JPH08507474A - 絞られた金属カップの高速成型のための工具装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複動高速機械カップ形成用プレスにかかるダイナミック負荷は、プレスの各ストロークにおいて、シート金属のストリップ（Ｓ）から一連のカップ（Ｃ）を形成するマルチステージ工具（１５）により実質的に減じられる。各工具ステージ（１〜４）は、夫々が対応する環状のブランク／ドローダイ（９０）と対向した複数の環状のドローパット（７０）を有する。環状のカットエッジ（７８）が各ドローパッドを囲み、また対応するダイ中心ポンチ（３８）が各ドローパッド内に位置されている。前記工具ステージ（１〜４）は、これらがシート金属を連続して絞って一連の円形のディスク状ブランクをカットエッジ（７８）と、これと対応するブランク／ドローダイ（９０）との間で形成し、ドローパッド（７０）と、これに対応するブランク／ドローダイ（９０）との間でブランク（Ｂ）を連続して保持し、そして、ダイ中心ポンチ（３８）が、これと対応するブランク／ドローダイ（９０）中に延出することによりブランク（Ｂ）をカップ（Ｃ）に絞るように、所定の段階的高さで配置されている。また、これら工具ステージはプレスの中心線に対して対称的に位置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 絞られた金属カップの高速成型のための 工具装置並びに方法 缶工業においてカップや缶を製造する場合、例えば、米国特許Ｎｏ．４，０２ ０，６７０、Ｎｏ．４，２４８，０７６並びにＮｏ．４，４１６，１４０にて開 示されているような一般的な形式のカップ形成工具を備えた複動機械プレスが一 般に使用されている。このようなカップ形成用プレスは、１５０ないし２００ス トローク／分（ｓｐｍ）の範囲内で一般に動作し、またプレスの各ストロークで カップのバッチを形成するように複数のカップ形成工具部品を有する。 缶工業における製造上の要求の向上に対応するために、例えば、２２０ないし ２５ｓｐｍのような高速でカップ形成用プレスを作動させることが望まれるよう になってきている。しかし、カップ形成用プレスの速度をこのように増加させる と、プレスのダイナミック負荷、特に、複動プレスの外ラムにかかる圧縮並びに 張力負荷が非常に大きくなる。このようなプレスへのダイナミック負荷の増加に より、プレスに規定以上の負荷がかかり、プレスの構成部品が破損してしまう。 シート状の金属ワークピースからプレスの各ストロークごとに、シート状の金 属ワークピースの厚さに相当して僅かに上方に各ポンチを位置させることにより 、複数の部品をブランキング並びにカッテングするようにポンチ並びにダイを構 成することが工具並びに缶工業で知られている。これによれば、部品のブランキ ングは連続してできるが、ワークピースの支持は連続してではなく１枚の板ごと になされる。 発明の要約 本発明は、プレス部品に過負荷がかからないで、高製造速度でプレスの各スト ローク毎にカップ状の物品を成型することができるようにプレスのための工具を 構成し動作させる、改良された方法並びに装置を提供する。例えば、本発明に従 って構成された工具を備えたカップ成型プレスは、外ラムにかかる圧縮力もしく は負荷を５０％以下に減じることができ、この結果、プレスの規定の負荷を声内 で、プレス速度を約１５０ｓｐｍから約２５０ｓｐｍに増加させることができる 。 本発明の一実施の形態に係われば、カップ形成用プレスは、マルチステージの 工具を備え、各工具ステージは、対応する環状のブランク／ドローダイと対向し た一連の環状のドローパットと、各ドローパットを囲む環状のカットエッジダイ と、各ドローパッド内のダイ中心ポンチとを具備する。これら工具のステージは 、プレスの各ストロークの間、カットエッジダイと、これに対応したブランク／ ドローダイとの間の一連の円形のブランクを連続して絞る正確なタイミングシー ケンスでシート金属が係合し、ドローパッドと、これに対応するブランク／ドロ ーダイとの間にブランクを連続して保持し、そして、ダイ中心ポンチが、これと 対応するブランク／ドローダイ中に延出することによりブランクをカップに連続 して 絞るように構成されている。また、本発明に係われば、既存のカップ形成用プレ スの工具が、ドローパッドの幾つかに一連の環状の挿入部材とカットエッジダイ のための保持部材とを設置し、ブランク／ドローダイの幾つかを支持した保持部 材を低くすることにより、容易に変更され得る。また、本発明は使用期間の後に 、工具の保守点検のために工具の構成要素を都合良くまた迅速に取り外すことが できる。 本発明の他の態様並びに効果は以下の説明、添付図面、並びに請求の範囲から 明らかであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に従って構成された下カップ成型工具を、ストックプレートを 除去して示す概略的な平面図である。 図２は、図１の２−２線に沿って切断して工具のマルチステージを示す、複動 プレスの上並びに下カップ成型工具の部分断面図である。 図３は、図２に示す工具ステージのうちの１つのステージの拡大部分断面図で ある。 図４は、図３に示す上工具要素の集合体を示す分解図である。 図５ないし図７は、本発明に係わる一連のブランキング、ホールディング並び にドローイング動作を説明するための、図２並びに図３に示す工具要素の拡大断 面図である。 図８は、図２並びに図５ないし図７に示す、マルチステージと段階的な工具構 成要素との関係を示す表の図である。 好ましい実施の形態の説明 図１は、１４個のカップ成型工具のシステム１５の下面図、即ち、底工具の平 面図である。このシステム１５は、複動機械プレスのベッド２０（図２）に取着 された下ダイシュー１８を有する。このプレスは、また内ラム２２と外ラム２４ とを具備し、内ラム２２は、例えば、約５インチ（約１２．７ｃｍ）の垂直スト ロークを有し、また外ラム２４は、例えば、２インチ（約５．０８ｃｍ）のよう な比較的短いストロークを有する。図１に示すように、下ダイシュー１８は、下 ダイシュー１８を貫通してカップ排出チヤンバ２８へと垂直、即ち、下方に延び た１４個の孔、即ち、ポケット２６を有する。これらポケット２６は、ポケット １，２，１３，１４が第１のステージを構成し、ポケット３，４，１１，１２が 第２のステージを構成し、ポケット５，６，９，１０が第３のステージを構成し 、そしてポケット７，８が第４のステージを構成してなる４つのステージ（図１ ）に配設されている。 前記内ラム２２（図２）は、上、即ち、内ダイシュー３２を支持している。一 連の垂直立上がり部３４が内ダイシュー３２の底面に取着されて、対応するポケ ット２６と垂直方向にアラインメントするように下方に延びている。ダイ中心ポ ンチ３８（図３）が、中心ねじ３９と精度位置決めピン４１とにより、各垂直立 上がり部３４の下端部に取着されている。各ダイ中心ポンチ３８は固化された耐 磨耗性外スリーブ４２を支持している。垂直立上がり部３４と、これに対応する ダ イ中心ポンチ３８との夫々は、垂直方向に延びた空気流路４４を有し、この空気 流路４４には、ポンチからカップを取り除く時間タイミングで圧縮空気が供給さ れる。図２から明らかなように、垂直立上がり部３４と、これに対応するダイ中 心ポンチ３８とは、装着された内ダイシュー３２を介して内ラム２２により支持 されて垂直方向に移動される。 各ポケット２６のための工具要素は実質的に同じなので、１つのポケットのた めの工具要素のみが図３に示されている。円筒状の案内スリーブ４６（図３）が 垂直立上がり部３４の外周に設けられており、これは、上ダイシュー５２に装着 された環状プレート４８に取着された上フランジを有する。この上ダイシュー５ ２は、周方向に互いに離間した複数のねじ５４（図２）により外ラム２４に支持 されている。円筒状のライナー５７が、上ダイシュー５２に形成された穴を内張 しており、ピストン６２のヘッド部を受ける流体、即ち空気チヤンバ５９を規定 するように案内スリーブ４６並びに環状プレート４８と共同する。ヘッド部は、 周方向に互いに間隔を有して形成された複数の孔６３内に耐磨耗性パッド（図示 せず）を支持し、また、周方向に互いに離間した複数のねじ６６と精度位置決め ピン６７とにより上ダイシュー５２に取着された環状の保持部材６４により空気 チヤンバ５９内に規定されている。 ２つのセクションからなるドローパッド（絞りパツト）７０が、ピストン６２ の下方の保持部材６４内で垂直方向に摺動するように支持されている。このドロ ーパッド７０の底 面には、この面を不規則な面とするように一連の細い同心的な溝もしくは凹所が 複数形成されている。また、このドローパッド７０の下部は、ピストン６２と係 合しまた周方向に所定間隔を有して形成され中に耐磨耗性パッド（図示せず）を 支持した複数の孔７３を有する上部よりも硬いスチールで形成されている。この ドローパッド７０は、周方向に間隔を有して配設された複数のねじ７７により保 持部材６４に取着された環状のカットエッジを有する保持部材７４により環状の 保持部材６４内に支持されている。前記保持部材７４は、ドローパッド７０を囲 む硬い環状のシアーダイ（剪断型）、即ち、カットエッジ７８を支持している。 硬い平坦なスペーサリング８２が保持部材７４の上部に形成された凹所に挿入さ れて、ドローパッド７０の下方移動制限部材を形成している。 図３に示すように、下ダイシュー１８内の孔、即ちポケット２６の夫々は、対 応するダイ中心ポンチ３８と垂直方向にアラインメントされ、これよりも径が僅 かに大きい。下ダイシュー１８内のポケット２６の夫々と垂直方向にアラインメ ントするようにして２つの部分よりなるブランク／ドローダイ９０が設けられて いる。このダイブランク／ドローダイ９０は平坦な環状のスペーサ９６により環 状の保持部材９３の円形凹所内で支持されている。各ブランク／ドローダイ９０ は、１組の互いに周方向に離間したねじ９８により対応する保持部材９３に取着 されており、また他の１組のねじ１０１により各保持部材９３は下ダイシュー１ ８に取着されている。また、１組のねじ１０２により前記スペーサ９６は ブランク／ドローダイ９０に取着されている。複数の位置付けピン並びにブッシ ュ（図示せず）が、また、各ブランク／ドローダイ９０並びにその保持部材９３ を下ダイシュー１８に精度良く位置付けるために使用されている。図３に示すよ うに、ブランク／ドローダイ９０の上部分は、これの下部分内に挿入されて強制 的に保持された硬いリングにより構成されている。 図４に示すように、上ダイシューの上工具を構成する前記ダイ中心ポンチ３８ と、ドローパッド７０と、保持部材７４と、カットエッジ７８と、ピストン６２ と、保持部材６４とは、中心ねじ３９と、ねじ６６と、ねじ７７とを単に取り外 すだけで上ダイシュー５２から都合良く、また迅速に取り外すことができる。さ らに、これら部材は、上ダイシュー５２のさらに上方への移動や上工具のさらな る分解をしないで、耐磨耗性パッドやピストンシールリングのような部材を交換 するために取り外され得る。 図２並びに図３を参照して、平坦なストックプレート１１０は、底、即ち下こ うぐの一部を構成し、ブランク／ドローダイ９０の夫々を中に受けるための円形 開口、即ち、間隙孔１１１を規定している。このストックプレート１１０は、一 連のばね付勢ピストン１１５（図２）により、上面がブランク／ドローダイ９０ の上面とほぼ同一平面となるようにして支持されている。これらピストン１１５ は、図１に示すように、ブランク／ドローダイ９０間並びにこれらのまわりで下 ダイシュー１８内に配置されている。また、これらピスト ン１１５は、ストックプレート１１０を所定の力で上昇位置（図２並びに３）に 付勢しているが、カットエッジ７８並びに保持部材７４の下方−の移動により力 が加えられたときには、少しの摩擦でストックプレート１１０が下方に移動でき るように設定されている。 次に、図５ないし図８に示すように、図１ないし図４を参照して説明したマル チステージ工具は、複数の組みの孔、即ち、ポケット２６に関連して、連続した ブランキング、ホールデング、ドローイング動作を果たすように操作される。こ れら連続した動作は、ブランク／ドローダイ９０と、ドローパッド７０と、ダイ 中心ポンチ３８との各ステージを、ベッド２０に対して所定の高さに精度良く位 置付けることにより行われる。例えば、ブランク／ドローダイ９０を低くするよ うに保持部材９３の幾つかの底面を砥ぎ、また第２、第３並びにステージ４の各 々に対して上工具に１組の挿入部材を加えることにより、既存のカップ成型工具 が変更され得る。 図１並びに図２に示す工具のステージ４表す図３に示すように、平坦な環状の 挿入部材１２０は、カットエッジ７８に対する各ドローパッド７０の下方移動を 規定し、別の平坦な環状の挿入部材１２１は、所定の圧力でドローパッド７０を 押圧する空気で作動されるピストン６２の下方への移動を規制する。また、別の 平坦な環状の挿入部材１２２は、支持垂直立上がり部３４に対するダイ中心ポン チ３８のに対してダイ中心ポンチ３８の幾つかの各々を離間、即ち、下にさせ、 ドローパッド７０に対するダイ中心ポンチ３８の高さを精度 良く決定する。 例えば、図８の表に示すように、第１並びに第２のステージの孔のためのブラ ンク／ドローダイ９０は、夫々０．０１２インチ（約０．０３０ｃｍ）だけ下げ られている。このように低くすることは、ブランク／ドローダイ９０を支持して いる保持部材９３の底面を砥ぐことにより達成される。ステージ２のポケット３ ，４，１１，１２のための挿入部材１２０，１２１は０．０２０インチ（０．０ ５１ｃｍ）の厚さを有し、この結果、ステージ２のポケットのためのピストン６ ２と、これに対応するドローパッド７０とは、ステージ１のポケット１，２，１ ３，１４のためのピストン６２並びにドローパッド７０より０．２０インチだけ 上に位置する。ステージ２のポケット３，４，１１，１２のためのダイ中心挿入 部材１２２は０．０６０インチ（０．１５２ｃｍ）の厚さを有し、この結果、こ れらポケットのためのダイ中心ポンチ３８は、ステージ１のポケットのダイ中心 ポンチ３８に対して０．０６０インチだけ下方に位置する。 図８の表から明らかなように、ステージ３のポケット５，６，９，１０のため の挿入部材１２０，１２１は０．０５２インチ（０．１３２ｃｍ）の厚さを有し 、この結果、これらポケットのためのピストン６２とドローパッド７０とは、ス テージ２のポケットのためのドローパッド７０に対して０．０４０インチだけ上 方に位置する。また、ステージ３のポケットのためのダイ中心挿入部材１２２は ０．１１６インチ（０．２９５ｃｍ）の厚さを有し、この結果、これらポケ ットのためのダイ中心ポンチ３８は、ステージ２のポケットのダイ中心ポンチ３ ８に対して０．０５６インチだけ下方に位置する。同様に、ステージ４のポケッ ト７，８のための挿入部材１２０，１２１は０．０７２インチ（０．１８３ｃｍ ）の厚さを有し、またこれらポケットのためのダイ中心挿入部材１２２は０．１ ９８インチ（０．５０３ｃｍ）の厚さを有する。この結果、これらポケットのた めのドローパッド７０は、ステージ３のポケットのためのドローパッド７０に対 して０．０７２インチだけ上方に位置し、また、ステージ４のポケットのための ダイ中心ポンチ３８は、ステージ３のポケットのダイ中心ポンチ３８に対して０ ．０８２インチだけ下方に位置する。 図５ないし図７に示すように、例えば、０．０１１インチ（０．０２８インチ ）の厚さのアルミニウムのような金属シートＳが、図１で下方の下工具と上工具 との間に供給される。外ラム２４並びに上ダイシュー５２の下方への移動により 、シートＳは、第１ないしステージ４ための環状のカットエッジ７８と環状のブ ランク／ドローダイ９０との間で裁断、即ちブランクにされて平坦な環状のブラ ンクＢが連続して形成される。図５から明らかなように、挿入部材１２０，１２ １の厚さが増している結果、ブランクＢは、第１ないしステージ４のためのドロ ーパッド７０によりブランク／ドローダイ９０に対して連続してクランプ、即ち 、支持される。図６並びに図７から明らかなように、内ラム２２並びに内ダイシ ュー３２が下方に移動されることにより、第１ないしステージ ４のためのダイ中心ポンチ３８は連続してブランクＢと係合し、ブランクを対応 するカップＣへと連続して絞る。図７から明らかなように、第１ないしステージ ４のためのダイ中心ポンチ３８上の中心挿入部材１２２の厚さが増していること により、ステージ１でのカップの前にステージ２のためのカップに充分に絞られ 、またステージ３のためのカップＣに充分に絞られる前にステージ４のためのカ ップＣに充分絞られるようにして、カップＣは逆の順で連続して絞られる。 図面並びに上記説明から、本発明に従って構成された工具を備えたカップ形成 用機械プレスは望まし態様並びに効果を奏することは自明である。第１の重要な 態様として、第１ないしステージ４でドローパッド７０とブランク／ドローダイ ９０との間に連続してブランクＢを保持、即ち、把持することにより、外ラム２ ４へのダイナミック負荷は実質的に減じられる。例えば、２５０ｒｐｍで動作さ れ、８つのポケットを持った工具を備えた１５０トン・プレスの外ラムにかかる ９８トンの圧縮負荷は、本発明に従って構成された工具を使用する場合には４８ トンの圧縮負荷に減じられる。このことは、５０％以上の外ラムへの圧縮負荷の 減少を示し、かくして、プレスに過負荷がかからないでプレスの速度を実質的に 早くすることを可能とする。ブランクＢの連続した保持はプレスへの負荷を非常 に減少させるが、平坦な円形のブランクＢを形成するためにシートＳの連続した ブランク形成は、また複動プレスの外ラムへの圧縮負荷をも減少差せる。また、 ブランクＢを連続してカップＣに絞ることは、内ラム２２へ の負荷をさらに減少させる。工具の連続した使用により、ラムがその方向をスト ロークの底のところで変更するときにプレスの構成要素にかかる最大張力も減じ る、ことは自明である。 本発明は、既存の銅工具で一連のブランキング、ホールディング並びにドロー イング動作を果たすために挿入部材１２０，１２１，１２２を使用することとし て説明したが、新規な銅工具が、挿入部材１２０，１２１，１２２の必要性をな くすデイメンションで構成され得ることは、自明である。さらに、図８の表は１ ４のカップ、即ち、ポケットを備えた工具のための工程シーケンスを示している が、第１ないしステージ４のための工程の相違は、ステージの数、ポケットの数 、工具の形式並びに機械プレスの形式に従って変更され得る。また、ここで使用 した“カップ状物品”とは、夫々が上方に延出した筒状壁と一体的な底壁を有す る金属の絞り加工による種々の物品を含む。 記載した方法並びに装置の形態は、本発明の好ましい実施の形態であるが、記 載した方法並びに装置の形態だけに限定されることは無く、請求の範囲で規定す るような範囲並びに精神から逸脱しないで種々の変化が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 して対称的に位置されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高速機械プレスの各ストロークでシート金属のストリップから一連のカッ プ状の物品を成型するための方法において、工具は、夫々が対応する環状のブラ ンク／ドローダイと対向した一連の環状のドローパットと、各ドローパットを囲 む環状のカットエッジダイと、各ドローパッド内のダイ中心ポンチとを具備し、 方法は、一連のほぼ円形のデイスク状ブランクを形成するように、前記ストリッ プを前記環状のカットエッジダイと、これと対応するブランク／ドローダイとに 係合させる工程と、プレスの各ストロークで金属を保持するために、ブランク／ ドローダイ上の金属を一連の各ドローパッドに係合させる工程と、ブランクを絞 って物品を形成するために、対応する一連のダイ中心ポンチに、各ドローパッド に保持されたブランクの中心部分を係合させる工程とを具備し、前記ブランク／ ドローダイに金属を係合させる工程は、プレスの各ストロークの間、プレスにか かるダイナミック負荷を実質的に減じるためにプレスの各ストロークで金属を連 続して保持するように連続して行われることを特徴とする方法。 ２．前記ストリップは、一連のほぼ円形のディスク状のブランクを連続して形 成するために、環状のカットエッジダイと、これに対応するブランク／ドローダ イとにより連続して係合される請求項１の方法。 ３．前記ブランクの中心部は、ブランクを物品に連続して 絞るために、対応した一連のダイ中心ポンチにより連続して係合される請求項１ の方法。 ４．前記ストリップは、ほぼ円形のディスク状のブランクを連続して形成する ために、環状のカットエッジダイ並びにこれに対応したブランク／ドローダイに より連続して係合される請求項３の方法。 ５．ブランクの連続した保持を果たすためにドローパッドの移動のストッパー を形成するように異なる厚さの一連の環状の挿入部材を挿入する工程をさらに具 備する請求項１の方法。 ６．物品へのブランクの連続した絞りを果たすようにダイ中心ポンチを延長さ せるために、異なる厚さの一連の環状の挿入部材を挿入する工程をさらに具備す る請求項１の方法。 ７．高速機械プレスの各ストロークでシート金属のストリップから一連のカッ プ状の物品を成型するための方法において、工具は、一連の水平方向に互いに離 間した成型ステージを具備し、各ステージは、対向する環状のダイ部材と、各ス テージのダイ部材の１つを囲む環状のブランクダイと、各ステージのダイ部材内 のダイ中心ポンチとを具備し、方法は、一連のほぼ円形のデイスク状ブランクを 形成するように、前記ストリップをステージの前記環状のブランクダイと係合さ せる工程と、プレスの各ストロークで金属を保持するために、金属をステージの ダイ部材に係合させる工程と、ブランクを絞って物品を形成するために、ステー ジの対応する一連のダイ中心ポンチに、ダイ部材に保持されたブランクの中心部 分 を係合させる工程とを具備し、前記ブランクの中心部を係合させる最後の工程は 、プレスの各ストロークの間、プレスにかかるダイナミック負荷を実質的に減じ るために、ブランクを物品に連続して絞るように連続して行われることを特徴と する方法。 ８．前記ストリップは、プレスの各ストロークでのステージで、一連のほぼ円 形のディスク状のブランクを連続して形成するために、環状のブランクダイによ り連続して係合される請求項７の方法。 ９．プレスの中心線に対して対称的にステージを位置決めする工程を具備する 請求項７の方法。 １０．プレスの各ストロークでシート金属のストリップから一連のカップ状の 物品を成型するための高速機械プレスに使用される工具装置であり、この装置は 、対応する環状のブランク／ドローダイに夫々が対向した一連の環状のドローパ ッドと、前記ドローパッドの各々を囲む環状のカットエッジダイと、各ドローパ ッド内のダイ中心ポンチと、プレスの各工程で前記ドローパッドとブランク／ド ローダイとの間に金属を係合させ、保持させるように、ブランク／ドローダイと ドローパッドとを支持するための手段と、前記ダイ中心ポンチを、ドローパッド により保持されているブランクの中心部と係合させ、ブランクを物品へと絞られ るように支持する手段とを具備し、金属と連続して係合し、これを連続して保持 するように段階的な関係で前記ブランク／ドローダイとドローパッドとを位置決 めして、プレスの各ストロークの間、プ レスにかかるダイナミック負荷を実質的に減じるようにした手段を具備すること を特徴とする工具装置。 １１．一連のブランクを連続的に形成するように、段階的な関係でカットエッ ジダイと、これに対応するブランク／ドローダイとを位置決めする手段を具備す る請求項１０の工具装置。 １２．ブランクを連続して物品に絞るように、前記ドローパッドにより保持さ れているブランクの中心部と連続して係合するために段階的関係で前記ダイ中心 ポンチを位置決めする手段を具備する請求項１０の工具装置。