一种钢板的冲压成形方法[工艺流程]

　　钢板的冲压成形方法

　　【专利说明】

　　[0001] 本申请是申请日为2012年1月12日、申请号为201280005259. 4、发明名称为"钢 板的冲压成形方法"的专利申请的分案申请。

　　技术领域

　　[0002] 本发明涉及钢板的冲压成形方法。

　　【背景技术】

　　[0003] 在机动车用等的冲压成形部件中存在各种形状的冲压成形部件，在上述的部件 的冲压成形中，通常将深拉深成形（deepdrawing)、鼓凸成形（bulging)、拉伸翻边成形 (stretchflanging)、弯曲成形（bending)等多个成形要素组合。在上述的部件中，作为冲 压成形困难的部件，例如存在图8所示的门内板（doorinner)那样在主体的底部具有凸 状或凹状的鼓凸部A的部件。在这样的部件中，在深拉深成形的成形后期，将鼓凸部A鼓 凸成形。作为此种冲压成形部件，除了门内板之外，还列举出门外板（doorouter)、前支柱 (frontpillar)、中央支柱（centerpillar)、后底板（rearfloor)、侧门框（sidesill) 等。需要说明的是，深拉深成形是使材料流入冲模内而进行成形的方法，鼓凸成形是使冲模 内的材料延伸而进行成形的方法。

　　[0004] 通常，在生产上述的部件的冲压工厂中，为了确保生产率，而以10mm/sec以上的 快的成形速度进行冲压成形，在追求高生产率的机动车部件的冲压工厂中，大多以70_/ sec左右的高速的成形速度进行冲压成形。需要说明的是，这里所说的成形速度是指从冲头 与坯料接触而实际开始成形到成形结束为止的平均成形速度。

　　[0005] 近些年，在机动车领域中，为了提高燃料利用率而削减二氧化碳的排出量，在冲压 成形部件中使用高强度钢板（hightensilesteelsheet)来使车身轻量化的研宄正积极 地进展。在一部分的冲压成形部件中也使用抗拉强度为980MPa级以上的高强度钢板。

　　[0006] 众所周知，钢板的强度越增加，延性越降低，且冲压成形性也降低。因此，为了能够 将强度更高的钢板适用于更宽范围的冲压成形部件，从材料方面出发，强度?延性平衡优良 的高强度钢板的开发不断进展，从加工技术的方面出发，使冲压成形界限提高的冲压成形 方法的开发不断进展。

　　[0007] 作为至今为止开发出的强度?延性平衡优良的高强度钢板，列举出由铁 素体相和马氏体相构成的DP(dualphase)钢板、具有残留奥氏体相变诱发塑性的 TRIP(transformationinducedplasticity)型的钢板等（例如，参照非专利文献1)。最 近，作为强度?延性平衡更优良的高强度钢板，还开发出为TRIP型且以贝氏体铁素体为母 相的TBF(tripaidedbainiticferrite)钢板（例如，参照非专利文献2)。

　　[0008] 另一方面，作为提高冲压成形界限的冲压成形方法，提出有：使冲头部的钢板温度 为常温以下且使防皱部的钢板温度为150°c以上来进行冲压成形的方法（例如，参照专利 文献1);以TRIP型的钢板为对象，使冲模肩部的模具温度为150°C~200°C，且使冲头肩部 的模具温度为_30°C~0°C来进行冲压成形的方法（例如，参照专利文献2)。专利文献1、2 所记载的方法中都进行深拉深成形，且都确认了通过防皱部或冲模肩部的局部的热温成形 产生的深拉深成形界限的提高效果。

　　[0009] 另外，使用TBF钢板，进行调查成形温度对冲压成形性（鼓凸性、深拉深性、拉伸翻 边性）产生的影响的各试验，发现了存在鼓凸性、深拉深性及拉伸翻边性比冷温提高的热 温温度区域，并报告该试验结果（例如，参照非专利文献3)。非专利文献3所记载的试验中， 使鼓凸性试验和拉伸翻边性试验以与实际的冲压工厂中的成形速度（70mm/sec左右）相 比相当慢的lmm/min(0. 017mm/sec)的成形速度进行。深拉深性试验以200mm/min(3. 3mm/ sec)的成形速度进行。

　　[0010] 【在先技术文献】

　　[0011] 【专利文献】

　　[0012] 【专利文献1】日本特开2001-246427号公报

　　[0013]【专利文献2】日本特开2007-111765号公报

　　[0014]【非专利文献】

　　[0015]【非专利文献1】小宫幸久著，"机动车用钢铁材料的现状和动向"，R&D神户制钢技 报，Vol. 52,No. 3 (2002 年 12 月），p. 2 ~5

　　[0016] 【非专利文献2】柏谷康二、向井阳一著，"合金元素及退火条件对TRIP型贝氏体 铁素体钢板的机械的性质产生的影响"，R&D神户制钢技报，Vol. 57,No. 2(2007年8月）， p. 27 ~30

　　[0017]【非专利文献3】杉本公一等著，"超高强度低合金TRIP型贝氏体铁素体钢板的热 温成形性"，铁和钢，Vol. 91，No. 2 (2005年2月），p. 34~40

　　[0018]【发明的概要】

　　[0019]【发明要解决的课题】

　　[0020] 包含上述的深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的冲压成形部件大多在被进行鼓 凸成形的鼓凸部处产生裂纹，从而期望冲压成形性的提高。该鼓凸部处的裂纹在钢板的强 度越高时越容易产生，从而也成为阻碍冲压成形部件的高强度化的主要原因。

　　[0021] 另外，如图8所示的门内板等部件那样，在主体的底部具有鼓凸部且在深拉深成 形的成形后期进行鼓凸成形的冲压成形部件实际上难以进行使用高强度钢板的冲压成形， 使用钢板的高强度化不太有进展。

　　[0022] 为了提高包含这样的深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的冲压成形部件的冲压 成形性，且还为了推进这样的冲压成形部件中使用的钢板的高强度化，考虑采用专利文献 1、2及非专利文献3所记载的那样的热温成形法，但未报告出以可确保高生产率的IOmm/ sec以上的快的成形速度对这样的部件进行热温成形的例子。本发明诸发明者确认了如在 后面的表7(a)、（b)中作为比较例所示那样，这样的冲压成形部件即使使用强度?延性平衡 优良的高强度钢板，在高速的成形速度（70mm/sec)下也无法进行热温成形。

　　【发明内容】

　　[0023] 因此，本发明的第一课题在于，能够以可确保高生产率的lOmm/sec以上的快的成 形速度对包含深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的冲压成形部件进行冲压成形。

　　[0024] 另外，本发明的第二课题在于，抑制生产率的降低，且能够将包含深拉深成形和鼓 凸成形的冲压成形部件由高强度钢板进行冲压成形。

　　[0025] 【用于解决课题的手段】

　　[0026] 为了解决上述第一课题，本发明的第一形态采用一种钢板的冲压成形方法，其包 括至少一次深拉深成形工序和至少一次鼓凸成形工序，且使各成形工序中的成形速度为 lOmm/sec以上，所述钢板的冲压成形方法的特征在于，以KKTC~250°C的热温进行所述至 少一次深拉深成形工序，以小于50°C的冷温进行所述至少一次鼓凸成形工序。

　　[0027] 另外，为了解决上述第二课题，本发明的第二形态采用一种钢板的冲压成形方法， 其在深拉深成形的成形后期进行鼓凸成形，所述钢板的冲压成形方法的特征在于，使所述 钢板的冲压成形中的温度为100°c~350°C，且使进行所述鼓凸成形的成形后期的成形速 度比不进行鼓凸成形的成形前期的成形速度慢。

　　[0028] 本发明诸发明者使钢板的温度和成形速度变化，并使用圆筒冲头和冲模来进行深 拉深性试验和鼓凸性试验。供试还料为板厚I. 4mm的980MPa级TBF钢板，在鼓凸性试验中， 使坯料直径变大，并且使防皱力变大，以免材料流入冲模内。试验条件如以下这样。

　　[0029] (试验条件）

　　[0030] 冲头直径：50mm(肩半径：5mm)

　　[0031] 冲模直径：54mm(肩半径：7mm)

　　[0032] 坯料直径：105mm(深拉深性试验），150mm(鼓凸性试验）

　　[0033] 防皱力：12tonf(深拉深性试验），20tonf(鼓凸性试验）

　　[0034] 钢板温度：20 °C~350 °C

　　[0035] 成形速度：0?lmm/sec，5mm/sec，10mm/sec，70mm/sec

　　[0036] 图9(a)、（b)分别表示上述深拉深性试验和鼓凸性试验的结果。根据上述的试验 结果，在深拉深性试验中，几乎未看到成形速度的影响，且在100°c~250°C的热温区域中， 成形界限高度比室温的冷温提高。另一方面，对于鼓凸性试验，在低速的〇.lmm/sec的成形 速度下，即使提高钢板温度，成形界限高度也不太降低，在超过250°C的温度区域中，成形界 限高度提高，相对于此，在高速的70mm/sec的成形速度中，随着试验温度的上升而成形界 限高度降低。

　　[0037] 图10是相对于成形速度而将上述鼓凸性试验中的成形界限高度绘图而成的曲线 图。由该曲线图可知，以350°C的热温进行鼓凸成形的钢板伴随成形速度的增大而成形界限 高度降低，相对于此，以冷温进行鼓凸成形的钢板即使成形速度增大，成形界限高度也不太 降低，在lOmm/sec以上的成形速度下，以冷温进行鼓凸成形的钢板与以热温进行鼓凸成形 的钢板相比，成形界限高度变高。

　　[0038] 基于通过这样的试验得到的见解，在本发明的第一形态中，以100°C~250°C的热 温进行至少一次深拉深成形工序，且以小于50°C的冷温进行至少一次鼓凸成形工序，由此 能够以可确保高生产率的lOmm/sec以上的快的成形速度对包含深拉深成形和鼓凸成形的 成形要素的冲压成形部件进行冲压成形。需要说明的是，这里定义的深拉深成形工序是指 深拉深成形占该工序中的成形要素的一多半的工序，鼓凸成形工序是指鼓凸成形占该工序 中的

　　成形要素的一多半的工序。

　　[0039] 通过使所述钢板为在组织中含有3体积％以上残留奥氏体的钢板，由此成为强 度?延性平衡优良的钢板，从而能够进一步提高鼓凸成形界限。

　　[0040] 通过使含有3体积％以上所述残留奥氏体的钢板为以贝氏体铁素为母相的钢板， 由此成为强度?延性平衡更加优良的钢板，从而能够进一步提高鼓凸成形界限，能够推进冲 压成形部件的高强度化，且能够使向冲压成形部件的适用范围扩大。

　　[0041] 对于含有3体积％以上所述残留奥氏体的钢板，通过在所述热温的深拉深成形工 序之后进行所述冷温的鼓凸成形工序，由此能够进一步提高冷温的鼓凸成形工序中的成形 界限。

　　[0042] 本发明诸发明者使用残留奥氏体量为3体积％以上的980MPa级TBF钢板，进行在 以热温（100°C、20(TC)施加了拉伸的预应变之后以冷温进行拉伸的拉伸试验，与未施加预 应变而以冷温或热温（100、200°C)进行拉伸的拉伸试验的结果来比较总伸长率。拉伸试验 片为板厚I. 4mm的JIS13号B试验片，拉伸速度为高速的17mm/sec。

　　[0043] 图11表示上述拉伸试验的结果。根据上述的试验结果，以热温施加了拉伸的预 应变的试验片中，施加了预应变的总伸长率都比未施加预应变的冷温拉伸试验的总伸长率 大幅提高。需要说明的是，未施加预应变的热温拉伸试验中的总伸长率比冷温拉伸试验的 总伸长率低。通过以热温施加拉伸的预应变而总伸长率提高的理由认为是，在以KKTC或 200 °C的热温施加了预应变时，仅通过母相的变形取得延伸率，在之后的冷温拉伸时，能够 充分利用保存的残留奥氏体的塑性诱发相变而实现高延性。即，相对于未施加预应变的冷 温拉伸试验的总伸长率的提高量相当于热温的拉伸预应变时得到的母相的伸长率变形量。 根据这样的试验结果，对于残留奥氏体量为3体积％以上的钢板，在热温的深拉深成形工 序之后进行冷温的鼓凸成形工序，由此能够期待进一步提高冷温的鼓凸成形工序中的成形 界限。

　　[0044] 通过在同一冲压行程内进行所述热温的深拉深成形工序和所述冷温的鼓凸成形 工序，由此能够减少冲压行程数。

　　[0045] 另外，基于通过所述试验得到的见解，在本发明的第二形态中，使钢板的冲压成形 中的温度为100°c~350°C，在这样的温度区域中，鼓凸成形伴随成形速度的增大而成形界 限高度显著降低，通过仅使进行该鼓凸成形的成形后期的成形速度比仅进行深拉深成形而 不受成形速度的影响的成形前期的成形速度慢，由此能够抑制生产率的降低，从而能够将 包含深拉深成形和鼓凸成形的冲压成形部件由高强度钢板进行冲压成形。

　　[0046] 优选所述成形后期的成形速度为lOmm/sec以下，且优选所述成形前期的成形速 度为lOmm/sec以上。该成形速度的界限值基于图10的试验结果而得到，能够使鼓凸成形 界限比冷温提高。

　　[0047] 通过使所述钢板的抗拉强度为980MPa以上，且优选使所述钢板为在组织中含有3 体积％以上残留奥氏体的钢板，由此能够成为强度?延性平衡优良的钢板，从而能够进一步 提高鼓凸成形界限。

　　[0048] 通过使含有3体积％以上所述残留奥氏体的钢板为以贝氏体铁素为母相的钢板， 由此成为强度?延性平衡更加优良的钢板，从而能够进一步提高鼓凸成形界限，能够推进冲 压成形部件的高强度化，且能够使向冲压成形部件的适用范围扩大。

　　[0049] 【发明效果】

　　[0050] 本发明的钢板的冲压成形方法的第一形态中，以100°C~250°C的热温进行至少 一次深拉深成形工序，且以小于50°C的冷温进行至少一次鼓凸成形工序。因此，能够以可确 保高生产率的lOmm/sec以上的快的成形速度对包含深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的 冲压成形部件进行冲压成形。

　　[0051] 本发明的钢板的冲压成形方法的第二形态中，使钢板的冲压成形中的温度为 KKTC~350°C，且使进行鼓凸成形的成形后期的成形速度比不进行鼓凸成形的成形前期的 成形速度慢。因此，能够抑制生产率的降低，能够将包含深拉深成形和鼓凸成形的冲压成形 部件由高强度钢板进行冲压成形，能够推进冲压成形部件的高强度化，且能够使向冲压成 形部件的适用范围扩大。

　　【附图说明】

　　[0052] 图1是表示实施本发明的钢板的冲压成形方法的冲压模具的纵剖视图。

　　[0053] 图2是表示第一实施方式的冲压成形方法中的冲压成形工序的示意剖视图。

　　[0054] 图3是表示通过图1的冲压成形工序成形出的冲压成形品的纵剖视图。

　　[0055] 图4是表示将图1的冲压成形工序的各工序中的成形进行到成形界限时的合计成 形高度与初期残留奥氏体量的关系的曲线图。

　　[0056] 图5是表示第二实施方式的冲压成形方法中的冲压成形工序的示意剖视图。

　　[0057] 图6是表示第三实施方式的冲压成形方法中的冲压成形工序的示意剖视图。

　　[0058] 图7(a)、（b)、（c)是表示第四实施方式的冲压成形方法中的冲压成形工序的剖视 图。

　　[0059] 图8是表示包含深拉深成形和鼓凸成形的冲压成形部件的例子的外观立体图。

　　[0060] 图9(a)、（b)分别是表示深拉深性试验和鼓凸性试验的结果的曲线图。

　　[0061] 图10是表示图6(b)的鼓凸性试验中的成形速度与成形界限高度的关系的曲线 图。

　　[0062] 图11是表示以热温施加了预应变的拉伸试验的结果的曲线图。

　　【具体实施方式】

　　[0063] 以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。图1表示实施本发明的钢板的冲 压成形方法的冲压模具。该冲压模具包括：在头部形成有圆形凹部Ia的向上的圆筒冲头1 ; 圆筒冲头1所进入的向下的冲模2 ;将坯料B的凸缘部向冲模2按压的防皱板3 ;朝向圆筒 冲头1的凹部Ia的向下的球头冲头4。需要说明的是，圆筒冲头1的直径为50mm，且肩半 径和凹部Ia的肩半径为5mm，冲模2的直径为54mm，且肩半径为7mm，球头冲头4的直径为 IOmm0

　　[0064] 图2表示实施第一实施方式的冲压成形方法的冲压成形工序。该冲压成形工序包 括以热温进行深拉深成形的第一工序；以冷温进行鼓凸成形的第二工序。在所述第一工序 中，使圆筒冲头1、冲模2及防皱板3升温到规定的温度，且使与上述的冲压模具接触的坯 料B的温度也上升，之后使圆筒冲头1向冲模2进入而以热温进行深拉深成形。坯料B可 以预先使用炉子等升温到规定的温度。在第二工序中，将圆筒冲头1、冲模2、防皱板3及进 行深拉深成形后的杯状的半成形品冷却到室温，之后使预先成为室温的球头冲头4进入到 圆筒冲头1的圆形凹部Ia中，在杯状的半成形品的底部以冷温进行凹状的鼓凸成形。

　　[0065] 图3表示这样成形的钢板的冲压成形品。该冲压成形品在被进行深拉深成形的主 体的底部鼓凸成形出凹状的鼓凸部A。冲压成形品的尺寸中，内径D为50mm，深拉深成形高 度Hd为30mm，且鼓凸成形高度Hs可变。

　　[0066] 【实施例1】

　　[0067] 准备TBF钢板和DP钢板各两种即合计四种钢板。上述的钢板的化学成分在表1 中示出，机械的特性和显微组织结构在表2中示出。机械的特性通过使用了JIS13号B试 验片的拉伸试验求出，显微组织中的残留奥氏体量通过X射线衍射法测定。各钢板都是板 厚为I. 4mm的980MPa级高强度冷轧钢板。各TBF钢板1、2的总伸长率和均匀伸长率都超 过各DP钢板1、2,且强度-延性平衡也更优良。并且，残留奥氏体量以TBF钢板1、TBF钢 板2、DP钢板1、DP钢板2的顺序增多，且除了DP钢板2之外都为3体积％以上。

　　【主权项】

　　1. 一种钢板的冲压成形方法，其包括至少一次深拉深成形工序和至少一次鼓凸成形 工序，且使各成形工序中的成形速度为lOmm/sec以上，所述钢板的冲压成形方法的特征在 于， 以100°C~250°C的热温进行所述至少一次深拉深成形工序，以小于50°C的冷温进行 所述至少一次鼓凸成形工序， 使所述钢板为在组织中含有3体积％以上的残留奥氏体的钢板， 在所述热温的深拉深成形工序之后进行所述冷温的鼓凸成形工序。

　　2. 根据权利要求1所述的钢板的冲压成形方法，其特征在于， 使含有3体积％以上的所述残留奥氏体的钢板为以贝氏体铁素体为母相的钢板。

　　3. 根据权利要求1或2所述的钢板的冲压成形方法，其特征在于， 在同一冲压行程内进行所述热温的深拉深成形工序和所述冷温的鼓凸成形工序。

　　【专利摘要】在深拉深成形的成形后期对鼓凸部(A)进行鼓凸成形时，以100℃～250℃的热温进行深拉深成形工序，且以小于50℃的冷温进行鼓凸成形工序，由此在被深拉深成形的杯状的底部鼓凸成形出鼓凸部(A)，从而能够以可确保高生产率的10mm/sec以上的快的成形速度对包含深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的冲压成形部件进行冲压成形，通过使冲压成形中的钢板温度为100℃～350℃，且使进行鼓凸成形的成形后期的成形速度比不进行鼓凸成形的成形前期的成形速度慢，由此防止鼓凸部(A)的裂纹，使冲压成形界限提高，从而能够将包含深拉深成形和鼓凸成形的冲压成形部件由高强度钢板进行冲压成形。

　　【IPC分类】B21D22-26, B21D37-10, B21D37-16, B21D22-24, C22C38-00

　　【公开号】CN104690137

　　【申请号】CN201510065588

　　【发明人】山野隆行, 岩谷二郎, 木村高行, 浅井达也, 水田直气

　　【申请人】株式会社神户制钢所

　　【公开日】2015年6月10日

　　【申请日】2012年1月12日

　　【公告号】CN103313807A, CN103313807B, US20130263637, WO2012096336A1