WO2023157698A1 - 成形装置 - Google Patents

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WO2023157698A1
WO2023157698A1 PCT/JP2023/003845 JP2023003845W WO2023157698A1 WO 2023157698 A1 WO2023157698 A1 WO 2023157698A1 JP 2023003845 W JP2023003845 W JP 2023003845W WO 2023157698 A1 WO2023157698 A1 WO 2023157698A1
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temperature
molding
metal pipe
die
quenched
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公宏 野際
章博 井手
雅史 川上
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present disclosure relates to molding equipment.
  • Patent Document 1 describes a mold having a lower mold and an upper mold that are paired with each other, a gas supply unit that supplies gas into a metal pipe material held between the molds, and a metal pipe material that is held between the molds. and a heating section for heating metal pipe material.
  • a molding apparatus is equipped with a cooling section that causes water to flow through channels formed in the mold in order to cool the heated metal pipe during molding. Thereby, the forming apparatus can perform quench forming by bringing the cooled metal mold into contact with the metal pipe material.
  • the molding device performs molding so that part of the metal material is quenched and other parts are not quenched.
  • the non-quenched region of the metal material is at a high temperature when the mold is opened. Therefore, when the non-quenched region is cooled to room temperature, the thermal stress may cause the metal material to warp.
  • an object of the present disclosure is to provide a molding apparatus capable of suppressing warping of metal materials.
  • a molding apparatus is a molding apparatus that molds a heated metal material, performing quenching in a quenched region of the metal material and not performing quenching in a non-quenched region of the metal material. and a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the molding die so as to reduce warpage in the non-quenched region.
  • the molding die performs molding so that the quenched region of the metal material is quenched and the non-quenched region of the metal material is not quenched.
  • the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the molding die so as to reduce warpage in the non-quenched region. Therefore, when the temperature of the metal material after molding in the non-quenched region is lowered, it is possible to reduce the warpage due to the difference in the amount of heat shrinkage at each position in the circumferential direction of the metal material.
  • the temperature adjustment unit has a temperature detection unit that detects the temperature of at least one of the metal material and the molding die, and detects the temperature difference in the circumferential direction of the metal material in the non-quenched area based on the detection result of the temperature detection unit. Adjust the mold temperature to reduce. Thereby, the temperature detection part can grasp the temperature difference in the circumferential direction of the metal material. Further, the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the molding die so as to reduce the temperature difference in the circumferential direction of the metal material in the non-quenched region based on the detection result of the temperature detection unit. Thereby, it is possible to more reliably suppress the occurrence of a difference in the amount of thermal contraction at each position in the circumferential direction of the metal material. Therefore, when the temperature of the metal material after molding is lowered, it is possible to reduce warpage caused by the difference in the amount of heat shrinkage at each position in the circumferential direction.
  • the temperature adjustment unit may adjust the temperature of the molding die so that the material temperature in the non-quenched region when the molding die is opened after molding is equal to or higher than the martensite start temperature. In this case, even if the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the molding die, it is possible to suppress quenching in the non-quenching region.
  • the molding die may have a first die and a second die, and the temperature adjustment section may adjust the temperatures of the first die and the second die.
  • the temperature adjustment section can easily adjust the temperature of the molding die, and can easily suppress the temperature difference in the circumferential direction of the metal material.
  • the temperature adjustment unit may adjust the temperature of the molding die based on the feedback information of past molding performance by the molding device.
  • the temperature adjustment section can appropriately adjust the temperature of the molding die based on actual molding results.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a molding device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2(a) is a schematic side view showing the heating and expansion unit.
  • FIG. 2(b) is a cross-sectional view showing how the nozzle seals the metal pipe material.
  • It is a schematic sectional drawing which shows the temperature control mechanism of a molding die.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the molding die and metal pipe in the non-quenched region; It is the schematic for demonstrating the reason why curvature of a metal pipe generate
  • It is a graph which shows the temperature change of a metal mold
  • (a) is a graph showing the relationship between the set temperature difference between the upper and lower molds and the amount of warping
  • (b) is a graph showing the relationship between the upper and lower temperature difference of the metal pipe and the amount of warping. It is a figure for demonstrating the measuring method of hardness. It is a graph which shows the measurement result of hardness.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a molding device 1 according to this embodiment.
  • a molding apparatus 1 is an apparatus for molding a hollow metal pipe by blow molding.
  • the molding device 1 is installed on a horizontal plane.
  • the molding apparatus 1 includes a molding die 2 , a drive mechanism 3 , a holding section 4 , a heating section 5 , a fluid supply section 6 , a temperature adjustment section 7 and a control section 8 .
  • the metal pipe material 40 (metal material) refers to a hollow article before completion of molding by the molding apparatus 1 .
  • the metal pipe material 40 is a hardenable steel type pipe material.
  • the direction in which the metal pipe material 40 extends during molding may be referred to as the "longitudinal direction”
  • the direction orthogonal to the longitudinal direction may be referred to as the "width direction”.
  • the molding die 2 is a die for molding the metal pipe 140 (see FIG. 5) from the metal pipe material 40, and includes a lower die 11 and an upper die 12 facing each other in the vertical direction.
  • the lower die 11 and the upper die 12 are constructed from steel blocks.
  • Each of the lower die 11 and the upper die 12 is provided with a recess in which the metal pipe material 40 is accommodated.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 are in close contact with each other (mold closed state), and each recess forms a target-shaped space in which the metal pipe material is to be molded. Therefore, the surface of each recess becomes the molding surface of the molding die 2 .
  • the mold 11 on the lower side is fixed to the base 13 via a die holder or the like.
  • the upper die 12 is fixed to the slide of the drive mechanism 3 via a die holder or the like.
  • the metal pipe 140 (metal pipe material 40) has a quenched region E1 where quenching is performed and a non-quenched region E2 where quenching is not performed. Therefore, the molding die 2 performs molding so that the quenched region E1 of the metal pipe material 40 is quenched and the non-quenched region E2 of the metal pipe material 40 is not quenched.
  • the upper mold 12 and the lower mold 11 have quenching parts 12A and 11A for quenching the quenching area E1 and non-quenching parts for not quenching the non-quenching area E2. 12B and 11B.
  • a non-quenched region E2 is provided at a substantially central position of the metal pipe 140 (metal pipe material 40), and quenched regions E1 are provided so as to sandwich the non-quenched region E2 in the longitudinal direction. Therefore, the upper die 12 and the lower die 11 are provided with non-quenched portions 12B and 11B at central positions and quenched portions 12A and 11A sandwiching the non-quenched region E2 in the longitudinal direction.
  • the drive mechanism 3 is a mechanism that moves at least one of the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the drive mechanism 3 has a configuration that moves only the upper mold 12 .
  • the drive mechanism 3 includes a slide 21 that moves the upper die 12 so that the lower die 11 and the upper die 12 are joined together, and a pull-back cylinder as an actuator that generates a force to lift the slide 21 upward. 22 , a main cylinder 23 as a drive source that pressurizes the slide 21 downward, and a drive source 24 that applies a drive force to the main cylinder 23 .
  • the holding part 4 is a mechanism that holds the metal pipe material 40 arranged between the lower mold 11 and the upper mold 12 .
  • the holding part 4 has a lower electrode 26 and an upper electrode 27 that hold the metal pipe material 40 at one end in the longitudinal direction of the molding die 2 and a metal pipe material at the other end in the longitudinal direction of the molding die 2 .
  • the lower electrode 26 and the upper electrode 27 on both sides in the longitudinal direction hold the metal pipe material 40 by sandwiching the end portions of the metal pipe material 40 from above and below.
  • the upper surface of the lower electrode 26 and the lower surface of the upper electrode 27 are formed with grooves having a shape corresponding to the outer peripheral surface of the metal pipe material 40 .
  • a driving mechanism (not shown) is provided for the lower electrode 26 and the upper electrode 27 so that they can move independently in the vertical direction.
  • the heating unit 5 heats the metal pipe material 40 .
  • the heating unit 5 is a mechanism that heats the metal pipe material 40 by energizing the metal pipe material 40 .
  • the heating unit 5 heats the metal pipe material 40 between the lower mold 11 and the upper mold 12 while the metal pipe material 40 is separated from the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the heating unit 5 includes the lower electrode 26 and the upper electrode 27 on both sides in the longitudinal direction, and a power source 28 for supplying current to the metal pipe material 40 via these electrodes 26 and 27 .
  • the heating unit may be arranged in a pre-process of the molding apparatus 1 to perform heating outside.
  • the fluid supply unit 6 is a mechanism for supplying high-pressure fluid into the metal pipe material 40 held between the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the fluid supply unit 6 supplies high-pressure fluid to the metal pipe material 40 that has been heated by the heating unit 5 to a high temperature state, thereby expanding the metal pipe material 40 .
  • the fluid supply units 6 are provided on both ends of the molding die 2 in the longitudinal direction.
  • the fluid supply unit 6 includes a nozzle 31 that supplies fluid from the opening at the end of the metal pipe material 40 to the inside of the metal pipe material 40, and a drive that moves the nozzle 31 forward and backward with respect to the opening of the metal pipe material 40. It comprises a mechanism 32 and a source 33 for supplying high pressure fluid into the metal pipe material 40 through the nozzle 31 .
  • the drive mechanism 32 brings the nozzle 31 into close contact with the end of the metal pipe material 40 while ensuring sealing performance during fluid supply and exhaust, and separates the nozzle 31 from the end of the metal pipe material 40 at other times.
  • the fluid supply unit 6 may supply gas such as high-pressure air or inert gas as the fluid. Further, the fluid supply unit 6 and the holding unit 4 having a mechanism for vertically moving the metal pipe material 40 and the heating unit 5 may be included in the same device.
  • FIG. 2(a) is a schematic side view showing the heating and expansion unit 150.
  • FIG. 2(b) is a cross-sectional view showing how the nozzle 31 seals the metal pipe material 40. As shown in FIG.
  • the heating and expansion unit 150 includes the lower electrode 26 and the upper electrode 27 described above, an electrode mounting unit 151 mounting the electrodes 26 and 27, the nozzle 31 and the drive mechanism 32 described above. , a lifting unit 152 and a unit base 153 .
  • the electrode mounting unit 151 includes an elevating frame 154 and electrode frames 156 and 157 . Electrode frames 156 and 157 function as part of drive mechanism 60 that supports and moves electrodes 26 and 27, respectively.
  • the driving mechanism 32 drives the nozzle 31 to move up and down together with the electrode mounting unit 151 .
  • the driving mechanism 32 includes a piston 61 holding the nozzle 31 and a cylinder 62 driving the piston.
  • the lifting unit 152 includes a lifting frame base 64 attached to the upper surface of the unit base 153, and a lifting actuator 66 for applying a lifting motion to the lifting frame 154 of the electrode mounting unit 151 by the lifting frame base 64. ing.
  • the elevating frame base 64 has guide portions 64 a and 64 b that guide the elevating motion of the elevating frame 154 with respect to the unit base 153 .
  • the lifting unit 152 functions as part of the driving mechanism 60 of the holding section 4 .
  • the heating and expansion unit 150 has a plurality of unit bases 153 with different upper surface inclination angles, and by exchanging these bases, the lower electrode 26, the upper electrode 27, the nozzle 31, the electrode mounting unit 151, the driving mechanism 32, the lifting and lowering It is possible to collectively change and adjust the tilt angle of the unit 152 .
  • the nozzle 31 is a cylindrical member into which the end of the metal pipe material 40 can be inserted.
  • the nozzle 31 is supported by the driving mechanism 32 so that the center line of the nozzle 31 is aligned with the reference line SL1.
  • the inner diameter of the supply port 31a at the end of the nozzle 31 on the metal pipe material 40 side substantially matches the outer diameter of the metal pipe material 40 after expansion molding.
  • the nozzle 31 supplies high-pressure fluid to the metal pipe material 40 from the internal flow path 63 .
  • gas etc. are mentioned as an example of a high-pressure fluid.
  • the temperature adjustment unit 7 is a mechanism for adjusting the temperature of the molding die 2.
  • the temperature adjuster 7 adjusts the temperature of the molding die 2 so as to reduce warpage in the non-quenched region E2.
  • the temperature adjustment unit 7 cools the molding die 2 in the quenching sections 12A and 11A, so that when the expanded metal pipe material 40 contacts the molding surface of the molding die 2, the metal pipe material 40 is rapidly cooled. can be cooled to
  • the temperature adjustment unit 7 adjusts the temperature of the molding die 2 in the non-quenched portions 12B and 11B, so that when the expanded metal pipe material 40 contacts the molding surface of the molding die 2, the metal The pipe material 40 can be adjusted to a temperature at which quenching does not occur.
  • the temperature adjustment unit 7 controls the channels formed inside the lower mold 11 and the upper mold 12, the supply mechanism 37 that supplies and circulates the temperature adjustment medium to the channels, and the supply mechanism 37.
  • a control unit 8 is provided.
  • the control unit 8 is a device that controls the molding device 1 as a whole.
  • the control unit 8 controls the drive mechanism 3 , the holding unit 4 , the heating unit 5 , the fluid supply unit 6 and the supply mechanism 37 .
  • the control unit 8 repeats the operation of molding the metal pipe material 40 with the molding die 2 .
  • control unit 8 controls the transfer timing from a transfer device such as a robot arm, and places the metal pipe material 40 between the lower mold 11 and the upper mold 12 in the open state. Deploy. Alternatively, the controller 8 may manually place the metal pipe material 40 between the lower mold 11 and the upper mold 12 by an operator. In addition, the control unit 8 supports the metal pipe material 40 with the lower electrodes 26 on both sides in the longitudinal direction, and then lowers the upper electrode 27 to sandwich the metal pipe material 40. Control. Moreover, the control part 8 controls the heating part 5, and energizes and heats the metal pipe material 40. As shown in FIG. As a result, an axial current flows through the metal pipe material 40, and the electrical resistance of the metal pipe material 40 itself causes the metal pipe material 40 itself to generate heat due to Joule heat.
  • the control unit 8 controls the drive mechanism 3 to lower the upper mold 12 and bring it closer to the lower mold 11 to close the molding mold 2 .
  • the control unit 8 controls the fluid supply unit 6 to seal the openings at both ends of the metal pipe material 40 with the nozzles 31 and supply the fluid.
  • the metal pipe material 40 softened by heating expands and comes into contact with the molding surface of the molding die 2 .
  • the metal pipe material 40 is shape
  • the temperature adjustment section 7 includes temperature adjustment mechanisms 70 and 80 that adjust the temperature of the molding die 2 .
  • the temperature adjustment mechanism 70 is provided inside the upper mold 12 and adjusts the temperature of the molding surface of the mold 12 .
  • the temperature adjustment mechanism 80 is provided inside the lower mold 11 and adjusts the temperature of the molding surface of the mold 11 .
  • the temperature adjustment mechanism 70 has flow paths 71 provided in the quenching portions 12A on both sides of the mold 12 .
  • the flow path 71 cools the forming surface of the quenching portion 12A by flowing cooling water from the supply mechanism 37 .
  • the temperature adjustment mechanism 80 has flow paths 81 provided in the quenching portions 11A on both sides of the mold 11 .
  • the flow path 81 cools the forming surface of the quenching portion 11A by flowing cooling water from the supply mechanism 37 .
  • the non-quenched parts 12B and 11B include heating mold blocks 12Ba and 11Ba on the molding surface side and normal mold blocks 12Bb and 11Bb on the opposite side.
  • the normal mold blocks 12Bb and 11Bb are blocks that connect the quenched portions 12A and 11A on both sides.
  • the temperature control mechanisms 70, 80 have flow paths 72, 82 normally provided in the mold blocks 12Bb, 11Bb. Cooling water similar to the flow paths 71 and 81 of the quenching portions 12A and 11A is supplied to the flow paths 72 and 82 .
  • the heated mold blocks 12Ba and 11Ba are blocks whose temperature is higher than that of the quenching portions 12A and 11A.
  • a heat insulating member 75 (or a gap) is provided between the quenching portions 12A, 11A and the heating mold blocks 12Ba, 11Ba.
  • the temperature adjusting mechanisms 70, 80 have channels 73, 83 provided in the heating mold blocks 12Ba, 11Ba.
  • the flow paths 73 and 83 allow the forming surfaces of the non-quenched portions 12B and 11B to have a higher temperature than the forming surfaces of the quenched portions 12A and 11A by flowing a fluid having a higher temperature than the flow paths 71 and 81.
  • the temperature adjustment mechanisms 70 and 80 may have heaters instead of the flow paths 73 and 83 .
  • the molded metal pipe 140 includes a tubular pipe portion 141 and flange portions 142 and 143 .
  • the pipe portion 141 has an upper wall portion 141a provided on the upper side, a lower wall portion 141b provided on the lower side, and side walls 141c and 141d on which the flange portions 142 and 143 are provided. Since the upper wall portion 141a and the lower wall portion 141b are separated from each other in the vertical direction, the temperature difference is likely to occur.
  • temperature detecting portions 91 and 92 for detecting the temperature of the metal pipe 140 are provided in the non-quenched portions 12B and 11B of the molds 12 and 11, respectively.
  • the temperature detecting portion 91 is provided so as to be exposed from the molding surface on which the upper wall portion 141a is formed and to come into contact with the upper wall portion 141a. Thereby, the temperature detector 91 detects the temperature of the upper wall portion 141a.
  • the temperature detecting portion 92 is provided so as to be exposed from the molding surface for molding the lower wall portion 141b and contact the lower wall portion 141b. Thereby, the temperature detector 92 detects the temperature of the lower wall portion 141b.
  • the temperature detection units 91 and 92 are not particularly limited, for example, optical fiber radiation thermometers may be employed.
  • the non-quenched portions 12B and 11B of the molds 12 and 11 are provided with temperature detection portions 93 and 94 for detecting the temperature of the non-quenched portions 12B and 11B.
  • the detection results detected by the temperature detectors 91, 92, 93, and 94 are sent to the controller 8 (see FIG. 1).
  • the content of temperature adjustment by the temperature adjustment unit 7 will be described.
  • warping of the metal pipe 140 will be described with reference to FIG.
  • the quenching region E1 is cooled to a low temperature T3.
  • the temperature T3 should be equal to or lower than the martensitic transformation finish temperature Mf. Therefore, in order to harden the hardening region E1, the temperature adjustment unit 7 should adjust the temperature so that the temperature T3 ⁇ Mf (200 to 250° C.).
  • the non-quenched area E2 is at temperatures T1 and T2 higher than the temperature T3 so as not to be quenched.
  • Temperature T1 is the upper temperature of metal pipe 140 and temperature T2 is the lower temperature of metal pipe 140 .
  • the temperature adjustment unit 7 adjusts the material temperature in the non-quenched region E2 when the molding die 2 is opened after molding so as to be equal to or higher than the martensite start temperature Ms. Specifically, the temperature adjustment unit 7 may adjust the temperature so that the temperatures T1, T2 ⁇ Ms (400 to 430° C.) when the molding die 2 is opened.
  • the temperatures T1 and T2 of the non-quenched region E2 are higher than room temperature, so they are cooled down to room temperature.
  • the amount of heat shrinkage until the metal pipe 140 is cooled to room temperature is greater in the upper side.
  • the temperature difference between the upper side and the lower side becomes large, so that the amount of shrinkage differs between the upper side and the lower side, and as shown in FIG. 140 is warped.
  • warping of the metal pipe 140 will be described with reference to FIG. 8(c). Both ends of the metal pipe 140 are fixed by supporting portions 145 . In this state, the height H1 of both ends of the metal pipe 140 and the height H2 of the center are measured.
  • the state in which there is a difference between the height H1 of the both ends and the height H2 of the central portion is the state of "warping". Also, the difference between the height H1 of both ends and the height H2 of the central portion is defined as the "warp amount" shown in FIGS. 8(a) and 8(b).
  • the temperature adjustment unit 7 adjusts the molding die so as to reduce the temperature difference in the circumferential direction of the metal pipe material 40 in the non-quenched region E2. Adjust the temperature of 2. Specifically, the control unit 8 acquires the detection results of the temperature detection units 91, 92, 93, and 94 so as to reduce the temperature difference in the circumferential direction in the non-quenched region E2 of the metal pipe material 40 (warp The supply mechanism 37 is controlled so that the temperature T1 on the upper side and the temperature T2 on the lower side have desired values.
  • the temperature adjustment unit 7 may adjust the temperature of the molding die 2 based on the feedback information of past molding performance by the molding device 1 .
  • the molding apparatus 1 acquires the relationship between the temperature difference of the molding die 2 (and the metal pipe 140) and the degree of warpage after performing molding of a predetermined number.
  • the control unit 8 analyzes how much warpage occurs when there is a temperature difference, and creates teacher data. Thereby, the control unit 8 performs learning using the teacher data as feedback information.
  • the control unit 8 refers to the detection results of the temperature detection units 91, 92, 93, and 94 to estimate the degree of warping that will occur in the next molding. Adjust the temperature of mold 2.
  • FIG. 6 and 7 plot the temperature of the upper mold 12 and the temperature of the lower mold 11 over time, and the temperature of the upper and lower sides of the metal pipe material 40 (metal pipe 140) against time It is the graph which plotted a change.
  • FIG. 8( a ) is a graph plotting the relationship between the temperature between the upper mold 12 and the lower mold 11 and the amount of warpage of the metal pipe 140 .
  • FIG. 8(b) is a graph plotting the relationship between the temperature difference between the upper side and the lower side of the metal pipe 140 when the molding die 2 is opened, and the warp amount of the metal pipe 140.
  • FIG. 8( a ) is a graph plotting the relationship between the temperature between the upper mold 12 and the lower mold 11 and the amount of warpage of the metal pipe 140 .
  • FIG. 8(b) is a graph plotting the relationship between the temperature difference between the upper side and the lower side of the metal pipe 140 when the molding die 2 is opened, and the warp amount of the metal pipe 140.
  • FIG. 6 when the set temperature of the upper mold 12 and the lower mold 11 is set to 430° C. so that there is no temperature difference (mold set temperature difference ⁇ 0° C.), FIG.
  • the temperature difference between the upper side and the lower side of the metal pipe 140 was reduced when the set temperature of the upper die 12 in (a) was set to 395° C. (the die set temperature difference ⁇ 35° C.).
  • the set temperature of the upper mold 12 is set to 395° C. (mold set temperature difference ⁇ 35° C.) reduced the temperature difference between the upper side and the lower side of the metal pipe 140 .
  • the amount of warpage is smaller when the mold set temperature difference is ⁇ 35° C.
  • the amount of warpage is the smallest when the temperature difference between the upper mold 12 and the lower mold 11 is 35.degree.
  • FIG. 8B it can be confirmed that the temperature difference between the top and bottom of the pipe is minimized by setting the mold temperature difference to ⁇ 35° C., and as a result, the amount of warpage is minimized.
  • the temperature adjustment unit 7 can reduce the warping of the metal pipe 140 by lowering the set temperature of the upper mold 12 based on 430° C. as the set temperature of the molding die 2 .
  • FIG. 10 shows the results of evaluating the hardness distribution of the metal pipe 140 for each temperature adjustment shown in FIGS.
  • the metal pipe 140 was cut at the rough cutting position CL, and the hardness distribution at the cross-sectional measurement positions A and B was measured.
  • the cross-section measurement position A is an arbitrary position in the hardening region E1.
  • the cross-section measurement position B is an arbitrary position in the non-quenched region E2.
  • the micro Vickers hardness was measured at measurement positions P1 to P5 on each cross section. As shown in FIG.
  • the molding die 2 performs molding so that the quenching region E1 of the metal material is quenched and the non-quenching region E2 of the metal material is not quenched.
  • the temperature adjustment unit 7 adjusts the temperature of the molding die 2 so as to reduce warpage in the non-quenched region E2. Therefore, when the temperature of the metal material after molding in the non-quenched region E2 is lowered, it is possible to reduce the warp caused by the difference in the amount of heat shrinkage at each position in the circumferential direction of the metal material.
  • the temperature adjustment section 7 has temperature detection sections 91, 92, 93, and 94 for detecting the temperature of at least one of the metal material and the molding die 2, and the temperature detection sections 91, 92, and 93 , 94, the temperature of the mold 2 is adjusted so as to reduce the temperature difference in the circumferential direction of the metal material in the non-quenched region E2.
  • the temperature detection units 91, 92, 93, and 94 can grasp the temperature difference in the circumferential direction of the metal material.
  • the temperature adjustment unit 7 adjusts the temperature of the molding die 2 based on the detection results of the temperature detection units 91, 92, 93, and 94 so as to reduce the temperature difference in the circumferential direction of the metal material in the non-quenched region E2. adjust.
  • the temperature of the metal material after molding is lowered, it is possible to reduce warpage caused by the difference in the amount of heat shrinkage at each position in the circumferential direction.
  • the temperature adjustment unit 7 may adjust the temperature of the molding die 2 so that the material temperature in the non-quenched region E2 when the molding die 2 is opened after molding is equal to or higher than the martensite start temperature. In this case, even if the temperature adjustment unit 7 adjusts the temperature of the molding die 2, hardening in the non-hardening region E2 can be suppressed.
  • the molding die 2 has an upper die 12 (first die) and a lower die 11 (second die).
  • the temperature of the mold 11 on each side may be adjusted.
  • the temperature adjustment part 7 becomes easy to adjust the temperature of the molding die 2, and can suppress the temperature difference in the circumferential direction of the metal pipe material 40 easily.
  • the temperature adjustment unit 7 may adjust the temperature of the molding die 2 based on the feedback information of past molding performance by the molding device 1 . In this case, the temperature adjustment unit 7 can appropriately adjust the temperature of the molding die 2 based on actual molding results.
  • the shape of the metal pipe after molding is not particularly limited, and a metal pipe without flanges may be molded instead of a metal pipe with flanges.
  • the molding device may be a molding device that heats and hardens the metal material, and a molding device that uses a hot stamping method may be employed.
  • the metal material becomes a plate material.
  • both the front surface and the back surface of the metal mold are in contact with each other during molding, so the temperature difference in the circumferential direction of the plate material is likely to be suppressed.
  • the temperature difference is likely to occur because the portion with which the upper mold contacts and the portion with which the lower mold contacts are separated from each other. Therefore, when molding a metal pipe, the effect of the present disclosure becomes more pronounced.
  • a molding apparatus comprising: a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the molding die so as to reduce warpage in the non-quenched region.
  • the temperature adjustment unit has a temperature detection unit that detects the temperature of at least one of the metal material and the molding die, and the temperature of the metal material in the non-quenched region is determined based on the detection result of the temperature detection unit.
  • the molding apparatus according to mode 1, wherein the temperature of the molding die is adjusted so as to reduce the temperature difference in the circumferential direction.
  • the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the molding die so that the material temperature in the non-quenched region when the molding die is opened after molding is equal to or higher than the martensite start temperature, Mode 1 or 3.
  • the molding die has a first die and a second die, 4.
  • [Mode 5] 5.
  • the molding apparatus according to any one of modes 1 to 4 wherein the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the molding die based on feedback information of past molding performance by the molding apparatus.

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Abstract

成形装置は、加熱された金属材料を成形する成形装置であって、金属材料の焼き入れ領域に焼き入れを行い、金属材料の非焼き入れ領域に焼き入れを行わないように成形を行う成形金型と、非焼き入れ領域における反りを低減するように、成形金型の温度を調整する温度調整部と、を備える。

Description

成形装置
　本開示は、成形装置に関する。
　従来、加熱された金属材料を成形する成形装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、互いに対になる下型及び上型を有する金型と、金型の間に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、通電加熱によって当該金属パイプ材料を加熱する加熱部と、を備える成形装置が開示されている。このような成形装置は、加熱された金属パイプを成形時に冷却するために、金型に形成された流路に水を流す冷却部を備える。これにより、成形装置は、冷却された金型を金属パイプ材料に接触させることで、焼き入れ成形を行うことができる。
特開２００９－２２０１４１号公報
　ここで、成形装置は、金属材料の一部に焼き入れを行い、他の部分に焼き入れを行わないように成形する場合がある。この場合、金属材料のうち、非焼き入れ領域は、金型の開放時に高温となっている。そのため、非焼き入れ領域が室温まで冷却されたときに、熱応力によって金属材料の反りが生じる可能性があった。
　そこで、本開示は、金属材料の反りを抑制することができる成形装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る成形装置は、加熱された金属材料を成形する成形装置であって、金属材料の焼き入れ領域に焼き入れを行い、金属材料の非焼き入れ領域に焼き入れを行わないように成形を行う成形金型と、非焼き入れ領域における反りを低減するように、成形金型の温度を調整する温度調整部と、を備える。
　この成形装置において、成形金型は、金属材料の焼き入れ領域に焼き入れを行い、金属材料の非焼き入れ領域に焼き入れを行わないように成形を行う。ここで、温度調整部は、非焼き入れ領域における反りを低減するように、成形金型の温度を調整する。このため、非焼き入れ領域における成形後の金属材料の温度が低下した時に、金属材料の周方向の各位置での熱収縮量の差による反りを低減することができる。
　温度調整部は、金属材料、及び成形金型の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部を有し、温度検出部の検出結果に基づいて非焼き入れ領域における金属材料の周方向の温度差を低減するように、成形金型の温度を調整する。これにより、温度検出部によって、金属材料の周方向の温度差を把握することができる。さらに、温度調整部が、温度検出部の検出結果に基づいて非焼き入れ領域の金属材料の周方向の温度差を低減するように成形金型の温度を調整する。これにより、より確実に金属材料の周方向の各位置において、熱収縮量の差が生じることを抑制できる。そのため、成形後の金属材料の温度が低下したときに、周方向の各位置での熱収縮量の差による反りを低減できる。
　温度調整部は、成形後に成形金型を開放したときの非焼き入れ領域における材料温度が、マルテンサイト開始温度以上となるように、成形金型の温度を調整してよい。この場合、温度調整部が成形金型の温度調整を行った場合であっても、非焼き入れ領域において焼き入れが行われることを抑制できる。
　成形金型は、第１の金型と第２の金型とを有し、温度調整部は、第１の金型及び第２の金型の温度をそれぞれ調整してよい。これにより、温度調整部は、成形金型の温度の調整を行いやすくなり、金属材料の周方向における温度差を容易に抑制することができる。
　温度調整部は、成形装置による過去の成形実績のフィードバック情報に基づいて、成形金型の温度を調整してよい。この場合、温度調整部は、実際の成形実績に基づいて、適切に成形金型の温度調整を行うことができる。
　本開示によれば、金属材料の反りを抑制することができる成形装置を提供できる。
本開示の実施形態に係る成形装置を示す概略構成図である。 図２（ａ）は、加熱膨張ユニットを示す概略側面図である。図２（ｂ）は、ノズルが金属パイプ材料をシールした時の様子を示す断面図である。 成形金型の温度調整機構を示す概略断面図である。 非焼き入れ領域における成形金型及び金属パイプの断面図である。 金属パイプの反りが発生する理由を説明するための概略図である。 金型及び金属パイプの温度変化を示すグラフである。 金型及び金属パイプの温度変化を示すグラフである。 （a）は上下の金型の設定温度差と反り量の関係を示すグラフであり、（ｂ）は金属パイプの上下の温度差と反り量の関係を示すグラフである。 硬さの測定方法を説明するための図である。 硬さの測定結果を示すグラフである。
　以下、本開示による成形装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
　図１は、本実施形態に係る成形装置１の概略構成図である。図１に示すように、成形装置１は、ブロー成形によって中空形状を有する金属パイプを成形する装置である。本実施形態では、成形装置１は、水平面上に設置される。成形装置１は、成形金型２と、駆動機構３と、保持部４と、加熱部５と、流体供給部６と、温度調整部７と、制御部８と、を備える。なお、本明細書において、金属パイプ材料４０（金属材料）は、成形装置１での成形完了前の中空物品を指す。金属パイプ材料４０は、焼入れ可能な鋼種のパイプ材料である。また、水平方向のうち、成形時において金属パイプ材料４０が延びる方向を「長手方向」と称し、長手方向と直交する方向を「幅方向」と称する場合がある。
　成形金型２は、金属パイプ材料４０から金属パイプ１４０（図５参照）を成形する型であり、上下方向に互いに対向する下側の金型１１及び上側の金型１２を備える。下側の金型１１及び上側の金型１２は、鋼鉄製ブロックで構成される。下側の金型１１及び上側の金型１２のそれぞれには、金属パイプ材料４０が収容される凹部が設けられる。下側の金型１１と上側の金型１２は、互いに密接した状態（型閉状態）で、各々の凹部が金属パイプ材料を成形すべき目標形状の空間を形成する。従って、各々の凹部の表面が成形金型２の成形面となる。下側の金型１１は、ダイホルダ等を介して基台１３に固定される。上側の金型１２は、ダイホルダ等を介して駆動機構３のスライドに固定される。
　ここで、本実施形態では、金属パイプ１４０（金属パイプ材料４０）は、焼き入れが行われる焼き入れ領域Ｅ１と、焼き入れが行われない非焼き入れ領域Ｅ２と、を有する。従って、成形金型２は、金属パイプ材料４０の焼き入れ領域Ｅ１に焼き入れを行い、金属パイプ材料４０の非焼き入れ領域Ｅ２に焼き入れを行わないように成形を行う。上側の金型１２及び下側の金型１１は、焼き入れ領域Ｅ１へ焼き入れを行う焼き入れ部１２Ａ，１１Ａと、非焼き入れ領域Ｅ２に焼き入れが行われないようにする非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂと、を有する。本実施形態では、金属パイプ１４０（金属パイプ材料４０）の略中央位置に非焼き入れ領域Ｅ２が設けられ、当該非焼き入れ領域Ｅ２を長手方向に挟むように焼き入れ領域Ｅ１が設けられる。そのため、上側の金型１２及び下側の金型１１は、中央位置に非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂと、当該非焼き入れ領域Ｅ２を長手方向に挟む焼き入れ部１２Ａ，１１Ａと、を備える。
　駆動機構３は、下側の金型１１及び上側の金型１２の少なくとも一方を移動させる機構である。図１では、駆動機構３は、上側の金型１２のみを移動させる構成を有する。駆動機構３は、下側の金型１１及び上側の金型１２同士が合わさるように上側の金型１２を移動させるスライド２１と、上記スライド２１を上側へ引き上げる力を発生させるアクチュエータとしての引き戻しシリンダ２２と、スライド２１を下降加圧する駆動源としてのメインシリンダ２３と、メインシリンダ２３に駆動力を付与する駆動源２４と、を備えている。
　保持部４は、下側の金型１１及び上側の金型１２の間に配置される金属パイプ材料４０を保持する機構である。保持部４は、成形金型２の長手方向における一端側にて金属パイプ材料４０を保持する下側電極２６及び上側電極２７と、成形金型２の長手方向における他端側にて金属パイプ材料４０を保持する下側電極２６及び上側電極２７と、を備える。長手方向の両側の下側電極２６及び上側電極２７は、金属パイプ材料４０の端部付近を上下方向から挟み込むことによって、当該金属パイプ材料４０を保持する。なお、下側電極２６の上面及び上側電極２７の下面には、金属パイプ材料４０の外周面に対応する形状を有する溝部が形成される。下側電極２６及び上側電極２７には、図示されない駆動機構が設けられており、それぞれ独立して上下方向へ移動することができる。
　加熱部５は、金属パイプ材料４０を加熱する。加熱部５は、金属パイプ材料４０へ通電することで当該金属パイプ材料４０を加熱する機構である。加熱部５は、下側の金型１１及び上側の金型１２の間にて、下側の金型１１及び上側の金型１２から金属パイプ材料４０が離間した状態にて、当該金属パイプ材料４０を加熱する。加熱部５は、上述の長手方向の両側の下側電極２６及び上側電極２７と、これらの電極２６，２７を介して金属パイプ材料４０へ電流を流す電源２８と、を備える。なお、加熱部は、成形装置１の前工程に配置し、外部で加熱をするものであっても良い。
　流体供給部６は、下側の金型１１及び上側の金型１２の間に保持された金属パイプ材料４０内に高圧の流体を供給するための機構である。流体供給部６は、加熱部５で加熱されることで高温状態となった金属パイプ材料４０に高圧の流体を供給して、金属パイプ材料４０を膨張させる。流体供給部６は、成形金型２の長手方向の両端側に設けられる。流体供給部６は、金属パイプ材料４０の端部の開口部から当該金属パイプ材料４０の内部へ流体を供給するノズル３１と、ノズル３１を金属パイプ材料４０の開口部に対して進退移動させる駆動機構３２と、ノズル３１を介して金属パイプ材料４０内へ高圧の流体を供給する供給源３３と、を備える。駆動機構３２は、流体供給時及び排気時にはノズル３１を金属パイプ材料４０の端部にシール性を確保した状態で密着させ、その他の時にはノズル３１を金属パイプ材料４０の端部から離間させる。なお、流体供給部６は、流体として、高圧の空気や不活性ガスなどの気体を供給してよい。また、流体供給部６は、金属パイプ材料４０を上下方向へ移動する機構を有する保持部４とともに、加熱部５を含めて同一装置としても良い。
　保持部４、加熱部５、及び流体供給部６の構成要素は、ユニット化された加熱膨張ユニット１５０として構成されてよい。図２（ａ）は、加熱膨張ユニット１５０を示す概略側面図である。図２（ｂ）は、ノズル３１が金属パイプ材料４０をシールした時の様子を示す断面図である。
　図２（ａ）に示すように、加熱膨張ユニット１５０は、上述の下側電極２６及び上側電極２７と、各電極２６，２７を搭載した電極搭載ユニット１５１、上述のノズル３１及び駆動機構３２と、昇降ユニット１５２と、ユニットベース１５３と、を備える。電極搭載ユニット１５１は、昇降フレーム１５４と、電極フレーム１５６，１５７と、を備える。電極フレーム１５６，１５７は、各電極２６，２７を支持して移動させる駆動機構６０の一部として機能する。駆動機構３２は、ノズル３１を駆動させ、電極搭載ユニット１５１と共に昇降する。駆動機構３２は、ノズル３１を保持するピストン６１と、ピストンを駆動させるシリンダ６２とを備えている。昇降ユニット１５２は、ユニットベース１５３の上面に取り付けられる昇降フレームベース６４と、これらの昇降フレームベース６４によって、電極搭載ユニット１５１の昇降フレーム１５４に対して昇降動作を付与する昇降用アクチュエータ６６とを備えている。昇降フレームベース６４は、ユニットベース１５３に対する昇降フレーム１５４の昇降動作をガイドするガイド部６４ａ，６４ｂを有する。昇降ユニット１５２は、保持部４の駆動機構６０の一部として機能する。加熱膨張ユニット１５０は、上面の傾斜角度が異なる複数のユニットベース１５３を有し、これらを交換することにより、下側電極２６及び上側電極２７、ノズル３１、電極搭載ユニット１５１、駆動機構３２、昇降ユニット１５２の傾斜角度を一括的に変更調節することを可能としている。
　ノズル３１は、金属パイプ材料４０の端部を挿入可能な円筒部材である。ノズル３１は、当該ノズル３１の中心線が基準線ＳＬ１と一致するように、駆動機構３２に支持されている。金属パイプ材料４０側のノズル３１の端部の供給口３１ａの内径は、膨張成形後の金属パイプ材料４０の外径に略一致している。この状態で、ノズル３１は、内部の流路６３から高圧の流体を金属パイプ材料４０に供給する。なお、高圧流体の一例としては、ガスなどが挙げられる。
　図１に戻り、温度調整部７は、成形金型２の温度を調整する機構である。温度調整部７は、非焼き入れ領域Ｅ２における反りを低減するように、成形金型２の温度を調整する。温度調整部７は、焼き入れ部１２Ａ，１１Ａにおいて、成形金型２を冷却することで、膨張した金属パイプ材料４０が成形金型２の成形面と接触したときに、金属パイプ材料４０を急速に冷却することができる。また、温度調整部７は、非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂにおいて、成形金型２の温度調整を行うことで、膨張した金属パイプ材料４０が成形金型２の成形面と接触したときに、金属パイプ材料４０を焼き入れが起きない温度に調整することができる。温度調整部７は、下側の金型１１及び上側の金型１２の内部に形成された流路と、流路へ温度調整媒体を供給して循環させる供給機構３７と、供給機構３７を制御する制御部８を備える。
　制御部８は、成形装置１全体を制御する装置である。制御部８は、駆動機構３、保持部４、加熱部５、流体供給部６、及び供給機構３７を制御する。制御部８は、金属パイプ材料４０を成形金型２で成形する動作を繰り返し行う。
　具体的に、制御部８は、例えば、ロボットアーム等の搬送装置からの搬送タイミングを制御して、開いた状態の下側の金型１１及び上側の金型１２の間に金属パイプ材料４０を配置する。あるいは、制御部８は、作業者が手動で下側の金型１１及び上側の金型１２の間に金属パイプ材料４０を配置してよい。また、制御部８は、長手方向の両側の下側電極２６で金属パイプ材料４０を支持し、その後に上側電極２７を降ろして当該金属パイプ材料４０を挟むように、保持部４のアクチュエータ等を制御する。また、制御部８は、加熱部５を制御して、金属パイプ材料４０を通電加熱する。これにより、金属パイプ材料４０に軸方向の電流が流れ、金属パイプ材料４０自身の電気抵抗により、金属パイプ材料４０自体がジュール熱によって発熱する。
　制御部８は、駆動機構３を制御して上側の金型１２を降ろして下側の金型１１に近接させ、成形金型２の型閉を行う。その一方、制御部８は、流体供給部６を制御して、ノズル３１で金属パイプ材料４０の両端の開口部をシールすると共に、流体を供給する。これにより、加熱により軟化した金属パイプ材料４０が膨張して成形金型２の成形面と接触する。そして、金属パイプ材料４０は、成形金型２の成形面の形状に沿うように成形される。なお、フランジ付きの金属パイプを形成する場合、下側の金型１１と上側の金型１２との間の隙間に金属パイプ材料４０の一部を進入させた後、更に型閉を行って、当該進入部を押しつぶしてフランジ部とする。金属パイプ材料４０の焼き入れ領域Ｅ１が成形面に接触すると、温度調整部７で冷却された成形金型２で急冷されることによって、金属パイプ材料４０の焼き入れが実施される。
　図３を参照して、温度調整部７について更に詳細に説明する。温度調整部７は、成形金型２の温度を調整する温度調整機構７０，８０を備える。温度調整機構７０は、上側の金型１２の内部に設けられ、金型１２の成形面の温度を調整する。温度調整機構８０は、下側の金型１１の内部に設けられ、金型１１の成形面の温度を調整する。温度調整機構７０は、金型１２の両側の焼き入れ部１２Ａ内に設けられた流路７１を有する。流路７１は、供給機構３７からの冷却水を流すことによって、焼き入れ部１２Ａの成形面を冷却する。また、温度調整機構８０は、金型１１の両側の焼き入れ部１１Ａ内に設けられた流路８１を有する。流路８１は、供給機構３７からの冷却水を流すことによって、焼き入れ部１１Ａの成形面を冷却する。
　ここで、非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂは、成形面側の加熱金型ブロック１２Ｂａ，１１Ｂａと、反対側の通常金型ブロック１２Ｂｂ，１１Ｂｂと、を備える。通常金型ブロック１２Ｂｂ，１１Ｂｂは、両側の焼き入れ部１２Ａ，１１Ａ同士を接続するブロックである。温度調整機構７０，８０は、通常金型ブロック１２Ｂｂ，１１Ｂｂ内に設けられる流路７２，８２を有する。流路７２，８２には、焼き入れ部１２Ａ，１１Ａの流路７１，８１と同様な冷却水が供給される。加熱金型ブロック１２Ｂａ，１１Ｂａは、焼き入れ部１２Ａ，１１Ａよりも温度が高くなるブロックである。焼き入れ部１２Ａ，１１Ａと加熱金型ブロック１２Ｂａ，１１Ｂａとの間には断熱部材７５（または空隙）が設けられる。温度調整機構７０，８０は、加熱金型ブロック１２Ｂａ，１１Ｂａ内に設けられる流路７３，８３を有する。流路７３，８３は、流路７１，８１よりも温度が高い流体を流すことによって、非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂの成形面を、焼き入れ部１２Ａ，１１Ａの成形面よりも高い温度とする。なお、温度調整機構７０，８０は、流路７３，８３に代えてヒータなどを有していてもよい。
　図４に示すように、成形後の金属パイプ１４０は、管状のパイプ部１４１と、フランジ部１４２，１４３と、を備える。パイプ部１４１は、上側に設けられた上側壁部１４１ａと、下側に設けられた下側壁部１４１ｂと、フランジ部１４２，１４３が設けられる側壁部１４１ｃ，１４１ｄと、を有する。上側壁部１４１ａと下側壁部１４１ｂとは、互いに上下方向に離間した状態となっているため、温度差が形成されやすい箇所である。これに対し、金型１２，１１の非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂには、金属パイプ１４０の温度を検出する温度検出部９１，９２が設けられる。温度検出部９１は、上側壁部１４１ａを成形する成形面から露出して、上側壁部１４１ａと接触するように設けられる。これにより、温度検出部９１は、上側壁部１４１ａの温度を検出する。温度検出部９２は、下側壁部１４１ｂを成形する成形面から露出して、下側壁部１４１ｂと接触するように設けられる。これにより、温度検出部９２は、下側壁部１４１ｂの温度を検出する。温度検出部９１，９２は、特に限定されないが、例えば、光ファイバー放射温度計が採用されてよい。また、金型１２，１１の非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂには、当該非焼き入れ部１２Ｂ，１１Ｂの温度を検出する温度検出部９３，９４が設けられる。温度検出部９１，９２，９３，９４で検出された検出結果は、制御部８（図１参照）へ送信される。
　次に、温度調整部７による温度調整内容について説明する。まず図５を参照して、金属パイプ１４０の反りについて説明する。図５（ａ）に示すように、成形金型２を開放した直後は、焼き入れ領域Ｅ１は冷却されることによって低い温度Ｔ３となる。温度Ｔ３は、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以下であればよい。従って、焼き入れ領域Ｅ１に焼き入れを行うには、温度調整部７は、温度Ｔ３≦Ｍｆ（２００～２５０℃）となるように、温度を調整すればよい。
　一方、非焼き入れ領域Ｅ２は焼き入れが行われないように、温度Ｔ３よりも高い温度Ｔ１，Ｔ２となる。温度Ｔ１は金属パイプ１４０の上側の温度であり、温度Ｔ２は金属パイプ１４０の下側の温度である。温度調整部７は、成形後に成形金型２を開放したときの非焼き入れ領域Ｅ２における材料温度が、マルテンサイト開始温度Ｍｓ以上となるように調整する。具体的には、温度調整部７は、成形金型２を開放したときに温度Ｔ１，Ｔ２≧Ｍｓ（４００～４３０℃）となるように温度を調整すればよい。このように、非焼き入れ領域Ｅ２の温度Ｔ１，Ｔ２は室温に比べて高温であるため、室温に至るまで冷却される。ここで、上側の温度Ｔ１が下側の温度Ｔ２よりも低くなるため、金属パイプ１４０が室温まで冷却されるまでの熱収縮量は、上側の方が大きくなる。このように、非焼き入れ領域Ｅ２では、上側と下側とで温度差が大きくなるため、上側と下側とで収縮量に差ができることで、図５（ｂ）に示すように、金属パイプ１４０に反りが生じてしまう。ここで、金属パイプ１４０の反りについて、図８（ｃ）を参照して説明する。金属パイプ１４０の両端を支持部１４５で固定する。当該状態にて、金属パイプ１４０の両端部の高さＨ１と、中央の高さＨ２を計測する。このとき、両端部の高さＨ１と、中央部の高さＨ２との間に差ができている状態が「反り」が生じた状態である。また、両端部の高さＨ１と、中央部の高さＨ２との間の差が、図８（ａ）（ｂ）に示す「反り量」と定義される。
　そこで、温度調整部７は、温度検出部９１，９２，９３，９４の検出結果に基づいて、非焼き入れ領域Ｅ２における金属パイプ材料４０の周方向の温度差を低減するように、成形金型２の温度を調整する。具体的に、制御部８が、温度検出部９１，９２，９３，９４の検出結果を取得し、金属パイプ材料４０の非焼き入れ領域Ｅ２における周方向の温度差を低減するように（反りが起きないように）、上側の温度Ｔ１と下側の温度Ｔ２が所望の値となるように、供給機構３７を制御する。
　温度調整部７は、成形装置１による過去の成形実績のフィードバック情報に基づいて、成形金型２の温度を調整してよい。例えば、成形装置１は、所定の本数の成形を行ったら、成形金型２（及び金属パイプ１４０）の温度差と、反りの大きさの関係を取得する。このとき、制御部８は、どの程度の温度差がある場合に、どの程度の反りが発生するかを解析し、教師データを作成する。これにより、制御部８は、教師データをフィードバック情報として、学習を行う。これにより、制御部８は、次回の成形時に、温度検出部９１，９２，９３，９４の検出結果を参照して、どの程度の反りが生じるかを推定し、反りが大きい場合は、成形金型２の温度を調整する。
　図６～図８を参照して、温度調整部７による具体的な温度調整の一例について説明する。図６及び図７は、上側の金型１２の温度と下側の金型１１の温度の時間変化をプロットし、それに対する金属パイプ材料４０（金属パイプ１４０）の上側と下側の温度の時間変化をプロットしたグラフである。図８（ａ）は、上側の金型１２と下側の金型１１との間の温度さと、金属パイプ１４０の反り量との関係をプロットしたグラフである。図８（ｂ）は、成形金型２の開放時における金属パイプ１４０の上側と下側との温度差と、金属パイプ１４０の反り量との関係をプロットしたグラフである。
　図６に示すように、上側の金型１２と下側の金型１１の設定温度を４３０℃にして温度に差が無いように設定（金型設定温度差Δ０℃）した場合より、図７（a）の上側の金型１２の設定温度を３９５℃に設定（金型設定温度差Δ３５℃）した方が、金属パイプ１４０の上側と下側の温度差が低減された。また、図７（ｂ）の上側の金型１２を３７０℃に設定（金型設定温度差Δ６０℃）した場合より、上側の金型１２の設定温度を３９５℃に設定（金型設定温度差Δ３５℃）した方が、金属パイプ１４０の上側と下側の温度差が低減された。図８（ａ）（ｂ）を参照しても、金型設定温度差をΔ３５℃とし、金属パイプ１４０の上下の温度差を低減した方が、反り量が小さくなった。例えば、図８（ａ）では、上側の金型１２と下側の金型１１との温度差が３５℃であるときの反り量が最も小さい。また、図８（ｂ）では、金型設定温度差をΔ３５℃とすることでパイプ上下温度差が最も小さくなっており、その結果、反り量が最も小さくなっていることが確認できる。温度調整部７は、成形金型２の設定温度として４３０℃をベースとして、上側の金型１２の設定温度を低くすることで、金属パイプ１４０の反りを低減できる。
　図１０は、図６～図９で示した各温度調整に係る金属パイプ１４０の硬さ分布を評価した結果である。なお、当該評価では、図９（ａ）に示すように、金属パイプ１４０を粗切り位置ＣＬで切断して切り出し、断面計測位置Ａ，Ｂにおける硬さ分布の測定を行った。断面計測位置Ａは焼き入れ領域Ｅ１の任意の位置である。断面計測位置Ｂは、非焼き入れ領域Ｅ２の任意の位置である。また、図９（ｂ）に示すように、各断面における計測位置Ｐ１～Ｐ５のマイクロビッカース硬さを測定した。図１０に示すように、いずれの金型設定温度の場合においても、焼き入れ領域Ｅ１の断面計測位置Ａでは焼き入れがなされることで各位置Ｐ１～Ｐ５において硬さが確保できていることが確認される。また、非焼き入れ領域Ｅ２の断面計測位置Ｂでは、各位置Ｐ１～Ｐ５での硬さが低く、本来の目的である部分的な焼入れ抑制が出来ており、各硬さの値にも影響を及ぼしていない事が確認される。
　次に、本実施形態に係る成形装置１の作用・効果について説明する。
　この成形装置１において、成形金型２は、金属材料の焼き入れ領域Ｅ１に焼き入れを行い、金属材料の非焼き入れ領域Ｅ２に焼き入れを行わないように成形を行う。ここで、温度調整部７は、非焼き入れ領域Ｅ２における反りを低減するように、成形金型２の温度を調整する。このため、非焼き入れ領域Ｅ２における成形後の金属材料の温度が低下した時に、金属材料の周方向の各位置での熱収縮量の差による反りを低減することができる。
　この成形装置１において、温度調整部７は、金属材料、及び成形金型２の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部９１，９２，９３，９４を有し、温度検出部９１，９２，９３，９４の検出結果に基づいて非焼き入れ領域Ｅ２における金属材料の周方向の温度差を低減するように、成形金型２の温度を調整する。これにより、温度検出部９１，９２，９３，９４によって、金属材料の周方向の温度差を把握することができる。さらに、温度調整部７が、温度検出部９１，９２，９３，９４の検出結果に基づいて非焼き入れ領域Ｅ２の金属材料の周方向の温度差を低減するように成形金型２の温度を調整する。これにより、より確実に金属材料の周方向の各位置において、熱収縮量の差が生じることを抑制できる。そのため、成形後の金属材料の温度が低下したときに、周方向の各位置での熱収縮量の差による反りを低減できる。
　温度調整部７は、成形後に成形金型２を開放したときの非焼き入れ領域Ｅ２における材料温度が、マルテンサイト開始温度以上となるように、成形金型２の温度を調整してよい。この場合、温度調整部７が成形金型２の温度調整を行った場合であっても、非焼き入れ領域Ｅ２において焼き入れが行われることを抑制できる。
　成形金型２は、上側の金型１２（第１の金型）と下側の金型１１（第２の金型）とを有し、温度調整部７は、上側の金型１２及び下側の金型１１の温度をそれぞれ調整してよい。これにより、温度調整部７は、成形金型２の温度の調整を行いやすくなり、金属パイプ材料４０の周方向における温度差を容易に抑制することができる。
　温度調整部７は、成形装置１による過去の成形実績のフィードバック情報に基づいて、成形金型２の温度を調整してよい。この場合、温度調整部７は、実際の成形実績に基づいて、適切に成形金型２の温度調整を行うことができる。
　本開示は、上述の実施形態に限定されない。
　例えば、成形後の金属パイプの形状は特に限定されず、フランジ付きの金属パイプに代えて、フランジを有さない金属パイプが成形されてもよい。
　また、成形装置は、金属材料を加熱し、焼き入れを行う成形装置であればよく、ホットスタンピング法の成形装置が採用されてもよい。この場合、金属材料は板材となる。ただし、板材の場合は、成形時に表面と裏面の両方で金型の成形面が接触するため、板材の周方向の温度差が抑制されやすい。一方、金属パイプの場合は、上側の金型が接触する部分と、下側の金型が接触する部分が互いに離間していることで、温度差が付きやすい。従って、金属パイプを成形する場合は、本開示の効果がより顕著となる。
［形態１］
　加熱された金属材料を成形する成形装置であって、
　前記金属材料の焼き入れ領域に焼き入れを行い、前記金属材料の非焼き入れ領域に焼き入れを行わないように成形を行う成形金型と、
　前記非焼き入れ領域における反りを低減するように、前記成形金型の温度を調整する温度調整部と、を備える、成形装置。
［形態２］
　前記温度調整部は、前記金属材料、及び前記成形金型の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部の検出結果に基づいて前記非焼き入れ領域における前記金属材料の周方向の温度差を低減するように、前記成形金型の温度を調整する、形態１に記載の成形装置。
［形態３］
　前記温度調整部は、成形後に前記成形金型を開放したときの前記非焼き入れ領域における材料温度が、マルテンサイト開始温度以上となるように、前記成形金型の温度を調整する、形態１又は２に記載の成形装置。
［形態４］
　前記成形金型は、第１の金型と第２の金型とを有し、
　前記温度調整部は、前記第１の金型及び前記第２の金型の温度をそれぞれ調整する、形態１～３の何れか一項に記載の成形装置。
［形態５］
　前記温度調整部は、前記成形装置による過去の成形実績のフィードバック情報に基づいて、前記成形金型の温度を調整する、形態１～４の何れか一項に記載の成形装置。
 
　１…成形装置、２…成形金型、１１，１２…金型（第１の金型、第２の金型）、７…温度調整部、４０…金属パイプ材料（金属材料）、９１，９２，９３，９４…温度検出部、Ｅ１…焼き入れ領域、Ｅ２…非焼き入れ領域。

Claims (5)

  1. 　加熱された金属材料を成形する成形装置であって、
    　前記金属材料の焼き入れ領域に焼き入れを行い、前記金属材料の非焼き入れ領域に焼き入れを行わないように成形を行う成形金型と、
    　前記非焼き入れ領域における反りを低減するように、前記成形金型の温度を調整する温度調整部と、を備える、成形装置。
  2. 　前記温度調整部は、前記金属材料、及び前記成形金型の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部の検出結果に基づいて前記非焼き入れ領域における前記金属材料の周方向の温度差を低減するように、前記成形金型の温度を調整する、請求項１に記載の成形装置。
  3. 　前記温度調整部は、成形後に前記成形金型を開放したときの前記非焼き入れ領域における材料温度が、マルテンサイト開始温度以上となるように、前記成形金型の温度を調整する、請求項１に記載の成形装置。
  4. 　前記成形金型は、第１の金型と第２の金型とを有し、
    　前記温度調整部は、前記第１の金型及び前記第２の金型の温度をそれぞれ調整する、請求項１に記載の成形装置。
  5. 　前記温度調整部は、前記成形装置による過去の成形実績のフィードバック情報に基づいて、前記成形金型の温度を調整する、請求項１に記載の成形装置。
     
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