CN102905809B - 形状冻结性优良的金属部件的成形方法 - Google Patents

Abstract

使用冲头(5)和冲模(4)来成形截面帽型形状部件，该截面帽型形状部件在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部(1b、1b)、与各纵壁部(1b)连接的两侧的凸缘部(1a、1a)、以及与两侧的纵壁部(1b、1b)连接的顶板部(1c)，并且具有以凸缘部(1a、1a)为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部(2)，在上述成形中，将用于得到截面帽型形状部件的最终形状的冲模(4)的冲模肩半径设为R₀，通过具有比冲模肩半径R₀大的冲模肩半径R₁的冲模(4)进行成形之后，通过冲模肩半径为R₀的冲模(4)进行成形。通过这样将成形分为两个阶段，在最终形状中在压缩方向上缓和的应力作用于凸缘部(1a、1a)，从而能够将拉伸-压缩的应力平衡最小化。

Description

形状冻结性优良的金属部件的成形方法

技术领域

本发明涉及一种提高例如汽车车体的结构用部件中所使用的在长边方向上具有弯曲部的截面帽型形状部件等金属部件的形状冻结性的成形方法。

背景技术

近年来，在汽车车体的结构用部件中广泛使用与长边方向垂直的截面的形状为帽型形状的部件(以下称为截面帽型形状部件)。截面帽型形状部件1被成形加工为例如图1所示的形状，具有以凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部2。

在将截面帽型形状部件成形加工成具有这种弯曲部2的情况下，产生由残余应力引起的回弹，如图2的虚线所示，以弯曲点为中心在长边方向上产生3维方向的下垂。该下垂形状的修正无法通过现有的2维形状的回弹(图1的I-I截面内的“ユ”字型截面的开口)的矫正来约束。另外，回弹量定义为从产品的前端部的所希望的形状向铅直方向下垂的量的值。

这样，在截面帽型形状部件的成形中，形状冻结性的确保成为非常重要的技术课题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-181502号公报

专利文献2：日本特开2007-21568号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了确保形状冻结性，例如在专利文献1中，提出了如下加工方法：使用在头部具有向金属板突出的截面半圆形状的凸部的冲头，使冲头的凸部与成为截面帽型形状的壁部的金属板部分接触，进行成形为成为金属板的帽头部的部分向外侧突出的凸形状的预加工，接着使用用于得到预定的帽形状的冲头实施精加工。然而，该加工方法是对具有轴长边方向一定形状的截面帽型形状部件的加工方法，并且只能适用于2维的板翘曲，是无法适用于改善图1及图2所示的具有以凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部2的截面帽型形状部件1的长边方向的3维形状中的下垂的技术。

此外，在例如专利文献2中，提出了如下3维的形状冻结性优良的截面帽型形状部件的成形方法：在部件长边方向上具有弯曲部的截面帽型形状部件的成形方法中，使用冲头、冲模及防皱压板加工工具，在第一阶段成形中将上述部件成形为冲头肩的半径r(mm)大于产品的肩的半径R(mm)，在第2阶段成形中，成形为与第1阶段相同的宽度且产品的肩的半径R(mm)。然而，该成形方法是以凸缘部为内侧在长边方向上弯曲的截面帽型形状部件的成形方法，是无法适用于改善图1及图2所示的具有以凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部2的截面帽型形状部件1的长边方向的3维形状中的下垂的技术。

这样，提高具有以凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部2的截面帽型形状部件1的形状冻结性的需求越来越高，但目前还没有提出能够对其进行改善的方案。

本发明是鉴于上述课题而做出的，提供一种提高金属部件的形状冻结性的成形方法，该金属部件在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部以及与上述两侧的纵壁部中的至少一方连接的凸缘部，并且具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部。

用于解决课题的技术方案

本发明的一种形状冻结性优良的金属部件的成形方法，使用冲头和冲模来成形金属部件，该金属部件在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部以及与上述两侧的纵壁部中的至少一方连接的凸缘部，并且该金属部件具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部，上述金属部件的成形方法的特征在于，将用于得到上述金属部件的最终形状的冲模的冲模肩半径设为R₀，通过具有比上述冲模肩半径R₀大的冲模肩半径R₁的冲模进行一次或多次成形之后，通过上述冲模肩半径为R₀的冲模进行成形。

此外，本发明的形状冻结性优良的金属部件的成形方法的其他特征在于，将上述冲模肩半径R₁设定在1.1R₀以上且3.5R₀以下的范围内。

此外，本发明的形状冻结性优良的金属部件的成形方法的其他特征在于，上述金属部件在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部、与上述两侧的纵壁部中的至少一方连接的凸缘部、以及与上述纵壁部连接的顶板部，并且该金属部件具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部。

此外，本发明的形状冻结性优良的金属部件的成形方法的其他特征在于，上述金属部件为截面帽型形状部件。

发明效果

根据本发明，在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部以及与上述两侧的纵壁部中的至少一方连接的凸缘部、且具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部的金属部件中，能够大幅减小由长边方向的回弹引起的下垂，提高形状冻结性。

附图说明

图1是表示截面帽型形状部件的产品形状的图。

图2是表示截面帽型形状部件在成形后回弹的状态的图。

图3是表示用于成形截面帽型形状部件的加工工具的图。

图4A是表示现有的成形方法中图1的I-I截面上的截面帽型形状部件的成形中的引起回弹的应力的分布的图。

图4B是表示本实施方式的截面帽型形状部件的成形方法中图1的I-I截面上的截面帽型形状部件的成形中的引起回弹的应力的分布的图。

图5是表示本实施方式的截面帽型形状部件的成形方法中的图1的I-I截面上的成形状态的图。

图6是表示本实施方式的截面帽型形状部件的成形方法的步骤的流程图。

图7是表示实施例的回弹改善效果的图。

图8A是表示能够适用本发明的金属部件的例子的图。

图8B是表示能够适用本发明的金属部件的例子的图。

图8C是表示能够适用本发明的金属部件的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的优选实施方式。

在本实施方式中成形的金属部件即截面帽型形状部件1被成形加工为图1所示的形状。即，截面帽型形状部件1在与长边方向垂直的截面(例如I-I截面)上具有两侧的纵壁部1b、1b、与各纵壁部1b连接的两侧的凸缘部1a、1a、以及与两侧的纵壁部1b、1b连接的顶板部1c，并且具有以凸缘部1a、1a为外侧换言之以顶板部1c为内侧在长边方向上弯曲的弯曲部2。

在成形这种截面帽型形状部件1的情况下，如图3所示，使用包括冲头5(punch)、冲模4(die)、及根据需要使用的未图示的压板的加工工具，对钢板3进行成形加工。

图4A是表示现有的成形方法即一次冲压成形中、图1的I-I截面上的截面帽型形状部件成形中的引起回弹的应力的分布的图。在现有的成形中，如图4A所示，主要在弯曲部2的凸缘部1a、1a上产生大的拉伸应力，此外在弯曲部2的冲头底(顶板部1c)上产生大的压缩应力。这些拉伸-压缩的应力成为驱动力，引起以弯曲部2为起点的产品在长边方向上的大幅下垂，产品的形状精度恶化。

因此，本发明人为了使上述拉伸-压缩的应力平衡非常小，进行了刻苦研究，并且如图5所示想到了分两个阶段进行冲压成形。图5是表示本实施方式的截面帽型形状部件的成形方法中的图1的I-I截面上的成形状态的图。另外，在图5中，标号6表示冲模4及钢板3的冲模肩。此外，图6是表示本实施方式的截面帽型形状部件的成形方法的步骤的流程图。

将用于得到最终形状的冲模4的冲模肩半径设为R₀[mm]。在第一阶段的成形中，通过具有比冲模肩半径R₀[mm]大的冲模肩半径R₁[mm]的冲模4进行成形(步骤S101)，对弯曲部2的凸缘部1a、1a仅作用有拉伸应力。图5的状态a表示第一阶段结束时的钢板3。冲模肩半径R₁优选设定在1.1R₀以上且3.5R₀以下的范围内。将冲模肩半径R₁设置为3.5R₀以下是因为，若冲模肩半径R₁过大，则存在容易在成形品上形成褶皱的趋势。

接着，在第二阶段的成形中，如图5的状态b、状态c所示，通过冲模肩半径为R₀[mm]的冲模4成形为最终形状(步骤S102)。

在第一阶段及第二阶段中冲头宽度均相同。此外，在第一阶段的成形中，冲模肩半径R₁优选适用于包括弯曲部2的长边方向的整个区域，但也可以仅适用于一部分例如弯曲部2附近。

图4B是表示本实施方式的截面帽型形状部件的成形方法中图1的I-I截面上的截面帽型形状部件的成形中的引起回弹的应力的分布的图。通过将冲压成形设置为两个阶段，弯曲部2的凸缘部1a、1a处的拉伸应力与图4A所示的凸缘部1a、1a的拉伸应力相比非常小，在最终形状中，压缩方向上被缓和的应力作用于凸缘部1a、1a，从而能够将拉伸-压缩的应力平衡最小化。通过采用这种成形方法，能够向压缩方向矫正在弯曲部2的凸缘部1a、1a上产生的拉伸应力，大幅减小由于长边方向的回弹引起的下垂。

实施例

如图1所示，将长度为500[mm]、帽头部宽度(顶板部宽度)为40[mm]、凸缘部1a、1a的边缘之间的宽度为100[mm]、纵壁部长度为50[mm]的截面帽型形状部件1成形加工为在长边方向的中央部具有半径为R_b：300[mm]的弯曲部2(弯曲角度：约170[°])。

在本发明例子中，在图5的状态a所示的第一阶段的成形中，将弯曲部2的冲模肩半径R₁[mm]成形为冲模肩半径R₀：8[mm]的1.25倍的1.25R₀：10[mm]的大小，使拉伸应力作用于凸缘部1a、1a。接着，如图5的状态b所示，使用与第一阶段相同的冲头宽度、冲模肩半径为R₀：8[mm]的冲模4，进行向压缩方向矫正在凸缘部1a、1a上产生的拉伸应力的成形加工。

同样，在本发明的另一个例子中，在图5的状态a所示的第一阶段的成形中，将弯曲部2的冲模肩半径R₁[mm]成形为冲模肩半径R₀：8[mm]的1.5倍的1.5R₀：12[mm]的大小，使拉伸应力作用于凸缘部1a、1a。接着，如图5的状态b所示，使用与第一阶段相同的冲头宽度、冲模肩半径为R₀：8[mm]的冲模4，进行向压缩方向矫正在凸缘部1a、1a上产生的拉伸应力的成形加工。

另一方面，作为比较例，使用冲模肩半径为R：8[mm]的冲模4，像现有的方法那样通过一个阶段进行成形加工。

其结果，如图7所示，在比较例中回弹量达到约4.42[mm]，非常大。而在第一阶段的成形中弯曲部2的冲模肩半径R₁[mm]为1.5R₀：12[mm]的本发明例子中为约2.96[mm]，实现了改善约33%的惊人的效果。

表1表示冲模肩半径之比R₁/R₀与回弹量之间的关系。如表1所示，与R₁/R₀＝1的情况即像现有的方法那样通过一个阶段进行成形加工的情况相比，通过增大R₁/R₀，能够减小回弹量。若增大R₁/R₀，则回弹量也减小，但像R₁/R₀＝3.8的情况那样若冲模肩半径R₁超过3.5R₀，则发生成形不良。

[表1]

R1/R0	回弹量[mm]	备注
			1.0	-4.42	现有方法
1.1	-3.8	推荐值下限
			1.5	-2.96
2.0	-2.8
			2.5	-2.74
3.0	-2.72
			3.5	-2.71	推荐值上限
3.8-		发生成形不良

以上，和各实施方式一起说明了本发明，但本发明不仅限定于上述实施方式，能够在本发明的范围内进行变更等。例如，在上述实施方式中说明了分两个阶段进行冲压成形的例子，但也可以是三个阶段以上。即，通过具有比冲模肩半径R₀大的冲模肩半径R₁的冲模进行多次成形。此时，冲模肩半径R₁在不超出冲模肩半径R₀的范围内逐渐减小。之后，通过冲模肩半径为R₀的冲模进行成形。

此外，在上述实施方式中，说明了以凸缘部1a、1a为外侧(即以顶板部1c为内侧)向铅直方向弯曲的例子，但是在以顶板部1c为内侧向斜上方弯曲的情况下也能够适用本发明。即，在以顶板部1c为内侧以包含铅直方向的成分的方式弯曲的情况下能够适用本发明。

此外，在上述实施方式中，以与长边方向垂直的截面的形状为一级的帽型形状的部件为例进行了说明，但是在例如图8A、图8B所示的多级的帽型形状的金属部件上也能够适用本发明。此外，在例如图8C所示的与长边方向垂直的截面上两侧的纵壁部1b、1b和顶板部1c圆滑地连续的形状的金属部件上也能够适用本发明。

工业上的可利用性

本发明在例如汽车车体的结构用部件中所使用的截面帽型形状部件等在与长边方向垂直的截面上具有纵壁部和与上述纵壁部连接的凸缘部、且具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部的金属部件中，能够大幅减小由长边方向的回弹引起的下垂。

Claims (2)

1.一种形状冻结性优良的金属部件的成形方法，使用冲头和冲模来成形金属部件，该金属部件在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部以及与上述两侧的纵壁部中的至少一方连接的凸缘部，并且该金属部件具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部，上述金属部件的成形方法的特征在于，

将用于得到上述金属部件的最终形状的冲模的冲模肩半径设为R₀，通过冲头宽度相同且具有比上述冲模肩半径R₀大的冲模肩半径R₁的冲模对最终要成形为上述冲模肩半径R₀的部位进行一次或多次成形，由此成形为在与长边方向垂直的截面上具有两侧的纵壁部、和与上述两侧的纵壁部中的至少一方连接的凸缘部，并且具有以上述凸缘部为外侧在长边方向上弯曲的弯曲部的中间形状，之后，通过上述冲模肩半径为R₀的冲模进行成形，由此成形为上述最终形状，

将上述冲模肩半径R₁设定在1.1R₀以上且3.5R₀以下的范围内。

2.根据权利要求1所述的形状冻结性优良的金属部件的成形方法，其特征在于，

上述金属部件为截面帽型形状部件。