CN115175776A

CN115175776A - 剪切模具及冲压成形方法

Info

Publication number: CN115175776A
Application number: CN202080097105.7A
Authority: CN
Inventors: 三宅弘人; 新宫丰久; 山崎雄司
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-10-11
Also published as: US20230082370A1; KR20220128431A; WO2021171759A1; MX2022010269A; JPWO2021171759A1; EP4116008A4; EP4116008A1; JP7283570B2

Abstract

提供一种防止超高张力钢板的剪切加工中的模具工具的损伤的剪切模具及使用该剪切模具的冲压成形方法。一种剪切模具，在具有多次剪切工序、通过冲压成形从金属板制造成形品的冲压加工中，在得到成形品时，用于沿着与所述金属板的第一剪切缘交叉的方向进行剪切加工，其中，通过能够拆卸的嵌装部构成与所述第一剪切缘的端部接触的区域附近的剪切刀。

Description

剪切模具及冲压成形方法

技术领域

本发明涉及耐模具磨损性优异的剪切模具，并且涉及具有使用该剪切模具的剪切工序的冲压成形方法。

背景技术

在以汽车部件为代表的金属板的加工中，主要使用利用了冲压装置和冲压模具的冲压成形。在冲压成形中，在将材料金属板加工成所希望的部件形状时，由从卷材剪切坯料的冲割工序、弯曲成形或拉深成形等成形工序、将对于最终产品而言不需要的材料切掉的修整工序等构成。

另一方面，近年来，在汽车车身骨架部件中，要求碰撞安全性的提高、基于车身轻量化的CO₂排出量削减，为了实现这些要求，强度高的高张力钢板已得到广泛应用。

特别是在抗拉强度超过980MPa那样的超高张力钢板中，不仅在冲压成形时模具损伤而引起产品表面品质的下降，而且在将材料金属板切断的剪切加工中，实际上与材料接触的剪切刀的缺损、磨损也变得显著，因此剪切端面品质下降，可能会对下一工序的成形性、成为了产品之后的耐氢脆化性造成较大影响。

因此，在超高张力钢板的冲压加工中，为了确保成形品的品质，与以往的强度比较低的钢板相比，存在模具工具的更换、检修的频度升高这样的课题。

针对这样的课题，例如，在专利文献1中，提出了为了防止冲压成形时的烧伤，在与被成形体接触的成形面上实施基于PVD法的保护覆膜，从而耐磨损性优异的覆膜工具。

另外，在专利文献2及3中，提出了通过对工具钢的成分进行最适化而耐模具磨损性优异的工具钢。

如上所述，为了防止超高张力钢板的剪切工序中的剪切刀的模具损伤，适用难以发生缺损、磨损的工具钢，进而在剪切时为了减轻与被加工材料的滑动阻力而进行以PVD法为首的覆膜处理的情况比较适合。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-232344号公报

专利文献2：日本特开2011-189419号公报

专利文献3：日本特开2006-169624号公报

发明内容

发明的概要

发明要解决的课题

然而，在专利文献1～3记载的对策中，需要对于构成实际上与被加工材料接触的剪切刀的全部工具钢适用耐磨损性优异的工具钢，再实施PVD覆膜处理。在该情况下，对于本来模具损伤未成为问题的区域也采取对策，因此存在模具工具的更换、检修所需的时间、成本增大这样新的课题。

本发明鉴于这样的情况而作出，其目的在于提供一种在冲压成形中的剪切工序中，减少模具工具的更换、检修所需的时间、成本并防止超高张力钢板的剪切加工中的模具工具的损伤的剪切模具，并提出具有使用了该剪切模具的剪切工序的冲压成形方法。

用于解决课题的方案

有利地解决上述课题的本发明的剪切模具用于在具有多次剪切工序、通过冲压成形从金属板制造成形品的冲压加工中，在要得到成形品时，沿着与所述金属板的第一剪切缘交叉的方向进行剪切加工，其特征在于，通过能够拆卸的嵌装部构成与所述第一剪切缘的端部接触的区域附近的剪切刀。

另外，本发明涉及的冲压成形方法是具有多次剪切工序的金属板的冲压成形方法，其特征在于，包括：第一剪切工序，在成形品的外形的一部分留下剩余部而进行剪切；及第二剪切工序，沿着与通过该第一剪切工序而形成的第一剪切缘交叉的方向剪切所述剩余部而形成成形品形状，在该第二剪切工序中，使用上述的剪切模具，以所述嵌装部与通过所述第一剪切工序而形成的剪切缘的端部接触的方式剪切所述剩余部。

发明效果

根据本发明的剪切模具，能够提供一种在冲压成形中的剪切工序中，减少模具工具的更换、检修所需的时间、成本，并防止超高张力钢板的剪切加工中的模具工具的损伤的剪切模具。

根据本发明的冲压成形方法，能够成为由于在第二剪切工序中使用了上述剪切模具，因此在剪切工序中，减少模具工具的更换、检修所需的时间、成本，并防止超高张力钢板的剪切加工中的模具工具的损伤，运转率高，降低了成本的冲压成形方法。

另外，在本发明的剪切模具中，所述嵌装部优选满足从(a)由硬度比嵌装部以外的剪切刀高的模具钢制造、(b)实施表面氮化处理、及(c)实施覆膜处理中选择的至少一个条件。由此，能够提高嵌装部的剪切刀的寿命。

另外，在本发明的剪切模具中，所述嵌装部优选在以剪切刀与所述第一剪切缘的端部接触的位置为中心的两侧具有1mm以上的长度。由此，能高效地得到嵌装部的效果。

另外，本发明的冲压成形方法优选将所述金属板的抗拉强度设为超过980MPa。是适用于这样的超高张力钢板而能够高精度地进行长期剪切的方法。

附图说明

图1是表示适用于本发明的一实施方式的帽形的冲压成形品的形状的示意图，图1(a)示出从具有背部切割(背切り)形状的一侧观察到的立体图，图1(b)示出从没有背部切割形状的一侧观察到的立体图，图1(c)示出侧视图。

图2是表示上述实施方式的冲压成形工序的示意性的立体图。

图3是表示第二剪切工序(凸缘修整)使用的剪切模具的立体图，图3(a)示出剪切前的模具配置，图3(b)示出剪切中的模具配置，图3(c)示出剪切后的模具配置。

图4是表示在适用于上述实施方式的冲压成形品中接受剪切加工的部位的示意图，图4(a)示出从具有背部切割形状的一侧观察到的立体图，图4(b)示出从没有背部切割形状的一侧观察到的立体图。

图5是表示接受了剪切加工的钢板的硬度测定方法的示意图，图5(a)是表示剪切面的局部立体图，图5(b)是表示硬度测定位置的放大图。

图6是表示剪切面附近的硬度测定结果的坐标图，图6(a)是表示与剪切缘平行的方向的硬度分布的坐标图，图6(b)是表示从板厚中央部的剪切缘朝向板内部的硬度分布的坐标图。

图7(a)是示意性地表示使用了以往的剪切模具的剪切方法的立体图，图7(b)是将以往的剪切模具的上刀放大表示的立体图。

图8(a)是示意性地表示本发明的一实施方式的剪切方法的立体图，图8(b)是将本发明的一实施方式的剪切模具的上刀放大表示的立体图。

图9是示意性地表示实施例中使用的冲压成形的模具结构配置的立体图。

图10(a)是示意性地表示发明例的剪切模具的上刀的观察位置的立体图，图10(b1)～(d1)分别是剪切加工前、5000次剪切后及10000次剪切后的嵌装部的放大观察照片，图10(b2)～(d2)是表示从照片所示的方向观察到的磨损程度的示意图。

图11(a)是示意性地表示现有例的剪切模具的上刀的观察位置的立体图，图11(b1)～(d1)分别是剪切加工前、5000次剪切后及10000次剪切后的嵌装部的放大观察照片，图11(b2)～(d2)是表示从照片所示的方向观察到的磨损程度的示意图。

具体实施方式

发明者们在冲压加工中的剪切加工工序中，在对包含接受了一次剪切加工的剪切缘的区域再进行剪切加工时，观察了与接受了一次剪切加工的剪切缘的端部附近接触的剪切刀的损伤状态。其结果是，得到了与该剪切缘的端部附近接触的剪切刀的损伤特别大这样的见解。

本发明是基于这样的见解而作出的发明。

接下来，关于本发明的实施方式，参照附图进行说明。

<成形工序>

在此，在以下的说明中，作为实施方式，以通过图2所示那样的工序对图1所示那样的帽形的部件进行连续加工的冲压成形工序为事例来说明。图1(a)示出帽形的冲压成形品100的从具有背部切割形状90的一侧观察到的立体图，图1(b)示出帽形的冲压成形品100的从没有背部切割形状的一侧观察到的立体图，图1(c)示出帽形的冲压成形品100的侧视图。图2是表示上述帽形冲压成形品的冲压成形工序的示意性的立体图。

在图2的实施方式中，将材料金属板的卷材狭缝加工成为宽度200mm的环带材料101，安设于开卷机。将从开卷机放出的环带材料101的卷痕通过校平器进行了矫正之后，使用供料器每当一次的冲压成形结束时送出各70mm，再进行冲压成形。

在本实施方式的冲压成形工序中，首先，在第一工序中，为了在上述的环带材料101的两端设置狭缝而进行第一剪切加工(冲割)11。在第二工序中，进行在环带材料101的宽度中央冲裁圆形的孔的穿孔加工12。在第三工序中，进行平坦的状态的环带材料的弯曲加工，实施帽截面形状的成形14。在第四工序中，进行对成为成形的帽截面形状部件的产品外(剩余部)的凸缘部的两端进行修整的第二剪切加工(凸缘修整)15。在最后的第五工序中，为了将相连的帽截面形状部件切离而进行对顶板面进行修整的剪切加工(平坦修整)16。图2记载的空转13表示如第二工序与第三工序之间、第三工序与第四工序之间及第四工序与第五工序之间那样在模具的配置方面无法连续地配置模具，而不进行任何加工的工序。通过箭头一并记载材料的传送方向FD。

<剪切模具>

在图2记载的成形工序中，作为将通过第一剪切工序(冲割)11进行了一次剪切加工的剪切缘再次进行剪切加工的第二剪切工序，图3示出第四工序的凸缘修整15中使用的剪切模具。图3(a)示出剪切前的模具配置，图3(b)示出剪切中的模具配置，图3(c)示出剪切后的模具配置。凸缘修整15中使用的剪切模具如图3所示通过上模1和下模2来构成，所述上模1由垫3及剪切刀(上刀)4构成，所述下模2从下方按压被加工材料S且构成剪切刀(下刀)5。在剪切时，在被加工材料S载放于下模2上的状态下，垫3和剪切刀4下降(图3(a))，通过垫3按压了被加工材料S之后(图3(b))，仅从垫3露出的部分(成为废料的剩余部)6由进一步下降的剪切刀4切断(图3(c))。

<被加工材料的剪切位置>

在图2所示的冲压成形工序的各剪切工序中，成形品接受的剪切加工的位置如图4所示。图4(a)示出从具有背部切割形状90的一侧观察到的立体图，图4(b)示出从没有背部切割形状的一侧观察到的立体图。如图4所示，在第一工序的冲割11中包含被剪切加工后的剪切缘21，在交叉的方向23上通过第四工序的凸缘修整15进一步剪切加工。此时，在与图4所示的第一剪切缘21的端部区域附近24(○记号的位置)接触并对凸缘部进行剪切加工的剪切刀4容易产生损伤。

<接受了一次剪切加工的剪切缘>

测定了接受剪切加工后的抗拉强度1470MPa级的冷轧钢板S(板厚1.2mm)的剪切缘21附近的硬度。测定使用微小硬度计，压头的压入载荷设为100gf(0.98N)。测定位置如图5所示，将剪切间隙设为板厚的12％，设为剪切加工后的剪切缘21附近，从塌边侧(上表面)US至飞边侧(下表面)LS将间距dp设为0.1mm，测定了硬度。此时，测定位置距剪切缘的端面ED的距离de设为0.1mm，距塌边侧US及飞边侧LS表面的距离dg设为0.1mm。而且，在板厚中央部，从剪切缘的端面ED朝向板内部IS将间距dp设为0.1mm，测定了硬度。图6示出测定的硬度与测定位置的关系。

硬度测定的结果如图6(a)、(b)所示，可知在剪切缘的端面ED附近，以维氏硬度计为约600～700Hv左右的硬度。然而，随着从剪切缘的端面ED朝向板内部IS而硬度减少，板内部IS即母材自身的硬度为500Hv左右。根据以上可知，剪切缘的端面ED附近因剪切加工而材料发生加工固化，因此局部地成为高强度。

<剪切刀>

图7示出以往的一般的剪切刀。图7(a)是示意性地表示使用了以往的剪切模具的剪切方法的立体图，图7(b)是将以往的剪切模具的上刀4放大表示的立体图。剪切刀4的材质多通过冷模具用钢SKD11等制造。图8示出本发明的一实施方式的剪切刀。图8(a)是示意性地表示本实施方式的剪切方法的立体图，图8(b)是将本实施方式的剪切模具的上刀4放大表示的立体图。根据到目前为止的见解，在对包含通过接受一次剪切加工而加工固化的剪切缘21的区域再次进行剪切加工时，在与加工固化的剪切缘21附近接触的区域容易产生剪切刀4的损伤，因此设为能够将与图4的○所示的区域24对应的剪切刀的部分更换为嵌装部7的嵌入构造。剪切刀4主体部分由冷模具用钢SKD11等制造，嵌装部7为了至少比主体部的硬度高且具备耐磨损性及滑动特性而由粉末高速钢SKH40或SKH51等材质的工具钢制造，根据不同情况，为了使嵌装部7表面的硬度上升也可以实施氮化处理，或者为了确保高滑动性也可以实施PVD等的覆膜处理。

在本实施方式中，仅将容易引起模具损伤且与接受一次剪切加工而加工固化的剪切缘21接触的剪切刀4的附近设为嵌装部7而成为嵌入构造，成为能够仅更换嵌装部7的构造，因此本实施方式的剪切刀4在量产冲压成形中，剪切刀4成为长寿命，并且其更换变得容易，且即使在实施氮化处理或覆膜处理的情况下，也仅为嵌装部的处理即可，因此也能够较大地削减检修所需的成本。而且，适合使用于容易产生剪切模具的损伤的980MPa级以上的高张力钢板的冲压成形方法，特别是更优选适用于1500MPa级以上的超高张力钢板。

实施例

为了评价剪切刀的损伤而制造了图9所示的模具结构的冲压成形模具。对象材料设为抗拉强度为1470MPa级的冷轧钢板(板厚1.4mm)，对图1记载的帽截面形状的部件进行了冲压成形。如图2所示，制造的模具通过第一工序对狭缝加工为宽度200mm的环带材料实施了冲割11加工，通过第二工序实施了穿孔12加工，通过第三工序实施了弯曲加工(成形14)，通过第四工序实施了凸缘修整15加工，通过第五工序实施了平坦修整16加工。在一次冲压成形结束后将环带材料101送出70mm，以30次/分钟的速度连续冲压成形了10000次。而且，在冲割11、穿孔12、凸缘修整15、平坦修整16工序中，剪切间隙都以板厚的12.5％设定。

另外，通过制造的模具实际上与材料接触的剪切刀都由一般的冷模具用钢SKD11制造。SKD11的硬度为58HRC。而且，凸缘修整15工序的剪切刀主体部分由冷模具用钢SKD11制造，嵌装部7通过第一工序的冲割11工序剪切，以与加工固化的剪切缘的端部接触的区域为中心而设为宽度20mm的范围。嵌装部7的材质由粉末高速钢SKH51制造。SKH51的硬度为64HRC。此外，对于嵌装部7的与被加工材料S接触的面实施了TiC系的PVD覆膜处理。作为比较，即使是凸缘修整工序的剪切刀全部由SKD11制造的情况下，也以同样的条件实施了连续冲压加工。

以上述成形条件连续冲压成形了10000次时的凸缘修整15工序的剪切刀的照片关于本实施方式及现有材料分别如图10及11所示。如图11所示，在使用了硬度比较低的SKD11作为剪切刀的以往的剪切刀中，在冲压了5000次左右时，在相当于被加工材料的端部的位置(由虚线部表示)产生了缺损(图11(c2))。在进一步增加冲压次数而成为了10000次时，磨损从缺损部进展，在被加工材料的端部附近确认到了模具较大地损伤而凹陷的情形(图11(d2))。另一方面，设为仅被加工材料附近的嵌装部使用SKH51的粉末高速钢，此外进行了TiC系的PVD覆膜处理的嵌入，除此以外使用了SKD11，在如上所述开发的剪切刀中，即使在10000次冲压后，在被加工材料端部也未确认到损伤(图10(c2)、(d2))。

以上的结果示出了在将接受一次剪切加工且加工固化的剪切端面再次进行剪切加工时，仅第一次的剪切端面附近能够更换的剪切模具构造，且更换部与除此以外的剪切刀的钢材相比设为高硬度，通过实施PVD系的覆膜处理，能够抑制剪切加工时的模具损伤的情况。

产业上的可利用性

本发明并不局限于上述例示的实施方式，在具有多个剪切加工工序的加工方法中，优选适用于沿着与基于第一剪切加工的剪切缘交叉的方向进行剪切的第二剪切加工的剪切模具。

标号说明

90 背部切割形状

100 冲压成形品

101 环带材料

1 上模

2 下模

3 垫、压板

4 剪切刀(上刀)

5 剪切刀(下刀)

6 废料

7 嵌装部

8 穿孔冲头

9 钮扣式冲模

11 冲割

12 穿孔

13 空转

14 成形

15 凸缘修整

16 平坦修整

17 弯曲刀

18 冲头

21 基于冲割的剪切缘

22 基于穿孔的剪切缘

23 基于凸缘修整的剪切方向

24 剪切刀与剪切缘接触的区域

S 被加工材料

FD 传送方向。

Claims

1.一种剪切模具，用于在具有多次剪切工序的通过冲压成形从金属板制造成形品的冲压加工中，在要得到成形品时沿着与所述金属板的第一剪切缘交叉的方向进行剪切加工，其特征在于，

通过能够拆卸的嵌装部构成与所述第一剪切缘的端部接触的区域附近的剪切刀。

2.根据权利要求1所述的剪切模具，其特征在于，

所述嵌装部满足从(a)由硬度比嵌装部以外的剪切刀高的模具钢制造、(b)实施表面氮化处理、及(c)实施覆膜处理中选择的至少一个条件。

3.根据权利要求1或2所述的剪切模具，其特征在于，

所述嵌装部在以剪切刀与所述第一剪切缘的端部接触的位置为中心的两侧具有1mm以上的长度。

4.一种冲压成形方法，是具有多次剪切工序的金属板的冲压成形方法，其特征在于，包括：

第一剪切工序，在成形品的外形的一部分留下剩余部而进行剪切；及

第二剪切工序，沿着与通过该第一剪切工序而形成的第一剪切缘交叉的方向剪切所述剩余部而形成成形品形状，

在该第二剪切工序中，使用权利要求1～3中任一项所述的剪切模具，以所述嵌装部与通过所述第一剪切工序而形成的剪切缘的端部接触的方式剪切所述剩余部。

5.根据权利要求4所述的冲压成形方法，其特征在于，

将所述金属板的抗拉强度设为超过980MPa。