CN110997173B - 冲压成形品的制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种即便在使用高强度材料的情况下，模具也不会复杂，能够较大地降低侧视观察下的回弹即弯曲返回的冲压制造方法。将金属板冲压成形而制造成如下产品形状：顶板部(1)和凸缘部(2)经由侧壁部(3)而在宽度方向上连续，且具有上述顶板部(1)及上述凸缘部(2)沿长度方向相对于上述顶板部(1)侧凸出或凹陷地弯曲的帽形截面，在将金属板冲压成形而制造成上述产品形状时，所述冲压成形品的制造方法包括：第一工序(10A)，冲压成形为如下部件形状来制造中间部件：具有上述顶板部(1)及凸缘部(2)各自的沿长度方向的弯曲为比上述产品形状的曲率半径小的第二曲率半径的帽形截面；及第二工序(10B)，将上述中间部件冲压成形为上述产品形状。

Description

冲压成形品的制造方法

技术领域

本发明涉及将金属板成形为如下帽形截面部件的冲压成形品的制造方法：所述帽形截面部件具有顶板部及凸缘部沿长度方向相对于顶板部侧凸出或凹陷地弯曲的顶板部及凸缘部。

背景技术

近年来，为了同时实现汽车车身的碰撞安全性提高和轻量化而向车身构造部件的高强度材料的适用不断进展。高强度材料由于屈服强度、抗拉强度高，因此在进行冲压成形方面，回弹等成形不良成为课题。

作为车身构造部件中使用的冲压成形品之一，可列举例如B柱外部那样的、具有沿长度方向以规定的曲率半径弯曲的顶板部及凸缘部的帽形截面部件。在冲压成形为这样的部件的情况下，在成形下止点处，在顶板部产生拉伸应力并在凸缘部产生压缩应力，由于它们的应力差而产生回弹(弯曲返回)。在对于这样的部件适用了高强度材料的情况下，产生前述的下止点处的应力差增大而回弹增加这样的课题。此外，在高强度材料中，材料强度的偏差增大，因此尺寸精度的偏差也增大，即材料强度敏感性大。

作为针对上述的课题的现有技术，存在专利文献1～3记载的冲压成形方法。

在专利文献1记载的方法中，对于具有沿长度方向弯曲的顶板部和从顶板部的沿长度方向的两端朝向弯曲内侧延伸的两个侧壁部的成形部件，变更前工序中的顶板部的曲率、顶板部与侧面部所成的角度。由此，在专利文献1记载的方法中，减少在后工序中产生的应力，抑制回弹。

在专利文献2记载的方法中，在经由多次的冲压成形工序而达到最终冲压成形品形状的金属板冲压成形工序中，针对在成形后的形状中具有规定的曲率的棱线附近，产生残留拉伸应力的部位通过在前工序中以比最终形状小的曲率半径成形，产生残留压缩应力的部位通过在前工序中以比最终形状大的曲率半径成形。由此，在专利文献2记载的方法中，消除残留应力，并减少回弹。

专利文献3记载的方法是生成预估到在冲压成形时产生的翘曲的模具的方法，通过使用该预估形状进行冲压成形来减少回弹。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-206789号公报

专利文献2：日本特开2007-190588号公报

专利文献3：日本特开2007-286841号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1记载的方法中，在侧视观察下仅变更顶板部的曲率半径，因此在凸缘部产生的应力未改善。特别是对于回弹量增大的高强度材料，无法充分地抑制回弹，无法降低材料强度敏感性。

在专利文献2记载的方法中，根据压缩应力或拉伸应力产生的区域而变更的曲率的大小倾向变化，因此模具的设计变得复杂。

专利文献3记载的方法由于无法使冲压下止点处的残留应力为0，因此材料强度敏感性未降低。

本发明鉴于上述那样的课题而作出，提供一种即便在使用高强度材料的情况下，模具也不会复杂，能够较大地降低侧视观察下的回弹即弯曲返回和弯曲返回的材料强度敏感性的冲压成形品的制造方法。

用于解决课题的方案

为了解决课题，本发明的一方案的冲压成形品的制造方法将金属板冲压成形而制造成如下产品形状：顶板部和凸缘部经由侧壁部而在宽度方向上连续，且具有上述顶板部及上述凸缘部沿长度方向相对于上述顶板部侧凸出或凹陷地弯曲的帽形截面，在将金属板冲压成形而制造成上述产品形状时，所述冲压成形品的制造方法包括：第一工序，冲压成形为如下部件形状来制造中间部件：具有上述顶板部及凸缘部各自的沿长度方向的弯曲为比上述产品形状的曲率半径小的第二曲率半径的帽形截面；及第二工序，将上述中间部件的沿长度方向的弯曲冲压成形为比上述产品形状大的曲率半径。

发明效果

根据本发明的一方案，即使在金属板使用了高强度材料的情况下，模具也不会复杂化，能够较大地减少侧视观察下的回弹即弯曲返回和弯曲返回的材料强度敏感性。由此，能够得到接近于目标的产品形状的高精度的帽形截面弯曲形状的部件。即，根据本发明的一方案，能够提供一种形状冻结性及材料强度敏感性优异的冲压成形品的制造方法。

其结果是，根据本发明的一方案，即使在材料强度变动的情况下，也能得到高尺寸精度的部件，有助于成品率的提高。此外，在使用帽形截面形状的部件作为车身构造部件时，能够容易地进行部件的组装。

附图说明

图1是说明帽形截面部件的回弹的概略图。

图2是表示基于本发明的实施方式的产品形状的示意图，(a)为立体图，(b)为侧视图。

图3是表示在侧视观察下沿长度方向弯曲的实际部件形状的例子的图。

图4是表示基于本发明的实施方式的冲压成形品的制造方法的工序的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

以下所示的实施方式是例示用于将本发明的技术思想具体化的结构的方式，本发明的技术思想并不是将构成部件的材质、形状、结构等确定为下述的情况。本发明的技术思想在权利要求书记载的权利要求规定的技术范围内可以施加各种变更。

将由坯料构成的金属板冲压成形为如下帽形截面部件：顶板部1的宽度方向两侧经由侧壁部3与凸缘部2连续的帽形截面部件，且沿长度方向向顶板部1侧凸出地弯曲的帽形截面部件，此时，如图1(a)所示，作为残留应力，在弯曲部分的顶板部1产生拉伸应力并在凸缘部2产生压缩应力。并且，通过从冲压模具拆卸部件，将它们的应力释放，从而产生图1(b)所示的回弹。此时，伴随着金属板的材料强度的增加，该残留应力增加，存在回弹量增大的倾向。即，如果采用590MPa以上的高强度材料，则回弹增大。

在此，本实施方式成为目标的由冲压成形形成的产品形状如图2所示，成为顶板部1的宽度方向两侧经由侧壁部3与凸缘部2连续的帽形截面构件，且为顶板部1及凸缘部2沿长度方向向顶板部1侧凸出地弯曲的帽形截面构件。在顶板部1及凸缘部2分别形成的沿长度方向的弯曲的曲率也可以不同。在本实施方式中，顶板部1及凸缘部2的各弯曲的曲率设为相同。

另外，本实施方式的产品形状的基本形状为图2所示那样的单纯的弯曲形状，但是也能够适用实际部件形状。作为实际部件形状的一例，图3示出模拟了B柱R/F的弯曲部件。该弯曲部件在顶板部1的长度方向两端部分别连接有伸出部5。各伸出部5的宽度与顶板部1的宽度相比宽度方向的尺寸大，因此在俯视观察下产品形状的长度方向端部侧的顶板面成为L字形状或T字形状。在图3中，例示出T字形状。此外，纵壁部6的下端部与凸缘部2的长度方向端部连续。该纵壁部6向顶板部1侧上升，其上端与上述伸出部5连续。通过上述形状，相对于纵壁部6，具有弯曲端部分的主体部4向垂直方向侧延伸。即，是纵壁部6以沿主体部4的长度方向相对的方式上升的形状。也可以是仅在长度方向一侧存在纵壁部6的形状。

但是，在本发明的冲压成形品的制造方法中，也能够适用没有伸出部5及纵壁部6的产品形状。而且，也可以适用顶板部1及凸缘部2沿长度方向相对于顶板部1侧凹陷的弯曲形状。

如图4所示，本实施方式的冲压成形品的制造方法具有第一工序10A和第二工序10B作为用于将平板状的金属板成形为上述的产品形状的加工。通过将冲压成形品的制造用的冲压工序设为2个阶段以上的多工序，能够提高产品的回弹抑制等的尺寸精度。

在此，具有对凸缘外周进行修整的修整加工(未图示)。修整加工可以在第一工序10A之前实施，也可以在第一工序10A与第二工序10B之间实施，还可以在第二工序10B之后实施。在本实施方式中，说明在第一工序10A的冲压加工之后实施修整加工的情况。在该情况下，中间部件成为进行了凸缘外周的修整加工后的状态的部件。

第一工序10A是将平板状的金属板(坯料)冲压成形为如下部件形状来制造中间部件的工序：具有顶板部1及凸缘部2各自的沿长度方向的弯曲为比上述产品形状的曲率半径小的第二曲率半径的帽形截面的部件形状。可以适用金属板的材料强度为590MPa以上的钢板。

顶板部1的第二曲率半径与凸缘部2的第二曲率半径将大小设定得不同的情况较多。

另外，优选通过如下模具来成形：顶板部1及凸缘部2的各第二曲率半径分别设定成在第一工序10A中成形之后在中间部件产生的回弹后的曲率半径为产品形状的曲率半径以下，优选小于产品形状的曲率半径的值。

例如，将产品形状中的沿顶板部1的长度方向的顶板部1的曲率半径定义为R1o的情况下，优选以中间部件的回弹后的顶板部1的沿长度方向的曲率半径R1’成为满足下述(1)式的值的方式设定顶板部1的第二曲率半径的值。即，以如下方式进行设定：回弹后的中间部件与产品形状相比具有成为弹复侧的曲率半径。

0.70≤(R1’/R1o)<1.00····(1)

另外，将产品形状中的凸缘部2的沿长度方向的曲率半径定义为R2o的情况下，优选以中间部件的回弹后的凸缘部2的沿长度方向的曲率半径R2’成为满足下述(2)式的值的方式设定凸缘部2的上述第二曲率半径的值。即，以如下方式进行设定：回弹后的中间部件与产品形状相比具有成为弹复侧的曲率半径。

0.70≤(R2’/R2o)<1.00····(2)

在此，第一工序10A的成形只要应用拉伸成形或碰撞成形即可。

在上述的各中间部件产生的回弹后的各曲率半径可以通过利用计算机进行CAE解析等模拟解析并通过计算来求出，也可以实际制造试验品并通过实测来求出。

另外，在本实施方式中，在第一工序10A的上述冲压成形后，实施凸缘外周的修整加工。修整加工只要采用剪切加工或激光切断加工等公知的加工方法即可。

第二工序10B是例如将通过第一工序10A制造出的中间部件成形为目标的产品形状的工序。此时，在第二工序10B中，将中间部件的沿长度方向的弯曲冲压成形为比产品形状大的曲率半径。将中间部件的沿长度方向的弯曲冲压成形为比产品形状大的曲率半径时的该曲率半径设定为如下的值：第二工序10B的从模具脱模后的成形形状中的沿长度方向的弯曲的曲率半径比中间部件的曲率半径接近于产品形状中的目标的曲率半径。该曲率半径只要通过FEM解析或实验来求出即可。

例如，以在顶板部1及凸缘部2中在第一工序10A中产生的拉伸应力或压缩应力与在第二工序10B中产生的压缩应力或拉伸应力相互抵消而沿长度方向的应力接近于0的方式，将第二工序10B中使用的模具的沿产品形状长度方向的曲率半径设计成比产品形状的沿长度方向的弯曲的曲率半径大的值。

例如，在将产品形状中的沿顶板部1的长度方向的顶板部1的曲率半径定义为R3o的情况下，优选以第二工序10B中的模具的顶板部的沿长度方向的曲率半径R3o’成为满足下述(3)式的值的方式，设定第二工序10B的顶板部1的曲率半径的值。

1.00<(R3o’/R3o)≤3.00····(3)

另外，例如将产品形状中的沿凸缘部2的长度方向的凸缘部2的曲率半径定义为R4o的情况下，优选以第二工序10B中的模具的凸缘部2的沿长度方向的曲率半径R4o’成为满足下述(4)式的值的方式，设定第二工序10B的凸缘部2的曲率半径的值。

1.00<(R4o’/R4o)≤3.00····(4)

在此，在(R3o’/R3o)及(R4o’/R4o)小于1.0的情况下，在第二工序10B的模具下止点处，在顶板部1残留有拉伸应力，在凸缘部2残留有压缩应力，回弹可能未被充分抑制。而且，即使在应力反转的情况下，在第二工序10B的模具脱模后也以曲率半径减小的方式产生回弹(弹复)，因此可能会成为比产品形状小的曲率半径。反之，在(R3o’/R3o)及(R4o’/R4o)大于3.00的情况下，在第二工序10B中的成形下止点处，在顶板部1产生过度的压缩应力，在凸缘部2产生过度的拉伸应力，成形部件可能会产生过度的弹复。

在此，第二工序10B的成形只要适用精压加工即可。

(动作等)

在本实施方式的冲压成形品的制造方法中，为了减少回弹，在第一工序10A中，将顶板部1和凸缘部2的曲率半径分别冲压成形为比产品形状的曲率半径小，在第二工序10B中，将通过第一工序10A得到的中间部件冲压成形为比产品形状大的曲率半径，从而得到目标的成形形状的部件。

在此，在第一工序10A中，从模具释放之后的中间部件的顶板部1及凸缘部2的曲率半径根据第二曲率半径的值，也可想到由于回弹而比第一工序10A中使用的模具的曲率半径稍大的情况。优选将第一工序10A的模具设计成，在该第一工序10A中成形的中间部件的回弹后的顶板部1及凸缘部2的曲率半径为产品形状的曲率半径以下，优选比产品形状的曲率半径小。

作为冲压加工的金属板以高强度材料为对象，但是也可以使用钢板或铝板等。另外，沿长度方向的产品形状的顶板部1的曲率半径与凸缘部的曲率半径也可以不同。

在第一工序10A的成形中，将回弹后的中间部件的顶板部1和凸缘部2的各曲率半径成形为产品形状的曲率半径以下，由此在第二工序10B的精压成形中，在顶板部1产生小的压缩应力，在凸缘部2产生小的拉伸应力。由此，在顶板部1残留有小的压缩应力，或者在第一工序10A中产生的拉伸应力与在第二工序10B中产生的压缩应力相互抵消，由此长度方向的应力接近于0。同样，在凸缘部2残留有小的拉伸应力，或者在第一工序10A中产生的压缩应力与在第二工序10B中产生的拉伸应力相互抵消，由此长度方向的残留应力接近于0。由此，应力差减少或成为0，产品形状的回弹量减少，并且在材料强度变动的情况下，能够改善材料强度的敏感性。

不过，在决定中间部件相对于产品形状的曲率变更量时，在第一工序10A中，实施以产品形状的曲率半径弯曲的帽形截面构件的回弹计算，在将回弹后的顶板部1的曲率半径设为R1’时，与产品形状的顶板部1的曲率半径R1o之比优选设定为0.70≤(R1’/R1o)<1.00的范围内。

同样，在将中间部件相对于产品形状的凸缘部2的曲率半径设为R2’时，与产品的凸缘部2的曲率半径R2o之比优选设定为0.70≤(R2’/R2o)<1.00的范围内。

在此，在(R1’/R1o)及(R2’/R2o)比0.7小的情况下，在第二工序10B的模具下止点处，在顶板部1产生过度的压缩应力，在凸缘部2产生过度的拉伸应力，冲压成形品可能会产生大的弹复。反之，在(R1’/R1o)及(R2’/R2o)比1大的情况下，在第二工序10B的模具下止点处，在顶板部1残留有拉伸应力，在凸缘部2残留有压缩应力，回弹可能未被充分抑制。

如以上所述，根据本实施方式的冲压成形品的制造方法，即使在金属板使用了高强度材料的情况下，模具也不会变得复杂，能够较大地降低侧视观察下的回弹，即弯曲返回和弯曲返回的材料强度敏感性。由此，能够得到形成为接近于目标的产品形状的高精度的帽形截面且沿长度方向具有弯曲的形状的冲压成形品。这样，本实施方式的冲压成形品的制造方法在形状冻结性及材料强度敏感性上优异。

其结果是，根据本实施方式，即使在材料强度变动的情况下，也能得到高尺寸精度的部件，有助于成品率的提高。此外，在使用帽形截面形状的部件来作为车身构造部件时，能够容易地进行部件的组装。

实施例

为了确认本发明的冲压成形品的制造方法的回弹抑制效果而进行了基于有限要素法(FEM)的冲压成形解析及回弹解析。以下说明其结果。

在本实施例中，以冲压成形出图2(a)、(b)所示的沿长度方向弯曲的帽形截面部件的情况为对象。

在本实施例中，以冲压成形出图2(a)、(b)所示的沿长度方向弯曲的帽形截面构件的情况为对象。侧视观察下的冲头底产品曲率半径以R1600设为恒定曲率，变更了前工序的模具形状和后工序的模具形状。

表1将冲压条件及评价结果汇总表示。

需要说明的是，冲压成形中使用的金属板设为板厚t＝1.4mm且抗拉强度(材料强度)为590MPa级～1180MPa级的钢板。

[表1]

(No.1～No.3)

No.1～No.3(现有方法)是使用产品的冲头底曲率R1600的模具且仅通过1工序成形的结果。在No.1～No.3(现有方法)中，实施冲压成形解析和回弹解析，测定了回弹前后的顶板部1的回弹量(曲率半径)。

此时，各材料强度的回弹后的曲率半径比产品形状大，此外，伴随着材料强度的增加而曲率半径增大。而且，在求出下限的590MPa材料与1180MPa材料的曲率半径之差时，产生了206[mm]的差。

(No.4～No.6)

在No.4～No.6中，以第一工序10A的回弹后的曲率半径比产品曲率R1600减小的方式通过R1100的模具成形，第二工序10B在以产品曲率R1600进行精压的条件下，进行了冲压成形解析。

在该情况下，第一工序10A的回弹后的曲率半径在全部的材料强度下都比产品曲率R1600小。如果将该形状在第二工序10B中以产品曲率R1600进行精压，则在全部的材料强度下成为比R1600小的曲率半径，但是在全部的材料强度下成为大致相同的曲率半径。而且，在求出下限的590MPa材料与1180MPa材料的曲率半径之差时，成为-16[mm]的差，与现有方法相比曲率半径之差大幅减少。

(No.7～No.9)

在基于本发明的No.7～No.9中，以第一工序10A的回弹后的曲率半径比产品曲率R1600减小的方式通过R1200的模具进行成形，第二工序10B进行了以比产品曲率R1600大的R1700来进行成形的冲压成形解析。

在该情况下，第一工序10A的回弹后的曲率半径在全部的材料强度下比产品曲率R1600小。如果将该形状在第二工序10B中以R1700成形，则在全部的材料强度下成为与产品曲率R1600相同的曲率，在全部的材料强度下成为大致相同的曲率半径。而且，在求出下限的590MPa材料与1180MPa材料的曲率半径之差时，成为2[mm]的差，与现有方法相比曲率半径之差大幅减少。而且，与No.4～No.6相比，曲率半径之差减少。

以上，本申请主张优先权的日本国专利申请2017-150070(2017年8月2日提出申请)的全部内容通过参照而作为本公开的一部分。

在此，参照有限的数量的实施方式进行了说明，但是权利范围没有限定于此，基于上述的公开的各实施方式的改变对于本领域技术人员来说不言自明。

标号说明

1 顶板部

2 凸缘部

3 侧壁部

4 主体部

5 伸出部

6 纵壁部

10A 第一工序

10B 第二工序。

Claims (6)

1.一种冲压成形品的制造方法，其特征在于，

将金属板冲压成形而制造成如下产品形状：顶板部和凸缘部经由侧壁部而在宽度方向上连续，且具有上述顶板部及上述凸缘部沿长度方向相对于上述顶板部侧凸出或凹陷地弯曲的帽形截面，

在将金属板冲压成形而制造成上述产品形状时，所述冲压成形品的制造方法包括：

第一工序，冲压成形为如下部件形状来制造中间部件：具有上述顶板部及凸缘部各自的沿长度方向的弯曲为比上述产品形状的曲率半径小的第二曲率半径的帽形截面；及

第二工序，将上述中间部件的沿长度方向的弯曲冲压成形为比上述产品形状大的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的冲压成形品的制造方法，其特征在于，

上述顶板部及凸缘部的上述各第二曲率半径分别设定成在上述第一工序中成形之后在上述中间部件产生的回弹后的曲率半径成为上述产品形状的曲率半径以下的值。

3.根据权利要求1所述的冲压成形品的制造方法，其特征在于，

在将上述产品形状中的沿顶板部的长度方向的顶板部的曲率半径定义为R1o的情况下，以使上述中间部件的回弹后的顶板部的沿长度方向的曲率半径R1’成为满足下述(1)式的值的方式，设定上述顶板部的上述第二曲率半径的值，

0.70≤(R1’/R1o)<1.00····(1)。

4.根据权利要求1或3所述的冲压成形品的制造方法，其特征在于，

在将上述产品形状中的凸缘部的沿长度方向的曲率半径定义为R2o的情况下，以使上述中间部件的回弹后的凸缘部的沿长度方向的曲率半径R2’成为满足下述(2)式的值的方式，设定上述凸缘部的上述第二曲率半径的值，

0.70≤(R2’/R2o)<1.00····(2)。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的冲压成形品的制造方法，其特征在于，

在第一工序的成形中应用拉伸成形或碰撞成形，在第二工序的成形中应用精压加工。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的冲压成形品的制造方法，其特征在于，

上述金属板设为材料强度为590MPa以上的钢板。

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