JP7158153B2

JP7158153B2 - ホットスタンプ成形品の製造方法、ホットスタンプ成形品用金型及び該金型を用いて成形されたホットスタンプ成形品

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Publication number: JP7158153B2
Application number: JP2018022175A
Authority: JP
Inventors: 俊介和泉
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: JP2019136742A

Description

本発明は、プレス成形されたホットスタンプ材の一部をレーザにより切断するホットスタンプ成形品の製造方法、ホットスタンプ成形品用金型、及び該金型を用いて成形されたホットスタンプ成形品に関する。

熱間プレスされたホットスタンプ材は、高強度部材であるため、プレス加工後のトリミングや穴抜き加工を金型によるせん断加工によって実施すると金型寿命が著しく低下する。それ故、一般的にはレーザによる切断が行われている（例えば、特許文献１）。

レーザ切断では、せん断加工によって生じるせん断用金型のメンテナンスを無くすことができる。また、せん断時の残量応力に基づくホットスタンプ成形品の遅れ破壊の発生を防止することができる。

特開２０１６－１０１６０４号公報

しかしながら、プレス成形によってホットスタンプ材の板厚が変化し、プレス加工後の切断部の板厚が増加してしまうと、レーザ切断時のドロス発生量の増加や、切断不良が発生してしまう。

このような問題の対応策として、切断速度を低下したり、レーザ出力を増加したりすることが挙げられる。しかしながら、切断速度を遅くすると生産性が低下してしまうため、生産性を維持するための設備増加が必要となる。また、レーザ出力を増加するためには高価な設備投資が必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、板厚が比較的大きなホットスタンプ材に対し、生産性を維持し且つコストを抑えながら、レーザ切断時のドロスの発生や、切断不良を防止することのできるホットスタンプ成形品の製造方法、ホットスタンプ成形品用金型、及び該金型によって成形されたホットスタンプ成形品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のホットスタンプ成形品の製造方法は、プレス成形されたホットスタンプ材の一部をレーザにより切断したホットスタンプ成形品の製造方法であって、前記ホットスタンプ材を金型で所定の形状にプレス成形する際に、該ホットスタンプ材の所定領域の板厚をその周辺領域よりも薄くなるようにプレスするプレス工程と、前記ホットスタンプ材の前記所定領域にレーザを照射して切断する切断工程と、を含み、前記プレス工程は、前記ホットスタンプ材の前記所定領域を前記金型の内面に形成された凸部に位置させてプレスすることにより、前記ホットスタンプ材の一方の表面にのみ凹部を形成して前記所定領域の板厚を薄くし、前記凹部は、製品側よりもトリム側の方の深さが浅くなる傾斜状又は段差状の底面を有し、前記切断工程において、前記凹部が形成された面と反対側の面からレーザを照射することを特徴とする。

この構成によれば、プレス工程において、ホットスタンプ材の所定領域、すなわち、レーザ切断する領域の板厚を薄く形成してから、該領域をレーザ切断するので、板厚が比較的大きなホットスタンプ材に対して、生産性を維持し且つ設備投資等のコストを抑えながら、レーザ切断時のドロスの発生や、切断不良を防止することが可能である。

また、この構成によれば、金型の内面に形成された凸部にホットスタンプ材の所定領域を位置させてプレスすることで、レーザ切断する所定領域の板厚を簡易に薄くすることができる。
また、この構成によれば、レーザ切断した際に発生したドロスをホットスタンプ材の凹部内に入り込ませることができ、その結果、ドロスによる板厚の増加に伴う不具合を抑制することができる。
また、この構成によれば、レーザ切断によって発生したドロスを、製品から除去されるトリム側に流れるようにして、製品にドロスが付着することを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の製造方法において、前記凸部は、プレス成形によってホットスタンプ材の板厚が増加する領域に形成されることを特徴とする。

この構成によれば、プレス成形によってホットスタンプ材が屈曲されることで板厚が変化し、レーザ切断する領域の板厚が増加する場合に、金型の凸部によってレーザ切断する領域の板厚を適切な薄厚に設定することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の製造方法において、レーザにより切断されたホットスタンプ材は、端縁部に前記凹部による窪み部を有し、前記切断工程後、前記ホットスタンプ材と他の鋼板材とを前記窪み部が該鋼板材に対向した状態で積層し、該窪み部の非形成領域で前記ホットスタンプ材と前記鋼板材とを溶接する溶接工程を含むことを特徴とする。

この構成によれば、ホットスタンプ材の窪み部を他の鋼板材と対向させた状態で積層し、溶接するので、窪み部が製品表面に現れることがなく、製品の美観を良好に保つことができる。また、レーザ切断により発生したドロスは窪み部に収まるので、他の鋼板材と積層した際に、ドロスが該鋼板材と接触して溶接不良を起こすことを防止できる。

この構成によれば、ホットスタンプ材をプレス成形した際に、金型の内面に形成された凸部によって、ホットスタンプ材の所定領域に凹部を形成し、該所定領域の板厚を薄く形成することができる。

また、請求項４に記載の発明は、固定用金型と、該固定用金型と対向する移動用金型と、を備えたホットスタンプ成形品用金型であって、前記固定用金型及び前記移動用金型のうちの一方の金型の内面であって該金型内に載置されるホットスタンプ材の所定領域と対応する領域に、前記ホットスタンプ材の板厚よりも高さの低い凸部が設けられ、前記凸部は、前記ホットスタンプ材の製品側よりもトリム側の方が、突出高さが低くなる傾斜状であるホットスタンプ成形品用金型を用いて成形されたホットスタンプ成形品であって、表面にめっき皮膜を有し、レーザ切断された端縁部の板厚が、その周辺領域の板厚よりも薄く、該端縁部は、端縁に向かって板厚が大きくなる傾斜状であることを特徴とする。

この構成によれば、レーザ切断されたホットスタンプ成形品の端縁部の板厚が薄くなっているので、めっき皮膜を有していないレーザ切断部の面積を少なくして耐食性を向上することができる。

本発明に係るホットスタンプ成形品用金型、及び該金型によって成形されたホットスタンプ成形品によれば、板厚が比較的大きなホットスタンプ材に対し、生産性を維持し且つコストを抑えながら、レーザ切断時のドロスの発生や、切断不良を防止することができる。

本発明の一実施の形態であるホットスタンプ成形品の断面図。図１に示すホットスタンプ成形品の要部拡大断面図。本発明の一実施の形態であるホットスタンプ成形品用金型の説明図。プレス成形されたホットスタンプ材を示す斜視図。ホットスタンプ成形品の切断工程を説明する図。切断工程におけるホットスタンプ材の要部拡大断面図。ホットスタンプ成形品の溶接工程を示す断面図。ホットスタンプ成形品の変形例を示す要部拡大断面図。

図１は本発明の一実施の形態であるホットスタンプ成形品の断面図であり、図２は図１に示すホットスタンプ成形品の要部拡大図である。ホットスタンプ成形品１０は、熱間プレス加工によって所定の形状に成形された鋼板１２で構成され、その両面に、例えばアルミニウム等によるめっき皮膜１４，１５を有する。なお、図１，３－５，７では、めっき皮膜１４，１５の記載を省略している。本実施の形態のホットスタンプ成形品１０は、長尺状に形成され、長手方向と直交する断面形状がハット（鍔付き帽子）形状になっている。このようなホットスタンプ成形品１０は、例えば、車両のリンホースメント（補強部材）として好適に用いることができる。

ホットスタンプ成形品１０は、レーザ切断された端縁部の板厚ｈ１が、その周辺領域１６の板厚ｈ２よりも薄くなっている。本実施の形態では、ホットスタンプ形成品１０の一方の面（以下、第１面１０ａという）の端部が平坦に形成され、他方の面（以下、第２面１０ｂという）の端縁部が窪み部１１によって、その周辺領域１６よりも窪んだ形状に形成されることによって、板厚ｈ１が薄くなっている。

ホットスタンプ成形品１０は、図３に示すホットスタンプ成形品用金型２０（以下、単に「金型２０」という）を用いて基材となるホットスタンプ材３０をプレス成形した後、その一部をレーザ切断することによって形成される。なお、図３（ａ）は金型２０の断面図であり、図３（ｂ）は金型２０を型締した状態を示している。

金型２０は、下金型（固定用金型）２１と、下金型２１と対向配置される上金型（移動用金型）２５とを備える。

下金型２１の内面２１ａであって、ホットスタンプ材３０の所定領域と対応する領域には、凸部２２，２３が形成されている。ここで、ホットスタンプ材３０の所定領域とは、ホットスタンプ材３０をプレス成形した後にレーザ切断される領域であり、以下の説明では、この所定領域を切断領域と記載する。

本実施の形態において凸部２２，２３が設けられた領域は、ホットスタンプ材３０をプレス成形した際に、曲げ変形によってホットスタンプ材３０の板厚が増加する領域と対応している。凸部２２，２３の高さは、それぞれ、プレス成形前のホットスタンプ材３０の板厚よりも小さく設定されている。また、凸部２２，２３の幅は、後述するレーザ切断装置５０による切断幅よりも大きく設定されている。

上金型２５は、図示しないプレス装置によって下金型２１に対して接近・離間するように上下移動可能に構成される。上金型２５の内面２５ａにおいて、下金型２１の凸部２２，２３及びその周辺部と対向する領域は、凹凸のない平面状に形成される。

次に、図３～図７を用いてホットスタンプ成形品１０の製造方法を詳説する。

まず、図３（ａ）に示すように、上金型２５を上昇させた状態で、高温に加熱されて軟化したホットスタンプ材３０を下金型２１の内面２１ａに載置する（載置工程）。ホットスタンプ材３０は両面にめっき皮膜を有する鋼板からなり、後述の切断工程において切断される切断領域と下金型２１の凸部２２，２３とが対向するように載置される。

その後、図３（ｂ）に示すように、上金型２５を下降させてホットスタンプ材３０をプレス成形する（プレス工程）。ホットスタンプ材３０は成形と同時に金型２０内で冷却され、焼き入れされる。

図４に示すように、プレス成形後のホットスタンプ材３０の切断領域には、金型２０の凸部２２，２３と対応する凹部３２，３３が形成され、凹部３２，３３では板厚がその周辺領域よりも薄くなっている。図示例の凹部３２，３３は、断面が略矩形状の溝であり、この凹部３２，３３はホットスタンプ材３０の切断ラインに沿って延在している。

プレス成形されたホットスタンプ材３０は、レーザ切断装置５０によってレーザ加工して、その一部を除去する（切断工程）。図５はホットスタンプ材３０の切断工程を説明する図であって、凹部３２，３３のうち、一方の凹部３２における切断の様子を示している。なお、他方の凹部３３についても同様にレーザ切断される。

レーザ切断装置５０は、図示していないレーザ発振器及び駆動部に接続されたレーザ加工ヘッド５４を備える。レーザ加工ヘッド５４は駆動部によってホットスタンプ材３０の切断領域へ移動され、レーザ発振器によって発生されたレーザ５６を先端部に取付けられたノズル５４からホットスタンプ材３０へ照射する。図５（ａ）に示すように、レーザ５６は、凹部３２が形成された面３０ｂと反対側の面３０ａに照射され、図５（ｂ）に示すように、凹部３２が形成された領域で製品となるホットスタンプ成形品１０と、製品から除去されるトリム部４０とに分離される。ホットスタンプ成形品１０及びトリム部４０の端縁部には、それぞれ、凹部３２の一部である窪み部１１，４２が形成され、端縁の板厚が薄くなっている。

次に、図６を用いてホットスタンプ材４０のレーザ加工について詳説する。図６（ａ）はレーザ切断前のホットスタンプ材３０の要部断面図、図６（ｂ）は切断後のホットスタンプ材３０の要部断面図である。

既述のとおり、ホットスタンプ材３０の凹部３２の幅Ｗ１は、照射されるレーザ５６の幅Ｗ２よりも広く設定される。また、ホットスタンプ成形品１０における窪み部１１の幅寸法Ｄが、所定寸法以下になるように設定される。この所定寸法は、例えば、１～５ｍｍであって、レーザ切断後の製品（すなわち、ホットスタンプ成形品１０）の端縁１７から、スポット溶接等を施す溶接部までの寸法よりも小さくなるように設定される。

図６（ｂ）に示すように、レーザ加工では、切断部付近にホットスタンプ材３０の溶融物が再凝固して付着したドロス１９が発生することがある。本実施の形態では、凹部３２と反対側の面３０ａからレーザ５６を照射することで、発生したドロス１９を凹部３２内、すなわち、窪み部１１及び／又は窪み部４２内）に入り込ませることができる。

上述したホットスタンプ成形品１０の製造方法では、プレス工程において、ホットスタンプ材１０の切断領域をその周辺領域よりも薄厚にしてからレーザ加工を行っているので、板厚が比較的大きなホットスタンプ材に対して、レーザ切断速度を低下させたり、別途、高出力のレーザ切断装置を増設したりすることなく、良好なレーザ加工を施すことができる。これにより、高価な設備投資や人員増加等の製造コスト増加を抑えながら、レーザ加工における切断不良を防止し、生産性を維持することができる。

また、ホットスタンプ材３０の凹部３２，３３は、金型２０に凸部を形成する簡易な構造で形成することができ、さらに、プレス工程において、ホットスタンプ材３０は加熱されて軟化した状態にあるため、凹部３２，３３を容易に形成することができる。

また、板厚の増加に伴うレーザ加工時のドロスの発生を防ぐことができる。特に、ホットスタンプ材３０のプレス成形では、ホットスタンプ材３０を屈曲させることによる部分的な板厚の増加や減少が発生するが、板厚が増加する領域とホットスタンプ材３０の切断領域とが重なる場合であっても、上述の金型２０を用いることで、切断領域の板厚をレーザ加工に適した厚さに調節することが可能である。

さらに、レーザ加工において、レーザ５６を凹部３２と反対側の面３０ａから照射することで、発生したドロス１９を凹部３２内に入り込ませることができる。これにより、ドロス１９によるホットスタンプ成形品１０の溶接時の不具合を防止することが可能である。

図７は、ホットスタンプ成形品１０を他の鋼板材６０と溶接する溶接工程を示す断面図である。ホットスタンプ成形品１０は、窪み部１１を鋼板材６０に対向させた状態で鋼板材６０と積層され、第１電極６２と、第１電極６２と対向配置される第２電極６３とを備えたスポット溶接装置によって溶接接合される。溶接は窪み部１１の非形成領域で行われる。本実施の形態のホットスタンプ成形品１０では、端縁部の窪み部１１にドロス１９が収まるので、鋼板材６０と溶接接合する際に、ドロス１９が鋼板材６０の表面６０ａと接触して部材間の面接触を妨げ、溶接不良を起こすことを防止することができる。また、窪み部１１が製品表面に現れることがないので、製品の美観を良好に保つことができる。

なお、上述の実施の形態では、ホットスタンプ材３０においてトリミングを行う領域に凹部３２，３３を形成しているが、これに代えて、又はこれとともに、ホットスタンプ材３０において穴抜き加工を行う切断領域に、金型２０によって凹部を設けて薄厚にしてから、レーザ切断を行ってもよい。

（変形例）
次に、本発明のホットスタンプ成形品１０の変形例を説明する。なお、図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ホットスタンプ成形品１０の変形例を示す要部拡大断面図である。なお、図８において、上述した実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。図８ではレーザ切断後の状態を実線で示しており、切断前のホットスタンプ材３０の形状を破線で示している。

図８（ａ）に示す変形例１では、金型２０に設けた凸部２２の形状により、ホットスタンプ材３０の凹部３２の底面を傾斜状に形成している。この傾斜底面は、製品側からトリム側に向かって深さが浅くなるように傾斜している。ホットスタンプ材３０に対し、凹部３２と反対側の面１０ａからレーザ５６を照射すると、溶融物が凹部３２の傾斜面に沿ってトリム側に流れ、トリム部４０の窪み部４２にドロス１９が付着する。これにより、製品となるホットスタンプ成形品１０にドロス１９が付着することを防止することができる。

図８（ｂ）に示す変形例２では、金型２０に設けた凸部２２の形状により、ホットスタンプ材３０の凹部３２の底面を段差状に形成している。この段差底面は、製品側からトリム側に向かって深さが浅くなる段差形状を有している。ホットスタンプ材３０に対し、面１０ａからレーザ５６を照射すると、溶融物が凹部３２の段差に沿ってトリム側に流れ、トリム部４０の窪み部４２にドロス１９が付着する。これにより、製品となるホットスタンプ成形品１０にドロス１９が付着することを防止することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態や変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上述の実施の形態では下金型２１に凸部２２，２３を設けているが、これに代えて、上金型２５の内面２５ａに凸部を設け、これと対向する下金型２１の内面２１ａを平面状にしてもよい。また、これに代えて、上金型２５と下金型２１の両方に凸部を設けてホットスタンプ材３０の切断領域を薄厚に形成してもよい。

１０ホットスタンプ成形品
１１窪み部
２０金型（ホットスタンプ成形品用金型）
２１下金型
２２，２３凸部
２５上金型
３０ホットスタンプ材
３２，３３凹部
５０レーザ切断装置

Claims

プレス成形されたホットスタンプ材の一部をレーザにより切断したホットスタンプ成形品の製造方法であって、
前記ホットスタンプ材を金型で所定の形状にプレス成形する際に、該ホットスタンプ材の所定領域の板厚をその周辺領域よりも薄くなるようにプレスするプレス工程と、
前記ホットスタンプ材の前記所定領域にレーザを照射して切断する切断工程と、を含み、
前記プレス工程は、前記ホットスタンプ材の前記所定領域を前記金型の内面に形成された凸部に位置させてプレスすることにより、前記ホットスタンプ材の一方の表面にのみ凹部を形成して前記所定領域の板厚を薄くし、前記凹部は、製品側よりもトリム側の方の深さが浅くなる傾斜状又は段差状の底面を有し、
前記切断工程において、前記凹部が形成された面と反対側の面からレーザを照射することを特徴とするホットスタンプ成形品の製造方法。
前記凸部は、プレス成形によってホットスタンプ材の板厚が増加する領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載のホットスタンプ成形品の製造方法。
レーザにより切断されたホットスタンプ材は、端縁部に前記凹部による窪み部を有し、
前記切断工程後、前記ホットスタンプ材と他の鋼板材とを前記窪み部が該鋼板材に対向した状態で積層し、該窪み部の非形成領域で前記ホットスタンプ材と前記鋼板材とを溶接する溶接工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のホットスタンプ成形品の製造方法。
固定用金型と、該固定用金型と対向する移動用金型と、を備えたホットスタンプ成形品用金型であって、前記固定用金型及び前記移動用金型のうちの一方の金型の内面であって該金型内に載置されるホットスタンプ材の所定領域と対応する領域に、前記ホットスタンプ材の板厚よりも高さの低い凸部が設けられ、前記凸部は、前記ホットスタンプ材の製品側よりもトリム側の方が、突出高さが低くなる傾斜状であるホットスタンプ成形品用金型を用いて成形されたホットスタンプ成形品であって、
表面にめっき皮膜を有し、レーザ切断された端縁部の板厚が、その周辺領域の板厚よりも薄く、該端縁部は、端縁に向かって板厚が大きくなる傾斜状であることを特徴とするホットスタンプ成形品。