JP5568235B2 - 種々の材料特性を有する隣接部分を含む金属コンポーネントを製造する方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、種々の材料特性を有する隣接部分を含む金属コンポーネントを製造する方法に関する。

実際には、このタイプの方法は、プレス硬化によって、１５００ＭＰａまでの均一な硬化性プロファイルを有するコンポーネントを、例えばマンガン−硼素鋼から製造するために使用される。硬化工程後に前記鋼中に残留する低い延性のために、このタイプの鋼で製造されたコンポーネントは、この目的のために、最初に従来方法で実施され、次にオーステナイト化する温度に加熱され、続いて高圧下で鋳型内で急速に冷却される。それらの高い硬化に加えて、この方法で得られた部品は、良好な寸法安定性を示す。

前記従来技術である部品を成形（ｕｍｆｏｒｍｅｎ）するプレス硬化方法は、例えば、独国特許出願公開第１０３４１８６７号明細書により公知である。この方法によれば、硬化されたシート状金属プロファイルは、中間形態をシート状金属ブランクから最初に成形し、その後、このシート状金属プロファイルを硬化温度に加熱し、そして、最後に、加熱されたそのシート状金属プロファイルを所定のプレス手段の作用下で深絞り成形具に類似する装置で意図的に冷却することで製造することができる。従って、その方法の第１ステップで製造される中間形態は、製造すべきコンポーネントの最終形態にほぼ相当する。

公知の方法を実施するために使用される装置は、除去すべきそれぞれの熱に応じて油、水、氷水又は食塩水を流す、チャンネルのような冷却アッセンブリーを有する。その冷却アッセンブリーは、種々の硬度を有する完成コンポーネントゾーンで成形するために、相互に別々に制御することができる。

例えば、独国特許出願公開第１０３４１８６７号明細書から公知である方法を用いたこの手段で達成される利点にもかかわらず、製造の点から容易である方式で実施することができ、そしてシート状金属エレメントから成形されかつ種々の材料特性を含む精密な所定のゾーンを有するコンポーネントの製造を可能にする方法の要望がある。

この要望を満たすために、本発明は、成形温度に加熱したシート状金属エレメントを成形具内で最終成形コンポーネントに成形して、種々の材料特性を有する隣接部分を含む金属コンポーネントを製造する方法であって、その成形具が、成形工程中にシート状金属エレメントと接触する部分の少なくとも１つの温度を調整する温度調整手段を有する前記方法において、それらの温度に関して調節される成形具の前記部分が、前記部分に接するシート状金属エレメントのそれぞれの領域と接触する時間を考慮して、成形速度を制御することを特徴とする前記方法を提案する。

本発明によれば、種々の材料特性（例えば、強度又は変形性）を有するゾーンを含む完成コンポーネントを製造するための独国特許出願公開第１０３４１８６７号明細書から公知である手段に加えて、それぞれの機械加工されたシート状金属エレメントが最終形態に成形される速度は、成形具の温度調整領域（その領域の温度は隣接部分の温度と異なる）が、所望の作業結果のための最適期間内に別々に処理すべきシート状金属エレメントゾーンと接触し、この接触が他の通常の成形条件を考慮しながら同様の最適な期間にわたって維持されるという方法で、調整される。この手段では、本発明による方法を、最小工程時間で、他の部分と異なる材料特性を有するゾーンを精密に定めているシート状金属コンポーネントを製造するために、使用することができる。

本発明により、完成コンポーネント内に、周囲ゾーンよりも高い硬度を有するゾーンを製造すべき場合には、この目的のために、本発明によるシート状金属エレメントを成形温度まで最初に加熱し、その温度から開始される急冷の間で硬化組織を形成することができる。この場合には、温度調整手段を冷却手段として構成して、前記冷却手段によって、前記シート状金属エレメントのゾーンと関連する成形具の部分を十分に低い温度まで冷却して、シート状金属エレメントのそれぞれのゾーンが、冷却された成形具の部分と接触して所望の硬化組織を製造するのに十分な速度で急冷される。

しかし、逆に、それらを取り囲むゾーンよりも低い硬度を有するゾーンを、完成コンポーネント内に形成することも可能である。この目的のために、本発明に従って備えられた温度調整手段をヒーターとして構成して、完成したシート状金属コンポーネントの硬度の低いゾーンと関連する成形具の部分を十分に高い温度に維持して、前記成形具の部分をシート状金属と接触させることで比較的軟らかい組織を維持することができる。

複数の温度調整手段が存在する場合、完成シート状金属部分において高い硬度を有するゾーンからそれを取り囲む隣接ゾーンへの移行点で不明確な混合組織を含む領域の広がりを最小限に減らして、その結果、完成コンポーネント内で、最適な精度で定められかつ種々の材料特性を有するゾーンを製造するために、成形具の意図的に冷却及び加熱された部分を相互に密接に隣接するように配置することができる。

本発明により提供される、完成コンポーネント内で製造すべきでありかつ種々の材料特性を有するゾーンの位置及び広がりに対する成形速度の関連性は、この関連において特に重要である。従って、本発明により、完成コンポーネント内で特に硬いゾーンを製造するために、それぞれのゾーンが可能な限り早く成形具の顕著に冷却された部分と接触を開始するように、成形速度を選択することができる。逆に、例えば、コンポーネントの特定のゾーンを、この位置でより軟らかい組織を製造するために特にゆっくり冷却すべきである場合には、その成形速度を減少させる。

成形速度に応じて（Ａｂｈａｅｎｇｉｇｋｅｉｔ）調整される押さえつけ力を、成形中にシート状金属エレメントの端縁領域に付与することで、完成シート状金属コンポーネント内の特定の材料特性を有する特定ゾーンの意図的な成形を付加的に補助することができる。

基本的に、金属材料で製造されたすべてのシート状金属エレメント（その組織は、加熱又は冷却で変化する）が、本発明による方法の適用に適している。しかし、本発明による方法は、鋼からなるシート状金属エレメントに特に有利に応用することができる。具体的には、鋼材料から作られるシート状金属エレメントの場合には、特に目標とされる方式で、本発明の利点を利用することができる。

製造の観点から特に有益である発明の実施態様は、本発明による方法において出発生成物として使用されるシート状金属エレメントが、平坦なシート状金属ブランクであることを特徴とする。従来技術と異なり、本発明による方法の変形形態では、未だ成形されていない平坦なシート状金属部分がそれぞれの成形温度に導かれ、前記温度から開始して、その後の成形工程で、製造されるシート状金属の局所的に異なる材料特性を達成することができる。次に、例えば深絞り工程の方式により、加熱されたシート状金属エレメントの成形は、成形具において完成する。それと同時に、特定の特性が形成されることになるシート状金属エレメントのゾーンに対して、意図的で局所的に範囲を定めた冷却処理又は加熱処理が成形具において実施される。結果として、最初に議論された従来技術で常に必要とされる完全な操作少なくとも１つ（すなわち、前成形）をしないで、シート状金属から完成され、かつ精密に定められ局所的に範囲が定められている領域（この領域は、完成コンポーネントの隣接領域と異なる特定の材料特性、例えば、より高い硬度を有する）を有するコンポーネントを得る。

本発明による方法のさらなる利点は、種々の厚さの領域を有するシート状金属エレメントの工程に特に適していることである。具体的には、このタイプのシート状金属エレメントの成形の場合には、本発明は、特定の材料特性を有する所望の局所的に範囲を定められたゾーンの成形をするために、成形具のそれぞれの温度調整及び成形速度をシート状金属エレメントの不均一の厚さに応用すべきために、最適な操作結果を提供する。シート状金属エレメントが、材料フィット（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）、特に溶接により相互に連結する種々のシート状金属断片から構成されている場合、これは特に有利である。このタイプのシート状金属エレメントは、テイラードブランク（Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｂｌａｎｋ）と一般に呼ばれる。それらは、例えば、シート状金属断片から構成され、その厚さ又は材料特性（例えば、硬度及び靱性）は、テイラードブランクから製造された製品が実用において作用をうける荷重に、応用される。

成型工具は、製造すべきコンポーネントのそれぞれの成形を考慮して、要求される成形及び押圧を、それぞれ変形シート状金属エレメントに及ぼすのに適している任意の成形具タイプとすることができる。特に、雌型と、成形の目的のために雌型中に収納することができる雄型とを有するタイプの成形具が、この目的のために適している。

特に、本発明による方法は、実用において変速荷重の作用を受ける車体構造コンポーネントの製造に適している。従って、比較的高い延性がレセプタクルのフランクの領域中で必要とされているが、本発明による方式で、例えば、サスペンションストラットトップマウンテングの領域中で高い強度を必要とするサスペンションストラットレセプタクルを、特に効率的に製造することができる。本発明は、純粋なマルテンサイト、特に強い組織を、サスペンションストラットトップマウンテングの領域（この領域は、本発明による成形中に素早く、早い冷却速度で冷却される）中で、意図的に製造することが可能である。成形具とサスペンションストラットレセプタクルの他の部分との遅延接触によって、この場所で、それぞれで必要とされる延性又は強度の要求を最適に満たすベイナイト系、パーライト系、フェライト系、又は混合性の組織を、意図的に製造することも可能である。

本発明による方法のさらなる特に有利な用途は、衝突が起きた場合に、高いエネルギー吸収能力と最適な強度との両方を有しなければならない衝突に関する車体コンポーネントの製造である。この場合には、本発明は、完成コンポーネント中の特定の部分における成形具の意図的な加熱により、特に高い残留伸びを確実にするゾーン成形を可能にする。

以降、本発明は、実施態様を図示した図面及び下記の図を参照することによって、さらに詳細に記載される。

第１操作位置での成形具の模式側面図である。 第２操作位置での成形具の模式側面図である。 第３操作位置での成形具の模式側面図である。 第４操作位置での成形具の模式側面図である。 成形具で製造されたコンポーネントを模式的に示す。

成形具１は、深絞り成形装置の方式で構成され、そして固定雌型２を有する。製造すべきコンポーネントＢの外形を作り、かつ輪郭を成形する凹部３は、雌型２内で形成されている。

さらに、成形具１は、製造すべきコンポーネントＢの内形を決定する雄型４を含む。調整手段（図示せず）を使用して、雌型２から離れた出発位置から（図１）、雄型４が雌型２内の凹部３に完全に挿入された最終位置に（図３）、雄型４を移動することができる。この場合には、調整手段は、雄型４が雌型２内の凹部３に入る速度を制御する制御手段を含む。

雄型４は、端面５、及び端面５に向かって斜めに延びている側面６、７をもつ、断面が台形である基本形状を有する。雄型４は、雄型４に一体化して連結しているキャリヤー８、及び雄型４の上端縁で雄型４の側面６、７を横方向に超えるつばの方式で突出する側端縁領域９、１０により保持されている。この場合には、端縁領域９、１０の下端縁面１１、１２は、水平方向に、雄型４の側面６、７と連結している。

本明細書に記載する実施態様では、成形具１内で、テイラードブランクの方式で相互に溶接されている２つのシート状金属部分Ｔ１、Ｔ２から構成されかつ鋼材料からなる、平らで予備成形されていないシート状金属エレメントＥを加工する。軽量化するために、この場合において、第１シート状金属部分Ｔ１は、その形状において、第２シート状金属部分Ｔ２よりも薄い。

冷却チャンネル１３は、雄型４内の端面５の領域において形成されており、前記端面は、雌型２内の凹部３に挿入される間に、シート状金属エレメントＥと最初に接触する。冷却チャンネル１３は、冷却手段として構成されている第１温度調整手段の部分である（さらなる詳細は図示せず）。それぞれに要求される冷却度合いに応じて、冷却チャンネル１３を介して、水、氷水、低温度に冷却された塩水、液体窒素、又は大量の熱を急速に除去するのに適した別の冷却媒体が流れる。

シート状金属エレメントＥのより厚いシート状金属部分Ｔ２と関連しており、雄型４の１つの側面７がキャリヤー８の隣接下端縁面１２へと移行している移行領域では、加熱手段として構成されている第２温度調整手段の加熱コイル１４（さらなる詳細は図示せず）が雄型４内に位置する。

第３温度調整手段のチャンネル１６（本明細書では、さらなる詳細は図示せず）は、雌型２内の、雄型４の側面６と関連させる凹部３の側面１５の領域内にも位置する。この領域内の雌型の穏やかな冷却を引き起こす冷却オイルは、温度調整手段のチャンネル１６を介して運ばれる。

コンポーネントＢを製造するために、シート状金属エレメントＥは、炉内でオーステナイト化温度へ最初に加熱される（本明細書では図示せず）。次に、シート状金属エレメントＥは成形具１に置かれ、その結果、その端縁は雌型２の上側に載置される。その後の成形中に、シート状金属エレメントＥをその端縁領域内で押さえつける手段（図示せず）は、必要により、成形具１内で実施されるシート状金属エレメントＥのさらなる変形のために、その後取り付けられる。この場合には、凹部３へのシート状金属エレメント４の材料の最適化連続流れを可能にするために、押さえつける手段により及ぼされる押さえつけ力を、それぞれの成形速度に応じて調整することができる。

次に、雄型４が高速でシート状金属エレメントＥにくっつけられ、その結果、著しく冷却された雄型４の端面５は、それらと関連している（シート状金属エレメントＥの）表面Ｅ１部と集中的に接触し始める。この方法では、シート状金属エレメントＥをＥ１部分において十分に素早く急冷して、この位置で、シート状金属エレメントＥのＥ１部分に隣接する他のＥ２及びＥ３部分の硬度よりも高い硬度を有するゾーンを形成する。

次に、特に、Ｅ２及びＥ３部分において硬化組織の形成をもたらすことがあるいかなる冷却をも引き起こさないために、雄型４の前進を減少させる。特に、加熱コイル１４の領域では、減少した熱量のみが雄型４を介して取り除かれることになり、その結果、この雄型４の領域で接触するシート状金属エレメントＥの領域内で、より軟らかく、より強靱な組織が、維持される。チャンネル１６を通じて流れる冷却オイルにより適度に冷却される側面を介して冷却された領域では、シート状金属エレメントＥのＥ２部分で変形している間に、硬化したＥ１部分が、完成コンポーネントＢのより軟らかくより弾性のあるゾーンへと徐々に移行するゾーンを成形する。

雄型４が雌型２の凹部３に完全に挿入され、そしてこの場所でシート状金属エレメント４を完全に押しつけた時点で、そのシート状金属エレメントは製造すべきコンポーネントＢの最終形態であるとみなされ、雄型４は開始位置に戻る。シート状金属エレメントＥは、冷却されて収縮するので、ここでは、完成コンポーネントＢは雄型４に依然として保持され、その結果、雌型２から容易に取り除いて、次に雄型４から引き離すことができる。

この方法で、シート状金属エレメントＥの成形により製造されたコンポーネントＢは、コンポーネントＢ内に、隣接ゾーンＺ２、Ｚ３の硬度よりも高い硬度を有する第１ゾーンＺ１を有する。ずっと低い硬度を有するが、より高い延性を有するゾーンＺ４は、ゾーンＺ３に隣接する。このゾーンＺ４は、成形の間に熱コイル１４の領域中でわずかにしか冷却されないシート状金属エレメントＥの領域に相当する。ゾーンＺ２は、雌型２の側面１５の領域内での成形の間に、適度に冷却されたシート状金属エレメントＥの領域に相当し、適度な硬度を有する。

符号の説明

１・・・成形具；２・・・雌型；３・・・凹部；４・・・雄型；５・・・雄型４の端面；
６,７・・・雄型４の側面；８・・・キャリヤー；
９,１０・・・キャリヤー８の側端縁領域；
１１,１２・・・端縁領域９、１０の下端縁面；１３・・・冷却チャンネル；
１４・・・加熱コイル；１５・・・凹部３の側面；１６・・・チャンネル；
Ｂ・・・コンポーネント；Ｅ・・・シート状金属エレメント；
Ｅ１,Ｅ２,Ｅ３・・・シート状金属エレメントＥの部分；
Ｔ１,Ｔ２・・・シート状金属エレメントＥのシート状金属部分；
Ｚ１,Ｚ２,Ｚ３,Ｚ４・・・コンポーネントＢのゾーン。

Claims (11)

1. 成形具（１）に配置する前に、炉内で成形温度に加熱したシート状金属エレメント（Ｅ）を、前記成形具（１）内で最終成形コンポーネント（Ｂ）に成形して、種々の材料特性を有する隣接ゾーン（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）を含む金属コンポーネント（Ｂ）を製造する方法であって、前記成形具（１）が、成形工程中に前記シート状金属エレメント（Ｅ）と接触する部分（５，７，１６）の少なくとも１つの温度を調整する温度調整手段を有する前記方法において、それらの温度に関して調節される前記成形具（１）の前記部分（５，７，１６）が、前記部分に接する前記シート状金属エレメント（Ｅ）のそれぞれの領域（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）と接触する時間に基づいて、成形工程の間で、前記成形具（１）に含まれる雄型（４）を前進させる速度を変化させ且つ制御することを特徴とする、前記方法。
2. 前記シート状金属エレメント（Ｅ）が、鋼からなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記シート状金属エレメント（Ｅ）が、平坦なシート状金属ブランクであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記シート状金属エレメント（Ｅ）が、種々の厚さの領域（Ｔ１，Ｔ２）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記シート状金属エレメントが、溶接によって相互に連結される種々のシート状金属部分（Ｔ１，Ｔ２）から構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記成形温度が硬化温度に相当し、その温度から開始され、シート状金属エレメント（Ｅ）において、冷却中に、硬化組織が形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記成形具（１）が、雌型（２）及び雄型（４）を有し、その雄型が、成形目的に、前記雌型（２）中の凹部（３）内に収納されることができることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記温度調整手段が、冷却手段（１３，１６）であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記温度調整手段が、ヒーター（１４）であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
10. 冷却手段（１３，１６）を、温度調整手段として、前記成形具（１）の少なくとも１つの部分（５）又は（６）と関連させ、そしてヒーター（１４）を、温度調整手段として、前記成形具の少なくとも１つの他の部分と関連させることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記成形具（１）に含まれる雄型（４）を前進させる速度に応じて調節される押さえつけ力を、成形中に、シート状金属エレメントの端縁領域に付与することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。

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