CN104364027A - 异径管状零件的制造方法及成形模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种异径管状零件的制造方法，该异径管状零件的制造方法是对金属板的坯料进行冲压成形而形成由小径部、大径部及在所述小径部和所述大径部之间的直径变化部构成的异径管状零件，具有如下所述工序：利用U字成形模具将所述坯料冲压成形而形成U字成形品，并利用O字成形模具将U字成形品冲压成形而形成圆截面成形品的工序，作为所述U字成形模具，使用具有比所述U字成形品的纵壁部长度长的纵壁长的模具，作为所述O字成形模具，使用使模具接合线为下倾方向且所述坯料的板厚t和与所述小径部、大径部对应的模具部分的直径D之比即t/D为0.010≤t/D≤0.080的模具，利用(1)式：周向的压缩变形＝(成为管周向的板宽度方向的坯料宽度－模具的周长)/模具的周长×100(％)来表示的周向的压缩变形为0.5％以上。

Description

异径管状零件的制造方法及成形模具
技术领域
本发明涉及异径管状零件(pipe with different diameter alonglongitudinal direction)的制造方法，详细而言，涉及使用金属板(例如，拉伸强度(TS)为300MPa以上的高强度钢板)的坯料，通过冲压成形而制造的尺寸精度优异且生产性高的异径管状零件(意思是在管轴方向具有管径相异的部分的管状零件)的基于上述冲压成形的制造方法和冲压成形模具。
在此，所谓坯料是指成形加工用的原料，是从原板切出并与上述成形加工后的管状零件形状对应的形状的单一平板。
背景技术
汽车用零件的一部分使用刚性及碰撞强度优异的管状零件(截面为圆形状)。另外，从与其它零件接合的观点来看，也大多使用形成异径管状的零件。作为得到异径管状零件的制造工艺，存在有使用通过UOE工艺、辊轧成形等制造的金属管，实施缩颈加工(reducing)、扩口加工(flaring)、液压成形(hydroforming)等管材的二次加工的方法(称为现有技术I)。另外，作为通过冲压成形制造的异径管状零件及其制造方法的现有技术，公知有为了回避成形后板厚减小、起皱等不良，而研究坯料形状，进行在成形为U字形后成形为O字形的成形方法(参照专利文献1，称为现有技术II)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4713471号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述现有技术I在管材制造后进行缩颈加工、扩口加工、液压成形等二次加工，因此需要专门加工机械，导致生产性降低、成本上升。另外，缩径加工(reducing)、扩管加工(flaring)大多是主要限定于管端附近的加工的情况，通用性上存在难点。管液压成形可在长度方向使截面形状自由变化，但鼓凸变形部因板厚大幅度减小，所以难以得到均一的板厚的零件。另外，由于成形时间长，所以生产性上存在难点。
上述现有技术II在O字成形(O－shape forming)时，为了使U字成形品(U－shape forming)的纵壁部***上模，需要被称为导向叶片的型芯，另外，需要在U字成形前将坯料端部向内侧弯曲的工序。另外，在上述现有技术I中没有关于成形品的截面尺寸精度的记载。作为汽车零件应用的情况下，从刚性等零件性能、易组装的观点来看，截面尺寸精度重要。即现有技术II中，在制造成本及产品尺寸精度上存在难点。
即，在现有技术中，存在不能提供生产性好、制造成本低，并且产品尺寸精度优异的异径管状零件的课题。
用于解决课题的技术方案
发明者们为了解决上述课题，进行锐意研究，得到以下的见解。即，在由小径部、大径部及在小径部和大径部之间的直径变化部构成的管状零件中，通过将原料的板厚和与小径部和大径部对应的成形模具的直径之比形成为适当的范围，可防止在成形后零件产生的起皱、局部的板厚变化。另外，成形时，通过在周向导入压缩变形，可使零件的圆度提高。进而，成形为U字形后，利用成形为圆截面的工序制造时使用的模具中，通过增加U字成形模具的纵壁长，可以抑制起皱，通过将圆截面成形模具的模具接合线向下倾方向形成，可无追加工序、型芯地成形。
本发明是基于上述见解而做出的，其主要宗旨如下。
(1)一种异径管状零件的制造方法，对金属板的坯料进行冲压成形而形成由小径部、大径部及在所述小径部和所述大径部之间的直径变化部构成的异径管状零件，其特征在于，具有如下所述工序：利用U字成形模具对所述坯料进行冲压成形而形成U字成形品，并利用O字成形模具对U字成形品进行冲压成形而形成圆截面成形品的工序，作为所述U字成形模具，使用具有比所述U字成形品的纵壁部长度长的纵壁长度的模具，作为所述O字成形模具，使用使模具接合线为下倾方向且所述坯料的板厚t和与所述小径部、大径部对应的模具部分的直径D之比即t/D为0.010≤t/D≤0.080的模具，下述(1)式所示的周向的压缩变形为0.5％以上，
记
周向的压缩变形＝(管周向的板宽度方向的坯料宽度－模具的周长)/模具的周长×100(％)…(1)。
(2)根据(1)所述的异径管状零件的制造方法，其特征在于，
在所述U字成形中，对大径部和直径变化部之间赋予弯曲形状。
(3)根据(1)或(2)所述的异径管状零件的制造方法，其特征在于，
所述O字成形模具是在上模具的圆弧部顶点具有槽且将该槽的槽宽度W和所述坯料的板厚t之比W/t设为2.0～3.0的模具。
(4)一种成形模具，使用于(1)～(3)中任一项所述的制造方法，所述成形模具的特征在于，所述成形模具由先使用的所述U字成形模具和后使用的所述O字成形模具构成。
发明效果
根据本发明，可通过需要最小限度的冲压成形工序来制造具有高的圆度的异径管状零件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的一例的立体图；
图2(a)是表示与图1例子对应的坯料的平面图。图2(b)是表示作为成形时产生起皱的对策，在大径部和宽度变化部的边界切开切口的坯料的平面图；
图3是表示本发明的O字成形模具的一例的侧面图；
图4是表示本发明的U字成形工序的一例的剖视图；
图5是表示本发明的U字成形模具的一例的概略图；
图6是表示本发明的圆截面成形工序的一例的剖视图；
图7是表示本发明的圆截面成形工序的一例(使用附带槽的上模)的剖视图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的一例的立体图，图2(a)是表示与图1的例子对应的坯料的平面图。图1、图2(a)中，1为异径管状零件，2为坯料。将板厚t的坯料2冲压成形，得到异径管状零件1。异径管状零件1由小径部、大径部及在上述小径部和上述大径部之间的直径变化部构成。直径变化部是线形连接大径部和小径部而成的形状。坯料2为具有与上述大径部、小径部、直径变化部分别对应的大宽度部(宽度La)、小宽度部(宽度Lb)、及将它们连接的宽度变化部的平面形状。另外，图2(b)是表示作为成形时产生起皱的对策而在大径部和宽度变化部的边界切开切口的坯料的平面图，也可以使用本形状的坯料。
图3是表示本发明的O字成形模具之一例的侧面图，与图1的异径管状零件对应。图3中的A1－A2间及B1－B2间表示模具接合面。模具的下死点(bottom dead point)中，A1和B1及A2和B2对应。
关于异径管状零件1的形状，为了抑制起皱，且确保优异的圆度，重要的是将如下的值管理成适当的值：
i)坯料板厚(t)和与小径部、大径部对应的模具部分的直径(D)(D为小径部的直径Db、大径部的直径Da)之比(t/D)及
ii)周向的压缩变形。
在此，圆度为如下所述的值：以等角度间隔在8个以上部位测定异径管状零件的外径，并通过(最大外径－最小外径)/模具直径×100(％)计算所得的值，是表示相对于目标直径的误差的参数。另外，周向的压缩变形是由上述(1)式计算所得的值。
上述比(t/D)是影响圆度、成形中的屈曲的因素。
在t/D过小，即板厚过薄或直径过大的情况下，在后述的圆截面成形工序时不但易产生屈曲，而且因不能充分赋予周向的压缩变形，所以圆度劣化。因此，将t/D规定为0.010以上。在t/D过大，即板厚过厚或直径过小的情况下，在圆截面成形时坯料不能充分沿着模具，圆度劣化。因此，t/D被规定为0.080以下。此外，D为上述Db、Da。
从抑制大径部和直径变化部间的对接部附近的成形时产生起皱的观点来看，与大径部和直径变化部对应的模具部分形成的角度(倾斜角度)θ优选为30度以下。
管周向的压缩变形在确保成形品截面的圆度、减小对接部的打开量(distance between edges)的方面是重要的因素。通过赋予管周向的压缩变形，在圆截面成形的最终阶段，坯料与模具密接，因此，圆度提高。另外，由于通过压缩弯曲变形来成形圆截面，所以脱模后的弹回变形减少，对接部的打开量减少。对接部在成形后通过焊接等接合，因此，打开量越小，接合时的对接精度越提高，接合变得越容易。为了形成为圆度2.0％以内，将管周向的压缩变形规定为0.5％以上。在管周向的压缩变形大的情况下，因担心材料在模具接合面的啮入，成形载荷上升，所以优选管周向的压缩变形为5％以下。在板厚薄、直径大的情况下，如果增大压缩变形，则产生屈曲，因此，优选在t/D为0.020以下时，将压缩变形设为2.0％以下。
例如如图4～图7所示，本发明的异径管状零件通过具有如下两个工序的冲压成形来制造，所述两个工序为：对坯料2进行U字成形而得到U字成形品3的工序；对所得到的U字成形品3进行圆截面成形而得到圆截面成形品4的工序。
图4所示的U字成形是模板成形，重要的是将用于U字成形的U字成形模具的下模的纵壁长设计地比U字成形品3的目标纵壁部长。大径部和直径变化部之间是在U字成形时容易产生起皱的区域，如果在产生了起皱的状态下进行圆截面成形，则可能会导致各种成形不良、模具损伤。通过增长模具纵壁长，在U字成形时，在坯料2的U字成形品纵壁对应部导入减径挤压，可缓和在U字成形时产生的起皱。脱模后的U字成形品3的截面形状因弹回变形而成为打开的U字截面形状。
另外，如图5表示U字成形模具的一例那样，在U字成形中，通过在大径部和直径变化部之间赋予弯曲形状，可进一步抑制下一个工序的O字成形期间在大径部和直径变化部易产生的起皱。如果零件的大径部和直径变化部形成的角度θ越大，越增大U字成形时的弯曲角度θ1，则在抑制起皱方面有效。但是，如果θ1过大，则在U字成形时，在纵壁部产生起皱，难以进行O字成形，因此优选θ1为10度以下。
图6所示的圆截面成形模具的特征在于是上下模具都具有半圆形状的形状，模具接合面不是水平的，而是下倾方向的。圆截面成形工序如下所述。首先，将U字成形品3置于下模，使上模下降。这时，U字成形品3如上述那样成为打开的U字截面形状，因此，其纵壁部的开端与上下的模具接合面接触，但通过使该模具接合面形成为下倾方向，纵壁部的开端(edge)在模具接合面上滑动地移动，因此，可不会压坏纵壁部地进行成形。模具接合面也可以是直线，但如图6、图7那样，通过使端部的接合面角度曲线状地变化，纵壁部的开端的移动更顺畅。之后，左右纵壁部的开端彼此接触，以伴随弯曲变形的同时与模具适应的方式变形，成形为圆截面。脱模后的圆截面成形品4通过弹回变形，在对接部产生打开。在周向的压缩变形较小的情况下，与模具的适应变得不充分，残留有弯曲线，因此圆度降低。另外，由于弹回变形也变大，因此对接部的打开量也变大。脱模后接合对接部，成为最终产品。
在上述制造方法中，如上所述，需要对接部的接合。作为接合方法，可列举有激光焊接、电弧焊接、点焊等焊接。这时，如果坯料为薄壁材料，则因烧穿等问题，有时难以接合，但只要凸缘存在，则接合就变得容易。如图7所示，通过使上模具圆弧部的顶点带有槽，成形中左右纵壁的开端彼此在槽中接触，之后成形为圆截面，因此，可进行附带凸缘的圆截面成形品的制造。但是，槽宽度W和坯料的板厚t之比W/t低于2.0时，槽中不能容纳左右两前端，易产生圆截面的屈曲，因此，优选W/t为2.0以上。另外，如果W/t比3.0大，则可能凸缘不能整齐地成形，有可能在左右凸缘彼此的接合面产生间隙，难以接合，因此，优选W/t为3.0以下。
实施例
以从具有表1所示的机械性特性的钢板切制出的坯料作为原料，以图4及图6、图7的方式，通过为表2所示的各种条件的冲压成形，制造具有图1的形状的全长1400mm的圆截面成形品，脱模后，在管轴方向的多点进行周向接合端部的定位焊接后，通过圆度的测定及起皱、屈曲这种成形不良有无的目视判定来评价其形状。圆度在圆周方向以22.5度间距在8个部位测定大径部、小径部的各一个部位的外径，根据以下式子求出，根据大径部、小径部的圆度中不小的一方的值进行评价。
圆度(％)＝(最大外径－最小外径)/模具直径×100
表2表示上述评价结果。本发明例即No.1、2、4、6、7～10是继图4后通过图6的工序成形的情况，No.11～13是继图4后通过图7的工序成形的实施例。大径部和小径部间的倾斜角度能够根据直径变化部的长度和模具的大径部直径及小径部直径来算出(本发明例中为4.8～9.7度)。都显示良好的圆度，且也未发现起皱、屈曲这种成形不良。与之相对，观察比较例时，No.14因t/Da小，所以圆度劣化，另外，产生屈曲。No.15因t/Db大，即使增大周向的压缩变形，也难以确保圆度。No.16不能确保圆度。
(表1)
标号 板厚t(mm) YP(MPa) TS(MPa) El(％)
A 1.8 265 360 40
B 1.0 340 460 35
C 1.0 400 610 29
(表2)
标号说明
1  异径管状零件
2  坯料
3  U字成形品
4  圆截面成形品

Claims (4)

1.一种异径管状零件的制造方法，对金属板的坯料进行冲压成形而形成由小径部、大径部及在所述小径部和所述大径部之间的直径变化部构成的异径管状零件，所述异径管状零件的制造方法的特征在于，
具有如下所述工序：利用U字成形模具对所述坯料进行冲压成形而形成U字成形品，并利用O字成形模具对U字成形品进行冲压成形而形成圆截面成形品的工序，作为所述U字成形模具，使用具有比所述U字成形品的纵壁部长度长的纵壁长度的模具，作为所述O字成形模具，使用使模具接合线为下倾方向且所述坯料的板厚t和与所述小径部、大径部对应的模具部分的直径D之比即t/D为0.010≤t/D≤0.080的模具，下述(1)式所示的周向的压缩变形为0.5％以上，
记
周向的压缩变形＝(成为管周向的板宽度方向的坯料宽度－模具的周长)/模具的周长×100(％)…(1)。
2.根据权利要求1所述的异径管状零件的制造方法，其特征在于，
在所述U字成形中，对大径部和直径变化部之间赋予弯曲形状。
3.根据权利要求1或2所述的异径管状零件的制造方法，其特征在于，
所述O字成形模具是在上模具的圆弧部顶点具有槽且将该槽的槽宽度W和所述坯料的板厚t之比W/t设为2.0～3.0的模具。
4.一种成形模具，使用于权利要求1～3中任一项所述的制造方法，所述成形模具的特征在于，
所述成形模具由先使用的所述U字成形模具和后使用的所述O字成形模具构成。
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