DE112017005649T5

DE112017005649T5 - Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente und Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente

Info

Publication number: DE112017005649T5
Application number: DE112017005649.7T
Authority: DE
Inventors: Taizo Ishizaki; Naruaki SHINOMIYA; Nobuhiko Shirakawa
Original assignee: ISHIZAKI PRESS IND CO Ltd; Ishizaki Press Industrial Co Ltd; Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
Current assignee: ISHIZAKI PRESS IND CO Ltd; Ishizaki Press Industrial Co Ltd; Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-08-22
Also published as: US20200206796A1; JP6531265B2; WO2018179657A1; CN110049833B; CN110049833A; US11786951B2; KR102233206B1; JP2018161679A; KR20190082851A

Abstract

Bereitgestellt werden ein Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente und eine Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente, die eine Verbesserung der Produktivität erreichen können. Die Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente schließt ein: einen Vorheizabschnitt (10), der für das lokale Induktionsheizen einer Metallplatte konfiguriert ist; und einen Stanzabschnitt (20), der für das Stanzen der Metallplatte konfiguriert ist. Der Vorheizabschnitt (10) schließt eine Heizspule (11) ein. Die Heizspule (11) ist so angeordnet, dass eine axiale Richtung der Heizspule (11), entlang einer Bewegungsrichtung des Pressabschnitts liegt und die Heizspule (11) in der axialen Richtung gegenüber einer Fläche liegt, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich der von dem Stanzabschnitt (20) zu stanzenden Metallplatte relativ groß ist. Die Heizspule (11) ist so konfiguriert, dass zumindest ein Teil der Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird als eine Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich relativ klein ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente und eine Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Metallkomponente und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Metallkomponente, bei der als ein Material verwendeter austenitischer Edelstahl oder eine Aluminiumlegierung gestanzt wird.
STAND DER TECHNIK
Da austenitischer Edelstahl wie SUS304 über ausgezeichnete Eigenschaften wie hohe Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit verfügt, gibt es ein breites Spektrum von Anforderungen in nachgelagerten Feldern als ein Material, das die Verbesserung der Funktionalität von Produkten behandelt.
Jedoch weist austenitischer Edelstahl eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Kaltverfestigungseigenschaft auf. Wenn austenitischer Edelstahl als Metallmaterial (Werkstück) gestanzt wird, treten daher ein Mangel der Leistungsfähigkeit einer Stanzmaschine (Mangel der Druckbeaufschlagungsfähigkeit und einer Energiemenge), Verschlechterung des Abriebs der Matrize, eine Zunahme der Anzahl der Schritte usw. auf.
Wenn eine Metallkomponente durch Stanzen unter Verwendung von austenitischem Edelstahl als ein Metallmaterial hergestellt wird, wurde daher ein Halbwarmziehverfahren beim Stanzen des Metallmaterials angewendet, wobei das Metallmaterial erwärmt wurde, um eine geringere Zugfestigkeit aufzuweisen (siehe, zum Beispiel, das japanische offengelegte Patent Nr. 8-120419 ).
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTLITERATUR
PTL 1: Japanisches offengelegtes Patent Nr. 8-120419
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Beim Halbwarmziehen nach dem Stand der Technik erfolgt das Erwärmen des Metallmaterials durch Einbetten einer Heizpatrone in eine Matrize, die eine der Pressformen ist, Erwärmen der Matrize und eines Niederhalters (Faltenhalter) auf innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs (z. B. etwa nicht unter 100°C und nicht höher als 150°C) und Transportieren der Wärme zu dem Metallmaterial, das in Kontakt mit der Matrize ist. Daher wird bei Halbwarmziehen nach dem Stand der Technik die Matrize auf eine Temperatur gleich wie oder höher als die Temperatur des Metallmaterials erwärmt, das ein Werkstück ist. Um das Werkstück so weit aufzuwärmen, dass die Zugfestigkeit des Werkstücks ausreichend verringert wird, ist jedoch eine lange Erwärmungszeit aus der Perspektive einer Wärmekapazität des Heizelements erforderlich.
Dies liegt daran, dass das beim Halbwarmziehen nach dem Stand der Technik verwendete Heizelement, wie vorstehend beschrieben, in die Matrize eingebettet ist, und somit kann das Heizelement keine Größe gleich wie oder größer als eine Größe der Matrize haben, und die Wärmekapazität des Heizelements kann nicht ausreichend erhöht werden.
Demzufolge ist es schwierig, die Erwärmungszeit beim Halbwarmziehen nach dem Stand der Technik zu verkürzen, und somit ist es schwierig, die Produktivität der Metallkomponente zu verbessern. Insbesondere hat austenitischer Edelstahl eine niedrige thermische Leitfähigkeit, und dadurch ist es schwierig, die Erwärmungszeit beim Halbwarmziehen nach dem Stand der Technik zu verkürzen, bei dem austenitischer Edelstahl als ein Werkstück verwendet wird, und somit ist es schwierig, die Produktivität der Metallkomponente zu verbessern. Zum Beispiel beträgt bei Halbwarmziehen nach dem Stand der Technik, bei dem austenitischer Edelstahl als ein Werkstück verwendet wird, die Produktivität etwa 5 spm (Hübe pro Minute).
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente und eine Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente bereitzustellen, die eine Verbesserung der Produktivität erreichen können.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente nach der vorliegenden Ausführungsform schließt ein: lokales Induktionsheizen einer Metallplatte durch eine Heizspule und Stanzen der Metallplatte unter Verwendung einer Matrize und eines Pressabschnitts, der so konfiguriert ist, dass die Metallplatte nach dem Induktionsheizen der Metallplatte gegen die Matritze gepresst wird. Beim Induktionsheizen der Metallplatte wird zumindest ein Teil eines Bereichs, in dem das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich der zu stanzenden Metallplatte relativ groß ist, beim Stanzen der Metallplatte auf eine höhere Temperatur erwärmt als ein Bereich, in dem das Ausmaß der Verformung in dem Bearbeitungsbereich relativ klein ist.
Beim oben beschriebenen Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente ist das Stanzen vorzugsweise Ziehen. Beim Induktionsheizen der Metallplatte wird zumindest ein Teil eines äußeren Bereichs, der sich außerhalb einer Kontaktfläche befindet, auf eine höhere Temperatur als die Kontaktfläche erwärmt, wobei die Kontaktfläche eine Fläche ist, die mit einer Schulter des Pressabschnitts im Bearbeitungsbereich der zu stanzenden Metallplatte beim Stanzen der Metallplatte in Berührung kommt.
In dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Metallkomponente wird beim Induktionsheizen der Metallplatte die Metallplatte derart induktionserhitzt, dass die Temperatur von mindestens einem Teil der äußeren Fläche der Metallplatte von einer Seite nahe zur Kontaktfläche zu einer von der Kontaktfläche entfernten Seite allmählich höher wird.
Eine Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt ein: einen Vorheizabschnitt, konfiguriert für das lokale Induktionsheizen einer Metallplatte und einen Stanzabschnitt konfiguriert für das Stanzen der Metallplatte. Der Vorheizabschnitt schließt eine Heizspule ein. Der Stanzabschnitt schließt eine Matrize und einen Pressabschnitt, der konfiguriert ist, die Metallplatte gegen die Matrize zu pressen, ein. Die Heizspule ist derart angeordnet, dass eine axiale Richtung der Heizspule, entlang einer Bewegungsrichtung des Pressabschnitts liegt und die Heizspule in der axialen Richtung gegenüber einem Bereich liegt, in dem das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich der durch den Stanzabschnitt zu stanzenden Metallplatte der Metallplatte relativ groß ist. Die Heizspule ist derart konfiguriert, dass zumindest ein Teil des Bereichs, wo die Anzahl der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird als ein Bereich in dem die Anzahl der Verformung im Bearbeitungsbereich relativ klein ist.
Bei der oben beschriebenen Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente erfolgt das Stanzen vorzugsweise durch Ziehen. Die Heizspule ist so angeordnet, dass sie nicht gegenüber einer Kontaktfläche in axialer Richtung liegt, sondern dass sie in axialer Richtung mindestens teilweise gegenüber einer äußeren Fläche außerhalb der Kontaktfläche liegt, die mit einer Schulter des Pressabschnitts im Bearbeitungsbereich in Berührung kommt.
In der oben beschriebenen Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente, hat die Heizspule eine erste Spule, eine zweite Spule, die mit der ersten Spule verbunden und an einer Position näher an der Metallplatte als die erste Spule in axialer Richtung angeordnet ist. Der Innendurchmesser der ersten Spule ist kürzer als ein Innendurchmesser der zweiten Spule.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente und eine Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente bereitgestellt werden, die eine Verbesserung der Produktivität erreichen können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist eine Draufsicht auf eine Heizspule in einem Vorheizabschnitt der Herstellungsvorrichtung der Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III in 2.
4 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die einen Stanzabschnitt der Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
5 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die den Stanzabschnitt der Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
6 ist eine Draufsicht, die einen erwärmten Bereich einer Metallplatten zeigt, die durch die Heizspule induktionserwärmt wird, die in 2 und 3 gezeigt wird.
7 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein geformtes Objekt nach dem ersten Ziehen im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein geformtes Objekt nach dem zweiten Ziehen im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein geformtes Objekt nach dem endgültigen Ziehen im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Metallkomponente zeigt, die durch das Herstellungsverfahren für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurde.
12 zeigt eine Modifikation der Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
< Konfiguration der Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente>
Eine Herstellungsvorrichtung 100 für eine Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Die Herstellungsvorrichtung 100 für eine Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt einen Vorheizabschnitt 10 für das lokale Induktionsheizen einer Metallplatte 1, die ein zu bearbeitendes Material (Werkstück) ist, und einen Stanzabschnitt 20, der konfiguriert ist, die Metallplatte 1 zu stanzen (Scheren und Ziehen).
Das Material für die Metallplatte 1 ist austenitischer Edelstahl und ist zum Beispiel SUS304, SUS316L oder ähnlich. Die Metallplatte 1 hat zum Beispiel, eine Walzrichtung A und eine Breitenrichtung B, und wird entlang der Walzrichtung A in der Herstellungsvorrichtung 100 für eine Metallkomponente geführt.
Der Vorheizabschnitt 10 ist auf der mehr vorgelagerten Seite angebracht und der Stanzabschnitt 20 ist auf einem Förderweg für die Metallplatte 1 angeordnet. Das heißt, dass in der Herstellungsvorrichtung 100 für die Metallkomponente die Metallplatte 1 den Stanzabschnitt 20 über den Vorheizabschnitt 10 erreicht. Vorzugsweise werden der Vorheizabschnitt 10 und der Stanzabschnitt 20 kontinuierlich auf dem Förderweg für die Metallplatte 1 angeordnet. Das heißt, dass der Vorheizabschnitt 10 und der Stanzabschnitt 20 derart bereitgestellt werden, dass die erwärmte Metallplatte 1, die durch die Vorheizabschnitt 10 gesendet wird, zum Stanzabschnitt 20 befördert und ohne Unterbrechung geschoben und gezogen werden kann.
Der Vorheizabschnitt 10 kann die Metallplatte 1 lokal erwärmen. Der Vorheizabschnitt 10 kann die Metallplatte 1 lokal erwärmen, beispielsweise durch Hochfrequenzinduktionsheizen. Der Vorheizabschnitt 10 schließt eine Heizspule 11 (siehe 2) ein. Die gegenüberliegenden Enden der Heizspule 11 sind mit einer nicht gezeigten Wechselstrom (AC)-Energiequelle verbunden.
Wie gezeigt in 3, ist die Heizspule 11 so angeordnet, dass eine axiale Richtung C der Heizspule 11 entlang einer nachstehend beschriebenen Bewegungsrichtung eines Pressabschnitts 32 des Stanzabschnitts 20 liegt. In 3 wird der Pressabschnitt 32 durch eine imaginäre Linie angedeutet. Die Heizspule 11 ist so angeordnet, dass sie in der oben beschriebenen axialen Richtung C nur einem Bereich (Außenfläche 1A) gegenüber liegt, wo ein Ausmaß der Verformung relative groß ist in einem Bearbeitungsbereich 1A, 1B der Metallplatte, die durch den Stanzabschnitt zu stanzen ist. Die Heizspule 11 ist näher an dem Bereich angebracht, wo das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ groß ist, als an einem Bereich (Innenfläche 1B), wo das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ klein ist.
Wenn eine derartige Heizspule 11 mit einem Wechselstrom von der Wechselstromquelle geliefert wird, kann die Heizspule 11 die Metallplatte 1 lokal durch Induktionsheizen aufwärmen. Die mit Wechselstrom versehene Heizspule 11 erzeugt einen wechselnden magnetischen Fluss, der in die Metallplatte 1 eindringt, und erzeugt einen Induktionsstrom in der Metallplatte 1 in einer Richtung, welche den wechselnden magnetischen Fluss aufhebt. Die Metallplatte 1 wird durch Joule-Wärme erwärmt, die durch den Induktionsstrom erzeugt wird. Die Menge des in der Metallplatte 1 erzeugten Induktionsstroms ist in einem Bereich größer, wo die Dichte des magnetischen Wechselflusses, der durch die Metallplatte 1 dringt, höher ist. Die Dichte des magnetischen Wechselflusses, der durch die Metallplatte 1 dringt, ist höher in einem Bereich, der näher an der Heizspule 11 näher liegt. Somit ist die Menge der Jouleschen Wärme, erzeugt in einem Abschnitt von Bearbeitungsbereich 1A, 1B, angeordnet relativ nahe an der Heizspule 11, größer als eine Menge der Jouleschen Wärme, erzeugt in einem Abschnitt von Bearbeitungsbereich 1A, 1B, der relativ weit von der Heizspule 11 entfernt angeordnet ist. Demzufolge kann die Heizspule 11 die Fläche von Bearbeitungsbereich 1A, 1B der Metallplatte 1, welche relativ nahe zur Heizspule 11 angeordnet ist und das relativ große Ausmaß der Verformung beim Stanzen aufweist, lokal, durch Induktionsheizen aufwärmen.
Der Bearbeitungsbereich 1A, 1B ist ein Bereich, der in einem Rohling eingeschlossen ist, der durch Scheren im Stanzabschnitt 20 gebildet wird. Der Bearbeitungsbereich 1A, 1B schließt eine Außenfläche 1A außerhalb einer Kontaktfläche in Berührung mit einer Schulter des Pressabschnitts 32 (eine Ecke des Pressabschnitts 32, wo eine Oberfläche, die sich entlang der Bewegungsrichtung des Pressabschnitts 32 erstreckt mit einer Oberfläche, die sich entlang einer Richtung, die die Bewegungsrichtung schneidet, verbunden ist) des Stanzabschnitts 20 im Bearbeitungsbereich 1A, 1B, und die Innenfläche 1B ein, die die Kontaktfläche aufweist und innerhalb des äußeren Bereichs 1A angeordnet ist. Wie oben beschrieben wurde, wenn die Metallplatte 1 durch den Vorheizabschnitt 10 erwärmt wird, ist die Außenfläche 1A an einer Position näher an der Heizspule 11 angeordnet als die Innenfläche 1B. Die Außenfläche 1A ist eine Fläche des Bearbeitungsbereichs 1A, 1B, wo eine Deformationsbeständigkeit σ während des ersten Ziehens durch den Stanzabschnitt 20 relativ höher ist als die der Innenfläche 1B. Die Deformationsbeständigkeit σ wird durch cεⁿ ausgedrückt, wobei ein Plastizitätskoeffizient c, eine Verzerrung ε und ein Arbeitshärtungs-Exponent n verwendet werden.
Wenn ein geformtes Objekt, das durch ein erstes Ziehen durch Stanzabschnitt 20 erhalten wird, beispielsweise aus einem unteren Abschnitt und einem Seitenwandabschnitt gebildet wird, schließt die Außenfläche 1A eine Fläche, die den Seitenwandabschnitt in der Metallplatte 1 bildet, ein. Wenn ein geformtes Objekt, das durch ein erstes Ziehen durch Stanzabschnitt 20 erhalten wird, beispielsweise aus einem unteren Abschnitt, einem Seitenwandabschnitt und einem Flanschabschnitt gebildet wird, schließt die Außenfläche 1A Flächen, die den Seitenwandabschnitt und den Flanschabschnitt in der Metallplatte 1 bilden, ein. Die Innenfläche 1B schließt Flächen ein, die mit einem Spitzenabschnitt des Pressabschnitts 32 und der Schulter des Pressabschnitts 32 in Berührung kommen. Eine relativ stärkere Kraft wird in der oben beschriebenen axialen Richtung C an die Fläche der Innenfläche 1B in Kontakt mit der Schulter des Pressabschnitts 32 angewendet als an die Außenfläche 1A. Die Innenfläche 1B schließt beispielsweise eine Fläche ein, die den unteren Abschnitt des geformten Objekts bildet, der durch erstes Ziehen des Stanzabschnitts 20 erhalten wird. Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist eine Breite L3 der Innenfläche 1B gleich oder größer als eine Breite L4 des Pressabschnitts 32 in Breitenrichtung B. Die Breite L3 ist zum Beispiel 50.5 mm und die Breite L4 ist beispielsweise 38,5 mm. Eine Länge der Innenfläche 1B in Walzrichtung A ist beispielsweise 62 mm und eine Länge des Pressabschnitts 32 in Walzrichtung A ist zum Beispiel 50 mm.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, hat die Heizspule 11 eine erste Spule 12 und eine zweite Spule 13. Die axiale Richtung C der ersten Spule 12 liegt entlang der axialen Richtung C der zweiten Spule 13. Eine ebene Form jeder der ersten Spule 12 und der zweiten Spule 13, bei Betrachtung aus der axialen Richtung C, ist zum Beispiel im Wesentlichen rund oder im Wesentlichen elliptisch. Die zweite Spule 13 ist seriell mit der ersten Spule 12 verbunden. Die erste Spule 12 und die zweite Spule 13 sind im Wesentlichen parallel zu der Metallplatte 1 angeordnet. Aus einer anderen Perspektive, erstrecken sich die erste Spule 12 und die zweite Spule 13 entlang einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung C. Die erste Spule 12 ist ein Teil der Heizspule 11, so aufgewickelt dass der kürzeste Abstand zur Metallplatte 1 in der oben beschriebenen axialen Richtung C im Wesentlichen gleich zu einem Abstand L1 (siehe 3) ist. Die zweite Spule 13 ist ein Teil der Heizspule 11 Aufwicklung, die derart gewickelt ist, dass der kürzeste Abstand zur Metallplatte 1 in der oben beschriebenen axialen Richtung C im Wesentlichen gleich einem Abstand L2 (siehe 3) ist, verschieden zu Abstand L1.
Wie in 3 gezeigt, ist die zweite Spule 13 in einer Position näher zur Metallplatte 1 in der oben beschriebenen axialen Richtung C angeordnet als die erste Spule 12. Der kürzeste Abstand L1 zwischen der ersten Spule 12 und der Metallplatte 1 in der oben beschriebenen axialen Richtung C ist länger als der kürzeste Abstand L2 in der oben beschriebenen axialen Richtung C zwischen der zweiten Spule 13 und der Metallplatte 1. Die erste Spule 12 ist so angeordnet, dass sie in der oben beschriebenen axialen Richtung C einem Bereich der innen befindlichen Außenfläche 1A gegenüber liegt. Die zweite Spule 13 ist so angeordnet, dass sie in der oben beschriebenen axialen Richtung C einem Bereich der außen befindlichen Außenfläche 1A gegenüber liegt. Der Innendurchmesser der ersten Spule 12 ist kürzer als der Innendurchmesser der zweiten Spule 13. Bei Betrachtung von der oben beschriebenen axialen Richtung C, ist die erste Spule 12 innerhalb der zweiten Spule 13 angeordnet.
Wie in 3 gezeigt, kann die oben beschriebene Heizspule 11 eine erste erwärmte Fläche 1C bilden, die auf die niedrigste Temperatur in der Außenfläche 1A aufgeheizt wird, eine zweiten erwärmte Fläche 1D außerhalb der ersten erwärmten Fläche 1C, und die auf eine höhere Temperatur als die erste aufgeheizte Fläche 1C aufgeheizt wird, und eine dritten erwärmte Fläche 1E außerhalb der zweiten erwärmten Fläche 1D und die auf die höchste Temperatur aufgeheizt wird. Die erste erwärmte Fläche 1C befindet sich auf der innersten Seite der Außenfläche 1A und ist angrenzend zur Innenfläche 1B. Die dritte erwärmte Fläche 1E befindet sich auf der äußersten Seite der Außenfläche 1A. Die zweite erwärmte Fläche 1D befindet sich außerhalb der ersten erwärmten Fläche 1C und befindet sich innerhalb der dritten erwärmten Fläche 1E.
Der Vorheizabschnitt 10 ist so angeordnet, dass sie in der Lage ist, die Metallplatte 1 beispielsweise auf eine Temperatur von nicht niedriger als 50°C und nicht höher als 200°C zu erwärmen. Die Temperatur des Erwärmens der Metallplatte 1 durch den Vorheizabschnitt 10 ist beispielsweise eine Temperatur, die ermöglicht, dass eine Zugfestigkeit der Außenfläche 1A während des ersten Ziehens ausreichend verringert wird. Da der Vorheizabschnitt 10 eine Heizspule 11 mit einer ersten Spule 12 und einer zweiten Spule 13 einschließt, kann der Vorheizabschnitt 10 die Metallplatte 1 so erwärmen, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten erwärmten Fläche 1C und der dritten erwärmten Fläche 1E zum Beispiel etwa 50°C beträgt. Der Vorheizabschnitt 10 kann zum Beispiel die erste erwärmte Fläche 1C auf eine Temperatur von ungefähr 50°C erwärmen, während er die dritten erwärmte Fläche 1E auf die Temperatur von ungefähr 100°C erwärmt.
Wie in 3 gezeigt ist, weist die Heizspule 11 darin Rohre 14 auf, durch welche beispielsweise das Kühlwasser fließt. Das Rohr 14 ist in der ersten Spule 12 seriell mit dem Rohr 14 in der zweiten Spule 13 verbunden.
Wie in den 3 und 6 gezeigt, hat die Metallplatte 1 beispielsweise einen Nicht-Bearbeitungsbereich 1F auf der Außenseite des Bearbeitungsbereiches 1A, 1B. Der Nicht-Bearbeitungsbereich 1F befindet sich neben der dritten erwärmten Fläche 1E. Wenn die Metallplatte 1 durch den Vorheizabschnitt 10 erwärmt wird, ist der Nicht-Bearbeitungsbereich 1F an einer Position näher an der Heizspule 11 als an Innenfläche 1B angeordnet. Der Nicht-Bearbeitungsbereich 1F ist beispielsweise ein Bereich, der während des Stanzvorgangs vor dem ersten Ziehen nicht gestanzt wird.
Der Stanzabschnitt 20 ist beispielsweise als eine so genannte Transferpresse konfiguriert. Der Stanzabschnitt 20 schließt beispielsweise eine Vielzahl von Stempelanordnungen (z. B. mindestens drei Stempelanordnungen 30A, 30B und 30C), die in vertikaler Richtung oberhalb der Metallplatte 1 angeordnet sind, und eine Vielzahl von Matrizenanordnungen (z. B. mindestens drei Matrizenanordnungen 40A, 40B und 40C), die in vertikaler Richtung unterhalb der Metallplatte 1 angeordnet sind, ein. Wie in 1 gezeigt, ist die Vielzahl der Stempelanordnungen Seite an Seite entlang der Breitenrichtung B der Metallplatte 1 angeordnet. Wie in 1 gezeigt, ist die Vielzahl der Matrizenanordnungen Seite an Seite entlang der Breitenrichtung B der Metallplatte 1 angeordnet.
Wie in den 4 und 5 abgebildet, hat die Stempelanordnung 30A einen Halter 31 und einen Pressabschnitt 32. Die Matrizenanordnung 40A schließt einen Basisabschnitt 41, eine Matrize 42 und einen Führungsabschnitt 44 ein.
Der Halter 31 wird derart bereitgestellt, dass er die Metallplatte 1 scheren kann als ein Bandmaterial, das zu einer vorgeschriebenen Position auf der Matrize 42, durch ein Durchgangsloch 43 und den Führungsabschnitt 44 befördert wird. Mit anderen Worten wird der Halter 31 als Stempel zum Scheren bereitgestellt. Das heißt, dass der Halter 31 so bereitgestellt ist, dass ein Ende des Halters 31 in einem unteren Teil in der vertikalen Richtung mit der Metallplatte 1 auf der Matrize 42 angeordnet in Berührung kommen kann. Der Halter 31 ist so bereitgestellt, dass zumindest ein Teil des Halters 31 sich mit der Matrize 42 in der in vertikaler Richtung bereitgestellten Matrizenanordnung 40 überlappt. Der Halter 31 kann eine Metallplatte 2 (siehe 4) als einen Rohling pressen, der durch Scheren gegen die Matrize 42 von oben in vertikaler Richtung gebildet wird. Der Halter 31 wird beispielsweise zylindrisch bereitgestellt, und seine axiale Richtung erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung. Ein Material für den Halter 31 ist, zum Beispiel, Hartmetall (im Folgenden, einfach „Hartmetall“ genannt) oder legierter Werkzeugstahl wie SKD11, und ist vorzugsweise aus Hartmetall oder ein Material mit einer thermischen Leitfähigkeit (z. B. etwa 14,0 W/m•K) niedriger als, zum Beispiel, von JIS Standard SKD11 (im Folgenden, einfach als SKD11 genannt) und ist zum Beispiel Cermet.
Der Pressabschnitt 32 ist so bereitgestellt, dass er die Metallplatte 2 als einen Rohling zu ziehen fähig ist, angeordnet an einer vorgeschriebenen Position auf der Matrize 42 durch ein Durchgangsloch 43 und in einem Durchgangsloch 45 des Führungsabschnitts 44. Mit anderen Worten, wird der Pressabschnitt 32 als Stempel zum Ziehen bereitgestellt. Der Pressabschnitt 32 ist so bereitgestellt, dass er in vertikaler Richtung relativ zum Halter 31 in einem hohlen Abschnitt des zylindrisch bereitgestellten Halters 31 bewegt werden kann. Das heißt, dass der Pressabschnitt 32 vom Halter 31 umgeben ist. Zusätzlich ist der Pressabschnitt 32 so bereitgestellt, dass ein an der unteren Seite, in vertikaler Richtung befindliches Ende des Pressabschnitts 32 von dem an der unteren Seite in vertikaler Richtung angeordneten Ende des Halters 31 in vertikaler Richtung nach unten vorstehen kann. Vorzugsweise ist ein nicht gezeigter Kühlabschnitt, der zum Kühlen des Pressabschnitts 32 konfiguriert ist, im Pressabschnitt 32 bereitgestellt. Der Kühlabschnitt im Pressabschnitt 32 ist beispielsweise bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass das Kühlwasser dort hindurch zirkuliert, und um zu ermöglichen, dass die vom Pressabschnitt 32 aufgenommene Wärme nach außerhalb des Pressabschnitts 32 abgeführt wird.
Der Basisabschnitt 41 ist als ein Träger der Matrize 42 in der Matrizenanordnung 40 konfiguriert.
Der Basisabschnitt 41 ist mit einer Nut 41a bereitgestellt welche die Matrize 42 darin halten kann. Die Nut 41a hat, zum Beispiel, Endflächen, die sich in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung erstrecken, und die Nut 41a ist so gebildet, dass diese Endflächen mit einer äußeren Umfangsendoberfläche und einer unteren Oberfläche der Matrize 42 in Oberflächenberührung kommen können. Des Weiteren, auf der unteren Seite in der vertikalen Richtung mit Bezug auf die Nut 41a, ist der Basisabschnitt 41 mit einer Nut 41b kontinuierlich zur Nut 41a bereitgestellt.
Die Matrize 42 hat eine obere Endoberfläche 42c, die sich in einem oberen Teil in der vertikalen Richtung befindet, und die Matrize 42 ist, zum Beispiel so bereitgestellt, dass die obere Endoberfläche 42c mit Außenfläche 1A der Metallplatte 2 als ein Rohling in Oberflächenberührung kommen kann. Die Matrize 42 hat darin ein Durchgangsloch 43 zum Begrenzen einer Kontur eines geformten Objekts 3a, das durch Ziehen der Metallplatte 2 als ein Rohling erhalten wird. Das Durchgangsloch 43 ist so angeordnet, dass es sich mit der Innenfläche 1B der Metallplatte 1, 2 in der vertikalen Richtung überlappt. Vorzugsweise hat das Material für die Matrize 42 eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Hartmetall, SKD11 oder ähnliche Materialien für eine Matrize einer Warmstanzvorrichtung nach dem Stand der Technik. Vorzugsweise hat das Material für die Matrize 42 eine Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die eines Materials für den Basisabschnitt 41 ist. Mit einer solchen Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass die in der Metallplatte 2 durch die Verarbeitung der Wärmeerzeugung während des Stanzens erzeugte Wärme an den Basisabschnitt 41, den Führungsabschnitt 44 und dergleichen durch die Matrize 42 abgeleitet und in der Metallplatte 2 gespeichert wird und effektiv zur Temperaturerhöhung und Verhinderung der Kühlung (Wärmeretention) der Metallplatte 2 beitragen kann. Daher, hat der Stanzabschnitt 20 einschließlich einer solchen Matrize 42 eine hohe Ziehformbarkeit. Insbesondere, da Stanzabschnitt 20 als eine Transferpresse konfiguriert ist, sind die Matrizen in den Matrizenanordnungen 40B und 40C ebenfalls wie oben beschrieben konfiguriert, und somit wird die hohe Ziehformbarkeit bei der Verwendung von Bearbeitungswärmeerzeugung nach dem zweiten Ziehen auch erreicht.
Vorzugsweise ist das Material für die Matrize 42, zum Beispiel, ein Material mit mindestens einem Cermet bestehend hauptsächlich aus Titancarbonitrid (TiCN) oder Titancarbid (TiC), und Zirkonoxid (ZrOx₂). ZrO₂, Cermet auf TiCN-Basis und Cermet auf TiC-basis haben ferner eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Hartmetall und SKD11 von niedriger thermischer Leitfähigkeit. Speziell beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Hartmetall, das üblicherweise als herkömmliches Material für eine Matrize verwendet wird, bei normaler Temperatur 71 W/(m•K), während die Wärmeleitfähigkeit von Cermet auf TiCN-Basis bei normaler Temperatur 14 W/(m•K), und die Wärmeleitfähigkeit von ZiO₂ bei normaler Temperatur 3 W/(m•K) beträgt. Das heißt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Cermet ungefähr ein Fünftel der Wärmeleitfähigkeit von Carbid beträgt. Aus einer anderen Perspektive ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials für die Matrize 42 bei normaler Temperatur zum Beispiel kleiner als 27.2 W/m•K.
Eine innere Umfangsendoberfläche 42a des Durchgangslochs 43 kann entlang einer Richtung ausgebildet sein, die sich mit der vertikalen Richtung schneidet. In diesem Fall, kann die innere Umfangsendoberfläche 42a des Durchgangslochs 43 einen Neigungswinkel haben, der einen spitzen Winkel bildet, mit Bezug auf die obere Endoberfläche 42c, die mit der Metallplatte 2 in der Matrize 42 in Berührung kommt, und kann einen Neigungswinkel haben, der einen stumpfen Winkel mit Bezug auf eine untere Endoberfläche 42d bildet.
Das Durchgangsloch 45 wird im Führungsabschnitt 44 gebildet. Der Lochdurchmesser des Durchgangslochs 45 ist größer als der Lochdurchmesser des Durchgangslochs 43 und ist größer als der Außendurchmesser des Halters 31. Der Führungsabschnitt 44 ist so bereitgestellt, um in der Lage zu sein, die Metallplatte 1 (siehe 1) als ein Bandmaterial zusammen mit dem Halter 31 zu scheren, und ist bereitgestellt, um in der Lage zu sein, die Metallplatte 2 (siehe 4) als Rohling durch die Scherung an der vorgegebenen Position auf der Matrize 42 zu führen. Mit anderen Worten, wird der Führungsabschnitt 44 wie eine Matrize zum Scheren bereitgestellt. Der Führungsabschnitt 44 kann auch so bereitgestellt sein, dass er in der Lage ist, die Matrize 42 zwischen dem Führungsabschnitt 44 und dem Basisabschnitt 41 sandwichartig anzuordnen. Ein Material für den Führungsabschnitt 44 ist zum Beispiel Hartmetall oder Legierungswerkzeugstahl, wie z. B. SKD11.
Die Vielzahl von Stempelanordnungen und die Vielzahl von Matrizenanordnungen sind grundsätzlich jeweils ähnlich wie die oben beschriebene Stempelanordnung 30A und Matrizenanordnung 40A konfiguriert. Jedoch, sind die Vielzahl von Stempelanordnungen und die Vielzahl von Matrizenanordnungen unterschiedlich voneinander, zum Beispiel, in Bezug auf die Form des Pressabschnitts 32 und der Matrize 42.
Der Stanzabschnitt schließt weiterhin einen nicht dargestellten Transportabschnitt, der konfiguriert ist, um das geformte Objekt, das durch jeweils die Vielzahl von Stempelanordnungen und die Vielzahl von Matrizenanordnungen geformt ist zu einer anderen Stempelanordnung und Matrizenanordnung zu fördern, welche in der oben beschriebenen Breitenrichtung B aneinander angrenzen. Zum Beispiel durch die Stempelanordnung 30A und die Matrizenanordnung 40A, wird die vom Vorheizabschnitt 10 vorgewärmte Metallplatte 1 gestanzt, damit eine Metallplatte 2 gebildet wird, die dann einem ersten Ziehen unterzogen wird. Gleichzeitig wird ein geformtes Objekt, das zuvor durch die Stempelanordnung 30A und die Matrizenanordnung 40A einem ersten Ziehen unterzogen wurde, einem zweiten Ziehen durch die Stempelanordnung 30B und die Matrizenanordnung 40B unterzogen. Gleichzeitig wird ein geformtes Objekt, das zuvor durch die Stempelanordnung 30B und die Matrizenanordnung 40B einem zweiten Ziehen unterzogen wurde, einem dritten Ziehen durch die Stempelanordnung 30C und die Matrizenanordnung 40C unterzogen. Als nächstes wird das durch das erste Ziehen geformte Objekt aus einem Bereich zwischen der Stempelanordnung 30A und der Matrizenanordnung 40A in einen Bereich zwischen der Stempelanordnung 30B und der Matrizenanordnung 40B entlang der oben beschriebenen Breite-Richtung B befördert. Zur gleichen Zeit, wird das durch das zweite Ziehen geformte Objekt aus dem Bereich zwischen der Stempelanordnung 30B und der Matrizenanordnung 40B in einen Bereich zwischen der Stempelanordnung 30C und der Matrizenanordnung 40C entlang der oben beschriebenen Breitenrichtung B befördert. Zur gleichen Zeit, wird das durch das dritte Ziehen geformte Objekt aus einem Bereich zwischen der Stempelanordnung 30C und der Matrizenanordnung 40C entlang der oben beschriebenen Breitenrichtung B herausgenommen.
< Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente>
Wie in 7 gezeigt, schließt ein Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente nach der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Schritte ein: lokales Induktionsheizen der Metallplatte 1 (S10); und Stanzen der Metallplatte 1 (S20).
Im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10), wird die Metallplatte 1 zuerst zum Vorheizabschnitt 10 gefördert und ist so angeordnet, dass die Außenfläche 1A der Metallplatte 1 der Heizspule 11 in der oben beschriebenen axialen Richtung C gegenüber liegt. Das Material für die Metallplatte 1 ist, zum Beispiel, austenitischer Edelstahl. Als Nächstes wird Wechselstrom zur Heizspule 11 zugeführt, und somit wird die Außenfläche 1A der Metallplatte 1 auf eine höhere Temperatur erwärmt als die der Innenfläche 1B. Das heißt, dass zumindest ein Teil von der Fläche (Außenfläche 1A) wo das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B (siehe 3) der zu stanzenden Metallplatte 1 relativ groß ist, im Schritt des Stanzens der Metallplatte 1 (S20) auf eine höhere Temperatur als der Bereich (innere Bereich 1B) aufgewärmt wird, wo das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ klein ist. Die Außenfläche 1A wird zum Beispiel auf eine Temperatur erwärmt, die nicht niedriger als 50°C und nicht höher als 150°C ist. Die Heizzeit (Bestromungszeit) in diesem Schritt (S10) kann auf eine Sekunde gesetzt werden, wenn die Heiztemperatur zum Beispiel, etwa 200°C ist. Das heißt, dass die Heizzeit in diesem Schritt (S10) erheblich verkürzt werden kann, im Vergleich zu dem Fall, wo eine Vorwärmung unter Verwendung der in die Matrize integrierten Heizpatrone durchgeführt wird. In diesem Schritt (S10), kann ein Bearbeitungsbereich 1A der im Schritt des Stanzens der Metallplatte 1 (S20) zu stanzenden Metallplatte 1 zum Beispiel eine Sekunde lang erhitzt werden.
In diesem Schritt (S10), unter Verwendung der Heizspule 11 einschließend die erste Spule 12 und zweite Spule 13, wird die Metallplatte 1 derart erwärmt, dass die Temperatur der Außenfläche 1A der Metallplatte 1 von der Seite nahe zur oben beschriebenen Kontaktfläche zu der von der oben beschriebenen Kontaktfläche entfernten Seite allmählich höher wird.
Als nächstes wird die Metallplatte 1 gestanzt. Der Schritt des Stanzens der Metallplatte 1 (S20) wird kontinuierlich ohne Unterbrechung zwischen dem vorherigen Schritt (S10) und dem Schritt des Stanzens der Metallplatte 1 (S20) durchgeführt. Speziell wird die Metallplatte 1, die im Vorheizabschnitt 10 im vorhergehenden Schritt (S10) auf die vorgeschriebene Temperatur erwärmt und aus dem Vorheizabschnitt 10 ausgestoßen wurde, schnell zum Stanzabschnitt 20 gefördert und zwischen der Stempelanordnung 30A und der Matrizenanordnung 40A angeordnet.
Wie in 4 gezeigt, wird unter Verwendung des Halters 31 einschließlich eines Schnittstempels und des Führungsabschnitts 44 einschließlich einer Schnittmatrize, eine Metallplatte 2 als Rohling zuerst aus der spulenartigen Metallplatte 1 gestanzt. Die Metallplatte 2 wird durch das Durchgangsloch 45 des Führungsabschnitts 44 durch den Halter 31 geschoben und wird durch den Führungsabschnitt 44 geführt und auf der Matrize 42 angeordnet.
Die auf der Matrize 42 angeordnete Metallplatte 2 wird sandwichartig zwischen dem Halter 31 und der Matrize 42 angeordnet. Danach wird, wie in 5 gezeigt, der Pressabschnitt 32 in vertikaler Richtung relativ zum Halter 31 nach unten bewegt, so dass das untere Ende des Pressabschnitts 32 die Nut 41b erreicht. Als Ergebnis, wird die Metallplatte 2 in ein geformtes Objekt 3a geformt, wie zum Beispiel in 8 gezeigt.
In diesem Schritt (S20), wird die Temperatur der Metallplatten 1 und 2 innerhalb eines Temperaturbereichs (d.h., nicht niedriger als 50°C und nicht höher als 150°C eingestellt, wenn das Material für die Metallplatte 1 SUS304 ist), wobei die Zugfestigkeit beim Stanzen ausreichend verringert werden und eine Verringerung der Formbarkeit durch eine Funktionsabnahme des Bearbeitungsöls durch Erhitzen unterdrückt wird. Vorzugsweise wird die untere Grenztemperatur der Metallplatte 1 auf eine Temperatur eingestellt (z. B. nicht niedriger als 90°C, wenn das Material für die Metallplatte 1 SUS304 ist), die keine martensitische Umwandlung unmittelbar nach dem Stanzen verursacht. Die Temperatur der Metallplatte 1 vor dem Stanzen kann gleich oder niedriger als die untere Grenztemperatur sein. Zusätzlich können die anderen Bedingungen zum Stanzen (wie zum Beispiel die Stempelgeschwindigkeit) so eingestellt werden, dass sie ungefähr gleich denen eines Stanzens nach dem Stand der Technik sind. In diesem Schritt (S20), können die Verarbeitungszeit, die zum Ausstanzen erforderlich ist und die Verarbeitungszeit, die für jeden Ziehvorgang des mehrstufigen Ziehens erforderlich ist, zum Beispiel auf eine Sekunde eingestellt werden. Zusätzlich, wird in diesem Schritt (S20), das Kühlwasser bevorzugt im Kreislauf durch den oben beschriebenen Kühlabschnitt des Pressabschnitts 32 zirkuliert.
In diesem Schritt (S20) wird ein mehrstufiger Ziehvorgang unter Verwendung eines Stanzabschnitts 20 durchgeführt, der als Transferpresse konfiguriert ist. Beim mehrstufigen Ziehvorgang kann ein Tiefziehen durchgeführt werden. Zum Beispiel wird die Metallplatte 2 durch ein erstes Ziehen in ein geformtes Objekt 3a geformt, wie in 8 gezeigt. Das geformte Objekt 3a wird durch ein zweites Ziehen in ein geformtes Objekt 3b geformt, wie in 9 gezeigt. Das geformte Objekt 3b wird durch ein drittes Ziehen in ein geformtes Objekt 3c geformt, wie in 10 gezeigt. Danach, wird das geformte Objekt 3c zum Beispiel beliebige Male einem Ziehen, und einer Endbearbeitung, wie z. B. einem Schneiden unterzogen, um dadurch zu einer Metallkomponente 4, in 11 gezeigt, geformt zu werden. Der Stanzabschnitt 20 kann kontinuierlich Metallkomponenten 4 durch kontinuierliches und wiederholtes Duchführen einer Förderung von Metallplatten 1 und 2, geformten Objekten 3a, 3b und 3c, und der Metallkomponente 4, des oben beschriebenen Schritts (S10) und dieses Schritts (S20) herstellen. In diesem Schritt (S20), können das Ausstanzen und das erste Ziehen durch unterschiedliche Stempelanordnungen und Matrizenanordnungen ausgeführt werden.
<Funktion und Wirkung>
Das Herstellungsverfahren einer Metallkomponente nach der vorliegenden Ausführungsform schließt die folgenden Schritte ein: lokales Induktionsheizen der Metallplatte 1 durch die Heizspule 11 (S10); und Stanzen der Metallplatte 2 mittels der Matrize 42 und des Pressabschnitts 32, der konfiguriert ist zum Pressen der Metallplatte 2 gegen die Matrize 42 (S20), nach dem Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10). Im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10), wird die Fläche (Außenfläche 1A), wo das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B der zu stanzenden Metallplatte 1 relativ groß ist, im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20) auf eine höhere Temperatur als die Fläche (Innenfläche 1B) aufgewärmt, wo das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ klein ist.
Mit einer solchen Konfiguration, im Vergleich mit dem Halbwarmziehverfahren nach dem Stand der Technik, wo die Metallplatte durch die Matrize durch die in die Matrize integrierte Heizung vorgewärmt wird, kann die Metallplatte 1 lokal in einem kürzeren Zeitraum im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10) erwärmt werden, so dass der Verformungswiderstand der Außenfläche 1A ausreichend verringert und eine Verringerung der Zugfestigkeit der Innenfläche 1B unterdrückt werden kann. Daher wird die erforderliche Zeit zur Herstellung einer Metallkomponente im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente nach der vorliegenden Ausführungsform durch die Vorheizzeit wie bei dem oben beschriebenen Halbwarmziehverfahren nach dem Stand der Technik nicht begrenzt, und somit wird die Zeit im Vergleich mit der Zeit in dem Halbwarmziehverfahren nach dem Stand der Technik verkürzt. Als Ergebnis ist die Produktivität des Herstellungsverfahrens für die Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform höher als die des Halbwarmziehverfahrens nach dem Stand der Technik. Zum Beispiel, kann im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente nach der vorliegenden Ausführungsform, die Heizzeit im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10) auf eine Sekunde eingestellt werden. Daher, kann im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente nach der vorliegenden Ausführungsform, die Anzahl der pro Minute gefertigten Komponenten auf 60 (in anderen Worten, 60 Hübe pro Minute (spm)) eingestellt werden.
Insbesondere ist das Material für die Metallplatte 1 austenitischer Edelstahl und weist eine hohe Zugfestigkeit auf. Auf der anderen Seite, ist die Zugfestigkeit von austenitischem Edelstahl beim Erhitzen in einem Temperaturbereich von nicht niedriger als 0°C und nicht höher als 100°C deutlich reduziert. Verringerungsrate der Zugfestigkeit des austenitischen Edelstahls, die durch eine Temperaturerhöhung von 0°C bis 100°C verursacht wird, beträgt etwa 35% im Fall von zum Beispiel SUS304. Daher kann, durch lokales Induktionsheizen des Außenbereichs 1A der Metallplatte 1 auf eine Temperatur von nicht niedriger als 50°C und nicht höher als 150°C im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10), der Verformungswiderstand der Außenfläche 1A gegenüber Stanzen schnell und ausreichend reduziert werden. Im Herstellungsverfahren für die Metallkomponente nach der vorliegenden Erfindung, selbst wenn das Material für die Metallplatte 1 austenitischer Edelstahl ist, kann die Anzahl der pro Minute hergestellten Metallkomponenten nicht geringer als 60 (mit anderen Worten nicht geringer als 60 spm) sein.
Außerdem, wird im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10) die Innenfläche 1B nicht wie die Außenfläche 1A erwärmt. Daher wird eine Verringerung der Zugfestigkeit der Innenfläche 1B unterdrückt, verglichen mit dem Fall des Erwärmens des Bearbeitungsbereiches 1A, 1B als Ganzes, durch beispielsweise Stromheizung oder Erwärmung durch Ofen. Wie oben beschrieben, hat die Innenfläche 1B eine Kontaktfläche, die mit der Schulter des Pressabschnitts 32 im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20) in Berührung kommt. Das heißt, dass eine Verringerung der Zugfestigkeit des Kontaktbereichs im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10) unterdrückt wird, und somit, ein Bruch vom Kontaktbereich unterdrückt wird im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20). Daher wird, selbst wenn das Tiefziehen, zum Beispiel, im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20) ausgeführt wird, ein Bruch der oben beschriebenen Kontaktfläche unterdrückt.
Beim oben beschriebenen Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente erfolgt das Stanzen durch Ziehen. Im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10), wird zumindest ein Teil der Außenfläche 1A außerhalb der Kontaktfläche lokal erwärmt, wobei die Kontaktfläche mit der Schulter des Pressabschnitts 32 im Bearbeitungsbereich 1A, 1B der zu stanzenden Metallplatte 1 im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20) in Berührung kommt. Daher weist zumindest ein Teil der Außenfläche 1A eine Temperatur auf, die höher ist als die der Kontaktfläche.
Daher wird, wie oben beschrieben, ein Bruch der oben beschriebenen Kontaktfläche des Bearbeitungsbereichs 1A, 1B im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20) unterdrückt. Ferner, wenn der Pressabschnitt 32 mit einem Kühlabschnitt versehen ist, kann ein Bruch der oben beschriebenen Kontaktfläche im Schritt des Stanzens der Metallplatte 2 (S20) effektiver unterdrückt werden. Dies liegt daran, dass die oben beschriebene Kontaktfläche des Bearbeitungsbereiches 1A, 1B auf eine Temperatur gleich oder niedriger als die normale Temperatur gekühlt werden kann, indem sie mit dem Pressabschnitt 32 in Kontakt kommt, und somit kann eine Verringerung der Zugfestigkeit der oben beschriebenen Kontaktfläche effektiver unterdrückt werden.
Im oben beschriebenen Herstellungsverfahren für die Metallkomponente, im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10), wird die Metallplatte 1 derart induktionserhitzt, so dass die Temperatur der Außenfläche 1A der Metallplatte 1 von der Seite nahe zu der oben beschriebenen Kontaktfläche zu der von der Kontaktfläche entfernten Seite allmählich höher wird.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Außenfläche 1A auf eine hohe Temperatur zu erwärmen, die eine ausreichende Verringerung der Verformungsbeständigkeit der Außenfläche 1A ermöglicht, während eine Erhöhung der Temperatur der Innenfläche 1B unterdrückt wird.
Die Herstellungsvorrichtung 100 für eine Metallkomponente gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt einen Vorheizabschnitt 10 für das lokale Induktionsheizen der Metallplatte 1 ein, und einen Stanzabschnitt 20, der für das Stanzen von Metallplatte 1 konfiguriert ist. Der Vorheizabschnitt 10 schließt eine Heizspule 11 ein. Der Stanzabschnitt 20 schließt die Matrize 42 und den Pressabschnitt 32 ein, der konfiguriert ist, um die Metallplatte 2 gegen die Matrize 42 zu pressen. Die Heizspule 11 ist so angeordnet, dass die axiale Richtung C der Heizspule 11 entlang der Bewegungsrichtung des Pressabschnitts 32 liegt und die Heizspule 11 in axialer Richtung, nur gegenüber der Außenfläche 1A liegt, die die Fläche ist, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B der im Stanzabschnitt 20 zu stanzenden Metallplatte 1 relativ groß ist.
Das oben beschriebene Herstellungsverfahren für die Metallkomponente kann durch eine solche Herstellungsvorrichtung 100 für die Metallkomponente durchgeführt werden. Wie oben beschrieben, liegt die die Heizspule 11 in axialer Richtung, nur gegenüber der Außenfläche 1A, die die Fläche ist, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ groß ist. Daher kann die Heizspule 11 die Außenfläche 1A lokal induktionserhitzen, welche eine Fläche ist, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B der Metallplatte 1, die im Stanzschritt des Stanzens von Metallplatte 2 (S20) zu stanzen ist, relativ groß ist. Somit kann die Außenfläche 1A durch kurzzeitiges Induktionsheizen eine Temperatur erreichen, die höher ist als die der Innenfläche 1B. Als Ergebnis, gemäß der Herstellungsvorrichtung 100 für die Metallkomponente, ist es möglich die Produktivität der Metallkomponente 4 zu erhöhen, während ein Bruch der oben beschriebenen Kontaktfläche unterdrückt wird.
In der oben beschriebenen Herstellungsvorrichtung 100 für die Metallkomponente erfolgt das Stanzen durch Ziehen. Die Heizspule 11 ist so angeordnet, dass sie in axialer Richtung C nicht der Kontaktfläche zugewandt ist, welche mit der Schulter des Pressabschnitts 32 im Bearbeitungsbereich 1A, 1B in Berührung kommt, sondern dass sie in axialer Richtung der Außenfläche 1A, die außerhalb der Kontaktfläche angeordnet ist, zugewandt ist.
Bei einer derartigen Konfiguration kann die Außenfläche 1A, die die Fläche ist, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B der zu ziehenden Metallplatte 1 relativ groß ist, lokal induktionserhitzt werden. Daher kann die Außenfläche 1A eine höhere Temperatur als die Innenfläche 1B aufweisen, welche die Fläche ist, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ klein ist. Somit wird ein Bruch der Kontaktfläche der Metallplatte 1, die in Kontakt mit der Schulter des Pressabschnitts 32 während des Ziehens in Stanzabschnitt 20 kommt, unterdrückt. Das durch die oben beschriebene Herstellungsvorrichtung 100 ausgeführte Ziehen für die Metallkomponente ist nicht besonders begrenzt und schließt, zum Beispiel, zylindrisches Ziehen, Ecken-Ziehen usw. ein.
In der oben beschriebenen Herstellungsvorrichtung 100 für die Metallkomponente hat die Heizspule 11 eine erste Spule 12, und die zweite Spule 13 ist mit der ersten Spule 12 verbunden und ist an einer Position näher an der Metallplatte 1 als die erste Spule 12 in der axialen Richtung angeordnet. Der Innendurchmesser der ersten Spule 12 ist kürzer als der Innendurchmesser der zweiten Spule 13.
In solch einer Heizspule 11 ist die erste Spule 12 in der oben beschriebenen axialen Richtung C, gegenüber dem innen befindlichen Bereich der Außenfläche 1A angeordnet. Die zweite Spule 13 ist in der oben beschriebenen axialen Richtung C, gegenüber dem außen befindlichen Bereich der Außenfläche 1A angeordnet. Daher, kann die Heizspule 11 die Metallplatte 1 induktionserhitzen, so dass die Temperatur der Außenfläche 1A der Metallplatte 1 von einer Seite nahe zur oben beschriebenen Kontaktfläche zu einer von der oben beschriebenen Kontaktfläche entfernten Seite allmählich höher wird.
Obwohl in der oben beschriebene Ausführungsform das Stanzen Ziehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Stanzen kann beispielsweise ein beliebiges von Ausbauchen, Krümmen und Entgraten sein. Wenn Stanzen Ausbauchen ist, wird eine Fläche, in der das Ausmaß der Verformung relativ groß ist in einem Bearbeitungsbereich einer Metallplatte, in einem Bereich innerhalb einer Fläche angeordnet, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich relativ klein ist. Auch in diesem Fall ist die Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, so angeordnet, dass sie der Heizspule 11 in der oben beschriebenen axialen Richtung zugewandt ist, und kann dann lokal erwärmt werden. Mit einer solchen Konfiguration, kann die Zugfestigkeit von der Fläche, wo das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, reduziert werden, und kann damit der Verformungswiderstand zum Stanzen der Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, ausreichend verringert werden. Das heißt, dass das Herstellungsverfahren für die Metallkomponente nach der oben beschriebenen Ausführungsform auch für Ausbauchen geeignet ist.
Wenn das oben beschriebene Stanzen Biegen ist, werden eine Fläche, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich von einer Metallplatte relativ groß ist, und eine Fläche, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich relativ klein ist abwechselnd angeordnet, zum Beispiel, in der oben beschriebenen Walzrichtung. Beispielsweise wird eine Fläche, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich relativ klein ist, zwischen einer ersten Fläche, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich relativ groß ist, und einer zweiten Fläche, die von der ersten Fläche in der oben beschriebenen Walzrichtung beabstandet ist und ein relativ großes Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich aufweist, angeordnet.
Auch in diesem Fall, wird die Heizspule 11 so bereitgestellt, um in der Lage zu sein, zum Beispiel die oben beschriebenen ersten und zweiten Flächen gleichzeitig und lokal zu erwärmen. Die Heizspule 11 ist, zum Beispiel, unter der ersten Fläche und der zweiten Fläche angeordnet, um sich entlang einer Richtung senkrecht zur oben beschriebenen Walzrichtung zu erstrecken. Jede von den ersten und zweiten Flächen, in denen das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, ist gegenüber der Heizspule 11 in einer Richtung senkrecht zu einer unteren Oberfläche von jeder der ersten und zweiten Flächen angeordnet, und kann dann lokal erhitzt werden. Mit einer solchen Konfiguration, kann die Zugfestigkeit der Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, reduziert werden, und somit kann ein Ausmaß an Verformungen durch Zurückfedern reduziert werden (Phänomen, wo ein Werkstück nach der Verarbeitung sich bis zu einem gewissen Ausmaß von einer Form entlang der Form einer Matrize zu einer Form nahe zu einer Form vor der Verarbeitung verformt), wenn die Matrize nach dem Krümmen entfernt wird. Das heißt, dass das Herstellungsverfahren für die Metallkomponente nach der oben beschriebenen Ausführungsform auch für Biegen geeignet ist.
Wenn das oben beschriebene Stanzen Entgraten ist, wird eine Fläche, in der ein Ausmaß einer Verformung relativ groß ist, in einem Entgratungsbereich einer mit einem Loch im Voraus perforierten Metallplatte innerhalb einer Fläche angeordnet, in der die Verformung im Entgratungsbereich relativ gering ist, und außerhalb des Durchgangslochs, das durch das oben beschriebene Loch gebildet wird. Auch in diesem Fall ist die Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, so angeordnet, dass sie der Heizspule 11 in der oben beschriebenen axialen Richtung zugewandt ist, und kann dann lokal erwärmt werden. Mit einer solchen Konfiguration, kann die Zugfestigkeit der Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, reduziert werden, und somit kann das Auftreten einer Anomalie, wie beispielsweise die eines Bruchs auf einer Endfläche des durch das Entgraten vergrößerten Durchgangslochs, unterdrückt werden. Die Vorheizbedingungen für das Entgraten werden vorzugsweise unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristik sowohl der Zugfestigkeit als auch der Dehnung des Materials für das Werkstück bestimmt. Je nach Material nimmt die Dehnung mit steigender Heiztemperatur ab. Daher ist das Herstellungsverfahren für die Metallkomponente gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform geeignet, ein Werkstück zu entgraten, das aus einem Material hergestellt ist, das weniger wahrscheinlich eine Abnahme der Dehnung während des Erwärmens erleidet.
Wie in 12 gezeigt, umfasst die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente nach der oben beschriebenen Ausführungsform vorzugsweise einen Speisungsabschnitt 50 konfiguriert um die Metallplatte 1 als Bandmaterial zum Vorheizabschnitt 10 und Stanzabschnitt 20 zu befördern, und einen Spannungsanwendungsabschnitt 60 zum Anlegen einer Spannung an die Metallplatte 1 als Bandmaterial zugeführt zum Vorheizabschnitt 10 und Stanzabschnitt 20. Der Speisungsabschnitt 50 ist mehr auf der vorgelagerten Seite angebracht als der Vorheizabschnitt 10, der in einer Förderrichtung (Walzrichtung A) der Metallplatte 1 angeordnet ist. Daher kann der Speisungsabschnitt 50 die Metallplatte 1 vor dem Auftragen des Verarbeitungsöls bespeisen, und somit kann die Zufuhrmenge mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden. Der Spannungsanwendungsabschnitt 60 ist mehr auf der nachgelagerten Seite angebracht als der Stanzabschnitt 20 in der oben beschriebenen Walzrichtung A. Der Spannungsanwendungsabschnitt 60 kann die zu stanzende Metallplatte 1 auf die nachgelagerte Seite ziehen, um dadurch eine Spannung an die Metallplatte 1 anzulegen, die dann zur Heizspule 11 und zwischen die Stempelanordnung 30A und die Matrizenanordnung 40A geführt wird.
Ein Speisungsabschnitt und ein Stanzabschnitt sind im Allgemeinen nebeneinander in einer Stempeleinrichtung nach dem Stand der Technik angeordnet, wohingegen der Vorheizabschnitt 10 zwischen dem Speisungsabschnitt 50 und dem Stanzabschnitt 20 in der Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform angeordnet ist. Daher ist ein Abstand zwischen dem Speisungsabschnitt 50 und Stanzabschnitt 20 in der Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform größer als bei einer Herstellungsvorrichtung einer Metallkomponente nach dem Stand der Technik. Daher, wird angenommen dass die Metallplatte 1 als Bandmaterial sich zwischen dem Speisungsabschnitt 50 und Stanzabschnitt 20 in der Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform lockert. Dementsprechend schließt die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform einen Spannungsanwendungsabschnitt 60 ein, und somit kann eine Spannung auf die Metallplatte 1 angelegt werden, die zwischen dem Speisungsabschnitt 50 und dem Spannungsanwendungsabschnitt 60 angeordnet ist, und ein Lockern der Metallplatte 1 kann verhindert werden. Da die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform zusätzlich zum Spannungsanwendungsabschnitt 60 auch einen Speisungsabschnitt 50 enthält, kann die Metallplatte 1 in Bezug auf den Vorheizabschnitt 10 den Stanzabschnitt 20 mit einem hohen Genauigkeitsgrad positioniert werden. Der Spannungsanwendungsabschnitt 60 schließt zum Beispiel eine Pulverkupplung und einen Motor ein.
Wie in 12 gezeigt, schließt die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform ferner vorzugsweise die Halteabschnitte 70 und 71, die konfiguriert sind einen Abstand zwischen der Heizspule 11 und der Metallplatte 1 in der vertikalen Richtung im Vorheizabschnitt 10 aufrecht zu erhalten, ein. Der Halteabschnitt 70 ist mehr auf der vorgelagerten Seite als die Heizspule 11 angeordnet und der Halteabschnitt 71 ist mehr auf der nachgelagerten Seite als die Heizspule 11 und mehr auf der vorgelagerten Seite als der Stanzabschnitt 20 angeordnet. Somit wird die Metallplatte 1 in einem bestimmten Abstand von der Heizspule 11 in der oben beschriebenen vertikalen Richtung beim Erhitzen im Schritt des Induktionsheizens der Metallplatte 1 (S10) gehalten. Daher kann eine geeignete Temperaturverteilung in der Metallplatte 1 gebildet werden, und das Auftreten von Variationen unter einer Vielzahl von Temperaturverteilungen, die kontinuierlich in der Förderrichtung in der Metallplatte 1 gebildet werden, unterdrückt werden.
Wie in 12 gezeigt, kann die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform ferner einen Messabschnitt 80 beinhalten, der konfiguriert ist in der Lage zu sein zum Messen einer Temperaturverteilung der Metallplatte 1 unmittelbar nachdem die Metallplatte 1 durch Induktion im Vorheizabschnitt 10 erhitzt wurde. Bei dem Messabschnitt 80 handelt es sich beispielsweise um eine Thermographiekamera. Der Vorheizabschnitt 10 kann konfiguriert werden die Erhitzungsbedingungen basierend auf der Temperaturverteilung steuern zu können, die durch den Messabschnitt 80 gemessen wird.
Wie gezeigt in 12, kann die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform ferner einen Kühlabschnitt 90 beinhalten, der konfiguriert ist die Metallplatte 1 lokal abzukühlen, die im Vorheizabschnitt 10 erwärmt wurde. Der lokale Kühlabschnitt 90 ist mehr auf der nachgelagerten Seite als der Vorheizabschnitt 10 und mehr auf der vorgelagerten Seite als der Stanzabschnitt 20 angeordnet. Der lokale Kühlabschnitt 90 kann mindestens einen Teil des Bereichs (Innenbereich 1B) lokal abkühlen, wo das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ klein ist. In diesem Fall, schließt die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform zwischen dem Schritt des Erhitzens der Metallplatte 1 (S10) und dem Schritt des Stanzens Metallplatte 1 (S20), ferner den Schritt der lokalen Kühlung der Fläche ein, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich 1A, 1B relativ klein ist.
Die vorliegenden Erfinder haben bestätigt, dass durch lokales Induktionsheizen der Außenfläche 1A der aus austenitischem Edelstahl hergestellten Metallplatte 1 mit der Heizspule 11, welche die Innenfläche 1B nicht beheizt, kann die Außenfläche 1A auf eine Temperatur von ungefähr 100°C aufgeheizt und der meiste Teil der Innenfläche 1B auf einer vor der Heizung vorhandenen Temperatur (siehe unten beschriebenes Beispiel 1) gehalten werden. Das heißt, dass die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigt haben, dass die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente einschließlich des Vorheizungsabschnitts 10 konfiguriert ist, die Fläche im Bearbeitungsbereich 1A, 1B, wo das Ausmaß der Verformung relativ klein ist, nicht zu beheizen, und dass ein lokaler Kühlabschnitt 90, wie dargestellt in 12, nicht benötigt wird.
Außerdem, obwohl das Material für die Metallplatte 1 in der oben beschriebenen Ausführungsform aus einem austenitischen Edelstahl hergestellt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Material für die Metallplatte 1 kann Aluminium (A1) beinhalten. Das heißt, bei der Herstellungsmethode und Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform, die Metallplatte 1 mit einer, zum Beispiel, Aluminiumlegierung ein Ziel der Verarbeitung sein kann. In diesem Fall ist die Heiztemperatur der Metallplatte 1 aus einer Aluminiumlegierung, erwärmt durch den Vorheizabschnitt 10 im Schritt des Erwärmens der Metallplatte 1 (S 10) vorzugsweise nicht niedriger als die Heiztemperatur der oben beschriebenen Metallplatte 1, einschließend austenitischen Edelstahl, und mehr bevorzugt eine Temperatur, die die Heiztemperatur übersteigt. Zum Beispiel wird im oben beschriebenen Schritt (S10) die Metallplatte 1, die aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, durch den Vorheizabschnitt 10 auf eine Temperatur erhitzt, die nicht niedriger als 200°C und nicht höher als 300°C ist. Bei der Herstellungsmethode und Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform, wird der oben beschriebene Vorheizabschnitt 10 verwendet, und somit wird die erforderliche Zeit des Vorheizverfahrens der Metallplatte 1 aus einer Aluminiumlegierung verkürzt, im Vergleich mit der herkömmlichen Halbwarmziehmethode, wobei eine Metallplatte unter Verwendung der Matrize vorgewärmt wird. Daher kann die Zeit, die zum Herstellen einer Metallkomponente aus einer Aluminiumlegierung durch die Herstellungsmethode und Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform erforderlich ist, verglichen der herkömmlichen Halbwarmziehmethode, verkürzt werden.
Beispiel
Im vorliegenden Beispiel wurde eine Temperaturverteilung einer Metallplatte vor dem Stanzen durch die Herstellungsmethode und Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform bewertet. Ein Material für die Metallplatte war SUS316. Die Breite der Metallplatte wurde auf 80 mm, und die Dicke der Metallplatte wurde auf 0,5 mm eingestellt. Eine Breite von einem inneren Bereich der Metallplatte in einer Breitenrichtung wurde auf 50,5 mm und eine Länge des inneren Bereichs in einer Walzrichtung auf 62 mm eingestellt. Das Induktionsheizen wurde unter den Bedingungen durchgeführt, wobei ein äußerer Bereich der Metallplatte auf eine Temperatur von nicht weniger als 100°C und nicht höher als 160°C aufgeheizt wurde, und die Anwendungszeit vom elektrischen Strom an eine Heizspule wurde auf eine Sekunde eingestellt. Die Temperaturverteilung der Metallplatte unmittelbar nach einer derartigen Induktionserwärmung wurde mit einer Thermographiekamera sowie einem Thermoelement und einem Datenlogger ausgewertet. Insbesondere wurde die Temperaturverteilung eines Bearbeitungsbereichs als Ganzes unter Verwendung der Thermografiekamera ausgewertet, und die Temperatur eines bestimmten Punktes wurde unter Verwendung des Thermoelements gemessen und der Datenlogger wurde mit einer Vielzahl von Punkten verbunden, einschließlich eines Punkts in der Außenfläche und eines Punkts in der Innenfläche in dem Bearbeitungsbereich .
Als Ergebnis der Auswertung, wurde bestätigt, dass die Außenfläche auf eine Temperatur von nicht weniger als 100°C und nicht mehr als 160°C aufgeheizt wurde, während die Innenfläche bei einer Temperatur von weniger als 50°C gehalten wurde, und die Temperatur des Großteils der Innenfläche einschließlich der oben beschriebenen Kontaktfläche in Kontakt mit der Schulter von einem Pressabschnitt nicht höher als 40°C betrug, welche gleich der Temperatur vor dem Erhitzen entspricht. So wurde bestätigt, dass in das Herstellungsverfahren und die Herstellungsvorrichtung für die Metallkomponente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform, die Außenfläche 1A auf eine höhere Temperatur als die Innenfläche 1B erwärmt wird und die Zugfestigkeit des austenitischen Edelstahls von der Außenfläche 1A reduziert werden konnte, ohne eine Reduzierung der Zugfestigkeit des austenitischen Edelstahls der Innenfläche 1B.
Es sollte klargestellt werden, dass die hier offenbarte Ausführungsform veranschaulichend und in jeder Hinsicht nicht einschränkend ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird eher durch die Bedingungen der Ansprüche, als durch die obigen Beschreibung definiert, und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der entsprechenden Bedeutung der Bedingungen der Ansprüche beinhalten.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Anwendung eines Herstellungsverfahrens und einer Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente, bei der eine Metallplatte mit austenitischem Edelstahl oder eine Aluminiumlegierung gestanzt wird.
Bezugszeichenliste
1, 2 Metallplatte; Bearbeitungsbereich 1A, 1B, (1A Außenfläche, 1B Innenfläche); erste erwärmte Fläche 1C; zweiten erwärmte Fläche 1D; dritten erwärmte Fläche 1E; Nicht-Bearbeitungsbereich 1F; geformtes Objekt 3a, 3b, 3c; Metallkomponente 4; Vorheizabschnitt10; Heizspule 11; erste Spule 12; zweite Spule 13; Stanzabschnitt 20; Stempelanordnung 30A, 30B, 30C; Halter 31; Pressabschnitt 32; Matrizenanordnung 40, 40A, 40B, 40C; Basisabschnitt 41; Nut 41a, 41b; Matrize 42; innere Umfangsendoberfläche 42a; obere Endoberfläche 42c; untere Endoberfläche 42d; Durchgangsloch 43, 45; Führungsabschnitt 44; Herstellungsvorrichtung 100.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 8120419 [0004, 0005]

Claims

Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente, wobei das Herstellungsverfahren umfasst: lokales Induktionsheizen einer Metallplatte durch eine Heizspule; und Stanzen der Metallplatte unter Verwendung einer Matrize und eines Pressabschnitts, der konfiguriert ist, um die Metallplatte nach dem Induktionsheizen der Metallplatte gegen die Matrize zu pressen, beim Induktionsheizen der Metallplatte, bei zumindest einem Teil einer Fläche, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich der zu stanzenden Metallplatte relativ groß ist, wird die Metallplatte auf eine höhere Temperatur erwärmt als eine Fläche in dem Bearbeitungsbereich, in der das Ausmaß der Verformung relativ klein ist.
Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente nach Anspruch 1, wobei wobei das Stanzen ein Ziehen ist, und beim Induktionsheizen der Metallplatte, zumindest ein Teil einer Außenfläche außerhalb einer Kontaktfläche auf eine höhere Temperatur als die der Kontaktfläche erwärmt wird, wobei die Kontaktfläche eine Fläche ist, die mit einer Schulter des Pressabschnitts im Bearbeitungsbereich der zu stanzenden Metallplatte beim Stanzen der Metallplatte in Berührung kommt.
Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente nach Anspruch 2, wobei beim Induktionsheizen der Metallplatte, die Metallplatte derart induktionserhitzt wird, dass die Temperatur von zumindest einem Teil der Außenfläche der Metallplatte von einer Seite nahe zur Kontaktfläche zu einer von der Kontaktfläche entfernten Seite allmählich höher wird.
Herstellungsverfahren für eine Metallkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Material für die Metallplatte austenitischen Edelstahl oder Aluminium einschließt.
Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente, wobei die Herstellungsvorrichtung umfasst: einen Vorheizabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Metallplatte lokal induktionserhitzt; und einen Stanzabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Metallplatte stanzt, wobei der Vorheizabschnitt eine Heizspule einschließt, wobei der Stanzabschnitt eine Matrize und einen Pressabschnitt einschließt, der konfiguriert ist, die Metallplatte gegen die Matrize zu pressen, wobei die Heizspule so angeordnet ist, dass eine axiale Richtung der Heizspule, entlang einer Bewegungsrichtung des Pressabschnitts liegt und die Heizspule in der axialen Richtung gegenüber einer Fläche liegt, in der das Ausmaß der Verformung in einem Bearbeitungsbereich der von dem Stanzabschnitt zu stanzenden Metallplatte relativ groß ist, die Heizspule ist so konfiguriert, dass zumindest ein Teil der Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich der Metallplatte relativ groß ist, auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird als eine Fläche, in der das Ausmaß der Verformung im Bearbeitungsbereich relativ klein ist.
Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente nach Anspruch 5, wobei wobei das Stanzen ein Ziehen ist, und die Heizspule so angeordnet ist, dass sie nicht gegenüber dem Kontaktbereich in axialer Richtung liegt, sondern dass sie in axialer Richtung gegenüber zumindest einem Teil einer Außenfläche außerhalb einer Kontaktfläche liegt, wobei die Kontaktfläche eine Fläche ist, die mit einer Schulter des Pressabschnitts im Bearbeitungsbereich in Berührung kommt.
Herstellungsvorrichtung für eine Metallkomponente nach Anspruch 6, wobei die Heizspule eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist, die mit der ersten Spule verbunden ist und an einer Position näher an der Metallplatte angeordnet ist als die erste Spule in der axialen Richtung, und ein Innendurchmesser der ersten Spule ist kürzer als der Innendurchmesser der zweiten Spule ist.