(57)【要約】【課題】サイクルタイムの短縮化および成形品の精度確保を両立することができる熱間プレス成形方法を提供する。【解決手段】鋼板の平均温度をＡｃ３点以上に加熱し、金型を用いて、平均温度に設定された鋼板にプレス成形を行うとともに、プレス成形中に鋼板の冷却を行う。成形品を金型から取り出し、さらに冷却を行う。このような熱間プレス成形方法では、成形品の取出温度を低くするに従い、成形品の形状変化量ｔが小さくなるが、成形品の取出温度が３２２℃未満であるとき、成形品の精度についてそれ以上の向上を図ることができない。しかも、この場合、冷却のための成形品による金型の占有時間が長い。一方、５１０℃以下であるとき、温度変化に対する形状変化量ｔの変化率が急激に大きくなるから、精度向上を図ることができる。したがって、成形品の取出温度を３２２℃以上５１０℃以下の温度範囲に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の平均温度をＡｃ３点以上に加熱し、
金型を用いて、前記平均温度に設定された前記鋼板にプレス成形を行うとともに、前記プレス成形中に前記鋼板の冷却を行い、
成形品を前記金型から取り出し、
さらに冷却を行う熱間プレス成形方法において、
前記金型からの前記成形品の取出しは、前記成形品の平均温度が３２２℃以上５１０℃以下の温度範囲にあるときに行うことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項２】
前記金型からの取出し時の前記鋼板の平均温度を３６６℃以上に設定することを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項３】
前記金型からの取出し時の前記鋼板の平均温度を４５１℃以下に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の熱間プレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板を加熱した状態で成形を行う熱間プレス成形方法に係り、特に、成形後の金型からの鋼板の取出し技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス成形方法は、たとえば図４に示す金型１００を用いる。金型１００では、図４（Ａ）に示すように、下型１２０の上面にワークＷを載置した後、上型１１０を下型１２０に向けて下降させると、図４（Ｂ）に示すように、上型１１０のパッド１１２がワークＷに当接してそれを押圧することにより、フォーム成形が行われる。
【０００３】
次いで、上型１１０をさらに下降させると、パッド１１２によるワークＷへの当接状態が維持され、上型１１０のトリム部１１１のトリム刃１１５がワークＷに当接して、トリム刃１１５によるワークＷの切断加工が行われるとともに、上型１１０のピアス刃１１４がワークＷに当接して、ピアス刃１１４によるワークＷの切断加工が行われる。なお、符号１１３は、パッド１１２を支持する弾性部材、符号１２１は、下型１２０に設けられたトリム刃、符号１２２は、ワークＷにおけるピアス刃１１４により切断された部分が落下する孔部である。
【０００４】
８００℃以上の高温で加熱された鋼板をワークＷとして用い、金型１００による上記プレス成形を行い、プレス成形後の鋼板を冷却する熱間プレス成形方法は、高強度のプレス成形品を得る方法として有望である。具体的には、鋼板が有する熱の抜熱材（冷媒）としてプレス金型１００を利用することにより、プレス成形と同時に、鋼板組織を加熱時のオーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態させる（いわゆる焼き入れを行う）ことにより、高強度化を図っている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
上記手法では、鋼板の冷却速度が鋼板組成の焼入限界速度以上（２７℃／ｓ）であること、および、焼き入れの完了ために、プレス金型からの取出し直後の成形品の温度を１００〜２００℃まで低下させることが、一般的に必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８８５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような成形品の冷却を行うために、金型を冷却完了まで占有する必要があるから、熱間プレス成形方法は冷間プレス成形方法に比べ、サイクルタイムが長く、生産性が劣る。そこで、サイクルタイムの短縮のために、特許文献１は、成形品を冷却前に取り出し、別工程で焼き入れすることを提案している。ところが、この場合、冷却前にプレス金型から取り出すため、冷却に伴う成形品形状の変形が生じる虞が大きく、成形品の精度確保が困難となる。
【０００８】
したがって、本発明は、サイクルタイムの短縮化および成形品の精度確保を両立することができる熱間プレス成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために熱間プレス成形方法について鋭意検討を行った結果、成形品の精度は、プレス成形後に金型から取り出すときの成形品の温度に依存し、その成形品の精度の温度依存性には臨界点が存在することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明の熱間プレス成形方法は、鋼板の平均温度をＡｃ３点以上に加熱し、金型を用いて、平均温度に設定された鋼板にプレス成形を行うとともに、プレス成形中に鋼板の冷却を行い、成形品を前記金型から取り出し、さらに冷却を行う熱間プレス成形方法であって、金型からの前記成形品の取出しは、成形品の平均温度が３２２℃以上５１０℃以下の温度範囲にあるときに行うことを特徴としている。平均温度とは、成形品の全体に設定した複数部位の温度の平均値のことである。
【００１１】
本発明の熱間プレス成形方法では、金型からの取出し時の成形品の平均温度（以下、取出温度）を低くするに従い、成形品の精度が向上するが、成形品の取出温度が３２２℃未満であるとき、成形品の精度は略一定となり、それ以上の精度向上を図ることができない。しかも、この場合、冷却のための成形品による金型の占有時間が長くなってしまう。一方、５１０℃以下であるとき、温度変化に対する成形品の精度の向上度が急激に大きくなる。
【００１２】
以上のことから、成形品の取出温度を３２２℃以上５１０℃以下に設定することにより、サイクルタイムの短縮化および成形品の精度確保を両立することができる。
【００１３】
本発明の熱間プレス成形方法は種々の構成を用いることができる。温度変化に対する成形品の精度の向上度が最大となるのは、成形品の取出温度が３６６℃以上４５１℃以下の温度範囲内にあるときである。したがって、成形品の取出温度の下限値を３６６℃に設定することがより好適であり、成形品の取出温度の上限値について４５１℃に設定することがより好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱間プレス成形方法によれば、成形品の取出温度を３２２℃以上５１０℃以下に設定することにより、サイクルタイムの短縮化および成形品の精度確保を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る熱間プレス成形方法の各工程におけるワーク（鋼板）の温度と時間との関係を表すグラフである。
【図２】本発明の実施例に係る熱間プレス成形方法で得られた成形品の形状変化量と取出温度との関係を表すグラフである。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例に係る熱間プレス成形方法で得られた成形品の寸法を説明する図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）はプレス成形方法での各工程を表す側断面図である。
【実施例】
【００１６】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、加熱した鋼板に金型内に投入してドロー成形を行い、金型からの取出し時の成形品の平均温度（以下、取出温度）を成形品毎に変えて、各成形品の精度について評価を行った。
【００１７】
図１は、実施例に係る熱間プレス成形方法の各工程におけるワーク（鋼板）の温度と時間との関係の一具体例を表すグラフである。本実施例での温度は、サーモビューアで測定した鋼板の複数点での温度の平均値（平均温度）である。なお、プレス成形中は、鋼板の温度測定ができないため、図１では、プレス成形中の鋼板の温度は、線形的に変化すると予測し、成形開始時および成形完了時の鋼板の温度とから得た。図１には、鋼板の焼き入れ限界のライン（焼き入れ限界速度２７℃／sec）を併記している。
【００１８】
実施例では、鋼板（Ｃ（炭素）の含有量が０．２wt%以上）をワークとして用い、まず、加熱炉内で鋼板を９５０℃に加熱した（加熱工程）。なお、本発明に適する鋼板の材料は、たとえばＣ、あるいは、Ｃとその他の元素を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ系の材料である。この材料は、焼き入れ時の硬度を確保するために、Ｃを０．１５wt%以上含むことが好適であり、この場合、焼き入れ性等のために、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｂが適宜添加されていてもよい。また、上記元素に加えて、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等が適宜添加されていてもよい。
【００１９】
加熱終了後、加熱炉から鋼板を取り出し、加熱状態にある鋼板を金型内に投入した（投入工程）。続いて、金型によるプレス成形を行うとともに、プレス成形中に鋼板の冷却（急冷）を行った（成形工程）。成形工程は、金型を下死点で保持した状態で鋼板を冷却する工程（金型抜熱による型内拘束冷却工程）を含む。この場合、プレス成形中に焼き入れが開始するようにした。
【００２０】
このようなプレス成形では、２種類の形状の金型を用いることにより、図３（Ａ），（Ｂ）に示す断面形状を有する２種類の成形品を得た。図３（Ａ）は、成形高さが低いものの断面形状、図３（Ｂ）は、成形高さが高いものの断面形状を表している。続いて、成形品を金型から取り出して搬出し（搬出工程）、成形品の冷却（急冷）を行った（冷却工程）。
【００２１】
実施例では、金型によるプレス成形中の冷却速度を５０〜１００℃／secの範囲内で設定し、成形品の取出温度（成形完了時の温度）を２５０℃〜６５０℃の範囲内に設定した。なお、図１に示すグラフは、上記温度範囲内で設定した鋼板の一具体例の結果を示しており、その具体例では、鋼板の加熱終了から加熱炉からの取出しまでの時間は１秒間、鋼板の加熱炉からの取出しからプレス成形開始までの時間（投入時間）は２．６秒間、プレス成形時間は５．４秒間、成形完了から冷却開始までの時間（搬出時間）は１．７秒間、冷却時間は２秒間に設定した。プレス成形開始時の鋼板の温度は８５０℃、プレス成形完了時の成形品の温度は３９０℃であった。
【００２２】
冷却工程後の成形品のそれぞれについて、成形品のフランジ部の形状変化量ｔ（実際に得られた形状と正規形状とのフランジ部縁部の高さの差ｔ（図３（Ａ），３（Ｂ）））を測定した。なお、図３（Ａ），３（Ｂ）において、実線で示される形状が正規形状（所望形状）、破線で示される形状（左側部分のみを図示）が実際に得られた形状を示している。なお、図３中の数値は、成形品の断面形状の各部位のサイズ（単位：ｍｍ）および角度を示している。成形高さが高いものおよび低いものについての測定結果を表２および図２に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図２は、表２に示すデータをグラフに表したものである。図２では、曲線ｌは、成形高さが高いものについてのデータの曲線であって、各温度における変化量ｔの最大値についての近似曲線である。曲線ｍは、成形高さが低いものについてのデータの曲線であって、各温度における変化量ｔの最小値についての近似曲線である。このように曲線ｌ，ｍは、成形高さが高いものおよび低いものについてのデータの全てを曲線間に包含するようにして得られたものである。折れ線Ｎは、曲線ｌについての臨界点を強調したイメージラインである。
【００２５】
図２から判るように、金型からの取出し時の成形品の平均温度（以下、取出温度）を低くするに従い、成形品の形状変化量ｔが小さくなるが、成形品の取出温度が３２２℃未満であるとき、形状変化量ｔは略一定となり、成形品の精度についてそれ以上の向上を図ることができないことを確認した。しかも、この場合、冷却のための成形品による金型の占有時間が長くなった。したがって、成形品の取出温度を３２２℃以上に設定する必要があることを確認した（臨界点［１]）。一方、５１０℃以下であるとき、温度変化に対する形状変化量ｔの変化率が急激に大きくなることを確認した。したがって、成形品の取出温度を５１０℃以下に設定する必要があることを確認した（臨界点[４]）。
【００２６】
以上のことから、成形品の取出温度を３２２℃以上５１０℃以下に設定することにより、サイクルタイムの短縮化および成形品の精度確保を両立することができることを確認した。上記温度範囲外では、成形品内部の形状を変形させる力が、材質の変形に対する抵抗カよりも大きくなるため、成形品の精度変化が引き起こされると推察される。これに対して上記温度範囲外では、上記２つの力の関係が逆転して、材質の変形に対する抵抗力が、成形品内部の形状を変形させるカよりも大きくなるので、成形品の精度確保を図ることができたと考えられる。
【００２７】
また、図２から判るように、温度変化に対する成形品の形状変化量ｔの変化率が最大となるのは、成形品の取出温度が３６６℃以上４５１℃以下の温度範囲内にあるときであることを確認した。したがって、上記効果を効率よく得るためには、成形品の取出温度の下限値を３６６℃（臨界点[２]）に設定することがより好適であり、成形品の取出温度の上限値について４５１℃（臨界点[３]）に設定することがより好適であることを確認した。
【符号の説明】
【００２８】
１００…金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011218436.tif 000006
【図４】
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