特許 7273289 熱間プレス成形品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-02

(45)【発行日】2023-05-15

(54)【発明の名称】熱間プレス成形品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 22/20 20060101AFI20230508BHJP

   B21D 22/26 20060101ALI20230508BHJP

   B62D 25/04 20060101ALN20230508BHJP

   B62D 25/20 20060101ALN20230508BHJP

【ＦＩ】

B21D22/20 H

B21D22/26 D

B21D22/26 C

B62D25/04

B62D25/20 F

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019041251

(22)【出願日】2019-03-07

(65)【公開番号】P2020142282

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-11-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲浜▼田 幸一

【審査官】石川 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０５０９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４０６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６９６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５０９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４７９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２１０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５９３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ２２／２０

Ｂ２１Ｄ ２２／２６

Ｂ６２Ｄ ２５／０４

Ｂ６２Ｄ ２５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱間プレス成形品を製造する方法であって、
前記熱間プレス成形品は天板面を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面に前記天板面に沿う方向の突出部を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面の縁に連続する縦壁を備え、
ブランクを前記ブランクのＡｃ３変態点以上の温度に加熱し、
前記Ａｃ３変態点以上の温度の前記ブランクに対して曲げ成形を開始し、
前記突出部の成形については、前記曲げ成形から絞り成形に切り替え、かつ、前記突出部以外の少なくとも一部の成形については、前記曲げ成形を継続する、
熱間プレス成形品の製造方法。

【請求項2】

熱間プレス成形品を製造する方法であって、
前記熱間プレス成形品は天板面を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面に前記天板面に沿う方向の突出部を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面の縁に連続する縦壁を備え、
前記突出部の縁の曲率半径は、１００ｍｍ以上３００ｍｍ未満であり、
ブランクを前記ブランクのＡｃ３変態点以上の温度に加熱し、
前記Ａｃ３変態点以上の温度の前記ブランクに対して曲げ成形を開始し、
前記曲げ成形で形成される縦壁が前記熱間プレス成形品の縦壁の成形高さの３０％から８０％の間のときに当該曲げ成形を絞り成形に切り替える、
熱間プレス成形品の製造方法。

【請求項3】

熱間プレス成形品を製造する方法であって、
前記熱間プレス成形品は天板面を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面に前記天板面に沿う方向の突出部を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面の縁に連続する縦壁を備え、
前記突出部の縁の曲率半径は、５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満であり、
ブランクを前記ブランクのＡｃ３変態点以上の温度に加熱し、
前記Ａｃ３変態点以上の温度の前記ブランクに対して曲げ成形を開始し、
前記曲げ成形で形成される縦壁が前記熱間プレス成形品の縦壁の成形高さの４０％から７０％の間のときに当該曲げ成形を絞り成形に切り替える、
熱間プレス成形品の製造方法。

【請求項4】

熱間プレス成形品を製造する方法であって、
前記熱間プレス成形品は天板面を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面に前記天板面に沿う方向の突出部を備え、
前記熱間プレス成形品は前記天板面の縁に連続する縦壁を備え、
前記突出部の縁の曲率半径は、２５ｍｍ以上５０ｍｍ未満であり、
ブランクを前記ブランクのＡｃ３変態点以上の温度に加熱し、
前記Ａｃ３変態点以上の温度の前記ブランクに対して曲げ成形を開始し、
前記曲げ成形で形成される縦壁が前記熱間プレス成形品の縦壁の成形高さの５０％から６０％の間のときに当該曲げ成形を絞り成形に切り替える、
熱間プレス成形品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱間プレス成形品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車のピラーを熱間プレス成形する際には、曲げ成形と絞り成形とを複合した複合形成が行われている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この複合成形において、皺の発生が懸念される縮みフランジ部は、ブランクホルダーを用いた絞り成形で成形されている。また、他の部位は、曲げ成形で成形されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１５９３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ブランクホルダーを用いた絞り成形では、ブランクホルダーとダイとで挟まれたブランクの部位が急激に温度低下し硬化する。すると、絞り成形時に材料の流入が阻害され、割れが生ずる虞がある。この現象は、成形品に突出部が存在する場合、顕著に現れる。

【0006】

特に、車体の軽量化のために薄板鋼板を使用する場合、この現象は顕著となり、成形品の割れを抑制するための対策に苦労を要する

【0007】

本開示は、成形品の割れや皺の発生を抑制可能な熱間プレス成形品の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

態様１は、熱間プレス成形品を製造する方法であって、前記熱間プレス成形品は天板面を備え、前記天板面に面内方向の突出部を備え、前記熱間プレス成形品は前記天板面の縁に連続する縦壁を備え、ブランクを前記ブランクのＡｃ３変態点以上の温度に加熱し、前記Ａｃ３変態点以上の温度の前記ブランクに対して曲げ成形を開始し、前記曲げ成形から絞り成形に切り替える、熱間プレス成形品の製造方法である。

【0009】

態様２は、前記突出部の縁の曲率半径は、１００ｍｍ以上３００ｍｍ未満であり、前記曲げ成形で形成される縦壁が前記熱間プレス成形品の縦壁の成形高さの３０％から８０％の間のときに当該曲げ成形を前記絞り成形に切り替える態様1に記載の熱間プレス成形品の製造方法である。

【0010】

態様３は、前記突出部の縁の曲率半径は、５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満であり、前記曲げ成形で形成される縦壁が前記熱間プレス成形品の縦壁の成形高さの４０％から７０％の間のときに当該曲げ成形を前記絞り成形に切り替える態様1に記載の熱間プレス成形品の製造方法である。

【0011】

態様４は、前記突出部の縁の曲率半径は、２５ｍｍ以上５０ｍｍ未満であり、前記曲げ成形で形成される縦壁が前記熱間プレス成形品の縦壁の成形高さの５０％から６０％の間のときに当該曲げ成形を前記絞り成形に切り替える態様1に記載の熱間プレス成形品の製造方法である。

【発明の効果】

【0012】

本態様により、成形品の割れや皺の発生が抑制可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る熱間プレス成形品を示す斜視図である。

【図2】本実施形態で用いる熱間プレス装置におけるプレス機の金型を示す説明図である。

【図3】図２の要部を示す模式図である。

【図4】本実施形態の金型にブランクをセットした状態を示す要部の断面図である。

【図5】本実施形態の金型でブランクを曲げ成形する状態を示す要部の断面図である。

【図6】本実施形態の金型でブランクを絞り成形する状態を示す要部の断面図である。

【図7】図６に続いてブランクをさらに絞り成形する状態を示す要部の断面図である。

【図8】本実施形態の金型を下死点まで作動した状態を示す図である。

【図9】本実施形態で成形した熱間プレス成形品の要部を示す斜視図である。

【図10】試験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

一般的な熱間プレス成形において、自動車部品であるサイドシルやピラーのような断面ハット型の部品を絞り成形する場合、ブランクホルダーとダイとで挟まれたブランクの部位が急激に温度低下して硬化し得る。すると、パンチで絞り成形を開始した際に材料の流入が阻害され、縦壁等で割れが生じる虞がある。

【0015】

この現象は、薄板鋼板を使用する際に顕著となる。このため、薄板鋼板を用いる熱間プレス成形では、ブランクホルダーを用いない曲げ成形を行うことが多い。

【0016】

また、縮みフランジのような形状急変部を曲げ成形で形成すると、皺が発生し易く、この皺の発生は、薄板鋼板を用いる際に顕著となる。

【0017】

一方、自動車部品では、車両を軽量化するために薄肉化が要求されており、薄板鋼板を用いた熱間プレス成形が必要となる。

【0018】

しかし、熱間プレス成形品を軽量化しつつ、皺の発生の抑制と割れの発生の抑制とを両立することは困難であった。

【0019】

そこで、本発明者が研究を重ね、次のことを発見した。

【0020】

すなわち、熱間プレス形成において、曲げ成形の成形深さが大きくなると、成形による歪量が増大し、皺が発生する。

【0021】

また、絞り成形で成形深さが大きくなると、割れが発生する。この現象について説明すると、絞り成形時に、金型のブランクホルダーとダイとでブランクを挟むと、その部分は温度が急激に低下して硬化する。この状態で、パンチによる絞り成形を開始すると、硬化した部分における材料の流入が阻害され、成形品の縦壁等で割れ生ずる。

【0022】

このように、曲げ成形及び絞り成形のいずれも成形深さが大きくなると問題が生じる。しかし、両者の問題の原因は異なる点に本願発明者は着目した。

【0023】

曲げ成形又は絞り成形の一方を行った後、他方の成形に切り替えると問題を生ずることなく成形深さを大きくすることが可能と思われる。

【0024】

しかし、絞り成形を先にすると、冷却されて硬化したブランクを曲げ成形することになる。すると、曲げ成形時に割れが生じる虞がある。このため、先に曲げ成形し、その後に絞り成形する。

【0025】

このようにして、薄板鋼板を用いた熱間プレス成形品の成形において、成形初期段階では、全体を曲げ成形する。そして、皺の発生が懸念される形状急変部においては、成形途中から部分的にブランクホルダーを用いて絞り成形（部分絞り成形）する。

【0026】

これにより、割れや皺の発生を抑制可能な熱間プレス成形を実現できる。

【0027】

また、ブランク全体の温度低下を招くことがないので、焼き入れ後の硬さも確保可能であり、軽量で高強度の熱間成形品を得ることができる。

【0028】

＜実施形態＞
以下、本実施形態を図面に従って説明する。

【0029】

図１は、本実施形態に係る熱間プレス成形品の製造方法で成形された熱間プレス成形品１０を示す図であり、熱間プレス成形品１０の一例として、自動車部品であるピラーが示されている。

【0030】

（熱間プレス成形品）
この熱間プレス成形品１０は、長尺状に形成されており、長さ方向に延びる平坦な天板面１２を備えている。

【0031】

［天板面］
天板面１２の基端部には、面内方向である幅方向ＨＨの一方側へ延び出した突出部１４が形成されており、天板面１２の基端部は、幅広である。

【0032】

これにより、天板面１２には、基端部に幅寸法が広い幅広部１２Ａが形成されており、幅広部１２Ａより先端側に幅寸法が狭い一般部１２Ｂが形成されている。また、天板面１２には、幅寸法が基端へ向かうに従って広くなる幅変化部１２Ｃが一般部１２Ｂと幅広部１２Ａとの間に形成されている。

【0033】

天板面１２の基端部には、長さ方向ＮＨに対して斜めに延びる補強凹部１６が形成されており、天板面１２の基端部が補強されている。

【0034】

［縦壁］
天板面１２の一側縁からは、第一屈曲部１８を介して連続する第一縦壁２０が天板面１２の裏側へ向けて延びている。また、天板面１２の他側縁からは、第二屈曲部２２を介して連続する第二縦壁２４が天板面１２の裏側へ向けて延びている。

【0035】

第一縦壁２０は、天板面１２の一般部１２Ｂに連続した縦壁一般部２０Ｂと、幅変化部１２Ｃに連続した縦壁変化部２０Ｃと、幅広部１２Ａに連続した縦壁幅広部２０Ａとを備えている。縦壁変化部２０Ｃと縦壁幅広部２０Ａとが連続する部分には、円弧状の縦壁湾曲部２０Ｄが形成されており、縦壁湾曲部２０Ｄは、幅方向ＨＨの外側へ突出する。

【0036】

［フランジ］
第一縦壁２０の縁からは、第三屈曲部２６を介して第一フランジ２８が幅方向ＨＨの外側へ向けて延びている。また、第二縦壁２４の縁からは、第四屈曲部３０を介して第二フランジ３２が幅方向ＨＨの外側へ向けて延びている。

【0037】

第一フランジ２８は、第一縦壁２０の縦壁一般部２０Ｂに連続したフランジ一般部２８Ｂと、縦壁変化部２０Ｃに連続したフランジ変化部２８Ｃと、縦壁幅広部２０Ａに連続したフランジ幅広部２８Ａとを備えている。

【0038】

フランジ変化部２８Ｃとフランジ幅広部２８Ａとが連続する部分には、円弧状に湾曲した形状急変部を構成するフランジ湾曲部２８Ｄが形成されている。このフランジ湾曲部２８Ｄは、幅方向ＨＨの外側へ突出しており、フランジ湾曲部２８Ｄには、成形時において第一縦壁２０方向に伸びが生ずるとともにフランジ湾曲部２８Ｄの長さ方向に縮みが生ずる縮みフランジを構成する。

【0039】

（金型）
図２及び図３は、本実施形態に係る熱間プレス成形品１０の製造方法で用いる熱間プレス装置におけるプレス機３６の金型を示す模式図であり、プレス機３６の上金型３８と下金型４０との間にブランク４２が配置された状態が示されている。なお、図３は、図２の要部を拡大した図であり、金型の要部が模式的に示されている。

【0040】

［上金型］
上金型３８は、図４から図８にも示すように、冷媒流路を備えた長尺状のダイ金型で構成されている。上金型３８は、長尺状に形成されており、基端に位置決め用凹部４４が形成されている（図２参照）。

【0041】

この上金型３８の上型端面４６には、熱間プレス成形品１０を形成する為のダイ凹部４８が幅方向ＨＨの中央部に設けられている。

【0042】

ダイ凹部４８の内面は、上型端面４６に第一角部５０を介して連続した第一凹部壁面５２と、第一凹部壁面５２に第一隅部５４を介して連続した凹部底面５６とを備えている。また、ダイ凹部４８の内面は、上型端面４６に第二角部５８を介して連続する第二凹部壁面６０を備えており、第二凹部壁面６０は、第二隅部６２を介して凹部底面５６に連続している。

【0043】

そして、凹部底面５６には、下金型４０へ向けて突出した突出部６４が長さ方向の基端部側に形成されている（図３では省略するため図２参照）。

【0044】

［下金型］
下金型４０は、冷媒流路を備えた長尺状のパンチ金型で構成されている。下金型４０は、図２に示したように、基端に位置決め用凸部７０が形成されている。この位置決め用凸部７０は、上金型３８と下金型４０とが最も近づいた下死点において、上金型３８の位置決め用凹部４４に嵌合する。

【0045】

この下金型４０の下型上面７２には、図４から図８に示したように、熱間プレス成形品１０を形成する為のパンチ凸部７４が幅方向ＨＨの中央部に設けられている。

【0046】

パンチ凸部７４は、下型上面７２より第一折部７６を介して連続した第一凸部壁面７８と、第一凸部壁面７８に第一肩部８０を介して連続した凸部天面８２とを備えている。また、パンチ凸部７４は、下型上面７２に第二折部８４を介して連続する第二凸部壁面８６を備えており、第二凸部壁面８６は、第二肩部８８を介して凸部天面８２に連続している。

【0047】

そして、凸部天面８２には、没入した没入部９０が長さ方向の基端部側に形成されている（（図３では省略するため図２参照））。

【0048】

下型上面７２の長さ方向の基端部側には、図４から図８に示したように、パンチ凸部７４を境とした幅方向ＨＨの一方側に、ホルダー収容穴９２が形成されている。ホルダー収容穴９２は、図４に示したように、パンチ凸部７４より僅かに離れた位置に形成されており、ホルダー収容穴９２とパンチ凸部７４との間には、下型上面７２が残存する残存領域９４が形成されている。

【0049】

このホルダー収容穴９２には、ブロック状のブランクホルダー９６が収容されている。

【0050】

ブランクホルダー９６は、一例として油圧シリンダのロッド９８によって上下移動可能に支持されている。ブランクホルダー９６が最も下降した下死点では、図８に示したように、ブランクホルダー９６のホルダー上面９６Ａが下金型４０の下型上面７２と同じ高さになる。

【0051】

上金型３８の上型端面４６と下金型４０の下型上面７２とは、熱間プレス成形品１０の各フランジ２８、３２を成形し、上金型３８の各凹部壁面５２、６０と下金型４０の各凸部壁面７８、８６とは、熱間プレス成形品１０の各縦壁２０、２４を成形する。また、上金型３８の凹部底面５６と下金型４０の凸部天面８２とは、熱間プレス成形品１０の天板面１２を成形し、上金型３８の突出部６４と下金型４０の没入部９０とは、熱間プレス成形品１０の補強凹部１６を成形する。

【0052】

［油圧シリンダ］
油圧シリンダは、図外の制御装置で制御される。制御装置は、油圧シリンダのロッド９８の延び出し量や、ロッド９８が後退を開始する際の圧力を制御する。

【0053】

これにより、制御装置は、図４に示したように、上金型３８と下金型４０とが最も離れた上死点において、ホルダー上面９６Ａの高さを設定することができる。また、制御部は、上金型３８とブランクホルダー９６とでブランク４２を挟んだ状態で、ブランク４２を抑える圧力を設定できる。

【0054】

［ブランク］
ブランク４２は、板厚０．８以上３．０ｍｍ以下の鋼板である。この範囲の板厚の鋼板が自動車部品によく使用される。

【0055】

このブランク４２として用いる鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１％以上０．８％以下、Ｓｉ：０．００１％以上２．０％以下、Ｍｎ：０．５％以上３．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下を化学組成として含有する。

【0056】

また、鋼材は、質量％で、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１％以上１．０％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０．０１％以下を化学組成として含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることが好ましい。また，前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉからなる群から選ばれた１種または２種以上を含有してもよい。

【0057】

炭素Ｃの量が少なすぎると、焼入れの効果があまりない強度の低い製品になり得る。このため、本実施形態では、ブランク４２が含有する炭素量を０．１質量％以上とした。一方、炭素Ｃの量が多すぎると、硬くなりすぎて靭性に乏しい製品となる。このため、本実施形態では、ブランク４２が含有する炭素量を０．８質量％以下とし、ブランク４２が含有する炭素量を、０．１質量％以上０．８質量％以下とした。

【0058】

Ｓｉは、０．００１質量％～２．０質量％の範囲に制御することが好ましい。Ｓｉは、オーステナイト相から低温変態相へ変態するまでの冷却過程において炭化物の生成を抑制するため延性を劣化させることなく、あるいは、延性を向上させて、焼入れ後の強度を高める作用を有する元素である。Ｓｉ含有量が０．００１質量％未満では上記作用を得ることが困難である。したがって、Ｓｉ含有量は０．００１質量％以上とすることが好ましい。

【0059】

なお、Ｓｉ含有量を０．０５質量％以上にすると、延性がさらに向上する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５質量％以上とすることがより好ましい。一方、Ｓｉ含有量が２．０質量％超では、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となる上、表面性状の劣化が著しくなる。したがって、Ｓｉ含有量は２．０質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは１．５質量％以下である。

【0060】

Ｍｎは、０．５質量％～３．０質量％以下の範囲に制御することが好ましい。Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ後の強度を安定して確保するために、非常に効果のある元素である。しかし、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では、急速冷却条件下でもその効果が十分に得られず、焼入れ後の強度で１２００ＭＰａ以上の引張強度を確保することが非常に困難となる。したがって、Ｍｎ含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。

【0061】

Ｐは、０．０５質量％以下に制御することが好ましい。Ｐは、一般には鋼に不可避的に含有される不純物であるが、固溶強化により、強度を高める作用を有するので積極的に含有させてもよい。しかし、Ｐ含有量が０．０５質量％超では本実施形態の部材と他部材との抵抗溶接性の劣化が著しくなる。したがって、Ｐ含有量は０．０５質量％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量はより好ましくは０．０２質量％以下である。上記作用をより確実に得るには、Ｐ含有量を０．００３質量％以上とすることが好ましい。

【0062】

Ｓは、０．０１質量％以下に制御することが好ましい。Ｓは、鋼に不可避的に含有される不純物であり、ＭｎやＴｉと結合して硫化物を生成して析出する。この析出物量が過度に増加するとその析出物と主相の界面が破壊の起点となることがあるため低いほど好ましい。Ｓ含有量が０．０１質量％超ではその悪影響が著しくなる。したがって、Ｓ含有量は０．０１質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．００３質量％以下、さらに好ましくは０．００１５質量％以下である。

【0063】

ｓｏｌ．Ａｌは０．００１質量％～１．０質量％以下の範囲で制御することが好ましい。Ａｌは、鋼を脱酸して鋼材を健全化する作用を有する元素であり、また、Ｔｉ等の炭窒化物形成元素の歩留まりを向上させる作用を有する元素でもある。ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．００１質量％未満では上記作用を得ることが困難となる。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．００１質量％以上とすることが好ましい。より好ましくは０．０１５質量％以上である。一方、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が１．０質量％超では、溶接性の低下が著しくなるとともに、酸化物系介在物が増加して表面性状の劣化が著しくなる。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は１．０質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．０８０質量％以下である。

【0064】

Ｎは、０．０１質量％以下に制御することが好ましい。Ｎは、鋼に不可避的に含有される不純物であり、溶接性の観点からは低いほど好ましい。Ｎ含有量が０．０１質量％超では溶接性の低下が著しくなる。したがって、Ｎ含有量は０．０１質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．００６質量％以下である。

【0065】

Ｂは、０．０１質量％以下に制御することが好ましい。Ｂは、低温靭性を高める作用を有する元素である。したがって、Ｂを含有させてもよい。しかし、０．０１質量％を超えて含有させると、熱間加工性が劣化して、熱間圧延が困難になる。したがって、Ｂ含有量は０．０１質量％以下とすることが好ましい。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Ｂ含有量を０．０００３質量％以上とすることがより好ましい。

【0066】

その他添加元素として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉを、鋼の焼入れ性を向上させ、かつ焼入れ後の強度を安定して確保するために必要応じて添加してもよい。

【0067】

（熱間プレス成形品の製造方法）
熱間プレス成形品の製造方法について説明する。

【0068】

「加熱工程」
本実施形態に係る熱間プレス成形品の製造方法では、加熱工程においてブランク４２を当該ブランク４２のＡｃ３変態点以上の温度に加熱してオーステナイト化する。

【0069】

オーステナイト化変態点温度を示すＡｃ３変態点は、前述した鋼材からなるブランク４２がオーステナイト化される温度であり、一例として次式で示される。

【0070】

Ａｃ３（℃）＝９１０－２０３×√Ｃ（質量％）＋４４．７×Ｓｉ（質量％）－３０×Ｍｎ（質量％）－１１×Ｃｒ（質量％）＋７００×Ｓ（質量％）＋４００×Ａｌ（質量％）＋５０×Ｔｉ（質量％）

【0071】

「焼き入れ工程」
加熱工程でＡｃ３変態点以上に加熱されたブランク４２を、図４から図８に示したように、熱間プレス装置のプレス機３６で熱間プレスする。熱間プレス後、上金型３８及び下金型４０でプレス成形品の熱を急速に奪って冷却することで熱間プレス成形品１０をマルテンサイト変態させる。

【0072】

以下において焼き入れ工程を具体的に説明する。

【0073】

［セット］
すなわち、加熱工程でＡｃ３変態点以上に加熱されたブランク４２を、図４に示したように、下金型４０と上金型３８との間にセットする。

【0074】

このとき、予め制御装置で油圧シリンダを制御して下金型４０の下型上面７２からホルダー上面９６Ａまでの高さＢＨが下型上面７２からブランクホルダー９６側の凸部天面８２の縁までの高さｈの３０％から８０％の範囲内の定められた高さになるようにする。

【0075】

なお、上金型３８とブランクホルダー９６とでブランク４２を挟んだ状態で、ブランク４２を抑える圧力は適宜定めるものとする。

【0076】

［曲げ成形］
このセット状態において、図５に示すように、一例として上金型３８を下金型４０へ向けて下降する。

【0077】

すると、ブランク４２の両側部が下金型４０の各肩部８０、８８に支持された状態で上金型３８の各角部５０、５８によって下方へ押され、ブランク４２が曲げ成形される。これにより、Ａｃ３変態点以上の温度のブランク４２に対して曲げ成形を開始する。

【0078】

［絞り成形］
上金型３８の下降を続けると、図６に示すように、曲げ成形されたブランク４２の一側部が上金型３８の上型端面４６とブランクホルダー９６のホルダー上面９６Ａとで挟まれる。すると、曲げ成形されたブランク４２の一側部は、上金型３８とブランクホルダー９６とで押えられ、皺の発生が抑制される。

【0079】

これにより、曲げ成形から絞り成形に切り替えられる。

【0080】

そして、図６から図７に示したように、下金型４０のパンチ凸部７４が上金型３８のダイ凹部４８へ挿入されるに従って、絞り成形されているブランク４２はダイ凹部４８内へ引き込まれる。そして、ブランク４２の幅方向ＨＨの中央部が下金型４０のパンチ凸部７４及び上金型３８のダイ凹部４８の形状に基づいて成形される。

【0081】

このとき、上金型３８の上型端面４６とブランクホルダー９６のホルダー上面９６Ａとで挟まれた絞り成形されているブランク４２の一側部は、面内方向への移動が許容される。

【0082】

［フランジ抜け］
さらに、上金型３８を下降して上金型３８が下金型４０に最も近づく下死点の直前になると、絞り成形されたブランク４２の一側部がブランクホルダー９６から離れ、上型端面４６とホルダー上面９６Ａとで挟まれた状態が解除される。これをフランジ抜けという。なお、上金型３８が下金型４０に最も近づく下死点において、絞り成形されたブランク４２の一側部が上型端面４６とホルダー上面９６Ａとで挟まれた状態としてもよい。

【0083】

そして、上金型３８が下金型４０に最も近づく下死点に達すると、図８に示したように、上金型３８と下金型４０で挟まれた状態でブランク４２の成形が完了し、熱間プレス成形品１０となる。

【0084】

［冷却］
上金型３８が下死点に達した状態のまま、ブランク４２の熱は、急速に奪われる。これにより、ブランク４２はマルテンサイト変態し、焼き入れが行われる。抜熱方法は、上金型３８と下金型４０の内部を流れる冷媒により間接的に冷却する方法が挙げられる。また、抜熱方法は、上金型３８と下金型４０とから熱間プレス成形品１０に冷媒を噴射して直接冷却する方法でもよい。

【0085】

加熱工程から冷却開始までの時間は、８秒以内である。すなわち、加熱工程で加熱されたブランク４２が加熱炉を出てから上金型３８が下死点に達するまでの時間は、８秒以内である。最も冷却速度の速い板厚０．８ｍｍの鋼板の場合、室温雰囲気においてＡｃ３変態点から１２秒～１３秒で６００℃以下になる。プレス成形の際、金型に接触するブランク４２の箇所は更に速い速度で冷却される。このため、加熱工程から冷却開始までの時間を、８秒以内にする必要がある。そうしなければ、熱間プレス成形品１０が焼き入れできない。

【0086】

（作用及び効果）
本実施形態の作用効果を説明する。

【0087】

成形初期段階では、曲げ成形する。このため、成形初期段階から絞り成形を行う場合と比較して、ブランク４２の挟み込みによる抜熱が生じず、ブランク４２の硬化を抑制することができる。これにより、ブランク４２を構成する材料の流動性が確保できるので、熱間プレス成形品１０の割れを抑制することができる。

【0088】

そして、成形深さが大きくなる前に、曲げ成形から絞り成形に切り替え、成形途中から絞り成形する。これにより、下死点まで曲げ成形を継続することで曲げ成形での成形深さが大きくなり歪が大きくなる場合と比較して、皺の発生を抑制することができる。

【0089】

また、絞り成形に切り替えることで、形状急変部である第一フランジ２８のフランジ湾曲部２８Ｄを上金型３８の上型端面４６とブランクホルダー９６のホルダー上面９６Ａとで挟んだ状態で成形できるので、皺の抑制効果を高めることができる。

【0090】

したがって、熱間プレス成形品１０の割れや皺の発生を抑制可能な熱間プレス成形品の製造方法を提供することができる。

【0091】

そして、成形完了までブランク４２の局所的な温度低下を抑制することができるので、焼き入れ後の熱間プレス成形品１０の硬さの確保も可能であり、軽量で高強度の熱間プレス成形品１０を得ることができる。

【0092】

また、下死点に到達する直前において、ブランク４２の一側部は上金型３８の上型端面４６とブランクホルダー９６のホルダー上面９６Ａとで挟まれた状態から解放される。このため、ブランクホルダー９６のロッキング機構が不要となる。

【0093】

なお、ブランクホルダー９６にディスタンスブロックを設け、ホルダー上面９６Ａとブランク４２との間に隙間を形成することで、ブランクホルダー９６とブランク４２との接触による抜熱を抑制することも可能である。

【0094】

＜試験＞
図９及び図１０は、試験を示す図であり、図１０には、試験結果が示されている。この試験結果には、絞り成形を開始するタイミングと熱間プレス成形品１０に生じた割れ及び皺の有無との関係が、突出部１４における天板面１２の一側縁を構成する第一屈曲部１８の曲率半径Ｒ毎に示されている。

【0095】

絞り成形を開始するタイミングは、図９に示したように、熱間プレス成形品１０の各フランジ２８、３２から天板面１２までの成形高さＨを基準とし、その０．０倍から１．０倍の各高さ位置で曲げ成形から絞り成形に切り替える。

【0096】

この成形高さＨは、図４に示したように、下金型４０の下型上面７２からブランクホルダー９６側の凸部天面８２の縁までの高さｈで定まり、下型上面７２からホルダー上面９６Ａまでの高さＢＨによって絞り成形を開始するタイミングを決定する。

【0097】

具体的に説明すると、図１０に示した、０．１Ｈでは、下型上面７２からホルダー上面９６Ａまでの高さＢＨが、０．１Ｈ（成形高さＨの１０％の高さ）となるようにブランクホルダー９６の高さを定めて成形する。

【0098】

また、０．０Ｈでは、下型上面７２からホルダー上面９６Ａまでの高さＢＨを、０．０Ｈ、すなわちホルダー上面９６Ａと下型上面７２とを同じ高さにして成形する。そして、１．０Ｈでは、下型上面７２からホルダー上面９６Ａまでの高さＢＨを、１．０Ｈ、すなわちホルダー上面９６Ａと下型上面７２からブランクホルダー９６側の凸部天面８２の縁までの高さｈとを同じ高さにして成形する。

【0099】

この試験で成形される熱間プレス成形品１０は、図１に示したように、一例として、天板面１２の長さＬが、１５４０ｍｍ、天板面１２の一般部１２Ｂの幅Ｗ１が、１００ｍｍとする。また、この熱間プレス成形品１０は、幅広部１２Ａの幅Ｗ２が、２３０ｍｍ、各フランジ２８、３２から天板面１２までの高さＨが、６０ｍｍとする。

【0100】

そして、曲率半径Ｒが、２５ｍｍ以上５０ｍｍ未満の熱間プレス成形品１０と、曲率半径Ｒが、５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の熱間プレス成形品１０と、曲率半径Ｒが、１００ｍｍ以上３００ｍｍ未満の熱間プレス成形品１０とを前述の熱間プレス装置で成形した。

【0101】

その結果、曲率半径Ｒが、２５ｍｍ以上５０ｍｍ未満の熱間プレス成形品１０では、０．５Ｈから０．６Ｈのタイミングで絞り成形を開始した際に、割れ及び皺の発生が見られなかった。

【0102】

また、曲率半径Ｒが、５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の熱間プレス成形品１０では、０．４Ｈから０．７Ｈのタイミングで絞り成形を開始した際に、割れ及び皺の発生が見られなかった。

【0103】

そして、曲率半径Ｒが、１００ｍｍ以上３００ｍｍ未満の熱間プレス成形品１０では、０．３Ｈから０．８Ｈのタイミングで絞り成形を開始した際に、割れ及び皺の発生が見られなかった。

【0104】

したがって、突出部１４の縁の曲率半径Ｒが、１００ｍｍ以上３００ｍｍ未満の場合、曲げ成形で形成される縦壁が熱間プレス成形品１０の第一縦壁２０の成形高さＨの３０％から８０％の間のときに曲げ成形を絞り成形に切り替えると良いことが分かる。

【0105】

また、突出部１４の縁の曲率半径Ｒが、５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の場合、曲げ成形で形成される縦壁が熱間プレス成形品１０の第一縦壁２０の成形高さＨの４０％から７０％の間のときに曲げ成形を絞り成形に切り替えると良いことが分かる。

【0106】

さらに、突出部１４の縁の曲率半径Ｒが、２５ｍｍ以上５０ｍｍ未満の場合、曲げ成形で形成される縦壁が熱間プレス成形品１０の第一縦壁２０の成形高さＨの５０％から６０％の間のときに曲げ成形を絞り成形に切り替えるとよいことが分かる。

【0107】

なお、熱間プレス成形品１０は、最終成形品であっても中間成形品であってもよい。熱間プレス成形品１０を中間成形品とした場合、この熱間プレス成形品１０をさらに焼き入れしてもよい。

【符号の説明】

【0108】

１０ 熱間プレス成形品
１２ 天板面
１４ 突出部
２０ 第一縦壁
２８ 第一フランジ
２８Ｄ フランジ湾曲部
３６ プレス機
９６ ブランクホルダー
Ｒ 曲率半径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】