JPWO2020075310A1 - プレス成形品の製造方法、保持具、及びプレス成形品の製造システム - Google Patents

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Abstract

ホットスタンプ(熱間プレスなどとも称される)または冷間プレスなどにより成形されるプレス成形品の任意の位置の任意の大きさの領域を効率的に軟化させられることが望まれている。プレス成形品の製造方法は、金型が有する第1成形面と第2成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、ブランク材をプレス成形品に成形する工程を備えてよい。プレス成形品の製造方法は、金型からプレス成形品を取り出した後、プレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する工程を備えてよい。

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法、保持具、及びプレス成形品の製造システムに関する。
特許文献1には、ホットスタンプ成形品の一部をレーザで加熱して焼きなましすることが記載されている。特許文献2には、加熱されたブランクをダイアセンブリにより挟み変形させながらブランクの第1部分を冷却している間に、赤外線ランプでブランクの第2部分を加熱することで、硬質ゾーンと軟質ゾーンとを有する構成部品を製造する方法が記載されている。
特許文献1 国際公開第2016/088665号公報
特許文献2 国際公開第2017/190220号公報
解決しようとする課題
ホットスタンプ(熱間プレスなどとも称される)または冷間プレスなどにより成形されるプレス成形品の任意の位置の任意の大きさの領域を効率的に軟化させられることが望まれている。
一般的開示
本発明の一態様に係るプレス成形品の製造方法は、金型が有する第1成形面と第2成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、ブランク材をプレス成形品に成形する工程を備えてよい。プレス成形品の製造方法は、金型からプレス成形品を取り出した後、プレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する工程を備えてよい。
成形する工程は、金型が有する第1成形面と第2成形面との間に、加熱された鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形し、かつ第1成形面と第2成形面との間にブランク材を挟んだ状態でブランク材を冷却することで、ブランク材をプレス成形品に形成する工程を含んでよい。
照射する工程は、金型からプレス成形品を取り出した後、保持具が有するプレス成形品の形状に沿った第1保持面と第2保持面との間にプレス成形品を挟む工程を有してよい。照射する工程は、第1保持面と第2保持面との間にプレス成形品を挟んだ状態で、第1保持面のプレス成形品の予め定められた部位に対向する第1凹部内に設けられた第1赤外線照射部からの赤外線を予め定められた部位に照射する工程を有してよい。
第1赤外線照射部は、赤外線ヒータを含んでよい。
赤外線ヒータは、予め定められた部位の一面に沿って配置されてよい。
照射する工程は、第1保持面と第2保持面との間にプレス成形品を挟んだ状態で、第2保持面のプレス成形品の予め定められた部位に対向する第2凹部内に設けられた第2赤外線照射部からの赤外線を予め定められた部位に照射する工程を含んでよい。
照射する工程は、赤外線を予め定められた部位に照射している間、プレス成形品の予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含んでよい。
冷却する工程は、保持具の第1保持面及び第2保持面の少なくとも一方に沿って設けられた流通路に冷媒を流通させることにより、プレス成形品の予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含んでよい。
予め定められた部位は、金型によるプレス成形で変形したブランク材の部位を含んでよい。
赤外線は、近赤外線でもよい。
本発明の一態様に係る保持具は、金型を用いてプレス成形されたプレス成形品の形状に沿った第1保持面を備えてよい。保持具は、第1保持面に対向する第2保持面を備えてよい。保持具は、第1保持面のプレス成形品の予め定められた部位に対向する第1凹部内に設けられた第1赤外線照射部を備えてよい。プレス成形品を第1保持面と第2保持面との間に挟んだ状態で、予め定められた部位に第1赤外線照射部からの赤外線を照射してよい。
第2保持面は、予め定められた部位に対向する第2凹部を有してよい。
保持具は、第2凹部内に設けられ、予め定められた部位に赤外線を照射する第2赤外線照射部を備えてよい。
本発明の一態様に係るプレス成形品の製造システムは、第1成形面と、第1成形面に対向する第2成形面とを有し、第1成形面と第2成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、ブランク材をプレス成形品に成形する金型を備えてよい。製造システムは、金型により成形されたプレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する上記保持具を備えてよい。
金型は、第1成形面または第2成形面の少なくとも一方に設けられ、冷媒を流通させる流通路を有してよい。金型は、加熱された鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形し、かつ第1成形面と第2成形面との間にブランク材を挟んだ状態で流通路に流通する冷媒によりブランク材を冷却することで、ブランク材をプレス成形品に成形してよい。
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。
プレス成形品の製造方法について説明するための図である。 焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。 焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。
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。
図1は、本実施形態に係るプレス成形品の製造方法について説明するための図である。加熱工程において、加熱炉100内で、鋼板であるブランク材10を、オーステナイト域の温度(例えば、850度以上、好ましくは900度以上、1000度以下の温度)まで加熱する。加熱されたブランク材10は、加熱炉100から取り出されて、金型200にセットされる。
ホットスタンプ工程において、加熱されたブランク材10を、金型200を用いてプレス成形している間に、ブランク材10をマルテンサイト変態が生じるまで冷却する。
金型200は、成形面203を有する上型202と、成形面205を有する下型204とを有する。成形面203は、第1成形面の一例である。成形面205は、第2成形面の一例である。金型200は、成形面203及び成形面205に沿って、ブランク材10を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路206を有する。成形面203と成形面205との間に、加熱されたブランク材10を挟んで、ブランク材10を予め定められた形状にプレス成形する。プレス成形している間に、成形面203と成形面205との間にブランク材10を挟んだ状態で流通路206を流通する冷媒によりブランク材10を冷却する。このようなホットスタンプ工程により、ブランク材10をプレス成形品12に成形する。プレス成形品12は、例えば、1.2GPaから1.8GPaの強度を有する。
次いで、焼き戻し工程または焼きなまし工程において、金型200から取り出されたプレス成形品12を保持具300にセットして、プレス成形品12の予め定められた部位14に赤外線を照射する。これにより、予め定められた部位14を軟化させる。すなわち、プレス成形品12の予め定められた部位14に赤外線を照射することで、プレス成形品12の予め定められた部位14を焼き戻し、または焼きなましする。
保持具300は、プレス成形品12の一面の形状に沿った保持面303を有する上型301と、プレス成形品12の一面と反対側の他面の形状に沿った保持面304を有する下型302とを有する。保持具300は、保持面303及び保持面304に沿って、プレス成形品12を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路305を有する。保持具300は、保持面303及び保持面304のプレス成形品12の部位14に対向する領域に凹部306及び凹部308を有する。凹部306及び凹部308は、第1凹部及び第2凹部の一例である。凹部306及び凹部308は、保持面303及び保持面304に設けられた溝でよい。なお、保持具300は、流通路305を有さなくてもよい。
上型301の凹部306には、プレス成形品12の部位14に赤外線を照射する赤外線ヒータ307が設けられる。赤外線ヒータ307は、第1赤外線照射部の一例である。赤外線ヒータ307は、近赤外線をプレス成形品12の部位14に照射してよい。保持具300は、赤外線ヒータの代わりに赤外線ランプを有してもよい。保持具300は、部位14に沿って配置された複数の赤外線ヒータを有してもよい。保持具300は、部位14に沿って配列された複数の赤外線ランプを有してもよい。近赤外線は、0.7〜2.5μmの電磁波でよい。凹部308の幅、部位14の幅に対応する幅でよい。凹部308は、赤外線ヒータ307から照射された赤外線が、プレス成形品12の部位14以外の部分に照射されないように、赤外線を遮蔽する遮蔽壁として機能してよい。また、凹部308を設けることで、凹部308内の空気が断熱層として機能して、赤外線ヒータ307からの赤外線で加熱されたプレス成形品12の部位14の熱が、下型302を介して放熱されることを抑制できる。
保持具300は、プレス成形品12の部位14を両面から加熱すべく、凹部308にも赤外線ヒータを有してもよい。凹部308に設けられる赤外線ヒータは、第2赤外線照射部の一例である。
例えば、プレス成形品12は、自動車骨格部品などである。自動車骨格部品は、部分的に強度を低くして、軟化させる場合がある。これにより、自動車が衝突したときに、軟化した部位が変形し、衝突エネルギーを吸収できる。このようにプレス成形品12を部分的に軟化させることで、自動車の乗員の安全性を確保できる。
赤外線ヒータ307により照射される赤外線の波長域は、特許文献1のようなレーザにより照射されるレーザ光の波長域に比べて広い。したがって、プレス成形品12の軟化させるべき部位14に、様々な波長の光を照射できる。よって、プレス成形品12の部位14に照射される光を吸収させやすくできる。つまり、プレス成形品12の部位14を、より効率的に加熱させて、軟化させることができる。レーザ光は、局所的に照射される。一方、赤外線ヒータ307により照射される赤外線は、広範囲に照射される。したがって、プレス成形品12の部位14の軟化処理の生産性を向上させることができる。
また、上型301の保持面303と、下型302の保持面304との間にプレス成形品12を挟んだ状態で、赤外線ヒータ307からの赤外線を部位14に照射して加熱している。これにより、プレス成形品12の形状の変形を抑制しつつ、プレス成形品12の部位14を的確に軟化させることができる。上型301の保持面303と、下型302の保持面304との間にプレス成形品12を挟んだ状態で、プレス成形品12の軟化させる部位14以外の部分を冷却しながら、赤外線ヒータ307からの赤外線を部位14に照射して加熱することで、プレス成形品12の形状の変形をより抑制でき、かつプレス成形品12の部位14をより的確に軟化させることができる。
プレス成形品12の全体を、上型301の保持面303と、下型302の保持面304との間に挟んだ状態で赤外線を照射することで、赤外線による照射による熱の変形をより確実に抑制できる。
加えて、プレス成形品12の部位14に赤外線を照射している間、プレス成形品12の部位14以外の部分は、流通路305を流通する冷媒により冷却されている。これにより、軟化させるべき部位14と、硬度を維持すべき他の部分との境界部分における硬度の遷移幅を狭くできる。
なお、本実施形態では、プレス成形品12の部位14以外の部分全体を冷却する例を示している。しかし、プレス成形品12の部位14以外の部分全体ではなく、プレス成形品12の部位14の周辺の部位のみを冷却してもよい。また、赤外線を照射している間、プレス成形品12を冷却しなくてもよい。
また、特許文献2のように、ホットスタンプ工程内で赤外線を照射する場合、赤外線を照射できる部位は、プレス成形で変形されていない平坦な部位に限られてしまう。すなわち、ホットスタンプ工程において赤外線を照射する場合、プレス成形で変形される部位を軟化させることができない。さらに、オーステナイト域の温度以上まで加熱された鋼板を急冷と同時に部分的に加熱すると、急冷した際の鋼板の収縮量分だけ、軟化させる部位の位置がずれてしまう。このような位置ずれにより、プレス成形品の形状の安定性が低くなり、軟化させる部位と軟化させない部位との境界部分における硬度の遷移幅が広くなってしまう。
以上、本実施形態によれば、プレス成形品の任意の位置の任意の大きさの領域を効率的に軟化させることができる。
図2は、焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。保持具400は、赤外線照射機能及び冷却機能を有する。保持具400は、プレス成形品12の一面に沿った形状の保持面403を有する上型401と、プレス成形品12の他面に沿った形状の保持面404を有する下型402とを備える。上型401は、プレス成形品12の軟化させるべき部位14に対向する領域に、凹部406を有する。凹部406には、部位14の一面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ407が設けられている。同様に、下型402は、プレス成形品12の軟化させるべき部位14に対向する領域に、凹部408を有する。凹部408には、部位14の他面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ409が設けられている。上型401及び下型402は、保持面403及び保持面404に沿って、冷媒を流通させる流通路405を有する。
赤外線ヒータ407及び赤外線ヒータ409は、任意の形状に変形して配置することができる。したがって、図2に示すように、プレス成形品12の軟化させるべき部位14が、断面ハット形状に沿った部位でも、赤外線ヒータ407及び赤外線ヒータ409を用いて加熱させることができる。赤外線ヒータの数及び太さを調整することで、軟化せるべき部位14の面積の大きさに制約なく、一度に加熱させることができる。たとえ軟化せるべき部位14が点在している場合でも、一度に加熱させることができる。赤外線ヒータ407及び408で加熱している間、プレス成形品12は、上型401の保持面403と、下型402の保持面404との間に挟み込まれている。したがって、加熱に伴いプレス成形品12が変形することをより確実に抑制できる。
図3は、焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。保持具500は、赤外線照射機能及び冷却機能を有する。保持具500は、プレス成形品12の一面に沿った形状の保持面503を有する上型501と、プレス成形品12の他面に沿った形状の保持面504を有する下型502とを備える。上型501は、プレス成形品12の軟化させるべき部位14に対向する領域に、凹部506を有する。凹部506には、部位14の一面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ507が設けられている。同様に、下型502は、プレス成形品12の軟化させるべき部位14に対向する領域に、凹部508を有する。凹部508には、部位14の他面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ509が設けられている。上型501及び下型502は、保持面503及び保持面504に沿って、冷媒を流通させる流通路505を有する。なお、上型501及び下型502の少なくとも一方は、流通路505を有さなくてもよい。
赤外線ヒータ507及び赤外線ヒータ509は、保持面503及び保持面504の任意の場所に配置することができる。例えば、図3に示すように、ホットスタンプ工程でのプレス成形で変形された部位に対向する場所にも、赤外線ヒータ507及び赤外線ヒータ509を配置することができる。
以上、本実施形態によれば、プレス成形の工程の後の焼き戻し工程または焼きなまし工程で、プレス成形品12の任意の位置の任意の大きさの領域を赤外線により効率的に軟化させることができる。
なお、上記の実施形態では、ホットスタンプ工程の後の焼き戻し工程または焼きなまし工程で、プレス成形品12の任意の位置の任意の大きさの領域に赤外線を照射する例について説明した。しかし、赤外線の照射により焼き戻しまたは焼きなましされるプレス成形品は、ホットスタンプにより成形されたプレス成形品には限定されない。例えば、赤外線の照射により焼き戻しまたは焼きなましされるプレス成形品は、高強度材などの鋼材を冷間プレスにより成形されたプレス成形品でもよい。
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 ブランク材
12 プレス成形品
100 加熱炉
200 金型
202 上型
203,205 成形面
204 下型
206 流通路
300,400,500 保持具
301,401,501 上型
302,402,502 下型
303,304,403,404,503,504 保持面
305,405,505 流通路
306 、308,406,408,506,508 凹部
307,407,409,509 赤外線ヒータ

Claims (15)

  1. 金型が有する第1成形面と第2成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、前記ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、前記ブランク材をプレス成形品に成形する工程と、
    前記金型から前記プレス成形品を取り出した後、前記プレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する工程と
    を備えるプレス成形品の製造方法。
  2. 前記成形する工程は、
    前記金型が有する前記第1成形面と前記第2成形面との間に、加熱された鋼板である前記ブランク材を挟んで、前記ブランク材を前記予め定められた形状にプレス成形し、かつ前記第1成形面と前記第2成形面との間に前記ブランク材を挟んだ状態で前記ブランク材を冷却することで、前記ブランク材を前記プレス成形品に形成する工程を含む、請求項1に記載のプレス成形品の製造方法。
  3. 前記照射する工程は、
    前記金型から前記プレス成形品を取り出した後、保持具が有する前記プレス成形品の形状に沿った第1保持面と第2保持面との間に前記プレス成形品を挟む工程と、
    前記第1保持面と前記第2保持面との間に前記プレス成形品を挟んだ状態で、前記第1保持面の前記プレス成形品の前記予め定められた部位に対向する第1凹部内に設けられた第1赤外線照射部からの赤外線を前記予め定められた部位に照射する工程と
    を有する、請求項1または2に記載のプレス成形品の製造方法。
  4. 前記第1赤外線照射部は、赤外線ヒータを含む、請求項3に記載のプレス成形品の製造方法。
  5. 前記赤外線ヒータは、前記予め定められた部位の一面に沿って配置される、請求項4に記載のプレス成形品の製造方法。
  6. 前記照射する工程は、
    前記第1保持面と前記第2保持面との間に前記プレス成形品を挟んだ状態で、前記第2保持面の前記プレス成形品の前記予め定められた部位に対向する第2凹部内に設けられた第2赤外線照射部からの赤外線を前記予め定められた部位に照射する工程を含む、請求項3から5の何れか1つに記載のプレス成形品の製造方法。
  7. 前記照射する工程は、
    前記赤外線を前記予め定められた部位に照射している間、前記プレス成形品の前記予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含む、請求項4から6の何れか1つに記載のプレス成形品の製造方法。
  8. 前記冷却する工程は、
    前記保持具の前記第1保持面及び前記第2保持面の少なくとも一方に沿って設けられた流通路に冷媒を流通させることにより、前記プレス成形品の前記予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含む、請求項7に記載のプレス成形品の製造方法。
  9. 前記予め定められた部位は、前記金型によるプレス成形で変形した前記ブランク材の部位を含む、請求項1から8の何れか1つに記載のプレス成形品の製造方法。
  10. 前記赤外線は、近赤外線である、請求項1から9の何れか1つに記載のプレス成形品の製造方法。
  11. 金型を用いてプレス成形されたプレス成形品の形状に沿った第1保持面と、
    前記第1保持面に対向する第2保持面と、
    前記第1保持面の前記プレス成形品の予め定められた部位に対向する第1凹部内に設けられた第1赤外線照射部と
    を備え、
    前記プレス成形品を前記第1保持面と前記第2保持面との間に挟んだ状態で、前記予め定められた部位に前記第1赤外線照射部からの赤外線を照射する、保持具。
  12. 前記第2保持面は、前記予め定められた部位に対向する第2凹部を有する、請求項11に記載の保持具。
  13. 前記第2凹部内に設けられ、前記予め定められた部位に赤外線を照射する第2赤外線照射部をさらに備える、請求項12に記載の保持具。
  14. 第1成形面と、前記第1成形面に対向する第2成形面とを有し、前記第1成形面と前記第2成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、前記ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、前記ブランク材をプレス成形品に成形する前記金型と、
    前記金型により成形された前記プレス成形品の前記予め定められた部位に赤外線を照射する、請求項11に記載の保持具と
    を備える、プレス成形品の製造システム。
  15. 前記金型は、前記第1成形面または前記第2成形面の少なくとも一方に設けられ、冷媒を流通させる流通路を有し、
    前記金型は、加熱された鋼板である前記ブランク材を挟んで、前記ブランク材を前記予め定められた形状にプレス成形し、かつ前記第1成形面と前記第2成形面との間に前記ブランク材を挟んだ状態で前記流通路に流通する冷媒により前記ブランク材を冷却することで、前記ブランク材を前記プレス成形品に成形する、請求項14に記載のプレス成形品の製造システム。
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