JP2010023078A - ワークの曲げ加工方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来は、スプリングバックを低減するために、必要な工程数が多くなり、設備が大型化するという問題があった。
【解決手段】曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するワークの曲げ加工方法であって、第一曲げ箇所5aを第一曲げ部54aと第二曲げ部54bと平面部54からなる形状とし、パンチ1と押え部材3とでワーク50の一端部を片持ち支持するワーク保持工程と、ダイス2をパンチ1側へ移動してワーク50の自由端側をダイス2により押圧し、ワーク50の平面部54に対応する箇所を湾曲させ、その後、ダイス2とパンチ1とでワーク50を挟圧することにより、第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bを形成するとともに、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す成形工程とを備える。
【選択図】図5

Description

本発明は、対向配置される固定型と可動型とを用いて板状のワークを曲げ加工することにより、曲げ部を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するワークの曲げ加工方法および装置に関する。
近年、燃費向上などによるCO2排出量削減を目的とした車体軽量化と衝突安全性向上の両立が自動車における最も重要な課題の一つとなっており、これらの相反する要求を同時に満足させるための一つの手段として自動車ボディーへの高強度鋼板の適用が拡大している。
自動車用部材としてプレス成形された鋼板は、基本的に複数の曲げ箇所が形成されるいわゆる箱型またはハット型の断面形状を備えており、プレス成形品の寸法精度を確保するために曲げ箇所のスプリングバック量を制御することが重要であるが、高い材料強度を有する高強度鋼板(例えば材料強度が590MPa程度)はプレス成形後のスプリングバックが大きいため、そのままでは寸法精度を確保することが難しい。
従って、従来は、プレス成形後のスプリングバック量を予め成形金型に見込んでおき、プレス成形の対象となるワークをオーバーベンドすることで、曲げ角度の寸法精度を確保することが一般的に行われている。
しかし、自動車用部材として用いられる高強度鋼板の材料強度は年々高くなっており、近年では980MPa以上の材料強度を有する高強度鋼板を自動車用部材に適用する必要性が非常に高くなってきている。
このように、高強度鋼板の材料強度が高くなるとプレス成形後のスプリングバックも増大するため、従来のようにスプリングバック量を成形金型に見込む場合には、見込み量が増大して成形金型を改修する際の工数が増加して作業が煩雑となる。また、プレス成形を行う形状によっては見込み角度が90°未満となる場合もあり、プレス成形に支障が生じるおそれがある。
さらに、高強度鋼板の材料強度が高くなると、ワーク毎の材料強度などの特性のばらつきが大きくなり、前述のように成形金型に見込みを加えた場合でもプレス成形後の曲げ角度が一定でなく、曲げ角度精度を確保することが困難となっている。
また、高強度鋼板をプレス成形する際のスプリングバック量を低減する成形方法として、特許文献1に示すようなものがある。
特許文献1における金属板の加工方法では、ワークとなる高強度鋼板をプレス成形して得られた最終成形品の曲げ箇所とは異なる位置に、第1成形過程で曲げ癖をつけておき、第2成形過程で最終成形品の曲げ箇所を成形する際に、第1成形過程で曲げ癖をつけた部分を曲げ戻すことにより、この曲げ癖をつけた部分をスプリングゴー要素として、最終成形品全体としてのスプリングバック量を低減する方法が開示されている。
特開2005−254262号公報
しかし、特許文献1に記載の加工方法は、例えばハット型の断面形状のワークにおける立て壁部分(ワークの曲げ部よりも端部側の壁面)のスプリングバック量を低減するものであって、ワークの曲げ部のスプリングバック量を低減するものではないので、特許文献1に記載の加工方法をそのまま適用したのでは曲げ角度の寸法精度を確保することができない。
そこで、本発明においては、ワークの曲げ部のスプリングバック量を低減して、前記曲げ部における曲げ角度の寸法精度を確保することができる、ワークの曲げ加工方法および装置を提供するものである。
上記課題を解決するワークの曲げ加工方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載の如く、対向配置される固定型と可動型とを用いて板状のワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するワークの曲げ加工方法であって、前記曲げ箇所の最終成形品における形状を、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる形状とし、前記固定型と該固定型に対向配置される押え部材とで、ワークの一端部を挟持して片持ち支持する、ワーク保持工程と、前記可動型を固定型側へ移動して、片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型により固定型側へ押圧することにより、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、その後、前記最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状の可動型と固定型とで前記ワークを挟圧することにより、前記第一曲げ部および第二曲げ部を形成するとともに、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す成形工程とを備える。
これにより、曲げ箇所に生じるスプリングバックを、前記平面部に対応する箇所の湾曲により撓んだ部分に生じるスプリングゴーにより相殺することができ、曲げ箇所における曲げ角度の寸法精度が高い最終成形品を成形することが可能となる。
また、請求項2記載の如く、対向配置される固定型と可動型とを用いて板状のワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するワークの曲げ加工方法であって、前記曲げ箇所の最終成形品における形状を、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる形状とし、前記固定型と該固定型に対向配置される押え部材とで、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所に前記第一曲げ部および第二曲げ部と同じ方向の予備曲げ部が予め形成されたワークの一端部を挟持して片持ち支持する、ワーク保持工程と、前記可動型を固定型側へ移動して、片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型により固定型側へ押圧することにより、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、その後、前記最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状の可動型と固定型とで前記ワークを挟圧することにより、前記第一曲げ部および第二曲げ部を形成するとともに、前記ワークの前記予備曲げ部を含む前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す成形工程とを備える。
これにより、曲げ箇所に生じるスプリングバックを、前記予備曲げ部および前記平面部に対応する箇所の湾曲により撓んだ部分に生じるスプリングゴーにより十分に相殺することができ、曲げ箇所における曲げ角度の寸法精度が高い最終成形品を成形することが可能となる。
また、請求項3記載の如く、前記成形工程では、可動型と固定型とで前記ワークを挟圧する前に、前記固定型の前記第二曲げ部を形成する箇所にワークを接触させて、該ワークに曲げ癖部を形成し、前記曲げ癖部を形成した後に、前記可動型と固定型とで前記ワークを挟圧することにより、前記曲げ癖部を曲げ戻す。
これにより、前記曲げ癖部に生じるスプリングゴーをも利用して、さらに確実に最終成形品の曲げ部に発生するスプリングバックを低減して、最終成形品の曲げ部における曲げ角度の寸法精度向上を図ることが可能となる。
また、請求項4記載の如く、ワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するためのワークの曲げ加工装置であって、固定型と該固定型に対向配置される可動型および押え部材とを備え、前記可動型および固定型は、最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状に形成され、前記固定型と前記押え部材とで、前記ワークの一端部を挟持して片持ち支持可能であり、前記可動型を固定型側へ移動して、片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型により押圧することで、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、その後、前記可動型と固定型とで前記ワークを狭圧することにより、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる前記曲げ箇所を形成するとともに、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す。
これにより、曲げ箇所に生じるスプリングバックを、前記平面部に対応する箇所の湾曲により撓んだ部分に生じるスプリングゴーにより相殺することができ、曲げ箇所における曲げ角度の寸法精度が高い最終成形品を成形することが可能となる。
また、請求項5記載の如く、ワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するためのワークの曲げ加工装置であって、固定型と該固定型に対向配置される可動型および押え部材とを備え、前記可動型および固定型は、最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状に形成され、前記固定型と前記押え部材とで、前記前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所に前記第一曲げ部および第二曲げ部と同じ方向の予備曲げ部が予め形成されたワークの一端部を挟持して片持ち支持可能であり、前記可動型を固定型側へ移動して、片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型によりワークを押圧することで、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、その後、前記可動型と固定型とで前記ワークを狭圧することにより、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる前記曲げ箇所を形成するとともに、前記ワークの前記予備曲げ部を含む前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す。
これにより、曲げ箇所に生じるスプリングバックを、前記予備曲げ部および前記平面部に対応する箇所の湾曲により撓んだ部分に生じるスプリングゴーにより十分に相殺することができ、曲げ箇所における曲げ角度の寸法精度が高い最終成形品を成形することが可能となる。
また、請求項6記載の如く、前記ワークの曲げ加工装置は、前記可動型を固定型側へ移動することにより、前記可動型および固定型により前記ワークを狭圧する前に、前記固定型の前記第二曲げ部を形成する箇所にワークを接触させて、該ワークに曲げ癖部を形成可能であり、前記ワークに曲げ癖部を形成した後に、前記可動型を固定型側へさらに移動して前記ワークを狭圧することにより、前記曲げ癖部を曲げ戻す。
これにより、前記曲げ癖部に生じるスプリングゴーをも利用して、さらに確実に最終成形品の曲げ部に発生するスプリングバックを低減して、最終成形品の曲げ部における曲げ角度の寸法精度向上を図ることが可能となる。
本発明によれば、曲げ箇所に生じるスプリングバックを、前記平面部に対応する箇所の湾曲により撓んだ部分に生じるスプリングゴーにより相殺することができ、曲げ箇所における曲げ角度の寸法精度が高い最終成形品を成形することが可能となる。
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
まず図1、図2に、本例のワークの曲げ加工方法および装置により、高強度鋼板にて構成される板状のワーク50を曲げ加工(プレス成形)して得られる最終成形品5を示す。
なお、本例のワークの曲げ加工方法および装置に適用されるワーク50を構成する高強度鋼板の材料強度は特に限定するものではなく、980MPa以上の材料強度を有する高強度鋼板についても有効に適用することが可能である。
最終成形品5は、複数の曲げ箇所が形成されるいわゆるハット型の断面形状を備えている。具体的には、最終成形品5は第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bが形成されており、第一の曲げ箇所5aを境界として連続する2つの面である天板51および第一側板52、ならびに第二の曲げ箇所5bを境界として連続する2つの面である天板51および第二側板53を有している。
つまり、最終成形品5は、前記天板51の両側部に、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bを介して同じ方向に屈曲された、第一側板52および第二側板53をそれぞれ配置することにより、ハット型の断面形状に成形されている。
前記第一の曲げ箇所5aは、隣接する第一曲げ部54aと第二曲げ部54b、および第一曲げ部54aと第二曲げ部54bとに挟まれた平面部54とで構成されている。
つまり、第一の曲げ箇所5aの形状は、隣接する第一曲げ部54aと第二曲げ部54b、および第一曲げ部54aと第二曲げ部54bとに挟まれた平面部54からなる形状とされている。
第一曲げ部54aは天板51と平面部54との間に配置される屈曲部であり、第二曲げ部54bは第一側板52と平面部54との間に配置される屈曲部である。
また、前記第二の曲げ箇所5bは、隣接する第一曲げ部55aと第二曲げ部55b、および第一曲げ部55aと第二曲げ部55bとに挟まれた平面部55とで構成されている。
つまり、第二の曲げ箇所5bの形状は、隣接する第一曲げ部55aと第二曲げ部55b、および第一曲げ部55aと第二曲げ部55bとに挟まれた平面部55からなる形状とされている。
第一曲げ部55aは天板51と平面部55との間に配置される屈曲部であり、第二曲げ部55bは第二側板53と平面部55との間に配置される屈曲部である。
つまり、第一の曲げ箇所5aは、天板51および第一側板52を互いに交差するまで延長した場合の形状(図2における2点鎖線で示す形状)を、所定の幅寸法Wおよび高さ寸法Hにて斜めに削ぎ落とした面削ぎ形状に成形されており、前記平面部54は天板51および第一側板52のそれぞれに対して傾斜している。
同様に、第二の曲げ箇所5bは、天板51および第二側板53を互いに交差するまで延長した場合の形状(図2における2点鎖線で示す形状)を、所定の幅寸法Wおよび高さ寸法Hにて斜めに削ぎ落とした面削ぎ形状に成形されており、前記平面部55は天板51および第二側板53のそれぞれに対して傾斜している。
このように、最終成形品5は、ワーク50を、第一曲げ部54a、第二曲げ部54b、第一曲げ部55a、および第二曲げ部55bにて屈曲して、天板51、第一側板52、第二側板53、平面部54、および平面部55を形成することにより、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bを有した形状に成形されている。
次に、上述のように成形される最終成形品5における、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bの曲げ加工方法について説明する。
なお、第一の曲げ箇所5aの成形方法と第二の曲げ箇所5bの曲げ加工方法とは同様であるため、以下の説明では第一の曲げ箇所5aの曲げ加工方法について説明を行い、第二の曲げ箇所5bの曲げ加工方法については省略する。
つまり、以下の第一の曲げ箇所5aの曲げ加工方法の説明における、最終成形品5およびワーク50の第一の曲げ箇所5a、第一曲げ部54a、第二曲げ部54b、第一側板52、平面部54が、それぞれ第二の曲げ箇所5bの曲げ加工方法における最終成形品5およびワーク50の第二の曲げ箇所5b、第一曲げ部55a、第二曲げ部55b、第二側板53、平面部55に対応する。
図3に示すように、ワーク50を曲げ加工して最終成形品5を成形するための曲げ加工装置は、固定型となるパンチ1と、パンチ1に対向配置されるダイス2および押え部材3とを備えている。
前記ダイス2および押え部材3は、パンチ1に対して近接離間する方向(図3における状下方向)へ移動可能に構成されており、押え部材3とパンチ1とでワーク50を挟持することで、該ワーク50支持可能としている。
前記パンチ1は、前記最終成形品5の天板51を成形する部分に相当する天板成形部1a、第一側板52を成形する部分に相当する第一側板成形部1b、および平面部54を成形する部分に相当する平面部成形部1dを備えており、天板成形部1aと第一側板成形部1bとの間に平面部成形部1dが配置されている。前記天板成形部1aと平面部成形部1dとの間には凸の角部1pが形成されており、第一側板成形部1bと平面部成形部1dとの間には凸の角部1qが形成されている。
また、ダイス2は、第一側板52を成形する部分に相当する第一側板成形部2b、および平面部54を成形する部分に相当する平面部成形部2dを備えている。
そして、ダイス2をパンチ1側へ移動して近接させることにより、押え部材3とパンチ1とに挟持されたワーク50をダイス2とパンチ1とで挟み込みながら圧力を加える(挟圧する)ことにより、該ワーク50を屈曲して最終成形品5を成形することが可能となっている。
また、ダイス2をパンチ1側へ移動して近接させる過程で、押え部材3とパンチ1とに挟持されたワーク50をダイス2により押圧することによっても、ワーク50を屈曲することが可能となっている。
このように構成される曲げ加工装置により、ワーク50が次のように曲げ加工されて最終成形品5が成形される。
まず、ワーク50を曲げ加工するにあたって、図4に示すように、パンチ1とダイス2とが離間して開いた状態で、前記ワーク50を押え部材3とパンチ1とで挟持して支持する、ワーク保持工程が実施される。
この場合、天板51から第一側板52までの範囲の部分に相当するワーク50は、その一端部(図4における左端部、成形後に天板51となる側の部分)が押え部材3とパンチ1とにより片持ち支持されており、ワーク50の他端部(図4における右端部、成形後に第一側板52となる側の部分)は拘束されていない自由端となっている。
また、押え部材3とパンチ1とにより片持ち支持されるワーク50には、該ワーク50の、前記最終成形品5における前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所に、前記第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bと同じ方向の屈曲部となる予備曲げ部50pが、予め形成されている。
つまり、本例の加工装置により曲げ加工されるワーク50には、予め前工程にて前記第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bと同じ方向の予備曲げ部50pが形成されており、前記予備曲げ部50pが、前記パンチ1における平面部54を成形する部分に相当する平面部成形部1dに対応する箇所に位置した状態で、前記押え部材3とパンチ1とにより片持ち支持されている。
次に、ワーク50を押え部材3とパンチ1とにより片持ち支持した状態で、ダイス2をパンチ1側(パンチ1に近接する方向)へ移動させ、前記ワーク50の他端側をダイス2によりパンチ1側へ押圧し、さらにはダイス2とパンチ1とでワーク50を狭圧して成形する、成形工程が実施される。
図5に示すように、成形工程においてダイス2をパンチ1側へ移動すると、まずダイス2の下端部がワーク50に当接する。
図6に示すように、ダイス2がワーク50に当接した後、予め形成される予備曲げ部50pが平面部成形部1dの範囲内に配置された状態のワーク50を、ダイス2によりパンチ1側へ押圧すると、天板成形部1aと平面部成形部1dとの間の角部1pにおいてワーク50が屈曲して、ワーク50の前記角部1pに相当する位置に第一曲げ部54aが形成される。
その後、さらにダイス2をパンチ1側へ移動すると、図7に示すように、ワーク50がダイス2によりさらにパンチ1側へ押圧され、ワーク50がパンチ1における平面部成形部1dと第一側板成形部1bとの間の角部1qに当接する。
また、ワーク50がダイス2によりパンチ1側へ押圧されることで、該ワーク50の前記平面部成形部1dに対応する箇所は湾曲して、前記予備曲げ部50pと同じ側に撓むこととなる。
なお、このワーク50が前記角部1qに当接した時点においては、前記予備曲げ部50pなどの平面部成形部1dの範囲内に位置するワーク50はダイス2の平面部成形部2dに接触していない。つまり、この時点では、ワーク50はまだダイス2とパンチ1とに狭圧されていない。
さらに、図8に示すように、ワーク50が平面部成形部1dと第一側板成形部1bとの間の角部1qに当接した後に、ダイス2によりさらにパンチ1側へ押圧され、ワーク50が前記角部1qにおいて屈曲されて、曲げ癖部50qが形成される。
前記曲げ癖部50qの曲げ方向は、後に行われるワーク50の第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bの曲げ方向と同じ方向となっている。
また、前記曲げ癖部50qにおけるワーク50は塑性変形しており、ダイス2による押圧状態が解除されたとしても、屈曲状態が曲げ癖として維持される。
なお、図8に示す、ワーク50が前記角部1qにおいて屈曲されるとともに、パンチ1とダイス2とに狭圧されていない状態では、平面部成形部1dの範囲に位置するワーク50は、該平面成形部1dに沿うのではなく、平面成形部1dに形成されている予備曲げ部50pおよびダイス2がワーク50を押圧することによる湾曲により撓みが生じて、角部1pと角部1qとの間で平面成形部1dから浮いた状態となっている。
また、前記ワーク50の曲げ癖部50q、および湾曲した平面部成形部1dの範囲に位置する部分のワーク50は塑性変形しており、ダイス2による押圧状態が解除されたとしても、屈曲状態および湾曲状態が曲げ癖として維持される。
このように、成形工程においては、ダイス2をパンチ1側へ移動してワーク50を押圧することにより、ワーク50がパンチ1とダイス2とにより狭圧される前に、前記予備曲げ部50pが配置されるワーク50の前記平面部成形部1dに対応する箇所が湾曲して撓むとともに、曲げ癖部50qが形成される。
その後、図9に示すように、ワーク50がダイス2によりさらにパンチ1側へ押圧されて、ワーク50がパンチ1とダイス2とにより狭圧されることとなる。
具体的には、パンチ1の天板成形部1aと押え部材3とで挟持されたワーク50は、パンチ1の平面部成形部1dとダイス2の平面部成形部2d、およびパンチ1の第一側板成形部1bとダイス2の第一側板成形部2bとによりそれぞれ狭圧されることで、前記角部1pおよび角部1qにて屈曲されて成形され、ワーク50の前記角部1pに相当する位置に第一曲げ部54aが形成され、前記角部1qに相当する位置に第二曲げ部54bが形成される。
このように、最終成形品5の第一の曲げ箇所5aの形状に対応した形状のパンチ1とダイス2とでワーク50を狭圧することにより、第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bが形成され、その結果ワーク50に天板51、第一側板52、および平面部54が形成されて、最終成形品5の成形が行われる。
なお、パンチ1とダイス2とでワーク50を狭圧している状態がダイス2の下死点(パンチ1とダイス2とが最も近接する位置)となる。
この場合、平面部成形部1dの範囲内に形成されていたワーク50の予備曲げ部50p
およびワーク50の湾曲による撓みは、パンチ1の平面部成形部1dとダイス2の平面部成形部2dとに狭圧されて曲げ戻され、一旦平坦化される。
また、パンチ1とダイス2とによるワーク50の狭圧前に、ワーク50の前記角部1qの部分に形成された曲げ癖部50qは、前記予備曲げ部50pおよびワーク50の湾曲による撓みがパンチ1とダイス2とで狭圧されて曲げ戻され平坦化することにより、パンチ1における角部1qの部分から第一側板成形部1b側へ移動することとなる。
つまり、ワーク50における平面部成形部1dよりも天板成形部1a側に位置する部分はパンチ1と押え部材3とにより挟持されて位置が固定されているため、平面部成形部1dの範囲内にある撓んだ状態のワーク50が、パンチ1とダイス2との狭圧により押し潰されて平坦化されることにより、平面部成形部1dの範囲内にあった余分なワーク50が第一側板成形部1b側へ排出されるため、前記曲げ癖部50qが角部1qの部分から第一側板成形部1b側へ移動することとなる。
また、第一側板成形部1b側へ移動した曲げ癖部50qは、パンチ1の第一側板成形部1bとダイス2の第一側板成形部2bとに狭圧されて曲げ戻され、一旦平坦化する。
このように、パンチ1とダイス2とでワーク50を狭圧して成形した後、ダイス2をパンチ1から離間する方向へ移動し、成形されたワーク50を離型する。
図10に示すように、ワーク50が離型されると、パンチ1とダイス2との狭圧により曲げ加工された第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bに、ワーク50の材料強度によるスプリングバックが生じる。
ここで、ワーク50に生じるスプリングバックとは、ワーク50をパンチ1とダイス2とで狭圧することにより形成された第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bの内側の曲げ角度θ1・θ2が、ワーク50を離型した際に大きくなる方向に変化することをいう。
つまり、平坦であったワーク50をパンチ1およびダイス2により屈曲して形成した第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bが、離型後に平坦化する方向へ若干曲げ戻る現象である。
このワーク50に生じるスプリングバックにより、ワーク50の天板51と第一側板52とがなす角度θは大きくなる方向に変化する。
一方、ワーク50をパンチ1とダイス2とで狭圧する成形時に曲げ戻された、前記ワーク50の前記予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所、および前記曲げ癖部50qには、ワーク50が離型されてパンチ1およびダイス2による拘束が解かれると、スプリングゴーが発現する。
ここで、パンチ1とダイス2とに狭圧されて平坦化された予備曲げ部50pおよび平面部54に対応する箇所、ならびに曲げ癖部50qには曲げ癖が残留しており、パンチ1とダイス2とによる狭圧状態が解除されると残留していた曲げ癖が復元されて、前記ワーク50の予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所および曲げ癖部50qが再度屈曲状態になるが、この現象をワーク50に発現するスプリングゴーという。
前述のごとく、予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所および曲げ癖部50qにスプリングゴーが発現することにより、平坦化されていた予備曲げ部50pおよび湾曲して撓んだ平面部54に対応する箇所、ならびに曲げ癖部50qが前述のように屈曲状態に戻るため、このワーク50に生じるスプリングゴーによりワーク50の天板51と第一側板52とがなす角度θは小さくなる方向に変化する。
このように、ワーク50を離型した際には、前記第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bにスプリングバックが生じて、ワーク50の天板51と第一側板52とがなす角度θが大きくなる方向に変化するが、前記予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所および曲げ癖部50qにはワーク50の天板51と第一側板52とがなす角度θが小さくなる方向に変化するスプリングゴーが生じるため、スプリングバックによる前記角度θの変化が、スプリングゴーによる前記角度θの変化により相殺されて、離型前後の角度θの変化を抑えることが可能となっている。
これにより、従来のように、パンチ1およびダイス2を備える成形金型にワーク50のスプリングバック量を見込む必要がなくなり、最終成形品5の部材寸法をそのまま前記成形金型の寸法として用いることが可能となる。
第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bに生じるスプリングバック量、および予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所および曲げ癖部50qに生じるスプリングゴー量は、図2に示す前記所定の幅寸法Wおよび高さ寸法Hにて規定される第一の曲げ箇所5aの面削ぎ形状に応じて変化するため、この第一の曲げ箇所5aの面削ぎ形状を調整することで、ワーク50に生じるスプリングバック量の合計とスプリングゴー量の合計とを一致させ、得られた最終成形品5の寸法精度を高精度にすることができる。
また、ワーク50に生じるスプリングバック量およびスプリングゴー量は、それぞれワーク50の材料強度に比例するため、発生するスプリングバック量とスプリングゴー量とが等しくなるように調整しておけば、たとえばワーク50の材料強度がばらついた場合でも、その材料強度の大小に応じてスプリングバックおよびスプリングゴーの発生量も増減することとなり、最終成形品5の寸法精度を確保することができる。
この場合、材料強度が980MPa以上の高い材料強度を有したワーク50についても、それ以下の材料強度を有するワーク50の場合と同様に、最終成形品5の寸法精度を確保することができる。
特に、本例の場合では、スプリングゴーを発生させる予備曲げ部50pを予めワーク50に形成しておき、その予備曲げ部50pを第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所に配置したうえで前記曲げ加工装置による曲げ加工を行い、ワーク50の前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所を湾曲させるように構成しているので、第一の曲げ箇所5aに生じるスプリングバックを、前記予備曲げ部50pおよび前記平面部54に対応する箇所の湾曲により撓んだ部分(すなわち前記予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所)に生じるスプリングゴーにより十分に相殺することができ、寸法精度の高い最終成形品5を成形することが可能となっている。
また、ワーク50に発生するスプリングバックの低減は、ワーク50の前記予備曲げ部50pを含む前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所に生じるスプリングゴーのみでも低減することが可能であるが、前記予備曲げ部50pに加えて第一側板52に曲げ癖部50qを形成し、この曲げ癖部50qに生じるスプリングゴーをも利用することで、さらに確実にワーク50に発生するスプリングバックを低減して、最終成形品5の寸法精度向上を図ることが可能となっている。
また、本例では、パンチ1とダイス2とでワーク50を狭圧して第一曲げ部54aおよび第二曲げ部54bを形成するのに先立って曲げ癖部50qを形成しているので、ダイス2が摺接する第一側板52に相当する部分(ハット型の断面形状の立て壁部分)に生じる反りを抑えることができ、最終成形品5の寸法精度をより向上することが可能となっている。
また、本例では、予め予備曲げ部50pを形成したワーク50を用いて最終成形品5の成形を行っているが、予備曲げ部50pが予め形成されていないワーク50を用いて最終成形品5を成形することもできる。
この場合は、図11に示すように、まずワーク保持工程において、前記パンチ1と該パンチ1に対向配置される押え部材3とで前記ワーク50の一端部を挟持して片持ち支持する。
次に、成形工程において、前記ダイス2をパンチ1側へ移動すると、図12に示すように、ダイス2がワーク50に当接して、該ワーク50がパンチ1側へ押圧され、天板成形部1aと平面部成形部1dとの間の角部1pにおいてワーク50が屈曲して、ワーク50の前記角部1pに相当する位置に第一曲げ部54aが形成される。
その後、さらにダイス2をパンチ1側へ移動すると、図13に示すように、ワーク50がダイス2によりさらにパンチ1側へ押圧され、ワーク50がパンチ1における平面部成形部1dと第一側板成形部1bとの間の角部1qに当接して屈曲され、前記曲げ癖部50qが形成される。
このワーク50が前記角部1qに当接して屈曲された時点においては、ワーク50はまだダイス2とパンチ1とに狭圧されておらず、平面部成形部1dの範囲に位置するワーク50は、該平面成形部1dに沿うのではなく湾曲して撓んだ状態になっていて、角部1pと角部1qとの間で平面成形部1dから浮いた状態となっている。
その後、ワーク50がダイス2によりさらにパンチ1側へ押圧されて、ワーク50がパンチ1とダイス2とにより狭圧され、最終成形品5が成形されることとなる。
このように、ダイス2とパンチ1とでワーク50を挟圧する前に、平面部成形部1dの範囲に位置するワーク50(ワーク50の前記第一の曲げ箇所5aの平面部54に対応する箇所)を湾曲して撓ませるとともに、前記パンチ1の第二曲げ部54bを形成する箇所(角部1q)にワーク50を接触させて、該ワーク50に前記曲げ癖部50qを形成している。
また、平面部成形部1dの範囲に位置するワーク50を湾曲するとともに、前記曲げ癖部50qを形成した後に、前記ダイス2とパンチ1とで前記ワーク50を挟圧する場合、湾曲して撓んだ平面部成形部1dのワーク50が曲げ戻されるため、最終成形品5を離型したときに、平面部成形部1dのワーク50に生じるスプリングゴーにより第一の曲げ箇所5aに生じるスプリングバックを減少して、寸法精度の高い最終成形品5を成形することが可能となっている。
また、ワーク50に発生するスプリングバックは、第一側板52に形成される曲げ癖部50qに生じるスプリングゴーをも利用することで、さらに確実に低減することができ、さらなる最終成形品5の寸法精度向上を図ることが可能となっている。
次に、最終成形品5における第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bの面削ぎ形状を種々変化させることにより、前記第一の曲げ箇所5aの曲げ角度θaおよび第二の曲げ箇所5bの曲げ角度θbを制御した実施例について説明する。
なお、本実施例における前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbは、図14に示すように、パンチ1の天板成形部1aおよび第一側板成形部1bを仮想的に互いに交差するまで延長した場合の交点Aの位置に、ワーク50に形成された予備曲げ部50pを配置した状態で、最終成形品5を成形した場合に形成された角度である。
図15には、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bにおける面削ぎ形状の高さ寸法HをHa、Hb、およびHcに設定し(Ha<Hb<Hc)、各高さ寸法Ha・Hb・Hcについて、それぞれ幅寸法WをWa、Wb、Wc、およびWdに変化させた場合の(Wa<Wb<Wc<Wd)、第一の曲げ箇所5aの曲げ角度θaおよび第二の曲げ箇所5bの曲げ角度θbを示している。
図15に示すように、前記面削ぎ形状(高さ寸法Hおよび幅寸法W)を異ならせることで、前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbを変化させることが可能となっている。
従って、前記高さ寸法Hおよび幅寸法Wを適宜選択することにより、前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbが狙い角度となるように制御することができる。
本例の場合、曲げ角度θaについては、高さ寸法をHb、幅寸法をWbに設定することで、狙い角度に合わせることができた。
さらに、高さ寸法をHa、幅寸法をWbに設定した場合や、高さ寸法をHc、幅寸法をWbに設定した場合にも、曲げ角度θaをほぼ狙い角度に合わせることができる。
また、曲げ角度θbについては、高さ寸法をHc、幅寸法をWbに設定した場合が狙い角度に最も近い角度とすることができた。
さらに、高さ寸法をHa、幅寸法をWbに設定した場合や、高さ寸法をHb、幅寸法をWbに設定した場合にも、曲げ角度θbをほぼ狙い角度に合わせることができる。
次に、前記図14に示したように、パンチ1の天板成形部1aおよび第一側板成形部1bを仮想的に互いに交差するまで延長した場合の交点Aの位置に、ワーク50に形成した予備曲げ部50pを配置した状態で、最終成形品5を成形した場合の前記曲げ角度θa・θbに関して、ワーク50の材料強度による曲げ角度θa・θb(スプリングバック量)の変化度合い(以下「曲げ角度θa・θbの変化度合い」と記す)と、最終成形品5における第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bの面削ぎ形状との関係について説明する。
ここで、「曲げ角度θa・θbの変化度合い」とは、同一の面削ぎ形状でワーク50の材料強度が変化した場合の曲げ角度θa・θb(スプリングバック量)の変化の割合、すなわちワーク50の材料強度の変化に対する曲げ角度θa・θbの寸法精度の感受性を示すものであり、この値が小さいほど、材料強度のばらつきに対して曲げ角度θa・θbの寸法精度の変化が少なくなる。
図16には、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bにおける面削ぎ形状の幅寸法WをWb、Wc、およびWdに設定し、各幅寸法Wb・Wc・Wdについて、それぞれ高さ寸法HをHa、Hb、およびHcに変化させた場合の、曲げ角度θa・θbの変化度合いを示している。
図16に示すように、前記面削ぎ形状(高さ寸法Hおよび幅寸法W)を変化させることで、曲げ角度θa・θbの変化度合いの値を異ならせることが可能となっている。
従って、前記高さ寸法Hおよび幅寸法Wを適宜選択することにより、曲げ角度θa・θbの変化度合いを小さくするように制御することができる。
本例の場合、高さ寸法をHa、幅寸法をWbに設定した場合に、曲げ角度θa・θbの変化度合いが最も小さく(0に近く)なっている。
さらに、高さ寸法をHa、幅寸法をWcに設定した場合や、高さ寸法をHa、幅寸法をWdに設定した場合にも、曲げ角度θa・θbの変化度合いを小さくすることができている。
次に、ワーク50に形成した予備曲げ部50pの位置を変化させることにより、前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbの大きさを制御する例について説明する。
本例では、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bの面削ぎ形状(高さ寸法Hおよび幅寸法W)を所定の形状に設定した状態で、前記予備曲げ部50pの形成位置を調整することにより、曲げ角度θaおよび曲げ角度θbの大きさの制御を行う。
また、図17に示すように、前記予備曲げ部50pの形成位置は、ワーク50における、パンチ1の天板成形部1aと平面部成形部1dとの間の角部1pの位置から予備曲げ部50pの形成位置までのオフセット寸法Dにより表わしており、このオフセット寸法Dを変化させて、前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbの大きさを制御する。
その際、予備曲げ部50pの曲げ角度については、ワーク50を片持ち支持するワークワーク保持工程の段階でパンチ1の角部1qに当接する状態の角度を上限として適宜角度に設定することができる。
また、前記オフセット寸法Dは、予備曲げ部50pがパンチ1の平面成形部1dの範囲内に収まるように設定する必要があり、かつワークワーク保持工程の段階で、パンチ1の角部1qにワーク50が当接する範囲を限界として調整することが望ましい。
例えば、図18に示すように、オフセット寸法Dを平面成形部1dの範囲内のDaに設定した場合、予備曲げ部50pの曲げ角度θxは、ワークワーク保持工程の段階でパンチ1の角部1qにワーク50が当接する角度が最大となる。
図19には、前記高さ寸法HをHbに設定し、幅寸法WをWbに設定して、第一の曲げ箇所5aおよび第二の曲げ箇所5bの面削ぎ形状を所定の面削ぎ形状とした状態で、前記オフセット寸法Dを異ならせた場合の、前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbの変化量(狙い角度に対する偏差)を示している。
図19においては、オフセット寸法Dが0からDcまでの範囲の角度変化量が示されており、オフセット寸法Dが0からDaとなるまで、さらにはDbとなるまではプラス側へ変化し、DbからDcに至るまでの間には若干マイナス側へ変化している。
このように、オフセット寸法Dを変化させることにより、前記曲げ角度θaおよび曲げ角度θbの狙い角度からの変化量を制御することができるため、オフセット寸法Dを調整することで、所望の角度変化量を得ることが可能となる。
例えば、パンチ1およびダイス2を備える成形金型にスプリングバック量を見込まない場合は、図19に示す曲げ角度θaのように、オフセット寸法を角度変化量が略0となるDbに設定して最終成形品5の成形を行うことにより、狙い角度通りの最終成形品5を高精度で成形することが可能となる。
また、前記成形金型にスプリングバック量を見込んでワーク50をオーバーベンドする場合には、そのオーバーベントする角度の大きさに応じて所望の角度変化量が得られるオフセット寸法を選択し、最終成形品5の成形を行うことで、狙い角度通りの最終成形品5を高精度で成形することが可能となる。
ワークを曲げ加工して得られる最終成形品を示す斜視図である。 最終成形品を示す断面図である。 最終成形品を成形するための曲げ加工装置を示す側面断面図である。 パンチと押え部材とでワークを片持ち支持している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 ダイスをパンチ側へ移動させ、ダイスがワークの他端側に当接している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 ダイスがワークの他端側に当接した後、ワークをダイスにより押圧することで、パンチの天板成形部と平面部成形部との間の角部においてワークを屈曲して第一曲げ部を形成している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 ワークがダイスによりさらにパンチ側へ押圧され、ワークがパンチにおける平面部成形部と第一側板成形部との間の角部に当接している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 ワークが平面部成形部と第一側板成形部との間の角部に当接した後に、ワークをダイスによりさらにパンチ側へ押圧し、ワークを前記角部において屈曲して、曲げ癖部を形成している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 ワークをパンチとダイスとで狭圧して最終成形品を成形している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 ワークの第一曲げ部および第二曲げ部にスプリングバックが生じるとともに、予備曲げ部および曲げ癖部にスプリングゴーが生じる様子を示す側面図である。 予備曲げ部が形成されていないワークを片持ち支持している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 予備曲げ部が形成されていないワークをダイスにより押圧することで、パンチの天板成形部と平面部成形部との間の角部においてワークを屈曲して第一曲げ部を形成している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 予備曲げ部が形成されていないワークが平面部成形部と第一側板成形部との間の角部に当接した後にパンチ側へ押圧され、ワークを前記角部において屈曲して曲げ癖部を形成するとともに、平面部成形部に位置するワークが湾曲している状態の曲げ加工装置を示す側面断面図である。 パンチの天板成形部および第一側板成形部を仮想的に互いに交差するまで延長した場合の交点の位置に、ワークに形成された予備曲げ部を配置した状態の曲げ加工装置を示す側面図である。 第一の曲げ箇所および第二の曲げ箇所における面削ぎ形状の高さ寸法を複数の寸法に設定し、各高さ寸法について、それぞれ幅寸法変化させた場合の、第一の曲げ箇所の曲げ角度および第二の曲げ箇所の曲げ角度を示す図である。 第一の曲げ箇所および第二の曲げ箇所における面削ぎ形状の幅寸法を複数設定し、各幅寸法について、それぞれ高さ寸法を変化させた場合の、第一の曲げ箇所および第二の曲げ箇所の曲げ角度の変化度合いを示す図である。 ワークにおける、パンチの天板成形部と平面部成形部との間の角部の位置から予備曲げ部の形成位置までのオフセット寸法を示す側面図である。 オフセット寸法を平面成形部の範囲内の所定値に設定した場合の、ワークの予備曲げ部の最大曲げ角度を示す側面断面図である。 第一の曲げ箇所および第二の曲げ箇所の面削ぎ形状を所定の面削ぎ形状とした状態で、ワークの予備曲げ部までのオフセット寸法を異ならせた場合の、第一の曲げ箇所および第二の曲げ箇所の曲げ角度の変化量(狙い角度に対する偏差)を示す図である。
符号の説明
1 パンチ
1a 天板成形部
1b 第一側板成形部
1c 平面部成形部
1p・1q 角部
2 ダイス
2b 第一側板成形部
2d 平面部成形部
3 押え部材
5 最終成形品
5a 第一曲げ箇所
5b 第二曲げ箇所
50 ワーク
51 天板
52 第一側板
53 第二側板
54・55 平面部
54a・55a 第一曲げ部
54b・55b 第二曲げ部

Claims (6)

  1. 対向配置される固定型と可動型とを用いて板状のワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するワークの曲げ加工方法であって、
    前記曲げ箇所の最終成形品における形状を、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる形状とし、
    前記固定型と該固定型に対向配置される押え部材とで、ワークの一端部を挟持して片持ち支持する、ワーク保持工程と、
    前記可動型を固定型側へ移動して、
    片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型により固定型側へ押圧することにより、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、
    その後、前記最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状の可動型と固定型とで前記ワークを挟圧することにより、前記第一曲げ部および第二曲げ部を形成するとともに、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す成形工程とを備える、
    ことを特徴とするワークの曲げ加工方法。
  2. 対向配置される固定型と可動型とを用いて板状のワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するワークの曲げ加工方法であって、
    前記曲げ箇所の最終成形品における形状を、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる形状とし、
    前記固定型と該固定型に対向配置される押え部材とで、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所に前記第一曲げ部および第二曲げ部と同じ方向の予備曲げ部が予め形成されたワークの一端部を挟持して片持ち支持する、ワーク保持工程と、
    前記可動型を固定型側へ移動して、
    片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型により固定型側へ押圧することにより、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、
    その後、前記最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状の可動型と固定型とで前記ワークを挟圧することにより、前記第一曲げ部および第二曲げ部を形成するとともに、前記ワークの前記予備曲げ部を含む前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す成形工程とを備える、
    ことを特徴とするワークの曲げ加工方法。
  3. 前記成形工程では、
    可動型と固定型とで前記ワークを挟圧する前に、
    前記固定型の前記第二曲げ部を形成する箇所にワークを接触させて、該ワークに曲げ癖部を形成し、
    前記曲げ癖部を形成した後に、前記可動型と固定型とで前記ワークを挟圧することにより、前記曲げ癖部を曲げ戻す、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のワークの曲げ加工方法。
  4. ワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するためのワークの曲げ加工装置であって、
    固定型と該固定型に対向配置される可動型および押え部材とを備え、
    前記可動型および固定型は、最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状に形成され、
    前記固定型と前記押え部材とで、前記ワークの一端部を挟持して片持ち支持可能であり、
    前記可動型を固定型側へ移動して、
    片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型により押圧することで、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、
    その後、前記可動型と固定型とで前記ワークを狭圧することにより、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる前記曲げ箇所を形成するとともに、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す、
    ことを特徴とするワークの曲げ加工装置。
  5. ワークを曲げ加工することにより、曲げ箇所を境界として連続する2つの面を有する最終成形品を成形するためのワークの曲げ加工装置であって、
    固定型と該固定型に対向配置される可動型および押え部材とを備え、
    前記可動型および固定型は、最終成形品の曲げ箇所の形状に対応した形状に形成され、
    前記固定型と前記押え部材とで、前記前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所に前記第一曲げ部および第二曲げ部と同じ方向の予備曲げ部が予め形成されたワークの一端部を挟持して片持ち支持可能であり、
    前記可動型を固定型側へ移動して、
    片持ち支持したワークの自由側端を前記可動型によりワークを押圧することで、前記ワークの前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を湾曲させ、
    その後、前記可動型と固定型とで前記ワークを狭圧することにより、隣接する第一曲げ部と第二曲げ部、および前記第一曲げ部と第二曲げ部とに挟まれた平面部からなる前記曲げ箇所を形成するとともに、前記ワークの前記予備曲げ部を含む前記曲げ箇所の平面部に対応する箇所を曲げ戻す、
    ことを特徴とするワークの曲げ加工装置。
  6. 前記ワークの曲げ加工装置は、
    前記可動型を固定型側へ移動することにより、前記可動型および固定型により前記ワークを狭圧する前に、前記固定型の前記第二曲げ部を形成する箇所にワークを接触させて、該ワークに曲げ癖部を形成可能であり、
    前記ワークに曲げ癖部を形成した後に、前記可動型を固定型側へさらに移動して前記ワークを狭圧することにより、前記曲げ癖部を曲げ戻す、
    ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載のワークの曲げ加工装置。


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