JPWO2012161192A1 - 熱間プレス成形方法及び熱間プレス成形金型 - Google Patents

Abstract

本発明によれば、加熱された金属板材（Ｋ）を上金型（２１）と下金型（２０）とからなる成形用金型（２０、６０）を用いて成形する熱間プレス成形方法が提供される。この方法では、加熱された金属板材を上金型と下金型との間に配置し、上金型と下金型とを接近させて両金型間に挟持された金属板材をプレスする。金属板材をプレスした後に、下金型に設けられた複数の供給孔を介して、両金型間に挟持された金属板材の表面に液体状又はミスト状の冷媒を供給し、冷媒の供給を終了した後に複数の供給孔を介して気体を金属板材の表面に吹き付ける。これにより、液状冷媒の供給停止時に金属板材の表面に付着している液状冷媒をできるだけ早く除去することができる。

Description

本発明は、金属板材の熱間プレス成形方法及び熱間プレス成形金型に関する。

近年、高張力鋼板を用いた自動車部品材等の鋼板成形手段として熱間プレス成形の採用が拡大している。熱間プレス成形は、鋼板を高温で成形することによって、変形抵抗が低い段階で成形し、その後、急冷させて焼入れ硬化させるものである。熱間プレス成形によれば、成形後の変形等の成形不具合を発生させることなく高強度で形状精度の高い部品等をプレス成形することができる。

具体的には、熱間プレス成形方法では、まず、予め加熱炉によって所定温度に加熱された鋼板をプレス金型に供給する。その後、下金型（ダイス）上に載置した状態又は下金型に内蔵したリフター等の治具により下金型から浮上した状態で上金型（ポンチ）を下死点まで降下させる。次いで、鋼板の冷却を一定時間（通常１０秒から１５秒間）行い、鋼板を所望の温度まで冷却する。そして、冷却が完了した成形後の鋼板がダイスから取り除かれると、所定温度に加熱された新しい鋼板がプレス金型に供給される。鋼板は、この冷却過程において、焼入れ、焼戻し等のいわゆる熱処理を施される。したがって、熱間プレス成形においては、鋼板の熱処理特性の観点から冷却速度を自在に制御すること、品質安定性の観点から鋼板全面において均一な冷却速度が得られること、また生産性の観点から鋼板成形後の冷却過程に要する時間を短縮することが重要である。

成形後の鋼板の冷却時間を短縮する手段として、金型に直接鋼板から熱を奪わせるのでは無く、他の媒体、例えば水を鋼板の表面に供給することが提案されている（例えば、特許文献１）。特に、特許文献１に記載の熱間プレス成形装置では、金型の内面に一定の高さの複数の独立した凸部が設けられると共に、金型の内面の複数個所に連通する水の流路が金型の内部に設けられる。これにより、凸部によって形成された金型内面と鋼板との間の隙間に金型内部の流路を通じて冷媒を流すことができる。このため、短時間で金属板材の冷却を行い、熱間プレス成形の生産性を高めることができる。また、この急冷による焼き入れにより鋼板の硬度が上昇し、成形品の強度を大幅に向上させることができる。

また、鋼板成形後の冷却過程に要する時間を短縮する手段として、冷媒を収容した収容容器をできるだけ鋼板の近くに配置することが提案されている（例えば、特許文献２）。特に、特許文献２に記載の金型は、冷媒を収容した収容容器と、収容容器に収容された冷媒を鋼板に供給する複数の供給孔と、収容容器と供給孔との間に設けられた冷媒の供給制御装置とを具備する。このように冷媒の収容容器が金型内に配置されることにより、冷媒の収容箇所と冷媒の供給箇所との間の距離を短くすることができる。これにより、制御装置に対して冷媒の供給指示が送信されてから直ぐに冷媒を鋼板に対して供給することができるようになり、鋼板のプレスから冷却工程終了までの時間を短縮することができる。

特開２００５−１６９３９４号公報 特開２００７−１３６５３５号公報

ところで、一般に液体の熱伝達率は気体の熱伝達率よりも高いため、プレス後に金属板材の冷却を行うための冷媒として液状の冷媒を用いた場合には気体状の冷媒を用いた場合に比して迅速に金属板材を冷却することができる。斯かる観点から、上記特許文献１、２のいずれにおいても冷媒としては液体、特に水が用いられている。

ところが、金属板材の冷却を行うのに液状冷媒を用いた場合、液状冷媒の供給停止後も金属板材の表面には液状冷媒が残った状態となる。斯かる液状冷媒は金属板材の表面全体に均一に残るわけではなく、局所的に金属板材の表面に付着した状態となる。この場合、液状冷媒が残っている領域では迅速な冷却が行われるのに対して、液状冷却が残っていない領域ではあまり冷却が行われない。このため、金属板材の冷却が不均一に行われることになり、結果的に金属板材の強度にムラが生じてしまう。また、液状冷媒として水等の腐食性の高い液体（金属等を腐食させ易い液体）を用いた場合、液状冷媒が金属板材の表面上に残っていると金属板材の腐食を招いてしまう。

このため、強度のムラや金属板材の腐食を抑制するためには、プレス後に行われる液状冷媒の供給停止時に金属板材の表面に付着している液状冷媒を、できるだけ早く除去することが必要とされる。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、液状冷媒の供給停止時に金属板材の表面に付着している液状冷媒をできるだけ早く除去することができる熱間プレス成形方法及び熱間プレス成形金型を提供することにある。

本発明者は、液状冷媒の供給停止時に金属板材の表面に付着している液状冷媒の除去に関して、様々な熱間プレス成形方法及び様々な熱間プレス成形金型について検討を行った。
その結果、熱間プレス成形用の金型に金属板材に対して流体を供給可能な複数の供給孔を設けると共に、この供給孔を介して金属板材の表面に対して液状冷媒を供給するだけでなく、気体を金属板材の表面に吹き付けるようにすることにより、液状冷媒の供給停止時に金属板材の表面に付着している液状冷媒を迅速に除去することができることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）加熱された金属板材を第一金型と第二金型とからなる成形用金型を用いて成形する熱間プレス成形方法であって、加熱された金属板材を前記第一金型と前記第二金型との間に配置し、前記第一金型と前記第二金型とを接近させて両金型間に挟持された金属板材をプレスし、前記金属板材をプレスした後に、前記第一金型及び前記第二金型のうち少なくとも一方に設けられた複数の供給孔を介して、両金型間に挟持された金属板材の表面に液体状又はミスト状の冷媒を供給し、前記冷媒の供給を終了した後に前記複数の供給孔を介して気体を金属板材の表面に吹き付ける、熱間プレス成形方法。
（２）前記気体を金属板材の表面に供給する前に前記第一金型と第二金型とを離間させる、上記（１）に記載の熱間プレス成形方法。
（３）前記複数の供給孔に供給する前記冷媒と前記気体を切り替える流体切替手段が前記第一金型及び第二金型のうち少なくとも一方の内部に設けられる、上記（１）又は（２）に記載の熱間プレス成形方法。
（４）前記第一金型及び前記第二金型のうち少なくとも一方は、前記供給孔が設けられた外金型と、該外金型内で摺動可能に配置された内金型とを有し、前記外金型内に、該外金型と前記内金型との摺動面と、前記供給孔との間に配設された外側配管が設けられ、前記内金型内に、前記摺動面と冷媒供給源に連通される連通部との間に配設された第一内側配管と、前記摺動面と気体供給源に連通される連通部との間に配設された第二内側配管とが設けられ、前記流体切替手段は、前記外金型と前記内金型とを相対的に摺動させて前記外側配管と第一内側配管又は第二内側配管とを接続することにより前記複数の供給孔に供給する前記冷媒と前記気体を切り替える、上記（３）に記載の熱間プレス成形方法。
（５）前記冷媒が水または防錆油のいずれかである、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の熱間プレス成形方法。
（６）加熱された金属板材のプレス及び冷却を行う熱間プレス成形金型であって、前記金属板材への流体の供給を行う供給孔が設けられた外金型と、該外金型内で摺動可能に配置された内金型とを具備し、前記外金型内に、該外金型と前記内金型との摺動面と前記供給孔の間に配設された外側配管が設けられ、前記内金型内に、前記摺動面と気体供給源に連通される連通部との間に配設された第一内側配管と、前記摺動面と気体供給源に連通される連通部との間に配設された第二内側配管とが設けられ、前記外側配管、第一内側配管及び第二内側配管は、前記外金型と前記内金型とを相対的に摺動させることで前記外側配管を少なくとも第一内側配管に接続した状態と第二内側配管に接続した状態との間で切り替えることができるように形成される、熱間プレス成形金型。
（７）前記外側配管、第一内側配管及び第二内側配管は、前記外金型と前記内金型とを相対的に摺動させることで前記外側配管を第一内側配管に接続した状態と、第二内側配管に接続した状態と、両内側配管に接続されていない状態との間で切り替えることができるように形成される、上記（６）に記載の熱間プレス成形金型。
（８）各外側配管の管路長さが等しい、上記（６）又は（７）に記載の熱間プレス成形金型。
（９）前記内金型及び前記外金型から構成される金型は、プレス成形用の上金型及び下金型の少なくともいずれか一方として用いられる、上記（６）〜（８）のいずれか１つに記載の熱間プレス成形金型。
（１０）前記冷媒が水、防錆油及びこれらのミストのいずれかである、上記（６）〜（９）のいずれか１つに記載の熱間プレス成形金型。

本発明によれば、液状冷媒の供給停止時に金属板材の表面に付着している液状冷媒を迅速に除去することができ、その結果、成形される金属板材の強度のムラや金属板材の腐食を抑制することができる。

図１は、熱間プレス成形装置の構成を概略的に示す側面図である。 図２は、熱間プレス成形装置の構成を概略的に示す平面図である。 図３は、下金型の構成を概略的に示す縦断面図である。 図４は、下金型の構成を概略的に示す横断面図である。 図５は、下金型の成型面近傍の構成を示す縦断面図である。 図６は、第二実施形態の熱間プレス成形金型で用いられる下金型の構成を概略的に示す縦断面図である。 図７は、第二実施形態の熱間プレス成形金型で用いられる下金型の構成を概略的に示す横断面図である。 図８は、上金型を下死点まで押し下げた状態を説明するための図である。 図９は、第二実施形態の変更例に係る下金型の構成を概略的に示す縦断面図である。 図１０は、第二実施形態の変更例に係る下金型の構成を概略的に示す横断面図である。 図１１は、第二実施形態の変更例に係る下金型の構成を概略的に示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

図１は、本発明の第一実施形態に係る熱間プレス成形装置１の構成を概略的に示す側面図である。図２は、熱間プレス成形装置１の構成を概略的に示す平面図である。

図１及び図２からわかるように、熱間プレス成形装置１は、鋼板Ｋを成形するための熱間プレス成形金型１０と、熱間プレス成形金型１０に冷媒（本実施形態では水）を供給する冷媒供給源１１と、熱間プレス成形金型１０に吹付け用の気体（例えば、圧縮空気）を供給する気体供給源１２と、熱間プレス成形装置１の制御を行う制御部１３とを具備する。

熱間プレス成形金型１０は、下側の金型である下金型２０と、上側の金型である上金型２１とを有する。下金型２０は、基台２２上に配置されている。上金型２１は下金型２０の鉛直上方に下金型２０に対向して配置され、昇降機構２３により鉛直方向に昇降自在に構成されている。昇降機構２３は、制御部１３からの制御信号に基づいて昇降動作を行う。

下金型２０には、鋼板Ｋに予め施されたプレピアス孔Ｐとの間で位置決めを行うための位置決めピン３０が設けられる。位置決めピン３０は、下金型２０の内部を貫通して下金型２０の上面から鉛直上方に突出するように配置される。

位置決めピン３０の上端部は略円錐状に形成される。このため、略円錐状の上端部に鋼板Ｋのプレピアス孔Ｐを嵌め合わせることで、図１に破線で示すように、鋼板Ｋが支持されると共に位置決めされる。特に、位置決めピン３０の上端部がほぼ円錐状であることにより、鋼板Ｋのプレピアス孔Ｐの大きさを適切に設定することで、鋼板Ｋが下金型２０との間に所定の距離の隙間Ｈが設けられた状態で支持されるようにすることができる。

また、位置決めピン３０は、下金型２０に対して摺動自在とされ、また、図示しない付勢手段（例えば、ばね）を介して基台２２の上面に支持される。このため、上金型２１が降下して位置決めピン３０を下に押し下げると、鋼板Ｋは位置決めピン３０と共に下方に押し下げられる。

図３は下金型２０を正面方向から見た場合の断面図、図４は下金型２０を側面方向から見た場合の断面図である。図３及び図４に示したように、下金型２０はプレス時に鋼板Ｋと接触する成形面２０ａを有する。下金型２０の内部には、冷媒供給源１１及び気体供給源１２に連通する母管４０と、母管４０と成形面２０ａとの間で下金型２０内を貫通する複数の配管４１とが設けられる。このように構成された下金型２０では、冷媒供給源１１及び気体供給源１２から供給された流体は、母管４０及び配管４１を介して鋼板Ｋの表面に供給される。したがって、配管４１の成形面２０ａ側の端部は、鋼板Ｋの表面に対して流体を供給する供給孔４１ａとして作用する。なお、図３に示した例では、図面を分かりやすくするために、供給孔４１ａは、下金型２０の左右両側のみに設けられて中央部に設けられていないが、実際には中央部も含めて成形面２０ａ全体に均等に配置されるのが好ましい。

また、下金型２０の成形面２０ａには、図５に示すように、一定の高さの独立した複数の凸部４２が鋼板Ｋと対向する領域の全面に亘って形成される。逆に言うと、下金型２０の成形面２０ａには、凸部４２間に形成された凹部が鋼板Ｋと対向する領域の全面に亘って形成される。これにより、上金型２１によって鋼板Ｋの下面が下金型２０の成形面２０ａに接触する位置まで押し下げられた際に、複数の凸部４２間において成形面２０ａと鋼板Ｋの下面との間に隙間が形成されることになる。このため、この隙間に配管４１から冷媒を供給することにより、鋼板Ｋを急冷することができる。

母管４０は、図４に示すように、冷媒供給配管４５を介して冷媒供給源１１に連通すると共に、気体供給配管４６を介して気体供給源１２に連通する。冷媒供給配管４５には弁体４７が設けられ、気体供給配管４６には弁体４８が設けられる。弁体４７及び弁体４８はそれぞれ制御部１３に接続されており、制御部１３によって弁体４７及び弁体４８の開閉操作が行われる。したがって、冷媒供給配管４５に設けられた弁体４７を開閉することにより冷媒の供給及び停止の制御が行われ、気体供給配管４６に設けられた弁体４８を開閉することにより気体の供給及び停止の制御が行われる。

なお、図１、２、４に示した例では、冷媒供給配管４５及び気体供給配管４６にそれぞれ弁体４７、４８を設けている。しかしながら、冷媒供給配管４５と気体供給配管４６との合流部４９に三方弁を設けて、母管４０に供給する流体を制御するようにしてもよい。

また、本実施形態では、下金型２０の成形面２０ａには、図３及び図４に示すように、供給孔４１ａを介して鋼板Ｋの表面に供給された冷媒等を吸引し、鋼板Ｋの表面周りの冷媒を排出する排気吸引孔５０が設けられる。排気吸引孔５０には、吸引管５１が連通され、吸引管５１は例えば真空ポンプ等の排気機構５２に連通される。

なお、供給孔４１ａから供給された冷媒等が排気吸引孔５０を介して円滑に排出されるためには、排気吸引孔５０は大気圧以下であればよい。すなわち、例えば吸引管５１の排気吸引孔５０とは反対側の端部を大気開放していれば、鋼板Ｋの表面周りの余剰の冷媒は、金型の外に排出されることになる。このため、排気機構５２は必ずしも設ける必要はない。

なお、本実施形態では、冷媒供給源１１から供給される冷媒として水を用いているが、水以外にも錆止め機能を有する防錆油等、他の液状冷媒を用いることも可能であり、また、水や防錆油等のミスト等、ミスト状冷媒を用いることも可能である。また、本実施形態では、気体供給源１２から供給される気体として圧縮空気を用いているが、これに限定するものではない。例えば、大気圧以上の圧力で供給される気体であれば、窒素ガス等、空気以外の気体を用いることも可能である。特に、気体供給源１２から供給される気体として窒素を用いる場合、鋼板Ｋの周囲を非酸化性の雰囲気にすることができるので、鋼板Ｋの発錆をさらに抑制することができる。

次に、このように構成された熱間プレス成形装置１によって鋼板Ｋを熱間プレス成形する方法について説明する。

先ず、鋼板Ｋのプレス成形を開始するにあたり弁体４７、４８を閉じる。これにより、下金型２０の配管４１には冷媒も気体も供給されない状態となる。このような状態で、予め所定の温度（例えば、７００℃〜１０００℃）に加熱された鋼板Ｋを、搬送装置（図示せず）により、下金型２０と上金型２１との間に配置する。具体的には、下金型２０の位置決めピン３０にプレピアス孔Ｐが嵌るように鋼板Ｋを位置決めピン３０上に載置する。

次いで、上金型２１を下金型２０に近接するように鉛直下方に移動させて、上金型２１と下金型２０との間に挟持された鋼板Ｋのプレスを行う。上金型２１が下死点まで下降してプレスが完了すると、冷媒供給配管４５に設けられた弁体４７が開弁される。弁体４７が開弁されると、冷媒供給源１１から冷媒供給配管４５、母管４０、配管４１、供給孔４１ａを介して、冷媒が鋼板Ｋの表面に供給される。これにより、鋼板Ｋの急冷が開始される。

そして、上金型２１を下死点で一定時間保持し、鋼板Ｋの温度が例えば２００℃以下まで冷却されると、次いで、冷媒供給配管４５に設けられた弁体４７が閉弁されると共に気体供給配管４６に設けられた弁体４８が開弁される。弁体４８が開弁されると、気体供給源１２から気体供給配管４６、母管４０、配管４１、供給孔４１ａを介して、気体が鋼板Ｋの表面に吹き付けられる。このとき、各供給孔４１ａから供給される気体の圧力は、高すぎると加圧エネルギが高くなり、逆に低すぎると各供給孔４１ａから気体が均等に噴出しなくなるため、０．１〜１．０ＭＰａ、好ましくは０．３〜０．７ＭＰａ、より好ましくは０．４〜０．５ＭＰａとされる。流量は、気体の圧力及びノズル形状から決まり、２０〜２０００ｍＬ／ｓｅｃ、好ましくは３００〜１０００ｍＬ／ｓｅｃ、より好ましくは４００〜７００ｍＬ／ｓｅｃとされる。

また、各供給孔４１ａから供給される気体の温度は、２００℃以下とされ、好ましくは常温とされる。すなわち、鋼板Ｋは冷媒により２００℃以下まで冷却されることにより焼き入れされた状態となっている。このため、２００℃以上の気体を吹き付けると鋼板Ｋの温度が２００℃以上となってしまい、鋼板Ｋが焼きなまされ、硬度が低下しまうことになる。

また、本実施形態では、弁体４７の閉弁或いは弁体４８の開弁に伴って、上金型２１が上死点まで上昇せしめられる。このように上金型２１が上昇すると、上金型２１によって下方に押さえつけられていた位置決めピン３０が上昇し、鋼板Ｋが下金型２０の成形面２０ａから離間せしめられる。これにより、鋼板Ｋの下面と下金型２０の成形面２０ａとの間には隙間が形成される。

そして、鋼板Ｋの表面への気体の吹付けにより鋼板Ｋの表面上の冷媒の除去が完了すると、成形後の鋼板Ｋは、搬送装置（図示せず）により位置決めピン３０上から取り除かれ、熱間プレス成形装置１から搬出される。そして、加熱された新たな鋼板Ｋが、搬送装置（図示せず）により熱間プレス成形装置１の位置決めピン３０上に載置され、この一連の熱間プレス成形が繰り返し行われる。

次に、上記実施形態に係る熱間プレス成形金型及び熱間プレス成形方法における効果について説明する。

上記実施形態によれば、同一の熱間プレス成形金型１０上に鋼板Ｋが載置されている状態で、鋼板Ｋの表面に対して冷媒供給源１１からの冷媒の供給及び気体供給源１２からの気体の吹付けが行われる。このため、鋼板Ｋの表面への冷媒の供給を停止してから直ぐに鋼板Ｋの表面への気体の吹付けを行うことができる。このため、鋼板Ｋの表面に付着した冷媒を迅速に除去することができる。

なお、鋼板Ｋの表面に付着した冷媒を除去するのにかかる時間は、成形後の鋼板Ｋの温度、板厚（すなわち、鋼板Ｋの熱容量）に依存する。例えば、各供給孔４１ａから供給される気体の圧力を０．４ＭＰａ、流量を６０〜７０ｍＬ／ｓｅｃ、温度を常温とすると、板厚１．４ｍｍの鋼板Ｋのプレス直後の温度が１５０℃程度の場合には、気体の吹付け開始から３秒程度で鋼板Ｋ上に付着した冷媒を除去することができる。また、板厚１．２ｍｍの鋼板Ｋの場合には、気体の吹付け開始から７秒程度で鋼板Ｋ上に付着した冷媒を除去することができる。

このように鋼板Ｋの表面に付着した冷媒を迅速に除去することができるため、鋼板Ｋの表面上に冷媒が不均一に残ることのよる鋼板Ｋの不均一な冷却を抑制することができ、よって鋼板Ｋの強度にムラが生じてしまうのを抑制することができる。また、冷媒として水を用いた場合であっても、鋼板Ｋの表面上に残る冷媒によって発生する錆を抑制することができる。

また、熱間プレス成形金型１０によるプレスの後に鋼板Ｋの表面に気体を吹き付けることにより、プレス等によって鋼板Ｋの表面に発生したスケールを除去することもできる。特に、鋼板Ｋの表面から冷媒が除去されて鋼板Ｋの表面が乾燥するとスケールが剥離しやすくなることから、本実施形態では、より効率的にスケールを除去することができる。

また、上記実施形態では、鋼板Ｋの表面に対して気体の吹付けを行う際に、隙間Ｈが形成される。このように隙間Ｈが形成されることにより、気体供給源１２から供給孔４１ａを介して供給された気体を排出しやすくなり、鋼板Ｋの表面を通る気体の流速を高めることができる。これにより、鋼板Ｋの表面上に付着した冷媒を効率的に除去することができるようになる。なお、隙間Ｈは、短すぎると周囲の気体を巻き込みにくくなり、逆に長すぎると吹き付けた気体が拡散して吹付け効果が低下することから、１ｍｍ〜１００ｍｍ程度とされ、好ましくは５〜２０ｍｍとされ、より好ましくは８〜１５ｍｍとされる。

次に、図６及び図７を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の熱間プレス成形装置の構成は基本的に第一実施形態の熱間プレス成形装置１の構成と同様である。ただし、第二実施形態の熱間プレス成形装置では、下金型６０の構成が第一実施形態の下金型２０の構成と異なっている。

図６は、第二実施形態の熱間プレス成形装置で用いられる下金型６０を概略的に示す、図３と同様な縦断面図であり、図７は、下金型６０を概略的に示す、図４と同様な横断面図である。図６及び図７に示したように、下金型６０は、鋼板Ｋと接触する成形面６１ａを有する外金型６１と、外金型６１の内側に外金型６１に対して摺動自在に設けられた内金型７１とを有する。本実施形態では、内金型７１は、矩形の断面形状を有する。なお、図７においては図示の都合上、図７の横方向において外金型６１を内金型７１よりも僅かに短く描図している。

外金型６１には、鋼板Ｋに接触する成形面６１ａから、外金型６１と内金型７１との摺動面６３まで外金型６１内を貫通する、複数の外側配管６４が設けられる。外側配管６４の成形面６１ａ側の端部は、第一実施形態の供給孔４１ａと同様に、鋼板Ｋの表面に対して流体を供給する供給孔６４ａとして作用する。したがって、外側配管６４は、供給孔６４ａと摺動面６３との間に配設されているということができる。成形面６１ａには、第一実施形態の成形面２０ａと同様に、複数の凸部が形成される。

また、外金型６１は、弾性体６５を介して基台２２上に支持される。弾性体６５としては、例えば所定のストローク長さのばねが用いられる。このため、上金型２１が降下して外金型６１を押圧すると、外金型６１は、摺動面６３でガイドされながら下方に押し下げられる。外金型６１と内金型７１の摺動のためのガイド機構は、摺動面６３とは別に設けられてもよい。

内金型７１の内部には、複数の第一内側配管７２と、複数の第二内側配管７３と、複数の第一内側配管７２及び冷媒供給源１１に連通する第一母管７４と、複数の第二内側配管７３及び気体供給源１２に連通する第二母管７５とを具備する。第一内側配管７２は、外金型６１の外側配管６４と同数であり、摺動面６３から第一母管７４まで内金型７１内を貫通する。第二内側配管７３も、外金型６１の外側配管６４と同数であり、摺動面６３から第二母管７５まで内金型７１内を貫通する。

第一母管７４は、図７に示すように、冷媒供給配管４５を介して冷媒供給源１１に連通し、よって冷媒供給源１１に連通された連通部として作用する。一方、第二母管７５は、気体供給配管４６を介して気体供給源１２に連通し、よって気体供給源１２に連通された連通部として作用する。冷媒供給配管４５には弁体４７が設けられ、気体供給配管４６には弁体４８が設けられる。弁体４７及び弁体４８は第一実施形態と同様にそれぞれ制御部１３に接続されており、制御部１３によって弁体４７及び弁体４８の開閉操作が行われる。

各第二内側配管７３の摺動面６３側の端部は、外金型６１が上金型２１によって押圧されていない状態において、各外側配管６４の摺動面６３側の端部と整列するように配置される。逆に、各第一内側配管７２の摺動面６３側の端部は、外金型６１が上金型２１によって押圧されていない状態において、各外側配管６４の摺動面６３側の端部と整列しないように配置される。したがって、外金型６１が上金型２１によって押圧されていない状態においては、第二内側配管７３のみ、すなわち気体供給源１２のみが外側配管６４に連通せしめられる。

一方、各第一内側配管７２の摺動面６３側の端部は、外金型６１が上金型２１により下死点まで押し下げられた状態において、各外側配管６４の摺動面６３側の端部と整列するように配置される。逆に、各第二内側配管７３の摺動面６３側の端部は、外金型６１が上金型２１により下死点まで押し下げられた状態において、各外側配管６４の摺動面６３側の端部と整列しないように配置される。したがって、外金型６１が上金型２１により下死点まで押し下げられた状態においては、第一内側配管７２のみ、すなわち冷媒供給源１１のみが外側配管６４に連通せしめられる。

換言すると、本実施形態では、上金型２１の動作と連動して外金型６１と内金型７１が相対的に摺動し、これにより外側配管６４を第一内側配管７２に接続した状態と、第二内側配管７３に接続した状態との間で切り替えることができる。なお、金属面の摺り合わせだけでは冷媒の圧力に抗して冷媒の封止を行うことが困難である場合には、内側配管７２、７３の摺動面６３側の端部、又は外側配管６４の摺動面６３側の端部にゴムリング等のシール部材を設けてもよい。

次に、このように構成された熱間プレス成形装置によって鋼板Ｋを熱間プレス成形する方法について説明する。

先ず、鋼板Ｋのプレス成形を開始するにあたり気体供給配管４６に設けられた弁体４８を閉弁させると共に冷媒供給配管４５に設けられた弁体４７を開弁させる。このとき、外金型６１は、上金型２１によって押圧されていないため、弾性体６５により持ち上がった状態となっている。したがって、外側配管６４は第二内側配管７３と接続された状態となっている。このため、弁体４７が開弁されても、冷媒供給源１１からは第一内側配管７２のみに所定圧力で冷媒が供給され、外側配管６４には冷媒は供給されない。換言すると、第一内側配管７２に供給された冷媒は、外金型６１の摺動面６３により閉止され、第一内側配管７２の端部まで所定の圧力で充填された状態となる。一方、弁体４８は閉弁されているため、第二内側配管７３と外側配管６４とが接続されていても、外側配管６４には気体は供給されない。

次に、高温の鋼板Ｋを、搬送装置（図示せず）により下金型６０の位置決めピン３０上に載置する。次いで、上金型２１を下金型６０に近接するように鉛直下方に移動させて、例えば図８に示すように、下死点まで下降させる。これに伴って、鋼板Ｋと下金型６０の外金型６１が鉛直下方に押し下げられ、上金型２１と下金型６０との間に挟持された鋼板Ｋのプレスが行われる。

この際、外金型６１が下死点まで押し下げられたことにより、外金型６１の外側配管６４は、内金型７１の第二内側配管７３との接続が遮断されると共に、第一内側配管７２と接続される。これにより、第一内側配管７２の端部まで充填されていた冷媒が、外側配管６４から鋼板Ｋに直ちに供給され、鋼板Ｋのプレス直後に鋼板Ｋの急冷が開始される。

また、外金型６１が下死点まで押し下げられたことにより外側配管６４と第二内側配管７３との接続が遮断されると、気体供給配管４６に設けられた弁体４８が開弁される。このため、第二内側配管７３内に所定圧力の気体が供給される。換言すると、第二内側配管７３に供給された冷媒は、外金型６１の摺動面６３により閉止され、第二内側配管７３の端部まで所定の圧力で充填された状態となる。

そして、上金型２１を下死点で一定時間保持し、鋼板Ｋの温度が例えば２００℃以下まで冷却されると、次いで、上金型２１を上死点まで上昇させる。上金型２１が上死点まで上昇すると、下死点まで押し下げられていた外金型６１は、外金型６１を支持する弾性体６５により鉛直上方に押し上げられる。その結果、外側配管６４は、第一内側配管７２との接続が遮断されると共に、第二内側配管７３と接続される。このため、外側配管６４からの鋼板Ｋへの冷媒の供給が直ちに停止せしめられる。加えて、第二内側配管７３の端部まで充填されていた気体が、外側配管６４から鋼板Ｋに直ちに供給され、冷媒の供給停止直後から鋼板Ｋへの気体の吹付けが開始される。このとき、供給孔６４ａから供給される気体の圧力等は第一実施形態と同様に設定される。

そして、鋼板Ｋの表面への気体の吹付けにより鋼板Ｋの表面上の冷媒の除去が完了すると、成形後の鋼板Ｋは、搬送装置（図示せず）により位置決めピン３０上から取り除かれ、熱間プレス成形装置から搬出される。その後、加熱された新たな鋼板Ｋが、搬送装置（図示せず）により熱間プレス成形装置の位置決めピン３０上に載置され、この一連の熱間プレス成形が繰り返し行われる。

次に、上記実施形態に係る熱間プレス成形金型及び熱間プレス成形方法における効果について説明する。

本実施形態によれば、各外側配管６４と各第一内側配管７２及び各第二内側配管７３とは、外金型６１と内金型７１とを相対的に摺動させることにより接続・非接続が切替られる。したがって、本実施形態では、複数の供給孔６４ａに供給する流体を冷媒と気体との間で切り替える流体切替手段が下金型の内部に設けられているといえる。このため、各外側配管６４と各第一内側配管７２及び各第二内側配管７３との接続・非接続との切替は、鋼板Ｋに対して流体（冷媒及び気体）を供給する供給孔６４ａに近い位置で行われる。換言すると、外金型６１の成形面６１ａに近い位置、すなわち流体の供給対象である鋼板Ｋに近い位置で流体の供給・停止の制御を行うことができる。

このため、外金型６１の摺動面６３により第二内側配管７３が閉止された状態で、気体を予め第二内側配管７３に供給して第二内側配管７３の端部まで気体を充満させ、その後、外金型６１を押し上げて外側配管６４と第二内側配管７３とを接続させることができる。これにより、第二内側配管７３に充填されていた気体を外側配管６４から鋼板Ｋに対して速やかに吹き付けることができる。したがって、第一実施形態と比較して、鋼板Ｋの表面への冷媒の供給を停止してからより速やかに鋼板Ｋの表面への気体の吹付けを行うことができる。

同様に、外金型６１の摺動面６３により第一内側配管７２が閉止された状態で、冷媒を予め第一内側配管７２に供給して第一内側配管７２の端部まで気体を充満させ、その後、外金型６１を下死点まで押し下げて外側配管６４と第一内側配管７２とを接続させることができる。これにより、第一内側配管７２に充填されていた冷媒を、外側配管６４から鋼板Ｋに対して速やかに吹き付けることができる。

また、例えば図４に示す下金型６０においては、例えば弁体４７、４８から、弁体４７、４８に最も近い供給孔４１ａ（図４の右側の供給孔）までの総管路長と、弁体４７、４８に最も遠い供給孔４１ａ（図４の左側の供給孔）までの総管路長とは、その長さが大きく異なったものとなる。このため、弁体４７、４８に近い位置と弁体４７、４８から遠い位置とでは、鋼板Ｋの冷却開始時期や気体の吹付け開始時期が異なったものとなる。これに対して、本実施形態の熱間プレス成形装置では、各外側配管６４の摺動面６３側の端部に弁体が設けられているのと同様の効果を得ることができるので、図４に示す下金型６０と比較して、管路長の差を極めて小さいものとすることができる。

なお、外金型６１の各外側配管６４の管路の長さは、同一とすることが好ましい。各外側配管６４の管路長を同一とすることで、外側配管６４と内側配管７２、７３との接続から鋼板Ｋに冷媒や気体の供給が開始されるまでの時間が同一となる。この場合、鋼板Ｋの面内における冷却開始時期や気体吹付けの開始時期を均一化することができる。その結果、熱間プレス成形後の鋼板Ｋの硬度を面内均一にすることができる。

なお、第二実施形態の下金型６０は様々な変更が可能である。以下に、下金型６０の変更例を示す。

上記実施形態においては、弾性体６５により支持された外金型６１を上金型２１により押し下げることにより、外金型６１を内金型７１に対して摺動させている。しかしながら、外金型６１と内金型７１とを相対的に摺動させることができれば、内金型７１を摺動させてもよく、また、外金型６１と内金型７１との両方を摺動させてもよい。内金型７１を摺動させる場合は、例えば図９に示すように、外金型６１を基台２２の上面に直接配置し、内金型７１を例えばアクチュエータなどの駆動機構８０により上下方向に摺動させればよい。この場合、鋼板Ｋのプレス終了時期と冷媒の供給開始時期とを個別に制御することができる。

また、駆動機構８０を用いた場合には、外側配管６４の摺動面６３側の端部が第一内側配管７２と接続された状態と、外側配管６４の摺動面６３側の端部が第二内側配管７３と接続された状態とに加えて、外側配管６４の摺動面６３側の端部が第一内側配管７２及び第二内側配管７３のいずれとも接続されていない状態（すなわち、外側配管６４の摺動面６３側の端部が内金型７１の内側壁面と対面している状態）との間で切替を行うようにすることも可能である。この場合、弁体４７、４８を配置する必要がなくなる。

また、上記実施形態においては、金型６１、７１を上下方向に摺動させて各外側配管６４と各内側配管７２、７３とを接続した。しかしながら、各配管６４、７２、７３の配置や金型６１、７１の相対的な摺動の方向についても本実施形態に限定されるものではなく、任意に設定可能である。例えば、金型６１、７１を水平方向に摺動させる場合には、図１０に示すように、外金型６１と内金型７１を水平方向にずらして配置し、各外側配管６４と対応する各内側配管７２、７３とを水平方向にずらしておく。そして、例えば内金型７１を、水平移動機構８５により水平方向に摺動させることで、第一内側配管７２と外側配管６４とを接続させたり、第二内側配管７３と外側配管とを接続させたりすることができる。また、例えば内金型７１を略円筒形状に構成し、内金型７１を周方向に摺動させることで内側配管７２、７３と外側配管６４とが接続されるように構成することもできる。

或いは、図１１に示したように、内金型７１に第二内側配管７３及び第二母管７５を設けずに第一内側配管７２及び第一母管７４のみを設けるようにしてもよい。この場合、第一母管７４には、第一実施形態の母管４０と同様に、冷媒供給源１１及び気体供給源１２の両方が連通せしめられる。内金型７１をこのように構成した場合には、冷媒の供給開始は駆動機構８０により外金型６１に対して内金型７１を摺動させることによって行われるが、気体の供給開始は弁体４７、４８の開閉を制御することによって行われる。

なお、上記実施形態においては、下金型６０を外金型６１と内金型７１とにより構成したが、上金型２１を外金型と内金型とにより構成してもよい。或いは、下金型６０と上金型２１の双方を、外金型と内金型とにより構成してもよい。また、外金型と内金型からなる金型は、プレス成形に用いる凸金型及び凹金型のいずれに用いてもよく、或いは凸金型と凹金型の両方に用いてもよい。

また、上記実施形態では、内金型７１には各流体について一つの母管のみを設けていたが、各流体について複数の母管を設けてもよい。この場合、例えば、冷媒を例にとると、一部の母管についてのみ冷媒の供給を停止した時には、供給の停止された第一母管７４に接続された第一内側配管７２及び外側配管６４からの冷媒の供給を停止し、残りの第一内側配管７２及び外側配管６４からの冷媒の供給は続けることができる。すなわち、冷媒の供給を選択的に停止させることができる。これにより、鋼板Ｋにおける冷媒が供給される部位を制御し、鋼板Ｋの面内において硬度を変化させることができる。

また、上記実施形態では、鋼板Ｋの熱間プレス成形について説明しているが、鋼板以外の金属板材の熱間プレス成形に用いることも可能である。

なお、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々な変更、修正等が可能である。

本発明は、鋼板を熱間プレス成形する際に有用である。

１ 熱間プレス成形装置
１０ 熱間プレス成形金型
１１ 冷媒供給源
１２ 気体供給源
１３ 制御部
２０ 下金型
２０ａ 成形面
２１ 上金型
２２ 基台
２３ 昇降機構
３０ 位置決めピン
４０ 母管
４１ 配管
４２ 凸部
６０ 下金型
６１ 外金型
６３ 摺動面
６４ 外側配管
７１ 内金型
７２ 第一内側配管
７３ 第二内側配管
７４ 第一母管
７５ 第二母管
Ｋ 鋼板
Ｐ プレピアス孔

Claims (10)

1. 加熱された金属板材を第一金型と第二金型とからなる成形金型を用いて成形する熱間プレス成形方法であって、
   加熱された金属板材を前記第一金型と前記第二金型との間に配置し、
   前記第一金型と前記第二金型とを接近させて両金型間に挟持された金属板材をプレスし、
   前記金属板材をプレスした後に、前記第一金型及び前記第二金型のうち少なくとも一方に設けられた複数の供給孔を介して、両金型間に挟持された金属板材の表面に液体状又はミスト状の冷媒を供給し、
   前記冷媒の供給を終了した後に前記複数の供給孔を介して気体を金属板材の表面に吹き付ける、熱間プレス成形方法。
2. 前記気体を金属板材の表面に供給する前に前記第一金型と前記第二金型とを離間させる、請求項１に記載の熱間プレス成形方法。
3. 前記複数の供給孔に供給する前記冷媒と前記気体を切り替える流体切替手段が前記第一金型及び第二金型のうち少なくとも一方の内部に設けられる、請求項１又は２に記載の熱間プレス成形方法。
4. 前記第一金型及び前記第二金型のうち少なくとも一方は、前記供給孔が設けられた外金型と、該外金型内で摺動可能に配置された内金型とを有し、
   前記外金型内に、該外金型と前記内金型との摺動面と、前記供給孔との間に配設された外側配管が設けられ、
   前記内金型内に、前記摺動面と冷媒供給源に連通される連通部との間に配設された第一内側配管と、前記摺動面と気体供給源に連通される連通部との間に配設された第二内側配管とが設けられ、
   前記流体切替手段は、前記外金型と前記内金型とを相対的に摺動させて前記外側配管と第一内側配管又は第二内側配管とを接続することにより前記複数の供給孔に供給する前記冷媒と前記気体を切り替える、請求項３に記載の熱間プレス成形方法。
5. 前記冷媒が水または防錆油のいずれかである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
6. 加熱された金属板材のプレス及び冷却を行う熱間プレス成形金型であって、
   前記金属板材への流体の供給を行う供給孔が設けられた外金型と、
   該外金型内で摺動可能に配置された内金型とを具備し、
   前記外金型内に、該外金型と前記内金型との摺動面と前記供給孔の間に配設された外側配管が設けられ、
   前記内金型内に、前記摺動面と気体供給源に連通される連通部との間に配設された第一内側配管と、前記摺動面と気体供給源に連通される連通部との間に配設された第二内側配管とが設けられ、
   前記外側配管、第一内側配管及び第二内側配管は、前記外金型と前記内金型とを相対的に摺動させることで前記外側配管を少なくとも第一内側配管に接続した状態と第二内側配管に接続した状態との間で切り替えることができるように形成される、熱間プレス成形金型。
7. 前記外側配管、第一内側配管及び第二内側配管は、前記外金型と前記内金型とを相対的に摺動させることで前記外側配管を第一内側配管に接続した状態と、第二内側配管に接続した状態と、両内側配管に接続されていない状態との間で切り替えることができるように形成される、請求項６に記載の熱間プレス成形金型。
8. 各外側配管の管路長さが等しい、請求項６又は７に記載の熱間プレス成形金型。
9. 前記内金型及び前記外金型から構成される金型は、プレス成形用の上金型及び下金型の少なくともいずれか一方として用いられる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の熱間プレス成形金型。
10. 前記冷媒が水、防錆油及びこれらのミストのいずれかである、請求項６〜９のいずれか１項に記載の熱間プレス成形金型。

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