冲压成型用的金属板及其制造方法、和冲压件制造方法与流程

本发明涉及冲压成型为最终部件形状的金属板、将该金属板冲压成型为最终部件形状的冲压件制造方法。

背景技术：

在通过冲压成型的部件制造中，成型件的成品率提高和成型性的提高是重要课题。通常，为了提高成品率，优选冲压成型时尽量减小材料流入模内的量，设定接近拉伸成型的成型条件。

但是，一方面，若材料向模内的流入过小，则存在因成型时模内的材料不足，而导致在成型区域内板厚过度变薄，而产生开裂这种不良情况。另一方面，若为了避免开裂而设定拉深主体的成型，则存在导致成品率的降低之虞。

为了应对这样的不良情况，过去采取了各种各样的解决措施。通常，公知的是，在进行冲压成型时，通过多个阶段的成型工序进行成型而提高成型性。这是因为，与一次成型至最终部件形状的情况相比，分多个阶段地进行成型的情况不会使应变集中于一处，而向整体分散。

例如，在专利文献1中公开了基于最终部件形状的剖面线长度的信息而设计预成型形状的方法。

此处，作为通过对最终部件赋予由压花组成的凹凸图案而提高板的刚性的技术，公开有专利文献2、专利文献3所记载那样的技术，但技术思想与本发明不同。

专利文献1：日本特许第5867657号公报

专利文献2：日本特开2002-60878号公报

专利文献3：日本特开2012-45622号公报

然而，根据专利文献1所记载的技术，虽然能够获得成型性提高的效果，但是在使用了cae解析的预成型形状的设计上花费时间。

技术实现要素：

本发明是着眼于上述问题点而完成的，目的在于提供能够更简单地提高成型性的冲压成型用的金属板及使用了该金属板的冲压件制造方法。

发明人们为了同时解决成品率提高和成型性提高双方的需要，进行用于有效地进行预成型的调查研究，得到了如下见解：若对金属板预先赋予重复配置由凹凸组成的单位形状而得的凹凸图案的形状，边向凹凸图案的凹凸消失的方向进行冲压，边进行正式成型，则根据赋予的凹凸图案，赋予了凹凸图案的区域的金属板部分整体如打开折纸那样进行延展，其结果，在金属板的大范围内均匀地导入应变，从而成型性提高。

并且，为了解决课题，本发明的一个方式为冲压成型用的金属板，被冲压成型为最终部件形状，该冲压成型用的金属板的特征在于，至少局部被成型为凹凸图案的形状，上述凹凸图案的形状为朝向沿着板面的一个或两个以上的方向，重复配置有由在板厚方向上变形的弯曲形状所组成的一种或者两种以上的单位形状，上述单位形状的弯曲形状为，在板厚方向上的高低差为3mm以上，且在板厚方向上的投影面积换算成正方形形状则为400mm²以上10000mm²以下。

根据本发明的方式，在进行冲压成型时，通过预先将由单位形状的重复组成的凹凸图案的形状赋予于金属板这样的简单的结构，能够提高冲压成型为最终部件形状时的成型性，且能够实现最终部件的较高的成品率。

附图说明

图1是说明基于本发明的冲压成型用的金属板的图，图1的(a)为俯视图，图1的(b)为图1的(a)的a-a’剖视图。

图2是说明基于本发明的实施方式所涉及的冲压成型用的金属板的其他例子的图。

图3是用于说明冲压成型用的金属板的制造方法的例子的示意图。

图4是用于说明冲压件制造方法的示意图。

图5是表示实施例中的单位形状的例子的图。

图6是表示实施例中的凹凸图案的设定例的图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

<冲压成型用的金属板10>

本实施方式的金属板10是被冲压成型为最终部件形状的冲压成型用的金属板。金属板10的材质由不锈钢、其他钢材、铝材等组成。

如图1所示，本实施方式的金属板10被成型为凹凸图案12的形状，上述凹凸图案12的形状为朝向沿着板面的两个方向，重复配置多个由在板厚方向上变形形成的弯曲形状所组成的单位形状11而形成的。在图1中，例示了将单位形状11朝向两个方向进行排列的情况，但也可以将单位形状11朝向一个或三个以上的方向进行排列。另外，也可以通过组合多个种类的单位形状来形成凹凸图案12。

凹凸图案12的形成位置也可以形成于金属板10的表面的整个面，但也可以是，如图2所示，仅对冲压用的坯料的冲裁的位置的中央侧部分赋予上述凹凸图案12的形状。另外，也可以是，与冲压位置无关地，在板的长度方向、宽度方向上隔开规定间隔地配置凹凸图案12等。此外，优选在金属板10表面的50％以上形成有凹凸图案12。

另外，也可以是，针对每个单位面积(每个进行一次冲压的区域)设定2处以上形成凹凸图案12的区域，而分别形成单独的凹凸图案。

另外，优选单位形状11的弯曲形状呈整个面由平滑的面(无曲率陡变的部分的面)构成，且与邻接的单位形状11平滑地连接的形状。即，优选凹凸图案12的形状设定为在沿着板的面方向的形状中没有曲率陡变的部分(曲率陡变部)。在不是平滑地连接的情况下，该不平滑部分成为异常点，在冲压成型时，虽也取决于曲率陡变部的陡变程度，但仍有可能令应变集中在曲率陡变部而发生开裂。若与邻接的单位形状11平滑地连接，则单位形状11的向冲压方向的投影形状可以为四边形，可以为三角形，也可以为任意的几何学形状。

当在邻接的单位形状11之间形成有无法连接的间隙区域的情况下，只要夹设用于连接该间隙区域的其他形状的单位形状11即可。但是，优选设定为在凹凸图案12的轮廓尽量没有曲率陡变部。曲率陡变部例如呈l字状的角形状等尖锐的形状。

单位形状11的弯曲形状设定为，在板厚方向的高低差h为3mm以上，且在板厚方向上的投影面积换算成正方形形状则为400mm²以上10000mm²以下的范围内。

此处，金属板10的厚度t例如优选为2mm以下，更优选为1mm以下。若为该厚度的金属板10，则上述凹凸图案12的形状的赋予能够更可靠地实施。

<金属板10的制造方法>

赋予了上述的凹凸图案12的金属板10的制造方法，例如如图3所示，只要利用在周面形成了上述凹凸图案12的一对轧制辊20对被轧制机21精轧制后的金属板1进行轧制，而从轧制辊20向金属板10转印凹凸图案12即可。此外，也可以是，在一对轧制辊20双方预形成转印用的凹凸图案，但也可以是，仅预先在一方的轧制辊20形成转印的凹凸图案，另一方的轧制辊20是表面由橡胶组成的橡胶辊。

另外，转印凹凸图案的轧制辊20也可以应用于张力矫直机等的矫正辊。另外，凹凸图案12向金属板10的转印也可以通过轧制辊20以外的方式来实施。例如也可以通过使用了金属模具的冲压成型来实施，从而转印凹凸图案12。

<关于使用了金属板10的向最终部件形状的冲压成型及其他>

在进行拉伸成型的情况下，若一次将金属板10成型为最终部件形状，则在冲头底部因摩擦阻力而材料几乎不发生应变，但在冲头肩部、模具肩部材料过度变薄，从而发生开裂的可能性变高。为此，通过在预成型阶段将应变预先导入最终部件形状中的冲头底部，能够疑似提高最终成型阶段的成型性。优选应变向整体均匀地导入。

而且，在本实施方式中，如图4所示，使用上模30和下模31将被赋予了如以上那样由单位形状11的重复组成的凹凸图案12的冲压成型用的金属板10冲压成型为最终部件形状。在图4中例示了拉伸成型的情况，但也可以通过深拉深成型及其他冲压成型对本实施方式的冲压成型用的金属板10进行成型而加工成目标的最终部件形状。

若对金属板10进行冲压成型，则赋予了凹凸部分的材料如打开折纸那样延展，因此应变均匀地导入。这样，在赋予了凹凸图案12的板部分，材料被在大范围且均匀地导入应变，其结果成型性提高。即，在冲压成型时，凹凸图案12的凹凸如折纸展开那样延伸，由此能够抑制过大的板厚减少，从而提高成型性。

此时，预先赋予给金属板10的形状为由单位形状11的重复组成的单纯的成型形状。此外，优选凹凸图案12所形成的面内整体由平滑的曲面(也可以局部包含平面)构成。根据该结构，能够可靠地防止在被冲压时应变集中这种情况。

此处，将单位形状11的弯曲形状设为板厚方向上的高低差为3mm以上的形状是因为，若高低差不是3mm以上，则冲压后的凹凸如折纸那样向横向延展的量较小，对应变的均匀化的贡献率较小。板厚方向上的高低差的上限受金属板10的成型极限限制，但优选为10mm以下。

另外，设定在板厚方向(冲压方向)上的投影面积换算成正方形形状则为400mm²以上10000mm²以下的范围内，也是考虑到对应变的均匀化的贡献率。

此处，作为冲压的最终制品，假设为汽车的面板、框架体、建筑物的框架体、墙体等至少长度方向上的长度为1m以上的部件。

另外，在将单位形状11的板厚方向上的投影面积设为单位为mm²的a0，将该单位形状11的表面积设为单位为mm²的a1的情况下，优选满足(1)式和(2)式中的至少一者。

a1＜a0×(1+ε0)²…(1)

a1＜(a0×t0)/t1…(2)

其中，

ε0：金属板的均匀伸长极限，且是无量纲量，

t0：金属板的初始板厚，单位为mm，

t1：最终部件形状中的最小板厚，单位为mm。

在(1)式中，在a1超过上限(右项)的情况下，会产生在以单位形状11拉伸的部位发生缩径、破裂的可能性。在(2)式中，在a1超过了上限(右项)的情况下，有可能以单位形状11拉伸的部分的板厚过少。

另外，在适用的最终部件形状已决定的板的情况下，优选凹凸图案12设定为：在成为冲压的对象的坯料的面积(尺寸)中，金属板10的表面积为最终部件形状中的表面积以下，特别是比最终部件形状中的表面积小。在该情况下，赋予了凹凸图案12的金属板10(坯料)的表面积与最终部件形状中的表面积相同或者比最终部件形状中的表面积小，因此在冲压成型时在金属模具内材料没有多余，凹凸图案12的凹凸如折纸延展那样被拉伸，从而形成最终部件形状。

另一方面，在成为冲压的对象的坯料的面积(尺寸)中，在金属板10的表面积设定为比最终部件形状中的表面积大的情况下，在通过冲压成型的最终成型后，凹凸图案12的凹凸形状可能有少许残留。在该情况下，虽然最终部件形状的形状精度较差，但是相对于最终部件形状，通过凹凸形状能够预料到刚性、散热性的提高等的效果。

此外，在成为冲压的对象的坯料的面积(尺寸)中，在将金属板10的表面积设为a0，将最终部件形状中的表面积设为a1的情况下，优选满足下述式。若满足该条件，则设定为在同一剖面中，最终部件形状的剖面线长度与作为坯料的金属板10的剖面线长度接近相同。

|a1-a0|≤0.1×a1

此处，作为用于冲压成规定的最终部件形状的专用的金属板10，在通过轧制制造该金属板10的情况下，若以如下方式使金属板10变形，则容易更均匀地导入应变，上述方式为：越是推断为在从未形成凹凸图案12的状态的金属板10向目标的最终部件形状进行了冲压成型时较多地被导入应变的板的区域，则越成为高低差较大的凹凸图案12的形状。

另外，此时，在作为制品存在承受来自其他部件的载荷的部分等欲确保刚性的部分(不想减少板厚的部分)的情况下，只要在该部分，即在最终部件形状中相对地确保刚性的第一区域，不形成上述凹凸图案12即可。在该情况下，与不形成凹凸图案12的未形成区域相比，形成了凹凸图案12的形成区域中，凹凸图案12伸长(材料向面方向延展)，容易导入应变，因此能够抑制未形成区域处的板厚减少，并且通过凹凸图案12也能够抑制形成区域处的过度的板厚减少。

这样，对于成型为规定制品的冲压专用的金属板10而言，也能够简单地控制欲导入均匀的应变的部分。

另外，在最终部件形状例如为半圆筒形状的情况下，只要材料主要向圆周方向伸长即可，因此只要将仅在导入该应变的圆周方向上起伏的凹凸图案12的形状赋予金属板10即可。

【实施例】

<第1实施例>

首先对第1实施例进行说明。

为了能够通过冲压进行预成型且能够通过正式成型充分获得应变分散的效果，设定以下的必要条件，并设计了单位形状11。

(1)凹凸形状的面整体由平滑的曲面构成；

(2)与相邻的单位形状11平滑地连接；

(3)能够对于平面实现所有方向的线长度的增大。

对于本实施例的单位形状11而言，板厚方向(冲压方向)上的投影形状呈正方形。该单位形状11的弯曲形状通过中央部，将与正方形的一边平行的方向(称为基准方向)的轮廓设定为中央部凹陷最深的单波长的正弦曲线形状，使正弦曲线的相位随着从该位置趋向与基准方向正交的方向而连续错开，从而设定为在单位形状11的边位置处相对于中央相位错开90度的形状。在图5中示出该单位形状11的例子。

使这样设计的单位形状11以边彼此连接的方式在x方向以及y方向两个方向上排列而形成凹凸图案12，由此能够平滑地连接相邻的单位形状11彼此。

此时，为了消除在正式成型中的变形的方向性，如图6所示，以边使单位形状11的排列依次旋转变位90度，边在排列方向上按顺序配置的方式设计了凹凸图案12。

这样，能够进行凹凸图案12的设计。

<第2实施例>

接下来，对第2实施例进行说明。

在以通过第1实施例中所示的单位形状11的重复而形成凹凸图案12的方式进行设计时，分别改变单位形状11的正弦曲线形状中的振幅以及一个波长的长度，由此设计了实施例1～5以及比较例1～6的各个凹凸图案。表1中记载了各实施例以及各比较例中的投影面积a0、板厚方向的高低差、以及上述式(1)以及式(2)的关系(判定式)。

对于实施例1、2以及比较例1～3，利用在加工面具有设计好的凹凸图案的上模和下模对金属板进行冲压成型，由此制造了在金属板转印各种凹凸图案12的冲压成型用的金属板10。另外，对于实施例3～5以及比较例4～6，利用在表面具有设计好的凹凸图案的一对轧制辊20进行轧制，在金属板转印凹凸图案12，从而制造了冲压成型用的金属板10。

并且，从在转印时未产生破裂的金属板10中切出宽200mm且长200mm的正方形形状，将其作为坯料。然后，使用图4所示的上模30和下模31冲压成型为最终部件形状。此时，拉伸成型为冲头直径为φ150mm、冲头r为5mm的圆筒。此外，在使用判定式时，在产生破裂的情况下将最小板厚t1判定为0。

另外，在表1中也一并对各实施例以及比较例的评价结果进行了记载。

评价使用了发生破裂相对于部件的成型次数的比例即不良率。

该不良率评价如下所示。

◎：不良率不足3％

○：不良率为3％以上且不足5％

×：不良率为5％以上

【表1】

如从表1中理解的那样，在上述条件下，在比较例1中，投影面积a0以及板厚方向的高低差较小，因此板材产生缩径，从而使板厚过小，破裂频发。另外，在比较例2中，相对于投影面积a0板厚方向的高低差过大，因此在转印凹凸图案12时板材的延展性不足，从而破裂频发。

另外，在比较例3～4中，板厚方向的高低差较小，因此在最终部件的制造时，在比较例3中板材产生缩径，从而板厚过小，破裂频发，在比较例4中破裂的部件频发。

另外，在比较例5～6中，投影面积a0设置得较大，但在比较例5中，板厚方向的高低差较小，因此在最终部件的制造时破裂频发，在比较例6中，板厚方向的高低差过大，导致在凹凸图案12的转印时破裂频发。

相对于这些，在实施例1～3中，在凹凸图案12的转印以及最终部件的制造时产生破裂、板厚过小的情况较少。特别在实施例2～3中不良率较少。

另外，与比较例5～6一样，实施例4～5是将投影面积a0设置得较大的例子，但在实施例4～5中，在凹凸图案12的转印以及最终部件的制造时产生破裂、板厚过小的情况较少，特别在实施例4中不良率较少。

这样，从第2实施例中可知，在采用金属板10以及最终部件的制造工序制造冲压件时，优选单位形状的弯曲形状设计为：板厚方向的高低差为3mm以上，且冲压方向的投影面积换算成正方形形状则为400mm²以上10000mm²以下，并且满足上述的(1)式或者(2)式。可知特别优选设计为满足上述的(1)式以及(2)式双方。

以上，本申请主张于2016年7月15日在日本申请的专利2016-140697号的优先权，其全部内容因参照而成为本公开的局部。

在此，参照有限数量的实施方式进行了说明，但权利范围不限定于此，对于本领域技术人员而言，能够明确基于上述公开的各个实施方式的改变。

附图标记说明

10…金属板；11…单位形状；12…凹凸图案；20…轧制辊；21…轧制机；h…高低差。