JP5210069B2 - 成形条件決定方法 - Google Patents

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    • B21D24/04Blank holders; Mounting means therefor

Description

本発明は、成形条件決定方法に関する。例えば、自動車のボディを製造するプレス機の成形条件決定方法に関する。
従来より、プレス機により、鋼板を絞り成形して自動車のボディを形成することが行われている。
このようなプレス工程では、例えば、サーボモータを用いたサーボプレス機が用いられる。このサーボプレス機によれば、成形中に上型のスライド速度およびダイクッション圧を自在に変化させることができるため、プレス成形の自由度が高く、サイクルタイムを短縮できる。
ところで、以上のプレス工程では、実際にプレス機を用いて成形品の試作を繰り返すことで、最適な成形条件を決定する。
例えば、予め試作を行って、各スライド速度について、成形品の品質が一定基準を満たすことのできるダイクッション圧の最低値および最高値を求めて、データベース化しておく。そして、プレス成形時には、スライド速度に応じて、このデータベースからダイクッション圧の最低値および最高値を読み出し、ダイクッション圧を、この最低値と最高値との中間値とする(特許文献1参照)。
この方法によれば、スライド速度に応じて、容易にダイクッション圧を設定できる。
特開2001−96314号公報
しかしながら、特許文献1に示された手法では、スライド速度に応じてダイクッション圧を一義的に決定するものであり、サーボプレス機の最適な成形条件であるとは限らない。
したがって、実際には、サーボプレス機では、スライド速度とダイクッション圧との最適値を決定するために膨大な回数の試作を行う必要があり、その結果、工数が増加し、コストが上昇する、という問題がある。
本発明は、コストを低減できるプレス機の成形条件決定方法を提供することを目的とする。
本発明の成形条件決定方法は、プレス機(例えば、後述のサーボプレス機30)のしわ押え力を決定する成形条件決定方法であって、しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力(例えば、後述のしわ押え力P)を求める手順と、当該求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力(例えば、後述の基準しわ押え力P)として、当該基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する手順と、当該算出した平均値が一定となるしわ押え力の変化パターン(例えば、後述の変化パターンt〜t)の中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターン(例えば、後述の変化パターンt)を抽出する手順と、を備えることを特徴とする。
本発明者は、しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値と、亀裂の発生との間には強い相関性があることを見出した。
そこで、この発明によれば、亀裂の発生を抑制できるしわ押え力として、基準しわ押え力を決定し、この基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する。そして、この平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンを抽出する。
すなわち、まず、亀裂の発生を抑制できる変化パターンを絞り込み、その後、この絞り込んだ変化パターンの中から、亀裂に加えてしわの発生を抑制できる変化パターンを特定する。このように平均値が一定となるという拘束条件の下で、しわ押え力の変化パターンを絞り込んだので、最適なしわ押え力の変化パターンを効率よく求めることができる。
その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
特に、サーボプレス機やNCダイクッションでは、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、成形条件を無数に設定可能であり、最適な成形条件を求めることは困難であるが、本発明によれば、試作の回数を大幅に削減できる。
本発明によれば、平均値が一定となるという拘束条件の下で、しわ押え力の変化パターンを絞り込んだので、最適なしわ押え力の変化パターンを効率よく求めることができる。その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、プレス機30の概略構成を示す図である。
プレス機30は、いわゆるサーボプレス機であり、ワークとしての鋼板32の下側に配置された下型41を有する下型機構40と、下型41に対して、上型51を接近、離隔させる上型機構50と、これら下型機構40および上型機構50を制御する制御装置31と、を有する。
上型機構50は、サーボモータ52と、該サーボモータ52によって回転駆動される減速ギア53と、該減速ギア53によって大きいトルクで回転駆動される回転板54と、該回転板54の側面に上端部が揺動可能に軸支されたコネクティングロッド55とを有する。
サーボモータ52は、例えばAC型であって、高い応答性を有するとともにトルクむらが小さい。サーボモータ52の軸回転位置は図示しないエンコーダによって検出され、この検出された軸回転位置に基づいて、サーボモータ52はフィードバック制御される。
上型機構50は、さらに、コネクティングロッド55の下端に軸支されたスライダ56を備え、上型51は、スライダ56の下面に設けられる。
上型51は、下型41とともに鋼板32を挟んでプレス加工するものであって、下面に鋼板32の上面に当接するための型面51aが設けられている。この51は、凹んだ曲面となっており、上型51の周辺には、環状のホルダ57が設けられている。ホルダ57の先端面は水平であり、型面51aよりもやや突出している。したがって、ホルダ57は、鋼板32に対して型面51aよりも先行して当接することになる。
下型機構40は、下型41に加えて、ベースとなる固定台42と、鋼板32の周辺部を支持する環状のブランクホルダ43と、該ブランクホルダ43を昇降させるダイクッション機構44とを有する。
下型41は、固定台42の上部に設けられており、上型51とともに鋼板32を挟んでプレス加工する。この下型41の上面には、鋼板32の下面に当接するための型面41aが設けられている。
ブランクホルダ43は、ホルダ57と対向する位置に設けられ、鋼板32をプレスする際にしわの発生および位置ずれ等を防止するために、該ホルダ57ともに鋼板32の端部を挟持する。
ダイクッション機構44は、下方から固定台42および下型41を貫通してブランクホルダ54の下部を支持する複数のピン45と、これらのピン45を昇降させる図示しない油圧式の昇降機構とを有する。
昇降機構は、ピン45に連結された図示しない油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動する図示しないサーボ機器と、を含んで構成される。このサーボ機器は、制御装置31に接続されており、制御装置31からの信号に基づいて所定の圧力制御を行うことで、ブランクホルダ43とホルダ57とで、鋼板32の周辺部を適切な圧力(ダイクッション圧)で押圧して、しわ押さえを行う。
制御装置31は、サーボモータ52を回転駆動させて上型51を下型41に対して進退させるとともに、ダイクッション機構44を駆動して、ブランクホルダ43を昇降させる。
以上のプレス機30を用いて鋼板32をドロー成形する手順について図2を参照しながら説明する。
先ず、ステップS1において、初期設定を行う。つまり、ブランクホルダ43を所定位置まで上昇させておき、該ブランクホルダ43によって未加工の鋼板32を支持する。また、上型51は上死点まで上昇させておく。次に、ステップS2において、制御装置31の作用下に、サーボモータ52を回転駆動してスライダ56を下降させる。以下、このスライダ56の速度をスライド速度と呼ぶ。
スライダ56をある程度下降をさせると、ホルダ57が鋼板32の上面に接触し、該鋼板32はホルダ57とブランクホルダ43により挟持される。この時点から、制御装置31の作用下にホルダ57を下降させる(ステップS3)。具体的には、制御装置31の作用下にブランクホルダ43が鋼板32の下面を押圧気味となるように適度な力を発生させて鋼板32を確実に保持させながら下降するように圧力制御を行う。つまり、ブランクホルダ43は、ホルダ57によって鋼板32を介して押圧され、該鋼板32に適度な圧力を与えながら押し下げられることになる。これにより、鋼板32はホルダ57とブランクホルダ43によって周辺部を保持(挟持)されながら下降し、次第に上型51と下型41によって製品形状にプレスされる。
ステップS4において、制御装置31は、スライダ56の位置を下死点(つまり、上型51が1ストロークする間の最下点)に到達させる。ステップS5において、制御装置31の作用下に、サーボモータ52を回転駆動して、スライダ56をパネル搬送位置まで上昇させる。
ステップS6において、スライダ56の位置がパネル搬送位置まで達したか否かを確認し、達しているときにはステップS7へ移り、未達のときにはスライダ56の上昇を継続する。ステップS7において、制御装置31の作用下にブランクホルダ43を上昇させる。これによりブランクホルダ43は、スライダ56よりもやや遅れて上昇することになる。
ステップS8において、制御装置31の作用下に、ブランクホルダ43をパネル搬送位置まで上昇させる。ステップS9において、ブランクホルダ43の上昇を一時停止させ、ドロー成形加工が終了した鋼板32を図示しない搬送手段によって次工程のステーションへ搬送する。
ステップS10において、制御装置31は、ブランクホルダ43を再上昇させて、ブランクホルダ43を加工待機位置まで到達させる。ステップS11において、未加工の鋼板を所定の位置に配置する。なお、この間もスライダ56は上昇を継続している。ステップS12において、制御装置31は、スライダ56を上死点まで到達させる。
次に、プレス機30のスライダの変位について図3を参照して説明する。
上述のドロー成形では、スライダ56つまり上型51を、図3に示すように変位させて、絞り加工を行う。具体的には、上型51を上死点(X1)から所定のスライド速度で下降させ、鋼板に接触する位置(X2)の直前で速度を低下させて、この遅いスライド速度で鋼板に接触し、その後、速度を上昇させつつ、プレス成形する。上型51が下死点(X0)に到達すると、この上型51を、元のスライド速度(所定速度)で上昇させる。
次に、以上のプレス機30のダイクッション圧を決定する手順について説明する。
まず、しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力を求める。
例えば、図4に示すように、成形開始から成形完了まで一定のしわ押え力P〜Pを設定し、これらしわ押え力P〜Pついてプレス成形を実行し、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力として、しわ押え力Pを求める。
次に、求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力とし、この基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する。
例えば、図4では、しわ押え力Pよりも低い値、ここでは、しわ押え力Pを基準しわ押え力とする。基準しわ押え力Pは、材料の特性や製品形状に基づいて決定されるが、具体的には、しわ押え力Pよりも1%から25%程度低い値とする。そして、この基準しわ押え力Pを成形開始から成形完了までのスライダ位置で積分した後、成形ストロークで除して、平均値を算出する。具体的には、この平均値はPとなる。
次に、この算出した平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンを抽出する。
例えば、平均値Pが一定となるしわ押え力の変化パターンとして、しわ押え力を線形に変化させたものを想定する。すると、しわ押え力の変化パターンは、図5に示すように、成形開始時のしわ押え力Qと成形完了時のしわ押え力Qの2つのパラメータで決定される。
そこで、図6に示すように、横軸を成形開始時のしわ押え力Q、縦軸を成形完了時のしわ押え力Qとして表すと、全ての変化パターンは、図6中の点として表される。すると、成形開始から成形完了までしわ押え力一定となる変化パターンは、図6の原点から延びる直線s上にプロットされる。
また、平均値が同一となるしわ押え力の変化パターンは、直線sに直交する直線上の点で表されるため、平均値Pが同一となるしわ押え力の変化パターンは、直線t上の点t〜tで表される。よって、変化パターンt〜tについてプレス成形を実行し、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能な最適値として、変化パターンtを抽出する。
これら変化パターンt〜tを、縦軸をしわ押え力、横軸をスライダ位置として表すと、図7のようになる。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)基準しわ押え力Pを決定し、この基準しわ押え力Pの成形開始から成形完了までの平均値Pを算出する。そして、この平均値Pが一定となるしわ押え力の変化パターンt〜tの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンtを抽出する。すなわち、まず、亀裂の発生を抑制できる変化パターンを絞り込み、その後、この絞り込んだ変化パターンの中から、亀裂に加えてしわの発生を抑制できる変化パターンを特定する。このように平均値Pが一定となるという拘束条件の下で、しわ押え力の変化パターンを変化パターンt〜tに絞り込んだので、最適なしわ押え力の変化パターンtを効率よく求めることができる。
その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
特に、サーボプレス機30やNCダイクッションでは、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、成形条件を無数に設定可能であり、最適な成形条件を求めることは困難であるが、本発明によれば、試作の回数を大幅に削減できる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、ここでは、平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンとして、しわ押え力を線形に変化させたものを想定したが、これに限らない。すなわち、図8に示すように、しわ押え力をスライダの所定位置aでステップ状に変化させてもよい。また、図9に示すように、スライダが成形開始位置から所定位置bに到達するまでは、しわ押え力を線形に増加させて、その後、スライダが所定位置bから成形完了位置に到達するまでは、しわ押え力を線形に減少させてもよい。
さらに、図8に示すようなしわ押え力のステップ状の変化と、図9に示すようなしわ押え力の線形の増加および減少と、を組み合わせてもよい。
本発明の一実施形態に係る成形条件決定方法が適用されるプレス機の概略構成を示す図である。 前記実施形態に係るプレス機の加工手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係るプレス機のスライダ位置と成形時間との関係を示す図である。 前記実施形態に係る成形条件決定方法について、成形開始から成形完了まで一定のしわ押え力を、縦軸をしわ押え力、横軸をスライダ位置として表した図である。 前記実施形態に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンのパラメータを示す図である。 前記実施形態に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを、縦軸を成形開始時のしわ押え力、横軸を成形完了時のしわ押え力として表した図である。 前記実施形態に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを、縦軸をしわ押え力、横軸をスライダ位置として表した図である。 本発明の変形例に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを表した図である。 本発明の別の変形例に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを表した図である。
符号の説明
30 サーボプレス機
亀裂が発生し得る最小のしわ押え力
基準しわ押え力、平均値
〜t 平均値が一定となるしわ押え力の変化パターン
しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターン

Claims (1)

  1. プレス機のしわ押え力を決定する成形条件決定方法であって、
    しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力を求める手順と、
    当該求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力として、当該基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する手順と、
    成形開始から成形完了までにおいて当該算出した平均値が同一となり且つ成形開始から成形完了までのしわ押さえ力が変化する変化パターンを複数算出し、当該複数のしわ押え力の変化パターンの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンを抽出する手順と、を備えることを特徴とする成形条件決定方法。
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