CN109562426B - 坯件的制造方法、坯件、压力成型品的制造方法以及压力成型品 - Google Patents

Abstract

通过简单的手段提供具有板厚分布的作为一体物的带厚度差的坯件。使用冲头(3)和冲模，针对比在压力成型中使用的目标坯件(1)的尺寸大的尺寸的坯件即第1坯件(2)进行拉深加工，将该拉深加工后的第1坯件(2)修整为需要的尺寸，从而得到在上述压力成型中使用的目标坯件(1)。在拉深加工时，冲头(3)具有比目标坯件(1)的尺寸大的尺寸的冲头底，使进行拉深加工时的、针对第1坯件(2)的外周的一部分的位置的约束相对加强，由此使得拉深加工后的上述目标坯件(1)的一部分的板厚相对减薄，从而成为具有板厚分布的坯件。

Description

坯件的制造方法、坯件、压力成型品的制造方法以及压力成 型品

技术领域

本发明是涉及制造具有板厚分布、即在同一坯件内存在板厚差的坯件的方法、以及该具有板厚分布的坯件的技术，并且是涉及使用了这样的坯件的压力成型品的制造方法和该压力成型品的技术。

背景技术

例如在机动车部件中，由于要兼顾碰撞安全性、车辆刚性以及车体的轻量化这一目的，有时需要压力成型出在同一部件内具有板厚的分布的部件。此时，为了通过压力成型来制造出具有规定以上的板厚差的压力成型品，需要在冲压前的坯件的阶段中使坯件为具有板厚分布的带厚度差的坯件。作为这样的在板厚上存在分布的坯件，存在如下这样的坯件：针对作为母材的主板材部分地焊接板材而使其具有板厚分布的拼焊坯件(以下，记为TWB)；以及，通过轧制而使其具有锥状的板厚分布的连续变截面坯件(以下，记为TRB)。另外，还存在专利文献1那样的、对作为母材的主板材部分地粘接/接合加强板材而成的带厚度差的坯件。

并且，在本说明书中，将具有板厚分布的坯件也记载为带厚度差的坯件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-178170号公报

发明内容

发明所要解决的课题

对于上述那样的带厚度差的坯件，为了制造TWB而需要使用焊接设备这样的专用设备，或者，为了制造TRB而需要使用轧制设备这样的专用设备。另外，为了制造专利文献1所记载的带厚度差的坯件，会发生在作为母材的主板材上配置加强板材的作业、对加强板材涂敷粘接剂的作业等，工序变得烦杂。

另外，TWB或专利文献1所记载的带厚度差的坯件是在板厚部分具有焊接线或接合线的坯件。

另一方面，TRB能够提供没有焊接线的成为一体物的带厚度差的坯件，但是，在板厚较薄的部分与板厚较厚的部分之间难以取得太大的板厚差，另外，难以实现具有陡峭的板厚差的坯件。另外，关于TRB，虽然量产性优异，但是，对于每个锥形状都需要昂贵的轧制装置，而且由于锥形状沿着轧制方向呈直线状成型，因此不适合于以简单的方法生产多个锥形状的情况。

本发明着眼于上述那样的问题，目的在于以简单的手段提供具有板厚分布的作为一体物的带厚度差的坯件、和由该带厚度差的坯件制造出的压力成型品。

用于解决课题的手段

发明者们简便地利用在现有的压力成型中使用的设备进行了用于制造具有板厚分布的带厚度差的坯件的调查研究，发现：通过并用拉深成型和拉拔成型，能够简便地使坯件内具有板厚分布。

基于这样的发现，本发明的一个方式是坯件的制造方法，所述坯件被压力成型为具有板厚分布的压力成型品，其特征在于，使用冲头和冲模，针对第1坯件进行拉深加工，将该拉深加工后的第1坯件修整为需要的尺寸，从而得到在上述压力成型中使用的目标坯件，上述第1坯件是尺寸比在上述压力成型中使用的目标坯件的尺寸大的坯件，在进行上述拉深加工时，上述冲头具有尺寸比上述目标坯件的尺寸大的冲头底，使进行上述拉深加工时的、针对第1坯件的外周的一部分的位置的约束相对加强，由此使上述拉深加工后的上述目标坯件的一部分的板厚相对减薄，从而使上述目标坯件成为具有板厚分布的坯件。

本发明的另一方式为压力成型品的制造方法，其中，对上述的具有板厚分布的坯件进行压力成型而制造出具有板厚分布的压力成型品。

发明的效果

根据本发明的一个方式，能够通过压力成型设备简便地制作出作为一体物的带厚度差的坯件。

另外，能够利用这样的作为一体物的带厚度差的坯件，提供具有规定以上的板厚分布的压力成型品。

附图说明

图1是示出目标坯件与第1坯件的关系的剖视图。

图2是对目标坯件的制造工序进行例示的示意图。

图3是示出压力成型品的一例的图。

图4是在目标坯件的制造工序中使用的压力模具的示意图。

图5是第1坯件的俯视示意图。

图6是第1坯件的俯视示意图。

图7是对完全拉拔条件的设定进行说明的图，(a)是示出冲头形状的图，(b)是示出坯件与约束之间的关系的图。

图8是说明最小板厚与冲头肩R的关系的图。

图9是示出中央长度方向上的板厚分布的图。

图10是示出用垫压住边界部的条件的示意图。

图11是示出在使用了垫的情况下的中央长度方向上的板厚分布的图。

图12是示出冲头肩R与面积比率的关系的图。

图13是用于说明由带厚度差的坯件制造压力成型品的方法的示意图。

具体实施方式

接着，对本发明的实施方式进行说明。

在此，以下所示的实施方式例示了用于使本发明的技术思想具体化的结构，本发明的技术思想并不将构成部件的材质、形状、结构等限定于下述的情况。对于本发明的技术思想，能够在权利要求书所记载的权利要求的限定技术范围内施加各种变更。

本实施方式的技术是对于使用构成机动车或家电等的金属制坯件的所有部位来说都能够应用的技术，并且是对于板厚大大有助于提高刚性的部件来说特别有效的技术。例如，对于截面形状比较平坦的部件来说，需要通过其平坦的面来确保不会由于基于人手的外力而简单地发生变形这样的刚性，从而，对于其刚性来说，板厚的作用较大。因此，本实施方式的技术对于车顶或车门、发动机罩、后门等机动车的面板部件或家电的外观面板等局部地具有板厚差的部件的制造来说特别适合。

在以下的例子中，假定为机动车的面板部件进行说明。

在使用冲头和冲模通过拉深加工(压力加工)对坯件进行压力成型时，成型为具有凸缘部、纵壁以及顶板部(被冲头底按压的部分)的截面形状。若将该成型设置为对坯件的外周(凸缘部)完全约束(固定)的状态下的成型、即完全拉拔成型，则在纵壁成型时，材料不从外周流入，而是与冲头肩R的大小相对应地引起从顶板部(冲头底的部分)朝向纵壁的材料流出。另一方面，若将成型设置为不对坯件的外周进行约束或者约束力较小的状态下的成型、即拉深成型，则在纵壁成型时，材料几乎不从顶板部(冲头底)流入纵壁，而是从外周部(凸缘部)流入。因此，在压力成型为相同的形状的情况下，对于与冲头底对置的顶板部来说，在拉拔成型中，板厚由于材料的流出而容易变薄，并且，在拉深成型中，由于材料的流出较少，因此板厚不容易变薄。

在本实施方式中，利用以上的情况，在仅对比目标坯件大的第1坯件的外周整周中的、包围一部分区域的外周位置进行了约束的部分约束的状态下，进行拉深加工。此时，在第1坯件的与顶板部相当的部分中，一部分区域的材料流出相对变多，因此，在被冲头底按压的顶板部形成板厚的分布。然后，从该拉深成型后的顶板部，对作为目标坯件的部分进行修整，由此得到在俯视时板厚沿着面而不同的、具有板厚分布的带厚度差的坯件。

更具体来说，在本实施方式中，首先，如图1所示，准备比目标坯件1大的第1坯件2。并且，第1坯件2只要是由铝合金或不锈钢等能够进行压力加工的金属材料构成的坯件，就可以应用于本发明。

然后，在本实施方式中，如图2所示，使用具有比目标坯件1大的冲头底尺寸的冲头3，进行拉深加工。此时，关于第1坯件2的外周的凸缘部分的约束，例如，通过压边筋等，仅对围绕希望板厚相对减薄的区域的外周部进行约束，设置成一部分的主变形为拉拔成型、且其他部分的主变形为拉深成型这样的部分约束状态，来进行拉深加工的压力成型(图2的(a)、(b))。在图2的(a)中，例示了通过压边筋约束左半部分的情况。图2的(b)所示的粗箭头表示材料的移动方向。

由此，能够使拉深加工后的第1坯件2中的顶板部2A产生板厚的分布。

然后，从该产生了板厚分布的顶板部2A对所需要的尺寸的部分进行修整(图2的(c))，形成作为带厚度差的坯件的目标坯件1(图2的(d))。图2的(c)中的虚线例示了修整位置TRM。

在此，冲头肩R越大，拉拔成型时的、从冲头底的位置朝向纵壁的材料流出越容易发生。因此，从希望增大通过该流出所实现的板厚减少的效果这一观点出发，冲头肩R的曲率半径越大越好。

但是，在冲头3的尺寸相同的情况下，随着冲头肩R变大，冲头底的面积(平坦部的面积)变小，并且冲头肩部分的宽度扩大。因此，为了获得目标坯件1而需要的第1坯件2的尺寸变大，从而导致材料的成品率降低。

从以上这样的观点出发，冲头肩R优选为50mm以上且200mm以下，更优选为100mm以上且150mm以下。

另外，可以在如下状态下实施上述的拉深加工：在被上述冲头底按压的顶板部2A上，使垫(被弹簧施力的可动冲头)与希望板厚相对减薄的部分和希望板厚相对增厚的部分的边界(在板厚方向上形成阶梯的位置)抵接并进行按压，来限制顶板部2A中的面内的材料移动。

在此，在通过冲头3按压时，虽然也会想到材料从板厚相对变厚的部分朝向板厚相对变薄的部分移动，但通过利用垫PAD按压边界部，由此，在垫PAD的位置处，材料的移动被抑制。其结果是，能够将板厚相对变厚的部分与板厚相对变薄的部分之间的板厚差的陡峭度设定得较大。

在采用通过本发明的压力成型来制造带厚度差的坯件的方法时，能够将板厚相对较薄的部分与板厚相对较厚的部分的板厚差相对于板厚较薄的部分的板厚的比例(也称作板厚差的比例)设为2％以上，甚至设为4％以上(参照后述的实施例)。另外，板厚差的比例优选为10％以下。更优选的板厚差的比例为4％以上且6％以下。只要在形成于边界的阶梯位置处规定该板厚差的比例即可。这是因为，在阶梯位置处，板厚变化最大。

在此，在板厚差的比例不足2％时，板厚差较小，因此，与带厚度差的坯件的制造成本相比较，利用带厚度差的坯件来压力成型并制造具有板厚分布的压力成型品的优点较小。另一方面，为了获得板厚差的比例大于10％的板厚差，坯件的变形量变大，因此存在断裂的担忧。但是，在坯件的延展性优异的情况下，断裂的担忧较小，因此不存在上述限制。

另外，图1和图2所例示的带厚度差的坯件是仅在单面形成板厚的阶梯而沿着面具有板厚分布的情况的例子，但也可以是在双面具有板厚阶梯的带厚度差的坯件。其中，对于单面阶梯的带厚度差的坯件来说，制造容易，并且是容易了解板厚差的分布的带厚度差的坯件。

另外，图1和图2所例示的带厚度差的坯件是沿着在板宽方向上延伸的直线状的边界位置形成有板厚的阶梯的情况，但是，也可以将形成阶梯的边界线设定为曲线状。

另外，形成阶梯的边界位置也可以是2处以上。在多个位置设定边界的情况下，可以将形成于各边界处的阶梯的高度设定为不同。

以下，参照附图对本实施方式的一例进行说明。

在此，对于作为最终部件的压力成型品的例子，设想为图3所示那样的车辆的车顶部件10。关于该车顶部件10，前部10A成为朝向前方(图3中的左侧)且向下方弯曲的弯曲形状，并且后部10B成为大致平坦的形状。前部10A通过形成为弯曲形状，由此能够通过其结构确保规定的刚性，因此，使板厚相对较薄，实现了部件的轻量化。另一方面，关于后部10B，为了确保承受积雪的强度，需要设计成板厚比前部10A厚。即，该车顶部件10是前部10A的板厚相对较薄的、具有板厚分布的压力成型品。

根据该压力成型品的形状，通过CAE分析等仿真分析，求出通过所设想的冲压而能够成型出该压力成型品的目标坯件1的大小和形状。在本实施方式中，目标坯件1为矩形形状的坯件。可以设定为：将目标坯件1上的凸缘外周修整为压力成型品的制品形状。

在此，用于制造作为带厚度差的坯件的目标坯件1的压力设备由通常的压力设备的结构构成，如图4所示，至少具备冲模4、冲头3以及坯件保持器5。

然后，选定具有尺寸比上述矩形形状的目标坯件1大的、图2的(a)所示那样的矩形形状的冲头底的冲头3，并且，选定尺寸比该冲头底大的第1坯件2。

另外，根据上述压力成型品中的板厚分布，设定目标坯件1中的、使板厚减薄的区域F。在本实施方式中，将目标坯件1中的长度方向左侧部分的区域设定为使板厚相对减薄的区域F(参照图4)。

接下来，在第1坯件2的被冲头底按压的部分中，假想被作为目标坯件1进行修整的区域，并且如图5所示，指定该假想的修整区域中的、与上述区域F相当的部分F′。进而，将第1坯件2上的包围与该区域F相当的部分F′的外周部分指定为约束位置L。

在本实施方式中，如图5那样，与区域F相当的部分F′位于第1坯件2中的长度方向左侧部分的区域内，因此，将第1坯件2的左边和与该左边连续的上边及下边的一部分呈コ字状设定为约束位置L。并且，在对该约束位置L进行约束的坯件保持器5部分和冲模4部分，形成约束用的压边筋4a、5a(参照图4)。并且，压边筋可以沿着第1坯件2的外周缘连续地形成，也可以沿着外周缘断续地形成。

准备上述那样的结构的冲头3、冲模4以及坯件保持器5。然后，通过冲模4和坯件保持器5压住第1坯件2的外周(凸缘部)。此时，在第1坯件2的位于上述约束位置L的外周位置处，由于形成有压边筋4a、5a，因此约束力被较强地设定。

在该状态下，如图4那样使配置于下侧的冲头3上升，由此对第1坯件2实施拉深加工。在该成型中，在第1坯件2上，顶板部2A以向上侧凸起的方式成型为大致矩形的形状。此时，在长度方向左侧部分，由于外周被约束，因此主要是拉拔成型，成为顶板部2A的部分的材料向纵壁侧流出，由此板厚相对变薄。另一方面，在长度方向右侧，由于外周未被约束，因此主要是拉深成型，外周部的材料向纵壁侧流动，因此，顶板部2A部分的板厚减少被抑制得较小(参照图2的(b))。

即，通过该拉深成型，赋予了顶板部2A上的长度方向左侧的板厚较薄这样的板厚部分。

接下来，使冲头3下降并返回待机位置，然后，沿着修整位置TRM，对通过成型而形成的顶板部2A上的、作为目标坯件1的部分进行修整，由此得到作为带厚度差的坯件的目标坯件1。

如上述那样获得的目标坯件1是通过图13那样的压力模具20、21而压力成型出的，由此制造出上述的车顶部件的压力成型品。

作为最终部件的压力部件不限于车顶部件。只要是具有板厚分布的面板状的压力成型品，就能够适当地应用本实施方式。

如以上那样，在本实施方式中，能够通过压力成型设备简单地制造出由作为一体物的带厚度差的坯件构成的目标坯件1。并且，通过使用由该作为一体物的带厚度差的坯件构成的目标坯件1，能够比以往更加简单地提供具有规定以上的板厚分布的压力成型品。

在此，在进行用于获得目标坯件1的上述拉深加工时，可以如图6那样，在通过垫PAD压住使板厚相对减薄的部分和使板厚相对增厚的部分的边界位置的状态下，进行拉深加工。

在没有通过垫PAD压住的情况下，在通过冲头3进行拉深加工时，在顶板部2A的面内也发生从右侧朝向左侧的材料移动，由此，在使板厚相对减薄的部分和使板厚相对增厚的部分的边界及其附近形成板厚变化的锥部。与此相对，通过利用垫PAD抑制着进行冲压，能够实现在使板厚相对减薄的部分和使板厚相对增厚的部分形成阶梯这样的板厚分布。

在此，冲头3可以是分割型的冲头。例如，可以使用在使板厚相对减薄的部分和使板厚相对增厚的部分的边界位置处分离的冲头。

实施例

对于上述实施方式的目标坯件的制造，进行了CAE解析。

关于CAE解析，使用LS-DYNA作为解析软件，通过动态显式解法进行了解析。

此时，设定270D的冷轧钢板作为第1坯件2，将其原板厚设定为0.7mm。

另外，作为最终的压力成型品，设想为上述的车顶部件、且具有前部与后部的板厚差为0.05mm这样的板厚分布的部件。

并且，如图7那样，在对第1坯件2的除了右边之外的外周整周进行约束(完全拉拔成型状态)这样的条件下，且在根据修整线设定了冲头肩R的冲头3条件下，进行了拉深加工。图7的(a)的被虚线包围的部分是平坦的冲头底。在该条件下，将第1坯件2的尺寸设为只有左侧部分的一半的大小。另外，作为该冲头肩R条件，将该冲头肩R设定并变更为50mm、100mm、150mm、200mm，并求出顶板部2A的宽度方向中央位置处的板厚最小值与冲头肩R之间的关系。其结果在图8中示出。

根据图8可知，冲头肩R越大，与冲头底中央抵接的位置处的最小板厚就越是减小。关于其理由，可以认为是由于如下的原因而产生上述现象的：冲头肩R越大，材料的弯曲阻力就越是减少，材料越容易从冲头底流出；以及，随着冲头肩R变大，冲头3变大，较大区域的坯件被进行成型，因此变形被分散，成型高度变高。另外，根据这些结果推测出：通过将冲头肩R设为150mm以上，能够使冲头底的板厚为0.65mm以下。并且，纵壁的高度并不特别规定，但由于与成品率的关系，纵壁的高度优选较低。

接下来，如图2那样，在仅对第1坯件2的外周中的左侧部分进行约束(部分拉拔成型的状态)的条件下，且在根据修整位置设定了冲头肩R的冲头条件下，对拉深加工进行解析。此时，将冲头肩R的条件设为1500mm。然后，求出顶板部2A的宽度方向中央位置处的、沿长度方向的板厚分布，得到了图9所示的结果。

根据图9可知，与如图7那样对一半尺寸的第1坯件2的除右边以外的外周整周进行了约束的情况相比，在如图2那样存在主要进行拉深成型的右侧部分的第1坯件2的情况下，最小板厚变厚。即，左右方向的板厚差为0.032mm。这可以认为是由于如下的原因：由于右侧部分没有被约束，因此，在成型中，在冲头底引起了从右侧朝向左侧的材料移动。为了在冲头底产生这以上的板厚差，推测需要对成型中的冲头底处的材料移动进行抑制。并且，在图9的情况下，最小板厚为大约0.66mm，板厚差为0.032mm，因此，板厚差相对于最小板厚的比例为4.8％。即，可知：通过压力成型，能够提供为一体物且具有4％以上的板厚差的板厚分布的带厚度差的坯件。

因此，设定为如图10那样在前部与后部的边界位置处通过圆筒形的垫PAD压住左右中央部的状态下的拉深加工条件，并尝试了对材料移动的抑制和板厚差的增大。

在图11中示出了解析结果。根据图11可知，确认到了：在被垫PAD压住的边界部分形成了陡峭的阶梯，并且板厚差为0.04mm，板厚差增加。这被推测是因为：由于被垫PAD压住，因此朝向左侧的移动量大幅减少。并且，在该例中，最小板厚为大约0.656mm，板厚差相对于最小板厚的比例为6.1％。因此，可知：能够产生多达6.1％的板厚差。

另外，在图9的情况下，板厚差在大约2300mm的距离内形成，但在图11的情况下，在大约60mm的距离内形成陡峭的阶梯。这样，根据本发明的制造方法，可知：通过调整垫PAD的有无和约束条件，能够控制板厚差的变化距离(过渡区域)。例如，通过敢于延长板厚差的变化距离(过渡区域)，也能够使板厚较薄的部分与板厚较厚的部分的边界不明显。板厚差的变化距离(过渡区域)较长的带厚度差的坯件适合于机动车面板或家电的外板等引人注意的部件。

另外，需要在通过拉深加工对顶板部2A赋予厚度差后进行修正来形成目标坯件1。此时，如果增大冲头肩R，则被赋予的厚度差变大，但是，由于冲头3变大，因此需要使第1坯件2的尺寸更大，从而，被修整而变得多余的部分增多，因此成品率降低。求出了被修整而变得多余的部分相对于成型出带厚度差的坯件之前的坯件大小的面积比率。其结果在图12中示出。

根据图12可知，冲头肩R的值越大，成品率越低。

以上，被本发明主张优先权的日本国特许出愿2016-160691(2016年8月18日申请)的全部内容通过参照而构成了本发明的一部分。

在此，参照了有限数量的实施方式进行了说明，但权力范围不限于此，对于本领域技术人员来说，各实施方式的基于上述公开内容的变更是显而易见的。

标号说明

1：目标坯件；

2：第1坯件；

2A：顶板部；

3：冲头；

4：冲模；

5：坯件保持器；

4a、5a：压边筋；

10：车顶部件；

F：区域；

L：约束位置；

PAD：垫；

TRM：修整位置。

Claims (6)

1.一种坯件的制造方法，所述坯件被压力成型为具有板厚分布的压力成型品，

其特征在于，

使用冲头和冲模，针对厚度均匀的第1坯件进行拉深加工，将该拉深加工后的第1坯件修整为需要的尺寸，从而得到在上述压力成型中使用的目标坯件，上述第1坯件是尺寸比在上述压力成型中使用的目标坯件的尺寸大的坯件，

在进行上述拉深加工时，

上述冲头具有尺寸比上述目标坯件的尺寸大的冲头底，

使进行上述拉深加工时的、针对第1坯件的外周的一部分的位置的约束相对加强，由此使上述拉深加工后的上述目标坯件的一部分的板厚相对减薄，从而使上述目标坯件成为在俯视时板厚沿着面而不同的具有板厚分布的坯件。

2.根据权利要求1所述的坯件的制造方法，其特征在于，

关于上述第1坯件的外周的约束，将希望板厚减薄的部分的外周的约束设定得相对强而进行主要为拉拔成型的加工，并且，将希望板厚加厚的部分的外周的约束设定得相对弱或者解除约束而进行主要为拉深成型的加工。

3.根据权利要求1或2所述的坯件的制造方法，其特征在于，

在如下的状态下进行上述拉深加工：使垫沿着上述第1坯件上的、与在上述目标坯件中产生的板厚差的边界部分相对应的位置与上述第1坯件抵接，来抑制材料的移动。

4.根据权利要求1或2所述的坯件的制造方法，其特征在于，

在上述拉深加工后的上述目标坯件的板厚中，板厚相对薄的部分与板厚相对厚的部分的板厚差相对于上述板厚相对薄的部分的板厚的比例为2％以上。

5.根据权利要求3所述的坯件的制造方法，其特征在于，

在上述拉深加工后的上述目标坯件的板厚中，板厚相对薄的部分与板厚相对厚的部分的板厚差相对于上述板厚相对薄的部分的板厚的比例为2％以上。

6.一种压力成型品的制造方法，其对坯件进行压力成型而制造出具有板厚分布的压力成型品，

其特征在于，

通过权利要求1～5中的任意一项所述的坯件的制造方法来制造上述坯件。

Images