CN1876266A - 薄板的成形方法以及装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种用于防止侧壁皱纹、板厚减少等、精度好、没有成形形状的限制且短时间地成形用于批量生产用压制成形的试制品等立体形状产品的成形方法与装置。重复1次以上的如下步骤：在夹持毛坯件的缘部的状态下，从板厚方向压入具有成形形状的成形凸模，进行直至规定高度的拉深成形，在保持成形凸模的压入状态，增加夹紧压力并锁定材料的流动的状态下，从隔着板厚而与成形凸模相反的一侧，通过工具进行形状成形，然后，降低夹紧压力，使成形凸模再次上升所需高度进行拉深成形，接着，在提高夹紧压力并锁定材料的流动的状态下，通过前述工具进行形状成形。

Description

薄板的成形方法以及装置

技术领域

本发明涉及金属薄板的成形方法以及装置。

背景技术

作为将金属薄板加工为立体形状的方法或者机构，公知的有如下的成形方法：在X-Y工作台上固定薄板，将该薄板一边通过位于上方且可以在Z轴方向上移动的工具压紧到下方一边通过工具的移动依次塑性变形，从而进行成形。作为该方法的应用，有时也使用成形模，图1表示该成形法的概要。

但是，因为现有技术通过棒状工具描绘等高线轨迹来逐次成形形状的成形整体，所以有如下的问题。

1)直至成形结束，耗费时间，例如用于500个/月以上的批量生产的成形是困难的。

2)板厚的减少较大。

若使毛坯板厚为t0，成形后的板厚为t，成形角度为θ，板厚的减少率为δ，则成形后的板厚以t＝t0·sinθ求出，不过因为一直以来在成形角度为20度，板厚为0.8mm的情况下，产生34.2％的板厚减少，该部位容易断裂，所以例如不能够满足汽车部件的情况的板厚减少度为30％以下这一要求。

3)纵壁的成形是困难的或者是不可能的。

在成形品中有陡角度的部分的情况下，对其进行仿形的成形是困难的，成形角度θ在铝上界限是15度，在SPC上界限是20度，在SUS上界限是25度。因此，与2)相对应，在可以成形的形状上产生限制。

4)表面的加工不好。

因为通过使棒状工具描绘等高线轨迹来成形，所以不能够避免产生波状的工具痕迹，若为了减轻该工具痕迹而细化节距，则较长地耗费成形时间。

5)精度容易变得不充分。

因为现有技术主要是利用材料的「伸长」的成形方法，所以若将产生的产品与压制成形品比较，则在板厚减少这一点或者尺寸精度等方面较差。

为了改良这样的问题，本发明者们在日本国特开2003-53436号公报中提出了如下的方法：在夹持毛坯件的缘部的状态下，从板厚方向压入加工为成形形状的成形凸模，进行粗成形，接着，在压入前述成形凸模的状态下，从隔着板厚而与成形凸模相反的一侧，通过棒状工具进行形状成形。

通过该方法，可以在相当程度上改善前述问题。但是，在该方法中，如图2所示，因为从板厚方向整行程压入具有成形形状的成形凸模，一次粗成形工件整体，并在该状态下成形细部，所以如图2所示，在成形形状上有凹部A的情况下，如图3所示，有如下的问题：不能够避免产生因材料多余而导致的侧壁皱纹BS，产品精度恶化。

发明内容

本发明正是为了解决前述问题而作出的，其目的在于提供一种成形方法，可以在不受形状限制且不产生因材料多余而导致的侧壁皱纹的基础上，短时间且高精度地使批量生产用的压制成形用的试制品等立体形状产品成形。

又，本发明的其它目的在于提供一种适合于实施前述方法的装置。

为了达成上述目的，本发明的薄板的成形方法，在夹持毛坯件的缘部的状态下，从板厚方向压入被加工为成形形状的成形凸模，接着，在压入前述成形凸模的状态下，从隔着板厚而与成形凸模相反的一侧，通过工具进行形状成形，其特征在于，重复1次以上的如下步骤：在夹持毛坯件的缘部的状态下，从板厚方向压入具有成形形状的成形凸模，进行直至规定高度的拉深成形，在保持成形凸模的压入状态、增加夹紧压力而锁定了材料的流动的状态下，从隔着板厚而与成形凸模相反的一侧，通过工具进行形状成形，然后，降低夹紧压力，使成形凸模再次上升所需高度进行拉深成形，接着，在提高夹紧压力而锁定了材料的流动的状态下，通过前述工具进行形状成形。

根据这样的本发明的薄板的成形方法，因为复合了通过成形凸模进行的拉深成形与通过工具进行的增量成形，所以板厚减少较少，可进行所谓成形角度为15～25度的纵壁的成形，又，工具痕迹也变为轻度，成形时间也可以缩短。

而且，因为采用以下工序：在进行直至规定高度的拉深成形的阶段对成形凸模进行位置保持，暂且锁定材料的流动，在该状态下进行增量成形，接着，松缓夹紧压力，再次使成形凸模上升，进行拉深成形直至所需的高度，并在该状态下暂且锁定材料的流动，进行增量成形，所以阶梯状地进行拉深与增量成形的复合逐次成形，所以抑制了因材料多余而导致的侧壁皱纹的产生，从而即使是复杂的形状也可以非常高精度地成形。

又，本发明的薄板的成形装置的特征在于，备有：多个夹紧固定装置，隔有间隔地配置于底座以在板厚方向上夹持毛坯件的缘部，可以前后移动·停止且夹紧压力可变；所需形状的成形凸模，配置于比前述夹紧固定装置更靠内侧；CNC控制型凸模升降装置，使成形凸模突入到由前述夹紧固定装置支承的毛坯件上，并在用于进行拉深加工的设定位置处停止自如；CNC控制型增量成形装置，可以向3轴方向移动地装备于构架上，并与成形凸模协作地对通过前述成形凸模的阶段性突入而阶梯状地拉深成形的毛坯件进行成形。

根据本发明的薄板的成形装置，可以完全地发挥前述成形法的效果。

本发明的成形法包含对成形品或者成形过程中的毛坯件进行修整、穿孔等的加工。

又，本发明的成形装置还备有对通过成形凸模或者CNC控制型增量成形装置成形的毛坯件或者成形品进行修整、穿孔等除去加工的CNC控制型激光切断装置。

以此，因为可以在一处进行加工直至成为最终产品形状或者接近于最终产品形状的状态，所以可以提高效率。

又，本发明还备有CNC控制型顶部成形装置，所述CNC控制型顶部成形装置具有对通过成形凸模成形的毛坯件的顶部进行压缩成形用的工具。

以此，可以高精度地加工在顶部具有凹部的产品。

本发明的其它特征或者优点可以从以下的详细说明或者附图记载明确地了解，不过并不在备有本发明的特征的范围内限定于实施例所示的结构，本领域普通技术人员当然可以在不脱离发明的范围的基础上进行种种的变更以及修正。

附图说明

图1是表示现有的薄板形成方法的纵剖侧视图。

图2是表示现有的薄板形成方法的纵剖侧视图。

图3是表示因图2的方法而导致的不良产生状态的成形品的立体图。

图4是各占一半地示意表示本发明的成形方法的成形前与成形中的侧视图。

图5是表示本发明的夹紧固定装置与皱纹按压状态的侧视图。

图6-A～图6-F是阶段性地表示本发明的成形法的说明图。

图7是表示本发明的成形行程与按压力之间的关系的线图。

图8是表示本发明的控制系统的说明图。

图9-A～图9-C是表示本发明的激光切断例的说明图。

图10是表示本发明的薄板成形装置的一例的立体图。

图11是表示本发明的薄板成形装置的其它例的立体图。

图12是示意地表示应用了本发明的成形状态的剖视图。

具体实施方式

以下，若参照附图说明本发明的实施例，则图4至图7表示本发明的薄板成形方法与装置的一例。

在图4中，1是用于在板厚方向上夹持毛坯件(薄板)W的缘部的多个夹紧固定装置，在底座5上按照所需间隔配置。夹紧固定装置1的夹紧压力可变且可以前后移动·停止。2是配置于比所述夹紧固定装置更内侧的期望形状的成形凸模，3是使成形凸模2阶段性地上升且将其压入到前述毛坯件W上，并在用于进行拉深成形的设定位置上逐次停止自如的CNC控制型凸模升降装置。

4是用于与成形凸模协作地对通过前述成形凸模的阶段性上升·停止而拉深成形的阶梯状成形毛坯件进行成形的、3轴方向移动自如的CNC控制型增量成形装置。

如图5所示，前述夹紧固定装置1具有：载置薄板W的缘部的垫座(dice)10；与垫座10对置的压板11；备有对前述压板11或者铸型10施加力的按压用致动器12的块状的主体1a；以及固定于该主体1a的背侧的底座上，且输出部连结于主体1a上的移动用致动器1b。

按压用致动器12与移动用致动器1b是由螺纹件、使该螺纹件平移的螺母以及伺服马达构成的机械式、液压缸式等任意的致动器。在本实施例中使用液压缸式致动器，按压用致动器12可以通过电磁比例阀等控制部件53将夹紧压力F调整为任意的大小。

另外，各夹紧固定装置1可以独立地动作，包含根据薄板的板厚、材质、机械性质、成形形状等选择性地使所需数目的按压用致动器12动作，或者组合全部或者所需数目的按压用致动器12与移动用致动器1b并使它们动作的情况。

成形凸模2意味着被称为枪基型(gun type)或者主型(mastertype)的成形凸模，通常，以金属材料例如锌合金、低熔点合金、树脂涂敷锌合金等制造，不过也可以因情况不同，而以硬质塑料、或者FRP等制造。成形凸模2除了具有直线状或者曲率状的斜面，也包含具有阶梯部、凹面、凸面等异形部的成形凸模，在该异形部中包含突起部、突条、凹陷、槽等。

CNC控制型凸模升降装置3以计算机为控制机构进行数字控制，具有如下的特性：可以在任意的位置上停止，且可以保持在该位置，又可以任意地控制速度。

CNC控制型凸模升降装置3配置于凹室的下方，所述凹室设置于比底座至框架(以下，称为底座)的周缘更内侧，因为液压缸的位置控制是难点，所以液压缸并不是适当的，伺服系统的机械致动器例如伺服马达3a、减速器3b以及螺纹件3c的组合等是优选的。多个减速器3b与螺纹件3c由同步轴3d连结。

在作为输出部的螺纹件3c的前端连结有成形安装盘3e，在该成形安装盘3e上可以更换地安装有前述成形凸模2，前述成形凸模2加工为即时对应于所需成形的产品的立体形状。

接着，若说明成形工序，则在成形之际，通过螺栓螺母等将加工为成形形状的成形凸模2固定于成形安装盘3上。因为以此准备就完成了，所以通过电磁吸盘、吸引机等输送装置将所需成形的毛坯件W输入到底座5上。此时优选地使夹紧固定装置1的移动用致动器1b动作从而使主体1a后退，并通过夹紧固定装置1的各按压用致动器12使按压板11向开放侧移动，在输入薄板W的同时使主体1a前进，在与垫座10之间插入薄板W的缘部，并使按压用致动器12动作从而夹持毛坯件W的缘部。这样，首先，如图6-A所示，遍及整周地以夹紧固定装置1、1夹持毛坯件W的周缘部。毛坯件W选择钢板、铝板、不锈钢板、复合板等所需板。

如上所述，虽然由夹紧固定装置1夹紧毛坯件W的周缘部，不过在成形开始时较小地设定夹紧压力F。在该状态下按照成形程序驱动CNC控制型凸模升降装置3，使得成形凸模2上升所需高度S1。这是图6-B的状态，通过从下方压入成形凸模2，使毛坯件W在板厚方向上塑性变形，不过因为夹紧压力F较小，所以毛坯件W进行材料流动，从而进行设定的行程的拉深成形。此时，松缓按压用致动器12的施加力，促进材料的流动，防止材料断开。在该例中，构成顶部至顶板部分的拉深成形。

通过对于CNC控制型凸模升降装置3的CNC控制，成形凸模2保持在其所需高度位置上的停止状态。在该状态下驱动夹紧固定装置1的按压用致动器12，施加较大的按压力Fmx。以此，第1级拉深成形毛坯件W1被锁定为不进行材料流动。

在该状态下，使CNC控制型增量成形装置4动作，通过形状加工工具4d进行形状成形。这是图6-C的状态，通过与前述成形凸模2协作地描绘等高线轨迹使得对该形状进行仿形，精密地加工在第1步骤中拉深成形的部分。在成形形状中有阶梯部21的情况下，到达该阶梯部的纵壁22被成形到直至途中。另外，形状加工工具4d的代表例如是加工前端部使得其具有曲率面的棒状工具，在这样的工具中也包含如圆珠笔那样滚动自如地保持硬质的球这一类型的工具。

接着，驱动夹紧固定装置1的按压用致动器12，再次降低为容许材料流动的大小的夹紧压力F。在该状态下驱动CNC控制型凸模升降装置3，使成形凸模2上升规定的高度S2，在该行程位置上使成形凸模2的移动停止，并保持该状态，以此再次进行拉深成形。这是图6-D的状态，成为第2级拉深成形毛坯件W2。

接着，在保持成形凸模2的位置的状态下，驱动夹紧固定装置1的按压用致动器12，作成为较大的夹紧压力Fmx。以此，因为毛坯件W2被锁定为不进行材料流动，所以使CNC控制型增量成形装置4动作，通过形状成形工具4d进行形状成形。这是图6-E以及图6-F的状态，通过与前述成形凸模2协作地描绘等高线或者3维移动使得对其形状进行仿形，精密地加工在第2步骤中拉深成形的部分，在该例中成为成形品W3。

如图6-B所示，即使在成形形状上有角度大的纵壁22和与其连续的阶梯部21，也通过在第1、第2步骤中的拉深成形、在各步骤中的增量成形以及它们中的夹紧压力的控制，改善材料多余现象，抑制侧壁皱纹。图7表示在前述2次的步骤I、II中的成形行程与夹紧压力之间的关系。

另外，在实施例中，作成为在第1步骤与第2步骤中的逐次成形，不过本发明包含以3次以上的步骤得到产品的情况，即，图4表示5步骤成形例，在左半部中表示成形前的状态，在右半部中表示成形状态。

图8表示本发明的成形法的控制系统的例子，符号6表示控制装置整体。在该控制装置6中，IGES数据从储存所要制作的产品的3维面数据的计算机6a输送到加工用CAM6b中，并从该加工用CAM6b传送到由计算机构成的CNC控制器6c中。在CNC控制器6c中运算出与毛坯件的材质、板厚、成形形状对应的拉深成形+增量成形的步骤次数、各步骤的位置(上升高度)S、S1...Sn、速度V、V1...Vn、夹紧压力F、Fmx、以及用于各步骤的增量成形的X、Y、Z的各轴的驱动条件(位置、移动速度、轨迹等)。

基于该运算结果，从CNC控制器6c对CNC控制型凸模升降装置3的伺服马达与夹紧固定装置1，输送基于运算的规定位置、速度、夹紧压力的数据信号，从而进行第1步骤的拉深成形。该成形状态反馈到CNC控制器6c中，与设定值比较，在有差异的情况下输出修正指令。然后，位置保持指令被输送到CNC控制型凸模升降装置3中，从而成形凸模2保持于第1步骤位置。

若第1步骤的拉深成形结束，则输送规定大小的夹紧压力增加信号，通过该信号在夹紧固定装置1中锁定材料的移动，又，从CNC控制器6c对CNC控制型增量成形装置4的X、Y、Z的各轴的伺服马达输送位置与速度的信号，通过形状成形工具4d进行增量成形。在该成形时成形状态也反馈到CNC控制器6c中，与设定值比较，在有差异的情况下输出修正指令。若该成形结束，则对CNC控制器6c输送结束信号。这样，通过至少2次的步骤进行拉深·增量成形，从而作出产品。形状成形工具4d在各步骤中可以共用，也可以不同。

根据本发明，与只利用增量成形进行的形状形成相比，形成时间缩短，又，通过拉深成形与增量成形的并用也可以抑制板厚的减少，从而可以充分满足板厚减少率在30％以内。又，因为并用拉深成形，所以工具痕迹变少，从而也可以进行成形角度陡的纵壁的成形。

而且，因为不是以一次的拉深成形粗成形整体，并通过工具对局部进行增量成形，而是以2次以上的步骤进行拉深成形与增量成形，逐次地加工形状，并在加工过程中以控制夹紧压力的方式进行，所以可以抑制材料多余，从而消除侧壁皱纹、扭绞皱纹的产生。因而，即使是复杂的形状，也可以高精度地成形。

另外，本实施方式对于通过前述各步骤的实施而得到的成形品、或者在未完成状态的阶段下，如图9所示，也可以并用如下的工序：使用可以在X、Y、Z轴上运动的、例如6轴的CNC控制型激光切断装置7，进行修整、穿孔等除去加工。图9-A表示进行修整加工的状态，激光照射头7a进行等高线移动或者3维移动。图9-B表示进行切割加工的状态，图9-C表示进行穿孔加工的状态。

作为前述加工时期，有如下两种情况：在第1步骤或者第2步骤进行拉深成形且增量成形结束这一阶段进行的情况；在从第1步骤或者第2步骤进行拉深成形后至开始增量成形这一期间进行的情况。对于任意一种情况，切断加工信息由CNC控制器6c运算，如图8所示，对CNC控制型激光切断装置7的伺服马达输送功率的大小以及移动轨迹、速度的条件，使其动作。

在加入了这样的工序的情况下，因为可以在与本成形相同的场所加工到直至最终产品形状，不需要将半成形品运送到其它场所并另行进行加工，所以可以实现效率的提高。

图10表示适合于实施前述的本发明的薄板成形法的装置的第1例。

8是台状框架，在该台状框架8的中间位置固定设置有底座5，在其上以一定间隔配置有多个前述夹紧固定装置1。在夹紧固定装置1的内侧形成有凹室，在此配置有前述CNC控制型凸模升降装置3。

在前述底座5的长度方向一侧移动自如地配置有CNC控制型增量成形装置4，在另一侧配置有高速驱动式的CNC控制型顶部成形装置9。又，在底座5的宽度方向一侧配置有CNC控制型激光切断装置7。另外，CNC控制型增量成形装置4在该例中在内部设置有升降自如的工件保持器机构4f。

前述CNC控制型增量成形装置4备有构架4a、与搭载于其上的主轴体4b，所述构架4a备有AC伺服马达或者线性马达作为驱动源，由此可沿着台状框架8移动，主轴体4b备有可以更换地安装成形用的工具4d的工具保持器4c。

前述构架4a具有横架于顶部的平行的1组X轴导轨40、与架装于这些X轴导轨40、40上的Y轴导轨(移动工作台)41，在Y轴导轨41上搭载有驱动机构(未图示)，所述驱动机构备有用于使Y轴导轨41沿着X轴导轨40、40移动的伺服马达与减速器。

前述主轴体4b搭载于Y轴导轨41上，且备有驱动机构(未图示)，所述驱动机构备有用于沿着Y轴导轨41移动的伺服马达与减速器。主轴体4b具有延伸到下方的工具保持器4c，在顶部搭载有驱动机构(伺服马达与减速器)43，所述驱动机构43用于在Z轴方向上移动前述工具保持器4c或者安装有工具保持器4c的滑块。前述各伺服马达电连接于设置在台状框架8的中央侧部的CNC控制器6c上，可以通过这些控制信号自如地进行工具保持器4c与成形用工具4d的位置控制。

前述成形用工具4d具有相对于工具保持器4c的安装部、和用于与前述成形凸模2协作地成形薄板W的细部形状，或者加工整体的按压部。工具4d也可以相对于工具保持器4c旋转。

前述CNC控制型顶部成形装置9备有构架9a与搭载于该构架9a上的主轴体9b，所述构架9a备有AC伺服马达或者线性马达作为驱动源且可以沿着台状框架8移动，主轴体9b备有可以更换地安装压缩成形用的工具9d的工具保持器9c。

前述构架9a具有架装于顶部的Y轴导轨(移动导轨)91，前述主轴体9b搭载于Y轴导轨91上，且备有驱动机构(未图示)，所述驱动机构备有用于沿着Y轴导轨移动伺服马达与减速器。主轴体9b备有用于在Z轴方向上移动前述工具保持器9c的液压缸或者滚珠丝杠与伺服马达等驱动源，该驱动源与前述构架移动用驱动源、主轴体移动用驱动源电连接于前述CNC控制器6c上，可以通过这些控制信号自如地调整工具保持器9c与压缩成形用的工具9d的位置、速度以及力的大小。

如图12所示，前述压缩成形工具9d是用于与成形凸模2的凹型部20协作地对薄板W局部地施加强压的部件，可以使用弹性体(可缩体)例如聚氨酯橡胶。若并用该成形方法，则因为以工具9d将与成形凸模局部20非接触至轻微接触的毛坯件顶部压紧于成形凸模局部20上，所以毛坯件顶部以适应于成形凸模局部20的方式塑性变形。

CNC控制型激光切断装置7备有在前端安装有激光照射头7a的伺服马达驱动的6轴自动装置7b、与将激光供给到激光照射头7a上的激光振荡装置7c，伺服马达与振荡装置的驱动部电连接于前述CNC控制器6c上，可以通过这些控制信号自如地调整激光照射头7a的位置、速度以及激光束强度，如图12所示，在所需部位上一边照射激光一边移动，进行除去加工。

另外，图12示意地表示进行增量成形、局部压缩成形、激光切断成形加工的状态。

图11表示适合于实施本发明的薄板成形法的装置的第2例。

在本实施方式中，合并CNC控制型增量成形装置4与CNC控制型激光切断装置7，可以通过工具更换进行增量成形与激光切断，以此实现装置的紧凑化。

即，CNC控制型增量成形装置4具有构架4a，所述构架4a备有AC伺服马达或者线性马达作为驱动源，且可以沿着台状框架8移动，不过在顶部的Y轴导轨41上作为主轴体4b搭载有6轴自动装置臂，在臂前端的保持器4c上可以更换地安装有工具与激光照射配件。

因为其它的结构与图10的装置相同，所以对相同的部位标注相同的附图标记，引用上述的说明。

本发明适合于各种的大型立体形状产品的试制作业，例如，可以简单且高精度地制造以汽车挡泥板或者外部防护罩等为代表的汽车的外板面板等。

Claims (6)

1.一种薄板的成形方法，在夹持毛坯件的缘部的状态下，从板厚方向压入被加工为成形形状的成形凸模，接着，在压入前述成形凸模的状态下，从隔着板厚而与成形凸模相反的一侧，通过工具进行形状成形，其特征在于，重复1次以上的如下步骤：在夹持毛坯件的缘部的状态下，从板厚方向压入具有成形形状的成形凸模，进行直至规定高度的拉深成形，在保持成形凸模的压入状态、增加夹紧压力而锁定了材料的流动的状态下，从隔着板厚而与成形凸模相反的一侧，通过工具进行形状成形，然后，降低夹紧压力，使成形凸模再次上升所需高度进行拉深成形，接着，在提高夹紧压力而锁定了材料的流动的状态下，通过前述工具进行形状成形。

2.如权利要求1所述的薄板的成形方法，其特征在于，作为工具，选择性地使用棒状的形状加工工具与压缩成形用的工具。

3.如权利要求1所述的薄板的成形方法，其特征在于，对成形品或者成形过程中的毛坯件进行修整、穿孔等加工。

4.一种薄板的成形装置，其特征在于，备有：多个夹紧固定装置，隔有间隔地配置于底座以在板厚方向上夹持毛坯件的缘部，可以前后移动·停止且夹紧压力可变；所需形状的成形凸模，配置于比前述夹紧固定装置更靠内侧；CNC控制型凸模升降装置，使成形凸模突入到由前述夹紧固定装置支承的毛坯件上并在用于进行拉深加工的设定位置处停止自如；CNC控制型增量成形装置，可以向3轴方向移动地装备于构架上，并与成形凸模协作地对通过前述成形凸模的阶段性突入而阶梯状地拉深成形的毛坯件进行成形。

5.如权利要求4所述的薄板的成形装置，其特征在于，还备有CNC控制型激光切断装置，所述CNC控制型激光切断装置对通过成形凸模或者CNC控制型增量成形装置成形的毛坯件或者成形品进行修整、穿孔等除去加工。

6.如权利要求4所述的薄板的成形装置，其特征在于，还备有CNC控制型顶部成形装置，所述CNC控制型顶部成形装置具有对通过成形凸模成形的毛坯件的顶部进行压缩成形用的工具。

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