JP5329438B2 - ブランクを成形するための方法およびブランク用冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属ブランクを成形するための方法であって、ブランクが所定の温度に加熱され、次に冷却装置によって冷却され、引き続きプレス機に挿入して成形されるものに関する。本発明はさらに、金属ブランク用冷却装置に関する。

以下において用語「ブランク」は、好ましくは平らな金属板のことであるが、しかしブランクは既に予備変形させたものでもよく、平らでない形状を有するものでもよい。しかし、例示的に平らなブランクを前提とする。

金属ブランクを油圧プレス機の上金型と下金型との間に挿入し、次に金型を互いに向かって移動させ、金型成形面の形状に相応してブランクを成形することは久しく知られており、一般的である。

いわゆるプレスクエンチでは、ブランクは焼入れを目的にまず約８００℃〜１０００℃の温度に加熱され、次にプレス機に挿入して成形され、ブランクもしくはそれから成形された部材が所定の目標温度以下の温度に冷却されるまで、成形力もしくはプレス力のもとにプレス機内で保持される。しかし冷却は比較的長く持続する。この時間の間プレス機は他に利用できないので、単一部材の製造に多大な時間を要し、きわめて不経済である。

方法の効率を高めるために、加熱されたブランクを、成形プレス機に挿入する前にトンネルに通し、そのなかで空気および／または不活性ガスを吹き付けて約４００℃〜５００℃の温度に冷却することによって、ブランクに予備冷却を施すことが知られている。こうしてブランクもしくは成形された部材がプレス機内で費やさねばならない時間は著しく低減しているが、しかし部材を前記の如くに冷却するために比較的長い冷却区間を設けねばならないので、これに相応する冷却トンネルは大きな構造空間を必要とする。

本発明の課題は、迅速で効率的なブランク冷却および成形を達成する金属ブランク成形方法を提供するとともに、簡単かつ省スペースな仕方で本方法を実施することのできる金属ブランク用冷却装置を提供することである。

この課題は、方法に関して請求項１の特徴で解決される。その際、ブランクは冷却装置内で少なくとも一方の面、好ましくは両面が、冷却要素に直接当接させられる。

加熱されたブランクを冷却要素に直接接触させることによって、すなわち接触冷却によって冷却するとの基本的考えから本発明は出発する。加熱されたブランクは、離間された冷却要素の間に挿入され、次に冷却要素は互いに接近し、好ましくはブランクの両面全体に接触させてブランクを冷却する。直接接触冷却によって、ごく短時間でブランク冷却を達成することができ、さらにこれに対応する冷却装置は、比較的省スペースであることが判明した。

好ましくは、冷却装置は油圧固定装置の方式で構成され、好ましくは下側の第１冷却要素と好ましくは上側の第２冷却要素とを有し、各冷却要素は油圧駆動装置または変位装置によって、接近した締付位置と離間した開放位置との間で変位可能である。冷却を目的にブランクが冷却要素の間に置かれ、次に冷却要素が接近させられ、こうしてブランクは冷却要素の間で保持され、好ましくは挟持される。冷却要素からブランクに加えられる締付力は、ブランクの変形を行うのに利用することができる。特に、冷却要素の締付力によって塑性予備変形がブランクに加えられる。選択的に、冷却要素からブランクに加えられる締付力は、冷却要素がブランクに変形を引き起こさないか、またはせいぜい専ら弾性変形を引き起こす程度に低くすることも可能であり、こうしてブランクは冷却過程終了後に再び元の幾何学形状を有し、特に平らなブランクとなる。

冷却要素をブランクの板面に直接当接させて保持する油圧変位装置が冷却過程終了後に作動され、冷却要素が離間され、ブランクを取り出して、好ましくは油圧式のプレス機に移すことができ、このプレス機内で本来の成形過程が行われる。

冷却過程の可能な１構成において、冷却要素からブランクに加えられる締付力や、そして冷却要素の間でブランクを挟持しておくべき時間を、利用者が予め選択し、それに応じて冷却過程を経過させるようにすることができる。

しかし、本発明の好ましい構成において、冷却過程中にブランクの実際温度が検出され、所定の目標温度に達しまたは下まわるまで、冷却が継続される。実際温度と目標温度もしくは目的温度との間の比較は通常の如く制御装置内で行われ、目標温度に達しまたは下まわると制御装置は冷却過程を終了させ、各冷却要素を互いに離反させる。

本発明の好ましい構成において、ブランクの実際温度はブランクの１箇所だけでなく、さまざまな領域で同時に検出される。

規定されたブランク冷却を確保するために、ブランクの両面を各冷却要素に極力同時に当接させることが望ましい。冷却要素の締付力増成前の熱伝達を極力小さく抑えるために、本発明の構成では、ブランクが冷却過程開始前に冷却要素から距離を置いて冷却要素の間で保持されており、冷却要素を接近させるときにはじめて冷却要素に当接する。この目的のために、冷却装置内に変位可能な複数の間座を設けておくことができ、これらの間座は特に下側冷却要素から上に突出しており、ブランクは冷却要素から距離を置いて間座に載置可能である。冷却要素が互いに相手の方向に向かって移動して閉じるとき、上側冷却要素がブランクの上面を加圧し、これにより、変位可能な間座が下側冷却要素内に完全に押し込まれ、こうしてブランクはその下面も下側冷却要素に接触する。

冷却装置に関して上記課題は、第１冷却要素と第２冷却要素が互いに相対的に変位可能であり、両方の冷却要素の間でブランクが挟持可能であることによって解決される。冷却要素は、特に油圧式の固定装置の一部であり、油圧駆動装置または変位装置によって、互いに相対的に上記の如くに移動させることができる。

好ましくは冷却要素の少なくとも１つ、特に下側冷却要素が、変位可能な間座を有し、これらの間座にブランクは冷却要素から距離を置いて載置可能であり、加熱されたブランクはまず冷却要素の閉鎖直前に下側冷却要素に接触する。

冷却過程終了後、ブランクが上側冷却要素に付着したままとなり、冷却要素の離間時に一緒に持ち上げられることの起きることがある。その場合に、ブランクを上側冷却要素から引き離すために、好ましくは油圧作動可能な突出しピンを上側冷却要素に一体化しておくことができる。

その面にわたって少なくとも近似的に一定した厚さを有するブランクの他に、その面にわたって異なる厚さの領域を有して「テーラードブランク」または「パッチワークブランク」と称されるブランクも知られている。このようなブランクが、ブランクに向き合うその表面をそれぞれ平らに形成された冷却要素の間で挟持される場合、ブランクは厚い諸領域でのみ冷却要素に当接し、冷却が不規則となる。面にわたって厚さの変化するブランクでも確実かつ効率的に冷却できるようにするために、本発明の構成では、各冷却要素を複数の冷却要素部分で構成し、冷却要素部分が相互に独自に変位可能であるようにすることができる。例えば１つの冷却要素は６個〜８個の冷却要素部分で構成しておくことができ、冷却要素部分は並置され、全体で冷却要素を形成する。各冷却要素部分は油圧駆動装置を介して他の冷却要素部分にかかわりなく上昇可能、下降可能であり、こうして冷却要素は冷却要素部分の相応する変位によって被冷却ブランクの表面輪郭に適合できる。

各冷却要素部分に独自の油圧駆動装置が付設されているので、冷却要素部分の油圧駆動装置を異なる仕方で駆動することによって、個々の冷却要素部分はブランクに対して異なる締付力を加えることもできる。

１構成においてさらに、冷却要素部分が相互に独自に温度調節可能でもあり、領域ごとに異なる冷却をブランクに施すことができ、例えば薄いブランク領域よりも厚いブランク領域を強く冷却し、こうしてブランク全体で近似的に同時に所望の目標温度に達するようにすることができる。

用語「冷却」とは、ブランクの実際温度が所望の目標温度に低下することである。この目的のために冷却要素は目標温度以下の出発温度を有すべきであろう。しかし、冷却要素の温度は周囲温度より上とすることができる。

本発明のその他の細部および特徴は、図面を参考に１実施例についての以下の説明から明らかとなる。

冷却装置を一部断面で示す略正面図である。 図１の冷却装置を一部断面で示す略側面図である。 下側冷却要素の選択的構成を示す。

図１と図２に示す冷却装置１０が、４つの垂直な支柱１２を含み、支柱はそれぞれ大地Ｅで支えられ、長方形の４隅に配置されている。それぞれ２つの隣接する支柱１２は、上端と下端で横桁１２ａ、１２ｂを介して互いに結合されて枠とされている。各上側横桁１２ａの上面に、上に突出する固定ピストン２２ａが取付けられており、このピストンの上端にシリンダ２２ｂが摺動可能に支持されている。ピストン２２ａとシリンダ２２ｂは、両方で油圧変位装置１１を形成する。両方のシリンダ２２ｂは、ブリッジ１７を介して互いに強固に結合されており、ブリッジの下面で上金型１８が保持されている。上金型１８は、ブリッジ１７に取付けられる上側床板１８ａを含み、この床板の下面に板状冷却要素１９が保持されている。多数の油圧操作機構２４がピストンシリンダユニットの態様で床板１８ａに配置されており、操作機構は冷却要素１９を貫通する突出しピン２５とそれぞれ結合されている。

冷却装置１０の下側領域にテーブル１３が配置されており、このテーブルは支柱１４を介して垂直支柱１２の間で支えられている。支柱１４は、両方向矢印Ｂで示唆したように調整装置２３によって、上下方向に変位可能である。上金型１８の下方、テーブル１３の上面に下金型１５が配置されており、この下金型が下側床板１５ａを有し、この床板の上面に板状冷却要素１６が配置されている。多数の油圧操作機構２０がピストンシリンダユニットの態様で床板１５ａに一体化されており、操作機構は冷却要素１６を貫通するピン状間座２１とそれぞれ結合されている。

油圧変位装置１１を作動させることによってブリッジ１７は上金型１８と共に下金型１５の方向に、平らな金属ブランクＰが上金型１８と下金型１５との間、もしくは対抗する冷却要素１９、１６の間で挟持されるまで下降することができる（両方向矢印Ａ参照）。

冷却要素１６、１９はそれ自体周知の如くに冷却されるようになっており、特に冷却液を貫流させる。

以下では冷却装置１０の機能様式を説明する。図示実施例では厚さの一定した平らな金属板であるブランクＰは、図示しないステーションにおいて約９００℃の温度に加熱され、引き続き冷却装置１０内に挿入され、その下面が、下金型１５の冷却要素１６から上方に突出する間座２１上に載置される。ブランクＰは、冷却要素１６から一定の距離を置いて保持される。この状態が、図１と図２に示してある。

引き続き油圧変位装置１１が作動され、これによりブリッジ１７は上金型１８と共に、上金型１８の冷却要素１９がブランクＰの上面に当接するまで下降する。その際、上金型１８の操作機構２４は作動停止しており、突出しピン２５が冷却要素１９内に押し込まれる。

上金型１８が、さらに下降するとブランクＰは上から下金型１５の冷却要素１６の上面に押付けられ、間座２１が冷却要素１６内に押し込まれる。冷却装置１０のこの閉鎖状態において、ブランクＰは両方の冷却要素１６、１９の間で僅かな力で挟持されている。上金型１８の冷却要素１９のブランクＰに向き合う下面と下金型１５の冷却要素１６のブランクＰに向き合う上面がそれぞれ平らに形成されており、冷却装置１０の閉鎖時にブランクの変形または少なくとも残留変形は起きない。

冷却過程の間、ブランクＰの実際温度は相応するセンサによって複数個所で検出され、温度信号は図示しない制御装置に送られ、実際温度が所定の目標温度以下になったときにはじめてこの制御装置はブリッジ１７および上金型１８が上昇することによって冷却装置１０を開放する。

冷却装置１０の開放時にブランクＰが上金型１８の冷却要素１９の下面に付着したままとなり、上金型と共に持ち上げられることの起きることがある。その場合、突出しピン２１の操作機構２４が作動され、ブランクＰを上金型１８から引き離す。

図１に示す平らな板Ｐはその面全体にわたって一定した厚さを有する。しかし、異なる厚さの諸領域を有し、単一構造の平らな冷却要素の使用時にその挟持が不十分となるようなブランクも知られている。図３が示す下金型１５の変更態様では、冷却要素１６が３つの並置された冷却要素部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃで構成されている。各冷却要素部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃは独自の油圧駆動装置２６ａ、２６ｂ、２６ｃを装備しており、これにより冷却要素部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃをそれぞれ独自に上昇させ、下降させることができる。こうして、異なる厚さの諸領域を有するブランクの場合でも、良好な挟持が達成されるように冷却要素部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃをそれぞれ独自に変位させることが可能である。

図３では、下金型の変更態様が示してあるだけであるが、選択的にまたは付加的に、それぞれ独自の油圧駆動装置を備えた複数の冷却要素部分にその冷却要素１９を区分して形成することによって、上金型も同様に形成しておくことができる。

図３では冷却要素１６が３つの冷却要素部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃに区分されている。冷却要素は、さらに多数の冷却要素部分に区分しておくこともでき、２×３区域または２×４区域に配置される６〜８の冷却要素部分への区分が有意義であると実証された。

テーブル１３、従って下金型１５の高さ変位は、下金型の上縁の位置を自動移送機構、例えば掴み装置またはロボットの輸送高さに適合できるようにするのに役立つ。

１０ 冷却装置
１１ 変位装置
１６、１９ 冷却要素
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 冷却要素部分
２１ 間座
Ｐ ブランク

Claims (5)

1. 金属ブランク（Ｐ）用冷却装置（１０）において、
   第１冷却要素（１６）と第２冷却要素（１９）が互いに相対的に変位可能であり、両方の冷却要素の間でブランク（Ｐ）が挟持可能であり、
   冷却要素（１６、１９）が、油圧変位可能であり、
   少なくとも冷却要素（１６、１９）の一方が、複数の冷却要素部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）から構成されており、冷却要素部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）が、それぞれ独自に変位可能である冷却装置。
2. 冷却要素部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）でもって異なる締付力が、ブランク（Ｐ）に導入可能である請求項１記載の冷却装置。
3. 冷却要素部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の温度が、相互に独自に調整可能である請求項１または２記載の冷却装置。
4. 冷却要素の少なくとも１つ（１６）が変位可能な間座（２１）を有し、ブランク（Ｐ）が冷却要素（１６）から距離を置いてこれらの間座に載置可能である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却装置。
5. 少なくとも１つの温度センサによってブランク（Ｐ）の実際温度が冷却過程中に検出可能である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却装置。

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