Method of manufacturing a sheet metal member for an automobile from the blank

本発明は、ブランクから自動車用の金属薄板部材を製造する方法であって、ブランクを成形工具において金属薄板部材に変形する形式の方法に関する。

自動車用の金属薄板製の部材を大量生産する場合、今日、比較的均一な形状と僅かな湾曲を備えた部材も、金属薄板クランプを用いて又は金属薄板クランプなしに、絞り又は打抜きによって加工される。 このことは、通常の冷間変形に対しても、金属薄板部材のプレス硬化に対しても言える。 プレス硬化時に金属薄板部材は、冷却される工具において、９００℃を越える出発温度で熱間成形され、次いで工具において冷却され、これによって硬化される。

成形工具内へのブランクの走入動作が、多くのファクタに関連して種々異なっていることに基づいて、裁断縁部の位置はかなり強く変動する、つまり大きなむらがあるので、多くの部材において縁部を後で裁断することが必要である。 既にブランクに設けられている孔の位置及び形状もまた、それと共に強く変動するので、多くの場合、後で穿孔することが必要になる。

後で行われる裁断及び穿孔はしかしながら特に、熱間成形及びプレス硬化された部材では不都合である。 そのためにはまず初めに付加的な作業工程が必要であり、この作業工程はしかしながら特に熱間成形されて硬化される部材では、製造プロセスに組み込むことが困難である。 硬化された金属薄板の機械的な裁断はまた、工具及び機械に対して極めて高い要求を課し、激しい工具の摩耗を惹起する。 さらに裁断のためには常に材料の添加もしくは混和が必要である。 さらにまた機械式の裁断の技術的及び経済的な可能性は、金属薄板厚さ及び裁断縁部形状によって制限されている。 このような制限を上回っている場合には、熱によって、例えばレーザ切断を用いて、切り離しを行う必要がある。 最後に、機械式にかつ熱によって裁断された縁部は、裁断操作時に生じるマイクロ亀裂、切欠き及び硬化に基づいて、強度特性を劣化させ、亀裂が生じやすくなる。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の、ブランクから自動車用の金属薄板部材を製造する方法を改良して、裁断作業及び／又は穿孔作業を後で行う必要がないようにすることである。

この課題を解決するために、本発明の方法は、下記の加工段階（イ）〜（ホ）、すなわち、
（イ）ブランク（７）の互いに反対側に位置している長辺（８）を、互いに向かい合って位置している外側の下側の成形ジョー（５）の間において受容し、
（ロ）外側の下側の成形ジョー（５）を互いに向かって移動させて、ブランク（７）を緊締し、
（ハ）外側の上側の成形ジョー（６）をその閉鎖ポジションにもたらし、ブランク（７）の長辺（８）を外側の下側の成形ジョー（５）と外側の上側の成形ジョー（６）との間において位置固定し、
（ニ）外側の成形ジョー（５，６）とプレス工具（２）とを相対的に運動させ、
（ホ）金属薄板部材（１７）を最終的に成形するという加工段階を有している。

金属薄板部材を製造するためにはまず初めに、鋼薄板製のブランクが成形工具において、互いに反対側に位置している長辺を、互いに向かい合って位置している外側の下側の成形ジョーの間において受容される。 次いで外側の下側の成形ジョーが互いに向かって接近運動させられて、ブランクが緊締される。 そのために外側の下側の成形ジョーはスライダ又は液圧式もしくはサーボ駆動装置を介して均一に内方に向かって移動させられ、これによってブランクは両外側の下側の成形ジョーの間において固定される。

成形工具はさらに外側の上側の成形ジョーを有している。 次いでこれらの外側の上側の成形ジョーは閉鎖ポジションにもたらされ、この際にブランクの長辺が、外側の下側の成形ジョーと外側の上側の成形ジョーとの間において位置固定される。 外側の上側の成形ジョーはブランクを緊締し、つまりブランクの長辺は外側の上側の成形ジョーと外側の下側の成形ジョーとの間において正確に位置決めされて、固定され、その結果ブランクが変形加工中にずれることはなくなる。

そして次に、外側の成形ジョー及びその間に配置されたプレス工具は、互いに接近運動させられ、金属薄板部材は最終的に成形される。 この際に、変形工程中に成形エレメントの間において材料余剰部が形成されるが、これは金属薄板部材の最終成形時に除去される。

このようにして、規定された長手方向縁部を備えた高品質の金属薄板部材が得られる。 長辺に沿って金属薄板部材を後で裁断すること又は後で穿孔を行うことは、もはや不要である。 さらに本発明による方法では、成形工具の作用エレメントとブランクの作用エレメントとの間における相対運動は極めてわずかしか行われない。 これによって工具の摩耗、縞状の傷跡形成、工具における被覆層の摩耗、被覆層の焼き付き及び堆積を、著しく減じることができる。 また、さもないと絞り及び成形打抜き時に必要な成形間隙も、本発明による方法では不要である。 これによって、これに関連した欠点、つまりプランジャとダイとの間における空気や、これに起因する冷却工具と金属薄板との不良な接触のような欠点も、回避することができる。 高強度の鋼を冷間変形する場合に、丸まりや湾曲が発生せず、成形体の弾発戻りは比較的簡単に過剰屈曲によって調整することができ、特に有利である。

特に熱間成形時には、本発明による方法によって、極めて小さな構成部材半径を実現することができる。 従って、利用できる構造空間を良好に利用することができ、材料、ひいては車両重量を節減することができる。

さらに、通常の絞り又は成形打抜きとは異なり、本発明による方法によって、その弾性の内部でプランジャによって除去れることができるアンダカットされた金属薄板部材もまた、付加的な手間もしくは費用をかけることなしに、１回の作業工程において製造することができる。 小さなアンダカット部を備えた構成部材の離型は、弾性領域における簡単な曲げによって行われる。 大きなアンダカット部では、単に、プランジャは、例えばいわゆる充填スライダのような機構を、離型のために備えるだけでよい。

本発明による方法の有利な形態は、従属請求項である請求項２〜１１に記載されている。

外側の下側の成形ジョーにおけるブランクの緊締時に、ブランクは外側の下側の成形ジョーに設けられたストッパに当接することができる。 ブランクに設けられた孔の位置が重要な場合には、これらの孔は優先的に受容され、ブランクは孔を、外側の下側の成形ジョーに設けられた受容ピンにおいて固定される。

本来の変形（加工段階（ニ））の前又は第１段階において、ブランクの中央領域をプレス工具において緊締することができる。

また、変形工程時に外側の成形ジョー、つまり外側の下側の成形ジョーと外側の上側の成形ジョーとが一緒にプレス工具に向かって接近運動し、かつ遠慮区方向に運動すると、有利である。 この際に、外側の下側の成形ジョーと外側の上側の成形ジョーとは互いに錠止される。 外側の成形ジョーの運動は、カム軌道に沿って行うことができる。 さらに、外側の成形ジョーの閉鎖運動をくさびスライダを用いて生ぜしめ、直線に沿って行うことが可能である。

本発明による方法では、金属薄板部材は熱間でも冷間でも変形されることができる。 熱間変形時には、成形工具内において金属薄板部材が少なくとも部分的に焼き入れもしくは硬化されると有利である。

次に図面を参照しながら本願発明の実施例を詳説する。

変形工程は、図１〜図７においてそれぞれ右半部だけが示されている成形工具１において行われる。 この成形工具１は、冷間変形工具であっても、冷却装置を組み込まれた熱間変形工具であってもよい。

成形工具１は、下側のプランジャ３及び上側の押さえクランプ４を備えたプレス工具２と、外側の下側の成形ジョー５及び外側の上側の成形ジョー６とを有している。 外側の成形ジョー５，６は、出発位置において成形工具１の開放状態においてプレス工具２に対して間隔ａをもって配置されている。

金属薄板部材を製造するためにブランク７はその長辺８を、外側の下側の成形ジョー５における肩部状のストッパ９の間に置かれる（図１）。 長辺８は後で、完成した部材の断裁輪郭もしくは長手方向縁部を形成する。 ブランク７に予め設けられた孔の位置を、後の部材に関してジオメトリ正確に維持することが望まれている場合には、これらの孔は優先的に受容され、受容ピン１０（図２参照）のところで外側の下側の成形ジョー５において固定される。

外側の下側の成形ジョー５は次いでスライダ又は液圧式もしくはサーボ駆動装置１１を介して均一に下方に向かって移動させられ、この際にブランク７はストッパ９の間においてクランプされるかもしくは受容ピン１０を用いて孔において固定される。 確実な当接を行うために、この場合意識的に、図２に示されているように金属薄板が幾分盛り上がるようにする。

次の方法ステップつまり加工段階（図３参照）において、外側の上側の成形ジョー６は閉鎖ポジションにもたらされ、ブランク７の長辺８は外側の下側の成形ジョー５と外側の上側の成形ジョー６との間において位置固定される。 外側の上側の成形ジョー６は、それ自体と外側の下側のジョー５との間においてブランク７の長辺８を正確に位置決めしかつ不動にクランプし、ブランク７が変形工程中にずれないようにする。

本体の変形工程の前又はその第１段階において、ブランク７の中央領域１２はプレス工具のプランジャ３と押さえクランプ４との間において緊締される。

閉鎖運動中に外側の成形ジョー５，６は機械的に例えばカム軌道１３（図４参照）、傾斜面及びこれに類したものを介して、又は液圧式もしくは電気式の駆動装置を用いて、間隔ａを減じながら内方に向かってプレス工具２に向かって接近運動及び鉛直運動させられ、この際にブランク７と成形ジョー５，６との間において相対運動は発生せず、最高でも、ブランク７の緊締されていない自由領域１４において僅かな材料余剰が生じるだけである。 外側の上側の成形ジョー６はこの場合形状結合式又は摩擦力結合式に外側の下側の成形ジョー５と錠止もしくは連結され、外側の上側の成形ジョー６は外側の下側の成形ジョー５と一緒に下方に向かって移動し、その結果両方の外側の成形ジョー５，６の間において同期的な運動が生じる。 この運動は、必要とあれば、別体のサーボ駆動装置によって生ぜしめること又は助成することができる。

変形中にブランク７はプランジャ３における成形半径１５と外側の上側の成形ジョー６における成形半径１６とを介して、プランジャ３もしくは外側の上側の成形ジョー６とブランク７との間においてほとんど相対運動することなしに、屈曲される（図５）。

成形工具１の下側の転換点の直前において両方の外側の成形ジョー５，６はその水平な最終ポジション（図６）に達し、その結果ブランク７もしくは該ブランク７から成形された金属薄板部材１７は、さらなる閉鎖運動時にプランジャ３を介して延伸されて（矢印Ｐ）、最終形状に成形される（図７）。 このようにして生ぜしめられた程度の差こそあれ大きな材料の延伸によって、場合によっては存在するブランク寸法のむらや、工具摩耗又はその他の原因に基づく目標ジオメトリからの偏差を補償することができる。 このようにして、規定の長辺もしくは部材縁部を備えた高品質の金属薄板部材１７が得られる。 そして長辺に沿って金属薄板部材１７を後で裁断する必要がなくなる。 完成した金属薄板部材１７に対する、ブランク７の予め穿孔された領域のポジションは、部材において適宜に維持される。

本発明による方法の別の実施形態が図８に示されている。 この図８においても成形工具１８は右側半部だけが示されている。 この成形工具１８は同様に、下側のプランジャ３及び上側の押さえクランプ４を備えたプレス工具２と、外側の下側の成形ジョー５及び外側の上側の成形ジョー６とを有している。

ブランク７はその長辺８が、外側の下側の成形ジョー５におけるストッパ９の間に受容されかつ緊締され、かつ外側の上側の成形ジョー６を用いて位置固定される。 次いで両方の外側の成形ジョー５，６がプレス工具２に向かって接近運動及び鉛直運動させられる。 このことはくさびスライダ１９を用いてリニアガイド２０に沿って、斜めに延びる直線２１上で行われる。 一般的な水平運動は図８において矢印Ｈによって示され、鉛直運動は矢印Ｖによって示されている。 直線２１に沿ったくさびスライダ１９を用いた両外側の成形ジョー５，６の直線的な下降運動は、矢印Ｌで示されている。

図１〜図７の実施形態とは異なり、ブランク７は変形工程時にプランジャ３と押さえクランプ４との間において緊締されていない。 両外側の成形ジョー５，６の閉鎖運動時にブランク７は、上方に向かって盛り上がり、そして外側の成形ジョー５，６を用いてかつプランジャ３を介して金属薄板部材へと最終的に成形され、この際に場合によっては必要な延伸工程が行われる。 変形工程中に、成形エレメントの間、つまり両外側の成形ジョー５，６とプランジャ３との間において、材料余剰が形成されることがあるが、この材料余剰は金属薄板部材の最終成形時に除去される。

本発明の方法によって成形工具において鋼薄板ブランクを変形する工程の第１段階を示す図である。

変形工程の第２段階を示す図である。

変形工程の第３段階を示す図である。

変形工程の第４段階を示す図である。

変形工程の第５段階を示す図である。

変形工程の第６段階を示す図である。

変形工程の第７段階を示す図である。

本発明による方法の変化実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 成形工具、 ２ プレス工具、 ３ プランジャ、 ４ 押さえクランプ、 ５，６ 成形ジョー、 ７ ブランク、 ８ 長辺、 ９ ストッパ、 １０ 受容ピン、 １１ サーボ駆動装置、 １２ 中央領域、 １３ カム軌道、 １４ 自由領域、 １５，１６ 成形半径、 １７ 金属薄板部材、 １８ 成形工具、 １９ くさびスライダ、 ２０ リニアガイド、 ２１ 直線、 ａ 間隔、Ｐ 矢印、 Ｈ 矢印、 Ｖ 矢印、 Ｌ 矢印