異徑管狀零件的制造方法及成形模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種異徑管狀零件的制造方法，該異徑管狀零件的制造方法是對金屬板的坯料進(jìn)行沖壓成形而形成由小徑部、大徑部及在所述小徑部和所述大徑部之間的直徑變化部構(gòu)成的異徑管狀零件，具有如下所述工序：利用U字成形模具將所述坯料沖壓成形而形成U字成形品，并利用O字成形模具將U字成形品沖壓成形而形成圓截面成形品的工序，作為所述U字成形模具，使用具有比所述U字成形品的縱壁部長度長的縱壁長的模具，作為所述O字成形模具，使用使模具接合線為下傾方向且所述坯料的板厚t和與所述小徑部、大徑部對應(yīng)的模具部分的直徑D之比即t/D為0.010≤t/D≤0.080的模具，利用(1)式：周向的壓縮變形＝(成為管周向的板寬度方向的坯料寬度－模具的周長)/模具的周長×100(％)來表示的周向的壓縮變形為0.5％以上。
【專利說明】異徑管狀零件的制造方法及成形模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及異徑管狀零件（pipe with different diameter along longitudinal direction)的制造方法，詳細(xì)而言，涉及使用金屬板（例如，拉伸強(qiáng)度（TS)為300MPa以上 的高強(qiáng)度鋼板）的坯料，通過沖壓成形而制造的尺寸精度優(yōu)異且生產(chǎn)性高的異徑管狀零件 (意思是在管軸方向具有管徑相異的部分的管狀零件）的基于上述沖壓成形的制造方法和 沖壓成形模具。
[0002] 在此，所謂坯料是指成形加工用的原料，是從原板切出并與上述成形加工后的管 狀零件形狀對應(yīng)的形狀的單一平板。

【背景技術(shù)】
[0003] 汽車用零件的一部分使用剛性及碰撞強(qiáng)度優(yōu)異的管狀零件（截面為圓形狀）。 另外，從與其它零件接合的觀點(diǎn)來看，也大多使用形成異徑管狀的零件。作為得到異徑管 狀零件的制造工藝，存在有使用通過UOE工藝、輥軋成形等制造的金屬管，實(shí)施縮頸加工 (reducing)、擴(kuò)口加工（flaring)、液壓成形（hydroforming)等管材的二次加工的方法（稱 為現(xiàn)有技術(shù)I)。另外，作為通過沖壓成形制造的異徑管狀零件及其制造方法的現(xiàn)有技術(shù)，公 知有為了回避成形后板厚減小、起皺等不良，而研究述料形狀，進(jìn)行在成形為U字形后成形 為0字形的成形方法（參照專利文獻(xiàn)1，稱為現(xiàn)有技術(shù)II)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1:日本專利第4713471號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 上述現(xiàn)有技術(shù)I在管材制造后進(jìn)行縮頸加工、擴(kuò)口加工、液壓成形等二次加工，因 此需要專門加工機(jī)械，導(dǎo)致生產(chǎn)性降低、成本上升。另外，縮徑加工（reducing)、擴(kuò)管加工 (flaring)大多是主要限定于管端附近的加工的情況，通用性上存在難點(diǎn)。管液壓成形可在 長度方向使截面形狀自由變化，但鼓凸變形部因板厚大幅度減小，所以難以得到均一的板 厚的零件。另外，由于成形時(shí)間長，所以生產(chǎn)性上存在難點(diǎn)。
[0009] 上述現(xiàn)有技術(shù)II在0字成形（0 - shape forming)時(shí)，為了使U字成形品（U - shape forming)的縱壁部插入上模，需要被稱為導(dǎo)向葉片的型芯，另外，需要在U字成形前 將坯料端部向內(nèi)側(cè)彎曲的工序。另外，在上述現(xiàn)有技術(shù)I中沒有關(guān)于成形品的截面尺寸精 度的記載。作為汽車零件應(yīng)用的情況下，從剛性等零件性能、易組裝的觀點(diǎn)來看，截面尺寸 精度重要。即現(xiàn)有技術(shù)II中，在制造成本及產(chǎn)品尺寸精度上存在難點(diǎn)。
[0010] 即，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在不能提供生產(chǎn)性好、制造成本低，并且產(chǎn)品尺寸精度優(yōu)異 的異徑管狀零件的課題。
[0011] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0012]
【發(fā)明者】們?yōu)榱私鉀Q上述課題，進(jìn)行銳意研究，得到以下的見解。即，在由小徑部、大 徑部及在小徑部和大徑部之間的直徑變化部構(gòu)成的管狀零件中，通過將原料的板厚和與小 徑部和大徑部對應(yīng)的成形模具的直徑之比形成為適當(dāng)?shù)姆秶?，可防止在成形后零件產(chǎn)生的 起皺、局部的板厚變化。另外，成形時(shí)，通過在周向?qū)雺嚎s變形，可使零件的圓度提高。進(jìn) 而，成形為U字形后，利用成形為圓截面的工序制造時(shí)使用的模具中，通過增加 U字成形模 具的縱壁長，可以抑制起皺，通過將圓截面成形模具的模具接合線向下傾方向形成，可無追 加工序、型芯地成形。
[0013] 本發(fā)明是基于上述見解而做出的，其主要宗旨如下。
[0014] (1) 一種異徑管狀零件的制造方法，對金屬板的坯料進(jìn)行沖壓成形而形成由小徑 部、大徑部及在所述小徑部和所述大徑部之間的直徑變化部構(gòu)成的異徑管狀零件，其特征 在于，具有如下所述工序：利用U字成形模具對所述坯料進(jìn)行沖壓成形而形成U字成形品， 并利用0字成形模具對U字成形品進(jìn)行沖壓成形而形成圓截面成形品的工序，作為所述U 字成形模具，使用具有比所述U字成形品的縱壁部長度長的縱壁長度的模具，作為所述0字 成形模具，使用使模具接合線為下傾方向且所述坯料的板厚t和與所述小徑部、大徑部對 應(yīng)的模具部分的直徑D之比即t/D為0. 010 < t/D < 0. 080的模具，下述（1)式所示的周 向的壓縮變形為0.5%以上，
[0015] 記
[0016] 周向的壓縮變形=(管周向的板寬度方向的坯料寬度一模具的周長）/模具的周 長 X100(% )... (1)。
[0017] (2)根據(jù)（1)所述的異徑管狀零件的制造方法，其特征在于，
[0018] 在所述U字成形中，對大徑部和直徑變化部之間賦予彎曲形狀。
[0019] (3)根據(jù)（1)或（2)所述的異徑管狀零件的制造方法，其特征在于，
[0020] 所述0字成形模具是在上模具的圓弧部頂點(diǎn)具有槽且將該槽的槽寬度W和所述坯 料的板厚t之比W/t設(shè)為2. 0?3. 0的模具。
[0021] (4) 一種成形模具，使用于（1)?（3)中任一項(xiàng)所述的制造方法，所述成形模具的 特征在于，所述成形模具由先使用的所述U字成形模具和后使用的所述0字成形模具構(gòu)成。
[0022] 發(fā)明效果
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，可通過需要最小限度的沖壓成形工序來制造具有高的圓度的異徑管 狀零件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的一例的立體圖；
[0025] 圖2(a)是表示與圖1例子對應(yīng)的坯料的平面圖。圖2(b)是表示作為成形時(shí)產(chǎn)生 起皺的對策，在大徑部和寬度變化部的邊界切開切口的坯料的平面圖；
[0026] 圖3是表示本發(fā)明的0字成形模具的一例的側(cè)面圖；
[0027] 圖4是表示本發(fā)明的U字成形工序的一例的剖視圖；
[0028] 圖5是表示本發(fā)明的U字成形模具的一例的概略圖；
[0029] 圖6是表示本發(fā)明的圓截面成形工序的一例的剖視圖；
[0030] 圖7是表示本發(fā)明的圓截面成形工序的一例（使用附帶槽的上模）的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 圖1是表不本發(fā)明的實(shí)施方式的一例的立體圖，圖2(a)是表不與圖1的例子對應(yīng) 的坯料的平面圖。圖1、圖2(a)中，1為異徑管狀零件，2為坯料。將板厚t的坯料2沖壓 成形，得到異徑管狀零件1。異徑管狀零件1由小徑部、大徑部及在上述小徑部和上述大徑 部之間的直徑變化部構(gòu)成。直徑變化部是線形連接大徑部和小徑部而成的形狀。坯料2為 具有與上述大徑部、小徑部、直徑變化部分別對應(yīng)的大寬度部（寬度La)、小寬度部（寬度 Lb)、及將它們連接的寬度變化部的平面形狀。另外，圖2(b)是表示作為成形時(shí)產(chǎn)生起皺 的對策而在大徑部和寬度變化部的邊界切開切口的坯料的平面圖，也可以使用本形狀的坯 料。
[0032] 圖3是表示本發(fā)明的0字成形模具之一例的側(cè)面圖，與圖1的異徑管狀零件對應(yīng)。 圖3中的Al - A2間及Bl - B2間表示模具接合面。模具的下死點(diǎn)（bottom dead point) 中，Al和BI及A2和B2對應(yīng)。
[0033] 關(guān)于異徑管狀零件1的形狀，為了抑制起皺，且確保優(yōu)異的圓度，重要的是將如下 的值管理成適當(dāng)?shù)闹担?br> [0034] i)坯料板厚（t)和與小徑部、大徑部對應(yīng)的模具部分的直徑（D) (D為小徑部的直 徑Db、大徑部的直徑Da)之比（t/D)及
[0035] ii)周向的壓縮變形。
[0036] 在此，圓度為如下所述的值：以等角度間隔在8個以上部位測定異徑管狀零件的 外徑，并通過（最大外徑一最小外徑）/模具直徑X 100 (%)計(jì)算所得的值，是表示相對于 目標(biāo)直徑的誤差的參數(shù)。另外，周向的壓縮變形是由上述（1)式計(jì)算所得的值。
[0037] 上述比（t/D)是影響圓度、成形中的屈曲的因素。
[0038] 在t/D過小，即板厚過薄或直徑過大的情況下，在后述的圓截面成形工序時(shí)不但 易產(chǎn)生屈曲，而且因不能充分賦予周向的壓縮變形，所以圓度劣化。因此，將t/D規(guī)定為 0.010以上。在t/D過大，即板厚過厚或直徑過小的情況下，在圓截面成形時(shí)坯料不能充分 沿著模具，圓度劣化。因此，t/D被規(guī)定為0. 080以下。此外，D為上述Db、Da。
[0039] 從抑制大徑部和直徑變化部間的對接部附近的成形時(shí)產(chǎn)生起皺的觀點(diǎn)來看，與大 徑部和直徑變化部對應(yīng)的模具部分形成的角度（傾斜角度）Θ優(yōu)選為30度以下。
[0040] 管周向的壓縮變形在確保成形品截面的圓度、減小對接部的打開量（distance between edges)的方面是重要的因素。通過賦予管周向的壓縮變形，在圓截面成形的最終 階段，坯料與模具密接，因此，圓度提高。另外，由于通過壓縮彎曲變形來成形圓截面，所以 脫模后的彈回變形減少，對接部的打開量減少。對接部在成形后通過焊接等接合，因此，打 開量越小，接合時(shí)的對接精度越提高，接合變得越容易。為了形成為圓度2.0%以內(nèi)，將管周 向的壓縮變形規(guī)定為0.5%以上。在管周向的壓縮變形大的情況下，因擔(dān)心材料在模具接合 面的嚙入，成形載荷上升，所以優(yōu)選管周向的壓縮變形為5%以下。在板厚薄、直徑大的情 況下，如果增大壓縮變形，則產(chǎn)生屈曲，因此，優(yōu)選在t/D為0. 020以下時(shí)，將壓縮變形設(shè)為 2. 0%以下。
[0041] 例如如圖4?圖7所示，本發(fā)明的異徑管狀零件通過具有如下兩個工序的沖壓成 形來制造，所述兩個工序?yàn)椋簩ε髁?進(jìn)行U字成形而得到U字成形品3的工序；對所得到 的U字成形品3進(jìn)行圓截面成形而得到圓截面成形品4的工序。
[0042] 圖4所示的U字成形是模板成形，重要的是將用于U字成形的U字成形模具的下 模的縱壁長設(shè)計(jì)地比U字成形品3的目標(biāo)縱壁部長。大徑部和直徑變化部之間是在U字成 形時(shí)容易產(chǎn)生起皺的區(qū)域，如果在產(chǎn)生了起皺的狀態(tài)下進(jìn)行圓截面成形，則可能會導(dǎo)致各 種成形不良、模具損傷。通過增長模具縱壁長，在U字成形時(shí)，在坯料2的U字成形品縱壁 對應(yīng)部導(dǎo)入減徑擠壓，可緩和在U字成形時(shí)產(chǎn)生的起皺。脫模后的U字成形品3的截面形 狀因彈回變形而成為打開的U字截面形狀。
[0043] 另外，如圖5表示U字成形模具的一例那樣，在U字成形中，通過在大徑部和直徑 變化部之間賦予彎曲形狀，可進(jìn)一步抑制下一個工序的0字成形期間在大徑部和直徑變化 部易產(chǎn)生的起皺。如果零件的大徑部和直徑變化部形成的角度Θ越大，越增大U字成形時(shí) 的彎曲角度Θ1，則在抑制起皺方面有效。但是，如果Θ1過大，則在U字成形時(shí)，在縱壁部 產(chǎn)生起皺，難以進(jìn)行〇字成形，因此優(yōu)選Θ 1為10度以下。
[0044] 圖6所示的圓截面成形模具的特征在于是上下模具都具有半圓形狀的形狀，模具 接合面不是水平的，而是下傾方向的。圓截面成形工序如下所述。首先，將U字成形品3置 于下模，使上模下降。這時(shí)，U字成形品3如上述那樣成為打開的U字截面形狀，因此，其縱 壁部的開端與上下的模具接合面接觸，但通過使該模具接合面形成為下傾方向，縱壁部的 開端（edge)在模具接合面上滑動地移動，因此，可不會壓壞縱壁部地進(jìn)行成形。模具接合 面也可以是直線，但如圖6、圖7那樣，通過使端部的接合面角度曲線狀地變化，縱壁部的開 端的移動更順暢。之后，左右縱壁部的開端彼此接觸，以伴隨彎曲變形的同時(shí)與模具適應(yīng)的 方式變形，成形為圓截面。脫模后的圓截面成形品4通過彈回變形，在對接部產(chǎn)生打開。在 周向的壓縮變形較小的情況下，與模具的適應(yīng)變得不充分，殘留有彎曲線，因此圓度降低。 另外，由于彈回變形也變大，因此對接部的打開量也變大。脫模后接合對接部，成為最終產(chǎn) 品。
[0045] 在上述制造方法中，如上所述，需要對接部的接合。作為接合方法，可列舉有激光 焊接、電弧焊接、點(diǎn)焊等焊接。這時(shí)，如果坯料為薄壁材料，則因燒穿等問題，有時(shí)難以接合， 但只要凸緣存在，則接合就變得容易。如圖7所示，通過使上模具圓弧部的頂點(diǎn)帶有槽，成 形中左右縱壁的開端彼此在槽中接觸，之后成形為圓截面，因此，可進(jìn)行附帶凸緣的圓截面 成形品的制造。但是，槽寬度W和坯料的板厚t之比W/t低于2.0時(shí)，槽中不能容納左右兩 前端，易產(chǎn)生圓截面的屈曲，因此，優(yōu)選W/t為2.0以上。另外，如果W/t比3.0大，則可能 凸緣不能整齊地成形，有可能在左右凸緣彼此的接合面產(chǎn)生間隙，難以接合，因此，優(yōu)選W/t 為3. 0以下。
[0046] 實(shí)施例
[0047] 以從具有表1所示的機(jī)械性特性的鋼板切制出的坯料作為原料，以圖4及圖6、圖 7的方式，通過為表2所示的各種條件的沖壓成形，制造具有圖1的形狀的全長1400mm的圓 截面成形品，脫模后，在管軸方向的多點(diǎn)進(jìn)行周向接合端部的定位焊接后，通過圓度的測定 及起皺、屈曲這種成形不良有無的目視判定來評價(jià)其形狀。圓度在圓周方向以22. 5度間距 在8個部位測定大徑部、小徑部的各一個部位的外徑，根據(jù)以下式子求出，根據(jù)大徑部、小 徑部的圓度中不小的一方的值進(jìn)行評價(jià)。
[0048] 圓度（％ )=(最大外徑一最小外徑）/模具直徑XlOO
[0049] 表2表示上述評價(jià)結(jié)果。本發(fā)明例即No. 1、2、4、6、7?10是繼圖4后通過圖6的 工序成形的情況，No. 11?13是繼圖4后通過圖7的工序成形的實(shí)施例。大徑部和小徑部 間的傾斜角度能夠根據(jù)直徑變化部的長度和模具的大徑部直徑及小徑部直徑來算出（本 發(fā)明例中為4.8?9.7度）。都顯示良好的圓度，且也未發(fā)現(xiàn)起皺、屈曲這種成形不良。與 之相對，觀察比較例時(shí)，No. 14因 t/Da小，所以圓度劣化，另外，產(chǎn)生屈曲。No. 15因 t/Db大， 即使增大周向的壓縮變形，也難以確保圓度。No. 16不能確保圓度。
[0050] (表 1)

【權(quán)利要求】
1. 一種異徑管狀零件的制造方法，對金屬板的坯料進(jìn)行沖壓成形而形成由小徑部、大 徑部及在所述小徑部和所述大徑部之間的直徑變化部構(gòu)成的異徑管狀零件，所述異徑管狀 零件的制造方法的特征在于， 具有如下所述工序：利用U字成形模具對所述坯料進(jìn)行沖壓成形而形成U字成形品，并 利用0字成形模具對U字成形品進(jìn)行沖壓成形而形成圓截面成形品的工序，作為所述U字 成形模具，使用具有比所述U字成形品的縱壁部長度長的縱壁長度的模具，作為所述0字成 形模具，使用使模具接合線為下傾方向且所述坯料的板厚t和與所述小徑部、大徑部對應(yīng) 的模具部分的直徑D之比即t/D為0. 010 < t/D < 0. 080的模具，下述（1)式所示的周向 的壓縮變形為0.5%以上， 記 周向的壓縮變形=(成為管周向的板寬度方向的坯料寬度一模具的周長）/模具的周 長 X100(% )... (1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異徑管狀零件的制造方法，其特征在于， 在所述U字成形中，對大徑部和直徑變化部之間賦予彎曲形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異徑管狀零件的制造方法，其特征在于， 所述〇字成形模具是在上模具的圓弧部頂點(diǎn)具有槽且將該槽的槽寬度W和所述坯料的 板厚t之比W/t設(shè)為2. 0?3. 0的模具。
4. 一種成形模具，使用于權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的制造方法，所述成形模具的特 征在于， 所述成形模具由先使用的所述U字成形模具和后使用的所述0字成形模具構(gòu)成。
【文檔編號】B21D5/01GK104364027SQ201380028809
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】新宮豐久, 樋貝和彥, 山崎雄司, 越智勝廣 申請人:杰富意鋼鐵株式會社