(57)【要約】【課題】生産コストの増加を招くことなく、製品全体に亘って均一な硬度と強度を確保することができる熱間プレス装置を提供すること。【解決手段】加熱された金属板をダイ１とポンチ２を用いてプレス加工及び焼入れして断面ハット状の製品Ｗを成形する熱間プレス装置において、前記ダイ１と前記ポンチ２の相対向する縦壁部１ａ，２ａの少なくとも一方を曲面とする。例えば、前記ポンチ２の縦壁部２ａを凸曲面とする。又は、前記ダイの縦壁部１ａを凸曲面とする。或いは、前記ダイ１と前記ポンチ２の各縦壁部１ａ，２ａを波形曲面とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された金属板をダイとポンチを用いてプレス加工及び焼入れして断面ハット状の製品を成形する熱間プレス装置において、
前記ポンチと前記ダイの相対向する縦壁部の少なくとも一方を曲面としたことを特徴とする熱間プレス装置。
【請求項２】
前記ポンチの縦壁部を凸曲面としたことを特徴とする請求項１記載の熱間プレス装置。
【請求項３】
前記ダイの縦壁部を凸曲面としたことを特徴とする請求項１記載の熱間プレス装置。
【請求項４】
前記ポンチと前記ダイの各縦壁部を波形曲面としたことを特徴とする請求項１記載の熱間プレス装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載された熱間プレス装置により製造された、縦壁部に部分的な硬度低下のない熱間プレス製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱された金属板をダイとポンチを用いてプレス加工及び焼入れして断面ハット状の製品を得る熱間プレス装置とこのプレス装置によって製造される熱間プレス製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の軽量化を図るために車体フレームには高張力鋼板が使用されているが、更なる軽量化のために熱間プレス加工による焼き入れによって硬度と強度を更に高めることが行われている。
【０００３】
熱間プレス加工による焼き入れは、鋼板を１０００℃近傍のオーステナイト域まで加熱してこれをプレス成形型に投入し、８００℃程度の鋼板を所望の形状に成形すると同時に急冷してマルテンサイト変態させてプレス成形品を硬化させる方法であって、これによれば例えば引張強さ１４７０ＭＰａ、硬度（ビッカース硬度）Ｈｖが約４４０程度の高強度鋼板のプレス成形品が得られる。
【０００４】
ところで、熱間プレス加工に関して、特許文献１には、質量％でＣ：０．０５％〜０．５５％、Ｍｎ：０．１％〜３％以下の化学成分を有する鋼板をダイとポンチで挟んで密着させ（具体的には、ポンチの鋼板に接触する部分がポンチの進行方向ベクトルとポンチ表面の法線ベクトルとの内積が正となるようにする）、その接触による熱伝達によって鋼板を急冷して焼き入れる技術が提案されている。
【０００５】
又、特許文献２には、金型と金属板との隙間に冷媒を直接流して金属板を冷却し、金属板の硬度を焼き入れによって高める技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７１０１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図１４の断面図に示すように、加熱された金属板をダイ１０１ポンチ１０２を用いた熱間プレス成形によって図１５の斜視図に示すような断面ハット状の製品Ｗ’を得る場合、ダイ１０１とポンチ１０２の左右の縦壁部１０１ａ，１０２ａは平坦な平面であるため、ダイ１０１とポンチ１０２間のクリアランスが板厚より大きかったりバラツキがあった場合、製品Ｗ’（金属板）にはその表裏の何れもがダイ１０１とポンチ１０２の縦壁部１０１ａ，１０２ａに接触しない部分（図１４の領域Ｓ’）が生じ、この非接触領域Ｓ’では十分な冷却速度が得られないために硬度が他の部分よりも低下する。このため、製品Ｗ’の全体に亘って均一で高い硬度と強度が得られないという問題がある。この問題は、製品Ｗ’が深くて縦壁部の傾斜が急である場合に顕著に現れる。
【０００８】
又、特許文献２において提案された技術によれば、金属板が冷媒によって均一に冷却されるために上記問題が発生しにくく、製品全体に亘って略均一な硬度と強度が得られるが、生産コストが増加するという問題がある。
【０００９】
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、生産コストの増加を招くことなく、製品全体に亘って均一な硬度と強度を確保することができる熱間プレス装置及びこの熱間プレス装置によって製造される、縦壁部に部分的な硬度低下のない熱間プレス製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、加熱された金属板をダイとポンチを用いてプレス加工及び焼入れして断面ハット状の製品を成形する熱間プレス装置において、前記ポンチと前記ダイの相対向する縦壁部の少なくとも一方を曲面としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ポンチの縦壁部を凸曲面としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ダイの縦壁部を凸曲面としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ポンチと前記ダイの各縦壁部を波形曲面としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の熱間プレス製品は、請求項１〜４の何れかに記載の熱間プレス装置によって製造された、縦壁部に硬度低下のない製品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンチとダイの相対向する縦壁部の少なくとも一方を曲面（凸曲面又は波形曲面）としたため、ポンチとダイ間のクリアランスが大きくても、又、多少のバラツキがあっても、金属板（製品）の表裏の少なくとも一方がポンチとダイの縦壁部に接触する範囲を広げることができ、その接触部において金属板（製品）の熱がポンチとダイによって奪われ、その部分も含めて金属板（製品）全体が急冷されてマルテンサイト変態するため、製品の部分的な硬度低下が発生せず、生産コストの増加を招くことなく、製品全体に亘って均一な硬度と強度を確保することができる。そして、このような効果はポンチとダイ間のクリアランスが大きくても、又、多少のバラツキがあっても得られるため、ポンチとダイ間のクリアランス管理を厳密に行う必要がなくなり、金型費を低く抑えつつ、製品に安定した強度品質を確保することができる。尚、金属板（製品）の表裏がポンチとダイの何れにも接触しない範囲が部分的に生じてもその範囲が狭ければ、その部分の熱は金属板（製品）内の熱伝導によりポンチとダイに奪われるため、非接触部分も急冷されて焼きが入るために製品に部分的な硬度低下が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱間プレス装置要部の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図である。
【図３】（ａ）は本実施例に供された金属板の平面図、（ｂ）は同金属板の側面図である。
【図４】（ａ）は測定に供された製品の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ部拡大詳細図である。
【図５】金属板の各種条件下での温度変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１及び従来の熱間プレス装置によって成形された製品の各種条件下での左側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１及び従来の熱間プレス装置によって成形された製品の各種条件下での右側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１及び従来の熱間プレス装置によって成形された製品の各種条件下での左側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１及び従来の熱間プレス装置によって成形された製品の各種条件下での右側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る熱間プレス装置要部の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る熱間プレス装置要部の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図である。
【図１４】従来の熱間プレス装置要部の断面図である。
【図１５】従来の熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る熱間プレス装置要部の断面図、図２は同熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図である。
【００１９】
図１に示す熱間プレス装置は、上型であるダイ１と下型であるポンチ２による熱間プレス成形によって図２に示すような断面ハット状の製品Ｗを成形するものであって、ポンチ２には製品の内側形状に沿った断面略台形の凸部２Ａが突設され、ダイ１にはポンチ２の凸部２Ａが入り込むための凹部１Ａが形成されている。そして、ダイ１の凹部１Ａの周囲とポンチ２の凸部２Ａの周囲には複数の水管３が図１の垂直方向に挿通している。
【００２０】
而して、本実施の形態に係る熱間プレス装置においては、ポンチ２の凸部２Ａの左右外面である縦壁部２ａは外側に膨らむ凸曲面とされ、ダイ１の凹部１Ａの左右内面である縦壁部１ａは外側に膨らむ凹曲面とされている。
【００２１】
以上のように構成された熱間プレス装置による熱間プレス成形においては、焼入れが可能なＡｃ３点以上の９００℃〜９５０℃のオーステナイト域まで加熱された鋼板が熱間プレス装置のダイ１とポンチ２の間に投入された後、鋼板がダイ１とポンチ２によってプレス加工及び焼入れされる。このように高い温度域で軟化した鋼板をプレス成形することによって精度の高い加工が可能となり、図２に示すように断面ハット状の製品Ｗを得ることができる。又、製品Ｗはダイ１とパンチ２及び両者に通された複数の水管３を流れる冷却水によって急冷されるためにマルテンサイト変態し、焼き入れによって硬化する。
【００２２】
而して、本実施の形態では、前述のようにポンチ２の凸部２Ａの左右外面である縦壁部２ａを外側に膨らむ凸曲面としたため、ダイ１とポンチ２間のクリアランスが大きくても、又、多少のバラツキがあっても、図１に示すように例えば製品Ｗ（鋼板）の内面がポンチ２の縦壁部２ａに図示の広い範囲Ｒに亘って接触する。このため、製品Ｗ（鋼板）は広い接触範囲Ｒから抜熱され、急冷されることによってマルテンサイト変態し、この結果、製品Ｗの部分的な硬度低下が発生せず、ポンチ２の縦壁部２ａの形状を変更するだけの簡単な構成で、生産コストの増加を招くことなく、製品Ｗの全体に亘って均一な硬度と強度を確保することができる。そして、このような効果はダイ１とポンチ２間のクリアランスが大きくても、又、多少のバラツキがあっても得られるため、ダイ１とポンチ２間のクリアランス管理を厳密に行う必要がなくなり、金型費を低く抑えつつ、製品Ｗに安定した強度品質を確保することができる。
【００２３】
ところで、図１に示す例では、製品Ｗ（鋼板）は図示の僅かな領域Ｓにおいてダイ１とポンチ２の何れにも接触していないが、その範囲が狭いため、この非接触領域Ｓの熱は製品Ｗ（金属板）内の熱伝導によりポンチ２とダイ１に奪われるため、非接触領域Ｓも急冷されて焼きが入り、この結果、製品Ｗに部分的な硬度低下が発生しない。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００２５】
本実施例では、本発明の前記効果を確認するために従来と本発明に係る熱間プレス装置を用いて種々の条件下で成形された製品について硬度と板厚減少率を測定したが、その測定条件と測定結果について以下に説明する。
【００２６】
図３（ａ）は本実施例に供された鋼板の平面図、図３（ｂ）は同鋼板の側面図、図４（ａ）は測定に供された製品の縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ部拡大詳細図であり、測定には図３に示す長さ２３５ｍｍ、幅４５ｍｍ、厚さ１．８ｍｍの鋼板Ｗ１が使用された。  そして、図３に示す鋼板Ｗ１を図１に示す熱間プレス装置を用いて熱間プレス加工することによって図４に示すような断面ハット状の製品Ｗを得た。この製品Ｗの縦壁部Ｗａの高さは７０ｍｍであり、その縦壁部Ｗａの中央高さ位置の温度を測定するため、図３（ａ）に示すように、鋼板Ｗ１の長手方向中央から６０ｍｍの位置に直径φ１ｍｍの熱電対を埋め込んだ。尚、比較のために図３に示す鋼板Ｗ１を図１４に示す従来の熱間プレス装置を用いて図１５に示すような断面ハット状の製品Ｗ’を得た。
【００２７】
ここで、熱間プレスの加工条件を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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又、加工条件Ａ〜Ｆを表２に示す。
【００２９】
【表２】
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尚、表２に示す「最大突出量」は、図４に２点鎖線にて示す基本形状（図１４の従来形状）に対する製品Ｗの縦壁部Ｗａの最大突出量であり、「縦壁Ｒ」は、製品Ｗの縦壁部Ｗａの曲率半径である。
【００３０】
表２に示す条件Ｄ，Ｅ，Ｆ（ダイとポンチのクラアランス：２．８ｍｍ）における鋼板の温度変化を図５に（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）としてそれぞれ示すが、図５に示す結果から製品の縦壁部の最大突出量が大きい（縦壁Ｒが小さい）ほど冷却速度が速くなることが分かるが、これは材料がポンチに押し付けられる力（接触面圧）が増加するためであると考えられる。尚、図５には表２に示す条件Ａ，Ｂ，Ｃ（ダイとポンチのクラアランス：２．４ｍｍ）における鋼板の温度変化は示されていないが、条件Ｄ，Ｅ，Ｆと同様の傾向があり、ダイとポンチのクラアランスが板厚よりも大きい場合、ダイとポンチのクリアランスの冷却速度への影響は殆どないことが確認された。
【００３１】
次に、表２に示す条件Ａ〜Ｆの下に熱間プレス加工されて得られた製品Ｗ（Ｗ’）の縦壁Ｗａ（Ｗａ’）に沿う硬度分布と板厚減少率分布の結果を図６〜図９にそれぞれ示す。尚、硬度と板厚減少率は、図４（ａ）に示すように製品Ｗの縦壁部Ｗａの頂面を基準（０）としてそこから５ｍｍピッチで測定された。
【００３２】
図６は条件Ａ〜Ｃ下で成形された製品の左側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図、図７は条件Ａ〜Ｃ下で成形された製品の右側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図、図８は条件Ｄ〜Ｆ下で成形された製品の左側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図、図９は条件Ｄ〜Ｆ下で成形された製品の右側縦壁部に沿う硬度分布と板厚減少率分布を示す図である。
【００３３】
又、条件Ａ〜Ｆにおけるダイとポンチの各縦壁部間の左右のクリアランスの実測結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
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図６及び図７に示す結果より、ダイとポンチのクリアランスを２．４ｍｍに設定した場合、従来の熱間プレス装置を用いて条件Ａ（最大突出量：０ｍｍ）にて加工された製品Ｗ’の平均硬度（ビッカース硬度、以下同じ）はＨｖ４４９．５、最小硬度はＨｖ３９２．９であり、縦壁部Ｗａ’全体の６４％の範囲で硬度低下が見られる。又、表３に示すように、条件Ａでのダイとポンチのクリアランスの左右差が０．０１ｍｍと非常に小さいにも拘らず、図６と図７に示す結果から左右の最小硬度の差はＨｖ４６と非常に大きいことが分かる。
【００３５】
これに対して本発明に係る熱間プレス装置を用いて条件Ｂ（最大突出量：０．９ｍｍ）にて加工された製品Ｗの平均硬度はＨｖ４６８、最小硬度はＨｖ４５２．５であり、縦壁部Ｗａの全範囲で硬度低下は見られない。又、条件Ｃ（最大突出量：１．８ｍｍ）にて加工された製品Ｗの平均硬度はＨｖ４６４．８、最小硬度はＨｖ４４９．４であり、縦壁部Ｗａの全範囲で硬度低下は見られない。表３に示すように、条件Ｃでのダイとポンチのクリアランスの左右差が０．２４ｍｍと大きいにも拘らず、図６と図７に示す結果から左右の最小硬度の差と平均硬度の差は共にＨｖ１０．５以下とクリアランスの左右差の影響は殆ど見られない。
【００３６】
以上の結果より、本発明のように熱間プレス装置のポンチ２の凸部２Ａの縦壁部２ａを凸曲面とすることによって、製品Ｗの部分的な硬度低下を防ぐことができ、製品Ｗの全体に亘って十分な焼き入れ硬度が得られることが分かる。
【００３７】
他方、図８及び図９に示す結果より、ダイとポンチのクリアランスを２．８ｍｍに設定した場合、従来の熱間プレス装置を用いて条件Ｄ（最大突出量：０ｍｍ）にて加工された製品Ｗ’の平均硬度はＨｖ４４１．４、最小硬度はＨｖ３８８．８であり、縦壁部Ｗａ’全体の６４％の範囲で硬度低下が見られる。又、表３に示すように、条件Ｄでのダイとポンチのクリアランスの左右差が０．０８ｍｍと非常に小さいにも拘らず、図８と図９に示す結果から左右の最小硬度の差は大きいことが分かる。
【００３８】
これに対して本発明に係る熱間プレス装置を用いて条件Ｅ（最大突出量：０．９ｍｍ）にて加工された製品Ｗの平均硬度はＨｖ４４３．８、最小硬度はＨｖ４０２．５となり、縦壁部Ｗａ全体の４３％の範囲で硬度低下が見られる。又、条件Ｆ（最大突出量：１．８ｍｍ）にて加工された製品Ｗの平均硬度はＨｖ４６０．８、最小硬度は４３９．１となり、縦壁部Ｗａの全範囲で硬度低下は見られない。表３に示すように、条件Ｆでのダイとポンチのクリアランスの左右差が０．２４ｍｍと大きいにも拘らず、図８と図９に示す結果から左右の最小硬度の差と平均硬度の差は共にＨｖ１０．５以下とクリアランスの左右差の影響は殆ど見られない。
【００３９】
以上の結果より、本発明のように熱間プレス装置のポンチ２の凸部２Ａの縦壁部２ａを凸曲面とすることによって、製品Ｗの部分的な硬度低下を防ぐことができ、製品Ｗの全体に亘って十分な焼き入れ硬度が得られることが分かる。但し、条件Ｅ（最大突出量：０．９ｍｍ）にて加工された製品Ｗにおいては、ポンチ２側上部での非接触範囲で硬度Ｈｖが低下しているが、条件Ｆ（最大突出量：１．８ｍｍ）のようにポンチ２の縦壁部２ａの最大突出量を大きくして材料の非接触範囲を狭くすると硬度低下は見られない。よって、最大突出量は板厚以上であることが好ましいことが分かる。
【００４０】
又、図６〜図９に示す結果から明らかなように、全条件Ａ〜Ｆにおいて製品Ｗ（Ｗ’）の縦壁部Ｗａ（Ｗａ’）の板厚減少は殆どなく、部分的な硬度低下は板厚減少によるものではないことが分かる。ここで、本実施例では、断面ハット状の製品Ｗはハット状断面が一定で、一方向に連続した製品での例を示したが、必ずしもその必要はなく、例えばハット状断面を有する製品であればハット状断面が一定でなくても良く、又、ハット状断面が曲線的に連続していても良い。
【００４１】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図１０及び図１１に基づいて説明する。
【００４２】
図１０は本発明の実施の形態２に係る熱間プレス装置要部の断面図、図１１は同熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図であり、これらの図においては図１及び図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００４３】
本実施の形態に係る熱間プレス装置においては、図１０に示すように、実施の形態１とは逆にポンチ２の凸部２Ａの左右外面である縦壁部２ａは凹曲面とされ、ダイ１の凹部１Ａの左右内面である縦壁部１ａは凸曲面とされている。
【００４４】
以上のように構成された熱間プレス装置による熱間プレス成形も前記実施の形態１と同様になされ、図１１に示すような断面ハット形の製品Ｗが得られるが、前述のように熱間プレス装置のダイ１の凹部１Ａの縦壁部１ａを凸曲面としたため、ダイ１とパンチ２間のクリアランスが大きくても、又、多少のバラツキがあっても、製品Ｗ（鋼板）がダイ１の縦壁部１ａに広い範囲に亘って接触する。このため、製品Ｗ（鋼板）は広い接触範囲から抜熱されることによって急冷されてマルテンサイト変態し、この結果、製品Ｗの部分的な硬度低下が発生せず、ダイ１の縦壁部１ａの形状を変更するだけの簡単な構成で、生産コストの増加を招くことなく、製品Ｗの全体に亘って均一な硬度と強度を確保することができるという前記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４５】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図１２及び図１３に基づいて説明する。
【００４６】
図１２は本発明の実施の形態３に係る熱間プレス装置要部の断面図、図１３は同熱間プレス装置によって成形された製品の斜視図であり、これらの図においても図１及び図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態に係る熱間プレス装置においては、図１２に示すように、ポンチ２の凸部２Ａの左右外面である縦壁部２ａとダイ１の凹部１Ａの左右内面である縦壁部１ａは共に波形曲面とされている。
【００４８】
以上のように構成された熱間プレス装置による熱間プレス成形も前記実施の形態１と同様になされ、図１３に示すような断面ハット形の製品Ｗが得られるが、前述のようにダイ１の縦壁部１ａとポンチ２の縦壁部２ａを共に波形曲面としたため、ダイ１とパンチ２間のクリアランスが大きくても、又、多少のバラツキがあっても、製品Ｗ（鋼板）がダイ１の縦壁部１ａとポンチ２の縦壁部２ａの少なくとも一方に広い範囲に亘って接触する。このため、製品Ｗ（鋼板）は広い接触範囲から抜熱されて急冷されることによってマルテンサイト変態し、この結果、製品Ｗの部分的な硬度低下が発生せず、ダイ１とポンチ２の各縦壁部１ａ，２ａの形状を変更するだけの簡単な構成で、生産コストの増加を招くことなく、製品Ｗの全体に亘って均一な硬度と強度を確保することができるという前記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、縦壁部は凸と凹１つずつが連続した波形曲面としたが、凸と凹が交互に複数連続した波形曲面としても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１        ダイ
１Ａ      ダイの凹部
１ａ      ダイの縦壁部
２        ポンチ
２Ａ      ポンチの凸部
２ａ      ポンチの縦壁部
３        水管
Ｒ        製品（金属板）の接触領域
Ｓ        製品（金属板）の非接触領域
Ｗ        製品
Ｗａ      製品の縦壁部
Ｗ１      鋼板（金属板）
【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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【図１１】
2011240373.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
2011240373.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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