冲压成形用金属模具和冲压成形方法 【技术领域】
本发明涉及例如将汽车等的车身板从板材冲压成形的冲压成形用金属模具和冲压成形方法。
背景技术
以往，在将钢板冲压成形以制造车辆用的车身板等的情况下，在预先用坯料保持架将钢板的周缘部压住之后，使冲压成形用金属模具进退而进行冲压成形。在具有这样的冲压成形用金属模具的冲压装置中，有时会根据车身板的需要部位而成形小的R形状(小圆角形状)等的深冲形状，但是，在从薄钢板将这样的形状冲压成形时，担心会产生裂缝和皱折。因此，近年来公知有能够避免产生裂缝和皱折的冲压成形装置。
这样的冲压成形装置1如图7A和图7B所示，例如在能够在上下方向上往复动作的上支架2上安装有上模3，并在配置于该上支架2下部的下支架4上安装有下模5，所述上模3和下模5以相对的方式配置。另外，在上模3的内部，设有由驱动机构6进退控制的成形辅助部件7，能够相对于所述上模3独立地往复动作位移，并且，在与所述成形辅助部件7相面对的下模5的侧部，固定有在与该成形辅助部件7之间进行成形的静止模8。在静止模8的侧方，设有用于对坯料9的周缘部进行保持的坯料保持架10。
如图7A所示，从在上模3与下模5之间载置薄板状的坯料9、成形辅助部件7与上模3的下侧相比少许突出的成形准备状态开始，所述上模3下降而在与坯料保持架10之间夹持坯料9的周缘部，当所述上模3进一步下降，则所述坯料9被夹在所述成形辅助部件7与静止模8之间而先将深冲形状成形。最后，通过上模3和下模5，如图7B所示那样将坯料9上的其余部位成形，从而得到成形品(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特许第3720216号说明书
然而，在专利文献1的现有技术中，例如，在成形辅助部件7比静止模8先接触到坯料9而开始成形时，存在着在所述坯料9上产生裂缝和皱折等的情况。另外，在通过上模3和成形辅助部件7进行坯料9的成形时，担心会在被成形的成形品上，在该上模3与成形辅助部件7的边界的部位产生线状的折痕，从而导致所述成形品的品质降低。
【发明内容】
本发明是考虑到上述课题而作出的，其目的在于提供一种能够以希望的形状切实地得到冲压成形品、并能够进一步提高所述冲压成形品的品质的冲压成形用金属模具和冲压成形方法。
为实现上述目的，本发明是，一种被用于通过对板材施加加压力而将成形品成形的冲压成形装置中的冲压成形用金属模具，其特征在于，包括：上模，能够在所述冲压成形装置的驱动部的驱动作用下沿轴线方向位移；可动模，设在所述上模上，能够相对于该上模相对自由位移；下模，配置在与所述上模和可动模相对的位置上；以及保持架，以面向所述上模的方式设在所述下模的侧部，在与该上模之间对所述板材的周缘部进行保持，并被设置成能够在基于所述上模的推压作用下沿轴线方向自由位移，所述可动模与所述上模一起下降，通过该可动模和所述上模从所述板材将所述成形品中的第一成形部位成形，通过所述上模和所述下模将所述成形品中的第二成形部位成形，并且，在通过所述可动模进行所述第一成形部位的成形时，所述上模与所述保持架一起持续下降。
根据本发明，设置能够相对于上模相对自由位移的可动模，并使所述上模与该可动模一起下降，由此通过所述可动模将成形品中的第一成形部位成形，在所述上模与下模之间将第二成形部位成形。此时，由于上模以与保持架一起将板材的周缘部向下方下压的方式持续位移，因此始终对所述板材施加有拉伸力，因此，在通过可动模和上模将所述板材成形时，能够使其切实且容易地到达塑性区域。其结果是，能够使所述板材在不产生裂缝、皱折等的情况下塑性变形为希望地形状而成形，因此能够得到高品质的成形品。
另外，本发明的成形方法是使用冲压成形装置的冲压成形用金属模具对板材施加加压力、对冲压成形品进行成形的成形方法，所述冲压成形品成为构成汽车的板，其特征在于，具有以下工序：在所述冲压成形装置的驱动部的驱动作用下使上模沿轴线方向下降的工序；将所述板材的周缘部保持在所述上模与面向该上模的保持架之间、使所述周缘部与所述保持架一起下降的工序；通过与所述上模一起位移的可动模将所述板材上的第一成形部位冲压成形的工序；以及使所述上模进一步向所述下模侧位移、在与该下模之间将所述板材上的第二成形部位冲压成形的工序，所述上模和保持架在基于所述可动模的成形期间持续下降。
根据本发明，在板材的周缘部被保持在上模与保持架之间的状态下，将该周缘部向下方下压，使该板材与所述下模相抵接而进行预备成形，之后，通过可动模先将成形品中的第一成形部位成形，在进一步下降的上模与下模之间将第二成形部位成形而得到成形品。此时，由于上模和保持架在基于所述可动模的成形期间连续地持续下降，因此能够在对所述板材施加拉伸力的状态下，按顺序进行基于可动模和上模的成形，而且，相对于基于上模的成形，先进行基于所述可动模的成形，由此，能够在对所述板材不产生裂缝、皱折等的情况下得到高品质的成形品。
另外，在进行基于可动模的成形之前，使与该可动模和所述上模的边界接触的所述板材的边界部、以及面向所述可动模和上模的所述边界部附近预先与所述下模相抵接，由此，在通过所述可动模进行板材的成形时，能够避免在所述边界部上产生折痕。
发明的效果
根据本发明，能够得到以下效果。
即，设置能够相对于上模相对自由位移的可动模，并使所述上模与该可动模一起下降，由此通过所述可动模将成形品中的第一成形部位成形，在所述上模与下模之间将第二成形部位成形。此时，由于上模以与保持架一起将板材的周缘部向下方下压的方式连续地持续下降，因此始终对所述板材施加有拉伸力，与此相伴，在通过可动模和上模将所述板材成形时，能够使其切实且容易地到达塑性区域。其结果是，能够在成形的板材不产生裂缝、皱折等的情况下得到高品质的成形品。
【附图说明】
图1是表示使用本发明的实施方式的冲压成形用金属模具的冲压成形装置的成形准备状态的纵剖视图。
图2是通过图1所示的冲压成形装置将钢板冲压成形的成形品即侧外板的俯视示意图。
图3是表示在图1的冲压成形装置中，上模下降而下压坯料保持架并对钢板的外缘部进行保持的状态的纵剖视图。
图4是表示在图3的冲压成形装置中，随着上模的下降，由该上模和坯料保持架保持的钢板的外缘部下降，且其中央部与下模的第二成形部相抵接的状态的纵剖视图。
图5是表示在图4的冲压成形用装置中，上模进一步下降，由此仅可动模与钢板相抵接，在可动模与下模之间进行冲压成形的状态的纵剖视图。
图6是表示上模从图5的基于可动模的成形完成后的状态进一步下降，在上模与下模之间进行钢板上的其余部位的成形，并从所述钢板成形为成形品的状态的纵剖视图。
图7A是表示现有技术的冲压成形装置的成形准备状态的剖视图，图7B是表示上模从图7A的状态下降后的成形完成状态的剖视图。
附图标记说明
20冲压成形装置
22侧外板
24钢板
26车顶梁部
36金属模具部
38上模
40下模
42可动模
46保持架部
48安装面
50第一成形面
58第二成形面
68a、68b坯料保持架
70凹部
76第三成形面
【具体实施方式】
以下，对本发明的冲压成形用金属模具列举优选的实施方式，并参照附图进行详细说明。
在图1中，附图标记20表示使用本发明的实施方式的冲压成形用金属模具的冲压成形装置。这里，如图2所示，对将构成汽车侧部的侧外板(成形品)22从作为坯料材料的钢板(板材)24冲压成形的情况进行说明。
首先，参照图2对由所述冲压成形装置20进行冲压成形的侧外板22进行简单说明。
该侧外板22分别用于汽车中的两侧面上，由对车顶的侧部进行保持并在大致水平方向上延伸的车顶梁部(第一成形部位)26、相对于该车顶梁部26向下方延伸的支柱部28、具有在所述汽车中成为后方的后挡泥板的后侧板部30、以及在所述车顶梁部26的下方大致平行地设置并通过与所述支柱部28连接的框部32而连接起来的底框部34构成。
接着，如图1、图3～图6所示，将所述侧外板22冲压成形的冲压成形装置20包括对钢板24进行冲压成形的金属模具部36，所述金属模具部36包括：上模38；与该上模38的下方相对的下模40；设置在所述上模38上、相对于该上模38能够相对位移的可动模42；安装在所述上模38的上部、用于控制该可动模42的沿轴线方向的位移量的控制机构44；以及在由所述上模38和下模40进行冲压成形时能够对所述钢板24进行保持的保持架部46。
上模38设在冲压成形装置20中的上部，并被设置成面向下模40和载置在该下模40上部的钢板24，且在未图示的驱动部的驱动作用下向下模40侧(箭头A1方向)往复位移。该上模38在中央部形成有设置可动模42的安装部48，在以所述安装部48为中心的外侧，具有与所述钢板24相抵接而在与下模40之间进行冲压成形的第一成形面50、以及在该第一成形面50的更外侧形成的大致平面状的外缘部52。该第一成形面50以从外缘部52向上模38的中央部逐渐向上方(箭头A2方向)凹陷的方式形成。
可动模42插入到安装部48中，并以能够在轴线方向(箭头A1、A2方向)上自由位移的方式设置，并且，在该安装部48的上部，在与可动模42之间设有控制机构44。
在外缘部52上形成有从面向钢板24的成形面向下方突出的凸部54，所述凸部54例如形成为截面大致半圆状，并以从成形面以规定高度突出并且包围安装部48的方式形成为环状。
控制机构44例如由填充有气体的气体弹簧构成，该控制机构44经由销56在其下端部与可动模42连结，并被设置成能够将该可动模42向下模40侧(箭头A1方向)弹压。
下模40设在冲压成形装置20中的下部，并以面向可动模42和上模38的第一成形面50的方式配置。在该下模40上具有第二成形面58，该第二成形面58由面向可动模42的、中央部向上方突出成山状的截面形状构成。通过钢板24与第二成形面58的上表面相抵接，并且可动模42和上模38下降，从而由所述第二成形面58进行冲压成形。
该第二成形面58包括：形成于大致中央部且在最接近上模38的位置上形成的顶部60；在构成保持架部46的一个坯料保持架68a侧形成、从所述顶部60向下方延伸的弯曲部62；以及在相对于所述顶部60与所述弯曲部62成为相反侧的另一个坯料保持架68b侧设置的多个第一和第二台阶部(带台阶部)64、66。
顶部60的顶端以截面R形状形成，该顶部60在钢板24被成形时构成侧外板22的车顶梁部26的一部分。另外，弯曲部62由朝外侧成为凸状的平缓的曲面(同一表面)构成。
第一台阶部64形成于从顶部60朝另一个坯料支架68b侧向斜下方离开的位置上，并在大致水平方向上仅少许突出地形成。第二台阶部66相对于第一台阶部64形成于更向斜下方离开的位置上，并进一步在大致水平方向上仅少许突出地形成。
构成第二成形面58的顶部60(第一成形部)、第一台阶部64(第一成形部)以及弯曲部62的一部分(第一成形部)在与可动模42之间进行钢板24的冲压成形，并且，所述弯曲部62上的其余的部位(第二成形部)和第二台阶部66(第二成形部)在与上模38之间进行冲压成形。
另外，在下模40的外侧，在与上模38之间设有能够对钢板24进行保持的保持架部46。该保持架部46由一组坯料保持架(保持架)68a、68b构成，所述坯料保持架68a、68b以与上模38的外缘部52相对的方式设置，并被设置成能够朝该上模38侧(箭头A2方向)自由位移。即，坯料保持架68a、68b分别配置在以下模40为中心的两侧。
该坯料保持架68a、68b形成为块状，并被设置成例如能够通过弹簧、气缸等弹压机构而向上方自由位移。作为坯料保持架68a、68b上表面的成形面形成为大致水平且平面状，在该成形面上，在与上模38的凸部54相对应的位置上形成有环状的凹部70。该凹部70以截面大致半圆状凹陷形成，其深度被设定得与凸部54的高度相对应。在冲压成形时，上模38的凸部54插入到所述凹部70中。
由此，在通过上模38下降而进行钢板24的冲压成形时，钢板24的周缘部72被夹持并保持在坯料保持架68a、68b与所述上模38之间，并且，通过所述上模38下压所述坯料保持架68a、68b并下降，从而将所述钢板24成形，形成截面半圆状的压边筋74。
可动模42通过安装部48设置在上模38的内部，并被设置成能够通过控制机构44与该上模38分别独立地位移。具体来说，由于可动模42通过控制机构44安装在上模38上，因此能够与所述上模38一起沿轴线方向(箭头A1、A2方向)位移，并且还能够通过所述控制机构44与所述上模38分别独立地位移。而且，可动模42通过控制机构44向下模40侧(箭头A1方向)被弹压，并相对于上模38的第一成形面50向下方仅少许突出。
此外，可动模42以与下模40上的第二成形面58的顶部60附近相对的方式配置，在其下部具有第三成形面76，在该第三成形面76与下模40之间进行冲压成形。
该第三成形面76形成为以与下模40上的第二成形面58的顶部60、第一台阶部64以及弯曲部62的一部分(第一成形部)的截面形状相应的形状向上方凹陷，该截面形状例如为与从钢板24被冲压成形的侧外板22的车顶梁部26相应的形状。
使用本发明的实施方式的冲压成形用金属模具的冲压成形装置20基本上如上述那样构成，下面，参照图1、图3～图6对其动作及作用效果进行说明。
首先，如图1所示，将上模38与可动模42一起在冲压成形装置20中通过未图示的驱动部而向上方退避的状态作为初始位置，在该初始状态下，将作为坯料材料的钢板24载置在下模40和坯料保持架68a、68b的上部，由此，成为能够进行冲压成形的成形准备状态。在该情况下，可动模42被控制机构44弹压而配置在相对于上模38的第一成形面50向下方仅少许突出的位置上。
接着，在该成形准备状态下，如图3所示，在未图示的驱动部的驱动作用下使上模38和可动模42下降，使该上模38的外缘部52在坯料保持架68a、68b的上部与钢板24的上表面相抵接。然后，使上模38进一步下降，由此将所述钢板24的周缘部72夹持在外缘部52与坯料保持架68a、68b之间，并且，该上模38经由所述钢板24将坯料保持架68a、68b下压，由此，通过所述上模38的推压力，凸部54与钢板24一起被压入坯料保持架68a、68b的凹部70内，并在所述钢板24的周缘部72上形成截面半圆状的压边筋74。
由此，成为通过压边筋74将钢板24定位在上模38与坯料保持架68a、68b之间的状态，从而能够对成形时所述钢板24在与上模38的位移方向垂直的水平方向上的移动进行限制，并且能够对所述钢板24施加拉伸力F1、F2(参照图3)。该拉伸力F1、F2例如施加在使分别被保持在坯料保持架68a、68b上的钢板24的周缘部互相离开的方向上。详细地说，例如，在下模40上的顶部60附近，以该顶部60为顶点分别向斜下方施加拉伸力F1、F2。
此外，在该情况下，可动模42和上模38的第一成形面50分别与钢板24不抵接，处于钢板24基于所述第一成形面50和所述可动模42的第三成形面76的成形尚未进行的状态。
进一步，如图4所示，上模38下降，由此坯料保持架68a、68b与钢板24的周缘部72一起抵抗弹压机构的弹压力而向下方被下压，所述钢板24以下模40的顶部60为中心以仿形第二成形面58的上表面的方式逐渐地变形并弯曲。然后，如图5所示，通过上模38的进一步下降使可动模42的第三成形面76与钢板24相抵接，在与下模40的第二成形面58之间进行冲压成形。由此，通过可动模42将由较小的弯曲R构成的截面带台阶状的车顶梁部26冲压成形。此外，在该情况下，基于可动模42的成形部位的外侧处于钢板24基于上模38的第一成形面50的成形尚未进行的状态。
此外，由于在通过可动模42进行成形时，上模38和坯料保持架68a、68b在驱动部(未图示)的驱动作用下连续地持续下降，在所述可动模42与钢板24相抵接而在与下模40之间进行成形后，该可动模42的向下方的位移被下模40和钢板24限制，因此，可动模42以抵抗控制机构的弹压力而被收纳在安装部48内的方式相对于上模38缓慢地上升。
最后，如图6所示，上模38进一步下降，由此，第一成形面50与预先沿下模40的第二成形面58变形的钢板24的上表面接触，通过所述第一和第二成形面50、58，钢板24以向上方成为凸状的方式变形，作为可动模42外侧的部位的钢板24通过发生塑性变形而被冲压成形成希望的形状。由此，构成汽车的车身的侧外板22通过冲压成形而形成。此时，可动模42处于在第三成形面76与下模40之间对钢板24进行冲压成形的状态下抵抗控制机构44的弹压力而向上方被上推了规定距离的状态。
然后，在未图示的驱动部的驱动作用下使包含可动模42在内的上模38向从下模40离开的方向(箭头A2方向)上升，之后，将被实施了冲压成形的冲压成形品从金属模具部36上取出。
如上所述，在本实施方式中，在构成金属模具部36的上模38上设置可动模42，并使该可动模42成为能够独立地位移的结构。而且，在通过可动模42进行钢板24的冲压成形、例如将作为成形品的侧外板22的车顶梁部26成形之后，使所述上模38进一步下降而在该上模38与下模40之间将所述钢板24的其余的部位成形，由此得到作为成形品的侧外板22。
这样，例如，通过可动模42先对成形品中具有较小弯曲R形状的部位进行成形，且在基于该可动模42的成形时使保持所述钢板24的外缘部52的上模38和坯料保持架68a、68b连续地持续下降，由此能够始终对所述钢板24施加拉伸力F1、F2并进行冲压成形，能够在不在所述钢板24上产生裂缝、皱折等的情况下得到高品质的成形品。
另外，由于上模38在包括基于可动模42的钢板24的成形时在内连续地持续下降，因此始终对所述钢板24施加有拉伸力F1、F2，在通过所述可动模42和上模38对所述钢板24进行成形时，能够使其切实且容易地到达塑性区域。其结果是，能够使所述钢板24在不产生裂缝、皱折等的情况下塑性变形为希望的形状从而成形。
再有，在进行基于可动模42和上模38的钢板24的冲压成形之前，使所述上模38与坯料保持架68a、68b一起下降，并使钢板24先与下模40的顶部60相抵接，由此能够使该钢板24以沿着向上方突出的下模40的上表面(弯曲部62)的方式预先变形，即使在使可动模42和上模38与该变形后的钢板24相抵接而在与所述下模40之间进行冲压成形的情况下，也能够避免在所述可动模42与上模38的边界部位B1、B2(边界部)上产生边界线(折痕)。其结果是，能够避免因在成形品上产生折痕而导致的品质降低，能够得到高品质的成形品。此外，详细地说，由于在另一个坯料保持架68b侧的可动模42和上模的边界部位B2与设在下模40上的第二台阶部66的形状为同一形状，因此不必担心产生边界线(折痕)。
此外，本发明的冲压成形用金属模具和冲压成形方法不限于上述实施方式，在不脱离本发明的技术思想的情况下可采用各种结构。