JP3959455B2 - 逐次成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願は、逐次成形に用いる装置に関する。逐次成形とは棒状又は凸型もしくは凹型形状をなす押圧部材を、金属製薄板等へ押し当てながら板材と押圧部材を相対的に移動させることにより、シェル形状等の所定立体形状を成形する公知方法をいう。なお、本願発明においては、成形前の板材平面内における直交２軸方向をＸＹ、これらとそれぞれ直交する軸方向をＺとする。
【０００２】
【従来の技術】
このような逐次成形及び装置はＷＯ９９／３８６２７号等により公知であり、例えば特開平５−４２３２８号には板材の四辺をしわ押さえにより水平に保持し、下方から凸型状をなす下押圧部材を押し上げて大まかな形状に予備絞り成形し、上方から棒状の上押圧部材を押し当てながら板材をＸＹ方向へ移動させ、かつ押圧部材をＺ方向へ移動することにより所望の立体形状を成形するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
逐次成形の場合、常温にて板材へ棒状押圧部材を押し付けて相対移動させることにより塑性変形させるため、成形品に大きな残留応力が発生し、成形品の寸法精度を損なうおそれがある。そこで本願発明は、残留応力を解放できるようにすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の発明は、周囲を支持された板材を挟んで一面側から棒状の押圧部材を押しつけながら、板材と棒状押圧部材を等高線を描くように３次元方向へ移動させることにより板材を所定の立体形状に成形する逐次成形のための装置において、
前記棒状押圧部材による加工部近傍を加熱しながら塑性変形させるとともに、
前記板材を加熱するための熱源をレーザーとし、このレーザー照射器を前記棒状押圧部材とホルダにより結合して一体に設け、
このレーザー照射器は、前記棒状押圧部材の移動先行側に一定間隔を保ちつつ位置して、前記棒状押圧部材と一体に移動し、
前記棒状押圧部材の移動先となる加工部を局部加熱し、
この局部加熱部近傍を前記棒状押圧部材で押圧することにより、加工部を塑性変形させるようにした、
ことを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は、前記請求項１において、前記板材の前記棒状押圧部材側と反対側を型状押圧部材で押し当てることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、周囲を支持された板材を挟んで一面側から棒状の押圧部材を押しつけながら、板材と棒状押圧部材を等高線を描くように３次元方向へ移動させることにより板材を所定の立体形状に成形する逐次成形のための装置において、前記板材を加熱するための熱源を、前記棒状押圧部材の先端部に設けことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１において、前記棒状押圧部材の先端部に冷却手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、棒状押圧部材による加工部近傍を加熱するので、この加熱部を棒状押圧部材で塑性変形するとき発生する残留応力を解放させることができる。したがって棒状押圧部材の加工による残留応力を低減でき、成形品の寸法精度を良好に維持できる。
【００１０】
また、板材を加熱するための熱源が棒状押圧部材と一体に移動するので、棒状押圧部材の加工部近傍を確実に加熱できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、板材を型状押圧部材の表面へ密接するように塑性変形させることにより、板材を型状押圧部材の表面に倣って成形できる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、板材を加熱するための熱源を棒状押圧部材の先端部に設けたので、棒状押圧部材と一体化でき、装置の構造を簡単にできる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、板材の強度が高い場合に、板材を冷却することにより棒状押圧部材の強度低下を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は、本逐次成形によって得られる成形品の外観を示し、図２は逐次成形を原理的に示す図、図３は板材と上側押圧部との接触部が描く等高線を説明する図、図４は第１実施例の棒状押圧部材部分の拡大図、図５は図４のＡ矢示方向図である。
【００１５】
まず、図１において、ボンネット１は本願発明の逐次成形製品であり、鉄板から自動車用ボンネットの表面形状となる立体形状に形成されている。ボンネット１の上面２は緩やかな曲面をなし、その一部に上方へ凸の平面視略楕円形をなす凸部３を備え、かつ端部に通気孔４が複数開口されている。周囲はフランジ状の周囲壁５をなし、全体として立体的なシェル形状に形成される。
【００１６】
図２に示すように、逐次成形装置は、板材１０の周囲を支持枠１１の上へ置いてクランプ１２で固定するようにし、板材１０の下方に下押圧部材である型状押圧部材１３を配置して昇降軸１４により昇降自在とし、板材１０の上方には、上押圧部材である棒状押圧部材２０を昇降自在に配置してある。板材１０の下方から型状押圧部材１３を押し当て、上方から棒状押圧部材２０を下降させて押し当て、板材１０をＸＹＺ方向へ移動させることにより、板材１０を型状押圧部材１３の表面へ倣って塑性成形させるようになっている。
【００１７】
棒状押圧部材２０と型状押圧部材１３は、いずれか一方または双方が同一平面内の直交２方向Ｘ・Ｙへ移動自在であり、かつ棒状押圧部材２０及び型状押圧部材１３はこれらＸＹと直交するＺ方向へ移動（図示状態では昇降）自在である。これらの移動機構の詳細は省略するが、前記従来技術等により種々公知である。
【００１８】
なお、以下の説明では、型状押圧部材１３側が板材１０及び支持枠１１やクランプ１２と共にＸＹ方向へ自由に移動するとともに、型状押圧部材１３のみが板材１０及び支持枠１１やクランプ１２に対してＺ方向へ昇降自在になっているものとする。また、棒状押圧部材２０はこれらとは独立して板材１０の上方空間にて適当な支持部材によりＺ方向へ昇降自在に支持されているものとする。
【００１９】
さらに、棒状押圧部材２０と型状押圧部材１３のいずれか一方又は双方は、板材１０を塑性変形させるに足るだけの押圧力を与えられるようになっている。以下の説明では、この押圧力を型状押圧部材１３側から与えられ、棒状押圧部材２０はこの押圧力を十分に受け止めるように板材１０の上方で支持される構造とする。
【００２０】
板材１０は、鉄系又はその他の金属等からなる板状材料であり、例えば、０．数ｍｍ〜数ｍｍ程度の板厚を有する鉄製薄板である。但し、板材１０の材料はアルミなどの軽合金その他の金属等、塑性加工に適したものであれば任意に選択でき、その板厚も同様である。
【００２１】
支持枠１１は矩形状等の適宜枠形状をなし、その内側空間内に型状押圧部材１３が配置される。支持枠１１はクランプ１２とともに、型状押圧部材１３と共通の支持台に支持され、この支持台はＸＹ方向へ自由に移動自在である。型状押圧部材１３のみはこの支持台上で支持枠１１やクランプ１２と別にＺ方向へ昇降軸１４により昇降自在であり、型状押圧部材１３を押し上げると、板材１０の下面へ当接する。
【００２２】
型状押圧部材１３はボンネット１の上面側を成形する大きさと形状の成形部を有する凸型であり、凸部３に対応する中央側が略楕円弧状に大きく突出する成形凸部１５及び通気孔４に対応して周縁部に小凹部を形成するための成形凹部１６が形成されている。図中の符号１７は凸部３や通気孔４部分を除く上面２に対応する緩い曲面の成形凸部、１８は周囲壁５に対応する周壁である。
【００２３】
次に図１のボンネット１を成形する場合における逐次成形の概略原理を説明する。図２において、まず型状押圧部材１３を押し上げて板材１０全体を予備的に成形する。この予備成形により、成形凸部１５の頂部、成形凸部１７の一部並びに周壁１８等に対応する部分が成形される。但し、この予備成形は大まかな形状に成形するものであり、成形凸部１５の裾部などの曲率が急変する部分や成形凹部１６等に対応する部分は成形されず、これら細部は棒状押圧部材２０による逐次成形を待つことになる。
【００２４】
この逐次成形においては、まず棒状押圧部材２０を押し下げて、先端（図示下端、以下同）を例えば、成形凸部１５の頂部近傍における板材１０の上面へ当接させるとともに、型状押圧部材１３を押し上げて、棒状押圧部材２０の先端が板材１０の接触部分を下方へ変形させて板材１０へ侵入するように、ＸＹＺ方向の各位置を調整する。
【００２５】
この状態で板材１０を型状押圧部材１３と共に横（ＸＹ）方向へ移動させ、棒状押圧部材２０の先端が、例えば閉じた等高線を描くように相対移動させる。その後、棒状押圧部材２０を略その太さ分程度ずれるように横へ相対移動し、かつ型状押圧部材１３をＺ方向へ移動させて高さを調節してから再び隣接して等高線を描くように板材１０をＸＹ方向へ移動させて板材１０を成形凸部１５の表面へ密接するように塑性変形される。これを外側へ向かって繰り返せば成形凸部１５の表面に倣った凸部を形成できる。
【００２６】
図３はこの等高線状の移動について説明するものであり、棒状押圧部材２０の先端と板材１０の接触部Ｐが閉じた等高線Ｌを描くように、棒状押圧部材２０の先端と板材１０を相対移動させる。一つの等高線Ｌを描き終えるとその外側へずらして再び略相似形の等高線Ｌを描き、これを成形凸部１５の外縁部へ達するまで繰り返す。
【００２７】
これにより、板材１０のうち成形凸部１５の上方に位置していた部分は、棒状押圧部材２０の先端により板材１０が成形凸部１５の表面へ押し付けられ、成形凸部１５の表面に倣った上方へ凸部が形成され、図１に示すボンネット１の凸部３となる。
【００２８】
なお、逐次成形において棒状押圧部材２０の先端と板材１０との接触部を移動させるにあたり、成形部の中央から外側へ向かって次第に等高線Ｌが広がるように移動させてもよく、逆に外側から中央へ向かって移動させてもよい。また型状押圧部材１３を固定し、棒状押圧部材２０側をＸＹＺ方向へ移動させるようにしてもよく、さらには双方を同時に移動させてもよい。
【００２９】
続いて、成形凹部１６に対応する部分ついても同様に逐次成形する。但しこの場合は、棒状押圧部材２０により板材１０を成形凹部１６内へ押し広げながら塑性変形させることにより、後ほど通気孔４を開口する部分となる小凹部を形成する。後同様にして、成形凸部１７のうち、成形凸部１５及び成形凹部１６を除きかつ予備成形されなかった部分の表面に倣うように、板材１０を逐次成形して上面２に相当する部分を比較的なだらかな緩曲面に形成する。
【００３０】
さらに、板材１０を支持枠１１から外して、プレス成形することにより、成形凹部１６に対応して形成された凹部の平面部を打ち抜いてカットすれば通気孔４が形成され、また全体の周囲をカットする仕上げ加工により、図１のボンネット１が得れる。
【００３１】
本実施例においては、上記仕上げ加工の前後いずれかおいて、局部的な加熱処理を行う。この処理は応力集中の大きな凸部３や段部１９部分を中心とする部分のみを所定温度及び時間で局部的に加熱することにより、成形後の残留応力を解放して歪みを取る。板材１０が鋼材の場合、１５０°Ｃ〜３００°Ｃ程度が好ましい。加熱時間は任意である。
【００３２】
このように本方法の局部的加熱処理をすれば、従来のように成形品全体を全体を加熱処理するものよりも著しく有利になる。すなわち、従来は大きな加熱炉を用い、大きな熱エネルギーを必要とし、そのうえ雰囲気コントロールが必要であった。特に雰囲気コントロールを適切にしないと、高温に加熱された成形品が酸化により錆びるおそれがあった。本方法による局部的加熱によれば、このような問題を全て解決できる。
【００３３】
なお、この逐次成形後における加熱は、後述する棒状押圧部材２０による加工時に加熱手段２２等で加熱する方法に引き続いて行うようにしてもよく、又はこの方法を採用しない従来の逐次成形後に対して行うようにしてもよい。
【００３４】
さらに、本願発明においては棒状押圧部材に加熱又は冷却手段を設ける。図４及び図５に示すように、棒状押圧部材２０には、ホルダ２１を介して加熱手段２２が一体化され、棒状押圧部材２０と加熱手段２２が一体に移動するようになっている。
【００３５】
加熱手段２２は例えば公知のレーザー照射器であり、板材１０の加工近傍部２３をレーザー照射して加熱するようになっている。但し、加熱手段はレーザーに限らず、その他の各種公知手段を適用できる。
【００３６】
加工近傍部２３は棒状押圧部材２０の移動方向（Ｂ矢示方向）前方部分であり、加熱手段２２による加熱後棒状押圧部材２０がその上に移動するようになっている。また、加工近傍部２３に対する加熱程度は、棒状押圧部材２０による残留応力を解放できる程度の温度に上昇させるものであればよい。なお、図５中の符号２４は締結具であり、ホルダ２１に設けたスリット２５（図６）を調整して棒状押圧部材２０を着脱可能になっている。
【００３７】
このようにすると、棒状押圧部材２０を移動するとき、常に棒状押圧部材２０に先立ってその加工近傍部２３を加熱手段２２により加熱するので、棒状押圧部材２０による塑性変形時における残留応力の発生を抑制できる。したがって、加工後の成形品の寸法精度を良好に維持でき、形状を安定にすることができる。
【００３８】
そのうえ、加熱手段２２をホルダ２１により棒状押圧部材２０と一体化したので、常時加熱手段２２を棒状押圧部材２０と一体に移動させることができ、棒状押圧部材２０の加工近傍部２３を確実に加熱することができる。
【００３９】
また、この逐次成形加工後に、残留応力の大きな部分である凸部３や通気孔４の周辺部に対して、前記したように局部的な加熱をすると残留応力を解放できる。したがって、この局部的加熱を併用することにより残留応力をさらに低減できる。
【００４０】
図６は第２実施例であり、この場合は、棒状押圧部材２０の先端部周囲に発熱コイル３０を取り付け、電線３１を介して通電することにより、棒状押圧部材２０の先端を加熱する。この加熱程度は前記同様に残留応力の発生を抑制できる程度にする。
【００４１】
発熱コイル３０は棒状押圧部材２０に形成された小径部３２の周囲に設けられ、発熱コイル３０の上方には、小径部３２の周囲に嵌合された筒状部材３３により固定される。筒状部材３３はボルト３４及びナット３５により小径部３２と一体に結合され、筒状部材３３と発熱コイル３０の外周はほぼ同様のものとなる。なお、発熱コイル３０の取付構造は、種々可能であり、さらに加熱手段も他の公知手段を適用可能である。
【００４２】
このようにすると、棒状押圧部材２０による加工と同時に加工部を加熱して残留応力を解放できるから、加熱部を確実にかつ無駄の少ない加熱が可能になる。また、加熱手段が棒状押圧部材２０と一体化するので、装置が簡単かつコンパクトになる。
【００４３】
図７は第３実施例に係り、棒状押圧部材２０にはヒートパイプ４０が内蔵され、棒状押圧部材２０の先端部を冷却するようになっている。ヒートパイプ４０は自動車用エンジンのバルブ等に使用されている公知のものを使用でき、液体ナトリウムを封入して循環させることにより周囲を冷却するようになっている。
【００４４】
棒状押圧部材２０の上部にはネジ４１が形成され、ホルダ４２の下部へネジ止めされる。ホルダ４２の下部側軸心部には水溜まり４３が設けられ、棒状押圧部材２０との間はシリコンゴム製オーリング等のシール材４４によりシールされる。
【００４５】
水溜まり４３には冷却水通路をなす入り側パイプ４５及び出側パイプ４６がホルダ４２を貫通して連通し、ホルダ４２の外部から入り側パイプ４５を経て冷却水を水溜まり４３へ流入させ、ヒートパイプ４０を冷却して熱交換後出側パイプ４６から排出するようになっている。
【００４６】
このようにすると、棒状押圧部材２０により板材１０を押圧して塑性加工するとき、板材１０の方の強度が大きく、棒状押圧部材２０側における加熱にともなう強度低下を無視できなくなる場合に有利である。したがって、第１実施例の加熱手段と併用する場合に好適となる。
【００４７】
なお、上記棒状押圧部材２０に対する冷却は、必ずしも特別な冷却手段を設けなければならないものではなく、例えば、自然空冷を利用して冷却することもできる。一方、板材１０の強度が低く、かつ熱伝導率が高い場合は、第１又は第２実施例のような加熱をすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】逐次成形によって成形された製品の外観図
【図２】逐次成形の概略原理を示す図
【図３】逐次成形における等高線の描き方を示す図
【図４】第１実施例における棒状押圧部材部分を示す図
【図５】図４のＡ矢示図
【図６】第２実施例における棒状押圧部材断面図
【図７】第３実施例における棒状押圧部材断面図
【符号の説明】
１：ボンネット（成形品）、３：凸部、４：通気孔、５：周囲壁、１０：板材、２０：棒状押圧部材、２２：加熱手段、２３：加工近傍部、２４：締結具、２５：スリット、３０：発熱コイル、４０：ヒートパイプ

Claims (4)

1. 周囲を支持された板材を挟んで一面側から棒状の押圧部材を押しつけながら、棒状押圧部材を等高線を描くように３次元方向へ移動させることにより板材を所定の立体形状に成形する逐次成形のための装置において、
   前記棒状押圧部材による加工部近傍を加熱しながら塑性変形させるとともに、
   前記板材を加熱するための熱源をレーザーとし、このレーザー照射器を前記棒状押圧部材とホルダにより結合して一体に設け、
   このレーザー照射器は、前記棒状押圧部材の移動先行側に一定間隔を保ちつつ位置して、前記棒状押圧部材と一体に移動し、
   前記棒状押圧部材の移動先となる加工部を局部加熱し、
   この局部加熱部近傍を前記棒状押圧部材で押圧することにより、加工部を塑性変形させるようにした、
   ことを特徴とする逐次成形装置。
2. 前記板材の前記棒状押圧部材側と反対側を型状押圧部材で押し当てることを特徴とする請求項１に記載した逐次成形装置
3. 周囲を支持された板材を挟んで一面側から棒状の押圧部材を押しつけながら、板材と棒状押圧部材を等高線を描くように３次元方向へ移動させることにより板材を所定の立体形状に成形する逐次成形のための装置において、前記板材を加熱するための熱源を、前記棒状押圧部材の先端部に設けことを特徴とする逐次成形装置。
4. 前記棒状押圧部材の先端部に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載した逐次成形装置。

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