JP7607246B2 - プレス成形装置 - Google Patents

Description

本開示は、プレス成形装置に関する。

プレス成形加工により、金属材料の曲げ加工または絞り加工等を行う場合、材料ごとに、あるいは環境変化により加工条件を予め定めた上で、生産を行うことが一般的である。

例えば、特許文献１には、材料の材質または板厚などのばらつきがある場合でも、所定のプレス品質を得られるよう、加工条件を設定するプレス加工条件設定装置が開示されている。

特開平７－２６６１００号公報

特許文献１に記載のプレス加工条件設定装置では、加工の安定性の点で、未だ改善の余地がある。

本開示は、ダイのクリアランスを補正して、安定した加工を行うことのできるプレス成形装置を提供する。

本開示にかかるプレス成形装置は、板状のワークを加工するプレス成形装置であって、プレス方向に移動するパンチと、パンチが挿入される中空部が形成され、中空部に向かって傾斜する斜面を有するダイと、ダイを保持するダイプレートと、パンチとダイとの間に配置され、ダイの斜面に対向する押さえ面を有するしわ押さえと、ダイの斜面に発生する荷重を、プレス方向の荷重と、プレス方向に垂直な第１方向の荷重と、プレス方向および第１方向に垂直な第２方向の荷重と、の３方向の荷重として検出するダイ荷重センサと、ダイ荷重センサにより検出されたプレス方向の荷重、第１方向の荷重、および第２方向の荷重、のそれぞれに基づいてダイの垂直抗力を算出し、ダイの垂直抗力に基づいてダイとしわ押さえとの間のクリアランス補正量を算出する、制御部と、クリアランス補正量に基づいて、プレス方向にダイを移動する第１駆動部と、パンチをプレス方向に駆動する第２駆動部と、を備える。

本開示によると、クリアランスを補正して、安定した加工を行うことのできるプレス成形装置を提供することができる。

実施の形態１にかかるプレス成形装置を示す模式図 図１のプレス成形装置のパンチの上死点状態を示す模式図 図１のプレス成形装置のパンチの下死点状態を示す模式図 図３の領域Ｒ１を拡大した図 図１のプレス成形装置のダイおよびダイプレートの平面図 図１のプレス成形装置におけるクリアランス補正プロセスについて説明するフローチャート ダイの垂直抗力と成形開始からの加工時間との関係を示すグラフ 力積差分が±２０％以内である場合の、ダイの垂直抗力と成形開始からの加工時間関係を示すグラフ 力積差分とクリアランスの補正量との関係を示すグラフ パンチにかかる荷重と成形開始からの加工時間との関係を示すグラフ 力積差分が±２０％以内である場合の、パンチにかかる荷重と成形開始からの加工時間との関係を示すグラフ 力積差分と押し込み量の補正量との関係を示すグラフ

（本開示に至った経緯）
プレス成形装置を用いて、曲げ加工または絞り加工等を行う場合、加工対象となる金属材料の材質または板厚などの材料要因またはプレス成形装置による環境要因などによる影響を考慮して、加工条件を予め定めておく。加工条件は、例えば、経験または実験により、あるいは、シミュレーションを用いて定めることができる。材料要因または環境要因による影響は、予測困難なものが多く、これらの影響を考慮して加工条件を制御する方法として、種々の検討がなされている。

例えば、特許文献１には、プレス素材（金属材料）の形状などの物理量と、適正しわ押さえ荷重（適正プレス加工条件）との関係を予め求めておき、その関係から実際の物理量に応じて適正しわ押さえ量を求める方法が開示されている。

特許文献１に記載のプレス加工条件設定装置では、予測困難な変動要因により、しわ押さえとダイとのクリアランスを適正に維持することができず、安定した加工を行うことができないという課題がある。予測困難な変動要因とは、加工対象物の材料の特性によるばらつきまたは温度による環境変化を指す。予測困難な変動要因はまた、プレス成形装置および金型に関する、成形速度、下死点精度、金型の加工寸法精度、しわ押さえ力、しわ押さえとダイとのクリアランス、金型の面粗度、または加工対象物と金型との間の潤滑性、などによる環境変化なども指す。このような環境変化は予測が困難であるため、適正しわ押さえ荷重を予め求めておくことが難しく、しわ押さえとダイとのクリアランスを適正な値に維持することが困難であるという課題がある。

そこで、本発明者（ら）は、クリアランスを補正して、安定した加工を行うことのできるプレス成形装置を検討し、以下の発明に至った。

本開示の第一態様にかかるプレス成形装置は、板状のワークを加工するプレス成形装置であって、プレス方向に移動するパンチと、パンチが挿入される中空部が形成され、中空部に向かって傾斜する斜面を有するダイと、ダイを保持するダイプレートと、パンチとダイとの間に配置され、ダイの斜面に対向する押さえ面を有するしわ押さえと、ダイの斜面に発生する荷重を、プレス方向の荷重と、プレス方向に垂直な第１方向の荷重と、プレス方向および第１方向に垂直な第２方向の荷重と、の３方向の荷重として検出するダイ荷重センサと、ダイ荷重センサにより検出されたプレス方向の荷重、第１方向の荷重、および第２方向の荷重、のそれぞれに基づいてダイの垂直抗力を算出し、ダイの垂直抗力に基づいてダイとしわ押さえとの間のクリアランス補正量を算出する、制御部と、クリアランス補正量に基づいて、プレス方向にダイを移動する第１駆動部と、パンチをプレス方向に駆動する第２駆動部と、を備える。

このような構成により、ダイの垂直抗力に基づいて、しわ押さえとダイとのクリアランス補正量を算出するため、クリアランスを適正に維持して安定した加工を行うことのできるプレス成形装置を提供することができる。

本開示の第二態様にかかるプレス成形装置において、クリアランス補正量は、適正なクリアランスの場合のダイの垂直抗力と加工時間とにより算出される力積と、加工中のダイの垂直抗力と加工時間とにより算出される力積と、の差分に基づいて算出されてもよい。

このような構成により、クリアランス補正量をより正確に算出することができる。

本開示の第三態様にかかるプレス成形装置は、さらに、プレス方向にかかるパンチの荷重を検出するパンチ荷重センサ、を備え、制御部は、パンチ荷重センサにより検出されたパンチの荷重に基づいてパンチの押し込み補正量を算出し、第２駆動部は、パンチの押し込み補正量に基づきパンチを駆動してもよい。

このような構成により、パンチの押し込み量を補正することで、より安定した加工を行うことができる。

本開示の第四態様にかかるプレス成形装置において、パンチの押し込み補正量は、適正な押し込み量の場合のパンチの荷重と加工時間とにより算出される力積と、加工中の前記パンチの荷重と加工時間とにより算出される力積と、の差分に基づいて算出されてもよい。

このような構成により、パンチの押し込み量の補正量をより正確に算出することができる。

本開示の第五態様にかかるプレス成形装置は、さらに、パンチが下死点にあることを検知する第１ギャップセンサ、を備えてもよい。

このような構成により、プレス成形装置のパンチを含む上型とダイを含む下型とにズレ等が発生していないかを検出することができる。

本開示の第六態様にかかるプレス成形装置は、さらに、しわ押さえとダイプレートとの接触を検知する第２ギャップセンサ、を備えてもよい。

このような構成により、しわ押さえのダイプレートに対する相対位置が適切であるか否かを検出することができる。

本開示の第七態様にかかるプレス成形装置において、ダイは、複数のダイピースにより構成され、ダイ荷重センサは、複数のダイピースのそれぞれに配置されてもよい。

このような構成により、複雑な形状を加工する場合にも、クリアランス補正量を正確に算出し、より安定した加工を行うことができる。

以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、実施の形態１にかかるプレス成形装置１００を示す模式図である。図２は、図１のプレス成形装置１００のパンチ１の上死点状態を示す模式図である。図３は、図１のプレス成形装置１００のパンチ１の下死点状態を示す模式図である。図４は、図３の領域Ｒ１を拡大した図である。図５は、図１のプレス成形装置１００のダイ２およびダイプレート４の平面図である。図２～図５においては、一部の構成要素が省略されている。

プレス成形装置１００は、図１に示すように、パンチ１と、ダイ２と、しわ押さえ３と、ダイプレート４と、ダイ荷重センサ１４と、制御部３０と、第１駆動部１１と、第２駆動部１８と、を備え、板金などのワークをプレス加工する装置である。本実施の形態では、プレス成形装置１００により、曲げ絞り加工を行う。本実施の形態では、プレス成形装置１００は、さらに、パンチ荷重センサ１３と、第１ギャップセンサ１５と、第２ギャップセンサ１６と、を備える。

プレス成形装置１００では、ダイ荷重センサ１４およびパンチ荷重センサ１３により検出したダイ２およびパンチ１にかかる荷重に基づいて、ダイ２としわ押さえ３とのクリアランスを補正する。加工時にかかる荷重に基づいて、クリアランスを補正することにより、安定した加工を行うことができる。

パンチ１は、ワーク５に押し付けて加工するための工具でありスライド７に取り付けられている。

ダイ２は、図２に示すように、パンチ１が挿入される中空部が形成され、上面２ｂから中空部に向かって傾斜する斜面２ａを有し、ボルスタ８に取り付けられている。ダイ２の中空部には、加工後のワーク５をダイ２から引き離すエジェクタ６が配置されている。エジェクタ６は、エアシリンダ１７により駆動する。

ダイ２は、図５に示すように、４つのダイピース２ｃ～２ｆを含む。ダイピース２ｃとダイピース２ｄとは対称な形状を有し、ダイピース２ｅとダイピース２ｆとは対称な形状を有する。本実施の形態では、ダイピース２ｃとダイピース２ｄとがＹ方向に向き合って配置され、ダイピース２ｅとダイピース２ｅとがＸ方向に向き合って配置されている。

ダイ２が複数のダイピース２ｃ～２ｆにより構成されることで、それぞれのダイピース２ｃ～２ｆの位置を調整することにより、加工精度、面粗度、またはパンチ１の摩耗状態等によって発生し得る影響を低減して、安定した加工を行うことができる。

しわ押さえ３は、パンチ１とともにスライド７に取り付けられ、プレス加工時にワーク５をダイ２の斜面２ａに押さえつける。しわ押さえ３には、ダイ２の斜面２ａに対向する押さえ面３ａを有する（図２参照）。

ダイプレート４は、ダイ２を保持する部材である。

スライド７は、ボールねじ１２を介してサーボモータ１１に接続されている。サーボモータ１１によりボールねじ１２を回転させることにより、スライド７が所定の速度でプレス方向（Ｚ方向）に駆動する。スライド７は、シャフト１０により、ボルスタ８に対してＺ方向に上下駆動するようガイドされる。スライド７がボルスタ８に対して上下駆動することにより、パンチ１がダイ２に向かって移動して、ダイ２に載置されたワーク５に対して、曲げ絞り加工を施すことができる。なお、サーボモータ１１が、本実施の形態の第２駆動部に相当する。

パンチ１、ダイ２、しわ押さえ３、ダイプレート４、エジェクタ６、スライド７、ボルスタ８、およびシャフト１０は、成形装置本体９に装着されている。

ダイ２は、後述するクリアランス補正量に基づいて、アクチュエータ１８によりプレス方向（Ｚ方向）に移動する。なお、アクチュエータ１８が、本実施の形態の第１駆動部に相当する。

ダイ荷重センサ１４は、加工時にダイ２にかかる荷重を検出するセンサである。ダイ荷重センサは、ダイ２にかかる荷重を、３つの方向の荷重成分として検出する、３軸荷重センサである。本実施の形態では、ダイ荷重センサ１４は、ダイ２にかかる荷重を、プレス方向（Ｚ方向）と、Ｚ方向に垂直な第１方向（Ｘ方向）と、プレス方向および第１方向に垂直な第２方向（Ｙ方向）と、の荷重成分として検出する。

本実施の形態では、ダイ荷重センサ１４は、図５に示すように、それぞれのダイピース２ｃ～２ｆのそれぞれに１つずつ配置される４つのダイ荷重センサ１４ｃ～１４ｆを含む。ダイ荷重センサ１４ｃとダイ荷重センサ１４ｄとは、Ｙ方向に向き合って対称に配置される。ダイ荷重センサ１４ｅとダイ荷重センサ１４ｆとは、Ｘ方向に向き合って対称に配置される。

パンチ荷重センサ１３は、加工時にパンチ１にかかる荷重を検出するセンサである。パンチ荷重センサ１３は、プレス方向におけるパンチ１にかかる荷重Ｐｚ（図３参照）を検出する１軸荷重センサである。

制御部３０は、ダイ荷重センサ１４により検出された荷重に基づいてダイ２の垂直抗力を算出し、ダイ２の垂直抗力に基づいてダイ２としわ押さえ３との間のクリアランス補正量を算出する。制御部３０の詳細については後述する。

第１ギャップセンサ１５は、パンチ１が下死点状態、すなわち、パンチ１の取り得る最も低い位置にある状態であることを検出する。第１ギャップセンサ１５は、例えば、ダイ２、ダイプレート４、エジェクタ６、およびボルスタ８を含むプレス成形装置１００の下型の任意の位置に取り付けられ、パンチ１、しわ押さえ３、スライド７を含む上型と下型との接触を検出することにより、パンチ１が下死点にあることを検出する。例えば、下型の四隅に第１ギャップセンサ１５を配置することで、上型と下型とが平行であるか否かを検出することができる。

第２ギャップセンサ１６は、ダイプレート４の四隅に配置され、しわ押さえ３とダイプレート４との接触を検出する。本実施の形態では、図５に示すように、ダイプレート４の四隅に、第２ギャップセンサ１６ａ～１６ｄが配置されている。ダイプレート４の四隅に配置されたそれぞれの第２ギャップセンサ１６ａ～１６ｄにおけるしわ押さえ３とダイプレート４との接触のタイミングの差異により、しわ押さえ３とダイプレート４とが平行であるか否かを検出することができる。

制御部３０は、第１駆動制御部１９と、第２駆動制御部２０と、センサコントローラ２１と、演算部２２と、判定部２３と、を有する。制御部３０は、例えば、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどのようなデジタル回路により構成される。

第１駆動制御部１９は、サーボモータ１１を駆動させてボールねじ１２を回転させることにより、スライド７を所定の速度でプレス方向（Ｚ方向）に上下駆動させる。

第２駆動制御部２０は、後述するクリアランス補正量に基づき、アクチュエータ１８を駆動させて、ダイ２をプレス方向（Ｚ方向）に移動させる。

センサコントローラ２１は、ダイ荷重センサ１４、パンチ荷重センサ１３、第１ギャップセンサ１５、および第２ギャップセンサ１６に電気的に接続され、それぞれのセンサの検出値を、演算部２２または判定部２３に出力する。

演算部２２は、ダイ荷重センサ１４またはパンチ荷重センサ１３からの検出値に基づいて、垂直抗力および力積差分を算出する。詳細については後述する。

判定部２３は、演算部２２の演算結果に基づいてクリアランス補正を行うか否かの判定を行う。

プレス成形装置１００では、図２に示すように、パンチ１が上死点状態にあるときに、ダイ２の上面２ｂにワーク５を載置する。パンチ１の上死点状態とは、パンチ１の取り得る最も高い位置にある状態をいう。ダイ２の上面２ｂにワーク５を載置した状態で、パンチ１をプレス方向に下降させて加工を開始する。

パンチ１の下降に伴い、スライド７に取り付けられているしわ押さえ３も下降する。その結果、図３に示すように、ワーク５をしわ押さえ３の押さえ面３ａとダイ２の斜面２ａとで挟んで押さえつつ、パンチ１により成形加工が施される。ここで、ダイ２の斜面２ａは、図４に示すように、上面２ｂに対して角度θ１で傾斜するよう形成されている。また、しわ押さえ３の押さえ面３ａは、ダイ２の斜面２ａに対向するよう、すなわち、ダイ２上面２ｂに対して角度θ１で傾斜するよう形成されている。

パンチ１が下降するにつれて、パンチ１の先端がワーク５に接触してワーク５を成形する。しわ押さえ３とダイプレート４が接触すると（図３参照）、パンチ１は下死点状態となる。このとき、図４に示すように、しわ押さえ３とダイ２と間、本実施の形態では、しわ押さえ３の押さえ面３ａとダイ２の斜面２ａと間に、所定のクリアランスＣＬが設けられている。

本実施の形態では、ダイ荷重センサ１４およびパンチ荷重センサ１３により検出された荷重に基づいて、クリアランスＣＬが適正な値となるよう、ダイ２のプレス方向の位置、またはパンチ１の押し込み量を調整する。

ダイ荷重センサ１４は、パンチ１の下降が開始されてから下死点状態となるまでの、ダイ２にかかる荷重を検出する。具体的には、ダイ２にかかる荷重を、図４に示すようにプレス方向（Ｚ方向）の荷重Ｆｚ、第１方向（Ｘ方向）の荷重Ｆｘ、および第２方向（Ｙ方向）の荷重Ｆｙの３方向の荷重成分として検出する。プレス方向の荷重Ｆｚは、ダイ２のプレス方向に作用する荷重成分である。第１方向の荷重Ｆｘおよび第２方向の荷重Ｆｙは、プレス方向に直交する方向の荷重成分である。なお、第２方向の荷重Ｆｙは図示省略されている。荷重Ｆｙは荷重Ｆｘおよび荷重Ｆｚと比較して非常に小さな値であるため、荷重Ｆｙが荷重Ｆｘおよび荷重Ｆｚに与える影響は無視できる。本実施の形態では、ダイ荷重センサ１４は、ダイピース２ｃ～２ｆのそれぞれに配置された４つのダイ荷重センサ１４ｃ～１４ｆを含む。このため、４つのダイ荷重センサ１４ｃ～１４ｆで、それぞれのダイピース２ｃ～２ｆに対して３方向の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、および垂直抗力Ｎを検出する。

パンチ荷重センサ１３は、プレス方向においてパンチ１にかかる荷重を検出する。

図６を参照して、荷重センサ１３、１４により検出された荷重に基づいて、しわ押さえ３の押さえ面３ａとダイ２の斜面２ａとのクリアランスを補正する方法について説明する。図６は、図１のプレス成形装置１００におけるクリアランス補正プロセスについて説明するフローチャートである。

しわ押さえ３の押さえ面３ａとダイ２の斜面２ａとのクリアランスＣＬを予め適切な値に調整し、成形を開始する（ステップＳ１）。次に、ダイ荷重センサ１４により、ダイ２にかかる荷重を検出する（ステップＳ２）。ダイ荷重センサ１４により検出された荷重Ｆ（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）は、センサコントローラ２１を介して演算部２２に出力される。ダイ荷重センサ１４による荷重の検出と同時に、パンチ荷重センサ１３により、パンチ１にかかる荷重を検出する（ステップＳ３）。パンチ荷重センサ１３により検出された荷重Ｐｚ（図３参照）は、センサコントローラ２１を介して演算部２２に出力される。成形が終了する（ステップＳ４）と、演算部２２により、ダイ２の垂直抗力Ｎが算出される（ステップＳ５）。

ダイ２の垂直抗力Ｎは、ダイ２の荷重Ｆ（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）により、（１）式を用いて算出される。（１）式において、θ１は、ダイ２の上面２ｂに対して斜面２ａの傾斜する角度である（図４参照）。

垂直抗力Ｎが算出されると、演算部２２によりダイ２の垂直抗力Ｎに対する力積差分が算出される（ステップＳ６）。

図７は、ダイ２の垂直抗力Ｎと成形開始からの加工時間ｔとの関係を示すグラフである。図７に示すように、演算部２２により算出されたダイ２の垂直抗力Ｎの大きさは、成形開始からの加工時間との関係を示す波形データとして取得される。

クリアランスＣＬの大きさが適正な値の場合（基準クリアランスの場合）、垂直抗力Ｎの波形データは、図７において実線で示される波形となる。クリアランスＣＬの大きさが基準クリアランスよりも大きい場合、垂直抗力Ｎの波形データは、図７において一点鎖線で示される波形となる。クリアランスＣＬの大きさが基準クリアランスよりも小さい場合、垂直抗力Ｎの波形データは、図７において破線で示される波形となる。

図７に示すように、成形時のクリアランスＣＬの大きさが基準クリアランスよりも大きい場合、成形時間を通して、ダイ２の垂直抗力Ｎは、基準クリアランスの場合よりも小さくなる。逆に、クリアランスＣＬの大きさが基準クリアランスよりも小さい場合、成形時間を通して、ダイ２の垂直抗力Ｎは、基準クリアランスの場合よりも大きくなる。

垂直抗力Ｎの力積は、垂直抗力Ｎに時間をかけたものであり、図７の波形データの面積を求めることで算出される。ダイ２の力積差分とは、基準クリアランスの場合の力積と、ステップＳ５で算出された垂直抗力Ｎに基づく力積との差分のことである。本実施の形態では、算出された垂直抗力Ｎに基づく力積と基準クリアランスの場合の力積との差分を算出し、差分の値に基づいてクリアランスＣＬの大きさを補正するか否かを決定する。

例えば、クリアランスＣＬの大きさが基準クリアランスよりも大きい場合の力積の差分は、図７の領域７０の面積を求めることで算出される。また、クリアランスＣＬの大きさが基準クリアランスよりも小さい場合の力積の差分は、図７の領域７１の面積を求めることで算出される。

ダイ２の垂直抗力Ｎの力積差分に基づいて、判定部２３によりクリアランス補正を行うか否かを判定する（ステップＳ７）。例えば、力積差分の上限値および下限値を予め設定しておき、力積差分の値が上限値を超える、または下限値を下回る場合に、クリアランス補正を行うと判定することができる。

例えば、力積差分が基準クリアランスの場合の力積の±１０％を超えていれば、すなわち、基準クリアランスの場合の波形の面積との差異が±１０％を超えていれば、クリアランス補正をすると判定する（ステップＳ７のＹｅｓ）。すなわち、力積差分が基準クリアランスの場合の力積の±１０％を超える場合、クリアランス補正をすると判定する。力積差分が基準クリアランスの場合の±１０％以内に含まれている場合、力積差分は基準内であり、クリアランス補正は行わないと判定する（ステップＳ７のＮｏ）。

クリアランス補正をすると判定する（ステップＳ７のＹｅｓ）場合、演算部２８により補正量を算出する（ステップＳ８）。補正量とは、クリアランスＣＬの大きさをどのくらい大きくまたは小さくするかを示す値である。

図８は、力積差分が±２０％以内である場合の垂直抗力Ｎと加工時間ｔとの関係を示すグラフである。図９は、力積差分とクリアランスＣＬの補正量との関係を示すグラフである。図８において、領域７２は力積差分が－２０％である場合を示し、領域７３は力積差分が＋２０％である場合を示す。図９は、力積差分が－２０％以上＋２０％以下であった場合のクリアランスＣＬの補正量を実験により求めプロットしたグラフである。図８において、横軸が力積差分（％）を示し、縦軸がクリアランスの補正量（μｍ）を示す。

図８および図９のグラフによると、例えば、力積差分が－２０％である場合クリアランスが基準より大きいことを示し、クリアランスの補正量は－１０μｍである。すなわち、クリアランスＣＬの大きさを１０μｍ小さくするよう補正するということを示す。すなわち、ダイ２を上向き（－Ｚ方向）に移動させることを示す。力積差分が＋２０％である場合クリアランスが基準より小さいことを示し、クリアランスの補正量は＋１０μｍである。この場合、クリアランスＣＬの大きさを１０μｍ大きくするよう補正するということを示す。すなわち、ダイ２を下向き（＋Ｚ方向）に移動させることを示す。

実験結果による補正量は図９のグラフの通りであり、補正量をΔＣＬ、力積差分をＤ１とすると（２）式が成立する。

ここで、係数ａは、パンチ１の摩耗状態等で変わるため、例えば、数ショットごとに図９のグラフのような実験結果を取得し、係数ａを変更することで、正確な補正量ΔＣＬを算出することができる。

次に、演算部２２によりダイ２の移動量を算出する（ステップＳ９）。ダイ２の移動量とは、ダイ２のプレス方向への移動量のことをいう。

ここで、移動量をΔＨ、基準クリアランスの大きさをＣＬ１とすると、移動量ΔＨと基準クリアランスＣＬ１との間には（３）式の関係が成り立つ。

移動量ΔＨが正数の場合、ダイ２を－Ｚ方向に移動させることを意味し、移動量ΔＨが負数の場合、ダイ２を＋Ｚ方向に移動させることを意味する。

次に、算出した移動量ΔＨに基づいて、アクチュエータ１８を駆動してダイ２を移動させて、クリアランスＣＬの大きさを補正し（ステップＳ１０）、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ７に戻って、ダイ２の力積差分に基づいて、クリアランスの補正を行わないと判定した場合（ステップＳ７のＮｏ）、演算部２２によりパンチ１にかかる荷重Ｐｚに対する力積差分を算出する（ステップＳ１２）。

図１０は、パンチ１にかかる荷重Ｐｚと成形開始からの加工時間ｔとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、演算部２２により算出されたパンチ１にかかる荷重Ｐｚの大きさは、成形開始からの加工時間との関係を示す波形データとして取得される。

パンチ１の押し込み量の大きさが適正な値の場合（基準押し込み量の場合）、荷重Ｐｚの波形データは、図１０において実線で示される波形となる。押し込み量の大きさが基準押し込み量よりも大きい場合、荷重Ｐｚの波形データは、図１０において一点鎖線で示される波形となる。押し込み量の大きさが基準押し込み量よりも小さい場合、荷重Ｐｚの波形データは、図１０において破線で示される波形となる。なお、パンチ１の押し込み量とは、パンチ１が下死点に達したときのパンチ１の位置を示す。

荷重Ｐｚの力積は、荷重Ｐｚと時間をかけたものであり、図１０の波形データの面積を求めることで算出される。パンチ１の力積差分は、基準押し込み量の場合の力積と、ステップＳ３で検出されたパンチ１にかかる荷重Ｐｚの力積との差分のことである。本実施の形態では、検出された荷重Ｐｚに基づく力積と基準押し込み量の場合の力積との差分を算出し、差分の値に基づいてパンチ１の押し込み量を補正するか否かを決定する。

例えば、押し込み量の大きさが基準押し込み量よりも大きい場合の力積の差分は、図１０の領域１２０の面積を求めることで算出される。また、押し込み量の大きさが基準押し込み量よりも小さい場合の力積の差分は、図１０の領域１２１の面積を求めることで算出される。

荷重Ｐｚの力積差分に基づいて、判定部２３により押し込み量の補正を行うか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、力積差分の上限値および下限値を予め設定しておき、力積差分の値が上限値を超える、または下限値を下回る場合に、押し込み量の補正を行うと判定することができる。

例えば、力積差分が基準押し込み量の場合の力積の±１０％を超えていれば、押し込み量の補正をすると判定する（ステップＳ１３のＹｅｓ）。すなわち、力積差分が基準押し込み量の場合の±１０％を超える場合、押し込み量の補正をすると判定する。力積差分が基準押し込み量の場合の±１０％以内に含まれている場合、力積差分は基準内であり、押し込み量の補正は行わないと判定する（ステップＳ１３のＮｏ）。

押し込み量の補正をすると判定する（ステップＳ１３のＹｅｓ）場合、演算部２８により補正量を算出する（ステップＳ１４）。補正量とは、パンチ１の下死点状態にあるときの位置、プレス方向（Ｚ方向）にどのくらい移動させるかを示す値である。

図１１は、力積差分が±２０％以内である場合の荷重Ｐｚと加工時間ｔとの関係を示すグラフである。図１２は、力積差分と押し込み量の補正量との関係を示すグラフである。図１１において、領域１２２は力積差分が－２０％である場合を示し、領域１２３は力積差分が＋２０％である場合を示す。図１２は、力積差分が－２０％以上＋２０％以下であった場合の押し込み量の補正量を実験により求めプロットしたグラフである。図１２において、横軸が力積差分（％）を示し、縦軸が押し込み量の補正量（ｍｍ）を示す。

図１１および図１２によると、例えば、力積差分が－２０％である場合押し込み量が基準より小さいことを示し、押し込み量の補正量は＋０．２ｍｍである。すなわち、パンチ１の下死点状態にあるときの位置を、プレス方向の下向き（＋Ｚ方向）に０．２ｍｍ移動させるということを示す。また、力積差分が＋２０％である場合押し込み量が基準より大きいことを示し、押し込み量の補正量は－０．２ｍｍである。この場合、パンチ１の下死点状態にあるときの位置を、プレス方向の下向き（＋Ｚ方向）に０．２ｍｍ移動させるということを示す。

実験結果による補正量は図１０のグラフの通りであり、補正量をΔＰＲ、力積差分をＤ２とすると（４）式が成立する。

ここで、係数ｂは、パンチ１の摩耗状態等で変わるため、例えば数ショットごとに図１０のグラフのような実験結果を取得し、係数ｂを変更することで、正確な補正量ΔＰＲを算出することができる。

次に、算出した補正量ΔＰＲに基づいて、サーボモータ１１を制御してパンチ１の押し込み量を補正する（ステップＳ１５）。

ダイ２の移動（ステップＳ１０）またはパンチ１の押し込み量を補正（ステップＳ１５）して、処理を終了する。

［効果］
上述した実施の形態によると、ダイの垂直抗力に基づいて、しわ押さえとダイとのクリアランス補正量を算出するため、クリアランスを適正に維持して安定した加工を行うことのできるプレス成形装置を提供することができる。

なお、上述した実施の形態では、プレス成形装置１００がパンチ荷重センサ１３を備え、パンチ１にかかる荷重Ｐｚに基づいてパンチ１の押し込み量を補正する例について説明したが、パンチ荷重センサ１３は必須の構成ではない。

また、上述した実施の形態では、ダイ２が４つのダイピース２ｃ～２ｆにより構成されている例について説明したが、これに限定されない。ダイ２は、１つのダイピースで構成されていてもよいし、２つ以上の複数のダイピースにより構成されていてもよい。この場合、ダイ荷重センサ１４は、それぞれのダイピースに配置されていることが好ましい。

また、上述した実施の形態では、プレス成形装置１００が第１ギャップセンサ１５および第２ギャップセンサ１６を備える例について説明したが、第１ギャップセンサ１５および第２ギャップセンサ１６は必須の構成ではない。

本開示のプレス成形装置は、家電、医療機器部品などの、板厚が薄く、硬度の高くて伸びにくいワークに対して、曲げ加工または絞り加工を行う場合に適用することができる。

１ パンチ
２ ダイ
２ａ 斜面
２ｃ～２ｆ ダイピース
４ ダイプレート
５ ワーク
１１ サーボモータ（第１駆動部）
１３ パンチ荷重センサ
１４、１４ｃｃ～１４ｆ ダイ荷重センサ
１５ 第１ギャップセンサ
１６、１６ａ～１６ｄ 第２ギャップセンサ
１８ アクチュエータ（第２駆動部）
１００ プレス成形装置

Claims (7)

1. 板状のワークを加工するプレス成形装置であって、
   プレス方向に移動するパンチと、
   前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記中空部に向かって傾斜する斜面を有するダイと、
   前記ダイを保持するダイプレートと、
   前記パンチと前記ダイとの間に配置され、前記ダイの前記斜面に対向する押さえ面を有するしわ押さえと、
   前記ダイの前記斜面に発生する荷重を、前記プレス方向の荷重と、前記プレス方向に垂直な第１方向の荷重と、前記プレス方向および前記第１方向に垂直な第２方向の荷重と、の３方向の荷重として検出するダイ荷重センサと、
   前記ダイ荷重センサにより検出された前記プレス方向の荷重、前記第１方向の荷重、および前記第２方向の荷重、のそれぞれに基づいて前記ダイの垂直抗力を算出し、前記ダイの垂直抗力に基づいて前記ダイと前記しわ押さえとの間のクリアランス補正量を算出する、制御部と、
   前記クリアランス補正量に基づいて、前記プレス方向に前記ダイを移動する第１駆動部と、
   前記パンチを前記プレス方向に駆動する第２駆動部と、
   を備える、
   プレス成形装置。
2. 前記クリアランス補正量は、適正なクリアランスの場合の前記ダイの垂直抗力と加工時間とにより算出される力積と、加工中の前記ダイの垂直抗力と加工時間とにより算出される力積と、の差分に基づいて算出される、
   請求項１に記載のプレス成形装置。
3. さらに、
   前記プレス方向にかかる前記パンチの荷重を検出するパンチ荷重センサ、
   を備え、
   前記制御部は、前記パンチ荷重センサにより検出された前記パンチの荷重に基づいて前記パンチの押し込み補正量を算出し、
   前記第２駆動部は、前記パンチの押し込み補正量に基づき前記パンチを駆動する、
   請求項１または２に記載のプレス成形装置。
4. 前記パンチの押し込み補正量は、適正な押し込み量の場合の前記パンチの荷重と加工時間とにより算出される力積と、加工中の前記パンチの荷重と加工時間とにより算出される力積と、の差分に基づいて算出される、
   請求項３に記載のプレス成形装置。
5. さらに、
   前記パンチが下死点にあることを検知する第１ギャップセンサ、
   を備える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
6. さらに、
   前記しわ押さえと前記ダイプレートとの接触を検知する第２ギャップセンサ、
   を備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
7. 前記ダイは、複数のダイピースにより構成され、
   前記ダイ荷重センサは、前記複数のダイピースのそれぞれに配置される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のプレス成形装置。

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