TWI629120B - 擴孔加工方法、成形用具、及成形加工品 - Google Patents

Abstract

本擴孔加工方法具有：準備製程，準備成形用具及被加工材，該成形用具具有自前端側朝向後端側擴徑的擴徑部、及自前述擴徑部之表面朝向外方突出而形成的線狀突起；該被加工材形成有預留孔；及擴孔製程，以前述成形用具之前述線狀突起對於前述被加工材之前述預留孔之周緣部的一部分點接觸2次以上的方式，使前述成形用具壓入於前述預留孔並藉此逐步地擴大前述預留孔，而形成拉伸凸緣。

Description

擴孔加工方法、成形用具、及成形加工品

發明領域 本發明特別是有關於一種在汽車用的構件等施以沖壓成形之擴孔加工方法、成形用具、及成形加工品。 本案根據2015年9月3日於日本提出申請之特願2015-173669號、及2016年1月26日於日本提出申請之特願2016-012360號主張優先權，並將該等之內容援用於此。

發明背景 近年來，以汽車燃料費及提升碰撞安全性為目的而適用高強度鋼板的情形日益增加。偶爾要求汽車用構件具備複雜的形狀，且優異的加工性能、即拉伸性及擴孔性變得重要。

在擴孔加工中，是將從壓入的進行方向看時直徑自前方朝向後方擴大的成形用具，壓入於藉由沖孔加工或切削加工而事先設置有預留孔的被加工材之預留孔。接著， 將預留孔之周緣部朝成形用具之壓入方向拉伸並朝直徑方向擴大。藉由此加工方法，對被加工材形成突出為圓筒狀的拉伸凸緣。

成形之拉伸凸緣的厚度，是愈靠近拉伸凸緣的前端部分變得愈薄。這是由於前述前端部分相當於被加工材的周緣部，愈靠近前端部分，擴孔加工時的加工度愈大，且變形量愈大。因此，例如圖1所示，當使加工前的預留孔111藉由擴孔加工而形成擴大後的孔112及凸緣113時，在拉伸凸緣的前端部分即緣部114偶爾會產生拉伸凸緣裂痕115。

一般而言，鋼板之拉伸性及擴孔性是處於折衷關係，拉伸性佳的高強度鋼板其擴孔性普遍有低下的傾向。因此，已有藉由控制鋼的成分組成或組織，而謀求拉伸性及擴孔性的平衡之提案被提出(例如參照專利文獻1)。

另一方面，作為避免擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之加工技術，已有雷射切割法、磨削法等的加工法被提出(例如參照下述非專利文獻1、2)。然而，該等之方法耗費成本及工時，有生產性的問題。

先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開第2015-086415號公報

非專利文獻 非專利文獻1：白澤秀則等：鐵與鋼，Vol.71，No.16(1985)，p.1949 非專利文獻2：中川威雄等：塑性與加工，Vol.10，No.104(1969)，p.665

發明概要 發明欲解決之課題 於擴孔加工中，如同前述，在拉伸凸緣的前端部分偶爾會產生裂痕。特別是，拉伸性佳的高強度鋼板有擴孔加工變難的傾向。又，沖壓成形之擴孔加工與非專利文獻1、2記載的方法相比雖然有加工時間較短的優點，但當成形用具離型時，偶爾會發生變形的材料若干恢復原狀的稱作回彈的現象。

本發明是鑑於上述情況而作成者，並以如下內容之提供為課題：在拉伸凸緣的前端部分不產生裂痕且可抑制加工後的回彈之沖壓成形的擴孔加工方法、適合用於該擴孔加工方法的成形用具、進而是成形加工品。 用以解決課題之手段 要旨如下。

(1)本發明之第一態樣是一種擴孔加工方法，具有：準備製程，準備成形用具及被加工材，該成形用具具有自前端側朝向後端側擴徑的擴徑部、及自前述擴徑部之表面朝向外方突出而形成的線狀突起；該被加工材形成有預留孔；及擴孔製程，以前述成形用具之前述線狀突起對於前述被加工材之前述預留孔之周緣部的一部分點接觸2次以上的方式，使前述成形用具壓入於前述預留孔並藉此逐步地擴大前述預留孔，而形成拉伸凸緣。

(2)在如上述(1)之擴孔加工方法中，在前述擴孔製程中，亦可使前述成形用具以其壓入方向之中心軸線為中心而一邊旋轉一邊壓入於前述預留孔。

(3)本發明之第二態樣是一種如上述(1)或(2)之擴孔加工方法中所使用的成形用具，包含：自前端側朝向後端側擴徑的擴徑部；及自前述擴徑部之表面朝向外方突出而形成的線狀突起，當從前述前端側看時，前述線狀突起呈螺旋狀，當以包含前述擴徑部之中心軸線的截面看時，於前述擴徑部之其中一方之周面，前述線狀突起存在2個以上。 (4)在如上述(3)之成形用具中，前述線狀突起亦可覆蓋並延伸於前述本體部的表面。

(5)本發明之第三態樣是一種如上述(2)之擴孔加工方法中所使用的成形用具，包含：自前端側朝向後端側擴徑的擴徑部；自前述擴徑部之表面朝向外方突出而形成的線狀突起；及使前述擴徑部繞其中心軸線旋轉的旋轉機構。 (6)在如上述(5)之成形用具中，亦可是當從前述前端側看時，前述線狀突起呈直線狀。 (7)在如上述(5)之成形用具中，亦可是當從前述前端側看時，前述線狀突起呈螺旋狀。 (8)在如上述(5)~(7)中任一項之成形用具中，前述線狀突起亦可覆蓋並延伸於前述本體部的表面。

(9)本發明之第四態樣是一種成形加工品，具有藉由如上述(1)或(2)之擴孔加工方法所形成的拉伸凸緣。

發明效果 根據上述態樣，則即使是拉伸性佳的高強度鋼板亦可防止擴孔加工時之拉伸凸緣裂痕的發生，且可藉由抑制回彈而提升拉伸凸緣的形狀精確度。因此，對於廣泛的鋼種，皆適用於用以作成汽車用構件的拉伸凸緣加工等。又，有擴孔加工後之成形用具的離型變得容易的優點。

特別是，根據如上述(1)之擴孔加工方法，由於是以成形用具之線狀突起對於被加工材之預留孔之周緣部的一部分點接觸2次以上的方式，使成形用具壓入於預留孔並藉此逐步地擴大前述預留孔，故在拉伸性、收縮的發生，稱作斷裂的變形進行之前，線狀突起所施加的力量就已經釋放而回復到變形前的狀態，所以可抑制拉伸凸緣裂痕。進而，當著眼於被加工材之預留孔之周緣部的特定部位時，該特定部位是經過複數次負載、卸載、再負載的循環。因此，在該特定部位是達到與下述內容相同的加工狀態：成形完成時施以某種程度的應力解放，再施以複數次的矯正加工。因此，可抑制周緣部的回彈。 因此，可抑制拉伸凸緣裂痕及回彈。

根據如上述(2)之擴孔加工方法，由於是使成形用具一邊旋轉一邊壓入於前述預留孔，所以可藉由一次的沖壓而調整線狀突起對預留孔之特定部位點接觸的次數。 因此，可更確實地抑制在拉伸凸緣的前端部分的拉伸凸緣裂痕及回彈。

根據如上述(3)之成形用具，可藉由使成形用具壓入於預留孔而抑制拉伸凸緣裂痕及回彈。 根據如上述(4)之成形用具，由於在本體部的表面也設置線狀突起，所以可提高進行沖緣加工（burring）時的成形用具之離型性。

根據如上述(5)之成形用具，可藉由旋轉機構使成形用具一邊旋轉一邊壓入於預留孔而藉此抑制拉伸凸緣裂痕及回彈。又，由於藉由旋轉機構使成形用具旋轉，所以可使用直線狀的線狀突起、或圈數及條數不受限制的螺旋狀之線狀突起。因此，可降低成形用具的製造成本。 根據如上述(6)之成形用具，由於使用直線狀的線狀突起，所以可降低成形用具的製造成本。 根據如上述(7)之成形用具，由於使用圈數及條數不受限制的螺旋狀之線狀突起，所以可降低成形用具的製造成本。 根據如上述(8)之擴孔加工方法，由於本體部的表面也設置線狀突起，所以可提高進行沖緣加工時的成形用具之離型性。

根據如上述(9)之成形加工品，可得到無拉伸凸緣裂痕且具有高尺寸精確度之零件。

用以實施發明之形態 本案發明人等特別就高強度鋼板之沖壓成形的擴孔加工方法，專心探究了預防擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕並減低回彈的方法。結果發現，並非在擴孔加工時將預留孔擴大成同心圓狀，而是部分地逐漸擴大預留孔且逐步地進行擴孔加工為有效。

以下參照附圖詳細說明根據上述發現而作成之本發明。

在習知擴孔加工方法中，是如圖2A、圖2B所示，在使具有自前端側朝向後端側擴大直徑之擴徑部101的成形用具100，與形成於被加工材即鋼板110之圓形的預留孔111之周緣部全周接觸的狀態下，以成形用具100壓入預留孔111。藉此，使預留孔111擴大成同心圓狀，並形成孔112。 隨著成形用具100插入於預留孔，鋼板110之預留孔111及其周緣部是朝向成形用具100的前端側被推出而形成突出部。在此，成形用具100的前端側是意指將成形用具100插入於預留孔111時，最先靠近預留孔的一側。

圖3是就圖2A、圖2B所示之習知擴孔加工方法中的加工時間點T1~T4，以橫軸為角度位置、以縱軸為指標σn顯示的圖表。 加工時間點T1是擴孔加工剛開始的時間點，加工時間點T2是從加工時間點T1起經過時間t1後的時間點，加工時間點T3是從加工時間點T2起經過時間t2後的時間點，加工時間點T4是從加工時間點T3起經過時間t3後的時間點。時間t1~t3並非必為固定。 角度位置是以成形用具之平面圖中的中心點(中心軸線)為基準的角度位置。 指標σn是成形用具按壓鋼板的每單位面積之載重向量σcone的大小。

如圖3所示，在習知擴孔加工方法中，於各個加工時間點之指標σn在任一角度位置都是固定的值。再者，由於鋼板之加工硬化量隨著加工時間點朝T1~T4前進而變大，所以指標σn的值緩慢地升高。

作為擴徑部101的形狀，由於只要自前端側朝向後端側擴大直徑即可，所以可適當地使用圓錐形狀、圓錐台形狀、砲彈形狀等。擴徑部101不限定於該等之形狀。 再者，本說明書中的擴徑部是意指：與成形用具之中心軸線垂直的截面，其輪廓的直徑或圓當量直徑隨著自前端側朝向後端側而擴大的部位。

再者，在說明擴孔加工方法的圖中，僅圖示成形用具及鋼板，省略了沖模及壓料板等。該等被省略之裝置只要使用一般者即可。

對此，本發明之一實施形態之擴孔加工方法，其特徵在於包含準備成形用具與鋼板的準備製程，及使拉伸凸緣形成於鋼板的擴孔製程，在擴孔製程中，是以成形用具之線狀突起對於形成於鋼板之預留孔之周緣部的一部分點接觸2次以上的方式，使成形用具壓入於預留孔並藉此逐步地擴大預留孔。 本說明書中，所謂「對於周緣部的一部分點接觸」，是排除「對於周緣部的全周同時接觸」者，並且容許在有限面積的接觸。 以下，運用具體的例子更詳細地說明。

在本實施形態之擴孔加工方法中，可使用圖4A~圖4C所示之成形用具10。圖4A是平面圖，圖4B是側面圖，圖4C是沿著圖4A的A1-A1線所得的截面圖。 該成形用具10是如圖4A~圖4C所示，包含：圓錐台形狀的擴徑部11；自擴徑部11的表面朝向外方突出的螺旋狀之線狀突起12；形成於擴徑部11後端側的圓柱形狀之本體部13；形成於擴徑部11之前端側的頂部14；形成於本體部13之後端側的底部15；及設置於底部15的把持部16。

根據該成形用具10，當從前端側看時線狀突起12設置為螺旋狀，且該線狀突起12是當以包含擴徑部11之中心軸線的截面看時，於擴徑部之其中一方之周面，線狀突起存在2個以上。 因此，由於擴徑部11的水平截面不是圓形，當使用該成形用具10壓入圓形的預留孔S1時，並非預留孔S1之周緣部全周與成形用具10接觸，而是周緣部的一部分與成形用具10點接觸。即，線狀突起12點接觸於預留孔S1之周緣部的一部分。且，藉由壓入該成形用具10，可使線狀突起對於被加工材S之預留孔S1之周緣部的一部分點接觸2次以上。

更具體地說，是如圖5A、圖5B所示，在使成形用具10與形成於被加工材即鋼板S的圓形之預留孔S1的周緣部接觸的狀態下，藉由將成形用具10壓入預留孔S1並擴大預留孔S1，而可得到成形加工品。

圖6A~圖6E是成形用具10與線狀突起12的關係之變化之示意圖，圖6A是成形用具10的側面圖，圖6B~圖6E各是圖6A所顯示的成形用具10之A-A線箭頭視圖、B-B線箭頭視圖、C-C線箭頭視圖、D-D線箭頭視圖、E-E線箭頭視圖。於圖6B~圖6E所示之截面圖中，斜線區域顯示了成形用具10的截面，而其外形曲線則是圖5A、圖5B中顯示的與鋼板S接觸的部位。 在使用如圖2A、圖2B所示習知成形用具100的擴孔加工方法中，預留孔111會維持原本的圓形而被擴大，但在本實施形態之擴孔加工方法中，由於各截面之線狀突起12會優先與鋼板S接觸，所以成形途中的孔形狀為非圓形。 在擴孔加工時，由於螺旋狀的線狀突起12點接觸於鋼板S的一部分，所以鋼板S的一部分被成形用具10推壓，且預留孔111部分地被擴大。隨著成形用具10進行，會從圖6B朝圖6E依序轉移，成形用具10與鋼板S的接觸位置產生變化，而逐步地擴大預留孔111。結果，可使之形成拉伸凸緣且不產生擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕。

圖6B是擴孔加工初期的階段，在預留孔S1的周緣部當中，圖中左側雖然與設置於成形用具10之螺旋形狀的線狀突起12接觸，但在預留孔S1當中，與線狀突起12接觸的部位之相鄰的部位則不與成形用具10接觸。因此，在預留孔的圖中左側集中地施加被成形用具10推壓擴大之力。之後，成形用具10對鋼板S相對地移動，當成為圖6C的狀態時，由於預留孔的圖中右側與設置於成形用具10之螺旋形狀的線狀突起12接觸，所以在圖中右側，是集中地施加被成形用具10推壓擴大之力。在圖6B、圖6C之間，由於預留孔111的周緣部與成形用具10接觸的位置，是伴隨著成形用具10的移動而連續地變化，所以預留孔111的周緣部當中集中地承受被成形用具10推壓擴大之力之處也會連續地變化。以下，圖6D、圖6E也是同樣地進行擴孔加工。

圖7是就本實施形態之擴孔加工方法中的加工時間點T1~T4，以角度位置為橫軸、以指標σn為縱軸顯示的圖表。 如圖7所示，在加工時間點T1中，於90度位置發生指標σn的尖峰，且隨著前進到加工時間點T2~T4，指標σn的尖峰移動到180度、270度、360度。再者，尖峰之所以隨著從加工時間點T1前進到加工時間點T4而緩慢地升高，是因為受到被加工板之加工硬化的影響。

根據本實施形態之擴孔加工方法，擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕不產生的理由如下。即，若根據習知擴孔加工方法，則如圖3所示，加工中，鋼板110之預留孔111的周緣部全周常時被持續賦予拉伸應力，周緣部一樣地拉伸。若進一步被持續賦予拉伸應力，周緣部的一部分就會產生收縮，最終產生拉伸凸緣裂痕。 另一方面，根據本發明之加工方法，則如圖7所示，在加工中的某個時刻，鋼板S之預留孔S1的周緣部當中被施加力量之處是周緣部的一部分，且被施加力量之處是與時刻的變化一同產生變化。即，被賦予拉伸應力之處是周緣部的一部分，進而，該處在產生收縮所引起的斷裂之前拉伸應力就被解放，且拉伸應力被賦予在他處。因此，即使被施加力量，由於拉伸、收縮的發生、稱作斷裂的變形進行之前，力量就被釋放而回復到變形前的狀態，所以可抑制拉伸凸緣裂痕。

進而，在本實施形態之擴孔加工方法中，由於在加工中被施加力量的僅有鋼板S之預留孔S1之周緣部的一部分，且該部位是隨著成形進行而移動，所以當著眼於被加工之周緣部的特定部位時，該特定部位是經過複數次負載、卸載、再負載的循環。因此，在該特定部位是達到與成形完成時施以某種程度的應力解放、再施以複數次的矯正加工相同的加工狀態。因此，可抑制周緣部的回彈。藉此，提升拉伸凸緣的形狀精確度。 又，當加工結束時，成形用具10與預留孔S1之周緣部僅接觸一部分時，成形用具10之離型變得容易。

在本實施形態之擴孔加工方法中，不限於上述形狀之成形用具10，而可使用各種變形例之成形用具。以下，為簡化說明，就已以成形用具10說明過的構成使用相同的參照編號。

第一變形例之成形用具10A是如圖8A~圖8C所示，兩根線狀突起12a、12b在擴徑部11表面彼此朝同一方向形成為螺旋狀。圖8A是平面圖，圖8B是側面圖，圖8C是沿著圖8A的B1-B1線所得的截面圖。

圖9是就使用第一變形例之成形用具10A的擴孔加工方法中的加工時間點T1~T4，以角度位置為橫軸、以指標σn為縱軸顯示的圖表。如該圖表所示，當使用第一變形例之成形用具10A時，由於同一截面內之指標σn的尖峰之數量可為兩個，所以可更提高擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之預防效果，及減低回彈的效果。

第二變形例之成形用具10B是如圖10A~圖10C所示，兩根線狀突起12c、12d在擴徑部11表面彼此朝反方向形成為螺旋狀。圖10A是平面圖，圖10B是側面圖，圖10C是沿著圖10A的C1-C1線所得的截面圖。

圖11是就使用第二變形例之成形用具10B的擴孔加工方法中的加工時間點T1~T4，以角度位置為橫軸、以指標σn為縱軸顯示的圖表。如該圖表所示，由於當使用第二變形例之成形用具10B時，亦與第一變形例之成形用具10A一樣，可增加同一截面內之指標σn的尖峰之數量，所以可更提高擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之預防效果，及減低回彈的效果。

第三變形例之成形用具10C是如圖12A~圖12C所示，三根線狀突起12e、12f、12g在擴徑部11表面彼此朝同一方向形成為螺旋狀。圖12A是平面圖，圖12B是側面圖，圖12C是沿著圖12A的D1-D1線所得的截面圖。

圖13是就使用第三變形例之成形用具10C的擴孔加工方法中的加工時間點T1~T4，以角度位置為橫軸、以指標σn為縱軸顯示的圖表。如該圖表所示，當使用第三變形例之成形用具10C時，由於同一截面內之指標σn的尖峰之數量可為三個，所以可更提高擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之預防效果，及減低回彈的效果。

第四變形例之成形用具10D是如圖14A~圖14C所示，四根線狀突起12h、12i、12j、12k在擴徑部11表面每兩根朝反方向形成為螺旋狀。圖14A是平面圖，圖14B是側面圖，圖14C是沿著圖14A的E1-E1線所得的截面圖。

圖15是就使用第四變形例之成形用具10D的擴孔加工方法中的加工時間點T1~T4，以角度位置為橫軸、以指標σn為縱軸顯示的圖表。如該圖表所示，當使用第四變形例之成形用具10D時，由於同一截面內之指標σn的尖峰之數量可為四個，所以可更提高擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之預防效果，及減低回彈的效果。

在上述之成形用具10及10A~10D中，皆是螺旋形狀的線狀突起12設置單數個或是複數個於圓錐狀的擴徑部11之構成。然而，本發明的本質是在於下述的點：伴隨著成形用具對鋼板S相對地移動，成形用具所接觸的鋼板S之預留孔S1之周緣部的部位會產生變化，並藉此逐步地推壓擴大預留孔S1。即，只要是可實現此點的成形用具即可，不限定於特別具有螺旋形狀之線狀突起者。 只要是從成形用具之前端側俯視時，從中心看的任意方向存在有線狀突起的形狀，則伴隨著成形用具的移動，成形用具所接觸的鋼板S之預留孔S1之周緣部的部位就會產生變化，並可逐步地推壓擴大預留孔。由於欲成形之拉伸凸緣的形狀可根據設置於成形用具之線狀突起的形狀而改變，所以只要依希望的拉伸凸緣形狀適宜調整線狀突起的形狀即可。因此，亦可使用如圖16A~圖16C所示變形例之成形用具10E~10G。 再者，在圖16A~圖16C所示變形例中，是將四角錐台形狀的擴徑部11’作為擴徑部11使用，將設置於擴徑部11’後端的四角柱形狀之本體部13’作為本體部13使用，並將形成於擴徑部11’前端側的四角形之頂部14’作為頂部14使用。

在第五變形例之成形用具10E中，是如圖16A所示，分離的複數個線狀突起12l對成形用具10E的軸方向傾斜而形成於擴徑部11’及本體部13’的表面。 在第六變形例之成形用具10F中，是如圖16B所示，複數個線狀突起12m對成形用具10F的軸方向傾斜而彼此平行地形成於擴徑部11’及本體部13’的表面。在此變形例中，由於形成於角隅部的線狀突起12m對成形用具10F的軸方向傾斜而形成，所以可得到本發明的效果。 在第七變形例之成形用具10G中，是如圖16C所示，單一的線狀突起12n呈螺旋狀地設置於擴徑部11’及本體部13’的表面。

在圖16A~圖16C所示第五~第七變形例之成形用具10E、10F、10G中，亦與成形用具10相同地，伴隨著成形用具10E~10G對金屬材相對地移動，線狀突起12l、12m、12n所接觸的鋼板S之預留孔S1之周緣部的部位會產生變化，並藉此逐步地推壓擴大預留孔S1。藉此，被賦予拉伸應力之處是周緣部的一部分，進而，該處在產生收縮之前拉伸應力就被解放，且拉伸應力被賦予在他處。因此，即使被施加力量，由於拉伸、收縮的發生、稱作斷裂的變形進行之前，力量就被釋放而回復到變形前的狀態，所以可抑制擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕。

在本實施形態之擴孔加工方法中，亦可使成形用具以壓入方向之中心軸線為中心而一邊旋轉一邊壓入於預留孔，並藉此擴大預留孔。在此情形下，從藉由一次的沖壓即可調整線狀突起12抵接於預留孔的次數的點來看是較理想的。即，如圖5A、圖5B所示，當不旋轉而壓入時，預留孔之預定角度位置上的線狀突起之接觸次數為4次左右，但若使成形用具10旋轉而壓入，則可因應旋轉速度而增減其接觸次數。

如此，當使成形用具10一邊旋轉一邊擴大鋼板S之預留孔S1時，由於藉由旋轉，鋼板S之預留孔S1之周緣部之與成形用具10接觸的位置逐步地產生變化，所以不必將線狀突起12設置成螺旋狀，或是將複數個線狀突起12朝成形用具10的圓周方向均等地設置。 因此，例如，可使用如圖17A~圖17C所示第八變形例之成形用具10H。 該成形用具10H是6根線狀突起12o呈直線狀地形成於擴徑部11，並且，使成形用具10H旋轉的旋轉機構R設置於把持部16。藉由該旋轉機構R，成形用具10H伴隨著對鋼板S相對地移動，而使成形用具10H旋轉。再者，旋轉機構R只要可使線狀突起12o旋轉即可，不限定於設置在把持部16之形態者。

圖18是就使第八變形例之成形用具10H一邊旋轉一邊擴大預留孔的加工方法中的加工時間點T1~T4，以角度位置為橫軸、以指標σn為縱軸顯示的圖表。如該圖表所示，在使第八變形例之成形用具10H一邊旋轉一邊擴大預留孔的加工方法中，是藉由設置直線狀的線狀突起12o於擴徑部11，而使成形用具10H與鋼板S之預留孔S1的一部分接觸。之後，藉由使成形用具10H伴隨著對鋼板S相對地移動而旋轉，預留孔S1的周緣部中與成形用具接觸之處，會伴隨著擴孔加工而移動。 即，被賦予拉伸應力之處是周緣部的一部分，進而，該處在產生收縮之前拉伸應力就被解放，且拉伸應力被賦予在他處。因此，即使被施加力量，由於在拉伸、收縮的發生、稱作斷裂的變形進行之前，力量就被釋放而回復到變形前的狀態，所以可抑制擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕。

當使成形用具10H旋轉時，可藉由控制旋轉數而調整同一截面內之指標σn的尖峰之移動速度。因此，藉由使用單一的成形用具10H便可採用對應鋼板S之材料特性的適當之旋轉速度，可確實地提高擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之預防效果，及減低回彈的效果。進而，由於可縮短成形用具10H的衝程，所以也有不必使用大型沖壓機的優點。

再者，本實施形態之擴孔加工方法所使用的成形用具10中雖具有本體部13，但本體部13並非必須，亦可於擴徑部11的底面直接設置把持部16。 只不過，若具有本體部13，從可進行推壓擴大加工中的拉伸凸緣、特別是前端部，均一地修整拉伸凸緣之內徑的沖緣加工的點來看是較理想的。

若成形用具10具有本體部13，則線狀突起12亦可以緊接著擴徑部11連續至本體部13的方式設置。即，可使用圖19A~圖19C所示第九變形例之成形用具10I、圖20A~圖20C所示第十變形例之成形用具10J、圖21A~圖21C所示第十一變形例之成形用具10K。

在第九變形例之成形用具10I中，是如圖19A~圖19C所示，線狀突起12於本體部13的表面亦連續地形成為螺旋狀。 圖19A是平面圖，圖19B是側面圖，圖19C是沿著圖19A的G1-G1線所得的截面圖。

第十變形例之成形用具10J是如圖20A~圖20C所示，線狀突起12於本體部13的表面連續地形成為與成形用具10J之軸方向平行的直線狀。 圖20A是平面圖，圖20B是側面圖，圖20C是沿著圖20A的H1-H1線所得的截面圖。

第十一變形例之成形用具10K是如圖21A~圖21C所示，直線狀地形成於擴徑部11的線狀突起12延長地形成至本體部13。 圖21A是平面圖，圖21B是側面圖，圖21C是沿著圖21A的I1-I1線所得的截面圖。

如第九變形例~第十一變形例所示，當線狀突起12形成至本體部時，加工完成後的預留孔S1與成形用具10I、10J、10K接觸的面積變小。因此，除了藉由回彈的減低而使離型變容易的效果，還可得到使離型更進一步變容易的效果。

在本實施形態之擴孔加工方法中，是就使用把持部16設置於後端、即底部15的成形用具10並將把持部16壓入藉此進行擴孔加工的情形加以說明。然而，如顯示於圖22A~圖22C之第十二變形例所示，亦可使用把持部16’設置於頂部14的成形用具10L，將把持部16’朝預留孔拉入並藉此進行擴孔加工。

再者，沖壓成形之擴孔加工的所需時間為1秒左右。從生產性的觀點思考，這是短暫的時間，但若從所謂材料變形速度的觀點思考，並不是那麼短暫的時間。也就是說，相對於加工中的鋼板S被賦予拉伸應力而產生收縮之前該力量就被釋放並回復到變形前的狀態的這個變化而言，所謂1秒的加工時間可想作是充分的時間。

又，線狀突起12與預留孔S1之同一處接觸的次數若在2次以上，由於可重複該處之拉伸應力的負荷及解放複數次，所以可得到擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之預防效果，及減低回彈的效果。 只不過，線狀突起12與預留孔S1之同一處接觸的次數若超過10次，重複拉伸應力之負荷及解放的間隔會縮短，變得難以得到上述效果。因此，線狀突起12與預留孔S1之同一處接觸的次數宜在10次以下。

以上，根據本發明的實施形態及變形例說明了本發明的具體例，但本發明並非限定於該等之例示者。本發明是包含將如上所例示之具體例進行多種變形、變更者。

被加工板不限於鋼板，可使用鋁板或鈦板等的金屬板、FRP或FRTP等的玻璃纖維強化塑膠板、進而是該等之複合板。 又，亦可將鋼管等中空的筒狀構件當作被加工板。

線狀突起12的截面形狀亦可採用半圓以外的形狀。只不過，線狀突起12是藉由擴孔加工而用以形成拉伸凸緣者，所以在與預留孔的周緣部接觸之處，宜為不具有銳角部。 線狀突起12的截面形狀宜為與預留孔的周緣部接觸之處至少是曲率半徑0.1mm以上的圓弧形狀。 關於線狀突起12之突出高度，雖非隨其與預留孔的尺寸關係而變化者，但亦可形成為自前端側朝向後端側漸減。

擴徑部11的斜度亦可是自前端部至後端部為不固定，或是在途中產生變化。亦可是直徑在擴徑部11與本體部13之間平緩地變化的形狀。

形成於擴徑部11之前端側的頂部14不必為平面，亦可為曲面。

預留孔S1的形狀不限於圓或四方，亦可是橢圓形或其他多角形。 又，俯視成形用具10時的投影形狀亦不限於圓或四方，亦可是橢圓形或其他多角形。

(實施例A) 進行實驗以確認本發明之擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕防止效果及回彈減低效果。作為鋼板S(被加工材)，準備了板厚2.4mm之780MPa級的高強度熱軋鋼板。

對於鋼板S，事先藉由沖孔加工而設置各種大小、形狀的預留孔。對於預留孔，以10mm/秒的速度壓入各種成形用具並藉此進行擴孔加工。

關於擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕評價，是藉由如下方式而評價：各別就具有線狀突起的發明例及不具有線狀突起的比較例，以1mm為單位逐漸縮小預留孔的大小，觀察預留孔縮小到何種程度都不會產生拉伸凸緣裂痕。

關於回彈，若本發明例及比較例的預留孔大小不一致則不公平，且，當產生拉伸凸緣裂痕時則無法評價回彈，因此以比較例中產生拉伸凸緣裂痕的預留孔大小分別以發明例‧比較例進行擴孔加工，並將成形用具的截面積與孔面積的比率作為K值(K值=離型後的孔面積/成形用具的平面圖投影面積)而評價。

將各種實驗例中所使用之成形用具的形狀、成形用具的尺寸、預留孔的尺寸、旋轉速度、發生拉伸凸緣裂痕的預留孔的尺寸、K值、及離型性評價的結果顯示於表1~表3。

在發明例1-1中是使用圖4B所示具有一根線狀突起的成形用具，在發明例1-2中是使用圖12B所示具有三根線狀突起的成形用具。 在比較例1中是使用從圖4B或圖12B顯示的成形用具去除了線狀突起的成形用具。 如同表1所示，在不具有線狀突起的比較例1的情形中，當預留孔尺寸為50mm時發生了拉伸凸緣裂痕，而在具有線狀突起的發明例1-1、1-2中，分別在預留孔尺寸為35mm、31mm時發生了拉伸凸緣裂痕。即，可確認藉由設置線狀突起可得到優異的裂痕抑制效果。 進而，在發明例1-1、1-2中，與比較例1相比可得到較高的K值。即，可確認藉由具有線狀突起可得到優異的回彈抑制效果。 更進而，在發明例1-1、1-2中，藉由減低回彈，當抽出成形用具時，並未產生鋼板S的孔緣部咬住成形用具而難以抽離的情況。即，亦認識到離型性的提升。

在發明例2-1中是使用圖16A所示之成形用具，在發明例2-2中是使用圖16B所示之成形用具，在發明例2-3中是使用圖16C所示之成形用具。 在比較例2中是使用從圖16A、圖16B、以及圖16C顯示的成形用具去除了線狀突起的成形用具。 如同表2所示，即使是在使用具有四角錐台形狀之擴徑部的成形用具的情形下，亦可確認藉由具有線狀突起，可發揮優異的裂痕抑制效果及回彈減低效果。 更進而，在發明例2-1、發明例2-2、發明例2-3中，藉由減低回彈，當抽出成形用具時，並未產生鋼板S的孔緣部咬住成形用具而難以抽離的情況。即，亦認識到離型性的提升。

在發明例3-1中是使用圖17B所示之成形用具，在發明例3-2中是使用圖21B所示之成形用具，並將組裝於模具內之馬達的驅動力藉由齒輪傳達機構而傳達至成形用具的把持部，藉此使成形用具一邊旋轉一邊進行擴孔加工。 在比較例3-1、比較例3-2中是使用從圖17B、圖21B顯示的成形用具去除了線狀突起的成形用具，並將組裝於模具內之馬達的驅動力藉由齒輪傳達機構而傳達至成形用具的把持部，藉此使成形用具一邊旋轉一邊進行擴孔加工。 如同表3所示，即使是在使用具有直線狀之線狀突起的成形用具的情形下，亦可確認藉由一邊旋轉一邊進行擴孔加工，可發揮優異的裂痕抑制效果及回彈減低效果。 更進而，在發明例3-1、發明例3-2中，藉由減低回彈，當抽出成形用具時，並未產生鋼板S的孔緣部咬住成形用具而難以抽離的情況。即，亦認識到離型性的提升。特別是，於發明例3-2，由於本體部也設置有線狀突起，所以可得到更優異的離型性。

(實施例B) 進行實驗以確認成形用具之線狀突起的條數及節距對擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕防止效果及回彈減低效果的影響。

以圖4A~圖4C所示之本發明例的成形用具為基礎，將螺旋角度固定在45度並且變更線狀突起的條數而進行擴孔加工。

在此，將使用線狀突起的逐步成形適當地進行的數值指標δ定義如下。當於某個時刻觀測指標σn的分布時，假設指標σn的最大值為σmax，最小值為σmin，則定義為： δ=|σmax-σmin|/σmax 上述δ可取0.0＜δ＜1.0範圍之值。由於δ=0.0時，σmax=σmin，所以不會發生指標σn的峰與谷之差，因此部分的成形用具與鋼板S的接觸未發生，未實施逐步成形。若δ=1.0則σmin=0.0[MPa]，表示在產生指標σn=σmax之處進行部分的接觸。據上述，表示δ愈接近1.0愈發生部分的接觸而適當地進行逐步成形，又δ愈接近0.0愈產生連續的廣範圍接觸而未達到逐步成形。

圖24顯示使用條數為0~12的成形用具進行擴孔加工時指標δ的變化。當以條數為0的成形用具，即比較例之成形用具進行沖緣成形時，由於是在孔緣全域發生相等的指標σn，所以δ=0.0。 在逐步沖緣成形用具上僅設置1條線狀突起便取得δ＞0.70以上的高值。只不過以該成形用具的形狀水準而言，在1條螺旋、2條螺旋的情形下，偶爾也會接觸到線狀突起以外的基面(圓錐面)，而停留在比δ=1.0還低的值。 以大於3條的螺旋數而言，由於是理想地實現多點接觸而進行逐步成形，所以接近δ=1.0。若條數逐漸增加則δ逐漸下降。這是意指當接觸點逐漸增加時，非零值的σmin會接近σmax之值，而未在指標σn的分布上形成充分的谷，因此並未充分地顯現出逐步成形。

據上述，螺旋之條數即接觸點之數量過多時，則無法充分地實現逐步成形，又，過少則產生在線狀突起以外的接觸，而與設想的逐步成形條件偏離。即，可逐步成形的接觸部位之數量是被限定在某個範圍內。

又，圖25顯示指標δ受到螺旋節距之影響的評價結果。螺旋條數維持3條並變化節距。由於螺旋節距=0.0的成形用具之形狀與無線狀突起的圓錐沖頭形狀一致，所以δ=0.0。若螺旋節距範圍較小則線狀突起密集，在該等線狀突起的峰與峰之間未發生充分的指標σn的谷，所以成為不適合作為逐步成形的狀況。若逐漸加大螺旋節距，由於緩慢地在指標σn的分布上逐漸發生峰與谷，所以δ會漸增而接近1.0。若節距大，因為與基面的接觸可能性升高，所以作為逐步成形的適當度會降低。

據上述，當接觸點的數量為固定並變更螺旋節距時，若過小，由於無法實現在線狀突起近旁的部分接觸並偏離逐步成形，而接近於使用圓錐沖頭的擴孔加工，所以無法適當地實施逐步成形。若螺旋節距範圍較大則容易產生在線狀突起以外的接觸，作為逐步成形的適當度會降低。即，可逐步成形的接觸部位的螺旋節距是被限定在某個範圍內。

產業上之可利用性 根據本發明，即使是拉伸性佳的高強度鋼板，亦可預防擴孔加工時的拉伸凸緣裂痕之發生，且，可藉由回彈的抑制而提升拉伸凸緣的形狀精確度。

10、10A~10L‧‧‧成形用具

11、11’‧‧‧擴徑部

12、12a~12o‧‧‧線狀突起

13、13’‧‧‧本體部

14、14’‧‧‧頂部

15‧‧‧底部

16、16’‧‧‧把持部

100‧‧‧成形用具

101‧‧‧擴徑部

110‧‧‧鋼板(被加工材)

111‧‧‧預留孔

112‧‧‧孔

113‧‧‧凸緣

114‧‧‧緣部

115‧‧‧拉伸凸緣裂痕

R‧‧‧旋轉機構

S‧‧‧鋼板(被加工材)

S1‧‧‧預留孔

T1~T4‧‧‧加工時間點

t1~t3‧‧‧時間

σ、σn、δ‧‧‧指標

圖1是顯示使用習知擴孔加工方法產生的板材之緣部之裂痕的立體圖。 圖2A是說明習知擴孔加工方法的圖，且是顯示擴孔加工前的狀態的部分截面圖。 圖2B是說明習知擴孔加工方法的圖，且是顯示擴孔加工完成時的狀態的部分截面圖。 圖3是關於習知擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖4A是本發明之一實施形態之擴孔加工方法中使用的成形用具之平面圖。 圖4B是同成形用具之側面圖。 圖4C是沿著圖4A的A1-A1線所得的同成形用具之截面圖。 圖5A是顯示使用同成形用具的擴孔加工方法中，擴孔加工前的狀態的部分截面圖。 圖5B是顯示使用同成形用具的擴孔加工方法中，擴孔加工完成時的狀態的部分截面圖。 圖6A是用以說明同成形用具與線狀突起的關係之變化的側面圖。 圖6B是圖6A的A-A線箭頭視圖。 圖6C是圖6A的B-B線箭頭視圖。 圖6D是圖6A的C-C線箭頭視圖。 圖6E是圖6A的D-D線箭頭視圖。 圖7是關於同實施形態之擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖8A是第一變形例之成形用具的平面圖。 圖8B是同成形用具的側面圖。 圖8C是沿著圖8A的B1-B1線所得的同成形用具之截面圖。 圖9是有關使用第一變形例之成形用具的擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖10A是第二變形例之成形用具的平面圖。 圖10B是同成形用具的側面圖。 圖10C是沿著圖10A的C1-C1線所得的同成形用具之截面圖。 圖11是關於使用第二變形例之成形用具的擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖12A是第三變形例之成形用具的平面圖。 圖12B是同成形用具的側面圖。 圖12C是沿著圖12A的D1-D1線所得的同成形用具之截面圖。 圖13是關於使用第三變形例之成形用具的擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖14A是第四變形例之成形用具的平面圖。 圖14B是同成形用具的側面圖。 圖14C是沿著圖14A的E1-E1線所得的同成形用具之截面圖。 圖15是關於使用第四變形例之成形用具的擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖16A是第五變形例之成形用具的立體圖。 圖16B是第六變形例之成形用具的立體圖。 圖16C是第七變形例之成形用具的立體圖。 圖17A是第八變形例之成形用具的平面圖。 圖17B是同成形用具的側面圖。 圖17C是沿著圖17A的F1-F1線所得的同成形用具之截面圖。 圖18是關於使用第八變形例之成形用具的擴孔加工方法，並且沿著時序顯示成形用具的角度位置與指標σn的關係的圖表。 圖19A是第九變形例之成形用具的平面圖。 圖19B是同成形用具的側面圖。 圖19C是沿著圖19A的G1-G1線所得的同成形用具之截面圖。 圖20A是第十變形例之成形用具的平面圖。 圖20B是同成形用具的側面圖。 圖20C是沿著圖20A的H1-H1線所得的同成形用具之截面圖。 圖21A是第十一變形例之成形用具的平面圖。 圖21B是同成形用具的側面圖。 圖21C是沿著圖21A的I1-I1線所得的同成形用具之截面圖。 圖22A是第十二變形例之成形用具的平面圖。 圖22B是同成形用具的側面圖。 圖22C是沿著圖22A的J1-J1線所得的同成形用具之截面圖。 圖23A是顯示使用同成形用具的擴孔加工方法中，擴孔加工前的狀態的部分截面圖。 圖23B是顯示使用同成形用具的擴孔加工方法中，擴孔加工完成時的狀態的部分截面圖。 圖24是以線狀突起的條數為橫軸、以指標σ為縱軸的圖表。 圖25是以線狀突起的節距為橫軸、以指標σ為縱軸的圖表。

Claims (6)

1. 一種擴孔加工方法，其特徵在於具有：準備製程，準備成形用具及被加工材，該成形用具具有自前端側朝向後端側擴徑的擴徑部、及形成為自前述擴徑部之表面朝向外方突出，並且當從前述前端側看時為螺旋狀的線狀突起，該被加工材形成有預留孔；及擴孔製程，以前述成形用具之前述線狀突起對於前述被加工材之前述預留孔之周緣部的一部分點接觸2次以上的方式，使前述成形用具壓入於前述預留孔並藉此逐步地擴大前述預留孔，而形成拉伸凸緣。
2. 如請求項1之擴孔加工方法，其在前述擴孔製程中，是使前述成形用具以其壓入方向之中心軸線為中心而一邊旋轉一邊壓入於前述預留孔。
3. 一種成形用具，是一種如請求項1或2之擴孔加工方法中所使用的成形用具，其特徵在於包含：自前端側朝向後端側擴徑的擴徑部；及自前述擴徑部之表面朝向外方突出而形成的線狀突起，當從前述前端側看時，前述線狀突起呈螺旋狀，當以包含前述擴徑部之中心軸線的截面看時，於前述擴徑部之其中一方之周面，前述線狀突起存在2個以上。
4. 如請求項3之成形用具，其中前述擴徑部的後端側形成有本體部，且前述線狀突起覆蓋並拉伸於前述本體部的表面。
5. 如請求項3或4之成形用具，其中更包含使前述擴徑部繞其中心軸線旋轉的旋轉機構。
6. 一種成形加工品，具有藉由如請求項1或2之擴孔加工方法所形成的拉伸凸緣。