JP2009202209A - 形状矯正装置および形状矯正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ばらつきのある変形を良好に矯正可能な形状矯正装置および形状矯正方法を提供する。
【解決手段】ワークＷを挟んで形状を矯正する対の型２Ａ，２Ｂを備え、当該型に、挟持した前記ワークから離れて位置する離隔部１０Ａ，１０Ｂが形成された矯正型２と、前記離隔部に設けられ、当該離隔部から離隔したワークへの押圧方向を変更しつつワークを正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させる押し込み部４Ａ，４Ｂと、を有する形状矯正装置１により、ワークの形状を矯正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄肉鋳物の形状を矯正するための形状矯正装置および形状矯正方法に関する。

近年、自動車の軽量化のため高強度・高延性を必要とする車体鋳物へのアルミニウム合金ダイカストの適用が進められている（例えば、特許文献１参照）。車体部品は高強度・高延性だけでなく、高い寸法精度が要求される。通常の薄肉アルミニウム鋳物では高強度・高延性を達成するために、Ｔ６，Ｔ７あるいはＴ５といった熱処理が必要となるが、熱処理の際に変形が生じる。そこで、変形が発生したワークを正規の形状の金型に挟んでプレスする金型プレス矯正や、ハンマリングによる寸法矯正を実施している。
特開２００２−２８７２６号公報

しかし、金型プレス矯正では正規の形状の金型に合わせて矯正しても、矯正後に弾性変形によって形状が戻ってしまう、いわゆるスプリングバックを考慮する必要がある。スプリングバックによって変化した後に正規の形状となるように、金型の押し込み量を調整することで、矯正が可能となる。しかし、薄肉鋳物では、ワーク毎の変形量がばらつくため、金型の押し込み量を設定することが困難であり、プレス矯正後もワーク毎の変形量のばらつきが残ってしまう。したがって、金型プレス矯正で矯正するためには、矯正前の変形ばらつきを抑える必要があるが、そのためには熱処理時の温度条件や姿勢を厳しく管理する必要があり、量産熱処理工程では困難である。また、ハンマリング矯正では変形量がばらついたものでも矯正は可能であるが、非常に工数がかかってしまい、また、技能習熟に長い期間を要する。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、変形にばらつきのあるワークを、良好に矯正可能な形状矯正装置および形状矯正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る形状矯正装置は、ワークを挟んで形状を矯正する対の型を備え、当該型に、挟持した前記ワークから離れて位置する離隔部が形成された矯正型と、前記離隔部に設けられ、当該離隔部から離隔したワークへの押圧方向を変更しつつワークを正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させる押し込み部と、を有している。

上記目的を達成する本発明に係る形状矯正方法は、ワークを対の型により挟んで形状を矯正しつつ、挟持した前記ワークから離れて位置するように前記型に形成された離隔部に設けられる押し込み部により、前記ワークへの押圧方向を変更しつつワークを正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させて形状を矯正する。

上記のように構成した本発明に係る形状矯正装置は、ワークへの押圧方向を変更しつつワークの正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させる押し込み部を有しているため、変形にばらつきのあるワークを、スプリングバックの発生を押さえつつ、押し込み部により変形を良好に矯正できる。

上記のように構成した本発明に係る形状矯正方法は、押し込み部により、押圧方向を変更しつつワークを正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させて形状を矯正するため、変形にばらつきのあるワークを、スプリングバックの発生を押さえつつ、押し込み部により変形を良好に矯正できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る形状矯正装置の平面図、図２は、同形状矯正装置の金型でワークを挟んだ際の平面図、図３は、図２のワーク近傍を拡大した部分拡大平面図である。

本発明に係る形状矯正装置１は、形状にばらつきのあるワークＷの形状を矯正するための装置である。

ワークＷは、アルミニウム合金ダイカストからなる薄肉のアルミニウム鋳物に、高強度・高延性を達成するために、Ｔ６，Ｔ７あるいはＴ５といった熱処理が施されている。この熱処理により、ワークＷには、形状のばらつきが生じる。本実施形態のワークＷは、一例として、熱処理によって形状にばらつきが生じ難く変形の少ない本体部Ｗ１と、形状にばらつきが生じやすく変形の大きい変形部Ｗ２とを有している。なお、本実施形態では、理解を容易にするために簡易な形状のワークＷを用いて説明するが、ワークＷの形状はこれに限定されない。したがって、本実施形態では、ワークＷの変形部Ｗ２は１つのみであるが、例えば１つのワークＷにおいて変形部Ｗ２が複数設けられてもよい。また、ワークＷは、必ずしもアルミニウム鋳物に限定されず、他の材料により製造されてもよい。

形状矯正装置１は、図１〜３に示すように、ワークＷを挟む上型２Ａおよび下型２Ｂからなる矯正型２と、上型２Ａを昇降させてワークＷを下型２Ｂに対して押圧する押圧手段３と、上型２Ａおよび下型２Ｂに設けられる押し込み部４Ａ，４Ｂと、制御部５とを有している。

上型２Ａは、ワークＷを挟持した際にワークＷの本体部Ｗ１と接する第１挟持面９Ａと、ワークＷの変形部Ｗ２と接することなく離れて位置する第１離隔面１０Ａ（離隔部）とを有している。上型２Ａには、第１離隔面１０Ａから突出してワークＷの変形部Ｗ２に近接離間可能な第１押し込み部４Ａが設けられている。第１押し込み部４Ａは、制御部５に接続されて制御される第１アクチュエータ６Ａと、ワークＷと接する第１パッド７Ａとを備えており、第１アクチュエータ６Ａによって第１パッド７Ａが進退動可能となっている。第１アクチュエータ６Ａには、ワークＷへの押圧荷重Ｆを計測するための第１ロードセル８Ａ（荷重検出手段）が設けられている。第１ロードセル８Ａは、制御部５へ接続されており、第１ロードセル８Ａからの計測信号が制御部５へ入力されるようになっている。

下型２Ｂは、ワークＷを挟持した際にワークＷの本体部Ｗ１と接する第２挟持面９Ｂと、ワークＷの変形部Ｗ２と接することなく離れて位置する第２離隔面１０Ｂ（離隔部）とを有している。下型２Ｂには、第２離隔面１０Ｂから突出してワークＷの変形部Ｗ２に近接離間可能な第２押し込み部４Ｂが設けられている。第２押し込み部４Ｂは、制御部５に接続されて制御される第２アクチュエータ６Ｂと、ワークＷと接する第２パッド７Ｂとを備えており、第２アクチュエータ６Ｂによって第２パッド７Ｂが進退動可能となっている。第２アクチュエータ６Ｂには、ワークＷへの押圧荷重Ｆを計測するための第２ロードセル８Ｂ（荷重検出手段）が設けられている。第２ロードセル８Ｂは、制御部５へ接続されており、第２ロードセル８Ｂからの計測信号が制御部５へ入力されるようになっている。

次に、本実施形態に係る形状矯正装置１の作用について説明する。

図４は、金型によりワークを挟持した後、押し込み部を作動させた際を示す部分平面図、図５は、一方の押し込み部によりワークを押圧する際を示す部分平面図、図６は、他方の押し込み部によりワークを押圧する際を示す部分平面図、図７は、ワークの矯正が終了した際を示す部分平面図である。

図８は、一方のロードセルにより計測された押圧荷重を示すグラフ、図９は、押し込み部により押圧されるワークの変形部の変位を示すグラフ、図１０は、本実施形態による形状矯正方法のフローを示す図である。

まず、熱処理されて変形したワークＷを、下型２Ｂに設置する（図１参照）。次に、図２，３のように、上型２Ａを押圧手段３により下降させて、第１挟持面９Ａと第２挟持面９Ｂとの間にワークＷの本体部Ｗ１を挟持してプレスする（金型プレス工程）。これにより、ワークＷの小さな変形が矯正され、かつ大きな変形もある程度矯正される。なお、このとき、ワークＷは第１離隔面１０Ａおよび第２離隔面１０Ｂから離れて位置している。

この後、本体部Ｗ１を上型２Ａと下型２Ｂで挟持した状態を維持しつつ、図４に示すように、制御部５からの指令により第１押し込み部４Ａおよび第２押し込み部４Ｂを駆動させて、第１離隔面１０Ａおよび第２離隔面１０Ｂから第１パッド７Ａおよび第２パッド７Ｂを突出する方向へ移動させる（押し込み工程）。第１押し込み部４Ａおよび第２押し込み部４Ｂは、変形のない正規な形状のワークＷが設置されていると仮定した際に、第１パッド７Ａおよび第２パッド７ＢがワークＷに同時接触するように、制御部５により駆動される。したがって、ワークＷに変形がある場合には、第１パッド７Ａおよび第２パッド７Ｂのいずれか一方が、先にワークＷの変形部Ｗ２に接触することとなる。本実施形態では、一例として第１パッド７Ａが先にワークＷに接触する。このとき第１ロードセル８Ａにより計測される押圧荷重Ｆを図８に示しているが、第１，第２ロードセル８Ａ，８Ｂから入力される制御部５への検出信号から、押圧荷重Ｆの立ち上がりを検出することで、いずれのパッド７Ａ，７Ｂが先に接触したかを制御部５により判断する（立ち上り荷重検知工程）。これにより、ワークＷの変形部Ｗ２が、正規位置からどちらの方向へ変形しているかが判断できる。さらに、接触した際の第１パッド７Ａの位置から、変形部Ｗ２の正規位置からの変形量を、制御部５により判断する。

次に、制御部５において、検出された変形部Ｗ２の変形方向から、始めに変形部Ｗ２を押圧する方向（初期押し込み方向）を決定する。本実施形態では、上型側にワークＷが変形しているため、初期押し込み方向は下側方向であり、始めに下型側にワークＷを変形させる。これにより、ワークＷを効率的に矯正することが可能となる。

さらに、制御部５において、検出された変形部Ｗ２の変形量から、変形部Ｗ２を交互に押圧する押し込み回数Ｎおよび、押し込み部４による押し込み量Ｘのパターンを決定する。そのために、制御部５には、変形部Ｗ２の変形量に対応する押し込み回数Ｎおよび押し込み量Ｘが、予め設定されている。押し込み回数Ｎおよび押し込み量Ｘは、検出される変形部Ｗ２の変形量が大きいほど、増加することが好ましい。本実施形態では、図９に示すように、５回の押し込みを第１押し込み部４Ａおよび第２押し込み部４Ｂにより交互に実施している（交互押し込み矯正工程）。すなわち、図４に示すように、まず第１押し込み部４ＡによりワークＷを押し込んだ後、図５に示すように、第２押し込み部４ＢによりワークＷを押し込み、この工程を繰り返すこととなる。

第１押し込み部４Ａおよび第２押し込み部４Ｂによる各々の押し込み矯正工程では、ワークＷの変形部Ｗ２を、正規位置（図９中の点線参照）を挟んで反対側まで押し込み、後の押し込み工程に移行するほど、押し込み量Ｘが減少する。すなわち、ワークＷの形状を、正規形状に対して徐々に収束するように矯正する。これにより、ワークＷを上型２Ａおよび下型２Ｂから離型した際のスプリングバックを抑えて、ワークＷを効率的に矯正することができる。

本実施形態によれば、ワークＷを両方向から交互に押し込むことで、設計値（正規形状）に対して正負両側に変形するような変形量のばらつくワークＷに対しても、ワークＷを矯正型２に設置する前にワークＷの形状を計測することなく、形状の矯正が可能となる。

また、矯正型２によるプレスにより小さな変形を矯正し、大きな変形もある程度矯正した後に、押し込み部４により矯正することで、スプリングバックに対応した矯正が可能であり、プレスを複数回実施することなく、寸法を矯正することができる。

また、押し込み量Ｘおよび押し込み方向を変化させて複数回押し込むことにより、プレス工程のみの矯正に比べてスプリングバック量を抑えることができ、ワークＷの寸法精度が向上する。

また、制御部５により、ロードセル８Ａ，８Ｂの計測結果に基づいて初期押し込み方向および押し込み量Ｘを決定し、押し込みパターンの制御を行うため、矯正量を最適化することができ、押し込み回数Ｎを減少して処理時間が短縮できる。また、押し込みパターンを制御することで、矯正前の初期変形量が大きいものでも、対応することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、図１１に示すフロー図のように、ロードセル８により荷重を計測せずに、矯正を行ってもよい。この場合には、予め設定された押し込み量Ｘ、押し込み回数Ｎおよび初期押し込み方向で、ワークＷを矯正する。すなわち、ワークＷを両方向から交互に押し込むことで、設計値（正規形状）に対して正負両側に変形するような変形量のばらつくワークＷに対しても、ワークＷの位置を計測することなく、形状の矯正が可能となる。この場合には、形状矯正装置をより簡易化することが可能であり、設備費を低減できる。また、押し込み部は、必ずしもワークＷの両側に２つが対となって設けられなくてもよく、例えば３つ以上で１対として設けられたり、または、ワークに対して連結可能な構造とすれば、１つのみであってもよい。

図１は、本実施形態に係る形状矯正装置の平面図である。 同形状矯正装置の金型でワークを挟んだ際の平面図である。 図２のワーク近傍を拡大した部分拡大平面図である。 金型によりワークを挟持した後、押し込み部を作動させた際を示す部分平面図である。 一方の押し込み部によりワークを押圧する際を示す部分平面図である。 他方の押し込み部によりワークを押圧する際を示す部分平面図である。 ワークの矯正が終了した際を示す部分平面図である。 一方のロードセルにより計測された押圧荷重を示すグラフである。 押し込み部により押圧されるワークの変形部の変位を示すグラフである。 本実施形態による形状矯正方法のフローを示す図である。 本実施形態の他の例による形状矯正方法のフローを示す図である。

符号の説明

１ 形状矯正装置、
２Ａ 上型（金型）、
２Ｂ 下型（金型）、
３ 押圧手段、
４Ａ 第１押し込み部、
４Ｂ 第２押し込み部、
５ 制御部、
６Ａ 第１アクチュエータ、
６Ｂ 第２アクチュエータ、
７Ａ 第１パッド、
７Ｂ 第２パッド、
８Ａ 第１ロードセル（荷重検出手段）、
８Ｂ 第２ロードセル（荷重検出手段）、
９Ａ 第１挟持面、
９Ｂ 第２挟持面、
１０Ａ 第１離隔面（離隔部）、
１０Ｂ 第２離隔面（離隔部）、
Ｆ 押圧荷重、
Ｎ 押し込み回数、
Ｗ ワーク、
Ｗ１ 本体部、
Ｗ２ 変形部、
Ｘ 押し込み量。

Claims (8)

1. ワークを挟んで形状を矯正する対の型を備え、当該型に、挟持した前記ワークから離れて位置する離隔部が形成された矯正型と、
   前記離隔部に設けられ、当該離隔部から離隔したワークへの押圧方向を変更しつつワークを正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させる押し込み部と、を有することを特徴とする形状矯正装置。
2. 前記押し込み部は、前記対の型の各々の離隔部に設けられて、挟持されたワークに近接離間可能であることを特徴とする請求項１に記載の形状矯正装置。
3. 前記押し込み部に、当該押し込み部によるワークへの押圧荷重を検出する荷重検出手段が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の形状矯正装置。
4. 前記押し込み部に接続し、当該押し込み部の動作を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の形状矯正装置。
5. 前記押し込み部および荷重検出手段に接続し、前記検出手段から入力される検出結果に基づいて、前記押し込み部により初めに押し込む押し込み方向、押し込み量および押し込み回数の少なくとも１つを決定し、前記押し込み部の動作を制御する制御部を有することを特徴とする請求項３に記載の形状矯正装置。
6. ワークを対の型により挟んで形状を矯正しつつ、挟持した前記ワークから離れて位置するように前記型に形成された離隔部に設けられる押し込み部により、前記ワークへの押圧方向を変更しつつワークを正規形状に対して交互に変形させ、かつ交互の押し込み毎の押し込み量を徐々に減少させて形状を矯正することを特徴とする形状矯正方法。
7. 前記押し込み部は、前記対の型の各々の離隔部に設けられており、当該対の押し込み部を、挟持されたワークに交互に近接離間させてワークを押し込むことを特徴とする請求項６に記載の形状矯正方法。
8. 前記押し込み部の各々に、当該押し込み部によるワークへの押圧荷重を検出する荷重検出手段を設け、対の押し込み部を同時に作動させつつ各々の荷重検出手段から押圧荷重を検出し、当該検出結果から前記押し込み部により初めに押し込む押し込み方向、押し込み量および押し込み回数の少なくとも１つを決定することを特徴とする請求項７に記載の形状矯正方法。

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