JP2008087061A

JP2008087061A - 成形速度決定方法

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Publication number: JP2008087061A
Application number: JP2006273022A
Authority: JP
Inventors: Hideo Meguri; 秀夫廻; Yuichi Nagai; 裕一永井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-04
Also published as: JP4865489B2; CN101522332A; CN101522332B

Abstract

【課題】プレス加工装置の成形速度を適切にかつ迅速に決定できる成形速度決定方法を提供すること。
【解決手段】プレス加工装置の成形速度を決定する成形速度決定方法は、板材に複数の測定点を設け、当該板材にプレス加工装置で所定の成形速度でプレス成形を行う。次に、このプレス成形された板材の各測定点における歪み状態（点Ｑ_１〜Ｑ_Ｎ）を、板材の成形限界線ＦＬを含む成形限界線図にプロットして歪み分布図を作成する。次に、この歪み分布図にプロットした点Ｑ_１〜Ｑ_Ｎのうち成形限界線ＦＬに最も近いものを特定測定点とし、この特定測定点が張出し領域（ε_２＞０）に位置する場合には、プレス加工装置の成形速度を、上記所定の成形速度よりも遅くし、特定測定点が絞り領域（ε_２≦０）に位置する場合には、プレス加工装置の成形速度を、上記所定の速度よりも速くする。
【選択図】図３

Description

本発明は、プレス加工装置の成形速度を決定する方法に関する。詳しくは、プレス成形品の歪み分布に応じて成形速度を決定する方法に関する。

従来より、プレス加工において、成形速度が成形品の品質に大きな影響を及ぼすことが知られている。このため、成形品に発生する割れ、しわ、寸法精度不良等を防止するために成形速度を制御するプレス方法およびプレス装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に示されたプレス方法およびプレス装置によれば、上型の移動量と材料の流入量との比が、予め設定された適正な範囲内に収まるように成形速度が制御される。
特開２００５−１２５３５５号公報

ところで、自動二輪車の燃料タンクといった複雑な形状の成形品は、絞り成形される部分と張出し成形される部分とを有している。これら２つの成形は、それぞれ、最適な成形速度が異なる。具体的には、成形速度を速くすると材料の流入量が増大するため、絞り成形される部分については、成形速度を速くしてプレス成形することが好ましい。一方、成形速度を遅くすると材料の伸びが増大するため、張出し成形される部分については、成形速度を遅くしてプレス成形することが好ましい。

つまり、プレス成形において、絞り成形と張出し成形とのどちらが支配的であるかによって、適切に成形速度を調整する必要がある。しかしながら、特許文献１に示されるような成形速度決定方法では、このような複雑な形状を有する成形品を適切に形成するための成形速度を決定することができない。したがって、このような場合、成形速度は、作業者の経験により決定されることが多く、よって、成形速度を決定するのに時間がかかる場合があった。

本発明は、プレス加工装置の成形速度を適切にかつ迅速に決定できる成形速度決定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る成形速度決定方法は、プレス加工装置の成形速度を決定する成形速度決定方法であって、板材に複数の測定点を設け、当該板材に前記プレス加工装置で所定の成形速度でプレス成形を行う試験プレス成形工程と、前記プレス成形された板材の各測定点における歪み状態を、前記板材の成形限界線を含む成形限界線図にプロットして歪み分布図を作成する歪み分布図プロット工程と、前記歪み分布図にプロットした点のうち前記成形限界線に最も近いものを特定測定点とし、当該特定測定点が張出し領域に位置する場合には、前記成形速度を、前記所定の成形速度よりも遅くし、前記特定測定点が絞り領域に位置する場合には、前記成形速度を、前記所定の成形速度よりも速くする成形速度決定工程と、を有することを特徴とする。

ここで、張出し領域とは、張出し成形される領域であり、具体的には、最大主歪みが正となり、かつ、最小主歪みも正となる領域である。
また、絞り領域とは、絞り成形される領域であり、具体的には、最大主歪みが正となり、かつ、最小主歪みが負となる領域である。
本発明によれば、プレス成形された板材の各測定点における歪み状態のうち、この板材の成形限界線に最も近いものを特定測定点とし、特定測定点が張出し領域に属する場合には、この成形品において張出し成形が支配的であるとして、成形速度を遅くする。また、特定測定点が絞り領域に属する場合には、この成形品において絞り成形が支配的であるとして、成形速度を速くする。つまり、特定測定点が張出し領域に属するか、または絞り領域に属するかに応じて、成形速度を遅くしたり速くしたりする。
したがって、従来のように作業者の勘や経験に基づいて成形速度を決定する場合と比較して、プレス加工装置の成形速度を、板材の材質や成形品の形状に応じて適切に、かつ、迅速に決定できる。

本発明によれば、プレス成形された板材の各測定点における歪み状態のうち、この板材の成形限界線に最も近いものを特定測定点とし、特定測定点が張出し領域に属する場合には、この成形品において張出し成形が支配的であるとして、成形速度を遅くする。また、特定測定点が絞り領域に属する場合には、この成形品において絞り成形が支配的であるとして、成形速度を速くする。つまり、特定測定点が張出し領域に属するか、または絞り領域に属するかに応じて、成形速度を遅くしたり速くしたりする。
したがって、従来のように作業者の勘や経験に基づいて成形速度を決定する場合と比較して、プレス加工装置の成形速度を、板材の材質や成形品の形状に応じて適切に、かつ、迅速に決定できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るプレス加工装置１０の構成を示す模式図である。
プレス加工装置１０は、鋼板１２の下側に配置された下型５２を有する下型機構２０と、下型５２に対して上型３８を接近、離隔させる上型機構１８と、これら下型機構２０および上型機構１８を制御する制御部１６とを有する。

上型機構１８は、サーボモータ２４と、該サーボモータ２４によって図示しない減速ギアを介して回転駆動される回転板２８と、該回転板２８の側面にその上端部が揺動可能に軸支されたコネクティングロッド３０とを有する。

サーボモータ２４は、例えばＡＣ型であって、高い応答性を有するとともにトルクむらが小さい。サーボモータ２４の軸回転位置は図示しないエンコーダによって検出され、この検出された軸回転位置に基づいて、サーボモータはフィードバック制御される。

上型機構１８は、さらに、コネクティングロッド３０の下端に軸支されたスライダ３２と、該スライダ３２を上下方向に案内する図示しないガイドと、スライダ３２の位置を検出して制御部１６に信号を供給する第１リニアセンサ３６と、スライダ３２の下面に設けられた上型３８とを有する。

上型３８は、下型５２とともに鋼板１２を挟んでプレス成形するものであって、その下面に鋼板１２の上面に当接するための型面３８ａが設けられている。また。上型３８の周辺には、環状のホルダ４０がやや突出している。したがって、ホルダ４０は、鋼板１２に対して型面３８ａよりも先行して当接することになる。ホルダ４０の先端面は、水平面に設定されている。

下型機構２０は、ベースとなる固定台５０と、該固定台５０の上部に設けられた下型５２と、鋼板１２の周辺部を支持する環状のブランクホルダ５４と、該ブランクホルダ５４を昇降させるダイクッション機構５６とを有する。

下型５２は、前記の上型３８とともに鋼板１２を挟んでプレス成形するものであって、その上面に鋼板１２の下面に当接するための型面５２ａが設けられている。この型面５２ａは上型３８の型面３８ａに対応する形状に形成されている。

ブランクホルダ５４は、ホルダ４０と対向する位置に設けられ、鋼板１２をプレスする際にしわの発生および位置ずれ等を防止するために、該ホルダ４０ともに鋼板１２の端部を挟持する。

ダイクッション機構５６は、ブランクホルダ５４を支持する図示しないホルダ支持部と、該ホルダ支持部を昇降させる図示しない油圧式の昇降機構とを有する。ダイクッション機構５６は、さらに、昇降機構を駆動する図示しないサーボモータと、ホルダ支持部の位置を検出して制御部１６に信号を供給する図示しない第２リニアセンサとを有する。また、このダイクッション機構５６のサーボモータは、制御部１６に接続されており、これにより、所定の圧力制御を行いながら、ホルダ４０とともにブランクホルダ５４により鋼板１２の周辺部を適切な圧力で押圧してしわ押さえを行うことができる。

制御部１６は、サーボモータ２４に接続されたエンコーダおよび第１リニアセンサ３６から供給される信号を参照しながらサーボモータ２４を駆動することにより、スライダ３２を上下に摺動させる。また、制御部１６は、ダイクッション機構５６の第２リニアセンサから供給される信号を参照しながらダイクッション機構５６のサーボモータを駆動することにより、ブランクホルダ５４を昇降させる。

次に、このように構成されるプレス加工装置１０を用いてワークである鋼板１２の加工を行う方法について図２のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１において、初期設定を行う。つまり、ブランクホルダ５４を所定位置まで上昇させておき、該ブランクホルダ５４によって未加工の鋼板１２を支持する。また、スライダ３２は上死点（例えば、図９の変位ｘ_１参照）まで上昇させておく。

ステップＳ２において、制御部１６の作用下に、サーボモータ２４を回転駆動してスライダ３２を下降させる。

ある程度下降をさせると、ホルダ４０が鋼板１２の上面に接触し、該鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４により挟持される（例えば、図９の変位ｘ_２参照）。この時点から、制御部１６は、後に詳述する成形速度決定方法により予め設定された成形速度で、スライダ３２をブランクホルダ５４とともに下降させる（ステップＳ３）。

ここで、制御部１６は、ブランクホルダ５４が鋼板１２の下面を押圧気味となるように適度な力を発生させて鋼板１２を確実に保持させながら下降するように圧力制御を行う。つまり、ブランクホルダ５４は、ホルダ４０によって鋼板１２を介して押圧され、該鋼板１２に適度な圧力を与えながら押し下げられることになる。
これにより、鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４によって周辺部を保持されながら、設定された成形速度で下降し、次第に上型３８と下型５２によって製品形状にプレスされる。

ステップＳ４において、制御部１６は、第１リニアセンサ３６の信号を参照してスライダ３２の位置が下死点（例えば、図９の変位ｘ_３参照）に達したか否かを確認する。スライダ３２が下死点に達したときにはステップＳ５に移り、未達であるときには下降を継続する。

ステップＳ５において、制御部１６の作用下に、サーボモータ２４を回転駆動して、スライダ３２を上昇させる。
ステップＳ６において、制御部１６の作用下に、ブランクホルダ５４をパネル搬送位置まで上昇させる。

ステップＳ７において、ブランクホルダ５４上に載置されたプレス加工済みの鋼板１２を所定の搬送手段によって次工程のステーションへ搬送する。

ステップＳ８において、制御部１６は、ブランクホルダ５４を再上昇させて、ブランクホルダ５４を加工待機位置まで到達させ、未加工の鋼板１２を所定の位置に配置する。なお、この間もスライダ３２は上昇を継続している。

ステップＳ９において、制御部１６は、第１リニアセンサ３６の信号を参照してスライダ３２の位置が上死点（例えば、図９の変位ｘ_１参照）に達したか否かを確認する。スライダ３２が上死点に対して未達であるときには上昇を継続し、上死点に達したときには、鋼板１２の加工を終了する。

以上のようなプレス加工装置１０において、鋼板（板材）をプレス成形する際、鋼板の歪み状態は測定点によって異なる。そこで、鋼板の各測定点における歪み状態を、鋼板の成形限界線図上の点として示した歪み分布図を用いる。

図３は、鋼板の成形限界線図に、成形品の歪み状態を示した歪み分布図である。具体的には、図３は、横軸を鋼板の面内方向における最大主歪みε_１（≧０）とし、縦軸を鋼板の面内方向における最小主歪みε_２とし、このε_１−ε_２座標上に、プレス成形品の各測定点における歪み状態（変形状態）をプロットした図である。

この図３の歪み分布図において、原点Ｏから右上方に延びる線（ε_２＝ε_１）は、等二軸引張りを表わす。この等二軸引張り（ε_２＝ε_１）により、鋼板は、成形前と略相似の形状に引き伸ばされることとなる。この等二軸引張りは、例えば、深絞り容器の底部の変形状態に対応する。

原点Ｏから右方向に延びる線（ε_２＝０）は、平面歪み引張りを表わす。この平面歪み引張り（ε_２＝０）により、鋼板は、幅方向（ε_２に沿った方向）に沿った寸法は不変で、高さ方向（ε_１に沿った方向）に沿って引き伸ばされることとなる。この平面歪み引張りは、例えば、幅は広い鋼板の曲げ部や、深絞り容器の肩−側壁部境界付近の変形状態に対応する。

原点Ｏから右下方に延びる線（ε_２＝−０．５ε_１）は、一軸引張りを表わす。この一軸引張り（ε_２＝−０．５ε_１）により、鋼板は、幅方向（ε_２に沿った方向）に沿って絞られるとともに、高さ方向（ε_１に沿った方向）に沿って引き伸ばされることとなる。すなわち、一軸引張りとは、単軸方向に引張った変形状態に対応する。

また、鋼板の成形限界線ＦＬを、図３中破線で示す。この成形限界線ＦＬは、板面内の歪み比ε_２／ε_１を変化させて破断歪みを測定し、これをε_１−ε_２座標上にプロットしたものであり、鋼板の材質や板厚等に依存する。すなわち、成形限界線ＦＬとは、鋼板の成形方法によって、成形限界がどのように異なるかを示すものである。
またここで、ε_１−ε_２座標上のうち、ε_２＞０の領域は、鋼板が張出し成形された張出し領域を示しており、ε_２≦０の領域は、絞り成形された絞り領域を示している。

次に、上述のようなプレス加工装置１０における成形方法と成形速度との関係について、図４〜図６を参照して説明する。
図４は、プレス加工装置１０の成形速度とプレス成形された鋼板の伸びとの関係を示すグラフである。
図４に示すように、鋼板の伸びは、成形速度が速くなるに従って減少する。つまり、鋼板の伸びが成形限界に大きな影響を与える張出し成形の場合、成形された部分の板厚減少率は成形速度が遅くなるに従って低下するので、プレス加工装置１０の成形速度は、遅い方が好ましい。

図５は、プレス加工装置１０の成形速度と鋼板および金型間の摩擦係数との関係を示すグラフであり、図６は、プレス加工装置１０の成形速度と鋼板の流入量との関係を示すグラフである。
図５に示すように、鋼板とプレス加工装置１０の金型との間の摩擦係数は、プレス加工装置１０の成形速度が速くなるに従って低下する。その結果、図６に示すように、鋼板の流入量は、成形速度が速くなるに従って増加することとなる。つまり、鋼板の流入量が成形限界に大きな影響を与える絞り成形の場合、成形された部分の板厚減少率は成形速度が速くなるに従って低下するので、プレス加工装置１０の成形速度は、速い方が好ましい。
また、面圧が大きくなるに従って摩擦による影響は大きくなるので、図６に示すように、鋼板の流入量は、面圧が小さい場合よりも、面圧が大きい場合の方がより顕著に増大する。

以上のようなプレス加工装置１０において、成形速度を決定する手順について、図７〜図９を参照して説明する。
図７は、プレス成形前の鋼板８０を示す斜視図である。図８は、この鋼板８０をプレス加工装置１０でプレス成形して形成された自動二輪車の燃料タンク９０を示す斜視図である。図９は、プレス加工装置１０の１サイクルにおけるスライダ３２の変位を示す図である。以下では、プレス加工装置１０の成形速度を決定する方法について、図８に示すような自動二輪車の燃料タンク９０をプレス成形する場合を例として説明する。

プレス加工装置１０の成形速度を決定する成形速度決定方法は、試験プレス成形工程と、歪み分布図プロット工程と、成形速度決定工程と、の３つの工程を含んで構成される。

試験プレス成形工程では、測定点が設けられた鋼板８０に、プレス加工装置１０で所定の成形速度でプレス成形を行う。
具体的には、先ず、図７に示すように、鋼板８０に網の目状の複数の測定点Ｐ_１〜Ｐ_Ｎを設け、これをプレス加工装置１０の成形速度を決定するためのテストピースとする。次に、この鋼板８０を、上述のプレス加工装置１０でプレス成形して、図８に示すような自動二輪車の燃料タンク９０を形成する。このように形成された燃料タンク９０は、図８に示すように、略箱状であり、張出し成形された部分９１と、絞り成形された部分９２との両方を含んでいる。

ここで、この試験プレス成形工程では、スライダ３２を、例えば、図９中の実線Ｄ_０で示すような速度で制御してプレス成形を行う。すなわち、上記の所定の成形速度とは、図９において、スライダ３２が、変位ｘ_２（上型３８の型面３８ａが鋼板１２に接触する位置）から変位ｘ_３（下死点）に到達するまでの区間における、スライダ３２の速度であり、これを試験成形速度とする。

歪み分布図プロット工程では、試験プレス成形工程でプレス成形された鋼板８０の、各測定点Ｐ_１〜Ｐ_Ｎにおける歪みを測定し、これを鋼板８０の成形限界線図にプロットして歪み分布図を作成する。
具体的には、燃料タンク９０の各測定点Ｐ_１〜Ｐ_Ｎにおける歪み状態、つまりε_１，ε_２を測定し、さらにこれら歪み状態を、鋼板８０の成形限界線ＦＬが設けられた成形限界線図にプロットし、図３に示すような歪み分布図を作成する。ここで、図３中の点Ｑ_１〜Ｑ_Ｎは、それぞれ、鋼板８０の各測定点Ｐ_１〜Ｐ_Ｎにおける歪み状態を示している。

成形速度決定工程では、歪み分布図プロット工程で作成された歪み分布図に基づいて、上記試験プレス成形工程で設定された試験成形速度を調整することにより、成形速度を決定する。
具体的には、先ず、歪み分布図中の点Ｑ_１〜Ｑ_Ｎのうち、張出し領域（ε_２＞０）に属しかつ成形限界線ＦＬに最も近いものを特定する。次いで、歪み分布図中の点Ｑ_１〜Ｑ_Ｎのうち、絞り領域（ε_２≦０）に属しかつ成形限界線ＦＬに最も近いものを特定する。図３に示す歪み分布図の例によれば、点Ｑ_Ａおよび点Ｑ_Ｂが、成形限界線ＦＬに最も近いものとして特定される。またここで、歪み分布図中の点Ｑ_ＡおよびＱ_Ｂは、それぞれ、図８の燃料タンク９０中の測定点Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂにおける歪み状態に対応する。

次に、これら点Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂのうち、成形限界線ＦＬに最も近いものを特定測定点とする。図３に示す歪み分布図の例によれば、点Ｑ_Ａは、点Ｑ_Ｂよりも成形限界線ＦＬに近いので、点Ｑ_Ａが特定測定点とされる。
ここで、特定測定点とされた点Ｑ_Ａは鋼板８０の成形限界線ＦＬに最も近いため、成形された燃料タンク９０のうち、この点Ｑ_Ａに対応する測定点Ｐ_Ａは、成形品の品質を向上させるために、最も注意を払わなければならない部位と言える。

すなわち、図３に示す例においては、このような測定点Ａは歪み分布図のうち張出し領域（ε_２＞０）に属するので、燃料タンク９０は張出し成形が支配的であると言える。つまり、張出し成形が支配的な燃料タンク９０では、張出し成形を円滑に行うように、成形速度を調整することが望まれる。

次に、歪み分布図において、特定測定点が張出し領域（ε_２＞０）に位置する場合には、プレス加工装置１０の成形速度を、上記試験成形速度よりも遅くする。また、特定測定点が絞り領域（ε_２≦０）に位置する場合には、プレス加工装置１０の成形速度を、試験成形速度よりも速くする。

具体的には、特定測定点が張出し領域（ε_２＞０）に位置する場合には、燃料タンク９０において支配的な張出し成形を円滑に行うため、図９中の破線Ｄ_１に示すように、プレス加工装置１０の成形速度を、試験成形速度よりも遅く設定する。
また、特定測定点が絞り領域（ε_２≦０）に位置する場合には、燃料タンク９０において支配的な絞り成形を円滑に行うため、図９中の破線Ｄ_２に示すように、プレス加工装置１０の成形速度を、試験成形速度よりも速く設定する。

図３に示す歪み分布図の例によれば、測定点Ａ（特定測定点）は、張出し領域（ε_２＞０）に位置するので、成形速度は、図９中の破線Ｄ_１に示すように、試験成形速度（実線Ｄ_０）よりも遅く設定される。

本実施の形態によれば、以下のような効果がある。
プレス成形された鋼板８０の各測定点Ｐ_１〜Ｐ_Ｎにおける歪み状態Ｑ_１〜Ｑ_Ｎのうち、この鋼板８０の成形限界線ＦＬに最も近いものを特定測定点とし、この特定測定点が張出し領域（ε_２＞０）に属する場合には、この成形品（燃料タンク９０）において張出し成形が支配的であるとして、成形速度を遅くする。また、特定測定点が絞り領域（ε_２≦０）に属する場合には、この成形品において絞り成形が支配的であるとして、成形速度を速くする。つまり、特定測定点が張出し領域に属するか、または絞り領域に属するかに応じて、成形速度を遅くしたり速くしたりする。
したがって、従来のように作業者の勘や経験に基づいて成形速度を決定する場合と比較して、プレス加工装置１０の成形速度を、鋼板８０の材質や成形品の形状に応じて適切に、かつ、迅速に決定できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本実施の形態に係るプレス加工装置の構成を示す模式図である。プレス加工装置によるプレス加工方法の手順を示すフローチャートである。鋼板の成形限界線図に、成形品の歪み状態を示した歪み分布図である。プレス加工装置の成形速度と鋼板の伸びとの関係を示すグラフである。プレス加工装置の成形速度と鋼板および金型間の摩擦係数との関係を示すグラフである。プレス加工装置の成形速度と鋼板の流入量との関係を示すグラフである。プレス成形前の鋼板を示す斜視図である。鋼板をプレス成形して形成された自動二輪車の燃料タンクを示す斜視図である。プレス加工装置の１サイクルにおけるスライダの変位を示すグラフである。

符号の説明

１０…プレス加工装置
１２…鋼板
１８…上型機構
３２…スライダ
３８…上型
２０…下型機構
５２…下型
５６…ダイクッション機構
８０…鋼板
９０…燃料タンク
９１…張出し成形された部分
９２…絞り成形された部分

Claims

プレス加工装置の成形速度を決定する成形速度決定方法であって、
板材に複数の測定点を設け、当該板材に前記プレス加工装置で所定の成形速度でプレス成形を行う試験プレス成形工程と、
前記プレス成形された板材の各測定点における歪み状態を、前記板材の成形限界線を含む成形限界線図にプロットして歪み分布図を作成する歪み分布図プロット工程と、
前記歪み分布図にプロットした点のうち前記成形限界線に最も近いものを特定測定点とし、当該特定測定点が張出し領域に位置する場合には、前記成形速度を、前記所定の成形速度よりも遅くし、前記特定測定点が絞り領域に位置する場合には、前記成形速度を、前記所定の成形速度よりも速くする成形速度決定工程と、を有することを特徴とする成形速度決定方法。