(57)【要約】【課題】マグネシウム板から低コストでの三次元部品の製造を可能にする方法および装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、マグネシウム板で作られた半成品、より詳しくはマグネシウム板ブランクの形態をなす半成品（２）を成形するための、パンチ（３．１）およびダイ（３．２）からなる成形工具（３）と、成形前に、好ましくは少なくとも２００℃の高温に半成品を加熱するための装置（１）とを有する、マグネシウム板から部品（２’）を製造する方法および装置に関する。部品のコストを低減させるため、本発明の装置は、成形工具が内部加熱源を備えていない設計を有し、成形工具に半成品ホルダ（３．３）を設け、加熱された半成品が、成形工具内でパンチ（３．１）およびダイ（３．２）と直接接触しないようにして半成品ホルダ上に置かれ、かつ１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチおよびダイの閉速度を付与する駆動装置を有している。【選択図】図１
2013540594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム板で作られた半成品（２）、より詳しくはマグネシウム板ブランクの形態をなす半成品（２）を成形することにより、マグネシウム板から部品（２’）を製造する方法であって、半成品（２）が、成形前に、高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱されかつパンチ（３．１）およびダイ（３．２）からなる成形工具（３）内で成形される製造方法において、内部加熱源を備えていない設計の成形工具（３）を使用して加熱された半成品（２）を成形し、加熱された半成品（２）は、パンチ（３．１）およびダイ（３．２）に直接接触することなく成形工具（３）内に置かれ、次に、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内の成形速度で成形されることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記加熱された半成品（２）は、成形工具（３）に関連して設けられた半成品ホルダ（３．３）上に置かれることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
半成品ホルダとして、加熱された半成品と接触する半成品ホルダ（３．３）の表面領域（３．３１）が多孔質な表面構造を有しているか、凹み（３．３２）を有している半成品ホルダ（３．３）が使用されることを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
半成品ホルダとして、加熱された半成品（２）と接触する表面領域（３．３１）が３０℃〜１００℃の周囲温度でせいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられている半成品ホルダ（３．３）が使用されることを特徴とする請求項２または３記載の製造方法。
【請求項５】
ダイとして、成形すべき、加熱された半成品（２）に対面する成形面に、加熱された半成品（２）に対面する接触面の減少をもたらす凹み（３．２１）が設けられたダイ（３．２）が使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項６】
成形工具として、パンチ（３．１）および／またはダイ（３．２）が能動冷却装置を有している成形工具（３）が使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項７】
前記半成品（２）は、導電加熱源（５．１）が設けられた搬送装置（５’）により直接成形工具（３）内に搬送されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項８】
前記半成品（２）は、成形中に、成形工具（３）と一体化された少なくとも１つの切断部材により同時にトリミングされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
マグネシウム板から部品（２’）を製造する装置であって、マグネシウム板で作られた半成品（２）、より詳しくは、マグネシウム板ブランクの形態をなす半成品（２）を成形するためのパンチ（３．１）およびダイ（３．２）を備えた成形工具（３）と、成形前に、半成品（２）を高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱する装置（１、５．１）とを有するマグネシウム板から部品（２’）を製造する装置において、成形工具（３）は、内部加熱源を備えていない設計でありかつ半成品ホルダ（３．３）が設けられており、加熱された半成品（２）は、成形工具（３）内で、パンチ（３．１）およびダイ（３．２）に直接接触することなく半成品ホルダ（３．３）上に置かれ、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチおよびダイの閉速度を付与する駆動装置を更に有することを特徴とする製造装置。
【請求項１０】
前記加熱された半成品（２）と接触する半成品ホルダ（３．３）の表面領域（３．３１）が多孔質な表面構造を有しているか、凹み（３．３２）を有していることを特徴とする請求項９記載の製造装置。
【請求項１１】
前記加熱された半成品（２）と接触する半成品ホルダ（３．３）の表面領域（３．３１）が、３０℃〜１００℃の周囲温度でせいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられていることを特徴とする請求項９または１０記載の製造装置。
【請求項１２】
前記成形工具（３）のパンチ（３．１）および／またはダイ（３．２）は、これらの少なくとも一部領域が、３０〜１００℃の周囲温度で、せいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１３】
前記成形工具（３）のパンチ（３．１）および／またはダイ（３．２）が能動冷却装置を有していることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１４】
導電加熱源（５．１）が設けられた搬送装置（５’）が成形工具（３）に関連して設けられており、該搬送装置（５’）により、成形すべき半成品（２）が半成品ホルダ（３．３）上に直接置かれることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１５】
前記ダイ（３．２）には、加熱された半成品（２）に対面する接触面を減少させる凹み（３．２１）が形成されていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１６】
前記成形工具（３）には少なくとも１つの切断部材が設けられていることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム板（シート）で作られた半成品、より詳しくはマグネシウム板ブランクの形態をなす半成品を成形することにより、マグネシウム板から部品を製造する方法であって、半成品が、成形前に、高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱されかつパンチおよびダイからなる成形工具内で成形される製造方法に関する。本発明はまた、マグネシウム板から部品を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムの六方格子構造のため、マグネシウム板を室温で成形するのは極めて困難である。より詳しくは、マグネシウム板で作られる、複雑な三次元形状を有する部品は、クラックを防止すべく熱間成形しなければならない。一般に、マグネシウムブランクは、焼戻された工具を用いて高温状態で成形される。従来技術では、マグネシウム板を成形するための種々の形態の焼戻された工具が知られている。例えば、下記特許文献１には、マグネシウム板を熱間成形するプレスが開示されており、このプレスには電気抵抗加熱装置が設けられている。この場合、抵抗加熱装置は、上方工具部分（ダイ）およびこれに関連する板ホルダ内に一体化されている。
【０００３】
冷間成形に使用される慣用工具と比較して、焼戻された成形工具は高レベルの技術的複雑性を有し、したがって、より高い設備投資および作業コストを必要とする。これは、マグネシウムで作られる部品のコストに負の効果を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国特許出願第１０  ２００６  ００  ５７  ９０１Ａ号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、マグネシウム板から低コストでの三次元部品の製造を可能にする方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する方法および請求項９に記載の特徴を有する装置により達成される。
【０００７】
本発明による製造方法は、内部加熱源を備えていない設計の成形工具を使用して、高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱された半成品を成形し、加熱された半成品は、パンチおよびダイに直接接触することなく成形工具内に置かれ、次に、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内の成形速度で成形されることを特徴とする。
【０００８】
したがって本発明による製造装置は、該装置の成形工具が、内部加熱源を備えていない設計でありかつ半成品ホルダが設けられており、高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱された半成品が、パンチおよびダイに直接接触することなく成形工具内に置かれ、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチおよびダイの閉速度を付与する駆動装置を更に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、内部加熱源による成形工具の焼戻しにより引き起こされる付加的煩雑さは生じない。本発明は、内部加熱源を備えていない成形工具内で加熱されたマグネシウム半成品の加工を行う。この結果として、工具コストおよび作動コスト、したがって部品コストがかなり低減される。特に、製造部品が比較的少量である場合には、工具コストが低減されるため、部品の採算性が実質的に高められる。
【００１０】
試験により、本発明は、マグネシウムブランクから三次元形状の部品をクラックなく製造できることが証明された。マグネシウムブランクは、該ブランクが成形工具内に置かれるときにパンチまたはダイ上に直接置かれないようにすることにより、実際の成形加工の前に過度の熱損失が回避される場合には、焼戻されない成形工具内で例えば２５０℃に加熱され、次の成形は比較的高い成形速度（１５〜５００ｍｍ／秒）で行われる。
【００１１】
２００℃〜２５０℃の範囲内の温度に加熱される２．００ｍｍ厚のマグネシウム板の場合の平均冷却速度は、例えば２０℃の室温での空気中で２〜１２Ｋ／秒である。この比較的小さい熱損失により、適当な搬送システム内で加熱された半成品または加熱されたブランクが、成形前に、所与の変形度で瑕疵のない、より詳しくはクラックのない部品を作ることができる充分に高い出発温度を得ることが確保される。
【００１２】
加熱されたマグネシウムブランクを成形するための焼戻されていない工具を本発明にしたがって使用することにより、寸法精度およびこの方法で作られる部品のハンドリングに関して正の効果を得ることもできる。これは、焼戻されていない成形工具から部品が取出されるときに部品が有する温度がかなり低いために、部品が、焼戻された工具内で作られる部品と比較して高い寸法安定性を有し、したがって、成形工具から取出されるときおよび次のハンドリング中に好ましくない変形を受け難く、これが部品の寸法安定性に正の効果を与えることによる。また、本発明にしたがって作られた部品は、焼戻されていない工具から取出されるときの温度がかなり低いため、ハンドリングが容易である。この場合には、温度安定性がないか、比較的低い慣用の搬送システムを使用できる。
【００１３】
本発明による方法の有利な形態は、成形工具として、パンチおよび／またはダイが能動冷却装置を有する成形工具を使用することである。この結果、部品の取出し温度をより迅速に低下でき、部品の寸法精度を更に改善でき、かつ部品のハンドリングを更に簡単化できる。パンチおよび／またはダイの能動冷却は、比較的大量に成形する場合、すなわち所望の成形容量が比較的大きい場合に、特に有利である。しかしながら、完成された部品の寸法精度に結果として負の効果が全くない場合には、加熱された半成品による成形工具を製造中に加熱することも許容される。
【００１４】
加熱されたマグネシウム板の半成品がパンチまたはダイ上に直接載らないようにする本発明の有利な形態は、加熱された半成品が、成形工具に関連して設けられた半成品ホルダ上に置かれ、したがって、加熱された半成品の本質的な表面領域が、実際の成形加工の前に、パンチとダイとの間の周囲雰囲気中で、パンチおよびダイから間隔を隔てて配置されるようにすることである。この場合、周囲雰囲気、好ましくは周囲空気は、断熱体として機能する。これにより、加熱された半成品は、実際の成形加工前にごく僅か確実に冷却される。この場合、半成品ホルダは、例えば、ダイに関連するパンチの上方に配置される能動板ホルダとして設計される。
【００１５】
本発明による方法の他の有利な形態は、半成品ホルダとして、加熱された半成品と接触する表面領域が多孔質な表面構造を有しているか、凹みを有している半成品ホルダが使用されることに特徴を有する。これにより、加熱された半成品から半成品ホルダへの熱伝導による、加熱された半成品の熱損失すなわち温度損失が低減される。
【００１６】
これに加えまたはこれとは別に、本発明による方法の他の有利な形態は、加熱された半成品と接触する表面領域が、３０℃〜１００℃の周囲温度でせいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられている半成品ホルダが使用されることに特徴を有する。また、これにより、加熱された半成品から半成品ホルダへの熱伝導による、加熱された半成品の熱損失すなわち温度損失が低減される。
【００１７】
本発明による方法の他の有利な形態は、成形すべき、加熱された半成品に対面する成形面内に、加熱された半成品に対面する接触面を減少させる凹みが形成されたダイが使用されることを特徴とする。凹みまたはこれらの凹み内に入った空気は断熱効果を有し、したがって、加熱された半成品の熱損失すなわち温度損失が低減される。
【００１８】
本発明による方法の他の有利な形態は、半成品が、導電加熱源が設けられた搬送装置により直接成形工具内に搬送されることに特徴を有する。この結果として、成形すべき半成品は、成形前に充分に高い出発温度が付与され、同時に、成形前の半成品の温度損失が最小にされる。
【００１９】
焼戻されていない成形工具の使用により、半成品の成形中に、マグネシウム板からなる一体型部品のコスト有効性に優れたトリミングを行うことを考えることができる。したがって、本発明による方法の他の有利な形態は、成形中に、成形工具と一体化された少なくとも１つのカッティング部材により、半成品を同時にトリミングすることに特徴を有する。
【００２０】
本発明による装置の他の好ましくかつ有利な形態は、特許請求の範囲の従属項に記載されている。
【００２１】
複数の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】マグネシウムの半成品から三次元成形された部品を製造する装置すなわち加工ラインを示す概略図である。
【図２】マグネシウムの半成品から三次元成形された部品を製造する加工ラインの他の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明による成形工具を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示す装置は、基本的に、マグネシウム板で作られた半成品２を加熱する装置１と、加熱された半成品２を成形するための、内部熱源をもたない成形工具３とを有している。成形すべき半成品２は、例えば、マグネシウム板ブランクの形態をなしている。
【００２４】
この場合、半成品２を加熱する装置１は、連続炉、好ましくはローラ火床炉として設計されている。連続炉すなわちローラ火床炉１には、インダクタ、放射ヒータ、熱風バーナおよび／または熱交換器付バーナが設けられている。また、成形すべき半成品２を加熱するのに、赤外線ラジエータの使用を考えることもできる。
【００２５】
例示の実施形態では、成形すべきマグネシウム板ブランク２は、コンベアベルトまたは供給スタック４から取出されて、連続炉１内で高温に加熱される。この温度は、ワークの温度が、成形の終時に依然として実質的に１８０℃〜２２０℃より高くなるように選択される。この目的のため、マグネシウム板ブランクすなわち半成品２は、例えば２３０℃〜２６０℃の範囲内の温度に加熱される。
【００２６】
加熱された半成品２は、次に、連続炉の出口領域において搬送装置（好ましくはロボット）５により掴まれ、パンチ３．１およびダイ３．２と直接接触することがないようにして成形工具３内に置かれる。この目的のため、成形工具３には半成品ホルダ（板ホルダ）３．３が設けられており、該半成品ホルダ３．３は、成形工具３が開かれるときにパンチヘッドより上方に位置し、このため、半成品ホルダ３．３上に置かれた半成品２はパンチ３．１およびダイ３．２のいずれにも接触することがない。図１から分かるように、成形工具３内に置かれるブランク２は、最初に半成品ホルダ３．３上に置かれ、パンチ３．１およびダイ３．２の両方から間隔を隔てて配置される。これにより、加熱されたマグネシウム板ブランク２が過度に急冷されることが防止される。
【００２７】
次に、加熱された半成品を、パンチ３．１およびダイ３．２により予め定められた形状に成形するため工具３が閉じられる。成形は比較的高い成形速度で行われ、このため、加熱されたワーク（半成品）２の成形中の温度低下も小さく保たれる。これに相応する高い成形速度を達成するため、成形工具３は、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチ３．１とダイ３．２との閉速度をもたらす駆動装置（図示せず）を有している。
【００２８】
このようにして作られた部品２’は、成形工具３が開かれた後に、適当な搬送装置（好ましくはロボット）６により成形工具３から取出され、任意であるが、例えば輸送板等の輸送手段上に載せられまたは堆積される。
【００２９】
慣用の工具鋼の使用により、部品の幾何学的形状または変形度合いにとって熱損失が大きくなり過ぎることがある。工具３は、少なくともその一部領域が、比較的熱伝導率が小さい材料からなりおよび／または熱伝導率が小さいコーティングを有している。セラミック材料以外に、特殊な工具鋼もこれらの条件を満たすことができる。例えば、成形工具３のパンチ３．１および／またはダイ３．２は、これらの少なくとも一部領域を、３０〜１００℃の周囲温度で、せいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作ることができる。或いは、適当なコーティングを用いて熱伝導率を低下させることもできる。
【００３０】
本発明による装置の他の好ましい形態は、半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１を有し、該表面領域３．３１は、加熱された半成品２と接触しかつ多孔質の表面構造を有するか凹み３．３２を有している。これにより、半成品２の熱損失が更に低減される。これに加えてまたはこれとは別に、加熱された半成品２と接触する、半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１は、比較的小さい熱伝導率を有する材料で作るか、このような材料でコーティングすることができる。半成品ホルダ３．３に使用される材料またはコーティングの熱伝導率は、３０〜１００℃の周囲温度で、せいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することが好ましい。
【００３１】
図２は、マグネシウム板から三次元成形された部品２’を製造する本発明による装置の他の実施形態を示すものである。この装置は、図１の装置のように成形すべきマグネシウムブランク２が連続炉内で加熱されるのではなく、ロボットのような搬送装置５’により加熱される。この目的のため、搬送装置５’には加熱装置または導電加熱源５．１が設けられており、マグネシウム板２は、供給スタック４またはコンベアベルトから成形工具３内に搬送される間に加熱される。この場合には、導電加熱源すなわち加熱装置５．１が、搬送装置５’のグリッピング部材すなわち保持部材（該保持部材によりマグネシウム板（半成品）２がグリップされて成形工具３に搬送され、該成形工具３内に置かれる）内に一体化されている。
【００３２】
図２に示す装置の成形工具３は、図１による装置の成形工具３と同じ設計であり、重複を避けるため、成形工具３に関しては図１の上記説明を参照されたい。
【００３３】
図１および図２に概略的に示す装置は、実質的に連続的に作動する加工ラインである。図示されてはいないが、材料はコイルから巻き解くこともでき、既存の加工ラインに基づいて、例えば成形中または成形後にトリミングが行われる場合には矩形ブランクが一定長さに切断されるか、成形されたブランクはその異型端部が完成部品の特定サイズに実質的に等しくされる。
【００３４】
図３は、例えば図１または図２による装置に使用できる本発明の成形工具３を示す概略縦断面図である。この場合にも、成形工具３（開いた状態を示す）は、マグネシウム板ブランク２を成形するためのパンチ３．１およびダイ３．２を有している。成形工具３は、内部加熱源を収容してはいない。成形工具３には半成品ホルダ（ブランクホルダ）３．３が設けられており、加熱されたブランク２は、パンチ３．１およびダイ３．２に直接接触しないようにして半成品ホルダ３．３上に置かれる。加熱されたブランク２が置かれる表面として機能する、半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１は、成形工具３が開いた装填状態にあるとき、最初にパンチ３．１より上方に位置する。半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１は、溝状凹部すなわち凹み３．３２が設けられた表面構造を有している。また、パンチヘッドを受入れるダイ３．２のキャビティの表面にも凹部すなわち凹み３．２１が形成されている。凹部すなわち凹み３．３２、３．２１はエアギャップまたはエアダクトを形成し、これらのエアギャップまたはエアダクトは、断熱効果を有し、したがって、加熱されたブランク２の急速加熱または熱損失を防止する。これに対し、ブランク２を成形すべくダイ３．２のキャビティ内に移動されるパンチ３．１の、ブランク２に対面する表面にはエアダクトを形成するいかなる凹みも設けられていない。この場合には、パンチの表面が成形工具３の実際の成形面となるからである。
【００３５】
マグネシウム板から作るべき部品２’の量が比較的多い場合に、成形工具３から取出すべき部品２’の温度を低く維持するために、パンチ３．１および／またはダイ３．２には能動冷却システム（図示せず）を設けることもできる。この形式の冷却システムは、例えばクラウン構造および／または冷却ダクトにより、パンチ３．１および／またはダイ３．２内に一体化させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  加熱装置
２  半成品（ブランク）
２’  マグネシウム板から作るべき部品
３  成形工具
３．１  パンチ
３．２  ダイ
３．２１  凹み（凹部）
３．３  半成品ホルダ
３．３２  凹み（凹部）
３．３１  表面領域
４  供給スタック
５  搬送装置
５’  搬送装置
５．１  導電加熱源
６  搬送装置
【図１】
2013540594.tif 000003
【図２】
2013540594.tif 000004
【図３】
2013540594.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月24日(2012.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム板（シート）で作られた半成品、より詳しくはマグネシウム板ブランクの形態をなす半成品を成形することにより、マグネシウム板から部品を製造する方法であって、半成品が、成形前に、高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱されかつパンチおよびダイからなる成形工具内で成形され、内部加熱源を備えていない設計の成形工具を使用して加熱された半成品を成形し、この加熱された半成品を、パンチおよびダイと直接接触することなく成形工具内に置く構成の製造方法に関する。本発明はまた、マグネシウム板から部品を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムの六方格子構造のため、マグネシウム板を室温で成形するのは極めて困難である。より詳しくは、マグネシウム板で作られる、複雑な三次元形状を有する部品は、クラックを防止すべく熱間成形しなければならない。一般に、マグネシウムブランクは、焼戻された工具を用いて高温状態で成形される。従来技術では、マグネシウム板を成形するための種々の形態の焼戻された工具が知られている。例えば、下記特許文献１には、マグネシウム板を熱間成形するプレスが開示されており、このプレスには電気抵抗加熱装置が設けられている。この場合、抵抗加熱装置は、上方工具部分（ダイ）およびこれに関連する板ホルダ内に一体化されている。
【０００３】
冷間成形に使用される慣用工具と比較して、焼戻された成形工具は高レベルの技術的複雑性を有し、したがって、より高い設備投資および作業コストを必要とする。これは、マグネシウムで作られる部品のコストに負の効果を与える。
【０００４】
また、下記特許文献２には、成形可能な金属、より詳しくはマグネシウム合金を加熱する装置および方法が開示されている。この装置は、伝熱板が金属ワークの上下に配置された構成の加熱ユニットを有している。金属ワークが搬送装置を介して加熱板間で案内されるや否や、加熱板が金属ワークに押付けられて金属ワークを加熱する。加熱後、金属ワークが成形機に搬送され、該成形機により成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国特許出願第１０  ２００６  ００  ５７  ９０１Ａ号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０７６０９６（Ａ１）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、マグネシウム板から低コストでの三次元部品の製造を可能にする方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する方法および請求項８に記載の特徴を有する装置により達成される。
【０００８】
本発明による製造方法は、半成品ホルダが能動板ホルダとして設計されておりかつダイと関連するパンチの上方に配置されていること、および次に、半成品ホルダ上に置かれた、加熱された半成品が１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内の成形速度で成形されることを特徴とする。
【０００９】
したがって本発明による製造装置は、半成品ホルダが、パンチの上方に配置できる能動板ホルダとして設計されており、かつ加熱された半成品が、成形工具内で、パンチおよびダイに直接接触することなく半成品ホルダ上に置かれること、および成形工具が、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチおよびダイの閉速度を付与する駆動装置を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、内部加熱源による成形工具の焼戻しにより引き起こされる付加的煩雑さは生じない。本発明は、内部加熱源を備えていない成形工具内で加熱されたマグネシウム半成品の加工を行う。この結果として、工具コストおよび作動コスト、したがって部品コストがかなり低減される。特に、製造部品が比較的少量である場合には、工具コストが低減されるため、部品の採算性が実質的に高められる。
【００１１】
試験により、本発明は、マグネシウムブランクから三次元形状の部品をクラックなく製造できることが証明された。マグネシウムブランクは、該ブランクが成形工具内に置かれるときにパンチまたはダイ上に直接置かれないようにすることにより、実際の成形加工の前に過度の熱損失が回避される場合には、焼戻されない成形工具内で例えば２５０℃に加熱され、次の成形は比較的高い成形速度（１５〜５００ｍｍ／秒）で行われる。
【００１２】
２００℃〜２５０℃の範囲内の温度に加熱される２．００ｍｍ厚のマグネシウム板の場合の平均冷却速度は、例えば２０℃の室温での空気中で２〜１２Ｋ／秒である。この比較的小さい熱損失により、適当な搬送システム内で加熱された半成品または加熱されたブランクが、成形前に、所与の変形度で瑕疵のない、より詳しくはクラックのない部品を作ることができる充分に高い出発温度を得ることが確保される。
【００１３】
加熱されたマグネシウムブランクを成形するための焼戻されていない工具を本発明にしたがって使用することにより、寸法精度およびこの方法で作られる部品のハンドリングに関して正の効果を得ることもできる。これは、焼戻されていない成形工具から部品が取出されるときに部品が有する温度がかなり低いために、部品が、焼戻された工具内で作られる部品と比較して高い寸法安定性を有し、したがって、成形工具から取出されるときおよび次のハンドリング中に好ましくない変形を受け難く、これが部品の寸法安定性に正の効果を与えることによる。また、本発明にしたがって作られた部品は、焼戻されていない工具から取出されるときの温度がかなり低いため、ハンドリングが容易である。この場合には、温度安定性がないか、比較的低い慣用の搬送システムを使用できる。
【００１４】
本発明による方法の有利な形態は、成形工具として、パンチおよび／またはダイが能動冷却装置を有する成形工具を使用することである。この結果、部品の取出し温度をより迅速に低下でき、部品の寸法精度を更に改善でき、かつ部品のハンドリングを更に簡単化できる。パンチおよび／またはダイの能動冷却は、比較的大量に成形する場合、すなわち所望の成形容量が比較的大きい場合に、特に有利である。しかしながら、完成された部品の寸法精度に結果として負の効果が全くない場合には、加熱された半成品による成形工具を製造中に加熱することも許容される。
【００１５】
本発明によれば、加熱されたマグネシウム板の半成品がパンチまたはダイ上に直接載ることはなく、その代わりに、成形工具に関連して設けられた半成品ホルダ上に置かれ、したがって、加熱された半成品の本質的な表面領域が、実際の成形加工の前に、パンチとダイとの間の周囲雰囲気中で、パンチおよびダイから間隔を隔てて配置されるようにすることである。この場合、周囲雰囲気、好ましくは周囲空気は、断熱体として機能する。これにより、加熱された半成品は、実際の成形加工前にごく僅か確実に冷却される。この場合、本発明によれば、半成品ホルダは、ダイに関連するパンチの上方に配置される能動板ホルダとして設計される。
【００１６】
本発明による方法の他の有利な形態は、半成品ホルダとして、加熱された半成品と接触する表面領域が多孔質な表面構造を有しているか、凹みを有している半成品ホルダが使用されることに特徴を有する。これにより、加熱された半成品から半成品ホルダへの熱伝導による、加熱された半成品の熱損失すなわち温度損失が低減される。
【００１７】
これに加えまたはこれとは別に、本発明による方法の他の有利な形態は、加熱された半成品と接触する表面領域が、３０℃〜１００℃の周囲温度でせいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられている半成品ホルダが使用されることに特徴を有する。また、これにより、加熱された半成品から半成品ホルダへの熱伝導による、加熱された半成品の熱損失すなわち温度損失が低減される。
【００１８】
本発明による方法の他の有利な形態は、成形すべき、加熱された半成品に対面する成形面内に、加熱された半成品に対面する接触面を減少させる凹みが形成されたダイが使用されることを特徴とする。凹みまたはこれらの凹み内に入った空気は断熱効果を有し、したがって、加熱された半成品の熱損失すなわち温度損失が低減される。
【００１９】
本発明による方法の他の有利な形態は、半成品が、導電加熱源が設けられた搬送装置により直接成形工具内に搬送されることに特徴を有する。この結果として、成形すべき半成品は、成形前に充分に高い出発温度が付与され、同時に、成形前の半成品の温度損失が最小にされる。
【００２０】
焼戻されていない成形工具の使用により、半成品の成形中に、マグネシウム板からなる一体型部品のコスト有効性に優れたトリミングを行うことを考えることができる。したがって、本発明による方法の他の有利な形態は、成形中に、成形工具と一体化された少なくとも１つのカッティング部材により、半成品を同時にトリミングすることに特徴を有する。
【００２１】
本発明による装置の他の好ましくかつ有利な形態は、特許請求の範囲の従属項に記載されている。
【００２２】
複数の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】マグネシウムの半成品から三次元成形された部品を製造する装置すなわち加工ラインを示す概略図である。
【図２】マグネシウムの半成品から三次元成形された部品を製造する加工ラインの他の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明による成形工具を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示す装置は、基本的に、マグネシウム板で作られた半成品２を加熱する装置１と、加熱された半成品２を成形するための、内部熱源をもたない成形工具３とを有している。成形すべき半成品２は、例えば、マグネシウム板ブランクの形態をなしている。
【００２５】
この場合、半成品２を加熱する装置１は、連続炉、好ましくはローラ火床炉として設計されている。連続炉すなわちローラ火床炉１には、インダクタ、放射ヒータ、熱風バーナおよび／または熱交換器付バーナが設けられている。また、成形すべき半成品２を加熱するのに、赤外線ラジエータの使用を考えることもできる。
【００２６】
例示の実施形態では、成形すべきマグネシウム板ブランク２は、コンベアベルトまたは供給スタック４から取出されて、連続炉１内で高温に加熱される。この温度は、ワークの温度が、成形の終時に依然として実質的に１８０℃〜２２０℃より高くなるように選択される。この目的のため、マグネシウム板ブランクすなわち半成品２は、例えば２３０℃〜２６０℃の範囲内の温度に加熱される。
【００２７】
加熱された半成品２は、次に、連続炉の出口領域において搬送装置（好ましくはロボット）５により掴まれ、パンチ３．１およびダイ３．２と直接接触することがないようにして成形工具３内に置かれる。この目的のため、成形工具３には半成品ホルダ（板ホルダ）３．３が設けられており、該半成品ホルダ３．３は、成形工具３が開かれるときにパンチヘッドより上方に位置し、このため、半成品ホルダ３．３上に置かれた半成品２はパンチ３．１およびダイ３．２のいずれにも接触することがない。図１から分かるように、成形工具３内に置かれるブランク２は、最初に半成品ホルダ３．３上に置かれ、パンチ３．１およびダイ３．２の両方から間隔を隔てて配置される。これにより、加熱されたマグネシウム板ブランク２が過度に急冷されることが防止される。
【００２８】
次に、加熱された半成品を、パンチ３．１およびダイ３．２により予め定められた形状に成形するため工具３が閉じられる。成形は比較的高い成形速度で行われ、このため、加熱されたワーク（半成品）２の成形中の温度低下も小さく保たれる。これに相応する高い成形速度を達成するため、成形工具３は、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチ３．１とダイ３．２との閉速度をもたらす駆動装置（図示せず）を有している。
【００２９】
このようにして作られた部品２’は、成形工具３が開かれた後に、適当な搬送装置（好ましくはロボット）６により成形工具３から取出され、任意であるが、例えば輸送板等の輸送手段上に載せられまたは堆積される。
【００３０】
慣用の工具鋼の使用により、部品の幾何学的形状または変形度合いにとって熱損失が大きくなり過ぎることがある。工具３は、少なくともその一部領域が、比較的熱伝導率が小さい材料からなりおよび／または熱伝導率が小さいコーティングを有している。セラミック材料以外に、特殊な工具鋼もこれらの条件を満たすことができる。例えば、成形工具３のパンチ３．１および／またはダイ３．２は、これらの少なくとも一部領域を、３０〜１００℃の周囲温度で、せいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作ることができる。或いは、適当なコーティングを用いて熱伝導率を低下させることもできる。
【００３１】
本発明による装置の他の好ましい形態は、半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１を有し、該表面領域３．３１は、加熱された半成品２と接触しかつ多孔質の表面構造を有するか凹み３．３２を有している。これにより、半成品２の熱損失が更に低減される。これに加えてまたはこれとは別に、加熱された半成品２と接触する、半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１は、比較的小さい熱伝導率を有する材料で作るか、このような材料でコーティングすることができる。半成品ホルダ３．３に使用される材料またはコーティングの熱伝導率は、３０〜１００℃の周囲温度で、せいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することが好ましい。
【００３２】
図２は、マグネシウム板から三次元成形された部品２’を製造する本発明による装置の他の実施形態を示すものである。この装置は、図１の装置のように成形すべきマグネシウムブランク２が連続炉内で加熱されるのではなく、ロボットのような搬送装置５’により加熱される。この目的のため、搬送装置５’には加熱装置または導電加熱源５．１が設けられており、マグネシウム板２は、供給スタック４またはコンベアベルトから成形工具３内に搬送される間に加熱される。この場合には、導電加熱源すなわち加熱装置５．１が、搬送装置５’のグリッピング部材すなわち保持部材（該保持部材によりマグネシウム板（半成品）２がグリップされて成形工具３に搬送され、該成形工具３内に置かれる）内に一体化されている。
【００３３】
図２に示す装置の成形工具３は、図１による装置の成形工具３と同じ設計であり、重複を避けるため、成形工具３に関しては図１の上記説明を参照されたい。
【００３４】
図１および図２に概略的に示す装置は、実質的に連続的に作動する加工ラインである。図示されてはいないが、材料はコイルから巻き解くこともでき、既存の加工ラインに基づいて、例えば成形中または成形後にトリミングが行われる場合には矩形ブランクが一定長さに切断されるか、成形されたブランクはその異型端部が完成部品の特定サイズに実質的に等しくされる。
【００３５】
図３は、例えば図１または図２による装置に使用できる本発明の成形工具３を示す概略縦断面図である。この場合にも、成形工具３（開いた状態を示す）は、マグネシウム板ブランク２を成形するためのパンチ３．１およびダイ３．２を有している。成形工具３は、内部加熱源を収容してはいない。成形工具３には半成品ホルダ（ブランクホルダ）３．３が設けられており、加熱されたブランク２は、パンチ３．１およびダイ３．２に直接接触しないようにして半成品ホルダ３．３上に置かれる。加熱されたブランク２が置かれる表面として機能する、半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１は、成形工具３が開いた装填状態にあるとき、最初にパンチ３．１より上方に位置する。半成品ホルダ３．３の表面領域３．３１は、溝状凹部すなわち凹み３．３２が設けられた表面構造を有している。また、パンチヘッドを受入れるダイ３．２のキャビティの表面にも凹部すなわち凹み３．２１が形成されている。凹部すなわち凹み３．３２、３．２１はエアギャップまたはエアダクトを形成し、これらのエアギャップまたはエアダクトは、断熱効果を有し、したがって、加熱されたブランク２の急速加熱または熱損失を防止する。これに対し、ブランク２を成形すべくダイ３．２のキャビティ内に移動されるパンチ３．１の、ブランク２に対面する表面にはエアダクトを形成するいかなる凹みも設けられていない。この場合には、パンチの表面が成形工具３の実際の成形面となるからである。
【００３６】
マグネシウム板から作るべき部品２’の量が比較的多い場合に、成形工具３から取出すべき部品２’の温度を低く維持するために、パンチ３．１および／またはダイ３．２には能動冷却システム（図示せず）を設けることもできる。この形式の冷却システムは、例えばクラウン構造および／または冷却ダクトにより、パンチ３．１および／またはダイ３．２内に一体化させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  加熱装置
２  半成品（ブランク）
２’  マグネシウム板から作るべき部品
３  成形工具
３．１  パンチ
３．２  ダイ
３．２１  凹み（凹部）
３．３  半成品ホルダ
３．３２  凹み（凹部）
３．３１  表面領域
４  供給スタック
５  搬送装置
５’  搬送装置
５．１  導電加熱源
６  搬送装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム板で作られた半成品（２）、より詳しくはマグネシウム板ブランクの形態をなす半成品（２）を成形することにより、マグネシウム板から部品（２’）を製造する方法であって、半成品（２）が、成形前に、高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱されかつパンチ（３．１）およびダイ（３．２）からなる成形工具（３）内で成形され、内部加熱源を備えていない設計の成形工具（３）を使用して加熱された半成品（２）を成形し、加熱された半成品（２）は、パンチ（３．１）およびダイ（３．２）に直接接触することなく、成形工具（３）に関連して配置された半成品ホルダ（３．３）上に置かれる構成の製造方法において、半成品ホルダ（３．３）は能動板ホルダとして設計されかつダイ（３．２）に関連して設けられたパンチ（３．１）の上方に配置され、次に、半成品ホルダ（３．３）上に置かれた、加熱された半成品（２）が、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内の成形速度で成形されることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
半成品ホルダとして、加熱された半成品と接触する半成品ホルダ（３．３）の表面領域（３．３１）が多孔質な表面構造を有しているか、凹み（３．３２）を有している半成品ホルダ（３．３）が使用されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
半成品ホルダとして、加熱された半成品（２）と接触する表面領域（３．３１）が３０℃〜１００℃の周囲温度でせいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられている半成品ホルダ（３．３）が使用されることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
ダイとして、成形すべき、加熱された半成品（２）に対面する成形面に、加熱された半成品（２）に対面する接触面の減少をもたらす凹み（３．２１）が設けられたダイ（３．２）が使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項５】
成形工具として、パンチ（３．１）および／またはダイ（３．２）が能動冷却装置を有している成形工具（３）が使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項６】
前記半成品（２）は、導電加熱源（５．１）が設けられた搬送装置（５’）により直接成形工具（３）内に搬送されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項７】
前記半成品（２）は、成形中に、成形工具（３）と一体化された少なくとも１つの切断部材により同時にトリミングされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項８】
マグネシウム板から部品（２’）を製造する装置であって、マグネシウム板で作られた半成品（２）、より詳しくは、マグネシウム板ブランクの形態をなす半成品（２）を成形するためのパンチ（３．１）およびダイ（３．２）を備えた成形工具（３）を有し、該成形工具（３）は内部加熱源を備えていない設計であり、成形前に、半成品（２）を高温、好ましくは少なくとも２００℃の温度に加熱する装置（１、５．１）を更に有し、成形工具（３）には半成品ホルダ（３．３）が設けられている構成の製造装置において、半成品ホルダ（３．３）は、パンチ（３．１）の上方に配置できる能動板ホルダとして設計され、加熱された半成品（２）は、成形工具（３）内で、パンチ（３．１）およびダイ（３．２）に直接接触することなく半成品ホルダ（３．３）上に置かれ、成形工具（３）は、１５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲内のパンチおよびダイの閉速度を付与する駆動装置を有することを特徴とする製造装置。
【請求項９】
前記加熱された半成品（２）と接触する半成品ホルダ（３．３）の表面領域（３．３１）が多孔質な表面構造を有しているか、凹み（３．３２）を有していることを特徴とする請求項８記載の製造装置。
【請求項１０】
前記加熱された半成品（２）と接触する半成品ホルダ（３．３）の表面領域（３．３１）が、３０℃〜１００℃の周囲温度でせいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられていることを特徴とする請求項８または９記載の製造装置。
【請求項１１】
前記成形工具（３）のパンチ（３．１）および／またはダイ（３．２）は、これらの少なくとも一部領域が、３０〜１００℃の周囲温度で、せいぜい２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られているか、コーティングが設けられていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１２】
前記成形工具（３）のパンチ（３．１）および／またはダイ（３．２）が能動冷却装置を有していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１３】
導電加熱源（５．１）が設けられた搬送装置（５’）が成形工具（３）に関連して設けられており、該搬送装置（５’）により、成形すべき半成品（２）が半成品ホルダ（３．３）上に直接置かれることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１４】
前記ダイ（３．２）には、加熱された半成品（２）に対面する接触面を減少させる凹み（３．２１）が形成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１５】
前記成形工具（３）には少なくとも１つの切断部材が設けられていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１項記載の製造装置。
【国際調査報告】
2013540594.tif 000006
2013540594.tif 000007
2013540594.tif 000008
2013540594.tif 000009