JP6758710B2 - 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、プレス成形により得ら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ことでプレス成形品に焼き入れを施す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によりプレス成形をするようになっている。そして、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が型閉じ状態で維持するようになっていて、これにより、プレス成形品が冷却されて当該プレス成形品に焼き入れが施されるようになっている。

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、金型における上型及び下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。

これに対応するために、例えば、特許文献２の如き金型を用いることでプレス成形品に焼き入れを施すのにかかる時間を短縮させることが考えられる。この金型は、内部に液体冷媒が流通可能な流通路が複数形成され、該各流通路に液体流体を循環させることにより、金型が効率良く冷却されるようになっている。

特開２０１３−２０２６１９号公報 特開２０１１−２０６９１８号公報

しかし、特許文献２の金型は、上記各流通路に対応する箇所がそれぞれ切り抜かれた複数のシート鋼材を上下に積層することで組み立てられていて、流通路を所望する形状にして金型を効率良く冷却することができるようにはなるものの、金型の製造が複雑で製造コストが嵩むことになってしまう。

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、流通路を所望する形状にして金型を効率良く冷却することで生産効率を高めることができる低コストな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、金型の材質及び金型内部における流通路の形成の仕方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における上型及び下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上記上型及び下型の型閉じ状態により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、上記上型及び下型の少なくとも一方は、耐摩耗性アルミニウム青銅合金材からなる第１分割体と、該第１分割体に組み合わされる金属材からなる第２分割体とを備え、上記第１分割体は、上記プレス成形品を成形する成形面と、上記第２分割体側に開口する凹状溝とを有し、上記流通路は、上記第１及び第２分割体が互いに組み合わされた際、上記凹状溝と上記第２分割体とで囲まれる部分で構成されており、上記第２分割体は、上記第１分割体よりも硬い金属材からなり、上記第１分割体の上記第２分割体が組み合わされる面には、上記凹状溝の開口周縁に沿って延びる突条部が形成されていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記第１分割体は、一体加工品であることを特徴とする。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記第２分割体は、鋳鉄からなることを特徴とする。

第１及び第２の発明では、第１分割体が熱伝導率の高い材料で形成されているので、プレス成形品の熱が第１分割体を介して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、金型内部に流通路を形成するために特許文献２の如き複雑な製造を行う必要が無いので、製造コストを低く抑えることができる。さらに、第１分割体に形成する凹状溝の幅又は深さを変更すると、金型内部の流通路の形状を変えることができるので、流通路の形状を変更する自由度が高く、流通路を所望する形状にすることができる。それに加えて、プレス成形品を形成する成形面が硬度の高い材料で形成されているので、プレス成形を繰り返し行っても、金型の成形面が摩耗し難い。したがって、金型の摩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及び第２分割体を互いに組み合わせると、第２分割体よりも柔らかい突条部が第２分割体に接触して潰れるようになる。したがって、凹状溝の開口周縁が第２分割体に密着するようになり、流通路を流れる液体冷媒の流通路からの液漏れを確実に防ぐことができる。

第３の発明では、金型を安価に製造できるので、低コストなプレス装置にできる。

本発明の実施形態に係るプレス装置である。 図１のII−II線における断面図である。 図１のIII−III線における断面図である。 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を備えている。

該基台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。

上記基台２の上方には、各々が略直方体形状をなす上型４及び下型５からなる金型３が配置され、上記上型４は、上記下型５に対して昇降可能となっている。

上記上型４は、下面中央に下方に開口する断面凹状の上側成形面４１ａが形成された上型本体４１と、下方に開口する取付凹部４２ａが形成された鋳鉄からなる支持型４２とを備え、上記上型本体４１は、上記取付凹部４２ａに取り付けられている。

上記上型本体４１は、下側に位置する耐摩耗性アルミニウム青銅合金材からなる第１型４３（第１分割体）と、上側に位置する鋳鉄からなる第２型４４（第２分割体）とを備え、上記第１型４３及び上記第２型４４は、それぞれ一体加工品である。

上記第１型４３に用いられている耐摩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第１型４３の硬度は、３２７ＨＢＷ以上となっており、上記第１型４３の熱伝導率は、７８Ｗ／ｍＫ（２００℃）となっている。

上記第１型４３には、上記第２型４４側に開口する第１凹状溝４３ａが上記上側成形面４１ａに沿う形状に形成されている。

上記第１型４３の上記第２型４４が組み合わされる面には、図２に示すように、上記第１凹状溝４３ａの開口周縁に沿って延びる第１突条部４３ｂが上記第１凹状溝４３ａを挟んで一対形成されている。

そして、上記第１型４３と上記第２型４４とが互いに組み合わされると、上記第１凹状溝４３ａと上記第２型４４とで囲まれる部分で第１流通路４５が構成されるようになっている。

上記下型５は、上面中央に上方に開口する収容凹部５１ａを有する略直方体形状の鋳鉄からなる固定型５１を備え、上記収容凹部５１ａには、当該収容凹部５１ａの開口から上方に飛び出す可動型５２が上下に進退可能に配置されている。

上記固定型５１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５１ａの内周面に開口する長孔５１ｂが複数形成されている。

また、上記固定型５１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５１ａまで延びる下型ピン孔５１ｃ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５１ｃには、クッションピン５３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５３は、上記可動型５２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５３の上下動により、上記可動型５２が上下方向に進退するようになっている。

上記可動型５２は、上側に位置する耐摩耗性アルミニウム青銅合金材からなる第１可動型５４（第１分割体）と、下側に位置する鋳鉄からなる第２可動型５５（第２分割体）とを備え、上記第１可動型５４及び上記第２可動型５５は、それぞれ一体加工品である。

上記第１可動型５４の上面は、上記上側成形面４１ａに対応する下側成形面５４ａを構成している。

上記第１可動型５４には、上記第２可動型５５側に開口する第２凹状溝５４ｂが上記下側成形面５４ａに沿う形状に形成されている。

上記第２凹状溝５４ｂの中央部分における溝深さは、上記第２凹状溝５４ｂの両側部分における溝深さよりも深くなるように形成されている。

上記第１可動型５４の上記第２可動型５５が組み合わされる面には、図３に示すように、上記第２凹状溝５４ｂの開口周縁に沿って延びる第２突条部５４ｃが上記第２凹状溝５４ｂを挟んで一対形成されている。

そして、上記第１可動型５４と上記第２可動型５５とが互いに組み合わされると、上記第２凹状溝５４ｂと上記第２可動型５５とで囲まれる部分で第２流通路５６が構成されるようになっている。

上記上型本体４１の第１流通路４５には、当該第１流通路４５に冷却水を循環させて上記上型本体４１との間で熱交換させることにより上型本体４１を冷却するポンプ６（冷媒循環手段）が接続されている。

また、上記可動型５２の第２流通路５６にも上記各長孔５１ｂを介して上記ポンプ６が接続されていて、該ポンプ６により上記第２流通路５６を循環する冷却水と上記可動型５２との間で熱交換させることにより可動型５２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５２に載置し、且つ、上記上型４を下降させて当該上型４及び下型５を型閉じさせることにより、可動型５２が上型４に押圧されて下降しながら上側成形面４１ａと下側成形面５４ａ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４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３と従来の金型（一般的な鋳鉄から形成したもの）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３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３における上型本体４１と第１可動型５４と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５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３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３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３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３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３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、上型本体４１及び第１可動型５４が熱伝導率の高い材料で形成されているので、プレス成形品Ｐの熱が上型本体４１及び第１可動型５４を介して第１及び第２流通路４５，５６を循環する冷却水にまで移動し易くなる。したがって、金型３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３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、金型３内部に流通路を形成するために特許文献２の如き複雑な製造を行う必要が無いので、製造コストを低く抑えることができる。

さらに、第１可動型５４に形成する第２凹状溝５４ｂの幅又は深さを途中で変更すると、第１可動型５４内部の第２流通路５６の形状を変えることができるので、第２流通路５６の形状を変更する自由度が高く、第２流通路５６を所望する形状にすることができる。

それに加えて、プレス成形品Ｐを形成する上側成形面４１ａ及び下側成形面５４ａが硬度の高い材料で形成されているので、プレス成形を繰り返し行っても、金型３の上側成形面４１ａ及び下側成形面５４ａが摩耗し難い。したがって、金型３の摩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。

そして、第１型４３と第２型４４とを互いに組み合わせると、鋳鉄よりも柔らかいアルミニウム青銅合金材からなる第１突条部４３ｂが第２型４４に接触して潰れるようになる。したがって、第１凹状溝４３ａの開口周縁が第２型４４に密着するようになり、第１流通路４５を流れる冷却水の第１流通路４５からの液漏れを確実に防ぐことができる。同様に、第１可動型５４と第２可動型５５とを互いに組み合わせると、鋳鉄よりも柔らかいアルミニウム青銅合金材からなる第２突条部５４ｃが第２可動型５５に接触して潰れるようになる。したがって、第２凹状溝５４ｂの開口周縁が第２可動型５５に密着するようになり、第２流通路５６からの液漏れを確実に防ぐことができる。

また、上記第２型４４及び上記第２可動型５５は、鋳鉄からなるので、金型３が安価になる。したがって、低コストなプレス装置１にできる。

尚、本発明の実施形態のプレス装置１では、金型３の第１及び第２流通路４５，５６に冷却水を流通させて金型３を冷却しているが、これに限らず、例えば金型３の第１及び第２流通路４５，５６にオイルを流通させて金型３を冷却させてもよく、金型３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、第１突条部４３ｂ及び第２突条部５４ｃによって第１流通路４５及び第２流通路５６からの液漏れを防ぐようにしているが、第１型４３及び第２型４４の間にシール部材を介在させるとともに、第１可動型５４及び第２可動型５５間にシール部材を介在させることによって第１流通路４５及び第２流通路５６からの液漏れを防ぐようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、第２型４４，第２可動型５５を鋳鉄で形成しているが、鋼材で形成してもよい。また、本発明とは別の参考形態として、第２型４４，第２可動型５５を耐摩耗性アルミニウム青銅合金材で形成してもよい。

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、プレス成形により得ら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ことでプレス成形品に焼き入れを施すプレス装置に適している。

１ プレス装置
３ 金型
４ 上型
５ 下型
６ ポンプ（冷媒循環手段）
１０ 鋼板
４１ａ 上側成形面
４３ 第１型（第１分割体）
４３ａ 第１凹状溝
４３ｂ 第１突条部
４４ 第２型（第２分割体）
４５ 第１流通路
５４ 第１可動型（第１分割体）
５４ａ 下側成形面
５４ｂ 第２凹状溝
５５ 第２可動型（第２分割体）
５４ｃ 第２突条部
５６ 第２流通路
Ｐ プレス成形品

Claims (3)

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における上型及び下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上記上型及び下型の型閉じ状態により加圧保持して冷却するプレス装置であって、
   上記上型及び下型の少なくとも一方は、耐摩耗性アルミニウム青銅合金材からなる第１分割体と、該第１分割体に組み合わされる金属材からなる第２分割体とを備え、
   上記第１分割体は、上記プレス成形品を成形する成形面と、上記第２分割体側に開口する凹状溝とを有し、
   上記流通路は、上記第１及び第２分割体が互いに組み合わされた際、上記凹状溝と上記第２分割体とで囲まれる部分で構成されるようになっており、
   上記第２分割体は、上記第１分割体よりも硬い金属材からなり、
   上記第１分割体の上記第２分割体が組み合わされる面には、上記凹状溝の開口周縁に沿って延びる突条部が形成されていることを特徴とするプレス装置。
2. 請求項１に記載のプレス装置において、
   上記第１分割体は、一体加工品であることを特徴とするプレス装置。
3. 請求項１又は２に記載のプレス装置において、
   上記第２分割体は、鋳鉄からなることを特徴とするプレス装置。