JPWO2020035915A1 - プレス成形装置、及び製造方法 - Google Patents

Abstract

プレス成形装置は、加熱されたワークを冷却しながらプレスして成形するプレス成形装置でよい。プレス成形装置は、ワークを支持する第１型を備えてよい。プレス成形装置は、第１型に対向して配置される第２型を備えてよい。第１型は、ワークを成形するための第１成形面を有するパンチを有してよい。第１型は、パンチの第１成形面から延びる側面に沿って移動可能に配置され、ワークの端部を支持する支持面を有するブランクホルダーを有してよい。第２型は、第１成形面に対向し、ワークを成形するための第２成形面を有するダイ部を有してよい。第２型は、ダイ部と一体的に構成されたトリム部を有してよい。トリム部は、ワークの端部をカットする刃部を有してよい。ダイ部は、第２成形面に沿って、ワークを冷却するための冷媒を流通させる流通路を有してよい。

Description

本発明は、プレス成形装置、及び製造方法に関する。

非特許文献１には、加熱したワークを冷却しながらプレスして成形した後、トリムダイを下降させてワークの端部をカットする製法が開示されている。上記の製法によれば、成形途中にトリムダイがパッドよりも先行して移動しないように、金型に油圧タンカー及び油圧タンカーを制御する油圧発生装置などの反力発生装置を設ける必要がある。特許文献１には、トリムダイ及びブランクホルダーに、ワークがトリミング前のプレス成形中にパンチ側切刃及びダイ側切刃に接触しないように、ワークの姿勢を規制する規制部を設けることが記載されている。
非特許文献１ 「プレス技術２０１４年８月号」 ５２巻 第８号 ページ２２−２３ 「［特集］本格化するホットスタンピング最新技術動向 ホットスタンプ（ホットスタンイング）型内トリム製法の開発」、日刊工業新聞
特許文献１ 特許第６２５６５７１号公報

解決しようとする課題

ホットスタンプ成形（ホットプレス成形、またはＰＨＳなどとも呼ばれる）などのプレス成形を行う場合、フォーミングダイに、ワークを冷却するための冷媒を流通させる流通路を設けることがある。しかし、ワークの形状によっては、フォーミングダイに流通路を設けることが困難な場合がある。

一般的開示

本発明の一態様に係るプレス成形装置は、加熱されたワークを冷却しながらプレスして成形するプレス成形装置でよい。プレス成形装置は、ワークを支持する第１型を備えてよい。プレス成形装置は、第１型に対向して配置される第２型を備えてよい。第１型は、ワークを成形するための第１成形面を有するパンチを有してよい。第２型は、第１成形面に対向し、ワークを成形するための第２成形面を有するダイ部を有してよい。第２型は、ダイ部と一体的に構成されるトリム部を有してよい。トリム部は、ワークの端部をカットする刃部を有してよい。ダイ部は、第２成形面に沿って、ワークを冷却するための冷媒を流通させる流通路を有してよい。

第１型は、パンチの第１成形面から延びる側面に沿って移動可能に配置され、ワークの端部を支持する支持面を有するブランクホルダーを有してよい。

トリム部は、第２成形面から延びブランクホルダーに対向するダイ部の固定面に固定されることで、ダイ部と一体的に構成されてよい。

トリム部は、ダイ部の固定面に着脱可能に固定されてよい。

トリム部は、支持面に対向し支持面との間にワークの端部を挟持する挟持面を有し、挟持面が刃部よりブランクホルダー側に突出する突出部を有してよい。

第２成形面は、ワークを折り曲げてフランジ部を成形するための段部を含んでよい。刃部は、突出部の角部と、段部とに接する接線の内側に設けられてよい。

ブランクホルダーの支持面と突出部の挟持面との間にワークの端部を挟持した状態で、ダイ部及びトリム部を第１型に向かって移動させるとともに、ブランクホルダーをパンチの側面に沿って移動させることで、第１成形面と第２成形面とによりワークをプレスして成形し、ダイ部及びトリム部が下死点に到達する前に、刃部がワークの端部をカットしてよい。

本発明の一態様に係る製造方法は、加熱されたワークを第１型と第２型との間に挟んで冷却しながらプレスして成形することでプレス成形品を製造する製造方法でよい。第１型は、ワークを成形するための第１成形面を有するパンチを備えてよい。第１型は、パンチの第１成形面から延びる側面に沿って移動可能に配置され、ワークの端部を支持する支持面を有するブランクホルダーを備えてよい。第２型は、第１成形面に対向し、ワークを成形するための第２成形面を有するダイ部を備えてよい。第２型は、ダイ部と一体的に構成されたトリム部を備えてよい。トリム部は、ワークの端部をカットする刃部を有してよい。ダイ部は、第２成形面に沿って、ワークを冷却するための冷媒を流通させる流通路を有してよい。製造方法は、ブランクホルダーとトリム部との間にワークの端部を挟持した状態で、ダイ部及びトリム部を第１型に向かって移動させるとともに、ブランクホルダーをパンチの側面に沿って移動させることで、第１成形面と第２成形面とによりワークをプレスして成形し、ダイ部及びトリム部が下死点に到達する前に、刃部がワークの端部をカットする工程を備えてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

ホットスタンプ型内トリム製法の一例について説明するための図である。 ホットスタンプ型内トリム製法の一例について説明するための図である。 ホットスタンプ型内トリム製法の一例について説明するための図である。 ホットスタンプ型内トリム製法の一例について説明するための図である。 パッドのワークのフランジ部を成形する部分の拡大図である。 本実施形態に係るプレス成形装置について説明するための図である。 本実施形態に係るプレス成形装置について説明するための図である。 本実施形態に係るプレス成形装置について説明するための図である。 トリム部及びトリム部付近のダイ部の一部の拡大図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

ホットスタンプ成形（ホットプレス成形、またはＰＨＳなどとも呼ばれる）において、プレス成形品が冷却されて１５００ＭＰａ相当の強度になった後に、カットすることが考えられる。しかし、冷却後にカットされたプレス成形品のカット部分の強度（硬度）及び残留応力は高く、遅れ破壊が発生する可能性がある。このような遅れ破壊を防止するために、冷却される前に高温状態のワークをカットすることが考えられる。これにより、プレス成形品の強度（硬度）及び残留応力が低くなり、遅れ破壊が発生する可能性を低減できる。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄは、冷却される前に高温状態のワークをカットするホットスタンプ型内トリム製法の一例について説明するための図である。この製法によれば、加熱したワークを冷却しながらプレスして成形した後、トリムダイを下降させてワークの端部をカットする。

プレス成形装置は、上型１０及び下型３０を備える。上型１０と下型３０との間にワーク５０が配置される。上型１０は、ダイホルダー１２、トリムダイ１４、パッド１６、及び油圧タンカーなどの反力発生装置２０を有する。パッド１６は、成形面１６ａに沿って配置され、ワーク５０を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路１９を有する。下型３０は、パンチホルダー３２、パンチ３４、ブランクホルダー３６、及びスプリングなどの反力発生装置３８を有する。パンチ３４は、成形面３４ａに沿ってワーク５０を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路３９を有する。

トリムダイ１４は、ダイホルダー１２に固定されている。パッド１６は、ダイホルダー１２に近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能に反力発生装置２０に連結されている。ダイホルダー１２は、反力発生装置２０を保持する。

パンチ３４は、パンチホルダー３２に固定されている。ブランクホルダー３６は、反力発生装置３８を介してパンチホルダー３２に近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能にパンチホルダー３２に連結されている。

図１Ｂに示すように、加熱されたワーク５０の端部５２が、トリムダイ１４の挟持面１４ａとブランクホルダー３６の支持面３６ａとの間に挟持される。この状態で、ダイホルダー１２がプレス圧１１を受けて下型３０側に移動する。このとき、パッド１６は、反力発生装置２０からの油圧１７を受けて、トリムダイ１４とともに下型３０側に移動する。これにより、パッド１６の成形面１６ａと、パンチ３４の成形面３４ａとで、ワーク５０をプレスして成形する。

図１Ｃに示すように、パッド１６が下死点まで移動すると、パッド１６が受ける油圧ストロークが調整され、パッド１６は下死点に留まる。ダイホルダー１２は、さらにプレス圧１１を受けて下型３０側に移動する。このとき、トリムダイ１４のみがパンチ３４に対して移動する。これにより、トリムダイ１４の角の刃部１４ｂで、ワーク５０の端部５２がカットされる。

以上のような製法によれば、プレス成形の途中で、トリムダイ１４がパッド１６よりも先行して移動しないように、反力発生装置２０の油圧でパッド１６の移動を制御する必要がある。しかし、反力発生装置２０を設置することにより、コストが増加する可能性がある。また、反力発生装置２０を備えることで、金型が大型化してしまう可能性がある。

図２は、図１Ｃの符号６０で囲んだ部分を拡大した図である。プレス成形品によっては、ワーク５０のフランジ部５４の幅ｗが、深絞り成形の深さｈよりも非常に短く、パッド１６の強度を確保することが困難な場合がある。しかも、パッド１６は、ワーク５０を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路１９を有する。パッド１６の内部に流通路１９を形成することで、パッド１６の肉厚１６ｃがさらに薄くなる。したがって、プレス成形品のフランジ部の幅が狭いと、パッド１６の強度を確保しつつ、パッド１６の流通路１９の配置、及び加工を行うことがより困難になる場合がある。

そこで、本実施形態に係るプレス成形装置は、油圧タンカーを利用せずに、ホットスタンプ成形の工程において、トリミングを行う。また、ワークの形状によらず、パッドの強度を確保しつつ、パッドに流通路を配置できるようにする。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図４を参照して、本実施形態に係るプレス成形装置について説明する。

ホットプレス成形装置は、加熱されたワーク５００を冷却しながらプレスして成形することで、プレス成形品を製造する。ホットプレス成形装置は、金型として、上型１００と、下型２００とを備える。上型１００は、第２型の一例である。下型２００は、第１型の一例である。上型１００が第１型として機能し、下型２００が第２型として機能してもよい。下型２００は、ワーク５００を支持する。上型１００は、下型２００に対向して配置される。ワーク５００は、板材でよい。ブランク材５００は、硬鋼、軟鋼、アルミニウム、チタン又は銅などの金属材料からなる板材でよい。

下型２００は、パンチホルダー２０２、パンチ２０４、ブランクホルダー２０６、及びスプリングなどの反力発生装置２０８を有する。パンチ２０４は、上型１００に対向して、ワーク５００を成形するための成形面２０４ａを有する。成形面２０４ａは、第１成形面の一例である。ブランクホルダー２０６は、パンチ２０４の成形面２０４ａからパンチホルダー２０２側に延びる側面２０４ｂに沿って移動可能に配置され、ワーク５００の端部５０２を支持する支持面２０６ａを有する。パンチ２０４は、成形面２０４ａに沿って配置され、ワーク５００を冷却するための冷媒を流通させる流通路２０９を有する。

上型１００は、ダイホルダー１０２、ダイ部１０４、可動パッド１０８、及びトリム部１１０を有する。ダイ部１０４は、ダイホルダー１０２に固定される。ダイ部１０４は、パンチ２０４の成形面２０４ａに対向し、ワーク５００を成形するための成形面１０４ａを有する。成形面１０４ａは、第２成形面の一例である。ダイ部１０４は、成形面１０４ａに沿って配置され、ワーク５００を冷却するための冷媒を流通させる流通路１０９を有する。可動パッド１０８は、ワーク５００を冷却するための冷媒を流通させる流通路１１３を有する。なお、上型１００は、可動パッド１０８を有さなくてもよい。下型２００は、ブランクホルダー２０６を有さなくてもよい。

トリム部１１０は、ダイ部１０４と一体的に構成されてよい。これにより、ダイ部１０４の強度が低減することを抑制できる。トリム部１１０は、成形面１０４ａから延びブランクホルダー２０６に対向するダイ部１０４の固定面１０４ｂに固定されることで、ダイ部１０４と一体的に構成されてよい。トリム部１１０は、ダイ部１０４の固定面１０４ｂにボルト１３０を介して着脱可能に固定されてよい。これにより、トリム部１１０の交換が容易にできる。トリム部１１０は、ダイ部１０４と物理的に一体的に構成されてもよい。トリム部１１０は、ダイ部１０４と同一の材料で、物理的に一体的に構成されてもよい。ここで、トリム部１１０がダイ部１０４と一体的に構成されるとは、トリム部１１０及びダイ部１０４が同一材料で物理的に一体的に構成される形態以外に、トリム部１１０及びダイ部１０４が別体で構成され、トリム部１１０及びダイ部１０４がボルト締結、接着などによって一体的に結合されている形態も含む概念である。

トリム部１１０は、ワーク５００の端部５０２をカットする刃部１１０ａを有する。トリム部１１０は、成形面１０４ａ側の側部に刃部１１０ａを有する。トリム部１１０は、刃部１１０ａからブランクホルダー２０６側に段差を形成する突出部１１２をさらに有する。突出部１１２は、ブランクホルダー２０６の支持面２０６ａに対向し支持面２０６ａとの間にワーク５００の端部５０２を挟持する挟持面１１０ｂを有する。挟持面１１０ｂは、刃部１１０ａよりブランクホルダー２０６側に突出する。突出部１１２の成形面２０４ａ側の角部の断面は、曲線状でもよい。

図３Ａに示すように、ブランクホルダー２０６の支持面２０６ａと突出部１１２の挟持面１１０ｂとの間にワーク５００の端部５０２を挟持し、可動パッド１０８とパンチ２０４との間にワーク５００の一部を挟持した状態で、ダイホルダー１０２にプレス圧１１１が加えられる。これにより、図３Ｂに示すように、ダイ部１０４及びトリム部１１０が下型２００に向かって移動し、ブランクホルダー２０６がパンチ２０４の側面２０４ｂに沿って移動する。

ワーク５００が、ダイ部１０４と、パンチ２０４との間に挟まれて、成形面２０４ａと成形面１０４ａとによりプレスされて予め定められた形状に成形される。そして、図３Ｃに示すように、ダイ部１０４及びトリム部１１０が下死点に到達する前に、刃部１１０ａがワーク５００の端部５０２をカットする。ダイ部１０４及びトリム部１１０が下死点に到達する直前に刃部１１０ａがワーク５００の端部５０２をカットしてよい。なお、上型１００が第１型として機能する場合、ワーク５００は、挟持された状態で第２型として機能する下型２００に向かって移動し、成形及びカットされる。

加熱されたワーク５００は、プレスされながらパンチ２０４の成形面２０４ａに向かって成形される。ワーク５００がプレスされる間に、ワーク５００が刃部１１０ａに接触していると、ワーク５００との摩擦で刃部１１０ａが摩耗しやすくなる。そこで、トリム部１１０が、刃部１１０ａよりブランクホルダー２０６側に突出する挟持面１１０ｂを有する突出部１１２を備える。これにより、ワーク５００がカットされる前に、プレスの間にワーク５００が刃部１１０ａに接触しにくくなる。よって、ワーク５００との摩擦で刃部１１０ａが摩耗することを抑制できる。

トリム部１１０は、成形面１０４ａから延びブランクホルダー２０６に対向するダイ部１０４の固定面１０４ｂに固定される。トリム部１１０は、ダイホルダー１０２ではなく、ダイ部１０４に固定される。これにより、ダイ部１０４の幅が、プレス成形品のフランジ部の幅に制限されない。よって、プレス成形品のフランジ部の幅の制約を受けることなく、ダイ部１０４の内部に水などの冷媒を流通させる流通路１０９を設けることができる。これにより、流通路１０９を設けたとしても、ダイ部１０４の強度が低減することを抑制できる。

また、本実施形態に係るプレス成形装置によれば、トリム部１１０とダイ部１０４との位置調整のための油圧タンカーを設ける必要がない。したがって、金型を小型化できる。

図４に示すように、ダイ部１０４の成形面１０４ａは、ワーク５００を折り曲げてフランジ部を成形するための段部１０４ｃを含む。段部１０４ｃは、成形面１０４ａのフランジ部を成形するための終端部分から立ち上がることで形成される。刃部１１０ａは、符号６１２で囲む部分に示すように、突出部１１２の角部１１２ｄと、段部１０４ｃとに接する仮想的な接線６１０の内側に設けられてよい。刃部１１０ａは、角部１１２ｄと、段部１０４ｃとに接する接平面の内側に設けられてよい。なお、成形解析によって、図４に示すワーク５００のように成形解析線が接線の外側に存在する結果が得られる場合がある。この場合には、刃部１１０ａは、成形解析線の内側に設けられていれば、接線６１０の外側に設けられてもよい。これにより、刃部１１０ａがワーク５００をカットする前に、ワーク５００が刃部１１０ａに接触して引きずられることをより確実に防止できる。よって、刃部１１０ａの摩耗をより確実に抑制できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 上型
１２ ダイホルダー
１４ トリムダイ
１４ａ 挟持面
１４ｂ 刃部
１６ パッド
１６ａ 成形面
１６ｃ 肉厚
１９ 流通路
２０ 反力発生装置
３０ 下型
３２ パンチホルダー
３４ パンチ
３４ａ 成形面
３６ ブランクホルダー
３６ａ 支持面
３８ 反力発生装置
３９ 流通路
５０ ワーク
５２ 端部
５４ フランジ部
１００ 上型
１０２ ダイホルダー
１０４ ダイ部
１０４ａ 成形面
１０４ｂ 固定面
１０４ｃ 段部
１０８ 可動パッド
１０９ 流通路
１１０ トリム部
１１０ａ 刃部
１１０ｂ 挟持面
１１２ 突出部
１１２ｄ 角部
１１３ 流通路
１３０ ボルト
２００ 下型
２０２ パンチホルダー
２０４ パンチ
２０４ａ 成形面
２０４ｂ 側面
２０６ ブランクホルダー
２０６ａ 支持面
２０８ 反力発生装置
２０９ 流通路
５００ ワーク
５０２ 端部
６１０ 接線

Claims (8)

1. 加熱されたワークを冷却しながらプレスして成形するプレス成形装置であって、
   前記ワークを支持する第１型と、
   前記第１型に対向して配置される第２型と
   を備え、
   前記第１型は、
   前記ワークを成形するための第１成形面を有するパンチ
   を有し
   前記第２型は、
   前記第１成形面に対向し、前記ワークを成形するための第２成形面を有するダイ部と、
   前記ダイ部と一体的に構成されるトリム部と
   を有し、
   前記トリム部は、前記ワークの端部をカットする刃部を有し、
   前記ダイ部は、前記第２成形面に沿って、前記ワークを冷却するための冷媒を流通させる流通路を有する、プレス成形装置。
2. 前記第１型は、前記パンチの前記第１成形面から延びる側面に沿って移動可能に配置され、前記ワークの前記端部を支持する支持面を有するブランクホルダーをさらに有する、請求項１に記載のプレス成形装置。
3. 前記トリム部は、前記第２成形面から延び前記ブランクホルダーに対向する前記ダイ部の固定面に固定されることで、前記ダイ部と一体的に構成される、請求項２に記載のプレス成形装置。
4. 前記トリム部は、前記ダイ部の前記固定面に着脱可能に固定される、請求項３に記載のプレス成形装置。
5. 前記トリム部は、前記支持面に対向し前記支持面との間に前記ワークの前記端部を挟持する挟持面を有し、前記挟持面が前記刃部より前記ブランクホルダー側に突出する突出部をさらに有する、請求項２から４の何れか１つに記載のプレス成形装置。
6. 前記第２成形面は、前記ワークを折り曲げてフランジ部を成形するための段部を含み、
   前記刃部は、前記突出部の角部と、前記段部とに接する接線の内側に設けられる、請求項５に記載のプレス成形装置。
7. 前記ブランクホルダーの前記支持面と前記突出部の前記挟持面との間に前記ワークの前記端部を挟持した状態で、前記ダイ部及び前記トリム部を前記第１型に向かって移動させるとともに、前記ブランクホルダーを前記パンチの前記側面に沿って移動させることで、前記第１成形面と前記第２成形面とにより前記ワークをプレスして成形し、前記ダイ部及び前記トリム部が下死点に到達する前に、前記刃部が前記ワークの前記端部をカットする、請求項５または６に記載のプレス成形装置。
8. 加熱されたワークを第１型と第２型との間に挟んで冷却しながらプレスして成形することでプレス成形品を製造する製造方法であって、
   前記第１型は、前記ワークを成形するための第１成形面を有するパンチと、前記パンチの前記第１成形面から延びる側面に沿って移動可能に配置され、前記ワークの端部を支持する支持面を有するブランクホルダーとを備え、
   前記第２型は、前記第１成形面に対向し、前記ワークを成形するための第２成形面を有するダイ部と、前記ダイ部と一体的に構成されたトリム部とを備え、
   前記トリム部は、前記ワークの前記端部をカットする刃部を有し、
   前記ダイ部は、前記第２成形面に沿って、前記ワークを冷却するための冷媒を流通させる流通路を有し、
   前記製造方法は、
   前記ブランクホルダーと前記トリム部との間に前記ワークの前記端部を挟持した状態で、前記ダイ部及び前記トリム部を前記第１型に向かって移動させるとともに、前記ブランクホルダーを前記パンチの前記側面に沿って移動させることで、前記第１成形面と前記第２成形面とにより前記ワークをプレスして成形し、前記ダイ部及び前記トリム部が下死点に到達する前に、前記刃部が前記ワークの前記端部をカットする工程を備える、製造方法。

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