CN111565863A - 冲压成型品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在不使模具形状变得复杂且也不过度实施加热处理的情况下抑制拉伸凸缘裂纹、没有成型不良的冲压成型品。冲压成型品的制造方法如下：对将由1张板材构成的金属板进行剪切加工(剪切工序(1))后的单一金属板实施包含拉伸凸缘成型的冲压加工(冲压加工工序(4))而制造。将推断为对上述单一金属板利用上述冲压加工进行冲压成型时容易产生拉伸凸缘裂纹的区域作为拉伸凸缘裂纹区域的情况下，在上述剪切加工后的单一金属板中，对位于上述拉伸凸缘裂纹区域内的金属板端面及其附近中的至少金属板端面进行加热、冷却后(加热工序(2)和冷却工序3(3))，实施上述冲压加工(冲压加工工序(4))。

Description

冲压成型品的制造方法

技术领域

本发明涉及一种通过降低对金属板进行冲压成型时的拉伸凸缘裂纹的风险后实施冲压加工而制造的冲压成型品的制造方法。本发明是特别适用于制造汽车用车体结构部件的技术。

背景技术

近年来，为了兼具汽车车体的碰撞安全性提高和轻量化，开始对车体结构部件应用590MPa以上的高张力材料。高张力材料由于扩孔率小，因此在进行冲压成型时，拉伸凸缘裂纹等成型不良成为课题。

作为在汽车的行走部件中使用的冲压成型品之一，例如有如下臂这样在俯视图中弯曲的形状的结构部件。利用冲压成型而加工成这样的在俯视图中弯曲的部件形状时，有可能在弯曲部产生拉伸凸缘裂纹。

另外，在以冲压成型量产汽车部件时，常常还在进行修边工序、冲孔工序等剪切加工后进行冲压加工工序。该情况下，容易从修边工序或冲孔工序中形成的剪切端面边缘开始产生拉伸凸缘裂纹。

对上述这样的部件形状、成型工序应用高张力材料时，特别是存在产生上述拉伸凸缘裂纹的趋势。

作为关于拉伸凸缘裂纹的现有技术，例如有专利文献1～专利文献3。

专利文献1中记载的方法是一种防止在将高强度钢板冲压成型时产生的拉伸凸缘裂纹的技术。专利文献1中记载了如下内容：利用该技术将钢板进行拉伸凸缘成型时，通过将成型中的钢板温度加热到400℃～1000℃，从而在加工中发生位错的动态恢复，不易引起位错的积累，抑制拉伸凸缘裂纹。

专利文献2中记载的方法是一种对作为冲压材料的板状面板的规定部位实施提高机械强度的强化处理而使冲压加工时的成型性提高的技术。专利文献2中记载了能够通过该技术来抑制伴随着冲压加工的进行、应力集中而产生的裂纹。

专利文献3中记载的方法是一种用于将集成种板材料进行冲压成型的技术，所述集成种板材料是在将多个板材的端部对接的状态下对其对接边缘照射激光将端部彼此焊接而制成的。而且，专利文献3中记载了如下内容：将板材彼此的焊接端部位置及其附近通过冲压成型而冲压加工成俯视图中弯曲的形状时，在冲压加工前对包含焊接端部的板材周边部及其附近照射激光进行退火来实施软化处理。记载了通过该处理而阻止在板材周边部产生应力集中，在冲压成型时软化部位容易拉伸，防止应力集中在焊接端部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－113527号公报

专利文献2：日本特开平8－117879号公报

专利文献3：日本专利第2783490号公报

发明内容

然而，专利文献1所记载的方法中，为了对冲压成型中的钢板进行加热，需要在模具内安装加热装置而变为复杂的模具形状。此外，因为加热到400℃～1000℃而容易损坏模具，存在量产成本增加的可能性。

另外，专利文献2中记载的方法是一种提高强度来抑制裂纹的方法，难以应用于需要拉伸的拉伸凸缘裂纹。是特别不适于拉伸强度高的高张力材料的方法。

另外，专利文献3中记载的方法是一种使拉伸凸缘裂纹风险区域的应变分散来抑制焊接部附近的拉伸凸缘裂纹的方法。但是，专利文献3中记载的方法没有记载各材料的加热温度或加热区域、钢种的条件，有可能在局部的拉伸凸缘成型中得不到充分的拉伸凸缘成型性。另外，专利文献3所记载的方法中，由于是用于防止焊接端部的裂纹的软化处理，因此有可能实施加热处理的区域成为比较宽的范围。

本发明是鉴于上述各点而完成的，目的在于提供一种能够在不使模具形状变得复杂且也不过度实施加热处理的情况下抑制拉伸凸缘裂纹、抑制成型不良的冲压成型品。

为了解决上述课题，作为本发明的一个方式的冲压成型品的制造方法的特征在于，是对将由1张板材构成的金属板进行剪切加工后的单一金属板实施包含拉伸凸缘成型的冲压加工而制造的冲压成型品的制造方法，其中，将推断为对上述单一金属板利用上述冲压加工进行冲压成型时容易产生拉伸凸缘裂纹的区域作为拉伸凸缘裂纹区域的情况下，在上述剪切加工后的单一金属板中，对位于上述拉伸凸缘裂纹区域内的金属板端面及其附近中的至少金属板端面进行加热、冷却，然后实施上述冲压加工。

根据本发明的一个方式，能够提供一种能够在不对不必要的区域实施加热的情况下大大降低产生拉伸凸缘裂纹的部件的裂纹风险、抑制了成型不良的冲压成型品。其结果，得到成型性良好的部件，从而提高成品率。

附图说明

图1是对基于本发明的实施方式的冲压成型品的制造的工序进行说明的图。

图2是对产生拉伸凸缘裂纹的区域的一个例子进行说明的图，(a)示出金属板，(b)示出冲压成型品的例子。

图3是扩孔试验的概略图。

图4是扩孔试验片的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式中的冲压成型品的制造方法依次具备剪切工序1、加热工序2、冷却工序3和冲压加工工序4。另外，本实施方式中的冲压成型品的制造方法具有拉伸凸缘裂纹区域推断处理5。

本实施方式的冲压成型品的制造方法在金属板的拉伸强度为440MPa以上的钢板的情况下特别有效。在本实施方式中，作为进行冲压加工的金属板，以440MPa以上的高张力材料为对象。但是，即便是金属板的拉伸强度小于440MPa的钢板、铝板等金属板也可以应用。

＜剪切工序1＞

剪切工序1是通过对由轧制和其它工序形成的由1张板材构成的金属板将外周轮廓形状修边成预先设定的形状、或者由剪切形成开口部而得到单一金属板的工序。

本实施方式中“单一金属板”并非将多个板通过焊接进行接合而得的集成种板材料，而是指由相同的金属材料构成的金属板。

这里，利用剪切加工而切断金属板时，与通过机械加工而制作的端面相比，端面的损伤较大，成为不均匀的端面状态，因此拉伸凸缘成型性降低。

＜拉伸凸缘裂纹区域推断处理5＞

拉伸凸缘裂纹区域推断处理5是确定拉伸凸缘裂纹区域的位置的处理，所述拉伸凸缘裂纹区域是推断为对单一金属板进行冲压加工工序4中的冲压成型时容易产生拉伸凸缘裂纹的区域。

对于这样的拉伸凸缘裂纹区域(拉伸凸缘裂纹风险部位)的确定，可以基于冲压加工工序4中的冲压成型的条件通过CAE解析进行研究来确定，也可以通过实际冲压来确定。通常，俯视图中的弯曲部、毛边部等为拉伸凸缘裂纹区域。因此，可以简易地在进行拉伸凸缘成型的区域中，将冲压加工中成为规定以上的曲率半径的凸缘部作为拉伸凸缘裂纹区域。

＜加热工序2＞

加热工序2和下一工序的冷却工序3是对剪切工序1后的单一金属板实施包含拉伸凸缘成型的冲压加工之前的预处理。

加热工序2是对拉伸凸缘裂纹区域推断处理5所确定的拉伸凸缘裂纹区域内的金属板端面及其附近中的至少金属板端面进行加热的工序。

加热工序2中，推断为金属板端面的温度达到目标加热温度之后，可以将其加热状态保持一定时间。保持时间较长时会导致生产效率降低，因此保持时间优选为5分钟以内。更优选保持时间为1分钟以内。

仅对拉伸凸缘裂纹区域的金属板的端面进行加热即可。但是，仅加热端面是很难的，因此优选利用可进行局部加热的激光、感应加热等以对金属板端面及其附近中的尽可能靠近端面的区域进行加热的方式进行设定。

如果考虑量产，则很难利用激光对金属板的端面进行加热，因此优选从金属板表面侧对端面附近进行加热。

例如，使单一金属板表面内的距金属板的端面位置的加热范围X[mm]在式(1)的范围内。即，使该加热范围X[mm]以下的区域为端面及其附近。

0[mm]≤X≤20[mm]···(1)

这里，加热范围X[mm]超过20mm时，有可能伴随着材料强度(拉伸强度)的软化而导致部件的疲劳特性降低，因而不优选。另外，如果是能够进一步仅对端面附近进行加热的装置，则加热范围X[mm]更优选为5mm以内。

另外，如果从抑制因加热所致的不良情况的观点考虑，则加热范围X[mm]优选尽可能在端面附近，更优选在下述式(2)的范围内。

0[mm]≤X≤8[mm]···(2)

加热方法不限于利用激光进行的加热，例如，可以使感应线圈等加热装置靠近金属板的端面侧进行加热。但是，利用激光进行的加热较简便，因而优选。

进行加热时的被加热部的加热温度T[℃]只要是在加热位置可发生材料软化的温度即可，例如为作为对象的金属的退火温度。

其加热温度(加热的目标温度)例如优选为200℃以上且上述金属板的Ac1点以下。

加热时的加热速度优选快速加热。

这里，由于加热温度T[℃]为材料的Ac1点以上时，超过相变点，因此进行快速冷却时硬度增大，反而有可能导致拉伸凸缘成型性降低，因而不优选。另外，认为只要是通常的钢板等的金属，就通过200℃以上的加热来实施软化处理。

＜冷却工序3＞

冷却工序3是对在加热工序2中加热的金属板中的金属板端面及其附近中的至少金属板端面进行冷却的工序。

加热后的冷却处理可以是利用水冷等的快速冷却、空冷、缓慢冷却中的任一者。为快速冷却的情况下，如果在加热温度为材料的Ac1点以上，则拉伸凸缘成型性有可能降低。空冷可以为自然空冷，也可以为通过由喷嘴吹送空气而进行的空冷。缓慢冷却可以通过调整激光加热时或感应加热时的输出来调整冷却速度。

对于冷却工序3的冷却，例如将加热后的金属板端面冷却至比加热的目标温度降低30℃以上的温度。

＜冲压加工工序4＞

冲压加工工序4是对在端面实施加热和冷却处理后的金属板实施包含拉伸凸缘成型的冲压加工而制成目标形状的冲压成型品的工序。冲压加工工序4的冲压成型品也可以不是最终成型品。

＜作用其他＞

如图2中的(a)所示，尝试将由平板的金属板构成的种板材料10在冲压成型时简单地冲压加工成赋予了凸缘拉伸的变形的如图2中的(b)所示的冲压成型品11。此时，如果金属板10应用高张力材料而进行冲压成型，则在图2的(b)中，在由符号A表示的部位产生拉伸凸缘裂纹。是否产生该拉伸凸缘裂纹取决于材料强度(拉伸强度)、材料组织、剪切端面状态、表面处理等。

例如为在超高张力材料中出现的复合组织的材料时，由于组织的硬度差而与单相组织的材料相比拉伸凸缘成型性降低。

另外，拉伸凸缘成型性取决于受到拉伸凸缘成型变形的材料端部的切断方法。金属板例如通过剪切加工而切断时，与通过机械加工制成的端面相比损伤较大，成为不均匀的端面状态，因此拉伸凸缘成型性降低。此外，在剪切加工的情况下，还因间隙而使拉伸凸缘成型性变化。

为了减少因这样的对拉伸凸缘成型不利的材料或加工条件而产生的拉伸凸缘裂纹，本实施方式的冲压成型品的制造方法中，对拉伸凸缘裂纹风险区域中的容易在剪切加工中成为裂纹的起点的金属板的端面进行加热、冷却，然后进行冲压成型。

其结果，在本实施方式中，通过利用作为预处理的加热和冷却而进行拉伸凸缘裂纹风险部的材料的组织变化、即材料的软化或应变除去，从而使拉伸凸缘成型性提高。

特别是针对将金属板的端面和端面附近的至少端面而进行用于实现材料软化的加热处理，然后进行冷却处理，由此能够将伴随着因加热所致的材料强度(拉伸强度)的软化的部件的疲劳特性的降低抑制为最低限度。

应予说明，对如现有文献3这样的包含将2个板材焊接而成的焊接端部的集成种板材料应用本实施方式时，包含焊接端部的区域为拉伸凸缘裂纹区域的情况下，存在如下问题。即，在本实施方式中，成为仅以端面及其附近、即端面为中心实施加热处理和随后的冷却处理。因此，如果应用本实施方式，则有可能在拉伸强度相对弱的焊接端部的端面于冲压成型时产生裂纹。因此，以在拉伸凸缘裂纹区域存在焊接端部这样的金属板为对象的冲压成型品的制造在本实施方式的对象之外。

实施例1

为了确认由本发明的冲压成型方法得到的拉伸凸缘成型性的提高效果，对扩孔试验的试验片进行部分加热、空冷，然后实施扩孔试验。以下对其结果进行说明。

本实施例中通过图3所示的扩孔试验来评价拉伸凸缘成型性。图3中，符号20表示种板材料，符号30表示冲模，符号31表示种板支座，符号32表示冲头。

首先，如图4所示，对100[mm]×100[mm]见方的正方形的种板材料，在种板中心以间隙12％冲裁φ10[mm]的孔，制作扩孔试验片(图3中的种板材料20)。构成本实施例中使用的种板材料的金属板为板厚t＝1.2mm、拉伸强度1180MPa级钢板。

对所制作的扩孔试验片，模仿包含拉伸凸缘成型的冲压加工，如图3那样利用圆锥型的冲头32来实施扩孔试验。防皱压力设定为8ton。

此时，分别在作为扩孔试验的预处理不进行加热处理的条件(现有方法)和进行加热处理的条件(本发明)下实施扩孔试验。

作为加热处理的加热条件，加热装置使用激光对种板材料20的表面侧进行加热，加热区域为距金属板孔边缘1mm～8mm的边缘区域。另外，加热温度分别在激光加热面温度为200℃～700℃的范围进行。

另外，空冷(冷却)通过进行自然空冷直到由加热装置加热的加热部分的温度下降到常温来实施。

将加热条件和扩孔试验结果一并示于表1。

[表1]

[表1]

根据表1可知：No.1是对不加热的样品进行扩孔试验的结果，其扩孔率为23％。相对于该结果，基于本发明的No.2～No.5是对距孔边缘(孔的端面位置)1mm的范围进行激光加热、进行扩孔试验的结果，扩孔率提高。

另外，No.6～No.9是对距孔边缘3mm的范围进行激光加热、进行扩孔试验的结果，No.10～No.13是对距孔边缘5mm的范围进行激光加热、进行扩孔试验的结果，No.14～No.17是对距孔边缘8mm的范围进行激光加热、进行扩孔试验的结果。可知在这种情况下，也与No.2～No.5同样地随着加热温度的上升，扩孔率提高。

根据表1可知：在本发明的范围内，如果在各加热温度较高时对加热区域给扩孔率带来的影响进行比较，则加热区域越宽，扩孔率越提高。但是，如果考虑伴随着因加热而产生的材料强度(拉伸强度)的软化的部件的疲劳特性的降低，则优选在可抑制凸缘裂纹产生的范围将距端面的加热区域的范围设定得尽可能小。另外，从该观点考虑，加热温度还优选例如在400℃～600℃的范围。

这里，本申请主张优先权的日本专利申请2017－247992(于2017年12月25日申请)的全内容通过参照而成为本公开的一部分。这里，虽然参照有限数量的实施方式而进行了说明，但权利要求的范围不限定于此，基于上述公开的各实施方式的改变对本领域技术人员而言是显而易见的。

符号说明

1 剪切工序

2 加热工序

3 冷却工序

4 冲压加工工序

5 拉伸凸缘裂纹区域推断处理

10 金属板(种板材料)

11 冲压成型品

20 种板材料

Claims (4)

1.一种冲压成型品的制造方法，其特征在于，对将由1张板材构成的金属板进行剪切加工后的单一金属板实施包含拉伸凸缘成型的冲压加工而制造，

将推断为对所述单一金属板利用所述冲压加工进行冲压成型时容易产生拉伸凸缘裂纹的区域作为拉伸凸缘裂纹区域的情况下，

在所述剪切加工后的单一金属板中，对位于所述拉伸凸缘裂纹区域内的金属板端面及其附近中的至少金属板端面进行加热、冷却，然后实施所述冲压加工。

2.根据权利要求1所述的冲压成型品的制造方法，其特征在于，使进行所述加热时的被加热部的加热温度T为200℃以上且所述金属板的Ac1点以下，加热温度T的单位为℃。

3.根据权利要求1或2所述的冲压成型品的制造方法，其特征在于，使在所述单一金属板表面进行所述加热时的距金属板的端面位置的加热范围X在式(1)的范围内，加热范围X的单位为mm，

0mm≤X≤20mm···(1)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冲压成型品的制造方法，其特征在于，所述金属板是拉伸强度为440MPa以上的钢板。

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