CN104582870B - 弯曲零部件的制造方法和汽车的车身壳体的骨架结构构件 - Google Patents

弯曲零部件的制造方法和汽车的车身壳体的骨架结构构件 Download PDF

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Abstract

本发明的弯曲零部件的制造方法不产生裂纹、褶皱地利用压制成型来制造具有帽子形截面的弯曲零部件(10)。该弯曲零部件(10)由顶板(11)、纵壁(12a、12b)、外向凸缘(13a、13b)构成，并具有大致帽子形截面，其中纵壁(12a、12b)沿着顶板的棱线(14a、14b)相互平行地延伸设置，外向凸缘(13a、13b)与纵壁的顶端结合，在利用压制成型制造弯曲零部件(10)时，一边利用推料板(503)和凸模(504)夹持并约束金属板料(601)，一边利用凹模(502)和压料圈(505)夹持并约束金属板料(601)而进行压制成型。

Description

弯曲零部件的制造方法和汽车的车身壳体的骨架结构构件
技术领域
本发明涉及对金属板料压制成型而制造具有帽子形截面的弯曲零部件的方法和汽车的车身壳体的骨架结构构件。
背景技术
具有帽子形截面、并且具有向长度方向弯曲的外形的压制成型零部件被用作例如纵梁(前纵梁、后纵梁)等这样的汽车的车身壳体的骨架结构构件。该压制成型零部件是用于确保汽车的碰撞性能的重要零部件，并且，为了促进碰撞安全性的改进和车体的轻量化，要求该压制成型零部件高强度化。以往，采用对金属板料进行拉深成形的压制成型法制造该压制成型零部件。
图18A是表示具有帽子形截面弯曲零部件(以下，简称为“弯曲零部件”)10的一例的立体图，图18B是弯曲零部件10的俯视图，图18C是弯曲零部件10的侧视图，图18D是从一端部侧观察到的弯曲零部件10的主视图，并且，图18E是用于说明弯曲零部件10的凸状弯曲部11a和凹状弯曲部11b的立体图。另外，图19A是示意地表示利用以往技术制造弯曲零部件10的拉深加工机的剖视图，图19B是表示在凹模202与压料圈203以及凸模204之间夹持并约束有金属板料201的阶段的剖视图，图19C是表示自图19B所示的阶段将凸模204压入的状态的剖视图，图19D是表示从图19C所示的阶段进一步将凸模204压入从而凸模204被完全压入凹模202的状态的剖视图。此外，图20A是表示金属板料201的立体图，图20B是根据图19A～图19D所示的以往技术而制造的拉深板301的立体图。
例如，在制造图18A～图18E所示的弯曲零部件10的情况下，首先如图19A所示，将图20A所示的金属板料201配置于凹模202与压料圈203以及凸模204之间。接下来，如图19B所示，利用凹模202和压料圈203夹着金属板料201的周围来加压。接下来，如图19C、图19D所示，利用凸模204使金属板料201的中央部突出而将金属板料201拉深成形为所期望的形状。在该拉深成形的过程中，如图19C所示，由于金属板料201的周围被凹模202和压料圈203按压着，因此金属板料201的内部一边被施加张力一边利用凸模204而成形。金属板料201一边利用凹模202和压料圈203在一定程度上约束其周围，一边通过流入凹模202内而成形为具有图20B所示的形状的拉深板301。通过切掉该拉深板301的周围的不需要部分而制造图18A～图18E所示的弯曲零部件10。
图21是表示图20B所示的拉深板301上易于产生裂纹、褶皱的部位的立体图。
利用进行拉深成形的压制成型法而制造弯曲零部件10的情况下，如图21所示，在成形为拉深板301的阶段中，在拉深板301的凹状弯曲部311b的顶板301a和凸状弯曲部311a的凸缘301b易于产生由于材料多余而引起的褶皱。一般的说，为了抑制褶皱产生，通过增加压料圈203的加压力、或者在压料圈203增加拉深压边筋等方法来加强成形过程中的金属板料201的周围的约束而抑制金属板料201向凹模202内过度流入较为有效。
然而，利用这些方法抑制金属板料201向凹模202内流入的话，在拉深板301的凸状弯曲部311a的顶板301c、凹状弯曲部311b的凸缘301d、长度方向的端部301e处板厚过于减小，在金属板料201为延展性较低的材料的情况下，在这些区域301c、301d、301e产生裂纹。
因此，为了利用进行拉深成形的压制成型法不产生裂纹和褶皱地制造以例如纵梁为代表的弯曲零部件10，难以使用延展性较低的高强度材料(例如高张力钢板)作为金属板料201，不得不采用延展性较高的低强度材料。因此，为了确保弯曲零部件10所要求的强度，不得不增加金属板料201的板厚，从而妨碍了车身壳体的骨架结构构件的轻量化。
而且，利用进行拉深成形的压制成型法制造弯曲零部件10的情况下，由于切掉存在于拉深板301的外周的不需要部分并将其废弃，因此材料的利用率也降低。
另外，在专利文献1～4中，提出有对具有如帽子形截面、Z字形截面等简单的、在长度方向上相同的截面的零部件弯曲成形的技术。然而，专利文献1～4中未公开制造由像弯曲零部件10这么复杂的形状构成的零部件的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-103306号公报
专利文献2：日本特开2004-154859号公报
专利文献3：日本特开2006-015404号公报
专利文献4：日本特开2008-307557号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明鉴于以往的技术所存在的这些问题而完成，其目的在于提供一种方法，该方法利用压制成型，不在凹状弯曲部的顶板、凸状弯曲部的凸缘上产生褶皱、不在凸状弯曲部的顶板、凹状弯曲部的凸缘甚至长度方向的端部上产生裂纹地，且材料利用率较好地制造适合用于作为例如汽车的车身壳体的骨架结构构件的纵梁(例如前纵梁、后纵梁)的、具有帽子形截面并且具有向长度方向弯曲的外形的弯曲零部件；以及一种利用该方法所制造的例如纵梁这样的骨架结构构件。
而且，本发明的目的在于不仅使用延展性较高的低强度材料作为金属板料，也使用延展性较低的高强度材料(例如，拉伸强度在440MPa以上的高张力钢板)作为金属板料来制造上述的骨架结构构件。
用于解决问题的方案
本发明如以下所列举。
(1)一种弯曲零部件的制造方法，该制造方法使用包括凹模和推料板以及与该凹模和推料板相对地配置的凸模和压料圈的压制成型装置，通过将金属板料在冷状态或者温热状态下进行压制成型，来制造弯曲零部件，该弯曲零部件包括主体，该主体由纵长的顶板、两个纵壁、以及两个外向凸缘构成，该两个纵壁与该顶板的两端部相连且朝与该顶板大致正交的方向延伸，两个外向凸缘分别与该两个纵壁相连，该主体具有帽子形的横截面形状，并且，该主体具有在所述顶板的长度方向的一部分处顶板、两个纵壁以及两个外向凸缘均朝纵壁的高度方向呈弧状弯曲的外形，其特征在于，
一边保持将配置于凹模和推料板与凸模和压料圈之间的金属板料的用于成形为顶板的部分利用推料板按压于凸模而加压并夹持该部分，并且，将金属板料的用于成形为纵壁和外向凸缘的部分利用压料圈按压于凹模而加压并夹持该部分的状态，一边使压料圈和凹模相对于推料板和凸模以金属板料为界朝配置有凸模和压料圈的一侧移动，由此对具有帽子形截面的弯曲零部件进行成形。
本发明中，“冷”的意思是室温的温度，“温热”的意思是比冷的温度高，但温度低于Ac3点，优选是Ac1点以下的温度。
(2)根据技术方案1所述的弯曲零部件的制造方法，其中，推料板连接于具有恒定的行程的推料板加压装置，压料圈连接于压料圈加压装置，并且，在弯曲零部件成形完成之后，使用推料板加压装置和压料圈加压装置，将压料圈以不相对于凸模相对移动的方式进行固定，并且该压料圈未将弯曲零部件按压于凹模之后，将凹模和推料板自压料圈和凸模分离，而将弯曲零部件自压制成型装置取出。
(3)根据技术方案1所述的弯曲零部件的制造方法，其中，推料板连接于推料板加压装置，压料圈连接于具有恒定的行程的压料圈加压装置，并且，在弯曲零部件成形完成之后，
使用推料板加压装置和压料圈加压装置，将推料板以不相对于凹模相对移动的方式进行固定，并且该推料板未将弯曲零部件按压于凸模之后，将凹模和推料板自压料圈和凸模分离，而将弯曲零部件自压制成型装置取出。
(4)根据技术方案1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，凹模具有包含弯曲零部件的纵壁和凸缘各自的外表面的形状的内表面形状，推料板具有包含弯曲零部件的顶板的外表面的形状的外表面形状，凸模具有包含弯曲零部件的顶板和纵壁各自的内表面的形状的外表面形状，并且，压料圈具有包含弯曲零部件的凸缘的内表面的形状的外表面形状。
(5)根据技术方案1至4中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，横截面形状的顶板和纵壁所成的内角为90°～92°。
(6)根据技术方案1至5中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，在弯曲零部件成形完成的时刻，凹模的使纵壁进行成形的部分与凸模的使纵壁进行成形的部分之间的间隙为金属板料的板厚的100％～120％。
(7)根据技术方案1至6中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，金属板料是板厚为0.8mm～3.2mm并且拉伸强度为200MPa～1600MPa的钢板。
(8)根据技术方案1至7中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，利用推料板以0.1MPa以上的按压压力将金属板料的用于成形为顶板的部分向凸模按压而对该部分进行加压，并且，利用压料圈以0.1MPa以上的按压压力将金属板料的用于成形为纵壁和外向凸缘的部分向凹模按压而对该部分进行加压。
(9)根据技术方案1至8中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，金属板料是对金属板料进行了预加工的预加工金属板。
(10)根据技术方案2至9中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，对自压制成型装置取出的弯曲零部件进行后加工。
(11)一种骨架结构构件，该骨架结构构件具有主体，该主体由两个纵壁、两个外向凸缘、以及纵长的顶板构成，其中，两个纵壁与该顶板的两端部相连并向与该顶板大致正交的方向延伸，两个外向凸缘分别与该两个纵壁相连，该主体具有帽子形的横截面形状，并且，该主体具有包括在顶板的长度方向的一部分处顶板、两个纵壁以及两个外向凸缘均朝纵壁的高度方向呈弧状弯曲的弯曲部的外形，该骨架架构构件构成汽车的车身壳体，其特征在于，
所述主体以拉伸强度为440MPa以上并且板厚为1.0mm～2.3mm的钢板为原材料，且为在冷状态或者温热状态下的压制成型体，该弯曲部的板厚相对于除弯曲部以外的残余的部分的板厚的减小率为15％以下。
作为本发明中的车身壳体的骨架结构构件，例示有构成发动机舱的前纵梁、接合于后地板面板的下表面的后纵梁、而且还有接合于前地板面板的地板中央通道等。
发明的效果
采用本发明，一边保持利用推料板和凸模夹持并约束金属板料的用于成形为顶板的部分、并且利用压料圈和凹模夹持并约束金属板料的用于成形为纵壁和凸缘的部分的状态，一边使压料圈和凹模相对于推料板和凸模以金属板料为界地朝配置有凸模和压料圈的一侧移动，由此对金属板料成形，因此能够防止顶板和凸缘产生褶皱，并且，能够利用以纵壁的剪切变形为主体的塑性变形进行成形。因此，由于在成形中不需要对金属板料施加较大的张力，因此能够减小作为金属板料的舍弃部的余料从而改善材料利用率，从而能够解决上述问题。
附图说明
图1是在分解状态下简化表示实施本发明的制造方法而制造弯曲零部件的压制成型装置的立体图。
图2A是表示图1所示的压制成型装置的加工开始时的情况的简略剖视图。
图2B是表示在图1所示的压制成型装置的凹模和推料板与压料圈和凸模之间夹持并约束有金属板料的情况的简略剖视图。
图2C是表示自图2B所示的阶段将凸模压入的情况的简略剖视图。
图2D是表示在自图2C所示的阶段进一步将凸模压入时，凸模被完全压入凹模的情况的简略剖视图。
图3是在分解状态下简化表示实施本发明的制造方法而制造弯曲零部件的另一压制成型装置的立体图。
图4A是表示图3所示的压制成型装置的加工开始时的情况的简略剖视图。
图4B是表示在图3所示的压制成型装置的凹模和推料板与压料圈和凸模之间夹持并约束有金属板料的情况的简略剖视图。
图4C是表示自图4B所示的阶段将凸模压入的情况的简略剖视图。
图4D是表示在自图4C所示的阶段进一步将凸模压入而使凸模完全被压入凹模的情况的简略剖视图。
图5A是表示本发明的原理的说明图。
图5B是表示在实施本发明时所产生的剪切褶皱的说明图。
图5C是表示在实施本发明时所产生的剪切褶皱的侧视图。
图6A是通过表示纵壁和顶板之间所成的内角θ、凹模和凸模的纵壁部之间的间隙，来表示防止产生剪切褶皱的条件的说明图。
图6B是通过表示纵壁和顶板之间所成的内角θ、凹模和凸模的纵壁部之间的间隙，来表示防止产生剪切褶皱的条件的说明图。
图7A是表示在将凸模完全压入凹模而将金属板料成形为弯曲零部件之后，将弯曲零部件从模具取出时可能产生的问题的说明图。
图7B是表示自图7A所示的状态使凸模相对于凹模退出的阶段的说明图。
图7C是表示自图7B所示的状态使凸模相对于凹模完全退出的阶段的说明图。
图8A是表示用于解决由图7A～图7C所示的问题的方法的说明图。
图8B是表示自图8A所示的状态使凸模相对于凹模退出的阶段的说明图。
图8C是表示自图8B所示的状态使凸模相对于凹模完全退出的阶段的说明图。
图9A是表示用于解决由图7A～图7C所示的问题的另一方法的说明图。
图9B是表示自图9A所示的状态使凸模相对于凹模退出的阶段的说明图。
图9C是表示自图9B所示的状态使凸模相对于凹模完全退出的阶段的说明图。
图10A是表示采用本发明而制造的具有帽子形截面的弯曲零部件的实施例的立体图。
图10B是从上方观察图10A所示的弯曲零部件的俯视图。
图10C是图10A所示的弯曲零部件的侧视图。
图10D是图10C的A－A剖视图。
图11是表示表1的间隙b的说明图。
图12A是表示采用本发明而制造的具有帽子形截面的弯曲零部件的另一实施例的立体图。
图12B是从上方观察图12A所示的弯曲零部件的俯视图。
图12C是图12A所示的弯曲零部件的侧视图。
图12D是从一端部侧观察图12A所示的弯曲零部件的主视图。
图13A是表示采用本发明而制造的具有帽子形截面的弯曲零部件的另一实施例的立体图。
图13B是从上方观察图13A所示的弯曲零部件的俯视图。
图13C是图13A所示的弯曲零部件的侧视图。
图13D是从一端部侧观察图13A所示的弯曲零部件的主视图。
图14A是表示采用本发明而制造的具有帽子形截面的弯曲零部件的又一实施例的立体图。
图14B是从上方观察图14A所示的弯曲零部件的俯视图。
图14C是图14A所示的弯曲零部件的侧视图。
图14D是从一端部侧观察图14A所示的弯曲零部件的主视图。
图15A是应用本发明而制造的具有帽子形截面的弯曲零部件的又一实施例，在全长的一部分延伸设有外向凸缘的弯曲零部件的立体图。
图15B是从上方观察图15A所示的弯曲零部件的俯视图。
图15C是图15A所示的弯曲零部件的侧视图。
图15D是从一端部侧观察图15A所示的弯曲零部件的主视图。
图16A是应用本发明而制造的具有帽子形截面的弯曲零部件的又一实施例，顶板自一端部向另一端部扩宽的弯曲零部件的立体图。
图16B是从上方观察图16A所示的弯曲零部件的俯视图。
图16C是图16A所示的弯曲零部件的侧视图。
图16D是从一端部侧观察图16A所示的弯曲零部件的主视图。
图17A是使用预加工坯料制造弯曲零部件的本发明的方法的说明图，是该方法中所使用的金属板料的立体图。
图17B是表示预加工图17A所示的金属板料的状态的立体图。
图17C是自经过预加工的图17B所示的金属板料而成形了的弯曲零部件的立体图。
图17D是表示在进一步修整图17C所示的弯曲零部件后的状态下的弯曲零部件的立体图。
图18A是表示具有帽子形截面的弯曲零部件的一例的立体图。
图18B是弯曲零部件的俯视图。
图18C是弯曲零部件的侧视图。
图18D是从一端部侧观察弯曲零部件的主视图。
图18E是用于说明弯曲零部件的凸状弯曲部和凹状弯曲部的立体图。
图19A是示意地表示利用以往技术制造弯曲零部件的拉深加工机的剖视图。
图19B是表示凹模与压料圈之间和凹模与凸模之间夹持并约束有金属板料的阶段的剖视图。
图19C是表示自图19B所示的阶段将凸模进一步压入的状态的剖视图。
图19D是表示在自图19C所示的阶段进一步将凸模进一步压入时，凸模完全被压入凹模的状态的剖视图。
图20A是表示金属板料的立体图。
图20B是表示利用图19A～图19D所示的以往技术所制造的拉深板的立体图。
图21是表示在图20B所示的拉深板上易于产生裂纹、褶皱的部位的立体图。
附图标记说明
10、弯曲零部件；11、顶板；12a、纵壁；12b、纵壁；13a、凸缘；13b、凸缘；14a、棱线；14b、棱线；15a、凹线；15b、凹线；502、凹模；503、推料板；504、凸模；505、压料圈；506、推料板加压装置；507、压料圈加压装置。
具体实施方式
参照附图说明本发明。
利用本发明能够制造图18A～图18E所示的弯曲零部件10。
如图18A～图18E所示，弯曲零部件10由顶板11，纵壁12a、12b，以及外向凸缘13a、13b构成，其中，纵壁12a、12b分别与顶板11的两侧端相连，外向凸缘13a、13b与纵壁12a、12b的与顶板11相连的一侧相反的一侧的端部相连，并且向与顶板11相反的方向延伸，该弯曲零部件10具有帽子形的截面形状。
在顶板11与纵壁12a、12b之间形成有棱线14a、14b。而且，纵壁12a、12b与外向凸缘13a、13b之间形成有凹线15a、15b。棱线14a、14b和凹线15a、15b配置为大致平行。在顶板11的长度方向的一部分处具有：凸状弯曲部11a，其向帽子形的截面形状的外侧(顶板11的外表面侧)呈弧状弯曲；以及凹状弯曲部11b，其向帽子形的截面形状的内侧(顶板11的内表面侧)呈弧状弯曲。
顶板11和纵壁12a所形成的棱线14a在对应于凸状弯曲部11a的部位16a、对应于凹状弯曲部11b的部位17a处呈弧状弯曲，并且，顶板11和纵壁12b所形成的棱线14b也在对应于凸状弯曲部11a的部位16b、对应于凹状弯曲部11b的部位17b呈弧状弯曲。即，如图18C所示，弯曲零部件10侧视观察呈S字形状，换言之，纵壁12a、12b由S字形的平板所形成。
此处“弧状”不限定于完整的圆弧的一部分，也可以是例如椭圆、双曲线、正弦曲线及其他曲线的一部分。
如此，弯曲零部件10具有主体10a。主体10a由纵长的顶板11、两个纵壁12a、12b、以及两个外向凸缘13a、13b构成，其中，两个纵壁12a、12b与顶板11的两端部相连并向与顶板11大致正交的方向延伸，两个外向凸缘13a、13b分别与两个纵壁12a、12b相连，该主体10a具有帽子形的截面形状。而且，主体10a在顶板11的长度方向的一部分处具有顶板11、两个纵壁12a、12b以及两个外向凸缘13a、13b这五者均朝纵壁12a、12b的高度方向呈弧状弯曲的外形。
图1是在分解状态下简化表示实施本发明的制造方法而制造弯曲零部件10的压制成型装置501的立体图。
如图1所示，压制成型装置501具有凹模502、推料板503、凸模504、压料圈505。
凹模502具有包含弯曲零部件10的纵壁12a、12b的外表面形状和凸缘13a、13b的外表面形状的内表面形状。推料板503具有包含弯曲零部件10的顶板11的外表面形状的外表面形状。凸模504配置为与凹模502和推料板503相对，并且，具有包含弯曲零部件10的顶板11的内表面形状和纵壁12a、12b的内表面形状的外表面形状。而且，压料圈505具有包含弯曲零部件10的凸缘13a、13b的内表面形状的外表面形状。
图2A是表示压制成型装置501的加工开始时的情况的简略剖视图，图2B是表示在压制成型装置501的凹模502和推料板503与压料圈505和凸模504之间夹持并约束有金属板料601的情况的简略剖视图，图2C是表示自图2B所示的阶段将凸模504压入的情况的简略剖视图，并且，图2D是表示在自图2C所示的阶段将凸模504进一步压入时，凸模504被完全压入凹模502的情况的简略剖视图。
如图2A～图2D所示，推料板503连接并支承于气垫、液压装置、弹簧或者电动驱动装置这样的推料板加压装置506，并能够对金属板料601进行加压而将其按压于凸模504的顶部。
另外，压料圈505连接并支承于气垫、液压装置、弹簧或者电动驱动装置这样的压料圈加压装置507，并能够对金属板料601进行加压而将其按压于凹模502。
首先，如图2A所示，金属板料601配置于凹模502和推料板503与凸模504和压料圈505之间。
接下来，如图2B所示，金属板料601的用于成形为顶板11的部分通过被推料板503按压于凸模504而在推料板503和凸模504之间被加压并被夹持。而且，金属板料601的用于分别成形为纵壁12a、12b和外向凸缘13a、13b的部分被压料圈505按压于凹模502，并在压料圈505和凹模502之间被加压并被夹持。
利用被推料板加压装置506加压的推料板503，将金属板料601的用于成形为顶板11的部分按压于凸模504，金属板料601被加压并被夹持于推料板503和凸模504之间，由此，金属板料601被保持为无法面外变形的状态。而且，利用被压料圈加压装置507加压的压料圈505将金属板料601的用于成形为纵壁和外向凸缘的部分按压于凹模502，金属板料601被加压并被夹持于压料圈505和凹模502之间，由此，金属板料601被保持为无法面外变形的状态。
在该状态下，使压料圈505和凹模502相对于推料板503和凸模504以金属板料601为界向配置有凸模504和压料圈505的一侧移动，对金属板料601进行成形。
如图2C所示，随着凸模504和压料圈505移动，夹持于凸模504和压料圈505之间的金属板料601流入到凹模502的内侧而逐渐形成纵壁12a、12b。
而且，如图2D所示，在凸模504和压料圈505移动预定的距离而能够确保需要的纵壁12a、12b的高度的阶段，成形完成。
此处，在图2A～图2D所示的例子中，在成形的过程中将凸模504固定并且推料板503将金属板料601按压于凸模504从而也无法移动的状态下，将凹模502压入，压料圈505也和凹模502一起移动。然而，本发明不限定于该形态。
图3是在分解状态下简化表示实施本发明的制造方法而制造弯曲零部件10的另一压制成型装置501－1的立体图。而且，图4A是表示图3所示的压制成型装置501－1的加工开始时的情况的简略剖视图，图4B是表示在压制成型装置501－1的凹模602和推料板603与压料圈605和凸模604之间夹持并约束有金属板料601的情况的简略剖视图，图4C是表示自图4B所示的阶段将凸模604压入的情况的简略剖视图，而且，图4D是表示在自图4C所示的阶段将凸模604进一步压入时，凸模604被完全压入凹模602的情况的简略剖视图。
与图1和图2A～图2D所示的例子不同，如图3和图4A～图4D所示，在将凹模602固定并且压料圈605将金属板料601也按压于凹模602而无法移动的状态下，将凸模604压入时，使推料板603同凸模604一起移动，由此，也能够使压料圈605和凹模602相对于推料板603和凸模604以金属板料601为界朝配置有凸模604和压料圈605的一侧移动。即，对于模具的相对运动，图3和图4A～图4D所示的例子与图1和图2A～图2D所示的例子相同，同样能够将金属板料601成形为弯曲零部件10。
逐渐形成纵壁12a、12b的期间，金属板料601的用于成形为顶板11的部分由于被推料板503和凸模504加压并夹持，因此如果加压力足够，则在金属板料601不产生面外变形，并能够完全防止金属板料601产生褶皱。另外，金属板料601的用于成形为凸缘13a、13b的部分也由于被压料圈505和凹模502加压并夹持，因此如果加压力足够，则在金属板料601不产生面外变形，并能够完全防止产生褶皱。
在上述的加压力不充分的情况下，无法防止金属板料601的面外变形，而产生褶皱。在金属板料601是通常被用作例如纵梁(前纵梁、后纵梁)等这样的汽车的车身壳体的骨架结构构件的、板厚为0.8mm～3.2mm、拉伸强度为200MPa～1600MPa的钢板的情况下，上述的加压力优选为0.1MPa以上。
图5A是表示本发明的原理的说明图，图5B是表示实施本发明时产生的剪切褶皱的立体图，图5C是表示实施本发明时可能产生的剪切褶皱的侧视图。
本发明中，金属板料601的用于成形为纵壁12a、12b的部分被压料圈505和凹模502加压并夹持，用于成形为顶板11的部分被推料板503和凸模504加压并夹持。另外，用于成形为凸缘13a、13b的部分也被压料圈505和凹模502加压并夹持。而且，用于成形为顶板11的部分、用于成形为纵壁12a、12b的部分、以及用于成形为外向凸缘13a、13b的部分均以向纵壁12a、12b的高度方向呈弧状弯曲的方式被成形。因此，如图5A所示，用于成形为纵壁12a、12b的部分剪切变形。因此，根据本发明，能够利用以用于成形为纵壁12a、12b的部分的剪切变形为主体的塑性变形而使金属板料601成形为弯曲零部件10。由于剪切变形是在变形前后面积变化非常小因而板厚的变化非常小的变形，所以，弯曲零部件10的纵壁12a、12b的板厚减小被抑制。
另外，由于在该成形中用于成形为顶板11和外向凸缘13a、13b的部分被向面外弯曲，但不受较大的拉伸变形、压缩变形，因此顶板11和外向凸缘13a、13b部分的板厚减小也被抑制，其结果，作为弯曲零部件10整体，板厚减小被抑制。
另外，金属板料601的成形为纵壁12a、12b的部分由于进行剪切变形，因此在形成纵壁12a、12b的期间，在剪切变形的最小主应变方向压缩变形。因此，若凹模502和凸模504的纵壁部的间隙过度，则如图5B和图5C所示，产生剪切褶皱18。为了抑制该剪切褶皱18的产生，将在使纵壁12a、12b成形的期间的作为凹模502和凸模504之间的间隙并且是用于使纵壁12a、12b成形的部分的间隙设定为较小，接近至金属板料601的板厚较为有效。
图6A是通过表示弯曲零部件10的纵壁12a、12b和顶板11所成的内角θ以及作为凹模502和凸模504之间的间隙中的用于使纵壁12a、12b成形的部分的间隙b，来表示防止产生剪切褶皱18的条件的说明图，图6B是通过表示弯曲零部件10的纵壁12a、12b和顶板11所成的内角θ以及作为凹模502和凸模504之间的间隙中的用于使纵壁12a、12b成形的部分的间隙b，来表示防止产生剪切褶皱的条件的说明图。
如图6A、图6B所示，为了在成形时不形成模具的负角，纵壁12a、12b和顶板11所成的内角θ需要为90°以上。然而，内角θ比90°过度大的话则成形初期的间隙变大。因此，内角θ为90°以上且尽量接近90°的角度以下较为有利。以将通常用于例如纵梁(前纵梁、后纵梁)等这样的汽车的车身壳体的骨架结构构件的、板厚为0.8mm～3.2mm、拉伸强度为200MPa～1600MPa的钢板作为金属板料601使用并对纵壁12a、12b的高度为200mm以下的弯曲零部件10进行成形的情况为例的话，内角θ超过92°时，如图6B所示，有时在纵壁12a、12b产生褶皱，因此顶板11和纵壁12a、12b之间所成的内角θ优选为90°～92°，在纵壁12a、12b成形完成的时刻，凹模502和凸模504之间的间隙中的对纵壁12a、12b进行成形的部分的间隙b优选为金属板料601的板厚的100％～120％。
图7A是表示将凸模504完全压入凹模502时将金属板料601成形为弯曲零部件10之后，将弯曲零部件10从模具取出时产生的问题的说明图，图7B是表示自图7A所示的状态使凸模504相对于凹模502退出的阶段的说明图，并且，图7C是表示自图7B所示的状态使凸模504相对于凹模502完全退出的阶段的说明图。
如图7A～图7C所示，将金属板料601成形为弯曲零部件10之后，为了将弯曲零部件10从模具取出，将凹模502从凸模504分离而在模具之间空出间隙的话，推料板503和压料圈505分别被推料板加压装置506和压料圈加压装置507加压，因此弯曲零部件10受到分别来自推料板503和压料圈505的相反方向的加压力，发生变形而被压坏，无法得到预定形状的弯曲零部件10。
图8A是表示用于解决图7A～图7C所示的问题的方法的说明图，图8B是表示自图8A所示的状态使凸模504相对于凹模502退出的阶段的说明图，并且，图8C是表示自图8B所示的状态使凸模504相对于凹模502完全退出的阶段的说明图。
如图8A～图8C所示，将金属板料601成形为弯曲零部件10之后，将压料圈505进行固定以不相对于凸模504移动，在压料圈505不将成形的弯曲零部件10向凹模502按压的状态下，将凹模502和推料板加压装置506自压料圈505分离的话，直到推料板加压装置506延伸至行程末端为止，推料板503一直都对弯曲零部件10进行加压，但是，推料板加压装置506移动规定以上的距离而推料板加压装置506延伸到极限而至行程末端之后推料板503从凸模504离开，弯曲零部件10未同时受到自推料板503和压料圈505的加压，凹模502和推料板503与压料圈505和凸模504之间能够相分离，并能够将弯曲零部件10自模具取出。
图9A是表示用于解决图7A～图7C所示的问题的另一方法的说明图，图9B是表示自图9A所示的状态使凸模相对于凹模退出的阶段的说明图，并且，图9C是表示自图9B所示的状态使凸模相对于凹模完全退出的阶段的说明图。
如图9A～图9C所示，将金属板料601成形为弯曲零部件10之后，将推料板503固定为不相对于凹模502移动，在推料板503不将成形的弯曲零部件10向凸模504按压的状态下，推料板503和凹模502自压料圈505和凸模504分离的情况下，直到压料圈加压装置507延伸至行程末端为止，压料圈505一直都对弯曲零部件10进行加压，但凹模502移动规定以上的距离而压料圈加压装置507延伸到极限而至行程末端之后压料圈505从凹模502离开，弯曲零部件10未同时受到自推料板503和压料圈505的加压，凹模502和推料板503与压料圈505和凸模504之间能够分离，并能够将弯曲零部件10自模具取出。
图10A是表示应用本发明所制造的弯曲零部件100的实施例的立体图，图10B是从上方观察弯曲零部件100的俯视图，图10C是弯曲零部件100的侧视图，图10D是图10C的A－A剖视图。并且，图11是表示后述的表1的间隙b的说明图。
图10A～图10D的附图标记100a表示主体，附图标记111表示顶板，附图标记112a、112b表示纵壁，附图标记113a、113b表示外向凸缘。
表1中，汇总表示制造图10A～图10D所示的弯曲零部件100的各种例子。表1中，角度θ是如图10D所示的纵壁112a、112b与顶板111之间所成的内角θ，如图11所示，间隙b是推料板503与凸模504之间、凹模502与凸模504之间、凹模502与压料圈505之间的间隙。
[表1]
表1的例1～例19都是本发明例，表1的“产生褶皱”表示产生被允许的程度的褶皱，(1)例1～例5是改变了纵壁112a、112b的角度θ的例子，(2)例6～例9是相对于模具的间隙改变板厚t，更详细的说是相对于恒定的间隙b改变板厚t的例子，(3)例10～例13是改变施加于推料板503的压力(推料板压)的例子，(4)例14～例16是改变施加于压料圈505的压力(压料圈压)的例子，(5)例17～例19是改变材料的拉伸强度的例子。检查各个例子中所制造的弯曲零部件100上是否有褶皱产生。
图12A是表示应用本发明所制造的弯曲零部件的另一实施例110的立体图，图12B是从上方观察弯曲零部件110的俯视图，图12C是弯曲零部件110的侧视图，并且，图12D是从一端部侧观察图12A所示的弯曲零部件的主视图。
如图12A～图12D所示，弯曲零部件110包括：顶板112；纵壁114、116，其沿着顶板112的棱线112a、112b相互平行地延伸设置；以及外向凸缘118a、118b，其分别与纵壁114、116的顶端相连，该弯曲零部件110具有大致帽子形截面。
而且，顶板112形成不位于一个平面内的呈大致S字状弯曲的曲面。外向凸缘118a、118b被延伸设置为相对于顶板112大致平行，与顶板112同样地，形成不位于一个平面内的呈大致S字状弯曲的曲面。而且，纵壁114、116也形成不位于一个平面内的呈大致S字状弯曲的曲面。
图13A是表示应用本发明所制造的弯曲零部件的又一实施例120的立体图，图13B是从上方观察弯曲零部件120的俯视图，图13C是弯曲零部件120的侧视图，并且，图13D是从一端部侧观察弯曲零部件120的主视图。
如图13A～图13D所示，弯曲零部件120包括：顶板122；纵壁124、126，其沿着顶板122的棱线122a、122b相互平行地延伸设置；以及外向凸缘128a、128b，其分别与纵壁124、126的顶端相连，如图13C所示，该弯曲零部件120在侧面观察具有朝上侧弯曲的形状，也就是说朝外侧鼓出的形状。顶板122形成不位于一个平面内的朝外侧弯曲的曲面，外向凸缘128a、128b延伸设置为相对于顶板122大致平行。纵壁124、126由与图13C的纸面相平行的平板形成。
图14A是表示应用本发明所制造的弯曲零部件的又一实施例130的立体图，图14B是从上方观察弯曲零部件130的俯视图，图14C是弯曲零部件130的侧视图，并且，图14D是从一端部侧观察弯曲零部件130的主视图。
如图14A～图14D所示，弯曲零部件130自与图13A～图13D所示的弯曲零部件120相反的侧面观察具有朝下侧弯曲的形状，也就是说朝内侧凹陷的形状。弯曲零部件130包括：顶板132；纵壁134、136，其沿着顶板132的棱线132a、132b相互平行地延伸设置；以及外向凸缘138a、138b，其分别与纵壁134、136的顶端相连，如图14C所示，该弯曲零部件130自侧面观察具有朝下弯曲的形状，也就是说朝内侧凹陷的形状。顶板132形成不位于一个平面内的朝内侧弯曲的曲面。外向凸缘138a、138b相对于顶板132大致平行地延伸设置。纵壁134、136由与图14C的纸面相平行的平板形成。
图15A是表示应用本发明所制造的弯曲零部件的又一实施例140、且为在全长的一部分延伸设有外向凸缘148a、148b的弯曲零部件140的立体图，图15B是从上方观察弯曲零部件140的俯视图，图15C是弯曲零部件140的侧视图，并且，图15D是从一端部侧观察弯曲零部件140的主视图。
如图15A～图15D所示，弯曲零部件140包括：顶板142；纵壁144、146，其沿着顶板142的棱线142a、142b相互平行地延伸设置；以及外向凸缘148a、148b，其分别与纵壁144、146的顶端相连，该弯曲零部件140具有大致帽子形截面。而且，顶板142形成不位于一个平面内的大致呈S字状弯曲的曲面。外向凸缘148a、148b被延伸设置为相对于顶板142大致平行，并与顶板142同样地，形成不位于一个平面内的大致呈S字状弯曲的曲面。而且，纵壁144、146也形成不位于一个平面内的大致呈S字状弯曲的曲面。
弯曲零部件140与图12A～图12D所示的弯曲零部件110不同，外向凸缘148a、148b未被延伸设置于纵壁144、146的全长上。也就是说，纵壁144、146包含没有外向凸缘148a、148b的部分。图15A～图15D中，外向凸缘148a、148b自弯曲零部件140的一端部沿着纵壁144、146的下边缘部具有比纵壁144、146的长度短的长度。并且，外向凸缘148a和外向凸缘148b能够形成相同长度，但尤其如图15B、图15D所示，外向凸缘148a和外向凸缘148b也可以具有不同的长度。
弯曲零部件140适合用作构成汽车的车身壳体的骨架结构构件的一例即后纵梁。弯曲零部件140包括主体140a。
主体140a由纵长的顶板142，两个纵壁144、146，以及两个外向凸缘148a、148b构成，其中两个纵壁144、146与顶板142的两端部相连并向与顶板142大致正交的方向延伸，两个外向凸缘148a、148b与两个纵壁144、146的各自的一部分相连，该主体140a具有帽子形的截面形状。
而且，主体140a在顶板142的长度方向的一部分处呈包含弯曲部149a的外形，在该弯曲部149a处，顶板142、两个纵壁144、146以及两个外向凸缘148a、148b均在纵壁144、146的高度方向呈弧状弯曲。
主体140a以拉伸强度为440MPa以上并且板厚为1.0mm～2.3mm的钢板为原材料，且为在冷状态或者温热状态下的压制成型体。
弯曲部149a的板厚相对于除了弯曲部149a之外的其余部分149b的板厚的减小率为15％以下。
为了利用参照图18～图21所说明的以往的拉深成形而进行的压制成型法制造弯曲构件140，不得不采用拉伸强度为400MPa以下的低强度的钢板作为原材料，并且，弯曲部149a的板厚相对于除了弯曲部149a之外的其余部分149b的板厚的减小率极大，为20％～35％左右。因此，需要例如增加加强构件这样地对弯曲部149a进行加强，但由本发明而得到的弯曲构件140能够以拉伸强度为440MPa以上并且板厚为1.0mm～2.3mm的钢板作为原材料，并且，由于上述板厚的减小率被显著地抑制在15％以下，因此具有足够的强度而不需要对弯曲部149a进行加强。
图16A是表示应用本发明所制造的弯曲零部件的又一实施例、且为顶板152自一端部向另一端部扩宽的弯曲零部件150的立体图，图16B是从上方观察弯曲零部件150的俯视图，图16C是弯曲零部件150的侧视图，并且，图16D是从一端部侧观察弯曲零部件150的主视图。
如图16A～图16D所示，弯曲零部件150包括：顶板152；纵壁154、156，其沿着顶板152的棱线152a、152b相互平行地延伸设置；以及外向凸缘158a、158b，其与纵壁154、156的顶端相连，该弯曲零部件140自侧面观察呈大致S字形。顶板152形成不位于一个平面内的大致呈S字状弯曲的曲面。外向凸缘158a、158b被与顶板152大致平行地延伸设置，并与顶板152同样地，形成不位于一个平面内的大致呈S字状弯曲的曲面。各个纵壁154、156在与图21C的纸面相平行的平面内呈大致S字状弯曲。图18A～图18E的弯曲零部件10中，顶板12的宽度在长度方向上恒定，但图16A～图16D的弯曲零部件150的顶板152自弯曲零部件150的一端部向另一侧的端部扩宽。
图17A是使用预加工坯料制造弯曲零部件70的本发明的方法的说明图，是在该方法中使用的金属板料72的立体图，图17B是表示对金属板料72进行预加工的状态的立体图，图17C是由被预加工了的金属板料所成形的弯曲零部件的立体图，而且，图17D是表示在进一步修整图17C所示的弯曲零部件的状态下的弯曲零部件的立体图。
而且，本发明中，也可以对金属板料进行预加工，之后使用该被预加工了的金属板料，通过上述方法进行压制成型。
例如，进行在被切断为如图17A所示的预定的形状的金属板料72形成如图17B所示的多个座面74的预加工，之后，以所述方法对具有多个座面74的金属板料72进行如图17C所示的压制成型从而形成压制成型体76。
此时，由于利用推料板将顶板部分按压于凸模，防止预加工了的座面74变形，因此优选的是，在推料板和凸模各自设有相当于座面74的形状而能够不使座面74变形地对金属板料进行加压、夹持。而且，也可以在压制成型之后，进行进一步修整加工等后加工而形成图17D所示的完成品70。

Claims (10)

1.一种弯曲零部件的制造方法，该制造方法使用包括凹模和推料板以及与该凹模和推料板相对地配置的凸模和压料圈的压制成型装置，通过将金属板料在冷状态或者温热状态下进行压制成型，来制造弯曲零部件，该温热状态是指高于室温低于Ac3点的温度状态，该弯曲零部件包括主体，该主体由纵长的顶板、两个纵壁、以及两个外向凸缘构成，其中两个纵壁与该顶板的两端部相连且朝与该顶板大致正交的方向延伸，两个外向凸缘分别与该两个纵壁相连，该主体具有帽子形的横截面形状，并且，该主体具有在所述顶板的长度方向的一部分处所述顶板、所述两个纵壁以及所述两个外向凸缘均朝所述纵壁的高度方向呈弧状弯曲的外形，其中，
将配置于所述凹模和所述推料板与所述凸模和所述压料圈之间的金属板料中的用于成形为所述顶板的部分利用所述推料板和所述凸模加压夹持而将该部分保持为不使其面外变形的状态且将所述金属板料中的用于成形为所述纵壁和所述外向凸缘的部分利用所述压料圈和所述凹模加压夹持而将该部分保持为不使其面外变形的状态，一边维持将所述金属板料中的用于成形为所述顶板的部分和所述金属板料中的用于成形为所述纵壁和所述外向凸缘的部分保持为不发生面外变形的状态的保持状态一边使所述压料圈和所述凹模相对于所述推料板和所述凸模以所述金属板料为界地朝配置有所述凸模和所述压料圈的一侧相对移动，由此对具有帽子形横截面的所述弯曲零部件进行成形。
2.根据权利要求1所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
所述推料板连接于具有恒定的行程的推料板加压装置，所述压料圈连接于压料圈加压装置，而且，在所述弯曲零部件成形完成之后，
使用所述推料板加压装置和所述压料圈加压装置，在将所述压料圈以不相对于所述凸模相对移动的方式进行固定，并且该压料圈未将所述弯曲零部件按压于所述凹模之后，将所述凹模和所述推料板自所述压料圈和所述凸模分离，而将所述弯曲零部件自所述压制成型装置取出。
3.根据权利要求1所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
所述推料板连接于推料板加压装置，所述压料圈连接于具有恒定的行程的压料圈加压装置，并且，在所述弯曲零部件成形完成之后，
使用所述推料板加压装置和所述压料圈加压装置，在将所述推料板以不相对于所述凹模相对移动的方式进行固定，并且该推料板未将所述弯曲零部件按压于所述凸模之后，将所述凹模和所述推料板自所述压料圈和所述凸模分离，而将所述弯曲零部件自所述压制成型装置取出。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
所述凹模具有包含所述弯曲零部件的所述纵壁和所述外向凸缘各自的外表面的形状的内表面形状，所述推料板具有包含所述弯曲零部件的所述顶板的外表面的形状的外表面形状，所述凸模具有包含所述弯曲零部件的所述顶板和所述纵壁各自的内表面的形状的外表面形状，并且，所述压料圈具有包含所述弯曲零部件的所述外向凸缘的内表面的形状的外表面形状。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
所述横截面形状的所述顶板和所述纵壁所成的内角为90°～92°。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
在所述弯曲零部件成形完成的时刻，所述凹模的使所述纵壁成形的部分与所述凸模的使所述纵壁成形的部分之间的间隙为所述金属板料的板厚的100％～120％。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
所述金属板料是板厚为0.8mm～3.2mm并且拉伸强度为200MPa～1600MPa的钢板。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
利用所述推料板以0.1MPa以上的按压压力将金属板料中的用于成形为所述顶板的部分向所述凸模按压而对该部分进行加压，并且，利用所述压料圈以0.1MPa以上的按压压力将所述金属板料中的用于成形为所述纵壁和所述外向凸缘的部分向所述凹模按压而对该部分进行加压。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
所述金属板料是对所述金属板料进行了预加工的预加工金属板。
10.根据权利要求2或3所述的弯曲零部件的制造方法，其中，
对自所述压制成型装置取出的所述弯曲零部件进行后加工。
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