RU2627833C2

RU2627833C2 - Способ производства штампованных элементов и штамповочное устройство

Info

Publication number: RU2627833C2
Application number: RU2015134140A
Authority: RU
Inventors: Рюити НИСИМУРА; Йосиаки НАКАЗАВА; Кенитиро ОЦУКА
Original assignee: Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-08-11
Also published as: KR101716601B1; US20150367392A1; MX365239B; US10022764B2; CA2901744C; CN105188980B; WO2014148618A1; RU2015134140A; TWI574755B; EP2977120B1; EP2977120A1; JP5958644B2; MX2015010365A; ES2684356T3; EP2977120B8; EP2977120A4; CA2901744A1; BR112015019694A2; TW201501830A; KR20150113052A

Abstract

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению штампованного элемента, имеющего шляпообразное поперечное сечение и содержащего донную канавку, кромочную линию, продолжающуюся к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стенку, продолжающуюся к кромочной линии, и отбортованный наружу край. Осуществляют штамповку заготовки из листа стали с высокой прочностью на растяжение с помощью штамповочного устройства, содержащего штамп и матрицу. При этом на первом этапе осуществляют начало формования части, формируемой до получения кромочной линии, и формирование отбортованного наружу края посредством создания состояния, при котором область, находящаяся, по меньшей мере, в концевой части в продольном направлении части, формируемой как донная канавка заготовки, отделена от верхней части штампа, формующей донную канавку, а на втором этапе осуществляют приближение к верхней части штампа указанной области, формование частей до получения кромочных линий и завершение формирования донной канавки, кромочной линии, вертикальной стенки и отбортованного наружу края. Расширяются технологические возможности и повышается качество штампованного элемента. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу производства штампованного элемента и штамповочному устройству для производства штампованного элемента из заготовки из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, кромочную линию, проходящую к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стеночную часть, проходящую к кромочной линии, и в котором в концевой части в продольном направлении сформирован направленный наружу фланец, включающий в себя часть, расположенную вдоль кромочной линии.

Уровень техники

Пол автомобильного кузова (далее называемый просто "полом") не только в основном содействует жесткости при кручении и жесткости при изгибе кузова, когда транспортное средство движется, но также и содействует передаче динамической нагрузки, когда происходит столкновение, и, кроме того, он оказывает большое влияние на вес автомобильного кузова таким образом, что возникают противоречивые характеристики между высокой жесткостью и малым весом. Пол включает в себя плоские панели (например, приборную панель, переднюю панель пола, заднюю панель пола и так далее), которые сварены для соединения друг с другом, длинные поперечные элементы (например, поперечный элемент пола, поперечный элемент сиденья и так далее), имеющие приблизительно шляпообразные поперечные сечения, которые прикреплены в направлении ширины транспортного средства относительно этих плоских панелей посредством сварки для усиления жесткости и прочности пола, и длинные элементы (боковая продольная балка, лонжерон и так далее), имеющие приблизительно шляпообразные поперечные сечения, которые прикреплены так, что они расположены в переднем и заднем направлении кузова транспортного средства для усиления жесткости и прочности пола. Согласно указанному выше, поперечные элементы обычно соединены с другими элементами, например, такими как туннельная часть передней панели пола и боковая продольная балка, с использованием направленных наружу фланцев, сформированных на обеих концевых частях в их продольном направлении, как припуски на швы.

На фиг. 8А-8С показаны примерные виды, иллюстрирующие поперечный элемент 1 пола, являющийся типичным примером поперечных элементов пола, при этом фиг. 8А вид в перспективе поперечного элемента 1 пола, фиг. 8В вид по стрелке VIII на фиг. 8А, и фиг. 8С является пояснительным видом, иллюстрирующим часть, окруженную круговым пунктиром на фиг. 8В, в увеличенном масштабе.

Например, передняя панель 2 пола в целом включает в себя туннельную часть (иллюстрация опущена), соединенную с верхней поверхностью (поверхностью на внутренней стороне) передней панели 2 пола и расположенную приблизительно в центре в направлении по ширине передней панели 2 пола, и боковые продольные балки 3, приваренные точечной сваркой на обеих боковых частях в направлении по ширине передней панели 2 пола. Поперечный элемент 1 пола присоединен к туннельной части и боковым продольным балкам 3 точечной сваркой и т.п.с использованием направленных наружу фланцев 4, сформированных на обеих концевых частях в их продольном направлении, как припуски на швы, таким образом, улучшая жесткость пола и характеристики передачи нагрузки, когда прилагается динамическая нагрузка.

На фиг. 9А и фиг. 9В показаны пояснительные виды, иллюстрирующие схему обычного способа штамповки поперечных элементов 1 пола, где область концевой части в продольном направлении элемента 1, в частности, показана в увеличенном виде. На фиг. 9А показан случай, где штамповка выполняется посредством вытягивания, и на фиг. 9В показан случай, где штамповка выполняется посредством гибочного формования с использованием расширенной заготовки 6.

Поперечный элемент 1 пола до сих пор формировался таким образом, что формировалась избыточная часть 5а материала в формовочном материале 5 при штамповке вытягиванием, как показано на фиг. 9А, при этом избыточную часть 5а материала отрезали вдоль линии 5b резания и затем поднимали фланец 5с, или при штамповке посредством гибочного формования использовалась расширенная заготовка 6, имеющая расширенную форму заготовки, показанную на фиг. 9В. Следует отметить, что с точки зрения улучшения коэффициента экономичности заготовок штамповка посредством гибочного формования более предпочтительна, чем штамповка посредством вытягивания, сопровождаемого отрезанием избыточной части 5а материала.

Поперечный элемент 1 пола является важным конструктивным элементом, который содействует усилению жесткости автомобильного кузова и передаче динамической нагрузки во время бокового столкновения (бокового удара). Соответственно, в последние годы использовался лист более тонкой и более высокопрочной стали, например, лист стали высокой прочности на растяжение с прочностью при растяжении 390 МПа или больше (лист стали с высокой прочностью на растяжение или высокопрочной стали) в качестве материала поперечных элементов 1 пола с точки зрения уменьшения веса и повышения безопасности при столкновении. Однако формуемость листа стали высокой прочности на растяжение невысока и, таким образом, существует проблема, состоящая в том, что гибкость конструкции поперечных элементов 1 пола невысока.

Это будет конкретно описано со ссылками на фиг. 8А-8С.

Желательно, чтобы отбортованный наружу край 4 в концевой части в продольном направлении поперечного элемента 1 пола был непрерывно сформирован посредством включения части 4а вдоль кромочной линии 1а и имел отбортованный край определенной степени ширины, как обозначено пунктиром на фиг. 8С, для усиления прочности соединения между поперечным элементом 1 пола и туннельной частью передней панели 2 пола, боковые продольные балки 3 и усиливал жесткость пола и характеристики передачи нагрузки, когда прилагается ударная нагрузка.

Однако при попытке формования непрерывного отбортованного наружу края 4, включающего в себя часть 4а вдоль кромочной линии 1а, посредством холодной штамповки и при попытке получения определенной степени ширины отбортованного края обычно образуются разрывы в периферийной кромочной части 4а вдоль кромочной линии 1а и складки на концевой части 1b в продольном направлении кромочной линии 1а поперечного элемента 1 пола и в положении от центральной части до положения вблизи основания части 4а вдоль кромочной линии 1а, что затрудняет получение необходимого контура. Эти дефекты формования легко возникают, когда прочность стального материала, используемого для изготовления поперечного элемента 1 пола, более высока, и в форме с более высокой степенью растяжения фланца при формовании части 4а вдоль кромочной линии 1а (а именно, например, когда угол 9 поперечного сечения стенки на фиг. 8В или угол возвышения концевой части (см. фиг. 1В) более крутой).

Поперечный элемент 1 пола имеет тенденцию выполнения из высокопрочного материала для снижения веса автомобильного кузова, таким образом, что холодная штамповка непрерывного отбортованного наружу края 4, включающего в себя часть 4а вдоль кромочной линии 1а, затруднена при применении обычного способа штамповки. Соответственно, даже если общепринято снижение жесткости вблизи соединительной части между поперечным элементом 1 пола и другим элементом, и характеристики передачи нагрузки приемлемы, из-за ограничений технологии штамповки, как указано выше, существует ситуация, в которой возникновения дефектов формовки необходимо исключать посредством снабжения частей 4а вдоль кромочных линий 1а отбортованного наружу края 4 поперечного элемента 1 пола, выполненного из листа стали высокой прочности на растяжение, вырезами 4b, каждый из которых до некоторой степени глубок и достигает концевой части 1b в продольном направлении кромочной линии 1а, как показано на фиг. 8А и фиг. 8В.

Патентная литература 1-4 описывает изобретения, согласно которым достигается усовершенствование фиксации формы после того, как формование осуществляется благодаря разработке колодки формовочного инструмента для изготовления штампованного элемента, имеющего шляпообразное поперечное сечение. Кроме того, Патентная литература 5 описывает изобретение, согласно которому разработан подвижный штамп формовочного инструмента для выполнения штамповки компонента панели.

Список ссылок

Патентная литература

Патентная литература 1: Публикация патента Японии №4438468.

Патентная литература 2: Публикация патента Японии №2009-255116.

Патентная литература 3: Публикация патента Японии №2012-051005.

Патентная литература 4: Публикация патента Японии №2010-82660.

Патентная литература 5: Публикация патента Японии №2007-326112.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Однако любой из Патентных документов 1-5 не предусматривает изготовления штампованного элемента, сформированного из заготовки из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, кромочной линии, проходящие к концевым частям в направлении по ширине донной канавки, и вертикальные стеночные части, проходящие к кромочным линиям, и в котором сформирован отбортованный наружу край, включающий в себя части вдоль кромочных линий в концевой части в продольном направлении.

В соответствии с результатами исследований, проведенных настоящими изобретателями, было трудно, даже на основе известных изобретений, производить штампованный элемент, выполненный из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, желательно, составляющей 590 МПа или больше, и, более желательно, 980 МПа или больше, с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, кромочной линии и вертикальные стеночные части, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя части вдоль кромочных линий, сформирован в концевой части в продольном направлении, посредством штамповки без выполнения вырезов, которые достаточно глубоки для достижения кромочных линий до частей вдоль кромочных линий отбортованного наружу края и без снижения коэффициента экономичности заготовок.

Настоящее изобретение было сделано ввиду указанных выше моментов, и его объектом является получение возможности изготовления штампованного элемента, такого как поперечный элемент пола, например, выполненного из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, желательно, 590 МПа или больше и, более желательно, 980 МПа или больше с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, кромочной линии и вертикальные стеночные части, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя части вдоль кромочных линий, сформирован в концевой части в продольном направлении посредством штамповки без выполнения вырезов, которые достаточно глубоки для достижения кромочной линии к частям вдоль кромочных линий отбортованного наружу края и без снижения коэффициента экономичности заготовок.

Решение проблемы

Настоящее изобретение приведено ниже.

(1) Способ производства штампованного элемента, содержащий

этап штамповки для получения из заготовки из листа стали с высокой прочностью на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, отштампованного изделия с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, часть, составляющую кромочную линию, проходящую к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стеночную часть, проходящую к кромочной линии, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя часть вдоль кромочной линии, сформирован в концевой части в продольном направлении посредством использования штамповочного устройства, включающего в себя штамп и матрицу, при этом этап штамповки включает в себя:

первый этап начала формования части, формируемой до получения кромочной линии, и формирования отбортованного наружу края посредством создания состояния, когда область, находящаяся, по меньшей мере, в концевой части в продольном направлении части, формируемой как донная канавка заготовки, отделена от верхней части штампа в штампе, который формирует донную канавку;

второй этап создания во время начала формования части для получения кромочной линии или после этого области, приближающейся к верхней части штампа; и

завершение, когда штамповка закончена, формирования донной канавки, формирования кромочной линии, формирования вертикальной стеночной части и формирования отбортованного наружу края.

(2) Способ производства штампованного элемента в соответствии с п. (1) отличается тем, что на первом этапе область задана как находящаяся в состоянии отделения от верхней части штампа посредством создания состояния, когда первая колодка, способная свободно выдвигаться из верхней части штампа или задвигаться в нее, выступает из верхней части штампа, и на втором этапе первая колодка опускается, позволяя области приближаться к верхней части штампа.

(3) Способ производства штампованного элемента в соответствии с п. (2) отличается тем, что первая колодка и вторая колодка, находящаяся на стороне, противоположной стороне первой колодки, с заготовкой, расположенной между ними, используются для прослаивания и связывания заготовки.

(4) Способ производства штампованного элемента в соответствии с любым из п.п. (1)-(3) отличается тем, что он также включает в себя этап последующей штамповки отштампованного изделия, при этом на этапе последующей штамповки отбортованный наружу край отштампованного изделия дополнительно поднимается.

(5) Способ производства штампованного элемента, содержащий

этап штамповки для получения из заготовки из листа стали с высокой прочностью на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, отштампованного изделия с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, часть, составляющую кромочную линию, проходящую к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стеночную часть, проходящую к кромочной линии, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя часть вдоль кромочной линии, сформирован в концевой части в продольном направлении с использованием штамповочного устройства, включающего в себя штамп и матрицу, при этом

этап штамповки включает в себя:

создание состояния, когда радиус r_p кривизны каждой формуемой части до получения кромочной линии заготовки становится больше радиуса r_f кривизны каждой кромочной линии в момент времени завершения штамповки в середине штамповки;

создание радиуса r_p кривизны, приближающегося к радиусу r_fкривизны в процессе штамповки после этого; и

завершение, когда штамповка закончена, формования донной канавки, формования кромочной линии, формования вертикальной стеночной части и формования отбортованного наружу края.

(6) Способ производства штампованного элемента в соответствии с п. (5) отличается тем, что в состоянии, когда радиус r_p кривизны становится больше радиуса r_f кривизны, область, в которой сформирована кривизна, находится в состоянии большей ширины, чем область каждой кромочной линии в момент времени завершения штамповки, и в состоянии расширения посредством расширения к стороне донной канавки.

(7) Штамповочное устройство, которое производит штампованный элемент из заготовки листа из стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, часть, составляющую кромочную линию, проходящую к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стеночную часть, проходящую к кромочной линии, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя часть вдоль кромочной линии, сформирован в концевой части в продольном направлении, причем штамповочное устройство содержит:

штамп;

матрицу; и

первую колодку, способную свободно выдвигаться из верхней части штампа или задвигаться в нее в штампе, который формирует донную канавку, и упирающуюся в одну поверхность заготовки, при этом:

формирование части, формуемой до получения кромочной линии, и формирование отбортованного наружу края начинаются посредством создания состояния, когда область, расположенная, по меньшей мере, в концевой части в продольном направлении части, формируемой до получения донной канавки заготовки, отделена от верхней части штампа в штампе, который формирует донную канавку, посредством установки первой колодки в состояние выступания из верхней части штампа;

первая колодка опускается во время начала формования части, формуемой до получения кромочной линии, или после этого позволяет области приближаться к верхней части штампа; и

когда штамповка завершена, формирование донной канавки, формирование кромочной линии, формирование вертикальной стеночной части и формирование отбортованного наружу края закончены.

Предпочтительные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением становится возможным изготовление штампованного элемента, выполненного из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, желательно, 590 МПа или больше и, более желательно, 980 МПа или больше, с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, часть, составляющую кромочную линию, и вертикальную стеночную часть, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя часть вдоль кромочной линии, сформирован в концевой части в продольном направлении посредством штамповки без выполнения вырезов, которые достаточно глубоки для достижения части, составляющей кромочную линию, до части вдоль кромочной линии отбортованного наружу края и без снижения коэффициента экономичности заготовок.

В соответствии со штампованным элементом, так как элемент может быть присоединен к другому элементу без отрезания концевой части в продольном направлении кромочных линий, можно увеличивать жесткость вблизи соединительной части между отштампованным элементом и другим элементом и характеристики передачи нагрузки. Соответственно, если штампованный элемент используется, например, в качестве поперечного элемента пола, жесткость при изгибе и жесткость при кручении корпуса кузова могут быть увеличены, и можно усилить устойчивость при движении и комфорт вождения, а также уменьшить шумность автомобиля.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А - вид в перспективе штампованного элемента;

фиг. 1В - вид по стрелке I на фиг. 1А;

фиг. 1С - вид сечения в среднем положении в продольном направлении штампованного элемента;

фиг. 2 - вид, иллюстрирующий пример штамповочного инструмента штамповочного устройства, используемого на этапе штамповки;

фиг. 3А - пояснительный вид, схематически иллюстрирующий состояние этапа штамповки, и вид, иллюстрирующий состояние перед началом штамповки;

фиг. 3В - пояснительный вид, схематически иллюстрирующий состояние этапа штамповки, и вид, иллюстрирующий состояние в середине штамповки;

фиг. 3С - пояснительный вид, схематически иллюстрирующий состояние этапа штамповки, и вид, иллюстрирующий состояние в середине штамповки;

фиг. 3D - пояснительный вид, схематически иллюстрирующий состояние этапа штамповки, и вид, иллюстрирующий состояние, когда штамповка закончена;

фиг. 4А - вид, иллюстрирующий состояние перед началом штамповки посредством этапа штамповки;

фиг. 4В - вид, иллюстрирующий состояние в середине штамповки посредством этапа штамповки;

фиг. 4С - вид, иллюстрирующий состояние, когда штамповка посредством этапа штамповки закончена;

фиг. 5А - вид в перспективе, иллюстрирующий часть отштампованного изделия, полученного посредством этапа штамповки;

фиг. 5В - вид в перспективе, иллюстрирующий часть отштампованного изделия, полученного посредством этапа последующей штамповки;

фиг. 6А - характеристическая диаграмма, иллюстрирующая результат численного анализа деформации листа по толщине в концевой части вдоль кромочной линии отбортованного наружу края относительно хода Ip внутренней колодки;

фиг. 6В - характеристическая диаграмма, иллюстрирующая результат численного анализа деформации листа по толщине вблизи корневой части области вдоль кромочной линии отбортованного наружу края (восходящая часть кромочной линии) относительно хода Ip внутренней колодки;

фиг. 7 - характеристическая диаграмма, иллюстрирующая результаты измерения деформации листа по толщине во внешней периферийной части отбортованного наружу края относительно хода Ip внутренней колодки;

фиг. 8А - вид в перспективе обычного поперечного элемента пола;

фиг. 8В - вид по стрелке VIII на фиг. 8А;

фиг. 8С - увеличенный пояснительный вид, иллюстрирующий часть, окруженную круговым пунктиром на фиг. 8В;

фиг. 9А - пояснительный вид, иллюстрирующий схему обычного способа штамповки поперечного элемента пола, и вид, иллюстрирующий случай, где штамповка выполнена посредством вытягивания; и

фиг. 9В - пояснительный вид, иллюстрирующий схему обычного способа штамповки поперечного элемента пола, и вид, иллюстрирующий случай, где штамповка выполнена посредством гибочного формования с использованием расширенной заготовки.

Описание вариантов осуществления изобретения

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.

Способ производства штампованного элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя этап штамповки для получения отштампованного изделия из расширенной заготовки (которая далее будет упоминаться просто как "заготовка") стального листа, имеющего форму на основе формы изделия. Кроме того, если заданная форма не может быть достигнута только в ходе этапа прессования, способ далее включает в себя этап последующей штамповки сформированного штамповкой продукта для фиксации штампованного элемента для получения штампованного изделия. Следует отметить, что хотя установлено, что используется расширенная заготовка, настоящее изобретение этим не ограничено, и также можно применять настоящее изобретение в случае, когда выполняется отделка, при которой, например, часть отбортованного наружу края отрезают после этапа штамповки.

Соответственно, сначала будет описана форма штампованного элемента, как изделия, и впоследствии этап штамповки и этап последующей штамповки будут описаны в этом порядке.

(1) Штампованный элемент

На фиг. 1А-1С показаны пояснительные виды, иллюстрирующие один пример штампованного элемента 100, на который нацелено настоящее изобретение, при этом фиг. 1А - это вид в перспективе штампованного элемента 100, фиг. 1В - это вид по стрелке I на фиг. 1А, и фиг. 1С - это вид сечения в среднем положении в продольном направлении штампованного элемента 100 (иллюстрация отбортованного наружу края 106 опущена).

Штампованный элемент 100 получен посредством штамповки заготовки из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, и имеет большую длину и приблизительно шляпообразное поперечное сечение. В частности, штампованный элемент 100 имеет длинную донную канавку 101, две кромочных линий 102, 102, проходящие к обеим концевым частям в направлении по ширине донной канавки 101, две вертикальные стеночные части 103, 103, соответственно, проходящие к двум кромочным линиям 102, 102, две изогнутые части 104, 104, соответственно, проходящие к двум вертикальным стеночным частям 103, 103, и два фланца 105, 105, соответственно, проходящих к двум изогнутым частям 104, 104.

В концевой части в продольном направлении штампованного элемента 100 сформирован отбортованный наружу край 106, включающий в себя части 106а вдоль кромочных линий 102. В этом примере в обеих концевых частях в продольном направлении штампованного элемента 100 сформированы отбортованные наружу края 106, проходящие от донной канавки 101 вдоль нижних частей двух вертикальных стеночных частей 103, 103, и отбортованные наружу края 106 также проходят к фланцам 105.

Как показано на фиг. 1В, угол возвышения концевой части штампованного элемента 100 составляет угол α. Часть вдоль донной канавки 101 отбортованного наружу края 106 возвышается под углом в соответствии с поверхностью для соединения, и когда часть соединяют с плоской поверхностью соединяемой поверхности, угол аналогичен углу возвышения концевой части штампованного элемента 100, например, углу возвышения части, составляющему угол α. Кроме того, часть вдоль вертикальной стеночной части 103 отбортованного наружу края 106 возвышается под углом, соответствующим присоединяемой поверхности, и когда часть соединена под прямым углом с плоской поверхностью присоединяемой поверхности, например, часть возвышается, приблизительно перпендикулярно вертикальной стеночной части 103.

Такой штампованный элемент 100 особенно пригоден для конструкционных элементов автомобиля (например, поперечных элементов, таких как поперечный элемент пола, и таких элементов, как боковая продольная балка и лонжерон). Кроме того, в такой конфигурации предпочтительно использовать в качестве стального материала лист стали высокой прочности на растяжение, например, такой как лист из двухфазной стали класса 980 МПа, и при применении настоящего изобретения можно производить штампованный элемент 100, даже если используется лист стали высокой прочности на растяжение, затрудняющий формование.

В настоящем варианте осуществления изобретения в качестве типичного примера дано описание штампованного элемента, имеющего большую длину и имеющего указанное выше приблизительно шляпообразное поперечное сечение. Однако штампованный элемент, на который нацелено настоящее изобретение, не ограничен этим, и настоящее изобретение также может аналогично относиться, например, к элементу, имеющему приблизительно U-образное поперечное сечение, элементу, имеющему форму, которая является частью приблизительно шляпообразного сечения (например, имеет форму половины стороны приблизительно шляпообразного поперечного сечения), и элементу, у которого длина в продольном направлении донной канавки относительно короткая, таким образом, что она приблизительно равна ширине.

(2) Этап штамповки

На фиг. 2 показан пример штамповочного инструмента штамповочного устройства 200, используемого на этапе штамповки.

Штамповочное устройство 200 включает в себя штамп 201 и матрицу 202. На обоих концах штампа 201 и матрицы 202 находятся стеночные поверхности, и на стеночных поверхностях находятся поверхности 201а, 202а для формования отбортованных наружу краев для формования отбортованных наружу краев 106.

Кроме того, штамповочное устройство 200 включает в себя первую колодку (внутреннюю колодку) 203, которая может свободно выдвигаться из верхней части 201b штампа или задвигаться в нее, и которая упирается в одну поверхность заготовки 300 (не показанной на фиг. 2). Штамп 201 снабжен канавкой 201с для размещения колодки, имеющей размеры, приспособленные для того, чтобы она полностью вмещала первую колодку 203. В основании канавки 201с для размещения колодки расположено прессующее устройство, например, такое как газовый цилиндр или спиральная пружина, или основание канавки 201с для размещения колодки соединено с опорной структурой, которой снабжена прессовая машина, прилагающая силу к первой колодке 203 в направлении заготовки 300.

Кроме того, штамповочное устройство 200 включает в себя вторую колодку 204, которая упирается в другую поверхность заготовки 300 (не показанной на фиг. 2) и которая может перемещаться в направлении движения матрицы 202, и прессующее устройство (не показано). Обе концевые части в продольном направлении второй колодки 204 повышаются для формования поверхностей для формования отбортованных наружу краев совместно с поверхностями 202а для формования отбортованных наружу краев матрицы 202.

На фиг. 3A-3D показаны пояснительные виды, схематически иллюстрирующие состояния этапа штамповки.

На фиг. 3А показано состояние перед началом штамповки. Кроме того, на фиг. 4А показано состояние перед началом штамповки, подобное состоянию, показанному на фиг. 3А, и показаны формы соответствующих частей и т.п.более конкретно.

Первая колодка 203 находится в центре в направлении по ширине верхней части 201b штампа и в положении, обращенном к области 300а, являясь одной зоной формируемой части в донной канавке 101 заготовки 300.

Первая колодка 203 прилагает силу в направлении заготовки 300 посредством прессующего устройства и поддерживает область 300а заготовки 300 в положении, в котором она выступает от верхней части 201b штампа. Описанным выше образом первая колодка 203 отделяет одну часть части, которая будет отформована, к донной канавке 101 заготовки 300 от поверхности штампа верхней части 201b штампа посредством внутреннего хода Ip колодки (в частности, на длину первой колодки 203, выступающей от верхней части 201b штампа).

Между тем, вторая колодка 204 прилагает силу в направлении заготовки 300 прессующим устройством и помещает и связывает формуемую часть донной канавки 101 заготовки 300 между собой и первой колодкой 203.

Заготовка 300 в этот момент приблизительно плоская при наблюдении поперечного сечения в направлении по ширине, как показано на фиг. 3А, но она деформируется таким образом, что одна часть концевой части в продольном направлении возвышается, как показано на фиг. 4А. Это обеспечивается тем, что на штампе 201 находится поверхность 201а формования отбортованного наружу края для формования отбортованного наружу края 106 до положения выше положения верхней части 201b штампа. Следует отметить, что весьма вероятно, что никакая деформация не происходит в зависимости от хода Ip внутренней колодки.

Область 300а заготовки 300, удерживаемая первой колодкой 203, соответствует области в центральной части в направлении по ширине части, формируемой до получения донной канавки 101, и вдоль всей длины в продольном направлении в примерах, показанных на фиг. 3А и фиг. 4А. В частности, желательно, чтобы концевые части в направлении по ширине первой колодки 203 были установлены внутри конца R кромочных линий верхней части 201b штампа 201, так как деформация растяжения конца растягивающегося фланца, являющаяся главной причиной разрыва, рассеивается, и усадочная деформация вблизи корневой части фланца, являющаяся главной причиной образования складок, снижается. Кроме того, также возможно то, что первая колодка 203 не существует в области вдоль всей длины в продольном направлении, и первая колодка 203 только требуется для отделения области, находящейся, по меньшей мере, в концевой части в продольном направлении части, формируемой до получения донной канавки 101, от верхней части 201b штампа.

Фиг. 3В и фиг. 3С иллюстрируют состояния в середине штамповки. Далее фиг. 4В иллюстрирует состояние в середине штамповки подобно показанному на фиг. 3В и фиг. 3С, и показывает формы соответствующих частей и т.п.более конкретно. Следует отметить, что на фиг. 4В матрица 202 исключена из соображений облегчения видимости.

Следует отметить, что как описано выше, существует случай, когда заготовка 300 уже деформирована, как показано на фиг. 4А, таким образом, что указанное здесь начало штамповки означает начало формования частей, которые будут сформированы до получения кромочных линий 102 заготовки 300, как показано на фиг. 3В. Когда начинается штамповка, по существу начинается формирование формуемой части отбортованного наружу края 106, в частности, частей, которые будут сформированы как части 106а отбортованного наружу края 106 в соответствии с формованием из частей, которые будут сформированы до получения кромочных линий 102.

Как показано на фиг. 3С, когда высота поверхности или линии, которая формирует нижнюю часть 101 паза в матрице 202, становится почти такой же, как и высота поверхности, которая упирается в донную часть 101 канавки второй колодки 204, первая колодка 203 начинает опускаться, приводя к тому, что ход Ip внутренней колодки начинает уменьшаться. Это легко осуществимо с точки зрения аппаратной структуры для разработки таким образом, что вторая колодка 204 опускается в сочетании с матрицей 202, и первая колодка 203 начинает опускаться под нажимом второй колодки 204. Следует отметить, что также возможно то, что ход Ip внутренней колодки постепенно начинает уменьшаться со времени начала штамповки.

На фиг. 3D показано состояние, когда штамповка закончена, а именно, состояние в нижней мертвой точке формования. Кроме того, на фиг. 4С показано состояние, когда штамповка закончена, подобное показанному на фиг. 3D, и показаны формы соответствующих частей и т.п. более конкретно. Следует отметить, что на фиг. 4С матрица 202 исключена из соображений облегчения видимости.

Когда штамповка закончена, первая колодка 203 размещается в канавке 201 с для размещения колодки, и ход Ip внутренней колодки становится нулевым. В частности, первая колодка 203 становится расположенной вровень с верхней частью 201b штампа.

Здесь, когда штамповка на этапе штамповки закончена, формирование донной канавки 101, формирование кромочных линий 102, формирование вертикальных стеночных частей 103, формирование изогнутых частей 104, формирование фланцев 105 и формирование отбортованного наружу края 106 закончены. Однако отбортованный наружу край 106 находится в состоянии прохождения в диагонально-наружном направлении в продольном направлении отштампованного изделия, как показано на фиг. 5А. В частности, угол возвышения части, сформированной от донной канавки 101 вдоль двух кромочных линий 102, 102 отбортованного наружу края 106, меньше, чем угол возвышения отбортованного наружу края 106 описанного на фиг. 1В. Например, хотя угол возвышения отбортованного наружу края 106 отштампованного элемента 100, как изделия, составляет 80 градусов, угол возвышения отбортованного наружу края 106 в отштампованном изделии, полученном посредством этапа штамповки, составляет 60 градусов. Кроме того, часть вдоль вертикальной стеночной части 103 отбортованного наружу края 106 не перпендикулярна вертикальной стеночной части 103, но плавно возвышается под заданным углом.

Если описанные выше этапы формулировать другими словами, посредством создания состояния, когда область 300а заготовки 300 отталкивается вверх первой колодкой 203, существует состояние, когда в середине штамповки радиус r_p кривизны каждой из частей, которые будут сформированы до получения кромочной лини 102 заготовки 300 становится больше, чем радиус r_f кривизны каждой кромочных линий 102 в момент времени завершения штамповки (см. фиг. 3В и фиг. 3С). В этом момент, более точно, существует состояние, когда область, в которой сформировано кривизна, более широка, чем область каждой кромочных линий 102 в момент времени завершения штамповки, и расширяется, выступая к стороне донной канавки 101.

Кроме того, в процессе штамповки после этого область 300а заготовки 300 приближается к верхней части 201b штампа, таким образом, что радиус r_p кривизны становится небольшим и приближается к радиусу r_f кривизны. Следует отметить, что хотя локально существует часть в части, формируемой до получения кромочной линии 102, чей радиус кривизны меньше, чем радиус r_f кривизны из-за того, что часть вводится в контакт с плечом первой колодки 203 и т.п., радиус r_p кривизны не является величиной, рассматриваемой как такой микропрофиль, и является величиной, рассматриваемой как вся форма части, формируемой до получения кромочной линии 102.

Кроме того, в нижней мертвой точке формования, которая соответствует времени завершения штамповки, первая колодка 203 полностью размещается в канавке 201 с для размещения колодки, что приводит к тому, что радиус r_f кривизны совпадает с радиусом r_p кривизны.

Как описано выше, при формировании кромочных линий 102 и в соответствии с тем, что производится формирование частей 106а отбортованного наружу края 106, части не формируются быстро в их конечные формы, но формируются относительно умеренно от начала до середины штамповки с использованием первой колодки 203, таким образом, для уменьшения или предотвращения возникновения разрушения при растяжении фланца на внешних периферийных кромочных частях частей 106а отбортованного наружу края 106, и генерирование образования складок в части кромочной лини 102 вблизи отбортованного наружу края 106 или части вблизи корневой части в отбортованном наружу крае 106 (см. части 102а на фиг. 1А).

Кроме того, желательно прослаивать и связывать область 300а заготовки 300 с использованием первой колодки 203 и второй колодки 204 от начала до завершения штамповки для предотвращения снижения формуемости из-за позиционного смещения заготовки 300 и для сдерживания снижения размерной точности сформированного изделия.

Отштампованное изделие, полученное посредством этапа штамповки, иногда является отштампованным элементом, который, как таковой, является изделием, и в некоторых случаях процесс переходит к этапу последующей штамповки с использованием отштампованного изделия как промежуточного отформованного продукта, как будет описано позже.

(3) Этап последующей штамповки

Как показано на фиг. 5А, в отштампованном изделии, полученном посредством описанного выше этапа штамповки, отбортованный наружу край 106 находится в состоянии прохождения в диагонально-наружном направлении в продольном направлении отштампованного изделия.

На этапе последующей штамповки отбортованный наружу край 106 отштампованного изделия, полученного посредством этапа штамповки, дополнительно поднимается, как показано на фиг. 5В (см. стрелки на фиг. 5В). В частности, часть отбортованного наружу края 106 вдоль донной канавки 101 поднята для установки угла возвышения части, составляющего а. Кроме того, часть отбортованного наружу края 106 вдоль вертикальной стеночной части 103 поднята для установки части приблизительно, например, перпендикулярно вертикальной стеночной части 103.

В качестве способа подъема отбортованного наружу края 106 может применяться, например, способ с использованием кулачковой конструкции или способ гибки, согласно которому кулачковая конструкция не используется.

В частности, также можно сказать, что этап последующей штамповки - это этап, на котором отштампованное изделие, полученное посредством этапа штамповки, определено как промежуточный отформованный продукт, и посредством подъема отбортованного наружу края 106 продукта получают штампованный элемент 100, как изделие. Хотя, конечно, существует случай, когда отштампованное изделие, полученное посредством этапа штамповки, может быть определено, как отштампованный элемент, как таковой, являющийся изделием, в случае, когда степень точности размеров и степень подъема отбортованного наружу края в отштампованном элементе умеренны и т.п., в этом случае этап последующей штамповки может быть опущен.

Фиг. 6А и фиг. 6В иллюстрируют результаты численного анализа, выполненного посредством моделирования состояния, когда лист из двухфазной стали класса 980 МПа, имеющий толщину листа 1,4 мм, отштампован в ходе описанного выше этапа штамповки.

В являющемся целью отштампованном изделии установлено, что высота (от нижней поверхности фланца 105 до верхней поверхности донной канавки 101) составляет 100 мм, кривизна кромочной лини 102 составляет 12 мм, угол θ поперечного сечения стенки 6 составляет 80 градусов, угол α возвышения составляет 80 градусов, ширина плоской части донной канавки 101 составляет 60 мм, ширина фланца отбортованного наружу края 106 (за исключением положения вблизи частей 106а) составляет 15 мм, и кривизна возвышающейся части отбортованного наружу края 106 составляет 3 мм. Кроме того, хотя штамповочный инструмент имеет форму, которая близка к форме, соответствующей отштампованному элементу, в этом случае формование было произведено посредством выполнения этапа штамповки и этапа последующей штамповки. На этапе штамповки угол возвышения отбортованного наружу края 106 формовочного инструмента частей, соответствующих донной канавке 101, кромочной лини 102 и вертикальных стеночных частей 103 был установлен как 60 градусов, и ширина внутренней колодки на этапе штамповки была установлена как 44 мм.

На фиг. 6А показан результат численного анализа деформации листа по толщине во внешней периферийной кромочной части 106а отбортованного наружу края 106 относительно хода Ip внутренней колодки. Далее на фиг. 6В показан результат численного анализа деформации листа по толщине вблизи 102а корневой части 106а отбортованного наружу края 106 (восходящей части кромочной линии 102) относительно хода Ip внутренней колодки,

указывает отношение толщины листа после формования к толщине листа перед формованием.

Следует отметить, что состояние, когда ход Ip внутренней колодки составляет 0 мм, эквивалентно состоянию, когда первая колодка 203 не существует в формовочном инструменте.

Когда ход Ip внутренней колодки составляет 0 мм, поскольку деформация листа по толщине во внешней периферийной кромочной части 106а отбортованного наружу края 106 достигает приблизительно -0,18, как показано на фиг. 6А, это рассматривается как то, что толщина пластины снижается, вызывая разрушения при растяжении фланца. Кроме того, поскольку деформация листа по толщине в корневой части 106а отбортованного наружу края 106 (восходящая часть кромочной линии 102) достигает приблизительно 0,19, как показано на фиг. 6В, требует решения проблема образования складок.

Напротив, при штамповке с применением настоящего изобретения можно понимать, что при обеспечении хода Ip внутренней колодки можно сдерживать уменьшение толщины листа во внешней периферийной кромочной части 106а отбортованного наружу края 106 и увеличивать толщину вблизи 102а корневой части 106а отбортованного наружу края 106 (восходящая часть кромочной линии 102). Соответственно, становится возможным эффективное осуществление сдерживания разрушения при растяжении фланца и сдерживания образования складок.

На фиг. 7 показаны результаты эксперимента, полученные при фактическом выполнении штамповки листа двухфазной стали класса 590 МПа (имеющего толщину листа, составляющую 1,39 мм) и листа двухфазной стали класса 980 МПа (имеющего толщину листа, составляющую 1,4 мм), посредством описанного выше этапа штамповки. Следует отметить, что целевое штампованное изделие аналогично изделию в случае, показанном на фиг. 6А и фиг. 6В.

На фиг. 7 показаны результаты измерения деформации листа по толщине во внешней периферийной кромочной части отбортованного наружу края 106 относительно хода Ip внутренней колодки.

Деформация листа по толщине, в частности, является деформацией листа по толщине в самой тонкой части внешней периферийной кромочной части отбортованного наружу края 106.

Как показано на фиг. 7, даже в случае, когда используется лист из двухфазной стали класса 980 МПа, который еще труднее формовать, посредством установки хода Ip внутренней колодки в пределах диапазона 6-18 мм, становится возможным эффективное осуществление сдерживания разрушения при растяжении фланца.

Как описано выше, можно улучшить формуемость непрерывного отбортованного наружу края 106, включающего в себя части 106а, без выполнения вырезов, которые достаточно глубоки для достижения кромочных линий 102 к частям 106а отбортованного наружу края 106 и без вызова снижения коэффициента экономичности заготовок.

Как указано выше, настоящее изобретение описано с различными вариантами его осуществления, но настоящее изобретение не ограничено только этими вариантами выполнения, и могут быть сделаны модификации и так далее в пределах объема настоящего изобретения.

Описанный выше вариант осуществления изобретения описан со ссылками на случай, например, в котором и этап штамповки, и этап последующей штамповки осуществляются штамповкой посредством гибочного формования, при котором не используется прижим для заготовки, но настоящее изобретение не ограничено этой штамповкой и также может быть применено для штамповки посредством вытягивания, при которой используется прижим для заготовки.

Кроме того, хотя описанный выше вариант осуществления изобретения описывает то, что штамп 201 расположен на нижней стороне, и матрица 202 расположена на верхней стороне, взаимное расположение верхнего и нижнего положений, например, также может быть противоположным.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, этап штамповки или этап последующей штамповки не ограничен холодной штамповкой и также может представлять собой горячее формование (так называемую горячую штамповку). Однако так как горячая штамповка может изначально осуществлять хорошую отбортовку кромок, она также эффективна для применения настоящего изобретения, в частности, для холодной штамповки.

Промышленное применение

Настоящее изобретение может быть использовано для производства не только конструктивного элемента автомобиля, но также и штампованного элемента из заготовки из листа стали высокой прочности на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, с формой поперечного сечения, имеющего, по меньшей мере, донную канавку, кромочную линию, проходящие к концевым частям в направлении по ширине донной канавки, и вертикальные стеночные части, проходящие к кромочным линиям, и в котором отбортованный наружу край, включающий в себя части вдоль кромочных линий, сформирован в концевой части в продольном направлении.

Claims

1. Способ изготовления штампованного элемента, имеющего шляпообразное поперечное сечение, или U-образное поперечное сечение, или форму части шляпообразного поперечного сечения и содержащего донную канавку, кромочную линию, продолжающуюся к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стенку, продолжающуюся к кромочной линии, и отбортованный наружу край, который сформирован в концевой части в продольном направлении и включающий в себя часть вдоль кромочной линии, включающий

штамповку заготовки из листа стали с высокой прочностью на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, с помощью штамповочного устройства, содержащего штамп и матрицу, на первом этапе которой осуществляют начало формования части, формируемой до получения кромочной линии, и формирование отбортованного наружу края посредством создания состояния, при котором область, находящаяся, по меньшей мере, в концевой части в продольном направлении части, формируемой как донная канавка заготовки, отделена от верхней части штампа, формующей донную канавку, а на втором этапе осуществляют приближение к верхней части штампа указанной области, формование частей до получения кромочных линий и

окончание штамповки, на котором завершают формирование донной канавки, кромочной линии, вертикальной стенки и отбортованного наружу края.

2. Способ по п. 1, в котором

обеспечивают первую колодку в штамповочном устройстве, которая способна свободно выдвигаться из верхней части штампа и задвигаться в нее,

устанавливают выступающую из верхней части штампа область заготовки в состояние, в котором она отделена от верхней части штампа за счет создания состояния, в котором первая колодка выступает из верхней части штампа,

осуществляют приближение упомянутой области к верхней части штампа с помощью опускания первой колодки.

3. Способ по п. 2, который осуществляют с использованием первой колодки и находящейся на стороне, противоположной стороне первой колодки, второй колодки, между которыми располагают заготовку для соединения заготовки между первой колодкой и второй колодкой.

4. Способ по любому из пп. 1-3, который включает

этап последующей штамповки отштампованного изделия, на котором отбортованный наружу край отштампованного изделия дополнительно поднимают.

5. Способ изготовления штампованного элемента, имеющего шляпообразное поперечное сечение, или U-образное поперечное сечение, или форму части шляпообразного поперечного сечения и содержащего донную канавку, кромочную линию, продолжающуюся к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стенку, продолжающуюся к кромочной линии, и отбортованный наружу край, который сформирован в концевой части в продольном направлении и включающий часть вдоль кромочной линии, включающий

штамповку заготовки из листа стали с высокой прочностью на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, с помощью штамповочного устройства, содержащего штамп и матрицу,

в процессе которой создают состояние, при котором радиус r_p кривизны каждой формуемой части до получения кромочной линии заготовки становится больше радиуса r_f кривизны каждой кромочной линии в момент времени завершения штамповки в середине штамповки,

создание радиуса г_р кривизны, приближающегося к радиусу r_f кривизны в процессе штамповки, и

завершение штамповки с формованием донной канавки, кромочной линии, вертикальной стенки и отбортованного наружу края.

6. Способ по п. 5, в котором

в состоянии, когда радиус г_р кривизны становится больше радиуса r_f кривизны, область, в которой сформирована кривизна, находится в состоянии большей ширины, чем область каждой кромочной линии в момент времени завершения штамповки, и в состоянии расширения посредством расширения к стороне донной канавки.

7. Штамповочное устройство для изготовления штампованного элемента, имеющего шляпообразное поперечное сечение, или U-образное поперечное сечение, или форму части шляпообразного поперечного сечения и содержащего донную канавку, кромочную линию, продолжающуюся к концевой части в направлении по ширине донной канавки, и вертикальную стенку, продолжающуюся к кромочной линии, и отбортованный наружу край, который сформирован в концевой части в продольном направлении и включающий часть вдоль кромочной линии, содержащее

штамп,

матрицу и

первую колодку, выполненную с возможностью свободного выдвижения из верхней части штампа или задвижения в нее для формирования из заготовки листа стали с высокой прочностью на растяжение, составляющей 390 МПа или больше, части донной канавки, формуемой до получения кромочной линии, и формирования отбортованного наружу края,

причем упомянутая первая колодка выполнена с возможностью выдвижения в начале формования части, формуемой до получения кромочной линии или после этого для приближения упомянутой области, которая расположена, по меньшей мере, в концевой части в продольном направлении части, формируемой до получения донной канавки заготовки, к верхней части штампа и при завершении штамповки с формированием донной канавки, кромочной линии, вертикальной стенки и отбортованного наружу края.