JP6425976B2 - ホットスタンピング装置および方法 - Google Patents

Description

ホットスタンピング装置およびホットスタンピング方法に関する。

最近、自動車産業では、車体の軽量化および衝突安全性を改善するために、超高強度鋼の適用が拡大している。例えば、１５００ＭＰａ級超高強度鋼成形技術の一つとして、ホットスタンピング（Ｈｏｔ ｓｔａｍｐｉｎｇ）成形（「熱間プレス成形」ともいう）技術が挙げられる。

前記ホットスタンピング成形技術は、ブランクをオーステナイト領域まで加熱してプレス成形した後、金型内で急冷させることで、マルテンサイトへの相変態を通じて超高強度車体部品を生産する工法である。

上記のようなホットスタンピング成形技術は、車体のセンターフィラー、ループレール、バンパー、インパクトビームなどのような衝突部材の強度確保と補強部材の削除による軽量化のために多く適用されている。

従来技術では、ホットスタンピング成形によって成形された製品（以下、製品素材という）のフランジ部をホットスタンピングによって成形する時に、フランジ部と金型が先に接触するので、フランジ部から先に熱を奪われる。

従って、フランジ部で先にマルテンサイトへの相変態が起こり、フランジ部で延伸率が低下し、素材の流入が円滑に行われず、破断が生じるという問題点が発生する。

また、以後、フランジ部の溶接時に溶接部の周辺の強度が低下し、破壊しやすい問題点が発生する。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ホットスタンピング装置を提供することにある。本発明の他の目的は、ホットスタンピング方法を提供することにある。

本発明の一実施例に係るホットスタンピング装置は、製品素材の下端面形状を有する下部金型と、前記製品素材の上端面形状を有し、前記下部金型と共に前記製品素材を加圧する上部金型と、前記上部金型の内周部に設置され、前記上部金型と下部金型との間にブランクを固定するブランクホルダーと、製品素材のフランジ部の形状を有し、前記ブランクホルダーの内周部に沿って上昇または下降し、製品素材のフランジ部を成形するカムとを含む。

また、前記上部金型の一側に設置され、端部には傾斜面が形成され、前記端部の傾斜面は、第２カム駆動装置の傾斜面と接して上部金型の上昇または下降により第２カム駆動装置を左右にスライディングさせる第１カム駆動装置と、両側端部に傾斜面が形成され、一側端部は第１カム駆動装置の傾斜面と接して第１カム駆動装置の上昇または下降により左右にスライディング運動をし、他側端部はカムの下側端部の傾斜面と接して第２カム駆動装置の左右スライディング運動によりカムを上下に運動させる第２カム駆動装置とをさらに含むことができる。

また、前記上部金型の内側上端部とブランクホルダーとの間に設置され、カムの上昇により圧縮される弾性部材を含むことができる。

また、前記第２カム駆動装置の上部および下部に設置され、第２カムの左右スライディング運動の経路を提供するガイドレールを含むことができる。

また、前記カムの側面に設置され、カムの上昇または下降の経路を提供するガイドレールを含むことができる。

また、前記下部金型、前記上部金型、前記ブランクホルダー、および前記カムは、冷却装置を含むことができる。

また、前記冷却装置は、冷却媒体が循環するための冷却チャンネルをさらに含むことができる。

また、前記冷却装置は、冷却媒体を冷却するための冷却塔、冷却媒体を圧送するためのポンプをさらに含むことができる。

また、前記上部金型の内側上端部に連結し、ブランクホルダーを上昇または下降させるブランクホルダー駆動装置をさらに含むことができる。

本発明の一実施例に係るホットスタンピング方法は、ブランクを固定するステップと、ブランクを下部金型と上部金型で加圧して成形するステップと、前記下部金型と前記上部金型によって加圧されたブランクの成形部は急冷させ、フランジ部は徐冷させるステップと、カムによって前記フランジ部を成形するステップとを含むことができる。

また、前記カムによって前記フランジ部を成形するステップは、前記下部金型と前記上部金型と接触された部分の相変態が始まった以後、急冷して相変態させたことであることができる。

また、前記相変態は、オーステナイト領域からＭ_ｆ温度（マルテンサイト変態終了温度）以下に急冷させることであり、ベイナイトおよびフェライト変態反応が起こらないことであることができる。

また、前記徐冷速度は５℃／ｓ以上、２０℃／ｓ以下であり、急冷速度は５０℃／ｓ以上、１５０℃／ｓ以下であることができる。

また、前記ブランクは、Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上、０．０３ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．１ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下、Ｍｏ：０．００１ｗｔ％以上、０．０１２ｗｔ％以下を含み、Ｂ：０．００１ｗｔ％以上、０．００５ｗｔ％以下をさらに含み、残部は、Ｆｅおよび鋼中に不可欠に混入される不純物を含むものであることができる。

本発明によれば、製品素材のフランジ部などを成形時に延伸率に優れたオーステナイト領域で実施できるようにすることで、破断発生を抑制することができ、成形性を改善することができる。

本発明の実施例に係るホットスタンピング装置の構造を示す図面である。 本発明の実施例に係るホットスタンピング装置のブランクホルダーがブランクを固定した状態を示す図面である。 本発明の実施例に係るホットスタンピング装置の上部金型が下降している状態を示す図面である。 本発明の実施例に係るホットスタンピング装置のカムが上昇した状態を示す図面である。 本発明の一実施例に係るホットスタンピング装置のブランクホルダー、上部金型および下部金型、カムとブランクが接触する部分の変態曲線を示すグラフである。 本発明の一実施例に係るブランク素材でフェライト、パーライト、ベイナイト変態が遅延する効果を示すグラフである。

以下、本発明の実施例を詳しく説明する。但し、これは例示として提示されるもので、これにより本発明が制限されることはなく、本発明は、後述する請求の範囲の範疇によって定義されるだけである。

このような過程で、図面に示した線の厚さや構成要素の大きさなどは、説明の明瞭性と便宜上、誇張されて示され得る。

また、後述する用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語として、これは、使用者、運用者の意図または慣例により変わることもある。

従って、このような用語に対する定義は、本明細書の全般にわたった内容に基づいて下されるべきである。

図１は、本発明の実施例に係るホットスタンピング装置の構造を示す図面である。

図１を参照すると、本発明の実施例に係るホットスタンピング装置は、高温に加熱されたブランク１をプレス成形して急冷することで、高強度の成形物を得る熱間プレス成形設備に適用されることができる。

これにより、本発明の実施例に係るホットスタンピング装置は、製品素材の下端面形状を有する下部金型２０と、前記製品素材の上端面形状を有し、前記下部金型と共に前記製品素材を加圧する上部金型３０と、前記上部金型の内周部に設置され、前記上部金型と下部金型との間にブランクを固定するブランクホルダー１０と、製品素材のフランジ部の形状を有し、前記ブランクホルダーの内周部に沿って上昇または下降し、製品素材のフランジ部を成形するカム４０とを含む。

また、前記上部金型の一側に設置され、端部には傾斜面が形成され、前記端部の傾斜面は第２カム駆動装置の傾斜面と接して上部金型の上昇または下降により第２カム駆動装置を左右にスライディングさせる第１カム駆動装置４１と、一側端部に傾斜面が形成され、第１カム駆動装置の傾斜面と接して第１カム駆動装置の上昇または下降により左右にスライディング運動をし、他側端部に傾斜面が形成され、カムの下側端部の傾斜面と接して左右スライディング運動によってカムを上下に運動させる第２カム駆動装置４２とを含むことができる。

また、前記第２カム駆動装置４２の上部および下部には、第２カムの左右スライディング運動の経路を提供するガイドレールを設置してもよい（図示せず）。

また、前記カム４０の側面には、カムの上昇または下降の経路を提供するガイドレールを設置してもよい（図示せず）。

また、前記下部金型２０、前記上部金型３０、前記ブランクホルダー１０、および前記カム４０は、内部に冷却装置５０をさらに具備することができる。前記冷却装置において、冷却媒体は冷却水または冷媒であってもよく、前記冷却媒体が循環するための冷却チャンネルをさらに含んでもよい。

また、前記冷却装置は、冷却媒体を冷却するための冷却塔、冷却媒体を圧送するためのポンプをさらに含むことができる（図示せず）。

図２は、本発明の実施例に係るホットスタンピング装置のブランクホルダーがブランクを固定した状態を示す図面である。図３は、本発明の実施例に係るホットスタンピング装置の上部金型が下降している状態を示す図面である。図４は、本発明の実施例に係るホットスタンピング装置のカムが上昇した状態を示す図面である。

ブランク１は、硬化能を有する素材で設けられ、成形温度以上に加熱された状態で供給される。前記成形温度は、ブランク素材の連続冷却状態図において、マルテンサイト変態開始温度（Ｍ_ｓ）以上のオーステナイト領域温度であってもよい。

ブランクがローディングされれば、ブランクホルダー１０が下降してブランク１を固定する。

ブランク固定が完了すれば、上部金型３０が下降しながらブランク１を成形する。

上部金型が完全に下降すれば、ブランクホルダー１０、下部金型２０および上部金型３０と接触するブランク１部分は、Ｍ_ｆ温度（マルテンサイト変態終了温度）以下に急冷され、マルテンサイトに相変態される。

前記急冷速度は、５０℃／ｓ以上、１５０℃／ｓ以下、好ましくは、７０℃／ｓ以上、１３０℃／ｓ以下、さらに好ましくは、９０℃／ｓ以上、１１０℃／ｓ以下である。

この時、ブランクホルダー１０とブランク１が先ず接触し、以後、上部金型３０とブランク１が接触するので、マルテンサイトへの相変態は、図５の（ａ）、（ｂ）のように、ブランクホルダーと接触する部分の相変態が始まった以後、下部金型２０および上部金型３０と接触する部分の相変態が始まることであってもよい。

この時、前記ブランク１において、ブランクホルダー１０、下部金型２０、および上部金型３０に接触しないフランジ部は、空気によって徐冷されている状態である。

上部金型３０および下部金型の加圧によるブランク１の成形が完了すれば、カム４０が上昇してフランジ部を成形する。

前記カムによるフランジ部の成形は、オーステナイト領域で完了することができる。

この時、ブランク１でカムと接触するフランジ部は、図５の（ｃ）のように、カムと接触する前の空気によって徐冷してオーステナイト領域を維持し、カムと接触してＭ_ｆ温度（マルテンサイト変態終了温度）以下に急冷されながらマルテンサイトに相変態される。

また、前記相変態は、ベイナイトおよびフェライト変態反応が起こらないことであってもよい。

この時、徐冷速度は、５℃／ｓ以上、２０℃／ｓ以下であってもよい。また、急冷速度は、５０℃／ｓ以上、１５０℃／ｓ以下、好ましくは、７０℃／ｓ以上、１３０℃／ｓ以下、さらに好ましくは、９０℃／ｓ以上、１１０℃／ｓ以下であってもよい。

図１乃至図４を参考すると、前記カムの上昇は、第１カム駆動装置および第２カム駆動装置によってなされることができる。

第１カム駆動装置４１は、前記上部金型に結合され、その一端には第１傾斜部が形成されている。

また、第２カム駆動装置の一端には、前記第１傾斜部と選択的に接触する第２傾斜部が形成され、反対側端部は、第３傾斜部が形成されている。また、前記カムの一端には、第４傾斜部が形成され、前記第３傾斜部と接触している。

第１カム駆動装置は、前記上部金型に沿って下降し、第１カム駆動装置の第１傾斜部と第２カム駆動装置の第２傾斜部とが接触して第２駆動装置を移動させる。これと同時に、前記第２駆動装置の第３傾斜部がカムの第４傾斜部を押してカムが上部に移動されることができる。

また、前記上部金型の内側上端部とブランクホルダーとの間に設置される弾性部材１１が設置されており、前記カムの上昇と共に圧縮されながらフランジ部を成形することができる。

本発明の一実施例に係るホットスタンピング方法は、ブランク素材を下部金型と上部金型で加圧して成形するステップと、前記下部金型と前記上部金型によって加圧されたブランクの成形部は急冷させ、フランジ部は徐冷させるステップと、前記下部金型と前記上部金型と接触する部分の相変態が始まった以後、カムによって前記フランジ部を成形するステップとを含む。

また、前記ブランクは、Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上、０．０３ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．１ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下、Ｍｏ：０．００１ｗｔ％以上、０．０１２ｗｔ％以下を含み、Ｂ：０．００１ｗｔ％以上、０．００５ｗｔ％以下をさらに含み、残部は、Ｆｅおよび鋼中に不可欠に混入される不純物を含むことができる。

ブランクにＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏを添加し、図６のようにフェライト、パーライトベイナイト変態曲線が時間軸に沿って右側に移動して変態が遅延する効果が発生する。従って、変態が遅延する時間ほどブランクがオーステナイト領域を維持しているので、成形性が有利なオーステナイト領域で成形が始められる。

添付の図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明は、前記実施例に限定されず、互いに異なる多様な形態に変形されることができ、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更せずとも他の具体的な形態に実施されることができることが理解できるであろう。従って、以上で記述した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。

１：ブランク
１０：ブランクホルダー
１１：弾性部材
２０：下部金型
３０：上部金型
４０：カム
４１：第１カム駆動装置
４２：第２カム駆動装置
５０：冷却装置

Claims (13)

1. 製品素材の下端面形状を有する下部金型と、
   前記製品素材の上端面形状を有し、前記下部金型と共に前記製品素材を加圧する上部金型と、
   前記上部金型の内周部に設置され、前記上部金型と下部金型との間にブランクを固定するブランクホルダーと、
   製品素材のフランジ部の形状を有し、前記ブランクホルダーの内周部に沿って上昇または下降し、製品素材のフランジ部を成形するカムとを含むホットスタンピング装置であって、
   前記ブランクホルダー、前記上部金型及び前記下部金型と接触する前記ブランクの部分は、マルテンサイトに相変態されるように急冷され、
   前記ブランクホルダー、前記上部金型及び前記下部金型と接触しない前記フランジ部は、オーステナイト領域が維持されるように徐冷され、
   前記カムは、前記フランジ部がマルテンサイトに相変態されるように、前記フランジ部と接触する、ホットスタンピング装置。
2. 上部金型に結合され、その一端に第１傾斜部が形成された第１カム駆動装置と、
   一端に前記第１傾斜部と選択的に接触する第２傾斜部が形成され、他端には第３傾斜部が形成された第２カム駆動装置とを含み、
   前記カムの一端には第４傾斜部が形成され、前記第３傾斜部と接触し、
   前記上部金型の下降により第１カム駆動装置の第１傾斜部と第２カム駆動装置の第２傾斜部とが接触して第２駆動装置を移動させ、
   前記第２駆動装置の第３傾斜部がカムの第４傾斜部を押してカムが上部に移動する請求項１に記載のホットスタンピング装置。
3. 前記上部金型の内側上端部とブランクホルダーとの間に設置され、カムの上昇により圧縮される弾性部材を含む請求項２に記載のホットスタンピング装置。
4. 前記第２カム駆動装置の上部および下部に設置され、第２カムの左右スライディング運動の経路を提供するガイドレールを含む請求項２に記載のホットスタンピング装置。
5. 前記カムの側面に設置され、カムの上昇または下降の経路を提供するガイドレールを含む請求項４に記載のホットスタンピング装置。
6. 前記下部金型、前記上部金型、前記ブランクホルダー、および前記カムは、冷却装置を含む請求項１または２に記載のホットスタンピング装置。
7. 前記冷却装置は、冷却媒体が循環するための冷却チャンネルを含む請求項６に記載のホットスタンピング装置。
8. 前記冷却装置は、冷却媒体を冷却するための冷却塔、冷却媒体を圧送するためのポンプをさらに含む請求項６に記載のホットスタンピング装置。
9. ブランクホルダーを用いてブランクを固定するステップと、
   ブランクを下部金型と上部金型で加圧して成形するステップと、
   前記ブランクホルダー、前記下部金型及び前記上部金型によって接触された部分は、マルテンサイトに相変態されるように急冷させ、前記ブランクホルダー、前記下部金型及び前記上部金型によって接触しないフランジ部は、オーステナイト領域が維持されるように徐冷させるステップと、
   前記フランジ部を、マルテンサイトに相変態されるようにカムと接触させ、前記カムによって前記フランジ部を成形するステップとを含むホットスタンピング方法。
10. 前記カムによって前記フランジ部を成形するステップにおいて、前記カムによるフランジ部の成形はオーステナイト領域で完了する請求項９に記載のホットスタンピング方法。
11. 前記相変態は、オーステナイト領域からＭｆ温度（マルテンサイト変態終了温度）以下に急冷させることであり、ベイナイトおよびフェライト変態反応が起こらない請求項１０に記載のホットスタンピング方法。
12. 前記徐冷速度は５℃／ｓ以上、２０℃／ｓ以下であり、急冷速度は５０℃／ｓ以上、１５０℃／ｓ以下である請求項１１に記載のホットスタンピング方法。
13. 前記ブランクは、Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上、０．０３ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．１ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下、Ｍｏ：０．００１ｗｔ％以上、０．０１２ｗｔ％以下を含み、Ｂ：０．００１ｗｔ％以上、０．００５ｗｔ％以下をさらに含み、残部は、Ｆｅおよび鋼中に不可欠に混入される不純物を含む請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のホットスタンピング方法。

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