TWI477330B - 具有彎曲形狀之無凸緣閉斷面構造部品的製造方法及裝置 - Google Patents

Description

具有彎曲形狀之無凸緣閉斷面構造部品的製造方法及裝置

本發明是有關於一種具有彎曲形狀的無凸緣閉斷面構造部品的製造方法及裝置。特別是有關於一種如下的具有彎曲形狀的無凸緣閉斷面構造部品的製造方法及裝置，即：對於先前在汽車、家電及其他領域中，藉由將個別成形而成的二個體加以接合而進行閉斷面化所製造的部品，能夠有利地賦予：以輕量化及碰撞特性、剛性性能提高為目的的彎曲形狀，且跨及部品全長的異形斷面形狀。

專利文獻1中記載了如下技術：將高張力鋼板輥壓(roll)成形而製造具有固定斷面形狀的成形體，然後將該成形體進行高頻淬火，進而在該成形體的長度方向(與斷面正交的方向)上、以具有固定曲率的方式彎曲加工(掃描(sweep)成形)為圓弧狀，從而製造作為車輛用衝擊吸收具的保險桿加強樑(bumper reinforcement)。

專利文獻2中記載了如下技術：在輥壓成形裝置中設置著，以夾著金屬薄板的搬送路徑的方式而配置的一對旋轉輥、及配置於該一對旋轉輥的下方的旋轉輥，且一對旋轉輥的輥間隔可變化，且配置於該一對旋轉輥的下方的旋轉輥為可升降；並且，作為上述輥壓成形裝置及利用該裝置的部品製造方法，在使長條的金屬薄板的一部分於一對旋轉輥之間搬送時、使一對旋轉輥的輥間隔變化，並且，讓所搬送的金屬薄板以局部地變形的方式，而使設置在下 方的旋轉輥升降，藉此製造在長度方向上不具有相同斷面的輥壓成形部品。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2008-120227號公報

[專利文獻2]日本專利特開2007-30023號公報

在專利文獻1的技術中，藉由普通的輥壓成形，而成形出具有固定斷面形狀的閉斷面部品之後，進行高頻淬火，進而藉由對3個彎曲工件(bending pieces)賦予曲率來製造彎曲閉斷面部品。然而，對於部品長度方向的斷面形狀不固定的部品，則無法成形。而且，曲率賦予方向僅限於二維方向。

專利文獻2的技術為如下的成形技術，即，藉由成形裝置，而能夠使斷面形狀在部品長度方向上發生變化，但同時，無法賦予朝向長度方向的彎曲形狀，所述成形裝置除了具有一對旋轉輥的普通的輥壓成形之外，在一對旋轉輥的下方還附隨著用以使斷面形狀在部品長度方向上變化的旋轉輥。

如上所述般，在先前技術中，無法使斷面形狀(詳細而言，與部品長度方向正交的方向、亦即部品寬度方向的斷面形狀)在部品長度方向上變化的異形斷面化、與賦予部品長度方向的彎曲(或進而扭轉)的三維形狀賦予同時進行，因而必需將部品各斷面的異形化與三維形狀賦予設為個別的成形步驟，從而要花費相應成本。而且，在為了 輕量化而將高強度鋼板作為素材的情況下，在部品各斷面的異形化後的彎曲加工中，容易產生成形不良。

發明者等人為了解決上述課題而進行了積極研究，結果發現：藉由同時進行部品各斷面的異形化與三維形狀賦予的成形步驟，而可由2塊金屬板製造在部品長度方向上具有彎曲的異形斷面形狀的無凸緣閉斷面構造部品，從而完成了本發明。

亦即，本發明為以下所示。

(1)一種無凸緣閉斷面構造部品的製造方法，由2塊金屬板而製造在部品長度方向上具有彎曲及焊接部的異形斷面形狀的無凸緣閉斷面構造部品，上述無凸緣閉斷面構造部品的製造方法包括：第1步驟，設置與部品長度方向彎曲相對應的板長度方向彎曲，將使板寬兩端部與部品焊接部相對應的2塊金屬板，以對於與部品斷面內的非焊接彎曲部相對應的板部位賦予折痕的方式，來進行壓製成形；第2步驟，將上述壓製成形後的2塊金屬板，以上述2塊金屬板的凸面側成為外側的方式進行上下重合，而將寬度的左端彼此之間、右端彼此之間分別在長度方向上進行焊接而形成焊接部，以形成閉斷面構造體；以及第3步驟，對所獲得的閉斷面構造體，利用左右一對旋轉輥或更下方的旋轉輥來進行導引並搬送，且藉由上述旋轉輥的輥間隔的變更、或進而藉由上述旋轉輥的升降， 而以上述折痕及上述焊接部為起點使上述閉斷面構造體立體化，而形成目標形狀的部品。

(2)一種無凸緣閉斷面構造部品的製造裝置，由2塊金屬板而製造在部品長度方向上具有彎曲及焊接部的異形斷面形狀的無凸緣閉斷面構造部品，上述無凸緣閉斷面構造部品的製造裝置包括：壓製成形機，設置與部品長度方向彎曲相對應的板長度方向彎曲，將使板寬兩端部與部品焊接部相對應的2塊金屬板，以對於與部品斷面內的非焊接彎曲部相對應的板部位賦予折痕的方式，來進行壓製成形；焊接機，將上述壓製成形後的2塊金屬板，以上述2塊金屬板的凸面側成為外側的方式進行上下重合，而將寬度的左端彼此之間、右端彼此之間分別在長度方向上進行焊接而形成焊接部，以形成閉斷面構造體；以及輥壓成形機，對所獲得的閉斷面構造體，利用左右一對旋轉輥或更下方的旋轉輥來進行導引並搬送，且藉由上述旋轉輥的輥間隔的變更、或進而藉由上述旋轉輥的升降，而以上述折痕及上述焊接部為起點使上述閉斷面構造體立體化，而形成目標形狀的部品。

根據本發明，能夠使斷面形狀變化，且以1次成形便可賦予部品長度方向及其垂直方向的彎曲，亦即三維形狀。藉由模具數削減、組裝步驟削減，而獲得製造步驟簡化的效果，從而可大幅降低成本。

進而，能夠主要利用彎曲加工而獲得規定的形狀，因此，可容易製造以超高張力鋼板為素材的部品，從而藉由無凸緣化可更輕量化。

圖2是表示本發明作為製造對象的部品(具有彎曲形狀的無凸緣閉斷面構造部品)10的1個例子的概略立體圖。

圖2的例子中，斷面形狀(寬度方向斷面形狀的含義，以下相同)成為四邊形，在長度方向上具有彎曲，且長度方向的始端部與終端部的斷面形狀成為不同(亦即為異形)。即，為如下形狀：四邊形斷面的始端部的一邊長為30mm，終端部的一邊長為20mm，長度方向全長(長度方向兩端之間的最短距離)為300mm，彎曲的曲率半徑在始端側為400mm，在終端側為400mm，在部品長度方向中央部(自長度方向兩端算起150mm的位置)彎曲的方向為左右逆轉。而且，位於四邊形的對角位置的兩對頂點中，一對為焊接部11，另一對為非焊接彎曲部12。不存在凸緣。

圖1是關於本發明的製造步驟的說明圖。此處，以製造圖2的部品的情況為例子來進行說明。圖2的例子的部品為圖3(a)所示的實例1的部品。

圖3(a)到圖3(c)中，為了使2塊金屬板1a、1b表現出與部品長度方向彎曲相對應的板長度方向彎曲，而分別在金屬板1a中設置彎曲線(B)(B)，在金屬板1b中設置彎曲線(B')(B')，來作為與部品10的焊接部11相 對應的寬度端側的2根彎曲線，且，分別在金屬板1a中設置彎曲線(A)，在金屬板1b中設置彎曲線(A')，來作為與非焊接彎曲部12相對應的寬度內側的1根彎曲線。

(第1步驟)

第1步驟為預成形步驟。使用具有衝頭3(punch)與模4(die)的壓製成形機20，對金屬板1，在部品四邊斷面的4個頂點中的與非焊接彎曲部12相對應的寬度內側的彎曲線(A)(A')的部位，以賦予折痕2的方式來進行壓製成形。以賦予該折痕2的方式，來設計衝頭3與模4的模形狀。另外，折痕2的部位的板寬方向的曲率半徑跨及板的全長，而取固定的值。

(第2步驟)

第2步驟為寬度端部焊接步驟。將上述預成形後的金屬板1a、1b，以金屬板1a、1b的凸出側(第1步驟中，藉由彎曲成形而形成著折痕2，從而成為凸面的一側)成為外側的方式，上下重合地配置於焊接機30內，將金屬板1a、1b的外表面藉由上下擠壓夾具6a、6b來進行擠壓，從而將上下重合的寬度的左端的彎曲線(B)(B')部位彼此之間、且右端的彎曲線(B)(B')部位彼此之間分別在長度方向上焊接而形成焊接部11，從而形成閉斷面構造體5。該焊接較佳為以雷射焊接、電弧焊接等來進行。焊接裝置(未圖示)可使用公知的雷射焊接裝置等。

(第3步驟)

第3步驟為輥壓成形步驟。亦即，使前步驟中所獲得 的閉斷面構造體5通過輥壓成形機40。輥壓成形機40對於閉斷面構造體5，利用左右一對旋轉輥40a、40b或更下方的旋轉輥40c來進行導引並搬送，且藉由上述旋轉輥40a、40b的輥間隔的變更、或進而藉由上述旋轉輥40c的升降，而以上述折痕2及上述焊接部11為起點，使得上述閉斷面構造體5立體化而形成目標形狀的部品10。

旋轉輥的形狀設定為如下的形狀，即，使作為被加工材料的閉斷面構造體的輥抵接部不會位移等，而可穩定地被導引。圖1的40a、40b、40c的旋轉輥作為1個例子而表現出V字形狀，但並不限定於此。旋轉輥的輥間隔(與輥對於閉斷面構造體的來自左右的擠壓力相對應)及旋轉輥的升降位置(與輥對於閉斷面構造體的來自下方的上推力相對應)以獲得部品目標形狀的方式變化。使旋轉輥的輥間隔與旋轉輥的升降位置變化的方法，可預先根據理論解析或實驗而求出。而且，進而，亦可將與下方的旋轉輥相對應的旋轉輥設置於上方，用於形成部品的目標形狀。

另外，該例子中，由於部品的目標形狀為無扭曲的形狀，所以，為了應達成該形狀，在圖3(a)中，利用2塊金屬板1的各個，藉由如下方法中的任一個或兩個而可達成具有扭曲的目標形狀：關於寬度端側的2根彎曲線與寬度內側的1根彎曲線此共計3根彎曲線，使曲率半徑相同且使曲率中心點位於同一直線上；而在部品的目標形狀為具有扭曲的形狀的情況下，關於上述共計3根彎曲線，使曲率半徑不同或使曲率中心點不位於同一直線上。關於四 邊形以外的形狀，第1步驟~第3步驟中，與四邊形狀的部品的情況同樣地能夠使用具有與該部品形狀相對應的形狀的模具、旋轉輥等來製造閉斷面構造部品。

例如，在以圖5所示的六邊形斷面部品為製造對象的情況下，非焊接彎曲部12比圖2的四邊形斷面的情況增加2個。此處，與此相對應地，如圖6所示，將寬度內側的彎曲線(A)(A')相對於上側與下側的基底(blank)，而分別各設置2根。

而且，作為製造步驟，與將四邊形斷面變更為六邊形斷面相對應地，而採用對圖1中使用的裝置構件施加變更的例如圖4所示的步驟。亦即，將第1步驟(預成形步驟)中使用的模具形狀設為：對圖6的彎曲線(A)(A')的部位賦予折痕2的模具形狀。第2步驟(寬度端部焊接步驟)中，將擠壓夾具6設為：與預成形後的基底形狀相符合的斷面形狀。第3步驟(輥壓成形步驟)中，將下方的旋轉輥40c的輥分布(roll profile)設為：例如可進行六邊形的一邊部的穩定的導引的平底形狀。除了這些變更點以外，與圖1相同。藉此，圖6下側所示的成形後形狀，可高精度且容易地達成。

[實例]

實例中，以如下各事項作為共通事項。

[部品目標形狀]斷面為如下形狀，即，在部品長度方向上為異形的四邊(各角為直角)形狀，無凸緣，且在部品長度方向上具有S字形的彎曲。

[素材金屬板]由拉伸強度為1180MPa的冷軋鋼板(板厚1.4mm)，切出具有與部品目標形狀相對應的S字形的彎曲的2塊基底A、B，來作為素材。

[焊接條件]雷射焊接，雷射輸出3.8kW，焊接速度2.5m/min，雷射聚焦直徑2mm

(實例1)

如圖3(a)所示，1塊基底1a(基底A)在寬度端側的2根彎曲線(B)(B)之間的中央的位置，設定著：應成為折痕2的彎曲線(A)；另1塊基底1b(基底B)在寬度端側的2根彎曲線(B')(B')之間的中央的位置，設定著：應成為折痕2的彎曲線(A')。將這些2塊基底A、B在第1步驟中，如上述般進行預成形，而賦予分別沿著彎曲線(A)(A')的折痕2；在第2步驟中，如上述般進行重合時，將基底A作為上側，基底B作為下側，來對於上下相對的寬度端側的彎曲線(B)(B')部位進行雷射焊接；且將所獲得的閉斷面構造體5在第3步驟中，如上述般進行輥壓成形，從而獲得部品10。

(實例2)

如圖3(b)所示，1塊基底1a(基底A)在寬度端側的2根彎曲線(B)(B)之間的比中央靠左的位置，設定著：應成為折痕2的彎曲線(A)；另1塊基底1b(基底B)在寬度端側的2根彎曲線(B')(B')之間的比中央靠右的位置(關於中央的位置而與上述靠左的位置為對稱的位置)，設定著：應成為折痕2的彎曲線(A')。將這些2塊 基底A、B在第1步驟中，如上述般進行預成形，而賦予分別沿著彎曲線(A)(A')的折痕2；在第2步驟中，如上述般進行重合時，將基底A作為上側，基底B作為下側，來對於上下相對的寬度端側的彎曲線(B)、(B')部位進行雷射焊接；且將所獲得的閉斷面構造體5在第3步驟中，如上述般進行輥壓成形，從而獲得部品10。

(比較例)

將由與實例相同的鋼板、而切出與實例不同的形狀的1塊基底作為素材，藉由如先前般的輥壓成形，而以成形開始部分與成形結束部分成為異形的斷面形狀的方式，來進行成形加工(異形斷面化)，進而形成如圖3(c)所示的無凸緣的中間形狀部品15，且將該中間形狀部品15藉由輥壓成形、而以三點彎曲的要領進行彎曲加工，從而獲得最終形狀部品16。

對實例與比較例，進行是否可成形的評估。其結果是，對於任一實例，在第1步驟~第3步驟中均可成形，並且，第3步驟後的部品10達成目標形狀，斷裂、屈曲、褶皺等的成形不良產生部位皆無。另一方面，比較例中，異形斷面化後的中間形狀部品15中雖無成形不良產生部位，但彎曲加工後的最終形狀部品16中，在圖示的部位產生屈曲。

1‧‧‧金屬板(a、b為2塊中的其中一個與另一個，亦稱作基底)

2‧‧‧折痕(與彎曲線(A)(A')相對應)

3‧‧‧衝頭

4‧‧‧模

5‧‧‧閉斷面構造體

6‧‧‧擠壓夾具(a、b為上擠壓夾具與下擠壓夾具)

10‧‧‧部品(本發明中作為製造對象的具有彎曲形狀的無凸緣閉斷面構造部品)

11‧‧‧焊接部

12‧‧‧非焊接彎曲部

15‧‧‧比較例的中間形狀部品

16‧‧‧比較例的最終形狀部品

20‧‧‧壓製成形機

30‧‧‧焊接機

40‧‧‧輥壓成形機

40a、40b‧‧‧旋轉輥

40c‧‧‧旋轉輥

(A)(A')(B)(B')‧‧‧彎曲線

圖1是關於本發明的製造步驟的說明圖。

圖2是表示部品的目標形狀的1例的概略立體圖。

圖3(a)到圖3(c)是表示實例及比較例的部品製造 要領的概略圖。

圖4是關於六邊形斷面部品的製造步驟的說明圖。

圖5是表示六邊形斷面部品的目標形狀的1例的概略立體圖。

圖6是表示六邊形斷面部品的製造要領的概略圖。

1‧‧‧金屬板

2‧‧‧折痕

3‧‧‧衝頭

4‧‧‧模

5‧‧‧閉斷面構造體

6a、6b‧‧‧擠壓夾具

11‧‧‧焊接部

30‧‧‧焊接機

40‧‧‧輥壓成形機

40a、40b、40c‧‧‧旋轉輥

Claims (2)

1. 一種無凸緣閉斷面構造部品的製造方法，由2塊金屬板而製造在部品長度方向上具有彎曲及焊接部的異形斷面形狀的無凸緣閉斷面構造部品，上述無凸緣閉斷面構造部品的製造方法包括：第1步驟，設置與部品長度方向彎曲相對應的板長度方向彎曲，將使板寬兩端部與部品焊接部相對應的2塊金屬板，以對於與部品斷面內的非焊接彎曲部相對應的板部位賦予折痕的方式，來進行壓製成形；第2步驟，將上述壓製成形後的2塊金屬板，以上述2塊金屬板的凸面側成為外側的方式進行上下重合，而將寬度的左端彼此之間、右端彼此之間分別在長度方向上進行焊接而形成焊接部，以形成閉斷面構造體；以及第3步驟，對所獲得的閉斷面構造體，利用左右一對旋轉輥或更下方的旋轉輥來進行導引並搬送，且藉由上述旋轉輥的輥間隔的變更、或進而藉由上述旋轉輥的升降，而以上述折痕及上述焊接部為起點使上述閉斷面構造體立體化，而形成目標形狀的部品。
2. 一種無凸緣閉斷面構造部品的製造裝置，由2塊金屬板而製造在部品長度方向上具有彎曲及焊接部的異形斷面形狀的無凸緣閉斷面構造部品，上述無凸緣閉斷面構造部品的製造裝置包括：壓製成形機，設置與部品長度方向彎曲相對應的板長度方向彎曲，將使板寬兩端部與部品焊接部相對應的2塊 金屬板，以對於與部品斷面內的非焊接彎曲部相對應的板部位賦予折痕的方式，來進行壓製成形；焊接機，將上述壓製成形後的2塊金屬板，以上述2塊金屬板的凸面側成為外側的方式進行上下重合，而將寬度的左端彼此之間、右端彼此之間分別在長度方向上進行焊接而形成焊接部，以形成閉斷面構造體；以及輥壓成形機，對所獲得的閉斷面構造體，利用左右一對旋轉輥或更下方的旋轉輥來進行導引並搬送，且藉由上述旋轉輥的輥間隔的變更、或進而藉由上述旋轉輥的升降，而以上述折痕及上述焊接部為起點使上述閉斷面構造體立體化，而形成目標形狀的部品。