JP6323427B2 - 熱間プレス加工装置 - Google Patents

Description

本発明は加熱された金属製ワークのプレス成形及び冷却を行なう熱間プレス加工装置に関する。

加熱したワーク（鋼板）を型で成形しながら急冷することで、焼入れ硬化したプレス成形品を得る熱間プレス加工（ホットプレス）は一般に知られている。例えば、特許文献１には、上金型と下金型を備え、下金型の成形面に開口した冷媒吐出口から冷媒をワークに供給してワークを急冷した後に、その冷媒吐出口から今度は気体を噴出させてワークの表面に付着している液状冷媒を除去することが記載されている。

ＷＯ２０１２／１６１１９２

ところで、ワークを焼入れ硬化すると、その体積が膨張するが、同時にその寸法が縮む現象もみられることが知られている。熱間プレス加工の場合、ワークがパンチとダイによってプレスされた状態で急冷されるため、上記体積膨張又は寸法変化に伴って、ワークがパンチ又はダイに食い付いた状態になることがある。その場合、ワークを円滑に離型することができない。

これに対して、パンチ又はダイの一部を分割して可動の離型用金型とし、ワークのプレス成形後に、離型用金型の突き出しによってワークを離型することが考えられる。しかし、そのようにすると、ワークのプレス成形時或いは冷却時に、当該分割された金型の合わせ面間の隙間にゴミ等の異物が入ることがある。その場合、離型用金型を動かしたときにその異物のために金型の合わせ面が損傷したり、或いは離型用金型の作動不良を招く可能性がある。

そこで、本発明は、上記金型の合わせ面間の異物を排除する。

本発明は、上記課題を解決するために、上記金型の合わせ面から冷媒を噴出させるようにした。

ここに開示する熱間プレス加工装置は、加熱された金属製ワークのプレス成形及び冷却をパンチとダイによって行なう装置であって、
上記パンチは、第１金型と、該第１金型に対して上記ワークの離型方向に可動になった離型用の第２金型とを備え、
上記第１金型と第２金型が合わさって上記ワークを成形する一連の成形面が構成され、
上記第１金型の成形面に上記ワークを冷却する冷媒流体の噴出口が開口しているとともに、上記第１金型及び第２金型の互いの合わせ面の少なくとも一方に上記冷媒流体の噴出口が開口し、
さらに、上記ワークが上記パンチとダイによってプレス状態になったときに、上記各噴出口から上記冷媒流体を噴出させて、プレス状態の当該ワークを冷却して硬化させる冷媒噴出装置を備えていることを特徴とする。

この熱間プレス加工装置によれば、ワークがパンチとダイによってプレス状態になったときに、第１金型の成形面に開口した噴出口及び第１金型及び第２金型の少なくとも一方の合わせ面に開口した噴出口から冷媒流体が噴出する。その結果、プレス状態のワークは冷媒流体によって急冷されて硬化する（焼入れ硬化）。そうして、第１金型と第２金型の合わせ面間に異物が入っても、プレス成形されたワークの冷却時に第１金型及び第２金型の少なくとも一方の合わせ面に開口した噴出口から噴出する冷媒流体によって当該異物が合わせ面間から排除される。よって、離型用の第２金型の作動が円滑になるとともに、合わせ面が異物で損傷することが避けられる。離型用の第２金型の作動が円滑になるから、ワークが第１金型に食い付いた状態になっていても、第２金型が第１金型に対して離型方向に動くことにより、ワークが第１金型から離型する。また、合わせ面間から噴出する冷媒流体によってワークの冷却を促進することができる。

上記離型用の第２金型は、上記ワークの製品となる部分を成形するものであっても、上記ワークの離型後にトリミングされる部分を成形するものであってもよい。

好ましい実施形態では、上記第１金型及び第２金型各々は上記ワークの製品となる部分を成形する。これにより、第２金型によるワークの離型に有利になる。

好ましい実施形態では、上記第２金型の成形面に上記冷媒流体の噴出口が開口している。これにより、ワークのプレス成形後の冷却に有利になる。

ここに、パンチ又はダイを第１金型と第２金型に分割した場合、第１金型及び第２金型各々の成形面の当該分割部位の近傍には冷媒流体の噴出口を開口することが難しくなる。そのため、当該分割部位において噴出口の間隔が広くなってしまうが、上記合わせ面間から噴出する冷媒流体によってワークを冷却することができるから、ワークの冷却が分割部位において部分的に遅れることを避けることができる。

好ましい実施形態では、上記ワークがめっき鋼板である。めっき鋼板の場合、これを冷媒流体によって直に急冷したときに、めっきが剥がれて上記合わせ面間に入り易い。本発明によれば、この剥離しためっき片を上記合わせ面から噴出する冷媒流体によって合わせ面間から排除することができる。

好ましい実施形態では、上記冷媒流体が液状冷媒である。冷媒流体が液状であることにより、上記合わせ面間からの異物の排除に有利になる。

本発明によれば、熱間プレス加工装置のパンチが、第１金型と可動になった離型用の第２金型とを備え、この両金型が合わさってワークを成形する一連の成形面が構成され、第１金型の成形面にワークを冷却する冷媒流体の噴出口が開口しているとともに、第１金型及び第２金型の互いの合わせ面の少なくとも一方に冷媒流体の噴出口が開口していて、ワークがパンチとダイによってプレス状態になったときに、上記各噴出口から冷媒流体が噴出するから、ワークをプレス状態において急冷硬化させることができる。第１金型と第２金型の合わせ面間に異物が入っても、プレス成形されたワークの冷却時に当該合わせ面に開口した噴出口から噴出する冷媒流体によって異物が合わせ面間から排除することができ、離型用の第２金型の作動が円滑になるとともに、合わせ面が異物で損傷することが避けられる。離型用の第２金型の作動が円滑になるから、ワークが第１金型に食い付いた状態になっていても、第２金型が第１金型に対して離型方向に動くことにより、ワークが第１金型から離型する。また、合わせ面間から噴出する冷媒流体によってワークの冷却を促進することができる。

実施形態の熱間プレス加工装置の断面図。 同装置のパンチの斜視図。 同パンチの一部を拡大した分解斜視図。 同装置のパンチの冷媒供給系を示す断面図。 参考形態のダイの冷媒供給系を示す断面図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜実施形態＞
図１に示す熱間プレス加工装置において、１はパンチ、２はダイである。パンチ１及びダイ２は、板状ワーク３をプレス成形するための成形面４，５を備えている。本例のプレス加工装置は、加熱されたワーク（亜鉛めっき鋼板）３をパンチ１及びダイ２にて曲げ成形するとともに急冷する（ホットプレス）。これにより、焼入れされた高張力鋼製プレス成形品が得られる。

パンチ１はパンチホルダ６に保持されている。ダイ２は外枠７に組み込まれた状態でダイホルダ８に油圧シリンダ９を介して保持されている。ダイホルダ８がプレス機械の昇降するスライダに取り付けられる。油圧シリンダ９の作動により、ダイ２がダイホルダ８に対して相対的に昇降する。

パンチ１には、プレス成形されたワーク３を冷却するための液状冷媒を供給する第１及び第２の冷媒供給管１１，１２が接続されている。ダイ２には、同じくプレス成形されたワーク３を冷却するための液状冷媒を供給する冷媒供給管１３が接続されている。冷媒供給管１１〜１３各々の基端は冷媒噴出装置１５〜１７に接続されている。パンチ１に２系統の冷媒供給系が設けられているのは、パンチ１が分割された複数の金型によって構成されているためである。この点を以下、具体的に説明する。

図２に示すように、パンチ１は、第１金型２１と、第１金型２１に対してワーク３の離型方向（上方）に可動になった離型用の第２金型２２よりなる。第１金型２１はパンチホルダ６に固定される。第２金型２２は第１金型２１よりも小さい。本例の場合、第２金型２２は第１金型２１の両端部と中央部の３箇所に設けられている。第１及び第２の金型２１，２２各々の成形面２３，２４は、第１金型２１及び第２金型２２が合わさったときに、ワーク３の製品となる部分を成形する一連のプレス成形面を構成する。

第１及び第２の金型２１，２２各々の成形面２３，２４には、上記冷媒の噴出口２５が多数開口している。第１及び第２の金型２１，２２各々の内部には、第１及び第２の冷媒供給管１１，１２によって供給される冷媒を各々の噴出口２５に導く冷媒流路が形成されている。

図３に示すように、第１金型２１及び第２金型２２各々の合わせ面２６，２７にも、複数の冷媒噴出口２８が開口し、冷媒流路からの冷媒が第１及び第２の金型２１，２２の合わせ面間にも噴出するようになっている。

図４に簡略的に示すように、離型用の第２金型２２は、第１金型２１に設けられた凹所に昇降自在に嵌め込まれている。そして、第１金型２１に接続された第１冷媒供給管１１からの冷媒が第１金型２１の内部の冷媒流路３１を通って成形面２３及び合わせ面２６から噴出する。同様に、第２金型２２に接続された第２冷媒供給管１２からの冷媒が第２金型２２の内部の冷媒流路３２を通って成形面２４及び合わせ面２７から噴出する。第２金型２２は、昇降手段３３によってベース１０に支持されている。昇降手段３３としてはエアシリンダが好適である。第２金型２２は、昇降手段３３の作動により、その成形面２４が第１金型２１の成形面２３と面一になった状態（成形面２３，２４が一連のプレス成形面を構成した状態）と、その成形面２４が第１金型２１の成形面２３より突出した状態になるように駆動される。図４は第２金型２２の成形面２４が第１金型２１の成形面２３と面一になった状態を示す。

図示は省略するが、ダイ２のプレス成形面３４にも上記冷媒の噴出口が多数開口しており、冷媒供給管１３から供給される冷媒がダイ２の内部に形成された冷媒流路を通して成形面５に開口した噴出口から噴出するようになっている。

−作動−
図１に示すように、ダイ２が上昇している状態で、加熱されたワーク３がパンチ１とダイ２の間に搬入される。ダイ２の下降により、ワーク３はパンチ１とダイ２によってプレス成形される。ワーク３がプレス状態になったとき、油圧シリンダ９がダイ２をダイホルダ８に対して相対的に下降させた状態から上昇させる状態に切り替わる。これに伴って、ダイホルダ８がさらに下降することにより、ダイホルダ８に設けられたトリム刃（図示省略）によってワーク３が冷却硬化する前にトリミングされる。

ワーク３がプレス状態になったとき、冷媒噴出装置１５〜１７の作動により、冷媒が冷媒供給管１１〜１３を介してパンチ１及びダイ２に供給される。これにより、パンチ１の第１及び第２の金型２１，２２の成形面２３，２４に開口した噴出口２５及び合わせ面２６，２７に開口した噴出口２８、並びにダイ２の成形面３４に開口した噴出口から冷媒が噴出する。その結果、プレス状態のワーク３は冷媒によって急冷されて硬化する（焼入れ硬化）。

パンチ１の第１金型２１と第２金型２２に分割された部分では、当該分割によってプレス成形面に開口した噴出口の間隔が他の部分よりも広くなる。しかし、第１金型２１と第２金型２２の合わせ面間から冷媒がワーク３に対して供給されるため、当該分割部位においてもワーク３が効率良く冷却され、ワーク全体の均一冷却に有利になる。そうして、上記合わせ面間に異物が噛み込まれていても、その異物は合わせ面間に噴出する冷媒によって排除されるため、異物の噛み込みによる合わせ面の損傷や第２金型２２の作動不良は避けられる。

ワーク３のプレス成形及び冷却後、ダイホルダ８が上昇するとともに、昇降手段３３の作動により、パンチ１の第２金型２２が上昇する。従って、ワーク３が第１金型２１に食い付いた状態になっていても、第２金型２２が第１金型２１に対して上昇することにより、ワーク３が第１金型２１から離型する。

＜参考形態＞
本参考形態はダイに離型用の第２金型を設けたケースである。

図５に簡略的に示すように、ダイ２は、外枠７に固定された第１金型４１と、第１金型４１に対してワークの離型方向（下方）に可動になった離型用の第２金型４２よりなる。本例の場合、第２金型４２は第１金型４１の両端部に設けられている。第２金型４２は第１金型４１よりも小さい。第１及び第２の金型４１，４２各々のワークをプレス成形する成形面４３，４４は、第１金型４１及び第２金型４２が合わさったときにワークの製品となる部分を成形する一連のプレス成形面を構成する。

第１及び第２の金型４１，４２各々の成形面４３，４４には、実施形態の第１及び第２の金型２１，２２と同じく、液状冷媒の噴出口４５が開口している。また、第１及び第２の金型４１，４２各々の合わせ面４６，４７にも上記冷媒の噴出口４８が開口している。そうして、第１及び第２の金型４１，４２各々の内部には、第１及び第２の冷媒供給管１３，１４によって供給される冷媒を各々の噴出口４５，４８に導く冷媒流路４９，５０が形成されている。第１及び第２の冷媒供給管１３，１４は冷媒噴出装置１７，１８に接続されている。

離型用の第２金型４２は、第１金型４１と外枠７の間の凹所に昇降自在に嵌め込まれている。そして、第１金型４１に接続された第１冷媒供給管１３からの冷媒が第１金型４１の内部の冷媒流路４９を通って成形面４３及び合わせ面４６から噴出するようになっている。同様に、第２金型４２に接続された第２冷媒供給管１４からの冷媒が第２金型４２の内部の冷媒流路５０を通って成形面４４及び合わせ面４７から噴出するようになっている。第２金型４２は、昇降手段（例えば、エアシリンダ）５３によってダイホルダ８に支持され、その成形面４４が第１金型４１の成形面４３と面一になった状態と、その成形面４４が第１金型２１の成形面４３より突出した状態になるように駆動される。図５は第２金型４２が第１金型４１よりも下降した状態を示す。

−作動−
ダイ２が上昇している状態では、第２金型４２は上昇し、第１及び第２の金型４１，４２各々の成形面４３，４４は面一になっている。その状態でワークがパンチ（図示省略）とダイ２の間に搬入される。ダイ２の下降により、ワークはパンチとダイ２によってプレス成形される。

ワークがプレス状態になったとき、冷媒噴出装置１７，１８の作動により、冷媒が冷媒供給管１３，１４を介して第１金型４１及び第２金型４２に供給される。これにより、第１及び第２の金型４１，４２の成形面４３，４４に開口した噴出口４５及び合わせ面４６，４７に開口した噴出口４８から冷媒が噴出する。その結果、プレス状態のワークは冷媒によって急冷されて硬化する（焼入れ硬化）。

ダイ２の第１金型４１と第２金型４２に分割された部分ではプレス成形面に開口した噴出口の間隔が他の部分よりも広くなるが、冷媒が第１及び第２の金型４１，４２の合わせ面間からワークに供給されるため、ワーク全体の均一冷却が図れる。上記合わせ面間に異物が噛み込まれていても、その異物は合わせ面間に噴出する冷媒によって排除されるため、異物の噛み込みによる合わせ面の損傷や第２金型２２の作動不良は避けられる。

ワークのプレス成形及び冷却後、ダイホルダ８が上昇するとともに、昇降手段５３の作動により、ダイ２の第２金型４２が下降して第１金型４１に対して突出した状態になる。このため、ワークが第１金型４１に食い付いた状態になっていても、第２金型４２の上記突出によって第１金型４１から離型する。

＜その他＞
実施形態及び参考形態では第１金型及び第２金型各々の合わせ面に冷媒噴出口を設けたが、第１金型及び第２金型のいずれか一方の合わせ面のみに冷媒噴出口を設けるようにしてもよい。

パンチ及びダイのいずれか一方に離型用の第２金型を設けるようにしても、パンチ及びダイの両方に離型用の第２金型を設けるようにしてもよい。

１ パンチ
２ ダイ
３ ワーク
２１ 第１金型
２２ 第２金型
２３，２４ 成形面
２５ 噴出口
２６，２７ 合わせ面
２８ 噴出口

Claims (5)

1. 加熱された金属製ワークのプレス成形及び冷却をパンチとダイによって行なう熱間プレス加工装置であって、
   上記パンチは、第１金型と、該第１金型に対して上記ワークの離型方向に可動になった離型用の第２金型とを備え、
   上記第１金型と第２金型が合わさって上記ワークを成形する一連の成形面が構成され、
   上記第１金型の成形面に上記ワークを冷却する冷媒流体の噴出口が開口しているとともに、上記第１金型及び第２金型の互いの合わせ面の少なくとも一方に上記冷媒流体の噴出口が開口し、
   さらに、上記ワークが上記パンチとダイによってプレス状態になったときに、上記各噴出口から上記冷媒流体を噴出させて、プレス状態の当該ワークを冷却して硬化させる冷媒噴出装置を備えていることを特徴とする熱間プレス加工装置。
2. 請求項１において、
   上記第１金型及び第２金型各々は上記ワークの製品となる部分を成形することを特徴とする熱間プレス加工装置。
3. 請求項２において、
   上記第２金型の成形面に上記冷媒流体の噴出口が開口していることを特徴とする熱間プレス加工装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記ワークはめっき鋼板であることを特徴とする熱間プレス加工装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   上記冷媒流体が液状冷媒であることを特徴とする熱間プレス加工装置。

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