JP6727255B2 - 金属ブランクを成形するための装置、設備、及び方法、及び、それにより製造されたワーク - Google Patents

Description

本発明は、例えばスチール又はその他の金属からできた金属製ワークの加工分野に関する。本発明は、請求項１に記載の成形装置、請求項５に記載の成形設備、請求項６に記載の成形法、請求項７に記載のワークに関する。

ワークの加工には例えば切断、プレス、絞り、変形など、あらゆる工程が含まれ得る。

カップ状コンポーネントは底、カップ壁、絞り縁部を有する。そのようなコンポーネントはしばしば、渦巻ばねの端部を収容するばね支えとして使用される。これらは特に自動車工業で多く使用される。

そのようなばね支え製造において問題となるのは高強度スチールである。高強度スチールには、引張強度が非常に高く、そのためにより厚みの小さいスチールを使用でき、それにより重量もより小さいという長所がある。しかし、そのようなスチールは比較的もろく、裂ける傾向がある。これはとりわけ、成形時に大きな応力がかかる移行領域に発生する。裂けはとりわけ、カップ底とカップ壁との間の移行領域及びカップ壁と絞り縁部との間の移行領域に発生する。

特許文献１には成形品を深絞りするための深絞り工具が記載されている。これは、ブランクを取り付けるためのリング状取付デバイスを有している。この取付デバイスは、底成形具及びボディ成形具が絞り方向に移動可能である空間を取り囲んでいる。この２つは異なる速度を有することができる。それにより、より高い形状精度が達成される。

特許文献２には、アルミニウム容器を深絞りするための方法と装置が記載されている。ここでは２つの部分、つまりポンチとダイが、互いに向かって移動可能である。このとき、上に向かって移動するポンチの速度は、下に向かって移動するダイの速度より大きくし得る。それにより高い絞り比が達成される。

特許文献３には、中空体を深絞りする際のシート厚の推移に影響を与える方法が記載されている。これはワークを反らすこと（変形）及び反りを戻すこと（形の回復）を数回行うものである。回復段階中、ポンチとダイとの間の相対速度は、変形段階中の速度に対して高められる。回復段階中、ポンチは変形段階に対向する移動を行う。これらの段階におけるポンチの速度の大きさは同じではない。

独国特許第１０２５４１０３号明細書 独国特許第２７２７１７４号明細書 独国特許第１０２００７０５０５８１号明細書

本発明の課題は、エッジ領域に裂けを発生させずに高強度のスチールが成形可能であるように、また、従来よりも大きな絞り深さが達成されるように、装置、設備、方法、ワークを構成することである。

上記の課題は、独立請求項の特徴により解決される。

基本的な考えは以下のとおりである。
通常通りにポンチ、及び、ポンチと協働するダイが使用される。しかしながらポンチもダイも２部構成である。両方とも、ほぼ円筒状の内側部分及び、この内側部分の周りを囲むリングを有している。

挙げられた４つのコンポーネントはすべて、成形の目的のために絞り方向において移動可能とすることができる。

重要であるのは、絞り工程に関与する少なくとも２つの部分が、少なくとも成形の特定の段階の間は異なる速度を持つことである。とりわけ内側ダイの速度は、外側ダイより大きくすることができる。

以下のような手順が考えられる：
Ｉ．開始段階の間、両方のダイは、同じ方向に同じ大きさの速度で移動する。
ＩＩ．中間段階の間、両方のダイは一つの同じ方向に移動するが、内側ダイは、外側ダイより大きな速度で移動する。
ＩＩＩ．終了段階では内側ダイは静止し、外側ダイは一定の速度でさらに移動する。

さらなる変形例は以下の通りである：
外側ダイは最初から一定の速度で移動する。これに対して内側ダイの移動の流れは、例えば正弦曲線など制御された移動曲線に等しく、外側ダイの速度より低い速度から始まり、次にこれを超え、次に再び低下する。

速度の差は大きくすることもできる。そのため内側ダイの速度を外側ダイの速度の１．５から２倍、２．５倍、又は３倍とすることもできる。

全体の成形工程のうちの第１の成形段階にある絞り装置の図式的な立面図であり、すでに予備成形されたワークが置かれている。 第２の成形段階の終了直前のワークの図である。 成形工程の終わりにおけるワークの図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示した図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示した図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示した図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示した図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示した図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。

図１に図示された絞り装置はポンチ１及び板押さえ２を有する。ポンチ１は少し円錐状の形態を有する。ポンチ１は底形成面１．１及び壁形成面１．２を有している。

ポンチ１は板押さえ２により周りを囲まれている。板押さえ２は支持面２．１を有している。板押さえ２はリング状である。

ポンチ１の上には内側ダイ３がある。これは少なくともほぼ円筒状である。これは外側ダイ４により周りを囲まれている。外側ダイ４はリング状である。

内側ダイ３は底形成面３．１を有している。外側ダイ４はリング状である。外側ダイ４は壁形成面４．１、及び、ワーク５の絞り縁部５．３を板押さえ２の支持面２．１に挟み込むための固定面４．２を有している。ワーク５は、円盤状ブランクから作られたものである。図２も参照のこと。ワーク５は底５．１、壁５．２、絞り縁部５．３を有している。

絞り装置は以下のように作用する。絞り装置は最初は開いている、つまり、外側ダイ４の固定面４．２は内側ダイ３の底形成面３．１の高さにほぼ位置している。板押さえ２の支持面２．１はほぼ同じ高さに位置しており、ワークを挿入するのに十分な高さのあるさらに高い位置に位置している。

この段階においてワーク５は絞り装置に挿入され、支持面２．１と固定面４．２との間に固定される。ここで絞り装置の実際の加工段階が開始する。その際に、内側ダイ３及び外側ダイ４は予備成形済ワークと一緒に、及び、板押さえ２とも一緒に矢印の方向に下に向かって移動する。このとき、ここで挙げられた部分（内側ダイ３、外側ダイ４、板押さえ２、予備成形済ワーク）は同じ速度を有する。

このことは、本発明のその後の段階では変化する。そこでは内側ダイ３が外側ダイ４を追い越す。

その後のさらなる段階では反対に、外側ダイ４が内側ダイ３を追い越す。

これが逆になり得ることにも注意されたい。

図１に図示された絞り装置は、一連の絞りステーションのうちの一つのステーションのみである。一連の絞りステーションはここでは図示されていない。実用においては、これらは工場内で連続して接続されている。

その際、本発明により構成された絞りステーション、つまり、絞り工程中に一方では内側ダイ３に、他方では外側ダイ４及び板押さえ２に、異なる速度を提供できる駆動装置を備えた絞りステーションはただ一つのみあればよい。

図４から９には、さまざまな絞りステーションを経た後のワークが図示されている。

絞り縁部５．３は、最後の絞り工程後、完成したカップの用途に応じて、壁５．２から打ち抜くことができる。

本発明を実現するためのさらなる可能性は以下の通りである：
‐ポンチ１も上下に移動可能である、及び／又は、
‐運動が逆になる場合、一方では板押さえ２及び外側ダイ４が固定されたワークと一緒に、他方ではポンチ１が、上に向かって移動する。中間のダイ３は静止している。
‐絞り工程中、中間のダイ３は止まっている、及び／又は、板押さえ２及び外側ダイ４が止まっている。

本発明は、カップ状コンポーネントの製造に関して記載されている。しかしながら、カップ形状ではない中空体も本発明により製造できる。

またダイも、記載されたディスク及びリングではない形状とすることもできる。

１. ポンチ
１．１ 底形成面
１．２ 壁形成面
２ 板押さえ
２．１ 支持面
３. 内側ダイ
３．１ 底形成面
４ 外側ダイ
４．１ 壁形成面
４．２ 固定面
５ ワーク
５．１ 底
５．２ 壁
５．３ 絞り縁部

Claims (8)

1. 金属板ブランクを、底（５．１）、壁（５．２）及び絞り縁部（５．３）を持つカップ状コンポーネント（５）に成形するための装置であって：
   １．１ 前記底（５．１）を形成する底形成面（１．１）及び前記壁（５．２）を形成する壁形成面（１．２）を有するポンチ（１）；
   １．２ 該ポンチ（１）の周りを囲み、且つ前記絞り縁部（５．３）を載置するための支持面（２．１）を備えたリング状の板押さえ（２）；
   １．３ 底形成面（３．１）有する内側ダイ（３）；
   １．４ 壁形成面（４．１）、及び前記絞り縁部（５．３）を把持して、前記絞り縁部を前記板押さえ（２）の支持面（２．１）に押し付けるための固定面（４．２）、を有する外側ダイ（４）；
   １．５ 駆動装置が一方では少なくとも内側ダイ（３）に、ならびに他方では外側ダイ（４）及び前記板押さえ（２）にそれぞれ割り当てられており、前記駆動装置は、クランプの後且つクランプ領域内のワーク領域の成形作業段階の中間において、１つの同じ方向の異なる速度を同時にそれぞれの前記ダイ（３、４）に与えるように、前記駆動装置は構成されていること；
   を特徴とする装置。
2. 前記内側ダイ（３）は前記成形作業段階の中間において前記外側ダイ（４）を追い越すか、またはその逆となり、それに続いた段階において、前記外側ダイ（４）は前記内側ダイ（３）を追い越すか、またはその逆となる、請求項１に記載の装置。
3. 前記ポンチ（１）も駆動装置により絞り方向において移動可能である、請求項２に記載の装置。
4. 前記ポンチ（１）の前記壁形成面（１．２）が、前記ポンチ（１）の前記底形成面（１．１）の方向に向かって円錐状に延びている、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記外側ダイ（４）の前記壁形成面（４．１）が、絞り方向においてテーパになっている、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 金属板ブランクを、底（５．１）、壁（５．２）及び絞り縁部（５．３）を持つカップ状コンポーネント（５）に成形するための設備であって、複数の装置を有し、そのうちの少なくとも一つの装置が、
   ６．１ 前記設備は複数の絞りステーションを有していること；
   ６．２ 前記絞りステーションのうちの少なくとも一つは、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置として形成されていること、
   を特徴とする設備。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の装置を用いて金属板ブランクをカップ状コンポーネント（５）に成形するための方法であって：
   ７．１ 底（５．１）を形成する底形成面（１．１）及び壁（５．２）を形成する壁形成面（１．２）を有するポンチ（１）；
   ７．２ 前記ポンチ（１）の周りを囲み、且つ絞り縁部（５．３）を載置するための支持面（２．１）を備えたリング状の板押さえ（２）；
   ７．３ 底形成面（３．１）を有する内側ダイ（３）；
   ７．４ 壁形成面（４．１）、及び前記絞り縁部（５．３）を把持して、前記絞り縁部を前記板押さえ（２）の支持面（２．１）に押し付けるための固定面（４．２）、を有する外側ダイ（４）；
   の特徴又はコンポーネントを有する方法であって、以下の：
   ７．５ 開いた絞り装置に、金属板ブランク又は該金属板ブランクから作られた中間製品が絞り装置内に載置されること；
   ７．６ 第１成形段階の間に、前記内側ダイ（３）及び前記外側ダイ（４）ならびに前記板押さえ（２）が、クランプされた金属板ブランク又はクランプされた中間製品と一緒に絞り方向において移動すること；
   ７．７ 前記ダイ（３、４）が、クランプの後且つクランプ領域内のワーク領域の成形作業段階の中間において、１つの同じ方向に異なる速度で同時に移動して、前記成形作業段階の間に、前記内側ダイ（３）が前記外側ダイ（４）を追い越すこと、又はその逆であること；
   を特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって；
   ８．１ 初期段階の間、前記２つのダイ（３、４）は、同じ方向に同じ速度で移動すること；
   ８．２ 中間段階の間、前記２つのダイ（３、４）は１つの同じ方向に移動するが、前記内側ダイは（３）前記外側ダイ（４）より大きな速度で移動すること；
   ８．３ 終了段階では前記内側ダイ（３）は静止し、一方で、前記外側ダイ（４）は一定の速度で移動し続けること；
   を含んでいることを特徴とする方法。