專利名稱：能夠調(diào)整硬度的熱壓成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如下熱壓成形的方法，S卩，通過快速冷卻實現(xiàn)沖壓成形品的硬度增大，并且，能夠局部地調(diào)整硬度。
背景技術(shù)：
以高強度化、輕模具化的目的，經(jīng)常利用高張力鋼板。若對高張力鋼板進行冷壓，則由于其強度高且回彈大、形狀凍結(jié)性方面而產(chǎn)生問題。為了克服這樣的問題，以熱加工來實施沖壓，從而代替利用冷壓，利用與模具緊貼時的快速冷卻來使鋼板硬化，因而有實現(xiàn)沖壓成形品的高強度化的情況。這被稱作模淬火、或模壓淬火(press hardening)、火印等。根據(jù)模淬火，為了使鋼板成為奧氏體組織，將鋼板加熱至Ac3點以上的適當?shù)臏囟取⒗?000°C左右。接下來，一邊將鋼板從爐中取而對其進行空氣冷卻，一邊在維持奧氏 體相的適當?shù)臏囟取⒗?00°c左右時進行沖壓。此時，受到與模(模具)緊貼而引起的快速冷卻，引起馬氏體轉(zhuǎn)變，從而硬化、強化沖壓成形品。作為一個例子，其拉伸強度是1470MPa左右，維氏硬度HV是440左右。即，通過這樣的方法成形的鋼板具有足夠的強度。由于進行熱沖壓，所以鋼板相當柔軟，而顯著減少回彈的問題，從而得到高精度的形狀。若對利用模淬火成形的成形品進一步進行加工，則產(chǎn)生其它的問題。例如，日本特許公開公報第2003-328031號中公開如下內(nèi)容，即，由于成形品的表面的硬度上升，從而因剪切阻力的增加而難以進行孔加工、修整加工。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)需要對快速冷卻而硬化的熱壓成形品進一步進行加工的情況、或者其它的特別的需要，優(yōu)選在快速冷卻后的成形品的特定的部位，局部地調(diào)整硬度。本發(fā)明是基于這樣的觀點而發(fā)明的，其目的在于提供能夠局部地調(diào)整硬度的熱壓成形的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，利用模具來對能夠淬火的鋼板進行沖壓成形。這樣的方法構(gòu)成為，將上述鋼板加熱至上述鋼板的Ac3點以上，為了對限定的部位給予局部的形變，對上述加熱后的鋼板進行最初的沖壓，在上述最初的沖壓之后，保持使上述鋼板與上述模具分開的狀態(tài)，對保持為上述狀態(tài)的上述鋼板再次進行沖壓，維持使上述鋼板與上述模具緊貼的狀態(tài)。


圖I是說明本發(fā)明的一個實施方式的熱壓成形的方法中在最初的沖壓前給予預變形的工序的一個例子的立面圖。圖2A是給予預變形前的鋼板的立體圖。圖2B是給予了預變形后的鋼板的立體圖。圖2C是在上述熱壓成形的方法中，實施了最初的沖壓后的鋼板的立體圖。圖3A是利用沖頭給予了預變形的例子的鋼板與用于沖壓的模具的立面剖視圖。
圖3B是在上述實施了最初的沖壓后的鋼板中，給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖4是用于上述熱壓成形的方法的模具以及鋼板的示意的立面剖視圖。圖5是在上述熱壓成形中，示意地表示上模的動作的圖。圖6是表示淬火后的硬度分布的圖，其說明上述最初的沖壓的溫度與硬度分布的關(guān)系。圖7是表示淬火后的硬度分布的圖，其說明600°C時進行了上述最初的沖壓后的保持時間與硬度分布的關(guān)系。圖8是表示淬火后的硬度分布的圖，其說明750°C時進行了上述最初的沖壓后的保持時間與硬度分布的關(guān)系。
圖9是表示在局部地調(diào)整了硬度后的鋼板上進行剪切加工的方式的示意圖。圖IOA是利用內(nèi)緣翻邊來給予了預變形的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖IOB是在對圖IOA所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后，給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖IlA是利用壓花來給予初步變形的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖IlB是對圖IlA所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后、給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖12A是利用壓花來給予初步變形的其它的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖12B是在對圖12A所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后、給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖13A是其它的例子的給予了初步變形的鋼板與模具的立面剖視圖。圖13B是在對圖13A所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后，給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖14A是利用壓入來給予局部的形變的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖14B是在對圖14A所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后、給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖15A是其它的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖15B是在對圖15A所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后、給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖16A是其它的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖16B是在對圖16A所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后，給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖17A是其它的例子的鋼板與模具的立面剖視圖。圖17B是在對圖17A所示的鋼板實施了上述最初的沖壓后，給予了局部的形變的部位附近的放大剖視圖。圖18是鋼板的溫度曲線的例子。圖19是表現(xiàn)熱壓成形的設(shè)備的概況的示意圖。圖20是變形例的模具以及鋼板的示意的立面剖視圖。圖21是表現(xiàn)變形例的熱壓成形的設(shè)備的概況的示意圖。
圖22是在第二變形例的熱壓成形的方法中，用于最初的沖壓的模具以及鋼板的示意的立面剖視圖。圖23是在第二變形例的熱壓成形的方法中，用于最終的沖壓的模具以及鋼板的示意的立面剖視圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。本實施方式中，對能夠淬火的鋼板進行熱壓成形。熱壓成形的方法簡要地說明如下，將鋼板加熱為鋼板的Ac3點以上，為了對限定的部位給予局部的形變，對加熱后的鋼板進行最初的沖壓，在最初的沖壓后，保持使鋼板與模具分開的狀態(tài)，對保持為該狀態(tài)的鋼板再次進行沖壓，而以一定時間維持與模具的緊貼。給予局部的形變的部位被限定，硬度比其它的部位的硬度低(即，局部地調(diào)整硬度)，從而優(yōu)選對該部位進行孔加工、修整加工那樣的 剪切加工。以下,更加詳細地對各工序進行說明。參照圖I至圖4，優(yōu)選給予鋼板W上特定的部位預變形。給予了這樣的預變形的部位由于后述的最初的沖壓而被壓潰，因而給予鋼板W局部的形變，但詳細情況如后述。根據(jù)這樣的方法，在包括給予鋼板W局部的形變的工序、并且最終得到平滑的面的方面有利。優(yōu)選在該部位上預先設(shè)有圖2A那樣的孔Wa。鋼板W被圖I那樣的模具I以及壓料圈2把持。圓棒狀且具有尖的前端3a的沖頭3推壓孔Wa而使之變形，由此給予鋼板W的孔Wa的周圍預變形。圖2B表示由于預變形而使鋼板W具有凸形Wl的方式。預變形越大，利用后述的最初的沖壓，能夠給予越大的局部的形變，從而作為結(jié)果，能得到更大的效果。設(shè)置上述那樣的孔Wa、且使孔Wa的周圍變形在給予更大的預變形的方面有利?；蛘?，若給予需要的程度的預變形，則能夠省略孔Wa。并且，代替按壓沖頭3，能夠使用彎曲(bending)、壓入(indenting)、內(nèi)緣翻邊(burring)、壓花(embossing)等適當?shù)姆椒?。下面，對這些方法中的幾個方法進行更加詳細的說明。給予預變形的工序可以在加熱前進行，也可以在加熱后進行?；蛘撸绾笏?，也能夠不給予預變形地給予局部的形變。熱壓成形例如利用圖4、圖19中示意地表示的裝置來進行。這樣的裝置具備適當?shù)募訜釥t30與沖壓裝置50，優(yōu)選還具備用于將鋼板從加熱爐30搬運至沖壓裝置50的搬運裝置40、以及用于將沖壓后的產(chǎn)品搬出的搬出裝置40T。搬運裝置40以及搬出裝置40T中能夠使用機器人手臂，但不限定于此。沖壓裝置50具備模具10，模具10通常具備上模11與下模12。下模12通常相對于臺面不動，上模11通過液壓或者其它的方法而升降。上模11與下模12分別具有多個導管13，用于冷卻的介質(zhì)在導管13中傳導。通常，介質(zhì)是水。下模12具備多個鉛垂孔12A，鉛垂孔12A可升降地對支承于彈簧14的起模頂桿15進行收容。對于起模頂桿15而言，當未受到載荷時，其前端從下模12向上方突出，當受到載荷時,其進入鉛垂孔12A內(nèi)。起模頂桿15的前端優(yōu)選具有球形狀或者變圓的圓錐形狀。為了使鋼板W成為奧氏體組織，在加熱爐30中將其加熱至Ac3點以上。Ac3點是升溫時從鐵素體組織向奧氏體組織轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度，完全取決于鋼板W的組成。通常Ac3點是已知的，根據(jù)已知的值來決定加熱溫度即可，但為了方便，也可以決定一定的溫度。即，例如也可以將加熱溫度決定為90(T950°C。上述那樣的加熱后的鋼板W被導入沖壓裝置50，并被置于下模12上。鋼板W通過與起模頂桿15點接觸而被支承，從而不會受到由模具引起的快速冷卻，從而自然地進行氣冷而緩緩地降低其溫度。需要把握鋼板W的溫度變化，而鋼板W的溫度例如可以通過放射溫度計或者熱電偶那樣的公知的測定機構(gòu)來測定。圖18是測定結(jié)果的例子。根據(jù)鋼板的厚度、形狀而預先進行這樣的測定，并構(gòu)建溫度曲線的數(shù)據(jù)庫也可以。也可以代替每當進行熱壓成形時進行溫度測定，根據(jù)這樣的數(shù)據(jù)庫來推斷溫度變化。為了給予鋼板W局部的形變，在維持奧氏體相的適當?shù)臏囟?、例?00°C 800°C中任一溫度時，進行最初的沖壓。參照圖5，最初，上模11為與鋼板W不接觸的高度M。壓下上模11 (高度0)，并立即使之上升。這樣，凸形Wl如圖2C所示地被壓潰，而得到平坦的鋼板W’。壓下力例如是面壓2. 5MPa。此時，通過與冰冷的模具緊貼，極短時間內(nèi)進行比較迅速的冷卻，但此次，不產(chǎn)生 馬氏體轉(zhuǎn)變。之后，上模11上升，且由于彈簧14的作用力而使鋼板W’與下模12分開，立即恢復為慢慢冷卻的狀態(tài)。在適當?shù)臅r間P期間，鋼板W’保持該狀態(tài)。給予了預變形的部位由于上述最初的沖壓而被壓潰，而被給予局部的形變。接下來，若鋼板W’保持為與模具分開的狀態(tài)，則為維持奧氏體相的高溫，并且，引起形變而引起鐵素體轉(zhuǎn)變。該鐵素體轉(zhuǎn)變所需要的時間基于鋼板W的組成、導入的形變的程度，但一般為幾秒的程度。因此，根據(jù)充分地產(chǎn)生由形變引起的鐵素體轉(zhuǎn)變的觀點，保持時間P優(yōu)選為如下適當?shù)臅r間，即，超過O秒，只要在其它的部位維持奧氏體相即可。保持時間P更加優(yōu)選為I秒至5秒，進一步優(yōu)選為I秒至3秒。在未給予局部的形變的部位，即使由于上述最初的沖壓也不會產(chǎn)生格外的轉(zhuǎn)變。鐵素體轉(zhuǎn)變限定為給予了局部的形變的部位。即，這樣的工序在鋼板W’上局部地生成鐵素體相。圖3B中，對產(chǎn)生由形變引起的鐵素體相、且淬火后的硬度為HV370以下的區(qū)域賦予網(wǎng)點。對于鋼板，還在維持奧氏體相的適當?shù)臏囟?、例?00°C 800°C時，再次將上模11壓下至下止點N，由此進行最終的沖壓。壓下力例如是面壓15MPa。該沖壓時，一定時間Q期間，上模11保持壓下不變。該期間，通過維持與冰冷的模具的緊貼，來進行鋼板W’的淬火。此時，對于未給予局部的形變的部位，由于奧氏體相向馬氏體相轉(zhuǎn)變，從而硬度以及強度上升。在給予了局部的形變的部位，先產(chǎn)生由形變引起的鐵素體轉(zhuǎn)變，從而奧氏體相的比例小。因此，減少引起馬氏體轉(zhuǎn)變的余地，從而在該部位，硬度以及強度的上升較小。即，局部地對特定的部位調(diào)整硬度。圖9是示意地表示局部地調(diào)整硬度的方式的圖。在孔Wa的周圍，局部地且同心圓狀地產(chǎn)生馬氏體相的比例低的部位C。對于這樣的部位，維氏硬度HV例如為370以下，適于進行孔加工、修整加工那樣的剪切加工。在遠離部位C的部位A，硬度以及強度相當高，它們之間的邊界部位B相當狹窄。作為后工序，能夠?qū)嵤┛准庸?、修整加工那樣的剪切加工。圖9中，表示了利用工具16來進行孔加工的例子?；蛘撸軌?qū)嵤澢?、壓入、壓花那樣的適當?shù)募庸ぁＳ捎谡{(diào)整目標部位的硬度而使之足夠柔軟，從而能夠容易進行這樣的加工，并且所使用的工具的消耗顯著減少。加工后的殘留應(yīng)力成為硬化的部位屢次滯后破壞的原因，但目標部位的硬度相當?shù)?，所以難以引起滯后破壞。局部地調(diào)整了硬度的部位限定為相當狹窄的區(qū)域，從而作為沖壓成形品整體具有足夠的硬度以及強度。為了驗證本申請的效果，進行了以下的實驗。如下的鋼板為供試驗件，S卩，其板厚為I. 8mm，其成分為C :0. 22質(zhì)量％，Si :0. 26質(zhì)量%，Mn 1. 22質(zhì)量%，P 0. 021質(zhì)量％，S :0. 02%質(zhì)量％，Cr :0. 20質(zhì)量％，剩余部分為鐵。分別在供試驗件上開5πιπιΦ的孔，以這 樣的孔為中心地利用沖頭來給予預變形。分別將這樣的供試驗件加熱至900°C，并導入沖壓裝置，為了給予局部的形變，進行最初的沖壓。壓下力為5ton (面壓2. 5MPa)。上述最初的沖壓的開始溫度為600°C、650°C、700°C、750°C、800°C五個水準，保持時間為O秒(立即進行后述的最終的沖壓)、I秒、3秒、5秒四個水準。接下來，以壓下力30ton (面壓15MPa)，利用最終的沖壓來進行成形與淬火。之后，切斷孔的附近，剖面中沿圖3B的線L、從孔的邊緣開始每隔O. 25mm地測定維氏硬度。結(jié)果如圖6 8所
/Jn ο圖6表示保持時間為3秒時的、上述最初的沖壓的開始溫度與淬火后的維氏硬度HV的關(guān)系。橫軸是離孔的邊緣的距離。任一個例子中，在離孔的邊緣足夠遠的部位，HV為470以上，得到足夠的硬化。另一方面，在離孔的邊緣約lmnT3mm的區(qū)域內(nèi)HV降低，尤其在離I. 25mnTl. 75mm的區(qū)域內(nèi)HV降低至370以下。即，該區(qū)域被局部地調(diào)整了硬度，從而適于進行孔加工、修整加工那樣的剪切加工。根據(jù)這樣的結(jié)果，上述最初的沖壓的開始溫度優(yōu)選為 600 °C 800°C。圖7表不上述最初的沖壓的開始溫度為600°C時的、保持時間與淬火后的維氏硬度HV的關(guān)系。圖8表示上述最初的沖壓的開始溫度為750°C的情況下的、保持時間與淬火后的維氏硬度HV的關(guān)系。任一個例子中，保持時間為O秒(立即進行上述最終的沖壓)時，不認為產(chǎn)生HV的降低。任一個例子中，當保持時間為I秒以上時，在離孔的邊緣約lmnT3mm的區(qū)域內(nèi)，HV顯著降低。當保持時間為5秒時，對于這樣的區(qū)域以外的部位，HV也降低。根據(jù)這樣的結(jié)果，保持時間優(yōu)選為I秒至3秒。如上所述，根據(jù)本實施方式，能夠在利用熱壓成形制作的成形品的特定的部位上局部地調(diào)整硬度。上述的實施方式能夠進行各種的變形。例如，給予預變形的工序中，能夠利用圖IOA那樣的內(nèi)緣翻邊?；蛘咭部梢岳脠D11A、圖12A或圖13A那樣的壓花。通過利用上述最初的沖壓來將由內(nèi)緣翻邊或者壓花引起的凸形W2、W3、W4、W5壓潰，來產(chǎn)生圖10B、圖11B、圖12B、圖13B那樣的足夠的形變。凸形的形狀不限定于圖示形狀。圖10B、圖11B、圖12B、圖13B中，對于產(chǎn)生由形變引起的鐵素體相、且淬火后的硬度為HV370以下的區(qū)域，賦予網(wǎng)點?；蛘撸部梢圆唤o予預變形，而在上述最初的沖壓的工序中給予鋼板局部的形變。例如，在上模以及下模中的一個或者兩方上預先設(shè)置用于壓入的突起，能夠以熱的溫度來進行壓入加工。圖14A的例子中，上模11具有剖面呈梯形的突起11a，下模12具有剖面呈梯形的突起12a。圖15A的例子中，僅上模11具有突起11a。圖16A的例子中，突起lib、12b的剖面呈弧形。圖17A的例子，僅上模11具有突起lib。這些僅僅是例子，例如突起的形狀不限定于圖示的形狀。對于被突起lla、12a、llb、12b壓入的部位，給予局部的形變。在以熱的溫度進行了壓入加工后，將鋼板W’保持為與模具分開的狀態(tài)，由此如圖14B、圖15B、圖16B、圖17B所示，在部位W6、W7、W8、W9上產(chǎn)生由形變引起的鐵素體。圖14B，圖15B，圖16B，圖17B中，對于產(chǎn)生由形變引起的鐵素體相、且淬火后的硬度為HV370以下的區(qū)域，賦予網(wǎng)點。即，在上述最終的沖壓后，這樣的部位的硬度以及強度也不會上升很多。即，成為局部地調(diào)整了硬度的部位。上述的說明中，對利用平坦的模具10來制造了平坦的產(chǎn)品的例子進行了說明，但當然能夠?qū)Ω鞣N的形狀進行熱壓成形。圖20是對具有凸緣的柱狀物W”(其剖面與禮帽的剖面相似)進行成形所使用的模具10’的例子。由加熱爐30適當?shù)丶訜岷蟮匿摪錡置于下模12’上。最初的沖壓過程中，壓下上 模11’并立即地使之上升，由此來壓潰凸形W1，而給予鋼板W局部的形變。在一定的保持時間P后，在最終的沖壓過程中，再次壓下上模11’，使鋼板r持續(xù)地與冰冷的模具緊貼，并進行淬火。從模具 ο’取出產(chǎn)品，從而得到具有凸緣的柱狀物W”。與上述相同，在局部地給予了形變的部位，馬氏體相相對少，因此局部地調(diào)整硬度。上述最初的沖壓過程中，鋼板W整體也進行變形，但其程度較低，因此整體上不調(diào)整硬度。上述最初的沖壓與上述最終的沖壓也可以使用不同的模具。圖21至23是用于這樣的變形例的裝置的例子。這樣的裝置具備加熱爐30、用于上述最初的沖壓的第一沖壓裝置50P、以及用于上述最終的沖壓的第二沖壓裝置50F。優(yōu)選還具備用于將鋼板從加熱爐30搬運至第一沖壓裝置50P的搬運裝置40、用于將鋼板從第一沖壓裝置50P搬運至第二沖壓裝置50F的搬運裝置40M、以及用于將沖壓后的產(chǎn)品搬出的搬出裝置40T。搬運裝置40、40M以及搬出裝置40T可以使用機器人手臂，但不限定于此。第一沖壓裝置50P具備圖22所示的模具10P。上模IlP以及下模12P具有與上述的模具10相同的形狀，但可以省略用于冷卻的導管13。第二沖壓裝置50F具備圖23所示的模具10F。與上述的模具10’相同，上模IlF以及下模12F具有用于成形的適當?shù)男螤?，但可以省略起模頂桿15。由加熱爐30適當?shù)丶訜岷蟮匿摪錡被導入第一沖壓裝置50P，進行上述最初的沖壓。壓下上模IlP并立即地使之上升，由此來壓潰凸形W1，而給予鋼板W局部的形變。成為平坦的鋼板r在保持時間P期間、被搬運至第二沖壓裝置50F，而至于下模12F上。壓下上模11F，并使鋼板W’持續(xù)地與冰冷的模具緊貼，從而進行淬火。從模具IOF取出產(chǎn)品，從而得到具有凸緣的柱狀物W”。與上述相同，對于局部地給予了形變的部位，馬氏體相相對少，因此局部地調(diào)整硬度。上述最初的沖壓過程中，給予形變的部位限定為特定的部位，在上述最終的沖壓后，對這樣的部位局部地調(diào)整硬度，但不給予其它的部位形變，從而其它的部位的硬度更高。通過優(yōu)選的實施方式來對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不限定于上述實施方式?；谏鲜龉_內(nèi)容，掌握該技術(shù)領(lǐng)域的通常的技術(shù)的人能夠通過實施方式的修正以及變形來實施本發(fā)明。工業(yè)上的應(yīng)用可行性本發(fā)明提供能夠局部地調(diào)整硬度的熱壓成形的方法。
權(quán)利要求
1.一種方法，其是利用模具來對能夠淬火的鋼板進行沖壓成形的方法，其中， 將所述鋼板加熱至所述鋼板的Ac3點以上， 為了對限定的部位給予局部的形變，對所述加熱后的鋼板進行最初的沖壓， 在所述最初的沖壓之后，保持使所述鋼板與所述模具分開的狀態(tài)， 對保持為所述狀態(tài)的所述鋼板再次進行沖壓，維持使所述鋼板與所述模具緊貼的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中， 還包括給予所述鋼板預變形的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中， 所述預變形由從彎曲、壓入、內(nèi)緣翻邊、壓花的組中選擇的任一方法來給予。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中， 所述最初的沖壓在600至800°C的溫度下進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中， 將所述鋼板與所述模具分開的狀態(tài)保持I秒以上的期間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中， 再次進行沖壓的階段在600至800°C的溫度下進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中， 將所述鋼板與所述模具緊貼的狀態(tài)維持能夠充分引起馬氏體轉(zhuǎn)變的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中， 還包括對所述部位進行剪切加工的步驟。
全文摘要
本發(fā)明利用模具來對能夠淬火的鋼板進行沖壓成形。本發(fā)明的方法構(gòu)成為，將上述鋼板加熱至上述鋼板的Ac3點以上，為了對限定的部位給予局部的形變，對上述加熱后的鋼板進行最初的沖壓，在上述最初的沖壓之后，保持使上述模具與上述鋼板分開的狀態(tài)，對保持為上述狀態(tài)的上述鋼板再次進行沖壓，維持使上述鋼板與上述模具緊貼的狀態(tài)。
文檔編號C22C38/00GK102883833SQ20118002049
公開日2013年1月16日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者小林正憲 申請人:東普雷株式會社