CN110049833A - 金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可提高生产率的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置。金属零件的制造装置具备对金属板局部地进行感应加热的预备加热部(10)、和对金属板进行冲压加工的冲压加工部(20)。预备加热部(10)包含加热用线圈(11)。加热用线圈(11)被配置为使加热用线圈(11)的轴方向沿着推压部的移动方向，且被配置为与被冲压加工部(20)冲压加工的金属板的加工区域中变形量相对较大的部分在轴方向上相对，并且加热用线圈(11)形成为使金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被加热至比加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度。

Description

金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置

技术领域

本发明涉及一种金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置，尤其是，涉及一种以奥氏体不锈钢或铝合金作为材料并对其进行冲压加工的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置。

背景技术

SUS304等奥氏体不锈钢具有高强度、高耐腐蚀性等优异的特性，因此，作为满足制品高功能化的材料，在下游领域有广泛的需求。

然而，奥氏体不锈钢具有较高的抗拉强度(tensile strength)，并且加工硬化性较强。因此，如果使用奥氏体不锈钢作为金属材料(工件)进行冲压加工，会导致冲压能力不足(加压能力、能量的不足)、模具磨损严重、工序数增加等问题。

因此，当以奥氏体不锈钢为金属材料，通过冲压加工制造金属零件时，实施温热拉深加工法(warm drawing method)，该温热拉深加工法为在加热金属材料而使其抗拉强度下降的情况下，对该金属材料进行冲压加工(例如，参照日本特开平8-120419号公报)。

专利文献

专利文献1：日本特开平8-120419号公报

发明内容

然而，在以往的温热拉深加工中，金属材料的加热通过以下方式进行：将筒形加热器(cartridge heater)埋入作为成型模具一方的模具(凹模，dies)中，并在指定的温度范围内(例如100℃以上150℃以下左右)对模具或压边圈(防皱压板，blank holder)进行加热，该热量被传递至与模具相接的金属材料。因此，在以往的温热拉深加工中，模具被加热至与作为被加工物的金属材料相同或以上的温度，但是，从加热器的热容量的观点来看，要加热到能够使被加工物的抗拉强度充分降低的程度，必须要延长加热时间。

这是由于：在以往的温热拉深加工中使用的加热器如上所述地被埋入模具中，因此，无法将它制成模具以上的大小，因而无法充分增大加热器的热容量。

这样导致在以往的温热拉深加工中难以缩短加热时间，因而难以提高金属零件的生产率。尤其是，奥氏体不锈钢的热传导率较低，因此，在以奥氏体不锈钢为被加工材料的以往的温热拉深加工中难以缩短加热时间，因而难以提高金属零件的生产率。例如，在以奥氏体不锈钢为被加工材料的以往的温热拉深加工中，生产率为5spm(strokes per minute，冲程/分钟)左右。

本发明是为了解决上述问题而完成的。本发明的主要目的在于提供一种可提高生产率的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置。

本实施方式所涉及的金属零件的制造方法具备：使用加热用线圈对金属板局部地进行感应加热的工序；和在感应加热工序后，使用模具、以及相对于模具冲压金属板的推压部，对金属板进行冲压加工的工序。在感应加热工序中，将在冲压加工工序中被冲压加工的金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被加热至比加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度。

在上述金属零件的制造方法中，冲压加工优选为拉深加工。在感应加热工序中，将在冲压加工工序中被冲压加工的金属板的加工区域中位于比与推压部的台肩(shoulder)接触的接触部分更靠近的外侧区域的至少一部分加热至比接触部分更高的温度。

在上述金属零件的制造方法中，在感应加热工序中，以使金属板的外侧区域的至少一部分的温度从靠近接触部分的一侧朝向远离接触部分的一侧渐渐变为高温的方式，对金属板进行感应加热。

本实施方式所涉及的金属零件的制造装置具备预备加热部和冲压加工部，该预备加热部对金属板局部地进行感应加热，该冲压加工部对金属板进行冲压加工。预备加热部包含加热用线圈。冲压加工部包含模具、和相对于模具冲压金属板的推压部。加热用线圈被配置为使加热用线圈的轴方向沿着推压部的移动方向，并被配置为与被冲压加工部冲压加工的金属板的加工区域中变形量相对较大的部分在轴方向上相对。加热用线圈形成为使金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被加热至比加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度。

在上述金属零件的制造装置中，冲压加工优选为拉深加工。加热用线圈被配置为与加工区域中和推压部的台肩接触的接触部分在轴方向上不相对，而与位于比接触部分更外侧的外侧区域的至少一部分在轴方向上相对。

在上述金属零件的制造装置中，加热用线圈具有第1线圈和第2线圈，该第2线圈与第1线圈连接，且被配置于在轴方向上比第1线圈更靠近金属板的位置。第1线圈的内径短于第2线圈的内径。

根据本发明，能够提供一种可提高生产率的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置。

附图说明

图1为用于对本实施方式所涉及的金属零件的制造装置进行说明的图。

图2为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造装置的预备加热部的加热用线圈的俯视图。

图3为从图2中的线段III-III观察的剖视图。

图4为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造装置的冲压加工部的部分剖视图。

图5为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造装置的冲压加工部的部分剖视图。

图6为表示通过图2以及图3所示的加热用线圈进行感应加热的金属板的加热区域的俯视图。

图7为本实施方式所涉及的金属零件的制造方法的流程图。

图8为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中的第1拉深后的成形体的立体图。

图9为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中的第2拉深后的成形体的立体图。

图10为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中的最终拉深后的成形体的立体图。

图11为表示通过本实施方式所涉及的金属零件的制造方法而制造的金属零件的立体图。

图12为表示本实施方式所涉及的金属零件的制造装置的变形例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。应予说明，在下面的附图中，对于相同或相当的部分附上相同的参考编号，且不重复对其进行说明。

<金属零件的制造装置的结构>

参照图1～图3，对本实施方式涉及的金属零件的制造装置100进行说明。本实施方式所涉及的金属零件的制造装置100具备预备加热部10和冲压加工部20，该预备加工部10对作为加工材料(工件)的金属板1局部地进行感应加热，该冲压加工部20对金属板1进行冲压加工(切断加工以及拉深加工)。

构成金属板1的材料为奥氏体不锈钢，例如为SUS304、SUS316L等。金属板1例如具有轧制方向A和宽度方向B，在金属零件的制造装置100中，它被沿着轧制方向A运送。

在金属板1的运送路径中，预备加热部10被配置为比冲压加工部20更靠近上游侧。也就是说，在金属零件的制造装置100中，金属板1经过预备加热部10后才到达冲压加工部20。优选为，预备加热部10和冲压加工部20在金属板1的运送路径中被连续配置。也就是说，设置为使经过预备加热部10而被送出的加热后的金属板1能够毫不耽搁地被运送至冲压加工部20进行切断加工以及拉深加工。

预备加热部10能够对金属板1进行局部加热。预备加热部10例如能够通过高频感应加热，对金属板1进行局部加热。预备加热部10包含加热用线圈11(参照图2)。加热用线圈11的两端与未图示的交流电源连接。

如图3所示，加热用线圈11被配置为使加热用线圈11的轴方向C沿着后述的冲压加工部20的推压部32的移动方向。应予说明，在图3中，推压部32以假想线表示。加热用线圈11被配置为仅与通过冲压加工部进行冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分(外侧区域1A)在轴方向C上相对。加热用线圈11被配置为与加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分(内侧区域1B)相比，更靠近加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分。

在从交流电源供给交流电流时，这样的加热用线圈11能对金属板1局部地进行感应加热。被供给有交流电流的加热用线圈11产生贯穿金属板1的交变磁通量，并使金属板1在抵消该交变磁通量的方向上产生感应电流。金属板1被该感应电流产生的焦耳热加热。金属板1中贯穿的交变磁通量的密度越高的区域，金属板1中产生的感应电流越大。离加热用线圈11越近，贯穿金属板1的交变磁通量的密度越高。其结果为，加工区域1A,1B中相对靠近加热用线圈11而配置的部分所产生的焦耳热的量高于加工区域1A,1B中相对远离加热用线圈11而配置的部分所产生的焦耳热的量。其结果为，加热用线圈11能够对金属板1中在加工区域1A,1B中相对靠近加热用线圈11而配置并且在冲压加工中变形量相对较大的部分局部地进行感应加热。

在此，加工区域1A,1B为被通过冲压加工部20的切断加工而形成的坯料(blank)所包含的区域。加工区域1A,1B包含外侧区域1A和内侧区域1B，该外侧区域1A在加工区域1A,1B中位于比与冲压加工部20的推压部32的台肩(将沿着推压部32的移动方向延伸的面、和沿着与该移动方向交叉的方向延伸的面连接的推压部32的角部)接触的接触部分更外侧，该内侧区域1B具有该接触部分并位于比外侧区域1A更内侧。如上所述，当通过预备加热部10加热金属板1时，外侧区域1A被配置于比内侧区域1B更靠近加热用线圈11的位置。外侧区域1A为，与内侧区域1B相比，在加工区域1A,1B中利用冲压加工部20进行第1拉深加工时的变形阻力σ相对较大的区域。应予说明，变形阻力σ使用塑性系数c、应变ε、以及加工硬化指数n，以cεⁿ表示。

当通过利用冲压加工部20进行的第1拉深加工而得到的成形体例如由底部以及侧壁部形成时，外侧区域1A包含金属板1中形成为侧壁部的区域。当通过利用冲压加工部20进行的第1拉深加工而得到的成形体例如由底部、侧壁部以及凸缘部形成时，外侧区域1A包含金属板1中形成为侧壁部以及凸缘部的区域。内侧区域1B包含与推压部32的前端部以及推压部32的台肩接触的区域。在内侧区域1B中与推压部32的台肩接触的区域被施加有与外侧区域1A相比在上述轴方向C上相对较强的力。内侧区域1B例如包含形成通过利用冲压加工部20进行的第1拉深加工而得到的成形体的底部的区域。如图3以及图4所示，内侧区域1B的该宽度L3为推压部32的宽度方向B的宽度L4以上。宽度L3例如为50.5mm，宽度L4例如为38.5mm。此外，内侧区域1B的轧制方向A的长度例如为62mm，推压部32的轧制方向A的长度例如为50mm。

如图2以及图3所示，加热用线圈11具有第1线圈12以及第2线圈13。第1线圈12的轴方向C沿着第2线圈13的轴方向C。从轴方向C观察时，第1线圈12以及第2线圈13各自的平面形状为例如大致圆形或大致椭圆形等。第2线圈13与第1线圈12串联连接。第1线圈12以及第2线圈13配置为与金属板1大致平行。从不同的观点来说，第1线圈12以及第2线圈13沿与轴方向C交叉的方向延伸。第1线圈12为在加热用线圈11中卷绕成其与金属板1之间的上述轴方向C上的最短距离为距离L1(参照图3)并大致相等的部分。第2线圈13为在加热用线圈11中卷绕成其与金属板1之间的上述轴方向C上的最短距离为与距离L1不同的距离L2(参照图3)并且大致相等的部分。

如图3所示，第2线圈13配置于在上述轴方向C上比第1线圈12更靠近金属板1的位置。第1线圈12和金属板1之间的上述轴方向C上的最短距离L1长于第2线圈13与金属板1之间的上述轴方向C上的最短距离L2。第1线圈12被配置为在上述轴方向C上与外侧区域1A中位于内侧的区域相对。第2线圈13被配置为在上述轴方向C上与外侧区域1A中位于外侧的区域相对。第1线圈12的内径短于第2线圈13的内径。从上述轴方向C观察，第1线圈12被配置为比第2线圈13更靠近内侧。

如图3所示，上述加热用线圈11在外侧区域1A中可形成第1加热区域1C、第2加热区域1D、以及第3加热区域1E，该第1加热区域1C被加热的温度最低，该第2加热区域1D位于比第1加热区域1C更外侧，且被加热至比第1加热区域1C更高的温度，该第3加热区域1E位于比第2加热区域1D更外侧，且被加热的温度最高。第1加热区域1C在外侧区域1A中位于最内侧，并与内侧区域1B相邻。第3加热区域1E在外侧区域1A中位于最外侧。第2加热区域1D位于比第1加热区域1C更外侧，且比第3加热区域1E更内侧。

预备加热部10被设为例如可将金属板1加热至50℃以上200℃以下的温度。利用预备加热部10对金属板1进行加热的温度例如为在第1拉深加工时能够使外侧区域1A的抗拉强度充分降低的温度。预备加热部10包含具有第1线圈12以及第2线圈13的加热用线圈11，因此，能够加热为使第1加热区域1C与第3加热区域1E的温度差例如为50℃左右。该预备加热部10例如能够在将第3加热区域1E加热至100℃左右的温度的同时，将第1加热区域1C加热至50℃左右的温度。

如图3所示，加热用线圈11例如在内部具有用于流通冷却水的管道14。第1线圈12中的管道14与第2线圈13中的管道14串联连接。

应予说明，如图3以及图6所示，金属板1例如在加工区域1A,1B的外侧具有非加工区域1F。非加工区域1F与第3加热区域1E相邻。在金属板1被预备加热部10加热时，非加工区域1F被配置于比内侧区域1B更靠近加热用线圈11的位置。非加工区域1F例如为在第1拉深加工前的冲裁加工(blanking)中未被冲裁的区域。

冲压加工部20例如构成为所谓的连续自动压力机(transfer press)。冲压加工部20例如包含多个凸模部(例如至少三个凸模部30A,30B,30C)和多个凹模部(例如至少三个凹模部40A,40B,40C)，该凸模部在铅直方向上相对金属板1而被配置于上方，该凹模部在铅直方向上相对金属板1而被配置于下方。如图1所示，多个凸模部沿金属板1的宽度方向B并列配置。如图1所示，多个凹模部沿金属板1的宽度方向B并列配置。

如图4以及图5所示，凸模部30A具有夹具31和推压部32。凹模部40A包含基部41、模具42、和引导部44。

夹具31被设为能够对被运送到模具42、贯通孔43以及引导部44上的指定位置的作为卷材(coiled material)的金属板1进行切断加工。换言之，夹具31被设为用于切断加工的凸模。也就是说，设为使夹具31的位于铅直方向下方的端部能够与配置于模具42上的金属板1接触。夹具31的至少一部分被设为在铅直方向上与设于凹模部40的模具42重叠。夹具31能够从铅直方向上方将通过切断加工形成的作为坯料的金属板2(参照图4)按压于模具42。夹具31例如被设为圆筒状，其轴方向沿着铅直方向延伸。构成夹具31的材料例如为硬质合金(以下简称为硬质)或SKD11等合金工具钢，优选为比硬质或JIS标准SKD11(以下简称SKD11)等热传导率更低(例如14.0W/m·K左右)的材料，例如金属陶瓷。

推压部32被设为能够对模具42以及贯通孔43上的、被配置于引导部44的贯通孔45内的指定位置的作为坯料的金属板2进行拉深加工。换言之，推压部32被设为用于拉深加工的凸模。推压部32被设为能够在设成圆筒状的夹具31的中空部分中相对夹具31在铅直方向上进行相对移动。也就是说，推压部32被夹具31包围。此外，推压部32被设为推压部32的位于铅直方向下方侧的端部能够比夹具31的位于铅直方向下方侧的端部进一步向铅直方向的下方突出。优选为，在推压部32内设有未图示的用于冷却推压部32的冷却部。推压部32内的冷却部被设为例如能够循环冷却水，并能够将从推压部32接收到的热量向推压部32的外部释放。

基部41在凹模部40中构成为模具42的支承体。

在基部41形成有能够将模具42保持于内部的槽部41a。槽部41a具有例如沿铅直方向以及水平方向延伸的端面，并形成为这些端面能够与模具42的外周端面以及底面进行面接触。进而，在基部41形成有相对于槽部41a在铅直方向的下方与槽部41a连接的槽部41b。

模具42具有位于铅直方向上方的上方端面42c，并被设为例如上方端面42c能够与作为坯料的金属板2的外侧区域1A进行面接触。在模具42的内侧形成有贯通孔43，该贯通孔43用于限制对作为坯料的金属板2进行拉深加工而得到的成形体3a的外形。贯通孔43被配置为在铅直方向上与金属板1,2的内侧区域1B重叠。构成模具42的材料优选为与作为构成以往的温热冲压加工装置的模具的材料的硬质或SKD11等相比热传导率更低。构成模具42的材料优选为与构成基部41的材料相比热传导率更低。通过这样的结构，因冲压加工时的加工发热而在金属板2中产生的热量将难以经由模具42向基部41或引导部44等释放，被积蓄于金属板2，从而能够有效地帮助金属板2升温以及防止冷却(保温)。因此，具备这样的模具42的冲压加工部20具有较高的拉深成形性。尤其是，在构成为连续自动压力机的冲压加工部20中，通过使凹模部40B,40C中的模具也形成为如上结构，即使在第2拉深加工之后，也能够实现利用加工发热的高拉深成形性。

构成模具42的材料优选为包含例如以碳氮化钛(TiCN)或碳化钛(TiC)为主要成分的金属陶瓷、以及氧化锆(ZrO₂)中的至少任一方的材料。应予说明，ZrO₂、TiCN基金属陶瓷、TiC基金属陶瓷的热传导率比硬质以及SKED11中热传导率较低的一方更低。具体而言，作为以往的模具构成材料而被普遍使用的硬质在常温下的热传导率为71W/(m·K)，相对于此，TiCN基金属陶瓷在常温下的热传导率为14W/(m·K)，ZiO₂在常温下的热传导率为3W/(m·K)。也就是说，金属陶瓷的热传导率为硬质的热传导率的五分之一左右。从不同的观点来说，构成模具42的材料在常温下的热传导率例如为不足27.2W/m·K。

贯通孔43的内周端面42a也可沿着相对于铅直方向交叉的方向形成。此时，贯通孔43的内周端面42a也可具有在模具42中相对与金属板2接触的上方端面42c而形成为锐角的倾斜角，并具有相对下方端面42d而形成为钝角的倾斜角。

在引导部44形成有贯通孔45。贯通孔45的孔径大于贯通孔43的孔径，且大于夹具31的外径。引导部44被设为可与夹具31一起对作为卷材的金属板1(参照图1)进行切断加工，并且，被设为可将通过该切断加工形成的作为坯料的金属板2(参照图4)引导至模具42上的指定位置。换言之，引导部44被设为用于切断加工的模具。此外，引导部44也可设为可与基部41一起夹持模具42。构成引导部44的材料例如为硬质或SKD11等合金工具钢。

多个凸模部以及多个凹模部分别具备与上述凸模部30A以及凹模部40A基本相同的结构，但是，推压部32以及模具42的形状相互不同。

冲压加工部进一步包含未图示的运送部，该运送部用于将通过多个凸模部以及多个凹模部中的各个凸模部以及凹模部而成形的成形体运送至上述宽度方向B上相邻的其他凸模部以及凹模部。例如，被预备加热部10预备加热后的金属板1在被冲裁加工并形成金属板2后，通过凸模部30A以及凹模部40A进行第1拉深加工。同时，通过凸模部30B以及凹模部40B，对在前面被凸模部30A以及凹模部40A进行了第1拉深加工的成形体进行第2拉深加工。同时，通过凸模部30C及凹模部40C，对在前面被凸模部30B及凹模部40B进行了第2拉深加工的成形体进行第3拉深加工。接着，经第1拉深加工而得到的成形体从凸模部30A以及凹模部40A之间沿着上述宽度方向B向凸模部30B以及凹模部40B之间运送。同时，经第2拉深加工而得到的成形体从凸模部30B及凹模部40B之间沿着上述宽度方向B向凸模部30C以及凹模部40C之间运送。同时，经第3拉深加工而得到的成形体从凸模部30C以及凹模部40C之间沿着上述宽度方向B被运出。

<金属零件的制造方法>

如图7所示，本实施方式所涉及的金属零件的制造方法具备对金属板1局部地进行感应加热的工序(S10)、和对金属板1进行冲压加工的工序(S20)。

在感应加热工序(S10)中，首先，金属板1被运送至预备加热部10，并被配置为使金属板1的外侧区域1A与加热用线圈11在上述轴方向C上相对。构成金属板1的材料例如为奥氏体不锈钢。接着，通过向加热用线圈11供给交流电流，金属板1的外侧区域1A被加热至比内侧区域1B更高的温度。即，将在冲压加工工序(S20)中被冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B(参照图3)中变形量相对较大的部分的至少一部分(外侧区域1A)被加热至比加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分(内侧区域1B)更高的温度。外侧区域1A例如被加热至50℃以上150℃以下。本工序(S10)中的加热时间(通电时间)在例如加热温度为200℃左右的情况下，可被设为1秒。也就是说，与通过埋入模具的筒形加热器来进行该预备加热的情况相比，本工序(S10)中的加热时间能够大幅缩短。在本工序(S10)中，对于将在冲压加工工序(S20)中被冲压加工的金属板1的一个加工区域1A的加热，例如可实施1秒。

在本工序(S10)中，通过包含第1线圈12以及第2线圈13的加热用线圈11，以金属板1的外侧区域1A的温度从靠近上述接触部分的一侧朝向远离上述接触部分的一侧渐渐变为高温的方式对金属板1进行加热。

接着，对金属板1进行冲压加工。冲压加工工序(S20)与在前的工序(S10)没有时间间隔地连续进行。具体而言，在在前的工序(S10)中，被预备加热部10加热至指定温度并从预备加热部10排出的金属板1被快速地运送至冲压加工部20，并被配置于凸模部30A与凹模部40A之间。

如图4所示，首先通过兼具冲裁凸模(blanking punch)的夹具31、和兼具冲裁凹模(blanking die)的引导部44，从线圈状的金属板1冲裁出作为坯料的金属板2。金属板2被夹具31推出至引导部44的贯通孔45内，经引导部44引导而被配置于模具42上。

配置于模具42上的金属板2被夹具31和模具42夹持。如图5所示，之后，使推压部32相对夹具31向铅直方向下方相对移动，以使推压部32的下方端部到达槽部41b内。由此，金属板2成形为例如如图8所示的成形体3a。

在本工序(S20)中，金属板1,2的温度被设在满足以下条件的温度范围内(例如在构成金属板1的材料为SUS304的情况下，为50℃以上150℃以下)：能够使冲压加工时的抗拉强度充分降低，且能够抑制成形性随着加热导致的加工油的功能下降而下降。金属板1的下限温度优选设为不会在刚冲压加工之后引起马氏体***的温度(例如在构成金属板1的材料为SUS304的情况下，为90℃以上)。冲压加工前的金属板1的温度也可为该下限温度以下。此外，其他的冲压加工条件(冲压速度等)可设为与以往的冲压加工相同的程度。在本工序(S20)中，冲裁加工(blanking)以及多工位连续拉深加工(multi-stage drawing)中的各加工所需要的处理时间例如可为1秒。此外，在本工序(S20)中，优选为在上述推压部32的冷却部中循环冷却水。

在本工序(S20)中，通过构成为连续自动压力机的冲压加工部20进行多工位连续拉深加工。在多工位连续拉深加工中，也可实施深拉深加工(deep drawing)。例如，金属板2通过第1拉深加工而成形为如图8所示的成形体3a。成形体3a通过第2拉深加工而成形为如图9所示的成形体3b。成形体3b通过第3拉深加工而成形为如图10所示的成形体3c。之后，成形体3c例如通过任意次数的拉深加工、以及切边(trimming)等精加工，成形为如图11所示的金属零件4。冲压加工部20通过连续并反复地进行金属板1,2、成形体3a,3b,3c以及金属零件4的运送、和上述工序(S10)以及本工序(S20)，可连续制造金属零件4。应予说明，在本工序(S20)中，冲裁加工和第1拉深加工也可通过不同的凸模部以及凹模部来实施。

<作用效果>

本实施方式所涉及的金属零件的制造方法具备：使用加热用线圈11对金属板局部地进行感应加热的工序(S10)；和在感应加热工序(S10)之后，使用模具42、以及相对于模具42冲压金属板2的推压部32对金属板2进行冲压加工的工序(S20)。在感应加热工序(S10)中，将在冲压加工工序(S20)中被冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分的至少一部分(外侧区域1A)加热至比加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分(内侧区域1B)更高的温度。

通过这样的结构，与利用埋入模具的加热器经由模具对金属板进行预备加热的以往的温热拉深加工法相比，能够通过感应加热工序(S10)在短时间内对金属板1进行局部的加热，以充分降低外侧区域1A的变形阻力且能够抑制内侧区域1B的抗拉强度降低。因此，在本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中，制造一个金属零件所需要的时间不会如上述以往的温热拉深加工法般速度受到预备加热时间的限制，因此，与以往的温热拉深加工法中的时间相比，时间被缩短。其结果为，本实施方式所涉及的金属零件的制造方法的生产率高于以往的温热拉深加工法。例如，在本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中，感应加热工序(S10)中的加热时间可设为1秒。因此，在本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中，每分钟的金属零件的制造个数可为60个(换言之，60spm)。

尤其是，构成金属板1的材料为奥氏体不锈钢，其具有较高的抗拉强度。另一方面，在0℃以上100℃以下的温度范围内加热时，奥氏体不锈钢的抗拉强度大幅降低。温度从0℃上升至100℃所导致的奥氏体不锈钢的抗拉强度的下降率对于例如SUS304来说为35％左右。因此，在感应加热工序(S10)中，通过将金属板1的外侧区域1A局部地感应加热至50℃以上150℃以下的温度，能够快速且充分地降低外侧区域1A对于冲压加工的变形阻力。在本实施方式所涉及的金属零件的制造方法中，即使构成金属板1的材料为奥氏体不锈钢，每分钟的金属零件的制造个数也可为60个以上(换言之，60spm)。

进而，在感应加热工序(S10)中，内侧区域1B并没有如外侧区域1A般被加热，因此，与例如通过通电加热或炉加热而对加工区域1A,1B的整体进行加热的情况相比，内侧区域1B的抗拉强度的下降被抑制。如上所述，内侧区域1B具有在冲压加工工序(S20)中与推压部32的台肩接触的接触部分。也就是说，由于在感应加热工序(S10)中接触部分的抗拉强度的降低被抑制，因此在冲压加工工序(S20)中该接触部分的断裂被抑制。因此，即使在例如冲压加工工序(S20)中实施深拉深加工的情况下，也能抑制上述接触部分的断裂。

在上述金属零件的制造方法中，冲压加工为拉深加工。在感应加热工序(S10)中，对在冲压加工工序(S20)中被冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B中位于比与推压部32的台肩接触的接触部分更外侧的外侧区域1A的至少一部分进行局部加热。其结果为，外侧区域1A的至少一部分比接触部分的温度更高。

因此，如上所述，在冲压加工工序(S20)中，加工区域1A,1B中的上述接触部分的断裂被抑制。进而，在推压部32设有冷却部的情况下，在冲压加工工序(S20)中上述接触部分的断裂能够得到更有效的抑制。这是由于，加工区域1A,1B中的上述接触部分通过接触推压部32，能够被冷却至常温以下的温度，因此，能够更有效地抑制上述接触部分的抗拉强度的降低。

在上述金属零件的制造方法中，在感应加热工序(S10)中，以金属板1的外侧区域1A的温度从靠近接触部分的一侧朝向远离接触部分的一侧渐渐变为高温的方式，对金属板1进行感应加热。

通过这样的结构，能够一边抑制内侧区域1B的温度上升，一边将外侧区域1A加热至能够充分降低外侧区域1A的变形阻力的程度的高温。

本实施方式所涉及的金属零件的制造装置100具备对金属板1局部地进行感应加热的预备加热部10、和对金属板1进行冲压加工的冲压加工部20。预备加热部10包含加热用线圈11。冲压加工部20包含模具42、和对模具42冲压金属板2的推压部32。加热用线圈11被配置为其轴方向C沿着推压部32的移动方向，并且仅与外侧区域1A在轴方向上相对，该外侧区域1A为被冲压加工部20冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分。

通过这样的金属零件的制造装置100，能够实施上述金属零件的制造方法。如上所述，加热用线圈11被配置为仅与被冲压加工部20冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分即外侧区域1A在轴方向上相对。因此，加热用线圈11能够对在冲压加工工序(S20)中被冲压加工的金属板1的加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分即外侧区域1A局部地进行感应加热。其结果为，该外侧区域1A通过短时间的感应加热即可达到比内侧区域1B更高的温度。其结果为，根据金属零件的制造装置100，能够在抑制上述接触部分的断裂的同时，提高金属零件4的生产率。

在上述金属零件的制造方法100中，冲压加工为拉深加工。加热用线圈11被配置为与加工区域1A,1B中和推压部32的台肩接触的接触部分在轴方向C上不相对，而与位于比该接触部分更外侧的外侧区域1A在轴方向上相对。

通过这样的结构，能够对被拉深加工的金属板1的加工区域1A,1B中变形量相对较大的部分即外侧区域1A局部地进行感应加热。因此，能够使外侧区域1A的温度高于加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分即内侧区域1B的温度。因此，当进行在冲压加工部20的拉深加工时，与推压部32的台肩接触的金属板1的接触部分的断裂被抑制。应予说明，通过上述金属零件的制造装置100而实施的拉深加工没有特别的限制，例如包含圆筒拉深加工、或角拉深加工(corner drawing)等。

在上述金属零件的制造装置100中，加热用线圈11具有第1线圈12和第2线圈13，该第2线圈13与第1线圈12连接，且被配置于在轴方向上比第1线圈12更靠近金属板1的位置。第1线圈12的内径短于第2线圈13的内径。

在这样的加热用线圈11中，第1线圈12配置为与外侧区域1A中位于内侧的区域在上述轴方向C上相对。第2线圈13配置为与外侧区域1A中位于外侧的区域在上述轴方向C上相对。因此，该加热用线圈11能够以金属板1的外侧区域1A的温度从靠近上述接触部分的一侧朝向远离上述接触部分的一侧渐渐变为高温的方式，对金属板1进行感应加热。

在上述实施方式中，冲压加工为拉深加工，但并不限于此，例如也可为膨胀成形加工(bulging)、弯曲加工、以及翻边加工(burring)等的任一种。当冲压加工为膨胀成形加工时，金属板的加工区域中变形量相对较大的部分被配置为比加工区域中变形量相对较小的部分更靠近内侧。在这个情况下，金属板的加工区域中变形量相对较大的部分在配置为与加热用线圈11在上述轴方向上相对后，可以被局部加热。通过这样的结构，能够使金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的抗拉强度降低，因此，能够充分地降低金属板的加工区域中变形量相对较大的部分相对于冲压加工的变形阻力。也就是说，上述实施方式所涉及的金属零件的制造方法也适用于膨胀成形加工。

此外，当上述冲压加工为弯曲加工时，金属板的加工区域中变形量相对较大的部分与加工区域中变形量相对较小的部分在例如上述轧制方向上交替配置。例如，关于加热用线圈11，相对于作为卷材的金属板来说，加工区域中变形量相对较大的第1部分、和在上述轧制方向上与该第1部分隔开间隔地配置且在加工区域中变形量相对较大的第2部分隔着加工区域中变形量相对较小的部分而配置。

在这种情况下，加热用线圈11被设为例如能够同时且局部地对上述第1以及第2部分进行加热。加热用线圈11例如被配置为在第1部分以及第2部分的下方，沿着与上述轧制方向垂直的方向延伸。金属板的加工区域中变形量相对较大的第1以及第2部分在各自配置为在垂直于各个部分的下表面的方向上与加热用线圈11相对后，可以被局部加热。通过这样的结构，能够使金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的抗拉强度降低，因此，能够减少弯曲加工后去除模具时的回弹(加工后的被加工材料从沿着模具的形状向接近加工前的形状发生若干变形的现象)产生的变形量。也就是说，上述实施方式所涉及的金属零件的制造方法也适用于弯曲加工。

此外，当上述冲压加工为翻边加工时，预先实施了钻孔加工的金属板中的翻边加工区域中变形量相对较大的部分被配置为比该加工区域中变形量相对较小的部分更靠近内侧，且被配置为比通过上述钻孔加工形成的贯通孔更靠近外侧。在这个情况下，金属板的加工区域中变形量相对较大的部分在配置为与加热用线圈11在上述轴方向上相对后，可以被局部加热。通过这样的结构，能够使金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的抗拉强度降低，因此，能够抑制由于翻边加工而被扩大的贯通孔的端面出现开裂等异常。应予说明，翻边加工的预备加热条件优选考虑构成被加工部件的材料的抗拉强度以及延伸率的各温度特性来决定。对于材料来说，加热温度越是升高，则延伸率越是降低。因此，上述实施方式所涉及的金属零件的制造方法适用于对由即使在加热时延伸率也不易降低的材料构成的被加工部件进行的翻边加工。

如图12所示，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置优选为具备进给部50和张力施加部60，该进给部50用于将作为卷材的金属板1供给至预备加热部10以及冲压加工部20，该张力施加部60用于对供给至预备加热部10以及冲压加工部20的作为卷材的金属板1施加张力。进给部50被配置为在金属板1的运送方向(轧制方向A)上比预备加热部10更靠近上游侧。因此，进给部50能够供给涂布加工油前的金属板1，因此，可高精度地控制进给量。张力施加部60被配置为在上述轧制方向A上比冲压加工部20更靠近下游侧。张力施加部60通过将切断加工后的金属板1拉至下游侧，能够对被供给至加热用线圈11上以及凸模部30A与凹模部40A之间的金属板1施加张力。

在以往的冲压加工装置中，一般将进给部与冲压加工部相邻配置，相对于此，在上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置中，在进给部50与冲压加工部20之间配置有预备加热部10。因此，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置中的进给部50与冲压加工部20之间的距离比以往的金属零件的制造装置中的上述距离更长。因此，在上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置中，认为在进给部50与冲压加工部20之间作为卷材的金属板1会松弛。因此，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置通过具备张力施加部60，能够对配置于进给部50与张力施加部60之间的金属板1施加张力，从而能够防止金属板1的松弛。其结果为，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置通过除了具备进给部50之外还具备张力施加部60，能够相对于预备加热部10以及冲压加工部20而高精度地定位金属板1。张力施加部60例如包含电磁粉末离合器(powder clutch)以及电动机。

如图12所示，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置优选进一步具备保持部70,71，该保持部70,71用于在预备加热部10中使加热用线圈11和金属板1在铅直方向上的距离保持一定。保持部70被配置为比加热用线圈11更靠近上游侧，保持部71被配置为比加热用线圈11更靠近下游侧，并比冲压加工部20更靠近上游侧。由此，在感应加热工序(S10)的加热期间，金属板1相对于加热用线圈11在上述铅直方向上保持一定的距离，因此，能够在金属板1上形成适当的温度分布，并且将抑制在金属板1中沿运送方向连续形成的多个温度分布之间的不均的发生。

如图12所示，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置也可进一步具备测定部80，该测定部80能够对在预备加热部10中刚被感应加热后的金属板1的温度分布进行测定。测定部80例如为热成像相机(thermography camera)。预备加热部10也可设为能够基于通过测定部80所测定的温度分布，而对加热条件进行控制。

如图12所示，上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置也可进一步具备局部冷却部90，该局部冷却部90对被预备加热部10局部加热的金属板1进行局部冷却。局部冷却部90配置为比预备加热部10更靠近下游侧，并比冲压加工部20更靠近上游侧。局部冷却部90能够对加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分(内侧区域1B)的至少一部分进行局部冷却。在这种情况下，在实施方式所涉及的金属零件的制造方法中，在对金属板1进行加热的工序(S10)与对金属板1进行冲压加工的工序(S20)之间，进一步具备对加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分进行局部冷却的工序。

应予说明，本发明人们确认了以下事实：对于由奥氏体不锈钢形成的金属板1，通过使用适当形成为不会对内侧区域1B进行加热的加热用线圈11来对外侧区域1A局部地进行感应加热，能够在将外侧区域1A加热至100℃左右的温度的同时，使内侧区域1B的大部分维持在加热前的温度(参照后述的实施例1)。也就是说，本发明人们确认了在具备适当形成为不会对加工区域1A,1B中变形量相对较小的部分进行加热的预备加热部10的金属零件的制造装置中，不需要图12所示的局部冷却器90。

此外，在上述实施方式中，虽然构成金属板1的材料包含奥氏体不锈钢，但不限于此。构成金属板1的材料也可包含铝(Al)。也就是说，上述实施方式所涉及的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置可以将例如由铝合金形成的金属板1作为加工对象。在这种情况下，在加热金属板1的工序(S10)中，由铝合金形成的加工板1被预备加热部10加热的温度优选为在相对于包含上述奥氏体不锈钢的金属板1的加热温度之上，更优选为超过该加热温度。例如，在上述工序(S10)中，由铝合金形成的金属板1被预备加热部10加热至200℃以上300℃以下。根据实施方式所涉及的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置，通过使用上述预备加热部10，与被模具预备加热的以往的温热拉深加工法相比，对由铝合金形成的金属板1进行预备加热处理所需要的时间被缩短。因此，通过实施方式所涉及的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置来制造一个由铝合金形成的金属零件所需要的时间与以往的温热拉深加工法中的上述时间相比，能够被缩短。

实施例

在本实施例中，对利用上述实施方式所涉及的金属零件的制造装置以及制造零件的制造方法进行冲压加工前的金属板的温度分布进行评价。构成金属板的材料为SUS316。金属板的宽度为80mm，金属板的厚度为0.5mm。金属板的内侧区域的宽度方向的宽度为50.5mm，该内侧区域的轧制方向上的长度为62mm。关于感应加热，设定使金属板的外侧区域被加热至100℃以上160℃以下的温度的条件，并将加热用线圈的通电时间设为1秒。使用热成像相机、热电偶(thermocouple)以及数据记录器(data logger)对这样的刚进行感应加热后的金属板的温度分布进行评价。具体而言，通过热成像相机对一个加工区域整体的温度分布进行评价，并且，通过与该加工区域中包含外侧区域中的一点以及内侧区域中的一点的多处连接的热电偶以及数据记录器，对特定位置的温度进行测定。

根据评价的结果确认了：相对于外侧区域被加热至100℃以上160℃以下的温度，内侧区域被维持于不足50℃，包含与推压部的台肩接触的上述接触部分的内侧区域的大部分为和被加热前相同的40℃以下。由此，确认了根据实施方式所涉及的金属零件的制造装置以及金属零件的制造方法，能够将外侧区域1A加热至比内侧区域1B更高的温度，并且不会降低构成内侧区域1B的奥氏体不锈钢的抗拉强度，而仅使构成外侧区域1A的奥氏体不锈钢的抗拉强度下降。

应认为今次公开的实施方式在所有方面均为例示，而不存在任何限制。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来表示，并进一步包含与权利要求书等同的含义及范围内的所有变形。

产业上的可利用性

本发明特别有利地适用于对包含奥氏体不锈钢或铝合金的金属板进行冲压加工的金属零件的制造方法以及金属零件的制造装置。

符号说明

1,2金属板、1A,1B加工区域(1A外侧区域、1B内侧区域)、1C第1加热区域、1D第2加热区域、1E第3加热区域、1F非加工区域、3a,3b,3c成形体、4金属零件、10预备加热部、11加热用线圈、12第1线圈、13第2线圈、20冲压加工部、30A,30B,30C凸模部、31夹具、32推压部、40,40A,40B,40C凹模部、41基部、41a,41b槽部、42模具、42a内周端面、42c上方端面、42d下方端面、43,45贯通孔、44引导部、100制造装置。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种金属零件的制造方法，其具备：

感应加热工序，其中，使用加热用线圈对作为卷材的金属板局部地进行感应加热；和

冲压加工工序，其中，在所述感应加热工序后，使用模具、以及相对于所述模具冲压所述金属板的推压部，对所述金属板进行冲压加工，

在所述感应加热工序中，在所述冲压加工工序中被冲压加工的所述金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被配置为在所述加热用线圈的轴方向上与所述加热用线圈相对，并且，被加热至比所述加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度，

在对所述金属板进行冲压加工的工序中，对所述金属板进行切断加工以及温热拉深加工。

2.如权利要求1所述的金属零件的制造方法，其中，

在所述感应加热工序中，将在所述冲压加工工序中被冲压加工的所述金属板的所述加工区域中位于比与所述推压部的台肩接触的接触部分更外侧的外侧区域的至少一部分加热至比所述接触部分更高的温度。

3.如权利要求2所述的金属零件的制造方法，其中，

在所述感应加热工序中，以使所述金属板的所述外侧区域的至少一部分的温度从靠近所述接触部分的一侧朝向远离所述接触部分的一侧渐渐变为高温的方式，对所述金属板进行感应加热。

4.如权利要求1～3中任一项所述的金属零件的制造方法，其中，

构成所述金属板的材料包含奥氏体不锈钢或铝。

5.一种金属零件的制造装置，其具备：

预备加热部，所述预备加热部对作为卷材的金属板局部地进行感应加热；和

冲压加工部，所述冲压加工部对所述金属板进行冲压加工，

所述预备加热部包含加热用线圈，

所述冲压加工部包含模具、和相对于所述模具冲压所述金属板的推压部，并且，所述冲压加工部被设为对所述金属板进行切断加工以及温热拉深加工，

所述加热用线圈被配置为使所述加热用线圈的轴方向沿着所述推压部的移动方向，并被配置为与被所述冲压加工部冲压加工的所述金属板的加工区域中变形量相对较大的部分在所述轴方向上相对，并且，所述加热用线圈形成为使所述金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被加热至比所述加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度。

6.如权利要求5所述的金属零件的制造装置，其中，

所述加热用线圈被配置为与所述加工区域中和所述推压部的台肩接触的接触部分在所述轴方向上不相对，而与位于比所述接触部分更外侧的外侧区域的至少一部分在所述轴方向上相对。

7.如权利要求6所述的金属零件的制造装置，其中，

所述加热用线圈具有第1线圈和第2线圈，所述第2线圈与所述第1线圈连接，且被配置于在所述轴方向上比所述第1线圈更靠近所述金属板的位置，

所述第1线圈的内径短于所述第2线圈的内径。

Claims (7)

1.一种金属零件的制造方法，其具备：

感应加热工序，其中，使用加热用线圈对金属板局部地进行感应加热；和

冲压加工工序，其中，在所述感应加热工序后，使用模具、以及相对于所述模具冲压所述金属板的推压部，对所述金属板进行冲压加工，

在所述感应加热工序中，在所述冲压加工工序中被冲压加工的所述金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被加热至比所述加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度。

2.如权利要求1所述的金属零件的制造方法，其中，

所述冲压加工为拉深加工，

在所述感应加热工序中，将在所述冲压加工工序中被冲压加工的所述金属板的所述加工区域中位于比与所述推压部的台肩接触的接触部分更外侧的外侧区域的至少一部分加热至比所述接触部分更高的温度。

3.如权利要求2所述的金属零件的制造方法，其中，

在所述感应加热工序中，以使所述金属板的所述外侧区域的至少一部分的温度从靠近所述接触部分的一侧朝向远离所述接触部分的一侧渐渐变为高温的方式，对所述金属板进行感应加热。

4.如权利要求1～3中任一项所述的金属零件的制造方法，其中，

构成所述金属板的材料包含奥氏体不锈钢或铝。

5.一种金属零件的制造装置，其具备：

预备加热部，所述预备加热部对金属板局部地进行感应加热；和

冲压加工部，所述冲压加工部对所述金属板进行冲压加工，

所述预备加热部包含加热用线圈，

所述冲压加工部包含模具、和相对于所述模具冲压所述金属板的推压部，

所述加热用线圈被配置为使所述加热用线圈的轴方向沿着所述推压部的移动方向，并被配置为与被所述冲压加工部冲压加工的所述金属板的加工区域中变形量相对较大的部分在所述轴方向上相对，并且，所述加热用线圈形成为使所述金属板的加工区域中变形量相对较大的部分的至少一部分被加热至比所述加工区域中变形量相对较小的部分更高的温度。

6.如权利要求5所述的金属零件的制造装置，其中，

所述冲压加工为拉深加工，

所述加热用线圈被配置为与所述加工区域中和所述推压部的台肩接触的接触部分在所述轴方向上不相对，而与位于比所述接触部分更外侧的外侧区域的至少一部分在所述轴方向上相对。

7.如权利要求6所述的金属零件的制造装置，其中，

所述加热用线圈具有第1线圈和第2线圈，所述第2线圈与所述第1线圈连接，且被配置于在所述轴方向上比所述第1线圈更靠近所述金属板的位置，

所述第1线圈的内径短于所述第2线圈的内径。