JP6760417B2 - 熱間プレス用金型、熱間プレス装置および熱間プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間プレス用金型、熱間プレス装置および熱間プレス成形品の製造方法に関し、具体的には、天板と、天板に連続する稜線と、稜線に連続する縦壁とを有する断面（例えばハット断面または溝型断面）を有する熱間プレス成形品を製造する場合における縦壁の割れを抑制する技術に関する。

近年、自動車の軽量化のため、鋼材の高強度化を図り、使用重量を減ずることが推進されている。自動車に広く使用される薄鋼板においては、強度の増加に伴って、プレス成形性が低下し、複雑な形状を製造することが困難になってきている。具体的には、高強度のブランクは、延性が低下して加工度が高い部位で破断が生じたり、スプリングバックや壁反りが大きくなってプレス成形品の寸法精度が劣化する。このため、高強度、特に７８０ＭＰａ級以上の引張強さを有する鋼板からなるブランクに冷間でのプレス成形を行って所望の形状のプレス成形品を製造することは容易ではない。プレス成形ではなくロール成形によれば、高強度の鋼板の加工が可能であるが、長手方向に一様な断面を有する部品しか製造できない。

これに対し、特許文献１には、加熱した鋼板からなるブランクにプレス成形を行う熱間プレス成形と呼ばれる方法が開示され、特許文献２には、室温でブランクを所定の形状に予成形した後にオーステナイト域に加熱し、プレス成形金型内で急冷することにより鋼板の高強度化と成形性を同時に達成する熱間プレス成形法（予プレスクエンチ法）が開示されている。

熱間プレス成形では、成形時の鋼板が高温、軟質かつ高延性になっているため、複雑な形状のプレス成形品を良好な寸法精度で製造することが可能である。さらに、鋼板をオーステナイト域に加熱しておき、プレス成形金型内で急冷（焼入れ）することにより、マルテンサイト変態による鋼板の高強度化も同時に達成される。

このように、熱間プレス成形により高強度鋼板に対する成形の自由度は大幅に高まったものの、熱間プレス成形を行ってもプレス成形時に割れが生じることがある。

図８（ａ）は、このような割れを生じる熱間プレス成形品１を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、熱間プレス成形品１のプレス成形装置３の１／２断面を示す説明図である。また、図９（ａ）は、同様の割れを生じる熱間プレス成形品２を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、熱間プレス成形品２のプレス成形装置４の１／２断面を示す説明図であり、図９（ｃ）は、プレス成形開始前のプレス成形装置４における図９（ａ）中のＡ−Ａ‘断面に相当する断面を示す説明図である。なお、図９（ａ）および図９（ｃ）中の２本の直線は、それぞれが指示する位置がプレス成形前後で対応する位置であることを示す。

図８（ｂ）に示すように、プレス成形装置３のパンチ５、ダイ６およびブランクホルダ７を用いてブランク８に絞り成形による熱間プレス成形を行って、図８（ａ）に示すように、例えば、天板１ａと、天板１ａに連続する２つの稜線１ｂ，１ｂと、２つの稜線１ｂ，１ｂそれぞれに連続する２つの縦壁１ｃ，１ｃとを有する横断面（例えばハット断面または溝型断面）を有するとともに天板１ａにプレス方向の平面視で天板１ａの外側に張り出して曲がった稜線１ｂを備えた曲部１ｄを有する熱間プレス成形品１を製造する場合には、曲部１ｄの天板１ａに連続する縦壁１ｃにおいて熱間プレス成形時に割れが発生し易い。

また、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、プレス成形装置３のパンチ５およびダイ６を用いてブランク８に曲げ成形による熱間プレス成形を行って、図９（ａ）に示すように、例えば、天板２ａと、天板２ａに連続する２つの稜線２ｂ，２ｂと、２つの稜線２ｂ，２ｂそれぞれに連続する２つの縦壁２ｃ，２ｃとを有する横断面（例えばハット断面または溝型断面）を有するとともに天板２ａにプレス方向（天板２ａに直交する方向）への段差２ｅがある熱間プレス成形品２を製造する場合には、段差２ｅ付近の天板２ａ（特に段差２ｅを境として低い位置に存在する天板２ａ）に連続する縦壁２ｃにおいて熱間プレス時に割れが発生し易い。

これまでにもプレス成形品の割れ対策を目的とする発明が多数提案されている。特許文献３には、天板に直交する視線での平面視で湾曲した断面ハット型の部材の冷間プレス成形品の製造方法が開示され、特許文献４には、熱間プレス成形によって断面ハット型の部材を成形するに際し金型（パンチ）に円弧状の別動パンチを内蔵させ、成形下死点において別動パンチを稼働させる方法が開示され、さらに、特許文献５には、成形工程において冷却触媒を用いて材料の特定部分を冷却することにより成形性を向上させる絞り成形による熱間プレス成形法が開示されている。

英国特許公報１４９０５３５号明細書 特開平１０−９６０３１号公報 国際公開第２０１４−１０６９３２号パンフレット 特開２０１５−２０１７５号公報 特開２０１４−２０８３７４号公報

しかし、特許文献３により開示された製造方法を熱間プレス成形に適用すると、パンチ肩部において割れが発生する場合がある。

特許文献４により開示された方法では、成形下死点に到達するまでに生じる縦壁のワレを抑制することができない。さらに、別動パンチを稼働させるためには別働パンチの稼働装置等を別途設ける必要があり、装置コストの上昇は否めない。

さらに、特許文献５には、縦壁の割れを抑制する方法が確かに規定されているものの、この方法によっても装置コストの上昇は避けられない。

このように従来の技術では、製造コストの上昇を伴うことなく、図８および図９を参照しながら説明した、熱間プレス成形時に縦壁に生じる伸びひずみによる縦壁の割れを抑制ができない。

熱間プレス成形におけるブランクの割れは、ブランクと金型（パンチ，ダイ）との接触によって生じるブランクの局所的な温度低下に起因して生じることが多い。ブランクにおける金型と接触した温度低下部は、ブランクにおける金型と接触していない非温度低下部（高温部）に比べて硬度が高く変形し難いため、成形時には非温度低下部にひずみが集中することになる。

本発明者らは、このような前提に基づいて上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見Ａ〜Ｋを得て、本発明を完成した。

（Ａ）図１０（ａ）は、図８（ｂ）に示すプレス成形装置３により熱間プレス成形された熱間プレス成形品１における成形下死点での板厚減少率の数値解析によるコンター図であり、図１０（ｂ）は、図８（ｂ）に示すプレス成形装置３により熱間プレス成形された熱間プレス成形品１における成形下死点よりも１０ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。図１０（ａ）中の数字は指示する領域における板厚減少率を示す。

図１０（ａ）に示すように、熱間プレス成形において割れが生じ易い曲部１ｄの外周側の縦壁１ｃには、
（ｉ）成形中にプレス方向のみならずプレス方向と直交する方向の張力が付与される部位であること、
（ｉｉ）金型５，６と接触しないため高温に保たれる部位であること、および
（ｉｉｉ）ブランク８が接触する金型のダイ肩Ｒ部およびパンチ肩Ｒ部に挟まれた部位であること
という特徴がある。

（Ｂ）これらの特徴（ｉ）〜（ｉｉｉ）から、曲部１ｄの外周側の縦壁１ｃは成形時にひずみが集中するために板厚が大きく減少して割れが生じ易い。このため、縦壁１ｃの割れを抑制するためには、曲部１ｄの外周側の縦壁１ｃの非温度低下部（高温部）の領域を拡大することによりひずみの局所的な集中を緩和することが有効である。

（Ｃ）天板１ａに連続する２つの稜線１ｂ，１ｂと、２つの稜線１ｂ，１ｂにそれぞれ連続する２つの縦壁１ｃ，１ｃが天板１ａにプレス方向の平面視で天板１ａの外側に張り出して曲がった稜線１ｂを備えた曲部１ｄを有するときに、曲部１ｄの外周側の縦壁１ｃへのひずみの集中が顕著に発生する。稜線１ｂが曲がっていると、プレス成型時のブランクの流れが不均一になるからである。

（Ｄ）図１０（ｃ）は、後述する本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品１０における成形下死点での板厚減少率の数値解析によるコンター図であり、図１０（ｄ）は、本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品１０における成形下死点よりも１０ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。図１０（ｃ）中の数字は指示する領域における板厚減少率を示す。

図１０（ｃ）および図１０（ｄ）と、図１０（ａ），図１０（ｄ）とを対比することから理解されるように、熱間プレス成形により熱間プレス成形品１０を製造する際には、パンチ頂部に装着されたインナーパッドを有するパンチを用いること、具体的には、ブランクにおける、プレス方向の平面視で天板１０ａの曲部１０ｄに成形される部分を、パンチ頂部に出入り自在に装着されたインナーパッドにより支持してパンチとダイを用いて熱間プレス成形を行うことにより、曲部１０ｄの外周側の縦壁１ｃの非温度低下部（高温部）の領域を拡大でき、これにより、ひずみの局所的な集中を緩和して板厚の減少率を抑制できるため、曲部１０ｄの外周側の縦壁１０ｃにおける割れの発生を効果的に解消できる。

（Ｅ）上記（Ａ）〜（Ｄ）の知見は、天板の稜線が１本のみの場合、すなわちブランクに対してプレス方向の平面視で円形、楕円形、多角形等といった環状の稜線から形成される天板を熱間プレス成形する場合にも適用できる。

（Ｆ）図５（ａ）は、図９（ｂ）（ｃ）に示すプレス成形装置４により熱間プレス成形された、天板２ａに段差２ｅを有する熱間プレス成形品２における成形下死点での板厚減少率の数値解析によるコンター図であり、図５（ｂ）は、図９（ｂ）（ｃ）に示すプレス成形装置４により熱間プレス成形された、天板２ａに段差２ｅのある熱間プレス成形品２における成形下死点よりも４ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。ここで、段差２ｅとは、天板２ａの成形高さが変わる境界部である。

図５（ａ）に示すように、熱間プレス成形において割れが生じ易い、段差２ｅ付近の天板２ａ（段差２ｅを境として低い位置に存在する天板２ａ、特に段差２ｅの境界のパンチ側に凸の箇所）に連続する縦壁２ｃには、図１０（ａ）および図１０（ｄ）に示す曲部１ｄと同様に、
（ｉ）成形中にプレス方向のみならずプレス方向と直交する方向の張力が付与される部位であること、
（ｉｉ）金型５，６と接触しないため高温に保たれる部位であること、および
（ｉｉｉ）ブランク８が接触する金型５，６のダイ肩Ｒ部およびパンチ肩Ｒ部に挟まれた部位であること
という特徴がある。

（Ｇ）これらの特徴（ｉ）〜（ｉｉｉ）から、天板２ａの段差部２ｅの縦壁２ｃは成形時にひずみが集中するために板厚が大きく減少して割れが生じ易い。この理由をさらに詳しく説明する。

図６（ａ）は、本発明に係るプレス成形装置１２により熱間プレス成形品１４を成形する際の成形下死点２０ｍｍ上方位置でのブランク２０の形状を示す説明図であり、図６（ｂ）は、この時のプレス成形装置１２の断面を示す説明図である。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ブランク８における天板２ａに成形される部分８ａに段差があると、パンチ５の凸側５ａに位置する部分８ａが成形初期にパンチ５の凹側５ｂに位置する部分８ｂよりも先に拘束されて成形されることになる。このため、成形が進行してパンチ５の凹側５ｂに位置する部分８ｂが成形される際には、パンチ５の凸側５ａに位置する部分８ａが拘束されているために材料の流入量が不足し、部分８ｂに連続する、縦壁２ｃに成形される部分において割れが生じ易くなる。特に熱間プレス成形では、成形時のブランク８における縦壁２ｃに成形される部分の非温度低下部（高温部）の領域が小さくなるため、冷間プレス成形よりもブランク８が拘束されることの影響が強くなり、部分８ｂに連続する、縦壁２ｃに成形される部分において割れがいっそう生じ易くなる。

（Ｈ）このため、天板２ａに段差２ｅを有する熱間プレス成形品２における縦壁２ｅでの割れを抑制するためには、天板２ａにおける段差２ｅに連続する縦壁２ｃの非温度低下部（高温部）の領域を拡大することによりひずみの局所的な集中を緩和することが有効である。

図７（ａ）は、後述する本発明に係るプレス成形装置１２により熱間プレス成形品１４を成形する際の成形下死点２０ｍｍ上方位置でのブランク２０の形状を示す説明図であり、図７（ｂ）は、この時のプレス成形装置１２の断面を示す説明図である。

図７（ｂ）に示すように、パンチ頂部に装着されたインナーパッド２１を有するパンチ１６を用いること、具体的には、ブランク２０における、熱間プレス成形品１４の天板１４ａに形成される段差１４ｅに成形される部分の近傍を、インナーパッド２１により支持してパンチ１６とダイ１８を用いて熱間プレス成形を行うことにより、ブランク２０における、パンチ１６の凸側１６ａに位置する部分２０ａと、パンチ１６の凹側１６ｂに位置する部分２０ｂが略同時に成形されることになり、部分２０ｂの成形時におけるブランク２０の拘束が小さくなる。

（Ｉ）図５（ｃ）は、後述する本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品１４における成形下死点での板厚減少率の数値解析によるコンター図であり、図５（ｄ）は、本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品１４における成形下死点よりも４ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。

図５（ｃ）および図５（ｄ）を図５（ａ）および図５（ｂ）と対比することから理解されるように、熱間プレス成形により天板１４ａに段差１４ｅを有する熱間プレス成形品１４を製造する際には、パンチ頂部に装着されたインナーパッドを有するパンチを用いること、具体的には、ブランクにおける、段差１４ｅを境として高さの低い側の天板１４ａに成形される部分を、パンチ頂部に出入り自在に装着されたインナーパッドにより支持してパンチとダイを用いて熱間プレス成形を行うことにより、ブランク２０における段差１４ｅ近傍の縦壁１４ｃに成形される部分の非温度低下部（高温部）の領域を拡大でき、これにより、ひずみの局所的な集中を緩和して板厚の減少を抑制できるため、段差１４ｅ近傍の縦壁１４ｃにおける割れの発生を効果的に解消できる。

（Ｊ）このように、インナーパッド２１を用いることによる、部分２０ｂの成形時におけるブランク２０の拘束が小さくなること、およびブランク２０における縦壁１４ｃに成形される部分の非温度低下部（高温部）の領域が拡大されることの相乗効果によって、成形性が大幅に向上し、段差１４ｅの近傍１４ｄの縦壁１４ｃでの割れが抑制される。つまり、ブランク２０に熱間プレス成形を行って、ハット型断面または溝型断面の天板１４ａにプレス方向（成形品１４の高さ）への段差を有する熱間プレス成形品１４を製造する際には、インナーパッド２１を用いることにより、この段差１４ｅを境として低い高さの天板１４ａに連続する縦壁１４ｃでの割れの発生を、効果的に抑制できる。

（Ｋ）このように、ハット形状あるいは溝型形状の断面に熱間プレスする際あるいはブランクに対して天板を有する凸部を熱間プレスで成形する際、ブランクにおける、パンチ肩Ｒ部近傍の縦壁に成形される部位が、プレス方向と直交する方向へ張力が付与されることに起因して、割れが懸念される部位である場合には、ブランクの部位の近傍をインナーパッドにより支持しながら熱間プレス成形を行うことにより、この部位でのブランクの割れを回避できる。

本発明は、以下に列記の通りである。
（１）パンチ頂部と、該パンチ頂部に連続するパンチ肩Ｒ部とを備える熱間プレス用金型において、前記パンチ頂部からパンチの外側に所定量突出して配置されるとともに成形下死点において前記パンチ頂部に収容されるインナーパッドを備えることを特徴とする熱間プレス用金型。

（２）前記インナーパッドは、ブランクにおける、前記パンチ肩Ｒ部の近傍の縦壁に成形される部位に、プレス方向とは直交する方向へ張力を付与する箇所（ブランクに張力を付与するパンチの部分）に、配置されることを特徴とする１項に記載された熱間プレス用金型。

（３）前記箇所は、プレス方向の平面視で前記パンチ頂部の縁が該パンチの外側に張り出して曲がっている箇所である２項に記載された熱間プレス用金型。

（４）前記箇所は、前記パンチ頂部にパンチ高さ方向へ向けて形成された段差部を境としてパンチ高さが低い低位部（パンチの低位部）である２項に記載された熱間プレス用金型。

（５）１項から４項までのいずれか１項に記載された熱間プレス用金型を備えることを特徴とする熱間プレス装置。

（６）加熱されたブランクに、１項から４項までのいずれか１項に記載された熱間プレス用金型であるパンチおよびダイを用いてプレス成形を行うことによって、天板と、天板に連続する稜線と、稜線に連続する縦壁とを備える断面を有する熱間プレス成形品を製造する方法であって、前記プレス成形は、前記加熱されたブランクにおける前記天板に成形される部位を、前記パンチ頂部から所定量突出して配置された前記インナーパッドにより支持しながら、前記パンチを前記ダイに相対的に接近させて型締めすることにより、行われることを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。

本発明における「熱間プレス成形品」は、自動車車体や自動車部品の構成部品として多数あり、例えば、センタピラーインナパネルおよびセンタピラーアウタパネル、サイドシルインナパネルおよびサイドシルアウタパネル、ＡピラーインナパネルおよびＡピラーアウタパネル、ルーフレールインナパネル、ルーフクロス、フロントサイドメンバおよびリアサイドメンバ、さらにはサブフレーム（サスペンションメンバ）等が例示される。

本発明により、パンチ頂部に出入り自在に装着されたインナーパッドを有するパンチとダイを用いて熱間プレス成形を行うことにより縦壁部に成形される部分の非温度低下部（高温部）を拡大でき、これにより、縦壁の割れの発生を効果的に解消することができる。
具体的には、ブランクにおける、プレス方向の平面視で天板が外側に張り出す箇所、天板に段差がある箇所に、パンチ頂部に出入り自在に装着されたインナーパッドを接触させてパンチとダイを用いて熱間プレス成形を行うことにより、当該箇所の縦壁に成形される部分の割れの発生を解消することができる。

図１は、本発明に係る熱間プレス装置と、これらにより製造されるプレス成形品を模式的に示す説明図である。 図２は、本発明に係る熱間プレス装置と、これらにより製造されるプレス成形品を模式的に示す説明図である。 図３は、パンチおよびダイを備える従来の熱間プレス装置を用いてブランクに熱間プレス成形を行う状況を示す説明図である。 図４は、本発明に係る熱間プレス装置を用いてブランクに熱間プレス成形を行う状況を示す説明図である。 図５（ａ）は、インナーパッドを用いない従来の熱間プレス成形法により製造された、図９（ａ）に示すプレス成形品の成形下死点での板厚減少率分布の数値解析によるコンター図であり、図５（ｂ）は、インナーパッドを用いない従来の熱間プレス成形法により製造された、図９（ａ）に示すプレス成形品の成形下死点よりも４ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図であり、図５（ｃ）は、インナーパッドを用いる本発明に係る熱間プレス成形法により製造された、図２（ａ）に示すプレス成形品の成形下死点での板厚減少率分布の数値解析によるコンター図であり、図５（ｄ）は、インナーパッドを用いる本発明に係る熱間プレス成形法により製造された、図２（ａ）に示すプレス成形品の成形下死点よりも４ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。 図６（ａ）は、本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形品を成形する際の成形下死点２０ｍｍ上方位置でのブランクの形状を示す説明図であり、図６（ｂ）は、この時のプレス成形装置の断面を示す説明図である。 図７（ａ）は、後述する本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形品を成形する際の成形下死点２０ｍｍ上方位置でのブランクの形状を示す説明図であり、図７（ｂ）は、この時のプレス成形装置の断面を示す説明図である。 図８（ａ）は、割れを生じる熱間プレス成形品を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、熱間プレス成形品のプレス成形装置の１／２断面を示す説明図である。 図９（ａ）は、同様の割れを生じる熱間プレス成形品を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、熱間プレス成形品のプレス成形装置の１／２断面を示す説明図であり、図９（ｃ）は、プレス成形開始前のプレス成形装置における図９（ａ）中のＡ−Ａ‘断面に相当する断面を示す説明図である。 図１０（ａ）は、図８に示すプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品における成形下死点での板厚減少率の数値解析によるコンター図であり、図１０（ｂ）は、図８に示すプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品における成形下死点よりも１０ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図であり、図１０（ｃ）は、本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品における成形下死点での板厚減少率の数値解析によるコンター図であり、図１０（ｄ）は、本発明に係るプレス成形装置により熱間プレス成形された熱間プレス成形品における成形下死点よりも１０ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。

添付図面を参照しながら本発明を説明する。
１．本発明に係る熱間プレス装置１１，１２
図１（ａ）は、本発明に係る熱間プレス装置１１により製造されるプレス成形品１３を模式的に示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る熱間プレス装置１１を示す説明図である。また、図２（ａ）は、本発明に係る熱間プレス装置１２により製造されるプレス成形品１４を模式的に示す説明図であり、図２（ｂ）は、本発明に係る熱間プレス装置１２を示す説明図である。

以下、図１（ａ）および図１（ｂ），図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しながら熱間プレス装置１１，１２をまとめて説明する。

図１（ｂ），図２（ｂ）に示すように、熱間プレス装置１１，１２は、熱間プレス用金型であるパンチ１５，１６と、ダイ１７，１８とを備え、熱間プレス装置１１ではさらにブランクホルダ１９とを備える。

熱間プレス装置１１は、パンチ１５と、ダイ１７と、ブランクホルダ１９を用いてブランク２０に絞り成形による熱間プレス成形を行うことにより、天板１３ａと、天板１３ａに連続する２つの稜線１３ｂ，１３ｂと、２つの稜線１３ｂ，１３ｂそれぞれに連続する２つの縦壁１３ｃ，１３ｃとを備える断面（例えばハット断面または溝型断面）を有するとともに、２つの稜線１３ｂ，１３ｂおよび２つの縦壁１３ｃ，１３ｃのうちの少なくとも一つの稜線１３ｂおよび縦壁１３ｃがプレス方向の平面視で天板１３ａの外側に張り出して曲がる曲部１３ｄを有する熱間プレス成形品１３を製造する。

一方、熱間プレス装置１２は、パンチ１６と、ダイ１８を用いてブランク２０に曲げ成形による熱間プレス成形を行うことにより、天板１４ａと、天板１４ａに連続する２つの稜線１４ｂ，１４ｂと、２つの稜線１４ｂ，１４ｂそれぞれに連続する２つの縦壁１４ｃ，１４ｃとを備える断面（例えばハット断面または溝型断面）を有するとともに、天板１４ａが熱間プレス成形品１４の高さ方向（天板１４ａに略直交する方向）への段差１４ｅを有する熱間プレス成形品１４を製造する。段差１４ｅを境にして、天板１４ａには、前記高さの高い部分と、該高さの低い部分とに区画され、段差１４ｅでは高さが変化する。

パンチ１５，１６には本発明に係る熱間プレス用金型が用いられる。すなわち、パンチ１５，１６は、パンチ頂部１５ａ，１６ａと、パンチ頂部１５ａ，１６ａに連続する２つのパンチ肩Ｒ部１５ｂ，１６ｂとを備える。

熱間プレス装置１１では２つのパンチ肩Ｒ部１５ｂのうちの少なくとも一方は、プレス方向の平面視で曲部を有する。この曲部は、熱間プレス成形品１３の曲部１３ｄを成形するためのものである。図１は、パンチ１５の曲部の位置での断面を示す。

熱間プレス装置１２によって成形されるプレス成形品１４では、２つのパンチ肩Ｒ部１６ｂによって形成される稜線１４ｂが別の縦壁部に突き当たり、天板１４ａに段差１４ｅが生じている。図２（ｂ）は、パンチ肩Ｒ部１６ｂよって形成される稜線１４ｂが別の縦壁部に突き当たる近傍、すなわち段差１４ｅを境にして天板１４ａにおける高さの低い部分での断面を示す。

パンチ１５，１６は、図１（ｂ），図２（ｂ）において、パンチ頂部１５ａ，１６ａから所定量突出して配置されるインナーパッド２１，２１を備える。インナーパッド２１，２１は、ブランク２０における天板１３ａ，１４ａに成形される部分の一部（ブランク２０における、パンチ肩Ｒ部近傍の縦壁１３ｃ，１４ｃに成形される部位にプレス方向とは直交する方向に張力が付与される箇所の近傍）を支持すればよいが、この一部を除いた残余の部分（例えば全部）をも支持してもよい。

パンチ頂部１５ａ，１６ａには、インナーパッド２１，２１を収容するための収容孔１５ｃ、１６ｃが穿設されており、収容孔１５ｃ、１６ｃの底部１５ｄ，１６ｄには、インナーパッド２１，２１をパンチ頂部１５ａ，１６ａから所定量突出して配置するためにばね１５ｅ，１６ｅやガスクッションといった適当な加圧機構が設けられている。

インナーパッド２１，２１は、プレス成形の開始時には図１（ｂ），図２（ｂ）に示す位置に配置されており、プレス成形開始後にダイ１７，１８がパンチ１５，１６に接近するに伴ってダイ１７，１８に付勢されて徐々に上記位置から収容孔１５ｃ、１６ｃの底部１５ｄ，１６ｄへ向けて移動し、成形下死点においてパンチ頂部１５ａ，１６ａに完全に収容されてパンチ頂部１５ａ，１６ａの一部をなすように、配置される。

なお、図１に示すように、ダイ１７等に支持されるダイパッド１７ａを用い、ダイパッド１７ａとインナーパッド２１によりブランク２０を挟持することが好ましい。また、図２（ｂ）においても（図示はしていないが）同様にダイパッドがあることが望ましい。
本発明に係る熱間プレス装置１１，１２は以上のように構成される。

２．本発明に係る製造方法
本発明では、図１（ａ）および図１（ｂ），図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、加熱されたブランク２０，２０に熱間プレス装置１１，１２を用いてプレス成形を行うことによって、熱間プレス成形品１３，１４を製造する。

図３は、パンチ３１およびダイ３２を備える従来の熱間プレス装置３０を用いてブランク２０に熱間プレス成形を行う状況を示す説明図であり、図４は、本発明に係る熱間プレス装置１１，１２を用いてブランク２０に熱間プレス成形を行う状況を示す説明図である。

図３に示すように、熱間プレス装置３０を用いる従来の熱間プレス成形時に、ブランク２０の第１の部分２０ａはダイＲ部３２ａと接触することにより冷却されるとともに、第２の部分２０ｂはパンチ肩Ｒ部３１ａと接触することにより冷却される。このため、ブランク２０における、第１の部分２０ａと第２の部分２０ｂとの間の第３の部分（プレス成形品における縦壁に成形される部分）２０ｃは、狭い範囲で非温度低下部（高温部）の領域となり、曲部１３ｄあるいは段差１４ｅの成形される箇所(すなわち１４ｄ)においてひずみが集中するために板厚が大きく減少して割れが生じ易い。

これに対し、図４に示すように、本発明では、曲部１３ｄ，段差１４ｅを境として高さの低い天側の天板１４ａの熱間プレス成形は、ブランク２０における天板１３ａ,１４ａに成形される部位を、パンチ頂部１５ａ，１６ａから所定量Ｓｉｐだけ突出して配置されるインナーパッド２１により支持しながら、パンチ１５，１６をダイ１７，１８に相対的に接近させて型締めすることにより、行われる。

ブランク２０の第１の部分２０ａはダイ型Ｒ部１７ａ，１８ａと接触することにより冷却されるとともに，第２の部分２０ｂはパンチ肩Ｒ部１５ａ，１６ａではなくインナーパッド肩Ｒ部２１ａと接触することにより冷却される。

この際、ブランク２０は、インナーパッド２１により所定量だけダイ１７，１８に接近した位置で支持されているため、ブランク２０における、第１の部分２０ａと第２の部分２０ｂとの間の第３の部分（プレス成形品における縦壁に成形される部分）２０ｃは、図３に示す従来例よりも広い範囲で非温度低下部（高温部）の領域が形成されるため、曲部１３ｄあるいは段差１４ｅの成形される箇所において成形時にひずみが集中することが緩和され、これにより板厚減少率が軽減され、割れが解消する。

図５（ａ）は、インナーパッドを用いない従来の熱間プレス成形法により製造された、図９（ａ）に示すプレス成形品２の成形下死点での板厚減少率分布の数値解析によるコンター図であり、図５（ｂ）は、インナーパッドを用いない従来の熱間プレス成形法により製造された、図９（ａ）に示すプレス成形品２の成形下死点よりも４ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図であり、図５（ｃ）は、インナーパッドを用いる本発明に係る熱間プレス成形法により製造された、図２（ａ）に示すプレス成形品１４の成形下死点での板厚減少率分布の数値解析によるコンター図であり、図５（ｄ）は、インナーパッドを用いる本発明に係る熱間プレス成形法により製造された、図２（ａ）に示すプレス成形品１４の成形下死点よりも４ｍｍ上方位置での各部温度の数値解析によるコンター図である。

図５（ｂ）および図５（ｄ）を対比することから理解されるように、本発明は、従来例よりも、成形下死点よりも４ｍｍ上方位置で、プレス成形品１４の段差部の縦壁１４ｃに成形される部分の非温度低下部（高温部）が拡大されている。

このため、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、従来例では、プレス成形品１４の段差部の縦壁１４ｃの板厚減少率が割れを示す２８．９％に達しているが、本発明ではこの板厚減少率が１８．６％に抑制されており、段差部の縦壁１４ｃに割れが生じないことがわかる。

１３ 熱間プレス成形品
１５ 熱間プレス用金型
１５ａ パンチ頂部
１５ｂ パンチ肩Ｒ部
２０ ブランク
２１ インナーパッド

Claims (5)

1. パンチ頂部、該パンチ頂部に連続するパンチ肩Ｒ部、および、前記パンチ頂部から前記パンチ頂部の外側に所定量突出して配置されるとともに成形下死点において前記パンチ頂部に収容されるインナーパッド、を含むパンチと、
   前記パンチと協働してブランクに熱間プレス加工を行うダイと、
   前記熱間プレス加工時において前記ブランクの外周端縁が前記パンチと前記ダイとで挟まれるまでの間前記外周縁部を非拘束の自由端にするための自由端配置空間形成部と、
   を備え、
   前記パンチおよび前記ダイは、前記熱間プレス加工によって前記ブランクを熱間プレス成形品に成形し、
   前記熱間プレス成形品が、天板と、この天板に設けられた一対の稜線と、対応する稜線にそれぞれ連続する一対の縦壁と、を有する溝型断面部を含むように、且つ、前記稜線の延びる方向における前記溝型断面部の両端部が前記稜線の延びる方向に向けて開放された形状を有し、且つ、前記一対の稜線が途中で曲がった部分を有するように、前記パンチおよび前記ダイを形成し配置しており、
   前記パンチおよび前記ダイは、天板と、この天板に設けられた稜線と、この稜線に連続し前記ダイとは交差するように延びる縦壁と、を含む熱間プレス成形品を成形すべく前記ブランクを熱間プレス加工するように構成され、
   前記パンチ頂部は、前記天板を形成する部分として設けられ、
   前記パンチ肩Ｒ部は、前記稜線を形成する部分として設けられ、
   前記パンチは、前記パンチ肩Ｒ部に連続し前記縦壁を形成する部分をさらに含み、
   前記縦壁を形成する部分に隣接して前記インナーパッドが配置されており、
   熱間プレス方向の平面視で前記パンチ頂部の縁が前記パンチの外側に張り出して曲がっている箇所に、前記インナーパッドが配置されており、
   熱間プレス方向の平面視で前記パンチ頂部の縁のうち前記パンチの外側に張り出して曲がっている箇所から外れた位置に、前記インナーパッドが配置されていない箇所が設けられている、熱間プレス用金型。
2. 前記ダイに形成された凹部から前記パンチ側に所定量突出するように配置されるとともに前記成形下死点において前記凹部に収容されるダイパッド、
   をさらに備え、
   前記ダイパッドおよび前記インナーパッドが前記ブランクを挟持した状態で前記パンチ頂部および前記ダイを相対移動することで、前記熱間プレス加工が行われることを特徴とする、請求項１に記載の熱間プレス用金型。
3. 前記稜線の延びる方向における前記溝型断面部の両端部にはフランジを形成しない、請求項１または請求項２に記載された熱間プレス用金型。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された熱間プレス用金型を備えることを特徴とする熱間プレス装置。
5. 加熱されたブランクに、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された熱間プレス用金型を用いて熱間プレス成形を行うことを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。
   

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