CN105492136A - 具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的多边形闭合截面结构部件 - Google Patents

具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的多边形闭合截面结构部件 Download PDF

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Abstract

提供一种从一张金属板冲压成型具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的技术。多边形闭合截面结构部件具有沿长边方向的弯曲形状，并具有沿位于弯曲形状的半径方向最内侧的棱线延伸的凸缘部，在制造该部件时，首先，冲压成形流槽状前工序产品，其呈上述部件在位于上述最内侧的棱线的位置被切开并以各端部具有该棱线和沿该棱线延伸的凸缘部的方式展开的截面形状，具有与上述部件的多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，与各角部对应的各棱线具有与上述部件的对应棱线的曲率半径相同或比其小的曲率半径，接着，将上述前工序产品以在该多条棱线中任一条以上的位置在截面方向上朝内变形的方式冲压成形，使位于上述最内侧的棱线彼此和上述凸缘彼此对接。

Description

具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的多边形闭合截面结构部件
技术领域
本发明涉及一种使用于汽车、家用电器等的具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的多边形闭合截面结构部件。
背景技术
在汽车、家用电器等领域，已知以下部件：在将两个部件分开成形之后，接合该部件而形成闭合截面结构。另外，以往，作为制造具有沿长边方向的弯曲形状的闭合截面结构部件的方法，已知液压成形(hydroforming)、辊轧成形(rollforming)。专利文献中公开了以下方法。
在以往的液压成形技术中，在注入加工液前需要焊接所有周缘部，但是专利文献1公开了不需要重合焊接两张以上金属板的所有周缘部就能够使鼓出加工中的密封性良好且能够得到深冲成形品、并且能够同时成形多个部件的生产效率良好的液压成形加工装置、液压成形加工方法以及液压成形加工产品。
专利文献2公开了闭合截面弯曲长条材料的制造方法，包括：辊轧成形工序，将带板通过多级成形辊成形为大致闭合截面；接合工序，将对接部用敛缝用辊进行敛缝接合；以及弯曲工序，沿带板移动方向使用多个弯曲辊使得到的闭合截面长条材料弯曲。
专利文献3公开了以下技术：能够从一张原材料得到在闭合截面形状的中途具有扭转的冲压成形品，以低成本提供轻量且具有高刚性扭转部的高质量闭合截面冲压成形品。
而且，专利文献4公开了以下技术：将具有弯曲形状的带有折痕的两张钢板在两侧端的凸缘部相互进行接合，并以使凸缘部彼此接近的方式使两张钢板变形，由此通过冲压成形制造具有沿长边方向的弯曲形状的闭合截面结构部件。
在先技术文献
专利文献
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
专利文献4：日本特开2011-062713号公报
发明内容
然而，专利文献1示出的基于液压成形的成形方法、专利文献2示出的基于辊轧成形的成形方法存在与冲压成形相比生产速度慢、设备成本高这种问题。另外，专利文献3示出的冲压成形方法存在在纵壁部具有曲面的形状的部件的情况下难以进行端面处的对接这种问题。而且，专利文献4示出的方法需要将冲压成形得到的两张钢板的凸缘部彼此焊接接合，因此存在轻量化具有极限这种问题。
如上所述，在现有技术中低成本化且成形品轻量化方面存在问题。因而，本发明的目的在于有效地解决上述现有技术的问题，提供一种仅通过冲压成形就能够实现低成本且成形品轻量化的、具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的多边形闭合截面结构部件。
本申请发明人为了基于凸缘部最小化谋求成形品轻量化，而研究了从一张金属板成形具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的方法，结果得到以下见解：如果设定沿长边方向具有弯曲形状的前工序产品形状使得其具有与对应于部件形状的多边形闭合截面的各角部的各棱线中的、沿部件形状的长边方向的弯曲形状的曲率半径相等的曲率半径，并欲使该前工序产品形状通过冲压成形在截面方向上缩小而成形为部件形状，则与前工序产品形状的位于弯曲形状半径方向内侧的棱线的线长相比，部件形状的对应棱线的线长变短，因此板材产生余量并且部件形状产生皱褶，但是如果以在部件形状和前工序产品形状中各棱线不产生线长差或者与前工序产品形状相比部件形状的各棱线的线长变长的方式设定前工序产品形状的沿长边方向的弯曲形状的曲率半径，则能够通过冲压成形以不会产生皱褶的方式制造上述具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构部件。
在鉴于上述观点达到上述目的的本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中，该部件为具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构的部件，具有与上述多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，并且具有凸缘部，该凸缘部沿着这些棱线中位于沿该部件的长边方向的弯曲形状的半径方向最内侧的棱线，并与包含该棱线在内的平面平行地延伸，在从一张金属板制造上述部件时，
首先，从上述金属板冲压成形具有沿长边方向的弯曲形状的流槽状的前工序产品，该流槽状的前工序产品呈上述部件在位于上述最内侧的棱线的位置被切开并以各端部具有该棱线和沿该棱线延伸的凸缘部的方式展开的截面形状，具有与上述部件的多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，并且与各角部对应的各棱线以具有与上述部件的对应棱线相同或者比上述部件的对应棱线短的长度的方式，具有与该对应棱线的曲率半径相同或者比该对应棱线的曲率半径小的曲率半径，
接着，将上述前工序产品以在其多条棱线中任一条以上的位置在截面方向上朝内变形的方式进行冲压成形，使位于上述最内侧的棱线彼此和上述凸缘部彼此对接。
此外，在本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中，也可以是，在上述前工序产品的上述多条棱线中任一条以上沿该棱线冲压成形槽形截面形状的折线，以使得上述前工序产品在该棱线的位置容易在截面方向上朝内变形，这样，前工序产品在该棱线位置可靠地在截面方向上朝内变形，因此能够从前工序产品高精度地对部件进行冲压成形。
而且，本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的特征在于，通过上述本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法制造。
发明效果
在本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中，该部件为具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构的部件，具有与上述多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，并且具有凸缘部，该凸缘部沿着这些棱线中位于沿该部件的长边方向的弯曲形状的半径方向最内侧的棱线，并与包含该棱线在内的平面平行地延伸，在从一张金属板制造上述部件时，首先，从上述金属板冲压成形具有沿长边方向的弯曲形状的流槽状的前工序产品，该前工序产品呈上述部件在位于上述最内侧的棱线位置被切开并以各端部具有该棱线和沿该棱线延伸的凸缘部的方式展开的截面形状，具有与上述部件的多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，并且与各角部对应的各棱线以具有与上述部件的对应棱线相同或者比上述部件的对应棱线短的长度的方式，具有与该对应棱线的曲率半径相同或者比该对应棱线的曲率半径小的曲率半径。接着，将上述前工序产品以在其多条棱线中任一条以上的位置在截面方向上朝内变形的方式进行冲压成形，使位于最内侧的棱线彼此和沿这些棱线延伸的凸缘彼此对接。
因而，根据本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件，能够从一张金属板通过冲压成形而形成，因此成本低，另外凸缘部仅在部件的弯曲形状的内侧即可，因此有助于部件轻量化，而且，在从前工序产品冲压成型部件时，各棱线不产生线长差或者与前工序产品形状相比部件形状的各棱线的线长变长，因此能够防止部件形状产生皱褶。
附图说明
图1的(a)、(b)是表示本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法的一个实施方式中所制造的闭合截面结构部件的侧视图以及沿该侧视图中A-A线的剖视图。
图2的(a)、(b)是表示上述实施方式的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中所制造的前工序产品的侧视图以及沿该侧视图中B-B线的剖视图。
图3是放大表示图2示出的前工序产品的剖视图。
图4的(a)、(b)是表示本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法的另一个实施方式中所制造的前工序产品以及从该前工序产品制造的闭合截面结构部件的立体图。
图5的(a)、(b)是表示上述实施方式的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中所制造的前工序产品以及从该前工序产品制造闭合截面结构部件的冲压模具的立体图。
图6的(a)、(b)是表示比较例的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中所制造的前工序产品以及从该前工序产品制造的闭合截面结构部件的立体图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。在此，图1的(a)是表示本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法的一个实施方式中所制造的闭合截面结构部件的侧视图，而且，图1的(b)是沿该侧视图中A-A线的剖视图，另外，图2的(a)是表示上述实施方式的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中所制造的前工序产品的侧视图，而且，图2的(b)是沿该侧视图中B-B线的剖视图。
在本实施方式的方法中，如图1的(a)、(b)所示，从一张钢板制造四边形闭合截面结构的角筒状的部件1。该部件1具有沿该部件1的长边方向的弯曲形状，在与该四边形闭合截面的角部对应的位置具有沿部件1的长边方向延伸的四条棱线1a、1b、1c、1d，并且沿着这些棱线1a～1d中的棱线1d具有凸缘部1e，其中，棱线1d是位于部件1的四边形闭合截面的、沿部件1的长边方向的弯曲形状的半径方向最内侧(在图1中为最上侧位置)的棱线，凸缘部1e在包含该棱线1d在内的平面(在图1的(a)中为与纸面平行的平面)上延伸且向上述半径方向内侧突出。另外，关于该部件1的弯曲形状，在与四边形闭合截面结构部分有关的上述半径方向最内侧部分即棱线1d的位置，成为中心位于包含该棱线1d在内的平面上的曲率半径R1。
在制造该部件1时，在本实施方式的制造方法中，从预先修整加工成规定轮廓形状的一张钢板，首先如图2的(a)、(b)所示那样，使用例如弯曲和深冲成形模具对具有沿长边方向的弯曲形状的流槽状的前工序产品2进行冲压成形。该前工序产品2呈部件1在位于上述最内侧的棱线1d的位置被切开并且以各端部具有该棱线1d和沿该棱线延伸的凸缘部1e的方式展开的如图2的(b)所示的打开截面形状，具有通过上述切开而从与部件1的多边形闭合截面的角部对应的四条棱线增加了一条棱线的五条棱线2a～2d，并且具有沿位于半径方向最内侧(在图2中为最上侧位置)的两条棱线2d分别延伸的两个凸缘部2e。
在此，各棱线2a～2d以具有与部件1的对应的棱线1a～1d相同或者比其短的长度的方式，具有与该对应的棱线1a～1d的曲率半径相同或者比该对应的棱线1a～1d的曲率半径小的曲率半径。即例如将位于半径方向最内侧(在图2中为最上侧位置)的棱线2d的曲率半径R2设为小于与棱线2d对应的部件1的棱线1d的曲率半径R1。另外，在上述冲压成形中，如图3中放大所示，在前工序产品2的各棱线2a～2d的由两侧的边夹持的内侧位置形成有沿这些棱线2a～2d分别延伸的U槽形截面形状的折线2f，以使得前工序产品2在下一工序中在其棱线位置容易在截面方向上变形。
此外，该前工序产品2上的各棱线2a～2d和凸缘部2e的弯曲形状设定为，除了棱线2a以外的各棱线2b～2d及凸缘部2e并非与图2的(a)的纸面平行，且在以各棱线2b～2d移动至与部件1的对应的棱线1b～1d相同的位置的方式使前工序产品2发生了变形时，这些棱线2b～2d和凸缘部2e在与图2的(a)的纸面平行的平面上沿该平面延伸，并且关于该前工序产品2上的各棱线2a～2d和凸缘部2e的弯曲形状，上述曲率半径R2的中心也并不位于图2的(a)的纸面上而是位于从纸面向铅直方向分离的位置(例如位于包含凸缘部2e的平面上)。
在下一工序中，将该前工序产品2，通过具有与部件1的弯曲形状对应的成形形状的未图示普通凸轮模(camdie)，从图2的(b)的左右方向以从图2的(b)中用实线表示的最初截面形状在截面方向上朝内变形的方式进行推压，使位于最内侧的棱线2d彼此和沿这些棱线2d延伸的凸缘部2e彼此对接，冲压成形为图2的(b)中用虚拟线表示的与部件1的截面形状对应的闭合截面形状。
此时，前工序产品2在各棱线2a～2c的位置朝内弯折，同时在各棱线2d的位置朝外弯折，此时，通常因沿该棱线的弯曲形状的弯折而向部件1的弯曲形状的半径方向内侧移动的部分的长度被缩短，但是通过上述凸轮模，以各棱线2a～2d的曲率半径与部件1的对应的各棱线1a～1d相等的方式一边允许曲率半径的扩大一边使前工序产品2变形，由此各棱线2a～2d的线长得到保持或者伸长而与部件1的各棱线1a～1d的线长一致，凸缘部2e的长度也伸长而与部件1的凸缘部1e的长度一致。
在该冲压成形之后，例如通过点焊、激光焊接等焊接或者粘接剂等对前工序产品2的对接凸缘部2e彼此进行接合，由此能够制造闭合截面结构的部件1。
因而，根据本实施方式的制造方法以及通过该制造方法制造的本实施方式的具有弯曲形状的四边形闭合截面结构的部件1，能够从一张金属板通过冲压成形而形成部件1，因此成本低，另外，凸缘部1e仅在部件1的弯曲形状内侧即可，因此有助于部件1的轻量化，而且，在从前工序产品2冲压成型部件1时，各棱线不会产生线长差或者与前工序产品形状相比部件形状的各棱线的线长变长，因此能够防止部件1产生皱褶。
而且，根据本实施方式的制造方法，在前工序产品2的各棱线2a～2d处冲压成形折线2f，因此前工序产品2在下一工序中在该棱线2a～2d的位置可靠地在截面方向上朝内变形，因此能够从前工序产品2高精度地冲压成形部件1。
图4的(a)、(b)是表示本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法的另一个实施方式中所制造的前工序产品以及从该前工序产品制造的闭合截面结构部件的立体图，另外，图5的(a)、(b)是表示本实施方式的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中所制造的前工序产品以及从该前工序产品制造闭合截面结构部件的冲压模具的立体图。
如图4的(b)所示，本实施方式的制造方法制造汽车车身用前柱部件3，该前柱部件3具有较大曲率半径的整体弯曲形状以及中间部较小曲率半径的弯曲形状，并且从端面得以明确，具有包括与角部对应的四条棱线3a～3d的大致梯形闭合截面结构，并且具有位于其弯曲形状内侧的凸缘部3e。
在通过冲压成形制造该前柱部件3时，在本实施方式的制造方法中，从预先修整加工成规定轮廓形状的一张钢板，首先如图4的(a)所示，使用例如弯曲和深冲成形模具对具有沿长边方向的弯曲形状的流槽状的前工序产品4进行冲压成形。该前工序产品4呈部件3在位于弯曲形状半径方向最内侧(在图4中为最下侧位置)的棱线3d的位置被切开并以各端部具有该棱线3d和沿该棱线3d延伸的凸缘部3e的方式展开的打开截面形状，具有通过上述切开而从与部件3的多边形闭合截面的角部对应的四条棱线增加了一条棱线的五条棱线4a～4d，并且具有沿位于上述半径方向最内侧的两条棱线4d分别延伸的两个凸缘部4e。
在此，各棱线4a～4d以具有与部件3的对应的棱线3a～3d相同或者比该棱线3a～3d短的线长的方式具有与该对应的棱线3a～3d的曲率半径相同或者比该棱线3a～3d的曲率半径小的曲率半径。即例如关于位于半径方向最内侧(在图4中为最下侧位置)的棱线4d，将曲率半径设为小于与其对应的部件3的棱线3d的曲率半径。
在下一工序中，如图5的(a)、(b)所示，将该前工序产品4，通过具有与部件3的弯曲形状对应的弯曲形状成形面5a、5b的普通凸轮模5，如图5的(b)中用箭头所示，从该前工序产品4两侧以在截面方向上朝内变形的方式进行推压，使位于最内侧的棱线4d彼此和沿这些棱线4d延伸的凸缘部4e彼此对接，冲压成形为与部件3的截面形状对应的闭合截面形状。
此时，前工序产品4在各棱线4a～4c的位置朝内弯折，同时在各棱线4d的位置朝外弯折，此时，通常因沿该棱线的弯曲形状的弯折而向部件3的弯曲形状的半径方向内侧移动的部分的长度被缩短，但是通过上述凸轮模5以使各棱线4a～4d的曲率半径与部件3的对应的各棱线3a～3d相等的方式一边允许曲率半径的扩大一边使前工序产品4变形，由此各棱线4a～4d的线长得到保持或者伸长而与部件3的各棱线3a～3d的线长一致，凸缘部4e的长度也伸长而与部件3的凸缘部3e的长度一致。
在该冲压成形之后，例如通过点焊、激光焊接等焊接或者粘接剂等对前工序产品4的对接的凸缘部4e彼此进行接合，由此能够制造闭合截面结构的部件3。
因而，根据本实施方式的制造方法以及通过该制造方法制造的本实施方式的具有弯曲形状的大致梯形闭合截面结构的部件3，与上述实施方式同样地，能够从一张金属板通过冲压成形形成部件3，因此成本低，另外，凸缘部3e仅在部件3的弯曲形状内侧即可，因此有助于部件3的轻量化，而且，在从前工序产品4冲压成型部件3时，各棱线不会产生线长差或者与前工序产品形状相比部件形状的各棱线的线长变长，因此能够防止部件3产生皱褶。
图6的(a)、(b)是表示比较例的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法中所制造的前工序产品以及从该前工序产品制造的闭合截面结构部件的立体图，如图6的(b)所示，该比较例的制造方法制造汽车车体用前柱部件6。该前柱部件6与通过上述实施方式制造的前柱部件3同样地，具有较大曲率半径的整体的弯曲形状以及中间部较小曲率半径的弯曲形状，并且从端面得以明确，具有包括与角部对应的四条棱线6a～6d的大致梯形闭合截面结构，并且，具有位于其弯曲形状内侧的凸缘部6e。
在通过冲压成形制造该前柱部件6时，在比较例的制造方法中，从预先修整加工成规定轮廓形状的一张钢板，首先如图6的(a)所示，使用例如弯曲和深冲成形模具对具有沿长边方向的弯曲形状的流槽状的前工序产品7进行冲压成形。该前工序产品7呈部件6在位于弯曲形状半径方向最内侧(在图6中为最下侧位置)的棱线6d的位置被切开并以各端部具有该棱线6d以及沿该棱线6d延伸的凸缘部6e的方式展开的打开截面形状，具有通过上述切开而从与部件6的多边形闭合截面的角部对应的四条棱线增加了一条棱线的五条棱线7a～7d，并且具有沿位于上述半径方向最内侧的两条棱线7d分别延伸的两个凸缘部7e。在此，各棱线7a～7d以分别具有与部件6的对应的棱线6a～6d相同的线长的方式具有与其对应的棱线6a～6d的曲率半径相同的曲率半径。
在下一工序中，将该前工序产品7，通过具有与部件6的弯曲形状对应的弯曲形状的成形面的未图示普通凸轮模，从该前工序产品6两侧以在截面方向上朝内变形的方式进行推压，使位于最内侧的棱线6d彼此和沿这些棱线6d延伸的凸缘部6e彼此对接，冲压成形为与部件6的截面形状对应的闭合截面形状。
此时，前工序产品7在各棱线7a～7c的位置朝内弯折，同时在各棱线7d的位置朝外弯折，此时，因沿这些棱线的弯曲形状的弯折而向部件6的弯曲形状的半径方向内侧移动的部分的长度被缩短，部件6的长边方向产生板材余量。因而，根据该比较例的制造方法，与上述实施方式的制造方法不同，如图6的(b)所示，部件6的弯曲形状部分侧面产生纵皱褶6f。
以上，根据图示例进行了说明，但是本发明并不限定于上述例，在权利要求书的记载范围内能够适当地进行变更，例如部件棱线数量可以四条以外的数量，并且折线也可以是V槽形截面形状折线或者相反侧不生成突条的折线。
工业实用性
这样，根据本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法以及通过该方法制造的本发明的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件，能够从一张金属板通过冲压成形形成，因此成本低，另外，凸缘部仅在部件的弯曲形状内侧即可，因此有助于部件轻量化，而且，在从前工序产品冲压成型部件时各棱线不会产生线长差或者与前工序产品形状相比部件形状的各棱线的线长变长，因此能够防止部件形状产生皱褶。
附图标记说明
1、3、6：部件；1a、1b、1c、1d、3a、3b、3c、3d、6a、6b、6c、6d：棱线；1e、3e、6e：凸缘部；2、4、7：前工序产品；2a、2b、2c、2d、4a、4b、4c、4d、7a、7b、7c、7d：棱线；2e、4e、7e凸缘部；5：凸轮模；5a、5b：成形面；6f纵皱褶。

Claims (3)

1.一种具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法，所述部件为具有沿长边方向的弯曲形状的多边形闭合截面结构的部件，具有与所述多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，并且具有两个凸缘部，该两个凸缘部沿着这些棱线中位于沿该部件的长边方向的弯曲形状的半径方向最内侧的棱线，与包含该棱线在内的平面平行地延伸，在从一张金属板制造所述部件时，
首先，从所述金属板冲压成形具有沿长边方向的弯曲形状的流槽状的前工序产品，该流槽状的前工序产品呈所述部件在位于所述最内侧的棱线的位置被切开并以各端部具有该棱线和沿该棱线延伸的凸缘部的方式展开的截面形状，具有与所述部件的多边形闭合截面的角部对应的多条棱线，并且与各角部对应的各棱线以具有与所述部件的对应棱线相同或者比所述部件的对应棱线短的长度的方式，具有与该对应棱线的曲率半径相同或者比该对应棱线的曲率半径小的曲率半径，
接着，将所述前工序产品以在其多条棱线中任一条以上的位置在截面方向上朝内变形的方式进行冲压成形，使位于所述最内侧的棱线彼此以及所述凸缘部彼此对接。
2.根据权利要求1所述的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法，其特征在于，
在所述前工序产品的所述多条棱线中任一条以上沿该棱线冲压成形槽形截面形状的折线，以使得所述前工序产品在该棱线位置容易在截面方向上朝内变形。
3.一种具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件，其特征在于，通过权利要求1或2所述的具有弯曲形状的多边形闭合截面结构部件的制造方法制造。
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