CN117615864A

CN117615864A - 冲压用模具

Info

Publication number: CN117615864A
Application number: CN202280048663.3A
Authority: CN
Inventors: 高桥良裕; 小柳宗一郎
Original assignee: TEKT CORP G
Current assignee: TEKT CORP G
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2024-02-27
Also published as: JP7432651B2; JP2023013940A; CA3224239A1; JP2023013819A; JP7297014B2; WO2023286867A1

Abstract

[课题]提供一种能够实现轻量化并且具有足够的刚性的上模具。[解决方案]上述课题涉及一种冲压机中使用的模具，所述冲压机具备设置于高度方向下方的下模具(13)、设置于上方的上模具(14)、以及使该上模具(14)上下移动的冲压机构，所述模具(14)在与加工面相反的一侧的背面侧具有多个单元，在所述多个单元形成有由肋(1A、1B、1F)分隔开的凹部(2)。

Description

冲压用模具

技术领域

本发明涉及安装于冲压机的冲压用模具。

背景技术

金属板材的冲压成型由于生产率高、尺寸精度优异、产品间的强度偏差少且品质稳定，因此是汽车、机械、电气设备、运输用设备等的制造中广泛使用的最一般的加工方法。

然而，特别是从轻量化等观点出发，汽车部件要求高强度化，因此存在冲压加工性变难的趋势。

冲压成型机具有固定的下模具和通过冲压机而相对于该下模具上下移动的上模具。

从冲压加工性的观点出发，上模具要求高刚性，因此，以往，不仅是加工面，甚至是到达背面的整体为实心的块状(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-175447号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，若为无垢的上模具，则重量较重，因此对冲压机的上下移动机构等造成负担，高速下的成型变得困难，成为阻碍生产率的主要原因。

因此，本发明的主要课题在于提供一种能够实现轻量化并且具有足够的刚性的模具。

用于解决课题的手段

解决了上述课题的冲压用模具具有以下方式。

一种冲压用模具，其是冲压机中使用的模具，该冲压机具备：设置于高度方向下方的下模具、设置于上方的上模具、以及使该上模具上下移动的冲压机构，

所述冲压用模具的特征在于，

所述模具具有框部、加工面部、以及与所述加工面部交叉的肋，

所述模具形成有多个单元，所述多个单元由所述肋所包围的空间、与由所述肋以及所述框部所包围的空间的组合而形成。

根据该方式，通过肋及肋由所包围的空间、或者通过肋、框部及由肋和框部包围的空间的组合而形成的多个单元，来支承施加于加工面的上下方向的成型载荷，能够通过所述框部支承由于成型时的压缩载荷而作用于模具的朝外的水平载荷。

而且，能够利用所形成的单元的空间实现轻量化。

总之，利用多个单元和框部，能够提供轻量且具有足够的刚性的模具。

提出了如下方案：所述单元具有在俯视时沿第一方向延伸的第一肋和与该第一肋交叉的多个第二肋。

第一肋与多个第二肋交叉并沿第一方向延伸，因此第一肋针对第一方向上的弯曲的刚性高。

该第一肋沿着加工面部的曲部，即第一肋延伸的方向与加工面部的曲部延伸的方向一致，由此能够利用第一肋支承弯曲加工时作用的较大的弯曲载荷。

若与所述第一肋对应地在另一模具形成有第三肋，则能够利用各自的肋对抗大的弯曲载荷，能够可靠地进行弯曲加工。

若单元中的至少一个在俯视下呈蜂窝形状，则能够高效地支承加工面的按压载荷和由朝向水平外侧的压缩引起的压溃载荷，并且能够提高空间所占的容积率，不仅能够实现轻量化，而且针对按压载荷(纵向载荷)的刚性高。

如果由材质与主体不同的分体的块来形成因加工而作用有较大的应变的曲部，并使该块为高强度材料，则能够充分承受应变，能够根据需要而更换，从而在维护方面很是方便。

通过增大沿着框部与加工面部相连的方向的角部的弧状部的曲率，能够良好地抑制由于因成型时的压缩载荷而作用于模具的朝外的水平载荷，引起框部产生朝外的倾倒变形。

与此相对，不需要重视倾倒变形的、沿着肋与加工面部相连的方向的角部的弧状部的曲率与所述框部侧的弧状部的曲率相比相对较小，由此相应地增大另外空间的容积，有助于轻量化。

若在框部的外周围面环绕框部而形成有中间肋，则能够在中间肋的延伸方向上良好地抑制由于因成型时的压缩载荷而作用于模具的朝外的水平载荷，引起框部产生朝外的打开变形(在上模具的情况下，为朝下弯曲而翘曲的变形)。

并且，优选在高度方向的中间肋的上下分别形成侧面凹部。通过中间肋的形成，会向模具重量增加的方向作用，而通过在上下分别形成侧面凹部，则会向模具重量减少的方向作用，因此能够在整体上抑制模具重量的增大并同时提高刚性。

此外，优选的是，所述中间肋绕着模具的角部，环绕所述框部的包含前后表面及左右表面的整周。在该情况下，优选至少在所述框部的除所述角部以外的前后表面及左右表面形成有所述侧面凹部。模具的角部是针对冲压载荷而作为柱来确保刚性的部位，因此应该尽可能地抑制成为减小框部的厚度的结果的侧面凹部的形成。

若在俯视时在模具的中央部形成有表现为蜂窝形状的至少一个单元，在俯视时在模具的周边部形成有与蜂窝形状不同的单元，则能够最大限度地发挥与各个形状相伴的优点。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够实现轻量化并且具有足够的刚性的模具。

附图说明

图1是上模具例的立体图。

图2是从前后的后方观察的图。

图3是沿3-3线的箭头方向视图。

图4是其他模具的俯视图。

图5是另一模具的俯视图。

图6是又一模具例的立体图。

图7是不同模具的俯视图。

图8是进一步不同的模具的俯视图。

图9是又一模具的俯视图。

图10是又一模具的俯视图。

图11是局部地表示冲压机的概要例的正视图。

图12是模拟评价结果的说明图。

图13是组合形状的第一例的俯视图。

图14是组合形状的第二例的俯视图。

图15是组合形状的第三例的俯视图。

图16是组合形状的第四例的俯视图。

图17是形态不同的上模具例的立体图。

图18是不具有中间肋的上模具例的立体图。

图19是沿19-19线的箭头方向视图。

图20是具有中间肋的上模具例的立体图。

图21是沿21-21线的箭头方向视图。

具体实施方式

本发明的冲压机具备设置于高度方向下方的下模具、设置于上方的上模具、以及使该上模具上下移动的冲压机构。作为该冲压机，例如能够举出图11所示的冷压成型装置11。也可以是热压成型装置。

冲压成型装置11对金属板材12进行成型，具有包括下模具13和上模具14的成型部。

在说明冲压成型装置11的结构的基础上，在表示方向时，为了方便，将纸面的近前侧作为前侧，将纸面的里侧作为后侧进行说明。另外，在从前侧观察图11所示的冲压成型装置11的状态下，将上侧作为冲压成型装置11的上侧，将左右作为冲压成型装置11的左右进行说明。

对于模具也是同样的，参照图1，也将前后称为X方向，将左右称为Y方向，将高度方向称为Z方向。此外，在将X方向和Y方向中的一方称为第一方向的情况下，X方向和Y方向中的另一方为第二方向。

下模具13经由下模具支架23而安装于成型部的基台(垫板)24。在基台24上立设有沿上下方向延伸的多个导杆25。上模具14安装于上模具支架(滑块)26。上模具支架26沿上下方向移动自如地支承于导杆25。另外，上模具支架26与未图示的加压装置连接，由该加压装置驱动而沿上下方向移动。安装于上模具支架26的上模具14随着该上模具支架26的升降而在例如图3所示的成型位置与图11所示的退避位置之间沿上下方向移动。这样构成冲压机构。

作为对金属板材12进行成型的例子，例如能够列举对汽车车体用的金属板进行成型的例子，特别是对高张力(高强度)金属板(例如高强度钢板)进行成型。

如上所述，从冲压加工性的观点出发，上模具和下模具要求高刚性，因此，以往，不仅是加工面，甚至到达背面的整体都是实心的块状。

本发明的结构只要设于上模具和下模具中的一方即可。在以下的说明中，以上模具为中心说明实施方式的结构，在必要的限度内对下模具也加以说明。

在以下的方式中，作为模具，使用这样的结构：在与包含加工面的加工面部1W相反的一侧，形成有由框部1F、加重肋1A、第二肋1B分隔出的凹部(空间)2，并且具有多个单元。在下模具形成有第三肋1C(参照图3)。

由此，能够提供可实现轻量化，并且具有足够的刚性的模具。另外，特别是对于上模具，伴随着轻量化，对冲压机的上下移动机构等施加的负担变小，能够进行高速且高精度的成型。

作为该(上)模具，能够使用各种形态的模具。作为其例子，可以举出以下的例子。

(1)图4所示的俯视时具有正格子形的肋1B的正格子形模具14A

(2)图5所示的俯视时具有斜格子状的肋1B的斜格子形模具14B

(3)图6所示的立体观察时具有蜂窝状的肋1B的蜂窝形模具14C

(4)图7所示的俯视时具有桁架状的肋1B的桁架形模具14D

(5)图8所示的俯视时具备具有圆形凹部的肋1B的圆形模具14E

(6)图9所示的俯视时具有纵长(前后较长)斜格子状的肋1B的纵长斜格子形模具14F

(7)图10所示的俯视时具有纵长(前后较长)斜格子状的肋1B的横长斜格子形模具14G

例如如图1所示，所述模具具有框部1F、加工面部1W和与所述加工面部1W交叉的肋，形成有多个由肋包围的凹部(空间)2、以及包括肋、框部1F和由肋和框部1F包围的凹部(空间)2的单元。

所述框部1F、所述加工面部1W和所述加工面部1W连续地形成为一体。

肋将相邻的凹部(空间)2分隔开，形成了凹部(空间)2的数量的单元。

单元采用各种形态。即，在图1、图3的方式中，由俯视时在第一方向(图1的X方向)上连续延伸的加重肋1A和与该加重肋1A交叉的多个第二肋1B、和框部1F构成具有凹部(空间)2的单元。

另外，有的是由加重肋1A和多个第二肋1B构成具有凹部(空间)2的单元。

此外，有的第二肋1B不与加重肋1A交叉，由多个第二肋1B的组合构成具有凹部(空间)2的单元。

例如，如图3所示，加重肋1A沿第一方向(图1的X方向)延伸。在此，沿第一方向(图1的X方向)延伸是指，除了以直线状延伸之外，还包括虽然呈曲线状、或者具有高低差，但作为整体而沿第一方向(图1的X方向)排列的情况。

关于该加重肋1A，例如，作为对照，如图6所示，对于仅由第二肋1B形成蜂窝的蜂窝形模具14C，是为了局部地(加重地)进一步提高刚性而形成的。

另外，关于加重肋1A的意义，是满足以下两个条件的肋：除了“沿着第一方向”之外，为了局部地进一步提高刚性，还满足“相对于形成规定的形状(例如形成蜂窝形状)的肋，加重地形成了肋”。

因此，例如在图4所示的正格子形模具14A的例子中，肋满足“沿着第一方向”这一条件，但不满足后者的“加重地形成了肋”这一条件，因此不称为加重肋1A。

将上模具的代表例的蜂窝形模具14C1示于图1～图3。该蜂窝形模具14C1在背面侧具有多个单元。

即，通过沿第一方向(图1的X方向)延伸的加重肋1A和与其交叉的多个第二肋1B和框部1F构成具有凹部(空间)2的单元。

另外，还具有不与框部1F交叉而由加重肋1A和多个第二肋1B形成凹部(空间)2的单元。

此外，关于第二肋1B，还有的第二肋1B不与框架部1F和加重肋1A交叉，而通过多个第二肋1B的组合构成具有凹部(空间)2的单元。

图2和图3表示利用上模具14和下模具13对汽车用金属板12(参照图11)进行弯曲冲压成型的方式例。

如图3、图20、图21所示，绕着上模具14的角部14X，在上模具14的框部1F的外周围面，围绕包含框部1F的整周(在前后表面及左右表面)形成有中间肋4(另外，在图1中省略了中间肋4的图示)。

根据该方式，能够在中间肋的延伸方向上良好地抑制由于因成型时的压缩载荷而作用于模具的朝外的水平载荷引起框部发生朝外的倾倒变形。另外，通过形成中间肋4能够确保刚性，并且通过形成侧面凹部5能够实现轻量化。

在图示例中，下模具15也形成有凹部(空间)2。

如图3所示，在上模具14的加工面部1W的两侧部设置有与上模具14不同材质的高强度的上模具模嵌块(块)6。

在下模具13的加工面部1W的两侧部设置有与下模具13不同材质的压边圈嵌块(块)15。

下模具13的加工面部1W的肩部与上模具模嵌块(块)6之间成为弯曲加工部(曲部)Z。

下模具13的压边圈嵌块(块)15由压边圈16保持。

并且，在图示例中，下模具13的下侧由通过螺栓(未图示)等连结的下模具冲头固定板17而被封闭，但凹部(空间)2也可以开放。

另外，同样地，也能够利用下模具冲头固定板(未图示)封闭上模具14的上侧。

在弯曲加工部(曲部)Z处，在弯曲加工时，有较大的反作用力作用于模具。因此，在与弯曲加工部(曲部)Z对应的位置，沿着第一方向(X方向)形成有加重肋1A。

并且，与加重肋1A对应地在下模具13形成有第三肋1C。

加重肋1A及第三肋1C并不要求水平方向的位置与弯曲加工部(曲部)Z完全一致，加重肋1A及第三肋1C也可以在水平方向上在50mm左右以内的范围内偏移。

另一方面，参照图3，当关注凹部2的底角部分时，框部1F与加工面部1W相连的沿着第一方向的角部为在凹部2内侧具有曲率中心的弧状部3A，第一肋1A的中央侧或第二肋1B与加工面部1W相连的沿着第一方向的角部为在凹部2内侧具有曲率中心的弧状部3B。

如果底角部为例如90度，则在作用有冲压载荷时，该部分有可能损伤，与此相对，若底角部为弧状部，则会带来载荷分散而没有应力集中、能够防止损伤等优点。

弧状部3A、3B除了圆弧状以外，也可以是将曲率半径不同的部分连接而组合而成的弧状。

在此，弧状部3A的曲率优选大于弧状部3B的曲率。弧状部3A和弧状部3B的曲率半径优选为20mm～70mm。

框部1F的壁厚tf优选为40mm～60mm，第一肋1A的壁厚ta、第二肋1B的壁厚tb优选为20mm～40mm。单元的肋间隔L优选为170mm～230mm，特别优选为180mm～220mm。

本发明人针对具有图4～图10所示的模具14A～14G所示的肋形状和凹部形状的模具主要研究了其刚性。

在模拟时，在这样的条件下进行：选择杨氏模量为100Ga～170Ga的范围内的设定值，且将上模具的形状单纯地设为长方体。

作为“纵向载荷”，在X方向和Y方向上约束底面的4个拐角，并且在Z方向上约束底面侧；

作为“横向载荷”，在Y方向上约束Y方向的两侧面(左右侧面)，并且在Z方向上约束底面侧；

在前述的条件下，计算出伴随“纵向载荷”和“横向载荷”的变形量。

并且，使模拟试样的体积(俯视时的面积)实质上相同，关于一个凹部的面积，如附图所示，作为区间长度L，改变对置的边间长度、直径、角间长度，来进行伴随“纵向载荷”以及“横向载荷”的变形中的最大位移量以及平均位移量的模拟。

将结果示于图12。纵轴是评价值，评价值越大表示刚性越高。

根据图12的结果可知以下内容。

(1)关于针对纵向载荷的刚性，蜂窝形状最高。

(2)对于斜格子形以及纵长斜格子形的结构，针对纵向载荷的刚性也高。

(3)关于针对横向负荷的刚性，斜格子形、桁架形、纵长斜格子形的结构较高。

(4)另一方面，蜂窝形状的结构的针对纵向载荷的刚性显著高，而针对横向载荷则与格子状的接头为相同等级。

对于圆形的结构，也有同样的倾向。

(5)肋斜着通过的形状的结构、即格子形、桁架形、纵长斜格子形的结构针对纵向载荷及横向载荷这两者表现出平衡良好的刚性。

(6)横长斜格子的结构针对纵向载荷及横向载荷这两者的平衡性不高。

如以上的结果所示，根据作为对象的金属材料的种类、成型形状等，针对纵向载荷及横向载荷进行需要必要的刚性的耐载荷方向的选定，由此能够选定肋形状。

例如，针对纵向载荷及横向载荷这两者，如果需要表现出平衡良好的刚性，则能够选定斜格子形、桁架形、纵长斜格子形的结构。

另一方面，从重视纵向载荷的观点出发，特别是可以选定蜂窝形状的结构，根据情况也可以选定圆形结构。

另一方面，在上述各例中，肋形状在整体上相同(但是，不包括图1的形成有加重肋1A的例子)。

然而，例如也可以组合使用肋形状不同的结构。

例如，能够举出图13～图16所示的例子。图13～图16所示的例子是在中心部形成蜂窝形状肋1的形成区域10P，在周边部形成其他形状的肋形成区域10Q的例子。

具体而言，图13的例子是使周边部的形状为桁架形状的第一例。图14的例子是使周边部的形状为斜格子形状的第二例。图15的例子是使周边部的形状为圆形状的第三例。图16的例子是使周边部的形状为正格子形状的第四例。

该将肋形状不同的肋组合使用，能够得到这样的模具：利用了通过上述模拟得到的各个肋形状的优点，并且良好地适应于作为对象的材料的冲压方式。

另外，图1所示的第一加重肋1A是沿着第一方向(X方向)且为了局部地进一步提高刚性而形成的，但也可以例如如图17所示的方式那样，在第二方向(Y方向)上，也为了局部地进一步提高刚性，而形成同样的第一肋1Ay。

此外，如图17中假想线所示，也可以使第一肋1A和/或第一肋1Ay与框部1F交叉。

并且，图1所示的加重肋1A沿着长边方向，但也可以沿着短边方向。

另一方面，在图13～图16所示的方式中，若关注蜂窝形状肋，则图示的加重肋1Ay可以说是为了局部地进一步提高刚性而形成的肋。

接下来，示出若干例子对形成中间肋4的优点进行说明。

在模具中，由于因成型时的压缩载荷而作用于模具的朝外的水平载荷引起框部产生朝外的打开变形。在上模具的情况下，如图18所示，产生在横截面上向下弯曲而翘曲的变形OP，在纵截面中，由于前后端被固定，因此存在产生向上弯曲而翘曲的压缩变形BP的倾向。

根据实施方式，如图20及图21、图3所示，若环绕框部1F及角部14X而形成中间肋4，则通过形成中间肋，能够良好地抑制以下情况：由于因成型时的压缩载荷而作用于模具的朝外的水平载荷，引起框部产生朝外的倾倒变形(在上模具的情况下，朝下弯曲而翘曲，框部以打开的方式变形)。

而且，优选通过形成高度方向的中间肋4而在上下分别形成侧面凹部5、5。通过中间肋4的形成，会向模具重量增加的方向作用，而通过在中间肋4的上下分别形成侧面凹部5、5，会向模具重量降低的方向作用，因此能够在整体上抑制模具重量的增大并同时提高刚性。

并且，中间肋4优选绕着模具的角部14X而环绕包含框部1F的前后表面及左右表面的整周。在该情况下，优选至少在框部1F的除角部14X以外的前后表面以及左右表面形成有侧面凹部5、5。模具的角部是针对冲压载荷而作为柱确保刚性的部位，因此应尽可能抑制作为减小框部的厚度的结果的侧面凹部的形成。

如图19所示，本发明人将在框部14F仅形成有纵肋14V的结构作为基本例，对各种方式进行了模拟。图18的上表面S是在图1的方式中构成单元的部分，用标号S代替表示。

第一例是将框部1F的厚度tf从40mm变更为50mm的例子。

第二例是将加工面部的厚度1w从40mm变更为50mm的例子。

第三例是如图20所示，绕着模具的角部14X，环绕包含框部1F的前后表面及左右表面的整周而形成中间肋的例子。

其结果是，得到表1的结果。

[表1]

	模具的重量增加比例	翘曲变形OP	压缩变形BP
				基本例	-	产生	产生
第一例	2％	产生	稍微可见
				第二例	1％	产生	无
第三例	8％	无	无

根据该结果，通过形成中间肋，虽然重量稍稍增加，但能够抑制模具框的变形OP以及变形BP。

并且，中间肋4的高度在图20中在前后及左右的各面中图示为相同，但本发明人确认到：只要相对于基准高度处于±50mm的范围，就能够得到表1的效果。

工业上的可利用性

本发明除了冷加工用的冲压之外，还能够应用于热冲压用的冲压机中的模具。

[标号说明]

1A、1Ay：加重肋；

1B：第二肋；

1F：框部；

1W：加工面部；

2：凹部(空间)；

3A、3B：弧状部；

4：中间肋；

5：凹部；

10P：蜂窝形状肋的形成区域；

10Q：其他形状的肋形成区域；

11：冲压成型装置11；

12：金属板材；

13：下模具；

14：上模具；

14A：正格子形模具；

14B：斜格子形模具；

14C：蜂窝形模具；

14D：桁架形模具；

14E：圆形模具；

14F：纵长斜格子形模具；

14G：横长斜格子形模具；

14C：蜂窝形模具；

14X：角部。

Claims

1.一种冲压用模具，其是汽车车体用的高张力金属板的冲压机中使用的模具，该冲压机具备：设置于高度方向下方的下模具、设置于上方的上模具、以及使该上模具上下移动的冲压机构，

其特征在于，

所述模具形成有多个单元，所述多个单元由所述肋所包围的空间与由所述肋以及所述框部所包围的空间的组合形成，

围绕构成所述框部的外周围面的框部的前后表面以及左右表面而形成有中间肋，

在所述中间肋的上下分别形成有侧面凹部，

所述框部、所述加工面部以及所述肋连续地形成为一体。

2.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

所述单元具有在俯视时沿第一方向延伸的第一肋和与该第一肋交叉的多个第二肋，

所述第一肋延伸的第一方向与加工面部的曲部的棱线方向一致。

3.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

所述第一肋沿着所述加工面部的曲部，

所述框部与加工面部相连而构成并沿着第一方向延伸的角部在框部侧为弧状部，所述肋与加工面部相连而构成并沿着所述第一方向延伸的角部在肋侧为弧状部，且所述框部侧的弧状部的曲率半径比所述肋侧的弧状部的曲率半径大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冲压用模具，其中，

所述中间肋围着模具的角部，环绕所述框部的包含前后表面及左右表面的整周，至少在所述框部的除所述角部以外的前后表面及左右表面形成有所述侧面凹部。

5.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

在俯视时在模具的中央部形成有表现为蜂窝形状的至少一个单元，在俯视时在模具的周边部形成有与蜂窝形状不同的单元。

6.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

所述第一肋沿着所述加工面部的曲部，

与所述第一肋对应地在另一模具形成有第三肋。

7.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

所述单元中的至少一个在俯视时表现为蜂窝形状。

8.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

所述第一肋沿着所述加工面部的曲部，

所述曲部由材质与主体不同的分体的块形成。

9.根据权利要求1所述的冲压用模具，其中，

所述单元具有在俯视时沿第一方向延伸的第一肋和与所述第一肋交叉的多个第二肋，

所述单元还具有加重肋，

所述加重肋是这样的肋：在俯视时沿着所述加工面部的曲部的棱线，而且，相对于形成所述单元的所述第一肋和所述第二肋被加重地形成。

10.根据权利要求9所述的冲压用模具，其中，

由所述第一肋和所述第二肋形成的单元中的至少一个在俯视时表现为蜂窝形状。