JP2009066662A - 拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造するための方法と装置の提供。
【解決手段】帯板１０からなる工作物を精密打ち抜きするための方法と装置に係り、更に詳しくは帯板が打ち抜きポンチ５、打ち抜きポンチ用案内板４、案内板上に配置された刃形リング３およびエゼクタからなる上側部分１と、打ち抜き板７とノックアウト９からなる下側部分２との間で、閉鎖時に挟持され、刃形リングが帯板に押し込まれる、方法と装置に関するもので、打ち抜きの開始前に、挟持された未加工の帯板が、予備成形要素によって打ち抜き方向とは反対方向にネガティブの予備成形を実施され、この予備成形が、打ち抜き板内での打ち抜きの際に予想されるエッジだれの、公差を加算したジオメトリおよび大きさに一致し、かつだれ側に鏡像の形をした材料容積を生じ、打ち抜きの開始時および打ち抜き中に、挟持された帯板の予備成形された範囲が予備成形要素によって支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造するための方法、特に帯板からなる工作物を精密打ち抜きするための方法に係り、更に詳しくは、帯板が、打ち抜きポンチ、打ち抜きポンチ用案内板、案内板上に配置された刃形リングおよびエゼクタからなる上側部分と、打ち抜き板とノックアウトからなる下側部分との間で、閉鎖時に挟持され、刃形リングが帯板に押し込まれる、方法に関する。

本発明はさらに、拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造する装置、特に帯板からなる工作物を精密打ち抜きする装置に係り、更に詳しくは、二分割された工具を備え、この工具が少なくとも１個の打ち抜きポンチ、打ち抜きポンチ用案内板、案内板上に配置された刃形リング、エゼクタ、打ち抜き板およびノックアウトを備え、帯板が案内板と打ち抜き板との間で挟持され、刃形リングが帯板に押し込まれる、装置に関する。

精密打ち抜き兼変形技術では主として鋼が加工される。その際、簡単な構造用鋼から高張力細粒鋼まで、使用される材料は多岐にわたっている。資源「材料」は最近、非常に重要性を増している。最適な材料の使用によって、部品の製作コストが大きく左右される。高張力鋼は強度が同じ場合部品を薄肉にする。

ほとんどの場合、精密打ち抜きの際打ち抜き面は機能面として作用するので、だれはコスト要因である。

精密打ち抜き部品の典型的な特徴は、エッジだれと打ち抜きかえりである。特に角部分にだれが生じ、このだれは、角の半径が小さくなるにつれておよび薄板厚さが厚くなるにつれて大きくなる。だれの深さは薄板厚さの約３０％以上になり、だれの幅は薄板厚さの約４０％以上になる（ＤＩＮ３３４５、精密打ち抜き、１９８０年８月参照）。それによって、だれが材料厚さと材料品質に依存するので、そのコントロールは限定的にのみ可能であり、例えば歯付き部品の場合角の鋭さが無くなることによってあるいは部品の機能長の変更によって、しばしば部品機能が制限される。

従って、押抜きだれは部品機能を低下させ、より厚い出発材料の使用をメーカーに強制する。

切り落とすことによって（特許文献１）、削り落とすことによって（特許文献２）または打ち抜き中に材料を移動させることによって（特許文献３）、エッジだれを除去しようとする多数の解決策が知られている。

特許文献１と特許文献２記載の公知の解決策は、エッジだれを低減するのではなく、手間をかけて部品を再加工するので、一方では付加的な加工工程および工具のために多大なコストが必要であり、他方ではより厚い材料を使用する必要があるので、相当の材料損失が生じる。

特許文献３に係る公知の解決策の場合には、工作物は一つのステージの装置において時間的に互いに連続する少なくとも２つの連続ステップで異なる打ち抜き方向に加工される。この場合、第１の打ち抜き工程では、工作物ジオメトリに適合した、小さなだれを有する半製品が垂直加工方向に打ち抜かれ、少なくとも１つの他の打ち抜き工程では、部品が反対の加工方向に仕上げ打ち抜きされる。その際、第１部分ステップのだれは少なくとも角範囲において再び充填される。この公知の方法によって、突出する押抜きかえりが十分に回避される。

この公知の解決策の場合にも、だれは最終的に除去されず、材料容積が打ち抜き線に沿って移動する。これにより、亀裂形成の危険が高まることになる。
スイス国特許第６６５３６７ Ａ５号明細書 独国特許出願公開第１９７３８６３６ Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１８１５９２２ Ａ１号明細書

この従来技術において、本発明の根底をなす課題は、打ち抜き線に沿って材料を移動させることなく、部品ジオメトリ内で同じ容積のだれを発生させることによって、エッジだれを適切かつ十分に回避し、同時に材料を節約しつつ薄い精密打ち抜き部品の機能面を維持することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する冒頭に述べた種類の方法と、請求項１０および１１に記載の特徴を有する装置によって解決される。

本方法と装置の有利な実施形態は従属請求項から明らかである。

本発明に係る解決策は、再加工しないでおよび打ち抜き線に沿った材料移動をしないで、部品、例えばエッジの尖った中間の厚さおよび大きな厚さの歯付き部品に、精密打ち抜き法を経済的に適用することを初めて可能にする。

これは、打ち抜きの開始前に、挟持された未加工の帯板が、予備成形要素によって打ち抜き方向とは反対方向に、打ち抜き方向に対してネガティブな予備成形を実施され、この予備成形が打ち抜き板内での打ち抜きの際に予想されるエッジだれの、公差を加算したジオメトリおよび大きさに一致し、かつだれ側に鏡像の形をした材料容積を生じることによって達成される。打ち抜きの開始時および打ち抜き中に、挟持された帯板の予備成形された範囲が予備成形要素によって支持される。

予備成形のための工程パラメータ、例えば予備成形すべき範囲のジオメトリおよび材料容積が、工作物の材料の種類、形状およびジオメトリに依存して、仮想の変形シミュレーションによって決定されると特に有利である。これは予備成形要素の実際に即した迅速な設計をもたらし、特に予備成形要素の予備成形角度の決定をもたらす。

予備成形のための工程パラメータは、本発明から逸脱せずに、実際に製作される精密打ち抜き部品の測定によって繰り返して決定することができる。

本発明に係る方法は変更して使用可能である。例えば、予備成形を、１個の工具内の別個の予備ステージにおいて連続ステップとして行うことができる。ノックアウトが同時に予備成形要素として使用されるときには、本発明に係る方法を完全打ち抜きにおいて問題なく実施可能である。この場合、本発明に係る方法による完全打ち抜きは薄い部品にきわめて有利に適用可能である。

従って、本発明に係る方法は、広い寸法範囲の部品の精密打ち抜きをカバーし、例えば完全打ち抜きにおいて中間の厚さ以下および小さな寸法から中間の寸法までの部品の打ち抜きと、連続打ち抜きにおいて大きな厚さおよび寸法までの部品の打ち抜きをカバーする。

本発明に係る装置は構造が簡単で頑丈である。連続打ち抜きの使用の場合、打ち抜き方向とは反対方向に作用する、打ち抜きステージの手前に配置された少なくとも１個の圧印加工ポンチが、予想されるエッジだれに適合した材料容積をだれ側にネガティブに予備成形するために設けられ、圧印加工ポンチがその作用側に輪郭または予備成形角度を有し、この輪郭または予備成形角度が公差を加算した予想されるエッジだれのジオメトリに一致している。完全打ち抜きのためには、打ち抜き方向とは反対方向に作用する、打ち抜きステージに付設された少なくとも１個のノックアウトが、予想されるエッジだれに適合した材料容積をだれ側にネガティブに予備成形するために設けられ、ノックアウトがその作用側に輪郭または予備成形角度を有し、この輪郭または予備成形角度が公差を加算した予想されるエッジだれのジオメトリに適合し、ノックアウトが打ち抜きの際予備成形された範囲を支持する。

連続打ち抜きの場合の圧印加工ポンチの予備成形角度および完全打ち抜きの場合のノックアウトの予備成形角度は約２０°〜４０°である。

他の効果および詳細は、添付の図を参照した次の説明から明らかである。

次に、実施形態に基づいて本発明を詳しく説明する。

図１は、上側部分１と下側部分２を有する本発明に係る装置の基本構造を示している。上側部分１には、刃形リング３を有する案内板４と、この案内板４内を案内される打ち抜きポンチ５と、エゼクタ６とが含まれる。下側部分３は打ち抜き板７とノックアウト９とによって形成されている。４．５ｍｍの厚さを有する合金のステンレス鋼製の帯板１０から、本発明に係る方法によって、歯１２を有する伝動部品１１が製作される。この帯板１０は工具の図示した停止状態の後で、案内板４と打ち抜き板７との間で挟持される。刃形リング３は既に帯板１０に食い込んでいる。それによって、刃形リングの力の作用により、打ち抜き中の材料の慣性移動が阻止される。

下側部分２内を案内される、予備成形要素Ｖとして形成された圧印加工ポンチ１３により、予備ステージが形成される。この圧印加工ポンチはその作用側１４に、仮想の変形シミュレーションによって予め定められた予備成形角度αと、経験値から生じる公差を加算した予想されるだれのジオメトリに一致する輪郭１５とを有する。上側部分１と下側部分２との間に挟持された帯板の予備成形は、圧印加工ポンチ１３によって行われる。この圧印加工ポンチの作用方向は、打ち抜きポンチ５の打ち抜き方向ＳＲとは反対向きである。圧印加工ポンチ１３はその送り運動の際に帯板１０を成形し、その際圧印加工ポンチの作用側１４の輪郭１５がその成形角度αによってだれのジオメトリに適合した量だけ帯板の材料内に侵入し、予想されるだれの容積に一致する帯板１０の成形がだれ側に生じる。

図３は作用側に適切な輪郭１５を有する圧印加工ポンチ１３の一例を示している。この輪郭はだれのジオメトリに正確に一致している。

予備成形の工程パラメータ、例えばジオメトリ、すなわちだれ高さおよびだれ幅と材料容積、すなわちだれ容積は、工作物の材料の種類、形状およびジオメトリに依存して、仮想の変形シミュレーションによって定められる。この仮想の変形シミュレーションでは、形状変更が実現できるかどうかおよび工具要素が負荷に耐えられるかどうかを確かめるために、変形工程中の材料流動が表示され、かつ歪みと相当応力が分析される。しかし、予備成形の工程パラメータは実際の精密打ち抜き部品で、だれ高さとだれ幅を個別的に測定し、だれ容積を算出することによって求めることもできる。これに基づいて圧印加工ポンチ１３を適切に設計することができるようにするためには、一連の試験とその評価を必要とする。

本明細書では詳しく説明しない別個の予備ステージの代わりにもちろん、エッジだれの予想されるジオメトリに相応して、挟持された帯板を予備成形するための予備成形要素として、ノックアウト９を利用することができる。

本発明に係る方法の理解のための関係が図４ａ、４ｂ、５および６に示してある。

図４ａは本発明を適用せずに製作された精密打ち抜き部品に形成されただれを示している。このだれＥはＤＩＮ６９３０およびＶＤＩ基準２９０６ではエッジだれ高さｈとエッジだれ幅ｂによって定められ、それによって生じるかえりは打ち抜きかえり高さと打ち抜きかえり幅によって定められる。かえり容積がだれ容積Ｖの数分の１であることが知られている。すなわち、ある意味では容積が失われる。この容積は一方では部品の外側輪郭の背後に移動し、他方では材料の硬化に基づいて少量失われる。

せん断の際、引張り力が材料に加えられる。この引張り力は最終的には、原子格子の相互保持力よりも大きくなる。これは、打ち抜きポンチ５と打ち抜き板７の隣接する平面の間の滑りを生じることになる。しかし、本来のせん断の前に、エッジだれＥを生じる塑性変形が行われる。

本発明に係る方法に従って製作される部品の各々のジオメトリについて、予想されるエッジだれの寸法と容積Ｖが決定される。これはこの段落で説明するように、変形シミュレーションによってあるいは実際の部品の直接的な測定によって行うことができる。

図４ｂは、このようにして決定されたエッジだれＥが鏡像の形で逆向きにだれ側に形成されることを概略的に示している。これは、圧印加工ポンチ１３による適切な予備成形によって行われる。この圧印加工ポンチは、予想されるエッジだれＥの幾何学的な状態に適合した、予備成形角度α付きの輪郭１５を有する。

図５から、圧印加工ポンチ１３の輪郭１５と帯板１０の予備成形された部分との間のきわめて良好な調和が明らかである。予備成形された部分はノックアウト側で圧印加工ポンチ１３の輪郭１５によって支持される一方、案内側に中空室が生じる。というのは、打ち抜きポンチ５がだれ高さｈだけ後退するからである。この調和の結果が中空室Ｈである。しかし、この中空室は、かえりの容積がだれの容積よりも非常に小さいので、完全には充填されない。打ち抜き板４によって側方が画成されているので、材料は逃げを阻止され、適当に変形される。これは、だれＥの範囲内の作用領域の付加的な硬化をもたらす。

図６は本発明に係る方法に従って製作された伝動部品１１の例を示している。この場合、刃先で測定されただれ深さが３６％減少した。

だれジオメトリを予備成形するための別個の予備ステージを有する本発明に係る装置の、帯板を上側部分と下側部分との間に挟持し、工具を閉じた状態を示す概略的な図である。 本発明に係る図１の装置の、帯板を打ち抜きかつ工具を閉じた状態を示す概略的な図である。 予備成形角度を有する圧印加工ポンチの拡大図である。 図４ａと４ｂは従来技術の予備成形と本発明に係る予備成形のエッジだれのジオメトリを示す概略的な図である。 圧印加工ポンチと帯板の予備成形された範囲との間の調和を示す概略的な図である。 本発明に係る方法に従って製作された、予備成形部を有する伝動部品と予備成形部を有していない伝動部品の例を示す図である。

符号の説明

１ 精密打ち抜き工具の上側部分
２ 精密打ち抜き工具の下側部分
３ 刃形リング
４ 案内板
５ 打ち抜きポンチ
６ エゼクタ
７ 打ち抜き板（型）
９ ノックアウト
１０ 帯板
１１ 伝動部品
１２ 歯
１３ 圧印加工ポンチ／ノックアウト
１４ １３の作用側
１５ １３の輪郭
Ｅ エッジだれ
ｂ エッジだれ幅
ｈ エッジだれ高さ
Ｈ 中空室
ＳＲ 打ち抜き方向
Ｖ だれ容積
α 予備成形角度

Claims (12)

1. 拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造するための方法、特に帯板からなる工作物を精密打ち抜きするための方法であって、
   帯板が、打ち抜きポンチ、打ち抜きポンチ用案内板、案内板上に配置された刃形リングおよびエゼクタからなる上側部分と、打ち抜き板、ノックアウトおよび内部成形ダイからなる下側部分との間で、閉鎖時に挟持され、刃形リングが帯板に押し込まれる、方法において、
   打ち抜きの開始前に、挟持された未加工の帯板が、予備成形要素によって打ち抜き方向とは反対方向にネガティブの予備成形を実施され、この予備成形が打ち抜き板内での打ち抜きの際に予想されるエッジだれの、公差を加算したジオメトリおよび大きさに一致し、かつだれ側に鏡像の形をした材料容積を生じることと、打ち抜きの開始時および打ち抜き中に、挟持された帯板の予備成形された範囲が予備成形要素によって支持されることとを特徴とする方法。
2. 予備成形すべき範囲における予備成形のための工程パラメータ、例えばエッジだれのジオメトリおよび材料容積が、工作物の材料の種類、形状およびジオメトリに依存して、仮想の変形シミュレーションによって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 予備成形すべき範囲における予備成形のための工程パラメータ、例えばエッジだれのジオメトリおよび材料容積が、工作物の材料の種類、形状およびジオメトリに依存して、少なくとも２個の実際の精密打ち抜き部品の測定によって繰り返し決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 予備成形が別個の予備ステージにおいてまたは打ち抜き過程の開始前に共通のステージにおいて行われ、このステージの工程パラメータがエッジだれを測定した後でその都度調節されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 予備成形要素として圧印加工ポンチが使用されることを特徴とする請求項１または４に記載の方法。
6. １０ｍｍ以下の厚さ、好ましくは３〜５ｍｍの厚さと小さな寸法および大きな寸法を有する部品において、予備成形が案内板の方向に、そして打ち抜きが連続ステップで行われることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
7. 予備成形要素として、精密打ち抜き工具のノックアウトが使用されることを特徴とする請求項１または４に記載の方法。
8. 中間の厚さ、好ましくは３〜７ｍｍの厚さと小さな寸法および中間の寸法を有する部品において、予備成形がポンチの方向に、そして打ち抜きが１回の完全打ち抜きで行われることを特徴とする請求項４または７に記載の方法。
9. 打ち抜き板と打ち抜きポンチによって定められる打ち抜き線に沿って、材料が移動しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 請求項１に記載の方法を実施するための、拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造する装置、特に帯板からなる工作物を精密打ち抜きする装置であって、
    二分割された工具を備え、この工具が少なくとも１個の打ち抜きポンチ（５）、打ち抜きポンチ（５）用案内板（４）、案内板上に配置された刃形リング（３）、エゼクタ（６）、打ち抜き板（７）およびノックアウト（９）を備え、帯板が案内板（４）と打ち抜き板（７）との間で挟持され、刃形リングが帯板に押し込まれる、装置において、
    打ち抜き方向（ＳＲ）と反対方向に作用する、打ち抜きステージの手前に配置された少なくとも１個の圧印加工ポンチ（１３）が、予想されるエッジだれ（Ｅ）に適合した材料容積（Ｖ）をだれ側にネガティブに予備成形するために設けられ、圧印加工ポンチ（１３）とノックアウトが打ち抜きステージにおいてそれぞれ、その作用側に輪郭（１５）または予備成形角度（α）を有し、この輪郭または予備成形角度が公差を加算した予想されるエッジだれのジオメトリに適合し、ノックアウト（１３）が打ち抜きの際予備成形された範囲を支持することを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の方法を実施するための、拡大した機能面を有する打ち抜き部品を製造する装置、特に帯板からなる工作物を精密打ち抜きする装置であって、
    二分割された工具を備え、この工具が少なくとも１個の打ち抜きポンチ（５）、打ち抜きポンチ（５）用案内板（４）、案内板上に配置された刃形リング（３）、エゼクタ（６）、打ち抜き板（７）およびノックアウト（９）を備え、帯板が案内板（４）と打ち抜き板（７）との間で挟持され、刃形リングが帯板に押し込まれる、装置において、
    打ち抜き方向（ＳＲ）と反対方向に作用する、打ち抜きステージに付設された少なくとも１個のノックアウト（１３）が、予想されるエッジだれ（Ｅ）に適合した材料容積（Ｖ）をだれ側にネガティブに予備成形するために設けられ、ノックアウト（１３）がその作用側に輪郭（１５）または予備成形角度（α）を有し、この輪郭または予備成形角度が公差を加算した予想されるエッジだれのジオメトリに適合し、ノックアウトが打ち抜きの際予備成形された範囲を支持することを特徴とする装置。
12. 圧印加工ポンチおよびノックアウト（１３）の予備成形角度（α）が２０°〜４０°、好ましくは３０°であることを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。

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