JP5403768B2 - プレス硬化用金型の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明はプレス硬化用金型の冷却装置に関し、特に鋼板ブランクのトリミング金型によって切断される部位の表面組織硬度を調節するために冷却速度を調節するようにその構造が改善されたプレス硬化用金型の冷却装置に関する。

一般的に、プレス硬化部品の製造工法は、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｒなどを添加して硬化能を向上させた鋼材をＡｃ３変態点以上である９００℃程度の高温で加熱して完全オーステナイト化した後、この鋼板をプレス金型で一度に製品形状に熱間成形しながら、急速冷却を通じてマルテンサイト化して高強度製品を製造する工法である。

周知のとおり、鋼板は高温で加熱すれば延性が良くなるので成形が非常に容易となり、これにより、プレス硬化工程を通じて製造される鋼板は、一般加工用鋼板の加工性より多少優れるだけでなく高強度鋼より遥かに優れる。

また、プレス硬化工程を通じて製造された鋼板は、その強度（１，４００ＭＰａ以上）が非常に高いため、降伏強度を密度で分けた比強度面に非常に優れれて自動車の軽量化に大きく寄与することができ、また、加工後に形状変形（Ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ）がほぼないため、成形し難い超高強度要求部品に適用されている。

前記プレス硬化工程において、鋼板を完全オーステナイトに変態させるために約９００℃以上で数分以上加熱する条件が必要であり、工程の効率のために自動化がなされなければならない。

従来のプレス硬化工程は、巻き取られた鋼板コイルから硬化する前のブランクが直線型加熱炉を通じて加熱された後、ロボットによってプレス側に移送されてプレス成形される工程で構成されている。

前記プレスはプレス硬化用金型の上、下部金型を採用し、鋼板ブランクの表面組織硬化のために冷却水が上、下部金型に各々備えられた冷却水供給部側に供給され、鋼板ブランクを冷却させるようになっている。
既存の鋼板ブランクは、実際部品として用いられる中間部位とスクラップで切断して廃棄される両側スクラップ部位に区分され、実際に両側スクラップ部位は後加工工程においてトリミング金型によって切断される。
しかし、既存のトリミング金型によって切断されるトリミング切断部位にも前述したプレス金型冷却による硬化現象が起こり、トリミング工程時にトリミング金型の摩耗が酷く、このためにトリミング加工の加工性が低下し、トリミング金型の取替え作業による作業損失が発生して生産性が低下する問題点がある。

本発明は、前記諸問題点を考慮し、これを解決するために提案されたものであり、その目的は、プレス硬化用金型の構造を改善して、鋼板ブランクの一部位が他部位とは異なる冷却過程を通じてトリミング加工が容易に行われるようにしたプレス硬化用金型の冷却装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、上、下部金型で構成され、鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、

前記上、下部金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、

前記冷却水供給部に供給される冷却水の温度を部位別に調整するための冷却水温度調節手段とを備える。

前記冷却水温度調節手段は、前記冷却水供給部のうちの前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部に、他の冷却水供給部に供給される冷却水より高温の冷却水を差等供給するように制御するコントローラを備え、

前記コントローラは、前記トリミング切断部位と近接した冷却水供給部に供給される冷却水を加熱するヒータを備える。

前記コントローラは、前記トリミング切断部位に近接した冷却水供給部に供給される冷却水の温度が４５〜８０℃を維持するように前記ヒータの動作を制御する。

前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部と前記鋼板ブランクの接触面との間に中空部が形成される。

前記プレス硬化用金型は内部に断熱材が配置される。

前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と前記鋼板ブランクとの間に配置され、前記プレス硬化用金型の温度を検知し、検知された信号を前記コントローラ側に出力する温度検知センサをさらに備える。

前記冷却水温度調節手段は、前記鋼板ブランクのトリミング切断部位をフェライトとパーライトおよびベイナイトの混合組織になるように冷却水の温度を制御する。

本発明の他の特徴は、内部に断熱材が配置された上、下部金型で構成され、鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、

前記上、下部金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、

前記プレス硬化用金型の内部に配置された温度検知センサに基づいて前記冷却水供給部に供給される冷却水の温度を部位別に調整するための冷却水温度調節手段とを備える。

本発明は、プレス硬化用部品を生産する鋼板ブランクのプレス工程中、トリミング切断部位の冷却速度を遅延させられるようにその構造が改善されており、これによれば、本発明は、上、下部金型の冷却水供給部から伝達される冷却速度を遅延させてトリミング切断部位の急冷を防止して、硬度の高いマルテンサイト組織化することを防止することができるため、トリミング工程時にトリミング金型の摩耗を減らすことができ、耐久性の向上および生産性を増加させることができる有用な効果を有する。

本発明に係るプレス硬化用金型の冷却装置の第１実施形態を示す構成図である。 本発明の第２実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るプレス硬化用金型の冷却装置の第３実施形態を示す構成図である。 本発明に係るプレス硬化用金型の冷却装置の第４実施形態を示す構成図である。 本発明に係るプレス硬化用金型の冷却装置の第５実施形態を示す構成図である。 本発明に係るプレス硬化用金型の冷却装置の第６実施形態を示す構成図である。 本発明に係る鋼板ブランクの時間別冷却過程を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照してより詳細に説明する。

本発明に係るプレス硬化用金型の冷却装置の第１実施形態は、図１を参照して説明すれば、鋼板ブランクＳを上、下部からプレス加工処理し、内部に冷却水供給部１２，２２が配置される上、下部金型１０，２０で構成されたプレス硬化用金型Ｐと、上、下部金型１０，２０の冷却水供給部１２，２２と鋼板ブランクＳの接触面との間に配置され、鋼板ブランクＳ側に伝達される冷却水の温度を調節する冷却水温度調節手段に大別される。

より詳細に説明すれば、冷却水温度調節手段は、前記した複数の冷却水供給部１２，２２側に供給される冷却水の温度を差等に供給するためのコントローラ１００を備え、このコントローラ１００にはトリミング切断部位Ｔ１と近接した位置の冷却水供給部１２，２２側に供給される冷却水を加熱するヒータ１５０が備えられる。

コントローラ１００はヒータ１５０の動作をオン／オフ制御してトリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２，２２側に供給される冷却水の温度を４５〜８０℃に維持するようにし、残りの冷却水供給部１２，２２には既存と同一温度である１０〜２５℃の冷却水を供給するようになっている。

すなわち、コントローラ１００は、鋼板ブランクＳの部品となる中間部位と近接した冷却水供給部１２，２２側には１０〜２５℃の冷却水を供給し、両側に位置したトリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２，２２側にはヒータ１５０によって加熱され、４５〜８０℃の冷却水が供給されるように制御する。

この時、冷却水の温度を４５〜８０℃に調節するのは、トリミング切断部位Ｔ１に該当する鋼板ブランクＳの組織を、靭性と延性がマルテンサイト組織に比べて優れたフェライト＋パーライト＋ベイナイト混合組織に変態させるためである。

このような構成を有する本発明の作用を説明すれば次のとおりである。

本発明によるプレス硬化用金型の冷却装置は、プレス硬化部品を生産するために加熱炉を経て９００℃以上で加熱された鋼板ブランクＳをロボットを利用してプレス硬化用金型Ｐに移送させた後にプレス工程を行う過程において、鋼板ブランクＳの部位のうちの製品となる中間部位と両側スクラップ部位の境界部位であるトリミング切断部位Ｔ１に冷却水供給部１２，２２から伝達される冷却速度を鋼板ブランクＳの他の部位より低い熱伝導率を有するようにしたものである。

このためにプレス硬化用金型Ｐの上、下部金型１０，２０に配置された冷却水供給部１２，２２のうちのトリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２，２２側に他の部位より高い冷却水温の冷却水を供給することにより、トリミング工程時にトリミング切断部位Ｔ１の冷却速度を他の部位より遅延させ、鋼板ブランクＳの他の部位より硬化能を低下させられるようにしたものである。

これにより、プレス工程中に鋼板ブランクＳのトリミング切断部位Ｔ１は他の部位に比べて遅れた冷却速度を有し、これにより、他の部位に比べて硬度の低い組織が形成される。

その後、トリミング工程時、トリミング切断部位Ｔ１を除いた鋼板ブランクＳの残り部位が硬度の高いマルテンサイト組織化する反面、トリミング切断部位は、マルテンサイト組織に比べ、硬度が低く、加工性の良いフェライト＋パーライト＋ベイナイト組織に変換される。

この時、トリミング切断部位Ｔ１の硬化能は冷却水温に応じて可変し、例えば、冷却水温を上げる場合には冷却速度がより遅くなり、冷却水温を下げる場合には冷却速度が速くなる相関関係を持つ。

以下、本発明の他の実施形態のうちの先の実施形態で説明した構成要素に対しては重複する説明は省略し、図面符号を同一に付することにする。

一方、図２は本発明の第２実施形態を示す図であり、トリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２，２２と鋼板ブランクＳの接触面との間の上、下部金型に中空部２１０が形成されたものである。

これは、冷却水供給部１２，２２から伝達される冷却水の熱伝導率を低下させ、前述した鋼板ブランクＳのトリミング切断部位Ｔ１をフェライト＋パーライト＋ベイナイト組織に混合組織化させるためである。

すなわち、冷却水供給部１２，２２から伝達される熱が中空部２１０を経てトリミング切断部位Ｔ１側に伝導されるようにすることにより、冷却水の冷却機能を他の部位より低下させ、鋼板ブランクＳのトリミング切断部位Ｔ１が急冷することを防止する。

この時、中空部２１０は、ここでは、上、下部金型１０，２０の両側に形成するものとして示されているが、上部金型または下部金型だけに形成することもできる。

また、中空部２１０は、熱伝達効率が低下するように四角形または円形形態の断面形状を有することが好ましい。

図３は本発明の第３実施形態を示す構成図であり、その構成は前述した実施形態の構成要素の他にプレス硬化用金型Ｐを構成する上、下部金型１０，２０の内部に垂直に断熱材３００が配置されたものである。

断熱材３００は、プレス硬化用金型Ｐの両側にトリミング切断部位Ｔ１を基準に上、下部金型を区切るように垂直に配置される。

これは、鋼板ブランクＳのトリミング切断部位Ｔ１に伝達される冷却水の温度を他の部位に伝達される冷却水の温度と差別化するためである。

すなわち、断熱材３００を介してプレス硬化用金型Ｐを中央部位と両側部位に区分することにより、冷却水供給部１２，２２を介して伝達される冷却水の温度を相異なる温度として供給して、鋼板ブランクの部位別に異なる冷却性能を有するようにすることができる。

図４は本発明の第４実施形態を示す構成図であり、その構成は前述した実施形態の構成要素を含み、プレス硬化用金型Ｐの内部に配置され、金型の内部温度を検知し、検知された信号をコントローラ１００側に出力する温度検知センサ１５５をさらに備えたものである。

温度検知センサ１５５は、金型温度をリアルタイムで測定することにより、冷却水の供給によって金型の温度がコントローラ１００に予め設定された温度より低くなる場合、ヒータ１５０によって冷却水を加熱し、金型の特定部位の温度を加熱または維持させる機能を果たす。

図５は本発明の第５実施形態を示す構成図であり、その構成は、トリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２，２２の直径が他の冷却水供給部１２，２２の直径より小さい直径を有するように形成したものである。

また、図６は本発明の第６実施形態を示す構成図であり、その構成は、プレス硬化用金型Ｐの両側に配置され、トリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２，２２と鋼板ブランクの接触面との間隔が、他の部位に配置された冷却水供給部１２，２２と鋼板ブランクの接触面との間隔よりさらに遠く配置された構造を有する。

すなわち、図面から見る時、上部金型に配置され、トリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部１２は上部金型の他の部位に配置された冷却水供給部１２より上側に配置され、下部金型に配置され、トリミング切断部位Ｔ１と近接した冷却水供給部２２は下部金型の他の部位に配置された冷却水供給部２２2より下側に配置された構造を有する。

したがって、本発明の第５実施形態と第６実施形態は、冷却水の供給温度を異にしなくても鋼板ブランクの部位別に冷却性能を異にすることができるということを示す。

すなわち、本発明の実施形態は、鋼板ブランクＳのプレス工程中、トリミング切断部位Ｔ１に上、下部金型１０，２０の冷却水供給部１２，２２から伝達される冷却速度を部位別に異にすることにより、鋼板ブランクＳのトリミング切断部位Ｔ１の急冷を防止して、硬度の高いマルテンサイト組織化することを防止することができる。

これにより、本発明のプレス工程処理後の鋼板ブランクＳは、図７に示すように、鋼板ブランクＳと接触する中間部位の時間別冷却速度を示す"Ａ"区間と、トリミング切断部位Ｔ１の時間別冷却速度を示す"Ｂ"区間で構成され、鋼板ブランクＳの各部位別の冷却速度が差等となるため、"Ａ"区間に該当する組織が９５０℃で秒当たり１７〜２４℃で８００℃に冷却された後、急冷によって硬化してマルテンサイト組織化し、"Ｂ"区間では８００℃で徐冷して混合組織化する。
［項目１］
上、下部金型で構成され、鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、
上記上、下部金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、
上記冷却水供給部に供給される冷却水の温度を部位別に調整するための冷却水温度調節手段と、
を備えることを特徴とするプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目２］
上記冷却水温度調節手段は、上記冷却水供給部のうちの上記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部に、他の冷却水供給部に供給される冷却水より高い温度の冷却水を差等供給するように制御するコントローラを備え、
上記コントローラは、上記トリミング切断部位と近接した冷却水供給部に供給される冷却水を加熱するヒータを備えることを特徴とする、項目１に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目３］
上記コントローラは、上記トリミング切断部位に近接した冷却水供給部に供給される冷却水の温度が４５〜８０℃を維持するように上記ヒータの動作を制御することを特徴とする、項目２に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目４］
上記鋼板ブランクのトリミング切断部位と上記鋼板ブランクとの間に配置され、上記プレス硬化用金型の温度を検知し、検知された信号を上記コントローラ側に出力する温度検知センサをさらに備えることを特徴とする、項目２または３に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目５］
上記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部と上記鋼板ブランクの接触面との間に中空部が形成されることを特徴とする、項目１から４の何れか１項に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目６］
上記プレス硬化用金型は内部に断熱材が配置されることを特徴とする、項目１から５の何れか１項に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目７］
上記冷却水温度調節手段は、上記鋼板ブランクのトリミング切断部位をフェライトとパーライトおよびベイナイトの混合組織になるように冷却水の温度を制御することを特徴とする、項目１から６のいずれか一項に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目８］
内部に断熱材が配置された上、下部金型で構成され、鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、
上記上、下部金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、
上記プレス硬化用金型の内部に配置された温度検知センサに基づいて上記冷却水供給部に供給される冷却水の温度を部位別に調整するための冷却水温度調節手段と、
を備えることを特徴とするプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目９］
鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、
上記プレス硬化用金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、
上記鋼板ブランクのトリミング切断部位が上記鋼板ブランクの他の部位よりも徐々に冷却されるように、上記トリミング切断部位の冷却速度を調整する冷却水温度調節手段と、
を備えることを特徴とするプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目１０］
上記トリミング切断部位と近接した少なくとも一つの冷却水供給部の大きさは、他の冷却水供給部の大きさよりも小さいことを特徴とする、項目９に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
［項目１１］
上記トリミング切断部位と近接した少なくとも一つの冷却水供給部と鋼板ブランクの接触面との間隔は、他の部位に配置された冷却水供給部と鋼板ブランクの接触面との間隔よりも大きいことを特徴とする、項目９または１０に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。

Claims (10)

1. 上、下部金型で構成され、鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、
   前記上、下部金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、
   前記複数の冷却水供給部のそれぞれに供給される冷却水の温度を部位別に調整するための冷却水温度調節手段と
   を備え、
   前記冷却水温度調節手段は、前記複数の冷却水供給部のうちの前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部に、他の冷却水供給部に供給される冷却水より高い温度の冷却水を、温度に差をつけて供給するように制御するコントローラと、
   前記コントローラによって動作が制御され、前記トリミング切断部位と近接した冷却水供給部に供給される冷却水を加熱するヒータと、
   を備えることを特徴とするプレス硬化用金型の冷却装置。
2. 前記コントローラは、前記トリミング切断部位に近接した冷却水供給部に供給される冷却水の温度が４５〜８０℃を維持するように前記ヒータの動作を制御することを特徴とする、請求項１に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
3. 前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と前記鋼板ブランクとの間に配置され、前記プレス硬化用金型の温度を検知し、検知された信号を前記コントローラ側に出力する温度検知センサをさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
4. 前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部と前記鋼板ブランクの接触面との間に中空部が形成されることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
5. 前記プレス硬化用金型は内部に断熱材が配置されることを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
6. 前記冷却水温度調節手段は、前記鋼板ブランクのトリミング切断部位をフェライトとパーライトおよびベイナイトの混合組織になるように冷却水の温度を制御することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
7. 内部に断熱材が配置された上、下部金型で構成され、鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、
   前記上、下部金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、
   前記プレス硬化用金型の内部に配置された温度検知センサに基づいて前記複数の冷却水供給部のそれぞれに供給される冷却水の温度を部位別に調整するための冷却水温度調節手段と
   を備え、
   前記冷却水温度調節手段は、前記複数の冷却水供給部のうちの前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部に、他の冷却水供給部に供給される冷却水より高い温度の冷却水を、温度に差をつけて供給するように制御するコントローラと、
   前記コントローラによって動作が制御され、前記トリミング切断部位と近接した冷却水供給部に供給される冷却水を加熱するヒータと、
   を備えることを特徴とするプレス硬化用金型の冷却装置。
8. 鋼板ブランクをプレス加工するためのプレス硬化用金型と、
   前記プレス硬化用金型の内部に互いに離隔するように配置され、冷却水が流れる通路となる複数の冷却水供給部と、
   前記鋼板ブランクのトリミング切断部位が前記鋼板ブランクの他の部位よりも徐々に冷却されるように、前記トリミング切断部位の冷却速度を調整する冷却水温度調節手段と
   を備え、
   前記冷却水温度調節手段は、前記複数の冷却水供給部のうちの前記鋼板ブランクのトリミング切断部位と近接した冷却水供給部に、他の冷却水供給部に供給される冷却水より高い温度の冷却水を、温度に差をつけて供給するように制御するコントローラと、
   前記コントローラによって動作が制御され、前記トリミング切断部位と近接した冷却水供給部に供給される冷却水を加熱するヒータと、
   を備えることを特徴とするプレス硬化用金型の冷却装置。
9. 前記トリミング切断部位と近接した少なくとも一つの冷却水供給部の大きさは、他の冷却水供給部の大きさよりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。
10. 前記トリミング切断部位と近接した少なくとも一つの冷却水供給部と鋼板ブランクの接触面との間隔は、他の部位に配置された冷却水供給部と鋼板ブランクの接触面との間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項８または９に記載のプレス硬化用金型の冷却装置。

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