减薄拉伸加工用模具以及成型材料制造方法
【专利摘要】本发明的减薄拉伸加工用模具具备插入成型加工部的内部的冲头、以及具有将成型加工部与冲头一同压入的压入孔的冲模。压入孔的内圆周面被设置成：与冲头的外圆周面非平行地延伸，并且在与外圆周面之间，具有与减薄拉伸加工前的成型加工部的沿着压入方向的非均匀的板厚分布相应的间隙，以使得成型加工部的减薄拉伸量沿着压入方向呈恒定。
【专利说明】减薄拉伸加工用模具以及成型材料制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于对成型加工部进行减薄拉伸加工的减薄拉伸加工用模具以及成 型材料制造方法。
【背景技术】
[0002] -般地，将镀敷钢板等表面处理金属板作为原材料，通过挤压加工等冲压成型，成 型出凸状的成型加工部。在特别需要成型加工部的尺寸精度的情况下，在成型加工部成型 后，对该成型加工部实施减薄拉伸加工。所谓减薄拉伸加工是使冲头与冲模之间的间隙变 得比减薄拉伸加工前的成型加工部的板厚窄，通过冲头以及冲模将成型加工部的板面减薄 拉伸，使成型加工部的板厚跟冲头与冲模之间的间隙一致的加工方法。
[0003] 作为使用在这样的减薄拉伸加工中的模具，可以举出在例如下述的专利文献1等 中示出的构成。即，现有的模具具备冲头与冲模。冲头为具有与向压入孔的压入方向平行 地呈直线状延伸的外圆周面的圆柱状构件，插入成型加工部的内部。冲模具有将成型加工 部与冲头一同压入的压入孔。压入孔具有：配置在压入孔的入口外缘并且由具有规定的曲 率半径的曲面构成的肩部、以及从肩部的R转角起与压入方向平行且呈直线状延伸的内圆 周面。成型加工部的板面在向压入孔压入时在肩部被减薄拉伸，并缓缓减薄至冲头的外圆 周面与压入孔的内圆周面之间的间隙宽度。
[0004][现有技术文献]
[0005] 专利文献
[0006][专利文献1]日本特开平5-50151号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008] 减薄拉伸加工前的成型加工部的板厚沿着压入方向呈非均匀。具体来说，沿着压 入方向的成型加工部的后端侧的板厚大多比成型加工部的前端侧的板厚更厚。像这样后端 侧变厚的原因是，在使成型加工部成型时前端侧比后端侧更大程度地延伸。
[0009] 在上述这样现有的模具中，冲头的外圆周面与压入孔的内圆周面平行地延伸。因 此，冲头的外圆周面与压入孔的内圆周面之间的间隙沿着压入方向呈均匀，成型加工部的 板厚较厚的部分被更多地减薄拉伸了。因此，板厚较厚部分的表面处理层被削掉了，有时会 产生粉状的渣滓。粉状的渣滓会引起在减薄拉伸加工后的成型加工部的表面形成微小的洼 坑部(凹痕)，或者使用该成型材料的产品性能的恶化等问题。
[0010] 本发明是为了解决上述这样的课题而做出的，其目的在于，提供可以避免一部分 表面处理层产生大负载并可以减少粉状的渣滓的产生量的减薄拉伸加工用模具以及成型 材料制造方法。
[0011] 用于解决课题的方案
[0012] 本发明涉及的减薄拉伸加工用模具，用于对将表面处理金属板作为原材料形成 的凸状的成型加工部进行减薄拉伸加工，其具备：冲头，插入于成型加工部的内部；以及冲 模，具有将成型加工部与冲头一同压入的压入孔，压入孔包括：肩部，配置在压入孔的入口 外缘并且由具有规定的曲率半径的曲面构成；以及内圆周面，从肩部的R转角起沿着成型 加工部的压入方向延伸，因冲头以及冲模相对位移而使成型加工部的外表面滑动，内圆周 面被设置成：与冲头的外圆周面非平行地延伸，并且在与外圆周面之间具有与减薄拉伸加 工前的成型加工部的沿着压入方向的非均匀板厚分布相应的间隙，以使得成型加工部的减 薄拉伸量沿着压入方向呈恒定。
[0013] 本发明涉及的成型材料制造方法包括：通过对表面处理金属板进行至少1次成型 加工从而使凸状的成型加工部成型的工序、以及在使成型加工部成型之后通过减薄拉伸加 工用模具对成型加工部进行减薄拉伸加工的工序，其中，减薄拉伸加工用模具具备：冲头， 插入于成型加工部的内部；以及冲模，具有将成型加工部与冲头一同压入的压入孔，压入孔 包括：肩部，配置于压入孔的入口外缘并且由具有规定的曲率半径的曲面构成；以及内圆 周面，从肩部的R转角起沿着成型加工部的压入方向延伸，因冲头以及冲模的相对位移而 使成型加工部的外表面滑动，内圆周面被设置为：与冲头的外圆周面非平行地延伸，并且在 与外圆周面之间具有与减薄拉伸加工前的成型加工部的沿着压入方向的非均匀板厚分布 相应的间隙，以使得成型加工部的减薄拉伸量沿着压入方向呈恒定。
[0014] 发明效果
[0015] 根据本发明的减薄拉伸加工用模具以及成型材料制造方法，由于压入孔的内圆周 面被设置成与冲头的外圆周面非平行地延伸，并且在与外圆周面之间具有与减薄拉伸加工 前的成型加工部的沿着压入方向的非均匀板厚分布相应的间隙，以使得成型加工部的减薄 拉伸量沿着压入方向呈恒定，所以可以避免在一部分表面处理层产生大负载，可以减少粉 状渣滓的产生量。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是表示根据本发明实施方式的成型材料制造方法的流程图。
[0017] 图2是表示包括以图1的成型工序成型的成型加工部的成型材料的立体图。
[0018] 图3是表示包括进行了图1的减薄拉伸工序后的成型加工部的成型材料的立体 图。
[0019] 图4是图2的成型加工部1的剖视图。
[0020] 图5是在图1的减薄拉伸工序S2中使用的减薄拉伸加工用模具的剖视图。
[0021] 图6是放大表示使用图5的减薄拉伸加工用模具对成型加工部进行着减薄拉伸加 工的状态的肩部周边的说明图。
[0022] 图7是示意性地表示图6的肩部与镀Zn类钢板的镀层的关系的说明图。
[0023] 图8是表示各种镀层中的图6的镀层的偏度Rsk的图表。
[0024] 图9是表示图8的Zn-Al-Mg类合金镀敷钢板的减薄拉伸率Y与X(= r/仁6)的 关系图。
[0025] 图10是表示图8的合金化熔融镀锌钢板、熔融镀锌钢板以及电镀锌钢板的减薄拉 伸率Y与X(= r/ tre)的关系图。
【具体实施方式】
[0026] 以下，关于用于实施本发明的方式，参照附图进行说明。
[0027] 实施方式1
[0028] 图1是表示根据本发明的实施方式的成型材料制造方法的流程图，图2是表示包 括用图1的成型工序S1成型的成型加工部1的成型材料的立体图，图3是表示包括进行图 1的减薄拉伸工序S2后的成型加工部1的成型材料的立体图。
[0029] 如图1所示那样，本实施方式的成型材料制造方法包括成型工序S1与减薄拉伸工 序S2。成型工序S1是通过对表面处理金属板进行至少1次成型加工从而使凸状的成型加 工部1 (参照图2)成型的工序。在成型加工中包括拉深加工或胀形加工等冲压加工。表面 处理金属板是在表面设有表面处理层的金属板。在表面处理层中包含涂膜或镀层。在本实 施方式中，表面处理金属板作为在钢板的表面实施了Zn(锌）类镀敷的镀Zn类钢板进行说 明。
[0030] 如图2所示那样，本实施方式的成型加工部1为镀Zn类钢板形成帽子体后，从该 帽子体的顶部突出形成的凸部。以下，将从成型加工部1的基部lb向顶部la的方向称为 压入方向lc。该压入方向lc意为在后述的减薄拉伸加工用模具的冲模上设置的压入孔(参 照图5)上成型加工部1塞入的方向。
[0031] 减薄拉伸工序S2是通过后述的减薄拉伸加工用模具对成型加工部1进行减薄拉 伸加工的工序。所谓减薄拉伸加工是，使减薄拉伸加工用模具的冲头和冲模之间的间隙比 减薄拉伸加工前的成型加工部的板厚窄，通过冲头以及冲模对成型加工部的板面进行减薄 拉伸，在使成型加工部的板厚跟冲头与冲模之间的间隙一致的加工方法。即，减薄拉伸加工 后的成型加工部1的壁厚比减薄拉伸加工前的成型加工部1的壁厚薄。
[0032] 如图3所示那样，通过进行减薄拉伸加工，使构成成型加工部1的基部lb的外表 面的曲面的曲率半径变小。经过这样的成型工序S1以及减薄拉伸工序S2制造的成型材 料，即通过本实施方式的成型材料制造方法制造的成型材料，可以用于各种用途，特别用于 要求例如电动机壳体等的成型加工部1的尺寸精度的用途中。
[0033] 接着，图4是图2的成型加工部1的剖视图。如图4所示那样，减薄拉伸加工前的 成型加工部1的板厚沿着压入方向lc呈非均匀。具体地说，沿着压入方向lc的成型加工 部1的基部lb侧的板厚比成型加工部1的顶部la侧的板厚更厚。换言之，成型加工部1 的板厚从沿着压入方向lc的后端侧(基部lb侧）向前端侧(顶部la侧）缓缓地变薄。形成 这样的非均匀的板厚分布的原因是，在成型工序S1使成型加工部成型时，顶部la侧比基部 lb侧延伸大。此外，板厚的减少率沿着压入方向lc呈恒定或者非恒定。所谓减少率是，将 规定位置的板厚h与从该规定位置向前端侧推进单位距离d的位置处的板厚t2之差除以 单位距离d的值（=(1^ - 1^) /d)。
[0034] 接着，图5是在图1的减薄拉伸工序S2中使用的减薄拉伸加工用模具2的剖视图， 图6是放大表示使用图5的减薄拉伸加工用模具2对成型加工部进行着减薄拉伸加工的 状态的肩部211周边的说明图。在图5中，减薄拉伸加工用模具2具备冲头20和冲模21。 冲头20是插入上述的成型加工部1的内部的凸状体。冲头20的外圆周面20a与向压入孔 210的压入方向lc平行地呈直线状延伸。
[0035] 冲模21是具有将成型加工部1与冲头20 -同压入的压入孔210的构件。压入孔 210具有肩部211和内圆周面212。肩部211配置在压入孔210的入口外缘，由具有规定的 曲率半径的曲面构成。内圆周面212是从肩部211的R转角211a起沿着压入方向lc延伸 的壁面。所谓肩部211的R转角211a意为构成肩部211的曲面的压入孔210的里侧的终 端。所谓内圆周面212沿着压入方向lc延伸，意为在内圆周面212的延伸方向包含压入方 向lc的成分。如之后详细说明的那样，压入孔210的内圆周面212与冲头20的外圆周面 20a非平行地延伸（未平行地延伸）。
[0036] 当成型加工部1与冲头20-同被压入压入孔210时，如图6所示那样成型加工部 1的板面在肩部211被减薄拉伸。此外，成型加工部1的外表面因冲头20以及冲模21的相 对位移而在内圆周面212上滑动。在本实施方式的减薄拉伸加工用模具2中，由于如上述 那样内圆周面212与冲头20的外圆周面20a非平行地延伸，所以内圆周面212也对成型加 工部1的板面减薄拉伸(减厚)。
[0037] 内圆周面212被设置成：在与冲头20的外圆周面20a之间具有与减薄拉伸加工前 的成型加工部1的沿着压入方向lc的非均匀的板厚分布相应的间隙212a，以使得成型加 工部1的减薄拉伸量沿着压入方向lc呈恒定。在此所谓间隙212a是如图5所示那样冲头 20在压入孔210内压入至减薄拉伸加工结束的位置时的内圆周面212与外圆周面20a之间 的间隙。所谓减薄拉伸量是减薄拉伸加工前的板厚tb与减薄拉伸加工后的板厚ta之差（= tb -ta)。
[0038] 换言之，内圆周面212被设置成：沿着压入方向lc的各位置处的与外圆周面20a 的间隙212a为从同位置处的减薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚中减去恒定值(需要的 减薄拉伸量)之后的值。在沿着压入方向lc的各位置处的间隙212a为C(d)、同位置处的 减薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚为Tb (d)、需要的减薄拉伸量为A的情况下，内圆周 面212设置成满足C(d) =Tb (d) -A。另外，d意为离沿着压入方向lc的成型加工部1 的基部lb的距离。
[0039] 进而，换言之，内圆周面212被设置成：按照与减薄拉伸加工前的沿着压入方向lc 的成型加工部1的板厚的减少率相同的比例，内圆周面212与外圆周面20a的间隙212a沿 着压入方向lc减少。如果在沿着压入方向lc的减薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚的 减少率为恒定的情况下，则内圆周面212由以与成型加工部1的板厚的减少率相应的角度 延伸的直线状锥形面构成。另一方面，在沿着压入方向lc的减薄拉伸加工前的成型加工部 1的板厚的减少率呈非恒定的情况下，由锥形面构成内圆周面212,使得成型加工部1的板 厚的减少率近似于恒定值，并以与该近似值相应的角度延伸。
[0040] 通过如这样构成内圆周面212,从而即使沿着压入方向lc的成型加工部1的板厚 分布为非均匀，也可以使由减薄拉伸加工导致的向成型加工部1的表面的负载沿着按压方 向lc呈均匀。由此，可以避免在一部分的镀敷上产生大负载，可以防止一部分表面处理层 被严重削掉，可以减少粉状的渣滓(镀敷滓）的产生量。
[0041] 接着，参照图7说明通过在肩部211的减薄拉伸而产生镀敷滓的机理。图7是示 意性地表示图6的肩部211与镀Zn类钢板的镀层10的关系的说明图。如图7所示那样， 在镀Zn类钢板的镀层10的表面存在微小的凹凸10a。该凹凸10a可能会在如图6所示那 样由肩部211减薄拉伸成型加工部1的板面时由肩部211削掉，而成为镀敷滓。
[0042] 镀敷滓的产生量与肩部211的曲率半径r以及镀Zn类钢板的板厚t之比r/t 具有相关性。由于肩部211的曲率半径r越小，局部变形越增加，镀层10的表面与肩部211 的滑动阻力越大，所以镀敷滓的产生量越大。此外，由于镀Zn类钢板的板厚t增大，通过肩 部211的减薄量越增大，施加在镀Zn类钢板表面的负载越增大，所以镀敷滓的产生量越增 大。S卩，比r/t越小,镀敷滓的产生量越大，比r/t越大，镀敷滓的产生量越减少。
[0043] 特别是，在减薄拉伸加工结束时夹在R转角211a和冲头20之间的位置处的减薄 拉伸加工前的成型加工部1的板面由肩部211减薄最多。因此，从抑制镀敷滓的产生量的观 点来看，镀敷滓的产生量跟肩部211的曲率半径r与减薄拉伸加工结束时夹在R转角211a 和冲头20之间的位置处的减薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚之比r/ 具有强 相关性。
[0044] 此外，镀敷滓的产生量与通过肩部211的减薄拉伸率也具有相关性。在使R转角 211a与冲头20之间的间隙为c,e、减薄拉伸加工结束时夹在R转角211a和冲头20之间的位 置处的减薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚为的情况下，减薄拉伸率由{(tM -cM) / t,e}X100表示。间隙c,e与夹在R转角211a与冲头20之间的位置处的减薄拉伸加工后的 成型加工部1的板厚相当。减薄拉伸率越大，施加在镀Zn类钢板表面的负载越变大，镀敷 滓的产生量越增大。
[0045] 接着，图8是表示各种镀层中图6的镀层10的偏度Rsk的图表。镀敷滓的产生量 与镀层10的偏度Rsk也具有相关性。所谓偏度Rsk是由日本工业标准B0601规定的，由下 述的式子表示。
[0046][公式1]
【权利要求】
1. 一种减薄拉伸加工用模具，用于对将表面处理金属板作为原材料形成的凸状的成型 加工部进行减薄拉伸加工，其具备： 冲头，插入于上述成型加工部的内部；以及 冲模，具有将上述成型加工部与上述冲头一同压入的压入孔， 上述压入孔包括：肩部，配置在上述压入孔的入口外缘并且由具有规定的曲率半径的 曲面构成；以及内圆周面，从上述肩部的R转角起沿着上述成型加工部的压入方向延伸，因 上述冲头以及上述冲模的相对位移而使上述成型加工部的外表面滑动， 上述内圆周面被设置成：与上述冲头的外圆周面非平行地延伸，并且在与上述外圆周 面之间具有与上述减薄拉伸加工前的上述成型加工部的沿着上述压入方向的非均匀板厚 分布相应的间隙，以使得上述成型加工部的减薄拉伸量沿着上述压入方向呈恒定。
2. 根据权利要求1中所述的减薄拉伸加工用模具，其中， 上述肩部的曲率半径以及上述R转角与上述冲头之间的间隙确定为：在上述肩部的曲 率半径为r、上述R转角与上述冲头之间的间隙为Cm、上述减薄拉伸加工结束时夹在上述R 转角与上述冲头之间的位置处的上述减薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚为的情 况下，以{(tM - cM) / X100表示的Y和以r / 表示的X满足0 <Y彡14. 6X - 4. 7的关系。
3. 根据权利要求2中所述的减薄拉伸加工用模具，其中， 上述表面处理金属板的偏度Rsk小于一 0. 6。
4. 根据权利要求1中所述的减薄拉伸加工用模具，其中， 上述肩部的曲率半径以及上述R转角与上述冲头之间的间隙确定为：在上述肩部的曲 率半径为r、上述R转角与上述冲头之间的间隙为Cm、上述减薄拉伸加工结束时夹在上述R 转角与上述冲头之间的位置处的上述减薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚为的情 况下，以{(tM - cM) / X100表示的Y和以r / 表示的X满足0 <Y< 12. 3X -
7. 〇的关系。
5. 根据权利要求4中所述的减薄拉伸加工用模具，其中， 上述表面处理金属板的偏度Rsk为一 0. 6以上。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的减薄拉伸加工用模具，其中， 上述表面处理金属板是在钢板的表面实施了 Zn类镀敷的镀Zn类钢板。
7. -种成型材料制造方法，包括通过对表面处理金属板进行至少1次成型加工从而使 凸状的成型加工部成型的工序、以及在使上述成型加工部成型之后通过减薄拉伸加工用模 具对上述成型加工部进行减薄拉伸加工的工序，其中， 上述减薄拉伸加工用模具具备： 冲头，插入于上述成型加工部的内部；以及 冲模，具有将上述成型加工部与上述冲头一同压入的压入孔， 上述压入孔包括：肩部，配置于上述压入孔的入口外缘并且由具有规定的曲率半径的 曲面构成；以及内圆周面，从上述肩部的R转角起沿着上述成型加工部的压入方向延伸，因 上述冲头以及上述冲模的相对位移而使上述成型加工部的外表面滑动， 上述内圆周面被设置成：与上述冲头的外圆周面非平行地延伸，并且在与上述外圆周 面之间具有与上述减薄拉伸加工前的上述成型加工部的沿着上述压入方向的非均匀板厚 分布相应的间隙，以使得上述成型加工部的减薄拉伸量沿着上述压入方向呈恒定。
8. 根据权利要求7所述的成型材料制造方法，其中， 上述肩部的曲率半径以及上述R转角与上述冲头之间的间隙确定为：在上述肩部的曲 率半径为r、上述R转角与上述冲头之间的间隙为Cm、上述减薄拉伸加工结束时夹在上述R 转角与上述冲头之间的位置处的上述减薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚为的情 况下，以{(tM - cM) / X100表示的Y和以r / 表示的X满足0 <Y彡14. 6X - 4. 7的关系。
9. 根据权利要求8所述的成型材料制造方法，其中， 上述表面处理金属板的偏度Rsk小于一 0. 6。
10. 根据权利要求7所述的成型材料制造方法，其中， 上述肩部的曲率半径以及上述R转角与上述冲头之间的间隙确定为：上述肩部的曲率 半径为r、上述R转角与上述冲头之间的间隙为cM、上述减薄拉伸加工结束时夹在上述R转 角与上述冲头之间的位置处的上述减薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚为的情况 下，以{(tre - cre) / tre}X100表示的Y和以r / tre表示的X满足0 < Y彡12. 3X - 7. 0 的关系。
11. 根据权利要求10所述的成型材料制造方法，其中， 上述表面处理金属板的偏度Rsk为一 0. 6以上。
12. 根据权利要求7至11中任一项所述的成型材料制造方法，其中，上述表面处理金属 板是在钢板的表面实施了 Zn类镀敷的镀Zn类钢板。
【文档编号】B21D22/30GK104411424SQ201380001573
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】中村尚文, 山本雄大, 黑部淳 申请人:日新制钢株式会社