JP2013081979A - プレス機械とそのしわ抑え力推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クッションピン等の弾性変形によりしわ抑え力が緩和又は吸収される場合でも、パネルに作用するしわ抑え力を推定することができるプレス機械とそのしわ抑え力推定方法を提供する。
【解決手段】上金型１４を上下動させる駆動モータ２２の回転速度Ａを検出し、
プレス成形における前記回転速度Ａの減速度α（＝ｄＡ／ｄｔ）と上金型１４を含む可動部の全質量Ｍとの積（Ｍ・α）からしわ抑え力Ｆを推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイクッション装置を備えたプレス機械とそのしわ抑え力推定方法に関する。

プレス機械は、上金型と下金型の間に平板状のパネル（ブランクとも呼ぶ）を挟んで成形する装置であり、機械式プレスとサーボプレスに大別される。また、ダイクッション装置は、パネルの成形部分の外側に設けられたブランクホルダと上金型との間でパネルを把持し、把持部分に発生するしわを抑制する装置であり、油圧式、サーボ式、機械式等に大別される。

上述したダイクッション装置を備えたプレス機械は、例えば特許文献１〜３に、開示されている。

特願２０１０−４６６９１号公報、「プレス機械のダイクッション装置」 特願２００６−３４６７４２号公報、「プレス成形装置及びその制御方法」 特開２００５−１８６１５４号公報、「板材プレス成形のしわ抑え力分布制御装置」

上述したプレス機械におけるしわ抑え力は、ダイクッション装置のブランクホルダに作用する下向きの力である。従って、従来、基本的には、ダイクッション装置のセンサ信号でクッション力を計測し、その値を指標にして、しわ抑え力の調整を行っていた。

ダイクッション装置のセンサ信号は、例えば油圧式ダイクッション装置の場合には、油圧シリンダに発生する圧力の大きさである。しかし、ブランクホルダと油圧シリンダとの間には、例えばクッションピン、その他が存在し、クッションピン等の弾性変形によりしわ抑え力が緩和又は吸収されるため、特に上金型がパネルを介してブランクホルダに衝突する衝突直後は、実際のしわ抑え力とクッション力には乖離があり、全く異なる値になる場合さえあった。この問題点は、サーボ式、機械式のダイクッション装置の場合も同様である。
そのため、従来、上金型がパネル介してブランクホルダに衝突する衝突直後に発生する急激なしわ抑え力は推定すら困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、クッションピン等の弾性変形によりしわ抑え力が緩和又は吸収される場合でも、上金型がパネルを介してブランクホルダに衝突する衝突直後に発生する急激なしわ抑え力を推定することができるプレス機械とそのしわ抑え力推定方法を提供することにある。

本発明によれば、下金型に対して上金型を上下動させ、その間でパネルのしわ抑え部をしわ抑え力で把持し、成形部をプレス成形するプレス機械におけるパネルのしわ抑え力推定方法であって、
上金型を上下動させる駆動モータの回転速度を検出し、
プレス成形における前記回転速度の減速度と上金型を含む可動部の全質量との積を求め、これからしわ抑え力を推定する、ことを特徴とするパネルのしわ抑え力推定方法が提供される。

また、本発明によれば、パネルの成形部をプレス成形する下金型及び上金型と、
上金型との間でパネルのしわ抑え部を把持するブランクホルダと、
ブランクホルダを支持するクッションピンと、
クッションピンに対し上向きの力を付加しながら昇降するダイクッション装置と、
下金型に対して上金型を上下動させる駆動モータと、
駆動モータの回転速度を検出する速度センサと、
プレス成形における前記回転速度の減速度と上金型を含む可動部の全質量との積を求め、これからしわ抑え力を推定する推定装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械が提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、上金型を上下動させる駆動モータの回転速度を検出し、プレス成形における前記回転速度の減速度と上金型を含む可動部の全質量との積を求め、これからしわ抑え力を推定するので、クッションピン等の弾性変形によりしわ抑え力が緩和又は吸収される場合でも、駆動モータの回転速度にはその影響が減速度として現われるので、パネルに作用するしわ抑え力を推定することができる。

従って、パネル成形において重要な上金型がパネルを介してブランクホルダに衝突する衝突時のしわ抑え力を把握することができ、パネルの成形品質の向上が見込まれる。さらに、従来のプレス機械に推定装置以外のセンサを追加することなく実施することができるので、既存製品にも適用できる。

本発明によるプレス機械の全体構成図である。 本発明によるプレス機械におけるスライドモーションとクッションモーションの説明図である。 プレス成形時のしわ抑え力を示す模式図である。 本発明による方法の説明図である。 機械プレス（Ａ）とサーボプレス（Ｂ）における速度と力の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるプレス機械の全体構成図である。
この図において、本発明のプレス機械１０は、下金型１２及び上金型１４、ブランクホルダ１６、クッションピン１８、ダイクッション装置２０、駆動モータ２２、速度センサ２４、及び推定装置２６を備える。

下金型１２及び上金型１４は、パネル１の成形部１ａをプレス成形する金型である。下金型１２は、プレス機械１０を構成するボルスタ１１の上面に成形面を上にして固定されている。また、上金型１４は、上下動するスライド１３の下面に成形面を下にして固定されている。

ブランクホルダ１６は、上金型１４との間でパネル１のしわ抑え部１ｂを把持する。しわ抑え部１ｂに作用する上向きの力Ｆが、しわ抑え力である。
クッションピン１８は、ブランクホルダ１６を支持し、上下動する鉛直なピンである。

ダイクッション装置２０は、クッションピン１８に対し上向きの力を付加しながら昇降する。ダイクッション装置２０は、この例では油圧式であり、油圧シリンダ２０ａ、サーボ弁２０ｂ、ロジック弁２０ｃ、及びチェック弁２０ｄを備える。

この構成により、（１）パネル１の成形部１ａをプレス成形するために、スライド１３が下降し、上金型１４と下金型１２との間でパネル１をプレス成形すると、（２）上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突し、クッションピン１８が下降し、油圧シリンダ２０ａのピストンが下降するので、油圧シリンダ２０ａの下室圧Ｐが上昇し、下室からの排出流量をサーボ弁２０ｂで制御して、クッションピン１８に対し上向きの力を付加し、（３）同時に油圧シリンダ２０ａの上室圧が低下し、チェック弁２０ｄが開いてタンクから油を上室圧に補給するようになっている。

なお、本発明のダイクッション装置２０は、上述した油圧式に限定されず、サーボ式又は機械式であってもよい。

駆動モータ２２は、この例ではプレスメインモータであり、クランク機構２３を介して、スライド１３を上下動させ、上金型１４を上下動させるようになっている。駆動モータ２２の回転速度Ａはほぼ一定に制御される。
速度センサ２４は、この例ではプレスメインモータのレゾルバであり、駆動モータ２２の回転速度Ａを検出し推定装置２６に出力する。

推定装置２６は、この例ではコンピュータ（ＰＣ）であり、速度センサ２４で検出した回転速度Ａのデータを受信し、プレス成形における回転速度Ａの減速度α（＝ｄＡ／ｄｔ）と上金型１４を含む可動部の全質量Ｍとの積（Ｍ・α）を求め、これからしわ抑え力Ｆを推定する。
なお、この例では、推定装置２６によりダイクッション装置２０を制御しているが、この構成は必須ではなく、別の制御装置を用いてもよい。

図２は、本発明によるプレス機械１０におけるスライドモーションとクッションモーションの説明図である。この図において、横軸は時間、縦軸は位置（高さ）である。
スライドモーションとは、スライド１３（すなわち上金型１４）の動きであり、通常、上死点と下死点の間を滑らかに上下動する。
クッションモーションとは、ダイクッション（すなわちブランクホルダ１６）の動きであり、パネル１のプレス成形範囲では、スライドモーションと一致し、それ以外のときは、スライドモーションより下方に位置するようになっている。
パネル１のプレス成形範囲は、上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突する衝突点からスライドモーションの下死点までの範囲である。

図３は、プレス成形時のしわ抑え力を示す模式図である。この図において横軸は時間、縦軸はしわ抑え力である。
パネル１のプレス成形範囲において、上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突する衝突点近傍では、図中に破線で示す急激なしわ抑え力が発生する。
しかし、ブランクホルダ１６とダイクッション装置２０との間には、例えばクッションピン１８、その他が存在し、クッションピン１８等の弾性変形によりしわ抑え力Ｆが緩和又は吸収されるため、破線で示す急激なしわ抑え力Ｆは、ダイクッション装置２０では検出されない。
そのため、ダイクッション装置２０で検出されるしわ抑え力Ｆは、図中に実線で示すように滑らかな曲線となり、上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突する衝突直後の実際のしわ抑え力Ｆとクッション力には乖離があった。

本発明の方法は、上述したプレス機械１０におけるパネル１のしわ抑え力Ｆを推定する方法である。
本発明の方法は、以下の２つのステップ（工程）からなる。
（Ａ）速度センサ２４により、上金型１４を上下動させる駆動モータ２２の回転速度Ａを検出する。この検出はプレス機械１０の稼働中、すなわち駆動モータ２２の運転中、連続して実施する。
（Ｂ）推定装置２６により、プレス成形における駆動モータ２２の回転速度Ａの減速度α（＝ｄＡ／ｄｔ）と上金型１４を含む可動部の全質量Ｍとの積（Ｍ・α）を求め、これからしわ抑え力Ｆを推定する。
この推定は、しわ抑え力Ｆ＝Ｍ・α・・・（１）による。

図４は、本発明による方法の説明図である。この図において、横軸は時間であり、縦軸は、（Ａ）は駆動モータ２２の回転速度Ａ、（Ｂ）はしわ抑え力Ｆである。

図４（Ａ）に示すように、駆動モータ２２の回転速度Ａは通常はほぼ一定に制御されるが、上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突する衝突点近傍では、図３に破線で示した急激なしわ抑え力Ｆにより、回転速度Ａが一時的に減速する。
図４（Ｂ）に示すように、推定装置２６により推定されるしわ抑え力Ｆは、図３に示したように、一時的である。一方、ダイクッション装置２０で検出されるクッション力は、図３に実線で示したように、滑らかな変化となる。
なお、パネル１のしわ抑え部１ｂに発生する実際のしわ抑え力Ｆは、図４（Ｂ）に示した推定のしわ抑え力Ｆとクッション力を加算した値である。

上述した本発明による方法において、可動部の全質量Ｍは、設計図面等から積算することができる。
しかし、しわ抑え力Ｆの推定精度を高めるために、以下の較正（キャリブレーション）を実施することが好ましい。

（１）クッションピン１８に作用する軸力を検出する力センサをクッションピン１８に取り付ける。力センサは、例えば歪みゲージであり、クッションピン１８の外面に貼り付けることで、図３に破線で示した急激なしわ抑え力Ｆを、クッションピン１８に生ずる応力（すなわち軸力）から正確に検出することができる。
なお、力センサ（歪みゲージ）は、プレス機械１０の試運転時等に用いることができるが、耐久性に乏しく、かつ信号線等が必要となるため、長期間の使用には適用することができない。

（２）プレス機械１０を作動させてパネル１の成形部１ａをプレス成形する。
（３）プレス成形における回転速度Ａの減速度α（＝ｄＡ／ｄｔ）と、力センサで検出された軸力から、減速度αと全質量Ｍとの積（Ｍ・α）を求め、これから軸力としわ抑え力Ｆとの関係を予め較正する。

この較正は、しわ抑え力Ｆ＝ｋ・Ｍ・α・・・（２）による。較正係数ｋは、全質量Ｍの補正係数であり、好ましくは１．０であるが、上記較正により任意の値に変更するのがよい。
この較正により、しわ抑え力Ｆの推定精度を高めることができる。

図５は、機械プレス（Ａ）とサーボプレス（Ｂ）における速度と力の説明図である。

図５（Ａ）に示すように、機械プレスの場合には、上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突すると、回転速度Ａが急激に低下し、その後、徐々に回復する。
その結果、衝突時の力は、図のように検出される。この力が衝突時のしわ抑え力Ｆにそのまま相当する。
図５（Ｂ）に示すように、サーボプレスの場合には、上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突すると、回転速度Ａが急勾配で低下し、次いでサーボ制御により、速度を復帰させるように、逆の急勾配で回復する。
その結果、衝突時の力は、図のように検出される。このうち、最初に検出された力が、衝突時のしわ抑え力Ｆに相当する。

上述したように、本発明の装置及び方法によれば、上金型１４を上下動させる駆動モータ２２の回転速度Ａを検出し、プレス成形における回転速度Ａの減速度α（＝ｄＡ／ｄｔ）と上金型１４を含む可動部の全質量Ｍとの積（Ｍ・α）を求め、これからしわ抑え力Ｆを推定するので、クッションピン１８等の弾性変形によりしわ抑え力Ｆが緩和又は吸収される場合でも、駆動モータ２２の回転速度Ａにはその影響が減速度αとして現われるので、パネル１に作用するしわ抑え力Ｆを推定することができる。

従って、パネル成形において重要な上金型１４がパネル１を介してブランクホルダ１６に衝突する衝突時のしわ抑え力Ｆを把握することができ、パネル１の成形品質の向上が見込まれる。さらに、従来のプレス機械に推定装置２６以外のセンサを追加することなく実施することができるので、既存製品にも適用できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ パネル、１ａ 成形部、１ｂ しわ抑え部、
１０ プレス機械、１１ ボルスタ、
１２ 下金型、１３ スライド、１４ 上金型、
１６ ブランクホルダ、１８ クッションピン、
２０ ダイクッション装置、
２０ａ 油圧シリンダ、２０ｂ サーボ弁、
２０ｃ ロジック弁、２０ｄ チェック弁、
２２ 駆動モータ（プレスメインモータ）、
２３ クランク機構、
２４ 速度センサ（レゾルバ）、
２６ 推定装置（コンピュータ）

Claims (3)

1. 下金型に対して上金型を上下動させ、その間でパネルのしわ抑え部をしわ抑え力で把持し、成形部をプレス成形するプレス機械におけるパネルのしわ抑え力推定方法であって、
   上金型を上下動させる駆動モータの回転速度を検出し、
   プレス成形における前記回転速度の減速度と上金型を含む可動部の全質量との積を求め、これからしわ抑え力を推定する、ことを特徴とするパネルのしわ抑え力推定方法。
2. 上金型との間でパネルのしわ抑え部を把持するブランクホルダと、ブランクホルダを支持するクッションピンと、クッションピンに対し上向きの力を付加しながら昇降するダイクッション装置とを備え、
   クッションピンに作用する軸力を検出する力センサをクッションピンに取り付け、
   プレス機械を作動させてパネルの成形部をプレス成形し、
   プレス成形における前記回転速度の減速度と、力センサで検出された軸力から、減速度と全質量との積を求め、これから軸力としわ抑え力との関係を予め較正する、ことを特徴とする請求項１に記載のしわ抑え力推定方法。
3. パネルの成形部をプレス成形する下金型及び上金型と、
   上金型との間でパネルのしわ抑え部を把持するブランクホルダと、
   ブランクホルダを支持するクッションピンと、
   クッションピンに対し上向きの力を付加しながら昇降するダイクッション装置と、
   下金型に対して上金型を上下動させる駆動モータと、
   駆動モータの回転速度を検出する速度センサと、
   プレス成形における前記回転速度の減速度と上金型を含む可動部の全質量との積を求め、これからしわ抑え力を推定する推定装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械。