CN110461488A - 冲压模具及钢管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在钢管成形工序中使用的冲压模具，在该钢管成形工序中，针对对板材实施弯曲加工而成形的呈U字状截面的成形体实施冲压加工，从而形成在长度方向上具有焊缝间隙部的管体即开口管，然后将焊缝间隙部接合以制成钢管，冲压模具由一对模具构成，以一对模具中的一个模具与成形体的U字开放侧以相对的方式将成形体设置于另一模具，用一对模具将成形体夹入从而对成形体实施冲压加工，在各模具的会与成形体接触的面上，以使圆弧中心位于与各模具的加工中心一致的位置的方式形成有直径与钢管的外径相同或大致相同的圆弧部，各模具中的圆弧部的中心角为70度以上，两模具的中心角的角度的合计小于360度。

Description

冲压模具及钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及钢管成形工序中使用的冲压模具及使用该冲压模具的钢管的制造方法。
背景技术
作为将钢管成形的技术，以往广泛普及UOE成形技术。该UOE成形技术中，首先将钢板冲压加工为U字状，接下来冲压加工为O字状，制成在周向上彼此相对的板端部间具有焊缝间隙部的管体即开口管，通过焊接使该开口管的焊缝间隙部对接接合以制得钢管，然后进一步进行使钢管的直径增大的扩管。但是，在UOE成形技术中，在将钢板冲压加工为U字状、O字状从而成形为开口管的工序中，由于需要高冲压力，因此处于必须使用大规模冲压机的状况。
因此，作为在钢管制造过程中减轻冲压力来成形开口管的技术，例如冲压弯曲(press-bending)方式已得到实用，其中，在对钢板的宽度方向端部实施弯曲加工以形成端部弯曲部后，使用支承于冲头支承体的冲头和冲模进行多次三点弯曲冲压，将钢板形成为大致圆形并成形开口管。另一方面，以该冲压弯曲方式成形的开口管的焊缝间隙部的开口量变得比冲头支承体的宽度大，若该开口量过大，则为了将焊缝间隙部焊接，将彼此相对的板端部对接并使焊缝间隙部闭合所需的力增大，用于使焊缝间隙部闭合的设备大型化。另外，在对开口量过大的焊缝间隙部进行焊接后的焊接部分，因回弹而作用欲使焊缝间隙部张开的力，因此容易产生焊接缺陷，若上述力过大则焊接部分断裂。
因此，专利文献1～4中公开了用于减小冲压弯曲后的开口管的焊缝间隙部的开口量的技术。在专利文献1中，公开了通过使冲头前端部与冲头支承体的结合部自由旋转，从而减小冲头支承体的宽度，以减小开口管的焊缝间隙部的开口量的技术。在专利文献2中，公开了下述技术，其中，设有限制板材向与冲头的移动方向正交的方向移动的间隔保持单元，从而在避免板端部与冲头支承体接触的情况下，在最终弯曲加工中施加大的压力以减小开口管的焊缝间隙部的开口量。在专利文献3中，公开了测量最终压下工序后的板端部与冲头支承体的间隙并尽量减小该间隙，由此减小开口管的焊缝间隙部的开口量的技术。此外，专利文献4中公开了下述技术，其中，以在最终弯曲工序的压下时板端部间的间隔变为规定值的时刻为基准来确定最终工序的基于冲头的压下量，从而无论在此前的冲压弯曲成形工序中产生的形状差如何，均能够减小开口管的焊缝间隙部的开口量的技术。
但是，在专利文献1～4公开的技术中，无法使开口管的焊缝间隙部的开口量小于冲头支承体的宽度。此处，专利文献5～9中公开了对冲压弯曲成形后的开口管进一步实施加工以减小焊缝间隙部的开口量的技术。在专利文献5中，公开了通过针对冲压弯曲后的钢管实施热轧辊成形从而以小负荷进行成形的技术。专利文献6中公开了下述技术：配置能够对安装于滑动体的按压件的倾斜或变形进行检测的变形检测器，并且，将按压件以能够对应于变形检测器的倾斜或变形的检测而倾斜或平行移动的方式配置，在将成形材料冲压成形为管状时，针对按压件的倾斜量或变形量，以上述变形量减小的方式使按压件倾斜或平行移动并进行冲压成形。专利文献7中公开了下述技术：在相对于由进入渐进成形的板材的上侧工具的长度方向轴线规定的中央、而从左右分别作用于板材内表面的至少一次弯曲步骤中，与其他弯曲步骤相比进行微小的成形，从而形成具有非圆形预成型部的狭缝管，然后，从外侧每次针对非圆形的预成型部适当地施加在中央的两侧的预先微小成形的区域中作用的按压力，从而将完成了的狭缝管成形。此外，专利文献8中公开了下述技术：针对在至少两个弯曲为管曲率的部分之间具有平坦部分的成形体，仅在至少一处的平坦部分赋予塑性变形而形成为规定曲率，以成形狭缝部闭合了的管的技术。此外，在专利文献9中公开了下述方法：在将设有与其他区域相比赋予了非常小的曲率的轻加工部或设有省略了弯曲加工的未加工部的成形体压下以制造开口管时，在不对轻加工部或未加工部加以约束的情况下施加按压力，从而成形使狭缝部闭合的管。另外，优选在上述按压时，将成形体以使开放部朝向上方的U字姿态保持于模具，并在成形体的最下端处进行支承。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-82219号公报
专利文献2：日本特开2011-56524号公报
专利文献3：国际公开第2014/188468号
专利文献4：国际公开第2014/192043号
专利文献5：日本特开2005-324255号公报
专利文献6：日本特开2005-21907号公报
专利文献7：日本特开2012-250285号公报
专利文献8：美国专利第4149399号说明书
专利文献9：国际公开第2016/084607号
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献5公开的技术中，存在考虑到加热所需的热能的消耗量有导致制造成本显著上升的问题。另外，对该技术而言，在使用为了兼具强度、韧性、焊接性而经由加工热处理工艺所制造之板材的情况下，还可能损失其特性。在专利文献6～8公开的技术中，由于针对成形材料或非圆形的预成型部而于左右分别进行成形，因此在变形量左右不同的情况下，可能在成为焊接部分的焊缝间隙部或狭缝部形成层差(错位)。另外，在上述技术中，若要一次变形为希望的形状，则存在变形集中于局部而使钢管的真圆度恶化的可能，因此必需经多次的变形，在进行高效成形方面存在极限。另外，在专利文献9公开的技术中，由于下模具的半径大于管外径，因此在U字形态的成形体的最下端进行弯曲恢复，产生间隙部张开的变形，因此存在无法减小狭缝部间隔的情况。
本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于，提供能够高效成形高真圆度钢管的冲压模具及钢管的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并达成目的，本发明的冲压模具是在钢管成形工序中的对成形体实施冲压加工以制造开口管的阶段中使用的冲压模具，在所述钢管成形工序中，针对对板材实施弯曲加工而成形的呈U字状截面的所述成形体实施冲压加工，从而制造在长度方向上具有焊缝间隙部的管体即所述开口管，然后将所述焊缝间隙部接合以制造钢管，所述冲压模具的特征在于，所述冲压模具由一对模具构成，将所述成形体以所述一对模具中的一个模具与所述成形体的U字开放侧相对的方式设置于另一模具，用所述一对模具将所述成形体夹入从而对所述成形体实施冲压加工，在各模具的会与所述成形体接触的面上，以圆弧中心位于与各模具的加工中心一致的位置的方式形成有直径与所述钢管的外径相同或大致相同的圆弧部，各模具中的所述圆弧部的中心角为70度以上，两模具的所述中心角的角度的合计小于360度。
另外，对于本发明的冲压模具而言，其特征在于，在上述发明中，各模具具有分别与所述圆弧部的圆弧方向两端相连的直线部或曲率比所述圆弧部小的小曲率圆弧部。
另外，本发明的冲压模具的特征在于，在上述发明中，两模具的所述中心角的角度相同。
另外，本发明的钢管的制造方法为下述方法，其中，针对在宽度方向两端部实施了端部弯曲加工的板材，沿所述板材的宽度方向实施至少一次弯曲加工而成形呈U字状截面的成形体，接下来针对所述成形体实施冲压加工以制得在其长度方向上具有焊缝间隙部的管体即开口管，然后将所述焊缝间隙部接合以制造钢管，所述钢管的制造方法的特征在于，所述冲压加工时的成形体的形状为使得：对于与直径与钢管的外径相同或大致相同的圆弧内切的范围内的中心角，以板宽度两端部的对接部及U字状截面的最下部为中心为70度以上，且与所述直径与钢管的外径相同或大致相同的圆弧内切的范围内的中心角的合计小于360度。
另外，本发明的钢管的制造方法在上述发明的基础上，特征在于，在所述圆弧的除了内切的范围以外的部分，所述成形体不与模具接触。
另外，本发明的钢管的制造方法的特征在于，在上述发明中，对于与所述圆弧内切的范围内的中心角而言，以所述板宽度两端部的对接部为中心的范围内的中心角与以所述U字状截面的最下部为中心的范围内的中心角相同。
另外，本发明的钢管的制造方法的特征在于，在上述发明中，使用上述发明的冲压模具。
发明效果
本发明的冲压模具及钢管的制造方法具有能够高效成形高真圆度的钢管的效果。
附图说明
图1是实施方式涉及的在以冲压弯曲方式成形呈U字状截面的成形体中所使用的冲模及冲头等的外观立体图。
图2是示出通过冲压弯曲方式成形呈U字状截面的成形体的步骤的图。
图3是呈U字状截面的成形体的剖视图。
图4是示意性示出对成形体实施O型冲压以成形开口管的工序的图。
图5是关于上模具及下模具的圆弧部、直线部、中心角的说明图。
图6是结合冲压负荷示出开口管的焊缝间隙部的开口量与约束角度的关系的曲线图。
图7是示意性示出使用约束角度为0度的上模具及下模具成形开口管时的变形状况的图。
图8是示出约束角度与通过焊接使开口管的焊缝间隙部闭合时的扩管前的钢管的真圆度的关系的曲线图。
图9是示出约束角度与冲压负荷的关系的曲线图。
图10是示出使上模具及下模具各自的约束角度变化了的情况下的开口管的焊缝间隙部的开口量的结果的曲线图。
图11是示出使上模具及下模具各自的约束角度变化了的情况下的、通过焊接使开口管的焊缝间隙部闭合而成形的扩管前的钢管的真圆度的结果的曲线图。
图12是示出使上模具及下模具各自的约束角度变化了的情况下的冲压负荷的结果的曲线图。
图13是示出使上模具的约束角度与下模具的约束角度相同并使冲压弯曲后的成形体的轻加工部或未加工部的长度变化了的情况下的焊缝间隙部的开口量的结果的曲线图。
图14是示出使上模具的约束角度与下模具的约束角度相同并使冲压弯曲后的成形体的轻加工部或未加工部的长度变化了的情况下的扩管前的钢管的真圆度的结果的曲线图。
图15是示出使上模具的约束角度与下模具的约束角度相同并使冲压弯曲后的成形体的轻加工部或未加工部的长度改变了的情况下的冲压负荷的结果的曲线图。
图16是示出使上模具及下模具的圆弧部的半径变化了的情况下的开口管的焊缝间隙部的开口量的结果的曲线图。
图17是示出使上模具及下模具的圆弧部的半径变化了的情况下的冲压负荷的结果的曲线图。
具体实施方式
以下说明本发明的冲压模具及使用该冲压模具的钢管的制造方法的一实施方式。图1是本实施方式涉及的在以冲压弯曲方式成形呈U字状截面的成形体中所使用的冲模1及冲头2等的外观立体图。冲模1配置在由多个搬运辊3形成的板材S的搬运路径内，由沿板材搬运方向在两个部位支承板材S的左右一对棒状构件1a、1b构成。另外，棒状构件1a、1b在板材搬运方向上的间隔e能够对应于最终成形的钢管的尺寸而变更。
冲头2能够沿相对于冲模1接近及远离的方向移动，由按压板材S的向下鼓凸状的冲头前端部2a、和以相同宽度与该冲头前端部2a的背面(上端面)相连并支承冲头前端部2a的冲头支承体2b构成。冲头支承体2b是上端部与未图示的驱动机构连结，能够通过该驱动机构向冲头前端部2a赋予按压力的构件。
图2示出通过冲压弯曲方式成形呈U字状截面的成形体S1的步骤。需要说明的是，该步骤具体示出下述情况的一例：针对预先实施了端部弯曲加工的板材S，按照图2左列的从上到下、然后是图2中央列的从上到下、最后是图2右列的顺序实施弯曲加工及板材S进给。另外，图2中的分别针对冲头2或板材S标注的箭头示出各阶段的冲头2或板材S的移动方向。
以板材S为初始材料，为了将该板材S成形为管状，首先，预先对板材S实施端部弯曲加工。与使用冲模1及冲头2针对板材S实施弯曲加工的情况相比，该端部弯曲加工针对相对不易弯曲的宽度端部进行，预先通过该端部弯曲加工在板材S的宽度端部设置端部弯曲加工部，从而与未设置端部弯曲加工部的情况相比，变得容易获得确保了高真圆度的钢管。需要说明的是，钢管的真圆度是表示钢管的截面形状以何种程度接近圆的指标，是以将钢管整周范围内相对于近似圆弧的变化量的最大与最小的差除以钢管直径得到比率表示的值。例如，在外径D的钢管的任意管长位置将管沿周向8等分、12等分、16等分或24等分并测量相对位置的外径，将其中的最大直径和最小直径分别设为Dmax、Dmin，此时的真圆度[％]以{(Dmax-Dmin)/D}×100定义。真圆度越接近零，则钢管的截面形状为越接近正圆形状。
设有端部弯曲加工部的板材S载置于图1中示出的冲模1上，一边将板材S以规定的进给量间歇输送，一边以图2所示的步骤，对板材S整体实施弯曲加工(三点弯曲加工)，作为整体成形为呈U字状截面的成形体S1。
图3是形成为U字状截面的成形体S1的剖视图。如图3所示，以成形体S1的一部分、特别是以分别距宽度端部W/4的部位为中心，设有省略弯曲加工的未加工部P。该未加工部P能够通过增大板材S的进给而省略由冲头2实施的按压来设置。需要说明的是，以成形体S1的一部分、特别是以分别距宽度端部W/4的部位为中心，也可以设置与其他部分相比曲率小的(与其他部分相比赋予了非常小的曲率的)轻加工部，而不设置未加工部P。在该情况下，在以下的说明中，也可以适当地将“未加工部P”替换为“轻加工部”。轻加工部能够通过使由冲头2施加的按压量小于其他部分的方式压下来设置。
另外，图1及图2中示出的冲头2的形状是使冲头前端部2a在板材搬运方向上的宽度与冲头支承体2b在板材搬运方向上的宽度相同的I字形状，但作为冲头2的形状不限于此。例如，作为冲头2，也可以使用使冲头前端部2a在板材搬运方向上的宽度比冲头支承体2b在板材搬运方向上的宽度大的大致倒T字形状的冲头。在冲头支承体2b在板材搬运方向上的宽度相同的情况下，使用大致倒T字形状冲头2与使用I字形状冲头2的情况相比，能够通过一次按压来对板材S按压更大面积，能够实现按压次数的减少。
在针对板材S通过冲压弯曲方式实施弯曲加工而成形为呈U字状截面的成形体S1后，通过使用图4所示的上模具4及下模具5实施将成形体S1冲压加工为O字状的O型冲压，从而成形在周向上彼此相对的宽度端部间具有焊缝间隙部G的管体即开口管S2。
接下来，使用图4说明对成形体S1实施O型冲压以成形开口管S2的步骤。首先，如图4的(a)所示，上模具4与成形体S1的U字开放侧以相对的方式(以成形体S1的U字开放侧朝向上方的方式)将成形体S1设置于下模具5，由上模具4和下模具5将成形体S1夹入。需要说明的是，如图5所示，在上模具4及下模具5的能够与成形体S1接触的面上，形成有直径与所成形钢管的外径相同或大致相同且中心角为θ的圆弧部4a、5a。需要说明的是，以下将圆弧部4a、5a的中心角θ称为约束角度。圆弧部4a的圆弧中心位于与上模具4的加工中心Op4一致的位置，圆弧部5a的圆弧中心位于与下模具5的加工中心Op5一致的位置。另外，上模具4具有分别与圆弧部4a的圆弧方向两端相连的直线部4b1、4b2，下模具5具有分别与圆弧部5a的圆弧方向两端相连的直线部5b1、5b2。需要说明的是，在上模具4及下模具5中，也可以取代直线部4b1、4b2、5b1、5b2而具有曲率比圆弧部4a、5a小的小曲率圆弧部。需要说明的是，在本发明中，从提高最终获得的钢管的对称性的观点考虑，优选与圆弧部相连的直线部或小曲率圆弧部相对于加工中心、即圆弧部的中心对称。
接下来，使用上模具4将由上模具4和下模具5夹入的成形体S1压下而实施O型冲压。此时，成形体S1中的与上模具4及下模具5的圆弧部4a、5a相对的部分被上模具4及下模具5约束，而成形体S1的未加工部P不受上模具4及下模具5约束。因此，能够以比在利用上模具4及下模具5约束成形体S1整周的情况下所需的按压力小的按压力，成形图4的(c)所示的开口管S2。
在此，在本实施方式中，在使用上模具4及下模具5对成形体S1实施O型冲压以成形开口管S2时，向成形体S1中的从未加工部P的中心朝向宽度端部离开W/4的部位施加按压力，其理由如下。即，成形体S1的整体变为圆形时的弯矩在距按压部的中心角为角度φ的位置成为M＝F·r·cosφ(F：按压力、r：圆的半径)，在距按压部90度的位置变得最大，变形也最大。因此，通过在距未加工部P的中心为90度即整周1/4的位置施加按压力，从而未加工部P将有效变形。此时，弯矩在距施加按压力的位置90度处最大，随着远离该位置而减小。因此，为了在未加工部P产生充分的塑性变形，优选在从未加工部P的中心朝向宽度端部离开W/4±0.07W的部位施加按压力。
另外，在本实施方式中，将未加工部P的中心设在包含从宽度端部离开W/4位置的部位，其理由如下。即，如上所述，对于按压力而言，理想的是施加至从未加工部P的中心朝向宽度端部离开W/4的部位，但在将成形体S1制成开口管S2的阶段，由于成形体S1的形状发生变化，因此上模具4与成形体S1的接触位置变化，施加按压力的位置也发生变化。在将未加工部P设置在包含从成形体S1中的宽度端部离开W/4位置的部位的情况下，施加按压力的部分始终处于成形体S1的宽度端部，将使得未加工部P变形最大。通过采用上述方式，能够不改变按压位置而通过一次按压对未加工部P赋予变形。另外，优选将未加工部P设置在施加按压力的位置、即设置在距成形体S1的宽度端部W/4±0.07W的范围内。
另外，在图4的(a)及图4的(b)这样的按压的初始阶段中，由于板宽度端部与上模具4接触，因此优选未加工部P设置在包含从成形体S1的宽度端部离开W/4部位的部位。
图6是结合冲压负荷示出开口管S2的焊缝间隙部G的开口量与约束角度的关系的曲线图。需要说明的是，对于图6所示的开口量与约束角度的关系及冲压负荷而言，其是在对开口管S2的两端部进行焊接后实施基于扩管率1[％]的扩管的形状矫正以成形拉伸强度630[MPa]、外径660.4[mm]、管厚40.0[mm]的钢管时的量。
冲压弯曲后的成形体S1是在距其两侧的板宽度端部分别为W/4的部分设置长度W/12的未加工部P，将该成形体S1由约束角度相同的上模具4和下模具5夹持的情况下的成形体。另外，对于按压量而言，设置为使得将开口管S2的W/2部分连接的距离与扩管前的直径相等(O型冲压中的压下量使得纵向直径与扩管前的直径一致)。根据图6可知，约束角度越大则开口管S2的焊缝间隙部G的开口量越小。
图7是示意性示出使用约束角度为0度的上模具4及下模具5将开口管S2成形时的变形状况的图。上模具4及下模具5的约束角度为0度时，以上模具4仅与成形体S1的两端部接触，下模具5仅在成形体S1的板宽度中央部接触的方式，将圆弧部4a、5a形成为具有钢管外径的1.16倍的直径的圆弧。如图7的(a)所示，在以时钟标定成形体S1的截面时，以仅六点钟部位与下模具5接触的方式，使下模具5的圆弧部5a的直径成为比钢管直径大的直径。因此，如图7的(b)所示，在O型冲压中，在成形体S1的六点钟部位及其附近产生与下模具5的圆弧部5a顺应的弯曲恢复，曲率半径变得大于钢管半径。因此，在O型冲压后，图7的(c)所示的开口管S2的焊缝间隙部G的开口量对应于成形体S1的三点钟部位及九点钟部位处的回弹而变大。
图8是示出约束角度与通过焊接使开口管S2的焊缝间隙部G闭合时的扩管前的钢管的真圆度的关系的曲线图。根据图8可知，在约束角度为60度的情况下，与约束角度为0度的情况相比真圆度变差，而若使约束角度增大，则真圆度变优，在约束角度为70度以上的情况下，与约束角度为0度的情况相比真圆度变优。另外，可知约束角度为100度～110度时真圆度最优。
图9是示出约束角度与冲压负荷的关系的图。根据图9可知，若约束角度增大则冲压负荷增大。因此，若使约束角度增大，则开口管S2的焊缝间隙部G的开口量变小，但对应于冲压负荷增大的量而导致冲压设备大型化，因此优选在能够获得希望开口量的范围内减小约束角度。例如，为了使冲压负荷成为由上模具4及下模具5约束成形体S1整周且上模具4及下模具5各自的约束角度为180度的情况下的冲压负荷的90[％]以下，将约束角度设为150度以下即可。
图10是示出使上模具4及下模具5各自的约束角度变化了的情况下的开口管S2的焊缝间隙部G的开口量的结果的曲线图。图11是示出使上模具4及下模具5各自的约束角度变化了的情况下的、通过焊接使开口管S2的焊缝间隙部G闭合而成形的扩管前的钢管的真圆度的结果的曲线图。图12是示出使上模具4及下模具5各自的约束角度变化了的情况下的冲压负荷的结果的曲线图。需要说明的是，在图10～图12中，以与图6、图8及图9相同的拉伸强度630[MPa]、外径660.4[mm]、管厚40.0[mm]的钢管为对象，横轴是上模具4及下模具5的约束角度的平均值，对应于下模具5的各约束角度改变曲线图中的标志。在图中，例如“下60度”是指下模具5中的约束角度为60度。
根据图10可知，无论上模具4及下模具5各自的约束角度如何，若上模具4及下模具5的约束角度的平均值变大，则开口管S2的焊缝间隙部G的开口量减小。另外，根据图11可知，在上模具4和下模具5中任一者的约束角度低于60度的情况下，钢管的真圆度变差。因此，上模具4及下模具5各自的约束角度在上模具4和下模具5中并非必须相等，但为了获得钢管的真圆度良好的形状，优选将上模具4及下模具5的约束角度均设为超过60度的约束角度。另外，根据图12可知，上模具4及下模具5的约束角度的平均值越大，则冲压负荷变得越大。因此，在设定了能够允许的冲压负荷的上限值的情况下，对应于该冲压负荷的上限值，确定能够应用的上模具4及下模具5的约束角度的平均值的范围。
图13是示出使上模具4的约束角度与下模具5的约束角度相同，且使冲压弯曲后的成形体S1的未加工部P的长度L变化了的情况下的焊缝间隙部G的开口量的结果的曲线图。图14是示出使上模具4的约束角度与下模具5的约束角度相同，且使冲压弯曲后的成形体S1的未加工部P的长度L变化了的情况下的扩管前的钢管的真圆度的结果的曲线图。图15是示出使上模具4的约束角度与下模具5的约束角度相同，且使冲压弯曲后的成形体S1的未加工部P的长度L改变了的情况下的冲压负荷的结果的曲线图。需要说明的是，在图13～图15中，横轴是上模具4的约束角度与下模具5的约束角度的平均值。
根据图13可知，无论成形体S1的未加工部P的长度L如何，均是上模具4的约束角度与下模具5的约束角度的平均值越大，则焊缝间隙部G的开口量越小，另外，在上模具4的约束角度与下模具5的约束角度的平均值相同的情况下，所述长度L越长则开口量越小。另外，根据图14及图15可知，在上模具4的约束角度与下模具5的约束角度的平均值相同的情况下，钢管的真圆度及冲压负荷基本不存在由成形体S1的未加工部P的长度L引起的差异。像这样，在上模具4的约束角度与下模具5的约束角度的平均值相同的情况下，能够通过使成形体S1的未加工部P的长度L增长来减小开口管S2的焊缝间隙部G的开口量，而不会因所述长度L使钢管的真圆度、冲压负荷产生差异。
图16是示出使上模具4及下模具5的圆弧部半径变化了的情况下的开口管S2的焊缝间隙部G的开口量的结果的曲线图。图17是示出使上模具4及下模具5的圆弧部半径变化了的情况下的冲压负荷的结果的曲线图。需要说明的是，在图16及图17中，示出将上模具4及下模具5的圆弧部4a、5a的中心角设为45度，改变圆弧部4a、5a的半径即圆弧部半径，以纵向直径与扩管前的直径一致的方式通过O型冲压将拉伸强度630MPa、外径660.4[mm]、管厚40.0[mm]的钢管压下的情况。另外，图16及图17的横轴是圆弧部半径与钢管外半径(与钢管外径相当的半径)之比，并且在圆弧部半径大于钢管外半径的情况下大于1.0、在圆弧部半径小于钢管外半径的情况下小于1.0。
如图16所示，在圆弧部半径与钢管外半径相等(图16的横轴为1.0)时，焊缝间隙部G的开口量变得最小。另一方面，若圆弧部半径大于钢管外半径，则如图7所示，在成形体S1的六点钟部位及其附近发生弯曲恢复变形，因此随着圆弧部半径变大，焊缝间隙部G的开口量变大。另外，若圆弧部半径小于钢管外半径，则在上模具4及下模具5的圆弧部4a、5a结束的部分产生弯曲恢复变形，因此随着圆弧部半径减小，焊缝间隙部G的开口量变大。如上所述，最优选圆弧部半径与钢管外半径相同的情况，在圆弧部半径为与钢管外半径相当的半径±3.5[％]时，焊缝间隙部G的开口量被抑制为40[mm]以下。
但是，根据图17可知，冲压负荷随着圆弧部半径减小而增大，特别是在圆弧部半径小的情况下，需要同时考虑冲压机的负荷来确定其半径。
[实施例1]
准备在对使用铣边机设置坡口并加工为板宽度1928[mm]的长度1000[mm]、板厚40[mm]、拉伸强度635[MPa]的钢板进行了端部弯曲后进行冲压弯曲加工而得的成形体S1。接下来，针对该成形体S1使用多种约束角度的上模具4及下模具5通过30[MN]的冲压机进行O型冲压，从而成形为成形体A、B、C。表1～表3示出成形体A、B、C的形状。需要说明的是，表1～表3的“No.”中的首字母A、B、C代表成形体的形状(成形体A、B、C)，各字母A、B、C后的数字代表上模具4及下模具5的约束角度的组合。
表1中示出作为条件A而以距板端W/4的部位为中心并以161[mm](W/12)的宽度设有未加工部的成形体A。表2中示出作为条件B而以距板端W/4的部位为中心并以321[mm](W/6)的宽度(条件A的两倍宽度)设有未加工部的成形体B。表3中示出作为条件C而以距板端W/6的部位为中心并以321[mm]的宽度设有未加工部的成形体C。需要说明的是，成形体A、B、C相对于连结板端部的中央与板宽度1/2的直线对称，表1～表3中示出其板宽度1/2的部分的值。另外，O型冲压时的压下量为使得W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离成为654[mm]的压下量。
并且，在对成形体A、B、C的O型冲压后的开口管S2的开口量进行了测量后，对开口管S2的焊缝间隙部G进行焊接而成形为外径654[mm]的钢管，然后，沿周向以22.5度的间距在八个部位测量其直径，求出前述直径的最大与最小的差。表1～表3中也一并示出模具形状(约束角度)、冲压负荷、开口量及真圆度。此时的真圆度是将最大与最小的差除以钢管外径(前述直径的全部测量值的平均值)得到的数值。
需要说明的是，对于本实施例中使用的焊接机而言，若O型冲压后的开口量超过40[mm]，则无法使上述开口闭合，在使用其他冲压机使开口闭合的状态下对管轴方向的两端及中央进行临时焊接，然后进行焊缝间隙部G全长的正式焊接。另外，关于真圆度，以扩管前2.5[％]为合格标准。这是由于，若扩管前的真圆度为2.5[％]以下，则能够使扩管后的真圆度成为1.0[％]以下的优良值。
[表1]
[表2]
[表3]
对于在本发明例范围内的表1的No.A1～A7、A9、A10、表2的No.B1～B7、B9、B10、表3的No.C1～C7、C9、C10而言，开口量小，真圆度也良好。特别是，在约束角度为90度～110度时，即使不进行扩管，真圆度也为1.0[％]以下。另外，约束角度的平均值越小，则冲压负荷越小。
与此相对，对于上模具4及下模具5的约束角度为60度和90度组合的表1的No.A8、A11、表2的No.B8、B11、表3的No.C8、C11而言，开口量小但真圆度变差。另外，对于约束角度的平均值为60度以下的表1的No.A12～A16、表2的No.B12～B16、表3的No.C12～C16而言，开口量大，特别是对于表1的No.A15、A16、表2的No.B16、表3的No.C16而言，由于在对焊缝间隙部G进行了焊接后的焊接部分断裂，因此无法进行真圆度测量。
另外，在使用未加工部的宽度比成形体A大的成形体B时，与使用成形体A相比，冲压负荷及真圆度大致相同，但开口量变小。
另外，在使用将未加工部的位置与成形体B相比设在更靠板端侧的成形体C时，与使用成形体B相比，冲压负荷、开口量及真圆度大致相同。此外，对于使上模具4及下模具5的约束角度为180度的表3的No.C17而言，施加了冲压机的最大负荷30[MN/m]，但W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离为658[mm]，与其他情况相比压下量减小。因此，虽然开口量良好，但真圆度变差。由此，为了满足在扩管前为2.5[％]的真圆度，认为需要使用更大冲压机进行O型冲压以达到与其他情况相同的压下量。
以上对应用本发明的实施方式进行了说明，但本发明不受构成基于本实施方式的本发明的公开的部分记载及附图限定。即，本领域技术人员等基于本实施方式而可采用的其他实施方式、实施例及运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
[实施例2]
准备在对使用铣边机设置坡口并加工为板宽度1639[mm]的长度1000[mm]、板厚31.8[mm]、拉伸强度779[MPa]的钢板进行了端部弯曲后进行冲压弯曲加工而得的成形体S1。接下来，针对该成形体S1，使用多种约束角度的上模具4及下模具5，通过30[MN]的冲压机进行O型冲压，从而成形为成形体A、B、C。表4～表6示出成形体A、B、C的形状。需要说明的是，表4～表6的“No.”中的首字母A、B、C代表成形体的形状(成形体A、B、C)，各字母A、B、C后的数字代表上模具4及下模具5的约束角度的组合。
表4中示出作为条件A而以距板端W/4的部位为中心并以137[mm](W/12)的宽度设有未加工部的成形体A。表5中示出作为条件B而以距板端W/4处为中心并以273[mm](W/6)的宽度(条件A的两倍宽度)设有未加工部的成形体B。表6中示出作为条件C而以距板端W/6的部位为中心并以273[mm]的宽度设有未加工部的成形体C。需要说明的是，成形体A、B、C相对于连结板端部的中央与板宽度1/2的直线对称，表4～表6示出其板宽度1/2的部分的值。另外，O型冲压时的压下量设为使得W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离成为553[mm]的压下量。
并且，在对成形体A、B、C的O型冲压后的开口管S2的开口量进行测量后，对开口管S2的焊缝间隙部G进行焊接而成形为外径553[mm]的钢管，然后，沿周向以22.5度的间隔在八个部位测量其直径，求出前述直径的最大与最小的差。表4～表6中也一并示出模具形状(约束角度)、冲压负荷、开口量及真圆度。此时的真圆度是将最大与最小的差除以钢管外径得到的数值。
需要说明的是，对于本实施例中使用的焊接机而言，若O型冲压后的开口量超过40[mm]，则无法使上述开口闭合，在使用其他冲压机使开口闭合的状态下对管轴方向的两端及中央进行临时焊接，然后进行焊缝间隙部G全长的正式焊接。另外，关于真圆度，以扩管前为2.5[％](其通过进行扩管而变为1.0[％]以下)为合格的标准。
[表4]
[表5]
[表6]
对于在本发明例范围内的表4的No.A1～A7、A9、A10、表5的No.B1～B7、B9、B10、表6的No.C1～C7、C9、C10而言，开口量小，真圆度也良好。特别是，在约束角度为90度～110度时，即使不进行扩管，真圆度也为1.0[％]以下。另外，约束角度的平均值越小则冲压负荷越小。
与此相对，对于上模具4及下模具5的约束角度为60度与90度组合的表4的No.A8、A11、表5的No.B8、B11、表6的No.C8、C11而言，开口量小但真圆度变差。另外，对于约束角度的平均值为60度以下的表4的No.A12～A16、表5的No.B12～B16、表6的No.C12～C16而言，开口量大，特别是对于表4的No.A15、A16、表5的No.B16、表6的No.C16而言，由于将焊缝间隙部G焊接后的焊接部分断裂，因此无法进行真圆度的测量。
另外，在使用未加工部的宽度比成形体A大的成形体B时，与使用成形体A相比，冲压负荷及真圆度大致相同，而开口量变小。
另外，在使用将未加工部的位置与成形体B相比设为更靠板端侧的成形体C时，与使用成形体B相比，冲压负荷、开口量及真圆度大致相同。此外，对于将上模具4及下模具5的约束角度设为180度的表6的No.C17而言，施加了冲压机的最大负荷30[MN/m]，但W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离为556[mm]，与其他情况相比压下量较小。因此，虽然开口量良好，但真圆度变差。由此，为了满足扩管前为2.5[％]的真圆度，认为需要使用更大冲压机进行O型冲压以达到与其他相同的压下量。
[实施例3]
准备在对使用铣边机设置坡口并加工为板宽度2687[mm]的长度1000[mm]、板厚50.8[mm]、拉伸强度779[MPa]的钢板进行了端部弯曲后进行冲压弯曲加工而得的成形体S1。接下来，针对该成形体S1，使用多种约束角度的上模具4及下模具5，通过30[MN]的冲压机进行O型冲压，从而成形为成形体A、B、C。表7～表9中示出成形体A、B、C的形状。需要说明的是，表7～表9的“No.”中的首字母A、B、C代表成形体的形状(成形体A、B、C)，各字母A、B、C后的数字代表上模具4及下模具5的约束角度的组合。
表7中示出作为条件A而以距板端W/4的部位为中心并以224[mm](W/12)的宽度设有未加工部的成形体A。表8中示出作为条件B而以距板端W/4处为中心并以448[mm](W/6)的宽度(条件A的两倍宽度)设有未加工部的成形体B。表9中示出作为条件C而以距板端W/6的部位为中心并以448[mm]的宽度设有未加工部的成形体C。需要说明的是，成形体A、B、C相对于连结板端部的中央与板宽度1/2的直线对称，表7～表9示出其板宽度1/2的部分的值。另外，O型冲压时的压下量设为使得W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离成为905[mm]的压下量。
并且，在对成形体A、B、C的O型冲压后的开口管S2的开口量进行测量后，对开口管S2的焊缝间隙部G进行焊接从而成形为外径905[mm]的钢管，然后，沿周向以22.5度的间隔在八个部位测量其直径，求出前述直径的最大与最小的差。表7～表9中也一并示出模具形状(约束角度)、冲压负荷、开口量及真圆度。此时的真圆度是将最大与最小的差除以钢管外径得到的数值。
需要说明的是，对于本实施例中使用的焊接机而言，若O型冲压后的开口量超过40[mm]，则无法使上述开口闭合，在使用其他冲压机使开口闭合了的状态下，将管轴方向的两端及中央临时焊接，然后进行焊缝间隙部G全长的正式焊接。另外，关于真圆度，以扩管前为2.5[％](其通过进行扩管而变为1.0[％]以下)为合格的标准。
[表7]
[表8]
[表9]
对于在本发明例范围内的表7的No.A1～A7、A9、A10、表8的No.B1～B7、B9、B10、表9的No.C1～C7、C9、C10而言，开口量小，真圆度也良好。特别是，在约束角度为90度～110度时，即使不进行扩管，真圆度也为1.0[％]以下。另外，约束角度的平均值越小则冲压负荷越小。
与此相对，对于上模具4及下模具5的约束角度为60度与90度组合的表7的No.A8、A11、表8的No.B8、B11、表9的No.C8、C11而言，开口量小但真圆度变差。另外，对于约束角度的平均值为60度以下的表7的No.A12～A16、表8的No.B12～B16、表9的No.C12～C16而言，开口量大，特别是对于表7的No.A15、A16、表8的No.B16、表9的No.C16而言，由于将焊缝间隙部G焊接后的焊接部分断裂，因此无法进行真圆度的测量。
另外，在使用未加工部的宽度比成形体A大的成形体B时，与使用成形体A相比，冲压负荷及真圆度大致相同，而开口量变小。
另外，在使用使未加工部的位置与成形体B相比更位于板端侧的成形体C时，与使用成形体B相比冲压负荷、开口量及真圆度大致相同。此外，对于使上模具4及下模具5的约束角度为180度的表9的No.C17而言，施加了冲压机的最大负荷30[MN/m]，而W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离为915[mm]，与其他相比压下量较小。因此，虽然开口量良好，但真圆度变差。由此，为了在扩管前满足2.5[％]的真圆度，认为需要使用更大冲压机进行O型冲压以达到与其他相同的压下量。
[实施例4]
为了制造目标外径621[mm]～687[mm]的钢管，准备对使用铣边机设置坡口并加工为板宽度1826～2032[mm]的长度1000[mm]、板厚40[mm]、拉伸强度635[MPa]的钢板进行了端部弯曲后进行冲压弯曲加工而得的成形体S1。接下来，针对该成形体S1使用圆弧部半径327mm、约束角度45度的各种上模具4及下模具5，利用30[MN]的冲压机进行O型冲压，成形为成形体D1～D11。表10中示出成形体D1～D11的成形条件。对于成形体D1～D11而言，对应于初始板宽度W而以距板端W/4的部位为中心以W/12的宽度设有未加工部。另外，在O型冲压中，以使W/2部的外面侧与板端的外面侧的距离如表10所示为与初始板宽度W对应的值的方式进行压下。另外，表10中示出O型冲压压下后的钢管的外径。
并且，对上述成形体D1～D11的O型冲压后的开口管S2的开口量进行测量。表10中作为其结果也一并示出冲压负荷及开口量。
[表10]
圆弧部半径与钢管的外半径的比为1.00的、表10的No.D6的开口量最小，若钢管外半径减小或增大，则开口量变大。另外，能够用实施例1中使用的焊接机进行闭合的开口量达到40[mm]以下的是表10的No.D2～D10，其中圆弧部半径与钢管的外半径的比为0.96～1.04。另外，在实施例1中未发生焊接部断裂的开口量达到50[mm]的形状是表10的No.D2～D10，圆弧部半径与钢管的外半径的比为0.96～1.04。
需要说明的是，对于能够将焊缝间隙部G焊接而使其闭合的开口量、不发生焊接部断裂的开口量而言，其根据焊接设备、焊接方法的不同而不同，但上模具4及下模具5的圆弧部半径的标准为钢管外半径的0.96～1.04。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供能高效成形高真圆度的钢管的冲压模具及钢管的制造方法。
附图标记说明
1 冲模
1a 棒状构件
1b 棒状构件
2 冲头
2a 冲头前端部
2b 冲头支承体
3 搬运辊
4 上模具
4a 圆弧部
4b1 直线部或小曲率圆弧部
4b2 直线部或小曲率圆弧部
5 下模具
5a 圆弧部
5b1 直线部或小曲率圆弧部
5b2 直线部或小曲率圆弧部

Claims (7)

1.冲压模具，其为在钢管成形工序中的对成形体实施冲压加工以制造开口管的阶段中使用的冲压模具，
在所述钢管成形工序中，针对对板材实施弯曲加工而成形的呈U字状截面的所述成形体实施冲压加工，从而制造在长度方向上具有焊缝间隙部的管体即所述开口管，然后将所述焊缝间隙部接合以制造钢管，
所述冲压模具的特征在于，
所述冲压模具由一对模具构成，以所述一对模具中的一个模具与所述成形体的U字开放侧相对的方式将所述成形体设置于另一模具，用所述一对模具将所述成形体夹入从而对所述成形体实施冲压加工，
在各模具的会与所述成形体接触的面上，以圆弧中心位于与各模具的加工中心一致的位置的方式形成有直径与所述钢管的外径相同或大致相同的圆弧部，
各模具中的所述圆弧部的中心角为70度以上，两模具的所述中心角的角度的合计小于360度。
2.根据权利要求1所述的冲压模具，其特征在于，
各模具具有分别与所述圆弧部的圆弧方向两端相连的直线部或曲率比所述圆弧部小的小曲率圆弧部。
3.根据权利要求1或2所述的冲压模具，其特征在于，
两模具的所述中心角的角度相同。
4.钢管的制造方法，其中，针对在宽度方向两端部实施了端部弯曲加工的板材，沿所述板材的宽度方向实施至少一次弯曲加工而成形呈U字状截面的成形体，接下来针对所述成形体实施冲压加工以制得在长度方向上具有焊缝间隙部的管体即开口管，然后将所述焊缝间隙部接合以制造钢管，
所述钢管的制造方法的特征在于，
所述冲压加工时的成形体的形状为使得：对于与直径与钢管的外径相同或大致相同的圆弧内切的范围内的中心角而言，以板宽度两端部的对接部及U字状截面的最下部为中心为70度以上，且与所述直径与钢管的外径相同或大致相同的圆弧内切的范围内的中心角的合计小于360度。
5.根据权利要求4所述的钢管的制造方法，其特征在于，
在所述圆弧的除了内切的范围以外的部分，所述成形体不与模具接触。
6.根据权利要求4或5所述的钢管的制造方法，其特征在于，
对于与所述圆弧内切的范围内的中心角而言，以所述板宽度两端部的对接部为中心的范围内的中心角与以所述U字状截面的最下部为中心的范围内的中心角相同。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的钢管的制造方法，其特征在于，
使用权利要求1至3中任一项所述的冲压模具。
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