[发明专利]钢板的冲裁用工具和冲裁方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄钢板的冲裁用工具、和使用了该工具的冲裁加工方法。

背景技术

对应于石油危机引起的汽车轻量化要求，汽车用的钢板的高强度化在推进。近年来也产生了提高汽车碰撞安全性的要求，汽车用钢板进一步高强度化的要求正在提高。

钢板随着强度提高，一般会牺牲成形性，在冲压成形时容易产生裂纹。因此，在应用高强度钢板时，在其冲压成形工序中，需要谋求防止裂纹。特别是在汽车用钢板的冲压成形时，较多地出现将冲裁出的端面在周向上拉伸的“冲裁孔扩展成形”，在这样的成形中防止裂纹很重要。

图1示出使用了以往的平底冲头的冲裁工序中的被加工材料的变形状态。在该冲裁工序中，由于对图1(b)所示的硬化层施加大的压缩或者拉伸的应变，该部分显著硬化。而且，因此，冲裁后的端面的延展性劣化，冲裁孔(冲孔)的冲裁孔扩展性显著劣化。由该硬化层引起的端面延展性劣化，在高强度钢中特别显著，正在要求对应于近年来的汽车轻量化要求而较多地使用的高强度钢板的冲裁孔扩展性的改善。

作为改善该冲裁孔扩展性的冲裁技术，曾提出了使用在顶端带有突起的冲裁冲头进行冲裁的技术(专利文献1、2)。

下面说明利用该技术改善冲裁孔扩展性的原理。冲裁孔扩展性，由于在冲裁工序中在端面上形成蓄积有塑性应变的加工硬化层而劣化。在冲裁工序中，起初通过冲头、冲模剪切被加工材料而形成剪切面。接着，在冲头、冲模的切刃附近的被加工材料中发生裂纹且该裂纹发展，由此形成断裂面。该裂纹生长，以至于断裂。断裂面的加工硬化层上的塑性应变主要在剪切面的形成阶段产生，因此剪切面的形成阶段越短，断裂面的加工硬化层上的塑性应变越小。由于冲裁冲头上带有的突起的效果，对被冲裁的被加工材料的冲头和冲模的切刃附近给予拉伸应力，促进裂纹的发展，结果能够缩短剪切面的形成阶段。由于该效果，可抑制冲裁端面的应变、改善冲裁孔扩展性。

在专利文献1中，为了进一步防止由突起引起的对坯料的剪切，使突起的肩部的曲率半径Rp为0.2mm以上、或者使突起肩部角度为100°以上170°以下成为必要条件。

在专利文献2中，为了改善被加工材料的端面的延展性，从冲头切刃向突起划出的切线的角度为3°～70°成为必要条件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2005-95980号公报

专利文献2:日本特开2007-307616号公报

发明内容

根据以往技术，在抗拉强度约为800MPa的高强度钢板中，能够获得80％以上的冲裁孔扩展率。利用该技术能获得一定的汽车轻量化效果。但是，为了对应于近年来进一步高涨的高强度钢板的需求，未必可以说是足够。为了充分对应于这样的需求，正在要求在抗拉强度约为800MPa的高强度钢板中实现90％以上的冲裁孔扩展率。

本发明的课题是具体实现在800MPa级的高强度钢板的冲裁加工中实现90％以上的冲裁孔扩展率的冲裁加工工具和加工方法。

本发明人为了在使用带突起的冲头的冲裁加工中解决上述课题而进行了锐意研究，得到了以下见解。

(a)冲模的切刃形状的最佳化

进行冲裁加工时，在作为被加工材料的高强度钢板的冲头侧和冲模侧，力的施加状况不同，因此本来冲头的切刃形状和冲模的切刃形状各自应存在最佳的形状。以往技术是以冲头的切刃为主体进行了研究，冲模的切刃形状并没有达到最佳。因此，本发明人着眼于冲模的切刃形状进行了详细的研究。

首先，当冲模的肩R(冲模的曲率半径，相当于切刃的形状)小时，作为被加工材料的钢板的冲模侧受到极端的压缩应力。因此，钢板断面内的压缩应力区域变大。受到压缩应力的部分由于裂纹的扩展被抑制因此剪切断裂。由此，剪切面增加，加工硬化层变多。

另一方面，如果冲模的肩R过大，则钢板的冲模侧也有拉伸应力作用，因而裂纹扩展进行，剪切断裂成为限定性的。因此，加工硬化层也减少，因此能够确保延展性。但是，由于肩R大，存在切断后的钢板发生变形(垂向冲头下降的方向的塌边)的可能性。

考虑到这些情况，发现在800MPa以上的高强度钢板中使冲模的肩R为0.03mm～0.2mm是适当的。

(b)冲模肩的二段R化

进而，本发明人发现，通过使冲模肩(切刃部分)为具有两种曲率半径的形状(以下称为二段R。)能够一边更加抑制压缩应力一边进行切断。