JP2005028422A - 逐次成形方法及び該方法で成形された成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造簡単且つ交換容易な受けジグを備え、用途に応じ、要求精度に適合して使い分けでき、選択的に実施可能な焼鈍工程を有する逐次成形方法及び該方法で成形された成形品の提供。
【解決手段】 上下動自在のブランクホルダ２と、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する受けジグＪ_１、２）製品の全体形状と係合合致する受けジグＪ_２の何れかを備え、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に受けジグＪ（Ｊ_１、Ｊ_２）と対を成す成形工具５を取り付け、この成形工具５が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、ブランクホルダ２が成形工具５に連動して下降動作し、成形工程を実施し、次いで第１、第２、第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施し、焼鈍工程終了後、トリミング切断を実施することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属材料を対象とした逐次成形方法及び該方法で成形された成形品に関する。

一般的なプレス成形や板金加工法では対応しきれない成形方法として逐次成形方法が種々提案されている。

板厚減少を低減できる逐次成形法として、「材料の周囲を拘束せずに、この材料を支持具に固定し、ＮＣ加工機に取り付けられ予め決められた成形工具軌跡に沿って動かされる成形工具で材料を支持具に押し付けて材料を支持具外形形状に成形する。」という提案が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３３４３１４号公報

然しながら上述の従来例では、塑性変形後のスプリングバックによる戻り変形に対する処置方法が示されておらず、成形精度の点で問題がある。

本発明は、上述の点に着目して成されたもので、用途に応じ、要求精度に適合して使い分けできる選択可能な焼鈍工程を有する逐次成形方法及び該方法で成形された成形品を提供することを目的とする。

本発明は、下記構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）上下動自在のブランクホルダを備え、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する受けジグ、２）製品の全体形状と係合合致する受けジグの何れかを固設し、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に前記受けジグと対を成す成形工具を取り付け、この成形工具が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、前記ブランクホルダが前記成形工具に連動して下降動作し、成形工程を実施し、該成形工程終了後、第１の焼鈍工程、第２の焼鈍工程、第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施し、焼鈍工程終了後、トリミング切断を実施する逐次成形方法。

（２）前記第１の焼鈍工程は、成形工程終了後のブランクを受けジグから取り外し、単品の状態で実施される前項（１）記載の逐次成形方法。

（３）前記第２の焼鈍工程は、前記成形工程終了後、前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合して実施される前項（１）記載の逐次成形方法。

（４）前記第３の焼鈍工程は、前記成形工程終了後、前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合し、更に前記形状矯正ジグを下型とし、対となる上型の形状矯正ジグを嵌合覆設して実施される前項（１）記載の逐次成形方法。

（５）前記形状矯正ジグは、面となる部分を省き、骨組み構造の縁部を結んで出来る仮想面が製品の成形面と係合合致すると共に高空隙率となるように形成し、ブランクへの熱の授受を妨げない構成とした前項（３）または（４）記載の逐次成形方法。

（６）上下動自在のブランクホルダを備え、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する受けジグ、２）製品の全体形状と係合合致する受けジグの何れかを固設し、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に前記受けジグと対を成す成形工具を取り付け、この成形工具が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、前記ブランクホルダが前記成形工具に連動して下降動作し、成形工程を実施し、該成形工程終了後の焼鈍工程として、１）成形工程終了後にブランクを前記受けジグから取り外し単品の状態で行う第１の焼鈍工程、２）前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合して行う第２の焼鈍工程、３）前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合し、更に前記形状矯正ジグを下型とし、対となる上型の形状矯正ジグを嵌合覆設して実施される第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施し、終了後トリミング切断して得られる逐次成形方法で成形された成形品。

以上説明したように本発明によれば、用途に応じ、要求精度に適合して使い分けできる選択可能な焼鈍工程を有し、板厚減少を極力抑え、スプリングバックを最小限に抑制すると共に、多品種少量生産に好適な逐次成形方法及び該方法で成形された成形品を提供することが出来る。

以下、本発明に係る逐次成形方法及び該方法で成形された成形品の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る逐次成形方法の手順の一例を示すフローチャート、図２は、逐次成形装置の要部構成及び動作を示す側面図、図３（ａ）は、方形の頭部形状を有する受けジグの斜視図、（ｂ）は、方形の頭部形状を有する受けジグを用いて成形された下部多角錐成形品の一例を示す斜視図、（ｃ）は、方形の頭部形状を有する受けジグを用いて成形された下部円錐成形品の一例を示す斜視図、図４は、頭部形状受けジグの形状例を示す斜視図、（ａ）は円形の場合、（ｂ）は楕円形の場合、（ｃ）は曲面形状の場合、図５は、焼鈍工程の温度と時間の関係を示すグラフ（アルミ：Ａ５０５２Ｏの場合）、図６は、焼鈍工程の温度と時間の関係を示すグラフ（鋼：ＳＰＣＥの場合）、図７は、成形製品の歪みを測定するための測定点の一例を示す斜視図、図８は、形状矯正ジグの骨組み構造の一例を示す斜視図、図９は、凸形状成形品の凸曲面に凹部を含む複雑形状の製品成形例を示す斜視図である。

＜逐次成形装置について＞
以下、先ず逐次成形装置の概要を図面を参照して説明する。

ＮＣ加工装置（図示略）へブランク（ｂｌａｎｋ）１を供給して実施される逐次成形装置において、上下動自在のブランクホルダ２と、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する受けジグＪ_１、２）製品の全体形状と係合合致する受けジグＪ_２の何れかを備え、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に前記受けジグＪ（Ｊ_１、Ｊ_２）と対を成す成形工具５を取り付け、この成形工具５が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、前記ブランクホルダ２が前記成形工具５に連動して下降動作する。

尚、受けジグＪは、棒状支持体３と製品の凸部形状に係合合致する形状を有し、且つ棒状支持体３に対し着脱自在とする頭部４とからなる分離型の頭部形状受けジグＪ_１とし、また、製品の全体形状と係合合致する受けジグは、全体形状受けジグＪ_２としても良い。

製品の凸部形状と係合合致する頭部形状としては、例えば、図３に示すような方形状のもの、図４に示すような（ａ）円形、（ｂ）楕円形、（ｃ）截頭円錐形など成形可能な形状であればよく、製品の頭部に続く裾野の形状は図３（ｂ）に示すように、方形の頭部形状に対して裾野は多角錐形状の成形製品Ｗ１とし、図３（ｃ）に示すように方形の頭部形状に対して裾野は円錐形状の成形製品Ｗ２とすることも出来、ＮＣプログラムに従って自由に成形できるのが特徴である。

＜逐次成形方法について＞
本発明に係る逐次成形方法の実施例１について以下に説明する。

上下動自在のブランクホルダ２を備え、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する頭部形状受けジグＪ_１、２）製品の全体形状と係合合致する全体形状受けジグＪ_２の何れかを固設し、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に前記受けジグＪ（Ｊ_１、Ｊ_２）と対を成す成形工具５を取り付け、この成形工具５が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、前記ブランクホルダ２が前記成形工具５に連動して下降動作し、成形工程を実施し、該成形工程終了後、成形加工時にブランク１内に生じた残留応力を除去するための第１の焼鈍工程、第２の焼鈍工程、第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施し、焼鈍工程終了後、トリミング切断を実施することを特徴とする。

焼鈍工程は、１）成形工程終了後のブランク１を受けジグＪから取り外し、単品の状態で実施される第１の焼鈍工程、２）前記ブランク１を改めて形状矯正ジグＪ_３に被せるように嵌合して行う第２の焼鈍工程、３）前記ブランク１を改めて形状矯正ジグＪ_３に被せるように嵌合し、更に前記形状矯正ジグＪ_３を下型とし、対となる上型の形状矯正ジグを嵌合覆設して実施される第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施することが出来る。

ここで、頭部形状受けジグを用いた場合について、本発明に係る逐次成形方法の手順の一例を図１のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１で、製品形状、仕様、製品の形状に対応する３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムを選定し、ステップＳ２で、製品の凸部形状に係合合致する頭部形状受けジグＪ_１を成形工具５と共に選定し、ＮＣ加工装置へ取り付ける。ステップＳ３で、ブランク１をブランクホルダ２に挟持し、前記ＮＣ加工装置の頭部形状受けジグＪ_１上にセットし、成形工程を実施する。

次いでステップＳ４で製品の成形要求精度が高いかどうかを判断し、要求精度が高い場合は、ステップＳ５へ進み、前記成形品を形状矯正ジグ（例えばＪ_３）に被せるようにして嵌合して実施する第２の焼鈍工程を選択し、例えば、ブランク１がアルミ（Ａ５０５２Ｏ、板厚ｔ＝３．０ｍｍ）の場合、図５及び表１に示すような昇温→保持→炉冷→室温放冷の手順で焼鈍工程が実施され、ステップＳ７へ進み、成形品の完成状況を確認して後、ステップＳ８で、被挟持部２ａとなるフランジ部及び不要な部分をトリミングカットラインＴＣで切断し（図７〜９参照）、製品の取り出しを行って一連の工程が終了する。尚、ステップＳ４で、成形要求精度が高くないと判断された場合は、ステップＳ６へ進み、頭部形状受けジグＪ_１から成形品を取り外し単体で前述と同様に図５及び表１に示すような昇温→保持→炉冷→室温放冷の手順で第１の焼鈍工程が実施され、ステップＳ７、Ｓ８と進み、一連の工程が終了する。

また、更に成形精度を高めるには、ステップＳ５で実施した下型となる形状矯正ジグ（例えばＪ_３）を使用した第２の焼鈍工程に対し、上型と下型から成る対の形状矯正ジグを用いた第３の焼鈍工程を実施することによって達成することが出来る。

尚、頭部形状受けジグＪ_１を用いた場合の例としてフローチャートを説明したが、全体形状受けジグＪ_２を用いた場合もステップは同様である。

ブランク１が、鋼（ＳＰＣＥ、板厚ｔ＝１．６ｍｍ）の場合、図６及び表１に示すような昇温→保持→炉冷→室温放冷の手順で焼鈍工程が実施され、その他のステップは前述のアルミの場合と同様である。

図８は、形状矯正ジグの骨組み構造の一例を示す斜視図であり、形状矯正ジグＪ_３は、面となる部分を省き、骨組み構造の縁部を結んで出来る仮想面が製品の成形面と係合合致すると共に高空隙率となるように形成し、ブランクへの熱の授受を妨げない構成としてある。

尚、請求項４に示すように、下型及びこの下型に係合し対となる上型共に、請求項５に記載のように、高空隙率の構造としてある。

また、図８に示すように、成形品Ｗ４をイ、ロ、ハ、ニの位置に合せて被せるように嵌合して焼鈍工程を実施する。

図９は、凸形状成形品の凸曲面に凹部を含む複雑形状の製品成形例を示す斜視図であり、ＴＣがトリミングカットラインを示し、最終製品の形状はこのトリミング切断を実施して得られる。

図７は、成形製品Ｗ３の成形精度を測定する場合の一例として、一定のピッチでＸ方向、Ｙ方向に測定用プローブを差し込むための小孔ｈ、ｈ…を設けた場合を示しており、全体形状受けジグＪ_２上に保持し成形面と鉛直をなす方向から測定用プローブを差し込んで成形ジグの面と成形製品Ｗ３との隙間を測定する。

表２に、アルミ（Ａ５０５２Ｏ、板厚ｔ＝３．０ｍｍ）の場合の、焼鈍前、且つトリミング切断前の測定結果を示す。Ｘ方向、Ｙ方向に９列、９行となる８１の測定点の測定値を示してある。これらの値から、成形面と完全に一致した点はなく、最も歪みの少ない点で、０．３〜０．６ｍｍ、最も歪みの大きい点で２２．８〜２３．０とばらつきが大きいことを示している。

表３に、アルミ（Ａ５０５２Ｏ、板厚ｔ＝３．０ｍｍ）の場合の、形状矯正ジグを使用した焼鈍後、トリミング切断した成形製品の測定結果を示す。

表２の場合と同じ測定点で測定したものである。

最も歪みの少ない点の、０．０ｍｍが１０個所あり、最も歪みの大きい点で、７．０ｍｍ、１．０ｍｍ以下が５０％で周辺部がやや反りぎみであるが、かなり精度の向上した成形品が供給可能であることを示している。

因みに焼鈍工程を実施せずにトリミング切断した製品は、例えばアルミ（Ａ５０５２Ｏ、板厚ｔ＝３．０ｍｍ）の場合スプリングバックした反り返りが「えびぞり」のようになって測定不可能な状態を示した。

また、形状矯正ジグを用いずに単体で焼鈍工程を実施した場合は、測定値は形状矯正ジグを用いた場合の値に対し、低い個所で０．６〜２．０ｍｍ、高い個所で１０ｍｍ前後歪みが大きい傾向を示した。

即ち、板厚ｔ＝３ｍｍのアルミＡ５０５２の場合では、１）焼鈍せず、成形後トリミング切断した場合は、測定不可能なまでに変形するが、２）形状矯正ジグを用いずにした焼鈍工程では変形がかなり減少し、前述したように、成形精度はやや向上したデータが得られた。３）下型となる形状矯正ジグを用いた焼鈍工程を実施した場合は、成形精度は格段に向上し、表３で示したようなデータが得られた。また、対となる上型、下型を用いることにより、更に成形精度を高めることが出来る。

尚、成形工程の手順は、予めコースを種類別に分けて設定しておき、設定したコースに従って全自動で実施する構成としても良い。

本実施例におけるトリミング切断とは、トリミングカットラインＴＣに沿って被加工材料となるブランクの被ブランクホルダ（被挟持部）を含む不要部分を切断し除去することを意味するものとする。

多品種少量生産の金属板成形加工全般に利用でき、特に交通機関の車両関係における車体を形成する成形品の成形方法に好適である。

本発明に係る逐次成形方法の手順の一例を示すフローチャート 逐次成形装置の要部構成及び動作を示す側面図 （ａ）方形の頭部形状を有する受けジグの斜視図、（ｂ）方形の頭部形状を有する受けジグを用いて成形された下部多角錐成形品の一例を示す斜視図、（ｃ）方形の頭部形状を有する受けジグを用いて成形された下部円錐成形品の一例を示す斜視図 頭部形状受けジグの形状例を示す斜視図、（ａ）円形の場合、（ｂ）楕円形の場合、（ｃ）曲面形状の場合 焼鈍工程の温度と時間の関係を示すグラフ（アルミ：Ａ５０５２Ｏの場合） 焼鈍工程の温度と時間の関係を示すグラフ（鋼：ＳＰＣＥの場合） 成形製品の歪みを測定するための測定点の一例を示す斜視図 形状矯正ジグの骨組み構造の一例を示す斜視図 凸形状成形品の凸曲面に凹部を含む複雑形状の製品成形例を示す斜視図

符号の説明

１ ブランク（ｂｌａｎｋ）
２ ブランクホルダ
２ａ 被挟持部
３ 棒状支持体
４ 頭部
５ 成形工具
ｈ （測定用）小孔
Ｊ 受けジグ
Ｊ_１ 頭部形状受けジグ
Ｊ_２ 全体形状受けジグ
Ｊ_３ 形状矯正ジグ
ｔ 板厚
ＴＣ トリミングカットライン
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 成形製品
Ｗ４ 成形品

Claims (6)

1. 上下動自在のブランクホルダを備え、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する受けジグ、２）製品の全体形状と係合合致する受けジグの何れかを固設し、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に前記受けジグと対を成す成形工具を取り付け、この成形工具が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、前記ブランクホルダが前記成形工具に連動して下降動作し、成形工程を実施し、該成形工程終了後、第１の焼鈍工程、第２の焼鈍工程、第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施し、焼鈍工程終了後、トリミング切断を実施することを特徴とする逐次成形方法。
2. 前記第１の焼鈍工程は、成形工程終了後のブランクを受けジグから取り外し、単品の状態で実施されることを特徴とする請求項１記載の逐次成形方法。
3. 前記第２の焼鈍工程は、前記成形工程終了後、前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合して実施されることを特徴とする請求項１記載の逐次成形方法。
4. 前記第３の焼鈍工程は、前記成形工程終了後、前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合し、更に前記形状矯正ジグを下型とし、対となる上型の形状矯正ジグを嵌合覆設して実施されることを特徴とする請求項１記載の逐次成形方法。
5. 前記形状矯正ジグは、面となる部分を省き、骨組み構造の縁部を結んで出来る仮想面が製品の成形面と係合合致すると共に高空隙率となるように形成し、ブランクへの熱の授受を妨げない構成としたことを特徴とする請求項３または４記載の逐次成形方法。
6. 上下動自在のブランクホルダを備え、１）製品の凸部形状に係合合致する頭部形状を有する受けジグ、２）製品の全体形状と係合合致する受けジグの何れかを固設し、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭデータから作成されたＮＣプログラムにより動作するＮＣ加工装置に前記受けジグと対を成す成形工具を取り付け、この成形工具が所望の製品形状を形成する等高線に沿って３次元座標系のＸ−Ｙ−Ｚ軸上を移動すると共に、前記ブランクホルダが前記成形工具に連動して下降動作し、成形工程を実施し、該成形工程終了後の焼鈍工程として、１）成形工程終了後にブランクを前記受けジグから取り外し単品の状態で行う第１の焼鈍工程、２）前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合して行う第２の焼鈍工程、３）前記ブランクを改めて形状矯正ジグに被せるように嵌合し、更に前記形状矯正ジグを下型とし、対となる上型の形状矯正ジグを嵌合覆設して実施される第３の焼鈍工程の何れかを選択的に実施し、終了後トリミング切断して得られることを特徴とする逐次成形方法で成形された成形品。

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