CN102481616B - 弯曲闭合截面结构部件及其制造方法 - Google Patents

弯曲闭合截面结构部件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种仅利用挤压成形的在长度方向具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法。该弯曲闭合截面结构部件的制造方法的特征在于，由2片金属平板进行制造，其具备以下工序：沿金属平板的长度方向，在相当于多边形的弯曲形状的部分成形直线状或曲线状的折线，并在金属平板的宽度方向两端部的至少一侧成形凸缘部的挤压成形工序；和将上述挤压成形的2片金属平板的凸缘部彼此及没有凸缘部的端部彼此相互重叠，将重叠部分在上述金属平板的长度方向进行焊接而制成闭合截面结构的工序；和将得到的闭合截面结构的两端部用夹具固定，向闭合截面结构的中心轴方向进行压缩，制成以挤压成形工序中成形的折线为起点在长度方向进行弯曲的多边形闭合截面结构的工序。

Description

弯曲闭合截面结构部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有弯曲形状的闭合截面结构部件及其制造方法。
背景技术
在汽车、家电等领域中，已知有将2个部件分别成形后，接合该部件而进行闭合截面化的部件。一直以来，作为制造具有弯曲形状的凸缘面积最小化的闭合截面结构部件的方法已知液压成形、辊轧成形。
现有的液压成形技术中，在注入加工液之前需要焊接全部周边部，但专利文献中还公开了以下方法。
专利文献1中公开了液压成形加工装置、液压成形加工方法以及液压成形加工制品，该液压成形加工装置不需要重叠焊接2片以上金属板全部周边部且膨胀加工的密封性优异，能够得到深拉深成形品，且能够同时成形多个部件，生产效率优异。
专利文献2中公开了一种闭合截面弯曲长尺材料的制造方法，其包括以下工序：利用多段成形辊使带板成形为大致闭合截面的辊轧成形工序，和将对接部用铆接用辊进行铆接接合的工序，和将得到的闭合截面长尺材料沿着带板的移动方向用多个弯曲辊进行弯曲化的工序。
专利文献3中公开了一种能够利用1片坯料获得在闭合截面形状的中途具有扭曲的挤压成形品的，以低成本提供轻量且高刚性的具有扭曲部的高品质卷曲截面挤压成形品的技术。
专利文献1：日本特开2008－119723号公报
专利文献2：日本特开2000－263169号公报
专利文献3：日本特开2003－311329号公报
发明内容
专利文献1是涉及液压成形技术的现有技术，以往，在注入加工液之前需要焊接全部周边部，但该技术是通过在与金属板的任一方或两方抵接的压板面设置滑动密封垫且在与另一方抵接的压板面具备非滑动密封垫，从而能够不泄漏加工液地进行成形的技术。根据该方法，可省略液压成形前的焊接工序，并且也能够缩短在液压成形后从成型品中抽出加工液所需要的时间。然而，该技术中对液压成形的进行没有改动，设备成本非常高。另外，为了组装成形品，终究需要进行焊接，此时，存在焊接面的面精度变低这种问题。
专利文献2是涉及辊轧成形技术的现有技术，是将闭合截面弯曲长尺材料通过辊轧成形进行成形的，并且为了省略对接部焊接，在长度方向的表面形成铆接接头。该技术可省略用于闭合截面化的连续焊接，相对于以往的辊轧成形可降低成本，但由于需要辊轧成形所必须的多段模具，因此难以降低设备成本。
另外，专利文献3是公开了基于挤压成形的加工方法的技术。该技术中，采用以下成形方法，即，首先作为预成形，在坯料两端使凸缘部成形，接着，向宽度比预成形形状部件窄且接近最终形状的模内压入预成形品使其成形，进而在最终工序中将预成形品压入沿部件长度方向具有扭曲形状的模。此时，虽然能够成形纵壁部为直线的扭曲形状的部件，但在纵壁部具有曲面的形状的部件的情况下，由于凸缘成形后的预成形时凸缘部产生大的弯曲变形，所以，存在无法进行端面相互间的对接这种问题。
如上所述，虽然现有的闭合截面部件制造技术中有液压成形技术和辊轧成形技术，但从设备成本、制造成本方面考虑，则对挤压成形不利，另外，利用挤压成形技术的制造对于截面形状有限制。
本发明的目的在于，解决制造成本的课题，提供一种仅利用挤压成形来制造在长度方向具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法。
本发明以减少挤压成形工序数、提高部件精度为目的，发现了通过使用2片金属平板，在预成形、焊接后，实施压缩弯曲成形，则能够制造具有曲面的闭合截面结构部件，从而完成了本发明。
本发明的主旨如下所述。
第一发明是一种弯曲闭合截面结构部件的制造方法，其特征在于，由2片金属平板进行制造，具有以下工序：沿金属平板的长度方向，在相当于多边形的弯曲形状的部分成形直线状或曲线状的折线，并在金属平板的宽度方向两端部的至少一侧成形凸缘部的挤压成形工序；将上述挤压成形的2片金属平板的凸缘部彼此及没有凸缘部的端部彼此相互重叠，将重叠的部分在上述金属平板的长度方向进行焊接而制成闭合截面结构的工序；以及，将得到的闭合截面结构的两端部用夹具固定，向闭合截面结构的中心轴方向进行压缩，制成以挤压成形工序中成形的折线为起点在长度方向进行弯曲的多边形闭合截面结构的工序。
第二发明是一种弯曲闭合截面结构部件的制造方法，其特征在于，第一发明所述的制造方法中，在挤压成形工序后具备对凸缘部进行修边的工序。
第三发明是一种弯曲闭合截面结构部件，是利用第一发明或第二发明所述的制造方法制造而得的。
本发明与作为现有的闭合截面部件制造技术的液压成形、辊轧成形进行相比，能够以低成本制造出具有弯曲形状的闭合截面结构部件。另外，本部件不仅能够以低成本成形弯曲形状，还能够实现基于凸缘最小化而带来的轻量化，能使焊接位置接近于部件主体位置，所以能够提高以扭曲刚性为首的刚性。而且能够主要通过弯曲加工得到规定的形状，所以使用超高张力钢板的部件制造也变得容易。
附图说明
图1是表示本发明的弯曲闭合截面结构部件的一个例子的图。
图2(a)是说明本发明的制造方法的图。
图2(b)是说明本发明的制造方法的图。
图2(c)是说明本发明的制造方法的图。
图3是表示发明例1的预成形的形状和成形后的截面形状的图。
图4是表示发明例2的预成形的形状和成形后的截面形状的图。
图5是表示发明例3的预成形的形状和成形后的截面形状的图。
图6是表示发明例4的预成形的形状和成形后的截面形状的图。
图7是表示比较例1的预成形的形状和成形后的截面形状的图。
具体实施方式
下面，对本发明的制造方法使用附图进行说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的弯曲闭合截面结构部件的外观的图。截面形状是4边形且在长度方向具有弯曲形状，并在四边形的对角具有凸缘部。4边截面的一边(各边)的长度为30mm、长度方向长度为300mm、弯曲曲率半径为1000mm、凸缘宽度为5mm。
接着，使用图2(a)、图2(b)、图2(c)，对弯曲闭合截面结构部件的制造方法进行说明。
图2(a)表示作为4边形的弯曲闭合截面结构部件制造的第1工序的预成形工序。本工序中，用2片金属平板制造将4边形以对角进行二等分的坯料A、坯料B。在本实施方式中虽然阐述了4边形，但并不限于4边形，也可以是5边形、6边形等多边形。
本预成形工序是在金属平板上对成为4边截面的各顶点的部位赋予预弯曲的工序。
预弯曲时的由模具的模头底部进行形成的弯曲线α以一定的曲率成形，以使在作为最终工序的压缩弯曲工序(第3工序)中成为弯曲形状。
另外，在第2工序中成为焊接面的部位(板宽端部的凸缘部)也以弯曲线β成为一定的曲率的方式成形。本图中弯曲线α与弯曲线β的曲率、曲率中心相同，但通过改变弯曲线α和弯曲线β的曲率、或改变曲率中心位置，也能够形成同时赋予了弯曲和扭曲的形状。另外，本图表示在板宽端部的两侧形成凸缘部的情况，但凸缘部只要至少在板宽度两端部的一侧形成即可。
图2(b)是表示将第1工序中预成形的金属平板重叠并对端部进行焊接而使其一体化的第2工序的图。对于前工序中预成形的2片挤压成形品，将成形品设置成伸出侧分别成为外侧，使用固定工具(固定夹具)固定成形品端部，焊接两侧的端部的弯曲线β附近。应予说明，本图中的凸缘宽度为5mm。
另外，对于前工序中预成形的挤压成形品，也可以对板端部保留工具固定宽度地进行修边而修整形状之后，在端部实施焊接，此时，能够实现基于凸缘最小化带来的部件轻量化。
另外，本图表示在板宽端部的两侧形成凸缘部的情况，但仅在板宽端部的一侧形成凸缘部时，对于没有凸缘部的端部也可利用规定的固定夹具(未图示)固定端部，焊接其端部附近。应予说明，焊接方法没有特别限定，可举出通常的点焊、激光焊接、电弧焊接、TIG焊接、接缝焊接等。另外，焊接可沿金属平板的长度方向对金属平板的端部的一部分至全部连续进行焊接。
图2(c)是表示利用压缩弯曲决定制品形状的最终工序的图。使用沿焊接线的形状的夹紧工具，分别固定焊接后的预成形品的两端的凸缘部，向部件中心轴方向进行压缩。即，通过缩短夹紧工具间距来进行压缩。进行压缩的同时，焊接部的截面角度钝角化，同时以弯曲线α为中心的弯曲部的截面角度锐角化。压缩需要以解除负载后成为规定的截面角度的方式调整压缩量。
本图表示在焊接后的预成形品的两侧形成凸缘部的情况，但仅在预成形品的一侧形成凸缘部时，对于没有凸缘部的端部也能够利用规定的夹紧工具(未图示)固定端部进行与在两端有凸缘部的情况同样的压缩变形。
应予说明，作为适用于制造本发明的闭合截面结构部件的金属平板，只要是钢铁材料、非铁材料等的金属平板即可，钢铁材料时，可使用通常的热轧钢板、冷轧钢板、镀覆钢板(锌系镀覆、铝系镀覆等)等，软质钢板至超高张力钢板均可使用。
实施例
图3～7表示将四边形弯曲闭合截面结构部件的预成形(第1工序)中的形状进行各种变化来成形，在弯曲线β部进行激光焊接后，进行压缩弯曲，从而评价能否成形、能否焊接的实施例。坯料使用板厚1.2mm、拉伸强度980MPa级的合金化熔融镀锌钢板(GA)。应予说明，锌附着量(单面平均)为45g/m2。焊接使用输出3.8KA的激光焊接。焊接速度为2.5m/min。
对将4边截面以对角进行二等分而成的坯料A、坯料B进行预成形。将坯料A、坯料B的具体例示于图2(b)、图2(c)、图3～7。压缩成形后的截面形状示于图2(c)。将从长度方向观察的2个截面1、截面2的截面形状进行重叠，示于图3～7的各图。另外，弯曲线α、β相当于成为4边截面的角部的部位，是作为弯曲加工的基准线的线。此外，弯曲线β还是重叠坯料A、B进行焊接时的焊接基准线。
No.1(发明例1)
预成形的形状和成形后的截面形状示于图3。四边形截面的一边(各边)的长度为30mm、长度方向长度为300mm、弯曲曲率为1000mm。凸缘宽度为5mm(预成形后未进行凸缘部的修边)。
坯料A、坯料B均是弯曲线α与弯曲线β平行，坯料A与坯料B的全部弯曲线位于相同位置。
No.2(发明例2)
预成形的形状和成形后的截面形状示于图4。四边形截面(风筝形状)的边的长度是长边为40mm、短边为20mm，长度方向长度为300mm，弯曲曲率为1000mm。凸缘宽度为3mm(预成形后未进行凸缘部的修边)。
弯曲线α和弯曲线β是相同的曲率，但弯曲线α相对于弯曲线β形成倾斜的形状，坯料A和坯料B的全部曲线位于相同位置。
No.3(发明例3)
预成形的形状和成形后的截面形状示于图5。四边形截面(长方形)的边的长度是长边为40mm、短边为20mm，长度方向长度为300mm、弯曲曲率为1000mm。凸缘宽度为5mm(预成形后未进行凸缘部的修边)。
弯曲线α和弯曲线β是相同的曲率，弯曲线α相对于弯曲线β形成倾斜的形状，并且，坯料A与坯料B的弯曲线α的倾斜方向成相反方向。因此，对于成形后截面形状中截面1与截面2成为左右相反。
No.4(发明例4)
预成形的形状和成形后的截面形状示于图6。四边形截面的一边(各边)的长度为30mm、长度方向长度为300mm、弯曲曲率为1000mm。凸缘宽度为5mm(修边后)，预成形后进行了凸缘部的修边。
与No.1(发明例1)相同，坯料A、坯料B均是弯曲线α与弯曲线β平行，坯料A和坯料B的全部弯曲线位于相同的位置，但在一方的弯曲线β的位置不存在凸缘。因此对于该部位，将坯料A、坯料B重叠后的全长焊接利用电弧焊接进行接合。
No.5(比较例1)
预成形的形状和成形后的截面形状示于图7。四边形截面的一边(各边)的长度为30mm、长度方向长度为300mm、弯曲曲率为1000mm。本比较例中，坯料A、坯料B均是利用挤压成形，成形至最终形状，将坯料A、坯料B重叠后，连续焊接凸缘部，制成四边形闭合截面。
评价结果
对上述No.1～No.5中制成的四边形弯曲闭合截面结构部件能否成形、能否焊接进行了评价。
表1中示出评价结果。对于评价结果，以○表示能成形或能焊接，×表示不能成形或不能焊接。
表1
No. 凸缘位置 能否成形 能否焊接 备注
1 两侧 ○ ○ 发明例1
2 两侧 ○ ○ 发明例2
3 两侧 ○ ○ 发明例3
4 单侧 ○ ○ 发明例4
5 两侧 ×(折皱、扭曲) × 比较例1
注：○：能、×：不能
发明例1～4中，所有形状均能成形和焊接。另外成形后在焊接部上也未发生裂缝、断裂等不良现象。
另一方面，比较例1中，成形后的部件上产生了扭曲、折皱、回弹，尺寸精度为非常低的级别。此外，挤压成形后的凸缘部表面的对接精度低，在板重叠部上产生缝隙，产生未焊接部，不能进行激光焊接。因此，作为部件(汽车用部件等)其耐久性大幅度降低。
本发明例中，仅以弯曲成形对四边形截面进行成形，所以可使用高张力薄钢板。例如，进行利用激光焊接的连续焊接，则凸缘部的宽度能够缩短为3～5mm，所以可用于汽车部件。作为汽车部件，例如可适用于前立柱、上边梁、车门防撞梁等加强部件等。
符号说明
1闭合截面结构部件的截面
2闭合截面结构部件的截面
α预成形的弯曲线
β预成形的弯曲线
A预成形品
B预成形品

Claims (4)

1.一种弯曲的多边形闭合截面结构部件的制造方法，其特征在于，由2片金属平板进行制造，具备以下工序：沿金属平板的长度方向，在相当于多边形的弯曲形状的部分成形曲线状的折线，并在金属平板的宽度方向两端部的至少一侧成形凸缘部的挤压成形工序；和将所述挤压成形的2片金属平板的凸缘部彼此及没有凸缘部的端部彼此相互重叠，将重叠部分在所述金属平板的长度方向进行焊接而制成具有1个闭合截面的结构的工序；和将得到的闭合截面结构的两端部用夹具固定，向所述的具有1个闭合截面的结构的中心轴方向进行压缩，制成以挤压成形工序中成形的折线为起点在长度方向进行弯曲的具有1个多边形闭合截面的结构的工序，所述金属平板是钢铁材料的金属平板，所述挤压成形工序仅利用挤压成形来制造。
2.根据权利要求1所述的弯曲的多边形闭合截面结构部件的制造方法，其特征在于，所述钢铁材料是拉伸强度980MPa级的合金化熔融镀锌钢板。
3.根据权利要求1所述的弯曲的多边形闭合截面结构部件的制造方法，其特征在于，在所述挤压成形工序后具备对凸缘部进行修边的工序。
4.一种弯曲的多边形闭合截面结构部件，是利用权利要求1～权利要求3中任一项所述的制造方法制造而得的。
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