JP2013163209A - 熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法 - Google Patents

熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 アンダーカット部を有する高強度部材を得るための熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法を提供すること。
【解決手段】 熱間プレス成形装置100は、素材Wを第1の方向に加圧することにより、素材Wの一部W1を曲げるための外側パンチプレート123と、外側パンチプレート123により曲げられた部分W1の先端部をさらに曲げることにより第1の方向に対するアンダーカット部W23を成形する水平方向可動部130と、を備え、水平方向可動部130によりアンダーカット部W23を成形したときに、成形体Pの全面が、ワーク載置プレート113、外側パンチプレート123、傾斜方向可動プレート141および水平方向可動プレート131で拘束されているように構成されている。
【選択図】 図3F

Description

本発明は、熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法に関する。
熱間プレス成形に関する特許文献1は、鋼板をAC3点から融点までの温度範囲に加熱し、その後、加熱された鋼板をダイまたはしわ抑え部からなる固定部材に配置し、フェライト、パーライト、ベイナイト、およびマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で鋼板のプレス成形を開始し、成形後に急冷する熱間プレス成形方法を開示する。
冷間プレス成形に関する特許文献2は、板状をなし且つ端縁部が直角に曲げられた被加工材の直角折曲部の先端にアンダーカット部を成形する冷間プレス成形方法を開示する。特許文献2に記載の冷間プレス成形方法によれば、直角折曲部の基端部分における直角姿勢を保持した状態で、直角折曲部の先端縁を誘導手段に当接させて内側へ誘導することにより、直角折曲部の先端部分が曲げ変形される。曲げ変形された直角折曲部の先端縁がアンダーカット部を形成する。
冷間プレス成形に関する特許文献3は、平板状の素材を閉断面構造に成形する冷間プレス成形方法を開示する。特許文献3に記載の冷間プレス成形方法によれば、平板状の素材の幅方向中央部側をポンチとパッドで挟み込み、その状態で、一対のダイス間にポンチを押し込む。一対のダイス間へのポンチの押し込みによりポンチとパッドで挟んだ部分の両側の部分が対面するような状態に曲げ変形される。対面した部分の先端同士を接続することにより閉断面構造の成形体が成形される。
特開2005−262235号公報 特開平9−323124号公報 特開2010−247225号公報
(発明が解決しようとする課題)
特許文献1に記載された熱間プレス成形方法によれば、同軸配置された上型と下型が軸方向に作動することにより素材を曲げ変形するので、型の動作方向に対するアンダーカット部(負角部)を成形することができない。
特許文献2および3に記載された冷間プレス成形方法によれば、成形時に素材が拘束されていない。すなわち、成形時に素材の全面が金型に接触していない。例えば特許文献2によれば、アンダーカット部を成形するときに素材の座屈を利用しているため、アンダーカット部の成形時に曲げられた部分が拘束されていない。また、アンダーカット部の成形後には、曲げられた部分の片面は金型に接触しているが、他方の面は金型に接触していない。
同様に、特許文献3に記載された冷間プレス成形によれば、その図3(c)に示されるように、曲げ変形後において、閉断面形状の成形体の上半部が金型(ダイスやパンチ)に接触していない。また、閉断面形状の成形体の内周の全周に亘ってパンチが接触するようにパンチの大きさを設計しようとした場合、僅かな成形体の誤差により成形体がパンチに干渉して閉断面形状を形成することができない等の不具合が起こり得る。
一般的な熱間プレス(ホットプレス、ダイクエンチとも言う)成形は、加熱された素材を曲げ変形することにより成形する成形工程と、成形体を金型内で冷却する冷却工程を含む。金型内で成形体を冷却することにより、成形体の組織変態が引き起こされるとともに残留応力が除去される。このため熱間プレス成形により成形された成形体の強度は高い。ところが、特許文献2および3に記載の冷間プレス成形方法を熱間プレス成形方法に適用した場合、素材を曲げた後に素材が金型に接触していない部分(拘束されていない部分)が多いため、十分な冷却効果を得ることができない。そのため高強度部材を成形することができない。
本発明は、アンダーカット部を有する高強度部材を得るための熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段)
本発明は、加熱された平板状の素材からアンダーカット部を含む断面形状を有する成形体を熱間プレス成形するための熱間プレス成形装置であって、前記素材を第1の方向に加圧することにより前記素材を曲げるための一次曲げ成形用パンチと、前記一次曲げ成形用パンチにより曲げられた部分をさらに曲げることにより、素材を前記第1の方向に対するアンダーカット部を含む最終形状に成形する仕上げ用パンチと、を備え、前記仕上げ用パンチにより前記素材を前記最終形状に成形したときに、成形体の全面を拘束するように構成される、熱間プレス成形装置を提供する。
また、本発明は、加熱された平板状の素材からアンダーカット部を含む断面形状を有する成形体を熱間プレス成形する熱間プレス成形方法であって、第1の方向に作動する一次曲げ成形用パンチで前記素材を前記第1の方向に加圧することによって前記素材を曲げる一次曲げ工程と、前記一次曲げ工程により曲げられた部分をさらに曲げることにより、前記素材を前記第1の方向に対するアンダーカット部を含む最終形状に成形するとともに、成形体の全面を拘束する仕上げ成形工程と、前記最終形状に成形された成形体の全面を拘束した状態で成形体を冷却する冷却工程と、を含む、熱間プレス成形方法を提供する。
本発明によれば、熱間プレス成形により素材をアンダーカット部を含む最終形状に成形したときに、成形体の全面が拘束される。したがって、その後の冷却工程で、成形体の全面から熱が奪われることにより、成形体が急冷される。よって、成形体の組織変態が引き起こされるとともに残留応力が除去される。このため強度の高い熱間プレス成形体を製造することができる。
本発明において、「成形体の全面を拘束する」とは、熱間プレス成形装置内での成形体の冷却中に、成形体の表面が装置内のパンチやダイス等に接触し、成形体が動かないように接触面圧を受けている状態を表す。この場合、成形体の表面のほぼ全面が、装置内のパンチやダイス等に接触しているのがよい。また、本発明において、「アンダーカット部」とは、一次曲げ成形用パンチの動作方向に対する干渉部分である。したがって、一次曲げ成形用パンチの単独動作のみで成形体のアンダーカット部を成形することができない。
また、本発明の熱間プレス成形装置は、素材を載置する載置部をさらに備え、前記仕上げ用パンチにより前記素材を最終形状に成形したときに、前記素材が最終形状に成形されるまでに用いられたパンチ(一次曲げ成形用パンチおよび仕上げ用パンチを含む)および前記載置部が前記成形体の全面に接触することにより、前記成形体の全面を拘束するように構成されているのがよい。同様に、本発明の熱間プレス成形方法は、前記冷却工程において、成形体を最終形状に成形するまでに用いられたパンチおよび素材が載置された載置部が、成形体の全面に接触することにより成形体の全面を拘束した状態で、成形体を冷却するのがよい。
また、本発明の熱間プレス成形は、複数のパンチ(可動プレート)によって素材を徐々に折り曲げることによって、素材を最終形状に成形するのがよい。つまり、本発明の熱間プレス成形装置は、素材を載置する載置部と、載置部に載置された素材を徐々に折り曲げることによって最終形状に成形するための複数のパンチとを備えるのがよい。そして、素材を最終形状に成形したときに、載置部および複数のパンチが成形体の全面に接触することにより、成形体の全面を拘束するように構成されるのがよい。
この場合、素材を徐々に折り曲げるために用いられた複数のパンチは、異なる方向から素材を折り曲げるように構成されているとよい。すなわち複軸プレス成形によって、素材をアンダーカット部を有する最終形状に成形するように構成されているとよい。
第1実施形態に用いられる素材Wおよびその素材Wから成形される成形体Pを示す図である。 第1実施形態に係る熱間プレス成形装置の要部を示す概略断面図である。 第1実施形態に係るワークセット工程を示す図である。 第1実施形態に係るワーク押え工程を示す図である。 第1実施形態に係るハット曲げ工程を示す図である。 第1実施形態に係る鋭角曲げ工程を示す図である。 第1実施形態に係る鉛直曲げ工程を示す図である。 第1実施形態に係るアンダーカット部成形工程を示す図である。」 第1実施形態に係る型開き工程を示す図である。 第1実施形態に係る型開き工程を示す図である。 第1実施形態に係る成形品取り出し工程を示す図である。 ハット曲げ工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。 鋭角曲げ工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。 鉛直曲げ工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。 アンダーカット部成形工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。 第2実施形態に用いられる素材Wおよびその素材Wから成形される成形体Qを示す図である。 第2実施形態に係る熱間プレス成形装置の要部を示す概略断面図である。 第2実施形態に係るワークセット工程を示す図である。 第2実施形態に係る固定コア装着工程を示す図である。 第2実施形態に係るワーク押え工程を示す図である。 第2実施形態に係る予備曲げ工程を示す図である。 第2実施形態に係る戻し工程を示す図である。 第2実施形態に係る本曲げ工程を示す図である。 第2実施形態に係るアンダーカット部成形工程を示す図である。 第2実施形態に係る型開き工程を示す図である。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に用いられる素材Wおよびその素材Wから成形される成形体Pを示す図である。本実施形態では、図1に示すように平板状の素材Wから複雑な断面形状を有する成形体Pが熱間プレス成形される。この成形体Pは車両のアッパーシートレールである。成形体Pは、素材Wの平面とは異なる方向に曲げられた一次曲げ部P1と、一次曲げ部P1をさらに曲げることにより成形された二次曲げ部P2とを有する。二次曲げ部P2の先端部分は、図の上下方向に対するアンダーカット部である。本実施形態では、上下方向とは異なる方向に作動する可動体(可動プレート)を用いてアンダーカット部を含む断面形状を有する成形体Pがプレス成形される。
図2は、本実施形態に係る熱間プレス成形装置100の要部を示す概略断面図である。図2に示すように、熱間プレス成形装置100は、ダイス部110と、上下方向可動部120と、一対の水平方向可動部130,130と、一対の傾斜方向可動部140,140とを備える。図1に示す各構成は、図1の紙面に垂直な方向に沿って同一断面を有するように形成されている。
ダイス部110は、下側支持プレート111と、この下側支持プレート111の上方を向いた面(上面)に配置された一対の基台部112,112と、一対の基台部112,112間に配設されたワーク載置プレート113と、ワーク載置プレート113を図の上下方向に動作させるためのダイス駆動用シリンダ114とを備える。
下側支持プレート111は図示しない固定プレートに連結されている。また、下側支持プレート111の上面に載置された基台部112には、下方を向いた面(下面)112aと、外側面112bと、外側傾斜面112cと、内側傾斜面112dと、内側面112eとが形成される。下面112aが下側支持プレート111の上面に対面した状態で、基台部112が下側支持プレート111に固定される。外側面112bは下面112aの一方端側から上方に向けて形成され、内側面112eは下面112aの他方端側から上方に向けて形成される。外側面112bと内側面112eは平行である。
外側傾斜面112cと内側傾斜面112dにより基台部112の上面部分が形成される。外側傾斜面112cは外側面112bの上端から内側面112e側に向かって上方に傾斜するように形成され、内側傾斜面112dは内側面112eの上端から外側面112b側に向かって上方に傾斜するように形成される。外側傾斜面112cの長さが内側傾斜面112dの長さよりも長くなるように、両傾斜面が形成される。このような外形形状を有する一対の基台部112,112は、水平方向に所定の間隔を隔てて内側面112e同士が対面するように、下側支持プレート111上に配設される。
一対の基台部112,112間に配設されたワーク載置プレート113には、上方を向いた面(上面)113aと、第1鉛直面113bと、段差面113cと、第2鉛直面113dが形成される。上面113aの図において両側端部から第1鉛直面113bがそれぞれ鉛直下方に向けて形成される。第1鉛直面113bの下方に段差面113cが形成され、段差面113cの下方に第2鉛直面113dが形成される。
ワーク載置プレート113の水平方向長さ(幅)のうち、第1鉛直面113bが形成されている上方部分の幅は、第2鉛直面113dが形成されている下方部分の幅よりも短い。したがって段差面113cは、下方に向かうにつれて末広がりとなるように第1鉛直面113bと第2鉛直面113dとの間に曲面状に形成される。
ダイス駆動用シリンダ114は、ワーク載置プレート113に駆動力を伝達することができるように、ワーク載置プレート113に接続されている。ワーク載置プレート113は、ダイス駆動用シリンダ114の駆動力が伝達されたときに、一対の基台部112,112間を上下方向に動作する。
上下方向可動部120は、上側支持プレート121と、内側プレート122と、一対の外側パンチプレート123,123と、スプリング124とを有する。上側支持プレート121は図示しない可動プレートに連結しており、図において上下方向に移動可能に構成される。上側支持プレート121の下方を向いた面に一対の外側パンチプレート123,123およびスプリング124の一端が固定される。
外側パンチプレート123には図2に示すように、上面123aと、第1外側面123bと、傾斜面123cと、第2外側面123dと、凸面123eと、内側面123fが形成される。上面123aが上側支持プレート121の下面に対面した状態で、外側パンチプレート123が上側支持プレート121に固定される。上面123aの一方端から第1外側面123bが下方に向けて形成され、上面123aの他方端から内側面123fが下方に向けて形成される。
第1外側面123bの図において下端が傾斜面123cの上端に接続し、傾斜面123cの下端が第2外側面123dに接続し、第2外側面123dの下端が凸面123eに接続する。第1外側面123b、傾斜面123c、第2外側面123dおよび凸面123eにより、外側パンチプレート123の一方の側面(外側面)が形成される。また、内側面123fにより、外側パンチプレート123の他方の側面が形成される。内側面123fと、第1外側面123bと、第2外側面123dは、互いに平行に形成される。
傾斜面123cは、下方に向かうにつれて内側面123f側に近づくように傾斜している。傾斜面123cは平面でも曲面でもよい。凸面123eは第2外側面123dの下端部から隆起するように形成される。凸面123eにより外側パンチプレート123の先端(下端)が形成される。このような形状を有する一対の外側パンチプレート123、123は、水平方向に所定の間隔を隔てて内側面123f同士が対面するように、上側支持プレート121の下面に配設される。
スプリング124は、一対の外側パンチプレート123,123の間に配設される。スプリング124の他端側に内側プレート122の一端が連結される。図2からわかるように内側プレート122は一対の外側パンチプレート123,123に挟まれるように、両者の間に配設される。内側プレート122はスプリング124を介して上側支持プレート121に吊り下げられるように構成される。内側プレート122の重力とスプリング124の弾性力が釣り合った状態であるときは、図2に示すように、内側プレート122の先端面(下面)が、外側パンチプレート123の先端(下端)よりも下方に位置する。
また、図2に示すように、内側プレート122の鉛直軸の水平方向位置と、ダイス部110のワーク載置プレート113の鉛直軸の水平方向位置が一致するように、上下方向可動部120がダイス部110に対して配置されている。したがって、内側プレート122の下面がワーク載置プレート113の上面113aに対面する。また、内側プレート122は、その水平方向長さ(幅)がワーク載置プレート113の上面113aの水平方向長さ(幅)よりも僅かに長くなるように形成されている。
一対の水平方向可動部130,130は、ワーク載置プレート113を挟んで左右に対向配置される。水平方向可動部130は、水平方向可動プレート131および水平方向駆動シリンダ132を備える。水平方向可動プレート131は、図2に示すように水平方向に長細い矩形状の断面形状を有し、図の水平方向に移動し得るように構成される。水平方向可動プレート131の先端面(ワーク載置プレート113に面する端面)と下面との間に傾斜面131aが形成されている。傾斜面131aは、水平方向可動プレート131の先端面から下方に向かうにつれてワーク載置プレート113から遠ざかるように傾斜しており、水平方向可動プレート131の先端面の下端を面取りしたように形成される。
水平方向駆動シリンダ132は、水平方向可動プレート131に駆動力を伝達することができるように水平方向可動プレート131に接続されている。水平方向可動プレート131は、水平方向駆動シリンダ132の駆動力が伝達されたときに、図の水平方向に動作する。
一対の傾斜方向可動部140,140は、一対の基台部112,112を挟んで左右に対向配置される。また、一対の傾斜方向可動部140,140は、一対の水平方向可動部130,130の下方に配置される。傾斜方向可動部140は、傾斜方向可動プレート141および傾斜方向駆動シリンダ142を備える。
傾斜方向可動プレート141は細長い略矩形状の断面形状を有し、その下面141aのうち先端側(ワーク載置プレート113に近い側)の部分が基台部112の外側傾斜面112cに乗り上げるように、傾斜して装置内に配設されている。傾斜方向駆動シリンダ142は、傾斜方向可動プレート141に駆動力を伝達することができるように傾斜方向可動プレート141に接続されている。傾斜方向可動プレート141は、傾斜方向駆動シリンダ142の駆動力が伝達されたときに、その下面141aが基台部112の外側傾斜面112cに乗り上げた状態を維持したまま、外側傾斜面112cの傾斜方向に動作する。
また、傾斜方向可動プレート141の先端側に鉛直面141bが形成されている。鉛直面141bは、下面141aの先端から鉛直上方に形成される。この鉛直面141bの上端から水平方向に水平面141cが形成されている。
ダイス駆動用シリンダ114、水平方向駆動シリンダ132,132、傾斜方向駆動シリンダ142,142の駆動は、それぞれ図示しない制御装置によって制御される。この場合において、2つの水平方向駆動シリンダ132,132は連動するように駆動制御され、2つの傾斜方向駆動シリンダ142,142は連動するように駆動制御される。
上記構成を備える熱間プレス成形装置100において、平板状の素材Wから成形体Pを成形するまでの工程を説明する。図3A〜図3Iは、熱間プレス成形装置100を用いて素材Wから成形体Pを成形するまでの各工程を示す図である。
(ワークセット工程)
まず、図3Aに示すように、ワーク載置プレート113の上面113aに、例えばマルテンサイト変態温度よりも高いA3C点以上に加熱された素材Wを載置する。この場合において、ワーク載置プレート113の上面113aは、素材Wが位置決めされるような形状に構成されていてもよい。
(ワーク押え工程)
次いで、上側支持プレート121を下降させる。これにより上下方向可動部120が全体的に下降する。そして、図3Bに示すように内側プレート122の先端面(下面)が素材Wの上面に接触する。このため素材Wがワーク載置プレート113の上面と内側プレート122の先端面とに挟まれて、素材Wの動きが規制される。
(ハット曲げ工程)
さらに上側支持プレート121を下降させる。この場合において、ワーク載置プレート113の上下方向位置が変化しないように、図3Cでは図示しないダイス駆動用シリンダ114が駆動力を発生している。このため素材Wを介してワーク載置プレート113に対面している内側プレート122の上下方向位置も変化しない。その結果、図3Cに示すように上側支持プレート121及び外側パンチプレート123が内側プレート122に対して相対的に下降するとともに、内側プレート122に連結したスプリング124が圧縮される。
外側パンチプレート123が所定量下降すると、やがて外側パンチプレート123の先端部を構成する凸面123eが素材Wに接触する。凸面123eが素材Wに接触してからさらに外側パンチプレート123が下降すると、素材Wのうちワーク載置プレート113に載置されている部分よりも外側の部分W1が、外側パンチプレート123により下方に加圧される。これにより部分W1が、ワーク載置プレート113の第1鉛直面113bに沿うように鉛直下方に折り曲げられる。また、鉛直下方に折り曲げられた部分の中間部位が、外側パンチプレート123の凸面123eとワーク載置プレート113の段差面113cとの間に挟まれるとともに段差面113cに沿って水平方向に曲げ変形される。これにより、図3Cに示すように素材Wが断面ハット状に曲げ変形される。
図4は、ハット曲げ工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。図4に示すように、素材Wの中央部分W0が内側プレート122の下面とワーク載置プレート113の上面に接触し、これらの面でその動きが拘束されている。また、素材Wの中央部分W0に続く部分であって鉛直下方に折り曲げられた部分W1が、ワーク載置プレート113の第1鉛直面113bと外側パンチプレート123の内側面123fに接触し、これらの面でその動きが拘束されている。素材Wの鉛直下方に折り曲げられた部分W1に続く部分W2は、外側パンチプレート123の凸面123eとワーク載置プレート113の段差面113cとの間に狭着されることにより、段差面113cに沿うように水平方向に折り曲げられている。
(鋭角曲げ工程)
図3Cに示した状態からさらに上側支持プレート121を下降させるとともに、上側支持プレート121の下降速度と同じ速度でワーク載置プレート113が下降するように、ダイス駆動用シリンダ114の駆動を制御する。すると、ハット状に曲げられた素材Wが内側プレート122、外側パンチプレート123およびワーク載置プレート113により拘束された状態を維持したまま、これらが一体的に下方移動する。ワーク載置プレート113の段差面113cの上下方向位置が基台部112の内側傾斜面112dの上下方向位置と一致する位置(正確には段差面113cの下端の上下方向位置が内側傾斜面112dの下端の上下方向位置と一致する位置)に達したときに、これらの下降を停止させる。この位置まで素材Wを下降させた場合、素材Wが内側傾斜面112dに接触し、内側傾斜面112dから押圧力を受ける。斯かる押圧力によって、図3Dに示すように、素材Wの水平方向に曲げられた部分(W2)が上方に向かって傾斜するように、つまり鋭角状に曲げられる。
図5は、鋭角曲げ工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。図5に示すように、素材Wの水平方向に曲げられた部分W2の根元部分(部分W1に近い部分)が基台部112の内側傾斜面112dに下方から押圧されることにより、部分W2が内側傾斜面112dに沿って、部分W1とのなす角が鋭角となるように曲げられる。このとき部分W2の根元部分である部分W21は、ワーク載置プレート113の段差面113cと、基台部112の内側傾斜面112dと、外側パンチプレート123の凸面123eに接触し、これらの面でその動きが拘束されている。また、外側パンチプレート123の凸面123eへの素材Wの接触面圧が所定の面圧となるように、外側パンチプレート123の加圧力が制御されている。
(鉛直曲げ工程)
次に、傾斜方向可動プレート141をワーク載置プレート113に近づくように斜め上方に移動させる。このとき一対の傾斜方向可動プレート141,141が同時に同速度で移動するように、それぞれの傾斜方向駆動シリンダ142,142を駆動制御するとよい。すると、傾斜方向可動プレート141が基台部112の外側傾斜面112cを駆け上がるように斜め上方に移動する。傾斜方向可動プレート141の鉛直面141bの水平方向位置が基台部112の外側傾斜面112cと内側傾斜面112dとの境界位置にほぼ等しい位置に達したときに、傾斜方向可動プレート141の移動を停止させる。このとき傾斜方向可動プレート141の水平面141cが、水平方向可動プレート131の下面側に当接する。このような傾斜方向可動プレート141の動作によって、素材Wが傾斜方向可動プレート141の鉛直面141bに接触し、鉛直面141bから押圧力を受ける。斯かる押圧力によって、図3Eに示すように、素材Wの鋭角状に曲げられた部分(W2)の一部が鉛直状に反りかえるように曲げられる。
図6は、鉛直曲げ工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。図6に示すように、素材Wの鋭角状に曲げられた部分W2のうち、先端側の部分W22が傾斜方向可動プレート141の鉛直面141bに沿って直立するように鉛直状に曲げられる。また、鉛直状に曲げられた部分W22は、傾斜方向可動プレート141の鉛直面141bと外側パンチプレート123の凸面123eに接触し、これらの面によりその動きが拘束される。さらに、傾斜方向可動プレート141の鉛直面141bへの素材Wの接触面圧が所定の面圧となるように、傾斜方向駆動シリンダ142の駆動力が制御されている。
(アンダーカット部成形工程)
次いで、水平方向可動プレート131をワーク載置プレート113に近づく方向に移動させる。このとき一対の水平方向可動プレート131,131が同時に同速度で移動するように、それぞれの水平方向駆動シリンダ132,132を駆動制御するとよい。すると、水平方向可動プレート131がワーク載置プレート113に向かって傾斜方向可動プレート141の水平面141c上をスライドするように移動する。水平方向可動プレート131の傾斜面131aの下端部の水平方向位置が傾斜方向可動プレート141の鉛直面141bの水平方向位置とほぼ等しい位置に達したときに、水平方向可動プレート131の移動を停止させる。このような水平方向可動プレート131の動作によって、素材Wが水平方向可動プレート131の傾斜面131aに接触し、傾斜面131aから押圧力を受ける。斯かる押圧力によって、図3Fに示すように、素材Wの鉛直状に曲げられた部分(W22)の一部が、折り返されるように曲げられる。
図7は、アンダーカット部成形工程における素材Wの加工状態を詳細に示す断面図である。図7に示すように、素材Wの鉛直状に曲げられた部分W22の先端側の部分が水平方向可動プレート131の傾斜面131aに沿って、折り返されるように曲げられる。折り返されるように曲げられた部分W23が、外側パンチプレート123の移動方向(加圧方向)に対するアンダーカット部を形成する。アンダーカット部W23は、水平方向可動プレート131の傾斜面131aと外側パンチプレート123の凸面123eにより拘束される。この場合、水平方向可動プレート131の傾斜面131aへの素材Wの接触面圧が所定の面圧となるように、水平方向駆動シリンダ132の駆動力が制御されている。アンダーカット部W23が、図2に示す成形体Pのアンダーカット部を構成する。アンダーカット部成形工程にて、素材Wがアンダーカット部を含む最終形状の成形体Pに成形される。
(冷却工程)
図3Fに示した状態を所定時間(例えば10秒)維持する。これにより成形体Pの熱が、ワーク載置プレート113、基台部112、外側パンチプレート123、傾斜方向可動プレート141および水平方向可動プレート131に伝達されて、成形体Pが冷却される。この場合において、図3Fからわかるように、素材Wから成形体Pを成形するまでに折り曲げられた部分(部分W1,W21,W22,W23)を含む、成形体Pのほぼ全面が、ワーク載置プレート113、基台部112、外側パンチプレート123、傾斜方向可動プレート141および水平方向可動プレート131に接触している。換言すれば、熱間プレス成形装置100による成形体Pの最終形状の成形時(アンダーカット部成形工程完了時)に、成形体Pの最終形状を成形するまでに用いられた部分(ワーク載置プレート113、基台部112、外側パンチプレート123、傾斜方向可動プレート141および水平方向可動プレート131)に囲まれた空間により成形体Pの外形形状が形成されるとともに、これらの部分によって成形体Pの全面が接触面圧を受けて拘束される。このため、成形体Pの全面から一様に熱が奪われて急冷される。斯かる急冷により残留応力が除去されるとともに成形体Pが焼き入れされて強度が増加する。また一様に急冷されるので、局部的な冷却勾配の発生に起因する割れや変形を防止することもできる。
(型開き工程)
図3Fに示した状態を所定時間維持した後に、図3Gに示すように傾斜方向可動プレート141および水平方向可動プレート131をワーク載置プレート113から遠ざかる方向に移動させる。次いで、図3Hに示すように、上側支持プレート121を上昇させる。これにより成形体Pがワーク載置プレート113から離型され、外側パンチプレート123および内側プレート122とともに上方移動する。
(成形体取り出し工程)
次いで、外側パンチプレート123とともに上方移動した成形体Pを取り外す。この場合において、成形体Pは、図3Hの紙面に垂直な方向に沿って外側パンチプレート123から抜き取られる。外側パンチプレート123から成形体Pが抜き取られると、スプリング124の伸長力により内側プレート122が外側パンチプレート123に対して下方移動する。そして、図3Iに示すように熱間プレス成形装置100の状態が初期状態(図3Aに示す状態)に復帰する。
以上のように、本実施形態の熱間プレス成形装置100は、加熱された平板状の素材Wからアンダーカット部を含む断面形状を有する成形体Pを熱間プレス成形するための熱間プレス成形装置であって、素材Wを第1の方向(図2の下方向)に加圧することにより、素材Wの部分W1を曲げるための一次曲げ成形用パンチである外側パンチプレート123と、外側パンチプレート123により曲げられた部分W1の先端部をさらに曲げることにより、素材Wを第1の方向に対するアンダーカット部W23を含む最終形状に成形する仕上げ用パンチ(ワーク載置プレート113、基段部112、傾斜方向可動部140および水平方向可動部130)と、を備え、水平方向可動部130により素材Wをアンダーカット部W23を含む最終形状に成形したときに、成形体Pの全面が、ワーク載置プレート113、外側パンチプレート123、基台部112、傾斜方向可動プレート141および水平方向可動プレート131で拘束されているように構成されている。
また、本実施形態で示した熱間プレス成形方法は、加熱された平板状の素材Wからアンダーカット形状を含む断面形状を有する成形体Pを熱間プレス成形する熱間プレス成形方法であって、第1の方向(図2の下方向)に作動する外側パンチプレート123で素材Wを第1の方向に加圧することによって素材Wを曲げる一次曲げ工程であるハット曲げ工程と、ハット曲げ工程により曲げられた部分W1の先端部分W2をさらに曲げることにより、素材Wを第1の方向に対するアンダーカット部W23を含む最終形状の成形体Pに成形するとともに、成形体Pの全面を、ワーク載置プレート113、基段部112、傾斜方向可動部140および水平方向可動部130で拘束するアンダーカット部成形工程と、最終形状の成形体Pの全面を拘束した状態で冷却する冷却工程と、を含む。
本実施形態の熱間プレス成形によれば、素材Wがアンダーカット部を含む最終形状に成形されたときに、成形体Pの全面が拘束されている。したがって、その後の冷却工程で、成形体Pの全面から熱が奪われることにより、成形体Pが急冷される。よって、成形体Pが焼き入れ(組織変態)させられるとともに成形体P残留内の応力が除去される。このため強度の高い熱間プレス成形品を製造することができる。
また、本実施形態の熱間プレス成形装置100は、素材Wを載置するワーク載置プレート113を備える。また、素材Wが最終形状に成形されるまでに用いられたパンチ部品(外側パンチプレート123、基台部112、傾斜方向可動プレート141、水平方向可動プレート131)が、それぞれのパンチによる曲げ成形時に素材Wに接触した状態を維持している。このため、素材Wが最終形状に成形されたときには、それまでに用いられたパンチ部品およびワーク載置プレート113が成形体Pの全面に接触することにより、成形体Pの全面が拘束されている。このため素材Wの形状成形完了後(アンダーカット部成形工程後)に速やかに成形体Pを冷却することができる。
また、本実施形態によれば、ワーク載置プレート113に載置された素材Wが、各々の動作が独立した複数のパンチ(外側パンチプレート123、基台部112、傾斜方向可動プレート141、水平方向可動プレート131)によって徐々に折り曲げられる。複数のパンチを用いて成形することにより、複雑な断面を有する部品を高精度に成形することができる。また、素材Wを徐々に折り曲げるために用いられる複数のパンチ(外側パンチプレート123、傾斜方向可動プレート141、水平方向可動プレート131)は、それぞれ異なる方向から素材Wを折り曲げるように構成される。つまり、複軸プレス成形によって素材Wがアンダーカット部を含む最終形状に成形される。このような複軸プレス成形によりアンダーカット部を有する成形体Pを成形することにより、より複雑な断面形状を有する部品を成形することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。図8は、本実施形態に用いられる素材Wおよびその素材Wから成形される成形体Qを示す図である。本実施形態では、図8に示すように平板状の素材Wから複雑な断面形状を有する成形体Qが熱間プレス成形される。この成形体Qは車両のロアシートレールである。成形体Qは、素材Wの両側部分を鉛直方向に曲げた一次曲げ部Q1と、一次曲げ部Q1から内方側に折り曲げた二次曲げ部Q2とを有する。二次曲げ部Q2は、図の上下方向に対するアンダーカット部を構成する。本実施形態では上下方向に独立して作動する複数の可動体(可動プレート)を用いて、アンダーカット部を有する成形体Qがプレス成形される。
図9は、本実施形態に係る熱間プレス成形装置200の要部を示す概略断面図である。図9に示すように、熱間プレス成形装置200は、ダイス部210と、上側可動部220と、下側可動部230と、固定コア240とを有する。図9に示す各構成は、図9の紙面に垂直な方向に沿って同一断面を有するように形成されている。
ダイス部210は、ワーク載置プレート211と、一対の外側ダイスプレート212,212と、ダイス駆動用シリンダ213とを有する。ワーク載置プレート211は断面矩形状を呈する。このワーク載置プレート211の図において上方を向いた面(上面)211aに素材Wが載置される。一対の外側ダイスプレート212,212はワーク載置プレート211に隣接するように、ワーク載置プレート211の両側面に対向配置する。各外側ダイスプレート212には、ワーク載置プレート211の側面に対面する面(内側面)212aと、内側面212aと反対側の面(外側面)212bと、図において上方を向いた面(上面)212cと、傾斜面212dが形成されている。傾斜面212dは、上面212cから内側面212aにかけて下方に傾斜するように曲面状に形成される。なお、一対の外側ダイスプレート212,212は、図示しないプレート上に固定されている。また、ダイス駆動用シリンダ213は、ワーク載置プレート211に駆動力を伝達することができるように、ワーク載置プレート211に接続されている。ワーク載置プレート211は、ダイス駆動用シリンダ213の駆動力を受けて、一対の外側ダイスプレート212,212間を上下方向に移動し得るように構成される。
上側可動部220はダイス部210の上方に配置されている。上側可動部220は、内側パンチプレート221と、一対の押えプレート222,222と、パンチプレート駆動用シリンダ223と、押えプレート駆動用シリンダ224,224とを備える。内側パンチプレート221の下方を向いた面には、下方に突出する凸部221aが形成されている。凸部221aの図において両側には、上方に窪んだ凹面221b,221bが形成されている。パンチプレート駆動用シリンダ223は、内側パンチプレート221に駆動力を伝達することができるように、内側パンチプレート221に接続されている。内側パンチプレート221は、パンチプレート駆動用シリンダ223の駆動力を受けて上下方向に移動し得るように構成される。
一対の押えプレート222,222は、内側パンチプレート221に隣接するように、内側パンチプレート221の両側に対向配置している。押えプレート駆動用シリンダ224,224は、押えプレート222に駆動力を伝達することができるように、それぞれの押えプレート222に接続されている。それぞれの押えプレート222は、押えプレート駆動用シリンダ224の駆動力を受けて上下方向に移動し得るように構成される。
上側可動部220は、その内側パンチプレート221の凸部221aの下面がワーク載置プレート211の上面211aに面し、一対の押えプレート222,222の下面がそれぞれ一対の外側ダイスプレート212,212の上面212c,212cに面するように、ダイス部210に対して配置される。なお、一対の押えプレート222,222の外側面222a,222a間の水平方向長さが、一対の外側ダイスプレート212,212の外側面212b,212b間の水平方向長さよりも僅かに短くなるように構成される。
下側可動部230,230は、一対の下側可動プレート231,231と、下側プレート駆動用シリンダ232,232を備える。図9に示すように一対の下側可動プレート231,231は、それぞれ一対の外側ダイスプレート212,212に隣接して配置される。一対の下側可動プレート231,231は、上方を向いた面(上面)231aと、外側ダイスプレート212の外側面212bに面する面(内側面)231bを有し、図に示すように一対の外側ダイスプレート212,212およびワーク載置プレート211を挟んで対向配置している。下側プレート駆動用シリンダ232,232は、それぞれの下側可動プレート231に駆動力を伝達することができるように、それぞれの下側可動プレート231に接続されている。それぞれの下側可動プレート231は、下側プレート駆動用シリンダ232の駆動力を受けて上下方向に移動し得るように構成される。
固定コア240は、ダイス部210のワーク載置プレート211と上側可動部220の内側パンチプレート221との間に配設される。固定コア240は、図において水平方向に延びた部分(水平部分)241と、水平部分241の両側からそれぞれ上方に延びた部分(鉛直部分)242を有し、その断面形状が図9に示すように略U字形状である。鉛直部分242の外側を向いた面(外側面)242aの断面形状は外側ダイスプレート212の傾斜面212dの断面形状に一致し、上側を向いた面(上面)242bの断面形状は上側可動部220の内側パンチプレート221に形成されている凹面221bの断面形状に一致する。
また、図9に示すように、この熱間プレス成形装置200の各構成の位置が初期位置であるときには、ダイス部210のワーク載置プレート211の上面211aおよび一対の外側ダイスプレート212,212の上面212c,212c、ならびに下側可動部230の一対の下側可動プレート231,231の上面231a,231aの上下方向位置が一致するするように、各プレートが配設されている。
また、ダイス駆動用シリンダ213、パンチプレート駆動用シリンダ223、押えプレート駆動用シリンダ224,224、下側プレート駆動用シリンダ232,232の駆動は、それぞれ図示しない制御装置によって制御される。この場合において、2つの押えプレート駆動用シリンダ224,224は連動するように駆動制御され、2つの下側プレート駆動用シリンダ232,232は連動するように駆動制御される。
上記構成を備える熱間プレス成形装置200において、図8に示すように平板状の素材Wから成形体Qを成形するまでの工程を説明する。図10A〜図10Hは、熱間プレス成形装置200を用いて素材Wから成形体Qを成形するまでの各工程を示す図である。
(ワークセット工程)
まず、図10Aに示すように、ワーク載置プレート211の上面211aに、加熱した平板状の素材Wを載置する。素材Wは、一対の外側ダイスプレート212,212の上面212c,212cおよび一対の下側可動プレート231,231の上面231a,231aにも延びるように、ワーク載置プレート211に載置される。なお、この時点では固定コア240はワーク載置プレート211に装着されていない。
(固定コア装着工程)
次いで、図10Bに示すように、素材Wが載置されたワーク載置プレート211の上面211aに固定コア240を装着する。このとき固定コア240の水平部分241の下面がワーク載置プレート211に載置された素材Wの上面に接触し、且つ、固定コア240の鉛直部分242の上面242bが内側パンチプレート221に形成されている凹面221bに対面するように、固定コア240を装着する。この固定コア240はボルト等の締結部材によりワーク載置プレート211の上面に素材Wとともに固定されてもよい。これにより素材Wの中央の部分W0が、固定コア240とワーク載置プレート211とに挟まれる。
(ワーク押え工程)
次に、図10Cに示すように、一対の押えプレート222,222を下降させる。これにより素材Wが押えプレート222の下面と外側ダイスプレート212の上面212cとの間に挟まれる。
(予備曲げ工程)
その後、図10Dに示すように、一対の下側可動プレート231,231を上昇させる。これにより、素材Wの両側部分(下側可動プレート231の上面231aに載置されている部分)W2が下側可動プレート231と押えプレート222との間に挟まれるようにして鉛直上方に曲げられる。このとき素材Wのうち一対の押えプレート222で押えられている部分よりも内側の部分は曲げられない。したがって、この一次曲げ工程にて素材Wの断面形状がU字状に成形される。
(戻し工程)
予備曲げ工程にて素材Wの両側部分W2が鉛直上方に曲げられた後に、図10Eに示すように、一対の下側可動プレート231,231を下降させて初期位置に戻すとともに、一対の押えプレート222,222を上昇させて初期位置に戻す。
(本曲げ工程)
次いで、図10Fに示すように、ダイス部210のワーク載置プレート211を所定の位置まで下降移動させ、その後、下降を停止させる。ワーク載置プレート211の下方移動に伴い、ワーク載置プレート211に装着された固定コア240も下方移動する。固定コア240の下方移動によって、素材Wのうち固定コア240とワーク載置プレート211とに挟まれている部分W0が下降する。一方、素材Wのうち部分W2の内側の部分であって外側ダイスプレート212の上面212c上に載置された部分W1は、固定コア240の下降に対する外側ダイスプレート212の相対的な上昇によって上方に曲げられるとともに、固定コア240の鉛直部分242の外側面242aと一対の外側ダイスプレート212の傾斜面212dとの間に挟み込まれる。挟み込まれた部分は固定コア240と外側ダイスプレート212に接触するとともに、所定の接触面圧で拘束される。また、このようにして部分W1が曲げられた結果、部分W1の外側に位置する部分W2は図10Fに示すようにさらに内側に向くように曲げられる。
(アンダーカット部成形工程)
次に、内側パンチプレート221を所定の位置まで下降させ、内側パンチプレート221の凸部221aを固定コア240の水平部分241と鉛直部分242,242とで囲まれた凹部に進入させる。その後、下降を停止させる。内側パンチプレート221の下方への移動によって、素材Wの部分W2が内側パンチプレート221の凹面221bに接触し、凹面221bから押圧力を受ける。斯かる押圧力によって、図10Gに示すように、部分W2が、固定コア240の鉛直部分242の上面242bと内側パンチプレート221の凹面221bとの間に挟み込まれるとともに、固定コア240の上面242bおよび凹面221bの形状に沿うように折り曲げられる。こうして曲げられた部分W2は、本曲げ工程におけるワーク載置プレート211の動作方向、またはワーク載置プレート211に対する外側ダイスプレート212の相対的な動作方向(加圧方向)に対するアンダーカット部を形成する。アンダーカット部W2は、図8に示す成形体Qのアンダーカット部を構成する。アンダーカット部W2は、固定コア24および内側パンチプレート221に接触するとともに、所定の接触面圧で拘束される。このアンダーカット部成形工程にて、素材Wがアンダーカット部を含む最終形状の成形体Qに成形される。
(冷却工程)
図10Gに示した状態を所定時間(例えば10秒)維持する。これにより成形体Qの熱がワーク載置プレート211、外側ダイスプレート212,212、内側パンチプレート221および固定コア240に伝達されて、成形体Qが冷却される。この場合において、図10Gからわかるように、成形体Qのほぼ全面が、ワーク載置プレート211、外側ダイスプレート212,212、内側パンチプレート221および固定コア240に接触している。換言すれば、熱間プレス成形装置200による成形体Qの最終形状成形の完了時(アンダーカット部成形工程完了時)に、最終形状を成形するまでに用いられた部分(ワーク載置プレート211、外側ダイスプレート212,212、内側パンチプレート221および固定コア240)に囲まれた空間により成形体Qの外形形状が形成されるとともに、これらの部分によって成形体Qの全面が接触面圧を受けて拘束される。このため、成形体Qの全面から一様に熱が奪われて急冷される。斯かる急冷により残留応力が除去されるとともに成形体Qが焼き入れされて強度が増加する。また一様に急冷されるので、局部的な冷却勾配の発生に起因する割れや変形を防止することもできる。
(型開き工程および成形品取り出し工程)
図10Gに示した状態を所定時間維持した後に、内側パンチプレート221を上昇させる。成形体Qは、固定コア240の外形形状を転写するように、固定コア240の外側に巻き付いている。次いで、成形体Qを取り外す。この場合において、まず、固定コア240をワーク載置プレート211から取り外し、その後、成形体Qを図10Hの紙面に垂直な方向に沿って固定コア240から抜き取る。このようにして成形体Qが取り出される。
以上のように、本実施形態の熱間プレス成形装置200は、本曲げ工程にて素材Wを第1の方向(図9の上方向)に加圧することにより、素材Wの一部W1を曲げるための一次曲げ成形用パンチである外側ダイスプレート212と、外側ダイスプレート212により曲げられた部分W1の先端部W2をさらに曲げることにより、素材Wを第1の方向に対するアンダーカット部を含む最終形状に成形する仕上げ用パンチである上側可動部220、とを備え、上側可動部220により素材Wを最終形状に成形したときに、成形体Qの全面が、ワーク載置プレート211、外側ダイスプレート212,212、内側パンチプレート221および固定コア240で拘束されているように構成されている。
また、本実施形態で示した熱間プレス成形方法は、第1の方向(図9の上下方向)に相対的に作動する外側ダイスプレート212で素材Wを上方向に加圧することによって素材Wを曲げる一次曲げ工程である本曲げ工程と、本曲げ工程により曲げられた部分Wの先の部分W2をさらに曲げることにより、素材Wを第1の方向に対するアンダーカット部を含む最終形状に成形するとともに、成形体Qの全面を、ワーク載置プレート211、外側ダイスプレート212,212、内側パンチプレート221および固定コア240で拘束するアンダーカット部成形工程と、最終形状に成形された成形体Qの全面を拘束した状態で成形体Qを冷却する冷却工程と、を含む。
本実施形態の熱間プレス成形によれば、素材Wをアンダーカット部を含む最終形状に成形したときに、成形体Qの全面が拘束されている。したがって、その後の冷却工程で、成形体Qの全面から熱が奪われることにより、成形体Qが急冷される。よって、成形体Qが焼き入れ(組織変態)されるとともに成形体P残留内の応力が除去される。このため強度の高い熱間プレス成形品を製造することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、車両のシートレール(アッパシートレールおよびロアシートレール)の熱間プレス成形について説明したが、アンダーカット部を有するものを熱間プレス成形する場合であれば、本発明を適用することができる。本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
100…熱間プレス成形装置、110…ダイス部、111…下側支持プレート、112…基台部、112a…下面、112b…外側面、112c…外側傾斜面、112d…内側傾斜面、112e…内側面、113…ワーク載置プレート、113a…上面、113b…第1鉛直面、113c…段差面、113d…第2鉛直面、114…ダイス駆動用シリンダ、120…上下方向可動部、121…上側支持プレート、122…内側プレート、123…外側パンチプレート、123a…上面、123b…第1外側面、123c…傾斜面、123d…第2外側面、123e…凸面、123f…内側面、124…スプリング、130…水平方向可動部、131…水平方向可動プレート、131a…傾斜面、132…水平方向駆動シリンダ、140…傾斜方向可動部、141…傾斜方向可動プレート、141a…下面、141b…鉛直面、141c…水平面、142…傾斜方向駆動シリンダ、200…熱間プレス成形装置、210…ダイス部、211…ワーク載置プレート、211a…上面、212…外側ダイスプレート、212a…内側面、212b…外側面、212c…上面、212d…傾斜面、213…ダイス駆動用シリンダ、220…上側可動部、221…内側パンチプレート、221a…凸部、221b…凹面、222…押えプレート、222a,222a…外側面、223…パンチプレート駆動用シリンダ、224…プレート駆動用シリンダ、230…下側可動部、231…下側可動プレート、231a…上面、232…下側プレート駆動用シリンダ、240…固定コア、241…水平部分、242…鉛直部分、242a…外側面、242b…上面

Claims (5)

  1. 加熱された平板状の素材からアンダーカット部を含む断面形状を有する成形体を熱間プレス成形するための熱間プレス成形装置であって、
    前記素材を第1の方向に加圧することにより前記素材を曲げるための一次曲げ成形用パンチと、
    前記一次曲げ成形用パンチにより曲げられた部分をさらに曲げることにより、素材を前記第1の方向に対するアンダーカット部を含む最終形状に成形する仕上げ用パンチと、を備え、
    前記仕上げ用パンチにより前記素材を前記最終形状に成形したときに、成形体の全面を拘束するように構成される、熱間プレス成形装置。
  2. 請求項1に記載の熱間プレス成形装置において、
    前記素材を載置する載置部と、
    前記一次曲げ成形用パンチおよび前記仕上げ用パンチを含み、前記載置部に載置された素材を徐々に折り曲げることによって最終形状に成形するための複数のパンチとを備え、
    前記素材を最終形状に成形したときに、前記載置部および前記複数のパンチが成形体の全面に接触することにより、成形体の全面を拘束するように構成されている、熱間プレス成形装置。
  3. 請求項2に記載の熱間プレス成形装置において、
    前記複数のパンチは、異なる方向から前記素材を折り曲げる、熱間プレス成形装置。
  4. 請求項1に記載の熱間プレス成形装置において、
    前記素材を載置する載置部を備え、
    前記仕上げ用パンチにより前記素材を最終形状に成形したときに、前記素材が最終形状に成形されるまでに用いられたパンチおよび前記載置部が成形体の全面に接触することにより、成形体の全面を拘束するように構成されている、熱間プレス成形装置。
  5. 加熱された平板状の素材からアンダーカット部を含む断面形状を有する成形体を熱間プレス成形する熱間プレス成形方法であって、
    第1の方向に作動する一次曲げ成形用パンチで前記素材を前記第1の方向に加圧することによって前記素材を曲げる一次曲げ工程と、
    前記一次曲げ工程により曲げられた部分をさらに曲げることにより、前記素材を前記第1の方向に対するアンダーカット部を含む最終形状に成形するとともに、成形体の全面を拘束する仕上げ成形工程と、
    前記最終形状に成形された成形体の全面を拘束した状態で成形体を冷却する冷却工程と、
    を含む、熱間プレス成形方法。
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