JP6370437B2 - 複雑なシート状の金属部品を深絞り成型するための方法およびそのためのプレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス加工装置（プレス装置）によって金属製のシート材を複雑な板金製部品として成型するための方法と、その目的に適したプレス装置とに関する。

複雑なシート状の金属部品、特に自動車の車体構造に用いられる部品は、より複雑な形状を呈することによって、簡単なシート状の部品（たとえばカップやトラフなど）とは相違する。この複雑な板金製の金属部品は、典型的には表面積が異なる複数の面を有し、特にたとえば曲率半径の小さい意匠的なエッジおよび、または補強エッジといった、デザイン上の特徴を備える。成型技術上の制限のために、このような複雑な板金製部品の成型は、しばしば特に困難かつ手の込んだものとなる。連続した生産条件のもとで深絞り成型加工を行う際には、特に問題が生じる。

深絞り成型加工を実現するために、特許文献１においては、先導となる挿入ダイの形の付加的な絞り段階によって、まず材料の供給を行うようにした方法と装置とが記載されている。引き続いての絞り加工の段階においては、挿入ダイが押し戻されることによって、このような材料供給が解放され、最終的に完全な成型が行われる。

ドイツ国特許出願公開第１０２０１００４５２８１号明細書

このような従来技術にもとづき、本発明の目的は、複雑で特に大きな面積（たとえば０．５ｍ^２）の板金製部品を深絞り加工にて成型するための方法と、そのための改善された装置とを得ることにある。

この目的は、請求項１の方法と、他の請求項の発明に係るプレス装置によって達成される。好ましくは、本発明のさらなる展開およびさらなる実施の形態は、従属請求項と、以下の記載と、図面とにもとづき、同様に得ることができる。

プレス装置によって複雑な板金製部品を製造するための本発明の方法によれば、前記プレス装置が、装置下部と装置上部とを備え、装置下部は、パンチと、このパンチを囲むシート保持具と、成型機能をもった複数の可動式の挿入構造のパンチである成型用部材とを有し、装置上部は、凹形のダイと、この凹形のダイを囲むダイリングとを有し、これらが以下のシーケンスに従って動作する。

すなわち、特にシート状の金属板の形態であるシートを、開いた状態のプレス装置の内部に送り込んだうえで、装置上部を下向きに移動させてプレス装置を閉じ、それによってシートのエッジ領域をダイリングとシート保持部との間にクランプし、
次に、さらなる下向きの移動によって、ダイリングを下方へ変位させ、それによりシートをパンチ面から突出させた挿入式パンチ片の上で引き延ばして、シートに局部的な第１の材料部分を形成し、
次に、さらなる下向きの移動によって、ダイリングとシート保持部とを下端点まで移動させ、そのとき同時に挿入式パンチ片を能動的に後退させ、それによって、先に生じさせた第１の材料部分を解放させるとともに、ダイリングとパンチとの間の領域では金属シートを成型済みとさせ、
次に、さらなる下向きの移動によって、ダイをその下端点に到達させ、その際に、ダイリングと保持具との間、およびダイリングとパンチとの間での、金属シートの端部の二重のクランプにより、端部領域への材料の流れを阻止したうえで、ダイとパンチとの間で金属シートの第２の材料部分について成型を完成させ、
もし必要であるのなら、装置上部を上向きに移動させることによりプレス装置を開いて、板金製部品を取り出す。

逆の構成として、装置上部の構造と装置下部の構造とを入れ替えた反転構造によってプレス装置を構築することも可能である。

本発明の方法によれば、完璧な製造条件および圧縮条件のもとで、申し分のない品質でもって、複雑な板金製部品を深絞り加工すること、特に深絞り製品を得ることができる。ここにいう深絞り加工とは、絞り深さ（つまり動作方向沿った絞りの長さ）が少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも２５０ｍｍ、さらに好ましくは少なくとも３００ｍｍであることをいう。動作ストロークの範囲内において、シート状の金属の成型が本質的に完了する。それによって、絞り深さおよび、または形状の変化を増加させるためのさらなる成型工程は不要となる。これにより、プレスラインにおいて、求められる絞り工程を小形化あるいは縮小化することができる。

成型用部材の戻り動作というのは、従来において公知の技術において通例であるところの、受動的に変位されることや押し戻されることを意味するのではなく、能動的に後退動作を行うことを意味する。この動作は、例えば該当する成型用部材が降下部材と機械的に連結していることにより、達成することができる。それによって、成型用部材は、降下部材から元に戻るように動作するか、またはこの目的のために設けられたパンチ凹部の中へ移動するように動作する。この動作は、連動動作とすることもできるし、非連動動作（すなわち、特別な動作順序および、または異なる速度によるもの）とすることもできる。それによって、プレス加工における接触工程（シート状の金属とプレス装置のプレス面または動作面との間の接触）を目標状態へと制御する。プレス装置は、能動的に動作せずに、従来のような受動的に変位される構成または押し戻される構成の、他の成型用部材を備えた構造であってもよい。

少なくとも一つの挿入式のチップ状の成型用部材によって、シート状の金属すなわち板金製部品に、曲率半径の小さい意匠的なエッジを形成することが好ましい。そのようにすることで、本発明の方法によって製造される複雑な板金製部品は、かなりの深絞り成型がなされた意匠的なエッジを備えることができる。エッジ外面の曲率半径は、好ましくは、わずかに数ミリメートルである。この意匠的なエッジは、縁フランジ無しである。なぜなら、本発明の方法によれば、絞り工程において、シートが挿入構造の成型用部材に対して相対的に移動することが防止されるためである。

本発明のプレス装置は、特に深絞り用のプレス装置であって、
特に装置下部であって、パンチと、このパンチを囲む変位式の降下装置としてのシート保持具と、挿入式のパンチ片構造の単数または複数の可動式の成型用部材とを有した第１の装置部を備えるとともに、
特に装置上部であって、ダイと、このダイを囲むダイリングとを有した第２の装置部を備える。

本発明のプレス装置によれば、降下装置と、少なくとも一つの成型用部材、好ましくはすべての成型用部材とが、機械的に連結されている構成（機械的な構造による連結構造）とすることができる。それによって、変位の際に、特に降下装置の下方への移動時（上述の成型時すなわちプレス加工時）に、成型用部材が、後退動作を行って、パンチ凹部へ入り込む。

成型用部材は、好ましくは、絞り加工を開始するときに上述の工作物の保持をすべての重要領域において行うように、プレス装置に設けてられている
少なくとも一つの挿入構造の成型用部材が、特に降下部材に連動された成型用部材が、たとえば空気ばねなどによって、付加的にばね支持されている構成とすることができる。なかでも、すべての成型用部材が付加的にばね支持されていることが好ましい。

少なくとも一つの成型用部材が、成型されるべきシートに対して点接触（微小面積での接触）している構成とすることができる。また少なくとも一つの成型用部材が、特に曲率半径の小さい上述の意匠的なエッジを形成するために、成型されるべきシートに対して線接触している構成とすることができる。

ダイは、特に意匠的なエッジを形成するために、成型用部材に対向しかつ成型用部材とは逆の輪郭を有する少なくとも一つの挿入構造の可動式ダイを備えることができる。成型用部材と可動式ダイとの間において、シートは、エンボス方式によって成型される。このような挿入構造の可動式ダイは、挿入構造の成型用部材に対応して配置され、好ましくは、同様に、たとえば空気ばねなどによってばね支持されている。

本発明の実施の形態のプレス装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態のプレス装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態のプレス装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態のプレス装置の概略断面図である。

本発明を、図面を参照して以下に詳細に説明する。図面に示されまたは以下に説明されるのは、本発明の一般的な特徴である。本発明によれば、下記の具体的な特徴の組み合わせから分離した状態で、さらに発明を発展し得る。以下の図面において、図１ａ〜図１ｄは、本発明のプレス装置の概略断面図であり、本発明に係る複雑な板金製部品を製造するための方法のいくつかの段階を示す。

プレス装置１００は、装置下部１１０および装置上部１２０を有する。プレス装置１００は、プレス設備（図示しない）に設置される深絞り加工のための装置であり、装置下部１１０はプレステーブルに配置され、装置上部１２０はプレスラムに固定される。プレスラムが低くなる時、装置上部１２０は、下方へのストローク、すなわち実質的に下方への連続する動作の作業ストロークを実行する。

装置下部１１０は、パンチ１３０と、パンチ１３０の周囲において下方に移動可能なシート保持具１４０と、複数の可動式の成型用部材としての挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３とを有する。挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３は、パンチ１３０の凹部に配置される。挿入式パンチ片１３１は線接触用であり、挿入式パンチ片１３２、１３３は点接触用に設計されている。

装置上部１２０は、ダイ１５０と、ダイ１５０を囲う抵抗部すなわちダイリング１６０と、可動挿入ダイ片１５１とを有する。装置１００は、絞り込み深さが少なくとも２００ｍｍとなるように設計されている。以下にその深絞り工程を記載する。

平らな金属製のシート状の板材（成型用板材）の形態のシートＭが、開放状態の装置１００に挿入され、プレスラムすなわち装置上部１２０を下方に動かすことで、装置１００は閉じられる。この場合、金属シートＭは、図１ａに示すように、ダイ１５０よりも突出したダイリング１６０と、保持具１４０との間で、端部がクランプされる。挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３は、それぞれ、パンチ１３０の表面から突出した、伸長位置および初期位置にある。

装置上部１２０のさらなる下方へのストロークで、ダイリング１６０は保持具１４０を下側の位置に下降させる。言い換えれば、保持具１４０は、ダイリング１６０とともに動かされ、固定されたダイ１３０に対して動く。（保持具１４０は、ばねとして図示したように、プレス設備すなわち装置１００に属する公知のプルパッドで支持され得る。）この場合、シートＭは伸長した挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３の上で引っ張られ、シートＭにおいて局部的な材料保有部が作られる。これは図１ｂに示される。挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３は、金属シートＭに抗して所定の力で押すように、例えば、ばねとして描かれたように、ガススプリングによるばね取付構造とされる。ばねのストロークは小さく、例えば２０ｍｍであるが、この目的のためには十分である。

同時に、中央の挿入式パンチ片１３１および対向している挿入ダイ片１５１によって、シートＭに小さな半径の意匠的なエッジが形成される。その挿入式パンチ片１３１および挿入ダイ片１５１は、端面が対向するように設計される。挿入ダイ片１５１も、弾力的に取り付けられ、象徴的にスプリングとして描かれているように、例えばガススプリングに取り付けられる。

装置上部１２０のさらなる下降ストロークで、図１ｃに示すように、ダイリング１６０および保持具１４０が最終的に下端点まで移動する。同時に、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３が、押しのけられるのではなく能動的に後退し、シートＭが、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３の領域において、パンチ１３０の表面に順次作用され得る。この方法で、パンチの接触がコントロールされる。また、シートＭにおける局部的な材料保有部が、さらなる加工のために解放される。同時に、シートＭは、リングダイ１６０およびパンチ１３０の間の領域において成型加工される。その目的のために、リングダイ１６０およびパンチ１３０に、加工面部が形成されている。

挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３の後退は、保持具１４０との機械的な結合によって行われる。この目的のために、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３は、例えば、フレームまたは支持板１８０に固定され、保持具１４０が確かな保持位置（または、定義された深絞り経路の初期位置）から下降する時に、保持具１４０に配置された駆動手段１９０によって、後退が行われる。このフレーム１８０は、ばねとして描かれているように弾性的に支持され、例えば、装置下部１１０に属するベースプレート（図示しない）に設けられる。

保持具１４０が下端点に到達した時（図１ｃ参照）、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３も後退位置にある。目的に応じて、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３の端面がパンチ１３０の表面の後ろに位置する（図１ｃに示すように）。つまり、パンチ１３０の表面と同一平面にされるか、または、パンチ１３０の表面よりも突出したままとされる。非同期の挿入式パンチ片の移動も可能となるように、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３の戻りの移動および最終位置が個別に設定され得る。図示のように挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３を鉛直方向に移動させることに代えて、例えばスライダを使用することにより、これを傾斜移動させることも可能である。

プレスラムまたは装置上部１２０のさらなる下方への移動によって、ダイ１５０が下端点に向けてなおも動き、シートＭすなわち板金が中間の領域（外の領域の成型は既に完了している）で完全に成型される。すなわち、ダイリング１６０が最初に下端点に到達し、次にダイ１５０が下端点に到達して、中間の領域が成型される。シートＭの縁部が、ダイリング１６０およびダイ１３０の間と、ダイリング１６０および保持具１４０の間とで保持されていることによって、シート材料が外側から内側に滑り得ることは、無いか、または殆ど無い。この内側では、挿入式パンチ片１３１、１３２、１３３によって事前に成型された局部的な材料保有部を使うことで、ダイ１５０およびパンチ１３０の間でシートＭに対してエンボス仕上げ成型が行われる。弾性的に支持された挿入ダイ片１５１は、上方に退避される。代替的に、中央の挿入式パンチ片１３１が、後退するのではなく、したがって、シートＭすなわち挿入ダイ片１５１に抗して押し続けられる構成とすることもできる。

図１ｄは保持具１４０の最終状態を示し、ダイリング１６０およびダイ１５０は、それらの下端点に位置する。シートＭは仕上げられる。プレスラムすなわち装置上部１２０を持ち上げて装置１００を開いた後、成型された金属シートが取り除かれ得る。次のシートＭが挿入されて成型され得るために、装置上部１２０および装置下部１１０は、ばねによって初期位置つまり図１ａに示す位置に戻される。

Claims (10)

1. 装置下部（１１０）が、パンチ（１３０）と、パンチ（１３０）を囲む保持具（１４０）と、複数の可動式の挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）とを備え、装置上部（１２０）が、ダイ（１５０）と、ダイ（１５０）を囲むダイリング（１６０）とを備えているプレス加工装置（１００）を用いて複雑な板金製部品を製造する方法であって、
   以下の工程、すなわち
   ― 金属シート（Ｍ）を装置に挿入して、装置上部（１２０）の下降によりプレス加工装置（１００）を閉鎖し、金属シート（Ｍ）をその端部においてダイリング（１６０）と保持具（１４０）との間でクランプする工程
   ― ダイリング（１６０）が保持具（１４０）を下方に押圧する更なる下降の際に、前記端部がクランプされた金属シート（Ｍ）がまず突き出た挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）上で引き延ばされ、これにより金属シート（Ｍ）の前記クランプされた端部以外に第１の材料部分を生じさせる工程
   ― ダイリング（１６０）と保持具（１４０）とがこれらの下端点に到達するまで更なる下降を行い、ここで同時に挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）が能動的に後退し、先に生じさせた第１の材料部分を挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）から解放させるとともに、ダイリング（１６０）とパンチ（１３０）との間の領域では金属シート（Ｍ）を成型済みとさせる工程
   ― ダイ（１５０）もその下端点に到達するまで更なる下降を行い、その際にダイリング（１６０）と保持具（１４０）との間、およびダイリング（１６０）とパンチ（１３０）との間での、金属シート（Ｍ）の縁部の二重のクランプにより、この縁部からの材料の流出を阻止したうえで、ダイ（１５０）とパンチ（１３０）との間の第２の材料部分のみの利用により金属シート（Ｍ）について成型を完成させる工程
   を含むことを特徴とする、複雑な板金製部品の製造方法。
2. 絞りの深さが少なくとも２００ｍｍ、望ましくは少なくとも２５０ｍｍ、そして特に少なくとも３００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の複雑な板金製部品の製造方法。
3. 挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）を、保持具（１４０）との機械的連結によって後退させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の複雑な板金製部品の製造方法。
4. 挿入式パンチ片（１３１，１３２，１３３）が非同期的に後退すること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の複雑な板金製部品の製造方法。
5. 小さな径を有する構造的端部が少なくとも一つの挿入式パンチ片（１３１）に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の複雑な板金製部品の製造方法。
6. 複雑な板金製部品を製造するためのプレス装置（１００）であり、特に深絞りのためのプレス装置であって、
   ― パンチ（１３０）と、パンチ（１３０）を囲む変位式の保持具（１４０）と、複数の可動構造の挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）と、を備える第１の装置部分（１１０）と、
   ― ダイ（１５０）と、ダイ（１５０）を囲むダイリング（１６０）と、を備える第２の装置部分（１２０）と、を有し、
   保持具（１４０）と、挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）のうちの少なくとも一つと、の間に機械的な連結がなされており、それにより保持具（１４０）が押圧される際に挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）が能動的に後退するように構成されていることを特徴とするプレス装置。
7. 挿入式パンチ片（１３１、１３２、１３３）のうち少なくとも一つ、特に保持具（１４０）と連動連結された挿入式パンチ片（１３１，１３２，１３３）が、付加的にばね支持されていること
   を特徴とする請求項６に記載のプレス装置。
8. 挿入式パンチ片（１３２，１３３）のうち少なくとも一つが、成型されるべき金属シート（Ｍ）に対して点接触するよう構成されていること
   を特徴とする請求項６または請求項７に記載のプレス装置。
9. 挿入式パンチ片（１３１）のうち少なくとも一つが、特に金属シート（Ｍ）に曲率半径の小さい意匠的なエッジを形成するために、成型されるべき金属シート（Ｍ）に対して線接触するよう構成されていること
   を特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載のプレス装置。
10. ダイ（１５０）は少なくとも一つの可動挿入ダイ片（１５１）を備えており、この可動挿入ダイ片（１５１）は、挿入式パンチ片（１３１）と、特にその成型用の構造的端部と向かい合っていること
    を特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載のプレス装置。

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