JP2015150573A - Preliminary forming method and preliminary forming device of material to be processed used in press forming - Google Patents

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隆道 岩田
Takamichi Iwata
隆道 岩田
村田 篤信
Atsunobu Murata
篤信 村田
岩田 徳利
Noritoshi Iwata
徳利 岩田
健二郎 石田
Kenjiro Ishida
健二郎 石田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a preliminary forming method and device which decrease a plate thickness of a central part of material to be processed used in press forming and, at the same time, form a shape.SOLUTION: A preliminary forming method includes a process (c) in which pressing rollers 11, 14, extension rollers 12, 15 and shaping rollers 13 are moved in the substantial plate thickness direction of material W to be processed and at least a part is formed and a process (d) in which the pressing roller 11 is fastened and applies tension to the material W to be processed, the pressing roller 11, the extension rollers 12, 15 and the shaping roller 13 maintain the relative positional relation, at the same time, are moved in substantially parallel to the material W to be processed and form the residue shape and, at the same time, the extension roller 12 comes into pressing contact with the material W to be processed from one side, bends and extends the material W to be processed and the shaping roller 13 comes into contact with the bent material W to be processed from the other side and unbends the bent material W to be processed into a substantially flat plane shape. According to the preliminary forming method, material yield is improved and the contribution to reduction of material expense is permitted.

Description

本発明は、プレス成形に用いられる板状の被加工材の予備成形に好適な予備成形方法と予備成形装置に関する。   The present invention relates to a preforming method and a preforming apparatus suitable for preforming a plate-like workpiece used for press molding.

比較的大型の金属板材、例えば自動車等のボディを構成する板金部品の成形には、通常はプレス成形方法が用いられる。プレス成形には大きな金型を製作する必要があるため製作時間とコストはかかるが、製品の広範囲を一度に成形できるため製造効率が良い。しかし、プレス成形は被加工材把持部周辺の縦壁(製品側面部)において被加工材の伸び量が大きく板厚が局部的に薄くなり、特にドアインナーパネルやリアフロアパネル等の形状が複雑な場合や絞りが深い場合は、割れやしわが発生する可能性がある。そのため、製品の深さが制限されて設計の自由度が減ったり、絞りビードの位置や長さ等の調整によって適切な材料の流入量を検討する必要がある。そして結果として、製品外部分の材料を流入させるため、材料の歩留まりが悪くなる。   A press molding method is usually used for molding a relatively large metal plate material, for example, a sheet metal part constituting a body of an automobile or the like. Press molding requires manufacturing time and cost because it is necessary to manufacture a large mold, but manufacturing efficiency is good because a wide range of products can be molded at once. However, in press molding, the length of the work material is large and the thickness is locally thin on the vertical wall (product side surface) around the work material gripping part, and the shape of the door inner panel and rear floor panel is particularly complicated. In some cases or when the aperture is deep, cracks and wrinkles may occur. For this reason, the depth of the product is limited, and the degree of freedom in design is reduced. It is necessary to consider the appropriate amount of material inflow by adjusting the position and length of the squeeze bead. As a result, since the material for the outside of the product is allowed to flow, the yield of the material is deteriorated.

通常の絞りプレス成形で材料歩留まりを向上させるためには、しわ押さえ方法を工夫する事が一般的である。例えば、特許文献1に、通常のプレスによる深絞り成形で、しわ押さえを二段階に実施することにより、材料歩留まりを向上させながら割れやしわを防ぐ方法及び装置が記載されている。しかし、この方法によって製品側面部の伸び量を調整することはできても、製品全体面積の大半を占める部分、つまり板材の中央部を平均的に伸ばすことができないため、その効果は限定的である。   In order to improve the material yield by ordinary drawing press forming, it is general to devise a wrinkle holding method. For example, Patent Document 1 discloses a method and an apparatus for preventing cracks and wrinkles while improving the material yield by carrying out wrinkle pressing in two stages by ordinary deep drawing using a press. However, even though the amount of elongation of the product side surface can be adjusted by this method, the portion that occupies the majority of the entire product area, that is, the central portion of the plate cannot be stretched on average, so the effect is limited. is there.

圧延を用いれば板材全体を均一に伸ばすことはできるが、圧延後の板材を用いて製品形状をプレス成形する場合、すでに板厚が薄くなっている製品側面部の板材が更に伸ばされることになり、結果的に圧延前より圧延後の方が絞り量が取れないことになる。加えて圧延には非常に大きな力を発生させる必要があるため、設備も大がかりなものとなる。また、圧延では3次元形状を同時に成形することはできない。   If rolling is used, the entire plate can be stretched uniformly, but if the product shape is pressed using the rolled plate, the plate on the side of the product that has already been thinned will be stretched further. As a result, the amount of drawing after rolling is less than that before rolling. In addition, since it is necessary to generate a very large force for rolling, the equipment becomes large. Moreover, a three-dimensional shape cannot be simultaneously formed by rolling.

特許文献2には、プレス成形ではなくロール成形を用いて金属板材を3次元形状に成形する方法及び装置が記載されている。成形中に複数の成形ロールの相対位置を変化させることで、様々な曲率の断面形状を成形することができる。比較的小型の成形ロールを用いて局部的な成形を繰り返すため、複雑な3次元形状を持つ比較的小さな製品には効果的であるが、大きな製品の全体形状を完成するには非常に時間がかかる。よって、一度に大きな面積の形状を短時間で成形する必要があるプレス成形の予備成形には不向きである。   Patent Document 2 describes a method and apparatus for forming a metal plate material into a three-dimensional shape using roll forming instead of press forming. By changing the relative positions of the plurality of molding rolls during molding, cross-sectional shapes having various curvatures can be molded. Local molding is repeated using a relatively small molding roll, which is effective for relatively small products with complex three-dimensional shapes, but it takes a very long time to complete the overall shape of a large product. Take it. Therefore, it is not suitable for pre-forming of press molding that requires a large area shape to be formed in a short time.

特開2009−160591号公報JP 2009-160591 A 特開2010−240712号公報JP 2010-240712 A

このように、従来の絞りプレス成形技術では、製品側面部の伸び量と製品外部分の材料流入量を調整する以外の手段がなく、製品全体を平均的に伸ばすことができないため歩留まり向上代は小さい。また、他の成形技術を用いても、プレス成形に用いる板状の被加工材中央部を平均的に伸ばすと同時に予備成形を短時間で行うことは困難である。   In this way, with the conventional drawing press molding technology, there is no means other than adjusting the amount of elongation of the product side surface and the material inflow from the outside of the product, and the overall product cannot be stretched on average, so the yield improvement margin is small. Even if other molding techniques are used, it is difficult to average the plate-like workpiece central portion used for press molding and at the same time perform the preliminary molding in a short time.

本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、プレス成形における材料歩留まりを向上させるために、被加工材中央部の板厚を減少させると同時に形状を成形する予備成形方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in order to improve the material yield in press molding, a preforming method and apparatus for reducing the thickness of the central part of the workpiece and simultaneously molding the shape. The purpose is to provide.

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、板状の被加工材に張力を付加しながら、2本の棒状のロールで被加工材を曲げ伸ばして更に曲げ戻すことにより被加工材の中央部を平均的に伸ばして板厚を薄くすることができると考え、この着想を具体化すると共に発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。   As a result of extensive research and trial and error, the present inventor has conducted bending and stretching with two bar-shaped rolls while applying tension to the plate-shaped workpiece, and further bending the workpiece. It is considered that the center part of the workpiece can be extended on the average by reducing the thickness, and the plate thickness can be reduced, and this idea has been embodied and developed to complete the present invention described below.

本発明のプレス成形のための予備成形方法は、プレス成形に用いる板状の被加工材の片側若しくは両側に接している、該被加工材を成形及び該加工材に張力を付加する少なくとも1本の棒状の押えロールと、該被加工材に圧接して曲げ伸ばし成形をする少なくとも1本の棒状の展伸ロールと、曲げられた該被加工材に接して略平面状に曲げ戻して整形をする少なくとも1本の棒状の整形ロールとが相互に平行に初期配置され、該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールが該被加工材の略板厚方向に移動して形状の少なくとも一部を成形する工程と、該押えロールが固定されて該被加工材に張力を付加し、該展伸ロールと該整形ロールが相対位置関係を維持しつつ該被加工材と略平行方向に移動して残りの形状を成形すると同時に、該展伸ロールが先行して移動しながら該被加工材に片側から圧接して該被加工材を曲げ伸ばし、該整形ロールが後続して移動しながら曲げられた該被加工材に他方側から接して略平面状に曲げ戻す工程とを具備することを特徴とする。   The preforming method for press molding according to the present invention is at least one for forming a workpiece and applying tension to the workpiece, which is in contact with one or both sides of a plate-like workpiece used for press molding. A bar-shaped presser roll, at least one bar-shaped spreading roll that is press-contacted to the workpiece, and is bent and stretched, and is bent back into a substantially flat shape in contact with the bent workpiece. At least one rod-shaped shaping roll that is initially arranged in parallel to each other, and the presser roll, the spreading roll, and the shaping roll move in a substantially plate thickness direction of the workpiece to form at least a part of the shape The presser roll is fixed and tension is applied to the workpiece, and the stretch roll and the shaping roll move in a direction substantially parallel to the workpiece while maintaining a relative positional relationship. The remaining shape is molded at the same time as the expansion While the tool is moved in advance, the workpiece is pressed against the workpiece from one side to bend and extend, and the shaping roll is subsequently moved and brought into contact with the bent workpiece from the other side. And a step of bending back to a substantially planar shape.

3本のロールを用いて例えば箱型の形状を成形する場合の本発明にかかる予備成形方法によると、まず3本のロールが相対位置関係を維持しつつ被加工材に対して略垂直方向に所定の位置まで移動して被加工材を変形させ、箱型形状のくぼみ形状の一部を成形する。その後、押えロールはその場に固定されて被加工材に張力を付加する。残る展伸ロール及び整形ロールは、相対位置関係を維持しつつ変形前の被加工材と略平行方向に所定の位置まで移動して、箱型形状のくぼみ形状底面を成形する。その際、先行する展伸ロールが被加工材の板厚方向に圧接され、被加工材を展伸ロールの外周面に沿わせて曲げ伸ばして板厚を薄くし、後続する整形ロールが曲げられた被加工材の反対側から接して略平面状に曲げ戻して整形する。こうして、所定の深さの箱型形状を成形すると同時に被加工材中央部の板厚を減少させることができる。   According to the preforming method according to the present invention, for example, when a box-shaped shape is formed using three rolls, the three rolls are maintained in a substantially vertical direction with respect to the workpiece while maintaining the relative positional relationship. The workpiece is moved to a predetermined position to deform the workpiece, and a part of the box shape is formed. Thereafter, the presser roll is fixed in place and applies tension to the workpiece. The remaining spreading roll and shaping roll move to a predetermined position in a direction substantially parallel to the workpiece before deformation while maintaining a relative positional relationship, and form a box-shaped hollow bottom. At that time, the preceding spreading roll is pressed in the thickness direction of the workpiece, the workpiece is bent along the outer peripheral surface of the spreading roll to reduce the thickness, and the subsequent shaping roll is bent. Then, contact is made from the opposite side of the workpiece and bent back into a substantially flat shape for shaping. In this way, a box shape having a predetermined depth can be formed, and at the same time, the plate thickness at the center of the workpiece can be reduced.

このような予備成形方法によって箱型に成形された被加工材を用いることで、従来の絞りプレス成形技術より材料の流入量を削減することができるため、従来の絞りプレス成形で成形する場合と同じ深さの形状を成形する場合には材料歩留まりが向上し、従来の絞りプレス成形と同じ材料歩留まりの場合には成形深さを大きくすることができる。また、特許文献2に記載のような局所的な成形を繰り返す逐次成形と比較するとロールの移動量が少なく、短時間で成形が完了する。更に、従来の絞りプレス成形に比較して、製品側面部の板厚が薄くならないという利点がある。   By using the work material formed into a box shape by such a preforming method, the amount of material inflow can be reduced compared to the conventional drawing press forming technology, and therefore, when forming by conventional drawing press forming In the case of forming a shape having the same depth, the material yield is improved, and in the case of the same material yield as that of the conventional drawing press forming, the forming depth can be increased. Further, compared with sequential molding in which local molding is repeated as described in Patent Document 2, the amount of movement of the roll is small, and molding is completed in a short time. Furthermore, there is an advantage that the plate thickness of the side surface portion of the product is not reduced as compared with the conventional drawing press molding.

予備成形装置の構成を示した正面図である。It is the front view which showed the structure of the preforming apparatus. 予備成形装置の構成を示した側面図である。It is the side view which showed the structure of the preforming apparatus. ロール把持具の構成を示した正面図である。It is the front view which showed the structure of the roll holding tool. ロール把持具とロールの把持構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the holding structure of a roll holding tool and a roll. 予備成形工程を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the preforming process. 成形後の被加工材の平面写真である。It is a plane photograph of the workpiece after forming. 成形後の被加工材の一断面における成形形状と板厚分布とを示すグラフである。It is a graph which shows the shaping | molding shape and board thickness distribution in one cross section of the workpiece after shaping | molding.

≪ロール≫
本発明に係るロールは4つの異なる機能を持つ。1つ目の機能は、板状の被加工材を所定の形状に成形する機能である。2つ目の機能は、被加工材に圧接され、ロール外周面に沿って被加工材を曲げて伸ばし、板厚を薄くする機能であり、この機能を持つロールが展伸ロールである。3つ目の機能は、展伸ロールにより塑性変形して曲げられた被加工材に反対側から接して曲げ戻し、略平面状に整形する機能であり、この機能を持つロールが整形ロールである。4つ目の機能は、被加工材に対してこの曲げ伸ばし及び曲げ戻しの成形を効果的に実施するために、被加工材に張力を付加する機能であり、この機能を持つロールが押えロールである。つまり、本発明に係る目的を達成するためには、これら4つの機能を持つ少なくとも3本のロールが必要となる。
≪Roll≫
The roll according to the present invention has four different functions. The first function is a function of forming a plate-like workpiece into a predetermined shape. The second function is a function of pressing the workpiece, bending and stretching the workpiece along the outer peripheral surface of the roll, and reducing the plate thickness. The roll having this function is the stretch roll. The third function is a function of contacting and bending back from the opposite side the workpiece that has been plastically deformed and bent by the extension roll, and shaping it into a substantially flat shape. The roll having this function is a shaping roll. . The fourth function is a function of applying tension to the work material in order to effectively perform bending and stretching and bending back of the work material. A roll having this function is a presser roll. It is. That is, in order to achieve the object according to the present invention, at least three rolls having these four functions are required.

ここで、最小必要個数である3本のロールに関してその配置と移動経路について、被加工材は水平に配置され、かつ箱型形状のくぼみ形状が上側に成形される場合において説明する。初期位置として、被加工材片側端末に近い方から、押えロール、整形ロール、そして展伸ロールの順番で平行に並び、押えロールと展伸ロールが被加工材の下側に、そして整形ロールが上側に被加工材と平行に配置される。最初の工程として、3本のロールが共に被加工材の板厚方向である略上方へ移動し始め、所定の深さの箱型形状の一部を成形するまで移動する。展伸ロールと整形ロールは近接した相対位置関係を維持したまま同じ方向へ移動した方がよいが、押えロールはそれらとは別の任意の角度で移動してもよい。   Here, with regard to the arrangement and movement path of the three required rolls, the minimum required number of rolls will be described in the case where the workpieces are arranged horizontally and the box-shaped recess shape is formed on the upper side. As the initial position, presser roll, shaping roll, and spreading roll are arranged in parallel in the order from the side closer to the workpiece one side end, the holding roll and spreading roll are under the workpiece, and the shaping roll is Arranged parallel to the workpiece on the upper side. As the first step, all three rolls start to move substantially upward in the plate thickness direction of the workpiece, and move until a part of the box shape with a predetermined depth is formed. The stretch roll and the shaping roll are preferably moved in the same direction while maintaining a close relative positional relationship, but the presser roll may be moved at an arbitrary angle different from them.

次工程として、展伸ロール及び整形ロールは相対位置関係を維持しつつ水平方向に移動して、箱型形状のくぼみ形状底面を成形すると同時に、ロールによる曲げ伸ばし及び曲げ戻しによって板厚を薄くする。一方で押えロールの位置はその場に固定され、展伸ロール及び整形ロールの移動方向とは反対方向に被加工材に張力を付加している。展伸ロール及び整形ロールが所定の位置まで移動して箱型形状が完成した時点で全成形工程が完了する。   As the next step, the stretch roll and shaping roll move in the horizontal direction while maintaining the relative positional relationship to form a box-shaped hollow bottom, and at the same time reduce the plate thickness by bending and stretching back with the roll. . On the other hand, the position of the presser roll is fixed in place, and tension is applied to the workpiece in the direction opposite to the moving direction of the spreading roll and the shaping roll. The entire forming process is completed when the spreading roll and the shaping roll are moved to predetermined positions to complete the box shape.

この曲げ伸ばし及び曲げ戻し工程を効果的に実施するために、更に押えロールを増設してもよい。ロールの本数が増えれば増えるほど被加工材に付加される張力が増えるため、板厚の減少効果も向上する。例えば、前述の展伸ロールの移動方向前方に押えロールを追加配置することで、被加工材に両側から張力を付加することができ、2本の押えロール間でなされる曲げ伸ばし及び曲げ戻す成形効果を高めることができる。また、展伸ロール及び整形ロールの本数も適宜増設しうる。複数回の曲げ伸ばし及び曲げ戻し作用によって、段階的に被加工材の板厚を薄くすることもできる。すなわち、本発明に係る各ロールの本数は、被加工材の材質、所望とする板厚減少率、予備成形の成形精度、設備の大きさ等を考慮して適宜変更し得る。また、各ロールの外径及び長さ等の寸法についても、被加工材若しくは製品の外形寸法、及び設備の大きさ等を考慮して適宜変更し得る。例えば、押えロールには大外径のロールを用いることで安定的に被加工材に張力を付与する一方、展伸ロール及び整形ロールには小外径のロールを用いてもよいし、展伸ロール及び整形ロールが複数本ある場合には、被加工材の板厚変化に応じて各ロールの外径を適宜変更することもできる。   In order to effectively perform the bending and stretching and bending back processes, a presser roll may be further added. As the number of rolls increases, the tension applied to the workpiece increases, so the effect of reducing the plate thickness also improves. For example, by placing a presser roll in front of the above-described stretch roll in the moving direction, tension can be applied to the workpiece from both sides, and bending and stretching and bending back between two presser rolls are performed. The effect can be enhanced. Further, the number of spreading rolls and shaping rolls can be increased as appropriate. The plate thickness of the workpiece can be reduced stepwise by a plurality of bending and bending operations. That is, the number of rolls according to the present invention can be appropriately changed in consideration of the material of the workpiece, the desired plate thickness reduction rate, the forming accuracy of preforming, the size of equipment, and the like. Also, dimensions such as the outer diameter and length of each roll can be appropriately changed in consideration of the outer dimensions of the workpiece or product, the size of the equipment, and the like. For example, a large outer diameter roll is used as the presser roll, and tension is stably applied to the workpiece, while a small outer diameter roll may be used as the spreading roll and the shaping roll. When there are a plurality of rolls and shaping rolls, the outer diameter of each roll can be appropriately changed according to the change in the plate thickness of the workpiece.

本発明に係るロールは、被加工材との摩擦力を低減するために自由回転が可能な機構で把持されている。また、本発明に係る被加工材は外周囲を後述の被加工材把持具によって把持されているため、ロールが被加工材に圧接されて形状を成形する際、ロールの両端部において応力が集中して急激な形状変形や破断等が生じ易い場所である。そのため、ロールの両端部は、外径が徐々に縮径されて滑らかな曲率を持つ半長球状であることが望ましい。しかし、外径が異なるロール中央部と両端部では周長が異なるために、両端部における摩擦力が大きくなってしまう。この問題を解決するために、中央部と両端部を分割させることで部位ごとに回転速度を変更させることができる。ロール端部の分割数は多ければ多いほど摩擦力を低減できる。   The roll according to the present invention is gripped by a mechanism capable of free rotation in order to reduce the frictional force with the workpiece. In addition, since the workpiece according to the present invention is gripped on the outer periphery by a workpiece gripping tool described later, stress is concentrated at both ends of the roll when the roll is pressed against the workpiece and the shape is formed. Thus, it is a place where abrupt shape deformation or breakage is likely to occur. Therefore, it is desirable that both end portions of the roll are hemispherical having a smooth curvature with the outer diameter gradually reduced. However, since the circumferential length is different between the roll center portion and both end portions having different outer diameters, the frictional force at both end portions is increased. In order to solve this problem, the rotation speed can be changed for each part by dividing the central portion and both end portions. The greater the number of divisions at the roll end, the lower the frictional force.

≪ロール駆動手段≫
本発明に係るロール駆動手段は、ロールを上下方向(被加工材板厚方向)及び水平方向(被加工材平行方向)へ移動させる手段であり、モータ等の動力を発生させる動力源と、動力源が発生した動力を直線方向に伝達してロールを移動させる駆動軸とを具備する。動力源と駆動軸は、少なくとも上下方向及び水平方向にそれぞれ必要である。また、各ロールが異なる動きをする場合には、必要に応じて動力源と駆動軸を適宜増設できる。
≪Roll drive means≫
The roll driving means according to the present invention is means for moving the roll in the vertical direction (workpiece plate thickness direction) and the horizontal direction (workpiece parallel direction), a power source for generating power such as a motor, And a drive shaft that moves the roll by transmitting the power generated by the power source in the linear direction. The power source and the drive shaft are required in at least the vertical direction and the horizontal direction, respectively. Moreover, when each roll moves differently, a power source and a drive shaft can be suitably added as needed.

≪ロール把持具≫
本発明に係るロール把持具は、駆動軸の端部に連結され、被加工材を成形するための力を駆動軸からロールへ効率的に伝達し、且つロールを自由回転可能に把持する。ロールを把持する位置は、前述のロール端部の滑らかな曲率を持つ半長球形状の効果を損なわないよう、ロールの縮径開始より内側、且つロール全体に均等に力が伝達される位置であることが望ましい。ロール把持具の一部分が被加工材と接触する場合、その接触面も自由回転可能であることが摩擦抵抗を抑えるために望ましい。例えば、自由回転するロールと非回転のロール把持具との摺動面には軸受を介在させることが好適である。また、ロール把持具が被加工材と接触する面には、圧接に耐えうる素材から成る薄板を環状に形成して自由回転が可能な構成で接触面に挟むことによって摩擦抵抗を低減できる。
≪Roll gripper≫
The roll gripping tool according to the present invention is connected to the end of the drive shaft, efficiently transmits a force for forming a workpiece from the drive shaft to the roll, and grips the roll so as to be freely rotatable. The position where the roll is gripped is a position where the force is evenly transmitted to the inner side of the roll and the entire roll so as not to impair the effect of the hemispherical shape having the smooth curvature at the end of the roll. It is desirable to be. When a part of the roll gripper comes into contact with the workpiece, it is desirable for the contact surface to be freely rotatable in order to suppress frictional resistance. For example, it is preferable to interpose a bearing on the sliding surface between the freely rotating roll and the non-rotating roll gripper. In addition, a frictional resistance can be reduced by forming a thin plate made of a material capable of withstanding pressure contact on the surface where the roll gripper comes into contact with the workpiece and sandwiching it between the contact surfaces in a configuration allowing free rotation.

≪被加工材把持具≫
本発明に係る被加工材把持部は、被加工材が 流れ込まないように外周囲を把持する。しっかりと被加工材を拘束することで、被加工材に張力を付加することができ、板厚減少効果が高まる。
≪Workpiece gripper≫
The workpiece gripping portion according to the present invention grips the outer periphery so that the workpiece does not flow. By firmly restraining the workpiece, tension can be applied to the workpiece, and the thickness reduction effect is enhanced.

≪その他≫
本発明に係る予備成形装置は、形状を成形するために、所定の移動経路通りにロールを移動させる制御部を具備する。制御に必要な位置座標及び時刻等の数値データを予め制御部に設定する。制御部は、予備成形装置の本体に組み込まれてもよいし、装置から離れた場所から遠隔操作できるように単独で配備されてもよい。また、ロールと被加工材の接触面に潤滑剤を塗布したり、ポリウレタン樹脂や合成ゴム等の薄い弾性体シートを挟むことにより、被加工材に付くロールの移動跡を目立たなくさせることもできる。
≪Others≫
The preforming apparatus according to the present invention includes a control unit that moves a roll along a predetermined movement path in order to form a shape. Numerical data such as position coordinates and time required for control are set in the control unit in advance. The control unit may be incorporated in the main body of the preforming apparatus, or may be provided alone so that it can be remotely operated from a location away from the apparatus. In addition, by applying a lubricant to the contact surface between the roll and the workpiece, or by sandwiching a thin elastic sheet such as polyurethane resin or synthetic rubber, the movement trace of the roll attached to the workpiece can be made inconspicuous. .

本発明に係る実施例について詳細に説明する。本実施例は、自動車のドアインナーパネルのプレス成形前の予備成形として箱型形状を成形する際に用いられる予備成形装置の例である。   Embodiments according to the present invention will be described in detail. The present embodiment is an example of a preforming apparatus used when a box shape is formed as a preform before press molding of an automobile door inner panel.

≪予備成形装置≫
最初に予備成形装置の全体構成について説明する。図1は、本発明に係る予備成形装置の構成を示した正面図であり、図2はその側面図である。便宜上、ロール1の回転軸方向をX軸、水平かつX軸に直行する方向をY軸、上下方向をZ軸とする。予備成形装置Sは、本体フレームFと、被加工材把持パレットPと、5本のロール1と、各ロール1に連結される5個のロール把持具2と、合計10組のZ軸移動を可能にするZ軸モータ4及びZ軸ネジ3のセットと、合計10組のY軸移動を可能にするY軸モータ6及びY軸ネジ5のセットと、各ロールの移動経路等を制御する制御部Cとを備える。各ロールには2組のZ軸モータ4及びZ軸ネジ3のセット、及び2組のY軸モータ6及びY軸ネジ5のセットが具備される。なお、図1及び図2ではY軸モータ及びY軸ネジの一部が省略されている。制御部Cには各工具の移動を制御するために必要な時刻及び座標等の情報を入力でき、それらは表形式で定義されている。
≪Preliminary molding equipment≫
First, the overall configuration of the preforming apparatus will be described. FIG. 1 is a front view showing a configuration of a preforming apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a side view thereof. For convenience, the rotation axis direction of the roll 1 is the X axis, the horizontal direction perpendicular to the X axis is the Y axis, and the vertical direction is the Z axis. The preforming apparatus S performs a total of 10 sets of Z-axis movement, including a main body frame F, a workpiece gripping pallet P, five rolls 1, and five roll gripping tools 2 connected to each roll 1. A set of Z-axis motor 4 and Z-axis screw 3 to enable, a set of Y-axis motor 6 and Y-axis screw 5 to enable a total of 10 sets of Y-axis movement, and a control for controlling the movement path of each roll, etc. Part C is provided. Each roll is provided with two sets of a Z-axis motor 4 and a set of Z-axis screws 3, and two sets of a Y-axis motor 6 and a set of Y-axis screws 5. 1 and 2, a part of the Y-axis motor and the Y-axis screw are omitted. Information such as time and coordinates necessary for controlling the movement of each tool can be input to the control unit C, and these are defined in a table format.

本体フレームFには、制御部Cを除くすべての構成部品が備え付けられ、被加工材が成形加工される際の荷重を支える骨格を成している。予備成形装置Sの中央部には被加工材把持具を有する被加工材把持パレットPが配置され、被加工材を容易に交換できるようにY軸方向にスライド可能な機構を持つ。被加工材の交換方法は、被加工材把持パレットPを本体フレームFから手前に引き出し、被加工材を取り付け、被加工材の外周を被加工材把持具で把持した後、再び被加工材把持パレットPを本体フレームF内部にフライドさせて固定する。被加工材把持パレットPの上方には2本のロール1が、また下方には3本のロール1がX軸に平行に並べられ、被加工材を挟んで各ロール1が互い違いの相対位置関係で配置されている。ロール1をZ軸方向へ移動させる動力を発生するZ軸モータ4と動力をZ軸方向へ伝達するZ軸ネジ3は各ロール1に配備され、ロール把持具2を介して連結される。また、ロール1をY軸方向へ移動させる動力を発生するY軸モータ4と動力をY軸方向へ伝達するZ軸ネジ3とが、被加工材把持パレットPの上下にそれぞれ2組具備される。   The main body frame F is provided with all the components except the control unit C, and forms a skeleton that supports a load when the workpiece is molded. A workpiece gripping pallet P having a workpiece gripping tool is disposed at the center of the preforming device S, and has a mechanism that can slide in the Y-axis direction so that the workpiece can be easily replaced. To replace the workpiece, pull the workpiece gripping pallet P from the main body frame F, attach the workpiece, grip the outer periphery of the workpiece with the workpiece gripper, and then grip the workpiece again. The pallet P is fried inside the main body frame F and fixed. Two rolls 1 are arranged above the workpiece gripping pallet P, and three rolls 1 are arranged parallel to the X axis below the workpiece gripping pallet P. Is arranged in. A Z-axis motor 4 that generates power for moving the roll 1 in the Z-axis direction and a Z-axis screw 3 that transmits the power in the Z-axis direction are provided in each roll 1 and connected via a roll gripper 2. In addition, two sets of Y-axis motor 4 for generating power for moving roll 1 in the Y-axis direction and Z-axis screws 3 for transmitting power in the Y-axis direction are provided above and below workpiece gripping pallet P, respectively. .

≪ロール把持具≫
次に、ロール把持具2の構成について詳細に説明する。図3は、ロール1とロール把持具2の構成を説明する正面図である。ロール把持具2はロール1を2カ所において把持している。図4は、そのうち1カ所の把持部の構成を示す断面図である。ロール1は、中央部のロール1b、両端部のロール1a及びロール1cの3部位で構成されており、それぞれが独立して自由回転が可能である。ロール1bは、同外径の円柱状である一方、ロール1a及びロール1cはロール外径が徐々に縮径されて滑らかな曲率を持つ半長球形状である。図4に示すように、ロール1の内部にはロール回転中心と同心の円柱状にくり抜かれた凹み形状を有し、ロール把持具2には円柱状の凸形状を有する。ロール1の凹み形状部とロール把持具2の凸形状部とが、軸受Bを介して組み合わされることで、ロール把持具2はロール1を自由回転可能に把持している。また、ロール把持具2と被加工材Wとの接触面には、自由回転可能な環状のスチールベルトSBを挟んで、摩擦抵抗を低減している。
≪Roll gripper≫
Next, the configuration of the roll gripper 2 will be described in detail. FIG. 3 is a front view illustrating the configuration of the roll 1 and the roll gripper 2. The roll gripping tool 2 grips the roll 1 at two locations. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the gripping portion at one place. The roll 1 is composed of three parts, ie, a roll 1b at the center, a roll 1a at both ends, and a roll 1c, each of which can independently rotate freely. The roll 1b has a cylindrical shape with the same outer diameter, while the roll 1a and the roll 1c have a hemispherical shape having a smooth curvature with the roll outer diameter gradually reduced. As shown in FIG. 4, the inside of the roll 1 has a concave shape hollowed out in a cylindrical shape concentric with the roll rotation center, and the roll gripping tool 2 has a cylindrical convex shape. By combining the concave shape portion of the roll 1 and the convex shape portion of the roll gripping tool 2 via the bearing B, the roll gripping tool 2 grips the roll 1 so as to be freely rotatable. Further, a frictional resistance is reduced by sandwiching a freely rotatable annular steel belt SB between the contact surfaces of the roll gripping tool 2 and the workpiece W.

≪成形工程≫
次に、成形工程について詳細に説明する。図5は、成形工程を説明した図である。(a)は、成形工程開始前のロールの初期配置を示す。(b)は、展伸ロール12だけが被加工材Wの板厚方向(Z軸正方向)に圧接されている状態を示す。その後、(c)の工程で、全てのロールがZ軸正方向へその相対位置関係を維持しつつ任意の位置まで移動され、箱型形状のくぼみ形状部分の一部を成形する。(d)の工程で、箱型形状の残りの部分を成形すると同時に板厚を薄くする。ここで、各ロールの移動と機能を説明する。まず、押えロール11は(c)工程で移動した位置に留まり、被加工材Wに張力を付加する。残りのロールはY軸正方向へ相対位置関係を維持しつつ任意の位置まで移動されて、箱型形状のくぼみ形状底面を成形しながら被加工材Wの板厚を曲げ伸ばし及び曲げ戻して薄くする。詳しくは、押えロール14は、移動方向最前位置にて、被加工材Wを箱型形状のくぼみ形状底面を成形しながら更に張力を付加する。展伸ロール12は被加工材Wの垂直方向に常時圧接され、被加工材Wを局部的に曲げ、塑性変形させて伸ばす。後続する整形ロール13が、展伸ロール12によって曲げられた被加工材Wに反対側から接して曲げ戻し、略平面状に整形する。展伸ロール15は、展伸ロール12の曲げ効果を高めるために補助的に被加工材Wを曲げて展伸ロール12の外周面に沿わせる。このようにして、箱型形状を成形すると同時に被加工材Wの中央部の板厚を薄くする全工程が完了する。
≪Molding process≫
Next, the molding process will be described in detail. FIG. 5 is a diagram illustrating the molding process. (a) shows the initial arrangement | positioning of the roll before a shaping | molding process start. (b) shows a state in which only the spreading roll 12 is pressed in the thickness direction (Z-axis positive direction) of the workpiece W. Thereafter, in the step (c), all the rolls are moved to an arbitrary position while maintaining the relative positional relationship in the positive direction of the Z axis, and a part of the box-shaped indented portion is formed. In the step (d), the remaining portion of the box shape is formed and at the same time the plate thickness is reduced. Here, the movement and function of each roll will be described. First, the presser roll 11 stays at the position moved in the step (c), and applies tension to the workpiece W. The remaining roll is moved to an arbitrary position while maintaining the relative positional relationship in the positive direction of the Y-axis, and the plate thickness of the workpiece W is bent and stretched and bent back while forming the box-shaped hollow bottom. To do. Specifically, the presser roll 14 further applies tension while forming the box-shaped hollow bottom surface of the workpiece W at the foremost position in the movement direction. The spreading roll 12 is always pressed in the vertical direction of the workpiece W, and the workpiece W is locally bent and plastically deformed to stretch. The subsequent shaping roll 13 is bent back in contact with the workpiece W bent by the spreading roll 12 from the opposite side, and shaped into a substantially flat shape. In order to enhance the bending effect of the extension roll 12, the extension roll 15 supplementarily bends the workpiece W so as to follow the outer peripheral surface of the extension roll 12. In this way, all the steps of forming the box shape and reducing the thickness of the central portion of the workpiece W are completed.

≪評価≫
本実施例の予備成形装置を用いてプレス成形に用いる被加工材に予備成形を行い、図6に示すような予備成形後の被加工材を得た。図7のグラフから見て分かるように、被加工材は箱型形状に成形され、加工前は0.4mmであった被加工材は、最薄部で0.36mmとなっており、板厚減少率は中央部の広い範囲で10%に迫っている。また、従来の絞りプレス成形での課題であった側面部の板厚は中央部より厚くなっている。こうして、本発明に係る予備成形方法及び装置によって、プレス成形に用いられる被加工材を箱型形状に成形すると同時に被加工材中央部の板厚を略均一に薄くできることが確認された。加えて、被加工材が予備成形されているために、最終成形である絞りプレス成形時に被加工材をより強く把持することができ、材料を送り込む量を削減できる。そのため、予備成形を経た絞りプレス成形から製作された最終製品の材料歩留まりは、従来の絞りプレス成形のみによる製作時と比較して、3.6%も向上した。これにより、一回り小さい寸法の被加工材が使用でき、材料費の削減に貢献する。
≪Evaluation≫
The workpiece used for press molding was preformed using the preforming apparatus of this example, and a workpiece after preforming as shown in FIG. 6 was obtained. As can be seen from the graph of FIG. 7, the workpiece was formed into a box shape, and the workpiece that was 0.4 mm before processing was 0.36 mm at the thinnest part, The rate of decrease has approached 10% over a wide area in the center. Moreover, the plate | board thickness of the side part which was the subject in the conventional drawing press molding is thicker than the center part. Thus, it was confirmed that the plate thickness at the central portion of the workpiece can be reduced substantially uniformly by simultaneously forming the workpiece used for press molding into a box shape by the preforming method and apparatus according to the present invention. In addition, since the work material is preformed, the work material can be gripped more strongly during the drawing press forming that is the final forming, and the amount of material fed can be reduced. Therefore, the material yield of the final product manufactured from the drawing press forming after the preforming is improved by 3.6% as compared with the manufacturing by the conventional drawing press forming alone. As a result, it is possible to use a workpiece that is slightly smaller in size, which contributes to a reduction in material costs.

1 ロール
11,14 押えロール
12,15 展伸ロール
13 整形ロール
W 被加工材
1 Roll 11, 14 Presser roll 12, 15 Expanding roll 13 Shaping roll W Work material

Claims (4)

プレス成形に用いる板状の被加工材の片側若しくは両側に接している、
該被加工材を成形及び該加工材に張力を付加する少なくとも1本の棒状の押えロールと、
該被加工材に圧接して曲げ伸ばし成形をする少なくとも1本の棒状の展伸ロールと、
曲げられた該被加工材に接して略平面状に曲げ戻して整形をする少なくとも1本の棒状の整形ロールとが
相互に平行に初期配置され、
該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールが該被加工材の略板厚方向に移動して形状の少なくとも一部を成形する工程と、
該押えロールが固定されて該被加工材に張力を付加し、該展伸ロールと該整形ロールが相対位置関係を維持しつつ該被加工材と略平行方向に移動して残りの形状を成形すると同時に、該展伸ロールが先行して移動しながら該被加工材に片側から圧接して該被加工材を曲げ伸ばし、該整形ロールが後続して移動しながら曲げられた該被加工材に他方側から接して略平面状に曲げ戻す工程と、
を具備することを特徴とするプレス成形のための予備成形方法。
In contact with one or both sides of a plate-like workpiece used for press molding,
At least one bar-shaped presser roll that forms the workpiece and applies tension to the workpiece;
At least one rod-shaped spreading roll that is bent and stretched in pressure contact with the workpiece;
And at least one rod-shaped shaping roll that is bent back into a substantially planar shape and is shaped in contact with the bent workpiece, and is initially arranged in parallel with each other.
A step of forming at least a part of the shape by moving the presser roll, the spreading roll, and the shaping roll in a substantially plate thickness direction of the workpiece;
The presser roll is fixed and tension is applied to the workpiece, and the spreading roll and the shaping roll move in a direction substantially parallel to the workpiece while maintaining the relative positional relationship to form the remaining shape. At the same time, the work roll bent and stretched by pressing the work roll from the one side while bending and extending the work roll, and the shaping roll being subsequently moved and bent. A process of contacting from the other side and bending back to a substantially planar shape;
A preforming method for press molding, comprising:
プレス成形に用いる板状の被加工材の片側若しくは両側に接している、
該被加工材を成形及び該加工材に張力を付加する少なくとも1本の棒状の押えロールと、
該被加工材に圧接して曲げ伸ばし成形をする少なくとも1本の棒状の展伸ロールと、
曲げられた該被加工材に接して略平面状に曲げ戻して整形をする少なくとも1本の棒状の整形ロールと、
該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールを移動させるロール駆動手段と、
該ロール駆動手段に連結され、該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールを自由回転可能に把持するロール把持具と、
該被加工材の外周囲を把持する被加工材把持具とを具備し、
該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールが相互に平行に初期配置され、所定の移動が可能であることを特徴とするプレス成形のための予備成形装置。
In contact with one or both sides of a plate-like workpiece used for press molding,
At least one bar-shaped presser roll that forms the workpiece and applies tension to the workpiece;
At least one rod-shaped spreading roll that is bent and stretched in pressure contact with the workpiece;
At least one rod-shaped shaping roll which is in contact with the bent workpiece and is bent back into a substantially planar shape for shaping;
Roll driving means for moving the presser roll, the spreading roll and the shaping roll;
A roll gripping tool connected to the roll driving means and gripping the presser roll, the spreading roll and the shaping roll so as to be freely rotatable;
A workpiece gripping tool for gripping the outer periphery of the workpiece,
A pre-forming apparatus for press molding, characterized in that the presser roll, the spreading roll, and the shaping roll are initially arranged in parallel with each other and can be moved in a predetermined manner.
前記押えロールと前記展伸ロール及び前記整形ロールは、独立して自由回転が可能な少なくとも3つの部位で構成され、中央部は一定外径の円柱状又は円筒状であり、両端部は端部に向かって外径が徐々に縮径されて滑らかな曲率を持つ半長球状であることを特徴とする請求項2に記載の予備成形装置。   The presser roll, the spreading roll, and the shaping roll are composed of at least three parts that can independently rotate freely, the central part is a columnar or cylindrical shape with a constant outer diameter, and both end parts are end parts. The preforming apparatus according to claim 2, wherein the outer diameter of the preform is gradually reduced to a hemispherical shape having a smooth curvature. 前記ロール把持具は、前記押えロールと前記展伸ロール及び前記整形ロールの外径の縮径開始位置より内側にて把持することを特徴とする請求項3に記載の予備成形装置。   The preform forming apparatus according to claim 3, wherein the roll gripping tool grips the presser roll, the extension roll, and the shaping roll on an inner side from a diameter reduction start position.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113145748A (en) * 2021-04-23 2021-07-23 中北大学 Labor-saving thinning and stretching die adopting roller structure

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