(57)【要約】  少なくとも以下の方法ステップ：ａ）薄鋼板から成形品を成形するステップと、ｂ）成形品の成形前、成形時または成形後に所要の端縁切断および、場合により、所要の押し抜きないし穴あけが行われるステップと、ｃ）成形品は続いて少なくとも部分領域において、鋼材料のオーステナイト化を可能にする温度に加熱されるステップと、ｄ）加熱された成形品は続いて焼入れ成形型内に移されて、焼入れ成形型内で焼入れ成形型による少なくとも部分領域への接触とプレスとによって冷却されて硬化されるステップと、を包含する、薄鋼板から焼入れ部品を製造する方法であって、ｅ）部品は正の半径部領域において焼入れ成形型によって支持されるとともに、部分領域、少なくとも切断端縁の領域においてひずみなく挟持固定され、部品が挟持されない領域において部品は少なくとも一方の焼入れ半成形型に対して空隙を保って離間させられていることを特徴とする方法。
2008509284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも以下の方法ステップ：
ａ）薄鋼板から成形品を成形するステップと、
ｂ）前記成形品の成形前、成形時または成形後に所要の端縁切断、および場合により、所要の押し抜きないし穴あけが行われるステップと、
ｃ）前記成形品は続いて少なくとも部分領域において、鋼材料のオーステナイト化を可能にする温度に加熱されるステップと、
ｄ）前記加熱された成形品は続いて焼入れ成形型内に移されて、前記焼入れ成形型内で焼入れ成形が実施されて、焼入れ成形型による少なくとも部分領域への接触とプレスとによって冷却されて硬化されるステップと、
を包含する、薄鋼板から焼入れ部品を製造する方法であって、
ｅ）前記部品は正の半径部領域において焼入れ成形型によって支持されるとともに、部分領域、少なくとも切断端縁の領域においてひずみなく挟持固定され、前記部品が挟持されない領域において前記部品は少なくとも一方の焼入れ半成形型に対して空隙を保って離間させられていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記部品はさらに曲折領域つまり２本の空間軸が正の半径部を形成する領域において、前記曲折領域が特に０．５〜３０ｍｍの比較的小さい半径を形成する場合に、挟持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部品は一定の領域においてその面全体にわたってかつ／またはその長さ全体にわたって挟持されて、より高い冷却速度および／または応力の解消が達成されかつ／またはひずみが回避されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記部品は切断端縁に加えて、面の一部または面全体にわたって、前記焼入れ半成形型に設けられた点状に分布したパターンおよび／または面状パターン例えば対応するリブによる菱形または格子網パターンで挟持されて、ひずみなく固定保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
パターンによる面全体におよぶ挟持を実現するため、前記焼入れ半成形型にリブおよび／または嵌め込み挟持線ないし嵌め込み挟持リブとして設けられた対応する線状パターンおよび／または点状に分布したパターンが使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記焼入れ成形型は挟持された領域以外で前記部品が自由収縮し得るように形成され、これによって前記部品は少なくとも正の半径部領域において前記焼入れ成形型に密接することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に方法。
【請求項７】
前記部品は正の半径部領域においてのみ支持されるとともに、切断端縁の領域においてひずみなく挟持され、その他の領域において前記焼入れ半成形型は隙間を保って加工物から離間していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記部品は３本の空間軸のすべての方向において、最終ジオメトリよりも約０．９５％〜０．４％だけ小さく、特に０．８％だけ小さく成形されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記部品は冷間状態で成形された後にオーステナイト化温度、特に例えば９００℃以上に加熱され、所望のオーステナイト化が完了するまでこの温度に保たれることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記部品の加熱はオーステナイト化によって生じる組織変化に起因する材料の長さ変化が完了するようにして行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
オーステナイト化によって生ずる非線形熱膨張は加工物が前記焼入れ成形型に嵌装される前に完了していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記部品は挟持後に正の半径部で支持されて前記焼入れ成形型内で収縮し、これによって前記部品は対応する領域において前記焼入れ成形型に密接し、こうして前記部品は収縮によって正の半径部の形状を帯び、その際、冷間状態での成形時の不精度が補正されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記部品ないし加工物は少なくともオーステナイト−マルテンサイト−変態が完了するまで前記焼入れ成形型内に留置されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記部品は加熱されて、熱間状態で、特に前記焼入れ成形型が閉じられた状態で、目標ジオメトリよりも約０．１％〜０．４％だけ、特に０．２％だけ増寸していることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
先ずいわゆる成形用ブランクが前記薄鋼板から切断され、前記成形用ブランクは続いて成形、特に深絞りされ、続いて不要部が切り落され、該裁断時に前記不要部は好ましくは１切断操作で切り落されるが、前記部品を前記焼入れ半成形型の部品リフタに載置し得るようにするタブは前記部品に付されたままとされて前記焼入れ成形型内で共に焼入れされ、その際、前記タブと加工物との隣接領域に切り欠きがつくられ、加工物を型抜きする前に前記タブは折り曲げて折り取られることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記空隙（１４）は少なくとも０．０２ｍｍ、好ましくは０．１〜２．５ｍｍまたはそれ以上の幅に調整されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
焼入れの間、前記空隙にガスが流されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
加工物は前記焼入れ成形型からの型抜き時に最終ジオメトリに均等にスプリングバックすることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
加工物が挟持されて保持される領域において、挟持された領域内で熱間状態において切断操作、特に薄鋼板の穴あけまたは押し抜きまたは外側輪郭の一部または全体の切り離しが実施されることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
焼入れ成形時に熱間成形が行われて、先の冷間成形時に形成されたフランジ（３１）または所望の新たなフランジまたは折り曲げは前記焼入れ成形金型に配置されたスライダ（３３）によって反対側に折り曲げられ、または新たに形成され、または加工物を収容する前記焼入れ半成形型（３）に圧接され、同所で切断端縁は挟持保持されることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に方法。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法を実施するための成形型であって、
前記焼入れ成形型（１）は少なくとも１つの焼入れ成形上型（２）と１つの焼入れ成形下型（３）とを有し、それぞれの半成形型は加工物の丸み付け部（１０，１１，１２，１３）の領域で正の半径部を形成し、これらの正の半径部に対向して空隙（１４）が存在し、加工物が挟持される領域とくに切断端縁（１５）の領域において前記半成形型（２，３）には前記空隙（１４）に隣接して突出部またはリブ（１６）が形成されて、加工物（４）の対応する領域は同所でひずみなく挟持されることを特徴とする成形型。
【請求項２２】
前記成形型は正の半径部を形成するために単にもっぱら前記丸み付け部の領域に円弧状の張出しを有し、前記加工物のその他の領域には前記空隙（１４）が存在することを特徴とする請求項２１に記載の成形型。
【請求項２３】
側面領域または挟持方向がプレスの動作方向に一致していない領域において、前記成形型への前記加工物の嵌装が妨げられないようにして、あるいは前記加工物が一定の領域において過度に早く前記成形型と接触しないようにして、確実な挟持が実現されるようにするため、好ましくは成形型を閉じる際に対向する半成形型（２，３）に当接するかまたは互いに当接されて、例えば側面領域に設けられた穴を挟持する１つまたは複数のスライダ（１７，１８）が一方の半成形型（２，３）または対向する双方の半成形型（２，３）に設けられていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の成形型。
【請求項２４】
前記加工物に付されているタブを折り取るために、縦方向端縁（１５）の領域において前記タブ（２０）が突き出ている箇所に、前記加工物の切断端縁への前記タブの隣接領域に切り欠きを印刻する切り欠きツール（２１）が設けられていることを特徴とする請求項２１から２３のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項２５】
切り欠きツール（２１）に対向してばね式の押さえ（２２）が設けられ、さらに、前記押さえ（２２）に対向して部品リフタ（２４）が配置され、前記部品リフタ（２４）はタブ（２０）が載置される支持突起（２５）を有することを特徴とする請求項２１から２４のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項２６】
部品リフタ（２４）と押さえ（２２）とは切り欠きツール（２１）に対向して配置され、さらに、前記加工物（４）を間にして部品リフタ（２４）に対向して、前記部品リフタ（２４）に向かって前進・後退運動し得る折り取りツール（２６）が対向する前記半成形型（２，３）に設けられ、該折り取りツールにはタブに当接する側方突起（２７）が形成されていることを特徴とする請求項２１から２５のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項２７】
前記空隙（１４）は０．０２ｍｍ以上の幅を有することを特徴とする請求項２１から２６のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項２８】
前記空隙（１４）は０．１〜２．５ｍｍまたはそれ以上の幅を有することを特徴とする請求項２１から２７のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項２９】
前記加工物がひずみなく挟持される領域に切断装置および／または押し抜き装置が設けられ、当該挟持領域に切断装置および／または押し抜き装置用ならびに切断型および／またはパンチ型用の刳り貫きが設けられていることを特徴とする請求項２１から２７のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項３０】
輪郭または輪郭の一部の熱間切断用に挟持領域に隣接してその外部に切断ツールが設けられていることを特徴とする請求項２１から２９のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項３１】
嵌装された前記加工物に付されているフランジ（３１）の領域に形成された、または新たなフランジまたは折り曲げをつくるために形成されたスライダ（３３）が前記成形型（１，２，３）に配置され、該スライダは前記フランジ（３１）または折り曲げを対向する前記半成形型（３）に押し付けて反対側に曲げ、その後に前記加工物（２９）の切断端縁（３０）および／または前記フランジ（３１）は前記スライダ（３３）とそれぞれの前記半成形型（２，３）とによって挟持保持されることを特徴とする請求項２１から３０のいずれか一項に記載の成形型。
【請求項３２】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法と、請求項２１から３１のいずれか一項に記載の装置とを用いて製造された焼入れ鋼製部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄鋼板から焼入れ部品を製造するための方法、該方法を実施するための装置、ならびに該方法および装置を用いて薄鋼板から製造された焼入れ鋼製部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車製造分野では車両総重量の軽減、または装備の改善に際して車両総重量を増加させないことに努力が傾注される。これは一定の車両コンポーネントの重量が軽減される場合にのみ実現することができる。この場合、特に車両ボディシェルの重量を従前のものに比べて著しく軽減することが企図される。ただし同時に、安全性とりわけ車内乗員の安全性に対する要件および車両事故発生時の挙動に対する要件は高まっている。ボディ総重量の軽減のために部品点数が減少されるとともに、特に厚さも低減される一方で、重量の軽減されたボディシェルが所定の変形挙動に際して高い強度と剛性を示すことが期待される。
【０００３】
ボディ製造に際して最も多用される素材は鋼である。他の材料を以ってしては、これほど広い分野において極めて多様な材料特性を備えた部品を安価に供することは不可能である。
要件が変化した結果として、高強度にて、高い伸び率とともに改善された冷間加工性も保証されている。さらに、鋼の表示強度範囲も拡大されている。
【０００４】
この場合、自動車製造において特にボディに関する１つの展望をもたらすものは、合金組成に応じて１０００〜２０００ＭＰａの範囲の強度を有する薄鋼板からなる部品である。部品のこうした高い強度を達成するために、薄鋼板から対応するブランクを切り取り、このブランクをオーステナイト化温度以上に加熱し、続いて、該部品をプレス成形し、この成形プロセスの間に同時に材料硬化のために急冷を実施することが知られている。
【０００５】
薄鋼板をオーステナイト化するための強熱中に表面にスケールが形成される。こうしたスケールは成形および冷却後に除去される。これは通例、サンドブラスチング法によって実施される。このスケール除去の前または後に端縁切断および穴あけが実施される。端縁切断および穴あけがサンドブラスチングの前に実施される場合には、切断端縁および穴縁が損なわれる点が短所である。焼入れ後の加工ステップの順序にかかわりなく、サンドブラスチングおよび同等な方法によるスケール除去に際しては、それによって多くの場合部品にひずみが生ずる点が短所である。これらの加工ステップ後に腐食防止膜による部品コーティングが行われる。例えば陰極スパッタ腐食防止膜が被着される。
【０００６】
この場合、焼入れされた部品の後加工は著しくコスト高であるとともに、部品が硬化されているために非常に高い損耗に曝される。さらに、部品コーティングは普通、とりたてて強固な腐食防止を結果するわけではないことも短所である。加えてさらに、腐食防止膜の厚さは均一ではなく、部品の表面全体にわたって変動する。
【０００７】
前記の方法の１変法において、薄鋼板ブランクからなる部品を冷間成形し、続いてオーステナイト化温度に加熱してキャリブレーション金型中で急冷し、キャリブレーション金型により、加熱によってひずみを生じた部品の成形領域を補正することも公知である。続いて前述した後加工が行なわれる。この方法により、前述した方法に比較してより複雑なジオメトリの成形が可能である。というのも、成形と焼入れとが同時に行われる場合には基本的に線形の成形しか実現することができず、より複雑な成形はこの種の成形プロセスでは実現不可能だからである。
【０００８】
英国特許第１  ４９０  ５３５号明細書から焼入れ鋼製部品の製造方法が公知であり、該方法において、硬化性スチールからなる薄鋼板が焼入れ温度に加熱され、続いて、該薄鋼板はそれが所望の最終形状に成形される成形装置中に配置されて成形中に同時に急冷されるため、薄鋼板が成形装置内に留まっている間にマルテンサイトまたはベイナイト構造が得られる。出発材料としては例えばホウ素合金炭素鋼または炭素マンガン鋼が使用される。この明細書によれば、成形は好ましくはプレスであるが、ただしその他の方法を使用することも可能である。成形および冷却は好ましくは微粒のマルテンサイトまたはベイナイト構造が得られるようにして急速に実施されなければならない。
【０００９】
欧州公開第１  ２５３  ２０８号明細書から、プレス金型中で熱間成形されて焼入れされるシートバーからなる焼入れ異形薄鋼板の製造方法が公知である。この場合、異形薄鋼板には、その後の製造操作における異形薄鋼板の見当合わせに使用される、シートバー面から突き出た基準点ないしカラーがつくられる。カラーは成形プロセス時に穴あけされていないシートバー領域から形成されなければならず、その際、基準点は端縁側の印刻の形またはカラーとして異形薄鋼板につくり出される。プレス金型中での熱間成形と焼入れとは金型中での成形と調質とのコンビネーションによる合理的な作業法によって一般に利点を有する。ただし、金型内での異形薄鋼板の挟持と熱応力とにより、部品には前以て正確には決定することのできないひずみが生ずる。これは後続する製造操作に不適な影響を及ぼすことがあるために、異形薄鋼板に基準点がつくられる。
【００１０】
ドイツ公開第１９７  ２３  ６５５号明細書から薄鋼板製品を製造するための方法が公知であり、該方法において、薄鋼板製品はそれが熱い間に一対の冷却金型内で成形されてマルテンサイト構造に硬化されるとともに、引き続き金型内に留置されるため、金型は焼入れの間保持手段として機能する。焼入れ後に加工が行われる領域において、鋼は軟鋼範囲に保持され、その際、これらの領域における急冷とそれによるマルテンサイト構造の形成を妨げるために金型インサートが使用される。同じ効果を金型内の空所によっても達成し得るようにするため、薄鋼板と金型との間に隙間が形成される。この方法は、この場合に生ずるかなりのひずみによって比較的複雑な構造の部品の焼入れプレスには不適である点が短所である。
【００１１】
ドイツ公開第１００  ４９  ６６０号明細書から局部補強された薄鋼板成形品の製造方法が公知であり、該方法において、構造部品の基板はフラットな状態において定まった箇所で補強板と結合され、このいわゆるパッチされた複合板が続いて成形される。方法製品および方法成果の点で製造方法を改善するとともに方法を実施する装置の応力を軽減するため、パッチされた複合板は成形前に少なくとも約８００〜８５０℃に加熱され、迅速に嵌装され、熱間状態で速やかに成形され、続いて成形状態を機械的に保持して、内側から強制冷却された成形型との接触によって冷却される。特にそのかぎりで重要な８００〜５００℃の温度範囲については所定の冷却速度が保たれる。補強板と基板との結合ステップは成形プロセスに容易に統合可能とされ、その際、部品は互いに硬質はんだ付けされ、これによって同時に接触ゾーンの効果的な腐食防止が達成される。この方法は、金型が特に所定の内部冷却によって非常にコスト高になる点が短所である。
【００１２】
ドイツ特許第２  ００３  ３０６号明細書から、鋼製部品のプレスおよび焼入れを行うための方法および装置が公知である。その目的は、公知の方法の短所を回避して薄鋼板材を型中でプレスして焼入れすることであり、特に、成形プレスと焼入れとを実施する連続した別個のステップで薄鋼板からなる部品を製造することである。特に、硬化ないし焼入れされた製品が所望の形状に比べてひずみを示し、そのために追加的な作業ステップが必要になるのを回避することが意図されている。これを実現するため、鋼材は、それがオーステナイト化温度に加熱された後、連携する一対の成形型の間に嵌装されてプレスされ、同時に熱が鋼材から成形型に急速に伝達されて逃がされる。成形型はプロセス全体にわたって冷却温度に維持されるため、成形圧力下で焼入れ効果が鋼材に及ぼされる。
【００１３】
ドイツ特許第１０１  ２０  ０６３号明細書から、帯鋼の形で供された出発材料からなる自動車用異形金属部品が圧延プロファイリングユニットに供給されて圧延異形材に成形されることが公知であり、この場合、圧延プロファイリングユニットを離れた後、圧延異形材の部分領域は焼入れに必要な温度に誘導加熱され、続いて冷却ユニットで焼入れされる。圧延異形材は続いて長さ裁断される。
【００１４】
米国特許第６，５６４，６０４号明細書から、非常に高い機械的特性を有した部品を製造するための方法が公知であり、該方法において、部品は圧延された薄鋼板からのストリップの押し抜きによって製造され、特に熱間圧延されてコーティングされた部品は鋼の表面を保護する金属または金属合金でコーティングされており、この場合、薄鋼板は切断されて薄鋼板予備成形品が得られ、この薄鋼板予備成形品は冷間または熱間成形されて、熱間成形後に冷却、硬化されるかまたは冷間成形後に加熱され続いて冷却される。金属間化合物合金が成形前または成形後に表面に被着されて、腐食および鋼脱炭が防止されるが、この金属間混合物はさらに潤滑機能を有している。続いて予備成形品から飛び出している材料が取り去られる。この場合、コーティングは一般に亜鉛または亜鉛−アルミニウムをベースとしている。
【００１５】
欧州公開第１  ０１３  ７８５号明細書から、圧延された帯鋼、特に熱間圧延された帯鋼からの部品製造方法が公知である。その目的は、特に熱間圧延後にコーティングされて、冷間または熱間成形され、続いて熱処理に付される、厚さ０．２〜２．０ｍｍの圧延された薄鋼板を提供し得るようにすることであり、この場合、温度上昇は熱間成形または熱処理の前、その間またはその後の前記薄鋼板の鋼脱炭および表面酸化が生じないように保証される。このため薄鋼板には薄鋼板表面の保護を保証する金属または金属合金が被着され、続いて薄鋼板は成形用の温度上昇に付され、続いて薄鋼板の成形が実施され、部品は最後に冷却される。特に、コーティングされた薄鋼板は熱い状態でプレスされ、深絞りによって生じた部品は硬化のために、しかも臨界焼入れ速度よりも高い速度で冷却される。さらに、適切な合金鋼が挙げられており、該薄鋼板は金型中で成形、焼入れされる前に９５０℃にてオーステナイト化される。被着されたコーティングは特にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、これによって、酸化および脱炭が防止されるだけでなく、潤滑効果も得られる。この方法によれば、その他の公知の方法とは異なり、オーステナイト化温度への加熱後に薄鋼板部品にスケールが生じることは確かに回避されるが、ただし、該明細書に記載されているような冷間成形は加熱アルミニウムめっきされた薄鋼板では基本的に不可能である。というのも、加熱アルミニウムめっき膜は比較的複雑な成形に耐える延性を有していないからである。特に比較的複雑な成形である冷間状態での深絞りプロセスはこの種の薄鋼板では実現不能である。この種のコーティングによれば熱間成形つまり単一の金型中での成形および焼入れは可能であるが、ただしこの部品はその後、陰極防食膜を有していない。さらに、こうした部品はまた、焼入れ後に機械的にまたはレーザによって加工されなければならないことから、材料の硬さに起因してその後の加工ステップは非常にコスト高になるという既述した短所が現れる。加えてさらに、レーザによるかまたは機械的に切断される成形品の全領域はもはやなんらの腐食防止膜も備えていない点が短所である。
【００１６】
ドイツ公告第１０２  ５４  ６９５号明細書から、半製品つまり未硬化の熱間成形可能な鋼薄鋼板から金属成形部品とくにボディ部品を製造するために、半製品を先ず冷間成形法とくに深絞りによって部品ブランクに成形することが公知である。続いて部品ブランクの端縁側は製造されるべき部品にほぼ一致した端縁輪郭に合わせて切断される。最後に、切断済みの部品ブランクは加熱され、熱間成形型で焼入れプレスされる。この場合に得られる部品は熱間成形後にすでに所望の端縁輪郭を有していることから、部品端縁の最終切断は不要になる。こうして、薄鋼板からの焼入れ部品製造時のサイクル時間は大幅に短縮される。使用される鋼は自硬鋼であり、これは場合により、加熱中のスケール形成を回避するために、不活性ガス雰囲気中で加熱される。さもない場合には、スケール膜は成形部品の熱間成形後に成形部品から取り除かれる。該明細書において、部品ブランクは冷間成形プロセスの過程でほぼ最終輪郭どおりに成形される旨が言及されている。この場合、“ほぼ最終輪郭どおり”とは、完成部品ジオメトリの、巨視的な材料流れを伴う部分が冷間成形プロセスの完了後に完全に部品ブランクに一体成形されていることとして理解される。したがって、冷間成形プロセスの完了後、部品の三次元形状の造形には、最小の局部的材料流れを要するわずかな形状適合化が必要となるだけにすぎない。この方法は、依然として輪郭全体の最終成形ステップが熱間状態で行われ、その際、スケール形成を回避するために、不活性ガス下で強熱されなければならない公知の方途が取られるかまたは部品のスケール除去が行われなければならない点が短所である。いずれのプロセスにおいても、続いて防腐コーティングが行われなければならない。
【００１７】
総じて、前述したすべての方法において、最適な冷却効果を達成するとともにひずみを回避するために成形品と金型との１００％の接触（いわゆる１００％接触状態）の実現が企図されなければならない点が短所であるということができる。
【００１８】
この種の接触状態の実現には、被着された色素によって、部品のどの領域がまだ金型と完全に接触していないかが確認される、長時間に及ぶ非常に労働集約的な金型の手直しが必要である。これによって表面は絶えず補正されなければならない。それにもかかわらず、公知のすべての焼入れプレス法に共通しているのは、慎重な手直しにもかかわらず、しばしばしかも予測不能な形で、ひずみおよび切断端縁ずれが生じ、その結果、部品は型抜き後に特にねじりを生じているとともに、切断端縁がずれていることである。この種の部品は非常な硬さのためにもはや後加工が不可能であり、例えば、くせ取りができない。公知の方法における後加工はレーザによる端縁切断に制限される。
【００１９】
【特許文献１】英国特許第１  ４９０  ５３５号
【特許文献２】欧州公開第１  ２５３  ２０８号
【特許文献３】ドイツ公開第１９７  ２３  ６５５号
【特許文献４】ドイツ公開第１００  ４９  ６６０号
【特許文献５】ドイツ特許第２  ００３  ３０６号
【特許文献６】ドイツ特許第１０１  ２０  ０６３号
【特許文献７】米国特許第６，５６４，６０４号
【特許文献８】欧州公開第１  ０１３  ７８５号
【特許文献９】ドイツ公告第１０２  ５４  ６９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、金型の手直し時間を大幅に短縮し、金型摩耗を軽減させるとともに高い寸法精度および嵌め合い精度を有したひずみのない部品を供給し、加工物の後加工を不要とし得る、薄鋼板からなる焼入れ部品の製造方法を創作することである。
【００２１】
前記目的は請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。該方法の有利な発展態様の特徴は従請求項に記載した。
【００２２】
本発明のもう１つの目的は、手直し時間が短縮され、摩耗発生が少なく、速やかな保守修理が可能であって、高い寸法精度および嵌め合い精度を有した歪みのない部品を供給する、薄鋼板からなる焼入れ部品の製造装置を創作することである。
【００２３】
前記目的は請求項２１に記載の特徴を有する装置によって解決される。有利な発展態様の特徴は従請求項に記載した。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明により、焼入れプレス時の主たる問題は、予備成形とくに深絞りされた薄鋼板と金型とのすり合せに際し、金型はこれらの薄鋼板に合わせて手直しされ、これらの薄鋼板との間にほぼ完全な面状接触がつくり出される点にあることが認識された。ただし、焼入れ金型がそれとのすり合せによって手直しされる予備成形とくに深絞りされた薄鋼板は、新たな同じく手直しされる焼入れ成形型で製造される薄鋼板でもある。しかしながら、一方で、深絞り金型ならびに焼入れ金型の金型摩耗と、他方で、供給される薄鋼板の厚さ許容差とによるか、または、冷間成形による材料厚さの相異つまりいわゆる材料延伸の相異によって、それぞれの半金型と加工物との間の実際に全面的な接触は現実には決して達成されない。しかしながらこのことは、加工物が少なからぬ箇所で非常に大きな力でプレスされる一方で、その他の箇所では略まったくプレスされないということも意味している。これらの両極端の間で、薄鋼板はまた異なった箇所で、最大力とほぼ皆無の力との間にあるさまざまな力で挟持される。最大力または最小力またはそれらの間の力で挟持されるこれらの箇所は予測不可能であるが、そうした箇所は多くの場合、フランジ領域にも存在している。
【００２５】
本発明により、前記によって、強く挟持される領域では部品の不可避な収縮は阻止され、挟持が相対的に弱い領域では、その程度を予測することはできないが、多かれ少なかれ収縮が生ずることになることが見出された。これにより、異なった材料特性ないし成形品特性、特に異なった応力状態ないし収縮が生み出される。これから、部品のひずみおよび特にねじりが生ずる。さらに、オーステナイトからマルテンサイトへの相変態によって少なからずこうした収縮が温度に比例しては生じないこととなり、これが相応した考慮をさらに複雑化することが見出された。
【００２６】
本発明による方法により、予備成形とくに深絞りされた部品は焼入れに必要な温度に加熱され、続いて金型に移される。本発明によれば、できるかぎり全面的な挟持ないしプレスを実現する方途は採用されず、意図的に部分的な面プレスが行われる。これにより、挟持される領域では非常に高い圧力による確実な挟持保持が行われる。ただしこれは好ましくは局部的に非常に高いプレスで行われ、つまり、場合により材料は不整性または局部的な寸法過大が排除されて、いわば鍛造されることになる。これによって材料は型の表面に軽度になじませられるため、型と加工物との間の摩擦は増大する。したがって、材料はプレスされた領域において統一的な最小厚さに調整される。ただし、総じて必要とされるプレスのプレス圧は全面的なプレス法の場合よりも低くてよいために、コスト的に著しく有利なプレスを使用することができる。この場合、部品は少なくとも切断端縁の領域で挟持保持される。本発明の趣旨の切断端縁とは外側端縁ならびに穴ないし穴の縁である。
【００２７】
さらに、部品はその長さ全体ないしその面全体にわたっても的確に挟持されることができる。このため、挟持領域は線状または格子網状に加工物の全面ないし部分面に及んでいてよい。これによって部品は、プレスされる領域において、できるだけ良好なクラッシュ挙動に適合された硬度範囲または硬度カーブを有するようにして形成されることができる。例えば、主応力線ないし力の伝達線に沿ってプレスされ、これによって同所に相対的に高い硬度をつくり出すことができる。さらに、このプレスまたは挟持によって、特に加工物の型抜き時にひずみによるねじりの発生を回避することができる。場合により冷却速度が相対的に低いために相対的に低い強度を有する非プレス領域は部品の変形余裕を形成し得ることから、荷重された焼入れ部品は、さもない場合に均一に焼入れないし焼入れプレスされた部品に通例のように破断せず、なおわずかに変形する。これによって、事故発生時に部品が分離することが防止される。
【００２８】
部品はプレスされない領域において片面で一方の焼入れ半成形型に接し、他方の焼入れ半成形型に対して空隙によって離間させられているか、または双方の焼入れ半成形型から空隙によって離間させられている。
【００２９】
本発明により、プレスが行われない領域において部品は少なくとも正（内側）の半径部領域において金型ないし焼入れ半成形型の領域によって支えられる。ただし、例えば０．５〜３０ｍｍの小さな半径を有する曲折点の領域では加工物は有利にはプレスないし挟持される。ここで、曲折点は、曲折点の領域または曲折領域において加工物が２本の空間軸に関して正の半径を有するようにして形成される。
【００３０】
これは加工物が正の半径部領域において一方の焼入れ半成形型にのみ接し、対向する焼入れ半成形型には接していないことも意味する。驚くべきことに、本発明による適正な調整が行われれば、この種の空隙によって冷却と同時に硬化に好適な影響を及ぼし、特にそれを制御して、予めセレクトされた領域における部品硬度をその他の領域よりも低下させることができることが見出された。これは例えばこの種の部品において一定ゾーンの硬度を低下させ、こうしてなお一定の変形余裕を確保しようとする場合に有用である。さらに、継目領域においていわゆる硬さつぶれ［Ｈaｒｔｅｓａｃｋ］を出発材料の低い硬度によって回避することができる。本発明により、空隙は少なくとも０．０２ｍｍ、好ましくは０．１〜２．５ｍｍまたはそれ以上の幅で形成される。
【００３１】
本発明によれば、部品の成形ならびに部品の切断および穴あけは基本的にもしくは完全に未硬化状態で実施される。未硬化状態における使用薄鋼板材料の比較的良好な成形性は複雑な部品ジオメトリの実現を許容するととともに、焼入れ後の状態におけるコスト高なその後の切断に代えて、硬化前の遥かに低コストの機械切断操作を可能とする。
【００３２】
ただし、加工物が挟持される領域において、挟持された領域内でも熱間状態において切断操作、したがって例えば薄鋼板内部の穴あけまたは押し抜きまたは一部もしくは全体の外側輪郭の切り離しを行うことができる。薄鋼板内部の切断のため、それぞれの焼入れ半成形型は挟持領域に切断型を受け入れる刳り貫きを有している。輪郭の切断のため、挟持領域に隣接して、挟持領域の外側に切断型が設けられている。熱間切断は好ましくは３８０℃〜８００℃の部品温度時に行われる。
【００３３】
これによって、自由収縮させられるべき領域が影響を受けたり損なわれたりすることはない。
【００３４】
部品の加熱による不可避な寸法変化はすでに冷間薄鋼板の成形時に考慮され、部品は最終寸法よりも約０．６〜１．０％、特に０．８％だけ小さく製造される。少なくとも、予測される熱膨張が成形時に考慮される。ただし、部品は、縮小されはするが、完全に最終輪郭どおりに成形されて切断される。
【００３５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、部品の冷間加工つまり成形、切断および穴あけに際し、高度な複雑性と成形深度を有した領域および場合により許容差のわずかな部品領域、例えば特に切断端縁、成形端縁、成形面、および場合により穴、例えば特に基準穴を、加熱による部品の熱膨張が考慮ないし補償されるようにして、所望の最終許容差とくに焼入れ済みの完成部品の切断・位置許容差を有するようにして製造しさえすれば十分とすることができる。
【００３６】
これは、部品が第１の実施形態において冷間成形後に焼入れ済みの完成部品の目標最終寸法よりも約０．８％だけ小さいことを意味している。この場合、小さいとは、部品が冷間成形後に３本の空間軸のすべての方向において成形されており、したがって、三次元成形されていることを意味している。それゆえ、熱膨張は３本の空間軸のすべてにつき均等に顧慮される。従来の技術によれば熱膨張は例えば型の不完全な閉じによってすべての空間軸の方向について顧慮されることはできない。これは、型からの不完全な取り外しによって、Ｚ軸方向においてしか膨張を顧慮することができないからである。本発明によれば、好ましくは金型の三次元ジオメトリないし輪郭は３本の空間軸のすべての方向において小さく製造される。
【００３７】
本方法を実施するために、未硬化の亜鉛めっきされた特別な薄鋼板は先ずブランクに切断される。
加工されたブランクは矩形板、台形板または形板であってよい。ブランクの切断には公知のあらゆる切断プロセスを使用することができる。好ましくは、切断プロセスの間に硬化を生ずるような高熱が板に伝達されないような切断プロセスが使用される。
【００３８】
切断されたブランクから続いて冷間成形型によって成形品が製造される。この成形品の製造には成形品製造が可能なあらゆる方法および／またはプロセスが含まれる。例えば下記の方法および／またプロセスが適している。
トランスファー成形、
連鎖式個別成形、
段階順送り成形、
液圧プレスレーン、
機械プレスレーン、
爆発成形、電磁成形、パイプ液圧成形、ブランク液圧成形、
およびあらゆる冷間成形プロセス。
【００３９】
成形および特に深絞りの後、端縁切断が前記の従来の金型によって行われる。
本発明により、冷間状態で成形された成形品は最終部品の公称ジオメトリよりも約０．８％だけ小さく製造されることから、加熱時の熱膨張はこれによって補償される。
【００４０】
前記のプロセスによって製造された成形品は冷間成形されており、その寸法は完成品について顧客から求められる誤差範囲内にある。前記の冷間成形時により大きな誤差が生ずる場合には、これは一部事後的にごくわずかだけ、以下に述べる焼入れ成形プロセス中に補正することが可能である。ただし、焼入れ成形プロセスにおける誤差補正は好ましくは成形ずれに関してのみ実施される。したがって、この種の成形ずれは熱間補正の形で補正することができる。ただし、この補正プロセスはできるだけ曲げプロセスにのみ限定される必要があり、この場合、（成形端縁に比して）材料量に依存した切断端縁は事後的に影響を受けるべきでなく、かつまた影響を及ぼすことはできない。つまり、部品の切断端縁のジオメトリが正しくない場合に、焼入れ成形型中で補正を実施することはできない。したがって総じて、切断端縁に関する誤差範囲は冷間成形および焼入れ成形プロセス中の誤差範囲に一致している旨確認することができる。
【００４１】
本発明による方法の有利な１実施形態において、冷間状態での成形時つまり例えば深絞り時に、冷間予備成形部品に隣接して、切断端縁の領域にそれ自体公知のようにフランジが形成される。フランジが形成された後、フランジの領域における外側切断が実施される。これはこの切断時にプレス型の開閉方向と平行に切断が行われるという利点を有する。フランジが本来所望されない部品の場合でも、前述した切断を目的として冷間状態においてこのフランジを設けることが有利である。このフランジはその後、焼入れ成形プロセスの過程で、さらに以下に説明するようにして取り除かれる。
【００４２】
部品が完全に成形された後、成形されて切断された部品は７８０℃以上とくに８００℃〜９５０℃のアニーリング温度に加熱され、数秒間から数分間にわたって、ただし少なくとも所望のオーステナイト化が完了するまでこの温度に保たれる。部品はその際１％だけ膨張するため、部品はアニーリング後かつ嵌装直前に０．２％の過大寸法を有している。
アニーリングプロセスの後、部品は本発明による焼入れ成形ステップに付される。
【００４３】
以下、加熱および焼入れ成形を例示的に詳細に説明する。
焼入れ成形プロセスを実施するため、特に部品は先ずロボットによってコンベアベルトから取り出され、どの部品も焼入れ成形前に再現性あるようにしてマーキングされるように、マーキングステーションに装入される。続いてロボットは部品を中間キャリア上に載置し、中間キャリアはコンベアベルトを経て炉内に進入し、部品が加熱される。
加熱には例えば対流式加熱による連続加熱炉が使用される。ただし、その他のどんな加熱装置ないし炉も使用可能であり、特に、成形品が電磁的にまたはマイクロ波で加熱される炉も使用することが可能である。成形品はキャリアに載置されて炉を通過するが、この場合、加熱時に腐食防止コーティングが連続加熱炉のローラに転移したり、またはローラによって磨滅されたりしないようにキャリアが設けられている。
【００４４】
炉内で部品は使用された合金のオーステナイト化温度以上の温度に加熱される。
部品は最大温度に加熱された後、完全な硬化を達成するために、一定の最小温度（＞７００℃）から＞２０Ｋ／ｓの最小冷却速度にて冷却されなければならない。この冷却速度は続いての焼入れ成形時に達成される。
【００４５】
このためロボットは、７８０℃〜９５０℃とくに８６０℃〜９００℃において、厚さにも応じて、部品を炉から取出し、それを焼入れ成形型に嵌装する。この操作ないしハンドリング中に成形品は約１０℃〜８０℃とくに４０℃を喪失する。この場合、ロボットは好ましくは部品を高速で正確に焼入れ成形型に嵌装するように形成されている。成形品はロボットによって部品リフタに載置され、続いてプレスが迅速に下降し、その際、部品リフタは排除されて、部品が固定される。これによって、部品がスムーズにポジショニングされて、金型が閉じられるまでガイドされることが保証される。プレスとともに焼入れ成形型が閉じられる時点に部品はなお少なくとも７８０℃の温度を有している。金型の表面は５０℃以下の温度を有しており、これによって部品は急速に８０℃〜２００℃に冷却される。オーステナイト／マルテンサイト−変態の完了後つまり２５０℃以下で、すでに部品を取り出すことができる。これにより、従来の技術とは異なって、時間を節約することができる。また、さらにいっそう冷えるまで部品を金型内に留置することも可能であることは言うまでもない。焼入れの間、空隙にはガスとくに不活性ガスを流すことができる。必要に応じガスは冷却効果をもたらすことができる。
【００４６】
ここで金型はそれが加工物に接触している箇所で熱衝撃によって応力を生ずるが、この場合、本発明による方法は、特に焼入れ成形ステップにおいて特段の成形ステップが実施されないかぎりで金型の原材料を高度な耐熱衝撃性に合わせて決定することを可能にする。加えてさらに、従来の方法において金型はなお高度な耐摩耗性を有していなければならないが、ただしこれは本ケースにおいてなんら重要な意味を持たないため、そのかぎりで金型のコストは安価になる。
【００４７】
成形品の嵌装時には、切断・穴あけされた部品が焼入れ成形型に正しく嵌装されるように注意しなければならない。角度は簡単な曲げによって補正することが可能であるが、余計な材料は取り除くことができない。それゆえ、冷間成形された部品の切断端縁は成形端縁に比して正確な寸法で切断されていなければならない。切断端縁は焼入れ成形時に、切断端縁のずれを回避するために、固定される。
【００４８】
本方法のさらに別の有利な１実施形態において、特に切断端縁の領域においてなお熱間成形を行うことができる。既述したように、冷間完成成形された部品において、切断端縁の領域に完成部品には本来ある必要のないフランジを設けるのが有利である。深絞り法においてこの種のフランジを一体成形しておくことにより、型の開閉方向に対して垂直に切断を実施することができ、これは特に正確で精密かつ容易な切断を可能にする。こうして形成されたフランジは焼入れ成形プロセスにおいて、型に嵌装された部品がホットな状態で型が閉じられる際に、材料の膨張なしに、相応して再成形ないし型に密接させられる。このため、フランジが設けられている領域に相応してスライダが設けられている。この場合、型は焼入れ成形プロセスのためにさしあたり、部品が例えば一定の領域で上型によって保持されるようになるまで閉じられ、次いでスライダが進入させられて、部品が載置されている型にフランジを押し付ける。切断端縁の領域において部品はいずれにせよ挟持されることから、スライダがこの領域におけるこの挟持を引き受けるため、この挟持とその後の強制収縮とによって驚異的な成果が得られ、完成した部品には先に存在していたフランジの曲げ縁はもはやほとんどみとめられず、不明である。
【００４９】
この方法で熱間状態においてスライダにより部品の一定部分を一体成形または折り曲げることも基本的に可能であり、この場合、部分的な熱間成形は強制収縮の原理に矛盾するものではない。
【００５０】
続いてロボットはプレスから部品を取出し、これを受け台に載置し、こうして部品はさらに冷え続ける。冷却は、それが所望される場合には、追加的な空気吹き付けまたは液中への浸漬によって加速することができる。
【００５１】
特段の成形ステップのない本発明による焼入れ成形と、切断端縁の領域のみにおける金型と加工物との相補固定およびそれと同時に行われる成形品の正の半径部の支持とによって、加工物のひずみのない冷却が保証される。通例の成形プロセスにおいて、再現性ある所定の冷却は材料が双方の半金型に密接して成形プロセスが進行するかまたは材料が直ちに全面的にそれぞれの半金型に相補接触している場合に初めて実現されるが、これは不均等な強度を結果することになる。本ケースにおいて成形品は切断端縁領域でのみ双方の半金型に接し、正の半径部で一方の半金型にのみ接しているにすぎない。これにより、切断端縁領域の収縮は妨げられるが、他方、その他の部品領域では収縮が行われ、これによって部品は型に密接し、場合により軽度な後曲げが行なわれるようにすることができる。こうして深絞り時の成形欠陥さえ事後的に補正することができる。
【００５２】
深絞りの完了した部品の切断は通例の方法で逐次的に行われる。本発明において、部品には部品リフタに部品を載置するための張出しタブが設けられていてよい。これらの部分は少なくともそれらが本来の部品に連結されている領域で共に焼入れされる。焼入れ後かつ型の開放前における特に部品リフタの本発明による特別な運動により、これらのタブは容易に折り取られる。これによって高度なハンドリング信頼度が保証され、他方、タブは従来の技術において通例のように後から切り落とされる必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明を、図面を参照して例示的に説明する。
本発明によれば、焼入れされるべき部品は冷間状態で成形されて、切断される。冷間状態において、つまり焼入れ前に、部品は通例の薄鋼板に固有の硬さを有している。この状態で薄鋼板は比較的良好に切断、成形および特に深絞りすることも可能である（図１０）。部品は３本の空間軸のすべての方向において、最終ジオメトリよりも約０．８％だけ小さく成形される。部品を続いて焼入れするために、部品はオーステナイト化温度、特に例えば９００℃以上に加熱される。この場合、部品の加熱はオーステナイト化によって生じる組織変化に起因する材料の長さ変化が完了するようにして行われる（図１）。図１により、試料部品において、当初の線熱膨張は温度が約７５０℃から約８２０℃に上昇するまで下降し、その後再び上昇に転ずることがみとめられる。この線膨張の不規則性は加工物を金型に嵌装する前に完了していなければならない。
【００５４】
金型内において、部品（図５，６）は少なくとも切断端縁（エッジ）の領域で挟持される。部品は今や冷却によって収縮しようとするが、それは基本的に挟持と金型形状とによって阻止される。その際、かなりの引張り応力が発生し、部品に塑性変形が生ずる。正の半径部（図１０）が部品を“支え”、これによって部品は対応する領域において焼入れ成形型に密接する。部品は収縮によってこの形状を帯び、その際、冷間軟部品の成形時の不精度も補正される。部品は少なくともオーステナイト−マルテンサイト−変態（図２，３）が完了するまで型内に置かれる。これは例えば約２５０℃に相当する。続いて、線収縮が生じる。部品が約２５０℃にて型から取り出される場合には、部品はなお約０．２％だけ自由収縮し得る。部品が型内に放置される場合には、部品は型抜き時に約０．２％だけスプリングバックするが、ただしこれは当初の成形において考慮されていた。
【００５５】
製造は実際（図１１〜１４）には次のように推移する。先ず、いわゆる成形用ブランクが薄鋼板から切断される。成形用ブランクは続いて成形、特に深絞りされ（図１２）、続いて不要部が切り落とされる。普通切断は逐次に行われるため、廃棄屑全体は一度に切り落とされるのではなく、２〜３回のステップで行われるが、これはさもないと不要部を型から良好に切り離すことができないからである。さらに、部品をいわゆる部品リフタに載置し、またそれで型抜きもできるようにするため、部品にはタブが付されたままとされる（図１４）。本発明によれば、単純な部品の場合には、切断ステップは１回しか行われない。この１回的な切断ステップに際し、型への嵌装のために後に必要とされるタブはそのままとされ（図１３，１６）、続いて部品はタブ付きで型に嵌装される（図７，８）。その際、タブが型内に嵌装されている領域に切り欠きがつくられ、続いてタブは加工物全体とともに焼入れされる。部品を型抜きする際にタブは切り欠きの領域で圧子によって折り取られるため、型抜き後に完成品としての部品が得られる。
【００５６】
以下、本発明による方法用の焼入れ成形型を詳しく説明する。
焼入れ成形型１（図７，８）は例えば焼入れ成形上型２と焼入れ成形下型３とを有している。
【００５７】
焼入れされるべき部品４は例えば断面で見てシンプルにポット状ないしハット状に形成され、底面５、２つの側面６，７および２つの縦方向フランジ領域８，９を有している。底面５は２箇所の丸み付け部１０，１１を経て側面６，７に連続している。側面６，７は丸み付け部１２，１３を経てフランジ８，９に連続している。丸み付け部１０，１１の領域では焼入れ成形上型２が成形品４に対する正の半径部を形成し、丸み付け部１２，１３の領域では焼入れ成形下型３が加工物４に対する正の半径部を形成している。これらの正の半径部領域において、加工物４はそれぞれの焼入れ半成形型に密接している。これらの正の半径部に対向して、それぞれ底面５ないし側面６，７にまで達する空隙１４が存在している。側面中央領域においてこれらの空隙１４は互いにオーバラップしているため、部品は側面の部分領域において、あるいはまた、場合により側面のほぼ全体にわたって、焼入れ半成形型に接触していない。切断端縁１５の領域において焼入れ成形上型または焼入れ成形下型には空隙１４に隣接して突出し部またはリブ１６が形成されているため、加工物４の対応する領域は同所において挟持される。
【００５８】
空隙１４は少なくとも０．０２ｍｍ、好ましくは０．１〜２．５ｍｍまたはそれ以上の幅を有している。
【００５９】
非常に単純な型において、極端な場合には、正の半径部の支えを単にもっぱら丸み付け部１０，１１，１２，１３の領域における円弧状の張出しの形で設け、加工物のその他の部分は支えられずに、単に切断端縁１５の領域で挟持されるようにすれば十分とすることができる。
【００６０】
側面領域または小さな半径（約０．５〜３０ｍｍ）の転回点または曲折点（図６）において、型への加工物の嵌装が妨げられないようにして、あるいは加工物が一定の領域において過度に早く型と接触しないようにして、確実な挟持が実現されるようにするため、好ましくは型を閉じる際に対向する焼入れ半成形型に当接するかまたは互いに当接されて、例えば側面領域に設けられた穴を挟持する１つまたは複数のスライダ１７，１８が一方の焼入れ半成形型または対向する双方の焼入れ半成形型２，３に設けられていてよい。これによって、側面の領域に配置された穴も焼入れ成形および収縮の間確実に保持されることが保証される。
【００６１】
また加工物を面全体ないし長さ全体にわたって、特に線状、菱形状ないし格子網状のパターンで挟持するために、対応する線、菱形または格子の形のパターンが対応する線状、菱形状または格子状のリブとして型に設けられている。この場合、これらの線または挟持リブは確実な挟持が行われるように互いに整合される。この場合、この種の挟持リブを加工物の片側に対してのみ、つまり一方の焼入れ半成形型に設け、他方の焼入れ半成形型には完全な接触が保証されるようにするのが有利である。これは、挟持リブによる高いプレス圧によって、双方の焼入れ半成形型への１００％の接触状態の実現を図るよりも容易に達成することができる。ただし、加工物を間にして互いに対向する挟持リブを使用することも可能である。挟持リブは型に固定配置されているかまたは嵌め子の形で設けられていてよい。本発明によれば、この種の挟持リブはとりわけ、特に部品が非常に広い面を有するかまたは非常に長い場合に熱応力ないし冷却応力によるねじりおよびひずみを回避するために加工物が確実に保持されなければならない個所に設けられる。挟持リブは好ましくは５〜２０ｍｍの幅を有する。
【００６２】
有利には、曲折点の領域において、この比較的小さな領域の両側からの全面的挟持が実施される。曲折点とは、２本の金型空間軸の２つの正の半径部が重なり合う点ないし領域として定義される。この場合、双方の正の半径部はそれぞれ０．５〜３０ｍｍの比較的小さな半径を有する。
【００６３】
ただし最も単純なケースにおいて、部品はもっぱら切断端縁の領域においてプレスされ、正の半径部領域においてのみそれぞれの焼入れ半成形型によって支えられ、その他の領域では他方の焼入れ半成形型に接触していない。該領域において部品は少なくとも小さな空隙によってそれぞれの焼入れ半成形型から離間しており、その際、空隙の幅は所望の冷却効果に応じて調整することができる。この場合、例えば０．０２〜０．０５ｍｍの非常に小さな空隙は冷却にほとんど影響することはないが、他方、例えば１．００〜２．５ｍｍの非常に大きな空隙は冷却性能とともに材料の硬さに著しく影響するということができる。
【００６４】
既述したタブを折り取るために、縦方向端縁１５の領域においてタブ２０が突き出ている箇所に切り欠きツール２１が設けられていてよく（図７，８）、ここで、この切り欠きツール２１は例えば型領域の突出し部である。この切り欠きツールに対向してばね式の押さえ２２が設けられており、このばね式の押さえ２２は外側に向かって屈曲して延びる接面２３を有している。押さえ２２に対向して（図７）部品リフタ２４が配置されており、この部品リフタ２４はタブ２０が載置される支持突起２５を有している。焼入れが行われた後、突起２５によってタブ２０が持ち上げられるため、タブは切り欠きツール２１の支えにより切り欠き領域２１の領域で縦方向端縁に沿って折り曲げられて持ち上げられ、その際、押さえ２２はタブ２０が斜面２３に接すると同時にばね力に抗して持ち上げられる。切り欠きツール２１の領域においてタブは非常な硬さと脆性とを有することによって折り取られる。
【００６５】
さらに別の有利な１実施形態（図８）において、部品リフタ２４は加工物に対して押さえ２２と同じ側に配置されており、この場合、部品リフタ２４も同じくばね支持されている。部品リフタ２４と押さえ２２とに対向して切り欠きツール２１が配置されている。加工物を間にして部品リフタ２４に対向して、部品リフタ２４に向かって前進・後退運動し得る折り取りツール２６が対向する型２に設けられており、該ツールはその側方突起２７でタブに当接し、タブを切り欠きツール２１に対して折り曲げて折り取る。この場合、ツール２６は前進して部品リフタ２４に接近し、こうして、突起２５を有した部品リフタと突起２７を有した該ツールとはその間にタブ２０を挟持し、ツール２６がさらに前進すると部品リフタはばね２８のばね力に抗して運動して、タブ２０が切り欠きツール２１の領域で折り取られる。
その際、このプロセスは折り取りがそれに最も好適な温度時に行われるように制御することができる。
この対策により、装置の全体的コストを大幅に節減することができる。例えば特に１切断ステップを不要とすることができる。
【００６６】
ただし、加工物が挟持される領域において、挟持された領域内でも熱間状態において切断操作、例えば穴あけまたは押し抜きまたは外側切断端縁の一部の切り落しを行うことができる。このために焼入れ半成形型は挟持領域に、対応する刳り貫きを有する。熱間押し抜きは好ましくは３８０℃〜８００℃の部品温度範囲で行われる。
【００６７】
本発明による方法のさらに別の有利な１実施形態（図１７，１８）において、冷間状態での成形時、つまり例えば深絞り時に、冷間予備成形部品２９に隣接して、切断端縁３０の領域にそれ自体公知の方法でフランジ３１が形成される。フランジ３１が形成された後、フランジ３１の領域における外側切断が実施される。これはこの切断時にプレス型の開閉方向と平行に切断が行われるという利点を有する。フランジが本来所望されない部品の場合にも、前述した切断を目的として冷間状態においてこのフランジを設けることが有利である。このフランジはその後、焼入れ成形プロセスの過程で、さらに以下に説明するようにして、取り除かれる。
【００６８】
本方法のこの実施形態において、特に切断端縁３０または外側輪郭の領域においてなお熱間加工を行うことができる。既述したように、部品の冷間成形終了時に、完成品２９には本来あってはならない、もっぱら切断用のフランジ３１が存在しているのが有利である。深絞り法においてこの種のフランジ３１を一体成形しておくことにより、型の開閉方向に対して垂直に切断を実施することができ、これは特に正確で精密かつ容易な切断を可能にする。こうして形成されたフランジは焼入れ成形プロセスにおいて、型１に嵌装された部品２９がホットな状態で型１が閉じられる際に相応して再成形ないし型１に密接させられる（矢印３２）。このため、フランジ３１が設けられている領域に相応して１つずつのスライダ３３が設けられている。この場合、型１は焼入れ成形プロセスのためにさしあたり、部品２９が例えば一定の領域３４ですでに焼入れ成形上型２によって保持されるようになるまで閉じられ、次いでスライダ３３が進入させられて（矢印３５）、相応して突き出た領域またはリブ３６によってフランジ３１は焼入れ成形型１ないし部品２９が載置されている焼入れ成形下型３に押し付けられる。切断端縁３０の領域において部品２９はいずれにせよ挟持されることから、スライダ３３ないし領域３６がこの領域におけるこの挟持を引き受けるため、この挟持とその後の強制収縮とによって驚異的な成果が得られ、完成した部品には先に存在していたフランジ３１の曲げ縁はもはやほとんどみとめられず、不明である。
【００６９】
基本的に同様にして切断端縁または外側輪郭の領域に熱間状態においてフランジまたは折り曲げをつくり出すこともできる。このため、スライダは同様に薄鋼板の張出し領域に作用し、該領域を所望の程度に折り曲げ、続いてフランジ、フランジまたは折り曲げられた領域の切断端縁を挟持するが、他方、場合によりその他の領域は強制収縮の原理に則って挟持されない。
【００７０】
これによって、例えば成形の複雑性からして重要な部品領域以外に、例えば車両のＢピラーの頭部に、例えば頭部フランジを形成するため、強制収縮前になお熱間加工を行うことができる。
【００７１】
方法の全体（図１６，１７）は以下のように、つまり、１．ブランクの切断、２．例えば深絞りによる冷間加工、続いて機械的切断ステップ、続いて加熱、焼入れ成形、続いて場合により洗浄、例えば超音波洗浄および続いて倉庫保管の流れで行われる。焼入れ成形がサイクル時間を規定するとともに１切断ステップしか存在しないことから、しばしばかなりのコストと手間を要する既存のプレスならびに４〜５台の大形プレスによる切断レーンの使用を放棄し、例えばフロアに据えられたもっと緩速のプレスを使用することができる。この種のプレスは大形プレスレーンのような高速のサイクル速度ないしサイクル時間を実現しないが、ただしそうした高速性は上述した方法には不要である。達成可能なプレス圧はほぼ同じであるが、必要な投資は著しく減少する。さらに、方法（図１６）を実施するための装置はモジュール式に形成されていてよい。つまり、所望の製造に応じて、装置を配置、構成することができる。プレスレーンは通常直列配置された６台のプレスを備えているが、焼入れ成形プロセスには少数のプレスしか必要でないため、モジュール式形成を限定的にのみ行い、さらに、不要のプレスを取り外すことが可能である。
【００７２】
本発明において、加工による薄鋼板厚さ全体に及ぶ大きな正味伸びは生じないため、本発明による焼入れ成形時のプロセスをかなり容易にシミュレートし得ることが利点である。発生する伸びは強制収縮が行われるためにわずかである。
【００７３】
加えてさらに、本発明によって、長いなじませ時間とコストのかかるプロトタイプの製造を必要とせずに、深絞りが相対的に不正確な、または加工時に軽度なひずみを生じた部品からも焼入れ成形によって、ひずみおよびねじりのない、所定の硬度を有した正確な寸法の部品を得ることができる点が利点である。さらに、本発明による方法に比較的割安なプレスレーンを使用し得る点が利点である。これにより、本方法は公知の焼入れプレス法に比べてコスト面で著しく有利である。
【００７４】
有利な１実施形態において、焼入れ半成形型の挟持手段はばね支持式の挟持エレメントまたは挟持リブから形成され、これらは挟持圧力の造成時に焼入れ成形型に押し込まれるため、空隙は当初の幅から減少し、場合により消失する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】硬化性薄鋼板試料の膨張計曲線を示す線図
【図２】図１に示した曲線を加熱および冷却を示す矢印とともに示す図
【図３】図２に示した曲線の詳細を示す図
【図４】異なった温度時における、硬化性薄鋼板のクリープ曲線を示す図
【図５】本発明による金型セットと焼入れされるべき薄鋼板とを簡略化して示す図
【図６】図５に示した金型セット用の金型スライダを簡略化して示す図
【図７】加工された薄鋼板のハンドリングタブを折り取るための装置を示す図
【図８】図７に示した装置のさらに別の１実施形態を示す図
【図９】本発明による方法のフローを示す図
【図１０】自動車部品につき本発明による方法フローを示す図
【図１１】自動車部品につき本発明による方法フローを示す図
【図１２】自動車部品につき本発明による方法フローを示す図
【図１３】自動車部品につき本発明による方法フローを示す図
【図１４】自動車部品につき本発明による方法フローを示す図
【図１５】サイズの変化と部品処理とにつき本発明による方法フローを簡略化して示す図
【図１６】本発明による方法の方法系統図
【図１７】冷間成形された状態で切断フランジを有する部品とその成形方向とを簡略化して示す図
【図１８】図１７に示した部品を熱間成形するための２つのスライダを有する焼入れ成形型を示す図
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月8日(2006.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも以下の方法ステップ：
ａ）薄鋼板から成形品を成形するステップと、
ｂ）前記成形品の成形前、成形時または成形後に所要の端縁切断、および場合により、所要の押し抜きないし穴あけが行われるステップと、
ｃ）前記成形品は続いて少なくとも部分領域において、鋼材料のオーステナイト化を可能にする温度に加熱されるステップと、
ｄ）前記加熱された成形品は続いて焼入れ成形型内に移されて、前記焼入れ成形型内で焼入れ成形が実施されて、焼入れ成形型による少なくとも部分領域への接触とプレスとによって冷却されて硬化されるステップと、
を包含する、薄鋼板から焼入れ部品を製造する方法であって、
ｅ）前記部品は正の半径部領域において焼入れ成形型によって支持されるとともに、部分領域、少なくとも切断端縁の領域においてひずみなく挟持固定され、前記部品が挟持されない領域において前記部品は少なくとも一方の焼入れ半成形型に対して空隙を保って離間させられていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記部品はさらに曲折領域つまり２本の空間軸が正の半径部を形成する領域において、前記曲折領域が特に０．５〜３０ｍｍの比較的小さい半径を形成する場合に、挟持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部品は一定の領域においてその面全体にわたってかつ／またはその長さ全体にわたって挟持されて、より高い冷却速度および／または応力の解消が達成されかつ／またはひずみが回避されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記部品は切断端縁に加えて、面の一部または面全体にわたって、前記焼入れ半成形型に設けられた点状に分布したパターンおよび／または面状パターン、例えば対応するリブによる菱形または格子網パターンで挟持されて、ひずみなく固定保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
パターンによる面全体におよぶ挟持を実現するため、前記焼入れ半成形型にリブおよび／または嵌め込み挟持線ないし嵌め込み挟持リブとして設けられた対応する線状パターンおよび／または点状に分布したパターンが使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記焼入れ成形型は挟持された領域以外で前記部品が自由収縮し得るように形成され、これによって前記部品は少なくとも正の半径部領域において前記焼入れ成形型に密接することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記部品は正の半径部領域においてのみ支持されるとともに、切断端縁の領域においてひずみなく挟持され、その他の領域において前記焼入れ半成形型は隙間を保って加工物から離間していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記部品は３本の空間軸のすべての方向において、最終ジオメトリよりも約０．９５％〜０．４％だけ小さく、特に０．８％だけ小さく成形されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記部品は冷間状態で成形された後にオーステナイト化温度、特に例えば９００℃以上に加熱され、所望のオーステナイト化が完了するまでこの温度に保たれることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記部品の加熱はオーステナイト化によって生じる組織変化に起因する材料の長さ変化が完了するようにして行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
オーステナイト化によって生ずる非線形熱膨張は加工物が前記焼入れ成形型に嵌装される前に完了していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記部品は挟持後に正の半径部で支持されて前記焼入れ成形型内で収縮し、これによって前記部品は対応する領域において前記焼入れ成形型に密接し、こうして前記部品は収縮によって正の半径部の形状を帯び、その際、冷間状態での成形時の不精度が補正されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記部品ないし加工物は少なくともオーステナイト−マルテンサイト−変態が完了するまで前記焼入れ成形型内に留置されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記部品は加熱されて、熱間状態で、特に前記焼入れ成形型が閉じられた状態で、目標ジオメトリよりも約０．１％〜０．４％だけ、特に０．２％だけ増寸していることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
先ずいわゆる成形用ブランクが前記薄鋼板から切断され、前記成形用ブランクは続いて成形、特に深絞りされ、続いて不要部が切り落され、該裁断時に前記不要部は好ましくは１切断操作で切り落されるが、前記部品を前記焼入れ半成形型の部品リフタに載置し得るようにするタブは前記部品に付されたままとされて前記焼入れ成形型内で共に焼入れされ、その際、前記タブと加工物との隣接領域に切り欠きがつくられ、加工物を型抜きする前に前記タブは折り曲げて折り取られることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記空隙（１４）は少なくとも０．０２ｍｍ、好ましくは０．１〜２．５ｍｍまたはそれ以上の幅に調整されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
焼入れの間、前記空隙にガスが流されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
加工物は前記焼入れ成形型からの型抜き時に最終ジオメトリに均等にスプリングバックすることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
加工物が挟持されて保持される領域において、挟持された領域内で熱間状態において切断操作、特に薄鋼板の穴あけまたは押し抜きまたは外側輪郭の一部または全体の切り離しが実施されることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
焼入れ成形時に熱間成形が行われて、先の冷間成形時に形成されたフランジ（３１）または所望の新たなフランジまたは折り曲げは前記焼入れ成形金型に配置されたスライダ（３３）によって反対側に折り曲げられ、または新たに形成され、または加工物を収容する前記焼入れ半成形型（３）に圧接され、同所で切断端縁は挟持保持されることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法を実施するための焼入れ成形型であって、
前記焼入れ成形型（１）は少なくとも１つの焼入れ成形上型（２）と１つの焼入れ成形下型（３）とを有し、それぞれの焼入れ半成形型は加工物の丸み付け部（１０，１１，１２，１３）の領域で正の半径部を形成し、これらの正の半径部に対向して空隙（１４）が存在し、加工物が挟持される領域とくに切断端縁（１５）の領域において前記焼入れ半成形型（２，３）には前記空隙（１４）に隣接して突出部またはリブ（１６）が形成されて、加工物（４）の対応する領域は同所でひずみなく挟持されることを特徴とする焼入れ成形型。
【請求項２２】
前記焼入れ成形型は正の半径部を形成するために単にもっぱら前記丸み付け部の領域に円弧状の張出しを有し、前記加工物のその他の領域には前記空隙（１４）が存在することを特徴とする請求項２１に記載の焼入れ成形型。
【請求項２３】
側面領域または挟持方向がプレスの動作方向に一致していない領域において、前記焼入れ成形型への前記加工物の嵌装が妨げられないようにして、あるいは前記加工物が一定の領域において過度に早く前記焼入れ成形型と接触しないようにして、確実な挟持が実現されるようにするため、好ましくは焼入れ成形型を閉じる際に対向する焼入れ半成形型（２，３）に当接するかまたは互いに当接されて、例えば側面領域に設けられた穴を挟持する１つまたは複数のスライダ（１７，１８）が一方の焼入れ半成形型（２，３）または対向する双方の焼入れ半成形型（２，３）に設けられていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の焼入れ成形型。
【請求項２４】
前記加工物に付されているタブを折り取るために、縦方向端縁（１５）の領域において前記タブ（２０）が突き出ている箇所に、前記加工物の切断端縁への前記タブの隣接領域に切り欠きを印刻する切り欠きツール（２１）が設けられていることを特徴とする請求項２１から２３のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項２５】
切り欠きツール（２１）に対向してばね式の押さえ（２２）が設けられ、さらに、前記押さえ（２２）に対向して部品リフタ（２４）が配置され、前記部品リフタ（２４）はタブ（２０）が載置される支持突起（２５）を有することを特徴とする請求項２１から２４のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項２６】
部品リフタ（２４）と押さえ（２２）とは切り欠きツール（２１）に対向して配置され、さらに、前記加工物（４）を間にして部品リフタ（２４）に対向して、前記部品リフタ（２４）に向かって前進・後退運動し得る折り取りツール（２６）が対向する前記焼入れ半成形型（２，３）に設けられ、該折り取りツールにはタブに当接する側方突起（２７）が形成されていることを特徴とする請求項２１から２５のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項２７】
前記空隙（１４）は０．０２ｍｍ以上の幅を有することを特徴とする請求項２１から２６のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項２８】
前記空隙（１４）は０．１〜２．５ｍｍまたはそれ以上の幅を有することを特徴とする請求項２１から２７のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項２９】
前記加工物がひずみなく挟持される領域に切断装置および／または押し抜き装置が設けられ、当該挟持領域に切断装置および／または押し抜き装置用ならびに切断型および／またはパンチ型用の刳り貫きが設けられていることを特徴とする請求項２１から２７のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項３０】
輪郭または輪郭の一部の熱間切断用に挟持領域に隣接してその外部に切断ツールが設けられていることを特徴とする請求項２１から２９のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項３１】
嵌装された前記加工物に付されているフランジ（３１）の領域に形成された、または新たなフランジまたは折り曲げをつくるために形成されたスライダ（３３）が前記焼入れ成形型（１，２，３）に配置され、該スライダは前記フランジ（３１）または折り曲げを対向する前記焼入れ半成形型（３）に押し付けて反対側に曲げ、その後に前記加工物（２９）の切断端縁（３０）および／または前記フランジ（３１）は前記スライダ（３３）とそれぞれの前記焼入れ半成形型（２，３）とによって挟持保持されることを特徴とする請求項２１から３０のいずれか一項に記載の焼入れ成形型。
【請求項３２】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法と、請求項２１から３１のいずれか一項に記載の装置とを用いて製造された焼入れ鋼製部品。
【国際調査報告】
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