CN109475916A - 冲压件制造方法 - Google Patents

Abstract

提供能够更加简易地提高成型性的冲压件制造方法。一种冲压件制造方法，通过冲压成型将板材(10)成型为最终部件形状(12)。具有：将板材(10)预成型为预成型形状而制造中间部件(11)的预成型工序(1A)、和将中间部件(11)冲压成型为最终部件形状(12)的正式成型工序(1B)。预成型工序(1A)中，将由正式成型工序(1B)成型的成型区域(20)中的至少局部区域设为预成型区域(20B)，相对于预成型区域(20B)，预成型为凹凸图案，该凹凸图案为朝向沿着板面的一个或者两个以上的方向，重复配置由在板厚方向上变形的弯曲形状所组成的一种或者两种以上的单位形状(15)。正式成型工序(1B)在上述凹凸图案的凹凸变小的方向上进行冲压成型。

Description

冲压件制造方法

技术领域

本发明涉及通过两个阶段以上的冲压成型的工序将板材成型为最终部件形状的冲压件制造方法。板材优选钢板、铝板、其他的金属板，但也可以是由非金属材料构成的板材。

背景技术

在通过冲压成型的部件制造中，成型品的成品率提高和成型性的提高是重要课题。通常，为了提高成品率，优选冲压成型时尽量减小材料流入模内的量，设定接近拉伸成型的成型条件。

但是，一方面，若材料向模内的流入过小，则存在因成型时模内的材料不足，而在成型区域内板厚过度变薄，发生开裂的不良情况。另一方面，若为了避免开裂，形而设定拉深主体的成型，则存在导致成品率的降低之虞。

为了应对上述的不良情况，过去采取了各种各样的解决措施。通常，公知的是，在进行冲压成型时，通过多个阶段的成型工序进行成型，由此成型性提高。这是因为，与一次成型至最终形状的情况相比，分多个阶段地进行成型的情况不使应变集中于一处，而向整体分散。

例如，在专利文献1中，公开了基于最终形状的剖面线长度的信息，设计预成型形状的方法。

这里，作为对最终部件赋予由压花构成的凹凸图案，由此提高板的刚性的技术，公开有专利文献2、专利文献3所记载那样的技术，但技术思想与本发明不同。

专利文献1：日本特许第5867657号公报

专利文献2：日本特开2002－60878号公报

专利文献3：日本特开2012－45622号公报

但是，在专利文献1所记载的技术中，虽能够获得成型性的提高效果，但使用了CAE解析的预成型形状的设计上花费时间。

发明内容

本发明是着眼于上述的点而完成的，目的在于提供一种能够更加简易地提高成型性的冲压件制造方法。

发明人们为了同时解决成品率提高与成型性提高双方的需要，进行用于有效地实施预成型的调查研究，得到了如下见解：若在预成型阶段，预成型为重复配置由凹凸构成的单位形状的凹凸图案，边向凹凸图案的凹凸消失的方向进行冲压，边进行正式成型，则根据赋予的凹凸图案，赋予了凹凸图案的区域的材料如打开折纸那样进行延展，其结果，在材料的大范围内均匀地导入应变，从而成型性提高。

而且，为了解决课题，本发明的一个方式为一种冲压件制造方法，通过冲压成型将板材成型为最终部件形状，其特征在于，具有：预成型工序，将上述板材预成型为预成型形状而制造中间部件；和正式成型工序，将上述中间部件冲压成型为上述最终部件形状，上述预成型工序中，将由上述正式成型工序成型的成型区域中的至少局部区域设为预成型区域，将上述预成型区域预成型为凹凸图案，上述凹凸图案为朝向沿着板面的一个或者两个以上的方向，重复配置由在板厚方向上变形的弯曲形状构成的一种或者两种以上的单位形状，上述正式成型工序中，边在上述凹凸图案的凹凸变小的方向上变形，边成型为上述最终部件形状。

根据本发明的方式，在进行冲压成型时，仅通过预成型为由单位形状的重复构成的简便的预成型形状，能够提高正式成型的成型性，并且实现较高的成品率。

附图说明

图1是表示基于本发明的实施方式的成型工序的图。

图2是表示变形例的最终部件形状的例子的图。

图3是表示变形例的预成型区域的例子的图。

图4是表示实施例的最终部件形状的图。

图5是表示实施例的预成型区域的图。

图6是表示实施例的单位形状的图。

图7是表示实施例的凹凸图案的例子的图。

图8是对实施例中的预成型工序进行说明的图。

图9是对实施例中的正式成型工序进行说明的图。

具体实施方式

在进行拉伸成型的情况下，若一次将板材成型为最终部件形状，则在冲头底部因摩擦阻力而令材料几乎不发生应变，但在冲头肩部、模具肩部材料过度变薄，从而发生开裂的可能性增高。因此，在预成型阶段，预先向最终部件形状的冲头底部导入应变，由此能够疑似提高最终成型阶段中的成型性。希望应变向整体地均匀地导入，因此希望以在正式成型中应变容易变得均匀的方式进行预成型。

在基于本发明的实施方式的成型方法中，在预成型时，对材料的至少局部区域赋予由凹凸图案构成的预成型形状，导入应变，在之后的正式成型工序中，使该凹凸如折纸延展那样伸长，由此能够抑制过大的板厚减少，提高成型性。另外，在基于本发明的实施方式的成型方法中，也能够简易地设定应变向整体均匀地导入的区域。

凹凸图案通过设定在正式成型中的成型区域整体相同的单位形状所形成的凹凸图案，由此能够使应变向整体均匀地导入。在更加欲均匀地导入应变的情况下，只要应用越是难以发生应变的区域则高低差越大的单位形状即可。例如，在采用上述的拉伸成型的情况下，考虑到冲头底部的应变较小，仅在与冲头底部抵接的区域预成型凹凸图案、相对较大地设定在成型区域整体形成凹凸图案时形成于与冲头底部抵接的区域的凹凸图案的高低差。这样，在本实施方式中，能够简易地在大范围内均匀地控制应变。

接下来，参照附图，对基于本发明的实施方式进行说明。

在本实施方式中，假定板材为钢及其他的钢材或者铝板的情况进行说明。

＜结构＞

本实施方式的冲压件制造方法是将板材至少通过2个阶段(2个工序)的冲压成型成型为最终部件形状的冲压件制造方法。具体而言，如图1所示，本实施方式的冲压件制造方法具有预成型工序1A与正式成型工序1B。也可以在预成型工序1A之前进行预备的冲压成型的工序。此时，预备的冲压成型之后的材料是成为预成型工序1A的对象的板材。板材例如是2mm厚以下的板材。

预成型工序1A是将板材预成型为预成型形状而制造中间部件的工序。正式成型工序1B是将中间部件冲压成型为最终部件形状的正式成型的工序。也可以具有对最终部件形状的部件进一步进行冲压成型的其他的工序。

＜预成型工序＞

预成型工序1A将通过基于正式成型工序1B的冲压成型被加工的成型区域中的至少局部区域设为预成型区域，对于该预成型区域冲压成型为凹凸图案的形状，该凹凸图案的形状是通过朝向沿着板面的一个或者两个以上的方向，重复配置多次由在板厚方向上变形的弯曲形状构成的一种或者两种以上的单位形状而形成的。预成型区域只要设定于正式成型工序1B的成型区域中的欲导入应变的区域即可。另外，也可以设置两处以上预成型区域，分别形成独立的凹凸图案。

该预成型工序也可以在从板材剪下坯料时执行。例如，也可以在抑制板的抑制工具的面预先形成凹凸图案并进行转印。

这里，凹凸图案优选设定为在预成型区域中，预成型形状中的表面积为最终部件形状中的表面积以下，特别是小于最终部件形状中的表面积。在该情况下，在预成型区域中，赋予了凹凸图案的部位的表面积与最终部件形状中的表面积相等或者小于最终部件形状中的表面积，因此在正式成型时在金属模内材料较少，在预成型区域中材料没有多余，在预成型时被赋予的凹凸图案的凹凸如折纸延展那样被拉伸，从而成为最终部件形状。

另一方面，在凹凸图案设定为在预成型区域中，预成型形状中的表面积大于最终部件形状中的表面积的情况下，在由正式成型工序1B进行的最终成型之后，在预成型时赋予的凹凸形状有少许残留。在该情况下，与设定为预成型形状中的表面积小于最终部件形状中的表面积的情况相比，虽然最终部件形状的形状精度较差，但是通过凹凸形状能够预料到刚性、散热性的提高等的效果。

在预成型区域中，在将预成型形状中的表面积设为A0，将最终部件形状中的表面积设为A1的情况下，优选满足下述式。若满足该条件，则设定为在同一剖面中，最终部件形状的剖面线长度与预成型形状的剖面线长度接近相同。

|A1－A0|≤0.1×A1

另外，单位形状的弯曲形状优选设定为板厚方向上的高低差的差成为3mm以上。板厚方向上的高低差的上限因其他的重要因素的规定而自然受到限制。

另外，单位形状优选将冲压方向上的投影面积换算为正方形形状则为400mm²以上10000mm²以下。即，在单位形状的冲压方向上的投影形状为正方形形状或者大致正方形形状的情况下，优选其正方形的一个边形成20～100mm的范围。

另外，在将单位形状的冲压方向上的投影面积设为单位为mm²的A0，将该单位形状的表面积设为单位为mm²的A1的情况下，优选满足(1)式和(2)式的至少一者。

A1＜A0×(1+ε0)²···(1)

A1＜(A0×t0)/t1···(2)

其中，

ε0：板材的均匀伸长极限，且是无量纲量，

t0：板材的初始板厚，单位为mm，

t1：最终部件形状中的最小板厚，单位为mm。

这里，在(1)式中，在A1超过了上限(右项)的情况下，存在会在以单位形状拉伸了的部位发生缩径，产生开裂的可能性。在(2)式中，在A1超过了上限(右项)的情况下，存在以单位形状拉伸的部分的板厚过少之虞。

另外，优选单位形状由与材料抵碰的面整体为平滑的面(无曲率陡变的部分的面)构成，并且通过与相邻的单位形状平滑地连接的形状的金属模具形成。即，优选凹凸图案的形状设定为在沿着面方向的形状中没有曲率陡变的部分(曲率陡变部)。在不平滑地连接的情况下，该部分作为异常点，在正式成型工序1B的成型时，虽也取决于曲率陡变部的陡变程度，但存在应变集中在曲率陡变部而发生开裂之虞。若与相邻的单位形状平滑地连接，则单位形状的向冲压方向的投影形状可以为四边形，可以为三角形，也可以为任意的几何学形状。

当在相邻的单位形状之间形成有无法连接的间隙区域的情况下，只要夹设用于连接该间隙区域之间的其他的形状的单位形状即可。不过，优选设定为在凹凸图案的轮廓尽量没有曲率陡变部。曲率陡变部例如呈L字状的角形状等尖锐的形状。

＜动作及其他＞

在本实施方式中，在预成型工序1A中，预先对欲均匀地赋予应变的部分赋予由单位形状的重复构成的凹凸图案。其结果，在正式成型工序1B中在通过拉伸成型等冲压成型为最终部件形状时，在预成型中赋予的凹凸部分的材料如打开折纸那样延展，由此均匀地导入应变。这样，在赋予了凹凸图案的区域中，材料在大范围内且均匀地被导入应变，其结果成型性提高。

此时，在进行冲压成型时，预成型为由单位形状的重复构成的简便的预成型形状，因此设计也变得简易。

这里，优选凹凸图案所形成的面内整体由平滑的曲面(也可以局部包含平面)构成。根据该结构，能够可靠地防止形成了凹凸图案的区域处的应变集中。

＜变形例＞

这里，在欲向成型区域20整体均匀地导入应变的情况下，只要与导入的应变的方向对应地，以对成型区域20整体赋予上述的凹凸图案的方式实施预成型即可。不过，如上所述，若设定为越是在正式成型时欲较多地导入应变的区域高低差越大的凹凸图案，则容易更加均匀地导入应变。

另外，当在成型区域20的局部作为制品存在承受来自其他部件的载荷的部分等欲确保刚性的部分(不想减少板厚的部分)的情况下，只要在该部分，即在最终部件形状12中相对地确保刚性的第1区域20A，不形成上述凹凸图案即可。例如当在图2所示的最终部件形状12中，在顶部中央部分设定有不想减少板厚的区域12A(第1区域20A)的情况下，只要如图3那样，以在板材10的与上述第1区域20A对应的部分不形成凹凸图案的方式仅在成型区域20中的第2区域(图3的阴影线部分)形成凹凸图案即可。此外，也可以在第1区域20A的局部形成有少许的凹凸图案。

在该情况下，与不形成凹凸图案的第1区域20A相比，形成了凹凸图案的预成型区域20B(第2区域)中，凹凸图案伸长(材料向面方向延展)，容易导入应变，因此能够抑制第1区域20A处的板厚减少，并且通过凹凸图案也能够抑制预成型区域20B处的过度的板厚减少。这里，成型区域20中的第1区域20A以外成为第2区域20B。

这样，对于本实施方式而言，也能够简易地控制欲导入均匀的应变的部分。

另外，在最终部件形状12例如为半圆筒形状的情况下，只要材料主要向圆周方向伸长即可，因此只要设定为仅在导入该应变的圆周方向上起伏的凹凸图案的形状即可。

另外，预成型区域也可以仅设定于与正式成型中的成型区域对应的板材处的区域中的局部。

【实施例】

＜第1实施例＞

首先，对第1实施例进行说明。

在第1实施例中，最终部件形状12以图4所示的圆筒形状的情况为例进行说明。

在该第1实施例中，如图5那样在正式成型工序1B中的成型区域20整体形成二维地重复配置单位形状15的凹凸图案的形状。

这里，为了能够通过冲压进行预成型且能够通过正式成型充分获得预成型带来的应变分散的效果，设定以下的必要条件，并设计了单位形状15。

(1)预成型区域20B中的面内整体由平滑的曲面构成；

(2)与相邻的单位形状15平滑地连接；

(3)能够相对于平面实现所有方向的线长度的增大。

对于本实施例的单位形状15而言，冲压方向上的投影形状呈正方形。该单位形状15的弯曲形状通过中央部，将与正方形的一个边平行的方向(称为基准方向)的轮廓设定为中央部凹陷最深的单一波长的正弦曲线形状，使正弦曲线的相位随着从该位置趋向与基准方向正交的方向而连续错开，从而设定为在单位形状15的边位置相对于中央相位错开90度的形状。在图6中示出该单位形状15的例子。

使这样设计的单位形状15以边彼此连接的方式在X方向和Y方向两个方向上排列而形成凹凸图案，由此能够平滑地连接相邻的单位形状彼此。

此时，为了消除在正式成型中的变形的方向性，如图7所示，边使单位形状15的排列依次旋转变位90度，边以在排列方向上按顺序配置的方式设计了凹凸图案。

而且，如图8所示，利用在加工面具有该凹凸图案的上模31和下模32对板材10进行冲压成型，由此预成型为预成型形状，制造中间部件11(预成型工序1A)。此外，在实施例中，在预成型区域20B中，将预成型形状中的表面积与最终部件形状12中的表面积设定为相等。

接下来，如图9所示，使用圆筒拉伸成型用的模具33和冲头34，将实施了上述预成型的中间部件11冲压成型为最终部件形状12(正式成型工序1B)。这里，进行了冲头直径为Φ150mm、冲头R为5mm的圆筒拉伸成型。

另外，作为比较例，不另外进行预成型，而仅实施正式成型工序1B制成了制品。

而且，在尝试求得极限成型高度后，与比较例相比，基于本发明的实施例成为约2倍的极限成型高度。这样，确认到，与1次成型的比较例的情况相比，在基于本发明的实施例中，能够获得充分高的成型性。

＜第2实施例＞

接下来，对第2实施例进行说明。

在该第2实施例中，针对各实施例和各比较例，以与上述第1实施例相同的条件，实施赋予凹凸图案的预成型工序1A与正式成型工序1B这2个工序，制造了各个冲压件(最终部件)。但是，通过分别改变采用的单位形状15的正弦曲线形状中的振幅和1个波长的长度，设计了实施例1～5和比较例1～6的各凹凸图案。

表1中记载了各实施例和各比较例中的投影面积A0、板厚方向的高低差、上述式(1)和式(2)的关系(判定式)。此外，在使用判定式时，在发生开裂的情况下将最小板厚t1判定为0。

另外，表1中也一并记载各实施例和比较例的评价结果。

评价使用了相对于部件的成型次数发生开裂的比例即不良率。

其不良率评价如下。

◎：不良率不足3％

○：不良率为3％以上且不足5％

×：不良率为5％以上【表1】

如从表1中理解的那样，在上述条件下的冲压件制造方法中，在比较例1中，投影面积A0和板厚方向上的高低差较小，因此板材发生缩径，从而使板厚过小，开裂频发。另外，在比较例2中，相对于投影面积A0，板厚方向上的高低差过大，因此在中间部件的制造时板材的延展性不足，从而开裂频发。

另外，在比较例3～4中，板厚方向上的高低差较小，因此在最终部件的制造时，在比较例3中板材发生缩径，从而板厚过小，开裂频发，在比较例4中开裂的部件频发。

另外，在比较例5～6中，投影面积A0设置得较大，但在比较例5中，相对于投影面积A0，板厚方向的高低差较小，因此在最终部件的制造时开裂频发，在比较例6中，板厚方向的高低差过大，导致在中间部件的制造时开裂频发。

相对于这些，在实施例1～3中，能够不存在在中间部件和最终部件的制造时发生开裂、板厚过小的情况地进行制造。特别在实施例2～3中不良率较少。

另外，与比较例5～6一样，实施例4～5是将投影面积A0设置得较大的例子，但在实施例4～5中，在中间部件和最终部件的制造时发生开裂、板厚过小的情况较少，特别在实施例4中不良率较少。

这样，从第2实施例中可知，在采用中间部件和最终部件的制造工序制造冲压件时，优选单位形状的弯曲形状设计为：板厚方向上的高低差为3mm以上，且将在冲压方向上的投影面积换算成正方形形状则为400mm²以上10000mm²以下，并且满足上述的(1)式或者(2)式。可知特别优选设计为满足上述的(1)式以及(2)式双方。

以上，本申请主张于2016年7月15日在日本申请的专利2016-140696号的优先权，其全部内容因参照而成为本公开的局部。

在此，参照有限数量的实施方式进行了说明，但权利范围不限定于此，对于本领域技术人员而言，能够明确基于上述公开的各个实施方式的改变。

【附图标记的说明】

1A…预成型工序；1B…正式成型工序；10…板材；11…中间部件；12…最终部件形状；15…单位形状；20…成型区域；20A…第1区域；20B…预成型区域(第2区域)。

Claims (5)

1.一种冲压件制造方法，通过冲压成型将板材成型为最终部件形状，

所述冲压件制造方法的特征在于，

具有：将所述板材预成型为预成型形状而制造中间部件的预成型工序、和将所述中间部件冲压成型为所述最终部件形状的正式成型工序，

所述预成型工序中，将由所述正式成型工序成型的成型区域中的至少局部区域设为预成型区域，将所述预成型区域预成型为凹凸图案，所述凹凸图案为朝向沿着板面的一个或者两个方向以上的方向，重复配置由在板厚方向上变形的弯曲形状所组成的一种或者两种以上的单位形状，

所述正式成型工序中，边在所述凹凸图案的凹凸变小的方向上变形，边将所述板材成型为所述最终部件形状。

2.根据权利要求1所述的冲压件制造方法，其特征在于，

在所述预成型区域中，所述凹凸图案将所述预成型形状中的表面积设定为所述最终部件形状中的表面积以下。

3.根据权利要求1或2所述的冲压件制造方法，其特征在于，

由所述正式成型工序成型的成型区域具有相对地确保刚性的第一区域和该第一区域以外的第二区域，

所述预成型工序中，将所述板材的与所述第二区域对应的区域中的至少局部区域作为所述预成型区域。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冲压件制造方法，其特征在于，

所述单位形状的弯曲形状为，在板厚方向上的阶梯差为3mm以上，且将在冲压方向上的投影面积换算成正方形形状则为400mm²以上且10000mm²以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的冲压件制造方法，其特征在于，

在将所述单位形状的在冲压方向上的投影面积设为单位为mm²的A0，将该单位形状的表面积设为单位为mm²的A1的情况下，满足(1)式和(2)式中的至少一者，

A1＜A0×(1+ε0)²…(1)

A1＜(A0×t0)/t1…(2)

其中，

ε0：板材的均匀伸长极限，且为无量纲量，

t0：板材的初始板厚，单位为mm，

t1：最终部件形状中的最小板厚，单位为mm。