(57)【要約】【課題】熱間成形され、工具内で硬化される構成部分の製作を簡単化し、かつプロセス速度を高める。【解決手段】プレスの下側の工具（２）を液体浴（５）内に配置し、ＡＣ３を超える温度に加熱された被加工材（７）を液面（５０）上にプレス内に装填し、上側の工具（１）を下側の工具（２）の方向で走行させ、その際、被加工材（７）を下側の工具（２）の方向で液体浴（５）内に沈下させ、被加工材（７）の成形ならびに硬化を、下側の工具（２）への上側の工具（１）の接近時に実施するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ３を超える温度に加熱された鋼から成る被加工材（７）を、成形ジオメトリ（３，４）を有する上下の工具（１，２）を備えたプレス内で成形かつ硬化する方法において、
プレスの下側の工具（２）を液体浴（５）内に配置し、
ＡＣ３を超える温度に加熱された被加工材（７）を液面（５０）上にプレス内に装填し、
上側の工具（１）を下側の工具（２）の方向で走行させ、その際、被加工材（７）を下側の工具（２）の方向で液体浴（５）内に沈下させ、
被加工材（７）の成形ならびに硬化を、下側の工具（２）への上側の工具（１）の接近時に実施する
ことを特徴とする、熱間成形のための方法。
【請求項２】
閉鎖された工具（１，２）内で被加工材（７）を硬化するための保持時間を最小に減じるまたは無にする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
被加工材（７）の冷却の勾配を液面（５０）の高さを介して確定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
液体浴（５０）に変形加工工程のための潤滑剤を添加する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
被加工材（７）のための鋼材料が、重量パーセントで見て：
炭素（Ｃ）            ０．１８％〜０．３％
ケイ素（Ｓｉ）        ０．１％〜０．７％
マンガン（Ｍｎ）      １．０％〜２．５％
リン（Ｐ）            最大０．０２５％
クロム（Ｃｒ）        ０．８％まで
モリブデン（Ｍｏ）    ０．５％まで
硫黄（Ｓ）            最大０．０１％
チタン（Ｔｉ）        ０．０２％〜０．０５％
ホウ素（Ｂ）          ０．００１５％〜０．００５％
アルミニウム（Ａｌ）  ０．０１％〜０．０６％
その他製錬に起因する不純物を含む鉄
から組成される合金から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ＡＣ３を超える温度に加熱された鋼から成る被加工材（７）を成形かつ硬化するためのプレスであって、成形ジオメトリ（３，４）を有する上下の工具（１，２）が設けられている形式のものにおいて、
プレスの下側の工具（２）が液体浴（５）内に存在しており、上側の工具（１）が液面（５０）の上下に走行可能である
ことを特徴とする、熱間成形のためのプレス。
【請求項７】
下側の工具（２）の成形ジオメトリ（４）の部分（４１）だけが液面（５０）下に位置している、請求項６記載のプレス。
【請求項８】
液体浴に変形加工工程のための潤滑剤が添加されている、請求項６または７記載のプレス。
【請求項９】
プレスが少なくとも１つの押しのけエレメント（９０，９１）を装備している、請求項６から８までのいずれか１項記載のプレス。
【請求項１０】
プレスが連続的に作業する、請求項６から９までのいずれか１項記載のプレス。
【請求項１１】
プレスが機械式のプレスである、請求項６から１０までのいずれか１項記載のプレス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＣ３を超える温度に加熱された鋼から成る被加工材を、成形ジオメトリを有する上下の工具を備えたプレス内で成形かつ硬化する方法と、ＡＣ３を超える温度に加熱された鋼から成る被加工材を成形かつ硬化するためのプレスであって、成形ジオメトリを有する上下の工具が設けられている形式のものとに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第２４５２４８６号明細書から公知の、僅かな材料厚さと良好な寸法安定性とを有する鋼薄板をプレス成形かつ硬化する方法では、鋼薄板を、ＡＣ３を超える温度に加熱し、その後５秒未満の間に最終的な形状へと、間接的に冷却される２つの工具の間で本質的な形状変化の下でプレスし、プレス内に留まったまま急冷に処される。その結果、マルテンサイト系かつ／またはベイナイト系の微粒状の組織が達成される。こうして製作された熱間成形部分（Ｗａｒｍｆｏｒｍｔｅｉｌ）は車両構造において、例えばバンパおよびＢピラーのような構造部分および安全部分のために使用される。
【０００３】
現在、熱間成形およびプレス硬化のために、市場で一般的な、この特別な課題のために改変かつ適合されている液圧式のプレスが使用される。既にドイツ連邦共和国特許第２４５２４８６号公報で言及されているように、工具は間接的に冷却される。この目的のために、約５ｍｍ間隔で工具表面下に、所定の構成部分輪郭を有する工具内面に沿って冷却通路が存在している。この冷却通路を通して冷却媒体、一般には水が流動する。高温の構成部分から工具に放出される熱は外部に導出される。冷却通路は工具内に穿孔される。孔の穿設は、特に形状が非直線的であるとき、断片的にのみ実施されることができる。それというのも、穿孔は常に直線的にのみ実施され得るからである。構成部分形状が湾曲しているかつ／または複雑であるとき、工具はそれゆえ多数の個別セグメントに分割され、個別セグメント内には断片的に冷却通路が穿設される。冷却通路はさらに別の穿孔による別の区分と接続されるか、または外部に導出されなければならない。結果的に、間接的に冷却される工具の製作は手間がかかり高価である。加えて、工具内には運転中に繰り返し、応力き裂により惹起される非密性が発生する。この場合、冷却液は冷却通路から流出し、蒸発する。工具はそれゆえ継続的に修理されなければならない。このことにより繰り返し、静止時間が製作中に生じる。
【０００４】
欧州特許出願公開第１１９１１１１号明細書から公知の、フラットな金属構成部分を硬化する方法は、以下の方法ステップ、すなわち、少なくとも１つの金属構成部分を加熱し、構成部分を搬送経路に沿って搬送し、構成部分を下側のプレス装置と上側のプレス装置との間に搬送し、プレス装置の部分が接触するまでプレス装置を相互に接近させ、同時に構成部分がプレス装置内に存在している間、構成部分を冷却液内で冷却し、構成部分をプレス装置から排出かつ搬送するという方法ステップを有している。その際、一方のプレス装置は垂直に、構成部分がその都度保持または排出されるとき、搬送経路を通って運動する。それに加えて、プレス装置が構成部分を保持している間、プレス装置の間の搬送経路ならびにプレス装置および対象物自体が冷却液内に沈下されることが開示されている。欧州特許出願公開第１１９１１１１号明細書はただし、フラットな金属構成部分の材料硬化に取り組んでいるだけで、フラットな金属構成部分は形状変化を受けず、硬化中に歪まないようにクランプされるにすぎない。欧州特許出願公開第１１９１１１１号明細書のプレス装置による形状付与は企図されていない。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６０３６１８号明細書から公知の、鋼の熱処理のための方法および装置では、成形ジョーを有するプレスが使用され、成形ジョーの面内には、同心的なリング溝が穿設されている。リング溝内には、間隔を置いて連続的に、成形ジョーを通して案内された通路が開口している。この通路を通して、冷却液はリング溝内まで、硬化したいクランプされた被加工材との直接的な接触のために案内される。こうして均等な硬化が保証されるはずである。この方法は相対的に長いプロセス時間および手間のかかる工具メンテナンスにより特徴付けられる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許第２４５２４８６号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１１９１１１１号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６０３６１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題はそれゆえ、熱間成形され、工具内で硬化される構成部分の製作を簡単化し、かつプロセス速度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明の方法によれば、プレスの下側の工具を液体浴内に配置し、ＡＣ３を超える温度に加熱された被加工材を液面上にプレス内に装填し、上側の工具を下側の工具の方向で走行させ、その際、被加工材を下側の工具の方向で液体浴内に沈下させ、被加工材の成形ならびに硬化を、下側の工具への上側の工具の接近時に実施するようにした。さらに上記課題を解決した本発明の構成によれば、プレスの下側の工具が液体浴内に存在しており、上側の工具が液面の上下に走行可能であるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＡＣ３を超える温度に加熱された鋼から成る被加工材を、成形ジオメトリを有する上下の工具を備えたプレス内で成形かつ硬化する方法において、プレスの下側の工具が液体浴内に存在することが提案される。ＡＣ３を超える温度に加熱された被加工材は液面上にプレス内に装填される。被加工材はブランクであってもよいし、前成形された構成部分であってもよい。上側の工具は引き続いて下側の工具の方向で走行させられ、その際、被加工材は液体浴内に沈下される。液体浴内には被加工材の焼入れのための冷却液が存在している。液体との接触により、即座に硬化プロセスが開始される。硬化プロセスはただし、被加工材が、工具により予め決められた成形ジオメトリに応じたその最終形状に達して初めて完了される。結果的に、被加工材の成形ならびに硬化は下側の工具への上側の工具の接近時に実施される。
【０００９】
従来、硬化したい被加工材は所定の保持時間にわたって、所望のマルテンサイト構造および必要な構成部分強度が調節されるまで、閉鎖されたプレス内に留まらなければならなかった。本発明による方法は必要な保持時間を著しく減じるので、この方法のために適した構成部分の、機械式のプレス下での連続的な製作が可能となる。被加工材に対する上側の工具の最初の接触により、硬化プロセスは開始される。被加工材は形状変化の増加と共に液体内に沈下され、同時に硬化プロセスは急速に加速される。しかしながら、構成部分の形状変化抵抗はなお、両工具間で成形ジオメトリに応じて深絞りするために十分小さい。理想的には、硬化は深絞り工程と同時に完了されている。その結果、プレスは下側の死点で即座に再度開放されることができる。
【００１０】
冷却の勾配、つまり被加工材の冷却速度は、液体の特性、変形加工速度および特に液面の高さを介して調節される。被加工材が液体を通るより短い経路を辿るか、または被加工材が液体をより迅速に通過すると、より高い変形加工度が達成可能である。どの被加工材が本発明による方法で深絞りかつ硬化され得るかは、被加工材のジオメトリならびに材料に依存している。材料が過度に迅速に硬化するかつ／または形状変化が過度に複雑であると、被加工材は深絞り工程中に裂断し得る。
【００１１】
冷却液として例えば水が適している。本発明による方法では、変形加工プロセスは液体浴への潤滑剤の添加により改善されることができる。潤滑剤添加として、例えばグラファイトか、またはグラファイトフリーの、水と混合可能な型潤滑剤が使用されることができる。そのような潤滑剤は現在既に鍛造部分のために使用されている。潤滑剤により、被加工材の変形加工は助成され、工具摩耗は減じられる。
【００１２】
特別な実施形態では、プレスの下側の工具が部分的にのみ液体浴内に沈下されている。成形ジオメトリの部分は液面上に位置している。場合によっては、成形したい被加工材は直接、成形ジオメトリの、液体から突出した部分上に載置されることができる。深絞り工程中、成形ジオメトリ内に存在する液体成分は押しのけられる。その結果、被加工材は押しのけプロセスによりほぼ完全に液体と接触する。
【００１３】
本発明による方法は特に、重量パーセントで見て：
炭素（Ｃ）            ０．１８％〜０．３％
ケイ素（Ｓｉ）        ０．１％〜０．７％
マンガン（Ｍｎ）      １．０％〜２．５％
リン（Ｐ）            最大０．０２５％
クロム（Ｃｒ）        ０．８％まで
モリブデン（Ｍｏ）    ０．５％まで
硫黄（Ｓ）            最大０．０１％
チタン（Ｔｉ）        ０．０２％〜０．０５％
ホウ素（Ｂ）          ０．００１５％〜０．００５％
アルミニウム（Ａｌ）  ０．０１％〜０．０６％
その他製錬に起因する不純物を含む鉄
から組成される材料の深絞りおよび硬化のために適している。この材料は良好に液体内で硬化され、熱間変形加工および硬化の後、降伏点ＲＰ０．２≧９５０ＭＰａ、引張り強さＲｍ≧１３５０ＭＰａおよび伸びＡ５≧６％を有している。特にこの材料は液体内でも、材料を硬化工程中に深絞りするために十分ゆっくりと硬化する。
【００１４】
実験から、前記材料から成る約９５０℃に加熱された被加工材が本発明による方法により、プレスの下側の死点での１秒よりも短い保持時間で、５００ＨＶ３０を上回る硬化を有しており、十分に成形され得ることが判っている。硬さは、要求されるリミットを上回っている場合には、引き続いてのアニーリングプロセスにより、所望のより低いレベルに安定化されることができる。最終的に、硬さおよび残留伸びは本発明による方法の開始時の被加工材の温度を介して調節されることもできる。重要なことは、本発明による変形加工方法および硬化方法が従来よりも高いサイクル速度で進行することができる点にある。
【００１５】
方法を実施するための本発明によるプレスは、プレスの下側の工具が液体浴内に存在しており、その際、成形ジオメトリが少なくとも部分的に液面下に位置していることにより特徴付けられる。上側の工具は液体の上下に走行可能である。その結果、被加工材はプレスが開放された状態で液面上に装填されることができる。少なくとも下側の工具は、内側の冷却通路、空隙またはこれに類するものをもはや有していなくてよい。プレスの構成次第で、このことは上側の工具にも該当する。特に故障し易く高価な冷却通路に関して、工具は少なくとも部分的にメンテナンスフリーである。工具はさらにより簡単かつより安価に製作される。それというのも手間のかかる技術が省略されるからである。空隙の欠如により、工具の弱化も発生しない。ただし、成形ジオメトリ次第では、工具の閉鎖運動時に、液体を逃がすことができない閉鎖されたキャビティが発生する場合、液体が流出することができるように、孔を一方の工具に穿設することが必要な可能性もある。プレスは必要に応じて、押さえ、先行するポンチ（Ｓｃｈｗｅｒｔ）、ストッパ、エジェクタ等の公知のエレメントを有している。プレスへの被加工材の供給および排出はそれゆえ簡単である。寸法通りの硬化された被加工材を製作することができるサイクル速度は相対的に高い。
【００１６】
以下に本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１にプレス自体は詳細に示されていない。成形ジオメトリ（Ｆｏｒｍｇｅｏｍｅｔｒｉｅ）３，４を有する２つの型半部または工具１，２が見て取れる。下型としての下側の工具２は、適当な冷却および／または潤滑液５で満たされた容器６内に組み付けられている。その際、下側の成形ジオメトリ４は完全に液面５０下に位置している。オーステナイト化された被加工材７、本事例ではブランク（Ｐｌａｔｉｎｅ）７は特別な台架８上で液面５０上に位置している。台架８は可撓性のエレメント９、本事例ではばね９上に支承されている。上型としての上側の工具１の接近時、ブランク７は成形ジオメトリ３により捕捉され、液体５内に沈下される。即座にブランク７の硬化が開始される。台架８は下側の工具２の方向でばね９に対して、両工具１，２が閉鎖され、被加工材７が成形かつ硬化されるまで押圧される。被加工材７はプレスから寸法通りに取り出されることができる。硬化速度と深絞り工程の条件とに関するプロセスパラメータの最適な調節により、プレスは連続的に（ｉｍ  Ｄａｕｅｒｈｕｂ）作業することができる。このことはプロセス全体を加速し、所望されるならば、機械式のプレスの使用を可能にする。
【００１８】
図２では下側の工具２が部分的にのみ液体浴５内に存在している。部分４１は液面５０下に位置しており、別の部分４０は液面５０上に位置している。ブランク７は直接下側の工具２上に載置されている。その際、ブランク７はまだ液体５と接触していない。上側の工具１が下側の工具２の方向で接近すると、ブランク７は空所８０，８１内で深絞りされる。その際、空所８０，８１内に存在する液体５は押しのけられる。その結果、ブランク７は支承面４０においても液体５と接触する。この特別なプレス装置により、図１に示したプレス装置とは異なる硬化度および／または変形加工度が調節されることができる。装置自体は、達成したい被加工材ジオメトリおよび調節したい硬化値に依存している。
【００１９】
図３では、図２に示したプレスが付加的に押しのけエレメント９０，９１を装備している。押しのけエレメント９０，９１はその際、本来の工具１の外側に取り付けられている。上側の工具１が下側の工具２に接近すると、押しのけエレメント９０，９１は、成形したい被加工材７の側方で液体浴５内に沈下する。液体５は押しのけエレメント９０，９１の進入により上側の工具１の方向で押しのけられる。液面５０は上昇する。液面５０の高さ次第で、液体５は工具１，２の接近時に下側の工具２および被加工材７を浸水する。押しのけエレメント９０，９１により、液面５０は付加的に、被加工材７が、所望の硬化度および変形加工度を達成するために、液体５と十分に接触するようにコントロールされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による変形加工装置の概略図である。
【図２】本発明による変形加工装置の特別な実施形態の概略図である。
【図３】押しのけエレメント９０，９１を備えた、図２に示した実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  上側の工具
２  下側の工具
３  上側の成形ジオメトリ
４  下側の成形ジオメトリ
５  液体浴（冷却および／または潤滑液）
６  容器
７  被加工材
８  台架
９  可撓性のエレメント
４０  部分
４１  部分
５０  液面
８０  空所
８１  空所
９０  押しのけエレメント
９１  押しのけエレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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