JP5195401B2 - 遂次成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属薄板を成形する逐次成形装置に関する。

従来技術の金属薄板を成形する逐次成形装置として、ブランク材の縁部を挟持した状態で厚方向から成形形状を有する型パンチを所定高さまで押し込んで絞り成形を行い、型パンチの押し込み状態のまましわ押え力を増して材料の流動をロックした状態で型パンチと板厚を挟んで反対側から工具により形状成形を行い、この後、しわ押え力を低下させ、型パンチを再び所要高さだけ上昇させて絞り成形を行い、次いでしわ押え力を高くし材料の流動をロックした状態で工具により形状成形を行うステップを１回以上繰り返す薄板の成形装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、合成樹脂のワークを軟化させた後、成形型にセットして真空引きすることによりマスク治具を製造する製造装置であって、成形型に、少なくともマスク治具の見切り線に対応する箇所に沿って吸引用の孔、またはスリットを設け、この吸引用孔内またはスリット内は、マスク治具の見切り線に対応する部分に鋭角部を形成するため多孔質部材を設け、マスク治具の見切り線に対応するシート部分周辺をそのシートの表側から成形型に向けて押圧することのできるプラグを設けたマスク治具の製造装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、雌型の内側に配置した座に素材を固定しており、雌型と工具との間および座と工具との間に素材を配置しており、かつ、絞り加工によって素材の外端部が絞り加工方向に移動可能な状態で、座および工具を雌型に対して相対的に絞り加工方向に移動させ、工具を雌型の内周面に沿って相対的に移動させる遂次成形方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００６−３４１２６２号公報 特開２００８−１４９４６２号公報 特開２００２−１４４４号公報

しかしながら、特許文献１によれば、ブランク材の型パンチへの押し付け力の増加と低減を繰返し行いながら成形するため加工時間が長くなる問題と、型パンチを再び所要高さだけ上昇させるため高さ制御装置が必要になり装置が複雑になる問題がある。

また、特許文献２によれば、合成樹脂を軟化させるため、真空装置に加え加熱装置が必要になり装置費が高くなる問題と、加熱に要するエネルギー費が必要になる問題がある。また、部分的に真空状態を作っているためワークの外周に近い部分の加工は別工程で行う必要があり、加工時間が長くなる問題がある。

また、特許文献３によれば、座の上面に真空吸着パットを設け、真空吸着により素材を固定しているが、真空の吸引力を積極的に成形加工に利用せず、素材の成形は棒状の工具を雌型の内周面に沿って相対的に移動させて遂次成形を行っているため、加工時間が長くなる問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属薄板を成形する成形装置であって、変形量の大きい角部での引けが起こらず、短時間で金属薄板を成形でき、低コストで構造が簡素で、また加工に要するエネルギーの少ない遂次成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ワークを所定形状に成形する成形型部を有する下型と、下型にセットしたワークを押圧するクランパーと、クランパーで押圧したワークを押圧して成形する棒工具と、下型に設けられワークと成形型部で形成される液溜めに連通した孔に接続される配管系と、配管系に接続され、液溜めに充填した液体を吸引して液溜めを減圧しワークを成形する減圧手段と、減圧手段と棒工具との作動タイミングと、液溜めの液の出入りを制御する制御装置と、を備える。

また、請求項２に記載の発明は、孔は液溜めに液が溜まる底を有する液溜め系統に少なくとも設けられる。

また、請求項３に記載の発明は、 制御装置は、減圧手段で吸引する液体の流量を制御する。

また、請求項４に記載の発明は、配管系には、液溜め系統ごとに底に設けた孔に連通し直列に配備した流量計とバルブとを備え、制御装置により液溜め系統から吸引される液体の流量が液溜め系統ごとに制御される。

本発明の遂次成形装置は、減圧ポンプなどの減圧手段により液溜めの液体を吸引して液溜めを減圧し、大気圧と液溜めとの差圧でワーク全体を短時間で減圧成形すると共に、棒工具で成形型部に倣うようにワークを押圧して材料の流れを良好にし、変形量の大きな角部での引けの発生を阻止して遂次成形する。また、圧力によって気体の密度は大幅に変化するが、液体は殆ど変化しないので、液溜めに液体を充填して減圧することで、気体に比べて、液溜めの液体の量を簡単、且つ、適正にコントロールでき、棒工具によるワークへの押圧と減圧手段による液溜めの減圧とのタイミングが簡単、適正に調整される。以上により、本発明の遂次成形装置は、変形量の大きい角部での引け発生が防止でき、且つ、従来技術に比べて短時間で所定形状にワークを成形できる。

また、従来技術で必要な型パンチを所要高さだけ上昇させる高さ制御装置、あるいは、合成樹脂のワークを加熱する加熱装置が不要で、さらに、クランパーで上からワークを押圧しクランプして、減圧手段で減圧し下型の上面に吸着固定するので、低コストで構造が簡素で、また加工に要するエネルギーの少ない遂次成形装置を提供できる。

また、本発明では減圧手段で吸引される液溜めの液体が通過する孔は、液体が溜まる最も低い位置である成形金型部内の底に設けられる。これにより、減圧手段の空気吸引が阻止され、減圧手段が故障することなく、適正に作動するので、液溜めの液体の量を適正にコントロールできる。また、孔が成形途中のワークに塞がれるのを阻止されるので、液溜め系統の液体は、成形が終了するまで減圧手段で好適に吸引できる。以上により、引け発生が防止できると共に短時間で所定形状に成形する遂次成形装置を提供できる。

また、減圧手段で液溜めの吸引される液体の流量を制御することにより、液溜めの液体の量を適正にコントロールできる。これにより、棒工具による押圧と減圧手段による減圧のタイミングが適正に調整され、変形量の大きな角部での引け発生が防止できると共に短時間で所定形状に成形する遂次成形装置を提供できる。

また、減圧手段で液溜めの吸引される液体の流量を流量計の計測信号に基づき、減圧手段（例えば、減圧ポンプ等）の液体を吸引する流量と、バルブの流路開度を制御することにより、各液溜め系統の液体の量を各々個別にコントロールできる。従って、各液溜め系統に於いて棒工具による押圧と、減圧手段による減圧のタイミングとが適正に調整され、変形量の大きな角部での引け発生が防止できると共に短時間で所定形状に成形する遂次成形装置を提供できる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係わる遂次成形装置の説明図であり、図２は本発明の実施形態に係わる遂次成形装置の平面図であり、図１は、図２のＡＡ断面図である。図１に示すように、遂次成形装置１は、下型１０と、クランパー２と、棒工具３と、配管系２０と、減圧ポンプ４（減圧手段）と、制御装置５とから構成される。下型１０は、ブランク材３０（ワーク）が所定形状に成形される成形型部１１が設けられる。また、下型１０の上面にはＯリング７が装着されるＯリング溝１４が設けられ、Ｏリング７を介在して薄い冷間圧延鋼板薄板等の金属薄板（例えば、板厚１ｍｍ以下）のブランク材３０が下型１０の上面にセットされ、この状態でクランパー２によってブランク材３０は下型１０の上面に押圧されクランプされる。

成形型部１１とブランク材３０とで断面が略Ｗ形状で図１の上方から見る平面が略長方形（図２）の液溜め６が形成され、液溜め６はオイル（液体）が溜まる底１２ａと１２ｂをそれぞれ有する液溜め系統６ａ、６ｂを備える（図１及び図３）。底１２ａと１２ｂは、液溜め系統６ａ、６ｂのそれぞれの最も低くい位置に位置し、配管系２０に接続される孔１３ａと１３ｂが設けられる。尚、液溜め系統６ａ、６ｂの容積は、成形過程の状態で変化する。

尚、本実施形態では、液溜め６のオイルを、底１２ａと１２ｂの位置で、孔１３ａと１３ｂの２系統から吸引しているが、１系統あるいは３系統以上から吸引しても良い。また底１２ａと１２ｂ以外、成形型部１１の表面に配管系２０に連通する孔（例えば、傾斜部分１１ａ〜１１ｆの何れかに配管系２０に連通する孔）を設け、そこから吸引しても良い。

配管系２０は、流量計２２ａ、２２ｂと、バルブ２４ａ、２４ｂと、配管２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６とを備える。孔１３ａは、順次配管２１ａ、流量計２２ａ、配管２３ａ、バルブ２４ａ、配管２５ａに接続される。同様に、孔１３ｂは、順次配管２１ｂ、流量計２２ｂ、配管２３ｂ、バルブ２４ｂ、配管２５ｂが接続される。そして、配管２５ａと配管２５ｂとは、配管２６を介在して減圧ポンプ４が接続される。

尚、液溜め６に充填されるのは、オイルに限定されるものではなく、液体であれば良く、好ましくは、防錆、潤滑の効果が得られるオイルが好適である。また、液体を使用することで、気体に比べてＯリング７及び配管系２０の接続部のシール性が向上し、周囲からの空気の侵入が阻止される。

流量計２２ａ及び２２ｂは、液溜め系統６ａ、６ｂから減圧ポンプ４で吸引されるオイルの流量を計測するために設けられ、流量の計測信号は制御装置５に送信される。この計測信号に基づき制御装置５により減圧ポンプ４と、バルブ２４ａ、２４ｂが制御され、液溜め６、溜め部分６ａ、６ｂのオイル量が各々調整される。

次に、遂次成形装置１の作動と効果について説明する。

図３は、遂次成形装置１を用いてブランク材３０を所定形状に成形する工程を示す説明図である。図３に示すように、ブランク材３０の成形加工は、以下に述べる５つの工程が順次行われる。

（工程１） 図３（ａ）に示すように、オイルが充填された下型１０の上面にブランク材３０がセットされ、続いてクランパー２が上方より降下してブランク材３０の上面に当接し所定の押さえ荷重でブランク材３０を下型１０の上面に押圧する。

（工程２） 図３（ｂ）に示すように、工程１が終了すると、成形加工が開始される。即ち、減圧ポンプ４（図１）を作動させ、液溜め６を減圧してブランク材３０を下型１０の上面に吸着固定し、次にブランク材３０全体を減圧成形すると共に、棒工具３を成形型部１１に沿わせて逐次成形を行う。減圧ポンプ４（図１）の作動は、バルブ２４ａ、２４ｂの流路が適正に開かれた状態で孔１３ａ、１３ｂを介在し液溜め６のオイルを減圧ポンプ４（図１）で吸引して液溜め６の圧力を大気圧より低くする。この時、生じる大気と液溜め６との圧力差でブランク材３０全体は、成形型部１１の輪郭に倣うように徐々に成形される。棒工具３は、棒工具３が上方から降下してブランク材３０に当接し、成形型部１１の傾斜部分１１a〜１１ｆ（図２）に沿ってブランク材３０を押圧し材料を下に送ってブランク材３０の底面角部３０ａ〜３０ｄ（図３（ｄ））の局部引けを阻止して遂次成形する。そして、減圧ポンプ４で吸引するオイル流量を制御し、液溜め６の液体の量を適正にコントロールして、棒工具３による押圧と減圧手段４による減圧のタイミングを好適に調整してブランク材３０の成形を行う。

尚、減圧ポンプ４による減圧成形と、棒工具３による遂次成形は、同時に行う場合と、減圧成形が先でその後、遂次成形を行う場合と、遂次成形が先でその後、減圧成形を行う場合があり、ブランク材３０の厚さ、面積と、成形形状と、遂次成形装置１の能力に対応して成形を好適に行える上述のいずれかの場合でブランク材３０を成形する。

（工程３） 加工図３（ｃ）に示すように、棒工具３で材料流れを促進させ引けの発生を阻止して未成形部分を遂次成形する。この場合、減圧ポンプ４の作動の可否は、ブランク材３０の厚さ、大きさと、成形形状と、遂次成形装置１の能力に対応して選択される。

（工程４） 図３（ｄ）に示すように、減圧成形では成形のし難い変形量の大きい底面角部３０ａ〜３０ｆ（図２）を遂次成形して仕上げ加工を行う。この場合、減圧ポンプ４の作動の可否は、ブランク材３０の厚さ、面積と、成形形状と、遂次成形装置１の能力に対応して選択される。

（工程５） 図３（ｅ）に示すように、工程４が終了すると、ブランク材３０から所定形状に成形された製品３１が完成し、減圧ポンプ４が停止され、棒工具３とクランパー２はブランク材３０のセット前の位置に戻る。そして、製品３１が下型１０より取出されブランク材３０の成形加工の１ショットが終了する。

減圧ポンプ４で液溜め６のオイルを吸引する流量は、ブランク材３０の板厚、面積と、成形形状と、遂次成形装置１の能力に応じて制御される。この流量制御は、流量計２２ａ、２２ｂの計測信号を制御装置５に送信し、制御装置５により減圧ポンプ４の流量と、バルブ２４ａ、２４ｂの各々の流路開度を適正に調整して行われる。

以上によれば、減圧ポンプ４により液溜め６のオイルを吸引し液溜め６を減圧し、大気圧と液溜め６との差圧でブランク材３０の全体を短時間で減圧成形し、棒工具３で成形型部１１の輪郭に倣うように逐次成形し材料の流れを良好にして変形量の大きな底面角部３０ａ〜３０ｄでの引けの発生が阻止される。

また、圧力によって気体は密度が大幅に変化するが、オイルなどの液体の密度は殆ど変化しないので、液溜め６にオイル充填し減圧することで、気体に比べて、液溜め６のオイル量を簡単、且つ、適正にコントロールできる。これにより、棒工具３による押圧と減圧ポンプ４による減圧のタイミングを調整することで、本発明の遂次成形装置１は、変形量の大きな底面角部３０ａ〜３０ｄでの引け発生が防止でき、且つ、従来技術に比べて短時間で所定形状にブランク材３０を成形できる。

また、減圧ポンプ４で吸引される液溜め６の液体が通過する孔１３ａ、１３ｂは、液体が溜まる液溜め系統６ａ、６ｂの最も低く位置、即ち、底に設けられるので、減圧ポンプ４の空気吸引が阻止され、減圧ポンプ４が故障することなく適正に作動する。これにより、液溜め６のオイル量を適正のコントロールできる。また、孔１３ａ、１３ｂが成形途中のブランク材３０に塞がれるのを阻止できるので、液溜め系統６ａ、６ｂの液体は、成形が終了するまで減圧ポンプ４で好適に吸引される。以上により、引け発生が防止できると共に短時間で所定形状に成形する遂次成形装置１を提供できる。

また、減圧ポンプ４で液溜め系統６ａと、６ｂから吸引するオイルの各流量は、各々制御されるので、液溜め系統６ａと、６ｂの各々の成形に好適なるように制御される。この流量制御は、流量計２２ａ、２２ｂの計測信号を制御装置５に送信して、この計測信号に基づき制御装置５により、バルブ２４ａ、２４ｂの各々の流路開度と、減圧ポンプ４の流量が適正に制御される。これにより、液溜め系統６ａと、６ｂのオイル量を各々個別にコントロールして、棒工具３による押圧と減圧ポンプ４による減圧のタイミングを液溜め系統６ａと、６ｂの各々に対して調整する。結果、液溜め系統６ａと、６ｂの引け発生が防止できると共に短時間で所定形状に成形する遂次成形装置１を提供できる。

また、本発明の遂次成形装置１は、従来技術で必要な型パンチを所要高さだけ上昇させる高さ制御装置、あるいは、合成樹脂のワークを加熱する加熱装置が不要で、さらに、ブランク材３０はクランパー２で上から押圧してクランプされ、減圧ポンプ４により下型の上面に吸着固定されるので、構造が簡素で、装置のコスト及び加工に要するエネルギー費の安い遂次成形装置１を提供できる。

図２のＡＡ断面図である。 本発明の実施形態に係わる遂次成形装置の平面図である。 本発明の遂次成形装置によるブランク材の成形工程を示す説明図である。

符号の説明

１ 遂次成形装置
２ クランパー
３ 棒工具
４ 減圧ポンプ（減圧手段）
５ 制御装置
６ 液溜め
６ａ、６ｂ 液溜め系統
１０ 下型
１１ 成形型部
１２ａ、１２ｂ 底
１３ａ、１３ｂ 孔
２０ 配管系
２２ａ、２２ｂ 流量計
２４ａ、２４ｂ バルブ
３０ ブランク材（ワーク）

Claims (4)

1. ワークを所定形状に成形する成形型部を有する下型と、
   前記下型にセットした前記ワークを押圧するクランパーと、
   前記クランパーで押圧した前記ワークを押圧して成形する棒工具と、
   前記下型に設けられ前記ワークと前記成形型部で形成される液溜めに連通した孔に接続される配管系と、
   前記配管系に接続され、前記液溜めに充填した液体を吸引して前記液溜めを減圧し前記ワークを成形する減圧手段と、
   前記減圧手段と前記棒工具との作動タイミングと、前記液溜めの前記液の出入りを制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする遂次成形装置。
2. 前記孔は前記液溜めに前記液が溜まる底を有する液溜め系統に少なくとも設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の遂次成形装置。
3. 前記制御装置は、前記減圧手段で吸引する前記液体の流量を制御する、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の遂次成形装置。
4. 前記配管系には、前記液溜め系統ごとに前記底に設けた前記孔に連通し直列に配備した流量計とバルブとを備え、前記制御装置により前記液溜め系統から吸引される前記液体の流量が前記液溜め系統ごとに制御される、ことを特徴とする請求項２乃至３の少なくともいずれか一項に記載の遂次成形装置。

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