JP2009078300A - 大幅に滑らかな切断面と拡大された機能面を備える打抜き部材を製造する方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切断面の引裂き勾配と精密切断部材の辺侵入を回避し、経済的且つ有効により厚い部材の精密切断を実施する。
【解決手段】ストリップ帯１０が上部材と下部材との間に閉鎖の際に固定され、切断領域ではより高い圧縮応力には剪断による分離が強制され、前もって環状尖端がストリップ帯にプレスされ、圧縮応力を切断すべきストリップ帯に及ぼされ、ストリップ帯から精密切断及び変形又はそのいずれか一方によって特に工作物の幅広く滑らかで拡大された機能面を備える打抜き部材を製造する方法と装置に関し、切断過程の開始から終了まで切断領域の応力状態が位置配向された圧縮応力にておよそ切断方向を横切る方向における材料の切断ポンチ５に僅かに後を急いで追う追加的後押圧によって切断ポンチ５と切断板７の間の切断線に対して平行に作用する工具要素１３により規制された力を工作物の部分幾何学と厚さに依存し調整する。
【選択図】図４

Description

この発明は、ストリップ帯が切断ポンチ、切断ポンチ用案内板、案内板に配置された環状尖端と突出機から組立てられた上部材と、切断板、エゼクタと内型ポンチから成る下部材との間に閉鎖の際に固定されていて、切断領域ではより高い圧縮応力には剪断による分離が強制され、前もって環状尖端がストリップ帯にプレスされ、圧縮応力を切断すべきストリップ帯に及ぼされ、ストリップ帯から精密切断及び変形又はそのいずれか一方によって特に工作物の大幅に滑らかで且つ拡大された機能面を備える打抜き部材を製造する方法に関する。

この発明は、さらに、少なくとも一つの切断ポンチ、切断ポンチ用案内板、案内板に配置された環状尖端、突出機、切断板、エゼクタと内型ポンチを包含する一つの二部材の工具を備えて、ストリップ帯が案内板と切断板の間に固定され、環状尖端がストリップ帯に押圧される請求項１による方法を実施するためにストリップ帯から精密切断及び変形又はそのいずれか一方によって特に工作物の大幅に滑らかで且つ拡大された機能面を備える打抜き部材を製造する装置に関する。

精密切断が突き出た部分輪郭、例えば歯部或いは縁部ではしばしば切断面に引き裂きを生じることが知られている。この現象は、より強く観察されるならば、強く観察されるほど、外輪郭がより鋭く形成され、切断すべき材料が厚くなり、材料の変形性がより僅かになる。大抵の場合には、精密切断では切断面が機能面として作用する、それ故に、引き裂きが荷重の下での部材の破断不足の原因（出発点）であり、それ故に回避すべきである。

切断領域における高い流体静力学的圧力の重なりによって剪断による分離、即ち立体的圧縮ひずみが強制されるならば、精密切断では滑らかな切断面が得られる。切断面が剪断領域に生じ、それ故に、その品質において工作材特性から影響を受ける（ケー・コンダ著、産業指針９７年３３巻５４７乃至５５０頁［非特許文献１］）。精密切断では、環状尖端が切断開始前に切断すべきストリップ帯の工作材に押圧され、それにより切断過程中に再流動に関して工作材を阻止する。

更に、精密切断部材の典型的特徴は切れ端侵入や切断まくれである。特に隅部材には、隅半径の小さくなり且つ薄板厚さの増加によって増加する侵入が調整される。侵入深さがほぼ３０％であり、侵入幅が薄板厚さのおよそ４０％或いはそれ以上の値となる（ドイツ工業規格３３４５、精密切断、１９８０年８月［非特許文献２］）。それにより侵入が材料厚や材料品質に依存するので、制御が限定してのみ可能であり、しばしば部分機能の制限が例えば歯部材の隅の欠けた鋭い角性によって或いは部材の機能長さの生じた変更によって一緒に行われる。それ故に、打抜き侵入が部分機能を減少させ、製造者により厚い出発材料を使用するよう強制させる。

圧力下の切断（ドイツ特許出願公開第２１２７４９５号明細書［特許文献１］），後切断（スイス特許出願公開第６６５３６７号明細書［特許文献２］），後削り（ドイツ特許出願公開第１９７３８６３６号明細書［特許文献３］），或いは切断中の材料の移動（欧州特許出願公開第１８１５９２２号明細書［特許文献４］）によって精密で滑らかな剪断面を生じさせることを試みる一連の解決策が知られている。特許文献２と特許文献３に基づく公知の解決策は辺侵入を減少させずに、むしろ部材を高価に後加工するので、一方では追加的加工過程や工具用の著しい費用が必要であり、他方ではより厚い材料使用の必要性によるかなりの材料損失を生じる。

さらに、特許文献１に基づく公知の剪断プレスが立体的変形を受ける工作物の全範囲に及ぼされるより高い流体静力学的圧力にて作動される。この高い圧力が特に工具縁辺の近傍で突出部を備えた上背面によって発生される。この突出部がいわば特許文献１に基づいて存在しない環状尖端の機能を認める。けれども、この公知の方法によって主に前記打抜きまくれを回避される。この公知の解決策でも、最終的に侵入が除去されず、材料容積が切断線に沿って移動され、それは亀裂発生の危険の高まりと共に現れる。

特許文献４に基づく公知の解決策では、工作物が一段の配列で少なくとも二つの時間的に互いに連続する連続工程で異なった切断方向に加工され、第一切断過程では、縦方向作業方向において工作物幾何学に調和された半製品が僅かな侵入により切断され、少なくとも一つの別の切断過程では反対の作業方向において部材が仕上げ切断される。この場合には、第一部分工程の侵入が少なくとも隅領域にて再び満たされる。けれども、この公知の方法により主に前記打抜きめくれが回避される。この公知の解決策でも、最終的に侵入が除去されず、材料容積が切断線に沿って移動され、それは亀裂発生の危険の高まりと共に現れる。
ドイツ特許出願公開第２１２７４９５号明細書 スイス特許出願公開第６６５３６７号明細書 ドイツ特許出願公開第１９７３８６３６号明細書 欧州特許出願公開第１８１５９２２号明細書 ケー・コンダ著「産業指針」９７年３３巻５４７乃至５５０頁 ドイツ工業規格３３４５「精密切断」１９８０年８月 アール・エー・シュミット著「変形と精密切断」カール・ハンサー出版社、２００７年

この先行技術では、この発明の課題は、切断領域における応力状態の所定の制御によって切断面の引裂き勾配と精密切断部材の縁辺侵入を回避し、同時により高い処理安全性により経済的且つ有効により厚い部材の精密切断を実施することである。

この課題は、請求項１の特徴事項を備える前記種類の方法によって並びに請求項７の特徴事項を備える装置によって解決される。

この方法と装置の好ましい構成は、従属請求項に採用され得る。

この発明の解決策は、精密切断方法を部材に、例えばより大きい厚さの歯部材に引裂きや鋭い辺なしに後加工や切断線に沿う容積移動なしに経済的に適用することが可能であることを特徴とされる。

これは、切断過程の開始から終了まで切断領域の応力状態が位置配向された圧縮応力にておよそ切断方向を横切る方向における材料の切断ポンチに僅かに後を急いで追う追加的後押圧によって切断ポンチと切断板の間の切断線に対して平行に作用する工具要素により規制された力を工作物の部分幾何学と厚さに依存して調整されることによって達成される。

特別な利点としては、切断領域における応力状態を制御するパラメータ、例えば後押圧すべき工作物容積が工作物の材料種類、形状と幾何学に依存して仮想変形模倣によって決定され、その仮想変形後に材料の後移動用の工具要素が切断領域方向に設置されることである。

本質的な意義としては、材料を切断領域の横方向に後切断し、それにより部材における縁辺侵入が十分に減少されることをこの発明の方法により可能とすることである。それにより切断領域の応力状態が圧力領域にて直立に維持され、切断面が滑らかで引裂きなしであることが保証される。その他に、機能面が減少された縁辺侵入によって大幅に侵入しない。

それによりこの発明の方法は、幅広い寸法範囲の部材、例えば大きな厚さまでや変速機部材の歯部のような複雑な部分幾何学の部材の精密切断をより高い品質で行う。さらに、この発明の方法により、切断面の引裂きが生じる危険なしに、粗悪な鋼品質が精密切断され得る。

この発明の装置が簡単で頑丈な構成を有する。

別の利点と細部は、添加図面を参照して次の詳細な説明から明らかになる。

この発明は次に二つの実施例において詳細に説明される。

図１は、閉鎖された状態の先行技術による精密切断工具の基本的構成を示す。この精密切断工具は上部材１と下部材２を有する。精密切断工具の上部材１には、環状尖端３を有する案内板４、その案内板４に案内されている切断ポンチ５と突出機６が属している。下部材２は切断板７、内型ポンチ或いは孔ポンチ８とエゼクタ９から形成されている。この発明の方法により精密切断部材１１、例えば接続フランジがストリップ鋼から仕上げられる１２ｍｍの厚さを備える合金になった錆ない鋼製のストリップ帯１０は工具の示された位置状態により案内板４と切断板７の間に挟まれて、環状尖端３が既にストリップ帯１０に押し込まれ、それにより工作物が後研磨における作用環状尖端力によって切断中に切断を阻止される。切断板７と内型下降部がおよそ工作物半分の厚さを備える精密切断部材１１に切断された。

図２には、図１による先行技術に基づく切断領域が詳細に図示されている。ストリップ帯１０が切断板７と案内板４との間に位置する。環状尖端３がストリップ帯１０を環状尖端力により切断板７に押圧する。切断ポンチ５が切断力ＦＳにより逆保持体によりここでエゼクタ９に伝えられた逆力ＦＧに逆らって作用する。切断力ＦＳが部材の外内切断線長さ、厚さ、切断すべき工作材の張力強度と影響要因に依存していて、この影響要因が工作物工作材の拡張限度−張力強度−関係、切断部材の幾何学形状、切断ポンチ５や切断板７の工具潤滑と鈍化を考慮している。

環状尖端３により切断板７と案内板４との間にストリップ帯１０の固定された状態では、切断の開始の際に切断領域の応力状態が生じ、高い圧縮応力によって特徴付けられる。切断ポンチが切断の際に工作材に深く侵入されるならば、深く侵入されるほど、切断領域の圧縮応力状態が強力に分解されるので、切断過程の終りには圧縮応力が張力応力に移行し、引裂きの発生の原因が特に複雑な幾何学の部材、特に例えば歯部或いは隅や大きい厚さである（アール・エー・シュミット著「変形と精密切断」カール・ハンサー出版社、ミュンヘン、ウイーン、２００７年［非特許文献３］）。

例１のこの発明による装置は、図１により記載された装置の構成に実質的に一致するけれども、環状尖端３が切断板７に配置されていることが相違している。今まで案内板４に付属された環状尖端の代わりに、油圧作動可能な圧力ボルト１２によって作用できる能動的工具要素１３が設けられ、切断線方向ＳＬにおいて適切な力ＦＷによりストリップ帯１０に作用する。工具要素１３が一方では切断ポンチ５に、他方では案内板４に設けられ他窪み１４に縦方向にストリップ帯へ移動自在に支持されている。図３には、ストリップ帯１０は自由切断部を有しなく、能動的工具要素１３が作用しなく存在する。ストリップ帯１０は締付け固定された状態でこの発明の装置の上部材と下部材の間に位置する。下環状尖端３がストリップ帯１０に押し込まれ、案内板４が圧力ボルト１５により発生された適切な力ＦＦによりストリップ帯１０に押圧する。

図４によると、切断ポンチ５がストリップ帯１０のおよそ半分を切断した。能動的工具要素１３が同様に締付け固定されたストリップ帯１０の工作材の中に移動され、工具要素１３が切断ポンチ５を僅かに後退させる。

図５には、能動的工具要素１３によってストリップ帯１０への侵入には下環状尖端３との協働で材料がいわば切断領域を横切って移動されることが、具体的に説明される。これは、切断領域の応力状態がいつも圧縮応力に一致し、この圧縮応力は工作物の材料種類、形状や幾何学に依存して適切に調整され得る。

工具要素１３用の処理パラメータ、例えば及ぼすべき力ＦＷ、力ＦＷを発生させる油圧圧力、或いは切断ポンチ５に対して後急追いの大きさＮＥは、工作物の材料種類、形状や幾何学に依存して仮想変形模倣によって決定され、この仮想変形模倣では、変形処理の工作材流動が図示されて、延性や比較応力が分析されて、圧縮ひずみが作成でき、工具要素による負荷が支持され得るか否かを確認すべきである。しかし、能動的工具要素１３の力ＦＷを確定するパラメータが現実の精密切断部材にて個々の測定によって検出され得る。そのために、この基本に基づいて能動的工具要素１３を適切に設置できるために、一連の試みと評価が必要である。

応力状態を制御する能動的工具要素１３として、ポンチ側から工作物に侵入する差動エンボスポンチが使用され、制御可能な油圧と作用接続されている。しかし、同様に、材料の横押出を切断領域に得るために、切断ポンチ５に肩部或いは段部を備えることが可能である。

この発明の方法は、まず最初にストリップ帯１０が上部材と下部材１或いは２の間に締付けられるように、実施される。切断過程の開始から終了まで圧力ボルト１２と能動的工具要素１３によって切断領域の範囲に所定の圧力が制御された油圧により及ぼされる。それにより切断領域の適切な応力状態が得られ、全切断過程中に圧縮応力として作用される。

これは、特に悪い材料品質でも、改良された表面品質を導く。能動的工具要素１３による所定のエンボスにより、切断過程の重なりが部分材料から切断領域への横流動ＱＦにより得られ、それにより同時にこの領域の打抜き侵入も著しく減少される。下環状尖端３が切断領域への材料の横流動ＱＦを支援する。

図６は、基本構成において図３に記載された装置の構成に一致するこの発明の別の態様を示す。環状尖端３に追加して、切断板７上には自由切断部１７に位置している支持棚部１６が設けられている。この支持棚部１６は材料が幅方向に流動できることを阻止する。すべてのそれ以上の過程は実施例１の過程に一致する。

先行技術による精密切断工具の原理的構成の概略的表現を示す。 図１による切断領域を詳細に示す。 この発明の方法による締付け固定状態のストリップ帯において自由切断部のないこの発明の装置を通る断面図を示す。 この発明の方法による半分切断された状態のストリップ帯において自由切断部のないこの発明の装置を通る断面図を示す。 図４による切断領域を詳細に示す。 半分切断された状態のストリップ帯において自由切断部を備えるこの発明の装置を通る断面図を示す。

符号の説明

１．．．．．上部材
２．．．．．下部材
３．．．．．環状尖端
４．．．．．案内板
５．．．．．切断ポンチ
６．．．．．突出機
７．．．．．切断板
８．．．．．孔ポンチ
９．．．．．エゼクタ
１０．．．．ストリップ帯
１１．．．．精密切断部材
１２．．．．内型傾斜部
１３．．．．能動的工具要素
１４．．．．案内板４の窪み
１５．．．．案内板４の圧力ボルト
１６．．．．支持棚部
１７．．．．自由切断部
ＦＦ．．．．圧力ボルト１５の力
ＦＧ．．．．逆力
ＦＲ．．．．環状尖端力
ＮＥ．．．．能動的工具要素１３の切断ポンチ５に対する後急追い
ＱＲ．．．．横流動
ＳＬ．．．．切断線
ＳＲ．．．．切断方向

Claims (11)

1. ストリップ帯が切断ポンチ、切断ポンチ用案内板、案内板に配置された環状尖端と突出機から組立てられた上部材と、切断板、エゼクタと内型ポンチから成る下部材との間に閉鎖の際に固定されていて、切断領域ではより高い圧縮応力には剪断による分離が強制され、前もって環状尖端がストリップ帯にプレスされ、圧縮応力を切断すべきストリップ帯に及ぼされ、ストリップ帯から精密切断及び変形又はそのいずれか一方によって特に工作物の大幅に滑らかに且つ拡大された機能面を備える打抜き部材を製造する方法において、切断過程の開始から終了まで切断領域の応力状態が位置配向された圧縮応力にておよそ切断方向を横切る方向における材料の切断ポンチに僅かに後を急いで追う追加的後押圧によって切断ポンチと切断板の間の切断線に対して平行に作用する工具要素により規制された力を工作物の部分幾何学と厚さに依存して調整されることを特徴とする方法。
2. 切断領域における応力状態を制御するパラメータ、例えば後押圧すべき工作物容積が工作物の材料種類、形状と幾何学に依存して仮想変形模倣によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 応力状態を制御する工具要素としてポンチ側から工作物に侵入する差動エンボスポンチ或いは追加的切断ポンチが使用されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
4. 応力状態を制御する工具要素として肩部を備える切断ポンチが使用されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 切断すべきストリップ帯における圧縮応力が環状尖端及び支持棚部又はそのいずれか一方の協働により且つ工具要素により発生されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
6. 切断領域における応力状態の制御が歯部或いは隅領域の部分に平均的に大きな厚さにまで実施され得ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 少なくとも一つの切断ポンチ（５）、切断ポンチ（５）用案内板（４）、案内板に配置された環状尖端（３）、突出機（６）、切断板（７）、エゼクタ（９）と内型ポンチ（８）を包含する一つの二部材の工具を備えて、ストリップ帯が案内板（４）と切断板（７）の間に固定され、環状尖端がストリップ帯に押圧される請求項１による方法を実施するためにストリップ帯から精密切断及び変形又はそのいずれか一方によって特に工作物の大幅に滑らかに且つ拡大された機能面を備える打抜き部材を製造する装置において、少なくとも切断ポンチと共軸方向に包含して切断方向（ＳＲ）に作用する工具要素（１３）が切断領域における切断方向を横切って材料の後を急いで追って移動するように設けられ、工具要素（１３）が下環状尖端（３）のポンチ枠に付属されていて、工具要素（１３）がストリップ帯（１０）に及ぼす力を制御する別の圧力ボルト（１２）と連結されていることを特徴とする装置。
8. 工具要素（１３）が案内板（４）から切断方向（ＳＲ）へ縦方向に移動自在に案内されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 工具要素（１３）が差動エンボスポンチであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 工具要素（１３）が肩部を備える切断ポンチ（５）であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
11. 切断板（７）には、自由切断部に材料流動を幅にて制限する支持棚部（１６）が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。

Images