JP6647353B2 - ホットスタンピング金型装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホットスタンピング金型装置、特に冷却性能に優れたホットスタンピング金型装置に関する。

最近、燃費規制や安全法規の強化などにより車両部品の軽量化及び高強度化が最大の問題である。国内外の車両製造業界ではホットスタンピング部品の適用を大幅に拡大する傾向にある。ホットスタンピングは特許文献１で紹介されている。

ホットスタンピングは鋼板をオーステナイト相温度以上、例えば９００℃以上加熱した後、プレス成形すると同時に急冷させて高強度鋼部品を製造することが特徴である。高温加熱された鋼板の酸化を防止するために表面にＡｌやＺｎがめっきされた鋼板が用いられる。Ａｌメッキ鋼板の例としては、ボロン鋼２２ＭｎＢ５に基づいたＵｓｉｂｏｒ１５００がある。

ホットスタンピングによる車両部品の製造において重要な関心事は生産性と品質である。ホットスタンピング工程の生産性向上の方策として、特許文献２で電気炉に高周波誘導加熱炉を混合した加熱炉が提案された。ホットスタンピング部品の品質に影響を与える主な要因の１つは金型の冷却性能である。

図１に示すように、従来、ホットスタンピング金型５００は、成形面５０４を有する複数個のサブアセンブリ５０２を組み立てて製作される。サブアセンブリ５０２には金型５００の長さ方向に形成された冷却チャネル５０６が設けられる。冷却チャネル５０６はガンドリル（ｇｕｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）によって形成される。成形面５０４から冷却チャネル５０６までの距離が短いほど冷却性能が良好である。しかし、金型５００は３次元の複雑な形状を有するのでその距離を短くすることは容易ではない。

英国特許第１４９０５３５号明細書 米国特許第９，６３１，２４８号明細書

本発明は、上記のような従来技術に対する認識に基づくものであって、冷却性能に優れた改善されたホットスタンピング金型装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、製造しようとする成形品が複雑な形状を有しそれに対応した金型の成形面の形状が複雑であっても、金型の成形面を均一かつ有効に冷却できるホットスタンピング金型装置を提供することを他の目的とする。

本発明で解決しようとする課題は、必ずしも以上に言及された事項に限定されず、予め言及されていない他の課題らは以下に記載される事項によって理解されることができる。

上記目的を達成するための本発明によるホットスタンピング金型装置は、第１成形面を有する第１金型と、前記第１成形面に対応する第２成形面を有する第２金型とを含み、第１及び第２金型はそれぞれ互いに結合された複数のサブアセンブリを具備する。

本発明によれば、前記サブアセンブリは複数のプレートを建てて順に面と面を重ねて構成されることができる。互いに隣接するプレートの重なり面に互いに対応する溝を形成することによって重なり面に沿って延長される第１冷却チャネルが設けられることができる。

本発明によれば、前記サブアセンブリのうち少なくともいずれか１つには、該当サブアセンブリを長さ方向に貫通する第２冷却チャネルが設けられ、該第２冷却チャネルは該当サブアセンブリの成形面と第１冷却チャネルの間に配置されることができる。

本発明によれば、前記第１及び第２金型を合型する際、第１金型を構成するサブアセンブリらの間の第１重なり面らと第２金型を構成するサブアセンブリらの間の第２重なり面らが互いにずれるように配列されることができる。

本発明によれば、前記第１及び第２金型のうち少なくともいずれか１つは、プレートらが金型の長さ方向に配列された第１サブアセンブリの配列と、プレートらが金型の幅方向に配列された第２サブアセンブリ配列を具備できる。

上記のような本発明によれば、冷却チャネルを成形面の屈曲又は形状に沿って成形面に近く冷却チャネルを形成できる。これによれば、金型の冷却性能が改善される。

また、本発明によれば、成形品が複雑な形状を有しそれに対応した金型の成形面の形状が複雑であっても、金型の成形面を均一かつ有効に冷却できる。

従来のホットスタンピング金型の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るホットスタンピング金型を示す図である。 本発明の実施形態に係る金型プレートを示す図である。 本発明の実施形態に係る金型プレートらで構成されたサブアセンブリの例を示す図である。 本発明の実施形態に係るサブアセンブリ内部の冷却チャネル構造を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るホットスタンピング金型を示す図である。 本発明の実施形態に係るホットスタンピング金型装置を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るホットスタンピング金型装置を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係るサブアセンブリを示す図である。 図８に示すものと同じサブアセンブリを構成する金型プレートの例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る金型プレートを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る金型プレートを示す図である。 図１１に示すものと同じ金型プレートを用いてサブアセンブリを構成した場合の冷却チャネルの構造を示す図である。

以下、本発明の多様な特徴的な面を理解できるように実施例を挙げてさらに詳細に述べる。添付の図面で同じ又は同等の構成要素ら又は部品らは説明の便宜のためになるべく同じ参照符号で表示され、図面らは本発明の特徴に対する明確な理解と説明のために誇張して、かつ概略的に図示される場合がある。

本発明に対する説明で、特に限定されない限り、第２要素が第１要素の「上」に配置される、又は２つの要素が互いに「連結」されるということは、２つの要素が互いに直接接触又は連結されたことは言うに及ばず、第３要素の介在を介して第１及び第２要素が互いに関係を結ぶことを許容する。前後、左右又は上下などの方向表現は説明の便宜のためのものにすぎない。

図２には実施形態に係る金型１０が図示されている。図２を参照すると、金型１０は４つのサブアセンブリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ：１１で構成される。各サブアセンブリ１１の上面は部品に形状を与えるための成形面Ｆをなし、下部はクランプＣによって固定されることができる。各サブアセンブリ１１は複数のプレート２０で構成される。

図３を参照すると、プレート２０の一面２１には冷却チャネル２３を構成する溝が形成される。溝の幅方向の両縁に沿っては冷却チャネル２３のシーリングのためのシーリング溝２４が設けられ、該シーリング溝２４にＯ−リング（図示せず）が挿入される。冷却チャネル２３は成形面Ｆになるべく近接するように形成されることが好ましい。プレート２０の面に溝を加工するので、成形面Ｆが複雑な形状を有しても冷却チャネル２３を成形面に近接させて形成できる。冷却チャネル２３はプレート２０の面に沿って右側の入口２３ａから供給されて左側の出口２３ｂに排出されることができる。

図４を参照すると、サブアセンブリ１１は複数個のプレート２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ：２０を建てて順に面と面を重ねて製作される。各プレート２０の間にはそれらを組み立てるための固定部材が設けられることができ、各プレート２０の上面は成形面Ｆをなす。隣接プレートら２０の間の重なり面には円形の冷却チャネル２３をなすように互いに対応する溝が形成される。

図４で順に重ねられた５つのプレート２０のうち最縁に配置された２つのプレート２０ａ，２０ｅはそれぞれ隣接するプレート２０ｂ，２０ｄと１つの重なり面のみを有する。これらの最縁のプレートら２０ａ，２０ｅは一面にのみ冷却チャネル２３が形成される。残りの３つのプレートら２０ｂ，２０ｃ，２０ｄはそれぞれの両面に冷却チャネル２３が形成される。サブアセンブリ１１の間の組み立ての便宜と冷却チャネル２３のシーリングなどを考慮して、サブアセンブリ１１の両サイド面２２には冷却チャネル２３が形成されない場合がある。このサイド面２２は他のサブアセンブリと接する面である。

図５にはサブアセンブリ１１内部の冷却チャネル２３が図示されている。サブアセンブリ１１は金型装置のベース（図示せず）に固定され、該ベースにはサブアセンブリ１１の冷却チャネル２３に冷却水を供給するための流路１０１，１０２が設けられる。冷却水は供給流路１０１を介して供給されてプレートら２０の間の重なり面に設けられた冷却チャネル２３に沿って流れた後、排出流路１０２に排出される。プレートら２０の間の重なり面にそれぞれ冷却チャネル２３の入口２３ａと出口２３ｂが設けられることができる。

図６には他の実施形態に係る金型が図示されている。図６を参照すると、４つのサブアセンブリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは金型の長さ方向Ｌに配列された第１サブアセンブリの配列をなし、３つのサブアセンブリ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは金型の幅方向Ｗに配列された第２サブアセンブリ配列をなすことができる。サブアセンブリ１１の両側サイド面には冷却チャネル２３が形成されないので、サブアセンブリらがいずれか１つの方向にのみ配列された場合、サブアセンブリら１１の間の接触部位が規則的に配列されて冷却性能の低下を招く場合がある。

図７Ａには実施形態に係るホットスタンピング金型装置が図示されている。図７Ａを参照すると、上部金型１０ａをなすサブアセンブリ１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａの間に互いに重なる面は第１重なり面Ｘ１２，Ｘ２３，Ｘ３４，Ｘ４５：Ｘである。下部金型１０ｂをなすサブアセンブリ１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂの間に互いに重なる面は第２重なり面Ｙ１２，Ｙ２３，Ｙ３４，Ｙ４５：Ｙである。金型装置が合型（ｃｌｏｓｅｄ）された時、第１重なり面Ｘと第２重なり面Ｙが同じ位置に置かれるか、又は同じ線上に置かれた場合、重なり面Ｘ、Ｙの近くは他の部位に比べて冷却性能が良くない。各サブアセンブリの両サイド面には冷却チャネル２３が形成されないので、アセンブリらの間の重なり面の近くの冷却性能は良くない。その上、第１重なり面Ｘと第２重なり面Ｙが同じ線上に配置されると、この近くの冷却性能はさらに低下する。

図７Ｂには他の実施形態に係るホットスタンピング金型装置が図示されている。図７Ｂに示すように、第１重なり面Ｘは第２重なり面Ｙと互いにマッチングされる位置でなく離れて配置される。図７Ａの例のように一定のインターバルごとに規則的に冷却性能の低下部位、すなわち前記重なり面Ｘ、Ｙに起因する冷却性能の低下部位が現れない。

図８には他の実施形態に係るサブアセンブリ１３が図示されている。該サブアセンブリ１３の一側面に冷却チャネル２３の入口２３ａが設けられ、底面に出口２３ｂが設けられる。プレートら２０の間の重なり面には上記の実施形態と同様に冷却チャネル２３をなす溝が形成される。冷却水は第４、第３及び第２プレート２０ｄ′，２０ｃ′，２０ｂ′を貫通して流れる。例として、冷却水は、第５プレート２０ｅ′の入口２３ａから流入され、第４及び第５プレート２０ｄ′，２０ｅ′の間の重なり面に設けられた冷却チャネル２３を流れた後、第３及び第４プレート２０ｃ′、２０ｄ′の間の重なり面に設けられた冷却チャネル２３に流れる。第２乃至第４プレート２０ｂ′，２０ｃ′，２０ｄ′にはそれぞれプレートの一面に形成された冷却チャネル２３と他面に形成された冷却チャネル２３に連結されることができるように貫通孔２６（図９参照）が設けられる。

図９には図８に示すものと同じサブアセンブリ１３を構成するプレートら２０が図示されている。図９に示すプレートら２０は、図８のサブアセンブリ１３の構造を説明するために示したもので、図８と図９のプレートら２０は互いに必ずしも同じではない。

図９を参照すると、第１プレート２０ａ′の前面２１ａには冷却チャネルが形成されず後面に冷却チャネル（図示せず）が形成される。第１プレート２０ａ′の後面に第２プレート２０ｂの前面２１ｂが重なる。第１プレート２０ａの後面には第２プレート２０ｂの前面２１ｂに形成された冷却チャネル２３に対応する形状の冷却チャネルが形成される。第２プレート２０ｂ′にはその前面２１ｂに形成された冷却チャネル２３を流れる冷却水が第３プレート２０ｃ′側から供給されることができるように貫通孔２６が設けられる。第３プレート２０ｃ′の後面は第２プレート２０ｂ′の後面に重なる。第２プレート２０ｂ′と第３プレート２０ｃ′の各後面には冷却チャネル２３が形成される。第３プレート２０ｃ′にも第４プレート２０ｄ′側から冷却水が供給されることができるようにするための貫通孔２６が設けられる。第３プレート２０ｃ′の前面２１ｃに第４プレート２０ｄ′の前面２１ｄが重なり、これらの前面２１ｃ，２１ｄには互いに対応する冷却チャネル２３が形成される。

図８及び図９に示す実施形態によれば、冷却水はジグザグに左右方向をターンしながらプレートら２０を貫通して流れる。例として図８を参照すると、第３プレート２０ｃ′と第４プレート２０ｄ′の重なり面に形成された冷却チャネル２３に沿って右側から左側へ流れる冷却水は左側の貫通孔２６を通過した後、第２プレート２０ｂ′と第３プレート２０ｃ′の重なり面に形成された冷却チャネル２３に沿って右側に流れる。そして、再度、第２プレート２０ｂ′と第３プレート２０ｃ′の重なり面に形成された冷却チャネル２３に沿って右側に流れる冷却水は右側の貫通孔（図８に図示せず）を通過して第１プレート２０ａ′と第２プレート２０ｂ′の間の重なり面らに形成された冷却チャネル２３に沿って左側に流れ、その後、出口２３ｂを介して排出されることができる。図８及び図９に示す実施形態は図５の実施形態に比べて冷却に必要な位置に必要な長さだけ冷却チャネル２３を形成することができ、冷却水の供給のための圧力負荷も軽減させることができるという利点がある。圧力負荷の軽減は冷却チャネル２３のシーリングとサブアセンブリ１３を組み立てる際の公差管理に対する負担を軽減させることができる。

図１０を参照すると、プレート３０の成形面Ｆに幅が狭く急激に屈曲する突出部３５が設けられることができる。この場合、冷却チャネル３３が成形面Ｆに最大限近接するように形成されるようにするために、冷却チャネル３３に符号３５ａで示すような折り曲げられた部位が形成され得る。しかし、このように多少急激に折り曲げられた部位３５ａでは冷却水の流れが不良で、その周辺が十分に冷却されることができない。図面の符号３４はＯ−リングが挿入されるシーリング溝である。ちなみに突出部３５は図５で符号２５で示した部位のようにサブアセンブリ１１の長さ方向に形成されることができる。

図１１及び図１２を参照すると、上記の突出部３５のように冷却が巧く行ってない部位がある場合、サブアセンブリの長さ方向にプレートら３０の突出部３５を貫通してサブアセンブリの長さ方向に第２冷却チャネル３６が設けられることができる。図面の符号３７はシーリング用Ｏリングが挿入される溝である。第２冷却チャネル３６は該当サブアセンブリの成形面Ｆと第１冷却チャネル３３の間に配置される。図１２は、図５に示したサブアセンブリ１１を上から眺めたビューに対応するものである。図１２で、第１冷却チャネル３３は点線で第２冷却チャネル３６は実線で示しており、ｌはサブアセンブリの長さ方向、ｗはサブアセンブリの幅方向を示す。

第２冷却チャネル３６にはケミカル冷媒が供給されることができる。第２冷却チャネル３６の入口には飽和液体状態（又はこれに近接した状態）の冷媒が供給され、出口には飽和気体状態（又はこれに近接した状態）の冷媒が排出されるようにすることができる。第２冷却チャネル３６を通過する冷媒の蒸発エンタルピー又は潜熱によって成形面Ｆが冷却され、これによれば第２冷却チャネル３６の全区間で冷媒温度が同一に維持されることができる。冷媒温度が同一に維持されると、成形面Ｆの均一冷却が可能である。

以上、本発明の特定の実施形態に関して図示して説明したが、下記の特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で本発明は多様に修正又は変形されることができることが理解される必要がある。

１０ 金型
１１，１２，１３ サブアセンブリ
２０ プレート
２３ 冷却チャネル

Claims (5)

1. 第１成形面を有する第１金型と、
   前記第１成形面に対応する第２成形面を有する第２金型とを含み、
   前記第１及び第２金型はそれぞれ互いに結合された複数のサブアセンブリを具備し、
   前記サブアセンブリは複数のプレートを建てて順に面と面を重ねて構成され、互いに隣接するプレートの重なり面には成形面に沿って互いに対応する溝を形成することによって第１冷却チャネルが設けられ、
   前記サブアセンブリのうち少なくともいずれか１つには、前記プレートを貫通するように前記サブアセンブリの長さ方向に形成された第２冷却チャネルが設けられ、前記サブアセンブリは前記サブアセンブリの成形面上に形成されたと突出部を有し、前記第２冷却チャネルは、該第２冷却チャネルが前記サブアセンブリの前記成形面と前記第１冷却チャネルの間に配置されるように、前記突出部を貫通する、ホットスタンピング金型装置。
2. 前記第１及び第２金型を合型する際、前記第１金型を構成する前記サブアセンブリの間の第１重なり面と前記第２金型を構成する前記サブアセンブリの間の第２重なり面が互いにずれるように配列される、請求項１に記載のホットスタンピング金型装置。
3. 前記第１及び第２金型のうち少なくともいずれか１つは、前記プレートが金型の長さ方向に配列された第１サブアセンブリの配列と、前記プレートが金型の幅方向に配列された第２サブアセンブリ配列を具備する、請求項１に記載のホットスタンピング金型装置。
4. 前記サブアセンブリのうち少なくともいずれか１つの前記第１冷却チャネルはジグザグパターンを示しながら前記サブアセンブリの長さ方向に延長され、該サブアセンブリの前記プレートには前記プレートに作られた前記第１冷却チャネルを連結する貫通孔が設けられる、請求項１に記載のホットスタンピング金型装置。
5. 前記第２冷却チャネルにはケミカル冷媒が供給され、前記第２冷却チャネルの全区間で前記ケミカル冷媒の温度が一定に維持される、請求項１に記載のホットスタンピング金型装置。