JP5464616B2 - 四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、板材構成部材の曲面成形用装置に関し、特に、三次元曲面を備えた船体外板構成部材等の調整ダイスのモデリングとプレスを行う塑性成形加工に使用される装置に関する。

曲面板材部品の製造において、従来の曲面成形方法として主にプレス成形があった。しかしプレス成形は主に大ロット生産に用いられ、この種の成形方法で部品を加工した場合、往々にして数セットの一体ダイスが必要とされてきた。プレス加工物の精度が良く、品質も高かったが、金型の製造コストが高く、生産期間が長い等の問題が存在していた。

我が国経済の急速な発展に伴い、造船業も迅速に発展してきた。造船の船体外板において同じ構成部材のロットが極めて少なく、形状も複雑で、寸法が大きく、曲率も比較的小さく、大型の一体ダイスとして製造して加工しようとしても、コストが非常に高いため、ほとんど不可能なことであった。よって現在曲げ角度が単純な船体外板構成部材について、一般的に３本ロールマシン或いは油圧機器の方法で加工している。複雑な曲面の船体外板構成部材について、上記の機械方法で事前に横曲げ加工を行い、初期成形してから、職人が線状加熱板曲げ加工方法で縦曲げ加工を行っていた。一般的に知られているように、線状加熱板曲げ加工成形技量の生産条件は悪く、労働力が大きく、職人の技術レベルに対する要求が高く、生産効率も悪いといった問題がある。

このため、人々は例えば特許文献１〜２や非特許文献１に示されるようにマルチラムと多点プレスによる板材成形を研究して、種々開発してきた。

文献１のラムは球形の曲面で、プレス・モデリングの時、板材と「多点」接触するため、プレス後板材の圧痕が大きくなり、且つ圧縮変形を受けた部分の板材に有害なシワ変形が容易に生じる。シワ変形の発生を避けるため、金型周囲に別途シワ押さえ用シリンダー、外周押えリング或いは当て板等の措置を講じているが、やはり圧痕が大きいこと及びシワ変形の問題を上手く解決するにいたっていない。文献２のラムは板形に伴って動くことができる球形の曲面であるが、板材と点接触で、接触面積が増大しただけで、板材の平滑性を保持するため、被加工板材の下にゴムマットと弾性マットを敷く必要があるため、同様に圧痕が大きいこと及びシワ変形の問題を上手く解決するにいたっていない。文献３のラムは板形と伴って動くことができる円盤形で、ラムと板材との接触面が前者に比べ非常に多くなっているが、各円盤形ラムの間でやはり多くの板材部分が露出し、押圧されていない。こうすると、圧縮変形を受けた部分の板材に有害なシワ変形を生じさせる。その他、圧縮を受けた部分の板材の不安定により、上下一対のラムが可動することで、やはり板材に有害なシワ変形を生じさせる。上記の文献から見ても、そのラムはほとんど円盤形或いは球形の曲面である。如何にして板材のプレス工程においてシワ変形の発生防止及び圧痕を減少させることは、マルチラムと多点プレスによる板材成形加工内における一つの技術課題である。

中国実用新案第０２２７３５０８．９号明細書 独国特許第４２１３４９０Ｃ１号明細書

「造船に用いる技術的思想としての"日本マルチラム式折り曲げ機"」、（中国）、船体建造テクノロジー、人民交通出版社、１９８０年１２月、ｐ．１４１−１４９

そこで、本発明は、船舶の大型寸法の曲面外板を線状加熱曲げ加工から冷間曲げ加工に変更するもので、曲面外板に対するプレス工程で生じるシワ変形を防止すること及び圧痕を減少させ、加工品質が向上し、船体曲面外板の加工に新しい曲面モデリングの四角形ラムを備えた調整ダイスを提供し、冷間プレス法で船体外板構成部材の成形加工を実現する四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を備え、添付図面を組み合わせて説明する。四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置であって、主に可動四角形ラム１を備えた高さ調整可能な上下調整ダイス４と負荷機構からなり、上下調整ダイス４は負荷機構内に取り付けられ、上下調整ダイス４のうちのいずれかが負荷機構の駆動の下で上下に移動できる。

前記調整ダイス４は、いずれも高さを調整でき、下又は上調整ダイス４は固定フレーム３内に取り付けられた一組のＭ×Ｎ個の可動四角形ラム１から構成され、上又は下調整ダイス４は固定フレーム３内の支持体２に取り付けられた一組の（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の可動四角形ラム１から構成される。つまり、Ｍ×Ｎ個の四角形ラム１の金型が下調整ダイス４の場合、（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の四角形ラム１の金型が上調整ダイス４となる。Ｍ×Ｎ個の四角形ラム１の金型が上調整ダイス４の場合、（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の四角形ラム１の金型が下調整ダイス４となる。上下調整ダイス４内の各四角形ラム１の高さをいずれも調整でき、且つ上下調整ダイス４の四角形ラム１が縦横２方向においてずらして配列されている。

２組の上下調整ダイス４を利用すると、迅速に密集して、各四角形ラム１間の隙間が非常に狭くなり、圧締面積が最大の設定曲面５を構成できる。負荷機構６で上調整ダイス４を下方に向かって駆動させることで、板材７に対して加圧を行い、板材の成形目的を達する、或いは負荷機構６でそれぞれの上下調整ダイス４を駆動させて板材７に対し加圧を行う。つまり調整ダイス４は、高価な一体型ダイスに代替できる。

前記可動四角形ラム１は、方形板ａと球体ｂとからなる。方形板ａの一面が加圧面で、他面が球体ｂである。方形板ａの加圧面は平面或いは球面である。方形板ａの加圧面が平面の場合、その周縁部分にテーパー又は円弧ｃをつけることができる。球体ｂが固定フレーム３内の端面の凹形球面を備える支持体２に設けられ、また四角形ラム１の揺動のため、球体ｂの中心線と支持体２の凹形球面の中心線とが重なる線上に配置されたバネ８を通じて四角形ラム１と支持体２とを可撓的に連結する。

支持体２の他端がスクリュー９を通じてモータ（ステッパモータ）と連結することで、四角形ラム１と、支持体２と、バネ８と、スクリュー９とモータとが１つのラムユニットを形成する。ＮＣ方式によりモータで制御すると、ラムユニットの高さ、即ち四角形ラム１の高さを調整制御できる。

前記上下調整ダイス４の配列方法は、上又は下調整ダイス４が矩形方式で密に配列された一組の（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の四角形ラム１からなり、下又は上調整ダイス４が矩形方式で密に配列された一組のＭ×Ｎ個の四角形ラム１からなり、上調整ダイス４の中心と下調整ダイス４の中心の水平面における投影位置が重なったものであるため、上調整ダイス４と下調整ダイス４内の四角形ラム１は縦方向と横方向において対称となるようにずらして配列されている。板材７を加圧する時、上下調整ダイス４の各四角形ラム１が相互に支え合うことができ、板材の変形による四角形ラム１の傾斜方向の上下動が生じない。同時に上調整ダイス４の各四角形ラム１間の隙間が下調整ダイス４の各四角形ラム１の隙間と重畳することを避けることができ、効果的にプレス工程において生じるシワ変形を避けることができると共に圧痕を減少させることができる。最後に板材７が上下調整ダイス４で形成された制限隙間内で強制的に塑性成形を行わせることができる。

本発明の上下調整ダイス４に設置された加圧面は平面の四角形ラム１であるため、板材をプレスする時、四角形ラム１が板材に対して面接触となり、一般的なラム間の隙間を大幅に減らすことができる。且つ上下調整ダイス４の四角形ラム１がずらして配列されているため、各四角形ラム１が相互に支え合うことができ、板材の変形によって四角形ラム１の傾斜方向の上下動が生じることなく、上下調整ダイス４の四角形ラム１間の隙間が重畳することもない。

四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形方法を使用すると、迅速に密集し、四角形ラム間の隙間が非常に狭くなり、圧締面積が最大の調整ダイスの曲面を構成できる。該四角形ラム１の寸法が益々小さくなることで、四角形ラム１間の隙間も益々小さくなり、曲面モデリングの平滑度と品質が良くなり、高価な一体型ダイスに代替できる。四角形ラムを備えた調整ダイスと他のマルチラム或いは多点プレスによる板材成形方法のラムとを比較すると、ラムと被加工物との接触面積が最大となり、被加工板材のほぼ全体を押圧でき、同時に上下調整ダイス内の四角形ラムは縦方向と横方向において対称となるようにずらして配列され、加圧時に相互に支え合うことができ、板材の変形によって傾斜方向の上下動が生じることもなく、よって板材を上下調整ダイスで形成された制限隙間で強制的に塑性成形を行わせることができ、このため板材成形過程におけるシワ欠陥の発生を効果的に防止でき、また圧痕の欠陥も減らし、板材成形の品質を明らかに向上できる。

本発明では調整ダイス４を設計し、調整ダイス４の横断面において、四角形ラム１の横断面上の水平方向が固定フレーム３の横断面上の水平方向と平行になるよう設置され、四角形ラム１の横断面上の垂直方向が固定フレーム３の横断面上の垂直方向と平行になるよう設置される。

本発明では調整ダイス４を設計し、調整ダイス４の横断面において、四角形ラム１の横断面上の水平方向が固定フレーム３の横断面上の水平方向と４５±６°の夾角になるよう設置され、四角形ラム１の横断面上の垂直方向が固定フレーム３の横断面上の垂直方向と４５±６°の夾角になるよう設置される。

四角形ラムを備えた調整ダイスで曲面モデリングを行う方法を示す図である。 四角形ラムを備えた調整ダイスを使用した船舶板材曲面成形方法を示す図である。 調整ダイス内のラムユニットの構成図である。 四角形ラムの構造形式を示す図である。 四角形ラムの調整ダイスにおける連結を示す図である。 上下調整ダイスの配列図である。 四角形ラムを備えた調整ダイスを使用した板材曲面成形装置を示す図である。

以下に添付図面に示す実施例を組み合わせ本発明の具体的内容及び作業過程を更に説明する。

四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置は、主に造船中の船体外板構成部材等の大型板材の三次元成形加工に用いられる。他の板材の成形加工とは異なり、主に本発明の四角形ラムを利用して密集し、ラム間の隙間が非常に狭く、一体型に近い調整ダイスの方法を構築することで、任意の曲面モデリングを行うことができ、板材プレスによって生じるシワ変形の技術的課題を解決できる。

四角形ラムを備えた調整ダイスを使用して曲面モデリングを行う方法について図１を参照して説明する。一組のＭ×Ｎ個の可動四角形ラム１を備える調整ダイス４が固定フレーム３内に取り付けられる。ラムは電動或いはその他の方法により上下に駆動でき、また、ＮＣ方式により高さ方向に調整されることで下調整ダイス４を構成でき、調整ダイス４上の四角形ラム１の加圧面が１つの平面となる。下調整ダイス４は、迅速に密集し、各四角形ラム間の隙間が非常に狭く、圧締面積が最大の設定曲面５を構成できる。調整ダイス４は高価な一体型ダイスに代替できる。四角形ラム１の四角形寸法は調整ダイス４の断面四角形寸法に比べ略小さくなり、板曲げ時の可動要求を満たすことができる。該四角形ラム１の寸法が小さければ小さいほど、曲面モデリングの平滑度と品質が良くなり、四角形ラム１の寸法は、実際によく加工される板材の規格によって决定されなければならない。

固定フレーム３の横断面にＸ軸とＹ軸方向が設置され、四角形ラム１の横断面にＸ１軸とＹ１軸方向が設置される。本実施例において、全ての四角形ラム１の横断面積が等しくなるように設置され、四角形ラム１のＸ１軸が固定フレーム３のＸ軸方向と平行になるよう設置され、四角形ラム１のＹ１軸が固定フレーム３のＹ軸方向と平行になるよう設置され、調整ダイス４内の四角形ラム１の調整ダイス４の横断面における水平方向と垂直方向が平行に配列される。本発明内の別の実施例において、全ての四角形ラム１の横断面積が等しくなるように設置され、四角形ラム１のＸ１軸が固定フレーム３のＸ軸方向と４５°の夾角になるよう設置され、四角形ラム１のＹ１軸が固定フレーム３のＹ軸方向と４５°の夾角になるよう設置され、調整ダイス４内の四角形ラム１の調整ダイス４の横断面における水平方向と垂直方向に菱形方式になるよう配列される。

四角形ラムを備えた調整ダイスを使用した船舶板材曲面成形方法を示す図２を参照して説明する。一組のＭ×Ｎ個の可動四角形ラム１が固定フレーム３内の支持体２に取り付けられる。ラムは電動或いはその他の方法により上下に駆動でき、また、ＮＣ方式により高さ方向に調整されることで下調整ダイス４を構成できる。同様に、一組の（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の可動四角形ラム１が固定フレーム３内の支持体２に取り付けられる。ラムは電動で上下に駆動でき、また、ＮＣ方式により高さ方向に調整されることで上調整ダイス４を構成できる。プレス機６で上調整ダイス４を下に向かって駆動させて、板材７に加圧を行い、板材成形の目的を達成する。或いは一組の（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個のオイルシリンダーで各上調整ダイス４を駆動する方法により上調整ダイス４を構成して、その間に置かれた板材７を加圧し、板材７に対し設定曲面５の三次元曲面のプレス成形を実現し、また板材をプレスする時に生じるシワ変形を防止する目的も達成する。該調整ダイス４の幅は船舶板材７の幅の要求を満たし、長さも船舶板材の一部の長さをカバーでき、定寸送り、逐次成形を通じて、長さが長い船体板材の曲面成形を実現できる。

調整ダイス内のラムユニットの構成を示す図３を参照して説明する。ラムユニットは四角形ラム１と、支持体２と、スクリュー９と、モータ１０とからなる。モータ１０はスクリュー９の回転を駆動でき、ねじ対偶の作用により調整ダイス４上のラムユニットを上昇或いは降下させ、従ってその端部にある四角形ラム１の高さをニーズによって調整させることができる。調整ダイス４にある一組のＭ×Ｎ個の四角形ラム１高さを設定曲面５の要求に従って調整することで、板材成形に必要な曲面金型となる。

四角形ラムの構造形式を示す図４を参照して説明する。四角形ラム１は方形板ａと球体ｂからなる。方形板ａの加圧面が平面であるが、半径が非常に大きな球形曲面も製作できる。方形板ａの加圧面が平面の場合、加圧面上の周辺部分にテーパー又は円弧ｃをつけることができる。つける目的は四角形ラム１の加圧面に鋭角を形成させず、板材に圧痕が生じることを避けることにある。他のマルチラム板材折り曲げ方法及び多点プレスによる板材成形装置のラムに比べると、四角形ラム１と板材７との接触面積が最大であるため、板材７が圧縮を受けて不安定になることを防止できると共に圧痕を減少するという長所を持つ。

本実施例において、調整ダイス４には固定フレーム３とラムユニットとを備え、Ｍ×Ｎ個のラムユニットが固定フレーム３内に配列され、ラムユニットが四角形ラム１と、支持体２と、バネ８と、スクリュー９とモータ１０とを備える。四角形ラム１が方形板ａと球体ｂからなり、支持体２の上端面にチャンバーが設置され、四角形ラム１の方形板ａが平面で、四角形ラム１の球体ｂが支持体２の上端面と接触式で連結する。四角形ラム１はバネ８を通じて支持体２と連結し、支持体２下端がスクリュー９と連結し、スクリュー９がモータ１０と連結し、スクリュー９に連結する雌ナットが固定フレーム３と固定連結する。

四角形ラムの調整ダイスにおける連結を示す図５を参照して説明する。板材７の曲面成形加工を実現するため、四角形ラム１は板材７の折り曲げに適応して十分な可動域を有していなければならない。このため、四角形ラム１にある球体ｂは固定フレーム３内の端面の凹形球面を備えた支持体２に配置され、バネ８により四角形ラム１と固定フレーム３とを強く可撓的に連結させ、よって四角形ラム１が板材曲面成形の移動要求を満たすことができる。

上下調整ダイスの配列を示す図６を参照して説明する。上下調整ダイス４の配列方法は、一方の調整ダイス４が矩形方式で密に配列された一組の（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の四角形ラム１からなり、もう一方の調整ダイス４が矩形方式で密に配列された一組のＭ×Ｎ個の四角形ラム１からなり、上調整ダイス４の中心と下調整ダイス４の中心の水平面における投影位置が重なったものであるため、上調整ダイス４と下調整ダイス４内の四角形ラム１は縦方向と横方向において対称となるようにずらして配列されている。板材７を加圧する時、各四角形ラム１が相互に支え合うことができ、板材の変形による四角形ラム１の傾斜方向の上下動が生じない。上調整ダイス４にあるいずれかの四角形ラム１が下調整ダイス４にある隣接する４個の四角形ラム１で支えられる。逆に、下調整ダイス４にあるいずれかの四角形ラム１が上調整ダイス４にある隣接する４個の四角形ラム１で支えられる。各四角形ラム１は板材の不安定による傾斜方向の上下動を生じることなく、最後に上下調整ダイス４で形成された制限隙間内で強制的に塑性成形を行わせことができ、従って板材のシワ現象の発生を効果的に防止できる。

本実施例において、全ての四角形ラム１の横断面積が同じで、上調整ダイス４が（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の四角形ラム１からなり、下調整ダイス４がＭ×Ｎ個の四角形ラム１からなり、上下調整ダイス４内の四角形ラム１の配列方法が同じで、上下調整ダイス４の縦断面の中心線が同一垂直線上にあることで、上下四角形ラム１間が相互に支え合うよう保証する。

四角形ラムを備えた調整ダイスを使用した板材曲面成形装置を示す図７を参照して説明する。四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置には、四角形ラム１と、支持体２と、固定フレーム３と、調整ダイス４とプレス機６とを、含む。本実施例の負荷機構はプレス機６である。四角形ラム１を備える一組の支持体２を固定フレーム３内に取り付け、上下調整ダイス４を構成でき、下調整ダイス４がプレス機６の台座６ａに取り付けられ、上調整ダイス４がプレス機６の可動クロスヘッド６ｂに取り付けられ、可動クロスヘッド６ｂが上梁６ｃに取り付けられた加圧シリンダー６ｄと連結し、加圧シリンダー６ｄの駆動の下で、上調整ダイス４が上下運動を行って下調整ダイス４と共に被加工板材に対しプレス加工を行うことができる。

これから本発明の上下調整ダイス４には加圧面を平面にする四角形ラム１が設置され、板材をプレスする時、四角形ラム１が板材に対して面接触することで、大幅に四角形ラム１間の隙間を減らし、且つ上下調整ダイス４の四角形ラム１がずらして配列されることで、上下調整ダイス４の四角形ラム１間の隙間が重畳することがないため、プレス工程におけるシワ変形と圧痕の発生を効果的に避け、加工品質を向上できることが分かる。

Claims (5)

1. 四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置であって、主に可動四角形ラム１を備えた高さ調整可能な上下調整ダイス４と負荷機構からなり、前記上下調整ダイス４は前記負荷機構内に取り付けられ、前記上下調整ダイス４のうちのいずれかが前記負荷機構の駆動の下で上下に移動でき、
   前記上下調整ダイス４は、固定フレーム３内の支持体２に取り付けられた一組のＭ×Ｎ個の可動四角形ラム１から構成された下又は上調整ダイス４、及び固定フレーム３内の支持体２に取り付けられた一組の（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の可動四角形ラム１から構成された上又は下調整ダイス４を備え、前記上下調整ダイス４内の各前記四角形ラム１の高さをいずれも調整でき、且つ、前記上下調整ダイス４の前記四角形ラム１が縦横２方向においてずらして配列され、前記四角形ラム１は方形板ａと球体ｂとからなり、前記方形板ａの一面が加圧面で、他面が前記球体ｂであり、前記方形板ａの加圧面は平面、或いは、球面であり、前記方形板ａの加圧面が平面の場合、加圧面上の周縁部分にテーパー、又は、円弧ｃをつけることができ、前記球体ｂが前記支持体２の凹形球面を備える内端面に設けられ、また、前記球体ｂの中心線と前記支持体２の凹形球面の中心線とが重なる線上に配置されたバネ８を通じて前記四角形ラム１と前記支持体２とを可撓的に連結することを特徴とする四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置。
2. 全ての前記四角形ラム１の横断面積が同じで、前記上調整ダイス４が（Ｍ−１）×（Ｎ−１）個の前記四角形ラム１からなり、前記下調整ダイス４がＭ×Ｎ個の前記四角形ラム１からなり、前記上下調整ダイス４内の前記四角形ラム１の配列方法が同じで、前記上下調整ダイス４の縦断面の中心線が同一垂直線上にあることを特徴とする請求項１に記載の四角形ラムを備えた調整ダイスの板材曲面成形装置。
3. 固定フレーム３とラムユニットとを備えた調整ダイスであって、Ｍ×Ｎ個の前記ラムユニットが前記固定フレーム３内に配列され、前記ラムユニットが四角形ラム１と、支持体２と、バネ８と、スクリュー９とモータ１０とを備え、前記四角形ラム１が方形板ａと球体ｂからなり、前記支持体２の上端面にチャンバーが設置され、前記四角形ラム１の前記方形板ａが平面で、前記四角形ラム１の前記球体ｂが前記支持体２の上端面と接触式で連結する。前記バネ８は、前記球体ｂの中心線と前記支持体２の凹形球面の中心線とが重なる線上に配置され、前記四角形ラム１は前記バネ８を通じて前記支持体２と可撓的に連結し、前記支持体２の下端が前記スクリュー９と連結し、前記スクリュー９が前記モータ１０と連結し、前記スクリュー９に連結する雌ナットが前記固定フレーム３と固定連結することを特徴とする調整ダイス。
4. 前記調整ダイス４の横断面において、前記四角形ラム１の横断面上のＸ１軸方向が前記固定フレーム３の横断面上のＸ軸方向と平行になるよう設置され、前記四角形ラム１の横断面上の前記Ｘ１軸方向と垂直するＹ１軸方向が前記固定フレーム３の横断面上の前記Ｘ軸方向と垂直するＹ軸方向と平行になるよう設置されることを特徴とする請求項３に記載の調整ダイス。
5. 前記調整ダイス４の横断面において、前記四角形ラム１の横断面上のＸ１軸方向が前記固定フレーム３の横断面上のＸ軸方向と４５±６°の夾角になるよう設置され、前記四角形ラム１の横断面上の前記Ｘ１軸方向と垂直するＹ１軸方向が前記固定フレーム３の横断面上の前記Ｘ軸方向と垂直するＹ軸方向と４５±６°の夾角になるよう設置されることを特徴とする請求項３に記載の調整ダイス。