JP6057421B2 - 熱間プレス成形設備 - Google Patents

Description

本発明は熱間プレス成形設備に関する。

例えば、自動車車体においては、軽量化への要求の高まりから、車体を構成する鋼板の高張力化が盛んに行われている。高張力鋼板は高強度であるがゆえ、所定形状に成形することが困難である。特に、１０００ＭＰａを超える、いわゆる超高張力鋼（超ハイテン材）からなる鋼板においては、常温下でのプレス成形では所望の寸法精度が得られないことが多い。このような場合、加熱した鋼板をプレス金型に投入し、プレス金型で鋼板を成形しつつ冷却して焼入れを施す、熱間プレス成形（ダイクエンチ工法）が検討されている。

ここで、本願出願人は、既に、熱間プレス成形設備のさらなるコンパクト化を図ることを目的として、特許文献１に記載の如き熱間プレス成形設備を提案している。このプレス成形設備は、水平方向に型締め型開きするプレス金型と、プレス成形装置の上方に配置された加熱装置と、加熱装置で加熱された鋼板をプレス金型まで搬送する搬送装置とを備えたもので、加熱装置で加熱された鋼板を自重により落下させ、搬送装置に設けられた支持部材で下方から支持して下降させることにより、プレス金型に供給できるようになっている。

特願２０１２−２４１０３７

このように、上記の特許文献１の熱間プレス成形設備によれば、加熱装置の分のスペースを縮小できると共に、自重落下した鋼板を下方から支持して下降させるだけの構造で済むので、支持構造についても小型化が可能となる。その一方で、実際の製造ラインへの適用に際しては、支持構造の更なる改良が望まれる。すなわち、図１９に示すように、上記特許文献１に記載の支持部材５０は、自重落下させた鋼板Ｗを下方から支持可能な構造としているため、受け面５１にある程度の幅をもたせる（受け面５１上の隙間幅Ｇを鋼板Ｗの厚み寸法Ｔよりも大きく設定する）ようにしているが、これだと、鋼板Ｗの正確な位置決めを行うことが難しい。そのため、正確な位置決めを行うことのできる支持構造が求められる。

例えば、図２０に示すように、鋼板Ｗの表裏両面Ｗａ、Ｗｂを挟持可能な挟持部６２を支持部材６０に設けるようにすれば、鋼板Ｗを常に一定の厚み方向位置で保持することができるようにも思われる。しかしながら、この種のプレス成形は、通常、鋼板の絞り加工を伴うものであるから、プレス成形時、鋼板Ｗがプレス金型の一方（例えば凹成形面側の金型）に向かって流入変形が生じる傾向にある。そのため、図２０に示すように鋼板Ｗを挟持した状態でプレス成形したのでは、プレス金型内への鋼板Ｗの流入により、挟持部６２の（流入側の）一方に鋼板Ｗが強く押し付けられることで変形し、最悪の場合、支持部材６０の破損を招くおそれがある。

斯かる実情に鑑み、本願発明が解決すべき課題は、プレス成形時、鋼板の流入により支持部材に変形が生じる事態を防止しつつ、正確に位置決めした状態で鋼板をプレス成形することのできる熱間プレス成形設備を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、加熱した鋼板に対してプレス成形を施す熱間プレス成形設備であって、加熱装置の下方に配設され、水平方向に型締め型開きするプレス金型と、鋼板を支持する支持部材を有し、加熱装置で加熱された鋼板をプレス金型による成形位置まで搬送する搬送装置とを備え、支持部材は、鋼板の表裏両面を挟持する挟持部を有し、かつ挟持部の一部が、プレス成形時に、鋼板の変形を許容するよう変位可能とされる熱間プレス成形設備を提供するものである。

このように、搬送装置の支持部材に、鋼板の表裏両面を挟持する挟持部を設けることにより、鋼板をその厚み方向において正確に位置決めすることができる。また、挟持部の一部が、プレス成形時に、鋼板の変形を許容するように変位可能とすることによって、プレス成形時に生じる鋼板の流入を妨げないので、挟持部に過度な負荷が作用して変形するのを防ぐことができる。

また、挟持部は固定ピンと、固定ピンと並んで配設され、回動により固定ピンとの間で鋼板を挟持可能な回動ピンとで構成され、回動ピンは固定ピンとの間で鋼板を挟持する向きに常時付勢させてもよい。

挟持部を固定ピンと回動ピンとでそれぞれ構成することで、挟持部を含む支持部材を軽量化、コンパクト化することができる。また、回動ピンを固定ピンに向けて常時付勢させることで、適度な力で鋼板を挟持することができ、さらに鋼板の変形に伴って回動ピンが回動した後、自然に挟持可能な位置に戻るので、速やかに次の鋼板に対するプレス成形を行うことができる。

以上のことから、本発明によれば、鋼板の変形を許容しつつ、鋼板を位置決め支持可能な、熱間プレス成形設備を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る熱間プレス成形設備の側面図である。 上記熱間プレス成形設備の正面図である。 図１の熱間プレス成形設備に係る加熱装置の断面図である。 図１の熱間プレス成形設備に係る搬送装置の斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面拡大図であって、挟持部による鋼板の挟持の態様を示す図である。 図４のＡ−Ａ線断面拡大図であって、鋼板の流入開始後の挟持部の態様を示す図である。 図４のクランプ機構の正面図であって、クランプ前の状態を示す図である。 図４のクランプ機構の正面図であって、クランプ後の状態を示す図である。 図１の側面図であって、鋼板の加熱工程を示す図である。 図１の側面図であって、鋼板を搬送装置で支持する工程を示す図である。 図１側面図であって、鋼板を成形位置に搬送する工程を示す図である。 図１の側面図であって、鋼板をプレス成形する工程を示す図である。 図１の側面図であって、加熱装置内の鋼板を移動させる工程を示す図である。 図１の側面図であって、鋼板をプレス成形する工程を示す図である。 図１の側面図であって、鋼板をプレス成形する工程を示す図である。 図１の側面図であって、成形後の鋼板を金型から取り出す工程を示す図である。 図１の側面図であって、成形後の鋼板を搬送装置で支持する工程を示す図である。 図１の側面図であって、成形後の鋼板を搬出装置で搬出する工程を示す図である。 従来の支持部材を示す断面図である。 他の発明に係る支持部材の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。

本発明の一実施形態に係る熱間プレス成形設備１は、図１及び図２に示すように、プレス成形装置１０と、プレス成形装置１０の上方に設けられた加熱装置２０と、プレス成形装置１０の下方に設けられた排出装置３０と、鋼板を支持して搬送する搬送装置４０を備えている。

プレス成形装置１０は、水平方向に型締め型開きするプレス金型１１を有する。本実施形態のプレス金型１１は、図１に示すように、固定型１１ａと、水平方向に対してスライド可能な複数の可動型（図示例では、第１可動型１１ｂ、第２可動型１１ｃ及び第３可動型１１ｄ）とで構成される。固定型１１ａは、固定プレート１５に固定される。第１可動型１１ｂ〜第３可動型１１ｄは、それぞれスライドレール１６に沿って水平方向にスライド可能とされる。第３可動型１１ｄは、可動プレート１７を介して油圧シリンダ１８に接続され、水平方向に駆動される。固定型１１ａの図中右側の面には、凸成形面１２ａが形成される。第１可動型１１ｂ及び第２可動型１１ｃには、図中左側の面に凹成形面１２ｂが形成されると共に、図中右側の面に凸成形面１２ａが形成される。第３可動型１１ｄの図中左側の面には、凹成形面１２ｂが形成される。各金型の内部には、図示しない冷却水路が形成さている。プレス金型１１には、隣り合う金型を型締め状態をロックするロック機構１３と、ロック機構の着脱を制御するロック制御部とが設けられている（図示省略）。尚、図２では、固定プレート１５、可動プレート１７、及び油圧シリンダ１８の図示を省略している。

図１に示すように、プレス金型１１の各金型の型締め面の互いに対向する位置には、それぞれ凹部１４が形成される。図示例では、各金型の型締め面の下端に凹部１４が形成される。型締めした状態では、これら凹部１４の形成される空間に後述する搬送装置４０の支持部材４１が収容可能とされる。

加熱装置２０は、スライドレール２１に取り付けられ、プレス金型１１の型締め型開き方向（図１の左右方向）にスライド可能とされる。本実施形態の加熱装置２０は、ヒータで鋼板を加熱する加熱炉である。具体的には、図３に示すように、ケース２２の内部に設けられたヒータ２３と、ヒータ２３を覆う熱保持材２４と、熱保持材２４とケース２２との間に敷き詰められた断熱材２５とを有する。ケース２２の上面及び下面には、それぞれ搬入口２２ａ及び搬出口２２ｂが設けられている。搬入口２２ａ及び搬出口２２ｂは、貫通孔２２ｃを介して上下方向に連通する。貫通孔２２ｃの水平方向両側には、ヒータ２３、熱保持材２４、及び断熱材２５が設けられる。搬入口２２ａ及び搬出口２２ｂには、これらを開閉可能な開閉部材２６ａ、２６ｂが設けられる。なお、加熱装置２０は加熱炉に限らず、例えば通電加熱装置であってもよい。

搬出装置３０は、成形した鋼板を熱間プレス成形設備１の外部へ搬出するものであり、例えば図１に示すように、無端ベルト３１と駆動ローラ３２と、図示しない従動ローラとを有するベルトコンベアで構成される。

搬送装置４０は、鋼板を支持する支持部材４１と、支持部材４１を昇降駆動する昇降手段４２（本実施形態ではシリンダ）とを備える。本実施形態では、搬送装置４０は、図示しない駆動手段により、プレス金型１１の型締め型開き方向（図１の左右方向）にスライド可能とされる。

支持部材４１は、鋼板を下方から支持するものである。具体的には、図４に示すように、鋼板の下端部を受ける受け面４３と、受け面４３から上方に延び、鋼板の表裏両面を挟持可能な挟持部４４と、鋼板を幅方向（図２でいえば左右方向）からクランプするクランプ機構４５とを有する。

挟持部４４は支持部材４１に固定される固定ピン４６と、支持部材４１の長手方向（図２でいえば左右方向）に沿った回転軸まわりに回動可能に設けられる回動ピン４７と、図示しない付勢機構とで構成される。固定ピン４６及び回動ピン４７の上部は共に先細り形状（回動ピン４７はテーパ形状）を成している（図５（Ａ）参照）。回動ピン４７の基端側には、例えばバネなどで構成される付勢機構が配設されており、この付勢機構によって回動ピン４７が固定ピン４６側、すなわち、鋼板Ｗを挟持する向きに常時付勢されている（図５（Ａ）参照）。

また、クランプ機構４５は、図７に示されるように例えば、支持部材４１の幅方向両端に配設される一対のクランプアーム４８で構成される。各クランプアーム４８の一端には、協働により鋼板Ｗを幅方向からクランプするクランプ部４８ａが設けられている。各クランプアーム４８の他端には、受け面４３に対して出没可能な当接部４８ｂが設けられている。これらクランプ部４８ａと当接部４８ｂとを一体に設けたクランプアーム４８は型締め型開き方向に沿った回転軸４８ｃまわりに回動可能に構成されており、鋼板Ｗの自由落下により受け面４３から突出した当接部４８ｂを押し下げることで双方のクランプアーム４８が同期して回動して鋼板Ｗをその幅方向からクランプできるようになっている。昇降手段４２は、支持部材４１を所望の高さに停止可能なものであり、例えば電動シリンダで構成される。

以下、上記の熱間プレス成形設備１による熱間プレス成形方法の手順を説明する。

先ず、固定型１１ａと第１可動型１１ｂとで鋼板Ｗ１を熱間プレス成形する手順について説明する。プレス金型１１は、図９に示すように第１可動型１１ｂ〜第３可動型１１ｄを図示しないロック機構でロックして一体化すると共に、固定型１１ａと第１可動型１１ｂとの間のロックを解除して型開きする。そして、鋼板Ｗ１が内部に投入された加熱装置２０を、固定型１１ａと第１可動型１１ｂとの間の空間の上方に配置する。このとき、加熱装置２０の搬入口２２ａ及び搬出口２２ｂは開閉部材２６ａ、２６ｂで密閉され、この密閉空間の内部で鋼板Ｗ１が加熱されている。搬送装置４０の支持部材４１は固定型１１ａと第１可動型１１ｂとの間の空間の下方に配置される。

そして、図１０に示すように、昇降手段４２（図１及び図２参照）により支持部材４１を上昇させて加熱装置２０の直下に配置する。鋼板Ｗ１が所定温度まで加熱されたら、加熱装置２０の搬出口２２ｂの開閉部材２６ｂを開いて加熱された鋼板Ｗ１を自重により落下させる。落下した鋼板Ｗ１は、支持部材４１によって支持される。この際の支持態様について詳述すると、鋼板Ｗ１が自重により加熱装置２０から落下すると、その直下に配された支持部材４１の受け面４３に向けて接近する。このとき、受け面４３からは挟持部４４を構成する固定ピン４６と回動ピン４７が立設しており、かつ固定ピン４６と回動ピン４７は共に先細り形状を成している（図５（Ａ）参照）。そのため、鋼板Ｗ１の下端部が回動ピン４７あるいは固定ピン４６に案内されながら受け面４３に到達する（図５（Ｂ）参照）。これにより、鋼板Ｗ１の下端部は受け面４３で支持され、鉛直方向に位置決めされる。また、回動ピン４７は固定ピン４６との間で鋼板Ｗ１を挟持する向きに常時付勢されているので、受け面４３に到達した鋼板Ｗ１の表裏両面が固定ピン４６及び回動ピン４７とで挟持される（図５（Ｃ）参照）。これにより、鋼板Ｗ１はその厚み方向においても位置決めされる。

また、受け面４３で鋼板Ｗ１を受けた際、各クランプアーム４８の当接部４８ｂが、鋼板Ｗ１の自重によって受け面４３よりも下方に押し込まれることにより、双方のクランプアーム４８のクランプ部４８ａが接近し、鋼板Ｗ１を幅方向にクランプする（図８参照）。これにより、落下する鋼板Ｗ１は、鉛直方向と厚み方向に加えて、幅方向で位置決めした状態で支持される。この状態で、昇降手段４２により支持部材４１を降下させ、図１１に示すように、鋼板Ｗ１を固定型１１ａと第１可動型１１ｂとの間の空間（成形位置）に配置する。鋼板Ｗ１が搬出された加熱装置２０は、搬出口２２ｂの開閉部材２６ｂを閉じると共に、搬入口２２ａの開閉部材２６ａを開いて、搬入口２２ａから新たな鋼板Ｗ２が投入される。そして搬入口２２ａの開閉部材２６ａを閉じて加熱装置２０を密閉し、次の鋼板Ｗ２の加熱が開始される。

その後、図１２に示すように、油圧シリンダ１８を駆動して第１〜第３可動型１１ｂ〜１１ｄを一体に図中左側に駆動し、固定型１１ａと第１可動型１１ｂとを型締めする。これにより、鋼板Ｗ１が所定形状に成形されると共に、固定型１１ａ、第１可動型１１ｂとの接触により、鋼板Ｗ１の冷却（焼入れ）が開始される。搬送装置４０の支持部材４１は、上記型締め動作により固定型１１ａの凹部１４と第１可動型の凹部１４とで形成される空間に収容される。このとき、鋼板Ｗ１は支持部材４１の受け面４３、挟持部４４、及びクランプアーム４８によって、その鉛直方向、厚み方向、及び幅方向にそれぞれ位置決めされた状態にある。このため、鋼板Ｗ１を常に一定の位置に配した状態でプレス成形が行われる。尚、成形開始時、鋼板Ｗ１の下端部は受け面４３によって支持されているが、図１２に示すように、成形が進むにつれて鋼板Ｗ１が絞られる場合、鋼板Ｗ１の下端部が凹形成面１２ｂ側に向かって流入を開始する。そのため、挟持部４４を構成する固定ピン４６と回動ピン４７のうち、プレス金型１１の凹成形面１２ｂ側に回動ピン４７を配設することにより、図６の矢印に示されるように、プレス成形に伴う鋼板Ｗ１の流入によって鋼板Ｗ１の下端部が変形しても、回動ピン４７が鋼板Ｗ１の変形に合わせて外側に開く向き（挟持を解除する向き）に回動する。一方、鋼板Ｗ１の流入に伴って鋼板Ｗ１の下端部が上昇するため、クランプアーム４８は鋼板Ｗ１による当接部４８ｂの押し下げ前の位置に回復し（重心又はアクチュエータにより）、鋼板Ｗ１に対するクランプ状態も解除される。

次に、第１可動型１１ｂと第２可動型１１ｃとで鋼板Ｗ２を熱間プレス成形する。具体的には、まず、図１３に示すように、第１可動型１１ｂ及び第２可動型１１ｃを一体化していた図示しないロック機構のロックを解除する。これにより、固定型１１ａ及び第１可動型１１ｂが固定側の金型を構成し、第２可動型１１ｃ及び第３可動型１１ｄが可動側の金型を構成する。そして、第１可動型１１ｂと第２可動型１１ｃとを型開きすると共に、加熱装置２０および搬送装置４０をスライドさせ、それぞれ第１可動型１１ｂと第２可動型１１ｃとの間の空間の上方及び下方に配置する。その後、上記と同様の工程を経ることにより、図１４に示すように鋼板Ｗ２が所定形状に成形される。さらに第２可動型１１ｃと第３可動型１１ｄとを用いて同様の工程を経ることにより、図１５に示すように鋼板Ｗ３が所定の形状に成形される。

こうして、鋼板Ｗ２、Ｗ３を成形している間に、最初に成形したＷ１が十分に冷却され、焼入れが施された状態となる。そして、図１６に示すように、加熱装置２０及び搬送装置４０をそれぞれ成形された鋼板Ｗ１の上方及び下方に配置する。この状態で、固定型１１ａ及び第１可動型１１ｂを一体にロックしていた図示しないロック機構のロックを解除し、昇降手段４２により第１〜第３可動型１１ｂ〜１１ｄを一体にスライドさせ、固定型１１ａと第１可動型１１ｂとを型開きする（矢印参照）。型開きした際、成形された鋼板Ｗ１は自重により落下し、支持部材４１で下方から支持された状態となる（図１７参照）。この時も、上記と同様、成形された鋼板Ｗ１の下端を受け面４３で受けることにより、鋼板Ｗ１の表裏両面を固定ピン４６および回動ピン４７により挟持すると共に、鋼板Ｗ１の幅方向もクランプ機構４５によってクランプされる。この状態で、支持部材４１を降下させると、図１８に示すように、成形された鋼板Ｗ１がその重心方向に倒れ込むことで、支持部材４１による支持状態が解除され、排出装置３０のベルト３１の上に載置される。よって、排出装置３０を駆動させることで、成形後の鋼板Ｗ１が熱間プレス成形設備１の外部へ排出される。その後、図１０〜図１２の工程を行うことにより、加熱された鋼板Ｗ４の熱間プレス成形を行う。

同様にして、第１可動型１１ｂ及び第２可動型１１ｃで成形された鋼板Ｗ２を熱間プレス成形設備１から排出すると共に、これらの金型で新たな鋼板を熱間プレス成形する。さらに、第２可動型１１ｃ及び第３可動型１１ｄで成形された鋼板Ｗ３を熱間プレス成形設備１から排出すると共にこれらの金型で新たな鋼板を熱間プレス成形する（いずれも図示省略）。以上の工程を繰り返すことにより、鋼板の熱間プレス成形が順次行われる。

以上のように、上記の熱間プレス成形設備１では、水平方向に型締め型開きするプレス金型１１の上方に加熱装置２０を設けたことで、加熱装置２０で加熱した鋼板Ｗを自重により落下させるだけでプレス金型１１に搬送することができる。これにより、搬送装置４０は、鋼板Ｗの自重を支持するもの（例えば上記のような鋼板Ｗを下方から支持する支持部材４１を有するもの）で足りるため、搬送装置４０が簡素化されて、設備のコンパクト化が図られる。さらに、プレス金型１１の下方に設けた搬送装置４０の受け面４３から上方に延びる一対の挟持部４４と、鋼板Ｗを幅方向でクランプするクランプ機構４５とを設けたので、落下してきた鋼板Ｗを挟持部４４及びクランプ機構４５によって鋼板Ｗの厚み方向及び幅方向で位置決めしつつ支持することができる。これより、鋼板を正確に位置決めした状態でプレス成形を施すことができる。

さらに、挟持部４４は鋼板Ｗの表裏両面を挟持可能なように対向配置した固定ピン４６と回動ピン４７とで構成され、回動ピン４７をプレス金型１１の凹成形面側（本実施例では、可動型側）に配置し、回動ピン４７の基端部を図示しないバネ等によって固定ピン４６側へ常時付勢させている。これにより、適度な力で鋼板Ｗを挟持することができ、さらに、プレス成形時に成形面に向かって鋼板Ｗが流入して変形するのに合わせて、回動ピン４７が回動するので、挟持ピン４７が変形するのを防止されるだけでなく、自然に挟持可能な位置に戻るので、速やかに次の鋼板Ｗに対するプレス成形をおこなうことができる。さらにプレス金型１１の下方に排出装置３０を設けることで、プレス金型１１で成形された鋼板Ｗを上記と同じ搬送装置４０で排出装置３０まで搬送することができるため、別途の搬送装置４０が不要となり、設備の更なるコンパクト化が図られる。

本発明は上記の実施形態に限らない。例えば、図示は省略するが、挟持部４４を一対の固定ピンで構成し、かつ成形時に凹成形面１２ｂ側（厚み方向流入側）の固定ピン上部を剛性の低い材料で形成することで、当該上部を、成形時の流入に伴う鋼板Ｗの変形を許容するよう変位可能としてもよい。もちろん、固定ピンの長手方向中間位置に回転軸を設けて、この回転軸まわりに固定ピンの上部（中間位置より上の部位）を回動可能としてもよい。

また、上記の実施形態では、可動型の３つの金型（第１可動型１１ｂ〜第３可動型１１ｄ）で構成した場合を示したが、これに限らず、可動型を１つや２つ、あるいは４つ以上の金型で構成してもよい。

また、上記の実施形態に限らず、例えば鋼板Ｗの上端を挟持部４４及びクランプ機構４５で位置決め支持した状態で鋼板Ｗを吊り下げる構成としてもよい。

上記の実施形態では、プレス金型１１で成形した鋼板Ｗを、搬送装置４０で排出装置３０まで搬送しているが、これに限らず、別途の搬送手段で搬送したり、あるいは、型開きと共に成形した鋼板Ｗを排出装置３０上に自由落下させてもよい。

１ 熱間プレス成形設備
１０ プレス成形装置
１１ プレス金型
１１ａ 固定型
１１ｂ 第１可動型
１１ｃ 第２可動型
１１ｄ 第３可動型
１５ 固定プレート
１６ スライドレール
１７ 可動プレート
１８ 油圧シリンダ
２０ 加熱装置
３０ 排出装置
４０ 搬送装置
４１ 支持部材
４２ 昇降手段
４３ 受け面
４４ 挟持部
４６ 固定ピン
４７ 回動ピン
４８ クランプアーム
４８ａ クランプ部
４８ｂ 当接部
Ｗ 鋼板

Claims (2)

1. 加熱した鋼板に対してプレス成形を施す熱間プレス成形設備であって、
   前記鋼板を加熱する加熱装置と、前記加熱装置の下方に配設され、水平方向に型締め型開きするプレス金型と、前記鋼板を支持する支持部材を有し、前記加熱装置で加熱された前記鋼板を前記プレス金型による成形位置まで搬送する搬送装置とを備え、
   前記支持部材は、前記鋼板の表裏両面を挟持する挟持部を有し、かつ前記挟持部の一部が、前記プレス成形時に前記鋼板の変形を許容するよう変位可能とされる熱間プレス成形設備。
2. 前記挟持部は固定ピンと、前記固定ピンと並んで配設され、回動により前記固定ピンとの間で前記鋼板を挟持可能な回動ピンとで構成され、前記回動ピンは前記固定ピンとの間で前記鋼板を挟持する向きに常時付勢されている請求項１記載の熱間プレス成形設備。

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