JP5902392B2 - 精密せん断仕上げされた部材のせん断された機能端部に影響を与えるための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属ストリップから切り出される、例えば歯車などのような精密せん断仕上げされた部材における、せん断された機能端部、特にだれに影響を与えるための方法であって、金属ストリップが、少なくとも切断パンチと切断パンチのための圧力パッドからなる上部部材と、少なくとも切断型とイジェクターからなる下部部材との間に、これらがとじた際にクランプされ、そして第一の作動ステージにおいてだれを有するブランクが金属ストリップから切り出される方法に関する。

本発明は、さらに、金属ストリップから切り出される、例えば歯車などのような、精密せん断仕上げされる部材における、せん断された機能端部、特にだれに影響を与えるための装置であって、二つの部材をからなるツールを有し、第一の作動ステージにおいて、少なくとも切断パンチ、切断パンチのための圧力パッド、イジェクターおよび切断型から成り、金属ストリップは、ブランクを精密せん断する間、圧力パッドと切断型の間にクランプされる装置に関する。

精密せん断と形成技術は、主に鋼の加工に使用されている。この際、使用される材料の多様性は、一般目的建造のための鋼から、高張力細粒鋼までを含んでいる。「材料」リソースは、昨今、大きな重要性を獲得した。最適な材料の利用によって、コンポーネントの製造コストは、著しく影響されることがある。高張力鋼は、同じ強度特性を有する薄い壁部のコンポーネントを可能とする。

精密せん断された部材の典型的な特徴は、端部のだれである。特に角の部分には、だれが発生し、このだれは、小さくなるコーナ半径と大きくなるシート厚さとともに延在する。だれの深さは、約２０％、そしてだれの幅は、シートの厚さの約３０％であるか、これより大きい（非特許文献１）。したがって、だれは、材料厚さと材料品質に依存するので、その制御は、制限されてのみ可能であり、そしてしばしば部分機能の制限が、例えばかみ合う部材における角の鋭角性が無いことにより、または、部材の機能長さの引き起こされる変更によりもたらされる。打ち抜きだれは、したがって部分機能を減少し、そしてサプライヤーにより厚い原材料を使用することを強いる。

角のだれを、再切断したり（特許文献１）、削ったり（特許文献２）、または切断の間に材料のシフトをしたりする（特許文献３）ことにより角のだれを取り除こうと試みる多数の解決策が公知である。
特許文献１と２による公知の解決策は、角のだれを減少させず、部材を大幅に後処理するので、一方では、追加的な後処理とツールのために著しい費用が必要であり、他方では、相応する材料不足が、より厚い材料を使用する必要性のために生じる。
特許文献３に従う公知の解決策においては、ワークピースが、一段の装置中で、時間的に互いに相前後して進行する少なくとも二つの連続ステップ中において、異なる切断方向で処理され、その際、第一の切断過程中では、垂直な作業方向で、ワークピース形状に合わされた半完成製品が、少ないだれを有して切り出され、そして、少なくとも、反対する作業方向の更なる切断過程中で、部材は完全に切断される。第一の部分切断のだれは、その際、少なくとも角領域において再び満たされるべきである。
その上、特許文献４からは、金属ストリップからワークピースを精密せん断する際の、意図した角のだれの減少のための方法が公知であり、この方法においては、切断の開始の前に、クランプされた処理されていない金属ストリップにおいて、予形成要素によって切断方向と反対に、ネガティブ予形成が実施され、このネガティブ予形成は、切断の際の切断型内への予期されるだれと、公差を含めた大きさおよび形状に関して対応しており、材料体積を反映した形でだれの側につくり出す。クランプされた金属ストリップの予形成された範囲は、同時に、余形成要素によって支持されている。
これらすべての技術的解決策の不利益は、精密せん断の間に生じるだれが、減少されることは可能であるが、結局削除したり、目的にかなって影響を与えたりできないことである。

スイス国特許出願公開第６６５３６７Ａ５号明細書 独国特許出願公開第１９７３８６３６Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１８１５９２２Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第２０３６６３１Ａ１号明細書 ＤＩＮ３３４５、"Ｆｅｉｎｓｃｈｎｅｉｄｅｎ，Ａｕｇ．１９８０"

この先行技術において、本発明の課題は、例えば歯車のような仕上られた部材の生産の際に、せん断された機能端部、特にだれに目的にかなって影響を与える装置および方法を提供し、端部だれに目的にかなって影響を与えるか、またはこれを完全に削除することを可能とすると同時に、機能面を維持し、そして材料を節約することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴要素を有する上述した種類の方法、および請求項５に記載の特徴要素を有する装置によって解決される。

この方法および装置の有利な形態は、従属請求項より見てとることができる。

本発明に係る解決策は、精密せん断操作の前に既に、ブランクの輪郭への材料公差によって、だれに目的にかなって影響を与えるということと、その大きさを望ましい形状に調節するという知識に端を発している。

これは、すくなくともだれの範囲において、ブランクを、仕上られる部材の輪郭に関して、定められた材料公差で切り出し、その大きさが第一の作動ステージ中で、だれの体積減少による欠損を予め定められた値に満たすか、補填するか、または超える材料体積に調整され、そしてその後第二の作動ステージ中で、この材料体積が、第一の作動ステージの切断方向と反対への、ブランクの切断経路に沿った、発生しただれを満たすための形成プロセスによってシフトされることによって達成される。

輪郭に関する材料公差の大きさが、材料のタイプと強度、仕上られる部材の形状に依存して、仕上られる部材の厚さが、仮想精密せん断シミュレーションによって、そしてシフトされるべき材料体積が、仮想形成シミュレーションによって、精密せん断が開始される前に定められると有利である。

本発明に係る方法の有利な実施形においては、以下のステップが実現される：
ａ）影響を受けるべき仕上られる部材の範囲の、精密せん断シミュレーションが実行され、そして仮想のだれが決定される
ｂ）仕上られる部材における、ステップ（ａ）により生じる予期されるだれのトポグラフィーと、望まれるだれのトポグラフィーを決定する
ｃ）仕上られる部材におけるだれに関して、望まれる正味形状輪郭に達するための、ステップ（ｂ）により生じる体積の不足を決定する
ｄ）ステップ（ａ）から（ｃ）により生じる各範囲（基準範囲）の正確な輪郭を、だれの範囲の不足体積を補填するための材料公差を付加することにより決定する
ｅ）正確な輪郭（基準輪郭）の新たな仮想精密せん断を実行し、そして生じるだれのトポグラフィーを決定する
ｆ)仕上られる部材の正味形状輪郭と合う、精密せん断された、形成母型による正確な輪郭の仮想形成を実行し、そして生じる正確なだれを決定する
ｇ）望ましいだれが達成されるまでステップ（ｄ）から（ｆ）を繰り返す
ｈ）ステップ（ａ）から（ｇ）の間に見出されるブランクの正確な輪郭（基準輪郭）に従い、第一の作動ステージのための切断型と切断パンチを設計する。

本発明に係る方法は、様々に適用可能である。よって、例えばチェーンホイール、歯車、ギアポンプの歯車、セクタ歯車または機能する角部を有する部材の製造のように、だれが補填されなければならないものすべてに対して適用されることができる。

さらに、課題は、その装置におけるツールが、第二の作動ステージにおいて、パンチおよびパンチに面する角度傾斜を有し、正味形状輪郭を有する母型と、イジェクターから成り、パンチとイジェクターの間にクランプされ、材料公差を持って切り出されたブランクが、母型の中に押し戻される結果、材料公差が、だれを目的にかなって満たすために、精密せん断されたブランクの切断経路に沿ってシフトされる装置によって解決される。

本発明に係る装置の他の形態によると、母型は、約８°から１５°、有利には１０°であって、垂直な正味形状輪郭への鋭い移行部を与えられた傾斜角度を有する。

本発明に係る装置は、シンプルかつ頑丈な構造と、第一の作動ステージ（精密せん断）および第二の作動ステージ（形成）が一つのツール内で実行されるというメリットを有している。

さらなり有利な点および詳細は、添付した図面を参照しての以下の説明より生ずる。

精密せん断されたチェーンホイールのだれ側 望ましいパンチングだれを有するチェーンホイールの歯の形状比率の図 チェーンホイールの葉における正味形状輪郭と基準輪郭の簡略図 予期されるだれを有する、仮想的に精密せん断されたチェーンホイールの簡略図 決定されただれのトポグラフィーの簡略図 本発明に係る方法にしたがい精密せん断された、鋭い角部を有するチェーンホイール 第一の作動ステージの断面図 第二の作動ステージの断面図 図７のＸ部の詳細と第二の作動ステージにおける母型の拡大図

以下に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、コンベンショナルな精密せん断によって製造された、だれＡの側から見たチェーンホイール１を示す。
チェーンホイール１の単一歯２におけるだれ３が見てとれる。このだれは、減少するコーナ半径と増加するシート厚さとともに延びている。だれの深さｔは、シート厚さの約２０％であり、だれの幅ｂは約３０％であることが可能であるから（図２参照）、チェーンホイールの歯における機能面は著しく減少され、そして部材、例えばトルクトランスミッションの機能を保証するために、厚い原材料が用いられる必要がある。

本発明に係る方法によって、このだれ３が広い範囲で、さまざまにコントロールされ、すなわち仕上られた部材のために、機能的に予め定められただれが達成される。換言すると、仕上られた部材におけるだれは、通常値とゼロの間のレンジで調節可能である。
本発明に係る方法の順序は、以下により詳細に、７ｍｍの材料厚さＳを有する品質１６ＭｎＣｒ５／１．７１３１の冷間押し出し鋼からなるチェーンホイール１の例に基づき説明される。

チェーンホイール１の歯２の図２は、望ましいだれ４の形状比率を表している。だれの深さｔは、０．８ｍｍであり、歯の両方の面の幅ｂは２．３ｍｍであるべきである。歯の機能幅ＦＢは、５．４ｍｍに達するべきである。

冒頭に記載した本発明に係る方法は、チェーンホイールの実際の二つのステージによる製造プロセスに先だつ複数の作動ステップにより実現される。第一の作動ステップにおいて、コンベンショナルな精密せん断の場合にチェーンホイールの、影響をうけるべき範囲において予期されるだれ５が、仮想的に決定される。このシミュレーションの結果が、図４に示されている。

だれは、仕上られた部材、すなわちチェーンホイール１における体積減少として定義されることが可能である。その後、第二の作動ステップにおいて、望まれるだれ４と予期されるだれ５により、チェーンホイールの望まれる正味形状輪郭に達するために必要な不足体積が決定される。

続く第三の作動ステップにおいて、仕上られた部材における、予期されるだれ５におけるトポグラフィーと、望まれるだれ４におけるトポグラフィーが決定され（図５参照）、そしてこれより、第四の作動ステップにおいて、チェーンホイール１の各範囲における基準輪郭ＳＫが、所定の材料公差を加えて決定される。この材料公差は、だれの範囲の不足体積を満たす（図３参照）。このようにして、基準輪郭ＳＫを有するブランク６が発生する。

正確な輪郭（基準輪郭）の仮想的な精密せん断により、５つのステップにおいて改めてブランクが、仮想的な形成のために準備される。
その後、第六の作動ステップにおいて、ブランクは、仮想的に形成され、そして発生するだれが試験される。これが、望まれるだれが達成されるまで繰り返される。

これらの作動ステップが完了した後に、最後の作動ステップにおいて、第一の作動ステージのための切断パンチと切断型が、ブランク６の決定された基準輪郭ＳＫに、そして母型が、仕上られた部材の、決定された正味形状輪郭ＥＫに合うよう設計されることが可能である。

チェーンホイール１の実際の製造プロセスは、二つの作動ステージ、すなわち、精密せん断ステージと続く形成ステージからなっており、これは一つのツールに統合される。
この精密せん断は、コンベンショナルな精密せん断とは、ブランク６がすくなくともだれの範囲において、製造される部材に関する定められた材料公差を有する基準形状輪郭に切り出され、その大きさは、だれによって引き起こされる体積減少を予め定められた程度だけ満たす、補填する、または超える材料体積まで調節されるという点において異なっている。
第二の作動ステージにおいて、この材料体積は、形成操作によって、第一の作動ステージにおける切断方向と反対に、ブランクの切断経路に沿ってシフトされ、発生するだれを目的にかなって満たすので、仕上られる部材における望まれるだれが達成される。
図６は、仕上られる部材のこの状態を示している。歯が鋭い角となっている点が見てとれる。

図７は、上部部材７および下部部材８からなる第一作動ステージの原理的構造を示している。上部部材は、主として、圧力パッド１０に沿ってガイドされた切断パンチ９と、切断パンチ９のためのイジェクターパッド１１からなる。下部部材８は、切断型１２、パンチ１３およびイジェクター１４から成る。図示されていない、厚さ７ｍｍの焼き入れ鋼からなる金属ストリップ（この金属ストリップから本発明に係る方法に従いチェーンホイール１が製造される）は、示されるツールの作動位置に従い、圧力パッド１０と切断型１２の間にクランプされている。

図８は、これもまた上部部材と下部部材に分けられる第二の作動ステージを示している。メインアッセンブリーとしての上部部材は、圧力パッド１５、パンチ１６およびパンチ１６のためのイジェクター１７からなる。下部部材には、主として母型１８およびイジェクター１９が属している。第一ステージにおける切り出し部分は、パンチ１６とイジェクター１９の間にクランプされる。

切断パンチ９と切断型１２は、ブランク６が先だって決定された基準輪郭ＳＫを有して切り出されるよう設計される。基準輪郭は、チェーンホイール１の正味形状輪郭ＥＫに対してわずかに大きい。これは特に、大きなだれが予期される範囲にとって重要である。だれがより減少されなければならないほど、基準輪郭ＳＫと正味形状輪郭ＥＫの間の差は大きくなければならない。

第二の作動ステージにおいて、パンチ１６により正味形状輪郭ＥＫに対してわずかに大きく切り出されたブランク６は、母型１８に押し込まれる。母型１８は、チェーンホイール１（仕上られる部材）の正味形状輪郭ＥＫを有している。母型注入口２０は、約１０°の角度傾斜を有しており、この角度傾斜は、鋭い移行部２２とともに直角な正味形状輪郭ＥＫへと移行する。これは図９に見てとれる。材料公差の結果として原材料６から生じる材料は、高さにおいてシフトされ、その後、部分的または完全にだれの部分を満たすか、または極端な場合には、この範囲において過剰に補填されるということさえ起こりうる。これは、負荷される材料公差の大きさに依存するので、コーナ、鋭い移行部、または歯などを有する、仕上られる部材におけるだれは、それらの機能に応じて個々に目的にかなってコントロールされるか、または完全に補填されることが可能である。

１ チェーン歯車
２ １の歯
３ ２におけるだれ
４ 望ましいだれ
５ 予期されるだれ
６ ブランク
７ 上部部材
８ 下部部材
９ 切断パンチ
１０ ９のための圧力パッド
１１ ９のためのイジェクターパッド
１２ 切断型
１３ パンチ
１４ イジェクター
１５ １６のためのイジェクターパッド
１６ パンチ
１７ １６のためのイジェクターパッド
１８ 母型
１９ イジェクター
２０ 母型注入口
２１ ２０の角度傾斜
２２ 移行部
ｂ だれの幅
ＥＫ 正味形状輪郭
ＦＢ 基本幅
ＳＫ 基準形状
ｓ 材料厚さ
ｔ だれの深さ
Ｔ トポグラフィー

Claims (5)

1. 金属ストリップから切り出される、精密せん断仕上げされた部材における、せん断された機能端部、又はだれに影響を与えるための方法であって、
   金属ストリップは、少なくとも切断パンチと切断パンチのための圧力パッドからなる上部部材と、少なくとも切断型とイジェクターからなる下部部材との間に、これらがとじた際にクランプされ、そして第一の作動ステージにおいてだれを有するブランクが金属ストリップから切り出される前記方法において、
   ブランクは、仕上られる部材の輪郭に関して、定義された材料公差をもって切り出され、少なくともだれの範囲において、第一の作動ステージにおけるその大きさが、だれの体積減少による欠損を予め定められた値に満たすか、補填するか、または越える材料体積に合わせられ、そしてその後、第二の作動ステージの間に、この材料体積が、形成プロセス中で、第一の作動ステージにおける切断方向と反対に、ブランクの切断経路を通って、発生しただれを目的にかなって満たすためにシフトされること、
   前記方法が、以下のステップを有することを特徴とする方法。
   ａ）影響を受けるべき仕上られる部材の範囲の、精密せん断シミュレーションが実行され、そして仮想のだれが決定される
   ｂ）仕上られる部材における、ステップ（ａ）により生じる予期されるだれのトポグラフィーと、望まれるだれのトポグラフィーを決定する
   ｃ）仕上られる部材におけるだれに関して、望まれる正味形状輪郭に達するための、ステップ（ｂ）により生じる体積の不足を決定する
   ｄ）ステップ（ａ）から（ｃ）により生じる各範囲（基準範囲）の正確な輪郭を、だれの範囲の不足体積を補填するための材料公差を付加することにより決定する
   ｅ）正確な輪郭（基準輪郭）の新たな仮想精密せん断を実行し、そして生じるだれのトポグラフィーを決定する
   ｆ）仕上られる部材の正味形状輪郭と合う、精密せん断された、形成母型による正確な輪郭の仮想形成を実行し、そして生じる正確なだれを決定する
   ｇ）望ましいだれが達成されるまでステップ（ｄ）から（ｆ）を繰り返す
   ｈ）ステップ（ａ）から（ｇ）の間に見出されるブランクの正確な輪郭（基準輪郭）に従い、第一の作動ステージのための切断型と切断パンチを設計する。
2. 現実の精密せん断が開始される前に、輪郭に関する材料公差の大きさが、材料の強度およびタイプ、仕上られる部材の形状に依存して、仕上られる部材の厚さが、仮想精密せん断シミュレーションにより、そして、シフトされるべき材料体積の大きさが、仮想形成シミュレーションにより定められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 精密せん断されたブランクの形成のために、母型注入口（２０）に角度傾斜を有する母型が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 金属ストリップから切り出される、精密せん断仕上げされる部材における、せん断された機能端部、又はだれに影響を与えるための装置であって、請求項１に記載の方法の実施のために、二つの部材を有するツールを有し、第一の作動ステージにおいて、少なくとも切断パンチ（９）、切断パンチのための圧力パッド（１０）、イジェクター（１４）および切断型（１２）から成り、金属ストリップは、ブランク（６）を精密せん断する間、圧力パッド（１０）と切断型（１２）の間にクランプされる前記装置において、
   このツールが、第二の作動ステージにおいて、パンチ（１６）およびパンチ（１６）に面する角度傾斜（２１）を有し、正味形状輪郭（ＥＫ）を有する母型（１８）と、イジェクター（１９）から成り、パンチ（１６）とイジェクター（１９）の間にクランプされ、材料公差を持って切り出されたブランク（６）が、母型（１８）の中に押し戻される結果、材料公差が、だれを目的にかなって満たすために、精密せん断されたブランク（６）の切断経路に沿ってシフトされることを特徴とする装置。
5. 仕上げられる部材の正味形状輪郭（ＥＫ）に対して、母型（１８）の角度傾斜（２１）が、８から１５°、または１０°であることを特徴とする請求項４に記載の装置。

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