CN107405665B - 内缘翻边加工方法 - Google Patents

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Abstract

在对板状构件实施内缘翻边加工之际进行如下工序:冲裁工序,在该冲裁工序中,进行板状构件的冲裁加工;扩孔工序,在该扩孔工序中,进行在冲裁工序中形成的冲裁孔的扩孔加工;再冲裁工序,在该再冲裁工序中,对在扩孔工序中扩张的冲裁孔的周边部再次进行冲裁加工;以及内缘翻边成形工序,在该内缘翻边成形工序中,将在再冲裁工序中形成的冲裁孔即再冲裁孔的周边部压入而形成纵壁。

Description

内缘翻边加工方法
技术领域
本发明涉及板状构件的内缘翻边加工。
背景技术
汽车的底盘部分零件等是通过对高强度钢板等金属板实施冲压加工、其他加工而制造的。在其制造过程中,有时也进行在金属板形成内缘翻边孔的内缘翻边加工。如图1所示,首先,在金属板51上形成冲裁孔52,之后,如图2所示那样对冲裁孔52进行扩张而形成纵壁53,从而进行以往的内缘翻边加工。在纵壁53的成形工序(以下称为“内缘翻边成形工序”)中,在对冲裁孔52进行扩张之际,较大的拉伸应力作用于冲裁孔52。因此,在以往的内缘翻边加工方法中,在内缘翻边成形工序中有时在纵壁53产生裂纹(以下称为“内缘翻边裂纹”)。
为了解决该问题,在专利文献1中公开了如下这样的方法,在该方法中,在第1次冲压工序中,以金属板成为U字截面形状的方式进行了拉深加工,之后,在第2次冲压工序中,在底面部形成冲裁孔,在第3次冲压工序中,形成纵壁。
另外,在专利文献2中公开了如下这样的方法,在该方法中,将第1次冲压工序的拉深肩半径设定得较大而进行拉深加工,之后,在第2次冲压工序中对拉深肩部进行矫形锻压,并且,在加工末期对底面整体进行冲孔加工。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-223583号公报
专利文献2:日本特开平6-87039号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,专利文献1的加工方法出于确保产品的纵壁的高度的目的而实施了第1次冲压工序,但存在如下这样的问题:对于例如高强度钢板那样的难成形材料,在作为第1次冲压工序的拉深加工时,在底面肩部会产生裂纹。
另外,在专利文献2的加工方法中,以避免在底面肩部产生裂纹为目的实施了第1次冲压工序,但存在这样的问题:在使用了例如高强度钢板作为原材料的情况下,与专利文献1同样地在作为第1次冲压工序的拉深加工时底面肩部会产生裂纹。
如此,在以往的内缘翻边加工方法中,作为加工对象的材料被限定,有时也无法抑制内缘翻边裂纹的产生。因此,期望的是用于抑制内缘翻边裂纹的新的内缘翻边加工方法。
本发明是鉴于上述状况而做成的,目的在于提供一种抑制内缘翻边裂纹的内缘翻边加工方法。
用于解决问题的方案
本发明人等对抑制内缘翻边裂纹的冲压成形方法进行了深入研究。其结果,获得了如下见解:着眼于在对冲裁孔进行扩张之际产生的应变成为内缘翻边裂纹的原因,通过在内缘翻边成形工序之前去除该应变,从而能够解决上述问题。
即,解决上述问题的本发明的主旨在于在对板状构件实施内缘翻边加工之际实施如下工序:冲裁工序,在该冲裁工序中,进行所述板状构件的冲裁加工;扩孔工序,在该扩孔工序中,进行在所述冲裁工序中形成的冲裁孔的扩孔加工;再冲裁工序,在该再冲裁工序中,对在所述扩孔工序中扩张的冲裁孔的周边部再次进行冲裁加工;以及内缘翻边成形工序,在该内缘翻边成形工序中,将在所述再冲裁工序中形成的冲裁孔即再冲裁孔的周边部压入而形成纵壁。
此外,本发明中的“板状构件”是指可冲压成形的板状的构件,例如是钢板、铝合金板、钛合金板、不锈钢合金板、由金属和树脂形成的复合材料、由异种金属形成的复合材料等的金属板、碳纤维等构件。
发明的效果
根据本发明,能够抑制在板状构件的内缘翻边加工时产生的内缘翻边裂纹。
附图说明
图1是说明以往的内缘翻边加工方法的工序的图,是示意性地表示第1次冲压工序中的板状构件的形状的图。
图2是说明以往的内缘翻边加工方法的工序的图,是示意性地表示第2次冲压工序中的板状构件的形状的图。
图3是说明本发明的一实施方式的内缘翻边加工方法的工序的图,是示意性地表示第1次冲压工序中的板状构件的形状的剖视图。
图4是说明本发明的一实施方式的内缘翻边加工方法的工序的图,是示意性地表示第2次冲压工序中的板状构件的形状的剖视图。在本图中,仅对板状构件标注剖面线,省略冲压模具的构成零件的剖面线。
图5是说明本发明的一实施方式的内缘翻边加工方法的工序的图,是示意性地表示第3次冲压工序中的板状构件的形状的剖视图。
图6是说明本发明的一实施方式的内缘翻边加工方法的工序的图,是示意性地表示第4次冲压工序中的板状构件的形状的剖视图。在本图中,仅对板状构件标注剖面线,省略冲压模具的构成零件的剖面线。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的一实施方式的内缘翻边加工方法进行说明。此外,在本说明书和附图中,对实质上具有相同的功能构成的要素标注相同的附图标记,省略重复说明。
本实施方式中的内缘翻边加工方法对板状构件实施4次冲压工序。各工序的详细如下所述。
<冲裁工序>
在本实施方式的内缘翻边加工方法中,首先,作为第1次冲压工序,对板状构件进行冲裁加工。由此,获得图3所示那样的具有孔径Φ1的冲裁孔2的中间品1。此外,此时的孔径Φ1比图1那样的以往的内缘翻边加工中的冲裁孔52的孔径小。
<扩孔工序>
接着,如图4所示,作为本实施方式的第2次冲压工序,使用筒状的冲头5来对冲裁孔2的周边部进行冲压,进行冲裁孔2的扩孔加工。由此,获得具有孔径Φ2的冲裁孔3的中间品1。在该中间品1中,扩孔前的冲裁孔2的周边部被扩张,从而冲裁孔3的周边部的应变变大。在以下的说明中,将冲裁孔3的周边部的应变变大的部分称为“应变集中部”。
在扩孔工序中,通过扩孔前的冲裁孔2的周边部被冲压,形成有冲裁孔3的面S相对于坯料的基准面P变高。由此,形成相当于随后论述的内缘翻边成形后的纵壁9(图6)的部分即纵壁相当部4。此外,“基准面”是指由冲模6和压料板7固定好的板状构件的固定位置处的水平面。另外,在以下的说明中,将从基准面P到冲裁孔3的形成面S的高度称为“纵壁相当部的高度”。
若在扩孔工序中使纵壁相当部4的高度H1过低,则无法充分地确保纵壁高度H3。另一方面,若使纵壁相当部4的高度H1过高,则冲裁孔3的周边部产生的应变就过大,在扩孔加工时有可能在冲裁孔3的周边部产生裂纹。因此,优选扩孔工序的纵壁相当部4的高度H1考虑纵壁高度H3和材料的扩孔性而适当设定。在本实施方式中,纵壁相当部4的高度H1比纵壁9的高度H3低。
另外,若在扩孔工序中使纵壁相当部4的倾斜面与基准面P所成的夹角θ0(以下称为“纵壁相当部的角度”)过大,则在冲裁孔3的周边部产生的应变就过大。另一方面,若在扩孔工序中使纵壁相当部的角度θ0过小,则在随后论述的内缘翻边成形工序中在形成纵壁9之际必须增大使纵壁相当部4立起的角度。在该情况下,纵壁顶端部的应变变大,有可能产生内缘翻边裂纹。因此,在扩孔工序中,优选以纵壁相当部4的角度θ0成为图6所示的最终产品的纵壁9与基准面P所成的夹角θ(以下称为“纵壁角度”)的20%~70%的角度的方式进行冲压成形。
此外,为了在扩孔工序中抑制冲裁孔3的周缘部的裂纹,冲头5和冲模6的肩半径尺寸越小越理想。但是,若冲头5和冲模6的肩半径过小,则根据材料的不同而有可能在扩孔加工时产生裂纹。因此,优选扩孔工序中的冲头5的肩半径RP和冲模6的肩半径RD考虑材料的弯曲性而适当设定。
<再冲裁工序>
在扩孔工序结束后,作为本实施方式的第3次冲压工序,进行对冲裁孔3的周边部进行冲压而冲裁的冲裁加工。由此,获得图5所示那样的具有孔径Φ3的冲裁孔8的中间品1。此外,本说明书中,将在扩孔工序后再次进行冲裁加工的本工序称为“再冲裁工序”。另外,在以下的说明中,将在再冲裁工序中形成的冲裁孔称为“再冲裁孔”。
利用本工序,在前述的扩孔工序中形成的冲裁孔3(图4)的周边部被冲裁。由此,将在扩孔工序中产生的冲裁孔周边的应变集中部去除。即,在本工序中获得的中间品1的再冲裁孔8(图5)的周边部的应变比扩孔工序后的冲裁孔3的周边部的应变小。因此,即使由于随后论述的内缘翻边成形工序而纵壁顶端部的应变变大,也能够使应变的蓄积比以往小,因此,难以引起内缘翻边裂纹。
另外,在本实施方式中,在再冲裁工序中,以保留扩孔工序结束后的冲裁孔3的形成面S的方式实施冲裁加工。另一方面,在再冲裁工序中,也能通过对例如纵壁相当部4的倾斜部分进行冲裁,而以不保留冲裁孔形成面S的方式实施加工。即使是该情况,也能够去除纵壁相当部4的应变集中部,因此,能够抑制内缘翻边裂纹。不过,若在再冲裁工序中进行不保留冲裁孔形成面S那样的冲裁加工,则有时会损伤冲裁刀,有可能在冲裁孔8的端面产生缺陷。该缺陷成为随后论述的内缘翻边成形工序中的裂纹的原因,因此,为了使内缘翻边裂纹的抑制效果提高,优选在再冲裁工序中以保留冲裁孔形成面S的方式对冲裁孔3的周边部进行冲裁。
此外,通过利用该工序中的冲裁加工对冲裁孔形成面S或者纵壁相当部4的倾斜部分进行冲裁,从而再冲裁工序结束后的纵壁相当部4的高度H2成为与前述的扩孔工序中的纵壁相当部4的高度H1大致相同的高度或者比高度H1低。另外,优选再冲裁工序中所使用的冲头的直径相对于前述的冲裁工序中所使用的冲头的直径足够大,以便能够去除冲裁孔3的应变集中部。若冲裁工序的冲头直径与再冲裁工序的冲头直径之差过小,则无法充分地去除冲裁孔3的应变集中部。在该情况下,在随后论述的内缘翻边成形工序中,在应变集中部残留于再冲裁孔8的周边的状态下,直接使纵壁相当部4立起,因此,蓄积于应变集中部的应变变得更大,易于产生内缘翻边裂纹。
<内缘翻边成形工序>
在再冲裁工序结束后,作为本实施方式的第4次冲压工序,如下这样进行内缘翻边成形加工:如图6所示将再冲裁孔8的周边部压入,使纵壁相当部4(图5)立起而形成纵壁9。由此,获得图6所示那样的形成有孔径Φ4的内缘翻边孔10的最终形状的冲压零件。
如以上那样,根据本实施方式的内缘翻边加工方法,在扩孔工序中产生的冲裁孔周边的应变集中部在再冲裁工序中被一次去除。其结果,在内缘翻边成形工序中蓄积于纵壁顶端部的应变比以往小,可抑制内缘翻边裂纹的产生。
只要使用能够抑制内缘翻边裂纹的产生的本实施方式的内缘翻边加工方法,与使用以往的加工方法的情况相比,就易于将扩孔性优异的高强度的材料加工成与使用低强度的材料的情况的产品形状相同的形状。在对具有与例如抗拉强度是440MPa级的钢板同等的扩孔率的590MPa级的钢板实施内缘翻边加工的情况下,在以往那样的对坯料进行了冲裁之后直接进行内缘翻边成形那样的加工方法中,在要加工成与使用了440MPa级的钢板的情况的产品形状相同的形状之际有时也会产生内缘翻边裂纹。另一方面,在本实施方式的内缘翻边加工方法中,在使用那样的钢板之际,也能够在不产生内缘翻边裂纹的前提下加工成与使用了440MPa级的钢板的情况的产品形状相同的形状。即,也能够形成在以往的加工方法中无法获得的那样的、与使用了440MPa级的钢板的情况的内缘翻边形状同等的内缘翻边,而制造仅强度提高了的零件。因此,能够扩大产品设计的自由度。
另外,在本实施方式中说明的冲裁工序、扩孔工序、再冲裁工序、内缘翻边成形工序各自的工序自身也是在以往的零件制造工序中通常实施的工序。即,本实施方式的内缘翻边加工方法不对以往的零件制造工序增加特别的工序就能够采用。例如在为了制造某一零件所需要的工序是6个工序的情况下,上述的冲裁工序、扩孔工序、再冲裁工序、内缘翻边成形工序是通常包含于该6个工序中的工序。因此,例如在实施本实施方式的冲裁工序的情况下,除了在以往的冲裁工序中原本形成的冲裁孔之外,以增加1个部位的内缘翻边加工用的冲裁孔的方式进行冲压成形即可。对于其他扩孔工序、再冲裁工序、内缘翻边成形工序,也是同样的。即,为了本实施方式的内缘翻边加工,除了以往的6工序之外,也无需增加别的工序,因此,本实施方式的内缘翻边加工方法不使生产率降低,就能够抑制内缘翻边裂纹。
另外,本实施方式的内缘翻边加工方法对内缘翻边加工的对象材料是高强度钢板(例如抗拉强度是440MPa以上的钢板)的情况特别有用。在内缘翻边加工的对象材料是高强度钢板的情况下,材料的伸长特性恶化,因此,在以往的加工方法中,在加工的过程中产生裂纹而无法形成内缘翻边,或即使能够形成内缘翻边、也易于产生内缘翻边裂纹。另一方面,根据本实施方式的内缘翻边加工方法,在内缘翻边成形前进行去除应变的再冲裁加工,因此,即使是高强度钢板,也能够形成内缘翻边,且能够抑制内缘翻边裂纹。即,在内缘翻边加工的对象材料是高强度钢板的情况下,相对于现有技术,本发明的内缘翻边裂纹抑制的效果显著地呈现。
而且,本实施方式的内缘翻边加工方法对内缘翻边加工的对象材料是热轧钢板的情况特别有用。在对例如冷轧钢板实施内缘翻边加工那样的情况下,能够通过进行鼓凸成形、冲裁加工、内缘翻边成形这样的加工形成内缘翻边。不过,在制造内缘翻边部的纵壁高度H3较高那样的零件之际,若将那样的加工方法适用于热轧钢板,则有可能无法形成内缘翻边。另一方面,热轧钢板具有优异的扩孔特性(λ值),本实施方式的内缘翻边加工方法是利用材料的扩孔性的加工方法。因此,只要将本实施方式的内缘翻边加工方法适用于热轧钢板,就即使是在制造内缘翻边部的纵壁高度H3较高那样的零件的情况下,也可容易地形成内缘翻边,相对于现有技术,本发明的内缘翻边裂纹抑制的效果显著地呈现。
此外,为了进一步抑制扩孔加工时、内缘翻边成形时的裂纹,重要的是使冲裁端面性状良好。作为使端面性状良好的方法,在冲裁工序和再冲裁工序中的至少任一个工序中,作为去除冲裁孔的毛刺等的精加工,期望的是实施铰孔等机械加工、激光加工中的至少任一个。由此,能够进一步抑制内缘翻边裂纹的产生。
以上,对本发明的优选的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于该例子。应理解,只要是本领域技术人员,在权利要求书所记载的技术思想的范畴内能想到各种变更例或修正例是显而易见的,这些当然也属于本发明的保护范围。
例如,在上述实施方式中,以4次冲压进行了冲裁工序、扩孔工序、再冲裁工序、内缘翻边成形工序,但冲压次数并不限定于此。例如,也可以在扩孔工序中以两次冲压实施扩孔加工以便获得所期望的孔径。
另外,在上述实施方式中,在扩孔工序中以使纵壁相当部4的高度H1比纵壁高度H3低的方式实施了扩孔加工,但也可以以纵壁相当部4的高度H1成为纵壁高度H3以上的方式实施扩孔加工。即使是该情况下,也能够将因扩孔加工而产生的冲裁孔周边的应变集中部一次去除,因此,能够抑制内缘翻边成形工序中的内缘翻边裂纹。
另外,在上述实施方式中,以内缘翻边部的纵壁角度θ成为直角的方式实施了内缘翻边成形,但纵壁角度θ也可以不是直角的。内缘翻边裂纹因在对冲裁孔的周边部进行冲压而形成纵壁之际产生的应变而产生,因此,即使是纵壁相对于与基准面P垂直的面朝向内缘翻边孔的中心方向倾斜那样的形状,也在纵壁的顶端部分形成应变集中部。另一方面,根据本发明的内缘翻边加工方法,即使最终产品形状是那样的形状,由于在将应变集中部一次去除之后进行内缘翻边成形,因此,也能够抑制内缘翻边裂纹。
不过,在图6所示的内缘翻边成形工序中使纵壁9立起的角度越大,纵壁9的顶端部的应变越大。即,在内缘翻边成形工序中在实施纵壁角度θ成为直角那样的冲压成形之际易于产生内缘翻边裂纹。在以往的加工方法中,在内缘翻边成形工序中残留应变集中部,因此,无法充分地抑制内缘翻边裂纹。另一方面,在本发明的内缘翻边加工方法中,即使实施纵壁角度θ成为直角那样的内缘翻边成形,由于在再冲裁工序中将应变集中部去除,因此,也能够抑制内缘翻边裂纹。即,在内缘翻边成形工序中形成纵壁角度θ成为直角的内缘翻边之际,相对于现有技术,本发明的内缘翻边的裂纹抑制的效果显著地呈现。此外,在本说明书中,与纵壁角度θ有关的“直角”不是严格意义上的直角、而是也包括大致成为直角的概念的用语。
实施例
(实施例1)
作为本发明的实施例,使用板厚3.0mm、抗拉强度是780MPa级的钢板,对直径180mm的坯料实施了内缘翻边成形试验。
实施例1的成形方法如下所述。首先,在第1次冲压工序中,形成了直径35mm的冲裁孔。接着,在第2次冲压工序中,使用由筒状的直径60mm的冲头和肩半径3mm的冲模构成的冲压模具,进行了12mm的行程的扩孔加工。之后,在第3次冲压工序中,对利用扩孔加工扩大到直径42mm的冲裁孔的周边部进行冲裁加工,形成了直径57mm的冲裁孔。在作为最终工序的第4次冲压工序中,使用直径70mm的内缘翻边冲头来进行了冲压成形。最终的内缘翻边部的高度为15mm。
之后,针对通过冲压成形获得的构件,对有无内缘翻边裂纹进行了评价。另外,也测定了此时的纵壁顶端部的应变。对要内缘翻边加工的坯料的表面转印圆形网格,根据该圆形网格的形状变化算出纵壁顶端部的应变。
在实施例1中,确认到在冲压成形后的构件没有产生内缘翻边裂纹。另外,纵壁顶端部的应变是28%。
(比较例1)
接着,作为比较例1,使用与实施例1相同的材料、相同尺寸的坯料来实施了内缘翻边成形试验。首先,在第1次冲压工序中,以成为与上述实施例1相同的形状的方式形成了直径47mm的冲裁孔。之后,作为第2次冲压工序,使用直径70mm的内缘翻边冲头来进行了冲压成形。针对所获得的构件,与实施例1同样地进行了评价,结果,在比较例1中,产生了内缘翻边裂纹。另外,可知没有产生裂纹的部位的应变高达40%。
(比较例2)
作为比较例2,使用与实施例1相同的材料、相同尺寸的坯料,以专利文献1所记载的加工方法实施了成形试验。首先,在第1次冲压工序中,使用由筒状的直径60mm的冲头和肩半径3mm的冲模构成的冲压模具来进行了12mm的行程的鼓凸成形。然而,在比较例2中,在第1次冲压工序中在原材料的底面肩部产生裂纹,无法进一步继续加工,无法形成内缘翻边。
如实施例1的结果所示,可知:根据本发明的内缘翻边加工方法,能够减少冲压零件的内缘翻边缘部产生的应变量,能够抑制内缘翻边裂纹。
(实施例2)
接着,使用与实施例1相同的材料、相同尺寸的坯料,作为在原材料形成的冲裁孔的精加工,实施机械加工并实施了冲压成形试验。除了对冲裁孔实施机械加工以外的条件是与实施例1同样的条件。其结果,确认到:与没有实施机械加工的加工品相比,在内缘翻边加工后的产品端面产生的微小裂纹较少。根据实施例2的结果可知:在冲裁工序和再冲裁工序的至少任一个中,作为去除毛刺等的精加工,优选实施机械加工、激光加工。
产业上的可利用性
本发明能够适用于高强度钢板等板状构件的内缘翻边加工。另外,实施了本发明的内缘翻边加工的板状构件能够用作包括汽车在内的各种车辆、通用机械、家电、船舶等的构件。
附图标记说明
1、中间品;2、冲裁孔;3、扩孔后的冲裁孔;4、纵壁相当部;5、冲头;6、冲模;7、压料板;8、再冲裁孔;9、纵壁;10、内缘翻边孔;51、金属板;52、冲裁孔;53、纵壁;H1、纵壁相当部的高度;H2、再冲裁后的纵壁相当部的高度;H3、纵壁高度;S、冲裁孔形成面;P、基准面;RD、冲模的肩半径;RP、冲头的肩半径;Φ1、冲裁孔的直径;Φ2、扩孔后的冲裁孔的直径;Φ3、再冲裁孔的直径;Φ4、内缘翻边孔的直径;θ、纵壁角度;θ0、纵壁相当部的角度。

Claims (7)

1.一种内缘翻边加工方法,其是板状构件的内缘翻边加工方法,其中,该内缘翻边加工方法具有如下工序:
冲裁工序,在该冲裁工序中,进行所述板状构件的冲裁加工;
扩孔工序,在该扩孔工序中,在利用冲模和压料板夹持固定在所述冲裁工序中形成的冲裁孔的周围的板状构件的状态下,进行该冲裁孔的扩孔加工;
再冲裁工序,在该再冲裁工序中,对在所述扩孔工序中扩张的冲裁孔的周边部再次进行冲裁加工;以及
内缘翻边成形工序,在该内缘翻边成形工序中,将在所述再冲裁工序中形成的冲裁孔即再冲裁孔的周边部压入而形成纵壁,
在将在所述扩孔工序中形成的、相当于所述纵壁的部分称为纵壁相当部,将利用所述冲模和所述压料板夹持的所述板状构件的固定位置处的水平面称为基准面时,在所述扩孔工序中,在利用所述冲模和所述压料板固定所述板状构件的同时,以所述纵壁相当部与所述基准面所成的夹角θ0成为所述纵壁与所述基准面所成的夹角θ的20%~70%的角度的方式利用筒状的冲头来对所述冲裁孔的周边部进行上推而在所述冲裁孔的周边部生成应变集中部,
在所述再冲裁工序,以将所述应变集中部去除的方式进行冲压成形。
2.根据权利要求1所述的内缘翻边加工方法,其中,
在所述再冲裁工序中,以保留所述扩孔工序结束后的冲裁孔的形成面的方式对该冲裁孔的周边部进行冲裁。
3.根据权利要求1或2所述的内缘翻边加工方法,其中,
所述板状构件是高强度钢板。
4.根据权利要求1或2所述的内缘翻边加工方法,其中,
所述板状构件是热轧钢板。
5.根据权利要求1或2所述的内缘翻边加工方法,其中,
在所述内缘翻边成形工序中以纵壁角度成为直角的方式形成所述纵壁。
6.根据权利要求1或2所述的内缘翻边加工方法,其中,
在所述冲裁工序中,作为所述冲裁孔的精加工,进行机械加工和激光加工中的至少任一个。
7.根据权利要求1或2所述的内缘翻边加工方法,其中,
在所述再冲裁工序中,作为所述再冲裁孔的精加工,进行机械加工和激光加工中的至少任一个。
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