JP5765286B2

JP5765286B2 - 金属板の成形加工方法

Info

Publication number: JP5765286B2
Application number: JP2012086598A
Authority: JP
Inventors: 孝次井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: JP2013215750A

Description

本発明は、金属板の成形加工方法の技術に関する。

金属板の成形加工とは、金属板（以下、ワーク）の一部を除去することなく変形させる加工である。金属板の成形加工方法としては、例えば、金型によるプレス成形加工が良く知られている。プレス成形加工は、大量生産に対応できるものの、金型の製作には多額の費用と時間を必要とするため、少量生産には対応できない。

少量生産に対応できるワークの成形加工方法としては、インクリメンタル成形加工が知られている。インクリメンタル成形加工とは、金型を用いることなく、棒状工具をワークに押し付け、棒状工具を移動させながらワークを少しずつ引き伸ばして成形加工する成形加工方法である（例えば、特許文献１）。

インクリメンタル成形加工は、多品種かつ少量生産に対応できるものの、例えば平板からワークの最終形状に成形加工する場合には、必要ツールパス距離が長くなり、ツール移動速度は微小点間を移動することから、成形加工時間がかかり、生産効率が悪い現状がある。そこで、発明者らは、ワークを金型によるプレス成形加工によって成形加工した後に、最終工程でインクリメンタル成形加工によって成形加工する金属板の成形加工方法を提案した。

インクリメンタル成形加工は、通常、ワークの素材余りが発生する。金属板をインクリメンタル成形加工のみによって加工する場合には、素材余りはワークの縁側に移動するように成形加工し、後工程で除去することができる。しかし、プレス成形加工によって成形加工した後のワーク形状をインクリメンタル成形加工した場合には、素材余りを移動させた部分に面歪又は寸法精度低下が生じるおそれがある。

特開２００６−３４１２６２号公報

本発明の解決しようとする課題は、成形加工の最終工程でインクリメンタル成形加工が行われる金属板の面歪及び寸法精度低下を最小限とすることができる金属板の成形加工方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、金属板の成形加工方法であって、前記金属板を金型によるプレス成形加工によって成形加工するプレス成形加工工程と、前記プレス成形加工工程の後に、棒状工具を前記金属板に押し付け、移動させながら該金属板を少しずつ引き伸ばして最終形状に成形加工するインクリメンタル成形工程と、を具備し、前記インクリメンタル成形工程は、最終工程とされ、前記インクリメンタル成形工程では、前記棒状工具を前記金属部材に押し付け、平面視にて前記金属板の最終形状の平面領域から前記金属板の輪郭線または特徴線に向かって素材余りが移動するように、前記棒状工具を移動させるものである。

請求項２においては、請求項１記載の金属板の成形加工方法であって、前記棒状工具を前記金属板に押し付け、前記金属板を連続して少しずつ引き伸ばし、該金属板から離間させるまでの該棒状工具の軌跡であるツールパスが、前記金属板の最終形状の輪郭線または特徴線に沿って形成され、さらに複数の前記ツールパスが、前記金属板の最終形状の輪郭線又は特徴線から遠くに位置する領域から、前記最終形状の輪郭線又は特徴線に近くに位置する領域に向かって順次形成されるものである。

請求項３においては、請求項２記載の金属板の成形加工方法であって、前記ツールパスの始点及び終点では、前記棒状工具の移動方向の断面形状が徐変加工されるものである。

本発明の金属板の成形加工方法によれば、成形加工の最終工程でインクリメンタル成形加工が行われる金属板の面歪及び寸法精度低下を最小限とすることができる。

本発明の実施形態に係るインクリメンタル成形加工装置の全体的な構成を示した構成図。同じく成形加工工程の流れを示すフロー図。同じく模式図。同じくツールパスの形状を示す断面図。

図１を用いて、インクリメンタル成形加工装置１００について説明する。
なお、図１は、インクリメンタル成形加工装置１００を断面構成図によって表している。

インクリメンタル成形加工装置１００の構成について説明する。
インクリメンタル成形加工装置１００は、棒状工具１０をワークＷに押し付け、棒状工具１０を移動させながらワークＷを少しずつ引き伸ばして成形加工する成形加工装置である。インクリメンタル成形加工装置１００は、棒状工具１０と、支持装置２０と、を具備している。

なお、本実施形態のワークＷは、金属板から加工される自動車の部品（フェンダー６０（図３参照））としている。後述するようにワークＷは、プレス成形装置（図示略）によってプレス成形加工された後の最終の段階にて、インクリメンタル成形加工装置１００によって成形加工がなされる。

棒状工具１０は、ワークＷに押しつけられ、移動しながらワークＷを少しずつ引き伸ばすものである。棒状工具１０は、ＮＣマシン（図示略）に取り付けられている。ＮＣマシン（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｉｎｇ）とは、数値制御による機械の加工装置である。ＮＣマシンでは、棒状工具１０の動作をＸ、Ｙ、Ｚ方向の座標値によって定義し、その情報をもとに工作機械に内蔵されたサーボモータが動くことによって棒状工具１０を動作させ、ワークＷの成形加工が行われる。

支持装置２０は、棒状工具１０によって成形加工されるワークＷを支持する装置である。支持装置２０は、ベース２１と、緩衝部材２２と、当て板２３と、締め付け治具２４と、を具備している。

ベース２１は、ワークＷの成形加工されない部分（本実施形態ではワークＷの縁部）が載置されるものである。緩衝部材２２は、当て板２３とワークＷとの間に介して配置されるものである。当て板２３は、ワークＷの成形加工されない部分を押圧するものである。締め付け治具２４は、ベース２１と当て板２３とを締め付けることによって、当て板２３をワークＷの成形加工されない部分に押圧させるものである。

インクリメンタル成形加工装置１００の作用について説明する。
ワークＷは、支持装置２０によって、成形加工されない部分が固定支持され、ＮＣマシンにて制御される棒状工具１０によって、少しずつ引き伸ばされて成形加工される。

図２を用いて、成形加工工程Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図２は、成形加工工程Ｓ１００の流れをフロー図によって表している。

成形加工工程Ｓ１００は、本発明の成形加工方法の実施形態である。成形加工工程Ｓ１００は、ワークＷを成形加工する工程である。成形加工工程Ｓ１００は、複数回のプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０と、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０と、を具備している。なお、成形加工工程Ｓ１００の後に、切削加工工程Ｓ２００、機械加工工程Ｓ３００等が行われるものとする。

プレス成形加工工程Ｓ１１０・Ｓ１２０・Ｓ１３０は、一対の金型によってワークＷをプレス成形加工する工程である。プレス成形加工には、曲げ加工又は絞り加工などが含まれる。本実施形態では、複数回のプレス成形加工工程として、第一プレス成形加工工程Ｓ１１０と、第二プレス成形加工工程Ｓ１２０と、第三プレス成形加工工程Ｓ１３０と、を具備する構成としたが、これに限定されない。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、上述したインクリメンタル成形加工装置１００によってワークＷを成形加工する工程である。インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、棒状工具１０をワークＷに押し付け、棒状工具１０を移動させながらワークＷを少しずつ引き伸ばして成形加工する工程である。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、ワークＷを成形加工工程Ｓ１００での所望の最終形状に成形する成形加工のみならず、複数回のプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０において成形加工された形状をもとの形状（成形加工される前の形状）に復元する成形加工も含まれるものとする。

ここで、特記すべき事項として、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、プレス成形加工工程Ｓ１１０の最終工程、すなわち全てのプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０が終了してから実施されるものとする。

図３を用いて、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の流れについて説明する。
なお、図３は、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０を模式的に表している。また、図３の二点鎖線は、棒状工具１０のツールパスを表している。

本実施形態のインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、複数のプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０で成形加工された量産型フェンダー５０をもとにして、少量生産型フェンダー６０を成形加工する工程である。なお、少量生産型フェンダー６０は、量産型フェンダー５０にオーバーフェンダー６１を追加加工したものである。

プレス成形加工工程Ｓ１１０・Ｓ１２０・Ｓ１３０において、金型によるプレス成形加工によって、量産型フェンダー５０が成形加工される。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０において、量産型フェンダー５０は、少量生産型フェンダー６０に成形加工される。インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、まず、オーバーフェンダー６１に形成される特徴線６３を一側とする平面６５を形成するように成形加工される。このとき、最終形状におけるオーバーフェンダー６１の平面６５から特徴線６３に向かって素材余りが移動するように、棒状工具１０を移動させる。

なお、特徴線６３とは、ワークＷの形状に応じてワークＷ自身が有している構造上の特徴を示す線である。例えば、特徴線６３は、オーバーフェンダー６１に形成される平面６５と平面６６との境界である。

また、素材余りとは、棒状工具１０をワークＷに押し付け、棒状工具１０を移動させながらワークＷを少しずつ引き伸ばして成形加工するインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０において、成形加工後の余剰の素材のことである。

より具体的には、ツールパスが、ワークＷの最終形状における特徴線６３に沿って形成され、さらに複数のツールパスが、ワークＷの最終形状における平面６５の特徴線６３から遠くに位置する領域から、最終形状における平面６５にて特徴線６３に近くに位置する領域に向かって順次形成されるように、棒状工具１０を移動させる。

なお、ツールパスとは、棒状工具１０をワークＷに押し付け、棒状工具１０を移動させながらワークＷを少しずつ引き伸ばして成形加工するインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０において、棒状工具１０がワークＷに押し付けられてから離間するまでの、ワークＷにおける棒状工具１０の軌跡である。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、次に、オーバーフェンダー６１の輪郭線６２を一側とする平面６６が形成されるように成形加工される。このとき、最終形状におけるオーバーフェンダー６１の平面６６から輪郭線６２に向かって素材余りが移動するように、棒状工具１０を移動させる。

より具体的には、ツールパスが、ワークＷの最終形状における輪郭線６２に沿って形成され、さらに複数のツールパスが、ワークＷの最終形状における平面６６の輪郭線６２から遠くに位置する領域から、最終形状における面６６の輪郭線６２から近くに位置する平面６６に向かって順次形成されるように、棒状工具１０を移動させる。

図４を用いて、ツールパスの断面形状について説明する。
なお、図４では、ツールパスの棒状工具１０の移動方向における断面図を表している。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、１つのツールパスにおける始点Ｐ１と終点Ｐ２、即ち棒状工具１０をワークＷに押し付けるとき、並びに、棒状工具１０をワークＷから離間させるときでは、棒状工具１０の移動方向の断面形状が徐変加工されるように成形加工される。

なお、徐変加工とは、通常は加工時にワークＷに対して一定の半径で丸みを付けるところを、滑らかな形状を作るために、丸みの半径を徐々に変えて加工することである。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の効果について説明する。
インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０によれば、成形加工工程Ｓ１００の最終工程でインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０がなされるワークＷの面歪及び寸法精度低下を最小限とすることができる。

すなわち、インクリメンタル成形加工によって生じる素材余りを、面歪及び寸法精度に影響を与えない特徴線６３又は輪郭線６２に向けて移動するように成形加工することによって、ワークＷの面歪及び寸法精度低下を最小限とすることができる。

また、１つのツールパスにおける始点Ｐ１と終点Ｐ２において棒状工具１０の移動方向の断面形状が徐変加工されるように成形加工することによって、ワークＷの面歪及び寸法精度低下を最小限とすることができる。

１０棒状工具
２０支持装置
５０量産型フェンダー
６０少量生産型フェンダー
６１オーバーフェンダー
６２輪郭線
６３特徴線
６５平面
６６平面
Ｓ１００成形加工工程
Ｓ１１０第一プレス成形加工工程
Ｓ１２０第二プレス成形加工工程
Ｓ１３０第三プレス成形加工工程
Ｓ１５０インクリメンタル成形加工工程

Claims

金属板の成形加工方法であって、
前記金属板を金型によるプレス成形加工によって成形加工するプレス成形加工工程と、
前記プレス成形加工工程の後に、棒状工具を前記金属板に押し付け、移動させながら該金属板を少しずつ引き伸ばして最終形状に成形加工するインクリメンタル成形工程と、
を具備し、
前記インクリメンタル成形工程は、最終工程とされ、
前記インクリメンタル成形工程では、前記棒状工具を前記金属部材に押し付け、平面視にて前記金属板の最終形状の平面領域から前記金属板の輪郭線または特徴線に向かって素材余りが移動するように、前記棒状工具を移動させる、
金属板の成形加工方法。
請求項１記載の金属板の成形加工方法であって、
前記棒状工具を前記金属板に押し付け、前記金属板を連続して少しずつ引き伸ばし、該金属板から離間させるまでの該棒状工具の軌跡であるツールパスが、前記金属板の最終形状の輪郭線または特徴線に沿って形成され、
さらに複数の前記ツールパスが、前記金属板の最終形状の輪郭線又は特徴線から遠くに位置する領域から、前記最終形状の輪郭線又は特徴線に近くに位置する領域に向かって順次形成される、
金属板の成形加工方法。
請求項２記載の金属板の成形加工方法であって、
前記ツールパスの始点及び終点では、前記棒状工具の移動方向の断面形状が徐変加工される、
金属板の成形加工方法。