(57)【要約】薄板鋼板Ｋを熱間プレス成形する際に、下側金型（１２）内部の供給路（２８）から連通した噴出孔（２７）へ冷媒を供給することによって薄板鋼板Ｋを冷却する際に、噴出孔（２７）からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行う。
2015037657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、金型内部の供給路から連通した金型表面の噴出孔へ冷媒を供給することによって当該薄板鋼板を冷却する熱間プレス成形の冷却方法であって、
前記加熱された薄板鋼板を金型に載置して下死点で保持した状態で、前記冷媒を前記噴出孔に供給して冷却する際に、前記噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行うことを特徴とする薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項２】
プレ冷却時の単位時間当たりの噴出量は、１ｍＬ〜３ｍＬであり、
プレ冷却時と本冷却時との噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量の比は、１：５〜２：５であり、
プレ冷却時間と本冷却時間との比は、１：４〜４：１であることを特徴とする請求項１に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項３】
更に、
プレ冷却時間と本冷却時間との比は、２：３〜３：２であることを特徴とする請求項２に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項４】
更に、
前記薄板鋼板は、板厚が１ｍｍ〜２ｍｍのアルミ系めっき薄板鋼板または亜鉛めっき薄板鋼板であって、プレ冷却前に７００℃〜１０００℃に加熱され、
前記冷媒は、５℃〜２５℃の水であり、
前記プレ冷却時間と前記本冷却時間とを合わせた冷却時間は、２秒〜５秒であることを特徴とする請求項２または３に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項５】
加熱された薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、金型内部の供給路から連通した金型表面の噴出孔へ冷媒を供給することによって当該薄板鋼板を冷却する熱間プレス成形装置であって、
前記熱間プレス成形装置は、
前記加熱された薄板鋼板を金型に載置して下死点で保持した状態で、前記冷媒を前記噴出孔に供給して冷却する際に、単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、前記噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行うことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項６】
プレ冷却時の単位時間当たりの噴出量を、１ｍＬ〜３ｍＬとし、
プレ冷却時と本冷却時との噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量の比を、１：５〜２：５とし、
プレ冷却時間と本冷却時間との比を、１：４〜４：１とすることを特徴とする請求項５に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項７】
更に、
プレ冷却時間と本冷却時間との比を、２：３〜３：２とすることを特徴とする請求項６に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項８】
更に、
前記薄板鋼板は、板厚が１ｍｍ〜２ｍｍのアルミ系めっき薄板鋼板または亜鉛めっき薄板鋼板であって、プレ冷却前に７００℃〜１０００℃に加熱され、
前記冷媒は、５℃〜２５℃の水であり、
前記プレ冷却時間と前記本冷却時間とを合わせた冷却時間は、２秒〜５秒であることを特徴とする請求項６または７に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項９】
前記金型表面には、矩形状に位置する４つの前記噴出孔の中央に吸引孔が形成され、
前記吸引孔の直径は、前記噴出孔の直径よりも大きいことを特徴とする請求項５ないし８の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項１０】
前記金型内部の供給路に通ずる冷媒の供給管には、複数の冷媒の供給系統を接続し、各供給系統に、開閉バルブを設けたことを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項１１】
前記金型内部の供給路に通ずる冷媒の供給管には、流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項１２】
前記金型内部の供給路に通ずる冷媒の供給管には、流量調整可能な供給ポンプを設けたことを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法および熱間プレス成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高張力鋼板を用いた自動車部品材等の鋼板成形手段として熱間プレス成形が採用されている。熱間プレス成形は、鋼板を高温でプレス成形することによって、変形抵抗が低い段階で成形し、急冷による焼入れ硬化させるため、成形後の変形等の成形不具合を発生させることなく高強度で形状精度の高い部品等を得ることができる。【０００３】
熱間プレス成形では、予め加熱炉によって所定温度に加熱された鋼板を金型に供給し、ダイス上に載置または金型に内蔵したリフター等の治具により浮上した状態でポンチを下死点まで降下し、鋼板と金型との間に、例えば水などの冷媒を供給して急速に冷却する。そのため、金型の表面に一定の高さの複数の独立した凸部を設けると共に、金型の表面の複数個所に設けられた冷媒の噴出孔に連通する水の流路と、供給した水を吸引するための流路とが、金型の内部に設けられている。従来の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法では、冷却水を流して冷却する間は同じ流量を維持するので、冷却時間中、各噴出孔から同一の噴出量が噴出される。【０００４】
このような構成の金型を使用して熱間プレス成形を行う場合に、さらに生産性を向上させるために、冷却水の流量を増加し、冷却時間を短縮することが考えられる。しかしながら、成形形状（反り）や焼き入れ特性といった品質のばらつきが、部位によって生じてしまうことが判明した。これは、噴出孔付近とその周辺の冷媒の流れによる冷却速度の差による冷却の不均一が原因である。すなわち、冷却速度の差により熱応力が生じて品質がばらついてしまう。また、発明者らがさらに調べたところ、噴出孔を中心として、円環状に冷却むらがあることが判明した。これは、冷却当初から所定噴出量で冷却水を噴出すると、突沸や空気の巻き込みが噴出孔を中心とした同心円状に発生し、それによって冷却むらが発生すると考えられる。そのため、冷媒の供給量に関し、何らかの工夫が必要である。【０００５】
なお、熱間プレス成形方法における冷媒の供給制御に関して、先に出願人は特許文献１の熱間プレス成形方法を提案している。この熱間プレス成形方法では、加熱された厚板鋼板を急冷金型に載置し、急冷金型を下死点で保持しながら厚板鋼板に冷媒を供給して急冷し、その後、急冷金型を下死点で保持した状態で冷媒の供給を制御するものである。具体的には、冷媒の供給を停止し、所定時間経過後に再び冷媒の供給を行うことを少なくとも一回以上繰り返したり、冷媒の所定供給流量を途中で一旦低減し、所定の時間経過後に冷媒の供給流量を再び増加させるというものである。【０００６】
しかしながら、特許文献１の熱間プレス成形方法は、対象となる鋼板がいわゆる厚板であり、その目的も、鋼板の厚み方向に強度を変化させた成形部品を形成することである。したがって、そのままでは、薄板鋼板の熱間プレス成形において、噴出孔付近とその周辺に発生する上述した冷却速度の差による冷却の不均一に起因する鋼板の形状の歪や品質むらを改善できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１４３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、冷却の不均一に起因する、形状の歪みや品質のばらつきを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らが鋭意研究、実験したところ、冷却の不均一に起因する形状の歪み等は、冷媒の噴出孔付近では即座に冷却されるが、当該噴出孔から離れた位置では、冷却速度が遅くなり、その結果温度のばらつきが発生することが原因であることが判った。そして、供給する冷媒の流量の変化によって、当該ばらつきが変化することが新たに知見された。【００１０】
かかる知見から、本発明は、加熱された薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、金型内部の供給路から連通した当該金型表面の噴出孔へ冷媒を供給することによって当該薄板鋼板を冷却する熱間プレス成形の冷却方法であって、前記加熱された薄板鋼板を金型に載置して下死点で保持した状態で、前記冷媒を前記噴出孔に供給して冷却する際に、前記噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行うことを特徴としている。【００１１】
また、本発明は、加熱された薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、金型内部の供給路から連通した当該金型表面の噴出孔へ冷媒を供給することによって当該薄板鋼板を冷却する熱間プレス成形装置であって、前記熱間プレス成形装置は、前記加熱された薄板鋼板を金型に載置して下死点で保持した状態で、前記冷媒を前記噴出孔に供給して冷却する際に、単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、前記噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行うことを特徴とする。【００１２】
上述したように単位時間当たりの噴出量を抑制させたプレ冷却を行うことで噴出孔付近での過度の冷却を抑制させることができる。また、単位時間当たりの噴出量を抑制させたプレ冷却を行うことで冷却当初の突沸や空気の巻き込みを抑えることができる。したがって、その後の本冷却によって、薄板鋼板全体に対して均一な冷却を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、冷却の不均一に起因する、形状の歪みや品質のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、熱間プレス成形装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、噴出孔および吸引孔の配置の一例を示す図である。
【図３】図３は、流量調整弁を有する熱間プレス成形装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図１の熱間プレス成形装置の上側金型が下死点にあるときの状態を示す図である。
【図５】図５は、冷却水の流量制御の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、流量調整弁の開度が全閉の状態を示す図である。
【図７】図７は、流量調整弁の開度が中間の状態を示す図である。
【図８】図８は、流量調整弁の開度が全開の状態を示す図である。
【図９】図９は、供給管を複数設けた構成を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、流量調整弁の開度が４５度の状態を示す図である。
【図１１】図１１は、流量調整弁の開度が２２．５度の状態を示す図である。
【図１２】図１２は、流量調整可能な供給ポンプを有する熱間プレス成形装置の構成を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、成形品の形状の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の熱間プレス成形装置１の構成を模式的に示す図である。熱間プレス成形装置１は、鋼板（薄板鋼板）Ｋをプレス成形するためのプレス成形金型１０を構成する上側金型１１（第１金型）、下側金型１２（第２金型）を有している。なお、薄板鋼板とは板厚３ｍｍ未満の鋼板をいう。
本実施形態では、下側金型１２の表面に一定の高さの複数の独立した凸部（図示せず）が設けられ、下死点において鋼板Ｋと下側金型１２との間に隙間が形成される。冷媒である冷却水は当該隙間に供給される。上側金型１１は、昇降機構（図示せず）によって、所定の圧力で鉛直方向に昇降自在である。なお鋼板Ｋは、加熱装置（図示せず）により予め所定の温度、例えば７００℃以上１０００℃以下の温度に加熱されて、熱間プレス成形装置１に搬送される。搬送された鋼板は、例えば下側金型１２の所定位置に設定された位置決めピン（図示せず）に基づいて、下側金型１２の所定位置に載置される。
【００１６】
下側金型１２には、冷媒となる冷却水の供給管２１と、余剰の冷却水を吸引する吸引管３１とが接続配管されている。供給管２１は、供給ポンプ２２によって、冷却水を下側金型１２内に所定圧力で供給するためのものである。吸引管３１は、下側金型１２と鋼板Ｋとの間に供給された冷却水を、吸引ポンプ３２によって、装置外に排出するためのものである。
【００１７】
供給ポンプ２２は、冷却水供給源２３からの冷却水を、取水管２４を通じて取水する。取水管２４は、供給ポンプ２２の下流側で、供給管２１と接続されている。供給管２１は、取水管２４との接続部下流側で、第１分岐配管２１ａと第２分岐配管２１ｂとに分岐している。第１分岐配管２１ａと第２分岐配管２１ｂとは供給管２１への複数の冷媒の供給系統となる。第１分岐配管２１ａと第２分岐配管２１ｂには、応答性の良好な、供給側の開閉バルブ２５、２６が各々に対応して設けられている。開閉バルブ２５、２６の下流側で、第１分岐配管２１ａと第２分岐配管２１ｂは再び合流されている。供給管２１は、下側金型１２内に形成された供給路２８を通じて、下側金型１２の表面に複数設けられた噴出孔２７に連通している。
【００１８】
また、下側金型１２の表面には、吸引孔３３が複数設けられている。吸引孔３３は、下側金型１２内に形成された吸引路３４に通じて、吸引管３１に連通している。吸引ポンプ３２によって吸引された冷却水は、吸引管３１から排出管３５を通じて、排出部３６へと排出される。吸引管３１には、吸引側の開閉バルブ３７が設けられている。
供給側の開閉バルブ２５、２６の開閉、および、吸引側の開閉バルブ３７の開閉は、上側金型１１の動作と共に、制御装置Ｃによって制御される。
【００１９】
図２は、下側金型１２に形成される噴出孔２７および吸引孔３３の配置の一例を示す図である。なお、図２には凸部を省略している。図２に示すように、下側金型１２の表面には、直径Ｄｓの噴出孔２７が間隔Ｉで複数形成される。また、矩形状に位置する４つの噴出孔２７の中央には直径Ｄａの吸引孔３３が形成される。したがって、下側金型１２には略同数の噴出孔２７と吸引孔３３とが形成される。
本実施形態では、吸引孔３３の直径Ｄａは、噴出孔２７の直径Ｄｓよりも大きく形成される。吸引孔３３の直径Ｄａを大きくすることで、噴出孔２７からの噴出量が増えた場合でも、冷却後の冷却水が貯まることなく吸引孔３３から吸引することができる。更に、吸引孔３３の直径Ｄａを大きくすることで、複数の噴出孔２７から噴射された冷却水が、一つの吸引孔３３に集中しても貯まることなく吸引孔３３から吸引される。
【００２０】
なお、上述した実施形態の熱間プレス成形装置１では、供給管２１を途中で第１分岐配管２１ａと第２分岐配管２１ｂとに分岐させ、第１分岐配管２１ａに開閉バルブ２５を設け、第２分岐配管２１ｂに開閉バルブ２６を設け、また、吸引管３１にも開閉バルブ３７を設けたが、この構成に限られない。
図３は、熱間プレス成形装置４１の構成を模式的に示す図である。熱間プレス成形装置４１は、供給管２１を分岐させず、かつ供給管２１に、弁の開度に応じて流量を調整できるボール弁などの流量調整弁４２を設け、吸引管３１にも同様に流量調整弁４３を設けた。このように、開閉バルブに代えて流量調整弁を用いてもよい。
【００２１】
次に、図１に示した熱間プレス成形装置１の運転例について説明する。
まず、予め例えば９００℃に加熱された鋼板Ｋが、受け渡し装置（図示せず）により下側金型１２の所定位置に載置される。次に、図４に示したように、上側金型１１が鋼板Ｋを鉛直下方に押し下げながら下死点まで下降し、鋼板Ｋの成形が行われる。このとき、供給ポンプ２２、吸引ポンプ３２は既に作動している。
【００２２】
上側金型１１が鋼板Ｋを鉛直下方に押し下げながら下死点まで下降した時点で保持され、まず、開閉バルブ２５が開放され、第１分岐配管２１ａ、供給管２１から、所定流量の冷却水が下側金型１２内の供給路２８へと供給される。したがって、冷却水が噴出孔２７から鋼板Ｋと下側金型１２表面との間の隙間に噴出供給される（プレ冷却）。そして吸引側の開閉バルブ３７も開放される。ここで、プレ冷却時では、開閉バルブ２６が閉止されたままであるため、噴出孔２７からの単位時間当たりの噴出量は、後述する本冷却時に比べて抑制される。鋼板Ｋと下側金型１２との間の隙間に供給された冷却水は、鋼板Ｋから熱を奪い、一部蒸気となって上側金型１１と下側金型１２との隙間から拡散される。残余の冷却水は、吸引孔３３から吸引路３４を通じて吸引管３１を経て、装置外に排出される。
【００２３】
次に、所定時間経過後、開閉バルブ２５が開放状態のまま、供給側の開閉バルブ２６が開放される。したがって、第１分岐配管２１ａからの冷却水に加えて、第２分岐配管２１ｂからの冷却水も供給され、供給路２８に供給される冷却水の流量が増加する。したがって、その分、噴出孔２７からの噴出される冷却水の単位時間当たりの噴出量が増加する（本冷却）。
【００２４】
次に、所定時間経過して鋼板Ｋが所定の温度にまで冷却された後、開閉バルブ２５、２６は閉止され、また開閉バルブ３７も閉止される。
【００２５】
なお、以上のような冷却プロセスにおいては、プレ冷却の噴射量は１．０ｍＬ／秒・各噴出孔〜３．０ｍＬ／秒・各噴出孔であることが好ましい。また、プレ冷却時の開閉バルブ２５のみが開放状態のときに第１分岐配管２１ａのみから流す流量と、その後の本冷却時に、開閉バルブ２５、２６の双方を開放して第１分岐配管２１ａと第２配管２１ｂの双方から流す流量の比は１：５〜２：５であることが好ましい。したがって、プレ冷却時に噴出孔２７から噴出させる冷却水の単位時間当たりの噴出量と、本冷却時に噴出孔２７から噴出させる冷却水の単位時間当たりの噴出量との比は１：５〜２：５であることが好ましい。
また、プレ冷却時、すなわち、第１分岐配管２１ａのみから流す時間と、本冷却時、すなわち第１分岐配管２１ａと第２配管２１ｂの双方から流す時間との比率は、１：４〜４：１であることが好ましい。したがって、プレ冷却時間と本冷却時間との比は、１：４〜４：１であることが好ましい。ここで、冷却開始から冷却停止までの合計時間をＴとすると、本冷却時間は、開始からＴ／５〜４Ｔ／５であることが好ましい。また、本冷却時間は、１秒〜４秒であることが好ましい。
【００２６】
このような冷却水の流量制御により、冷却当初に噴出孔２７からの冷却水の供給量を、第１分岐配管２１ａからのみの流量としたプレ冷却と、次いで第１分岐配管２１ａと第２配管２１ｂの双方から冷却水を供給する本冷却とが可能となる。したがって、単位時間当たりの噴出量を抑制させたプレ冷却を行うことができる。プレ冷却を行うことで、冷却当初の噴出孔付近では急激な冷却を抑制され、徐々に冷却されることで、噴出孔付近と噴出孔から離れた位置との間の温度差を少なくすることができる。また、徐々に冷却されることで、冷却当初の突沸や空気の巻き込みを抑えることができる。
したがって、温度むらが原因となる、鋼板の形状の歪み、品質むらを抑えることができる。
【００２７】
次に、本実施形態の熱間プレス成形装置１、４１の冷却水の噴出量制御例について図５を参照して説明する。図５は、従来方式、ステップ方式および連続方式での各噴出量の変動を示している。
従来方式では、冷却水の供給当初から停止までの間は、同じ噴出量を維持するものである。ステップ方式とは、図１の熱間プレス成形装置１の運転例である。連続方式とは、図３の熱間プレス成形装置４１の運転例である。
【００２８】
図５に示すように、ステップ方式（図１の熱間プレス成形装置１）では、下死点（図５のグラフ中、横軸の０．０の位置）での冷却開始時から１秒までの間は開閉バルブ２５のみを開放して、２ｍＬ／秒・各噴出孔の噴出量で供給している（プレ冷却）。その後２秒までの間は、開閉バルブ２６についても開放し、合計７ｍＬ／秒・各噴出孔の噴出量で供給している（本冷却）。
また、連続方式（図３の熱間プレス成形装置４１）では、流量調整弁４２を制御して、冷却開始時から０．８秒までの間は１．５ｍＬ／秒・各噴出孔の噴出量で供給する（プレ冷却）。その後０．８秒経過時点から次第に流量調整弁４２の開度を大きくして流量を増大させ、１．４秒までの間で徐々に開度を大きくする。以降１．８秒までは、最大開度で８．０ｍＬ／秒・各噴出孔の噴出量で供給する（本冷却）。以後徐々に流量調整弁４２を閉鎖して、２．０秒の時点で、流量調整弁４２を閉鎖している。
【００２９】
なお、連続方式の噴射量制御を実現できる流量調整弁４２として、図６〜図８に示すような弁体４４の開度を自由に調整できるものを用いることができる。
図６は弁体４４が全閉の状態である。図７は弁体４４が全閉と全開との中間の状態である。図８は弁体４４が全開の状態である。流量調整弁４２は制御装置Ｃによって制御される。制御装置Ｃは、角度検出センサ（図示せず）等を介して弁体４４の開度を検出する。図６〜図８に示すように、制御装置Ｃは、検出した開度を例えば矢印４５などで表示することができる。また、制御装置Ｃは、電動モータ等のバルブ開閉駆動機構（図示せず）を介して弁体４４を開閉する。具体的には、制御装置Ｃは、冷却時間と弁体４４の開度とが関連付けられて記憶されたプログラムに基づいて弁体４４を開閉することで、図５の連続方式の噴出量制御を実現することができる。
【００３０】
このように、連続的に流量調整可能な流量調整弁４２を用いることで、プレ冷却開始時の冷却水の噴出およびプレ冷却から本冷却への噴出量の移行を緩やかにすることができる。また、制御装置Ｃがプログラムに基づいて噴出量制御を行うことで、プログラムを変更するだけで図５の連続方式の噴出量パターンを任意のパターンに設定できる。したがって、鋼板の形状の歪み、品質むらを精密に調整することができる。
【００３１】
また、流量調整弁４２は一つ設ける場合に限られず、図９に示すように、金型への供給管２１を並列して複数設け、供給管２１ごとに流量調整弁４２ａ、４２ｂを設けてもよい。この場合には、供給管２１ごとに流量調整を行うことができ、特に大型の金型に対して金型の部位ごとに連続方式の噴出量パターンを任意のパターンに設定できる。例えば、図１０に示すように流量調整弁４２ａでは弁体４４を開度４５度にして、図１１に示すように流量調整弁４２ｂでは弁体４４を開度２２．５度にして、供給管２１ごとに冷却水の噴出量を変化させることができる。したがって、大型な金型でプレス成形する場合であっても、金型の部位ごとに形状が異なることで生じる冷却（焼入れ）特性の差を抑制させることができる。また、敢えて冷却水の噴出量に差を発生させて金型の部位ごとに異なる冷却（焼入れ）特性にすることができる。
また、金型内部の供給路に通ずる冷却水の供給管に設けた複数の流量調整弁の開閉速度を同調させたり、または敢えて差動させたりすることで、金型全体の冷却水の噴出量を均一にするようにしてもよい。この場合、制御装置Ｃが複数の流量調整弁を制御する。
【００３２】
また、小型の金型の場合、図１２に示すように供給流量が調整可能な流量調整型供給ポンプ４６、および、吸引流量が調整可能な流量調整型吸引ポンプ４７を用いることができる。流量調整型供給ポンプ４６を用いることで流量調整弁と同様の流量調整が可能である。流量調整型供給ポンプ４６、および、流量調整型吸引ポンプ４７には、例えばインバータ制御によってポンプの回転数が可変なものを用いることができる。この場合、制御装置Ｃがポンプの回転数を制御する。
【００３３】
以上述べたように、ステップ方式（図１の熱間プレス成形装置１）、連続方式（図３の熱間プレス成形装置４１）の何れであっても、冷却当初の噴出孔付近の急激な冷却に起因する温度むらが原因の、鋼板の形状の歪み、品質むらを抑えることが可能である。
【００３４】
なお、上述した実施形態では、冷媒として、水などの冷却水を用いる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、冷媒には気体、蒸気、気体に水を霧状に混合した気液混合体を用いてもよい。
【００３５】
以下、図１の熱間プレス成形装置１を用いた実験例について説明する。
ここで、実験条件として、鋼板は、化学成分が質量％でＣ：０．２２％、Ｍｎ：１．２％、Ｃｒ：０．２％、Ｂ：０．００２％、残部が鉄および不可避的不純物からなる、板厚１．４ｍｍのアルミめっき鋼板を用いた。また、鋼板を９００℃に加熱し、目標温度２５０℃になるように冷却した。
冷媒は、温度が５℃〜２５℃の冷却水（水道水または工業用水）を用いた。
プレス成形による成形品の形状は、自動車の骨格部品のうち断面剛性が低い部品を対象とした。具体的には、図１３に示すように、外向きフランジを有する断面ハット型の成形品５１であって、長さＬを４００ｍｍ、幅ＷＬを１４０ｍｍ、高さＨを３０ｍｍ、ハット型の幅Ｗｈを７０ｍｍとした。
また、下側金型１２は、噴出孔２７の間隔Ｉを３０ｍｍとし、噴出孔２７の直径Ｄｓを１ｍｍとし、吸引孔３３の直径Ｄａを４ｍｍとした。また、凸部の高さ（金型表面から凸部の頂面までの距離）を０．５ｍｍとした。
【００３６】
冷却水の単位時間当たりの噴出量は、プレ冷却と本冷却とで２段階に変更するようにした。すなわち、冷却当初から所定時間経過前までは、開閉バルブ２５のみを開放して単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った。その後、開閉バルブ２６も開放して単位時間当たりの噴出量を増加して本冷却を行った。
実験例では、プレ冷却の噴出量と本冷却の噴出量との比率を７パターンで冷却した。具体的には、表１に示すように、「プレ冷却：本冷却  ０．４：２」、「プレ冷却：本冷却  １：５」、「プレ冷却：本冷却  ２：５」、「プレ冷却：本冷却  ２：１０」、「プレ冷却：本冷却  ３：１０」、「プレ冷却：本冷却  ３：１５」、「プレ冷却：本冷却  ４：１０」とした。ここで、例えば「プレ冷却：本冷却  ０．４：２」とは、プレ冷却の噴出量が０．４ｍＬ／秒・各噴出孔であり、本冷却の噴出量が２ｍＬ／秒・各噴出孔であることを示している。
【００３７】
また、噴出時間、すなわち冷却水による冷却時間を、高生産性の効果が得られる５秒以下の範囲で２秒〜５秒とした。
実験例では、噴出時間を５秒とし、プレ冷却時間と本冷却時間との比率を１秒単位で変更し、６パターンで冷却した。具体的には、表１に示すように、「プレ冷却時間０秒、本冷却時間５秒」、「プレ冷却時間１秒、本冷却時間４秒」、「プレ冷却時間２秒、本冷却時間３秒」、「プレ冷却時間３秒、本冷却時間２秒」、「プレ冷却時間４秒、本冷却時間１秒」、「プレ冷却時間５秒、本冷却時間０秒」とした。ここで、「プレ冷却時間０秒、本冷却時間５秒」とは、プレ冷却なしで、冷却開始時点から終了時点まで本冷却のみを行ったことを示している。すなわち図５の従来方式で冷却した。また、「プレ冷却時間１秒、本冷却時間４秒」とは、プレ冷却時間が１秒で、本冷却時間が４秒行ったことを示している。また、「プレ冷却時間５秒、本冷却時間０秒」とは、プレ冷却の状態で５秒間冷却したことを示している。すなわち図５の従来方式で単に噴出量を低減させたものである。
【００３８】
プレ冷却の噴出量と本冷却の噴出量との比率を変えた７パターンと、プレ冷却時間と本冷却時間との比率を変えた６パターンとで、それぞれについて成形品の形状精度を測定し、結果を表１に示した。
【００３９】
【表１】
2015037657.tif 000003
【００４０】
ここで、表１に示す「▲」は冷却不足による形状精度不良を示している。また、「▼」は急冷却による形状精度不良を示している。「△」は冷却不足であるが形成精度の良否が分かれることを示している。「▽」は急冷却であるが形状精度の良否が分かれることを示している。「○」は冷却良好による形状精度良好を示している。「◎」は冷却良好により形状精度が安定的に良好を示している。ここで、形状精度良好とは成形品の全ての位置で目標寸法精度が±０．５ｍｍ以下であることをいう。また、形状精度が安定的に良好とは成形品の全ての位置で目標寸法精度が±０．４ｍｍ以下であることをいう。一方、形状精度不良とは成形品の少なくとも一部で目標寸法精度が±０．５ｍｍを超えることをいう。また、形状精度の良否が分かれるとは、成形品の少なくとも一部で目標寸法精度が±０．５ｍｍを超えるが、超える部位が明確で成形品の用途により使用できることをいう。
【００４１】
表１に示す結果から、断面剛性の低い部品では、プレ冷却の噴射量が０．４ｍＬ／秒・各噴出孔、および、４ｍＬ／秒・各噴出孔では安定域が得られなかった。すなわち、形状精度不良にならないようにするには、プレ冷却の単位時間当たりの噴出量を１ｍＬ／秒・各噴出孔〜３ｍＬ／秒・各噴出孔にすることが好ましい。このとき、プレ冷却の単位時間当たりの噴出量と、本冷却の単位時間当たりの噴出量との比率を、１：５〜２：５にすることが好ましい。
また、プレ冷却時間と本冷却時間との比率を変動させた場合において、プレ冷却時間が０秒、および、本冷却時間が０秒では安定域が得られなかった。すなわち、形状精度不良にならないようにするには、プレ冷却時間と本冷却時間との比率を１：４〜４：１にすることが好ましい。すなわち、冷却開始後、冷却水の供給を停止するまでの合計時間をＴとすると、開始からＴ／５〜４Ｔ／５までの間で、プレ冷却を行うのが好ましい。
【００４２】
また、上述した好ましい冷却条件に加えて、更にプレ冷却時間と本冷却時間との比率を２：３〜３：２にすれば、得られる成形品の形状精度を全て良好にすることができる。すなわち、形状精度良好にするには、プレ冷却時間と本冷却時間との比率を２：３〜３：２にすることが好ましい。
【００４３】
上述した好適な冷却条件を適用するには、更に以下の条件であることが好ましい。すなわち、鋼板は、加熱したときにスケールが生じないようにめっきが施された、アルミ系めっき薄板鋼板や亜鉛めっき薄板鋼板であることが好ましい。板厚は、自動車の部品に用いられる１ｍｍ〜２ｍｍの薄板鋼板であることが好ましい。また、鋼板の温度は、焼入れ（急冷してマルテンサイト組織を生成する）のためにフェライト組織が析出されない温度（例えば７００℃）以上であって、１０００℃以下に加熱させておくことが好ましい。また、冷媒は比較的に容易に入手できることから水であることが好ましく、温度は常温である５℃〜２５℃であることが好ましい。また、噴出時間、すなわちプレ冷却時間と本冷却時間とを合わせた冷却時間は、噴出させた冷却水を広げさせるために２秒以上であることが好ましく、高生産性の効果を得るために５秒以下であることが好ましい。なお、プレ冷却の単位時間当たりの噴出量を１ｍＬ／秒〜３ｍＬ／秒にするために、噴出孔２７の直径Ｄｓは１ｍｍ〜４ｍｍにすることが好ましい。
【００４４】
なお、断面剛性の高い部品については、「▲」、「▼」、「△」または「▽」が、「○」または「◎」に変わり、安定域が拡張することが予想される。また断面剛性の高い部品では、表１には記載していないが、噴出時間を２秒まで短縮できることを実験で確認している。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。
例えば、上述した実施形態では、下側金型１２に噴出孔２７と吸引孔３３とを設ける場合について説明したが、この場合に限られず、上側金型１１および下側金型１２の少なくとも何れか一方に噴出孔２７と吸引孔３３とを設ける構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、噴出孔２７を複数形成する場合について説明したが、この場合に限られず、成形品の大きさによっては一つの噴出孔２７であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、薄板鋼板を熱間プレス成形する際に有用である。
【図１】
2015037657.tif 000004
【図２】
2015037657.tif 000005
【図３】
2015037657.tif 000006
【図４】
2015037657.tif 000007
【図５】
2015037657.tif 000008
【図６】
2015037657.tif 000009
【図７】
2015037657.tif 000010
【図８】
2015037657.tif 000011
【図９】
2015037657.tif 000012
【図１０】
2015037657.tif 000013
【図１１】
2015037657.tif 000014
【図１２】
2015037657.tif 000015
【図１３】
2015037657.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月15日(2016.1.15)
【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】
加熱された薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、金型内部の供給路から連通した金型表面の噴出孔へ冷媒を供給することによって当該薄板鋼板を冷却する熱間プレス成形の冷却方法であって、
前記加熱された薄板鋼板を金型に載置して下死点で保持した状態で、前記冷媒を前記噴出孔に供給して冷却する際に、前記噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行うことを特徴とする薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項２】
プレ冷却時の単位時間当たりの噴出量は、１ｍＬ〜３ｍＬであり、
プレ冷却時と本冷却時との噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量の比は、１：５〜２：５であり、
プレ冷却時間と本冷却時間との比は、１：４〜４：１であることを特徴とする請求項１に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項３】
更に、
プレ冷却時間と本冷却時間との比は、２：３〜３：２であることを特徴とする請求項２に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項４】
更に、
前記薄板鋼板は、板厚が１ｍｍ〜２ｍｍのアルミ系めっき薄板鋼板または亜鉛めっき薄板鋼板であって、プレ冷却前に７００℃〜１０００℃に加熱され、
前記冷媒は、５℃〜２５℃の水であり、
前記プレ冷却時間と前記本冷却時間とを合わせた冷却時間は、２秒〜５秒であることを特徴とする請求項２または３に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形の冷却方法。
【請求項５】
加熱された薄板鋼板を熱間プレス成形する際に、金型内部の供給路から連通した金型表面の噴出孔へ冷媒を供給することによって当該薄板鋼板を冷却する熱間プレス成形装置であって、
前記熱間プレス成形装置は、
前記加熱された薄板鋼板を金型に載置して下死点で保持した状態で、前記冷媒を前記噴出孔に供給して冷却する際に、単位時間当たりの噴出量を抑制したプレ冷却を行った後に、前記噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量を増加させて本冷却を行うことを特徴とする薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項６】
プレ冷却時の単位時間当たりの噴出量を、１ｍＬ〜３ｍＬとし、
プレ冷却時と本冷却時との噴出孔からの冷媒の単位時間当たりの噴出量の比を、１：５〜２：５とし、
プレ冷却時間と本冷却時間との比を、１：４〜４：１とすることを特徴とする請求項５に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項７】
更に、
プレ冷却時間と本冷却時間との比を、２：３〜３：２とすることを特徴とする請求項６に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項８】
更に、
前記薄板鋼板は、板厚が１ｍｍ〜２ｍｍのアルミ系めっき薄板鋼板または亜鉛めっき薄板鋼板であって、プレ冷却前に７００℃〜１０００℃に加熱され、
前記冷媒は、５℃〜２５℃の水であり、
前記プレ冷却時間と前記本冷却時間とを合わせた冷却時間は、２秒〜５秒であることを特徴とする請求項６または７に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項９】
前記金型表面には、矩形状に位置する４つの前記噴出孔の中央に吸引孔が形成され、
前記吸引孔の直径は、前記噴出孔の直径よりも大きいことを特徴とする請求項５ないし８の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項１０】
前記金型内部の供給路に通ずる冷媒の供給管には、複数の冷媒の供給系統を接続し、各供給系統に、開閉バルブを設けたことを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項１１】
前記金型内部の供給路に通ずる冷媒の供給管には、流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【請求項１２】
前記金型内部の供給路に通ずる冷媒の供給管には、流量調整可能な供給ポンプを設けたことを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の薄板鋼板の熱間プレス成形装置。
【国際調査報告】
2015037657.tif 000017
2015037657.tif 000018
2015037657.tif 000019
2015037657.tif 000020