超高張力鋼（アルミニウム）用高速ホットスタンプ生産ライン

3.ホットスタンプの主な設備には、加熱炉、熱間成形プレス、ホットスタンプ金型が含まれます。

加熱炉：

加熱炉は加熱・温度制御機能を備えており、高強度鋼板を規定時間内に再結晶温度まで加熱し、オーステナイト相に到達させることができます。また、大規模な自動化連続生産要件にも対応できる必要があります。加熱されたビレットはロボットまたは機械アームでしかハンドリングできないため、炉には高い位置決め精度を備えた自動装填・取り出し機能が求められます。さらに、非塗装鋼板を加熱する場合は、ビレットの表面酸化と脱炭を防ぐため、ガス遮断機能も備えています。

熱間成形プレス：

プレス機はホットスタンプ技術の核心であり、高速プレスと保持能力に加え、急速冷却システムを備える必要があります。熱間成形プレスの技術的複雑さは、従来の冷間成形プレスをはるかに上回っています。現在、このようなプレス機の設計・製造技術を習得している海外企業はごくわずかで、すべて輸入に依存しているため、価格が高価になっています。

ホットスタンピング金型:

ホットスタンプ金型は、成形と焼入れの両方の段階を備えています。成形段階では、ビレットが金型キャビティに供給されると、金型は迅速にスタンピングプロセスを完了し、材料がマルテンサイト相変態を起こす前に部品の成形を完了させます。次に、金型は焼入れおよび冷却段階に入り、金型内のワークピースの熱が継続的に金型に伝達されます。金型内に配置された冷却パイプは、流れる冷媒によって熱を瞬時に除去します。ワークピースの温度が425℃に低下すると、マルテンサイト-オーステナイト変態が始まります。マルテンサイト-オーステナイト変態は、温度が280℃に達すると終了し、200℃でワークピースが取り出されます。金型保持の役割は、焼入れプロセス中の熱膨張と収縮の不均一を防ぐことです。不均一な熱膨張と収縮は、部品の形状と寸法に大きな変化をもたらし、スクラップにつながる可能性があります。さらに、ワークと金型間の熱伝達効率を高め、急速な焼入れと冷却を促進します。

要約すると、ホットスタンピングの主な設備には、希望する温度を達成するための加熱炉、急速冷却システムで高速スタンピングと保持を行う熱間成形プレス、および適切な部品形成と効率的な冷却を確保するために成形段階と焼入れ段階の両方を実行するホットスタンピング金型が含まれます。

焼入れ冷却速度は生産時間に影響するだけでなく、オーステナイトとマルテンサイト間の転化効率にも影響します。冷却速度はどのような結晶構造が形成されるかを決定し、ワークの最終的な硬化効果に関係します。ボロン鋼の臨界冷却温度は約30℃/sであり、冷却速度が臨界冷却温度を超えた場合にのみ、マルテンサイト組織の形成が最大限に促進されます。冷却速度が臨界冷却速度に満たない場合、ワークの結晶組織にはベイナイトなどの非マルテンサイト組織が出現します。ただし、冷却速度は高いほど良いですが、冷却速度が高すぎると成形部品の割れにつながるため、部品の材料組成とプロセス条件に応じて適切な冷却速度範囲を決定する必要があります。

冷却管の設計は冷却速度の大きさに直接関係するため、一般的には最大熱伝達効率の観点から冷却管を設計します。そのため、設計された冷却管の方向はより複雑になり、鋳型鋳造完了後に機械加工で取得することが困難になります。機械加工による制約を回避するために、一般的には鋳型鋳造前に水路を確保する方法が選択されます。

ホットスタンピング金型は、200℃から880～950℃という厳しい冷熱交互条件下で長時間稼働するため、優れた構造剛性と熱伝導性を備え、高温下でビレットから発生する強い熱摩擦や、脱落した酸化物層粒子による摩耗に耐える必要があります。さらに、冷却パイプのスムーズな流れを確保するために、金型材料は冷却水に対する優れた耐腐食性も備えていなければなりません。

トリミングとピアス

ホットスタンプ後の部品の強度は約1500MPaに達するため、プレス加工や打ち抜き加工を行うと設備の必要トン数が増加し、金型の刃先の摩耗も深刻になります。そのため、エッジや穴の切断にはレーザー切断機が用いられることが多いです。