JP6933637B2 - 曲げ成形装置、および、曲げ成形方法 - Google Patents
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また、特許文献2に記載の曲げ成形装置は、曲げモーメントを1回付与するだけであるため、上述したような生産中の変動によって異形管が所望の形状となっていない場合でも形状を修正することができない。
曲げ成形装置において成形部材に対して曲げ成形ツールによる拘束が解除されない場合、曲げ成形が終了した後でなければ、成形部材の実際の曲げ角度を確認することができない。このため、成形部材の実際の曲げ角度が目標値にならないおそれがある。しかしながら、上記形態の曲げ成形装置の構成によれば、角度推定部は、拘束が解除される前の成形部材の検査情報と、過去の知見である拘束が解除された状態の成形部材の曲げ角度と、の対応関係を示す対応関係データを用いて、成形部材の曲げ角度を推定する。修正量演算部は、当該推定された成形部材の曲げ角度の推定値と、部材の曲げ角度の目標値との差分値を用いて、曲げ成形の修正量を演算する。これにより、修正量演算部は、成形部材に対する曲げ成形ツールによる拘束が解除されない場合でも、過去の知見に基づいて曲げ角度の修正量を演算することができるため、曲げ角度の修正量の演算精度を向上することができる。したがって、曲げ成形装置は、適切な修正成形を行うことができる。
図1は、本実施形態の曲げ成形装置の概略構成を示した説明図である。図2は、本実施形態の曲げ成形装置で成形された製品の模式図である。曲げ成形装置1は、図2に点線91で示す板状部材91に複数回の曲げ成形を行い、製品93を成形する。具体的には、図2に示すように、曲げ成形装置1は、板状部材91に対して、折り目93a、93b、93c、93dをつける。板状部材91は、一例として、炭素鋼から形成されているものであるが、ボロン鋼やホットスタンプ材、7000系Al合金、6000系Al合金、2000系Al合金などであってもよい。製品93は、例えば、サイドシルパネルなどの自動車の車体におけるパネル部品として使用されるが、これに限定されない。
成形ツール部18は、水平連結部16の支持部14に連結している側とは反対側の端部に設けられるピン16bを介して、水平連結部16に連結している。これにより、成形ツール部18は、ピン16bを回転中心として水平連結部16に対して回転可能である。
上ツール10は、上操作部11の鉛直方向の移動が制御されることで、二つの成形ツール部17、18がなす角度θ10を所定の角度に維持しつつ鉛直方向に移動することが可能である。
成形ツール部28は、水平連結部26の支持部24に連結している側とは反対側の端部に設けられるピン26bを介して、水平連結部26に連結している。これにより、成形ツール部28は、ピン26bを回転中心として水平連結部26に対して回転可能である。
下ツール20は、下操作部21の鉛直方向の移動が制御されることで、二つの成形ツール部27、28がなす角度θ20を所定の角度に維持することが可能である。
また、成形部材92aが成形された後、成形ツール10aの鉛直方向上方への移動によって成形部材92aの拘束が解除されると、成形部材92aは、成形反力によって点線92bで示す成形部材92bの状態に変形する。このとき、成形ツール10aと成形ツール20a、20bとによって拘束されていたときの状態を示す成形部材92aの最下点92cと、拘束が解除されている成形部材92bの最下点92dとの間の距離が、戻り量Bとなる。
次に、図5(b)の白抜き矢印F11に示すように、上ツール10を鉛直方向下方に移動し、上ツール10と下ツール20とで板状部材91を挟み込みことで、板状部材91に曲げ成形が行われ成形部材92eが成形される。このとき、図5(b)に示すように、成形部材92eの最下点92fと当接点P20との間の距離が、1回目の曲げ成形での押し量D1となる。
Dn=1/(1−αn-1)×Dtg ・・・(1)
なお、αn-1は、(n-1)回目の曲げ成形における押し量Dn-1と、戻り量Bn-1との比であって、次の式(2)で表される。
αn-1=Bn-1/Dn-1 ・・・(2)
また、Dtgは、曲げ角度が目標値となるための押し量Dである。修正量演算部30bは、式(1)、(2)を用いて、成形部材92gに対する2回目の曲げ成形での修正押し量D2を演算する。
図10に示すように、3種類の材料のいずれについても、修正成形となる2回目の曲げ成形時の角度差の絶対値は、1回目の曲げ成形時の角度差の絶対値に比べ小さくなることがわかる。さらに、追加の修正成形となる3回目の曲げ成形時の角度差の絶対値は、2回目の曲げ成形時の角度差の絶対値に比べ小さくなることがわかる。すなわち、修正成形を重ねることによって、板状部材91の曲げ角度が目標値に近づくこととなる。
図11は、第2実施形態における曲げ成形装置2の概略構成を示した説明図である。第2実施形態の曲げ成形装置2は、第1実施形態の曲げ成形装置1(図1)と比較すると、成形ツール部の形状が異なる。
第2成形ツール部42は、第1成形ツール部41の長穴41aが形成されている端部とは反対側の端部に、ピン43を介して連結されている部材である。第2成形ツール部42は、平板状に形成されており、ピン43を回転中心として回転可能に設けられている(図11(a)の実線矢印2b)。
第2成形ツール部47は、第1成形ツール部46の連結部49に固定されている端部とは反対側の端部に、ピン48を介して連結されている部材である。第2成形ツール部47は、平板状に形成されており、ピン48を回転中心として回転可能に設けられている(図11(a)の実線矢印2c)。
次に、図11(b)に示すように、制御部30は、上ツール40を水平方向に移動させながら(図11(b)の実線矢印2d)、上ツール40の第2成形ツール部42と、下ツール45の第2成形ツール47とを下方に回転させ、板状部材91に曲げ成形を行う(図11(b)の実線矢印2e、2f)。このとき、センサ31は、成形される成形部材92rの曲げ角度θ44に関連する情報を、検査情報として取得する。
図12は、第3実施形態における曲げ成形装置3の概略構成を示した説明図である。第3実施形態の曲げ成形装置3は、第1実施形態の曲げ成形装置1(図1)と比較すると、曲げ成形装置3において曲げ成形が完了するまで成形部材に荷重が作用したままである点が異なる。
成形ローラ61は、加熱部50から送られる管状部材94に当接するように配置され、管状部材94の中心軸A95を挟むように設けられる成形ローラ61a、61bを有する。成形ローラ61aと成形ローラ61bとは、図14に示すように、中心軸A95を挟んで互いに対向する位置に配置され、中心軸A95に対して略垂直な方向に移動可能に設けられている(図14の実線矢印61c、61d)。成形ローラ61a、61bは、主成形部60の図示しない駆動部に入力される制御部90からの指令にしたがって移動する。成形ローラ61a、61bは、成形中の成形部材95の成形反力を測定可能である。測定された成形反力は、制御部90に出力される。
修正ローラ71は、主成形部60によって成形された成形部材95に修正成形を行えるように配置され、成形部材95の中心軸A95を挟むように設けられる修正ローラ71a、71bを有する。修正ローラ71a、71bは、図15に示す成形ローラ61と同じ構造を有し、図14に示すように、中心軸A95を挟んで互いに対向する位置に配置され、中心軸A95に対して略垂直な方向に移動可能に設けられている(図14の実線矢印71c、72c)。修正ローラ71a、71bは、修正成形部70の図示しない駆動部に入力される制御部90からの指令にしたがって移動する。修正ローラ71a、71bは、修正成形中の成形部材95の成形反力を測定可能である。測定された成形反力は、制御部90に出力される。
形状センサ74は、修正ローラ71によって成形された後の成形部材95の形状を検査する。形状センサ73は、検査結果を制御部90に出力する。
冷却ノズル81、82は、修正成形部70から送られる成形部材95を冷却する流体を噴射可能である。温度センサ83は、修正成形部70から送られる成形部材95の温度を測定し、測定結果を制御部90に出力する。形状センサ84は、冷却ノズル81、82の流体によって冷却された成形部材95の形状を検査する。形状センサ84は、検査結果を制御部90に出力する。
データベース部90cは、成形部材95の成形反力を含む検査情報と、成形部材95の成形後の戻り量Bと、曲げ成形装置3のローラによる拘束が解除された状態の成形部材95の曲げ角度との関係を示す対応関係データを記憶している。データベース部90cの対応関係データは、例えば、曲げ成形が行われる材料の種類や曲げ成形の条件など曲げ成形装置3による曲げ成形の特性のそれぞれに応じて、検査情報と戻り量Bと曲げ角度との関係が記憶されている。データベース部90cの対応関係データは、角度推定部30aによる成形部材95の曲げ角度の推定時に利用される。
次に、修正ローラ72を用いて、成形部材95に追加の修正成形を行う(ステップS45)。具体的には、制御部90は、ステップS44で演算した修正押し量D2を用いて、修正ローラ72の移動を制御し、修正ローラ71によって修正成形された成形部材95に追加の修正成形を行う。このとき、修正ローラ72は、曲げ成形中の成形部材95の成形反力を測定する。
本実施形態の曲げ成形装置3によれば、角度推定部30aは、拘束が解除されていない成形部材95の検査情報と、過去の知見である拘束が解除された状態の成形部材95の曲げ角度との対応関係を示す対応関係データを用いて、成形部材95の曲げ角度を推定する。修正量演算部30bは、当該推定された成形部材95の曲げ角度の推定値と、管状部材94の曲げ角度の目標値との差分値を用いて、曲げ成形の修正押し量Dを演算する。これにより、修正量演算部30bは、本実施形態のように、成形中には拘束が解除されない場合でも、過去の知見に基づいて曲げ角度の修正押し量Dを演算することができるため、曲げ角度の修正押し量の予測精度を向上することができる。したがって、曲げ成形装置3は、適切な修正成形を行うことができる。
また、曲げ成形装置3では、更新された対応関係データを用いて、曲げ成形の修正量を迅速に演算することができる。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
第1実施形態の曲げ成形装置1は、戻り量Bを図4に示す方法で演算するとした。しかしながら、戻り量Bの演算方法は、これに限定されない。
第1実施形態では、修正押し量Dは、1回の曲げ成形における押し量Dと、戻り量Bとの比が一定であると仮定して、式(1)によって演算されるとした。しかしながら、修正押し量Dを演算する方法は、これに限定されない。また、1回の曲げ成形における押し量Dと、戻り量Bとの比が一定であるとする仮定についても、この仮定に限定されない。
上述の実施形態では、曲げ成形装置は、所定の角度に部材を曲げる曲げ成形を行うとした。しかしながら、部材にねじり成形を行ってもよい。
上述の実施形態では、曲げ成形が行われる部材は、炭素鋼から形成されているとした。しかしながら、部材の材料はこれに限定されない。炭素鋼以外の金属や、木材であってもよい。また、差厚板や溶接板であってもよい。
第1、2実施形態では、板状部材91に曲げ成形を行うとした。また、第3実施形態では、管状部材94に曲げ成形を行うとした。しかしながら、曲げ成形装置で曲げ成形を行うことができる部材の形状はこれに限定されない。第1、2実施形態で管状部材に曲げ成形を行ってもよいし、第3実施形態で板状部材91に曲げ成形をおこなってもよい。また、曲げ成形される部材は、異径管であってもよい。
成形ローラ61は、支持ローラ52に支持されていた板状部材91の右側の端部に曲げ成形を行う。一方、成形ローラ61に対応する支持ローラ65は、支持ローラ56に支持されていた板状部材91の左側の端部を支持する。これにより、板状部材91の右側が、左側に対して曲げ成形され、成形部材98となる。
成形ローラ63は、成形ローラ61によって曲げ成形が行われた成形部材98の右側の端部に、さらに曲げ成形を行う。一方、成形ローラ63に対応する支持ローラ66は、支持ローラ65に支持されていた成形部材98の左側の端部を支持する。これにより、成形部材98の右側が、左側に対してさらに曲げ成形が行われ、図21に示すように、右側の端部が左側の端部に対して略垂直な状態に曲げられる。成形ローラ63は、成形部材98の成形反力を計測可能である。
第1、2実施形態では、板状部材91は、常温で曲げ成形が行われるとした。しかしながら第3実施形態のように、加熱部と冷却部とを備えて、板状部材91を加熱後に成形し、成形後に冷却してもよい。
第1実施形態では、検査情報は、下ツール20の角度θ20と、戻り量Bとを含むとした。第2実施形態では、検査情報は、成形部材92の曲げ角度であるとした。第3実施形態では、検査情報は、成形部材95の成形反力であるとした。しかしながら、検査情報は、これらに限定されない。例えば、部材の温度が含まれてもよく、成形部材の曲げ角度が推定できればよい。
第3実施形態では、図15に示すように、制御部90は、主成形部60において、二つの成形ローラ61a、61bのそれぞれが、管状部材94の対向する側面94a、94cのそれぞれに当接し、管状部材94に対して一軸方向への曲げを制御するとした。しかしながら、制御部90が曲げを制御する方向はこれに限定されない。二軸方向や回転方向への曲げ成形を制御してもよい。
基部67は、内部に、二つの長穴67a、67bがそれぞれまっすぐ伸びるように形成されている。長穴67aと長穴67bとは、図22に示すように、直交するように形成されており、二つの長穴67a、67bが直交する位置に管状部材94が挿入されている。基部67は、挿入されている管状部材94に対して相対回転可能である(図22の実線矢印67c)。
四つの成形ツール68a、68b、68c、68dは、二つの長穴67a、67bが直交する位置に挿入されている管状部材94の周囲に配置されている。具体的には、成形ツール68aと成形ツール68cとは、管状部材94を挟んで長穴67aを移動可能に配置されている(図22の実線矢印68e、68g)。成形ツール68bと成形ツール68dとは、管状部材94を挟んで長穴67bを移動可能に配置されている(図22の実線矢印68f、68h)。四つの成形ツール68a、68b、68c、68dのそれぞれは、管状部材94の側面94a、94c、94d、94bのそれぞれに当接し、側面94a、94c、94d、94bのそれぞれに管状部材94が変形可能な荷重を作用させることが可能である。
図22に示す主成形部60では、管状部材94に対して四方向から管状部材94が変形可能な荷重を作用させることで、曲げ成形だけでなくねじり成形を行うことができる。
第1、3実施形態では、修正形成は2回行うとした。第2実施形態では、修正成形は1回行うとした。しかしながら、修正成形の回数は、これに限定されない。3回以上行ってもよい。
第3実施形態では、データベース部90cにおける対応関係データの参照や、データ更新部90dによる対応関係データの更新、成形調整部90eによる主成形部60での管状部材94の曲げ角度の調整を行うとした。しかしながら、これらの構成は、なくてもよい。また、例えば、データベース部90cのみを備え、データ更新部90dは備えていなくてもよい。
10、40…上ツール
20、45…下ツール
30…制御部
30a…角度推定部
30b…修正量演算部
31…センサ
50…加熱部
51、52…支持ローラ
53…加熱炉
54、83…温度センサ
60…主成形部
61…成形ローラ
62、73、74、84…形状センサ
70…修正成形部
71、72…修正ローラ
80…冷却部
81…冷却ノズル
90…制御部
90c…データベース部
90d…データ更新部
90e…成形調整部
91、97…板状部材
92、95、98…成形部材
93、96、99…製品
94…管状部材
A95…中心軸
B…戻り量
D…押し量
Claims (5)
- 部材を挟み込んで拘束する一組の成形ローラを有し、前記成形ローラの移動によって前記部材に曲げ成形を行う主成形部と、
前記主成形部によって成形された成形部材を検査して、前記成形ローラによって測定される、前記成形ローラによる拘束が解除される前の前記成形部材の成形反力を、前記成形部材の検査情報として取得する検査情報取得部と、
前記検査情報を用いて、前記主成形部の成形ローラによる拘束が解除された状態の前記成形部材の曲げ角度を推定する角度推定部と、
前記部材の曲げ角度の目標値と、前記成形部材の曲げ角度の推定値との差分値を用いて、曲げ成形の修正量を演算する修正量演算部と、
演算された前記曲げ成形の修正量を用いて、前記成形部材に修正成形を行う修正成形部と、を備える、
曲げ成形装置。 - 請求項1に記載の曲げ成形装置であって、
前記検査情報取得部は、前記修正成形部によって修正成形された修正成形部材を検査して、前記修正成形部材の修正検査情報を取得し、
前記角度推定部は、前記修正検査情報を用いて、前記修正成形部材の曲げ角度を推定し、
前記修正量演算部は、前記部材の曲げ角度の目標値と、前記修正成形部材の曲げ角度の推定値との差分値が所定以上の場合、さらに、曲げ成形の追加修正量を演算し、
前記修正成形部は、演算された前記曲げ成形の追加修正量を用いて、前記修正成形部材に追加の修正成形を行う、
曲げ成形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の曲げ成形装置は、さらに、
前記検査情報と、前記成形ローラによる拘束が解除された状態の前記成形部材の曲げ角度との対応関係を示す対応関係データを記憶している記憶部と、
前記検査情報取得部が取得した前記検査情報と、前記検査情報を用いて前記修正量演算部によって演算された前記曲げ成形の修正量との対応関係を用いて、前記対応関係データを更新するデータ更新部と、を備える、
曲げ成形装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の曲げ成形装置は、さらに、
前記修正量演算部が演算する曲げ成形の修正量を用いて、前記主成形部による前記部材の曲げ角度を調整する成形調整部を備える、
曲げ成形装置。 - 部材を挟み込んで拘束する一組の成形ローラを有し、前記成形ローラの移動によって前記部材に曲げ成形を行う主成形工程と、
前記主成形工程において成形された成形部材を検査して、前記成形ローラによって測定される、前記成形ローラによる拘束が解除される前の前記成形部材の成形反力を、前記成形部材の検査情報として取得する検査情報取得工程と、
前記検査情報を用いて、前記成形ローラによる拘束が解除された状態の前記成形部材の曲げ角度を推定する角度推定工程と、
前記部材の曲げ角度の目標値と、前記成形部材の曲げ角度の推定値との差分値を用いて、曲げ成形の修正量を演算する修正量演算工程と、
演算された前記曲げ成形の修正量を用いて、前記成形部材に修正成形を行う修正成形工程と、を備える、
曲げ成形方法。
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