TWI530341B - Compression molding method - Google Patents

Description

壓製成形方法 技術領域

本發明係有關於一種可將高強度鋼板成形為於長向上設有彎曲部之最終成形品之壓製成形方法。尤其，本發明係有關於一種可抑制殘餘應力所致最終成形品之翹曲及扭曲之壓製成形方法。

背景技術

近年，就汽車之燃料費上揚、碰撞安全性提昇之觀點而考量，已特別就骨架結構使用拉伸強度較高之高強度鋼板及鋁合金。拉伸強度較高之材質無須增加材質之厚度即可提昇碰撞性能，故有助於輕量化。

然而，材料之高強度化則使壓製成形之殘餘應力所致最終成形品之翹曲及扭曲增加，如何確保最終成形品之形狀精度即成問題。

無法確保最終成形品之形狀精度時，將於對車輛進行組裝時在與對象零件之間產生間隙，間隙量較大時則將導致組裝瑕疵。因此，須嚴格要求最終成形品之形狀精度。又，最終成形品之彎曲部之曲率較小之零件，即彎曲部之最小曲率半徑為50~2000mm時，將特別要求高度之形 狀精度。彎曲部之形狀係圓弧或連續地改變曲率之曲面。最終成形品中存在複數個上述彎曲部時，伴隨最終成形品之面內應力而發生之最終成形品長向上之翹曲及扭曲較為嚴重。因此，更難以確保最終成形品之精度。

習知之一般形狀精度瑕疵對策係依據最終成形品之試作及過往經驗，而採用預測回彈發生量並將模具形狀構成與最終成形品之形狀不同之形狀以符合預定尺寸之方法。而，近年，則在最終成形品之試作前基於最終形狀而進行採用有限元素法之回彈等之壓製成形分析而製作模具，以減少試作時模具修正之次數。

然而，基於嘗試錯誤之模具設計在構思可充分減少翹曲及扭曲之模具形狀並確立成形條件之前極為耗時之問題。且，由於藉嘗試錯誤進行模具設計，故將增加模具修正費用而有妨礙最終成形品之低成本化之問題。

最終成形品之形狀精度提昇對策已揭露有一種對最終成形品加設焊道，而抑制最終成形品之翹曲及扭曲之技術(專利文獻1)。又，亦已揭露一種於鑄模與胚料托座之保持面間局部推壓胚料而於胚料上成形焊道，以增加縱壁部之張力而確保最終成形品之形狀精度之技術(專利文獻2)。

專利文獻1及專利文獻2所揭露之技術係對最終成形品加設焊道而改良產品形狀以抑制回彈。因此，可應用之最終成形品之形狀較為受限，而有無法加以泛用之問題。

專利文獻3則揭露了可提昇包含頂板部、縱壁部及凸緣部之具有帽型截面形狀之壓製成形品之形狀精度之壓製成形方法。專利文獻3所揭露之壓製成形方法係將金屬板壓製成形為於縱壁部與凸緣部之間具有錐部之成形半成品，再就上述半成品之錐部與凸緣部再度進行壓製成形而製得最終成形品。

然而，專利文獻3所揭露之壓製成形方法乃用於提高最終成形品之縱壁部與凸緣部之角度精度，而改善凸緣部之平坦度者，並非用於抑制最終成形品整體之翹曲及扭曲者。

專利文獻4則揭露了一種可提昇包含頂板部及縱壁部，並設有彎曲部之最終成形品之形狀精度之壓製成形方法。專利文獻4所揭露之壓製成形方法係將金屬板彎曲加工成頂板部與縱壁部之彎曲角度之彎曲量大於最終成形品之半成品後，再進行回復最終成形品之彎曲角度之彎曲加工。

然而，專利文獻4之壓製成形方法在金屬板為軟鋼板等拉伸強度不高之金屬板時，雖可抑制最終成形品之翹曲及扭曲，但用於高強度鋼板等拉伸強度較高之金屬板時，則無法抑制最終成形品之翹曲及扭曲。且，當最終成形品包含凸緣部，而截面形狀為帽型時，則易於彎曲部內側之凸緣部殘留拉伸應力，故有最終成形品之翹曲及扭曲更為嚴重之問題。

【先行技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】日本專利特開2004-25273號公報

【專利文獻2】日本專利特開平11-290951號公報

【專利文獻3】日本專利特開2006-289480號公報

【專利文獻4】日本專利特開2004-195535號公報

發明概要

本發明之目的在提供一種在壓製成形高強度鋼板時，無須對最終成形品設置焊道等，即可減少殘留於彎曲部內側之拉伸應力所導致最終成形品之翹曲及扭曲之壓製成形方法。

本發明人等人發現了將高強度鋼板壓製成形為包含頂板部、縱壁部及凸緣部且於長向上設有至少1個最小曲率半徑為50~2000mm之彎曲部之最終成形品時，為減少最終成形品之翹曲及扭曲，需要以下之方法。

本發明將壓製成形分為以下二步驟：1)第1成形步驟，在包含連結縱壁部與凸緣部之交集部及彎曲部之曲率中心之水平線並與高強度鋼板垂直之平面內，於交集部進行凸緣部之彎曲加工至凸緣部對前述水平線之角度為α₁為止；2)第2成形步驟，於交集部進行前述第1成形步驟後之凸緣部之追加彎曲加工至凸緣部對前述水平線之角度為α₂為止。

本發明人等人已發現此時若α₁-α₂所代表之追加彎曲角β在預定範圍內，則可減少最終成形品之翹曲及扭曲。且，本發明人等人並發現即便使用容易發生回彈之拉伸強度為440~4600MPa之高強度鋼板，若使追加彎曲角β在預定範圍內，亦可使翹曲量及扭曲量與使用拉伸強度未滿440MPa之鋼板時為相同之程度。

本發明即基於上述發現而完成，其要旨如下。

(1)本發明係一種壓製成形方法，係用於壓製成形包含頂板部、縱壁部及凸緣部，並於長向上設有至少1彎曲部之最終成形品者，包含以下步驟：第1成形步驟，使用拉伸強度為440~1600MPa之高強度鋼板而形成頂板部、縱壁部、彎曲部及凸緣部時，在包含連結縱壁部與凸緣部之交集部與彎曲部之曲率中心之水平線並與前述高強度鋼板垂直之平面內，於交集部進行凸緣部之彎曲加工至凸緣部對前述水平線之角度為α₁為止；及，第2成形步驟，於前述平面內，於交集部進行前述第1成形步驟後之凸緣部之追加彎曲加工至凸緣部對前述水平線之角度為α₂為止；於前述平面內，將彎曲部之曲率半徑設為R₀(mm)，並將凸緣部之長度設為b(mm)，代表應變之容許值之數值設為εcr，前述高強度鋼板之楊氏模數及拉伸強度則設為E(MPa)及σ_T(MPa)，α₁及α₂係以前述水平線為起點，並以凸緣部朝遠離頂板部之方向旋轉之方向為正向，當α₁>0，α₂≧0，α₁-α₂>0，R₀為50~2000mm及εcr為0~0.023時，作為α₁-α₂之追加彎曲角β，在【數1】中，係在下述範圍內，且，在【數 2】中，係在下述範圍內。

(2)如上述(1)所揭露之壓製成形方法，其中前述彎曲部係圓弧或連續地改變曲率之曲線。

(3)如上述(1)或(2)所揭露之壓製成形方法，其中前述第1成形步驟及第2成形步驟之至少任一中，將對向之模具之一者分割為襯墊與局部成形模具，並藉襯墊與前述對向之模具之另一者壓緊鋼板，而藉局部成形模具與前述對向之模具之另一者使鋼板塑性變形。

依據本發明，即便使用高強度鋼板，亦無須對最 終成形品設置焊道等，即可抑制包含頂板部、縱壁部及凸緣部且於長向上設有至少1個曲率半徑為50~2000mm之彎曲部之最終成形品之翹曲及扭曲。

1‧‧‧最終成形品

2、2a‧‧‧頂板部

3a、3b、3-1a、3-2a‧‧‧縱壁部

4a、4b、4-1a、4-2a‧‧‧凸緣部

5a、5b‧‧‧交集部

10、10-1、10-2‧‧‧彎曲部

50‧‧‧第1模具

52、62‧‧‧頂板部成形面

53a、63a‧‧‧內側縱壁部成形面

53b、63b‧‧‧外側縱壁部成形面

54a、64a‧‧‧內側凸緣部成形面

54b、64b‧‧‧外側凸緣部成形面

55a、55b‧‧‧襯墊

56a、56b‧‧‧局部成形模具

60‧‧‧第2模具

80‧‧‧壓製機

81‧‧‧小型油壓汽缸

90‧‧‧鋼板

92‧‧‧最終成形品中構成頂板部之部位

H‧‧‧水平線

L1‧‧‧線段

L2、L3‧‧‧位置

Lo‧‧‧曲率中心軸

Lo’‧‧‧軸

O‧‧‧曲率中心

P、Q、S、T‧‧‧點

P₀、Q₀、S₀、T₀‧‧‧最終成形品之位置測定點

r‧‧‧位置

S1‧‧‧微小平面

T₀T‧‧‧線段

W‧‧‧頂板部之寬度

α₁、α₂‧‧‧角度

β‧‧‧追加彎曲角

圖1(a)、1(b)係顯示設有1個彎曲部之最終成形品之一例者。

圖2係顯示對高強度鋼板施加拉伸及壓縮負載後之高強度鋼板所承載之應力變化者。

圖3係顯示設有2個彎曲部之最終成形品者。

圖4係顯示第1成形步驟中使用之模具之用於成形彎曲部之部分之截面構造之概況之模式圖。

圖5係顯示成形寬度W為15~30mm之最終成形品時，第1成形步驟中使用之模具之用於成形彎曲部之部分之截面構造之概況之模式圖。

圖6係顯示成形寬度W為15~30mm之最終成形品時，第2成形步驟中使用之模具之用於成形彎曲部之部分之截面構造之概況之模式圖。

圖7係顯示包含彎曲部之曲率半徑在700~1200mm之範圍內連續變化之部位與直線部之朝長向俯視方向和緩彎曲之最終成形品之形狀者。

圖8係顯示包含曲率半徑為1000mm與700mm之彎曲部與直線部，進而組合有曲率半徑在1200~2000mm之範圍內連續變化之形狀而朝長向俯視方向和緩彎曲之最終成形品者。

圖9係顯示包含曲率半徑為1000mm與700mm之彎曲部 與直線部，進而組合有曲率半徑在1200~2000mm之範圍內連續變化之形狀而朝長向俯視方向和緩彎曲之最終成形品者。另，進行追加彎曲之範圍係內側凸緣之局部。

圖10係顯示包含曲率半徑為1000mm之彎曲部與直線部，並於側面視方向上包含曲率半徑為3000mm之彎曲部與直線部而朝長向俯視方向和緩彎曲之最終成形品者。

圖11係顯示設有1個彎曲部之最終成形品之一例者。

圖12係顯示彎曲部10之曲率半徑R₀(mm)與對最終成形品施加之ε₁對最終成形品之翹曲、扭曲及皺褶所造成之影響者。

圖13(a)、13(b)係說明α₁及α₂之正負之方向者。

圖14係顯示α₂+β超過90°時之圖1(a)中之I-I線之最終成形品之截面者。

用以實施發明之形態

圖1係顯示包含頂板部、縱壁部及凸緣部並於長向上設有1個曲率半徑為50~2000mm之彎曲部之最終成形品之一例者。圖1(a)為立體圖，圖1(b)為沿行圖1(a)所示之I-I線之截面圖。圖1(a)中，標號1代表最終成形品。

最終成形品1包含頂板部2、縱壁部3a、3b、凸緣部4a、4b。縱壁部3a及凸緣部4a係彎曲部10之內側，縱壁部3b、凸緣部4b係彎曲部10之外側。縱壁部3a與凸緣部4a交集於交集部5a。縱壁部3b與凸緣部4b則交集於交集部5b。

圖1(b)係顯示圖1(a)中之I-I線之截面形狀者。實 線所代表之截面係第2成形步驟後即最終成形品1之截面。第2成形步驟後之凸緣部4a之位置為L3。且，虛線所代表之截面係第1成形步驟後之凸緣部4a之截面。第1成形步驟後之凸緣部4a之位置為L2。

關於縱壁部3a與凸緣部4a之交集部5a上之彎曲部之1位置r，則定義該彎曲部之位置r所對應之曲率中心為O、連接該曲率中心O與位置r之線段L1則定義成如圖1(b)所示。

對曲率中心O可考量彎曲部之位置r之曲率中心軸Lo周圍之微小範圍△θ。就通過線段L1而包含微小範圍△θ之微小平面S1加以定義。微小平面S1則構成包含線段L1及與曲率中心軸Lo垂直之軸Lo’之水平面之一部分。另，該水平面係作為基準面並為求方便而設為水平者。以下之說明將藉圖1(a)中之I-I線之截面即圖1(b)所示之截面而進行說明。圖1(b)所示之截面係包含連結縱壁部3a與凸緣部4a之交集部5a及彎曲部10之曲率中心O之水平線H並與作為材料之鋼板垂直之平面。

最終成形品1之成形步驟則說明如下。首先，就作為材料之鋼板於交集部5a進行彎曲加工至凸緣部4a對水平線H形成角度α₁。上述彎曲加工即第1成形步驟。其次，於交集部5a進行第1成形步驟後之凸緣部4a之追加彎曲加工至凸緣部對水平線H形成角度α₂。上述追加彎曲加工即第2成形步驟。即，第1成形步驟中，將作為材料之鋼板成形為半成品，並於第2成形步驟中進而就上述半成品之凸緣部 4a進行追加彎曲加工而製得最終成形品1。

第1成形步驟結束時，拉伸應力將殘留於彎曲部10之內側之縱壁部3a及凸緣部4a。上述拉伸殘餘應力乃回彈之原因。因此，接續第1成形步驟而進行追加彎曲加工(第2成形步驟)，即可使縱壁部3a與凸緣部4a之交集部5a發生壓縮塑性變形。其結果，則可減少第1成形步驟結束時之拉伸殘餘應力，而可抑制最終成形品1之翹曲及扭曲。

圖1(b)所示之截面上，則於上述截面上藉縱壁部3a與凸緣部4a之交集部5a而定義彎曲部10之曲率半徑R₀(mm)。在此，第1成形步驟結束時之凸緣部4a先端之曲率半徑設為R₁(mm)。第2成形步驟結束時，即最終成形品之凸緣部4a先端之曲率半徑則設為R₂(mm)。且，凸緣部4a之長度則設為b。此時，即如下式所示。

R₁=R₀-bcosα₁ R₂=R₀-bcosα₂

另，R₀、R₁、R₂係微小範圍△θ之曲率半徑。因此，彎曲部10可為曲率連續變化之自由曲面。

此時，凸緣部4a之先端部所發生之應變ε₁可以下式代表之。

ε₁=(R₁-R₂)/R₁=b(cosα₂-cosα₁)/(R₀-bcosα₁)

依據上述應變ε₁，第1成形步驟中成形之縱壁部3a與凸緣部4a所形成之角度α₁則為：α₁=cos^-1((bcosα₂-ε₁R₀)/b(1-ε₁))

因此，可將α1改為α2之追加彎曲角β則為： β=α₁-α₂=cos^-1((bcosα₂-ε₁R₀)/(b(1-ε₁))-α₂．．．(A)

在此，凸緣部4a之先端部所發生之應變ε₁若在拉伸強度未滿440MPa之鋼板(諸如軟鋼板)等上，則為ε₁=σ_T/E(但σ_T係鋼板之拉伸強度(MPa)，E係鋼板之楊氏模數(MPa))。

然而，作為壓製成形之材料而使用之鋼板之拉伸強度為440~1600MPa時，即，為高強度鋼板(高張力鋼板)時，將發生ε₁小於σ_T/E之現象。

以下說明上述現象。第2圖係對拉伸強度為440~1600MPa之高強度鋼板施加拉伸負載至即將破裂之程度，然後，顯示施加壓縮負載後之高強度鋼板所承載之應力變化者。

拉伸強度為440~1600MPa之高強度鋼板將因鮑辛格效應而於應力反轉時，發生高強度鋼板之再降伏所需之應力△σ較通常之降伏應力減少之早期降伏現象。故而，ε₁亦將減少。

在此，ε₁乃為減少作為回彈之成因之殘留於彎曲部10之內側之拉伸應力而施加之壓縮應變。壓縮應變之下限可為ε₁=0.5σ_T/E。另，壓縮應變之上限可為ε₁=0.5σ_T/E+εcr。在此，εcr係不致使最終成形品1之凸緣部4a發生皺褶之應變之容許值。εcr之範圍已藉實驗而求出為0~0.023。即，最終成形品1中，ε₁在0.5σ_T/E~(0.5σ_T/E)+εcr之範圍內時，凸緣部4a將不發生皺褶。第1成形步驟中製得半成品時亦同。

若將ε₁之範圍基於以上(A)式而轉換為追加彎曲角β之範圍，則如【數3】所示。

圖12係顯示基於上述之不等式而作成之彎曲部10之曲率半徑R₀(mm)與壓縮應變ε₁對最終成形品之翹曲、扭曲及皺褶所造成之影響者。圖12中，曲線1係作為材料而使用之鋼板之拉伸強度σ_T為390、490、590、710、980及1200MPa時分別顯示【數4】之曲線。

圖12中，ε₁之範圍與曲線1之上下可區分為領域A~領域D。領域A及B係εcr為0~0.023之範圍之領域，即，係ε₁為對0.5σ_T/E加算應變之容許值εcr後之值之領域。亦即，領域A與B之ε₁之上限值係隨材料之σ_T而改變。圖12中，以2條線顯示於σ_T=390MPa與1200MPa之值時設定εcr=0.023後之ε₁之值作為代表。σ_T 390~1200MPa之鋼板之ε₁之值可推論大致在上述2條線之間。因此，領域A及領域B中，可成形半成品及最終成形品而不致發生皺褶。另，領域C及領域D之ε₁則超過0.023，故即便成形亦將於半成品及最終成形品發生皺褶。

在此，為避免皺褶之發生而製得翹曲及扭曲較少之最終成形品，必須在ε₁為εcr之領域A及領域B中，使α₁-α₂所定義之追加彎曲角β在預定範圍內。以下，即就追加彎曲角β之範圍區分領域A與領域B而加以說明。另，α₁及α₂一如圖13(a)所示，係以水平線H之位置為起點，並以凸緣部4a朝遠離頂板部2之方向旋轉之方向為正向。反之，則以水平線H之位置為起點，並以凸緣部4a朝接近頂板部2之方向旋轉之方向為正向。

圖12之領域A中，α₁>0、α₂≧0、α₁-α₂>0及R₀為50~2000mm時，作為α₁-α₂之追加彎曲角β，在【數5】中，必須在下述範圍內。

在此，如圖12所示，一旦R₀增大或ε₁增大，【數6】之值將為負值。

自該值算出反餘弦之值則如上述而為α₁，故該值為負 將使α₁之值超過90°。α₁之值一旦超過90°，則如圖14所示，凸緣部4a與縱壁部3a形成之角度將為180°以下，圖4之模具將無法進行脫模，而無法製造成形品。故而，領域A之必要條件係須使【數7】為正值。

上述條件下，即可求出作為自α₁減去α₂之值之β之值。β之上限值則可求出為0.023而為不致發生皺褶之上限之εcr之值。又，理論上，εcr亦可為零，此時，則使ε₁之值為0.5σ_T/E。故而，β之範圍將在ε₁為σ_T/E至0.5σ_T/E+εcr之範圍內所算出之值之範圍內變化。

本發明之加工方法係先略微進行彎曲加工後，進而朝同方向加以彎曲之成形方法，故不致發生α₁≦0之情形。又，初始即大幅加以彎曲將易發生皺褶故較不適用。且，α₂<0將使凸緣部變形而於凸緣部發生皺褶而較不適用。其次，若α₁-α₂≦0，因本發明係在先略微進行彎曲加工後進而朝同方向加以彎曲之成形方法，故不致發生α₁-α₂≦0之情形。又，α₁-α₂≦0時將朝反方向進行加工，而易於第1成形加工時發生皺褶故較不適用。故而，設為α₁>0、α₂≧0、α₁-α₂>0。

又，R₀若未滿50mm，則第1成形步驟結束時，殘留於彎曲部10內側之縱壁部3a及凸緣部4a中之拉伸應力將大幅增加。故而，即便使β在上述不等式之範圍內，亦無法 於第2成形步驟中開放上述拉伸應力之殘留。其結果，最終成形品1之翹曲及扭曲將增加。另，R₀若超過2000mm，最終成形品1之形狀將朝長向形成直線，故第1成形步驟結束時，殘留於彎曲部10內側之縱壁部3a及凸緣部4a中之拉伸應力將減少。故而，即便不應用本發明，最終成形品1之翹曲及扭曲亦將減少。進而，最終成形品具有複數種曲率時，本發明則將最小之曲率半徑設為R₀。

又，【數8】中，作為α₂+β之α₁係以前述水平線為起點而超過90°。圖14係顯示作為α₂+β之α₁超過90°時之圖1(a)中之I-I線之最終成形品之截面者。如圖14所示，凸緣部4a對模具之行進方向形成逆梯度，而明顯無法使用模具成形最終成形品1。

其次，追加彎曲角β之範圍若未滿足【數9】，則可成形半成品及最終成形品1而不致發生皺褶，但最終成形品1之翹曲及扭曲將增加。

接著，圖12之領域B中，若α₁>0、α₂≧0、α₁-α₂>0、 及R₀為50~2000mm，作為α₁-α₂之追加彎曲角β，在【數10】中，必須在下述範圍內。

設定α₁>0、α₂≧0、α₁-α₂>0及R₀為50~2000mm之理由則與領域A之情形相同。

又，若未滿足【數11】，則如上所述，作為α₂+β之α₁將以前述水平線為起點而超過90°，凸緣部4a將對模具之行進方向形成逆梯度，而無法使用模具進行成形。因此，將追加彎曲角β之上限設為90°-α₂。在此，則設定α₁=90°。

將追加彎曲角β設在以上所說明之範圍內，即可製得不於凸緣部4a發生皺褶且翹曲及扭曲均減少之最終成形品1。

最終成形品1若為圖1~圖3及圖7~圖11所示之形狀，則可應用本發明。圖1~圖3及圖7~圖11所示之形狀之最終成形品1係諸如汽車用之前縱樑、前柱內板、車頂縱梁內板等

彎曲部10於交集部5a、5b具有圓弧形狀、楕圓圓弧形狀或連續改變曲率之曲線形狀，但上述曲線之曲率半徑若為50~2000mm，則曲線形狀並無限制。

又，亦可不於最終成形品1中設有1個彎曲部10，而設有複數個。第3圖即顯示包含頂板部、縱壁部及凸緣部並於長向上設有2個曲率半徑為800mm與1200mm之彎曲部之帽型截面形狀之最終成形品之一例者。

第3圖之最終成形品1包含彎曲部10-1、10-2，該等彎曲部10-1、10-2之內側之凸緣部4-1a、4-2a將分別在上述β之範圍內進行追加彎曲。

第3圖之最終成形品1中亦於第1成形步驟結束時殘留於彎曲部10、10-1、10-2之內側之縱壁部3a、3-1a、3-2a及凸緣部4a、4-1a、4-2a中之拉伸應力可藉第2成形步驟而減少。其結果，第3圖之最終成形品1亦減少了翹曲及扭曲，且，凸緣部4a、4-1a、4-2a並未發生皺褶。

圖1之最終成形品1中，頂板部2a之寬度W並無特別之限制。然而，寬度W為15~30mm而較窄時，則宜採用以下說明之方法進行壓製成形。另，寬度W意指第1圖之最終成形品1之頂板部2之與長向成直角之方向之寬度。

第4圖係顯示第1圖之最終成形品1之壓製成形所 使用之模具中，使用於第1成形步驟之模具中用於成形彎曲部10之部分之截面構造之概況之模式圖。第5圖係顯示寬度W為15~30mm之第1圖之最終成形品1之壓製成形所使用之模具中，使用於第1成形步驟之模具中用於成形彎曲部10之部分之截面構造之概況之模式圖。第6圖係顯示寬度W為15~30mm之第1圖之最終成形品1之壓製成形所使用之模具中，使用於第2成形步驟之模具中用於成形彎曲部10之部分之截面構造之概況之模式圖。

如第4圖所示，第1模具50及第2模具60包含頂板部成形面52、62、內側縱壁部成形面53a、63a、外側縱壁部成形面53b、63b、內側凸緣部成形面54a、64a、外側凸緣部成形面54b、64b。

第1成形步驟中，鋼板90為第1模具50及第2模具60所夾持時，於最終成形品1中構成頂板部2之部位92將自第2模具60之頂板部成形面62上抬。其次，部位92將朝鋼板90之板厚方向大幅彎曲。此時，最終成形品1中構成頂板部2之部位92上，力矩將朝鋼板90之板厚方向作用，而於頂板部2殘留可彎曲最終成形品1整體之應力(以下稱為彎曲應力)。該彎曲應力之殘留則將導致藉第2成形步驟減少第1成形步驟結束時所殘留之拉伸應力之效果之降低。為抑制彎曲應力之殘留，而須增大成形壓力。然而，最終成形品1之寬度W為15~30mm而較窄時，尤其需要較大之成形壓力。

因此，寬度W為15~30mm而較窄時，則使第4圖之第1模具50如第5圖所示而分割成襯墊55b、局部成形模具 56a。藉此，即可以襯墊55b與第2模具60夾持最終成形品1中構成外側縱壁部3b及外側凸緣部4b之部分，同時藉局部成形模具56a成形內側縱壁部3a及內側凸緣部4a。即，可藉襯墊55b與第2模具60壓緊鋼板90，而藉局部成形模具56a與第2模具60使鋼板90塑性變形而成形內側縱壁部3a及內側凸緣部4a。如此，即可避免彎曲應力殘留於頂板部2，而無須增加成形壓力。另，可藉安裝於壓製機80之小型油壓汽缸81朝第2模具60壓附襯墊55b。此係因僅以襯墊55b及第2模具60夾持鋼板90，故無須施加較大負載之故。

其次，一如第6圖所示，就第2成形步驟所使用之模具使用第2模具60、襯墊55a及局部成形模具56b，即可以襯墊55a及第2模具60夾持頂板部2及內側縱壁部3a，同時藉襯墊55a就內側凸緣部4a進行追加彎曲加工，並藉局部成形模具56b與第2模具60成形外側縱壁部3b及外側凸緣部4b。即，可藉襯墊55a與第2模具60壓緊第1成形步驟中製得之成形半成品，同時藉襯墊55a與第2模具60使內側凸緣部4a塑性變形而進行追加彎曲加工，並藉局部成形模具56b與第2模具60而使鋼板90塑性變形以成形外側縱壁部3b及外側凸緣部4b。藉此，而可不於頂板部2殘留彎曲應力。另，可藉安裝於壓製機80之小型油壓汽缸81壓附襯墊55a。此乃因內側凸緣部4a之追加彎曲無須施加較大負載之故。

如以上之說明，第1成形步驟中，以襯墊55a與第2模具60夾持頂板部2及內側縱壁部3a，同時藉局部成形模具56a成形頂板部2與內側縱壁部3a及內側凸緣部4a。其 次，第2成形步驟中，則藉襯墊55a進行第1成形步驟後之內側凸緣部4a之追加彎曲加工，並藉局部成形模具56b成形外側縱壁部3b及外側凸緣部4b。

如上而進行成形，即可更為提昇就內側凸緣部4a進行追加彎曲所致最終成形品1之翹曲及扭曲之減少之效果。尤其，在W為15~30mm時較為有效。

【實施例】

以下，將藉實施例進而說明本發明，但實施例中之條件乃為確認本發明之可實施性及效果而採用之一條件例，本發明並不受限於該一條件例。本發明在不逸脫本發明要旨而可達成本發明之目的之限度內，可採用各種條件。

(第1實施例)

已使用各種板厚、拉伸強度之鋼板，並藉本發明之方法進行壓製成形，而製成圖1、圖3及圖11a~圖11i所示之最終成形品1。

已就製成之最終成形品1全體進行翹曲及扭曲之評價如下。並已就各最終成形品1實測了圖1、圖3所示之4點P₀、Q₀、S₀、T₀之位置，並將其等之座標設為點P、Q、S、T。其次，將P₀=P、Q₀=Q、S₀=S之3點固定後之線段T₀T設為翹曲及扭曲量。即，完全未翹曲及扭曲時，將為P₀=P、Q₀=Q、S₀=S及T₀=T，故線段T₀T所代表之翹曲及扭曲量為0。另，圖11a~圖11i中之4點P₀、Q₀、S₀、T₀則以圖1及圖3為準。

評價結果顯示於表1。表1中，亦已列舉最終成形品1相當於圖1、圖3及圖11a~圖11i之何者、寬度W之值、使 用之鋼板之板厚、拉伸強度及追加彎曲角β、襯墊55a、55b之使用有無等。

由表1可知，已確認將追加彎曲角β設在本發明之範圍內，則即便將440~1600MPa之高強度鋼板成形為圖1、圖3及圖11a~圖11i所示之最終成形品1後，翹曲及扭曲量亦將與成形拉伸強度為390MPa之軟鋼板後相同，內側凸緣部4a、4-1a、4-2a亦未發生皺褶。另，已確認對翹曲及扭曲量造成影響之因子中，追加彎曲角β之影響極大。並已確認本發明之β之範圍內，可將翹曲及扭曲量抑制在17mm以下。又，亦已確認與非如本發明般分2階段進行成形而藉單次成形製得最終成形品1之習知例相較，發明例之翹曲及扭曲量已大幅減少。

尤其，亦一併確認了當W為15~30mm時，使用襯墊55a、55b之效果較佳。

另，已確認追加彎曲角β在本發明之下限之外時，翹曲及扭曲量大於成形440MPa之軟鋼板時。

且，已確認追加彎曲角β在本發明之上限之外時，翹曲及扭曲量與成形440MPa之軟鋼板後相同，但內側凸緣部4a、4-1a、4-1b發生了皺褶。

(第2實施例)

第7圖係顯示汽車車體之骨架結構之車頂外板加強件者。該零件一如第7圖所示，具有朝長向和緩彎曲之形狀(在最小半徑700mm~最大半徑1200mm之範圍內連續改變曲率之形狀)。

一旦壓製成形上述朝長向彎曲之車頂外板加強件，則在成形縱壁部3a時，將因頂板面上發生之板厚方向 之力矩與形成內側凸緣部4a時所發生之拉伸應力，而發生翹曲及扭曲。

因此，使用板厚1.0mm、拉伸強度980MPa之高強度鋼板而實施了前述第1成形步驟與第2成形步驟。實驗水準2-1係未如本發明般分2階段進行成形而藉單次成形製得最終成形品1之習知例。實驗水準2-2則為已實施本發明之第1成形步驟與第2成形步驟之發明例。先端部之回彈之測定結果(翹曲及扭曲量)顯示於表2。另，翹曲及扭曲量係藉以第1實施例為依據之方法而進行評價。

實驗水準3-1之習知例大幅發生了翹曲及扭曲。相對於此，實驗水準2-2之發明例則確認了藉實施第1成形步驟與第2成形步驟而可抑制翹曲及扭曲。

(第3實施例)

實際之零件中，一如前述第8圖所示而存在有凹口。且，存在有採用焊接或螺接等之組裝時所使用之接合座面或焊道形狀等。此係為避免在朝長向彎曲之部位上於組裝時與對象零件發生干擾之故。或者，目的在提昇強度等。

一旦壓製成形朝長向彎曲之零件，則在成形縱壁部3a時，將因頂板面上發生之鋼板之板厚方向之力矩與成形內側凸緣部4a時所發生之拉伸應力，而發生翹曲及扭曲。

因此，對板厚1.0mm、拉伸強度980MPa之高強度鋼板實施了前述第1成形步驟與第2成形步驟。實驗水準3-1係未如本發明般分2階段進行成形而藉單次成形製得最終成形品1之習知例。實驗水準3-2則為已對第8圖之虛線所示之範圍之內側凸緣部實施本發明之第1成形步驟與第2成形步驟之發明例。最終成形品1之翹曲及扭曲量之測定結果顯示於表3。另，翹曲及扭曲量係藉以第1實施例為依據之方法而進行評價。

實驗水準3-1之習知例已大幅發生翹曲及扭曲。相對於此，實驗水準3-2之發明例則已確認藉實施第1成形步驟與第2成形步驟而可抑制翹曲及扭曲。

(第4實施例)

於內側凸緣實施追加彎曲加工之範圍亦可為局部。因此，實驗水準4-2之發明例係已對第9圖中以虛線代表之範圍之內側凸緣部實施本發明之第1成形步驟與第2成形步驟者。最終成形品1之翹曲及扭曲量之測定結果顯示於表4。另，翹曲及扭曲量係藉以第1實施例為依據之方法而進行評價。且，並準備未如本發明般分2階段進行成形而藉單次成形製得最終成形品1之習知例作為實驗水準4-1，而一併進行評價。

實驗水準4-2之發明例已確認因實施第1成形步驟與第2成形步驟而抑制了翹曲及扭曲。相對於此，實驗水準4-1之習知例則大幅發生了翹曲及扭曲。

(第5實施例)

第10圖係顯示汽車車體之骨架結構之車頂外板加強件之局部者。一旦壓製成形上述朝長向彎曲之車頂外板加強件，則在成形縱壁部時，將因頂板面上發生之鋼板之板厚之力矩與形成內側凸緣部時所發生之拉伸應力，而發生翹曲及扭曲。

因此，對板厚1.0mm、拉伸強度980MPa等級之高強度鋼板實施了前述第1成形步驟與第2成形步驟。實驗水準6係未如本發明般分2階段進行成形而藉單次成形製得最終成形品1之習知例。實驗水準7則為已實施本發明之第1成形步驟與第2成形步驟之發明例。翹曲及扭曲量之測定結果顯示於表5。另，翹曲及扭曲量係藉以第1實施例為依據之方法而進行評價。

實驗水準6之習知例大幅發生了翹曲及扭曲。相對於此，實驗水準7之發明例則已確認藉實施第1成形步驟與第2成形步驟而可抑制翹曲及扭曲。

產業上之可利用性

如上所述，依據本發明，即可抑制包含頂板部、縱壁部及凸緣部並於長向上設有至少1個最小曲率半徑為50~2000mm之彎曲部之最終成形品1之翹曲及扭曲。因此，可減少最終成形品之尺寸精度瑕疵。故而，本發明之產業上之利用價值極高。

1‧‧‧最終成形品

2‧‧‧頂板部

3a、3b‧‧‧縱壁部

4a、4b‧‧‧凸緣部

5a、5b‧‧‧交集部

10‧‧‧彎曲部

H‧‧‧水平線

L1‧‧‧線段

L2、L3‧‧‧位置

Lo‧‧‧曲率中心軸

Lo’‧‧‧軸

O‧‧‧曲率中心

P₀、Q₀、S₀、T₀‧‧‧最終成形品之位置測定點

r‧‧‧位置

S1‧‧‧微小平面

W‧‧‧頂板部之寬度

α₁、α₂‧‧‧角度

β‧‧‧追加彎曲角

Claims (3)

1. 一種壓製成形方法，係用於壓製成形包含頂板部、縱壁部及凸緣部，並於長向上設有至少1彎曲部之最終成形品者，包含以下步驟：第1成形步驟，使用拉伸強度為440~1600MPa之高強度鋼板而形成頂板部、縱壁部、彎曲部及凸緣部時，在包含連結縱壁部與凸緣部之交集部與彎曲部之曲率中心之水平線並與前述高強度鋼板垂直之平面內，於交集部進行凸緣部之彎曲加工至凸緣部對前述水平線之角度為α₁為止；及第2成形步驟，於前述平面內，於交集部進行前述第1成形步驟後之凸緣部之追加彎曲加工至凸緣部對前述水平線之角度為α₂為止；於前述平面內，將彎曲部之曲率半徑設為R₀(mm)，並將凸緣部之長度設為b(mm)，代表應變之容許值之數值設為εcr，前述高強度鋼板之楊氏模數及拉伸強度則設為E(MPa)及σ_T(MPa)，α₁及α₂係以前述水平線為起點，並以凸緣部朝遠離頂板部之方向旋轉之方向為正向，當α₁>0，α₂≧0，α₁-α₂>0，R₀為50~2000mm及εcr為0~0.023時，作為α₁-α₂之追加彎曲角β，在【數1】中，係在下述範圍內，且，在【數2】中，係在下述範圍內。
2. 如申請專利範圍第1項之壓製成形方法，其中前述彎曲部係圓弧或連續地改變曲率之曲線。
3. 如申請專利範圍第1或2項之壓製成形方法，其中前述第1成形步驟及第2成形步驟之至少任一中，將對向之模具之一者分割為襯墊與局部成形模具，並藉襯墊與前述對向之模具之另一者壓緊鋼板，而藉局部成形模具與前述對向之模具之另一者使鋼板塑性變形。