JP2008543568A - 順送り金型工具の方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る特定の具体的な実施例がここに開示されている。開示されている金型工具によれば、鋼鉄材料による支持プレートに異種材料の軸受け適合材料より成る挿入部材を組み込むことができる。工具として利用される一つの金型は支持板自身である。この支持板の金型開口部を利用して軸受け適合材料をブランク加工とピアス加工をし、鋼鉄材料より成る空間部に挿入する。

Description

本発明は機械加工全般に関連し、特に順送り金型工具に関する。

順送り金型工具において、帯状又はブロック状の材料（ブランク材）は、金型の中をステーションからステーションへと「順送り」し、開口部又は成形部を帯状材料上に作り出す。複合パンチが特定の注文に応じて設定され、機械加工（製造）部品で求められているパターンに基づいて開口部や成型部を製造する。

負荷を支えたり、軸受けしたりする機械加工部品は通常、設計上の負荷に適合する軸受け材料より製造される。図４は従来の機械加工部品４００の例を図示している。この部品はギア・プレートでモータのギア減速アッセンブリに使用される。ギア軸を支持するためにプレート４００に開口部４０２が形成される。このような部品のこれらの開口部は負荷を受ける軸受け穴であり、従ってギア・プレート４００は通常、軸受け材料、例えば、青銅を使用するが、鋼鉄に比較して高価である。

図４は、負荷を受ける軸受け開口部４０２は、ギア・プレート４００の構成の中で全体に占める比率は大変小さい。従って、青銅の持つ構造上の利点は機械加工部品の大部分で利用される訳ではない。より低価格の材料を使用することで低コストの部品の製造を可能とする工具が必要であるが、一方、部品の中で負荷を受ける軸受け面又は他の負荷を受ける軸受け部分には、依然としてより高価格の材料を使用することで可能である。

本発明の機械加工部品を製造する金型工具によれば、加工された機械加工部品を第１の加工材料を受け取ることを含む。その加工材料は、金型として使用するために加工され、第２加工材料の部品片をパンチ加工するために使用される。打ち抜かれた部品片はパンチ工程で金型開口部として使用される第１加工材料に形成された開口部内に保持される。

軸受け材料を第２加工材料に使用することで、主に第１加工材料の材料によって製造される加工部分と、そして第２加工材料つまり負荷を受ける軸受け部に軸受け材料で形成される加工部分とを備えた機械加工部品が製造される。

第１の加工材料そのものを機械加工部品の製造に金型として使用することで加工工程が著しく容易にできる。本発明の観点は順送り金型工具に直ちに適用できる。

本発明の観点、効果そして新規な特徴は添付の図面を参照して下記の本発明の明細によって明らかにする。

図１は、本発明に基づく順送り金型工具を模式的に表現した図である。順送り金型工具では、材料の加工量（帯状材料、ブランク材、加工部材、等）が複数のステーションにおいて加工部材に種々の機械加工を行う工具の中に供給される。通常、加工部材は連続する帯状材料（以後、帯材）より機械加工部品は形成される、例えば、帯材よりブランキングしたり、帯材から切断部を切り離したりして最終部品を得ている。より一般的には、しかしながら、製造される部品の複雑性に依存して、材料のブロックを一度に一つずつ工具の中に供給し加工することもでき、この場合、結果として得られる部品はブロック材料より成る。図１は、本発明に係る順送り金型工具の構成を示し、帯材を加工した結果として得られる機械加工部品を製造する。本発明に基づいて種々の他の順送り金型工具の構成についての検討が望まれる。

図１に示される順送り金型工具１００は符号Ａ〜Ｄで示される複数のステーションを備える。ここでは単に4個のステーションを示しているが、与えられる工具に応じて多数の追加ステーション、又は、より少ないステーションでも適応できる。材料供給システム（図示しない）は帯材２０２を右手方向から金型工具に送る。帯材２０２は矢印の符号で示される「送り方向」の方向へ送られる。材料供給システムはステーションからステーションへ加工部材を移動させる。

第１の機械加工ステーションＡは、パンチ１０２及び金型１１４の組み合わせを有している。帯材２０２が所定の位置にある場合、帯材がステーションＡに到達し、適切な制御下にあるときにパンチ１０２が駆動され帯材２０２にピアス工程を実行される。パンチ１０２の加工により開口部２３２が帯材２０２を貫通して形成される。ここでは、単に金型１１４の中に一つの金型開口部１１４aを図示しているが、金型は複数個の金型開口部を構成することができ、そして、帯材２０２に複数個の開口部を形成するためにステーションＡは２個あるいは、２個以上のパンチ１０２で構成することができる。代わりに、帯材２０２に複数個の開口部を形成するために数個のパンチ１０２を複数の位置に配置することもできる。

パンチ工程において一つ又は複数個のスラグ（金属片）２２２が帯材２０２の打ち抜き後に発生する。このスラグ２２２は、金型開口部１１４aを通過して落下し通常は収納容器（図示しない）に集積されるか、廃棄されるか、再生利用される。通常は、機械コントローラ（図示しない）が材料送りシステムの座標軸決め動作、及び、順送り金型工具の動作を含めて順送り金型工具を動作させるために適切にプログラムされている。

帯材２０２は、材料送りシステムによって送られ、一つ又は複数個の開口部２３２をステーションＡにおいて形成され、他の機械加工ステーションＢの所定の位置に送られる。
図１において、ステーションＢの方向へ右から左へ移動する開口部２３２として図示されている。帯材２０２に形成されている開口部２３２に対応する配置、あるいは位置に対応して第２の帯材２０４がステーションＢへ送られ、開口部を覆う。ステーションＢではパンチ１０４（通常は複数個のパンチ）が位置決めされ、あるいは帯材に形成されている一つ又は複数個の開口部２３２に合わせて配置される。パンチ１０４の直径ｄ_２はパンチ１０２の直径ｄ_１よりわずかに小さい。パンチ１０４が動作した場合、第２の帯材２０４より開口部２３２内部に向かって駆動され、従って第２の帯材の一部がブランキング加工されることになる。開口部２３２を有する帯材２０２はステーションＢに位置するのでステーションＢで実行されるパンチ加工の金型として利用される。さらにステーションＢで実行されるパンチ工程で帯材２０２に形成されている開口部２３２を金型として利用することで、パンチ１０４は、第２の帯材２０４をピアス加工するために駆動される。

ステーションＢを動作させる場合、パンチ１０４に対向して停止台座１１２とで構成されている。本発明の実施例の具体例では、帯材２０２は、停止台座１１２の表面に面して位置している。結果的に第２の帯材２０４がパンチ１０４でブランク加工される場合、この加工工程で生成されるスラグ（金属片挿入部材）２２４は、帯材２０２に形成されている開口部２３２の中へ挿入され、その内部に留まる。

当然のこととしてステーションＡにおいて帯材２０２に複数個の開口部が形成された場合、ステーションＢでは、複数個のパンチ１０４で構成されることになり帯材２０２のそれぞれの開口部と合わせて配置される。このようにして、一工程で帯材２０２の複数個の開口部に複数個の挿入部品を形成し、配置することができる。

図１に連続して、ステーションＢでの機械加工の後、帯材２０２の機械加工部は少なくとも帯材２０４からブランク加工された一つの挿入部品２２４を含むことになる。帯材２０２は、部品を完成させるために他のステーションで追加の機械加工ステップ（または複数のステップ）に送ることもできる。例えば、図１では、ステーションＣがピアス・パンチ工程を実行するパンチ１０６とともに構成され挿入部品２２４内部に穴２３４を形成する。複数個の挿入部品２２４を形成する場合、対応してステーションＣは複数個のパンチ１０６で構成されることになる。

ステーションＣ以後に引き続いて他の機械加工工程が実行できることは理解できる。追加の機械加工ステーション（この実施例では具体的に示していないが）に部分機械加工された帯材２０２は送られる。具体的なステーションについては当然のことながら製造される部品に依る。

この工程の最終ステップとし部分加工された帯材２０２は、ステーションＤへと送られ最終加工される。例として図１ではステーションＤがパンチ１０８と構成されている。パンチ１０８は通常、最終部品の形状を形成するために構成される。例えば、スタンピング工程で、パンチ１０８は、帯材２０２より完成部品としてブランク加工を行う。帯材２０２の残部から切り離され、得られた部分が機械加工部品２１２を形成している。当然のこととして他の構成においてパンチ１０８は切断工具であることが適切の場合もあり、最終部品２１２は単に帯材２０２より単に切断して得ることもできる。

上述したように、帯材２０２及び帯材２０４は異種の材料である。例えば、上記のギア・プレートの例では、帯材２０２は鉄鋼材であり、帯材２０４は、軸受け材料、例えば、青銅である。このようにして本発明の順送り金型工具によれば、低コスト材料（例えば、鋼鉄）と同時に、より強い高コスト材料（例えば青銅）をより強固な構造上の一体化を必要とする製造部品の特定分野、例えば、荷重軸受または製造部品の負荷部分に組み込みできる。本発明は、金型工具そのものと、金型工具の方法を対象としているので、このような工具で加工される特定の材料については、重要でない。従って、他の材料の組み合わせも使用できる。また、本発明の金型工具で加工される材料相互の硬度についても制限は無い。

図２は、帯材２０２，２０４が特定の部品製造、つまりギア・プレートに使用された例である。この図において図１のステーションＢにおける実施例に関しての特定の詳細部分のいくつかを示している。本発明の図示された実施例の具体的な詳細として供給角度、配置、等を含みさらに本発明の実施のための理解を提供する。

図２は、加工帯材３０２が図１に図示されている順送り金型工具の例に供給されている。加工帯材３０２には案内穴３５２が上部、下部端部にそって形成されている。案内穴３５２は加工帯材３０２が金型工具内で整列するのを容易にする。この具体例では加工帯材３０２は鋼鉄で形成している。しかし、上述のように、加工される特定の材料については、本発明とは関連がない。

図２は加工帯材３０２が右から左へと順送りされる動きを示す順送り金型工具を示している。このようにして、順送り金型工具の第１ステーションでは加工帯材３０２に穴３３２が形成される。加工帯材３０２が左方向に移動し、第２の加工帯材３０４が図示する方向から供給され、穴３３２を覆い、加工帯材は第２ステーションで加工される。本発明の具体例として、第２の加工帯材３０４は青銅で形成されているが、本発明を実施するにあたり、特定の材料を使用することは重要では無い。

第２のステーションでは、加工のための金型開口部として第１の加工帯材３０２に開口されている穴３３２を使用して第２の加工帯材３０４にパンチ加工を実行する。このようにして加工帯材より最終部品が製造される。図１（停止台座１１２）に示すように第２ステーションにおいて裏面ストップが準備される、従って、第２加工帯材３０４をブランク加工した後に形成されるスラグ（金属片）３２４は加工帯材３０２の穴３３２を通り抜けてしまうことなく穴の中に留まる。

特定の部品を製造するために加工帯材３０２に形成される穴３３２は第２の加工帯材３０４を最適の供給角度を可能とするように形成される。具体的に図示されている例によると、第２の加工帯材３０４の供給角度は、加工帯材３０２の供給方向の垂直線に対して、１２°である。図示されている第２の加工帯材３０４に開口された穴３２６のパターンに示すように第２の加工帯材３０４の最適の使用効率の結果となった。

加工帯材３０２の動きが左方向に進行して、順送り金型工具の第３のステーションで挿入部３２４のなかに軸穴３３４を形成するために挿入されたスラグ３２４は加工される。ギア・プレート３１２は製造部品として加工帯材３０２より所定の外形に切り落とされる。
得られたギア・プレート３１２は挿入されたスラグ３２４を含んだ状態である。

図５は、本発明に基づいて製造されたギア・プレート５００の一例を示す。このギア・プレートには、３個の青銅のスラグ挿入部材５０２を含み、それぞれのスラグ挿入部材の中に軸受け穴５０４をパンチ加工して形成している。この軸受け穴５０４がギア軸を支持し、組立ユニットとなる。支持基板５１２は鋼鉄で、スラグ挿入部材５０２は軸受け適合材料で、この場合、青銅を用いている。単に少数の軸受け穴を必要としているのでギア・プレート材料全体は、より低コストの鋼鉄を使用でき、より高コストの青銅は必要箇所のみに使用される。比較として、図４は、従来の機械加工の方法によって製造され全体が青銅のギア・プレート４００を示しており、この部品の製造はより高価となる。本発明に基づく順送り金型工具によれば、より低いコストで製造が可能で、また、より高価な従来の方法によって製造された部品と類似の機械的特性（すなわち、軸受け負荷特性）をもたらす。

ここで図１にもどり、上述したようにステーションＢにおいて加工帯材自身（帯材２０２）を使用することでパンチ工程を実施する、そして、加工帯材に形成された開口部２３２を金型開口部とし、加工帯材自身（帯材２０２）に形成された金型として使用する。停止台座１１２は第２のスラグ２２４よりパンチ加工された後、スラグ２２４が開口部２３２を通り抜けて落下するのを防ぐ。このようにして、スラグ挿入部材２２４は製造部品の構成要素として加工帯材の中に保持される。その上、図１に示すように、スラグ２２４は加工帯材２０２の上下の表面に対して同一平面上にある。

図１Ａは停止台座１１２の他の構成の一例を示している。図１Ａに示される変形停止台座１１２aはその上面に凹面部１２０を有している。このことで、ステーションＢにおけるパンチ工程でスラグ挿入部材２２４は加工帯材２０２の下部表面をわずかに越えて押し出される。ある特定の部品においてこのような形成が好ましい場合がある。図１Ｂは他の構成を示している、ここでは、シム板（スペーサ）１３０が停止台座の上に載せられており、類似の結果を達成している。

図３Ａ−３Ｄは挿入部材２２４の他の構成例を示している。図３Ａでは、挿入部材２２４は、加工帯材の主な表面２５２，２５４に対して同一平面上にある。図３Ｂでは、加工帯材２０２ブランク加工した後、挿入部材２２４に機械加工がされている。図３Ｃでは、スラグ挿入部材２２４は加工帯材２０２の一方の主な表面（すなわち、２５４）を越えて突出している。図３Ｄでは、フランジ付挿入部材２２４aを示している。これらの図と図１Ａ及び１Ｂとに基づいてその他の可能な多くの構成について検討できる。

本発明の順送り金型工具の全体ブロック図である。 ステーションＢにおける停止台座の構成の一例を示す図である。 ステーションＢにおける停止台座の他の構成を示す図である。 本発明の順送り金型工具に使用される帯材（加工帯材）の具体的な一例を示す図である。 Ａ〜Ｄは挿入部品の他の構成例をそれぞれ示す図である。 従来技術によって製造される機械加工部品を示す図である。 本発明によって製造される機械加工部品を示す図である。

Claims (29)

1. 金型を使用して機械加工部品を製造する製造方法であって、
   前記機械加工部品を製造する第１の材料より成る第１加工部材を受け取り、
   前記第１加工部材に一つまたは複数個の金型開口部を形成し、
   パンチ工程で前記第１加工部材の前記一つまたは複数個の金型開口部を使用して第２の材料より成る第２加工部材を打ち抜き、一つまたは複数個のスラグを第２加工部材より製造する工程において、
   前記パンチ工程で前記機械加工部品を金型として利用する、
   ことを特徴とする製造方法。
2. 前記パンチ工程において前記第１加工部材の前記一つまたは複数個の金型開口部内に前記一つまたは複数個のスラグを残し、その結果、前記第１加工部材の中に一つまたは複数個の前記第２の材料より成る挿入部品を製造することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第１加工部材または前記一つまたは複数個の挿入部品に１回または複数回の追加の機械加工工程の実施を特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記第１加工部材の部分を前記第１加工部材の残存部分より分離することで機械加工部品を獲得する追加の機械加工工程の実施をさらに備え、前記分離された部分は、少なくとも前記一つまたは複数個の挿入部品を含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
5. 前記分離する方法は、前記第１加工部材の部分を前記第１加工部材の残存部分よりセーバする加工を含むことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 前記分離する方法は、前記第１加工部材の部分を前記第１加工部材の残存部分より切断する加工を含むことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
7. 前記切断加工は、前記機械加工部品の形状を有するパンチ工具を用いて前記第１加工部材をブランキング加工するステップであり、それによって機械加工部品を獲得することを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
8. 前記挿入部品は、負荷を支えるために利用されることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記挿入部品は、負荷を支える軸受け面として利用されることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
10. 前記一つまたは複数個の金型開口部は、前記第１加工部材の第1および第２主要表面を貫通して形成されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
11. 請求項1に記載の工程を実行するように構成された順送り金型工具。
12. 金型を使用して製造部品を製造する方法であって、前記製造部品は、板状の第１の材料と、その中に一つあるいは複数個の第２の材料より成る部分とを有し、前記方法は、
    前記製造部品が製造される前記第1の部材より形成される第１のブランク材を受け取り、
    前記第１のブランク材を貫通して一つまたは複数個の開口部を形成し、
    前記第１のブランク材に対して第２の材料より形成する第２のブランク材を前記一つまたは複数個の開口部の少なくとも一つと重ね合わせるために配列し、
    パンチ工程において、前記少なくとも一つの開口部を金型空間部として利用し、前記第２のブランク材の材料の加工分量を前記第１のブランク材の少なくとも一つの開口部内にパンチ加工し、
    前記一つまたは残りの複数個の開口部に前記配列工程と前記パンチ工程を繰り返す、
    ことを特徴とする製造方法。
13. 前記第１のブランク材の中にパンチ加工される前記材料の加工分量とは、前記第１のブランク材の第１および第２主要表面と同一平面上であることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記第１のブランク材にパンチ加工される前記材料の加工分量とは、前記第１のブランク材の第１主要表面と同一平面上にあり、前記第１のブランク材の第２主要表面より突出していることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
15. 前記第１のブランク材にパンチ加工される前記材料の加工分量とは、前記第１のブランク材の第１および第２主要表面より突出していることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
16. 前記第１のブランク材にパンチ加工された前記材料の加工分量に機械加工工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
17. 前記第１のブランク材にパンチ加工された前記材料の加工分量に開口部を形成する機械加工工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
18. 第１の帯状材料を受け取り、
    前記第１の帯状材料の一部分に一つまたは複数個の貫通した開口部をパンチ加工することで金型を形成し、
    前記第１の帯状材料の前記一部分の前記一つまたは複数個の貫通した開口部のいくつかを金型開口部として使用し、ピアス工程によって第２の帯状材料に一つまたは複数個の穴をパンチ加工で実施し、前記第２の帯状材料のピアス工程によって製造されるスラグを少なくとも前記一つまたは複数個の穴の一部に配置する製造方法において、
    前記機械加工部品は、前記第２の帯状材料より成るスラグが前記第１の帯状材料の一部に挿入される、
    ことを特徴とする順送り金型工具を使用して機械加工部品を製造する方法。
19. 前記機械加工部品を構成する前記第１の帯状材料の前記一部を前記第１の帯状材料の前記残存部分より切断することで前記機械加工部品を製造する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
20. 前記第１のブランク材に挿入された前記第２の帯状材料の前記スラグに機械加工する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
21. 前記第１の帯状材料の少なくとも前記一つまたは複数個の穴のいくつかを第１の帯状材料に対して第２の帯状部材が塞ぐように配置する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
22. 機械加工ステーションにおいて、複数個の開口部を第１加工部材に形成する第１のパンチ工程を実施し、
    他の機械加工ステーションにおいて、第２のパンチ工程を実施する際、第１の加工部材の前記穴を金型開口部として使用することを含む第２の加工部材に複数個の穴を形成する第２のパンチ工程において、前記第２のパンチ工程によって製造される第２加工部材の少なくともいくつかの前記スラグは、前記第１加工部材の前記穴の中に少なくとも部分的に保持され、
    さらに他の機械加工ステーションにおいて、第１加工部材に最終工程を実施し少なくとも前記第１加工部材の一部に前記第２加工部材の一部が挿入された製造部品を製造する工程において、
    前記第１加工部材は、前記製造部品の一部分を構成し、そして、前記第２のパンチ工程で金型として利用する、
    ことを特徴とする順送り金型工具を使用して製造部品を製造する方法。
23. さらに又、別の機械加工ステーションにおいて、前記第１加工部材の一部をセーバ加工をさらに備えることで前記製造部品を製造することを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
24. 請求項２２に記載の前記第２のパンチ工程は次の工程を含む：
    前記第１加工部材の少なくともいくつかの前記穴を前記第２加工部材によって覆い、
    一つ又は複数個のパンチを前記第１加工部材の少なくともいくつかの前記穴に対応して配置し、前記第２加工部材は前記第１加工部材と前記一つ又は複数個のパンチの間に配置し、
    前記一つ又は複数個のパンチは、前記第２加工部材を貫通し、前記第１加工部材の少なくともいくつかの前記穴の一部まで駆動することで、前記第２加工部材をピアス加工し、前記第２加工部材のスラグを前記第１加工部材の少なくともいくつかの前記穴に残存させる、
    ことを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
25. 前記最終工程は、前記第１加工部材に挿入された前記第２加工部材の部分上に加工することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
26. 第１のステーションは、第１の加工部材を受け取るように構成され、第１の金型と一つ又は複数個のパンチを有し、前記第１の金型の開口部に合わせて配置され、前記一つ又は複数個のパンチ工具は、前記第１加工部材に一つ又は複数個の穴をパンチ加工可能とし、
    少なくとも第２のステーションは、前記第１のステーションでの加工後に前記第１加工部材を受け取るように配置され、前記第２のステーションは、第２加工部材を受け取るように構成され、そして前記第２加工部材を前記第１加工部材の少なくとも一つ又は複数個の穴上に配置し、前記第２のステーションは、前記第１加工部材の少なくとも一つの穴に適合するように形成された少なくとも一つのパンチを備え、そこに配置されており、
    前記少なくとも一つのパンチは、前記第２加工部材を前記少なくとも一つの穴の中にブランクとピアス工程を実施可能とし、そのことで前記第２加工部材の一部を前記少なくとも一つの穴の中に配置し、残存させ、
    前記第１加工部材の一部の中に前記第２加工部材の一部が配置された機械加工部品の構成を備える、
    ことを特徴とする順送り金型工具。
27. 前記第２のステーションより前記第1の加工部材を受け取り、前記第１加工部材より前記機械加工部品を切断する工程を可能とする第３の作業ステーションをさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の金型工具。
28. 前記第１ステーションと、第２ステーションの間に少なくとも一つのステーションを備えることを特徴とする請求項２６に記載の金型工具。
29. 前記第２ステーションにおいてさらに少なくとも一つのパンチを駆動するときにその対向する位置に停止部を備えることを特徴とする請求項２６に記載の金型工具。

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