冲压成形方法和使用了该方法的部件的制造方法、以及冲压成形装置和使用该装置冲压成形而成的成形部件与流程

本发明涉及具有コ字或帽形截面形状的、沿长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(stretchflangedeformation)而导致的裂纹、和因收缩凸缘成形(shrinkageflangedeformation)而导致的褶皱的冲压成形方法。而且本发明也涉及使用了该冲压成形方法的部件的制造方法。另外，本发明涉及具有コ字或帽形截面形状的、沿长度方向弯曲的部件的冲压成形装置，尤其涉及抑制产生因拉伸凸缘变形而导致的裂纹、和因收缩凸缘成形而导致的褶皱的冲压成形装置。而且本发明也涉及使用该冲压成形装置冲压成形而成的成形部件。
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会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，在作为要成形部件的材料的金属板即坯料的、成为凸缘部的位置上配置防皱装置，将坯料载置到冲头和防皱装置之上，在坯料的上方设置冲模。接着，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中的材料的张力，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部件形状的情况下，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，尤其是在沿部件长度方向弯曲的部件中容易产生问题。在图1的(a)、(b)及(c)中示出在以往作业方法中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时使用的坯料形状的主视图、侧视图及沿着(a)的a-a线的剖视图，并且在图2的(a)、(b)及(c)中示出在以往作业方法中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时产生的收缩凸缘变形s和拉伸凸缘变形e的例子，在图3的(a)、(b)中示出图1的(a)的a-a截面处的金属模构造的成形前及成形完成时的剖视图。此外，图中附图标记1表示冲模，2表示冲头，3表示防皱装置，4表示坯料，5表示成形后的部件。部件5具有顶板部5a、纵壁部5b及凸缘部5c，在该纵壁部5b和凸缘部5c等弯曲的情况下，当作为坯料4的一部分的材料在冲模1与防皱装置3之间移动时，会受到由于线长的盈亏而沿弯曲形状的圆周方向被拉伸的变形(拉伸凸缘变形)、和相反地被压缩的变形(收缩凸缘变形)。当在坯料4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。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号公报技术实现要素：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。如以上那样，在将高强度的金属板冲压成形为沿部件长度方向弯曲的部件的情况下，为了抑制因收缩凸缘变形和拉伸凸缘变形而导致的褶皱和裂纹，必须减少收缩凸缘变形及拉伸凸缘变形自身的产生。有利地解决上述课题的本发明的冲压成形方法是抑制具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件产生因收缩凸缘变形而导致的褶皱的方法，其特征在于，通过抑制作为坯料的一部分的材料从凸缘部侧向纵壁部的移动，来一边在上述材料中产生拉伸凸缘变形一边使上述材料优先从顶板部侧向纵壁部移动，并且，通过金属模来抑制凸缘部和顶板部的上述材料产生褶皱。另外，有利地解决上述课题的本发明的其他冲压成形方法是抑制具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件产生因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的方法，其特征在于，通过使成为顶板部与纵壁部的边界的棱线相对于冲压成形方向倾斜，使在拉深成形中被金属模夹持的作为坯料的一部分的材料以向部件长度方向移动的方式旋转，通过抑制该旋转来在部件长度方向的板面内产生压缩变形，并且，通过金属模抑制凸缘部和顶板部的材料产生褶皱。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从平板状的坯料形成具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件。另一方面，有利地解决上述课题的本发明的冲压成形装置是抑制具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件产生因收缩凸缘变形而导致的褶皱的冲压成形装置，其特征在于，具有：收缩凸缘变形抑制机构，其通过抑制作为坯料的一部分的材料从凸缘部侧向纵壁部的移动，来一边在上述材料中产生拉伸凸缘变形一边使上述材料优先从顶板部侧向纵壁部移动；和褶皱抑制机构，其夹入凸缘部和顶板部的上述材料来抑制该材料产生褶皱。另外，有利地解决上述课题的本发明的其他冲压成形装置是抑制具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件产生因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的冲压成形装置，其特征在于，具有：拉伸凸缘变形抑制机构，其通过使成为顶板部与纵壁部的边界的棱线相对于冲压成形方向倾斜，来使在拉深成形中被金属模夹持的作为坯料的一部分的材料产生向部件长度方向移动那样的旋转力，通过抑制该旋转力来在部件长度方向的板面内产生压缩变形；和褶皱抑制机构，其夹入凸缘部和顶板部的上述材料来抑制该材料产生褶皱。并且，本发明的成形部件的特征在于，是使用上述的本发明的冲压成形装置来从平板状的坯料冲压成形而成的、具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件。发明效果根据本发明的冲压成形方法及冲压成形装置，在对具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件的纵壁部进行成形时，与使材料从凸缘部侧向纵壁部移动的以往的拉深成形不同，而是通过使材料优先从顶板部侧移动来成形纵壁部，因此，能够避免在凸缘部中产生收缩凸缘变形。另外，当使成为顶板部与纵壁部的边界的棱线相对于冲压成形方向倾斜时，能够使在拉深成形中被金属模夹持的材料以向部件长度方向移动的方式旋转，因此，能够通过抑制该旋转而对板面内施加压缩变形，来抑制拉伸凸缘变形。而且，通过同时使用上述的收缩凸缘变形的抑制方法和拉伸凸缘变形的抑制方法，而能够同时抑制沿长度方向弯曲的部件的凸缘部产生褶皱和产生裂纹。并且，根据使用了本发明的冲压成形方法的本发明的部件的制造方法以及使用本发明的冲压成形装置而冲压成形的成形部件，在对具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件进行冲压成形时，能够抑制产生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中的一方或两方。此外，在本发明的冲压成形方法及冲压成形装置中，优选的是，通过以使在单独的拉深成形中产生收缩凸缘变形的凸缘部共有、且以凸缘部为基准而对称的方式同时成形两个部件，来抑制材料从上述凸缘部侧向纵壁部的移动。由此，能够通过简单的结构来抑制产生因收缩凸缘变形而导致的褶皱。另外，在本发明的冲压成形方法及冲压成形装置中，优选的是，在金属模的部件上设置与冲压成形方向平行的面来抑制材料的旋转。由此，能够通过简单的结构来抑制产生因拉伸凸缘变形而导致的裂纹。而且，在本发明的冲压成形方法及冲压成形装置中，优选的是同时使用上述的两个冲压成形方法或两个冲压成形装置。由此，能够同时抑制沿长度方向弯曲的部件的凸缘部产生褶皱和产生裂纹。而且，在本发明的冲压成形方法及冲压成形装置中，优选的是，在基于金属模的褶皱的抑制中，将对坯料的皱褶抑制压力设为0.1～100mpa，或者将纵壁部成形中的金属模与材料之间的间隙保持为板厚的0～200％。而且，在本发明的冲压成形方法及冲压成形装置中，优选的是，将拉伸强度为440～1470mpa的金属板用作坯料。在该情况下能够抑制产生由高强度金属板构成的部件的冲压成形时的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中的一方或两方。附图说明图1的(a)、(b)及(c)是在以往作业方法中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时使用的坯料形状的主视图、侧视图及沿着图1的(a)的a-a线的剖视图。图2的(a)、(b)及(c)是表示在以往作业方法中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时产生的收缩凸缘变形和拉伸凸缘变形的例子的主视图、侧视图及沿着图2的(a)的a-a线的剖视图。图3的(a)、(b)是表示图1的(a)的a-a截面处的金属模构造的成形前及成形完成时的剖视图。图4的(a)、(b)及(c)是表示在本发明的冲压成形方法的一个实施方式中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时使用的坯料的形状的主视图、侧视图及沿着图4的(a)的a-a线的剖视图。图4-1的(a)、(b)及(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的中间成形品的形状的主视图、侧视图及沿着图4-1的(a)的a-a线的剖视图。图4-2的(a)、(b)及(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的部件的形状的主视图、侧视图及沿着图4-2的(a)的a-a线的剖视图。图5-1的(a)、(b)是表示图4-2的(a)的a-a截面处的金属模构造的成形前及成形完成时的剖视图。图5-2的(a)、(b)是表示图4-2的(a)的a-a截面处的金属模构造的成形前及成形完成时的剖视图。图6的(a)、(b)及(c)是表示本发明人在拉深成形时的材料动作调查中使用的坯料的形状的主视图、侧视图及沿着图6的(a)的a-a线的剖视图。图6-1的(a)、(b)及(c)是表示在上述材料动作调查中进行冲压成形而成的中间成形品的形状的主视图、侧视图及沿着图6-1的(a)的a-a线的剖视图。图6-2的(a)、(b)及(c)是表示在上述材料动作调查中进行冲压成形而成的部件的形状的主视图、侧视图及沿着图6-2的(a)的a-a线的剖视图。图7的(a)、(b)及(c)是表示在本发明的冲压成形方法的一个其他实施方式中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时使用的坯料的形状的主视图、侧视图及沿着图7的(a)的a-a线的剖视图。图7-1的(a)、(b)及(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的中间成形品的形状的主视图、侧视图及沿着图7-1的(a)的a-a线的剖视图。图7-2的(a)、(b)及(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的部件的形状的主视图、侧视图及沿着图7-2的(a)的a-a线的剖视图。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。在此，图4的(a)、图4的(b)及图4的(c)是表示在本发明的冲压成形方法的一个实施方式中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时使用的坯料的形状的主视图、侧视图及沿着图4的(a)的a-a线的剖视图，图4-1的(a)、图4-1的(b)及图4-1的(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的中间成形品的形状的主视图、侧视图及沿着图4-1的(a)的a-a线的剖视图，图4-2的(a)、图4-2的(b)及图4-2的(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的部件的形状的主视图、侧视图及沿着图4-2的(a)的a-a线的剖视图。另外，图5-1的(a)、图5-1的(b)是表示图4-1的(a)的a-a截面处的金属模构造的成形前及成形完成时的剖视图，图5-2的(a)、图5-2的(b)是表示图4-2的(a)的a-a截面处的金属模构造的成形前及成形完成时的剖视图。此外，图中与以往例相同的部分通过与其相同的附图标记来示出。本发明人首先对于因收缩凸缘变形而导致的褶皱的应对方法反复进行了各种研究。此时，由于收缩凸缘变形是因材料从凸缘部侧向纵壁部移动时线长有多余而产生的，所以考虑是否能够相反地通过线长不足的拉伸凸缘变形来对相同的纵壁部进行成形。由此，想到只要使用于成形纵壁部的材料的移动方向反转即可。也就是说，只要不是从凸缘部侧而是从顶板部侧成形纵壁部就不会在凸缘部中产生褶皱。而且，由于产生拉伸凸缘变形的位置成为从坯料的端部远离的顶板部侧，所以也具有难以产生因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的优点。在图4、图4-1及图4-2中示出基于本发明的实施方式的收缩凸缘变形的应对例，将其中的沿着a-a线的截面处的作为冲压成形装置的金属模的构造示出在图5-1、图5-2中。冲压成形方向是相对于主视图的纸面垂直方向。为了约束在以往作业方法中发生收缩凸缘变形的位置b处的材料移动，如图4-1～图4-2所示，只要以使发生上述收缩凸缘变形的凸缘部共有、且以该凸缘部为基准而对称的方式同时成形两个部件5即可。其结果为，如图4-1所示，能够使从顶板部侧的材料移动优先发生，材料因线长被延长而产生拉伸凸缘变形e。并且在下一工序中，如图4-2所示，当对外侧的凸缘部进行成形后，完成了两个抑制了收缩凸缘变形的沿长度方向弯曲的部件。即，金属模的得到两个该部件的结构相当于收缩凸缘变形抑制机构。在图4-2的工序中，在纵壁部和顶板部沿部件长度方向弯曲的情况下，材料不均匀地向纵壁部移动，因此为了抑制不需要的面外变形(褶皱)，而优选通过金属模来抑制在顶板部中移动的材料。另外，由于凸缘部成为与其他部件之间的接合部，因此优选通过金属模来防止面外变形。具体地说，可以通过冲头2和垫座(pad)7来夹持并约束上述的顶板部，且以材料能够移动的程度通过冲模1和防皱装置3来夹持凸缘部侧。另外，在图4-2的工序中，当在拉深成形中材料从顶板侧向纵壁部移动时，会产生收缩凸缘变形，因此有可能成为产生褶皱的原因。因此可以如上述那样通过冲头2和垫座7来夹持并约束顶板部的材料、且以材料能够移动的程度通过冲模1和防皱装置3来夹持凸缘侧。即，金属模的夹持材料的这些结构相当于褶皱抑制机构。此外，在本发明的冲压成形方法中，约束在以往作业方法中会发生收缩凸缘变形的位置b处的材料移动的方法并不限于图4-2的例子，除了因通过金属模来夹持金属板而产生的摩擦阻力以外，还能够使用因通过设置了压边筋和压花等凹凸形状的金属模来夹持金属板而产生的金属板的变形阻力。接下来本发明人对于因拉伸凸缘变形而导致的裂纹的应对方法反复进行了各种研究。此时，发现通过适用于将部件长度方向上的弯曲沿部件的高度变化方向设置的部件而能够在拉深成形中的材料的动作中观察到图6所示那样的特征性变化。图6的(a)、图6的(b)及图6的(c)是表示本发明人在拉深成形时的材料动作调查中使用的坯料的形状的主视图、侧视图及沿着图6的(a)的a-a线的剖视图，图6-1的(a)、图6-1的(b)及图6-1的(c)是表示在上述材料动作调查中冲压成形而成的中间成形品的形状的主视图、侧视图及沿着图6-1的(a)的a-a线的剖视图，图6-2的(a)、图6-2的(b)及图6-2的(c)是表示在上述材料动作调查中冲压成形而成的部件的形状的主视图、侧视图及沿着图6-2的(a)的a-a线的剖视图。对上述的材料动作调查的结果进行了考察，发现通过使成为顶板部与纵壁部的边界的棱线相对于冲压成形方向(主视图的纸面垂直方向、侧视图的纸面左右方向)如以图6-1的(b)中的倾斜距离c所示那样地倾斜，而能够在拉深成形中使坯料4的一部分材料以向部件长度方向(图6-1、图6-2的粗线箭头方向)移动的方式旋转。旋转量根据相对于冲压成形方向的倾斜角而变化，旋转的方向因成形纵壁部的材料的移动方向而变化。因此，当材料的移动方向从图6-1那样的从顶板部侧进行的移动(第一道工序)变成图6-2那样的从凸缘部侧进行的移动(第二道工序)时，旋转的方向反转。图7的(a)、图7的(b)及图7的(c)是表示在本发明的冲压成形方法的一个其他实施方式中对沿长度方向弯曲的部件进行成形时使用的坯料的形状的主视图、侧视图及沿着图7的(a)的a-a线的剖视图，图7-1的(a)、图7-1的(b)及图7-1的(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的中间成形品的形状的主视图、侧视图及沿着图7-1的(a)的a-a线的剖视图，图7-2的(a)、图7-2的(b)及图7-2的(c)是表示以上述实施方式的冲压成形方法成形的部件的形状的主视图、侧视图及沿着图7-2的(a)的a-a线的剖视图。本发明人使用上述见解，想到了图7～图7-2所示的能够抑制收缩凸缘变形和拉伸凸缘变形双方的本发明的实施方式的冲压成形方法。如果发生上述的旋转，则仅通过抑制该旋转力，就能够在发生拉伸凸缘变形的板面内产生压缩变形，在本实施方式中将金属板8设置在冲压成形金属模的、与坯料4或中间成形品6的部件长度方向两端面抵接的位置。金属模的该板8相当于拉伸凸缘变形抑制机构。阻碍材料旋转的方法不仅是如图7-1、图7-2所示那样设置金属板8的方法，还可以仅是在金属模上设置与冲压成形方向平行的抵接面，因此在成本方面上优异。该抵接面在拉深成形中与坯料4或中间成形品6的端面滑动接触而摩擦，因此优选通过使用比坯料4的材料硬质的材料来防止被削去、或为能够更换抵接面的构造。根据本发明的冲压成形方法及冲压成形装置，不仅能够制作具有帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件，还能够通过将位于凸缘部的材料全部用于纵壁成形来制作コ字形截面形状的部件。在基于金属模的褶皱的抑制中，而优选将皱褶抑制压力设为0.1～100mpa。若压力小于0.1mpa则难以抑制坯料4的面外变形(褶皱)，而超过了100mpa的压力则需要高刚性的加压装置，因此在成本方面上不优选。在不使用皱褶抑制压力的情况下，优选在纵壁部成形中将金属模与坯料4或中间成形品6的金属板之间的间隙保持为板厚的0～200％。使间隙小于板厚的0％并没有特别优点，相反地会对金属模施加过大的力，因此有可能产生金属模的磨损和/或变形。另一方面，当空出大于200％的间隙时，产生的褶皱会变大，因此难以在之后的修整工序中除去褶皱。作为坯料4的材料的金属板优选拉伸强度为440～1470mpa。拉伸强度小于440mpa的金属板在延展性和拉深成形性上优异，因此使用本发明的作业方法的优点少。另外，超过了1470mpa的金属板缺乏延展性，因此在本发明中容易在没有成为对象的冲头肩部和冲模肩部处产生裂纹，而有可能无法成形部件。将表1所示的270、440、980、1180、1470mpa级钢板作为实验材料来使用，以往法是通过图2所示的拉深成形对成形结果进行了评价，发明法是通过图4～图4-2所示的两道工序的成形的开发法a和图7～图7-2所示的两道工序的成形的开发法b对成形结果进行了评价。金属板通过金属模以10mpa进行按压。将该评价结果示出在表2中。成形品的评价通过视觉辨认来进行，对在凸缘部中产生的褶皱和裂纹以○、△、×这四个等级进行了评价。在发生了显著的褶皱和裂纹的情况下记为×，在发生了轻微的褶皱和缩颈的情况下记为△，在没有发生褶皱、裂纹和缩颈的情况下记为○。表1符号钢种板厚(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在270mpa级钢板中，无论是以往法还是开发法a、b均能够不产生褶皱和裂纹地成形。在440mpa级钢板的情况下，在以往法中产生了显著的褶皱，在开发法a、b中能够防止产生褶皱。另外，关于裂纹评价，在以往法和开发法a中观察到了缩颈，但在开发法b中没有产生裂纹和缩颈。在980、1180及1470mpa级钢板的情况下，在以往法中观察到的褶皱在开发法a、b中没有被观察到。另外，关于裂纹评价，在以往法和开发法a中产生了裂纹，但在开发法b中没有产生裂纹和缩颈。工业实用性如此，根据本发明的冲压成形方法及冲压成形装置，在对具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件的纵壁部进行成形时通过使材料优先从顶板部侧移动来成形纵壁部，因此，能够避免在凸缘部中产生收缩凸缘变形。另外，当使成为顶板部与纵壁部的边界的棱线相对于冲压成形方向倾斜时，能够使在拉深成形中被金属模夹持的材料以向部件长度方向移动的方式旋转，因此，能够通过抑制该旋转而对板面内施加压缩变形来抑制拉伸凸缘变形。并且，根据本发明的部件的制造方法及成形部件，在对具有コ字或帽形截面形状的沿长度方向弯曲的部件冲压成形时，能够抑制产生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中的一方或两方。附图标记说明1冲模2冲头3防皱装置4坯料5部件5a顶板部5b纵壁部5c凸缘部6中间成形品7垫座8板b产生凸缘变形的位置c倾斜距离e拉伸凸缘变形s收缩凸缘变形当前第1页12