(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記可動部が強磁性体または強磁性体を含む材料または強磁性体を内蔵する構造からなり、前記可動部移動手段は電磁石からなることを特徴とする請求項1記載の熱間プレス用金型。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、熱間プレス加工された成形品には、しわや板厚減少が発生し、プレス下死点において金型と接触しにくい状況が生じる。また、金型の製作精度、金型の撓み、プレス装置自体の撓みなどによって、下死点において金型と熱間プレス成形品との間に隙間を生じる場合もある。これらの状況が生じた場合、金型を冷却しても成形品の冷却速度が遅くなり、プレス成形品に十分に焼き入れが入らない部分が発生する。
【0005】
例えば、
図2に示すようなハット断面形状部材17を熱間プレス成形する場合には、以下の2つの理由により縦壁部17bに焼きが入りにくい。
一つの理由は、縦壁部17bは熱間プレス成形中に板厚が減少しやすく、下死点において熱間プレス成形品が金型に接触しにくくなるためである。
もう一つの理由として、プレス荷重の方向と、熱間プレス成形品の被成形面の法線の方向の位置関係があげられる。被成形面のうち、縦壁部17bは、その法線方向とプレス荷重方向のなす角度が90度に近く、プレス荷重を増しても、金型を縦壁部17bに強く接触させることは難しい。
特許文献1のような、金型を冷却する従来技術では、少なくとも下死点において、金型と熱間プレス成形品が接触することが前提となっており、上記のように金型が熱間プレス成形品に接触しにくい場合には対応できないという課題がある。
【0006】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来技術では金型を接触させにくいために焼入れが難しかった部分にも十分に焼入れが可能な熱間プレス用金型、熱間プレス成形方法、及び該熱間プレス成形方法によって成形された熱間プレス成形品を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1)本発明に係る熱間プレス用金型は
、被成形面の法線方向が金型の移動方向と交差する被成形面
である縦壁部を有する成形品を、加熱した鋼板をプレス成形することで成形する熱間プレス用金型であって、
前記被成形面
である縦壁部を成形する
縦壁成形面を有するパンチとダイを備えてなり
、前記パンチと前記ダイの少なくとも一方
における前記縦壁成形面のみに設けられた凹陥部と、該凹陥部に前記
縦壁成形面の法線方向に移動可能に取り付けられた可動部と、プレス成形開始から下死点までの間は前記可動部を前記
縦壁成形面よりも出っ張らないようにし、下死点において前記可動部を前記鋼板側に移動させて前記鋼板
の前記被成形面である縦壁部に当接させる可動部移動手段を備えてなることを特徴とするものである。
【0008】
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記可動部が強磁性体または強磁性体を含む材料または強磁性体を内蔵する構造からなり、前記可動部移動手段は電磁石からなることを特徴とするものである。
【0009】
(3)また、上記(2)に記載のものにおいて、前記可動部を前記凹陥部の内部側に引っ張る弾性手段を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
(4)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記可動部移動手段はアクチュエータであることを特徴とするものである。
【0011】
(5)本発明に係る熱間プレス成形方法は、上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の熱間プレス用金型を用いて鋼板を熱間でプレス成形する熱間プレス成形方法であって、オーステナイト域まで加熱した前記鋼板を金型に保持して下死点までプレス成形する成形工程と、下死点で前記鋼板を保持したまま前記鋼板に前記金型を当接させて冷却する冷却工程を有し、
該冷却工程において、前記可動部移動手段によって前記可動部を前記鋼板
の被成形面である縦壁部に当接させることを特徴とするものである。
【0012】
(6)本発明に係る熱間プレス成形品は、上記(5)に記載の熱間プレス成形方法によって成形されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明においては、被成形面(被成形面の法線方向が金型の移動方向と交差する被成形面)を成形する成形面を有するパンチとダイを備えてなり、前記成形面におけるパンチとダイの少なくとも一方に設けられた凹陥部と、該凹陥部に前記成形面の法線方向に移動可能に取り付けられた可動部と、プレス成形開始から下死点までの間は可動部を前記成形面よりも出っ張らないようにし、下死点において可動部を鋼板側に移動させて鋼板に当接させる可動部移動手段を備えたことにより、従来技術では金型を接触させにくい前記被成形面にも金型を確実に接触させることができ、焼入れが難しかった前記被成形面に十分に焼入れをすることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型1は、
図1に示すように、被成形面の法線方向が金型の移動方向と交差する被成形面を有する成形品であるハット断面形状部材17(
図2参照)を、加熱した鋼板3をプレス成形することで成形する熱間プレス用金型1であって、前記被成形面を成形する成形面を有するパンチ5とダイ7を備えている。
ここで、被成形面とはプレス成形時において金型によって成形される鋼板の面であり、成形面とは該被成形面を成形する金型の面である。
なお、本実施の形態では熱間プレス用金型1とハット断面形状部材17はともに左右対称であるため、
図1においては右半分のみを図示している。また、
図1において、ハット断面形状部材17とパンチ5及びダイ7の区別が容易なように、便宜上、これらの間隔をあけて図示している。
図1の鋼板3において、
図2に示したハット断面形状部材17と同様の部位には同一の符号を付している。
図1中のL
Wは縦壁部17bの法線を示している。
【0016】
本実施の形態では、下死点で金型を成形面に接触させにくい成形品、すなわち被成形面の法線方向が金型の移動方向と交差する被成形面を有する成形品の例としてハット断面形状部材17を例に挙げている。
そこで、まずハット断面形状部材17の形状を概説し、ハット断面形状部材17が下死点で金型を成形面に接触させにくい理由について説明する。
【0017】
<ハット断面形状部材>
ハット断面形状部材17は、
図2に示すように、天板部17aと、天板部17aの両側に連続するように形成された縦壁部17bと、両側の縦壁部17bの端部に形成されたフランジ部17cとを有している。
ハット断面形状部材17のプレス成形は、
図1中に太矢印で示すように、例えばダイ7をパンチ5に近づく方向に移動させることで行われる。ダイ7の移動方向はハット断面形状部材17の縦壁部17bにおける法線L
Wと交差する方向であり、縦壁部17bが本発明の被成形面(被成形面の法線方向が金型の移動方向と交差する被成形面)に相当する。
その後、ハット断面形状部材17は、下死点において熱間プレス用金型1に接触した状態で保持されて急冷されることで焼入れが行われる。
【0018】
焼入れを行うためには、鋼板3に金型を十分に接触させることが必要である。
しかし、縦壁部17bにおいては、熱間プレス成形中に板厚が減少しやすく、下死点において金型に接触しにくい。
また上記に加えて、プレス成形は
図1中に太矢印で示すように、ダイ7がパンチ5に近づく方向に移動することで行われ、ダイ7の移動方向はハット断面形状部材17の縦壁部17bにおける法線L
Wと交差する方向であるために、プレス荷重を増加させても、金型を縦壁部17bに強く接触させることは難しい。
【0019】
このように、ハット断面形状部材17を熱間プレス成形する場合、従来のプレス成形金型では、下死点において縦壁部17bに金型を接触させにくく急冷させることができない。
以上のことを踏まえた上で、本発明に係る熱間プレス用金型1についてより詳細に説明する。
【0020】
<熱間プレス用金型>
熱間プレス用金型1は、
図1に示すように、パンチ5及びダイ7と、ダイ7の縦壁部17bを成形する成形面(縦壁成形面8)に設けられた凹陥部11と、凹陥部11に縦壁成形面8の法線L
W方向に移動可能に取り付けられた可動部9と、プレス成形開始から下死点までの間は可動部9を縦壁成形面8よりも出っ張らないようにし、下死点において可動部9を鋼板3側に移動させて鋼板3に当接させる可動部移動手段としての電磁石13と、電磁石13の稼働を制御する制御部15を備えている。
以下、熱間プレス用金型1の各構成を
図1に基づいて詳細に説明する。
【0021】
≪パンチ及びダイ≫
パンチ5は、電磁石13からの磁束が可動部9に届くために必要な部分を非磁性体材料で構成する必要があるが、それ以外の部分については、従来から金型材料として用いられている鋳鉄や工具鋼などの強磁性体材料で構成しても構わない。
【0022】
ダイ7には、パンチ5の上部が挿入可能な溝が形成されており、該溝の底面から立ち上がるパンチ5と協働して縦壁部17bを成形する部分が縦壁成形面8である。
縦壁成形面8には、ダイ7の長手方向(紙面に垂直な方向)に沿う溝形が形成されており、該溝形が凹陥部11である。
凹陥部11は溝形の底部から開口側に向かって拡がるテーパ形になっており、凹陥部11に保持された可動部9が下死点において、鋼板3側に移動可能になっている。
【0023】
上述したように、プレス成形は、
図1中に太矢印で示すように、ダイ7がパンチ5に近づく方向に移動することで行われ、ダイ7の移動方向は、ハット断面形状部材17の縦壁部17bの法線L
Wと交差する方向(ダイ7の移動方向と法線L
Wのなす角度は90度に近い)である。
そのため、ダイ7の移動方向に直交する天板部17aやフランジ部17cでは下死点においてダイ7の押圧力を十分に作用させることができるが、縦壁部17bではプレス荷重を増しても、金型を縦壁部17bに強く接触させることは難しい。
そこで、本発明では、可動部9を設けて縦壁部17bを十分に冷却可能にした。以下に、可動部9について詳細に説明する。
【0024】
≪可動部≫
可動部9は、ダイ7の凹陥部11の形状に対応したブロック体からなり、凹陥部11に挿入可能になっている。凹陥部11に可動部9が挿入されると、
図1に示すように、可動部9がダイ7の縦壁成形面8よりも出っ張ることなく保持される。
図1に示すように、可動部9が凹陥部11に保持された状態における可動部9の外面は、冷却工程においてハット断面形状部材17の縦壁部17bに当接させる当接面9aになっている。
可動部9は、ダイ7に対して相対移動可能に設けられており、その移動方向はハット断面形状部材17の縦壁部17bにおける法線L
W方向である。
【0025】
可動部9は、強磁性体材料または強磁性体を含む材料または強磁性体を内蔵する構造で構成されており、下死点において電磁石13に通電されて磁力が発生すると鋼板3側に引き寄せられて当接面9aが縦壁部17bに当接することで、縦壁部17bを急冷する。
【0026】
≪電磁石≫
電磁石13は、鉄芯13aとソレノイド13bからなり、パンチ5に内蔵されている。電磁石13は、通電時に発生する磁束が可動部9に届くように、その向きが設定されている。
【0027】
≪制御部≫
制御部15は、電磁石13を制御可能になっており、電磁石13のソレノイド13bに通電させることで電磁石13に磁力を発生させることができる。
【0028】
<熱間プレス成形方法>
次に、以上のように構成された熱間プレス用金型1を用いた熱間プレス成形方法の一例を、熱間プレス用金型1の動作と共に説明する。
本発明の一実施の形態にかかる熱間プレス成形方法は、オーステナイト域まで加熱した鋼板3を金型に保持して下死点までプレス成形する成形工程と、下死点で鋼板3を保持したまま鋼板3に金型を当接させて冷却する冷却工程を有している。
以下、各工程について説明する。
【0029】
≪成形工程≫
成形工程は、熱間で鋼板3をハット断面形状部材17にプレス成形する工程である。
鋼板3は、所定の形状にブランキングしたものを用い、予め、加熱炉や通電加熱装置などの加熱手段によってオーステナイト域温度まで加熱しておく。
加熱後の鋼板3は、プレス成形装置に搬送されてパンチ5の上面に載置され、オーステナイト温度域でプレス成形が開始するようにプレス成形される。
プレス成形中(プレス成形開始時から下死点に到達するまでの間)、可動部9は凹陥部11によって、ダイ7の縦壁成形面8よりも出っ張ることがなく保持されている。
【0030】
≪冷却工程≫
冷却工程は、下死点で鋼板3を保持することで鋼板3を金型に当接させて冷却する工程である。
本工程では、電磁石13に通電して可動部9を鋼板3側に引き寄せて当接面9aを縦壁部17bに当接させることで、縦壁部17bを急冷して焼入れをする。
そして、この状態で成形品全体においてマルテンサイト変態が完了するまでの所定時間、下死点で鋼板3を保持する。このようにして、天板部17aやフランジ部17cはもとより、縦壁部17bのような従来方法では焼入れしにくい部分にも十分に焼入れをすることができる。
冷却後は離型して成形品を取り出す。
【0031】
以上のように、本実施の形態においてはダイ7の縦壁成形面8に設けられた凹陥部11と、凹陥部11に縦壁成形面8の法線L
W方向に移動可能に取り付けられた可動部9と、プレス成形開始から下死点までの間は可動部9を縦壁成形面8よりも出っ張らないようにし、下死点において可動部9を鋼板3側に移動させて鋼板3に当接させる電磁石13を備えていることにより、下死点において可動部9の当接面9aを縦壁部17bに当接させて急冷することが可能となり、縦壁部17bにおいて十分に焼入れをすることができる。
【0032】
なお、上記では、可動部9が凹陥部11で保持されると説明したが、金型の形状によっては、成形工程の途中で可動部9が動いてダイ7の縦壁成形面8よりも出っ張ってしまい、正常にプレス成形ができない虞れがある。
そこで、例えば
図3に示す熱間プレス用金型21のように、凹陥部11における可動部9の奥に設けられて、可動部9を凹陥部11の内部側に引っ張る弾性手段としてのバネ23を設けてもよい。こうすることで、成形工程中に可動部9が動くことを防止できる。なお、
図3において、
図1と同様のものには同一の符号を付している。
バネ23の強さは、冷却工程において、電磁石13による磁力が打ち勝つように設定することで、可動部9を鋼板3側に引き寄せる上でも問題ない。
【0033】
なお上記では、可動部移動手段として電磁石13を例に挙げたが、可動部移動手段の構成はこれに限られない。例えば、以下に説明するようにアクチュエータを用いて可動部9を鋼板3に当接させるようにしてもよい。このようなものの一例として、熱間プレス用金型25を
図4に示す。なお、
図4において、
図1及び
図3と同様のものには同一の符号を付している。
【0034】
熱間プレス用金型25は、
図4に示す通り、ダイ7にアクチュエータ27が内蔵されており、制御部15によってアクチュエータ27の稼働が制御可能になっている。アクチュエータ27が稼働すると可動部9を鋼板3側に当接可能になっている。
アクチュエータ27としては、油圧シリンダーや空圧シリンダー、サーボモーターなどの一般的な形式のものを用いることができる。
この場合、可動部9の磁性の有無は問わないため、可動部9に使用できる材質の幅が広い。また、パンチ5についても同様である。
さらに、このようなアクチュエータ27を用いることにより、成形工程中に可動部9が動くことを防止できる。
【0035】
なお、上記の説明では、凹陥部11がダイ7に設けられた例を示したが、可動部9はパンチ5に設けられていてもよい。あるいは、金型形状が複雑な場合には、パンチ5とダイ7の両方に凹陥部11を適当数設け、各凹陥部11に可動部9を取り付けてもよい。
【0036】
なお、上記ではダイ7がパンチ5に近づく方向に移動する例を挙げて説明したが、パンチ5がダイ7に近づくように移動させてもよい。
【実施例】
【0037】
本発明の熱間プレス用金型1を用いた熱間プレス成形方法の効果を確認する実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
本実施例においては、本発明例1として
図1に示す熱間プレス用金型1を用い、本発明例2として
図4に示す熱間プレス用金型25を用いた。
鋼板は板厚1.6mmとした。プレス成形の対象は
図2に示すハット断面形状部材17とした。ハット断面形状部材17の長さは400mm、天板部17aの幅は80mm、縦壁部17bの高さは60mm、フランジ部17cの幅は片側15mmとし、パンチ肩R、ダイ肩Rともに5mmとした。
【0038】
鋼板は電気加熱炉で750℃まで加熱した後、プレス成形装置に搬送し、オーステナイト域で熱間プレス成形を開始して(プレス成形工程)、下死点において20秒間保持して冷却した(冷却工程)。冷却工程においては、本発明例1では、上記実施の形態で説明したように、下死点において電磁石13を稼働させることによって可動部9で縦壁部17bを急冷した。同様に、本発明例2では冷却工程でアクチュエータ27を稼働させることによって可動部9で縦壁部17bを急冷した。
冷却工程後は離型して成形品を取り出した。
また、比較例1として
図1に示す熱間プレス用金型1を用いて下死点において電磁石13を稼働させずにプレス成形を行い、比較例2として
図4に示す熱間プレス用金型25を用いて下死点においてアクチュエータ27を稼働させずにプレス成形を行った。
【0039】
焼入れが十分かどうかは、長手方向の中央でハット断面形状部材17を切断し、断面のビッカース硬度(荷重50g)を複数箇所で測定して、該各測定値に基づいて判断した。
測定は
図5に示す位置(a)〜位置(n)の14箇所で行った。なお、
図5はハット断面形状部材17の断面の半分のみを図示している。
天板部17aにおいて、位置(a)は天板部17aの中央、位置(e)はパンチ肩Rが平坦になる位置、位置(b)〜位置(d)は、位置(a)と位置(e)の間を4等分する位置である。
位置(f)はパンチ肩Rの中央である。
縦壁部17bにおいて、位置(g)はパンチ肩Rが平坦になる位置、位置(k)はダイ肩Rが平坦になる位置、位置(h)〜位置(j)は、位置(g)と位置(k)の間を4等分する位置である。
位置(l)はダイ肩R中央である。
フランジ部17cにおいて、位置(m)はダイ肩Rが平坦になる位置、位置(n)は位置(m)とフランジ端の中央である。
【0040】
本発明例1と比較例1についての測定結果を
図6に、本発明例2と比較例2についての測定結果を
図7にそれぞれ示す。
図6及び
図7において、縦軸がビッカース硬度を表し、横軸が測定位置を表している。
図6において、黒丸のプロットが本発明例1、白丸のプロットが比較例1をそれぞれ表しており、
図7において、黒丸のプロットが本発明例2、白丸のプロットが比較例2をそれぞれ表している。
本実験では、ビッカース硬度440を合格基準値とした。
【0041】
図6に示す通り、比較例1の場合、縦壁部17bの位置(h)〜位置(j)でビッカース硬度が基準値を下回っており、縦壁部17bの下死点保持中の冷却速度が遅く焼入れが不十分であった(徐冷された)ことを意味している。
一方、本発明例1の場合、
図6に示す通り、位置(a)〜位置(n)の全てにおいて、ビッカース硬度が基準値の440を上回っており、縦壁部17bの焼入れが十分であったことを意味している。
【0042】
同様に、
図7から分かる通り、比較例2の場合、縦壁部17bの位置(h)〜位置(j)で焼入れが不十分であったが、本発明例2では全ての範囲でビッカース硬度が基準値の440を上回っており、縦壁部17bの焼入れが十分であった。
【0043】
以上のように、本発明を適用することで縦壁部17bを急冷可能となり十分に焼入れをすることができ、好適であった。