CN111344078A - 板材的冲压成形方法 - Google Patents

Abstract

提供一种板材的冲压成形方法，在冲压成形在顶板部具有闭塞突出形状的突起部的成形构件时，在预备成形后，成形为目标形状，此时，通过冲压成形解析，按照以下所述的S1、S2的步骤求出预备成形的成形形状，从而能够将高强度钢板没有破裂或褶皱的产生地成形为目标形状。S1：将目标形状的突起部区域离散化成有限元解析用的平面单元和节点，S2：对于离散化了的部位，从该部位的内侧沿平面单元的法线方向施加内力，在如下的条件a、b的基础上使其变形，(a)构成的平面单元的变形为弹性变形范围内，(b)相邻的平面单元彼此的角度自由变化。

Description

板材的冲压成形方法

技术领域

本发明涉及在由金属原板通过冲压成形来制造汽车部件等构件的情况下，能够防止材料的破裂并稳定地得到目标的形状的板材的冲压成形方法。

背景技术

近年来，为了以环境问题为起因的汽车车身的轻量化，多使用高强度钢板作为汽车部件。

另外，汽车部件的制造多使用制造成本优异的冲压成形。

然而，高强度钢板与低强度的钢板相比，延展性低且容易产生破裂，因此通过冲压成形而得到目标形状的构件的情况未必容易。

另外，以车身轻量化为目的的使用钢板的高强度化与钢板的薄壁化同义，但是板厚越薄的钢板则越容易产生冲压褶皱，在该方面还残留有问题。

因此，强烈地要求用于抑制破裂或冲压褶皱的冲压成形方法的开发。

专利文献1及专利文献2公开了制造未产生破裂及冲压褶皱的中间成形体，在之后的工序中进行冲压成形，从而用于得到最终未产生破裂及冲压褶皱的产品的方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2017-006793号公报

专利文献2：日本专利第5867657号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为抑制冲压成形时的破裂的方法，可认为作为预备成形工序而制造缓和了形状的中间成形体，然后进行精压成形，形成作为目标的形状的方法有效。

前述的专利文献1及专利文献2都提出了制造用于抑制破裂的中间成形体，然后进行精压的方法。

然而，专利文献1由于在后工序中利用大规模的原材料的流入和旋转，因此仅能适用于周围被解放而材料的移动容易的凸缘部的破裂危险部。

另外，专利文献2是为了抑制产品内部的成形不良而表示中间成形体的设计指针的技术，但是仅限于将最终形状划分成格子状或从图心呈放射状地设定的截面内的形状变更的讨论。实际的精压成形时的材料行迹未必是划分成格子状的方向或从图心呈放射状地变形的行迹，而是向任意的方向呈三维的行迹，因此在不对其进行考虑而设计了中间成形体的情况下，无法控制材料的流入。而且，也存在其实施时需要巨大的劳力和时间这样的问题。

本发明是有利地解决上述的课题的发明，其目的在于提出一种板材的冲压成形方法，在考虑到三维的变形的基础上，将冲压成形分成两个工序，在最初的工序中预备成形为表面积与目标形状相同且成形简易的形状，在之后的工序中无破裂地成形为目标形状。

用于解决课题的方案

即，本发明的主旨结构如以下所述。

1.一种板材的冲压成形方法，其中，

成形构件由顶板部、纵壁部及凸缘构成且截面为帽形，并在该顶板部具有闭塞突出形状的突起部，在由金属原板冲压成形所述成形构件时，

首先，通过冲压成形解析，对于上述突起部区域的顶板部，按照下述的S1、S2的步骤，求出表面积与作为目标的形状大致相同且成形简易的预备成形形状，

接下来，将金属原板冲压成形为求出的上述预备成形形状，然后，将该部位泡沫成形为作为目标的最终形状。

S1：将目标形状的突起部区域离散化成有限元解析用的平面单元和节点

S2：对于离散化了的部位，从该部位的内侧沿平面单元的法线方向施加内力，在如下的条件a、b的基础上使其变形

(a)构成的平面单元的变形为弹性变形范围内

(b)相邻的平面单元彼此的角度自由变化

发明效果

根据本发明，成形构件由顶板部、纵壁部及凸缘构成且截面为帽形，并在顶板部具有周围密闭的突出形状的突起部，在由金属原板冲压成形所述成形构件时，能够使用有限元解析自动地设计最适的中间成形体，其结果是，能够实现不会产生破裂或冲压褶皱的由金属原板开始的冲压成形。

附图说明

图1是表示在顶板部具有闭塞突出形状的突起部的成形构件的图。

图2A是表示本发明的考虑方法的概略图，是作为目标的突出部的形状的一例。

图2B是表示将上述突出部离散化成平面单元和节点的状态的图。

图2C是表示上述突出部的预备形状的图。

图3A是表示将突起部周边进行了离散化的状态的图。

图3B是图3A的主要部分放大图。

图4A是表示向离散化了的部位赋予了内压之后的中间成形体的形状的图。

图4B是表示离散化了的部位的目标形状的图。

图5A是由第一工序为浅拉深成形且第二工序为附带衬垫的弯曲成形构成的比较法的图。

图5B是表示图5A中的衬垫按压位置的图。

图6是表示利用现有方法1成形时的板厚减少率的图。

图7是表示利用比较法1进行了浅拉深成形(第一工序)时的板厚减少率的图。

图8是表示利用比较法1进行了附带衬垫的弯曲成形(第二工序)时的板厚减少率的图。

图9是表示按照本发明方法1成形为中间成形体形状时的板厚减少率的图。

图10是表示按照本发明方法1成形为目标形状时的板厚减少率的图。

图11是表示在实施例2中设为对象的部件形状的图。

图12是表示利用现有方法2成形了实施例2的对象部件时的板厚减少率的图。

图13是表示将实施例2的对象部件利用比较法2进行了浅拉深成形(第一工序)时的板厚减少率的图。

图14是表示将实施例2的对象部件利用比较法2进行了附带衬垫的弯曲成形(第二工序)时的板厚减少率的图。

图15A是表示对实施例2的对象部件的破裂危险部附近进行了离散化的状态的图。

图15B是图15A的主要部分放大图。

图16A是表示向离散化了的部位赋予了内压之后的中间成形体的形状的图。

图16B是表示离散化了的部位的目标形状的图。

图17是表示按照本发明方法2成形为中间成形体形状时的板厚减少率的图。

图18是表示按照本发明方法2成形为目标形状时的板厚减少率的图。

具体实施方式

以下，具体说明本发明。

例如，关于图1所示那样的由顶板部11、纵壁部12及凸缘13构成的截面帽形的成形构件，且在顶板部11具有周围密闭的突出形状即闭塞突出形状的突起部14那样的形状的成形构件10，即使想要使用冲压成形模具利用1次的工序进行成形，但是在目标形状复杂且使用材料的延展性低的情况下，在上述突起部附近产生破裂而无法得到作为目标的形状的产品。

为了解决该问题，有时采用将冲压成形工序分割成多个工序的方法。即，利用预备成形工序冲压成形为平缓的形状，并在后续的工序中为了成为目标形状而再次进行冲压成形(精压)的方法。此时，利用预备成形工序制造的成形体(以下，称为预备成形体或中间成形体)的形状的设计在以往通过设计者的经验、技巧来进行。

最近，正在进行基于以下的考虑方法的设计，该考虑方法为：取得包含破裂区域的格子状或从图心呈放射状的产品截面，将该截面线长设为适当的范围内并使其变形，从而抑制精压工序中的材料的伸缩，能够得到没有破裂或褶皱的产品(例如专利文献2)。

然而，进行了精压时的材料的变形沿着格子状或从图心呈放射状的截面内进行的情况稀少，通常是遍及大致全部的区域沿任意的方向产生三维的材料的移动。因此，仅是专利文献2记载的调合截面线长这样的考虑方法的话，在精压时产生破裂或褶皱的不良情况较多，不得不反复试错来决定中间成形体的形状，最差的情况下也存在得不到适合的中间成形体的形状的情况。

因此，本发明者们为了应对在使用了截面线长的考虑方法中无法应对的三维的材料的变形，考虑了通过利用三维有限元法作为冲压成形解析来求出最适的中间成形体的情况。

以下，基于图2A～图2C来说明本发明的考虑方法。

图2A示出作为目标的突出部的形状的一例。在图2A～图2C中，为了容易理解而通过二维截面表示，但是实际上需要考虑三维的形状。

接下来，将用于成为该目标形状的突出部区域1～8如图2B所示离散化成平面单元和节点(制成网格)。需要说明的是，图中，编号1～8所示的各节点间的距离优选尽可能相等。

接下来，使用有限元法(Finite Element Method)，求出在下一工序中的最终成形变得简便那样的平缓的预备形状(图2C)。此时，优选由各节点连接的各边的弯折自由，而且求出的平缓的预备形状与目标形状的表面积大致相同。

即，对于离散化了的部位，从其内侧沿平面单元(也称为壳单元)的法线方向施加内力，来决定预备形状，但此时重要的是，(a)构成的平面单元的变形设为弹性变形范围内，(b)相邻的平面单元彼此的角度自由变化。

这样，决定出图2C所示那样的平缓的形状的预备形状。

接下来，在实际的冲压成形中，制造如上所述求出的预备形状(图2C)的模具，在将坯料成形为预备形状之后，通过精压成形为目标形状(图2A)。

接下来，说明利用了上述的方法的具体的步骤。

首先，在图1所示的目标形状之中，将包含破裂或褶皱成为问题的部位的、与顶板部11及纵壁部12的连接棱线部离散化成平面单元和节点，将接近的节点利用线段连结，将由线段包围的区域作为平面单元(制成网格)。其示意图如图3A所示。需要说明的是，图3B是主要部分放大图。

此时，离散化了的各节点的间隔未特别受到限制，但是优选设为板厚的50％～300％左右。

接下来，对构成离散化了的部位的平面，实施从部位的内侧沿平面单元的法线方向赋予内压而使其变形的有限元解析。此时，在构成的各平面单元的变形设为弹性变形范围内、而且相邻的平面单元彼此的角度自由变化的条件下进行。

通过以上所述，能够容易地求出由于形状比目标形状平缓因此成形容易且具有与目标形状相同的表面积的中间成形体的形状。得到的中间成形体的形状的例子如图4A所示。图4A是赋予了内压之后的中间成形体的形状(预备形状)，图4B是目标形状。

这样得到的中间成形体由于形状比目标形状平缓而能够避免局部性的变形或应力集中，因此不会产生破裂或褶皱。而且，接下来从中间成形体向目标形状进行泡沫成形时，在该泡沫成形中仅对各平面单元和节点实施弯曲变形，因此平面单元难以变形。因此，能得到不会产生破裂或褶皱的中间成形体，在从该中间成形体向目标形状的冲压成形时不会产生新的伸缩，因此，最终能够没有破裂、褶皱的产生地得到作为目标的形状。

实施例

(实施例1)

通过冲压成形制造出图1所示的形状的构件。材料设为1180MPa级、板厚为1.2mm的钢板。

作为现有方法，仅进行了拉制成形的一个工序(现有方法1)。

另外，作为比较法，如图5A所示，将第一工序设为浅拉深拉制成形，将第二工序设为附带衬垫的泡沫成形(比较法1)。在此，图5A示出成形形状，图5B示出衬垫按压位置。

作为本发明方法，将第一工序设为拉制成形，将第二工序设为泡沫成形(本发明方法1)。

首先，利用现有方法1成形的结果如图6所示。如该图所示，在现有方法1中，局部性地产生大的板厚减少，从该部位产生破裂。

另外，在比较法1中，浅拉深拉制成形为中间成形体的结果如图7所示，进而附带衬垫的泡沫成形为目标形状的结果如图8所示。在按照该比较法1的情况下，在第一工序的浅拉深拉制成形时、第二工序的附带衬垫的泡沫成形时都产生局部性的板厚减少，担心从该部位开始的破裂。

接下来，在本发明方法1的实施时，通过有限元法对中间成形体进行了冲压成形解析。如图3A、图3B所示，将纵壁的一部分和顶板面离散化成平面单元和节点。在离散化时，节点的间隔设为与板厚相同的约1.2mm。接下来，使用有限元解析沿各平面单元的法线方向赋予了内压。其结果如图4A所示。将其作为中间成形体的形状，制造模具而进行了拉制成形的结果如图9所示。与图6相比自不必说，即使与图7或图8相比也可知板厚减少被缓和，能避免破裂。

此外，作为第二工序，通过具有目标形状的模具进行了泡沫成形的结果如图10所示。在第二工序中也未产生显著的板厚减少，未达到破裂，确认到本发明有效。

(实施例2)

利用冲压成形制造图11所示的形状的构件。材料是1180MPa级、板厚为1.2mm的钢板。

与实施例1同样，作为现有方法，仅进行了拉制工序的一个工序(现有方法2)。

作为比较法，将第一工序设为浅拉深拉制成形，将第二工序设为附带衬垫的泡沫成形(比较法2)。

作为本发明方法，将第一工序设为拉制成形，将第二工序设为泡沫成形(本发明方法2)。

首先，利用现有方法2成形的结果如图12所示。

如该图所示，在现有方法2中，局部性地产生大的板厚减少，从该部位产生破裂。

另外，利用比较法2进行了浅拉深拉制成形的结果如图13所示，进而附带衬垫的泡沫成形的结果如图14所示。在按照该比较法2的情况下，在第一工序的浅拉深拉制成形时、第二工序的附带衬垫的泡沫成形时都产生局部性的板厚减少，仍然容易产生从该部位开始的破裂。

接下来，在本发明方法2的实施时，通过有限元法对中间成形体进行了冲压成形解析。如图15A、图15B所示，将纵壁的一部分和顶板面离散化成平面单元和节点。在离散化时节点的间隔设为与板厚相同的约1.2mm。接下来，使用有限元解析沿各平面单元的法线方向赋予了内压的结果如图16A所示(需要说明的是，图16B为目标形状)。将其设为中间成形体的形状，通过拉制成形模具进行了成形的结果如图17所示。与图12相比自不必说，即使与图13或图14相比也可知板厚减少被缓和，能避免破裂。

此外，作为第二工序通过具有目标形状的模具进行了泡沫成形的结果如图18所示。在第二工序中也未产生显著的板厚减少，未达到破裂，确认到本发明有效。

标号说明

1～8 突出部区域的各节点

10 成形构件

11 顶板部

12 纵壁部

13 凸缘

14 突起部。

Claims (1)

1.一种板材的冲压成形方法，其中，

成形构件由顶板部、纵壁部及凸缘构成且截面为帽形，并在该顶板部具有闭塞突出形状的突起部，在由金属原板冲压成形所述成形构件时，

首先，通过冲压成形解析，对于上述突起部区域的顶板部，按照下述的S1、S2的步骤，求出表面积与作为目标的形状大致相同且成形简易的预备成形形状，

接下来，将金属原板冲压成形为求出的上述预备成形形状，然后，将该部位泡沫成形为作为目标的最终形状，

S1：将目标形状的突起部区域离散化成有限元解析用的平面单元和节点，

S2：对于离散化了的部位，从该部位的内侧沿平面单元的法线方向施加内力，在如下的条件a、b的基础上使其变形，

(a)构成的平面单元的变形为弹性变形范围内，

(b)相邻的平面单元彼此的角度自由变化。

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