CN105636718B - 钢板的冲裁用工具和冲裁方法 - Google Patents

Abstract

本发明以面向汽车的轻量化、推进高强度薄钢板应用于汽车部件为目的，改善高强度薄钢板的冲孔扩展性。一种冲裁用工具，是在使用冲模和带突起的冲头将成为被加工材料的钢板制成规定的外形形状的冲裁工序中使用的工具，其特征在于，冲模切刃部的曲率半径Rd为0.03mm以上、0.2mm以下，从冲头切刃向突起肩划出的切线与和冲头移动方向正交的方向构成的角度(α)为12°以上、72°以下。本发明还涉及使用该冲裁用工具的冲裁方法以及成形方法。另外，在使冲模切刃部(肩R部)为曲率半径R1、R2的二段R、将通过R1、R2的中心的直线的倾角设为β时，通过设为0.03mm≤R1≤0.2mm、1≤R2/R1≤5、0≤R2(1‑sinβ1)≤0.3t、30°≤β≤90°，能够进一步改善冲裁孔扩展性。

Description

钢板的冲裁用工具和冲裁方法

技术领域

本发明涉及薄钢板的冲裁用工具、和使用了该工具的冲裁加工方法。

背景技术

对应于石油危机引起的汽车轻量化要求，汽车用的钢板的高强度化在推进。近年来也产生了提高汽车碰撞安全性的要求，汽车用钢板进一步高强度化的要求正在提高。

钢板随着强度提高，一般会牺牲成形性，在冲压成形时容易产生裂纹。因此，在应用高强度钢板时，在其冲压成形工序中，需要谋求防止裂纹。特别是在汽车用钢板的冲压成形时，较多地出现将冲裁出的端面在周向上拉伸的“冲裁孔扩展成形”，在这样的成形中防止裂纹很重要。

图1示出使用了以往的平底冲头的冲裁工序中的被加工材料的变形状态。在该冲裁工序中，由于对图1(b)所示的硬化层施加大的压缩或者拉伸的应变，该部分显著硬化。而且，因此，冲裁后的端面的延展性劣化，冲裁孔(冲孔)的冲裁孔扩展性显著劣化。由该硬化层引起的端面延展性劣化，在高强度钢中特别显著，正在要求对应于近年来的汽车轻量化要求而较多地使用的高强度钢板的冲裁孔扩展性的改善。

作为改善该冲裁孔扩展性的冲裁技术，曾提出了使用在顶端带有突起的冲裁冲头进行冲裁的技术(专利文献1、2)。

下面说明利用该技术改善冲裁孔扩展性的原理。冲裁孔扩展性，由于在冲裁工序中在端面上形成蓄积有塑性应变的加工硬化层而劣化。在冲裁工序中，起初通过冲头、冲模剪切被加工材料而形成剪切面。接着，在冲头、冲模的切刃附近的被加工材料中发生裂纹且该裂纹发展，由此形成断裂面。该裂纹生长，以至于断裂。断裂面的加工硬化层上的塑性应变主要在剪切面的形成阶段产生，因此剪切面的形成阶段越短，断裂面的加工硬化层上的塑性应变越小。由于冲裁冲头上带有的突起的效果，对被冲裁的被加工材料的冲头和冲模的切刃附近给予拉伸应力，促进裂纹的发展，结果能够缩短剪切面的形成阶段。由于该效果，可抑制冲裁端面的应变、改善冲裁孔扩展性。

在专利文献1中，为了进一步防止由突起引起的对坯料的剪切，使突起的肩部的曲率半径Rp为0.2mm以上、或者使突起肩部角度为100°以上170°以下成为必要条件。

在专利文献2中，为了改善被加工材料的端面的延展性，从冲头切刃向突起划出的切线的角度为3°～70°成为必要条件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2005-95980号公报

专利文献2:日本特开2007-307616号公报

发明内容

根据以往技术，在抗拉强度约为800MPa的高强度钢板中，能够获得80％以上的冲裁孔扩展率。利用该技术能获得一定的汽车轻量化效果。但是，为了对应于近年来进一步高涨的高强度钢板的需求，未必可以说是足够。为了充分对应于这样的需求，正在要求在抗拉强度约为800MPa的高强度钢板中实现90％以上的冲裁孔扩展率。

本发明的课题是具体实现在800MPa级的高强度钢板的冲裁加工中实现90％以上的冲裁孔扩展率的冲裁加工工具和加工方法。

本发明人为了在使用带突起的冲头的冲裁加工中解决上述课题而进行了锐意研究，得到了以下见解。

(a)冲模的切刃形状的最佳化

进行冲裁加工时，在作为被加工材料的高强度钢板的冲头侧和冲模侧，力的施加状况不同，因此本来冲头的切刃形状和冲模的切刃形状各自应存在最佳的形状。以往技术是以冲头的切刃为主体进行了研究，冲模的切刃形状并没有达到最佳。因此，本发明人着眼于冲模的切刃形状进行了详细的研究。

首先，当冲模的肩R(冲模的曲率半径，相当于切刃的形状)小时，作为被加工材料的钢板的冲模侧受到极端的压缩应力。因此，钢板断面内的压缩应力区域变大。受到压缩应力的部分由于裂纹的扩展被抑制因此剪切断裂。由此，剪切面增加，加工硬化层变多。

另一方面，如果冲模的肩R过大，则钢板的冲模侧也有拉伸应力作用，因而裂纹扩展进行，剪切断裂成为限定性的。因此，加工硬化层也减少，因此能够确保延展性。但是，由于肩R大，存在切断后的钢板发生变形(垂向冲头下降的方向的塌边)的可能性。

考虑到这些情况，发现在800MPa以上的高强度钢板中使冲模的肩R为0.03mm～0.2mm是适当的。

(b)冲模肩的二段R化

进而，本发明人发现，通过使冲模肩(切刃部分)为具有两种曲率半径的形状(以下称为二段R。)能够一边更加抑制压缩应力一边进行切断。

当冲模肩为具有一种曲率半径的形状(以下有时称为单段R。)时，通过在冲模肩处的钢板的弯曲，在钢板的冲模侧产生压缩应力进行作用的区域。由该弯曲引起的压缩应力，缓和好不容易由带突起的冲头在钢板内产生的拉伸应力。相应地裂纹扩展性变差。

于是，通过将冲模肩R设为二段，部分缓和在冲模肩处的钢板的弯曲，使由该弯曲引起的压缩应力进行作用的区域减少，能够改善裂纹扩展性。

另外，在为冲裁工具的情况下，冲头与冲模的间隙(clearance)也是重要的。在使冲模肩为二段肩R的情况下，如果增大冲头侧的圆弧部分的曲率半径R1，则结果间隙变大，锋利度变钝。因此，发现：在使冲模肩为二段肩R的情况下，使冲头侧的曲率半径R1小于与冲头相反侧(压板侧)的曲率半径R2即可。

进而发现，在钢板被切割时，冲头侧的曲率半径R1会发挥效用，因此使该曲率半径R1在所述的最佳范围即可。

由此，能够减少作用于钢板的压缩应力，可获得由更高的拉伸应力带来的裂纹扩展性。而且，能够减少剪切断裂的剪切面，能够减少加工硬化层，能够改善孔扩展性。

但是，因为需要控制为钢板的弹性区域内的变形，所以需要限制冲模肩部的钢板落入量。

(c)带突起的冲头形状的最佳化

另一方面，对于在切割时能够使作为被加工材料的钢板高效地产生拉伸应力的带突起的冲头的形状也进行了详细研究。其结果发现，从成为冲头切刃的肩(冲头切刃端部)向突起肩划出的切线与和冲头移动方向正交的方向构成的角度(α)存在最佳范围。即，可知在α为12°～72°时，产生较大的拉伸应力，提高了裂纹的扩展性。

本发明是基于这些见解而完成的，其要旨如下。

(1)一种钢板的冲裁用工具，至少采用冲模、压板和带突起的冲头构成，其特征在于，在与该冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃构成的棱线垂直的截面中，成为冲模切刃的肩部的曲率半径Rd为0.03mm以上0.2mm以下，从成为冲头切刃的肩(冲头切刃端部)以与突起的肩相切的方式划出的直线与和冲头的移动方向正交的方向构成的角度α为12°以上72°以下。

(2)根据(1)所述的钢板的冲裁用工具，其特征在于，成为所述冲模切刃的肩部的曲线具有两种曲率半径，将面向冲头的曲线的曲率半径设为R1，将另一曲线的曲率半径设为R2，将通过分别具有R1和R2的两曲线的交点和R1的曲率中心的直线、与和冲头的移动方向正交的方向构成的角设为β，将钢板的板厚设为t时，

0.03mm≤R1≤0.2mm；

1≤R2/R1；

30°≤β≤90°，

其中，R1、R2、t的单位均为mm。

(3)根据(2)所述的钢板的冲裁用工具，其特征在于，所述两种曲率半径R1、R2还满足1≤R2/R1≤7、和R2(1-sinβ)≤3t。

(4)一种钢板的冲裁方法，其特征在于，使用的冲裁工具至少采用冲模、压板和带突起的冲头构成，用压板和冲模夹持钢板，使带突起的冲头移动来冲裁切断钢板，在与该冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃构成的棱线垂直的截面中，成为冲模切刃的肩部的曲率半径Rd为0.03mm以上0.2mm以下，从成为冲头切刃的肩以与突起的肩相切的方式划出的直线与和冲头的移动方向正交的方向构成的角度α为12°以上72°以下。

(5)根据(4)所述的钢板的冲裁方法，成为所述冲模切刃的肩部的曲线具有两种曲率半径，将面向冲头的曲线的曲率半径设为R1，将另一曲线的曲率半径设为R2，将通过分别具有R1和R2的两曲线的交点和R1的曲率中心的直线、与和冲头的移动方向正交的方向构成的角设为β，将钢板的板厚设为t时，

0.03mm≤R1≤0.2mm；

1≤R2/R1；

30°≤β≤90°，

其中，R1、R2、t的单位均为mm。

(6)根据(5)所述的钢板的冲裁方法，其特征在于，所述两种曲率半径R1、R2还满足1≤R2/R1≤7、和R2(1-sinβ)≤3t。

根据本发明，能够改善800MPa以上的高强度钢板的冲裁孔扩展性，能够在冲裁了的钢板中实现90％的孔扩展率。因此，能够将高强度钢板应用于汽车部件用途。由此，容易谋求汽车车体的轻量化，能够有助于减少汽车的耗油量、改善碰撞安全性能。

附图说明

图1是表示以往的平底冲头的图。图1(a)是表示冲头、冲模、被加工材料的关系的图。图1(b)是表示被加工材料的变形行为的图。

图2是表示以往的带突起的冲头所引起的冲裁中的被加工材料的变形行为的图。

图3是表示使用了以往的带突起的冲头的冲裁工具的截面的图。

图4是表示使用了本发明涉及的带突起的冲头的冲裁工具的截面的图。

图5是表示冲模肩的曲率半径Rd与冲裁孔扩展率的关系的图。

图6是表示孔扩展性(放边性)的参考图。

图7的图7(a)是表示使用了以往的平底冲头的冲裁工具的截面、图7(b)是表示使用了本发明涉及的带突起的冲头的冲裁工具的截面的图。

图8是表示具有二段肩R的冲模肩部的图。

具体实施方式

下面使用附图对本发明进行说明。再者，本申请中所说的形状，只要不特别说明，是指在与冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃形成的棱线垂直的截面中能够观察到的形状。另外，只要不特别说明，曲率半径、板厚等所使用的单位均为mm。图3示出以往的带突起的冲头，图4表示本发明涉及的冲模肩设有规定的曲率半径Rd的冲裁工具的截面图。

首先，对于在利用带突起的冲头进行了冲裁的情况下冲裁孔扩展性的改善效果进行说明。

如专利文献1、2所公开的那样，在使冲头形状为由如图3所示的切刃B和突起A构成的结构，利用突起A对由切刃B切割的部分(被加工材料切割部M)给予拉伸应力的情况下，切刃B附近的裂纹的发生和进展被拉伸应力促进，被加工材料没有受到大的塑性变形就被切刃B切断，因此冲裁端面的应变降低，冲裁孔扩展性改善。

此时，如果不使突起形状为规定的形状，就不能获得充分的冲裁孔扩展性改善的效果。即，为了对由切刃B切割的部分M给予由弯曲引起的充分的拉伸应力，需要防止被加工材料被突起A切断的现象。但是，为此，需要对突起A的肩部赋予规定的曲率半径Rp、或者赋予规定的角度θp。而且，在本发明中，为了防止由突起引起的剪切，有必要使突起的肩部的曲率半径Rp为0.2mm以上、或者使突起肩部角度θp为100°以上170°以下。

另外，在本发明中，从成为冲头切刃的肩(冲头切刃端部)向突起的肩部划出的切线与和冲头移动方向正交的方向构成的角度(α)设为12°以上、72°以下即可。如果该角度α小于12°，则不能充分获得对坯料的冲头肩和/或冲模肩附近的被加工材料给予拉伸应力的效果，不能获得由突起带来的降低应变的效果。优选设为20°以上，更优选设为30°以上。另外，如果角度α大于72°，则会对端面给予由突起引起的过大的应变，冲裁孔扩展性劣化。优选设为60°以下，更优选设为50°以下。

本发明是基于以上的技术，通过如图4所示那样对冲模肩(切刃)赋予规定的曲率半径Rd，来实现冲裁孔扩展性的进一步改善的发明。推测是因为通过对冲模肩(切刃)赋予曲率半径Rd，在剪切中由冲模肩(切刃)产生的塑性应变被分散，冲裁端面的塑性应变降低。由此，冲裁孔扩展性得到改善。该效果是在使用了带突起的冲头的情况下获得的，在通常的平底冲头的情况下不能获得同样的效果。

图5表示在使用了图4的带突起的冲头的情况下，改变了冲模肩的曲率半径Rd时的冲裁孔扩展率的变化。作为比较的对象，也示出使用了通常的平底冲头的情况。此时的冲头径为10mm、冲模内径为10.65mm。另外，试验所使用的被加工材料，是具有820MPa的抗拉强度、591MPa的屈服强度、32％的总伸长率、板厚为2.6mm的高强度热轧钢板。冲裁间隙设为12.5％。对于带突起的冲头的形状，使切刃端部P与突起的起升位置D的距离Dp为1.0mm、冲头突起肩部角度θp为135°、冲头突起肩部曲率半径Rp为0.5mm、冲头突起的高度Hp为3.0mm。

冲模肩的曲率半径Rd，在通常的冲裁工序的操作中，大体在0～0.025mm(25μm)之间变化。即，新品的冲模，其肩部曲率半径Rd大体为0mm，随着冲裁数增加，冲模肩部的曲率半径Rd由于摩耗而增加。于是，当摩损加重时，冲模被更换。在通常的更换周期下，肩部曲率半径Rd大体增大至0.025mm左右。

另外，将顶角60°的圆锥冲头放入初始孔中进行推压扩展，在孔端面的板厚方向裂纹贯通了的时刻使冲头停下，求出此时的孔径相对于初始孔径(例如10mm)的增加率作为冲裁孔扩展率。再者，冲裁间隙的定义是冲头与冲模的间隔C/板厚t×100(％)。

在图5中，通过使用带突起的冲头，与平底冲头的情况相比，冲裁孔扩展性显著改善了。而且，在使用了带突起的冲头的情况下，如果冲模肩(切刃)的曲率半径Rd过小，则冲裁孔扩展率低。其原因可考虑如下：在冲模肩的曲率半径Rd过小的情况下，应变集中于冲模肩附近的被加工材料中，其残留于冲裁端面上。另一方面，即使冲模肩曲率半径Rd过大，冲裁孔扩展性也会劣化。这是因为在冲模肩曲率半径Rd大的情况下，从冲模肩(切刃)开始的裂纹的发生延迟，由此在裂纹发生之前施加于端面的应变增加。

下面基于图4来说明必要条件。本发明所使用的冲裁冲头或者冲模，需要设为突起A和切刃部的二段结构。这是为了在用切刃B将被加工材料剪切之前，用突起A对被加工材料的切割部M给予拉伸应力，降低切断后的被加工材料的切断端面的应变。

冲头突起肩部的曲率半径Rp设为0.2mm以上即可。这是因为，当突起肩部的曲率半径Rp为0.2mm以下时，被加工材料被突起A剪切，不能够对由切刃B剪切的部分M给予充分的拉伸应力。在本发明中，突起肩部曲率半径Rp没有特别的上限，但根据冲头的尺寸，曲率半径Rp过大时，难以增大突起的高度Hp，因此优选为5mm以下。

另外，将突起肩部的角度θp设为100°以上、170°以下即可。这是因为，如果突起肩部的角度θp为100°以下，则被加工材料被突起A剪切，因此不能够对由切刃B剪切的部分M给予充分的拉伸应力，另外，如果突起肩部的角度θp为170°以上，则不能够对由切刃B剪切的部分给予充分的拉伸应力。

但是，关于突起肩部的曲率半径Rp和突起肩部的角度θp的规定，是为了防止坯料被突起剪断的规定，因此任何一方得到满足即可。

在本发明的冲裁中，冲裁间隙(图4中的间隔C/板厚t×100(％))对端面延展性的影响与以往技术相同，与以往的冲裁方法相比，不需要加以特别的注意。

冲模肩(切刃)Rd(冲模切刃部的曲率半径Rd)设为0.03mm以上、0.2mm以下即可。如果冲模肩Rd过小，则发生向与冲模肩(切刃)接触的钢板部分(下面称为钢板的冲模肩附近。)的大的应变集中，因此冲裁孔扩展性劣化。另一方面，如果冲模肩Rd过大，则源自钢板的冲模肩(切刃)附近的裂纹的发生延迟，应变向端面集中。因此，从将端面的应变最小化、改善冲裁孔扩展性的观点出发，设置上述的冲模肩(切刃)Rd的上下限。为了使冲裁孔扩展性特别良好，冲模肩曲率半径Rd优选为0.05mm以上、0.15mm以下。

在通常的冲裁中，通常为了将被加工材料适当地固定于冲模，也可以使用压板(压边圈)。在本发明的冲裁方法中，也优选使用压板。压板载荷(由压板施加于被加工材料上的载荷)，对冲裁孔扩展性无特别的影响，因此不进行限定。

冲头速度，只要在通常的钢板冲裁加工时的冲头速度范围内，就不会对冲裁孔扩展性给予大的影响，因此不特别限定。在很多情况下，为了在冲裁工序中抑制金属模的磨损而向金属模或者被加工材料涂布润滑油。在本发明中也可以适当使用润滑油。

另外，为了利用突起A给予充分的拉伸应力，突起的高度Hp优选设为被加工材料的板厚的10％以上。

另外，切刃端部P与突起的起升位置Q的间隔Dp优选为0.1mm以上。这是因为，在该间隔为0.1mm以下的情况下，利用切刃B剪切被加工材料时，通常从切刃的顶端附近发生的裂纹变得难以发生，应变施加于利用切刃进行的切割的位置。

另外，在本发明涉及的冲头中，切刃端部P与突起的起升位置Q之间的部分、突起底面部Bp、以及突起A的纵壁部分，从冲头的制作方面来看优选为平坦形状，但即使有一些凹凸，只要满足上述的必要条件，则效果是相同的。

本发明是通过使以往的仅有切刃B的平底冲头带有突起A，而使冲裁孔扩展性良好的发明。通过带有突起A、提高突起的高度Hp，切刃B与被加工材料接触的表面压力下降，因此切刃端部P的磨损量也降低。

从这种观点出发，突起的高度Hp越高越优选。但是，在其过高的情况下，根据作为对象的被加工材料，存在在切刃B与被加工材料接触之前被加工材料在突起A与切刃B之间断裂，不能够获得效果的情况。因此，在那样的情况下，优选使突起的高度Hp约为10mm以下。

从成为冲头切刃的肩(冲头切刃端部)向突起肩划出的切线与和冲头移动方向正交的方向构成的角度(α)设为12°以上、72°以下即可。如果该角度α过于小于12°，则不能够充分获得对坯料的冲头切刃附近的被加工材料给予拉伸应力的效果，不能够获得由突起带来的应变降低的效果。优选设为20°以上，更优选设为30°以上。另外，如果角度α过于大于72°，则会对端面给予由突起引起的过大的应变，冲裁孔扩展性劣化。优选设为60°以下，更优选设为50°以下。

在本发明中，在获得更大的冲裁孔扩展性上，优选增大冲裁后的孔扩展成形时的冲头的移动速度、增大端面的周向应变速度。这是因为，端面的周向应变速度越大，在相同的冲头行程的时间点下，裂纹扩展量小，孔扩展成形时的冲裁端端面上的裂纹的扩展变慢。从这种观点出发，端面的应变速度优选为0.1/秒以上。另一方面，从这种观点出发，优选增大冲头的移动速度，但在冲头的移动速度过度大的情况下，会由此导致机械系统的控制变得困难，因此应变速度的上限设为5.0/秒。

在此，端面的周向的应变速度，是指将通过冲裁而产生的端面，在其后的冲压成形工序中如图6所示那样在周向上拉伸时的端面的周向应变(εθ)的增加的速度(dεθ/dt)。

接着，对二段肩R进行说明。

图8表示具有二段肩R的冲模的肩部的截面图。如前所述，该截面是与冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃构成的棱线垂直的截面。二段肩R具有的两种曲率半径之中，如前所述，冲头侧的曲率半径R1小于与冲头相反侧(压板侧)的曲率半径R2即可。由此，能够保持冲头与模间的间隙，并且能够缓和成为被加工材料的钢板的在冲模侧产生的压缩应力。

由于两种曲率半径的弧必须平滑地连接，因此两种曲率半径的圆会相切。即，冲模肩R的拐点成为两种曲率半径的圆弧的交点(切点)T。此时，R1、R2的曲率中心O1、O2(圆弧的中心)与两个圆弧的切点在同一直线上。将通过该R1、R2的曲率中心的直线与和冲头的移动方向正交的方向构成的角设为β。如果确定了两种曲率半径R1、R2和角度β，就能够确冲模的切刃形状。下面说明R1、R2与角度β的关系。

冲裁工具的情况下，冲头与冲模的间隙很重要。在使冲模肩为二段肩R的情况下，如果增大冲头侧的圆弧部分的曲率半径R1，则结果间隙变大，锋利度变钝。因此，发现：在使冲模肩为二段肩R的情况下，使冲头侧的曲率半径R1小于与冲头相反侧(压板侧)的曲率半径R2即可。进而，为了在钢板被切割时，冲头侧的曲率半径R1发挥效用，使该曲率半径R1在前述的单段肩R的情况下的曲率半径Rd的最佳范围即可。

另外，从确保切割性(锋利度)的观点出发，整个肩部之中曲率半径R1的圆弧占三分之一(1/3)以上即可。即，β优选为30°以上。这是因为，如果比其小，则曲率半径大的R2的圆弧成为支配的，切割性劣化。优选R1的圆弧为一半以上的β为45°以上。β的上限不特别限定。在几何学上，90°为上限。

从以上所述来看，使曲率半径R1、R2和β为0.03mm≤R1≤0.2mm、1≤R2/R1、30°≤β≤90°即可。

冲模肩R的与冲头相反侧(压板侧)的曲率半径R2的上限，不特别限定。但是，如果切割时的钢板的落入量(挠曲量)过大，则钢板会塑性变形，担心在切断后该变形依然残留。从这种观点出发，可规定曲率半径R2的上限。在此，钢板落入量如图8所示，用从冲模表面到两个曲率圆的切点T的、冲头移动方向上的距离即R2(1-sinβ)表示。已确认出如果该钢板落入量为板厚t的3倍以下，则无特别的变形而能够切断。即，R2(1-sinβ)≤3t(其中，30°≤β≤90°)即可。

另外，R2的上限，不仅能够根据钢板的落入量来规定，也能够从现实的制造可能性的观点出发来规定。从制造可能性的观点出发，R2为R1的7倍以下即可。由于R2必须至少为R1以上，因此R2与R1的关系满足下式即可。即，1≤R2/R1≤7即可。

R1、R2和β，如果在能够满足这些关系式的范围，就能够任意地设定，能够获得充分满足本发明效果的冲裁工具。在此，前述的单段肩R的冲模是R1＝R2时的情况，此时的β考虑为45°即可。

以上对本发明进行了详细说明，但本发明的实施方式并不被在此记载的方式限定。

实施例

[实施例1]

下面对本发明的实施例进行说明。使用图7所示的平底冲头(图7(a))、以及带突起的冲头(图7(b))进行冲裁后，进行了孔扩展试验。供试钢的机械特性为TS＝820MPa、YP＝591MPa、T.EI＝32％。供试钢的板厚通过磨削设为1.2～5.0mm。使用的试样的尺寸为宽度150mm、长度

150mm。

使用顶角60°圆锥冲头，以“毛边面朝外”的条件、即以冲裁时与冲模接触的钢板的表面在孔扩展试验(扩孔试验)时处于与冲头相反的那一侧的方式设置试样，进行了孔扩展试验。将冲头推压进冲裁孔中，移动冲头直至裂纹在冲裁端面上贯通为止，测定在该时间点下的孔径D，由下式求出冲裁孔扩展率。

冲裁孔扩展率(％)＝(D(mm)-D0(mm))/D0(mm)×100(％)

在此，初始孔径D0设为10～50mm(表1中记载的“冲头径Ap”的值)。冲裁间隙设为板厚的5～20％。

表1记载了试验条件、以及供试验的冲头形状、冲模形状。表3中的间隙(％)是用冲头与冲模的间隔C/板厚t×100(％)定义的数值。

通过试验获得的冲裁孔扩展率也示于表1。冲裁-孔扩展试验都使用5枚试样进行了试验。冲裁孔扩展率显示的是其平均值。

水准(1)为在以往的冲裁中使用了平底冲头的试验，成为本发明的冲裁的冲裁孔扩展率的比较的基准。在该情况下，获得了40％的冲裁孔扩展率。为解决本发明的课题，获得汽车部件轻量化效果所需的冲裁孔扩展率为90％以上。

在水准(3)、(7)～(11)、(15)、(17)、(18)、(22)、(25)～(31)、(36)、(38)、(43)、(47)～(48)中，冲头及冲模形状满足所有的条件，获得了良好的冲裁孔扩展率。水准(7)～(11)为使冲模肩曲率半径Rd变化了的水准，但在Rd为0.03mm以上、0.2mm以下时获得了良好的冲裁孔扩展率，特别是Rd为0.05mm以上、0.15mm以下时，冲裁孔扩展率变得更良好。

水准(47)、(48)是针对水准(7)增大了孔扩展成形时的冲头速度的水准，但通过端面的周向的应变速度增加，获得了更大的冲裁孔扩展性。

水准(2)、(6)、(13)、(14)、(16)、(19)、(20)、(21)、(23)～(24)、(32)～(35)、(37)、(39)～(42)、(44)～(46)，冲模肩的曲率半径Rd小。因此，未获得良好的冲裁孔扩展率。

水准(4)，角度α大于规定的角度。因此，未获得规定的冲裁孔扩展率。

水准(5)，角度α小于规定的角度。因此，未获得规定的冲裁孔扩展率。

水准(12)，冲模肩的曲率半径Rd过度大。因此，未获得良好的冲裁孔扩展率。

水准(49)，孔扩展成形时的端面的周向应变大，但由于冲头速度也大，因此裂纹在冲裁端面上贯通的时刻，无法使冲头停止，不能够求得冲裁孔扩展率。

[实施例2]

接着，进行将图7(b)所示的冲模的肩R(切刃部的R)设为二段肩R的试验。表2表示试验条件、冲裁冲头以及冲模的形状。以实施例1的水准(8)为基础，设为R1＝0.05mm(50μm)、R2＝0.2mm(200μm)。β＝30°、45°、75°，进行了试验。供试钢、孔扩展试验要领等与实施例1相同。试验条件、以及供试验的冲头形状和冲模形状、冲裁孔扩展率示于表2。

其结果可知，与实施例1的水准(8)相比，改善了冲裁孔扩展性。

产业上的利用可能性

本发明能够利用于钢板的冲裁工具。特别是能够在800MPa以上的高强度钢板中发挥其效果，能够利用于汽车用部件等。

附图标记说明

1：冲头；2：冲模；3：压板；4：被加工材料；5裂纹；

A：冲头突起；Ad：冲模孔内径；Ap：冲头径；B：冲头切刃(肩)；

Bp：突起底面部；C：冲头-冲模的间隔；Dp：PQ间的间隔；

Hp：突起的高度；M：材料切割部；O1：二段肩R的R1的曲率中心；

O2：二段肩R的R2的曲率中心；P：冲头切刃端部；

Rp：突起肩部曲率半径；Rd：冲模肩部曲率半径；

R1：二段肩R的冲头侧的曲率半径；

R2：二段肩R的与冲头相反侧的曲率半径；

Q：突起的起升部；T：R1、R2的圆弧的交点(切点)；

Wp：突起纵壁部；t：被加工材料的板厚；

θp：突起纵壁角度；

α：从冲头切刃端部向突起肩划出的切线与和冲头移动方向正交的方向构成的角度；

β：通过R1、R2的曲率中心的直线、与和冲头的移动方向正交的方向构成的角。

Claims (4)

1.一种钢板的冲裁用工具，至少采用冲模、压板和带突起的冲头构成，其特征在于，在与该冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃构成的棱线垂直的截面中，成为冲模切刃的肩部的曲线具有两种曲率半径，将面向冲头的曲线的曲率半径设为R1，将另一曲线的曲率半径设为R2，将通过分别具有R1和R2的两曲线的交点和R1的曲率中心的直线、与和冲头的移动方向正交的方向构成的角设为β，将钢板的板厚设为t时，

0.03mm≤R1≤0.2mm；

1＜R2/R1；

30°≤β≤90°，

从成为冲头切刃的肩向突起的肩划出的直线与和冲头的移动方向正交的方向构成的角度α为12°以上72°以下，

其中，R1、R2、t的单位均为mm。

2.根据权利要求1所述的钢板的冲裁用工具，其特征在于，所述两种曲率半径R1、R2还满足1＜R2/R1≤7、和R2(1-sinβ)≤3t。

3.一种钢板的冲裁方法，其特征在于，是使用至少采用冲模、压板和带突起的冲头构成的冲裁工具的钢板的冲裁方法，在与该冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃构成的棱线垂直的截面中，成为冲模切刃的肩部的曲线具有两种曲率半径，将面向冲头的曲线的曲率半径设为R1，将另一曲线的曲率半径设为R2，将通过分别具有R1和R2的两曲线的交点和R1的曲率中心的直线、与和冲头的移动方向正交的方向构成的角设为β，将钢板的板厚设为t时，

0.03mm≤R1≤0.2mm；

1＜R2/R1；

30°≤β≤90°，

从成为冲头切刃的肩向突起的肩划出的直线与和冲头的移动方向正交的方向构成的角度α为12°以上72°以下，

其中，R1、R2、t的单位均为mm。

4.根据权利要求3所述的钢板的冲裁方法，其特征在于，所述两种曲率半径R1、R2还满足1＜R2/R1≤7、和R2(1-sinβ)≤3t。