JP2005507782A

JP2005507782A - Plastic tools

Info

Publication number: JP2005507782A
Application number: JP2003541664A
Authority: JP
Inventors: メッカオウイ，アラオウイ・モハメド; ヴォスベルク，ユールゲン; フフェンバッハ，ヴェルナー; クンツェ，クラオス; ホーホヴァルト，ペーター; シュトラオベ，オリヴァー; レーヴェン，ヨアヒム
Original assignee: Huntsman Advanced Materials Switzerland GmbH
Current assignee: Huntsman Advanced Materials Switzerland GmbH
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2005-03-24
Also published as: WO2003039782A1; US20050034504A1; DE10155234A1; DE50212369D1; EP1446246B1; EP1446246A1

Abstract

本発明は、潤滑特性のある材料を埋め込んだプラスチック製の一部範囲を含む工具に関するものである。前述の工具は例えば金属部材を深絞りに使われる型工具である。潤滑特性のある材料、例えばグラファイトを埋め込んだ一部範囲は、その成型範囲を構成する工具の前面層（11）である。工具のベース（12）もプラスチックでつくるが、場合によっては従来の充填材を含んでいることもある。例えばグラファイトで強化した工具の前面層（11）は、随意で潤滑剤を使用することなく深絞りでき、工具の型範囲は良好な潤滑特性および高圧縮耐性を有する。The present invention relates to a tool including a partial range made of plastic embedded with a material having lubricating properties. The above-mentioned tool is, for example, a mold tool used for deep drawing of a metal member. A part of the region embedded with a material having lubricating properties, such as graphite, is the front layer (11) of the tool constituting the molding region. The base of the tool (12) is also made of plastic, but in some cases may contain conventional fillers. For example, the front layer (11) of a tool reinforced with graphite can optionally be deep drawn without the use of a lubricant, and the tool mold range has good lubricating properties and high compression resistance.

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑特性のある材料を中に埋め込んだプラスチックで出来た部分を有する工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の方法では変形加工、例えば深絞りでは鉄またはねずみ鋳鉄製の工具を使用する。最近になって既に、少なくとも部分的にプラスチックで出来た変形加工用工具も公開されており、特定用途、例えばロットの小さい場合に考慮されている。例えばドイツ特許公開第199 00 597 A1には板材変形加工工具とその製造方法が記載されており、上下および前後に接着したプラスチックフィルムの層で工具をつくっている。その場合、プラスチック粉末を層状に加工空間に充填し、その後でレーザー光を使って焼き付けることもある。しかし、この文献に記載の方法は比較的手間がかかり、加えて、この種の工具は小さいロットで制限のある仕上げ個数の製品を加工変形するためにのみ使われる。
【０００３】
ドイツ特許第 93 18 272.4 U1では、製品を切子の発生なしで変形加工する工具の記載があり、そこでは工具を金属材料、殊にねずみ鋳鉄でつくっているが、滑り面を有する工具のガイド部分をファイバーまたは繊維および薄片グラファイトを埋め込んだデュロプラストでつくっている。それにより滑り特性を改善し、磨耗を減少するようにしている。しかし、この公知の工具はスライドや同じような個所のごとくお互いに移動する工具部分範囲のみがプラスチックでできているが、工具が製品に作用する変形加工範囲はそうではない。それどころか、工具の変形加工範囲を形成する曲げオス型は金属でできている。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ特許第93 18 272.4 U1
【発明の開示】
【０００５】
本発明の課題は、従来の工具と較べて利点ある特性を有する代替の材料でつくる工具を得ることである。
【０００６】
この課題の解決手段では、請求項１の特徴を有する前述の種類の本発明による工具を提供する。本発明によれば工具は変形加工工具であり、潤滑特性のある材料をプラスチック中に埋め込んでいる状態でプラスチック製部分範囲が工具の変形加工範囲となる。潤滑特性のある材料を埋め込んでいるプラスチック製工具の前述部分範囲は、工具の前面層を含んでいることが好ましい。この工具の部分範囲は潤滑特性のある材料として例えばグラファイトを含有していることがある。工具のプラスチックはこの部分範囲でグラファイト粉末、特に粒子の大きさが約５０μｍから２５０μｍのグラファイト粉末を含有していることが好ましい。滑り特性のある材料を含有するプラスチック工具の変形加工範囲における上述前面層の厚さは、少なくとも約５ｍｍであることが好ましい。例えば、この前面層の厚みは約５〜約１５ｍｍの範囲にある。
【０００７】
本発明の課題解決における別の好ましい構成では、工具の変形加工範囲だけをプラスチックでつくるのではなく、工具が基本的にプラスチックで出来ているベースを有することを意図している。工具全体をプラスチックでつくることもあるが、そのとき潤滑特性のある材料を埋め込んだプラスチックでつくらねばならないのは、変形加工する範囲を構成する部分範囲のみである。ベースにはコスト的に有利な材料を使用することができる。工具のベースは充填材を含有するプラスチックで出来ていることが好ましい。そのとき、例えばアルミおよび／またはねずみ鋳鉄および／または砂の、好ましくは粉末形態の充填材が検討の対象になる。それにより充分な圧縮強度を有する材料でベースをつくれる。ベースは、例えばプラスチックおよび／または充填材を含んだ一体の鋳鉄でつくることができる。変形加工範囲としての役割をする工具の前面が、一つには変形加工する製品が接触する範囲で大きな圧縮強度を有するし、加えて潤滑特性のある埋め込み材料により接触範囲に滑り能力を与えている。同様に変形加工範囲、即ち工具の前面の範囲で自己潤滑効果が得られ、それにより従来の潤滑剤を完全になくす、または大きく減らすことができる。
【０００８】
本発明の範囲においては深絞り工具をつくることが好ましい。これは、殊に金属部品の深絞り用の例えばオス型、板材ホルダー、又はメス型とすることができる。本発明による深絞り用工具は、例えば自動車または航空機用金属部品の変形加工に特に適している。潤滑特性のある材料を埋め込むことにより、深絞り工具の移動方向に直角な引張り方向に力がかかる例えば板状金属の深絞り工程において、粒子、殊にプラスチックメス型から充填材粒子が引きちぎられ、それにより工具にクラックの発生することを避ける。
【０００９】
本発明による材料でできたプラスチック工具の利点は、従来の鋼製工具と比較して、例えば最大約７０％も安い材料コストにある。工具をつくるために使用するプラスチックは加工性が良く、それにより工具製造時に機械の使用も少ない。工具をつくるための機械加工におけるエネルギーおよび電力消費は、例えば６５％も減らすことができる。同様に加工時間も例えば鋼製工具に較べて最大６０％短い。工具をつくるために本発明によるプラスチックを使用することにより、重量を大きく例えば最大６０％減少でき、それによりクレーン設備の負荷が減少する。フレキシブルにそしてコスト的に有利に工具を変更でき、そのときもコスト、時間、エネルギーの節約を大きく狙える。その他に、新しいプラスチック工具をつくるための充填材として完全に再使用できるので、工具はリサイクルに適しており、それにより廃棄物処理費用を不要にできる。
【００１０】
プラスチックの弾性的な挙動が変形加工した製品の品質向上をもたらす。工具のプラスチックにグラファイトを埋め込むことにより、工具の接触層に自己潤滑機能がうまれる。変形加工時に更に追加の流体潤滑剤を使用する必要であるにしても、必要な潤滑剤の量を、例えば約３ｇ／ｍ²に減らすことができる。深絞り時の摩擦状況は、プラスチックにグラファイト粉末をいれることにより改善される。深絞り時に流体の潤滑剤を減らす、または不要であることにより、作業場所の汚染が本質的に減少し、それにより環境への負荷が減る。
【００１１】
前面層（変形加工部分）とベースを含む本発明によるプラスチック工具の好ましいモジュール式構造により、工具の大半の再使用が可能になる。潤滑特性のある材料を前面層に設け、それにより条件付ながらも（著しく）流体の潤滑剤を必要としないことにより、一般的に準備する絞り製品の給脂も不要となる。
【００１２】
従属請求項に挙げている特徴は、本発明による課題解決の別の好ましい実施例に該当する。本発明の別の利点は以下の詳細説明で述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、添付図を参照しながら実施例を使って本発明を詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
図１を参照すると、本図は、板状部材10を深絞りする工具の配置を、非常に簡略化した概略図で示している。深絞り工程で板状部材10を変形加工する工具上部部材8、および工具上部部材8と嵌りこむメス型の形態にある対応する工具下部部材9が設けられている。工具上部部材8はプラスチック製のベース12、および同様にプラスチック製であり変形加工部分を形成する前面層11で出来ているが、そこでは板状部材10の変形加工時に自己潤滑効果を狙うために、プラスチックにグラファイト粉末7が埋め込まれている。
【００１５】
工具のベース12を形成するプラスチックには一般的に同様に充填材が含まれているが、工具に特定の必要な特性を与えるために、例えばベース12に充分な圧縮特性を確保するために、従来の種類の充填材であることもある。工具下部部材9も同様にプラスチックで出来ており、変形加工範囲でない限り、ここでも同様に従来のプラスチックを使用することができる。しかしながら工具下部部材9においても、変形加工時に深絞りする板材10と接触する範囲を、埋め込んだ潤滑材料を有するプラスチックでつくることを推奨する。これについては以下に、図２の深絞り工程で作用する力を示す簡略化した概略図を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図２は、工具上部部材8と工具下部部材9の前面層11の間にある板状部材10の状態を示している。いずれにおいてもプラスチック製の前面層11は、滑り効果を狙うために埋め込んだグラファイト粉末7を含有している。図において矢印で示しているのは、深絞り工程で板状部材10および両方の工具前面層に、原理的に工具の移動方向に直角に作用する剪断力である。板材10とグラファイトを埋め込んだ工具上部部材8ないし工具下部部材9の各前面層11間に剪断が働くことにより、グラファイトの潤滑特性に基づく潤滑効果が得られる。それにより流体の潤滑剤を使用することが不要となる。その他に、グラファイトを工具の各前面層11に埋め込むことにより、接触面での圧縮強度も上昇することが確認された。
【００１７】
図２で概略的に示した形態の絞りメス型を使って、何百という部品を絞り加工を行った。その後に工具の状態を調査し、今後も問題なく何千何万という部品の絞り加工ができることを確認した。
【００１８】
図３は深絞り装置の一部を幾分正確に示した遠視図であり、そこで、深絞り工程で下降する装置の上部プレート20に固定されている工具のプラスチック製のベース12がわかる。プレート20およびプラスチック製工具の下降は、装置の工具ガイド14により行うが、ここでは詳細な説明を行わない。
【００１９】
更に図３において、同様にグラファイトを埋め込んだプラスチックでできた工具前面層11、およびその下にある装置の板材ホルダー13がわかる。
【００２０】
図４には、本発明による種類の工具を使って金属板材を深絞りした金属部品を遠視図で示している。ここで対象となっているのは自動車用の遮蔽板15である。図でわかるように、変形加工後の遮蔽板15は、凸面に湾曲した範囲18および凹面に湾曲した範囲19を有している。そのほかに遮蔽板15は、種々の打ち抜き部16および深絞り加工でつくった変形範囲、例えば図で認識できる溝状の窪み17を有している。本発明による工具を使って、このような種類の金属部品を卓越した品質で深絞りできることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による工具を使った深絞り工程を説明するための非常に簡略化した概略遠視図である。
【図２】深絞り工程を説明するための第二の非常に簡略化した概略外観断面である。
【図３】深絞り装置に組み込んだ本発明による工具の簡略化した概略外観図である。
【図４】本発明による工具を使って深絞りした完成部品の概略外観図である。
【符号の説明】
【００２２】
７グラファイト粉末８工具上部部材
９工具下部部材１０板状部材
１１前面層１２ベース
１３板材ホルダー１４工具ガイド
１５遮蔽板１６打ち抜き部
１７窪み１８凸面に湾曲した範囲
１９凹面に湾曲した範囲２０プレート【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a tool having a part made of plastic in which a material having lubricating properties is embedded.
[Background]
[0002]
Conventional methods use deformation, for example, deep drawing tools made of iron or gray cast iron. Recently, deformation tools made at least partly of plastic have also been released and are considered for specific applications, such as small lots. For example, German Patent Publication No. 199 00 597 A1 describes a tool for deforming a plate material and a method for manufacturing the same, and the tool is made of layers of plastic film bonded vertically and front and back. In that case, the processing space may be filled with plastic powder in layers and then baked using a laser beam. However, the method described in this document is relatively labor intensive, and in addition, this type of tool is only used to machine and deform a limited number of finished products in a small lot.
[0003]
German Patent No. 93 18 272.4 U1 describes a tool for deforming a product without generating facets, in which the tool is made of a metal material, in particular gray cast iron, but the guide part of the tool with a sliding surface. Are made of fiber or duroplast with embedded fibers and flake graphite. This improves slip characteristics and reduces wear. However, in this known tool, only the tool part range that moves relative to each other like a slide or similar part is made of plastic, but the deformation processing range in which the tool acts on the product is not. On the contrary, the bending male mold that forms the deformation range of the tool is made of metal.
[0004]
[Patent Document 1]
German patent 93 18 272.4 U1
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[0005]
The object of the present invention is to obtain a tool made of an alternative material which has advantageous properties compared to conventional tools.
[0006]
The solution to this problem provides a tool according to the invention of the type described above having the features of claim 1. According to the present invention, the tool is a deforming tool, and the plastic partial range becomes the deforming processing range of the tool in a state where a material having a lubricating characteristic is embedded in the plastic. Preferably, the aforementioned partial area of the plastic tool embedding a material with lubricating properties includes the front layer of the tool. This partial range of the tool may contain, for example, graphite as a material with lubricating properties. The plastic of the tool preferably contains graphite powder in this partial range, in particular graphite powder having a particle size of about 50 μm to 250 μm. The thickness of the front layer in the deformation range of the plastic tool containing the material having the sliding property is preferably at least about 5 mm. For example, the thickness of the front layer is in the range of about 5 to about 15 mm.
[0007]
In another preferred configuration in solving the problem of the present invention, it is intended that the tool has a base made essentially of plastic, rather than only the deformation range of the tool being made of plastic. The entire tool may be made of plastic, but at that time, only the partial range constituting the range to be deformed needs to be made of plastic embedded with a material having a lubricating property. A cost-effective material can be used for the base. The base of the tool is preferably made of a plastic containing filler. In that case, fillers, for example in the form of aluminum and / or gray cast iron and / or sand, preferably in powder form, are considered. Thereby, the base can be made of a material having sufficient compressive strength. The base can be made, for example, from a single cast iron containing plastic and / or filler. The front surface of the tool that serves as the deformation processing range has a large compressive strength in the range where the product to be deformed contacts, and in addition, the embedding material with lubrication characteristics gives the contact range sliding ability. Yes. Similarly, a self-lubricating effect is obtained in the deformation machining range, i.e. in the range of the front face of the tool, whereby conventional lubricants can be completely eliminated or greatly reduced.
[0008]
Within the scope of the present invention, it is preferable to make a deep drawing tool. This can in particular be a male type, a plate holder or a female type for deep drawing of metal parts. The deep drawing tool according to the invention is particularly suitable for deforming metal parts for automobiles or aircraft, for example. By embedding a material having lubricating properties, for example, in a deep drawing process of a sheet metal in which a force is applied in a pulling direction perpendicular to the moving direction of the deep drawing tool, particles, particularly filler particles are torn off from a plastic knife mold, This avoids cracks in the tool.
[0009]
The advantage of the plastic tool made of the material according to the invention is the material cost which is, for example, up to about 70% lower compared to conventional steel tools. The plastic used to make the tool has good workability, so that the machine is less used during tool manufacture. The energy and power consumption in machining to make the tool can be reduced by as much as 65%, for example. Similarly, the machining time is 60% shorter than that of a steel tool, for example. By using the plastics according to the invention to make the tool, the weight can be reduced, for example up to 60%, thereby reducing the load on the crane equipment. The tool can be changed flexibly and cost-effectively, and at that time, cost, time and energy can be greatly saved. In addition, since it can be completely reused as a filler for making new plastic tools, the tools are suitable for recycling, thereby eliminating waste disposal costs.
[0010]
The elastic behavior of plastics improves the quality of deformed products. By embedding graphite in the plastic of the tool, the tool contact layer has a self-lubricating function. Even if additional fluid lubricants need to be used during the deformation process, the amount of lubricant required can be reduced, for example, to about 3 g / m ² . Friction conditions during deep drawing can be improved by adding graphite powder to the plastic. By reducing or eliminating fluid lubricant during deep drawing, workplace contamination is substantially reduced, thereby reducing the environmental burden.
[0011]
The preferred modular construction of the plastic tool according to the invention, including the front layer (deformed part) and the base, allows the reuse of most of the tool. By providing a material with lubricating properties in the front layer and thereby requiring (significantly) no fluid lubricant, there is no need to grind the drawn products that are generally prepared.
[0012]
The features recited in the dependent claims correspond to further preferred embodiments for solving the problems according to the invention. Additional advantages of the invention are set forth in the detailed description below.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0013]
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples with reference to the accompanying drawings.
【Example】
[0014]
Referring to FIG. 1, this figure shows the arrangement of tools for deep drawing the plate-like member 10 in a highly simplified schematic view. A tool upper member 8 for deforming the plate-like member 10 in the deep drawing process, and a corresponding tool lower member 9 in the form of a female that fits into the tool upper member 8 are provided. The tool upper member 8 is made of a plastic base 12 and a front layer 11 which is also made of plastic and forms a deformed portion, in order to aim at a self-lubricating effect when the plate-like member 10 is deformed. The graphite powder 7 is embedded in the plastic.
[0015]
The plastic that forms the base 12 of the tool generally contains fillers as well, but in order to give the tool certain necessary properties, for example to ensure sufficient compression properties in the base 12 It may be a conventional type of filler. The tool lower member 9 is also made of plastic, and conventional plastic can be used here as long as it is not in the deformation processing range. However, it is recommended that the tool lower member 9 also be made of a plastic having an embedded lubricating material so as to contact the plate material 10 to be deep-drawn during deformation processing. This will be described in detail below with reference to a simplified schematic diagram illustrating the forces acting in the deep drawing step of FIG.
[0016]
FIG. 2 shows a state of the plate-like member 10 between the tool upper member 8 and the front layer 11 of the tool lower member 9. In any case, the plastic front layer 11 contains graphite powder 7 embedded in order to aim at a sliding effect. What is indicated by an arrow in the drawing is a shearing force that acts on the plate-like member 10 and both tool front layers in the deep drawing process in principle at a right angle to the moving direction of the tool. A shearing effect based on the lubrication characteristics of graphite is obtained by shearing between the front layers 11 of the plate member 10 and the tool upper member 8 or the tool lower member 9 embedded with graphite. This eliminates the need to use a fluid lubricant. In addition, it was confirmed that the compressive strength at the contact surface also increased by embedding graphite in each front layer 11 of the tool.
[0017]
Hundreds of parts were drawn using the drawing knife type schematically shown in FIG. After that, the state of the tool was investigated and it was confirmed that tens of thousands of parts could be drawn without any problems in the future.
[0018]
FIG. 3 is a perspective view which shows a portion of the deep drawing device somewhat accurately, where the plastic base 12 of the tool secured to the upper plate 20 of the device descending in the deep drawing process can be seen. The lowering of the plate 20 and the plastic tool is performed by the tool guide 14 of the apparatus, but a detailed description is not given here.
[0019]
Further, in FIG. 3, the tool front layer 11 made of plastic similarly embedded with graphite and the plate holder 13 of the apparatus underneath are seen.
[0020]
FIG. 4 is a perspective view of a metal part obtained by deep drawing a metal plate using a tool of the type according to the present invention. The object here is a shielding plate 15 for automobiles. As can be seen from the figure, the deformed shielding plate 15 has a range 18 curved to a convex surface and a range 19 curved to a concave surface. In addition, the shielding plate 15 has various punched portions 16 and deformation ranges formed by deep drawing, for example, a groove-like depression 17 that can be recognized in the drawing. It has been found that the tool according to the invention can be used for deep drawing of such types of metal parts with excellent quality.
[Brief description of the drawings]
[0021]
FIG. 1 is a very simplified schematic perspective view for explaining a deep drawing process using a tool according to the present invention.
FIG. 2 is a second highly simplified schematic external cross-section for explaining a deep drawing process.
FIG. 3 is a simplified schematic external view of a tool according to the invention incorporated in a deep drawing device.
FIG. 4 is a schematic external view of a finished part deep-drawn using a tool according to the present invention.
[Explanation of symbols]
[0022]
7 Graphite powder 8 Tool upper member 9 Tool lower member 10 Plate-shaped member 11 Front layer 12 Base 13 Plate material holder 14 Tool guide 15 Shield plate 16 Punching portion 17 Depression 18 Range curved to convex 19 Range curved to concave 20 Plate

Claims

A tool having a partial range made of plastic embedded with a material having a lubricating characteristic, wherein the tool is a deformation tool, and the partial range (11) is a deformation processing range of the tool.

Tool according to claim 1, characterized in that the partial area (11) comprises the front layer of the tool.

3. Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the partial range (11) of the tool contains graphite as material with lubricating properties.

4. A tool according to claim 1, characterized in that the partial range (11) of the tool contains graphite powder.

A tool according to any one of the preceding claims, characterized in that the partial range (11) of the tool contains graphite powder with a particle size of about 50 to about 250 µm.

6. The tool according to claim 1, wherein the tool includes at least one front layer made of plastic containing a material having lubricating properties in the deformation range, and the thickness of the front layer is at least about 5 mm. Tool described in.

A tool according to claim 6, characterized in that the front layer (11) has a thickness of about 5 to about 15 mm.

8. A tool according to claim 1, wherein, in addition to the plastic sub-range (11), the tool also has a base (12) made essentially of plastic.

9. The tool according to claim 1, wherein the base of the tool is made of a plastic containing a filler.

10. Tool according to claim 1, characterized in that the base (12) contains aluminum and / or gray iron and / or sand as filler, preferably in powder form.

The tool according to any one of claims 1 to 10, wherein the tool is a deep drawing tool.

The tool according to any one of claims 1 to 11, wherein the tool is a male die for deep drawing of metal parts, a plate material holder, or a female die.

The tool according to any one of claims 1 to 12, which is a deep drawing tool used for deformation processing of metal parts for automobiles or aircraft.