high-strength tube is applied only to a portion where strength is required. While maintaining the necessary strength, it is possible to reduce the weight of the portion that does not require strength. In addition, since a metal tube having a thickness and strength suitable for the purpose is selected and joined together by welding, the strength of each part of the press-formed product can be set accurately and arbitrarily according to the purpose. . For this reason, it is possible to manufacture a body excellent in collision safety while satisfying a design with a strong product, and to reduce the number of parts.
しかし、自動車ボディの軽量化や高強度化のみならず、デザイン性や衝突安全性などの向上にも資するテーラードチューブではあるが、前記したように金属管を溶接により結合して一体化するため、テーラードチューブの製造には高度な溶接技術が必要とされる。
すなわち、高度な溶接技術を適用しないと、ハイドロフォームを用いて成形したときに溶接部において破断が生じやすい。そして、溶接部の強度が確保できないようでは、テーラードチューブやハイドロフォームの優れた特性を発揮することもできない。しかも、自動車部品の高強度化が進展している現状においては、ますます高度な溶接技術が必要とされることは当然至極である。
However, although it is a tailored tube that contributes not only to reducing the weight and strength of the automobile body, but also to improving design and collision safety, as described above, the metal tube is joined and integrated by welding, The manufacture of tailored tubes requires advanced welding techniques.
That is, unless a high-level welding technique is applied, fractures are likely to occur in the welded portion when formed using hydroform. And if the intensity | strength of a welding part cannot be ensured, the outstanding characteristic of a tailored tube or hydroform cannot also be exhibited. Moreover, in the current situation where the strength of automobile parts is increasing, it is naturally extremely necessary that an increasingly advanced welding technique is required.
以上説明してきたようにハイドロフォーム成形技術についても種々の改善が試みられており、ハイドロフォーム成形技術は、従来の冷間プレス成形方法では実現できなかった高強度化と優れた寸法精度を両立できるプレス成形技術といえる。 As described above, various improvements have been attempted for the hydroform molding technology, and the hydroform molding technology can achieve both high strength and excellent dimensional accuracy that could not be realized by the conventional cold press molding method. This can be said to be a press molding technology.
しかし、テーラードチューブを含む上記技術は、いずれもプレス成形品の局部的な強度、すなわち、高強度化が必要な部位や後加工が必要な部位等の特定部位の強度を局部的に変更するものに過ぎず、しかもプレス成形前にあらかじめ設定しておくものであり、プレス成形品各部の強度を任意に設定できるものではなかった。また、その特定部位の強度についても精度の優れたものではなく、プレス成形品各部の強度を正確に設定あるいは調整できるものではなかった。 However, all of the above technologies, including tailored tubes, locally change the strength of the press-molded product, that is, the strength of specific parts such as parts that require higher strength and parts that require post-processing. However, it is set in advance before press forming, and the strength of each part of the press-formed product cannot be arbitrarily set. Also, the strength of the specific part is not excellent in accuracy, and the strength of each part of the press-formed product cannot be accurately set or adjusted.
加えて、近年におけるプレス製品、特に自動車部品には軽量化等の観点から益々の高強度化が求められている。例えば、金属管をオーステナイト域にまで加熱し、所定の冷却プロセスにより急冷することによりマルテンサイト変態またはベイナイト変態による高強度化を達成することも求められている。なお、ハイドロフォーム成形技術では、閉断面・大R・単純形状であれば980MPaクラスであれば成形可能であるが、それ以上の強度を確保することは現在のところ困難である。 In addition, press products in recent years, especially automobile parts, are required to have higher strength from the viewpoint of weight reduction. For example, it is also required to achieve high strength by martensitic transformation or bainite transformation by heating a metal tube to an austenite region and quenching it by a predetermined cooling process. In the hydroform molding technique, a closed section, large R, and simple shape can be molded in the 980 MPa class, but it is currently difficult to secure a higher strength.
すなわち、前記したようにハイドロフォーム成形技術は、従来の冷間プレス成形方法では実現できなかった高強度化と優れた寸法精度を両立できる成形方法であるといえるが、製品の高強度化が進展している今日においては、上記特性を満足するのみでは足らず、ハイドロフォームに代わる新しい技術として、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて正確かつ任意に、しかも生産性を損なうことなく短時間で設定することのできる成形技術の開発が、産業界において強く望まれているのである。 In other words, as described above, the hydroform molding technology can be said to be a molding method that can achieve both high strength and excellent dimensional accuracy, which could not be realized by the conventional cold press molding method, but progress in increasing strength of products has progressed. Today, it is not only necessary to satisfy the above characteristics, but as a new technology to replace hydroform, the strength of each part of the press-formed product can be accurately and arbitrarily set according to the purpose and in a short time without impairing productivity. The development of molding technology that can be set is strongly desired in the industry.
本発明の解決すべき課題は、プレス成形品各部の強度を正確かつ任意に、しかも短時間に設定することができる金属管の熱間プレス成形装置およびその方法を提供することである。
なお、ここでいう任意とは、プレス成形品全体の強度を均一にすることも含まれるし、高強度化が必要な部位のみを高強度化することも含まれる。後者の例としては、拡管加工した管端部や曲げ加工した部位、あるいは磨耗の激しい部位を高強度化することが挙げられる。あるいは、金属管の内側の面(以下、内面と称する。)と金属管の外側の面(以下、外面と称する。)とで異なる強度とすることも含まれる。
The problem to be solved by the present invention is to provide a hot press forming apparatus and method for a metal tube capable of setting the strength of each part of a press-formed product accurately, arbitrarily, and in a short time.
The term “arbitrary” as used herein includes making the strength of the entire press-formed product uniform, and also making the strength of only a portion that needs to be made stronger. Examples of the latter include increasing the strength of pipe ends that have been expanded, bent parts, or parts that are heavily worn. Alternatively, it is also included that the inner surface of the metal tube (hereinafter referred to as the inner surface) and the outer surface of the metal tube (hereinafter referred to as the outer surface) have different strengths.
本発明者は、前記課題を解決すべく、従来の冷間プレス成形方法やハイドロフォーム成形技術に代わる手法として熱間プレス成形方法に着目し、以下の技術的知見を得た。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor paid attention to a hot press forming method as a method to replace the conventional cold press forming method and hydroform forming technology, and obtained the following technical knowledge.
(A)熱間プレス成形方法は、被成形材たる金属管を高温に加熱した状態でプレス成形するため、材料強度の低下した金属管は、金型の成形面に沿って素直に変形し、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができること。また、成形後は金型抜熱効果により急冷されるためスプリングバッグが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができること。
したがって、スプリングバック等の発生による形状凍結性の低下や複雑な形状をしたプレス製品を製造することが困難となっている冷間プレス成形方法や、有限要素法(FEM)を用いた数値解析等の複雑・高度な制御が求められるハイドロフォーム成形技術と十分代替可能であり、以下に示す技術的効果が期待されること。
(A) Since the hot press molding method press-molds a metal tube as a material to be molded at a high temperature, the metal tube with reduced material strength deforms straight along the molding surface of the mold, Even complex shapes can be molded with excellent dimensional accuracy. In addition, after molding, it is cooled rapidly due to the effect of removing heat from the mold, so that no spring bag is generated, it has excellent shape freezing property, and the dimensional accuracy of the pressed product can be improved.
Therefore, it is difficult to manufacture a press product with a complicated shape due to a decrease in shape freezing due to the occurrence of springback, etc., numerical analysis using a finite element method (FEM), etc. It is possible to sufficiently replace the hydroform molding technology that requires complex and advanced control of the above, and the following technical effects are expected.
(B)金属管の成形方法として熱間プレス成形方法を採用する場合、金属管が鋼管の場合には、金属管をオーステナイト域にまで加熱しておき、プレス成形後に金型内で保持して急冷することによりマルテンサイト変態またはベイナイト変態による高強度化を達成することができること。
したがって、益々の高強度化や、生産性の観点から金型保持時間を短縮するためには、金型の成形面に複数の冷媒吐出口を形成し、金型の内部に各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管を形成し、成形後に型締めしたまま金属管の外面に向かって冷媒吐出口から冷媒吐出を行えば、金属管の外面の高強度化を短時間で達成できること。
(B) When the hot press forming method is adopted as the forming method of the metal tube, when the metal tube is a steel tube, the metal tube is heated to the austenite region and held in the mold after the press forming. Strengthening by martensitic transformation or bainite transformation can be achieved by rapid cooling.
Therefore, in order to increase the strength further and shorten the mold holding time from the viewpoint of productivity, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and each refrigerant discharge port is formed inside the mold. By forming a communicating refrigerant supply pipe and discharging the refrigerant from the refrigerant outlet toward the outer surface of the metal tube while being clamped after molding, the strength of the outer surface of the metal tube can be increased in a short time.
(C)金属管の成形態様の一つとして金型の他に軸押装置を用いて端部を拡管する場合があるが、軸押装置の成形面に複数の冷媒吐出口を形成し、軸押装置の内部に各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管を形成し、成形後に型締めしたまま金属管の内面に向かって冷媒吐出口から冷媒吐出を行えば、金属管の内面の高強度化を短時間で達成できること。
また、高温に加熱された金属管の材料強度が低下しているので、軸押装置を用いて端部を拡管する場合には、容易に端部の増肉加工を実施できること。
(C) Although one end of the metal tube may be expanded using a shaft pressing device in addition to the mold, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pressing device, and the shaft If a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant outlet is formed inside the pushing device, and the refrigerant is discharged from the refrigerant outlet toward the inner face of the metal pipe while being clamped after molding, the inner surface of the metal pipe is strengthened. Can be achieved in a short time.
In addition, since the material strength of the metal tube heated to a high temperature is reduced, when the end portion is expanded using a shaft pressing device, the end portion can be easily increased in thickness.
(D)そして、金型と軸押装置の双方の成形面に複数の冷媒吐出口を形成し、金型と軸押装置の双方の内部に各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管を形成し、成形後に型締めしたまま金属管の内面と外面に向かって双方の冷媒吐出口から冷媒吐出を行えば、金属管全体の高強度化をより短時間に達成できること。なお、内面のみに冷媒吐出を行うか、内面の冷媒速度を外面より大きくすれば、内面の強度が外面より高くなること。反対に、外面のみに冷媒吐出を行うか、外面の冷媒速度を内面より大きくすれば、外面の強度が内面より高くなること。 (D) Then, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surfaces of both the mold and the shaft pressing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside both the mold and the shaft pressing device. If the coolant is discharged from both the coolant discharge ports toward the inner surface and the outer surface of the metal tube while being clamped after molding, the strength of the entire metal tube can be increased in a shorter time. If the refrigerant is discharged only on the inner surface or the refrigerant speed on the inner surface is made larger than that on the outer surface, the strength of the inner surface becomes higher than that on the outer surface. Conversely, if the refrigerant is discharged only on the outer surface or the refrigerant speed on the outer surface is made larger than that on the inner surface, the strength of the outer surface becomes higher than that on the inner surface.
上記の知見に基づき、本発明者は、プレス成形品各部の強度を正確かつ任意に、しかも短時間に設定することができる金属管の熱間プレス成形装置およびその方法に想到した。その要旨とするところは以下の通りである。 Based on the above knowledge, the present inventor has conceived a hot press forming apparatus and method for a metal tube capable of setting the strength of each part of a press-formed product accurately, arbitrarily, and in a short time. The gist is as follows.
(1)加熱した金属管を金型を用いてプレス成形する熱間プレス成形装置において、前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、型締めしたまま金属管の外面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。 (1) In a hot press molding apparatus for press-molding a heated metal tube using a mold, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and each refrigerant discharge port is formed inside the mold. A hot press molding apparatus characterized in that a refrigerant supply pipe communicating with the pipe is formed and the refrigerant is discharged from a part or all of the plurality of refrigerant discharge ports toward the outer surface of the metal pipe while being clamped.
(2)加熱した金属管を金型と軸押装置を用いてプレス成形する熱間プレス成形装置において、前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、型締めしたまま金属管の内面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。 (2) In a hot press molding apparatus for press-molding a heated metal tube using a mold and a shaft pressing device, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pressing device, and the interior of the shaft pressing device is The hot press is characterized in that a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant outlet is formed, and refrigerant is discharged from a part or all of the plurality of refrigerant outlets toward the inner surface of the metal pipe while being clamped Molding equipment.
(3)加熱した金属管を金型と軸押装置を用いてプレス成形する熱間プレス成形装置において、前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、型締めしたまま金属管の外面と内面のいずれか一方または双方に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。 (3) In a hot press molding apparatus for press-molding a heated metal tube using a mold and a shaft pressing device, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and inside the mold A refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pushing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the shaft pushing device. A hot press forming apparatus, wherein the refrigerant is discharged from a part or all of the plurality of refrigerant outlets toward one or both of the outer surface and the inner surface of the metal tube while being clamped.
(4)前記金型の成形面には複数の冷媒回収口が形成され、金型の内部には各冷媒回収口と連通する冷媒回収管が形成されていることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の熱間プレス成形装置。 (4) A plurality of refrigerant recovery ports are formed on the molding surface of the mold, and a refrigerant recovery pipe communicating with each refrigerant recovery port is formed inside the mold. The hot press molding apparatus according to any one of to (3).
(5)前記軸押装置の成形面には複数の冷媒回収口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒回収口と連通する冷媒回収管が形成されていることを特徴とする前記(2)または(3)に記載の熱間プレス成形装置。 (5) A plurality of refrigerant recovery ports are formed on the molding surface of the shaft pressing device, and a refrigerant recovery pipe communicating with each refrigerant recovery port is formed inside the shaft pressing device. The hot press molding apparatus according to 2) or (3).
(6)加熱した金属管を金型を用いてプレス成形する熱間プレス成形方法において、前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、型締めしたまま金属管の外面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。 (6) In a hot press molding method in which a heated metal tube is press-molded using a mold, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and each refrigerant discharge port is formed inside the mold. A hot press molding method characterized in that a refrigerant supply pipe communicating with the pipe is formed, and the refrigerant is discharged from some or all of the plurality of refrigerant discharge ports toward the outer surface of the metal pipe while being clamped.
(7)加熱した金属管を金型と軸押装置を用いてプレス成形する熱間プレス成形方法において、前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、型締めしたまま金属管の内面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。 (7) In a hot press molding method in which a heated metal tube is press-molded using a mold and a shaft pressing device, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pressing device, and the interior of the shaft pressing device is The hot press is characterized in that a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant outlet is formed, and refrigerant is discharged from a part or all of the plurality of refrigerant outlets toward the inner surface of the metal pipe while being clamped Molding method.
(8)加熱した金属管を金型と軸押装置を用いてプレス成形する熱間プレス成形方法において、前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、型締めしたまま金属管の外面と内面のいずれか一方または双方に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。 (8) In a hot press molding method in which a heated metal tube is press-molded using a mold and a shaft pressing device, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, A refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed, a plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pushing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the shaft pushing device. A hot press forming method, wherein the refrigerant is discharged from a part or all of the plurality of refrigerant outlets toward one or both of the outer surface and the inner surface of the metal tube while being clamped.
(A)金型に冷媒吐出機構を有する本発明に係る熱間プレス成形装置及びその方法によれば、被成形材たる金属管を高温に加熱した状態でプレス成形するため、材料強度の低下した金属管は、金型の成形面に沿って素直に変形し、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができる。そして、成形後は、金型からの冷媒吐出により急冷するので、スプリングバッグが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができる。 (A) According to the hot press molding apparatus and method according to the present invention having a coolant discharge mechanism in the mold, the metal tube as the molding material is press molded in a state of being heated to a high temperature, so that the material strength is reduced. The metal tube deforms straight along the molding surface of the mold, and can be molded with excellent dimensional accuracy even if it has a complicated shape. And after shaping | molding, since it cools rapidly by the refrigerant | coolant discharge from a metal mold | die, a spring bag does not generate | occur | produce, it is excellent in shape freezing property, and it can improve the dimensional accuracy of a press product.
(B)軸押装置に冷媒吐出機構を有する本発明に係る熱間プレス成形装置及びその方法によれば、被成形材たる金属管を高温に加熱した状態で端部を拡管するので、材料強度の低下した金属管の端部を容易に拡管できるとともに増肉加工をも実施することができるので、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができる。そして、成形後は、軸押装置からの冷媒吐出により急冷するので、スプリングバッグが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができる。 (B) According to the hot press forming apparatus and the method thereof according to the present invention having the refrigerant discharge mechanism in the shaft pressing device, the end portion is expanded in a state where the metal tube as the molding material is heated to a high temperature. The end portion of the metal pipe having a reduced thickness can be easily expanded and the thickening process can be performed. Therefore, even a complicated shape can be formed with excellent dimensional accuracy. And after shaping | molding, since it cools rapidly by the refrigerant | coolant discharge from a shaft pushing apparatus, a spring bag does not generate | occur | produce, it is excellent in shape freezing property, and can improve the dimensional accuracy of a press product.
(C)金型と軸押装置の双方に冷媒吐出機構を有する本発明に係る熱間プレス成形装置及びその方法によれば、被成形材たる金属管を高温に加熱した状態でプレス成形するため、材料強度の低下した金属管は、金型の成形面に沿って素直に変形し、また、材料強度の低下した金属管の端部を容易に拡管できるとともに増肉加工をも実施することができるので、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができる。そして、成形後は、金型と軸押装置からの冷媒吐出により急冷するので、スプリングバッグが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができる。 (C) According to the hot press molding apparatus and method according to the present invention having the refrigerant discharge mechanism in both the mold and the shaft pressing device, the metal tube as the molding material is press-molded in a heated state. The metal tube with reduced material strength can be deformed straight along the molding surface of the mold, and the end of the metal tube with reduced material strength can be easily expanded and the wall thickness increased. Therefore, even a complicated shape can be formed with excellent dimensional accuracy. And since it cools rapidly after shaping | molding by the refrigerant | coolant discharge from a metal mold | die and a shaft pushing apparatus, a spring bag does not generate | occur | produce, it is excellent in shape freezing property, and can improve the dimensional accuracy of a press product.
(D)上記の冷媒吐出機構は複数の冷媒吐出口を有するので、一部の冷媒吐出口から冷媒吐出することにより、当該吐出された部位のみを高強度化することもできるし、全部の冷媒吐出口から冷媒吐出することにより、プレス成形品全体の強度を均一に高強度化することもできる。 (D) Since the above refrigerant discharge mechanism has a plurality of refrigerant discharge ports, it is possible to increase the strength of only the discharged portion by discharging the refrigerant from some of the refrigerant discharge ports, or all the refrigerants By discharging the refrigerant from the discharge port, the strength of the entire press-formed product can be increased uniformly.
(E)上記の冷媒吐出機構は、金型と軸押装置のいずれか一方または双方の成形面に形成されているので、型締めしたまま金属管を急冷することができる。これは、金型保持時間の短縮に資するものであり、これにより生産性をも向上させることができる。 (E) Since the above-described refrigerant discharge mechanism is formed on the molding surface of one or both of the mold and the shaft pressing device, the metal tube can be rapidly cooled while being clamped. This contributes to shortening of the mold holding time, thereby improving the productivity.
以下、図1〜6を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
まず、本発明で用いる被成形材について説明する。本発明で用いる被成形材は金属管1であり、Alめっき鋼管、Znめっき鋼管、GIめっき鋼管、高強度鋼管、普通鋼管、ステンレス鋼管等のいずれの鋼管にも適用することができる。
また、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼管であれば、冷媒吐出による焼入れにより高強度化を図ることができるので、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼管が望ましい。なお、冷媒吐出時に必ずしも変態する必要はなく、成形後に変態してもかまわない。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the molding material used in the present invention will be described. The material to be molded used in the present invention is a
In addition, if a steel pipe undergoes martensitic transformation or bainite transformation, the strength can be increased by quenching by refrigerant discharge, and therefore, a steel pipe that undergoes martensitic transformation or bainite transformation is desirable. It is not always necessary to transform the refrigerant when it is discharged, and it may be transformed after molding.
また、本発明で用いる金属管1としては、(a)鋼板・帯鋼を筒状に成形し、管軸方向に平行に溶接した電縫鋼管、(b)厚板をUプレスでU形に曲げた後、Oプレスで管状に成形し、継目を内外面から溶接したUO鋼管、(c)広幅帯鋼を螺旋状に巻きながら筒状にし、継目を内外から連続溶接したスパイラル鋼管、(d)帯鋼を加熱した後、ロール成形で引き出しながら板の縁を圧着した鍛接鋼管であっても、(e)ビレットを加熱して中心部に孔をあけた後、圧延機や引き抜き機にかけた継目のないシームレス鋼管であってもよい。
また、金属管1の断面形状としては、円形のみならず、楕円形、角形等のいずれの金属管にも適用することができる。また、長手方向に沿って断面形状が変化する金属管にも適用することができる。あるいは、テーラードチューブについても適用することができる。
Further, as the
Further, the cross-sectional shape of the
次に、金型2にセットする前の金属管1の加熱方法と加熱温度について説明する。金属管を加熱する方法としては、特に限定されるものではなく、金属管をA1変態点以上に加熱できる方法であれば、加熱炉、電気炉、ガス炉での加熱や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等のいずれの加熱方法でもよい。
また、金属管全体を一様に加熱する態様であっても、金属管の一部を加熱する態様であってもよい。ここで、金属管の加熱温度としては、600〜1000℃とするのが望ましい。
Next, the heating method and heating temperature of the
Moreover, even if it is an aspect which heats the whole metal tube uniformly, the aspect which heats a part of metal tube may be sufficient. Here, the heating temperature of the metal tube is preferably 600 to 1000 ° C.
本発明で用いる冷媒、すなわち、金型2の成形面あるいは後記する軸押装置3の成形面に形成した冷媒吐出口10から金属管1に対して吐出される冷媒としては、難燃性、腐食性から、水、多価アルコール類、多価アルコール類水溶液、ポリグリコール、引火点120℃以上の鉱物油、合成エステル、シリコンオイル、フッ素オイル、滴点120℃以上のグリース、鉱物油、合成エステルに界面活性剤を配合した水エマルションのいずれでもよく、これらの混合物を用いてもよい。
The refrigerant used in the present invention, that is, the refrigerant discharged to the
冷媒は、液体でも気体でもよい。冷媒として気体を用いる場合は、熱伝達係数が低いので、比較的加工の厳しくない場合や、マルテンサイト変態、ベイナイト変態させない場合に限られる。また、表面の酸化を避けるために活性の低い窒素、CO2、不活性ガスを用いることが望ましい。さらに、冷媒が気体である場合は、成形品や金型に付着して残ることがないので、不必要な汚れやさびなどを生じさせることが少ないという効果がある。 The refrigerant may be liquid or gas. When a gas is used as the refrigerant, the heat transfer coefficient is low, so that it is limited to cases where the processing is not relatively severe, or when martensitic transformation or bainite transformation is not performed. Also, it is desirable to use nitrogen, CO 2 , or inert gas with low activity in order to avoid surface oxidation. Further, when the refrigerant is a gas, it does not remain attached to the molded product or the mold, so that there is an effect that unnecessary dirt and rust are hardly generated.
図1〜6は、本発明に係る熱間プレス成形装置を説明するための透視図である。本発明に係る熱間プレス成形装置は、成形後、型締めしたままの金属管1の外面に向かって冷媒吐出するための複数の冷媒吐出口10を、図4〜5に示すように金型2の成形面に形成するのが望ましい。同様に図4〜5に示すように、金型2の内部には各冷媒吐出口10と連通する冷媒供給管11を形成するのが望ましい。
1 to 6 are perspective views for explaining a hot press forming apparatus according to the present invention. The hot press molding apparatus according to the present invention has a plurality of
冷媒吐出口10については、上型に形成しても下型に形成してもよいが、双方の成形面に形成することが望ましい。また、金属管1の長手方向全体をカバーできるように長手方向に沿って複数の冷媒吐出口を形成することが望ましい。さらには、金属管の外表面全体をカバーできるように金属管の外表面を覆うように、すなわち金属管の周方向にも複数の冷媒吐出口を形成することが望ましい。
The
このように、金型2の成形面に複数の冷媒吐出口10を形成し、金型の内部に各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管11を形成し、成形後に型締めしたまま金属管1の外面に向かって冷媒吐出口10から冷媒吐出を行えば、金属管の外面の高強度化を短時間で達成することができる。
すなわち、金型に冷媒吐出機構を有する本発明に係る熱間プレス成形装置によれば、被成形材たる金属管を高温に加熱した状態でプレス成形するため、材料強度の低下した金属管は、金型の成形面に沿って素直に変形し、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができる。そして、成形後は、金型からの冷媒吐出により急冷するので、スプリングバッグが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができる。なおかつ、型締めしたまま金属管を急冷するので生産性にも優れる。
In this way, a plurality of
That is, according to the hot press molding apparatus according to the present invention having a coolant discharge mechanism in the mold, the metal tube, which is a material to be molded, is press-molded in a state of being heated to a high temperature. It deforms straight along the molding surface of the mold and can be molded with excellent dimensional accuracy even if it has a complicated shape. And after shaping | molding, since it cools rapidly by the refrigerant | coolant discharge from a metal mold | die, a spring bag does not generate | occur | produce, it is excellent in shape freezing property, and it can improve the dimensional accuracy of a press product. In addition, since the metal tube is rapidly cooled while being clamped, the productivity is excellent.
図3〜5に示すように、金属管の成形態様の一つとして金型2の他に軸押装置3を用いて端部を拡管する場合があるが、この場合についても型締めしたまま金属管1の内面に向かって冷媒吐出するための複数の冷媒吐出口10を、図4に示すように軸押装置3の成形面に形成するのが望ましい。同様に図示しないが、軸押装置3の内部には各冷媒吐出口10と連通する冷媒供給管11を形成するのが望ましい。なお、軸押装置は、金属管の両端部に配置しても一方の端部に配置してもよい。
As shown in FIGS. 3 to 5, as one of the metal tube forming modes, there is a case where the end portion is expanded using the shaft
軸押装置3の成形面に形成する冷媒吐出口10としては、複数の冷媒吐出口から吐出した冷媒が金属管1の内面全体を冷却できるように、各々の冷媒吐出口10の冷媒吐出方向が異なるように形成するのが望ましい。換言すると、各々の冷媒吐出口の向きが互いに異なるように形成するのが望ましい。
As the
このように、軸押装置3の成形面に複数の冷媒吐出口10を形成し、軸押装置の内部に各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管11を形成し、型締めしたまま金属管1の内面に向かって冷媒吐出口から冷媒吐出を行えば、金属管の内面の高強度化を短時間で達成することができる。また、端部を拡管する際には、高温に加熱された金属管の材料強度が低下しているので、容易に端部の増肉加工を実施することができる。なおかつ、型締めしたまま金属管を急冷するので生産性にも優れる。
なお、図1は金属管1を金型2にセットしている状態を示す図、図2は型締めにて曲げ加工を実施している状態を示す図、図3は軸押装置3を用いて端部を拡管している状態を示す図、そして、図4は成形後に型締めしたまま金属管1の内面と外面に向かって双方の冷媒吐出口10から冷媒吐出している状態を示す図である。なお、図4においては、全てを図示すると煩雑となるので金型2の内部に形成する冷媒供給管11の一部、および軸押装置の内部に形成する冷媒供給管11の図示を省略している。
In this way, a plurality of
1 is a diagram showing a state in which the
加熱した金属管1を金型2と軸押装置3を用いてプレス成形する熱間プレス成形装置においては、上記の態様と異なり、軸押装置3の成形面にのみ複数の冷媒吐出口10を形成し、軸押装置3の内部にのみ各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管11を形成して、型締めしたまま金属管の内面のみに向かって冷媒吐出するようにしてもよい。この場合には、金属管の内面の高強度化を短時間で達成することができる。
In the hot press molding apparatus that press-molds the
ただし、加熱した金属管1を金型2と軸押装置3を用いてプレス成形する熱間プレス成形装置においては、金型2と軸押装置3の双方の成形面に複数の冷媒吐出口10を形成し、金型と軸押装置の双方の内部に各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管11を形成し、型締めしたまま金属管1の内面と外面に向かって双方の冷媒吐出口10から冷媒吐出を行えば、金属管全体の高強度化をより短時間に達成することができるので、この態様が望ましい。
しかし、この場合についても内面のみに冷媒吐出を行うか内面の冷媒速度を外面より大きくすれば内面の強度が外面より高くなり、外面のみに冷媒吐出を行うか外面の冷媒速度を内面より大きくすれば外面の強度が内面より高くなることは言うまでもない。
However, in a hot press molding apparatus that press-molds a
However, also in this case, if the refrigerant is discharged only on the inner surface or the refrigerant speed on the inner surface is made larger than the outer surface, the strength of the inner surface becomes higher than the outer surface, and the refrigerant is discharged only on the outer surface or the refrigerant velocity on the outer surface is made larger than the inner surface. Needless to say, the strength of the outer surface is higher than that of the inner surface.
冷媒吐出口10は複数形成することが望ましい。例えば、前記したように金属管の長手方向全体をカバーできるように長手方向に沿って複数の冷媒吐出口を形成し、金属管の外表面全体をカバーできるように金属管の外表面を覆うように複数の冷媒吐出口を形成しておけば、その全部の冷媒吐出口から冷媒吐出することにより、プレス成形品全体の強度を均一にすることができる。
一方、拡管加工した管端部や曲げ加工した部位、あるいは磨耗の激しい部位を高強度化する場合には、その部位に相当する一部の冷媒吐出口から冷媒吐出するようにすればよい。例えば、図5は曲げ加工した部位を高強度化した実施例であり、肉厚2mm、440MPaのAlめっき鋼管に対して曲げ加工と拡管加工を行い、図5に示すように曲げ加工した部位(A部)に相当する一部の冷媒吐出口から冷媒吐出した場合、成形品のA部が440Hvで、管端部(B部)が390Hvになったことを示している。
It is desirable to form a plurality of
On the other hand, in order to increase the strength of the pipe end portion, the bent portion, or the heavily worn portion, the refrigerant may be discharged from a part of the refrigerant discharge ports corresponding to the portion. For example, FIG. 5 shows an embodiment in which the bent portion is made stronger, and bending and expanding are performed on an Al-plated steel pipe having a wall thickness of 2 mm and 440 MPa, and the bent portion as shown in FIG. When the refrigerant is discharged from a part of the refrigerant discharge ports corresponding to (A part), the A part of the molded product is 440 Hv and the pipe end part (B part) is 390 Hv.
冷媒吐出口10およびこれに連通する冷媒供給管11は、ドリルによる機械的な穿孔や放電加工による穿孔によって形成することができる。なお、この場合の金型の材質としては、熱間強度の観点から熱間加工用のダイス鋼を用いるのが望ましい。
また、冷媒供給管は冷媒吐出口と連通していれば冷媒吐出機能を果たすため、冷媒吐出口や冷媒供給管を金型に穿孔する代わりに、金型内部から外表面に貫通する気孔を有する多孔質金属に冷媒供給管を接続してもよい。この場合には、肉厚方向に貫通する直径100μm〜1mm 、ピッチ100μm〜10mmの孔を複数有する多孔質金属を使用することが望ましい。
なお、このような多孔質金属は、粉末を成形後に焼結するか、金属を溶融させた後、温度制御により凝固組織の方向を一定にする一方向凝固によって製造することができる。
The
In addition, since the refrigerant supply pipe fulfills the refrigerant discharge function if it communicates with the refrigerant discharge port, it has pores penetrating from the inside of the mold to the outer surface instead of drilling the refrigerant discharge port and the refrigerant supply pipe in the mold. A refrigerant supply pipe may be connected to the porous metal. In this case, it is desirable to use a porous metal having a plurality of holes having a diameter of 100 μm to 1 mm and a pitch of 100 μm to 10 mm penetrating in the thickness direction.
Such a porous metal can be produced by unidirectional solidification in which the direction of the solidified structure is made constant by temperature control after sintering the powder after molding or by melting the metal.
冷媒供給管11には、図示しないが開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の3種類の弁を設けることが望ましい。開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の各機能について説明する。
一般に冷媒による冷却能力については熱伝達係数αを用いて表すことができ、当該熱伝達係数α、冷媒の吐出量Q、吐出流速U、吐出圧力Pおよび吐出時間Tとの関係は以下の式により表すことができる。なお、f、g、hは、それぞれ関数を表し、例えば、熱伝達係数αは冷媒の吐出量Qの関数として成立することを示す。
熱伝達係数α =f(冷媒の吐出量Q) ・・・ (1)
冷媒の吐出量Q =g(吐出流速U、吐出時間T) ・・・ (2)
吐出流速U =h(吐出圧力P) ・・・ (3)
Although not shown, the refrigerant supply pipe 11 is desirably provided with three types of valves, that is, an on-off valve, a flow rate adjustment valve, and a pressure adjustment valve. Each function of the on-off valve, the flow rate adjustment valve, and the pressure adjustment valve will be described.
In general, the cooling capacity by the refrigerant can be expressed using a heat transfer coefficient α, and the relationship between the heat transfer coefficient α, the refrigerant discharge amount Q, the discharge flow rate U, the discharge pressure P, and the discharge time T is expressed by the following equation. Can be represented. Note that f, g, and h represent functions, for example, that the heat transfer coefficient α is established as a function of the refrigerant discharge amount Q.
Heat transfer coefficient α = f (refrigerant discharge amount Q) (1)
Refrigerant discharge amount Q = g (discharge flow velocity U, discharge time T) (2)
Discharge flow rate U = h (discharge pressure P) (3)
上式より、冷媒供給管の開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の少なくとも1つの弁によって、冷媒の吐出量Q、吐出流速U、吐出圧力P、吐出時間T、および吐出タイミングから選択される1又は2以上のパラメータを制御でき、これにより前記熱伝達係数を制御することができる。
したがって、本発明においても、必ずしも開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の3種類の弁を設ける必要がなく、1つの弁によって当該機能を達成することができるのだが、開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の3種類の弁を設けることにより前記パラメータの制御が容易となるので、冷媒供給管には、開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の3種類の弁を設けることが望ましい。
From the above equation, the refrigerant discharge amount Q, the discharge flow rate U, the discharge pressure P, the discharge time T, and the discharge timing are selected by at least one of the on-off valve, the flow rate adjustment valve, and the pressure adjustment valve of the refrigerant supply pipe. One or more parameters can be controlled, thereby controlling the heat transfer coefficient.
Therefore, in the present invention, it is not always necessary to provide three types of valves, that is, an on-off valve, a flow rate adjusting valve, and a pressure adjusting valve, and the function can be achieved by one valve. Since the control of the parameters is facilitated by providing three types of valves, that is, a pressure regulating valve, it is desirable to provide three types of valves, an on-off valve, a flow rate regulating valve, and a pressure regulating valve, in the refrigerant supply pipe.
前記3種の弁、あるいは少なくとも1つの弁による冷媒の吐出量Q、吐出流速U、吐出圧力P、吐出時間T、および吐出タイミングから選択される1又は2以上のパラメータの制御、すなわち、冷媒吐出による熱伝達係数αの制御については、各冷媒吐出口毎に行うのが望ましい。これにより、複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出による熱伝達係数αを自在に可変できるので、金属管の強度を任意に制御することができる。
例えば、軸押装置の成形面に形成する複数の冷媒吐出口は、金属管の内面全体を冷却することを目的のひとつとしているが、軸押装置の成形面からの距離によって熱伝達係数αに差が生じないように、熱伝達係数αの制御を各冷媒吐出口毎に行うのが望ましい。
一方、金型の成形面に形成する複数の冷媒吐出口についてであるが、金属管の長手方向全体をカバーできるように長手方向に沿って複数の冷媒吐出口を形成し、金属管の外表面全体をカバーできるように金属管の外表面を覆うように複数の冷媒吐出口を形成し、全部の冷媒吐出口から冷媒を吐出して、金属管全体の強度を均一に高強度化するような場合には、冷媒吐出による熱伝達係数αの制御を各冷媒吐出口毎に行う必要がない。
Control of one or two or more parameters selected from the three types of valves, or at least one of the valves, the discharge amount Q of refrigerant, the discharge flow rate U, the discharge pressure P, the discharge time T, and the discharge timing, that is, refrigerant discharge The control of the heat transfer coefficient α by is desirably performed for each refrigerant outlet. As a result, the heat transfer coefficient α due to refrigerant discharge from the plurality of refrigerant discharge ports can be freely varied, so that the strength of the metal tube can be arbitrarily controlled.
For example, the plurality of refrigerant discharge ports formed on the molding surface of the shaft pushing device is one of the purposes for cooling the entire inner surface of the metal tube, but the heat transfer coefficient α depends on the distance from the molding surface of the shaft pushing device. It is desirable to control the heat transfer coefficient α for each refrigerant discharge port so as not to cause a difference.
On the other hand, regarding the plurality of refrigerant discharge ports formed on the molding surface of the mold, a plurality of refrigerant discharge ports are formed along the longitudinal direction so as to cover the entire longitudinal direction of the metal tube, and the outer surface of the metal tube A plurality of refrigerant discharge ports are formed so as to cover the outer surface of the metal tube so that the entire surface can be covered, and the refrigerant is discharged from all the refrigerant discharge ports to uniformly increase the strength of the entire metal tube. In this case, it is not necessary to control the heat transfer coefficient α by discharging the refrigerant for each refrigerant discharge port.
以上は、冷媒吐出口10と冷媒供給管11から構成される冷媒吐出機構について説明したが、金型または軸押装置の成形面に複数の冷媒回収口を形成し、金型または軸押装置の内部に冷媒回収口と連通する冷媒回収管を形成してもよい。これにより金属管の内面または外面に吐出した冷媒を効率よく回収することができる。さらには、冷媒回収管から真空発生装置等の吸引手段により冷媒を回収することにより冷却効率を向上させることができる。これは、気化しきれなかった冷媒は、金型または軸押装置の成形面に沿って、例えば、後記する突起部の底部に付着するか溜まって当該付着部等における冷却に寄与するが、付着したあるいは溜まったままの状態であると、新たに冷媒を吐出したときに当該付着部等における熱伝達係数αが冷媒が残存していないときと比較すると低下してしまうことに起因するものである。このため、冷媒吐出後においては、真空発生装置等の吸引手段により気化しきれなかった冷媒を回収することが望ましく、これにより冷却効率および熱伝達係数αの制御を向上させることができる。さらには、固着しきれなかったまたは潤滑の役目を終えて剥離した固体潤滑剤を効率よく回収することができる。
なお、冷媒回収口および冷媒回収管は、前記した冷媒吐出口10や冷媒供給管11と同様の方法により形成することができる。
The above is a description of the refrigerant discharge mechanism including the
The coolant recovery port and the coolant recovery tube can be formed by the same method as the
また、金型または軸押装置(以下、金型等と称する。)の成形面に複数の突起部を形成すれば、金型等と金属管との接触面積が減少し、プレス成形中の金型抜熱による金属管の過冷却を抑制することができるので、金型等の成形面に複数の突起部を形成することが望ましい。逆に金属管と冷媒との接触面積を増やすことにより、急冷させたい部分に多くの冷媒を接触させ、冷却速度を要求される通りに上げることができる効果も発生する。さらには、成形完了後に、冷媒を吐出した際には、突起部と金属管との間隙に冷媒を循環させることが容易になり、金型等と金属管との冷却効率を高めることができる。また、これだけでなく、金型等の熱歪を減少させ、加工精度を上げることができる。
また、金型等の成形面に複数の突起部を形成することにより、金型等と金属管との摺動部位に供給された潤滑液に含まれる固体潤滑剤が、金型等の成形面に固着しやすくなり成形性が向上する。
Further, if a plurality of protrusions are formed on the molding surface of a mold or a shaft pressing device (hereinafter referred to as a mold or the like), the contact area between the mold or the like and the metal tube is reduced, and the mold during press molding is reduced. Since overcooling of the metal tube due to heat removal from the mold can be suppressed, it is desirable to form a plurality of protrusions on the molding surface of a mold or the like. Conversely, by increasing the contact area between the metal tube and the refrigerant, there is an effect that a large amount of refrigerant can be brought into contact with the portion to be rapidly cooled, and the cooling rate can be increased as required. Furthermore, when the refrigerant is discharged after completion of molding, it becomes easy to circulate the refrigerant in the gap between the protrusion and the metal tube, and the cooling efficiency between the mold and the metal tube can be improved. In addition to this, it is possible to reduce the thermal distortion of the mold or the like and increase the processing accuracy.
In addition, by forming a plurality of protrusions on the molding surface of the mold or the like, the solid lubricant contained in the lubricating liquid supplied to the sliding portion between the mold or the like and the metal tube is formed on the molding surface of the mold or the like. It becomes easy to adhere to the film and the moldability is improved.
金型等の成形面に所定の間隔で形成する突起部の形状としては円柱状が望ましいが、その水平断面の形状としては、円状、多角形状、星型形状のいずれかであることが望ましく、また、垂直断面の形状は、長方形又は台形であることが望ましく、半球状でもよい。 The shape of the protrusions formed on the molding surface of the mold or the like at a predetermined interval is preferably a cylindrical shape, but the horizontal cross-sectional shape is preferably one of a circular shape, a polygonal shape, and a star shape. The shape of the vertical cross section is preferably rectangular or trapezoidal, and may be hemispherical.
突起部は、金型等の成形面の少なくとも一面に形成すれば前記効果を発揮することができるが、双方の成形面に形成してもよい。また、金型等の成形面の一部に設けても全面に設けてもよい。
なお、突起部は、その形状がプレス成形品に転写されて成形品の表面性状を害することがあるので、突起部周囲の金型部分を除去して窪みを形成するか、突起部形成位置における金型部分に突起部の高さと一致する深さの窪みを形成し、当該窪みに突起部を形成することが望ましい。
The projecting portion can exert the above-described effect if it is formed on at least one molding surface such as a mold, but it may be formed on both molding surfaces. Moreover, you may provide in a part of molding surfaces, such as a metal mold | die, or the whole surface.
In addition, since the shape of the protruding portion may be transferred to the press-molded product and harm the surface property of the molded product, the mold portion around the protruding portion may be removed to form a recess, or at the protruding portion forming position. It is desirable to form a recess having a depth that matches the height of the protrusion in the mold portion, and to form the protrusion in the recess.
突起部の面積率は、金型等の成形面の1〜90%であることが望ましい。1%未満では被成形材に突起部の形状が転写し易く、90%を超える場合は突起部の間隙が狭く、圧力損失が大きくなり冷媒が充填又は流動できないため冷却効率が低下する。また、供給された潤滑液が充填又は流動できないため、金型等と金属管との摺動部位に固形潤滑剤を固着させるのが困難となる。
突起部の水平断面形状が円状である場合には突起部の直径、多角形状又は星型形状である場合には突起部の外接円の直径が10μm〜5mmであることが望ましい。突起部の直径又は外接円の直径が10μm未満では突起部の摩耗が大きく、長期間にわたり効果を発揮することができず、5mmを超える場合は均一に冷却することができない。
The area ratio of the protrusions is desirably 1 to 90% of the molding surface of a mold or the like. If it is less than 1%, the shape of the protrusion is easily transferred to the material to be molded, and if it exceeds 90%, the gap between the protrusions is narrow, the pressure loss increases, and the refrigerant cannot be charged or flown, so that the cooling efficiency is lowered. Further, since the supplied lubricating liquid cannot be filled or flowed, it is difficult to fix the solid lubricant to the sliding portion between the mold and the metal tube.
When the horizontal cross-sectional shape of the protrusion is circular, the diameter of the protrusion is preferably 10 μm to 5 mm when the diameter of the protrusion is a polygonal shape or a star shape. When the diameter of the protrusion or the circumscribed circle is less than 10 μm, the wear of the protrusion is great, and the effect cannot be exhibited over a long period of time, and when it exceeds 5 mm, cooling cannot be performed uniformly.
突起部の高さは、5μm〜1mmであることが望ましい。突起部の高さが5μm未満では被成形材との隙間が小さすぎるため、金型等と金属管の間に冷媒または潤滑剤を循環させることが困難であり、1mmを越す場合は隙間が過大となり、冷媒の熱伝導による冷却速度が低下する。 As for the height of a projection part, it is desirable that they are 5 micrometers-1 mm. If the height of the protrusion is less than 5 μm, the gap with the material to be molded is too small, and it is difficult to circulate the coolant or lubricant between the mold or the like and the metal tube. If the height exceeds 1 mm, the gap is excessive. Thus, the cooling rate due to the heat conduction of the refrigerant decreases.
突起部は、電解加工、化学エッチング、放電加工、めっき法等によって形成することができる。
化学エッチングは、可視光硬化型感光性樹脂を金型表面に塗布、乾燥した後、可視光を遮断するマスクで被覆して可視光を照射し、照射部を硬化させ、硬化部以外の樹脂を有機溶剤により除去する方法である。例えば、塩化ナトリウム水溶液等のエッチング液に金型表面を1〜30分程度浸漬し、エッチングすればよい。突起部の直径又はピッチは可視光を遮断するマスクの形状によって適宜選択することが可能であり、突起部の高さはエッチング時間によって適宜調整することができる。
The protrusions can be formed by electrolytic processing, chemical etching, electric discharge processing, plating method, or the like.
In chemical etching, a visible light curable photosensitive resin is applied to the mold surface, dried, then covered with a mask that blocks visible light, irradiated with visible light, the irradiated part is cured, and a resin other than the cured part is applied. This is a method of removing with an organic solvent. For example, the mold surface may be immersed in an etching solution such as a sodium chloride aqueous solution for about 1 to 30 minutes and etched. The diameter or pitch of the protrusions can be appropriately selected depending on the shape of the mask that blocks visible light, and the height of the protrusions can be appropriately adjusted depending on the etching time.
放電加工は、目的とする突起部形状を反転させた凹部を表面パターンとして有する銅電極を金型に対向して設置し、電流ピーク値、パルス幅を変え、直流パルス電流を流す加工方法である。好ましい電流値は2〜100A、パルス幅は2〜1000μsecであり、金型材質、及び所望の突起部形状に応じて、適宜調整すればよい。
めっき法の場合、半球状突起部の直径を10μm以上とするため、めっきの厚みを10μm以上とすることが好ましく、上限は剥離を防止するため80μm以下とすることが望ましい。めっき層は、アルカリ脱脂し、めっき液中で金型を陽極として電解処理する電解エッチングを行った後、所定の浴温、電流密度で形成することができる。なお、クロムめっきの場合はクロムめっき液中で、電流密度1〜200A/dm2程度、浴温30〜60℃程度、NiWめっきの場合は、NiWめっき液中、電流密度1〜100A/dm2程度、浴温30〜80℃程度の条件にすれば、10〜80μmの厚みのめっき層を設けることができる。なお、半球状凸形状を有するめっき層を形成するには、例えば、電流密度を段階的に増加させた後、一定電流密度でめっきすればよい。
Electric discharge machining is a machining method in which a copper electrode having a concave portion in which a target protrusion shape is inverted as a surface pattern is placed facing a mold, a current peak value and a pulse width are changed, and a DC pulse current is passed. . A preferable current value is 2 to 100 A, a pulse width is 2 to 1000 μsec, and the current value may be appropriately adjusted according to the mold material and the desired protrusion shape.
In the case of the plating method, in order to make the diameter of the
本発明においては固体潤滑剤を用いることができる。固体潤滑剤としては、グラファイト、二硫化モリブデン、チタニア、硫化タングステン、雲母のいずれか1種または2種以上の混合物を用いることができる。このような固体潤滑剤を加工度の高い金属管の部位にあらかじめ固着させてから熱間プレス成形を開始すると、固体潤滑剤による潤滑効果、すなわち加工度の高い部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属管の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができ、プレス成形性を向上させることができる。 In the present invention, a solid lubricant can be used. As the solid lubricant, one or a mixture of two or more of graphite, molybdenum disulfide, titania, tungsten sulfide, and mica can be used. If such a solid lubricant is pre-fixed to a part of a metal tube with a high degree of processing and then hot press forming is started, the lubrication effect by the solid lubricant, that is, deformation concentration and frictional heat generation in a part with a high degree of processing is avoided As a result, local metal thinning, breakage, and scratching of the metal tube can be prevented, and press formability can be improved.
固体潤滑剤を金属管に固着させるタイミングとしては、プレス成形を開始する前、例えば、加熱した金属管を上型と下型の間にセットして位置決めを行った直後に固着させるのが望ましい。金属管を金型の間にセットして位置決めを行った段階においては、加熱した金属管が依然として高温状態にあるので、特段の処理を施すことなく極めて容易に金属管に固体潤滑剤を固着させることができる。すなわち、固体潤滑剤は金型等の成形面に固着して初めてその潤滑効果を発揮するところ、プレス成形を行うごとに作業者が固体潤滑剤を金型等に塗布して固着させる方法では作業時間が増大して、生産性が大きく低下する。また、作業時間を短縮すべく、あらかじめ金属管に固体潤滑剤を塗布し、これを加熱して固着させようとしても、固体潤滑剤や結合材の分解が生じてしまい、固体潤滑剤の機能を果たすことができない。あるいは、冷媒に固体潤滑剤を混ぜる方法では、固体潤滑剤が冷媒によって洗い流されてしまい固体潤滑剤の機能を果たすことができない。 As a timing for fixing the solid lubricant to the metal tube, it is desirable to fix the solid lubricant immediately after starting the press molding, for example, immediately after setting the heated metal tube between the upper die and the lower die. At the stage where the metal tube is set between the molds and positioned, the heated metal tube is still in a high temperature state, so that the solid lubricant can be fixed to the metal tube very easily without any special treatment. be able to. In other words, the solid lubricant exerts its lubricating effect only after it is fixed to the molding surface such as a mold. However, every time the press molding is performed, the operator applies the solid lubricant to the mold or the like to fix it. Time increases and productivity is greatly reduced. Also, in order to shorten the working time, applying a solid lubricant to a metal tube in advance and trying to fix it by heating will cause decomposition of the solid lubricant and binder, and the function of the solid lubricant will be reduced. I can't do it. Alternatively, in the method of mixing the solid lubricant with the refrigerant, the solid lubricant is washed away by the refrigerant and cannot function as a solid lubricant.
一方、金属管を金型の間にセットして位置決めを行った段階においては、加熱した金属管が依然として高温状態にあるので、このときに加工度の高い金属管の部位に固体潤滑剤を分散または溶解させた潤滑液を吐出すると、極めて容易に潤滑液に含まれる固体潤滑剤を金属管に固着させることができる。したがって、加熱した金属管を上型と下型の間にセットして位置決めを行い、次いで加工度の高い金属管の部位、すなわち金属管と金型との摺動の厳しい部位に、固体潤滑剤を分散または溶解させた潤滑液を吐出させ、当該潤滑液中に含まれる固体潤滑剤を固着させてからプレス成形を開始すると、生産性を阻害することなく、固体潤滑剤による潤滑効果、すなわち加工度の高い部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属管の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができる。 On the other hand, at the stage where the metal tube is set between the molds and positioned, the heated metal tube is still in a high temperature state. At this time, the solid lubricant is dispersed in the portion of the metal tube having a high degree of processing. Alternatively, when the dissolved lubricating liquid is discharged, the solid lubricant contained in the lubricating liquid can be fixed to the metal tube very easily. Therefore, the heated metal tube is positioned between the upper die and the lower die for positioning, and then the solid lubricant is applied to the portion of the metal tube having a high degree of processing, that is, the portion where the metal tube and the mold are slid severely. When the press molding is started after discharging the lubricant in which the lubricant is dispersed or dissolved and fixing the solid lubricant contained in the lubricant, the lubrication effect by the solid lubricant, i.e., processing, is prevented without hindering productivity. It is possible to avoid deformation concentration and frictional heat generation at a high degree of site, thereby preventing local thinning, breakage and scratching of the metal tube.
固体潤滑剤を金属管に固着させる方法については、前記したように所定の液体に固体潤滑剤と結合剤を分散または溶解させた潤滑液を、金型の成形面に形成した潤滑液供給口または潤滑液供給用スプレーノズルから塗布するのが望ましい。当該潤滑液を吐出またはスプレー塗布することにより、金属管の表面に均一に固体潤滑剤を固着させることができる。また、当該潤滑液供給口または潤滑液供給用スプレーノズルは潤滑液供給管と弁機構を通しているので、適量を適当な部位に供給することができる。さらに、供給するのがプレス加工の直前であるので、金属管に酸化ムラを生じさせないようにすることができる。その上、固体潤滑剤は金属管に即座に固着されるので、必要なときまでに冷媒によって洗い流されないで済むという効果も発生する。 As for the method of fixing the solid lubricant to the metal tube, as described above, the lubricating liquid supply port formed on the molding surface of the mold with the lubricating liquid in which the solid lubricant and the binder are dispersed or dissolved in the predetermined liquid, or It is desirable to apply from a spray nozzle for supplying a lubricating liquid. By discharging or spraying the lubricant, the solid lubricant can be uniformly fixed on the surface of the metal tube. Further, since the lubricating liquid supply port or the lubricating liquid supply spray nozzle passes through the lubricating liquid supply pipe and the valve mechanism, an appropriate amount can be supplied to an appropriate portion. Further, since the supply is performed immediately before the press working, it is possible to prevent the occurrence of uneven oxidation in the metal tube. In addition, since the solid lubricant is immediately fixed to the metal tube, there is an effect that the solid lubricant does not have to be washed away by the refrigerant until necessary.
また、加工度の高い部位における金属管の破裂や座屈を防止する方法として、図6に示すように、金属管1の長手方向にテンションを発生するためのクッション4やパット5を用いることも望ましい。この場合、クッション荷重は15tで、パット荷重は20tである。なお、図6(a)は金属管のセット時、(b)は成形後の状態を示す図である。
Further, as a method for preventing the metal tube from being ruptured or buckled at a high degree of processing, as shown in FIG. 6, a
次に、本発明の実施例1について説明するが、本実施例の条件は、本発明の実施可能性および顕著な効果を立証するために採用した一条件であり、本発明は、この一条件に限定されるものではない。 Next, Example 1 of the present invention will be described. The conditions of this example are one condition adopted to prove the feasibility and remarkable effect of the present invention, and the present invention is based on this one condition. It is not limited to.
図1に示すように下記材質のAlめっき鋼管を金型2にセットし、その後、図2に示すように型締めにて曲げ加工を実施し、次いで、図3に示すように2基の軸押装置3を用いて鋼管の両端部を拡管し、その直後に下記の冷却条件1〜5で成形品を冷却した。
鋼管サイズ :外径φ63.5mm × 板厚2.0mm × 長さ1000mm
鋼管材質 :STKM440(YS:390MPa,TS:450MPa,EL:40%)
管端拡管 :○→□(64×120) 型締め後2sec以内に完了
初期加熱温度:炉加熱950℃
金型 :冷媒吐出口+冷媒回収口(各々直径1mm/ピッチ10mm)
軸押装置×2:冷媒吐出口+冷媒回収口(各々直径1mm/ピッチ10mm)
冷却条件1 :金型と軸押装置から同時に冷媒吐出
冷却条件2 :金型からのみ冷媒吐出
冷却条件3 :軸押装置からのみ冷媒吐出
冷却条件4 :冷媒吐出無し(金型抜熱のみ)
冷却条件5 :水槽に浸漬して冷却
As shown in FIG. 1, an Al-plated steel pipe of the following material is set in the
Steel pipe size: Outer diameter φ63.5mm × Plate thickness 2.0mm × Length 1000mm
Steel pipe material: STKM440 (YS: 390 MPa, TS: 450 MPa, EL: 40%)
Tube end expansion: ○ → □ (64 × 120) Completed within 2 seconds after mold clamping Initial heating temperature: Furnace heating 950 ° C
Mold: Refrigerant outlet + Refrigerant recovery port (each 1mm in diameter / pitch 10mm)
Shaft pushing device x2: Refrigerant discharge port + Refrigerant recovery port (each 1mm in diameter / pitch 10mm)
Cooling condition 1: Simultaneously discharge refrigerant from mold and shaft pushing device Cooling condition 2: Discharge refrigerant only from die Cooling condition 3: Discharge refrigerant only from shaft pushing device Cooling condition 4: No refrigerant discharge (only heat removal from die)
Cooling condition 5: Immerse in a water bath and cool
以上の条件で曲げ加工、拡管、冷却したプレス成形した成形品の硬度、形状、および表面損傷の結果を表1に示す。
なお、形状の評価については、3次元非接触測定機で測定し、CADとの誤差が10%未満であれば◎、10%以上20%未満であれば○、20%以上30%未満であれば△、それ以外は×と評価した。
また、表面損傷の評価については、冷却条件5を基準として、より良好であれば◎、同等であれば○、劣位であれば×と評価した。
Table 1 shows the results of the hardness, shape, and surface damage of the molded product obtained by bending, expanding, and cooling press-molded under the above conditions.
For shape evaluation, if measured with a three-dimensional non-contact measuring machine and the error from CAD is less than 10%, ◎ if it is 10% or more and less than 20%, ○ or 20% or more and less than 30%. △, otherwise evaluated as x.
Regarding the evaluation of the surface damage, the
1 金属管 2 金型
3 軸押装置 4 クッション
5 パット
10 冷媒吐出口 11 冷媒供給管
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
型締めしたまま金属管の外面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。
In a hot press molding apparatus that press-molds a heated metal tube using a mold,
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the mold.
A hot press forming apparatus characterized in that the refrigerant is discharged from some or all of the plurality of refrigerant discharge ports toward the outer surface of the metal tube while being clamped.
前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
型締めしたまま金属管の内面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。
In a hot press molding apparatus for press-molding a heated metal tube using a mold and a shaft pressing device,
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pushing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the shaft pushing device,
A hot press forming apparatus, wherein a refrigerant is discharged from a part or all of a plurality of refrigerant discharge ports toward an inner surface of a metal tube while being clamped.
前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
型締めしたまま金属管の外面と内面のいずれか一方または双方に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。
In a hot press molding apparatus for press-molding a heated metal tube using a mold and a shaft pressing device,
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the mold.
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pushing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the shaft pushing device,
A hot press forming apparatus, wherein a refrigerant is discharged from a part or all of a plurality of refrigerant discharge ports toward one or both of an outer surface and an inner surface of a metal tube while being clamped.
4. A plurality of refrigerant recovery ports are formed on the molding surface of the mold, and a refrigerant recovery pipe communicating with each refrigerant recovery port is formed inside the mold. The hot press molding apparatus according to claim 1.
4. A plurality of refrigerant recovery ports are formed on a molding surface of the shaft pressing device, and a refrigerant recovery pipe communicating with each refrigerant recovery port is formed inside the shaft pressing device. The hot press molding apparatus described in 1.
前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
型締めしたまま金属管の外面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。
In the hot press molding method of press-molding a heated metal tube using a mold,
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the mold.
A hot press forming method characterized in that the refrigerant is discharged from some or all of the plurality of refrigerant discharge ports toward the outer surface of the metal tube while being clamped.
前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
型締めしたまま金属管の内面に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。
In a hot press molding method of press-molding a heated metal tube using a mold and a shaft pressing device,
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pushing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the shaft pushing device,
A hot press forming method, wherein the refrigerant is discharged from some or all of the plurality of refrigerant discharge ports toward the inner surface of the metal tube while being clamped.
前記金型の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、金型の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
前記軸押装置の成形面には複数の冷媒吐出口が形成され、軸押装置の内部には各冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が形成され、
型締めしたまま金属管の外面と内面のいずれか一方または双方に向かって複数の冷媒吐出口の一部または全部から冷媒吐出を行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。
In a hot press molding method of press-molding a heated metal tube using a mold and a shaft pressing device,
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the mold, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the mold.
A plurality of refrigerant discharge ports are formed on the molding surface of the shaft pushing device, and a refrigerant supply pipe communicating with each refrigerant discharge port is formed inside the shaft pushing device,
A hot press molding method characterized in that refrigerant discharge is performed from a part or all of a plurality of refrigerant discharge ports toward one or both of an outer surface and an inner surface of a metal tube while being clamped.
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