(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した金属板材をプレス成形する上型と下型とからなる熱間プレス成形用金型であって、
金型の成形面に複数の冷媒吐出口と潤滑液供給口を備え、
金型内部に各冷媒吐出口と連通する管であり第１の弁機構を備える冷媒供給管と、
各潤滑液供給口と連通する管であり第２の弁機構を備える潤滑液供給管を配したことを特徴とする熱間プレス成形用金型。
【請求項２】
前記潤滑液供給口にスプレーノズルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形用金型。
【請求項３】
金型内部に、成形面への固体潤滑剤の固着を促進させる加熱手段を備えた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用金型。
【請求項４】
金型の成形面に複数の冷媒回収口を備え、
金型内部に各冷媒回収口と連通する冷媒回収管を配したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の熱間プレス成形用金型。
【請求項５】
加熱した金属板材を上型と下型とからなる熱間プレス成形用金型を用いて成形する熱間プレス成形装置であって、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱間プレス成形用金型と、
前記熱間プレス成形用金型が備える第１の弁機構を制御して各冷媒吐出口からの冷媒吐出を制御する第１の制御装置と、
前記熱間プレス成形用金型が備える第２の弁機構を制御して各潤滑液供給管への潤滑液の供給を制御する第２の制御装置を有することを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項６】
加熱した金属板材を上型と下型とからなる熱間プレス成形用金型を用いて成形する熱間プレス成形方法であって、
加熱した金属板材を上型と下型の間にセットして位置決めを行い、
加工度の高い金属板材の部位に潤滑液を吐出させ、
前記潤滑液中に含まれる固体潤滑剤を固着させてから、
延伸加工を含むプレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項７】
前記固体潤滑剤が、グラファイト、二硫化モリブデン、チタニア、硫化タングステン、雲母のいずれか１種または２種以上の混合物であることを特徴とする請求項６に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項８】
成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、
前記固体潤滑剤と結合剤とを水、アルコール、油のいずれか１種または２種以上の液体に分散または溶解させた潤滑液を、
熱間プレス成形用金型の成形面に形成した潤滑液供給口または潤滑液供給用スプレーノズルから、
プレス成形の進捗に従って位置が変化する熱間プレス成形用金型と金属板材との摺動部位に対して供給することを特徴とする請求項６または７に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項９】
成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、
熱間プレス成形用金型の成形面に形成した冷媒吐出口から、
金属板材の少なくとも一部分に対して、
冷媒を吐出することにより当該部分の変形抵抗を上げ、当該部分よりも変形抵抗の低い部分を延伸加工し、これにより板厚が薄くなる部分については前記操作を繰り返すことにより、次々と変形抵抗の低い他の部分を延伸加工して成形加工を行うことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項１０】
成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、
熱間プレス成形用金型の成形面に形成した冷媒吐出口から、
金属板材の成形に伴う伸びにより板厚が薄くなる部分と成形に伴う伸びが不要な部分のいずれか一方又は両方に対して、
冷媒を吐出することにより当該部分の変形抵抗を上げ、当該部分よりも変形抵抗の低い部分を延伸加工し、これにより板厚が薄くなる部分については前記操作を繰り返すことにより、次々と変形抵抗の低い他の部分を延伸加工して成形加工を行うことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項１１】
プレス成形後に、
熱間プレス成形用金型の成形面に形成した冷媒吐出口から、
プレス成形した金属板材の所定の部位に対して、
冷媒を吐出して当該所定の部位を急冷することにより、
当該所定の部位の高強度化を図ることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項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】
この発明は、熱間プレス成形用金型、熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法に関するもので、特に成形加工に伴う材料流動の激しい深絞り成形に好適であり、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を可能とする熱間プレス成形用金型、熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板材のプレス成形は、生産性が高く、寸法精度に優れ、また、プレス製品間の強度ばらつきが少なく品質が安定していることから、自動車、機械、電気機器、輸送用機器等の製造に広く用いられている最も一般的な加工方法である。
しかし、近年におけるプレス製品、特に自動車部品には軽量化等の観点から高強度化が求められており、これにより成形性の低下、特にスプリングバック等の発生による形状凍結性の低下を招来し、複雑な形状をしたプレス製品を製造することが困難となっている。
【０００３】
このため、金属板材のプレス業界においては、加熱した金属板材を金型を用いて成形する熱間プレス成形技術が注目されている。熱間プレス成形は、金属板材を高温に加熱した状態でプレス成形するため、材料強度の低下した金属板材は、金型の成形面に沿って素直に変形し、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができる。また、成形後は金型抜熱効果により急冷するためスプリングバッグが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができる。さらに、金属板材が鋼の場合、その鋼板をオーステナイト域にまで加熱し、所定の冷却プロセスにより、例えば金型内で保持して金型接触抜熱効果で急冷することにより、マルテンサイト変態による高強度化を達成することができる。
【０００４】
しかし、金属板材を高温に加熱してプレス成形を行う熱間プレス成形においては、図１に示すように、一旦成形に伴う伸びを生じると当該部分の断面積が小さくなるため、伸びにより板厚が減少する部分の強度はますます低くなる。このため、深絞り成形に代表される成形加工に伴う材料流動の激しいプレス成形を行った場合には、伸びが生じた部分において局所的な減肉や破断が生じて、いわゆるドロー成形ができないという問題があった。また、深絞り成形と比較すると加工に伴う材料流動の激しくないフォーム成形においても、曲率の厳しい成形加工の場合には破断が生じるという問題があった。
【０００５】
このため、成形時に発生する破断や割れなどを防止するために、パンチおよびダイを用いて鋼板を熱間で絞り成形するに当たり、成形に先立ち、パンチおよびダイに前記鋼板を近接した状態で一旦保持してから成形を開始する鋼板の熱間絞り成形方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、当該方法においてはプレス成形に先立って、鋼板を一旦保持する必要があるために成形時間が長くなり、プレス成形の特徴である高い生産性が阻害されるという問題があった。特に、板厚が厚いほど保持時間を長くする必要があることから、生産性が大きく低下した。
【特許文献１】特開２００５−０１４００２号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決すべき課題は、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかったドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を可能とする熱間プレス成形用金型、熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、図１に示すような被成形材たる金属板材の局所的な減肉や破断を防止すべく、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形に伴う減肉や破断の発生要因、ならびにこれらを解決する方法について、数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の技術的知見を得た。
【０００８】
（Ａ）まず、熱間プレス等の高温塑性加工分野においては、工具を保護するために固体潤滑剤等の高温塑性加工用潤滑剤が用いられており、一定の効果を発揮しているが（例えば、特許文献２参照）、所定の固体潤滑剤の使用は、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形の成形性向上についても効果を発揮すること。
（Ｂ）ただし、固体潤滑剤は金型の成形面に固着して初めてその潤滑効果を発揮するところ、プレス成形を行うごとに作業者が固体潤滑剤を金型に塗布して固着させる方法では、作業時間が増大して、生産性が大きく低下すること。また、作業時間を短縮すべく、あらかじめ金属板材に固体潤滑剤を塗布し、これを加熱して固着させようとしても、固体潤滑剤や結合材の分解が生じてしまい、固体潤滑剤の機能を果たせないこと。さらに、冷媒に固体潤滑剤を混ぜる方法では、固体潤滑剤が冷媒によって洗い流されてしまい、固体潤滑剤の機能を果たせないこと。
（Ｃ）しかし、プレス成形を開始する前、より具体的には金属板材を金型の間にセットして位置決めを行った段階においては、加熱した金属板材が依然として高温状態にあるので、このときに加工度の高い金属板材の部位に対して、固体潤滑剤を分散または溶解させた潤滑液を吐出すると、極めて容易に潤滑液に含まれる固体潤滑剤を金属板材に固着させることができること。
（Ｄ）すなわち、加熱した金属板材を上型と下型の間にセットして位置決めを行い、次いで加工度の高い金属板材の部位、すなわち金属板材と金型との摺動の厳しい部位に、固体潤滑剤を分散または溶解させた潤滑液を吐出させ、当該潤滑液中に含まれる固体潤滑剤を固着させてから延伸加工を含む熱間プレス成形を開始すると、生産性を阻害することなく、固体潤滑剤による潤滑効果、すなわち加工度の高い部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属板材の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができ、ドロー成形性が向上すること。
【０００９】
（Ｅ）さらには、前記したようなプレス成形開始前の段階における固体潤滑剤の固着処理のみならず、成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、金型と金属板材との摺動部位に対して所定の固体潤滑剤を供給することによっても、よりドロー成形性を向上させることができること。すなわち、加工度の高い摺動部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより成形に伴う金属板材の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができること。
【００１０】
（Ｆ）ただし、固体潤滑剤による潤滑効果は固体潤滑剤の消耗によって消滅してしまうので、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながらドロー成形等を行うためには、成形開始後から成形完了までのプレス成形中であっても、金型と金属板材との摺動部位、特に減肉や破断の生じやすい加工度の高い摺動部位に対して、容易に固体潤滑剤を供給できる手段を備えることが望ましいこと。
【００１１】
（Ｇ）そして、金型と金属板材との摺動部位に固体潤滑剤を供給する手段としては、やはり生産性および制御性を考慮すると、金型の成形面に複数の潤滑液供給口を形成し、当該形成された潤滑液供給口から、所定の液体に固体潤滑剤を分散または溶解させた潤滑液を供給することが望ましいこと。また、所定の液体に固体潤滑剤を分散または溶解させると、金型と金属板材との摺動部位に固体潤滑剤が流入しやくなるので、固体潤滑剤による潤滑効果を発揮しやすいこと。
【００１２】
（Ｈ）なお、金型と金属板材との摺動部位、特に加工度の高い摺動部位は、プレス成形の進捗、例えばパンチ押し込み量に従って位置が変化するが、前記潤滑液供給口と連通する潤滑液供給管が備える所定の弁機構を制御することにより、プレス成形の進捗に従って位置が変化する摺動部位に対しても潤滑液を供給することができること。また、前記したように金型と金属板材との摺動部位はパンチ押し込み量に従ってその位置が変化するため、前記弁機構の制御、すなわち潤滑液供給タイミングは、パンチ押し込み量と同期させて制御することが望ましいこと。したがって、前記した金型の成形面に複数の潤滑液供給口を備え、金型内部には前記潤滑液供給口と連通する管であり所定の弁機構を備える潤滑液供給管を配した金型には、前記金型が備える所定の弁機構を制御して各潤滑液供給管への潤滑液の供給を制御する所定の制御装置を接続して付設することが望ましいこと。
【００１３】
（Ｉ）さらに、固体潤滑剤は金型の成形面に固着して初めて潤滑効果を発揮するので、固体潤滑剤を分散または溶解させる所定の液体には結合剤（バインダ成分）を分散または溶解させることが望ましいこと。同様に、金型内部には固体潤滑剤の固着を促進させる加熱手段を備えることが望ましいこと。
【００１４】
（Ｊ）次に、成形に伴う金属板材の減肉や破断の発生要因については、冷間プレスでは伸びが生じた部分の変形抵抗は加工硬化により向上するが、熱間プレスでは金属板材を高温に加熱するため、金属板材の変形抵抗が低く、加工硬化が小さい。このため、図１に示すように、一旦成形に伴う伸びを生じると当該部分の断面積が小さくなるため、伸びにより板厚が減少する部分Ａの変形抵抗はますます低くなり、最終的には当該部分Ａに破断が生じること。
【００１５】
（Ｋ）しかし、成形に伴う伸びにより板厚が減少する部分Ａの温度を強制的に下げることにより、当該部分Ａの変形抵抗を強制的に上げることができれば、図２に示すように当該部分Ａよりも変形抵抗の低い他の部分Ｂが伸びるので、当該部分Ａにおける負荷が軽減し、当該部分Ａにおける減肉や破断を防ぐことができること。
【００１６】
（Ｌ）また、伸びにより板厚が減少する部分Ａの位置については、あらかじめ行う実験によって特定できること。したがって、図２に示すように、伸びにより板厚が減少する部分Ａの温度を強制的に下げて当該部分Ａの変形抵抗を強制的に上げることにより、当該部分Ａよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｂを伸ばしてやり、これにより伸びが生じて板厚が薄くなる当該部分Ｂに対しては新たに強制的に変形抵抗を上げてやり、当該部分Ｂよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｃを伸ばしていくという操作を次々と繰り返すことにより、被成形材たる金属板材の局所的な減肉や破断を生ずることなく、次々と変形抵抗の低い部分を伸ばしていくことができること。すなわち、熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形が可能となること。
【００１７】
（Ｍ）また、上記の知見は、成形に伴う伸びにより板厚が減少する部分の変形抵抗を強制的に上げて、当該部分よりも相対的に変形抵抗の低い他の部分を伸ばしていく方法であるが、これとは反対に、成形に伴う伸びが不要な部分、すなわち、伸びを生じさせたくない部分の変形抵抗をあらかじめ強制的に上げておくと、当該部分よりも相対的に変形抵抗の低い他の部分を伸ばすことが可能であること。すなわち、図３に示すように、伸びを生じさせたくない部分Ｄの変形抵抗をあらかじめ強制的に上げておき、当該部分Ｄよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｅを伸ばしてやり、これにより伸びが生じて板厚が薄くなる部分Ｅに対しては新たに強制的に変形抵抗を上げてやり、当該部分Ｅよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｆを伸ばしていくという操作を次々と繰り返すことにより、被成形材たる金属板材の局所的な減肉や破断を生ずることなく、次々と変形抵抗の低い部分を伸ばしていくことができること。すなわち、この方法によっても熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形が可能となること。
【００１８】
（Ｎ）そして、伸びにより板厚が減少する部分Ａの温度を強制的に下げて当該部分Ａの変形抵抗を強制的に上げる手段、あるいは成形に伴う伸びが不要な部分Ｄの温度を強制的に下げて当該部分Ｄの変形抵抗を強制的に上げる手段としては、やはり生産性および制御性を考慮すると、図２および図３に示すように金型の成形面に複数の冷媒吐出口を形成し、当該形成された冷媒吐出口から被成形材たる金属板材に冷媒を吐出することが望ましいこと。
【００１９】
（Ｏ）なお、伸びにより板厚が減少する部分Ａ、あるいは成形に伴う伸びが不要な部分Ｄの位置は、プレス成形の進捗、例えばパンチ押し込み量に従って変化するが、前記冷媒吐出口と連通する冷媒供給管が備える所定の弁機構を制御することにより、プレス成形の進捗に従って位置が変化する前記部分Ａあるいは前記部分Ｄに対しても冷媒を吐出することができること。また、前記したように前記部分Ａあるいは前記部分Ｄはパンチ押し込み量に従ってその位置が変化するため、前記弁機構の制御、すなわち冷媒吐出タイミングは、パンチ押し込み量と同期させて制御することが望ましいこと。したがって、前記した金型の成形面に複数の冷媒吐出口を備え、金型内部には前記冷媒吐出口と連通する管であり所定の弁機構を備える冷媒供給管を配した金型には、前記金型が備える所定の弁機構を制御して各冷媒吐出口からの冷媒吐出を制御する所定の制御装置を接続することが望ましいこと。
なお、図２および図３は本発明の原理を模式的に示す概略説明図であり、黒丸で示した位置にある冷媒吐出口から冷媒を吐出して、冷媒吐出部分における金属板材の変形抵抗を強制的に上げていることを模式的に示している。
【００２０】
上記の知見に基づき、本発明者は、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかったドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を可能とする熱間プレス成形用金型、熱間プレス成形装置および熱間プレス成形方法に想到した。その要旨とするところは以下の通りである。
【００２１】
（１）加熱した金属板材をプレス成形する上型と下型とからなる熱間プレス成形用金型であって、金型の成形面に複数の冷媒吐出口と潤滑液供給口を備え、金型内部に各冷媒吐出口と連通する管であり第１の弁機構を備える冷媒供給管と、各潤滑液供給口と連通する管であり第２の弁機構を備える潤滑液供給管を配したことを特徴とする熱間プレス成形用金型。
【００２２】
（２）前記潤滑液供給口にスプレーノズルを備えたことを特徴とする前記（１）に記載の熱間プレス成形用金型。
【００２３】
（３）金型内部に、成形面への固体潤滑剤の固着を促進させる加熱手段を備えたことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の熱間プレス成形用金型。
【００２４】
（４）金型の成形面に複数の冷媒回収口を備え、金型内部に各冷媒回収口と連通する冷媒回収管を配したことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか1項に記載の熱間プレス成形用金型。
【００２５】
（５）加熱した金属板材を上型と下型とからなる熱間プレス成形用金型を用いて成形する熱間プレス成形装置であって、前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形用金型と、前記熱間プレス成形用金型が備える第１の弁機構を制御して各冷媒吐出口からの冷媒吐出を制御する第１の制御装置と、前記熱間プレス成形用金型が備える第２の弁機構を制御して各潤滑液供給管への潤滑液の供給を制御する第２の制御装置を有することを特徴とする熱間プレス成形装置。
【００２６】
（６）加熱した金属板材を上型と下型とからなる熱間プレス成形用金型を用いて成形する熱間プレス成形方法であって、加熱した金属板材を上型と下型の間にセットして位置決めを行い、加工度の高い金属板材の部位に潤滑液を吐出させ、前記潤滑液中に含まれる固体潤滑剤を固着させてから、延伸加工を含むプレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【００２７】
（７）前記固体潤滑剤が、グラファイト、二硫化モリブデン、チタニア、硫化タングステン、雲母のいずれか１種または２種以上の混合物であることを特徴とする前記（６）に記載の熱間プレス成形方法。
【００２８】
（８）成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、前記固体潤滑剤と結合剤とを水、アルコール、油のいずれか１種または２種以上の液体に分散または溶解させた潤滑液を、熱間プレス成形用金型の成形面に形成した潤滑液供給口または潤滑液供給用スプレーノズルから、プレス成形の進捗に従って位置が変化する熱間プレス成形用金型と金属板材との摺動部位に対して供給することを特徴とする前記（６）または（７）に記載の熱間プレス成形方法。
【００２９】
（９）成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、熱間プレス成形用金型の成形面に形成した冷媒吐出口から、金属板材の少なくとも一部分に対して、冷媒を吐出することにより当該部分の変形抵抗を上げ、当該部分よりも変形抵抗の低い部分を延伸加工し、これにより板厚が薄くなる部分については前記操作を繰り返すことにより、次々と変形抵抗の低い他の部分を延伸加工して成形加工を行うことを特徴とする前記（６）〜（８）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【００３０】
（１０）成形開始後から成形完了までのプレス成形中に、熱間プレス成形用金型の成形面に形成した冷媒吐出口から、金属板材の成形に伴う伸びにより板厚が薄くなる部分と成形に伴う伸びが不要な部分のいずれか一方又は両方に対して、冷媒を吐出することにより当該部分の変形抵抗を上げ、当該部分よりも変形抵抗の低い部分を延伸加工し、これにより板厚が薄くなる部分については前記操作を繰り返すことにより、次々と変形抵抗の低い他の部分を延伸加工して成形加工を行うことを特徴とする前記（６）〜（８）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【００３１】
（１１）プレス成形後に、熱間プレス成形用金型の成形面に形成した冷媒吐出口から、プレス成形した金属板材の所定の部位に対して、冷媒を吐出して当該所定の部位を急冷することにより、当該所定の部位の高強度化を図ることを特徴とする前記（６）〜（１０）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【発明の効果】
【００３２】
（Ａ）本発明に係る熱間プレス成形用金型によれば、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来技術ではできなかった熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。具体的には、従来技術を用いて深絞り成形等を行うと、被成形材たる金属板材に局所的な減肉や破断が生じたり、あるいはそれを防止することができたとしても著しく生産性が低下したりしたが、本発明に係る熱間プレス成形用金型においては、その成形面に形成した複数の冷媒吐出口からの金属板材に対する冷媒吐出により、被成形材各部の変形抵抗をプレス成形中に制御することができるとともに、同じく成形面に形成した複数の潤滑液供給口からの潤滑液の供給により、金型と金属板材との摺動部位における摩擦抵抗をプレス成形中に制御することができるので、特に加工度の高い摺動部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属板材の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止しながら、生産性を阻害することなく次々と変形抵抗の低い部分を伸ばしていくことができ、被成形材各部の伸びや板厚を自在に制御することができる。このとき、冷媒供給系統とは別に潤滑液供給系統があるので、必要な部分に正確に適量の潤滑剤（潤滑液）が供給される。また、吹き付けた潤滑剤（潤滑液）には固体潤滑剤を用いており、金属板または金型の熱により固着して必要なときに冷媒によって洗い流されない。さらに、加工される直前に吹き付けるので、金属板の表面酸化のムラを生じさせないという効果もある。
【００３３】
（Ｂ）また、本発明に係る熱間プレス成形用金型によれば、その成形面に形成した複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出により、金属板材各部の冷却速度を自在に可変することができるので、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて任意に設定することができる。具体的には、強度が必要な部位に対しては、冷媒の吐出量や吐出流速等を増加させて冷却速度を上昇させることにより、マルテンサイト変態またはベイナイト変態による高強度化を図ることができる一方、穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が必要な部位、すなわち強度が不要な部位に対しては冷却速度を弱めることにより、焼入れ硬度を低下させることができる。また、成形中と成形後のいずれか一方又は両方における金属板材の冷却速度を成形品部位毎に異ならせれば、成形品部位毎の強度が異なるプレス成形品を得ることもできる。
【００３４】
（Ｃ）さらには、本発明に係る熱間プレス成形用金型は、その成形面に形成した複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出によって十分な冷却速度を確保することができるので、金型内保持時間の短縮による生産性の向上をも図ることができる。
【００３５】
（Ｄ）また、本発明に係る熱間プレス成形装置は、前記熱間プレス成形用金型が備える冷媒供給管の弁機構を制御して各冷媒吐出口からの冷媒吐出を制御する第１の制御装置を有するので、プレス成形の進捗に従って時々刻々と変化する伸びにより板厚が減少する部分、あるいは成形に伴う伸びが不要な部分に対しても冷媒を吐出することが可能であり、これにより被成形材たる金属板材の局所的な減肉や破断を生ずることなく、次々と変形抵抗の低い部分を伸ばしていくことができる。
【００３６】
（Ｅ）同じく本発明に係る熱間プレス成形装置は、前記熱間プレス成形用金型が備える潤滑液供給管の弁機構を制御して各潤滑液供給管への潤滑液の供給、ひいては、金型と金属板材との摺動部位に対する各潤滑液供給口からの潤滑液の供給を制御する第２の制御装置を有するので、プレス成形の進捗に従って時々刻々と変化する金型と金属板材との摺動部位に対しても潤滑液を供給することが可能であり、これにより加工度の高い摺動部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、生産性を阻害することなく金属板材の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止でき、ドロー成形性をさらに向上させることができる。
【００３７】
（Ｆ）また、本発明に係る熱間プレス成形方法は、あらかじめ加工度の高い金属板材の部位に固体潤滑剤を固着させてから延伸加工を含むプレス成形を開始するので、固体潤滑剤の潤滑効果により、加工度の高い摺動部位における変形集中や摩擦発熱およびキズの発生を回避することができ、これにより生産性を阻害することなく従来技術ではできなかった熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図２〜図１１を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
まず、本発明で用いる被成形材および熱間プレス成形用金型２にセットする前の被成形材の加熱方法と加熱温度について説明する。
本発明で用いる被成形材は金属板材１であり、Ａｌめっき鋼板、Ｚｎめっき鋼板、高強度鋼板、普通鋼等のいずれの鋼板にも適用することができる。
また、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であれば、冷媒吐出による焼入れにより高強度化を図ることができるので、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板が望ましい。なお、冷媒吐出時に必ずしも変態する必要はなく、成形後に変態してもかまわない。
金属板材１を加熱する方法としては、特に限定されるものではなく、金属板材１をＡ１変態点以上に加熱できる方法であれば、電気炉、ガス炉での加熱や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等のいずれの方法でもよい。
なお、ピアスやトリム等の後加工が必要な部位については、あらかじめ加熱炉等の中でマスキングを施して冷却開始温度を下げておいてもよい。あるいは、加熱炉等の加熱装置から熱間プレス成形用金型２に加熱した金属板材１を搬送する段階において、搬送装置との接触抜熱によって冷却開始温度を下げておいてもよい。
【００３９】
本発明に係る熱間プレス成形用金型２は、図４（ａ）に示すように、ダイス３、パッド５、ダイスホルダー９およびダイベース７を備えた上型と、パンチ４、板押さえ６、パンチホルダー１０およびダイベース８を備えた下型とから構成される。ダイスホルダー９はパッドホルダーを、パンチホルダー１０は板押さえホルダーをそれぞれ兼ねており、以降は、これら一式をダイセット１１と称する。なお、図４（ｂ）は、本発明に係る熱間プレス成形用金型２の構成を明確にするために、ダイスホルダー９とパンチホルダー１０を省略して記載した図である。
【００４０】
図５は本発明に係る冷媒吐出機能および潤滑液供給機能を備える熱間プレス成形用金型２を説明するための断面図である。
なお、図５は、パンチ４に冷媒吐出機能を、ダイス３と板押さえ６に潤滑液供給機能を具備した場合の断面図であるが、これらの機能はダイス３、パッド５、パンチ４および板押さえ６の少なくとも１つに持たせることが望ましい。以下、パンチ４に冷媒吐出機能を、ダイス３と板押さえ６に潤滑液供給機能を持たせた場合について説明する。
【００４１】
本発明に係る熱間プレス成形用金型２は、図５に示すように被成形材たる金属板材１に冷媒を吐出するための複数の冷媒吐出口１２と、金型２と金属板材１との摺動部位に潤滑液を供給するための複数の潤滑液供給口３０を金型の成形面に形成している。
また、金型内部には、各冷媒吐出口１２と連通する管であり第１の弁機構を備える冷媒供給管１３と、各潤滑液供給口３０と連通する管であり第２の弁機構３２を備える潤滑液供給管３１を配している。
なお、図５はパンチ４の縦壁部に冷媒吐出口１２を形成した例であるが、パンチ４の頂部に形成してもよいし、縦壁部と頂部の両方に形成してもよい。これは、板押さえ６に冷媒吐出口１２を形成する場合についても同様である。一方、上型であるダイス３やパッド５に冷媒吐出口１２を形成する場合には、底部に形成してもよいし、縦壁部と底部の両方に形成してもよい。
同様に、図５はダイス３の縦壁部と底部、および板押さえ６の頂部に潤滑液供給口３０を形成した例であるが、パンチ４の縦壁部や頂部、あるいはパッド５の底部に潤滑液供給口３０を形成してもよい。
【００４２】
本発明で用いる冷媒、すなわち、冷媒吐出口１２から金属板材１に対して吐出される冷媒としては、難燃性、腐食性から、水、多価アルコール類、多価アルコール類水溶液、ポリグリコール、引火点１２０℃以上の鉱物油、合成エステル、シリコンオイル、フッ素オイル、滴点１２０℃以上のグリース、鉱物油、合成エステルに界面活性剤を配合した水エマルションのいずれでもよく、これらの混合物を用いてもよい。
なお、冷媒は、液体でも気体でもよい。冷媒として気体を用いる場合、熱伝達係数が低いので、比較的加工の厳しくない場合や、マルテンサイト変態、ベイナイト変態させない場合に限られる。また、表面の酸化を避けるために活性の低い窒素、ＣＯ２、不活性ガスを用いることが望ましい。さらに、冷媒が気体である場合は、成形品や熱間プレス成形用金型２に付着して残ることがないので、不必要な汚れやさびなどを生じさせることが少ないという効果がある。
【００４３】
次に、本発明で用いる固体潤滑剤３６について説明する。固体潤滑剤３６としては、グラファイト、二硫化モリブデン、チタニア、硫化タングステン、雲母のいずれか１種または２種以上の混合物を用いることができる。このような固体潤滑剤３６を加工度の高い金属板材１の部位にあらかじめ固着させてから、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形等の延伸加工を含む熱間プレス成形を開始すると、固体潤滑剤３６による潤滑効果、すなわち加工度の高い部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属板材１の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができ、ドロー成形性を向上させることができる。
固体潤滑剤３６を金属板材１に固着させるタイミングとしては、プレス成形を開始する前、例えば、加熱した金属板材１を上型と下型の間にセットして位置決めを行った直後に固着させるのが望ましい。金属板材１を熱間プレス成形用金型２の間にセットして位置決めを行った段階においては、加熱した金属板材１が依然として高温状態にあるので、特段の処理を施すことなく、極めて容易に金属板材１に固体潤滑剤３６を固着させることができる。すなわち、固体潤滑剤３６は金型２の成形面に固着して初めてその潤滑効果を発揮するところ、プレス成形を行うごとに作業者が固体潤滑剤を金型に塗布して固着させる方法では、作業時間が増大して、生産性が大きく低下する。また、作業時間を短縮すべく、あらかじめ金属板材１に固体潤滑剤３６を塗布し、これを加熱して固着させようとしても、固体潤滑剤や結合材の分解が生じてしまい、固体潤滑剤の機能を果たすことができない。あるいは、冷媒に固体潤滑剤を混ぜる方法では、固体潤滑剤が冷媒によって洗い流されてしまい、固体潤滑剤の機能を果たすことができない。ところが、金属板材１を金型２の間にセットして位置決めを行った段階においては、加熱した金属板材１が依然として高温状態にあるので、このときに加工度の高い金属板材の部位に固体潤滑剤を分散または溶解させた潤滑液を吐出すると、極めて容易に潤滑液に含まれる固体潤滑剤３６を金属板材１に固着させることができる。したがって、加熱した金属板材１を上型と下型の間にセットして位置決めを行い、次いで加工度の高い金属板材の部位、すなわち金属板材と金型との摺動の厳しい部位に、固体潤滑剤３６を分散または溶解させた潤滑液を吐出させ、当該潤滑液中に含まれる固体潤滑剤を固着させてから延伸加工を含む熱間プレス成形を開始すると、生産性を阻害することなく、固体潤滑剤による潤滑効果、すなわち加工度の高い部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属板材の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができる。
固体潤滑剤３６を金属板材１に固着させる方法については、前記したように所定の液体に固体潤滑剤３６と結合剤を分散または溶解させた潤滑液を、金型２の成形面に形成した潤滑液供給口３０または潤滑液供給用スプレーノズルから塗布するのが望ましい。当該潤滑液を吐出またはスプレー塗布することにより、金属板材１の表面に均一に固体潤滑剤３６を固着させることができる。また、当該潤滑液供給口３０または潤滑液供給用スプレーノズルは潤滑液供給管３１と第２の弁機構３２を通しているので、適量を適当な部位に供給することができる。さらに、供給するのがプレス加工の直前であるので、金属板材１に酸化ムラを生じさせないようにすることができる。その上、固体潤滑剤３６は金属板材１に即座に固着されるので、必要なときまでに冷媒によって洗い流されないで済むという効果も発生する。
【００４４】
次に、本発明で用いる潤滑液について詳細に説明する。当該潤滑液は、前記したように所定の液体に粉末状の固体潤滑剤３６と結合剤とを分散または溶解させたものである。
液体としては、水、アルコール、油のいずれか１種または２種以上の液体を用いることができる。このような液体に固体潤滑剤３６を分散または溶解させることにより、金型２と金属板材１との摺動部位に固体潤滑剤３６が流入しやすくなる。潤滑を必要とする摺動部位に達した潤滑液は、金属板材の熱により液体分が蒸発し、固体潤滑剤３６が固着して残る。この固着した固体潤滑剤３６によって潤滑効果が発揮される。
結合剤としては、水溶性のものならば特に限定されることはなく、例えば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を用いることができる。結合剤を分散または溶解させることにより、金型２の成形面あるいは金属板材１の表面に固体潤滑剤３６が固着しやすくなり、ドロー成形性が向上する。
また、前記液体には、必要に応じて樹脂を含有させることが望ましい。樹脂を含有させることにより、固体潤滑剤３６が金型２の成形面あるいは金属板材１の表面に固着しやすくなり、ドロー成形性が向上する。
【００４５】
冷媒吐出口１２およびこれに連通する冷媒供給管１３、ならびに潤滑液供給口３０およびこれに連通する潤滑液供給管３１は、ドリルによる機械的な穿孔や放電加工による穿孔によって形成することができる。なお、この場合の金型２の材質としては、熱間強度の観点から熱間加工用のダイス鋼を用いるのが望ましい。
また、冷媒供給管１３は冷媒吐出口１２と連通していれば冷媒吐出機能を果たすため、冷媒吐出口１２や冷媒供給管１３を金型に穿孔する代わりに、金型内部から外表面に貫通する気孔を有する多孔質金属に冷媒供給管１３を接続してもよい。この場合には、肉厚方向に貫通する直径１００μｍ〜１ｍｍ、ピッチ１００μｍ〜１０ｍｍの孔を複数有する多孔質金属を使用することが望ましい。例えば、図６に示す構成のパンチ４において、中子２０をダイス鋼とし、パンチ４を多孔質金属とすれば、微細でピッチの小さな冷媒吐出口１２および冷媒供給管１３を形成することができる。なお、このような多孔質金属は、粉末を成形後に焼結するか、金属を溶融させた後、温度制御により凝固組織の方向を一定にする一方向凝固によって製造することができる。このとき、潤滑液供給管３１は冷媒と混ざらないように別途配設する。
また、図９および図１０に示すように、潤滑液供給口３０の開口部に潤滑液供給用スプレーノズルを備えてもよい。その際は、潤滑液供給用スプレーノズルと潤滑液供給管３１とが連通するように接続する必要がある。金型の成形面に潤滑液供給用スプレーノズルを備えることにより、金型２と金属板材１との摺動部位に対して、あるいは、前記したようにプレス成形開始前の金属板材、特に加工度の高い金属板材の部位に対して均一に潤滑液を配することができる。これにより金属板材１の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができ、ドロー成形性を向上させることができる。なお、以降は特段の事情のない限り、潤滑液供給用スプレーノズルを備えた潤滑液供給口についても潤滑液供給口３０と称する。
【００４６】
さらに、図７〜図１０に示すように、熱間プレス成形用金型２の成形面に複数の突起部１９を形成すれば、金型２と金属板材１との接触面積が減少し、プレス成形中の金型抜熱による被成形材たる金属板材１の過冷却を抑制することができる。逆に被成形材と冷媒との接触面積を増やすことにより、急冷させたい部分に多くの冷媒を接触させ、冷却速度を要求される通りに上げることができる。さらには、成形完了後、下死点で冷媒を吐出した際には、突起部１９と金属板材１との間隙に冷媒を循環させることが容易になり、金型２と金属板材１との冷却効率を高めることができる。また、これだけでなく、金型２の熱歪を減少させ、加工精度を上げることができる。
また、金型２の成形面に複数の突起部１９を形成することにより、金型２と金属板材１との摺動部位に供給された潤滑液に含まれる固体潤滑剤３６が、金型２の成形面に固着しやすくなり、ドロー成形性が向上する。
なお、図７〜図１０に例示した突起部１９は、金型２の成形面に所定の間隔で設けた円柱状の形状であるが、水平断面の形状は、円状、多角形状、星型形状のいずれかであることが望ましく、垂直断面の形状は、長方形又は台形であることが望ましく、半球状でもよい。
【００４７】
突起部１９は、金型２の成形面の少なくとも一面に形成すれば前記効果を発揮することができるが、双方の成形面に形成してもよい。また、金型２の成形面の一部に設けても全面に設けてもよい。
なお、突起部１９は、その形状がプレス成形品に転写されて成形品の表面性状を害することがあるので、突起部周囲の金型部分を除去して窪みを形成するか、図８に示すように突起部形成位置における金型部分に突起部の高さと一致する深さの窪みを形成し、当該窪みに突起部１９を形成することが望ましい。
【００４８】
突起部１９の面積率は、金型２の成形面の１〜９０％であることが望ましい。１％未満では被成形材に突起部１９の形状が転写し易く、９０％を超える場合は突起部１９の間隙が狭く、圧力損失が大きくなり冷媒が充填又は流動できないため、冷却効率が低下する。また、供給された潤滑液が充填又は流動できないため、金型２と金属板材１との摺動部位に固形潤滑剤３６を固着させるのが困難となる。
突起部１９の水平断面形状が円状である場合には突起部１９の直径、多角形状又は星型形状である場合には突起部の外接円の直径が１０μｍ〜５ｍｍであることが望ましい。突起部の直径又は外接円の直径が１０μｍ未満では突起部の摩耗が大きく、長期間にわたり効果を発揮することができず、５ｍｍを超える場合は均一に冷却することができない。
突起部１９の高さは、５μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。突起部の高さが５μｍ未満では被成形材との隙間が小さすぎるため、金型２と金属板材１の間に冷媒または潤滑剤を循環させることが困難であり、１ｍｍを越す場合は隙間が過大となり、冷媒の熱伝導による冷却速度が低下する。
【００４９】
突起部１９は、電解加工、化学エッチング、放電加工、めっき法等によって形成することができる。
化学エッチングは、可視光硬化型感光性樹脂を金型表面に塗布、乾燥した後、可視光を遮断するマスクで被覆して可視光を照射し、照射部を硬化させ、硬化部以外の樹脂を有機溶剤により除去する方法である。例えば、塩化ナトリウム水溶液等のエッチング液に金型表面を１〜３０分程度浸漬し、エッチングすればよい。突起部の直径又はピッチは可視光を遮断するマスクの形状によって適宜選択することが可能であり、突起部の高さはエッチング時間によって適宜調整することができる。
放電加工は、目的とする突起部形状を反転させた凹部を表面パターンとして有する銅電極を金型に対向して設置し、電流ピーク値、パルス幅を変え、直流パルス電流を流す加工方法である。好ましい電流値は２〜１００Ａ、パルス幅は２〜１０００μｓｅｃであり、金型材質、及び所望の突起部形状に応じて、適宜調整すればよい。
めっき法の場合、半球状突起部の直径を１０μｍ以上とするため、めっきの厚みを１０μｍ以上とすることが好ましく、上限は剥離を防止するため８０μｍ以下とすることが望ましい。めっき層は、アルカリ脱脂し、めっき液中で金型を陽極として電解処理する電解エッチングを行った後、所定の浴温、電流密度で形成することができる。なお、クロムめっきの場合はクロムめっき液中で、電流密度１〜２００Ａ／ｄｍ２程度、浴温３０〜６０℃程度、ＮｉＷめっきの場合は、ＮｉＷめっき液中、電流密度１〜１００Ａ／ｄｍ２程度、浴温３０〜８０℃程度の条件にすれば、１０〜８０μｍの厚みのめっき層を設けることができる。なお、半球状凸形状を有するめっき層を形成するには、例えば、電流密度を段階的に増加させた後、一定電流密度でめっきすればよい。
【００５０】
さらには、図１０に示すように熱間プレス成形用金型２の内部に加熱手段３５を１または２以上備えることにより、成形面への固体潤滑剤３６の固着を促進させることができる。例えば、図９および図１０は金型内部に備えた左半分の加熱手段３５による加熱によって成形面の左半分のみに固体潤滑剤３６を固着させた場合の模式図であるが、このように金型内部に備えた加熱手段３５を制御することによって、必要な範囲にのみ固体潤滑剤３６を固着させることができる。
なお、加熱手段３５としては、通電加熱、赤外線ヒートビーム、レーザービーム、誘導加熱等があるが電熱ヒータが望ましい。
【００５１】
図７および図８に示すように熱間プレス成形用金型２の成形面に複数の冷媒回収口１７を形成し、内部に冷媒回収口１７と連通する冷媒回収管１８を配することにより、金属板材１に吐出した冷媒を効率よく回収することができる。さらには、冷媒回収管１８から真空発生装置等の吸引手段により冷媒を回収することにより冷却効率を向上させることができる。これは、気化しきれなかった冷媒は、金型２の成形面に沿って、例えば、突起部１９の底部に付着するか溜まって当該付着部等における冷却に寄与するが、付着したあるいは溜まったままの状態であると、新たに冷媒を吐出したときに当該付着部等における熱伝達係数αが冷媒が残存していないときと比較すると低下してしまうことに起因するものである。このため、冷媒吐出後においては、真空発生装置等の吸引手段により気化しきれなかった冷媒を回収することが望ましく、これにより冷却効率および熱伝達係数αの制御を向上させることができる。さらには、固着しきれなかったまたは潤滑の役目を終えて剥離した固体潤滑剤３６を効率よく回収することができる。
なお、冷媒回収口１７および冷媒回収管１８は、前記した冷媒吐出口１２や冷媒供給管１３と同様の方法により形成することができる。また、冷媒回収口１７はパンチ４の頂部に設けてもよいし、縦壁部と頂部の両方に設けてもよい。これは、板押さえ６に冷媒回収口１７を設ける場合についても同様である。一方、上型であるダイス３やパッド５に冷媒回収口１７を設ける場合には、底部に設けてもよいし、縦壁部と底部の両方に設けてもよいが、縦壁部に設けた方が被成形材に吐出した冷媒を効率よく回収することができる。
【００５２】
次に、冷媒供給管１３が備える第１の弁機構、すなわち、開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の各機能について説明する。
一般に冷媒による冷却能力については熱伝達係数αを用いて表すことができ、当該熱伝達係数α、冷媒の吐出量Ｑ、吐出流速Ｕ、吐出圧力Ｐおよび吐出時間Ｔとの関係は以下の式により表すことができる。なお、ｆ、ｇ、ｈは、それぞれ関数を表し、例えば、熱伝達係数αは冷媒の吐出量Ｑの関数として成立することを示す。
熱伝達係数α    ＝ｆ（冷媒の吐出量Ｑ）          ・・・    （１）
冷媒の吐出量Ｑ  ＝ｇ（吐出流速Ｕ、吐出時間Ｔ）  ・・・    （２）
吐出流速Ｕ      ＝ｈ（吐出圧力Ｐ）              ・・・    （３）
【００５３】
すなわち、本発明は、冷媒供給管１３が備える開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の少なくとも１つの弁によって、冷媒の吐出量Ｑ、吐出流速Ｕ、吐出圧力Ｐ、吐出時間Ｔ、および吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御し、これにより前記熱伝達係数を制御するものである。すなわち、本発明においては、必ずしも開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の３種類の弁を設ける必要がなく、１つの弁によって当該機能を達成することができる。ただし、開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の３種類の弁を設けることにより、前記パラメータの制御が容易となるので、開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の３種類の弁を設けることが望ましい。
なお、前記弁は応答性を良好に保つために冷媒吐出口１２に近い金型内部に内蔵してもよいが、弁の調整を行うたびに金型を分解する手間を要するため、ダイセット１１に設置することが望ましい。
【００５４】
また、前記したように本発明は、少なくとも１つの弁によって冷媒の吐出量Ｑ、吐出流速Ｕ、吐出圧力Ｐ、吐出時間Ｔ、および吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御することにより、冷媒吐出による熱伝達係数αを制御するものであるが、当該制御を各冷媒吐出口毎に行えば、金型２の成形面に形成した複数の冷媒吐出口１２からの冷媒吐出による冷却の熱伝達係数αを自在に可変することが可能となり、被成形材各部の強度を任意に制御することができるので、金属板材１の局所的な減肉や破断を生ずることなく、次々と強度の低い部分を伸ばしていくことができ、これによって金属板材各部の伸びや板厚を自在に制御することが可能となる。
さらには、柱状のプレス製品を成形する場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の冷媒吐出口１２からの冷媒吐出をグループ化してグループ毎に制御すれば、成形性を向上させることが可能である。また、グループ化することによって、制御の効率化も図ることができる。
【００５５】
潤滑液供給管３１が備える第２の弁機構３２については特に限定されるものではなく、冷媒供給管１３が備える開閉弁１４と同等の弁を用いることができる。
なお、前記弁は応答性を良好に保つために潤滑液供給口３０に近い金型内部に内蔵してもよいが、弁の調整を行うたびに金型を分解する手間を要するため、ダイセット１１に設置することが望ましい。
【００５６】
次に、冷媒供給管１３が備える第１の弁機構を制御して各冷媒吐出口１２からの冷媒吐出を制御する第１の制御装置２３について説明する。なお、当該第１の制御装置２３は、図１１に示すように、前記した熱間プレス成形用金型２とともに、本発明に係る熱間プレス成形装置３８を構成する要素の１つである。
第１の制御装置２３としては、特に限定されるものではなく、前記冷媒供給管１３が備える開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の開閉を制御できるものであれば、機械的、電子的手段を問わず、あるいはこれらを複合させた手段であってもよい。例えば、これらの弁機構にリレースイッチを採用し、当該リレースイッチの開閉（オン・オフ）を計算機（コンピュータ）により制御することにより、前記冷媒供給管１３と連通する冷媒吐出口１２からの冷媒吐出、結果的には当該冷媒吐出口１２における熱伝達係数αを調整することができる。
【００５７】
また、冷媒吐出口１２からの冷媒吐出タイミングは、パンチ押し込み量（ストローク位置とも言う）と同期させることが望ましいため、パンチ押し込み量を示す計測データあるいはこれに相当する信号（ストローク信号３９）を、第１の制御装置２３に入力することが望ましい。これにより、前記冷媒供給管１３に備えた開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の各弁をパンチ押し込み量と同期させて制御することが可能となり、前記冷媒供給管１３と連通する冷媒吐出口１２からの冷媒吐出をパンチ押し込み量と同期させることが可能となる。
また、柱状のプレス製品を成形する場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の冷媒吐出口１２における冷媒吐出を同一にすることにより成形性が向上するので、この場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の冷媒吐出口１２と連通する冷媒供給管１３の開閉弁等の制御を同一にすることが望ましい。
【００５８】
潤滑液供給管３１が備える第２の弁機構３２を制御して、潤滑液供給管３１への潤滑液の供給を制御する第２の制御装置３７としても特に限定されるものではなく、第２の弁機構３２の開閉を制御できるものであれば、機械的、電子的手段を問わず、あるいはこれらを複合させた手段であってもよい。なお、当該第２の制御装置３７も、図１１に示すように、前記した熱間プレス成形用金型２とともに、本発明に係る熱間プレス成形装置３８を構成する要素の１つである。
また、潤滑液供給管３１への潤滑液の供給、ひいては潤滑液供給口３０からの潤滑液供給タイミングは、パンチ押し込み量（ストローク位置とも言う）と同期させることが望ましいため、図１１に示すようにストローク信号３９を第２の制御装置３７に入力することが望ましい。これにより、パンチ押し込み量と同期させて第２の弁機構３２を制御することが可能となり、潤滑液供給口３０からの潤滑液の供給をパンチ押し込み量と同期させることが可能となる。
また、柱状のプレス製品を成形する場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の潤滑液供給口３０における潤滑液供給を同一にすることにより成形性が向上するので、この場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の潤滑液供給口３０と連通する潤滑液供給管３１が備える第２の弁機構３２の制御を同一にすることが望ましい。
【００５９】
すなわち、本発明に係る熱間プレス成形装置３８は、図１１に示すように、冷媒吐出機能および潤滑液供給機能を備える熱間プレス成形用金型２と、当該金型２が備える第１の弁機構を制御して各冷媒吐出口１２からの冷媒吐出を制御する第１の制御装置２３と、当該金型２が備える第２の弁機構３２を制御して潤滑液供給管３１への潤滑液の供給を制御する第２の制御装置３７を有する。
このため、ドロー成形性の向上に有効な固体潤滑剤３６による潤滑効果は固体潤滑剤の消耗によって消滅してしまうところ、第２の制御装置３７を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、たとえ成形開始後から成形完了までのプレス成形中であっても、熱間プレス成形用金型２の成形面に形成した潤滑液供給口３０から、熱間プレス成形用金型２と金属板材１との摺動部位に対して、生産性を阻害することなく潤滑液を供給することができる。
また、熱間プレス成形用金型２と金属板材１との摺動部位、特に加工度の高い摺動部位は、プレス成形の進捗、例えばパンチ押し込み量に従って位置が変化するところ、第２の制御装置３７を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、たとえ成形開始後から成形完了までのプレス成形中であっても、プレス成形の進捗に従って位置が変化する摺動部位に対して、生産性を阻害することなく潤滑液を供給することができる。
なお、前記したように加熱した金属板材１を上型と下型の間にセットして位置決めを行い、次いで加工度の高い金属板材の部位、すなわち金属板材１と金型２との摺動の厳しい部位に、固体潤滑剤３６を分散または溶解させた潤滑液を吐出させ、当該潤滑液中に含まれる固体潤滑剤を固着させてから延伸加工を含む熱間プレス成形を開始すると、生産性を阻害することなく、固体潤滑剤による潤滑効果、すなわち加工度の高い部位における変形集中や摩擦発熱を回避することができ、これにより金属板材の局所的な減肉や破断ならびにキズの発生を防止することができ、ドロー成形性が向上するところ、当該プレス成形開始前における固体潤滑剤の固着処理についても、当該第２の制御装置３７を用いて実現できることは言うまでもない。
すなわち、第２の制御装置３７を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、プレス成形開始前であっても成形開始後から成形完了までのプレス成形中であっても固体潤滑剤３６による潤滑効果を常に発揮させることができるので、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかった熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。
【００６０】
また、前記したようにプレス成形に伴う伸びにより板厚が減少する部分の位置についてはあらかじめ行う実験によって特定することができるところ、第１の制御装置２３を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、図２に示すように、伸びにより板厚が減少する部分Ａの温度を冷媒吐出口１２からの冷媒吐出により強制的に下げることができ、当該部分Ａの変形抵抗を強制的に上げることができる。そして、当該部分Ａよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｂを延伸加工することができる。また、これにより伸びが生じて板厚が薄くなる当該部分Ｂに対しては冷媒吐出口１２からの冷媒吐出により当該部分Ｂの温度を強制的に下げることができ、当該部分Ｂの変形抵抗を強制的に上げることができる。そして、当該部分Ｂよりも相対的に変形抵抗の低いほかの部分Ｃを延伸加工することができる。
すなわち、第１の制御装置２３を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、たとえ成形開始後から成形完了までのプレス成形中であっても、熱間プレス成形用金型２の成形面に形成した複数の冷媒吐出口１２から、金属板材１の少なくとも一部分、例えば、成形に伴う伸びにより板厚が薄くなる部分に対して冷媒を吐出することにより、当該部分の変形抵抗を上げ、次々と変形抵抗の低い部分を延伸加工することができるので、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかったドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。
【００６１】
また、第１の制御装置２３を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、たとえ成形開始後から成形完了までのプレス成形中であっても、図３に示すように、金型２の成形面に形成した冷媒吐出口１２からの冷媒吐出により伸びを生じさせたくない部分Ｄの変形抵抗をあらかじめ強制的に上げておき、当該部分Ｄよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｅを延伸加工し、これにより伸びが生じて板厚が薄くなる部分Ｅに対しては冷媒吐出により新たに強制的に変形抵抗を上げ、当該部分Ｅよりも相対的に変形抵抗の低い他の部分Ｆを延伸加工するという操作を行うことができるので、当該操作を繰り返すことにより、被成形材たる金属板材１の局所的な減肉や破断を生ずることなく、次々と変形抵抗の低い部分を延伸加工することができる。
すなわち、第１の制御装置２３を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかった熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。
【００６２】
さらには、第１の制御装置２３を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、熱間プレス成形用金型２の成形面に形成した冷媒吐出口１２からの冷媒吐出により、金属板材各部の冷却速度を自在に可変することができるので、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて任意に設定することができる。
特に、プレス成形後に、熱間プレス成形用金型２の成形面に形成した冷媒吐出口１２から、プレス成形した金属板材１の所定の部位に対して冷媒を吐出して急冷することにより、当該所定の部位の高強度化を図ることができる。例えば、当該所定の部位が強度が必要な部位である場合には、冷却速度を上昇させることによりマルテンサイト変態またはベイナイト変態による高強度化を図ることができる。一方、当該所定の部位が穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が必要な部位である場合には、冷却速度を弱めることにより焼入れ硬度を低下させることもできる。
【００６３】
すなわち、第１の制御装置２３および第２の制御装置３７を有する本発明に係る熱間プレス成形装置３８によれば、プレス成形の特徴である高い生産性を維持しながら、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかった熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができるとともに、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ドロー成形に伴う破断の発生要因を説明するための模式図である。
【図２】本発明に係る金型を用いた成形方法の一例を説明するための模式図である。
【図３】本発明に係る金型を用いた成形方法の他の一例を説明するための模式図である。
【図４】本発明に係る金型の概略説明図であり、（ａ）はダイスホルダーとパンチホルダーを記載した図、（ｂ）は構成を明確にするためにダイスホルダーとパンチホルダーを省略して記載した図である。
【図５】本発明に係る冷媒吐出機能および潤滑液供給機能を備える金型２を説明するための断面図である。
【図６】本発明に係る金型を示す説明図であり、パンチに冷媒吐出機能を具備した場合の断面図である。
【図７】本発明に係る金型の一例を示す説明図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の表面を示す図である。
【図８】本発明に係る金型の一例を示す断面図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の断面を示す図である。
【図９】本発明に係る金型の一例を示す説明図であり、潤滑液供給口、潤滑液回収口および突起部を形成した金型の表面を示す図である。
【図１０】本発明に係る金型の一例を示す説明図であり、潤滑液供給口、潤滑液回収口および突起部を成形面に形成し、内部に加熱手段を備えた金型を示す図である。
【図１１】本発明に係る熱間プレス成形装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  金属板材                  ２  熱間プレス成形用金型
３  ダイス                    ４  パンチ
５  パッド                    ６  板押さえ
７  ダイベース（上型）        ８  ダイベース（下型）
９  ダイスホルダー          １０  パンチホルダー
１１  ダイセット              １２  冷媒吐出口
１３  冷媒供給管              １４  開閉弁
１５  流量調整弁              １６  圧力調整弁
１７  冷媒回収口              １８  冷媒回収管
１９  突起部                  ２０  中子
２１  シール                  ２２  金型全体冷却部
２３  第１の制御装置
３０  潤滑液供給口（潤滑液供給用スプレーノズル）
３１  潤滑液供給管
３２  第２の弁機構            ３５  加熱手段
３６  固体潤滑剤              ３７  第２の制御装置
３８  熱間プレス成形装置      ３９  ストローク信号
【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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