CN102883833B - 能够调整硬度的热压成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用模具来对能够淬火的钢板进行冲压成形。本发明的方法构成为，将上述钢板加热至上述钢板的Ac3点以上，为了对限定的部位给予局部的形变，对上述加热后的钢板进行最初的冲压，在上述最初的冲压之后，保持使上述模具与上述钢板分开的状态，对保持为上述状态的上述钢板再次进行冲压，维持使上述钢板与上述模具紧贴的状态。
Description
技术领域
本发明涉及如下热压成形的方法，即，通过快速冷却实现冲压成形品的硬度增大，并且，能够局部地调整硬度。
背景技术
以高强度化、轻模具化的目的，经常利用高张力钢板。若对高张力钢板进行冷压，则由于其强度高且回弹大、形状冻结性方面而产生问题。为了克服这样的问题，以热加工来实施冲压，从而代替利用冷压，利用与模具紧贴时的快速冷却来使钢板硬化，因而有实现冲压成形品的高强度化的情况。这被称作模淬火、或模压淬火（press hardening）、火印等。
根据模淬火，为了使钢板成为奥氏体组织，将钢板加热至Ac3点以上的适当的温度、例如1000℃左右。接下来，一边将钢板从炉中取而对其进行空气冷却，一边在维持奥氏体相的适当的温度、例如800℃左右时进行冲压。此时，受到与模（模具）紧贴而引起的快速冷却，引起马氏体转变，从而硬化、强化冲压成形品。作为一个例子，其拉伸强度是1470MPa左右，维氏硬度HV是440左右。即，通过这样的方法成形的钢板具有足够的强度。由于进行热冲压，所以钢板相当柔软，而显著减少回弹的问题，从而得到高精度的形状。
若对利用模淬火成形的成形品进一步进行加工，则产生其它的问题。例如，日本特许公开公报第2003-328031号中公开如下内容，即，由于成形品的表面的硬度上升，从而因剪切阻力的增加而难以进行孔加工、修整加工。
发明内容
根据需要对快速冷却而硬化的热压成形品进一步进行加工的情况、或者其它的特别的需要，优选在快速冷却后的成形品的特定的部位，局部地调整硬度。本发明是基于这样的观点而发明的，其目的在于提供能够局部地调整硬度的热压成形的方法。
根据本发明的一个方面，利用模具来对能够淬火的钢板进行冲压成形。这样的方法构成为，将上述钢板加热至上述钢板的Ac3点以上，为了对限定的部位给予局部的形变，对上述加热后的钢板进行最初的冲压，在上述最初的冲压之后，保持使上述钢板与上述模具分开的状态，对保持为上述状态的上述钢板再次进行冲压，维持使上述钢板与上述模具紧贴的状态。
附图说明
图1是说明本发明的一个实施方式的热压成形的方法中在最初的冲压前给予预变形的工序的一个例子的立面图。
图2A是给予预变形前的钢板的立体图。
图2B是给予了预变形后的钢板的立体图。
图2C是在上述热压成形的方法中，实施了最初的冲压后的钢板的立体图。
图3A是利用冲头给予了预变形的例子的钢板与用于冲压的模具的立面剖视图。
图3B是在上述实施了最初的冲压后的钢板中，给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图4是用于上述热压成形的方法的模具以及钢板的示意的立面剖视图。
图5是在上述热压成形中，示意地表示上模的动作的图。
图6是表示淬火后的硬度分布的图，其说明上述最初的冲压的温度与硬度分布的关系。
图7是表示淬火后的硬度分布的图，其说明600℃时进行了上述最初的冲压后的保持时间与硬度分布的关系。
图8是表示淬火后的硬度分布的图，其说明750℃时进行了上述最初的冲压后的保持时间与硬度分布的关系。
图9是表示在局部地调整了硬度后的钢板上进行剪切加工的方式的示意图。
图10A是利用内缘翻边来给予了预变形的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图10B是在对图10A所示的钢板实施了上述最初的冲压后，给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图11A是利用压花来给予初步变形的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图11B是对图11A所示的钢板实施了上述最初的冲压后、给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图12A是利用压花来给予初步变形的其它的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图12B是在对图12A所示的钢板实施了上述最初的冲压后、给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图13A是其它的例子的给予了初步变形的钢板与模具的立面剖视图。
图13B是在对图13A所示的钢板实施了上述最初的冲压后，给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图14A是利用压入来给予局部的形变的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图14B是在对图14A所示的钢板实施了上述最初的冲压后、给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图15A是其它的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图15B是在对图15A所示的钢板实施了上述最初的冲压后、给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图16A是其它的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图16B是在对图16A所示的钢板实施了上述最初的冲压后，给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图17A是其它的例子的钢板与模具的立面剖视图。
图17B是在对图17A所示的钢板实施了上述最初的冲压后，给予了局部的形变的部位附近的放大剖视图。
图18是钢板的温度曲线的例子。
图19是表现热压成形的设备的概况的示意图。
图20是变形例的模具以及钢板的示意的立面剖视图。
图21是表现变形例的热压成形的设备的概况的示意图。
图22是在第二变形例的热压成形的方法中，用于最初的冲压的模具以及钢板的示意的立面剖视图。
图23是在第二变形例的热压成形的方法中，用于最终的冲压的模具以及钢板的示意的立面剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
本实施方式中，对能够淬火的钢板进行热压成形。热压成形的方法简要地说明如下，将钢板加热为钢板的Ac3点以上，为了对限定的部位给予局部的形变，对加热后的钢板进行最初的冲压，在最初的冲压后，保持使钢板与模具分开的状态，对保持为该状态的钢板再次进行冲压，而以一定时间维持与模具的紧贴。给予局部的形变的部位被限定，硬度比其它的部位的硬度低（即，局部地调整硬度），从而优选对该部位进行孔加工、修整加工那样的剪切加工。以下，更加详细地对各工序进行说明。
参照图1至图4，优选给予钢板W上特定的部位预变形。给予了这样的预变形的部位由于后述的最初的冲压而被压溃，因而给予钢板W局部的形变，但详细情况如后述。根据这样的方法，在包括给予钢板W局部的形变的工序、并且最终得到平滑的面的方面有利。
优选在该部位上预先设有图2A那样的孔Wa。钢板W被图1那样的模具1以及压料圈2把持。圆棒状且具有尖的前端3a的冲头3推压孔Wa而使之变形，由此给予钢板W的孔Wa的周围预变形。图2B表示由于预变形而使钢板W具有凸形W1的方式。
预变形越大，利用后述的最初的冲压，能够给予越大的局部的形变，从而作为结果，能得到更大的效果。设置上述那样的孔Wa、且使孔Wa的周围变形在给予更大的预变形的方面有利。
或者，若给予需要的程度的预变形，则能够省略孔Wa。并且，代替按压冲头3，能够使用弯曲（bending）、压入（indenting）、内缘翻边（burring）、压花（embossing）等适当的方法。下面，对这些方法中的几个方法进行更加详细的说明。
给予预变形的工序可以在加热前进行，也可以在加热后进行。或者，如后所述，也能够不给予预变形地给予局部的形变。
热压成形例如利用图4、图19中示意地表示的装置来进行。这样的装置具备适当的加热炉30与冲压装置50，优选还具备用于将钢板从加热炉30搬运至冲压装置50的搬运装置40、以及用于将冲压后的产品搬出的搬出装置40T。搬运装置40以及搬出装置40T中能够使用机器人手臂，但不限定于此。
冲压装置50具备模具10，模具10通常具备上模11与下模12。下模12通常相对于台面不动，上模11通过液压或者其它的方法而升降。上模11与下模12分别具有多个导管13，用于冷却的介质在导管13中传导。通常，介质是水。下模12具备多个铅垂孔12A，铅垂孔12A可升降地对支承于弹簧14的起模顶杆15进行收容。对于起模顶杆15而言，当未受到载荷时，其前端从下模12向上方突出，当受到载荷时，其进入铅垂孔12A内。起模顶杆15的前端优选具有球形状或者变圆的圆锥形状。
为了使钢板W成为奥氏体组织，在加热炉30中将其加热至Ac3点以上。Ac3点是升温时从铁素体组织向奥氏体组织转变结束的温度，完全取决于钢板W的组成。通常Ac3点是已知的，根据已知的值来决定加热温度即可，但为了方便，也可以决定一定的温度。即，例如也可以将加热温度决定为900~950℃。
上述那样的加热后的钢板W被导入冲压装置50，并被置于下模12上。钢板W通过与起模顶杆15点接触而被支承，从而不会受到由模具引起的快速冷却，从而自然地进行气冷而缓缓地降低其温度。需要把握钢板W的温度变化，而钢板W的温度例如可以通过放射温度计或者热电偶那样的公知的测定机构来测定。图18是测定结果的例子。根据钢板的厚度、形状而预先进行这样的测定，并构建温度曲线的数据库也可以。也可以代替每当进行热压成形时进行温度测定，根据这样的数据库来推断温度变化。
为了给予钢板W局部的形变，在维持奥氏体相的适当的温度、例如600℃~800℃中任一温度时，进行最初的冲压。
参照图5，最初，上模11为与钢板W不接触的高度M。压下上模11（高度O），并立即使之上升。这样，凸形W1如图2C所示地被压溃，而得到平坦的钢板W’。压下力例如是面压2.5MPa。此时，通过与冰冷的模具紧贴，极短时间内进行比较迅速的冷却，但此次，不产生马氏体转变。之后，上模11上升，且由于弹簧14的作用力而使钢板W’与下模12分开，立即恢复为慢慢冷却的状态。在适当的时间P期间，钢板W’保持该状态。
给予了预变形的部位由于上述最初的冲压而被压溃，而被给予局部的形变。接下来，若钢板W’保持为与模具分开的状态，则为维持奥氏体相的高温，并且，引起形变而引起铁素体转变。该铁素体转变所需要的时间基于钢板W的组成、导入的形变的程度，但一般为几秒的程度。因此，根据充分地产生由形变引起的铁素体转变的观点，保持时间P优选为如下适当的时间，即，超过0秒，只要在其它的部位维持奥氏体相即可。保持时间P更加优选为1秒至5秒，进一步优选为1秒至3秒。
在未给予局部的形变的部位，即使由于上述最初的冲压也不会产生格外的转变。铁素体转变限定为给予了局部的形变的部位。即，这样的工序在钢板W’上局部地生成铁素体相。图3B中，对产生由形变引起的铁素体相、且淬火后的硬度为HV370以下的区域赋予网点。
对于钢板，还在维持奥氏体相的适当的温度、例如600℃~800℃时，再次将上模11压下至下止点N，由此进行最终的冲压。压下力例如是面压15MPa。该冲压时，一定时间Q期间，上模11保持压下不变。该期间，通过维持与冰冷的模具的紧贴，来进行钢板W’的淬火。
此时，对于未给予局部的形变的部位，由于奥氏体相向马氏体相转变，从而硬度以及强度上升。在给予了局部的形变的部位，先产生由形变引起的铁素体转变，从而奥氏体相的比例小。因此，减少引起马氏体转变的余地，从而在该部位，硬度以及强度的上升较小。即，局部地对特定的部位调整硬度。
图9是示意地表示局部地调整硬度的方式的图。在孔Wa的周围，局部地且同心圆状地产生马氏体相的比例低的部位C。对于这样的部位，维氏硬度HV例如为370以下，适于进行孔加工、修整加工那样的剪切加工。在远离部位C的部位A，硬度以及强度相当高，它们之间的边界部位B相当狭窄。
作为后工序，能够实施孔加工、修整加工那样的剪切加工。图9中，表示了利用工具16来进行孔加工的例子。或者，能够实施弯曲、压入、压花那样的适当的加工。由于调整目标部位的硬度而使之足够柔软，从而能够容易进行这样的加工，并且所使用的工具的消耗显著减少。加工后的残留应力成为硬化的部位屡次滞后破坏的原因，但目标部位的硬度相当低，所以难以引起滞后破坏。局部地调整了硬度的部位限定为相当狭窄的区域，从而作为冲压成形品整体具有足够的硬度以及强度。
为了验证本申请的效果，进行了以下的实验。
如下的钢板为供试验件，即，其板厚为1.8mm，其成分为C：0.22质量%，Si：0.26质量%，Mn：1.22质量%，P：0.021质量%，S：0.02%质量%，Cr：0.20质量%，剩余部分为铁。分别在供试验件上开5mmφ的孔，以这样的孔为中心地利用冲头来给予预变形。分别将这样的供试验件加热至900℃，并导入冲压装置，为了给予局部的形变，进行最初的冲压。压下力为5ton（面压2.5MPa）。上述最初的冲压的开始温度为600℃、650℃、700℃、750℃、800℃五个水准，保持时间为0秒（立即进行后述的最终的冲压）、1秒、3秒、5秒四个水准。接下来，以压下力30ton（面压15MPa），利用最终的冲压来进行成形与淬火。之后，切断孔的附近，剖面中沿图3B的线L、从孔的边缘开始每隔0.25mm地测定维氏硬度。结果如图6~8所示。
图6表示保持时间为3秒时的、上述最初的冲压的开始温度与淬火后的维氏硬度HV的关系。横轴是离孔的边缘的距离。任一个例子中，在离孔的边缘足够远的部位，HV为470以上，得到足够的硬化。另一方面，在离孔的边缘约1mm~3mm的区域内HV降低，尤其在离1.25mm~1.75mm的区域内HV降低至370以下。即，该区域被局部地调整了硬度，从而适于进行孔加工、修整加工那样的剪切加工。根据这样的结果，上述最初的冲压的开始温度优选为600℃~800℃。
图7表示上述最初的冲压的开始温度为600℃时的、保持时间与淬火后的维氏硬度HV的关系。图8表示上述最初的冲压的开始温度为750℃的情况下的、保持时间与淬火后的维氏硬度HV的关系。任一个例子中，保持时间为0秒（立即进行上述最终的冲压）时，不认为产生HV的降低。任一个例子中，当保持时间为1秒以上时，在离孔的边缘约1mm~3mm的区域内，HV显著降低。当保持时间为5秒时，对于这样的区域以外的部位，HV也降低。根据这样的结果，保持时间优选为1秒至3秒。
如上所述，根据本实施方式，能够在利用热压成形制作的成形品的特定的部位上局部地调整硬度。
上述的实施方式能够进行各种的变形。例如，给予预变形的工序中，能够利用图10A那样的内缘翻边。或者也可以利用图11A、图12A或图13A那样的压花。通过利用上述最初的冲压来将由内缘翻边或者压花引起的凸形W2、W3、W4、W5压溃，来产生图10B、图11B、图12B、图13B那样的足够的形变。凸形的形状不限定于图示形状。图10B、图11B、图12B、图13B中，对于产生由形变引起的铁素体相、且淬火后的硬度为HV370以下的区域，赋予网点。
或者，也可以不给予预变形，而在上述最初的冲压的工序中给予钢板局部的形变。例如，在上模以及下模中的一个或者两方上预先设置用于压入的突起，能够以热的温度来进行压入加工。图14A的例子中，上模11具有剖面呈梯形的突起11a，下模12具有剖面呈梯形的突起12a。图15A的例子中，仅上模11具有突起11a。图16A的例子中，突起11b、12b的剖面呈弧形。图17A的例子，仅上模11具有突起11b。这些仅仅是例子，例如突起的形状不限定于图示的形状。
对于被突起11a、12a、11b、12b压入的部位，给予局部的形变。在以热的温度进行了压入加工后，将钢板W’保持为与模具分开的状态，由此如图14B、图15B、图16B、图17B所示，在部位W6、W7、W8、W9上产生由形变引起的铁素体。图14B，图15B，图16B，图17B中，对于产生由形变引起的铁素体相、且淬火后的硬度为HV370以下的区域，赋予网点。即，在上述最终的冲压后，这样的部位的硬度以及强度也不会上升很多。即，成为局部地调整了硬度的部位。
上述的说明中，对利用平坦的模具10来制造了平坦的产品的例子进行了说明，但当然能够对各种的形状进行热压成形。图20是对具有凸缘的柱状物W”（其剖面与礼帽的剖面相似）进行成形所使用的模具10’的例子。
由加热炉30适当地加热后的钢板W置于下模12’上。最初的冲压过程中，压下上模11’并立即地使之上升，由此来压溃凸形W1，而给予钢板W局部的形变。在一定的保持时间P后，在最终的冲压过程中，再次压下上模11’，使钢板W’持续地与冰冷的模具紧贴，并进行淬火。从模具10’取出产品，从而得到具有凸缘的柱状物W”。
与上述相同，在局部地给予了形变的部位，马氏体相相对少，因此局部地调整硬度。上述最初的冲压过程中，钢板W整体也进行变形，但其程度较低，因此整体上不调整硬度。
上述最初的冲压与上述最终的冲压也可以使用不同的模具。图21至23是用于这样的变形例的装置的例子。这样的装置具备加热炉30、用于上述最初的冲压的第一冲压装置50P、以及用于上述最终的冲压的第二冲压装置50F。优选还具备用于将钢板从加热炉30搬运至第一冲压装置50P的搬运装置40、用于将钢板从第一冲压装置50P搬运至第二冲压装置50F的搬运装置40M、以及用于将冲压后的产品搬出的搬出装置40T。搬运装置40、40M以及搬出装置40T可以使用机器人手臂，但不限定于此。
第一冲压装置50P具备图22所示的模具10P。上模11P以及下模12P具有与上述的模具10相同的形状，但可以省略用于冷却的导管13。第二冲压装置50F具备图23所示的模具10F。与上述的模具10’相同，上模11F以及下模12F具有用于成形的适当的形状，但可以省略起模顶杆15。
由加热炉30适当地加热后的钢板W被导入第一冲压装置50P，进行上述最初的冲压。压下上模11P并立即地使之上升，由此来压溃凸形W1，而给予钢板W局部的形变。
成为平坦的钢板W’在保持时间P期间、被搬运至第二冲压装置50F，而至于下模12F上。压下上模11F，并使钢板W’持续地与冰冷的模具紧贴，从而进行淬火。从模具10F取出产品，从而得到具有凸缘的柱状物W”。
与上述相同，对于局部地给予了形变的部位，马氏体相相对少，因此局部地调整硬度。上述最初的冲压过程中，给予形变的部位限定为特定的部位，在上述最终的冲压后，对这样的部位局部地调整硬度，但不给予其它的部位形变，从而其它的部位的硬度更高。
通过优选的实施方式来对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。基于上述公开内容，掌握该技术领域的通常的技术的人能够通过实施方式的修正以及变形来实施本发明。
工业上的应用可行性
本发明提供能够局部地调整硬度的热压成形的方法。
Claims (8)
1.一种能够调整钢板的硬度的利用模具的热压成形方法，其中，
将所述钢板加热至所述钢板的Ac3点以上，
为了对限定的部位给予局部的形变，对所述加热后的钢板进行最初的冲压，
在所述最初的冲压之后，保持使所述钢板与所述模具分开的状态，
对保持为所述状态的所述钢板再次进行冲压，维持使所述钢板与所述模具紧贴的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
还包括给予所述钢板预变形的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述预变形由从弯曲、压入、内缘翻边、压花的组中选择的任一方法来给予。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述最初的冲压在600至800℃的温度下进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
将所述钢板与所述模具分开的状态保持1秒以上的期间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
再次进行冲压的阶段在600至800℃的温度下进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
将所述钢板与所述模具紧贴的状态维持能够充分引起马氏体转变的时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
还包括对所述部位进行剪切加工的步骤。
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