JP5968091B2 - 金属薄板を打ち抜き、歪みを取るための方法並びにそのための工具 - Google Patents

Description

本発明は、金属薄板を打ち抜き、歪みを取るための方法に関する。特に本発明は、このために特に適したポンチを有した打抜き機において金属薄板を打ち抜き、金属薄板の平坦度を維持することに関する。

打抜き機において金属薄板を打ち抜く際、金属薄板に開口が打ち抜かれる。そのために金属薄板はポンチによって、ダイスの開口内に押し込まれる。ポンチの輪郭はダイスの開口に相応するものである。切断クリアランスを得るためにダイスの開口は、全周にわたって、ポンチの寸法よりも数１／１０ミリメートルだけ大きい。これにより、金属薄板は打抜き過程の開始段階ではダイス内に押し込まれ、この場合、金属薄板は変形し、金属薄板の上側の表面には引張応力が生じる。打抜き過程のさらなる経過において、横断面を見ると、打抜き部の上方領域は、ポンチとダイスとの間の剪断応力により切断若しくは剪断され、下方領域は、最終的に、支持横断面が減じることにより破断される。当初、変形によりもたらされた引張応力は、金属薄板に残り、従って、金属薄板全体は、または個々の金属薄板区分は、成形された打抜きの大きさまたは数に応じて変形する。引張応力により、金属薄板の外側領域又は個々の金属薄板区分は、金属薄板が堅固に緊締されている領域を除いて、上方に向かって湾曲される。これにより、続いて行われる加工の際に精度が損なわれ、工具の摩耗が増大する。

特に球状に研磨されたダイスと、金属薄板を下方にダイスに向かって押す能動的なストリッパの使用により状態を改善することができるが、ダイスにおける球面形状が不可能な長孔状の工具の場合特に、可能性は限られている。さらに、ダイスを球状に研磨することは、特別な円形研磨機械でしかできないので、製造の手間とコストがかかる。さらに、球状に研磨されたダイスは、所定の打抜き率までしか使用することができない。

さらに、金属薄板を打抜き後に、金属薄板の平坦度を再度得るために、特別な歪み取り機械において加工することができる。このような歪み取り機械では、湾曲された金属薄板を、複数のローラから成る装置によって金属薄板を複数回変形させることにより、応力を取ることができる。この場合、金属薄板は、ローラによる運動の際に、繰り返し逆方向に曲げられるようにされる。金属薄板をこのように多重に曲げることにより応力は除去され、平坦な応力のない金属薄板が得られる。しかしながらこのような加工は手間がかかる。何故ならば、付加的な機械と別の作業過程が必要だからである。さらにこのような加工は、既に打抜き機で変形された金属薄板では行うことができない。

本発明の課題は、金属薄板の平坦な形状を維持するために、打抜きの際の金属薄板の変形を修正することができるような打抜き機のための方法及び打抜き工具を提供することである。

この課題は、請求項１記載の方法と請求項５記載の打抜き工具により解決される。本発明のさらに有利な構成は、従属請求項に記載されている。

ダイスの収容と、このダイスに補完的なポンチの収容により、金属薄板の平坦度を維持することができ、この場合、前記ポンチは、端面と、この端面に隣接し端面の縁部に沿って環状の所定の斜面高さを有した斜面とを有している。

斜面を設けることにより、金属薄板にポンチを当て付ける際のポンチとダイスとの間の切断クリアランスが、従来のポンチの場合よりも大きくなり、これにより、打ち抜きたい開口のだれの半径が大きくなり、付加的に応力がもたらされる。斜面により、ポンチを金属薄板に押し込む際に半径方向の力が金属薄板に加えられ、このような半径方向の力は、付加的な応力により、特に、高い打抜き率の孔付き金属薄板において、金属薄板における応力を補償するのに適している。

本発明の実施例を図面につき説明する。

本発明による方法を行うための本発明による打抜き工具を備えた打抜き機を示した図である。 本発明による打抜き工具を示した図である。 本発明による打抜き工具のポンチを示した図である。 図３ａのポンチの側方図を拡大して示した図である。

図１には、本発明による打抜き工具を備えた打抜き機１が示されている。打抜き機１の主要な構成部分はＣ型フレーム２である。Ｃ型フレーム２は、鋼製のねじり剛性的な溶接構造体から成っている。しかしながらフレームは選択的に、別の形状に構成されていても良い。

Ｃ型フレーム２の後端部には液圧ユニット３が設けられており、この液圧ユニット３によってプランジャ４がプランジャ制御装置５を介して液圧的に駆動される。

打抜き機１は軸線６を有しており、この軸線６は、下方の第１の工具ホルダ７の中心軸線と、上方の第２の工具ホルダ３０を有したプランジャ４の中心軸線とを成している。第１の工具ホルダ７は、打抜き工具の工具下方部分１７を収容するためにＣ型フレーム２の下方の内面に設けられている。第１の工具ホルダ７は回転駆動装置（図示せず）を介して回転可能であって、それぞれ任意の角度位置に調節可能である。さらに、第１の工具ホルダ７は、第１の工具ホルダ７を軸線６に沿って上方及び下方に動かす駆動装置８を有している。この駆動装置８は、そのストローク内でそれぞれ任意の位置で停止することができ、次いで前方又は後方に動くことができるように制御することができる。

プランジャ４はＣ型フレーム２の上方の内面に設けられている。第２の工具ホルダ３０を有したプランジャ４は、打抜き工具の工具上側部分１６を形状接続的かつ遊びなしに収容している。プランジャ４も同様に回転可能であって、それぞれ任意の角度位置に調節することができる。そのために、第２の回転駆動装置（図示せず）が設けられている。プランジャ４も、プランジャ制御装置５によって制御されて、軸線６に沿ったストローク内でそれぞれ任意の位置で停止され、次いで上方又は下方にさらに動かされる。

例えば回転駆動装置、プランジャ制御装置５、第１の工具ホルダ７の駆動装置８のような全てのアクチュエータは、別個の配電盤キャビネット（図示せず）内に設けられた機械制御装置（図示せず）によって制御される。さらに、加工したい金属薄板１５を動かすための全ての駆動装置と特殊機能のための全てのアクチュエータも前記機械制御装置によって制御される。この制御装置は、入出力手段として、キーボードとモニタを有している。制御機能はマイクロコントローラによって行われる。処理プログラム及び処理パラメータは制御装置のメモリ範囲に記憶されている。

Ｃ型フレーム２の下方の内面には機械テーブル９が配置されていて、この機械テーブル９は工具マガジン１１を有した横方向レール１０を備えている。横方向レール１０には、金属薄板１５を固定するための緊締爪１２が配置されている。緊締爪１２は適当な個所で横方向レール１０に固定することができ、金属薄板１５を加工すべき個所で把持しないようにずらしてから、金属薄板１５を確実に保持することができる。工具マガジン１１には、複数の、この場合２つの打抜き工具１４のために、複数の、この場合３つの工具ホルダ１３が設けられている。

運転中、打抜きのための機械テーブル９は、金属薄板１５を保持する緊締爪１２が固定されている横方向レール１０と一緒に、プログラミングされた位置へＹ方向で移動し、横方向レール１０はプログラミングされた位置へＸ方向で移動する。この場合、金属薄板１５は機械テーブル９に沿って滑動する。次いでプランジャ４は打抜き工程を実行する。これに続いて、同じ原理で次の打抜き位置に接近させられる。

図２には打抜き工具１４が示されている。この打抜き工具１４は、工具下側部分としてのダイス１７と、工具上側部分１６とを有している。工具上側部分１６はシャフト１８を有しており、このシャフト１８は、形状接続的かつ遊びなしに工具ホルダ３０に収容されるように成形されている。工具上側部分１６の、シャフト１８とは反対側の端部には、ポンチ１９が設けられている。

ダイス１７は、下方の第１の工具ホルダ７内に形状接続的かつ遊びなしに収容されるように成形されている。ダイス１７は開口２０を有しており、開口２０は、金属薄板１５から所望の打抜き成形部が打ち抜かれるように形成されている。開口２０はポンチ１９に対して補完的である、即ちポンチ１９の形状に相応している。

工具上側部分１６とダイス１７とは１つの共通の軸線２９を有している。

ポンチ１９と開口２０との間には、半径方向で数１／１０ミリメートルの環状の隙間が設けられていて、この隙間は切断クリアランスと言われる。

選択的な構成では、工具上側部分１６が下側の第１の工具ホルダ７に収容されて、ダイス１７が上方の第２の工具ホルダ３０に収容されても良い。

図３ａには工具上側部分１６の斜視図が示されていて、図３ｂには方向Ａから見たポンチ１９の拡大図が示されている。工具上側部分１６の、シャフト１８とは反対側の端部には、端面２１が設けられている。この端面２１に隣接して、面の縁部２８に沿って環状の斜面２２が設けられている。この斜面２２に続いて、ポンチ１９は側面２３を有している。側面２３と斜面２２との間には斜面角度αが形成される。斜面２２と側面２３との間の移行部を成す縁部２４と端面２１との間の間隔を、斜面高さＨと規定する。シャフト１８方向でポンチ１９に続いてフランジ２６が設けられている。ポンチ１９とフランジ２６との間には移行部２５が形成されていて、この移行部２５は所定の曲率半径を有している。フランジ２６は突っ切り溝２７を有している。フランジ２６の形状は、工具上側部分１６が、実施形態に応じて、第１の工具ホルダ７又は第２の工具ホルダ３０に収容できるように選択されている。

斜面２２が設けられていることにより、軸線２９を起点として同じ方向で、軸線２９と縁部２８との間の半径方向の間隔は、軸線２９と側面２３との間の間隔よりも小さい。軸線２９と側面２３との間の間隔は環状で、側面２３とダイス１７の開口２０（図２参照）との間に適当な第１の切断クリアランスが生じるように選択されている。斜面２２が設けられていることにより、ポンチ１９の端部では、第１の切断クリアランスと比較して、斜面２２の延在において、拡大された第２の切断クリアランスが斜面２２と開口２０との間に形成される。

運転中、ダイス１７は第１の工具ホルダ７に収容される。工具上側部分１６は第２の工具ホルダ３０に収容される。選択的には、使用例に応じて、ダイスを第２の工具ホルダ３０に、工具上側部分１６を第１の工具ホルダ７に収容することもできる。次いで、打抜き機１の相応の装置により、金属薄板１５が、ポンチ１９とダイス１７との間にもたらされる。金属薄板１５は、所望の開口が金属薄板１５の所定の個所に設けられるように位置決めされる。次いで、工具上側部分１６が下方に移動し、所望の開口が金属薄板１５に形成される。

上述したように、加えられる応力により、金属薄板１５は変形される。

ポンチ１９とダイス１７との間の第２の切断クリアランスが第１の切断クリアランスよりも大きいことにより、端面２１を金属薄板１５に押し込む際に、打ち抜くべき開口に沿って金属薄板のだれの半径が大きくなる。金属薄板１５にポンチ１９を押し込む間、金属薄板１５は縁部２８によって切断され、分離され、斜面角度αを有する斜面２２により、同時に金属薄板１５に半径方向の力が加えられる。半径方向の力により、打ち抜くべき開口の周りに圧縮応力が生じる。これにより金属薄板１５に改善された応力分布が生じる。金属薄板１５における応力の補償により、打ち抜かれた開口を有するほぼ平坦な金属薄板が生じる。即ち、打抜き中にいわば、歪み取りが行われる。

加えられる半径方向の力の大きさは、ポンチ１９を適合させることにより変更可能である。斜面角度αが大きいと、より大きな半径方向の力が加えられる。本発明の構成では、斜面角度αは３０°である。金属薄板の平坦度に関して良好な結果は、斜面角度αが１５°〜４５°のときに得られる。選択的に有利には、打抜き工具１４の斜面角度αは２５°〜３５°である。

加工結果に影響を与える別のパラメータは斜面高さＨである。斜面高さＨは、斜面角度αと、軸線２９と縁部２８との間の間隔とによって決まる。斜面角度αは全周にわたって一定である。斜面高さＨは種々様々な加工パラメータに応じて規定される。パラメータとは、金属薄板１５の引張り強さや金属薄板の厚さ、端面２１の形状、縁部２８の輪郭、即ち、打抜きの形状である。斜面高さＨは、金属薄板の厚さが厚いほど大きく決められる傾向にある。通常、金属薄板１５の材料の引張り強さが高い場合には、斜面高さＨを大きく選択する必要がある。端面２１の形状に関して、金属薄板の良好な平坦度を得るために斜面高さＨが算出される。

選択的な構成では、斜面２２を有したポンチ１９の使用に加えて付加的に、ダイス１７が収容されている第１の工具ホルダ７が上方に動かされ、これにより金属薄板１５はダイス１７によって上方に向かって湾曲され、これにより塑性変形される。選択的な構成では、金属薄板１５は、剛性的な外側領域と弾性的な内側領域を有するストリッパに押し付けられる。ストリッパの弾性的な領域では、金属薄板１５が上方に向かって湾曲され、塑性変形される。

打抜き率は、一定の範囲において打ち抜かれた開口の面積と金属薄板１５の残っている材料の面積との比により示される。多数の開口が打ち抜かれるほど、又は、開口が大きいほど、金属薄板の所定の範囲における打抜き率は大きくなる。

打抜き率が大きいほど、ダイス１７を大きく動かす必要がある。即ち、ダイス１７が動かされる距離の長さは、金属薄板１５の平坦度を改善するために大きくなる。

端面２１の形状も、ダイス１７が動かされなければならない距離に影響を与える。この距離は、端面２１の形状に応じて算出される。

このような措置により、金属薄板の平坦度は、打抜き率が約４０〜５０％である場合にも維持され、これは従来の打抜き法によっては不可能である。

１ 打抜き機、 ２ Ｃ型フレーム、 ３ 液圧ユニット、 ４ プランジャ、 ５ プランジャ制御装置、 ６ 軸線、 ７ 第１の工具ホルダ、 ８ 駆動装置、 ９ 機械テーブル、 １０ 横方向レール、 １１ 工具マガジン、 １２ 緊締爪、 １３ 工具ホルダ、 １４ 打抜き工具、 １５ 金属薄板、 １６ 工具上側部分、 １７ ダイス、 １８ シャフト、 １９ ポンチ、 ２０ 開口、 ２１ 端面、 ２２ 斜面、 ２３ 側面、 ２４ 縁部、 ２５ 移行部、 ２６ フランジ、 ２７ 突っ切り溝、 ２８ 縁部、 ２９ 軸線、 ３０ 第２の工具ホルダ、 α 斜面角度、 Ｈ 斜面高さ

Claims (7)

1. 打抜き機（１）において金属薄板（１５）を打ち抜き、歪みを取るための方法であって、前記方法は、
   前記打抜き機（１）の第１の工具ホルダ（７）にダイス（１７）を収容するステップと、
   前記打抜き機（１）の第２の工具ホルダ（３０）に、前記ダイス（１７）に対して補完的なポンチ（１９）を有した工具上側部分（１６）を収容するステップであって、前記ポンチ（１９）は、前記工具上側部分（１６）の収容された端部とは反対側の端部に、縁部（２８）を有した端面（２１）を有しており、かつ、該端面（２１）に隣接して前記縁部（２８）に沿って環状に、所定の斜面高さ（Ｈ）を有した斜面（２２）を有していて、前記斜面高さ（Ｈ）は、金属薄板の平坦度を維持するように規定されている、ステップと、
   打ち抜きたい金属薄板（１５）を前記ポンチ（１９）と前記ダイス（１７）との間に配置するステップと、
   打抜き過程を実行するステップであって、前記打抜き過程の第１段階では、前記端面（２１）を前記金属薄板（１５）の上面に押し込み、これによりだれ半径が生じ、前記打抜き過程の第２段階では、前記端面（２１）の前記縁部（２８）が前記金属薄板（１５）を切断し、同時に前記斜面（２２）が前記金属薄板（１５）に半径方向の力を加える、ステップと、
   前記金属薄板（１５）を前記ダイス（１７）によって上方に向かって湾曲させることにより、塑性変形させるように、前記第１の工具ホルダ（７）を動かすステップであって、ここで、前記第１の工具ホルダ（７）を所定の距離だけ動かし、このとき、前記所定の距離を、打抜き率に応じて規定し、前記打抜き率が高い程、前記所定の距離を大きくする、ステップと
   を有していることを特徴とする、方法。
2. 前記所定の距離を、前記ポンチ（１９）の前記端面（２１）の形状に応じて算出する、請求項１記載の方法。
3. 打抜き工具（１４）であって、ダイス（１７）と、ポンチ（１９）を備えた工具上側部分（１６）とを有しており、前記ダイス（１７）は、前記ポンチ（１９）が進入できる開口（２０）を有しており、前記工具上側部分（１６）は、シャフト（１８）を備えた端部を有しており、該端部で前記工具上側部分（１６）が収容され、前記ポンチ（１９）は、前記工具上側部分（１６）の収容される前記端部とは反対側に、縁部（２８）を有した端面（２１）を有し、かつ、環状に配置された斜面（２２）を有し、
   前記斜面（２２）は、所定の斜面高さ（Ｈ）と１５°〜４５°の斜面角度（α）とを有しており、前記所定の斜面高さ（Ｈ）は、前記ポンチ（１９）の前記端面（２１）の形状に応じて算出される、ことを特徴とする打抜き工具（１４）。
4. 前記斜面角度（α）が２５°〜３５°である、請求項３記載の打抜き工具（１４）。
5. 前記斜面角度（α）が３０°である、請求項４記載の打抜き工具（１４）。
6. 前記斜面高さ（Ｈ）が、金属薄板（１５）の厚さに応じて規定され、前記金属薄板の厚さが厚いほど、前記斜面高さ（Ｈ）は大きくなる、請求項３から５までのいずれか１項記載の打抜き工具（１４）。
7. 前記斜面高さ（Ｈ）が、金属薄板（１５）の引張り強さに応じて規定され、前記金属薄板（１５）の引張り強さが高いほど、前記斜面高さ（Ｈ）が大きくなる、請求項３から６までのいずれか１項記載の打抜き工具（１４）。

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