JP4819858B2 - 熱成形プレス - Google Patents

Description

本発明は、上型と下型とを備えた金属薄板を成形及び焼入れするための熱成形プレス（熱間成形プレス）であって、前記上型及び下型のうちの少なくとも一方が成形ジョー及び支持ジョーを有していて、成形ジョーと支持ジョーとの間に冷却材が貫流ガイドされるようになっている形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許第２４５２４８６号明細書によれば、焼入れされた金属薄板プロフィールをプレス焼入れ法で薄鋼板より製造するための方法が従来技術として記載されている。この場合、金属薄板プロフィールがプレス工具（型）内に残っている間に、焼入れ可能な鋼より成るプレートが焼入れ温度に加熱され、次いでプレス工具内で熱間成形され、次いで焼入れされる。薄鋼板は、５秒よりも短い時間で、間接的に冷却された２つの工具間で形状を大きく変えて最終形状にプレスされ、プレス内に残って、マルテンサイト及び／又はベイナイトの微粒子組織が得られるように、急速冷却される。金属薄板プロフィールは、焼入れ過程中に行われる冷却時にプレス工具内で緊締されているので、寸法の安定した製品が得られる。

間接的な冷却は、複数の冷却通路を介して行われる。これらの冷却通路は、孔又はスリット（シャフト形冷却；Schachtkuehlung）として構成されていて、成形面に対して所定の間隔を保って工具（型）内に形成されている。このような冷却通路を通って、冷却媒体（通常は水である）が流れ、熱成形された金属薄板プロフィールから工具に放出された熱が外部に導出される。冷却通路は、一般的な形式で工具内に穿孔される。このような孔の製造は、製造技術的に費用がかかり、高価である。またこのような孔は、一般的に、工具表面の三次元構造に限定的にしか倣うことができない。したがって、工具表面と冷却材通路との間の間隔は比較的大きく、それによって冷却効果は低くなる。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０４５１５５号明細書には、上型と下型とを備えた熱成形プレスについて記載されている。上型も下型も、ベースプレート（このベースプレート内に定置の成形ジョーが配置されている）と、同様にベースプレートに固定された、支持ジョーとして機能するコア（中子）とを有している。支持ジョーと、該支持ジョー側に面した、成形ジョーの後側とに間に、冷却材を貫流させるための通路システムが形成されている。

ドイツ連邦共和国特許公告第１０２００５０２８０１０号明細書により公知の、高強度の金属薄板プロフィールを熱成形及びプレス焼入れするためのプレスにおいては、プレスの下型が液浴内に配置されている。この場合、型構造の部分も、また型構造全体も液面の下に位置している。熱成形及び焼入れさせようとする金属薄板プロフィールは、液面上に設置され、プレスを作動させる際に上型によって液浴内に浸され、下型内で深絞りされる。

熱成形プレス内で直接冷却することは、ドイツ連邦共和国特許公開第２６０３６１８号明細書により公知である。下型及び上型の成形面に同心的な環状溝が形成されており、この環状溝内に、工具（型）を通ってガイドされた通路が開口している。これらの通路を通って、冷却液が環状溝内に流入して、焼入れしようとする金属薄板プロフィールに直接接触せしめられる。しかしながらこの方法においては、比較的長いプロセス時間及び費用のかかる工具（型）の保守整備を必要とする。一般的に、洗浄冷却又は浸漬冷却は、工具が冷却材によって著しく汚染される原因となる。これによって、浸食及び機械的な問題が発生する。冷却効率も不十分である。
ドイツ連邦共和国特許第２４５２４８６号明細書 ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０４５１５５号明細書 ドイツ連邦共和国特許公開第２６０３６１８号明細書

本発明の課題は、金属薄板を成型及び焼入れするための、装置技術的及び応用技術的に改善された熱成型プレスで、冷却効果が改善され、かつプロセス時間が短縮されたものを提供することである。

この課題を解決した本発明によれば、上型と下型とを備えた金属薄板を成形及び焼入れさせるために熱成形プレスであって、前記上型及び下型のうちの少なくとも一方が成形ジョー及び支持ジョーを有していて、成形ジョーと支持ジョーとの間に冷却材が貫流ガイドされるようになっている形式のものにおいて、成形ジョーと支持ジョーとが互いに相対的に移動可能であって、前記支持ジョーがロック位置において前記成形ジョーに当接し、冷却位置において成形ジョーに対して間隔を保っていて、それによって成形ジョーと支持ジョーとの間に冷却ギャップが形成されるようになっている。

本発明によれば、熱成形プレスの上型及び／又は下型は２つの部分より構成されていて、成形ジョーと支持ジョーとを有している。成型ジョーと支持ジョーとは、互いに相対的に移動可能であって、この場合、支持ジョーはロック位置において成型ジョーに当接し、冷却位置において成型ジョーから間隔を保っており、それによって、成型ジョーと支持ジョーとの間に冷却ギャプが形成され、この冷却ギャップを通って冷却材をガイドすることができる。

このような形式で、熱成形プレスのための冷却システムが得られ、この冷却システムにおいて、冷却材ガイドと工具（型）表面若しくは成形ジョーの成形面との間の間隔が減少される。これによって、成形プロセス中における連続的な冷却が保証される。したがって、熱成形プレス内におけるプレス部分の最短の滞在時間が得られ、ひいては高い経済性が得られる。

成形過程前に、成形ジョー及び支持ジョーは冷却位置にあるので、冷却材は冷却ギャップを通って流れることができる。これによって、成形ジョー及び特にその型構造が冷却される。本来の成形過程を行う場合、冷却ギャプは閉鎖され、成形ジョー及び支持ジョーはロック位置に移行せしめられ、このロック位置において支持ジョーは型構造に当接する。これによって、成形プロセス時に十分に高い工具の形状安定性が得られ、これによって、高いプレス圧を伝えることができる。熱成形プレスを完全に閉鎖した後で、金属薄板の成形が行われる。熱成形プレスの閉鎖力は、冷却若しくは焼入れ過程時に熱を伝達する目的で、製造しようとする金属薄板プロフィールと上型及び下型との間の接触を維持するために必要である。この状態で、成形ジョーと支持ジョーとの間の冷却ギャップは再び開放される。冷却材は全面に亘って、熱い構成部分に対して小さい間隔を保って冷却ギャプを通って流れる。これによって、最適な冷却が得られる。熱成形プレスを新たに閉鎖するまで、冷却ギャップは維持される。

基本的に、成形ジョーと支持ジョーとは焼入れ過程中にロック位置にある。何故ならば、閉じた上型及び下型を介して行われる熱導出は、焼入れを実施するために十分だからである。次いで熱成形プレスが開放される時に初めて、上型若しくは下型を再冷却するために、冷却ギャップが開放される。

本発明の基本的な考え方の有利な実施態様は、請求項２乃至８に記載されている。

有利形式で、支持ジョーはロック位置において成形ジョーに形状結合式に当接している。支持ジョー及び成形ジョーの互いに接触し合う面は、その輪郭形状が互いに対応し合い、かつ互いに合致し合っている。

冷却位置において、冷却ギャップは、支持ジョー側に面した、成形ジョーの後側で、成形ジョーの型構造の面に亘って延在している。

前記成形ジョーと支持ジョーとを互いに相対的に移動させるために、リニア駆動装置が使用される。基本的にリニア駆動装置の種々異なる実施例が可能である。実際には、ピストン・シリンダユニットとして構成されたリニア駆動装置が使用され、この場合、特に液圧シリンダが使用される。

冷却材を冷却ギャップ内に導入することは、冷却材を冷却ギャプから導出するのと同様に、冷却材接続部を介して行われる。この冷却材接続部は有利には支持ジョーに設けられている。

冷却材が、成形ジョーと支持ジョーとの間の運動平面若しくはガイド平面を越えて流出するのを避けるために、成形ジョーと支持ジョーとの間に少なくとも１つのシールが組み込まれている。このシールは、成形ジョー及び／又は支持ジョーの互いに向かい合うガイド面内に位置する。

有利な形式で、シールは、冷却材接続部の上若しくは下で支持ジョーの溝内に設けられている。

成形ジョーは、有利な形式で、製造しようとする構成部分に応じて構成された型構造を備えた薄い鋼シェルより成っている。支持ジョーはこれに対応して成形されている。成形ジョーは、４〜１５ｍｍの壁厚（ｓ）、特に５〜１０ｍｍの壁厚（ｓ）を有している。成形ジョーの比較的薄い壁厚に基づいて、冷却材と熱成形された構成部分との間の良好な熱交換が可能である。

図１乃至図４には、本発明による熱成形プレス１が図示されている。図面は、それぞれ熱成形プレス１の種々異なる作業位置における概略的な垂直断面図を示す。

熱成形プレス１は、主に上型２と下型３とを有している。下型３は、プレスベース４上に配置されている。上型２はプレススライダ５に固定されており、このプレススライダ５は、熱成型プレス１内でプレスベース４及び下型３に対して相対的に垂直方向に移動可能である。

上型２も下型３も、互いに相対的に移動可能であるそれぞれ１つの成形ジョー６若しくは７と支持ジョー８若しくは９とを有している。このために、成形ジョー６，７と支持ジョー８，９との間に、ピストン・シリンダユニット特に液圧式シリンダとして構成されたリニア駆動装置１０が接続されている。

図２及び図３に示されているように、ロック位置Ｂでは、支持ジョー８，９が、成形ジョー６，７の、支持ジョー８，９に面した後側１１，１２に形状結合（形状による束縛）式に結合されている。これによって、ロック位置Ｂにおいて、支持ジョー８若しくは９と成形ジョー６若しくは７とは、内実な（中空でない）１つのユニットを形成している。

冷却位置Ｋにおいて、成形ジョー６，７と支持ジョー８，９とは、互いに間隔ａを保って配置されているので、成形ジョー６，７と支持ジョー８，９との間に冷却ギャップ１３若しくは１４が形成されている。これらの冷却ギャプ１３，１４を通って冷却材ＫＭ１がガイドされる。

成形ジョー６，７はそれぞれ１つの型構造１５，１６を有しており、この型構造１５，１６は、成形しようとする金属薄板プロフィールの、互いに対応し合う輪郭形状に合わせられている。図示の実施例では、下型３の成形ジョー７の型構造１６は、成形ジョー７のベース面１７に向かって突き出しているドーム状の父型を有しており、このドーム状の父型は成形過程時に、この父型と相補的に形成された、成形ジョー６のベース面１８に対して内方の受容部（母型）を形成する型構造１５内に侵入する。

成形ジョー６若しくは７は、製造しようとする構成部分に応じて構成された型構造１５，１６を備えた薄い鋼シェルより成っている。型構造１５，１６の領域内の成形ジョー６，７の壁厚ｓは、同じ厚さであって、有利には５ｍｍ乃至１０ｍｍの壁厚ｓを有している。

冷却ギャップ１３，１４内への冷却材ＫＭの供給若しくは冷却ギャップ１３，１４からの冷却材ＫＭの導出は、冷却材接続部１９，２０を介して行われる。この冷却材接続部１９，２０は、成形ジョー６，７よりも幅広く構成された側部領域２１，２２を通ってガイドされている。冷却位置Ｋにおいて、冷却材接続部１９，２０は、冷却ギャプ１３若しくは１４と連通接続され、それによって冷却材ＫＭは冷却ギャップ１３，１４を通って流れるようになっている。

さらに、成形ジョー６，７と支持ジョー８，９とは、それぞれ１つのシール２３を介して互いにシールされている。シール２３は、成形ジョー６若しくは７に形成された溝２４内に組み込まれている。溝２４は、冷却材接続部１９，２０の上部若しくは下部に配置されている。

金属薄板２５の変形過程前に、熱成形プレス１は開放されていて、上型２も下型３も、冷却位置Ｋ内に位置している。冷却ギャップ１３，４１は開放されているので、大量の冷却材ＫＭが冷却ギャップ１３，１４を通って流れるようになっている。冷却ギャップ１３，１４は、それぞれ支持ジョー８，９に面した、成形ジョー６，７の後側１１，１２に、成形ジョー６，７の型構造１５，１６の面に沿って、小さい間隔ａを保って延在している。この間隔ａは、型構造１５，１６の領域内の成形ジョー６，７の壁厚ｓに相当する（図１参照）。

金属薄板２５を成形するために、冷却ギャプｐ１３，１４は閉鎖され、上部後部２及び下型３の成形ジョー６，７及び支持ジョー８，９は、ロック位置Ｂにもたらされる（図２参照）。

次いで、熱成形プレス１内に、焼入れ温度に加熱された金属薄板２５が挿入される。次いで、熱成形プレス１は閉鎖され、金属薄板２５は、図３に示されているように、金属薄板プロフィール２６に成形される。熱成形プレス１を閉鎖する際に、プレススライダ５は上型２と共に下方に移動せしめられる。この際に、金属薄板２５は型構造１５，１６内に引き込まれて、金属薄板プロフィール２６に成形される。

熱成形プレス１が完全に閉鎖されると、金属薄板２５の本来の成形過程は終了される。熱成形プレス１の閉鎖力は、金属薄板プロフィール２６と上型２並びに下型３との接触を維持するためにのみ必要となる。この段階で、冷却ギャップ１３，１４は再び開放される（図４）。成形ジョー６，７と支持ジョー８，９とは再び冷却位置Ｋに位置し、冷却材ＫＭが全面的に、熱成形（熱間成形）された金属薄板プロフィール２６に対する短い間隔ａを保って冷却ギャプ１３，１４を通って流れる。熱成形された金属薄板プロフィール２６と冷却材ＫＭ及び全面的な冷却材供給との間の小さい間隔ａによって、金属薄板プロフィール２６から非常に良好に熱を導出することができ、ひいては効果的な冷却若しくは焼入れ過程が得られる。

焼入れ過程の終了後に、熱成形プレス１は再び開放される。これは開放された冷却ギャプ１３，１４において行われるので、成形ジョー６，７は再び冷却される。成形され、かつ焼入れ済みの金属薄板プロフィール２６は、熱成形プレス１から取り出され、成形過程が新たに開始される。

本発明による熱成形プレスの、開放された冷却通路を備えた開放位置における概略的な垂直断面図である。 まだ開放状態にあるが、閉鎖された冷却通路を備えた熱成形プレスの概略的な垂直断面図である。 成形過程における下部の閉鎖位置にある熱成形プレスの垂直断面図である。 まだ閉鎖位置にあるが、開放された冷却通路を備えた熱成形プレスの概略的な垂直断面図である。

符号の説明

１ 熱成形プレス、 ２ 上型、 ３ 下型、 ４ プレスベース、 ５ プレススライダ、 ６，７ 成形ジョー、 ８，９ 支持ジョー、 １０ リニア駆動装置、 １１ 成形ジョー６の後ろ側、 １２ 成形ジョー７の後側、 １３，１４ 冷却ギャップ、 １５，１６ 型構造、 １７、１８ ベース面、 １９，２０ 冷却材接続部、 ２１，２２ 側部領域、 ２３ シール、 ２４ 溝、 ２５ 金属薄板、 ２６ 金属薄板プロフィール、 Ｂ ロック位置、 Ｋ 冷却位置、 ＫＭ 冷却材、 ａ 間隔、 ｓ 成形ジョー６若しくは７の壁厚

Claims (8)

1. 上型（２）と下型（３）とを備えた金属薄板を成形及び焼入するための熱成形プレスであって、前記上型（２）及び下型（３）のうちの少なくとも一方が成形ジョー（６；７）及び支持ジョー（８；９）を有していて、成形ジョー（６；７）と支持ジョー（８；９）との間に冷却材（ＫＭ）が貫流ガイドされるようになっている形式のものにおいて、
   成形ジョー（６；７）と支持ジョー（８；９）とが互いに相対的に移動可能であって、前記支持ジョー（８；９）がロック位置（Ｂ）において前記成形ジョー（６；７）に当接し、冷却位置（Ｋ）において成形ジョー（６；７）に対して間隔を保っていて、それによって成形ジョー（６；７）と支持ジョー（８；９）との間に冷却ギャップ（１３；１４）が形成されるようになっていることを特徴とする、熱成形プレス。
2. 前記支持ジョー（８；９）がロック位置（Ｂ）において成形ジョー（６；７）に形状結合式に当接している、請求項１記載の熱成形プレス。
3. 前記冷却ギャップ（１３；１４）が、成形ジョー（６；７）の、支持ジョー（８；９）側に面した後側（１１；１２）で、成形ジョー（６；７）の型構造（１５；１６）の面に亘って延在している、請求項１又は２記載の熱成形プレス。
4. 前記成形ジョー（６；７）と支持ジョー（８；９）とが、リニア駆動装置（１０）によって互いに相対的に移動可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の熱成形プレス。
5. 前記リニア駆動装置（１０）がピストン・シリンダユニットであって、該ピストン・シリンダユニットが、成形ジョー（６；７）と支持ジョー（８；９）との間に介在されている、請求項４記載の熱成形プレス。
6. 前記成形ジョー（６；７）内に冷却材接続部（１９，２０）が設けられていて、該冷却材接続部（１９，２０）が、冷却位置（Ｋ）において前記冷却ギャップ（１３；１４）と連通接続せしめられるようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の熱成形プレス。
7. 前記成形ジョー（６；７）と支持ジョー（８；９）とが、少なくとも１つのシール（２３）を介して互いにシールされている、請求項１から６までのいずれか１項記載の熱成形プレス。
8. 前記成形ジョー（６；７）が、４〜１５ｍｍの壁厚（ｓ）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の熱成形プレス。

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