(57)【要約】  第１のダイおよび第２のダイを含む加熱形成ダイ。第１のダイは、工具鋼から形成される第１のダイ構造を有する。第１のダイ構造は、第１のダイ表面および複数の第１の冷却開口部を有する。第１のダイ表面は複雑な形状を有する。第１の冷却開口部は、第１の所定の距離だけダイ表面から離隔される。第２のダイは、第２のダイ表面を有する。第１のダイ表面および第２のダイ表面は、協働してダイキャビティを形成する。加熱形成ダイを形成するための関連する方法および加工物を加熱形成するための関連する方法もまた、提供される。
2009543697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のダイ構造を有する第１のダイを提供することと、
前記第１のダイ構造上に複雑な形状を有する第１のダイ表面を形成することと、
前記第１のダイ構造に、各々が前記第１のダイ表面の前記複雑な形状に全体的に従う輪郭を有する複数の冷却チャネルを形成することと、
第２のダイ表面を有する第２のダイを形成することとを含み、前記第１のダイ表面および前記第２のダイ表面が協働してダイキャビティを形成する、方法。
【請求項２】
前記第１のダイ構造は第１のダイ部材を含み、前記複数の冷却チャネルを形成することは、
前記第１のダイ表面に対向して前記第１のダイ部材の表面に複数のスロットを形成することと、
複数のフィラプレートを形成することと、
各フィラプレートを前記スロットの関連するスロットに挿入することとを含み、各フィラプレートが前記スロットの関連するスロットと協働して、入力ポートおよび出力ポートを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
冷却流体入口および冷却流体出口を有するベースを提供することと、
前記冷却流体入口が前記入口ポートへ流体接続で連結されるように、前記ベースに前記第１のダイ部材を固着することと、
前記ベースに冷却流体の流れを提供することとを含み、前記冷却流体が前記入口ポートから前記冷却チャネルに入り、前記出口ポートから前記冷却チャネルを出る、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のダイ構造は第１の部材および第２の部材を含み、前記第１の部材は第２の部材が少なくとも部分的に配置される第１のシェルを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のダイ構造は、前記第１の部材の関連端部に固定するように連結される端部部材を含み、前記端部部材は、前記第２の部材と協働して前記第１のシェルを満たす、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの冷却チャネルが、前記第１の部材と前記端部部材との間に形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のダイ表面は第２のダイ構造上に形成され、前記第２のダイ構造は第１の部材および第２の部材を含み、前記第２のダイ構造の前記第１の部材は、前記第２のダイ構造の前記第２の部材が少なくとも部分的に配置される第２のシェルを形成する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のシェルの少なくとも一部を前記第２のシェルの少なくとも一部に連結して、シェルアセンブリを形成することと、
前記シェルアセンブリを熱処理することとをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のシェルの前記少なくとも一部は、前記第２のシェルの少なくとも一部に溶接される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
工具鋼から形成される第１のダイ構造を有し、前記第１のダイ構造は、第１のダイ表面および複数の第１の冷却開口部を有し、前記第１のダイ表面は複雑な形状を有し、前記第１の冷却開口部は、第１の所定の距離だけ前記ダイ表面から離隔される、第１のダイと、
第２のダイ表面を有し、前記第１のダイ表面および前記第２のダイ表面が協働してダイキャビティを形成する、第２のダイとを含む加熱形成ダイ。
【請求項１１】
前記第２のダイは、前記第２のダイ表面から第２の所定の距離だけ離隔される複数の第２の冷却開口部を有する、請求項１０に記載の加熱形成ダイ。
【請求項１２】
前記第１のダイ構造は第１の部材および第２の部材を含み、前記第１の部材は第１のシェルを画定し、前記第２の部材は前記シェルに少なくとも部分的に収容され、前記第１の部材と協働して、前記第１の冷却開口部の少なくとも一部を画定する、請求項１０に記載の加熱形成ダイ。
【請求項１３】
前記第１のダイ構造は端部部材をさらに含み、前記端部部材は前記第１の部材と協働して、前記第１の冷却開口部の別の部分を画定し、前記端部部材は、前記第１の部材の端部に固定するように連結される、請求項１３に記載の加熱形成ダイ。
【請求項１４】
前記第１のダイ構造はダイ部材および複数のフィラプレートを含み、前記ダイ部材は複数のスロットを画定し、各フィラプレートは関連スロットに収容され、前記スロットと協働して前記第１の冷却開口部の関連冷却開口部を形成する、請求項１０に記載の加熱形成ダイ。
【請求項１５】
上部ダイおよび下部ダイを有するダイを提供することであって、前記上部ダイおよび前記下部ダイのそれぞれは、ダイ表面および複数の冷却チャネルを画定するダイ構造を含み、前記ダイ表面は複雑な形状を有し、前記冷却チャネルは前記ダイ表面の輪郭に一般に適合するように前記ダイ表面から離隔され、前記ダイ表面は協働してダイキャビティを形成する、前記上部ダイおよび下部ダイを有するダイを提供することと、
鋼シートブランクを加熱することと、
前記加熱された鋼シートブランクを前記上部ダイと前記下部ダイとの間に配置することと、
前記上部ダイおよび前記下部ダイを閉鎖して、前記キャビティ内に前記加工物を形成することと、
前記上部ダイおよび前記下部ダイの前記ダイ構造を冷却し、前記キャビティ内の前記加工物を急冷することと、
前記急冷された加工物を前記キャビティから排出することとを含む、加工物を加熱形成する方法。
【請求項１６】
第１の形成表面を少なくとも部分的に画定し、シェルを形成する第１の部材を提供することと、
前記シェルに収容され、前記第１の部材を少なくとも部分的に支持し、前記第１の部材と協働して第１のダイ構造を少なくとも部分的に画定する第２の部材を形成することと、
第２の形成表面を有し、前記第１のダイと協働してダイキャビティを画定する第２のダイを形成することとを含む、方法。
【請求項１７】
前記第１の部材と前記第２の部材との間に、ダイ作用方向に平行な方向において前記第１の形成表面からずれる冷却チャネルを形成することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記冷却チャネルの前記部分は、前記第１の形成表面から一様な間隔だけずれる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１の形成表面を少なくとも部分的に画定し、シェルを形成する第１の部材、および前記シェルに収容され、前記第１の部材を少なくとも部分的に支持する第２の部材を有する第１のダイと、
第２の形成表面を有し、前記第１のダイと協働してダイキャビティを画定する第２のダイとを含む、加熱形成ダイ。
【請求項２０】
冷却チャネルが前記第１の部材と前記第２の部材との間に形成され、前記冷却チャネルの一部分は、ダイ作用方向に平行な方向において、前記第１の形成表面からずれる、請求項１９に記載の加熱形成ダイ。
【請求項２１】
前記冷却チャネルの前記一部分は、前記第１の形成表面から一様の間隔だけずれる、請求項２０に記載の加熱形成ダイ。
【請求項２２】
各々が複雑な形状を有するダイ表面を画定するダイ構造を含む上部ダイおよび下部ダイを有するダイを提供することと、
前記上部ダイと前記下部ダイとの間に加熱ブランクを配置することと、
前記上部ダイおよび前記下部ダイを閉鎖して、前記ダイにおいて加工物を形成し、急冷して冷却することと、
前記ダイから前記加工物を除去することと、
上記３つのステップのそれぞれを繰り返して、毎時少なくとも１２０個の速度でさらなる加工物を製作することとを含む、方法。
【請求項２３】
前記速度は、毎時少なくとも１８０個の加工物である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
オースチナイトからマルテンサイトへの相転移は、前記加工物の全体に関して前記加工物の急冷中に生じる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記オースチナイトからマルテンサイトへの相転移は、前記上部ダイと前記下部ダイを閉じた約４秒以内に生じる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記加熱ブランクは鋼から形成され、前記加工物には前記ダイから除去後に、著しい量のパーライトおよびベイナイトがない、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、加熱形成ダイに関し、さらに詳細には、加熱形成ダイおよびその製作および使用のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両メーカは、ますます強力で、より軽量であり、より安価である自動車を提供することを目指している。たとえば、車両メーカは、車体の一部に、シートアルミニウム、高度な高強度鋼、超高強度鋼などの非伝統的な材料を利用するために著しい努力を費やしている。そのような材料は、比較的強くて軽量であり得るが、通常、購入、形成、組み立てに費用がかかる。
【０００３】
１つの提案された解決策は、車体を形成するために、熱処理されたシート鋼パネル部材のを用いることを含む。一部の用途において、シート鋼パネル部材は、従来の形成処理において形成され他の後に熱処理動作を受ける。この２段階処理は、追加的な動作が著しいコストを追加し、熱処理動作中に構成部品が変形する可能性があるという欠点がある。
【０００４】
個別の熱処理動作を用いる工程の代わりとして、ホウ素鋼などの一定の材料が、加熱形成ダイにおいて同時に形成されて急冷されることができることが知られている。これに関連して、予熱シートストックが通常、加熱形成ダイに導入され、所望の形状に形成され、形成動作の後で急冷され、これにより、ダイにおいて熱処理構成部品を製作する。
【０００５】
同時加熱形成および急冷ステップを行うための公知の加熱形成ダイは、通常、ガンドリリングなどの従来方式で形成される（加熱形成ダイを通るように冷水を循環するための）水冷通路を用いる。当業者が認識するように、ガンドリリングなどの技術によって製作される孔は、ダイを通って延在するまっすぐな孔を生じる。当業者はまた、車両メーカが通常、平坦でまっすぐな構成部品を用いて車体を設計するのでなないため、加熱形成ダイの形成表面またはダイ表面は通常、平坦でなくや平面でもないことを認識するだろう。したがって、典型的な自動車車体構成部品の場合には、穿孔される水冷通路に関して加熱形成ダイのダイ表面の輪郭に適合させることができない。この事実は、３次元的な複雑な形状を有するが、従来通り構成された水冷通路を用いる加熱形成ダイは、所望より高温の部分を有する可能性があり、このため、急冷動作が車体構成部品の全体表面にわたって適切に行われないこととなるので、重大である。したがって、公知の加熱形成ダイによって形成される構成部品は、残りの構成部品よりも比較的柔らかい１つ以上の領域を有することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、改善した加熱形成ダイに関する需要が依然として当業界には残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの形態において、本教示は、  第１のダイ構造を有する第１のダイを提供することと、前記第１のダイ構造上に複雑な形状を有する第１のダイ表面を形成することと、前記第１のダイ構造に、各々が前記第１のダイ表面の前記複雑な形状に全体的に従う輪郭を有する複数の冷却チャネルを形成することと、第２のダイ表面を有する第２のダイを形成することとを含み、前記第１のダイ表面および前記第２のダイ表面が協働してダイキャビティを形成する、方法を提供する。
【０００８】
別の形態において、本教示は、第１のダイおよび第２のダイを含む加熱形成ダイを提供する。第１のダイは、工具鋼から形成される第１のダイ構造を有する。第１のダイ構造は、第１のダイ表面および複数の第１の冷却開口部を有する。第１のダイ表面は、複雑な形状を有する。第１の冷却開口部は、第１の所定の距離だけダイ表面から離隔される。第２のダイは、第２のダイ表面を有する。第１のダイ表面および第２のダイ表面が、ダイキャビティを形成するように協働する。
【０００９】
さらに別の形態において、本教示は、上部ダイおよび下部ダイを有するダイを提供することであって、前記上部ダイおよび前記下部ダイのそれぞれは、ダイ表面および複数の冷却チャネルを画定するダイ構造を含み、前記ダイ表面は複雑な形状を有し、前記冷却チャネルは前記ダイ表面の輪郭に一般に適合するように前記ダイ表面から離隔され、前記ダイ表面は協働してダイキャビティを形成する、前記上部ダイおよび下部ダイを有するダイを提供することと、鋼シートブランクを加熱することと、前記加熱された鋼シートブランクを前記上部ダイと前記下部ダイとの間に配置することと、前記上部ダイおよび前記下部ダイを閉鎖して、前記キャビティ内に前記加工物を形成することと、前記上部ダイおよび前記下部ダイの前記ダイ構造を冷却し、前記キャビティ内の前記加工物を急冷することと、前記急冷された加工物を前記キャビティから排出することとを含む、加工物を加熱形成する方法を提供する。
【００１０】
適用範囲のさらなる領域は、本明細書において提供される説明から明白となる。説明および特定の実施例は説明の目的のために意図されており、本開示の範囲を限定することを意図していないことは理解すべきである。
【００１１】
本明細書に記載される図面は、説明の目的のために意図されており、多少なりとも本開示の範囲を限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の教示によって構成される加熱形成ダイセットの概略図であり、加熱形成ダイセットは、打ち抜きプレスに取り付けられ、冷却流体源に連結されている。
【図２】本開示の教示によって構成される第１の例示的な加熱形成ダイセットの下部ダイの斜視図である。
【図３】第１の例示的な加熱形成ダイセットの上部ダイの斜視図である。
【図４】図２の下部ダイの一部の下部斜視図であり、ベースマニフォルドおよびダイ構造をさらに詳細に示す。
【図５】図２の下部ダイの一部の上部斜視図であり、ベースマニフォルドをさらに詳細に示す。
【図６】図５の図に類似の上部斜視図であるが、ベースマニフォルドに連結されるダイ構造の部分を示す。
【図７】キャップに連結されるものとしてシームブロックを示すダイ構造の一部の下部斜視図である。
【図８】冷却チャネルに沿って図２および図３の下部ダイおよび上部ダイを通って横方向に切った断面図の一部である。
【図９】図８の図に類似の図であるが、本開示の教示によって構成される第２の例示的な加熱形成ダイセットを示す。
【図１０】図９の加熱形成ダイセットの一部の下部斜視図であり、ダイ部材の表面において形成されるように溝を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面の図１を参照すると、本発明の教示によって構成される加熱形成ダイセット１０が、概略的に示されている。加熱形成ダイセット１０は、下部ダイ１２および上部ダイ１４を含むことができる。下部ダイ１２は、工具鋼、特にイリノイ州ローリングメドーズ（Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ｍｅａｄｏｗｓ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）のボーラーユーデホルム社（Ｂｏｈｌｅｒ−Ｕｄｄｅｈｏｌｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって販売されているＤＩＥＶＡＲ（登録商標）、または市販のＨ−１１またはＨ−１３などの熱伝導材料から形成される得るダイ部材１８を含むことができる。ダイ部材１８は、複雑な成形またはダイ表面２０および複数の冷却チャネル２２を含むことができる。本明細書で用いられる、「ダイ表面」という用語は、加熱形成される構成部品を形成するダイの外面の部分を指す。さらに、この説明および添付の特許請求の範囲において用いられるような「複雑なダイ表面」という用語は、ダイ表面が、ダイの一方の側または２つの側を通る冷却チャネルをガンドリリングすることによって形成される冷却チャネルを介して冷却されることになっている場合には、大量生産（すなわち、毎時３０個の加工物またはそれ以上の速度）におけるオースチナイトからマルテンサイトへの相転移を確実に容易にする助けとはならない３次元輪郭形状をダイ表面が有することを意味する。各冷却チャネル２２は、第１の所定の距離だけ複雑なダイ表面２０からずれる可能性があり、この距離は、冷却チャネル２２の長さに沿って一致する可能性がある。同様に、上部ダイ１４は、ＤＩＥＶＡＲ（登録商標）、または市販のＨ−１１またはＨ−１３などの工具鋼から形成されることができるダイ部材２４を含むことができ、複雑なダイ表面２６および複数の冷却チャネル２８を含むことができる。各冷却チャネル２８は、第２の所定の距離だけ複雑なダイ表面２６からずれる可能性があり、第２の所定の距離は、第１の所定の距離とは異なっていてもよく、この距離は、冷却チャネル２８の長さに沿って一致する可能性がある。複雑なダイ表面２０および２６は、その間にダイキャビティを形成するために協働することができる。
【００１４】
ブランク３０は、ホウ素鋼などの適切な熱処理可能な鋼から形成されることができ、約９３０℃などの所定の温度まで予熱されることができ、複雑なダイ表面２０と２６との間でダイキャビティに配置されることができる。ブランク３０を変形して、ホットスタンプ構成部品３６を形成して任意に調整するために、下部ダイ１２および上部ダイ１４は、従来の打ち抜きプレス３４を介してダイ作用方向において接合（すなわち、閉鎖）されることができる。水、気体または他の流体媒体などの冷却流体は、冷却システム３８（たとえば、従来は貯槽／冷却器および流体ポンプを含む冷却システム）によって提供されることができ、下部ダイ１２および上部ダイ１４をそれぞれ冷却するために、冷却チャネル２２および２８を通って連続的に循環されることができる。冷却流体の循環は、下部ダイ１２および上部ダイ１４を冷却し、下部ダイ１２および上部ダイ１４は、ホットスタンプ構成部品３６を急冷して冷却することは十分に認識されよう。打ち抜きプレス３４は、ホットスタンプ構成部品３６を所望の温度まで冷却することを可能にするために、所定量の時間、閉鎖関係で下部ダイ１２および上部ダイ１４を維持することができる。
【００１５】
それぞれ、冷却チャネル２２および２８と複雑なダイ表面２０および２６との間の距離のほか、冷却流体の質量流量および流体の温度は、下部ダイ１２および上部ダイ１４の両方の冷却を制御するように選択され、ホットスタンプ構成部品３６が相転移を所望の冶金状態にさせ、その主面にわたって一致して制御された方式で急冷されるようになっている。特定の実施例においては、ブランク３０は、その構造が実質的に（完全ではないにしても）オースチナイトから構成されるように加熱され、加熱されたブランク３０は、下部ダイ１２と上部ダイ１４との間に形成され、ホットスタンプ構成部品３６は、下部ダイ１２および上部ダイ１４からのホットスタンプ構成部品３６の排出前に、下部ダイ１２および上部ダイ１４によって急冷される。これに関連して、下部ダイ１２および上部ダイ１４は、熱を奪い、これによってホットスタンプ構成部品３６を制御された方式で急冷して、ホットスタンプ構成部品３６における所望の相転移（たとえば、マルテンサイトまたはベイナイトへ）をさせて、ホットスタンプ構成部品３６を所望の温度まで任意で冷却するためのヒートシンクとして機能する。その後に、下部ダイ１２および上部ダイ１４は互いから分離（すなわち、開放）され、熱処理されたホットスタンプ構成部品３６をダイキャビティから除去されることができる。本開示の教示によれば、加熱形成ダイセット１０の構成は、正確な方式で制御されるダイ表面上の各点で急冷する速度を可能にする。このことは、オースチナイトからマルテンサイトへの転移を実現している間に、比較的短い全体サイクル時間を用いることを可能にするので、大量生産の場合に特に好都合である。実験およびシミュレーションにおいて、加熱形成ダイセット１０の閉鎖から約５秒以内にオースチナイトからマルテンサイトへの転移を得ることが可能であることと、状況によっては、加熱形成ダイセット１０の閉鎖から約２〜約４秒以内にオースチナイトからマルテンサイトへの転移を得ることが可能であることが分かっている。
【００１６】
図２および図３を参照すると、第１の例示的な加熱形成ダイセット１０ａが、下部ダイ１２ａおよび上部ダイ１４ａを含むことが示されている。上部ダイ１４ａは、下部ダイ１２ａと実質的に類似の方式で形成されることができ、したがって、下部ダイ１２ａのみが本明細書において詳細に説明される。
【００１７】
下部ダイ１２ａは、ダイ表面（たとえば、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’）を形成するように協働することができるダイベース１００と、マニフォルドベース１０２と、１つ以上のダイ構造（たとえば、ダイ構造１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃ）と、を含むことができる。ダイベース１００は、ダイの残りを正確に取り付けるための手段の提供、ダイを打ち抜きプレスに取り付けるための手段の提供、ダイおよび嵌合ダイが共に閉鎖している場合の、ダイに対して嵌合ダイ（すなわち、上部ダイ１４）を案内するための手段の提供などの１つ以上の従来の機能および周知の機能を実現することができるプラットホームまたはベースである。本明細書において他に注記がない限り、ダイベース１００は、その構成において従来通りであってもよく、したがって、本明細書においてさらに詳細に説明される必要はない。
【００１８】
図４および図５を参照すると、マニフォルドベース１０２は、適切な工具鋼から形成される厚板状の部材であってもよい。マニフォルドベース１０２は、第１の取り付け表面１１０、第２の取り付け表面１１２、入力マニフォルド１１４および出力マニフォルド１１６を含むことができる。第１の取り付け表面１１０は、ダイベース１００（図２）に取り付けられるように構成され、ダイベース１００（図２）に対してマニフォルドベース１０２を位置決めするために用いられることができるスロット１１８などの１つ以上の位置決め機構を含むことができる。本実施例において、キー部材１２０（図２）は、スロット１１８の中に収容され、ダイベース１００（図２）の関連する表面において形成される嵌合スロット１２２（図２）と係合する。第２の取り付け表面１１２は、第１の取り付け表面１１０に対向していてもよく、スロット１２６などの１つ以上の位置決め機構と、以下に詳細に説明する封止部材１３０を収容するための１つ以上の封止溝１２８と、を含むことができる。スロット１２６は、マニフォルドベース１０２に対してダイ構造（たとえば、ダイ構造１０４ａ）を位置決めするために用いられることができる。本実施例において、キー部材１３２は、スロット１２６に収容され、ダイ構造１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃに形成される対応するスロット（図示せず）と係合する。
【００１９】
入力マニフォルド１１４は、マニフォルドベース１０２の第１の横側でマニフォルドベース１０２を通って長手方向に延在することができる比較的大きい直径ボア１４０と、第２の取り付け表面１１２を通ってボア１４０から延在することができる複数の入力開口部１４２と、を備えることができる。本実施例において、２つの供給開口部１４４は、第１の取り付け表面１１０を通って形成され、ボア１４０と交差する。供給開口部１４４は、冷却流体源３８（図１）に流体接続において連結するように構成され、そこから加圧冷却流体を収容し、ボア１４０の対向する端部は、流体封止方式（たとえば、パイププラグを介して）でプラグ接続されることができる。したがって、供給開口部１４４に導入される冷却流体がボア１４０の中に流れ込み、入力開口部１４２を通って流れ出ることは十分に認識されよう。
【００２０】
出力マニフォルド１１６は同様に、マニフォルドベース１０２の第２の対向する横側でマニフォルドベース１０２を通って長手方向に延在することができる比較的大きい直径ボア１５０と、第２の取り付け表面１１２を通ってボア１５０から延在することができる複数の出力開口部１５２と、を備えることができる。本実施例において、２つの戻り開口部１５４は、第１の取り付け表面１１０を通って形成され、ボア１５０と交差する。戻り開口部１５４は、冷却流体源３８（図１）に流体接続において連結するように構成され、冷却流体源３８の貯槽（図示せず）に冷却流体を排出し、ボア１５０の対向する端部は、流体封止方式（たとえば、パイププラグを介して）でプラグ接続されることができる。したがって、出力開口部１５２を通ってボア１５０の中に収容される冷却流体が、戻り開口部１５４を通ってマニフォルドベース１０２から流れ出ることは十分に認識されよう。
【００２１】
図２に戻ると、本実施例の下部ダイ１２ａは、１対のダイ表面２０ａおよび２０ａ’を合わせて形成する３つの個別のダイ構造１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃを用いる。３つの個別の構造は、この実施例において、必要に応じて下部ダイ１２ａの一部を置換および／または供給することを可能にするように用いられてきた。このような方式での下部ダイ１２ａの構成は、ダイの効率的かつ廉価な保守点検を容易にすることができるが、ダイがより多いダイ構造またはより少ないダイ構造（たとえば、１つのダイ構造）を用いてもよいことを、当業者は認識するであろう。「ダイ表面」という用語は、ホットスタンプ構成部品３６（図１）の一部分を形成するダイ（たとえば、下部ダイ１２ａ）の表面の部分を識別するために、本明細書において用いられる。したがって、「ダイ表面」がダイ構造の関連する外面と同一の広がりを持つ必要はなく、２つ以上のダイ表面が、本開示の教示によって構成されるダイ構造に組み込まれる場合には、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’のいずれかの部分を形成しない空間１６０が、ダイ表面２０ａと２０ａ’との間に設けられることができることはこの開示から認識されよう。
【００２２】
図２および図６〜図８を参照すると、ダイ構造１０４ａの構成が示されている。残りのダイ構造１０４ｂおよび１０４ｃの構成は、実質的に類似であってもよく、したがって、ダイ構造１０４ａの構造の説明は、残りのダイ構造１０４ｂおよび１０４ｃの説明に十分であることは十分に認識されよう。ダイ構造１０４ａは、キャップ２００（図７および図８）、１つ以上の端部部材またはシームブロック２０２（図６および図７）およびキャップインサート２０４（図６および図８）を含むことができる。キャップ２００、シームブロック２０２およびキャップインサート２０４は、入力開口部１４２およびｔｈｅ  出力開口部１５２への流体接続において連結されることができる複数の冷却チャネル２１０を画定するために協働することができる。
【００２３】
図７および図８を特に参照すると、キャップ２００は、ＤＩＥＶＡＲ（登録商標）、または市販のＨ−１１またはＨ−１３などの工具鋼から形成されることができ、キャップ壁２２０およびフランジ２２２を含むことができるシェル状の構造であってもよい。キャップ壁２２０は、外面２２４を含み、ダイ表面２０ａ（図２）および２０ａ’（図２）のそれぞれの部分を画定することができる外面２２４と、所望の量だけ外面２２４から離隔されることができる内面２２６とを含む。キャップ壁２２０は、比較的一様な厚さを有するものとして示されているが、キャップ壁２２０の任意の所与の部分の厚さは適宜選択されてもよいことは、十分に認識されよう。本実施例において、ダイ構造１０４ａ（図２）が１つの他のダイ構造（すなわち、図２におけるダイ構造１０４ｂ）と当接しているため、フランジ２２２はキャップ壁２２０の３つの側面上に延在する。対照的に、ダイ構造１０４ｂ（図２）のフランジ構造２２０’（図２）は、２つのダイ構造（すなわち、図２におけるダイ構造１０４ａおよび１０４ｃ）と当接し、したがって、ダイ構造１０４ｂ（図２）の２つの対向する横側面からのみ延在する。したがって、ダイ構造１０４ｂ（図２）は、２つの個別のシームブロック２０２を用いる。フランジ２２２は、マニフォルドベース１０２において形成される関連する封止溝１２８を覆うように構成されることができ、たとえば、マニフォルドベース１０２における貫通孔と螺合されることができるネジ固着具（図示せず）によって、フランジ２２２をマニフォルドベース１０２に固定するが開放可能に固着するために用いられることができる複数の貫通孔２３０を含むことができる。
【００２４】
図６〜図８を特に参照すると、シームブロック２０２およびキャップインサート２０４はキャップ壁２２０を支持し、上述したように、入力開口部１４２を出力開口部１５２に流体的に連結することができる複数の冷却チャネル２１０を形成するために、キャップ壁２２０と協働するように構成されている。シームブロック２０２およびキャップインサート２０４はそれぞれ、入力開口部１４２および出力開口部１５２にそれぞれ位置合わせされることができる第１の開口部２４０および第２の開口部２４２を含み、そこを通過する冷却流体の流れを容易にしている。１つのダイ構造が全体的なダイ表面を形成するために用いられる状況においては、シームブロックは必要ではない（すなわち、フランジ２２２は、キャップ壁２２０の周囲に完全に延在することが可能であり、フランジ２２２は、キャップ壁２２０の全体的な周囲を支持することが可能である）ことは、十分に認識されよう。しかし、本実施例において、ダイ構造１０４ａ（図２）によって画定されるダイ表面２０ａおよび２０ａ’の部分は、キャップ壁２２０の支持されていない縁２４４（図２）（すなわち、フランジ２２によって支持されていないキャップ壁２２０の部分）まで延在し、したがって、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’のこの部分は、制御された方式で冷却されて支持されなければならない。フランジ２２２が、この領域で延在するように形成される場合には、フランジ２２２は、キャップ壁２２０の縁２４４を支持するが、本開示の教示によれば、この領域における冷却チャネル２１０の構成を可能にはしないことになる。
【００２５】
キャップインサート２０４がシームブロック２０２よりも縁２４４（図２）を支持するために用いられる場合には、縁２４４をキャップインサート２０４に連結することが望ましい。ネジ固着具（図示せず）は、状況によっては縁２４４付近でキャップ壁２２０に形成されるめくらネジ孔（図示せず）と螺合するために用いられることが可能であるが、すべての状況において、キャップ壁２２０は、ネジ固着具を収容するためにめくらネジ孔を含むほど十分に厚いわけではない。あるいは、キャップインサート２０４は、スルー溶接のように、キャップ壁２２０に実質的に永久に連結されることが可能である。キャップ２００が十分に摩耗した場合には、キャップ２００およびキャップインサート２０４の両方を交換する必要がある可能性があるため、このような方式での構成はすべての状況において望ましい。
【００２６】
キャップインサート２０４、および用いられる場合にはシームブロック２０２は、それぞれ、マニフォルドベース１０２の第２の取り付け表面１１２に当接して固着することができる第１の表面２６０および２６２と、キャップ壁２２０の内面２２６に当接することができるそれぞれ第２の表面２６４および２６６とを有することができる。キャップインサート２０４およびシームブロック２０２の第２の表面２６４および２６６は、キャップ壁２２０の内面２２６の輪郭に厳密に適合することが望ましく、したがって、表面が所望の程度まで互いに適合するように、内面２２６および／またはキャップインサート２０４およびシームブロック２０２の第２の表面２６４および２６６を「試して（ｔｒｙ  ｏｕｔ）」着座することが通常、必要である。
【００２７】
冷却チャネル２１０は、内面２２６、第２の表面２６４、第２の表面２６６またはそれらの組み合わせに形成されることができる。本実施例において、冷却チャネル２１０は、ボールノーズエンドミル（図示せず）を用いてキャップ壁２２０の内面２２６の中に機械加工される。冷却チャネル２１０は、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’から所定の距離に配置されるように機械加工されることができる。これに関して、各冷却チャネル２１０が、輪郭（冷却チャネル２１０が長手方向断面図においてみられる場合）を有することと、各冷却チャネル２１０の輪郭が一般に冷却チャネル２１０と直に一列に並んだ位置で（冷却チャネル２１０が長手方向断面図においてみられる場合）ダイ表面（すなわち、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’）の輪郭に適合することとは、十分に認識されよう。この開示および添付の特許請求の範囲では、冷却チャネル２１０と冷却チャネル２１０の各関連点に関するダイ表面との間の最小距離間の偏差（すなわち、冷却チャネル２１０が長手方向断面図においてみられる場合、ダイ表面と直に一列に並ぶ各点）が、約０．１５インチ以内、好ましくは約０．０４インチ以内である場合に、冷却チャネル２１０の輪郭はダイ表面の輪郭に適合する。
【００２８】
（たとえば、この実施例では、キャップ壁２２０の内面２２６に）形成される冷却チャネル２１０によって、シームブロック２０２は、キャップ２００に連結して縁２４４を支持することができる。本実施例において、シームブロック２０２は、縁２４４の付近に形成される冷却チャネル２１０の２つを覆う。シームブロック２０２は、キャップ２００（すなわち、キャップ壁２２０およびフランジ２２２）に溶接されて、２つの構成部品を共に固定して連結することができる。本実施例において、この溶接は、縁２４４付近の２つの冷却チャネル２１０に導入される冷却流体が、シームブロック２０２とキャップ２００との間の境界を通って浸透しないような封止を形成する。当業者は、シームブロック２０２がフランジ２２２の「欠けている部分」を形成し、キャップ２００およびシームブロック２０２の組立部品が、キャップインサート２０４を収容することができるキャビティ２７０を形成することを認識するであろう。
【００２９】
キャップインサート２０４は、任意の適切な方式で、マニフォルドベース１０２の第２の取り付け表面１１２に固定するが開放可能に固着することができる。本実施例において、スロットおよびキー（具体的には図示せず）などのロケータは、マニフォルドベース１０２に対して所望の位置にキャップインサート２０４を位置決めするために用いられ、ネジ固着具（具体的には図示せず）は、キャップインサート２０４を通って延在し、マニフォルドベース１０２における対応するネジ開口部（具体的には図示せず）を螺合することができる。キャップ２００およびシームブロック２０２のアセンブリ２７４は、キャップインサート２０４の上に取り付けられることができ、キャップインサート２０４の事前位置決めおよび内面２２６と第２の表面２６４との間の適合に起因するマニフォルドベース１０２に対して所望の位置で、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’の部分を位置決めすることができる。ネジ固着具（具体的には図示せず）は、アセンブリ２７４を通って（すなわち、フランジ２２２、シームブロック２０２およびキャップ壁２２０を通って）延在することができ、マニフォルドベース１０２において形成されるねじ開口部（具体的には図示せず）に螺合することができる。Ｏリングなどの封止部材１３０は、封止溝１２８に収容することができ、封止部材１３０は、マニフォルドベース１０２、フランジ２２２およびシームブロック２０２に封止するように係合することができることは十分に認識されよう。
【００３０】
動作中、冷却流体源３８（図１）からの加圧流体、好ましくは水は、入力マニフォルド１１４に入力され、マニフォルドベース１０２における入力開口部１４２からキャップインサート２０４およびシームブロック２０２の第１の開口部２４０を通り、冷却開口部２１０を通り、キャップインサート２０４およびシームブロック２０２の第２の開口部２４２を通って出力マニフォルド１１６を通り、冷却流体源３８（図１）の貯槽（図示せず）に流れ込む。１つの形態において、冷却流体は、連続的に絶え間なく循環されるが、冷却流体の流れは、所望の方式で制御され、ダイ表面２０ａおよび２０ａ’の冷却をさらに制御できることは十分に認識されよう。
【００３１】
冷却流体源３８（図１）および冷却チャネル２１０の設計、配置および構成は、加熱形成ダイセット１０ａ（図２）が、大量生産に用いられる場合であっても、ホットスタンプ構成部品３６（図１）を比較的急速に急冷することができる範囲まで、下部ダイ１２ａおよび上部ダイ１４ａを冷却することを可能にする。したがって、加熱形成ダイセット１０ａは、毎時１２０ピースまたは１８０ピースなどの量でホットスタンプ構成部品（加工物）を形成し、急冷して冷却し、加工物の全体にわたって、オースチナイトからマルテンサイトへの相転移を達成するために用いられることができる。オースチナイトからマルテンサイトへの相転移は、下部ダイ１２ａおよび上部ダイ１４ａの閉鎖により、約４秒以内またはさらに短い時間で達成されてもよい。重要なことは、加熱形成ダイセット１０ａ（図２）から除去される場合に著しい量のパーライトおよびベイナイトが無いように、ホットスタンプ構成部品３６（図１）は、急冷され、任意に冷却され得ることができる。
【００３２】
当業者は、キャップ２００が適切な熱処理動作において熱処理され、所望の硬度にダイ表面２０ａおよび２０ａ’を硬化させることを認識するであろう。当業者はさらに、キャップ２００の特定の構成が、熱処理動作中に歪みを受けやすいことを認識するであろう。本発明者らの実験において、歪みは、上部ダイ１４ａのキャップアセンブリ２７４’を下部ダイ１２ａのキャップアセンブリ２７４との連結および連結されたキャップアセンブリ２７４、２７４’の熱処理によって制御されることができることを見出した。さらに具体的に言えば、下部ダイ１２ａのキャップ２００は、たとえあったとしても、その関連シームブロック２０２に組み立てられ、対応する上部ダイ１４ａの関連キャップ２００’は、たとえあったとしても、関連シームブロック２０２に組み立てられる。下部ダイ１２ａのアセンブリ２７４（すなわち、キャップおよびシームブロック）が、上部ダイ１４ａのアセンブリ２７４’（すなわち、キャップおよびシームブロック）に連結され、フランジおよびシームブロックを当接することによって形成されるリムを有する中空の構造を形成する。本発明者らの実験においては、当接するフランジの境界および当接するシームブロックの境界に位置する仮付け溶接によって、アセンブリ２７４、２７４’を互いに連結した。熱処理後、仮付け溶接を除去し、個別に熱処理されるアセンブリに比べて、各アセンブリの歪みが著しく小さいことを観察した。
【００３３】
図９を参照すると、第２の例示的な加熱形成ダイセット１０ｂは、下部ダイ１２ｂおよび上部ダイ１４ｂを含むように部分的に示されている。上部ダイ１４ｂは、下部ダイ１２ｂと実質的に類似の方式で形成されることができ、したがって、下部ダイ１２ｂのみ、本明細書において詳細に説明される。
【００３４】
下部ダイ１２ｂは、ダイベース（図示せず）、マニフォルドベース１０２および１つ以上のダイ構造１０４’を含むことができる。ダイベースおよびマニフォルドベース１０２は、上述したものと実質的に同一であってもよい。各ダイ構造１０４’は、ダイ部材３００および複数のフィラプレート３０２（１つだけ図示されている）を含むことができる。ダイ部材３００は、少なくとも１つのダイ表面２０’を少なくとも部分的に画定することができる外面３０６と、マニフォルドベース１０２の第２の取り付け側面１１２に当接されることができる内面３０８と、を有することができる。図１０をさらに参照すると、溝３１０が長手方向断面図において見られる場合、溝３１０の内側端部３１２がダイ表面２０’の輪郭に実質的に適合されるように、冷却スロットまたは冷却溝３１０は、（たとえば、ボールノーズエンドミルを用いて）内面３０８に形成されることができる。フィラプレート３０２は、任意の適切な材料から形成されることができ、溝３１０の満たされていない部分が冷却チャネル２１０’を画定することができるように、関連する溝３１０の部分を満たすように形成されることができる。この実施例において、冷却チャネル２１０’はそれぞれ、入力ポート２４０’および出力ポート２４２’を含み、入力ポート２４０’および出力ポート２４２’は、マニフォルドベース１０２に形成される入力開口部１４２および出力開口部１５２に直に連結される。
【００３５】
フィラプレート３０２は、ワイヤ放電加工マシニング（ｗｉｒｅ  ＥＤＭ’ｉｎｇ）などの任意の所望の方式で形成されることができる。フィラプレート３０２の厚さは、溝３１０の幅に厳密に適合するように選択されることができるが、フィラプレート３０２は、滑り嵌めの態様で溝３１０内に収容されることができることは認識されよう。フィラプレート３０２は、任意の所望の方式で溝３１０に保持されてもよい。１つの形態において、フィラプレート３０２は、ダイ部材３００に仮付け溶接されることができるが、本実施例において、溝３１０からフィラプレート３０２の引き出しを阻止するために、１つ以上の保持バー３３０が、ダイ部材３００に固着されることができる。
【００３６】
ダイ構造３１０は、マニフォルドベース１０２へのキャップアセンブリ（すなわち、キャップ２００およびシームブロック２０２）の連結に関して上述したものと実質的に類似の方式で、マニフォルドベース１０２に連結されることができる。これに関して、ネジ固着具（図示せず）は、ダイ部材３００をマニフォルドベース１０２に固着するために用いられることができ、封止部材１３０は、マニフォルドベース１０２とダイ部材３００との間の境界を通る冷却流体の浸入を抑制するために用いられることができる。
【００３７】
特定の実施例が、本明細書に記載され、図面に図示されているが、種々の変更を行ってもよく、特許請求の範囲に定義されているような本開示の範囲を逸脱することなく、等価物は要素を置き換えてもよいことは、当業者によって理解されよう。さらに、種々の実施例間の特徴、要素および／または機能の混合および適合は、本明細書において明確に検討され、当業者がこの開示から認識するように、上記に特記のない限り、適宜、一実施例の特徴、要素および／または機能を別の実施例に組み込んでもよい。さらに、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の教示に特定の状況または材料を適合させるためにさまざまな修正を加えてもよい。したがって、本開示は、本発明を実行するために現在考えられる最良の形態として図面に図示され本明細書に記載された特定の実施例に限定されるわけではなく、本開示の範囲は前述の説明および添付の特許請求の範囲の範囲内に収まる任意の実施形態を含むことを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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