СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВАННОГО КОМПОНЕНТА, ШТАМПОВАННЫЙ КОМПОНЕНТ, ШТАМП И ШТАМПОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
METHOD FOR MANUFACTURING STAMPED COMPONENT, STAMPED COMPONENT, STAMP AND STAMPING DEVICE

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к способу изготовления штампованного компонента, штампованному компоненту, штампу и штамповочному устройству.
Уровень техники
[0002] Кузова автомобилей собирают путем накладывания друг на друга краев множества формованных панелей, скрепления этих панелей вместе при помощи точечной сварки с получением кузова коробчатой формы и прикрепления силовых элементов в требуемых местах этого кузова при помощи точечной сварки. Примеры силовых элементов, применяемых в боковой секции кузова автомобиля (на стороне кузова) включают боковые продольные балки, прикрепленные с обеих сторон панели днища, нижнюю часть передней стойки и верхнюю часть передней стойки, установленные проходящими вверх от передней части боковой продольной балки, продольную балку крыши, прикрепленную к верхней концевой области верхней части передней стойки, и среднюю стойку, соединяющую боковую продольную балку и продольную балку крыши.
[0003] Если говорить в общем, составные части (например, соответствующие внешние панели) силовых элементов, включающих нижние части передних стоек, верхние части передних стоек и продольные балки крыши, часто имеют поперечное сечение, по существу, в форме шляпы и включают вытянутую в длину верхнюю пластину, два выпуклых ребра, каждое из которых соединено с соответствующей из двух сторон верхней пластины, две вертикальных стенки, каждая из которых соединена с соответствующим из двух выпуклых ребер, два вогнутых сгиба, каждый из которых соединен с соответствующей из двух вертикальных стенок, и два фланца, каждый из которых соединен с соответствующим из двух вогнутых сгибов.
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0004] Описанные выше составные части имеют относительно сложную форму поперечного сечения и являются вытянутыми в длину. Чтобы не допустить увеличения производственных затрат, указанные составные части обычно изготавливают путем холодной штамповки. Помимо этого, чтобы увеличить прочность и одновременно уменьшить вес транспортного средства с целью снижения расхода топлива, стремятся уменьшить толщину указанных выше силовых элементов за счет использования, например, листовой стали с высокой прочностью на растяжение, имеющей прочность на растяжение 440 МПа или более.
[0005] Однако, когда при изготовлении составных частей, изогнутых в направлении по длине, например, внешних панелей продольной балки крыши (ниже называемых "элементами крыши" и являющихся силовыми элементами автомобиля) для заготовки из листовой стали с высокой прочностью на растяжение применяют холодную штамповку, при удалении из штампа возникает обратное пружинение, что приводит к такой проблеме, как перекручивание верхней пластины. То есть, имеются проблемы с фиксацией формы, в результате чего для элементов крыши нельзя получить требуемую форму.
[0006] Например, в выложенной заявке на японский патент (JP-A) № 2004-314123 (ниже называемой "Патентным документом 1") описано изобретение, в котором в изготавливаемом путем штамповки компоненте, имеющем в направлении по длине неизменное поперечное сечение в форме шляпы, создают ступеньку, чтобы не допустить раскрывания и, таким образом, улучшить фиксацию формы.
[0007] Помимо этого, в спецификации японского патента № 5382281 (ниже называемого "Патентным документом 2") описано изобретение, в котором во время изготовления штампованного компонента, включающего верхнюю пластину, вертикальные стенки и фланцы и изогнутого в направлении по длине, фланцы, созданные на первом этапе, на втором этапе изгибают в обратном направлении, чтобы уменьшить в этих фланцах остаточные механические напряжения, что позволяет улучшить фиксацию формы.
[0008] Согласно изобретению, описанному в Патентном документе 1, при изготовлении штампованных компонентов, имеющих форму с изгибанием в направлении по длине, например, составных частей таких силовых элементов, как нижние части передних стоек, верхние части передних стоек или продольные балки крыши, после удаления из штампа в верхней пластине возникает обратное пружинение, в результате чего нельзя получить требуемую форму.
[0009] Согласно изобретению, описанному в Патентном документе 2, при изготовлении штампованных компонентов, изогнутых в направлении по длине и направлении по высоте и включающих изогнутую область близко к середине длины, остаточные механические напряжения возникают на фланце, а также у поверхностей вертикальных стенок и верхней пластины, и у этих поверхностей возникают остаточные девиаторные механические напряжения. В результате после удаления из штампа штампованного компонента, изготовленного в соответствии с изобретением, описанным в Патентном документе 2, в верхней пластине возникает обратное пружинение, поэтому нельзя получить требуемую форму.
[0010] Задачей настоящего изобретения является предложить способ изготовления конкретного штампованного компонента, в котором не допускается схождение вертикальных стенок из-за обратного пружинения. Отметим, что в данной спецификации "конкретный штампованный компонент" - это штампованный компонент, включающий вытянутую в длину верхнюю пластину, ребра на обоих в направлении по ширине краях верхней пластины и вертикальные стенки, расположенные друг против друга и проходящие от ребер.
Устранение проблемы
[0011] Способ изготовления штампованного компонента по первому аспекту настоящего изобретения представляет собой способ изготовления конкретного штампованного компонента. Этот способ изготовления включает применение матрицы и пуансона для изгибания заготовки с получением профиля, выпуклого в направлении от пуансона к матрице, когда пуансон приведен в контакт с первой областью этой заготовки, в которой должны быть созданы два расположенных на краях ребра; и зажимания второй области заготовки, в которой должна быть создана верхняя пластина, между матрицей и пуансоном и продавливания этой области в направлении от матрицы к пуансону.
[0012] Способ изготовления штампованного компонента по второму аспекту настоящего изобретения представляет собой способ изготовления конкретного штампованного компонента, в котором матрицу и пуансон применяют для изгибания заготовки в направлении от пуансона к матрице, когда пуансон приведен в контакт с первой областью этой заготовки, в которой должны быть созданы два расположенных на краях ребра; и зажимания второй области заготовки, в которой должна быть создана верхняя пластина, между матрицей и пуансоном и продавливания этой области в направлении от матрицы к пуансону таким образом, чтобы эта область имела радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (1):
(1)
при этом каждая из переменных Уравнения (1) представляет собой следующее:
t - толщина (мм) пластины заготовки;
s
σ - механические напряжения (МПа) на внешней поверхности в области заготовки, формуемой в верхнюю пластину, которые при изгибании возникают в направлении по ширине;
m
σ - средние механические напряжения (МПа) в поперечном сечении в области заготовки, формуемой в верхнюю пластину, которые возникают в направлении по ширине; и
Е - модуль упругости (ГПа) листовой стали, из которой получена заготовка.
[0013] Способ изготовления штампованного компонента по третьему аспекту настоящего изобретения представляет собой способ изготовления конкретного штампованного компонента, в котором матрицу и пуансон применяют для изгибания заготовки в направлении от пуансона к матрице, когда пуансон приведен в контакт с первой областью этой заготовки, в которой должны быть созданы два расположенных на краях ребра; и зажимания второй области заготовки, в которой должна быть создана верхняя пластина, между матрицей и пуансоном и продавливания этой области в направлении от матрицы к пуансону таким образом, чтобы эта область имела радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (2):
(2)
при этом каждая из переменных Уравнения (2) представляет собой следующее:
t - толщина (мм) пластины заготовки;
TS
σ - прочность (МПа) заготовки на растяжение;
YP
σ - предел текучести (МПа) для заготовки; и
Е - модуль упругости (ГПа) листовой стали, из которой получена заготовка.
[0014] Способ изготовления штампованного компонента по четвертому аспекту настоящего изобретения представляет собой способ изготовления конкретного штампованного компонента, соответствующий аспектам с первого по третий, в котором верхняя поверхность пуансона изогнута, если смотреть в направлении от пуансона к расположенной напротив него матрице, и в матрице создан паз, который изогнут в соответствии с верхней поверхностью пуансона; и штампованный компонент изготавливают с верхней пластиной, которая изогнута, если смотреть в направлении по ее толщине.
[0015] Способ изготовления штампованного компонента по пятому аспекту настоящего изобретения представляет собой способ изготовления конкретного штампованного компонента, соответствующий аспектам с первого по четвертый, в котором верхняя поверхность пуансона изогнута с получением выпуклого профиля, с выгибом в направлении матрицы, если смотреть в направлении, перпендикулярном направлению от пуансона к расположенной напротив него матрице и направлению по длине пуансона, и в матрице создан паз, который изогнут в соответствии с верхней поверхностью пуансона; и штампованный компонент изготавливают с верхней пластиной, которая изогнута, если смотреть в направлении по ее ширине.
[0016] Штампованный компонент, соответствующий настоящему изобретению, представляет собой конкретный штампованный компонент, в котором верхняя пластина включает область минимума, в которой твердость по Виккерсу имеет минимальную величину для диапазона от одного в направлении по ширине о края этой пластины до ее другого в направлении по ширине края, и области максимума, в которых твердость по Виккерсу имеет максимальную величину, и которые находятся в каждом диапазоне за пределами первого диапазона, между области минимума и упомянутым одним краем, и вторым диапазономмежду областью минимума и упомянутым другимкраем.
[0017] Штамп, соответствующий настоящему изобретению, представляет собой штамп для изготовления штампованного компонента, включающего вытянутую в длину верхнюю пластину, ребра на обоих в направлении по ширине краях верхней пластины и вертикальные стенки, расположенные друг против друга и проходящие от ребер. Штамп включает пуансон и матрицу. Верхняя поверхность пуансона имеет углубление с радиусом R (мм) кривизны от 38 мм до 725 мм, и заготовку штампуют с использованием матрицы и пуансона путем зажимания области заготовки, в которой должна быть создана верхняя пластина, между матрицей и пуансоном и продавливания этой области в направлении от матрицы к пуансону.
[0018] Штамповочное устройство, соответствующее настоящему изобретению, включает штамп, соответствующий настоящему изобретению, который описан выше, и подвижную секцию, которая перемещает пуансон относительно матрицы.
Преимущества, обеспечиваемые изобретением
[0019] При применении способа изготовления штампованного компонента, соответствующего настоящему изобретению, можно изготавливать конкретный штампованный компонент, в котором не допускается схождение вертикальных стенок из-за обратного пружинения.
[0020] В штампованном компоненте, соответствующем настоящему изобретению, степень схождения вертикальных стенок из-за обратного пружинения является небольшой.
[0021] При применении штампа, соответствующего настоящему изобретению, можно изготавливать конкретный штампованный компонент, в котором не допускается схождение вертикальных стенок из-за обратного пружинения.
[0022] При применении штамповочного устройства, соответствующего настоящему изобретению, можно изготавливать конкретный штампованный компонент, в котором не допускается схождение вертикальных стенок из-за обратного пружинения.
Краткое описание чертежей
[0023] На Фиг.1А приведен вид сверху элемента крыши (штампованного компонента), соответствующего первому примерному варианту.
На Фиг.1В приведен вид сбоку элемента крыши, соответствующего первому примерному варианту.
На Фиг.1С приведено сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.1D приведено сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.2А приведен общий вид штампа первого штамповочного средства, применяемого на первом этапе штамповки в способе изготовления элемента крыши, соответствующем первому примерному варианту.
На Фиг.2В приведено вертикальное поперечное сечение первого штамповочного средства, применяемого на первом этапе штамповки в способе изготовления элемента крыши, соответствующем первому примерному варианту.
На Фиг.3А приведен общий вид штампа второго штамповочного средства, применяемого на втором этапе штамповки в способе изготовления элемента крыши, соответствующем первому примерному варианту.
На Фиг.3В приведено вертикальное поперечное сечение второго штамповочного средства, применяемого на втором этапе штамповки в способе изготовления элемента крыши, соответствующем первому примерному варианту.
На Фиг.4А приведено сечение промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.4В приведено сечение промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.4С приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.4D приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.5А приведено сечение промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А, и является более подробным.
На Фиг.5В приведено сечение промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А, и является более подробным.
На Фиг.5С приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А, и является более подробным.
На Фиг.5D приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А, и является более подробным.
На Фиг.6А приведено поперечное сечение центральной по длине области промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе в первом примерном варианте.
На Фиг.6В приведено сечение области промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.6С приведено поперечное сечение центральной по длине области элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте.
На Фиг.6D приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А.
На Фиг.7А приведено сечение промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А, и на нем более подробно показаны углы между вертикальными стенками и фланцами.
На Фиг.7В приведено сечение промежуточного формованного компонента, созданного на первом этапе штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А, и на нем более подробно показаны углы между вертикальными стенками и фланцами.
На Фиг.7С приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1С-1С, показанной на Фиг.1А, и на нем более подробно показаны углы между вертикальными стенками и фланцами.
На Фиг.7D приведено сечение элемента крыши, изготовленного в результате выполнения второго этапа штамповки в первом примерном варианте, которое представляет собой сечение плоскостью 1D-1D, показанной на Фиг.1А, и на нем более подробно показаны углы между вертикальными стенками и фланцами.
На Фиг.8А приведен вид сверху элемента крыши, соответствующего второму примерному варианту.
На Фиг.8В приведен вид сбоку элемента крыши, соответствующего второму примерному варианту.
На Фиг.8С приведено сечение плоскостью 8С-8С, показанной на Фиг.8А.
На Фиг.8D приведено сечение плоскостью 8D-8D, показанной на Фиг.8А.
На Фиг.9 приведено вертикальное поперечное сечение первого штамповочного средства, применяемого на первом этапе штамповки в способе изготовления элемента крыши, соответствующем второму примерному варианту.
На Фиг.10 приведено вертикальное поперечное сечение второго штамповочного средства, применяемого на втором этапе штамповки в способе изготовления элемента крыши, соответствующем второму примерному варианту.
На Фиг.11А приведен вид сверху элемента крыши, соответствующего третьему примерному варианту.
На Фиг.11В приведен вид сбоку элемента крыши, соответствующего третьему примерному варианту.
На Фиг.11С приведено сечение плоскостью 11С-11С, показанной на Фиг.11А.
На Фиг.11D приведено сечение плоскостью 11D-11D, показанной на Фиг.11А.
На Фиг.12 приведена схема для пояснения способа оценки перекручивания и изгибания.
На Фиг.13 приведен график, на котором показаны результаты измерения перекручивания и изгибания верхней пластины элемента 1 крыши (Пример 1), изготовленного при помощи способа изготовления элемента крыши, соответствующего первому примерному варианту, и элемента крыши (Сравнительный пример 1), изготовленного при помощи способа изготовления элемента крыши, соответствующего второму сравнительному варианту.
На Фиг.14 приведен график, на котором показаны результаты измерения твердости по Виккерсу для верхней пластины, полученные в диапазоне от одного в направлении по ширине края до другого в направлении по ширине края верхней пластины из Примера 1, и твердости по Виккерсу для верхней пластины, полученные в диапазоне от одного в направлении по ширине края до другого в направлении по ширине края верхней пластины из Сравнительного примера 1.
На Фиг.15 приведена таблица, в которой показаны результаты оценки на основе моделирования перекручивания верхних пластин элементов крыши, соответственно, в Примерах (Примеры 2-8) для первого примерного варианта, и перекручивания верхних пластин элементов крыши, соответственно, в Сравнительных примерах (Сравнительные примеры 2-6) для второго сравнительного варианта.
На Фиг.16 приведена таблица, в которой показаны результаты оценки на основе моделирования перекручивания верхних пластин элементов крыши, соответственно, в Примерах (Примеры 9-14) для второго примерного варианта, и перекручивания верхних пластин элементов крыши, соответственно, в Сравнительных примерах (Сравнительные примеры 7-11) для второго сравнительного варианта.
Подробное описание вариантов реализации
Общая информация
[0024]
Далее рассмотрены три примерных варианта (первый, второй и третий примерные варианты) как варианты реализации настоящего изобретения. После этого будут рассмотрены Примеры. Подчеркнем, что в данной спецификации примерные варианты - это варианты реализации настоящего изобретения.
Первый примерный вариант
[0025]
Далее рассмотрен первый примерный вариант. Сначала будет рассмотрена конструкция элемента крыши 1 (см. Фиг.1А, Фиг.1В, Фиг.1С и Фиг.1D), соответствующего данному примерному варианту. Далее будет рассмотрена конструкция штамповочного устройства 17 (см. Фиг.2А, Фиг.2В, Фиг.3А и Фиг.3В), соответствующего данному примерному варианту. После этого будет рассмотрен способ изготовления элемента крыши, соответствующий данному примерному варианту. После чего будут рассмотрены преимущества, обеспечиваемые данным примерным вариантом.
Конструкция элемента крыши
[0026]
Сначала со ссылкой на чертежи будет рассмотрена конструкция элемента 1 крыши, соответствующего данному примерному варианту. Отметим, что элемент 1 крыши является примером штампованного компонента и конкретным штампованным компонентом.
[0027] Как показано на Фиг.1А, Фиг.1В, Фиг.1С и Фиг.1D, элемент 1 крыши представляет собой элемент, вытянутый в длину, имеет поперечное сечение, по существу, в форме шляпы и выполнен как единая деталь, включающая верхнюю пластину 2, два выпуклых ребра 3а, 3b, две вертикальных стенки 4а, 4b, два вогнутых сгиба 5а, 5b и два фланца 6а, 6b. Отметим, что выпуклые ребра 3а, 3b являются примерами ребер. Элемент 1 крыши, например, представляет собой компонент, полученный путем холодной штамповки из исходного стального листа с высокой прочностью на растяжение, который имеет прочность на растяжение класса 1310 МПа. А именно, элемент 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, например, представляет собой компонент, полученный путем холодной штамповки из исходного стального листа с высокой прочностью на растяжение, который имеет прочность на растяжение от 440 МПа до 1600 МПа.
[0028] Как показано на Фиг.1А и Фиг.1В, верхняя пластина 2 вытянута в длину. Как показано на Фиг.1А, верхняя пластина 2 изогнута в направлении по ее длине, если смотреть с ее верхней стороны, а именно, изогнута по линии L1, приведенной на чертеже. Как показано на Фиг.1В, верхняя пластина 2 также изогнута в направлении по ее длине, если смотреть со стороны ее боковой поверхности, а именно, изогнута по линии L2, приведенной на чертеже. То есть, если смотреть сбоку, элемент 1 крыши изогнут в направлении по его длине таким образом, что верхняя пластина 2 изогнута с получением выпуклого профиля, с выгибом в направлении вверх.
[0029] Как показано на Фиг.1А и Фиг.1В, на обоих в направлении по ширине краях верхней пластины 2 созданы два выпуклых ребра 3а, 3b. Две вертикальных стенки 4а, 4b расположены друг против друга и проходят каждая от соответствующего из выпуклых ребер 3а, 3b. То есть, элемент 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, включает вытянутую в длину верхнюю пластину 2, выпуклые ребра 3а, 3b на обоих в направлении по ширине краях верхней пластины 2 и вертикальные стенки 4а, 4b, которые расположены друг против друга и проходят каждая от соответствующего из выпуклых ребер 3а, 3b.
[0030] Например, рассмотрим для данного примерного варианта сечения плоскостями, перпендикулярными направлению по длине верхней пластины 2, которые проходят в направлении по ее ширине через точки, находящиеся в разных положениях по длине. А именно, как показано на Фиг.1С и 1D, в соответствующих сечениях плоскостями, перпендикулярными направлению по ее длине, верхняя пластина 2, соответствующая данному примерному варианту, является плоской в каждом положении по длине. Отметим, что, как показано на Фиг.1D, выпуклое ребро 3а представляет собой область, которая соединяет верхнюю пластину 2 и вертикальную стенку 4а и является изогнутой областью, если смотреть в сечениях плоскостями, перпендикулярными направлению по длине этой пластины. Двумя штрихпунктирными линиями на чертеже указаны два края выпуклого ребра 3а, соединенного с верхней пластиной 2 и вертикальной стенкой 4а. Изображение обоих краев выпуклого ребра 3b штрихпунктирными линиями на чертеже опущено, при этом выпуклое ребро 3b представляет собой область, которая соединяет верхнюю пластину 2 и вертикальную стенку 4b и является изогнутой областью, если смотреть в сечениях плоскостями, перпендикулярными направлению по длине этой пластины. Как показано на Фиг.14, верхняя пластина 2, соответствующая данному примерному варианту, имеет центральную, в направлении по ее ширине, область, в которой твердость по Виккерсу имеет минимальную величину, и области максимума, в которых твердость по Виккерсу имеет максимальную величину, а именно, эта твердость имеет максимальную величину в каждом диапазоне за пределами первого диапазона, представляющем собой диапазон между центральной области и упомянутым одним краем этой пластины, и вторым диапазоном, представляющим собой диапазон между центральной областью и другим краем этой пластины. Отметим, что в данной спецификации центральная, в направлении по ширине, область верхней пластины 2, в которой твердость по Виккерсу имеет минимальную величину, называется "областью минимума".
[0031] Элемент 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, представляет собой элемент, изготовленный путем штамповки заготовки BL, показанной на Фиг.2В, с использованием способа изготовления элемента 1 крыши, соответствующего данному примерному варианту, который описан позднее. Отметим, что твердость заготовки BL по Виккерсу (HV) составляет, например, 430 единиц. В отличие от этого, твердость по Виккерсу в области минимума на верхней пластине 2 элемента 1 крыши составляет, например, приблизительно 417 единиц, как показано на Фиг.14. То есть, твердость по Виккерсу в центральной области верхней пластины 2 меньше твердости заготовки BL по Виккерсу перед штамповкой. Кроме того, твердость по Виккерсу в краевой области фланца 6b элемента 1 крыши составляет, например, 430 единиц. То есть, твердость по Виккерсу в центральной области верхней пластины 2 меньше твердости по Виккерсу в краевой области фланца 6b. Другими словами, можно сказать, что в элементе 1 крыши, соответствующем данному примерному варианту, верхняя пластина 2 мягче краевой области фланца 6b. Краевая область фланца 6b элемента 1 крыши представляет собой область этого фланца, проходящую от края на стороне, противоположной стороне, соединенной с вогнутым сгибом 5b, на расстояние до 5 мм к этому сгибу. Отметим, что, в соответствии с рассмотренным выше, предполагается, что более высокая твердость в краевой области фланца 6b, чем на верхней пластине 2, связана с тем, что фланец 6b не деформируется настолько сильно, как верхняя пластина 2 в способе изготовления элемента 1 крыши, который описан позднее.
[0032] Кроме того, в краевой области каждой из двух вертикальных стенок 4а, 4b на стороне, противоположной стороне, соединенной с верхней пластиной 2, создан соответствующий из двух вогнутых сгибов 5а, 5b. Каждый из двух фланцев 6а, 6b соединен с соответствующим из двух вогнутых сгибов 5а, 5b. На чертежах вогнутый сгиб 5а не показан, однако этот сгиб представляет собой область, которая соединяет вертикальную стенку 4а и фланец 6а и является изогнутой, если смотреть в соответствующих сечениях плоскостями, перпендикулярными направлению по длине верхней пластины 2. На чертежах два края вогнутого сгиба 5b не указаны штрихпунктирными линиями, однако этот сгиб представляет собой область, которая соединяет вертикальную стенку 4b и фланец 6b и является изогнутой, если смотреть в соответствующих сечениях плоскостями, перпендикулярными направлению по длине верхней пластины 2.
[0033] Как показано на Фиг.1А, если смотреть со стороны верхней пластины 2, когда эта пластина находится сверху, элемент 1 крыши изогнут на всем протяжении от переднего конца 1а, то есть, от одного конца в направлении по длине, до заднего конца 1b, то есть, другого конца в направлении по длине. В то же время, исходя из того, что показано на Фиг.1А и 1В, можно сказать, что элемент 1 крыши выполнен как единая деталь, включающая первую секцию 8, включающую передний конец 1а, третью секцию 10, включающую задний конец 1b, и вторую секцию 9, соединяющую первую секцию 8 и третью секцию 10.
[0034] Отметим, что в данном примерном варианте, если смотреть сверху (с верхней стороны верхней пластины 2), радиус R кривизны первой секции 8 задан, например, в диапазоне от 2000 мм до 9000 мм, радиус R кривизны второй секции 9 задан, например, в диапазоне от 500 мм до 2000 мм, и радиус R кривизны третьей секции 10 задан, например, в диапазоне от 2500 мм до 9000 мм. Помимо этого, как показано на Фиг.1В, в данном примерном варианте, если смотреть сбоку (в направлении по ширине верхней пластины 2), радиус R кривизны первой секции 8 задан, например, в диапазоне от 3000 мм до 15000 мм, радиус R кривизны второй секции 9 задан, например, в диапазоне от 1000 мм до 15000 мм, и радиус R кривизны третьей секции 10 задан, например, в диапазоне от 3000 мм до 15000 мм. Как указано выше, радиус R кривизны первой секции 8 и радиус R кривизны третьей секции 10 оба больше радиуса R кривизны второй секции 9.
[0035] Как показано на Фиг.1D, высота h представляет собой высоту, измеряемую от точки, которая лежит в срединной, по толщине верхней пластины 2, плоскости и находится в том месте, где на стороне этой пластины начинает изгибаться выпуклое ребро 3а (то есть, высоту от срединной по ее толщине плоскости верхней пластины 2), до края вертикальной стенки 4а на стороне вогнутого сгиба 5а. При этой конфигурации на вертикальной стенке 4а создана ступенька 11а с величиной подъема а2 (мм), которая проходит в направлении по ширине этой стенки и начинается на расстоянии от упомянутой срединной плоскости, составляющем не менее 40% от высоты h. Кроме того, как показано на Фиг.1D, высота h' представляет собой высоту, измеряемую от точки, которая лежит в срединной, по толщине верхней пластины 2, плоскости и находится в том месте, где на стороне этой пластины начинает изгибаться выпуклое ребро 3b (то есть, высоту от срединной по ее толщине плоскости верхней пластины 2), до края вертикальной стенки 4b на стороне вогнутого сгиба 5b. При этой конфигурации на вертикальной стенке 4b создана ступенька 11а' с величиной подъема а2' (мм), которая проходит в направлении по ширине этой стенки и начинается на расстоянии от упомянутой срединной плоскости, составляющем не менее 40% от высоты h'.
[0036] Как показано на Фиг.1С и Фиг.1D, если смотреть в направлении по длине элемента 1 крыши, геометрия фланцев 6а, 6b в поперечном сечении является различной в области переднего конца 1а и области заднего конца 1b. Если говорить конкретно, угол фланца 6b относительно вертикальной стенки 4b составляет 30° в области переднего конца 1а и 40° в области заднего конца 1b. Кроме того, если смотреть в направлении по длине, постепенно изменяется угол каждого из фланцев 6а, 6b относительно вертикальной стенки 4а. Кроме того, если смотреть в направлении по длине, изменяется ширина верхней пластины 2, постепенно увеличиваясь в направлении от переднего конца 1а к заднему концу 1b. Отметим, что, как показано на Фиг.1А - Фиг.1D, угол между вертикальный стенкой 4b и фланцем 6b в первой секции 8 в предпочтительном случае не меньше угла между ними в третьей секции 10.
[0037] Выше рассмотрена конструкция элемента 1 крыши, соответствующего данному примерному варианту.
Конструкция штамповочного устройства
[0038]
Далее со ссылкой на чертежи будет рассмотрено штамповочное устройство 17, соответствующее данному примерному варианту. Штамповочное устройство 17, соответствующее данному примерному варианту, используется для изготовления элемента 1 крыши, соответствующего данному примерному варианту. Как показано на Фиг.2А, Фиг.2В, Фиг.3А и Фиг.3В, штамповочное устройство 17 включает первое штамповочное средство 18 и второе штамповочное средство 19. В штамповочном устройстве 17, соответствующем данному примерному варианту, первое штамповочное средство 18 применяется для штамповки заготовки BL, показанной на Фиг.2В, с ее вытягиванием с целью получения промежуточного формованного компонента 30, показанного на Фиг.3В, и затем второе штамповочное средство 19 используется для штамповки промежуточного формованного компонента 30 с целью получения готового компонента, то есть, элемента 1 крыши. Отметим, что заготовка BL получена из узкого стального листа, имеющего высокую прочность на растяжение, как исходного материала для изготовления элемента 1 крыши.
[0039] Отметим, что, как показано на Фиг.3В, промежуточный формованный компонент 30 представляет собой элемент с поперечным сечением, по существу, в форме шляпы, который включает верхнюю пластину 2, два выпуклых ребра 32а, 32b, две вертикальных стенки 33а, 33b, два вогнутых сгиба 34а, 34b и два фланца 35а, 35b. Помимо этого, в данной спецификации термин "штамповка" относится к процессу установки формуемого объекта в штамп, закрывания штампа и последующего открывания штампа. Отметим, что в данном примерном варианте заготовка BL и промежуточный формированный компонент 30 являются примерами формуемых объектов. Кроме того, первый штамп 20 и второй штамп 40, которые описаны позднее, являются примерами штампов.
Первое штамповочное средство
[0040]
Первое штамповочное средство 18 включает первый штамп 20 и первое перемещающее средство 25. Как показано на Фиг.2В, первый штамп 20 включает верхнюю часть 21, нижнюю часть 22, первый держатель 23 и второй держатель 24. Верхняя часть 21 штампа расположена сверху, и нижняя часть 22 штампа расположена снизу. Первое штамповочное средство 18 является примером штамповочного средства. Первый штамп 20 является примером штампа. Верхняя часть 21 штампа является примером матрицы. Нижняя часть 22 штампа является примером пуансона. При формовании заготовки BL в промежуточный формованный компонент 30, когда эта заготовка контактирует с нижней частью 22 штампа в тех областях, где должны быть созданы два выпуклых ребра 3а, 3b, в первом штамповочном средстве 18 при помощи верхней части 21 штампа и нижней части 22 штампа эту заготовку изгибают с получением профиля, выпуклого в направлении от нижней части 22 к верхней части 21, перед зажиманием между этими частями той области этой заготовки, где должна быть создана верхняя пластина 2, и продавливанием этой области в направлении от верхней части 21 к нижней части 22 таким образом, чтобы эта область заготовки имела радиус R (мм) кривизны, который удовлетворяет приведенному далее Уравнению (1). Области заготовки BL, где должны быть созданы два выпуклых ребра 3а, 3b, являются примером первой области. Кроме того, область заготовки BL, где должна быть создана верхняя пластина 2, является примером второй области.
[0041]
(1)
при этом каждая из переменных Уравнения (1) представляет собой следующее:
t - толщина (мм) пластины заготовки BL;
s
σ - механические напряжения (МПа) на внешней поверхности в области заготовки BL, формуемой в верхнюю пластину, которые при изгибании возникают в направлении по ширине;
m
σ - средние механические напряжения (МПа) в поперечном сечении в области заготовки BL, формуемой в верхнюю пластину, которые возникают в направлении по ширине; и
Е - модуль упругости (ГПа) листовой стали, из которой получена заготовка BL.
[0042] Отметим, что первое штамповочное средство 18 выполнено с возможностью зажимания второй области между верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа и продавливания второй области в направлении от верхней части 21 к нижней части 22 таким образом, чтобы часть второй области, контактирующая с нижнею частью 22 штампа, имела радиус R (мм) кривизны, указанный в Неравенстве (1).
s
m
[0043] Кроме того, из переменных, входящих в Неравенство (1), σ и σ находят, анализируя условия формования для получения плоской верхней пластины 2.
[0044] В случае заготовки из листовой стали с высокой прочностью на растяжение, имеющей прочность на растяжение класса 980 МПа, радиус R (мм) кривизны в Неравенстве (1) составляет от 38 мм до 1300 мм. Кроме этого, в случае заготовки из листовой стали с высокой прочностью на растяжение, имеющей прочность на растяжение класса 1310 МПа, радиус R (мм) кривизны в Неравенстве (1) составляет от 32 мм до 1020 мм. Помимо этого, в случае заготовки из листовой стали с высокой прочностью на растяжение, имеющей прочность на растяжение класса 1470 МПа, радиус R (мм) кривизны в Неравенстве (1) составляет от 30 мм до 725 мм. Соответственно, при зажимании области заготовки BL, которая будет создавать верхнюю пластину 2, между верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа и продавливании этой области в направлении от верхней части 21 к нижней части 22 таким образом, чтобы радиус R (мм) кривизны этой области находился в диапазоне от 38 мм до 725 мм, для заготовки из листовой стали с высокой прочностью на растяжение, имеющей прочность на растяжение, по меньшей мере, в диапазоне от 980 МПа до 1470 МПа, выполняют штамповку, удовлетворяющую Уравнению (1). В соответствии с тем, что описано выше, можно сказать, что, когда заготовку BL формуют для получения промежуточного формованного компонента 30, в первом штамповочном средстве 18 между верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа зажимают область этой заготовки, которая будет создавать верхнюю пластину 2, и продавливают эту область в направлении от верхней части 21 к нижней части 22 таким образом, чтобы радиус R (мм) кривизны этой области находился в диапазоне от 38 мм до 725 мм.
[0045] Как показано на Фиг.2А, верхняя часть 21 штампа и нижняя часть 22 штампа обе вытянуты в длину. Верхняя поверхность нижней части 22 штампа является выступающей и изогнута в направлении по длине, если смотреть в направлении от этой части к расположенной напротив верхней части 21 штампа, и в верхней части 21, как показано на Фиг.2А и Фиг.2В, создан паз, который изогнут в соответствии с формой верхней поверхности нижней части 22. Кроме того, если смотреть в направлении по ширине верхней части 21 штампа и нижней части 22 штампа, которое является перпендикулярным упомянутому направлению от нижней части 21 к расположенной напротив верхней части 22, верхняя поверхность нижней части 22 изогнута с получением выпуклого профиля, с выгибом в направлении верхней части 22, и упомянутый паз, созданный в верхней части 21, как показано на Фиг.2А и Фиг.2В, изогнут в соответствии с формой верхней поверхности нижней части 22. Верхняя поверхность 22с нижней части 22 штампа имеет углубление с радиусом R (мм) кривизны от 38 мм до 725 мм. Помимо этого, если смотреть в направлении по длине, дно паза в верхней части 21 штампа является выпуклым в направлении нижней части 22 штампа и имеет определенный радиус R (мм) кривизны, и область нижней части 22 (верхней поверхности), расположенная напротив этого дна, является вогнутой в направлении от верхней части 21 с определенным радиусом R (мм) кривизны (см. Фиг.2В). Этот радиус R (мм) кривизны в данном примерном варианте составляет, например, 100 мм.
[0046] Отметим, что показанные на Фиг.2А и Фиг.2В два продольных края верхней поверхности 22с нижней части 22 штампа называются "плечами 22d". Когда первое штамповочное средство 18 формует заготовку BL с получением промежуточного формованного компонента 30, каждое из плеч 22d является областью нижней части 22 штампа, которая контактирует со второй областью этой заготовки.
[0047] Кроме того, если смотреть на нижнюю часть 22 штампа в направлении по длине, как показано на Фиг.2В, на каждой из двух боковых поверхностей этой части создана соответствующая из ступенек 22а, 22а'. Помимо этого, на каждой из двух боковых поверхностей паза в верхней части 21 штампа создана соответствующая из ступенек 21а, 21а', форма которых соответствует форме ступенек 22а, 22а'.
[0048] Первый держатель 23 и второй держатель 24 вытянуты в длину в соответствии с верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа. Как показано на Фиг. 2В, первый держатель 23 и второй держатель 24 расположены каждый с соответствующей из двух продольных сторон нижней части 22 штампа. Кроме того, на первый держатель 23 и второй держатель 24 с силой, направленной вверх, действуют пружины 26, 27.
[0049] Первое перемещающее средство 25 выполнено с возможностью перемещать верхнюю часть 21 штампа к нижней части 22 штампа. То есть, первое перемещающее средство 25 выполнено с возможностью перемещать верхнюю часть 21 штампа относительно нижней части 22 штампа. Если первое перемещающее средство перемещает верхнюю часть 21 штампа к нижней части 22 штампа, когда в промежутке между этими частями в заранее определенном положении установлена заготовка BL, как показано на Фиг.2В, выполняется штамповка этой заготовки с получением промежуточного формованного компонента 30 в состоянии, когда каждый из в направлении по ширине краев этой заготовки зажат между соответствующим из первого 23 и второго 24 держателей и верхней частью 21 штампа.
[0050] Выше было рассмотрено, что первое штамповочное средство 18 выполнено с возможностью изгибать вторую область заготовки BL с получением выпуклого профиля, с выгибом в направлении от верхней части 21 штампа к нижней части 22 штампа, таким образом, чтобы эта область имела радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (1). Однако первое штамповочное средство 18 может изгибать вторую область заготовки BL с получением выпуклого профиля, с выгибом в направлении от верхней части 21 штампа к нижней части 22 штампа, таким образом, чтобы эта область имела радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (2), вместо Уравнения (1).
[0051]
(2)
при этом каждая из переменных Уравнения (2) представляет собой следующее:
t - толщина (мм) пластины заготовки;
TS
σ - прочность (МПа) заготовки на растяжение;
YP
σ - предел текучести (МПа) для заготовки; и
Е - модуль упругости (ГПа) листовой стали, из которой получена заготовка.
TS
YP
[0052] σ, например, представляет собой значение, измеренное при испытании перед поставкой, из заводского протокола испытаний, которое получено в ходе испытания на растяжение (Tensile Testing) образца № 5 по стандарту JIS. Кроме того, σ, например, также представляет собой значение, измеренное при испытании перед поставкой, из заводского протокола испытаний, которое получено в ходе испытания на растяжение (Tensile Testing) образца № 5 по стандарту JIS.
[0053] Авторы настоящего изобретения провели исследования в виде анализа численных значений механических напряжений, возникающих на внешней поверхности, то есть, верхней поверхности, и внутренней поверхности, то есть, обратной поверхности, верхней пластины 2 при создании элемента 1 крыши и элементов 1А, 1В крыши, которые описаны позднее, и параметрами при этом анализе были толщина пластины заготовки BL и прочность материала этой заготовки, форма верхней пластины 2, способ штамповки, например, гибка или вытяжка, и т.д. На основе результатов было обнаружено, что, если элементы 1, 1А, 1В крыши получают путем штамповки без использования прижима, девиаторные механические напряжения σ, способствующие короблению верхней пластины, изменяются в зависимости от прочности материала заготовки BL и удовлетворяют приведенному далее Условию А.
YP
TS
[0054] Условие А: 0,5σ≤ σ ≤ σ
[0055] Кроме того, исходя из предположения, что деформация верхней пластины 2 во время штамповки является упругой деформацией, взаимосвязь В между радиусом R (мм) кривизны, девиаторными механическими напряжениями σ (МПа), толщиной (мм) пластины заготовки BL и модулем упругости (ГПа) листовой стали, из которой получена эта заготовка, является следующей.
[0056] Взаимосвязь В: σ=Е × 1000 × t/2R
[0057] Неравенство (2) получают на основе приведенных выше Условия А и Взаимосвязи В.
TS
YP
[0058] Отметим, что из переменных, входящих в Неравенство (2), σ и σ находят, анализируя условия формования для получения плоской верхней пластины 2.
Второе штамповочное средство
[0059]
Второе штамповочное средство 19 включает второй штамп 40 и второе перемещающее средство 45. Как показано на Фиг.3В, второй штамп 40 включает верхнюю часть 41, нижнюю часть 43 и держатель 42. Верхняя часть 41 штампа расположена сверху, и нижняя часть 43 штампа расположена снизу. Во втором штамповочном средстве 19, после того, как промежуточный формованный компонент 30 установлен на нижней части 43 штампа, верхнюю часть 41 штампа перемещают к этой нижней части при помощи второго перемещающего устройства, чтобы изменить углы двух фланцев 35а, 35b этого компонента.
[0060] Кроме того, если смотреть в направлении по ширине на нижнюю часть 43 штампа, как показано на Фиг.3В, на каждой из двух боковых поверхностей этой части создана соответствующая из ступенек 43а. Помимо этого, на двух боковых поверхностях паза в верхней части 41 штампа созданы ступеньки 41а, форма которых соответствует форме ступенек 43а.
[0061] Выше была рассмотрена конструкция штамповочного устройства 17, соответствующего данному примерному варианту.
Способ изготовления элемента крыши
[0062]
Далее со ссылкой на чертежи рассмотрен способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту. Способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, выполняют с использованием штамповочного устройства 17. Кроме того, способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, включает первый этап штамповки, являющийся этапом, выполняемым при помощи первого штамповочного средства 18, и второй этап штамповки, являющийся этапом, выполняемым при помощи второго штамповочного средства 19.
Первый этап штамповки
[0063]
На первом этапе штамповки заготовку BL располагают в заранее определенном положении в промежутке между верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа, то есть, эту заготовку устанавливают в заранее определенном положении в штампе 20. Затем оператор приводит в действие первое штамповочное средство 18, в результате чего верхняя часть 21 штампа перемещается к нижней части 22 штампа при помощи перемещающего средства 25, и заготовка BL вытягивается в ходе ее штамповки. При выполнении этого, сначала, в состоянии, когда первая область заготовки BL контактирует с плечами 22d нижней части 22 штампа, первое штамповочное средство 18 изгибает эту заготовку с получением профиля, выпуклого в направлении от этой нижней части к верхней части 21 штампа, как показано на Фиг.2В. Далее первое штамповочное средство 18 зажимает вторую область заготовки BL между верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа и продавливает вторую область в направлении от верхней части 21 к нижней части 22. То есть, на первом этапе штамповки верхняя часть 21 штампа и нижняя часть 22 штампа используются для штамповки заготовки BL. В результате из заготовки BL получают промежуточный формованный компонент 30.
[0064] Отметим, что штамп 20, применяемый на первом этапе штамповки, изготовлен в соответствии с характеристиками заготовки BL таким образом, чтобы удовлетворялись условия Уравнения (1) или Уравнения (2). Например, первый этап штамповки выполняют, используя верхнюю часть 21 штампа и нижнюю часть 22 штампа (то есть, штамп 20), изготовленные в соответствии с толщиной t пластины заготовки BL и модулем Е упругости листовой стали, из которой получена эта заготовка, таким образом, чтобы удовлетворялись Неравенство (1) или Неравенство (2). Кроме того, например, подготавливают множество штампов 20, имеющих разную форму, и первый этап штамповки выполняют после выбора штампа 20, соответствующего толщине t пластины заготовки BL и модулю Е упругости листовой стали, из которой получена эта заготовка, таким образом, чтобы удовлетворялись условия Уравнения (1) или Уравнения (2), и прикрепляют выбранный штамп 20 к телу первого штамповочного средства 18.
[0065] Кроме того, на первом этапе штамповки, как показано на Фиг.5А, Фиг.5В, Фиг.6А и Фиг.6В, на каждой из двух вертикальных стенок 33а, 33b промежуточного формованного компонента 30 в его областях, находящихся от верхней пластины 2 на расстоянии не менее 40% от соответствующей высоты h, h', создают соответствующую из ступенек 36а, 36а', имеющих величину подъема а1 (мм), которая задана приведенными далее Неравенством (3) и Неравенством (4).
[0066]
а1 ≥ а2 (3)
а1 ≤ 0,2W (4)
При этом ссылочным обозначением "а1" указана величина подъема (мм) в промежуточном формованном компоненте 30, ссылочным обозначением "а2" указана величина подъема (мм) в элементе 1 крыши, и ссылочным обозначением "W" указана ширина (мм) верхней пластины 2 элемента 1 крыши.
[0067] Кроме того, на первом этапе штамповки, как показано на Фиг.7А и Фиг.7В, вертикальную стенку 33а и фланец 35а создают таким образом, чтобы угол DI1 между ними в промежуточном формованном компоненте 30 удовлетворял приведенному далее Уравнению (5).
[0068]
1,0 × DI2 ≤ DI1 ≤ 1,2 × DI2 (5)
Ссылочным обозначением "DI1" указан угол между вертикальной стенкой 33а и фланцем 35а в промежуточном формованном компоненте 30, и ссылочным обозначением "DI2" указан угол между вертикальной стенкой 4а и фланцем 6а в элементе 1 крыши.
[0069] Кроме того, на первом этапе штамповки вертикальную стенку 33b и фланец 35b в промежуточном формованном компоненте 30 создают таким образом, чтобы удовлетворялось приведенное далее Неравенство (6).
[0070]
0,9 ≤ DOF1/DOR1 ≤ 1 (6)
При этом DOF1 - это угол между фланцем 35b и вертикальной стенкой 33b в области одного конца промежуточного формованного компонента 30, и DOR1 - это угол между этими фланцем и стенкой в области другого конца промежуточного формованного компонента 30.
[0071] Кроме того, на первом этапе штамповки на краю заготовки BL материал течет внутрь, и эта заготовка изгибается с получением фланца 35b, увеличивающего имевшийся до этого размер промежуточного формованного компонента 30.
[0072] После этого промежуточный формованный компонент 30 удаляют из первого штампа 20, таким образом, завершая первый этап штамповки.
[0073] Отметим, что, как описано выше, когда при помощи первого штамповочного средства 18 создают промежуточный формованный компонент 30, вторая область заготовки BL продавливается в направлении от верхней части 21 штампа к нижней части 22 штампа таким образом, чтобы радиус R (мм) кривизны этой области удовлетворял Уравнению (1) или Уравнению (2). Когда открывают первый штамп 20, как показано на Фиг.4А и Фиг.4В, по длине верхней пластины 2 поперечное сечение промежуточного формованного компонента 30 искажается, то есть, становится более плоским, чем в то время, когда штамп был закрыт, то есть, радиус кривизны становится больше.
Второй этап штамповки
[0074]
Далее промежуточный формованный компонент 30 устанавливают на нижнюю часть 43 второго штампа 40 второго штамповочного средства 19. После этого оператор приводит в действие второе штамповочное средство 19, верхняя часть 41 штампа перемещается к нижней части 43 штампа при помощи второго перемещающего средства, и изменяются углы двух фланцев 35а, 35b промежуточного формованного компонента 30. Таким образом, из промежуточного формованного компонента 30 изготавливают элемент 1 крыши. Отметим, что на втором этапе штамповки штамповку промежуточного формованного компонента 30 выполняют таким образом, чтобы величины подъемов ступенек на вертикальных стенках 33а, 33b этого компонента стали равными а2. Кроме того, на втором этапе штамповки, как показано на Фиг.7А, Фиг.7В, Фиг.7С и Фиг.7D, промежуточный формованный компонент 30 зажимают между верхней частью 41 штампа и нижней частью 43 штампа, и затем выполняют его штамповку таким образом, чтобы вертикальная стенка 33а и фланец 35а этого компонента создали вертикальную стенку 4а и фланец 6а элемента 1 крыши. Помимо этого, на втором этапе штамповки, как показано на Фиг.7А, Фиг.7В, Фиг.7С и Фиг.7D, промежуточный формованный компонент 30 зажимают между верхней частью 41 штампа и нижней частью 43 штампа и между верхней частью 41 штампа и держателем 42, и затем выполняют его штамповку таким образом, чтобы вертикальная стенка 33b и фланец 35b этого компонента создали вертикальную стенку 4b и фланец 6b элемента 1 крыши.
[0075] Выше был рассмотрен способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту.
Обеспечиваемые преимущества
[0076]
Далее со ссылкой на чертежи будут рассмотрены преимущества, обеспечиваемые данным примерным вариантом.
Преимущество, обеспечиваемое созданием предварительного контакта нижней части 22 штампа с первой областью заготовки BL
[0077]
Преимущество, обеспечиваемое созданием предварительного контакта нижней части 22 штампа с первой областью заготовки BL (ниже называемое "преимуществом от предварительного контакта с первой областью") заключается в том, что, как показано на Фиг.2В, заготовка BL изгибается с получением профиля, выпуклого в направлении от нижней части 22 штампа к верхней части 21 штампа, когда создается контакт плечей 22d нижней части 22 с первой областью заготовки BL, перед последующим зажиманием этой заготовки между верхней частью 21 и нижней частью 22 и продавливанием этой заготовки в направлении от верхней части 21 к нижней части 22. Другими словами, преимуществом является создание первой области заготовки BL перед созданием второй области. Далее это преимущество от предварительного контакта с первой областью рассмотрено путем сравнения данного примерного варианта с первым сравнительным вариантом, который описан ниже. Отметим, что в первом сравнительном варианте, там, где также применяются компоненты и т.п., применяемые в данном примерном варианте, для таких компонентов используются те же названия и т.п., даже если они не показаны на чертежах.
[0078] В случае первого сравнительного варианта, вторую область заготовки BL создают перед первой областью. Таким образом, в случае первого сравнительного варианта, во время закрывания штампа на первом этапе штамповки в верхней пластине 2 возникают сжимающие механические напряжения, как результат наличия избыточного материала, возникающего при продавливании заготовки BL. В результате, в случае первого сравнительного варианта, после открывания штампа на первом этапе штамповки в промежуточном формованном компоненте 30 возникает обратное пружинение.
[0079] В отличие от этого, в случае данного примерного варианта, как показано на Фиг.2А, заготовка BL изгибается с получением профиля, выпуклого в направлении от нижней части 22 штампа к верхней части 21 штампа, когда создается контакт плечей 22d нижней части 22 с первой областью заготовки BL, перед последующим зажиманием этой заготовки между верхней частью 21 и нижней частью 22 и продавливанием этой заготовки в направлении от верхней части 21 к нижней части 22. То есть, в случае данного примерного варианта, первую область создают перед второй областью, что позволяет уменьшить количество избыточного материала при продавливании заготовки BL по сравнению с первым сравнительным вариантом. Соответственно, в данном примерном варианте можно уменьшить сжимающие механические напряжения, возникающие в верхней пластине 2 во время закрывания штампа на первом этапе штамповки, по сравнению с первым сравнительным вариантом.
[0080] Таким образом, способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, позволяет изготавливать этот элемент таким образом, что не допускается схождение вертикальных стенок 4а, 4b из-за обратного пружинения по сравнению с первым сравнительным вариантом.
Преимущество, обеспечиваемое выполнением первого этапа штамповки с получением радиуса R кривизны, удовлетворяющего Уравнению (1)
[0081]
Преимущество, обеспечиваемое выполнением первого этапа штамповки с получением радиуса R кривизны, удовлетворяющего Уравнению (1) (ниже называемое "преимуществом от соответствия Уравнению (1)"), заключается в том, что на первом этапе штамповки вторую область продавливают в направлении от верхней части 21 штампа к нижней части 22 штампа таким образом, чтобы область заготовки BL, которая будет создавать верхнюю пластину 2, приобретала радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (1), другими словами, приобретала радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (2), иначе говоря, таким образом, чтобы радиус R (мм) кривизны второй области заготовки BL находился в диапазоне от 38 мм до 725 мм. Далее преимущество от соответствия Уравнению (1) рассмотрено путем сравнения данного примерного варианта со вторым сравнительным вариантом, который описан ниже. Отметим, что во втором сравнительном варианте, там, где также применяются компоненты и т.п., применяемые в данном примерном варианте, для таких компонентов используются те же названия и т.п., даже если они не показаны на чертежах.
[0082] В случае второго сравнительного варианта, дно паза в верхней части 21 штампа первого штамповочного средства 18 на всей длине этой части является плоским в поперечном сечении, и область нижней части 22 штампа, расположенная напротив дна этого паза, на всей длине этой части является плоской в поперечном сечении. Кроме того, в случае второго сравнительного варианта, в верхней части 21 штампа не созданы ступеньки 21а, и в нижней части 22 штампа не созданы ступеньки 22а. Второй сравнительный вариант аналогичен данному примерному варианту, за исключением указанных выше моментов.
[0083] В случае второго сравнительного варианта, в верхней пластине 2 возникает перекручивание из-за появления в ней остаточных девиаторных механических напряжений при создании промежуточного формованного компонента 30 на первом этапе штамповки. В результате элемент 1 крыши, изготовленный при помощи способа изготовления этого элемента, соответствующего второму сравнительному варианту, становится перекрученным, как указано в Сравнительных примерах 2-6, приведенных в таблице на Фиг.15. Предполагается, что такой результат обусловлен схождением вертикальных стенок 33а, 33b из-за обратного пружинения после первого этапа штамповки, то есть, после открывания штампа. Отметим, что в случае второго сравнительного варианта предполагается, что схождение вертикальных стенок 33а, 33b из-за обратного пружинения после первого этапа штамповки возникает из-за действия следующего механизма. А именно, на первом этапе штамповки промежуточный формованный компонент 30 создают, деформируя вторую область заготовки BL с получением профиля, выпуклого в направлении вверх, к тому времени, когда штамп закрывается. То есть, в промежутке между верхней частью 21 штампа и нижней частью 22 штампа, вторую область заготовки BL создают, изгибая ее с получением профиля, выпуклого в направлении вверх. Таким образом, верхняя пластина 2 промежуточного формованного компонента 30 во втором сравнительном варианте изгибается с получением профиля, выпуклого в направлении внешней поверхности, находящейся с внешней стороны, если смотреть в поперечном сечении. В результате в верхней пластине 2 возникают механические напряжения, вызывающие схождение вертикальных стенок 33а, 33b. Помимо этого, в случае второго сравнительного варианта, промежуточный формованный компонент 30 является изогнутым в направлении по его длине, поэтому может возникнуть разность механических напряжений на двух в направлении по ширине краях верхней пластины 2, в соответствующих точках, находящихся на одной линии, перпендикулярной этому направлению по длине. В результате элемент 1 крыши, изготовленный при помощи способа изготовления этого элемента, соответствующего второму сравнительному варианту, становится перекрученным.
s
m
TS
YP
[0084] В отличие от этого, в случае данного примерного варианта, на первом этапе штамповки вторую область продавливают в направлении от верхней части 21 штампа к нижней части 22 штампа таким образом, чтобы область заготовки BL, которая будет создавать верхнюю пластину 2, приобрела радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (1), другими словами, радиус R (мм) кривизны, удовлетворяющий Уравнению (2), иначе говоря, таким образом, чтобы радиус R (мм) кривизны второй области заготовки BL находился в диапазоне от 38 мм до 725 мм. Таким образом, на первом этапе штамповки в данном примерном варианте, при закрывании штампа заготовку BL деформируют с получением профиля, выпуклого в направлении вверх, и затем в процессе закрывания штампа область заготовки BL, которая будет создавать верхнюю пластину 2, деформируют с получением профиля верхней пластины 2, изогнутого в направлении вниз. После этого штамп открывают, и получают промежуточный формованный компонент 30. То есть, можно предположить, что после пластического деформирования в направлении вверх верхняя пластина 2 промежуточного формованного компонента 30, соответствующего данному примерному варианту, воспринимает нагрузку, направленную сверху вниз, в результате чего переходит в состояние, в котором действует эффект Баушингера. Как результат, в верхней пластине 2 промежуточного формованного компонента 30, созданного на первом этапе штамповки в данном примерном варианте, меньше вероятность возникновения перекручивания, чем в случае второго сравнительного варианта. Как представляется, этот результат обусловлен тем, что степень схождения вертикальных стенок 33а, 33b из-за обратного пружинения после первого этапа штамповки меньше, чем в случае второго сравнительного варианта. Кроме того, несмотря на то, что после первого этапа штамповки выполняют второй этап штамповки, верхняя пластина 2 промежуточного формованного компонента 30 вряд ли будет подвергаться какой-либо деформации на этом втором этапе даже во время воздействия на нее штамповки. Как представляется, в результате в элементе 1 крыши, изготовленном при помощи способа изготовления этого элемента, соответствующего данному примерному варианту, перекручивания не будет, или оно будет небольшим, если сравнивать со вторым сравнительным вариантом, как показано на графике, приведенном на Фиг.13, который описан позднее. Отметим, что, в случае данного примерного варианта, на всей ее длине верхняя пластина 2 промежуточного формованного компонента 30 имеет (по существу) плоскую форму в поперечном сечении, благодаря созданию этого компонента, исходя из Уравнения (1), в котором заложена взаимосвязь между t, σ, σ и Е, служащими в качестве характеристик верхней пластины 2, или исходя из Уравнения (2), в котором заложена взаимосвязь между t, σ, σ и Е, служащими в качестве характеристик этой пластины. Это позволяет не допустить возникновения остаточных девиаторных механических напряжений в крайней нижней точке штамповки на втором этапе штамповки, выполняемом после первого ее этапа. Кроме того, в случае данного примерного варианта, на первом этапе штамповки создание промежуточного формованного компонента 30 завершают только после продавливания второй области заготовки BL в направлении от верхней части 21 штампа к нижней части 22 штампа. Таким образом, если рассматривать соответствующие точки, находящиеся на одной линии, перпендикулярной направлению по длине верхней пластины 2, выпуклые ребра 32а, 32b на двух в направлении по ширине краях верхней пластины 2 можно создавать с меньшими углами, чем во втором сравнительном варианте. Как результат, в случае данного примерного варианта легче устранить обратное пружинение, приводящее к раскрыванию вертикальных стенок 33а, 33b, чем в случае второго сравнительного варианта. Соответственно, в элементе 1 крыши по данному примерному варианту меньше вероятность перекручивания из-за того, что промежуточный формованный компонент 30 изогнут в направлении по его длине, если сравнивать с элементом 1 крыши, соответствующим второму сравнительному варианту, даже если на двух в направлении по ширине краях верхней пластины 2 в соответствующих точках, находящихся на одной линии, перпендикулярной направлению по длине этой пластины, возникает разность механических напряжений.
[0085] Таким образом, способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, позволяет изготавливать этот элемент с более эффективным предотвращением схождения вертикальных стенок 4а, 4b из-за обратного пружинения, чем во втором сравнительном варианте, то есть, по сравнению со случаями, когда область заготовки BL, которая будет создавать верхнюю пластину 2, во время закрывания штампа на первом этапе штамповки при ее штамповке остается плоской. Таким образом, способ изготовления элемента 1 крыши, соответствующий данному примерному варианту, позволяет изготавливать этот элемент с более эффективным предотвращением перекручивания верхней пластины 2, чем во втором сравнительном варианте, то есть, по сравнению со случаями, когда область заготовки BL, которая будет создавать верхнюю пластину 2, во время закрывания штампа на первом этапе штамповки при ее штамповке остается плоской. Кроме того, как показано на графике, приведенном на Фиг.13, перекручивание верхней пластины 2 элемента 1 крыши, изготовленного при помощи способа изготовления этого элемента, соответствующего данному примерному варианту, меньше, чем в элементе 1 крыши, изготовленном при помощи способа его изготовления, соответствующего второму сравнительному варианту. Кроме того, изготовление элемента 1 крыши, в котором схождение вертикальных стенок 4а, 4b из-за обратного пружинения предотвращается более эффективным образом, чем во втором сравнительном варианте, становится возможным, благодаря использованию первого штампа 20, первого штамповочного средства 18 или штамповочного устройства 17, соответствующих данному примерному варианту. Таким образом, изготовление элемента 1 крыши, в котором перекручивание верхней пластины 2 предотвращается более эффективным образом, чем во втором сравнительном варианте, становится возможным, благодаря использованию первого штампа 20, первого штамповочного средства 18 или штамповочного устройства 17, соответствующих данному примерному варианту.
[0086] В частности, данный примерный вариант обеспечивает преимущество от соответствия Уравнению (1) в случаях, когда выполняется штамповка заготовки BL, полученной из листовой стали с высокой прочностью на растяжение. Кроме того, преимущество от соответствия Уравнению (1) обеспечивается даже в случаях, когда верхняя пластина 2 изогнута в направлении по ее длине, если смотреть на эту пластину сверху, как в случае элемента 1 крыши, соответствующего данному примерному варианту. Помимо этого, преимущество от соответствия Уравнению (1) обеспечивается даже в случаях, когда элемент 1 крыши изогнут с получением выпуклого профиля, с выгибом со стороны верхней пластины 2, если смотреть в направлении по ширине этой пластины, как в случае элемента 1 крыши, соответствующего данному примерному варианту.
Другие обеспечиваемые преимущества
[0087]
Далее рассмотрены другие преимущества, обеспечиваемые данным примерным вариантом
[0088] Обеспечиваемое преимущество 1
В случае данного примерного варианта, на первом этапе штамповки на вертикальных стенках 33а, 33b создают ступеньки 36а, 36а', и на втором этапе штамповки изменяют величину подъема а1 этих ступенек, то есть, величину смещения. Таким образом, в каждой из вертикальных стенок 4а, 4b уменьшаются остаточные механические напряжения, в результате чего в этих стенках также уменьшаются остаточные девиаторные механические напряжения. Как результат, уменьшаются остаточные механические напряжения в верхних областях вертикальных стенок 4а, 4b элемента 1 крыши, а именно, в областях выше ступенек 36а, 36а' и в центральных областях, включающих эти ступеньки, в результате чего не допускаются перекручивание верхней пластины 2 и изгибание вертикальных стенок 33а, 33b, как проиллюстрировано графиком, приведенным на Фиг.13. Отметим, что в случае данного примерного варианта, в результате создания ступенек 36а, 36a' на вертикальных стенках 33а, 33b на первом этапе штамповки, на втором этапе штамповки механические напряжения уменьшаются в целом в этих стенках. При этом остаточные механические напряжения в данной спецификации - это механические напряжения, остающиеся в материале в крайней нижней точке штамповки.
Обеспечиваемое преимущество 2
[0089]
Если говорить в общем, если изготавливать штампованный компонент, который не проиллюстрирован и изогнут в направлении по длине, если смотреть сверху верхней пластины, в вертикальных стенках и фланцах в изогнутой области могут возникнуть остаточные растягивающие механические напряжения. Однако, в случае данного примерного варианта, на первом этапе штамповки вертикальную стенку 33а и фланец 35а создают таким образом, чтобы угол DI1 между ними в промежуточном формованном компоненте 30 удовлетворял Уравнению (5). Таким образом, в данном примерном варианте перекручивание верхней пластины 2 уменьшается в результате уменьшения остаточных растягивающих механических напряжений в вертикальной стенке 4а и фланце 6а элемента 1 крыши. Отметим, что в случае данного примерного варианта, из-за создания на первом этапе штамповки ступенек 36а, 36a' на вертикальных стенках 33а, 33b, на втором этапе штамповки уменьшаются остаточные механические напряжения в нижних областях этих стенок.
Обеспечиваемое преимущество 3
[0090]
Кроме того, в случае данного примерного варианта, на первом этапе штамповки вертикальную стенку 33b и фланец 35b промежуточного формованного компонента 30 создают таким образом, чтобы угол между ними удовлетворял Уравнению (6). Таким образом, в данном примерном варианте уменьшается перекручивание верхней пластины 2 в результате уменьшения остаточных сжимающих механических напряжений во фланце 35b элемента 1 крыши. Отметим, что в случае данного примерного варианта, как показано на Фиг.7А, Фиг.7В, Фиг.7С и Фиг.7D, на втором этапе штамповки промежуточный формованный компонент 30 штампуют с созданием из вертикальной стенки 33b и фланца 35b вертикальной стенки 4b и фланца 6b элемента 1 крыши. В таких случаях сжимающие механические напряжения уменьшаются из-за изменения ширины как вертикальной стенки 33b, так и фланца 35b, возникающего при изменении угла между ними.
Другое обеспечиваемое преимущество 4
[0091]
Кроме того, в случае данного примерного варианта, фланец 35b промежуточного формованного компонента 30 создают на первом этапе штамповки, вызывая течение материала края заготовки BL внутрь и изгибание этой заготовки. Таким образом, на первом этапе штамповки, соответствующем данному примерному варианту, степень обратного пружинения уменьшается из-за уменьшения остаточных сжимающих механических напряжений.
[0092] Выше были рассмотрены преимущества, обеспечиваемые данным примерным вариантом.
Второй примерный вариант
[0093]
Далее будет рассмотрен второй примерный вариант. Сначала будет рассмотрена конструкция элемента 1А крыши, соответствующего данному примерному варианту, который показан на Фиг.8А, Фиг.8В, Фиг.8С и Фиг.8D. Затем будет рассмотрена конструкция штамповочного устройства 17А, соответствующего данному примерному варианту, которое показано на Фиг.9 и Фиг.10. После этого будет рассмотрен способ изготовления элемента крыши, соответствующий данному примерному варианту. После чего будут рассмотрены преимущества, обеспечиваемые данным примерным вариантом. Отметим, что далее рассмотрены элементы, соответствующие данному примерному варианту, которые отличаются от элементов, соответствующих первому примерному варианту.
Конструкция элемента крыши
[0094]
Сначала со ссылкой на чертежи будет рассмотрена конструкция элемента 1А крыши, соответствующего данному примерному варианту. Отметим, что элемент 1А крыши является примером штампованного компонента и конкретным штампованным компонентом.
[0095] Как показано на Фиг.8А, Фиг.8В, Фиг.8С и Фиг.8D, элемент 1А крыши, соответствующий данному примерному варианту, не снабжен фланцами 6а, 6b, соответствующими первому примерному варианту, которые показаны на Фиг.1А, Фиг.1В, Фиг.1С и Фиг.1D. За исключением этого момента, элемент 1А крыши, соответствующий данному примерному варианту, имеет ту же конструкцию, что и элемент 1 крыши, соответствующий первому примерному варианту.
Конструкция штамповочного устройства
[0096]
Далее со ссылкой на чертежи будет рассмотрена конструкция штамповочного устройства 17А, соответствующего данному примерному варианту. Штамповочное устройство 17А, соответствующее данному примерному варианту, используется для изготовления элемента 1А крыши, соответствующего данному примерному варианту.
[0097] Как показано на Фиг.9, первое штамповочное средство 18А, соответствующее данному примерному варианту, не снабжено держателями 23, 24, показанными на Фиг.2В. Отметим, что первое штамповочное средство 18А является примером штамповочного средства. За исключением указанного момента, штамповочное устройство 17А, соответствующее данному примерному варианту, имеет ту же конструкцию, что и штамповочное устройство 17, соответствующее первому примерному варианту. Отметим, что промежуточный формованный компонент 30А имеет ту же конструкцию, что и промежуточный формованный компонент 30, соответствующий первому примерному варианту, за исключением того момента, что отсутствуют фланцы 35а, 35b. А именно, промежуточный формованный компонент 30А, соответствующий данному примерному варианту, представляет собой элемент в форме желоба.
Способ изготовления элемента крыши
[0098]
Далее будет рассмотрен способ изготовления элемента 1А крыши, соответствующий данному примерному варианту. Способ изготовления элемента 1А крыши, соответствующий данному примерному варианту, выполняют с применением штамповочного устройства 17А. Помимо этого, в способе изготовления элемента 1А крыши, соответствующем данному примерному варианту, первый этап штамповки является тем же, что и в первом примерном варианте, за исключением того момента, что его выполняют с использованием первого штамповочного средства 18А. Отметим, что в данном примерном варианте на первом этапе штамповки заготовку BL штампуют путем изгибания с получением промежуточного формованного компонента 30А, показанного на Фиг.10.
Обеспечиваемые преимущества
[0099]
Данный примерный вариант обладает следующими преимуществами, обеспечиваемыми первым примерным вариантом: преимущество от предварительного контакта с первой областью, преимущество от соответствия Уравнению (1) и Обеспечиваемые преимущества 1, 2 и 3.
[0100] Выше был рассмотрен второй примерный вариант.
Третий примерный вариант
[0101]
Далее будет рассмотрен третий примерный вариант. Сначала будет рассмотрена конструкция элемента 1В крыши, соответствующего данному примерному варианту, который показан на Фиг.11А, Фиг.11В, Фиг.11С и Фиг.11D. Далее будет рассмотрена конструкция штамповочного устройства, соответствующего данному примерному варианту, которое не показано на чертежах. Затем будет рассмотрен способ изготовления элемента крыши, соответствующий данному примерному варианту. После этого будут рассмотрены преимущества, обеспечиваемые данным примерным вариантом. Отметим, что далее рассмотрены элементы, соответствующие данному примерному варианту, которые отличаются от элементов, соответствующих первому и второму примерным вариантам. При рассмотрении данного примерного варианта, если ссылочные обозначения, используемые для компонентов и т.п., аналогичны ссылочным обозначениям, используемым для компонентов и т.п. в первом и втором примерных вариантах, то используются эти аналогичные ссылочные обозначения, даже если они не указаны на чертежах.
Конструкция элемента крыши
[0102]
Сначала со ссылкой на чертежи будет рассмотрена конструкция элемента 1В крыши, соответствующего данному примерному варианту. Элемент 1В крыши является примером штампованного компонента и конкретным штампованным компонентом.
[0103] Как показано на Фиг.11А, Фиг.11В, Фиг.11С и Фиг.11D, элемент 1В крыши, соответствующий данному примерному варианту, не снабжен фланцами 6а, 6b, которые показаны на Фиг.1А, Фиг.1В, Фиг.1С и Фиг.1D. Кроме того, центральная, в направлении по длине, область элемента 1В крыши, соответствующего данному примерному варианту, не изогнута в направлении по ширине, если смотреть сверху верхней пластины 2. Помимо этого, элемент 1В крыши, соответствующий данному примерному варианту, не изогнут с получением выпуклого профиля, с выгибом со стороны верхней пластины, если смотреть в направлении по ширине этой пластины. За исключением этих моментов, конструкция элемента 1В крыши, соответствующего данному примерному варианту, аналогична конструкции элемента 1 крыши, соответствующего первому примерному варианту.
Конструкция штамповочного устройства
[0104]
Далее будет рассмотрено штамповочное устройство, соответствующее данному примерному варианту, которое не показано на чертежах. Штамповочное устройство, соответствующее данному примерному варианту, используется для изготовления элемента 1В крыши, соответствующего данному примерному варианту.
[0105] Первое штамповочное средство и второе штамповочное средство по данному примерному варианту, которые не показаны на чертежах, аналогично соответствующим первому штамповочному средству 18А и второму штамповочному средству 19 по второму примерному варианту, не снабжены первым и вторым держателями 23, 24, показанными на Фиг.2В. Кроме того, паз в верхней части 21 штампа первого штамповочного средства, соответствующего данному примерному варианту, создан прямолинейной формы, а не изогнутой, если смотреть в направлении от верхней части 21 штампа к расположенной напротив нее нижней части 22 штампа, а также не является изогнутым, если смотреть в направлении по ширине этих частей. Кроме того, выступающая область нижней части 22 штампа, если смотреть в направлении по ее длине, проходит по прямой линии. За исключением указанных выше моментов, конструкция штамповочного устройства, соответствующего данному примерному варианту, аналогична конструкции штамповочного устройства 17А, соответствующего второму примерному варианту. Конструкция промежуточного формованного компонента, не показанного на чертежах, который создан при помощи первого этапа штамповки, соответствующего данному примерному варианту, аналогична конструкции промежуточного формованного компонента 30А, соответствующего второму примерному варианту, за исключением того момента, что верхняя пластина 2 и вертикальные стенки 33а, 33b не изогнуты в направлении по длине. А именно, промежуточный формованный компонент, соответствующий данному примерному варианту, представляет собой элемент в форме желоба.
Способ изготовления элемента крыши
[0106]
Далее будет рассмотрен способ изготовления элемента 1В крыши, соответствующий данному примерному варианту. Способ изготовления элемента 1В крыши, соответствующий данному примерному варианту, идентичен способу, соответствующему второму примерному варианту, за исключением того момента, что применяется штамповочное устройство, соответствующее данному примерному варианту. Отметим, что в данном примерном варианте на первом этапе штамповки заготовку BL штампуют путем изгибания с получением промежуточного формованного компонента.
Обеспечиваемые преимущества
[0107]
Данный примерный вариант обладает следующими преимуществами, обеспечиваемыми первым примерным вариантом: преимущество от предварительного контакта с первой областью, и преимущество от недопущения схождения вертикальных стенок 4а, 4b из-за обратного пружинения, которое объясняется преимуществом от соответствия Уравнению (1), а также Обеспечиваемые преимущества 1 и 2.
[0108] Выше был рассмотрен третий примерный вариант.
[0109] Примеры
Далее со ссылкой на чертежи рассмотрены первая, вторая и третья оценки, при выполнении которых сравнивались Примеры и Сравнительные примеры. Отметим, что при последующем рассмотрении, если ссылочные обозначения, используемые для компонентов и т.п., аналогичны ссылочным обозначениям, используемым для компонентов и т.п. в представленном примерном варианте и втором сравнительном варианте, ссылочные обозначения для этих компонентов и т.п. перенесены без изменений.
Первая оценка
[0110]
В ходе первой оценки сравнивались перекручивание и изгибание элемента 1 крыши, представляющего собой Пример 1, который изготовлен при помощи способа изготовления этого элемента, соответствующего описанному выше первому примерному варианту, и элемента крыши, представляющего собой Сравнительный пример 1, который изготовлен при помощи способа изготовления этого элемента, соответствующего описанному выше второму сравнительному варианту. Кроме того, в ходе первой оценки измерялись и сравнивались твердость по Виккерсу верхней пластины 2 и выпуклых ребер 3а, 3b в элементе 1 крыши, соответствующем Примеру 1, и элементе крыши, соответствующем Сравнительному примеру 1.
Элемент крыши, соответствующий Примеру 1
[0111]
s
m
Сначала будет рассмотрен элемент 1 крыши, соответствующий Примеру 1. В качестве заготовки BL применялась заготовка из листовой стали с высокой прочностью на растяжение, которая имела толщину 1,2 мм и прочность на растяжение класса 1310 МПа. В элементе 1 крыши, соответствующем Примеру 1, который изготовлен при помощи способа изготовления элемента крыши, соответствующего данному примерному варианту, если смотреть сверху верхней пластины 2, радиус R кривизны первой секции 8 составлял 3000 мм, радиус R кривизны второй секции 9 составлял 800 мм, и радиус R кривизны третьей секции 10 составлял 4000 мм. Кроме того, в элементе 1 крыши, соответствующем Примеру 1, если смотреть в направлении по ширине верхней пластины 2, то есть, если смотреть на боковую поверхность этого элемента, радиус R кривизны первой секции 8 составлял 4000 мм, радиус R кривизны второй секции 9 составлял 2000 мм, и радиус R кривизны третьей секции 10 составлял 10000 мм. Отметим, что на первом этапе штамповки при изгибании на внешней поверхности заготовки BL механические напряжения σ составляли 1234 МПа, и средние механические напряжения σ составляли 100 МПа. Кроме того, модуль Е упругости для заготовки BL составлял 208 Гпа.
Элемент крыши, соответствующий Сравнительному примеру 1
[0112]
Элемент крыши, соответствующий Сравнительному примеру 1, был изготовлен при помощи способа изготовления элемента крыши, соответствующего второму сравнительному варианту, в котором в качестве заготовки BL применялась заготовка из листовой стали с высокой прочностью на растяжение, которая имела толщину 1,2 мм и прочность на растяжение класса 1310 МПа, аналогично Примеру 1. Отметим, что элемент крыши, соответствующий Сравнительному примеру 1, был изготовлен таким образом, что первая, вторая и третья области имеют тот же радиус R кривизны, что и в Примере 1.
Способ сравнения
[0113]
В способе сравнения при выполнении данной оценки сначала для определения формы элемента 1 крыши, соответствующего Примеру 1, и элемента крыши, соответствующего Сравнительному примеру 1, использовалось измерительное устройство с измерением в трехмерном пространстве. Затем, для сравнения измеренных данных SD для элемента 1 крыши, соответствующего Примеру 1, и элемента крыши, соответствующего Сравнительному примеру 1, с номинальными данными DD использовался компьютер, который на чертежах не показан. Если говорить конкретно, как показано на Фиг.12, были совмещены (согласованы) поперечные сечения верхних пластин 2 в их центральных, в направлении по длине, областях, за эталон был принят угол положения верхней пластины 2, измеряемый в направлении по ширине, на переднем конце (заднем конце) в номинальных данных DD, и как перекручивание оценивалась степень изменения этого угла на переднем конце (заднем конце) для каждого элемента измеренных данных относительно этого эталона. Кроме того, как показано на Фиг.12, за изгибание была принята степень смещения в направлении по ширине положения геометрического центра О2 тяжести на переднем конце (заднем конце) для каждого элемента измеренных данных относительно положения геометрического центра О1 тяжести на переднем конце (заднем конце) в номинальных данных DD.
Результаты оценки и их интерпретация
[0114]
График, приведенный на Фиг.13, иллюстрирует результаты оценки для Примера 1 и Сравнительного примера 1. Из графика на Фиг.13 видно, что верхняя пластина 2 подверглась в Примере 1 меньшему перекручиванию, чем в Сравнительном примере 1. Кроме того, из графика на Фиг.13 видно, что вертикальные стенки 33а, 33b подверглись в Примере 1 меньшему изгибанию, чем в Сравнительном примере 1. В соответствии с указанными выше результатами оценки, Пример 1 можно считать обладающим обеспечиваемыми преимуществами, рассмотренными в первом примерном варианте.
Твердость по Виккерсу
[0115]
Кроме того, график, приведенный на Фиг.14, иллюстрирует результаты измерения твердости по Виккерсу для верхней пластины, эту твердость измеряют в диапазоне от одного в направлении по ширине края верхней пластины 2 до другого ее в направлении по ширине края в Примере 1 и в диапазоне от одного в направлении по ширине края верхней пластины до другого ее в направлении по ширине края в Сравнительном примере 1. Верхняя пластина 2 в Примере 1 в целом имеет твердость по Виккерсу, которая меньше, чем у верхней пластины в Сравнительном примере 1, то есть, во всем диапазоне от одного ее в направлении по ширине края до другого. Кроме того, в случае верхней пластины в Сравнительном примере 1, твердость по Виккерсу является неизменной, в то время как в случае верхней пластины 2 в Примере 1 твердость по Виккерсу изменяется приведенным далее образом. А именно, верхняя пластина 2 в Примере 1 включает центральную область, в которой твердость по Виккерсу имеет минимальную величину, и которая находится в середине ширины этой пластины, то есть область минимума. Верхняя пластина 2 также включает области максимума, в которых твердость по Виккерсу имеет максимальную величину, и которые находятся в каждом диапазоне за пределами первого диапазона, представляющего собой диапазон между центральной областью и упомянутым одним краем этой пластины, и второго диапазона, представляющего собой диапазон между центральной областью и упомянутым другимкраем этой пластины. Считается, что причиной того, что показатели твердости по Виккерсу для верхней пластины 2 в Примере 1 и верхней пластины в Сравнительном примере 1 различаются таким образом, является то, что в случае верхней пластины 2 в Примере 1 обеспечено преимущество от соответствия Уравнению (1), то есть, преимущество в результате эффекта Баушингера. Кроме того, в соответствии с указанными выше результатами оценки, элемент 1 крыши, соответствующий Примеру 1, не перекручивается, то есть, имеет меньшую степень обратного пружинения, чем элемент крыши, соответствующий Сравнительному примеру 1. Если подойти по-другому, можно сказать, что элемент 1 крыши, соответствующий Примеру 1, имеет более высокую точность, чем элемент крыши, включающий верхнюю пластину, которая имеет неизменную твердость по Виккерсу. Отметим, что при рассмотрении выше причиной задания указанной области максимума, в которой твердость по Виккерсу имеет максимальную величину, в каждом из упомянутых первого и второго диапазона является необходимость указать, что места, в которых твердость по Виккерсу имеет максимальную величину, в этих диапазонах не находятся точно на двух в направлении по ширине краях верхней пластины 2. Кроме того, твердость по Виккерсу в центральной области, то есть, области минимума в верхней пластине 2 по Примеру 1, по меньшей мере, на 2,3% ниже этой твердости в соответствующих областях максимума.
[0116] Вторая оценка
Способ оценки и т.д.
В ходе второй оценки были оценены перекручивание на переднем конце и заднем конце верхней пластины 2 для элементов 1 крыши, соответствующих Примерам 2-8, которые были получены путем моделирования на основе описанного выше способа изготовления элемента крыши, соответствующего первому примерному варианту, и для элементов крыши, соответствующих Сравнительным примерам 2-6, которые были получены путем моделирования на основе описанного выше способа изготовления элемента крыши, соответствующего второму сравнительному варианту.
[0117] В таблице на Фиг.15 приведены значения параметров моделирования и результаты оценки для Примеров 2-8 и Сравнительных примеров 2-6. В таблице на Фиг.15 "Толщина пластины" - это толщина заготовки BL, применяемой при моделировании. "Прочность" - это прочность на растяжение для заготовки BL, используемой при моделировании. "Профиль для верхней пластины" - это профиль изгибания поперечного сечения первого штампа 20, используемого при моделировании. Профиль поперечного сечения первого штампа 20, используемого при моделировании, которое изогнуто по форме верхней пластины, соответствует радиусу R кривизны в Неравенстве (1) или Неравенстве (2). "Оценка перекручивания в поперечном сечении 1" относится к перекручиванию в области размером 10 мм, проходящей, если смотреть в направлении по длине, от переднего конца к центру, и "Оценка перекручивания в поперечном сечении 2" относится к перекручиванию в области размером 10 мм, проходящей, если смотреть в направлении по длине, от заднего конца к центру. Отметим, что каждая комбинация значений толщины пластины, прочности и профиля для верхней пластины в Примерах 2-8 удовлетворяет условиям как в Неравенстве (1), так и в Неравенстве (2). Кроме того, если профиль для верхней пластины указан как "Нет" в Сравнительных примерах 2-6, это указывает, что верхняя пластина 2 остается плоской при ее получении путем штамповки на первом этапе штамповки.
[0118] Результаты оценки и их интерпретация
Из таблицы на Фиг.15 видно, что верхняя пластина 2 подверглась в элементах крыши, соответствующих Примерам 2-8, меньшему перекручиванию, чем в элементах крыши, соответствующих Сравнительным примерам 2-6. Например, значения параметров моделирования "Толщина пластины" и "Прочность" были одинаковыми в Примере 2 и Сравнительном примере 2. Если сравнить результаты моделирования для оценки перекручивания в поперечном сечении 1, видно, что верхняя пластина 2 подверглась в элементе крыши, соответствующем Примеру 2, меньшему перекручиванию, чем в элементе крыши, соответствующем Сравнительному примеру 2. Кроме того, если сравнить результаты моделирования для оценки перекручивания в поперечном сечении 2, видно, что верхняя пластина 2 подверглась в элементе крыши, соответствующем Примеру 2, меньшему перекручиванию, чем в элементе крыши, соответствующем Сравнительному примеру 2. Отметим, что в Примере 2 перекручивание в поперечном сечении 2 было определено, как составляющее -7,52°, где знак "-" указывает перекручивание по часовой стрелке. Поэтому, если сравнить абсолютные значения углов, можно сказать, что верхняя пластина 2 подверглась в элементе крыши, соответствующем Примеру 2, меньшему перекручиванию, чем в элементе крыши, соответствующем Сравнительному примеру 2. Кроме того, если сравнить комбинации, в которых значения параметров моделирования "Толщина пластины" и "Прочность" являются одинаковыми (например, Пример 3 и Сравнительный пример 3, Пример 4 и Сравнительный пример 4 и т.д.), видно, что верхняя пластина 2 подверглась в каждом Примере меньшему перекручиванию, чем в соответствующем ему Сравнительном примере. Согласно указанным выше результатам оценки, Примеры 2-8 удовлетворяют условиям в Неравенстве (1) и Неравенстве (2), и поэтому их можно считать обладающими преимуществами от соответствия Уравнению (1), вне зависимости от различий в прочности заготовок BL на растяжение.
Третья оценка
[0119]
Способ оценки и т.д.
В ходе третьей оценки сравнивалось перекручивание на переднем конце и заднем конце для элементов 1А крыши, соответствующих Примерам 9-14, которые были получены путем моделирования на основе описанного выше способа изготовления элемента крыши, соответствующего второму примерному варианту, и для элементов крыши, соответствующих Сравнительным примерам 7-11, которые были получены путем моделирования на основе способа изготовления элемента крыши, который рассмотрен ниже.
Элементы крыши, соответствующие Сравнительным примерам 7-11
[0120]
Элементы крыши, соответствующие Сравнительным примерам 7-11, не были снабжены фланцами 6а, 6b, показанными на Фиг.1А, Фиг.1В, Фиг.1С и Фиг.1D, аналогично элементам в Примерах 9-14, то есть, аналогично элементу 1А крыши, соответствующему второму примерному варианту. Таким образом, элементы крыши, соответствующие Сравнительным примерам 7-11, были получены путем моделирования в условиях допущения, что выполняется штамповка путем изгибания.
[0121] В таблице на Фиг.16 приведены значения параметров моделирования и результаты оценки для Примеров 9-14 и Сравнительных примеров 7-11. В таблице на Фиг.16 "Толщина пластины", "Прочность", "Профиль для верхней пластины", "Оценка перекручивания в поперечном сечении 1" и "Оценка перекручивания в поперечном сечении 2" имеют тот же смысл, что и в случае таблицы на Фиг.15. Отметим, что комбинация значений толщины пластины, прочности и профиля для верхней пластины в каждом из Примеров 9-14 удовлетворяет условиям как в Неравенстве (1), так и в Неравенстве (2).
[0122] Результаты оценки и их интерпретация
Из таблицы на Фиг.16 видно, что верхняя пластина 2 подверглась в элементах крыши, соответствующих Примерам 9-14, меньшему перекручиванию, чем в элементах крыши, соответствующих Сравнительным примерам 7-11. Например, в Примере 9 и Сравнительном примере 7 имелись одинаковые значения параметров моделирования "Толщина пластины" и "Прочность". Если сравнить результаты моделирования для оценки перекручивания в поперечном сечении 1, видно, что верхняя пластина 2 подверглась в элементе крыши, соответствующем Примеру 9, меньшему перекручиванию, чем в элементе крыши, соответствующем Сравнительному примеру 7. Кроме того, если сравнить результаты моделирования для оценки перекручивания в поперечном сечении 2, видно, что верхняя пластина 2 подверглась в элементе крыши, соответствующем Примеру 9, меньшему перекручиванию, чем в элементе крыши, соответствующем Сравнительному примеру 7. Помимо этого, если сравнить комбинации, имеющие одни и те же значения параметров моделирования "Толщина пластины" и "Прочность", например, Пример 12 и Сравнительный пример 10, Пример 13 и Сравнительный пример 11 и так далее, видно, что верхняя пластина 2 подверглась в каждом Примере меньшему перекручиванию, чем в соответствующем ему Сравнительном примере. Согласно указанным выше результатам оценки, каждый из Примеров 9-14 удовлетворяет условиям в Неравенстве (1), поэтому эти примеры можно считать обладающими преимуществами от соответствия Уравнению (1), вне зависимости от различий в прочности заготовок BL на растяжение.
[0123]
Общие итоги Примеров
На основе оценок с первой по третью выше были рассмотрены преимущества, обеспечиваемые первым и вторым примерными вариантами. При этом из второй и третьей оценок видно, что элементы крыши, соответствующие Примерам 2-14, подверглись меньшему перекручиванию, чем элементы крыши, соответствующие Сравнительным примерам 2-11, вне зависимости от наличия или отсутствия фланцев 6а, 6b в элементе 1 крыши. Отметим, что не были приведены Примеры для третьего примерного варианта, однако можно ожидать, что в случае третьего примерного варианта также будет иметься меньшее перекручивание из-за преимущества от соответствия Уравнению (1).
[0124] Выше были рассмотрены конкретные примерные варианты настоящего изобретения и Примеры их воплощения, а именно, первый, второй и третий примерные варианты и Примеры 2-14. Однако за пределы технической сущности настоящего изобретения также не выходят конфигурации, отличающиеся от приведенных в описанных выше первом, втором и третьем примерных вариантах и Примерах 2-14. Например, за пределы технической сущности настоящего изобретения также не выходят приведенные далее конфигурации, являющиеся модифицированными примерами.
[0125] В каждом из примерных вариантов в качестве примера штампованного компонента рассмотрен элемент крыши. Однако штампованный компонент может представлять собой компонент автомобиля, отличающийся от элемента крыши, пока его изготавливают путем штамповки с соблюдением условий в Неравенстве (1) или Неравенстве (2). Помимо этого, штампованный компонент также может представлять собой компонент, не относящийся к автомобилю, пока его изготавливают путем штамповки с соблюдением условий в Неравенстве (1) или Неравенстве (2).
[0126] В каждом из примерных вариантов рассмотрено создание на каждой из вертикальных стенок 4а, 4b соответствующей из ступенек 11а, 11а'. Однако штампованный компонент может быть изготовлен без создания ступенек 11а, 11а' на вертикальных стенках 4а, 4b, пока этот штампованный компонент изготавливают путем штамповки с соблюдением условий в Неравенстве (1) или Неравенстве (2).
[0127] Рассмотрен способ изготовления элемента крыши, который в каждом из примерных вариантов включает первый этап штамповки и второй этап штамповки. Однако необязательно выполнять для штампованного компонента второй этап штамповки, если этот штампованный компонент изготавливают путем штамповки с соблюдением условий в Неравенстве (1) или Неравенстве (2).
[0128] Рассмотрен способ изготовления элемента крыши, при выполнении которого в каждом из примерных вариантов для промежуточного формованного компонента 30, созданного на первом этапе штамповки, выполняют второй этап штамповки, чтобы изготовить штампованный компонент. Однако, так как штампованный компонент изготавливают путем штамповки с соблюдением условий в Неравенстве (1) или Неравенстве (2), промежуточные формованные компоненты 30, 30А, описанные в каждом из примерных вариантов, можно считать примерами штампованного компонента. В таких случаях первый этап штамповки и второй этап штамповки могут выполняться в разных местах.
s
m
[0129] В каждом из примерных вариантов и при проведении первой - третьей оценок в Примерах приведены примеры толщины пластины, прочности на растяжение, профиля для верхней пластины и т.д., относящихся к заготовке BL. Однако могут быть реализованы комбинации, отличающиеся от приведенных в качестве примеров в каждом из примерных вариантов и Примерах, пока значения в этих комбинациях удовлетворяют условиям в Неравенстве (1) или Неравенстве (2). Например, даже если прочность заготовки BL на растяжение составляет более 1470 МПа или меньше 590 МПа, это будет приемлемо, пока удовлетворяются условия в Неравенстве (1) или Неравенстве (2) в плане соотношений между другими переменными (σ, σ, Е и т.д.). Кроме того, например, даже если толщина пластины заготовки BL составляет менее 1,0 мм или оказывается, что заготовка BL должна иметь толщину больше 1,2 мм, это будет приемлемым, пока удовлетворяются условия в Неравенстве (1) или Неравенстве (2) в плане соотношений между другими переменными, которые указаны выше.
[0130] В соответствующих примерных вариантах рассмотрено изготовление элементов 1, 1А, 1В крыши с изгибанием заготовки BL в направлении от нижней части 22 штампа к верхней части 21 штампа в состоянии, когда плечи 22d нижней части 22 контактируют с первой областью заготовки BL, перед зажиманием этой заготовки между верхней частью 21 и нижней частью 22 и продавливанием этой заготовки в направлении от верхней части 21 к нижней части 22. То есть, в соответствующих примерных вариантах рассмотрено изготовление элементов 1, 1А, 1В крыши с созданием первой области заготовки BL перед созданием второй области. Однако штампованный компонент может иметь форму, отличающуюся от формы элементов 1, 1А, 1В крыши, соответствующих представленным примерным вариантам, пока этот штампованный компонент изготавливают таким образом, что первую область заготовки BL создают перед созданием в ней второй области. Например, штампованный компонент может быть выполнен с формой, соответствующей описанным выше модифицированным примерам.
[0131] Приложение
Приведенный далее дополнительный аспект получен путем обобщения, сделанного на основе данной спецификации.
А именно, дополнительным аспектом является:
Способ изготовления штампованного компонента, содержащий следующие этапы:
- первый этап штамповки, на котором применяют пуансон, матрицу и держатель, чтобы изготовить из заготовки промежуточный формованный компонент, имеющий поперечное сечение, по существу, в форме шляпы и включающий верхнюю пластину, вытянутую в длину, два ребра, каждое из которых соединено с соответствующей из боковых сторон верхней пластины, две вертикальных стенки, каждая из которых соединена с соответствующим из двух ребер, два вогнутых сгиба, каждый из которых соединен с соответствующей из двух вертикальных стенок, и два фланца, каждый из которых соединен с соответствующим из двух вогнутых сгибов;
- второй этап штамповки, на котором применяют пуансон, матрицу и держатель, чтобы изготовить из промежуточного формованного компонента штампованный компонент, представляющий собой холодноштампованный компонент, который получен из листовой стали, имеющей прочность на растяжение от 440 до 1600 МПа, имеет длину 500 мм или более, поперечное сечение, по существу, в форме шляпы и включает, по существу, плоскую верхнюю пластину, вытянутую в длину и имеющую ширину 40 мм или менее, два ребра, каждое из которых соединено с соответствующей из боковых сторон верхней пластины, две вертикальных стенки, каждая из которых соединена с соответствующим из двух ребер, два вогнутых сгиба, каждый из которых соединен с соответствующей из двух вертикальных стенок, и два фланца, каждый из которых соединен с соответствующим из двух вогнутых сгибов,
причем:
на первом этапе штамповки в промежуточном формованном компоненте создают верхнюю пластину изогнутой формы путем продавливания в направлении внутрь упомянутого поперечного сечения с получением в сечении плоскостью, перпендикулярной направлению по длине этой пластины, радиуса R (мм) кривизны, который задан в приведенном ниже неравенстве:
где переменные представляют собой следующее:
t - толщина (мм) пластины заготовки;
s
σ - механические напряжения (МПа) на внешней поверхности в области заготовки, формуемой в верхнюю пластину, которые при изгибании возникают в направлении по ширине;
m
σ - средние механические напряжения (МПа) в поперечном сечении в области заготовки, формуемой в верхнюю пластину, которые возникают в направлении по ширине; и
Е - модуль упругости (ГПа) листовой стали, из которой получена заготовка; и
на втором этапе штамповки из промежуточного формованного компонента, имеющего верхнюю пластину с указанной формой поперечного сечения, получают указанный штампованный компонент.
[0132] Описание заявок на японский патент №№ 2015-087502, 2015-087503, зарегистрированных 22 апреля 2015, этим упоминанием включено сюда во всей полноте. Все документы, заявки на патент и технические стандарты, упомянутые в данной спецификации, их упоминанием включены в эту спецификацию в том объеме, как если бы каждый из этих документов специально по отдельности был указан как включаемый сюда его упоминанием.