钢板的冲裁用工具和冲裁方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及薄钢板的冲裁用工具、和使用了该工具的冲裁加工方法。
【背景技术】
[0002] 对应于石油危机引起的汽车轻量化要求，汽车用的钢板的高强度化在推进。近年 来也产生了提高汽车碰撞安全性的要求，汽车用钢板进一步高强度化的要求正在提高。
[0003] 钢板随着强度提高，一般会牺牲成形性，在冲压成形时容易产生裂纹。因此，在应 用高强度钢板时，在其冲压成形工序中，需要谋求防止裂纹。特别是在汽车用钢板的冲压成 形时，较多地出现将冲裁出的端面在周向上拉伸的"冲裁孔扩展成形"，在这样的成形中防 止裂纹很重要。
[0004] 图1示出使用了以往的平底冲头的冲裁工序中的被加工材料的变形状态。在该冲 裁工序中，由于对图1(b)所示的硬化层施加大的压缩或者拉伸的应变，该部分显著硬化。而 且，因此，冲裁后的端面的延展性劣化，冲裁孔(冲孔）的冲裁孔扩展性显著劣化。由该硬化 层引起的端面延展性劣化，在高强度钢中特别显著，正在要求对应于近年来的汽车轻量化 要求而较多地使用的高强度钢板的冲裁孔扩展性的改善。
[0005] 作为改善该冲裁孔扩展性的冲裁技术，曾提出了使用在顶端带有突起的冲裁冲头 进行冲裁的技术(专利文献1、2)。
[0006] 下面说明利用该技术改善冲裁孔扩展性的原理。冲裁孔扩展性，由于在冲裁工序 中在端面上形成蓄积有塑性应变的加工硬化层而劣化。在冲裁工序中，起初通过冲头、冲模 剪切被加工材料而形成剪切面。接着，在冲头、冲模的切刃附近的被加工材料中发生裂纹且 该裂纹发展，由此形成断裂面。该裂纹生长，以至于断裂。断裂面的加工硬化层上的塑性应 变主要在剪切面的形成阶段产生，因此剪切面的形成阶段越短，断裂面的加工硬化层上的 塑性应变越小。由于冲裁冲头上带有的突起的效果，对被冲裁的被加工材料的冲头和冲模 的切刃附近给予拉伸应力，促进裂纹的发展，结果能够缩短剪切面的形成阶段。由于该效 果，可抑制冲裁端面的应变、改善冲裁孔扩展性。
[0007] 在专利文献1中，为了进一步防止由突起引起的对坯料的剪切，使突起的肩部的曲 率半径Rp为〇.2mm以上、或者使突起肩部角度为100°以上170°以下成为必要条件。
[0008] 在专利文献2中，为了改善被加工材料的端面的延展性，从冲头切刃向突起划出的 切线的角度为3°~70°成为必要条件。
[0009] 在先技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本特开2005-95980号公报 [0012] 专利文献2:日本特开2007-307616号公报
【发明内容】
[0013]根据以往技术，在抗拉强度约为800MPa的高强度钢板中，能够获得80%以上的冲 裁孔扩展率。利用该技术能获得一定的汽车轻量化效果。但是，为了对应于近年来进一步高 涨的高强度钢板的需求，未必可以说是足够。为了充分对应于这样的需求，正在要求在抗拉 强度约为800MPa的高强度钢板中实现90%以上的冲裁孔扩展率。
[0014] 本发明的课题是具体实现在800MPa级的高强度钢板的冲裁加工中实现90%以上 的冲裁孔扩展率的冲裁加工工具和加工方法。
[0015] 本发明人为了在使用带突起的冲头的冲裁加工中解决上述课题而进行了锐意研 究，得到了以下见解。
[0016] (a)冲模的切刃形状的最佳化
[0017] 进行冲裁加工时，在作为被加工材料的高强度钢板的冲头侧和冲模侧，力的施加 状况不同，因此本来冲头的切刃形状和冲模的切刃形状各自应存在最佳的形状。以往技术 是以冲头的切刃为主体进行了研究，冲模的切刃形状并没有达到最佳。因此，本发明人着眼 于冲模的切刃形状进行了详细的研究。
[0018] 首先，当冲模的肩R(冲模的曲率半径，相当于切刃的形状)小时，作为被加工材料 的钢板的冲模侧受到极端的压缩应力。因此，钢板断面内的压缩应力区域变大。受到压缩应 力的部分由于裂纹的扩展被抑制因此剪切断裂。由此，剪切面增加，加工硬化层变多。
[0019] 另一方面，如果冲模的肩R过大，则钢板的冲模侧也有拉伸应力作用，因而裂纹扩 展进行，剪切断裂成为限定性的。因此，加工硬化层也减少，因此能够确保延展性。但是，由 于肩R大，存在切断后的钢板发生变形(垂向冲头下降的方向的塌边)的可能性。
[0020] 考虑到这些情况，发现在800MPa以上的高强度钢板中使冲模的肩R为0.03mm~ 0.2mm是适当的。
[0021] (b)冲模肩的二段R化
[0022] 进而，本发明人发现，通过使冲模肩（切刃部分)为具有两种曲率半径的形状（以下 称为二段R。）能够一边更加抑制压缩应力一边进行切断。
[0023] 当冲模肩为具有一种曲率半径的形状（以下有时称为单段R。）时，通过在冲模肩处 的钢板的弯曲，在钢板的冲模侧产生压缩应力进行作用的区域。由该弯曲引起的压缩应力， 缓和好不容易由带突起的冲头在钢板内产生的拉伸应力。相应地裂纹扩展性变差。
[0024]于是，通过将冲模肩R设为二段，部分缓和在冲模肩处的钢板的弯曲，使由该弯曲 引起的压缩应力进行作用的区域减少，能够改善裂纹扩展性。
[0025] 另外，在为冲裁工具的情况下，冲头与冲模的间隙（clearance)也是重要的。在使 冲模肩为二段肩R的情况下，如果增大冲头侧的圆弧部分的曲率半径Rl，则结果间隙变大， 锋利度变钝。因此，发现:在使冲模肩为二段肩R的情况下，使冲头侧的曲率半径Rl小于与冲 头相反侧(压板侧)的曲率半径R2即可。
[0026] 进而发现，在钢板被切割时，冲头侧的曲率半径Rl会发挥效用，因此使该曲率半径 Rl在所述的最佳范围即可。
[0027]由此，能够减少作用于钢板的压缩应力，可获得由更高的拉伸应力带来的裂纹扩 展性。而且，能够减少剪切断裂的剪切面，能够减少加工硬化层，能够改善孔扩展性。
[0028]但是，因为需要控制为钢板的弹性区域内的变形，所以需要限制冲模肩部的钢板 落入量。
[0029] (C)带突起的冲头形状的最佳化
[0030] 另一方面，对于在切割时能够使作为被加工材料的钢板高效地产生拉伸应力的带 突起的冲头的形状也进行了详细研究。其结果发现，从成为冲头切刃的肩（冲头切刃端部） 向突起肩划出的切线与和冲头移动方向正交的方向构成的角度(α)存在最佳范围。即，可知 在α为12°~72°时，产生较大的拉伸应力，提高了裂纹的扩展性。
[0031] 本发明是基于这些见解而完成的，其要旨如下。
[0032] (1) -种钢板的冲裁用工具，至少采用冲模、压板和带突起的冲头构成，其特征在 于，在与该冲裁工具的冲头的移动方向平行、且与冲头或者冲模的切刃构成的棱线垂直的 截面中，成为冲模切刃的肩部的曲率半径Rd为0.03mm以上0.2mm以下，从成为冲头切刃的肩 (冲头切刃端部）以与突起的肩相切的方式划出的直线与和冲头的移动方向正交的方向构 成的角度α为12°以上72°以下。
[0033] (2)根据（1)所述的钢板的冲裁用工具，其特征在于，成为所述冲模切刃的肩部的 曲线具有两种曲率半径，将面向冲头的曲线的曲率半径设为Rl，将另一曲线的曲率半径设 为R2，将通过分别具有R1和R2的两曲线的交点和R1的曲率中心的直线、与和冲头的移动方 向正交的方向构成的角设为β，将钢板的板厚设为t时，
[0034] 0.03mm< Rl < 0.2mm；
[0035] I < R2/R1；
[0036] 30° < β < 90°，
[0037] 其中，Rl、R2、t的单位均为mm。
[0038] (3)根据(2)所述的钢板的冲裁用工具，其特征在于，所述两种曲率半径R1、R2还满 足I SR2/R1 < 7、和R2(l-sin0H 3t。
[0039] (4)-种钢板的冲裁方法，其特征在于，使用的冲裁工具至少采用冲模、压板和带 突起的冲