JP2014512275A - 無フランジ絞り加工部品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレスの単一ストロークでの絞り加工およびトリミング加工によるプロセス一体型態様で製造されるにもかかわらず、きれいにトリミングできる無フランジ絞り加工部品を製造する方法および装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、絞り加工パンチ、ブランクホルダおよび絞り加工ダイを用いて平金属ブランクおよび／または予成形された金属ブランクから無フランジ絞り加工部品を製造する方法であって、絞り加工ダイが、少なくとも１つの支持領域、少なくとも１つの壁領域、およびこれらの支持領域と壁領域との間に丸められた追込み部分を備え、絞り加工作業中にブランクがトリミングされる構成の無フランジ絞り加工部品の製造方法に関する。ブランクは、第１切刃または絞り加工パンチの丸められた部分および絞り加工ダイの支持領域に設けられた凹部を用いてトリミングされる。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、絞り加工パンチ、ブランクホルダおよび絞り加工ダイを用いて平金属ブランクおよび／または予成形された金属ブランクから無フランジ絞り加工部品を製造する方法であって、絞り加工ダイが、少なくとも１つの支持領域、少なくとも１つの壁領域、およびこれらの支持領域と壁領域との間の丸められた追込み部分（rounded run-in portions, Einlaufrundungen（英、独訳）） を備え、絞り加工作業中にブランクがトリミングされる構成の無フランジ絞り加工部品の製造方法に関する。また、本発明は、絞り加工パンチ、ブランクホルダおよび絞り加工ダイを有し、該絞り加工ダイが、少なくとも１つの支持領域、少なくとも１つの壁領域およびこれらの支持領域と壁領域との間に丸められた追込み部分を備えている構成の平金属ブランクおよび／または予成形された金属ブランクから無フランジ絞り加工部品を製造する装置に関する。

無フランジ絞り加工部品を製造するとき、最初に平ブランクを深絞り加工し、生じたフランジを、深絞り加工後に分離することによりこれらの部品を製造することが広く知られている。しかしながら、このためにはコストのかかる２つの工程が必要になる。また、前記方法は、絞り加工部品のプロセス一体型較正（process-integrated calibration, prozessintegriertes Kalibrieren（英、独訳））を行うことができない。従って、無フランジ絞り加工部品を較正するための第三の工程が必要になる。また、下記非特許文献１から、ブランクが深絞り加工されかつ同時にその上の支持領域がプレス（パンチ）の１ストロークでトリミングされる構成の装置を用いて無フランジ絞り加工部品を製造する方法が知られている。この方法では、ブランクは、絞り加工作業中に、絞り加工縁の領域（すなわち、支持領域と壁領域との間の丸められた追込み部分の領域）がトリミングされる。絞り加工縁の領域、すなわち支持領域と壁領域との間の丸められた追込み部分の領域では、板材料が、丸められた追込み部分と接触する絞り加工パンチの切刃により押出し加工されるときに、絞り加工部品の底領域の方向に前進されるため、板材料の押出しが行われるだけでなく、板材料の硬化も行われる。これは、この方法または装置において丸められた追込み部分の領域の深絞り作業中の、ブランクのプロセス一体型トリミング時にきれいでない切断がなされることによる。非特許文献１は、絞り加工部品の縁部のきれいな切断が重要でない場合にのみ使用される。換言すれば、絞り加工部品は、更なる加工を受けなくてはならない。

技術参考文献「Schnitt-, Stanz- und Ziehwerkzeuge（切断、打抜きおよび絞り加工工具）」（OehlerおよびKaiser著、第８版、２００１年、Springer 出版、第４２８頁）

この従来技術による加工において、本発明により解決すべき問題は、プレスの単一ストロークでの絞り加工およびトリミング加工によるプロセス一体型態様で製造されるにもかかわらず、きれいにトリミングできる無フランジ絞り加工部品を製造する方法および装置を提供することにある。

本発明の第１教示によれば、上記問題は、絞り加工作業が未だ完了されていない間に、ブランクが、支持領域内でトリミングされ、これにより、絞り加工パンチが絞り加工ダイ内に更に移動されるとき、支持領域内に留まっているブランクの部分が、絞り加工ダイの壁領域内に完全に引き込まれる構成の本発明の方法により解決される。

したがって、ブランクは、本発明により、丸められた追込み部分または切刃の領域内ではなく、支持領域内においてトリミングされる。かくして、切断方向およびブランク材料の移動方向は、実質的に互いに垂直になる。ブランクはトリミングにより瞬時に硬化されることはなく、したがって、きれいなトリミング縁が形成される。絞り加工ダイ内への絞り加工プレス（絞り加工パンチ）の移動により、支持領域内に留まっているブランクの一部が壁領域内に完全に引き込まれ、プレスの単一ストロークできれいな切断縁をもつ無フランジ絞り加工部品が製造される。本発明による方法は、特に単一工程に特徴を有し、この点に関し、特にコスト有効性に優れている点に特徴を有する。予成形ブランクを加工する場合には、例えば底領域に余剰材料が形成され、したがって、絞り加工パンチの端位置に到達したときに、プロセス一体型態様での絞り加工部品の較正が可能である。支持領域と絞り加工半径部との間の遷移領域内でトリミングを行うのが好ましい。

本発明による方法の第１実施形態によれば、ブランクホルダは、ブランクのトリミング中に、分離すべきブランクの領域と接触し、したがってブランクのトリミングを制御するのに使用できる。より詳しくは、ブランクホルダは、支持領域内でのトリミング作業中に材料の流動を正確に制御することを確保できる。また、幅広のホルダおよび支持領域を使用する場合には、半成品を皺の無い態様でクランプできかつ皺伸ばしすることができる。

本発明による方法は、ブランクを、絞り加工パンチの第１切刃および絞り加工ダイの支持領域に設けられた凹部を用いてトリミングする特に容易な態様で実施できる。パンチに配置された切刃は、付加パンチおよび該付加パンチの移動を制御する装置等の付加手段を省略することを可能にする。この方法は、装置を簡単にできるため、よりコスト有効性に優れた態様で実施できる。絞り加工ダイの凹部は、トリミングされたブランクおよび切断パンチを収容する機能を有している。

別の構成として、ブランクは、絞り加工ダイの凹部に設けられた切刃を用いてトリミングでき、この切刃は、好ましくは、支持領域または該支持領域と絞り加工半径部との間の遷移領域に配置される。

したがって、本発明による方法は、更に有利な態様で構成でき、この態様では、ブランクは、絞り加工パンチがその端位置に到達したときに、絞り加工ダイ内でのトリミングの後、絞り加工ダイに配置された縁部を用いて較正される。かくして、深絞り、トリミングおよび較正が、同じ装置でかつプレスの単一ストロークで行われる。製造される絞り加工部品は特に寸法的に正確であり、かつ較正によりスプリングバックする傾向が小さい。

ブランクが、支持領域内または該支持領域と絞り加工半径部との間の遷移領域内で、トリミングの後に、切刃として構成された、絞り加工ダイの丸められた追込み部分および絞り加工パンチのエッジングセクションを用いてプロファイリングされる（profiled, Nachschneiden（英、独訳））ならば、ブランクは、壁領域内に引き込まれるときに無張力態様でトリミングされ、これにより、特に良い切断品質を達成できる。また、プロファイリングは、ブランクの不規則絞り加工による不正確さを最小に低減し、したがって、寸法的にきわめて正確な絞り加工部品を製造できる。

また、本発明による方法は、交換可能な挿入ピースを介して第１および／または第２切刃を形成する絞り加工パンチを使用することにより、および任意であるが、交換可能な挿入ピースを介して支持領域の凹部を形成する絞り加工ダイを使用することにより改善される。第１切刃だけでなく第２切刃並びにブランクの支持領域は、切断作業による高い摩耗および裂けに曝される。これらが交換可能な挿入ピースとして設計されているならば、摩耗および裂けに注意を払うことができ、必要な場合には挿入ピースを容易に交換できる。

別の構成として、第１切刃は、絞り加工ダイの支持領域の凹部に配置でき、これも交換可能な挿入ピースとして構成できる。この場合、絞り加工パンチにも、絞り加工ダイの切刃と相互作用する領域を丸めた交換可能な挿入ピースを設けることができる。切刃（鋭い刃）と丸められた部分との相互作用は、優れた切断効果を生じさせる自動調心効果を創出する。

本発明の他の実施形態によれば、好ましくは切断線に沿って配置されるバーの形態の材料を領域毎に配置することができる。すなわち、妨げられない切断線を形成して、絞り加工部品の少なくとも一部が、トリミングされた領域に連結された状態に留まり、同時に工具から取出すこと（バーを用いたスクラップ金属の取出し）ができるようにするためである。他の分離方法では、トリミングされた領域を、良い部分から分離することができる。

本発明による方法の他の実施形態によれば、スロット付き半成品を使用できる。スロット付き半成品は、半成品の一縁部から切断線まで延びている少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つのスリットを有し、これにより、トリミングされた領域は、トリミング中に複数の個々の部品に破断（スクラップの分割）され、この結果、不良品が例えばスクラップスライドを介して工具から容易に除去される。

本発明の第２の教示によれば、上記問題は本発明の装置により解決され、本発明の装置は、絞り加工パンチが、丸められた部分または切刃を備えた絞り加工ダイの支持領域に設けられた凹部と接触する第１切刃または丸められた部分を有し、これにより、支持領域内のブランクは、絞り加工作業中、絞り加工パンチがその端位置に到達する前に、トリミングされる。前述のように、切刃は、シートが僅かに硬化されることによりきれいな切断縁が形成されることを可能にする。この結果、プロセス一体型トリミングであるにもかかわらず、きれいな切断縁を有しかつ寸法的に非常に正確な無フランジ絞り加工部品を得ることができる。

第１工具部品の切刃と第２工具部品の対向する丸められた部分との相互作用は、切断結果に良い影響を与えるだけでなく、自動調心効果による長所をもたらす。すなわち、両工具部品は、通常、正確なパンチガイドを備えていない慣用の深絞りプレスに使用でき、したがって工具の設計を簡単にすることができる。

装置の他の実施形態によれば、絞り加工パンチはエッジングセクションを有し、該エッジングセクションは、ブランクが壁領域内に移動した後、絞り加工ダイ内で絞り加工パンチがその端位置に到達したときに、少なくともブランクの壁領域を圧縮することによりブランクを較正する。エッジングセクションは、底領域に対して壁領域を圧縮するように構成されており、したがって較正が行われ、これにより絞り加工部品の寸法精度を向上できる。

本発明による装置の他の実施形態によれば、絞り加工パンチのエッジングセクションは第２切刃として構成されており、該第２切刃は、丸められた追込み部分と接触して絞り加工作業をする間に、トリミングされたブランクのプロファイリングが可能である。前述のように、第２切刃は、壁領域内に引き込まれたブランクの領域の付加プロファイリングを可能にする。この場合には、分離されたトリミングがいかなる引っ張り歪みにも曝されないので、このプロファイリングは特に高い精度で行われる。また、ブランクの不規則絞り加工によるプロファイリングのため、絞り加工工程の終了前に不正確になることは極く僅かである。したがって、それぞれのブランクの寸法精度のレベルは特に高い。

また、本発明による装置は、絞り加工ダイに凹部を設けるための交換可能な挿入ピースを設けることにより改善される。前述のように、凹部は、切断作業による高い摩耗および裂けに曝され、したがって、挿入ピースの交換は最小コストで済ませることができる。

同じことは、絞り加工パンチの第１切刃および／またはエッジングセクションが交換可能な挿入ピースで形成される他の実施形態についてもいえることである。摩耗および裂けの影響を受けた部品も低コストで交換できる。

以下、添付図面に示す実施形態に関連して本発明を詳細に説明する。

従来技術から知られた無フランジ絞り加工部品の製造中のプロセス一体型切断作業を示す断面図である。 本発明による装置の第１実施形態を示す図面である。 本発明による装置の第１実施形態を示す図面である。 本発明による装置の第２実施形態を示す図面である。 本発明による装置の第２実施形態を示す図面である。

最初に、図１は従来技術から知られた方法の概略断面図であり、この方法では、ブランク２が、絞り加工中に絞り加工パンチ１を用いて深絞り加工され、かつ同時に深絞りダイ３では深絞りパンチ１の第１切刃４を用いて切断される。ブランク２は、通常、ブランクホルダ５によりここに保持される。したがって、絞り加工パンチ１が絞り加工ダイ３内に移動される間、ブランク２の材料および絞り加工パンチ１は図示の矢印の方向に移動される。図１に示すように、切刃４の切断作業の開始時に、切刃４は、ブランク２の領域２ａ内の変化する急速移動によりブランク２を硬化させる。しかしながら、同時に、切刃４は、支持領域３ａと壁領域３ｂとの間の丸められた追込み部分の領域において、ブランク２をブランク２の他の部分から分離する。切断領域内でのブランク２の硬化および同時に生じる引っ張り歪みにより、きれいでない切断縁が形成される。このきれいでない切断縁は、本発明の方法により防止される。

図２ａは本発明による装置の第１実施形態を示し、該装置は、絞り加工の開始時に絞り加工ダイ３’内にある平ブランク２’を成形する絞り加工パンチ１’を有している。本実施形態では、切断パンチ１’の切刃４’は、支持領域３ａ’内のブランク２’をトリミングするように構成されている。トリミングはまた、支持領域と絞り加工半径との間の遷移領域内でも行われる。この目的のため、切刃４’は、絞り加工ダイ３’の凹部７’と接触する。ブランクホルダ５’は、最初の切断作業中に、支持領域３ａ’内の切刃４’を用いてブランク２’を押下げ、これにより、ブランク２’の制御されたトリミングが行われる。絞り加工パンチ１’が絞り加工ダイ３’内に更に移動されると、ブランク２’の残余の部分は壁領域３ｂ’内に完全に引き込まれ、ブランク２’の壁領域を形成する。図２ｂに示すように、ブランク２’は、絞り加工作業の終時に、エッジングセクション６’を用いて圧縮される。しかしながら、エッジングセクション６’の長さを選択することにより、絞り加工部品の較正またはエッジングを行うことなく、絞り加工作業を完了できる。

また、予成形ブランクを成形することもできる。この場合には、絞り加工パンチ１’がその端位置に到達したときに、絞り加工部品の較正を行う余剰材料を例えば底領域３ｃ’内に収容できる。

支持領域３ａ’内でブランク２’をトリミングすることにより、ブランク２’の材料は、絞り加工パンチ１’の切刃４’の切断移動方向に対して垂直に移動する。この結果として、切断作業中にブランク２’に生じる硬化は最小になり、ブランクのきれいな切断が保証される。

図２ａおよび図２ｂの第１実施形態に示すように、第１切刃４’および／またはエッジングセクション６’は、切断パンチ１’に交換可能な挿入ピース９’を用いることにより実現するのが好ましい。これにより、メインテナンスが改善されかつ摩耗および裂けにより影響を受けた絞り加工パンチの交換部品のコストを低減できる。凹部７’が絞り加工ダイ３’に形成されている限り、交換可能な挿入ピース８’を用いてこれと同じことが絞り加工ダイ３’にも当てはまる。

実際に、ブランク２’は熱間成形することもできる。すなわち、ブランク２’は予めオーステナイト化温度に加熱され、本発明による装置で熱間加工される。これにより加工力が低減されるので、特に高強度鋼の場合に、装置の摩耗および裂けが大幅に低減される。また、熱間成形後にプレス硬化を行うことができる。実質的にマルテンサイト構造の成形ができるようにするため、ブランク２’は、この目的のための高い冷却速度でシステマチック冷却されなくてはならない。

図３ａおよび図３ｂは、本発明による装置の他の例を概略断面図で示すものであり、この実施形態は、エッジングセクション６”が非常に長くかつ第２切刃が設けられている点で第１実施形態とは異なっている。絞り加工パンチ１”が絞り加工ダイ３”内に移動されると、ブランク２”が、切刃４”を用いて、最初に支持領域３ａ”内に切り込まれる。壁領域３ｂ”内に引き込まれる残余の支持領域はまた、切刃として構成されたエッジングセクション６”（図２の実施形態と比較して長く形成されている）によりプロファイリングされる。この過程でトリミング１０”が作られる。図３ｂから理解されようが、トリミング１０”は引っ張り歪みがない状態にあり、したがって、トリミング１０”のきれいな分離が可能になる。これは、極めて優れた切断品質を保証する。また、ブランク２”は、プロファイリング後に、絞り加工ダイ３”内に僅かに移動されるに過ぎないため、無フランジ絞り加工部品の特に高い寸法精度が得られる。

その結果、本発明の方法を使用することにより、無フランジ絞り加工部品は、単一加工ストロークで、絞り加工、トリミング加工、プロファイリング加工および較正を行うことができる。これにより、寸法的に高度に安定した無フランジ絞り加工部品を特に経済的に製造できる。

一般に、トリミングを支持領域の方向（すなわち、絞り加工半径部分とは反対方向）に局部的移動させる場合および／または高さが局部的に変化する支持領域を使用する場合には、プロファイリングすべきブランクの内方への移動に影響を加えることができる。かくして、内方への移動を制御し、調節し、補正しまたは補完することができる。

１’、１” 絞り加工パンチ
２’、２” 平ブランク
３’、３” 絞り加工ダイ
４’、４” 切刃
５’、５” ブランクホルダ
６’、６” エッジングセクション
７’、７” 凹部
８’、８” 挿入ピース
１０” トリミング

Claims (11)

1. 絞り加工パンチ（１’、１”）、ブランクホルダ（５’、５”）および絞り加工ダイ（３’、３”）を用いて平金属ブランクおよび／または予成形された金属ブランク（２’、２”）から無フランジ絞り加工部品を製造する方法であって、絞り加工ダイ（３’、３”）が、少なくとも１つの支持領域（３ａ’、３ａ”）、少なくとも１つの壁領域（３ｂ’、３ｂ”）、およびこれらの支持領域（３ａ’、３ａ”）と壁領域（３ｂ’、３ｂ”）との間の丸められた追込み部分を備え、絞り加工作業中にブランク（２’、２”）がトリミングされ、ブランク（２’、２”）は、絞り加工作業が未だ完了されていない間に支持領域（３ａ’、３ａ”）内でトリミングされ、これにより、絞り加工パンチ（１’、１”）が絞り加工ダイ（３’、３”）内に更に移動されるとき、トリミング後に支持領域（３ａ’、３ａ”）内に留まっているブランク（２’、２”）の部分が、絞り加工ダイ（３’、３”）の壁領域（３ｂ’、３ｂ”）内に完全に引き込まれる構成の製造方法において、ブランク（２’、２”）は、第１切刃（４’、４”）または絞り加工パンチ（１’、１”）の丸められた部分および絞り加工ダイ（３’、３”）の支持領域（３ａ’、３ａ”）に設けられた凹部（７’、７”）を用いてトリミングされることを特徴とする無フランジ絞り加工部品の製造方法。
2. 前記ブランクホルダ（５’、５”）は、ブランク（２’、２”）のトリミング中に、分離すべきブランク（２’、２”）の領域と接触することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 前記ブランク（２’、２”）は、絞り加工ダイ（３’、３”）の凹部に設けられた切刃を用いてトリミングされることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
4. 前記ブランク（２’、２”）は、絞り加工ダイ（３’、３”）内でのトリミングの後、絞り加工パンチ（１’、１”）がその端位置に到達したときに、絞り加工パンチ（１’、１”）に配置されたエッジングセクション（６’、６”）を用いて較正されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
5. 前記ブランク（２”）は、支持領域（３ａ”）内でのトリミングの後、絞り加工ダイ（３”）の丸められた追込み部分と接触する第２切刃として構成された絞り加工パンチ（１”）のエッジングセクション（６”）によりプロファイリングされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
6. 前記絞り加工パンチ（１’、１”）の交換可能な挿入ピース（９’、９”）を介して第１および／または第２切刃（４’、４”、６’、６”）を形成する絞り加工パンチ（１’、１”）を使用し、任意であるが、交換可能な挿入ピース（８’、８”）を介して支持領域（３ａ’、３ａ”）の凹部（７’、７”）を形成する絞り加工ダイ（３’、３”）を使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実施するための、平金属ブランクおよび／または予成形された金属ブランク（２’、２”）から無フランジ絞り加工部品を製造する装置であって、絞り加工パンチ（１’、１”）、ブランクホルダ（５’、５”）および絞り加工ダイ（３’、３”）を有し、該絞り加工ダイ（３’、３”）が、少なくとも１つの支持領域（３ａ’、３ａ”）、少なくとも１つの壁領域（３ｂ’、３ｂ”）およびこれらの支持領域（３ａ’、３ａ”）と壁領域（３ｂ’、３ｂ”）との間に丸められた追込み部分を備えている構成の製造装置において、絞り加工パンチ（１’、１”）は、丸められた部分または切り刃を備えた絞り加工ダイ（３’、３”）の支持領域（３ａ’、３ａ”）に設けられた凹部（７’、７”）と接触する第１切刃または丸められた部分を有し、ブランク（２’、２”）は、絞り加工作業中、絞り加工パンチ（１’、１”）がその端位置に到達する前に、支持領域（３ａ’、３ａ”）内でトリミングされ、絞り加工ダイ（３’、３”）および絞り加工パンチ（１’、１”）は、絞り加工パンチ（１’、１”）がその端位置に到達したときに、ブランク（２’、２”）が完全に壁領域（３ｂ’、３ｂ”）内に引き込まれて無フランジ絞り加工部品を形成するように構成されていることを特徴とする無フランジ絞り加工部品の製造装置。
8. 前記絞り加工パンチ（１’、１”）はエッジングセクションを有し、該エッジングセクションは、ブランク（２’、２”）が壁領域（３ｂ’、３ｂ”）内に移動した後、絞り加工ダイ（３’、３”）内で絞り加工パンチ（１’、１”）がその端位置に到達したときに、少なくともブランク（２’、２”）の壁領域（３ｂ’、３ｂ”）を圧縮することによりブランク（２’、２”）を圧縮することを特徴とする請求項７記載の製造装置。
9. 前記絞り加工パンチ（１”）のエッジングセクション（６”）は、第２切刃として構成されており、該第２切刃は、丸められた追込み部分と接触して絞り加工作業をする間に、トリミングされたブランク（２”）のプロファイリングが可能であることを特徴とする請求項７または８記載の製造装置。
10. 前記絞り加工ダイ（３’、３”）に凹部を設けるための交換可能な挿入ピース（８’、８”）が設けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項記載の製造装置。
11. 前記絞り加工パンチ（１’、１”）の第１切刃（４’、４”）および／またはエッジングセクション（６’、６”）を設けるための交換可能な挿入ピース（９’、９”）が設けられていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項記載の製造装置。

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