JP2022112739A - ホットスタンプ加工用位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金型によるプレス成形後のパネルが抜熱による収縮によりパイロットピンへ喰い付くこと及びリフトアップ時に金型上でずれることを抑制することができるホットスタンプ加工用位置決め装置を提供する。【解決手段】ホットスタンプ加工用位置決め装置１０は、パイロットピン１１と、パイロットピン１１を駆動する駆動機構１２と、を備える。駆動機構１２は、板材１３がプレス金型１４に投入される前に、パイロットピン１１をパイロットピン１１の先端部分１１ａ及び先端部分１１ａよりも基端側の本体部分１１ｂがピンガイド穴１４ｈから突出する突出位置に位置させる。駆動機構１２は、プレス金型１４による成形後の板材１３aをプレス金型１４で抜熱する工程の前に、パイロットピン１１の本体部分１１ｂはピンガイド穴１４ｈに没入し、パイロットピン１１の先端部分１１ａのみがピンガイド穴１４ｈから突出する没入位置に位置させる。【選択図】図６

Description

本発明は、ホットスタンプ加工用位置決め装置に関する。

近年、自動車の燃費向上のために、ピラー、サイドシル、ルーフレール等の自動車骨格部品のより一層の軽量化が望まれており、超高張力鋼板（超ハイテン材）を用いたホットスタンプ加工が多く用いられている。

ホットスタンプ加工は、熱間プレス、ホットプレス、熱間成形とも称されるものである。ホットスタンプ加工後の製品は非常に硬く、後工程でピアス加工等のプレス加工を実施することが困難であり、通常ホットスタンプ加工前にピアス加工等を実施するため、ホットスタンプ加工時のパイロット穴（位置決め穴）の位置精度が重要である。

しかし、板材（ブランク材）を高温に加熱すると板材は加熱により膨張し、ホットスタンプ加工後には板材が抜熱（冷却）により収縮するため、ピアス加工等のプレス加工時の穴の位置精度を維持するのが困難である。

ホットスタンプ加工における板材の位置決め方法として、特許文献１には、先ず、ネスト機構によって加熱状態にある材料板材をプレス用の下型に対し一次位置決めし、次に、その下型から円錐型の第１の位置調整ピン及び四角錐型の第２の位置調整ピンを突出させ、材料板材に予め形成された穴に係入させることにより、プレス用の下型に対して材料板材を精密に二次位置決めさせることが記載されている。

特開２００６－２２４１０５号公報

特許文献１に記載の方法では、ネスト機構と、下型から突出する位置調整ピン（パイロットピン）により板材の位置決め精度は向上する。しかし、この方法では、金型によるプレス成形後に板材の抜熱により収縮する板材のガイド穴がパイロットピンに喰い付くのを防止するため、パイロットピンを全て金型内部に没入させているため、板材が抜熱による収縮により金型上でずれる可能性がある。板材が抜熱による収縮により金型上でずれると、例えば、搬送ジョー（搬送ロボット）によりホットスタンプ加工後の成形品をうまくクランプすることができず、搬送ミスを起こす可能性がある。

そこで、本発明は、金型によるプレス成形後の板材が抜熱による収縮によりパイロットピンへ喰い付くこと及びリフトアップ時に金型上でずれることを抑制することができるホットスタンプ加工用位置決め装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るホットスタンプ加工用位置決め装置は、プレス金型のピンガイド穴に配設されるパイロットピンと、パイロットピンを駆動する駆動機構と、を備える。駆動機構は、板材がプレス金型に投入される前に、パイロットピンをパイロットピンの先端部分及び先端部分よりも基端側の本体部分がピンガイド穴から突出する突出位置に位置させる。駆動機構は、プレス金型による成形後の板材をプレス金型で抜熱する工程の前に、パイロットピンの本体部分はピンガイド穴に没入し、パイロットピンの先端部分のみがピンガイド穴から突出する没入位置に位置させる。

本発明の一態様に係るホットスタンプ加工用位置決め装置によれば、金型によるプレス成形後の板材が抜熱による収縮によりパイロットピンへ喰い付くこと及びリフトアップ時に金型上でずれることを抑制することができる。

本発明の実施形態に係るホットスタンプ加工用位置決め装置の概要を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るホットスタンプ加工用位置決め装置の概要を示す側断面図である。 ホットスタンプ加工用位置決め装置の要部を拡大して示す側断面図である。 ホットスタンプ加工工程とパイロットピンの位置との関係を示す図である。 ホットスタンプ加工工程とパイロットピンの位置との関係を示す図である。 ホットスタンプ加工工程とパイロットピンの位置との関係を示す図である。 ホットスタンプ加工工程とパイロットピンの位置との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

（ホットスタンプ加工用位置決め機構の構成）
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るホットスタンプ加工用位置決め装置（以下、単に「位置決め装置」という。）１０は、パイロットピン（可動パイロットピン）１１と、駆動機構１２と、を備える。

本実施形態に係るホットスタンプ加工における板材（ブランク材）１３の位置決めには、図示しないネスト（固定ネスト）と、パイロットピン１１とが用いられる。

ネストは、簡易な固定ネストであり、ホットスタンプ加工における板材１３の位置ガイドである。

通常、ホットスタンプ加工後のプレス金型１４による抜熱でプレス成形後の板材１３ａの収縮状態が変化するため、ネストのみでは正確な位置決めが困難である。特に、板材１３の長手方向の変化量が大きく、板材１３を正しい位置で、正しい形状に成形することが難しい。本実施形態では、ネストは、プレス金型１４による成形後の抜熱時に板材１３が面内方向に振られるのを防ぐガイドの役割を成している。

パイロットピン１１は、可動パイロットピンであり、板材１３がプレス金型１４による成形時に抜熱収縮の影響が少ないプレス金型１４の下型１４ａの中央付近に１本配置される。板材１３が横長の場合、パイロットピン１１を２本配置する場合もあるが、その場合、１本のパイロットピン１１に対する板材１３のガイド穴１３ｈは丸穴であり、他の１本のパイロットピン１１に対するガイド穴１３ｈは長穴である。パイロットピン１１を２本配置する場合でも、２本のパイロットピン１１の両方に可動パイロットピンを用いる。

ホットスタンプ加工における位置決めの基本はパイロットピン１１であり、ネストはあくまで振れ防止ガイドである。

パイロットピン１１の形状は、先端部分１１ａが断面Ｒ形状の円錐形状に形成され、先端部分１１ａよりも基端側の本体部分（根元部分）１１ｂは円柱形状に形成されている。

板材１３のガイド穴１３ｈに挿入しやすいように先端部分１１ａの先端断面がＲ形状とされ、また、板材１３の正確な位置決めのために本体部分１１ｂは円柱形状とされている。

なお、パイロットピン１１の形状は、先端部分１１ａが角錐形状に形成され、先端部分１１ａよりも基端側の本体部分１１ｂは角柱形状に形成されていてもよい。

パイロットピン１１の大きさは、成形品の大きさ、成形品のリフトアップ量、パイロットピン１１が上下に摺動するプレス金型１４（下型１４ａ）の厚み等に応じて適宜に設定される。

パイロットピン１１全体の長さは、おおよそ２５０ｍｍ～３５０ｍｍである。

円錐形状の先端部分１１ａの長さは、おおよそ１２０ｍｍ～１３０ｍｍある。

円柱形状の本体部分１１ｂの長さは、パイロットピン１１全体の長さから円錐形状の先端部分１１ａの長さを引いた長さである。

円柱形状の本体部分１１ｂの直径は、おおよそ２０ｍｍである。

ピンガイド穴１４ｈに沿って上下に摺動するパイロットピン１１は、後述するエアシリンダー２１にてリフトアップされた状態が定常状態（突出状態）である。このとき、円錐形状の先端部分１１ａと円柱形状の本体部分１１ｂとの境部１１ｃが下型１４ａの上面１４ｂからおおよそ１０ｍｍ突出した位置（突出位置）にパイロットピン１１がリフトアップされる（図４及び図５参照）。すなわち、このとき、先端部分１１ａ及び本体部分１１ｂの一部がピンガイド穴１４ｈから突出するようにパイロットピン１１がリフトアップされる。

その一方、パイロットピン１１の本体部分１１ｂが下型１４ａのピンガイド穴１４ｈ内に没入している状態が没入状態である。このとき、円錐形状の先端部分１１ａと円柱形状の本体部分１１ｂとの境部１１ｃが下型１４ａの上面１４ｂからおおよそ５ｍｍ入った位置（没入位置）にパイロットピン１１がリフトダウンされる（図６及び図７参照）。すなわち、このとき、円柱形状の本体部分１１ｂはピンガイド穴１４ｈに没入し、円錐形状の先端部分１１ａのみがピンガイド穴１４ｈから突出するようにパイロットピン１１がリフトダウンされる。

このため、パイロットピン１１の定常状態（突出位置）から没入状態（没入位置）までの可動域Ｒは、おおよそ１５ｍｍである（図４参照）。

常温における板材１３のガイド穴１３ｈの直径は、パイロットピン１１の本体部分１１ｂの直径＋０．２ｍｍに設定される。例えば、円柱形状の本体部分１１ｂの直径が１９．８ｍｍである場合、常温における板材１３のガイド穴１３ｈの直径は２０ｍｍに設定される。

オーステナイト領域（約９３０°）に加熱された板材１３は、常温の板材１３に対しておおよそ１％膨張する。したがって、直径が２０ｍｍの板材１３のガイド穴１３ｈは、加熱により直径がおおよそ０．２ｍｍ大きくなる。すなわち、パイロットピン１１の定常状態（突出位置）において、パイロットピン１１の本体部分１１ｂと、加熱された板材１３のガイド穴１３ｈとの間には０．２ｍｍの隙間Ｇ１が形成される（図５参照）。

その一方、パイロットピン１１の没入状態（没入位置）においては、パイロットピン１１全体が下型１４ａのピンガイド穴１４ｈに没入せずに、パイロットピン１１の本体部分１１ｂ及び先端部分１１ａの一部がピンガイド穴１４ｈに没入する（図６及び図７参照）。このパイロットピン１１の没入状態においては、パイロットピン１１の先端部分１１ａと、プレス成形された板材１３aのガイド穴１３ｈとの間にはおおよそ０．５ｍｍの隙間Ｇ２が形成される（図６参照）。

さらに、プレス成形された板材１３aの取出しのために成形後の板材１３aを持ち上げたとき、パイロットピン１１の先端部分１１ａと、プレス成形された板材１３aのガイド穴１３ｈとの間にはおおよそ２．０ｍｍ～３．０ｍｍの隙間Ｇ３が存在する（図７参照）。

なお、パイロットピン１１は、プレス金型１４の冷却される部分に位置するために加熱されず、大きさ（直径）はほとんど変化しない。

図３に示すように、パイロットピン１１の本体部分１１ｂの下部には、駆動機構１２のエアシリンダー２１が装着されており、エアシリンダー２１は、パイロットピン１１をピンガイド穴１４ｈに沿って摺動させることができる。

また、パイロットピン１１の本体部分１１ｂの下部とエアシリンダー２１とは、フローティングジョイント２２を介して接続されている。すなわち、フローティングジョイント２２は、パイロットピン１１とエアシリンダー２１とを連結している。

加熱された板材１３による加熱と、水冷管等を有するプレス金型１４による冷却（抜熱）とにより、下型１４ａがわずかではあるが拡縮し、パイロットピン１１が摺動するピンガイド穴１４ｈのセンター位置が若干ずれることがある。このピンガイド穴１４ｈのセンター位置のずれを吸収するために、パイロットピン１１とエアシリンダー２１との間に、フローティングジョイント２２を配置している。

フローティングジョイント２２は、軸を面内で偏心スライドさせる偏心スライド機構２３と、軸を球面揺動させる球面揺動機構２４とを有している。フローティングジョイント２２は、例えば許容偏心スライド量が０．７５ｍｍのものが使用される。

（パイロットピンの動作）
以下、ホットスタンプ加工工程におけるパイロットピン１１の動作タイミングとパイロットピン１１の位置との関係について図４から図７に基づいて説明する。

通常の冷間加工で、ガイド穴１３ｈ等があらかじめ加工された板材（ブランク材）１３が用意される。

板材１３は、焼入性向上のためにマンガンやボロンが添加されたアルミニウムめっき鋼板又は亜鉛めっき鋼板等のホットスタンプ加工用の超高張力鋼板である。鋼板表面にアルミニウムめっき又は亜鉛めっきを施すのは、加熱炉から金型までの搬送時の酸化による鋼板表面の酸化スケールの発生を抑制し、ホットスタンプ後の防錆効果を高めるためである。

板材１３は、加熱炉内で加熱され、搬送ローラを用いてプレス金型１４まで搬送される。

加熱された板材１３が水冷管等で冷却されたプレス金型１４に搬送ジョー１５（図２参照）を用いて投入される。

図４に示されるように、加熱された板材１３がプレス金型１４に投入されるときには、パイロットピン１１は、エアシリンダー２１により定常状態（突出位置）にリフトアップされている。

すなわち、加熱された板材１３がプレス金型１４に投入される前に、パイロットピン１１は突出位置にリフトアップされていればよい。

このとき、円錐形状の先端部分１１ａと円柱形状の本体部分１１ｂとの境部１１ｃが下型１４ａの上面１４ｂからおおよそ１０ｍｍ突出した位置にパイロットピン１１がリフトアップされている。

図５に示されるように、加熱された板材１３がプレス金型１４に投入され、板材１３のガイド穴１３ｈと、リフトアップされた定常状態のパイロットピン１１とが精度よく係合される。

引き続き、プレス金型１４に投入された板材１３が、水冷管等を用いて冷却されたプレス金型１４によりプレス成形（ホットスタンプ加工）される。

プレス金型１４によりプレス成形された板材１３aは、下降させた上型（図示せず）と、下型１４ａとで挟み込んだ状態で約１０秒間、下死点保持される。

図６に示されるように、下死点保持開始のタイミングで、パイロットピン１１は、エアシリンダー２１により没入状態（没入位置）にリフトダウンされる。

すなわち、プレス金型１４による成形後の板材１３aをプレス金型１４で抜熱する工程の前に、パイロットピン１１は没入位置にリフトダウンされる。

このとき、円錐形状の先端部分１１ａと円柱形状の本体部分１１ｂとの境部１１ｃが下型１４ａの上面１４ｂからおおよそ５ｍｍ入った位置にパイロットピン１１がリフトダウンされている。

図７に示されるように、板材１３をプレス、下死点保持後に、上型の上昇と共に、成形後の板材１３aをピンリフター１６（図１及び図２参照）により持ち上げ離型する。このとき、成形後の板材１３aを下型１４ａの上面１４ｂよりおおよそ７０ｍｍほど持ち上げる。

成形後の板材１３aをピンリフター１６により持ち上げた状態で、成形後の板材１３aのガイド穴１３ｈの直径に対してパイロットピン１１の先端部分１１ａの直径はおおよそ４．０ｍｍ～６．０ｍｍ小さいが、成形後の板材１３aのガイド穴１３ｈはパイロットピン１１から外れることはない。

そして、ピンリフター１６により持ち上げた成形後の板材１３aを搬送ジョー１５でクランプしてプレス金型１４から取り出す。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）位置決め装置１０は、プレス金型１４のピンガイド穴１４ｈに配設されるパイロットピン１１と、パイロットピン１１を駆動する駆動機構１２と、を備える。駆動機構１２は、板材１３がプレス金型１４に投入される前に、パイロットピン１１をパイロットピン１１の先端部分１１ａ及び先端部分１１ａよりも基端側の本体部分１１ｂがピンガイド穴１４ｈから突出する突出位置に位置させる。駆動機構１２は、プレス成形後の板材１３aをプレス金型１４で抜熱する工程の前に、パイロットピン１１の本体部分１１ｂはピンガイド穴１４ｈに没入し、パイロットピン１１の先端部分１１ａのみがピンガイド穴１４ｈから突出する没入位置に位置させる。

プレス金型１４による成形後の板材１３aをプレス金型１４で抜熱する工程の前に、パイロットピン１１を没入位置にリフトダウンさせることにより、抜熱により収縮する成形後の板材１３aのガイド穴１３ｈがパイロットピン１１に喰い付くのを防止することができる。その一方、パイロットピン１１の没入位置においては、パイロットピン１１全体がピンガイド穴１４ｈに没入するわけではなく、パイロットピン１１の先端部分１１ａの一部はピンガイド穴１４ｈから突出している。このため、成形後の板材１３aが抜熱による収縮によりプレス金型１４上でずれることは抑制される。

（２）パイロットピン１１の先端部分１１ａは錐形状に形成され、パイロットピン１１の本体部分１１ｂが柱形状に形成される。没入位置において、柱形状の本体部分１１ｂはピンガイド穴１４ｈに没入しており、錐形状の先端部分１１ａのみがピンガイド穴１４ｈから突出している。

パイロットピン１１を板材１３のガイド穴１３ｈに挿入しやすいように先端部分１１ａは錐形状に形成しており、また、パイロットピン１１による板材１３の正確な位置決めのために本体部分１１ｂは柱形状に形成している。

（３）駆動機構１２は、パイロットピン１１をピンガイド穴１４ｈに沿って移動させるエアシリンダー２１を有する。

このように駆動機構１２を構成することにより、エアシリンダー２１によるパイロットピン１１の移動をプレス金型１４の上型の上昇及び下降に正確に同期させることが可能になる。

（４）駆動機構１２は、パイロットピン１１とエアシリンダー２１とを連結するフローティングジョイント２２を有する。

このように駆動機構１２を構成することにより、加熱された板材１３による加熱と、水冷管等を有するプレス金型１４による冷却（抜熱）とに起因するピンガイド穴１４ｈのセンター位置のずれを吸収することが可能になる。

ところで、本発明のホットスタンプ加工用位置決め装置は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

１０ ホットスタンプ加工用位置決め装置（位置決め装置）
１１ パイロットピン（可動パイロットピン）
１１ａ 先端部分
１１ｂ 本体部分（根元部分）
１２ 駆動機構
１３ 板材（ブランク材）
１４ プレス金型
１４ａ 下型
１４ｈ ピンガイド穴
２１ エアシリンダー
２２ フローティングジョイント

Claims (4)

1. プレス金型のピンガイド穴に配設されるパイロットピンと、
   前記パイロットピンを駆動する駆動機構と、を備え、
   前記駆動機構は、
   板材が前記プレス金型に投入される前に、前記パイロットピンを前記パイロットピンの先端部分及び前記先端部分よりも基端側の本体部分が前記ピンガイド穴から突出する突出位置に位置させ、
   前記プレス金型による成形後の前記板材を前記プレス金型で抜熱する工程の前に、前記パイロットピンの前記本体部分は前記ピンガイド穴に没入し、前記パイロットピンの前記先端部分のみが前記ピンガイド穴から突出する没入位置に位置させる、
   ホットスタンプ加工用位置決め装置。
2. 前記パイロットピンの前記先端部分は錐形状に形成され、前記パイロットピンの前記本体部分が柱形状に形成され、
   前記没入位置において、柱形状の前記本体部分は前記ピンガイド穴に没入しており、錐形状の前記先端部分のみが前記ピンガイド穴から突出している、
   請求項１に記載のホットスタンプ加工用位置決め装置。
3. 前記駆動機構は、前記パイロットピンを前記ピンガイド穴に沿って移動させるエアシリンダーを有する、
   請求項１又は２に記載のホットスタンプ加工用位置決め装置。
4. 前記駆動機構は、前記パイロットピンと前記エアシリンダーとを連結するフローティングジョイントを有する、
   請求項３に記載のホットスタンプ加工用位置決め装置。

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