減薄拉伸加工用模具以及成型材料制造方法
【專利摘要】本發明的減薄拉伸加工用模具具備插入成型加工部的內部的沖頭、以及具有將成型加工部與沖頭一同壓入的壓入孔的沖模。壓入孔的內圓周面被設置成：與沖頭的外圓周面非平行地延伸，并且在與外圓周面之間，具有與減薄拉伸加工前的成型加工部的沿著壓入方向的非均勻的板厚分布相應的間隙，以使得成型加工部的減薄拉伸量沿著壓入方向呈恒定。
【專利說明】減薄拉伸加工用模具以及成型材料制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于對成型加工部進行減薄拉伸加工的減薄拉伸加工用模具以及成 型材料制造方法。
【背景技術】
[0002] -般地，將鍍敷鋼板等表面處理金屬板作為原材料，通過擠壓加工等沖壓成型，成 型出凸狀的成型加工部。在特別需要成型加工部的尺寸精度的情況下，在成型加工部成型 后，對該成型加工部實施減薄拉伸加工。所謂減薄拉伸加工是使沖頭與沖模之間的間隙變 得比減薄拉伸加工前的成型加工部的板厚窄，通過沖頭以及沖模將成型加工部的板面減薄 拉伸，使成型加工部的板厚跟沖頭與沖模之間的間隙一致的加工方法。
[0003] 作為使用在這樣的減薄拉伸加工中的模具，可以舉出在例如下述的專利文獻1等 中示出的構成。即，現有的模具具備沖頭與沖模。沖頭為具有與向壓入孔的壓入方向平行 地呈直線狀延伸的外圓周面的圓柱狀構件，插入成型加工部的內部。沖模具有將成型加工 部與沖頭一同壓入的壓入孔。壓入孔具有：配置在壓入孔的入口外緣并且由具有規定的曲 率半徑的曲面構成的肩部、以及從肩部的R轉角起與壓入方向平行且呈直線狀延伸的內圓 周面。成型加工部的板面在向壓入孔壓入時在肩部被減薄拉伸，并緩緩減薄至沖頭的外圓 周面與壓入孔的內圓周面之間的間隙寬度。
[0004][現有技術文獻]
[0005] 專利文獻
[0006][專利文獻1]日本特開平5-50151號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的課題
[0008] 減薄拉伸加工前的成型加工部的板厚沿著壓入方向呈非均勻。具體來說，沿著壓 入方向的成型加工部的后端側的板厚大多比成型加工部的前端側的板厚更厚。像這樣后端 側變厚的原因是，在使成型加工部成型時前端側比后端側更大程度地延伸。
[0009] 在上述這樣現有的模具中，沖頭的外圓周面與壓入孔的內圓周面平行地延伸。因 此，沖頭的外圓周面與壓入孔的內圓周面之間的間隙沿著壓入方向呈均勻，成型加工部的 板厚較厚的部分被更多地減薄拉伸了。因此，板厚較厚部分的表面處理層被削掉了，有時會 產生粉狀的渣滓。粉狀的渣滓會引起在減薄拉伸加工后的成型加工部的表面形成微小的洼 坑部(凹痕)，或者使用該成型材料的產品性能的惡化等問題。
[0010] 本發明是為了解決上述這樣的課題而做出的，其目的在于，提供可以避免一部分 表面處理層產生大負載并可以減少粉狀的渣滓的產生量的減薄拉伸加工用模具以及成型 材料制造方法。
[0011] 用于解決課題的方案
[0012] 本發明涉及的減薄拉伸加工用模具，用于對將表面處理金屬板作為原材料形成 的凸狀的成型加工部進行減薄拉伸加工，其具備：沖頭，插入于成型加工部的內部；以及沖 模，具有將成型加工部與沖頭一同壓入的壓入孔，壓入孔包括：肩部，配置在壓入孔的入口 外緣并且由具有規定的曲率半徑的曲面構成；以及內圓周面，從肩部的R轉角起沿著成型 加工部的壓入方向延伸，因沖頭以及沖模相對位移而使成型加工部的外表面滑動，內圓周 面被設置成：與沖頭的外圓周面非平行地延伸，并且在與外圓周面之間具有與減薄拉伸加 工前的成型加工部的沿著壓入方向的非均勻板厚分布相應的間隙，以使得成型加工部的減 薄拉伸量沿著壓入方向呈恒定。
[0013] 本發明涉及的成型材料制造方法包括：通過對表面處理金屬板進行至少1次成型 加工從而使凸狀的成型加工部成型的工序、以及在使成型加工部成型之后通過減薄拉伸加 工用模具對成型加工部進行減薄拉伸加工的工序，其中，減薄拉伸加工用模具具備：沖頭， 插入于成型加工部的內部；以及沖模，具有將成型加工部與沖頭一同壓入的壓入孔，壓入孔 包括：肩部，配置于壓入孔的入口外緣并且由具有規定的曲率半徑的曲面構成；以及內圓 周面，從肩部的R轉角起沿著成型加工部的壓入方向延伸，因沖頭以及沖模的相對位移而 使成型加工部的外表面滑動，內圓周面被設置為：與沖頭的外圓周面非平行地延伸，并且在 與外圓周面之間具有與減薄拉伸加工前的成型加工部的沿著壓入方向的非均勻板厚分布 相應的間隙，以使得成型加工部的減薄拉伸量沿著壓入方向呈恒定。
[0014] 發明效果
[0015] 根據本發明的減薄拉伸加工用模具以及成型材料制造方法，由于壓入孔的內圓周 面被設置成與沖頭的外圓周面非平行地延伸，并且在與外圓周面之間具有與減薄拉伸加工 前的成型加工部的沿著壓入方向的非均勻板厚分布相應的間隙，以使得成型加工部的減薄 拉伸量沿著壓入方向呈恒定，所以可以避免在一部分表面處理層產生大負載，可以減少粉 狀渣滓的產生量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是表示根據本發明實施方式的成型材料制造方法的流程圖。
[0017] 圖2是表示包括以圖1的成型工序成型的成型加工部的成型材料的立體圖。
[0018] 圖3是表示包括進行了圖1的減薄拉伸工序后的成型加工部的成型材料的立體 圖。
[0019] 圖4是圖2的成型加工部1的剖視圖。
[0020] 圖5是在圖1的減薄拉伸工序S2中使用的減薄拉伸加工用模具的剖視圖。
[0021] 圖6是放大表示使用圖5的減薄拉伸加工用模具對成型加工部進行著減薄拉伸加 工的狀態的肩部周邊的說明圖。
[0022] 圖7是示意性地表示圖6的肩部與鍍Zn類鋼板的鍍層的關系的說明圖。
[0023] 圖8是表示各種鍍層中的圖6的鍍層的偏度Rsk的圖表。
[0024] 圖9是表示圖8的Zn-Al-Mg類合金鍍敷鋼板的減薄拉伸率Y與X(= r/仁6)的 關系圖。
[0025] 圖10是表示圖8的合金化熔融鍍鋅鋼板、熔融鍍鋅鋼板以及電鍍鋅鋼板的減薄拉 伸率Y與X(= r/ tre)的關系圖。
【具體實施方式】
[0026] 以下，關于用于實施本發明的方式，參照附圖進行說明。
[0027] 實施方式1
[0028] 圖1是表示根據本發明的實施方式的成型材料制造方法的流程圖，圖2是表示包 括用圖1的成型工序S1成型的成型加工部1的成型材料的立體圖，圖3是表示包括進行圖 1的減薄拉伸工序S2后的成型加工部1的成型材料的立體圖。
[0029] 如圖1所示那樣，本實施方式的成型材料制造方法包括成型工序S1與減薄拉伸工 序S2。成型工序S1是通過對表面處理金屬板進行至少1次成型加工從而使凸狀的成型加 工部1 (參照圖2)成型的工序。在成型加工中包括拉深加工或脹形加工等沖壓加工。表面 處理金屬板是在表面設有表面處理層的金屬板。在表面處理層中包含涂膜或鍍層。在本實 施方式中，表面處理金屬板作為在鋼板的表面實施了Zn(鋅）類鍍敷的鍍Zn類鋼板進行說 明。
[0030] 如圖2所示那樣，本實施方式的成型加工部1為鍍Zn類鋼板形成帽子體后，從該 帽子體的頂部突出形成的凸部。以下，將從成型加工部1的基部lb向頂部la的方向稱為 壓入方向lc。該壓入方向lc意為在后述的減薄拉伸加工用模具的沖模上設置的壓入孔(參 照圖5)上成型加工部1塞入的方向。
[0031] 減薄拉伸工序S2是通過后述的減薄拉伸加工用模具對成型加工部1進行減薄拉 伸加工的工序。所謂減薄拉伸加工是，使減薄拉伸加工用模具的沖頭和沖模之間的間隙比 減薄拉伸加工前的成型加工部的板厚窄，通過沖頭以及沖模對成型加工部的板面進行減薄 拉伸，在使成型加工部的板厚跟沖頭與沖模之間的間隙一致的加工方法。即，減薄拉伸加工 后的成型加工部1的壁厚比減薄拉伸加工前的成型加工部1的壁厚薄。
[0032] 如圖3所示那樣，通過進行減薄拉伸加工，使構成成型加工部1的基部lb的外表 面的曲面的曲率半徑變小。經過這樣的成型工序S1以及減薄拉伸工序S2制造的成型材 料，即通過本實施方式的成型材料制造方法制造的成型材料，可以用于各種用途，特別用于 要求例如電動機殼體等的成型加工部1的尺寸精度的用途中。
[0033] 接著，圖4是圖2的成型加工部1的剖視圖。如圖4所示那樣，減薄拉伸加工前的 成型加工部1的板厚沿著壓入方向lc呈非均勻。具體地說，沿著壓入方向lc的成型加工 部1的基部lb側的板厚比成型加工部1的頂部la側的板厚更厚。換言之，成型加工部1 的板厚從沿著壓入方向lc的后端側(基部lb側）向前端側(頂部la側）緩緩地變薄。形成 這樣的非均勻的板厚分布的原因是，在成型工序S1使成型加工部成型時，頂部la側比基部 lb側延伸大。此外，板厚的減少率沿著壓入方向lc呈恒定或者非恒定。所謂減少率是，將 規定位置的板厚h與從該規定位置向前端側推進單位距離d的位置處的板厚t2之差除以 單位距離d的值（=(1^ - 1^) /d)。
[0034] 接著，圖5是在圖1的減薄拉伸工序S2中使用的減薄拉伸加工用模具2的剖視圖， 圖6是放大表示使用圖5的減薄拉伸加工用模具2對成型加工部進行著減薄拉伸加工的 狀態的肩部211周邊的說明圖。在圖5中，減薄拉伸加工用模具2具備沖頭20和沖模21。 沖頭20是插入上述的成型加工部1的內部的凸狀體。沖頭20的外圓周面20a與向壓入孔 210的壓入方向lc平行地呈直線狀延伸。
[0035] 沖模21是具有將成型加工部1與沖頭20 -同壓入的壓入孔210的構件。壓入孔 210具有肩部211和內圓周面212。肩部211配置在壓入孔210的入口外緣，由具有規定的 曲率半徑的曲面構成。內圓周面212是從肩部211的R轉角211a起沿著壓入方向lc延伸 的壁面。所謂肩部211的R轉角211a意為構成肩部211的曲面的壓入孔210的里側的終 端。所謂內圓周面212沿著壓入方向lc延伸，意為在內圓周面212的延伸方向包含壓入方 向lc的成分。如之后詳細說明的那樣，壓入孔210的內圓周面212與沖頭20的外圓周面 20a非平行地延伸（未平行地延伸）。
[0036] 當成型加工部1與沖頭20-同被壓入壓入孔210時，如圖6所示那樣成型加工部 1的板面在肩部211被減薄拉伸。此外，成型加工部1的外表面因沖頭20以及沖模21的相 對位移而在內圓周面212上滑動。在本實施方式的減薄拉伸加工用模具2中，由于如上述 那樣內圓周面212與沖頭20的外圓周面20a非平行地延伸，所以內圓周面212也對成型加 工部1的板面減薄拉伸(減厚)。
[0037] 內圓周面212被設置成：在與沖頭20的外圓周面20a之間具有與減薄拉伸加工前 的成型加工部1的沿著壓入方向lc的非均勻的板厚分布相應的間隙212a，以使得成型加 工部1的減薄拉伸量沿著壓入方向lc呈恒定。在此所謂間隙212a是如圖5所示那樣沖頭 20在壓入孔210內壓入至減薄拉伸加工結束的位置時的內圓周面212與外圓周面20a之間 的間隙。所謂減薄拉伸量是減薄拉伸加工前的板厚tb與減薄拉伸加工后的板厚ta之差（= tb -ta)。
[0038] 換言之，內圓周面212被設置成：沿著壓入方向lc的各位置處的與外圓周面20a 的間隙212a為從同位置處的減薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚中減去恒定值(需要的 減薄拉伸量)之后的值。在沿著壓入方向lc的各位置處的間隙212a為C(d)、同位置處的 減薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚為Tb (d)、需要的減薄拉伸量為A的情況下，內圓周 面212設置成滿足C(d) =Tb (d) -A。另外，d意為離沿著壓入方向lc的成型加工部1 的基部lb的距離。
[0039] 進而，換言之，內圓周面212被設置成：按照與減薄拉伸加工前的沿著壓入方向lc 的成型加工部1的板厚的減少率相同的比例，內圓周面212與外圓周面20a的間隙212a沿 著壓入方向lc減少。如果在沿著壓入方向lc的減薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚的 減少率為恒定的情況下，則內圓周面212由以與成型加工部1的板厚的減少率相應的角度 延伸的直線狀錐形面構成。另一方面，在沿著壓入方向lc的減薄拉伸加工前的成型加工部 1的板厚的減少率呈非恒定的情況下，由錐形面構成內圓周面212,使得成型加工部1的板 厚的減少率近似于恒定值，并以與該近似值相應的角度延伸。
[0040] 通過如這樣構成內圓周面212,從而即使沿著壓入方向lc的成型加工部1的板厚 分布為非均勻，也可以使由減薄拉伸加工導致的向成型加工部1的表面的負載沿著按壓方 向lc呈均勻。由此，可以避免在一部分的鍍敷上產生大負載，可以防止一部分表面處理層 被嚴重削掉，可以減少粉狀的渣滓(鍍敷滓）的產生量。
[0041] 接著，參照圖7說明通過在肩部211的減薄拉伸而產生鍍敷滓的機理。圖7是示 意性地表示圖6的肩部211與鍍Zn類鋼板的鍍層10的關系的說明圖。如圖7所示那樣， 在鍍Zn類鋼板的鍍層10的表面存在微小的凹凸10a。該凹凸10a可能會在如圖6所示那 樣由肩部211減薄拉伸成型加工部1的板面時由肩部211削掉，而成為鍍敷滓。
[0042] 鍍敷滓的產生量與肩部211的曲率半徑r以及鍍Zn類鋼板的板厚t之比r/t 具有相關性。由于肩部211的曲率半徑r越小，局部變形越增加，鍍層10的表面與肩部211 的滑動阻力越大，所以鍍敷滓的產生量越大。此外，由于鍍Zn類鋼板的板厚t增大，通過肩 部211的減薄量越增大，施加在鍍Zn類鋼板表面的負載越增大，所以鍍敷滓的產生量越增 大。S卩，比r/t越小,鍍敷滓的產生量越大，比r/t越大，鍍敷滓的產生量越減少。
[0043] 特別是，在減薄拉伸加工結束時夾在R轉角211a和沖頭20之間的位置處的減薄 拉伸加工前的成型加工部1的板面由肩部211減薄最多。因此，從抑制鍍敷滓的產生量的觀 點來看，鍍敷滓的產生量跟肩部211的曲率半徑r與減薄拉伸加工結束時夾在R轉角211a 和沖頭20之間的位置處的減薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚之比r/ 具有強 相關性。
[0044] 此外，鍍敷滓的產生量與通過肩部211的減薄拉伸率也具有相關性。在使R轉角 211a與沖頭20之間的間隙為c,e、減薄拉伸加工結束時夾在R轉角211a和沖頭20之間的位 置處的減薄拉伸加工前的成型加工部1的板厚為的情況下，減薄拉伸率由{(tM -cM) / t,e}X100表示。間隙c,e與夾在R轉角211a與沖頭20之間的位置處的減薄拉伸加工后的 成型加工部1的板厚相當。減薄拉伸率越大，施加在鍍Zn類鋼板表面的負載越變大，鍍敷 滓的產生量越增大。
[0045] 接著，圖8是表示各種鍍層中圖6的鍍層10的偏度Rsk的圖表。鍍敷滓的產生量 與鍍層10的偏度Rsk也具有相關性。所謂偏度Rsk是由日本工業標準B0601規定的，由下 述的式子表示。
[0046][公式1]
【權利要求】
1. 一種減薄拉伸加工用模具，用于對將表面處理金屬板作為原材料形成的凸狀的成型 加工部進行減薄拉伸加工，其具備： 沖頭，插入于上述成型加工部的內部；以及 沖模，具有將上述成型加工部與上述沖頭一同壓入的壓入孔， 上述壓入孔包括：肩部，配置在上述壓入孔的入口外緣并且由具有規定的曲率半徑的 曲面構成；以及內圓周面，從上述肩部的R轉角起沿著上述成型加工部的壓入方向延伸，因 上述沖頭以及上述沖模的相對位移而使上述成型加工部的外表面滑動， 上述內圓周面被設置成：與上述沖頭的外圓周面非平行地延伸，并且在與上述外圓周 面之間具有與上述減薄拉伸加工前的上述成型加工部的沿著上述壓入方向的非均勻板厚 分布相應的間隙，以使得上述成型加工部的減薄拉伸量沿著上述壓入方向呈恒定。
2. 根據權利要求1中所述的減薄拉伸加工用模具，其中， 上述肩部的曲率半徑以及上述R轉角與上述沖頭之間的間隙確定為：在上述肩部的曲 率半徑為r、上述R轉角與上述沖頭之間的間隙為Cm、上述減薄拉伸加工結束時夾在上述R 轉角與上述沖頭之間的位置處的上述減薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚為的情 況下，以{(tM - cM) / X100表示的Y和以r / 表示的X滿足0 <Y彡14. 6X - 4. 7的關系。
3. 根據權利要求2中所述的減薄拉伸加工用模具，其中， 上述表面處理金屬板的偏度Rsk小于一 0. 6。
4. 根據權利要求1中所述的減薄拉伸加工用模具，其中， 上述肩部的曲率半徑以及上述R轉角與上述沖頭之間的間隙確定為：在上述肩部的曲 率半徑為r、上述R轉角與上述沖頭之間的間隙為Cm、上述減薄拉伸加工結束時夾在上述R 轉角與上述沖頭之間的位置處的上述減薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚為的情 況下，以{(tM - cM) / X100表示的Y和以r / 表示的X滿足0 <Y< 12. 3X -
7. 〇的關系。
5. 根據權利要求4中所述的減薄拉伸加工用模具，其中， 上述表面處理金屬板的偏度Rsk為一 0. 6以上。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的減薄拉伸加工用模具，其中， 上述表面處理金屬板是在鋼板的表面實施了 Zn類鍍敷的鍍Zn類鋼板。
7. -種成型材料制造方法，包括通過對表面處理金屬板進行至少1次成型加工從而使 凸狀的成型加工部成型的工序、以及在使上述成型加工部成型之后通過減薄拉伸加工用模 具對上述成型加工部進行減薄拉伸加工的工序，其中， 上述減薄拉伸加工用模具具備： 沖頭，插入于上述成型加工部的內部；以及 沖模，具有將上述成型加工部與上述沖頭一同壓入的壓入孔， 上述壓入孔包括：肩部，配置于上述壓入孔的入口外緣并且由具有規定的曲率半徑的 曲面構成；以及內圓周面，從上述肩部的R轉角起沿著上述成型加工部的壓入方向延伸，因 上述沖頭以及上述沖模的相對位移而使上述成型加工部的外表面滑動， 上述內圓周面被設置成：與上述沖頭的外圓周面非平行地延伸，并且在與上述外圓周 面之間具有與上述減薄拉伸加工前的上述成型加工部的沿著上述壓入方向的非均勻板厚 分布相應的間隙，以使得上述成型加工部的減薄拉伸量沿著上述壓入方向呈恒定。
8. 根據權利要求7所述的成型材料制造方法，其中， 上述肩部的曲率半徑以及上述R轉角與上述沖頭之間的間隙確定為：在上述肩部的曲 率半徑為r、上述R轉角與上述沖頭之間的間隙為Cm、上述減薄拉伸加工結束時夾在上述R 轉角與上述沖頭之間的位置處的上述減薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚為的情 況下，以{(tM - cM) / X100表示的Y和以r / 表示的X滿足0 <Y彡14. 6X - 4. 7的關系。
9. 根據權利要求8所述的成型材料制造方法，其中， 上述表面處理金屬板的偏度Rsk小于一 0. 6。
10. 根據權利要求7所述的成型材料制造方法，其中， 上述肩部的曲率半徑以及上述R轉角與上述沖頭之間的間隙確定為：上述肩部的曲率 半徑為r、上述R轉角與上述沖頭之間的間隙為cM、上述減薄拉伸加工結束時夾在上述R轉 角與上述沖頭之間的位置處的上述減薄拉伸加工前的上述成型加工部的板厚為的情況 下，以{(tre - cre) / tre}X100表示的Y和以r / tre表示的X滿足0 < Y彡12. 3X - 7. 0 的關系。
11. 根據權利要求10所述的成型材料制造方法，其中， 上述表面處理金屬板的偏度Rsk為一 0. 6以上。
12. 根據權利要求7至11中任一項所述的成型材料制造方法，其中，上述表面處理金屬 板是在鋼板的表面實施了 Zn類鍍敷的鍍Zn類鋼板。
【文檔編號】B21D22/30GK104411424SQ201380001573
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年7月10日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】中村尚文, 山本雄大, 黑部淳 申請人:日新制鋼株式會社