JP2014094392A

JP2014094392A - 板金加工方法および板金加工装置

Info

Publication number: JP2014094392A
Application number: JP2012247001A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Teramae; 俊哉寺前; Yuki Murasato; 有紀村里
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22
Also published as: WO2014073359A1

Abstract

【課題】
板材を加工する際に、被加工材の材料特性の相違やばらつきの影響で、高精度に加工することが困難であるという課題がある。
【解決手段】
素材製作工程と素材成形工程から成る板金加工工程において、該素材製作工程での抜き加工時に、パンチの荷重と変位の曲線を取得し、前記パンチの荷重と変位の曲線と、あらかじめ解析並びに実験により収集した素材の材料特性データーベースにおけるパンチと変位の曲線とを比較する。これにより、該素材の材料特性を同定し、次の工程である曲げ加工やプレス加工などの素材成形工程において、前記同定した材料特性をもとに、あらかじめ解析並びに実験により収集した成形条件データーベースにより該素材を成形するための成形条件を決定し、前記素材成形工程により素材を板金加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御盤などの筐体や板金構造部品の加工方法およびその製造装置に関する。

本技術分野に背景技術として、特開平１０−１２８４５１号公報（特許文献１）がある。この公報には、「本発明は、３軸以上の駆動される駆動金型と、この駆動金型に対向配置される固定金型との協業によって板状のワークを折り曲げる際の曲げ角度補正方法およびその補正方法を用いて高精度の曲げ加工が行えるようにしたプレスブレーキに関するものである。」と記載されている。
また、特開平１１−７１９号公報（特許文献２）がある。この公報には「パンチが傾いている場合でも、ダイの一方の側において正確な曲げ角度を検出すると共に正確な曲げ加工をすることのできる折曲げ加工機における曲げ角度検出方法およびその装置並びに折曲げ加工方法および折曲げ加工機を提供することにある。」と記載されている。

特開平１０−１２８４５１号公報特開平１１−７１９号公報

前記特許文献１には、板状のワークを高精度に曲げ加工するための曲げ角度補正方法が記載されている。
しかし、前記特許文献１の曲げ角度補正方法では、汎用のプレスブレーキに高機能な補正装置を付与することが必要であり、プレスブレーキ毎に設置や調整が必要である。また角度を補正するために加工途中でプロセス演算が必要であるため、加工速度の高速化に制約がある。

前記特許文献２には、折曲げ加工機における曲げ角度検出方法が記載されている。
しかし、前記特許文献２の曲げ角度検出方法では、前述同様汎用のプレスブレーキに高機能な補正装置を付与することが必要であり、プレスブレーキ毎に設置や調整が必要である。また角度を補正するために加工途中でプロセス演算が必要であるため、加工速度の高速化に制約がある。
そこで、本発明は、曲げ加工機に特殊な曲げ角度補正機能を付与するのではなく、製造プロセス全体で被加工材の材料特性を同定して、各工程で該被加工材に適したプロセスを提供する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、素材製作工程と素材成形工程から成る板金加工工程において、該素材製作工程での抜き加工時に、パンチの荷重と変位の曲線を取得し、前記パンチの荷重と変位の曲線と、あらかじめ解析並びに実験により収集した素材の材料特性データーベースにおけるパンチと変位の曲線と比較することにより、該素材の材料特性を同定し、次の工程である曲げ加工やプレス加工などの素材成形工程において、前記同定した材料特性をもとに、あらかじめ解析並びに実験により収集した成形条件データーベースにより該素材を成形するための成形条件を決定し、前記素材成形工程により素材を板金加工することを特徴とする。

本発明によれば、低品質の廉価材料でも製造プロセス全体で高精度な板金加工方法を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

板金加工方法の全体概要を示す図である。素材情報及び加工条件決定情報のフローチャートである。素材製作工程の概要を示す図である。素材製作工程における変位と加工力の関係を示す図である。素材の材料特性情報を示す図である。成形用素材の板取の概要を示す図である。素材成形工程の概要を示す図である。素材成形工程における成形条件を示す図である。素材成形工程における変位と加工力の関係を示す図である。異方性を考慮した成形用素材の板取の概要を示す図である。

以下、実施例に関して、図面を用いて説明する。

本実施例では、材料特性のばらつきが大きいような低品質の廉価材料でも製品の製造工程全体で高精度成形を実現できる板金加工方法の例を説明する。

図１は板金加工方法の全体概要を示す図である。

金属加工品の多くは、素材１を調達し、該素材１を用いて、素材製作工程１０と素材成形工程２０により部品が成形され、それらを組み立てて製品を作る。この過程において、前記素材１に材料特性や板厚のばらつきが大きいと、素材成形工程２０での部品の成形ばらつきが大きくなり、後工程である組立工程において、部品が組み立たない、あるいは組み立てるために修正が必要であるという問題が生じる。

製品コストを下げるために、素材コストを下げることが挙げられる。そこで、廉価材を使用することがあるが、一般に、廉価材と呼ばれる素材１は前記材料特性や板厚のばらつきが大きい。

これまでは、前記素材成形工程２０において、高精度な加工を実現するための加工設備の開発が進められているが、設備コストの上昇や加工時間が大きくなるということがある。

素材１の材料特性がわかれば、前記成形工程２０において、該素材１に適した成形条件を与えればよいが、一般には、素材１購入時のミルシートやロット毎に素材１の一部を使用した材料試験によるデータを使うのみであった。

本実施例では、素材１を用いて部品を成型する素材成形工程２０の前の工程である素材製作工程１０に着目し、該素材製作工程１０において、素材１の材料特性を同定する。また、前記素材製作工程１０で同定した素材１の材料特性に適した成形条件を、前記素材製作工程１０の後工程である、素材成形工程２０で付与することで、該素材成形工程２０において、高精度な加工を実現する。

素材製作工程１０では、例えば、抜き加工により、素材成形工程２０で使用する素材１１aを製作する。該素材製作工程１０の詳細を図３に示す。素材１をパンチ１２とダイ１３で挟み込み、パンチ１２を下降させることで、素材１を抜き素材１１ａと１１ｂに分断する。このとき、図４に示すように、パンチ１２の変位と素材１から受ける反力に基づく加工力から得られる変位−加工力の関係１５１が得られる。

一方で、あらかじめ、さまざまな素材を用いた図１の引張試験７０と素材製作工程１０を模擬した抜き加工解析５０を用いて、素材データベース３０を構築する。

前記素材製作工程１０で得られた図４の変位−加工力の関係１５１と前記素材データベース３０から、前記素材製作工程１０での素材１の材料特性を同定して、図５に示すような応力−ひずみ線図１５２を得ることができ、素材成形工程２０で用いる素材１の材料特性である応力−ひずみ特性１５２がわかる。
素材製作工程２０では、例えば、曲げ加工により、素材製作工程１０で得られた素材１１aを用いて部品を成形する。該素材製作工程２０の詳細を図７に示す。素材１１ａをパンチ２２とダイ２３で挟み込み、パンチ２２を下降させることで、素材１１ａを曲げ成形品２１に加工する。このとき、図９に示すように、パンチ２２の変位と素材１１aから受ける反力に基づく加工力から得られる変位−加工力の関係１５４が得られる。

前記素材成形工程２０においては、前記素材製作工程１０と同じく、あらかじめ、さまざまな素材を用いて、素材成形工程２０を模擬した加工解析６０により、成形条件データベース４０を構築する。このときの入力は、図５に示すような応力−ひずみ線図１５２で、出力は図８に示すようなパンチ２２の変位と曲げ成形品２１の曲げ角度から得られる変位−曲げ角度の関係１５３である。
前記素材製作工程１０で得られた変位−加工力の関係１５１と前記成形データベース４０から、前記素材成形工程２０で所望の曲げ角度を有する曲げ成形品２１を得るために、前記応力−ひずみ線図１５２をもとに、前記変位−曲げ角度の関係１５３から所望の曲げ角度を得るためのパンチ２２の変位が決定でき、前記素材成形工程２０で、該パンチ２２の変位を与えることで、精度のよい曲げ成形品２１を得ることができる。
上記板金加工方法のフローチャートを図２に示す。

素材ストック１０１から素材１を搬送して、素材製作工程１０に投入する。
該素材製作工程１０においては、搬入された素材１を素材セット１１１した後、パンチ降下１１２させると、変位−荷重１３１が出力される。パンチ降下１１２が進むと、最終的には素材破断１１３に至る。
一方で、材料試験１４１、ならびに素材製作工程１０を模擬した数値解析１４２により、あらかじめ、さまざまな素材における変位−荷重１３１、および応力−ひずみ１３２を算出しておく。
素材製作工程１０で得られた変位−荷重１３１と材料試験１４１、ならびに素材製作工程１０を模擬した数値解析１４２により得られた変位−荷重１３１から、素材セット１１１の素材の応力−ひずみ１３２を同定し、素材切断１１３後の素材にマーキング１１４をする。素材セット１１１からマーキング１１４までを素材製作工程１０の中で繰り返し、次工程である素材成形工程２０で用いる素材を準備する。

素材成形工程２０において、前記素材製作工程１０でマーキング１１４した素材を識別するために、マーキング読取り１２１を行う。これにより、該素材の応力−ひずみ１３２を把握することができる。一方で、素材成形工程２０を模擬した数値解析１４３により、あらかじめ、さまざまな素材における変位−応力１３２、および成形条件（例えば、曲げ角度−変位）を算出しておく。
素材成形工程２０で得られた応力−ひずみ１３２と素材成形工程２０を模擬した数値解析１４３により得られた応力−ひずみ１３２から、素材成形工程２０での成形条件１３３を決定し、素材成形工程２０でのパンチ降下１２２を付与する。該パンチ降下１２２が停止して、成形終了１２３における成形品が所望のものとなる。素材成形工程２０では、前記素材製作工程１０で得られた素材の数量だけ、マーキング読取り１２１から成形終了１２３を繰り返す。

なお素材製作工程１０と素材成型工程２０が連続する場合はマーキングは無くても良い。

本実施例では、材料特性のばらつきを吸収して、精度のよい成形品を得るための方式の例を説明する。

素材製作工程１０においては、図６に示すように大きな板材１００から、素材成形工程２０で用いる素材１００ａ、１００ｂ、１００ｃなどを抜き加工などで切断する。このとき、大きな板材１００は、例えば圧延方向に対して、中央部９９と端部９８では、材料特性が異なることがある。このような場合でも、素材製作工程１０において、素材１００ａ、１００ｂ、１００ｃを製作するごとに、それぞれの変位−荷重の関係１５１を得ることにより、素材１００ａ、１００ｂ、１００ｃごとの応力−ひずみ線図１５２を得ることができ、次の素材成形工程２０で、素材１００ａ、１００ｂ、１００ｃごとに適した曲げ角度−変位の関係１５３を決定することができる。

本実施例では、素材の板取りにおける影響を考慮して、精度のよい成形品を得るための方式の例を説明する。

素材製作工程１０においては、図１０に示すように大きな板材１００から、素材成形工程２０で用いる素材２００ａ、２００ｂ、２００ｃなどを抜き加工などで切断する。
このとき、大きな板材１００は、材料特性において、異方性を有しており、圧延方向と圧延垂直方向で、応力−ひずみ線図１５２が異なることがある。これは素材製作工程１０において、素材２００ａ、素材２００ｂを抜き加工して、素材成形工程２０で曲げ加工する際の曲げ方向が異なる場合である。
例えば、素材２００ａの曲げ線２０１は圧延垂直方向に平行で、素材２００ｂの曲げ線２０２は圧延方向に平行であるものであっても、素材製作工程１０において、素材２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを製作するごとに、それぞれの変位−荷重の関係１５１を得ることにより、素材２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄごとの応力−ひずみ線図１５２を得ることができ、次の素材成形工程２０で、素材２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄごとに適した曲げ角度−変位の関係１５３を決定することができる。

実施例１の説明では、素材製作工程として抜き加工、素材成形工程として曲げ加工について示しているが、素材製作工程としてシャーリング加工や、素材成形工程としてプレス加工でも同様の加工方式が可能である。

本発明は上述した実施例の１つもしくは複数を実現可能な板金加工装置に適用可能である。一連のプロセスは一体の装置で行っても、別体の装置で行っても良い。一体の装置で行う際はマーキング肯定が不要という利点がある。また別体の装置で行う際は、工程ごとの処理速度の差を例えば装置台数を変えることで吸収できるという利点がある。いずれも図２のフローチャートを用いていることを特徴とし、その場合を本願の権利範囲に含むものである。

１素材
１０素材製作工程
２０素材成形工程
３０材料データベース
４０成形条件データベース
５０抜き加工解析
６０曲げ加工解析
７０引張試験
１００抜き加工前の素材

Claims

素材製作工程と素材成形工程から成る板金加工工程において、該素材製作工程での抜き加工時に、パンチの荷重と変位の曲線を取得し、前記パンチの荷重と変位の曲線と、あらかじめ解析並びに実験により収集した素材の材料特性データーベースにおけるパンチと変位の曲線と比較することにより、該素材の材料特性を同定し、次工程である曲げ加工やプレス加工などの素材成形工程において、前記同定した材料特性をもとに、あらかじめ解析並びに実験により収集した成形条件データーベースにより該素材を成形するための成形条件を決定し、前記素材成形工程により素材を板金加工することを特徴とする板金加工方法。
請求項１記載の板金加工方法において、板材から複数個の素材を採取する該素材製作工程での抜き加工時に、該複数個の素材ごとに、荷重と変位の曲線を取得し、前記パンチの荷重と変位の曲線と、あらかじめ解析並びに実験により収集した素材の材料特性データーベースにおけるパンチと変位の曲線と比較することにより、該素材の材料特性を同定し、次工程である曲げ加工やプレス加工などの素材成形工程において、前記複数個の素材で同定した材料特性をもとに、あらかじめ解析並びに実験により収集した成形条件データーベースにより該素材を成形するための成形条件を該複数個の素材ごとに決定し、前記素材成形工程により該複数個の素材を板金加工することを特徴とする板金加工方法。
請求項２記載の板金加工方法において、素材製作工程での抜き加工時に、パンチの荷重と変位の曲線を取得し、前記パンチの荷重と変位の曲線と、あらかじめ解析並びに実験により収集した素材の材料特性データーベースにおけるパンチと変位の曲線と比較することにより、該素材の材料特性を同定した情報を、前記抜き加工時に、該素材の該当部に、パンチングやレーザーマーキングなどにより、識別し、次工程である曲げ加工やプレス加工などの素材成形工程において、成形加工前に、前記パンチングやレーザーマーキングなどを読み取り、該素材の材料特性を認識し、前記同定した材料特性をもとに、あらかじめ解析並びに実験により収集した成形条件データーベースにより該素材を成形するための成形条件を決定し、前記素材成形工程により素材を板金加工することを特徴とする板金加工方法。
素材製作装置と素材成形装置から成る板金加工装置において、該素材製作工程である素材の抜きおよび切断装置と、該抜きおよび切断設備に付随するパンチの変位量ならびに加工力を測定する装置と、あらかじめ解析並びに実験により、パンチの荷重と変位の曲線収集したデータベースと、該データベースと実測データを比較して該素材の材料特性を同定するためコンピュータと、素材成形工程である該素材の曲げ加工装置、あるいはプレス加工装置と、該曲げ加工装置、あるいはプレス加工装置に付随するあらかじめ解析並びに実験により収集した成形条件データーベースと、該データベースと前記同定した材料特性を比較して、該素材を成形するための成形条件を決定するコンピュータを有することを特徴とする板金加工装置。
請求項４記載の板金加工装置において、該素材製作工程での抜き加工時に、該素材の材料特性を認識するためのパンチング装置やレーザーマーキング装置を具備し、次工程である曲げ加工やプレス加工などの素材成形工程において、前記パンチング装置やレーザーマーキング装置によるマークを識別する装置を具備することを特徴とする板金加工装置。