JP6682940B2 - インクリメンタル成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を次第に変形させて立体形状に成形するインクリメンタル成形方法に関するものである。

従来、インクリメンタル成形としては、板材のダイレスフォーミングの名称で特許文献１に記載されているものがある。インクリメンタル成形は、特許文献１に記載されているように、周囲を固定した金属薄板に、球面状の先端部を有する工具を押し付けて移動させることにより、金属薄板を板厚方向に変形させて立体形状に成形するものである。

インクリメンタル成形は、成形品の形状が凹型である場合、金属薄板に対して工具を周回させると共に、周回毎に工具を横方向に移動させ且つ下降させることにより、周壁部を逐次成形し、最終的に金属薄板を凹型の成形品に成形する。なお、金属薄板と工具とは、相対的に移動可能であれば良い。

特許第４２８７９１２号公報

ところで、上記のインクリメンタル成形では、板厚減少の割合が成形角度の大きさに依存し、理論上、成形角度が大きくなるほど板厚が減少する。成形角度は、成形品の底壁部に対する周壁部の角度である。このため、従来のインクリメンタル成形では、周壁部の成形角度が大きい成形品、具体的には９０度付近の大きい成形角度を有する成形品を高品質で成形することが難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、周壁部の成形角度が大きい成形品であっても、高品質に成形することができるインクリメンタル成形方法を提供することを目的としている。

本発明に係わるインクリメンタル成形方法は、周囲を保持した金属板に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて、周壁部及び底壁部を有し且つ周壁部にコーナー部を有する成形品を成形するものである。上記インクリメンタル成形方法は、金属板の一方の面に工具を押し付けて移動させることにより、底壁部に対する周壁部の角度が最終角度よりも小さい中間角度になるまで周壁部を形成する。その後、上記インクリメンタル成形方法は、金属板の他方の面側からコーナー部に工具を押し付けて移動させることにより成形を行い、その後、コーナー部を含む周壁部に工具を押し付けて移動させることにより、底壁部に対する周壁部の角度が最終角度に至るまで増加させることを特徴としている。

上記インクリメンタル成形方法では、金属板の一方の面に工具を押し付けて移動させることにより、周壁部の角度が中間角度になるまで周壁部を形成するので、この際、金属板には平面方向の引っ張り力が加わり、板厚の減少が生じる。次に、上記インクリメンタル成形方法では、金属板の他方の面側からコーナー部に工具を押し付けて移動させることにより成形を行い、その後、コーナー部を含む周壁部に工具を押し付けて移動させることにより、周壁部の角度を増加させるので、金属板の周壁部には曲げ方向の力が加わることになり、板厚の減少を抑制しつつ周壁部の角度が増大することになる。

本発明のインクリメンタル成形方法は、上記構成を採用したことにより、板厚の減少を抑制しつつ周壁部の角度を増大させるので、周壁部の成形角度が大きい成形品、例えば、９０度付近の大きい成形角度を有する成形品であっても、その成形品を高品質に成形することができる。また、上記のインクリメンタル成形方法では、成形品が、周壁部にコーナー部を有しており、金属板の他方の面側から成形を行う際に、コーナー部の成形を行った後に、コーナー部を含む周壁部の成形を行うことにより、コーナー部に発生し易いしわを分散させることができ、成形品のさらなる高品質化を実現することができる。

本発明に係わるインクリメンタル成形方法の第１実施形態における基本構成を説明する断面図である。 金属板の一方の面に成形を行う状態を示す断面図である。 図２に続いて金属板の他方の面側からの成形を説明する断面図である。 金属板のコーナー部の成形を説明する平面図である。 図４に続いて金属板の外周部の成形を説明する平面図である。 図５に続いて金属板を成形品に成形する状態を示す断面図である。 成形品の一例であるエンジンフードのアウタパネルを示す平面図である。 図７中のＡ−Ａ線に基づく断面図である。 本発明に係わるインクリメンタル成形方法の第２実施形態における基本構成を説明する断面図である。 金属板の一方の面に成形を行う状態を示す断面図である。 図１０に続いて金属板の他方の面側からの成形を説明する断面図である。 図１１に続いて金属板を成形品に成形する状態を示す断面図である。

〈第１実施形態〉
インクリメンタル成形は、図１に示すように、平坦な金属板Ｗの周囲を固定装置１により固定し、上側に配置した工具２を金属板Ｗに押し付けて移動させることにより、金属板Ｗを板厚方向に次第に変形させて、最終的に金属板Ｗを立体的な成形品に成形する。

成形品（図６参照）Ｍは、その形態がとくに限定されないが、この実施形態では、周壁部Ｓ及び底壁部Ｂを有する矩形皿状を成している。この成形品Ｍは、底壁部Ｂに対する周壁部Ｓの角度、すなわち周壁部Ｓの成形角度（最終角度）αが大きいものである。その成形角度αは、例えば９０度である。

また、成形装置は、全体の図示を省略したが、多軸制御型の作業ロボットやＮＣ工作機械などを用いることができる。固定装置１は、枠状を成すと共に、下側の固定具１Ａと上側の可動具１Ｂとを備えており、金属板Ｗの周囲を挟持して可動具１Ｂを固定することにより、金属板Ｗの周囲を強固に拘束する。

工具２は、球面状の先端部を有すると共に、直交する３軸方向に移動可能に保持してある。この工具２は、成形箇所の形状等に応じて、先端部の形状及び曲率や直径等が異なるものから適宜選択される。なお、金属板Ｗ及び工具２は、相対的に移動可能であれば良く、金属板Ｗを不動にしても良いし、３軸方向の相対移動を満足するように双方を移動可能にしても良い。

上記装置を用いて行うインクリメンタル成形方法は、図２に示すように、固定装置１により平坦な金属板Ｗの周囲を固定し、その金属板Ｗの一方の面（上面）に工具２を押し付けて、底壁部Ｂに対する周壁部Ｓの角度が最終角度αよりも小さい中間角度α１になるまで周壁部Ｓを形成する。

より具体的には、インクリメンタル成形方法では、金属板Ｗにおいて周壁部Ｓを形成すべき箇所に対して、工具２を押し付けながら周回させると共に、図２中に太い矢印で示す如く、周回毎に工具２を金属板Ｗの中心方向に移動させ且つ下降させる。この際、金属板Ｗに対する工具２の圧接力、工具２の周回速度、周回毎の工具２の移動量及び下降量は、金属板Ｗの材質及び厚さや、周壁部Ｓの形態等に応じて決定する。このようにして、金属板Ｗは、図１に示す平坦な状態から図２に移行するように、底壁部Ｂを次第に下げるようにして、周壁部Ｓが傾斜した状態に逐次成形される。

上記のインクリメンタル成形方法では、金属板Ｗの一方の面に工具２を押し付けて、周壁部Ｓの角度が中間角度α１になるまで周壁部Ｓを形成することから、その際、金属板Ｗには平面方向の引っ張り力が加わり、板厚の減少が生じる。

また、インクリメンタル成形方法では、より好ましい実施形態として、中間角度α１が、最終角度αの半分の角度であるものとする。この実施形態の製品Ｍでは、周壁部Ｓの成形角度（最終角度）αとして９０度を例示しているので、中間角度α１は４５度である。

その後、インクリメンタル成形方法は、金属板Ｗの他方の面側から周壁部Ｓに工具２を押し付けて、底壁部Ｂに対する周壁部Ｓの角度が最終角度αに至るまで増加させる。すなわち、この実施形態のインクリメンタル成形方法では、図３に示すように、金属板Ｗの他方の面側から成形を行う際に、固定装置１を一旦解除して金属板Ｗを反転させた後、同金属板Ｗの周囲を固定装置１で再び拘束する。

この際、インクリメンタル成形方法では、周壁部Ｓに工具２を押し付けながら周回させると共に、図３中に太い矢印で示す如く、周回毎に工具２を金属板Ｗの外側方向に移動させ且つ下降させる。

ここで、この実施形態では、先述したように、成形品Ｍが矩形皿状を成している。このため、成形品Ｍは、図４に示すように、周壁部Ｓに４つのコーナー部Ｃを有するものとなっている。

そこで、インクリメンタル成形方法では、金属板Ｗの他方の面側から成形を行う際に、コーナー部Ｃに工具２を押し付けて成形を行い、その後、図５に示すように、コーナー部Ｃを含む周壁部Ｓに工具２を押し付けて成形を行うものとしている。

すなわち、インクリメンタル成形方法では、コーナー部Ｃの成形を行う場合、図４中に矢印で示すように、工具２を周壁部Ｓの底壁部Ｂ側の端部に押し付けて往復動させ、一往復毎に工具２を金属板Ｗの外側方向に移動させ且つ下降させて、コーナー部Ｃを形成する。その後、インクリメンタル成形方法は、図５中に矢印で示すように、工具２を周壁部Ｓの底壁部Ｂ側の端部に押し付けて周回させ、周回毎に工具２を金属板Ｗの外側方向に移動させ且つ下降させて、コーナー部Ｃを含む周壁部Ｓを成形する。

上記のインクリメンタル成形方法では、金属板Ｗの他方の面側から周壁部Ｓに工具２を押し付けて周壁部Ｓの角度を増加させるので、金属板Ｗの周壁部Ｓには曲げ方向の力が加わる。これにより、金属板Ｗは、板厚の減少が抑制されつつ周壁部Ｓの角度が増大することになる。

このようにして、インクリメンタル成形方法は、平坦な金属板Ｗを逐次成形して、図６に示す成形品Ｍ、すなわち、周壁部Ｓ、底壁部Ｂ、及びコーナー部Ｃを有するとともに周壁部Ｓの成形角度（最終角度）αが９０度である成形品Ｍを成形する。なお、固定装置１により挟持した金属板Ｗの周囲は、フランジＦとして残り、必要に応じて他の成形や切除が行われる。

上記実施形態で説明したインクリメンタル成形方法は、金属板Ｗの一方の面に中間角度α１の周壁部Ｓを成形した後、金属板Ｗの他方の面側から周壁部Ｓを成形して、板厚の減少を抑制しつつ周壁部Ｓの角度を増大させる。これにより、上記インクリメンタル成形方法によれば、周壁部Ｓの成形角度（最終角度）αが大きい成形品Ｍ、例えば、９０度付近の大きい成形角度αを有する成形品Ｍであっても、その成形品Ｍを高品質に成形することができる。

また、上記のインクリメンタル成形方法では、成形品Ｍが、周壁部Ｓにコーナー部Ｃを有しており、金属板Ｗの他方の面側から成形を行う際に、コーナー部Ｃの成形を行った後に、コーナー部Ｃを含む周壁部Ｓの成形を行う。これにより、上記インクリメンタル成形方法によれば、コーナー部Ｃに発生し易いしわを分散させることができ、成形品Ｍのさらなる高品質化を実現することができる。

さらに、上記のインクリメンタル成形方法では、金属板Ｗの他方の面側から成形を行う際に、金属板Ｗを反転させる。したがって、上記インクリメンタル成形方法によれば、金属板Ｗの片側だけに工具２を配置した成形装置によって実施することができ、既存の作業用ロボットやＣＮ工作機械等の成形装置への適用が容易であり、設備費の節減や低コスト化に貢献し得る。

さらに、上記のインクリメンタル成形方法では、前工程では金属板Ｗに引っ張り力が加わり、後工程では金属板Ｗに曲げ力が加わる。このため、上記インクリメンタル成形方法は、周壁部Ｓの中間角度α１を最終角度（成形角度）αの半分にすることにより、前工程での金属板Ｗの板厚減少と、後工程での金属板Ｗの板厚減少の抑制とのバランスが良好になり、成形品Ｍの高品質化に貢献することができる。

図７及び図８は、成形品の一例であるエンジンフードのアウタパネルＰを示す平面図及び断面図である。アウタパネルＰは、緩やかに湾曲した主体部が、底壁部Ｂに相当し、主体部（底壁部Ｂ）の両側に、所定角度を成して連続する周壁部Ｓを有している。

上記のアウタパネルＰは、インクリメンタル成形方法により、平坦な金属板（ブランク材）を逐次成形して周壁部Ｂを成形し、また、緩やかに湾曲した底壁部Ｂも同成形方法により逐次成形し得る。このアウタパネルＰは、底壁部Ｂの湾曲外側（図８中で下側）が車体外面であり、底壁部Ｂと周壁部Ｓとの境界線Ｌがキャラクターラインになる。

〈第２実施形態〉
図９に示す第２実施形態のインクリメンタル成形方法は、金属板Ｗの一方及び他方の面側に夫々配置した工具２，２により、金属板Ｗに成形を行うものである。金属板Ｗは、固定具１Ａと可動具１Ｂとを備えた固定装置１により、周囲が強固に保持されている。各工具２は、球面状の先端部を金属板Ｗに向けた状態で配置してある。

このインクリメンタル成形方法では、図１０に示すように、金属板Ｗの一方の面（図中で上面）に上側の工具２を押し付けて移動させることにより、底壁部Ｂに対する周壁部Ｓの角度が最終角度（成形角度）αよりも小さい中間角度α１になるまで周壁部Ｓを逐次成形する。

その後、インクリメンタル成形方法は、図１１に示すように、金属板Ｗの他方の面側（図中で下側）から周壁部Ｓに下側の工具２を押し付けて移動させることにより、図１２に示すように、底壁部Ｂに対する周壁部Ｓの角度が最終角度αに至るまで増加させる。これにより、周壁部Ｓ及び底壁部Ｂを有する成形品Ｍを成形する。

上記のインクリメンタル成形方法によれば、先の実施形態と同様に、周壁部Ｓの成形角度（最終角度）αが大きい成形品Ｍであっても、その成形品Ｍを高品質に成形することができる。しかも、上記インクリメンタル成形方法は、金属板Ｗを固定したままで逐次成形が行われ、工程中に金属板Ｗを反転させる必要がないので、作業の簡略化や製造のサイクルタイムの短縮などを実現することができる。

また、上記のインクリメンタル成形方法では、一方の工具２を使用している間、他方の工具を後退させているが、金属板Ｗを挟むように両工具２，２を配置し、一方の工具２を使用している間、他方の工具２で成形の補助を行うこともできる。

本発明に係わるインクリメンタル成形方法は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。上記インクリメンタル成形方法は、前工程における周壁部Ｂの中間角度α１を必ずしも最終角度（成形角度）αの半分の角度にする必要はなく、金属板Ｗの材質や厚さ、周壁部Ｂの大きさなどの条件に応じて変更すれば良い。また、上記各実施形態では、金属板Ｗの上下に配置した工具で逐次成形を行う場合を例示したが、金属板Ｗを立てた状態にし、横方向から工具２を押し付けて逐次成形することも可能である。

Ｂ 底壁部
Ｃ コーナー部
Ｍ 成形品
Ｗ 金属板
Ｓ 周壁部
α 最終角度（成形角度）
α１ 中間角度
２ 工具

Claims (4)

1. 周囲を保持した金属板に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて周壁部及び底壁部を有し且つ周壁部にコーナー部を有する成形品を成形するに際し、
   金属板の一方の面に工具を押し付けて移動させることにより、底壁部に対する周壁部の角度が最終角度よりも小さい中間角度になるまで周壁部を形成した後、
   金属板の他方の面側からコーナー部に工具を押し付けて移動させることにより成形を行い、その後、コーナー部を含む周壁部に工具を押し付けて移動させることにより、底壁部に対する周壁部の角度が最終角度に至るまで増加させることを特徴とするインクリメンタル成形方法。
2. 金属板の他方の面側から成形を行う際に、金属板を反転させることを特徴とする請求項１に記載のインクリメンタル成形方法。
3. 周囲を保持した金属板に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて周壁部及び底壁部を有する成形品を成形するに際し、
   金属板の一方及び他方の面側に夫々配置した工具を用い、
   金属板の一方の面に工具を押し付けて移動させることにより、底壁部に対する周壁部の角度が最終角度よりも小さい中間角度になるまで周壁部を形成した後、
   金属板の他方の面側から周壁部に工具を押し付けて移動させることにより、底壁部に対する周壁部の角度が最終角度に至るまで増加させることを特徴とするインクリメンタル成形方法。
4. 中間角度が、最終角度の半分の角度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクリメンタル成形方法。

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