KR20220146624A

KR20220146624A - 열간 프레스 라인 및 열간 프레스 성형품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220146624A
Application number: KR1020227033981A
Authority: KR
Inventors: 겐타 우에니시; 도시야 스즈키
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2022-11-01
Also published as: EP4129520A1; JPWO2021200951A1; MX2022012425A; CN115397578A; US20230158560A1; JP7376831B2; EP4129520A4; WO2021200951A1

Abstract

열간 프레스 라인(100)은, 가열 장치(30)와, 제1 금형(1A, 1B)을 갖는 제1 프레스 장치(10)와, 제2 금형(2A, 2B)을 갖는 제2 프레스 장치(20)와, 제1 프레스 장치에 금속판(B)을 반송하는 제1 반송 장치(41)와, 제2 프레스 장치에 금속판(B)을 반송하는 제2 반송 장치(42)를 구비한다. 제1 금형 및 제2 금형 중 한쪽의 금형은, 내측으로 오목한 클리어런스부(1Ac)를 갖고, 다른 쪽의 금형은, 한쪽의 금형의 클리어런스부(1Ac)에 상당하는 부분의 적어도 일부에 하사점에서 금속판(B)에 맞닿는 접촉면(2At)을 갖는다.

Description

열간 프레스 라인 및 열간 프레스 성형품의 제조 방법

본 발명은, 열간 프레스 라인 및 열간 프레스 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.

금속의 구조 부재에서는, 강도 등의 특성을 국소적으로 변화시키는 경우가 있다. 예를 들면, 차량 골격 부재에 고강도 부재를 적용하는 경우, 부재의 모든 부위를 고강도화하는 것이 아니라, 특정한 개소를 저강도로 하는 경우가 있다. 그 이유는 몇 가지 들 수 있다. 예를 들면, 저강도의 개소에 구멍 뚫기 등의 가공을 행하는 경우가 있다. 또, 다른 사례에서는, 부재가 변형할 때에 그 저강도의 개소를 조기에 변형시켜, 변형 거동을 제어하는 경우도 있다.

저강도부를 갖는 부재의 제조 방법 중 하나로, 상이한 특성의 강재를 용접한 맞춤식 재단 용접강판(Tailor-Welded Blank)을 열간 가공(핫스탬핑)하는 방법이 있다. 예를 들면, 일본국 특허 제5864414호 공보에는, 함께 용접된 별개의 판으로 이루어지는 강판 블랭크를 열간 프레스 성형하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 가열된 강판 블랭크를 냉각된 공구 쌍 중에서 열간 프레스 성형하고, 블랭크가 공구 쌍에 아직 있는 동안에, 형성된 제품을 경화한다. 2장의 판 사이의 용접부가, 용접부의 양측의 부분에 관련하여, 감속된 냉각 속도로 냉각된다. 이에 의해, 마르텐사이트 함유량이 낮은 부분이 용접부를 따라 형성된다. 냉각 속도는, 공구 쌍과 최종 제품 사이의 갭을 유지함으로써 감속된다.

또, 일본국 특허공개 2015-226936호 공보에는, 금속 구조 컴포넌트의 구조의 국소적 조절을 가능하게 하는 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 강 부재가 열간 성형되고 또한 공구 표면과의 접촉에 의해 적어도 수 섹션에 걸쳐 경화된다. 공구 표면의 2개의 섹션 중 적어도 한쪽이, 열전도율을 저하 또는 증대시키는 표면 코팅을 갖고 있다. 열전도율이 서로 상이한 공구 표면의 섹션에 의해, 서로 상이한 냉각 속도가 발생한다. 냉각 속도가 상이한 강 부재의 부분 영역은, 경화 후에 현미경 조직이 상이한 것이 된다.

일본국 특허 제5864414호 공보 일본국 특허공개 2015-226936호 공보

상기 종래 기술에서는, 성형품과 금형 사이의 갭(클리어런스), 또는, 금형의 표면의 열전도율의 분포에 의해, 금속판의 냉각 속도를 부분적으로 감소시킬 수 있다. 그러나, 성형품을 금형으로부터 꺼냈을 때에는, 냉각 속도가 느린 부분의 온도가 높다. 그 후, 그 부분이 냉각에 수반하여 열수축함으로써, 성형품에 형상 불량이 발생하는 경우가 있다. 또, 금형으로부터 성형품을 꺼냈을 때에 성형품 내의 온도차가 크면, 열수축에 의해 성형품이 변형하여, 형상 불량이 발생해 버리는 경우가 있다. 금형으로부터 꺼냈을 때의 성형품의 온도, 및, 성형품 내의 온도차를 저감하기 위해서는, 성형품 내의 온도가 균일하게 될 때까지 성형품을 금형에서 계속 유지하지 않으면 안된다. 한편, 제조 비용 등의 관점에서 금형에 의한 성형품의 유지 시간(하사점 유지 시간)은 짧은 편이 바람직하다. 즉, 종래의 방법에서는 생산성과 형상 정밀도의 양립은 어렵다.

그래서, 본 개시는, 열간 프레스에 있어서, 금형에 의한 성형품의 하사점 유지 시간을 길게 하지 않아도, 특성 분포가 부여된 성형품의 형상 정밀도를 확보할 수 있는 열간 프레스 라인, 및, 열간 프레스 성형품의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 있어서의 열간 프레스 라인은, 금속판을 가열하는 가열 장치와, 프레스 방향으로 상대 이동 가능한 한 쌍의 제1 금형을 갖고, 상기 한 쌍의 제1 금형을 프레스 방향으로 가깝게 함으로써 상기 가열된 금속판을 프레스 성형하여 하사점에서 유지하는 제1 프레스 장치와, 프레스 방향으로 상대 이동 가능한 한 쌍의 제2 금형을 갖고, 상기 제1 프레스 장치에서 프레스 성형된 상기 금속판을, 상기 제2 금형의 하사점에서 유지하는 제2 프레스 장치와, 상기 가열 장치로부터 상기 제1 프레스 장치로 상기 금속판을 반송하는 제1 반송 장치와, 상기 제1 프레스 장치로부터 상기 제2 프레스 장치로 상기 금속판을 반송하는 제2 반송 장치를 구비한다. 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형 중 적어도 한쪽의 금형은, 하사점에 있어서 상기 금속판과의 사이에 클리어런스를 형성하는 내측으로 오목한 클리어런스부를 갖고, 다른 쪽의 금형은, 상기 한쪽의 금형의 상기 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 하사점에서 상기 금속판에 맞닿는 접촉면을 갖는다.

본 개시에 의하면, 열간 프레스에 있어서, 금형에 의한 성형품의 하사점 유지 시간을 길게 하지 않아도, 특성 분포가 부여된 성형품의 형상 정밀도를 확보할 수 있다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 열간 프레스 라인의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 실시 형태에 있어서의 제1 프레스 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 제1 프레스 장치의 하사점에 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 실시 형태에 있어서의 제2 프레스 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 5는, 도 4에 나타내는 제2 프레스 장치의 하사점에 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 제1 하사점 유지 기간에 접촉 기간이 있으며, 제2 하사점 유지 기간에 비(非)접촉 기간이 있는 경우의 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 제1 하사점 유지 기간에 비접촉 기간이 있으며, 제2 하사점 유지 기간에 접촉 기간이 있는 경우의 예를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 12는, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 13은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 실시예의 성형품에 있어서의 형상 정밀도의 평가 위치를 나타내는 도면이다.
도 15는, 성형품의 경도 분포의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은, 성형품의 비틀림 각도의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은, 성형품의 면외 변형의 결과를 나타내는 그래프이다.

(구성 1)

상기 구성 1에 의하면, 제1 프레스 장치의 제1 금형의 하사점에 있어서의 유지와, 제2 프레스 장치의 제2 금형의 하사점에 있어서의 유지를 합친 하사점 유지 기간에 있어서, 성형된 금속판이 급랭된다. 여기서, 제1 금형 및 제2 금형 중 적어도 한쪽의 금형은, 클리어런스부가 형성되고, 다른 쪽의 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분에는, 하사점에서 금속판에 맞닿는 접촉면이 형성된다. 그 때문에, 제1 금형의 하사점 유지와 제2 금형의 하사점 유지를 합친 하사점 유지 기간에 있어서, 클리어런스부에서 금속판의 일부가 금형에 접하지 않는 비접촉 기간과, 금형이 금속판의 일부에 접하는 접촉 기간이 발생한다. 비접촉 기간에 있어서, 냉각 속도를 느리게, 즉 완(緩)냉각할 수 있다. 또, 하사점 유지 시간의 금형이 금속판의 일부에 맞닿는 접촉 기간에 있어서, 냉각 속도를 빠르게 즉 급랭할 수 있다. 이에 의해, 성형된 금속판의 클리어런스부에 상당하는 부분과, 하사점 유지 시간의 전체에 걸쳐 금형이 접하는 부분의 냉각 조건을 상이하게 하면서도, 금속판의 온도 분포를 균일에 가깝게 할 수 있다. 그 때문에, 제2 금형으로부터 꺼내진 성형 후의 금속판에는, 냉각 조건의 차이에 의해 특성 분포가 부여되어 있으며, 또한, 온도차에 의한 성형품의 형상 정밀도의 저하가 억제된다. 이와 같이 하여, 금형에 의한 성형품의 하사점 유지 시간을 길게 하지 않아도, 특성 분포가 부여된 성형품의 형상 정밀도를 확보할 수 있다.

종래의 클리어런스 또는 금형 표면의 열전도율에 의해 냉각 속도를 느리게 하는 방법에서는, 부재의 일부를 완냉각시키는 경우의 냉각 조건은, 금형의 구성에 의거한 소정의 냉각 조건이 된다. 그 때문에, 완냉각에 의해 얻어지는 금속 조직 구성이나 금형으로부터 꺼낸 부재의 온도 분포 상태도 금형의 구성에 의존한다. 이들을 변경하기 위해서는 금형의 구성의 수정이나 재제작을 할 필요가 있다. 이에 대해, 상기 구성 1에서는, 프레스 조건 또는 반송 조건을 변경함으로써, 냉각 조건을 용이하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 제1 금형이 하사점에서 금속판을 유지하는 시간과, 제2 금형이 하사점에서 금속판을 유지하는 시간의 길이를 조정함으로써, 냉각 조건을 제어할 수 있다. 그 때문에, 열간 프레스 라인을 이용한 프레스 가공에 있어서, 성형된 금속판의 일부를 완냉각시키는 경우의 냉각 조건을 용이하게 변경할 수 있다.

제1 금형과 제2 금형은, 클리어런스부의 구성이 상이하다. 클리어런스부는, 제1 금형과 제2 금형 중 적어도 한쪽에 형성된다. 한 쌍의 제1 금형의 프레스 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 면(성형면)의 형상과, 한 쌍의 제2 금형의 프레스 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 면(성형면)의 형상은, 클리어런스부를 제외하고 같아도 된다. 이에 의해, 제1 금형으로 성형된 금속판의 클리어런스부에 상당하는 부분 이외의 형상을 유지한 상태로, 제2 금형에서 하사점 유지할 수 있다. 또한, 제2 금형은, 제1 금형으로 프레스 성형된 금속판의 형상을 유지한 채로 하사점 유지할 수 있는 형상이어도 된다.

(구성 2)

상기 구성 1에 있어서, 상기 제1 금형은, 상기 클리어런스부를 갖고, 상기 제2 금형은, 상기 제1 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 상기 접촉면을 가져도 된다. 이에 의해, 제2 금형의 하사점 유지 기간에 있어서 금속판의 온도가 비교적 낮은 시기에 금형을 금속판에 접하여 급랭할 수 있다. 그 때문에, 금속판의 온도 분포를 균일에 가깝게 하기 쉽다. 즉, 성형된 금속판의 전체에 있어서의 형상 정밀도를 확보하기 쉽다. 또, 접촉 기간을 제어함에 의한 냉각 조건의 조정이 하기 쉬워진다.

(구성 3)

상기 구성 1 또는 2에 있어서, 상기 제2 금형은, 상기 클리어런스부를 갖고, 상기 제1 금형은, 상기 제2 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 상기 접촉면을 가져도 된다. 이에 의해, 제1 금형의 하사점 유지 기간에 있어서 금속판의 온도가 비교적 높아 성형하기 쉬운 시기에 금형에 의해 금속판을 성형할 수 있다. 그 때문에, 성형된 금속판의 금형의 클리어런스부에 대응하는 부분의 국소적인 형상 정밀도를 확보하기 쉽다.

(구성 4)

상기 구성 1~3 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 금형의 상기 클리어런스부는, 상기 금속판을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 클리어런스부를 포함해도 된다. 이 경우, 상기 다른 쪽의 금형의 상기 접촉면은, 상기 한쪽의 금형의 상기 한 쌍의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 있어서, 상기 금속판을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 접촉면을 포함해도 된다. 한쪽의 금형의 클리어런스부에서는, 하사점에 있어서, 금속판의 양면에 클리어런스가 존재하고, 다른 쪽의 금형에서는, 하사점에 있어서, 양면이 금형에 맞닿는다. 이에 의해, 냉각 조건의 로버스트성을 높일 수 있다.

(구성 5)

상기 구성 1~4 중 어느 하나에 있어서, 상기 다른 쪽의 금형의 상기 접촉면은, 상기 프레스 방향으로 대향하는 한 쌍의 접촉면을 포함하고, 상기 한 쌍의 접촉면은, 상기 금속판을 상기 프레스 방향으로 굽히는 형상을 갖는다. 이에 의해, 금속판의 한쪽의 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분을, 다른 쪽의 금형의 한 쌍의 접촉면에 따른 형상으로 성형할 수 있다.

예를 들면, 다른 쪽의 금형의 한 쌍의 접촉면의 한쪽은, 프레스 방향으로 돌출 또는 오목한 요철을 가져도 된다. 이 경우, 한쪽의 접촉면과 대향하는 다른 쪽의 접촉면은, 한쪽의 접촉면의 요철에 따른 형상을 가져도 된다.

상기 구성 1~4 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 금형의 클리어런스부에 대응하는 다른 쪽의 금형의 접촉면은, 평면이어도 된다. 이에 의해, 성형된 금속판의 평면 형상의 부분에 특성 분포를 부여할 수 있다.

(구성 6)

상기 구성 1~5 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 금형의 상기 클리어런스부에 대향하는 금형의 부분에는, 하사점에 있어서 상기 금속판에 맞닿는 상기 접촉면이 배치되고, 상기 다른 쪽의 금형의 상기 접촉면에 대향하는 금형의 부분에는, 하사점에 있어서 상기 금속판과의 사이에 클리어런스를 형성하는 내측으로 오목한 상기 클리어런스부가 배치되어도 된다.

상기 한쪽의 금형에 있어서 상기 클리어런스부의 영역은, 하사점에 있어서 상기 금속판에 맞닿는 영역의 절반 이하인 것이 바람직하고, 30% 이하인 것이 보다 바람직하며, 20% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 클리어런스부의 비율이 너무 많아지면 성형된 금속판을 하사점의 금형으로 구속하는 영역의 비율이 작아져, 높은 형상 정밀도가 얻어지기 어려워진다.

한쪽의 금형에 있어서 클리어런스부를 구성하는 오목부의 가장자리는, 금형의 가압면으로 둘러싸여도 된다. 가압면은, 하사점에 있어서 금형이 금속판에 맞닿는 면이다. 즉, 클리어런스부는, 금형이 하사점에 있어서 금속판(B)에 맞닿아 가압하는 면으로 둘러싸이는 영역에 형성해도 된다. 이에 의해, 하사점에 있어서, 성형된 금속판(B)의 클리어런스부의 주위가 금형으로 구속된다. 그 때문에, 성형된 금속판(B)의 형상 정밀도를 확보하기 쉬워진다.

상기 제2 반송 장치는, 상기 제1 금형으로부터 상기 금속판이 이형(離型)되고 나서, 상기 제2 금형에 배치될 때까지의 시간이, 30초 이내가 되도록 반송하는 것이 바람직하고, 15초 이내가 보다 바람직하며, 10초 이내가 더욱 바람직하다. 이에 의해, 제1 금형의 하사점 유지의 종료부터 제2 금형의 하사점 유지 개시까지의 시간을 짧게 할 수 있어, 이 사이의 온도 강하를 작게 할 수 있다.

상기 구성 1~6 중 어느 하나에 있어서, 제1 프레스 장치 및 제2 프레스 장치는, 제1 금형 및 제2 금형을 냉각하는 냉각 기구를 구비해도 된다. 예를 들면, 제1 금형 및 제2 금형 중 적어도 한쪽은, 냉각 매체를 통하게 하기 위한 관 또는 홈을 가져도 된다.

상기 구성 1~6 중 어느 하나에 있어서, 열간 프레스 라인은, 제1 프레스 장치 및 제2 프레스 장치를 제어하는 제어부를 구비해도 된다. 제어부는, 예를 들면, 제1 프레스 장치에 있어서의 제1 금형의 하사점에서의 금속판의 유지 시간과, 제2 프레스 장치에 있어서의 제2 금형의 하사점에서의 금속판의 유지 시간을 제어할 수 있다. 이에 의해, 하사점 유지 기간의 전체에 있어서의 비접촉 기간 및 접촉 기간을 조정할 수 있다. 즉, 클리어런스부에 대응하는 금속판의 부분의 냉각 조건을 조정할 수 있다.

상기 제어부는, 예를 들면, 상기 접촉 기간이, 상기 하사점 유지 기간 전체의 20~90%가 되도록 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형을 제어해도 된다. 이 경우, 상기 접촉 기간은, 상기 하사점 유지 기간 전체의 70% 이하인 것이 바람직하고, 50% 이하인 것이 보다 바람직하다.

(제조 방법 1)

본 발명의 실시 형태에 있어서의 열간 프레스 성형품의 제조 방법은, 금속판을 가열하는 공정과, 제1 프레스 장치의 한 쌍의 제1 금형의 사이에 가열한 상기 금속판을 배치하는 공정과, 상기 한 쌍의 제1 금형을 프레스 방향에 있어서 상대적으로 가깝게 함으로써, 상기 금속판을 프레스 성형하는 공정과, 상기 한 쌍의 제1 금형의 하사점에 있어서, 상기 금속판을 유지하는 제1 하사점 유지 공정과, 상기 제1 하사점 유지 공정 후에, 프레스 성형된 상기 금속판을, 제2 프레스 장치의 한 쌍의 제2 금형의 사이에 반송하여 배치하는 공정과, 상기 한 쌍의 제2 금형이 하사점에 있어서, 상기 제1 프레스 장치에서 프레스 성형된 상기 금속판을 유지하는 제2 하사점 유지 공정을 포함한다. 상기 제1 하사점 유지 공정 및 상기 제2 하사점 유지 공정 중 한쪽의 하사점 유지 공정에 있어서, 상기 금속판의 표면은, 하사점의 금형과 접하지 않는 비접촉 영역을 갖고, 당해 비접촉 영역의 적어도 일부는, 다른 쪽의 하사점 유지 공정에서 하사점의 금형에 접촉한다.

상기 제조 방법 1에서는, 제1 하사점 유지 공정 및 제2 하사점 유지 공정을 합친 하사점 유지 기간에서는, 금속판의 표면의 비접촉 영역이 하사점에서 금형과 맞닿지 않는 비접촉 기간과, 하사점에서 금형과 맞닿는 접촉 기간 양쪽이 존재한다. 하사점 유지 기간의 비접촉 기간에 있어서, 냉각 속도를 느리게 할 수 있다. 또, 하사점 유지 시간의 접촉 기간에 있어서 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 성형된 금속판의 비접촉 영역의 냉각 조건을, 다른 부분과 상이하게 하면서도, 금속판의 온도 분포를 균일에 가깝게 할 수 있다. 그 때문에, 금형에 의한 성형품의 하사점 유지 시간을 길게 하지 않아도, 특성 분포가 부여된 성형품의 형상 정밀도를 확보할 수 있다.

(제조 방법 2)

상기 제조 방법 1에 있어서, 상기 제1 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역의 적어도 일부가, 상기 제2 하사점 유지 공정에서는 상기 제2 금형에 맞닿아도 된다. 이에 의해, 제1 하사점 유지 공정 및 제2 하사점 유지 공정을 합친 하사점 유지 기간의 전체에 있어서, 금속판의 온도가 비교적 낮은 시기에 금형을 금속판에 접하여 급랭할 수 있다. 그 때문에, 성형된 금속판의 전체에 있어서의 형상 정밀도를 확보하기 쉽다. 또, 접촉 기간을 제어함에 의한 냉각 조건의 조정이 하기 쉬워진다.

(제조 방법 3)

상기 제조 방법 1 또는 2에 있어서, 상기 제2 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역의 적어도 일부가, 상기 제1 하사점 유지 공정에서는 상기 제1 금형에 맞닿아도 된다. 이에 의해, 하사점 유지 기간의 전체에 있어서, 금속판의 온도가 비교적 높은 시기에 금형을 금속판에 접하여 급랭할 수 있다. 그 때문에, 성형된 금속판의 클리어런스부에 대응하는 부분의 국소적인 형상 정밀도를 확보하기 쉽다.

(제조 방법 4)

상기 제조 방법 1~2 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역은, 상기 금속판의 양면의 대향하는 한 쌍의 영역을 포함하고, 당해 비접촉 영역의 한 쌍의 영역 각각의 적어도 일부는, 다른 쪽의 하사점 유지 공정에서 하사점의 금형에 접촉해도 된다. 이에 의해, 냉각 조건의 로버스트성을 높일 수 있다.

(제조 방법 5)

상기 제조 방법 1~4 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역의 적어도 일부는, 상기 다른 쪽의 하사점 유지 공정에서 하사점의 금형에 접촉하고, 또한 상기 프레스 방향으로 굽히는 성형이 이루어져도 된다.

(제조 방법 6)

상기 제조 방법 1~5 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 하사점 유지 공정에 있어서, 상기 금속판의 비접촉 영역의 이면의 영역의 적어도 일부에는, 하사점의 금형이 맞닿고, 상기 비접촉 영역의 이면의 영역의 적어도 일부는, 상기 다른 쪽의 하사점 유지 공정에 있어서, 금형이 맞닿지 않는 양태이어도 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 이하에서 참조하는 도면에 있어서는, 구성이 간략화 또는 모식화하여 나타내어지거나, 일부의 구성 부재가 생략되거나 되어 있다.

(열간 프레스 라인의 구성예)

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 열간 프레스 라인의 구성예를 나타내는 도면이다. 열간 프레스 라인(100)은, 가열 장치(30), 제1 반송 장치(41), 제1 프레스 장치(10), 제2 반송 장치(42), 제2 프레스 장치(20), 및 제어부(5)를 구비한다.

가열 장치(30)는, 가열 대상물을 가열하는 장치이다. 가열 장치(30)의 예로서, 가스 가열로, 원적외선 가열로 및 근적외선 가열로 등을 들 수 있다. 가열 장치(30)는, 가열로에 한정되지 않으며, 예를 들면 고주파 유도 가열 장치, 저주파 유도 가열 장치나, 가열 대상물에 통전하여 가열하는 통전 가열 장치여도 된다. 가열 장치(30)는, 가열실을 가져도 된다. 가열 장치(30)는, 도시하지 않는 구동 기구로 회전 구동되는 복수의 실내 롤러(31)를 가열실의 내부에 구비해도 된다. 실내 롤러(31)를 회전시킴으로써, 실내 롤러(31) 상의 가열 대상물(본 예에서는, 프레스 대상의 금속판(B))을 반송한다. 가열 장치(30)의 옆에는, 반송 롤러(26)가 배치된다. 가열 장치(30)에서 가열된 금속판(B)은, 반송 롤러(26)로 가열 장치(30)로부터 반출된다.

제1 반송 장치(41)는, 금속판(B)을, 가열 장치(30)로부터 제1 프레스 장치(10)로 반송한다. 제1 반송 장치(41)는, 예를 들면, 머니퓰레이터이다. 제1 반송 장치(41)는, 금속판(B)을, 들어 올리거나, 유지하여 이동하거나, 및, 두는 동작을 한다. 또한, 제1 반송 장치(41)는, 머니퓰레이터에 한정되지 않는다. 제1 반송 장치(41)는, 예를 들면, 포크 리프트, 또는, 롤러 컨베이어 등이어도 된다.

제1 프레스 장치(10)는, 프레스 방향으로 상대 이동 가능한 한 쌍의 제1 금형(1A, 1B)을 갖는다. 제1 반송 장치(41)는, 제1 프레스 장치(10)의 한 쌍의 제1 금형(1A, 1B)의 사이에, 금속판(B)을 배치한다. 제1 프레스 장치(10)는, 제1 금형(1A, 2A)을 프레스 방향으로 가깝게 함으로써 가열된 금속판(B)을 프레스 성형하고, 하사점에서 유지한다.

제2 반송 장치(42)는, 제1 프레스 장치(10)로부터 제2 프레스 장치(20)로 금속판(B)을 반송한다. 제2 반송 장치(42)는, 제1 반송 장치(41)와 동일하게, 머니퓰레이터, 포크 리프트, 또는, 롤러 컨베이어 등으로 구성할 수 있다.

제2 프레스 장치(20)는, 프레스 방향으로 상대 이동 가능한 한 쌍의 제2 금형(2A, 2B)을 갖는다. 제2 반송 장치(42)는, 제1 프레스 장치(10)에서 프레스 성형된 금속판(B)을, 한 쌍의 제2 금형(2A, 2B)의 사이에 배치한다. 제2 프레스 장치(20)는, 제1 프레스 장치(10)에서 프레스 성형된 금속판(B)을, 제2 금형(2A, 2B)의 하사점에서 유지한다.

제1 금형(1A, 1B) 및 제2 금형(2A, 2B) 중 적어도 한쪽의 금형은, 클리어런스부(1Ac)를 갖는다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제1 금형(1A, 1B)이 클리어런스부를 갖는다. 클리어런스부는, 한 쌍의 금형의 프레스 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 대향면의 적어도 한쪽에 형성된다. 클리어런스부는, 내측으로 오목한 금형의 오목부이다. 클리어런스부를 갖는 한쪽의 금형(도 1의 예에서는 제1 금형(1A, 1B))과는 별도의 다른 쪽의 금형(도 1의 예에서는, 제2 금형(2A, 2B))은, 접촉면(2At)을 갖는다. 접촉면(2At)은, 다른 쪽의 금형의 표면에 있어서의 한쪽의 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부이다. 접촉면(2At)은, 하사점에서 금속판에 맞닿는다. 이와 같이, 제1 금형(1A, 1B)과 제2 금형(2A, 2B)에서는, 클리어런스부의 구성이 상이하다. 제1 금형(1A, 1B)의 성형면과 제2 금형(2A, 2B)의 성형면은, 클리어런스부 이외의 구성은 같다.

또한, 도 1에 나타내는 예는, 클리어런스를 갖는 한쪽의 금형이 제1 금형(1A, 1B)이며, 다른 쪽의 금형이 제2 금형(2A, 2B)인 경우의 예이다. 이와는 반대로, 제2 금형(2A, 2B)이 클리어런스부를 갖는 한쪽의 금형이며, 제1 금형(1A, 1B)이, 접촉면을 갖는 다른 쪽의 금형이어도 된다.

제어부(5)는, 열간 프레스 라인(100)을 제어한다. 제어부(5)는, 가열 장치(30), 제1 반송 장치(41), 제1 프레스 장치(10), 제2 반송 장치(42), 및 제2 프레스 장치(20) 중 적어도 1개를 제어하도록 구성되어도 된다. 제어부(5)는, 프로세서 및 메모리를 갖는 1 또는 복수의 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

제어부(5)의 프로세서가, 메모리에 저장된 프로그램을 실행함으로써, 가열 장치(30), 제1 반송 장치(41), 제1 프레스 장치(10), 제2 반송 장치(42), 및 제2 프레스 장치(20) 중 적어도 1개(제어 대상 장치)에, 제어 정보를 공급하는 기능을 실현할 수 있다. 일례로서, 제어부(5)는, 외부로부터의 입력 및/또는 메모리에 미리 기록된 데이터에 의거하여, 제어 대상 장치를 동작시키는 시기 및 동작량(또는 동작 방향)을 결정하고, 이 이동에 필요한 제어 정보를 결정한다. 제어부(5)는, 제어 정보를, 제어 대상 장치에 출력한다.

열간 프레스 라인(100)에서는, 가열 장치(30)에서 가열된 금속판(B)이, 제1 프레스 장치(10)에서 프레스 성형되고, 제1 금형(1A, 1B)에 하사점에서 유지된다. 이에 의해, 금속판(B)은, 프레스 성형된 형상을 유지한 상태로, 금형으로 구속되고, 급랭된다. 금속판(B)의 표면은, 하사점에 있어서 제1 금형(1A, 1B)의 클리어런스부(1Ac)에 대응하는 부분이 금형과 접촉하지 않는 비접촉 영역이 된다. 비접촉 영역에서는, 금속판(B)은, 완냉각된다. 비접촉 영역은, 다른 영역과 냉각 조건이 상이하다. 제2 프레스 장치(20)에서는, 제1 프레스 장치(10)에서 프레스 성형된 금속판(B)이, 하사점의 제2 금형(2A, 2B)의 사이에서 유지된다. 이에 의해, 성형된 금속판(B)은, 제2 금형(2A, 2B)에 구속되고, 급냉각된다. 이 때, 비접촉 영역의 적어도 일부에도 제2 금형(2A, 2B)이 맞닿는다. 이에 의해, 비접촉 영역도 급랭된다. 제1 금형(1A, 1B)에 의한 하사점 유지 기간 및 제2 금형(2A, 2B)에 의한 하사점 유지 기간을 합친 전체의 하사점 유지 기간에 의해, 성형된 금속판(B)이 냉각되고, 담금질된다.

도 1에 나타내는 예에서는, 제1 프레스 장치(10)의 제1 금형(1A, 1B)과 제2 프레스 장치의 제2 금형(2A, 2B)은, 서로 독립적으로 동작하도록 구성된다. 즉, 제1 프레스 장치(10)는, 한 쌍의 제1 금형(1A, 1B)을 각각 지지하는 한 쌍의 지지부(예를 들면, 슬라이드와 볼스터, 도시 생략)와, 이들 한 쌍의 지지부의 적어도 한쪽을 프레스 방향으로 움직이는 액추에이터(도시 생략)를 구비한다. 제2 프레스 장치(20)는, 제1 프레스 장치(10)와는 독립적으로, 한 쌍의 제2 금형(2A, 2B)을 지지하는 한 쌍의 지지부와, 이들 한 쌍의 지지부의 적어도 한쪽을 움직이는 액추에이터를 구비한다.

제1 프레스 장치(10)와 제2 프레스 장치(20)의 형태는, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 금형(1A, 1B)과 제2 금형(2A, 2B)은, 지지부를 공유해도 된다. 즉, 한쪽의 제1 금형(1A) 및 한쪽의 제2 금형(2A)을 지지하는 공통의 지지부(예를 들면 슬라이더)와, 다른 쪽의 제1 금형(1B) 및 다른 쪽의 제2 금형(2B)을 지지하는 공통의 지지부(예를 들면, 볼스터)와, 이들 지지부의 적어도 한쪽을 움직이는 공통의 액추에이터가 설치되어도 된다. 이 경우, 제1 프레스 장치(10)와 제2 프레스 장치(20)는, 지지부 및 액추에이터를 공유하는 구성이 된다. 이 예로서, 제1 프레스 장치(10) 및 제2 프레스 장치(20)는, 제1 금형(1A, 1B) 및 제2 금형(2A, 2B)에서 트랜스퍼 프레스를 행하는 1대의 프레스 장치로 구성할 수 있다.

(제1 프레스 장치의 구성예)

도 2는, 도 1에 나타내는 제1 프레스 장치(10)의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 제1 프레스 장치(10)의 하사점의 상태를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 나타내는 예에서는, 제1 프레스 장치(10)는, 한 쌍의 제1 금형(1A, 1B)의 예로서, 다이(1B) 및 펀치(1A)를 구비한다. 다이(1B)는, 펀치(1A)에 대해 프레스 방향(PD)으로 이동 가능하다. 즉, 다이(1B) 및 펀치(1A)는, 서로 상대 이동 가능하다. 이 상대 이동의 방향이, 프레스 방향이 된다.

다이(1B)는, 승강 기구(액추에이터)(81)에 의해, 펀치(1A)에 대해 프레스 방향으로 이동 가능하다. 승강 기구(81)는, 예를 들면, 유압 실린더, 에어 실린더, 에어쿠션 또는 캠을 구비해도 된다. 또한, 본 예에서는, 다이(1B)가 펀치(1A)에 대해 이동하는데, 펀치(1A)가 다이(1B)에 대해 이동하도록 구성되어도 된다. 혹은, 다이(1B) 및 펀치(1A) 양쪽이 이동하도록 구성되어도 된다.

제어부(5)는, 다이(1B), 및 펀치(1A)를 제어한다. 도 2 및 도 3에 나타내는 예에서는, 제어부(5)는, 다이(1B)의 승강 기구(8)를 제어함으로써, 다이(1B)와 펀치(1A)의 상대 이동을 제어한다. 제어부(5)는, 승강 기구(액추에이터)(8, 7)에 대해 제어 신호를 공급하여, 이 구동을 제어할 수 있다.

제1 프레스 장치(10)는, 다이(1B)와 펀치(1A) 사이에 금속판(B)을 배치하고, 다이(1B)와 펀치(1A) 양쪽에서 금속판(B)을 누름으로써, 금속판(B)을 프레스 성형한다. 다이(1B)는, 그 내측에 프레스 성형품의 형상에 대응한 오목 형상을 갖는다. 펀치(1A)는, 다이(1B)의 오목 형상에 대응하는 볼록 형상을 갖는다.

다이(1B)의 펀치(1A)와 대향하는 면은, 금속판(B)에 접하여 가압하는 가압면(1Bu)을 포함한다. 다이(1B)의 펀치(1A)와 대향하는 면에 있어서, 오목부 즉 클리어런스부(1Bc)를 갖는다. 클리어런스부(1Bc)는, 하사점에서도 금속판(B)에 맞닿지 않는다. 즉, 클리어런스부(1Bc)는, 하사점에 있어서, 금속판(B)과의 사이의 클리어런스를 형성한다. 하사점에서 유지된 금속판(B)의 표면의 클리어런스부(1Bc)에 대응하는 부분은, 비접촉 영역이 된다.

펀치(1A)의 다이(1B)와 대향하는 면은, 금속판(B)에 접하여 가압하는 가압면(1Au)을 포함한다. 펀치(1A)의 다이(1B)의 클리어런스부(1Bc)와 대향하는 위치에, 클리어런스부(1Ac)가 형성된다. 다이(1B)의 클리어런스부(1Bc)와 펀치(1A)의 클리어런스부(1Ac)는, 서로 대향하여 배치된다. 프레스 방향에서 봐서, 펀치(1A)의 클리어런스부(1Ac)의 적어도 일부는, 다이(1B)의 클리어런스부(1Bc)와 겹친다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 하사점에 있어서, 금속판(B)의 표면은, 다이(1B)의 가압면(1Bu)과 펀치(1A)의 가압면(1Au)과 맞닿는다. 클리어런스부(1Bc, 1Ac)에서는, 금속판(B)의 표면은 금형에 맞닿지 않는다. 클리어런스부(1Bc, 1Ac)에 대응하는 금속판(B)의 표면의 부분은, 비접촉 영역(Bc)이 된다. 도 3에 나타내는 예에서는, 클리어런스부(1Bc, 1Ac)가 서로 대향하는 위치에 있기 때문에, 금속판(B)의 양면의 서로 대향하는 부분에 각각 비접촉 영역(Bc)이 발생한다.

제어부(5)는, 가열된 금속판(B)이, 서로 이격한 다이(1B) 및 펀치(1A) 사이에 배치된 상태로부터, 다이(1B)와 펀치(1A)를 프레스 방향에 있어서 상대적으로 가깝게 하여 하사점에 도달할 때까지, 이동시킨다. 이에 의해, 금속판(B)을 프레스 성형한다. 그 후, 제어부(5)는, 다이(1B)와 펀치(1A)를 하사점에서 유지한다. 이에 의해, 제1 프레스 장치(10)의 하사점 유지 기간에 있어서, 성형된 금속판(B)의 다이(1B)와 펀치(1A)에 접하는 부분은 급속히 냉각되어 경화한다. 클리어런스부(1Bc, 1Ac)에 있어서의 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)은, 완냉각된다.

도 2에 나타내는 예에서는, 제1 프레스 장치(10)의 한 쌍의 금형(1A, 1B) 각각은, 냉각 매체를 통하게 하는 유로인 관(11)을 갖는다. 이 관(11)은, 냉각 장치의 일례이다. 관(11)은, 예를 들면, 금형(1A, 1B)의 관통 구멍으로 형성된다. 관(11)을 지나는 냉각 매체의 유량은, 예를 들면, 밸브(21)로 제어된다. 유로는 관(11)에 한정되지 않으며, 예를 들면, 금형(1A, 1B)의 표면의 홈이어도 된다. 유로를 흐르는 냉각 매체에 의해 금형(1A, 1B)은 냉각된다. 냉각에 의해 금형(1A, 1B)은, 예를 들면, Mf점(약 300℃) 이하로 유지된다. 또한, 도 2 이외의 금형(1A, 1B)의 도면에서는, 냉각 장치의 도시를 생략한다.

(제2 프레스 장치의 구성예)

도 4는, 도 1에 나타내는 제2 프레스 장치(20)의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 5는, 도 4에 나타내는 제2 프레스 장치(20)의 하사점의 상태를 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 예에서는, 제2 프레스 장치(20)는, 한 쌍의 제2 금형(2A, 2B)의 예로서, 다이(2B) 및 펀치(2A)를 구비한다. 다이(2B)는, 펀치(2A)에 대해 프레스 방향(PD)으로 이동 가능하다.

다이(2B)는, 제1 프레스 장치(10)의 다이(1B)의 형상과, 클리어런스부(1Bc) 이외는 같다. 펀치(2A)는, 제1 프레스 장치(10)의 펀치(1A)의 형상과, 클리어런스부(1Ac) 이외는 같다. 다이(2B) 및 펀치(2A)를 상대 이동시키는 승강 기구(액추에이터)(82) 및 제어부(5)의 구성도, 제1 프레스 장치(10)와 동일하게 할 수 있다.

다이(2B)의 펀치(2A)와 대향하는 면은, 금속판(B)에 접하여 가압하는 가압면을 포함한다. 다이(2B)의 가압면은, 제1 프레스 장치(10)의 클리어런스부(1Bc)에 상당하는 부분인 접촉면(2Bt)을 포함한다. 접촉면(2Bt)은, 하사점에 있어서, 금속판(B)에 맞닿는다. 즉, 제2 프레스 장치(20)의 다이(2B)에 있어서, 클리어런스부(1Bc)에 상당하는 부분에는, 하사점에 있어서 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)이 배치된다.

펀치(2A)의 다이(2B)와 대향하는 면은, 금속판(B)에 접하여 가압하는 가압면을 포함한다. 펀치(2A)의 가압면은, 제1 프레스 장치(10)의 클리어런스부(1Ac)에 상당하는 부분인 접촉면(2At)을 포함한다. 접촉면(2At)은, 하사점에 있어서, 금속판(B)에 맞닿는다. 제2 프레스 장치(20)의 펀치(1A)에 있어서, 클리어런스부(1Ac)에 상당하는 부분에는, 하사점에 있어서 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)이 배치된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 하사점에 있어서, 금속판(B)의 표면은, 다이(2B)의 가압면과 펀치(2A)의 가압면과 맞닿는다. 가압면에는, 클리어런스부(1Bc, 1Ac)에 상당하는 접촉면(2Bt, 2At)도 포함된다. 제1 프레스 장치(10)에서는, 하사점의 금형과 맞닿지 않았던 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)에, 다이(2B) 및 펀치(2A)가 맞닿는다. 도 5의 예에서는, 금속판(B)의 양면의 서로 대향하는 부분에 각각 갖는 비접촉 영역 양쪽에, 금형 즉 다이(2B) 및 펀치(2A)가 맞닿는다.

제어부(5)는, 제1 프레스 장치(10)에서 성형된 금속판(B)이, 서로 이격한 다이(2B) 및 펀치(2A) 사이에 배치된 상태로부터, 다이(2B)와 펀치(2A)를 프레스 방향에 있어서 상대적으로 가깝게 하여 하사점에 도달할 때까지, 이동시킨다. 그 후, 제어부(5)는, 다이(2B)와 펀치(2A)를 하사점에서 유지한다. 이에 의해, 제2 프레스 장치(20)의 하사점 유지 기간에 있어서, 성형된 금속판(B)의 다이(2B)와 펀치(2A)에 접하는 부분은 급속히 냉각되어 경화한다.

도 4에 나타내는 예에서는, 제2 프레스 장치(20)의 한 쌍의 금형(2A, 2B) 각각은, 냉각 매체를 통하게 하는 유로인 관(12)을 갖는다. 이 관(12)은, 냉각 장치의 일례이다. 관(12)은, 예를 들면, 금형(2A, 2B)의 관통 구멍으로 형성된다. 관(12)을 지나는 냉각 매체의 유량은, 예를 들면, 밸브(22)로 제어된다. 유로는 관(12)에 한정되지 않으며, 예를 들면, 금형(2A, 2B)의 표면의 홈이어도 된다. 유로를 흐르는 냉각 매체에 의해 금형(2A, 2B)은 냉각된다. 냉각에 의해 금형(2A, 2B)은, 예를 들면, Mf점(약 300℃) 이하로 유지된다. 또한, 도 4 이외의 금형(2A, 2B)의 도면에서는, 냉각 장치의 도시를 생략한다.

도 2~도 5에 나타내는 예에서는, 제1 프레스 장치(10)에 있어서의 하사점 유지 기간(이하, 제1 하사점 유지 기간이라 칭한다)과, 제2 프레스 장치(20)에 있어서의 하사점 유지 기간(이하, 제2 하사점 유지 기간이라 칭한다)을 합친 전체 하사점 유지 기간에 있어서, 금속판(B)이 성형된 형상으로 금형에 구속되고, 냉각된다. 전체 하사점 유지 기간에 있어서, 금속판(B)의 클리어런스부(1Ac, 1Bc)에 대응하는 부분 즉 비접촉 영역(Bc)은, 비접촉 기간과 접촉 기간을 거치게 된다. 이에 의해, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)의 부분은, 부분적으로 완냉각되고, 다른 부분과 냉각 조건이 상이하게 된다. 이에 의해, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)의 부분의 특성을 다른 부분의 특성과 상이하게 할 수 있다. 또, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)의 부분은, 전체 하사점 유지 기간에 있어서, 완냉각되는 비접촉 기간과, 급랭되는 접촉 기간을 포함하기 때문에, 완냉각되면서도, 금형으로 구속된 상태인 정도까지 온도가 저하한다. 그 때문에, 비접촉 영역(Bc)의 부분과, 비접촉 영역(Bc) 이외의 부분 즉, 전체 하사점 유지 기간에 있어서 금형에 맞닿아 급랭된 부분과의 온도차가 저감한다. 이에 의해, 형상 정밀도를 확보하는 것이 용이해진다.

(제조 공정의 예)

여기서, 열간 프레스 라인(100)을 이용한, 열간 프레스 성형품의 제조 공정의 예를 설명한다. 우선, 가열 장치(30)에서 소재가 되는 금속판(B)을 가열한다. 또한, 금속판(B)은, 예를 들면, 평평한 판이어도 되고, 프레스 성형된 중간 성형품이어도 된다. 금속판(B)은, 일례로서, 강판이다. 가열 공정에서는, 금속판(B)을 Ac3점 이상으로 가열하여, 금속 조직을 오스테나이트화시킨다. 가열된 금속판(B)은, 제1 반송 장치(41)에 의해 반송되고, 제1 프레스 장치(10)의 다이(1B)와 펀치(1A) 사이에 배치된다.

제1 프레스 장치(10)에서는, 다이(1B)와 펀치(1A) 사이에 가열된 금속판(B)을 배치하고, 다이(1B) 및 펀치(1A) 중 적어도 어느 하나를 하사점까지 이동시킨다. 이에 의해, 금속판(B)이 열간 프레스 성형된다. 성형된 금속판(B)은, 하사점의 다이(1B)와 펀치(1A) 사이에서 유지된다. 이 제1 하사점 유지 기간에 있어서, 다이(1B) 및 펀치(1A)에 접하는 금속판(B)은, 급랭된다. 제1 프레스 장치(10)의 금형의 일부에는, 클리어런스부로서, 다이(1B)의 오목부의 클리어런스부(1Bc)와, 펀치(1A)의 오목부의 클리어런스부(1Ac)가 형성되어 있다. 하사점에 있어서, 클리어런스부(1Ac, 1Bc)에, 금속판(B)은 맞닿지 않는다. 이에 의해, 클리어런스부(1Ac, 1Bc)에 대응하는 금속판(B)의 부분 즉 비접촉 영역(Bc)의 부분은, 다이(1B) 및 펀치(1A)에 접촉하는 부분에 비해, 냉각 속도가 느려진다. 이에 의해, 금속판(B)의 일부를 완냉각할 수 있다.

제1 하사점 유지 기간이 종료되면, 성형된 금속판(B)은, 제2 반송 장치(42)에 의해, 제2 프레스 장치(20)의 다이(2B)와 펀치(2A) 사이에 배치된다. 제2 프레스 장치(20)는, 다이(2B) 및 펀치(2A) 중 적어도 어느 하나를 하사점까지 이동시킨다. 성형된 금속판(B)은, 하사점의 다이(2B)와 펀치(2A) 사이에서 유지된다. 다이(2B)와 펀치(2A)에는, 클리어런스부는 없다. 그 때문에, 금속판(B)의 양면이 모두 금형에 맞닿는다. 이 제2 하사점 유지 기간에 있어서, 다이(2B) 및 펀치(2A)에 접하는 금속판(B)은, 급랭된다.

제1 프레스 장치(10)에서, 완냉각된 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)은, 제2 하사점 유지 기간에 있어서, 제2 프레스 장치(20)의 제2 금형 즉 다이(2B) 및 펀치(2A)에 맞닿는다. 제2 하사점 유지 기간에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)이 급랭된다. 이에 의해, 제2 하사점 유지 기간의 종료 시의 금속판(B)에 있어서의 온도 분포를 균일에 가깝게 할 수 있다.

제2 하사점 유지 기간이 종료되면, 성형된 금속판(B)(성형품)을 금형(다이(2B) 및 펀치(2A))으로부터 꺼낸다. 얻어진 성형품은, 강도 분포가 부여되어 있으며, 또한 형상 정밀도가 뛰어나다.

강도 분포가 부여되는 메커니즘의 상세는 다음과 같다. 제1 프레스 장치(10)에서 열간 프레스 가공 중의 금속판(B) 중, 제1 금형(다이(1B) 및 펀치(1A))의 클리어런스부(1Bc, 1Ac)에 대응하는 부분 즉 비접촉 영역(Bc)의 부분의 냉각 양식은, (1) 금속판(B) 내의 열전도, (2) 금속판(B)-대기 간의 열전달, (3) 금속판(B)-금형 간의 복사이다. 그 때문에, 클리어런스부에서는, 금형의 접촉에 의한 금속판(B)-금형 간의 열전달에 비해 냉각 속도가 작아진다. 오스테나이트로부터의 냉각 속도가 소재의 강판에 의해 정해지는 임계 냉각 속도보다 작으면 강재 중에서 확산형 변태가 발생하여, 페라이트나 베이나이트 등과 같은 연질인 금속 조직이 생성된다. 한편, 금형 접촉한 부위는 비확산형 변태에 의해 마르텐사이트 주체의 경질인 금속 조직이 얻어진다. 즉, 금속판의 일부에 있어서 냉각 속도를 감소시킴으로써, 부분적으로 연질화한 프레스 성형품을 제조할 수 있다.

금형으로부터 성형된 금속판(성형품)을 꺼냈을 때에 성형품 내의 온도차가 크면, 열수축에 의해 성형품이 변형되어, 형상 불량이 발생해 버리는 경우가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 제2 프레스 장치(20)의 제2 하사점 유지 기간에 있어서, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)에 제2 금형(다이(2B) 및 펀치(2A))이 맞닿는다. 그 때문에, 제2 하사점 유지 기간 종료 시의 성형품 내의 온도차를 균일에 가깝게 할 수 있다. 이에 의해, 성형품 전체의 형상 정밀도를 확보하기 쉬워진다. 또, 제2 하사점 유지 기간의 접촉 기간에서는, 금형으로 금속판을 구속한 상태에서, 냉각한다. 그 때문에, 하사점 유지 기간에 전혀 구속하지 않는 경우에 비해, 금형으로 구속한 부분의 형상 정밀도를 확보하기 쉽다.

상기 예에서는, 전체 하사점 유지 기간의 초기 즉 제1 하사점 유지 기간에 금형의 일부를 비접촉 영역으로서 금속판(B)으로부터 이격시키고, 그 후, 전체 하사점 유지 기간의 종기 즉 제2 하사점 유지 기간에 금형을 금속판(B)의 비접촉 영역에 맞닿게 한다.

상기 예에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역은, 전체 하사점 유지 기간의 초기에 금형에 비접촉이며, 종기에 금형에 맞닿는다. 이와는 반대로, 금속판(B)의 비접촉 영역은, 전체 하사점 유지 기간의 초기에 금형에 맞닿고, 종기에 금형에 비접촉이어도 된다. 도 6은, 이 경우의 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 예에서는, 제1 프레스 장치(10)의 제1 금형(다이(1B), 펀치(1A))은, 클리어런스부를 갖지 않는다. 제2 프레스 장치(20)의 제2 금형(다이(2B), 펀치(2A))은, 클리어런스부(2Bc, 2Ac)를 갖는다. 제2 프레스 장치(20)의 하사점에서, 금속판(B)의 표면이 금형을 비접촉이 되는 비접촉 영역(Bc)은, 제1 프레스 장치(10)의 하사점에서는, 금형의 접촉면(1At, 1Bt)에 맞닿는다. 즉, 전체 하사점 유지 기간 중, 제1 하사점 유지 기간에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)은, 금형에 맞닿아 급랭되고, 제2 하사점 유지 기간에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)은, 금형에 맞닿지 않고 완냉각된다. 이 경우도, 성형된 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)의 부분의 특성을 다른 부분과 상이하게 할 수 있다. 또, 제2 하사점 유지 기간 종료 시의 성형품 내의 온도차를 균일에 가깝게 할 수 있다.

도 7은, 제1 하사점 유지 기간에 접촉 기간이 있으며, 제2 하사점 유지 기간에 비접촉 기간이 있는 경우의 예를 나타내는 그래프이다. 도 7은, 도 6에 나타내는 제1 금형 및 제2 금형으로 순차적으로 프레스 성형을 했을 경우의 예이다. 도 7에 있어서, 선(L1)은, 프레스 성형되는 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분의 온도를 나타낸다. 선(L2)은, 하사점 유지 기간의 전체에 걸쳐 금형과 맞닿는 금속판(B)의 부분(다른 부분)의 온도를 나타낸다.

도 7에 나타내는 예에서는, 제1 하사점 유지 기간의 개시 시점에서, 클리어런스부를 갖지 않는 제1 금형이 금속판(B)에 맞닿아 있다. 이 때, 금형과 금속판(B) 사이의 클리어런스(CL)는 0mm가 된다. 제1 하사점 유지 기간에서는, 금속판(B)은 급랭된다. 제1 하사점 유지 기간의 종료 후, 금속판(B)은, 제1 금형으로부터 떼어내져, 반송되고, 제2 금형의 사이에 배치된다. 제2 금형은, 금속판(B)을 프레스 성형하여 하사점에 도달한 후, 하사점에서 금속판(B)을 유지한다. 제2 금형은 클리어런스부를 갖는다. 하사점에 있어서, 제2 금형의 클리어런스부에 대응하는 금속판(B)의 부분은, 금형에 맞닿지 않는다. 즉, 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분은, 제2 하사점 유지 기간에 있어서 제2 금형으로부터 이격하여, 제2 하사점 유지 기간의 종료 시까지 계속 이격되어 있다. 그 때문에, 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분 즉 비접촉 영역의 부분은, 제1 하사점 유지 기간 즉 접촉 기간의 종료 후에는 금형에 맞닿지 않는다. 접촉 기간 후, 하사점 종료 시까지가 비접촉 기간이 된다. 제2 하사점 유지 기간에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역의 부분은, 다른 부분에 비해 냉각 속도가 느려지고, 완냉각된다.

이와 같이, 제1 및 제2 하사점 유지 기간은, 금속판의 일부를 급랭하는 접촉 기간과 완냉각하는 비접촉 기간을 포함한다. 그 때문에, 금속판(B)에 있어서 완냉각한 일부와 다른 부분의 온도차가 억제된다. 이에 의해, 성형품 전체의 형상 정밀도가 확보되기 쉬워진다. 또, 완냉각된 부분도, 제1 하사점 유지 기간에서 금형에 구속되기 때문에, 완냉각 부분의 형상 정밀도를 확보하기 쉬워진다.

도 7에 나타내는 예에서는, 제1 하사점 유지 기간 즉 접촉 기간에서, 금속판(B)의 비접촉 영역의 부분은, 선(L1)으로 나타내는 바와 같이 급랭되어, Ms점(마르텐사이트 변태 개시점)에 이르기 전에 제1 금형으로부터 이격하여 완냉각이 시작된다. 그 후, 금속판(B)의 비접촉 영역의 부분은, 반송, 제2 금형에 의한 프레스 성형 및 제2 하사점 유지 동안, 금형에 맞닿지 않고 완냉각된다. 이에 의해, 연질인 금속 조직이 생성된다. 한편, 선(L2)에 나타내는 바와 같이, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc) 이외의 다른 부분은, 제1 하사점 유지 기간 및 제2 하사점 유지 기간의 쌍방에 있어서 금형에 맞닿아, 급랭된다. 당해 다른 부분은, 제2 하사점 유지 기간에 있어서, Mf점(마르텐사이트 변태 종료점) 이하까지 냉각된다. 이에 의해, 마르텐사이트를 주체로 하는 경질인 금속 조직이 생성된다. 이와 같이 하여, 성형된 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분과, 다른 부분에서 특성(본 예에서는, 강도)을 상이하게 할 수 있다.

도 7의 예에서는, 제1 하사점 유지 기간의 비교적 온도가 높은 시기에 접촉 기간에서 금속판(B)의 부분이 급랭된다. 금속판(B)의 온도가 높아, 유연한 시기에 금속판(B)을 금형으로 구속하기 때문에, 구속한 부분의 형상 정밀도가 보다 확보되기 쉬워진다.

도 8은, 제1 하사점 유지 기간에 비접촉 기간이 있으며, 제2 하사점 유지 기간에 접촉 기간이 있는 경우의 예를 나타내는 그래프이다. 도 8은, 도 2에 나타내는 제1 금형 및 도 4에 나타내는 제2 금형으로 순차적으로 프레스 성형을 했을 경우의 예이다. 도 8에 있어서, 선(L3)은, 프레스 성형되는 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분의 온도를 나타낸다. 선(L2)은, 하사점 유지 기간의 전체에 걸쳐 금형과 맞닿는 금속판(B)의 부분(다른 부분)의 온도를 나타낸다. 도 8에 나타내는 예에서는, 제1 금형은 클리어런스부를 갖는다. 제1 하사점 유지 기간의 개시 시점에서, 제1 금형의 클리어런스부는, 금속판(B)으로부터 이격되어 있다. 제1 하사점 유지 기간에 있어서, 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분 즉 비접촉 영역(Bc)의 부분은, 제1 금형에 맞닿지 않고 이격되어 있다. 제1 하사점 유지 기간의 종료 후, 성형된 금속판(B)은, 제1 금형으로부터 떼어내져, 반송되고, 제2 금형의 사이에 배치된다. 제2 금형은, 금속판(B)을 프레스 성형하여 하사점에서 유지한다. 이 제2 하사점 유지 기간에 있어서, 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분의 부분은, 제2 금형에 맞닿는다. 이와 같이, 도 8의 예에서는, 제1 하사점 개시 시에 있어서 비접촉 기간이 있다. 반송 기간도 비접촉 기간이 된다. 제2 하사점 유지 기간 개시부터 제2 하사점 종료 시까지가 접촉 기간이 된다.

이와 같이, 제1 및 제2 하사점 유지 기간은, 성형된 금속판(B)의 일부를 완냉각하는 비접촉 기간과, 급랭하는 접촉 기간을 포함한다. 그 때문에, 금속판(B)에 있어서 완냉각한 일부와 다른 부분의 온도차가 억제된다. 이에 의해, 성형품 전체의 형상 정밀도가 확보되기 쉬워진다. 또, 완냉각된 부분도, 제2 하사점 유지 기간에서 금형에 구속되기 때문에, 완냉각 부분의 형상 정밀도를 확보하기 쉬워진다.

도 8에 나타내는 예에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)의 부분은, 선(L3)에 나타내는 바와 같이, Ms점까지 온도가 강하하기 전에 접촉 기간 즉 제2 하사점 유지 기간이 종료된다. 이에 의해, 연질인 금속 조직이 생성된다. 한편, 선(L2)에 나타내는 바와 같이, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc) 이외의 다른 부분은, 제1 및 제2 하사점 유지 기간에서 급랭되고, 제2 하사점 유지 기간 종료 시에는 Mf점 이하가 되도록 냉각된다. 이에 의해, 마르텐사이트를 주체로 하는 경질인 금속 조직이 생성된다. 이와 같이 하여, 성형된 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분과, 다른 부분에서 특성(예를 들면, 강도)을 상이하게 할 수 있다.

도 8의 예에서는, 제2 하사점 유지 기간의 비교적 온도가 낮아, 냉각 속도가 완만하게 되었던 시기에 접촉 기간에서 금속판(B)의 클리어런스부에 대응하는 부분이 급랭된다. 이 경우, 급랭에 의한 온도차가 작으므로, 온도 제어가 하기 쉽다. 또, 금속판(B)의 온도가 내려가, 조금 굳어졌을 때에 구속하여 급랭하기 때문에, 형상 정밀도가 보다 확보되기 쉽다.

하사점 유지 기간의 접촉 기간과 비접촉 기간은, 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하사점 유지 기간 내에 이격한 접촉 기간이 2회 이상 있어도 된다. 일례로서, 하사점 유지 기간의 초기와 종기에, 접촉 기간이 있으며, 초기와 종기 사이의 중기에 비접촉 기간이 있어도 된다. 예를 들면, 클리어런스부를 갖지 않는 제1 금형으로 프레스 성형하여 하사점 유지한 후, 클리어런스부를 갖는 제2 금형에서 하사점 유지하고, 추가로, 다시, 제1 금형(또는, 클리어런스부를 갖지 않는 제3 금형)에서 하사점 유지해도 된다.

제1 하사점 유지 기간 및 제2 하사점 유지 기간의 합계인 전체 하사점 유지 기간의 길이는, 이것에 한정되지 않지만, 예를 들면, 2~90초로 할 수 있다. 하사점 유지 종료 시의 성형품의 온도 분포의 균일화의 관점에서는, 전체 하사점 유지 기간은 긴 편이 좋지만, 제조 효율의 관점에서는, 짧은 편이 좋다. 그래서, 전체 하사점 유지 기간의 하한은, 10초가 바람직하고, 15초가 보다 바람직하다. 전체 하사점 유지 기간의 상한은, 90초가 바람직하고, 30초가 보다 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 전체 하사점 유지 기간에, 접촉 기간과 비접촉 기간이 포함되기 때문에, 예를 들면, 전체 하사점 유지 기간을 30초 이하로 해도, 전체 하사점 유지 종료 시의 성형품의 온도 분포를 균일화가 용이해진다.

상기 도 7 및 도 8에 나타내는 예에서는, 전체 하사점 유지 기간에 있어서, B의 비접촉 영역(Bc) 이외의 부분은, Mf점 이하까지 냉각된다. 이에 의해, 담금질이 가능해진다. 제1 프레스 장치(10)의 금형(1A, 1B) 및 제2 프레스 장치(20)의 금형(2A, 2B)은, 모두, 냉각 장치에 의해 Mf점 이하의 온도로 유지할 수 있다.

제1 금형(1A, 1B)의 클리어런스부(1Ac, 1Bc) 또는 제2 금형(2A, 2B)의 클리어런스부(2Ac, 2Bc)의 클리어런스(CL), 즉, 금형과 금속판의 거리는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 2mm 이상으로 할 수 있으며, 4mm 이상이 바람직하고, 6mm 이상이 보다 바람직하다.

(금형의 변형예)

도 9는, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 예에서는, 제1 금형 및 제2 금형 모두 클리어런스부 및 접촉면을 갖는다. 제1 금형인 다이(1B) 및 펀치(1A)의 클리어런스부(1Bc, 1Ac)에 대응하는 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)에는, 제2 금형의 다이(2B) 및 펀치(2A)의 접촉면(2Bt, 2At)이 하사점에서 맞닿는다. 또, 제2 금형의 클리어런스부(2Ac, 2Bc)에 대응하는 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)에는, 제1 금형의 다이(1B) 및 펀치(1A)의 접촉면(1Bt, 1At)이 맞닿는다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 금형의 클리어런스부에 상당하는 제2 금형의 부분의 적어도 일부는, 하사점에서 금속판에 맞닿는 접촉면을 갖고, 또한, 제2 금형의 클리어런스부에 상당하는 제1 금형의 부분의 적어도 일부는 하사점에서 금속판에 맞닿는 접촉면을 갖는 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 금속판(B)은, 제1 하사점 유지 기간에서 금형에 맞닿고 제2 하사점 유지 기간에서 금형에 비접촉이 되는 부분과, 제1 하사점 유지 기간에서 금형에 비접촉이며 제2 하사점 유지 기간에서 금형에 맞닿는 부분을 양쪽 모두 포함하게 된다.

도 10은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 다른 변형예를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 예에서는, 한 쌍의 제1 금형(1A, 1B) 중 한쪽의 금형(1B)에 오목부인 클리어런스부(1Bc)가 형성된다. 다른 쪽의 금형(1A)의 클리어런스부(1Bc)에 대향하는 부분은, 클리어런스부 즉 오목부는 형성되지 않으며, 금속판(B)에 맞닿는 가압면(1Au)의 일부로 되어 있다. 이 경우, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)은, 클리어런스부(1Bc) 측의 면에 발생하고, 비접촉 영역(Bc)의 이면(대향면)에는, 비접촉 영역(Bc)은 없다.

도 10의 예에서는, 한 쌍의 제2 금형(2A, 2B)에 있어서, 제1 금형(1B)의 클리어런스부(1Bc)에 상당하는 부분 즉 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)이 배치되는 부분은, 제2 금형(2B)이 맞닿는 접촉면(2Bt)으로 되어 있다. 이와 같이, 클리어런스부는, 금속판(B)의 편면 측에 형성되는 경우여도, 특성 분포가 부여된 성형품의 형상 정밀도를 확보할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 10의 예에 있어서, 제1 금형과 제2 금형이 반대로 되어도 된다. 즉, 제2 금형의 금속판(B)의 편측에 클리어런스부가 형성되고, 제1 금형에 있어서, 제2 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분에 접촉면이 형성되는 구성이어도 된다.

도 11은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 다른 변형예를 나타내는 도면이다. 도 11에 나타내는 예에서는, 한 쌍의 제1 금형(1A, 1B) 중 한쪽의 금형(1B)에 오목부인 클리어런스부(1Bc)가 형성된다. 다른 쪽의 금형(1A)의 클리어런스부(1Bc)에 대향하는 부분은, 클리어런스부 즉 오목부는 형성되지 않으며, 금속판(B)에 맞닿는다. 제2 금형(2B)에서는, 제1 금형(1B)의 클리어런스부(1Bc)에 상당하는 부분은, 금속판(B)에 맞닿는 접촉면(2Bt)으로 되어 있다. 이 접촉면(2Bt)에 대향하는 제2 금형(2A)의 부분은, 오목부인 클리어런스부(2Ac)로 되어 있다. 이 제2 금형(2A)의 클리어런스부(2Ac)에 상당하는 제1 금형(1A)의 부분은, 금속판(B)에 맞닿는 접촉면(1At)으로 되어 있다. 이러한 구성의 경우도, 특성 분포가 부여된 성형품의 형상 정밀도를 확보할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도 12는, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 다른 변형예를 나타내는 도면이다. 도 12에 나타내는 예에서는, 제1 금형(1A, 1B)은, 클리어런스부(1Ac, 1Bc)를 갖는다. 제2 금형(2A, 2B)에 있어서, 제1 금형(1A, 1B)의 클리어런스부(1Ac, 1Bc)에 상당하는 부분의 일부가 클리어런스부(2Ac, 2Bc)이며, 다른 부분은 금속판(B)에 맞닿아 있다. 바꾸어 말하면, 제2 금형(2A, 2B)에서는, 금속판(B)의 비접촉 영역(Bc)이 배치되는 부분의 일부가 접촉면이며, 다른 부분이 클리어런스부(2Ac, 2Bc)로 되어 있다. 이 예에서는, 제1 금형 및 제2 금형은 모두 클리어런스부를 갖는다. 제1 금형의 클리어런스부와 제2 금형의 클리어런스부는, 서로 상당하는 위치에 형성되는데, 클리어런스부의 면적이 상이하다. 이에 의해, 예를 들면, 클리어런스부의 영역에 따른 냉각 조건을 설정할 수 있다.

도 13은, 제1 금형 및 제2 금형의 구성의 다른 변형예를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 예에서는, 제1 금형(1A, 1B)은, 클리어런스부(1Ac, 1Bc)를 갖는다. 제2 금형(2A, 2B)에 있어서, 제1 금형(1A, 1B)의 클리어런스부(1Ac, 1Bc)에 상당하는 부분은, 금속판(B)의 양면에 맞닿는 서로 대향하는 한 쌍의 접촉면(2Ap, 2Bp)으로 되어 있다. 이 한 쌍의 접촉면(2Ap, 2Bp)은, 금속판(B)을 프레스 방향으로 굽히는 형상을 갖는다. 한 쌍의 접촉면 중 한쪽의 접촉면(2Ap)은, 볼록 형상이며, 다른 쪽은, 이 볼록 형상에 대응한 오목 형상으로 되어 있다. 이와 같이, 제2 금형(2A, 2B)의 접촉면(2Ap, 2Bp)이 프레스 방향으로 볼록 또는 오목한 요철 형상을 가짐으로써, 이 부분의 금속판(B)을 이 요철 형상에 따른 형상으로 성형할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서의 열간 프레스 장치 및 열간 프레스 성형품의 제조 방법은, 이것에 한정되지 않는데, 예를 들면, 차량용 구조 부재의 제조에 적용할 수 있다. 차량용 구조 부재는, 강도 분포가 부여되고, 또한 형상 정밀도가 요구되는 경우가 있다. 이러한 차량용 구조 부재에, 실시 형태를 적합하게 적용할 수 있다. 예를 들면, 차체의 경량화, 고기능화 등을 달성하기 위해 단일 부품 내에 부분적인 연화부를 갖는 열간 프레스 성형품(핫스탬프 부재)인 차량용 구조 부재를, 본 실시 형태의 열간 프레스 장치에서 제조할 수 있다. 이러한 차량용 구조 부재의 예로서, 연질인 플랜지를 갖는 고강도 센터 필러, 또는, 연화부의 배치에 의해 충돌 시의 꺾임 모드를 제어하는 리어 사이드 멤버 또는 범퍼 빔 등을 들 수 있다.

(실시예)

클리어런스부를 갖는 B 필러 금형(이하, 클리어런스 금형) 및 클리어런스부를 갖지 않는 클리어런스가 없는 금형을 작성하여, 시험을 행했다. 클리어런스가 없는 금형은, 제1 금형이며, 도 6에 나타내는 제1 금형(1A, 1B)과 동일한 구성으로 했다. 클리어런스 금형은, 제2 금형으로서, 도 6에 나타내는 제2 금형(2A, 2B)과 동일한 구성으로 했다. 제1 금형은, 클리어런스부를 갖지 않는다. 제2 금형은, B 필러의 플랜지부에 상당하는 부위에, 클리어런스부가 존재한다. 제2 금형의 클리어런스부는, 다이(2B)의 오목부(갭)(2Bc)와, 이에 대향하는 펀치(2A)의 오목부(2Ac)를 포함한다. 제2 금형의 클리어런스부에 대응하는 금속판(B)의 부분은, 하사점에 있어서, 금형 냉각되지 않기 때문에, 완냉각이 되고, 금속 조직은 연질화한다.

시험에 있어서, 금속판은 핫스탬프(이하, HS)용 열연판(두께 2.6mm)을 사용했다. 금속판을 900℃ 설정의 노에서 5분간 가열하고, 제1 금형 및/또는 제2 금형에서 성형, 하사점 유지, 이형, 방랭했다. 사용한 제1 금형 및/또는 제2 금형에 의한 하사점 유지 중의 클리어런스의 조건을, 하기 표 1에 나타내는 (a)~(c)의 3개로 했다.

[표 1]

표 1에 있어서, (a)는 클리어런스가 없는 금형으로 프레스 성형하는 조건이며, 제1 금형에 있어서 플랜지부도 포함하여 금속판의 전체 면이 금형 접촉하는 일반적인 HS의 조건이다. (a)에서는, 금속판을 가열 후에 제1 금형에 반송하고, 하사점 유지 10s, 그 후 이형하여 방랭했다. (b)는, 플랜지 대응부에 클리어런스부를 갖는 제2 금형으로 프레스 성형하는 조건이다. (b)에서는, 금속판을 가열 후에 제2 금형에 반송하여, 10s 하사점 유지하고, 그 후 이형하여 방랭했다. 하사점 유지 기간의 전체 기간에 걸쳐 클리어런스량은 일정하다. 하사점 유지 기간의 종료 시에, 플랜지 대응부는 고온의 상태에서 이형된다. (c)의 조건에서는, 금속판을 가열 후에 제1 금형에 반송하여, 하사점 도달 후에 즉시 이형하고, 제2 금형에 반송하여, 30s 하사점 유지하고, 그 후 이형하여 방랭했다.

열간 프레스 성형 후의 성형품을 대상으로 플랜지부에 있어서의 경도와 형상 정밀도를 평가했다. 형상 정밀도에 대해서는, 성형품에 있어서의 비틀림과 플랜지부에 있어서의 면외 변형에 대해 평가를 행했다. 본 실시예의 성형품에 있어서의 형상 정밀도의 평가 위치를 도 14에 나타낸다. 형상 정밀도의 기준은, (a)의 데이터를 기준으로 하여, 조건 (b) (c)에 대해 평가했다.

도 15는, 성형품의 경도 분포의 결과를 나타내는 그래프이다. (a)의 조건의 성형품과 비교하여, (b)와 (c)의 조건의 성형품에서는, 클리어런스부에 있어서의 경도는 낮다. 클리어런스부는, 금형의 클리어런스부에 대응하는 성형품의 부분이다. 도 15에 나타내는 결과로부터, 클리어런스 금형(1 공정) 그리고 클리어런스 금형(2 공정)의 클리어런스부에 의한 부분 연화의 효과를 알 수 있었다.

도 16은, 성형품의 비틀림 각도의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 16의 그래프의 비틀림 각도는, 도 14에 나타내는 비틀림 위치 맞춤면(W1)에서, (a)~(c)의 성형품의 위치를 맞추었을 경우에, 비틀림 평가 단면(C1)이 (a)의 성형품에 대해 어느 정도 비틀어져 있는지를 나타내는 값이다.

도 16에 나타내는 결과에서는, (b)의 클리어런스 금형(1 공정)으로 성형한 성형품에서는, (a)의 클리어런스가 없는 경우의 조건보다 비틀림이 커지는 형상 정밀도가 악화되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, (c)의 클리어런스 금형(2 공정)을 이용하여 프레스 성형한 성형품에서는, 비틀림 각도가 (b)의 절반 이하가 되어, 형상 정밀도의 개선이 확인되었다.

도 17은, 성형품의 면외 변형의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 17의 그래프에 나타내는 면외 변형의 양은, 도 14에 나타내는 면외 변형 평가 위치(F1)에 있어서의 면의 (a)의 성형품에 대한 변형량을 나타낸다. 면외 변형 평가 위치(F1)는, (b) 및 (c)에 있어서, 플랜지부의 금형의 클리어런스부에 대응하는 부분을 포함하는 위치이다. 도 17에 나타내는 예에서는, 클리어런스부에 대응하는 플랜지부에 있어서의 국소적인 형상 정밀도도, (c)의 클리어런스 금형(2 공정)에 의해 개선되어 있는 것을 알 수 있었다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태를 설명했는데, 상술한 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 상술한 실시 형태를 적절히 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

1A, 1B： 제1 금형
1Ac, 1Bc： 클리어런스부
1At, 1Bt： 접촉면
10： 제1 프레스 장치
100： 열간 프레스 라인
2A, 2B： 제2 금형
2Ac, 2Bc： 클리어런스부
2At, 2Bt： 접촉면
20： 제2 프레스 장치
30： 가열 장치
41： 제1 반송 장치
42： 제2 반송 장치
5： 제어부
B： 금속판
Bc： 비접촉 영역

Claims

금속판을 가열하는 가열 장치와,
프레스 방향으로 상대 이동 가능한 한 쌍의 제1 금형을 갖고, 상기 한 쌍의 제1 금형을 프레스 방향으로 가깝게 함으로써 상기 가열된 금속판을 프레스 성형하여 하사점에서 유지하는 제1 프레스 장치와,
프레스 방향으로 상대 이동 가능한 한 쌍의 제2 금형을 갖고, 상기 제1 프레스 장치에서 프레스 성형된 상기 금속판을, 상기 제2 금형의 하사점에서 유지하는 제2 프레스 장치와,
상기 가열 장치로부터 상기 제1 프레스 장치로 상기 금속판을 반송하는 제1 반송 장치와,
상기 제1 프레스 장치로부터 상기 제2 프레스 장치로 상기 금속판을 반송하는 제2 반송 장치를 구비하고,
상기 제1 금형 및 상기 제2 금형 중 적어도 한쪽의 금형은, 하사점에 있어서 상기 금속판과의 사이에 클리어런스를 형성하는 내측으로 오목한 클리어런스부를 갖고, 다른 쪽의 금형은, 상기 한쪽의 금형의 상기 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 하사점에서 상기 금속판에 맞닿는 접촉면을 갖는, 열간 프레스 라인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 금형은, 상기 클리어런스부를 갖고, 상기 제2 금형은, 상기 제1 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 상기 접촉면을 갖는, 열간 프레스 라인.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 금형은, 상기 클리어런스부를 갖고, 상기 제1 금형은, 상기 제2 금형의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 상기 접촉면을 갖는, 열간 프레스 라인.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쪽의 금형의 상기 클리어런스부는, 상기 금속판을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 클리어런스부를 포함하고, 상기 다른 쪽의 금형의 상기 접촉면은, 상기 한쪽의 금형의 상기 한 쌍의 클리어런스부에 상당하는 부분의 적어도 일부에 있어서, 상기 금속판을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 접촉면을 포함하는, 열간 프레스 라인.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다른 쪽의 금형의 상기 접촉면은, 상기 프레스 방향으로 대향하는 한 쌍의 접촉면을 포함하고, 상기 한 쌍의 접촉면은, 상기 금속판을 상기 프레스 방향으로 굽히는 형상을 갖는, 열간 프레스 라인.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쪽의 금형의 상기 클리어런스부에 대향하는 금형의 부분에는, 하사점에 있어서 상기 금속판에 맞닿는 상기 접촉면이 배치되고, 상기 다른 쪽의 금형의 상기 접촉면에 대향하는 금형의 부분에는, 하사점에 있어서 상기 금속판과의 사이에 클리어런스를 형성하는 내측으로 오목한 상기 클리어런스부가 배치되는, 열간 프레스 라인.
금속판을 가열하는 공정과,
제1 프레스 장치의 한 쌍의 제1 금형의 사이에 가열한 상기 금속판을 배치하는 공정과,
상기 한 쌍의 제1 금형을 프레스 방향에 있어서 상대적으로 가깝게 함으로써, 상기 금속판을 프레스 성형하는 공정과,
상기 한 쌍의 제1 금형의 하사점에 있어서, 상기 금속판을 유지하는 제1 하사점 유지 공정과,
상기 제1 하사점 유지 공정 후에, 프레스 성형된 상기 금속판을, 제2 프레스 장치의 한 쌍의 제2 금형의 사이에 반송하여 배치하는 공정과,
상기 한 쌍의 제2 금형이 하사점에 있어서, 상기 제1 프레스 장치에서 프레스 성형된 상기 금속판을 유지하는 제2 하사점 유지 공정을 포함하고,
상기 제1 하사점 유지 공정 및 상기 제2 하사점 유지 공정 중 한쪽의 하사점 유지 공정에 있어서, 상기 금속판의 표면은, 하사점의 금형과 접하지 않는 비(非)접촉 영역을 갖고, 당해 비접촉 영역의 적어도 일부는, 다른 쪽의 하사점 유지 공정에서 하사점의 금형에 접촉하는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역의 적어도 일부가, 상기 제2 하사점 유지 공정에서는 상기 제2 금형에 맞닿는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 제2 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역의 적어도 일부가, 상기 제1 하사점 유지 공정에서는 상기 제1 금형에 맞닿는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쪽의 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역은, 상기 금속판의 양면의 대향하는 한 쌍의 영역을 포함하고, 당해 비접촉 영역의 한 쌍의 영역 각각의 적어도 일부는, 다른 쪽의 하사점 유지 공정에서 하사점의 금형에 접촉하는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쪽의 하사점 유지 공정의 상기 금속판의 비접촉 영역의 적어도 일부는, 상기 다른 쪽의 하사점 유지 공정에서 하사점의 금형에 접촉하고, 또한 상기 프레스 방향으로 굽히는 성형이 이루어지는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쪽의 하사점 유지 공정에 있어서, 상기 금속판의 비접촉 영역의 이면의 영역의 적어도 일부에는, 하사점의 금형이 맞닿고, 상기 비접촉 영역의 이면의 영역의 적어도 일부는, 상기 다른 쪽의 하사점 유지 공정에 있어서, 금형이 맞닿지 않는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.