JP6530994B2 - プレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱又は加温された鋼板を金型の型閉じ動作によりプレス成形するとともに、プレス成形によって成形されたプレス成形品を型閉じ状態で加圧保持して冷却するプレス装置に関する。

近年の自動車業界では、軽量で、且つ、安全性の高い車体構造が求められ、この要求に対し、車体を構成するプレス成形品をホットプレス工法等によって成形するようになってきている。

例えば、特許文献１のプレス装置は、ホットプレス工法によりプレス成形品を得るものであり、対向配置された上型及び下型からなる金型を備え、加熱された鋼板を下型に載置するとともに上型を下降させることでプレス成形し、プレス成形により得られたプレス成形品を上型及び下型の型閉じ状態を維持することにより冷却して焼き入れが行われるようになっている。

特開２０１３−２０２６１９号公報

ところで、ホットプレス工法では、プレス成形品の温度を７００〜９００℃から約２００℃まで一気に冷却する必要があるので、金型の型閉じ状態を所定時間維持しなければならず、一般的なプレス工法に比べて生産効率が悪い。

また、プレス成形に用いられる金型は、一般的に、繰り返しプレス成形を行っても壊れ難くてメンテナンス回数を少なくできる硬いものが好まれる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産効率を高めることができ、しかも、メンテナンス回数を減らすことができる ホットプレス工法用のプレス装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ホットプレス工法に用いるプレス装置の金型の材質に工夫を凝らしたことを特徴とする。

具体的には、液体冷媒が流通する流通路を有する金型と、上記流通路に液体冷媒を循環させる冷媒循環手段とを備え、加熱又は加温された鋼板を上記金型の型閉じ動作によりプレス成形するとともに、プレス成形によって成形されたプレス成形品を型閉じ状態で加圧保持して冷却するプレス装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、上記金型における上記プレス成形品に接触する部分は、耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成されており、上記金型は、ニッケル銅合金材からなる筒部材を鋳型内に予めセットし、且つ、冷却媒体を上記筒部材の貫通孔に循環させた状態において、液化させた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材を上記鋳型内に流し込むとともに冷却して固め、且つ、鋳物砂を取り除くことで形成した鋳物からなり、上記流通路は、上記貫通孔からなることを特徴とする。

第２の発明では、上記金型における上記プレス成形品に接触する部分は、耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成されており、上記金型の耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成された部分は、硬度が３２７ＨＢＷ以上で、且つ、熱伝導率が７８Ｗ／ｍＫであることを特徴とする。

第１及び第２の発明では、金型の熱伝導率が大きくなるので、プレス成形品の熱が金型を介して金型内の流通路を循環する液体冷媒にまで移動し易くなる。したがって、金型に加圧保持された状態のプレス成形品の冷却速度が速まり、金型の型閉じ状態の時間が短くなるので、生産効率を高めることができる。また、プレス成形を繰り返し行っても、金型の硬度が高いので、金型の成形面が磨耗し難い。したがって、金型の磨耗を起因としたメンテナンス回数を減らすことができる。

また、第１の発明では、鋳造により金型を形成すると同時に金型内に流通路が形成されるようになるので、鋳造により金型を形成した後、流通路を削り出すといった作業を行う必要がなく加工コストを低く抑えることができる。また、ニッケル銅合金材は耐磨耗性アルミニウム青銅合金材よりも融点が高いので、鋳造により金型における流通路を形成する部分以外を耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成する際、第２の発明の如く筒部材の貫通孔に鋳物砂を敷き詰めておく必要がなく、第２の発明に比べて加工が簡単である。

また、第２の発明では、金型の耐磨耗性と冷却性能とが共に高くなるので、生産効率の向上とメンテナンス回数の低減とを両立させることができる。

本発明の実施形態に係るプレス装置である。 本発明の実施形態に係るプレス装置の金型及び従来のプレス装置の金型のそれぞれにおいて、ホットプレス工法によるプレス成形を行う途中の型閉じ状態で加圧保持するプレス成形品の冷却速度を示すデータである。 本発明の実施形態に係るプレス装置の金型及び従来のプレス装置の金型のそれぞれにおいて、ホットプレス工法によるプレス成形を連続で行った回数と各プレス成形前の金型温度との関係を示すデータである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態に係るプレス装置１を示す。該プレス装置１は、所謂、ホットプレス工法と呼ばれるプレス成形を行うためのものであり、加熱された鋼板１０から断面ハット形状のプレス成形品Ｐを成形するようになっている。

上記プレス装置１は、床面Ｆに設置された厚みのある平板状の基台２と、該基台２の上方に図示しないサーボモータの制御により昇降可能に対向配置され、下方に開口する取付凹部３ａを有する昇降台３と、水が流通する流通路４ａを有する金型４とを備えている。

上記基台２の中央内部には、ダイクッション２ａが内蔵され、上記基台２の中央上部には、上面に開口するとともに上記ダイクッション２ａまで延びる複数の基台ピン孔２ｂが貫通形成されている。

上記金型４は、鋳物砂が貫通孔１１ａに敷き詰められた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材からなる筒部材１１を鋳型内に予めセットした状態において、液化させた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材を上記鋳型内に流し込むとともに冷却して固め、且つ、鋳物砂を取り除くことで形成した鋳物からなっていて、上記流通路４ａは、鋳物砂を取り除いた後の上記貫通孔１１ａからなっている。

上記金型４に用いられている耐磨耗性アルミニウム青銅合金材の具体的な例として、大和合金株式会社が開発した「ＨＲＷ−３」と呼ばれるものがあり、この材料を用いて形成した本願発明の上記金型４の硬度は、３２７ＨＢＷ以上となっており、上記金型４の熱伝導率は、７８Ｗ／ｍＫ（２００℃）となっている。

上記金型４は、上記昇降台３の取付凹部３ａに取り付けられた略直方体形状の上型５と、上記基台２上面に載置された略直方体形状の下型６とからなっている。

上記上型５の中央下面には、下方に開口する凹状の上側成形面５ａが形成され、上記流通路４ａは、上記上側成形面５ａに沿うように湾曲している。

上記下型６は、上面中央に上方に開口する収容凹部６０ａを有する略直方体形状の固定型６０を備え、上記収容凹部６０ａには、当該収容凹部６０ａの開口から上方に飛び出す可動型６１が上下に進退可能に配置されている。

上記固定型６０には、水平方向に延び、一方が外周面に開口する一方、他方が上記収容凹部６０ａの内周面に開口する長孔６０ｂが複数形成されている。

また、上記固定型６０の中央下部には、上記各基台ピン孔２ｂに対応する位置に開口するとともに上記収容凹部６０ａまで延びる下型ピン孔６０ｃが貫通形成され、互いに対応する上記基台ピン孔２ｂ及び上記下型ピン孔６０ｃには、クッションピン６２が上下方向にスライド可能に嵌挿されている。

そして、上記各クッションピン６２は、上記可動型６１と上記ダイクッション２ａとの間に介在していて、上記各クッションピン６２の上下動により、上記可動型６１が上下方向に進退するようになっている。

上記可動型６１の上面は、上記上側成形面５ａに対応する下側成形面６１ａを構成しており、上記流通路４ａは、上記下側成形面６１ａに沿うように湾曲している。

上記上型５の流通路４ａには、当該流通路４ａに水を循環させて上記上型５との間で熱交換させることにより上型５を冷却するポンプ１２（冷媒循環手段）が接続されている。

また、上記可動型６１の流通路４ａにも上記各長孔６０ｂを介して上記ポンプ１２が接続されていて、該ポンプ１２により上記流通路４ａを循環する水と上記可動型６１との間で熱交換させることにより可動型６１を冷却するようになっている。

そして、加熱又は加温された鋼板１０を上記可動型６１に載置し、且つ、上記昇降台３を下降させて上記上型５及び上記下型６を型閉じさせることにより、可動型６１が上型５に押圧されて下降しながら上側成形面５ａと下側成形面６１ａとでプレス成形するとともに、プレス成形によって成形された上記プレス成形品Ｐを型閉じ状態で加圧保持して冷却するようになっている。

次に、本発明の実施形態に係るプレス装置１と通常のプレス装置とを用いてそれぞれホットプレス工法によるプレス成形を行った際の実験結果について説明する。

図２は、プレス成形品Ｐを型閉じ状態で加圧保持し始めてからの時間とプレス成形品Ｐの温度との関係を本発明の金型４と従来の金型（一般的な鋼材から形成したもの）とで比較したグラフである。

データＤ１は、プレス装置１の金型４で５８０℃のプレス成形品Ｐを型閉じ状態で冷却した結果を示すデータであり、型閉じ状態となってから４秒でプレス成形品Ｐの温度が２００℃まで低下している。一方、データＤ２は、一般的なプレス装置の金型で５８０℃のプレス成形品を型閉じ状態で冷却した結果を示すデータであり、型閉じ状態となってからプレス成形品Ｐの温度が２００℃まで低下するのに６秒もかかっている。このように、金型４を耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成することで、一般的な金型よりも冷却速度を早くできることが分かった。

また、図３は、連続して行ったプレス成形の回数を横軸に、各プレス成形前の金型４の温度を縦軸にして実験により得られたデータをプロットしたグラフである。

データＤ３は、プレス装置１でプレス成形を連続して行った結果を示すデータであり、１４８０回連続でプレス成形しても各プレス成形前の金型４の温度が１００℃を超えなかった。一方、データＤ４は、一般的なプレス装置でプレス成形を連続して行った結果を示すデータであり、約１５回連続でプレス成形しただけでプレス成形前の金型４の温度が１００℃を超えてしまう結果であった。このように、金型４を耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成することで、プレス成形を連続で行ってもプレス成形前の金型４の温度が上がり難いことを確認できた。

以上より、本発明の実施形態によると、金型４が耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成されているので、金型４の熱伝導率が大きくなり、プレス成形品Ｐの熱が金型４を介して金型４内の流通路４ａを循環する水にまで移動し易くなる。したがって、金型４に加圧保持された状態のプレス成形品Ｐの冷却速度が速まり、金型４の型閉じ状態の時間が短くなるので、生産効率を高めることができる。また、プレス成形を繰り返し行っても、金型４の硬度が高いので、金型４の上側成形面５ａ及び下側成形面６１ａが磨耗し難い。したがって、金型４の磨耗を起因としたメンテナンス回数を減らすことができる。

また、鋳造により金型４を形成すると同時に金型４内に流通路４ａが形成されるので、鋳造により金型４を形成した後、流通路４ａを削り出すといった作業を行う必要がなく加工コストを低く抑えることができる。また、流通路４ａを形成する部分を含む金型４の全てが耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成されるので、プレス成形品Ｐの熱が金型４を介して金型４内の流通路４ａを循環する液体冷媒にまでさらに移動し易くなり、金型４に加圧保持された状態のプレス成形品Ｐの冷却をさらに速くすることができる。

さらに、金型４を耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成することにより、金型４の耐磨耗性と冷却性能とが共に高くなるので、生産効率の向上とメンテナンス回数の低減とを両立させることができる。

尚、本発明の実施形態の金型４は、鋳物砂が貫通孔１１ａに敷き詰められた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材からなる筒部材１１を鋳型内に予めセットした状態において、液化させた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材を上記鋳型内に流し込むとともに冷却して固め、且つ、鋳物砂を取り除くことで形成した鋳物からなっているが、これに限らず、ニッケル銅合金材からなる筒部材１１を鋳型内に予めセットし、且つ、冷却媒体を上記筒部材１１の貫通孔１１ａに循環させた状態において、液化させた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材を鋳型内に流し込むとともに冷却して固め、且つ、鋳物砂を取り除くことで形成した鋳物からなるようにしてもよい。そうすると、ニッケル銅合金材は耐磨耗性アルミニウム青銅合金材よりも融点が高いので、鋳造により金型４における流通路４ａを形成する部分以外を耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成する際、筒部材１１の貫通孔１１ａに鋳物砂を敷き詰めておく必要がなく、耐磨耗性アルミニウム青銅合金材からなる筒部材１１で流通路４ａを作る場合に比べて加工が簡単である。

また、本発明の実施形態のプレス装置１では、金型４の流通路４ａに水を流通させて金型４を冷却しているが、これに限らず、例えば金型４の流通路４ａにオイルを流通させて金型４を冷却させてもよく、金型４を冷却させることができる冷却媒体であればよい。

また、本発明の実施形態では、金型４の全部を耐磨耗性アルミニウム青銅合金材からなるようにしているが、金型４の一部のみを耐磨耗性アルミニウム青銅合金材からなるようにしてもよく、例えば、金型４におけるプレス成形品Ｐに接触する部分である上側成形面５ａ及び下側成形面６１ａを含む一部領域のみを耐磨耗性アルミニウム青銅合金材からなるようにしてもよい。

本発明は、加熱又は加温された鋼板を金型の型閉じ動作によりプレス成形するとともに、プレス成形によって成形されたプレス成形品を型閉じ状態で加圧保持して冷却するプレス装置に適している。

１ プレス装置
４ 金型
４ａ 流通路
５ 上型
６ 下型
１０ 鋼板
１１ 筒部材
１１ａ 貫通孔
１２ ポンプ（冷媒循環手段）
Ｐ プレス成形品

Claims (2)

1. 液体冷媒が流通する流通路を有する金型と、
   上記流通路に液体冷媒を循環させる冷媒循環手段とを備え、
   加熱又は加温された鋼板を上記金型の型閉じ動作によりプレス成形するとともに、プレス成形によって成形されたプレス成形品を型閉じ状態で加圧保持して冷却するプレス装置であって、
   上記金型における上記プレス成形品に接触する部分は、耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成されており、
   上記金型は、ニッケル銅合金材からなる筒部材を鋳型内に予めセットし、且つ、冷却媒体を上記筒部材の貫通孔に循環させた状態において、液化させた耐摩耗性アルミニウム青銅合金材を上記鋳型内に流し込むとともに冷却して固め、且つ、鋳物砂を取り除くことで形成した鋳物からなり、
   上記流通路は、上記貫通孔からなることを特徴とするプレス装置。
2. 液体冷媒が流通する流通路を有する金型と、
   上記流通路に液体冷媒を循環させる冷媒循環手段とを備え、
   加熱又は加温された鋼板を上記金型の型閉じ動作によりプレス成形するとともに、プレス成形によって成形されたプレス成形品を型閉じ状態で加圧保持して冷却するプレス装置であって、
   上記金型における上記プレス成形品に接触する部分は、耐磨耗性アルミニウム青銅合金材で形成されており、
   上記金型の耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成された部分は、硬度が３２７ＨＢＷ以上で、且つ、熱伝導率が７８Ｗ／ｍＫであることを特徴とするプレス装置。