CN102665957B - 压制成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种压制成形方法，其能够提高尺寸精度，并且通过减少模具修正的次数等来减少用于准备批量生产的成本。本发明的压制成形工序是以下的压制成形方法，所述压制成形方法用于将作为成形原料的坯料成形为具有预定形状的产品(5)，所述产品的帽子型截面在长度方向上连续，并且所述产品包括在该长度方向上向顶面侧突出的弯曲部分。在压制成形工序中，成形中间产品(4)，所述中间产品(4)在产品(5)的弯曲部分的一部分上具有多余部分(45)，所述多余部分(45)突出到比产品(5)的顶面更高的位置，在限制中间产品(4)的多余部分(45)以外的部分的同时，将多余部分(45)成形为向与多余部分(45)的突出方向相反的方向突出，并将中间产品(4)成形为所述预定形状。
Description
技术领域
本发明涉及压制成形方法，特别地涉及减小压制成形后的回弹的技术。
背景技术
在使用平板状的坯料来压制成形具有向长度方向弯曲的形状、并且具有箱型或者帽子型的截面形状的金属部件的情况下，将金属部件从用于压制成形的模具脱模后，由模具施加的弯曲应力被释放，在该弯曲应力被释放的方向上会发生金属部件反弹的不良情况(回弹)。特别是，众所周知，金属部件的弯曲部分容易发生回弹，在将金属部件成形为弯曲形状之后，尺寸精度会恶化。
以往，为了解决上述的问题，通过预先在模具中考虑成形后的回弹量，调整模具形状来确保期望的尺寸精度。但是，由于近年来的金属部件的轻量化、高强度化的需求，逐渐使用高强度钢板作为金属部件的材料。高强度钢板压制成形后的回弹量大，所以存在确保尺寸精度非常困难，模具的调整需要进行数次的问题。并且，随着模具的调整次数的增加，导致制作周期、成本增大。
作为解决上述问题的手段，公开了以下所示的专利文献1以及专利文献2中的技术。
专利文献1公开了成形具有向长度方向弯曲的形状的金属部件的压制成形方法，其在第一成形工序中成形在顶板面设有凸起的中间品，在第二成形工序中在以使所述凸起消失的方式按压的同时，成形为产品形状。根据该方法，能够减小长度方向的拉伸应力，减小回弹量。
但是，通过专利文献1记载的压制成形方法成形的产品具有平坦的顶板面，所以如图14的(a)所示，在所述第二成形工序中按压在所述第一成形工序中被形成于金属部件100的顶板面110上的凸起120时，在与金属部件100的长度方向正交的方向(宽度方向)上新产生板厚表里面的应力差，由于该应力差在宽度方向发生回弹。如图14的(b)所示，该宽度方向的回弹成为金属部件100在长度方向上的回弹的主要原因，所以存在难以确保尺寸精度的缺点。
另外，专利文献2公开了如下的压制成形方法，其在使用精加工冲压机进行精加工之前，使用直径比精加工冲压机小的预加工冲压机对顶板部分以及壁面部分进行预加工。据此，能够通过预加工冲压机对壁面部分实施与产品形状相反方向的弯曲加工，能够减小精加工后的壁面产生的弯曲。
而且，公开了以下的成形技术：在所述精加工时，使用用于获得在顶板部分设有凹部的预定的截面形状的冲压机以及将具有与所述冲压机的凹部相应的凸部的顶板面成形工具设置于与所述冲压机对置的模具侧的部位的加工工具，在即将到达成形行程的下止点之前，将成为所述顶板面的部分向内侧成形为凸形状。
但是，在专利文献2公开的压制成形方法中，如图15所示，在使用预加工冲压机150进行预加工之后使用精加工冲压机160进行精加工时，不能通过模具180来限制壁面170的全体，所以存在成形后的金属部件可产生褶皱、原料裂缝等成形品质差的缺点。特别地，如图15所示，在壁面170与顶板面190的分界部分175处容易产生褶皱、裂缝。
专利文献1：日本专利文献特开2007-222906号公报
专利文献2：日本专利文献专利第3864899号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的是提供一种压制成形方法，其能够提高尺寸精度，并且通过减少模具修正的次数等来减少用于准备批量生产的成本。
用于解决问题的手段
本发明的压制成形方法用于将成形原料成形为具有预定形状的产品，所述产品的帽子型截面在长度方向上连续，并且所述产品包括在该长度方向上向顶面侧突出的弯曲部分。在所述压制成形方法中，成形中间产品，所述中间产品在所述产品的弯曲部分的一部分上具有多余部分，所述多余部分突出到比所述产品的顶面更高的位置，在限制所述中间产品的多余部分以外的部分的同时，将所述多余部分成形为向与所述多余部分的突出方向相反的方向突出，并将所述中间产品成形为所述预定形状。
在所述压制成形方法中，优选所述中间产品的多余部分仅被形成于所述产品的顶面的范围内。
在所述压制成形方法中，优选在所述中间产品形成所述多余部分的区域内，所述多余部分的与所述中间产品的长度方向正交的任意位置截面中的从所述多余部分的开始点到终止点的线长、和所述产品的所述任意位置截面中的从与所述多余部分的开始点相当的位置到与所述多余部分的终止点相当的位置的线长大致相等。
在所述压制成形方法中，优选在所述中间产品形成所述多余部分的区域内，所述多余部分的顶点在所述中间产品的长度方向截面中的轮廓、与凹部的底点在所述产品的长度方向截面中的轮廓具有大致相似的形状，所述凹部向与所述多余部分的突出方向相反的方向突出而被成形。
发明的效果
根据本发明的压制成形方法，能够提高尺寸精度，并且通过减少模具修正的次数等来减小用于准备批量生产的成本。
附图说明
图1是示出通过本发明的压制成形方法获得的产品的侧视图；
图2是示出产品的俯视图；
图3是示出第一模具的概要图；
图4是示出使用了第一模具的第一压制成形工序的概要图；
图5是示出使用第一模具成形的中间产品的侧视图；
图6是示出中间产品的俯视图；
图7是示出形成在中间产品上的多余部分的概要端面图；
图8是示出第二模具的概要图；
图9是示出使用了第二模具的第二压制成形工序的概要图；
图10是示出中间产品以及产品的放大立体图，(a)示出中间产品，(b)示出产品；
图11是示出宽度方向的多余部分的形成量的概要端面图；
图12是示出长度方向的多余部分的形成形状以及形成量的概要端面图；
图13是示出多余部分的其他方式的概要端面图；
图14是示出在中间产品上设置凸起的以往的压制成形方法的图，(a)是宽度方向上的概要图，(b)是长度方向上的概要侧视图；
图15是示出包含预加工工序的以往的压制成形方法的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本实施方式所涉及的压制成形方法。压制成形方法是多级压制成形方法，其使用作为用于压制成形的模具的各模具1、2成形具有预定形状的产品5。
第一模具1将作为成形原料的坯料3成形为具有预定形状的中间产品4，第二模具2将中间产品4成形为具有预定形状的产品5。
此外，以下，将与中间产品4以及产品5的长度方向正交的方向作为中间产品4以及产品5的宽度方向来说明。
坯料3是具有高拉伸强度(例如，980MPa左右)的高强度钢板，并且是具有预定大小的薄板状的构件。
产品5是具有帽子形状的金属部件，并且是在宽度方向的截面视图中，具有帽子型截面在长度方向上连续的形状，在长度方向上具有向顶面侧突出的弯曲形状的构件。产品5是通过模具1、2所获得的最终产品，是将经第一模具1成形的中间产品4进一步经第二模具2成形而获得的。产品5是例如中心外柱(center outer pillar)、增强材料等汽车部件。
如图1以及图2所示，产品5包括与模具1、2的压制方向相对的顶板面51、从顶板面51的宽度方向的两个端部连续成形的大致直立状的两个壁面52、在壁面52的与顶板面51相对侧的端部(图1中的下端部)成形的两个凸缘面53。这里，顶板面51是作为具有帽子型截面的产品5的顶面而成形的部位，详细地说是从产品5的顶面侧(图1中的上面侧)的弯曲棱线的一侧壁面52侧的转角52a(参照图7、图11等)成形到相对的壁面52侧的转角52a的部位。两个壁面52相对于顶板面51向相同的方向弯曲，两个凸缘面53从两个壁面52的端部向宽度方向外侧伸出。
如图1以及图2所示，顶板面51在长度方向的一部分(更加严密地说，是从顶板面51的长度方向的中途部分开始到一个端部的部位，在图示中标识为「曲面」的区域)上具有向顶板面51侧突出并弯曲的曲面54。但是，假定顶板面51的曲面54以外的部分(在图示中标识为「平面」的区域)被成形为没有曲率的平面。
如图3所示，第一模具1包括冲模10、冲压机11、两个防皱压板12。如图4所示，在第一模具1中，通过冲模10和两个防皱压板12来夹持坯料3，通过冲压机11将坯料3成形为预定形状。
冲模10具有呈预定形状的凹部10a，冲压机11具有与冲模10的凹部10a空出预定间隔(更加严密地说，空出与坯料3的厚度大致相等的间隔)并能够容纳于凹部10a内的凸部11a。另外，冲模10、冲压机11、以及两个防皱压板12之间能够相互移动。
如图4所示，在使用了第一模具1的第一压制成形工序中，(a)通过使载置了坯料3的两个防皱压板12向冲模10移动，(b)由两个防皱压板12和冲模10来夹持坯料3，(c)通过使冲压机11向坯料3移动，使坯料3弯曲成形为由冲模10的凹部10a和冲压机11的凸部11a形成的预定的空间形状，由此得到中间产品4。
经过第一压制成形工序后，将中间产品4脱离第一模具1，转移到通过第二模具2进行的第二压制成形工序。
此外，使用了第一模具1的第一压制成形工序不限定于本实施方式，只要能够成形具有预定形状的中间产品4就可以使用。也就是说，作为最终成形产品5的预备成形，只要是成形在产品5的曲面(弯曲部分)54的一部分上具有突出到比产品5的顶板面(顶面)51高的位置的多余部分45的中间产品4的工序即可。
如图5以及图6所示，通过第一模具1成形的中间产品4具有帽子型截面，并且包括成形为其顶面的顶板部41、从顶板部41的宽度方向的端部连续成形的大致直立状的两个壁部42、以及在两个壁部42的与顶板部41相对侧的端部(图5中的下端部)成形的两个凸缘部43。
顶板部41被成形为在长度方向上具有曲率的形状，壁部42以及凸缘部43被成形为与产品5的壁面52以及凸缘面53大致相同的形状。换言之，中间产品4与产品5在顶面部分(顶板部41与顶板面51)的成形形状上有大的差异。
如图1以及图5所示，中间产品4具有在顶板部41上在从产品5的顶板面51的曲面54的端部(更加严密地说，是包含曲面54的开始点或者其附近的位置)直到中途部分上被形成了多余部分45的形状，所述多余部分45被成形在比产品5的顶板面51高的位置。
更加具体地说，如图7所示，中间产品4中的顶板部41被成形为从产品5的顶板面51与两个壁面52的分界部分(两个转角52a)向部件高度方向(图7中的上方向)隆起。这样，在中间产品4中，比产品5的顶板面51向上方突出的部分是被形成于顶板部41的多余部分45。也就是说，中间产品4与产品5大的差异在于在顶面部分上成形有向模具1、2的压制方向突出的多余部分45这一点。
如图8所示，第二模具2包括冲压机20、弯曲刀刃21、衬垫22。如图9所示，在第二模具2中，由冲压机20和衬垫22夹持中间产品4，通过弯曲刀刃21使中间产品4的顶板部41成形为预定形状。
冲压机20具有呈预定形状的凹部20a，弯曲刀刃21具有与冲压机20的凹部20a空出预定间隔(更加严密的说，空出与中间产品4的厚度大致相等的间隔)并能够容纳到凹部20a内的凸部21a。衬垫22被构成为能够与冲压机20的凸缘部43以及壁部42空出预定间隔(更加严密的说，空出与中间产品4的厚度大致相等的间隔)且卡合，特别地被构成为能够限制被形成于中间产品4的多余部分45以外的部分。另外，冲压机20、弯曲刀刃21、以及衬垫22能够相互相对移动。
如图9所示，在使用了第二模具2的第二压制成形工序中，(a)将中间产品4载置到冲压机20上，(b)通过使衬垫22向冲压机20移动，由衬垫22和冲压机20来限制中间产品4的多余部分45以外的部位(特别是，中间产品4的两个壁部42的全体)，(c)通过使弯曲刀刃21向中间产品4移动，在挤压中间产品4的多余部分45的同时，对多余部分45弯曲成形直到多余部分45的突出形状(凸形状)变为与该突出方向相反方向的突出形状(凹形状)，从而得到产品5。
此外，在本实施方式，第二模具2的弯曲刀刃21与衬垫22被分体构成，但是根据中间产品4或者产品5的形状等的需要，也可以将它们一体地设置，只要是通过第二模具2能够适当地限制中间产品4的多余部分45以外的部位的构成即可。所述“根据中间产品4或者产品5的形状”是指，例如产品5具有箱型截面、中间产品4上没有凸缘部43的情况。
如图9以及图10所示，在通过第二模具2成形的产品5的顶板面51的一部分(宽度方向的大致中央部)上成形了向与形成于中间产品4的多余部分45的突出方向(图示中的上方向)相反方向(图示中的下方向)突出的凹部55。该凹部55被成形为遍及在中间产品4中被形成了多余部分45的部位的整个长度方向，凹部55的底面被成形为大致平坦的面。也就是说，在产品5中，顶板面51的曲面54的一部分上成形了沿长度方向大致平坦的凹部55。
如上所述，压制成形工序包括：第一压制成形工序，其使用第一模具1将坯料3成形为被形成了多余部分45的中间产品4，以及第二压制成形工序，其使用第二模具2按压中间产品4的多余部分45，使其弯曲成形直到突出方向变为相反方向而成形为产品5。
通过使用了第一模具1的第一压制成形工序获得的中间产品4具有以下的形状：在具有朝向长度方向的曲率的顶板部41的曲面部分的一部分上被形成了多余部分45(参照图10的(a))。
通过使用了第二模具2的第二压制成形工序获得的产品5在其顶板面51的曲面54上成为具有凹部55的形状(参照图10的(b))，所述凹部55包含大致平坦的底面。
这样，在第二压制成形工序中，对于被形成于中间产品4的多余部分45中残留的长度方向的拉伸应力，通过压缩被形成于中间产品4的顶板部41的曲面部分的多余部分45而成形直到向相反方向突出，从而附加对长度方向的压缩应力，能够缓和顶板面51的长度方向残留的拉伸应力。由此，能够减小产品5的长度方向上的回弹。
并且，通过压缩多余部分45而向相反方向突出，能够缓和在将多余部分45挤压成平面的过程中产生的宽度方向的板厚表里面的应力差，由此能够去除多余部分45的宽度方向的弯曲度，能够减小如专利文献1那样将多余部分挤压成平面的情况下产生的产品5的宽度方向的回弹的弊端(伴随多余部分挤压而发生长度方向的回弹)。
另外，在第一压制成形工序中，形成于中间产品4的多余部分45仅被成形在产品5的顶板面51的范围内，由此在第二压制成形工序中，在通过弯曲成形挤压多余部分45时，能够通过第二模具2充分限制多余部分45以外的部分。
这样，在第二压制成形工序中，能够防止成形原料脱离(移动)到顶板面51以外而导致附加到顶板面51的压缩应力不充分，并能够充分地减小顶板面51残留的拉伸应力。因此，能够有效地防止由此而产生的回弹，也能够防止由于多余的原料而产生褶皱。另外，也能够防止因为顶板面51以外的成形原料流入到顶板面51，没有充分减小顶板面51的应力的原因而产生回弹。此外，能够防止由这些原因导致的成形不良。
如上所述，由于能够减小产品5的长度方向以及宽度方向上的回弹，所以不管产品5的成形原料的种类，都能够容易地在模具1、2中考虑最终在产品5中产生的回弹量，因此能够提高产品5的尺寸精度。此外，通过减少模具修正的次数等能够减小用于准备批量生产的成本。
这样，根据本实施方式，在通过压制成形来成形具有箱型或者帽子型截面，并且在长度方向上具有曲率的金属部件时，能够提高压制成形的尺寸精度，并且能够通过减少模具修正次数等来减小用于准备批量生产的成本。
另外，如上所述，通过所述压制成形工序获得的产品5的顶板面51在曲面54中具有凹部55。该凹部55具有从顶板面51的顶面向产品5的内侧突出的形状，所以能够防止在将产品5组装到汽车车体等时与其他构件发生干涉。另外，凹部55的底面被成形为平坦的面，因此在将产品5与其他的构件焊接固定时，不会损害焊接操作性，能够确保操作性。
这样，优选在第一压制成形工序中形成的多余部分45成形为从顶板面51的顶面向上方突出的形状，而形成于产品5的凹部55的底面成形为平坦的面。
另外，形成于中间产品4上的多余部分45可以被适当地形成在与产品5的顶板面51的形状相应的位置，也可以被形成在长度方向的弯曲应力最大的位置上。例如，在产品5具有在整个长度方向上具有曲面的形状的情况下，设定多余部分45的形成位置以使其包含该曲面的曲率发生变化的部位(长度方向截面中的拐点)。这样，能够最大限度地减小长度方向上残留的拉伸应力，所以能够有效地减小长度方向上的回弹量。
以下，参照图11以及图12，详细地说明多余部分45在中间产品4上的形成方式(形成量，形成形状)。
首先，关于多余部分45在宽度方向的形成量，使用线长H1与线长H2的宽度方向的线长比H2/H1来表示，其中，线长H1是被形成于中间产品4上的多余部分45的宽度方向的任意位置截面中的线长，线长H2是同一截面中的产品5的顶板面51的线长。
如图11所示，线长H1是将一侧的壁面52的转角52a设定为开始点，将与该壁面52相对的壁面52的转角52a设定为终止点的多余部分45的截面长度，线长H2同样地是将一侧的壁面52的转角52a设定为开始点，将与该壁面52相对的壁面52的转角52a设定为终止点的顶板面51的截面的长度。
考虑到在第二压制成形工序中弯曲成形多余部分45时的压缩作用以及成形原料的流入量/流出量，优选宽度方向线长比H2/H1是1.0左右，更优选在1.1以下。
这样，在将多余部分45弯曲成形为凹形状时，能够向产品5施加缓和长度方向的拉伸应力的压缩作用和在宽度方向上的适度的拉伸作用。因此，能够将产品5的顶板面51新应力的产生限制到最低限度，能够提高产品5的尺寸精度。
但是，形成多余部分45的区域被设定为其内部包含产品5的曲面54的长度方向的端部(特别是曲率变化大的部位)，所以在多余部分45的长度方向的端部，不需要一定满足上述宽度方向线长比的值。
如图12所示，优选形成多余部分45以使轮廓P1与轮廓P2为大致相似的形状(更加严密地说，除了多余部分45的长度方向的两个端部以外为相似的形状)，其中轮廓P1是在长度方向截面观察到的中间产品4的宽度方向的多余部分45的顶点的轮廓，轮廓P2是在长度方向截面观察到的产品5的凹部55的底点(底面)的轮廓。因此，在第二压制成形工序中，在按压被形成于中间产品4上的多余部分45时，能够抑制产品5的顶板面51新应力的产生，提高尺寸精度，并且能够抑制产品5的凹部55的底面上产生褶皱。
作为将轮廓P1、P2构成为大致相似的形状的具体例子，能够例举出以多面体来构成在长度方向截面观察的情况下被构成为曲面的凹部55的底面形状等。这样通过将凹部55构成为多面体，能够容易地管理焊接面的精度，达到易于应用于批量生产工序的効果。
另外，关于多余部分45的长度方向上的形成量，使用线长L1和线长L2的长度方向线长比L2/L1(参照图12)来表示，其中，线长L1是与中间产品4上形成的多余部分45的长度方向正交的截面的顶点部分的长度方向截面中的线长，线长L2是产品5的凹部55的底面的长度方向截面中的线长。如图12所示，线长L1、L2是轮廓P1、P2的线长。
考虑到在第二压制成形工序中弯曲成形多余部分45时的压缩作用以及成形原料的流入量/流出量，优选长度方向线长比L2/L1在1.0以下。
另外，也可以设定宽度方向线长比H2/H1与长度方向线长比L2/L1的积是1.0左右。例如，即使宽度方向线长比H2/H1是1.1的情况下，通过使长度方向线长比L2/L1是0.9，也能够使多余部分45的表面积与形成了多余部分45的部分的顶板面51的表面积大致相等，因此在多余部分45的弯曲成形时，在多余部分45之内进行材料的流入以及流出，能够可靠地防止成形原料的褶皱、裂缝的产生。
此外，通过第一模具1形成在中间产品4上的多余部分被形成为顶板面51的一部分突出到比产品5的顶板面51的成形高度更高的位置即可，例如，如图13所示的多余部分65亦可。该多余部分65被平滑地成形为从顶板面51的凹部55的两个壁部56各自的顶部57向上方突出于顶板面51。也就是说，被成形为作为中间产品4的顶面的顶板部41与多余部分65平滑地连接。
即使在这样的情况下，在通过第二模具2将多余部分65向相反方向压缩并挤压时，宽度方向上的残留拉伸应力被消除，能够减小宽度方向上的回弹量。另外，同样地能够减小长度方向上的回弹量。
产业上的利用可能性
本发明适用于使用压制模具对成形原料进行压制成形的工序，特别是，能够很好地利用于使用回弹量大的成形原料的情况，或者具有回弹量大的产品形状的情况。
Claims (3)
1.一种压制成形方法，所述压制成形方法用于将成形原料成形为具有预定形状的产品，所述产品的帽子型截面在长度方向上连续，并且所述产品包括在该长度方向上向顶面侧突出的弯曲部分，所述产品的帽子型截面包括顶面以及从所述顶面的宽度方向的端部连续成形的直立状的壁面，
在所述压制成形方法中，
成形中间产品，所述中间产品在所述产品的弯曲部分的一部分上具有多余部分，所述多余部分突出到比所述产品的顶面更高的位置，并且仅被形成于所述产品的顶面的范围内，
在限制所述中间产品的整个壁面的同时，将所述多余部分成形为向与所述多余部分的突出方向相反的方向突出，并将所述中间产品成形为所述预定形状。
2.根据权利要求1所述的压制成形方法，其中，
在所述中间产品形成所述多余部分的区域内，
所述多余部分的与所述中间产品的长度方向正交的任意位置截面中的从所述多余部分的开始点到终止点的线长、和所述产品的所述任意位置截面中的从与所述多余部分的开始点相当的位置到与所述多余部分的终止点相当的位置的线长大致相等。
3.根据权利要求1或2所述的压制成形方法，其中，
在所述中间产品形成所述多余部分的区域内，
所述多余部分的顶点在所述中间产品的长度方向截面中的轮廓、与凹部的底点在所述产品的长度方向截面中的轮廓具有大致相似的形状，所述凹部向与所述多余部分的突出方向相反的方向突出而被成形。
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