(57)【要約】【課題】  成形割れを生ずることなく絞り成形可能な熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型を提供する。【解決手段】  加熱された鋼板Ｗを成形型１によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得る熱間プレス成形において、投入された加熱鋼板Ｗの周縁部を加熱鋼板Ｗに急冷を生じない温度に夫々昇温させたブランクホルダ４またはブランクホルダ４に対面するダイ２のホルダ面１０に保持させ、成形型１の成形開始作動に応じて加熱鋼板Ｗの周縁部を前記ブランクホルダ４とダイ２のホルダ面１０とにより押え、その後の成形作動により鋼板Ｗを絞り成形するようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された鋼板を成形型によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得る熱間プレス成形方法において、
投入された加熱鋼板の周縁部を加熱鋼板に急冷を生じない温度に夫々昇温させたブランクホルダまたはブランクホルダに対面するダイのホルダ面に保持させ、
成形型の成形開始作動に応じて加熱鋼板の周縁部を前記ブランクホルダとダイのホルダ面とにより押さえ、
その後の成形作動により加熱鋼板を絞り成形することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項２】
前記成形型は、絞り成形初期に加熱鋼板と接触する成形面部位を、成形初期には加熱鋼板に急冷を生じない温度に昇温させ、成形終期以降は加熱鋼板に急冷を生じさせる温度に降温させることを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項３】
加熱された鋼板を成形型によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得るプレス成形型において、
成形型のブランクホルダのホールド面およびブランクホルダに対面するダイのホルダ面を加熱鋼板に急冷を生じない温度に局部的に昇温させる加熱手段を備えることを特徴とする熱間プレス成形型。
【請求項４】
前記成形型は、成形品を直接成形する成形型の成形面を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形型。
【請求項５】
前記加熱手段により昇温されるブランクホルダのホールド面およびブランクホルダに対面するダイのホルダ面は、成形型の他の部位から断熱されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱間プレス成形型。
【請求項６】
前記成形型の絞り成形初期に加熱鋼板と接触する成形面部位には、第２の加熱手段および冷却手段を配置し、
前記第２の加熱手段は成形初期に前記初期接触成形面部位を加熱鋼板に急冷を生じない温度に昇温させ、前記冷却手段は成形終期以降に前記初期接触成形面部位を加熱鋼板に急冷を生じさせる温度に降温させることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の熱間プレス成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱した鋼板を熱間状態でプレス成形する熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型に関し、特に、絞り成形に好適な熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からパネル材を組立て形成する例えば車体等において、軽量化を目的としてパネル材の強度を向上させる方法として、高強度鋼板を用いる従来からの方法に代えて、加熱状態の鋼板を熱間状態でプレス成形することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、鋼板を摂氏１０００度近傍まで加熱し、成形型に投入して摂氏約８５０度の熱間状態でプレス成形するものである。プレス成形される鋼板は、高温のために材料強度が低下しており、成形型に沿って素直に変形し、成形品の寸法精度が向上する。また、加熱鋼板は成形型に挟まれることで成形型に熱が奪われて急冷され焼入れされることとなり、成形品の母材強度を大幅に向上させることができる。成形品は焼入れ状態で形成されるため、スプリングバック等の寸法精度の不良等も極めて少ない。なお、この成形方法に適用する鋼板は、材料の焼入れ性を向上させるために炭素量（Ｃ）がやや多めで、合金成分等が添加されているものが使用される。
【特許文献１】特許第３３８９５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、ドアインパクトビームとかセンターピラー部材等の曲げ成形部品を対象としており、絞り成形（ドロー成形）部品を対象とする場合には成形割れ等の成形不良を生じる可能性が大きいものであった。即ち、絞り成形においては、成形に先立ち加熱鋼板をブランクホルダとダイによって挟み込む必要があり、加熱鋼板が成形型による成形が開始されるまでにブランクホルダにより冷却されて鋼板の温度が低下し、その部分の強度が増加し、材料の流入抵抗が増加して、絞り成形に必要な材料流入量が確保できずに成形品に成形割れが発生する課題を解決する必要があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、成形割れを生ずることなく絞り成形可能な熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、加熱された鋼板を成形型によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得る熱間プレス成形であり、投入された加熱鋼板の周縁部を加熱鋼板に急冷を生じない温度に伴に昇温させたブランクホルダまたはブランクホルダに対面するダイのホルダ面に保持させ、成形型の成形開始作動に応じて加熱鋼板の周縁部を前記ブランクホルダとダイのホルダ面とにより押え、その後の成形作動により加熱鋼板を絞り成形するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、投入された加熱鋼板の周縁部を加熱鋼板に急冷を生じない温度に伴に昇温させたブランクホルダまたはブランクホルダに対面するダイのホルダ面に保持させ、成形型の成形開始作動に応じて加熱鋼板の周縁部を前記ブランクホルダとダイのホルダ面とにより押え、その後の成形作動により加熱鋼板を絞り成形するため、ダイのホルダ面とブランクホルダ面とで加熱鋼板を保持したブランクホールド時でも加熱鋼板が急冷されて焼入れがなされることがなく、成形部分への材料流入の妨げにならず、熱間プレスにおいても成形割れを生じることなく絞り成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した熱間プレス成形型の第１実施形態を示す断面図である。
【００１０】
図１において、熱間プレス成形型１は、ダイ２、ポンチ３およびブランクホルダ４からなる成形型を構成する各要素は、下記に記載する部位において冷却および加熱するよう構成している。
【００１１】
前記ポンチ３においては、その製品形状となる成形面６を冷却するための冷却手段、例えば、冷却パイプ７等を設置して、冷却パイプ７内に冷却水を循環させることで成形面６表面を低温（例えば、常温〜摂氏１００度）に保持するよう構成している。
【００１２】
前記ダイ２においては、その製品形状となる成形面８を冷却するための冷却手段、例えば、冷却水が循環する冷却パイプ９等が設置されて、成形面８表面を低温（例えば、常温〜摂氏１００度）に保持する冷却部位と、ブランクホルダ４と対面するダイフェース等のホルダ面１０を加熱するための加熱手段、例えば、電熱ヒータ等の加熱装置１１が設置されて、ホルダ面１０表面を高温（例えば、摂氏２００度以上）に保持する加熱部位とを備える。
【００１３】
冷却部位と加熱部位との境界部には、断熱材による断熱層１２を介在させ、互いに熱が伝達しないよう構成する。即ち、ダイ２は、冷却部位と加熱部位とで分割された構造とし、両者を断熱層１２を介して一体化させて構成している。断熱層１２は、プレス方向に延びた筒型にする必要はなく、例えば、図示のように、成形素材と接する境界部分から上方に延びる途中からダイ２外周側に曲げたＬ字形に構成することが、ダイ２の機械的強度を確保するために望ましい。
【００１４】
断熱層１２が配置される境界部は、成形後の成形品周縁フランジをトリムするトリム端より外側に位置させて設置する。このようにすると、成形品の周縁部で硬度が急激に低下された部分を発生させることがない。
【００１５】
前記ブランクホルダ４においても、ダイ２のホルダ面１０表面の加熱部位に対面するホールド面１４を加熱するための加熱手段、例えば、電熱ヒータ等の加熱装置１５が設置されて、ホールド面１４を高温（例えば、摂氏２００度以上）に保持する加熱部位を備える。ブランクホルダ４の成形型１における内周側はポンチ３に接触してポンチ３と同程度の温度に維持される冷却部位が存在する。
【００１６】
そして、前記加熱部位と冷却部位との境界部には、断熱材による断熱層１６を介在させ、互いに熱が伝達しないよう構成している。即ち、ブランクホルダ４においても、冷却部位と加熱部位とで分割された構造とし、両者を断熱層１６を介して一体化させて構成している。また、断熱層１６が配置される境界部も同様に、成形品の周縁部で硬度が急激に低下された部分を発生させることがないように、成形後の成形品周縁フランジをトリムするトリム端より外側に位置させて設置している。
【００１７】
上記構成の熱間プレス成形型１の作動を説明する。成形作動時には、ダイ２およびブランクホルダ４の加熱部位は電熱ヒータなどの加熱手段１１、１５により夫々の表面を高温に保ち、ポンチ３およびダイ２の冷却部位は冷却パイプ７、９に冷却水を循環させる等の冷却手段により夫々の成形面６、８表面を低温に保つ。図１に示す型開き状態においては、ダイ２は上昇した待機位置にあり、ブランクホルダ４も図示しないクッションにより、そのホールド面１４がポンチ３先端より上昇した待機位置に位置している。
【００１８】
成形する鋼板Ｗは、先ず加熱炉を経由して摂氏約１０００度近くに加熱された後、プレス成形型１のブランクホルダ４上に、図１に示すように、投入される。投入された鋼板Ｗは、ポンチ３に接触することなく、その周囲部分がブランクホルダ４のホールド面１４（加熱部位）に支持される。ブランクホルダ４の加熱部位は電熱ヒータ等の加熱手段１５により高温とされているため、鋼板Ｗの急冷が抑制される。
【００１９】
次いで、プレス工程に移行し、ダイ２が下降される。ダイ２の下降が所定位置に達すると、ダイ２のホルダ面１０である加熱部位がブランクホルダ４に支持された鋼板Ｗの周囲部分に接触して鋼板Ｗをホルダ面１０の加熱部位とブランクホルダ４のホールド面１４の加熱部位とでホールドする。ダイ２のホルダ面１０の加熱部位も、電熱ヒータ等の加熱手段１１により高温とされているため、この部分の鋼板Ｗが焼入れを生ずる程度まで急冷されることがない。
【００２０】
引き続くダイ２とブランクホルダ４の下降により、図２に示すように、鋼板Ｗはポンチ３とダイ２との成形面６、８に挟まれ、ポンチ３とダイ２の成形面６、８に沿うように絞り加工されてプレス成形される。絞り加工の進行に連れてブランクホルダ４のホールド面１４とダイ２のホルダ面１０とで保持したブランク材Ｗがポンチ３とダイ２からなる成形面６、８間に引き込まれる材料の流入が発生し、最終的に成形面６、８に沿って成形されると同時に急冷されて焼入れされる。この材料の流入時に、鋼板Ｗの温度はブランクホルダ４のホールド面１４とダイ２のホルダ面１０との加熱部位間に保持されるため、焼入れされる程度まで急冷されていないので、急冷されて強度が増加して材料の流入抵抗が増加することを防止でき、絞り成形に必要な材料流入量を確保することができ、成形品に成形割れが発生することを防止できる。
【００２１】
絞り成型加工が完了すると、ダイ２・ブランクホルダ４の上昇に伴って成形品も上昇され、さらにブランクホルダ４の初期位置への復帰により成形品とダイ２との間隔が増加し、ブランクホルダ４上の成形品を取り出し絞り加工が完了する。取り出された成形品は、ダイ２・ポンチ３の冷却された成形面６、８に挟まれて加工されるため、ダイ２・ポンチ３によって急激に冷却され、焼入れがなされる。このため、投入時には、摂氏約８００度以上の温度に保持されていた鋼板Ｗであっても、取り出し時には、成形品の形状部はプレス成形型１の温度まで低下され、成形品周縁のフランジ部も成形型１から離脱されて迅速に温度低下するため、容易にハンドリングが可能である。
【００２２】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２３】
（ア）加熱鋼板Ｗに急冷を生じない温度に夫々昇温させたブランクホルダ４またはブランクホルダ４に対面するダイ２のホルダ面１０に投入された加熱鋼板Ｗの周縁部を保持させ、成形型１の成形開始作動に応じて加熱鋼板Ｗの周縁部を前記ブランクホルダ４とダイ２のホルダ面１０とにより押え、その後の成形作動により鋼板Ｗを絞り成形するため、ダイ２のホルダ面１０とブランクホルダ４面１４とで加熱鋼板Ｗを保持したブランクホールド時でも加熱鋼板Ｗが急冷されて焼入れがなされることがなく、成形部分への材料流入の妨げにならず、加熱された鋼板Ｗを成形型１によりプレス成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得る熱間プレスにおいても、成形割れのない絞り成形が可能とできる。
【００２４】
（イ）成形型１のブランクホルダ４のホールド面１４およびブランクホルダ４に対面するダイ２のホルダ面１０を加熱鋼板Ｗに急冷を生じない温度に局部的に昇温させる加熱手段１１、１５と、成形品を直接成形する成形型１の成形面６、８を冷却する冷却手段７、９とを備えるため、ブランクホールド部分の加熱鋼板Ｗの急冷による焼入れが防止でき、成形部分への材料流入が可能となり、熱間プレスの絞り成形を行っても成形割れの無い焼入れされた絞り成形品を得ることができる。
【００２５】
（ウ）加熱手段１１、１５により昇温されるブランクホルダ４のホールド面１４およびブランクホルダ４に対面するダイ２のホルダ面１０は、成形型１の他の部位から断熱層１２、１６により断熱されているため、材料の流入を確実に行える一方、成形品を形成する成形面６、８部位を確実に冷却でき、成形により確実に鋼板Ｗを冷却して十分な焼入れ硬度を付与することができる。また、硬度が必要な部位とスクラップになるため硬度が必要でない部位とを意図的に分別でき、後工程でスクラップ部を切除するトリム工程における切断個所が成形品部位ほど硬度が高くないことにより容易に切断可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、本発明を適用した熱間プレス成形方法および熱間プレス成形型の第２実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、ポンチエッジとダイエッジ等の型締め初期に鋼板と接する部分の温度を型締め初期までは高温に、型締め終期以降では低温に設定することで、鋼材の成形性を高めるようにしたものである。なお、図１〜図２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２７】
図３において、本実施形態の熱間プレス成形型１は、第１実施形態と同様に構成に加えて、ポンチ３の成形面６のエッジ部６Ａおよびダイ２の成形面８のエッジ部８Ａには、局部的に電熱ヒータ等の（第２の）加熱手段１８、１９による加熱領域を備え、必要に応じて冷却手段７Ａ、９Ａも備えるように構成している。そして、型開き状態から型締め初期までは加熱手段１８、１９を作動させて、ポンチ３の成形面６のエッジ部６Ａおよびダイ２の成形面８のエッジ部８Ａを高温の状態とし、型締め終期から型開きまでは加熱手段１８、１９の作動を停止させ、代わりに冷却手段７Ａ、９Ａを作動させて低温状態とするよう構成する。
【００２８】
このように、型締め初期までポンチエッジ６Ａおよびダイエッジ８Ａを高温に維持させると、加熱炉により摂氏約１０００度近くに加熱された鋼板Ｗが、成形初期に接触するポンチエッジ６Ａおよびダイエッジ８Ａにより、局部的に先行して急冷されることを抑制することができ、局部的に先行して硬度が高くなることが抑制できる。
【００２９】
引き続く絞り成形の進行により加熱手段１８、１９の作動が停止されてポンチエッジ６Ａおよびダイエッジ８Ａの温度が降下され、型締め終期に到るとポンチエッジ６Ａおよびダイエッジ８Ａは冷却手段７Ａ、９Ａの作動により強制的に低温状態とされる。このため、ポンチエッジ６Ａおよびダイエッジ８Ａに接触する鋼板Ｗは、ポンチ３およびダイ２の冷却されている成形面６、８により挟まれる他の部分と共に急冷され、最終的に成形面６、８に沿って成形されると同時に急冷されて焼入れされる。
【００３０】
以上のように、ポンチエッジ６Ａやダイエッジ８Ａ等の型締め初期に鋼板Ｗと接する部分の温度を型締め初期までは高温に、型締め終期以降では低温に設定することで、成形初期に材料が急冷される部位と成形終期まで急冷されない部位との冷却タイミングの差を緩和することができるため、ポンチエッジ６Ａ下部やダイエッジ８Ａ通過部位の局部的硬度増加による成形割れを回避することができる。
【００３１】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３２】
（エ）成形型１の絞り成形初期に加熱鋼板Ｗと接触する成形面６、８部位に、第２の加熱手段１８、１９および冷却手段７、９を配置し、第２の加熱手段１８、１９は成形初期に前記初期接触成形面６Ａ、８Ａ部位を加熱鋼板Ｗに急冷を生じない温度に昇温させ、前記冷却手段７Ａ、９Ａは成形終期以降に前記初期接触成形面６Ａ、８Ａ部位を加熱鋼板Ｗに急冷を生じさせる温度に降温させるため、成形初期に材料が急冷される部位と成形終期まで急冷されない部位との冷却タイミングの差を緩和することができ、ポンチエッジ６Ａ下部やダイエッジ８Ａ通過部位等の局部的硬度増加による成形割れを回避することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態において、プレス成形型１は、上方にダイ２が配置され、下方にポンチ３およびクッションピンにより支持したブランクホルダ４を備えるクッションドロータイプの成形型であり、ブランクホルダ４のホールド面１４に加熱鋼板Ｗを投入させる場合について説明したが、図示はしないが、下方にダイが配置され、上方にポンチおよびブランクホルダを備えるダブルアクッションドロータイプの成形型であってもよく、この場合には、ダイのホルダ面に加熱鋼板を投入させるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態を示す熱間プレス成形型の断面図。
【図２】同じく熱間プレス成形型の作動状態の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示す熱間プレス成形型の作動状態の断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  熱間プレス成形型
２  ダイ
３  ポンチ
４  ブランクホルダ
６、８  成形面
７、７Ａ、９、９Ａ  冷却手段としての冷却パイプ
１０  ホルダ面
１４  ホールド面
１１、１５、１８、１９  加熱手段としての電熱ヒータ
１２、１６  断熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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