[发明专利]高强度金属工件的冲孔方法与装置

说明书

技术领域

本发明有关于一种冲孔方法与装置，特别是有关于一种用于高强度金属工件的冲孔方法与装置。

背景技术

基于节能减碳与安全性的考虑，目前汽车的A柱、B柱、横梁等结构件已逐渐采用高强度钢材料。一般而言，当材料抗拉强度大于1180MPa时，因冷间冲压成形困难须采热间成形。热冲压工艺有易成形、零件成形后机械性能佳、回弹少等优点，在此项工艺中材料被加热至900℃以上，成形后急速冷却使制品强度大幅提升。

由于制品的抗拉强度已大幅提升，若以现有的冲压工艺进行冲孔，除冲头与母模容易耗损而须经常更换外，为提供足够的成形力故需采用更大吨位的冲压设备，造成设备成本提高。若以激光切割方式进行孔加工，则有激光切割设备昂贵、耗能、生产速度慢与耗材成本高等缺点。

美国专利公开号US20110114610提出了一种激光加工头，可用在30mm以上材料厚度的板材，该激光加工头具有激光切割喷嘴，激光束穿过该激光切割喷嘴的喷嘴开口射出，该激光束在工件上产生穿刺部位(穿刺孔)。但是使用激光对板材加工时，特别是对金属板材，因为金属板材具有高反射性的特质，使激光的效率降低，因此所消耗的能量较大，以及高功率的激光加工头较为昂贵而且笨重，在使用上有较多的限制。

日本专利号JP20030373915为一种钢板热压成形与冲孔装置。此专利虽然使用一个步骤就可将钢板成形并冲孔，但因冲头与冷却水路会互相干涉，在实务应用上可行性并不高，且热间冲孔对于孔洞的精度不易控制。

中国台湾专利公告号TWI309180为一种金属冲压件的制造方法，由于在每次冲孔作业之前，金属件的待冲孔区中心处的切平面被调整至与冲刀的轴线相垂直，故可使金属冲压件上的不同位置的孔的大小及形状保持一致，相对于现有技术在金属平板上冲孔再进行折弯制得的金属冲压件上的圆形通孔，此专利的金属冲压件的圆形通孔具有较佳的外观。但是因为是单方向的冲孔，因此，冲切面具有较大的毛边以及垂直度不佳的问题。此外，对于高强度钢制品，冲头母模容易磨损而需经常更换。

因此，便有需要提供一种金属工件的冲孔方法及冲孔装置，能够解决前述的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种金属工件的冲孔装置及方法，能得到较佳质量的贯穿孔。

为达成上述目的，本发明提出一种金属工件的冲孔方法，包括下列步骤：一热冲压步骤：将该金属工件加热使其具有奥氏体（austenite）铁相，之后对该金属工件同时进行热塑成形及半冲切工艺，以形成具有一预定外形及一半冲切凹穴的结构件；以及一冲孔步骤：在该金属工件淬火后，对该半冲切凹穴的背面进行高速冲孔动作而形成贯穿孔。

其中，该金属工件为高强度钢材，且该高强度钢材的抗拉强度大于1180MPa。

其中，该方法更包括利用电磁力或高压压力，来推动一冲孔冲头，使该冲孔冲头进行高速冲孔动作。

其中，该方法更包括利用电磁线圈产生该电磁力，来推动该冲孔冲头，使该冲孔冲头进行高速冲孔动作。

其中，该方法更包括利用高压气体或化学能产生该高压压力，来推动该冲孔冲头，使该冲孔冲头进行高速冲孔动作。

为达成上述目的，本发明再提出一种金属工件的冲孔装置，该金属工件为同时进行热塑成形工艺及半冲切工艺，以形成具有一预定外形及一半冲切凹穴的结构件，该冲孔装置包括：一固定座，具有一中空孔；一冲孔冲头，对应于该结构件的半冲切凹穴的背面，并设置在该中空孔内，用以沿着该中空孔的方向移动；以及一动力推动单元，用以产生一推进力推动该冲孔冲头，借此对该结构件的半冲切凹穴的背面进行冲孔动作。

其中，更包括：一弹性元件，连接该冲孔冲头及该固定座，用以使该冲孔冲头受到该动力推动单元推动而移动时，能够再回到原先的位置。

其中，该动力推动单元为一电磁线圈，用以产生电磁力并推动该冲孔冲头，使该冲孔冲头沿着该中空孔的方向移动。

其中，该动力推动单元为一高压气体，用以产生高压压力并推动该冲孔冲头，使该冲孔冲头沿着该中空孔的方向移动。

其中，该动力推动单元为一化学能，用以产生高压压力并推动该冲孔冲头，使该冲孔冲头沿着该中空孔的方向移动。

本发明在贯穿孔的断面的两侧不会产生毛边，只有在贯穿孔的中间处稍会产生破断面，而得到较佳的孔洞质量。

本发明利用冲孔冲头对该结构件进行高速冲孔，藉由冲孔冲头高速冲击产生的惯性力，冲孔装置不需要母模，即可完成冲孔的动作。