CN106715000B - 成形品的制造方法、金属模及管状成形品 - Google Patents

成形品的制造方法、金属模及管状成形品 Download PDF

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Abstract

提供一种能够抑制成形不良的发生的成形品的制造方法。在成形品的制造方法中，包括：第1工序，将金属板(1a)冲压成形为U字形，得到具有在长度方向上以直线状延伸的底部(2)的U成形品(1b)；以及第2工序，通过冲压成形以使上述U成形品(1b)的底部(2)向内侧凸的方式在长度方向上进行弯曲加工，得到U截面弯曲加工品(1c)。

Description

成形品的制造方法、金属模及管状成形品
技术领域
本发明涉及使用金属板的成形品的制造方法、在该制造方法中使用的金属模、以及用该制造方法制造的管状成形品。
背景技术
以汽车零件及家庭用电气制品为代表，在车辆、建材、船舶等中，较多使用具有弯曲形状的曲管、在长度方向上外径不同的异径管、以及在长度方向上截面形状不同的异形截面管等的管状零件。因此，推进了制造这样的管状零件的技术的开发。
以往，在管状零件的制造中，以直形状的厚壁大径管为中心进行UO成形。例如在特开昭58－32010号公报中，公开了依次进行C形冲压、U形冲压、O形冲压，成形直形状的钢管的技术。但是，在以往的UO成形中，成形曲管或异径管、异形截面管是困难的。
近年来，使UO成形发展，开发了成形曲管或异径管、异形截面管等的具有三维形状的管状零件的技术。例如在国际公开第2005/002753号说明书中，提出了一种使用具备纵向端部用的导引板的金属模进行UO成形、制造直形状的异径管的方法。此外，在特许第3114918号公报及特开2008－80381号公报中，提出了一种作为在U成形时进行长度方向的弯曲加工的方法、使U成形工序为包含拉深加工的工序的弯曲中空管的制造方法。
但是，在国际公开第2005/002753号说明书中记载的方法，是直形状的异径管的制造方法，难以成形曲管。此外，在特许第3114918号公报及特开2008－80381号公报中记载的方法在现实中工序数较多，有成品率较低的问题。
发明内容
发明所要解决的课题
特许第3114918号公报及特开2008－80381号公报所记载那样的、在U成形时进行长度方向的弯曲加工的方法中，有根据成形品的形状及原材料而在U成形中发生裂纹或褶皱、纵壁的折入等的成形不良的问题。
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种在长度方向上弯曲加工而制造成形品时能够抑制成形不良的发生的成形品的制造方法、在该制造方法中使用的金属模、及在该制造方法中得到的管状成形品。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，本申请的发明者们完成的发明的主旨如下。
[1]一种成形品的制造方法，其特征在于，包括：第1工序，将金属板冲压成形为U字形，得到具有在长度方向上以直线状延伸的底部的U成形品；以及第2工序，通过冲压成形在长度方向上弯曲加工，以使上述U成形品的底部向内侧凸，得到U截面弯曲加工品。
[2]如上述[1]所述的成形品的制造方法，其特征在于，在上述第2工序中，与上述弯曲加工同时，对上述U成形品的计划弯曲部的至少一部分施加将端部与底部连结的方向的外力。
[3]如上述[2]所述的成形品的制造方法，通过将上述U成形品的沿着长度方向的端部朝向上述U成形品的底部的外侧在面内方向压缩，来施加上述外力。
[4]如上述[1]～[3]中任一项所述的成形品的制造方法，还包括将上述U截面弯曲加工品成形为闭截面、得到管状成形品的第3工序。
[5]一种金属模，用来将U成形品在长度方向上弯曲加工以使底部向内侧凸，得到U截面弯曲加工品，其特征在于，具备：冲模；冲头；以及垫片，配置在上述冲头的侧面，将上述U成形品的沿着长度方向的端部的上述U成形品的计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩。
[6]一种管状成形品，由金属板构成，仅具有1个在轴向上延伸的对接部，其特征在于，具有相对于上述对接部位于周向相反侧的底部在轴向上向内侧凸的弯曲部；上述弯曲部的上述对接部的板厚H1与上述弯曲部的上述底部的板厚H2的比率H1/H2满足下述式(1)。
H1/H2≧Ri/(Ri+D) (1)
(上述式(1)中，Ri是弯曲部的底部侧的曲率半径，D是包含对接部及管状成形品的中心线的截面的弯曲部的宽度。)
发明的效果
在有关本发明的成形品的制造方法中，将U成形及长度方向的弯曲加工分别进行。因而，根据有关本发明的成形品的制造方法，能够抑制U截面弯曲加工品的成形不良的发生，进而关于成形品也能够抑制成形不良的发生。另外，根据有关本发明的金属模，能够有效率地实施上述制造方法，进而能够得到有关本发明的管状成形品。
附图说明
图1是表示有关本发明的成形品的制造方法的第1工序及第2工序的一例的工序图。
图2是表示有关本发明的成形品的制造方法的第3工序的一例的工序图。
图3是表示在有关本发明的成形品的制造方法中使用的金属板的一例的概略平面图。
图4是表示有关本发明的管状成形品的一例的概略立体图。
图5是表示有关本发明的成形品的制造方法的第1工序的一例的工序图。
图6是表示有关本发明的成形品的制造方法的第2工序的一例的工序图。
图7是表示有关本发明的成形品的制造方法的第1工序的另一例的工序图。
图8是表示有关本发明的成形品的制造方法的第2工序的另一例的工序图。
图9是表示有关本发明的成形品的制造方法的第3工序的一例的工序图。
图10是表示有关本发明的管状成形品的另一例的概略立体图。
图11是表示有关本发明的管状成形品的另一例的概略正视图、侧视图、俯视图及剖视图。
图12是表示有关本发明的管状成形品的另一例的概略正视图、侧视图、俯视图及剖视图。
图13是表示实施例3的弯曲中心的截面处的减厚率的曲线图。
图14是表示实施例2、3的比率(H1/H2)的调查结果的曲线图。
具体实施方式
以下，对有关本发明的成形品的制造方法、金属模及管状成形品详细地说明。
A.成形品的制造方法
<基本形态>
基本形态的成形品的制造方法包括：第1工序，将金属板冲压成形为U字形，得到具有在长度方向上以直线状延伸的底部的U成形品；以及第2工序，通过冲压成形在长度方向上弯曲加工，以使上述U成形品的底部向内侧凸，得到U截面弯曲加工品。并且，在基本形态的成形品的制造方法中，可以在上述第2工序结束后，例如还进行将上述U截面弯曲加工品成形为闭截面而得到管状成形品的第3工序。另外，可以代替第3工序而进行穿孔(开孔)或去毛刺、修边(管端部切断)等。此外，穿孔等也可以在第1工序之前、第2工序之前或第3工序之前进行。
参照附图对基本形态的成形品的制造方法进行说明。
图1中(a)～(f)及图2中(a)～(c)是表示基本形态的成形品的制造方法的一例的工序图。图1中(a)、(d)是正视图，图1中(b)是图1中(a)的A－A线剖视图，图1中(e)是图1中(d)的A－A线剖视图，图1中(c)、(f)是立体图，图2中(a)是正视图，图2中(b)是图2中(a)的A－A线剖视图，图2中(c)是立体图。
首先，在第1工序中，如图1中(a)、(b)所示，准备U成形用的第1金属模。U成形用的第1金属模具有冲模11及冲头12，冲模11的凹部的底部11a及冲头12的底部12a都在长度方向上以直线状延伸。在该U成形用的第1金属模的冲模11及冲头12之间载置金属板1a，将金属板1a进行U成形。由此，如图1中(c)所示，能得到具有在长度方向x上以直线状延伸的底部2的U成形品1b。
接着，在第2工序中，如图1中(d)、(e)所示，准备弯曲加工用的第2金属模。弯曲加工用的第2金属模具有冲模21及冲头22，冲模21的凹部的底部21a在长度方向以凸状弯曲而形成，冲头22的底部22a在长度方向上以凹状弯曲而形成。在该弯曲加工用的第2金属模的冲模21及冲头22之间载置U成形品1b，将U成形品1b在长度方向x上弯曲加工。由此，如图1中(f)所示，能得到U截面弯曲加工品1c。U截面弯曲加工品1c的底部3在长度方向上向内侧以凸状弯曲而形成，具有底部3在长度方向向向内侧凸的弯曲部10a、和直部10b，该直部10b具有在长度方向上以直线状延伸的底部3、U截面中的U字的全长沿着中心线相等。
接着，在第3工序中，如图2中(a)、(b)所示，准备O成形用的第3金属模。O成形用的第3金属模具有冲模31及冲头32，冲模31的凹部的底部31a在长度方向上以凸状弯曲而形成，冲头32的凹部的底部32a在长度方向上以凹状弯曲而形成，冲模31的凹部及冲头32的凹部都具有半圆形的截面形状。在该O成形用的第3金属模的冲模31及冲头32之间载置U截面弯曲加工品1c，将U截面弯曲加工品1c进行O成形。由此，如图2中(c)所示，得到管状成形品1d。管状成形品1d其对接部4向外侧以凸状弯曲而形成，位于对接部4的周向相反侧的底部5在轴向上向内侧以凸状弯曲而形成，管状成形品1d具有底部5在轴向上向内侧凸的弯曲部10a、和直部10b，该直部10b具有在轴向上以直线状延伸的底部5、周向的长度沿着中心线相等。
在如以往那样同时进行U成形及长度方向的弯曲加工的情况下，在纵壁(在侧视中是加工对象物的U字的两端的直线部分)上容易作用面外方向的力，在端部(该直线部分的特别是末端部附近)容易发生折入。此外，在此情况下，由于将金属板在板宽度方向上弯曲并且在长度方向上也弯曲，所以在大致接近于平坦的状态的底部发生压缩力，容易发生褶皱。
相对于此，在有关本发明的基本形态中，由于将U成形(第1工序)及长度方向的弯曲加工(第2工序)在不同工序中进行，所以在第2工序中的弯曲加工时能够减小对纵壁(在侧视中是U成形品的U字的两端的直线部分)向面外方向作用的力，进而能够抑制端部(该直线部分的特别是末端部附近)处的折入的发生。此外，在基本形态中，不是如以往那样将金属板在板宽度方向及长度方向上同时弯曲，而是将先将金属板在板宽度方向上弯曲而得到的U成形品在长度方向上弯曲加工，所以当在长度方向上弯曲加工时，能够将底部(U字的底部分)的刚性维持为较高的状态。因此，能够进行长度方向上的稳定的弯曲加工，能够抑制弯曲部的底部处的褶皱的发生，进而，能够得到没有成形不良的U截面弯曲加工品、以及管状成形品。
以下，将基本形态的成形品的制造方法中的各工序更详细地说明。
(1)第1工序
在第1工序中，将金属板冲压成形为U字形，得到具有在长度方向上以直线状延伸的底部的U成形品。可以采用冲压成形、辊轧成形作为U成形方法。
作为金属板，只要能够成形就可以，没有被特别限定，例如可以使用热轧钢板、冷轧钢板、镀层钢板等。此外，在金属板中，也可以使用将多个金属板接合的结构、所谓的拼焊板。此外，可以使用差厚钢板。此外，也可以使用将多个金属板重叠的结构、或在金属板上重叠非金属坯材的结构、即所谓的层叠板。
作为金属板的材料，只要能够成形就可以，没有被特别限定，例如可以举出Fe类(例如，碳素钢、不锈钢等)，Al类(例如，Al、或包含Al和Cu、Mn、Si、Mg、Zn等的至少某种的合金)，Cu类(例如，Cu、或包含Cu和Al、Ag、As、Be、Co、Cr、Fe、Mn、Ni、P、Pb、S、Se、Sd、Sn、Si、Te、Zn、Zr等的至少某种的合金)，Ti类(例如，Ti、或包含Ti和N、C、H、Fe、O、Al、V等的至少某种的合金)等的材料。
作为金属板的板厚，只要是能够成形的程度就可以，根据材料及成形品的形状等而不同，例如可以设为0.5mm～30mm的范围内。但是，如果板厚过小，则在弯曲加工时有可能在弯曲部发生褶皱或裂纹，另一方面，如果板厚过大，则有在成形中需要过大的载荷的情况，所以板厚优选的是设为1.0mm～5.0mm。
作为金属板的形状，根据成形品的形状适当调整。例如，在弯曲加工时弯曲部的U截面中的U字的全长减小，所以优选的是将作为金属板的弯曲部的区域的板宽设计得比作为目的的U截面弯曲加工品的U截面的长度大。具体而言，在制作图1中(f)所示那样的具有弯曲部10a及直部10b的U截面弯曲加工品1c的情况下，优选的是如图3所示那样将作为金属板1a的弯曲部的区域的板宽d2设计得比作为直部的区域的板宽d1宽。
在第1工序中得到的U成形品具有在长度方向上以直线状延伸的底部，在U成形品的长度方向的截面中，底部形成为直线状。
(2)第2工序
在第2工序中，通过冲压成形将上述U成形品以上述底部向内侧凸的方式在长度方向上弯曲加工，得到U截面弯曲加工品。作为本工序中的弯曲加工方法，能够采用冲压成形。
弯曲加工中的曲率半径根据材料及成形品的形状等而不同，例如可以在U截面的宽度的0.5倍～10倍的范围内设定。如果曲率半径较小，则在弯曲加工时有可能在弯曲部发生褶皱或裂纹。此外，如果曲率半径较大，则有不能充分得到将U成形及长度方向的弯曲加工在不同工序中进行的效果(即，成形不良的发生的抑制)的情况。这里，所谓U截面的宽度，例如是指图1中(e)所示那样的宽度w。
(3)第3工序
在第3工序中，将U截面弯曲加工品冲压成形为闭截面，得到管状成形品。这里，所谓闭截面，是不仅完全封闭的截面、还包括在对接的端部之间存在间隙的情况的概念。即，在管状成形品的对接部中，端部彼此既可以密接也可以分离。即，在对接部也可以有间隙。
作为成形为闭截面的方法，可以采用冲压成形。此外，当成形为闭截面时，根据需要也可以使用型芯。通过使用型芯，即使周向的截面形状是复杂的形状，也能够稳定地成形管状成形品。
在第3工序中得到的管状成形品是具有位于对接部的周向相反侧的底部在轴向上向内侧凸的弯曲部的结构，以使在轴向的截面中底部向内侧凸的方式弯曲而形成。对接部例如既可以以向外侧凸的方式弯曲而形成，也可以形成为直线状。
管状成形品的周向的截面形状没有被特别限定，可以做成圆形、椭圆形、四边形、上下非对称的形状等各种的形状。
(4)其他工序
在基本形态中，也可以在第3工序后进行将管状成形品的对接部焊接的焊接工序。作为焊接方法，例如可以举出电弧焊接、激光焊接等。此外，在基本形态中，也可以在第1工序前进行金属板的端部弯曲、所谓的C成形等的加工。
(5)成形品
通过基本形态制造的成形品是管状成形品。此外，作为管状成形品的形状，只要能够通过基本形态的方法良好地成形，并没有被特别限定，例如可以例示图4中(a)所示那样的周向的截面形状是圆形状的曲管、或图4中(b)所示那样的周向的截面形状是上下非对称的形状的曲管，虽然没有图示，但可以例示异径管或异形截面管等。
通过以上，根据图1及图2所示的成形品的制造方法(基本形态)，特别在第2工序中，通过分别进行U成形及长度方向的弯曲加工，能够抑制成形不良的发生。
<应用形态>
接着，对将上述基本形态改良后的应用形态1、2详细叙述。
(应用形态1：关于对U成形品的计划弯曲部的至少一部分施加连结端部与底部的方向上的外力的变形例)
在应用形态1的成形品的制造方法中，在基本形态中叙述的第2工序中，与弯曲加工同时，对U成形品的计划弯曲部的至少一部分施加连结端部与底部的方向上的外力。这里，所谓U成形品的计划弯曲部，是指与在第2工序结束时得到的U截面弯曲加工品中的成为弯曲部的区域对应的区域。此外，所谓底部的外侧，是指弯曲加工时的冲头的移动方向侧。
这样的，作为“在弯曲加工的同时，对U成形品的计划弯曲部的至少一部分施加连结端部与底部的方向上的外力”的例子，可以举出“通过将U成形品的沿着长度方向的端部朝向U成形品的底部的外侧在面内方向压缩来施加该外力”的类型、和“通过将U成形品的纵壁朝向U成形品的底部的内侧(弯曲加工时的冲头的移动方向的相反方向)在面内方向拉伸来施加该外力”的类型。
参照附图对应用形态1的成形品的制造方法进行说明。另外，以下对将第2工序中的外力“通过将U成形品的沿着长度方向的端部朝向U成形品的底部的外侧在面内方向压缩来施加”的类型详细叙述。
图5中(a)～(d)及图6中(a)～(e)是表示本实施方式的成形品的制造方法的一例的工序图。图5中(a)是俯视图，图5中(b)是正视图，图5中(c)是图5中(b)的A－A线剖视图，图5中(d)是立体图。此外，图6中(a)、(c)是正视图，图6中(b)是图6中(a)的A－A线剖视图，图6中(d)是图6中(c)的A－A线剖视图，图6中(e)是立体图。
首先，如图5中(a)所示，准备计划弯曲部(成为弯曲部的区域)的板宽d2比成为直部的区域的板宽d1宽的金属板1a。
接着，在第1工序中，如图5中(b)、(c)所示，准备U成形用的第1金属模。U成形用的第1金属模具有冲模11及冲头12，冲模11的凹部的底部11a及冲头12的底部12a都在长度方向上以直线状延伸。在该U成形用的第1金属模的冲模11及冲头12之间载置金属板1a，将金属板1a进行U成形。由此，如图5中(d)所示，得到具有在长度方向x上以直线状延伸的底部2的U成形品1b。
进而，在第2工序中，如图6中(a)、(b)所示，准备弯曲加工用的第2金属模。弯曲加工用的第2金属模具有冲模21、冲头22、和配置在冲头22的两侧面上的垫片23，冲模21的凹部的底部21a在长度方向上以凸状弯曲而形成，冲头22的底部22a在长度方向上以凹状弯曲而形成。
垫片23将U成形品1b的沿着长度方向x的端部6的、U成形品1b的计划弯曲部(在U截面弯曲加工品中成为弯曲部的区域)7的至少一部分在面内方向压缩，能够上下移动。在图6所示的例子中，垫片23是将计划弯曲部7的全部压缩的类型，但有关本发明的垫片并不限于这样的类型，也可以是将计划弯曲部7的一部分压缩的类型。
接着，如图6中(a)～(d)所示，在弯曲加工用的第2金属模的冲模21及冲头22之间载置U成形品1b，将U成形品1b在长度方向x上弯曲加工。此时，将U成形品1b的沿着长度方向x的端部6的、U截面弯曲加工品的计划弯曲部7的至少一部分在面内方向压缩。由此，如图6中(e)所示，得到U截面弯曲加工品1c。U截面弯曲加工品1c其底部3在长度方向上向内侧以凸状弯曲而形成，具有底部3在长度方向上向内侧凸的弯曲部10a、和直部10b，该直部10b具有在长度方向上以直线状延伸的底部3、U截面的长度沿着中心线相等。
通过以上，根据图5及图6所示的成形品的制造方法(应用形态1)，不仅有在上述基本形态中起到的效果“成形不良的发生的抑制”，特别是通过在第2工序中将U成形品的计划弯曲部的至少一部分朝向U成形品的底部的外侧施加外力，从而不仅能够对U截面弯曲加工品抑制局部性的板厚的变化、即减厚和增厚，还能够抑制弯曲部的底部处的褶皱的发生。并且，与基本形态同样，经过第3工序能够得到希望的管状成形品。
这里，对于图6中(e)所示的加工品1c能够抑制局部性的板厚的变化、即减厚和增厚的具体的根据如下。即，在应用形态1中，在第2工序中通过由垫片23进行的将计划弯曲部7的至少一部分在面内方向压缩，由此计划弯曲部的底部的至少一部分被推抵在金属模上，并且弯曲加工的中立轴(在长度方向上不伸长收缩的位置)与不在面内方向压缩的情况相比向底部侧移动。因此，在图6中(e)所示的加工品1c中，不仅在弯曲部10a中能够抑制底部3侧的板厚增加，还对沿着长度方向的端部8侧通过压缩而供给材料，所以能够抑制板厚减少。因而，不仅能够抑制弯曲部10a的沿着长度方向的端部处的裂纹及底部处的褶皱的发生，还能够使U截面弯曲加工品的U截面的板厚分布变得均匀。
这样，在应用形态1中，由于能够实现板厚分布的均匀化，所以能够使U截面弯曲加工品1c的长度方向上的弯曲部的成形可能范围比基本形态扩大。因此，例如具有曲率半径比较小的弯曲部的U截面弯曲加工品及具有锥部的U截面弯曲加工品也能够在抑制褶皱及裂纹的发生的同时稳定地成形。
进而，当将U成形品的沿着长度方向的端部的计划弯曲部(成为U截面弯曲加工品的弯曲部的区域)的至少一部分在面内方向压缩时，也可以在弯曲加工中不总是压缩，而只要至少在弯曲加工中的任一时点压缩就可以。
除此以外，作为将U成形品的沿着长度方向的端部的计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩时的压力，只要是能够抑制弯曲部的沿着长度方向的端部处的板厚减少及底部处的板厚增加之程度就可以，可以根据成形品的形状、弯曲加工用的第2金属模的垫片的形状、金属板的板厚及材料等适当调整。
(应用形态2：关于管状成形品的形状的变形例)
应用形态2的成形品的制造方法是对在基本形态及应用形态1中得到的成形品的形状加以了改良的制造方法。
图7中(a)～(f)及图8中(a)～(f)是表示应用形态2的成形品的制造方法的一例的工序图。图7中(a)是俯视图，图7中(b)是立体图，图7中(c)是正视图，图7中(d)是图7中(c)的左侧视图，图7中(e)是图7中(c)的右侧视图，图7中(f)是图7中(c)的俯视图。此外，图8中(a)是立体图，图8中(b)是正视图，图8中(c)是正视图，图8中(d)是图8中(c)的左侧视图，图8中(e)是图8中(c)的右侧视图，图8中(f)是图8中(c)的俯视图。
首先，准备图7中(a)所示那样的金属板1a。
接着，在第1工序中，如图7中(b)所示，准备U成形用的第1金属模。U成形用的第1金属模具有冲模11及冲头12，冲模11的凹部的底部11a及冲头12的底部12a都在长度方向上以直线状延伸。在该U成形用的第1金属模的冲模11及冲头12之间载置金属板1a，将金属板1a进行U成形。由此，如图7中(c)～(f)所示，得到具有在长度方向x上以直线状延伸的底部2的U成形品1b。
进而，在第2工序中，如图8中(a)、(b)所示，准备弯曲加工用的第2金属模。弯曲加工用的第2金属模具有冲模21、冲头22、和配置在冲头22的两侧面上的垫片23，冲模21的凹部的底部21a在长度方向上以凸状弯曲而形成，冲头22的底部22a在长度方向上以凹状弯曲而形成。垫片23将U成形品1b的沿着长度方向x的端部6的、成为U截面弯曲加工品的弯曲部的区域7在面内方向压缩，能够上下移动。
接着，如图8中(b)所示，在弯曲加工用的第2金属模的冲模21及冲头22之间载置U成形品1b，将U成形品1b在长度方向x上弯曲加工。此时，将U成形品1b的沿着长度方向x的端部6的成为U截面弯曲加工品的弯曲部的区域7在面内方向压缩。由此，如图8中(c)～(f)所示，得到U截面弯曲加工品1c。U截面弯曲加工品1c其底部3在长度方向上向内侧以凸状弯曲而形成，具有底部3在长度方向上向内侧凸的弯曲部10a、直部10b、和锥部10c，该直部10b具有在长度方向上以直线状延伸的底部3，U截面的长度沿着中心线相等，该锥部10c具有在长度方向上以直线状延伸的底部3、U截面的长度沿着中心线增加。
在应用形态2中，与应用形态1同样，当在第2工序中将U成形品弯曲加工而得到U截面弯曲加工品时，将U成形品弯曲加工，并且将上述那样的U截面弯曲加工品的计划弯曲部(成为弯曲部的区域)的至少一部分在面内方向压缩。
通过以上，根据图7、图8所示的成形品的制造方法(应用形态2)，与应用形态1同样，不仅有在基本形态中起到的效果“成形不良的发生的抑制”，特别通过在第2工序中将U成形品的计划弯曲部的至少一部分朝向U成形品的底部的外侧施加外力，从而对于U截面弯曲加工品能够抑制局部性的板厚的变化、即减厚。并且，与基本形态及应用形态1同样，经过第3工序能够得到希望的管状成形品。
这里，对应用形态2中的第3工序详细叙述。即，对于上述那样形成的U截面弯曲加工品(图8中(c)～(f))，进而如图9所示那样，将U截面弯曲加工品成形为闭截面。
图9中(a)是立体图，图9中(b)是正视图，图9中(c)是正视图，图9中(d)是图9中(c)的左侧视图，图9中(e)是图9中(c)的右侧视图。
在第3工序中，如图9中(a)、(b)所示，准备O成形用的第3金属模。O成形用的第3金属模具有冲模31及冲头32，冲模31的凹部的底部31a在长度方向上以凸状弯曲而形成，冲头32的凹部的底部32a在长度方向上以凹状弯曲而形成，冲模31的凹部及冲头32的凹部都具有半圆形的截面形状。
在该O成形用的第3金属模的冲模31及冲头32之间载置U截面弯曲加工品1c，将U截面弯曲加工品1c进行O成形。由此，如图9中(c)～(e)所示，得到管状成形品1d。管状成形品1d其对接部4向内侧以凸状弯曲而形成，位于对接部4的周向相反侧的底部5在轴向上向内侧以凸状弯曲而形成，该管状成形品1d具有底部5在轴向上向内侧凸的弯曲部10a、直部10b、以及锥部10c，该直部10b具有在轴向上以直线状延伸的底部5，周向的长度沿着中心线相等，该锥部10c具有在轴向上以直线状延伸的底部5，周向的长度沿着中心线增加。
通过以上所示的基本形态及应用形态1、2，得到各种的成形品。即，作为得到的成形品，是经由各种形状的U截面弯曲加工品得到的各种形状的管状成形品，它们根据第3工序及焊接工序的有无等适当选择。
此外，作为成形品的形状，例如在管状成形品1d的情况下，可以例示图10中(a)、(b)所示那样的周向的截面形状是圆形状、具有弯曲部10a和直部10b的曲管，图10中(c)所示那样的周向的截面形状是圆形状、具有弯曲部10a、直部10b和锥部10c的喇叭状的异径管，图10中(d)所示那样的周向的截面形状从圆形状变化为四边形状、具有弯曲部10a、直部10b和锥部10c的喇叭状的异径管，图10中(e)所示那样的周向的截面形状是上下非对称的形状、具有弯曲部10a和直部10b的曲管，以及图10中(f)所示那样的分别具有多个弯曲部10a、直部10b及锥部10c的异径管等。
B.金属模
有关本发明的金属模是用来将U成形品以使底部向内侧凸的方式在长度方向上弯曲加工，而得到U截面弯曲加工品，其特征在于，具备冲模、冲头、以及垫片，该垫片配置在上述冲头的侧面上，将上述U成形品的沿着长度方向的端部的上述U成形品的计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩。即，有关本发明的金属模在上述应用形态1、2中，被应用于成形品的制造方法的第2工序中。
在图6中(a)、(b)中表示有关本发明的金属模的一例，在图8中(a)、(b)中表示有关本发明的金属模的另一例。如图6中(a)、(b)(图8中(a)、(b))所示，金属模具有冲模21、冲头22、和配置在冲头22的两侧面的垫片23。冲模21的凹部的底部21a在长度方向上以凸状弯曲而形成，冲头22的底部22a在长度方向上以凹状弯曲而形成。垫片23将U成形品1b的沿着长度方向x的端部6的、U成形品的计划弯曲部7的至少一部分在面内方向压缩，能够上下移动。
在有关本发明的金属模中，通过具有上述那样的规定的垫片，在使用金属模的弯曲加工时，能够用垫片将U成形品的沿着长度方向的端部的、计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩。因此，在图6中(e)及图8中(c)～(f)所示那样的U截面弯曲加工品1c中，在弯曲部10a处，能够抑制沿着长度方向的端部8处的板厚减少及底部3处的板厚增加。因而，通过使用有关本发明的金属模，不仅能够以较高的水平抑制弯曲部的底部处的褶皱及沿着长度方向的端部处的裂纹的发生，还能够使U截面弯曲加工品的U截面的板厚分布变均匀。根据以上，通过使用有关本发明的金属模，能够使U截面弯曲加工品1c的长度方向上的弯曲部的可成形范围(能够成形的零件的形状的种类数及复杂的程度)相比以往技术适当扩大。由此，例如即使是具有曲率半径比较小的弯曲部的U截面弯曲加工品或具有锥部的U截面弯曲加工品，也能够抑制褶皱或裂纹的发生，进而，能够以较高的水平抑制成形不良的发生。
以下，对有关本发明的金属模的各结构进行说明。
1.垫片
垫片，配置在冲头的两侧面，将U成形品的沿着长度方向的端部的、计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩。
垫片与U成形品抵接的部分为，U成形品的沿着长度方向的端部的、计划弯曲部(即，在U截面弯曲加工品中成为弯曲部的区域)的至少一部分。如果计划弯曲部过宽，则不为目的的区域也被在面内方向压缩，有可能发生成形不良。此外，如果计划弯曲部过窄，则不能充分地抑制弯曲部的沿着长度方向的端部处的板厚减少及底部处的板厚增加，不仅不能以高水平实现成形不良的抑制，U截面的板厚分布的均匀化也有可能变得困难。
垫片的与成形品抵接的部分的形状只要是能够将U成形品的沿着长度方向的端部的、计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩的形状就可以，可以根据U成形品的形状等而适当设计。随着将U成形品弯曲加工，U成形品的形状变化，U成形品的沿着长度方向的端部的形状也变化。因此，例如在假定了弯曲加工的初期、中期、后期的U成形品的沿着长度方向的端部的形状的情况下，垫片的与U成形品抵接的部分的形状优选的是与弯曲加工的初期或中期的U成形品的沿着长度方向的端部的形状对应的形状。如果垫片的与U成形品抵接的部分的形状是与弯曲加工的后期的成形品的沿着长度方向的端部的形状对应的形状，则有通过垫片将U成形品的沿着长度方向的端部的、计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩变得困难的情况。
此外，垫片也可以沿着垫片的行进方向被分割为多个块。在此情况下，通过使构成垫片的各块分别上下移动，能够随着弯曲加工中的U成形品的端部的形状的变化而使垫片的与U成形品抵接的部分的形状变化。
此外，也可以在垫片的与U成形品抵接的部分配置弹性部件。在此情况下，能够随着弯曲加工中的U成形品的端部的形状的变化而使弹性部件弹性变形。作为弹性部件的材料，例如可以举出硬质的橡胶、聚氨酯、树脂材料等。
垫片分别配置在冲头的两侧面。垫片也可以与冲头一体化，也可以与冲头独立地配置。即使是垫片与冲头一体化而被固定在冲头上的情况，由于能够通过垫片将U成形品的沿着长度方向的端部的、计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩，所以也能够得到抑制U截面弯曲加工品的沿着长度方向的端部的板厚减少及底部的板厚增加的效果。特别是，从能够自如地控制长度方向的弯曲和端部压缩的时机的观点看，优选的是垫片与冲头独立地配置，并且垫片及冲头分别能够上下移动。
此外，垫片优选的是以能相对于冲头相对地上下运动的方式，经由弹簧等安装在冲头或冲压装置(控制冲模及冲头的相对位置的装置)上。
作为垫片的材料，可以与通常的金属模的材料为同样的。
2.冲模及冲头
冲模及冲头只要能够将U成形品以使底部向内侧凸的方式在长度方向上弯曲加工、得到U截面弯曲加工品就可以，可以根据成形品的形状等适当设计。
C.管状成形品
有关本发明的管状成形品由金属板构成，仅具有1个沿轴向延伸的对接部，其特征在于，具有相对于上述对接部位于周向相反侧的底部在轴向上向内侧凸的弯曲部，上述弯曲部的上述对接部处的板厚H1与上述弯曲部的上述底部处的板厚H2的比率H1/H2满足下述式(2)。
H1/H2≧Ri/(Ri+D) (2)
(上述式(2)中，Ri是弯曲部的底部侧的曲率半径，D是包含对接部及管状成形品的中心线在内的截面的弯曲部的宽度。)
图11中(a)～(e)是表示有关本发明的管状成形品的一例的图，图11中(a)是正视图，图11中(b)是左侧视图，图11中(c)是右侧视图，图11中(d)是俯视图，图11中(e)是图11中(a)的C－C线剖视图。图11中(a)～(e)所示的管状成形品1d由金属板构成，仅具有1个在轴向上延伸的对接部4，是将1片金属板成形为管状的结构。管状成形品1d具有位于与对接部4周向相反侧的底部5在轴向上向内侧凸的弯曲部10a、和直部10b，该直部10b具有在轴向上以直线状延伸的底部5，周向的长度沿着中心线S相等。此外，弯曲部10a的对接部4的板厚H1与弯曲部10a的底部5的板厚H2的比率H1/H2为规定的范围。
图12中(a)～(e)是表示有关本发明的管状成形品的另一例的图，图12中(a)是正视图，图12中(b)是左侧视图，图12中(c)是右侧视图，图12中(d)是俯视图，图12中(e)是图12中(a)的C－C线剖视图。图12中(a)～(e)所示的管状成形品1d由金属板构成，仅具有1个沿轴向延伸的对接部4，是将1片金属板成形为管状的结构。管状成形品1d具有位于与对接部4周向相反侧的底部5在轴向上向内侧凸的弯曲部10a、直部10b、以及锥部10c，该直部10b具有在轴向上以直线状延伸的底部5，周向的长度沿着中心线S相等，该锥部10c具有在轴向上以直线状延伸的底部5，周向的长度沿着中心线S增加，管状成形品1d分别具有多个弯曲部10a、直部10b及锥部10c。此外，在弯曲部10a中，弯曲部10a的对接部4处的板厚H1与弯曲部10a的底部5处的板厚H2的比率H1/H2都为规定的范围。
这里，在将U成形品弯曲加工时、完全不将U成形品的沿着长度方向的端部的计划弯曲部在面内方向压缩而得到的管状成形品中，通常H1/H2为小于Ri/(Ri+D)，不满足上述式(2)。这是因为，通常在弯曲加工时，在弯曲部的对接部(弯曲外侧)因拉伸应力作用而板厚容易减小，在弯曲部的底部(弯曲内侧)因压缩应力作用而板厚容易增加。相对于此，在有关本发明的管状成形品中，由于H1/H2满足上述式(2)，所以在弯曲部中能够成为均匀的板厚分布。因而，根据有关本发明的管状成形品，不仅能够以较高的水平抑制弯曲部的对接部处的裂纹及底部处的褶皱的发生而消除成形不良，还能够使周向的板厚分布变均匀。
以下，对有关本发明的管状成形品的各结构等进行说明。
1.对接部
有关本发明的管状成形品仅具有1个在轴向上延伸的对接部。这里，所谓管状成形品仅具有1个在轴向上延伸的对接部，是指1片金属板被成形为管状。因而，预先将金属板成形为管状而制作多个管状部件、将管状部件彼此焊接而成的管状成形品，不仅在其长度方向上具有多个对接部，在周向上也具有对接部，所以不包含在有关本发明的管状成形品中。
在对接部，端部彼此既可以密接也可以分离。即，对接部也可以有间隙。此外，对接部也可以被焊接。在对接部的端部彼此离开的情况下，其离开的程度可以设为端部彼此的(最短)距离从1mm到截面U字的全长的10％。
因为不易发生成形不良，所以优选为，当将管状成形品以对接部位于正上方的方式观察时，对接部及中心线为直线状，但也可以稍稍弯曲。
此外，管状成形品只要是将1张金属板成形为管状的结构即可，例如也可以是将1张拼焊板成形为管状的结构。
2.弯曲部
弯曲部是相对于上述对接部位于周向相反侧的底部在轴向上向内侧凸的部分。这里，所谓管状成形品的底部，是指在包括对接部及中心线在内的截面中位于与对接部相反侧的部分。管状成形品既可以具有1个也可以具有多个弯曲部。
弯曲部的对接部处的板厚H1与弯曲部的底部处的板厚H2的比率H1/H2满足下述式(3)。
H1/H2≧Ri/(Ri+D) (3)
(在上述式(3)中，Ri是弯曲部的底部侧的曲率半径，D是包含对接部及管状成形品的中心线在内的截面的弯曲部的宽度。)
弯曲部的对接部处的板厚H1及弯曲部的底部处的板厚H2也可以在长度方向或周向上有分布，但优选的是在长度方向或周向上是均匀的。这里，弯曲部的对接部的板厚H1为管状成形品的长度方向上的弯曲中心处的对接部的板厚。同样，弯曲部的底部的板厚H2为管状成形品的长度方向上的弯曲中心处的底部的板厚。
此外，包含对接部及管状成形品的中心线在内的截面中的、弯曲部的宽度D(例如参照图11)为弯曲中心的宽度。同样，弯曲部的底部侧的曲率半径Ri(例如参照同图)为弯曲部的底部与包含对接部及弯曲中心线在内的面的交线的曲率半径。
接着，弯曲部的对接部处的板厚减少率T优选的是满足下述式(4)。
T<D/2(Ri+D) (4)
(在上述式(4)中，Ri是弯曲部的底部侧的曲率半径，D是包含对接部及管状成形品的中心线在内的截面的弯曲部的宽度。)
这里，弯曲部的对接部处的板厚减少率T用下述式(5)求出。
T＝(H0－H1)/H0×100[％] (5)
(在上述式(5)中，H0是金属板的成为弯曲部的区域的板厚，H1是弯曲部的对接部处的板厚。)
在有关本发明的管状成形品中，如上述那样，弯曲部可以为均匀的板厚分布，由于能够抑制局部性的板厚减小，所以弯曲部的对接部处的板厚减少率T满足上述式(5)。
例如如图11所示，在设包含对接部4及管状成形品1d的中心线S在内的截面的弯曲部10a的宽度为D、弯曲部10a的底部5侧的曲率半径为Ri的情况下，弯曲部10a的对接部4处的板厚减少率优选的是不到D/2(Ri+D)。
同样，例如如图12所示，当设包含对接部4及管状成形品1d的中心线S在内的截面的弯曲部10a的宽度分别为D1、D2、弯曲部10a的底部5侧的曲率半径分别为Ri1、Ri2时，弯曲部10a的对接部4处的板厚减少率优选的是分别为不到D1/2(Ri1+D1)、不到D2/2(Ri2+D2)。
3.直部及锥部
有关本发明的管状成形品也可以具有直部或锥部。此外，直部及锥部的数量既可以是1个，也可以是多个。
4.管状成形品的形状
作为管状成形品的形状，如上述那样，是在图2中(c)、图4中(a)、(b)、图9中(c)～(e)及图10中(a)～(f)的任一个中记载的类型都可以。
以上所示的有关本发明的成形品的制造方法、金属模及管状成形品并不限定于上述实施方式。这些实施方式是例示，只要是具有与在有关本发明的权利要求书中记载的技术思想实质上相同的结构、起到同样的作用效果，不论是怎样的形态都包含在本发明的技术范围中。
实施例
以下，通过实施例实证本发明的效果。
<管状成形品的制作>
[实施例1]
制作出图11所示的弯曲圆管(管状成形品)。管状成形品的弯曲部的曲率半径为215mm，弯曲角度(是指一方的直部10b的中心线S的延长线与另一方的直部10b的中心线S所成的锐角。以下同样)为40°，弯曲圆管的外径为65mm，直部的长度为150mm。
在金属板中，使用具有图3所示那样、与长度方向两端的宽度相比弯曲中心(长度方向中心)的宽度宽的形状、拉伸强度(TS)是440MPa、板厚为2.6mm的热轧钢板。并且，使用图1及图2所示那样的金属模，依次进行U成形、弯曲加工及O成形，得到实施例1的管状成形品。
[比较例1]
除了同时进行U成形及弯曲加工以外，用与实施例1的管状成形品的制作完全相同的方法，得到比较例1的成形体。但是，在比较例1的情况下，如后述那样进行到本发明的第2工序，不进行第3工序(闭截面化)。
[实施例2]
除了代替图1所示的金属模而使用图5、图6所示的金属模以外，用与实施例1的管状成形品的制作完全相同的方法，得到实施例2的管状成形品。
[实施例3]
除了使管状成形品的弯曲部的曲率半径为65mm以外，用与实施例2的管状成形品的制作完全相同的方法，得到实施例3的管状成形品。
[比较例2]
除了同时进行U成形及弯曲加工以外，用与实施例2的管状成形品的制作完全相同的方法，得到比较例2的成形体。但是，在比较例2的情况下，与比较例1的情况同样，如后述那样进行到本发明的第2工序，不进行第3工序(闭截面化)。
[实施例4]
制作图9中(c)～(e)所示那样的喇叭状的异径管(管状成形品)。管状成形品的弯曲部的曲率半径为80mm，弯曲角度为10°，直部的外径为40mm，直部的长度为150mm。
在金属板中，使用拉伸强度(TS)是390MPa、板厚是2.0mm的冷轧钢板。并且，使用图7、图8及图9所示那样的金属模，依次进行U成形、弯曲加工及O成形，得到实施例4的管状成形品。
[比较例3]
除了同时进行U成形及弯曲加工以外，用与实施例4的管状成形品的制作完全相同的方法，得到比较例3的成形体。但是，在比较例3的情况下，与比较例1、2的情况同样，如后述那样进行到本发明的第2工序，不进行第3工序(闭截面化)。
<评价>
[关于成形不良的评价]
对于这样得到的实施例1～4及比较例1～3的管状成形品(或成形体)，分别调查成形途中(U截面弯曲加工品)的纵壁的折入的发生、周向端部的裂纹的发生及底部的褶皱的发生。此外，对于上述的管状成形品，分别对成形完成时的焊接不良进行调查。将它们的结果在以下一起记述。另外，关于有“纵壁的折入的发生”的例子(具体而言，比较例1、2)及有“周向端部的裂纹的发生”的例子(具体而言，比较例3)，由于不能进行其以后的成形，所以不进行本发明的第3工序。因此，在有“纵壁的折入的发生”的例子中，不能判断是否发生“裂纹”“褶皱”“焊接不良”，在有“周向端部的裂纹的发生”的例子中不能判断是否发生“褶皱”“焊接不良”。
[表1]
Figure BDA0001248062080000201
Figure BDA0001248062080000211
根据表1，关于包含在本发明的技术思想的范围中的实施例1～4，可知在全部的项目中都出现“无”的良好的结果。相对于此，关于作为本发明的技术的思想范围外的比较例1～3，可知都至少在某个项目中出现不希望的结果。关于各试验例，以下分析它们的结果。
关于实施例1，在制作管状成形品时，能够不使弯曲部发生裂纹或褶皱地进行弯曲加工。此外，在O成形中，对接部为良好的状态，通过激光电弧混合焊接能够接合。考虑到这是因为将U成形和弯曲加工在不同的工序中进行。
关于比较例1、比较例2，在制作成形体时，由于在U截面弯曲加工品的制作时发生纵壁的折入，所以在U截面弯曲加工品的阶段发生了成形不良。考虑到这是因为将U成形和弯曲加工在同一工序中进行。
关于实施例2、实施例3及实施例4，在制作管状成形品时，能够不使弯曲部发生裂纹或褶皱地进行弯曲加工。此外，在O成形中，对接部为良好的状态，通过激光电弧混合焊接能够接合。进而，O成形后的对接部的板厚减小率大致是零。考虑这是因为，将U成形和弯曲加工在不同的工序中进行，并且在弯曲工序中使用垫片对U成形品的计划弯曲部的至少一部分朝向底部的外侧施加了外力。
关于比较例3，在制作管状成形品时，由于在U截面弯曲加工品的制作时在周向端部发生了裂纹，所以在U截面弯曲加工品的阶段中发生成形不良，虽然尝试了O成形，但通过激光电弧混合焊接不能接合。考虑这是因为将U成形和弯曲加工在同一工序中进行。
[关于减厚率的评价]
此外，关于实施例3，测量了管状成形品的长度方向上的弯曲中心的截面中的减厚率。这里，所谓减厚率，是指弯曲加工前后的各部位的厚度的减小率。在本评价中，调查了设底部的位置为0度、设作为其周向相反侧的对接部的位置为180度的情况下的减厚率。将其结果表示在图13中。另外，图13中实线表示实施例3的结果，点线表示将与实施例3同尺寸的管状成形品通过以钢管为坯材的均等弯曲制作的情况下的计算值。
根据图13，在实施例3中，减厚率包含在约-5％～约-15％之间，可知完全没有减厚。考虑这是因为，在弯曲加工时使用垫片，将U成形品的沿着长度方向的端部朝向U成形品的底部的外侧在面内方向进行了压缩。
[关于比率H1/H2的评价]
进而，关于实施例2、实施例3等，调查是否满足下述式(6)。将其结果表示在图14中。
H1/H2≧Ri/(Ri+D) (6)
(上述式(6)中，H1是弯曲部的对接部处的板厚，H2是弯曲部的底部处的板厚H2，Ri是弯曲部的底部侧的曲率半径，D是包含对接部及管状成形品的中心线在内的截面的弯曲部的宽度。)
另外，在图14中，实施例1A是将与实施例1相同尺寸的管状成形品通过以钢管为坯材的旋转拉弯而制作的情况下的测量值。此外，柱状图表示的值相当于上述式(6)的左边(H1/H2)，点线相当于上述式(6)的右边。
根据图14可知，关于实施例2、3，都满足上述式(6)。因而可知，关于实施例2、3，在弯曲部能够做成均匀的板厚分布。
附图符号说明
1a 金属板；
1b U成形品；
1c U截面弯曲加工品；
1d 管状成形品；
2、3、5 底部；
4 对接部；
6 U成形品的沿着长度方向的端部；
7 计划弯曲部(成为弯曲部的区域)；
8 U截面弯曲加工品的沿着长度方向的端部；
10a 弯曲部；
10b 直部；
10c 锥部；
11、21、31 冲模；
12、22、32 冲头；
11a、21a、31a 冲模的凹部的底部；
12a、22a、32a 冲头的底部；
23 垫片；
x 长度方向。

Claims (5)

1.一种成形品的制造方法，其特征在于，包括：
第1工序，使用具有冲模及冲头的第1金属模将金属板冲压成形为U字形，得到具有在长度方向上以直线状延伸的底部的U成形品；以及
第2工序，使用具有冲模、冲头、以及在冲头的两侧面配置的垫片的第2金属模，通过冲压成形在长度方向上弯曲加工以使上述U成形品的底部向内侧凸，得到U截面弯曲加工品，
在上述第2金属模中，上述冲模的凹部的底部在长度方向上以凸状弯曲而形成，上述冲头的底部在长度方向上以凹状弯曲而形成，上述垫片与上述冲头能够单独地上下移动，
在上述第2工序中，与上述弯曲加工同时，通过上述垫片对上述U成形品的计划弯曲部的至少一部分施加连结端部与底部的方向上的外力。
2.如权利要求1所述的成形品的制造方法，其特征在于，
通过将上述U成形品的沿着长度方向的端部朝向上述U成形品的底部的外侧在面内方向压缩，来施加上述外力。
3.如权利要求1或2所述的成形品的制造方法，其特征在于，
还包括第3工序，该第3工序将上述U截面弯曲加工品成形为闭截面，得到管状成形品。
4.一种金属模，用来将U成形品在长度方向上弯曲加工以使底部向内侧凸，得到U截面弯曲加工品，其特征在于，具备：
冲模；
冲头；以及
垫片，配置在上述冲头的侧面、并且与长度方向上上述U成形品的计划弯曲部对应的位置处，将上述U成形品的沿着长度方向的端部的、上述U成形品的计划弯曲部的至少一部分在面内方向压缩，
上述冲模的凹部的底部在长度方向上以凸状弯曲而形成，
上述冲头的底部在长度方向上以凹状弯曲而形成，
上述垫片以及上述冲头能够单独地上下移动。
5.一种管状成形品，由金属板构成，仅具有1个在轴向上延伸的对接部，其特征在于，
具有相对于上述对接部位于周向相反侧的底部在轴向上向内侧凸的弯曲部；
上述弯曲部的上述对接部处的板厚H1与上述弯曲部的上述底部处的板厚H2的比率H1/H2满足式(1)，
该式(1)为H1/H2≧Ri/(Ri+D)，
上述式(1)中，Ri是弯曲部的底部侧的曲率半径，D是包含对接部及管状成形品的中心线在内的截面的弯曲部的宽度。
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