JP2009095877A

JP2009095877A - 薄板のプレス成形装置及び方法

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Publication number: JP2009095877A
Application number: JP2007271680A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kuwayama; 卓也桑山; Koji Seto; 厚司瀬戸; Yukihisa Kuriyama; 幸久栗山; Noriyuki Suzuki; 規之鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】プレス金型に発生する金型のひずみを２ヶ所以上で測定し、さらにそれらの測定結果を比較することによって成品異常及び金型異常を判定できるプレス成形装置及び成形方法を提供する。
【解決手段】ポンチ１と、ダイ２の少なくともいずれか一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段５を少なくとも２つ有し、それぞれのひずみ量測定手段５で測定したひずみ量を比較する比較手段９を有する薄板のプレス成形装置。ひずみ量測定手段５の１つにより測定したひずみ量を基準ひずみ量、他のひずみ量測定手段５により測定したひずみ量を異常判定ひずみ量とし、基準ひずみ量と異常判定ひずみ量の比が所定範囲を外れたときに、成形品の成形異常又は測定対象金型の異常と判定する薄板のプレス成形方法。
【選択図】図２４

Description

本発明は、薄板のプレス成形装置及び方法に関し、特にプレス金型（ポンチ及びダイの少なくとも何れか一つ、更に必要に応じてしわ押さえ金型を加えたものの少なくとも何れか一つ。以下、測定対象金型ともいう）に発生する金型のひずみを２ヶ所以上で測定し、さらにそれらの測定結果を比較することによってプレス成形品の成形異常及び金型の異常（割れ、焼付き）を判定する際に好適なプレス成形装置及び方法に関する。

プレス成形時において、特に金型に対してはプレス機加圧力又は被加工材変形抵抗の反力等が作用するため、金型は弾性変形を起こす。この弾性変形を金型ひずみという。プレス成形時に割れなどの成形不良が発生すると、発生する金型ひずみ量が変化することから、金型ひずみ量を測定することは極めて重要であるが、金型ひずみ量は成形不良だけでなく、被加工材の材料強度バラツキや、温度変化などの外乱因子の影響も受けて変化するため、金型ひずみ量の情報に基づいて成形不良現象をより効果的に予測する技術が期待されている。

金型ひずみを測定する装置としては、特許文献１に、上ビームに取り付けたパンチ及び下ビームに取り付けたダイを接離動作させることにより前記パンチ及びダイ間でワークを折り曲げ加工するプレスブレーキにおいて、前記上ビームの長手方向に添って設けられ、前記上ビームのひずみを検出する複数の上ビーム用歪みセンサと、前記下ビームの長手方向に添って設けられ、前記下ビームのひずみを検出する複数の下ビーム用歪みセンサと、前記下ビームと下金型の間又は前記上ビームと上金型の間に折り曲げ加工線の方向に添って分散配置され、前記下金型又は上金型に上下方向の加圧力を加える複数のアクチュエータと、加圧開始後加圧完了までの途中で前記上ビームの下降を停止させ、この停止状態のときに前記上ビーム用歪みセンサおよび前記下ビーム用歪みセンサの検出出力を取り込み、これらの各検出出力に基づき上ビーム及び下ビームのひずみ量を演算し、該演算値に基づき上ビーム及び下ビームのひずみ量が適正値になるよう前記複数のアクチュエータの駆動制御を行い、この後加圧制御を再開させる制御を行う制御手段と、を具えるプレスブレーキの中開き補正装置が開示されている。これにより、試工程を行うことなく曲げ長さ全長に亘って均一な曲げ角度を有する成形品を得ることが可能となる

また、特許文献２に、ポンチ、ダイス及びしわ押さえ金型と、前記ダイス及び前記しわ押さえ金型の間に取り付けられる摩擦力測定手段と、しわ押さえ荷重調節手段を有することを特徴とする薄板のプレス成形装置が開示されている。摩擦力測定手段により摩擦力を直接測定し、さらに摩擦力が所定の値になるよう、しわ押さえ荷重調節手段によりしわ押さえ力を制御する。これにより、金型と被加工物の間の潤滑性や表面性状などの変動要因によらず、適正な摩擦力を付与することができ、素材特性のばらつきや環境変化によらず、常に良好な成形品を提供しようとしている。

また、本発明者らは、非特許文献１に、直交する方向の圧縮・引張ひずみを測定する圧電素子（金型摩擦センサ）をダイ肩近傍に内蔵したプレス成形装置を開示し、金型摩擦センサの情報からスプリングバック、ねじれなどの成形品形状の予測が可能であることを開示した。
特開平５−３３７５５４号公報特開２００４−２４９３６５号公報第57回塑性加工連合講演会論文集 p．165-166 (2006)

特許文献１には、金型ひずみ測定機能を有する装置に関する発明が開示されているが、ビーム用歪みセンサはプレスブレーキ用ビームの長手方向に沿って設けられること以外、開示されていない。プレスブレーキ用ビームよりも複雑形状を有する金型を使用するプレス成形において、高精度に金型ひずみを測定するためには、ポンチ、ダイ、しわ押さえ金型等の金型内部にひずみ測定機能を設置し、発生する金型ひずみを直接測定することが不可欠であり、そのためには特許文献1に開示されている発明では不十分である。

また、上記特許文献１に開示の発明では成形途中に一旦成形を中断し、この停止状態のときに上下ビームのひずみ量を検出し、上下ビームのひずみ量が適正値となるようアクチュエータによる制御を行い、この後成形を再開させるが、プレスブレーキのような曲げ主体の成形とは異なり、プレス成形においては、途中で成形を中断した場合、被加工材と工具間の摩擦力は成形中の摩擦力とは大きく異なる。従って、上記特許文献１に開示の発明をプレス成形に適用した場合、測定される金型ひずみ量は成形中の金型ひずみ量とは異なり、測定精度は不十分である。

また、特許文献２には、摩擦力を直接測定する原理として、歪み測定素子を挟み込むようにして平板としわ押さえ金型をボルト等で締結することが記載されている。この状態で、被加工物をダイスと前記平板で挟み、摺動させると、前記歪み測定素子にせん断ひずみが発生し、摩擦力を測定することが可能となるものである。歪み測定素子を使用する点では本発明と類似しているが、これは、しわ押さえ金型またはダイスに何らかの構造物を設置して摩擦力を計測しようとするものであり、しわ押さえ金型、ダイスの金型ひずみを直接測定するものではない点で本発明と相違する。

金型ひずみを高精度に測定するためには、ポンチ、ダイ、しわ押さえ金型の金型ひずみを直接測定することが不可欠であり、そのためには特許文献２に開示の発明では不十分である。

非特許文献１に開示された発明は、ダイ肩近傍に摩擦センサを内蔵しているが、実際の金型の形状は複雑であり、ダイ肩が不明瞭な金型もあるため、実際の金型では、どこにひずみセンサを配置すればよいのか、試行錯誤によらなければ分からないという問題がある。

また、上述した３つの文献のいずれにも、金型ひずみ量の情報から被加工材の材料強度バラツキや、温度変化などの外乱因子の影響を受けずに、効果的に成形不良現象を予測するための装置や方法については開示されていない。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、プレス成形品の成形異常及び金型の異常（割れ、焼付き）を判定できる高精度かつ応用性の高いプレス成形装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、プレス成形に応じて生じた該測定対象金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段が該測定対象金型の内部において少なくとも２ヶ所に設置され、それぞれの歪測定手段により測定されたひずみ量を比較することにより、プレス成形品の成形異常及び金型の異常を判定する。

即ち、請求項１に係る発明は、ポンチと、該ポンチに対して相対移動するダイの少なくともいずれか一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型は、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段を少なくとも２つ有し、それぞれの前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量を比較する比較手段を有することを特徴とする薄板のプレス成形装置である。

また、請求項２に係る発明は、ポンチと、該ポンチに対して相対移動するダイと，被加工材に対してしわ押さえ荷重を付与するしわ押さえ金型の少なくともいずれか一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型は、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段を少なくとも２つ有し、それぞれの前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量を比較する比較手段を有することを特徴とする薄板のプレス成形装置である。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ひずみ量測定手段が、圧電素子センサであることを特徴とする薄板のプレス成形装置である。

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であり、前記ひずみ量測定手段の１つにより測定したひずみ量を基準ひずみ量、他のひずみ量測定手段により測定したひずみ量を異常判定ひずみ量とし、基準ひずみ量と異常判定ひずみ量の比が所定範囲を外れたときに、成形品の成形異常又は測定対象金型の異常と判定することを特徴とする薄板のプレス成形方法である。

また、請求項５に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であり、前記ひずみ量測定手段の１つにより測定したひずみ量を基準ひずみ量としてｘ軸の入力とし、他のひずみ量測定手段により測定したひずみ量を異常判定ひずみ量としてｙ軸の入力とし、前記異常判定ひずみ量がｘ軸に対するｙ軸の所定範囲を外れたときに、成形品の成形異常又は測定対象金型の異常と判定することを特徴とする薄板のプレス成形方法である。

上述した構成からなる本発明により、プレス成形品の成形異常及び金型の異常（割れ、焼付き）を高精度に判定できる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に図面を用いて詳細に説明する。

まず、前記請求項１記載の発明に係るプレス成形装置１０の断面図を図１または図２に示す。

図１は上下駆動自在とされたプレス機スライド２１の下端にダイ２が設置されている場合、図２はプレス機スライド２１の下端にポンチ１が設置されている場合であるが、いずれもポンチ１と、ポンチ１に対して相対移動するダイ２を有する。

被加工材４は、ダイ２によってポンチ１側に押し付けられ、かかるダイ２及びポンチ１の型に基づく形状に成形される。このとき、ポンチ１やダイ２のようなプレス金型内部に、以下に説明するひずみ量測定手段５を設置し、そのひずみ量を測定することで、割れやネッキング、しわなどの成形異常、または、金型かじりなどの金型異常を判定することが可能であるが、この際に、金型ひずみ量は被加工材の材料強度バラツキや、温度変化などの外乱因子の影響を受けてしまう可能性がある。

そこで、プレス金型に発生する金型ひずみ量を２ヶ所以上で測定し、それらの測定結果を比較することによってプレス成形品の成形異常、又は金型の異常（割れ、焼付き）を高精度に判定することが可能であることを見出した。

以下に、本発明におけるプレス成形装置１０へのひずみ量測定手段５の設置方法について、図３から図５を用いて説明する。

図３では、ひずみ量測定手段５がダイ２の２ヶ所に設置され、ダイ２が測定対象金型となっている。以下、測定対象金型とは、このひずみ量測定手段５が設置されている部材をいう。また、図４では、ひずみ量測定手段５がポンチ１の２ヶ所に設置されて、ポンチ１が測定対象金型となっている。また、図５では、一のひずみ量測定手段５がポンチ１に、他のひずみ量測定手段５がダイ２に設置され、ポンチ１及びダイ２が測定対象金型となっている。また、図３から図５の何れにおいてもひずみ量測定手段５によって測定された金型ひずみ量は比較手段９に伝達され、それぞれのひずみ量が比較される。ここでひずみ量測定手段５とは、いわゆる歪みゲージである。このひずみ量測定手段５と比較手段９との間には、この歪みゲージが歪むことによる抵抗変化を電圧の変化として取り出し、これを上記比較手段へと送信する図示しないスイッチボックスが設けられていてもよい。この図示しないスイッチボックスは、内部に固定抵抗が実装され、ひずみ量測定手段５としての歪みゲージとの間でいわゆるホイートストンブリッジを構成するものである。この図示しないスイッチボックスから送信される電圧値は、例えばＧＰ−ＩＢインターフェースを介して比較手段９へと送信される。

ここで、比較手段９は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等に代表される数値演算装置であり、金型ひずみ量の情報をディジタルデータに変換し、各種演算処理を行うことが可能である。さらに、この比較手段９は、算出した各データを自身のメモリへそれぞれ格納するとともに、必要な場合にはディスプレイ等の各種表示手段を介してこれらをユーザに表示する。
被加工材の材料強度バラツキや、温度変化などは、外乱因子としてひずみ量測定手段５の出力に影響を及ぼすが、図３から図５に示すように、ひずみ量測定手段５を少なくとも２つ設置すると、こういった外乱因子の影響は設置したすべてのひずみ量測定手段５により検出されるひずみ量として反映される。よって、比較手段９により２つの出力を比較し、外乱要因を分離除外することにより、検出目標としてのプレス成形品の成形異常、または金型の異常（割れ、焼付き）等の情報を高精度に得ることが出来る。

図３から図５では、ポンチ１とダイ２の構成について、図１に示した構成が基本になっているが、図２の構成を適用する場合も同様である。

次に、前記請求項２記載の発明に係るプレス成形装置１０の断面図を図６または図７に示す。

図６では、図１に記載のプレス成形装置に対して、しわ押さえ金型３が追加された構成となっており、シングルアクションの絞り成形を行うことが可能である。

また図７では、図２に記載のプレス成形装置に対して、しわ押さえ金型３が追加された構成となっており、ダブルアクションの絞り成形を行うことが可能である。

図６または図７のようにしわ押さえ金型３を有する金型であっても、前記請求項１記載の発明と同様、プレス金型に発生する金型ひずみ量を２ヶ所以上で測定し、ポンチ１、ダイ２、しわ押さえ金型３の少なくとも何れか一つを測定対象金型として、それらの測定結果を比較することによってプレス成形品の成形異常、または金型の異常（割れ、焼付き）を高精度に判定することが可能であることを見出した。

以下に、本発明におけるプレス成形装置１０へのひずみ量測定手段５の設置方法について、図８から図１３を用いて説明する。

図８では、ひずみ量測定手段５がダイ２の２ヶ所に設置され、ダイ２が測定対象金型となっている。

また、図９では、ひずみ量測定手段５がポンチ１の２ヶ所に設置され、ポンチ１が測定対象金型となっている。

また、図１０では、ひずみ量測定手段５がしわ押さえ金型３の２ヶ所に設置され、しわ押さえ金型３が測定対象金型となっている。

また、図１１ではひずみ量測定手段５のひとつがポンチ１に、もうひとつがダイ２に設置され、ポンチ１及びダイ２が測定対象金型となっている。

また、図１２ではひずみ量測定手段５のひとつがポンチ１に、もうひとつがしわ押さえ金型３に設置され、ポンチ１及びしわ押さえ金型３が測定対象金型となっている。

また、図１３ではひずみ量測定手段５のひとつがダイ２に、もうひとつがしわ押さえ金型３に設置され、ダイ２及びしわ押さえ金型３が測定対象金型となっている。

また、図８から図１３の何れにおいてもひずみ量測定手段５によって測定された金型ひずみ量は比較手段９に伝達され、それぞれのひずみ量が比較される。ここで、比較手段９はＰＣ等の数値演算装置であり、前記請求項１に係る発明と同様の機能を有する。

図８から図１３では、ポンチ１とダイ２の構成について、図６に示した構成が基本になっているが、図７の構成であっても同様である。

次に、前記請求項３記載の発明に係るプレス成形装置の断面図を図１４に示す。

図１４は、前記請求項３記載のように、ひずみセンサ８からなるひずみ量測定手段３１の設置位置付近を拡大したものである。

ひずみ量測定手段３１の設置方法の一例としては、図１４（a）の模式図に示すようにダイ２の表面（紙面下側）に貫通しないきり穴３２をあけて雌ネジを切り、きり穴３２の底に図１４（b）に示すひずみセンサ８を入れ、プラグ３３で軸力をかけて圧入する方法がある。この際、ひずみセンサ８として圧電素子センサを使用すると、周波数応答特性の高い好適な測定が可能となるので好ましい。

次に、前記請求項４記載の発明に係るプレス成形方法について、図１５に示すフローチャートを用いて説明する。

成形開始と同時に本フローチャートに基づくプレス成形方法はスタートする（ステップＳ１１）。成形が進展、ストロークがδS_i[mm]進んでS_i[mm]に達した時点で、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定する（ステップＳ１２からステップＳ１３）。

ここで、δS_i[mm]は比較手段９の演算能力に応じて任意に設定可能であるが、通常は１ｍｍ程度が望ましい。また、２ヶ所に設けられたひずみ量測定手段５のうち、何れのひずみ量測定手段５によって測定された金型ひずみ量を基準ひずみ量εst_iとし、また異常判定ひずみ量ε_iとするかについては、任意に設定することが出来る。しかし、異常判定ひずみ量εst_iを測定するひずみ量測定手段５としては、成形異常、または金型異常の発生が想定される箇所に最も近いひずみ量測定手段５を選定し、他の箇所に設置したひずみ量測定手段５の測定値を基準ひずみ量εst_iとすることが望ましい。

次に、測定した基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの比であるLSR_i＝ε_i／εst_iを算出し（ステップＳ１４）、LSR_iが所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。そして、LSR_iが所定範囲外である場合は、成形不良もしくは金型異常と判定する。また、LSR_iが所定範囲内である場合は、ステップＳ１６へ移行し、現時点でのストロークS_i[mm]が成形下死点でのストロークS_end[mm]に達しているか否かを判定し達していれば終了を、また達していなければステップＳ１７に移行してiに１を加算し、再びステップＳ１２へと戻る。即ち、このステップ１６において、現時点でのストロークS_i[mm]が成形下死点でのストロークS_end[mm]に到達するまでこのステップＳ１２からステップＳ１７に至るまでのループを繰り返す。

ここで、LSR_iの所定範囲をどのように決めるかについては、大きく２通りの方法がある。

ひとつはＦＥＭ成形解析を行い、ひずみ量測定手段５の設置位置における金型ひずみ量をＦＥＭ上で演算し、その値を元にLSR_iを算出する。例えば、算出したＦＥＭ上でのLSR_iの±２５％範囲を所定範囲とする。

もうひとつは、実際にプレス成形を行い、少なくとも１０００枚以上のＯＫ（良好）部品を成形すると同時に、ひずみ量測定手段５により基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定し、その値を元にLSR_iを算出する。例えば、算出した実際のLSR_i範囲に対して±5％を加えた範囲をステップＳ１５における所定範囲とする。

これら２通りの方法は適宜使い分けることが可能であり、１０００枚以上の部品取りが出来ない段階ではＦＥＭ成形解析を用いた方法によって求めたLSR_i所定範囲を適用し、大量の部品取りが出来る段階になった後に、実測値に基づくLSR_i所定範囲に切り替えることも可能である。また、実測値に基づくLSR_i所定範囲を用いる場合であっても、数か月に一回程度のペースで定期的に所定範囲の妥当性を検討することが望ましい。

次に、前記請求項記載の発明に係るプレス成形方法について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１１からステップＳ１３までについては、前記請求項記載の発明と同様である。

次のステップＳ２４において、測定した基準ひずみ量εst_iをＸ軸入力、異常判定ひずみ量ε_iをＹ軸入力とする２次元プロットを行う。そして、その次のステップＳ２５において、先の２次元プロットがＸ−Ｙ平面上での所定範囲内であるか否かを判定する。

ステップＳ２５の判定において、２次元プロットがＸ−Ｙ平面上での所定範囲外である場合は、成形不良もしくは金型異常と判定する。また逆にＸ−Ｙ平面上での所定範囲内である場合は、現時点でのストロークS_i[mm]が成形下死点でのストロークS_end[mm]に達しているか否かを判定し、達していれば終了を、また達していなければステップＳ２７に移行してiに１を加算し、再びステップＳ１２へと戻る。即ち、このステップ２６において、現時点でのストロークS_i[mm]が成形下死点でのストロークS_end[mm]に到達するまでステップＳ１２からステップＳ２７に至るまでのループを繰り返す。

ここで、Ｘ−Ｙ平面上での所定範囲をどのように決めるかについては、前記請求項記載の発明と同様、大きく２通りの方法がある。

ひとつはＦＥＭ成形解析を行い、ひずみ量測定手段５の設置位置における金型ひずみ量、すなわちＸ軸入力である基準ひずみ量εst_i、Ｙ軸入力である異常判定ひずみ量ε_iをＦＥＭ上で演算する。その値をＸ−Ｙ平面上にプロットし、その点を中心とする楕円の内側範囲をステップＳ２５でいう所定範囲とする。このとき、Ｘ軸入力である基準ひずみ量εst_iとＹ軸入力である異常判定ひずみ量ε_iを比較し、例えば大きいひずみ量の±２５％範囲が楕円の長軸、また小さいひずみ量の±２５％範囲が楕円の短軸となるように、楕円の形状は決定される。

もうひとつは、実際にプレス成形を行い、少なくとも１０００枚以上のＯＫ（良好）部品を成形すると同時に、ひずみ量測定手段５により基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定し、その値をＸ−Ｙ平面上にプロットする。プロット集合の外周を最も良く近似する楕円方程式を算出し、例えばその楕円の長径、短径をともに＋5％とした、ひとまわり大きな楕円のステップＳ２５でいう内側範囲を所定範囲とする。

これら２通りの方法は適宜使い分けることが可能であり、１０００枚以上の部品取りが出来ない段階ではＦＥＭ成形解析を用いた方法によって求めた楕円形状の所定範囲を適用し、大量の部品取りが出来る段階になった後に、実測値に基づく楕円形状の所定範囲に切り替えることも可能である。また、実測値に基づく楕円形状の所定範囲を用いる場合であっても、数か月に一回程度のペースで定期的に所定範囲の妥当性を検討することが望ましい。

上述の発明を元に、本発明例１として図１７に示すプレス成形装置１０を試作し、プレス成形を行った。表１に被加工材として用いた鋼板の特性を示す。板厚１．８ｍｍ、引張強度５９０MPa 級の鋼板を使用した。

試作したプレス成形装置を用いて成形した部材形状を図１８に示す。本部材は図１８の断面図Ａ-Ａに示すようなハット断面を有する部材であり、縦壁部に屈曲を設けることで縦壁部に張力を付与し、縦壁部の形状不良が低減されるように設計されている。

本成形では、測定対象金型としてポンチ１とダイ２の両方を選定し、図１７に示すようにひずみ量測定手段５をポンチ１に２つ、ダイ２に２つ、計４つ設置した。４つのひずみ量測定手段５によって測定された金型ひずみ量は比較手段９に伝達される。比較手段９はこれら伝達された金型ひずみ量を比較し、成形異常または金型異常を判定するわけだが、本実施例では、４つの金型ひずみ量から２つを選択して判定に使用し、その判定精度を評価した。その選択方法、すなわちひずみ量測定手段５によって測定された４つの金型ひずみ量のうち、どの金型ひずみ量を基準ひずみ量εst_iとし、また異常判定ひずみ量ε_iとしたかについて、まとめたものを表２に示す。

ひずみ量測定手段５は、図１４にあるような、金型に貫通しないきり穴３２をあけて雌ねじを切り、きり穴の底にひずみセンサ８を入れて、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。

ひずみセンサ８としては、圧電素子センサを用いた。また、その圧電素子センサが測定する圧縮・引張ひずみの方向は、プレス方向と同一とした。

まず、前記請求項４記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定を試みた。すなわち、図１５に示すフローチャートを用いた判定を試みた。

本実施例ではS₀ = 0 mm、δS_i = 60 mm とした。図１８に示すように、本部材の成形高さは105ｍｍ、すなわち成形下死点でのストロークS_end = 105mmであるので、フローチャートにおけるステップＳ１３での基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの測定、フローチャートにおけるステップＳ１４でのLSR_i算出、ステップＳ１５での判定は、各成形においてストロークS₁=60 mm に１度だけ行われる。

本実施例で用いたLSR_iの所定範囲について図１９、図２０に示す。

まず図１９について説明する。ＦＥＭ成形解析を行い、ひずみ量測定手段５の設置位置における金型ひずみ量をＦＥＭ上で演算した。そして、表２に示した各組み合わせに対しＦＥＭ演算結果を元にLSR_iを算出し、そのLSR_iと原点を結ぶ線を基準として±２５％範囲を所定範囲とした。図１９中に斜線で示す範囲が所定範囲である。以後、この所定範囲を判断基準１とする。

次に図２０について説明する。実際にプレス成形を行い、1200枚のＯＫ（良好）部品を成形すると同時に、ひずみ量測定手段５により基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定した。図中にプロットしてある一点一点がひずみ量の実測値である。そして、表２に示した各組み合わせに対して、LSRの最大値（LSR Max）とLSRの最小値(LSR Min)を算出し、そのLSR Min〜LSR Max範囲に対して±５％を加えた範囲を所定範囲とした。図２０中に斜線で示す範囲が所定範囲であり、具体的な数値は図上部に記載している。以後、この所定範囲を判断基準２とする。

本実施例では、上述の判断基準１と判断基準２の両方を用いて成形不良もしくは金型異常の評価を行った。

また本発明例の比較例として、LSR_i算出に用いる基準ひずみ量εst_iを、実測値の代わりに任意の定数、具体的にはＦＥＭ成形解析によって求めた対応する金型ひずみ量として、成形不良もしくは金型異常の評価を行った。比較例ではLSR_i算出に用いる基準ひずみ量εst_iとして定数を用いているので、センサを２本用いることによる補償効果は期待できない。

LSRiの所定範囲についてであるが、判断基準１については、本発明例と比較例で相違はない。判断基準２については、図２１に示すように、基準ひずみ量εst_iを定数とした影響を受けて変化する。基準ひずみ量εst_iを定数としているため、判断基準２の決定方法にも基準ひずみ量εst_iの影響はなく、異常判定ひずみ量ε_iの大きさにより所定範囲２は決定される。

これ以外の点については比較例と本発明例は全く同一である。

表３から表８に、本発明例１として試作したプレス成形装置を使用し、かつ前記請求項４記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定結果について示す。表３は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ１を選択した場合であり、表４はその比較例である。

表５は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ２を選択した場合であり、表６はその比較例である。

表７は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ３を選択した場合であり、表８はその比較例である。

いずれの表にも、割れやスプリングバックなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果、また金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った製品異常判定結果が示してある。さらに、ひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果についても、判断基準１と判断基準２のそれぞれを用いた場合について示している。

結果として、全てのケースにおいて、異常過検知率、異常見逃し率ともに、比較例よりも本発明例の方が小さい値となった。以上の結果より、本発明によって、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定の高精度化が達成されたものと考えられる。

次に、前記請求項５記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定を試みた。すなわち、図１６に示すフローチャートを用いた判定を試みた。

本実施例ではS₀ = 0 mm、δS_i= 60 mm とした。図１８に示すように、本部材の成形高さは105ｍｍ、すなわち成形下死点でのストロークS_end = 105mmであるので、ステップＳ１３での基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの測定、ステップＳ１４でのＸ−Ｙ平面へのプロット、ステップＳ１５での判定は、各成形においてストロークS₁=60 mm に１度だけ行われる。

本実施例で用いた、Ｘ−Ｙ平面プロットの所定範囲について図２２、図２３に示す。

まず図２２について説明する。ＦＥＭ成形解析を行い、ひずみ量測定手段５の設置位置における金型ひずみ量、すなわちＸ軸入力である基準ひずみ量εst_i、Ｙ軸入力である異常判定ひずみ量ε_iをＦＥＭ上で演算した。そして、表２に示した各組み合わせに対し、前述の値を中心とする楕円を作成し、その内側をＸ―Ｙ平面プロットの所定範囲とした。このとき、Ｘ軸入力である基準ひずみ量εst_iとＹ軸入力である異常判定ひずみ量ε_iを比較し、大きいひずみ量の±２５％範囲が楕円の長軸、また小さいひずみ量の±２５％範囲が楕円の短軸となるように、楕円の形状を決定した。図２２に、表２に示した各組み合わせに対応して、所定範囲の境界線となる楕円方程式を記載した。また、図２２中に斜線で示す範囲が所定範囲である。以後、この所定範囲を判断基準３とする。

次に図２３について説明する。実際にプレス成形を行い、1200枚のＯＫ（良好）部品を成形すると同時に、ひずみ量測定手段５により基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定した。図中にプロットしてある一点一点がひずみ量の実測値である。そして、これらのプロット集合の外周を最も良く近似する楕円方程式を算出し、その楕円の長径、短径をともに＋5％とした、ひとまわり大きな楕円の内側範囲を所定範囲とした。図２３に、表２に示した各組み合わせに対応して、所定範囲の境界線となる楕円方程式を記載した。また、図２３中に斜線で示す範囲が所定範囲である。以後、この所定範囲を判断基準４とする。

また本発明例の比較例として、Ｘ−Ｙ平面にプロットする際に用いる基準判定ひずみ量εst_iを、実測値の代わりに任意の定数、具体的にはＦＥＭ成形解析によって求めた対応する金型ひずみ量として、成形不良もしくは金型異常の評価を行った。本比較例ではＸ−Ｙ平面にプロットする際に用いる基準判定ひずみ量εst_iとして定数を用いているので、センサを２本用いることによる補償効果は期待できない。

Ｘ−Ｙ平面プロットの所定範囲についてであるが、判断基準１については、本発明例と比較例で相違はない。判断基準２については、基準判定ひずみ量εst_iを定数とした場合に上述した方法で所定範囲の境界線である楕円方程式を決定できないため、本比較例では判断基準２を用いた判定は行わなかった。

表９から表１４に、本発明例１として試作したプレス成形装置を使用し、かつ前記請求項５記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定結果について示す。

表９は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ１を選択した場合であり、表１０はその比較例である。

表１１は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ２を選択した場合であり、表１２はその比較例である。

表１３は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ３を選択した場合であり、表１４はその比較例である。

いずれの表にも、割れやスプリングバックなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果、また金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った製品異常判定結果が示してある。さらに、ひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果についても、判断基準３と判断基準４のそれぞれを用いた場合について示している。

結果として、全てのケースにおいて、異常過検知率、異常見逃し率ともに、比較例よりも本発明例の方が小さい値となった。以上の結果より、本発明実施によって、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定の高精度化が達成されたものと考えられる。

上述の発明に基づいて、本発明例２として図２４に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。被加工材として用いた鋼板の特性は表１に示したとおりである。また、試作したプレス成形装置を用いて成形した部材形状は図１８に示したとおりである。

本成形では、測定対象金型としてポンチ１とダイ２としわ押さえ金型３の３つを選定し、図２４に示すようにひずみ量測定手段５をポンチ１に２つ、ダイ２に２つ、しわ押さえ金型に２つ、計６つ設置した。６つのひずみ量測定手段５によって測定された金型ひずみ量は比較手段９に伝達される。比較手段９はこれら伝達された金型ひずみ量を比較し、成形異常または金型異常を判定するわけだが、本実施例では、６つの金型ひずみ量から２つを選択して判定に使用し、その判定精度を評価した。その選択方法、すなわちひずみ量測定手段５によって測定された６つの金型ひずみ量のうち、どの金型ひずみ量を基準ひずみ量εst_iとし、また異常判定ひずみ量ε_iとしたかについて、まとめたものを表１５に示す。

ひずみ量測定手段５は、図１４にあるような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ねじを切り、きり穴の底にひずみセンサ８を入れて、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。

本実施例ではS₀ = 0 mm、δS_i = 60 mm とした．図１８に示すように、本部材の成形高さは105ｍｍ、すなわち成形下死点でのストロークS_end = 105mmであるので、ステップＳ１３での基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの測定、ステップＳ１４でのLSR_i算出、ステップＳ１５での判定は、各成形においてストロークS₁=60 mm に１度だけ行われる。

本実施例で用いたLSR_iの所定範囲について図２５、図２６に示す。

まず図２５について説明する。ＦＥＭ成形解析を行い、ひずみ量測定手段５の設置位置における金型ひずみ量をＦＥＭ上で演算した。そして、表１５に示した各組み合わせに対しＦＥＭ演算結果に基づいてLSR_iを算出し、そのLSR_iと原点とを結ぶ線を基準として±２５％範囲を所定範囲とした。図２５中に斜線で示す範囲が所定範囲である。以後、この所定範囲を判断基準１とする。

次に図２６について説明する。実際にプレス成形を行い、1200枚のＯＫ（良好）部品を成形すると同時に、ひずみ量測定手段５により基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定した。図中にプロットしてある一点一点がひずみ量の実測値である。そして、表１５に示した各組み合わせに対して、LSRの最大値（LSR Max）とLSRの最小値(LSR Min)を算出し、そのLSR Min〜LSR Max範囲に対して±５％を加えた範囲を所定範囲とした。図２６中に斜線で示す範囲が所定範囲であり、具体的な数値は図上部に記載している．以後、この所定範囲を判断基準２とする。

また本発明例の比較例として、LSR_i算出に用いる基準判定ひずみ量εst_iを、実測値の代わりに任意の定数、具体的にはＦＥＭ成形解析によって求めた対応する金型ひずみ量として、成形不良もしくは金型異常の評価を行った。本比較例ではLSR_i算出に用いる基準判定ひずみ量εst_iとして定数を用いているので、センサを２本用いることによる補償効果は期待できない。

LSR_iの所定範囲についてであるが、判断基準１については、本発明例と比較例で相違はない。判断基準２については、図２７に示すように、基準判定ひずみ量εst_iを定数とした影響を受けて変化する。基準判定ひずみ量εst_iを定数としているため、判断基準２の決定方法にも基準判定ひずみ量εst_iの影響はなく、異常判定ひずみ量ε_iの大きさにより所定範囲２は決定される。

これ以外の点については本比較例と本発明例は全く同一である。

表１６から表２７に、本発明例１として試作したプレス成形装置を使用し、かつ前記請求項４記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定結果について示す。

表１６は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ１を選択した場合であり、表１７はその比較例である。

表１８は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ２を選択した場合であり、表１９はその比較例である。

表２０は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ３を選択した場合であり、表２１はその比較例である。

表２２は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ４を選択した場合であり、表２３はその比較例である。

表２４は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ５を選択した場合であり、表２５はその比較例である。

表２６は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ６を選択した場合であり、表２７はその比較例である。

次に、前記請求項記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定を試みた。すなわち、図１６に示すフローチャートを用いた判定を試みた。

本実施例ではS₀ = 0 mm、δS_i= 60 mm とした。図１８に示すように、本部材の成形高さは105ｍｍ、すなわち成形下死点でのストロークS_end = 105mmであるので、ステップＳ１３での基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの測定、ステップＳ２４でのＸ−Ｙ平面へのプロット、ステップＳ２５での判定は、各成形においてストロークS₁=60 mm に１度だけ行われる。

本実施例で用いた、Ｘ−Ｙ平面プロットの所定範囲について図２８、図２９に示す。

まず図２８について説明する。ＦＥＭ成形解析を行い、ひずみ量測定手段５の設置位置における金型ひずみ量、すなわちＸ軸入力である基準ひずみ量εst_i、Ｙ軸入力である異常判定ひずみ量ε_iをＦＥＭ上で演算した．そして表１５に示した各組み合わせに対し、前述の値を中心とする楕円を作成し、その内側をＸ―Ｙ平面プロットの所定範囲とした。このとき、Ｘ軸入力である基準ひずみ量εst_iとＹ軸入力である異常判定ひずみ量ε_iを比較し、大きいひずみ量の±２５％範囲が楕円の長軸、また小さいひずみ量の±２５％範囲が楕円の短軸となるように、楕円の形状を決定した。図２８に、表１５に示した各組み合わせに対応して、所定範囲の境界線となる楕円方程式を記載した。また、図２８中に斜線で示す範囲が所定範囲である。以後、この所定範囲を判断基準３とする。

次に図２９について説明する。実際にプレス成形を行い、1200枚のＯＫ（良好）部品を成形すると同時に、ひずみ量測定手段５により基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iを測定した。図中にプロットしてある一点一点がひずみ量の実測値である。そして、これらのプロット集合の外周を最も良く近似する楕円方程式を算出し、その楕円の長径、短径をともに＋5％とした、ひとまわり大きな楕円の内側範囲を所定範囲とした。図２９に、表１５に示した各組み合わせに対応して、所定範囲の境界線となる楕円方程式を記載した。また、図２９中に斜線で示す範囲が所定範囲である。以後、この所定範囲を判断基準４とする。

Ｘ−Ｙ平面プロットの所定範囲についてであるが、判断基準１については、本発明例と比較例で相違はない。判断基準２については、基準判定ひずみ量εst_iを定数とした場合に上述した方法で所定範囲の境界線である楕円方程式を決定できないため、比較例では判断基準２を用いた判定は行わなかった。

表２８から表３９に、本発明例１として試作したプレス成形装置を使用し、かつ前記請求項５記載の発明に係るプレス成形方法を用いた成形異常または金型異常の判定結果について示す。

表２８は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ１を選択した場合であり、表２９はその比較例である。

表３０は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ２を選択した場合であり、表３１はその比較例である。

表３２は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ３を選択した場合であり、表３３はその比較例である。

表３４は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ４を選択した場合であり、表３５はその比較例である。

表３６は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ５を選択した場合であり、表３７はその比較例である。

表３８は、基準ひずみ量εst_iと異常判定ひずみ量ε_iの組み合わせとして、組み合わせ６を選択した場合であり、表３９はその比較例である。

本発明に係るプレス成形装置のうち、プレス機スライダにダイが設置されているプレス成形装置の概略図を示す図である。本発明に係るプレス成形装置のうち、プレス機スライダにポンチが設置されているプレス成形装置の概略図を示す図である。図１に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図１に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図１に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図１に示すプレス成形装置に加えて、しわ押さえ金型が設置されているプレス成形装置の概略図を示す図である。図２に示すプレス成形装置に加えて、しわ押さえ金型が設置されているプレス成形装置の概略図を示す図である。図６に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図６に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図６に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図６に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図６に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。図６に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。ひずみ測定手段とプラグの側面図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常または金型異常の判定方法を表すフローチャートである。。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常または金型異常の判定方法を表す別のフローチャートである。図１に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。本発明に係るプレス成形装置によって成形する成形品の外観図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。図6に示すプレス成形装置における、ひずみ量測定手段の設置状況の一例を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。本発明のプレス成形方法に係る、製品異常と金型異常判定の為の別のひずみ量所定範囲を示す図である。

符号の説明

１ポンチ
２ダイ
３しわ押さえ金型
４被加工材
５ひずみ量測定手段
６ひずみ量測定手段設置可能領域
７湾曲中心
８ひずみセンサ
９比較手段

Claims

ポンチと、該ポンチに対して相対移動するダイの少なくともいずれか一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型は、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段を少なくとも２つ有し、それぞれの前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量を比較する比較手段を有することを特徴とする薄板のプレス成形装置。
ポンチと、該ポンチに対して相対移動するダイと，被加工材に対してしわ押さえ荷重を付与するしわ押さえ金型の少なくともいずれか一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型は、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段を少なくとも２つ有し、それぞれの前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量を比較する比較手段を有することを特徴とする薄板のプレス成形装置。
前記ひずみ量測定手段が、圧電素子センサであることを特徴とする請求項１または２記載の薄板のプレス成形装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であり、前記ひずみ量測定手段の１つにより測定したひずみ量を基準ひずみ量、他のひずみ量測定手段により測定したひずみ量を異常判定ひずみ量とし、基準ひずみ量と異常判定ひずみ量の比が所定範囲を外れたときに、成形品の成形異常又は測定対象金型の異常と判定することを特徴とする薄板のプレス成形方法。
請求項１〜３の何れか１項に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であり、前記ひずみ量測定手段の１つにより測定したひずみ量を基準ひずみ量としてｘ軸の入力とし、他のひずみ量測定手段により測定したひずみ量を異常判定ひずみ量としてｙ軸の入力とし、前記異常判定ひずみ量がｘ軸に対するｙ軸の所定範囲を外れたときに、成形品の成形異常又は測定対象金型の異常と判定することを特徴とする薄板のプレス成形方法。