JP5781748B2 - 長尺部材の曲げ加工方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のドアフレームを製造するためにアルミニウムや鉄などの長尺部材を曲げ加工する方法及び装置に関する。

図６は、従来の長尺部材の曲げ加工工程を示すフローチャートである。まず、長尺部材に対して一律に所定時間の引張力を加えて長手方向に引き伸ばし（Ｓ１、Ｓ２：Ｙｅｓ）、その伸び量に応じて引張力を下げた上で曲げ圧力を加えて、長尺部材をその長手方向が曲線状になるように曲げ加工している（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）。

発明協会公開技法第２００５−５０５６６６号

しかしながら、上記従来技術では、長尺部材に対して一律に所定時間の引張力を加えるため、引張耐力が低い長尺部材にあっては、所定時間が経過した時点で過剰な弾性破壊や過度の永久歪に起因する断面の歪み、変形、破断（引張破壊）が生じてもはや商品として成立しないケースが少なくない。図７に示すように、長尺部材の引張耐力は材料の硬度と比例関係にあるのが原則であるが、近年の軽量化、薄肉化を背景とした長さや断面積の僅かな違いによって、名目上、表記上では同一ロットの硬度が同じ材料からなる長尺部材であっても引張耐力が大きくばらつく。また、同一材料からなる長尺部材であっても、とりわけアルミニウム製の長尺部材は「季節物」と言われるように、季節、温度、湿度によって引張耐力が大きくばらつく。図８は、アルミニウム製の同一ロットの製品の引張耐力のばらつきを示している。従って上記従来技術では、引張耐力が広範囲でばらつく長尺部材、特に引張耐力が低い長尺部材に対して良好な曲げ加工を行うのが難しかった。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、引張耐力が広範囲でばらつく長尺部材、特に引張耐力が低い長尺部材に対して良好な曲げ加工を行うことができる長尺部材の曲げ加工方法及び装置を得ることを目的とする。

本発明は、長尺部材に対して一律に所定時間の引張力を加えるという従来の技術常識を見直し、各長尺部材について、初期引張圧力を加え始めてからの変位を測定（モニタリング）し、所定時間内に長尺部材の変位が予め定めた引張破壊閾値を超えたとき又は長尺部材の変位がこの引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したとき、直ちにその時点の引張力よりも低い補正引張力を設定して、この補正引張力と曲げ圧力を長尺部材に加えてその長手方向が曲線状になるように曲げ加工すれば、引張耐力が低い長尺部材に対しても引張破壊を起こすことなく良好な曲げ加工を行うことができる、との着眼に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明の長尺部材の曲げ加工方法は、長尺部材に初期引張力から増加する引張力を加えて長手方向に引くステップ；この初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材の変位を測定するステップ；及び前記長尺部材の変位が所定時間内に引張破壊閾値を超えたときには、この引張破壊閾値を超えた時点の引張力よりも低い補正引張力と、前記長尺部材を長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを同時に加えることで曲げ加工を行うとともに、前記長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したときには、この所定時間が経過した時点の引張力よりも低い補正引張力と、前記長尺部材を長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを同時に加えることで曲げ加工を行うステップ；を有することを特徴としている。

本明細書で「引張破壊」とは、長尺部材を長手方向に長時間引いたときに、過剰な弾性破壊や過度の永久歪に起因する断面の歪み、変形、破断といった不具合が生じてもはや商品として成立しなくなる現象を意味する。
本明細書で「引張破壊閾値」とは、長尺部材に引張力を加えて長手方向に引いたとき、それ以上引くと引張破壊が起こり得るような変位（あるいはそれより若干少ない変位）を意味する。すなわち、長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えた時点では長尺部材に引張破壊は起こっておらず、長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えた時点で直ちにその時点の引張力よりも低い補正引張力に変更すれば確実に引張破壊を防止することができる。

前記曲げ加工ステップでは、初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材の変位が所定時間内に引張破壊閾値を超えたとき、その引張破壊閾値を超えるまでに要した時間に応じて、複数の補正引張力の値を選択的に設定することが好ましい。
これにより、引張破壊が起こり得るような引張耐力が低い長尺部材のそれぞれに対して、最適な補正引張力を設定して良好な曲げ加工を行うことができる。

前記曲げ加工ステップでは、初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したとき、その所定時間が経過した時点における前記長尺部材の変位量に応じて、複数の補正引張力の値を選択的に設定することが好ましい。
これにより、引張破壊が起こり得ない程度の引張耐力を持つ長尺部材のそれぞれに対して、最適な補正引張力を設定して良好な曲げ加工を行うことができる。

本発明は、長尺部材の曲げ加工装置の態様では、長尺部材を長手方向に引く可変引張力と、長尺部材を長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを加える曲げ手段；前記長尺部材に前記曲げ手段によって初期引張力から増加する可変引張力を加えたとき、この可変引張力による前記長尺部材の変位を測定する変位測定手段；及び前記変位測定手段により測定された長尺部材の変位が所定時間内に引張破壊閾値を超えたときには、前記曲げ手段の可変引張力を、前記引張破壊閾値を超えた時点の引張力よりも低い補正引張力に変更した上で、前記長尺部材に前記曲げ手段によって曲げ圧力を加えることで曲げ加工を行うとともに、前記変位測定手段により測定された長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したときには、前記曲げ手段の可変引張力を、前記所定時間が経過した時点の引張力よりも低い補正引張力に変更した上で、前記長尺部材に前記曲げ手段によって曲げ圧力を加えることで曲げ加工を行う制御手段；を有することを特徴としている。

本発明によれば、引張耐力が広範囲でばらつく長尺部材、特に引張耐力が低い長尺部材に対して良好な曲げ加工を行うことができる長尺部材の曲げ加工方法及び装置が得られる。

本発明による長尺部材の曲げ加工装置の構成を示す図である。 補正引張力保持テーブルに格納されたデータの一例を示す図である。 本発明による長尺部材の曲げ加工工程を示すフローチャートである。 硬度（引張耐力）が異なる長尺部材の変位の違いを示す図である。 引張耐力のばらつきがある長尺部材に対する引張力の制御を示す図である。 従来の長尺部材の曲げ加工工程を示すフローチャートである。 引張耐力と材料の硬度との一般的な関係を示す図である。 アルミニウム製の長尺部材の引張耐力のばらつきを示す図である。

図１ないし図５を参照して、本発明による長尺部材の曲げ加工装置１を自動車のドアフレームの製造に適用した実施形態を説明する。曲げ加工装置１は、アルミニウムや鉄などの長尺部材Ｗに対して、長尺部材Ｗを長手方向に引く可変引張力と、長尺部材Ｗを長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを加えるベンダー（曲げ手段）１０を備えている。ベンダー１０は、長尺部材Ｗの両端部を把持して固定するチャック１１を有しており、このチャック１１には図示しないシリンダーが固定されていて、このシリンダーを介してチャック１１に引張力を与えることにより、長尺部材Ｗを長手方向に引く可変引張力が加えられる。また、チャック１１は図示しない揺動台に支持されており、この揺動台を揺動させて金型１２に圧接させることにより、長尺部材Ｗを長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力が加えられる。

曲げ加工装置１は、チャック１１で両端部を把持した長尺部材Ｗに引張力を加えたときの長尺部材Ｗの変位ｄを測定する変位測定手段２０を備えている。変位測定手段２０は、例えば、長尺部材Ｗの変位ｄをパルス数に換算して測定するエンコーダ（図示せず）としてもよいし、引張力が与えられたチャック１１により押圧される押圧部材（図示せず）の押圧量を長尺部材Ｗの変位ｄに換算して測定する機構としてもよい。すなわち、変位測定手段２０は、長尺部材Ｗの変位ｄを測定できればその態様は問わない。

曲げ加工装置１は、変位測定手段２０で測定された長尺部材Ｗの変位ｄが入力し、入力した変位ｄに応じて、ベンダー１０を介して長尺部材Ｗに加えられる可変引張力を制御する制御手段３０を備えている。

より具体的には、制御手段３０は、ベンダー１０に対して、長尺部材Ｗに初期引張力から徐々に増加する可変引張力を加える旨の指示信号を送るとともに、タイマー４０によって計時を開始する。制御手段３０は、変位測定手段２０から入力した長尺部材Ｗの変位ｄが所定時間内に引張破壊閾値Ｄを超えたとき、ベンダー１０に対して、長尺部材Ｗに加える可変引張力を、引張破壊閾値Ｄを超えた時点の引張力よりも低い補正引張力に変更する旨の指示信号を送る。制御手段３０は、変位測定手段２０から入力した長尺部材Ｗの変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えることなく所定時間が経過したとき、ベンダー１０に対して、長尺部材Ｗに加える可変引張力を、所定時間を経過した時点の引張力よりも低い補正引張力に変更する旨の指示信号を送る。

ここで「引張破壊」とは、長尺部材Ｗを長手方向に長時間引いたときに、過剰な弾性破壊や過度の永久歪に起因する断面の歪み、変形、破断といった不具合が生じてもはや商品として成立しなくなる現象を意味する。また「引張破壊閾値Ｄ」とは、長尺部材Ｗに引張力を加えて長手方向に引いたとき、それ以上引くと引張破壊が起こり得るような変位（あるいはそれより若干少ない変位）を意味する。すなわち、長尺部材の変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えた時点では長尺部材Ｗに引張破壊は起こっておらず、長尺部材Ｗの変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えた時点で直ちにその時点の引張力よりも低い補正引張力に変更すれば確実に引張破壊を防止することができる。

制御手段３０は補正引張力保持テーブル５０に接続されており、この補正引張力保持テーブル５０には、ベンダー１０に対して指示する複数の補正引張力の値が選択的に設定可能に格納されている。図２は補正引張力保持テーブル５０に格納されたデータの一例を示している。図２（Ａ）のデータは、変位測定手段２０から入力した長尺部材Ｗの変位ｄが所定時間内に引張破壊閾値Ｄを超えたとき、引張破壊閾値Ｄを超えるまでに要した時間と、複数の補正引張力の値とが対応付けられたものである。図２（Ｂ）のデータは、変位測定手段２０から入力した長尺部材Ｗの変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えることなく所定時間が経過したとき、所定時間が経過した時点における長尺部材Ｗの変位ｄと、複数の補正引張力の値とが対応付けられたものである。尚、補正引張力保持テーブル５０は、曲げ加工装置１の内部メモリに格納されていてもよいし、制御部３０に接続される外部メモリに格納されていてもよい。

図３のフローチャートを用いて、以上のように構成された曲げ加工装置１の動作を詳細に説明する。まず、長尺部材Ｗの両端部をベンダー１０のチャック１１に把持固定した状態で、制御手段３０は、ベンダー１０に対して、長尺部材Ｗに初期引張力から徐々に増加する可変引張力を加える旨の指示信号を送るとともに、タイマー４０による計時を開始する。制御手段３０からの指示信号を受けたベンダー１０は、図示しないシリンダーを介してチャック１１に引張力を与えることにより、長尺部材Ｗを長手方向に引く可変引張力を加え始める（Ｓ１）。同時に変位測定手段２０は、この可変引張力を加えたときの長尺部材Ｗの変位ｄを測定し始めて、その測定結果を制御手段３０に入力する。

制御手段３０は、変位測定手段２０から入力した長尺部材Ｗの変位ｄが所定時間内に引張破壊閾値Ｄを超えたとき（Ｓ２：Ｙｅｓ）、その引張破壊閾値Ｄを超えるまでに要した時間を確認し（Ｓ３）、補正引張力保持テーブル５０を参照して、その引張破壊閾値Ｄを超えるまでに要した時間に対応する補正引張力の値を設定する（Ｓ４）。例えば図２（Ａ）において、長尺部材Ｗの変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えるまでに要した時間がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の範囲内であれば、制御手段３０は補正引張力の値をＡ、Ｂ、Ｃにそれぞれ設定する。そして制御手段３０は、ベンダー１０に対して、長尺部材Ｗに加える可変引張力を、設定した補正引張力に変更する旨の指示信号を送る。最後に、チャック１１が支持された図示しない揺動台を揺動させて金型１２に圧接させることにより、長尺部材Ｗを長手方向が曲線状になるように曲げ加工する（Ｓ５）。

一方、制御手段３０は、変位測定手段２０から入力した長尺部材Ｗの変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えることなく所定時間が経過したとき（Ｓ２：Ｎｏ、Ｓ６：Ｙｅｓ）、その所定時間が経過した時点における長尺部材Ｗの変位ｄを確認し（Ｓ７）、補正引張力保持テーブル５０を参照して、その所定時間が経過した時点における長尺部材Ｗの変位ｄに対応する補正引張力の値を設定する（Ｓ８）。例えば図２（Ｂ）において、所定時間が経過した時点における長尺部材Ｗの変位ｄがｄ１、ｄ２、ｄ３の範囲内であれば、制御手段３０は補正引張力の値をＸ、Ｙ、Ｚにそれぞれ設定する。そして制御手段３０は、ベンダー１０に対して、長尺部材Ｗに加える可変引張力を、設定した補正引張力に変更する旨の指示信号を送る。最後に、チャック１１が支持された図示しない揺動台を揺動させて金型１２に圧接させることにより、長尺部材Ｗを長手方向が曲線状になるように曲げ加工する（Ｓ９）。

長尺部材Ｗの引張耐力が材料の硬度に関係すると仮定すると、図４に示すように、硬度が高い材料からなる長尺部材Ｗであるほど変位ｄが小さく、硬度が低い材料からなる長尺部材Ｗであるほど変位ｄが大きい。従って、引張耐力のばらつきが大きい長尺部材Ｗに一律に所定時間の引張力を加え続けると、所定時間が経過した時点の変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えるもの（領域I）と超えないもの（領域II）が存在する。領域IIの長尺部材Ｗについては引張破壊は問題とならないが、領域Iの長尺部材Ｗについては所定時間が経過した時点で既に引張破壊が起こっているおそれが高い。

そこで図５中の実線で示すように、領域Iの長尺部材Ｗに対しては、変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えたとき、直ちにその時点の引張力よりも低い補正引張力に変更することにより長尺部材Ｗに引張破壊が起こるのを防止している（図３のフローチャート中のＳ２−Ｓ５）。また図５中の破線で示すように、領域IIの長尺部材Ｗについては、所定時間が経過しても変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えることはなく、所定時間が経過してからその時点の引張力よりも低い補正引張力に変更するので、長尺部材Ｗに引張破壊が起こることはない（図３のフローチャート中のＳ２、Ｓ６−Ｓ９）。

このように本実施形態の長尺部材の曲げ加工方法によれば、長尺部材Ｗに初期引張力から増加する引張力を加えて長手方向に引くステップ；この初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材Ｗの変位ｄを測定するステップ；及びこの変位ｄが所定時間内に引張破壊閾値Ｄを超えたとき又はこの変位ｄが引張破壊閾値Ｄを超えることなく所定時間が経過したとき、この引張破壊閾値Ｄを超えた時点の引張力よりも低い補正引張力又はこの所定時間が経過した時点の引張力よりも低い補正引張力と、長尺部材Ｗを長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを同時に加えて曲げ加工するステップ；を有しているので、引張耐力が広範囲でばらつく長尺部材Ｗ、特に引張耐力が低い長尺部材Ｗに対して良好な曲げ加工を行うことができる。

１ 長尺部材の曲げ加工装置
１０ ベンダー（曲げ手段）
１１ チャック
１２ 金型
２０ 変位測定手段
３０ 制御手段
４０ タイマー
５０ 補正引張力保持テーブル
Ｗ 長尺部材
ｄ 変位
Ｄ 引張破壊閾値

Claims (4)

1. 長尺部材に初期引張力から増加する引張力を加えて長手方向に引くステップ；
   この初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材の変位を測定するステップ；及び
   前記長尺部材の変位が所定時間内に引張破壊閾値を超えたときには、この引張破壊閾値を超えた時点の引張力よりも低い補正引張力と、前記長尺部材を長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを同時に加えることで曲げ加工を行うとともに、前記長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したときには、この所定時間が経過した時点の引張力よりも低い補正引張力と、前記長尺部材を長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを同時に加えることで曲げ加工を行うステップ；
   を有することを特徴とする長尺部材の曲げ加工方法。
2. 請求項１記載の長尺部材の曲げ加工方法において、
   前記曲げ加工ステップでは、初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材の変位が所定時間内に引張破壊閾値を超えたとき、その引張破壊閾値を超えるまでに要した時間に応じて、複数の補正引張力の値を選択的に設定する長尺部材の曲げ加工方法。
3. 請求項１または２記載の長尺部材の曲げ加工方法において、
   前記曲げ加工ステップでは、初期引張力を加え始めた後の前記長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したとき、その所定時間が経過した時点における前記長尺部材の変位量に応じて、複数の補正引張力の値を選択的に設定する長尺部材の曲げ加工方法。
4. 長尺部材を長手方向に引く可変引張力と、長尺部材を長手方向が曲線状になるように曲げ加工する曲げ圧力とを加える曲げ手段；
   前記長尺部材に前記曲げ手段によって初期引張力から増加する可変引張力を加えたとき、この可変引張力による前記長尺部材の変位を測定する変位測定手段；及び
   前記変位測定手段により測定された長尺部材の変位が所定時間内に引張破壊閾値を超えたときには、前記曲げ手段の可変引張力を、前記引張破壊閾値を超えた時点の引張力よりも低い補正引張力に変更した上で、前記長尺部材に前記曲げ手段によって曲げ圧力を加えることで曲げ加工を行うとともに、前記変位測定手段により測定された長尺部材の変位が引張破壊閾値を超えることなく所定時間が経過したときには、前記曲げ手段の可変引張力を、前記所定時間が経過した時点の引張力よりも低い補正引張力に変更した上で、前記長尺部材に前記曲げ手段によって曲げ圧力を加えることで曲げ加工を行う制御手段；
   を有することを特徴とする長尺部材の曲げ加工装置。

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