JP4338454B2

JP4338454B2 - Hot drawing method of steel sheet

Info

Publication number: JP4338454B2
Application number: JP2003178325A
Authority: JP
Inventors: 達也浅井; 二郎岩谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005014002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に自動車車体に適用される鋼板成形品を製造する分野において、その素材なる鋼板を３００℃以上の熱間状態で絞り成形する方法に関するものであり、殊に成形時に破断や割れなどを発生させずに良好な深絞りが実現できる成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用部品では、衝突安全性や軽量化の両立を達成するために、部品素材の高強度化が進められている。またこうした部品は、鋼板をプレス成形して製造するのが一般的である。しかしながら、高強度化された鋼板に対して冷間加工を施す場合、特に９８０ＭＰａを超える素材の成形は困難なものとなる。
【０００３】
こうしたことから、素材鋼板を加熱した状態で成形加工する熱間成形技術の検討が進められている。こうした技術としては、例えば特許文献１には、金属素材を８５０〜１０５０℃に加熱した状態で、相対的に低温のプレス金型を用いて成形する技術が提案されている。この技術によれば、金属材料の成形性がより良好になり、残留応力による遅れ破壊の発生も防止されると言われている。特に、通常の冷間プレス方法では成形が困難とされていた引張強度が１４７０ＭＰａ級の高強度鋼板を素材にした場合に相当する強度を有し、寸法精度も良好な部品を得ることが可能となる。
【０００４】
図１は、上記のような熱間成形（以下、「ホットスタンプ」と呼ぶことがある）を実施するための金型構成を示す概略説明図であり、図中１はパンチ、２はダイ、３はブランクホルダー（しわ押え）、４は鋼板（素材）、ＢＨＦはしわ押え力、ｒｐはパンチ肩半径、ｒｄはダイ肩半径、ＣＬはパンチ／ダイ間クリアランスを夫々示している。また、これらの成形部品のうち、パンチ１とダイ２には冷却媒体（例えば水）を通過させることができる通路１ａ，２ａが夫々の内部に形成されており、この通路に冷却媒体を通過させることによってこれらの部材が冷却されるように構成されている。
【０００５】
こうした金型を用いてホットスタンプ（熱間深絞り加工）するに際しては、ブランク（鋼板４）をＡｒ₃変態点以上に加熱して軟化させた状態で成形を開始する。即ち、高温状態にある鋼板４をダイ２とブランクホルダー３間に挟んだ状態で、パンチ１によってダイ２の穴内に鋼板４を押し込み、鋼板４の外径を縮めつつパンチ１の外形に対応した形状に成形する。また、成形と並行してパンチおよびダイを冷却することによって、鋼板４から金型（パンチおよびダイ）への抜熱を行なうと共に、成形下死点で更に保持冷却することによって素材の焼き入れを実施する。こうした成形法を実施することによって、寸法精度の良い１４７０ＭＰａ級の部品を得ることができ、しかも冷間で同じ強度クラスの部品を成形する場合に比較して、成形荷重が低減できることからプレス機の容量が小さくて済むことになる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１０２９８０号公報特許請求の範囲等
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術の開発によって、鋼板の成形が容易に行なえるようになったのであるが、その一方で素材が軟化し過ぎることによって、早期に破断が生じて成形性が却って悪くなる場合もある。特に、成形と同時に焼き入れ強化行なう場合では、８５０℃以上の熱間加工温度（化学成分組成によって異なる）に加熱する必要があるが、こうした高温では深絞り性が却って悪くなってしまうという問題がある。その結果、所定の形状を製造する以前に局部的（例えば、鋼板のパンチ肩部に相当する位置）で破断が生じてしまうこともある。
【０００８】
本発明は、こうした状況の下でなされたものであって、その目的は、鋼板を３００℃以上の熱間で深絞り成形するに際して、成形時に破断や割れなどを発生させずに良好な深絞りが実現できる成形方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の成形方法とは、パンチおよびダイを用いて鋼板を熱間で絞り成形するに当たり、成形に先立ち、パンチおよびダイに前記鋼板を近接した状態で一旦保持してから、成形を開始する点に要旨を有するものである。
【００１０】
上記本発明方法においては、成形に先立ち、少なくとも金型のダイ側壁に相当する位置から、成形時に鋼板と最初に接触するパンチ肩止まりに相当する位置までの領域の鋼板表面を冷却することによって成形性がより向上することになる。
【００１１】
また、こうした冷却を行う際の冷却領域は、少なくとも成形時に鋼板と最初に接触するダイ肩止まりよりも内側に相当する鋼板表面を冷却することが好ましく、より好ましくは成形時に鋼板と最初に接触するダイ肩止まりよりも内側に相当する鋼板表面の全領域を冷却するのが良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、従来技術において上記のような不都合が生じる原因について、様々な角度から検討した。深絞り成形に際して、図２に示すように、鋼板４を金型（この図では、ブランクホルダー３）上に直置するのが一般的である。尚、図２に示した金型では、説明の便宜上、前記図１に示した冷却媒体通過用の通路１ａ，２ａについては図示していないが、この金型おいてもこれらの通路が設けられ、パンチおよびダイが冷却される構成となっている（後記図６〜８，１０，１１に示した金型についても同じ）。
【００１３】
しかしながら、このように直置きすると、その時点で金型と接触する鋼板部分が先に冷却されることになる。その結果、成形当初に金型に接触する部分と接触しない部分に温度差が生じることになり、温度が高い部分（必然的に材料強度が低い部分）に成形歪が集中してしまい、その部分が成形途中で早期に破断してしまうことになる。特に、成形の際には、パンチ１の上面に相当する部分の鋼板がそれ以外の部分よりも温度が高い状態になり易く、こうした状態の鋼板がダイの穴に引き込まれたときその荷重に耐え切れずに破断してしまうという事態が生じる。
【００１４】
本発明者らは、パンチの頭部形状が正方形（一辺が４５ｍｍ）の金型を用い、図２に示した通常の手順によって、熱間による角筒絞り成形を行なった。このときの成形品の目標形状は、図３に示すように、有底角筒状のものである。成形条件としては、直径：９０、１０５、１２０（ｍｍ）の円形の鋼板を素材として用い（板厚：１．４ｍｍ）、しわ押え力：９．８ＧＰａ、鋼板加熱温度：９００℃とし、潤滑剤として焼き付き防止用ペーストを用いて成形を行なった。
【００１５】
その結果、直径：９０ｍｍの円形金属板を用いた場合には、破断は生じなかったが、直径：１０５ｍｍおよび１２０ｍｍの円形鋼板を用いた場合には、パンチ肩部に相当する位置から破断してしまい、いずれも希望する形状の成形品(前記図３)は得られなかった。このときの破断状態を、図４に模式的示す（図中、５はパンチ肩に相当する部分）。また場合によっては、図５に示すように、成形品の底部に相当する部分６が割れるような事態も生じた。
【００１６】
本発明者らは、上記の様な不都合を回避するための構成について更に検討を重ねた。そしてまず、成形時における鋼板の温度分布を少なくするという観点から、図６に示した構成を着想するに至った。この構成では、ブランクホルダー３の一部に、薄鋼板を支持するためのピン７が設けられており、このピン７上に鋼板４を載置することによって、ダイ２およびブランクホルダー３に鋼板が直接接触せずに近接した状態にできる（図６中、他の部分の構成は基本的に前記図２と同じである）。そして、成形時においては、ピン７の上面はブランクホルダー３の上面と面一になるようにされ、鋼板４がブランクホルダー３上に載置された状態となるように構成されている（後記図７参照）。
【００１７】
こうした金型構成において、成形前に鋼板４をピン７で支持して、鋼板と金型（特に、ダイ２およびブランクホルダー３）との直接的な接触することにより、パンチ１の上面部分とそれ以外の大部分がほぼ同時に冷却されることになり、鋼板４における温度に起因して、パンチ面での材料強度がフランジ面の材料強度よりも相対的に低くなることが防止できる。その結果、特にパンチ面での破断が防止され、絞り成形性が改善され、前記図３、４に示した破断状態が極力回避できる。
【００１８】
図６に示した構成の金型を採用することによって、前記図４、５に示した状態が生じることが極力回避でき絞り性が改善されたのであるが、場合によっては更なる絞り性改善が必要である。ダイ２とブランクホルダー３に挟まれる領域以外の領域では、図７に示すように、パンチ１或はブランクホルダー３に片面だけが接触した領域（図中、ｄ₁で示す）が生じることになる。そして、この領域ｄ₁では、ブランクホルダー３とダイ２に挟まれた領域に対して相対的に依然として温度が高い状態にある。
【００１９】
上記領域ｄ₁では、成形開始時点（パンチ１が鋼板４と接触した時点）で成形荷重を受けた際に、相対的に強度が低いため、歪が集中して鋼板の板厚が著しく減少し易くなる。その結果、成形が進行して鋼板４を流入させる荷重が高くなった時点で、先に板厚が減少してしまった領域がその荷重に耐えきれなくなり、成形途中で破断が生じる可能性がある。
【００２０】
そこで本発明者らは、深絞り性を更に向上させて、成形時における破断を極力発生させないための構成について更に検討した。その結果、成形時に破断することが予想される領域を成形に先立って冷却してやれば、成形加工時における局部的な板厚減少の緩和が図れ、より良好な深絞り成形が実現できることを見出した。こうした構成を、図面を用いて説明する。
【００２１】
図８は、本発明方法を実施するための金型の構成例を示す概略説明図であり、基本的な構成は前記図６、７に示した構成と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付すことによって重複説明を回避する。また、この金型の平面図を図９に示すが、図９では説明の便宜上、図８に示した構成の一部を省略してある。
【００２２】
図８に示した構成では、ダイ２間の空間（ダイ２に形成された穴）に、嵌り込むように冷却装置１０が配置されており（図９には図示せず）、この冷却装置１０によって、ダイ２の側壁２ａ間の領域に相当する鋼板の上面部分（図８のｄ₂の領域）が冷却できるように構成されている。また、図８中１１はリフターであり、このリフターは前記図６に示したピンと同様の機能を発揮するものであり、成形に先立って鋼板を冷却する際に、鋼板４をブランクホルダー３と接触しない状態で近接して保持するためのものである。このリフター１１は、成形開始時にその図８に示した位置から回避できる構成とされており、これによって成形時には鋼板４がブランクホルダー３上に載置された状態となる。
【００２３】
図８に示した金型構成では、冷却装置１０がダイ２の側壁２ａ間の領域ｄ₂に相当する鋼板４の表面部分を冷却できる構成を示したけれども、本来はダイ肩止まり（前記図７のＰ₁，Ｐ₂で示す）間に相当する鋼板領域全体（図７の領域ｄ₁）を冷却する構成とすることがより好ましく、その方が本発明の冷却作用が効果的に発揮されることになる。
【００２４】
しかしながら、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂間の全領域ｄ₁を冷却するためには、ダイ２の側壁２ａからダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂まで冷却装置１０を入り込ませる必要があり、そのためには装置構成が複雑になるだけでなく、冷却装置１０による鋼板冷却の際にダイ２を上方に回避しておく操作上の煩雑さがある。こうしたことから、本発明で冷却する必要のある領域としては、図８に示したように少なくともダイ２の側壁２ａの内側領域ｄ₂としても良い。こうした構成を採用することによっても、冷却装置１０のよる冷却によってダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂付近まで冷却されて、本発明の効果が発揮されることになる。
【００２５】
尚、ダイ肩部には、ダイ肩止まりに相当する部分が各々２箇所づつ存在するが、上記ダイ肩止まりＰ１，Ｐ２は図７から明らかなように鋼板に最初に接触する側（図７における下方側）のダイ肩止まり部分を意味する。
【００２６】
また、冷却領域の半径方向内側領域については、必ずしもパンチ頭部に相当する部分の全領域を冷却する必要はなく、少なくとも成形時に破断が生じ易い部分が冷却されるようにその領域を設定すればよい。こうした観点からすれば、少なくともパンチ頭部のパンチ肩止まり部分（図８中、Ｑ₁，Ｑ₂で示す）までの領域となる（この場合においても、Ｑ１，Ｑ２は鋼板に最初に接触するパンチ肩止まりの意味である）。即ち、本発明において、鋼板４の冷却すべき領域は、少なくともダイ２の側壁２ａから（好ましくはダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂から）パンチ肩止まりＱ₁，Ｑ₂までの領域（即ち、環状の領域）となる。
【００２７】
但し、冷却すべき領域の内側部分は、パンチ１の頭部形状によっても異なり、その形状に応じて少なくとも冷却すべき領域について適宜設定する必要がある。例えば、図１０に示すように、パンチ肩部が２段階以上で存在する場合には（図中、夫々の部分のパンチ肩半径をｒｐ，ｒｐ１で示す）、少なくとも冷却すべき最小領域は、パンチ頭部側（鋼板４に近い側）のパンチ肩部におけるパンチ肩止まりＱ₃から、ダイ２の側壁２ａに相当する位置までの鋼板領域（図１０中、ｄ₃で示す）となる。一方、パンチ肩部が２段階になっていない側では、上記に従ってパンチ肩止まりＱ₂（図中、この部分のパンチ肩半径をｒｐ２で示す）からダイ２の側壁２ａに相当する位置までの鋼板領域（図１０中、ｄ₄で示す）となる。
【００２８】
上記のように、本発明において少なくとも冷却すべき鋼板領域は、パンチ肩部が２段階以上で存在する場合においても、ダイ２の側側２ａに相当する位置から、成形時に最初に接触するパンチ肩部のパンチ肩止まりＱ₂，Ｑ₃までの領域（ｄ₃，ｄ₄）となる。但し、図１１に示すように、パンチ頭部の中央部に突起となる部分が存在するパンチ形状の場合には、当該突起部分のパンチ肩部（この肩部の半径をｒｐ３として示す）が成形時に鋼板に最初に接触するパンチ肩止まりに相当すことになるので、この場合には、冷却すべき最小限領域はダイの側壁２ａに相当する位置相互間の全領域ｄ₂と一致することになる。
【００２９】
前述のごとく本発明では、冷却すべき鋼板領域は、少なくともダイ２の側壁２ａに相当する位置から、パンチ肩が鋼板に最初に接触する位置までの領域（図１０のｄ₃、ｄ₄）となるが、より好ましくは、ダイ２の側壁２ａに相当する位置相互間の全領域ｄ₁を冷却すれば良い。こうした冷却を実施すれば、パンチ頭部と接触する鋼板の強度が高くなって、成形時に応力が負荷されてもこの部分の板厚が局部的に薄くなるような事態も防止できる。また、設備上の問題さえ解消できれば、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂までの領域ｄ₁（前記図７）を冷却することが好ましく、これによって本発明による冷却効果がより顕著に発揮される。
【００３０】
しかしながら、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂よりも外側領域に相当する鋼板表面を冷却した場合、その部分の強度上昇が成形時において材料流入の妨げとなって深絞り性が却って低下することになる。従って、本発明において冷却する鋼板の最大の領域は、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂の内側領域までとすべきである。
【００３１】
本発明においては、成形に先立ち、鋼板表面を冷却する構成を採用する場合には、パンチ１およびダイ２に鋼板４を近接した状態で一旦保持する時期と冷却する時期との関係が問題となるが、これらはどちらを先にしても良く或は同時に行うこともできる。但し、冷却領域をダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂まで行なう場合には、これらを同時に行なうことができないので、この場合には生産性を考慮して、まずダイ２を回避した状況下で鋼板表面の所定領域を冷却し、引き続き冷却装置と入れ替えてダイ２を鋼板４に近接してその状態で一旦保持した後成形を開始することが好ましい。
【００３２】
本発明では、冷却する領域は、（Ａｒ₃−２００℃）程度よりも低い温度まで冷却しなければ、本発明による冷却効果が発揮されない（例えば、７００℃未満）。その温度以下であれば特に問題なく、材料のＭｓ点以下にまで冷却してもよい。尚、本発明で適用する鋼板の種類については、特に限定するものではなく、焼き入れ性の良い材料ほど効果的である。
【００３３】
以下、本発明の効果を実施例によって更に具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定するものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３４】
【実施例】
パンチの頭部形状が正方形（一辺が４５ｍｍ）の金型（角筒ダイおよび角筒パンチ）を用い、本発明方法に従って、熱間による角筒絞り成形を行った。このとき直径（ブランク径）：１１０、１１５（ｍｍ）の２種類の円形鋼板を素材として用い（板厚：１．４ｍｍ）、冷却領域Ｄを様々変えて鋼板表面を冷却した後、リフター１１（前記図８）によって鋼板を保持した後（リフターによる高さ：３ｍｍ、保持冷却時間：４秒）成形を行ない、成形性を評価した。
【００３５】
成形は、しわ押え力：９．８ＧＰａとし、潤滑剤として焼付き防止用ペーストを用いた。また、ダイ肩半径ｒｄ：７ｍｍ、パンチ肩半径ｒｐ：５ｍｍ、パンチ−ダイ間クリアランスＣＬ：１．５ｍｍとし、素材鋼板は９００℃まで加熱した後、冷却領域Ｄにおける温度が６００℃となるまで冷却を行った。
【００３６】
このときのパンチ−ダイ間付近の概略を図１２に示す。尚、図中、「５Ｒ」および「７Ｒ」と表した部分は、パンチ肩半径ｒｐおよびダイ肩半径ｒｄを夫々５ｍｍ、７ｍｍに設定したことを意味する。従って、この試験で用いたパンチ中央部Ｃ（パンチ径／２の位置）からダイ肩止まりＰ₁までの距離が３１．２ｍｍ［７（ｒｄ）＋１．７（ＣＬ）＋５（ｒｐ）＋２２．５（パンチ径／２）（ｍｍ）］であることを示している。従って、後記表1に示した冷却領域Ｄが６２ｍｍのときが、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂間（前記７参照）を冷却した場合（３１．２ｍｍ×２）に相当する。
【００３７】
各条件で成形したとき、破断なく成形できた成形高さ(成形可能高さ)によって成形性を評価した。その結果を、一括して下記表1に示す。また表1の結果から、冷却領域Ｄと成形可能高さの関係を図１３に示す。尚、パンチやダイを上記と同様の条件とし、前記図２に示した通常の手順によって、熱間による角筒絞り成形を行なった場合には、成形可能高さは１７ｍｍとなった。
【００３８】
【表１】

【００３９】
この結果から、次のように考察できる。成形に先立って鋼板表面を冷却しなかったもの（Ｎｏ．１，６）では、従来技術と比べて成形性は改善されているとはいえ、低い成形可能高さしか達成されていない。また、パンチ径部分に相当する領域（冷却領域Ｄ：４５ｍｍ）だけを冷却したものでは（Ｎｏ．２，７）、成形性向上効果がまだ十分に発揮されていないことが分かる。
【００４０】
これに対して、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂までを冷却したＮｏ．３，７では、成形可能高さが最も高くなっており、高い成形性が達成されていることが分かる。また、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂よりも外側になる位置まで広く冷却したもの（Ｎｏ．４，５，９，１０）では、ダイ肩止まりＰ₁，Ｐ₂間を冷却したときよりも却って成形性が低下していることが分かる。
【００４１】
尚、上記結果からすれば、素材鋼板の直径が小さい方が良好な成形性が得られていることが分かるが（Ｎｏ．１〜５とＮｏ．６〜１０との比較）、▲１▼当該部分における周方向に作用する圧縮力や、▲２▼しわ押さえによる摩擦力等が小さくなり、それだけ成形時に高さ方向に作用する負荷が小さくなるからであると考えられる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、鋼板を５００℃以上の熱間状態で深絞り成形するに際して、成形時に破断や割れなどを発生させずに良好な深絞りが実現できる成形方法が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間成形を実施するための金型構成を示す概略説明図である。
【図２】従来の成形開始状況を説明するための図である。
【図３】成形品の外観形状の一例を示した斜視図である。
【図４】成形時にパンチ肩部から破断した状況を示す概略斜視図である。
【図５】成形時にパンチ底割れが生じた状況を示す概略斜視図である。
【図６】本発明方法の一実施形態を示す概略説明図である。
【図７】本発明方法によって成形を開始する状態を説明する図である。
【図８】本発明方法の他の実施形態を示す概略説明図である。
【図９】本発明方法を実施するために構成される金型の平面図である。
【図１０】パンチ頭部形状の一例を示す概略説明図である。
【図１１】パンチ頭部の他の例を示す概略説明図である。
【図１２】実施例で用いたパンチ−ダイ間付近の概略を示す説明図である。
【図１３】実施例における冷却領域Ｄと成形可能高さの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１パンチ
２ダイ
３ブランクホルダー
４鋼板（ブランク）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of drawing a steel sheet as a raw material in a hot state of 300 ° C. or more in the field of manufacturing a steel sheet molded product mainly applied to an automobile body, and in particular, breakage or cracking during forming. It is related with the shaping | molding method which can implement | achieve favorable deep drawing, without generating etc.
[0002]
[Prior art]
In automotive parts, in order to achieve both collision safety and weight reduction, the strength of parts materials is being increased. Such parts are generally manufactured by press-molding a steel plate. However, when cold working is performed on a steel plate with increased strength, it is particularly difficult to form a material exceeding 980 MPa.
[0003]
For these reasons, studies on hot forming technology for forming a raw steel sheet in a heated state are being conducted. As such a technique, for example, Patent Document 1 proposes a technique of forming a metal material using a relatively low-temperature press mold in a state where the metal material is heated to 850 to 1050 ° C. According to this technique, it is said that the formability of the metal material becomes better and the occurrence of delayed fracture due to residual stress is also prevented. In particular, it is possible to obtain a part having a strength equivalent to that obtained when a high-strength steel plate having a tensile strength of 1470 MPa, which has been difficult to form by a normal cold pressing method, is used as a material, and also has a good dimensional accuracy. Become.
[0004]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a mold configuration for carrying out hot forming as described above (hereinafter sometimes referred to as “hot stamp”), in which 1 is a punch, 2 is a die, 3 is a blank holder (wrinkle presser), 4 is a steel plate (raw material), BHF is a wrinkle presser force, rp is a punch shoulder radius, rd is a die shoulder radius, and CL is a punch / die clearance. Among these molded parts, the punch 1 and the die 2 are formed with

passages

1a and 2a through which a cooling medium (for example, water) can pass, and the cooling medium is passed through the passages. Accordingly, these members are configured to be cooled.
[0005]
When hot stamping (hot deep drawing) using such a mold, forming is started in a state where the blank (steel plate 4) is heated to the Ar ₃ transformation point or more and softened. That is, the steel plate 4 in a high temperature state is sandwiched between the die 2 and the blank holder 3, and the steel plate 4 is pushed into the hole of the die 2 by the punch 1 to correspond to the outer shape of the punch 1 while reducing the outer diameter of the steel plate 4. Mold into shape. In addition to cooling the punch and die in parallel with the molding, heat is removed from the steel plate 4 to the mold (punch and die), and the material is quenched by further holding and cooling at the bottom dead center of the molding. carry out. By carrying out such a molding method, a 1470 MPa class part with good dimensional accuracy can be obtained, and the molding load can be reduced as compared with the case where parts of the same strength class are molded cold. The capacity is small.
[0006]
[Patent Document 1]
JP, 2002-102980, A Claims, etc.
[Problems to be solved by the invention]
With the development of the above technology, it has become possible to easily form a steel sheet. On the other hand, if the material is too soft, it may break early and formability may worsen. In particular, when quenching strengthening is performed at the same time as molding, it is necessary to heat to a hot working temperature of 850 ° C. or higher (depending on the chemical component composition). is there. As a result, breakage may occur locally (for example, at a position corresponding to a punch shoulder portion of a steel plate) before the predetermined shape is manufactured.
[0008]
The present invention has been made under such circumstances, and its purpose is to achieve a good deep drawing without causing breakage or cracking during forming when a steel sheet is deep drawn at a temperature of 300 ° C. or higher. Is to provide a molding method capable of realizing the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The forming method of the present invention that can achieve the above-mentioned object is to hold a steel sheet in a state where the steel sheet is in close proximity to the punch and die before forming the steel sheet by hot drawing using a punch and a die. Thus, the present invention has a gist in that the molding is started.
[0010]
In the method of the present invention, prior to forming, the steel sheet surface in the region from the position corresponding to at least the die side wall of the mold to the position corresponding to the punch shoulder stop that first contacts the steel sheet during forming is cooled. Will be improved.
[0011]
Further, it is preferable that the cooling region when performing such cooling is to cool the steel plate surface corresponding to the inside of at least the die shoulder stop that first contacts the steel plate at the time of forming, and more preferably first contacts the steel plate at the time of forming. It is preferable to cool the entire area of the steel sheet surface corresponding to the inside of the die shoulder stop.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventors examined the cause of the above disadvantages in the prior art from various angles. In the deep drawing, as shown in FIG. 2, it is common to place the steel plate 4 directly on a mold (in this figure, the blank holder 3). In the mold shown in FIG. 2, the

passages

1a and 2a for passing the cooling medium shown in FIG. 1 are not shown for convenience of explanation, but these passages are also provided in this mold. The punch and die are cooled (the same applies to the dies shown in FIGS. 6 to 8, 10, and 11).
[0013]
However, when placed directly in this manner, the steel plate portion that comes into contact with the mold at that time is cooled first. As a result, a temperature difference occurs between the part that contacts the mold at the beginning of molding and the part that does not contact the mold, and molding distortion concentrates on the part where the temperature is high (the part where the material strength is inevitably low). However, it will break early during molding. In particular, at the time of forming, the portion of the steel plate corresponding to the upper surface of the punch 1 is likely to be hotter than the other portions, and the steel plate in such a state can withstand the load when drawn into the hole of the die. The situation that it breaks without cutting occurs.
[0014]
The inventors of the present invention performed hot rectangular tube drawing using a die having a square punch shape (one side of 45 mm) and the normal procedure shown in FIG. The target shape of the molded product at this time is a bottomed rectangular tube shape as shown in FIG. As forming conditions, circular steel plates having diameters of 90, 105, and 120 (mm) were used as materials (plate thickness: 1.4 mm), wrinkle holding force: 9.8 GPa, steel plate heating temperature: 900 ° C., lubricant Then, molding was performed using a paste for preventing seizure.
[0015]
As a result, when a circular metal plate with a diameter of 90 mm was used, the fracture did not occur, but when a circular steel plate with a diameter of 105 mm and 120 mm was used, the fracture occurred from the position corresponding to the punch shoulder. Therefore, none of the molded articles having the desired shape (FIG. 3) were obtained. The fractured state at this time is schematically shown in FIG. 4 (in the figure, 5 is a portion corresponding to the punch shoulder). Moreover, depending on the case, as shown in FIG. 5, the situation which the part 6 equivalent to the bottom part of a molded article cracks also occurred.
[0016]
The present inventors have further studied the configuration for avoiding the above-described disadvantages. First, from the viewpoint of reducing the temperature distribution of the steel sheet during forming, the configuration shown in FIG. 6 was conceived. In this configuration, a pin 7 for supporting a thin steel plate is provided on a part of the blank holder 3, and the steel plate 4 is placed on the pin 7, so that the steel plate is placed on the die 2 and the blank holder 3. It can be in a close state without direct contact (in FIG. 6, the configuration of the other parts is basically the same as in FIG. 2). At the time of forming, the upper surface of the pin 7 is flush with the upper surface of the blank holder 3, and the steel plate 4 is placed on the blank holder 3 (described later). 7).
[0017]
In such a mold configuration, the steel plate 4 is supported by the pins 7 before forming, and the steel plate and the mold (particularly the die 2 and the blank holder 3) are in direct contact with each other so that the upper surface portion of the punch 1 and It is possible to prevent the material strength at the punched surface from becoming relatively lower than the material strength at the flange surface due to the temperature in the steel plate 4. As a result, breakage particularly on the punch surface is prevented, drawability is improved, and the breakage state shown in FIGS. 3 and 4 can be avoided as much as possible.
[0018]
By adopting the mold having the configuration shown in FIG. 6, the state shown in FIGS. 4 and 5 can be avoided as much as possible and the squeezability is improved. is necessary. In regions other than a region between the die 2 and the blank holder 3, as shown in FIG. 7, (in the figure, indicated by d ₁₎ only one side punch 1 or the blank holder 3 is in contact area would occur . In this region d ₁ , the temperature is still relatively high with respect to the region sandwiched between the blank holder 3 and the die 2.
[0019]
In the region d ₁ , since the strength is relatively low when a forming load is received at the forming start time (when the punch 1 comes into contact with the steel plate 4), strain is concentrated and the plate thickness of the steel plate is significantly reduced. It becomes easy. As a result, when the forming progresses and the load into which the steel sheet 4 flows is increased, the region where the plate thickness has previously decreased cannot withstand the load, and breakage may occur during the forming. .
[0020]
Therefore, the present inventors have further studied a configuration for further improving the deep drawability and preventing the occurrence of breakage during molding as much as possible. As a result, it has been found that if a region that is expected to break during molding is cooled prior to molding, local reduction in plate thickness during molding can be alleviated and better deep drawing can be realized. Such a configuration will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 8 is a schematic explanatory view showing a configuration example of a mold for carrying out the method of the present invention. The basic configuration is similar to the configuration shown in FIGS. 6 and 7, and the corresponding parts are the same. Duplicate explanations are avoided by adding reference signs. FIG. 9 shows a plan view of this mold. In FIG. 9, a part of the configuration shown in FIG. 8 is omitted for convenience of explanation.
[0022]
In the configuration shown in FIG. 8, the cooling device 10 is disposed so as to fit in the space between the dies 2 (holes formed in the die 2) (not shown in FIG. 9). Thus, the upper surface portion (region d ₂ in FIG. 8) of the steel plate corresponding to the region between the side walls 2a of the die 2 can be cooled. Further, 11 in FIG. 8 is a lifter, and this lifter performs the same function as the pin shown in FIG. 6, and the steel plate 4 is brought into contact with the blank holder 3 when the steel plate is cooled prior to forming. It is for holding close in the state which is not. The lifter 11 is configured to be avoided from the position shown in FIG. 8 at the start of molding, whereby the steel plate 4 is placed on the blank holder 3 at the time of molding.
[0023]
The mold configuration shown in FIG. 8 shows a configuration in which the cooling device 10 can cool the surface portion of the steel plate 4 corresponding to the region d ₂ between the side walls 2 a of the die 2. It is more preferable to cool the entire steel plate region (region d _{1 in} FIG. 7) corresponding to between P ₁ and P ₂ , and this effectively exhibits the cooling action of the present invention. It will be.
[0024]
However, in order to cool the entire region d ₁ between the die shoulder blind P _1, P _2, it is necessary to enter the cooling device 10 from the side wall 2a of the die 2 to the die shoulder blind P _1, P _2, in order that This not only complicates the structure of the apparatus but also complicates the operation of avoiding the die 2 upward when the steel sheet is cooled by the cooling apparatus 10. Therefore, the region that needs to be cooled in the present invention may be at least the inner region d ₂ of the side wall 2a of the die 2 as shown in FIG. Also by adopting such a configuration, the cooling by the cooling device 10 cools the die shoulder to the vicinity of P ₁ and P ₂ , and the effect of the present invention is exhibited.
[0025]
Note that there are two portions corresponding to the die shoulder stops on the die shoulder, but the die shoulder stops P1 and P2 are on the side that first contacts the steel plate as shown in FIG. 7 (in FIG. 7). It means the die shoulder stop part (lower side).
[0026]
Further, regarding the radially inner region of the cooling region, it is not always necessary to cool the entire region corresponding to the punch head, and if the region is set so that at least the portion that is likely to break during cooling is cooled. Good. From this point of view, at least the region where the punch shoulder stops (indicated by Q ₁ and Q ₂ in FIG. 8) of the punch head (in this case, Q1 and Q2 are punches that first contact the steel plate). Meaning shoulder stop). That is, in the present invention, the region to be cooled of the steel plate 4 is at least the region from the side wall 2a of the die 2 (preferably from the die shoulder stops P ₁ and P ₂ ) to the punch shoulder stops Q ₁ and Q ₂ (that is, the annular shape). Area).
[0027]
However, the inner part of the region to be cooled differs depending on the shape of the head of the punch 1, and it is necessary to appropriately set at least the region to be cooled according to the shape. For example, as shown in FIG. 10, when there are two or more punch shoulder portions (in the figure, the punch shoulder radii of the respective portions are indicated by rp and rp1), at least the minimum region to be cooled is the punch A steel plate region (indicated by d ₃ in FIG. 10) from the punch shoulder stop Q ₃ in the punch shoulder portion on the head side (side closer to the steel plate 4) to a position corresponding to the side wall 2 a of the die 2. On the other hand, on the side where the punch shoulder portion is not in two stages, the steel plate extends from the punch shoulder stop Q ₂ (in this figure, the punch shoulder radius of this portion is indicated by rp2) to the position corresponding to the side wall 2a of the die 2. This is a region (indicated by d ₄ in FIG. 10).
[0028]
As described above, in the present invention, at least the steel plate region to be cooled is the punch shoulder that first contacts at the time of forming from the position corresponding to the side 2a of the die 2 even when the punch shoulder portion exists in two or more stages. This is the region (d ₃ , d ₄ ) up to the punch shoulder stop Q ₂ , Q ₃ . However, as shown in FIG. 11, in the case of a punch shape in which a portion to be a projection exists at the center of the punch head, a punch shoulder portion (the radius of the shoulder portion is indicated as rp3) of the projection portion is formed. In this case, the minimum area to be cooled coincides with the entire area d ₂ between the positions corresponding to the side wall 2a of the die. Become.
[0029]
As described above, in the present invention, the steel plate region to be cooled is a region from the position corresponding to at least the side wall 2a of the die 2 to the position where the punch shoulder first contacts the steel plate (d ₃ and d _{4 in} FIG. 10). More preferably, the entire region d ₁ between the positions corresponding to the side wall 2a of the die 2 may be cooled. By carrying out such cooling, the strength of the steel sheet in contact with the punch head is increased, and even when stress is applied during forming, a situation in which the thickness of this part is locally reduced can be prevented. Further, if the problem on the facility can be solved, it is preferable to cool the region d ₁ (FIG. 7) up to the die shoulder stops P ₁ and P ₂ , whereby the cooling effect according to the present invention is more remarkably exhibited.
[0030]
However, when the steel plate surface corresponding to the region outside the die shoulder stops P ₁ and P ₂ is cooled, the strength increase in that portion hinders the inflow of the material during forming, and the deep drawability decreases instead. . Therefore, the maximum region of the steel sheet to be cooled in the present invention should be up to the inner region of the die shoulder stops P ₁ and P ₂ .
[0031]
In the present invention, in the case of adopting a configuration in which the steel sheet surface is cooled prior to forming, the relationship between the time when the steel sheet 4 is temporarily held in proximity to the punch 1 and the die 2 and the time when the steel sheet 4 is cooled becomes a problem. However, these can be done first or at the same time. However, if the cooling region is limited to the die shoulder stops P ₁ and P ₂ , these cannot be performed at the same time. In this case, in consideration of productivity, the steel plate surface is first avoided under the circumstance where the die 2 is avoided. It is preferable that the predetermined region is cooled, subsequently replaced with a cooling device, the die 2 is brought close to the steel plate 4 and temporarily held in that state, and then forming is started.
[0032]
In the present invention, unless the region to be cooled is cooled to a temperature lower than (Ar ₃ −200 ° C.), the cooling effect according to the present invention is not exhibited (for example, less than 700 ° C.). If it is below that temperature, there is no particular problem, and it may be cooled to below the Ms point of the material. Note that the type of the steel sheet applied in the present invention is not particularly limited, and a material with better hardenability is more effective.
[0033]
Hereinafter, the effects of the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and any design changes in accordance with the gist of the preceding and following descriptions are technical aspects of the present invention. It is included in the range.
[0034]
【Example】
Using a die (square tube die and square tube punch) having a square punch shape (a side of 45 mm), a hot rectangular tube drawing was performed according to the method of the present invention. At this time, two kinds of circular steel plates having diameters (blank diameters): 110 and 115 (mm) were used as materials (plate thickness: 1.4 mm), and the cooling region D was changed in various ways to cool the steel plate surface. After holding the steel sheet according to FIG. 8) (height by lifter: 3 mm, holding cooling time: 4 seconds), forming was performed and the formability was evaluated.
[0035]
Molding was performed using a crease-pressing force of 9.8 GPa and an anti-seizure paste as a lubricant. Further, the die shoulder radius rd: 7 mm, the punch shoulder radius rp: 5 mm, the punch-die clearance CL: 1.5 mm, the material steel plate is heated to 900 ° C., and then cooled until the temperature in the cooling region D reaches 600 ° C. Went.
[0036]
FIG. 12 shows an outline of the vicinity between the punch and the die at this time. In the drawing, the portions represented by “5R” and “7R” mean that the punch shoulder radius rp and the die shoulder radius rd are set to 5 mm and 7 mm, respectively. Therefore, the distance from the punch center C (punch diameter / 2 position) to the die shoulder stop P ₁ used in this test is 31.2 mm [7 (rd) +1.7 (CL) +5 (rp) +22.5 (Punch diameter / 2) (mm)]. Therefore, when the cooling region D shown in Table 1 below is 62 mm, this corresponds to the case where the space between the die shoulder stops P ₁ and P ₂ (see 7) is cooled (31.2 mm × 2).
[0037]
When molding was performed under each condition, the moldability was evaluated based on the molding height that could be molded without breakage (moldable height). The results are collectively shown in Table 1 below. Moreover, from the result of Table 1, the relationship between the cooling region D and the moldable height is shown in FIG. Incidentally, when the punch and die were subjected to the same conditions as described above, and the square tube drawing was performed by hot according to the normal procedure shown in FIG. 2, the moldable height was 17 mm.
[0038]
[Table 1]

[0039]
From this result, it can be considered as follows. In the case where the steel sheet surface was not cooled prior to forming (Nos. 1 and 6), although the formability was improved as compared with the prior art, only a low formable height was achieved. Moreover, it turns out that the effect which a moldability improvement effect is not yet fully exhibited in what cooled only the area | region (cooling area | region D: 45 mm) corresponding to a punch diameter part (No. 2, 7).
[0040]
No. contrast, was cooled to die shoulder blind P _1, P ₂ 3 and 7, the moldable height is the highest, and it can be seen that high moldability is achieved. In the case of the ones that have been cooled to a position outside the die shoulder stops P ₁ and P ₂ (Nos. 4, 5, 9, and 10), the cooling is performed more than when the space between the die shoulder stops P ₁ and P ₂ is cooled. It can be seen that the moldability is reduced.
[0041]
From the above results, it can be seen that better formability is obtained when the diameter of the material steel plate is smaller (comparison between No. 1-5 and No. 6-10). This is considered to be because the compressive force acting in the circumferential direction in the portion, the frictional force due to (2) wrinkle pressing, etc. are reduced, and the load acting in the height direction during molding is reduced accordingly.
[0042]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and when forming a steel sheet in a hot drawing state at a temperature of 500 ° C. or higher, a forming method capable of realizing a good deep drawing without causing breakage or cracking at the time of forming is realized. did it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a mold configuration for carrying out hot forming.
FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional molding start situation.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of an external shape of a molded product.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a state in which the punch shoulder portion is broken during molding.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a situation where a punch bottom crack occurs during molding.
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing an embodiment of the method of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which molding is started by the method of the present invention.
FIG. 8 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the method of the present invention.
FIG. 9 is a plan view of a mold configured to carry out the method of the present invention.
FIG. 10 is a schematic explanatory view showing an example of a punch head shape.
FIG. 11 is a schematic explanatory view showing another example of a punch head.
FIG. 12 is an explanatory view showing an outline of the vicinity of a punch-die space used in Examples.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a cooling region D and a moldable height in an example.
[Explanation of symbols]
1 Punch 2 Die 3 Blank holder 4 Steel plate (blank)

Claims

Prior to forming the steel sheet heated to the Ar ₃ transformation point or higher using a punch and die, the steel sheet is held in the state of being close to the punch and die, and then forming is started. with at least a position corresponding to the die side walls of the mold, squeezing hot steel plate characterized by cooling the steel sheet surface area of up to a position corresponding to the punch shoulder blind initially contact with the steel plate at the time of molding the molding to Method.

Prior to forming, the forming method according to claim 1 , wherein the surface of the steel sheet corresponding to the inner side of at least the die shoulder stop that first contacts the steel sheet during forming is cooled.

Prior to molding, at least the molding method according to claim 1 or 2, cooling the whole area of the steel sheet surface corresponding to the inner side than the die shoulder blind contacting the steel plate and the first time of molding.