(57)【要約】  本発明は、金属加工物（４，２０４）を熱間成形する熱間成形工具（１，１０１，２１０，３０１）であって、加工物を成形するために互いに対して変位可能な少なくとも２つのダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）を有し、更に、熱間成形工具（１，１０１，２１０，３０１）内の加工物（４，２０４）を第１の高い温度から第２の低い温度に冷却することができる冷却装置（５）を有する熱間成形工具（１，１０１，２１０，３０１）に関する。熱間成形工具（１，１０１，２１０，３０１）の改良のため、熱間成形工具（１，１０１，２１０，３０１）は、熱間成形工具（１，１０１，２１０，３０１）内の加工物（４，２０４）に対して分離作業を実施することができる分離装置（１０，２１０，３１０）を備える。本発明は、更に、熱間成形方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属加工物（４，２０４）を熱間成形する方法であって、先ず最初に前記加工物を第１の高い温度において成形工具（１，１０１，２０１，３０１）で成形し、前記加工物は、前記加工物の材料が前記第１の温度における強度よりも非常に高い強度を有する第２の低い温度に達する、方法において、前記加工物（４，２０４）は、前記加工物が前記成形工具（１，１０１，２０１，３０１）内に存在している間、前記第２の温度に達する前に分離作業を受ける、方法。
【請求項２】
前記加工物（４，２０４）の組織は、前記第１の温度から前記第２の温度への移行中に変換される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記組織は、オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変換される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記分離を前記組織が変換される前に本質的に完了させる、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記分離を約３５０℃〜５００℃の温度範囲で実施する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記分離を前記成形の完了直後に実施する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記分離を前記成形の終わり頃に実施する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記分離を前記加工物（４，２０４）の肉厚の約１〜３倍の前記成形用工具（１０１，２０１，３０１）用のダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）の残り経路について、好ましくは、前記加工物の肉厚の約２倍の残り経路について実施する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
分離後、前記分離箇所に隣接して位置する前記加工物（４，２０４）の領域を前記成形工具（１０１，２０１，３０１）用の前記ダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）の前記領域の方向に変位させる、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
前記分離を加工物ホルダ（１２）と前記成形用工具（１，１０１）用のダイス（２）の相対運動によって実施する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記加工物ホルダ（１２）を第１のダイス（２）に対して動かし、前記第１のダイスは、分離前においては、本質的に、前記加工物ホルダ（１２）に対してその相対位置を維持する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記加工物ホルダ（１２）を前記第１のダイスが第２のダイス（３）に対するその運動を完了した後、前記第１のダイス（２）に対して動かす、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のダイス（２）を前記加工物ホルダが第２のダイス（３）に対するその運動を完了した後、前記加工物ホルダ（１２）に対して動かす、請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
前記成形用工具（２０１，３０１）用の２つのダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）を結合することにより前記分離を直接実施する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ダイス（２０２，２０３）は、分離装置（２１０）用の切断要素（２４０，２４１）を有し、前記切断要素は、分離中、それぞれの前記ダイス（２０２，２０３）の付形輪郭（２０６，２０７）に対するこれらの相対位置に保持される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
分離中、ダイス（３０３）の第１の成形部分（３５０）を前記ダイス（３０３）の第２の成形部分（３５１）に対して動かす、請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの分離装置（１０）を用いて前記分離作業を実施し、前記少なくとも１つの分離装置を前記分離直後に、前記分離前のその位置に戻す、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記分離作業を利用して前記加工物（４，２０４）に縁輪郭を生じさせる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記加工物（４，２０４）を前記熱間成形工具（１，１０１，２０１，３０１）で打ち抜く、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記打ち抜きは、前記加工物（４，２０４）が成形された後でのみ実施する、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
金属加工物（４，２０４）を熱間成形し、特に、請求項１記載の方法を実施するための熱間成形工具（１，１０１，２０１，３０１）であって、前記加工物を成形するために互いに対して動かすことができる少なくとも２つのダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）を有すると共に前記熱間成形工具内の前記加工物を第１の高い温度から第２の低い温度に冷却することができる冷却装置（５）を有する、熱間成形工具において、前記熱間成形工具（１，１０１，２０１，３０１）は、分離作業を前記熱間成形工具内に存在する加工物に対して実施することができる分離装置（１０，２１０，３１０）を備えている、熱間成形工具。
【請求項２２】
前記分離装置（１０）の少なくとも一部分（１１）は、前記成形作業中、前記加工物（４）を保持する加工物ホルダ（１２）を備え、前記加工物ホルダは、ダイス（２）に対して動くことができ、それにより分離作業をこの相対運動によって実施できる、請求項２１記載の熱間成形工具。
【請求項２３】
前記加工物ホルダ（１２）を第１のダイス（２）に対して動かすことができ、前記第１のダイスは、前記分離まで、本質的に、前記加工物ホルダ（１２）に対するその相対位置を維持する、請求項２２記載の熱間成形工具。
【請求項２４】
前記加工物ホルダ（１２）を閉鎖状態における前記ダイス（２，３）の思案点越しに第２のダイス（３）に対して動かすことができる、請求項２３記載の熱間成形工具。
【請求項２５】
前記第１のダイス（２）を前記第２のダイス（３）に対する前記加工物ホルダの思案点越しに第２のダイス（３）に対して動かすことができる、請求項２３又は２４記載の熱間成形工具。
【請求項２６】
少なくとも１つの切断要素（１１）が、前記加工物ホルダ（１２）に設けられ、前記分離装置（１０）のための少なくとも１つの切断要素（１３）が、前記ダイス（２）に設けられている、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２７】
前記分離装置（１０）は、前記加工物ホルダ（１２）に連結されていて、前記加工物ホルダと一緒に動くことができる打ち抜き工具（１６）を有する、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２８】
前記分離装置（２１０）は、前記ダイス（２０２，２０３；２０２，３０３）に設けられていて、前記ダイスを互いに結合すると前記加工物（２０４）に対して分離作業を行う相互に関連した切断要素（２４０，２４１；２４０，３４１）を有する、請求項２１〜２７のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２９】
前記切断要素（２４０，２４１）は、これらのそれぞれのダイス（２０２，２０３）の付形輪郭（２０６，２０７）に対して定位置に固定されている、請求項２８記載の熱間成形工具。
【請求項３０】
ダイス（３０３）は、第１の成形部分（３５０）及び分離中、前記第１の成形部分に対して動かすことができる第２の成形部分（３５１）を有する、請求項２８又は２９記載の熱間成形工具。
【請求項３１】
前記分離装置（１０，２１０，３１０）は、打ち抜き工具（１６）を有する、請求項２１〜３０のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項３２】
前記分離装置（１０，２１０）は、Ｃｕ−Ｚｒ合金を含む少なくとも１つの切断要素（１１，１３，１７，２４０，２４１，３４１）を有する、請求項２１〜３１のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先ず最初に加工物を第１の高い温度において成形工具で成形し、加工物は、加工物の材料が第１の温度における強度よりも非常に高い強度を有する第２の低い温度に達する金属加工物の熱間成形方法に関する。本発明は、更に、この目的のための成形工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる公知の一般的な成形工具の場合、オーステナイト化処理温度まで加熱された金属加工物を成形する。成形工具は、オーステナイト組織をマルテンサイト組織に変換し、即ち、加工物を硬化させるために成形工具内に存在する加工物を急冷する冷却装置を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この点に関し、経時的な加工物の温度の固有の変化を維持してマルテンサイト組織の所望の硬さ及び形式を達成することが重要である。特に、最小限の冷却速度が必要である。他方、冷却を成形と協調させなければならない。加工物の硬化が早すぎる場合、成形は、悪影響を受ける。
【０００４】
加工物は、これが約１００℃の温度まで冷えるまで成形工具内に保持される。これにより、加工物が十分に冷え、本質的にその最終寸法に一致した寸法を有するようになる。
次に、加工物を別の機械加工ステップに送り、かかる機械加工ステップにおいて、その外側輪郭を例えばレーザ又はプラズマ切断ユニットの使用によりトリムする。
【０００５】
本発明の目的は、加工物が可能な限り簡単な仕方で成形され、分離作業を受けるような仕方で金属加工物を熱間成型する方法を改良し、この目的のために対応の装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する金属加工物の熱間成形方法の利用によって達成される。
【０００７】
これにより、分離作業を成形工具内の加工物に対して直接実施することができる。それどころか、冷却をも考慮に入れて、時間の関数としての成形作業と分離作業の良好な協調を提供することができる。また、成形と分離の一体的方法により、高い製造精度を達成することができる。
【０００８】
分離作業を加工物が第２の温度に達する前に実施するので、機械的分離手段も又、満足のゆく程度に使用することができる。加工物は、これが第２の温度に達する前においては、非常に低い強度を依然として有し、即ち、機械的分離手段に対する摩耗は低い。
【０００９】
加工物の組織は、有利には、第１の温度から第２の温度への移行中に変換可能である。組織の変換により、特に満足のゆく仕方で高い強度を達成することができる。
【００１０】
この組織は、好ましくは、オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変換可能である。このようにすると、加工物の硬化は、この方法に組み込まれる。
【００１１】
分離は、有利には、組織が変換される前に完了可能である。完全な組織の変換が行われる前に分離作業を実施することができ、依然としてかなり軟らかい加工物を摩耗を少なくした状態で分離することができる。
【００１２】
分離は、約３５０℃〜５００℃の温度範囲で特に有利に実施できる。この温度範囲では、加工物は、依然として十分に軟らかい。この温度範囲では良好な有効寿命の状態で機械的分離手段を用いることができる。
【００１３】
分離は、好ましくは、成形を完了した直後に実施することができる。この結果、高い精度が得られる。というのは、成形によっては、加工物の幾何学的形状が変更されないからである。
【００１４】
分離は、特に好ましくは、成形作業の終わり頃に実施できる。この時点では、加工物は、十分に成形されており、従って分離を実施したときに高い精度を依然として達成することができる。
【００１５】
分離は、特に有利には、分離を加工物の肉厚の約１〜３倍の成形用工具用のダイスの残り経路について、好ましくは、加工物の肉厚の約２倍の残り経路について実施できる。これにより、成形作業の終わり頃に実施される分離について高い精度が達成される。
【００１６】
特に有利な仕方で、分離後、分離箇所に隣接して位置する加工物の領域を成形工具用のダイスの領域の方向に変位させるのが良い。意図した最終の輪郭が、加工物をダイスの領域内に動かすことにより達成される。
【００１７】
分離を、好ましくは、加工物ホルダと成形用工具用のダイスの相対運動によって実施するのが良い。分離作業を有利には、加工物ホルダの支援によって実施できる。
【００１８】
加工物ホルダを、有利には、第１のダイスに対して動かすことができ、第１のダイスは、分離前においては、本質的に、加工物ホルダに対してその相対位置を維持する。このようにすると、ダイスと加工物ホルダは、本質的に、互いに対するこれらの位置を維持することができ、分離中、分離作業は、相対運動の結果として起こる。
【００１９】
加工物ホルダを、特に好ましくは、第１のダイスが第２のダイスに対するその運動を完了した後、第１のダイスに対して動かすのが良い。例えば、加工物ホルダは、第１のダイスが第２のダイスに出合った後でも動き続けることができ、分離作業が実施される。
【００２０】
第１のダイスを、好ましくは、加工物ホルダが第２のダイスに対するその運動を完了した後、加工物ホルダに対して動かすのが良い。例えば、第１のダイスは、第２のダイスに対する加工物ホルダの相対運動が停止した後でも第２のダイスに向かって動き続けることができ、分離作業が実施される。
【００２１】
分離を、有利には、成形用工具用の２つのダイスを結合することにより直接実施できる。このようにすると、分離と成形は、ダイスを互いに結合した結果として１回の一体化作業で実施される。
【００２２】
ダイスは、有利には、分離装置用の切断要素を有することができ、切断要素は、分離中、それぞれのダイスの付形輪郭に対するこれらの相対位置に保持される。一体化分離・成形作業は、ダイスの機械的に単純な運動によって可能であり、これらダイスは、これらの切断要素の助けにより分離を実施する。
【００２３】
本発明の一改造例では、分離中、ダイスの第１の成形部分をダイスの第２の成形部分に対して動かすのが良い。分離作業を成形部分の相対運動によって実施することができる。特定の一設計例では、成形部分のうちの一方と関連した加工物の領域を分離前に完全に成形することができる。このようにして、分離中高い精度を達成することができる。
【００２４】
少なくとも１つの分離装置を用いて特に有利な仕方で分離作業を実施することができ、少なくとも１つの分離装置を分離直後に、分離前のその位置に戻す。これにより、分離装置と加工物の分離平面の接触持続時間が短く保たれ、それにより分離装置の加熱が制限される。分離装置の加熱又は熱膨張により引き起こされる摩耗が減少するだけでなく、分離装置及び加工物の詰まりが防止される。
【００２５】
分離作業は、加工物に縁輪郭を生じさせるよう特に有利な仕方で利用できる。成形から残った突出長さを除去することができる。
【００２６】
加工物は、好ましくは、熱間成形工具で打ち抜かれる。このようにすると、閉鎖された加工物領域が、加工物から分離される。
【００２７】
打ち抜きは、有利には、加工物を成形した後でのみ実施される。打ち抜かれた輪郭の高い精度が達成される。
【００２８】
本発明の目的は、更に、請求項２１の特徴を有する金属加工物の熱間成形のための熱間成形工具の利用によって達成される。
【００２９】
分離作業を熱間成形工具内に存在する加工物に対して直接実施することができる分離装置を備えた熱間成形工具を提供することが可能である。実際、かかる分離装置を用いることにより、冷却をも考慮に入れて、時間の関数としての成形作業と分離作業の良好な協調を提供することができる。さらに、分離装置を備えた熱間成形工具を用いることにより高い製造精度を達成することができる。
【００３０】
特に有利な仕方で、分離装置の少なくとも一部分は、成形作業中、加工物を保持する加工物ホルダを備えるのが良く、加工物ホルダは、成形中加工物を固定すると共にダイスに対して動くことができ、それにより分離作業をこの相対運動によって実施できる。分離作業は、有利には、加工物ホルダの支援により実施できる。
【００３１】
加工物ホルダは、分離が達成されるまで、本質的に、加工物に対するその相対位置を維持する第１のダイスに対して動くことができるということが特に好ましい。このようにすると、ダイスと加工物ホルダは、本質的に、互いに対するこれらの位置を維持することができ、分離中、分離作業は、相対運動の結果として起こる。
【００３２】
加工物ホルダを、有利には、閉鎖状態におけるダイスの思案点越しに第２のダイスに対して動かすことができる。分離作業は、例えば、第１のダイスが第２のダイスに対してもはや動いていない間、加工物ホルダが第２のダイスに対してその運動を続行することにより実施できる。
【００３３】
第１のダイスを、有利には、第２のダイスに対する加工物ホルダの思案点越しに第２のダイスに対して動かすことができる。第１のダイスは、例えば、加工物ホルダが第２のダイスに対して静止している状態で第２のダイスに対するその運動を続行することができ、分離作業が実施される。
【００３４】
好ましくは、少なくとも１つの切断要素が、加工物ホルダに設けられるのが良く、分離装置のための少なくとも１つの切断要素が、ダイスに設けられている。分離作業は、ダイスと加工物ホルダの相対運動によって実施できる。
【００３５】
分離装置は、有利には、加工物ホルダに連結されていて、加工物ホルダと一緒に動くことができる打ち抜き工具を有することができる。加工物ホルダを動かすことにより、打ち抜き工具が動かされ、分離作業を実施することができる。打ち抜き工具及び加工物ホルダの運動の支援により同時分離作業を実施することが可能である。
【００３６】
分離装置は、特に好ましくは、ダイスに設けられていて、ダイスを互いに結合すると加工物に対して分離作業を行う相互に関連した切断要素を有するのが良い。このようにすると、分離と成形は、ダイスを互いに結合した結果として１回の一体化作業で実施される。
【００３７】
切断要素は、有利には、これらのそれぞれのダイスの付形輪郭に対して定位置に固定できる。ダイスの機械的に単純な運動によって成形及び分離を実施することが可能であり、これらダイスは、これらの切断要素の助けにより分離を達成する。
【００３８】
本発明の一改造例では、ダイスは、第１の成形部分及び分離中、第１の成形部分に対して動かすことができる第２の成形部分を有するのが良い。成形部分のうちの一方と関連した加工物の領域を分離前に完全に成形することができる。このようにして、分離中高い精度を達成することができる。
【００３９】
分離装置は、打ち抜き工具を有することが特に有利である。このようにすると、閉鎖された加工物領域を加工物から分離することができる。
【００４０】
分離装置は、有利には、Ｃｕ−Ｚｒ合金を含む少なくとも１つの切断要素を有することができる。これにより、切断要素に高い耐熱強度が与えられ、その結果良好な耐摩耗性が得られる。さらに、切断要素は、良好な熱伝導率を有する。
【００４１】
これにより、約５００℃〜３５０℃の温度でも、例えば、切断要素の間接的な冷却により分離を実施する可能性が得られる。
【００４２】
本発明の実施形態は、図面に記載されており、これらについて以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下の説明において、同一又は類似の要素について同一の参照符号が用いられている。
【００４５】
各図の左半分は、成形前の位置を示し、図の右半分は、成形及び分離後の位置を示している。
【００４６】
以下の説明において、「成形」という用語は、変形用工具の影響を受けて生じる加工物の形状の変更を意味する。
【００４７】
図１は、本発明の第１の実施形態としての熱間成形工具１を示しており、この熱間成形工具は、金属加工物４を成形するために互いに対して動くことができる２つのダイス２，３、冷却装置５、分離装置１０及び加工物ホルダ１２を有している。
【００４８】
冷却装置５を用いることにより、熱間成形工具１内の金属加工物４を第１の高い温度から第２の低い温度に冷却することができる。冷却装置５は、ダイス２，３の付形面６，７の付近に設けられた冷却ライン８，９を有すると共に分離装置１０及び加工物ホルダ１２の付近に設けられた冷却ライン２７，２８を有し、これら冷却ラインを通って冷却剤が導かれる。
【００４９】
分離装置１０を用いると、熱間成形工具１内に存在する金属加工物４に対して分離作業を実施することができる。分離装置１０の一部分は、ダイスのうちの一方を備え、この領域に設けられた冷却ライン２７によって間接的に冷却される。分離装置１０の別の部分は、加工物ホルダ１２を備え、この別の部分は、成形中、金属加工物を固定し、ダイスに対して動くことができ、そしてこの領域に設けられた冷却ライン２８によって間接的に冷却される。
【００５０】
また、分離装置の少なくとも一部分は、冷却ラインを用いる直接的な冷却のために構成されるのが良い。
【００５１】
加工物ホルダ１２は、特に、第１の保持部分１４と第２の保持部分１５を有し、金属加工物４は、これら保持部分相互間に保持される。本発明のこの実施形態では、第１の保持部分１４は、分離装置１０の第１の切断要素１１を備え、この第１の保持部分は、第１のダイス２の隣りに配置され、加工物ホルダ１２は、第１のダイスに対して動くことができる。
【００５２】
第２のダイス３は、分離装置１０の第２の切断要素１３を備え、この第２の切断要素は、第１の切断要素１１に対応しており、分離中、この第１の切断要素と協働する。第１の切断要素１１は、そのダイスの付形面の一部である。図１の左半分に示されているように、成形前の開始位置では、第１の切断要素と第２の切断要素は、金属加工物４の互いに反対側に配置されている。
【００５３】
分離装置１０は、第３の切断要素１７を備えた打ち抜き工具１６を更に有する。打ち抜き工具１６は、加工物ホルダ１２に連結されており、この加工物ホルダと一緒に動くことができる。加工物ホルダ１２及び打ち抜き工具１６は、共有のベースプレート１８に取り付けられている。ベースプレート１８は、ダイスの領域を跨いでいる。第１の保持部分１４は、ベースプレートに対して静止している。
【００５４】
ベースプレート１８が第１のダイス２に対して動くと、これにより、第１の保持部分１４及び打ち抜き工具１６は、第１のダイス２に対して動く。第１のダイス２に対するベースプレート１８の相対的可動性は、ダイスクッション１９によって可能になる。ダイスクッション１９は、ばね要素及び（又は）流体工学的要素、例えば油圧シリンダを有するのが良い。
【００５５】
切断要素のうちの少なくとも１つ、本発明のこの実施形態では、切断要素１１，１３，１７の全ては、耐熱性が高く、それと同時に良好な熱伝導率を有する合金を含む。その結果、切断要素は、高温であっても生じる摩耗が少なく、かかる切断要素は、吸収した熱を迅速に放散させることができる。切断要素は、間接冷却により十分に冷却可能である。しかしながら、切断要素は、例えば冷却チャネル及び熱伝達冷却剤を利用することにより積極的に冷却可能である。
【００５６】
切断要素は、好ましくは、Ｃｕ−Ｚｒ合金を含む。
【００５７】
本発明の第１の実施形態としての熱間成形工具１の機能について以下に説明する。
【００５８】
金属加工物４をその第１の温度まで加熱し、この金属加工物は、かかる第１の温度では、強度が減少し、成形可能性が増大する。本発明のこの実施形態では、第１の温度は、オーステナイト化処理温度である。この温度は、例えば、９００℃〜９５０℃の範囲で選択可能であり、金属加工物は、ボロン合金鋼であるのが良い。加工物を第１の温度で或る特定の期間にわたり焼きなましするのが良い。
【００５９】
次に、加工物を常温ダイス２と積極的に冷却させたダイス３との間に位置決めし、そして加工物ホルダ１２の保持部分１４，１５相互間にクランプする。第２の保持部分１５は、アクチュエータ３８によって開閉され、このアクチュエータを油圧の作用で且つ（或いは）弾性力により作動させるのが良い。加工物ホルダは、加工物のための完全な保持機能を実行する。
【００６０】
ダイス２，３を結合することにより、加工物が成形され、かかる作業は、この場合、深絞り成形作業である。ベースプレート１８は、加工物ホルダ１２及び打ち抜き工具１６と一緒に、ダイスの合体が思案点に達するまで、即ち、ダイス２，３が閉鎖状態になるまで、第１のダイス２に対するその相対位置を維持する。加工物４の成形は、思案点に達したときに完了する。
【００６１】
次に、ベースプレート１８を第２のダイスの方向に、即ち、加工物４に向かって第１のダイス２に対して動かす。これにより、加工物ホルダ１２は、第１のダイスに対して動き、この相対運動の結果として、第１の切断要素１１及び第２の切断要素１３は、分離作業を実施し、かかる分離作業により、加工物４の縁部領域２４が分離される。それと同時に、打ち抜き工具１６を第１のダイス２に対して、即ち、第１のダイス２に設けられた開口部２０を通って動かし、ついには、この打ち抜き工具が第２のダイス３に設けられた対応の対向開口部２１内に入るようになる。その結果、打ち抜き片２５が、金属加工物から分離され、対向開口部２１を通って除去される。
【００６２】
分離における高い精度は、成形完了後の分離によって達成される。
成形と分離は、連続的に行われる。特に、分離は、本質的に、加工物の材料が第１の温度における強度よりも非常に高い強度を有する第２の低い温度に加工物が達する前に完了する。本発明のこの実施形態では、第２の温度は、マルテンサイト温度である。金属加工物を熱間成形工具内の冷却装置５によって急冷し、それにより第１の温度から第２の温度への移行中、そのオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変換する。分離は、例えば、約５００℃〜３５０℃の加工物４の温度範囲で行われるのが良い。
【００６３】
図１の右半分は、分離直後の熱間成形工具１の状態を示している。直後に、ベースプレート１８を切断経路に沿って第１のダイスに対して引き戻し、分離前のその定位置に戻す。これにより、第１の切断要素１１及び第３の切断要素１６を加工物のそれぞれの分離平面との接触状態から離脱させ、分離平面からの熱の導入を終わらせる。加工物４の熱膨張は、特に切断要素１６から切り離され、詰まりが防止される。
【００６４】
加工物は、これが約１００℃〜１５０℃の温度に達するまで熱間成形工具内に所与の期間にわたり留まる。加工物４は、第１のダイス２と第２のダイス３との間で圧力を受けた状態で保持され続ける。
【００６５】
成形工具の寸法決めにあたり、分離時期と熱間成形工具からの取り出し時期との間の加工物の熱収縮を考慮に入れる必要がある。ダイスは、加工物が取り出されるまで閉鎖状態のままなので、加工物のトリムされた縁部は、加工物の断面に沿って内方に移動する。この移動は、種々の部分の幾何学的形状に応じて、数ミリメートルである場合がある。この理由で、ダイス２，３は、加工物のトリムされる縁部の移動を考慮に入れてかなり大きな設計のものでなければならない。即ち、加工物は、本質的に、これがその意図した取り出し温度に達したときにその最終寸法に達する。
【００６６】
分離を伴う成形のためのサイクル時間は、分離が行われない成形のためのサイクル時間と本質的に同一である。
【００６７】
成形工具で行われるトリミングにもかかわらず、加工物のトリムされた縁部は、熱間成形工具とは別個のトリミングユニットを用いた分離によって得られる切断縁部とちょうど同じほど満足のゆくものである。
【００６８】
図２は、本発明の第２の実施形態としての熱間成形工具１０１を示している。本発明の第２の実施形態と本発明の第１の実施形態の差について以下に説明する。
【００６９】
本発明の第１の実施形態とは対照的に、第２の実施形態では、熱間成形工具１０１のための加工物ホルダ１２は、成形作業の終わり頃に、即ち、成形が完了する前に、第１のダイス２に対して動かされる。分離は、成形作業の終わり頃に実施される。相対運動、即ち、分離は、金属加工物４の肉厚の約２〜３倍である合致状態のダイスの残り経路について、好ましくは、金属加工物のほぼ肉厚に約１ｍｍを加えた長さの残り経路について起こる。分離後、分離箇所に隣接して位置する加工物の領域をダイスの領域の方向に更に変位させる。しかしながら、分離のための高い精度が依然として達成される。
【００７０】
分離を早めに開始させた結果として、成形及び分離プロセスが早く完了するだけでなく、加工物は、分離時点でより高温状態にある。他方、分離は又、金属加工物が成形の完了時に既にその第２の温度に達したときに実施可能である。
【００７１】
本発明のこの実施形態では、第１のダイス２に対する加工物ホルダ１２の好ましい相対運動は、ベースプレート１８と加工物ホルダ１２との間、即ち、第１のダイス２と加工物ホルダ１２との間に設けられた停止装置１３０及び運動緩衝装置１２９の助けにより起こる。運動緩衝装置１２９を油圧の作用で且つ（或いは）弾性力で作動させるのが良い。
【００７２】
ダイスを互いに結合させると、加工物ホルダ１２及び第１のダイス２は、当初、これらの相対位置を維持する。成形の終わり頃、停止装置１３０からの支援により、先に第１のダイス２と一緒に動かされた加工物ホルダ１２は、第２のダイス３に対してそれ以上動くのが阻止され、即ち、第２のダイス３に対して思案点に達する。運動緩衝装置１２９の撓みにより、第１のダイスは、第２のダイスに対して更に運動を生じ、ついには、共有の思案点に達し、即ち、ダイスは、互いに結合し、加工物が完全に形成される。
【００７３】
本発明の第１の実施形態とは対照的に、本発明の第２の実施形態では、第１の切断要素１１は、第２の保持部分１５に設けられ、これに対応した第２の切断要素１３は、第１のダイス２に設けられている。図２に示されているように、それに対応して、冷却ライン２７，２８が位置決めされている。
【００７４】
第１の実施形態とのもう１つの差は、打ち抜き工具１６がベースプレート１８に直接設けられていないということにあり、これとは異なり、打ち抜き工具は、別個のアクチュエータ１３１からの支援により、ベースプレートに対して動くことができるようベースプレート上に支持されている。これにより、打ち抜き工具１６を用いた分離を加工物ホルダ１２を用いた分離とは別個独立に実施することができる。これは又、加工物ホルダ１２を用いた分離の場合とは異なる時期に、例えば、第１の実施形態の場合と同様、成形が完全に終わった後に起こっても良い。
【００７５】
図３は、本発明の第３の実施形態としての熱間成形工具２０１を示している。本発明の第３の実施形態と第１及び第２の実施形態の差について以下に説明する。
【００７６】
本発明の第３の実施形態では、分離装置２１０は、ダイス２０２，２０３に直接設けられていて、相互に関連した第１の切断要素２４０及び第２の切断要素２４１を有しており、これら切断要素は、ダイスが互いに結合した結果として、加工物２０４に対して分離作業を直接行う。切断要素２４０，２４１は、これらのそれぞれのダイス２０２，２０３に対するこれらの相対位置を維持する。
【００７７】
しかしながら、切断要素は、依然として可動部分を有しても良い。
【００７８】
図３に示されているように、冷却ライン２７，２８は、これに対応して切断要素２４０，２４１の付近に設けられている。直接的な冷却も又、可能である。
【００７９】
第１及び第２の切断要素２４０，２４１を用いた分離を上述したように、ダイスの残り経路について成形作業の終わり頃に本発明の第２の実施形態の場合と同一の仕方で開始させる。
【００８０】
本発明の第３の実施形態では、第１及び第２の切断要素２４０，２４１は、各々、それぞれのダイス２０２，２０３の付形面２０６，２０７の中間に位置している。即ち、分離が始まった後、加工物２０４の縁部領域２２４も又成形される。
【００８１】
第１及び第２の切断要素２４０，２４１を用いて、定位置にある加工物２０４に対して分離を実施するのが良く、縁部領域２２４は、加工物の内側領域２２６に位置したままである。しかしながら、縁部領域２２４も又、内側領域２２６から完全に分離しても良い。
【００８２】
本発明の第３の実施形態では、熱間成形工具２０１は、加工物ホルダ２１２を有し、この加工物ホルダの第１の保持部分２１４は、第１のダイス２０２を備えている。加工物ホルダの第２の保持部分２１５は、第１及び第２の実施形態の場合と同じく、第１のダイス２０２に対して動くことができる。
【００８３】
加工物ホルダは、加工物のための部分的保持機能を有する。成形前においては、第１の切断要素２４０と加工物ホルダ２１２によって保持された加工物２０４との間には空間が存在する。
【００８４】
本発明の第３の実施形態の熱間成形工具２０１の場合、打ち抜き工具１６は、本発明の第２の実施形態の場合と同一の仕方で設けられる。
【００８５】
次に、図４を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。
【００８６】
本発明の第４の実施形態は、本発明の第３の実施形態の改造例である。熱間成形工具３０１は、第１の成形部分３５０及び第２の成形部分３５１に分割された第２のダイスを有する。２つの成形部分３５０，３５１を分離中、互いに対して動かす。この相対的可動性は、成形部分を互いに連結するよう設けられたダイスクッション３６０によって可能になる。
【００８７】
金属加工物２０４の成形のため、２つのダイス２０２，３０３は、互いに向かって動く。最初に、第１のダイスと成形部分３５０のうちの一方との間で成形を完了する。第１のダイス２０２及びこの成形部分は、その相対運動の思案点に達した後、第２の成形部分３５１に対して一緒に動き、分離作業を実施する。この手順は、２つの成形部分の相対的可動性によって分離に関して高い精度が達成されるという利点を有し、加工物は、全体として、分離の開始時に完全に成形される。
【００８８】
本発明の第４の実施形態では、第１のダイス２０２は、第１の、即ち内側成形部分３５０と一緒に移動し、ついには、共有の思案点に達する。第２の、即ち外側の成形部分３５１は、第１のダイスの第１の切断要素２４０に対応した第２の切断要素３４１を有する。この第２の切断要素は、第１のダイス２０２と第１の成形部分３５０が第２の成形部分３５１に対して一緒に動いたときに分離を行う。
【００８９】
切断要素のうちの少なくとも一方、この場合、第１の切断要素２４０は、特に、図４に示されているように分離中、保持機能を有するのが良い。この切断要素は、加工物２０４を内側成形部分３５０に押し付ける。
【図１】
2010501358.tif 000003
【図２】
2010501358.tif 000004
【図３】
2010501358.tif 000005
【図４】
2010501358.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月1日(2009.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  金属加工物の熱間成形方法及び装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先ず最初に加工物を第１の高い温度において成形工具で成形し、加工物は、加工物の材料が第１の温度における強度よりも非常に高い強度を有する第２の低い温度に達する金属加工物の熱間成形方法に関する。本発明は、更に、この目的のための成形工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる公知の一般的な成形工具の場合、オーステナイト化処理温度まで加熱された金属加工物を成形する。成形工具は、オーステナイト組織をマルテンサイト組織に変換し、即ち、加工物を硬化させるために成形工具内に存在する加工物を急冷する冷却装置を有する。
【０００３】
この点に関し、経時的な加工物の温度の固有の変化を維持してマルテンサイト組織の所望の硬さ及び形式を達成することが重要である。特に、最小限の冷却速度が必要である。他方、冷却を成形と協調させなければならない。加工物の硬化が早すぎる場合、成形は、悪影響を受ける。
【０００４】
加工物は、これが約１００℃の温度まで冷えるまで成形工具内に保持される。これにより、加工物が十分に冷え、本質的にその最終寸法に一致した寸法を有するようになる。
次に、加工物を別の機械加工ステップに送り、かかる機械加工ステップにおいて、その外側輪郭を例えばレーザ又はプラズマ切断ユニットの使用によりトリムする。
【０００５】
日本国特開２００５−２４８２５３号公報は、鋼材料の熱間成形方法に関する。鋼材料を加熱し、上側ダイスと下側ダイスとの間に位置決めする。次に、熱間成形を行う。閉鎖状態のダイスを、これらの中に存在する加工物と一緒に、パンチ及びトリミングエッジに対して下方に動かして加工物を打ち抜くと共にその縁部をトリムする。パンチは、上側ダイスに設けられたパンチ凹部と協働し、このダイスの側縁部と協働する。パンチ及びトリミングエッジは、静止プラットホームに固定されている。
【０００６】
米国特許出願公開第２００２／０１１３０４１（Ａ１）号明細書は、種々の成形装置を開示している。これら成形装置の１つは、上側ダイス内に設けられていて、下側ダイスに設けられた対応の凹部と協働する打ち抜きダイスを更に有する。加工物を開放状態のダイス相互間に配置する。次に、ダイスを互いに結合し、それにより加工物を成形する。ダイスを互いに完全に結合すると、これらダイスは、加工物を定位置にしっかりと保持し、打ち抜きダイスを用いて打ち抜きを実施することができる。
【０００７】
国際公開第９９／２６７４０号パンフレットは、適度の高温状態（semihot）の成形加工物の精密縁部打ち抜き法に関する。第１の加工領域では、打ち抜き材料を用意し、第２の加工領域では、この打ち抜き抜き材料を予熱し、第３の加工領域では、かかる打ち抜き材料をセミホット成形温度まで加熱して成形する。完全に成形された部品の精密縁部打ち抜きを第４の加工領域で実施する。
【０００８】
独国特許出願公開第１０２００４０１９６９３（Ａ１）号明細書は、加工物を約９５０℃の温度まで加熱し、次に、第１及び第２のダイスを用いて加工物を熱間成形する。ダイスを閉じた後、加工物は、冷却のために所与の期間にわたり閉鎖状態のダイス相互間に位置したままである。保持期間中、下側ダイスに設けられたパンチを用いて加工物を打ち抜く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、加工物が可能な限り簡単な仕方で成形され、分離作業を受けるような仕方で金属加工物を熱間成型する方法を改良し、この目的のために対応の装置を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本国特開２００５−２４８２５３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１１３０４１（Ａ１）号明細書
【特許文献３】国際公開第９９／２６７４０号パンフレット
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００４０１９６９３（Ａ１）号明細書
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する金属加工物の熱間成形方法の利用によって達成される。
【００１２】
これにより、分離作業を成形工具内の加工物に対して直接実施することができる。それどころか、冷却をも考慮に入れて、時間の関数としての成形作業と分離作業の良好な協調を提供することができる。また、成形と分離の一体的方法により、高い製造精度を達成することができる。
【００１３】
分離作業を加工物が第２の温度に達する前に実施するので、機械的分離手段も又、満足のゆく程度に使用することができる。加工物は、これが第２の温度に達する前においては、非常に低い強度を依然として有し、即ち、機械的分離手段に対する摩耗は低い。
【００１４】
分離を加工物ホルダと成形用工具用のダイスの相対運動によって実施するのが良い。加工物ホルダを使用して分離作業を実施することができるのが有利である。
【００１５】
代替的に又は追加的に、成形用工具用の２つのダイスを結合することにより分離を直接実施するのが良い。このようにすると、分離と成形は、ダイスを互いに結合した結果として１回の一体化作業で実施される。
【００１６】
加工物の組織は、第１の温度から第２の温度への移行中に変換可能であるのが有利である。組織の変換により、特に満足のゆく仕方で高い強度を達成することができる。
【００１７】
この組織は、好ましくは、オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変換可能である。このようにすると、加工物の硬化は、この方法に組み込まれる。
【００１８】
分離は、組織が変換される前に完了可能である。完全な組織の変換が行われる前に分離作業を実施することができ、依然としてかなり軟らかい加工物を摩耗を少なくした状態で分離することができるのが有利である。
【００１９】
分離は、約３５０℃〜５００℃の温度範囲で特に有利に実施できる。この温度範囲では、加工物は、依然として十分に軟らかい。この温度範囲では良好な有効寿命の状態で機械的分離手段を用いることができる。
【００２０】
分離は、好ましくは、成形を完了した直後に実施することができる。この結果、高い精度が得られる。というのは、成形によっては、加工物の幾何学的形状が変更されないからである。
【００２１】
分離は、特に好ましくは、成形作業の終わり頃に実施できる。この時点では、加工物は、十分に成形されており、従って分離を実施したときに高い精度を依然として達成することができる。
【００２２】
分離は、分離を加工物の肉厚の約１〜３倍の成形用工具用のダイスの残り経路について、好ましくは、加工物の肉厚の約２倍の残り経路について実施できるのが特に有利である。これにより、成形作業の終わり頃に実施される分離について高い精度が達成される。
【００２３】
特に有利な仕方で、分離後、分離箇所に隣接して位置する加工物の領域を成形工具用のダイスの領域の方向に変位させるのが良い。意図した最終の輪郭が、加工物をダイスの領域内に動かすことにより達成される。
【００２４】
加工物ホルダを、第１のダイスに対して動かすことができ、第１のダイスは、分離前においては、本質的に、加工物ホルダに対してその相対位置を維持するのが有利である。このようにすると、ダイスと加工物ホルダは、本質的に、互いに対するこれらの位置を維持することができ、分離中、分離作業は、相対運動の結果として起こる。
【００２５】
加工物ホルダを、特に好ましくは、第１のダイスが第２のダイスに対するその運動を完了した後、第１のダイスに対して動かすのが良い。例えば、加工物ホルダは、第１のダイスが第２のダイスに出合った後でも動き続けることができ、分離作業が実施される。
【００２６】
第１のダイスを、好ましくは、加工物ホルダが第２のダイスに対するその運動を完了した後、加工物ホルダに対して動かすのが良い。例えば、第１のダイスは、第２のダイスに対する加工物ホルダの相対運動が停止した後でも第２のダイスに向かって動き続けることができ、分離作業が実施される。
【００２７】
ダイスは、分離装置用の切断要素を有することができ、切断要素は、分離中、それぞれのダイスの付形輪郭に対するこれらの相対位置に保持されるのが有利である。一体化分離・成形作業は、ダイスの機械的に単純な運動によって可能であり、これらダイスは、これらの切断要素の助けにより分離を実施する。
【００２８】
本発明の一改造例では、分離中、ダイスの第１の成形部分をダイスの第２の成形部分に対して動かすのが良い。分離作業を成形部分の相対運動によって実施することができる。特定の一設計例では、成形部分のうちの一方と関連した加工物の領域を分離前に完全に成形することができる。このようにして、分離中高い精度を達成することができる。
【００２９】
少なくとも１つの分離装置を用いて特に有利な仕方で分離作業を実施することができ、少なくとも１つの分離装置を分離直後に、分離前のその位置に戻す。これにより、分離装置と加工物の分離平面の接触持続時間が短く保たれ、それにより分離装置の加熱が制限される。分離装置の加熱又は熱膨張により引き起こされる摩耗が減少するだけでなく、分離装置及び加工物の詰まりが防止される。
【００３０】
分離作業は、加工物に縁輪郭を生じさせるよう特に有利な仕方で利用できる。成形から残った突出長さを除去することができる。
【００３１】
加工物は、好ましくは、熱間成形工具で打ち抜かれる。このようにすると、閉鎖された加工物領域が、加工物から分離される。
【００３２】
打ち抜きは、加工物を成形した後でのみ実施されるのが有利である。打ち抜かれた輪郭の高い精度が達成される。
【００３３】
本発明の目的は、更に、請求項１９の特徴を有する金属加工物の熱間成形のための熱間成形工具の利用によって達成される。
【００３４】
分離作業を熱間成形工具内に存在する加工物に対して直接実施することができる分離装置を備えた熱間成形工具を提供することが可能である。実際、かかる分離装置を用いることにより、冷却をも考慮に入れて、時間の関数としての成形作業と分離作業の良好な協調を提供することができる。さらに、分離装置を備えた熱間成形工具を用いることにより高い製造精度を達成することができる。
【００３５】
分離装置の少なくとも一部分は、成形作業中、加工物を保持する加工物ホルダを備えるのが良く、加工物ホルダは、成形中加工物を固定すると共にダイスに対して動くことができ、それにより分離作業をこの相対運動によって実施できる。分離作業は、有利には、加工物ホルダの支援により実施できる。
【００３６】
代替的に又は追加的に、分離装置は、ダイスに設けられていて、ダイスを互いに結合すると加工物に対して分離作業を行う相互に関連した切断要素を有するのが良い。このようにすると、分離と成形は、ダイスを互いに結合した結果として１回の一体化作業で実施される。
【００３７】
加工物ホルダは、特に好ましくは、分離が達成されるまで、本質的に、加工物に対するその相対位置を維持する第１のダイスに対して動くのが良い。このようにすると、ダイスと加工物ホルダは、本質的に、互いに対するこれらの位置を維持することができ、分離中、分離作業は、相対運動の結果として起こる。
【００３８】
加工物ホルダを、有利には、閉鎖状態におけるダイスの思案点越しに第２のダイスに対して動かすことができる。分離作業は、例えば、第１のダイスが第２のダイスに対してもはや動いていない間、加工物ホルダが第２のダイスに対してその運動を続行することにより実施できる。
【００３９】
第１のダイスを、有利には、第２のダイスに対する加工物ホルダの思案点越しに第２のダイスに対して動かすことができる。第１のダイスは、例えば、加工物ホルダが第２のダイスに対して静止している状態で第２のダイスに対するその運動を続行することができ、分離作業が実施される。
【００４０】
好ましくは、少なくとも１つの切断要素が、加工物ホルダに設けられるのが良く、分離装置のための少なくとも１つの切断要素が、ダイスに設けられている。分離作業は、ダイスと加工物ホルダの相対運動によって実施できる。
【００４１】
分離装置は、有利には、加工物ホルダに連結されていて、加工物ホルダと一緒に動くことができる打ち抜き工具を有することができる。加工物ホルダを動かすことにより、打ち抜き工具が動かされ、分離作業を実施することができる。打ち抜き工具及び加工物ホルダの運動の支援により同時分離作業を実施することが可能である。
【００４２】
切断要素は、有利には、これらのそれぞれのダイスの付形輪郭に対して定位置に固定できる。ダイスの機械的に単純な運動によって成形及び分離を実施することが可能であり、これらダイスは、これらの切断要素の助けにより分離を達成する。
【００４３】
本発明の一改造例では、ダイスは、第１の成形部分及び分離中、第１の成形部分に対して動かすことができる第２の成形部分を有するのが良い。成形部分のうちの一方と関連した加工物の領域を分離前に完全に成形することができる。このようにして、分離中高い精度を達成することができる。
【００４４】
分離装置は、打ち抜き工具を有することが特に有利である。このようにすると、閉鎖された加工物領域を加工物から分離することができる。
【００４５】
分離装置は、有利には、Ｃｕ−Ｚｒ合金を含む少なくとも１つの切断要素を有することができる。これにより、切断要素に高い耐熱強度が与えられ、その結果良好な耐摩耗性が得られる。さらに、切断要素は、良好な熱伝導率を有する。
【００４６】
これにより、約５００℃〜３５０℃の温度でも、例えば、切断要素の間接的な冷却により分離を実施する可能性が得られる。
【００４７】
本発明の実施形態は、図面に記載されており、これらについて以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態としての熱間成形工具を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下の説明において、同一又は類似の要素について同一の参照符号が用いられている。
【００５０】
各図の左半分は、成形前の位置を示し、図の右半分は、成形及び分離後の位置を示している。
【００５１】
以下の説明において、「成形」という用語は、変形用工具の影響を受けて生じる加工物の形状の変更を意味する。
【００５２】
図１は、本発明の第１の実施形態としての熱間成形工具１を示しており、この熱間成形工具は、金属加工物４を成形するために互いに対して動くことができる２つのダイス２，３、冷却装置５、分離装置１０及び加工物ホルダ１２を有している。
【００５３】
冷却装置５を用いることにより、熱間成形工具１内の金属加工物４を第１の高い温度から第２の低い温度に冷却することができる。冷却装置５は、ダイス２，３の付形面６，７の付近に設けられた冷却ライン８，９を有すると共に分離装置１０及び加工物ホルダ１２の付近に設けられた冷却ライン２７，２８を有し、これら冷却ラインを通って冷却剤が導かれる。
【００５４】
分離装置１０を用いると、熱間成形工具１内に存在する金属加工物４に対して分離作業を実施することができる。分離装置１０の一部分は、ダイスのうちの一方を備え、この領域に設けられた冷却ライン２７によって間接的に冷却される。分離装置１０の別の部分は、加工物ホルダ１２を備え、この別の部分は、成形中、金属加工物を固定し、ダイスに対して動くことができ、そしてこの領域に設けられた冷却ライン２８によって間接的に冷却される。
【００５５】
また、分離装置の少なくとも一部分は、冷却ラインを用いる直接的な冷却のために構成されるのが良い。
【００５６】
加工物ホルダ１２は、特に、第１の保持部分１４と第２の保持部分１５を有し、金属加工物４は、これら保持部分相互間に保持される。本発明のこの実施形態では、第１の保持部分１４は、分離装置１０の第１の切断要素１１を備え、この第１の保持部分は、第１のダイス２の隣りに配置され、加工物ホルダ１２は、第１のダイスに対して動くことができる。
【００５７】
第２のダイス３は、分離装置１０の第２の切断要素１３を備え、この第２の切断要素は、第１の切断要素１１に対応しており、分離中、この第１の切断要素と協働する。第１の切断要素１１は、そのダイスの付形面の一部である。図１の左半分に示されているように、成形前の開始位置では、第１の切断要素と第２の切断要素は、金属加工物４の互いに反対側に配置されている。
【００５８】
分離装置１０は、第３の切断要素１７を備えた打ち抜き工具１６を更に有する。打ち抜き工具１６は、加工物ホルダ１２に連結されており、この加工物ホルダと一緒に動くことができる。加工物ホルダ１２及び打ち抜き工具１６は、共有のベースプレート１８に取り付けられている。ベースプレート１８は、ダイスの領域を跨いでいる。第１の保持部分１４は、ベースプレートに対して静止している。
【００５９】
ベースプレート１８が第１のダイス２に対して動くと、これにより、第１の保持部分１４及び打ち抜き工具１６は、第１のダイス２に対して動く。第１のダイス２に対するベースプレート１８の相対的可動性は、ダイスクッション１９によって可能になる。ダイスクッション１９は、ばね要素及び（又は）流体工学的要素、例えば油圧シリンダを有するのが良い。
【００６０】
切断要素のうちの少なくとも１つ、本発明のこの実施形態では、切断要素１１，１３，１７の全ては、耐熱性が高く、それと同時に良好な熱伝導率を有する合金を含む。その結果、切断要素は、高温であっても生じる摩耗が少なく、かかる切断要素は、吸収した熱を迅速に放散させることができる。切断要素は、間接冷却により十分に冷却可能である。しかしながら、切断要素は、例えば冷却チャネル及び熱伝達冷却剤を利用することにより積極的に冷却可能である。
【００６１】
切断要素は、好ましくは、Ｃｕ−Ｚｒ合金を含む。
【００６２】
本発明の第１の実施形態としての熱間成形工具１の機能について以下に説明する。
【００６３】
金属加工物４をその第１の温度まで加熱し、この金属加工物は、かかる第１の温度では、強度が減少し、成形可能性が増大する。本発明のこの実施形態では、第１の温度は、オーステナイト化処理温度である。この温度は、例えば、９００℃〜９５０℃の範囲で選択可能であり、金属加工物は、ボロン合金鋼であるのが良い。加工物を第１の温度で或る特定の期間にわたり焼きなましするのが良い。
【００６４】
次に、加工物を常温ダイス２と積極的に冷却させたダイス３との間に位置決めし、そして加工物ホルダ１２の保持部分１４，１５相互間にクランプする。第２の保持部分１５は、アクチュエータ３８によって開閉され、このアクチュエータを油圧の作用で且つ（或いは）弾性力により作動させるのが良い。加工物ホルダは、加工物のための完全な保持機能を実行する。
【００６５】
ダイス２，３を結合することにより、加工物が成形され、かかる作業は、この場合、深絞り成形作業である。ベースプレート１８は、加工物ホルダ１２及び打ち抜き工具１６と一緒に、ダイスの合体が思案点に達するまで、即ち、ダイス２，３が閉鎖状態になるまで、第１のダイス２に対するその相対位置を維持する。加工物４の成形は、思案点に達したときに完了する。
【００６６】
次に、ベースプレート１８を第２のダイスの方向に、即ち、加工物４に向かって第１のダイス２に対して動かす。これにより、加工物ホルダ１２は、第１のダイスに対して動き、この相対運動の結果として、第１の切断要素１１及び第２の切断要素１３は、分離作業を実施し、かかる分離作業により、加工物４の縁部領域２４が分離される。それと同時に、打ち抜き工具１６を第１のダイス２に対して、即ち、第１のダイス２に設けられた開口部２０を通って動かし、ついには、この打ち抜き工具が第２のダイス３に設けられた対応の対向開口部２１内に入るようになる。その結果、打ち抜き片２５が、金属加工物から分離され、対向開口部２１を通って除去される。
【００６７】
分離における高い精度は、成形完了後の分離によって達成される。
成形と分離は、連続的に行われる。特に、分離は、本質的に、加工物の材料が第１の温度における強度よりも非常に高い強度を有する第２の低い温度に加工物が達する前に完了する。本発明のこの実施形態では、第２の温度は、マルテンサイト温度である。金属加工物を熱間成形工具内の冷却装置５によって急冷し、それにより第１の温度から第２の温度への移行中、そのオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変換する。分離は、例えば、約５００℃〜３５０℃の加工物４の温度範囲で行われるのが良い。
【００６８】
図１の右半分は、分離直後の熱間成形工具１の状態を示している。直後に、ベースプレート１８を切断経路に沿って第１のダイスに対して引き戻し、分離前のその定位置に戻す。これにより、第１の切断要素１１及び第３の切断要素１６を加工物のそれぞれの分離平面との接触状態から離脱させ、分離平面からの熱の導入を終わらせる。加工物４の熱膨張は、特に切断要素１６から切り離され、詰まりが防止される。
【００６９】
加工物は、これが約１００℃〜１５０℃の温度に達するまで熱間成形工具内に所与の期間にわたり留まる。加工物４は、第１のダイス２と第２のダイス３との間で圧力を受けた状態で保持され続ける。
【００７０】
成形工具の寸法決めにあたり、分離時期と熱間成形工具からの取り出し時期との間の加工物の熱収縮を考慮に入れる必要がある。ダイスは、加工物が取り出されるまで閉鎖状態のままなので、加工物のトリムされた縁部は、加工物の断面に沿って内方に移動する。この移動は、種々の部分の幾何学的形状に応じて、数ミリメートルである場合がある。この理由で、ダイス２，３は、加工物のトリムされる縁部の移動を考慮に入れてかなり大きな設計のものでなければならない。即ち、加工物は、本質的に、これがその意図した取り出し温度に達したときにその最終寸法に達する。
【００７１】
分離を伴う成形のためのサイクル時間は、分離が行われない成形のためのサイクル時間と本質的に同一である。
【００７２】
成形工具で行われるトリミングにもかかわらず、加工物のトリムされた縁部は、熱間成形工具とは別個のトリミングユニットを用いた分離によって得られる切断縁部とちょうど同じほど満足のゆくものである。
【００７３】
図２は、本発明の第２の実施形態としての熱間成形工具１０１を示している。本発明の第２の実施形態と本発明の第１の実施形態の差について以下に説明する。
【００７４】
本発明の第１の実施形態とは対照的に、第２の実施形態では、熱間成形工具１０１のための加工物ホルダ１２は、成形作業の終わり頃に、即ち、成形が完了する前に、第１のダイス２に対して動かされる。分離は、成形作業の終わり頃に実施される。相対運動、即ち、分離は、金属加工物４の肉厚の約２〜３倍である合致状態のダイスの残り経路について、好ましくは、金属加工物のほぼ肉厚に約１ｍｍを加えた長さの残り経路について起こる。分離後、分離箇所に隣接して位置する加工物の領域をダイスの領域の方向に更に変位させる。しかしながら、分離のための高い精度が依然として達成される。
【００７５】
分離を早めに開始させた結果として、成形及び分離プロセスが早く完了するだけでなく、加工物は、分離時点でより高温状態にある。他方、分離は又、金属加工物が成形の完了時に既にその第２の温度に達したときに実施可能である。
【００７６】
本発明のこの実施形態では、第１のダイス２に対する加工物ホルダ１２の好ましい相対運動は、ベースプレート１８と加工物ホルダ１２との間、即ち、第１のダイス２と加工物ホルダ１２との間に設けられた停止装置１３０及び運動緩衝装置１２９の助けにより起こる。運動緩衝装置１２９を油圧の作用で且つ（或いは）弾性力で作動させるのが良い。
【００７７】
ダイスを互いに結合させると、加工物ホルダ１２及び第１のダイス２は、当初、これらの相対位置を維持する。成形の終わり頃、停止装置１３０からの支援により、先に第１のダイス２と一緒に動かされた加工物ホルダ１２は、第２のダイス３に対してそれ以上動くのが阻止され、即ち、第２のダイス３に対して思案点に達する。運動緩衝装置１２９の撓みにより、第１のダイスは、第２のダイスに対して更に運動を生じ、ついには、共有の思案点に達し、即ち、ダイスは、互いに結合し、加工物が完全に形成される。
【００７８】
本発明の第１の実施形態とは対照的に、本発明の第２の実施形態では、第１の切断要素１１は、第２の保持部分１５に設けられ、これに対応した第２の切断要素１３は、第１のダイス２に設けられている。図２に示されているように、それに対応して、冷却ライン２７，２８が位置決めされている。
【００７９】
第１の実施形態とのもう１つの差は、打ち抜き工具１６がベースプレート１８に直接設けられていないということにあり、これとは異なり、打ち抜き工具は、別個のアクチュエータ１３１からの支援により、ベースプレートに対して動くことができるようベースプレート上に支持されている。これにより、打ち抜き工具１６を用いた分離を加工物ホルダ１２を用いた分離とは別個独立に実施することができる。これは又、加工物ホルダ１２を用いた分離の場合とは異なる時期に、例えば、第１の実施形態の場合と同様、成形が完全に終わった後に起こっても良い。
【００８０】
図３は、本発明の第３の実施形態としての熱間成形工具２０１を示している。本発明の第３の実施形態と第１及び第２の実施形態の差について以下に説明する。
【００８１】
本発明の第３の実施形態では、分離装置２１０は、ダイス２０２，２０３に直接設けられていて、相互に関連した第１の切断要素２４０及び第２の切断要素２４１を有しており、これら切断要素は、ダイスが互いに結合した結果として、加工物２０４に対して分離作業を直接行う。切断要素２４０，２４１は、これらのそれぞれのダイス２０２，２０３に対するこれらの相対位置を維持する。
【００８２】
しかしながら、切断要素は、依然として可動部分を有しても良い。
【００８３】
図３に示されているように、冷却ライン２７，２８は、これに対応して切断要素２４０，２４１の付近に設けられている。直接的な冷却も又、可能である。
【００８４】
第１及び第２の切断要素２４０，２４１を用いた分離を上述したように、ダイスの残り経路について成形作業の終わり頃に本発明の第２の実施形態の場合と同一の仕方で開始させる。
【００８５】
本発明の第３の実施形態では、第１及び第２の切断要素２４０，２４１は、各々、それぞれのダイス２０２，２０３の付形面２０６，２０７の中間に位置している。即ち、分離が始まった後、加工物２０４の縁部領域２２４も又成形される。
【００８６】
第１及び第２の切断要素２４０，２４１を用いて、定位置にある加工物２０４に対して分離を実施するのが良く、縁部領域２２４は、加工物の内側領域２２６に位置したままである。しかしながら、縁部領域２２４も又、内側領域２２６から完全に分離しても良い。
【００８７】
本発明の第３の実施形態では、熱間成形工具２０１は、加工物ホルダ２１２を有し、この加工物ホルダの第１の保持部分２１４は、第１のダイス２０２を備えている。加工物ホルダの第２の保持部分２１５は、第１及び第２の実施形態の場合と同じく、第１のダイス２０２に対して動くことができる。
【００８８】
加工物ホルダは、加工物のための部分的保持機能を有する。成形前においては、第１の切断要素２４０と加工物ホルダ２１２によって保持された加工物２０４との間には空間が存在する。
【００８９】
本発明の第３の実施形態の熱間成形工具２０１の場合、打ち抜き工具１６は、本発明の第２の実施形態の場合と同一の仕方で設けられる。
【００９０】
次に、図４を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。
【００９１】
本発明の第４の実施形態は、本発明の第３の実施形態の改造例である。熱間成形工具３０１は、第１の成形部分３５０及び第２の成形部分３５１に分割された第２のダイスを有する。２つの成形部分３５０，３５１を分離中、互いに対して動かす。この相対的可動性は、成形部分を互いに連結するよう設けられたダイスクッション３６０によって可能になる。
【００９２】
金属加工物２０４の成形のため、２つのダイス２０２，３０３は、互いに向かって動く。最初に、第１のダイスと成形部分３５０のうちの一方との間で成形を完了する。第１のダイス２０２及びこの成形部分は、その相対運動の思案点に達した後、第２の成形部分３５１に対して一緒に動き、分離作業を実施する。この手順は、２つの成形部分の相対的可動性によって分離に関して高い精度が達成されるという利点を有し、加工物は、全体として、分離の開始時に完全に成形される。
【００９３】
本発明の第４の実施形態では、第１のダイス２０２は、第１の、即ち内側成形部分３５０と一緒に移動し、ついには、共有の思案点に達する。第２の、即ち外側の成形部分３５１は、第１のダイスの第１の切断要素２４０に対応した第２の切断要素３４１を有する。この第２の切断要素は、第１のダイス２０２と第１の成形部分３５０が第２の成形部分３５１に対して一緒に動いたときに分離を行う。
【００９４】
切断要素のうちの少なくとも一方、この場合、第１の切断要素２４０は、特に、図４に示されているように分離中、保持機能を有するのが良い。この切断要素は、加工物２０４を内側成形部分３５０に押し付ける。
【手続補正２】
【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】
金属加工物（４，２０４）を熱間成形する方法であって、先ず最初に前記加工物を第１の高い温度において成形工具（１，１０１，２０１，３０１）で成形し、前記加工物は、前記加工物の材料が前記第１の温度における強度よりも非常に高い強度を有する第２の低い温度に達し、前記加工物（４，２０４）は、前記加工物が前記成形工具（１，１０１，２０１，３０１）内に存在している間、前記第２の温度に達する前に分離作業を受ける、方法において、分離を加工物ホルダ（１２）と前記成形用工具（１，１０１）用のダイス（２）の相対運動によって実施すると共に（或いは）前記成形用工具（２０１，３０１）用の２つのダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）を結合することにより分離を直接実施する、方法。
【請求項２】
前記加工物（４，２０４）の組織は、前記第１の温度から前記第２の温度への移行中に変換される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記組織は、オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変換される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記分離を前記組織が変換される前に本質的に完了させる、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記分離を約３５０℃〜５００℃の温度範囲で実施する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記分離を前記成形の完了直後に実施する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記分離を前記成形の終わり頃に実施する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記分離を前記加工物（４，２０４）の肉厚の約１〜３倍の前記成形用工具（１０１，２０１，３０１）用のダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）の残り経路について、好ましくは、前記加工物の肉厚の約２倍の残り経路について実施する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
分離後、前記分離箇所に隣接して位置する前記加工物（４，２０４）の領域を前記成形工具（１０１，２０１，３０１）用の前記ダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）の前記領域の方向に変位させる、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
前記加工物ホルダ（１２）を第１のダイス（２）に対して動かし、前記第１のダイスは、分離前においては、本質的に、前記加工物ホルダ（１２）に対してその相対位置を維持する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記加工物ホルダ（１２）を前記第１のダイスが第２のダイス（３）に対するその運動を完了した後、前記第１のダイス（２）に対して動かす、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のダイス（２）を前記加工物ホルダが第２のダイス（３）に対するその運動を完了した後、前記加工物ホルダ（１２）に対して動かす、請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ダイス（２０２，２０３）は、分離装置（２１０）用の切断要素（２４０，２４１）を有し、前記切断要素は、分離中、それぞれの前記ダイス（２０２，２０３）の付形輪郭（２０６，２０７）に対するこれらの相対位置に保持される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
分離中、ダイス（３０３）の第１の成形部分（３５０）を前記ダイス（３０３）の第２の成形部分（３５１）に対して動かす、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの分離装置（１０）を用いて前記分離作業を実施し、前記少なくとも１つの分離装置を前記分離直後に、前記分離前のその位置に戻す、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記分離作業を利用して前記加工物（４，２０４）に縁輪郭を生じさせる、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記加工物（４，２０４）を前記熱間成形工具（１，１０１，２０１，３０１）で打ち抜く、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記打ち抜きは、前記加工物（４，２０４）が成形された後でのみ実施する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
金属加工物（４，２０４）を熱間成形し、特に、請求項１記載の方法を実施するための熱間成形工具（１，１０１，２０１，３０１）であって、前記加工物を成形するために互いに対して動かすことができる少なくとも２つのダイス（２，３；２０２，２０３；２０２，３０３）を有すると共に前記熱間成形工具内の前記加工物を第１の高い温度から第２の低い温度に冷却することができる冷却装置（５）を有し、前記熱間成形工具（１，１０１，２０１，３０１）は、分離作業を前記熱間成形工具内に存在する加工物に対して実施することができる分離装置（１０，２１０，３１０）を備えている、熱間成形工具において、前記分離装置（１０）の少なくとも一部分（１１）は、前記成形作業中、前記加工物（４）を保持する加工物ホルダ（１２）を備え、前記加工物ホルダは、ダイス（２）に対して動くことができ、それにより分離作業をこの相対運動によって実施できると共に（或いは）前記分離装置（２１０）は、前記ダイス（２０２，２０３；２０２，３０３）に設けられていて、前記ダイスを互いに結合すると前記加工物（２０４）に対して分離作業を行う相互に関連した切断要素（２４０，２４１；２４０，３４１）を有する、熱間成形工具。
【請求項２０】
前記加工物ホルダ（１２）を第１のダイス（２）に対して動かすことができ、前記第１のダイスは、前記分離まで、本質的に、前記加工物ホルダ（１２）に対するその相対位置を維持する、請求項１９記載の熱間成形工具。
【請求項２１】
前記加工物ホルダ（１２）を閉鎖状態における前記ダイス（２，３）の思案点越しに第２のダイス（３）に対して動かすことができる、請求項２０記載の熱間成形工具。
【請求項２２】
前記第１のダイス（２）を前記第２のダイス（３）に対する前記加工物ホルダの思案点越しに第２のダイス（３）に対して動かすことができる、請求項２０又は２１記載の熱間成形工具。
【請求項２３】
少なくとも１つの切断要素（１１）が、前記加工物ホルダ（１２）に設けられ、前記分離装置（１０）のための少なくとも１つの切断要素（１３）が、前記ダイス（２）に設けられている、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２４】
前記分離装置（１０）は、前記加工物ホルダ（１２）に連結されていて、前記加工物ホルダと一緒に動くことができる打ち抜き工具（１６）を有する、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２５】
前記切断要素（２４０，２４１）は、これらのそれぞれのダイス（２０２，２０３）の付形輪郭（２０６，２０７）に対して定位置に固定されている、請求項１９〜２４のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２６】
ダイス（３０３）は、第１の成形部分（３５０）及び分離中、前記第１の成形部分に対して動かすことができる第２の成形部分（３５１）を有する、請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２７】
前記分離装置（１０，２１０，３１０）は、打ち抜き工具（１６）を有する、請求項１９〜２６のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【請求項２８】
前記分離装置（１０，２１０）は、Ｃｕ−Ｚｒ合金を含む少なくとも１つの切断要素（１１，１３，１７，２４０，２４１，３４１）を有する、請求項２１〜２７のいずれか１項に記載の熱間成形工具。
【国際調査報告】
2010501358.tif 000007
2010501358.tif 000008
2010501358.tif 000009
2010501358.tif 000010
2010501358.tif 000011
2010501358.tif 000012