TW201529194A - 鋼板之衝孔用工具及衝孔方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種鋼板之衝孔用工具及使用其之衝孔方法與成形方法，其目的在於汽車之輕量化，使其對汽車元件之高強度薄鋼板的適用有所進步，改善高強度薄鋼板之衝孔擴充性。用模具及帶有突起之衝頭使被加工材之鋼板成為預定之外形形狀的衝孔步驟所用的工具中，模具切刀部之曲率半徑Rd是在0.03mm以上、0.2mm以下，從衝頭切刀拉到突起肩部之接線與垂直於衝頭移動方向的方向所成的角度(α)是在12°以上72°以下。又，在使模具切刀部(肩部R部)為曲率半徑R1、R2之2段R，將通過R1、R2之中心之直線的傾斜當作β時，使其為以下情形：0.03mm≦R1≦0.2mm，1≦R2/R1≦5，0≦R2(1-sinβ1)≦0.3t，30°≦β≦90°，藉此進而可改善衝孔擴充性。

Description

鋼板之衝孔用工具及衝孔方法 發明領域

本發明是有關於一種薄鋼板之衝孔用工具、及使用其工具之衝孔加工方法。

發明背景

對應石油危機所發端之汽車輕量化的需求，作為汽車用而使用之鋼板的高強度化有不少進展。近年來，亦出現汽車之衝撞安全性的提升需求，進而汽車用鋼板之高強度化的需求也逐漸升高。

鋼板隨著強度上昇，一般而言會犧牲成形性，在壓製成形時便容易有破損產生。故，為了適用於高強度鋼板，在該壓製成形步驟中，必須謀求防止破損。特別是，為了汽車用鋼板之壓製成形，使衝孔之端面朝圓周方向拉伸之「衝孔擴充成形」十分常見，在防止在上述成形的破損是相當重要的。

圖1中，顯示使用了習知之平底衝頭的衝孔步驟之被加工材料的變形狀態。該衝孔步驟中，在圖1(b)所示之硬化層施加有很大之壓縮或拉伸之應變，故，該部分會顯著地硬化。且，故，衝孔後之端面的延伸性會劣化，衝孔 之衝孔擴充性便顯著地劣化。該硬化層之端面延伸性劣化會特別地因高強度鋼而變明顯，尋求對應近年之汽車輕量化需求且多功能之高強度鋼板衝孔擴充性的改善。

作為改善該衝孔擴充性之衝孔技術，提案有一使用附加突起於前端之衝孔衝頭來進行衝孔的技術(專利文獻1、2)。

根據該技術，在以下說明改善衝孔擴充性之原理。衝孔擴充性在衝孔步驟，因塑性應變已蓄積之加工硬化層形成於端面上而更加劣化。衝孔步驟中，首先，衝頭、模具剪斷被加工材料，藉此形成剪斷面。接著，衝頭、模具之切刀附近的被加工材料中，因龜裂會產生、進展，而形成破斷面。該龜裂會成長，以至於破斷。破斷面之加工硬化層上的塑性應變是主要在剪斷面之形成階段產生，故，剪斷面之形成階段愈短，則破斷面之加工硬化層上的塑性應變愈小。利用附於衝孔衝頭之突起的效果，對被衝孔之被加工材料的衝頭與模具之切刀附近賦予拉伸應力，促進龜裂之進展，結果來說，便可縮短剪斷面之形成階段。利用該效果，可抑制衝孔端面之應變，便可改善衝孔擴充性。

專利文獻1中，進而為了防止突起之素材的剪斷，使突起之肩部的曲率半徑Rp為0.2mm以上，或使突起肩部角度為100°以上170°度以下會是重要條件。

專利文獻2中，為了改善被加工材之端面的延伸性，從衝頭切刀拉到突起之接線的角度為3°~70°是重要條件。

先行技術文獻 專利文獻

[專利文獻1]日本特開2005-95980號公報

[專利文獻2]日本特開2007-307616號公報

發明概要

根據習知技術，在拉伸強度約800MPa即高強度鋼板，可獲得80%以上之衝孔擴充率。利用該技術，可獲得一定之汽車輕量化效果。但，為了對應近年逐漸更加提升之高強度鋼板的需求，便不一定能說很充足。為了充分對應如此之需求，在拉伸強度約800MPa即高強度鋼板，尋求能實現90%以上之衝孔擴充率。

本發明之課題在於：在800MPa級之高強度鋼板的衝孔加工中，具體化可實現衝孔擴充率90%以上之衝孔加工工具及加工方法。

本發明者們，在帶有突起之衝頭的衝孔加工中，為了解決上述課題，積極檢討，獲得了以下之看法。

(a)模具之切刀形狀之最佳化

進行衝孔加工時，在被加工材即高強度鋼板之衝頭側與模具側，由施力情形不同來看，原本對於個別之衝頭之切刀形狀與模具之切刀形狀，應有最適當之形狀存在。習知技術主要檢討衝頭之切刀，模具之切刀形狀並未為最適當者。因此，本發明者們著眼於模具之切刀形狀並進行了 詳細的檢討。

首先，當模具之肩部R(為模具之曲率半徑且與切刀之形狀相當)較小時，被加工材即鋼板之模具側就會受到極端的壓縮應力。故，鋼板斷面內之壓縮應力域便會變寬。接收壓縮應力之部分可抑制龜裂傳播，故，可剪斷破壞。藉此，剪斷面增加，加工硬化層變多。

另一方面，當模具之肩部R過大時，鋼板之模具側亦會有拉伸應力作用，故，龜裂傳播會擴散，剪斷破壞便變成有限的。故，由於加工硬化層亦減少，因此便可確保延伸性。但，因肩部R較大，切斷後之鋼板的變形(往衝頭下降方向的下垂)會有產生的可能性。

考慮到這些，在800MPa以上之高強度鋼板，找出使模具之肩部R為0.03mm~0.2mm是最為適當的。

(b)模具肩部之2段R化

進而，本發明者們找出了以下方法：使模具肩部(切刀部分)為具有2個曲率半徑之形狀(以下稱為2段R。)，藉此可更加抑制壓縮應力，並且切斷。

當模具肩部為具有一個曲率半徑的形狀(以下，會有稱為1段R之情形。)時，就利用在模具肩部之鋼板的彎曲，於鋼板之模具側，壓縮應力作用之區域便會產生。因該彎曲之壓縮應力可緩和特別利用帶有突起之衝頭而在鋼板內產生之拉伸應力。依該程度，龜裂傳播性會變差。

因此，藉由使模具肩部R為2段，可一部分緩和在模具肩部之鋼板的彎曲，使因該彎曲之壓縮應力作用的區域減 少，便可改善龜裂傳遞性。

又，為衝孔工具時，衝頭與模具之間距亦相當重要。使模具肩部為2段肩部R時，當使衝頭側之圓弧部分的曲率半徑R1變大時，結果而言，間距就會變寬，切割品質變差。故，找出以下方法：使模具肩部為2段肩部R時，宜使衝頭側之曲率半徑R1比衝頭與相反側(壓料板側)之曲率半徑R2更小。

進而，找出以下方法：切斷鋼板時，衝頭側之曲率半徑R1開始有效，故，使該曲率半徑R1為前述之最適當範圍。

藉此，可使作用於鋼板之壓縮應力減少，便可獲得更高拉伸應力之龜裂傳播性。且，可使因剪斷破壞之剪斷面減少，可使加工硬化層減少，便可改善擴充性。

但，必須在鋼板之彈性域內停止變形，故，必須限制模具肩部之鋼板下降量。

(c)帶有突起之衝頭形狀之最佳化

另一方面，針對在切斷時成為被加工材之鋼板可有效率地使拉伸應力產生之帶有突起之衝頭的形狀，亦詳細地檢討。其結果，找出了以下方法：從成為衝頭切刀之肩部(衝頭切刀端部)拉到突起肩部之接線與衝頭移動方向之直角所成的角度(α)會存在於最佳範圍。即，可得知α為12°~72°時，拉伸應力大幅產生，使龜裂之傳播性提高。

本發明是以這些看法為基礎而成者，其之要旨為以下所述。

(1)一種鋼板之衝孔用工具，其是至少用模具、壓料板及帶有突起之衝頭所構成，又其特徵在於：在與該衝孔工具之衝頭的移動方向平行，且垂直於衝頭或模具之切刀所成之稜線的斷面，成為模具之切刀之肩部的曲率半徑Rd是在0.03mm以上、0.2mm以下，並且從成為衝頭之切刀之肩部拉到突起之肩部的直線與垂直於衝頭之移動方向的方向所成的角度α是在12°以上72°以下。

(2)如(1)之鋼板之衝孔用工具中，成為前述模具之切刀之肩部的曲線是由2個曲率半徑所構成，並將面對衝頭之一方之曲線的曲率半徑當作R1，將另一方之曲線的曲率半徑當作R2，又，將通過R1與R2之兩曲線的交點及R1之曲率中心的直線、與垂直於衝頭之移動方向的方向所成之角當作β，將鋼板之板厚當作t時，0.03mm≦R1≦0.2mm

1≦R2/R1

30°≦β≦90°

惟，在R1、R2、t，單位均為mm。

(3)如(2)之鋼板之衝孔用工具中，進而，前述2個曲率半徑R1、R2會滿足1≦R2/R1≦7，及R2(1-sinβ)≦3t。

(4)一種鋼板之衝孔方法，其是使用至少由模具、壓料板及帶有突起之衝頭所構成之衝孔用工具，又其特徵在於： 在與該衝孔工具之衝頭之移動方向平行，且垂直於衝頭或模具之切刀所成之稜線的斷面，成為模具之切刀之肩部之曲率半徑Rd是在0.03mm以上、0.2mm以下，並且從成為衝頭之切刀之肩部拉到突起之肩部的直線，與垂直於衝頭之移動方向的方向所成的角度α是在12°以上72°以下。

(5)如(4)之鋼板之衝孔方法中，成為前述模具之切刀之肩部的曲線是由2個曲率半徑所構成，並將面對衝頭之一方之曲線的曲率半徑當作R1，將另一方之曲線的曲率半徑當作R2，又，將通過R1與R2之兩曲線之交點及R1之曲率中心的直線、與垂直於衝頭之移動方向的方向所成之角當作β，將鋼板之板厚當作t時，0.03mm≦R1≦0.2mm

1≦R2/R1

30°≦β≦90°

惟，在R1、R2、t，單位均為mm。

(6)如(5)之鋼板之衝孔方法中，進而，前述2個曲率半徑R1、R2會滿足1≦R2/R1≦7，及R2(1-sinβ)≦3t。

根據本發明，可改善800MPa以上之高強度鋼板的衝孔擴充性，在衝孔後之鋼板可達成擴充率90%。故，高強度鋼板可適用於汽車元件用途。藉此，可容易謀求汽 車車體之輕量化，便可有助於減輕汽車之年費或改善衝撞安全性能。

1‧‧‧衝頭

2‧‧‧模具

3‧‧‧壓料板

4‧‧‧被加工材

5‧‧‧龜裂

A‧‧‧衝頭突起

Ad‧‧‧模具孔內徑

Ap‧‧‧衝頭徑

B‧‧‧衝頭切刀(肩部)

Bp‧‧‧突起底面部

C‧‧‧衝頭-模具之間隔

D0‧‧‧初期孔徑

Dp‧‧‧PQ間之間隔

Hp‧‧‧突起高度

M‧‧‧材料切斷部

O1‧‧‧2段肩部R之R1的曲率中心

O2‧‧‧2段肩部R之R2的曲率中心

P‧‧‧衝頭切刀端部

Rp‧‧‧突起肩部曲率半徑

Rd‧‧‧模具肩部曲率半徑

R1‧‧‧2段肩部R之衝頭側的曲率半徑

R2‧‧‧與2段肩部R之衝頭相反側的曲率半徑

Q‧‧‧突起豎立部

T‧‧‧R1、R2之圓弧的交點(接點)

Wp‧‧‧突起縱壁部

t‧‧‧被加工材之板厚

θp‧‧‧突起縱壁角度

α‧‧‧從衝頭切刀端部拉到突起肩部之接線、與垂直於衝頭移動方向之方向所成的角度

β‧‧‧通過R1、R2之曲率中心的直線、與垂直於衝頭之移動方向之方向所成的角

[圖1]是顯示習知之平底衝頭的圖。圖1(a)是顯示衝頭、模具、被加工材之關係的圖。圖1(b)是顯示被加工材料之變形舉動的圖。

[圖2]是顯示習知之帶有突起之衝頭衝孔中，被加工材料之變形舉動的圖。

[圖3]是顯示使用了習知帶有突起之衝頭之衝孔工具之斷面的圖。

[圖4]是顯示使用了本發明帶有突起之衝頭之衝孔工具之斷面的圖。

[圖5]是顯示模具肩部之曲率半徑Rd與衝孔擴充率之關係的圖。

[圖6]是顯示擴充性(伸展凸緣性)之參考圖。

[圖7]圖7(a)顯示使用了習知平底衝頭之衝孔工具之斷面，圖7(b)是顯示使用了本發明之帶有突起之衝頭之衝孔工具之斷面的圖。

[圖8]是顯示具有2段肩部R之模具肩部的圖。

用以實施發明之形態

針對本發明，使用圖式來說明。而，本申請所謂的形狀特別地是指只要為不間斷，與衝孔工具之衝頭之移動方向平行，且垂直於衝頭或模具之切刀所成之稜線的斷 面時，可觀察的形狀。又，特別地只要為不間斷，用於曲率半徑、板厚等之單位為mm。圖3中顯示習知之帶有突起之衝頭，圖4中顯示在本發明之模具肩部設置了預定曲率半徑Rd之衝孔工具的斷面圖。

首先，針對利用帶有突起之衝頭進行衝孔時，改善衝孔擴充性之效果來說明。

如專利文獻1、2所揭示，使衝頭形狀為圖3所示之切刀B及突起A所構成的構造，在用切刀B所切斷之部分(被加工材料切斷部M)，利用突起A來給予拉伸應力時，會因拉伸應力而促進在切刀B附近之龜裂的產生與進展，被加工材料不會受到很大的塑性變形，並利用切刀B來切斷，故，衝孔端面之應變會減低，衝孔擴充性便會改善。

此時，當不使突起形狀為預定形狀時，就無法獲得充分之衝孔擴充性改善的效果。即，為了對用切刀B所切斷之部分M，給予彎曲之充分的拉伸應力，必須防止因突起A而切斷被加工材料的現象。但，故，對突起A之肩部給予預定之曲率半徑Rp，且必須給予預定之角度θp。且，本發明中，為了防止因突起之剪斷，必須使突起之肩部的曲率半徑Rp為0.2mm以上，或使突起肩部角度θp為100°以上170°以下。

又，本發明中，從成為衝頭切刀之肩部(衝頭切刀端部)拉到突起之肩部的接線與垂直於衝頭移動方向之方向所成之的角度(α)宜為12°以上、72°以下。當該角度α比12°更小時，就無法充分獲得對素材之衝頭肩部或模具肩 部附近之被加工材料給予拉伸應力的效果，無法獲得因突起減低應變的效果。宜為20°以上，更宜為30°以上。又，當角度α比72°更大時，對端面會賦予突起之過大的應變，衝孔擴充性便會劣化。宜為60°以下，更宜為50°以下。

本發明根據以上之技術，如圖4所示，藉由對模具肩部(切刀)賦予預定之曲率半徑Rd，來謀求進而改善衝孔擴充性。可從對模具肩部(切刀)賦予曲率半徑Rd來看，剪斷中在模具肩部(切刀)所產生之塑性應變會分散，推測是因減低衝孔端面之塑性應變的緣故。藉此，便可改善衝孔擴充性。該效果是在使用了帶有突起之衝頭時所獲得，為通常之平底衝頭時則無法獲得相同的效果。

圖5中，顯示使用了圖4帶有突起之衝頭時，改變模具肩部之曲率半徑Rd時之衝孔擴充率的變化。作為比較對象，亦顯示使用通常之平底衝頭之情形。此時之衝頭徑為10mm，模具內徑為10.65mm。又，使用於試驗之被加工材料是擁有820MPa之拉伸強度、591MPa之降伏強度、及32%之延伸率，且板厚為2.6mm的高強度熱軋鋼板。且為衝孔間距=12.5%。針對帶有突起之衝頭的形狀，使切刀端部P與突起豎立位置D的距離Dp為1.0mm，使衝頭突起肩部角度θp為135°，衝頭突起肩部曲率半徑Rp為0.5mm，並使衝頭突起高度Hp為3.0mm。

模具肩部之曲率半徑Rd在通常之衝孔步驟之作業中，大至在0~0.025mm(25μm)之間變化。即，在新品之模具，該肩部曲率半徑Rd大至為0mm，隨著衝孔數增加， 模具肩部之曲率半徑Rd因摩耗而增加。且，當摩耗增加時，便可更換模具。通常之更換周期中，肩部曲率半徑Rd大至會大到0.025mm左右。

又，衝孔擴充率是在使頂角60°之圓錐衝頭進入初期孔並朝擴張孔端面之板厚方向，龜裂貫通的時點，便停止衝頭，並求取此時之孔徑相對於初期孔徑(例如10mm)的增加率。又，衝孔間距之定義為衝頭與模具之間隔C/板厚t×100(%)。

圖5中，藉由使用帶有突起之衝頭，與平底衝頭之情形相比，衝孔擴充性會顯著改善。且，使用了帶有突起之衝頭時，當模具肩部(切刀)之曲率半徑Rd過小時，衝孔擴充率就會很低。該理由可如以下來思考。這是因模具肩部之曲率半徑Rd過小時，在模具肩部附近之被加工材料應變會集中，此會殘留於衝孔端面上的緣故。另一方面，模具肩部曲率半徑Rd過大，衝孔擴充性亦會劣化。這是因模具肩部曲率半徑Rd較大時，來自模具肩部(切刀)之龜裂的產生便延遲，藉此直到龜裂發生前，在端面出現之應變會增加的緣故。

根據圖4，在以下說明要件。本發明所使用之衝孔衝頭或模具必須為突起A及切刀部B之二段構造。這是因用切刀B剪斷被加工材之前，以突起A對被加工材之切斷部M賦予拉伸應力，來減低切斷後之被加工材之切斷端面應變的緣故。

衝頭突起肩部之曲率半徑Rp可為0.2mm以上。這 是因為當突起肩部之曲率半徑Rp為0.2mm以下時，被加工材界會利用突起A被剪斷，並無法對由切刀B所剪斷之部分M賦予充分之拉伸應力的緣故。本發明中，突起肩部曲率半徑Rp無特別上限，但根據衝頭之尺寸，由於當曲率半徑Rp過大時，就不易使突起高度Hp變大，因此宜為5mm以下。

又，可使突起肩部之角度θp為100°以上、170°以下。這是因為當突起肩部之角度θp為100°以下時，利用突起A剪斷被加工材料，故無法對由切刀B所剪斷之部分M賦予充分之拉伸應力，又，當突起肩部之角度θp為170°以上時，無法對由切刀B所剪斷之部分賦予充分之拉伸應力的緣故。

但，關於突起肩部之曲率半徑Rp與突起肩部之角度θp的規定是用以防止因突起剪斷素材之情形的規定，故，只要滿足任一方即可。

在本發明之衝孔，對於端面延性之衝孔間距(圖4中之間隔C/板厚t×100(%))的影響與習知技術相同，與習知之衝孔方法相比，不需給予特別的注意。

模具肩部(切刀)Rd(模具切刀部之曲率半徑Rd)可為0.03mm以上、0.2mm以下。當模具肩部Rd過小時，由於對與模具肩部(切刀)接觸之鋼板部分(以下稱為鋼板之模具肩部附近。)之很大應變的集中就會產生，因此衝孔擴充性便會劣化。另一方面，當模具肩部Rd過大時，來自鋼板之模具肩部(切刀)附近之龜裂的產生就會延遲，朝端面之應 變便會集中。故，從使端面之應變最小化，改善衝孔擴充性的觀點看來，可設置上述模具肩部(切刀)Rd之上下限。為了使衝孔擴充性特別良好，模具肩部曲率半徑Rd宜為0.05mm以上、0.15mm以下。

在通常之衝孔，為了固定被加工材料於在通常適切之模具，可使用壓料板(坯料夾)。本發明之衝孔方法中，亦宜使用壓料板。由於壓料板負重(從壓料板朝被加工材料施加之負重)不特別對衝孔擴充性有影響，因此並無限定。

衝頭速度亦只要在通常鋼板之衝孔加工的範圍內，由於不會對衝孔擴充性給予太大影響，因此並無限定。許多情形下，為了抑制衝孔步驟中鑄模之磨耗，可對鑄模或被加工材料塗布潤滑油。本發明中，可適宜地使用潤滑油。

又，為了利用突起A而賦予充分的拉伸應力，突起高度Hp宜為被加工材之板厚的10%以上。

又，切刀端部P與突起之豎立位置Q之間隔Dp宜為0.1mm以上。這是因為該間隔為0.1mm以下時，切刀B剪斷被加工材之際，從通常切刀之前端附近產生之龜裂變得不易發生，在切刀之切斷位置應變增加的緣故。

又，本發明之衝頭中，切刀端部P與突起之豎立位置Q之間的部分、突起底面部Bp、及突起A之縱壁部分在衝頭之製作上，宜為平坦形狀，但即使有若干凹凸，只要滿足上述要件，效果亦會相同。

本發明是在只有習知之切刀B的平底衝頭，附加突起A藉此使衝孔擴充性改善者。附加突起A，使突起高度 Hp變高，藉此切刀B與被加工材接觸的面壓便會下降，故，可減低切刀端部P的磨耗量。

從該觀點看來，突起高度Hp宜愈高愈好。但，過高時，根據對象之被加工材料，亦會有切刀B與被加工材接觸之前，在突起A與切刀B之間，被加工材料破斷，無法獲得效果的情形。故，如此情形下，宜使突起高度Hp大至為10mm以下。

從成為衝頭切刀之肩部(衝頭切刀端部)拉到突起肩部之接線與垂直於衝頭移動方向之方向所成的角度(α)可為12°以上、72°以下。當該角度α比12°更小時，就無法充分獲得對素材之衝頭切刀附近之被加工材料賦予拉伸應力的效果，便無法獲得減低突起之應變的效果。宜為20°以上，更宜為30°以上。又，當角度α比72°大時，就會對端面賦予因突起之過大應變，衝孔擴充性便會劣化。宜為60°以下，更宜為50°以下。

本發明中，宜使衝孔後之擴充成形時之衝頭的移動速度變大，使端面之圓周方向應變速度變大可獲得更大的衝孔擴充性。這是因為端面之圓周方向應變速度愈大，則在相同衝頭衝程之時點，龜裂進展量就愈小，擴充成形時之衝孔端端面上之龜裂的進展便愈遲的緣故。從該觀點看來，端面之應變速度宜為0.1/秒以上。另一方面，從該觀點看來，宜使衝頭之移動速度變大，但衝頭之移動速度過度地太大時，則由於機械系統之控制變得不易，因此應變速度之上限為5.0/秒。

在此，所謂的端面之圓周方向的應變速度是指在 之後之壓製成形步驟中如圖6所示朝圓周方向拉伸因衝孔所產生之端面時之端面之圓周方向應變(εθ)所增加的速度(dεθ/dt)。

接著，針對2段肩部R來說明。

在圖8顯示具有2段肩部R之模具之肩部的斷面圖。如前所述，該斷面是與衝孔工具之衝頭的移動方向平行且垂直於衝頭或模具之切刀所成之稜線的斷面。在2段肩部R所有之二個曲率半徑當中，如前所述，衝頭側之曲率半徑R1可比與衝頭相對側(壓料板側)之曲率半徑R2更小。藉此，可保持衝頭與模具間之間距，並且緩和在成為被加工材之鋼板模具側所產生之壓縮應力。

由於2個曲率半徑之弧必須順利地連接，因此2個曲率半徑之圓會相接。即，模具肩部R之反曲點會成為2個曲率半徑之圓弧的交點(接點)T。此時，R1、R2之曲率中心O1、O2(圓弧中心)、與2個圓弧的接點會位於同一直線上。將通過該R1、R2之曲率中心之直線、與垂直於衝頭之移動方向之方向所成的角當作β。2個曲率半徑R1、R2與角度β決定時，模具之切刀形狀便可決定。針對R1、R2與角度β之關係在以下來說明。

為衝孔工具時，衝頭與模具之間距是相當重要的。使模具肩部為2段肩部R時，當使衝頭側之圓弧部分之曲率半徑R1變大時，結果而言間距變寬，切割品質便會變差。故，找出可使模具肩部為2段肩部R時，使衝頭側之曲率半徑R1為比與衝頭相反側(壓料板側)之曲率半徑R2更小的方 法。進而，切斷鋼板時，衝頭側之曲率半徑R1發揮效用，故，使該曲率半徑R1在前述1段肩部R時之曲率半徑Rd的最佳範圍。

又，從確保切斷性(切割品質)之觀點來看，肩部全體中，曲率半徑R1之圓弧可占3分之1(1/3)以上。即，β宜為30°以上。當比此更小時，曲率半徑較大之R2的圓弧就會變為主導，這是因切斷性劣化的緣故。R1之圓弧占一半以上的β宜為45°以上。β之上限無特別限定。幾何學上而言，90°會成為上限。

由以上之情形來看，可使曲率半徑R1、R2及β為：0.03mm≦R1≦0.2mm

1≦R2/R1

30°≦β≦90°

與模具肩部R之衝頭相反側(壓料板側)之曲率半徑R2的上限並無特別限定。但，當切斷時之鋼板的下降量(變位量)過大時，就會造成鋼板塑性變形，有切斷後亦有該變形殘存的疑慮。從該觀點來看，便可規定曲率半徑R2之上限。在此，如圖8所示，鋼板下降量可用從模具表面到與2個曲率圓之接點T為止的衝頭移動方向距離即R2(1-sinβ)來顯示。可確認該鋼板下降量為板厚t之3倍以下時，便不會特別變形，可切斷。即可為：R2(1-sinβ)≦3t(但，30°≦β≦90°)

又，R2之上限不只是用鋼板之下降量來規定，亦可從現實上可製造性之觀點來規定。從可製造性之觀點 來看，R2宜為R1之7倍以下。從R2至少必須為R1以上來看，R2與R1之關係宜滿足以下之式。即，可為：1≦R2/R1≦7

R1、R2及β只要在滿足這些關係式之範圍，可任意地設定，便可獲得充分滿足本發明之效果的衝孔工具。在此，前述1段肩部R之模具為R1=R2之時，此時之β可考慮為45°。

以上，已針對本發明詳細地說明，但本發明之實施態樣並不限定於在此記載之態樣。

[實施例] [實施例1]

在以下針對本發明之實施例來說明。使用圖7所示之平底衝頭(圖7(a))、及帶有突起之衝頭(圖7(b))並進行衝孔之後，進行擴充試驗。實驗鋼之機械特性為TS=820MPa、YP=591MPa、T.El=32%。實驗鋼之板厚藉由研削為1.2~5.0mm。使用之試驗片的尺寸則寬度為150mm，長度為150mm。

擴充試驗是使用頂角60°圓錐衝頭，以「毛邊在外」之條件，即安裝試驗片而使衝孔時與模具相接之鋼板的表面在擴充試驗時成為衝頭之相反側地來進行。將衝頭壓入衝孔，移動衝頭直到在衝孔端面上破損貫通為止，測定在該時點之孔徑D，由下式求取衝孔擴充率。

衝孔擴充率(%)=(D(mm)-D0(mm))/D0(mm)×100(%)

在此，初期孔徑D0為10~50mm(表1記載「衝頭徑 Ap」之值)。衝孔間距為板厚之5~20%。

表1中，記載有試驗條件、及供給試驗之衝頭形狀、模具形狀。表3中之間距(%)是衝頭與模具之間隔C/板厚t×100(%)所定義的數值。

由試驗所得之衝孔擴充率亦顯示於表1。衝孔．擴充試驗共用5片之試驗片來進行試驗。衝孔擴充率表示了其之平均值。

水準(1)是對習知之衝孔使用平底衝頭之試驗，會成為本發明之衝孔之衝孔擴充率的比較基準。此時可獲得40%之衝孔擴充率。為了獲得本發明之課題之汽車元件輕量化效果，需要之衝孔擴充率為90%以上。

水準(3)、(7)~(11)、(15)、(17)、(18)、(22)、(25)~(31)、(36)、(38)、(43)、(47)~(48)中，衝頭與模具形狀滿足所有條件，便可獲得良好的衝孔擴充率。水準(7)~(11)是使模具肩部曲率半徑Rd變化之水準，但Rd為0.03mm以上、0.2mm以下時可獲得良好的衝孔擴充率，特別是Rd為0.05mm以上0.15mm以下時，衝孔擴充率更為良好。

水準(47)、(48)相對於水準(7)，是使擴充成形時之衝頭速度變大者，但藉由端面之圓周方向之應變速度的增加，可獲得更大之衝孔擴充性。

水準(2)、(6)、(13)、(14)、(16)、(19)、(20)、(21)、(23)~(24)、(32)~(35)、(37)、(39)~(42)、(44)~(46)中，模具肩部之曲率半徑Rd較小。故，無法獲得良好之衝孔擴充率。

水準(4)中，角度α比預定更大。故，無法獲得預 定之衝孔擴充率。

水準(5)中，角度α比預定更小。故，無法獲得預定之衝孔擴充率。

水準(12)是模具肩部之曲率半徑Rd過大。故，無法獲得良好的衝孔擴充率。

水準(49)中，擴充成形時之端面之圓周方向應變相當大，但衝頭速度亦很大，故，在衝孔端面上破損貫通之時點無法使衝頭停止，便無法求得衝孔擴充率。

[實施例2]

接著，使圖7(b)所示之模具的肩部R(切刀部之R)為2段肩部R，來進行試驗。在表2顯示試驗條件、衝孔衝頭及模具之形狀。以實施例1之水準(8)為基礎，使其為R1=0.05mm(50μm)、R2=0.2mm(200μm)。使β=30°、45°、75°來進行試驗。實驗鋼、擴充試驗要點等都與實施例1相同。將試驗條件、及對試驗供給之衝頭形狀、模具形狀、衝孔擴充率顯示於表2。

該結果，可得知與實施例1之水準(8)比較，衝孔擴充性已改善。

產業上之可利用性

本發明可利用於鋼板之衝孔工具。特別是在800MPa以上之高強度鋼板，只要發揮其之效果，便可利用於汽車用元件等。

1‧‧‧衝頭

3‧‧‧壓料板

4‧‧‧被加工材

A‧‧‧衝頭突起

Ap‧‧‧衝頭徑

B‧‧‧衝頭切刀(肩部)

Bp‧‧‧突起底面部

C‧‧‧衝頭-模具之間隔

Dp‧‧‧PQ間之間隔

Hp‧‧‧突起高度

M‧‧‧材料切斷部

P‧‧‧衝頭切刀端部

Rp‧‧‧突起肩部曲率半徑

Rd‧‧‧模具肩部曲率半徑

Q‧‧‧突起豎立部

Wp‧‧‧突起縱壁部

t‧‧‧被加工材之板厚

θp‧‧‧突起縱壁角度

α‧‧‧從衝頭切刀端部拉到突起肩部之接線、與垂直於衝頭移動方向之方向所成的角度

Claims (6)

1. 一種鋼板之衝孔用工具，其是至少用模具、壓料板及帶有突起之衝頭所構成，又其特徵在於：在與該衝孔工具之衝頭的移動方向平行，且垂直於衝頭或模具之切刀所成之稜線的斷面，成為模具之切刀之肩部的曲率半徑R是在0.03mm以上、0.2mm以下，並且從成為衝頭之切刀之肩部拉到突起之肩部的直線與垂直於衝頭之移動方向的方向所成的角度α是在12°以上72°以下。
2. 如請求項1之鋼板之衝孔用工具，其中會成為前述模具之切刀之肩部的曲線是由2個曲率半徑所構成，並將面對衝頭之一方之曲線的曲率半徑當作R1，將另一方之曲線的曲率半徑當作R2，又，將通過R1與R2之兩曲線的交點及R1之曲率中心的直線、與垂直於衝頭之移動方向的方向所成之角當作β，將鋼板之板厚當作t時，0.003mm≦R1≦0.2mm 1≦R2/R1 30°≦β≦90°惟，在R1、R2、t，單位均為mm。
3. 如請求項2之鋼板之衝孔用工具，其中進而前述2個曲率半徑R1、R2會滿足： 1≦R2/R1≦7，及R2(1-sinβ)≦3t。
4. 一種鋼板之衝孔方法，其是使用至少由模具、壓料板及帶有突起之衝頭所構成之衝孔用工具，又其特徵在於：在與該衝孔工具之衝頭之移動方向平行，且垂直於衝頭或模具之切刀所成之稜線的斷面，成為模具之切刀之肩部之曲率半徑R1是在0.03mm以上、0.2mm以下，並且從成為衝頭之切刀之肩部拉到突起之肩部的直線，與垂直於衝頭之移動方向的方向所成的角度α是在12°以上72°以下。
5. 如請求項4之鋼板之衝孔方法，其中成為前述模具之切刀之肩部的曲線是由2個曲率半徑所構成，並將面對衝頭之一方之曲線的曲率半徑當作R1，將另一方之曲線的曲率半徑當作R2，又，將通過R1與R2之兩曲線之交點及R1之曲率中心的直線、與垂直於衝頭之移動方向的方向所成之角當作β，將鋼板之板厚當作t時，0.003mm≦R1≦0.2mm 1≦R2/R1 30°≦β≦90°惟，在R1、R2、t，單位均為mm。
6. 如請求項5之鋼板之衝孔方法，其中進而前述2個曲率半徑R1、R2會滿足：1≦R2/R1≦7，及 R2(1-sinβ)≦3t。