JP2009072801A - ホットプレス部品の部分増厚方法及び部分増厚装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１工程だけで部分増厚を可能として軽量で高強度なホットプレス部品を生産性良く且つ低コストで得ることができるホットプレス部品の部分増厚方法を提供すること。
【解決手段】加熱された金属板Ｗ１の増厚させない部分を上下のプレス型（上型１と下型２）で挟み込んで冷却させることによって硬化させ、同金属板Ｗ１の増厚させる部分はプレス型に接触させないで高温状態を維持し、硬化した部分をプレス型でクランプした状態でプレス成形し、硬化していない部分をプレス型の空間部Ｓ３に押し込んで増厚部Ｗａを部分的に形成し、該増厚部Ｗａをプレス型に密着させて冷却することによって該増厚部Ｗａを硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス工程の１工程でホットプレス部品の一部に増厚部を形成するための部分増厚方法及び部分増厚装置に関するものである。

例えば自動車部品は、鋼板等の金属板材（ブランク材）をプレス成形することによって得られるが、曲げや絞り等のプレス成形時に板厚が部分的に減少し、その部分の強度や剛性が低下するという問題がある。

そこで、特許文献１には、鍛造型間に挟持された金属板から成る成形素材の厚み方向に直交する方向から圧縮力を作用させ、成形素材に素材板厚よりも厚い増肉部を局部的又は連続的に鍛造成形する一方、増肉部が曲げ部となるように成形素材をプレス成形して成形部品とし、この成形部品を用いて高剛性で且つ高強度の自動車用サスペンション部品等を製造する方法と装置が提案されている。
特開２００７−０１４９７８号公報

しかしながら、特許文献１において提案された製造方法と装置では、鍛造工程とプレス工程の２工程を必要とするため、製造効率が悪く、製造設備も大型化してコストアップを招く他、次工程のプレス工程まで成形素材（鍛造品）の温度が下がらないようにする必要があり、成形素材（鍛造品）を素早く次工程に搬入したり、次工程での成形素材の再加熱が必要になるという問題がある。

又、自動車部品のように板厚が１〜２ｍｍ程度の薄い金属板を素材として使用する場合には、１工程（鍛造工程）で金属板が冷えてしまい、連続加工が不可能で、生産性が悪いという問題もあった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、１工程だけで部分増厚を可能として軽量で高強度なホットプレス部品を生産性良く且つ低コストで得ることができるホットプレス部品の部分増厚方法及び部分増厚装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、加熱された金属板の増厚させない部分を上下のプレス型で挟み込んで冷却させることによって硬化させ、同金属板の増厚させる部分はプレス型に接触させないで高温状態を維持し、硬化した部分をプレス型でクランプした状態でプレス成形し、硬化していない部分をプレス型に設けた空間部に押し込んで増厚部を部分的に形成し、該増厚部をプレス型に密着させて冷却することによって該増厚部を硬化させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記金属板のプレス成形時に前記プレス型を強制冷却することを特徴とする。

請求項３記載のホットプレス部品の部分増厚装置は、固定パンチと可動パンチを有する金型と、固定ダイと可動ダイを有する金型を備えたプレス型によって、加熱された金属板をプレス成形してその一部を増厚する装置であって、前記金属板の増厚させない部分を前記プレス型の上型と下型によって挟み込んでプレス成形したときに同金属板の増厚させる部分がプレス型に接触しないよう上型と下型の間に空間部を形成したことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、固定パンチ、可動パンチ、固定ダイ、可動ダイの何れか１つ以上に段凹部を形成し、加熱された前記金属板の増厚させない部分を上型と下型によって挟み込んだ状態で可動パンチを固定ダイに当接させてプレス成形するとともに、固定パンチを可動ダイに当接させてプレス成形した際に、プレス型の上型と下型の間に前記空間部を形成し、その後の固定パンチと可動ダイの一体的な移動によって金属板の増厚させる部分を前記空間部に押し込んで増厚部を部分的に形成することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記下型上に出没可能なピンを突出させ、該ピン上に、加熱された前記金属板をセットすることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項３〜５の何れかに記載の発明において、前記プレス型内に冷却配管を通し、該冷却配管内に冷却媒体を流すことを特徴とする。

請求項３及び４記載の部分増厚装置を用いて実施される請求項１記載のホットプレス部品の部分増厚方法によれば、加熱されたホットプレス材料の冷え易い特性を利用し、金属板の増厚させない部分を上下のプレス型で挟み込んで冷却させることによって硬化させ、同金属板の増厚させる部分はプレス型に接触させないで高温状態を維持し、硬化した部分をプレス型でクランプした状態でプレス成形し、硬化していない部分をプレス型の空間部に押し込んで増厚部を部分的に形成するようにしたため、プレス工程の１工程だけで部分増厚が可能となり、次工程の金型や再加熱用ヒータ、搬送装置等が不要となる。この結果、軽量で高強度なホットプレス部品を生産性良く且つ低コストで得ることができる。

そして、本方法では、高温時に柔らかい金属板の材料特性を利用して、金属板の増厚させる部分を高温状態を維持したままプレス型の空間部に押し込んで増厚部を部分的に形成するようにしたため、該増厚部にシワが発生したり、増厚部が座屈する等の問題が発生することがない。又、プレス型の空間部に押し込まれて形成された高温の増厚部は、プレス型に密着することによって冷却されて硬化するため、該増肉部に高い強度と剛性が確保される。

請求項２及び６記載の発明によれば、金属板のプレス成形時にプレス型を強制冷却するようにしたため、該プレス型に接触する金属板が効率良く冷却されて硬化し、その強度と剛性が一層高められるとともに、連続加工が可能となる。

請求項５記載の発明によれば、下型上に出没可能なピンを突出させ、該ピン上に、加熱された金属板をセットするようにしたため、セットされた高温の金属板と下型との接触面積（伝熱面積）が小さく抑えられ、金属板から下型への伝熱量も小さく抑えられて該金属板の温度低下が抑制される。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るホットプレス部品の部分増厚方法をその工程順に示す部分増厚装置の断面図、図２は図１（ａ）のＡ部拡大断面図、図３は本発明方法及び装置によって得られたホットプレス部品の斜視図、図４は同ホットプレス部品の横断面図である。

先ず、本発明に係るホットプレス部品の部分増厚装置の基本構成を図１及び図２に基づいて説明すると、図１において、１，２はプレス型を構成する上型と下型であって、上型１は、図１の紙面垂直方向に長い固定パンチ１１と、該固定パンチ１１の中心部に上下動可能に設けられた可動パンチ１２とで構成されている。ここで、可動パンチ１２は、図１の紙面垂直方向に長いブロック状の金型であって、固定パンチ１１を貫通するクッションピン１３によって上下動可能に保持されている。

又、下型２は、図１に紙面垂直方向に長い固定ダイ２１と、同じく図１の紙面垂直方向に長い可動ダイ２２とで構成されており、可動ダイ２２は、固定ダイ２１を貫通するクッションピン２３によって上下動可能に保持されている。ここで、可動ダイ２２の上部には、図２に示すように、円穴２２ａが形成され、この円穴２２ａにはピン２４が出没可能に嵌挿されており、該ピン２４は、スプリング２５によって上方に付勢され、図１（ｂ），（ｃ）に示すように上型１によって押圧されるとき以外は図１（ａ）に示すように可動ダイ２２の上面から上方に突出している。又、固定ダイ２１の上面の金属板Ｗ１の増厚する部分に相当する位置には、図１の紙面垂直方向に長い段凹部２１ａが形成されている。

ところで、以上のように構成された上型１と下型２は、加圧手段であるプレス機によって駆動されて所要のプレス加工に供せられる。

次に、斯かる部分増厚装置によって実施される本発明に係るホットプレス部品の部分増厚方法を図１(ａ)〜（ｃ）に従って説明する。

プレス成形前においては、図１（ａ）に示すように、部分増厚装置の上型１は下型２の上方で待機しており、上型１の固定パンチ１１は可動パンチ１２に対して図示のＬだけ上方に位置しており、両パンチ１１，１２の間には図示の空間部Ｓ１が形成されている。又、下型２においては、可動ダイ２２は固定ダイ２１に対して図示のＬだけ上方に浮いた状態で停止している。

上記状態において、下型２の可動ダイ２２の上面から突出するピン２４上には、所定温度に加熱された金属板（ブランク材）Ｗ１が水平にセットされる。ここで、金属板Ｗ１には鋼板、アルミニウム合金板、マグネシウム合金板等が使用されるが、例えば鋼板の場合には、この鋼板は９００℃〜９５０℃に加熱される。

而して、本実施の形態では、下型２の可動ダイ２２上に出没可能なピン２４を突出させ、該ピン２４上に、加熱された金属板Ｗ１をセットするようにしたため、セットされた高温の金属板Ｗ１の可動ダイ２２との接触面積（伝熱面積）が小さく抑えられ、金属板Ｗ１から可動ダイ２２への伝熱量も小さく抑えられて該金属板Ｗ１の温度低下が抑制される。

次に、上型１の固定パンチ１１と可動パンチ１２の位置関係を保持したまま、該上型１を下動させれば、図１（ｂ）に示すように、加熱された金属板Ｗ１の増厚させない部分（図示の曲げ部ａを除く部分）が上型１と下型２で挟み込まれて冷却され、この部分が焼入されて硬化する。

而して、上型１が降下して図１（ｂ）に示すように可動パンチ１２が下型２の固定ダイ２１に当接すると、金属板Ｗ１は絞りによってチャンネル状（ハット形）に成形されるが、該金属板Ｗ１の増厚させる部分（図示の曲げ部ａ）の周囲には上型１と下型２によって図示の空間部Ｓ２が図１（ｂ）の紙面垂直方向に形成されるため、この増厚させる部分（図示の曲げ部ａ）は上型１にも下型２にも接触しないで冷却されないために高温状態を維持する。

次に、図１（ｂ）に示す状態から、上型１の固定パンチ１１をＬ(図１（ａ）参照)だけ下動（底付き）させると、図１（ｃ）に示すように、下型２の可動ダイ２２も上型１の固定パンチ１１によって押圧されて同量Ｌだけ下動して固定ダイ２１に当接し、固定ダイ２１と固定パンチ１１との間に図示の空間部Ｓ３を形成する。このため、高温状態を維持して硬化していない金属板Ｗ１の増厚させる部分がプレス型の空間部Ｓ３に押し込められ、その部分に増厚部Ｗａが形成される。

以上の工程を経て図３及び図４に示すようなチャンネル状のホットプレス部品Ｗが形成されるが、その底部の左右の折り曲げ部（通常のプレス成形では減肉される部分）に増厚部Ｗａが長手方向に沿って連続的に形成され、その部分の強度と剛性が高められる。

以上のように、本発明に係る部分増厚方法によれば、加熱されたホットプレス材料の冷え易い特性を利用し、金属板Ｗ１の増厚させない部分をプレス型の上型１と下型２で挟み込んで冷却させることによって硬化させ、同金属板Ｗ１の増厚させる部分はプレス型に接触させないで高温状態を維持し、硬化した部分をプレス型でクランプした状態でプレス成形し、硬化していない部分をプレス型の空間部Ｓ３に押し込んで増厚部Ｗａを部分的に形成するようにしたため、プレス工程の１工程だけで部分増厚が可能となり、次工程の金型や再加熱用ヒータ、搬送装置等が不要となる。この結果、軽量で高強度なホットプレス部品Ｗを生産性良く且つ低コストで得ることができる。

そして、本方法では、高温時に柔らかい金属板Ｗ１の材料特性を利用して、金属板Ｗ１の増厚させる部分を高温状態を維持したままプレス型の空間部Ｓ３に押し込んで増厚部Ｗａを部分的に形成するようにしたため、該増厚部Ｗａにシワが発生したり、増厚部Ｗａが座屈する等の問題が発生することがない。又、プレス型の空間部Ｓ３に押し込まれて形成された高温の増厚部Ｗａは、プレス型に密着することによって冷却されて硬化するため、該増肉部に高い強度と剛性が確保される。

ところで、図５の部分断面図に示すように、例えば上型１と下型２に複数の冷却配管３を紙面垂直方向に配設し、これらの冷却配管３内に冷却水や冷媒等の冷却媒体を流して上型１と下型２を強制冷却するようにすれば、これらの上型１と下型２に接触する金属板Ｗ１が効率良く冷却されて硬化し、その強度と剛性が一層高められるとともに、連続加工が可能となる。

尚、本実施の形態では、チャンネル状（ハット型）のホットプレス部品を部分増厚する方法と装置について説明したが、本発明は、他の任意の形状のホットプレス部品に対して同様に部分増厚を施すことが可能であることは勿論である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るホットプレス部品の部分増厚方法をその工程順に示す部分増厚装置の断面図である。 図１（ａ）のＡ部拡大断面図である。 本発明方法及び装置によって得られたホットプレス部品の斜視図である。 本発明方法及び装置によって得られたホットプレス部品の横断面図である。 本発明に係る部分増厚装置の別形態を示す半歳断面図である。

符号の説明

１ 上型
２ 下型
３ 冷却配管
１１ 固定パンチ
１２ 可動パンチ
１３ クッションピン
２１ 固定ダイ
２１ａ 固定ダイの段凹部
２２ 可動ダイ
２２ａ 可動ダイの円穴
２３ クッションピン
２４ ピン
２５ スプリング
Ｓ１〜Ｓ３ 空間部
Ｗ ホットプレス部品
Ｗ１ 金属板
Ｗａ ホットプレス部品の増厚部

Claims (6)

1. 加熱された金属板の増厚させない部分を上下のプレス型で挟み込んで冷却させることによって硬化させ、同金属板の増厚させる部分はプレス型に接触させないで高温状態を維持し、硬化した部分をプレス型でクランプした状態でプレス成形し、硬化していない部分をプレス型に設けた空間部に押し込んで増厚部を部分的に形成し、該増厚部をプレス型に密着させて冷却することによって該増厚部を硬化させることを特徴とするホットプレス部品の部分増厚方法。
2. 前記金属板のプレス成形時に前記プレス型を強制冷却することを特徴とする請求項１記載のホットプレス部品の部分増厚方法。
3. 固定パンチと可動パンチを有する金型と、固定ダイと可動ダイを有する金型を備えたプレス型によって、加熱された金属板をプレス成形してその一部を増厚する部分増厚装置であって、
   前記金属板の増厚させない部分を前記プレス型の上型と下型によって挟み込んでプレス成形したときに同金属板の増厚させる部分がプレス型に接触しないよう上型と下型の間に空間部を形成したことを特徴とするホットプレス部品の部分増厚装置。
4. 固定パンチ、可動パンチ、固定ダイ、可動ダイの何れか１つ以上に段凹部を形成し、加熱された前記金属板の増厚させない部分を上型と下型によって挟み込んだ状態で可動パンチを固定ダイに当接させてプレス成形するとともに、固定パンチを可動ダイに当接させてプレス成形した際に、プレス型の上型と下型の間に前記空間部を形成し、その後の固定パンチと可動ダイの一体的な移動によって金属板の増厚させる部分を前記空間部に押し込んで増厚部を部分的に形成することを特徴とする請求項３記載のホットプレス部品の部分増厚装置。
5. 前記下型上に出没可能なピンを突出させ、該ピン上に、加熱された前記金属板をセットすることを特徴とする請求項３又は４記載のホットプレス部品の部分増厚装置。
6. 前記プレス型内に冷却配管を通し、該冷却配管内に冷却媒体を流すことを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のホットプレス部品の部分増厚装置。

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