JP2012171006A - ホットプレス装置及びホットプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形前に金型の成形面を均一に冷却し、且つ、成形時の成形体の焼き入れ速度を速くして生産性を高めるとともに上記成形体の焼き入れを均一にする。
【解決手段】加熱された鋼板１０を金型２の型閉じ動作により絞り成形して得られた成形体９を型閉じ状態で冷却して焼き入れする。気泡吐出機５は、起泡剤に高圧ガス又は高圧空気を混合することにより気泡４を生成し、生成した気泡４を型開き状態の上型２１及び下型２２の各成形面２１ａ、２２ａに吐出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱した鋼板を金型の型閉じ動作により絞り成形して得られた成形体を型閉じ状態で冷却して焼き入れするホットプレス装置及びホットプレス成形方法に関する。

近年の自動車業界では、軽量で、且つ、安全性の高い車体構造が求められていて、この要求に対し、板厚を厚くすることなく高強度な車体構造を得るために、ホットプレス装置で高強度の成形体を得るようにしている。例えば、特許文献１では、ダイス及びポンチを備えた金型のダイス成形面に所定の間隔で複数の溝が形成されていて、該溝には、冷媒供給装置から液体冷媒が供給されるようになっている。そして、ダイス及びポンチを用いて高温に加熱した鋼板から絞り成形により成形体を得た後、型閉じ状態を保持することにより上記成形体にポンチの成形面を接触させ、その後、上記冷媒供給装置から上記溝へ液体冷媒を供給して上記成形体を上記溝に流れる液体冷媒に接触させて冷却することで焼き入れを行うようにしている。

また、特許文献２では、ダイス成形面に無数の凸部が形成されていて、各凸部間の凹状部分には、ミスト発生装置からミスト状の冷媒が供給されるようになっている。そして、特許文献１と同様に、ダイス及びポンチを用いて高温に加熱した鋼板から絞り成形により成形体を得た後、型閉じ状態を保持することにより上記成形体にポンチの成形面を接触させ、その後、上記ミスト発生装置から上記凹状部分にミスト状の冷媒を供給して上記成形体を上記ミスト状の冷媒に接触させて冷却することで焼き入れを行うようにしている。

特開２００２−２８２９５１号公報（段落００２４〜００２６欄、図２） 特開２００８−３６７０９号公報（段落００４０欄、図１）

しかし、特許文献１、２のホットプレス装置では、成形体を冷却して焼き入れを行う際に、冷媒が接触する範囲とダイス及びポンチの成形面が接触する範囲とで上記成形体の冷却速度が異なってしまい、焼き入れの十分でない箇所が発生してしまうおそれがある。

また、加熱された鋼板の成形を繰り返して行うと、次第に金型温度が上昇していき、温度が上昇したままの金型で成形を行うと焼き入れが十分になされなくなってしまう。したがって、成形体の焼き入れが終了した後、次の成形を行う前に、ダイスやポンチの成形面を所定の温度まで冷却したいという要望がある。

しかし、ダイスやポンチの成形面に液体やミスト状の冷媒を吹き付けて金型を冷却しようとしても、液体やミスト状の冷媒は成形面の傾斜の大きい箇所から小さい箇所に沿って流れてしまうので均一に成形面を冷却できず、均一な温度でない成形面で焼き入れを行うことで成形体の焼き入れにばらつきが生じてしまうおそれがある。

さらには、ホットプレスにおける鋼板の成形では、成形体を冷却するために所定時間型閉じ状態を保持する必要があり、生産性が悪いという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成形前に金型の成形面を均一に冷却でき、しかも、成形時の成形体の焼き入れ速度を速くして生産性を高めることができるとともに上記成形体の焼き入れを均一にできるホットプレス装置及びホットプレス成形方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、金型の成形面に沿って冷却用の気泡を付着させるようにしたことを特徴とする。

具体的には、上型及び下型からなる金型を備え、加熱された鋼板を上記金型の型閉じ動作により絞り成形して得られた成形体を型閉じ状態で冷却して焼き入れするホットプレス装置において、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、起泡剤に高圧ガス又は高圧空気を混合することにより生成した気泡を型開き状態の上型及び下型の各成形面に吐出する気泡吐出手段を備えていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記気泡吐出手段は、上記金型の側方と上記型開き状態の上型と下型との間とで伸縮するアーム部と、該アーム部先端に設けられ、上記気泡を吐出する吐出部とを備えていることを特徴とする。

第３の発明では、第１の発明において、上記気泡吐出手段は、上記上型及び下型の少なくとも一方の型内部から上記型開き状態の上型と下型との間に出没するアーム部と、該アーム部先端に設けられ、上記気泡を吐出する吐出部とを備えていることを特徴とする。

また、本発明は、加熱された鋼板を上型及び下型からなる金型の型閉じ動作により絞り成形して成形体を得た後、型閉じ状態で上記成形体を冷却して焼き入れするホットプレス成形方法をも対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第４の発明は、起泡剤に高圧ガス又は高圧空気を混合して生成した気泡を型開き状態の上型及び下型の成形面に吐出して付着させた後、加熱された鋼板を上記金型の型閉じ動作により絞り成形することを特徴とする。

第１及び第４の発明では、金型の冷却に気泡を用いているので、上型及び下型の各成形面の形状が複雑であっても気泡が表面張力により当該各成形面に沿って均一に付着するようになる。したがって、気泡が成形面の熱を均一に吸収するようになり、当該成形面を均一に冷却することができる。また、上型及び下型の各成形面に均一に付着した気泡は、絞り成形時に成形体の表裏面に均一に接触するので、成形体の表裏面を均一に冷却して当該成形体の焼き入れを均一に行うことができる。さらには、絞り成形時において、成形体と各成形面との間で気泡が挟まれることにより、気泡の外壁を構成する液状部分が急激に気化して吸熱反応を起こすとともに、気泡内部の気体部分が外部に放出されることで熱が発散されるようになるので、成形体を急速に冷却して、焼き入れ速度を速くし、生産性を高めることができる。

第２の発明では、アーム部が略水平方向に伸縮することで吐出部が上型及び下型の各成形面に沿って移動し易くなるので、各成形面への気泡の付着を確実に均一とすることができる。

第３の発明では、気泡吐出手段のアーム部及び吐出部が未使用時に金型内部に収まるようになるので、第２の発明に比べて金型周辺の設備レイアウトをコンパクトにできる。

本発明の実施形態１に係るホットプレス装置を示す。 本発明の実施形態１に係るホットプレス装置を示し、金型の成形面に気泡を付着させている状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るホットプレス装置を示し、金型の成形面に気泡が付着している状態で金型に鋼板を搬入した直後の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るホットプレス装置を示し、（ａ）は、気泡が成形面に付着した状態の金型を用いて鋼板の絞り成形をしている状態を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大図である。 本発明の実施形態１に係るホットプレス装置を示し、焼き入れした成形体を脱型した直後の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る図２相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係るホットプレス装置１を示す。該ホットプレス装置１は、上型２１及び下型２２からなる金型２を備えていて、図示しない昇降手段で上記金型２の上型２１を下型２２に対して上下動させることにより、ホットプレスによる鋼板１０の成形を行えるようになっている。

上記下型２２には、断面視で上方に膨出して緩やかに湾曲する下側成形面２２ａが形成されていて、上記上型２１には、上記下型２２の下側成形面２２ａに対応するように上方に凹陥する上側成形面２１ａが形成されている。そして、加熱された鋼板１０を下型２２の下側成形面２２ａ上にセットして上記金型２の型閉じ動作により絞り成形して得られた成形体９を型閉じ状態で冷却して焼き入れするようにしている。

上記金型２の側方には、気泡４（図２乃至図４に示す）を吐出する気泡吐出機（気泡吐出手段）５が配置されている。

該気泡吐出機５は、地面に沿って延びる板状ベース部材５１に載置された箱形ケース５０を備えていて、該箱形ケース５０内部には、起泡剤に高圧ガス又は高圧空気を混合することにより気泡４を生成する気泡生成部５２が設けられている。尚、高圧ガスには、アルゴンガスや二酸化炭素等の不燃性ガスを用いるのが好ましい。さらには、起泡剤には、泡沫消火器などに用いられる植物油系のものが好ましい。

また、上記箱形ケース５０には、エアシリンダで構成されたアーム部５３が設けられている。該アーム部５３は、上記箱形ケース５０の内部上方に配置された水平方向に延びるシリンダ本体部５３ａと、該シリンダ本体部５３ａの長手方向一端（金型２側）から上記箱形ケース５０を貫通して外側方に延びるロッド部５３ｂとを備えていて、上記ロッド部５３ｂが上記金型２の側方と型開き状態の上型２１と下型２２との間とで伸縮するようになっている。

上記ロッド部５３ｂの先端には、上記気泡生成部５２で生成された気泡４を吐出する吐出部５４が設けられている。

該吐出部５４は、上記気泡生成部５２に配管５５で接続されたノズル部５４ａを備えていて、該ノズル部５４ａは、上記気泡生成部５２で生成された気泡４を外部へ吐出するようになっている。

また、上記吐出部５４は、回転軸心をロッド部５３ｂの軸心方向に向けた第１モータ５４ｂと、回転軸心をロッド部５３ｂの軸心と交差する方向に向けた第２モータ５４ｃとを備えていて、上記第１モータ５４ｂ及び第２モータ５４ｃを駆動させることにより上記ノズル部５４ａの吐出方向を自由に変更でき、これにより、型開き状態の上型２１及び下型２２の成形面２１ａ、２２ａに沿って気泡４を吐出できるようになっている。

次に、上記ホットプレス装置１を用いてホットプレスにより鋼板１０から成形体９を製造する方法について説明する。

まず、図２に示すように、型開きした状態の上型２１と下型２２との間に向かってアーム部５３を伸ばし、上記吐出部５４を上型２１及び下型２２の間に位置付ける。そして、上記アーム部５３を伸縮させ、且つ、上記第１モータ５４ｂ及び第２モータ５４ｃを回転駆動させつつ上記ノズル部５４ａから気泡４を吐出させることにより、上型２１及び下型２２の成形面２１ａ、２２ａに沿って気泡４が付着する。このように、金型２の冷却に気泡４を用いているので、上型２１及び下型２２の各成形面２１ａ、２２ａの形状が複雑であっても上記気泡４は表面張力により上記各成形面２１ａ、２２ａに沿って均一に付着するようになる。したがって、気泡４が成形面２１ａ、２２ａの熱を均一に吸収するようになり、当該成形面２１ａ、２２ａを均一に冷却することができる。

また、アーム部５３が略水平方向に伸縮することで上記吐出部５４が上型２１及び下型２２の各成形面２１ａ、２２ａに沿って移動し易くなるので、各成形面２１ａ、２２ａへの気泡４の付着を確実に均一とすることができる。

次に、図３に示すように、成形面２１ａ、２２ａに気泡４が付着した状態で加熱された鋼板１０を上型２１及び下型２２の間に搬入する。

しかる後、図４（ａ）に示すように、上型２１を下降させることにより上記鋼板１０の絞り成形を行う。すると、鋼板１０の表裏面全体に気泡４が均一に接触しつつ上記鋼板１０が金型２により絞り成形されるので、成形体９の表裏面を均一に冷却して当該成形体９の焼き入れを均一に行うことができる。また、絞り成形時において、図４（ｂ）に示すように、成形体９と各成形面２１ａ、２２ａとの間で気泡４が挟まれることにより、気泡４の外壁を構成する液状部分４ａが急激に気化して吸熱反応を起こすとともに、気泡４内部の気体部分４ｂが外部に放出されることで熱が発散されるようになり、成形体９を急速に冷却して、焼き入れ速度を速くし、生産性を高めることができる。

そして、型閉じ状態で所定時間経過した後、図５に示すように、焼き入れがなされた成形体９を脱型し、その後、順次ホットプレスの成形を繰り返す。

尚、本発明の実施形態１では、アーム部５３をシリンダ構造としているがこれに限らず、例えば、産業用ロボットのアーム部分のようなもので伸縮させてもよい。
《発明の実施形態２》
図６は、本発明の実施形態２に係るホットプレス装置１を示す。この実施形態２では、気泡吐出機５のアーム部５３及び吐出部５４が金型２内部に収められるようになっている点が実施形態１と異なるだけでその他は実施形態１と同じであるため、以下、実施形態１と異なる部分のみを詳細に説明する。

上記下型２２中央には、上下に延びる凹部２２ｂが形成されていて、該凹部２２ｂには、上記アーム部５３及び吐出部５４が収容されるようになっている。そして、上記アーム部５３は下型２２内部から上記型開き状態の上型２１と下型２２との間に出没するようになっていて、上記アーム部５３を下型２２から出没させて上記吐出部５４から気泡４を吐出させることにより、成形面２１ａ、２２ａに気泡４を付着させるようにしている。

尚、実施形態２に係るホットプレス装置１を用いて鋼板１０から成形体９を製造する方法は、アーム部５３及び吐出部５４が下型２２から出没する以外は実施形態１と同じであるので詳細な説明は省略する。

したがって、本発明の実施形態２によれば、気泡吐出機５のアーム部５３及び吐出部５４が未使用時に金型２内部に収まるようになるので、実施形態１に比べて金型２周辺の設備レイアウトをコンパクトにできる。

尚、本発明の実施形態２では、下型２２に凹部２２ｂを設けてアーム部５３及び吐出部５４を収容するようにしているが、これに限らず、例えば、上型２１の内部にアーム部５３及び吐出部５４を収容するようにしてもよく、上型２１及び下型２２の少なくとも一方にアーム部５３及び吐出部５４を設けるようにすればよい。

本発明は、加熱した鋼板を金型の型閉じ動作により絞り成形して得られた成形体を型閉じ状態で冷却して焼き入れするホットプレス装置及びホットプレス成形方法に適している。

１ ホットプレス装置
２ 金型
４ 気泡
５ 気泡吐出機（気泡吐出手段）
９ 成形体
１０ 鋼板
２１ 上型
２１ａ 上側成形面
２２ 下型
２２ａ 下側成形面
５３ アーム部
５４ 吐出部

Claims (4)

1. 上型及び下型からなる金型を備え、
   加熱された鋼板を上記金型の型閉じ動作により絞り成形して得られた成形体を型閉じ状態で冷却して焼き入れするホットプレス装置であって、
   起泡剤に高圧ガス又は高圧空気を混合することにより生成した気泡を型開き状態の上型及び下型の各成形面に吐出する気泡吐出手段を備えていることを特徴とするホットプレス装置。
2. 請求項１に記載のホットプレス装置であって、
   上記気泡吐出手段は、上記金型の側方と上記型開き状態の上型と下型との間とで伸縮するアーム部と、該アーム部先端に設けられ、上記気泡を吐出する吐出部とを備えていることを特徴とするホットプレス装置。
3. 請求項１に記載のホットプレス装置であって、
   上記気泡吐出手段は、上記上型及び下型の少なくとも一方の型内部から上記型開き状態の上型と下型との間に出没するアーム部と、該アーム部先端に設けられ、上記気泡を吐出する吐出部とを備えていることを特徴とするホットプレス装置。
4. 加熱された鋼板を上型及び下型からなる金型の型閉じ動作により絞り成形して成形体を得た後、型閉じ状態で上記成形体を冷却して焼き入れするホットプレス成形方法であって、
   起泡剤に高圧ガス又は高圧空気を混合して生成した気泡を型開き状態の上型及び下型の成形面に吐出して付着させた後、加熱された鋼板を上記金型の型閉じ動作により絞り成形することを特徴とするホットプレス成形方法。

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