WO2019187743A1 - 熱間プレス加工方法および加工装置 - Google Patents

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hot press
molding
gap
hot
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直之 入江
一郎 猪
嘉英 平尾
慧 大川
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マツダ株式会社
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/208—Deep-drawing by heating the blank or deep-drawing associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a hot press working method and a processing apparatus.
  • Patent Document 1 as an example of such a hot press working method (hot press molding method), after press-molding a workpiece (metal plate material) disposed between molding dies (upper mold and lower mold), It is disclosed that quenching is performed by a direct cooling method in which a coolant is brought into contact with the surface of a workpiece in a pressed state and cooled.
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and its purpose is to increase the processing accuracy of a molded product when quenching is performed by a direct cooling method.
  • the technology disclosed herein relates to a hot press working method for working a workpiece into a molded product.
  • the hot pressing method includes a heating step for heating the workpiece, a pressing step for press-molding the workpiece heated by the heating step between the molding dies, and the pressing step, and the pressing step.
  • a gap is formed with respect to the mold so as to allow deformation during the cooling step except for a predetermined portion of the workpiece.
  • the workpiece is cooled and quenched in a state where a gap is formed with respect to the mold except for a predetermined portion which is a portion to be guaranteed accuracy.
  • a predetermined portion which is a portion to be guaranteed accuracy.
  • the former part is used by properly using the part (predetermined part) where accuracy is to be guaranteed and the part allowing deformation due to the residual stress, and intentionally releasing the residual stress in the latter part. In this case, unintended deformation is suppressed, and the processing accuracy of the molded product can be increased.
  • the predetermined part may be a contact part with another member different from the molded product.
  • the predetermined portion may be provided at a plurality of locations of the workpiece, and the gap may be provided between the predetermined portions.
  • the size of the gap in the direction along the workpiece may be set to 10 mm or more.
  • the inventors of the present application have found that if the gap size is set to 10 mm or more, the deformation at the site where the residual stress should be diffused can be effectively realized.
  • the gap size is set to less than 10 mm
  • the parts to be guaranteed accuracy approach each other.
  • the work is restrained by these parts, and the deformation for releasing the residual stress becomes insufficient.
  • the size of the gap is set to 10 mm or more, the parts to be guaranteed accuracy are sufficiently separated from each other. Permissible.
  • the molded product may be a vehicle body component.
  • the molded product may be a skeleton component of an automobile.
  • the molded product may be a pillar part of an automobile.
  • the hot press working apparatus includes a heating step for heating the workpiece, a pressing step for press-molding the workpiece heated by the heating step between the molding dies, and the pressing step, and the pressing step.
  • a cooling step of bringing the coolant into contact with the surface of the workpiece that has been formed and pressed to cool the workpiece to a quenching state, and the workpiece that has been formed by the pressing step and is in the pressed state Forms a gap with respect to the mold so as to allow deformation during the cooling step except for a predetermined portion of the workpiece.
  • the workpiece is cooled and quenched in a state where a gap is formed with respect to the mold except for a predetermined portion which is a portion to be guaranteed accuracy.
  • deformation is allowed at a portion forming a gap with respect to the mold, and therefore, deformation due to residual stress occurs at the portion forming the gap.
  • the deformation due to the residual stress is suppressed at the predetermined portion.
  • the part that should be guaranteed accuracy and the part that is not so are used properly, and the residual stress is intentionally diffused in the latter part, thereby suppressing unintended deformation in the former part and molding.
  • the processing accuracy of the product can be increased.
  • the technique disclosed herein can increase the processing accuracy of a molded product when quenching is performed by a direct cooling method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a workpiece is carried into a hot press working apparatus.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a pressed state by a hot press working apparatus.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a pillar part as a press-formed product.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the procedure of the hot press method.
  • FIG. 1 to 3 show a hot press working apparatus 1 according to this embodiment.
  • This hot press working apparatus 1 processes the workpiece W into a press-molded product shown in FIG. 4 by subjecting the heated workpiece W to press molding.
  • the press-formed product according to the present embodiment is a pillar component 100 that is a vehicle body component.
  • the pillar component 100 has a hat-like cross-sectional shape.
  • the pillar component 100 is a center pillar constructed between a floor panel and a roof panel of an automobile. That is, the pillar part 100 is formed in a narrow long plate shape, and is attached in a posture in which the longitudinal direction is along the vehicle vertical direction when the vehicle body is assembled.
  • the pillar component 100 includes a portion where a relatively high processing accuracy is required, that is, a portion (predetermined portion) where accuracy should be guaranteed.
  • this part will be referred to as “accuracy guarantee part” and the reference numeral “Wr” will be given.
  • the accuracy assurance portions Wr are provided at a plurality of locations, and include a portion corresponding to the hat-shaped ridge line of the pillar component 100 and a contact portion with another member.
  • the “contact part with another member” means, for example, a part to which another part such as a longitudinal center part of the pillar part 100 is attached and a joint part with another member such as a peripheral part of the pillar part 100. Indicates.
  • the hot press working apparatus 1 is a mold (molding die) for obtaining a pillar part 100 as a press-molded product, that is, an upper mold 11 and a lower mold 12 for press molding. Is provided.
  • the upper mold 11 is fixed to the upper mold holder 13.
  • a slider (not shown) that is moved up and down by a press machine is attached to the upper mold holder 13.
  • the lower mold 12 is fixed to the lower mold holder 14.
  • the lower mold 12 includes a convex molding surface 16 projecting upward.
  • the upper mold 11 includes a concave molding surface 15 corresponding to the convex molding surface 16 of the lower mold 12.
  • the cross section shown in FIGS. 1 to 3 substantially coincides with the AA cross section of FIG. 4, and corresponds to the hat shape of the pillar component 100.
  • each of the concave molding surfaces 15 includes a first molding surface 15a for molding the accuracy assurance portion Wr and other portions (hereinafter referred to as “deformation allowable portion” and denoted by a reference “Wd”). And a second molding surface 15b.
  • the convex molding surface 16 has a first molding surface 16a for molding the accuracy assurance part Wr and a second molding surface 16b for molding the deformation allowable part Wd.
  • the first molding surface 16a and the second molding surface 16b of the convex molding surface 16 are provided at locations corresponding to the first molding surface 15a and the second molding surface 15b of the concave molding surface 15, respectively.
  • the first molding surface 16a and the second molding surface 16b are respectively provided over a plurality of locations. As shown in FIGS. 1 and 2, a second molding surface 16b is provided between the first molding surfaces 16a.
  • the clearance (hereinafter referred to as “first clearance”) c1 between the workpiece W in the pressed state and the first molding surface 16a is: Virtually zero (tolerance level).
  • the clearance c2 between the workpiece W in the pressed state and the second molding surface 16b (hereinafter referred to as “second clearance”) is larger than the first clearance c1.
  • the second clearance c2 is set within a range of 0.1 to 1.0 mm, preferably within a range of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the second clearance c2 forms a “gap” described later.
  • the total area of the second molding surface 16b provided over a plurality of locations is set to 50 to 80% of the total area of the convex molding surface 16.
  • the dimension (substantially the interval between the first molding surfaces 15a) d of each second molding surface 16b in the direction along the surface of the workpiece W is set to 10 mm or more.
  • the upper mold 11 and the lower mold 12 are provided with refrigerant passages 17 and 18 to which a liquid refrigerant (cooling water in the present embodiment) for cooling the workpiece W in a pressed state is supplied.
  • the hot press working apparatus 1 employs a direct cooling method in which cooling water is sprayed onto the workpiece W in a pressed state.
  • the refrigerant passage 17 is open to the concave molding surface 15, preferably the second molding surface 15 b of the concave molding surface 15.
  • the refrigerant passage 18 is open to the convex molding surface 16, preferably the second molding surface 16 b of the convex molding surface 16.
  • the workpiece W is made of a blank material on a flat plate.
  • the workpiece W is heated in advance to a predetermined temperature (austenite temperature range) and is carried between the upper mold 11 and the lower mold 12.
  • Work W is formed by hot stamping that is cooled in the pressed state after press forming. That is, when it descends toward the upper mold 11 and the lower mold 12, the convex molding surface 16 and the concave molding surface 15 plastically deform the work W, thereby forming a hat-shaped cross-sectional shape.
  • the first molding surfaces 15a and 16a for molding the accuracy assurance portion Wr are close to or in contact with the workpiece W according to the value of the first clearance c1 when the workpiece W is in a pressed state (
  • the second molding surfaces 15b and 16b for molding the deformation allowable portion Wd are formed on the workpiece W according to the value of the second clearance c2 when the workpiece W is in a pressed state. There is a chance for it.
  • the symbol “c2” is also given to this “gap”. In the direction along the surface of the workpiece W, a gap c2 and a deformation allowable portion Wd are provided between the accuracy guarantee portions Wr.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the procedure of the hot press method.
  • Cooling process water cooling
  • the workpiece W is pressed by being formed by the upper die 11 and the lower die 12
  • cooling water is passed through the refrigerant passage 17 of the upper die 11 and the refrigerant passage 18 of the lower die 12.
  • This cooling water comes into contact with the surface of the workpiece W in a pressed state through openings provided in the concave molding surface 15 and the convex molding surface 16.
  • the cooling water in contact with the surface of the workpiece W cools the workpiece W to less than the Ms point.
  • the workpiece W undergoes martensitic transformation and is in a quenched state.
  • the workpiece W in the pressed state has a gap c2 with respect to both the upper die 11 and the lower die 12 so as to allow deformation during water cooling, except for the accuracy assurance portion Wr in the workpiece W. It comes to be made.
  • the workpiece W is cooled in a state in which the gap c2 is formed with respect to the upper die 11 and the lower die 12 except for the accuracy guarantee portion Wr that is a portion to be guaranteed accuracy, and is put into a quenched state.
  • transformation is accept
  • the deformation due to the residual stress is suppressed in the accuracy guarantee portion Wr.
  • the part to be guaranteed accuracy (accuracy guaranteed part Wr) and the part allowing deformation due to the residual stress (deformation allowable part Wd) are properly used, and the residual stress is intentionally used in the latter part.
  • part is suppressed and the processing precision of the pillar component 100 as a molded article can be improved.
  • the pressurization when the workpiece W is press-molded can be reduced by the amount of the gap c2. Thereby, the load of the hot press working apparatus 1 is reduced at the time of press molding.
  • the processing accuracy of the deformation-permitted portion Wd is not required as compared with the accuracy-guaranteed portion Wr in the first place.
  • the part corresponding to the ridge line of the pillar part 100 is more rigid than the other parts. Therefore, the deformation corresponding to the ridgeline affects the processing accuracy of the entire pillar component 100. Therefore, the processing accuracy of the entire pillar component 100 can be ensured by setting the portion corresponding to the ridge line of the pillar component 100 as the accuracy-guaranteed portion Wr.
  • the dimension of the gap c2 in the direction along the surface of the workpiece W that is, the dimension d of the second molding surfaces 15b and 16b is set to 10 mm or more as described above.
  • the inventors of the present application have found that if the dimension d of the second molding surfaces 15b and 16b is set to 10 mm or more, the deformation at the deformation permissible portion Wd is effectively realized.
  • the dimension d of the second molding surfaces 15b and 16b is set to be less than 10 mm, the first molding surfaces 15a and 16a, and consequently the accuracy assurance parts Wr are relatively close to each other. As a result, the workpiece W is constrained by the accuracy guarantee part Wr, and the deformation at the deformation allowable part Wd becomes insufficient.
  • the dimension d of the second molding surfaces 15b and 16b is set to 10 mm or more, the accuracy guarantee parts Wr are sufficiently separated from each other. As a result, the workpiece is not constrained by the accuracy assurance portion Wr, and the deformation for releasing the residual stress is sufficiently allowed.
  • the pillar part is described as an automobile body component as an example of a molded product.
  • the technology disclosed herein can also be applied to a skeleton component of an automobile such as a side frame. Even in this case, unintended deformation can be suppressed and the processing accuracy of the molded product can be increased.
  • the configuration in which air cooling is performed by the atmosphere after the demolding process has been described.
  • the configuration is not limited thereto. For example, you may cool slowly in a type
  • Hot press machine 11 Upper mold (molding die) 12 Lower mold (molding mold) 15 Concave forming surface 15a First forming surface 15b Second forming surface 16 Convex forming surface 16a First forming surface 16b Second forming surface 17 Refrigerant passage 18 Refrigerant passage 100 Pillar part c2 Gap W Work Wr Accuracy guaranteed portion (predetermined portion) Wd deformation permissible part (part excluding predetermined part)

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Abstract

熱間プレス加工装置１は、ワークＷを加熱する加熱工程と、加熱工程により加熱されたワークＷを上型１１及び下型１２の間に搬入した後に、該上型１１及び下型１２によってプレス成形をするプレス工程と、プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークＷの表面に冷媒を接触させることにより、該ワークＷを冷却して焼き入れ状態にする冷却工程と、を備え、プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークＷは、該ワークＷにおける精度保証部位Ｗｒを除き、冷却工程に際して変形を許容するように、上型１１及び下型１２の双方に対して隙ｃ２を成す。

Description

熱間プレス加工方法および加工装置
　ここに開示する技術は、熱間プレス加工方法および加工装置に関する。
　この種の熱間プレス加工方法として、ワークを加熱してプレス成形した後、成形型内で冷却することにより、焼き入れ状態とした成形品を得る方法が一般に知られている。
　特許文献１には、そうした熱間プレス加工方法（熱間プレス成型方法）の一例として、成形型（上金型および下金型）の間に配置したワーク（金属板材）をプレス成形した後に、プレス状態にあるワークの表面に冷媒を接触させて冷却する直冷方式によって、焼き入れを施すことが開示されている。
国際公開第２０１２／１６１１９２号
　一般的な熱間プレス加工方法を用いた場合、ワークは、脱型前後の冷却に伴って熱収縮を生じる。一方、ワークの脱型前に、前記特許文献１に記載されているような焼き入れを施した場合、いわゆるマルテンサイト変態に伴う組織変化に起因して、ワークの体積が膨張する。
　冷却に伴う熱収縮、及び、変態に伴う体積膨張は、いわゆる型冷却を用いた場合には一様に進行する。しかしながら、前記特許文献１に記載されているような直冷方式を採用した場合、ワークの温度分布にムラが生じる可能性がある。つまり、冷媒が直に接触する部位については急峻に冷却が進行する一方、それ以外の部位については相対的に緩やかに冷却が進行することになる。その結果、ワークには、相対的に高温の部位と、低温の部位とが混在することになる。
　そうしたムラに起因して、熱収縮及び体積膨張が、ワークの各部にて異なる速度で進行したり、互いに減殺したりした結果、成形型からワークを開放したときに、その残留応力に起因してワークが変形する虞がある。こうした変形は、意図せずして起こるものであり、成形品の加工精度を高めるためには、可能な限り抑制することが望まれる。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直冷方式によって焼き入れを施す際に、成形品の加工精度を高めることにある。
　本願発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、成形品の精度保証を図るべき部位と、それ以外の部位とのうち、後者の部位にて残留応力を意図的に発散させることに着目し、本開示を見出すに至った。
　具体的に、ここに開示する技術は、ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工方法に係る。この熱間プレス加工方法は、前記ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱されたワークを成形型の間に搬入した後に、該成形型によってプレス成形をするプレス工程と、前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークの表面に冷媒を接触させることにより、該ワークを冷却して焼き入れ状態にする冷却工程と、を備え、前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークは、該ワークにおける所定部位を除き、前記冷却工程に際して変形を許容するように、前記成形型に対して隙を成す。
　この方法によれば、精度保証を図るべき部位となる所定部位を除き、成形型に対して隙を成した状態でワークを冷却し、焼き入れ状態にする。これにより、成形型に対して隙を成す部位では変形が許容されるため、この隙を成す部位においては、残留応力に起因した変形が生じ得る。
　そうして、隙を成す部位において残留応力を発散させた分だけ、成形型からワークを開放したときに、前述の所定部位においては残留応力に起因した変形が抑制される。このように、精度保証を図るべき部位（所定部位）と、残留応力に因る変形を許容する部位とを使い分けるとともに、後者の部位にて残留応力を意図的に発散させることで、前者の部位においては意図しない変形が抑制され、成形品の加工精度を高めることができる。
　また、前記所定部位は、前記成形品とは異なる別の部材との接触部位を成す、としてもよい。
　一般に、別部品が取り付けられる部位や、別の部材との接合部位など、別の部材との接触部位には、他の部位に比して高い加工精度が求められる。前記の方法は、そうしたニーズに応えることができる。
　また、前記所定部位は、前記ワークの複数箇所に設けられるとともに、各所定部位の間に前記隙が設けられている、としてもよい。
　また、前記ワークに沿う方向における前記隙の寸法は、１０ｍｍ以上に設定されている、としてもよい。
　本願発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、隙の寸法を１０ｍｍ以上に設定すれば、残留応力を発散させるべき部位における変形が、効果的に実現されることを見出した。
　つまり、隙の寸法を１０ｍｍ未満に設定すると、精度保証を図るべき部位同士が接近した結果、これらの部位によってワークが拘束されてしまい、残留応力を発散するための変形が不十分となる。
　対して、隙の寸法を１０ｍｍ以上に設定すると、精度保証を図るべき部位同士が十分に離間するため、これらの部位によってワークが拘束されることなく、残留応力を発散するための変形が十分に許容される。
　また、前記成形品が自動車の車体構成部品である、としてもよい。
　また、前記成形品が自動車の骨格構成部品である、としてもよい。
　また、前記成形品が自動車のピラー部品である、としてもよい。
　ここに開示する別の技術は、ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工装置に係る。この熱間プレス加工装置は、前記ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱されたワークを成形型の間に搬入した後に、該成形型によってプレス成形をするプレス工程と、前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークの表面に冷媒を接触させることにより、該ワークを冷却して焼き入れ状態にする冷却工程と、を実行し、前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークは、該ワークにおける所定部位を除き、前記冷却工程に際して変形を許容するように、前記成形型に対して隙を成す。
　この構成によれば、精度保証を図るべき部位となる所定部位を除き、成形型に対して隙を成した状態でワークを冷却し、焼き入れ状態にする。これにより、成形型に対して隙を成す部位では変形が許容されるため、この隙を成す部位においては、残留応力に起因した変形が生じる。
　そうして、変形が許容される部位において残留応力を発散させた分だけ、成形型からワークを開放したときに、前述の所定部位においては残留応力に起因した変形が抑制される。このように、精度保証を図るべき部位と、そうではない部位とを使い分けるとともに、後者の部位にて残留応力を意図的に発散させることで、前者の部位においては意図しない変形が抑制され、成形品の加工精度を高めることができる。
　以上説明したように、ここに開示する技術は、直冷方式によって焼き入れを施す際に、成形品の加工精度を高めることができる。
図１は、熱間プレス加工装置にワークを搬入した状態を示す断面図である。 図２は、熱間プレス加工装置によるプレス状態を示す断面図である。 図３は、図２を一部拡大して示す図である。 図４は、プレス成形品としてのピラー部品を例示する図である。 図５は、熱間プレス加工方法の手順を例示する図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
　図１～図３に、本実施形態に係る熱間プレス加工装置１を示す。この熱間プレス加工装置１は、加熱したワークＷに対してプレス成形を施すことにより、このワークＷを図４に示すプレス成形品に加工するものである。
　本実施形態に係るプレス成形品は、自動車の車体構成部品を成すピラー部品１００である。このピラー部品１００は、断面形状がハット状であり、具体的には、自動車のフロアパネルとルーフパネルの間に架設されるセンターピラーである。つまり、ピラー部品１００は、幅狭の長板状に形成されており、車体組立時においては、長手方向を車両上下方向に沿わせた姿勢で取り付けられる。
　また、このピラー部品１００には、相対的に高い加工精度が求められる部位、すなわち精度保証を図るべき部位（所定部位）が存在する。以下、この部位を「精度保証部位」と呼称するとともに、符号「Ｗｒ」を付す。図４の網掛け部に示すように、この精度保証部位Ｗｒは、複数箇所に設けられており、ピラー部品１００のハット形状の稜線に対応する部位、及び、別の部材との接触部位を含む。ここで、「別の部材との接触部位」とは、例えば、ピラー部品１００の長手方向中央部など、別部品が取り付けられる部位、及び、ピラー部品１００の周縁部など別の部材との接合部位を示す。
　（熱間プレス加工装置）
　図１～図２に示すように、熱間プレス加工装置１は、プレス成形品としてのピラー部品１００を得るための金型（成形型）、すなわち、プレス成形用の上型１１及び下型１２を備える。上型１１は上型ホルダ１３に固定されている。上型ホルダ１３には、プレス機械が昇降するスライダ（図示省略）が取り付けられる。下型１２は下型ホルダ１４に固定されている。
　下型１２は、上方に突出した凸状成形面１６を備えている。上型１１は、下型１２の凸状成形面１６に対応する凹状成形面１５を備えている。図１～図３に示す断面は、図４のＡ－Ａ断面と略一致しており、ピラー部品１００のハット形状に対応している。
　前述のように、ピラー部品１００には、複数の精度保証部位Ｗｒが設けられている。そこで、凹状成形面１５は、それぞれ、精度保証部位Ｗｒを成形するための第１成形面１５ａと、それ以外の部位（以下、「変形許容部位」と呼称するとともに、符号「Ｗｄ」を付す）を成形するための第２成形面１５ｂと、を有している。
　同様に、凸状成形面１６は、精度保証部位Ｗｒを成形するための第１成形面１６ａと、変形許容部位Ｗｄを成形するための第２成形面１６ｂと、を有している。凸状成形面１６の第１成形面１６ａ及び第２成形面１６ｂは、それぞれ、凹状成形面１５の第１成形面１５ａ及び第２成形面１５ｂに対応する箇所に設けられている。
　以下、凸状成形面１６における第１成形面１６ａ及び第２成形面１６ｂの構成について説明するが、以下の説明は、凹状成形面１５における第１成形面１５ａ及び第２成形面１５ｂに共通するものである。
　第１成形面１６ａと、第２成形面１６ｂとは、それぞれ、複数箇所に亘って設けられている。図１～図２に示すように、各第１成形面１６ａの間に第２成形面１６ｂが設けられている。
　そして、図３に誇張して示すように、ワークＷをプレス成形したときに、プレス状態にあるワークＷと、第１成形面１６ａとのクリアランス（以下、「第１クリアランス」という）ｃ１は、実質的にゼロ（公差程度）になる。対して、ワークＷをプレス成形したときに、プレス状態にあるワークＷと、第２成形面１６ｂとのクリアランス（以下、「第２クリアランス」という）ｃ２は、第１クリアランスｃ１よりも大きくなるように設定される。詳しくは、第２クリアランスｃ２は、０．１～１．０ｍｍの範囲内で設定され、好ましくは０．１ｍｍ～０．５ｍｍの範囲内で設定される。この第２クリアランスｃ２が、後述の“隙”を成す。
　また、複数箇所に亘って設けられる第２成形面１６ｂの面積の総和は、凸状成形面１６全体の面積のうち、５０～８０％に設定される。また、ワークＷの表面に沿う方向における各第２成形面１６ｂの寸法（図３に示すように、実質的には、第１成形面１５ａ同士の間隔）ｄは、１０ｍｍ以上に設定される。
　上型１１及び下型１２には、ワークＷをプレス状態で冷却するための液状冷媒（本実施形態では冷却水）が供給される冷媒通路１７，１８が設けられている。本実施形態に係る熱間プレス加工装置１は、プレス状態にあるワークＷに対して冷却水を吹付ける直冷方式を採用している。この直冷方式を実施するべく、冷媒通路１７は、凹状成形面１５、好ましくは凹状成形面１５の第２成形面１５ｂに開口している。同様に、冷媒通路１８は、凸状成形面１６、好ましくは凸状成形面１６の第２成形面１６ｂに開口している。
　図１に示すように、ワークＷは平板上のブランク材から成る。このワークＷは、予め所定温度（オーステナイト温度域）に加熱されて、上型１１と下型１２の間に搬入される。
　ワークＷは、プレス成形した後にプレス状態で冷却させるホットスタンプにより成形される。すなわち、上型１１と下型１２に向かって下降したときに、凸状成形面１６と凹状成形面１５とがワークＷを塑性変形させることにより、ハット状の断面形状を形成する。
　ここに、精度保証部位Ｗｒを成形するための第１成形面１５ａ，１６ａは、ワークＷがプレス状態にあるとき、第１クリアランスｃ１の値に応じて、ワークＷに対して近接又は接触する（図２の囲み部を参照）一方、変形許容部位Ｗｄを成形するための第２成形面１５ｂ，１６ｂは、ワークＷがプレス状態にあるとき、第２クリアランスｃ２の値に応じて、ワークＷに対して隙を成す。以下、この「隙」に対しても符号「ｃ２」を付す。ワークＷの表面に沿う方向においては、各精度保証部位Ｗｒの間に、隙ｃ２及び変形許容部位Ｗｄが設けられるよう構成されている。
　以下、熱間プレス加工装置１を用いた熱間プレス加工方法について詳細に説明をする。
　（熱間プレス加工方法）
　図５は、熱間プレス加工方法の手順を例示する図である。
　［１．加熱工程］
　まず、平板状のワークＷを加熱して、Ａｃ３点以上に加熱する。これにより、ワークＷは、オーステナイトへの変態を完了する。
　［２．搬入工程］
　図１に示すように、加熱したワークＷを上型１１と下型１２の間に搬入する。
　［３．プレス工程］
　図２に示すように、上型１１を下降させ、ワークＷを上型１１の凹状成形面１５及び下型１２の凸状成形面１６に倣った形状にプレス成形する。ワークＷの外面は、ハット状に成形される。このとき、凹状成形面１５及び凸状成形面１６における第２成形面１５ｂ，１６ｂは、前述のように、プレス状態にあるワークＷに対して隙ｃ２を成す。
　［４．冷却工程（水冷）］
　上型１１と下型１２によって成形されてワークＷをプレスした状態において、上型１１の冷媒通路１７と、下型１２の冷媒通路１８とに冷却水を通す。この冷却水は、凹状成形面１５及び凸状成形面１６に設けた開口を通じて、プレス状態にあるワークＷの表面に接触する。ワークＷの表面に接触した冷却水は、このワークＷをＭｓ点未満に冷却する。これにより、ワークＷがマルテンサイト変態し、焼き入れ状態となる。
　［５．脱型工程］
　図示は省略するが、上型１１を上昇させて、プレス成形されたワークＷを脱型する。脱型されたワークＷは、下型１２から搬出される。
　［６．冷却工程（空冷）］
　下型１２から搬出されたワークＷは、大気によって空冷される。これにより、焼き入れとなったワークＷが、冷却水による水冷時よりも緩やかに冷却されて、常温に至る。
　（残留応力に起因した変形について）
　ところで、脱型前後のワークＷは、水冷及び空冷に伴って熱収縮を生じる。一方、ワークＷの脱型前に、前述の如き焼き入れを施した場合、マルテンサイト変態に伴う組織変化に起因して、ワークＷの体積が膨張する。
　冷却に伴う熱収縮、及び、変態に伴う体積膨張は、いわゆる型冷却を用いた場合には一様に進行する。しかしながら、前述の直冷方式を採用した場合、ワークＷの温度分布にムラが生じる可能性がある。つまり、冷媒通路１７，１８の開口に対向する部位など、冷却水が直に接触する部位については、急峻に冷却が進行する一方、それ以外の部位については、相対的に緩やかに冷却が進行することになる。その結果、ワークＷには、相対的に高温の部位と、低温の部位とが混在することになる。
　そうしたムラに起因して、熱収縮と体積膨張が、ワークＷの各部にて異なる速度で進行したり、互いに減殺したりした結果、成形型からワークＷを開放したときに、その残留応力に起因してワークＷが変形する虞がある。こうした変形は、意図せずして起こるものであり、ピラー部品１００の加工精度を高めるためには、可能な限り抑制することが望まれる。
　そこで、本実施形態では、プレス状態にあるワークＷは、該ワークＷにおける精度保証部位Ｗｒを除き、水冷に際して変形を許容するように、上型１１及び下型１２の双方に対して隙ｃ２を成すようになっている。
　すなわち、前述のように、精度保証を図るべき部位となる精度保証部位Ｗｒを除き、上型１１及び下型１２に対して隙ｃ２を成した状態でワークＷを冷却し、焼き入れ状態にする。これにより、上型１１及び下型１２に対して隙ｃ２を成す部位、すなわち変形許容部位Ｗｄでは変形が許容されるため、この変形許容部位Ｗｄにおいては残留応力に起因した変形が生じる。
　そうして、変形許容部位Ｗｄにおいて残留応力を発散させた分だけ、上型１１及び下型１２からワークＷを脱型したときに、精度保証部位Ｗｒにおいては残留応力に起因した変形が抑制される。このように、精度保証を図るべき部位（精度保証部位Ｗｒ）と、残留応力に因る変形を許容する部位（変形許容部位Ｗｄ）とを使い分けるとともに、後者の部位にて残留応力を意図的に発散させることで、前者の部位においては意図しない変形が抑制され、成形品としてのピラー部品１００の加工精度を高めることができる。
　また、変形許容部位Ｗｄにおいては、隙ｃ２を設けた分だけ、ワークＷをプレス成形する際の加圧を低減することができる。これにより、プレス成形に際して、熱間プレス加工装置１の負荷が低減される。
　また、変形許容部位Ｗｄについては、そもそも、精度保証部位Ｗｒに比して加工精度が求められない。そうした部位を複数箇所に亘って設けることで、ワークＷの加工が容易になる。
　また、ピラー部品１００の稜線に対応する部位は、他の部位よりも剛性を有する。そのため、この稜線に対応する分における変形が、ピラー部品１００全体の加工精度に影響を及ぼす。よって、ピラー部品１００の稜線に対応する部位を精度保証部位Ｗｒとすることで、ピラー部品１００全体の加工精度を確保することができる。
　また、ワークＷの表面に沿う方向における隙ｃ２の寸法、つまり第２成形面１５ｂ，１６ｂの寸法ｄは、前述のように、１０ｍｍ以上に設定されている。
　本願発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、第２成形面１５ｂ，１６ｂの寸法ｄを１０ｍｍ以上に設定すれば、変形許容部位Ｗｄにおける変形が、効果的に実現されることを見出した。
　つまり、第２成形面１５ｂ，１６ｂの寸法ｄを１０ｍｍ未満に設定すると、第１成形面１５ａ，１６ａ、ひいては精度保証部位Ｗｒ同士が相対的に接近することになる。その結果、精度保証部位ＷｒによってワークＷが拘束されてしまい、変形許容部位Ｗｄにおける変形が不十分となる。
　対して、第２成形面１５ｂ，１６ｂの寸法ｄを１０ｍｍ以上に設定すれば、精度保証部位Ｗｒ同士が十分に離間することになる。その結果、精度保証部位Ｗｒによってワークが拘束されることなく、残留応力を発散するための変形が十分に許容されるようになる。
　《他の実施形態》
　前記実施形態では、成形品の一例として、自動車の車体構成部品としてピラー部品について説明したが、ここに開示した技術は、サイドフレームなど、自動車の骨格構成部品に適用することもできる。この場合においても、意図しない変形を抑制し、成形品の加工精度を高めることができる。
　また、前記実施形態では、脱型工程後に、大気によって空冷する構成について説明したが、この構成には限られない。例えば、型内で徐冷してもよい。
１　　　熱間プレス加工装置
１１　　上型（成形型）
１２　　下型（成形型）
１５　　凹状成形面
１５ａ　第１成形面
１５ｂ　第２成形面
１６　　凸状成形面
１６ａ　第１成形面
１６ｂ　第２成形面
１７　　冷媒通路
１８　　冷媒通路
１００　ピラー部品
ｃ２　　隙
Ｗ　　　ワーク
Ｗｒ　　精度保証部位（所定部位）
Ｗｄ　　変形許容部位（所定部位を除いた部位）

Claims (11)

  1. 　ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工方法であって、
    　前記ワークを加熱する加熱工程と、
    　前記加熱工程により加熱されたワークを成形型の間に搬入した後に、該成形型によってプレス成形をするプレス工程と、
    　前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークの表面に冷媒を接触させることにより、該ワークを冷却して焼き入れ状態にする冷却工程と、を備え、
    　前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークは、該ワークにおける所定部位を除き、前記冷却工程に際して変形を許容するように、前記成形型に対して隙を成す
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  2. 　請求項１に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記所定部位は、前記成形品とは異なる別の部材との接触部位を成す
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  3. 　請求項１又は２に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記所定部位は、前記ワークの複数箇所に設けられるとともに、各所定部位の間に前記隙が設けられている
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  4. 　請求項３に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記ワークに沿う方向における前記隙の寸法は、１０ｍｍ以上に設定されている
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記成形品が自動車の車体構成部品である
    ことを特徴する熱間プレス加工方法。
  6. 　請求項５に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記成形品が自動車の骨格構成部品である
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  7. 　請求項５に記載された熱間プレス加工方法において、
    　前記成形品が自動車のピラー部品である
    ことを特徴とする熱間プレス加工方法。
  8. 　ワークを成形品に加工するための熱間プレス加工装置であって、
    　前記ワークを加熱する加熱工程と、
    　前記加熱工程により加熱されたワークを成形型の間に搬入した後に、該成形型によってプレス成形をするプレス工程と、
    　前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークの表面に冷媒を接触させることにより、該ワークを冷却して焼き入れ状態にする冷却工程と、を実行し、
    　前記プレス工程によって成形されてプレス状態にあるワークは、該ワークにおける所定部位を除き、前記冷却工程に際して変形を許容するように、前記成形型に対して隙を成す
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  9. 　請求項８に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記所定部位は、前記成形品とは異なる別の部材との接触部位を成す
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  10. 　請求項８又は９に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記所定部位は、前記ワークの複数箇所に設けられるとともに、各所定部位の間に前記隙が設けられている
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
  11. 　請求項１０に記載された熱間プレス加工装置において、
    　前記ワークに沿う方向における前記隙の寸法は、１０ｍｍ以上に設定されている
    ことを特徴とする熱間プレス加工装置。
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