JP3725540B2 - 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

Description

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．４，０２０，６７０、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２５０ｓｐｍ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超えないで、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５２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のヘッド部を中に受ける流体、即ち空気チヤンバ５９を、案内スリーブ４６並びに環状プレート４８と共に規定している。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１８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、即ち下工具の一部を構成し、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の下方へ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を表す図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（０．０５１ｃｍ）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６２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１，２，１３，１４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３８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０．１９８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１２０，１２１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８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の厚さは、順次ましていることにより、図７に示すように、ステージ１でのカップの絞り形成の前にステージ２でのカップの絞り形成がなされ、またステージ３でカップＣの絞り形成の前にステージ４でのカップＣの絞り形成がなされる。
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、ステージ４からステージ１へと、ドローパッド７０とブランク／ドローダイ９０との間に順次連続してブランクＢを保持、即ち、把持させることにより、外ラム２４へのダイナミック負荷、即ち、圧縮負荷と張力負荷とは実質的に減じられる。例えば、２５０ｓｐｍ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させる。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１４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。

Claims (12)

1. 各々が垂直方向に往復移動可能な内ラム並びに外ラムを備えた複動機械プレスの各ストロークで金属のストリップから一連のカップを形成する方法であって、複動機械プレスは、互いに水平方向に離間した、一連のカップ形成用ステージを有し、各ステージは、前記外ラムに支持された環状のドローパッド、並びにドローパッドを囲んでいる環状のカットエッジダイと、前記環状のドローパッドに対面した環状のブランク／ドローダイと、前記内ラムに支持され、ドローパッド内にあるダイ中心ポンチとを有し、
   一連のディスク状金属ブランクを形成するように、一連のステージで前記環状のカットエッジダイとこれに対応した環状のブランク／ドローダイとの間で金属のストリップを切断する工程と、
   外ラムに支持された前記環状のドローパッドとこれに対応した環状のブランク／ドローダイとの間に前記金属ブランクを保持させる工程と、
   一連のステージで夫々のダイ中心ポンチにより、前記金属ブランクをカップに絞り形成する工程とを具備する方法において、
   外ラムへの圧縮負荷を減少させるように、前記ドローパッドとブランク／ドローダイとの間の前記金属ブランクの保持は、外ラムの各ストロークの間に、複数のステージで連続して行われることを特徴とする方法。
2. 前記ブランクは、円形のディスク状をしており、金属のストリップは、一連の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. 前記ブランクは、円形のディスク状をしており、前記ストリップは、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. カップ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複数の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、この方法は、一連のディ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、金属のストリップをステージのダイ部材に連続して係合させる工程と、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、プレスでのダイナミック負荷を減じさせるように、夫々のブランクを夫々の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. 前記ブランクは、円形のディスク状をしており、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. 各々が垂直方向に往復動するように支持された内ラムと外ラムとを備え、各ラムの各往復ストロークで金属のストリップから一連のカップ状物品を時間をずらせて形成するための複動機械プレスに使用され、水平に互いに離間し、一連のカップ状物品形成ステージを有し、
    各ステージは、前記外ラムと共に移動し、かつ所定の圧力に応答して外ラムに対して移動可能であるように外ラムに接続された環状のドローパッドと、
    ステージの各々で前記ドローパッドの各々に対向した環状のブランク／ドローダイと、
    前記ドローパッドの各々を囲み前記外ラムと共に移動可能に外ラムに接続された環状のカットエッジダイと、
    前記ドローパッドの各々内にあり、前記内ラムと共に移動可能に内ラムに接続されたダイ中心ポンチとを具備し、
    前記一連のステージで、環状のカットエッジダイとこれに対応したブランク／ドローダイとは、外ラムの各ストロークで一連のディスク状金属ブランクを形成するように共働し、
    前記ブランク／ドローダイは、各ステージで対応するブランク／ドローダイと共働して、外ラムの各ストロークに基づいて前記ステージでドローパッドとブランク／ドローダイとの間に金属ブランクを支持し、
    前記ダイ中心ポンチは、前記内ラムの各ストロークで前記ステージで金属ブランクからカップ状物品を絞り形成するように、対応したブランク／ドローダイと共働する、工具において、
    前記ブランク／ドローダイとドローパッドの夫々は、プレスの各ストロークで夫々のステージで金属ブランクを順次支持するように、ステージ毎に異なる垂直間隔で位置され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。

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