JP5913294B2 - 中空プロファイルの製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、曲率中心を有する湾曲部分を有する中空プロファイルを製作する方法であって、パンチを第１の型に導入してブランクを予成形することによってＵ字形プロファイルを形成し、さらに第２の型を用いてＵ字形プロファイルを成形することによって少なくとも１つの長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成する方法に関する。本発明は、本方法を実施するための支持心型にさらに関する。最後に、本発明の主題は、曲率中心を有する湾曲部分を有する中空プロファイルでもある。

湾曲部分を有する中空プロファイルを製作する方法は、例えば、特許文献１に記載されている。この公知の方法においては、第１の細長い領域と、隣接する移行領域と、これに隣接する第２の細長い領域とを有する平らなブランクが最初に製作される。この例では、第１の領域の第１の長手方向中心線は、第２の細長い領域の第２の長手方向中心線に対して斜めに延在する。この予め切断された材料を次に第１の領域と、移行領域と、第２の領域とに沿って予成形することによって、ほぼ同じ長さの側壁を有する、角部が丸みを帯びた長手方向に延在するＵ字形プロファイルが形成される。その後、このＵ字形プロファイルがさらに成形されてＯ字形プロファイルが形成され、このＯ字形プロファイルの最も高い点において中心に位置する、隣接する縁端部同士が溶接される。特により大きく湾曲した中空体をこの公知の方法で製作すると、亀裂または褶曲が湾曲部分に発生しうることが見出されている。

独国特許出願公開第１０ ２００４ ０２５ ８５７（Ａ１）号明細書

したがって、上記に基づき、本発明の目的は、より高い湾曲度を有しながらほぼ亀裂および／または褶曲のない中空プロファイルを製作可能な方法と、対応する中空プロファイルとを提供することである。本方法を実施するための支持心型の提供も意図している。

第１の教示によると、この目的は、曲率中心を有する湾曲部分を有する中空プロファイルを製作する方法であって、パンチを第１の型に導入してブランクを予成形することによってＵ字形プロファイルを形成し、このＵ字形プロファイルを第２の型によって成形することによって少なくとも１つの長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成する方法において、湾曲部分に対応付けられた、曲率中心とは反対の側にある外側の側壁の高さが、湾曲部分に対応付けられた、曲率中心側にある内側の側壁の高さより少なくとも部分的に高いＵ字形プロファイルが形成されるように、ブランクが予成形される方法によって達成される。外側の側壁が、少なくとも部分的に、または複数の領域において、より高いことにより、長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成するための成形中にＵ字形プロファイルが相対的に高レベルの伸張にさらされる部位により多くの材料がもたらされる。この結果、より大きく湾曲する中空体においてこのような領域における伸張による亀裂の危険を低下させることができる。さらに、この手順によると、これらの伸張挙動に対して最適化された特定の材料を使用する必要がなくなる。

この結果、特に費用効率が高い、軽量の、または高強度でもある材料を中空体の材料として選択できるようになる。

本方法の第１の実施形態によると、ブランクを予成形してＵ字形プロファイルを形成する、および／またはＵ字形プロファイルを成形して長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成する、ことにより、外側の側壁に対応付けられたブランクの領域に設けられた凹みが狭められてマイタースロットが形成される。これにより、圧縮歪みによる外側の側壁の褶曲または波の形成を抑えることができる。

本方法の別の展開は、Ｕ字形プロファイルが成形されることによって、互いに接続される少なくとも１つの長手スロットとマイタースロットとを有するＯ字形プロファイルが形成されるようにする。これにより、一方では、より大きな曲率半径が可能になる。互いに接続される長手スロットとマイタースロットとにより、向かい合った縁端部同士を溶接位置に寄せるときに中空プロファイルにかかる張力を小さくできるので、縁端部同士を物質的に一体化する接続をさらに単純化できる。これにより、製作される構成要素の縁端部同士を容易に接合して溶接することができる。

別の実施形態において、Ｏ字形プロファイルの長手スロットおよび／またはマイタースロットは、縁端部同士を物質的に係合する接続、特に接着、半田付け、溶接、によって閉じられて、長手シームおよび／またはマイターシームを形成する。両スロットを閉じることによって、荷重に対する中空プロファイルの抵抗をさらに増すことができる。このようにして閉じられた断面を有する中空プロファイルは、特に乗員を保護するために役立つ自動車の構成要素の製作に使用可能である。

本方法は、Ｕ字形プロファイルを成形して長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成する前に、支持心型、特に組み立てられた支持心型、をＵ字形プロファイルに、特に横方向に押し込んで、導入するという点においてさらなる展開が可能である。Ｕ字形プロファイルを成形して長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成するときに、外側の側壁および／または内側の側壁の座屈をこの支持心型によって防止できる。また、製作される中空プロファイルの寸法精度を向上させることができる。組み立てられた支持心型は、成形によって長手スロットを有するＯ字形プロファイルが形成された後に壊さずに取り外すことができるので、数回使用可能である。

次の実施形態は、少なくとも１つの成形要素を有する支持心型が使用され、支持心型がＵ字形プロファイルに導入される前または後に、この成形要素が展張されるようにする。この場合、Ｕ字形プロファイルを成形してＯ字形プロファイルを形成する際にアンダーカット部分を内側から支持するために、この成形要素を使用できる。成形要素の展張が支持心型の導入後にのみ行われる場合は、Ｕ字形プロファイルへの支持心型の挿入方向をより柔軟に選択できる。例えば、展張した成形要素を挿入不可能な断面を有するＵ字形プロファイルにも支持心型を一方向から導入することができる。他方、支持心型がＵ字形プロファイルに導入される前に展張されている成形要素の場合は、その正確な位置をより良く制御できる。

別の実施形態において、支持心型は、Ｏ字形プロファイルの縁端部同士を物質的に係合する接続によってＯ字形プロファイルのスロットが閉じられる前または後に、引き抜かれる。接続前の引き抜きは、支持心型の除去を単純化しうる。例えば、支持心型がＯ字形プロファイルに誤って物質的に係合接続される危険が低減される。他方、接続後の支持心型の引き抜きは、製作される中空プロファイルのより高レベルの寸法精度を可能にする。

次の展開において、中空プロファイルは「テーラードブランク（Tailored Blank, Tailored Blank（英、独訳））」として構成されたまたは個々に追加される補強用金属薄板によって局所的に補強されている基礎ブランクで構成されたブランクから製作される。用語「テーラードブランク」は、肉厚、強度、および／または表面被覆がそれぞれ異なる個々の金属板から組み立てられたブランクを指す。これにより、一方では、相対的に高い荷重がかかる部位には、より肉厚の、および／またはより高強度の、材料を使用できる。他方、他の部位には、より肉薄の、またはより軟質の、金属板を使用できる。したがって、テーラードブランクは軽量化を可能にする。また、テーラードブランクでは、高価値の高価な材料を本当に必要な部位にのみ使用できるので、コスト削減を達成できる。「パッチワークブランク」では、個々に追加される補強用金属薄板を取り付けることによって基礎ブランクが局所的に補強される。その後、基礎ブランクと補強用金属薄板とを一緒に容易に成形することができる。したがって、以降の構成要素への補強材の作業的に複雑で費用のかかる取り付けを省くことができる。パッチワークブランク用の基礎ブランクとして、特に、テーラードブランク、補強用金属薄板を設けることが可能な小さな局所的補強材、を考えることもできるので、「テーラードブランク」の個々の金属薄板のために、さらに肉薄の、または別の、材料を選択できる。勿論、ブランクを「テーラードロールドブランク」として、すなわち単一の材料を含む一体ブランクとして、構成してもよい。「テーラードロールドブランク」の場合は、さまざまな材料厚を有する。鋼／鋼合金の使用が好ましい。

さらに、本方法の１つの実施形態において、中空プロファイルはフランジ付きまたはフランジ無しで製作される。フランジ付き中空プロファイルの場合は、プロファイルをフランジにおいて他の構成要素に物質的な係合および／または確実な係止によって容易に接続することができる。特に、適切な接着面をフランジに設けることによって、接着接続を可能にできる。他方、フランジ無しの中空プロファイルでは軽量化が可能である。ただし、フランジの有無に拘らず中空プロファイルを他の構成要素に、処理が確実な方法で、例えばレーザ溶接によって、接続することもできる。

最後に、本方法の一展開は、Ｕ字形プロファイルを形成するための予成形中に、および／または少なくとも１つの長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成するためのＵ字形プロファイルの成形中に、ブランクのトリミングおよび／または穿孔が行われるようにする。中空プロファイルのトリミングまたは穿孔は、例えば追加要素、例えばケーブル、を中空プロファイルに通す予定である場合などに必要になりうる。穿孔および／またはトリミングを予成形または成形工程に統合することによって、中空プロファイルの製作に必要な作業ステップ数をさらに削減できる。作業ステップ数の削減は、サイクル時間の短縮を可能にし、結果として費用効率がより高い中空プロファイルの製作を可能にする。

第２の教示によると、上記目的は、展張可能な成形要素を少なくとも１つ有する心型要素を少なくとも１つ有する支持心型によって達成される。

第１の実施形態において、支持心型は少なくとも２つの心型要素を有する。少なくとも２つの部分を有する支持心型は、長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成するためのＵ字形プロファイルの成形中に複雑な、例えば交差する、中空プロファイルを内側から支持できるばかりでなく、Ｏ字形プロファイルの形成後または長手スロットの閉鎖後に単純な方法で引き抜くことができる。

本発明の別の教示によると、上記目的は、第１の長手スロットまたは第１の長手シームを有し、この第１の長手スロットまたは第１の長手シームが湾曲部分において曲率中心側に偏位して延在する中空プロファイルによって達成される。偏位された長手シームは、中空プロファイルに残っている伸張による張力を低下させる。

第１の実施形態において、中空プロファイルは別の長手スロットまたは別の長手シームおよび／またはマイタースロットまたはマイターシームを有し、この別の長手スロットまたは別の長手シームおよび／またはマイタースロットまたはマイターシームは第１の長手スロットまたは第１の長手シームに接続される。本製作工程によると、このような中空プロファイルを特に費用効率が高い方法で製作できる。

別の展開によると、中空プロファイルは、一体ブランク、テーラードブランク、またはパッチワークブランクから製作される。これに関連する利点については、本発明による方法に関する記述に言及されたい。

１つの実施形態は、中空プロファイルに内側のアンダーカット部分が少なくとも１つ設けられるようにする。内側のアンダーカット部分は、例えば、この領域における中空プロファイルの補強を可能にする。内側のアンダーカット部分は、接続要素、例えばネジ頭、を受け入れるためにも役立ちうる。

最後に、この中空プロファイルは、交差体として、特にＴ字形部品として、構成されるという点で、展開可能である。交差体という用語は、本発明の文脈においては、互いに接続されてひとつながりの内部空間を形成する複数の管状部分で構成された中空プロファイルを指すために用いられている。最も単純な場合、細長い管状部分から別の管状部分が直角に分岐するＴ字形部品の形状の中空プロファイルが形成される。ただし、交差体という用語は、とりわけ十字状またはＹ字形の中空プロファイルをも指しうる。交差体を用いると、支持構造、例えば軽量という点で際立った自動車の車体のための支持構造、の形成が容易に可能になる。

複数の実施形態および図面を参照して本発明をより詳細に以下に説明する。

中空プロファイルを製作するための第１のブランクを示す。 成形されて第１のＵ字形プロファイルを形成している図１の第１のブランクを示す。 中空プロファイルを製作するために適した支持心型を示す。 図２のＵ字形プロファイルから製作された本発明による中空プロファイルの第１の実施形態を示す。 中空プロファイルを製作するための第２のブランクを示す。 成形されて第２のＵ字形プロファイルを形成している図５の第２のブランクを示す。 取り外された状態にある、図６の第２の中空プロファイルを製作するために適した心型を示す。 成形状態にある図７の心型を示す。 図６のＵ字形プロファイルから製作された本発明による中空プロファイルの第２の実施形態を示す。

図１に斜視図で示されているブランク１は、ほぼ矩形の第１の領域２と、隣接する移行領域３と、隣接する第２のほぼ矩形の領域４とを有する。縁端部５および６は、成形後、製作される中空プロファイルの側方閉鎖部を形成する。凹み７がブランク１の移行領域に設けられる。図示のブランク１は、テーラードブランクである。

第１の方法ステップにおいて、スタンプ（図示せず）を第１の型（図示せず）に導入してブランク１を予成形することによって図２のＵ字形プロファイル１’が形成される。このＵ字形プロファイルは、ほぼ矩形の第１の領域２に対応する長手部分２’と、ほぼ垂直な第２の領域４に対応する長手部分４’とを有する。移行領域３を予成形することによって曲率中心７’を有する湾曲部分３’が形成される。曲率中心７’とは反対の側にある外側の側壁８’の高さ（Ｈ_１）は、曲率中心側にある内側の側壁９’の高さ（Ｈ_２）より少なくとも部分的に高い。

図３の組み立てられた支持心型１０”は、外側の側壁８’と内側の側壁９’とに平行な方向にＵ字形プロファイル１’に導入される。その後、第２の型（図示せず）を用いてＵ字形プロファイル１’を図４のＯ字形プロファイル１”’に成形している間、例えば外側の側壁８’または内側の側壁９’が内側に座屈しないように、支持心型１０”はＵ字形プロファイル１’を内側から支持する。組み立てられた状態では互いに剛結合されている支持心型１０”の各部材１１’は、支持心型１０”の長手方向に引き離すことができ、次に互いに対して曲げることができる。Ｕ字形プロファイル１’を成形して長手スロットを有するＯ字形プロファイル１”’を形成した後、支持心型をＯ字形プロファイル１”’から横方向に引き出すことができる。ブランク１を成形してＵ字形プロファイル１’を形成しているとき、さらにはＯ字形プロファイルを形成しているときに、凹み７が狭められてマイタースロットが形成される。このスロットと長手スロットとは、その後、レーザ溶接によって閉じられてＩ字形接合部が形成され、マイターシーム１３”’とこれに接続された長手シーム１２”’とが形成される。長手および／またはマイタースロットを物質的に係合する閉鎖の後にのみ、支持心型１０”をＯ字形プロファイル１”’から引き抜くことも考えられる。

Ｏ字形プロファイル１”’の側端領域には圧縮または伸張が一切ないので、捲きをほどけばブランクの対応する領域２および４を形成できる。図示されているＯ字形プロファイル１”’を他の構成要素に接続するためにより大きな面が望まれる場合は、本発明による方法を用いて、図示のフランジ無しの端部領域の代わりに、フランジ付きの端部領域を製作することも可能である。さらに、より複雑な構成要素の場合、複数の凹みを設けることができる。これらの凹みは、構成要素の成形時に狭められて複数のマイタースロットを形成し、溶接によって閉じられて複数のマイターシームを形成する。

図５は、２つの湾曲部分を有する中空プロファイルを製作するための別のブランク１０１を示す。ブランク１０１は、成形されるとＴ字形の中空プロファイルを形成するように用意されている。ブランク１０１は、第１のほぼ矩形の領域１０３ａと、隣接する移行領域１０４と、隣接する第２のほぼ矩形の領域１０３ｂとを有する。さらに、移行領域１０４に横方向に接触する第３のほぼ矩形の領域１０５が設けられている。

図示されていない装置においてブランク１０１が最初にスタンプと第１の型との間に配置され、スタンプと第１の型とを一緒に動かすことによってブランク１０１が予成形されて図６のＵ字形プロファイル１０１’が形成される。Ｕ字形プロファイル１０１’はＴ字形構造を有し、このＴ字の垂直部分１０５’は第３のほぼ矩形の領域１０５によって形成される。この場合、垂直部分１０５’は、移行領域から形成されて曲率中心１０７ａ’、１０７ｂ’がそれぞれ対応付けられた２つの湾曲部分１０４ａ’、１０４ｂ’を介して、ブランク１０１の第１および第２のほぼ矩形の領域１０３ａ、１０３ｂによって形成されたＴ字の水平部分１０３’に連なる。それぞれの曲率中心１０７ａ’、１０７ｂ’とは反対の側にあるＵ字形プロファイル１０１’の外側の側壁１０８ａ’、１０８ｂ’の高さ（Ｈ_１’）は、本実施形態においては、それぞれの曲率中心１０７ａ’、１０７ｂ’側にある内側の側壁１０９ａ’、１０９ｂ’の高さ（Ｈ_２’）より連続的に高い。ただし、曲率中心とは反対の側にある外側の側壁が曲率中心側にある内側の側壁より部分的に、または複数領域において、のみ高いことも考えられる。

次に、予成形されたＵ字形プロファイル１０１’に図７および図８の支持心型１１０”が導入される。支持心型１１０”は第１の心型要素１１４”と第２の心型要素１１５”とで構成される。第１の心型要素１１４”と第２の心型要素１１５”とはどちらも、向きを変えられる成形要素１１６”、１１８”または１１７”、１１９”を有する。支持心型１１０”をＵ字形プロファイル１０１’に導入するには、最初に第１の心型要素１１４”を、成形要素１１６”、１１８”を引っ込めた状態で、Ｔ字の水平部分１０３’に横方向に押し込む。その後、第２の心型要素１１５”を、同じく成形要素１１７”、１１９”を引っ込めた状態で、Ｕ字形プロファイル１０１’のＴ字の垂直部分１０５’に押し込み、第１の心型要素１１４’にぴったりと接合させる。心型要素１１４”、１１５”のこの構成においては、成形要素１１６”、１１７”、１１８”、１１９”は図８に示されているように展張される。

次の方法ステップにおいて、第２の型（図示せず）を用いてＵ字形プロファイル１０１’を成形することによって、第１の長手スロット１１２ａ”’と第２の長手スロット１１２ｂ”’とを有する図９のＯ字形プロファイル１０１”’が形成され、第１の長手スロット１１２ａ”’と第２の長手スロット１１２ｂ”’とは互いに接続されてレーザ溶接によって閉じられる。アンダーカット部分１２０ａ”’、１２０ｂ”’の成形中、アンダーカット部分１２０ａ”’、１２０ｂ”’は成形要素１１６”、１１７”、１１８”、１１９”によって内側から支持されている。アンダーカット部分１２０ａ”’、１２０ｂ”’は、Ｔ字の垂直部分１０５”’と水平部分１０３”との接続領域を支持するので、Ｏ字形プロファイル１０１”’の垂直部分１０５”’に対して垂直方向に作用する力を水平部分１０３”’にも確実に導入することができる。縁端部同士の溶接の前または後に、成形要素１１６”、１１７”１１８”、１１９”を再び引っ込めて、心型要素１１４”、１１５”をそれぞれの挿入方向とは逆方向に中空プロファイル１０１”’から引き抜く。

この結果、図４および図９に示されている中空プロファイル１”’、１０１”’を製作するために、実際のＵ／Ｏ字形成形工程において力を集中させる移動方向が１つだけで済む。したがって、本方法は、標準化された、したがって安く手に入る装置を用いて実施可能である。

Claims (11)

1. 曲率中心（７’、１０７ａ’、１０７ｂ’）を有する湾曲部分を有する中空プロファイルを製作するための方法であって、パンチを第１の型に導入してブランク（１、１０１）を予成形することによってＵ字形プロファイル（１’、１０１’）を形成し、さらに第２の型によって前記Ｕ字形プロファイル（１’、１０１’）を成形することによって少なくとも１つの長手スロットを有するＯ字形プロファイル（１”’、１０１”’）を形成する方法において、前記湾曲部分に対応付けられた、前記曲率中心（７’、１０７ａ’、１０７ｂ’）とは反対の側にある外側の側壁（８’、１０８ａ’、１０８ｂ’）の高さ（Ｈ_１、Ｈ_１’）が前記湾曲部分に対応付けられた、前記曲率中心（７’、１０７ａ’、１０７ｂ’）側にある内側の側壁（９’、１０９ａ’、１０９ｂ’）の高さ（Ｈ_２、Ｈ_２’）より少なくとも部分的に高い、前記外側の側壁（８’、１０８ａ’、１０８ｂ’）および前記内側の側壁（９’、１０９ａ’、１０９ｂ’）を有するＵ字形プロファイル（１’、１０１’）が形成されるように前記ブランク（１、１０１）が予成形されることを特徴とする方法。
2. 前記ブランクを予成形してＵ字形プロファイルを形成する、および／または前記Ｕ字形プロファイルを成形して長手スロットを有するＯ字形プロファイルを形成する、ことによって、前記外側の側壁（８’、１０８ａ’、１０８ｂ’）に対応付けられた前記ブランクの領域に設けられた凹みが狭められてマイタースロットが形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｕ字形プロファイルを成形することによって、互いに接続される少なくとも１つの長手スロットとマイタースロットとを有するＯ字形プロファイルが形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記Ｏ字形プロファイル（１”’、１０１”’）の前記長手スロットおよび／または前記マイタースロットは、縁端部同士を物質的に係合する接続によって閉じられて長手シーム（１２”’、１１２ａ”’、１１２ｂ”’）および／またはマイターシーム（１３”’）を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記Ｕ字形プロファイル（１’、１０１’）を成形して長手スロットを有するＯ字形プロファイル（１”’、１０１”’）を形成する前に、支持心型（１０”、１１０”）が前記Ｕ字形プロファイル（１’、１０１’）に導入されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
6. 少なくとも１つの成形要素（１１６”、１１７”、１１８”、１１９”）を有する支持心型（１１０”）が用いられ、前記導入の前または後に前記成形要素（１１６”、１１７”、１１８”、１１９”）が展張されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記支持心型（１０”、１１０”）は、前記Ｏ字形プロファイル（１’、１０１”’）の前記縁端部同士が物質的に係合される接続によって前記Ｏ字形プロファイル（１’、１０１”’）の前記スロットが閉じられる前または後に、引き抜かれ、成形要素（１１６”、１１７”、１１８”、１１９”）を有する支持心型（１１０”）が用いられる場合は、前記引き抜きの前に前記成形要素が引っ込められることを特徴とする請求項５または請求項６のどちらか１項に記載の方法。
8. 前記中空プロファイル（１”’、１０１”’）は、「テーラードブランク」として構成されたまたは個々に追加される補強用金属薄板によって局所的に補強されている基礎ブランクで構成されたブランク（１、１０１）から製作されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
9. フランジ付きまたはフランジ無しの中空プロファイル（１”’、１０１”’）が製作されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
10. Ｕ字形プロファイル（１’、１０１’）を形成するための前記予成形中、および／または長手スロットを有するＯ字形プロファイル（１”’、１０１”’）を形成するための前記閉鎖中に、前記ブランク（１、１０１）のトリミングおよび／または穿孔が行われることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法を実施するための支持心型であって、前記支持心型（１１０’）は、展張可能な成形要素（１１６”、１１７”、１１８”、１１９”）を少なくとも１つ有する心型要素（１１４”、１１５”）を少なくとも１つ有し、前記支持心型（１１０”）は少なくとも２つの心型要素（１１４”、１１５”）を有し、第１の心型要素（１１４”）はＴ字の水平部分（１０３’）を支持し、かつ、第２の心型要素（１１５”）はＴ字の垂直部分（１０５’）を支持することを特徴とする支持心型。

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