JP2005262235A - 熱間成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鋼板をAC3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、ダイ15及びしわ押え部12のいずれか一方からなる固定部材に間接的に配置し、固定部材を有する金型11を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷する。
【選択図】 図1
Description
しかし、自動車の軽量化のために、一般に鋼板を高強度化していくと、伸びやr値(ランクフォード値)が低下し、成形性が低下していく。
このような課題を解決するため、例えば、特許文献1には、鋼板を温間で成形し、その際の熱を利用して強度上昇を図る技術が開示されている。なお、この技術では、鋼中成分を適切に制御した鋼板を使用し、この鋼板を200〜850℃の温度域に保持して成形加工し、この温度域での析出強化を利用して鋼板の強度を上昇させることを狙っている。
また、特許文献2には、プレス成形の精度を向上させる目的で、温間プレス時での降伏強度を低く、常温での降伏強度を高くする高強度鋼板が提案されている。
そこで、より高い強度を得る目的で、特許文献3には、鋼板を成形した後に、これを高温のオーステナイト単相域まで加熱し、その後の冷却過程で硬質相に変態させる技術が開示されている。この方法は、金型間のクリアランスを制限し、その間隙に冷媒を導入することで成形後の製品の焼入れを行い、高強度で且つ形状凍結(形状保持)性に優れた製品を得ることができる方法である。
請求項1記載の熱間成形方法において、金型としては、例えば、しわ押え部が設けられていないダイ及びパンチを有するもの、またダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するもの等がある。
また、例えば、ダイが下金型部、パンチが上金型部になる場合はダイが固定部材となり、またダイが上金型部、パンチが下金型部になる場合はしわ押え部が固定部材となる。
請求項2記載の熱間成形方法において、載置部材としては、鋼板との接触面積が固定部材よりも小さく、部分的に接触することができるものであればよく、例えば、棒状、円錐台状、円錐状のピン等を使用することができる。なお、鋼板を載置部材上に安定に支持するためには、載置部材を複数個使用することが好ましい。
請求項3記載の熱間成形方法において、断熱部材としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、サイアロンなどのセラミック、SUS304などのステンレス鋼等を使用できる。
請求項4記載の熱間成形方法において、金型としては、例えば、しわ押え部が設けられていないダイ及びパンチを有するもの、またダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するもの等がある。
また、例えば、ダイが下金型部、パンチが上金型部になる場合はダイが固定部材となり、またダイが上金型部、パンチが下金型部になる場合はしわ押え部が固定部材となる。
請求項5記載の熱間成形方法において、受け部の形状としては、例えば、すり鉢状等を意味する。
請求項6記載の熱間成形方法において、金型としては、パンチが下金型部になるものを意味する。なお、この金型としては、例えば、しわ押え部が設けられていないダイ及びパンチを有するもの、またダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するもの等がある。
請求項7記載の熱間成形方法において、金型としては、例えば、ダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するものを意味する。
請求項8記載の熱間成形方法において、成形を行う鋼板として、炭素を0.05〜0.55質量%、マンガンを0.1〜3質量%含有するものを使用することで、成形後に例えば、構造部材、補強部材等に使用可能な高張力鋼(ハイテンともいう)にできる。
また、マルテンサイト変態が生じる冷却速度としては、例えば、20℃/秒以上、好ましくは30℃/秒以上の速度である。
そして、急冷は、マルテンサイト変態の開始温度(例えば、400℃程度)以下まで行っているが、より確実に成形後の強度を高めるには、急冷をマルテンサイト変態の終了温度(例えば、300℃程度)以下まで行うことが好ましい。
なお、鋼板としては、鋼板の強度、靱性、その他の特性を向上させるため、炭素、マンガン以外の元素であるアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、酸素(O)、硫黄(S)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、アンチモン(Sb)、タングステン(W)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、希土類元素(REM)などの元素を目的に応じて最適化したもの、更に金属組織や析出物などを最適化したもの等も使用できる。
請求項9記載の熱間成形方法において、熱伝導率が鋼と同等の材料としては、例えば、軟鋼、硬鋼等を使用でき、また、熱伝導率が鋼よりも大きい材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、黄銅等を使用できる。
また、鋼板を成形した後、高温の状態から急冷することで、製品の硬度を高め、成形後の強度に優れる製品を製造できる。
特に、請求項2記載の熱間成形方法は、鋼板が固定部材に設けられた載置部材で部分的に支持されているので、簡単な構成で鋼板と固定部材との直接接触を防止できる。
請求項3記載の熱間成形方法は、鋼板が固定部材の上側に設けられた断熱部材を介して支持されているので、簡単な構成で鋼板と固定部材との直接接触を防止できる。
また、鋼板を成形した後、高温の状態から急冷することで、製品の硬度を高め、成形後の強度に優れる製品を製造できる。
特に、請求項5記載の熱間成形方法は、固定部材に設けられた受け部を使用して鋼板を支持するので、簡単な構成で鋼板の周辺端部の支持ができる。
また、鋼板を成形した後、高温の状態から急冷することで、製品の硬度を高め、成形後の強度に優れる製品を製造できる。
特に、請求項7記載の熱間成形方法は、鋼板を、金型が有するしわ押え部よりも上方へ突出させたパンチで部分的に支持しているので、鋼板としわ押え部との直接接触を防止でき、鋼板の成形性を向上させることができる。
請求項9記載の熱間成形方法は、熱伝導率が鋼と同等又は鋼よりも大きい材料で構成された金型のダイに、鋼板の成形部位を接触させて急冷するので、成形から急冷処理までを連続的に行うことができ、作業性が良好で、しかも品質を更に高めた製品を製造できる。
ここで、図1は本発明の第1の実施の形態に係る熱間成形方法を適用する金型の部分側断面図、図2は同金型の使用状態を示す説明図、図3(A)、(B)はそれぞれ同金型に設けられたしわ押え部の平面図、部分側断面図、図4は同金型の寸法を示す説明図、図5〜図8はそれぞれ同金型の第1〜第4の変形例に係る金型の部分側断面図、図9は本発明の第2の実施の形態に係る熱間成形方法を適用する金型の部分側断面図、図10は同金型の使用状態を示す説明図、図11は同金型の寸法を示す説明図である。
次に、図1、図2に示すように、ブランク10を、所定形状(例えば、自動車のバンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材等を製造可能な形状)の金型11でプレスする。
なお、ダイ15は、パンチ14と対向するダイ15の加工部16のみを上記した材料で構成し、しわ押え部12と対向するフランジ部17を他の材料で構成することも可能である。また、ダイ内部に冷媒(例えば水等)を流す冷却管を配置し、ダイの加工部による冷却効率を高めることもできる。
このピン20は、その基端側に他の部分より拡幅した拡幅部24が設けられており、この拡幅部24の下面に、圧縮コイルばね19の上端が当接している。なお、拡幅部24は、圧縮コイルばね19の伸縮によって空間部21内を上下方向に移動可能となっている。
なお、金型11の寸法は、図4に示すように、パンチ14の突出部分13の平面部27の直径が30mm、しわ押え部12の上面25からパンチ14の平面部27までの突出高さが20mm、ダイ15の加工部16の最大内径が120mmとなっている。
なお、前記した各金型11、30のパンチ14、31の突出部分13、32の頭頂角部35、36及びダイ15、34の加工部16、33からフランジ部17、37の角部38、39の曲率半径は、それぞれ10mmとなっている。
上記した金型11(金型30)においては、しわ押え部12とパンチ14(パンチ31)とを分離したものを示しているが、しわ押え部とパンチとが連続して一体となった金型、即ちしわ押え部を別に設けていない金型を使用することも可能である。
この金型40は、金型11のパンチ14と同様の材料で構成され、しわ押え部12と隙間を有して配置された断面円形のパンチ41と、金型11のダイ15の加工部16に相当する部分が無く、パンチ41の移動方向に開口部42が形成されたダイ43とを有している。従って、ダイ43は、しわ押え部12の上面25と対向し、ブランクを押さえる部分となるフランジ部で構成されている。
ここで、パンチ41の上部に設けられた突出部分44の平面部45の直径は30mm、ダイ43の開口部43の最大内径は120mmであり、突出部分44の角部46及びダイ43の角部47の曲率半径はそれぞれ10mmとなっている。
この金型50は、上部に曲面を有する突出部分51を備え、しわ押え部12に対して上下方向に移動可能なパンチ(下金型部)52と、金型50の作動時において、パンチ52の突出部分51の上面と所定の隙間(例えば、ブランク10の板厚)を有して配置されるダイ(上金型部)53とを有している。
金型50の寸法は、パンチ52の突出部分51の曲率半径が50mm、しわ押え部12の上面25からのパンチ52の上端までの突出高さが28mm、ダイ53の加工部54の最大内径が110mmとなっている。なお、ダイ53の加工部54の角部55の曲率半径は5mmとなっている。
上記した金型50(金型60)においては、しわ押え部12とパンチ52(パンチ61)とを分離したものを示しているが、しわ押え部とパンチとが連続して一体となった金型、即ちしわ押え部を別に設けていない金型を使用することも可能である。
なお、金型の形状及び寸法は上記したものに限定されない。
また、前記した各金型11、30、40、50、60では、パンチ14、31、41、52、61を下金型部、ダイ15、34、43、53、64を上金型部としているが、上下逆にして、パンチを上金型部、ダイを下金型部とすることも可能である。この場合、ダイが固定部材となるので、しわ押え部と対向するダイのフランジ部に載置部材18を設け、載置部材18のピン20にブランク10を配置する。
これにより、ブランク10は、ピン20で部分的に支持され、しわ押え部12、パンチ14、及びダイ15に直接接触することなく、しわ押え部12に間接的に配置される。従って、金型11へのブランク10の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じるブランク10の温度低下を抑制することができ、ブランク10の成形性を向上させることができる。
なお、ブランク10を、断熱部材を介してしわ押え部に支持した場合は、断熱部材の上面とダイのフランジ部の下面とでブランク10が挟まれる。
そして、ブランク10の成形部位がダイ15の加工部16に接触するまでパンチ14を突出させることでブランク10の成形を終了し、引き続き加工部16による急冷を行う。
これにより、オーステナイト変態させたブランク10を、軟質相(例えば、ベイナイト、パーライト)への変態を抑制、更には防止しながらマルテンサイト変態させることができる。
上記した方法で、ブランク10を金型11で連続的に焼入れ成形することで、成分に応じた焼入れ強度、例えば、0.22%C鋼では、引張り強度が1470MPa以上程度の製品を製造できる。
これにより、他の金型11、30を使用した場合と同等の引張り強度が得られる製品を製造できる。
これにより、ブランク10は、金型に設けられたパンチで部分的に支持され、ブランク10と金型が有するしわ押え部及びパンチの大部分との直接接触を防止できる。
そして、ダイをパンチ及びしわ押え部側へ移動させることで、ブランクの成形を実施できる。
金型70は、上部に曲面で構成される突出部分51を備え、しわ押え部71に対して上下方向に移動可能なパンチ(下金型部)52(金型50のパンチ52と実質的に同一形状)と、金型70の作動時において、パンチ52の突出部分51の上面と所定の隙間(例えば、ブランク10の板厚、即ち1〜2mm程度)を有して配置されるダイ(上金型部、ダイスともいう)75とを有している。
受け部72は、略水平平面状となったしわ押え部71の上部最下面73に連続し、この上部最下面73に対して上方ヘ向かって傾斜(傾斜角θが例えば5〜30度程度)した傾斜面(内側面の一例)74を有している。
このため、受け部72の形状は略すり鉢状となっている。なお、金型70のダイ75は、金型70の作動時において、パンチ52の突出部分51の上面と所定の隙間(例えば、1〜2mm程度)を有する加工部76と、しわ押え部71の上部最下面73及び傾斜面74に倣った形状を備えるフランジ部77とを有している。
また、しわ押え部71の傾斜面74上に、ブランク10の温度低下を抑制する鋼よりも熱伝導率が小さい材料(例えば、ピン20を構成した材料)で構成される断熱部材を配置することも可能である。
これにより、ブランク10の周辺端部79は、しわ押え部71で部分的に支持され、しわ押え部71、パンチ52、及びダイ75に直接接触することなく、しわ押え部71で支持される。従って、金型70へのブランク10の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じるブランク10の温度低下を抑制することができ、ブランク10の成形性を向上させることができる。
まず、表1に示す化学成分となった鋼種a〜cのスラブを鋳造した。
ここで、実施した試験の組み合わせを、前記した表1、表2の記号に基づき、表3〜表5にそれぞれ示す。なお、表3〜表5中の比較例1−1〜比較例7−2は従来例(ピンが設けられていない金型)である。
更に、表3〜表5中の硬度は、成形後に各金型A〜Fから取り出した製品のビッカース硬度を測定した結果である。この判定基準を表8に示す。
ピンが設けられていない比較例の金型を使用した場合、成形高さが低い(20mm:金型A、Cを使用)とき、即ち比較例1−1、1−2、2−1、2−2、3−1、3−2、4−1、4−2、5−1、5−2、6−1、6−2では成形結果が良好(○)であったが、成形高さが高くなる(25mm:金型B、Cを使用)と成形結果が悪く(△)なった。しかし、ピンが設けられた実施例の金型を使用した場合、ピンが設けられていない金型を使用した場合と比較して、成形高さに影響されることなく、いずれの各金型A〜Cを使用した場合においても成形限界が向上した。
従って、金型Cを用いた場合についても、従来よりも金型による成形性を向上させることができ、しかも十分な焼入れ硬度(◎)を得ることができる。
なお、他の金型A、Bの場合は、金型による成形性を向上させることができることは勿論であるが、焼入れ硬度についても十分であった。また、どのめっき種を用いても、実施例から明らかなように、成形限界が向上し、更に十分な焼入れ硬度を得ることができた。
ピンが設けられた実施例の金型を使用した場合、ピンが設けられていない金型を使用した場合と比較して、成形限界が向上した。
また、ピンの材質については、実施例7−3のように、セラミック(T)を使用しても、ピンの材質が鋼である場合と同様、成形限界が向上していることを確認できた。
そして、実施例7−4は、金型Fを使用して、ブランクの周辺端部のみを金型に接触させてブランクを支持した後、成形を行った場合の結果であるが、金型以外の試験条件が同じである実施例7−2と同様成形限界が向上した。
このように、本発明の熱間成形方法を使用することで、金型へのブランクの配置時点から成形が開始されるまでの間に生じるブランクの温度低下を抑制することができ、従来よりも金型による成形性を向上させ、しかも成形後の強度に優れる製品を製造できることを確認できた。
前記実施の形態においては、例えば、バンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材のように、自動車の構造部材、補強部材等を製造する熱間成形について説明したが、所定の形状に加工された高張力鋼を使用する分野、例えば、車両、重機、船舶等の構造部材、補強部材等を製造するために、本発明の熱間成形方法を適用することも勿論可能である。
Claims (9)
- 鋼板をAC3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、ダイ及びしわ押え部のいずれか一方からなる固定部材に間接的に配置し、該固定部材を有する金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷することを特徴とする熱間成形方法。
- 請求項1記載の熱間成形方法において、前記固定部材には、前記鋼板を部分的に支持可能な載置部材が設けられ、該載置部材を介して前記鋼板を支持することを特徴とする熱間成形方法。
- 請求項1記載の熱間成形方法において、前記固定部材の上側には、前記鋼板の温度低下を抑制する断熱部材が設けられ、該断熱部材を介して前記鋼板を支持することを特徴とする熱間成形方法。
- 鋼板をAC3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板の周辺端部を、ダイ及びしわ押え部のいずれか一方からなる固定部材で部分的に支持し、該固定部材を有する金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷することを特徴とする熱間成形方法。
- 請求項4記載の熱間成形方法において、前記固定部材の上側には、上方へ向かって拡径した受け部が設けられ、前記鋼板を前記受け部の内側に配置し、前記鋼板の周辺端部を前記受け部の内側面で部分的に支持することを特徴とする熱間成形方法。
- 鋼板をAC3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、金型に設けられたパンチで部分的に支持し、前記金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷することを特徴とする熱間成形方法。
- 請求項6記載の熱間成形方法において、前記加熱後の鋼板は、前記金型に設けられたしわ押え部よりも上方へ突出させた前記パンチに配置されることを特徴とする熱間成形方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱間成形方法において、前記鋼板は炭素を0.05〜0.55質量%、マンガンを0.1〜3質量%含有し、該鋼板の成形後の急冷は、マルテンサイト変態が生じる冷却速度以上の速度で、且つマルテンサイト変態の開始温度まで行うことを特徴とする熱間成形方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱間成形方法において、前記金型のダイは、熱伝導率が鋼と同等又は鋼よりも大きい材料で構成され、前記鋼板の成形後の急冷は、前記ダイに前記鋼板の成形部位を接触させて行うことを特徴とする熱間成形方法。
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