JP2005271038A - ホットプレス加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は鋼材のホットプレス加工方法に関し、生産速度を高めることを目的とする。
【解決手段】プレス成形装置１８は複数の鋼材30a, 30b, 30cを同時にプレス成形可能な金型成形部を備えている。位置決め装置１０は複数の鋼材30a, 30b, 30cをプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係にセットする。この位置関係を維持したまま複数の鋼材30a, 30b, 30cは加熱炉１４に導入され、焼入れ温度まで加熱される。加熱された鋼材30a, 30b, 30cは相互の位置関係を維持したままプレス装置１８の低温に維持された対応の金型成形部に導入され、鋼材30a, 30b, 30cは同時成形及び急冷を受け、焼入れが行われる。
【選択図】図１

Description

この発明は鋼材をその焼入温度まで加熱し、加熱された鋼材を低温の金型によってプレス成形すると共に焼入れする鋼材のホットプレス加工方法及びこの発明における鋼材のホットプレス加工装置に関するものである。

ホットプレス加工においては、プレス成形を受けるべき鋼材は750〜1000℃といったその焼入温度（オーステナイト温度）まで加熱を受け、加熱された鋼材が金型に導入・成形され、加熱された鋼材はプレス成形中に低温の金型によって急冷を受け、マルテンサイト組織となり、硬化する（焼入れされる）。そのため、独立の焼入れ工程が不要であるにもかかわらず、高強度で高精度の品物のプレス成形が可能であり、引張強度が５０〜６０kp/mm2といった比較的低コストの低クロム含有量の鋼材（ブランク）を出発素材にして150〜170 kp/mm2の高強度の最終製品を低コストで得ることができ、自動車のドアインパクトビーム等のプレス成形される車体部品の製造にも適している（特許文献１参照）。
英国特許第１４９０５３５号

従来のホットプレス加工においては加熱された鋼材を一枚づつプレス成形装置に導入しプレス加工していた。プレス加工装置においては焼入れを確実に行うため、型締めに最短２０秒ほどの時間を要する。そして、成形のための鋼材の投入から成形工程を経て搬出までを含めると短くとも全体で３０秒程度の時間が必要となり、１分間に２個程度の製品しか得られない。

この発明はかかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、ホットプレス加工における生産速度を高めることを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、鋼材をその焼入温度まで加熱し、加熱された鋼材を低温の金型によってプレス成形すると共に焼入れする鋼材のホットプレス加工方法において、加熱からプレス成形までの一連の工程において複数の素材を所定の相対位置関係をそのままに維持しつつ複数の鋼材について同時に加工を行うことを特徴とする鋼材のホットプレス加工方法が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、ホットプレス加工方法において、複数の鋼材を同時にプレス成形可能な別個の金型成形部を備えたプレス成形装置を準備し、複数の鋼材をプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係にセットし、このようにセットされた位置関係にて複数の鋼材を加熱炉に導入し、この位置関係を維持しつつ複数の鋼材を焼入温度まで加熱し、加熱された複数の鋼材を相互の位置関係を維持しつつ加熱炉よりプレス成形装置に導入することにより複数の鋼材を低温に維持された対応の金型成形部にて同時にプレス成形すると共に焼入れすることを特徴とするホットプレス加工方法が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、加熱炉と、複数の鋼材を同時にプレス成形可能な別個の金型成形部を備えたプレス成形装置と、複数の鋼材をプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係にセットする位置決め装置と、位置決め装置により位置決めされた複数の鋼材を所定の相対位置関係を維持しつつ加熱炉に導入する第１の鋼材取扱手段と、加熱炉において焼入れ温度に加熱された複数の鋼材を前記の相対位置関係を維持しつつ取り出すと共にプレス装置の低温に維持された対応の金型成形部に導入する第２の鋼材取扱手段とを備え、複数の鋼材をそれぞれの金型成形部で同時にプレス成形すると共に焼入れすることを特徴とするホットプレス加工装置が提供される。

請求項１の発明の作用・効果を説明すると、複数の素材は加熱からプレス成形までの一連の工程において所定の相対位置関係をそのままに維持しつつ複数の鋼材について同時に加工、即ち、加熱及びプレス加工が行われる。そのため、同時に加工が行われる鋼材の数だけ生産効率を高めることができる。

請求項２の発明の作用・効果を説明すると、ホットプレス加工に先立ってセットされたプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係が維持された状態で複数の鋼材は加熱炉への導入及び加熱更には加熱炉からプレス成形装置への搬入及びプレス成形が行われる。そのため、鋼材のホットプレスに必要となる３０秒といった時間に関わらず加熱からプレス成形までの工程を連続化することができ生産効率を限界まで高めることができる。

請求項３の発明の作用・効果を説明すると、位置決め装置により複数の鋼材をプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係にセットし、この位置関係を維持しつつ複数の鋼材を第１の鋼材取扱手段及び第２の鋼材取扱手段により加熱炉への搬入及び加熱炉からプレス装置へ搬入を行っており、複数の鋼材の同時ホットプレス加工を連続的かつ自動的に効率的に実施することができる。

図１はこの発明のホットプレス加工装置の全体概略構成を示しており、位置決め装置１０と、素材取扱用の第１のロボット１２（この発明の第１の鋼材取扱手段）と、加熱炉１４と、素材取扱用の第２のロボット１６（この発明の第２の鋼材取扱手段）と、プレス成形装置１８とから構成される。

プレス成形装置１８は油圧式であり、図２に示すように、図示しない油圧シリンダのピストンロッドに連結されるスライドテーブル２０と、プレス装置のフレームに固定されるボルスタテーブル２２とを備える。スライドテーブル２０の下面には上型セット２４が取り付けられ、ボルスタテーブル２２の上面には下型セット２６が取り付けられる。上型セット２４と下型セット２６との間において鋼材の成形が行われるが、この成形の際にこの実施形態においては３枚の鋼材（ブランクプレート）を同時に成形することができる。即ち、上型セット２４は並列に設置した３個の上型成形部24a, 24b, 24cを備えており、他方、下型セット２６は並列に設置した３個の下型成形部26a, 26b, 26cを備えており、各対の上下の型成形部間、即ち、24a-26a間、24b-26b間, 24c-26c間でブランクプレート30a, 30b, 30cの成形がそれぞれ同時に行われる。即ち、型開きした図２（イ）の状態で３枚のブランクプレート30a, 30b, 30cが導入され、下型成形部26a, 26b, 26c上にセットされる。下型セット２６は３枚のブランクプレート30a, 30b, 30cを対応の下型成形部26a, 26b, 26cに対する所期の位置にセットする位置決めピン（図３に３１にて示す）などの周知の位置決め手段を両端に備えている。そして、ブランクプレート30a, 30b, 30cの各々には対応の位置決めピンに挿入される位置決め孔（図３に３３にて示す）が両端に穿設されており、そのため、位置決めピンを位置決め孔に挿入することによりブランクプレート30a, 30b, 30cを対応の下型成形部26a, 26b, 26cに正しく位置させることができる。換言すれば、ブランクプレート30a, 30b, 30cを下型セット２６に正しく位置させた状態ではブランクプレート30a, 30b, 30cは相互に所定の相対位置関係にある。図３は下型セット２６上の位置決めピン３１とブランクプレート30a, 30b, 30c上の位置決め孔３３によるブランクプレートの位置決めを模式的に示す。

図２（イ）の型開き状態から油圧シリンダを駆動することによりスライドテーブル２０は下降され、図２（ロ）に示す型締め状態に至り、このとき上型成形部24a, 24b, 24cは、それぞれ、下型成形部26a, 26b, 26cに合体され、上下型24a-26a間、24b-26b間, 24c-26c間でそれぞれのブランクプレート30a, 30b, 30cの同時プレス成形が行われる。

図２において上型セット２４及び下型セット２６は内部に冷却水通路32, 34などの冷却手段を備えており、加熱されたブランクプレート30a, 30b, 30cの成形中に急冷することにより焼き入れを行うことができる。

図１において位置決め装置１０はブランクプレート30a, 30b, 30cをプレス成形装置１８におけるプレス加工のためのブランクプレート30a, 30b, 30c の相対位置（上下型24a-26a間、24b-26b間, 24c-26c間でそれぞれのブランクプレート30a, 30b, 30cの同時プレス成形が行うためのブランクプレート30a, 30b, 30cの相互の水平面x-y内の位置）に位置決めするものである。即ち、位置決め装置１０は３対の位置決めブロック40a, 40b, 40cを備えており、この位置決めブロック40a, 40b, 40c に各ブランクプレート30a, 30b, 30cは縦・横方向（x, y位置）に位置決めされ、ブランクプレート30a, 30b, 30cを対応の位置決めブロック40a, 40b, 40cに装着した状態ではブランクプレート30a, 30b, 30cはプレス成形装置１８によるブランクプレート30a, 30b, 30cの同時プレス加工のための相互位置とされる。

図１において、素材投入用の第１のロボット１２は位置決め装置１０により所定の相対位置関係に位置決めされたブランクプレート30a, 30b, 30cを把持し、その相対位置関係のまま加熱炉１４に導入する。即ち、図４に示すように第１のロボット１２に開閉型の把持腕４２が取り付けられ、把持腕４２には３対の把持部44a, 44b, 44cが設けられ、各対の把持部44a, 44b, 44c によりブランクプレート30a, 30b, 30c を把持し、ロボットアームを各軸において適宜回動させることによりブランクプレート30a, 30b, 30を水平面x-y内における所期の相対位置を維持したまま搬送することができる。素材投入用の第２のロボット１６についても第１のロボット１２と同様な構成を有しており、ブランクプレート30a, 30b, 30c を所定の位置関係を維持したまま搬送するための把持腕４５を備えている。

加熱炉１４は鋼材（ブランクプレート30a, 30b, 30c）を焼入れ温度まで加熱するもので、ヒータ４６を内蔵すると共に、ブランクプレート30a, 30b, 30cを所定の位置関係を維持して搬送するコンベヤ４８（図５参照）を備えている。

次に、この発明のホットプレス加工装置によるホットプレス加工方法について説明すると、図４に示すように、被加工鋼材であるブランクプレート30a, 30b, 30cは位置決め装置１０の対応の各対の位置決めブロック40a, 40b, 40cに載置される。そして、位置決めブロック40a, 40b, 40c上に載置されたそれぞれのブランクプレート30a, 30b, 30cの位置決めを行うプッシャ等の周知の手段（図示せず）が設けられる。そして、この位置決め工程は、位置決めブロック40a, 40b, 40c上のブランクプレート30a, 30b, 30c間の相対位置がプレス装置１８におけるブランクプレート30a, 30b, 30c間の相対位置と一致するように行われる。

次に、このように位置決めされたブランクプレート30a, 30b, 30cは第１のロボット１２に装着された把持腕４２における対応の把持部44a, 44b, 44cにより把持され、位置決めブロック40a, 40b, 40cより取り出される。そして、把持腕４２に把持されたブランクプレート30a, 30b, 30cは、図５に示すように、ロボットアームの対応の回転軸の適宜の旋回操作により、加熱炉１４内に導入され、コンベヤ４８上に載置される。従って、ブランクプレート30a, 30b, 30cは位置決め装置１０によりセットされた相対位置を維持しつつコンベヤ４８上を搬送され、その間においてヒータ４６により加熱を受け、鋼材の硬化温度（いわゆるオーステナイト状態を達成する温度で鋼材の組成により相違するが例えば750〜1000℃といった範囲の温度）まで加熱される。加熱炉１４においてはもう一組のブランクプレート30a, 30b, 30cを順次加熱処理することができ、プレス装置での一組のブランクプレートのプレス加工・冷却のための下死点での保持の間に次にプレス加工を行うブランクプレートの加熱を完了させ、加熱を完了したら即座にプレス成形装置１８による次の鋼材のプレス成形工程に移行され、生産効率を最大限高めることができる。

硬化温度まで加熱されたブランクプレート30a, 30b, 30cは相対位置を確保したまま図６に示すように第２のロボット１６の把持腕４５により把持され、加熱炉１４から取り出し、型開きしたプレス装置１８の上型セット２４と下型セット２６との間に導入され、かつブランクプレート30a, 30b, 30cは下型上の所定位置にセットされる。即ち、ブランクプレート30a, 30b, 30cはプレス装置による同時加工のための相互位置に保持され運ばれてきているため、第２のロボット１６による投入操作だけでブランクプレート30a, 30b, 30cは対応の下型成形部26a, 26b, 26c上の所期の位置（図３に模式的に示すようにブランクプレート30a, 30b, 30cの位置決め孔３３を下型上の対応の位置決めピン３１に挿入した位置）にそのままセットすることができる。このセット状態は図２（イ）に示される。そして、油圧プレス装置の油圧シリンダへの油圧制御によりスライドテーブル２０は下降され、上下型成形部24a, 26a; 24b, 26b; 24c, 26cは合体され、ブランクプレート30a, 30b, 30cは同時にプレス成形される。そして、型締め状態は３０秒といった期間保持され、低温の金型24, 26により成形品は急冷・焼入れされる。所定時間後にスライドテーブル２０を上昇させることにより型開きし、３個の製品を同時に取り出すことができる。

この発明によれば、加熱からプレス成形までの一連の工程において複数の素材の所定の相対位置関係をそのままに維持しつつ複数の鋼材について同時に加工を行っているため、一枚の鋼材のホットプレスに要する３０秒程度の型締め時間の制限に関わらず高い生産効率を得ることができる。

図１はこの発明のホットプレス用ためのシステム全体の概略的平面図である。 図２は図１におけるプレス成形装置の概略的縦断面図である。 図３は図２のプレス成形装置の金型における複数の鋼材の位置決め方法を模式的に示す斜視図である。 図４は第１のロボットによる位置決め装置からの複数の鋼材の取り出しを模式的に示す斜視図である。 図５は第１のロボットによる加熱炉への複数の鋼材の搬送を模式的に示す斜視図である。 図６は第２のロボットによる加熱炉からプレス成形装置への複数の鋼材の搬送を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１０…位置決め装置
１２…第１のロボット
１４…加熱炉
１６…第２のロボット
１８…プレス成形装置
２０…スライドテーブル
２２…ボルスタテーブル
２４…上型セット
24a, 24b, 24c…上型成形部
２６…下型セット
26a, 26b, 26c…下型成形部
30a, 30b, 30c…ブランクプレート
32, 34…冷却水通路
40a, 40b, 40c…位置決めブロック
４２…把持腕
44a, 44b, 44c…把持部
４５…把持腕
４６…ヒータ
４８…コンベヤ

Claims (3)

1. 鋼材をその焼入温度まで加熱し、加熱された鋼材を低温の金型によってプレス成形すると共に焼入れする鋼材のホットプレス加工方法において、加熱からプレス成形までの一連の工程において複数の素材を所定の相対位置関係をそのままに維持しつつ複数の鋼材について同時に加工を行うことを特徴とする鋼材のホットプレス加工方法。
2. ホットプレス加工方法において、複数の鋼材を同時にプレス成形可能な別個の金型成形部を備えたプレス成形装置を準備し、複数の鋼材をプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係にセットし、このようにセットされた位置関係にて複数の鋼材を加熱炉に導入し、この位置関係を維持しつつ複数の鋼材を焼入温度まで加熱し、加熱された複数の鋼材を相互の位置関係を維持しつつ加熱炉よりプレス成形装置に導入することにより複数の鋼材を低温に維持された対応の金型成形部にて同時にプレス成形すると共に焼入れすることを特徴とするホットプレス加工方法。
3. 加熱炉と、複数の鋼材を同時にプレス成形可能な別個の金型成形部を備えたプレス成形装置と、複数の鋼材をプレス成形装置における同時プレス加工のための所定の相対位置関係にセットする位置決め装置と、位置決め装置により位置決めされた複数の鋼材を所定の相対位置関係を維持しつつ加熱炉に導入する第１の鋼材取扱手段と、加熱炉において焼入れ温度に加熱された複数の鋼材を前記の相対位置関係を維持しつつ取り出すと共にプレス装置の低温に維持された対応の金型成形部に導入する第２の鋼材取扱手段とを備え、複数の鋼材をそれぞれの金型成形部で同時にプレス成形すると共に焼入れすることを特徴とするホットプレス加工装置。
   
   
   
   
   
   
   

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