WO2019187742A1 - 熱間プレス加工方法及び加工装置 - Google Patents

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cooling
press processing
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直之 入江
一郎 猪
嘉英 平尾
慧 大川
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マツダ株式会社
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Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a hot press working method and a processing apparatus.
  • Patent Document 1 as an example of such a hot press working method (hot stamping method), austenite is added without adding ferrite, bainite transformation by adding Ni, Cr, Mo to a workpiece (blank). It is disclosed to perform molding in the region.
  • Patent Document 1 a molded product in which a hard zone obtained by martensitic transformation and a soft zone obtained by ferrite-bainite transformation has been proposed. According to this proposal, although it is a single molded article, it is possible to achieve both high strength due to the hard zone and extensibility due to the soft zone.
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and its purpose is to suppress unintended deformation during cooling when processing into a molded product having a hard zone and a soft zone. Therefore, it is to increase the processing accuracy of the molded product.
  • the technology disclosed herein relates to a hot press working method for working a workpiece into a molded product.
  • the hot press working method includes a heating step for heating the workpiece, a pressing step for press-molding the workpiece heated by the heating step, and cooling a part of the workpiece press-formed by the pressing step to martens.
  • a cooling step of generating a soft zone in the work by generating a hard zone in the work by transforming the ferrite bainite by cooling the other part of the work, while generating a hard zone in the work by site transformation,
  • the predetermined portion in the soft zone is cooled after at least one of rigidity and hardness at the predetermined portion is increased.
  • both the high strength caused by the hard zone and the extensibility caused by the soft zone can be achieved by generating both the hard zone and the soft zone while being a single molded article. Can do.
  • the portion is cooled.
  • the said hot press working method is good also as cooling, after giving the shape which has a rigidity higher than the other site
  • the hot press working method may perform cooling after applying a bead shape extending in a specific direction to the predetermined portion when the cooling step is executed.
  • the rigidity at this portion can be increased. This is advantageous in suppressing unintended deformation in the soft zone and increasing the processing accuracy of the molded product.
  • the predetermined portion is cooled after being provided with a bead shape extending along a boundary between the hard zone and the soft zone. Also good.
  • the hot press working method may be such that when the cooling step is executed, the predetermined portion is quenched and then cooled.
  • the hardness at the portion can be increased. This is advantageous in suppressing unintended deformation in the soft zone and increasing the processing accuracy of the molded product.
  • the predetermined portion is given a shape having higher rigidity than other portions in the soft zone and is quenched. It is good also as cooling later.
  • both rigidity and hardness at the predetermined portion can be increased.
  • unintended deformation in the soft zone is suppressed, and this is further advantageous in increasing the processing accuracy of the molded product.
  • the molded product may be a vehicle body component.
  • the molded product may be a skeleton component of an automobile.
  • the molded product may be a pillar part of an automobile.
  • the hot press working apparatus includes a heating step for heating the workpiece, a pressing step for press-molding the workpiece heated by the heating step, and cooling a part of the workpiece pressed by the pressing step to martensite.
  • a cooling step of generating a soft zone in the work by generating a hard zone in the work by transforming the ferrite bainite by cooling the other part of the work while generating a hard zone in the work,
  • the predetermined portion in the soft zone is cooled after at least one of rigidity and hardness at the predetermined portion is increased.
  • both the high strength caused by the hard zone and the extensibility caused by the soft zone can be achieved by generating both the hard zone and the soft zone while being a single molded article. Can do.
  • At the time of the cooling step at least one of rigidity and hardness at a predetermined portion in the soft zone is increased, and then the portion is cooled.
  • By increasing at least one of rigidity and hardness in advance it is possible to suppress warpage associated with heat shrinkage. In this way, by taking the deformation suppressing means before cooling, it is possible to suppress unintended deformation in the soft zone and increase the processing accuracy of the molded product.
  • the hot press working device may cool the predetermined portion after the shape having higher rigidity than other portions in the soft zone is applied to the predetermined portion.
  • the hot press working device may cool the predetermined portion after applying a bead shape extending in a specific direction to the predetermined portion.
  • the said hot press processing apparatus when the said hot press processing apparatus performs the said cooling process, it cools, after providing the bead shape extended along the boundary of the said hard zone and the said soft zone with respect to the said predetermined
  • the hot press working device may be cooled after quenching the predetermined portion when the cooling step is executed.
  • the hot press working apparatus when performing the cooling step, the hot press working apparatus imparts a shape having higher rigidity than the other part in the soft zone to the predetermined part and quenches it. It is good also as cooling later.
  • the technology disclosed herein can suppress unintended deformation during cooling and increase the processing accuracy of the molded product when processing into a molded product having a hard zone and a soft zone.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a workpiece is carried into a hot press working apparatus.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a pressed state by a hot press working apparatus.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a pillar part as a press-formed product.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a pillar part provided with deformation suppressing means.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a transformation curve of a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating pillar parts that do not take deformation suppressing means.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a bead-shaped configuration.
  • FIGS. 1 to 2 show a hot press working apparatus 1 according to this embodiment.
  • This hot press working apparatus 1 performs press forming on a heated work W to process the work W into a press-formed product shown in FIGS.
  • the press-formed product according to the present embodiment is a pillar component 100 that is a vehicle body component.
  • the pillar component 100 forms a center pillar constructed between a floor panel and a roof panel of an automobile. That is, the pillar part 100 is formed in a narrow long plate shape, and is assembled in a posture in which the longitudinal direction is along the vehicle vertical direction when the vehicle body is assembled.
  • the direction that is the vehicle upward direction when the vehicle body is assembled is simply referred to as “upward direction”, and the opposite direction is referred to as “downward direction”.
  • Terms such as “vertical direction”, “upper side”, and “lower side” are also used in the same meaning.
  • a direction that becomes the vehicle front-rear direction when the vehicle body is assembled is simply referred to as “front-rear direction”.
  • the pillar part 100 is formed by combining the first hard zone Zh that is quenched by rapid cooling after press molding and the soft zone Zs that is obtained by air cooling after press molding. Specifically, the portion from the upper end portion to the center portion in the vertical direction constitutes the first hard zone Zh, and the lower end portion in the same direction constitutes the soft zone Zs.
  • a bead shape extending in the front-rear direction (specific direction) is given to the predetermined portion Zb in the soft zone Zs, and quenching is performed similarly to the first hard zone Zh. As shown in FIG. 4, the bead shape extends substantially parallel to the boundary between the soft zone Zs and the first hard zone Zh.
  • the predetermined portion Zb is also referred to as “second hard zone Zb”.
  • the hot press working apparatus 1 includes a mold for obtaining a pillar part 100 as a press-molded product, that is, an upper mold 11 and a lower mold 12 for press molding.
  • the upper mold 11 is fixed to the upper mold holder 13.
  • a slider (not shown) that is moved up and down by a press machine is attached to the upper mold holder 13.
  • the lower mold 12 is fixed to the lower mold holder 14.
  • the upper mold 11 includes a press molding surface 15 for press molding the heated workpiece W.
  • the lower mold 12 includes a press molding surface 16 corresponding to the upper mold 11.
  • the upper mold 11 and the lower mold 12 respectively correspond to the first mold portions 11A and 12A for forming a portion corresponding to the first hard zone Zh and the soft zone Zs in order from the left side of the drawing in FIGS.
  • the second mold parts 11B and 12B for molding the part to be molded and the third mold parts 11C and 12C for molding the part corresponding to the second hard zone Zb are divided.
  • the first mold parts 11A, 12A and the third mold parts 11C, 12C are provided with refrigerant passages 17, 18 to which a liquid refrigerant (for example, cooling water) for cooling the work W in a pressed state is supplied. Yes.
  • a liquid refrigerant for example, cooling water
  • the refrigerant passages 17 and 18 pass through the first mold parts 11A and 12A and the third mold parts 11C and 12C and open to the press molding surfaces 15 and 16, respectively.
  • the second mold parts 11B and 12B are provided with heaters 19 and 20 for keeping the pressed workpiece W warm.
  • the upper and lower heaters 19 and 20 are both configured as electric heaters, and each is connected to a heater power supply (not shown).
  • mold part 11C, 12C are the heat insulating materials 21, respectively. It is divided by.
  • the portion corresponding to the third mold portions 11C and 12C forms a convex surface 16a protruding upward.
  • a portion corresponding to the third die portions 11C and 12C forms a concave surface 15a corresponding to a female portion when the convex surface 16a is a male portion.
  • the workpiece W is made of a blank material on a flat plate.
  • the workpiece W is heated in advance to a predetermined temperature (austenite temperature range) and is carried between the upper mold 11 and the lower mold 12.
  • a predetermined temperature austenite temperature range
  • the parts located between the first mold parts 11A, 12A and the third mold parts 11C, 12C are cooled in a pressed state after press molding. Molded by hot stamping.
  • the part located between the second mold parts 11B and 12B in the workpiece W is kept warm by the heaters 19 and 20 after press forming as a preparation for ferrite / bainite transformation.
  • the convex surface 16a and the concave surface 15a plastically deform the workpiece W when the upper mold 11 is lowered toward the lower mold 12.
  • the aforementioned bead shape is formed.
  • the press-formed workpiece W is air-cooled after being unloaded from the upper mold 11 and the lower mold 12.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the transformation curve of the workpiece W.
  • a pillar shape is imparted to the lower end portion of the pillar component 100 by the third mold portions 11C and 12C, respectively, of the upper mold 11 and the lower mold 12.
  • the pillar shape extends in the front-rear direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1).
  • the portion to which the pillar shape is imparted (second hard zone Zb) is convex in the thickness direction of the pillar component 100 as shown in the A1-A1 cross section of FIG.
  • Cooling process In a state where the workpiece W is pressed by the upper mold 11 and the lower mold 12, the liquid refrigerant is passed through the refrigerant passages 17 and 18 of the first mold sections 11A and 12A and the third mold sections 11C and 12C.
  • the time for passing the liquid refrigerant is set to about 2 to 3 seconds when water is used as the liquid refrigerant.
  • the heaters 19 and 20 of the second mold parts 11B and 12B generate heat. Due to the heat generated by the heaters 19 and 20, the second mold parts 11 ⁇ / b> B and 12 ⁇ / b> B are kept at a temperature of about 500 ° C., for example. As shown in FIG. 5, the temperature of the heaters 19 and 20 may be set higher than the lower limit temperature of the ferrite / bainite generation region.
  • the part located between the first mold parts 11A and 12A and the part (part of the work) located between the third mold parts 11C and 12C in the work W carried into the mold is Ms.
  • the mold is cooled below the point (the temperature at which transformation from austenite to martensite starts), and martensite is transformed into a quenched state (see the broken line in FIG. 5). In this way, the hardness in the part cooled by the mold is increased, and the first and second hard zones Zh and Zb are generated in the work W.
  • work W is cooled, keeping the temperature more than Ms point so that a martensitic transformation may not be carried out.
  • ferrite bainite generation regions are ferrite bainite generation regions (shaded parts in FIG. 5).
  • the ferrite bainite generation region refers to a so-called ferrite region and a region collectively referred to as a bainite region.
  • the press-formed pillar component 100 is obtained.
  • this pillar part 100 is a single molded article, it can achieve both high strength due to the first hard zone Zh and extensibility due to the soft zone Zs.
  • the soft zone Zs can absorb the collision energy in the event of a vehicle collision (particularly during a side collision).
  • the rigidity and hardness of the predetermined portion Zb in the soft zone Zs are increased as deformation suppressing means.
  • the predetermined portion Zb can be given higher hardness than other portions in the soft zone Zs.
  • the warp due to the heat shrinkage is effectively suppressed. be able to.
  • the pillar component 100 as a center pillar substantially includes a fold line (so-called bent fold line) substantially along the front-rear direction.
  • the bead shape forming the second hard zone Zb extends along the broken line. Therefore, this bead shape does not hinder the absorption of collision energy as compared with a configuration extending in the vertical direction.
  • the bead shape attached to the second hard zone Zb has been described as a shape that protrudes toward the plate thickness direction of the pillar component 100, but the bead shape according to the present disclosure is not limited thereto.
  • a bead shape formed by bending in a step shape may be imparted to the second hard zone Zb of the pillar component 100 ′. .
  • the shape imparted to the second hard zone Zb is not limited to the bead shape.
  • a seating surface uneven shape Zb ′′ may be attached to the lower end portion of the pillar component 100 ′′. Even if such a shape is adopted, the rigidity in the soft zone can be increased.
  • the pillar part has been described as an automobile body component as an example of a molded product.
  • the technology disclosed herein can be applied to, for example, a framework component of an automobile.
  • a skeletal component such as a side frame
  • the configuration in which the bead shape is given to the second hard zone Zb and the quenching is performed has been described, but the configuration is not limited thereto.
  • One of bead shape assignment and quenching may be performed.
  • the configuration in which air is cooled by the atmosphere to generate the soft zone Zs has been described.
  • the cooling may be performed slowly in a mold.
  • the said embodiment demonstrated the structure provided with the heaters 19 and 20 for heat-retaining the site
  • a high-temperature fluid for example, oil may be circulated.
  • the heat insulating material 21 is provided at the boundary between the first mold parts 11A and 12A and the second mold parts 11B and 12B and at the boundary part between the second mold parts 11B and 12B and the third mold parts 11C and 12C.
  • an air layer may be provided at the boundary.
  • the method of generating the first hard zone Zh by mold-cooling the workpiece W and then cooling the workpiece W to generate the soft zone Zs has been described.
  • the first hard zone Zh and the soft zone Zs may be generated in parallel by simultaneously performing mold cooling using a liquid refrigerant and slow cooling in the mold.

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Abstract

熱間プレス加工装置１は、ワークＷを加熱する加熱工程と、加熱工程により加熱されたワークＷをプレス成形するプレス工程と、プレス工程によりプレス成形されたワークＷの一部を冷却してマルテンサイト変態させることにより、ワークＷ内にハードゾーンＺｈを生成する一方、該ワークＷの他部を冷却してフェライト・ベイナイト変態させることにより、前記ワークＷ内にソフトゾーンＺｓを生成する冷却工程と、を備える。熱間プレス加工装置１は、冷却工程を実行するとき、ソフトゾーンＺｓ内の所定部位Ｚｂに対しては、該所定部位Ｚｂにおける剛性および硬度を高めた後に冷却する。

Description

熱間プレス加工方法及び加工装置
　ここに開示する技術は、熱間プレス加工方法及び加工装置に関する。
　この種の熱間プレス加工方法として、ワークをオーステナイト域まで加熱してプレス成形した後、成形型内で冷却することにより、マルテンサイト変態を通じて超高強度の成形品を得る方法が一般に知られている。
　例えば、特許文献１には、そうした熱間プレス加工方法（ホットスタンピング方法）の一例として、ワーク（ブランク）に対してＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏを添加することにより、フェライト・ベイナイト変態させることなく、オーステナイト域にて成形を行うことが開示されている。
特開２０１６－２５９４号公報
　近年、前記特許文献１に記載された方法の応用例として、マルテンサイト変態によって得られるハードゾーンと、フェライト・ベイナイト変態によって得られるソフトゾーンとを組み合わせた成形品が提案されている。この提案によれば、単一の成形品でありながらも、ハードゾーンに起因した高強度と、ソフトゾーンに起因した伸び性とを両立させることができる。
　しかしながら、ハードゾーンを成すマルテンサイトと、ソフトゾーンを成すフェライトおよびベイナイトとでは、結晶構造の違いに起因した体積差が存在する。そのため、冷却時の熱収縮によって、成形品の反り等、ソフトゾーンにおいて意図しない変形を招く懸念がある。成形品の加工精度を高めるためには、そうした変形を抑制することが求められる。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハードゾーンおよびソフトゾーンを備えた成形品に加工する際に、冷却時の意図しない変形を抑制し、ひいては成形品の加工精度を高めることにある。
　本願発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、ソフトゾーン内の所定部位に変形抑制手段を講じた後に、その部位を冷却することを見出し、本開示に至った。
　具体的に、ここに開示する技術は、ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工方法に係る。この熱間プレス加工方法は、前記ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱されたワークをプレス成形するプレス工程と、前記プレス工程によりプレス成形されたワークの一部を冷却してマルテンサイト変態させることにより、前記ワーク内にハードゾーンを生成する一方、該ワークの他部を冷却してフェライト・ベイナイト変態させることにより、前記ワーク内にソフトゾーンを生成する冷却工程と、を備え、前記冷却工程を実行するとき、前記ソフトゾーン内の所定部位に対しては、該所定部位における剛性および硬度の少なくとも一方を高めた後に冷却する。
　この方法によれば、単一の成形品でありながらも、ハードゾーンとソフトゾーンを両方とも生成することで、ハードゾーンに起因した高強度と、ソフトゾーンに起因した伸び性とを両立させることができる。
　さらに、前記方法は、冷却工程に際し、ソフトゾーン内の所定部位における剛性および硬度の少なくとも一方を高めた後に、その部位を冷却する。剛性および硬度の少なくとも一方を予め高めておくことで、熱収縮に伴う反り等を抑制することができる。このように、冷却前に変形抑制手段を講じておくことで、ソフトゾーンにおける意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高めることが可能となる。
　また、前記熱間プレス加工方法は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与した後に冷却する、としてもよい。
　この方法によれば、前記所定部位の剛性を高めることで、ソフトゾーンにおける意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高める上で有利になる。
　また、前記熱間プレス加工方法は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、特定方向に延びるビード形状を付与した後に冷却する、としてもよい。
　この方法によれば、前記所定部位に対してビード形状を付与することで、この部位における剛性を高めることができる。これにより、ソフトゾーンにおける意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高める上で有利になる。
　また、前記熱間プレス加工方法は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ハードゾーンと前記ソフトゾーンとの境界に沿って延びるビード形状を付与した後に冷却する、としてもよい。
　また、前記熱間プレス加工方法は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に焼き入れを施した後に冷却する、としてもよい。
　この方法によれば、前記所定部位に対して焼き入れを施すことで、その部位における硬度を高めることができる。これにより、ソフトゾーンにおける意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高める上で有利になる。
　また、前記熱間プレス加工方法は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与するとともに、焼き入れを施した後に冷却する、としてもよい。
　この方法によれば、前記所定部位における剛性および硬度を両方とも高めることができる。これにより、ソフトゾーンにおける意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高める上でさらに有利になる。
　また、前記成形品が自動車の車体構成部品である、としてもよい。
　また、前記成形品が自動車の骨格構成部品である、としてもよい。
　また、前記成形品が自動車のピラー部品である、としてもよい。
　ここに開示する別の技術は、ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工装置に係る。この熱間プレス加工装置は、前記ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱されたワークをプレス成形するプレス工程と、前記プレス工程によりプレスされたワークの一部を冷却してマルテンサイト変態させることにより、前記ワーク内にハードゾーンを生成する一方、該ワークの他部を冷却してフェライト・ベイナイト変態させることにより、前記ワーク内にソフトゾーンを生成する冷却工程と、を実行し、前記冷却工程を実行するとき、前記ソフトゾーン内の所定部位に対しては、該所定部位における剛性および硬度の少なくとも一方を高めた後に冷却する。
　この構成によれば、単一の成形品でありながらも、ハードゾーンとソフトゾーンを両方とも生成することで、ハードゾーンに起因した高強度と、ソフトゾーンに起因した伸び性とを両立させることができる。
　さらに、前記構成は、冷却工程に際し、ソフトゾーン内の所定部位における剛性および硬度の少なくとも一方を高めた後に、その部位を冷却する。剛性および硬度の少なくとも一方を予め高めておくことで、熱収縮に伴う反り等を抑制することができる。このように、冷却前に変形抑制手段を講じておくことで、ソフトゾーンにおける意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高めることが可能となる。
　また、前記熱間プレス加工装置は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与した後に冷却する、としてもよい。
　また、前記熱間プレス加工装置は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、特定方向に延びるビード形状を付与した後に冷却する、としてもよい。
　また、前記熱間プレス加工装置は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ハードゾーンと前記ソフトゾーンとの境界に沿って延びるビード形状を付与した後に冷却する、としてもよい。
　また、前記熱間プレス加工装置は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に焼き入れを施した後に冷却する、としてもよい。
　また、前記熱間プレス加工装置は、前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与するとともに、焼き入れを施した後に冷却する、としてもよい。
　以上説明したように、ここに開示する技術は、ハードゾーンおよびソフトゾーンを備えた成形品に加工する際に、冷却時の意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高めることができる。
図１は、熱間プレス加工装置にワークを搬入した状態を示す断面図である。 図２は、熱間プレス加工装置によるプレス状態を示す断面図である。 図３は、プレス成形品としてのピラー部品を例示する図である。 図４は、変形抑制手段を講じたピラー部品を例示する図である。 図５は、ワークの変態曲線を例示する図である。 図６は、変形抑制手段を講じていないピラー部品を例示する図である。 図７は、ビード形状の構成について例示する図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
　図１～図２に、本実施形態に係る熱間プレス加工装置１を示す。この熱間プレス加工装置１は、加熱したワークＷに対してプレス成形を施すことにより、そのワークＷを図３～図４に示すプレス成形品に加工するものである。
　本実施形態に係るプレス成形品は、自動車の車体構成部品を成すピラー部品１００である。図３に示すように、このピラー部品１００は、自動車のフロアパネルとルーフパネルの間に架設されるセンターピラーを成す。つまり、ピラー部品１００は、幅狭の長板状に形成されており、車体組立時においては、長手方向を車両上下方向に沿わせた姿勢で組み付けられる。以下、車体組立時に車両上方向となる方向を単に「上方向」と呼称し、その反対方向を「下方向」と呼称する。「上下方向」、「上側」および「下側」等の語も、同様の意味で用いる。また、車体組立時に車両前後方向となる方向を単に「前後方向」と呼称する。
　図４に示すように、ピラー部品１００は、プレス成形後に急冷することによって焼き入れられる第１ハードゾーンＺｈと、プレス成形後に空冷することによって得られるソフトゾーンＺｓとを組み合わせて成る。具体的に、上下方向における上端部から中央部にかけての部分が第１ハードゾーンＺｈを構成し、同方向における下端部がソフトゾーンＺｓを構成している。
　また、ソフトゾーンＺｓ内の所定部位Ｚｂには、前後方向（特定方向）に延びるビード形状が付与されており、第１ハードゾーンＺｈと同様に焼き入れが施されている。図４に示すように、ビード形状は、ソフトゾーンＺｓと第１ハードゾーンＺｈとの境界に対して略平行に延びている。以下、この所定部位Ｚｂを「第２ハードゾーンＺｂ」ともいう。
　（熱間プレス加工装置）
　図１～図２に示すように、熱間プレス加工装置１は、プレス成形品としてのピラー部品１００を得るための金型、すなわち、プレス成形用の上型１１及び下型１２を備える。上型１１は上型ホルダ１３に固定されている。上型ホルダ１３には、プレス機械が昇降するスライダ（図示省略）が取り付けられる。下型１２は下型ホルダ１４に固定されている。
　上型１１は、加熱されたワークＷをプレス成形するためのプレス成形面１５を備えている。下型１２は、上型１１に対応するプレス成形面１６を備えている。上型１１及び下型１２は、それぞれ、図１～図２の紙面左側から順に、第１ハードゾーンＺｈに対応する部位を成形するための第１型部１１Ａ，１２Ａと、ソフトゾーンＺｓに対応する部位を成形するための第２型部１１Ｂ，１２Ｂと、第２ハードゾーンＺｂに対応する部位を成形するための第３型部１１Ｃ，１２Ｃと、に区分されている。
　第１型部１１Ａ，１２Ａ及び第３型部１１Ｃ，１２Ｃには、ワークＷをプレス状態で型冷却するための液状冷媒（例えば、冷却水）が供給される冷媒通路１７，１８が設けられている。
　本実施形態では、液状冷媒によって第１型部１１Ａ，１２Ａ及び第３型部１１Ｃ，１２Ｃのみを冷却するように構成されているが、この構成に代えて、直水冷式の構成を採用してもよい。その場合、各冷媒通路１７，１８は、第１型部１１Ａ，１２Ａ及び第３型部１１Ｃ，１２Ｃを貫通してプレス成形面１５，１６に開口することになる。
　第２型部１１Ｂ，１２Ｂには、プレス状態のワークＷを保温するためのヒータ１９，２０が設けられている。上下のヒータ１９，２０は、双方とも電気ヒータとして構成されており、それぞれヒータ電源（図示省略）に接続されている。
　また、第１型部１１Ａ，１２Ａと第２型部１１Ｂ，１２Ｂとの境界部、及び、第２型部１１Ｂ，１２Ｂと第３型部１１Ｃ，１２Ｃとの境界部は、それぞれ、断熱材２１によって区画されている。
　下型１２のプレス成形面１６のうち、第３型部１１Ｃ，１２Ｃに対応する部位は、上方に突出した凸状面１６ａを成す。一方、上型１１のプレス成形面１５のうち、第３型部１１Ｃ，１２Ｃに対応する部位は、凸状面１６ａを雄部としたときの雌部にあたる凹状面１５ａを成す。
　図１に示すように、ワークＷは平板上のブランク材から成る。このワークＷは、予め所定温度（オーステナイト温度域）に加熱されて、上型１１と下型１２の間に搬入される。上型１１と下型１２の間に搬入されるワークＷのうち、第１型部１１Ａ，１２Ａと第３型部１１Ｃ，１２Ｃの間に位置する部位については、プレス成形した後にプレス状態で冷却させるホットスタンプによって成形される。一方、同ワークＷのうち、第２型部１１Ｂ，１２Ｂの間に位置する部位については、フェライト・ベイナイト変態させるための前準備として、プレス成形後にヒータ１９，２０によって保温される。
　特に、第３型部１１Ｃ，１２Ｃの間に位置する部位については、上型１１が下型１２に向かって下降したときに、凸状面１６ａと凹状面１５ａとがワークＷを塑性変形させることにより、前述のビード形状を成形する。
　プレス成形されたワークＷは、上型１１及び下型１２から搬出された後、空冷される。
　以下、熱間プレス加工装置１を用いた熱間プレス加工方法について、詳細に説明をする。
　（熱間プレス加工方法）
　図５は、ワークＷの変態曲線を例示する図である。
　［１．加熱工程］
　まず、平板状のワークＷを加熱して、Ａｃ３点（変態温度のうち、フェライトからオーステナイトへの変態を完了する温度）以上に加熱する。これにより、ワークＷは、オーステナイトへの変態を完了する。
　［２．搬入工程］
　図１に示すように、加熱したワークＷを上型１１と下型１２の間に搬入する。
　［３．プレス工程］
　図２に示すように、上型１１を下降させ、ワークＷを上型１１のプレス成形面１５及び下型１２のプレス成形面１６に倣った形状にプレス成形する。このとき、上型１１及び下型１２それぞれの第１型部１１Ａ，１２Ａによって、ピラー部品１００の上端部から中央部かけての部位が成形され、それぞれの第２型部１１Ｂ，１２Ｂによって、ピラー部品１００の下端部が成形される。
　同時に、上型１１及び下型１２それぞれ第３型部１１Ｃ，１２Ｃによって、ピラー部品１００の下端部にピラー形状が付与される。このピラー形状は、前後方向（図１の紙面に垂直な方向）に延設されている。ピラー形状が付与された部位（第２ハードゾーンＺｂ）は、図７（ａ）のＡ１－Ａ１断面に示すように、ピラー部品１００の板厚方向に向かって凸を成している。
　［４．冷却工程（型冷却）］
　上型１１と下型１２によってワークＷをプレスした状態において、第１型部１１Ａ，１２Ａと第３型部１１Ｃ，１２Ｃの冷媒通路１７，１８に液状冷媒を通す。液状冷媒を通す時間は、液状冷媒として水を用いた場合は２～３秒程度に設定される。それと同時に、第２型部１１Ｂ，１２Ｂのヒータ１９，２０を発熱させる。ヒータ１９，２０の発熱により、第２型部１１Ｂ，１２Ｂは、例えば５００℃程度に保温される。図５に示すように、ヒータ１９，２０の温度は、フェライト・ベイナイト生成領域の下限温度よりも高く設定してもよい。
　これにより、型内へ搬入されたワークＷのうち第１型部１１Ａ，１２Ａの間に位置する部位と、第３型部１１Ｃ，１２Ｃの間に位置する部位（ワークの一部）が、Ｍｓ点（変態温度のうち、オーステナイトからマルテンサイトへの変態を開始する温度）未満に型冷却され、マルテンサイト変態して焼き入れ状態となる（図５の破線を参照）。こうして、型冷却された部位における硬度が高められ、ワークＷ内に第１及び第２ハードゾーンＺｈ，Ｚｂが生成される。
　一方、ワークＷのうち第２型部１１Ｂ，１２Ｂの間に位置する部位は、マルテンサイト変態しないように、Ｍｓ点以上の温度に保たれつつ冷却される。
　［５．脱型工程］
　図示は省略するが、上型１１を上昇させてプレス成形されたワークＷを脱型する。脱型されたワークＷは、下型１２から搬出される。
　［６．冷却工程（空冷）］
　下型１２から搬出されたワークＷは、大気によって空冷される。これにより、第１及び第２ハードゾーンＺｈ，Ｚｂが生成された部位が、型冷却時よりも緩やかに冷却されて常温に至る。
　一方、ワークＷにおける他の部位、すなわち、ヒータ１９，２０によって保温されていた部位（ワークの他部）は、図５の実線に示すように、フェライト・ベイナイト生成領域（図５の網掛け部を参照）を通過するように冷却される。ここで、フェライト・ベイナイト生成領域は、いわゆるフェライト領域と、ベイナイト領域を総称した領域を指す。そうして、保温されていた部位がフェライト・ベイナイト変態し、ワークＷ内に、軟質組織から成るソフトゾーンＺｓが生成される。その後、ソフトゾーンＺｓが生成された部位は、さらに冷却されて常温に至る。
　（空冷時の熱収縮について）
　こうして、プレス成形されたピラー部品１００を得る。このピラー部品１００は、単一の成形品でありながらも、第１ハードゾーンＺｈに起因した高強度と、ソフトゾーンＺｓに起因した伸び性とを両立させることができる。特に、このソフトゾーンＺｓによって、車両衝突時（特に側突時）に、その衝突エネルギを吸収することができる。
　しかしながら、第１ハードゾーンＺｈを成すマルテンサイトと、ソフトゾーンＺｓを成すフェライトおよびベイナイトとでは、結晶構造の違いに起因した体積差が存在する。そのため、空冷時の熱収縮によって、ピラー部品１００の反り等、ソフトゾーンＺｓにおいて意図しない変形を招く虞がある。
　そうした変形としては、図６のＡ－Ａ断面およびＡ’－Ａ’断面に示すように、ハードゾーンと、ソフトゾーンとの境界線に沿った反りが懸念される。ピラー部品１００の加工精度を高めるためには、そうした変形を抑制することが求められる。
　そこで、空冷の実施に先立って、変形抑制手段として、ソフトゾーンＺｓ内の所定部位Ｚｂにおける剛性および硬度を高める。具体的に、前後方向に延びるビード形状を付与することにより、この所定部位Ｚｂに対し、ソフトゾーンＺｓにおける他の部位よりも高い剛性を与えることができる。それと同時に、空冷を実施する前に焼き入れを施すことにより、この所定部位Ｚｂに対し、ソフトゾーンＺｓにおける他の部位よりも高い硬度を与えることができる。このように空冷前に変形抑制手段を講じておくことで、空冷時の熱収縮に伴う反り等を抑制し、ピラー部品１００の加工精度を高めることが可能となる。
　特に、ビード形状が付された第２ハードゾーンＺｂは、第１ハードゾーンＺｈと、ソフトゾーンＺｓとの境界線に沿って延設されているため、熱収縮に伴う反りを効果的に抑制することができる。
　ここに、車両側突時には、センターピラーとしてのピラー部品１００は、略前後方向に沿った折れ線（いわゆる屈曲折れ線）を実質的に備えている。ピラー部品１００は、この折れ線に沿って屈曲することで衝突エネルギを吸収するところ、第２ハードゾーンＺｂを成すビード形状は、この折れ線に沿って延設されている。そのため、このビード形状は、上下方向に延設させた構成に比して、衝突エネルギの吸収を妨げることはない。
　－ピラー部品の変形例－
　前記実施形態では、第２ハードゾーンＺｂに付されるビード形状として、ピラー部品１００の板厚方向に向かって凸を成す形状について説明したが、本開示に係るビード形状は、これに限られない。例えば、図７（ｂ）、及び、そのＡ２－Ａ２断面に示すように、ピラー部品１００’の第２ハードゾーンＺｂに対して、ステップ状に折曲して成るビード形状を付与してもよい。
　またそもそも、第２ハードゾーンＺｂに付与される形状は、ビード形状に限られない。例えば、図７（ｃ）、及び、そのＡ３－Ａ３断面に示すように、ピラー部品１００”の下端部に対して、座面状の凹凸形状Ｚｂ”を付してもよい。このような形状を採用したとしても、ソフトゾーンにおける剛性を高めることができる。
　《他の実施形態》
　前記実施形態では、成形品の一例として、自動車の車体構成部品としてピラー部品について説明したが、ここに開示した技術は、例えば、自動車の骨格構成部品に適用することもできる。サイドフレームを始めとする骨格構成部品に適用した場合、単一の成形品でありながらも、ハードゾーンに起因した高強度と、ソフトゾーンに起因した加工性とを両立させることができる。この場合においても、冷却時の意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高めることができる。
　また、前記実施形態では、第２ハードゾーンＺｂに対してビード形状を付与するとともに、焼き入れを施す構成について説明したが、この構成には限られない。ビード形状の付与、及び、焼き入れのうちの一方を実施すればよい。
　また、前記実施形態では、ソフトゾーンＺｓを生成するべく、大気によって空冷する構成について説明したが、この構成に代えて、例えば型内で徐冷してもよい。
　また、前記実施形態では、ソフトゾーンＺｓが生成される部位を保温するためのヒータ１９，２０を備えた構成について説明したが、この構成に代えて、例えば第２型部１１Ｂ，１２Ｂの内部に高温流体（例えば油）を流通させてもよい。
　また、前記実施形態では、図１に示すように、ワークＷの上下に冷媒通路１７，１８及びヒータ１９，２０を配置する構成について説明したが、この構成に代えて、前後左右に配置してもよい。
　また、第１型部１１Ａ，１２Ａと第２型部１１Ｂ，１２Ｂとの境界部、及び、第２型部１１Ｂ，１２Ｂと第３型部１１Ｃ，１２Ｃとの境界部に断熱材２１に設ける構成に代えて、当該境界部に空気層を設けてもよい。
　また、前記実施形態では、ワークＷを型冷却して第１ハードゾーンＺｈを生成した後に、このワークＷを空冷してソフトゾーンＺｓを生成する方法について説明したが、例えば、所定部位Ｚｂにビード形状を付与した後に、液状冷媒を用いた型冷却と、型内での徐冷を同時に行って、第１ハードゾーンＺｈとソフトゾーンＺｓを並行して生成してもよい。
１　　　熱間プレス加工装置
１００　ピラー部品
Ｗ　　　ワーク
Ｚｈ　　第１ハードゾーン
Ｚｓ　　ソフトゾーン
Ｚｂ　　第２ハードゾーン（所定部位）

Claims (15)

  1. 　ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工方法であって、
    　前記ワークを加熱する加熱工程と、
    　前記加熱工程により加熱されたワークをプレス成形するプレス工程と、
    　前記プレス工程によりプレス成形されたワークの一部を冷却してマルテンサイト変態させることにより、前記ワーク内にハードゾーンを生成する一方、該ワークの他部を冷却してフェライト・ベイナイト変態させることにより、前記ワーク内にソフトゾーンを生成する冷却工程と、を備え、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記ソフトゾーン内の所定部位に対しては、該所定部位における剛性および硬度の少なくとも一方を高めた後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  2. 　請求項１に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  3. 　請求項２に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、特定方向に延びるビード形状を付与した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  4. 　請求項３に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ハードゾーンと前記ソフトゾーンとの境界に沿って延びるビード形状を付与した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  5. 　請求項１に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に焼き入れを施した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  6. 　請求項１に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与するとともに、焼き入れを施した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記成形品が自動車の車体構成部品である
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  8. 　請求項７に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記成形品が自動車の骨格構成部品である
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  9. 　請求項７に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記成形品が自動車のピラー部品である
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  10. 　ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工装置であって、
    　前記ワークを加熱する加熱工程と、
    　前記加熱工程により加熱されたワークをプレス成形するプレス工程と、
    　前記プレス工程によりプレスされたワークの一部を冷却してマルテンサイト変態させることにより、前記ワーク内にハードゾーンを生成する一方、該ワークの他部を冷却してフェライト・ベイナイト変態させることにより、前記ワーク内にソフトゾーンを生成する冷却工程と、を実行し、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記ソフトゾーン内の所定部位に対しては、該所定部位における剛性および硬度の少なくとも一方を高めた後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  11. 　請求項１０に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  12. 　請求項１１に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、特定方向に延びるビード形状を付与した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  13. 　請求項１２に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ハードゾーンと前記ソフトゾーンとの境界に沿って延びるビード形状を付与した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  14. 　請求項１０に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に焼き入れを施した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  15. 　請求項１０に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記冷却工程を実行するとき、前記所定部位に対しては、前記ソフトゾーンにおける他の部位よりも高い剛性を有する形状を付与するとともに、焼き入れを施した後に冷却する
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
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