JP4486577B2

JP4486577B2 - 被成形材の引張り曲げ成形方法および装置

Info

Publication number: JP4486577B2
Application number: JP2005298954A
Authority: JP
Inventors: 俊哉寺前; 洋平浅川; 幸久小泉; 功一野邊; 好勝服部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: JP2007105756A

Description

本発明は、異形断面を有する鋼板の引張り曲げ成形品、例えば、エスカレーターのデッキボードや欄干において、断面寸法及び曲げ角度の高精度・安定化に関するものである。

図１に、エスカレーターの概要を示す。エスカレーターの外部（乗客に見える部分）を構成する部品のうち主なものには、内デッキボード１、外デッキボード２、欄干３、ハンドレール４、側板あるいはガラス５、ステップ６、スカートガード７、乗降口床８などがある。上記構成部品のうち内デッキボード１や外デッキボード２、及び欄干３には図２に示すように、直線状の部分と曲がった部分があり、これらが連結された構造となっている。以下、直線状の部分を非成形品ａ、曲がった部分を成形品ｂ、成形品ｂのうち曲げによる曲率をもつ部分を曲げ部９、非成形品ａと連結する部分付近を接続部１０とする。また、このＡ−ＡおよびＢ−Ｂ断面形状は、例えば内デッキボードでは、図５に示すような形状をしている。

例えば、内デッキボード１や外デッキボード２や欄干３のような任意の断面形状を形どった鋼板を曲げ成形する場合は、曲げの内側となる部分に座屈が発生するのを抑制するために引張り曲げ成形を行っている。

引張り曲げ成形は長手方向に長いものを曲げる方法としては一般的である。引張り曲げ成形後の曲げ部９を所定の曲率半径にするための方法としては、特許文献１に示すように引張り曲げ成形中の曲げ半径とそのときの張力の関係を指定のものに制御する方法がある。また、引張り曲げ成形において張力を負荷することによる成形部の伸びにより光沢性の損失を抑止する方法としては、特許文献２に示すように成形の伸びひずみを２％以内にする方法がある。

引張り曲げ成形の一般的な成形工程は、図５に示すように、（ａ）チャック１１により任意の断面形状に形どった鋼板（被成形品１２）の長手方向両端を把持し、（ｂ）被成形品１２の長手方向に初期張力Ｔ１を負荷した後、（ｃ）（ｄ）チャック１１を旋回させて型１３に被成形品１２を押し付けるように曲げ成形を行い、（ｅ）曲げ成形終了後に追加張力Ｔ２を負荷するものである。ここで、曲げ部９の断面は曲げ成形により圧縮応力を受けて小さくなる。（ｅ）の追加張力Ｔ２を負荷することで、接続部１０の断面の寸法を調整するので、被成形品１２は断面が減少する分だけ非成形品ａより予め大きくしてある。
特開２００３−３９１１７号公報特開２０００−３４０８３号公報

内デッキボード１や外デッキボード２や欄干３は、乗客の目につく意匠品である。しかし、エスカレーターを据付ける際に、成形品ｂと非成形品ａの継ぎ目部に段差が発生する。非成形品aは鋼板から断面を成形しているだけであるのに対し、成形品ｂは鋼板から断面成形した被成形品１２を引張り曲げ成形しているため、引張り曲げ成形により断面の収縮が生じ、引張り曲げ成形前後で該被成形品１２の断面形状が異なる。予め前記断面の収縮を見込んで、被成形品１２の断面を大きくしているが、被成形品１２の機械的性質（材料ロット）のばらつきの影響で、断面形状を安定させることは困難である。また、該被成形品１２を引張り曲げ成形後の成形品ｂにおいて、エスカレーターの据付先（設計）毎に該成形品ｂの曲げ部９の端部から非成形品ａとの継ぎ合せる接続部１０の位置が異なることも前記段差が生じる大きな要因である。前記成形品ｂと非成形品ａの継ぎ目部に生じる段差は意匠的にも乗客の安全輸送の面からも問題であった。

これまで、被成形品１２の機械的性質（材料ロット）のばらつきに関しては、鋼板メーカーに対して可能な限り該機械的性質が安定な鋼板を供給してもらうしかなかった。また、成形品ｂの接続部１０の切断位置が据付先毎に異なることに関しては、設計(デザイン)上、成形コスト上、切断位置を一定にすることは困難であり、前記引張り曲げ成形時に作業者が微調整を実施するしかなかったが、それでも前記継ぎ目段差を解消することは困難であった。

本発明の課題は、非成形品ａと成形品ｂの継ぎ目段差を解消して、意匠的にも安全面からも優れた被成形材、例えば、エスカレーターバラストを製造することである
本発明の目的は、上記課題を解決できる被成形材、例えば、エスカレーターバラストの製造方法及び製造装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明では、
（１）被成形材に張力を負荷しながら曲げ曲率を付与する引張り曲げ成形において、曲げ曲率を成形する前に長手方向に伸びひずみを付与し、該伸びひずみを付与した時の張力を曲げ成形時に負荷する張力として、該張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する。

（２）被成形材に張力を負荷しながら曲げ曲率を付与する引張り曲げ成形において、曲げ曲率を成形する前に長手方向に伸びひずみを付与し、該伸びひずみを付与した時の張力を曲げ成形時に負荷する張力として、該張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成し、該曲げ曲率を保持した状態で、該被成形材の端部に伸びひずみを付与する。

（３）上記（１）または（２）において、曲げ曲率を成形する前に長手方向に伸びひずみを付与し、該伸びひずみを付与した時の張力を曲げ成形時に負荷する張力として、該張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する引張り曲げ成形方法おいて、曲げ曲率を成形する前に長手方向に伸びひずみを付与したときに生じる張力から、該被成形材の材料特性値を同定し、張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した曲げ角度（曲げ量）を決定する。

（４）上記（３）において、曲げ曲率を成形する前に長手方向に伸びひずみを付与したときに生じる張力から、該被成形材の材料特性値を同定する引張り曲げ成形方法において、基準となるある被成形材に対して、伸びひずみを付与したときの張力と該被成形材の伸びひずみを付与したときの張力との比から、該被成形材の材料特性値を同定し、張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した曲げ角度（曲げ量）を決定する。

（５）上記（３）において、曲げ曲率を成形する前に長手方向に伸びひずみを付与したときに生じる張力から、該被成形材の材料特性値を同定する引張り曲げ成形方法において、基準となるある被成形材に対して、伸びひずみを付与したときの降伏応力と該被成形材の降伏応力と比較して、該被成形材の材料特性値を同定し、予め作成しておいた降伏応力とスプリングバックの関係から張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した曲げ角度（曲げ量）を決定する。

（６）長尺の被成形材を押し付けて所定の曲げ曲率を成形するための金型と、該被成形材の両端を把持するチャック部と、該金型に対して被成形材を金型に倣わすように曲げ方向にチャック部を移動させるチャック部回転方向移動機構と、被成形材の端部断面に対して、該被成形材に引張り変形を付与するチャック部引張り機構と、チャック部引張り機構によりチャック部に任意の変位量を付与する機構と、該変位量を付与した際の張力を測定する測定部と、チャック部回転方向移動機構作動の際に被成形材の端部に生じる張力を一定に保持する機構と、所定の曲げ角度までチャック部回転方向移動機構を移動させる機構を具備する。

（７）上記（６）において、引張り曲げ成形装置において、チャック部引張り機構によりチャック部に任意の変位量を付与した際の張力を測定する測定部より、被成形材の機械的特性値を同定する制御機構と、該制御機構によりスプリングバック量を考慮して所定の曲げ曲率を得るための所定の曲げ角度を決定して、チャック部回転方向移動機構を移動させる機構を具備する。

（８）上記（６）において、引張り曲げ成形装置において、チャック部引張り機構によりチャック部に所定の変位量を付与した際の張力を測定し、該張力を保持する機構を具備し、該張力が被成形材の端部に作用した状態でチャック部回転方向移動機構により曲げ曲率を形成する機構を具備する。

本発明によれば、被成形品の機械的性質のばらつき(ロットばらつき)に影響を受けず、成形品ｂにおける接続部１０の寸法が略均一な引張り曲げ成形を実現でき、成形品ｂと非成形品ａの継ぎ目部に段差がない被成形材、例えば、エスカレーターバラストを提供できる。

以下、本発明の各実施形態を図面に従って説明する。本発明によって対象品の形状や構成が従来品と大きく変わるところはないが、対象品について再度記す。

図１に、エスカレーターの概要を示す。エスカレーターの外部（乗客に見える部分）を構成する部品のうち主なものには、内デッキボード１、外デッキボード２、欄干３、ハンドレール４、側板あるいはガラス５、ステップ６、スカートガード７、乗降口床８などがある。図２は本発明の対象品であるエスカレーター構成部品（内デッキボード１、外デッキボード２、欄干３）の概略であり、直線状の部分と曲がった部分があり、これらが連結された構造となっている。形状に関しては、例えば、内デッキボードは図５に示すような断面形状である。材質はステンレス鋼やメッキ鋼板等の鉄鋼材料、あるいはアルミ合金材である。成形品ｂはフランジ部２１ａ、２１ｂに座屈が発生するのを抑制するために、引張り曲げ成形を行っている。一般的な引張り曲げ成形方法を図３に示す。（ａ）チャック１１で任意の断面形状に形どった被成形品１２の長手方向端部を把持する。（ｂ）被成形品１２の長手方向に初期張力Ｔ１を負荷する。（ｃ）および（ｄ）チャック１１のアーム（図示せず）を旋回させて、チャック１１を回転方向に移動させて、型１３に被成形品１２を押し付けるように曲げ成形を行う。このとき、チャック１１の回転方向の移動に伴い増加させている。（ｅ）曲げ終了後に更に追加張力Ｔ２を負荷する。これは、曲げ成形後に追加応力を負荷することで、スプリングバックの抑制となる。また、従来方法では、曲げ部９の断面形状は曲げ成形により圧縮ひずみが発生し、断面寸法が縮むため、接続部１０の断面形状および寸法を非成形品ａの断面に合わせるように、追加張力Ｔ２により断面形状および寸法を調整していた。なお、被成形品１２の断面形状および寸法は予め収縮する分を見込んで大きく製作している。

本発明の対象品の１例として、図４に、エスカレーターバラスト（内デッキボード１）周辺を示す。内デッキボード１は、成形品ｂと非成形品ａおよびターミナルデッキｃで構成される。前記成形品ｂ、非成形品ａ、ターミナルデッキｃにを組み立てるときに、成形品ｂとターミナルデッキｃの継ぎ目３０ａ、成形品ｂと非成形品ａの継ぎ目３０ｂ、非成形品ａ同士の継ぎ目３０ｃが生じる。非成形品ａ同士の継ぎ目３０ｃは比較的段差がないが、成形品ｂとの継ぎ目３０ａおよび３０ｂには大きな段差が生じ、意匠的にも安全面からも問題となっている。

成形品ｂと非成形品ａの継ぎ目３０ｂにおける段差を図６に示す。この段差の要因は継ぎ目３０ｂでの成形品ｂの断面が安定していないためである。引張り曲げ成形による成形された引張り曲げ成形品８０を成形品ｂにするための切断工程を図７に示す。引張り曲げ成形により成形された引張り曲げ成形品８０は、据付先(設計)により曲げ部９のＲ端３１ａから任意の位置３２ａおよび３２ｂで切断され、曲げ部９および接続部１０を有する成形品ｂが製作される。このとき図５における幅寸法Ａを引張り曲げ成形品８０の長手方向に沿って測定した結果を図８に示す。幅寸法分布４１は曲げ中心で小さくなり、両端部で大きくなる分布を示す。前記より、接続部１０を形成するための切断の位置３２ａおよび３２ｂが据付先(設計)により異なることで、継ぎ目３０ｂでの成形品ｂと非成形品ａの断面形状の違いが生じて段差となる。

前記従来の引張り曲げ成形方法では、被成形品１２の長手方向端部をチャック１１で把持した後、初期張力Ｔ１を負荷しているが、そのときの長手方向ひずみと張力の関係を図９に示す。長手方向ひずみと張力の関係４１は張力が大きくなると長手方向ひずみが急激に大きくなっている。これは被成形品１２の変形が弾性領域から塑性領域に移行したことに起因する。さらに、張力が大きい場合、同一張力を負荷した場合でも長手方向ひずみにばらつき５０が生じる。

また、このときの長手方向ひずみと幅方向ひずみ関係を図１０に示す。長手方向ひずみと幅方向ひずみの関係４２は線形であり、長手方向に伸びると幅方向にある係数で縮むことがわかる。これより、図９において、長手方向ひずみにばらつき５０が生じると幅方向ひずみにも同様のばらつきが発生し、断面形状および寸法が安定せずに継ぎ目３０ｂでの段差発生となる。この図１０の長手方向ひずみと幅方向ひずみの関係４２から、長手方向ひずみを安定させると幅方向ひずみも安定することから、成形条件として張力を負荷するのではなく、ひずみを管理することが断面形状および寸法の安定化に優位であることがわかる。

現状の引張り曲げ成形方法の概要を図１１に示す。引張り曲げ成形前の設定６１として、初期張力６１ａ、最終張力６１ｂ、曲げ角度６１ｃを入力して、成形を開始する。まず、初期張力６１ａを負荷し、曲げ成形６２を実行する。このとき、曲げ角度の増加にともない初期張力６１ａから最終張力６１ｂまで張力を増加させる。引張り曲げ成形後に除荷６３して、断面形状や寸法並びに曲げ曲率などの形状評価６４を行い、引張り曲げ成形前の設定６１にフィードバック６５をかけて、初期張力６１ａ、最終張力６１ｂ、曲げ角度６１ｃを修正して、前記工程を所定の断面形状や寸法並びに曲げ曲率が得られるまで繰り返す。

本発明の実施例１の引張り曲げ成形方法の概要を図１２に示す。引張り曲げ成形前の設定７１として、初期ひずみ（１％）７１ａ、曲げ角度７１ｂを入力して成形を開始する。まず、初期ひずみ７１ａまで被成形品１２を長手方向に引張り、初期ひずみ７１ａに達した時点の張力を一定保持した状態で、曲げ成形７２を実施する。

また、初期ひずみ７１ａを付与したときの張力とひずみの関係７６から、被成形品１２の機械的性質を同定する。これは、予め基準となる材料データを作成しておき、そのデータとの比較、例えば、降伏応力や長手方向ひずみ１％付与したときの張力の比較により行う。この被成形品１２の機械的性質を同定することで、予め作成しておいた材料ＤＢ７０から、スプリングバック量を考慮した曲げ角度補正７７を求めて、曲げ角度７１ｂに対して、オーバーベンド７３を行い、引張り曲げ成形終了後に、除荷７４して、所定の断面形状や寸法並びに曲げ曲率を得る。前記材料ＤＢ７０や張力とひずみの関係７６並びに曲げ角度補正７７は、予め数値解析や基準実験により基本となるデータを引張り曲げ成形前に求めておく。

引張り曲げ成形条件において、現状と本発明の比較を図１３に示す。現状の成形条件４６は、初期張力を負荷した後、曲げ成形において曲げ角度が大きくなるにしたがい張力を増加させている。本発明での成形条件４７は、初期に所定(ここでは１％)の長手方向ひずみを付与する。したがって、本発明での成形条件４７は被成形品１２毎に曲げ成形中に負荷する張力が異なる。なお、対象とする曲げ成形品によっては、曲げ成形終了後に追加張力を負荷することもある。この場合でも、現状では成形条件として追加張力を負荷しているが、本発明では、被成形品１２の最終的な長手方向ひずみ(伸び量)で管理する。

現状と本発明による引張り曲げ成形での長手方向測定位置に対する断面幅寸法（図５中のＡ）の比較を図１４に示す。非成形品ａの断面幅寸法５２に対して、現状の引張り曲げ成形での長手方向に沿った幅寸法分布５１は、接続部１０において、図８と同様に幅寸法が変化しているが、本発明による引張り曲げ成形での長手方向に沿った幅寸法分布５０は、略均一になっている。これより、切断位置が変化しても、非成形品ａとの継ぎ目３０ｂでの断面形状および寸法の差は小さく、段差をなくすことができ、意匠的にも安全面でも優位な被成形材、例えば、エスカレーターバラストの提供が可能である。

本発明による引張り曲げ成形において、初期に長手方向ひずみを付与する際、実成形においてはひずみ量を管理することは困難なので、チャック変位量で制御を実施する。長手方向ひずみとチャック変位量の関係を図１５に、幅方向ひずみとチャック変位量の関係を図１６に示す。これより、長手方向ひずみとチャック変位量の関係５５および幅方向ひずみとチャック変位量の関係５６は線形であり、本関係を予め明確にしておくことで、チャック変位量によるひずみ管理が可能である。

本発明において、ひずみ量を可能な限り小さくすることで、被成形品１２の表面性状や光沢度が向上できる。また、曲げ曲率に関して言及はしていないが、スプリングバックを考慮して、基本的に金型形状と曲げ角度(チャック回転方向移動量)で調整する。本条件の決定においては、数値解析やモデル実験により対応が可能である。

なお、本発明によるひずみ量を管理することで引張り曲げ成形における被成形品１２の断面形状および寸法を安定化させることは、エスカレーター構造部品だけではなく、継ぎ目の意匠性を重要とする建築構造等の被成形材に適用が可能である。

エスカレーターの構造を示す外観図である。本発明の対象品の概要を示す図である。本発明の対象品の成形方法を示す図である。エスカレーターバラスト（内デッキボード）周辺を示す図である。エスカレーターバラスト（内デッキボード）の断面形状を示す図である。エスカレーターバラスト（内デッキボード）の成形品と非成形品の継ぎ目に生じる段差を示す図である。内デッキ下Ｒ部(成形品)の概要を示す図である。現状引張り曲げ成形方式による成形品の長手方向測定位置と断面幅寸法の関係を示す図である。引張り曲げ成形における初期張力負荷と被成形品に生じる長手方向ひずみの関係を示す図である。引張り曲げ成形における長手方向ひずみと幅方向ひずみの関係を示す図である。現状の引張り曲げ成形方式の概要を示す図である。本発明による引張り曲げ成形方式の概要を示す図である。現状と本発明の成形条件の比較を示す図である。現状と本発明による長手方向測定位置に対する断面幅寸法の比較を示す図である。引張り曲げ成形における初期張力負荷時のチャック変位量と被成形品の長手方向ひずみの関係を示す図である。引張り曲げ成形における初期張力負荷時のチャック変位量と被成形品の幅方向ひずみの関係を示す図である。

符号の説明

１内デッキボード
２外デッキボード
３欄干
４踏段
５欄干ガラスあるいは欄干板
６ハンドレール
７スカートガード
８乗降口床
９曲げ部
１０接続部
１１チャック
１２被成形品
１３型
ａ非成形品
ｂ成形品
ｃターミナルデッキ

Claims

被成形材に張力を負荷しながら曲げ曲率を形成する引張り曲げ成形方法において、
前記被成形材の長手方向に所定の伸びひずみと、第一の曲げ角度を付与し、
前記所定の伸びひずみに対応した張力を一定に保持しながら引張して前記第一の曲げ角度で曲げ成形を行うとともに、
前記所定の伸びひずみを付与したときに生じる張力から前記被成形材の材料特性値を同定して、曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した第二の曲げ角度を決定し、
前記曲げ成形を行った後、前記第二の曲げ角度でオーバーベンドを行うことを特徴とする被成形材の引張り曲げ成形方法。
請求項１に記載の被成形材の引張り曲げ成形方法において、
前記被成形材の長手方向に前記所定の伸びひずみを付与したときに生じる張力と、基準となるある被成形材に前記所定の伸びひずみを付与したときに生じる張力との比から、前記被成形材の材料特性値を同定し、前記所定の伸びひずみに対応した張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した第二の曲げ角度を決定することを特徴とする被成形材の引張り曲げ成形方法。
請求項１に記載の被成形材の引張り曲げ成形方法において、
前記被成形材の長手方向に前記所定の伸びひずみを付与したときの降伏応力と、基準となるある被成形材に前記所定の伸びひずみを付与したときの降伏応力との比から、前記被成形材の材料特性値を同定し、前記所定の伸びひずみに対応した張力を一定に保持しながら曲げ成形を行って曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した第二の曲げ角度を決定することを特徴とする被成形材の引張り曲げ成形方法。
フランジ部を有する長尺のエスカレータバラストに張力を負荷しながら曲げ曲率を形成する引張り曲げ成形方法において、
前記エスカレータバラストの長手方向に所定の伸びひずみと、第一の曲げ角度を付与し、前記所定の伸びひずみに対応した張力を一定に保持しながら引張して前記第一の曲げ角度で曲げ成形を行うとともに、
前記所定の伸びひずみを付与したときに生じる張力から前記エスカレータバラストの材料特性値を同定して、曲げ曲率を形成する際のスプリングバック量を考慮した第二の曲げ角度を決定し、
前記曲げ成形を行った後、前記第二の曲げ角度でオーバーベンドを行うことを特徴とするエスカレータバラストの引張り曲げ成形方法。