JP2000501654A - 金属形材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属形材の製造法に関する。この新規な方法では、先ず一方の形材脚片（６）に、ミクロ組織を変成させる材料塑性変形によって溝を形成し、次いで他方の形材脚片（２）を前記溝内に挿嵌し、次いで、前記溝に隣接して位置する前記一方の形材脚片の材料（１２）を、圧力をかけて前記他方の形材脚片（２）の両側面へ向かって移動させて、両形材脚片（２，６）間の接触部位において少なくとも摩擦接続式結合を達成する。形材脚片をミクロ組織変成式に固着する本発明の方法は、所望の素材を用いて事実上いかなる所望の幾何学形状の金属形材も低廉に生産することを可能にし、該金属形材の強度は、従来公知の方法で生産された金属形材に充分比肩できるものである。

Description

【発明の詳細な説明】 金属形材の製造法 本発明は、例えば建築産業、窓製造、車両製造、機械製造又は類似の製造分野 で使用されるような、金属形材の製造法に関する。 公知の金属形材は、原則として金属塊片から圧延法によって製造される。公知 の金属形材の欠点は、荷重上の要件から見れば１つの軸線においてだけ例えば撓 み耐性として高い安定性を必要としている場合が多いにも拘わらず、形材の全て の脚片に等しい材料厚を有していることである。負荷を受けることの少ない軸線 に沿って材料を徒らに肉厚にすることは、材料の浪費であり、かつコストを高め ることになる。そればかりか慣用の圧延形材では、例えばｙ軸線に沿って脚片を 任意に配置することはできない。それというのは、形材を後の時点でなお圧延可 能でなければならないので、ｙ軸の脚片を静力学的な最適点の近くに、要するに １つの形材のほぼ中心に配置する訳にはいかないからである。更に公知の製造法 の場合には、材料の屈曲又曲げによって材料が弱められることがある。更に又、 金属が所定の材料厚までしか圧延できないために、所望の金属形材の製造が往々 にして不可能になる場合がある。また個別に要求される使用条件に応じて、間欠 的に中断された成形脚片をもった金属形材、或いは、縦方向、横方向、対角線方 向に又は曲線に沿って、又はその他任意の形式で配置された成形脚片をもった金 属形材を製造することは不可能である。また例えばドイツ連邦共和国特許第３０ ２５７０６号明細書に開示の製造法において図示されているような連続押出し成 形材は概して、例えばアルミニウムのような比較的高価な素材からしか製造され ず、かつ煩瑣な製造法に基づいているために付加的にコスト高になり、その上に 場合によっては寸法を補正されねばならない。このように予め寸法決めされた金 属形材は製造プロセスにおいて前記欠点を除くことはできない。また金属形材の ための公知の鋳造法もコスト高である。鋳塊から成る形材の製造法は例えばドイ ツ連邦共和国特許第４４８１１６号明細書に開示されている。この公知製造法で は、鋳造工場の圧延ラインにおいてなお灼熱状態にある材料から製造される形材 脚片しか加工することができない。この開示された公知方法は、鋳造工場におい て使用される高価な工具に依存しており、かつ付加的な冷間変形加工のためにも 、或いは比較的精緻な幾何学形状をもった金属形材の加工のためにも適していな い。例えば窓製造のような製造分野では、負荷耐性に対する要求に相応して多数 の異なった金属形材が迅速に順送りで加工されねばならない。材料の必要量をカ バーできるようにするために経費の嵩むストックと論 理計算が必要である。加工機の生産効率は、適正時点に適正形材が供給されるか 否かに懸かっている。１軸線における金属形材脚片の強度以外に、個々の形材脚 片に対して課される要求が、例えば遮音値及び／又は断熱値、導電性、装飾コー ティング、防食、車両構造の規定の座屈挙動又はクラッシュ挙動、或いは賦形及 び構造上の結合部における所定の有利な幾何学形状の点で、互いに相違している こともあるが、しかしながらこれらの要求は、今日公知になっている金属形材の 技術的実情に基づいて、製造済み形材に経費をかけて後加工を施すことによって しか満たすことができず、さもなければ全く実現不可能である。異種の素材から 成る、しかも鉄、銅、アルミニウム、合金等のような金属素材と、例えばセラミ ック、ガラス、木材などのような非金属素材とから複合される、形材脚片のコン ビネーションは目下の所では、経費をかけて前成形された部品を用いてしか、か つ／又は、ねじ締結、溶接、接着などによって結合可能な形材脚片を用いてしか 、実施することができない。 従来技術から明らかな前記欠点を排除するための本発明の課題は、何よりも高 い処理量、僅かな工具摩耗及び形材脚片の確実な結合を可能にすると共に、製造 法及びこれによって製造される形材の、最大限に可能な多様の成形可変性を得る ことのできるような金属形材の製造法を提供することである。 前記課題を解決するための本発明の構成手段は、先ず他方の形材脚片に、ミク ロ組織を変成させる材料塑性変形によって溝を形成し、次いで金属形材の一方の 形材脚片の突合せ側を、前記他方の形材脚片の内側に位置する前記溝内に挿嵌し 、次いでその下に位置する材料の降伏点を上回る圧力をかけて、前記溝に隣接し て位置する前記他方の形材脚片の材料を直接又は間接に、前記一方の形材脚片の 両側面へ向かって移動させて、接触部位において少なくとも摩擦接続式結合を達 成する点にある。溝が充分な幅に形成されている場合には、本発明では、２つ以 上の形材脚片を１つの溝内において、ミクロ組織を変成して固着することも可能 である。 本発明の更なる構成手段では、適当に成形された加圧ロールによって他方の形 材脚片に溝が形成され、かつ／又はこの溝の形成に続いて前記加圧ロールの押圧 によって、該溝に隣接して位置する形材脚片材料が、一方の形材脚片の両側面に 圧着させられ、互いに挿し合わされた両形材脚片は前記加圧ロールに沿って走行 し、かつ／又は前記両形材脚片は前記加圧ロールを超えて走行するようになつて いる。しかし又、他方の形材脚片における溝の前記形成動作及び／又は該溝に隣 接している前記形材脚片材料の前記圧着動作を、相応に成形された適当な往復動 工具の往復ストローク運動によって行うことも可能である。形材脚片は、任意の 扁平素材又は半製品から成ることができる。一方の形材脚片の横断面の或る部位 における溝の通路深さ及び／又は通路幅は、他の部位における溝の通路深さ及び ／又は通路幅よりも小さくてもよく、こうして単数又は複数の突出した歯形部が 生じ、該歯形部の前縁は、ミクロ組織変成式固着時に一方の形材脚片の材料内に 圧入し、或いは互いに固着すべき部分がポジティブとネガティブに（つまり雄型 と雌型とに）対応成形されている場合には前記の歯形部は互いに噛み合うことに なる。このような溝の成形は、例えば適当に山形に成形された複数の加圧ロール によって得られ、或いは、ミクロ組織変成式に溝を形成する前に他方の形材脚片 を屈曲させ、次いで曲げ戻すことによっても得られる。 更にまた、結合すべき材料間の接触面をより大きくするため、或いは力の導入 を所望のように最適化するために、他方の形材脚片に存在する溝、及び該溝内へ 侵入する一方の形材脚片の材料が、この一方の形材脚片の鉛直軸線に対して角度 を成しているか、又は前記溝の鉛直中心軸線が、他方の形材脚片の水平面に対し て直角にはならないようにすることもできる。 前記の溝の形成に加えて、該溝の少なくとも一方の側壁を、適当に成形・配置 された工具によって、それ自体周知のように、例えばノッチ、パーフォレーショ ン、粗面、粒状部の形成によって摩擦抵抗を増大させ るように加工することも可能であり、これはロール又は往復動工具によって実現 することができる。また同様に例えば侵入する形材脚片の少なくとも片面及び／ 又は下面の少なくとも部分的な拡張据込み、或いは縦方向及び／又は横方向のノ ッチ、パーフォレーション、粒状部、打抜き部、粗面部のような摩擦抵抗を増大 させるその他の手段及び／又は複数の隆起を、溝内に挿嵌すべき形材脚片に形成 することも可能である。しかし又、摩擦抵抗を増大させる加工は、例えばロール とは異なった別の工具、例えばたがね、プレス工具等によって、或いはエッチン グ処理のような化学的な方法によって行うこともできる。ここで提案される溝処 理及び／又は側面処理は、異なったインターバルをとって、間欠的に、交互に、 又はその他の形式で種々可変的に行うことができる。摩擦抵抗を増大させる加工 は、相互に接し合う面の滑り力を高めるばかりでなく、摩擦接続に加えて、接し 合う面間に形状による係合接続を得るようにして行うことができる。摩擦抵抗を 増大させる処理に代えて、或いはこの処理に加えて、挿嵌すべき形材脚片は、単 数又は複数の別の形材脚片とのミクロ組織変成式固着によって係合接続又は所望 の特定の力関係を得るために、前記形材脚片の侵入深さ範囲において、或いはそ れ以上の範囲にわたって、ミクロ組織を変成され、或いは据込まれる。 ミクロ組織を変成しつつ溝を圧刻し、かつそれに引 き続いて挿嵌された形材脚片の両側面に隣接材料を圧接する際に、形材脚片は対 抗ホルダーによって支持される。往復動工具の場合は、対抗ホルダーを形成する 単純なプレートによって形材脚片は支持される。ローラを介して送りを行う搬送 系の場合の前記支持は、可動の対抗ホルダーによって、殊に複数のローラによっ て行われねばならない。形材脚片が平滑な場合、溝の形成又は隣接材料の圧接の みならず形材脚片の付加的な成形を達成しようとするのでなければ、対抗ホルダ ーの支持面も同様に平滑に形成されていなければならない。加圧ロールによって 加工される形材脚片はその場合、例えば他方の側（背面側）を、ネガティブに成 形された（雌型の）加圧ロールによって支持することができ、これによって、ミ クロ組織を変成する塑性変形加工に加えて、加工された形材脚片を固着するため の成形プロセスが可能になる。例えば突起、隆起、圧刻部等を一方の形材脚片に 形成することが可能である。金属形材の単数又は複数の形材脚片には、ミクロ組 織変成式固着操作前、該固着操作中又は該固着操作後に剛性増強加工、絶縁加工 、耐食加工、重量削減加工、基準破断部位形成加工又は装飾加工及び／又はコー ティング加工を施すことも可能である。単数又は複数の形材脚片の片面又は両面 には、例えば捩り剛さを改善するために剪断圧刻処理を施すこと、つまり圧刻部 を設けることも可能である。単数又は複数の形材脚片 の絶縁コーティングは、所望の機械特性、熱特性、音響特性又は電気特性を金属 形材に与えるために適当な材料によって行うことができる。防食処理を施すため には、形材脚片の全面又は部分面に亜鉛メッキ、ラッカー塗工又はその他の処理 、或いはコーティング処理を施すことが可能である。更に本発明によれば、ミク ロ組織変成式固着処理装置を形材脚片が通走する前又は通走中に適当な加工及び ／又はコーティング処理が行われる。相応の工具は、迅速な組換え、ひいては高 いフレキシビリティを許容する交換マガジンに収容することができる。しかしな がらミクロ組織変成式固着処理装置を形材脚片の通走中の加工又はコーティング 処理が、何らかの理由で必ずしも可能ではなく、或いは経済的ではない場合には 、前記加工は追って後の時点に行うこともできる。本発明の製造法の利点は、ミ クロ組織変成式固着操作の場合にコーティング層にダメージを与えることが比較 的少ないことである。装飾コーティング層としては例えばプラスチックコーテイ ング層、ラッカー塗工層、クロムメッキ層、金メッキ層が挙げられる。 本発明の更なる構成手段によれば、加圧ロールが、他方の形材脚片の、溝に隣 接して位置する材料を、一方の形材脚片の両側面に沿って迫り上げ、これによっ て、より大きな接触面及び支持面を形成することができる。更に本発明では、金 属形材の形材脚片として加 工される単数又は複数の金属ストリップが予め、加圧工具又は切断工具によって 板金コイルから断裁される。この場合、加圧工具又は切断工具それ自体、或いは 付加的な加圧工具又は切断工具は、その加工面を適当に成形することによって、 断裁すべき形材脚片の表面に、複数のノッチ及び／又は摩擦抵抗を増大させる加 工面及び／又は複数の隆起を付加的に形成することができる。高い加工速度を可 能にするために、ロールとして構成された工具を使用するのが有利である。 転動式製造法を許容するロール形工具に代えて、或いは該ロール形工具に加え て、往復ストローク運動によって稼働する適当な打抜き工具を、本発明の加工段 階のために使用することも可能である。この往復動式打抜き工具は、形材の全長 にわたって加工を施す必要が無い場合、或いは比較的低廉な工具及び／又は比較 的低い加工速度で稼働しようとする場合に有利である。本発明によってミクロ組 織変成式固着部を製造する点で原理的には、転動式に稼働する工具と、往復動式 に打抜き稼働する工具との間に相違はない。ミクロ組織の変成された接合部の保 持力を高め、しかも新規な固着技術の受諾を高め、又は法的認可条件を満たすた め、或いはその他の技術的利点を実現できるようにするために、ミクロ組織変成 式接合を、それ自体公知の、例えば接着、リベット締結、溶接のような結合技術 によって付加的に強化することも可能である。 他方の形材脚片の溝の隣接材料に代えて、又は該隣接材料に加えて、例えば広 幅の溝を埋めるための線材状、板金片状、アダプタ片状の別の第３の材料又は絶 縁材料を、ミクロ組織変成式固着法によって前記溝内へ挿入しかつ一方の形材脚 片の少なくとも一方の側面に沿って付設することも可能である。このような処置 が想定できるのは例えば、溝深さが過度に浅いために、ミクロ組織変成式固着の ために利用できる材料が充分でない場合、材料盛上げ斜面を格別大きくせねばな らない場合、或いは異なった、例えばより硬質の材料を挿入する必要がある場合 である。また前記第３の材料を適正な形状に例えば楔形に成形することによって 、ミクロ組織変成式固着部の係合接続に積極的な影響を及ぼすことが可能である 。 ミクロ組織変成式固着によって、これによって処理された材料は硬化される。 ミクロ組織を変成して固着された少なくとも１つの形材脚片の材料には、追って 付加的に硬化処理又は焼入れ処理を施すことも可能である。ミクロ組織を変成し て固着される形材脚片には、固着操作の前又は後に全体的又は部分的にコーティ ング処理を施すことが可能である。ミクロ組織を変成して互いに固着される形材 脚片に、予め又は追って縁取り加工及び／又はその他所望の塑性変形加工を付加 的に施すことも可能である。２つ又はそれ以上の形材脚片相互のミクロ組織変成 式固着は、連続的に一貫し て、或いは断続的に金属形材の単数又は複数の区分にだけジグザク状又は曲線状 に側方にずらして、又は互い違いに、或いはその他任意の方式で行うことができ る。溝は連続的に一貫して成形することができるが、一方の形材脚片は、該溝内 に一貫して挿嵌される必要はなく、或いは隣接材料に一貫して圧接される必要は ない。材料は短い部分に区分され、或いは個々の区分に応じて素材を変換するこ ともできる。 更に本発明の方法によれば、金属、ガラス、ゴム、セラミック又はその他の素 材から成る別の部材が、形材脚片として、或いは少なくとも一方の形材脚片のそ の他の部分として、装飾目的、シール目的又はその他の目的のために金属形材に ミクロ組織を変成して固着され、かつ／又は２つ又はそれ以上の形材脚片を、例 えばスペーサ又は絶縁ウェブとして互いに結合することもできる。これによって 例えば、音響的、電気的、熱的その他の絶縁材、ケーシング、外装板、計器又は 別の形材との結合手段、カバー、その他の成形体を、ねじ締結、リベット締結な どのような付加的な固着手段なしに、金属形材に付設することが可能である。 一方の形材脚片は少なくともその区分を、１直線に沿ってのみ固着される必要 はなく、側方にずれた線に沿って波形状、斜材状、横材状に又は途切れ途切れに 、他方の形材脚片上にミクロ組織変成によって固着することもできる。ミクロ組 織変成式固着操作の前又は 後に行うことのできる前述の塑性変形加工及び縁取り加工と組合せて、理論的に 考えられ得る一切の形材形状及び形材横断面を本発明の方法によって実現するこ とが可能になる。アーチ材又は丸味をもった形材を製造するために個々の形材脚 片は、別の形材脚片にミクロ組織を変成して固着する前に、湾曲した輪郭に予め 前切断加工・前打抜き加工・前レーザー加工又はその他の形式の前輪郭取り加工 を施すことができる。また形材脚片は、縦軸線に沿った一方の側に打抜き・延伸 ・据込みを施し、かつ／又は他方の側に圧延を施して、湾曲成形された形材脚片 を得ることもできる。また所望の熱的挙動を得るためにバイメタル脚片を使用す ることも可能であり、或いは等温で特定の材料応力を得るために複数の形材脚片 を異なった温度で合成することも可能である。例えばビルディングやファサード 構造における桁材のような特定の適用例では形材は、組込み状態で荷重を受けて 一直線に成るようにするために所定のプレストレスを有していなければならない 。このようなプレストレスは、前記のようにして本発明の形材に導入することが できる。前記の加工（例えば自動車製造におけるような形材脚片の所望の形状を 得るための順送り工具による板金加工も含む）によって、考えられ得る一切の形 材形状を、こうして任意の順序で形成することが可能である。 ミクロ組織変成式固着強度は、溝に挿嵌される一方 の形材脚片と他方の形材脚片とを互いにミクロ組織を変成して固着する前に、一 方の形材脚片の温度を他方の形材脚片よりも低くすることによって、付加的に高 めることができる。他方の形材脚片は、該形材脚片に溝を形成する場合に加熱さ れる。この溝に、より冷たい一方の形材脚片を挿嵌し、両形材脚片相互を、ミク ロ組織を変成して固着させ、次いで他方の形材脚片を急冷すると、この他方の形 材脚片の材料は急冷によって収縮し、その結果、ミクロ組織変成式固着部の緊締 作用が積極的に助成される。この効果は、形材脚片全体又はその一部分を所期の ように加熱又は冷却することによって強化又は補充することができる。溝をアン ダーカットとして形成すると、溝の両側壁に張出すクランプ突起が生じ、その結 果、挿嵌時の摩擦接続式結合に加えて、この挿嵌に続くミクロ組織変成式圧接時 には付加的な係合接続式結合が得られる。この係合接続式結合は、挿嵌すべき形 材脚片を付加的に成形することによって、或いは該形材脚片の形状のみによって 助成することができる。付加的な形状接続式結合によって得られる利点は、化学 的、熱的、機械的作用又はその他の作用に基づいて摩擦接続式結合部の保持力が 減退するような場合でも該係合接続式結合部が保持力を確保することである。 ミクロ組織変成式固着のための付加的又は代替的な手段として、溝の領域で互 いに結合すべき材料を、高 周波数で働く打撃突合せ法に基づいて互いに接合することが可能である。その場 合、接合部位において材料組織粒子は互いに離散・変形され、かつ場合によって は高周波運動によって、いわば互いに溶接される。この場合、溝深さの増大につ れて溝を拡張させて、該溝内へ材料を分散させ得るようにし、ひいては特に後の 時点における結合溝からの材料の離脱を係合接続によって防止するようにするの が特に有利と判った。高周波式打撃突合せ法の目的は、互いに固着すべき形材脚 片の材料を、できるだけ高い度合で捏ね合わせ、もしくは混ぜ合わせるためであ る。形材脚片又は全形材の高周波処理は、固有応力を減成するため、或いは安定 化された固有応力を生ぜしめるためにも有利に採用することができる。 本発明の方法によって、僅かな工具経費で新規な金属形材を迅速かつ低廉に大 量生産することが可能になり、しかも形材脚片相互をほぼ任意に配置することが でき、かつ異なった肉厚の材料から（棒材料又はブロック材料からでさえも）１ つの金属形材に加工することもできる。これによって金属形材を当面の負荷に適 合させることが可能であり、ひいては経費節減及び重量削減が得られる。本発明 の製造法によれば、使用工具が高い摩耗に曝されることはない。個々の形材脚片 は加工機械によって連続的に剪断強さ、トップ引張強さ、圧縮強さ及び引張り強 さを有するように確実に組 立てられる。本発明の方法によって、定尺分断された市販の棒製品と全く同様に 、具体的な要望に応じた正確な長さを製造することが可能である。加工設備自体 は、比較的小さな企業でも調達できるほど手頃であり、かつ、ストックでき或い は容易に自家生産できる帯幅及び帯厚の少数の金属薄板帯材から、無制限に多数 の所望形材を生産することが可能になる。本発明による金属形材の製造法では構 造節点が曲げ力及び亀裂力によって弱化されることはなく、それとは正反対に、 ミクロ組織変成式固着時に達成される冷間硬化によって強化されるので、負荷下 で結合部が分離することはなく、寧ろ残りの形材脚片材料が歪曲することになる 。更に静力学的要求が著しく高い場合、各結合域の材料強度を、例えばショット ブラスト処理や熱処理などによって、部分的又は全体的に後から付加的に高める ことが可能である。角隅は、丸くならず或いは材料余盛りなく、ほぼ山形に形成 することができ、これによって個々の形材脚片の突合せエッジに至るまで平滑な 接合輪郭を製作することが可能である。２つの形材脚片がミクロ組織を変成して 互いに固着された接合域は、高い引裂き強度を得ようとする場合でさえも、ごく 僅かな幅の区域にわたっているにすぎず、例えば薄板厚が数ミリメートルの場合 でも１ｍｍ又はそれ以下の幅にわたっているにすぎず、従って固着部位において 隆起又は斜向張出しに基づく視覚的及び技術的欠点が 生じることはない。また本発明の方法で加工される形材脚片に、選択的にその加 工前又は加工中又は加工後に、異なった付加的な加工及び／又は付加的な処理を （この加工又は処理を最も簡便に行える時点に応じて）施すことが可能である。 また本発明の製造法は、付加的な形材脚片又工作物のミクロ組織変成式固着によ って、現存の形材成形プログラム、つまり桁材、管材、山形材などに付加的な変 化を与えるためにも使用することができる。１つの製造済み金属形材が種々異な った素材から成っている場合、個々の形材脚片相互を再び比較的容易に分離でき るので、後のリサイクリングのために幾多の利点が得られる。これに利害関係が あるのは、鉛のような有毒材料が使用される場合、或いは個々の脚片が特に放射 線、化学薬品などによって汚染されている場合、或いは個々の形材脚片が、例え ば触媒中のプラチナのような格別高価な素材から成っている場合である。 図１はロールによって形材脚片の材料内に、ミクロ組織を変成しつつ溝を成形 する圧延動作を示した横断面図である。 図２はｙ軸の形材脚片の両側面に、溝に近接して位置しているｘ軸の形材脚片 材料を押圧する圧延動作を示した横断面図である。 図２ａは、図１に示したロールとは異なった外側輪郭を有するロールを用いて ｘ軸の形材脚片内に、ミク ロ組織を変成しつつ溝を圧刻成形する圧延動作を示した横断面図である。 図３は形材脚片の両側面に沿って迫り上げられた隣接材料の横断面図である。 図４は製造済み金属形材並びに、挿嵌された形材脚片から離間して位置する押 圧工具軌跡の横断面図である。 図５は製造済み金属形材並びに、挿嵌された形材脚片に極めて密接して位置す る押圧工具軌跡の横断面図である。 図６はｙ軸で波形に配置された形材脚片を備えた縦方向で切断された金属形材 の斜視図である。 次に図面に基づいて本発明による金属形材の製造法の実施例を説明する。 図１の横断面図では、ロールによって形材脚片内にミクロ組織を変成しつつ溝 を成形する圧延動作が図示されている。該形材脚片６は任意の半製品であり、該 半製品は前寸法決めを予め施しておく必要はなく、また本発明の製造法に適合さ せるために、寸法精度及び／又はトレランスに対する特別の要件を満たす必要も ない。扁平素材に代えて、湾曲された板金、前成形された形材又はその他の半製 品を使用することも可能である。素材に対する唯一の前提条件は、後続の加工の ための充分な残留変形能である。追って説明する固着法のために形材脚片として 使用される金属半製品は、 粒子の結合格子をもったミクロ結晶組織構造を有している。 次いで他方の形材脚片６には、図示の加圧ロール９のような材料のミクロ組織 構造に塑性変形を及ぼす適当な単数又は複数の工具を用いて、冷間状態で材料表 面に圧刻又は圧延を施すことによって溝４が形成されている。加圧ロール９によ って加えられた圧力は、その場合対抗ロール１１によって支持されるので、形材 脚片６が加圧ロール９の圧力を受けて逃げることはない。溝を成形する材料の塑 性変形の場合、図示は省いたが程度の差こそあれ僅かな幾何学形状の変化が降伏 点の上位域で材料損失又は質量変化なしに生じる。フライス加工法、切削加工法 又はその他の研磨加工法の場合とは異なって、この場合、現存する材料は可能な 限り役立てられるようにせねばならない。線影５によって示唆したように塑性変 形ゾーン域においてミクロ組織が変成し、かつ塑性変形度に応じて塑性変形ゾー ンの材料は加工硬化する。種々異なった個々の工具の形状及び該工具の選択順序 に関連して、全く意図通りの材料流れを生ぜしめることが可能である。例えば工 具順序を適正に選ぶことによって、塑性変形力を低く抑え、材料の過負荷を避け 、互いに異なった硬化度域を形成し、或いは例えばアンダーカット部や膨隆部な どのような所望の成形部を得ることが可能である。塑性変形によって溝を形成す る工具は、尖頭形であって も、円頭形であっても、圭角的であっても、段付きであっても、非対称的であっ ても、任意の多角形であっても、幅の一部を閉塞していても、或いはその他の形 式で材料流れを助成する幾何学形状を有していてもよい。工具は往復動工具又は 転動工具として動作することもでき、鉛直軸線方向、縦軸線方向及び横軸線方向 に全て運動可能であり、互いに異なった直径を有し、偏心支承され、等角又は異 角に設定可能又はその他の形式で配置可能であり、これによって溝４を成形する ために課された所望の要求条件を満たすことが可能である。所定の塑性変形を得 るため或いは促進するために、所期の材料流れを生ぜしめる抑え部材を使用する ことも可能である。また特定の寸法又はトレランスの確実な維持を保証するため に、抑え部材又は付加的な成形工具を採用することも可能である。必要に応じて 、適当な工具によって金属形材の特定区分についてだけ寸法精度を維持すること を保証することも可能であり、これによって経費削減が得られる。本発明の方法 にとって重要な点は、材料の部分が塑性変形されることである。その場合材料の 組織結合が少なくとも部分的に中断されても差し支えはなく、これによって本発 明の方法の思想に抵触が生じることはない。 図２では一方の形材脚片２が、他方の形材脚片６の製造済み溝４内にすでに挿 嵌されている。該溝４は、すでに述べたように他方の形材脚片６内に、ミクロ組 織を変成して成形された。その場合、ミクロ組織の変成を受けた材料は加工硬化 されている。溝４の側壁材料のミクロ組織構造は例えば溝４の基底の方に向かっ て方位づけられており、かつ、製造済み形材の横断面で見ることのできるミクロ 組織線は、溝４の基底の下位では円弧状に互いに収斂している。ミクロ組織線経 過の類似パターンは、加圧ロール８，１０が素材の材料に作用する領域において も見られるが、とは云え、正確な組織像は、個々の加工工具及び／又は加圧工具 の形状及び選択順序に関連している。原則として形材脚片６の材料は、溝付け兼 加圧工具によって加工する際、侵入する工具の両側では延伸され、かつ工具の下 位では据込まれる。形材脚片６の素材の材料内に溝４が成形され、それに続いて 該溝４に隣接して位置する形材脚片６の材料１２を加圧ロール８，１０によって 押圧すると冷間塑性変形によって材料には冷間硬化が生じる。加圧ロール８，１ ０は、形材脚片６の、溝に隣接して位置する材料１２に対して、加圧ロール８， １０の直接的な加圧域に素材の降伏点を超える程の高い圧力を発生し、こうして この圧力によって材料に流れ運動が生じる。流れ材料は、最低反圧を増成するゾ ーンに圧力を伝達する。このゾーンとは、溝４の両側壁との或る程度の遊びに基 づいて、溝４内に挿嵌された形材脚片２の両側面の方へ向かって逃げることので きる溝隣接域である。ここで注目すべき点は、加圧ロ ール８及び１０によってかけられる圧力の方向とは異なった方向へ材料が逃げ得 ることである。図２に示した例では圧力は、形材脚片２に対して平行に形材脚片 ６へ導入されるが、流れ材料は溝４の方向へ側方へ向かって逃げる。しかもこの 流れ運動は、加圧ロール８，１０を適当に成形することによって付加的に助成す ることができる。圧力に基づいて発生する流れ挙動によって、挿嵌された形材脚 片２の両側壁と溝４の両側壁との間に予め存在しているギャップは閉鎖する。流 れ材料は、流れない材料を押し退けることもできるので、流れ材料それ自体だけ でなく、溝４の両側壁と加圧ロール８，１０の加圧面との間に位置している流れ ない材料も、挿嵌された形材脚片２の両側壁へ向かって移動することができる。 要するに、それ相応に高い圧力を導入することによって、押し退けられた隣接材 料１２は形材脚片２の側壁表面に当接する訳である。従って両方の形材脚片２と ６の材料間には摩擦接続が形成される。 溝４の互いに隣接して位置する面及び挿嵌された形材脚片２の表面が平滑面で はなく、任意に粗面化され、据込まれ、粒状化され、アンダーカットされ、或い は、成形形状によって相互に発生する圧縮力、引張り力及び曲げ力に抵抗できる ようにその他の形式で成形されている場合には、前記の摩擦接続以外に、付加的 な形状による係合接続が生じ、しかもその場合、挿嵌 された形材脚片２のポジティブな形状に対する溝４の側壁のネガティブな成形化 が少なくとも部分的に、導入圧力に起因して発生した材料の流れ運動によって始 めて得られる。 製造済み金属形材に対する静力学的要求及び加圧ロール８，１０の相応の設定 に応じて両加圧ロール８，１０は、溝４に隣接して位置する隣接材料１２内へ、 程度の差こそあれ深く侵入することができるが、但しこの場合、ミクロ組織変成 式固着部の強度に不利な作用を及ぼすことになるほど過度に大きな切削効果を生 ぜしめないようにする。 加圧ロールのエッジの幾何学形状、ひいては該加圧ロールによって導入される 圧力も前記の観点に立って見ることができる。しかし円周輪郭のフラットな加圧 ロールを用いても、充分満足のいくミクロ組織変成式固着部を得ることが可能で ある。また形材脚片２の側壁表面に対する加圧ロール８，１０の距離も製造済み 金属形材に対する要求に相応して選択することができる。加圧ロール８，１０の 設定に応じて、溝４に隣接して位置する隣接材料１２を形材脚片２の側壁表面に 沿って押し上げることが可能である。該隣接材料は、形材脚片２と６間の接触面 積を増大させるために、形材脚片２の側壁面に沿って迫り上げられる。これに相 応して製作された形材の１例が図３に横断面図で示されている。このような材料 迫り上げによって形材脚片 ２と６との間に一層大きな接触面積が得られ、かつこれに関連して一層高い保持 力が得られる。また付加的な例えば楔状又は線材状の第３の材料を挿入すること によって、一層高い斜面を得ることも可能である。また溝４内に挿嵌された形材 脚片２の側壁面に対する、形材脚片６に作用する加圧ロール８，１０の横方向距 離を変化することも可能である。但しこの場合留意すべき点は、隣接材料１２と 、挿嵌された形材脚片２の側壁との間に少なくとも摩擦接続を形成するためには 、加圧ロールの作用を受けて生じる材料の流れ運動で充分であることである。形 材脚片２に対する加圧ロール８，１０の異なった間隔で製作された製造済み金属 形材の例が図４と図５に図示されている。図解のために別の図面が添付されてい なくても当業者は、少なくともミクロ組織変成式固着による摩擦接続を形成する 原理を逸脱することなしに、溝４の深さ並びに加圧ロール８，１０の侵入深さを 変化できることを容易に推考することができる。要するに加圧ロール８，１０の 設定に応じて形材脚片２と６との間には、製造済み金属形材の静力学的特性に関 して慣用の形材にほぼ比肩できる抗張・抗圧継手が形成される訳である。 自動車製造分野において本発明の金属形材の特定のクラッシュ挙動或いは特定 の振動挙動を得るために例えば加圧ロールの侵入深さ或いは側方距離を、１つの 金属形材の通走中に変化することが可能である。また 製造済み金属形材の静力学に影響を及ぼすための別の可能性は、溝及び傾斜角を 所期のように平滑にすることのできる後続の加工工具から生じる。ミクロ組織変 成式固着部は、後の時点で接触部位で開くのを防止するために、ミクロ組織変成 材料のボトムをその下に位置する形材脚片６の残余材料と面接合させるようにす ることによって確保されている。発生する引張り力、トップ引張り力、圧縮力及 び曲げ力は広い面にわたって、その下に位置する余り圧縮されていない形材脚片 材料内へ導出され、こうして圧縮されたミクロ組織変成材料の、接合部位におけ るミクロ運動は阻止される。予め寸法決めされていて一方の形材脚片６の表面を 超えて突出し、かつこれに１つの形材脚片を挿嵌する公知の撓み脚片に対比すれ ば、ミクロ組織変成式固着によって得られる格別顕著な利点は明らかである。す なわち：表面を超えて突出する撓み可能な脚片は、比較的高い梃子力に曝されて いるので、不都合にも原則として可成り歪曲し易い。これに対して本発明の提案 した方法では、溝４の側壁接触面は、形材脚片６の材料内に埋め込まれており、 これによって梃子力に対して遥かに良く支持されている。 加圧ロールを用いた圧延法に代えて本発明の方法は、点状に作用する加圧工具 によっても実現又は補充することができる。選択的に設けることのできる付加的 な加圧ロールは図示されてはいないが、この付加的な 加圧ロールは、形材脚片２と６との間の結合部の強度を高めるために例えばスリ ット付け、ノッチ付け、網目付け、鑽孔などによって摩擦抵抗を増大するように 溝の側壁を加工するために使用される。前記の方法は、多額の経費をかけること なしに、種々異なった軸線方向の複数の形材脚片を１つの金属形材に接合するた めにも適用することができる。この場合その都度必要な加圧工具は、互いに上下 に、順次相前後して、かつ／又は互いに並列的に配置することもでき、或いは、 加圧ロール列又は往復動工具を通して、部分的に仕上がった金属形材を反復パス させることによって付加的な形材脚片を、ミクロ組織を変成しつつ金属形材に固 着することも可能である。 図２ａには、他方の形材脚片６に１つの溝を圧延加工する方式が概略横断面図 で図示されている。この場合の特殊性は、加圧ロール１４が、該加圧ロールの下 を通走する他方の形材脚片６に、ミクロ組織を変成しつつ所望の溝輪郭を形成す るのに適した形状に周面を成形されていると共に、溝４の成形に加えて形材脚片 ６に別の付加的な成形を施す点にある。形材脚片６の下に図示されている加圧ロ ール１６の周面は、加圧ロール１４の周面形状に対するネガティブ孔型を成して いる。加圧ロール１６は、加圧ロール１４によって加えられるプレス圧に対して 形材脚片を支持する一方、周面のネガティブ孔型によって所期の成形プロセスを 助成する。 純然たる支持機能を有する加圧ロール以外に、溝切り、切削又は鑽孔によって 、加工中の形材脚片の過度の変形を防止するための切削工具又は加圧工具を製造 プロセス内に組込むことも可能である。所期の特定の材料運動を得るのに行うべ き相応しい加工方式は当業者には板金加工に基づいて公知である。 成形用の加圧ロール１４，１６に代えて、図１に示したように勿論、溝輪郭を 形成するのに必要な成形は除いて、通走する板金に対して作用する平滑な加圧ロ ール１１を使用することも可能であり、或いは加圧ロール１４，１６が選択的に 相応に成形されかつ配置されている場合には、先行又は後続の加工プロセスにお いて切断用の加圧ロールによって金属形材の脚片部分を板金コイルから分断する ことも可能であり、或いは複数の加圧ロールを相前後して配置すること、又は個 々の形材脚片を複数回、１つの加工ラインを通走させることも可能である。加圧 ロール１４，１６の周面、場合によっては又、付加的な加圧ロールの周面を付加 的に成形することによって、通走する形材脚片に、付加的に摩擦抵抗を増大させ るような加工を施し、ノッチ入れ又はアンダーカット切りを施すことも可能であ る。この加工によって形成された空隙には、ミクロ組織を変成する押圧時に移動 する材料が侵入し、こうして付加的な形状による係合接続的な噛合いを生ぜしめ ることができる。加圧ロール１６は、対抗保持ロールとして構成することができ るが、他方の形材脚片６の成形を所望しない場合には、図１及び図２に示した対 抗保持ロール１１のように平滑に構成されていてもよい。 高い組立経費をかけずに所望の各形材形状を迅速に製造できるようにするため には、加工工具の加圧ロールを容易に交換可能にするのが有利である。加圧工具 は、溝の片側又は両側で稼働することができる。加圧工具によって片側だけが押 圧される場合には、満足するに足る結果を得るために、他方の側には抑え部材又 は対抗ホルダーを働かせるのが有利である。片側のみの押圧操作が行われるのは 例えば、一方の形材脚片を他方の形材脚片の表面の端縁に直接挿嵌して例えばＬ 字形の形材を製造する場合であり、また素材の降伏点を上回ることによって、溝 に挿嵌された一方の形材脚片の表面に材料の摩擦接続的な接触を得るのに充分な 材料が溝の他方の側にもはや存在しない場合である。 図６には、一方の形材脚片２を他方の形材脚片６上に波形に固着した状態が図 示されている。一方の形材脚片２において、波振幅に相当する他方の形材脚片６ の支持幅が製造済み金属形材の全長にわたって、前記一方の形材脚片２の本来の 材料肉厚を超えて得られ、これによって製造済み金属形材の捩り剛さが高められ る。しかし又、該捩り剛さは曲げ軸線方向の複数の形 材脚片によって、或いは１つの形材脚片の拡幅加工又はその他の変形加工によっ て高めることもできる。このような非直線的に形成された溝は、加工工具の偏向 によって、或いは専用加工工具の特殊な成形によって得ることができる。 本発明の方法に基づいて稼働する加工機械ラインを実現する課題は、当業者に とって大して解決しにくい問題ではない。ミクロ組織変成式固着加工を施す加工 機械内へ、適当に断裁された板金が送り込まれる。この送り中に個々の加圧ロー ルは溝の形成を行う。仕上がった溝に１つの形材脚片が挿嵌され、かつ両方の形 材脚片は、適当に配置した加圧ロールを介して、ミクロ組織変成式固着法によっ て前記溝に沿って互いに固着される。後続の加圧ロールは、固着溝、場合によっ てはまくれ及び傾斜角を平滑にすることができる。また加圧ロールに代えて、往 復ストロークをもって稼働する打抜き工具を機械に配置することも可能である。 本発明の新規な方法の高いフレキシビリティをフルに活用できるようにするため に、加圧ロールの位置は可変であると共に、加圧ロールそれ自体は交換可能でな ければならない。適当な生産機械を用いることによって高い搬送速度と高い処理 量が得られ、これによって単純な扁平素材から、多種多様の要件を満たす形材の 製造が可能になる。生産機械は、結合された生産設備内で正確なタイミングで正 しい金属形材を給送し得る ようにするために自動化装置を装備することができる。制御及び調整に関する適 当な装置は、従来技術に基づいて公知である。この生産機械は、顧客の要望、財 力及び投資準備態勢に応じて適当な機械を構成できるようにするために、モジュ ール式に組立ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＬＴ ，ＬＶ，ＭＸ，ＮＯ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．先ず他方の形材脚片に、ミクロ組織を変成させる材料塑性変形によって溝 を形成し、次いで金属形材の一方の形材脚片の突合せ側を、前記他方の形材脚片 の内側に位置する前記溝内に挿嵌し、次いでその下に位置する材料の降伏点を上 回る圧力をかけて、前記溝に隣接して位置する前記他方の形材脚片の材料を直接 又は間接に、前記一方の形材脚片の両側面へ向かって移動させて、接触部位にお いて少なくとも摩擦接続式結合を達成することを特徴とする、金属形材の製造法 。 ２．適当に成形された加圧ロールによって他方の形材脚片に溝を形成し、かつ ／又はこの溝の形成に続いて前記加圧ロールの押圧によって、該溝に隣接して位 置する形材脚片材料を、一方の形材脚片の両側面に圧着させ、互いに挿し合わさ れた両形材脚片を前記加圧ロールに沿って走行させ、かつ／又は前記両形材脚片 を前記加圧ロールを超えて走行させるようにする、請求項１記載の製造法。 ３．他方の形材脚片における溝の形成動作及び／又は該溝に隣接している前記 形材脚片材料の圧着動作を、適当な工具の往復ストローク運動によって行う、請 求項１又は２記載の製造法。 ４．形材脚片が、任意の扁平素材又は半製品から成 る、請求項１から３までのいずれか１項記載の製造法。 ５．一方の形材脚片の横断面の或る部位における溝の通路深さ及び／又は通路 幅が、他の部位における溝の通路深さ及び／又は通路幅に対比して異なっている 、請求項１から４までのいずれか１項記載の製造法。 ６．他方の形材脚片に存在する溝、及び該溝内へ侵入する一方の形材脚片の材 料が、この一方の形材脚片の鉛直軸線に対して角度を成しているか、又は前記溝 の鉛直中心軸線が、他方の形材脚片の水平面に対して直角ではない、請求項１か ら５までのいずれか１項記載の製造法。 ７．溝の形成に加えて、該溝の少なくとも一方の側壁が、適当に成形かつ配置 された工具によって、摩擦抵抗を増大させるように加工されている、請求項１か ら６までのいずれか１項記載の製造法。 ８．挿嵌すべき形材脚片の少なくとも片面に、かつ／又は少なくとも一部分に 、摩擦抵抗を増大させる加工が施されている、請求項１から７までのいずれか１ 項記載の製造法。 ９．ミクロ組織変成式の固着操作中に少なくとも一方の形材脚片を、固定及び ／又は可動の対抗ホルダーによって支持しておく、請求項１から８までのいずれ か１項記載の製造法。 １０．加圧ロールによって加工される形材脚片の他 方の側において、ネガティブに成形された支持ロール又は支持プレートが対抗ホ ルダーとして、成形すべき金属薄板ストリップを支持する、請求項１から９まで のいずれか１項記載の製造法。 １１．加圧ロールが、他方の形材脚片の、溝に隣接して位置する材料を、一方 の形材脚片の両側面に沿って迫り上げる、請求項１から１０までのいずれか１項 記載の製造法。 １２．金属形材の一方の形材脚片として加工される単数又は複数の金属ストリ ップを予め、加圧工具又は切断工具によって板金コイルから断裁する、請求項１ から１１までのいずれか１項記載の製造法。 １３．加圧工具又は切断工具が、その周面の適当な成形によって、断裁すべき 又は断裁された形材脚片の表面に、複数のノッチ及び／又は摩擦抵抗を増大させ る加工部及び／又は複数の隆起を付加的に形成する、請求項１から１２までのい ずれか１項記載の製造法。 １４．ロール形工具に代えて、或いは該ロール形工具に加えて、往復ストロー ク運動によって稼働する適当な打抜き工具を使用する、請求項１から１３までの いずれか１項記載の製造法。 １５．ミクロ組織を変成させて固着する固着法に、接着、リベット締結、溶接 のような固着法を付加的に併用する、請求項１から１４までのいずれか１項記載 の製造法。 １６．他方の形材脚片の溝の隣接材料に代えて、又は該隣接材料に加えて、ミ クロ組織変成式固着法によって別の第３の材料を前記溝内へ挿入しかつ一方の形 材脚片の少なくとも一方の側面に沿って付設する、請求項１から１５までのいず れか１項記載の製造法。 １７．ミクロ組織変成処理を施された材料が、該ミクロ組織変成処理によって 、残余の材料に対比して硬化されている、請求項１から１６までのいずれか１項 記載の製造法。 １８．少なくともミクロ組織を変成させて固着された形材脚片の材料に、追っ て硬化処理又は焼入れ処理を付加的に施す、請求項１から１７までのいずれか１ 項記載の製造法。 １９．ミクロ組織を変成させて互いに固着される形材脚片の前面又は部分面に 、該固着操作の前又は後にコーティング処理を施す、請求項１から１８までのい ずれか１項記載の製造法。 ２０．金属素材又はガラス、ゴム、プラスチック、セラミック等のような別の 素材から成る別の形材脚片が、少なくとも一方の形材脚片に、ミクロ組織を変成 して固着されており、かつ／又は２つ以上の形材脚片を互いに接合している、請 求項１から１９までのいずれか１項記載の製造法。 ２１．ミクロ組織を変成して互いに固着される形材脚片に、予め又は追って縁 取り加工又はその他の塑性 変形加工を付加的に施す、請求項１から２０までのいずれか１項記載の製造法。 ２２．一方の形材脚片が少なくともその区分を、１直線に沿ってばかりでなく 、側方にずれた線に沿って波形状、斜材状、横材状に又は途切れ途切れに、他方 の形材脚片上にミクロ組織を変成して固着されている、請求項１から２１までの いずれか１項記載の製造法。 ２３．溝内に挿嵌される一方の形材脚片が、両方の形材脚片を互いにミクロ組 織を変成して固着する以前に、他方の形材脚片とは異なった温度を有している、 請求項１から２２までのいずれか１項記載の製造法。 ２４．溝の領域で互いに結合すべき材料が、ミクロ組織変成式固着に加えて、 又はこれに代えて、高周波数で働く打撃突合せ法に基づいて互いに接合される、 請求項１から２３までのいずれか１項記載の製造法。 ２５．互いに固着すべき物体の材料が、ミクロ組織変成処理の施される又は打 撃突合せ接合の施される部位で、互いに捏ね合わされ、又は混ぜ合わされる、請 求項１から２４までのいずれか１項記載の製造法。