冲压成形品的制作方法

冲压成形品的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够以低成本提供针对3点弯曲载荷具有较高压坏载荷的冲击吸收构件的冲压成形品。一种钢板(13)的冲压成形品，其具备主体(24)，该主体(24)具有帽型的横截面，并且沿一个方向延伸，该横截面具有底部(20a)和经由R端部(25)与底部(20a)相连续的肩部(20c)。在横截面上，从R端部(25)至向底部(20a)延伸的方向离开规定距离的位置为止的第1区域(27)和作为底部(20a)的一部分且与第1区域(27)相连续的第2区域(28)具有通过主体(24)的冲压成形而形成的如下加工硬化分布：第1区域(27)中的、从钢板(13)的表面至深度为钢板(13)的板厚乘以0.2的位置为止的范围的平均硬度Hv1，相对于第2区域(28)中的、从钢板(13)表面至深度为钢板(13)的板厚乘以0.2的位置为止的范围的平均硬度Hv2，满足Hv1>1.05×Hv2的关系。
【专利说明】冲压成形品

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冲压成形品。

【背景技术】
[0002]为了谋求用于防止地球变暖的燃油效率提高和撞车事故时的安全性提高，高张力钢板(High Tensile Strength Steel)被广泛用作汽车车体的结构部件的原材料。对于汽车车体结构部件中的侧梁、纵梁或保险杠加强件这样的强度部件而言，要求针对3点弯曲载荷(Three-point Bending load)的压坏载荷(crushing load)较高。上述强度部件为了防止与其他部件间的相互干扰、确保其他部件的配置空间而多具有细长且复杂的形状。
[0003]钢板的成形性伴随着钢板强度的上升而下降。例如，当在利用冲压成形制造的具有帽型横截面的细长冲压成形品(例如侧梁内板)中使用高张力钢板时，因该高张力钢板的强度而易于产生有回弹。若在冲压成形品中发生回弹，则会在之后的制造工序(例如焊接工序)中产生缺陷、成品率的下降。因此，强烈要求抑制将高张力钢板作为原材料的冲压成形品中的回弹。
[0004]图17是示意性地表示一般的弯曲成形中使用的冲压成形装置I的一例的说明图。图18是用于说明在冲压成形品7的肩部7c处发生的回弹的图。
[0005]如图17和图18所示，通常冲压成形装置I具备:冲头2 ;冲模3 ;以及上垫板5，其以借助加压构件4而出入自如的方式埋设于冲模3。此外，垫板有时也作为下垫板设置于冲头2而非如图17所示的冲压成形装置I那样作为上垫板5设置于冲模3。
[0006]钢板6利用冲压成形装置I被弯曲成形为具有帽型横截面的冲压成形品7。弯曲成形是通过如下方式进行的:如图17所示，在成形前，上垫板5抵接于欲成形为冲压成形品7中的底部7a的部分，并在约束该部分的状态下使冲模3下降。冲压成形品7的底部7a沿冲头2的冲头上表面2a而成形。冲压成形品7的壁部7b沿冲头2的冲头侧面2b而成形。进而，冲压成形品7中的、与底部7a和壁部7b连续的曲面状的肩部7c沿冲头2的冲头肩部2c而成形。
[0007]若钢板6弯曲，则在钢板6的表面产生拉伸应力，并且在钢板6的背面产生压缩应力。因而，冲压成形品7的肩部7c由于沿冲头肩部2c发生了弯曲，从而在表面产生拉伸应力，在背面产生压缩应力。产生的拉伸应力和压缩应力在冲压成形品7从冲压成形装置I脱模时得以解除。由此，在冲压成形品7的肩部7c处产生回弹，从而导致冲压成形品7的形状在图18中圆弧状箭头所示，壁部7b向外扩张而与模具的形状不同。
[0008]在专利文献I?4中公开有利用冲压成形装置中的下垫板来抑制冲压成形品的角度变化量(回弹量)的方法。
[0009]在专利文献5和6中公开有通过利用高频感应加热(high frequency induct1nheating)对汽车车体的强度部件的一部分进行淬火而使其硬化、强化，从而提高汽车的撞击性能的方法。另外，在专利文献7中公开有通过利用堆焊(overlaying)来强化帽型强度部件的肩部、从而提高强度部件的弯曲变形性能的方法。
[0010]专利文献1:日本特开2000 - 042635号公报
[0011]专利文献2:日本专利第3572950号说明书
[0012]专利文献3:日本实开昭63 - 133821号公报
[0013]专利文献4:日本实开平3 - 057423号公报
[0014]专利文献5:日本特开平10 - 17933号公报
[0015]专利文献6:日本专利第4208044号说明书
[0016]专利文献7:日本特开2004 - 276031号公报


【发明内容】

[0017]发明要解决的问题
[0018]在以上文献中，未公开作为针对3点弯曲载荷具有较闻压坏载荷的冲击吸收构件的原材料的低价的冲压成形品。
[0019]在图19中示意性地示出利用专利文献I所公开的冲压成形装置将高张力钢板6作为原材料而进行了冲压成形的情况下的冲压成形品7的形状例。如图19所示，冲压成形时的高张力钢板沿垫板2的冲头上表面2a而成形。此时，由于冲压成形品7的底部7a以具有较大的曲率的方式弯曲成形而导致底部7a的平坦度下降，因此冲压成形品7无法成形为所期望的形状。因此，在制作对高张力钢板6进行冲压成形的冲压成形装置I的冲头2、冲模3时，需要将冲头2、冲模3的形状加工为能够将冲压成形品7成形为所期望的形状的最佳形状，且必须基于实际上对作为对象的高张力钢板6进行冲压成形所获得的冲压成形品7的形状，来反复进行冲头2、冲模3的形状微调(模具调整)的反复试验。由此，由于冲头2、冲模3的模具调整所需的工时、成本增加，因此无法低成本地提供将高张力钢板6作为原材料的冲压成形品7。
[0020]进而，在冲压成形品的量产时，在高张力钢板的各成形原材料的强度管理不充分的情况下，量产出的大量冲压成形品各自的尺寸受到成形原材料各自的强度上的偏差的影响而不一致。因此，由专利文献I?4所公开的方法无法量产出尺寸精度良好的高强度的冲压成形品。
[0021]因而，对于由专利文献I?4所公开的方法而言，在被成形材料为高张力钢板的情况下(特别是，近年来开始用作汽车车体的强度部件的原材料的、抗拉强度为980MPa以上的高张力钢板的情况、进而抗拉强度为IlSOMPa以上的超高张力钢板的情况)，无法将回弹发生抑制为能够满足要求的程度。
[0022]在由专利文献5和6所公开的方法中，汽车车体的强度部件的一部分利用高频感应加热来进行淬火。因此，淬火后的强度部件的尺寸精度因强度部件受到的热量不可避免地增加而下降，并且强度部件的制造成本因利用高频感应加热的淬火而上升。
[0023]此外，在专利文献7所公开的方法中，由于在冲压成形后需要进行堆焊，因此强度部件的尺寸精度下降及制造成本上升无可避免。
[0024]本发明的目的在于提供一种解决现有技术所具有上述问题、无需例如利用高频感应加热的淬火或堆焊这样的后处理、仅进行冲压成形即可低价地进行制造、且作为针对3点弯曲载荷具有较高的压坏载荷的冲击吸收构件的原材料的冲压成形品，例如抗拉强度为980MPa以上的冲压成形品。
[0025]用于解决问题的方案
[0026]本发明的发明人们使用“冲压成形装置(以下，称作“带两个垫板的冲压成形装置”)，其具备:冲模，其将与高张力钢板的一个表面抵接的第I垫板以使该第I垫板在冲模移动方向出入自如的方式进行支承，该高张力钢板作为被加工材料，在一个方向上延伸；以及冲头，其将与高张力钢板的另一个表面抵接的第2垫板以使该第2垫板向合模方向出入自如的方式进行收纳，该冲压成形装置利用第I垫板和第2垫板这两者从上下方向夹持高张力钢板而进行约束”，通过一边对与一个方向正交的垂直面内的、冲头肩部的冲头上表面R端部与第2垫板之间的、与冲头上表面平行方向上的距离W以及第2垫板的行程量CSt进行各种变更，一边进行高张力钢板的弯曲成形或拉深成形，从而详细地研究了这种做法对冲压成形品的回弹的影响。
[0027]其结果，本发明的发明人们发现:在使用带两个垫板的冲压成形装置并一边利用第I垫板和第2垫板夹持高张力钢板而对其进行约束一边使高张力钢板进行成形直至高张力钢板的成形结束为止时，在通过设置冲头上表面中的、冲头肩部的冲头上表面R端部与第2垫之间的部分不与成形中的钢板相接触的时间，而一边使钢板局部产生弯曲一边成形后，在成形下止点进行肩部和壁部的成形，从而能够将肩部的回弹抑制为能够满足要求的程度，并且能够制造底部平坦度也良好且尺寸精度良好的高强度的冲压成形品。
[0028]本发明的发明人们对于这样制造的冲压成形品进行了研究，其结果发现:
[0029](A)该冲压成形品在肩部附近的底部具有以往的冲压成形品所不具有的新的加工硬化分布，具体而言，具有下述加工硬化分布，以及
[0030](B)由于该冲压成形品具有该新的加工硬化分布，因此适合于作为针对3点弯曲载荷具有较高的压坏载荷的冲击吸收构件的低价原材料，
[0031]从而完成了本发明。
[0032]本发明为一种冲压成形品，其为钢板的冲压成型品，其具备主体，该主体具有大致槽型的横截面、大致帽型的横截面或将大致槽型的横截面和大致帽型的横截面组合而成的组合型的横截面，并且，该主体向一个方向延伸，该横截面具有底部和经由一端的R端部与底部相连续的肩部，该冲压成形品的特征在于，横截面中的、从R端部至向底部延伸的方向离开规定距离的位置为止的第I区域和作为底部的一部分且与第I区域相连续的第2区域具有通过主体的冲压成形而形成的下述加工硬化分布。
[0033]加工硬化分布:第I区域中的、从钢板的表面至深度为钢板的板厚乘以0.2的位置为止的范围的平均硬度Hvl，相对于第2区域中的、从钢板的表面至深度为钢板的板厚乘以
0.2的位置为止的范围的平均硬度Hv2，满足Hvl > 1.05XHv2的关系。
[0034]本发明中的“R端部”指的是曲线与直线相连续的情况下的曲线的终端位置(曲线与直线间的边界位置)。
[0035]通常，已知维氏硬度试验等的硬度测量值具有因试样本身、测量方法所引起的较大的误差。然而，本发明的发明人们发现，通过进行多次例如10次以上硬度测量而求得这些测量值的平均，能够获得可靠性较高的硬度测量结果。
[0036]本发明的冲压成形品的规定距离优选为2mm?15mm。
[0037]本发明的冲压成形品使用例如下述的冲压成形装置来进行制造。
[0038]冲压成形装置
[0039]一种用于冲压制造成形品的冲压成形装置，其具备:冲模，其以使第I垫板在冲模移动方向上出入自如的方式支承第I垫板，该第I垫板抵接于向一个方向延伸的作为被加工材料的钢板的一个表面；以及冲头，其以使第2垫板在合模方向上出入自如的方式收纳第2垫板，该第2垫抵接于钢板的另一个表面，该冲压成形品具备如下横截面:具有沿冲头的冲头上表面而成形的底部、沿冲头的冲头侧面而成形的壁部、以及沿冲头的冲头肩部而成形并且与底部及壁部相连续的曲线状的肩部。
[0040]在该冲压成形装置中，支承第2垫板的第2加压构件所产生的加压力比支承第I垫板的第I加压构件所产生的加压力大。进而，与一个方向正交的垂直面内的、冲头肩部的冲头上表面R端部与第2垫板向与冲头上表面平行的方向离开规定的距离(例如2mm?15mm)ο
[0041]本发明的冲压成形品利用例如下述制造方法进行制造。
[0042]制造方法
[0043]一种制造冲压成形品的方法，其使用上述冲压成形装置对钢板进行冲压成形，该冲压成形品具备如下横截面:具有沿冲头的冲头上表面而成形的底部、沿冲头的冲头侧面而成形的壁部、以及沿冲头的冲头肩部而成形并且与底部及壁部相连续的曲线状的肩部，且该冲压成形品的方法按下述顺序具备第I?4工序。
[0044]第I工序:第I垫板和第2垫板夹持钢板而对其进行约束。第I垫板和第2垫板对钢板的约束直到钢板的成形结束为止持续进行。
[0045]第2工序:通过使冲模和冲头接近而开始对钢板进行成形。
[0046]第3工序:设置冲头上表面中的、冲头肩部的冲头上表面R端部与第2垫板之间的部分不与成形中的钢板相接触的时间，并持续进行钢板的成形。
[0047]第4工序:在第3工序之后，通过成形下止点处的成形来进行肩部和壁部的成形。
[0048]由第2加压构件所产生的第2加压力F2优选为在上述一个方向的单位宽度为
0.4kN/mm以上，由第I加压构件所产生的第I加压力Fl优选为在上述一个方向的单位宽度为0.2kN/mm以上。
[0049]进而，第2垫板的、向合模方向上的行程CSt优选为0.5mm?10mm。若行程CSt小于0.5mm,则有可能无法将回弹抑制为能够充分地满足要求，另一方面，若行程CSt超过10_，则成形中的钢板的挠曲有可能过大，冲压成形品中残留过多挠曲。
[0050]上述冲压成形装置和制造方法即使在作为被成形材料的钢板的强度为例如980MPa以上、进而为1180MPa以上的情况下，也会将回弹抑制为能够充分满足要求的程度。上述冲压成形装置和制造方法能够可靠地还包含底部的平坦度在内地将冲压成形品成形为所期望的形状。因而，上述冲压成形装置和制造方法能够大幅度地削减冲头、冲模的形状的微调(模具调整)所需的工时、时间。
[0051]发明的效果
[0052]由于本发明的冲压成形品在肩部附近的底部具有迄今为止的冲压成形品中不存在并且通过冲压加工而形成的上述加工硬化分布，因此适合用作针对3点弯曲载荷具有较高压坏载荷的冲击吸收构件的低价的原材料。
[0053]本发明的冲压成形品即使在作为原材料的钢板为例如抗拉强度为980MPa以上的高张力钢板的情况下，也能够充分地抑制肩部处的回弹，并且底部的平坦度良好。
[0054]因此，本发明的冲压成形品非常有助于汽车安全性的提高以及由车体轻量化所带来的燃油效率的提高。

【专利附图】

【附图说明】
[0055]图1的A是示意性地表示将弯曲成形作为对象的冲压成形装置的结构的说明图。
[0056]图1的B是图1的A的局部放大图。
[0057]图2是示意性地表示将拉深成形作为对象的冲压成形装置的结构的说明图。
[0058]图3是示意性地表示将弯曲成形作为对象的带凸轮机构的冲压成形装置的结构的说明图。
[0059]图4的A是示意性地表示第3工序的钢板的成形状况的说明图。
[0060]图4的B是示意性地表示第4工序的钢板的成形状况的说明图。
[0061]图5的A是示意性地表示利用CAE分析求得以往的冲压成形的成形下止点处的、冲压成形品的肩部的最大主应力分布的结果的说明图。
[0062]图5的B是示意性地表示利用CAE分析求得冲压成形(CSt = 3.5mm)的成形下止点处的、冲压成形品的肩部的最大主应力分布的结果的说明图。
[0063]图6的A是示意性地表示以两个工序成形本发明的冲压成形品的状况的说明图。
[0064]图6的B是表示本发明的冲压成形品的其他制造方法的说明图。
[0065]图7的A-H是表示本发明的冲压成形品的截面形状例的说明图。
[0066]图8是表示本发明的冲压成形品的形状例的说明图。
[0067]图9是表示本发明的冲压成形品的横截面的一部分的说明图。
[0068]图10是表示在实施例中所验证的冲压成形品的截面形状的说明图。
[0069]图11是表示冲压成形品的回弹的评价方法的说明图。
[0070]图12是表示肩部的挠曲的评价方法的说明图。
[0071]图13是表不第2垫板的行程量CSt与张开量Wh之间的关系的座标图。
[0072]图14是表示钢板的抗拉强度与张开量Wh之间的关系的座标图。
[0073]图15是表示在W = 1mm的条件下制造出的冲压成形品的底部、肩部及其附近的第I区域、第2区域的说明图。
[0074]图16是表示本发明例的冲压成形品、以往例的冲压成形品各自的加工硬化分布的座标图。
[0075]图17是示意性地表示一般的冲压成形装置的结构例的说明图。
[0076]图18是表示在冲压成形品的肩部处产生的回弹的说明图。
[0077]图19是示意性地表示利用专利文献I所公开的冲压成形装置、由高张力钢板成形的冲压成形品的形状例的说明图。

【具体实施方式】
[0078]在以下的说明中，以作为被加工材料的钢板为抗拉强度980MPa以上的高张力钢板的情况为例。
[0079]1.冲压成形装置
[0080]图1的A是示意性地表示将弯曲成形作为对象的冲压成形装置10的结构的说明图，图1的B是图1的A的局部放大图。图2是示意性地表示将拉深成形作为对象的冲压成形装置10 -1的结构的说明图。
[0081]本发明的冲压成形装置不仅适用于图1的A和图1的B所示的弯曲成形，也适用于图2所示的拉深成形。冲压成形装置10、10 -1的区别在于是否具有用于进行拉深成形的压边圈9，在以下的说明中，使用冲压成形装置10来进行说明，关于冲压成形装置10 -1，通过在图2中对与冲压成形装置10相同的要素标注与图1的附图标记相同的附图标记而省略重复的说明。
[0082]冲压成形装置10具备冲模11和冲头12。冲压成形装置10对向一个方向(与图1的A的纸面正交的方向)延伸的细长钢板13进行冲压成形。
[0083]冲模11以使第I垫板14在冲模11的移动方向上出入自如的方式支承第I垫板14。第I垫板14由安装于第I垫板14的第I加压构件15 (在冲压成形装置10中使用了螺旋弹簧，但是并不局限于此)支承。第I加压构件15以加压力(弹力)F1将第I垫板14按压在钢板13上。由此，第I垫板14抵接于钢板13的一个表面13a。
[0084]冲头12以使第2垫板16在合模方向(与冲模11的移动方向相同的方向)上出入自如的方式将第2垫板16收纳在呈凹状地形成于冲头12的收纳部17内。第2垫板16由安装于收纳部17的底部的第2加压构件18 (在冲压成形装置10中使用螺旋弹簧)支承。第2加压构件18以加压力(弹力)F2将第2垫板16按压在钢板13上。由此，第2垫板16抵接于钢板13的另一个表面13b。
[0085]如图1的B所示，与钢板13的延伸方向即一个方向正交的垂直面内的、冲头肩部12c的冲头上表面R端部19与第2垫板16之间的、与冲头上表面12a平行的方向上的距离W，优选为2mm?15mm。
[0086]若距离W超过15mm，则可能会在冲压成形品20的底部产生形状不良，并且参照图4且如后所述，钢板13的长度多余的部分13a (以下，称作“长度多余部分”)的长度L变长，有可能不得不将第2垫板16所需的行程CSt设定得较大。另一方面，若距离W小于2_，则冲头12的冲头肩部12b的强度不足，有可能冲头12因成形下止点处的加压而破损。因此，距离W优选为2mm?15mm。根据各实验值，距离W的下限值更优选为3mm，进一步优选为5mm。距离W的上限值更优选为13mm,进一步优选为10mm。
[0087]若第I垫板14的加压力Fl过高，则导致第2垫板16在成形中向下方撞击，有时无法获得形状保持效果。因此，支承第2垫板16的第2加压构件18所产生的加压力F2需要比支承第I垫板14的第I加压构件15所产生的加压力Fl大。S卩，F2 — Fl > O。优选的是，(F2 - Fl)/Fl > 1.2，更加优选的是，(F2 一 Fl)/Fl > 2。
[0088]第2加压力F2优选在一个方向的每单位宽度为0.4kN/mm以上，第I加压力Fl优选在上述一个方向的每单位宽度为0.2kN/mm以上。此外，第2垫板16在合模方向上的行程CSt优选为0.5mm?10mm。若行程CSt小于0.5mm,则有可能无法将回弹抑制为能够充分地满足要求，另一方面，若行程CSt超过10_，则成形中的钢板13的挠曲过大，有可能冲压成形品中残留过多挠曲。
[0089]如图1的A所示，钢板13被冲模11和冲头12冲压成形为具备如下横截面的冲压成形品20:该横截面具有底部20a、壁部20b以及与底部20a和壁部20b相连续的肩部20c。
[0090]底部20a沿冲头12的冲头上表面12a而成形。壁部20b沿冲头12的冲头侧面12b而成形。进而，肩部20c沿冲头12的冲头肩部12c而成形。
[0091]图3是示意性地表示用于弯曲成形的带凸轮机构的冲压成形装置10 - 2的结构的说明图。在图3中，也通过对与冲压成形装置10相同的要素标注与图1的附图标记相同的附图标记而省略重复的说明。
[0092]如图3所示，通过将凸轮机构21组装于冲模11和冲头12，从而在可动模具22向成形下止点移动时，如箭头所示，侧壁部从斜向接近冲头12。由此，除了能够抑制肩部20c的回弹，还能够抑制壁部20b的翘曲。将可动模具22向斜向驱动的机构并不限定于凸轮机构21，例如，也可以设为与冲压成形装置的主滑块分开组装于冲压成形装置的斜向驱动用的液压缸。
[0093]冲压成形装置10、10 — 1、10 — 2也可以是液压式冲压机、机械式冲压机或机械伺服式冲压机中的任意一种。使用动作精度较高的伺服冲压机由于能够高精度地实施缓冲行程，因此是优选的。
[0094]以上，以将螺旋弹簧用作第I加压构件15和第2加压构件18的情况为例进行了说明。然而，第I加压构件15、第2加压构件18并不限定于螺旋弹簧等弹簧，例如也可以使用充气液压缸等反力产生机构，但优选的是，产生起始反力(日语:初期反力)的反力产生机构。
[0095]通过将与液压源或空压源连接的缸体、马达驱动的电动缸体等用作支承第2垫板16的第2加压构件18，能够使第2垫板16独立地动作。
[0096]2.冲压成形品的制造方法
[0097]说明使用以上说明的冲压成形装置10对钢板13进行冲压成形的方法。利用该制造方法，制造具备如下横截面的冲压成形品20:该横截面具有上述底部20a、壁部20b以及肩部20c。该制造方法具有下述第I?4工序，基本上从第I工序起依次执行。
[0098]在第I工序中,第I垫板14与第2垫板16夹持钢板13而对钢板13进行约束。该约束维持至钢板13的成形结束为止。更加具体而言，成形为冲压成形品20的底部20a的部分被第I垫板14和第2垫板16约束，直到成形结束为止。由此，即使在钢板13为高张力钢板的情况下，也能够防止底部20a的平坦度下降。
[0099]在第2工序中，通过使冲模11下降并将钢板13夹入冲模11和冲头12间，从而开始钢板13的成形。
[0100]图4的A是示意性地表示第3工序的钢板13的成形状况的说明图，图4的B是示意性地表示第4工序的钢板13的成形状况的说明图。
[0101]在第3工序中，接着第2工序继续使冲模11下降，直到第2垫板16的第2加压构件18的行程结束为止进行挤压。此时，如图4的A所示，冲头上表面12a中的、冲头肩部12a的冲头上表面R端部19与第2垫板16之间的部分23成为不与成形中的钢板13相接触的状态。
[0102]支承本发明的第2垫板16的第2加压构件18所产生的加压力F2比支承第I垫板14的第I加压构件15所产生的加压力Fl大。第2垫板16自通过第2工序而使冲模11开始下降并开始钢板13的成形之后，也就持续从冲头12的上表面12a向上方突出的状态。因此，冲头上表面12a中的、冲头肩部12c的冲头上表面R端部19与第2垫板16之间的部分23即使在第3工序中的钢板13的成形时也不与钢板13相接触。
[0103]此时，位于冲头上表面12a中的、上述部分23附近的钢板13以局部挠曲的方式存在。即，在第3工序中，通过在成形中使第2垫板16具有适当的行程量CSt，从而长度多余部分13d产生于被成形为冲压成形品20的肩部20c的部分的附近。
[0104]长度多余部分13d的长度L为R线长(有曲率线素)，以D=/" (CStHW2)-W求得。
[0105]在第4工序中，在第2垫板16无行程的状态下施加压力。由此，如图4的B所示，在成形下止点成形冲压成形品20，成形出肩部20c和壁部20b。在第4工序中，通过顶出长度多余部分13d而抵消回弹。
[0106]按照上述方式制造冲压成形品20。
[0107]图5的A是示意性地表示利用CAE分析求得使用高张力钢板(板厚1.4mm, 980MPa级)进行了以往的冲压成形的情况下的、成形下止点处的冲压成形品20的肩部20c的最大主应力分布的结果的说明图。图5的B是示意性地表示利用CAE分析求得使用相同的高张力钢板并利用本发明的制造方法以CSt = 3.5mm进行了冲压成形的情况下、的成形下止点处的冲压成形品20的肩部20c的最大主应力分布的结果的说明图。此外，在图5的A和图5的B中，由圆圈包围的符号+表不拉伸应力，由圆圈包围的符号一表不压缩应力。
[0108]如图5的A所示，在以往的冲压成形的成形下止点处，被冲头肩部12c成形的部分20c在钢板13的背面侧具有压缩应力，并且在表面侧具有拉伸应力。因此，产生使脱模后的冲压成形品20的肩部20c向截面外侧较大地打开的回弹，从而在冲压成形品20的截面整体上产生较大的回弹。
[0109]与此相对，如图5的B所示，在本发明的制造方法中，由于在第4工序中将在第3工序中产生的长度L的长度多余部分13d在成形下止点处压扁，因此被冲头12的冲头肩部12c成形的长度多余部分被向壁部20b侧顶出。而且，被冲头肩部12c成形的部分中的长度多余部分13d被向壁部20b顶出而承受弯曲及弯曲复原变形。此时，拉伸应力和压缩应力交替产生于钢板13的表面侧和背面侧。因此，脱模后的冲压成形品20的肩部20c通过应力的平衡而向截面内侧回弹。向截面内侧的回弹与使肩部20c向外侧打开的回弹相抵消。因此，在冲压成形品20的截面整体产生适当的回弹。
[0110]在本发明的制造方法中，在第4工序中，如图5的B所示，成形下止点处的钢板13的应力成为在回弹的变化的方向上相抵的状态，即平衡状态。因而，即使钢板13的抗拉强度变动，也能够维持应力平衡的状态。因此，在冲压成形品20的量产时，即使在因由钢板13构成的各成形原材料的强度管理不足而导致各钢板13的抗拉强度不恒定的情况下，也能够进行将回弹量抑制为恒定的冲压成形品20的量产。
[0111]在此，在第4工序中，为了可靠地防止第2垫板16在到达成形下止点附近前下降，有效的做法是使作为支承第2垫板16的第2加压构件18的螺旋弹簧的弹力(初始压力)F2足够大，优选的是，例如，该弹力F2在冲压成形品20的长度方向上的单位宽度为0.4kN/mm以上。
[0112]另外，在第4工序中，若第I垫板14对钢板13的约束较弱，则成形为冲压成形品20的底部20a的部分钢板13会鼓起，因此有效的做法是使第I垫板14的加压力(初始压力)足够大，优选的是，例如，使该第I垫板14的加压力在冲压成形品20的长度方向上的单位宽度为0.2kN/mm以上。
[0113]图6的A是示意性地表示以两阶段成形冲压成形品20的方法的说明图。
[0114]参照图4、图5，说明了以一连串的工序成形钢板13的方法，但也可以与此不同，如图6的A所示，通过以利用浅拉深工序对钢板13进行较浅的拉深成形、之后利用弯曲工序来进行弯曲成形这样的两阶段成形来制造冲压成型品20。
[0115]图7的A?图7的H均是表示冲压成形品20的截面形状例的说明图。
[0116]冲压成形品20也可以具有图7的A所示的帽型截面、图7的B所示的斜壁帽型截面、图7的E所示的带底部形状的帽型截面、或图7的F所示的带纵壁部阶梯的帽型截面这样的大致帽型截面。冲压成形品20也可以具有图7的C所示的槽型截面、图7的D所示的斜壁槽型截面这样的大致槽型截面。进而，冲压成形品20也可以具有图7的G所示的左右壁部的高度不同的帽型截面、图7的H所示的组合了大致帽型截面与大致槽型截面而成的横截面。
[0117]S卩，冲压成形品20可以如图7的B、图7的D所示在纵壁部设有倾斜，另外，也可以如图7的G、图7的H所示使左右壁部的高度不同。
[0118]图8是表示冲压成形品20 -1的形状例的说明图。
[0119]冲压成形品20 -1也可以相对于强度部件的长度方向(截面正交方向)具有在上下方向或左右方向中的一方向或两方向上的曲率。
[0120]图6的B是表示冲压成形品20的其他制造方法的说明图，是示意性地表示两阶段成形的方法的说明图。
[0121]如图6的B所示，冲压成形品20也可以不使用以上说明的制造方法，而通过简单地将上述制造工序分割为两阶段就能够制造。
[0122]以上，即使在作为原材料的钢板为例如抗拉强度为980MPa以上的高张力钢板的情况下，也能够利用本发明的制造方法获得充分地抑制肩部的回弹并且底部的平坦度良好的冲压成形品。另外，如以下所说明的那样，利用本发明的制造方法制造的冲压成形品还会在肩部附近的底部具有迄今为止的冲压成形品所不存在的加工硬化分布，从而针对3点弯曲载荷具有较高的压坏载荷。
[0123]3.本发明的冲压成形品20
[0124]图9是表示冲压成形品20的主体24的横截面的一部分的说明图。
[0125]如图9所示，冲压成形品20是通过对钢板13进行上述制造方法的冲压成形而获得的。冲压成形品20具有主体24。主体24具有大致槽型的横截面、大致帽型的横截面或组合上述大致槽型的横截面和大致帽型的横截面而成的组合型的横截面。主体24向一个方向(与图9的纸面大致正交的方向)延伸。
[0126]主体24的横截面具有底部24a、肩部24c以及壁部24b。肩部24c经由一端的R端部25与底部24a相连续，并且经由另一端的R端部26与壁部24b相连续。
[0127]主体24具有第I区域27和第2区域28。第I区域27是在图9所示的横截面内从一端的R端部25起直到向底部24a延伸的方向离开规定距离W(mm)的位置为止的区域。另外，第2区域28为底部24a的一部分，是与第I区域27相连续的区域。
[0128]图9所示的距离W(mm)与图1的B中的距离W S卩、与作为钢板13延伸方向的一个方向正交的垂直面内的、冲头肩部12c的冲头上表面R端部19与第2垫板16之间的、与冲头上表面12a平行的方向上的距离W相同。因此，优选距离W为2mm?15mm。
[0129]第I区域27和第2区域28具有由于主体24的冲压成形而形成的、满足Hvl >1.05XHv2的关系的加工硬化分布。Hvl是第I区域27中的、从钢板13的表面至钢板13的板厚t乘以0.2而获得的深度(0.2t)的位置为止的范围的平均硬度。Hv2是第2区域28中的、从钢板13的表面至钢板13的板厚t乘以0.2而获得的深度(0.2t)的位置为止的范围的平均硬度。
[0130]g卩，第I区域27中的、上述深度的范围内的平均硬度Hvl比第2区域28中的上述深度的范围内的平均硬度Hv2高出5%。
[0131]平均硬度Hvl、Hv2例如为维氏硬度即可，使用例如通过由JIS Z2244所规定的测量法测得的10点以上的平均值。平均硬度Hvl的10点以上的测量位置以在第I区域27内沿周向为大致等间隔的方式选择即可。平均硬度Hv2的10点以上的测量位置以从离开第I区域27与第2区域28的边界3mm以上的位置起在内侧(与肩部24c相反的一侧)5mm的区间内形成为大致等间隔的方式选择为佳。在底部24a具有更加平坦的形状的情况下，以从上述的离开3mm以上的位置起在内侧1mm的区间内形成为大致等间隔的方式选择为佳。设为离开第I区域27与第2区域28的边界3mm以上的位置的理由在于，靠近第I区域27与第2区域28的边界的区域28的一部分的硬度有可能因加工中途的加工硬化的影响而上升。
[0132]由于第I区域27和第2区域28具有该加工硬化分布，因此将冲压成形品20用作原材料的冲击吸收构件针对3点弯曲载荷具有较高的压坏载荷。说明其理由。在此，关于3点弯曲载荷，考虑了针对例如如图8所示的冲压加工品的情况、沿长条方向将两端固定且从中央部侧面施加载荷那样的情况，但是并不局限于此，也包含本【技术领域】中已知的任意3点弯曲载荷。
[0133]通常，在具有大致槽型或大致帽型的横截面的构件因从底部施加的冲击载荷而被施加3点弯曲载荷的情况下，为了获得较高的弯曲变形阻力，已知的有效做法为一边减小弯曲变形时的横截面的变形一边屈曲。其理由在于，当构件的横截面开始变形，即底部及与其相连续的两个壁部开始破坏时，不会在构件的长度方向上产生应力。因而，为了发挥针对3点弯曲载荷的较高的压坏载荷，有效的做法为使构件的长度方向上的塑性变形量增加，换言之，使构件沿长度方向延伸。相反地，若底部及两个壁部在由3点弯曲载荷而引起的变形过程中破坏较早，则由于构件没有沿长度方向延伸，因此无法获得较高的压坏载荷。
[0134]众所周知，提高连接底部和壁部的肩部及其附近的强度、即硬度的做法，防止了底部及与该底部相连续的两个壁部在由3点弯曲载荷引起的变形时的早期破坏，由此，使构件在长度方向上延伸，因此该做法是有效的。
[0135]如上所述，冲压成形品20通过冲压成形而具有如下加工硬化分布:与主体24的肩部24c相邻的第I区域27的平均硬度Hvl相对于第2区域28的平均硬度Hv2，满足Hvl >
1.05XHv2的关系。因此，以冲压成形品20为原材料而构成的冲击吸收构件能够防止底部24a和壁部24b在由3点弯曲载荷引起的变形时破坏较早，主体24能够在其长度方向上延伸，因此针对3点弯曲载荷具有较高的压坏载荷。
[0136]出于这样的观点，优选的是，第I区域27和第2区域28满足Hvl彡1.07XHv2的关系，更加优选的是，满足Hvl ^ 1.10 X Hv2的关系。
[0137]实施例1
[0138]参照实施例更加具体地说明本发明。
[0139]在本实施例中，使用图3所示的冲压成形装置10 — 2，验证针对本发明的冲压成形品20的冲压成形的效果。将冲压成形装置10 — 2的冲头12的宽度设为80mm，将高度设为60mm,将冲压成形装置10 — 2的进深设为80mm。
[0140]图10是表示利用本实施例所验证的冲压成形品20的主体24的截面形状的说明图。
[0141]将肩部24c内表面的、冲头肩相当部的曲率半径Rl设为5mm。将主体24的法兰部的、模具肩相当部的曲率半径R2设为3.6mm。将主体24的内壁间距LI设为80mm，将主体24的高度H设为50_。
[0142]然后，在以下列举的试验条件下进行冲压成形。
[0143](试验条件)
[0144](a)冲压设备:2500kN液压冲压机
[0145](b)被加工材料:980MPa级高张力钢板13(板厚1.4mm，用于确认行程CSt)、以及590MPa、780MPa、980MPa、1180MPa级高张力钢板(板厚1.4mm，用于确认钢板强度的偏差降低效果)
[0146](c)还料形状:70mmX 200mm的矩形
[0147](d)成形速度:10mm/sec
[0148](e)长度1:5、10、15、20111111这4个级别(15mm 为标准条件)
[0149](f)第2垫板16的加压力:200kN
[0150](g)第I垫板14的加压力:40kN
[0151](h)下止点压力JOOkN
[0152](i)润滑:通过在钢板13上涂布通常的防锈油来确保
[0153]通过以下所示的评价方法对所获得的主体24的回弹和肩部24c的挠曲进行测量及评价。
[0154](回弹)
[0155]图11是表示主体24的回弹的评价方法的说明图。
[0156]如图11所示，回弹是通过测量从主体24的底部24a向壁部24b延伸的方向离开30mm的位置处的张开量Wh (mm)来进行评价的。
[0157](肩部24c的挠曲)
[0158]图12是表示肩部24c的挠曲的评价方法的说明图。
[0159]如图12所示，肩部24c的挠曲是通过测量底部24a与R端部25间的、壁部24b延伸方向上的距离、即挠曲量U(mm)来进行评价的。
[0160]图13是表不第2垫板16的行程量CSt与张开量Wh之间的关系的测量结果的座标图。图13的座标图表不关于板厚1.4mm的980MPa级的闻张力钢板13的测量结果。在图13的座标图中，示出了张开量Wh越大回弹越剧烈的情况。
[0161]如图13的座标图所示，根据在距离W为1mm的条件下变更了行程量CSt的试验的结果，得知能够通过变更行程量CSt来获得适当的张开量Wh。
[0162]图14是表不钢板13的抗拉强度TS与张开量Wh间的关系的测量结果的座标图。图14的座标图中的黑色圆圈表示利用图17所示的以往的冲压成形装置I成形的结果，白色圆圈表示利用图3所示的冲压成形装置10 — 2成形的结果。在图14的座标图中，也示出了张开量Wh越大回弹越剧烈的情况。图14的座标图所示的结果是通过将第2垫板16的行程量CSt设为在图13的座标图中由带圆圈箭头表示的、980MPa级的高张力钢板13的适当值(3.5mm)而对抗拉强度590MPa?1180MPa的高张力钢板13进行了成形的结果。
[0163]通过对比图14的座标图中的黑色圆圈与白色圆圈，得知即使钢板13的抗拉强度变化，也能够通过利用图3所示的冲压成形装置10 — 2进行成形而维持大致适当的张开量Wh。
[0164]进而，使用图3所示的冲压成形装置10 — 2,以5mm、10mm、15mm、20mm这4个级别变更长度W对抗拉强度980MPa级的高张力钢板13进行冲压成形，检测按照上述方式制造而成的冲压成形品中的肩部20c的挠曲量，将结果汇总在表I中。
[0165][表 I]
[0166]
WI挠曲量[mm]
50TT2

100.35

150.48

200.65
[0167]
[0168]如表I所示，若长度W超过15mm而达到20mm，则肩部20c的挠曲量超过了作为一般的部件精度公差的±0.5mm。
[0169]图15是表示在长度W为1mm的条件下制造出的主体24(钢板13的板厚1.4mm,980MPa级高张力钢板)的底部24a、肩部24c及该肩部24c附近的第I区域27、第2区域28的说明图。
[0170]如图15所示，通过沿截面周向以Imm间距测量底部24a的第I区域27、第2区域28、肩部24c以及壁部24b的维氏硬度，从而求得了加工硬化分布。维氏硬度的测量是根据JIS Z2244所规定的测量法来进行的。由于主体24的加工硬化主要是由弯曲、弯曲复原变形形成的，因此将各测量位置29设为表层附近，即从钢板13的外表面起朝向板厚方向200 μ m深度的位置。
[0171]作为以往例，除了使用了图17所示的冲压成形装置I以外，均是在与图15所示的冲压成形品20的主体24的条件相同的条件下制造冲压成形品的。以往例的该冲压成形品的加工硬化分布是通过上述方法来测量的。
[0172]图16是表示本发明例的冲压成形品、以往例的冲压成形品各自的加工硬化分布的测量结果的座标图。图16的座标图中的白色方框表示以往例的冲压成形品的测量结果，黑色圆圈表示本发明例的测量结果。
[0173]本发明例的冲压成形品20的加工硬化分布是通过上述制造方法而获得的。具体而言，通过以将钢板13约束在从冲头12的冲头上表面12a突出的第2垫板16与第I垫板14之间的状态成形钢板13，在第3工序中的成形中，在第2垫板16与冲头上表面R端部19之间的钢板13处产生长度多余部分13d。该长度多余部分13d在成形下止点处被挤厚而被平坦化。在长度多余部分13d的形成及消失过程中，长度多余部分13d承受了弯曲、弯曲复原变形。由图16的座标图中的黑色圆圈所表示的加工硬化分布通过该弯曲、弯曲复原变形而被引入至冲压成形品20的主体24的第I区域27的表面。
[0174]如图16的座标图中的黑色圆圈所示，本发明例的冲压成形品20的主体24具有如下加工硬化分布:第I区域27中的、从钢板13的表面起直至200 μ m深度位置为止的范围的平均硬度Hvl相对于第2区域28中的、从钢板13的表面起直至200 μ m深度位置为止的范围的平均硬度Hv2，满足Hvl ^ 1.07XHv2的关系。
[0175]与此相对，如图16的座标图中的白色四方所示，比较例的冲压成形品的主体24具有如下加工硬化分布:第I区域27中的、从钢板13的表面起直至200 μ m深度位置为止的范围的平均硬度Hvl相对于第2区域28中的、从钢板13的表面起直至200 μ m深度位置为止的范围的平均硬度Hv2，满足Hvl 乂 0.99XHv2的关系。
[0176]这样，本发明例的冲压成形品20的主体24在肩部24c附近的第I区域27具有以往例的冲压成形品所不存在且由冲压加工形成的新的加工硬化分布。因此，通过将本发明例的冲压成形品20作为原材料而构成冲击吸收构件，能够以低成本提供相对于3点弯曲载荷具有较高的压坏载荷的冲击吸收构件。
【权利要求】
1.一种冲压成形品，其为钢板的冲压成型品，其具备主体，该主体具有大致槽型的横截面、大致帽型的横截面或将大致槽型的横截面和大致帽型的横截面组合而成的组合型的横截面，并且向一个方向延伸，上述横截面具有底部和经由一端的R端部与上述底部相连续的肩部，该冲压成型品的特征在于， 上述横截面中的、从上述R端部至向上述底部延伸的方向离开规定距离的位置为止的第I区域和作为上述底部的一部分且与上述第I区域相连续的第2区域具有通过上述主体的冲压成形而形成的下述加工硬化分布， 加工硬化分布:上述第I区域中的、从上述钢板的表面至深度为该钢板的板厚乘以0.2的位置为止的范围的平均硬度Hvl，相对于上述第2区域中的、从上述钢板的表面至深度为该钢板的板厚乘以0.2的位置为止的范围的平均硬度Hv2，满足Hvl > 1.05XHv2的关系。
2.根据权利要求1所述的冲压成形品，其特征在于， 上述规定距离为2_?15_。
【文档编号】B21D24/00GK104136142SQ201280070520
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】中田匡浩, 铃木利哉, 德田友吉, 市川正信, 市丸信之 申请人:新日铁住金株式会社, 丰田铁工株式会社