CN114762874A

CN114762874A - 成形加工方法

Info

Publication number: CN114762874A
Application number: CN202210025233.1A
Authority: CN
Inventors: 伊原智章
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2022-07-19
Also published as: EP4029622B1; US11654472B2; KR20220102577A; MX2022000501A; EP4029622A1; BR102022000594A2; US20220219220A1; JP2022108601A; CA3145172A1

Abstract

本发明提供一种成形加工方法，其在使加热时的加热电极的电流值稳定的同时，仅对冲裁端局部地进行加热。成形加工方法包括：冲裁工序，对钢板进行冲裁；及加热工序，将加热线圈以与由冲裁工序形成的冲裁端的端面不接触的状态且以沿着端面相对的方式配置，使电流流过加热线圈而使钢板产生感应电动势，从而对端面进行加热。

Description

成形加工方法

技术领域

本发明涉及钢板的成形加工方法。

背景技术

高强度材料的冲压成形课题之一可列举出拉伸凸缘裂纹。该拉伸凸缘裂纹是由于基于冲裁工序的冲裁端等剪切端面的残留应变而产生的。作为降低该残留应变的方法，已知有进行加热的方法。另外，作为残留应变部的加热方法，已知有使加热电极与冲裁端接触，对该冲裁端进行通电加热而除去残留应变的成形加工方法(例如，参照日本特开2020-116635号公报)。

然而，根据上述成形加工方法的一实施方式，加热电极直接与冲裁端接触。因此，当通过量产等使加热电极与冲裁端反复接触时，加热电极产生磨损。由于该加热电极的磨损，加热电极与冲裁端的接触面积发生变化，加热时的加热电极的电流值不稳定。与此相对，根据上述成形加工方法的另一实施方式，利用一对加热电极以非接触的方式夹入冲裁端，进行通电加热。在该情况下，虽然不产生上述加热电极的磨损，但另一方面，产生加热范围也扩展到冲裁端附近以外的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而完成的，其主要目的在于提供一种成形加工方法，其能够使加热时的加热电极的电流值稳定，并且能够局部地仅对冲裁端进行加热。

用于实现上述目的的本发明的一个方式为一种成形加工方法，包括：

冲裁工序，对钢板进行冲裁，

加热工序，将加热线圈以与由所述冲裁工序形成的冲裁端的端面不接触的状态且以沿着该端面相对的方式配置，使电流流过该加热线圈而使所述钢板产生感应电动势，从而对该端面进行加热。

在该一个方式中，所述加热线圈的直径也可以构成为比所述钢板的板厚大。

在该一个方式中，也可以是，在所述冲裁工序中通过对所述钢板进行冲裁而在该钢板上形成孔，在所述加热工序中，在所述加热线圈插入到所述孔中的状态下对该孔的端面进行加热。

在该一个方式中，也可以是，在所述冲裁工序中，通过对所述钢板进行冲裁而在该钢板上形成端面的一部分开放的开放冲裁端，在所述加热工序中，所述加热线圈以沿着所述开放冲裁端的端面相对的方式配置，对该端面进行加热。

在该一个方式中，也可以是，在所述加热工序中，在所述冲裁工序中冲裁过的钢板在配置于加热夹具之后被所述加热线圈加热，所述加热夹具具有：定位引导件，将在所述冲裁工序中冲裁过的钢板定位在规定位置；及所述加热线圈，对由所述定位引导件定位后的钢板的冲裁端的端面进行加热。

在该一个方式中，所述加热工序也可以在冲压机中的任意的工序中实施。

在该一个方式中，也可以是，还包括拉伸凸缘成形工序，该拉伸凸缘成形工序对于所述冲裁端成形出拉伸凸缘，所述加热工序在空载工序中实施，所述空载工序调整从所述冲裁工序向所述拉伸凸缘成形工序输送所述钢板时的输送间距。

在该一个方式中，也可以是，在冲压机内，在由把持部连续地输送钢板成形品的同时，至少以规定的输送间距连续地进行所述冲裁工序及所述空载工序，通过在与所述空载工序对应的位置配置所述加热夹具，将所述空载工序替换为所述加热工序。

在该一个方式中，也可以是，所述加热线圈的匝数为3。

在该一个方式中，也可以是，所述加热线圈的中心轴线相对于所述钢板的冲裁端的端面的中心轴线以规定角度倾斜，该规定角度θ设定在-15°≤θ≤15°的范围内。

在该一个方式中，也可以是，所述加热线圈作为1根管状的线圈线而构成，在内部流动有冷却液。

在该一个方式中，也可以是，所述加热线圈沿着形成于所述钢板的孔的端面形成为环状，该环状的端部重叠。

根据本发明，能够提供一种成形加工方法，其能够使加热时的加热电极的电流值稳定，同时能够仅对冲裁端局部地进行加热。

附图说明

根据下文给出的详细描述和附图，本公开的上述和其他的目的、特征和优点将变得更加充分地被理解，附图仅作为示例给出，因此不应被认为是对本公开的限制。

图1是概略地表示本实施方式的成形加工方法的工序的示意图。

图2是概略地表示加工工序的示意图。

图3是本实施方式的加热线圈的立体图。

图4是从上方观察图3所示的加热线圈的俯视图。

图5是从侧方观察加热线圈及钢板的侧视图。

图6是表示匝数为3的加热线圈的结构例的图。

图7是表示匝数为1的加热线圈的结构例的图。

图8是表示端面开放的冲裁端的图。

图9是表示匝数为2的加热线圈的结构例的图。

图10是表示通过冲压加工而冲裁过的钢板的穿孔的图。

图11是表示维氏硬度试验的试验结果的图。

图12是表示维氏硬度试验的试验结果的图。

图13是表示包含拉伸凸缘成形部位的成形品的图。

图14是表示FR下臂的成形品的具体例的图。

图15是表示A柱下部的成形品的具体例的图。

图16是表示B柱外侧下部的成形品的具体例的图。

图17是表示加热夹具的一例的图。

图18是将本实施方式的成形加工方法的工序与以往的成形加工方法的工序进行对比的图。

图19是表示冲压机内的工序的一例的图。

具体实施方式

实施方式1

以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但权利要求书的技术方案并不限定于以下的实施方式。另外，实施方式中说明的全部结构并不一定是作为用于解决课题的手段所必须的。

图1是概略地表示本实施方式的成形加工方法的工序的示意图。以下说明的成形加工方法是在作为工件的钢板100上设置穿孔101，使该穿孔101的周缘变形而成形出凸缘102的方法。

如图1所示，本实施方式的成形加工方法例如包括：冲裁钢板100的冲裁工序；对冲裁端103进行加热的加热工序；将加热工序产生的热量冷却的自然冷却工序；及对冲裁端103成形出凸缘102的拉伸凸缘成形工序。

冲裁工序是利用冲裁冲头200对固定于未图示的冲裁模具的钢板100进行冲裁的工序。加热工序将在后面进行详细叙述，是对在冲裁工序中形成的冲裁端103进行加热的工序。

在加热工序中，如图2所示，冲裁过的钢板100配置于加热夹具。然后，对钢板100的冲裁端103进行高频感应加热。在该加热后，将钢板100从加热夹具卸下。

如图1所示，自然冷却工序是将在加热工序中被加热的冲裁端103的热量冷却的工序。具体而言，钢板100在常温环境下放置一定时间。拉伸凸缘成形工序(翻边工序)是将凸缘模具300插入穿孔101，使穿孔101的周缘部塑性变形而形成凸缘102的工序。

通过冲裁工序在穿孔101的周缘部产生的残留应变在加热工序中被除去。自然冷却后，由于被导入拉伸凸缘成形工序，因此与对加热状态的钢板100进行相比，能够减轻在凸缘模具300产生的损伤。特别是，在本实施方式中，如后所述，由于能够局部地对冲裁端103进行加热，因此能够良好地去除残留应变，并且加热效率也良好。

不过，根据现有的成形加工方法的一实施方式，加热电极直接与冲裁端接触。因此，当通过量产等使加热电极与冲裁端反复接触时，加热电极产生磨损。由于该加热电极的磨损，加热电极与冲裁端的接触面积发生变化，加热时的加热电极的电流值不稳定。与此相对，根据该成形加工方法的另一实施方式，利用一对加热电极以非接触的方式夹入冲裁端，进行通电加热。在该情况下，虽然不产生上述加热电极的磨损，但另一方面，产生加热范围也扩展到冲裁端附近以外的问题。

与此相对，本实施方式的成形加工方法包括例如如图3所示的如下的加热工序：将加热线圈1以与由冲裁工序形成的冲裁端103的端面104不接触的状态且以沿着端面104相对的方式配置，使电流流过加热线圈1而使钢板100产生感应电动势，由此对端面104进行加热。

图3是本实施方式的加热线圈的立体图。图4是从上方观察图3所示的加热线圈的俯视图。由于将加热线圈1以与钢板100的冲裁端103的端面104不接触的状态配置而对端面104进行加热，因此不会产生上述那样的加热线圈1的磨损等，能够使加热时的加热线圈1的电流值稳定。

另外，不需要像以往那样在把持钢板的状态下从上下方向进行加热，而能够将加热线圈1相对于钢板100的冲裁端103的端面104配置并加热。

进而，将加热线圈1以沿着冲裁端103的端面104相对的方式配置，使钢板100产生感应电动势。由此，能够产生沿着冲裁端103的端面104的感应电流，能够仅对该端面104局部地进行加热。而且，能够仅对成形出拉伸凸缘的冲裁端103的端面104局部地进行加热，因此能够抑制钢板100整体的软化。

根据本实施方式的加热工序，加热范围不从冲裁端103附近扩展，例如被抑制在从冲裁端103向外侧扩展1～2mm左右的限定的范围，能够仅对冲裁端103附近局部地进行加热。

钢板100的冲裁端103例如如图4所示，形成为圆形的孔形状。这样，在冲裁端103为孔形状的情况下，在端面104流动的感应电流相连而成为环状，因此能够更高效地进行加热。

在钢板100的冲裁端103形成为圆形的孔形状的情况下，如图4所示，加热线圈1沿着该孔形状形成为大致圆形状，插入并配置于该孔形状内。加热线圈1在该状态下对孔的端面104进行加热。冲裁端103的孔形状并不限定于圆形，例如也可以是椭圆形状、四边形状、三角形状等。

图5是从侧方观察加热线圈及钢板的侧视图。加热线圈1的中心轴线L1也可以相对于钢板100的冲裁端103的端面104的中心轴线L2以规定角度θ倾斜。规定角度θ优选设定在-15°≤θ≤15°的范围内，更优选θ的绝对值更小。即，加热线圈1的中心轴线L1最优选相对于钢板100的冲裁端103的端面104的中心轴线L2平行((θ＝0)。

如图5所示，加热线圈1的匝数为2。但是，加热线圈1的匝数如图6所示，最优选为3。由此，不仅能够通过最优的电感在短时间内对冲裁端103的端面104整体进行加热，而且能够有效地抑制向钢板100的长度方向的热传导，能够仅对冲裁端103的端面104附近更适当地进行局部加热。

另外，加热线圈1的匝数也可以为1或4以上。通过增加加热线圈1的匝数，能够使加热线圈1的电感进一步增加而增强磁场，能够缩短加热时间。另外，如图7所示，在加热线圈1的匝数为1的情况下，优选加热线圈1的直径比钢板100的板厚大。由此，能够有效地对冲裁端103的端面104整体进行加热。

如图5所示，更优选从侧方观察的加热线圈1的中心C与钢板100的穿孔101的中心C一致，但加热线圈1也可以向上方或下方稍微移动。需要说明的是，加热线圈1优选相比下方向上方移动。

加热线圈1作为1根线圈线而构成，但例如也可以将捆扎多个细线而成的线圈线作为1根线圈线。另外，考虑冷却效率的话，更优选将加热线圈1作为例如1根管状的线圈线而构成并在内部流动冷却液。

加热线圈1优选如图4所示，通过使圆形的端部11重叠，而贯通钢板100的冲裁端103的整周。由此，能够相对于钢板100的冲裁端103的整周充分地产生感应电动势。需要说明的是，加热线圈1优选贯通钢板100的冲裁端103的线长的至少3/4以上。

加热线圈1与钢板100的冲裁端103的端面104之间的距离d优选为加热线圈1的直径的2倍以下(图4)。加热线圈1与钢板100的冲裁端103的端面104之间的距离d更优选在不会打火花的范围内(例如，钢板100的板厚以上)为尽量小的范围。另外，加热线圈1也可以被绝缘体覆盖。在该情况下，被绝缘体覆盖的加热线圈1与钢板100的冲裁端103的端面104也可以接触。

例如，如图8所示，钢板100的冲裁端103也可以是端面104的一部分开放的开放冲裁端103。加热线圈1沿着该开放冲压端103的端面104的形状形成为大致椭圆形状，并以沿着该开放冲压端103的端面104相对的方式配置。

而且，在该开放冲裁端103的结构中，为了增加加热线圈1的电感，加热线圈1的匝数也可以是多个。图9是表示匝数为2的加热线圈的结构例的图。

加热线圈1的加热温度例如被调整为使得冲裁端103成为200℃以上且小于Ac1点。如果是在该温度范围内的加热，则能够适当地进行残留应变的除去。特别是，若加热至Ac1点以上，则钢板100发生奥氏体相变，若空冷则软化而强度降低，若利用流水等进行急冷，则硬度增加，拉伸凸缘成形工序中的成形性降低，因此优选停留在小于Ac1点。

接着，对本实施方式的成形加工方法的效果进行详细说明。在本实施方式中，具体而言，在如下条件下进行试验。

如图10所示，在板厚1.2mm的钢板JAC1180(拉伸强度1180MPa左右的镀锌钢板)的中心通过冲压加工进行冲裁，形成直径30mm的穿孔101。用直径5mm的管形成环状的直径20mm的圆，由此构成加热线圈1。将这样构成的加热线圈1插入冲裁后的穿孔101内。加热线圈1相对于钢板100大致平行地配置。

以作为加热部位的穿孔101(冲裁端103)的端面104成为600℃的方式，通过反馈控制，使150～400kHz的高频电流在加热线圈1中流通1秒钟。

对在上述条件下加热的穿孔101的端面104进行维氏硬度试验。在本试验中，如下进行测量。

沿板面方向测定距表层为0.1mm的位置。从端面104到2mm，以0.2mm间隔测量共计10点。从端面104到2～10mm以0.5mm的间隔共测量16点。施加300g的载荷。

图11及图12是表示上述的维氏硬度试验的试验结果的图。图11表示A截面的穿孔101的边缘附近的硬度，图12表示B截面的穿孔101的边缘附近的硬度。在图11及图12中，纵轴表示维氏硬度[HV]，横轴表示距端面104的距离[mm]，表示钢板100的反面及正面的维氏硬度[HV]。

如图11和图12所示，在A截面和B截面中，在从端面104起的距离从0到2mm的范围，维氏硬度从大致320HV逐渐增加。若距离端面104的距离超过2mm，则维氏硬度示出大致380HV。

另外，A截面和B截面中的维氏硬度的变化大致相同，没有由截面引起的差异。即，可以认为仅沿着圆周方向距端面104的2mm的部位(孔缘附近部位)被均匀地加热而软化。

根据本实施方式的成形加工方法可知，距端面104的距离为2mm以上的部位维持母材强度，仅使距端面104的距离为2mm以内的孔缘附近部位局部软化。由此可知，能够提高拉伸凸缘性，同时也能够在不降低母材强度的情况下确保产品性能。

接着，对本实施方式的成形加工方法得到的成形品的例子进行说明。通过本实施方式的成形加工方法成形的成形品例如如图13所示，是包含扩大孔的扩孔成形部位、立起带有曲率的凸缘的凸缘成形部位等包含拉伸凸缘成形部位的成形品，是包含在加工前后端面的线长显著扩大的成形部位的成形品。

作为具体的成形品，如图14所示，设想用于车辆的悬架的FR下臂。在图14中，用虚线包围的衬套压入部、作业孔等扩孔成形部位、裆部等凸缘成形部位也可以通过本实施方式的成形加工方法成形。

另外，在上述的成形加工方法中，作为例子对在钢板100设置穿孔101的情况进行了说明，但冲裁钢板100的冲裁工序不限于设置穿孔101的情况，也可以切掉不需要部分。拉伸凸缘成形工序对切掉了不需要部分的冲裁端103按压凸缘模具300而成形出拉伸凸缘。如下所述，A柱下部或B柱外侧下部的凸缘成形部位如此成形。

作为上述成形品，如图15所示，设想用于车辆的窗柱的A柱下部。在图15中，用虚线包围的角部等凸缘成形部位也可以通过本实施方式的成形加工方法成形。

作为上述其他的成形品，如图16所示，设想车辆的B柱外侧下部。在图16中，用虚线包围的角部等凸缘成形部位也可以通过本实施方式的成形加工方法成形。

以上，本实施方式的成形加工方法包括：冲裁工序，冲裁钢板100；及加热工序，将加热线圈1以与由冲裁工序形成的冲裁端103的端面104不接触的状态且以沿着端面104相对的方式配置，通过在加热线圈1中流过电流而使钢板100产生感应电动势，从而对端面104进行加热。由此，能够在使加热时的加热线圈1的电流值稳定的同时，仅对冲裁端103局部地进行加热。

实施方式2

在本实施方式2中，将在上述冲裁工序中冲裁过的钢板成形品在加热工序中配置于加热夹具，进行加热。图17是表示加热夹具的一例的图。图17的左侧图是表示钢板成形品X配置于加热夹具400之前的状态，右侧图是表示钢板成形品X配置于加热夹具400之后的状态。

如图17所示，加热夹具400具有对钢板成形品X的冲裁端103进行加热的加热线圈1、将钢板成形品X定位于规定位置的定位引导件2、基座部3。在各加热线圈1上连接有向各加热线圈1供给电力的交流电源4。

仅通过将钢板成形品X放置在定位引导件2上，以自然地设定钢板成形品X的位置的方式设定定位引导件2的形状及配置。加热线圈1及定位引导件2与钢板成形品X的形状及加热部位的位置对应地配置于基座部3。

加热线圈1的位置、数量以及形状并不限定于图17所示的例子，能够任意设定。同样地，定位引导件2的位置、数量以及形状并不限定于图17所示的例子，能够任意设定。

通过使用本实施方式的加热夹具400，不需要像以往那样在把持钢板成形品X的状态下从上下方向进行加热，而能够简单地将钢板成形品X配置于加热夹具400并加热。

如图18所示，本实施方式的加热工序也可以在冲裁工序与拉伸凸缘成形工序之间的空载工序中实施。空载工序是调整从冲裁工序向拉伸凸缘成形工序输送钢板成形品X时的输送间距的工序，是不进行加工的待机工序。

由此，以往，在冲裁工序后、拉伸凸缘成形工序前，利用使冲裁过的钢板成形品X待机的空载工序，能够高效地进行钢板成形品X的加热。因此，无需追加地导入加热工序，因此生产率提高。

另外，根据本实施方式，通过在通常的冲压机内的空载工序中简单地配置加热夹具400，能够将空载工序转换为加热工序，因此不会增加工序数。图19是表示冲压机内的工序的一例的示意图。

在冲压机500内，例如，一边利用图19下段所示的指形部(把持部)501连续地输送钢板成形品X，一边以规定的输送间距连续地进行图19的上段所示的成形工序、冲裁工序、空载工序、空载工序以及冲裁工序。因此，仅通过在与空载工序对应的位置仅放置加热夹具400，就能够容易地将冲压机500内的空载工序替换为加热工序。

另外，加热工序只要能够进行加热夹具400的配置，则也可以在冲压机500中的任意的工序中，例如在成形工序、冲裁工序等工序中实施。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

从如此描述的公开内容中，显而易见的是，公开内容的实施例可以多种方式变化。这种变化不应被视为脱离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说显而易见的所有这种修改都旨在包括在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种成形加工方法，包括：

冲裁工序，对钢板进行冲裁；及

2.根据权利要求1所述的成形加工方法，其中，

所述加热线圈的直径构成为比所述钢板的板厚大。

3.根据权利要求1或2所述的成形加工方法，其中，

在所述冲裁工序中通过对所述钢板进行冲裁而在该钢板上形成孔，

在所述加热工序中，在所述加热线圈插入到所述孔中的状态下，对该孔的端面进行加热。

4.根据权利要求1或2所述的成形加工方法，其中，

在所述冲裁工序中通过对所述钢板进行冲裁而在该钢板上形成端面的一部分开放的开放冲裁端，

在所述加热工序中，所述加热线圈以沿着所述开放冲裁端的端面相对的方式配置，对该端面进行加热。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的成形加工方法，其中，

在所述加热工序中，在所述冲裁工序中冲裁过的钢板在配置于加热夹具之后被所述加热线圈加热，

所述加热夹具具有：定位引导件，将在所述冲裁工序中冲裁过的钢板定位在规定位置；及所述加热线圈，对由所述定位引导件定位了的钢板的冲裁端的端面进行加热。

6.根据权利要求5所述的成形加工方法，其中，

所述加热工序在冲压机中的任意的工序中实施。

7.根据权利要求6所述的成形加工方法，其中，

还包括拉伸凸缘成形工序，该拉伸凸缘成形工序对于所述冲裁端成形出拉伸凸缘，

所述加热工序在空载工序中实施，所述空载工序调整从所述冲裁工序向所述拉伸凸缘成形工序输送所述钢板时的输送间距。

8.根据权利要求7所述的成形加工方法，其中，

在所述冲压机内，在由把持部连续地输送钢板成形品的同时，至少以规定的输送间距连续地进行所述冲裁工序及所述空载工序，

通过在与所述空载工序对应的位置配置所述加热夹具，将所述空载工序替换为所述加热工序。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的成形加工方法，其中，

所述加热线圈的匝数为3。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的成形加工方法，其中，

所述加热线圈的中心轴线相对于所述钢板的冲裁端的端面的中心轴线以规定角度倾斜，该规定角度θ设定在-15°≤θ≤15°的范围内。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的成形加工方法，其中，

所述加热线圈作为1根管状的线圈线而构成，在内部流动有冷却液。

12.根据权利要求3或4所述的成形加工方法，其中，

所述加热线圈沿着形成于所述钢板的端面形成为环状，

该环状的端部重叠。