JP2014079790A - 熱間プレス成形方法及び金型 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でワークに強度差をつけることが可能な熱間プレス成形方法及び金型を提供する。
【解決手段】加熱されたワーク２０を金型１０によってプレス成形するとともに、金型１０とワーク２０との間に冷媒を流して当該ワーク２０を冷却する熱間プレス成形方法において、ワーク２０のうち高強度にする部分２３と低強度にする部分２４との境界２２における金型１０とワーク２０との密着度を、高強度にする部分２３における金型１０とワーク２０との密着度より高くする構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、加熱した鋼板をプレス成形する熱間プレス成形方法及び金型に関する。

熱間プレス成形方法で成形されるワークとしては、例えば自動車の車体を補強する補強部材があるが、この補強部材は、車内空間を確保する高強度部と、車体への衝撃を吸収する低強度部との両方を必要とすることがある。車内空間を確保する部分と、車体への衝撃を吸収する部分とを別部材で構成することも考えられるが、補強部材を製造する手間が掛かってしまう。

そこで、従来、ワークの高強度にする部分を加熱する第１加熱手段と、ワーク全体を加熱する第２加熱手段とを備え、第１加熱手段によってワークの高強度にする部分を加熱した後に、第２加熱手段によってワーク全体を加熱してプレス成形することで、成形されたワーク中に高強度部と低強度部とを一体に形成する熱間プレス成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−９５８６９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ワーク全体を加熱する第２加熱手段とは別に、ワークの高強度にする部分を加熱する第１加熱手段を必要とするため、加熱設備が大掛かりになってしまう。また、鋼板の加熱中や搬送中にワーク内に伝熱が生じるため、温度分布を制御することが困難であった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でワークに強度差をつけることが可能な熱間プレス成形方法及び金型を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、加熱されたワークを金型によってプレス成形するとともに、前記金型と前記ワークとの間に冷媒を流して当該ワークを冷却する熱間プレス成形方法において、前記ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における前記金型と前記ワークとの密着度を、高強度にする部分における前記金型と前記ワークとの密着度より高くしたことを特徴とする熱間プレス成形方法。
上記構成によれば、ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における金型とワークとの密着度を、高強度にする部分における金型とワークとの密着度より高くしたため、密着性を高めた部分によって、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制できる。

上記構成において、ワークの境界に凸部を設けてもよい。
上記構成によれば、ワークの境界に凸部を設けるという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制できる。

上記構成において、前記境界における前記金型と前記ワークの間に密着性を高める部材を配置してもよい。
上記構成によれば、境界における金型とワークの間に密着性を高める部材を配置するという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制できる。

また、本発明は、加熱されたワークをプレス成形するとともに、前記ワークとの間に冷媒を流して当該ワークを冷却する金型において、前記ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における前記金型と前記ワークとの密着度を、高強度にする部分における前記金型と前記ワークとの密着度より高くしたことを特徴とする。
上記構成によれば、ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における金型とワークとの密着度を、高強度にする部分における金型とワークとの密着度より高くしたため、密着性を高めた部分によって、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制できる。

上記構成において、上型及び下型を備え、前記上型及び下型の少なくとも一方に前記凸部を設けてもよい。
上記構成によれば、上型及び下型の少なくとも一方に凸部を設けるという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制できる。

上記構成において、上型及び下型を備え、前記上型及び下型の両方に位置をずらして前記凸部を設けてもよい。
上記構成によれば、上型及び下型の両方に位置をずらして凸部を設けるという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制できる。

本発明によれば、ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における金型とワークとの密着度を、高強度にする部分における金型とワークとの密着度より高くしたため、密着性を高めた部分によって、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制でき、簡単な構成でワークに強度差をつけることができる。
また、ワークの境界に凸部を設けるという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制でき、ワークに強度差をつけることができる。
また、境界における金型とワークの間に密着性を高める部材を配置するという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制でき、ワークに強度差をつけることができる。

また、上型及び下型の少なくとも一方に凸部を設けるという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制でき、ワークに強度差をつけることができる。
また、上型及び下型の両方に位置をずらして凸部を設けるという簡単な構成で、低強度にする部分のワークに冷媒が流れることを抑制でき、ワークに強度差をつけることができる。また、ワークの境界が薄くなるのを防止できる。

本発明の実施形態に係る金型を備えたプレス成形装置を模式的に示す断面図である。 型締めしたプレス成形装置を模式的に示す断面図である。 金型で成形するワークを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す図である。 金型で成形したワークを示す斜視図である。 本発明の変形例に係る金型で形成したワークを示す斜視図である。 本発明の変形例に係る金型で形成したワークを示す斜視図である。 本発明の変形例に係る金型を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る金型を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る金型を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る金型を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る金型を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る熱間プレス成形方法を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る熱間プレス成形方法を模式的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る熱間プレス成形方法を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る金型を備えたプレス成形装置を模式的に示す断面図である。図２は、型締めしたプレス成形装置を模式的に示す断面図である。なお、図１、図２及び以下に示す図では、ワークと金型との間の隙間を強調して図示している。
プレス成形装置１は、金型１０と、この金型１０によって成形するワーク２０を保持するブランクホルダ２とを備えて構成されている。金型１０は、設置面Ｓに配置される下型１１と、下型１１の上方に配置される上型１２とを有している。下型１１は固定の凸型であり、上型１２は可動の凹型である。下型１１及び上型１２には、冷媒（例えば、水等の液体）を流す冷媒路１３が設けられるとともに、下型１１及び上型１２の成形面に冷媒路１３に連通する複数の供給口１４が設けられ、これらの供給口１４から冷媒がワーク２０に直接供給されるようになっている。

上型１２の周縁にはワーク押さえ面１５が形成され、ワーク押さえ面１５に対向するようにブランクホルダ２が設けられている。
ブランクホルダ２には設置面Ｓを下から貫通してブランクホルダ２を押すクッションピン３が接続され、クッションピン３は油圧シリンダ（不図示）に支持されており、油圧シリンダの作用でクッションピン３は、常にブランクホルダ２を押し上げている。

ワーク２０を熱間プレス成形する際には、図１に示すように、所定温度（焼き入れ可能な温度）まで加熱したワーク２０を下型１１及びブランクホルダ２上に配置し、上型１２を下型１１に向けて下降する。上型１２のワーク押さえ面１５がワーク２０に当たると、ワーク２０が上型１２とブランクホルダ２によって挟持されて引っ張られ、ワーク２０にしわが生じるのが防止される。さらに、図２に示すように、上型１２が下降すると、金型１０が型締めされてワーク２０が下型１１と上型１２と間の形状に沿って絞られる。そして、供給口１４から冷媒がワーク２０に直接供給されることで、ワーク２０が冷却（焼き入れ）される。ワーク２０が冷却されると、上型１２を上昇させ、ワーク２０を取り出して、熱間プレス成形の工程が終了する。

図３は、金型１０で成形するワーク２０を示す図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は平面図である。
ワーク２０は、鋼板を熱間プレス成形によって断面ハット状に成形され、幅方向両端部にフランジ２１を有する。本実施形態のワーク２０は、例えば自動車の車体を補強する補強部材に使用され、高強度となる高張力鋼板を用いて形成されている。補強部材としてのワーク２０は、フランジ２１の延出方向略中央に位置する境界２２を境に、車内空間を確保する強度の高い高強度部２３と、車体への衝撃を吸収する強度の低い低強度部２４とを備えている。なお、境界２２の位置は、適宜変更可能である。

高強度部と低強度部とを一体に形成する方法としては、第１加熱手段によって高強度部を加熱した後に、第２加熱手段によってワーク全体を加熱してプレス成形することで、高強度にする部分を焼き入れ可能温度まで加熱させ、低強度にする部分を焼き入れ可能温度に到達しないように加熱し、成形されたワーク中に高強度部と低強度部とを一体に形成する熱間プレス成形方法がある。この方法では、鋼板全体を加熱する第２加熱手段とは別に、鋼板の高強度にする部分を加熱する第１加熱手段を必要とするため、加熱設備が大掛かりになってしまう。また、ワークの加熱中や搬送中にワーク内に伝熱が生じるため、温度分布を制御することが困難である。

また、金型内にヒータ、或いは、冷媒を通す冷媒路を設け、高強度部の抜熱（冷却）の度合いを高くし、高強度部を冷却（焼き入れ）することにより、成形されたワーク中に高強度部と低強度部とを一体に形成する熱間プレス成形方法がある。この方法では、ワークの冷却を金型との接触による間接的な抜熱によって行うため、冷却に時間がかかり、ワークを製造するサイクルタイムが長くなってしまう。
冷却方法としては、複数の供給口から冷媒をワークに直接供給する直接水冷方法があるが、冷却したい部分に供給口を設けるといった従来の直接水冷方法では、冷媒の流れを制御することが難しく、その結果焼き入れ位置を制御することができない。
以下、本実施形態に係る高強度部２３及び低強度部２４を一体に形成するための構成について詳細に説明する。

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す図である。図５は、金型１０で成形したワーク２０を示す斜視図である。
本実施形態では、図４に示すように、冷媒路１３及び供給口１４をワーク２０の高強度部２３側だけに設けており、上型１２には、ワーク２０の境界２２に対応して直線状に延びる凸部（ビード）１６を形成している。この凸部１６は下型１１に向けて突出する突起状に形成されており、凸部１６の高さは、型締めした金型１０内に冷媒を供給した際に低強度部２４側に冷媒が入り込まない程度の高さに設定される。

このように構成された金型１０を用いると、金型１０を型締めした際に、境界２２における金型１０とワーク２０との密着度が高くなり、供給口１４から冷媒を供給すると、冷媒は低強度部２４に流れることはなく、高強度部２３だけに流れる。これにより、高強度部２３だけを急速に冷却できるので、高強度部２３だけを焼き入れすることができ、高強度部２３の強度を低強度部２４の強度より高くすることができる。なお、成形されたワーク２０には、図５に示すように、凸部１６に対応する位置に凸部１６の跡２５が残る。

本実施形態では、供給口１４をワーク２０の一方（高強度にする高強度部２３）側に設けるとともに、一方と他方（低強度にする低強度部２４）の間の境界２２の上型１２に凸部１６を形成するといった簡単な構成により、強度の高い高強度部２３と強度の低い低強度部２４との両方を一体に有するワーク２０を容易に形成することができる。また、金型１０に加熱装置を設ける必要がないので、金型１０の構成が簡素化する。さらに、従来のように、高強度部専用の加熱手段を必要としないため、加熱装置が大掛かりにならない。
本実施形態では、低強度部２４を冷媒で直接冷却していないが、焼き入れが完了し、ワーク２０の形状が変化しない温度までワーク２０の温度が低下した段階で、ワーク２０を金型１０から取り出すことが可能なので、ワーク２０を製造するサイクルタイムが極端に長くなることはない。

以上説明したように、本実施形態によれば、ワーク２０のうち高強度部２３と低強度部２４との境界２２における金型１０とワーク２０との密着度を、高強度部２３における金型１０とワーク２０との密着度より高くする構成とし、より具体的には、境界２２における金型１０に凸部１６を設ける構成とした。この構成により、凸部１６によって、低強度部２４に冷媒が流れることを抑制でき、簡単な構成でワーク２０に強度差をつけることができる。

但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施形態では、加熱したワーク２０を下型１１に配置したが、金型１０に加熱手段を設け、ワーク２０を下型１１に配置した後に加熱し、その後、プレス成形してもよい。
また、上記実施形態では、冷却時間を短縮するため、冷媒路１３及び供給口１４は、下型１１及び上型１２の両側に設けていたが、下型１１及び上型１２の一方に設けてもよい。

また、上記実施形態では、凸部１６の高さを、型締めした金型１０内に冷媒を供給した際に低強度部２４側に冷媒が入り込まない程度の高さに設定されていたが、低強度部２４に焼き入れが入らない程度に、若干量の冷媒が低強度部２４に侵入するのを許容する高さであってもよい。
また、上記実施形態では、凸部１６の高さは、当該凸部１６に押されたワーク２０に跡２５が残る程度に設定されていたが、凸部１６に押された部分のワーク２０が弾性変形により戻って跡２５が残らない程度に設定されてもよい。

また、上記実施形態では、上型１２に直線状の凸部１６を設けていたが、凸部１６の全体形状はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、断続的な直線状の境界２２（跡１２５）が形成されるように、断続的な直線状の凸部（不図示）を設けてもよい。なお、図６の例では、境界２２を形成する平行に延びる２本の直線に沿って跡１２５が断続的に形成されるような凸部が設けられているが、これに限定されるものではなく、例えば１本の直線に沿って断続的に凸部が設けられてもよい。また、図７に示すように、複数の点状の境界２２（跡２２５）が形成されるように、複数の点状の凸部（不図示）を設けてもよい。

また、上記実施形態では、凸部１６を断面矩形状に形成したが、凸部１６の断面形状はこれに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、凸部３１６を断面半円状に形成してもよい。
また、上記実施形態では、凸部１６を上型１２に設けていたが、下型１１に設けてもよく、下型１１及び上型１２の両方に設けてもよい。下型１１及び上型１２の両方に凸部を設ける場合には、上型１２及び下型１１の凸部の位置を一致させてもよいし、ワーク２０の境界２２が薄くなるのを防止するため、図９に示すように、凸部４１６を上型１２及び下型１１にずらして設けてもよい。

また、上記実施形態では、凸部は突起状であったが、凸部の断面形状はこれに限定されるものではなく、例えば、図１０及び図１１に示すように、凸部は段状であってもよい。なお、図１０の例では上型１２及び下型１１の両方に段状の凸部５１６を、図１１の例では上型１２に段状の凸部６１６を設けているが、上型１２及び下型１１の少なくとも一方に凸部を設ければよく、例えば、図示を省略するが段状の凸部を下型１１に設けてもよい。
また、図１０では、高強度部２３と低強度部２４とで厚さが同じになるように段状の凸部５１６を設けたが、高強度部２３と低強度部２４とで厚さが異なるように段状の凸部を設けてもよい。図１２の例では、高強度部２３側が厚くなるように段状の凸部７１６を設けているが、低強度部２４側が厚くなるように段状の凸部を設けてもよい。
なお、図８中の符号３２５、図９中の符号４２５、図１０中の符号５２５、図１１中の符号６２５、及び、図１２中の符号７２５は、それぞれ凸部４１６，５１６，６１６，７１６によって形成された跡である。

また、上記実施形態では、境界２２における金型１０とワーク２０との密着度を高める部材（凸部）を金型１０に設けていたが、金型１０のメンテナンス性を鑑みて、当該部材（凸部）を、例えば、図１３及び図１４に示すように、ワーク２０側に設けてもよい。凸部の形状は特に限定されるものではなく、図１３の例のように、ワーク２０の上面の境界２２に対応する位置に断面略矩形状の凸部２６を、図１４の例では、ワーク２０を略波状に形成することでワーク２０の上面の境界２２に対応する位置に断面略半円状の凸部１２６を形成してもよい。
また、凸部は、ワーク２０に一体でなくともよく、図１５に示すように、ワーク２０の境界２２に対応する位置に別体の凸部２２６を設けてもよい。別体の凸部２２６の材料は、ワーク２０と同一でもよいし、例えばシリコン等の耐熱性を有する材料であってもよい。これにより、ワーク自体を加工する必要がないので、ワークに凸部を設ける場合に比べ、ワークの製造が容易となる。
なお、ワーク２０側に設ける凸部の全体形状は直線状に限られるものではなく、図６及び図７に示したように、断続的な形状であってもよい。

また、上記実施形態では、ワークを断面ハット状に成形したが、ワークの成形形状はこれに限定されるものではない。
また、上記実施形態では、冷媒として水を用いていたが、冷媒は液体に限らず気体であってもよい。
また、上記実施形態では、ワークを自動車の車体を補強する補強部材として説明したが、本発明は、高強度部と低強度部を有する種々のワークに適用可能である。

１ プレス成形装置
１０ 金型
１１ 下型
１２ 上型
１６，１１６…７１６ 凸部（密着性を高める部材）
２０ ワーク
２２ 境界
２３ 高強度部（高強度にする部分）
２４ 低強度部（低強度にする部分）
２６，１２６，２２６ 凸部

Claims (6)

1. 加熱されたワークを金型によってプレス成形するとともに、前記金型と前記ワークとの間に冷媒を流して当該ワークを冷却する熱間プレス成形方法において、
   前記ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における前記金型と前記ワークとの密着度を、高強度にする部分における前記金型と前記ワークとの密着度より高くしたことを特徴とする熱間プレス成形方法。
2. 前記ワークの前記境界に凸部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形方法。
3. 前記境界における前記金型と前記ワークの間に密着性を高める部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形方法。
4. 加熱されたワークをプレス成形するとともに、前記ワークとの間に冷媒を流して当該ワークを冷却する金型において、
   前記ワークのうち高強度にする部分と低強度にする部分との境界における前記金型と前記ワークとの密着度を、高強度にする部分における前記金型と前記ワークとの密着度より高くしたことを特徴とする金型。
5. 上型及び下型を備え、
   前記上型及び下型の少なくとも一方の前記境界に対応する位置に前記凸部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の金型。
6. 上型及び下型を備え、
   前記上型及び下型の両方に位置をずらして前記凸部を設けたことを特徴とする請求項５に記載の金型。

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