JP2006341262A - 薄板の成形方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブランク材の縁部を挟持した状態で板厚方向から成形形状を有する型パンチを押し込んで所定高さまで絞り成形を行い、型パンチの押込み状態のままかつしわ押え力を増して材料の流動をロックした状態で型パンチと板厚を挟んで反対側から工具により形状成形を行い、この後、しわ押え力を低下させ、型パンチを再び所要高さだけ上昇させて絞り成形を行い、次いでしわ押え力を高くし材料の流動をロックした状態で前記工具により形状成形を行うステップを1回以上繰り返す。
【選択図】図1
Description
1)成形が完了するまでに時間がかかり、たとえば500個/月以上といった量産のための成形は困難である。
2)板厚の減少が大きい。
ブランク板厚:t0、成形後の板厚:t、成形角度:θ、板厚の減少率:δとしたとき、成形後の板厚はt=t0・sinθで求められるが、従来では成形角度が20度、板厚0.8mmの場合、34.2%の板厚減少が生じ、その箇所が破断しやすいので、自動車部品の場合の30%以下の要求に対して答えられなかった。
3)縦壁の成形が困難ないし不可能である。
成形品に急角度の部分がある場合にこれに倣った成形が困難であり、成形角度θはアルミニウムで15度、SPCで20度、SUSで25度が限界であった。このため、2)とあいまって、成形できる形状に制限がある。
4)表面の仕上げがよくない。
棒状工具を等高線軌跡を描かせて成形するので、波状のツール痕が発生することが避けられず、これを軽減するためにピッチを細かくすると成形時間が長くかかる。
5)精度が不十分となりやすい。
先行技術はもっぱら材料の「伸び」を利用した成形方法であるため、出来上がった製品をプレス成形品と比較すると板厚減少の点や寸法精度などで劣る面がある。
しかも、所定高さまでの絞り成形を行った段階で型パンチを位置保持し、材料の流動を一旦ロックし、その状態でインクリメンタル成形を行い、次いでしわ押え力を緩め、型パンチを再度上昇させて所要の高さまで絞り成形を行い、その状態で材料の流動を一旦ロックし、インクリメンタル成形を行う工程を採用し、ステップ状に絞りとインクリメンタルの複合逐次成形を行うので、材料余りによるボディしわの発生が抑制され、複雑な形状でも非常に精度よく成形することが可能となる。
また、本発明による成形装置は、型パンチまたはCNC制御型インクリメンタル成形装置により成形されたブランク材もしくは成形品にトリミング、ピアスなどの除去加工を行うCNC制御型レーザー切断装置をさらに備えている
これらによれば、最終製品形状あるいはそれに近い状態まで一箇所で加工を行えるので、能率を向上することが可能となる。
また本発明は、型パンチにより成形されたブランク材の頂部に対する圧縮成形用の工具を備えたCNC制御型頂部成形装置をさらに備えている。
これによれば、頂部に凹部を有する製品を精度よく加工できる。
図4ないし図7は本発明による薄板成形方法の一例を示している。
1はベッド5上に所要間隔で配置されブランク材(薄板)Wの縁部を板厚方向で挟持する複数のしわ押え装置であり、しわ押え力可変かつ前後移動・停止可能となっている。2は前記しわ押え装置よりも内側に配置された所望の形状の型パンチ、3は型パンチ2を段階的に上昇させて前記ブランク材Wに押し込み、絞り成形を行なうための設定位置で逐次停止自在なCNC制御型パンチ昇降装置である。
4は前記型パンチの段階的な上昇・停止により絞り成形されたステップ成形ブランク材に対して型パンチと協働して成形を行なうための3軸方向移動自在なCNC制御型インクリメンタル成形装置である。
しわ押え装置1は、図5のように、薄板Wの縁部を載置するダイス10と、これと対向する押え盤11と、前記押え盤11またはダイス10を加力する押え用アクチュエータ12を備えたブロック状の本体1aと、該本体1aの背方のベッド上に固定され出力部が本体1aに連結された移動用アクチュエータ1bとを有している。押え用アクチュエータ12と移動用アクチュエータ1bは、ねじとこれを並進させるナットとサーボモータなどからなる機械式のもの、油圧シリンダなど任意である。この実施例では油圧シリンダを用いており、押え用アクチュエータ12は電磁比例弁などの制御要素53によりしわ押え力Fを任意の大きさに調整できるようになっている。
なお、これら各しわ押え装置1は各別に作動可能であり、薄板の板厚、材質、機械的性質、成形形状などにより所要数の押え用アクチュエータ12のみを選択的に作動させたり、全部または所要数の押え用アクチュエータ12と移動用アクチュエータ1bを組み合わせ作動させたりする場合を含んでいる。
CNC制御型パンチ昇降装置3は、コンピュータを制御手段としてデジタル制御されるもので、任意の位置に停止でき、かつその位置を保持でき,また速度も任意に制御できる特性を有している。
CNC制御型パンチ昇降装置3は、ベッドないしフレーム(以下、ベッドという)の周縁より内側に設けられた凹室の下方に配置されているが、油圧シリンダは位置制御の難点があるので適当とはいえず、サーボ系の機械的なアクチュエータたとえばサーボモータ3aと減速機3bとねじ3cの組み合わせなどが好適である。複数の減速機3bとねじ3cは同期軸3dにより結ばれている。
出力部としてのねじ3cの先端には型取り付け盤3eが連結されており、これに成形すべき製品に即応する立体形状に仕上げられた前記型パンチ2が交換可能に取り付けられる。
ついで、型パンチ2を位置保持させた状態で、しわ押え装置1の押え用アクチュエータ12を駆動して大きなしわ押え力Fmxにする。これによりブランク材W2の材料流動が行われないように完全にロックされるので、CNC制御型インクリメンタル成形装置4を作動して形状成形工具4dにより形状成形を行う。こ+れが図6(e)、(f)の状態であり、前記型パンチ2と協働してこれの形状に倣うように等高線軌跡を描かせ(e)あるいは3次元移動させる(f)ことで、第2ステップで絞り成形された部分が精密に仕上げられ、この例では成形品W3となる。
なお、実施例では第1ステップと第2ステップでの逐次成形としているが、3回以上のステップで製品を得る場合を含んでいる。ちなみに、図4は5ステップ成形例を示しており、左半部に成形前の状態を、右半部に成形状態を示している。
この演算結果に基づき、CNCコントローラ6cからCNC制御型パンチ昇降装置3のサーボモータとしわ押え装置1に演算に基づく所定の位置、速度、しわ押え力のデジタル信号が送られ、第1ステップの絞り成形が行われる。この成形状態はCNCコントローラ6cにフィードバックされ、設定値と比較され、差異がある場合には補正指令が出される。そして、CNC制御型パンチ昇降装置3に位置保持指令が送られ、型パンチ2は第1ステップ位置に保持される。
しかも、一回の絞り成形で全体をラフに成形し、局部を工具によりインクリメンタル成形するのでなく、2回以上のステップで絞り成形とインクリメンタル成形を行って逐次的に形状を仕上げ、その際にしわ押え力をコントロールして行うので、材料余りが抑えられボデーしわ、よりしわの発生が解消される。したがって、複雑な形状であっても精度よく成形することができるのである。
加工時期のパターンとしては、第1ステップまたは第2ステップで絞り成形を行いインクリメンタル成形が終わった段階で行うケース、第1ステップまたは第2ステップで絞り成形が行われ、インクリメンタル成形が開始されるまでの間に行われるケースがある。いずれにしても、切断加工情報はCNCコントローラ6cで演算され、図8のように、CNC制御型レーザー切断装置7のサーボモータに出力の大きさとともに移動軌跡、速度の条件が送られて作動される。
このような工程を加味した場合には、本成形と同じ場所で最終製品形状まで加工することができ、他所へ素成形品を移送して別途加工することを要さなくなるので、能率の向上を図ることができる。
8は台状フレームであり、この台状フレーム50の中間位置にベッド5が固設され、その上に多数の前記しわ押え装置1が一定間隔で配置されている。しわ押え装置1の内側には凹室が形成され、ここに前記CNC制御型パンチ昇降装置3が配置されている。
前記ベッド5の長手方向一側にはCNC制御型インクリメンタル成形装置4が移動自在に配置され、他側にはトップドライブ式のCNC制御型頂部成形装置9が配置されている。また、ベッド5の幅方向一側には、CNC制御型レーザー切断装置7が配置されている。
なお、CNC制御型インクリメンタル成形装置4はこの例では昇降自在なワークホルダ機構4fを内部に設けている。
前記架構フレーム4aは、頂部に横架された平行な1組のX軸レール40と、それらX軸レール40,40に装架されたY軸レール(移動テーブル)41を有しており、Y軸レール41にはこれをX軸レール40,40に沿って移動するためのサーボモータと減速機(図示せず)が搭載されている。
前記成形用工具4dは工具ホルダ4cに対する取り付け部と前記型パンチ2と協働して薄板Wの細部形状を成形したり、全体を仕上げたりするための押圧部を有している。工具4dは工具ホルダ4cに対して回転可能であってもよい。
前記架構フレーム9aは、頂部に装架されたY軸レール(移動テーブル)91を有しており、前記主軸体9bはY軸レール91に搭載され、かつY軸レール91に沿って移動するためのサーボモータと減速機(図示せず)を備えている。主軸体9bは前記工具ホルダ9cをZ軸方向に移動するための油圧シリンダあるいはボールねじとサーボモータなどの駆動源を備え、この駆動源と前記架構フレーム移動用駆動源、主軸体移動用駆動源は前記CNCコントローラ6cに電気的に接続され、これからの制御信号により工具ホルダ9cと圧縮成形用の工具9dの位置、速度及び力の大きさを自在に調整できるようになっている。
前記圧縮成形用の工具9dは、図12に示すように型パンチ2の凹型部20と協働して薄板Wに局部的に強圧を与えて成形するためのもので、弾性体(可縮体)たとえばウレタンゴムが用いられる。この成形方式を併用すれば、型パンチ局部20と非接触ないし軽く接触していただけのブランク材頂部を弾性体が型パンチ局部20に押し付けるため、型パンチ局部20になじむように塑性変形される。
なお、図12は模式的にインクリメンタル成形、局部圧縮成形、レーザー切断加工を行っている状態を示している。
この実施例においては、CNC制御型インクリメンタル成形装置4とCNC制御型レーザー切断装置7が併合され、ツール交換によりインクリメンタル成形とレーザー切断を行えるようになっており、これにより装置のコンパクト化を図っている。
すなわち、CNC制御型インクリメンタル成形装置4は、駆動源としてACサーボモータあるいはリニアモータ備え、台状フレーム8に沿って移動可能な架構フレーム4aを有しているが、頂部のY軸レール41には6軸ロボットアームが主軸体4bとして搭載され、アーム先端のホルダ4cに工具とレーザー照射アタッチメントを交換可能に取り付けるようにしている。
その他は図10のものと構成が同じであるから、同じ箇所に同じ符号を付し、説明は援用することにする。
2 型パンチ
3 CNC制御型パンチ昇降装置
4 CNC制御型インクリメンタル成形装置
5 ベッド
6 CNC制御装置
7 CNC制御型レーザー切断装置
8 CNC制御型頂部成形装置
W ブロック材
W1,W2、W3、W4 ステップ絞りブランク材
Claims (5)
- ブランク材の縁部を挟持した状態で板厚方向から成形形状を有する型パンチを所定高さまで押し込んで絞り成形を行い、型パンチの押込み状態のまましわ押え力を増して材料の流動をロックした状態で型パンチと板厚を挟んで反対側から工具により形状成形を行い、この後、しわ押え力を低下させ、型パンチを再び所要高さだけ上昇させて絞り成形を行い、次いでしわ押え力を高くし材料の流動をロックした状態で前記工具により形状成形を行うステップを1回以上繰り返すことを特徴とする薄板の成形方法。
- 成形品または成形途中のブランク材にトリミング、ピアスなどの加工を行う請求項1に記載の薄板の成形方法。
- ベッド上に間隔的に配されブランク材の縁部を板厚方向で挟持するしわ押え力可変かつ前後移動・停止可能な複数のしわ押え装置と、前記しわ押え装置よりも内側に配置された所望の形状の型パンチと、前記しわ押え装置により支持されたブランク材に型パンチを突入させて絞り成形を行なうための設定位置で停止自在なCNC制御型パンチ昇降装置と、架構フレームに3軸方向移動可能に装備され、前記型パンチの段階的突入によりステップ状に絞り成形されたブランク材に対して型パンチと協働して成形を行なうCNC制御型インクリメンタル成形装置を備えたことを特徴とする薄板の成形装置。
- 型パンチまたはCNC制御型インクリメンタル成形装置により成形されたブランク材もしくは成形品にトリミング、ピアスなどの除去加工を行うCNC制御型レーザー切断装置をさらに備えている請求項3に記載の薄板の成形装置。
- 型パンチにより成形されたブランク材の頂部に対する圧縮成形用の工具を備えたCNC制御型頂部成形装置をさらに備えている請求項3に記載の薄板の成形装置。
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