沖壓成型方法
【專利摘要】一種沖壓成型方法，該沖壓成型方法使用使多個軸獨立地工作的多軸沖壓裝置對形成有凹處的原料的上述凹處的底部進行擠壓而拉伸加工成中空軸，具備：第一工序，將上述原料放置于凹模具；以及第二工序，在利用第一工具將上述原料的劃成上述凹處而呈圓筒狀的側(cè)壁的端面沿上述第一工具的軸向以第一速度Vi壓入的同時，利用第二工具將上述原料的上述底部沿上述第二工具的軸向以第二速度Vb擠壓來進行成型，在上述第二工序中，將上述第二速度Vb相對于上述第一速度Vi之比亦即Vb/Vi控制在0.7～1.5的范圍。
【專利說明】沖壓成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原料的沖壓成型法。
[0002]本申請基于2011年6月30日在日本提出申請的特愿2011 — 145903號而主張優(yōu)先權(quán)，并在此援引其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]作為對有底且直徑一定的圓筒狀的容器、在中途具有直徑不同的階梯部的多階梯圓筒狀的產(chǎn)品進行成型的方法，一般廣泛使用對杯狀的中間原料進一步進行拉深成型的方法。例如，在非專利文獻I中公開了將在第一工序中從圓盤狀的原料成型為杯狀的中間原料在第二工序中再次進行拉深加工的再拉深加工法。
[0004]在該加工法中，將在第一工序中成型的杯狀中間原料夾持在插入到其內(nèi)表面的圓筒狀工具亦即防皺裝置與陰模之間，并且以將貫通防皺裝置的內(nèi)部的沖頭插入到陰模的圓環(huán)狀的內(nèi)表面的方式壓入，在杯狀中間原料的底部成型圓筒狀的突部。在這樣的成型法中，存在從杯狀的中間原料朝沖頭與陰模的圓筒狀內(nèi)表面之間的材料的流入不充分、容易產(chǎn)生沖頭前端角部處的材料斷裂等的成型不良這樣的問題。
[0005]針對這樣的問題，在專利文獻I以及專利文獻2中，提出了使用分割的沖模將杯積極地壓入陰模的圓筒狀內(nèi)表面、由此防止伴隨著材料斷裂等的成型不良的方法。此外，作為存在關(guān)聯(lián)的技術(shù)，公開了專利文獻3、4。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本國特開平8 - 150426號公報
[0009]專利文獻2:日本國特開2002 — 113528號公報
[0010]專利文獻3:日本國特開平8 - 141662號公報
[0011]專利文獻4:日本國特開平6 — 210363號公報
[0012]非專利文獻
[0013]非專利文獻1:長田修次、柳本潤:從基礎(chǔ)得知的塑性加工，(1999)，p.195，CORONA公司(長田修次、柳本潤:基礎(chǔ)力、6打力、3塑性加工、(1999), p.195、^ 口 f社)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明所要解決的課題
[0015]但是，在上述的拉深成型法之中，在專利文獻I所公開的方法中，是使用液壓的成型法，因此模具的構(gòu)造變得復雜。進而，將杯壓入陰模內(nèi)表面的壓入方向是與沖頭的壓入方向相反的方向，因此多存在無法充分壓入的情況。
[0016]在專利文獻2所公開的方法中，當利用活動式的沖頭對成型為杯狀的中間原料的底部進行拉深成型時，使以夾壓側(cè)壁的方式配置的、插入側(cè)壁面的內(nèi)表面的工具和配置在外壁面的外側(cè)的活動型的工具與活動式的沖頭配合而在與中間原料之間滑動接觸。由此，將中間原料的側(cè)壁的材料積極地送入陰模的內(nèi)表面，意欲防止成型品的沖頭前端角部處的材料斷裂。但是，一般在實際的杯狀的中間原料的側(cè)壁面與意欲從內(nèi)外面夾壓該側(cè)壁的工具之間設(shè)置有間隙，因此多存在無法充分進行作為目的的將中間原料的側(cè)壁的材料朝陰模的內(nèi)表面送入的情況。此外，由于分割陰模，所以存在在與陰模的材料接觸的接觸面端部的角狀的部分容易產(chǎn)生裂紋等的問題。[0017]在專利文獻3中公開了以使拉深成型后的產(chǎn)品壁厚更均勻為目的，在成型工序的中途增加使用壓印加工或軸壓縮加工等的增厚工序，使在拉深成型中薄壁化的部分增厚的方法。但是，在該方法中，僅進行增厚的工序?qū)е鹿ば蛟黾右粋€，因此存在生產(chǎn)率降低、并且制造成本增加等的問題。此外，該方法是以提高所成型的產(chǎn)品的壁厚精度為目的而在拉深加工后進行增厚成型的方法。即，在該方法中，難以實現(xiàn)本發(fā)明的目的亦即防止因拉深加工中的材料斷裂等而引起的成型不良。
[0018]例如在專利文獻4中公開了在預先調(diào)查成型后壁厚變薄的部分與原料的位置的對應(yīng)的基礎(chǔ)上，對以將與在拉深成型后壁厚變薄的部分對應(yīng)的原料部位和其他部位進行比較而相對地壁厚變厚的方式進行機械加工的原料進行拉深加工的方法。但是，在這樣的方法中，需要通過切削加工、磨削加工等的機械加工將要成型的全部原料預先加工成規(guī)定的尺寸、形狀，存在導致成本的增加以及生產(chǎn)效率的降低這樣的問題。
[0019]本發(fā)明針對這種問題，其目的在于提供一種不使用使容易產(chǎn)生陰模的裂紋的分割陰模及模具構(gòu)造變復雜的液壓，并難以產(chǎn)生成型中的原料的裂紋的拉深成型法。
[0020]用于解決課題的方案
[0021]為了解決上述課題而達到相關(guān)的目的，本發(fā)明采用以下方案。
[0022](I)本發(fā)明的一個方式所涉及的沖壓成型方法，是使用使多個軸獨立地工作的多軸沖壓裝置，對形成有凹處的原料的所述凹處的底部進行擠壓而拉伸加工成中空軸的沖壓成型方法，具備:第一工序，將所述原料放置于凹模具；以及第二工序，在利用第一工具將所述原料的劃成所述凹處而呈圓筒狀的側(cè)壁的端面沿所述第一工具的軸向以第一速度Vi壓入的同時，利用第二工具將所述原料的所述底部沿所述第二工具的軸向以第二速度Vb擠壓來進行成型；在所述第二工序中，將所述第二速度Vb相對于所述第一速度Vi之比亦即Vb/Vi控制在0.7~1.5的范圍。
[0023]( 2)在上述(I)所記載的沖壓成型方法中，也可以為，在所述第二工序中，還進一步利用設(shè)置在所述第一工具以及所述第二工具之間的第三工具同時進行所述原料的防皺；當將所述第二工序前的、所述原料的板厚設(shè)為t，所述原料的外周面與所述凹模具的內(nèi)周面的間隙Si以及所述原料的內(nèi)周面與所述第三工具的外周面的間隙s2的總和設(shè)為s時，滿足以下的條件式(a)。
[0024]0.02Xt ≤ s ≤ 0.3Xt......(a)
[0025]發(fā)明效果
[0026]通過應(yīng)用本發(fā)明，能夠不產(chǎn)生裂紋而穩(wěn)定地對原料進行拉深成型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1A是示出本實施方式所使用的模具的例子的剖視圖。
[0028]圖1B是示出本實施方式所使用的模具的例子的剖視圖。[0029]圖1C是示出本實施方式所使用的模具的例子的剖視圖。
[0030]圖2是對本實施方式要改進的問題點亦即沖頭前端角部處的裂紋進行說明的示意圖。
[0031]圖3A是示出原料充滿本實施方式的模具內(nèi)部之前的狀態(tài)的圖。
[0032]圖3B是示出原料充滿本實施方式的模具內(nèi)部之后的狀態(tài)的圖。
【具體實施方式】
[0033]以下使用附圖對本實施方式所涉及的沖壓成型方法的詳細情況進行說明。在本實施方式中，作為形成有凹處的原料使用杯狀的原料6，對該杯狀的原料6進行成型。在圖1A至圖1C中示出本實施方式所使用的多軸沖壓裝置的模具(沖壓模具)100的簡要圖。圖1A至圖1C所示的模具100設(shè)置在上述的具備能夠獨立地工作的多個軸的多軸沖壓裝置的規(guī)定的位置而加以使用，進而，具有擠壓杯狀的原料6的內(nèi)側(cè)底部的圓柱狀的沖頭1、以及形成為覆蓋沖頭I的周圍的筒形狀且在成型過程中利用其外周面按壓杯狀的原料6的內(nèi)表面的防皺裝置2。沖頭I是將配置在陰模4 (后述)的放置側(cè)(紙面上方)的杯狀的原料6的內(nèi)側(cè)底部朝陰模4的原料排出側(cè)(紙面下方)擠壓的棒狀的沖頭。在本實施方式所涉及的沖壓成型方法中，利用上述的多軸沖壓裝置擠壓杯狀的原料6的底部而拉伸加工成中空軸。
[0034]另外，所使用的原料的外徑優(yōu)選為20mm?300mm。如果外徑小于20mm,則難以擠壓杯狀的原料6的底部而難以拉伸加工成中空軸。此外,如果外徑超過300_，則模具變得大型并且成型載荷也增加，需要大型的沖壓機等，難以進行實用上的成型。更優(yōu)選為50mm?120mmo
[0035]此外，原料的板厚尺寸(壁厚)優(yōu)選為1.5mm?15mm。如果小于1.5mm，貝U難以進行原料的側(cè)壁端面的壓入，如果超過15mm，則難以進行杯狀的中間原料的成型。更優(yōu)選為2mm ?12mm0
[0036]此外，在本實施方式所使用的模具100具有包圍防皺裝置2的周圍那樣的環(huán)狀的筒形狀的軸亦即外周沖頭3。該外周沖頭3具有將配置于陰模4的原料放置側(cè)的杯狀的原料6的開口部的上緣朝陰模4的原料排出側(cè)壓入的突起部3a。進而，本實施方式的模具100具有:在與一邊按壓杯狀的原料6的底部一邊下降的沖頭I之間按壓原料6而精加工成規(guī)定的尺寸形狀的大致圓環(huán)形狀的陰模4 ;以及插入圓筒狀的陰模4內(nèi)表面且在與沖頭I之間按壓原料底面的反向凸模5。
[0037]另外，模具100由凸模具和凹模具構(gòu)成。凸模具包括沖頭1、防皺裝置2以及外周沖頭3，凹模具包括陰模4以及反向凸模5。
[0038]此外，本實施方式的多軸沖壓裝置具有能夠單獨獨立地控制沖頭1、防皺裝置2、外周沖頭3、反向凸模5的移動的驅(qū)動機構(gòu)(未圖示)。在本實施方式中利用未圖示的沖壓機對上述模具100的各部分的移動進行控制，以將原料6成型為規(guī)定的尺寸形狀。
[0039]其次，對使用了圖1A?圖1C所示的模具100的沖壓成型方法的各部分的動作進行說明。首先，通過沖壓機的驅(qū)動機構(gòu)的控制，沖頭1、防皺裝置2、外周沖頭3為了在與陰模4之間插入杯狀的原料6而上升至足夠的高度。在該狀態(tài)下，在陰模4上表面以陰模4內(nèi)周的中心軸與杯狀的原料6的中心軸大致一致的方式設(shè)置(放置)杯狀的原料6。之后，沖頭1、防皺裝置2、外周沖頭3成為一體，由沖壓機的驅(qū)動機構(gòu)控制而下降。當防皺裝置2和沖頭I與原料6的底面接觸且外周沖頭3與杯狀的原料6的上緣面接觸時，上述的下降動作停止(參照圖W。
[0040]此外，此時，在與上述工具的移動同時，反向凸模5以沿著圓筒狀的陰模4內(nèi)表面的方式上升。當反向凸模5與原料6的底面接觸時，上述的上升動作停止(參照圖1A)。在到此為止的模具各部分的動作完成的狀態(tài)下，杯狀的原料6在防皺裝置2與陰模4、沖頭I與反向凸模5之間被按壓而固定于陰模4內(nèi)。
[0041]在自如上述那樣在陰模4內(nèi)固定杯狀的原料6的狀態(tài)起進一步使防皺裝置2停止的狀態(tài)下，沖頭I下降并擠壓原料6的底部。此外，與沖頭I的動作相配合反向凸模5下降。通過該動作，在杯狀的原料6的底部成型直徑小于原料6的外徑的筒狀的突起(參照圖1B)。在該成型中，與沖頭I的下降對應(yīng)地外周沖頭3下降，由此按壓原料6的開口部的上緣面，促進原料6朝模具100的內(nèi)部的流入，即，促進原料6朝陰模4以及反向凸模5與沖頭1、防皺裝置2以及外周沖頭3之間的區(qū)域且為原料排出側(cè)的流入(參照圖1B、圖1C)。通過該動作，防止圖2所示那樣的上述的沖頭前端角部處的原料的斷裂。
[0042]當使外周沖頭3下降時，為了防止沖頭前端角部處的原料的斷裂，將該外周沖頭3的下降速度Vi控制為與沖頭I的下降速度Vb之比在Vb/Vi = 0.7?1.5的范圍。對于成型中的原料6的沖頭前端肩部處的原料的斷裂防止，外周沖頭3的下降速度Vi相對于沖頭I的下降速度Vb重要是緣于以下理由。在本實施方式所涉及的沖壓成型方法中，在成型中使用外周沖頭3按壓杯狀的原料6的上緣來促進原料朝模具100內(nèi)部的流入，由此，不會使原料產(chǎn)生斷裂而穩(wěn)定地進行成型。因此，在該外周沖頭3與沖頭I的下降速度比不適當?shù)那闆r下，存在無法獲得原料6朝模具100內(nèi)部的充分的流入效果而產(chǎn)生例如圖2所示的斷裂的情況。作為無法獲得原料6朝模具100內(nèi)部的充分的流入效果的原因，認為受到在成型前在設(shè)置于陰模4的規(guī)定的位置的杯狀的原料6與陰模4之間以及原料6與防皺裝置2之間設(shè)置的間隙的影響。
[0043]參照圖3A、圖3B對無法獲得上述的流入效果的原因進行說明。圖3A是示出沖頭
1、防皺裝置2以及外周沖頭3與放置在陰模4的原料放置側(cè)的原料6抵接的瞬間的狀態(tài)(其中，設(shè)為施加于原料6的按壓力是能夠忽視的程度的微弱的力)的圖。此外，圖3B是示出原料6充滿模具100內(nèi)部之后的狀態(tài)的圖。
[0044]此處，對從圖3A的狀態(tài)朝圖3B的狀態(tài)變化時的多軸沖壓裝置的動作進行說明。如圖3A所示，當將原料6放置于模具100時，在原料6與防皺裝置2之間以及原料6與陰模4之間分別形成有水平方向的間隙。自該狀態(tài)起，當利用外周沖頭3按壓原料6的上緣時，因外周沖頭3的按壓而使得原料6的上端部受到壓縮應(yīng)力。該應(yīng)力傳遞而使得原料6發(fā)生應(yīng)變，以填埋放置時的間隙的方式使原料6的形狀變化。之后，成為圖3B的狀態(tài)，成為原料6的外壁與模具100內(nèi)部的內(nèi)壁為整個面抵接的狀態(tài)，即成為模具100內(nèi)部由原料6充滿的狀態(tài)。
[0045]對原料6的安置時(放置時)在原料6與防皺裝置2以及陰模4之間設(shè)置間隙的理由進行說明。該間隙是為了能夠且容易地將原料6設(shè)置在模具100內(nèi)部的規(guī)定位置而設(shè)置的。如果沒有原料6與陰模4之間的間隙，則當將原料6放置于模具100時，在設(shè)置于規(guī)定的位置之前，原料6與陰模4成為嵌合狀態(tài)，存在無法進一步壓入原料6的可能性。因而，無法將原料6移動至模具100內(nèi)的規(guī)定位置并加以設(shè)置。此外，在意欲強制性地使變得無法移動的原料6移動的情況下，也存在使原料6及模具100產(chǎn)生缺陷等的問題的情況。
[0046]此外，另一方面，對于原料6與防皺裝置2之間的間隙，是以容易將防皺裝置2插入成型開始時的杯狀的原料6內(nèi)表面，并且防止防皺裝置2與原料6之間的缺陷的產(chǎn)生為目的而設(shè)置的。
[0047]在模具各部分與原料6之間設(shè)置以上那樣的間隙的狀態(tài)下，在利用外周沖頭3按壓杯狀的原料6的上緣并且使沖頭I下降而進行拉深成型的情況下，根據(jù)外周沖頭3的下降速度與沖頭I的下降速度之比的值，存在無法充分獲得在本實施方式所涉及的沖壓成型方法中作為目的的通過外周沖頭3對原料6的上緣的按壓而使原料6朝模具100內(nèi)部的流入效果，在原料6產(chǎn)生斷裂的情況。這是因為如下緣故:當在原料6與陰模4以及防皺裝置2等的工具之間存在間隙的狀態(tài)下利用外周沖頭3按壓原料6的上緣的情況下，根據(jù)外周沖頭3的下降速度與沖頭I的下降速度之比的值，按壓的效果與其說促進作為本實施方式的目的的原料6朝模具100內(nèi)部的流入，不如說被原料6朝與陰模4以及防皺裝置2等的間隙的充滿耗費掉，結(jié)果，由外周沖頭3所帶來的按壓效果沒有充分有助于原料6的斷裂防止。
[0048]在本實施方式所涉及的沖壓成型方法中，為了防止這樣的問題，當使外周沖頭3下降時，將其下降速度控制在適當?shù)闹?。即，在本實施方式所涉及的沖壓成型方法中，將外周沖頭3的下降速度Vi控制為與沖頭I的下降速度Vb之比在Vb/Vi = 0.7?1.5的范圍。通過將Vb/Vi設(shè)為上述范圍，在能夠充分確保由外周沖頭3的按壓帶來的原料6朝陰模4的流入效果的基礎(chǔ)上，還能夠不使原料產(chǎn)生斷裂而進行成型。
[0049]在外周沖頭3的下降速度Vi與沖頭的下降速度Vb之比Vb/Vi超過1.5的情況下，沖頭I的下降速度相對于外周沖頭3的下降速度變得過大，相對于沖頭I的擠壓的由外周沖頭3引起的原料6朝模具100內(nèi)部的送入量不足，無法充分防止沖頭I的前端角部處的原料的斷裂。
[0050]此外，在Vb/Vi小于0.7的情況下，由外周沖頭3引起的原料6的壓入變得過大，存在產(chǎn)生在外周沖頭3與陰模4之間產(chǎn)生毛刺等的產(chǎn)品制造上的問題點。上述的范圍與是否在模具100內(nèi)部充滿原料無關(guān)。
[0051]此處，在圖3A所圖示的狀態(tài)，S卩，利用外周沖頭3按壓原料6的上緣之前的狀態(tài)下，將原料6的板厚尺寸設(shè)為t，將在原料6與陰模4之間形成的間隙(水平方向的間隙)設(shè)為Si，將在原料6與防皺裝置2之間形成的間隙(水平方向的間隙)設(shè)為s2。在將Si與s2的總和設(shè)為s的情況下，優(yōu)選滿足0.02Xt < s < 0.3Xt。通過使得板厚t和間隙的總和s滿足上述條件，能夠更可靠地獲得通過將外周沖頭3的下降速度Vi與沖頭的下降速度Vb的速度比例例如上述那樣規(guī)定而帶來的效果。即便當間隙的總和s不在上述的范圍的情況下，也能夠不引起斷裂及毛刺的產(chǎn)生而完成成型。但是，在間隙的總和S小于0.02t的情況下，在成型前無法將防皺裝置2順暢地插入到設(shè)置于模具100內(nèi)部的杯狀的原料6的內(nèi)表面，存在在原料6的上緣面產(chǎn)生凹陷缺陷或者側(cè)壁的一部分變薄的情況。此外，如果間隙的總和s超過0.3t，則由于間隙過大，所以在插入防皺裝置2之后，當開始利用外周沖頭3按下杯狀的原料6的上緣時，存在在原料6的側(cè)壁產(chǎn)生彎曲而導致成型品產(chǎn)生形狀不良的情況。因此，在要求高的成型精度的情況下，優(yōu)選間隙的總和s滿足0.02Xt < s < 0.3Xt。
[0052]對于是否朝模具充滿原料6的判斷，在相同的原料以及多軸沖壓裝置的設(shè)定條件下進行預備成型，例如預先求出模具各部分的控制位置與原料朝模具內(nèi)部的充滿度的關(guān)系，只要基于該關(guān)系判斷在模具的位置有無原料的充滿即可。更具體而言，在不同的多個條件(Vb/Vi的條件)下進行使成型在成型中途結(jié)束的實驗，對各條件下的從多軸沖壓裝置的驅(qū)動開始到成型結(jié)束為止的沖頭I的行程量進行記錄。然后，進行所成型的材料的截面的形狀測定，由此，根據(jù)與基于記載有模具的詳細尺寸以及形狀的模具圖紙求出的模具形狀的關(guān)系掌握材料的充滿狀態(tài)，能夠使用自驅(qū)動開始時起的沖頭I的行程量預先通過實驗求出變更速度比例的定時。
[0053]也可以使用上述以外的方法進行是否朝模具充滿原料6的判斷。例如，當朝模具充滿原料6時，施加于外周沖頭3的載荷增加。因此，也可以在外周沖頭3上安裝載荷計，根據(jù)載荷的變化來判斷有無充滿。
[0054]實施例
[0055](實施例1)
[0056]使用圖1A~圖1C所示的多軸沖壓裝置，將外徑(j5 90mmX壁厚2mmX高度30mm的碳素鋼的杯狀的原料保持壁厚為2mm不變而在室溫下成型為外徑050_的杯。在該成型中，對多軸沖壓裝置進行設(shè)定，以使得在通過預備成型確認的原料朝模具內(nèi)部充滿之前和之后(充滿之前和充滿之后)，無論在哪種情況下外周沖頭3的下降速度Vi與沖頭的下降速度Vb之比Vb/Vi都為相同值。在表1中示出該成型中的速度比Vb/Vi與成型結(jié)果的關(guān)系。
[0057]當速度比Vb/Vi在0.7~1.5的范圍的情況下，不使原料產(chǎn)生斷裂及毛刺便完成了成型。與此相對，在速度比Vb/ Vi小于0.7的情況下，在原料上產(chǎn)生成為產(chǎn)品制造上的問題的毛刺。此外，在速度比Vb/Vi大于1.5的情況下，在成型中的原料上產(chǎn)生斷裂，因此成型中斷。
[0058][表 I]
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種沖壓成型方法，使用使多個軸獨立地工作的多軸沖壓裝置，對形成有凹處的原料的所述凹處的底部進行擠壓而拉伸加工成中空軸，其特征在于，具備: 第一工序，將所述原料放置于凹模具；以及 第二工序，在利用第一工具將所述原料的劃成所述凹處而呈圓筒狀的側(cè)壁的端面沿所述第一工具的軸向以第一速度Vi壓入的同時，利用第二工具將所述原料的所述底部沿所述第二工具的軸向以第二速度Vb擠壓來進行成型， 在所述第二工序中，將所述第二速度Vb相對于所述第一速度Vi之比亦即Vb/Vi控制在0.7~1.5的范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的沖壓成型方法，其特征在于， 在所述第二工序中，還進一步利用設(shè)置在所述第一工具以及所述第二工具之間的第三工具同時進行所述原料的防皺， 當將所述第二工序前的、 所述原料的板厚設(shè)為t，所述原料的外周面與所述凹模具的內(nèi)周面的間隙Si以及所述原料的內(nèi)周面與所述第三工具的外周面的間隙s2的總和設(shè)為s時， 滿足以下的條件式(I): . 0.02Xt ≤ s ≤ 0.3Xt......(I)。
【文檔編號】B21D24/04GK103619503SQ201280031241
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】和田康裕, 山本修治 申請人:新日鐵住金株式會社