CN104364026B - 具有弯曲形状的无凸缘闭截面结构零件的制造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种由2张金属板制造出在零件长度方向上具有弯曲及焊接部的异形截面形状的无凸缘闭截面结构零件的方法及装置。在现有技术中，无法同时使异形截面化和弯曲进展。设置与零件(10)长度方向弯曲对应的板长度方向弯曲，对于使板宽两端部与零件焊接部(11)对应的2张金属板(1a、1b)，以在零件截面内的非焊接弯曲部(12)所对应的板部位附加折痕(2)的方式进行冲压成形，接着，以使其凸面侧成为外侧的方式上下重合，并将宽度的左端彼此、右端彼此分别沿长度方向焊接而形成焊接部(11)，将得到的闭截面结构体利用左右一对旋转辊(40a、40b)或进而利用下方的旋转辊(40c)进行引导、搬运，并通过所述旋转辊的辊间隔的变更或进而通过所述旋转辊的升降，以所述折痕及所述焊接部为起点进行立体化而形成目标形状的零件。

Description

具有弯曲形状的无凸缘闭截面结构零件的制造方法及装置
技术领域
本发明涉及具有弯曲形状的无凸缘闭截面结构零件的制造方法及装置。尤其是涉及以往在汽车、家电、其他领域中，对于通过将个别成形而成的二体接合来进行闭截面化而制造的零件，有利地赋予以轻量化、碰撞特性、刚性性能提高为目的的弯曲形状且零件全长的异形截面形状的、具有弯曲形状的无凸缘闭截面结构零件的制造方法及装置。
背景技术
在专利文献1中记载了如下的技术：对高张力钢板进行辊成形而制造具有一定截面形状的成形体，然后对该成形体进行高频淬火，而且在其长度方向(与截面正交的方向)上具有一定曲率地呈圆弧状地进行弯曲加工(扫描成形)来制造作为车辆用冲击吸收用具的保险杠加强件。
在专利文献2中记载了如下的技术：辊成形装置设有以夹持金属薄板的搬运路径的方式配置的一对旋转辊及其下方配置的旋转辊，一对旋转辊的辊间隔可变，在其下方配置的旋转辊能够升降，作为利用该装置的零件制造方法，在将长条的金属薄板的一部分在一对旋转辊间搬运时，使一对旋转辊的辊间隔变化，并且以使搬运的金属薄板局部地变形的方式使设置在下方的旋转辊升降，由此制造在长度方向上不具有同一截面的辊成形零件。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-120227号公报
专利文献2：日本特开2007-30023号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的技术中，在通过一般性的辊成形而成形出具有一定截面形状的闭截面零件之后，进行高频淬火，进而通过3个弯曲块施加曲率，制造出弯曲闭截面零件。然而，对于零件长度方向的截面形状不一定的零件无法成形。而且曲率施加方向仅局限于二维方向。
专利文献2的技术是如下所述的成形技术，除了具有一对旋转辊的一般性的辊成形之外，还通过在一对旋转辊的下方附随有用于使截面形状在零件长度方向上变化的旋转辊的成形装置，能够在零件长度方向上使截面形状变化，但是无法同时施加向长度方向的弯曲形状。
如以上那样，在现有技术中，使截面形状(详细而言与零件长度方向正交的方向即零件宽度方向的截面形状)在零件长度方向上变化的异形截面化和施加零件长度方向的弯曲(或者进而扭转)的三维形状施加不可能同时进展，因此必须将零件各截面的异形化和三维形状施加设为个别的成形工序，相应地花费成本。而且，在为了轻量化而以高强度钢板为原料时，在零件各截面的异形化后的弯曲加工中容易发生成形不良。
用于解决课题的方案
发明者们为了解决上述的课题而仔细进行研究，其结果是，发现了在零件各截面的异形化和三维形状施加同时进展的成形工序中，由2张金属板能制造出在零件长度方向上具有弯曲的异形截面形状的无凸缘闭截面结构零件，从而作出了本发明。
即，本发明如以下所述。
(1)一种无凸缘闭截面结构零件的制造方法，由2张金属板来制造在零件长度方向上具有弯曲及焊接部的异形截面形状的无凸缘闭截面结构零件，其特征在于，具有：
第一工序，对于设置与零件长度方向弯曲对应的板长度方向弯曲并使板宽两端部与零件焊接部对应的2张金属板进行冲压成形，以对在零件截面内的非焊接弯曲部所对应的板部位附加折痕；
第二工序，将所述冲压成形后的2张金属板以使其凸面侧成为外侧的方式上下重合，并将宽度的左端彼此、右端彼此分别沿长度方向焊接而形成焊接部，由此形成闭截面结构体；以及
第三工序，利用左右一对旋转辊或进而利用下方的旋转辊引导、搬运所得到的闭截面结构体，并通过所述旋转辊的辊间隔的变更或进而通过所述旋转辊的升降，以所述折痕及所述焊接部为起点进行立体化而形成目标形状的零件。
(2)一种无凸缘闭截面结构零件的制造装置，由2张金属板来制造在零件长度方向上具有弯曲及焊接部的异形截面形状的无凸缘闭截面结构零件，其特征在于，具有：
冲压成形机，对于设置与零件长度方向弯曲对应的板长度方向弯曲并使板宽两端部与零件焊接部对应的2张金属板进行冲压成形，以对在零件截面内的非焊接弯曲部所对应的板部位附加折痕；
焊接机，将所述冲压成形后的2张金属板以使其凸面侧成为外侧的方式上下重合，并将宽度的左端彼此、右端彼此分别沿长度方向焊接而形成焊接部，由此形成闭截面结构体；以及
辊成形机，利用左右一对旋转辊或进而利用下方的旋转辊引导、搬运所得到的闭截面结构体，并通过所述旋转辊的辊间隔的变更或进而通过所述旋转辊的升降，以所述折痕及所述焊接部为起点进行立体化而形成目标形状的零件。
发明效果
根据本发明，使截面形状变化，并通过1次的成形能够施加零件长度方向及其垂直方向的弯曲即三维形状，能够实现由于模具数量削减、组装工序削减引起的制造工序简化的效果，由此大幅降低成本。
而且，主要能够通过弯曲加工得到规定的形状，因此以超高张力钢板为原料的零件制造变得容易，能够实现无凸缘化引起的进一步轻量化。
附图说明
图1是关于本发明的制造工序的说明图。
图2是表示零件的目标形状的1例的概略立体图。
图3是表示实施例及比较例的零件制造要领的概略图。
图4是关于六边形截面零件的制造工序的说明图。
图5是表示六边形截面零件的目标形状的1例的概略立体图。
图6是表示六边形截面零件的制造要领的概略图。
具体实施方式
图2是表示本发明的制造对象的零件(具有弯曲形状的无凸缘闭截面结构零件)10的1例的概略立体图。
在图2的例子中，截面形状(宽度方向截面形状的意思，以下相同)呈四边形，在长度方向上具有弯曲，且在长度方向的始端部和终端部的截面形状不同(即，为异形)。为如下形状，四边形截面的始端部的一边长为30mm，终端部的一边长为20mm，长度方向全长(长度方向两端间的最短距离)为300mm，弯曲的曲率半径在始端侧为400mm且在终端侧为400mm，弯曲的方向在零件长度方向中央部(距长度方向两端为150mm的位置)进行左右反转。而且，处于四边形的对角位置的二对顶点中的一对成为焊接部11，另一对成为非焊接弯曲部12。凸缘不存在。
图1是关于本发明的制造工序的说明图。在此，以制造图2的零件的情况为例进行说明。图2的例子的零件是图3(a)所示的实施例1的零件。
在图3中，在2张金属板1a、1b中，为了表示与零件长度方向弯曲对应的板长度方向弯曲，作为与零件10的焊接部11对应的宽度端侧的2条弯曲线，在金属板1a中设置弯曲线(B)(B)，在金属板1b中设置弯曲线(B’)(B’)，且作为与非焊接弯曲部12对应的宽度内侧的1条弯曲线，在金属板1a中设置弯曲线(A)，在金属板1b中设置弯曲线(A’)。
(第一工序)
第一工序是预成形工序。使用具有冲头3和模4的冲压成形机20，对于金属板1，以在零件四边形截面的4个顶点中的与非焊接弯曲部12对应的宽度内侧的弯曲线(A)(A’)的部位附加折痕2的方式进行冲压成形。以附加上述折痕2的方式设计冲头3和模4的模具形状。需要说明的是，折痕2的部位的板宽方向的曲率半径在板的全长上成为一定的值。
(第二工序)
第二工序是宽度端部焊接工序。将所述预成形后的金属板1a、1b以其突出侧(在第一工序中，通过弯曲成形来形成折痕2，成为凸面的一侧)成为外侧的方式上下重合而配置在焊接机30内，其外表面由上下的按压夹具6a、6b按压，将上下重叠的宽度的左端的弯曲线(B)(B’)部位彼此、右端的弯曲线(B)(B’)部位彼此分别沿长度方向焊接而形成焊接部11，成为闭截面结构体5。该焊接优选使用激光焊接、电弧焊接等进行。焊接装置(未图示)可以使用公知的激光焊接装置等。
(第三工序)
第三工序是辊成形工序。即，使在前工序中得到的闭截面结构体5通过辊成形机40。辊成形机40将闭截面结构体5由左右一对旋转辊40a、40b或进而由下方的旋转辊40c引导、搬运，并通过所述旋转辊40a、40b的辊间隔的变更、或进而通过所述旋转辊40c的升降，以所述折痕2及所述焊接部11为起点进行立体化而成为目标形状的零件10。
旋转辊的形状设定为可将作为被加工材料的闭截面结构体的辊抵接部不产生位置错动等地稳定地引导的形状。图1的40a、40b、40c的旋转辊作为1例而示出V字形状，但没有限定于此。旋转辊的辊间隔(对应于辊产生的从左右对闭截面结构体的按压力)及旋转辊的升降位置(对应于辊产生的从下方对闭截面结构体的顶起力)以能得到零件目标形状的方式变化。该变化的方法可以预先通过理论解析或实验来求出。而且，也可以进而将与下方的旋转辊对应的旋转辊也设置在上方，为了形成零件的目标形状而使用。
需要说明的是，在该例子中，零件的目标形状为无扭转的形状，因此为了实现该形状，在图3(a)中，分别通过2张金属板1，关于宽度端侧的2条弯曲线和宽度内侧的1条弯曲线这总计3条弯曲线，使曲率半径相同且使曲率中心点为同一直线上，但是在零件的目标形状是具有扭转的形状的情况下，关于所述总计3条弯曲线，可以通过使曲率半径不同或使曲率中心点不在同一直线上的任一方或两方来实现具有扭转的目标形状。关于四边形以外的形状，第一～第三工序与四边形状的零件的情况同样，能够使用具有与该零件形状对应的形状的模具、旋转辊等制造闭截面结构零件。
例如以图5所示那样的六边形截面零件为制造对象时，非焊接弯曲部12比图2的四边形截面的情况增加2个。因此，对应于此，如图6所示，将宽度内侧的弯曲线(A)(A’)对于上侧和下侧的坯料，各设定2条。
并且，作为制造工序，对应于将四边形截面变更为六边形截面的情况，采用对图1中使用的装置构件施加变更而成的例如图4所示那样的工序。即，将第一工序(预成形工序)使用的模具形状设为在图6的弯曲线(A)(A’)的部位附加折痕2那样的模具形状。在第二工序(宽度端部焊接工序)中，将按压夹具6设为与预成形后的坯料形状一致的截面形状。在第三工序(辊成形工序)中，将下方的旋转辊40c的辊轮廓设为例如能够进行六边形的一边部的稳定的引导的平底形状。上述变更点以外与图1同样。由此，图6下侧所示的成形后形状高精度且容易地实现。
[实施例]
在实施例中，如下的各事项为共通事项。
[零件目标形状]截面在零件长度方向上为异形的四边形(各角为直角)形状，没有凸缘，且在零件长度方向上具有S字形的弯曲的形状。
[原料金属板]由拉伸强度为1180MPa的冷轧钢板(板厚1.4mm)，将具有与零件目标形状对应的S字形的弯曲的2个坯料A、B切出而作为原料。
[焊接条件]激光焊接、激光输出3.8kW、焊接速度2.5m/分钟，激光焦点直径2mm
(实施例1)
如图3(a)所示，1个坯料1a(坯料A)在宽度端侧的2条弯曲线(B)(B)间的中央的位置设定应成为折痕2的弯曲线(A)，另1个坯料1b(坯料B)在宽度端侧的2条弯曲线(B’)(B’)间的中央的位置设定应成为折痕2的弯曲线(A’)。将这2个坯料A、B在第一工序中如前述那样进行预成形而附加分别沿着弯曲线(A)(A’)的折痕2，在第二工序中如前述那样重合时，使坯料A为上侧并使坯料B为下侧，对上下面对的宽度端侧的弯曲线(B)(B’)部位进行激光焊接，将得到的闭截面结构体5在第三工序中如前述那样进行辊成形，得到了零件10。
(实施例2)
如图3(b)所示，1个坯料1a(坯料A)在比宽度端侧的2条弯曲线(B)(B)间的中央靠左的位置设定应成为折痕2的弯曲线(A)，另1个坯料1b(坯料B)在比宽度端侧的2条弯曲线(B’)(B’)间的中央靠右的位置(相对于中央的位置而与所述靠左的位置对称的位置)设定应成为折痕2的弯曲线(A’)。将这2个坯料A、B在第一工序中如前述那样进行预成形而附加分别沿着弯曲线(A)(A’)的折痕2，在第二工序中如前述那样重合时，使坯料A为上侧，使坯料B为下侧，将上下面对的宽度端侧的弯曲线(B)(B’)部位进行激光焊接，将得到的闭截面结构体5在第三工序中如前述那样进行辊成形，得到了零件10。
(比较例)
将从与实施例相同的钢板切出成与实施例不同的形状的1个坯料作为原料，如以往那样通过辊成形以使成形开始部分和成形结束部分成为异形的截面形状的方式进行成形加工(异形截面化)，形成图3(c)所示的无凸缘的中间形状零件15，将其利用辊成形以三点弯曲的要领进行弯曲加工，得到了最终形状零件16。
对于实施例和比较例，评价了可否成形。其结果是，在任意的实施例中，第一～第三工序全部能够成形，且第三工序后的零件10实现目标形状，断裂、压曲、皱纹等成形不良发生部位都不存在。另一方面，在比较例中，虽然在异形截面化后的中间形状零件15没有成形不良发生部位，但是在弯曲加工后的最终形状零件16的图示的部位产生了压曲。
标号说明
1金属板(a、b为2张中的任一方和另一方，也称为坯料)
2折痕(对应于弯曲线(A)(A’))
3冲头
4模
5闭截面结构体
6按压夹具(a、b为上和下)
10零件(本发明的制造对象的具有弯曲形状的无凸缘闭截面结构零件)
11焊接部
12非焊接弯曲部
15比较例的中间形状零件
16比较例的最终形状零件
20冲压成形机
30焊接机
40辊成形机
40a、40b旋转辊
40c旋转辊

Claims (2)

1.一种无凸缘闭截面结构零件的制造方法，由2张金属板来制造在零件长度方向上具有弯曲及焊接部的异形截面形状的无凸缘闭截面结构零件，所述无凸缘闭截面结构零件的制造方法的特征在于，具有：
第一工序，对设置与零件长度方向弯曲对应的板长度方向弯曲并使板宽两端部与零件焊接部对应的2张金属板进行冲压成形，以对板宽内侧的板部位附加折痕；
第二工序，将所述冲压成形后的2张金属板以使其凸面侧成为外侧的方式上下重合，并将宽度的左端彼此、右端彼此分别沿长度方向焊接而形成焊接部，由此形成闭截面结构体；以及
第三工序，利用左右一对旋转辊或进而利用下方的旋转辊引导、搬运所得到的闭截面结构体，并通过所述旋转辊的辊间隔的变更或进而通过所述下方的旋转辊的升降，以所述折痕及所述焊接部为起点进行立体化而形成目标形状的零件。
2.一种无凸缘闭截面结构零件的制造装置，由2张金属板来制造在零件长度方向上具有弯曲及焊接部的异形截面形状的无凸缘闭截面结构零件，所述无凸缘闭截面结构零件的制造装置的特征在于，具有：
冲压成形机，对于设置与零件长度方向弯曲对应的板长度方向弯曲并使板宽两端部与零件焊接部对应的2张金属板进行冲压成形，以对板宽内侧的板部位附加折痕；
焊接机，将所述冲压成形后的2张金属板以使其凸面侧成为外侧的方式上下重合，并将宽度的左端彼此、右端彼此分别沿长度方向焊接而形成焊接部，由此形成闭截面结构体；以及
辊成形机，利用左右一对旋转辊或进而利用下方的旋转辊引导、搬运所得到的闭截面结构体，并通过所述旋转辊的辊间隔的变更或进而通过所述下方的旋转辊的升降，以所述折痕及所述焊接部为起点进行立体化而形成目标形状的零件。
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