説明

ホットプレス加工方法およびホットプレス加工装置

【課題】高強度鋼に対するホットプレス後の後加工を容易にするとともに、遅れ破壊の発生を防止することができるホットプレス加工方法およびホットプレス加工装置を提供する。
【解決手段】ホットプレス工程(STEP−1)と抜き加工工程(STEP−2)を有するものであって、ホットプレス工程(STEP−1)は、後加工により除去すべき部位である抜き部分6cを、ダイ11およびポンチ12によって仮抜きする仮抜き工程(STEP−1−3,4)を備え、抜き加工工程(STEP−2)は、前記仮抜き工程にて仮抜きされた抜き部分6cをパンチ21によって本抜きする本抜き工程(STEP−2−2)を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホットプレス加工方法およびホットプレス加工装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車産業等の分野においては、さらなる性能(燃費、安全性等)向上を図るべく、車体の軽量化および高剛性化が進められており、高強度鋼板が使用される場面が増加している。
高強度鋼板は、高強度である反面、成形後に追加で機械加工を行うことが困難であるという性質を有しているため、ホットプレス加工により成形した高強度鋼板からなる製品を後加工するための技術が種々検討されている。
【0003】
ホットプレス加工により成形した高強度鋼板からなる製品を後加工するための技術は、例えば、以下に示す特許文献1に開示されており、公知となっている。
特許文献1に開示されている従来技術では、ホットプレス工程において、素材を挟持する成形型の挟持面に突起部を設けることにより、中間成形体に折割溝を形成する構成としている。そして、ホットプレス時に折割溝を形成しておくことによって、ホットプレス工程の後でも、折割溝において中間成形体を容易に折り割る加工を施すことが可能になり、不要部分等を除去する後加工が、容易に行えるようになっている。
【0004】
また、ホットプレス工程により中間成形体を成形すると同時に、温度が高い状態(材料の引張り強度が低い状態)で抜き加工まで行う構成としたホットプレス方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2010−94698号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に開示されている従来技術では、ホットプレス工程により成形される中間成形体を、ホットプレス工程後に容易に後加工することが可能になっている。
しかしながら、高強度鋼板を後加工するときには、応力等が作用した部位において遅れ破壊が発生するという問題があるが、特許文献1に開示されている従来技術では、遅れ破壊の発生が考慮されていないという問題があった。
【0007】
また、ホットプレス工程により中間成形体を成形すると同時に、温度が高い状態(材料の引張り強度が低い状態)で抜き加工まで行ってしまう構成としたホットプレス方法では、抜き加工を行うための機構やスクラップを排出するための機構をプレス金型(ダイやパンチ等)に装備しておく必要があるため、プレス金型の構成が複雑かつ大型化するという問題もあった。
【0008】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、高強度鋼に対するホットプレス後の後加工を容易にするとともに、遅れ破壊の発生を防止することができるホットプレス加工方法およびホットプレス加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0010】
即ち、請求項1においては、ホットプレス工程と抜き加工工程を有するホットプレス加工方法であって、前記ホットプレス工程は、後加工により除去すべき部位である抜き部分を、ダイおよびポンチによって仮抜きする仮抜き工程を備え、前記抜き加工工程は、前記仮抜き工程にて仮抜きされた前記抜き部分を、パンチによって本抜きする本抜き工程を備えるものである。
【0011】
請求項2においては、前記ホットプレス工程と前記抜き加工工程は、異なる場所で行われるものである。
【0012】
請求項3においては、前記仮抜き工程における仮抜きは、前記ダイおよびパンチによりV字状の溝部を形成して、前記抜き部分を形成するものである。
【0013】
請求項4においては、前記本抜き工程の後で、前記パンチによって、前記抜き部分を除去した部位に形成される開口部を拡径するものである。
【0014】
請求項5においては、ホットプレス工程と抜き加工工程を有するホットプレス加工方法に用いられるホットプレス加工装置であって、前記ホットプレス工程を実行するためのプレス装置を備え、前記プレス装置はダイとポンチを備え、前記ダイおよびポンチは、前記ホットプレス工程において、前記抜き部分を取り囲むV字状の溝部を形成して前記抜き部分を仮抜きするための略円環状の突起部を有するものである。
【0015】
請求項6においては、さらに、前記抜き部分を押圧するためのパンチを有するパンチ装置を備え、前記パンチにより前記抜き部分を押圧して、前記抜き部分を除去するものである。
【0016】
請求項7においては、前記パンチの外径寸法を、前記抜き部分を除去した部位に形成される開口部の内径寸法に比して大きくして、前記パンチを前記開口部に押し込むことによって、前記開口部を拡径するものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0018】
請求項1においては、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【0019】
請求項2においては、ホットプレス加工工程を簡素化することができる。
【0020】
請求項3においては、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【0021】
請求項4においては、遅れ破壊の発生を防止することができる。
【0022】
請求項5においては、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【0023】
請求項6においては、ホットプレス加工装置を簡易な構成とすることができる。
【0024】
請求項7においては、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置の全体構成を示す模式図。
【図2】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置のプレス装置を示す模式図。
【図3】プレス装置のダイおよびポンチに形成される突起部を示す模式図、(a)断面模式図、(b)平面模式図。
【図4】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置のパンチ装置を示す模式図。
【図5】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工方法を示すフロー図。
【図6】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置を用いたホットプレス加工方法による加工状況(STEP−1−1)を示す模式図。
【図7】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置を用いたホットプレス加工方法による加工状況(STEP−1−2)を示す模式図。
【図8】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置を用いたホットプレス加工方法による加工状況(STEP−1−3〜4)を示す模式図。
【図9】中間成形体における抜き部分の仮抜き状況を示す部分拡大模式図。
【図10】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置を用いたホットプレス加工方法による加工状況(STEP−2−1)を示す模式図。
【図11】本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置を用いたホットプレス加工方法による加工状況(STEP−2−2〜3)を示す模式図。
【図12】パンチと抜き部分の寸法差を示す部分拡大模式図。
【図13】パンチによる孔の拡径状況を示す部分拡大模式図。
【図14】本抜き後の中間成形体と拡径後の製品を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置の全体構成について、図1〜図4を用いて説明をする。
図1に示す如く、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1は、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工方法に用いられる加工装置であり、ホットプレス工程を実行するための装置であるプレス装置10と抜き加工工程を実行するための装置であるパンチ装置20を備える構成としている。
【0027】
即ち、ホットプレス加工装置1では、プレス装置10とパンチ装置20を別体で備える構成としており、ホットプレス加工装置1を用いたホットプレス加工方法では、ホットプレス工程と抜き加工工程を異なる場所およびタイミングで行う構成としている。
このため、ホットプレス加工装置1では、従来のプレス装置10にパンチ装置20に相当する機能を併せ持つ構成とする場合に比して、より簡易に各装置10・20を構成することが可能になっている。
【0028】
図2に示す如く、プレス装置10は、製品の元となるブランク5(図6参照)に対してホットプレスを施すための部位であり、ダイ11、ポンチ12、ブランクホルダー13、クッション14、クッションピン15・15等を備えている。
【0029】
ダイ11は凹状の型を構成する部位であり、プレス方向に平行な型面11bが形成される第一部材11aと、プレス方向に直交する型面11dを形成する第二部材11cからなる構成としている。また、第二部材11cは第一部材11aによって包囲されており、第一部材11a内を変位可能な構成としている。
【0030】
また、ダイ11は図示しない変位装置によって支持されており、鉛直方向(プレス方向)に変位可能な構成としている。尚、ダイ11を支持するための変位装置としては、油圧シリンダ等を採用することができる。
【0031】
さらに、図2および図3(a)(b)に示す如く、第二部材11cのポンチ12に対面する型面11dにはリング状の突起部11eが形成されている。
突起部11eは、ブランク5に対して後加工により形成したい孔の位置、大きさ、形状等に対応させて形成されており、尖端部11fを有する尖った形状を有している。
【0032】
図2に示す如く、ポンチ12は凸状の型を構成する部位であり、プレス方向に平行な型面12aと、プレス方向に直交する型面12bが形成されている。
またポンチ12は、ホルダー16により支持されている。
ホルダー16は、プレス装置10の図示しないフレーム等に固定され、変位不能な構成としており、該ホルダー16により支持されるポンチ12も変位不能な構成としている。
【0033】
また、図2および図3(a)(b)に示す如く、ダイ11の型面11dに対面する型面12bにはリング状の突起部12cが形成されている。
突起部12cは、ブランク5に対して後加工により形成したい孔の位置、大きさ、形状等に対応させて形成されており、尖端部12dを有する尖った形状を有している。
【0034】
そして、図3(a)に示す如く、ダイ11に形成された突起部11eと、ポンチ12に形成された突起部12cは、平面視における配置位置を一致させつつ、対面させて配置する構成としている。
【0035】
図2に示す如く、ブランクホルダー13は、ダイ11(より詳しくは、第一部材11a)と協動してブランク5を挟持するための部位であり、ポンチ12の周囲に配置されている。
またブランクホルダー13のプレス方向における下面には、クッションピン15・15が当接している。
そして、クッションピン15・15の下端には、クッション14が当接している。
【0036】
クッション14は、プレス方向に向けて伸縮可能に構成されている弾性部材であって、プレス装置10の図示しないフレーム等に固定される変位不能なベース部17に対して固定されている。
このためクッション14は、クッションピン15・15がプレス方向における下方に変位するときには、クッション14が有する弾性力によって、クッションピン15・15に対して、プレス方向とは逆の上向きの反力を付与することができる。
【0037】
そして、クッションピン15・15に付与された上向きの反力によって、ブランクホルダー13を押圧することによって、ブランクホルダー13とダイ11によりブランク5を挟持するために必要な挟持力を確保する構成としている。
【0038】
また、図4に示す如く、パンチ装置20は、ホットプレス工程を経て成形された中間成形体6(図8参照)に対して、抜き加工を施すための部位であり、パンチ21、置き台22、押さえ部23等を備えている。
【0039】
パンチ21は、置き台22上にセットされた中間成形体6の除去したい部位を押圧するための部位であり、図示しない油圧装置等に備えられる往復変位可能なシリンダに連結されている。
【0040】
またパンチ21には、該パンチ21の変位方向に直交する面(パンチ21の下端面)である第一の押圧面21aと、該パンチ21の変位方向に平行な面(パンチ21の外周面)である第二の押圧面21bが形成されている。
【0041】
置き台22は、中間成形体6の凹形状に対応した凸部22aや、抜き加工により除去した部材を落下させるための通路となる孔22bが形成されている。
【0042】
押さえ部23は、置き台22上に載置された中間成形体6の除去したい部分をパンチ21で押圧したときに、中間成形体6がズレたり、あるいは、余計な変形が生じたりすることを防止するための部位であり、抜き加工工程中に中間成形体6を置き台22に対して押圧して、中間成形体6を置き台22の凸部22aに沿わせるようにしている。
【0043】
次に、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1を用いたホットプレス加工方法について、図5〜図14を用いて説明をする。
図5に示す如く、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1を用いたホットプレス加工方法では、まず始めに、プレス装置10を用いたホットプレス工程(STEP−1)を実行するようにしており、また、ホットプレス工程(STEP−1)が完了した後に、抜き加工工程(STEP−2)を実行して、ブランク5に対する一連のホットプレス加工工程を完了する構成としている。
【0044】
即ち、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工方法は、ホットプレス工程(STEP−1)と抜き加工工程(STEP−2)は、異なる場所(即ち、プレス装置10およびパンチ装置20)で行われるものである。
このような構成により、ホットプレス加工工程を簡素化することができる。
【0045】
また、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1は、さらに、パンチ21を有するパンチ装置20を備え、パンチ21により抜き部分6cを押圧して、抜き部分6cを除去するものである。
このような構成により、ホットプレス加工装置を簡易な構成とすることができる。
【0046】
まず、ホットプレス工程(STEP−1)について、説明をする。
図5および図6に示す如く、所定の温度に加熱したブランク5を、プレス装置10におけるブランクホルダー13上の所定位置に配置する(STEP−1−1)。
【0047】
そして、図5および図7に示す如く、ダイ11を下降させて、ダイ11およびブランクホルダー13によって、ブランク5を挟持する(STEP−1−2)。
【0048】
次に、図5および図8に示す如く、ダイ11をさらに下降させて、ダイ11およびポンチ12で囲まれる製品形状を象った空間にブランク5を流入させる(STEP−1−3)。
【0049】
そして、所定の形状にホットプレスされたブランク5を冷却して焼入れし、略ハット状の形状を有する中間成形体6を形成する(STEP−1−4)。
このとき、図9に示す如く、突起部11eが押し付けられた中間成形体6の上面には、略V字状の断面形状を有するリング状の溝部6aが刻設され、また、突起部12cが押し付けられたブランク5の下面には、略V字状の断面形状を有するリング状の溝部6bが刻設される。
【0050】
そして、各溝部6a・6bによって区画された部位として、後加工により除去すべき部位である抜き部分6cが形成される。
このホットプレス工程における抜き部分6cを形成する加工を「仮抜き」と呼ぶものとする。
ここでは、抜き部分6cを後加工で除去するのを容易にするために、各溝部6a・6bの各最深部6d・6eの離間距離が可能な限り小さくなるように、各突起部11e・12cの形成高さやダイ11とポンチ12の離間距離を設定している(図12参照)。
【0051】
即ち、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工方法において、仮抜き工程(STEP−1−3,4)における仮抜きは、ダイ11およびポンチ12により、V字状の溝部6a・6bを形成して、抜き部分6cを形成するものである。
このような構成により、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【0052】
次に、抜き加工工程(STEP−2)について、説明をする。
図5および図10に示す如く、プレス装置10においてホットプレス加工され、所定の形状に成形されるとともに、仮抜きが施された中間成形体6を、パンチ装置20の所定位置(置き台22の凸部22a)に配置する(STEP−2−1)。
【0053】
そして、図5および図11に示す如く、パンチ21を下降させて、該パンチ21により抜き部分6cを押圧して、中間成形体6の抜き部分6cを除去する(STEP−2−2)。
この抜き加工工程における抜き部分6cを除去する加工を「本抜き」と呼ぶものとする。
ここでは、抜き部分6cが除去された後の中間成形体6を抜き加工後の中間成形体7として区別して表示するものとする。
尚、除去された抜き部分6cは、孔22bを通って落下し、図示しない所定の部位(スクラップを集めておく部位)に収集される。
また、ホットプレス加工装置1を用いたホットプレス加工方法では、パンチ装置20による加工を行う時点(本抜きを行うとき)では、中間成形体6・7の温度は、ホットプレス時の温度に比して低くなっている。
【0054】
本抜き後の中間成形体7における抜き部分6cが除去された部位には、孔7aが形成される。そして、孔7aにおける破断部7bの周囲には、該孔7aを縮径する方向に作用する残留応力F1が存在している。
【0055】
そして、パンチ21をさらに下降させることによって、中間成形体7の孔7aをパンチ21によって拡径する(STEP−2−3)。
【0056】
図12に示す如く、パンチ21の外径寸法φAは、抜き部分6cの外径寸法φBよりも大きく、また、溝部6a・6bの最大外径寸法φCよりも小さい構成としている。
このため、図13に示す如く、パンチ21をさらに下降させると、パンチ21の第一の押圧面21aが、破断部7bを略下方に向けて押圧しつつ、パンチ21が孔7aに押し込まれる。
このため、パンチ21が孔7aに押し込まれるときには、第二の押圧面21bが孔7aの破断部7bを水平方向外側に向けて拡径する方向に押圧する。
このとき、孔7aにおける破断部7bには、該孔7aを拡径する方向に応力F2が付与される。
【0057】
即ち、このとき破断部7bには、残留応力F1と逆向きの応力F2が付与されるため、残留応力F1が低減され、孔7aの周辺で遅れ破壊が発生することが防止される。
尚、第二の押圧面21bにより付与する破断部7bに対する応力F2は、パンチ21の外径を変更することによって調整することができるため、パンチ21の外径寸法φAを最適化する(残留応力F1と応力F2を吊り合わせる)ことによって、遅れ破壊の発生を確実に防止することができる。
【0058】
即ち、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工方法において、本抜き工程(STEP−2−2)の後(STEP−2−3)で、パンチ21によって、抜き部分6cに形成された開口部たる孔7aを拡径するものである。
このような構成により、遅れ破壊の発生を防止することができる。
【0059】
また、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1は、パンチ21の外径寸法φAを、抜き部分6cを除去して形成される開口部たる孔7aの内径寸法(即ち、抜き部分6cの外径寸法φB)に比して大きくして、パンチ21を孔7aに押し込むことによって、孔7aを拡径させるものである。
このような構成により、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【0060】
そして、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1を用いたホットプレス加工方法では、このようにして遅れ破壊の原因となる残留応力F1を除去することにより、図14に示すような、孔8aの周辺における遅れ破壊の発生を抑制した製品8を生成することができる。
【0061】
即ち、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工方法は、ホットプレス工程(STEP−1)と抜き加工工程(STEP−2)を有するものであって、ホットプレス工程(STEP−1)は、後加工により除去すべき部分である抜き部分6cを、ダイ11およびポンチ12によって仮抜きする仮抜き工程(STEP−1−3,4)を備え、抜き加工工程(STEP−2)は、仮抜き工程(STEP−1−3,4)にて仮抜きされた抜き部分6cをパンチ21によって本抜きする本抜き工程(STEP−2−2)を備えるものである。
【0062】
また、本発明の一実施形態に係るホットプレス加工装置1は、ホットプレス工程と抜き加工工程を有するホットプレス加工方法に用いられるものであって、ホットプレス工程を実行するためのプレス装置10を備え、プレス装置10はダイ11とポンチ12を備え、ダイ11およびポンチ12は、ホットプレス工程において、抜き部分6cを取り囲むV字状の溝部6a・6bを形成して抜き部分6cを仮抜きするための略円環状の突起部11e・12cを有するものである。
このような構成により、遅れ破壊の発生を防止しつつ、ホットプレス成形後の後加工を可能にすることができる。
【符号の説明】
【0063】
1 ホットプレス加工装置
10 プレス装置
11 ダイ
12 ポンチ
13 ブランクホルダー
20 パンチ装置
21 パンチ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホットプレス工程と抜き加工工程を有するホットプレス加工方法であって、
前記ホットプレス工程は、
後加工により除去すべき部位である抜き部分を、ダイおよびポンチによって仮抜きする仮抜き工程を備え、
前記抜き加工工程は、
前記仮抜き工程にて仮抜きされた前記抜き部分を、パンチによって本抜きする本抜き工程を備える、
ことを特徴とするホットプレス加工方法。
【請求項2】
前記ホットプレス工程と前記抜き加工工程は、
異なる場所で行われる、
ことを特徴とする請求項1に記載のホットプレス加工方法。
【請求項3】
前記仮抜き工程における仮抜きは、
前記ダイおよびパンチによりV字状の溝部を形成して、前記抜き部分を形成するものである、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のホットプレス加工方法。
【請求項4】
前記本抜き工程の後で、
前記パンチによって、前記抜き部分を除去した部位に形成される開口部を拡径する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のホットプレス加工方法。
【請求項5】
ホットプレス工程と抜き加工工程を有するホットプレス加工方法に用いられるホットプレス加工装置であって、
前記ホットプレス工程を実行するためのプレス装置を備え、
前記プレス装置はダイとポンチを備え、
前記ダイおよびポンチは、前記ホットプレス工程において、前記抜き部分を取り囲むV字状の溝部を形成して前記抜き部分を仮抜きするための略円環状の突起部を有する、
ことを特徴とするホットプレス加工装置。
【請求項6】
さらに、前記抜き部分を押圧するためのパンチを有するパンチ装置を備え、
前記パンチにより前記抜き部分を押圧して、前記抜き部分を除去する、
ことを特徴とする請求項5に記載のホットプレス加工装置。
【請求項7】
前記パンチの外径寸法を、
前記抜き部分を除去した部位に形成される開口部の内径寸法に比して大きくして、
前記パンチを前記開口部に押し込むことによって、前記開口部を拡径する、
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のホットプレス加工装置。

【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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【図12】
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【図13】
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【図14】
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