JP2011050972A - 鋼板の熱間プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレス成形方法において、絞り成形性を改善し適用部品範囲を拡大する。
【解決手段】加工開始から最大で０．３ｓ（ｓは加工開始から下死点までのストローク）のストローク位置までダイ２とダイクッション３とでワーク５のしわ押さえ部を挟圧し、次いで少なくとも０．７ｓのストローク位置までダイより高速でダイクッションを移動後停止させ、そこから下死点までワークのしわ押さえ部を挟圧するというモーションをとるようにプレス機を動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の熱間プレス成形方法に関する。この方法で成形された製品は、自動車用骨格部品等に好ましく用いうる。

熱間プレス成形方法は、通常、６００℃以上の温度に加熱した鋼板（素材）をプレス機でプレス成形する加工法である。また、前記熱間プレス成形方法において、高強度を得るために、素材加熱温度をオーステナイト化温度以上とし、前記プレス成形した直後に金型抜熱（成形に用いたプレス金型をそのまま冷材に用いてプレス成形品から抜熱する方法）によりクエンチする加工法があり（例えば特許文献１参照）、これをここではダイレクト成形法と呼ぶ。ダイレクト成形法は、素材が高温で高延性化するため、引張強さが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板を冷間プレス成形する場合に比べて、張出し成形性や伸びフランジ成形性が優れる加工法であるといわれている。一方、深絞り成形性については、しわ押さえ部を金型で押さえることで素材温度が部分的に低下し、変形抵抗が相対的に高くなるため、しわ押さえ部からの材料流入が抑制され、成形性が低下する。そのため、ダイレクト成形法は深絞り成形には不得手な加工法であるとされ、深絞り部位を含む部品へのプレス成形方法は、冷間プレス成形後に加熱・クエンチする加工法（いわゆるインダイレクト成形法）に限定されている。インダイレクト成形法はプレス機とは別個に冷却装置を必要とするからダイレクト成形法に比べコスト高である。

特開２００６−２６６３７号公報

背景技術をみるに、従来のダイレクト成形法では熱間プレス成形段階の深絞り成形に難点があるため、深絞り部位を含む部品の製造は比較的コスト高のインダイレクト成形法に頼らざるを得ない状況である。すなわち、従来のダイレクト成形法では絞り成形性が適用部品範囲拡大のためのネックとなっている点が課題として残されていた。

本発明は、前記課題を解決し、深絞り成形性が向上する熱間プレス成形方法の開発に取り組んだ中で得られた知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１） 鋼板を素材とするワークを加熱し６００℃以上の温度から、ポンチ、ダイ、ダイクッションからなるプレス金型を有し加工（ブランクホールド）開始から下死点までのストロークがｓであるプレス機に投入してプレス成形し、プレス成形品となすにあたり、加工開始から最大で０．３ｓのストローク位置までダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧し、次いで少なくとも０．７ｓのストローク位置までダイより高速でダイクッションを移動後停止させ、そこから下死点までワークのしわ押さえ部を挟圧するというモーションをとるようにプレス機を動作させることを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
（２） 前記プレス機は、前記モーションの実行手段としてサーボダイクッション機構を有することを特徴とする前項（１）に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
（３） 前記素材は、質量％でＣ：０．１５％以上を含有する鋼板であることを特徴とする前項（１）または（２）に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
（４） 前記プレス成形品を前記プレス金型でそのまま保持して冷却することを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。

本発明によれば、特に、加工（ブランクホールド）開始から最大で０．３ｓのストローク位置まで（成形初期とする）ダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧し、次いで少なくとも０．７ｓのストローク位置まで（成形中期とする）ダイより高速でダイクッションを移動後停止させ、そこから下死点まで（成形後期とする）ワークのしわ押さえ部を挟圧するというモーションをとるようにプレス機を動作させるようにしたから、成形初期に一時的にしわ押さえ力が負荷されて、成形初期のしわ（ホールドじわ）が抑制され、成形中期にダイとダイクッション間に十分な隙間ができて材料流入が促され、成形後期に再度しわ押さえ力が負荷されることで成形途中に生成したしわが消去される。したがって、本発明によれば、熱間プレス成形方法の適用部品範囲拡大が可能となる。

本発明の、１つの実施形態におけるプレス機のモーションを示す概略断面図 実施例におけるプレス成形品の目標形状と成形結果評価部位を示す（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略立体図

本発明において、鋼板を素材とするワークを加熱し６００℃以上の温度からポンチ、ダイ、ダイクッションからなるプレス金型を有し加工（ブランクホールド）開始から下死点までのストロークがｓであるプレス機に投入してプレス成形し、プレス成形品となす点に関しては、通常の熱間プレス成形方法と同様である。ここで、成形しやすさの観点から、成形開始温度は６５０℃以上とするのが好ましい。その場合、通常用いられる素材板厚（１．０〜３．０ｍｍ）での加熱終了から成形開始までの放冷（通常１０〜１５秒程度かかる）による温度降下を勘案すると、加熱温度は８５０℃以上とするのが好ましい。なお、結晶粒粗大か防止の観点から、加熱温度は１０５０℃以下が好ましい。

通常の熱間プレス成形方法で絞り成形する際、ダイとダイクッションとでワークを挟圧してしわ押さえ力を負荷すると抜熱し、材料流入が困難になる。一方、例えばディスタンスブロック等でダイとダイクッション間に隙間を作るとフランジしわやボディしわが発生する。特に、成形初期に生じるしわ（ホールドじわ）はとりわけその消去が困難な場合がある。

これに対し、本発明では、加工（ブランクホールド）開始から最大で０．３ｓのストローク位置まで（の成形初期では）ダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧し、次いで少なくとも０．７ｓのストローク位置まで（の成形中期では）ダイより高速でダイクッションを移動後停止させ、そこから下死点まで（の成形後期では）ワークのしわ押さえ部を挟圧するというモーションをとるようにプレス機を動作させることとした。このモーションにより、成形初期に一時的にしわ押さえ力を負荷して、成形初期のしわ（ホールドじわ）を抑制し、成形中期にダイとダイクッション間に十分な隙間を形成して材料流入を促し、成形後期に再度しわ押さえ力を負荷して、それまでの成形途中に生成したしわを消去することが可能となる。ここで、通常の冷間成形では成形後期のしわ押さえ力負荷のみでしわを消去することは容易でないが、熱間プレス成形ではワークの流動応力が小さいためそれが可能となる。

ここで、加工（ブランクホールド）開始位置（原点）から、最初にしわ押さえ力を負荷する成形初期の終点のストローク位置ａまでの相対距離（ａ／ｓ）が０.３より大きいと、材料流入不足でワークに割れが生じるため、ａ／ｓは０．３以下とする必要がある。また、最初にしわ押さえ力を負荷する成形初期はゼロではないから、ａ／ｓは無論０.０超である。なお、ａ／ｓが０．０５を下回ると、ホールドじわの消滅が比較的困難となるので、ａ／ｓは０．０５以上とすることが好ましい。また、加工（ブランクホールド）開始位置（原点）から、ダイとダイクッション間に隙間を開ける成形中期の終点（すなわち再度ダイとダイクッション間の隙間を閉じてしわ押さえ力を負荷する成形後期の始点）のストローク位置ｂまでの相対距離（ｂ／ｓ）が０.７より小さいと、成形後期の材料流入不足でワークに割れが生じるため、ｂ／ｓは０.７以上とする必要がある。また、成形後期はセロではないから、ｂ／ｓは無論１．０未満である。なお、ｂ／ｓが０．９５を上回ると成形中期に生じたしわを消滅させるのが比較的困難となるので、ｂ／ｓは０．９５以下とすることが好ましい。

かくして、通常の熱間プレス成形方法において本発明にいうモーションを適用することで、適用部品範囲拡大のネックとなっていた絞り成形性が向上し、もはやネックではなくなる。
前記モーションを実行するには、ダイクッションをプレス動作に応じて高精度に動かすことが容易な機構を有するプレス機が好ましく、かかる機構としては、ダイクッションの動きをサーボ方式で制御する機構すなわちサーボダイクッション機構が挙げられる。よって、本発明に用いるプレス機は、前記モーションの実行手段としてサーボダイクッション機構を有することが好ましい（本発明（２））。

また、本発明では、さらに高強度のプレス成形品を得るために、プレス成形直後にプレス成形品をクエンチ（焼入れ）するのが好ましい。クエンチする場合、前記素材は、質量％でＣ：０．１５％以上を含有する組成の鋼板であることが好ましい（本発明（３））。Ｃが０．１５％未満では、焼入れ効果が不十分となる場合がある。その他の元素は特に限定されず、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓなどの基本元素は適宜含まれていてもよく、また、焼入れ性を高めるため、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｂなどを添加してもよい。また、加熱温度は、素材を十分オーステナイト化するために、８５０℃以上とするのが好ましい。

前記クエンチの実施方法としては、前記プレス成形品を前記プレス金型でそのまま保持して冷却する方法（本発明（４））が、別個の冷却装置を保有する必要が無くて好ましい。
図１を用いて本発明の、１つの実施形態におけるプレス機のモーションを説明する。ポンチ１は固定金型、ダイ２とダイクッション３はサーボ機構により駆動される可動金型であり、ワーク５は、最終的に、絞り部がダイ２中央凹部とポンチ１とで絞り成形され、しわ押さえ部がダイ２周縁凸部とダイクッション３とで挟圧拘束される。ダイ２がワーク５と接触し始めた時点（成形開始）から下死点までのストロークがストロークｓ（ｍｍ）である。成形初期と成形中期との境目をストロークａ（ｍｍ）の位置にとる。本発明規定によりａ/ｓ：０.０超０.３以下である。また、成形中期と成形後期との境目をストロークｂ（ｍｍ）の位置にとる、本発明規定によりｂ/ｓ：０.７以上１.０未満である。前記サーボ機構は、成形初期にはしわ押さえ部にしわ押さえ力を負荷し、成形中期にはダイ２より高速でダイクッション３を移動後停止させて材料流入を促し、成形後期ではしわ押さえ部に再度しわ押さえ力を負荷するように設定される。

まず、図１（ａ）のようにプレス機にワーク５を投入し、直ちにダイ２のみ移動（下降）させる。そして図１（ｂ）のようにストロークａ（ｍｍ）までの成形初期では、しわ押さえ力を負荷し、ホールドしわを抑制する。続いて図１（ｃ）ないし図１（ｄ）のようにストロークｂ（ｍｍ）までの成形中期では、ダイ２の移動速度＜ダイクッション３の移動速度で、ダイクッション３を移動させて停止させる。この間に、大きな材料流入が起こり、さらに、ダイ２がストロークｂ（ｍｍ）の位置に達してダイクッション３に追着いた時点でしわ押さえ力が再発生し、成形後期に移る。これ以後は通常の絞り成形と同様であり、下死点までにボディしわが消滅し、下死点において図１（ｅ）のように金型抜熱によりクエンチを行う。

表１に示す組成および板厚を有する鋼板（素材）をワークに用いて熱間プレス成形を行うにあたり、素材を９５０℃に加熱し、図１に示したプレス機と同様のプレス機に投入して７５０℃から成形を開始し、表２に示す種々の成形条件にて、無潤滑で成形を行い、下死点で金型抜熱によりクエンチを行って、図２に目標形状（いずれの条件でも同じ目標形状）を示すプレス成形品６を得た。これらのプレス成形品について、図２に示す成形結果評価部位における成形結果を目視にて評価した。その結果を表２に示す。表２より、比較例では割れ、ボディしわ、フランジしわのいずれかが発生したのに対し、発明例ではそれらのいずれも発生せず（すなわちＯＫ）、本発明の効果が顕現した。

１ ポンチ
２ ダイ
３ ダイクッション
５ ワーク（これの素材は鋼板）
６ プレス成形品

Claims (4)

1. 鋼板を素材とするワークを加熱し６００℃以上の温度から、ポンチ、ダイ、ダイクッションからなるプレス金型を有し加工開始から下死点までのストロークがｓであるプレス機に投入してプレス成形し、プレス成形品となすにあたり、加工開始から最大で０．３ｓのストローク位置までダイとダイクッションとでワークのしわ押さえ部を挟圧し、次いで少なくとも０．７ｓのストローク位置までダイより高速でダイクッションを移動後停止させ、そこから下死点までワークのしわ押さえ部を挟圧するというモーションをとるようにプレス機を動作させることを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
2. 前記プレス機は、前記モーションの実行手段としてサーボダイクッション機構を有することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
3. 前記素材は、質量％でＣ：０．１５％以上を含有する鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
4. 前記プレス成形品を前記プレス金型でそのまま保持して冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。

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