JP4883916B2 - 熱間プレス加工における材料板材の位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間プレス加工における材料板材の位置決め方法に関するものである。

加熱した金属板材を相対的に低温のプレス用金型でプレスすることにより、成形と焼入れとを同時達成する熱間プレス加工が知られている（例えば特許文献１参照）。その加工法によれば、金属板材は加熱後直ちにプレス用金型（上型及び下型）に搬送され、固定型（下型）上に位置決め後、可動型（上型）でプレスされる。通常、下型に対する板材の位置決めには、ネストと呼ばれる位置決め機構が用いられる（ネストについては例えば特許文献２参照）。例えば、板材を下型の上に載せた後、可動ネストで板材の一辺をその対向辺に向けて水平に押し、板材の対向辺を固定ネストに接触させることで、下型と板材との位置合わせを行っている。この操作は一般に「センタリング」と呼ばれる。

しかしながら、金属板材は熱せられると摩擦抵抗が増大して滑り難くなる。このため、ネストによる板材の位置決めでは多少の位置ずれが残り易く、位置決め精度が低いまま熱間プレスが行われて不良品を生じ易い。また、特に熱間プレス加工では、得られる製品の引張強度（又は硬度）が非常に高くなるので、熱間プレス加工後にプレス機によるトリム加工やピアス加工は困難であり、熱間プレス前にプレス機によるトリム加工等を済ませる必要がある。このような事情もあって、熱間プレス加工時の材料板材の位置決め精度をいかに向上させるかが技術的課題となっている。

特開２００２−１０２９８０号公報 特開２００１−２５２７２８号公報（第０００２段落等）

本発明の目的は、熱間プレス加工時の材料板材の位置決め精度を従来よりも向上させることができる材料板材の位置決め方法を提供することにある。

請求項１の発明は、熱間プレス加工の際にプレス用金型に対し材料板材を位置決めする方法であって、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金型に一次位置決めした後、プレス用金型から円錐型の第１の位置調整ピン及び円錐又は多角錐型の第２の位置調整ピンを突出させ、前記材料板材に予め形成された前記第１の位置調整ピンに対応する丸穴及び前記第２の位置調整ピンに対応する長穴にそれぞれ係入させることにより、前記材料板材を更に精密に二次位置決めするものであり、
前記材料板材は長尺な板材であり、前記丸穴及び前記長穴はその板材の長手方向に並ぶと共に、前記長穴は当該板材の長手方向に沿って長く延びている、ことを特徴とする熱間プレス加工における材料板材の位置決め方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱間プレス加工における材料板材の位置決め方法において、
前記ネスト機構は、前記長尺な材料板材における長手方向の位置決め基準となる固定ネスト（３３ａ）と、その材料板材を前記固定ネストに向けて押す可動ネスト（３３ｂ）とを少なくとも具備しており、
前記一次位置決めの際に前記丸穴を固定ネスト（３３ａ）寄りに且つ前記長穴を可動ネスト（３３ｂ）寄りに配置させ得るように、前記プレス用金型において前記丸穴に対応する第１の位置調整ピン及び前記長穴に対応する第２の位置調整ピンが配置設定されていることを特徴とする。

［作用］
本発明によれば、ネスト機構により材料板材はプレス用金型に対し一次位置決めされる。その後、プレス用金型から円錐又は多角錐型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。円錐又は多角錐型の位置調整ピンが突出する過程でピンのテーパーな外面又はエッジに材料板材の穴の縁がガイドされ、一次位置決め済みの材料板材の位置が位置調整ピンを基準として再調整される。こうして、プレス用金型に対して材料板材が更に精密に二次位置決めされる。

請求項１及び２によれば、少なくとも二つの位置調整ピンを用いることで二次位置決めの精度が高まる。また、丸穴を基準穴と考えた場合に、加熱された材料板材の熱膨張によって丸穴から長穴までの距離が変化するおそれがあるが、第２の位置調整ピンに対応する穴は長穴であるので、両穴間の距離が多少変化しても第２の位置調整ピンは長穴に確実に係入できる。更に、請求項２によれば、一次位置決めの長手方向基準となる固定ネストに近くなるように、二次位置決めの基準となる第１の位置調整ピン（丸穴に対応するピン）が配置設定されているため、長手方向の位置決め精度が更に高まる。

本発明によれば、ネスト機構による材料板材の一次位置決め後に、円錐又は多角錐型の位置調整ピンによる二次位置決めを行うという二段階の位置決めプロセスを採用しているので、加熱状態にある材料板材の滑りが悪いという事情にもかかわらず、熱間プレス加工時の材料板材の位置決め精度を従来よりも向上させることができる。

本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように熱間プレス加工用（ダイクエンチ用）のプレス型は下型２及び上型（図示略）から構成されている。下型２は、加工対象となる金属製の材料板材４（図２参照）にあわせて長尺な形状となっており、内部に水冷手段（図示略）を備えている。下型２及びその周辺には、材料板材４の一次位置決め用のネスト機構３と、二次位置決め用のピン機構（２５，２６）とが設けられている。

一次位置決め用のネスト機構３は、互いに対向する固定ネスト（３１ａ，３２ａ，３３ａ）及び可動ネスト（３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ）を一組として３組のネスト対から構成される。各可動ネストは位置決め動作用の駆動シリンダ３４を具備する。図１及び図２に示すように、下型２（又は下型２に載せられた材料板材４）の長手方向に沿った二辺のうちの一方の辺の側には、二つの固定ネスト３１ａ，３２ａが配置されており、他方の辺の側には、これら固定ネストに対向する二つの可動ネスト３１ｂ，３２ｂが配設されている。また、下型２（又は下型２に載せられた材料板材４）の幅方向に沿った二辺のうちの一方の辺の側には、一つの固定ネスト３３ａが配置されており、他方の辺の側には、それに対向する一つの可動ネスト３３ｂが配置されている。三つの固定ネスト（３１ａ，３２ａ，３３ａ）がネスト機構３による材料板材４の一次位置決めの基準となる。

図１及び図３に示すように、下型２は、その中央部分においてほぼ水平な平面成形部２１を有し、その平面成形部２１の前後において緩やかにカーブした曲面成形部２２を有している。平面成形部２１の前後端部付近には、鉛直方向に延びる第１及び第２のピンガイド穴２３，２４が形成されている。第１及び第２のピンガイド穴２３，２４には、それぞれ第１及び第２の位置調整ピン２５，２６が挿通されている。

第１の位置調整ピン２５は、上端部が円錐形状をなし、それ以外の部分が円柱形状をなす概して円錐型のピンとして構成されている。第１のピンガイド穴２３は、第１の位置調整ピン２５に対応して横断面円形状をなす。他方、第２の位置調整ピン２６は、上端部が平面視略菱形の四角錐形状をなし、それ以外の部分が前記四角錐形状に連続する横断面略菱形の角柱形状をなす概して四角錐型のピンとして構成されている。第２のピンガイド穴２４は、第２の位置調整ピン２６に対応して横断面略菱形状をなす。第１及び第２の位置調整ピン２５，２６は、図示しない駆動機構によって各ピンの上端部が下型内部に没入する没入位置（図３（Ａ）参照）と、各ピンの上端部が下型２の上面よりも上に突出する突出位置（図３（Ｂ）参照）との間を垂直移動可能となっている。

熱間プレス加工の加工対象（ワーク）となる材料板材４は、例えば引張強度が５００〜６００ＭＰａの高張力鋼板であり、幅よりも長さがはるかに大きい長尺な板材である（図２参照）。この材料板材４の中心線Ｃ上には、所定間隔を隔てて丸穴４１及び長穴４２が形成されている。第１の位置調整ピン２５に対応する丸穴４１は、第１の位置調整ピン２５の直径にほぼ対応する直径をもった円形状をしている（図３（Ｄ）参照）。他方、第２の位置調整ピン２６に対応する長穴４２は、第２の位置調整ピン２６の下型幅方向に沿った長さ（ａ）にほぼ対応する幅（ａ）、及び、第２の位置調整ピン２６の下型長手方向に沿った長さ（ｂ）よりも明らかに大きな長さ（ｄ）をもった長円形状をしている（図３（Ｃ）参照）。

次に、上記位置決め機構を用いた本実施形態の位置決め手順について説明する。

先ず、下型２の第１及び第２の位置調整ピン２５，２６を没入位置に配置しておく。図示しない加熱装置によって例えば８５０℃以上に加熱された材料板材４を下型２及び上型間に高速搬送する。その際、丸穴４１が可動ネスト３３ｂではなく固定ネスト３３ａの側に位置するように、材料板材４を下型２の平面成形部２１上に載せる。そして、可動ネスト（３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ）を作動させ、これら可動ネストで材料板材４を固定ネスト（３１ａ，３２ａ，３３ａ）に向けてスライドさせることにより、固定ネスト３３ａを長手方向の位置基準、固定ネスト３１ａ，３２ａを幅方向の位置基準として、材料板材４を下型２に対し一次位置決めする。

材料板材４が加熱状態にあることで板材の滑りが悪化し、ネスト機構３による一次位置決めでは材料板材４の位置決め精度がまだ十分でない可能性がある。それ故、材料板材４の位置決め精度を高めるために、ピン機構（２５，２６）による二次位置決めを行う。すなわち、図３（Ａ）の没入位置にある第１及び第２の位置調整ピン２５，２６を、図３（Ｂ）の突出位置にまで突出させる。その際、材料板材４は前記一次位置決めによってある程度の精度で位置決め済みであること、及び、加熱された材料板材４の熱膨張によって丸穴４１から長穴４２までの距離が多少変化していても第２の位置調整ピン２６に対応する穴４２が長穴であることのために、各位置調整ピン２５，２６の上端部はそれぞれ対応する丸穴４１及び長穴４２に必ず係入される。

そして、これらの位置調整ピン２５，２６が突出する過程で、各ピンの上端部のテーパーな外面又はエッジに材料板材の各穴４１，４２の縁がガイドされる。具体的には、円錐型の上端部を持った第１の位置調整ピン２５が突出するに連れて、ピン上端部のテーパーな円錐外面により材料板材４の丸穴４１がガイドされる。その結果、第１の位置調整ピン２５の中心軸線に対する丸穴４１の中心の偏心が極力解消されるように、材料板材４の位置が微調整される。

また、四角錐型の上端部を持った第２の位置調整ピン２６が突出するに連れて、ピン上端部のテーパーな二等辺三角形状エッジにより材料板材４の長穴４２がガイドされる。その結果、第２の位置調整ピン２６の中心軸線と、長穴４２の幅（ａ）を二等分する中心線（又は仮想垂立面）との不一致が解消されるように、材料板材４の位置が微調整される。この第２の位置調整ピン２６による微調整は、第１の位置調整ピン２５と丸穴４１との嵌合関係に基づく第１の位置調整ピン２５を回動軸とした材料板材４の水平面内回動を規制するような位置決め調整に相当する。

つまり本実施形態では、第１の位置調整ピン２５と丸穴４１との嵌合によって、二次位置決めにおける長手方向基準及び幅方向基準が定められる。また、前記第１の位置調整ピン２５と丸穴４１との嵌合に同期した、第２の位置調整ピン２６の二等辺三角形状エッジと長穴４２の平行な二辺との係合によって、長尺な板材４の二次位置決めにおける幅方向基準が定められる。

こうして、一次位置決め済みの材料板材４をピン機構（２５，２６）によって二次位置決めすることにより、材料板材４の位置が再調整され、下型２に対する材料板材４の精密な位置決めが達成される。そして、二つの位置調整ピン２５，２６を下型２内に没入させた後又はその没入動作に同期して、加熱状態にある材料板材４を下型２及び上型間でプレス加工することにより、所望の熱間プレス加工品が得られる。

なお、この方法による加工品としては、車輌用バンパーリインフォースメント、ドアインパクトビーム、サイドメンバー、フロントピラーリインフォースメント、センターピラーリインフォースメント、リアピラーリインフォースメント、ルーフリインフォースメントなどの車輌用部品を例示することができる。

本実施形態によれば、プレス用金型としての下型２に対して材料板材４を非常に精密に位置決めできるので、ほとんど不良品を生ずることなく、寸法精度に優れたプレス加工品を製造することができる。特に、プレス時の位置決め精度が高いので、材料板材４に対して予めピアス加工やトリム加工を安心して施すことができる。ピアス加工やトリム加工をプレス成形前に予め施しておくことが可能なので、製品完成までの総加工コストを大幅に低減することができる。

［変更例］上記実施形態では、長穴４２に対応する第２の位置調整ピン２６を平面視が略菱形の四角錐型のピンとしたが、これを円錐型のピンあるいは平面視が六角形以上の多角錐型のピンに置き換えてもよい。

［変更例］上記実施形態では、長穴４２に対応する第２の位置調整ピン２６を下型２の平面成形部２１に設けたが、第２の位置調整ピン２６については下型２の曲面成形部２２に配設してもよい。

熱間プレス加工用金型（下型）及び各種位置決め機構の概要を示す斜視図。 材料板材をネスト機構で一次位置決めするときの概要を示す平面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は図２のＱ−Ｑ線における概略断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は材料板材の長穴又は丸穴と下型の位置調整ピンとの関係を示す概略平面図。

符号の説明

２…下型（プレス用金型）、３…ネスト機構、４…材料板材、２５…第１の位置調整ピン、２６…第２の位置調整ピン、３１ａ，３２ａ，３３ａ…固定ネスト、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ…可動ネスト、４１…材料板材の丸穴（基準穴）、４２…材料板材の長穴。

Claims (2)

1. 熱間プレス加工の際にプレス用金型に対し材料板材を位置決めする方法であって、
   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金型に一次位置決めした後、
   プレス用金型から円錐型の第１の位置調整ピン及び円錐又は多角錐型の第２の位置調整ピンを突出させ、前記材料板材に予め形成された前記第１の位置調整ピンに対応する丸穴及び前記第２の位置調整ピンに対応する長穴にそれぞれ係入させることにより、前記材料板材を更に精密に二次位置決めするものであり、
   前記材料板材は長尺な板材であり、前記丸穴及び前記長穴はその板材の長手方向に並ぶと共に、前記長穴は当該板材の長手方向に沿って長く延びている、ことを特徴とする熱間プレス加工における材料板材の位置決め方法。
2. 前記ネスト機構は、前記長尺な材料板材における長手方向の位置決め基準となる固定ネスト（３３ａ）と、その材料板材を前記固定ネストに向けて押す可動ネスト（３３ｂ）とを少なくとも具備しており、
   前記一次位置決めの際に前記丸穴を固定ネスト（３３ａ）寄りに且つ前記長穴を可動ネスト（３３ｂ）寄りに配置させ得るように、前記プレス用金型において前記丸穴に対応する第１の位置調整ピン及び前記長穴に対応する第２の位置調整ピンが配置設定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス加工における材料板材の位置決め方法。

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