TW201302343A - 壓製成形方法及車體零件 - Google Patents

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Abstract

一種壓製成形方法，係一面藉由壓模與衝頭之相對移動將衝頭壓入壓模之內側，一面在壓模與衝頭之間壓製成形被加工材；該方法係且成形已使被加工材之預定部位上具有稜線部之中間成形體，並且壓製成形中間成形體並成形為最終加工形狀，藉此實質地增厚被加工材之預定部位的板厚並導入加工硬化。

Description

壓製成形方法及車體零件 發明領域
本發明係有關於一種壓製成形方法及車體零件。
發明背景
近年來，在汽車業界，為了減少造成地球暖化之CO2的排出量，提高汽車每公升之行駛里程數成為當務之急。因此，除了藉由替代燃料徹底減少CO2之排出量的努力以外，亦會需要提高引擎或傳動裝置等之機械效率、進一步使車體輕量化等的對策。另一方面，嚴格之碰撞安全規定中，開發碰撞安全性優異之車體亦成為重要之課題。
但是，為了只藉由用於車體之低強度鋼板提高碰撞安全性，必須大量使用補強零件，或增加車體零件之板厚，且不容易與車體之輕量化並存。
因此，為了使車體之輕量化與提高碰撞安全性並存，已開始將高強度鋼板用於車架等車體零件。例如，相對於習知車體零件大量使用拉伸強度440MPa級之鋼板，最近之車體零件590MPa級鋼板之採用增加，且980MPa級以上之鋼板亦進一步開始使用於車體零件。
但是，壓製成形(彎曲加工)如此之高強度鋼板時，鋼板強度上升與形狀凍結不良(彈回)或皺紋一起增加，且確保車體零件之尺寸精度變得困難。又，隨著鋼板強度上升，延伸性降低提高壓製成形時之斷裂危險性。
因此，使用高強度鋼板之車體零件與大量使用習知低強度鋼板之車體零件比較，車體性能與生產性不一定容易並存，再加上遇到縮短開發工期或抑制製造成本等，成為阻礙將高強度鋼板使用於車體零件之主要原因。
另一方面，有人提出藉由熱壓方法或高頻淬火等熱處理，使零件全體或其一部份高強度化之方法，作為不使用高強度鋼板而可提高車體零件之碰撞性能的方法(例如，請參照專利文獻1，2)。但是，除了有因零件形狀不適於淬火之車體零件以外，亦需要導入新設備等，在生產技術或製造成本方面有許多問題，且可適用之零件有限。
又，亦有在熱處理時使用雷射作為熱源之提案(例如，請參照專利文獻3)。但是，雷射加熱範圍狹窄，且需要長時間之處理，並且不易得到充分之效果而不實用。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：特開2010-174283號公報
專利文獻2：特開2006-213941號公報
專利文獻3：特開平4-72010號公報
專利文獻4：特開2007-190588號公報
專利文獻5：特開2010-64137號公報
專利文獻6：特開2008-12570號公報
專利文獻7：特開昭61-82929號公報
發明概要
在此進一步就這種成形加工時為重要因素之彈回對策技術進行檢討。第12圖是說明因彈性回復應變造成之彈回產生機構的圖。成形後由模具取出成形品，或修整不需之部份等，且藉由移除負載緩和束縛，因此在壓製成形下死點之殘留應力成為驅動力，且使零件彈性變形以滿足新的平衡，並顯現為彈性回復應變。由於高強度鋼板形狀固定不良為大，故確保作為最終製品所要求之尺寸精度變得困難。
形狀固定不良係依據現象分類為角度變化、壁翹曲、扭曲、稜線翹曲、衝頭底之形狀固定不良。不論是哪一種情形在零件內之殘留應力分布以彎曲或扭曲彎矩作用，且依據材料之彈性係數或以零件形狀決定之剛性變形，結果產生彈回。例如最常為人所知之例係彎曲角度之變化(專利文獻4，專利文獻7等)。第13圖係顯示彈性回復前之板厚方向之應力分布與彎矩之關係的圖。該等係板厚(t0)方向之應力分布成為驅動力，且此時之零件剛性主要是由零件形狀決定。
或者，深拉成形於長向彎曲之帽型截面的樑(專利文獻2、專利文獻6等)時雖然產生壁翹曲及扭曲，但是彎曲之曲率小且零件剛性高，且壁翹曲變小，又伸長凸緣部與縮短凸緣部之應力施加扭矩。即，是一種將殘留應力之分布整平(成為低位準)，且減少按照彈回模式之驅動力(力矩)的壓製成形方法，且專利文獻4~7之壓製成形方法全部是依據該 技術思想之壓製成形方法。
接著，就專利文獻4~7揭示之形狀固定性優異之壓製成形方法進行說明。彈回之大小係依據束縛解除前(脫模時)之流動應力(殘留應力)變化。即，由於彈回之驅動力之不均一分布是力矩之主要原因，故想出藉由如專利文獻1或專利文獻7之各種工法減少板厚內之殘留應力之表裡差的技術。
該等任一種技術亦是由多數步驟構成之壓製步驟，且是利用藉由到達得到製品形狀之最後步驟之壓製下死點的最後應變增量縮小殘留應力分布之變形歷程控制工法。第14圖是用以說明形狀固定不良對策之殘留應力降低機構的圖。變形歷程控制工法係藉由進行第2步驟(脫模時)之殘留應力控制，使彈性回復應變降低。
又，在扭曲或稜線翹曲等三維彈回之情形中(專利文獻5，專利文獻6等)，利用面內變形歷程控制且在伸長部位在最終製品之下死點之前施加壓縮應力，並且在收縮部位施加拉伸應力。因此發明在製品內附加凸紋或珠粒而改變拉伸應力之技術或藉由在最終步驟壓毀在最終步驟之前賦予之凸紋或珠粒將拉伸應力改變為壓縮應力且藉此控制面內之應力分布的技術。
但是，該等彈回之對策在弄錯殘留應力之控制時，可能會過度進行到所謂逆向彈回(spring-go)(向內彈回(spring-in))，因此在第2步驟導入之應力必須抑制在減少殘留應力之位準的範圍內(第14圖)。此外，在第2步驟施加在此以上之過大應力時，脫模前之流動應力(殘留應力)升高， 彈回反而變大。因此，例如專利文獻4中記載之使用曲率半徑不同模具的工法，或專利文獻7中記載之使用凸形狀之凸紋的工法因前述之限制無法在最終步驟賦予大的加工硬化。
因此，本發明係鑑於如此之習知事項而提出者，且目的在於提供不對被加工材施加熱壓工法或高頻淬火等之熱處理而重覆多數次壓製成形，藉此可提高被加工材之變形強度的壓製成形方法，以及藉由使用使用如此壓製成形方法成形之被加工材，可提高由外部施加之衝擊能量之吸收率之碰撞性能優異的車體零件。
為解決上述課題之本發明的要旨如下。
(1)一種壓製成形方法，係一面藉由壓模與衝頭之相對移動將前述衝頭壓入前述壓模之內側，一面在前述壓模與前述衝頭之間壓製成形被加工材；該方法之特徵在於：成形已使前述被加工材之預定部位上具有稜線部之中間成形體，且壓製成形該中間成形體並成形為最終加工形狀，藉此實質地增厚前述被加工材之預定部位的板厚並導入加工硬化。
(2)如前述(1)記載之壓製成形方法，其特徵在於其係對前述被加工材之中間成形體，重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀，藉此將加工硬化導入前述被加工材之經施加彎曲加工的前述預定部位。
(3)如前述(2)記載之壓製成形方法，其特徵在於前述稜 線部係設定在前述被加工材之中間成形體的角部上。
(4)如前述(2)記載之壓製成形方法，其特徵在於其將前述被加工材成形為具有比最終加工形狀之截面線長大2%以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
(5)如前述(2)記載之壓製成形方法，其特徵在於其係將前述被加工材成形為具有比最終加工形狀之截面線長大1mm以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
(6)如前述(2)記載之壓製成形方法，其特徵在於其係將前述被加工材成形為具有小最終加工形狀之稜線部位截面之半徑1mm以上之稜線部位截面之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
(7)如前述(1)記載之壓製成形方法，其特徵在於包含下述步驟：於前述被加工材之預定部位上施加稜線部之步驟；及藉由使經施加前述稜線部之部位平坦化來增厚，且將加工硬化導入該部位之步驟。
(8)如前述(7)記載之壓製成形方法，其特徵在於前述稜線部係設定在前述被加工材之中間成形體之頂部上。
(9)如前述(7)記載之壓製成形方法，其特徵在於其係製作已在前述被加工材上施加稜線部之中間成形體，且壓製 成形該中間成形體，藉此在前述壓模與前述衝頭之間使經施加前述稜線部之部位平坦化。
(10)如前述(7)記載之壓製成形方法，其特徵在於其係在壓製成形前述被加工材後或於與壓製成形同時，製作已在前述被加工材上施加稜線部之中間成形體，且壓製成形該中間成形體，藉此在前述壓模與前述衝頭之間使經施加前述稜線部之部位平坦化。
(11)如前述(7)記載之壓製成形方法，其特徵在於其係將前述被加工材成形為具有比最終加工形狀之截面線長大2%以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
(12)一種車體零件，係一面屈曲變形一面吸收由外部施加之衝擊能量者；該車體零件之特徵在於：其包含使用前述(1)至(10)中任一項記載之壓製成形方法而成形之被加工材。
(13)如前述(12)記載之車體零件，其特徵在於前述被加工材具有帽型截面形狀，且藉由加工硬化被導入該被加工材之經施加彎曲加工之稜線部，該稜線部具有比其他部位高之變形強度。
本發明係如上述地成形使被加工材之預定部位上具有稜線部之中間成形體，且壓製成形該中間成形體並成形為最終加工形狀，藉此實質地增厚被加工材之預定部位之板 厚且導入加工硬化，因此可不對被加工材施加熱壓工法或高頻淬火等之熱處理，且提高導入加工硬化之稜線部位之變形強度。又，含有該被加工材之車體零件可提高由外部施加之衝擊能量之吸收率。
圖式簡單說明
第1圖是顯示本發明第1實施形態中具有帽型截面形狀之壓製成形品例。
第2A圖是用以說明本發明之壓製成形裝置之動作的圖。
第2B圖是用以說明本發明之壓製成形裝置之動作的圖。
第3A圖是用以說明本發明第1實施形態之壓製成形裝置中第2步驟之動作的圖。
第3B圖是用以說明本發明第1實施形態之壓製成形裝置中第2步驟之動作的圖。
第4圖是顯示藉由本發明之壓製成形方法成形之壓製成形品例的圖。
第5圖是顯示本發明之壓製成形方法中材料接受硬化加工之機構的圖。
第6圖是顯示在本發明之實施例中所製作之供試驗材之各尺寸的圖。
第7圖是比較本發明的供試驗材與比較例的供試驗材之能量吸收量對落錘試驗衝程的圖。
第8圖是用以說明本發明第2實施形態之壓製成形裝置 之動作的圖。
第9A圖是用以說明本發明第2實施形態之壓製成形裝置之動作的圖。
第9B圖是用以說明本發明第2實施形態之壓製成形裝置之動作的圖。
第10圖是用以說明本發明第2實施形態之變形例之壓製成形裝置之動作的圖。
第11圖是顯示在關於本發明第2實施形態之供試驗材與其比較例之能量吸收量對落錘試驗中之衝程之比較結果的圖。
第12圖是用以說明彈性回復應變之彈回產生機構的圖。
第13圖是顯示彈性回復前之板厚方向的應力分布與彎矩之關係的圖。
第14圖是用以說明形狀固定不良對策之殘留應力降低機構的圖。
用以實施發明之形態
以下就適用本發明之壓製成形方法及車體零件，一面參照圖式一面詳細地說明。
又，在以下說明中使用之圖式有時，為了方便，模式地顯示被加工材及壓製成形裝置等，且各部之尺寸比率等不一定與實際相同。又，在以下說明中舉例說明之被加工材尺寸等是一例，且本發明不一定限定於此，可在不變更 其要旨之範圍內適當變更來實施。
本發明之第1實施形態係舉例如得到具有如第1圖所示之帽型截面形狀之壓製成形品(車體零件)100A為例，且係具體地說明本發明之壓製成形方法者。
該壓製成形品100A係如第1圖所示，藉由拉延彎曲(壓製成形)金屬板(被加工材)100，具有包括一對凸緣部100a、縱壁部100b及頂部100c之帽型截面形狀，作為其最終加工形狀。又，在第1圖中，合併記載該壓製成形品100A之各部分之尺寸(單位：mm)的一例。
第2A圖、第2B圖係模式地顯示壓製成形裝置之一例。該壓製成形裝置具有安裝在下支持座(固定支持座)之衝頭1，及安裝在上支持座(可動支持座)之壓模2，且藉由使安裝氣壓缸3之壓模2升降(在第2A圖、第2B圖中係下降)動作，可一面將衝頭1壓入壓模2之內側，一面在壓模2與衝頭1之間壓製成形金屬板100。
又，該壓製成形裝置具有分別安裝互相獨立之氣壓缸4之一對壓料件5，且藉使壓料件5升降(在第2A圖、第2B圖中係上升)動作，可一面在壓料件5與壓模2之間壓入金屬板100之端部(第1圖顯示之壓製成形品100A之凸緣部100a)，一面在施加壓料力(張力)之狀態下進行將衝頭1壓入壓模2而壓製成形之拉延彎曲成形。
此外，本發明不限於進行如此之拉延彎曲成形之情形，亦可適用於不施加壓料力(張力)之狀態下進行壓製成形之模塑彎曲(form bending)成形的情形。又，上述壓製成形 裝置為壓模2相對於衝頭1移動之構造，但是亦可為衝頭1相對於壓模2移動之構造。又，亦可為壓模2安裝在下支持座，衝頭1安裝在上支持座之構造。
在此，就藉由習知壓製成形方法壓製成形金屬板100之情形說明。首先，如第2A圖所示，將金屬板100固定在壓製成形裝置中後，藉由壓模2下降，成為金屬板100之端部，即凸緣部100a被夾持在壓料件5與壓模2之間的狀態。又，藉由調整此時之氣壓缸4之壓力，可控制壓料件5對金屬板100之壓料力。
接著，如第2B圖所示，壓模2再由該狀態下降，因此成為衝頭1壓入壓模2之內側的狀態。此時金屬板100之端部(凸緣部100a)藉由壓料件5賦予壓料力(張力)，因此在未受壓料件5及衝頭1束縛之部份(第1圖顯示之壓製成形品100A之縱壁部100b)上，藉由塑性變形板厚減少並且一起產生加工硬化。
又，壓模2再由該狀態下降到成形步驟之下死點，藉此在衝頭1與壓模2之間壓製成形金屬板100。因此，可得到具有如第1圖所示之帽型截面形狀之壓製成形品(車體零件)100A。
在習知壓製成形方法中，雖然由於在金屬板100之縱壁部100b上產生加工硬化，該縱壁部100b之變形強度上升，但是該縱壁部100b之板厚亦會同時減少。得到之壓製成形品(車體零件)100A無法如期待地提高由外部施加之衝擊能量之吸收率，且提高碰撞性能是困難的。
又，亦有藉由不使用壓料件5且不施加壓料力(張力)之模塑彎曲成形壓製成形金屬板100之方法。但是，此時，由於在金屬板100之經實施彎曲加工之稜線部位或稜線部以外不產生加工硬化，故提高由外部施加之衝擊能量之吸收率是困難的。
因此，本發明人為解決上述課題重覆銳意檢討，結果發現可在汽車之車架等車體零件中經實施彎曲加工之稜線部上，藉由多數次壓製成形在未伴隨板厚減少之情形下導入大加工硬化之壓製成形方法，並且發現在充分利用該加工硬化之車體零件中，可大幅提高碰撞時等由外部施加之衝擊能量之吸收率，且完成本發明。
即本發明係一種一面藉由壓模與衝頭之相對移動將衝頭壓入壓模之內側，一面在壓模與衝頭之間壓製成形被加工材的壓製成形方法，其特徵在於：成形使被加工材之預定部位上具有稜線部(在該實施形態中係如後述地，對應於縱壁部100b與頂部100c之間之角部的部位)之中間成形體，且壓製成形該中間成形體並成形為最終加工形狀，藉此實質地增厚被加工材之預定部位之板厚且導入加工硬化。
在本發明方法中，藉拉延彎曲成形或彎曲成形金屬板，壓製成形截面線長比製品形狀長之中間品，且在後來之壓製成形步驟之下死點之前將稜線部成形為最終加工形狀。此時在第2步驟之壓製成形步驟中稜線部產生壓縮之塑性變形，結果，板厚未減少且可導入大加工硬化。此時， 成形具有截面線長比比最終製品形狀大2%以上且10%以下之截面輪廓之金屬板的中間成形體，且將該中間成形體壓製成形為最終製品形狀之截面輪廓。
如上所述地規定截面輪廓的原因是依據材料有觀測到降伏點伸長之材料，且小於2%時加工硬化不足，不一定得到設想之變形強度。又，10%以下之原因是在10%以上之斷面線長比時在第2步驟產生因材料多餘造成之皺紋重疊，且此時無法得到良好成形品。特別是薄板，由於通常之壓製成形產生前述之屈曲，故壓縮變形困難，但是發明人等藉由第1步驟與第2步驟之最適當線長比及墊件與衝頭之寬度比的組合，使壓縮變形成為可能。
第3A圖、第3B圖是模式地顯示第2步驟中之壓製成形裝置例。該壓製成形裝置主要由安裝在下支持座上之衝頭1'，支持在上支持座上之壓模2'，及支持在上支持座上之墊件6構成。在如此構造之壓製成形裝置中，首先，如第3A圖所示，中間成形體100B被夾持在衝頭1'與墊件6之間。墊件6係藉由調整氣壓缸之壓力控制壓料力，且如第3B圖所示，藉由壓模2'下降至壓製下死點，成形為製品形狀。此時中間成形體100B由於受墊件6束縛故該材料無法移動，因此可非常有效地給予稜線部壓縮變形。
在上述情形中，依據墊件6寬度W1對衝頭1'之寬度W2之大小，稜線部之壓縮變形之大小與範圍變化。即，如果衝頭1'與墊件6之寬度比W1/W2接近1，則可將大加工硬化只導入稜線部，另一方面，因屈曲造成之皺紋重疊危險性升 高。因此，衝頭1'與墊件6之寬度比W1/W2宜為0.8以下。相反地，該寬度比變小時，會以稜線部為中心在大範圍內導入加工硬化，因此為了將加工硬化有效地導入稜線部，寬度比W1/W2宜為0.4以上。
以下更具體地說明本發明之壓製成形方法。首先，在第1步驟中壓製成形金屬板100時，使用第2A圖、第2B圖顯示之壓製成形裝置，壓製成形金屬板100。藉由該第1步驟之壓製成形，製作成形為如第4圖中之虛線所示之帽型截面形狀(中間加工形狀)的中間成形體100B。
該中間成形體100B之截面線長係比具有第1圖顯示之帽型截面形狀(最終加工形狀)之壓製成形品100A(以第4圖中之實線顯示)長。
又，第2步驟中如前述地壓製成形該中間成形體100B，藉此成形為如第4圖中之實線所示之帽型截面形狀(最終加工形狀)。
在此，在本發明中，第1步驟之壓製成形時，如第4圖中之虛線所示，藉由彎曲加工將塑性變形導入金屬板100，另一方面，第2步驟之壓製成形時，如第4圖中之實線所示，在金屬板100之經彎曲加工的頂部100c與縱壁部100b間之稜線部100d產生壓縮之塑性變形。結果，如第5圖所示，可相對於金屬板100，藉由第2步驟之壓製成形實質地增厚稜線部100d之板厚，且導入大加工硬化。
又，在本發明中，最好對將金屬板100成形為具有比最終加工形狀之截面線長大2%以上之截面線長之中間加工 形狀的中間成形體100B，重覆壓製成形至少1次以上，藉此將金屬板100成形為最終加工形狀(壓製成形品100A)。這是因為依據金屬板100之材料有觀測到降伏點伸長之材料，且小於2%時加工硬化不足，無法完全得到設想之變形強度。
又，在本發明中，最好對成形為具有比最終加工形狀之截面線長大1mm以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體100B，或成形為具有小最終加工形狀之稜線部位截面之半徑1mm以上之稜線部位截面之中間加工形狀的中間成形體，重覆壓製成形至少1次以上，藉此將金屬板100成形為最終加工形狀(壓製成形品100A)。
因此，在本發明中，可不對金屬板100實施熱壓工法或高頻淬火等之熱處理，且提高如上述地實質增厚並且導入加工硬化之稜線部位之變形強度。
如上所述，可得到具有如第1圖所示之帽型截面形狀(最終加工形狀)之壓製成形品100A(車體零件)。
又，藉由得到之壓製成形品100A，可適當地使用作為對由外部施加之衝擊能量一面屈曲變形一面吸收該衝擊能量之車體零件。即，該車體零件係具有帽型截面形狀之壓製成形品100A之經彎曲加工的稜線部100d增厚並且一起導入加工硬化，因此該稜線部100d具有比其他部位高很多之變形強度。因此，可大幅提高碰撞時由外部施加之衝擊能量之吸收率。
因此，依據本發明，由於不導入熱壓工法或高頻淬火等新淬火用設備，且以習知之冷壓製為前提，對前車架或 側梁外板等之汽車構造零件(車體零件)之預定部位賦予加工硬化，故可提高其碰撞強度。又，可在不損及其碰撞性能之情形下使板厚變薄。此外，可提供生產成本負荷增加亦抑制為小，且同時滿足車體輕量化及提高碰撞性能之汽車用構造零件(車體零件)。
實施例1
以下，藉由實施例更了解本發明之效果。又，本發明不限定於以下之實施例，可在不變更其要旨之範圍適當變更來實施。
在本實施例中，準備板厚1.2mm之590MPa級之複合組織鋼板作為金屬板100，且藉第1步驟之壓製成形將該鋼板成形成中間加工形狀(中間成形體)後，藉由第2步驟之壓製成形，將該中間成形體成形為最終加工形狀，藉此製作具有第1圖顯示之帽型截面形狀的成形品。又，在第1步驟之壓製成形時，令中間加工形狀(中間成形體)之衝頭肩R比最終加工形狀(壓製成形品)小1mm，且進行壓製成形。
又，對合製成之帽型截面形狀之壓製成形品及平行平板之閉模板，且在凸緣部利用30mm之點焊締結，得到具有如第6圖所示之各尺寸的供試驗材S。
對本發明之供試驗體S，進行由高度3m使質量260kg之落錘自由落下，且以初速7.7m/s碰撞之落錘試驗。又，此時之構件變形反作用力係藉由設置於固定端側之測壓器測量，且位移係藉由雷射式變形計測量。
此外，為確認本發明之效果，與藉由使用第2圖說明之 習知壓製成形方法製作之壓製成形品比較檢討。又，亦就該比較例之供試驗材料，進行同樣之落錘試驗。
就本發明之實施例及比較例之供試驗材料，以衝程積分構件反作用力之構件吸收能量的比較結果顯示在第7圖中。
如第7圖所示，依據本發明，可了解的是由於在未伴隨壓製成形品板厚之減少之情形下將大加工硬化導入鋼板，因此構件吸收能量增加大約10%。
接著，就本發明之壓製成形方法及車體零件之第2實施形態進行說明。又，與前述第1實施形態相同或對應之構件係使用適當、相同之符號說明。
在第2實施形態中，亦舉得到具有如先前第1圖所示之帽型截面形狀之壓製成形品(車體零件)100A為例說明。
因此壓製成形品100A係如第1圖所示，藉由拉延彎曲(壓製成形)金屬板(被加工材)100，具有包括一對凸緣部100a、縱壁部100b及頂部100c之帽型截面形狀，作為其最終加工形狀。
為得到該壓製成形品100A，使用第2圖顯示之壓製成形裝置以如習知之壓製成形方法進行壓製成形時，如在第1實施形態中說明地，得到之壓製成形品(車體零件)100A無法如期待地提高由外部施加之衝擊能量之吸收率，且提高碰撞性能是困難的。
又，亦有藉由不使用壓料件5且不施加壓料力(張力)之模塑彎曲成形壓製成形金屬板100之方法。但是，此時，由 於在金屬板100之經實施彎曲加工之稜線部位或稜線部以外不產生加工硬化，故提高由外部施加之衝擊能量之吸收率是困難的。
因此，在第2實施形態中本發明係一種一面藉由壓模與衝頭之相對移動將衝頭壓入壓模之內側，一面在壓模與衝頭之間壓製成形被加工材的壓製成形方法，其特徵在於：成形使被加工材之預定部位上具有稜線部(在該第2實施形態中係如後述地，對應於頂部100c之間之部位)之中間成形體，且壓製成形該中間成形體並成形為最終加工形狀，藉此實質地增厚被加工材之預定部位之板厚且導入加工硬化。
在第2實施形態之壓製成形方法中特別包含於被加工材之預定部位上施加稜線部之步驟，及藉由使經施加該稜線部之部位平坦化來增厚，且將加工硬化導入該部位之步驟。
以下更具體地說明本發明第2實施形態之壓製成形方法。首先，在第1步驟中壓製成形金屬板100時，使用第8圖顯示之壓製成形裝置，且在金屬板100之預定部位實施壓凸加工。
在第1步驟中實施壓凸加工之壓製成形裝置係具有安裝在下支持座上之凸部11a的衝頭11，及具有安裝在上支持座上之凹部12a的壓模12而概略構成。又，藉由使安裝氣壓缸3之壓模12升降(在第8圖中係下降)動作，一面將衝頭11之凸部11a壓入壓模12之凹部12a之內側，一面在金屬板100 上實施壓凸加工。因此製作中間成形體100B，且該中間成形體100B具有在金屬板100之中央部(第1圖顯示之壓製成形品100A之頂部100c)上形成多數凸紋(凹凸)B之中間加工形狀。
在第2實施形態中，如第8圖所示，作為稜線部之凸紋B係設定於頂部100c。凸紋B係如第8圖之例地朝上方彎曲呈凸狀，如同呈稜線狀。
又，第8圖顯示在中間成形體100B上形成2個凸紋B之情形，但是該中間成形體100B形成之凸紋B數目並無特別限制，且可就其形狀或數目等適當變更來實施。
接著，使用第2圖顯示之壓製成形裝置在第2步驟中，壓製成形經實施壓凸加工之金屬板100(中間成形體100B)。因此可得到具有第1圖顯示之帽型截面形狀之壓製成形品(車體零件)100A。
具體而言，如第9A圖所示，在將中間成形體100B固定在壓製成形裝置(第2圖)中後，藉由壓模2下降，成為金屬板100之凸緣部100a被夾持在壓料件5與壓模2之間的狀態。又，藉由調整此時之氣壓缸4之壓力，可控制壓料件5對凸緣部100a之壓料力。
又，壓模2再由該狀態下降，藉此成為衝頭1壓入壓模2之內側的狀態。此時凸緣部100a藉由壓料件5賦予壓料力(張力)，因此在未受壓料件5及衝頭1束縛之金屬板100之縱壁部100b上，藉由塑性變形板厚減少並且一起產生加工硬化。
又，如第9B圖所示，壓模2再由該狀態下降到成形下死點，藉此在衝頭1與壓模2之間壓製成形金屬板100。此時之金屬板100之頂部100c係呈凸紋B在衝頭1與壓模2之間被壓毀而平坦化之狀態。
因此可將加工硬化導入金屬板100之頂部100c，在該例中係稜線部對應部位。即，壓凸加工時，藉突出成形將塑性變形導入金屬板100，且另一方面，在壓製成形時，藉由凸紋B平坦化而在金屬板100上產生壓縮之塑性變形。結果，可相對於金屬板100，藉由第2步驟之壓製成形實質地增厚凸紋B之板厚，且導入大加工硬化。
在本發明中，可不對金屬板100實施熱壓工法或高頻淬火等之熱處理，且提高如上述之導入加工硬化之部位的變形強度。
又，藉由得到之壓製成形品100A，可適當地使用作為對由外部施加之衝擊能量一面屈曲變形一面吸收該衝擊能量之車體零件。即，該車體零件係將加工硬化導入具有帽型截面形狀之壓製成形品100A之長方向或寬方向之預定部位，藉此該部位具有比其他部位高很多之變形強度，因此可大幅提高碰撞時由外部施加之衝擊能量之吸收率。
因此，依據本發明，由於不導入熱壓工法或高頻淬火等新淬火用設備，且以習知之冷壓製為前提，對前車架或側梁外板等之汽車構造零件(車體零件)之預定部位賦予加工硬化，故可提高其碰撞強度。又，可在不損及其碰撞性能之情形下使板厚變薄。此外，可提供生產成本負荷增加 亦抑制為小，且同時滿足車體輕量化及提高碰撞性能之汽車用構造零件(車體零件)。
又，本發明不一定限定於上述實施形態，而可在不脫離本發明之旨趣之範圍內加上種種變更。
例如，上述第2實施形態係製作已在金屬板(被加工材)100上實施壓凸加工之中間成形體100B，且壓製成形該中間成形體100B，藉此使經實施壓凸加工之部位平坦化之情形說明。在本發明中，亦可在壓製成形金屬板100後，或在壓製成形之同時，製作已在金屬板100上實施壓凸加工之中間成形體，且壓製成形該中間成形體，藉此使經實施壓凸加工之部位平坦化。此時，可得到與上述實施形態之情形同樣的效果。
例如，使用如第10圖所示之壓製成形裝置，藉壓製成形金屬板100，製作已在該金屬板100上具有經實施壓凸加工之中間加工形狀的中間成形體100C。該壓製成形裝置係具有安裝於下支持座之凸部11'a的衝頭11'，及具有安裝在上支持座上之凹部12'a的壓模12'而概略構成。
又，藉由使安裝氣壓缸3之壓模12'升降(在第10圖中係下降)動作，一面將衝頭11'壓入壓模12之內側，一面壓製成形金屬板100，並且藉由將凸部11'a壓入凹部12'a，在金屬板100之頂部100c實施壓凸加工。因此製作在金屬板100之頂部100c上形成有多數凸紋(凹凸)B之中間成形體100C。
接著，使用第2圖顯示之壓製成形裝置，壓製成形經實施壓凸加工之金屬板100(中間成形體100C)。因此可得到具 有第1圖顯示之帽型截面形狀之壓製成形品(車體零件)100A。
在本發明中，藉由壓製成形經壓凸加工之金屬板100(中間成形體100C)，可與壓製成形中間成形體100B之情形同樣地，在壓模2與衝頭1之間使經實施壓凸加工之部位平坦化，且將加工硬化導入該部位。
因此在本發明中，可不對金屬板100實施熱壓工法或高頻淬火等之熱處理，且提高如上述地實質增厚並且導入加工硬化之部位的變形強度。
又，在本發明中，最好對將金屬板100成形為具有比最終加工形狀之截面線長大2%以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體100B或中間成形體100C，重覆壓製成形至少1次以上，藉此將金屬板100成形為最終加工形狀(壓製成形品100A)。這是因為依據金屬板100之材料有觀測到降伏點伸長之材料，且小於2%時加工硬化不足，無法完全得到設想之變形強度。
實施例2
以下，藉由實施例更了解本發明之效果。又，本發明不限定於以下之實施例，可在不變更其要旨之範圍適當變更來實施。
在本實施例中，準備板厚1.2mm之590MPa級之複合組織鋼板作為金屬板100，且使用第8圖及第9A圖、第9B圖顯示之本發明之壓製成形方法壓製成形該鋼板，製作具有第1圖顯示之帽型截面形狀的成形品。
此外，在第8圖顯示之第1步驟中，在頂部之寬方向上賦予2個，且在長方向上賦予30個直徑10mm、高度3mm之凸紋。又，在第9A圖、第9B圖顯示之第2步驟中，壓毀全部該等凸紋且使該等凸紋平坦化。
又，對合製成之帽型截面形狀之壓製成形品及平行平板之閉模板，且在凸緣部利用30mm間隔之點焊締結。又，得到在前述第1實施形態中說明之具有如第6圖所示之各尺寸的供試驗材料S。
又，對本發明之供試驗體S且參閱第6圖，進行由高度3m使質量260kg之落錘自由落下，且以初速7.7m/s碰撞之落錘試驗。又，此時之構件變形反作用力係藉由設置於固定端側之測壓器測量，且位移係藉由雷射式變形計測量。
此外，為確認本發明之效果，亦就藉由使用第2圖說明之習知壓製成形方法製作之壓製成形品之比較例的供試驗材料，進行同樣之落錘試驗。
就本發明之實施例及比較例之供試驗材料，以衝程積分構件反作用力之構件吸收能量的比較結果顯示在第11圖中。
如第11圖所示，依據本發明，可了解的是由於在未伴隨壓製成形品板厚之減少之情形下將大加工硬化導入鋼板，因此構件吸收能量係由3.6kJ至4.0kJ增加大約10%。
在上述第1實施形態中說明在縱壁部100b與頂部100c間之角部形成作為在中間成形體100B上形成之稜線部的例子。該稜線部典型地是在中間成形體100B之長方向(在第6 圖中是壓製成形品之樑方向z)連續地形成。此時，可形成多數根或多數條，且只要在如此具有多數根稜線部時該等稜線部全體在整個中間成形體100B之長方向上連續即可，且亦可以斷續，即不連續之方式形成各個稜線部。例如，稜線部全體亦可配置構成為鋸齒狀等之形態。
產業上可利用性
依據本發明，藉由可在不對被加工材實施熱處理之情形下提高被加工材之變形強度之壓製成形方法，以及使用使用如此之壓製成形方法成形之被加工材，可提供可提高由外部施加之衝擊能量之吸收率之碰撞性能優異的車體零件。因此在此業界，可有效地實現削減CO2之排出量與碰撞安全性兩者均優異之車體。
1,1',11,11'‧‧‧衝頭
2,2',12,12'‧‧‧壓模
3,4‧‧‧氣壓缸
5‧‧‧壓料件
6‧‧‧墊件
11a,11'a‧‧‧凸部
12a,12'a‧‧‧凹部
100‧‧‧金屬板(被加工材)
100A‧‧‧壓製成形品(車體零件)
100a‧‧‧凸緣部
100B,100C‧‧‧中間成形體
100b‧‧‧縱壁部
100c‧‧‧頂部
100d‧‧‧稜線部
B‧‧‧凸紋(凹凸)
R‧‧‧衝頭肩
S‧‧‧供試驗材；供試驗體
W1‧‧‧墊件寬度
W2‧‧‧衝頭寬度
z‧‧‧樑方向
第1圖是顯示本發明第1實施形態中具有帽型截面形狀之壓製成形品例。
第2A圖是用以說明本發明之壓製成形裝置之動作的圖。
第2B圖是用以說明本發明之壓製成形裝置之動作的圖。
第3A圖是用以說明本發明第1實施形態之壓製成形裝置中第2步驟之動作的圖。
第3B圖是用以說明本發明第1實施形態之壓製成形裝置中第2步驟之動作的圖。
第4圖是顯示藉由本發明之壓製成形方法成形之壓製 成形品例的圖。
第5圖是顯示本發明之壓製成形方法中材料接受硬化加工之機構的圖。
第6圖是顯示在本發明之實施例中所製作之供試驗材料之各尺寸的圖。
第7圖是比較本發明的供試驗材與比較例的供試驗材之能量吸收量對落錘試驗衝程的圖。
第8圖是用以說明本發明第2實施形態之壓製成形裝置之動作的圖。
第9A圖是用以說明本發明第2實施形態之壓製成形裝置之動作的圖。
第9B圖是用以說明本發明第2實施形態之壓製成形裝置之動作的圖。
第10圖是用以說明本發明第2實施形態之變形例之壓製成形裝置之動作的圖。
第11圖是顯示在關於本發明第2實施形態之供試驗材與其比較例之能量吸收量對落錘試驗中之衝程之比較結果的圖。
第12圖是用以說明彈性回復應變之彈回產生機構的圖。
第13圖是顯示彈性回復前之板厚方向的應力分布與彎矩之關係的圖。
第14圖是用以說明形狀固定不良對策之殘留應力降低機構的圖。
100‧‧‧金屬板(被加工材)
100A‧‧‧壓製成形品(車體零件)
100a‧‧‧凸緣部
100B‧‧‧中間成形體
100b‧‧‧縱壁部
100c‧‧‧頂部
100d‧‧‧稜線部

Claims (13)

  1. 一種壓製成形方法，係一面藉由壓模與衝頭之相對移動將前述衝頭壓入前述壓模之內側，一面在前述壓模與前述衝頭之間壓製成形被加工材；該方法之特徵在於：成形已使前述被加工材之預定部位上具有稜線部之中間成形體，且壓製成形該中間成形體並成形為最終加工形狀，藉此實質地增厚前述被加工材之預定部位的板厚並導入加工硬化。
  2. 如申請專利範圍第1項之壓製成形方法，其係對前述被加工材之中間成形體，重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀，藉此將加工硬化導入前述被加工材之經施加彎曲加工的前述預定部位。
  3. 如申請專利範圍第2項之壓製成形方法，其中前述稜線部係設定在前述被加工材之中間成形體的角部上。
  4. 如申請專利範圍第2項之壓製成形方法，其係將前述被加工材成形為具有比最終加工形狀之截面線長大2%以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
  5. 如申請專利範圍第2項之壓製成形方法，其係將前述被加工材成形為具有比最終加工形狀之截面線長大1mm以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
  6. 如申請專利範圍第2項之壓製成形方法，其係將前述被加工材成形為具有小最終加工形狀之稜線部位截面之半徑1mm以上之稜線部位截面之中間加工形狀的中間成形體，並對該中間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項之壓製成形方法，包含下述步驟：於前述被加工材之預定部位上施加稜線部之步驟；及藉由使經施加前述稜線部之部位平坦化來增厚，且將加工硬化導入該部位之步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之壓製成形方法，其中前述稜線部係設定在前述被加工材之中間成形體之頂部上。
  9. 如申請專利範圍第7項之壓製成形方法，其係製作已在前述被加工材上施加稜線部之中間成形體，且壓製成形該中間成形體，藉此在前述壓模與前述衝頭之間使經施加前述稜線部之部位平坦化。
  10. 如申請專利範圍第7項之壓製成形方法，其係在壓製成形前述被加工材後或於與壓製成形同時，製作已在前述被加工材上施加稜線部之中間成形體，且壓製成形該中間成形體，藉此在前述壓模與前述衝頭之間使經施加前述稜線部之部位平坦化。
  11. 如申請專利範圍第7項之壓製成形方法，其係將前述被加工材成形為具有比最終加工形狀之截面線長大2%以上之截面線長之中間加工形狀的中間成形體，並對該中 間成形體進行重覆壓製成形至少1次以上，且將前述被加工材成形為最終加工形狀。
  12. 一種車體零件，係一面屈曲變形一面吸收由外部施加之衝擊能量者；該車體零件之特徵在於：其包含使用如申請專利範圍第1至10項中任一項之壓製成形方法而成形之被加工材。
  13. 如申請專利範圍第12項之車體零件，其中前述被加工材具有帽型截面形狀，且藉由加工硬化被導入該被加工材之經施加彎曲加工之稜線部，該稜線部具有比其他部位高之變形強度。
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