JP5515521B2 - Hot press forming method for steel sheet - Google Patents
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Description
本発明は、鋼板の熱間プレス成形方法に関する。この方法で成形された製品は、自動車用骨格部品等に好ましく用いうる。 The present invention relates to a hot press forming method for a steel sheet. The product molded by this method can be preferably used for automobile frame parts and the like.
熱間プレス成形方法は、通常、600℃以上の温度に加熱した鋼板(素材)をプレス機でプレス成形する加工法である。また、前記熱間プレス成形方法において、高強度を得るために、素材加熱温度をオーステナイト化温度以上とし、前記プレス成形した直後に金型抜熱(成形に用いたプレス金型をそのまま冷材に用いてプレス成形品から抜熱する方法)によりクエンチする加工法があり(例えば特許文献1参照)、これをここではダイレクト成形法と呼ぶ。ダイレクト成形法は、素材が高温で高延性化するため、引張強さが590MPa以上の高強度鋼板を冷間プレス成形する場合に比べて、張出し成形性や伸びフランジ成形性が優れる加工法であるといわれている。一方、深絞り成形性については、しわ押さえ部を金型で押さえることで素材温度が部分的に低下し、変形抵抗が相対的に高くなるため、しわ押さえ部からの材料流入が抑制され、成形性が低下する。そのため、ダイレクト成形法は深絞り成形には不得手な加工法であるとされ、深絞り部位を含む部品へのプレス成形方法は、冷間プレス成形後に加熱・クエンチする加工法(いわゆるインダイレクト成形法)に限定されている。インダイレクト成形法はプレス機とは別個に冷却装置を必要とするからダイレクト成形法に比べコスト高である。 The hot press forming method is usually a processing method in which a steel plate (material) heated to a temperature of 600 ° C. or higher is press formed with a press. Further, in the hot press molding method, in order to obtain high strength, the material heating temperature is set to the austenitizing temperature or more, and immediately after the press molding, the mold is removed (the press mold used for molding is used as a cold material as it is. There is a processing method that quenches by using a method of removing heat from a press-molded product) (refer to, for example, Patent Document 1), which is referred to herein as a direct molding method. The direct forming method is a processing method that has excellent stretch formability and stretch flange formability compared to cold press forming of a high-strength steel sheet having a tensile strength of 590 MPa or more because the material becomes highly ductile at high temperatures. It is said that. On the other hand, with regard to deep drawability, since the material temperature is partially lowered by pressing the wrinkle holding part with a mold and the deformation resistance becomes relatively high, material inflow from the wrinkle holding part is suppressed, and molding is performed. Sex is reduced. For this reason, the direct molding method is considered to be a processing method that is not good at deep drawing, and the press molding method for parts including deep drawing parts is a processing method that heats and quenches after cold press molding (so-called indirect molding). Law). Since the indirect molding method requires a cooling device separately from the press machine, it is more expensive than the direct molding method.
背景技術をみるに、従来のダイレクト成形法では熱間プレス成形段階の深絞り成形に難点があるため、深絞り部位を含む部品の製造は比較的コスト高のインダイレクト成形法に頼らざるを得ない状況である。すなわち、従来のダイレクト成形法では絞り成形性が適用部品範囲拡大のためのネックとなっている点が課題として残されていた。 Looking at the background art, the conventional direct forming method has a difficulty in deep drawing at the hot press forming stage, so the production of parts including deep drawing parts must rely on the relatively high cost indirect forming method. There is no situation. That is, in the conventional direct molding method, the problem remains that drawability is a bottleneck for expanding the range of applicable parts.
本発明は、前記課題を解決し、深絞り成形性が向上する熱間プレス成形方法の開発に取り組んだ中で得られた知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1) 鋼板を素材とするワークを加熱し600℃以上の温度から、ポンチ、ダイ、ダイクッションからなるプレス金型を有し加工(ブランクホールド)開始から下死点までのストロークがsであるプレス機に投入してプレス成形し、プレス成形品となすにあたり、無潤滑でプレス成形を行い、加工開始から最大で0.3sのストローク位置までダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧して成形初期のホールドじわを抑制し、次いで少なくとも0.7sのストローク位置までダイより高速でダイクッションを移動後停止させて、前記ダイと前記ポンチの間に材料流入を起こさせ、そこから下死点までワークのしわ押さえ部を挟圧して成形途中に生成したしわを消去するというモーションをとるようにプレス機を動作させることを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
(2) 前記プレス機は、前記モーションの実行手段としてサーボダイクッション機構を有することを特徴とする前項(1)に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
(3) 前記素材は、質量%でC:0.15%以上を含有する鋼板であることを特徴とする前項(1)または(2)に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
(4) 前記プレス成形品を前記プレス金型でそのまま保持して冷却することを特徴とする前項(1)〜(3)のいずれか1項に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
The present invention has been made on the basis of knowledge obtained in the development of a hot press molding method that solves the above-mentioned problems and improves deep drawability, and the gist of the invention is as follows. is there.
(1) A workpiece made of a steel plate is heated to have a press die composed of a punch, die and die cushion from a temperature of 600 ° C. or higher, and the stroke from the start of processing (blank hold) to the bottom dead center is s. When it is put into a press machine and press-molded to make a press-molded product, it is press-molded without lubrication, and the wrinkle holding part of the workpiece is sandwiched between the die and the die cushion from the start of processing to a stroke position of 0.3 s at maximum. To suppress hold wrinkles at the initial stage of molding , and then stop after moving the die cushion at a higher speed than the die to a stroke position of at least 0.7 s , causing a material inflow between the die and the punch, and from there to operate the press to take a motion that erases wrinkles generated during molding by clamping the blank holding portion of the workpiece to the bottom dead center A hot press forming method of a steel sheet, which is characterized.
(2) The hot press forming method for a steel sheet according to (1) above, wherein the press machine has a servo die cushion mechanism as means for executing the motion.
(3) The hot-press forming method of a steel sheet according to (1) or (2) above, wherein the material is a steel sheet containing C: 0.15% or more by mass%.
(4) The hot press forming method for a steel sheet according to any one of (1) to (3), wherein the press formed product is held and cooled as it is by the press die.
本発明によれば、特に、加工(ブランクホールド)開始から最大で0.3sのストローク位置まで(成形初期とする)ダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧し、次いで少なくとも0.7sのストローク位置まで(成形中期とする)ダイより高速でダイクッションを移動後停止させ、そこから下死点まで(成形後期とする)ワークのしわ押さえ部を挟圧するというモーションをとるようにプレス機を動作させるようにしたから、成形初期に一時的にしわ押さえ力が負荷されて、成形初期のしわ(ホールドじわ)が抑制され、成形中期にダイとダイクッション間に十分な隙間ができて材料流入が促され、成形後期に再度しわ押さえ力が負荷されることで成形途中に生成したしわが消去される。したがって、本発明によれば、熱間プレス成形方法の適用部品範囲拡大が可能となる。 According to the present invention, in particular, the wrinkle pressing portion of the workpiece is clamped by the die and the die cushion from the start of machining (blank hold) to a stroke position of 0.3 s at the maximum (starting molding), and then at least 0.7 s. Press machine to take the motion of moving the die cushion at a higher speed than the die to the stroke position (middle stage of molding) and then stopping and then pressing the wrinkle holding part of the workpiece to the bottom dead center (later stage of molding) Since the wrinkle holding force is temporarily applied in the initial stage of molding, wrinkles (hold wrinkles) in the initial stage of molding are suppressed, and a sufficient gap is created between the die and the die cushion in the middle of molding. Inflow of material is promoted, and wrinkle holding force is applied again in the latter half of molding, so that wrinkles generated during molding are eliminated. Therefore, according to the present invention, it is possible to expand the range of applicable parts of the hot press forming method.
本発明において、鋼板を素材とするワークを加熱し600℃以上の温度からポンチ、ダイ、ダイクッションからなるプレス金型を有し加工(ブランクホールド)開始から下死点までのストロークがsであるプレス機に投入してプレス成形し、プレス成形品となす点に関しては、通常の熱間プレス成形方法と同様である。ここで、成形しやすさの観点から、成形開始温度は650℃以上とするのが好ましい。その場合、通常用いられる素材板厚(1.0〜3.0mm)での加熱終了から成形開始までの放冷(通常10〜15秒程度かかる)による温度降下を勘案すると、加熱温度は850℃以上とするのが好ましい。なお、結晶粒粗大か防止の観点から、加熱温度は1050℃以下が好ましい。 In the present invention, a workpiece made of a steel plate is heated to have a press die composed of a punch, a die and a die cushion from a temperature of 600 ° C. or more, and the stroke from the start of processing (blank hold) to the bottom dead center is s. It is the same as the normal hot press molding method in that it is put into a press machine and press molded to form a press molded product. Here, from the viewpoint of ease of molding, the molding start temperature is preferably 650 ° C. or higher. In that case, the heating temperature is 850 ° C., taking into account the temperature drop due to the cooling from the end of heating at the normally used material plate thickness (1.0 to 3.0 mm) to the start of molding (usually takes about 10 to 15 seconds). The above is preferable. Note that the heating temperature is preferably 1050 ° C. or less from the viewpoint of preventing the crystal grains from being coarse.
通常の熱間プレス成形方法で絞り成形する際、ダイとダイクッションとでワークを挟圧してしわ押さえ力を負荷すると抜熱し、材料流入が困難になる。一方、例えばディスタンスブロック等でダイとダイクッション間に隙間を作るとフランジしわやボディしわが発生する。特に、成形初期に生じるしわ(ホールドじわ)はとりわけその消去が困難な場合がある。 When drawing by a normal hot press forming method, if a work is sandwiched between a die and a die cushion and a wrinkle holding force is applied, the heat is removed and the material inflow becomes difficult. On the other hand, when a gap is formed between the die and the die cushion, for example, with a distance block, flange wrinkles and body wrinkles are generated. In particular, wrinkles (hold wrinkles) that occur in the initial stage of molding may be particularly difficult to erase.
これに対し、本発明では、無潤滑でプレス成形を行い、加工(ブランクホールド)開始から最大で0.3sのストローク位置まで(の成形初期では)ダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧して成形初期のホールドじわを抑制し、次いで少なくとも0.7sのストローク位置まで(の成形中期では)ダイより高速でダイクッションを移動後停止させて、前記ダイと前記ポンチの間に材料流入を起こさせ、そこから下死点まで(の成形後期では)ワークのしわ押さえ部を挟圧して成形途中に生成したしわを消去するというモーションをとるようにプレス機を動作させることとした。このモーションにより、成形初期に一時的にしわ押さえ力を負荷して、成形初期のしわ(ホールドじわ)を抑制し、成形中期にダイとダイクッション間に十分な隙間を形成して材料流入を促し、成形後期に再度しわ押さえ力を負荷して、それまでの成形途中に生成したしわを消去することが可能となる。ここで、通常の冷間成形では成形後期のしわ押さえ力負荷のみでしわを消去することは容易でないが、熱間プレス成形ではワークの流動応力が小さいためそれが可能となる。 On the other hand, in the present invention, press forming is performed without lubrication, and the wrinkle holding portion of the workpiece is formed by the die and the die cushion from the start of processing (blank hold) to the stroke position of 0.3 s at the maximum (in the initial forming). The material is sandwiched between the die and the punch by suppressing the holding wrinkle at the initial stage of molding and then moving the die cushion at a speed higher than that of the die to the stroke position of at least 0.7 s. flows to cause a, it was decided to operate the press to take a motion that erases wrinkles generated during molding by clamping the blank holding portion of the workpiece (in the molding late) to the bottom dead center from which . With this motion, wrinkle holding force is temporarily applied at the initial stage of molding to suppress wrinkles (hold wrinkles) at the initial stage of molding, and a sufficient gap is formed between the die and the die cushion in the middle of molding to prevent material inflow. The wrinkle pressing force is applied again in the latter half of the molding, and the wrinkles generated during the molding can be erased. Here, in normal cold forming, it is not easy to eliminate wrinkles only by a wrinkle holding force load in the latter stage of forming, but in hot press forming, this is possible because the flow stress of the work is small.
ここで、加工(ブランクホールド)開始位置(原点)から、最初にしわ押さえ力を負荷する成形初期の終点のストローク位置aまでの相対距離(a/s)が0.3より大きいと、材料流入不足でワークに割れが生じるため、a/sは0.3以下とする必要がある。また、最初にしわ押さえ力を負荷する成形初期はゼロではないから、a/sは無論0.0超である。なお、a/sが0.05を下回ると、ホールドじわの消滅が比較的困難となるので、a/sは0.05以上とすることが好ましい。また、加工(ブランクホールド)開始位置(原点)から、ダイとダイクッション間に隙間を開ける成形中期の終点(すなわち再度ダイとダイクッション間の隙間を閉じてしわ押さえ力を負荷する成形後期の始点)のストローク位置bまでの相対距離(b/s)が0.7より小さいと、成形後期の材料流入不足でワークに割れが生じるため、b/sは0.7以上とする必要がある。また、成形後期はゼロではないから、b/sは無論1.0未満である。なお、b/sが0.95を上回ると成形中期に生じたしわを消滅させるのが比較的困難となるので、b/sは0.95以下とすることが好ましい。
Here, if the relative distance (a / s) from the processing (blank hold) start position (origin) to the stroke position a at the initial stage of molding where the wrinkle holding force is initially applied is greater than 0.3, the material flow Since the work is cracked due to the shortage, a / s needs to be 0.3 or less. In addition, since the initial stage of molding when the wrinkle holding force is first applied is not zero, a / s is, of course, more than 0.0. If a / s is less than 0.05, it is relatively difficult to eliminate the hold wrinkles. Therefore, a / s is preferably set to 0.05 or more. In addition, from the processing (blank hold) start position (origin), the end point of the middle stage of forming the gap between the die and the die cushion (that is, the start point of the latter stage of closing the gap between the die and the die cushion and loading the wrinkle holding force) If the relative distance (b / s) to the stroke position b is less than 0.7, the workpiece is cracked due to insufficient material inflow in the later stage of molding, so b / s needs to be 0.7 or more. Further, the molding late not a zero, b / s is of course less than 1.0. Note that if b / s exceeds 0.95, it is relatively difficult to eliminate wrinkles generated in the middle of molding, so b / s is preferably 0.95 or less.
かくして、通常の熱間プレス成形方法において本発明にいうモーションを適用することで、適用部品範囲拡大のネックとなっていた絞り成形性が向上し、もはやネックではなくなる。
前記モーションを実行するには、ダイクッションをプレス動作に応じて高精度に動かすことが容易な機構を有するプレス機が好ましく、かかる機構としては、ダイクッションの動きをサーボ方式で制御する機構すなわちサーボダイクッション機構が挙げられる。よって、本発明に用いるプレス機は、前記モーションの実行手段としてサーボダイクッション機構を有することが好ましい(本発明(2))。
Thus, by applying the motion referred to in the present invention in a normal hot press molding method, the drawability that has been a bottleneck for expanding the range of applicable parts is improved and no longer a bottleneck.
In order to execute the motion, a press machine having a mechanism that can easily move the die cushion with high precision in accordance with the press operation is preferable. As such a mechanism, a mechanism for controlling the movement of the die cushion by a servo system, that is, a servo. There is a die cushion mechanism. Therefore, the press used in the present invention preferably has a servo die cushion mechanism as the motion execution means (present invention (2)).
また、本発明では、さらに高強度のプレス成形品を得るために、プレス成形直後にプレス成形品をクエンチ(焼入れ)するのが好ましい。クエンチする場合、前記素材は、質量%でC:0.15%以上を含有する組成の鋼板であることが好ましい(本発明(3))。Cが0.15%未満では、焼入れ効果が不十分となる場合がある。その他の元素は特に限定されず、Si,Mn,P,Sなどの基本元素は適宜含まれていてもよく、また、焼入れ性を高めるため、Cr,Mo,Ti,Bなどを添加してもよい。また、加熱温度は、素材を十分オーステナイト化するために、850℃以上とするのが好ましい。 In the present invention, in order to obtain a press-molded product with higher strength, it is preferable to quench (quenify) the press-molded product immediately after press molding. When quenching, the material is preferably a steel plate having a composition containing C: 0.15% or more by mass (present invention (3)). If C is less than 0.15%, the quenching effect may be insufficient. Other elements are not particularly limited, and basic elements such as Si, Mn, P, and S may be included as appropriate, and Cr, Mo, Ti, B, and the like may be added to improve hardenability. Good. The heating temperature is preferably 850 ° C. or higher in order to sufficiently austenite the material.
前記クエンチの実施方法としては、前記プレス成形品を前記プレス金型でそのまま保持して冷却する方法(本発明(4))が、別個の冷却装置を保有する必要が無くて好ましい。
図1を用いて本発明の、1つの実施形態におけるプレス機のモーションを説明する。ポンチ1は固定金型、ダイ2とダイクッション3はサーボ機構により駆動される可動金型であり、ワーク5は、最終的に、絞り部がダイ2中央凹部とポンチ1とで絞り成形され、しわ押さえ部がダイ2周縁凸部とダイクッション3とで挟圧拘束される。ダイ2がワーク5と接触し始めた時点(成形開始)から下死点までのストロークがストロークs(mm)である。成形初期と成形中期との境目をストロークa(mm)の位置にとる。本発明規定によりa/s:0.0超0.3以下である。また、成形中期と成形後期との境目をストロークb(mm)の位置にとる、本発明規定によりb/s:0.7以上1.0未満である。前記サーボ機構は、成形初期にはしわ押さえ部にしわ押さえ力を負荷し、成形中期にはダイ2より高速でダイクッション3を移動後停止させて材料流入を促し、成形後期ではしわ押さえ部に再度しわ押さえ力を負荷するように設定される。
As a method for carrying out the quenching, a method of cooling the press-molded product as it is held by the press mold (this invention (4)) is preferable because it is not necessary to have a separate cooling device.
The motion of the press in one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
まず、図1(a)のようにプレス機にワーク5を投入し、直ちにダイ2のみ移動(下降)させる。そして図1(b)のようにストロークa(mm)までの成形初期では、しわ押さえ力を負荷し、ホールドしわを抑制する。続いて図1(c)ないし図1(d)のようにストロークb(mm)までの成形中期では、ダイ2の移動速度<ダイクッション3の移動速度で、ダイクッション3を移動させて停止させる。この間に、大きな材料流入が起こり、さらに、ダイ2がストロークb(mm)の位置に達してダイクッション3に追着いた時点でしわ押さえ力が再発生し、成形後期に移る。これ以後は通常の絞り成形と同様であり、下死点までにボディしわが消滅し、下死点において図1(e)のように金型抜熱によりクエンチを行う。
First, as shown in FIG. 1A, the
表1に示す組成および板厚を有する鋼板(素材)をワークに用いて熱間プレス成形を行うにあたり、素材を950℃に加熱し、図1に示したプレス機と同様のプレス機に投入して750℃から成形を開始し、表2に示す種々の成形条件にて、無潤滑で成形を行い、下死点で金型抜熱によりクエンチを行って、図2に目標形状(いずれの条件でも同じ目標形状)を示すプレス成形品6を得た。これらのプレス成形品について、図2に示す成形結果評価部位における成形結果を目視にて評価した。その結果を表2に示す。表2より、比較例では割れ、ボディしわ、フランジしわのいずれかが発生したのに対し、発明例ではそれらのいずれも発生せず(すなわちOK)、本発明の効果が顕現した。
In performing hot press forming using a steel plate (material) having the composition and thickness shown in Table 1 as a workpiece, the material is heated to 950 ° C. and put into a press machine similar to the press machine shown in FIG. Molding was started at 750 ° C., molding was performed without lubrication under the various molding conditions shown in Table 2, and quenching was performed by removing heat at the bottom dead center. However, a press-formed
1 ポンチ
2 ダイ
3 ダイクッション
5 ワーク(これの素材は鋼板)
6 プレス成形品
1 punch 2
6 Press-molded products
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