(57)【要約】  部品の製作方法が提供される。成形片が取り付けられた１対のシュー及びシューと成形片との間にサンドイッチされた圧縮性部材を含むダイ組立体（ダイ装置）中にブランクを装入する。ダイをブランクの周りで閉じてブランクを部品の状態に変形させる。次に、圧縮性部材のうちの少なくとも１つが弾性的に変形して成形片のうちの少なくとも１つと部品との接触関係を維持している間、ダイを所定の距離だけ開く。次に、部品の表面全体には至らないほどの表面を、少なくとも１つの成形片を介して熱伝導により冷却して所定の微細構造を備えた部品の所定の部分を提供する。
2016507385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材を製作する方法であって、
１対のダイを含むダイ組立体を準備するステップを含み、前記ダイのうちの少なくとも一方は、シュー、前記シューに作動可能に結合された複数個の成形片、及び前記シューと前記成形片のうちの少なくとも１つとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材を有し、
ブランクを前記ダイ組立体内に且つ前記１対のダイ相互間に位置決めするステップを含み、
前記ダイのうちの少なくとも一方を他方のダイに向かって動かすステップを含み、
前記少なくとも１つの圧縮性部材を圧縮して前記成形片のうちの少なくとも１つを別の成形片に対して動かすステップを含み、
前記ブランクを前記複数個の成形片により変形させるステップを含み、
前記１対のダイを所定の距離だけ互いに離隔させ、前記少なくとも１つの圧縮性部材が膨張して前記成形片のうちの少なくとも１つを前記変形ブランクと係合状態に維持している間、前記成形片のうちの少なくとも１つが前記変形ブランクから離脱するようにするステップを含み、
前記１対のダイを前記所定の距離だけ互いに離隔させた後、前記少なくとも１つの成形片が前記変形ブランクと係合関係にある状態で、前記変形ブランクの表面全体には至らないほどの表面を熱伝導により冷却するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの成形片は、前記シューと前記成形片のうちの少なくとも１つの間にサンドイッチされた少なくとも１つの厚手の圧縮性部材及び前記シューと前記成形片のうちの他の少なくとも１つとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの薄手の圧縮性部材を有し、前記ダイの離隔中、前記少なくとも１つの薄手の圧縮性部材と関連した前記少なくとも１つの成形片は、前記変形ブランクから離れ、前記少なくとも１つの厚手の圧縮性部材と関連した前記少なくとも１つの成形片は、前記変形ブランクと接触状態のままである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記シューは、前記ブランクを変形させる前記ステップの実施後、前記成形片を冷却するよう冷却流体を受け入れる冷却チャネルを有する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記圧縮性部材は、熱伝導性材料のものである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ダイの各々は、シュー及び前記シューに作動可能に結合された複数個の成形片並びに前記シューと前記成形片のうちの少なくとも１つとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記変形ブランクの表面全体には至らないほどの表面を熱伝導により冷却する前記ステップの実施後に前記ダイのうちの少なくとも一方を他方のダイに向かって動かして前記成形片の全てを前記変形ブランクに係合させるステップと、前記変形ブランクの実質的に表面全体を熱伝導により冷却するステップとを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ダイのうちの少なくとも一方を他方のダイに向かって動かす前記ステップの実施前に、前記ブランクを所定の温度まで加熱するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記所定の温度は、オーステナイト変態温度である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ブランクを被加工材の状態に造形する成形組立体であって、
互いに近づいたり遠ざかったりすることができる１対のダイを含み、
前記ダイのうちの少なくとも一方は、シュー及び前記シューに作動可能に結合された複数個の成形片並びに前記シューと前記成形片のうちの少なくとも１つの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材を有し、
前記少なくとも１つの圧縮性部材は、前記成形片のうちの少なくとも１つが隣接の成形片に対して動くことができるようにするために弾性変形可能な材料のものであり、
前記少なくとも１つの圧縮性部材を備えた前記ダイのうちの前記少なくとも一方は、被加工材を冷却する冷却システムを備えている、成形組立体。
【請求項１０】
前記冷却システムは、前記シュー内に設けられている、請求項９記載の成形組立体。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの圧縮性部材は、前記被加工材から前記少なくとも１つの成形片を通り、そして前記少なくとも１つの圧縮性部材を通って前記シューに熱を伝達するために高い熱伝導率を有する材料のものである、請求項１０記載の成形組立体。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの圧縮性部材は、第１の厚さを備えた少なくとも１つの薄手の圧縮性部材及び前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを備えた少なくとも１つの厚手の圧縮性部材を含む複数個の圧縮性部材として更に定義される、請求項９記載の成形組立体。
【請求項１３】
前記ダイの各々は、シュー及び前記シューに作動可能に結合された複数個の成形片並びに前記シューと前記成形片のうちの少なくとも１つとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材を有する、請求項９記載の成形組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、部品の造形及び熱処理に関する。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本国際出願は、２０１３年２月６日に出願された米国仮特許出願第６１／７６１，２６５号（発明の名称：Hot Die Forming Assembly And Method Of Making A Heat Treated Part ）の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その開示内容全体を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
多くの金属部品、例えば、自動車用部品の製造にあたっては、造形作業と熱処理作業の両方が必要である。造形作業の種々の形式としては、例えば、プレス加工、押出し、機械加工、ロール成形、ハイドロフォーム法等が挙げられる。熱処理作業としては、典型的には、部品を所定の温度、例えばオーステナイト変態温度まで加熱する作業や部品を所定の速度で冷却する作業が挙げられる。選択される冷却速度は、金属の微細構造及びかくして部品の機械的性質に影響を及ぼすことになる。
【０００４】
造形作業の特定の一形式は、金属ブランクをダイ組立体（「ダイ装置」ともいう）内に配置するステップ及びパターンを備えた１対のダイをブランクの周りに閉じて所定の形状を備えた被加工材の状態にブランクを変形させるステップを含む。次に、ダイを互いに分離し、被加工材をダイ組立体から取り出す。ダイ組立体からの取り出し後、被加工材を熱処理してこれに所望の微細構造を与える。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一観点は、被加工材を製作する方法を含む。この方法は、１対のダイを含むダイ組立体を準備するステップを含み、ダイのうちの少なくとも一方は、シュー、シューに作動可能に結合された複数個の成形片、及びシューと成形片のうちの少なくとも１つとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材を有する。本方法は、ブランクを１対のダイ相互間でダイ組立体内に位置決めするステップに進む。本方法は、ダイのうちの少なくとも一方を他方のダイに向かって動かすステップに続く。本方法は、少なくとも１つの圧縮性部材を圧縮して成形片のうちの少なくとも１つを別の成形片に対して動かすステップに進む。本方法は、ブランクを複数個の成形片により変形させるステップに続く。本方法は、１対のダイを所定の距離だけ互いに離隔させ、少なくとも１つの圧縮性部材が膨張して成形片のうちの少なくとも１つを変形ブランクと係合状態に維持している間、成形片のうちの少なくとも１つが変形ブランクから離脱するようにするステップに進む。本方法は、１対のダイを所定の距離だけ互いに離隔させた後、少なくとも１つの成形片が変形ブランクと係合関係にある状態で、変形ブランクの表面全体には至らないほどの表面を熱伝導により冷却するステップを更に含む。
【０００６】
同じ機器がブランクの所定の部分の造形と熱処理の両方を行うために使用される。これにより、製造時間を短縮すると共に部品の製造にあたって費用効果を向上させることができる。
【０００７】
本発明の別の観点によれば、本方法は、変形ブランクの表面全体には至らないほどの表面を熱伝導により冷却するステップの実施後にダイのうちの少なくとも一方を他方のダイに向かって動かして成形片の全てを変形ブランクに係合させるステップと、変形ブランクの実質的に表面全体を熱伝導により冷却するステップとを更に含む。これは、これによりダイ組立体内での実質的に部品全体の熱処理が可能になるので有利である。加うるに、ダイ組立体を閉じることは、不均一な冷却に起因して生じる場合のある被加工材の変形を補償するという作用効果を有する。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、ブランクを被加工材の状態に造形する成形組立体を提供する。この成形組立体は、互いに近づいたり遠ざかったりすることができる１対のダイを含む。ダイのうちの少なくとも一方は、シュー及びシューに作動可能に結合された複数個の成形片並びにシューと成形片のうちの少なくとも１つの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材を有する。少なくとも１つの圧縮性部材は、成形片のうちの少なくとも１つが隣接の成形片に対して動くことができるようにするために弾性変形可能な材料のものである。成形片を備えたダイのうちの少なくとも一方は、熱を被加工材から奪う冷却システムを更に有する。
【０００９】
本発明の上述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を参照するとかかる特徴及び利点が良好に理解されるので、容易に理解されることになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示の部品の斜視図である。
【図２】図１に示された部品の一部分２の微細構造を示す拡大図である。
【図３】図１に示された部品の異なる部分３の微細構造を示す拡大図である。
【図４】開き位置にある１対のダイを含む例示のダイ組立体の斜視図である。
【図５】図４に示されたダイ組立体のダイのうちの一方の断面図である。
【図６】閉じ位置にある図４のダイの断面図である。
【図７】中間位置にある図４のダイの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図を参照すると（幾つかの図全体にわたって同一の符号は、対応の部分を示している）、鋼又は鋼合金で作られた一体形プレス加工自動車部品２０（又は被加工材）の例示の実施形態が全体として図１に示されている。図１〜図３に示されているように、例示の自動車部品２０は、互いに異なる冶金学的微細構造を備えた複数個の部分２２，２４又は領域に分けられる。具体的に説明すると、例示の部品２０は、互いに間隔を置いて設けられると共に第１の微細構造を有する２つの部分２２（以下、「非焼戻し部分」という）及び互いに間隔を置いて設けられていて、第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する２つの部分２４（以下、「焼戻し部分」という）を含む。例示の自動車部品２０では、非焼戻し部分２２の第１の微細構造は、非焼戻しマルテンサイト（図２に示されている）であり、焼戻し部分２４の第２の微細構造は、焼戻しマルテンサイト（図３に示されている）である。互いに異なる微細構造は、互いに異なる機械的性質又は特徴を備えた非焼戻し部分２２及び焼戻し部分２４を提供し、それにより、部品２０を特定の用途について最適化することができる。部品２０上の互いに異なる部分２２，２４の配置場所、幾何学的形状、及び特定の微細構造は、部品２０の意図した用途に基づいて選択されるのが良い。例えば、焼戻し部分２４は、靱性の増大が望ましい部品２０の領域に配置されるのが良く、非焼戻し部分２２は、硬度の増大が望ましい部品２０の領域に配置されるのが良い。以下に更に詳細に説明するように、部品２０は、任意所望の数の種々の微細構造を更に備えても良く、特定の微細構造は、例えば、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、パーライト等の任意の組み合わせであって良い。部品２０は、例えば、車体のＡピラー、Ｂピラー、又はＣピラーであるのが良く、或いは懸架システム又は或る範囲の他の自動車若しくは非自動車コンポーネントの制御アームであって良い。
【００１２】
非焼戻し及び焼戻し部分２２，２４は、ダイ組立体２６に対するプレス加工プロセス中及びその直後に、プレス加工プロセスについて用いられたとの同一のダイ組立体２６を用いて一体形部品２０の状態に成形される。次に図４を参照すると、ダイ組立体２６の例示の実施形態は、開き位置（図４に示されている）と閉じ位置（図６に示されている）と中間位置（図７に示されている）との間で互いに対して動くことができる上側ダイ２８及び下側ダイ３０を含む。ダイ２８，３０の各々は、シュー３２，３４及び複数個の成形片３６，３８を有し、成形片３６，３８の各々は、それぞれのシュー３２，３４から遠ざかる方向に向いた成形面を有している。図示のように、成形面は、互いに協働して、ブランクを部品２０の状態に成形するためのキャビティ４０を構成する。例示の実施形態では、各ダイ２８，３０の成形片３６，３８は、ほぼ同じ高さを有する。しかしながら、変形例として、互いに異なる高さを備えた成形片を採用することができることは理解されるべきである。
【００１３】
弾性的に圧縮性の材料（例えば、ネオプレン）で作られた複数個の圧縮性部材４２，４４若しくはディスク又は油圧若しくは空気圧シリンダが以下の更に詳細に説明するように、ダイ組立体２６の作動中に互いに対する成形片３６，３８の運動を可能にするようシュー３２，３４とそれぞれの成形片３６，３８との間にサンドイッチされている。次に図５を参照すると、下側ダイ３０が開き位置にあるとき、圧縮性部材のうちの２つ４２ａ（以下、「薄手圧縮性部材４２ａ」という）は、第１の厚さｔ1を有し、圧縮性部材のうちの２つ４２ｂ（以下、「厚手圧縮性部材４２ｂ」という）は、第１の厚さｔ1よりも大きい第２の厚さｔ2を有している。したがって、成形片３６がほぼ同じ高さを有しているので、下側ダイ３０が開き位置にあるとき、薄手圧縮性部材４２ａと接合された成形片３６の成形面は、厚手圧縮性部材４２ｂと接合された成形片３６の成形面よりは比較的低く又はこれに対して引っ込められる。換言すると、隣り合う成形面相互間には段部が設けられ、これら段部の高さは、薄手及び厚手圧縮性部材４２ａ，４２ｂの厚さの差に対応している。また、成形片のうちの１つ又は２つ以上（しかしながら、全てではない）は、シューのうちのいずれか一方に直接取り付けられても良く、或いは、圧縮性部材が成形片とシューとの間にサンドイッチされることなく、シューに取り付けられても良いことは、理解されるべきである。
【００１４】
例示の実施形態では、圧縮性部材４２，４４は、熱伝導率の高いゴム材料で作られている。しかしながら、理解されるべきこととして、変形例としては、圧縮性部材４２，４４は、任意の適当に弾性的に圧縮性の材料で作られても良い。圧縮性部材４２，４４は、互いに異なる材料で作られても良い。
【００１５】
図４に戻ってこれを参照すると、シュー３２，３４の各々は、冷却剤を受け入れる入口４４′，４６、冷却剤をそれぞれのシュー３２，３４から小出しする出口４８，５０、及び入口と出口との間に延びる冷却剤通路を有している。以下に更に詳細に説明するように、ダイ組立体２６の作動中、造形プロセスが完了した後、部品２０を選択的に冷却し又は熱処理するために冷却剤、例えば水がダイ組立体２６中に通される。
【００１６】
金属ブランクを造形して熱処理し、それにより部品、例えば図１〜図３に示されている部品２０を形成するための金属ブランクの造形及び熱処理プロセスは、ブランクを摂氏５００度（５００℃）よりも高い又は材料のオーステナイト温度（これは、鋼については約７３０℃である）よりも高い所定の温度まで加熱するステップで始まる。次に、図６に示されているように、上側ダイ２８と下側ダイ３０を一緒に動かしてブランク２０を成形片３６，３８の成形面相互間にサンドイッチしてブランク２０を変形させ、ついには、ブランクがキャビティ４０（図４に示されている）の形状に一致するようにする。図示のように、変形プロセス中、厚手圧縮性部材４２ｂ，４４ｂは、薄手圧縮性部材４２ａ，４４ａよりも長い距離だけ撓み又は縮み、それにより、隣り合う成形片３６，３８の成形面相互間の段部がなくなり、段部のない全体として滑らかな部品２０を形成することができる。例示の実施形態では、全部で４つの成形片３６，３８が変形プロセス中、ブランク２０と当接状態にある。
【００１７】
ダイ組立体２６のキャビティ４０内におけるブランク２０の変形中又は変形直後に、部品２０を上側ダイ２８と下側ダイ３０との間で熱処理し、それにより所定の微細構造及び機械的性質を備えた部品２０の材料が提供される。熱処理プロセスは、上側ダイ２８と下側ダイ３０を所定の距離だけ互いに離隔させて厚手の圧縮性部材４２ｂ，４４ｂが薄手の圧縮性部材４２ａ，４４ａよりも長い距離だけ弾性的に膨張し、それにより厚手圧縮性部材４２ｂ，４４ｂに結合された成形片３６，３８を他方の成形片３６，３８が部品２０から分離された状態で部品２０との接触状態に保つようにするステップを含む。
【００１８】
次に、上側及び下側ダイ２８，３０のシュー３２，３４を通って冷却剤を流し、熱を熱伝導により造形された部品２０からこの造形部品２０と接触状態のままである成形片３６，３８を通り、厚手圧縮性部材４２ｂ，４４ｂを通り、そしてシュー３２，３４中に伝達し、ここで、熱は、冷却剤によってダイ組立体２６から取り出される。したがって、上側及び下側ダイ２８，３０が図７に示されている中間位置にあるとき、成形片３６，３８と接触状態のままである造形部品２０の部分は、造形部品２０の他の部分よりも迅速に冷却される。例示の実施形態では、熱は、所定の速度で部品２０から取り出され、それによりこれらの部分に非焼戻しマルテンサイト微細構造が形成される。しかしながら、例えば、シュー３２，３４を通る冷却剤の流れを変えることにより、熱処理プロセスにより形成される特定の微細構造を改変することができる。
【００１９】
成形片３６，３８との接触状態のままである部分が所定の温度（例えば、３００℃まで冷え、そして、所定の期間経過後、次に上側及び下側ダイ２８，３０を互いに向かって図６に示された位置まで戻し、それにより分離された成形片３６，３８を造形部品２０との接触状態に戻す。いまや、熱は、薄手圧縮性部材４２ａ，４４ａに結合された成形片３６，３８と係合状態にある造形部品２０の部分からも取り出され、それによりこれらの部分が焼戻しマルテンサイト微細構造に形成される。部品２０を更に冷却することに加えて、ダイ組立体２６を再び閉じることにより、不均一な冷却プロセス中に生じる場合のある部品２０の寸法上の問題がなくなるという追加の利点が提供される。
【００２０】
理解されるべきこととして、上側及び下側ダイ２８，３０を選択的に一緒に動かして所定の間隔で互いに離隔させると、造形部品を選択的に冷却することができ、それにより焼戻しが行われたばかりのマルテンサイト及び焼戻しが行われていないマルテンサイトとは異なる或る範囲の微細構造が形成される。
【００２１】
本発明の別の観点は、部品を製作する方法に関する。本方法は、１対のダイ２８，３０を含むダイ組立体２６を準備するステップを含み、ダイ２８，３０のうちの少なくとも一方（及び好ましくは両方）は、シュー３２，３４、シュー３２，３４に作動可能に結合された複数個の成形片３６，３８、及びシュー３２，３４と成形片３６，３８のうちの１つとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの圧縮性部材４２，４４を有する。例示の実施形態では、ダイ２８，３０の各々は、第１の厚さｔ1を備えた複数個の薄手の圧縮性部材４２ａ，４４ａ及び第１の厚さｔ1よりも大きな第２の厚さｔ2を備えた複数個の厚手の圧縮性部材４２ｂ，４４ｂを有している。
【００２２】
本方法は、ブランク２０を上側ダイ２８と下側ダイ３０との間でダイ組立体２６内に位置決めするステップに続く。本方法は、ダイ２８，３０のうちの少なくとも一方を他方のダイ２８，３０に向かって動かすステップ及び少なくとも１つの圧縮性部材４２，４４を圧縮して成形片３６，３８のうちの少なくとも１つを別の隣接の成形片３６，３８に対して動かすステップに進む。本方法は、少なくとも１つの圧縮性部材４２，４４を圧縮して成形片３６，３８のうちの少なくとも１つを別の成形片３６，３８に対して動かすステップに進む。本方法は、ブランク２０を複数個の成形片３６，３８により変形させるステップに続く。本方法は、上側ダイ２８と下側ダイ３０を所定の距離だけ離隔させ、少なくとも１つの圧縮性部材４２，４４が膨張して成形片３６，３８のうちの少なくとも１つを変形ブランク２０と係合状態に維持している間、成形片３６，３８のうちの少なくとも１つが変形ブランク２０から離脱するようにするステップに進む。本方法は、１対のダイ２８，３０を所定の距離だけ互いに離隔させた後、少なくとも１つの成形片３６，３８が変形ブランク２０と係合関係にある状態で、変形ブランク２０を冷却するステップに進む。
【００２３】
例示の方法では、少なくとも１つの圧縮性部材４２，４４は、シュー３２，３４と少なくとも１つの厚手圧縮性部材４２ｂ，４４ｂとの間にサンドイッチされた少なくとも１つの薄手圧縮性部材４２ａ，４４ａを有し、上側ダイ２８と下側ダイ３０の分離中、少なくとも１つの薄手の圧縮性部材４２ａと関連した少なくとも１つの成形片３６，３８は、変形ブランク２０から離れ、少なくとも１つの厚手の圧縮性部材４２ｂ，４４ｂと関連した１つの成形片３６，３８は、変形ブランク２０と接触状態のままである。
【００２４】
例示の方法では、シュー３２，３４は、冷却流体を運搬してブランク２０の変形ステップ後に成形片３６，３８を冷却する冷却チャネルを有する。
【００２５】
圧縮性部材４２，４４は、好ましくは、熱伝導率の高い材料のものである。
【００２６】
例示の方法は、ダイ２８，３０のうちの少なくとも一方を他方のダイ２８，３０に向かって動かすステップの実施前にブランク２０を加熱するステップを更に含む。
【００２７】
例示の方法は、変形ブランク２０の表面全体には至らないほどの表面を熱伝導により冷却するステップの実施後にダイ２８，３０のうちの少なくとも一方を他方のダイ２８，３０に向かって動かして成形片３６，３８の全てを変形ブランク２０に係合させるステップと、変形ブランク２０の実質的に表面全体を熱伝導により冷却するステップとを更に含む。
【００２８】
明らかなこととして、本発明の多くの改造例及び変形例が上記教示に照らして可能であり、これら改造例及び変形例を特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属した状態で具体的に記載された形態以外の形態で実施できる。
【図１】
2016507385.tif 000003
【図２】
2016507385.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016507385.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016507385.tif 000009
【国際調査報告】
2016507385.tif 000010