JP2010149184A - 熱間プレス成形品、その製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度化と高寸法精度化を両立する熱間プレス成形の利点を生かしながら、熱間プレス成形品のエネルギー吸収量を向上させる熱間プレス成形品の製造装置を提供する。
【解決手段】プレス成形方向へ相対的に移動自在に配置されるダイ１１およびパンチ１２を備え、加熱した鋼板２１にプレス成形と同時に焼入れを行うことによって溝状断面を有する成形品を製造するための熱間プレス成形品１の製造装置１０である。パンチ１２に対してプレス成形方向へ相対的に移動自在にかつダイ１１に対向して配置され、プレス成形により溝状断面を有するように成形された中間品２１の端面２１ａを、溝状断面の周方向へ向けて押圧して成形品を製造するための端面押ダイ１５を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱間プレス成形品、その製造装置および製造方法に関し、具体的には、鋼板を昇温炉などにより加熱して６００℃以上の熱間状態でプレス成形を行うとともに焼き入れを行い、高強度のプレス成形品を製造することができる熱間プレス成形品の製造装置および製造方法と、熱間プレス成形品とに関する。

近年、自動車用構造部材には、地球環境問題および衝突安全性能の観点から、薄肉化と高強度化とがともに求められている。これらの相反する要求を満足するために高強度鋼板の適用が拡大している。しかし、高強度鋼板を用いる場合の問題の一つとして、しわやスプリングバックをはじめとする成形不良があり、高強度鋼板の適用拡大の障害となっている。これら問題を解決する手法として、７００℃以上の高温に加熱した鋼板（ブランク）をプレス成形し、次いで金型内もしくは金型外で焼入れを行うことにより高強度の成形品を製造する熱間プレス成形方法が知られている。

熱間プレス成形は、鋼板の引張強度が低下する高温域で成形するために成形不良を容易に抑制または解消することができるとともに、成形後に焼入れを行うことにより高強度化を実現するため、引張強度が例えば１５００ＭＰａ級といった超高強度の製品をも製造することができる。

近年自動車用のバンパーレインフォースメントやドアインパクトビーム等の補強部材において軽量化のために強度を高める方法として熱間プレス成形の実用化が進んでいる。熱間プレス成形においては高強度かつ寸法精度の良好なプレス成形品が得られるものの、成形後の材料の延性や靱性が低いために衝突変形時にプレス成形品の端面等から破断が早期に発生してしまい、十分な吸収エネルギーを得られない場合がある。

特許文献１には、ダイとパンチの表面に加熱された鋼板が接触しないように窪みを設け、部分的に焼き入れ硬度を低下させるプレス部品の焼き入れ方法に係る発明が開示されている。この発明は、成形品の部位毎に冷却速度を変更することにより成形品の硬度を部分的に低下させるものである。

特許文献２には、板金素材の端部に１５〜２０°程度傾斜した開フランジ部を曲折形成し、形成した開フランジ部をそのまま板金素材の軸心方向へ据え込み、板厚方向にのみ増肉させて厚肉部を形成する局部肉厚増加方法に係る発明が開示されている。

特開２００３−３２８０３１号公報 特開平７−１５５８８３号公報

しかし、特許文献１により開示された発明に基づいても必ずしも充分な性能が得られない。また、この発明を実施するためには、複雑な構造の金型が必要になる上、量産時には金型の温度上昇に伴い成形品の硬度分布にバラツキが生じる恐れがあり、成形品の性能にもバラツキを発生し易い。

なお、成形品の端部の強度を高めるため、端部にフランジを設ける等の部品設計の面からの工夫も行われてはいるが、自動車の構成部品に要求される軽量化を阻害する要因となるため、望ましいものではない。

特許文献２により開示された発明は、特許文献２の段落００１２、００１７等に記載されるように、傾斜したフランジ部をその軸心方向へ据え込むことから折込み欠陥が不可避的に発生するので、この折込み欠陥をプレス成形品から除去する必要がある。しかし、熱間プレス成形品の成形後の硬度は極めて高いために、熱間プレス成形品から折込み欠陥を除去することは容易なことではない。このため、特許文献２により開示された発明により熱間プレス成形品を製造することは難しい。

本発明の目的は、高強度化と高寸法精度化を両立する熱間プレス成形の利点を生かしながら、衝突変形時のエネルギー吸収量が高められた熱間プレス成形品を製造することができる熱間プレス成形品の製造装置および製造方法と、熱間プレス成形品とを提供することである。

本発明者らは、かかる目的を達成するために鋭意検討を重ね、熱間プレス成形後の熱間プレス成形品の端面性状ならびに端面形状に注目し、端面性状および端面形状を種々変更した熱間プレス成形品を用いて３点曲げ圧潰試験を行って、端面の耐割れ性に及ぼす影響を調査した。その結果、（ａ）熱間プレス成形の成形途中に素材の端面を略端面直交方向から押圧することにより端面が平滑化され、端面の耐割れ性ならびに吸収エネルギーが大幅に増加すること、（ｂ）端面の押圧加工による端部の増肉により熱間プレス成形品のエネルギー吸収量がさらに増加することという知見を得て、本発明を完成した。

本発明は、プレス成形方向へ相対的に移動自在に配置されるダイおよびパンチを備え、加熱した鋼板にプレス成形と同時に焼入れを行うことによって底部とこの底部に連続する二つの側壁とからなる溝状の断面形状を有する成形品を製造するための熱間プレス成形品の製造装置であって、さらに、パンチに対してプレス成形方向へ相対的に移動自在にかつダイに対向して配置され、プレス成形により溝状の断面形状を有するように成形された中間品における側壁となる部分の端面を、この中間品における底部となる部分が存在する方向へ向けて押圧して成形品を製造するための端面押ダイを備えることを特徴とする熱間プレス成形品の製造装置である。

この本発明に係る熱間プレス成形品の製造装置では、端面押ダイが、パンチをプレス成形方向へ向けて付勢するパンチ作動手段を支持するベースに配置されることが望ましい。このパンチ作動手段として、スプリングまたはガスクッションを用いることが望ましい。

また、本発明に係る熱間プレス成形品の製造装置では、端面押ダイが、パンチにプレス成形方向へ向けて伸縮自在に配置される端面押ダイ作動手段に装着されることが望ましい。

これらの発明に係る熱間プレス成形品の製造装置では、ダイの成形面を構成する側壁は、ダイの底部から開口側へ向かって形成される、第１の傾斜部と、この第１の傾斜部に連続するとともに第１の傾斜部の傾斜角度θ１よりも小さい傾斜角度θ２を有するように形成される第２の傾斜部と、この第２の傾斜部に連続するとともに第２の傾斜部の延長線より後退して形成される逃がし部とを有することが望ましい。

ここで、第１の傾斜部の傾斜角θ１は０度以上２０度以下であるとともに第２の傾斜部の傾斜角θ２は０度以上であることが望ましい。より望ましくは、傾斜角θ１は２度以上１０度以下であるとともに傾斜角θ２は傾斜角θ１未満であってかつ２度以下である。さらに望ましくは、傾斜角θ２はプレス成形方向に略平行である。

なお、本発明により成形品の端部の増肉加工を行う際には、端部の押圧方向と直交する成形品長手方向へ生じる材料の塑性流動によって成形品長手方向の端部に形状不良が生じることを防止するため、成形品長手方向の端部に対応する金型の端面に、塑性流動による材料のはみ出しを防止するためのストッパ（例えば剛体ブロック）を装着しておくことが望ましい。

別の観点からは、本発明は、加熱した鋼板をプレス成形と同時に焼き入れして溝状の断面を有する成形品を得る熱間プレス成形品の製造方法であって、鋼板をダイとパンチとにより、底部とこの底部に連続する二つの側壁とからなる溝状の断面形状を有する中間品にプレス成形する第１の工程と、ダイとパンチとにより中間品を拘束しながらこの中間品の側壁の端面を、この中間品の底部が存在する方向へ向けて押圧して成形品を製造する第２の工程とを備えることを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法である。

この本発明に係る熱間プレスの成形品の製造方法では、第１の工程は、鋼板を曲げ加工して溝状の断面を有する第１中間品を得る前工程と、第１中間品の側壁を曲げ加工してくの字状の側壁を有する中間品を得る後工程とからなることが望ましい。

さらに別の観点からは、本発明は、鋼板の熱間プレス成形により製造され、底部とこの底部に連続する二つのくの字状の側壁とからなる溝状の断面形状を有することを特徴とする熱間プレス成形品である。この熱間プレス成形品は、側壁の端部の厚さが端部以外の他の側壁の厚さよりも厚いことが望ましく、例えば自動車の衝撃吸収部材を構成する部材であることが例示される。

本発明により、衝突の際の端面割れが抑制され、高い衝突性能を得ることが可能となり、熱間プレス成形品の衝突エネルギー吸収性能を向上させることが可能となり、結果として自動車の安全性向上および車体軽量化による燃費改善を図ることができる。

また、本発明により、高い衝突特性を有する熱間プレス成形品を容易に得ることができ、生産性を向上することができる。

図１は、本発明により得られる熱間プレス成形品の形状の模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図である。 図２（ａ）は、本発明に係る熱間プレス成形品の製造装置の構造を模式的に示す概要図であり、図２（ｂ）は、本発明に係る別の熱間プレス成形品の製造装置の構造を模式的に示す概要図である。 図３は、ダイの成形面を構成する側壁の一部の形状を示す模式図である。 図４は、ダイに形成した逃がし部を模式的に示す説明図である。 図５（ａ）〜図５（ｅ）は、図２（ａ）、図３および図４に示す熱間プレス成形品の製造装置を用いて熱間プレス成形品を製造する方法を経時的に示す模式図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）は、図２（ｂ）、図３および図４に示す熱間プレス成形品の製造装置を用いて熱間プレス成形品を製造する方法を経時的に示す模式図である。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明により製造される熱間プレス成形品の各種の変形例を示す説明図である。 図８は、チャンネル状部材の寸法仕様を示す二面図である。 図９は、端面の割れ性ならびに吸収エネルギ量を評価するための３点曲げ試験の要領を示す説明図である。 図１０は、本発明例１および比較例について、３点曲げ試験により得られるインパクタストロークと、荷重または吸収エネルギ量との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る熱間プレス成形品の製造装置または製造方法により製造される熱間プレス成形品１の好適例の形状の模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、熱間プレス成形品１は、底部２と、この底部２の両側に連続する二つの側壁３とから構成される。側壁３は、後述するダイ１１の傾斜角θ１と同じ角度である傾斜角θ１を有する第１の傾斜部４と、ダイ１１の傾斜角θ２と同じ傾斜角θ２を有する第２の傾斜部５とから構成されるくの字状に屈曲した断面形状を有する。なお、ダイ１１の傾斜角θ１、θ２は、いずれも、ダイ１１の移動方向（プレス方向）に対する角度である。

側壁角度θ１は、０度以上で上限は特に限定されないが、通常２０度以下であり、くの字状断面に高精度で成形する成形性の観点から傾斜角θ１は２度以上１０度以下であることが望ましい。一方、傾斜角θ２は、０度以上であることが望ましく、傾斜角θ１未満で、かつ２度以下とであることが望ましい。側壁３の端面３ａは平滑化された良好な面性状を有するため、衝突の際の端面３ａの耐割れ性が向上し、衝突変形時の吸収エネルギーの吸収量が増加する。側壁３の端面３ａを含む端部は、この端部以外の他の部位よりも肉厚となっていることが望ましい。

図２（ａ）は、本発明に係る製造装置１０の構造を模式的に示す概要図であり、図２（ｂ）は、本発明に係る別の製造装置１０−１の構造を模式的に示す概要図である。
図２（ａ）に示す製造装置１０は、ダイ１１、パンチ１２、パッド１３、ベース１４、端面押ダイ１５、スプリング１６およびスプリング１７を備える。

ダイ１１とパッド１３とにより上金型１８が構成され、端面押ダイ１５とパンチ１２とにより下金型１９が構成される。上金型１８は、図示しない駆動機構により下金型１９に対して昇降可能に設けられる。この製造装置１０は、パンチ底部を先行して保持するパッド１３およびスプリング１６を備えるが、パッド１３およびスプリング１６は必ずしも用いる必要はない。

パンチ１２と固定配置されるベース１４との間には、パンチ作動手段として伸縮可能なスプリング１７が配置され、このスプリング１７が発生するばね力によりパンチ１２は、ベース１４に対してプレス成形方向（図２（ａ）における上下方向）へ付勢されて移動する。

端面押ダイ１５は、パンチ１２の裾部下方でかつダイ１１のダイＲ部２０のプレス方向直下に、ベース１４に固定して配置される。端面押ダイ１５は、上金型１８とパンチ１２とにより溝状断面に成形された被加工材２１の端面を、プレス下死点近傍で押圧する。

スプリング１７の収縮によるパンチ１２のストローク量Ｓ１は、被加工材２１の端面の押圧量に応じて調整する必要があるが、端面押ダイ１５により被加工材２１の端面を押圧する際における、被加工材２１の側壁の座屈を抑制するために２０ｍｍ以下とすることが望ましい。また、パッド１３のストローク完了後に成形下死点近傍でパンチ２１を下降作動するストロークを行う必要があるため、スプリング１７の初期背圧（初期反力）は、パッド１３の終圧よりも高く設定することが望ましい。さらに、パンチ１２およびベース１４は、成形下死点にて底突きする構造としておくことが望ましい。

なお、本実施の形態ではパンチ作動手段として、スプリング１７を例示したが、ガスをパンチ１２とべース１４との間にガスを封入したガスクッションとすることもできる。
図２（ｂ）に示す製造装置１０−１は、ダイ１１、パンチ１２、パッド１３、端面押ダイ１５、スプリング１６および端面押ダイ作動機構２２により構成される。

ダイ１１とパッド１３とにより上金型１８が構成され、端面押ダイ１５とパンチ１２とにより下金型１９が構成される。上金型１８は、図示しない駆動機構により下金型１９に対して昇降可能に設けられる。

端面押ダイ１５は、パンチ１２の裾部下方かつダイ１１のダイＲ部２０のプレス方向直下に設けられ、端面押ダイ１５とパンチ１２との間には端面押ダイ作動機構２２が配置される。端面押ダイ作動機構２２は、プレス成形方向へ向けて伸縮自在に配置される。この端面押ダイ作動機構２２の作動により端面押ダイ１５をプレス成形方向へ向けて押し上げることができる。パンチ１２は固定して設けられる。

端面押ダイ作動機構２２の押し上げによる端面押ダイ１５のストローク量Ｓ２は、被加工材２１の端面の押圧量に応じて調整する必要があるが、端面押ダイ１５により被加工材２１の端面を押圧する際における、被加工材２１の側壁の座屈を抑制するために２０ｍｍ以下とすることが望ましい。端面押ダイ作動機構２２は、油圧、エア圧またはガス圧による駆動であってもよいし、あるいはカム機構を用いるものであってもよい。

図２（ａ）に示す製造装置１０、または図２（ｂ）に示す製造装置１０−１のいずれにおいても、端面押ダイ１５は、プレス成形により溝状の断面形状を有するように成形された中間品における、熱間プレス成形品１の側壁３となる部分の端面３ａを、中間品における、熱間プレス成形品１の底部２となる部分が存在する方向へ向けて押圧して熱間プレス成形品１を製造するためのものである。

図３は、ダイ１１の成形面を構成する側壁１１ａの一部の形状を示す模式図である。
ダイ１１の成形面を構成する側壁１１ａは、ダイの底部から開口側へ向けて、傾斜角θ１を有するように形成される第１の傾斜部２３と、第１の傾斜部２３に連続するとともに第１の傾斜部２３の傾斜角度θ１よりも小さい傾斜角度θ２を有するように形成される第２の傾斜部２４と、第２の傾斜部２４に連続するとともに第２の傾斜部２４の延長線より後退して形成される逃がし部２５とを備える。

第１の傾斜部の傾斜角θ１は０度以上２０度以下であるとともに第２の傾斜部の傾斜角θ２は０度以上であることが望ましい。より望ましくは、傾斜角θ１は２度以上１０度以下であるとともに傾斜角θ２は傾斜角θ１未満であってかつ２度以下である。さらに望ましくは、傾斜角θ２はプレス成形方向に略平行である。

また、第２の傾斜部２４は、端部から５ｍｍ以上３０ｍｍ以内の領域に、その長さＬ１が２ｍｍ以上２０ｍｍ程度以下とするのが望ましい。第２の傾斜部２４の長さＬ１が小さすぎると側壁１１ａのくの字の曲げ加工が不確実で端面の押圧が不十分となり、逆に大き過ぎると、くの字の曲げ加工が早期に生じるため、曲げから押圧までの時間が長くなり、パンチ１２側への接触抜熱によって温度が低下し易くなり、降伏応力が上昇してしまうため、座屈が生じやすくなる恐れがある。

図４は、ダイ１１に形成した逃がし部２５を模式的に示す説明図である。
図４において、逃がし部２５の幅Ｌ２は、板厚以上とし、板厚の３倍以下とするのが望ましい。幅Ｌ２が小さ過ぎると十分な増肉加工が得られない上、金型にかじりが生じる懸念がある。一方、幅Ｌ２が大きすぎると押圧変形時に座屈が生じやすくなる恐れがある。

図２〜４に示す例は、単動プレス機によりパッド１３を用いて曲げ成形を行うものであるが、複動プレスであってもこの成形を行うことができる。また、必ずしも曲げ成形である必要はないが、ブランクホルダーを追加して絞り成形を行う場合には、ブランクホルダーとダイによる被加工材のホールドによって、成形の終期に押圧する予定の端面の温度が低下し、降伏応力が上がってしまうため、その後の押圧加工において座屈などの問題を生じる場合がある。

次に、図２（ａ）に示す製造装置１０を用いて熱間プレス成形品１を製造する方法の第１の例を説明する。
図５（ａ）〜図５（ｅ）は、図２（ａ）、図３および図４に示す製造装置１０を用いて熱間プレス成形品１を製造する方法を経時的に示す模式図である。なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）では、製造装置１０の半分の断面を示す。

まず、図５（ａ）に示す被加工材２１を、例えば雰囲気炉、通電加熱装置、誘導加熱装置あるいは水蒸気加熱装置等の加熱装置により、所定の温度、例えば一般的な熱間プレス成形の加熱温度である９００℃まで加熱する。なお、金型装置内に加熱装置を設け、金型上で被加工材２１を加熱するようにしてもよい。

次いで、図５（ａ）に示すように、加熱した被加工材２１を金型１８、１９に搬送し、位置決めを行い、ダイ１１およびパッド１３により構成される上金型１８の下降に従い、まずパンチ１２の上面部が、被加工材２１を介してパッド１３により押圧される。

次いで、図５（ｂ）に示すように、上金型１８の下降に伴い、被加工材２１における縦壁部をなす部分がパンチ肩部１２ａに巻き付く形で成形される。この際、被加工材２１はパンチ肩部１２ａを起点に曲げられるので、被加工材２１の端部２１ａは金型１８、１９と接触せず、高温が保持される。

次いで、成形が進行すると、図５（ｃ）に示すように、被加工材２１における縦壁部をなす部分の全体はダイ１１とパンチ１２との間に挟まれる形となり、金型１８、１９による冷却が開始される。なお、この状態においても、被加工材２１の端部２１ａはダイＲ部２０に設けられた逃がし部２５によって金型との接触が防止され、高温が保持される。

次いで、図５（ｄ）に示すように、成形が下死点に近づいてくると、上金型１８のダイＲ部２０の近傍に設けた第２の傾斜部２４のＲ部によって、被加工材２１の端部２１ａの近傍が曲げられる。このようにして、ダイ１１とパンチ１２とを用いるプレス成形により、溝状の断面形状を有する中間品が成形される。

その後、図５（ｅ）に示すように、中間品である被加工材２１はダイ１１およびパンチ１２により拘束された状態でパンチ１２のストロークが開始され、被加工材２１の端部２１ａが端面押ダイ１５に押し付けられる。これにより、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す、くの字状に屈曲した断面形状を有する熱間プレス成形品１が得られる。なお、より高温で成形を行うためには、図５（ｄ）に示す工程において、第２の傾斜部２４のＲ部により被加工材２１の端部が曲げられた後直ちに図５（ｅ）に示す工程の端面押圧加工を行うことが望ましい。

なお、パンチ１２のストローク量Ｓ１を調整することにより、被加工材２１の端部２１ａの増肉量を調整することができる。
次に、図２（ｂ）に示す製造装置１０−１を用いて熱間プレス成形品１を製造する方法の第２の例を説明する。

図６（ａ）〜図６（ｅ）は、図２（ｂ）、図３および図４に示す製造装置１０−１を用いて熱間プレス成形品１を製造する方法を経時的に示す模式図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）では、製造装置１０−１の半分の断面構造を示す。

プレス成形に先立って行う、被加工材２１の加熱は、上述した内容と同じであるので、省略する。
図６（ａ）に示すように、加熱した被加工材２１を金型１８、１９上に搬送して位置決めし、ダイ１１およびパッド１３により構成される上金型１８の下降に従い、パンチ１２の上面部が被加工材２１を介してパッド１３により押圧される。

次いで、図６（ｂ）に示すように、上金型１８の下降に伴い、被加工材２１における縦壁部となる部分がパンチ肩部１２ａに巻き付く形で成形される。被加工材２１は、パンチ肩部１２ａを起点に曲げられるので、被加工材２１の端部は金型１８、１９と接触せず、高温が保持される。

次いで、図６（ｃ）に示すように、成形の進行に伴い、被加工材２１における縦壁部となる部分の全体はダイ１１とパンチ１２との間に挟まれる形となり、金型１８、１９による冷却が開始される。なお、この状態においても、被加工材２１の端部２１ａはダイＲ部２０の逃がし部２５によって金型との接触が防止され、高温が保持される。

次いで、図６（ｄ）に示すように、成形の下死点直前において、上金型１８におけるダイＲ部２０の近傍に設けた第２の傾斜部２４のＲ部により、被加工材２１の端部の近傍が曲げられる。このようにして、ダイ１１とパンチ１２とを用いるプレス成形により、溝状断面を有する中間品が成形される。

その後、図６（ｅ）に示すように、上型１８が成形下死点に到達した後に、端面押ダイ昇降機構２２により端面押ダイ１５がプレス方向上方に押し出され、中間品である被加工材２１は上型とパンチで拘束された状態で被加工材２１の端部２１ａが端面押ダイ５に押し付けられ、図１に示すようなくの字状に屈曲した断面形状を有する熱間プレス成形品１が得られる。

なお、より高温で成形を行うためには、図６（ｄ）に示す工程において、第２の傾斜部２４のＲ部により被加工材２１の端部２１ａが曲げられた後直ちに直ちに図６（ｅ）に示す工程の端面押圧加工を行うことが望ましい。

なお、端面押ダイ昇降機構２２のストローク量Ｓ２を調整することにより、被加工材２１の端部２１ａの増肉量を調整することができる。
このように、図２（ａ）または図２（ｂ）に示す金型１８、１９を用いることにより、被加工材２１の端部２１ａは押圧開始直前まで金型と触れることなく高温が保持されるため、座屈などの問題を抑制しながら、高温での軟質な状態で端部２１ａの押圧加工を行うことができる。

なお、この押圧加工は、成形品の端部全面に行う必要はなく、衝突時に優先的に部品の曲がり変形が生じる箇所に行うようにすればよい。
本発明は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す形状の熱間プレス成形品１の製造に限定されるものではない。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明により製造される熱間プレス成形品の各種の変形例を示す説明図である。

図７（ａ）に示す熱間プレス成形品１−１は、底部２に凹状あるいは凸状の形状の部分６を有するものである。また、これらの底部２における凹状あるいは凸状の形状の部分６は、熱間プレス成形品１−１の長手方向の端部まで連続して形成されていてもよいし、あるいは長手方向に断続的に形成されていてもよい。

図７（ｂ）に示す熱間プレス成形品１−２は底部２が凸状に湾曲しているものであり、図７（ｃ）に示す熱間プレス成形品１−３は底部２が凹状に湾曲しているものである。
また、上述した熱間プレス成形品１、１−１、１−２および１−３を含む、本発明により製造される熱間プレス成形品は、底部の幅と側壁の長さの比（幅／長さ）は、０．５以上１０以下であることが例示される。ここで、底部の幅とは、一方の底部および側壁の間に存在するＲ部分の周長方向の中央と、他方の底部および側壁の間に存在するＲ部分の周長方向の中央との、周長方向の距離を意味し、側壁の長さとは、底部および側壁の間に存在するＲ部分の周長方向の中央と側壁の端部との、周長方向の距離を意味する。

次に、本発明の実施例を説明する。
まず、端部の破断評価のために略コの字断面のチャンネル状部材を製作した。図８は、チャンネル状部材３０の寸法仕様を示す二面図である。

このチャンネル状部材３０は、外側の部材３１と内側の部材３２とが３０ｍｍ間隔でスポット接合されている。図８の右図における黒丸印はスポット溶接位置を示す。
このとき、内側の部材３２は、板厚が１．２ｍｍの４４０ＭＰａ級高張力鋼板をプレスブレーキ曲げにより冷間成形して製作したものである。

外側の部材３１は、本発明により製作したものである。外側の部材３１を成形する成形金型には、図２（ａ）に示す製造装置１０を用いた。このとき、パッド１３を支持するスプリング１６として、ストローク５０ｍｍのガススプリングを初期荷重がトータルで３０トンとなるように複数配置した。

また、パンチ１２を支持するスプリング１７として、初期荷重がトータルで１００トンとなるようにガススプリングを複数配置した。スプリング１７のストローク量は、端部の押圧量に応じて適宜調整した。

ダイ１１、パンチ１２、パッド１３さらには端面押ダイ１５等の、成形時に材料と接触する部位の金型の材質は、全てＳＫＤ６１の焼き入れ、焼き戻し材とした。端面押ダイ１５の材料と接触する上面の粗度は、最大高さＲｚが５．０μｍ以下となるように仕上げた。

この金型を、７００トンの油圧式プレス機に取り付け、成形速度４０ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で熱間プレス成形を行った。
外側の部材３１の素材として、Ｃ：０．２１質量％、Ｓｉ：０．２５質量％、Ｍｎ：１．２質量％、Ｂ：０．００１４質量％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有するとともに板厚が１．６ｍｍである熱間プレス用鋼板を使用した。

成形後に端部３ａとなる部分のブランク加工はシャー切断により行い、そのときのせん断クリアランスは１０％とした。ブランクサイズは、長さ６００ｍｍ、幅１７０ｍｍとした。

外側の部材３１は、以下に説明するようにして製作した。外側の部材３１の素材である熱間プレス用鋼板の加熱にはガス加熱炉を用い、空燃比０．８５で燃焼させ、炉内温度を９００℃に調整した。また、在炉時間を４分間とした。加熱完了後は、速やかに炉内から熱間プレス用鋼板を取り出し、８００℃以上で成形を開始した。また、成形下死点では１５秒間の保持を行った。焼入れ後の熱間プレス成形品の硬度はＨｖ４７０程度（１４９０ＭＰａ相当）である。

端部押圧量は、端面の平滑化を行う０．５ｍｍ（本発明例１）、端面平滑化と増肉を行う２．０ｍｍ（本発明例２）および端面処理無し（比較例）の３水準とした。
図９は、端面の割れ性ならびに吸収エネルギ量を評価するための３点曲げ試験の要領を示す説明図である。

図９に示すように、端部の破断を生じ易くするために、外側の部材３１と内側の部材３２との間に、引張強さが５９０ＭＰａ級の材料からなる剛体ブロック３３を、チャンネル状部材３０の長手方向（図９における左右方向）の中央部に挿設した。この剛体ブロック３３のサイズは、厚さ１６ｍｍ、長さ７０ｍｍ、幅７０ｍｍとした。インパクタ３４は、１ｍｍ／ｓｅｃの速度で下降させた。

図１０は、本発明例１（図１０のグラフ中には「発明例１」として示す）および比較例について、３点曲げ試験により得られるインパクタストロークと、荷重または吸収エネルギ量との関係を示すグラフである。本実施例では、破断が生じた時のインパクタストローク量と破断までの吸収エネルギ量を評価した。試験の結果を表１にまとめて示す。

表１に示すように、端面処理無しの比較例に比べて、端面平滑化を行った本発明例１では、破断時のインパクタストローク量が増加し、結果として高い吸収エネルギを得られた。さらに、端部押圧量を増加させて端面の増肉を行った本発明例２では、本発明例１よりもさらに高い吸収エネルギを得られた。

１−１、１−２、１−３ 熱間プレス成形品
２ 底部
３ 側壁
３ａ 端面
４ 第１の傾斜部
５ 第２の傾斜部
６ 凹状あるいは凸状の形状の部分
１０、１０―１ プレス成形装置
１１ ダイ
１１ａ 側壁
１２ パンチ
１２ａ パンチ肩部
１３ パッド
１４ ベース
１５ 端面押ダイ
１６、１７ スプリング
１８ 上金型
１９ 下金型
２０ ダイＲ部
２１ 被加工材
２２ 端面押ダイ作動機構
２３ 第１の傾斜部
２４ 第２の傾斜部
２５ 逃がし部
３０ チャンネル状部材
３１ 外側の部材
３２ 内側の部材
３３ 剛体ブロック
３４ インパクタ

Claims (7)

1. プレス成形方向へ相対的に移動自在に配置されるダイおよびパンチを備え、加熱した鋼板にプレス成形と同時に焼入れを行うことによって底部と該底部に連続する二つの側壁とからなる溝状の断面形状を有する成形品を製造するための熱間プレス成形品の製造装置であって、さらに、
   前記パンチに対して前記プレス成形方向へ相対的に移動自在にかつ前記ダイに対向して配置され、前記プレス成形により前記溝状の断面形状を有するように成形された中間品における前記側壁となる部分の端面を、該中間品における前記底部となる部分が存在する方向へ向けて押圧して前記成形品を製造するための端面押ダイを備えること
   を特徴とする熱間プレス成形品の製造装置。
2. 前記端面押ダイは、前記パンチを前記プレス成形方向へ向けて付勢するパンチ作動手段を支持するベースに配置される請求項１に記載された熱間プレス成形品の製造装置。
3. 前記端面押ダイは、前記パンチに前記プレス成形方向へ向けて伸縮自在に配置される端面押ダイ作動手段に装着される請求項１に記載された熱間プレス成形品の製造装置。
4. 前記ダイの成形面を構成する側壁は、該ダイの底部から開口側へ向かって形成される、第１の傾斜部と、該第１の傾斜部に連続するとともに該第１の傾斜部の傾斜角度よりも小さい傾斜角度を有するように形成される第２の傾斜部と、該第２の傾斜部に連続するとともに該第２の傾斜部の延長線より後退して形成される逃がし部とを有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された熱間プレス成形品の製造装置。
5. 加熱した鋼板をプレス成形と同時に焼き入れして溝状の断面を有する成形品を得る熱間プレス成形品の製造方法であって、鋼板をダイとパンチとにより、底部と該底部に連続する二つの側壁とからなる溝状の断面形状を有する中間品にプレス成形する第１の工程と、前記ダイと前記パンチとにより前記中間品を拘束しながら該中間品の側壁の端面を、該中間品の底部が存在する方向へ向けて押圧して成形品を製造する第２の工程とを備えることを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。
6. 前記第１の工程は、前記鋼板を曲げ加工して溝状の断面を有する第１中間品を得る前工程と、該第１中間品の側壁を曲げ加工してくの字状の側壁を有する中間品を得る後工程とからなる請求項５に記載された熱間プレス成形品の製造方法。
7. 鋼板の熱間プレス成形により製造され、底部と該底部に連続する二つのくの字状の側壁とからなる溝状の断面形状を有することを特徴とする熱間プレス成形品。

Images