WO2014109242A1 - ホットスタンプ加工装置 - Google Patents

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hot
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hot stamping
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田中　芳樹
成喜 中島
伸一郎 中根
宏紀 箕浦
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フタバ産業株式会社
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling

Definitions

  • the present invention relates to a hot stamping apparatus.
  • Patent Document 1 describes hot stamping that sequentially executes a forming process and a second forming process.
  • corrosion resistance is also required for metal materials used in corrosive environments such as automobile body under parts.
  • One aspect of the present invention is a hot stamping apparatus for performing hot stamping on a metal material plated with Zn—Ni, and includes a first mold and the first mold.
  • a movable body relatively movable in the approaching / separating direction, and a second mold that is supported by the movable body and performs a first molding process on the metal material in cooperation with the first mold.
  • a switching device capable of switching a relative position of the third mold with respect to the other mold.
  • the hot stamping process is performed on the metal material on which the highly heat-resistant Zn—Ni plating is performed, the corrosion resistance of the parts manufactured by the hot stamping process can be improved.
  • processing defects may occur. It tends to occur.
  • the relative position of the third mold with respect to the second mold can be switched, and therefore, a plurality of processings can be performed in a short time.
  • a hot stamp processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for performing hot stamp processing on a metal plate material (iron plate) 9 as a workpiece (processing object).
  • the hot stamping device 1 includes a fixed portion 2 and a movable portion 3 provided so as to be movable up and down (movable in the vertical direction) with respect to the fixed portion 2.
  • a Zn—Ni plating material which is a metal material plated with Zn—Ni is used.
  • the fixing unit 2 includes a lower mold 21.
  • the lower die 21 has a central portion protruding from the upper surface, and a cross-sectional shape viewed from the side is formed in a shape protruding from the center.
  • the upper surface of the lower mold 21 functions as a pressing surface that presses the metal plate 9 during the forming process (drawing process and bending process).
  • a cooling water passage (not shown) for flowing cooling water is formed inside the lower mold 21.
  • the metal plate 9 is heated to a quenching temperature (for example, 900 ° C.) in a heating device (heating furnace) before being processed by the hot stamp processing apparatus 1, and is processed and cooled by the hot stamp processing apparatus 1. Is done.
  • the movable part 3 includes a first upper mold 31, a second upper mold 32, a holder 33, and a cylinder device 34.
  • the first upper mold 31 has a recessed central portion on the lower surface, and a cross-sectional shape viewed from the side is formed in a shape in which the recessed portion opens downward.
  • the lower surface of the first upper mold 31 functions as a pressing surface that presses (molds) the metal plate 9 in cooperation with the upper surface of the lower mold 21 during the first molding process (drawing process). For this reason, the lower surface of the first upper mold 31 is formed in a shape that fits with the upper surface of the lower mold 21.
  • a cooling water passage (not shown) for flowing cooling water is formed inside the first upper mold 31.
  • the second upper mold 32 functions as a pressing surface that presses (molds) the metal plate 9 in cooperation with the upper surface of the lower mold 21 during the second molding process (bending process).
  • the holder 33 supports (fixes) the first upper mold 31.
  • the holder 33 supports the second upper mold 32 so as to be relatively movable in the vertical direction.
  • the cylinder device 34 is disposed above the second upper mold 32, and a spacer that regulates the position of the second upper mold 32 with respect to the holder 33 (a position where the second upper mold 32 can move upward) is used as the second upper mold 32. It is configured to be movable in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 1). For this reason, according to the position of the spacer in the horizontal direction, the position where the second upper mold 32 can be moved relative to the holder 33 can be varied.
  • the lower surface of the second upper mold 32 is in relation to the lower surface of the first upper mold 31. Does not protrude.
  • the drawing process as the first forming process is performed in the first state.
  • the hot stamping apparatus 1 includes a lower die 21, a holder 33 that is movable in the vertical direction relative to the lower die 21, and a metal plate material that is supported by the holder 33 and cooperates with the lower die 21.
  • the first upper mold 31 that performs the first molding process (drawing process) with respect to 9 and the holder 33, and the second molding process (bending) with respect to the metal plate 9 in cooperation with the lower mold 21.
  • a second upper die 32 that performs processing, and a cylinder device 34 that can switch a relative position of the second upper die 32 with respect to the first upper die 31 in the vertical direction.
  • the hot stamp processing apparatus 1 can perform hot stamp processing in which molding processing is divided into a plurality of stages in a short time.
  • the hot stamping apparatus 1 for example, as shown in FIG. 3, it is possible to manufacture a body under part 41 (for example, a part having a deep press depth) that has been difficult to be molded by the prior art. That is, for example, in a configuration in which drawing and bending are performed simultaneously (by a single press) as in the processing device 5 of the comparative example shown in FIG. 4, the shape changes suddenly (the blank holder surface changes rapidly). Therefore, for example, a processing defect (for example, wrinkles) is likely to occur (part surrounded by a broken line) like the part 42 shown in FIG.
  • a processing defect for example, wrinkles
  • a two-part structure including an outer part 7 (GA440 MPa material having a plate thickness of 2.3 mm) and an inner part 8 for reinforcement (GA440 MPa material having a plate thickness of 2.3 mm).
  • GA means an galvannealed steel sheet.
  • the molding process is divided into a plurality of stages as in the present embodiment, it is possible to make it difficult for processing defects to occur.
  • a one-part structure with an outer part 41 hot stamp plating material having a plate thickness of 1.6 mm
  • the lower mold 21 corresponds to an example of a first mold
  • the first upper mold 31 corresponds to an example of a second mold
  • the second upper mold 32 corresponds to an example of a third mold.
  • the holder 33 corresponds to an example of a movable body
  • the cylinder device 34 corresponds to an example of a switching device.
  • the metal plate material 9 corresponds to an example of a metal material
  • the vertical direction corresponds to an example of an approaching / separating direction.
  • Each component of the present invention is conceptual and is not limited to the above embodiment.
  • the functions of one component may be distributed to a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be integrated into one component.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be replaced with a known configuration having the same function.

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Abstract

ホットスタンプ加工装置（１）は、Ｚｎ－Ｎｉメッキが施された金属材（９）に対してホットスタンプ加工を行うためのホットスタンプ加工装置であって、第１の金型（２１）と、前記第１の金型に対して接近離間方向へ相対的に移動可能な可動体（３３）と、前記可動体に支持され、前記第１の金型と協働して前記金属材に対して第１の成形加工を行う第２の金型（３１）と、前記可動体に支持され、前記第１の金型と協働して前記金属材に対して第２の成形加工を行う第３の金型（３２）と、前記接近離間方向における、前記第２の金型に対する前記第３の金型の相対的な位置を切替可能な切替装置（３４）と、を備える。

Description

ホットスタンプ加工装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１３年１月１１日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１３－３７２４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１３－３７２４号の全内容を本国際出願に援用する。
　本発明は、ホットスタンプ加工装置に関する。
　近年の自動車部品（例えばピラー）は、オフセット衝突などの試験においても破壊されにくい性能が求められる一方、燃費向上の観点から、軽量化のための薄肉化が進んでいる。かかる状況を鑑みると、ピラー等の材料のハイテン化や複雑な絞りを可能とするホットプレス化が望まれる。すなわち、金属材をその焼入温度まで加熱し、加熱されて高温状態にある金属材を加工するホットスタンプ加工（ホットプレス加工）によれば、軽量かつ高強度の部品を製造することが可能である。なお、特許文献１には、成形加工と第２の成形加工とを順次実行するホットスタンプ加工について記載されている。
特開２０１１－９２９４６号公報
　ところで、例えば自動車のボデーアンダー部品などのように、腐食しやすい環境で用いられる金属材には、耐食性も要求される。
　本発明の一側面においては、ホットスタンプ加工により製造される部品の耐食性を向上させることが望ましい。
　本発明の一側面は、Ｚｎ－Ｎｉメッキが施された金属材に対してホットスタンプ加工を行うためのホットスタンプ加工装置であって、第１の金型と、前記第１の金型に対して接近離間方向へ相対的に移動可能な可動体と、前記可動体に支持され、前記第１の金型と協働して前記金属材に対して第１の成形加工を行う第２の金型と、前記可動体に支持され、前記第１の金型と協働して前記金属材に対して第２の成形加工を行う第３の金型と、前記接近離間方向における、前記第２の金型に対する前記第３の金型の相対的な位置を切替可能な切替装置と、を備える。
　このような構成によれば、耐熱性の高いＺｎ－Ｎｉメッキが施された金属材に対してホットスタンプ加工を行うため、ホットスタンプ加工により製造される部品の耐食性を向上させることができる。また、ホットスタンプ加工では、加熱されて高温状態にある金属材に対し、温度が高いうちに加工を施すことが好ましいが、加工形状によっては、１回のプレスで加工しようとすると、加工不良が生じやすくなってしまう。この点、上記構成によれば、第２の金型に対する第３の金型の相対的な位置を切替可能であるため、複数回の加工を短時間で行うことができる。
第１の状態におけるホットスタンプ加工装置の構成図である。 第２の状態におけるホットスタンプ加工装置の構成図である。 製造される部品の外観図である。 比較例のホットスタンプ加工装置の構成図である。 加工不良が発生した部品の外観図である。 従来技術で製造される部品の外観図である。
　１…ホットスタンプ加工装置、２…固定部、３…可動部、７…アウター部品、８…インナー部品、９…金属板材、２１…下型、３１…第１の上型、３２…第２の上型、３３…ホルダー、３４…シリンダ装置
　以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
　図１に示すホットスタンプ加工装置１は、ワーク（加工対象物）としての金属板材（鉄板）９に対してホットスタンプ加工を行うための装置である。ホットスタンプ加工装置１は、固定部２と、固定部２に対して上下動可能（鉛直方向へ移動可能）に設けられた可動部３と、を備える。なお、金属板材９としては、Ｚｎ－Ｎｉメッキが施された金属材であるＺｎ－Ｎｉメッキ材が用いられる。
　固定部２は、下型２１を備える。下型２１は、上面における中央部が突出しており、側方から見た断面形状が、中央が突出した形状に形成されている。下型２１の上面は、成形加工（絞り加工及び曲げ加工）の際に、金属板材９を押圧する押圧面として機能する。なお、下型２１の内部には、冷却水を流すための冷却水流路（図示せず）が形成されている。金属板材９は、ホットスタンプ加工装置１で加工される前段階で、加熱装置（加熱炉）において焼入温度（例えば９００℃）まで加熱されており、ホットスタンプ加工装置１において加工されるとともに冷却される。
　可動部３は、第１の上型３１と、第２の上型３２と、ホルダー３３と、シリンダ装置３４と、を備える。
　第１の上型３１は、下面における中央部がへこんでおり、側方から見た断面形状が、へこみ部分が下方側へ開口した形状に形成されている。第１の上型３１の下面は、第１の成形加工（絞り加工）の際に、下型２１の上面と協働して金属板材９を押圧（成形）する押圧面として機能する。このため、第１の上型３１の下面は、下型２１の上面と嵌合する形状に形成されている。なお、第１の上型３１の内部には、冷却水を流すための冷却水流路（図示せず）が形成されている。
　第２の上型３２は、第２の成形加工（曲げ加工）の際に、下型２１の上面と協働して金属板材９を押圧（成形）する押圧面として機能する。
　ホルダー３３は、第１の上型３１を支持（固定）する。また、ホルダー３３は、第２の上型３２を上下方向に相対移動可能に支持する。
　シリンダ装置３４は、第２の上型３２の上方に配置されており、ホルダー３３に対する第２の上型３２の位置（上方への移動可能位置）を規制するスペーサを、第２の上型３２に対して水平方向（図１でいう左右方向）へ移動可能に構成されている。このため、水平方向におけるスペーサの位置に応じて、ホルダー３３に対する第２の上型３２の上方への移動可能位置を異ならせることができる。
　図１に示すように、シリンダ装置３４のスペーサが第２の上型３２の位置を規制しない第１の状態では、第２の上型３２の下面が第１の上型３１の下面に対して突出しない。第１の成形加工としての絞り加工は、この第１の状態で行われる。
　一方、図２に示すように、シリンダ装置３４のスペーサが第２の上型３２の位置を規制する第２の状態では、第２の上型３２の下面が第１の上型３１の下面に対して突出する。第２の成形加工としての曲げ加工は、この第２の状態で行われる。
　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
　［Ａ１］ホットスタンプ加工装置１は、下型２１と、下型２１に対して鉛直方向へ相対的に移動可能なホルダー３３と、ホルダー３３に支持され、下型２１と協働して金属板材９に対して第１の成形加工（絞り加工）を行う第１の上型３１と、ホルダー３３に支持され、下型２１と協働して金属板材９に対して第２の成形加工（曲げ加工）を行う第２の上型３２と、鉛直方向における、第１の上型３１に対する第２の上型３２の相対的な位置を切替可能なシリンダ装置３４と、を備える。つまり、ホットスタンプ加工装置１は、成形加工を複数段階に分けたホットスタンプ加工を短時間で行うことができる。その結果、ホットスタンプ加工装置１によれば、例えば図３に示すように、従来技術では成形が困難であったボデーアンダー部品４１（例えばプレス深さが深い部品）を製造することができる。すなわち、例えば図４に示す比較例の加工装置５のように、絞り加工と曲げ加工とを同時に（１回のプレスで）行う構成では、形状の急激な変化（ブランクホルダー面の急激な変化）により、例えば図５に示す部品４２のように加工不良（例えばシワ）が発生しやすくなってしまい（破線で囲んだ部分）、所望の部品形状が達成できない。このため、例えば図６に示すように、例えば、アウター部品７（板厚２．３ｍｍのＧＡ４４０ＭＰａ材）と、補強用のインナー部品８（板厚２．３ｍｍのＧＡ４４０ＭＰａ材）と、の２部品構造にするといった対応が必要となる。なお、ＧＡとは、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板を意味する。これに対し、本実施形態のように成形加工を複数段階に分けた場合には、加工不良を生じにくくすることができる。その結果、図３に示すように、アウター部品４１（板厚１．６ｍｍのホットスタンプメッキ材）による１部品構造とすることができる。
　［Ａ２］ホットスタンプ加工で材料強度を向上させることにより、部品点数を削減してコスト低減や軽量化などを実現することができる。また、高防錆（耐食性）が求められるボデーアンダー部品において、従来用いられていた材料（例えばＧＡ４４０ＭＰａ材）に代えて、Ｚｎ－Ｎｉメッキ材を使用することにより、耐食性を確保するための電着塗装の厚膜化やワックスなどの防錆処理（ホットスタンプ加工後の後処理）を不要とすることが可能となり、高防錆を実現したホットスタンプ成形品を実現することができる。
　［Ａ３］成形加工を複数段階に分けることで、各段階においてプレス速度やストローク量を異ならせることができる。したがって、従来技術では製造が困難であった複雑な形状の部品を製造することができる。
　なお、下型２１が第１の金型の一例に相当し、第１の上型３１が第２の金型の一例に相当し、第２の上型３２が第３の金型の一例に相当し、ホルダー３３が可動体の一例に相当し、シリンダ装置３４が切替装置の一例に相当する。また、金属板材９が金属材の一例に相当し、鉛直方向が接近離間方向の一例に相当する。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
　［Ｂ１］上記実施形態では、絞り加工の後に曲げ加工を行う例を示したが、これ以外の順序であってもよい。また、上記実施形態では、成形加工を２段階に分けた例を示したが、例えば３段階以上に分けてもよい。また、上型の形状を切り替える機構は上記実施形態で例示したものに限定されるものではなく、種々の機構で実現することができる。
　［Ｂ２］本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。

Claims (1)

  1. 　Ｚｎ－Ｎｉメッキが施された金属材に対してホットスタンプ加工を行うためのホットスタンプ加工装置であって、
    　第１の金型と、
    　前記第１の金型に対して接近離間方向へ相対的に移動可能な可動体と、
    　前記可動体に支持され、前記第１の金型と協働して前記金属材に対して第１の成形加工を行う第２の金型と、
    　前記可動体に支持され、前記第１の金型と協働して前記金属材に対して第２の成形加工を行う第３の金型と、
    　前記接近離間方向における、前記第２の金型に対する前記第３の金型の相対的な位置を切替可能な切替装置と、
    　を備えることを特徴とするホットスタンプ加工装置。
PCT/JP2013/084862 2013-01-11 2013-12-26 ホットスタンプ加工装置 WO2014109242A1 (ja)

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JP2013003724 2013-01-11

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