JP2014091161A - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレス成形品に対して追加的に塑性曲げ加工を施すことを可能とするプレス成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】先ず、焼入れ可能な金属の板材からなるブランク材１０を加熱する。次に、前記加熱によって高温状態にあるブランク材１０の一部分（中央部１１）に対し、相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施して、当該ブランク材１０の一部分（中央部１１）を焼入れされた高強度部位とすると共に、当該ブランク材の残り部分（左右端部１２）を焼入れされないままの低強度部位とする。最後に、前記低強度部位（１２）に外力を及ぼすことで、低強度部位と高強度部位との境界Ｂを折り曲げポイントとして高強度部位（１１）に対し低強度部位（１２）を折り曲げる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関し、特に熱間プレス成形法の改良に関する。

プレス成形法の一つに、型成形（形状付与）と焼入れとを同時に行う熱間プレス成形法（ダイクエンチ工法ともいう）がある。例えば、特許文献１は、低炭素鋼からなる鋼板を加熱した後、冷却媒体で内部が冷却される金型でプレス成形し型拘束してオーステナイト域温度からの焼入れ及びプレス成形を行うプレス焼入れ方法を開示する。

特開２００３−２３１９１５号（要約参照）

特許文献１の方法は、出発材としての鋼板の全体に焼入れを施すことを想定したものであるため、適用対象となる成形品は、１回のプレス加工で成形可能な形状のものに限られていた。つまり、熱間プレスで得られた焼入れ済み成形品に対して、事後的又は追加的に曲げ加工等の塑性変形加工を施すことは、実際上極めて困難であった。

本発明の目的は、熱間プレス成形品に対して追加的に塑性曲げ加工を施すことを可能とするプレス成形品の製造方法を提供することにある。

本発明は、プレス成形品の製造方法であって、
焼入れ可能な金属の板材からなるブランク材を加熱する加熱工程と、
前記加熱によって高温状態にあるブランク材の一部分に対し、相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施して、当該ブランク材の一部分を焼入れされた高強度部位とすると共に当該ブランク材の残り部分を焼入れされないままの低強度部位とする部分熱間プレス工程と、
前記低強度部位に外力を及ぼすことで、低強度部位と高強度部位との境界を折り曲げポイントとして高強度部位に対し低強度部位を折り曲げる塑性曲げ工程と、
を経ることを特徴とする。

この方法によれば、部分熱間プレス工程においてブランク材の一部分にのみ型成形を兼ねた焼入れを施すことにより、プレス成形後の当該ブランク材（中間製品）に「焼入れされた高強度部位」と「焼入れされないままの低強度部位」とを共存させることができる。この高強度部位と低強度部位との境界は、外力に対する応力（又は許容曲げモーメント）が急変する唯一の箇所（強度境界、応力段差点）を提供する。このため、部分熱間プレスの完了後に低強度部位に対しその低強度部位の許容曲げモーメントを超えるような外力を付与することで、ごく自然に前記境界を折り曲げポイントとして低強度部位が高強度部位に対し折れ曲がる。かくして本発明によれば、部分熱間プレスに引き続いて、塑性曲げ加工を円滑且つ確実に行うことができる。

上記の塑性曲げ工程において、前記外力に抗して前記高強度部位をその背後から支える当て金を併用しつつ前記低強度部位に当該外力を及ぼすことは好ましい。塑性曲げ工程において高強度部位をその背後から支える当て金を併用することで、低強度部位に付与された外力に引きずられて高強度部位が弾性変形することが防止ないし抑制され、その結果として塑性曲げ加工の精度が更に向上する。

［付記］ 前記部分熱間プレスの直後であって低強度部位が高強度部位よりも有意な高温状態を維持している間に前記塑性曲げを完了することは好ましい。低強度部位が高強度部位よりも十分に高温の状態を保っているときに塑性曲げを行うことで、塑性曲げ加工を更に円滑且つ確実なものとすることができる。

本発明によれば、熱間プレス成形品に対して追加的な塑性曲げ加工を円滑且つ確実に施すことができ、熱間プレス成形法をこれまで以上に多種多様な製品に適用することが可能になる。

本発明の実施形態に従う一連の工程の概略断面図。 本発明の実施形態に従う一連の工程の概略断面図。 本発明の実施形態に従う一連の工程の概略断面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施形態に従う一連の工程の概略断面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施形態に従うプレス成形品の概要を示す斜視図。 本発明の別の実施形態を示し、（Ａ）は部分熱間プレス後の中間製品の概略正面図、（Ｂ）は塑性曲げ加工後の製品の概略正面図、（Ｃ）は塑性曲げ加工後の製品の斜視図。 本発明の更に別の実施形態を示し、（Ａ）は部分熱間プレス後の中間製品の概略正面図、（Ｂ）は塑性曲げ加工後の製品の概略正面図。 本発明の更に別の実施形態を示し、（Ａ）は部分熱間プレス後の中間製品の概略平面図、（Ｂ）は塑性曲げ加工後の製品の斜視図。 塑性曲げ加工の別の手法を示す概略断面図。 塑性曲げ加工の更に別の手法を示す概略断面図。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。尚、図１〜図５は、自動車バンパー用の衝突補強部材であるバンパーリインフォースメントの製造例を示す。

［板材の準備］
先ず出発材として、焼入れ可能な金属の板材からなるブランク材を準備する。例えば、高張力鋼板を打抜き加工用プレス機で所定の平面形状に打抜き加工して、平板状のブランク材（好ましくは厚さ：約１〜３ｍｍ）を得る。一般に高張力鋼とは、低炭素鋼に少量の合金元素を添加することで４００〜１０００ＭＰａ（メガパスカル）程度の引張強度を実現した強靭な鋼材をいい、オーステナイト域温度からの焼入れが可能なものである。本実施形態ではブランク材として、厚さ約１．６ｍｍ、引張強度が５００〜６００ＭＰａの高張力鋼板を用いた。なお、ブランク材の平面形状は図示しないが、バンパーリインフォースメントの最終形状（図５参照）を平面展開した形状であることは言うまでもない。

［加熱工程］
上記ブランク材を加熱装置（例えば電気加熱炉）に封入すると共に加熱装置内を不活性ガス雰囲気（例えば窒素ガス雰囲気）とし、徐々に昇温して所定の目標温度（好ましくは８５０〜１０５０℃）に到達させ、所定時間その温度を保持した。本実施形態では、ブランク材を９３０℃に加熱した。

［部分熱間プレス工程］
続いて図１及び図２に示すように、加熱したブランク材１０を加熱装置から成形用プレス機（固定型２０及び可動型３０よりなる）に高速搬送して固定型２０上に位置決めした後（図１参照）、直ちに可動型３０を固定型２０に接合させてブランク材１０にプレス加工を施した（図２参照）。なお、このとき使用した固定型２０及び可動型３０は、ほぼ常温であるか、あるいは型内部に冷却機構（図示略）を内蔵して低温度を維持可能な金型である。そして、図２に示す固定型２０と可動型３０との接合状態（型締め状態）を１０〜２０秒程度維持した後、可動型３０を元位置に復帰（退避）させた（図３参照）。

図２の型締め時には、固定型２０の成形凹部２１内にブランク材１０の中央部１１が押し込められて両型の形状に対応した形状がブランク材１０に付与されると共に、当該ブランク材中央部１１は、固定型２０と、その成形凹部２１に嵌入した可動型３０とによって挟まれて強制冷却される。その結果、ブランク材中央部１１は、焼入れされて高強度部位となる。他方、図２の型締め時、ブランク材の中央部１１以外の残り部分（即ち図２の左右端部１２）は、相互嵌合した固定型２０及び可動型３０から外にはみ出して（図２では両型からほぼ垂直上向きに突出して）固定型２０及び可動型３０とは非接触となる。このため、ブランク材の左右端部１２は、焼入れされることがなく低強度部位（即ち、ブランク材本来の強度のままの部位）となる。本実施形態では、この部分熱間プレス加工により、ブランク材中央部１１（高強度部位）の引張強度は約１５００ＭＰａに向上したが、ブランク材左右端部１２（低強度部位）の引張強度は５００〜６００ＭＰａにとどまった。

なお、固定型２０から可動型３０を型抜きした直後（図３参照）において、形状付与及び焼入れされたブランク材中央部１１は約１００〜２００℃の温度レベルまで冷却されたが、ブランク材左右端部１２は４００℃以上の温度を保っていた。このときのブランク材中央部１１（高強度部位）とブランク材左右端部１２（低強度部位）との間の温度差は、十分に有意な温度差と言えるものである。

［塑性曲げ工程］
続いて図３及び図４（Ａ）に示すように、左右一対のプッシャー４１（押し機構）を用い、固定型２０の上面から突出したブランク材の左右端部１２に対して塑性曲げ加工を施した。具体的には図３に示すように、固定型２０の上面に沿って水平方向に移動可能な左右一対のプッシャー４１を設置すると共に、左右のプッシャー４１を互いに接近する方向に水平スライドさせて、ブランク材左右端部１２に対し背後から左右のプッシャー４１を押し付けた。すると図４（Ａ）に示すように、左右のプッシャー４１間の距離が縮まるに従い、ブランク材左右端部１２がそれぞれ内側に向けて（即ち固定型２０の中心に向けて）次第に折れ曲がる。その際、ブランク材左右端部１２の各々とブランク材中央部１１との境界Ｂが、唯一の明確な折り曲げポイントになる。なぜならこの境界Ｂは、ブランク材１０の全体を通じて外力に対する応力（又は許容曲げモーメント）が急変する唯一の箇所（強度境界、応力段差点）だからである。従って本実施形態によれば、ブランク材中央部１１に対して折り曲げられたブランク材左右端部１２は、途中で不規則に湾曲変形することはなく、塑性変形後もストレートで美しい形状を呈する。

なお、上記塑性曲げ加工を実施する際、図４（Ｂ）に示すように、左右一対の当て金４３を併用することは好ましい。これらの当て金４３は、固定型２０の成形凹部２１の略直立した左右側壁２２に対向して配置されるサポート部材であり、固定型の成形凹部２１内に配置されるとき、前記左右側壁２２に接して直立するブランク材１０の高強度部位を、当該左右側壁２２とは反対側から裏支えすることが主な役割である。前記プッシャー４１による塑性曲げ加工時に固定型の成形凹部２１に当て金４３が存在することで、ブランク材左右端部１２（低強度部位）に付与されたプッシャー押圧力に引きずられて高強度部位（左右側壁２２に接して直立するブランク材１０の部位）が弾性変形することが防止ないし抑制され、その結果、塑性曲げ加工の精度を更に向上させることができる。

上記一連の工程（図１→図２→図３→図４（Ａ）、又は、図１→図２→図３→図４（Ｂ））を経ることで、図５（Ａ）に示すような形状のバンパーリインフォースメントを得ることができる。なお、ブランク材の左右端部１２の長さを調節することで、図５（Ｂ）に示すような閉じ断面形状のバンパーリインフォースメントとすることも可能である。また、図面では、バンパーリインフォースメントを比較的短く描いているが、実際のバンパーリインフォースメントは長手方向に長く延びた形状となっている。

［その他の実施形態］
本発明を自動車ドア用の衝突補強部材であるドアインパクトビームの製造に適用することも可能である。図６の一連の図はその一例を示す。即ち図６（Ａ）に示すように、加熱したブランク材１０に対する部分熱間プレスにより、ドアインパクトビームの横断面における中央部分１３を焼入れした高強度部位とし、当該中央部分１３の左右両端に位置する左右端部１４を焼入れしない低強度部位とする。同図中の黒丸は、低強度部位と高強度部位との境界Ｂを示す。その後、図６（Ｂ）に示すように、塑性曲げ加工を施して、高強度部位１３に対し低強度部位１４を折り曲げる。その結果、図６（Ｃ）に示すような形状のドアインパクトビームを得ることができる。なお、図６（Ｃ）では、ドアインパクトビームを比較的短く描いているが、実際のドアインパクトビームは長手方向に長く延びた形状となっている。

図６の事例の発展形として図７のような断面形状の部材にも本発明を適用できる。即ち、図７（Ａ）に示す中央部分（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）及び両端部（１３ｄ）を焼入れした高強度部位とし、中央部分１３ｃと両端部１３ｄとの間に焼入れしない低強度部位を確保する（同図中の黒丸は、低強度部位と高強度部位との境界Ｂを示す）。その後、図７（Ｂ）に示すように、塑性曲げ加工を施して、中央の高強度部位（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）に対して両端の部位（１４，１３ｄ）を折り曲げてもよい。

また本発明は、図８（Ｂ）に示すように、平板状の本体部１５に対して立ち上がった切り起こし部１６を有する金属部品の製造にも適用可能である。例えば、長尺な平板状のブランク材１０を準備し、そのブランク材１０の全体を加熱する。次に図８（Ａ）に示すように、高温状態にあるブランク材１０の中央に、平面視「コ」の字型の切り込み溝１７を付与するようなプレス加工を行うと同時に、当該コ字型の切り込み溝１７の外側領域に対して冷えたプレス型による焼入れを行う。図８（Ａ）において斜線を施した部分が焼入れされた高強度部位（１５）であり、斜線を施していない部分が焼入れされないままの低強度部位（１６）である。その後、低強度部位に対し外力を及ぼすことで、低強度部位と高強度部位との境界Ｂを折り曲げポイントとして高強度部位（１５）に対し低強度部位（１６）を折り曲げることができ、曲げられた低強度部位を「切り起こし部１６」とすることができる（図８（Ｂ）参照）。

図３及び図４に示した工程では、固定型２０が上向きに開口すると共に左右一対のプッシャー４１が水平方向に移動する機構（又は手順）を採用したが、固定型２０が水平方向横向きに開口すると共に上下一対のプッシャー４１が垂直方向に移動する機構（又は手順）を用いて、同様の塑性曲げ加工が可能であることは言うまでもない。

図１〜図４の事例では、固定型２０を部分熱間プレス及び塑性曲げ加工の両工程に利用して両工程を連続した工程としたが、部分熱間プレス工程と塑性曲げ加工工程とを別々の工程としてもよい。例えば図９に示すように、部分熱間プレス用の固定型２０とは異なる保持型５０を準備する。そして、この保持型５０に部分熱間プレス後のブランク材１０をセットして二つあるブランク材端部１２のうちの一方のみに先ず塑性曲げを施す。次に、ブランク材１０を上下倒置させて保持型５０に再セットし、残るもう一方のブランク材端部１２に塑性曲げを施す。このような多段階の手順を採用してもよい。なお、塑性曲げを施すにあたり、ブランク材１０の内側から当て金で裏支えするようにしてもよい。

図１〜図４の事例において、ブランク材１０が部分熱間プレスを受けている間、及び／又は、プッシャー４１による塑性曲げ加工が行われるまでの間、ブランク材の左右端部１２を保温又は加熱するための熱源（５２，５３）を設けてもよい。例えば図１０に示すように、ブランク材の左右端部１２に直接接触する熱源５２を設けたり、ブランク材の左右端部１２に接触するプッシャー４１の先端に熱源５３を取り付けたりしてもよい。ブランク材の左右端部１２を極力冷やさない（熱を逃がさない）ようにすることで、当該部位を焼入れされない低強度部位のままにしておくことが確実となる。

本発明によれば、少なくとも図５（Ａ）及び（Ｂ）、図６（Ｃ）、図７（Ｂ）並びに図８（Ｂ）に示すような形状の金属製品（プレス成形品）を比較的容易に製造することができるが、本発明の適用対象は上記実施形態に限定されるものではない。

１０…ブランク材
１１…ブランク材の中央部（焼入れ後の高強度部位）
１２…ブランク材の左右端部（低強度部位）
１３…ブランク材の中央部分（焼入れ後の高強度部位）
１４…ブランク材の左右端部（低強度部位）
１５…製品の本体部（焼入れ後の高強度部位）
１６…切り起こし部（低強度部位）
２０…固定型
３０…可動型
４１…プッシャー（押し機構、外力付与手段）
４３…当て金（芯金）
Ｂ…低強度部位と高強度部位との境界

Claims (2)

1. 焼入れ可能な金属の板材からなるブランク材を加熱する加熱工程と、
   前記加熱によって高温状態にあるブランク材の一部分に対し、相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施して、当該ブランク材の一部分を焼入れされた高強度部位とすると共に当該ブランク材の残り部分を焼入れされないままの低強度部位とする部分熱間プレス工程と、
   前記低強度部位に外力を及ぼすことで、低強度部位と高強度部位との境界を折り曲げポイントとして高強度部位に対し低強度部位を折り曲げる塑性曲げ工程と、
   を経ることを特徴とするプレス成形品の製造方法。
2. 前記塑性曲げ工程において、前記外力に抗して前記高強度部位をその背後から支える当て金を併用しつつ前記低強度部位に当該外力を及ぼす、ことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。

Images