JP2016516582A - 熱間打抜き加工部品の加工 - Google Patents

Abstract

【課題】遅れ破壊を生じさせることなくかつ焼きなましを行う必要がない、熱間成形後にトリミング加工、穿孔加工またはフランジ成形加工を行う熱間成形部品並びに該熱間成形部品を製造する装置および方法を提供することにある。【解決手段】本発明の方法は、鋼材料で形成されたブランクを加熱し、１対のダイの間でブランクを成形し、ブランクを焼入れする工程を有している。ブランクの選択領域の温度降下を低減することにより、選択領域内に形成されるマルテンサイトの量が制限されるが、他の領域内にはマルテンサイトを形成できる。ブランクの選択領域内に形成されるマルテンサイトの量を制限するため、ダイは改良された材料で形成されるか、ダイには改良された冷却チャネルが形成されている。選択領域は他の領域より柔らかくかつ遅れ破壊を生じさせることなく後でトリミング加工、穿孔加工またはフランジ成形加工を行うことができる。【選択図】図１

Description

（発明の詳細な説明）
本ＰＣＴ特許出願は、「熱間打抜き加工部品の加工（Processing Of Hot Stamped Parts）」の名称に係る２０１３年３月１３日付米国仮特許出願第６１／７７８，８４３号の利益を主張する。尚、該米国仮特許出願の全開示は本願に援用する。

本発明は、広くは、熱間成形部品並びに該熱間成形部品を製造する装置および方法に関する。

熱間成形部品は、しばしば、鋼または鋼合金から形成されたブランクを少なくとも９００℃の温度に加熱し、直ちにブランクを２つのダイの間で打抜き加工（スタンピング）することにより製造される。打抜き加工工程は、一般に、両ダイが一緒に押圧されるとき、成形されたブランクを打抜き加工ストロークの下死点で焼入れする段階を有している。焼入れ工程中のブランクの温度低下により、鋼または鋼合金の全体に亘ってマルテンサイトが生じ、これはマルテンサイト相変態とも呼ばれる。マルテンサイト相変態によって強度は増大するが、熱間成形部品が後でトリミング加工される場合には問題が生じることがある。例えば、熱間成形部品は、機械的トリミング加工後に、しばしば残留応力および遅れ破壊が生じる。

熱間成形部品の残留応力を除去しかつ遅れ破壊を防止するため、焼入れ工程後でトリミング工程前に、熱間成形部品を後焼きなまし（ポストアニーリング）することもできる。しかしながら、後焼きなまし加工は、熱間成形部品に幾何学的歪みを引き起こし、かつ大きい設備投資を必要とする。

本発明は、切断工程または変形工程前に遅れ破壊を生じさせることがなくかつ焼きなましを行う必要がない、切断および変形の少なくとも一方の加工が行われる部品の成形方法を提供する。本発明の方法は、鋼材料で形成されたブランクを用意する工程と、ブランクを所定温度に加熱する工程と、加熱されたブランクを所定の幾何学的形状に成形する工程とを有している。該成形工程は、ブランク内にマルテンサイトを形成すべくブランクを焼入れする工程を含み、該焼入れ工程は、ブランクの少なくとも１つの選択領域内に形成されるマルテンサイトの量を制限する工程を含んでいる。本発明の方法は更に、ブランクの少なくとも１つの選択領域を切断しおよび変形させる加工の少なくとも一方を行う工程を有している。

また、本発明は、部品の成形装置を提供する。本発明の装置は、鋼材料で形成されたブランクを成形しかつ焼入れする１対のダイを有する。該ダイの少なくとも一方は、焼入れ工程中にブランクの少なくとも１つの選択領域にマルテンサイトが形成されることを制限する少なくとも１つの改良を含んでいる。

更に本発明は、熱間成形部品を提供する。該熱間成形部品は、鋼材料で形成された本体を有する。該本体は少なくとも１つの選択領域を備え、該選択領域は本体の他の領域よりも少ないマルテンサイトを有し、少なくとも１つの選択領域は切断されおよび／または変形される。

本発明の他の長所は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明を参照することにより、容易に認識されかつ理解されよう。

例示の熱間成形部品を示す平面図である。 タブを備えた他の例示熱間成形部品の一部を示す斜視図である。 フランジ付き孔を備えた更に別の例示熱間成形部品の一部を示す側断面図である。 熱間成形部品の例示製造方法を示す概略図である。 図４の熱間成形方法に使用される１対の例示ダイを示す図面である。 図４の熱間成形方法に使用される他の１対の例示ダイを示す図面である。

本発明は、切断または変形された熱間成形部品１０、例えば熱間打抜き加工され、次にトリミング加工、穿孔加工またはフランジ形成加工された部品１０を提供する。熱間成形部品１０は、一般に、自動車のルーフレール、バンパまたはドア貫入ビーム等のボディピラー、ロッカー、コラムまたはビームとして使用されている。図１は一例示実施形態による熱間成形部品１０を示す平面図、図２および図３は、他の例示実施形態による熱間成形部品１０の一部を示すものである。図４は、熱間成形部品１０を製造する例示方法を示す概略図である。

熱間成形部品１０を製造する本発明の方法は、最初にブランク３６を用意する工程を有している。ブランク３６は、一般にブランキングステーション２０で提供されかつ任意の種類の鋼または鋼合金のような鋼材料で形成される。ブランク３６の幾何学的形状は、熱間成形部品１０の所望の幾何学的形状および用途に基づいて定められる。熱間成形部品１０がピラー、レール、バンパまたはビームとして使用される場合には、ブランク３６は両端部間で細長い形状を有している。

次に、ブランク３６は炉２２に搬送され、該炉２２内で熱間成形に充分な所定温度に加熱される。この所定温度は、ブランク３６の鋼材料の種類、熱間成形部品１０の所望の幾何学的形状および或いは他のファクタに基づいて定められる。一例示実施形態では、ブランク３６は、鋼または鋼合金内にオーステナイトを形成するのに充分な高温の少なくとも９００℃の温度に加熱される。

ブランク３６がひとたび熱間成形に充分な所定温度に到達したならば、加熱されたブランク３６は直ちにダイすなわち打抜き加工装置２４に搬送される。図５および図６は、加熱されたブランク３６を受入れる打抜き加工装置２４の例を示すものである。打抜き加工装置２４は、上方打抜き加工面２８を形成する上方ダイ２６と、下方打抜き加工面３４を形成する下方ダイ３２とを有している。ブランク３６は、両打抜き加工面２８、３４の間に配置される。上方ダイ２６および下方ダイ３２の形状は、形成すべき熱間成形部品１０の所望幾何学的形状に基づいて変えられる。上方ダイ２６および下方ダイ３２は、一般に鋼で形成されるが、他の材料で形成することもできる。図６に示すように、上方ダイ２６および下方ダイ３２はまた、一般に、打抜き加工面２８、３４から間隔を隔てている複数の冷却チャネル３８を有している。

打抜き加工装置２４は、成形工程を行うのに使用される。成形工程は、一般に、ブランク３６が上下のダイ２６、３２の間に配置された直後または少し後に開始され、この間、ブランク３６は、依然として少なくとも９００℃の温度または炉２２内で達成される所定温度に近い温度にある。成形工程中、上下のダイ２６、３２は一緒に押圧されて、ブランク３６を打抜き加工するか、所望の幾何学的形状に形成する。成形工程は一般に熱間打抜き加工工程であり、該熱間打抜き加工工程は、打抜き加工装置２４の上下のダイ２６、３２の間で熱いブランク３６を打抜き加工する段階、より詳しくは、熱いブランク３６を上下のダイ２６、３２と係合させかつ上下のダイ２６、３２のうちの少なくとも一方を用いて熱いブランク３６に圧力を加えることにより所望の幾何学的形状を達成する段階を有している。或いは、成形工程は、打抜き加工とは異なる他の成形形式で構成することもできる。例示実施形態では、ブランク３６は、成形工程中にブランク３６の鋼または鋼合金内にオーステナイトが存在するように、少なくとも９００℃の温度に加熱され、かつ成形工程はブランク３６を打抜き加工して所望の幾何学的形状を達成する段階を有している。ブランク３６は、熱間成形部品１０の所望の用途に基づいて、種々の異なる複雑な幾何学的形状に形成することができる。

上下のダイ２６、３２が一緒に押圧されるとき、成形ストロークの下死点で、水または他の冷却流体が冷却チャネル３８を通して流され、成形されたブランク３６が焼入れされる。この焼入れ工程により鋼材料に相変態が引き起こされ、鋼材料の強度が増大される。従来の熱間打抜き加工の焼入れ工程中には、鋼材料は、この全体に亘ってマルテンサイトを形成させるのに充分な低い温度に到達する。マルテンサイトは高強度を付与するが、熱間成形部品が後で切断または変形される場合には、残留応力および遅れ破壊を生じさせることもある。

本発明の加工では、上方ダイ２６および下方ダイ３２の少なくとも一方（しかしながら、好ましくは上下のダイ２６、３２の両方）は、後でトリミング加工、穿孔加工またはフランジ成形加工が行われるブランク３６の選択領域４４内にマルテンサイトが形成されることを大幅に低減させるか防止するように改良されている。上下のダイ２６、３２への改良により、焼入れ工程中にブランク３６の選択領域４４の温度低下が緩和され、これらの選択領域４４内のマルテンサイト形成が防止されるか制限される。選択領域４４を包囲しまたは選択領域４４に隣接するブランクの残余の領域では、従来の加工と同様に焼入れ工程中に依然としてマルテンサイトが形成される。したがって、本発明の方法は、依然として高強度部品１０を提供できると同時に、残留応力を低減させかつ遅れ破壊を防止する。

焼入れ工程の後、選択領域４４の鋼材料は、マルテンサイトと比較して、切断または変形されたときに残留応力および遅れ破壊を殆ど受けないフェライト、パーライト、ベイナイトおよびセメンタイトの少なくとも１つを有している。ブランク３６の選択領域４４は、鋼または鋼合金の分子構造内に依然として小さいマルテンサイト相を有しているが、選択領域４４内に形成されるマルテンサイトの量は、選択領域４４を包囲し、選択領域４４に隣接しまたは選択領域４４に沿うブランク３６の他の領域内に形成されるマルテンサイトの量に比べて非常に少ない。打抜き加工装置２４のこの設計は、切断または変形が全く生じないブランク３６の他の領域には、依然として焼入れ工程中にマルテンサイト相変態を生じさせ、大きい強度を達成することを可能にする。

一実施形態では、図５に示すように、上下のダイ２６、３２の材料は、ブランク３６の選択領域４４内のマルテンサイト相変態を防止するように改良されている。この実施形態では、上下のダイ２６、３２の材料は、低熱伝導率領域４０および高熱伝導率領域４２を有している。低熱伝導率領域４０は、高熱伝導率領域４２の材料よりも低い熱伝導率を有する材料で形成されている。ダイ２６、３２の低熱伝導率領域４０は、切断または変形を受けるブランク３６の選択領域４４と整合している。ダイ２６、３２の低熱伝導率領域４０がブランク３６と係合すると、高熱伝導率領域４２がブランク３６と係合する場合よりも少量の熱がブランク３６からダイ２６に搬送される。焼入れ工程中、成形されたブランク３６の選択領域４４は、ブランク３６の他の領域よりも遅い冷却および小さい温度低下を受ける。したがって、選択領域４４の鋼材料内には、より低い温度に焼入れされかつ多量のマルテンサイト相変態を受けるブランク３６の他の領域と比較して、少ないマルテンサイトが形成される。ダイ領域４０、４２の熱伝導率、焼入れ時間および焼入れ温度は、ブランク３６の選択領域４４が非常に制限された量のマルテンサイトを有する一方、残余の領域がより多量のマルテンサイトを有するように調節できる。

他の実施形態では、図６に示すように、上下のダイ２６、３２の少なくとも一方のダイの冷却チャネル３８の位置は、ブランク３６の選択領域４４内のマルテンサイト相変態を防止するように改良されている。例えば、１つ以上の冷却チャネル３８を、他の冷却チャネル３８よりも打抜き加工面から大きい距離に隔てることができる。間隔を隔てられたこれらの冷却チャネル３８は、切断または変形を受けるブランク３６の選択領域４４と整合する。焼入れ工程中、選択領域４４は、より遅い冷却および温度低下を受ける。したがって、選択領域４４は、冷却チャネル３８により近くて大きいマルテンサイト相変態を受けるブランク３６の他の領域よりも小さいマルテンサイト相変態を受ける。冷却チャネル３８の位置、焼入れ時間および焼入れ温度は、ブランク３６の選択領域４４が非常に制限されたルテンサイト相変態を受ける一方、残余の領域がより多くのマルテンサイト相変態を受けるように調節できる。

上述のように、選択領域４４は、成形されたブランク３６の、切断または変形を受ける領域内に配置される。切断工程は、一般にトリミング加工または穿孔加工を含み、変形工程は一般にフランジ形成加工を含む。例えば、選択領域４４は、トリミング加工を行うためブランク３６の縁部に沿って配置できる。また、選択領域４４は、穿孔加工を行うためブランク３６の長さに沿って互いに間隔を隔てた領域に配置することもできる。

両ダイ２６、３２の間でブランク３６を成形しかつ焼入れした後、熱間成形部品１０が提供される。この場合の加工として、所望の幾何学的形状を得るための熱間成形部品１０の選択領域４４の切断および変形の少なくとも１つが含まれる。切断工程および／または変形工程は、例えば両ダイ２６、３２の間のように、ダイすなわち打抜き加工装置２４内で行うことができる。或いは、熱間成形部品１０は、打抜き加工装置２４から取出して、両ダイ２６、３２の外部の第２成形装置４８に搬送し、切断工程および／または変形工程を行うこともできる。前述のように、選択領域４４の鋼材料はマルテンサイトを全く有していないか殆ど有していないのに対し、熱間成形部品１０の残余の領域はより多量のマルテンサイトを有している。選択領域４４は、マルテンサイトと比較して柔らかくかつ残留物応力が殆ど生じないフェライト、パーライト、ベイナイトおよびセメンタイトのうちの１つ以上を有している。したがって、選択領域４４は本来的に制限された量のマルテンサイトしか保有せずかつ遅れ破壊を受けることなくトリミング加工、穿孔加工またはフランジ形成加工を行うのに充分柔らかいため、切断または変形に先立って熱間成形部品１０を焼きなます必要はない。切断および／または変形は熱間成形部品１０の少なくとも１つの選択領域４４内のみで行って、選択領域４４の外部の熱間成形部品１０の残余の領域では切断または変形を行わないのが好ましい。

完成した熱間成形部品１０は、マルテンサイトの量が制限されているか全くマルテンサイトを含まない、切断されまたは変形された選択領域４４を備えた鋼本体を有している。一般に、熱間成形部品１０の本体の各選択領域４４は、フェライト、パーライト、ベイナイトおよびセメンタイトのうちの１つを有している。本体の選択領域４４は、マルテンサイトを有する本体の他の領域より柔らかい。熱間成形部品１０は、図１の例示熱間成形部品１０のような複雑な幾何学的形状にすることができる。図１の熱間成形部品１０は、両端部５４の間で長手方向に延びている棚部５２と、互いに間隔を隔てておりかつ棚部５２を横切る方向に延びている複数のリブとを有している。熱間成形部品１０はまた、図２に示すように、逆Ｕ字型横断面を有するように構成できる。

図１には、熱間成形部品１０の幾つかの選択領域４４が特定されている。特定された１組の選択領域４４は、所望形状にトリミングされた熱間成形部品１０の境界エッジに沿って配置されている。特定された他の選択領域４４は棚部５２またはリブ５６に沿って配置され、これらの選択領域４４は孔を呈するように穿孔されている。棚部５２には、両端部５４の間で互いに間隔を隔てた複数の選択領域４４を設けることができ、リブ５６には、棚部５２の両側に選択領域４４を設けることができる。孔には、図２に示すように、内方方に曲げられたタブを形成できる。熱間成形部品１０の孔には、図３に示すようにフランジを形成することもできる。選択領域４４を包囲しまたは選択領域４４に隣接する熱間成形部品１０の、より高い強度を有するマルテンサイト含有領域は、切断しまたは変形させないことが好ましい。

上述のように、本発明の方法により製造された熱間成形部品１０は、従来技術の方法により形成された熱間成形部品と比較して遅れ破壊を殆ど受けない。切断または変形を受ける熱間成形部品１０の選択領域４４はマルテンサイトを殆ど含まないか全く含まず、したがって柔らかい一方、熱間成形部品１０の残余の領域は多量のマルテンサイトを含み、自動車用途として充分な強度が得られる。

上記教示から多くの改良および変更が可能であり、特に説明したもの以外でも本発明の範囲内において実施できる。

１０ 熱間成形部品
２４ ダイ（打抜き加工装置）
２６ 上方ダイ
３２ 下方ダイ
３６ ブランク
４０ 低熱伝導率領域
４２ 高熱伝導率領域
４４ 選択領域
５２ 棚部
５６ リブ

Claims (15)

1. 鋼材料で形成されたブランクを用意する工程と、
   ブランクを所定温度に加熱する工程と、
   加熱されたブランクを所定の幾何学的形状に成形する工程とを有し、
   該成形工程は、ブランク内にマルテンサイトを形成すべくブランクを焼入れする工程を含み、
   該焼入れ工程は、ブランクの少なくとも１つの選択領域内に形成されるマルテンサイトの量を制限する工程を含み、
   ブランクの少なくとも１つの選択領域を切断しおよび変形させることの少なくとも一方を行う工程を更に有することを特徴とする部品の成形方法。
2. 前記焼入れ工程は、少なくとも１つの選択領域に隣接するブランクの他の領域にマルテンサイトを形成しかつ少なくとも１つの選択領域にはブランクの他の領域よりも少量のマルテンサイトを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の部品の成形方法。
3. 前記切断および変形の少なくとも一方を行う工程は、少なくとも１つの選択領域のトリミング加工、穿孔加工またはフランジ形成加工の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の部品の成形方法。
4. 前記加熱工程の所定温度は少なくとも９００℃であり、成形工程は、加熱されたブランクを打抜き加工装置で打抜き加工する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の部品の成形方法。
5. 前記焼入れ工程は、ブランクの少なくとも１つの選択領域を、該少なくとも１つの選択領域に隣接するブランクの他の領域よりも遅い速度で冷却しかつブランクの少なくとも１つの選択領域内にフェライト、パーライト、ベイナイトおよびセメンタイトの少なくとも１つを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の部品の成形方法。
6. １対のダイを備えた装置を用意する工程と、
   両ダイ間で成形工程および焼入れ工程を実行する工程とを有し、少なくとも一方のダイは、焼入れ工程中にブランクにマルテンサイトが形成されることを制限する少なくとも１つの改良を有し、
   切断工程および変形工程の少なくとも一方が後で行われるブランクの少なくとも１つの選択領域を特定する工程と、
   ブランクの少なくとも１つの選択領域と前記少なくとも１つの改良とを整合させる工程とを更に有することを特徴とする請求項１記載の部品の成形方法。
7. 前記ダイは打抜き加工面を有し、少なくとも１つの改良は、打抜き加工面の一部に沿う低熱伝導率領域を含み、該低熱伝導率領域は、打抜き加工面に沿って配置された他の領域の材料より低い熱伝導率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載の部品の成形方法。
8. 前記ダイは打抜き加工面と、該打抜き加工面から間隔を隔てた複数の冷却チャネルとを有し、少なくとも１つの改良は、冷却チャネルの１つが、他の冷却チャネルよりも打抜き加工面から大きい距離を隔てていることを含むことを特徴とする請求項６記載の部品の成形方法。
9. 前記焼入れ工程と、切断工程および変形工程の少なくとも一方との間に焼きなまし工程が全く存在しないことを特徴とする請求項１記載の部品の成形方法。
10. 鋼材料で形成されたブランクを成形しかつ焼入れする１対のダイを有し、
    該ダイの少なくとも一方は、焼入れ工程中にブランクの少なくとも１つの選択領域にマルテンサイトが形成されることを制限する少なくとも１つの改良を含むことを特徴とする部品の成形装置。
11. 前記少なくとも一方のダイは打抜き加工面を有し、少なくとも１つの改良は、打抜き加工面に沿って配置された低熱伝導率領域を含み、該低熱伝導率領域は、打抜き加工面に沿って配置された他の領域の材料より低い熱伝導率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 前記少なくとも一方のダイは、打抜き加工面と、該打抜き加工面から間隔を隔てた複数の冷却チャネルとを有し、該冷却チャネルの前記少なくとも１つの改良は、他の冷却チャネルよりも打抜き加工面から大きい距離を隔てていることを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
13. 鋼材料で形成された本体を有し、
    該本体は少なくとも１つの選択領域を備え、該選択領域は本体の他の領域よりも少ないマルテンサイトを有し、
    本体は、その少なくとも１つの選択領域内に切断および変形の少なくとも一方が行われていることを特徴とする熱間成形部品。
14. 前記本体には、少なくとも１つの選択領域内に、トリミング加工、穿孔加工またはフランジ形成加工のうちの少なくとも１つが行われていることを特徴とする請求項１３記載の熱間成形部品。
15. 前記少なくとも１つの選択領域は、フェライト、パーライト、ベイナイトおよびセメンタイトのうちの少なくとも１つを有していることを特徴とする請求項１３記載の熱間成形部品。

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