[發明專利]鋼板的沖裁用工具和沖裁方法

有效

• 申請號: 201480056695.3
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN105636718B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 高橋雄三;河野治;橫井龍雄;土師純治;堀岡聰
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金株式會社
• 主分類號: B21D28/34
• 分類號: B21D28/34;B21D28/24
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 劉航,段承恩

技術領域

本發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

對應于石油危機引起的汽車輕量化要求，汽車用的鋼板的高強度化在推進。近年來也產生了提高汽車碰撞安全性的要求，汽車用鋼板進一步高強度化的要求正在提高。

鋼板隨著強度提高，一般會犧牲成形性，在沖壓成形時容易產生裂紋。因此，在應用高強度鋼板時，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，較多地出現將沖裁出的端面在周向上拉伸的“沖裁孔擴展成形”，在這樣的成形中防止裂紋很重要。

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。在該沖裁工序中，由于對圖1(b)所示的硬化層施加大的壓縮或者拉伸的應變，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)的沖裁孔擴展性顯著劣化。由該硬化層引起的端面延展性劣化，在高強度鋼中特別顯著，正在要求對應于近年來的汽車輕量化要求而較多地使用的高強度鋼板的沖裁孔擴展性的改善。

作為改善該沖裁孔擴展性的沖裁技術，曾提出了使用在頂端帶有突起的沖裁沖頭進行沖裁的技術(專利文獻1、2)。

下面說明利用該技術改善沖裁孔擴展性的原理。沖裁孔擴展性，由于在沖裁工序中在端面上形成蓄積有塑性應變的加工硬化層而劣化。在沖裁工序中，起初通過沖頭、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生裂紋且該裂紋發展，由此形成斷裂面。該裂紋生長，以至于斷裂。斷裂面的加工硬化層上的塑性應變主要在剪切面的形成階段產生，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變越小。由于沖裁沖頭上帶有的突起的效果，對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力，促進裂紋的發展，結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變、改善沖裁孔擴展性。

在專利文獻1中，為了進一步防止由突起引起的對坯料的剪切，使突起的肩部的曲率半徑Rp為0.2mm以上、或者使突起肩部角度為100°以上170°以下成為必要條件。

在專利文獻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。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2005-95980號公報

專利文獻2:日本特開2007-307616號公報

發明內容

根據以往技術，在抗拉強度約為800MPa的高強度鋼板中，能夠獲得80％以上的沖裁孔擴展率。利用該技術能獲得一定的汽車輕量化效果。但是，為了對應于近年來進一步高漲的高強度鋼板的需求，未必可以說是足夠。為了充分對應于這樣的需求，正在要求在抗拉強度約為800MPa的高強度鋼板中實現90％以上的沖裁孔擴展率。

本發明的課題是具體實現在800MPa級的高強度鋼板的沖裁加工中實現90％以上的沖裁孔擴展率的沖裁加工工具和加工方法。

本發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行了銳意研究，得到了以下見解。

(a)沖模的切刃形狀的最佳化

進行沖裁加工時，在作為被加工材料的高強度鋼板的沖頭側和沖模側，力的施加狀況不同，因此本來沖頭的切刃形狀和沖模的切刃形狀各自應存在最佳的形狀。以往技術是以沖頭的切刃為主體進行了研究，沖模的切刃形狀并沒有達到最佳。因此，本發明人著眼于沖模的切刃形狀進行了詳細的研究。

首先，當沖模的肩R(沖模的曲率半徑，相當于切刃的形狀)小時，作為被加工材料的鋼板的沖模側受到極端的壓縮應力。因此，鋼板斷面內的壓縮應力區域變大。受到壓縮應力的部分由于裂紋的擴展被抑制因此剪切斷裂。由此，剪切面增加，加工硬化層變多。

另一方面，如果沖模的肩R過大，則鋼板的沖模側也有拉伸應力作用，因而裂紋擴展進行，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生變形(垂向沖頭下降的方向的塌邊)的可能性。

考慮到這些情況，發現在800MPa以上的高強度鋼板中使沖模的肩R為0.03mm～0.2mm是適當的。

(b)沖模肩的二段R化

進而，本發明人發現，通過使沖模肩(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力一邊進行切斷。