鋼板的沖裁用工具和沖裁方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄鋼板的沖裁用工具、和使用了該工具的沖裁加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)應(yīng)于石油危機(jī)引起的汽車輕量化要求，汽車用的鋼板的高強(qiáng)度化在推進(jìn)。近年 來(lái)也產(chǎn)生了提高汽車碰撞安全性的要求，汽車用鋼板進(jìn)一步高強(qiáng)度化的要求正在提高。
[0003] 鋼板隨著強(qiáng)度提高，一般會(huì)犧牲成形性，在沖壓成形時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。因此，在應(yīng) 用高強(qiáng)度鋼板時(shí)，在其沖壓成形工序中，需要謀求防止裂紋。特別是在汽車用鋼板的沖壓成 形時(shí)，較多地出現(xiàn)將沖裁出的端面在周向上拉伸的"沖裁孔擴(kuò)展成形"，在這樣的成形中防 止裂紋很重要。
[0004] 圖1示出使用了以往的平底沖頭的沖裁工序中的被加工材料的變形狀態(tài)。在該沖 裁工序中，由于對(duì)圖1(b)所示的硬化層施加大的壓縮或者拉伸的應(yīng)變，該部分顯著硬化。而 且，因此，沖裁后的端面的延展性劣化，沖裁孔(沖孔）的沖裁孔擴(kuò)展性顯著劣化。由該硬化 層引起的端面延展性劣化，在高強(qiáng)度鋼中特別顯著，正在要求對(duì)應(yīng)于近年來(lái)的汽車輕量化 要求而較多地使用的高強(qiáng)度鋼板的沖裁孔擴(kuò)展性的改善。
[0005] 作為改善該沖裁孔擴(kuò)展性的沖裁技術(shù)，曾提出了使用在頂端帶有突起的沖裁沖頭 進(jìn)行沖裁的技術(shù)(專利文獻(xiàn)1、2)。
[0006] 下面說(shuō)明利用該技術(shù)改善沖裁孔擴(kuò)展性的原理。沖裁孔擴(kuò)展性，由于在沖裁工序 中在端面上形成蓄積有塑性應(yīng)變的加工硬化層而劣化。在沖裁工序中，起初通過(guò)沖頭、沖模 剪切被加工材料而形成剪切面。接著，在沖頭、沖模的切刃附近的被加工材料中發(fā)生裂紋且 該裂紋發(fā)展，由此形成斷裂面。該裂紋生長(zhǎng)，以至于斷裂。斷裂面的加工硬化層上的塑性應(yīng) 變主要在剪切面的形成階段產(chǎn)生，因此剪切面的形成階段越短，斷裂面的加工硬化層上的 塑性應(yīng)變?cè)叫?。由于沖裁沖頭上帶有的突起的效果，對(duì)被沖裁的被加工材料的沖頭和沖模 的切刃附近給予拉伸應(yīng)力，促進(jìn)裂紋的發(fā)展，結(jié)果能夠縮短剪切面的形成階段。由于該效 果，可抑制沖裁端面的應(yīng)變、改善沖裁孔擴(kuò)展性。
[0007] 在專利文獻(xiàn)1中，為了進(jìn)一步防止由突起引起的對(duì)坯料的剪切，使突起的肩部的曲 率半徑Rp為〇.2mm以上、或者使突起肩部角度為100°以上170°以下成為必要條件。
[0008] 在專利文獻(xiàn)2中，為了改善被加工材料的端面的延展性，從沖頭切刃向突起劃出的 切線的角度為3°~70°成為必要條件。
[0009] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2005-95980號(hào)公報(bào) [0012] 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2007-307616號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)以往技術(shù)，在抗拉強(qiáng)度約為800MPa的高強(qiáng)度鋼板中，能夠獲得80%以上的沖 裁孔擴(kuò)展率。利用該技術(shù)能獲得一定的汽車輕量化效果。但是，為了對(duì)應(yīng)于近年來(lái)進(jìn)一步高 漲的高強(qiáng)度鋼板的需求，未必可以說(shuō)是足夠。為了充分對(duì)應(yīng)于這樣的需求，正在要求在抗拉 強(qiáng)度約為800MPa的高強(qiáng)度鋼板中實(shí)現(xiàn)90%以上的沖裁孔擴(kuò)展率。
[0014] 本發(fā)明的課題是具體實(shí)現(xiàn)在800MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼板的沖裁加工中實(shí)現(xiàn)90%以上 的沖裁孔擴(kuò)展率的沖裁加工工具和加工方法。
[0015] 本發(fā)明人為了在使用帶突起的沖頭的沖裁加工中解決上述課題而進(jìn)行了銳意研 究，得到了以下見(jiàn)解。
[0016] (a)沖模的切刃形狀的最佳化
[0017] 進(jìn)行沖裁加工時(shí)，在作為被加工材料的高強(qiáng)度鋼板的沖頭側(cè)和沖模側(cè)，力的施加 狀況不同，因此本來(lái)沖頭的切刃形狀和沖模的切刃形狀各自應(yīng)存在最佳的形狀。以往技術(shù) 是以沖頭的切刃為主體進(jìn)行了研究，沖模的切刃形狀并沒(méi)有達(dá)到最佳。因此，本發(fā)明人著眼 于沖模的切刃形狀進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
[0018] 首先，當(dāng)沖模的肩R(沖模的曲率半徑，相當(dāng)于切刃的形狀)小時(shí)，作為被加工材料 的鋼板的沖模側(cè)受到極端的壓縮應(yīng)力。因此，鋼板斷面內(nèi)的壓縮應(yīng)力區(qū)域變大。受到壓縮應(yīng) 力的部分由于裂紋的擴(kuò)展被抑制因此剪切斷裂。由此，剪切面增加，加工硬化層變多。
[0019] 另一方面，如果沖模的肩R過(guò)大，則鋼板的沖模側(cè)也有拉伸應(yīng)力作用，因而裂紋擴(kuò) 展進(jìn)行，剪切斷裂成為限定性的。因此，加工硬化層也減少，因此能夠確保延展性。但是，由 于肩R大，存在切斷后的鋼板發(fā)生變形(垂向沖頭下降的方向的塌邊)的可能性。
[0020] 考慮到這些情況，發(fā)現(xiàn)在800MPa以上的高強(qiáng)度鋼板中使沖模的肩R為0.03mm~ 0.2mm是適當(dāng)?shù)摹?br>[0021] (b)沖模肩的二段R化
[0022] 進(jìn)而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使沖模肩（切刃部分)為具有兩種曲率半徑的形狀（以下 稱為二段R。）能夠一邊更加抑制壓縮應(yīng)力一邊進(jìn)行切斷。
[0023] 當(dāng)沖模肩為具有一種曲率半徑的形狀（以下有時(shí)稱為單段R。）時(shí)，通過(guò)在沖模肩處 的鋼板的彎曲，在鋼板的沖模側(cè)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力進(jìn)行作用的區(qū)域。由該彎曲引起的壓縮應(yīng)力， 緩和好不容易由帶突起的沖頭在鋼板內(nèi)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。相應(yīng)地裂紋擴(kuò)展性變差。
[0024]于是，通過(guò)將沖模肩R設(shè)為二段，部分緩和在沖模肩處的鋼板的彎曲，使由該彎曲 引起的壓縮應(yīng)力進(jìn)行作用的區(qū)域減少，能夠改善裂紋擴(kuò)展性。
[0025] 另外，在為沖裁工具的情況下，沖頭與沖模的間隙（clearance)也是重要的。在使 沖模肩為二段肩R的情況下，如果增大沖頭側(cè)的圓弧部分的曲率半徑Rl，則結(jié)果間隙變大， 鋒利度變鈍。因此，發(fā)現(xiàn):在使沖模肩為二段肩R的情況下，使沖頭側(cè)的曲率半徑Rl小于與沖 頭相反側(cè)(壓板側(cè))的曲率半徑R2即可。
[0026] 進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，在鋼板被切割時(shí)，沖頭側(cè)的曲率半徑Rl會(huì)發(fā)揮效用，因此使該曲率半徑 Rl在所述的最佳范圍即可。
[0027]由此，能夠減少作用于鋼板的壓縮應(yīng)力，可獲得由更高的拉伸應(yīng)力帶來(lái)的裂紋擴(kuò) 展性。而且，能夠減少剪切斷裂的剪切面，能夠減少加工硬化層，能夠改善孔擴(kuò)展性。
[0028]但是，因?yàn)樾枰刂茷殇摪宓膹椥詤^(qū)域內(nèi)的變形，所以需要限制沖模肩部的鋼板 落入量。
[0029] (C)帶突起的沖頭形狀的最佳化
[0030] 另一方面，對(duì)于在切割時(shí)能夠使作為被加工材料的鋼板高效地產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的帶 突起的沖頭的形狀也進(jìn)行了詳細(xì)研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從成為沖頭切刃的肩（沖頭切刃端部） 向突起肩劃出的切線與和沖頭移動(dòng)方向正交的方向構(gòu)成的角度(α)存在最佳范圍。即，可知 在α為12°~72°時(shí)，產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，提高了裂紋的擴(kuò)展性。
[0031] 本發(fā)明是基于這些見(jiàn)解而完成的，其要旨如下。
[0032] (1) -種鋼板的沖裁用工具，至少采用沖模、壓板和帶突起的沖頭構(gòu)成，其特征在 于，在與該沖裁工具的沖頭的移動(dòng)方向平行、且與沖頭或者沖模的切刃構(gòu)成的棱線垂直的 截面中，成為沖模切刃的肩部的曲率半徑Rd為0.03mm以上0.2mm以下，從成為沖頭切刃的肩 (沖頭切刃端部）以與突起的肩相切的方式劃出的直線與和沖頭的移動(dòng)方向正交的方向構(gòu) 成的角度α為12°以上72°以下。
[0033] (2)根據(jù)（1)所述的鋼板的沖裁用工具，其特征在于，成為所述沖模切刃的肩部的 曲線具有兩種曲率半徑，將面向沖頭的曲線的曲率半徑設(shè)為Rl，將另一曲線的曲率半徑設(shè) 為R2，將通過(guò)分別具有R1和R2的兩曲線的交點(diǎn)和R1的曲率中心的直線、與和沖頭的移動(dòng)方 向正交的方向構(gòu)成的角設(shè)為β，將鋼板的板厚設(shè)為t時(shí)，
[0034] 0.03mm< Rl < 0.2mm；
[0035] I < R2/R1；
[0036] 30° < β < 90°，
[0037] 其中，Rl、R2、t的單位均為mm。
[0038] (3)根據(jù)(2)所述的鋼板的沖裁用工具，其特征在于，所述兩種曲率半徑R1、R2還滿 足I SR2/R1 < 7、和R2(l-sin0H 3t。
[0039] (4)-種鋼板的沖裁方法，其特征在于，使用的沖裁工具至少采用沖模、壓板和帶 突起的沖