CN103619503B - 冲压成型方法 - Google Patents

Abstract

一种冲压成型方法，该冲压成型方法使用使多个轴独立地工作的多轴冲压装置对形成有凹处的原料的上述凹处的底部进行挤压而拉伸加工成中空轴，具备：第一工序，将上述原料放置于凹模具；以及第二工序，在利用第一工具将上述原料的划成上述凹处而呈圆筒状的侧壁的端面沿上述第一工具的轴向以第一速度Vi压入的同时，利用第二工具将上述原料的上述底部沿上述第二工具的轴向以第二速度Vb挤压来进行成型，在上述第二工序中，将上述第二速度Vb相对于上述第一速度Vi之比亦即Vb/Vi控制在0.7～1.5的范围。

Description

冲压成型方法

技术领域

本发明涉及原料的冲压成型法。

本申请基于2011年6月30日在日本提出申请的特愿2011－145903号而主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

作为对有底且直径一定的圆筒状的容器、在中途具有直径不同的阶梯部的多阶梯圆筒状的产品进行成型的方法，一般广泛使用对杯状的中间原料进一步进行拉深成型的方法。例如，在非专利文献1中公开了将在第一工序中从圆盘状的原料成型为杯状的中间原料在第二工序中再次进行拉深加工的再拉深加工法。

在该加工法中，将在第一工序中成型的杯状中间原料夹持在插入到其内表面的圆筒状工具亦即防皱装置与阴模之间，并且以将贯通防皱装置的内部的冲头插入到阴模的圆环状的内表面的方式压入，在杯状中间原料的底部成型圆筒状的突部。在这样的成型法中，存在从杯状的中间原料朝冲头与阴模的圆筒状内表面之间的材料的流入不充分、容易产生冲头前端角部处的材料断裂等的成型不良这样的问题。

针对这样的问题，在专利文献1以及专利文献2中，提出了使用分割的冲模将杯积极地压入阴模的圆筒状内表面、由此防止伴随着材料断裂等的成型不良的方法。此外，作为存在关联的技术，公开了专利文献3、4。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平8－150426号公报

专利文献2：日本国特开2002－113528号公报

专利文献3：日本国特开平8－141662号公报

专利文献4：日本国特开平6－210363号公报

非专利文献

非专利文献1：长田修次、柳本润：从基础得知的塑性加工，(1999)，p.195，CORONA公司（長田修次、柳本潤：基礎からわかる塑性加工、(1999)、p.195、コロナ社）

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在上述的拉深成型法之中，在专利文献1所公开的方法中，是使用液压的成型法，因此模具的构造变得复杂。进而，将杯压入阴模内表面的压入方向是与冲头的压入方向相反的方向，因此多存在无法充分压入的情况。

在专利文献2所公开的方法中，当利用活动式的冲头对成型为杯状的中间原料的底部进行拉深成型时，使以夹压侧壁的方式配置的、插入侧壁面的内表面的工具和配置在外壁面的外侧的活动型的工具与活动式的冲头配合而在与中间原料之间滑动接触。由此，将中间原料的侧壁的材料积极地送入阴模的内表面，意欲防止成型品的冲头前端角部处的材料断裂。但是，一般在实际的杯状的中间原料的侧壁面与意欲从内外面夹压该侧壁的工具之间设置有间隙，因此多存在无法充分进行作为目的的将中间原料的侧壁的材料朝阴模的内表面送入的情况。此外，由于分割阴模，所以存在在与阴模的材料接触的接触面端部的角状的部分容易产生裂纹等的问题。

在专利文献3中公开了以使拉深成型后的产品壁厚更均匀为目的，在成型工序的中途增加使用压印加工或轴压缩加工等的增厚工序，使在拉深成型中薄壁化的部分增厚的方法。但是，在该方法中，仅进行增厚的工序导致工序增加一个，因此存在生产率降低、并且制造成本增加等的问题。此外，该方法是以提高所成型的产品的壁厚精度为目的而在拉深加工后进行增厚成型的方法。即，在该方法中，难以实现本发明的目的亦即防止因拉深加工中的材料断裂等而引起的成型不良。

例如在专利文献4中公开了在预先调查成型后壁厚变薄的部分与原料的位置的对应的基础上，对以将与在拉深成型后壁厚变薄的部分对应的原料部位和其他部位进行比较而相对地壁厚变厚的方式进行机械加工的原料进行拉深加工的方法。但是，在这样的方法中，需要通过切削加工、磨削加工等的机械加工将要成型的全部原料预先加工成规定的尺寸、形状，存在导致成本的增加以及生产效率的降低这样的问题。

本发明针对这种问题，其目的在于提供一种不使用使容易产生阴模的裂纹的分割阴模及模具构造变复杂的液压，并难以产生成型中的原料的裂纹的拉深成型法。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题而达到相关的目的，本发明采用以下方案。

（1）本发明的一个方式所涉及的冲压成型方法，是使用使多个轴独立地工作的多轴冲压装置，对形成有凹处的原料的所述凹处的底部进行挤压而拉伸加工成中空轴的冲压成型方法，具备：第一工序，将所述原料放置于凹模具；以及第二工序，在利用第一工具将所述原料的划成所述凹处而呈圆筒状的侧壁的端面沿所述第一工具的轴向以第一速度Vi压入的同时，利用第二工具将所述原料的所述底部沿所述第二工具的轴向以第二速度Vb挤压来进行成型；在所述第二工序中，将所述第二速度Vb相对于所述第一速度Vi之比亦即Vb/Vi控制在0.7～1.5的范围。

（2）在上述（1）所记载的冲压成型方法中，也可以为，在所述第二工序中，还进一步利用设置在所述第一工具以及所述第二工具之间的第三工具同时进行所述原料的防皱；当将所述第二工序前的、所述原料的板厚设为t，所述原料的外周面与所述凹模具的内周面的间隙s1以及所述原料的内周面与所述第三工具的外周面的间隙s2的总和设为s时，满足以下的条件式（a）。

0.02×t≤s≤0.3×t……（a）

发明效果

通过应用本发明，能够不产生裂纹而稳定地对原料进行拉深成型。

附图说明

图1A是示出本实施方式所使用的模具的例子的剖视图。

图1B是示出本实施方式所使用的模具的例子的剖视图。

图1C是示出本实施方式所使用的模具的例子的剖视图。

图2是对本实施方式要改进的问题点亦即冲头前端角部处的裂纹进行说明的示意图。

图3A是示出原料充满本实施方式的模具内部之前的状态的图。

图3B是示出原料充满本实施方式的模具内部之后的状态的图。

具体实施方式

以下使用附图对本实施方式所涉及的冲压成型方法的详细情况进行说明。在本实施方式中，作为形成有凹处的原料使用杯状的原料6，对该杯状的原料6进行成型。在图1A至图1C中示出本实施方式所使用的多轴冲压装置的模具（冲压模具）100的简要图。图1A至图1C所示的模具100设置在上述的具备能够独立地工作的多个轴的多轴冲压装置的规定的位置而加以使用，进而，具有挤压杯状的原料6的内侧底部的圆柱状的冲头1、以及形成为覆盖冲头1的周围的筒形状且在成型过程中利用其外周面按压杯状的原料6的内表面的防皱装置2。冲头1是将配置在阴模4（后述）的放置侧（纸面上方）的杯状的原料6的内侧底部朝阴模4的原料排出侧（纸面下方）挤压的棒状的冲头。在本实施方式所涉及的冲压成型方法中，利用上述的多轴冲压装置挤压杯状的原料6的底部而拉伸加工成中空轴。

另外，所使用的原料的外径优选为20mm～300mm。如果外径小于20mm，则难以挤压杯状的原料6的底部而难以拉伸加工成中空轴。此外，如果外径超过300mm，则模具变得大型并且成型载荷也增加，需要大型的冲压机等，难以进行实用上的成型。更优选为50mm～120mm。

此外，原料的板厚尺寸（壁厚）优选为1.5mm～15mm。如果小于1.5mm，则难以进行原料的侧壁端面的压入，如果超过15mm，则难以进行杯状的中间原料的成型。更优选为2mm～12mm。

此外，在本实施方式所使用的模具100具有包围防皱装置2的周围那样的环状的筒形状的轴亦即外周冲头3。该外周冲头3具有将配置于阴模4的原料放置侧的杯状的原料6的开口部的上缘朝阴模4的原料排出侧压入的突起部3a。进而，本实施方式的模具100具有：在与一边按压杯状的原料6的底部一边下降的冲头1之间按压原料6而精加工成规定的尺寸形状的大致圆环形状的阴模4；以及插入圆筒状的阴模4内表面且在与冲头1之间按压原料底面的反向凸模5。

另外，模具100由凸模具和凹模具构成。凸模具包括冲头1、防皱装置2以及外周冲头3，凹模具包括阴模4以及反向凸模5。

此外，本实施方式的多轴冲压装置具有能够单独独立地控制冲头1、防皱装置2、外周冲头3、反向凸模5的移动的驱动机构（未图示）。在本实施方式中利用未图示的冲压机对上述模具100的各部分的移动进行控制，以将原料6成型为规定的尺寸形状。

其次，对使用了图1A～图1C所示的模具100的冲压成型方法的各部分的动作进行说明。首先，通过冲压机的驱动机构的控制，冲头1、防皱装置2、外周冲头3为了在与阴模4之间插入杯状的原料6而上升至足够的高度。在该状态下，在阴模4上表面以阴模4内周的中心轴与杯状的原料6的中心轴大致一致的方式设置（放置）杯状的原料6。之后，冲头1、防皱装置2、外周冲头3成为一体，由冲压机的驱动机构控制而下降。当防皱装置2和冲头1与原料6的底面接触且外周冲头3与杯状的原料6的上缘面接触时，上述的下降动作停止（参照图1A）。

此外，此时，在与上述工具的移动同时，反向凸模5以沿着圆筒状的阴模4内表面的方式上升。当反向凸模5与原料6的底面接触时，上述的上升动作停止（参照图1A）。在到此为止的模具各部分的动作完成的状态下，杯状的原料6在防皱装置2与阴模4、冲头1与反向凸模5之间被按压而固定于阴模4内。

在自如上述那样在阴模4内固定杯状的原料6的状态起进一步使防皱装置2停止的状态下，冲头1下降并挤压原料6的底部。此外，与冲头1的动作相配合反向凸模5下降。通过该动作，在杯状的原料6的底部成型直径小于原料6的外径的筒状的突起（参照图1B）。在该成型中，与冲头1的下降对应地外周冲头3下降，由此按压原料6的开口部的上缘面，促进原料6朝模具100的内部的流入，即，促进原料6朝阴模4以及反向凸模5与冲头1、防皱装置2以及外周冲头3之间的区域且为原料排出侧的流入（参照图1B、图1C）。通过该动作，防止图2所示那样的上述的冲头前端角部处的原料的断裂。

当使外周冲头3下降时，为了防止冲头前端角部处的原料的断裂，将该外周冲头3的下降速度Vi控制为与冲头1的下降速度Vb之比在Vb/Vi＝0.7～1.5的范围。对于成型中的原料6的冲头前端肩部处的原料的断裂防止，外周冲头3的下降速度Vi相对于冲头1的下降速度Vb重要是缘于以下理由。在本实施方式所涉及的冲压成型方法中，在成型中使用外周冲头3按压杯状的原料6的上缘来促进原料朝模具100内部的流入，由此，不会使原料产生断裂而稳定地进行成型。因此，在该外周冲头3与冲头1的下降速度比不适当的情况下，存在无法获得原料6朝模具100内部的充分的流入效果而产生例如图2所示的断裂的情况。作为无法获得原料6朝模具100内部的充分的流入效果的原因，认为受到在成型前在设置于阴模4的规定的位置的杯状的原料6与阴模4之间以及原料6与防皱装置2之间设置的间隙的影响。

参照图3A、图3B对无法获得上述的流入效果的原因进行说明。图3A是示出冲头1、防皱装置2以及外周冲头3与放置在阴模4的原料放置侧的原料6抵接的瞬间的状态（其中，设为施加于原料6的按压力是能够忽视的程度的微弱的力）的图。此外，图3B是示出原料6充满模具100内部之后的状态的图。

此处，对从图3A的状态朝图3B的状态变化时的多轴冲压装置的动作进行说明。如图3A所示，当将原料6放置于模具100时，在原料6与防皱装置2之间以及原料6与阴模4之间分别形成有水平方向的间隙。自该状态起，当利用外周冲头3按压原料6的上缘时，因外周冲头3的按压而使得原料6的上端部受到压缩应力。该应力传递而使得原料6发生应变，以填埋放置时的间隙的方式使原料6的形状变化。之后，成为图3B的状态，成为原料6的外壁与模具100内部的内壁为整个面抵接的状态，即成为模具100内部由原料6充满的状态。

对原料6的安置时（放置时）在原料6与防皱装置2以及阴模4之间设置间隙的理由进行说明。该间隙是为了能够且容易地将原料6设置在模具100内部的规定位置而设置的。如果没有原料6与阴模4之间的间隙，则当将原料6放置于模具100时，在设置于规定的位置之前，原料6与阴模4成为嵌合状态，存在无法进一步压入原料6的可能性。因而，无法将原料6移动至模具100内的规定位置并加以设置。此外，在意欲强制性地使变得无法移动的原料6移动的情况下，也存在使原料6及模具100产生缺陷等的问题的情况。

此外，另一方面，对于原料6与防皱装置2之间的间隙，是以容易将防皱装置2插入成型开始时的杯状的原料6内表面，并且防止防皱装置2与原料6之间的缺陷的产生为目的而设置的。

在模具各部分与原料6之间设置以上那样的间隙的状态下，在利用外周冲头3按压杯状的原料6的上缘并且使冲头1下降而进行拉深成型的情况下，根据外周冲头3的下降速度与冲头1的下降速度之比的值，存在无法充分获得在本实施方式所涉及的冲压成型方法中作为目的的通过外周冲头3对原料6的上缘的按压而使原料6朝模具100内部的流入效果，在原料6产生断裂的情况。这是因为如下缘故：当在原料6与阴模4以及防皱装置2等的工具之间存在间隙的状态下利用外周冲头3按压原料6的上缘的情况下，根据外周冲头3的下降速度与冲头1的下降速度之比的值，按压的效果与其说促进作为本实施方式的目的的原料6朝模具100内部的流入，不如说被原料6朝与阴模4以及防皱装置2等的间隙的充满耗费掉，结果，由外周冲头3所带来的按压效果没有充分有助于原料6的断裂防止。

在本实施方式所涉及的冲压成型方法中，为了防止这样的问题，当使外周冲头3下降时，将其下降速度控制在适当的值。即，在本实施方式所涉及的冲压成型方法中，将外周冲头3的下降速度Vi控制为与冲头1的下降速度Vb之比在Vb/Vi＝0.7～1.5的范围。通过将Vb/Vi设为上述范围，在能够充分确保由外周冲头3的按压带来的原料6朝阴模4的流入效果的基础上，还能够不使原料产生断裂而进行成型。

在外周冲头3的下降速度Vi与冲头的下降速度Vb之比Vb/Vi超过1.5的情况下，冲头1的下降速度相对于外周冲头3的下降速度变得过大，相对于冲头1的挤压的由外周冲头3引起的原料6朝模具100内部的送入量不足，无法充分防止冲头1的前端角部处的原料的断裂。

此外，在Vb/Vi小于0.7的情况下，由外周冲头3引起的原料6的压入变得过大，存在产生在外周冲头3与阴模4之间产生毛刺等的产品制造上的问题点。上述的范围与是否在模具100内部充满原料无关。

此处，在图3A所图示的状态，即，利用外周冲头3按压原料6的上缘之前的状态下，将原料6的板厚尺寸设为t，将在原料6与阴模4之间形成的间隙（水平方向的间隙）设为s1，将在原料6与防皱装置2之间形成的间隙（水平方向的间隙）设为s2。在将s1与s2的总和设为s的情况下，优选满足0.02×t≤s≤0.3×t。通过使得板厚t和间隙的总和s满足上述条件，能够更可靠地获得通过将外周冲头3的下降速度Vi与冲头的下降速度Vb的速度比例例如上述那样规定而带来的效果。即便当间隙的总和s不在上述的范围的情况下，也能够不引起断裂及毛刺的产生而完成成型。但是，在间隙的总和s小于0.02t的情况下，在成型前无法将防皱装置2顺畅地插入到设置于模具100内部的杯状的原料6的内表面，存在在原料6的上缘面产生凹陷缺陷或者侧壁的一部分变薄的情况。此外，如果间隙的总和s超过0.3t，则由于间隙过大，所以在插入防皱装置2之后，当开始利用外周冲头3按下杯状的原料6的上缘时，存在在原料6的侧壁产生弯曲而导致成型品产生形状不良的情况。因此，在要求高的成型精度的情况下，优选间隙的总和s满足0.02×t≤s≤0.3×t。

对于是否朝模具充满原料6的判断，在相同的原料以及多轴冲压装置的设定条件下进行预备成型，例如预先求出模具各部分的控制位置与原料朝模具内部的充满度的关系，只要基于该关系判断在模具的位置有无原料的充满即可。更具体而言，在不同的多个条件（Vb/Vi的条件）下进行使成型在成型中途结束的实验，对各条件下的从多轴冲压装置的驱动开始到成型结束为止的冲头1的行程量进行记录。然后，进行所成型的材料的截面的形状测定，由此，根据与基于记载有模具的详细尺寸以及形状的模具图纸求出的模具形状的关系掌握材料的充满状态，能够使用自驱动开始时起的冲头1的行程量预先通过实验求出变更速度比例的定时。

也可以使用上述以外的方法进行是否朝模具充满原料6的判断。例如，当朝模具充满原料6时，施加于外周冲头3的载荷增加。因此，也可以在外周冲头3上安装载荷计，根据载荷的变化来判断有无充满。

实施例

（实施例1）

使用图1A～图1C所示的多轴冲压装置，将外径φ90mm×壁厚2mm×高度30mm的碳素钢的杯状的原料保持壁厚为2mm不变而在室温下成型为外径φ50mm的杯。在该成型中，对多轴冲压装置进行设定，以使得在通过预备成型确认的原料朝模具内部充满之前和之后（充满之前和充满之后），无论在哪种情况下外周冲头3的下降速度Vi与冲头的下降速度Vb之比Vb/Vi都为相同值。在表1中示出该成型中的速度比Vb/Vi与成型结果的关系。

当速度比Vb/Vi在0.7～1.5的范围的情况下，不使原料产生断裂及毛刺便完成了成型。与此相对，在速度比Vb/Vi小于0.7的情况下，在原料上产生成为产品制造上的问题的毛刺。此外，在速度比Vb/Vi大于1.5的情况下，在成型中的原料上产生断裂，因此成型中断。

[表1]

（实施例2）

使用图1A～图1C所示的多轴冲压装置，将外径φ120mm×壁厚5mm×高度40mm的铝制的杯状的原料保持壁厚为5mm不变在室温下成型为外径φ70mm的杯。在该成型中，对多轴冲压装置进行设定，以使得在通过预备成型确认的原料朝模具内部的充满之前和充满之后，外周冲头3的下降速度Vi与冲头的下降速度Vb之比Vb/Vi为不同的值。在表2中示出在该成型中的成型的多轴冲压装置的速度比Vb/Vi与成型结果的关系。

当在充满之前和充满之后，无论在哪种情况下速度比Vb/Vi都在0.7～1.5的范围的情况下，不使原料产生断裂及毛刺而完成了成型。与此相对，当在充满之前和充满之后，无论在哪种情况下速度比Vb/Vi都为小于0.7的值的情况下，在原料上产生成为产品制造上的问题的毛刺。此外，当在充满之前和充满之后，无论在哪种情况下速度比Vb/Vi都为大于1.5的值的情况下，在成型中的原料上产生断裂，因此成型中断。

[表2]

（实施例3）

进而，使用图1A～图1C所示的多轴冲压装置，将外径φ80mm×壁厚5mm×高度45mm的碳素钢的杯状的原料保持壁厚为5mm不变在室温下成型为外径φ45mm的杯。在表3中示出该成型中的原料6与阴模4以及防皱装置2的间隙的总和s与成型结果的关系。

[表3]

表3中的间隙是在图3A所图示的状态下将在原料6与阴模4以及防皱装置2之间形成的间隙（水平方向的间隙）的总和s除以原料6的板厚尺寸t而得到的值。

当在充满之前和充满之后，无论是在哪种情况下速度比Vb/Vi都在0.7～1.5的范围的情况下，不使原料产生断裂及毛刺而完成了成型。与此相对，当在充满之前和充满之后，无论是在哪种情况下速度比Vb/Vi都为小于0.7的值的情况下，在原料上产生成为产品制造上的问题的毛刺。此外，当在充满之前和充满之后，无论是在哪种情况下速度比Vb/Vi都为大于1.5的值的情况下，在成型中的原料上产生断裂，因此成型中断。

另外，在间隙的总和s小于原料的板厚的0.02倍的情况下，产生防皱装置的插入不良，在间隙大于原料6的板厚的0.3倍的情况下，在原料6的侧壁上产生弯曲。与此相对，当间隙的总和s在原料的板厚t的0.02倍到0.3倍之间的范围的情况下，不产生这样的防皱装置的插入不良及原料侧壁的弯曲而进行了更高精度的成型。

产业上的可利用性

在本发明的冲压成型中，能够不产生裂纹而稳定地对原料进行拉深成型。因此，产业的利用价值高。

标记说明

1冲头

2防皱装置

3外周冲头

3a突起部

4阴模（凹模具）

5反向凸模

6原料

Claims (2)

1.一种冲压成型方法，使用使多个轴独立地工作的多轴冲压装置，对形成有凹处的原料的所述凹处的底部进行挤压而拉伸加工成中空轴，其特征在于，具备：

第一工序，将所述原料放置于凹模具；以及

第二工序，使用多轴冲压装置的模具所具有的、用于将所述原料的划成所述凹处而呈圆筒状的侧壁的端面朝轴向挤压的第一工具、用于将所述原料的所述底部朝轴向挤压的第二工具、以及配置在所述第一工具和所述第二工具之间的第三工具，使所述第一工具、所述第二工具以及所述第三工具一体下降，在使所述第三工具按压所述底部、并使所述第三工具停止的状态下，在利用所述第一工具将所述原料的所述侧壁的所述端面沿所述第一工具的轴向以第一速度Vi压入的同时，利用所述第二工具将所述原料的所述底部沿所述第二工具的轴向以第二速度Vb挤压来进行成型，

在所述第二工序中，将所述第二速度Vb相对于所述第一速度Vi之比亦即Vb/Vi控制在0.7～1.5的范围。

2.如权利要求1所述的冲压成型方法，其特征在于，

在所述第二工序中，还进一步利用所述第三工具同时进行所述原料的防皱，

当将所述第二工序前的、

所述原料的板厚设为t，所述原料的外周面与所述凹模具的内周面的水平方向的间隙s1以及所述原料的内周面与所述第三工具的外周面的水平方向的间隙s2的总和设为s时，

满足以下的条件式(1)：

0.02×t≤s≤0.3×t……(1)。