JP2013248632A - 温間プレス成形方法およびそれに用いられる金型表面に溝形状を有する成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】温間成形後のプレスパネルの寸法精度を向上させるプレス成形方法を提供する。
【解決手段】鋼板を４００〜７００℃の範囲で加熱した後に、該鋼板を上下金型としわ押さえで挟圧して、金型形状に深絞り成形する鋼板の温間プレス成形方法において、前記上下金型としわ押さえの両方、もしくは、上下金型、しわ押さえ、上金型または下金型のいずれかに、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、加熱した鋼板（ブランク）をプレス成形する温間プレス成形において、成形時に鋼板と金型との接触部と非接触部とに温度差が生じ、これにより金型離型後に発生する形状変化を抑制し、プレス成形後に寸法精度の良好なパネル形状を得る方法に関する。

燃費向上を目的とした車体の軽量化と、乗員保護のための衝突安全性向上を両立させるため、車両部品への高強度鋼板の適用が進められている。しかしながら、高強度鋼板は一般にプレス成形性に劣り、金型離型後の弾性回復による形状変化（スプリングバック）が大きくて寸法精度不良が発生しやすいため、適用部品が限定されているのが現状である。そのため、プレス成形性の改善およびプレス成形後の形状凍結性向上を狙いとして、ブランクを所定の温度に加熱した後にプレス成形する、特許文献１などに記載される温間プレス成形が適用されている。温間プレス成形は冷間プレス成形よりも高い温度で成形することによって、鋼板の変形抵抗を低下させて変形能を向上させ、プレス時の割れなどの不具合を防止するとともに、成形後の形状凍結性（ブランクをプレス成形したパネルの形状が金型形状を保持する特性）を向上させる技術である。

また、特許文献２には加熱した金属板を金型を用いて熱間成形する際に金型に冷却機構を持たせて、焼き入れ強度を部位によって変化させる技術が開示されている。

さらに特許文献３には、熱間プレス成形における焼入れ硬度を得るため、あるいは金型への蓄熱を防ぐため、さらには冷却効率を向上させるために、金型に溝を設けるとともに、その中に冷媒を導入する技術が開示されている。

特開２００１−３１４９２３号公報 特開２００６−１９８６６６号公報 特開２００６−２７２４６３号公報

温間成形では、加熱されたブランクを金型により挟圧してプレス成形するため、金型との接触によりブランクの温度はプレス成形中に降下し、金型との接触の有無や接触時間の差などの影響により、ブランクを成形して得られたパネル内で不均一な温度分布が生じやすい。薄鋼板が適用される自動車用骨格部品などでは、温間成形後のパネルに温度分布（温度差）が生じている場合には、プレス成形後の空冷中にパネル形状が変化し、所望の寸法のパネルが得られないという問題がしばしば発生していた。

本発明は、前記課題を解決し、温間成形後のプレスパネルの寸法精度を向上させるための技術を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためになされた本発明のプレス成形方法は、鋼板を４００〜７００℃の範囲に加熱した後にプレス成形を行う温間プレス成形方法において、鋼板とプレス金型の接触時間が長い金型の部位に溝を設定した金型を用いて成形することを特徴とするプレス成形方法である。

本発明の前提である温間成形は、特許文献２および特許文献３に開示されるような、鋼板を成形時に急冷し焼き入れして強度を得るものではない。

本発明における金型表面に設けられた溝は、特許文献３に開示されたような冷媒を導入して鋼板の冷却を促進させるものではなく、それとは全く正反対に空冷時の形状不良を防ぐために、温間成形時の鋼板と金型と非接触部との温度差を低減させて、金型と鋼板の接触面積を最小限に抑えるための緩冷却の空間を設ける役割を持つもので、特許文献３の技術とは目的や作用が根本的に異なっている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成からなる。

[１]鋼板を４００〜７００℃の範囲で加熱した後に、該鋼板を上下金型としわ押さえで挟圧して、金型形状に深絞り成形する鋼板の温間プレス成形方法において、前記上下金型としわ押さえの両方、もしくは、上下金型、しわ押さえ、上金型または下金型のいずれかに、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。

[２]鋼板を４００〜７００℃の範囲に加熱した後に、該鋼板を上金型と下金型でフォーム成形する鋼板の温間プレス成形方法において、前記上金型または下金型、もしくは上下金型の両方に、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。

[３]上記[１]または[２]に記載の温間プレス成形方法において、金型のダイス肩Ｒ部または金型のポンチ肩Ｒ部、もしくは金型のダイス肩Ｒ部と金型のポンチ肩Ｒ部の両方に、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。

[４]前記溝形状の深さは０．５ｍｍ以上であることを特徴とする上記[１]乃至[３]の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法。

[５]深絞り成形では、上金型、下金型、しわ押さえ、金型のダイス肩Ｒ部、金型のポンチ肩Ｒ部のいずれか、フォーム成形では、上金型、下金型、金型のダイス肩Ｒ部、金型のポンチ肩Ｒ部のいずれかの２０％以上の面積に、緩冷却のための溝形状が設けられた金型を用いることを特徴とする上記[１]乃至[４]の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法。

[６]前記溝形状が成形方向に対し、平行方向、直交方向、傾斜方向に１または複数の溝を設けるか、あるいは、格子状、十字状、円形の溝を１または複数設けてなる金型を用いることを特長とする上記[１]乃至[５]の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法。

[７]上記[１]乃至[６]の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法に用いられ、金型表面に溝形状を有する成形金型。

[８] 上記[１]乃至[６]の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法により成形することを特徴とする自動車用部品。

本発明によれば、温間プレス成形後の空冷時に生じるパネルの形状変化を低減することができ、寸法精度が良好な自動車用骨格部品を製造することができる。従来、プレス後の寸法精度不良が原因で適用できなかった高強度鋼板を自動車用骨格部品に適用し寸法精度に優れた自動車用骨格部品を提供できるようになり、車体の軽量化などの環境問題の改善に大きく寄与することができる。

しわ押さえを用いた絞り成形方法を説明する図である。 自動車骨格部品パネルのフランジ部を説明する図である。 フランジ部とそれ以外の部分との平均温度差と、空冷後の形状変化量の関係を説明する図である。 本発明の溝形状を説明する図である。 実施例で用いたプレス後のハット型断面形状部品およびポンチ形状を示す図である。 実施例で用いた溝形状とその深さ、および、しわ押さえまたは上金型のブランク接触面積に対する溝の面積率（５０％）を示す図である。 本発明例と従来例でのパネルの空冷後の形状変化量を説明する図である。

以下に図を用いて本発明を説明する。

図１に示すように、一般に鋼板の深絞り成形を行う場合、成形時に発生するしわを抑制するために、しわ押さえを配置し、フランジ部をダイスとしわ押さえで挟圧しつつ縦壁部に張力を負荷しながら成形を行う。

図２に示すように、自動車用骨格部品では略ハット型断面形状部品をスポット溶接などで接合し閉断面を構成する場合が多く、フランジ部はプレス品同士をスポット溶接などで接合するための部位として平坦であることが望ましく、これがブランクにしわ抑え力を負荷しながら成形する理由の一つでもある。

このような成形方法の場合には、プレス品のフランジ部は、成形初期から成形完了に至るまでの間、しわ押さえと金型（ダイス）（図２の場合は上金型）によって挟圧されているため、加熱されたブランクをプレス成形する温間成形では、フランジに相当する部分は金型への熱移動が生じ温度が降下しやすくなり、フランジ部分とそれ以外の部分の温度差が大きくなってしまう。

発明者らは、成形品のフランジ部分とそれ以外の部分の温度差が生じていることで、温間成形プレス後の空冷過程において、プレス品の形状変化の原因になることを実験により見出した。

図３に略ハット型断面形状部品（パネル）のフランジ部とそれ以外の部分との平均温度差と成形直後から空冷後へのパネルの形状変化量の関係を示す。パネルの形状変化量は、基準となるプレス品に対するフランジ端部での開き量で評価した。図３に示すように、フランジ部とそれ以外の部分との平均温度差が大きくなるにしたがって、空冷後の形状変化量が大きくなることがわかる。パネル内部に温度偏差がある場合、室温までに冷却される過程での熱収縮量がパネル内の場所によって異なるため、パネル内部に残留応力分布が発生することになり、この応力を開放するようにパネルの形状が変化することが空冷時の形状変化の主要因である。

図３の結果から、平均温度差が１００℃を超えると急激に形状変化量が増加するため、パネル温度差に起因した形状変化量のばらつきを低減するためには、平均温度差は１００℃以内に抑えることが望ましいことは明らかである。

そこで、発明者らはブランクが最も高面圧で挟圧されているしわ押さえ面と金型面に溝を付与することにより、ブランクと金型との接触面積を減少させ、ブランクから金型への熱伝導を抑えることによりブランクの温度降下を抑えて緩冷却し、その結果、フランジ部と他の部位との温度差を従来方法より減少し、パネルを空冷した際の寸法精度不良を改善できることを確認した。

金型に設定する溝の形状は深さが０．５ｍｍ以上がよくブランクと金型との接触部面積の２０％以上の部分に溝形状が設定されていることで十分効果が得られることを確認した。

また、しわ押さえ、もしくは、金型のいずれかに溝を付与しておくだけでも温度降下を抑えることができ、効果が現れることも確認した。

また、しわ押さえを使用しないフォーム成形においては、金型に溝を付与するとよく、また、深絞り成形、プレス成形ともに、金型のポンチ肩Ｒ部および／または金型のダイス肩Ｒ部に溝を付与しても良好な効果が得られる。

本発明は、電気炉による加熱や、通電加熱や遠赤外線加熱などの急速加熱など、ブランクの加熱方法の種類によらず同じ効果を発揮するものである。また、本発明は、成形に使用するプレス機の種類にもよらず同じ効果を発揮する。

また、溝の形状は図４に示す通り、成形方向に対して、平行方向、直交方向、傾斜方向の溝、あるいは、格子状、十字状、円形の溝を１本または複数本設定するとよい。

板厚１．６ｍｍ、引張強度９８０ＭＰａ級の高強度鋼板を用いて、一例として加熱温度７００℃にてブランクを加熱した後、図５（ａ）に示すような断面がハット形状の部品を図５（ｂ）に示すポンチを用いて温間深絞り成形を行った。このとき上金型としわ押さえ部に深さ０．５ｍｍ、２０ｍｍピッチの溝を成形方向と平行に設定して（図６）温間成形を行った。なお、溝は、ブランクと接触する表面積全体に対して５０％の面積率とした。

比較のため、従来の溝のない金型を用いて、同じ条件で温間プレス成形を実施した。

ブランクの加熱には電気炉を用いた。在炉時間を３００秒に設定しブランク全体が均一な温度分布になるように加熱した。加熱されたブランクを炉から取り出し、１０秒の搬送時間の後にプレス機内に送給して成形を実施した。プレス機は一般的なメカニカルプレス機を使用しプレス速度は１５ｓｐｍ（Strokes per minute）とした。

成形後のパネルを十分な時間空冷した後，端部の断面形状を測定して基準となるパネル形状に対する形状変化量を測定した。実験結果を図７に示す。本発明例であるしわ押さえと上金型のフランジ成形部分に溝を設定した金型の場合、従来例である溝のない金型の場合と比較して、形状変化量はわずかであった。

また、表１に溝の深さおよび溝の面積率を変化させたときの結果を示す。

金型またはしわ押さえに溝を設けた本発明例であるＮｏ．１からＮｏ．７の形状変化量は、溝のない従来例であるＮｏ．８の形状変化量に比べて著しく低減することがわかる。
さらに溝深さが０．５ｍｍ以上であるＮｏ．２からＮｏ．７は、金型の溝深さが０．５ｍｍ未満であるＮｏ．１より形状変化量が小さく良好であり、これに加えて、溝の面積率が２０％以上のＮｏ．３からＮｏ．７は、しわ押さえおよび金型の溝の面積率が２０％未満のＮｏ．２よりさらに形状変化量が小さく良好である。

本発明の方法により，温間成形における離型後の空冷によるプレス成形品の形状変化を抑制することができ，寸法精度に優れたプレス成形品を提供することができるようになるため，従来高強度鋼板が適用できなかった自動車用部品に対しても高強度鋼板が適用できるようになり，車体の軽量化と衝突安全性の向上の実現に大きく寄与する．

１ ダイス
２ ブランク（プレス成形前の鋼板）
３ しわ押さえ
４ ポンチ
５ フランジ部
６ 縦壁部

Claims (8)

1. 鋼板を４００〜７００℃の範囲で加熱した後に、該鋼板を上下金型としわ押さえで挟圧して、金型形状に深絞り成形する鋼板の温間プレス成形方法において、前記上下金型としわ押さえの両方、もしくは、上下金型、しわ押さえ、上金型または下金型のいずれかに、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。
2. 鋼板を４００〜７００℃の範囲に加熱した後に、該鋼板を上金型と下金型でフォーム成形する鋼板の温間プレス成形方法において、前記上金型または下金型、もしくは上下金型の両方に、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の温間プレス成形方法において、金型のダイス肩Ｒ部または金型のポンチ肩Ｒ部、もしくは金型のダイス肩Ｒ部と金型のポンチ肩Ｒ部の両方に、緩冷却のための溝形状を設けて前記鋼板の温度低下を防止することを特徴とする鋼板の温間プレス成形方法。
4. 前記溝形状の深さは０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法。
5. 深絞り成形では、上金型、下金型、しわ押さえ、金型のダイス肩Ｒ部、金型のポンチ肩Ｒ部のいずれか、フォーム成形では、上金型、下金型、金型のダイス肩Ｒ部、金型のポンチ肩Ｒ部のいずれかの２０％以上の面積に、緩冷却のための溝形状が設けられた金型を用いることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法。
6. 前記溝形状が成形方向に対し、平行方向、直交方向、傾斜方向に１または複数の溝を設けるか、あるいは、格子状、十字状、円形の溝を１または複数設けてなる金型を用いることを特長とする請求項１乃至５の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法に用いられ、金型表面に溝形状を有する成形金型。
8. 請求項１乃至６の何れかに記載の鋼板の温間プレス成形方法により成形されることを特徴とする自動車用部品。