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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Technik eines schrittweisen Ausbildungsverfahrens bzw. eines inkrementellen Umformverfahrens.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Gemäß einem schrittweisen Ausbildungsverfahren bzw. einem inkrementellen Umformverfahren wird ein stabförmiges Werkzeug in eine Metallplatte (d. h. ein Werkstück) gedrückt und das Werkstück wird während das stabförmige Werkzeug bewegt wird allmählich gedehnt ohne Verwendung einer Matrize. Das schrittweise Ausbildungsverfahren ist auch als ein Verfahren bekannt, das zum Ausbilden eines Werkstücks verwendet wird, das für Kleinserien geeignet ist (siehe beispielsweise veröffentlichte japanische Patentanmeldung JP 2006-341262 (
JP 2006-341262 A )).
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Allerdings beendet, wenn eine schrittweise Ausbildung an einem Werkstück ausgeführt wird, das beispielsweise durch Ausbilden unter Druck bzw. Pressformen ausgebildet (d. h. bearbeitet) wurde, das Spannungsverteilungsgleichgewicht zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Werkstücks die Veränderung. Dadurch erhöht sich der Betrag der Abmessungsveränderung des Werkstücks vor und nach der schrittweisen Ausbildung. Daher wird ein Ausbildungsverfahren bzw. Umformverfahren benötigt, das den Betrag der Abmessungsveränderung eines Werkstücks vor und nach der Ausbildung bzw. Formgebung reduzieren kann, wenn die schrittweise Ausbildung ausgeführt wird.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung stellt daher ein schrittweises Ausbildungsverfahren bzw. ein inkrementelles Umformverfahren bereit, das den Betrag der Abmessungsveränderung vor und nach der Ausbildung bzw. Formgebung reduzieren kann.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein schrittweises Ausbildungsverfahren bzw. ein inkrementelles Umformverfahren, das ein Drücken eines stabförmigen Werkzeugs in eine Metallplatte und allmähliches Dehnen der Metallplatte während das stabförmige Werkzeug bewegt wird umfasst. Ein Prozentsatz der Abnahme der Plattendicke nach der schrittweisen Ausbildung bzw. Formgebung der Metallplatte bezüglich der Plattendicke vor der schrittweisen Ausbildung der Metallplatte wird innerhalb eines Bereichs von einschließlich 35% bis einschließlich 40% ausgebildet.
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Das stabförmige Werkzeug kann eine Halbkugelform an einem Spitzenendabschnitt des stabförmigen Werkzeugs aufweisen, und eine Beziehung aus einem Radius des Spitzenendabschnitts, einem Bewegungsbetrag eines Arbeitsgangs des stabförmigen Werkzeugs und einem Druckbetrag des einen Arbeitsgangs des stabförmigen Werkzeugs kann durch einen Ausdruck
ausgedrückt werden, wobei R den Radius darstellt, P den Bewegungsbetrag darstellt und X den Druckbetrag darstellt.
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Demgemäß kann das schrittweise Ausbildungsverfahren bzw. das inkrementelle Umformverfahren der Metallplatte der Erfindung den Betrag der Abmessungsveränderung vor und nach der Ausbildung bzw. Formgebung reduzieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, indem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
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1 ein Blockdiagramm der allgemeinen Struktur einer schrittweisen Ausbildungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf der Ausbildungsschritte gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Tiefziehverhältnis und einem Betrag der Abmessungsveränderung zeigt;
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4 ein Querschnittsblockdiagramm ist, das die Beziehung aus einem Radius, einem Bewegungsbetrag und einem Druckbetrag eines stabförmigen Werkzeugs zeigt;
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5 ein Querschnittsblockdiagramm ist, das die Beziehung aus dem Radius, dem Bewegungsbetrag und dem Druckbetrag des stabförmigen Werkzeugs zeigt, wenn es eine Steigung gibt;
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6 ein Querschnittsblockdiagramm ist, das die Beziehung zwischen einer Ausbildungszeit t und einem minimalen Radius eines Werkstücks zeigt; und
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7 eine Ansicht ist, die ein Frame- bzw. Rahmen-Format des Ablaufs eines schrittweisen Ausbildungsschritts darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 wird nun nachstehend mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist ein Querschnittsblockdiagramm einer schrittweisen Ausbildungsvorrichtung bzw. einer inkrementellen Umformvorrichtung 100.
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Zunächst wird die Struktur der schrittweisen Ausbildungsvorrichtung 100 beschrieben. Die schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 drückt ein stabförmiges Werkzeug (Druckwerkzeug) 10 in ein Werkstück W, und dehnt das Werkstück W allmählich, während sich das stabförmige Werkzeug 10 bewegt. Die schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 enthält das stabförmige Werkzeug 10 und eine Trägervorrichtung 20.
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Das Werkstück W dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Teil für ein Fahrzeug, das aus einer Metallplatte ausgebildet wird. Wie nachstehend beschrieben, wird das Werkstück W durch die schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 bei einer finalen Stufe ausgebildet (d. h. bearbeitet), nachdem es durch eine nicht gezeigte Druckausbildungsvorrichtung bzw. Pressformvorrichtung mit Druck ausgebildet wird.
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Das stabförmige Werkzeug 10 wird in das Werkstück W gedrückt, und dehnt das Werkstück W allmählich, während sich das stabförmige Werkzeug 10 bewegt. Das stabförmige Werkzeug 10 ist an einer nicht gezeigten NC(nummerische Steuerungs)-Maschine angebracht. Eine NC-Maschine ist eine Bearbeitungsvorrichtung, die entsprechend einer nummerischen Steuerung betrieben wird. Mit einer NC-Maschine wird ein Betrieb des stabförmigen Werkzeugs 10 durch Koordinatenwerte in X-, Y- und Z-Richtungen definiert, und das Werkstück W wird durch Bedienen des stabförmigen Werkzeugs 10 mit einem in einem Maschinenwerkzeug integrierten Servomotor basierend auf dieser Information ausgebildet.
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Die Trägervorrichtung 20 trägt das durch das stabförmige Werkzeug 10 ausgebildete Werkstück W. Die Trägervorrichtung 20 enthält eine Basis 12, ein Pufferelement 22, eine Abdeckungsplatte 23 und eine Spannvorrichtung 24.
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Die Basis 21 ist ein Teil, auf dem ein Abschnitt des Werkstücks W, das nicht ausgebildet wird (einen Randabschnitt des Werkstücks W in dieser beispielhaften Ausführungsform), platziert ist. Das Pufferelement 22 ist zwischen der Abdeckungsplatte 23 und dem Werkstück W angebracht. Die Abdeckungsplatte 23 drückt den Abschnitt des Werkstücks W, der nicht ausgebildet wird. Die Spannvorrichtung 24 drückt die Abdeckplatte 23 gegen den Abschnitt des Werkstücks W, der nicht ausgebildet wird, durch Klemmen der Abdeckungsplatte 23 auf die Basis 21.
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Als Nächstes wird der Betrieb der schrittweisen Ausbildungsvorrichtung 100 beschrieben. Der Abschnitt des Werkstücks W, der nicht ausgebildet wird, wird durch die Trägervorrichtung 20 fest abgestützt, und das Werkstück W wird allmählich durch das stabförmige Werkzeug 10 gedehnt, das mittels einer NC-Maschine gesteuert wird.
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Der Ablauf eines Ausbildungsschritts S100 wird nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Ausbildungsschritts S100 darstellt.
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Der Ausbildungsschritt S100 ist das Ausbildungsverfahren der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausbildungsschritt S100 wird das Werkstück W ausgebildet. Der Ausbildungsschritt S100 enthält Druckausbildungsschritte S110 bis S130, und einen schrittweisen Ausbildungsschritt S150. Nach dem Ausbildungsschritt S100 werden ein Schneideschritt S200 und ein Bearbeitungsschritt S300 und dergleichen ausgeführt.
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Bei den Druckausbildungsschritten S110, S120 und S130 wird das Werkstück W durch ein Paar von Matrizen ausgebildet. Das Druckausbilden enthält Biegen oder Anheben oder dergleichen. In dieser beispielhaften Ausführungsform enthält die Mehrzahl der Druckausbildungsschritte einen ersten Druckausbildungsschritt S110, einen zweiten Druckausbildungsschritt S120 und einen dritten Druckausbildungsschritt S130, allerdings ist sie nicht auf dieses beschränkt.
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Der schrittweise Ausbildungsschritt S150 ist ein Beispiel des schrittweisen Ausbildungsverfahrens der Erfindung. Bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 wird das Werkstück W durch die vorstehend beschriebene schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 ausgebildet. Bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 wird das stabförmige Werkzeug 10 in das Werkstück W gedrückt, und das Werkstück W wird allmählich gedehnt, während sich das stabförmige Werkzeug 10 bewegt.
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Der schrittweise Ausbildungsschritt S150 enthält nicht nur einen Ausbildungsprozess zum Ausbilden des Werkstücks W in der gewünschten Endform bei dem Ausbildungsschritt S100, sondern auch einen Ausbildungsprozess zum Wiederherstellen einer Form, die in der Mehrzahl der Druckausbildungsschritte S110 bis S130 zu deren ursprünglichen Form (d. h. die Form vor der Ausbildung) ausgebildet wird.
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Nachstehend sei darauf hingewiesen, dass der schrittweise Ausbildungsschritt S150 als finaler Schritt des Ausbildungsschritts S100 ausgeführt wird, d. h. nachdem die Druckausbildungsschritte S110 bis S130 abgeschlossen werden.
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Als Nächstes wird ein Tiefziehverfahren n des schrittweisen Ausbildungsschritts S150 mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Tiefziehverhältnis n und einem Betrag der Abmessungsveränderung (nachstehend einfach als „Abmessungsveränderungsbetrag” bezeichnet) ΔT.
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Das Tiefziehverhältnis n ist der Prozentsatz der Abnahme der Plattendicke vor und nach dem schrittweise Ausbilden, und kann, wie in dem nachstehenden Ausdruck gezeigt, durch eine Plattendicke T0 vor dem schrittweisen Ausbilden und einer Plattendicke T nach dem schrittweisen Ausbilden ausgedrückt werden.
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Der Abmessungsveränderungsbetrag ΔT stellt den Krümmungswinkel einer flachen Platte nach dem schrittweisen Ausbilden bezüglich der flachen Platte vor der schrittweisen Ausbildung dar. Wenn die horizontale Achse das Tiefziehverhältnis n darstellt und die vertikale Achse den Abmessungsveränderungsbetrag ΔT darstellt, zeigt die Beziehung zwischen dem Tiefziehverhältnis n und dem Abmessungsveränderungsbetrag ΔT eine quadratische Kurve mit einem Wendepunkt in der Nähe, wo das Tiefziehverhältnis n 35% bis 40% wird. Der Abmessungsveränderungsbetrag ΔT erhöht sich, wenn das Tiefziehverhältnis n von diesem Wendepunkt abnimmt, und der Abmessungsveränderungsbetrag ΔT erhöht sich ebenfalls, wenn das Tiefziehverhältnis n von diesem Wendepunkt zunimmt. Mit anderen Worten, der Abmessungsveränderungsbetrag ΔT ist der kleinste, wenn das Tiefziehverhältnis n nahe 35% bis 40% liegt.
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Bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 dieser beispielhaften Ausführungsform wird das Werkstück W derart ausgebildet, dass das Tiefziehverhältnis n in einen Bereich von einschließlich 35% bis einschließlich 40% (35% ≤ n ≤ 40%) fällt. Daher kann der Abmessungsveränderungsbetrag ΔT des Werkstücks W so klein wie möglich ausgebildet werden.
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Als Nächstes werden die Beziehung aus Radius R, Bewegungsbetrag P und Druckbetrag X des stabförmigen Werkzeugs 10 mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht in Bewegungsrichtung (d. h. die horizontale Richtung) des stabförmigen Werkzeugs 10 des Ablaufs des schrittweisen Ausbildungsschritts S150.
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Nachstehend wird das stabförmige Werkzeug 10 durch ein rundes, säulenstabförmiges Element ausgebildet, und dessen spitzen Endabschnitt, der in das Werkstück W gedrückt wird, ist in einer Halbkugelform ausgebildet. Der Radius R des stabförmigen Werkzeugs 10 ist der Radius des Spitzenendabschnitts, der in einer Halbkugelform ausgebildet ist. Der Druckbetrag X des stabförmigen Werkzeugs 10 ist auch der Betrag, der den Spitzenendabschnitt des stabförmigen Werkzeugs 10 in das Werkstück W drückt. Das bedeutet, dass der Druckbetrag X des stabförmigen Werkzeugs 10 das Finish der Oberfläche beeinflusst, nachdem das Werkstück W ausgebildet wird.
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Bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 dieser beispielhaften Ausführungsform wird, wenn die schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 in horizontale Richtung bewegt wird, das stabförmige Werkzeug 10 derart bewegt, dass der Beziehungsausdruck des Radius R, des Bewegungsbetrags P und des Druckbetrags X des stabförmigen Werkzeugs 10 nachstehend erfüllt ist.
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Bei dieser beispielhaften Ausführungsform werden der Radius R und der Bewegungsbetrag P eines Arbeitsgangs des stabförmigen Werkzeugs 10 derart eingestellt, dass der Druckbetrag X gleich oder kleiner als 4,0 (μm) ist. Daher kann der schrittweise Ausbildungsschritt S150 die Ausgestaltung der bearbeiteten bzw. fertigen Oberfläche des Werkstücks W schön sein.
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Als Nächstes wird die Beziehung aus dem Radius R, dem Bewegungsbetrag P, dem Druckbetrag X und der Steigung θ des stabförmigen Werkzeugs 10 mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine Querschnittsansicht in Bewegungsrichtung des stabförmigen Werkzeugs 10 (d. h. eine Richtung, die durch θ bezüglich der horizontalen Richtung geneigt ist) des Ablaufs des schrittweisen Ausbildungsschritts S150.
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Bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 dieser beispielhaften Ausführungsform wird, wenn das stabförmige Werkzeug 10 in eine durch θ bezüglich der horizontalen Richtung geneigte Richtung bewegt wird, das stabförmige Werkzeug 10 derart bewegt, dass der Beziehungsausdruck des Radius R, des Bewegungsbetrags P eines Arbeitsgangs des stabförmigen Werkzeugs 10 und der Druckbetrag X des einen Durchgangs des stabförmigen Werkzeugs 10 nachstehend erfüllt ist.
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In dieser beispielhaften Ausführungsform werden der Radius R und der Bewegungsbetrag P des einen Arbeitsgangs des stabförmigen Werkzeugs 10 derart eingestellt, dass der Druckbetrag X gleich oder kleiner als 4,0 (μm) ist. Daher kann bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 die Ausgestaltung der fertigen Oberfläche des Werkstücks W schön sein.
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Als Nächstes werden die Wirkungen des schrittweisen Ausbildungsschritts S150 beschrieben. Der schrittweise Ausbildungsschritt S150 ermöglicht den Abmessungsveränderungsbetrag nach der zu reduzierenden Ausbildung. Das bedeutet, Ausbilden des Werkstücks W derart, dass das Tiefziehverhältnis n innerhalb eines Bereichs von einschließlich 35% bis einschließlich 40% (35% ≤ n ≤ 40%) liegt und der Abmessungsveränderungsbetrag ΔT des Werkstücks W so klein wie möglich gebildet werden kann.
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Auch mit dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 werden der Radius R und der Bewegungsbetrag P des stabförmigen Werkzeugs 10 derart eingestellt, dass der Druckbetrag X gleich oder kleiner als 4,0 (μm) ist. Daher kann die Ausgestaltung der fertigen Oberfläche des Werkstücks W schön sein.
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Als Nächstes wird die Beziehung aus einer Ausbildungszeit t, einem minimalen Radius r des Werkstücks W, einer Werkzeugpfadgeschwindigkeit V und eines Werkzeugpfadgesamtabstands Y mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist eine Querschnittsansicht in Bewegungsrichtung des stabförmigen Werkzeugs 10 (d. h. die horizontale Richtung) des Ablaufs des schrittweisen Ausbildungsschritts S150.
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Normalerweise wird der Radius R des stabförmigen Werkzeugs 10 durch den minimalen Radius R des Werkstücks W eingestellt. Daher muss, wenn der minimale Radius R des Werkstücks W klein ist, der Radius R des stabförmigen Werkzeugs 10 auch klein sein, sodass der Bewegungsbetrag P des stabförmigen Werkzeugs 10 auch klein sein muss. Nachstehend kann die Beziehung aus der Ausbildungszeit t, dem minimalen Radius r des Werkstücks W, der Werkzeugpfadgeschwindigkeit V und dem Werkzeugpfadgesamtabstand Y durch den nachstehenden Ausdruck ausgedrückt werden. Bei dem Ausdruck ist α ein Koeffizient. t = α Y / Vr
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Als Nächstes wird der Ablauf des schrittweisen Ausbildungsschritts S150 mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist eine Ansicht, die ein Frame- bzw. Rahmen-Format des Ablaufs des schrittweisen Ausbildungsschritts S150 darstellt.
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Bei dem schrittweisen Ausbildungsschritt S150 wird das Werkstück W durch die vorstehend beschriebene schrittweise Ausbildungsvorrichtung 100 ausgebildet.
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Bei Schritt S151 wird mit der schrittweisen Ausbildungsvorrichtung 100 ein stabförmiges Werkzeug 10A mit einem Radius R1 ausgewählt, der größer als ein Radius R2 ist, der durch den minimalen Radius r des Werkstücks W bestimmt wird. In Schritt S152 wird mit der schrittweisen Ausbildungsvorrichtung 100 eine schrittweise Ausbildung durch das stabförmige Werkzeug 10A mit dem Radius R1 ausgeführt bis das Werkstück W teilweise in dessen finalen Form bzw. Endform ist.
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Bei Schritt S153 wird mit der schrittweisen Ausbildungsvorrichtung 100 das stabförmige Werkzeug 10A mit einem stabförmigen Werkzeug 10B mit dem Radius R2 ersetzt, der durch den minimalen Radius r des Werkstücks W bestimmt ist. Bei Schritt S154 wird mit der schrittweisen Ausbildungsvorrichtung 100 die schrittweise Ausbildung durch das stabförmige Werkzeug 10B mit dem Radius R2 ausgeführt bis das Werkstück W dessen finalen Form bzw. Endform erreicht.
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Nachstehend werden die Wirkungen des schrittweisen Ausbildungsschritts S150 beschrieben. Der schrittweise Ausbildungsschritt S150 der beispielhaften Ausführungsform ermöglicht, die Ausbildungszeit t zu verkürzen. Das bedeutet, da das stabförmige Werkzeug 10A mit dem Radius R1 ausgewählt wird, der größer als der Radius R2 ist, der durch den minimalen Radius r des Werkstücks W bestimmt wird, und die schrittweise Ausbildung ausgeführt wird, bis das Werkstück teilweise in dessen finalen Form ist, kann die Ausbildungszeit bzw. Umformzeit t verkürzt werden.
