冲压成形方法、使用了该冲压成形方法的部件的制造方法以及使用该冲压成形方法制造的部件

摘要

本发明抑制以高强度的金属板冲压成形向宽度方向弯曲的部件时的因收缩凸缘变形而导致的褶皱的产生及因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的产生。冲压成形方法的特征在于，在以平板状的坯料冲压成形具有帽形或コ字形的截面形状并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件时，经具有顶板部、上端部经由圆角部而与该顶板部的两侧端部相连的纵壁部、和内侧端部经由圆角部而与这些纵壁部的下端部相连的凸缘部的帽形的截面形状，来拉深成形为帽形或コ字形的截面形状，在该拉深成形时，发生使在上述弯曲部的上述凸缘部中产生的周向的拉伸变形或周向的压缩变形缓和的上述弯曲部的上述凸缘部的材料移动。

说明书

技术领域

本发明涉及具有帽形或コ字形的截面形状且沿着长度方向而向宽度方向弯曲的部件的冲压成形方法，尤其涉及抑制产生因拉伸凸缘变形(stretch flange deformation)而导致的裂纹、和因收缩凸缘变形(shrinkage flange deformation)而导致的褶皱的冲压成形方法。而且本发明也涉及使用该冲压成形方法制造的、具有コ字形或帽形的截面形状且沿着长度方向而向宽度方向弯曲的作为冲压制品的部件。

背景技术

近年来，为了同时确保汽车的碰撞安全性和车身的轻量化，而谋求更高强度的金属板。但是，金属板具有拉伸强度越提高则与冲压成形性大幅相关的延展性就会越降低的倾向。因此，具有与材料的延展性大幅影响成形性的鼓凸成形相比、更多使用仿形(form)(弯曲)成形和拉深(深冲)成形的倾向。

在拉深成形中，首先，将作为要成形的部件的材料的金属板即坯料载置到冲头和防皱装置上，从坯料的上方使冲模下降，由此通过冲模和防皱装置来按压坯料，而一边对坯料作用适度的张力一边将坯料折曲。此时，由于被冲模和防皱装置进行按压而大幅引入到冲头与冲模之间的材料(坯料的一部分)形成部件的纵壁部。因此，即使是缺乏延展性的材料，也容易进行纵壁部的成形。另外，通过冲模和防皱装置来约束坯料的面外变形(褶皱)，而容易调整施加于被引入到纵壁部的材料的张力，因此具有容易成形复杂部件形状的优点。

另一方面，在通过拉深成形来制造复杂形状的部件的情况下，具有在成为凸缘部的位置处的坯料的端部会产生裂纹或褶皱的课题，尤其如图1中以立体图所示并且图2中以俯视图所示那样，在制造具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部C和与该弯曲部C的两端相连的直边部S的部件PT的情况下容易产生问题。

图3示出该图1及图2所示的部件PT的横截面形状，如图示那样该部件具有宽度方向中央的顶板部T、上端部经由冲头肩圆角部(R面部)P而与该顶板部T的两侧端部相连的纵壁部W、和内侧端部经由冲模肩圆角部(R面部)D而与这些纵壁部W的下端部相连的凸缘部F，从而具有帽形的横截面形状，并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部C、和与该弯曲部C的两端相连的直边部S，从而呈大致L字形的平面形状。

图4是表示将这样的部件拉深成形的普通模具的一个例子的剖视图，该模具具有：下模3，其具有配置在与坯料的凸缘部相对应的位置的防皱装置1、和能够升降地配置在该防皱装置1的中央部的贯穿孔内的冲头2；和上模5，其具有冲模4，该冲模4具有能够收纳冲头2的上部的凹部，在该模具中，若在将模具设置在冲压机上并通过例如冲压机的缓冲销6将防皱装置1弹性地保持在与冲头2相同高度的状态下，将坯料载置到冲头2和防皱装置1上，使上模5下降而使冲模4从坯料的上方下降，则冲模4在其与防皱装置1之间夹持坯料的两侧的凸缘部并一边进行按压一边使坯料和防皱装置1下降，由此冲头2一边对坯料的中央部作用适度的张力一边将其相对地压入冲模4的凹部内而以平板状的坯料拉深成形上述部件PT。

如图1所示，若部件PT的顶板部T、纵壁部W和凸缘部F等沿着部件PT的长度方向而向部件PT的宽度方向弯曲，则在上述拉深成形中当作为坯料的一部分的材料在冲模4与防皱装置1之间移动时，如图2中粗箭头所示，会受到由于线长的盈亏而在弯曲部C的内侧沿圆周方向被拉伸的变形(拉伸凸缘变形)EF、和在弯曲部C的外侧相反地被压缩的变形(收缩凸缘变形)CF。当在坯料的端部附近受到超过了材料的延展性的程度的拉伸凸缘变形EF时，会产生裂纹，当受到超过了材料的压曲屈服强度的程度的收缩凸缘变形CF时，会产生褶皱，越是高强度的金属板则越容易产生问题。

作为抑制因收缩凸缘变形而导致的褶皱的方法，公知有如专利文献1那样分散收缩凸缘变形的方法。另外，作为抑制因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的方法，公知有如专利文献2那样分散拉伸凸缘变形的方法、和通过使顶板部的材料向纵壁部移动来缓和拉伸凸缘变形的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-227995号公报

专利文献2：日本特开2014-039957号公报

专利文献3：WO2014/106932A1

发明内容

但是，由于越是高强度的金属板则相对于变形量而产生的应力越会增加，所以容易产生超过了金属板的压曲屈服强度的应力，从而产生更大的褶皱。另外，由于越是高强度的金属板则褶皱的强度越会增加，所以在专利文献1那样的使褶皱分散的方法中无法充分应对。并且，由于越是高强度的金属板则坯料端部的延展性越会降低，所以能够通过专利文献2那样的拉伸凸缘变形的分散来防止的裂纹是有限度的。

在如以上那样将高强度的金属板冲压成形为沿着长度方向而向宽度方向弯曲的部件的情况下，为了抑制因收缩凸缘变形而导致的褶皱和因拉伸凸缘变形而导致的裂纹，需要减少收缩凸缘变形及拉伸凸缘变形自身的产生。但是，若发生了不恰当的材料移动，则会在顶板部等其他部位上引起褶皱等的成形不良，因此必须以在部件整体中不发生材料的盈亏的方式使材料移动。

有利地解决上述课题的本发明的冲压成形方法的特征在于，在以平板状的坯料冲压成形具有帽形或コ字形的截面形状并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件时，

经具有顶板部、上端部经由圆角部而与该顶板部的两侧端部相连的纵壁部、和内侧端部经由圆角部而与这些纵壁部的下端部相连的凸缘部的帽形的截面形状，来拉深成形为帽形或コ字形的截面形状，

在该拉深成形时，发生使在上述弯曲部的上述凸缘部中产生的周向的拉伸变形或周向的压缩变形缓和的、上述弯曲部的上述凸缘部的材料移动。

此外，在本发明的冲压成形方法中，优选的是，为了发生使在上述弯曲部的上述凸缘部中产生的周向的拉伸变形或压缩变形缓和的上述弯曲部的上述凸缘部的材料移动，使上述直边部中的材料流入的平衡位置为上述弯曲部中的拉伸凸缘变形侧的上述纵壁部、或该纵壁部与上述凸缘部之间的上述圆角部，越是越过上述顶板部则越使上述直边部中的来自收缩凸缘变形部侧的材料流入增加(材料移动图案MA)。

另外，在本发明的冲压成形方法中，优选的是，为了发生使在上述弯曲部的上述凸缘部中产生的周向的拉伸变形或压缩变形缓和的上述弯曲部的上述凸缘部的材料移动，使上述弯曲部中的材料流入的平衡位置为收缩凸缘变形侧的上述纵壁部、或该纵壁部与上述凸缘部之间的上述圆角部，抑制上述弯曲部中的来自收缩凸缘变形部侧的材料流入，并且越是越过上述顶板部则越使来自拉伸凸缘变形侧的材料流入增加(材料移动图案MB)。

并且，本发明的部件的制造方法的特征在于，使用上述的本发明的冲压成形方法来以平板状的坯料通过拉深成形而形成具有帽形或コ字形的截面形状的、沿着长度方向而向宽度方向弯曲的预备形状的部件，由该预备形状的部件通过使上述圆角部的弯曲半径成为规定半径的再冲压加工、及使轮廓形状成为规定形状的修边加工中的至少一方来制造具有帽形或コ字形的截面形状的、沿着长度方向而向宽度方向弯曲的规定形状的部件。

另外，本发明的部件是具有帽形或コ字形的截面形状且沿着长度方向而向宽度方向弯曲的部件，其特征在于，使用上述的本发明的冲压成形方法来以平板状的坯料拉深成形，并且通过使上述圆角部的弯曲半径成为规定半径的再冲压加工及使轮廓形状成为规定形状的修边加工中的至少一方而成为规定形状。

发明效果

根据本发明的冲压成形方法，在以平板状的坯料冲压成形具有帽形或コ字型的截面形状并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件时，经具有顶板部、上端部经由圆角部而与该顶板部的两侧端部相连的纵壁部、和内侧端部经由圆角部而与这些纵壁部的下端部相连的凸缘部的帽形的截面形状，来拉深成形为帽形或コ字形的截面形状，在该拉深成形时，发生使在弯曲部的凸缘部中产生的周向的拉伸变形或周向的压缩变形缓和的弯曲部的凸缘部的材料移动，因此能够抑制因收缩凸缘变形而导致的褶皱的产生和因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的产生中的一方或双方。

在本发明的冲压成形方法中，优选的是将拉伸强度为440～1470MPa的金属板用于坯料。在该情况下，能够抑制由高强度的金属板构成的部件在冲压成形时因收缩凸缘变形而导致的褶皱的产生和因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的产生中的一方或双方。

附图说明

图1是例示具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件的立体图。

图2是表示图1所示的具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件的俯视图。

图3是表示图1及图2所示的部件的沿着A-A线的横截面形状的剖视图。

图4是例示将具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件拉深成形的模具的构造的剖视图。

图5是表示以往的拉深成形时的材料的移动的剖视图。

图6是例示本发明的一个实施方式的拉深成形方法中的拉深成形时的材料的移动状态的剖视图。

图7是例示上述实施方式的拉深成形方法中的拉深成形时的材料的移动状态的俯视图。

图8是例示上述实施方式的拉深成形方法中的拉深成形时的产生材料的移动图案MA的部件形状的俯视图。

具体实施方式

以下通过基于附图的实施例来详细地说明本发明的实施方式。在使用图4所示那样的模具来以平板状的坯料拉深成形如图1～3所示的部件时，在以往的方法中，如图5所示，大多通过使坯料的材料优先从凸缘部F向纵壁部W移动来成形帽形状，材料从顶板部T向纵壁部W的流出比材料从凸缘部F的流出少。

这是因为是以在顶板部T处产生张力平衡的方式来设计模具形状的。在材料分别从形成冲头肩圆角部P的冲头2的肩部(具有弯曲半径R1、R2的部分)及形成冲模肩圆角部D的冲模4的肩部(具有弯曲半径R3、R4的部分)通过的情况下，如在图3的左侧将冲头肩圆角部(R面部)P放大示出那样，在冲头2及冲模4的肩部中具有两处圆角切点部分E，如图5所示，在这些圆角切点部分E中材料受到随着弯曲变形B和弯曲恢复变形BR而产生的阻力(弯曲/弯曲恢复阻力)。

另外，在冲头肩圆角部P与冲头肩部接触的部分中，材料从冲头2的肩部受到摩擦阻力。如图5所示，从形成凸缘部F的部分和形成纵壁部W的部分通过的材料由于与防皱装置1、冲头2及冲模4中的某一个的接触而受到因摩擦产生的流入阻力DR。在模具中具有压边筋和/或压花等形状的情况下会沿着该形状产生材料变形的阻力。而且，在凸缘部F中发生收缩凸缘变形的情况下，在材料从凸缘部F向纵壁部W流入时会发生收缩变形，因此流入阻力增加。由于这些阻力平衡的位置X处于顶板部T，所以材料从顶板部T的流出减少，材料优先从凸缘部F向纵壁部W移动。

本发明人考虑是不是能够以通过改变该张力的平衡位置X来缓和因拉伸凸缘变形而导致的裂纹和因收缩凸缘变形而导致的褶皱的方式使材料移动，并对其进行了研究。其结果为，发现了若相对于某位置使一方的阻力的合计为F1、使另一方的阻力的合计为F2，则通过以使F1和F2相等的方式来确定模具形状和摩擦阻力，而能够自由地确定平衡位置X。

图6是例示本发明的一个实施方式的拉深成形方法中的拉深成形时的材料的移动状态的剖视图。如该图6所示，在以平板状的坯料来冲压成形图3所示那样的具有帽形或コ字型的截面形状并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部C和与该弯曲部的两端相连的直边部S的部件时，为了遵照实施方式的拉深成形方法使平衡位置X从顶板部T移动，能够使用以下那样的方法。

在本实施方式的拉深成形方法中，在使用例如图4所示的构造的模具来冲压成形图3所示那样的具有帽形或コ字型的截面形状并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部C和与该弯曲部的两端相连的直边部S的部件时，首先，若增大弯曲半径则能够降低弯曲/弯曲恢复阻力，因此通过使冲头2的肩部的弯曲半径R1、R2为冲模4的位于图6的左侧的F1侧的、图4中左侧的肩部的弯曲半径R3的1.1～10倍，而能够容易使平衡位置X从顶板部T移动。

在此，通过还使用减少图6的右侧的F2侧的流入阻力的方法、增加来自图6的左侧的F1侧的凸缘部F的流入阻力的方法，而平衡位置X向纵壁部W移动。作为减小F2侧的流入阻力的方法，具有使冲模4的位于图6的右侧的F2侧的、图4中右侧的肩部的弯曲半径R4与冲模4的位于图6的左侧的F1侧的、图4中左侧的肩部的弯曲半径R3相比增大到1.1～10倍的方法；以及通过用防皱装置1和冲模4来轻微地按压图6的右侧的F2侧的凸缘部F来降低摩擦阻力的方法等。

另一方面，作为增加F1侧的流入阻力的方法，具有：使设在防皱装置1和/或冲模4上的未图示的压边筋、压花等成为设在图6的左侧的F1侧的凸缘部F上的压边筋、压花等与设在图6的右侧的F2侧的凸缘部F上的压边筋、压花等相比弯曲半径小的形状、或仅在防皱装置1和冲模4的、夹持图6的左侧的F1侧的凸缘部F的部分上设置未图示的压边筋、压花等的方法；通过使平衡位置X处的纵壁部W向相对于该纵壁部W的壁面垂直的方向弯曲来在凸缘部F中特意引起收缩凸缘变形而产生收缩阻力的方法；通过用防皱装置1和冲模4来强烈地按压F1侧的凸缘部F而提高摩擦阻力的方法等。通过组合使用上述多个方法，而更容易使平衡位置X移动。

此外，优选使弯曲半径为1.1～10倍的理由是因为，若小于1.1倍则阻力之差小，因此平衡位置X难以移动，若大于10倍则在将预备形状的上述圆角部向规定形状的上述圆角部再冲压加工时的材料的变形量增大，因此材料的延展性不足而产生裂纹的可能性提高。

在上述的本实施方式的拉深成形方法中，在使冲头2的肩部和冲模4的肩部的弯曲半径比规定的部件形状大来冲压成形预备形状的部件的情况下，之后通过仿形成形或拉深成形来再冲压加工该预备形状的部件，由此能够将部件的圆角部P和圆角部D的弯曲半径再成形得小而制造具有规定半径的圆角部的部件。

另外，在上述拉深成形或之后的再冲压加工中无法得到规定的轮廓形状的情况下，通过进一步之后或与再冲压加工一起进行使轮廓形状为规定形状的修边(trim)加工，而能够制造具有规定轮廓形状的部件。

平衡位置X能够通过进行对象部件的拉深成形的实验、或基于有限元法实现的数值解析来求出。此外，由于弯曲/弯曲恢复阻力的影响比摩擦阻力和凸缘部F的收缩阻力的影响大，所以也可以简单地以弯曲/弯曲恢复阻力在纵壁部W和凸缘部F中平衡的方式来确定部件形状。

弯曲/弯曲恢复阻力Fb能够根据使用了材料的屈服强度σe、板厚t和弯曲半径R的以下算式来计算。

Fb＝σe×t/(2*(0.5*t+R))

本发明人发现了确定平衡位置X的上述方法，由此能够发现如图7所示那样产生用于抑制拉伸凸缘变形和收缩凸缘变形中的一方或双方的理想的材料移动的方法。

该方法是至少在与纵壁部W向要成形的部件的宽度方向弯曲的中央部的弯曲部C的两端相连的直边部S中，对拉伸凸缘变形EF侧的纵壁部W或该纵壁部W与凸缘部F之间的圆角部确定平衡位置X而产生材料移动图案MA。此外，优选的是进一步在中央部的弯曲部C中对收缩凸缘变形CF侧的纵壁部W或该纵壁部W与凸缘部F之间的圆角部确定平衡位置X来产生材料移动图案MB。

在通常的拉深成形中，若抑制来自凸缘部F的材料流入，则冲头2的肩部和冲模4的肩部处的成形变难，但在本实施方式中由于有来自顶板部T的材料流出，所以缓和了冲头2的肩部和冲模4的肩部处的成形。

在材料移动图案MA中，在图7中左侧的收缩凸缘变形CF侧的凸缘部F和纵壁部W、冲头肩圆角部P处的材料移动增加，因此弯曲部C的图7中左侧的收缩凸缘变形CF侧的凸缘部F受到拉伸变形。相反地，材料从材料移动图案MA的图7中右侧的拉伸凸缘变形EF侧的凸缘部F的移动减少，因此难以拉伸弯曲部C的图7中右侧的拉伸凸缘变形EF侧的凸缘部F。

在材料移动图案MB中，向沿着弯曲部C的弯曲形状的圆周方向引入材料且图7中右侧的拉伸凸缘变形EF侧的凸缘部F、纵壁部W、顶板部T的材料向图7中左侧的收缩凸缘变形CF侧大幅移动，因此缓和了拉伸凸缘变形。另外，材料向收缩凸缘变形CF侧的凸缘部F的移动减少，因此抑制了收缩凸缘变形的产生。

根据本实施方式的冲压成形方法，不仅能够成形具有帽形的截面形状的向宽度方向弯曲的部件，也能够通过将位于凸缘部F的材料全部用于纵壁部W的成形来成形具有コ字型的横截面形状的向宽度方向弯曲的部件。

优选的是，作为坯料的材料的金属板的拉伸强度为440～1470MPa。拉伸强度小于440MPa的金属板的延展性和深冲成形性优异，因此使用本实施方式的拉深成形方法的优点少。另外，由于超过1470MPa的金属板缺乏延展性，所以在本实施方式的拉深成形方法中容易产生没有作为对象的冲头2的肩部和冲模4的肩部处的裂纹，而有可能难以进行部件的拉深成形。

表1示出270、440、980、1180及1470MPa级钢板的各种规格。另外，表2示出将表1所示的270、440、980、1180及1470MPa级钢板作为试验用材料来使用并使用图1～3所示的帽形截面形状的部件在基于以往方法的比较例和基于本实施方式的方法的实施例中进行了验证的结果。

为了使平衡位置X变化，而使圆角部的半径在弯曲部C中如表3那样、在与弯曲部相连的直边部S中如表4那样。在此，使冲头肩和冲模肩的圆角部中的、与收缩凸缘变形CF接近的一侧的半径分别为R1及R3，使与拉伸凸缘变形EF接近的一侧的半径分别为R2及R4。对压边筋使用了弯曲半径为8mm的圆压边筋。

此外，在上述验证中使用收缩凸缘变形CF来产生材料移动图案MA的情况下，使用图8所示那样的产生收缩凸缘变形CF的附加弯曲部AC进一步与直边部S相连的部件形状，在本次的实施例中，使产生该收缩凸缘变形CF的附加弯曲部AC的纵壁为曲率半径200mm的弯曲形状。但是，产生材料移动图案MA的形状并不特别限定于该形状。

[表1]

符号钢型板厚(mm)YP(MPa)TS(MPa)El(％)270270MPa级钢板0.716029350440440MPa级钢板1.231046538980980MPa级钢板1.46509851611801180MPa级钢板1.695012001014701470MPa级钢板1.6129015208

[表2]

[表3]

[表4]

以往方法为平衡位置X处于顶板部T的普通拉深成形。成形品的评价通过视觉辨认来进行，对于凸缘部中产生的褶皱和裂纹，分别根据表5和表6所示的基准来以○、△、×这三个阶段进行了评价。

[表5]

基于视觉辨认进行的褶皱判定

○无褶皱△顶板部等评价部以外的部分中的褶皱×褶皱

[表6]

基于视觉辨认进行的裂纹判定

○无裂纹△有龟裂×裂纹

验证的结果为，在270MPa级钢板中无论是以往的拉深成形方法还是本实施方式的拉深成形方法均能够不产生褶皱和裂纹地成形。在440MPa以上的钢板的情况下，在以往的拉深成形方法中产生了显著的裂纹和褶皱，但在本实施方式的拉深成形方法中能够防止产生裂纹和褶皱。

以上基于图示例进行了说明，但本发明并不限定于上述的例子，能够在权利要求书的记载范围内适当地进行变更，例如用于拉深成形的模具也能够代替图4所示的构造而为使冲模4在左右的肩部和凹部中为独立部件的构造、或增大冲头2的肩部的弯曲半径来以左右的圆角部P的上端部与曲面状的顶板部T相连的方式进行拉深成形的构造。

工业实用性

如此根据本发明的冲压成形方法及使用了该冲压成形方法的部件的制造方法以及使用该冲压成形方法制造的部件，在以平板状的坯料来冲压成形具有帽形或コ字型的截面形状并且具有沿着长度方向而向宽度方向弯曲的弯曲部和与该弯曲部的两端相连的直边部的部件时，经具有顶板部、上端部经由圆角部而与该顶板部的两侧端部相连的纵壁部、和内侧端部经由圆角部而与这些纵壁部的下端部相连的凸缘部的帽形的截面形状来拉深成形为帽形或コ字形的截面形状，在该拉深成形时，发生使在弯曲部的凸缘部中产生的周向的拉伸变形或周向的压缩变形缓和的材料向弯曲部的凸缘部的移动，因此能够抑制因收缩凸缘变形而导致的褶皱的产生和因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的产生中的一方或双方。

附图标记说明

1防皱装置

2冲头

3下模

4冲模

5上模

6缓冲销

C弯曲部

CF 收缩凸缘变形

D冲模肩圆角部

EF 拉伸凸缘变形

F凸缘部

P冲头肩圆角部

R1～R4 弯曲半径

S直边部

T顶板部

W纵壁部

X平衡位置