JP6216773B2 - 軽量シートの曲げ加工方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの外側金属層と１つの内側プラスチック層とを有する複合シートの少なくとも１つの縁部を曲げ加工する方法であって、第１のステップで複合シートの縁部が縁曲げ加工され、少なくとも１つの更なる方法ステップで完成形に曲げ加工される方法に関する。また、本発明は、相応に曲げ加工された複合シートに関する。

複数のサブステップでシートを曲げ加工するプロセスは既に公知である。例えば、複合シートの縁部は、折り加工中の複数のサブステップでほぼ１８０°に丸く曲げられる。従来のプロセスにおいては、シートの縁部は初めにほぼ９０°に縁曲げ加工され、次に１２０°乃至１３０°に予折り加工される。その後、予折り加工された領域をほぼ１８０°に丸く曲げることによってシームが形成される。例えば、このシームによって複数のシートを上下に重ねて接合できる。他方、縁部がそれほど鋭利でない部品縁部を折り加工によって形成することもできる。

更に、枢動可能な曲げ型が用いられ、曲げ加工用パンチはその曲げ加工用端縁に凹状の切り欠きを有する、複合シートの曲げ加工のための一方法が特許文献１から公知である。曲げ加工される縁部が初めに９０°に縁曲げ加工され、次に予折り加工され、その後に完成形に折り加工される従来の形成プロセスにおいては、複合シートに亀裂が生じ易く、ひいてはシームが不良となることが明らかになった。特許文献１から公知の、複合シートのシームの形成方法では、曲げ加工される縁部の領域において層間剥離が発生する。シームの形成時、状況によっては、曲げ加工される縁部の領域において、更に亀裂が外側金属層に発生するか、または金属層の曲げ挙動が制御されない。

独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０１６ ９１４（Ａ１）号

上記の状況を出発点として、本発明の基盤を成す目的は、複合シートの金属層の亀裂を防止できると同時に、シームを容易に設けることができる、複合シートの曲げ加工方法を提供することである。

導き出された上記目的は、第１の教示によると、縁曲げ加工用パンチと、押さえ装置と、縁曲げ加工用ジョーとが縁曲げ加工中に用いられる方法であって、曲げ方向に延びる切り欠きが縁曲げ加工用パンチの曲げ加工用端縁の下に設けられている、方法によって達成される。

特に縁曲げ加工アールが小さく、曲げ加工用端縁の下に切り欠きを有する縁曲げ加工用パンチが、好ましくは縁曲げ加工用ジョー側のインレットの小さなアールと組み合わせて、用いられると、縁曲げ加工中に曲げ加工用端縁の下にある切り欠き内に材料が移動することによって、縁曲げ加工中に複合シートの外側金属層に加わる圧力が下がるため、複合シートの曲げ加工時の亀裂を防止できることが明らかになった。その結果として、外側金属層に加わる応力が下がるので、外側金属層の亀裂を防止できる。

第１の実施形態によると、縁曲げ加工用パンチと縁曲げ加工用ジョーとの間の縁曲げ加工用間隙またはインレットは、複合シートの少なくとも全厚に相当するか、または複合シートの全厚より大きい。この結果として、詰まりの危険性が大幅に下がるので、複合シートの曲げ加工時のプロセス信頼性を向上できる。

好ましくは、本方法の別の実施形態によると、複合シートは縁部が直角に曲げ加工され、その後に更に曲げ加工される。一方では、直角の縁曲げ加工では、単純な縁曲げ加工用工具、特に、シート平面に対して垂直なガイドを備えた単純な縁曲げ加工用ジョー、を用いることができる。他方、直角の縁曲げ加工は、縁曲げ加工用パンチに設けられた切り欠き内への十分な材料の挿入も可能にする。

縁曲げ加工された複合シートを更なる方法ステップで予折り加工し、その後に完成形に折り加工することによって、縁部がそれほど鋭利でない複合シートが得られるばかりでなく、これらのシートを別の部品に接合することも可能になる。本発明による方法の結果として、複合シートのシームの外側金属層における亀裂を高いプロセス信頼度で防止できる。

別の実施形態により、縁曲げ加工の前に、例えば上流の製作ステップにおいて、複合シートの各角が所定寸法に切断され、この所定寸法に切断された複合ブランクの周縁が縁曲げ加工され、次に予折り加工され、その後に完成形に折り加工されると、例えば、周囲にシームを有する複合シートが容易にもたらされる。相当する複合シートは、例えば自動車の部分に、例えば車両の屋根、車両の床、車両のドア、またはエンジンのボンネットなどに、使用可能である。

複合シート部品に必要な強度をもたらすために、外側金属層は鋼鉄、アルミニウム合金、および／またはマグネシウム合金で構成可能である。それぞれ異なる金属層の使用も考えられ、例えば、アルミニウム合金と鋼鉄とから成る金属層の組み合わせが考えられる。外側金属層の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ乃至０．８ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍ、特に最大０．４ｍｍ、である。金属層が薄いほど、複合シートの重量が減少する。自動車部門において複合シートが用いられる場合は、重量の減少は特に好都合である。

プラスチック層の厚さは、例えば、ほぼ０．１ｍｍ乃至２．０ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ乃至１．２ｍｍ、特に０．３ｍｍ乃至０．８ｍｍである。ここでも、プラスチック層の減少は、金属層の厚さの減少より規模が小さくても、総重量の減少に寄与する。ただし、プラスチック層の厚さは、追加の特性、例えば制振および断熱、をもたらす必要がある。両特性は、プラスチック層の厚さが０．３ｍｍ乃至０．８ｍｍの場合に、極めて良好に調和させることができる。

プラスチック層には、好ましくは、熱可塑性材料、例えばポリエチレン、ポリアミド、またはこれらの混合物、例えばＰＥ−ＰＡ化合物、が用いられる。この場合、熱可塑性材料から成るプラスチック層を高い費用効果で製作可能である。更に、複合シートの成形時に、例えば高温状態での複合シートの成形時に、プラスチックの熱可塑性を好都合に利用できるので、熱可塑性材料の成形をより容易に行える。

上で既に述べたように、本発明による方法を用いて折り加工された複合シートを提供することは、特に好都合である。本発明による方法を用いて製作された複合シートは、外側金属層、特にシーム、に如何なる亀裂も生じない。

本発明による複合シートの複数の実施形態が特に好都合であるのは、これらの実施形態が自動車の一部、あるいはエンジンのボンネットの一部、トランクの蓋の一部、車両のドアの一部、車両の屋根の一部、または車両の床の一部である場合である。複合シートは、軽量であること、その低振動、断熱、およびその自重の軽さに拘らず高強度であることにより、自動車部門において特に好都合である。

以下においては、添付の図と併せて複数の例示的実施形態によって本発明をより詳細に説明する。

一時点における本方法の一例示的実施形態を略断面図で示す。 別の時点における本方法の一例示的実施形態を略断面図で示す。 別の時点における本方法の一例示的実施形態を略断面図で示す。 シームを形成するための更なる方法ステップの一例示的実施形態を示す。 シームを形成するための更なる方法ステップの一例示的実施形態を示す。 シームを形成するための更なる方法ステップの一例示的実施形態を示す。 シームを形成するための更なる方法ステップの一例示的実施形態を示す。 所定寸法に切断された複合シートを略斜視図で示す。 図８の所定寸法に切断された複合シートの周縁シームの形成後を斜視図で示す。

最初に図１は、複合シート１を略断面図で示す。複合シート１は、２つの外側金属層２、３と、この２つの外側金属層２、３の間に配置された１つのプラスチック層４とから成る。外側金属層２、３は、上記のように、例えば、鋼鉄、アルミニウム合金、および／またはマグネシウム合金で構成可能であるが、それぞれ異なる金属の組み合わせで構成することもできる。各金属層の厚さは、好ましくは０．１乃至０．８ｍｍ、特に好ましくは０．２乃至０．４ｍｍである。２つの外側金属層２、３の間に配置されるプラスチック層４は、厚さを例えば０．１乃至２．０ｍｍ、特に好ましくは０．３乃至０．８ｍｍにでき、好ましくは熱可塑性材料、例えばポリアミドおよび／またはポリエチレン、から成る。

また、図１においては、縁曲げ加工用パンチ５、押さえ装置６、および縁曲げ加工用ジョー７があることが分かる。縁曲げ加工用パンチ５は曲げ加工用端縁８を有し、その下に切り欠き９が配置されている。曲げ加工用端縁は縁曲げ加工アールを有し、この半径は、例えば、４ｍｍ未満、好ましくは３ｍｍ未満、特に好ましくは２ｍｍ未満である。インレット間隙または縁曲げ加工用間隙が幅ｓで形成されるように、縁曲げ加工用ジョー７は押さえ装置から距離ｓを隔てて配置され、縁曲げ加工用ジョー７のインレットのアールも、例えば４ｍｍ未満、好ましくは３ｍｍ未満である。インレットのアールが小さい縁曲げ加工用ジョーと縁曲げ加工アールが小さい縁曲げ加工用パンチとの相互作用によって、プラスチック層の材料が初めに曲げ加工領域に集中する。縁曲げ加工用間隙ｓの幅は、複合シートの少なくとも全厚ｔに相当するので、複合シートが曲げられると、複合シートの材料が移動する。これにより、外側金属層３は曲げ加工用端縁８の下に配置された切り欠き９に押し込まれる。これは、好ましくは、曲げ加工用端縁の全体に沿って起こる。複合シート１の少なくとも一部が縁曲げ加工用パンチ５の切り欠き９内に形成されるように、外側金属層３が変形される。切り欠き９の領域での複合シートの座屈により、複合シート１の外側金属層２に極めて強い圧力をかけ得る合成材料を切り欠き領域内に移動させることができるので、外側金属層に加わる圧力が下がる。結果として、縁曲げ加工中に、狭い、特に好ましくは２ｍｍ以下の、縁曲げ加工アールをプロセス信頼性が高い方法で複合シートに設定できる。この例示的実施形態においては、インレットのアールが２ｍｍの縁曲げ加工用ジョー７が例示されている。この場合の縁曲げ加工アールはほぼ１ｍｍである。これにより、シームの形成時に一般に外側金属層に発生する亀裂が防止される。

図２および図３は、縁曲げ加工用ジョー７による縁曲げ加工中に、複合シート１が縁曲げ加工用パンチ５の切り欠き領域内に形成される様子を略断面図で示す。

縁曲げ加工アールとインレットのアールとが小さいことと、縁曲げ加工用パンチの曲げ加工用端縁の下に設けられた間隙およびインレットまたは縁曲げ加工用間隙ｓとの相互作用により、弾性回復の低減も可能である。弾性回復挙動の低減は、更なるプロセスステップのために、例えば折り加工のために、特に好都合である。

更に、複合シートの少なくとも全厚ｔに相当する縁曲げ加工用間隙を使用すると、曲げ加工中の詰まりの危険性を大幅に低減でき、ひいては本方法のプロセス信頼性を向上できることが明らかになった。

ここで、別の例示的実施形態により、複合シート１の縁曲げ加工後にシームを形成する場合は、例えば図４乃至図７に示されているように、行うことができる。この目的のために、縁曲げ加工された複合シート１は、例えば、以降の装置１１の表面に配置され、押さえ装置１０によって所定位置に固定される。その後、複合シートの残りの部分から９０°の角度で突き出ている縁部の部分が予折り加工用パンチ１２によって、例えば図５に示されているように更に丸く、例えばほぼ１３５°の角度に、曲げ加工される。この目的のために、単純な傾斜パンチが用いられる。このパンチが下降すると、既に９０°に縁曲げ加工された縁部が更に丸く曲げ加工される。次に図６は、複合シート１の予折り加工された縁部を完成形に折り加工するために、シーム形成用に設けられている更なるスタンプ１３が用いられる様子を示す。完成形への折り加工は、図７に示されている。図４乃至図７においては、最終シームが形成されるまで、曲げ加工される縁部の内側に、複合シートの隆起が維持されていることが明確に分かる。この隆起内に材料が存在することによって、曲げ加工によって複合シートの内側から複合シートの外側金属層２にかかる圧力を下げることができ、複合シートの折り加工時の亀裂を防止できる。

図８には、複合シート１の曲げ加工される縁部１５に沿った周縁の縁曲げ加工と、例えば、予折り加工および完成形への折り加工とが１つの方法ステップで行われるように、その各角１４が所定寸法に切断された複合シートが示されている。

この折り加工プロセスの結果が図９に示されている。図９から分かるように、複合シート１は、明確に丸みを帯びた縁部を有し、例えば、自動車の屋根、床、ドア、トランクの蓋、またはエンジンのボンネット、あるいは自動車の複数の部分に使用可能である。

Claims (10)

1. 少なくとも２つの外側金属層（２、３）と１つの内側プラスチック層（４）とを有する複合シート（１）の少なくとも１つの縁部を曲げ加工する方法であって、第１のステップで前記複合シート（１）の前記縁部が縁曲げ加工され、少なくとも１つの更なる方法ステップで完成形に曲げ加工される方法において、
   縁曲げ加工用パンチ（５）と、押さえ装置（６）と、縁曲げ加工用ジョー（７）とが前記縁曲げ加工中に用いられ、前記縁曲げ加工用パンチ（５）は、前記縁曲げ加工用パンチ（５）の曲げ加工用端縁（８）の下に曲げ加工方向に延びる切り欠き（９）を有し、前記外側金属層（２、３）が変形され、かつ、前記内側プラスチック層（４）が前記縁曲げ加工中に前記曲げ加工用端縁（８）の下にある前記切り欠き（９）内に移動することを特徴とする方法。
2. 前記縁曲げ加工用パンチ（５）と前記縁曲げ加工用ジョー（７）との間のインレットまたは縁曲げ用間隙（ｓ）は、前記複合シート（１）の少なくとも全厚に相当するか、または前記複合シート（１）の全厚より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複合シート（１）は直角に縁曲げ加工され、その後に更に曲げ加工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. 前記縁曲げ加工された複合シート（１）は、更なる方法ステップで予折り加工され、その後に完成形に折り加工されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記複合シートは、前記縁曲げ加工の前に各角が所定寸法に切断され、前記所定寸法に切断された複合ブランクの周縁が縁曲げ加工され、予折り加工され、更に完成形に折り加工されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
6. 前記外側金属層（２、３）はアルミニウム合金および／またはマグネシウム合金から成ることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
7. 前記外側金属層（２、３）の厚さが０．１ｍｍ乃至０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
8. 前記プラスチック層（４）は０．１ｍｍ乃至２．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
9. 前記プラスチック層（４）は熱可塑性材料から成ることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
10. 前記複合シート（１）は自動車の一部、エンジンのボンネットの一部、トランクの蓋の一部、車両のドアの一部、車両の屋根の一部、または車両の床の一部に曲げ加工されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
    

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