JP2013252557A - 遂次成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 逐次成形方法において、板材の成形予定面が水平面上にあってもなくても、成形後の板材の成形面の部分の板厚を正しく予測すること。
【解決手段】 板材１の成形面１Ｂに対向する受け具４０を該板材１の裏側に配置し、逐次成形工具２０によって板材１を受け具４０との間に挟んで成形面１Ｂを逐次成形する逐次成形方法において、成形前の板材１の成形予定面１Ａに対する法線方向Ｒに対し、受け具４０の受け面がなす角度をθとし、成形後の板材１の成形予定面１Ａの部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを、
ｔ＝ｔ₀×sinθ
により予測するもの。
【選択図】 図３

Description

本発明は遂次成形方法に関する。

従来、特許文献１に記載の如く、板材の成形面に対向する受け具を該板材の裏側に配置し、逐次成形工具によって板材を受け具との間に挟んで成形面を逐次成形する逐次成形方法がある。

従来の逐次成形方法は、図５（Ａ）に示す如く、板材１をＸ軸及びＹ軸を含み、Ｚ軸に直交する水平面上にセットし、この板材１の成形予定面１Ａの部分を工具２０によって受け具４０との間に挟み、例えば、板材１を保持しているテーブルを板材移動装置によりＸ軸及びＹ軸方向へ移動し、工具２０を所定の軌跡に従う等高線に沿う１周に渡って移動させる１サイクルの加工を行なう。その後、工具２０をＺ軸方向に一定の送りピッチ分移動して該工具２０を次の等高線上に位置付け、次の１サイクルの加工パスを行なうことを、板材１の上縁から下縁に渡って繰り返し、３次元形状をなす成形面１Ｂを形成する。

板材１の成形予定面１ＡがＸ軸及びＹ軸を含む成形面上にセットされたとき、従来技術では、図５（Ａ）に示す如く、受け具４０の受け面４１がＺ軸方向に対してなす角度をαとし、成形前の板材１の水平面上の成形予定面１Ａの部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを以下の如くにより予測することしている。即ち、成形前の板材１の成形予定面１Ａの部分の体積Ｖaと成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の体積ＶbとがＶa＝Ｖbの関係にあることから、
ｔ＝ｔ₀×sinα …(1)
により予測する。

表２（Ａ）は、水平面上にセットされた板材１（成形前の板厚ｔ₀＝2.3mm）を図６（Ａ）の部位Ｋ（α＝25度）、部位Ｌ（α＝5度）の如くに成形したとき、各部位Ｋ、Ｌの成形後の板厚ｔの上記(1)式による理論値、及び実測値、並びに亀裂の有無を示したものである。部位Ｋの理論値ｔ＝2.3×sin25度＝0.97、部位Ｌの理論値ｔ＝2.3×sin5度＝0.2である。尚、板材１は成形前の板厚ｔ₀＝2.3mmであり、この板材１の成形限界板厚は0.6mm付近である。

表２（Ａ）の実験結果によれば、上記(1)式を水平面上にセットされた板材１について適用した理論値が、部位Ｋでは実測値の板厚1.0mmに近似する値（0.97mm）となり、部位Ｌでも実測された亀裂に相当する0.6mmより小さな値（0.2mm）となっている。即ち、上記（1）式は、水平面上にセットされた板材１について、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを正しく予測できる。

特開2002-1444

一般に、板製品の加工は、水平面上にセットされた板材１の成形予定面１Ａに成形面１Ｂを成形するものに限らない。即ち、図７に示す如く、板材１の成形予定面１Ａが、該板材１において既に１次加工済の球状面等の３次元形状をなしていて、Ｚ軸に斜交する傾斜面上に位置することもある。

板材１の成形予定面１ＡがＺ軸に斜交する傾斜面上にセットされたとき、従来技術では、図５（Ｂ）に示す如く、受け具４０の受け面４１がＺ軸方向に対してなす角度をαとし、成形前の板材１の成形予定面１Ａが水平面に対してなす角度をβとし、成形前の板材１の成形予定面１Ａの部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを以下の如くにより予測することとしている。即ち、成形前の板材１の成形予定面１Ａの部分の体積Ｖaと成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の体積ＶbとがＶa＝Ｖbの関係にあることから、
ｔ＝ｔ₀／（cosβ／sinα） …(2)
により予測する。

表２（Ｂ）は、傾斜面上にセットされた板材１（成形前の板厚ｔ₀＝2.3mm）を図６（Ｂ）の部位Ｋ（α＝25度、β＝25度）、部位Ｌ（α＝5度、β＝25度）の如くに成形したとき、各部位Ｋ、Ｌの成形後の板厚ｔの上記(2)式による理論値、及び実測値、並びに亀裂の有無を示したものである。部位Ｋの理論値ｔ＝2.3／（cos25度／sin25度）＝1.07、部位Ｌの理論値ｔ＝2.3／（cos25度／sin5度）＝0.22である。尚、板材１は成形前の板厚ｔ₀＝2.3mmであり、この板材１の成形限界板厚は0.6mm付近である。

表２（Ｂ）の実験結果によれば、上記(2)式を傾斜面上にセットされた板材１について適用した理論値が、各部位Ｋ、Ｌとも実測値と大きく乖離していて採用に値しない。即ち、部位Ｋでは理論値ｔ＝1.07mm（＞0.6mm）で、成形できると予測されていたにもかかわらず実測では亀裂を生じた。部位Ｌでは理論値ｔ＝0.22mm（＜0.6mm）で、成形できないと予測されていたにもかかわらず、実測で成形後の板厚1.1mmが確保されている。

本発明の課題は、逐次成形方法において、板材の成形予定面が水平面上にあってもなくても、成形後の板材の成形面の部分の板厚を正しく予測することにある。

請求項１に係る発明は、板材の成形面に対向する受け具を該板材の裏側に配置し、逐次成形工具によって板材を受け具との間に挟んで成形面を逐次成形する逐次成形方法において、成形前の板材の成形予定面に対する法線方向に対し、受け具の受け面がなす角度をθとし、成形後の板材の成形予定面の部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材の成形面の部分の板厚ｔを、
ｔ＝ｔ₀×sinθ
により予測するようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記逐次成形工具がＺ軸に沿って配置されるとき、板材の成形予定面がＺ軸に斜交する傾斜面上にセットされるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記逐次成形工具を板材の成形予定面に対して相対移動させて成形面を逐次成形するとき、逐次成形工具を、受け具の受け面に対し前記板厚ｔのクリアランスを介する加工パスに沿って移動させるようにしたものである。

（請求項１、２）
(a)逐次成形方法において、成形前の板材の成形予定面に対する法線方向に対し、受け具の受け面がなす角度をθとし、成形後の板材の成形予定面の部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材の成形面の部分の板厚ｔを、ｔ＝ｔ₀×sinθにより正しく予測することができる。

（請求項３）
(b)逐次成形工具を、受け具の受け面に対し前記板厚ｔのクリアランスを介する加工パスに沿って移動させる。これにより、受け具の受け面を正しく形成するとともに、工具の加工パスを正しく設定し、板材を工具と受け具の受け面との間で隙間なく挟み、板材に狙い板厚の所望の成形面を高精度に逐次成形できる。

図１は遂次成形装置による成形開始状態を示す模式図である。 図２は逐次成形装置による成形終了状態を示す模式図である。 図３は本発明方法による板材の成形後の板厚予測方法を示す模式図である。 図４は本発明方法による板材の成形例を模式図である。 図５は従来方法による板材の成形後の板厚予測方法を示す模式図である。 図６は従来方法による板材の成形例を模式図である。 図７は板材の加工例を示す模式図である。

図１、図２に示す逐次成形装置１００は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の合金又は金属からなる板材１を立体形状に成形するものである。

板材１は、図２に示す如く、既に１次加工済の球状面等の３次元形状をなす基準面２の内部に定めた成形区画２Ａ内の成形予定面１Ａに、基準面２から立上り状（又は立下り状）に交差する壁部３Ａと頂部３Ｔ（又は底部３Ｂ）とを有して３次元形状をなす凸形（又は凹形）成形面１Ｂを遂次成形するものである。ここで、３次元形状をなす基準面２の成形区画２Ａは直線状を有しない非直線状の輪郭をなし、成形面１Ｂの頂部３Ｔ（又は底部３Ｂ）は基準面２の成形区画２Ａに平行をなす如くに該成形区画２Ａに沿うものでないとする（但し、頂部３Ｔ（又は底部３Ｂ）は基準面２の成形区画２Ａに平行をなす如くに該成形区画２Ａに沿うものでも可）。このような板材１にあっては、逐次成形装置１００にセットされて逐次成形される成形予定面１ＡがＸ軸及びＹ軸を含む水平面上にセットされるばかりでなく、Ｚ軸に斜交する傾斜面上にセットされることもある。

逐次成形装置１００は、板材１の外縁部を支持する板材支持装置１０と、板材１に接する棒状工具２０（図２）と、板材１と工具２０を３次元方向に相対的に移動させる移動装置３０（図２）とを有する。

板材支持装置１０は、テーブル１１の上面の例えば四隅に立てた支柱１２により支持される支持板１３と、支持板１３に支持枠１３Ａを介して取着されるワークホルダ１４と、ワークホルダ１４との間で板材１の外縁部を挟圧して保持するワーククランプ１５とからなる。ワークホルダ１４は板材１における基準面２の外縁面形状に一致するホルダ面を備える。ワーククランプ１５は基準面２の外縁面形状に一致するクランプ面を備える。

工具２０は、テーブル１１の上面に対して例えば鉛直をなす如くにＺ軸に沿って配置された棒状をなし、例えば先端Ｒ面をワーククランプ１５の枠内にある板材１の表面に押付けられる。

移動装置３０は、板材１を水平面上の直交２軸方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）へ移動するようにテーブル１１を位置制御する板材移動装置３１と、工具２０を上記直交２軸方向のそれぞれと直交する方向（Ｚ軸方向）へ移動する工具移動装置３２とを有する。

遂次成形装置１００は、工具２０が接する板材１の成形面１Ｂの裏側に、工具２０のＸ軸及びＹ軸方向位置と同一位置で該板材１を支える受け具４０を有する。受け具４０は、テーブル１１に固定的に支持され、板材１の成形面１Ｂの全部又は要部をかたどった凸形受け面（成形モデル）４１からなる。

遂次成形装置１００は、支持板１３に取着されたワークホルダ１４と、ワーククランプ１５によって保持されてセットされた板材１の成形面１Ｂの裏側を受け面４１に支えた状態で、該板材１の外縁部を常時Ｚ軸方向の下向きに一定の引張力で引張る引張手段１６を、例えば支柱１２に内蔵して備える。

逐次成形装置１００は、工具２０を板材１の成形面１Ｂに押付け、該工具２０を板材１の成形面１Ｂに対し、受け面４１に倣う３次元方向に相対的に移動させ、該板材１の成形面１Ｂを受け面４１に倣う３次元形状に成形するものになる。

具体的には、逐次成形装置１００は、図２に示す如く、工具２０を板材１における凸形成形面１Ｂの外周壁部３Ａに対し、板材１における３次元形状をなす基準面２の成形区画２Ａ（非直線状の輪郭をなす区画）に沿って相対移動させる加工パスＡを行ない、この加工パスが板材１における３次元形状をなす基準面２に交差する方向に所定のピッチを介して繰り返され、壁部３Ａを逐次成形する。

このとき、板材１の成形面１Ｂの壁部３Ａの最下縁側を逐次成形する工具２０の１サイクルの加工パスＡが基準面２の成形区画２Ａとの間に形成する間隔は、該成形区画２Ａの全周において一定のピッチＰdをなす。また、任意の加工パスＡが無端周回方向における成形面１Ｂの頂部３Ｔまわりの周方向各位置で、隣り合う他の加工パスＡとの間になす間隔も、それらの加工パスＡの全周において一定のピッチＰiをなす。本実施例ではＰd＝Ｐiである。

従って、遂次成形装置１００にあっては、板材１の成形面１Ｂの壁部３Ａの３次元形状のデータに基づき、工具２０を板材１に押付け、板材移動装置３１によりテーブル１１及び板材１をＸ軸及びＹ軸方向へ移動し、かつ工具移動装置３２により工具２０をＺ軸方向へ移動し、工具２０を板材１における３次元形状をなす基準面２の成形区画２Ａに沿って相対移動させる１サイクルの加工パスを行なう。次に、工具２０をＺ軸方向に所定のピッチだけ移動し、該工具２０を次の１サイクルの加工パスを行なうことを、板材１における成形面１Ｂの壁部３Ａの上縁から下縁に渡って繰り返す。

尚、板材１における成形面１Ｂの頂部３Ｔは、壁部３Ａを逐次成形する工具２０の頂部３Ｔ寄りの加工パス、例えば図２の加工パスＡtに連続し、該加工パスＡtとともに周回状をなす該工具２０による連続的付加パスＢtにより成形される。この場合にも、板材１の成形面１Ｂの壁部３Ａ及び頂部３Ｔの３次元形状のデータに基づき、工具２０を板材１に押付け、板材移動装置３１によりテーブル１１及び板材１をＸ軸及びＹ軸方向へ移動し、かつ工具移動装置３２により工具２０をＺ軸方向へ移動する。

しかるに、本発明にあっては、受け具４０の受け面４１を正しく形成するとともに、工具２０の加工パスを正しく設定するため、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔ₁を以下の如くに予測する。

板材１の成形予定面１ＡがＸ軸及びＹ軸を含む水平面上又はＺ軸に斜交する傾斜面上にセットされたとき、図３に示す如く、成形前の板材１の成形予定面１Ａに対する法線方向Ｒに対し、受け具４０の受け面４１がなす角度をθとし、成形後の板材１の成形予定面１Ａの部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを以下の如くに予測することとしている。即ち、成形前の板材１の成形予定面１Ａの部分の体積Ｖaと成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の体積ＶbとがＶa＝Ｖbの関係にあることから、
ｔ＝ｔ₀×sinθ …(3)
により予測する。

表１（Ａ）は、Ｘ軸及びＹ軸を含む水平面上にセットされた板材１（成形前の板厚ｔ₀＝2.3mm）を図４（Ａ）の部位Ｋ（θ＝25度）、部位Ｌ（θ＝5度）の如くに成形したとき、各部位Ｋ、Ｌの成形後の板厚ｔの上記(3)式による理論値、及び実測値、並びに亀裂の有無を示したものである。部位Ｋの理論値ｔ＝2.3×sin25度＝0.97、部位Ｌの理論値ｔ＝2.3×sin5度＝0.2である。尚、板材１は成形前の板厚ｔ₀＝2.3mmであり、この板材１の成形限界板厚は0.6mm付近である。

表１（Ａ）の実験結果によれば、上記(3)式を水平面上にセットされた板材１について適用した理論値が、部位Ｋでは実測値の板厚1.0mmに近似する値（0.97mm）となり、部位Ｌでも実測された亀裂に相当する0.6mmより小さな値（0.2mm）となっている。即ち、上記（3）式は、水平面上にセットされた板材１について、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを正しく予測できる。

表１（Ｂ）は、Ｚ軸に斜交する傾斜面上にセットされた板材１（成形前の板厚ｔ₀＝2.3mm）を図４（Ｂ）の部位Ｋ（θ＝0度）、部位Ｌ（θ＝30度）の如くに成形したとき、各部位Ｋ、Ｌの成形後の板厚ｔの上記(3)式による理論値、及び実測値、並びに亀裂の有無を示したものである。部位Ｋの理論値ｔ＝2.3×sin0度＝0、部位Ｌの理論値ｔ＝2.3×sin30度＝1.15である。尚、板材１は成形前の板厚ｔ₀＝2.3mmであり、この板材１の成形限界板厚は0.6mm付近である。

表１（Ｂ）の実験結果によれば、上記(3)式を傾斜面上にセットされた板材１について適用した理論値が、部位Ｋでは実測された亀裂に相当する0.6mmより小さな値（0mm）となり、部位Ｌでも実測値の板厚1.1mmに近似する値（1.15mm）となっている。即ち、上記(3)式は、傾斜面上にセットされた板材１についても、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを正しく予測できる。

よって、表１（Ａ）、（Ｂ）の実験結果によれば、上記(3)式は板材１が水平面上にセットされていても、傾斜面上にセットされていても、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを正しく予測できることが認められる。

これにより、逐次成形装置１００にあっては、工具２０を板材１の成形予定面１Ａに対して相対移動させて成形面１Ｂを逐次成形するとき、工具２０を、受け具４０の受け面４１に対し、上述の如くに予測した板厚ｔのクリアランスを介する加工パスＡ、Ａt、Ｂtに沿って前述の如くに移動させるものになる。

従って、本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)逐次成形方法において、成形前の板材１の成形予定面１Ａに対する法線方向Ｒに対し、受け具４０の受け面４１がなす角度をθとし、成形後の板材１の成形予定面１Ａの部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材１の成形面１Ｂの部分の板厚ｔを、ｔ＝ｔ₀×sinθにより正しく予測することができる。

(b)逐次成形工具２０を、受け具４０の受け面４１に対し前記板厚ｔのクリアランスを介する加工パスＡ、Ａt、Ｂtに沿って移動させる。これにより、受け具４０の受け面４１を正しく形成するとともに、工具２０の加工パスＡ、Ａt、Ｂtを正しく設定し、板材１を工具２０と受け具４０の受け面４１との間で隙間なく挟み、板材１に狙い板厚の所望の成形面１Ｂを高精度に逐次成形できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明は、板材の成形面に対向する受け具を該板材の裏側に配置し、逐次成形工具によって板材を受け具との間に挟んで成形面を逐次成形する逐次成形方法において、成形前の板材の成形予定面に対する法線方向に対し、受け具の受け面がなす角度をθとし、成形後の板材の成形予定面の部分の板厚をｔ₀とするとき、成形後の板材の成形面の部分の板厚ｔを、
ｔ＝ｔ₀×sinθ
により予測する。これにより、逐次成形方法において、板材の成形予定面が水平面上にあってもなくても、成形後の板材の成形面の部分の板厚を正しく予測することができる。

１ 板材
１Ａ 成形予定面
１Ｂ 成形面
１０ 板材支持装置
２０ 工具
３０ 移動装置
４０ 受け具
４１ 受け面
Ａ、Ａt 加工パス
Ｂt 連続的付加パス（加工パス）

Claims (3)

1. 板材の成形面に対向する受け具を該板材の裏側に配置し、逐次成形工具によって板材を受け具との間に挟んで成形面を逐次成形する逐次成形方法において、
   成形前の板材の成形予定面に対する法線方向に対し、受け具の受け面がなす角度をθとし、
   成形後の板材の成形予定面の部分の板厚をｔ₀とするとき、
   成形後の板材の成形面の部分の板厚ｔを、
   ｔ＝ｔ₀×sinθ
   により予測することを特徴とする逐次成形方法。
2. 前記逐次成形工具がＺ軸に沿って配置されるとき、板材の成形予定面がＺ軸に斜交する傾斜面上にセットされる請求項１に記載の遂次成形方法。
3. 前記逐次成形工具を板材の成形予定面に対して相対移動させて成形面を逐次成形するとき、
   逐次成形工具を、受け具の受け面に対し前記板厚ｔのクリアランスを介する加工パスに沿って移動させる請求項１又は２に記載の遂次成形方法。

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