WO2004067200A1 - 薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法 - Google Patents

薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法 Download PDF

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Noriyuki Suzuki
Mitsuharu Yamagata
Takuya Kuwayama
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Abstract

薄板のプレス金型装置が、ポンチ1、ダイス2及びしわ押さえ金型3と、ダイス及びしわ押さえ金型の間に取り付けられる摩擦力測定手段4と、油圧シリンダ5とを有する。

Description

明 細 書 薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法 技術分野
本発明は、 薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法に係わり 、 特にプレス加工時にしわ押さえ荷重の分布を調節できる金型装置及 び成形方法に関する。 背景技術
しわ押さえ力を制御する成形方法には種々の発明が開示されてお り、 例えば特開平 7- 266100号公報 (特許文献 1 ) には、 プレス素材 の形状や機械的性質、 化学的性質、 メ ツキなどの積層特性、 油量等 の表面状況などの物理量と、 所定のプレス品質が得られる適正しわ 押さえ荷重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荷重を求め、 その適正しわ押さえ荷重でプ レス加工が行われるようにエアシリ ンダのエア圧を調圧する方法が 開示されている。
また、 特開平 9- 38728号公報 (特許文献 2 ) には絞り成形時のし わ押さえ力を、 成形初期から中期では高く してしわ発生と成長を抑 える一方、 成形後期では適正な値に減圧することで割れの発生と材 料の過剰な流れ込みによる しわの残留を防ぐ方法が開示されている 。 更に、 特開平 6- 190464号公報 (特許文献 3 ) には均圧化用の油圧 シリ ンダを備えたダイク ッショ ン装置において、 流量調節弁の開き 制御によ り油圧シリ ンダ内の油圧を一時的に変化させてしわ押さえ 荷重をコント ロールする発明が開示されている。 発明の開示
特許文献 1〜 3にしわ押さえ荷重を制御する発明は開示されてい ても、 素材特性の変動、 金型の摩耗、 金型温度等々、 多数の変動要 因に対して、 予め適正なしわ押さえ荷重を求める事は困難である。 特に金型との潤滑特性は、 常に変動しており、 毎回上記特性を測定 することは生産性を著しく低下させる。
ダイク ッシ ョ ン装置等でしわ押さえ荷重を制御することは、 プレ ス装置の大幅な改造が必要であり、 また適正なしわ押さえ荷重を予 め予測することが困難である。
本発明は、 各種変動要因に対する適正なしわ押さえ荷重を予め求 めることなく、 その場でしわ押さえ荷重を求め、 適正な荷重設定が 可能な装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、 ポンチと、 ダイスと、 しわ押さえ金型と、 前記 ポンチを前記ダイス内に挿入するポンチ駆動手段と、 前記しわ押さ え金型にしわ押さえ荷重を印加する しわ押さえ金型駆動手段とを具 備し、 前記ポンチによ り前記ダイス内に薄板ヮークを押入してヮー クを加工する薄板のプレス金型装置において、
しわ押さえ金型駆動手段を介して前記しわ押さえ金型に印加され るしわ押さえ荷重を調節するしわ押さえ荷重調節手段と、 少なく と も、 前記ワークに作用する摩擦力を測定する摩擦力測定手段と、 前 記ポンチに作用するプレス反力を測定するプレス反力測定手段との 何れか一方と、 前記摩擦力測定手段または前記プレス反力測定手段 の測定値が所定の値となるよう、 前記しわ押さえ荷重調節手段を制 御する制御手段とを具備することを特徴とする薄板のプレス金型装 置が提供される。
本発明の他の特徴によれば、 上記の金型装置を用いてポンチによ りダイス内に薄板ワークを押入してワークを加工する薄板のプレス 成形方法において、 少なく とも、 前記ワークに作用する摩擦力また は前記ポンチに作用するプレス反力の何れか一方を測定する測定段 階と、 前記測定段階で得られた測定値が所定の値となるよう、 しわ 押さえ荷重またはポンチ速度を調節する段階とを具備することを特 徴とする金型装置を用いた薄板のプレス成形方法が提供される。 本発明により、 金型とワークの間の潤滑性や表面性状などの変動 要因によらず、 適正な摩擦力を付与することができ、 素材特性のば らつきや環境変化によらず、 常に良好な成形品を得ることができる
図面の簡単な説明
図 1 は、 しわ押さえ金型の表面に摩擦力測定手段を有するプレス 金型装置の断面図である。
図 2は、 しわ押さえ金型の表面及びダイス肩部に摩擦力測定手段 を有するプレス金型装置の断面図である。
図 3は、 複数の金型部材から成るしわ押さえ金型と摩擦力測定手 段の平面図である。
図 4は、 図 1のダイスと しわ押さえ金型の片側の拡大断面図であ る。
図 5は、 しわ押さえ金型の表面及びダイス肩部に温度センサを有 するプレス金型装置の断面図である。
図 6は、 複数の金型部材から成るしわ押さえ金型と温度センサの 平面図である。
図 7は、 図 5のダイスと しわ押さえ金型の片側の拡大断面図であ る。
図 8は、 しわ押さえ金型の表面及びダイス肩部に摩擦力測定手段 を有し、 またポンチにプレス反力測定手段を有するプレス金型装置 の断面図である。
図 9は、 摩擦力を制御する本発明例のフ P—チャートである。 図 1 0は、 図 9 のフローチャートに示す制御方法を適応した場合 のしわ押さえ荷重又は摩擦力とス トロークの関係を示すグラフであ る。
図 1 1 は、 摩擦力を制御する別の本発明例のフローチャートであ る。
図 1 2は、 図 11のフ ローチャー トに示す制御方法を適応した場合 のしわ押さえ荷重または摩擦力の時間履歴を示ダラブである。
図 1 3は、 温度を制御する本発明例のフローチャートである。 図 1 4は、 温度を制御する別の本発明例のフ ローチャー トである 図 1 5は、 プレス反力を制御する本発明例のフローチャー トであ る。
図 1 6は、 プレス反力を制御する別の本発明例のフローチャー ト である。
図 1 7は、 油圧室を内蔵したしわ押さえ荷重調節手段の拡大断面 図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に図面を用いて詳細を説明する。
本発明の第 1の実施形態によるプレス金型装置の断面図を図 1 に 示す。 しわ押さえ金型 3 の表面に摩擦力測定手段 4を組み込んだ金 型装置を取り付け、' 検出された摩擦力に応じて、 しわ押さえ金型駆 動手段 5を介してしわ押さえ力を制御する。 図 4は、 図 1 のダイス 2 と しわ押さえ金型 3の片側の拡大図を示したものであり、 摩擦力 測定手段 4を組み込んだ金型装置の断面図である。 本実施形態による金型装置は、 ポンチ 1、 ポンチ 1に対向配置さ れたダイス 2 とを具備して、 ポンチ 1 によ り薄板より成るワーク 6 をダイス 2内へ押入して、 該ワーク 6を成形するよ うになっている 。 また、 ワーク 6の成形プロセスの間にワーク 6にしわが形成され ることを防止するために、 ダイス 2に対向させてしわ押さえ金型 3 が配設されており、 ダイス 2 と しわ押さえ金型 3 との間にワーク 6 が挟持されるようになっている。
また、 前記金型装置には、 ポンチ 1およびしわ押さえ金型 3 をダ イス 2へ向けて駆動するためのポンチ駆動手段およびしわ押さえ金 型駆動手段と して例えば油圧シリ ンダ 1 4、 5が設けられている。 油圧シリ ンダ 1 4、 5は、 ポンチ速度調節手段およびしわ押さえ荷 重調節手段と しての油圧源、 例えば可変容量油圧ポンプ 1 3、 1 2 から油圧が供給され、 可変容量油圧ポンプ 1 3、 1 2は制御装置 1 1 によ り制御される。
ポンチ 1の上昇に従い、 周辺をしわ押さえ金型 3 とダイス 2で挟 まれたワーク 6は、 周辺を摩擦力で引っ張られながらダイス 2の空 腔内に引き込まれ、 ポンチ 1 に沿った形状に成形される。 この際に 、 張力が過大であると材料が破断する場合があり、 また過小である と、 しわの発生や、 下金型に沿った形状に成形できない、 といった 形状不良が発生するという問題がある。 そのため、 良好な製品形状 を得るためには、 適正なしわ押さえ荷重を設定する必要がある。 一 方、 材料に作用する張力は、 ワーク 6 とポンチ 1及びダイス 2 との 間の摩擦力に起因するものであり、 面圧と摩擦力の関係、 すなわち 摩擦係数を変化させるために、 潤滑油の特性や、 ポンチ及びダイス の表面粗度を変えたり、 ビー ドを付与することなどが、 一般に行わ れる。 しかしながら、 摩擦係数は、 温度や面圧、 表面性状などの影 響で刻々 と変化するため、 その都度しわ押さえ力を調節する必要が ある。
これに対して、 図 1 に示すよ うな構成で、 ワーク 6 と しわ押さえ 金型 3及びダイス 2の間の摩擦力を摩擦力測定手段 4で直接測定し 、 測定結果を制御装置 1 1へフィー ドパックすることによ り、 測定 された摩擦力が所定の値になるよう、 可変容量油圧ポンプ 1 3 、 1 2から油圧シリ ンダ 1 4、 5へ供給される油圧を制御する。 このよ うに本実施形態では、 ポンチ速度としわ押さえ荷重が調節可能とな つているが、 少なく ともポンチ速度と しわ押さえ荷重の何れか一方 を調節することによつても、 摩擦係数の変動によらず常に適正な張 力を材料に付与することが可能となる。
なお、 ポンチ駆動手段およびしわ押さえ金型駆動手段と しての油 圧シリ ンダ 1 4、 5は単なる一例であって、 油圧シリ ンダに変えて エアシリ ンダゃ電動モータを用いても良い。
本発明の第 2の実施形態によるプレス金型装置の断面図を図 2に 示す。 なお、 図 2において、 図 1の実施形態と同様の構成要素には 同じ参照番号が付されており、 重複する説明は省略されている。
この例では、 ダイス 2 の肩に摩擦力測定手段 4を組み込んだ金型 装置を取り付け、 検出された摩擦力に応じてしわ押さえ金型駆動手 段 5を介して、 しわ押さえ力を制御する。 図 2では、 ダイス肩部だ けでなく、 しわ押さえ金型 3の表面にも摩擦力測定手段 4が組み込 まれているが、 ダイス肩部のみに摩擦力測定手段 4を設置しても良 い c
また、 図 3に示すように、 しわ押さえ金型 3を複数の金型部材 3 aから形成すれば、 金型部材 3 aの各々ついて摩擦力を摩擦力測定 手段 4によ り測定することが可能となる。
また、 金型部材 3 aの各々に駆動手段と して例えば油圧シリ ンダ 5を配設し、 それぞれ独立して制御できるようにしておく ことで、 しわ押さえ力の分布も適切に調節することができる。
本発明の第 3の実施形態によるしわ押さえ金型を図 3に示す。 な お、 図 3において、 図 1の実施形態と同様の構成要素には同じ参照 番号が付されており、 重複する説明は省略されている。
本実施形態では、 しわ押さえ金型 3は複数の金型部材 3 aから形 成されており、 該複数の金型部材 3 aの各々に摩擦力測定手段 4が 設けられている。
次に摩擦力を直接測定する原理について図 4を用いて説明する。 ワーク 6がー対の金型、 すなわちダイス 2 と平板 7で把持され、 平 板 7はしわ押さえ金型 3 と図中左右方向に、 弾性変形できる状態で 、 例えばボルト等で締結されている。 また平板 7 と しわ押さえ金型 3の間には、 摩擦力測定手段と して歪み測定素子 4が挟み込まれて いる。 歪み測定素子 4はピエゾ素子 (圧電素子) または歪みゲージ から形成することができる。 ワーク 6が矢印の方向 (図面左向き) に摺動すると、 歪み測定素子 4にせん断歪みが発生する。 ここで歪 み測定素子 4にピエゾ素子 (圧電素子) または歪みゲージを用いれ ば、 歪みを電圧と して容易に取り出し、 摩擦力を測定する事が可能 である。
図 3では、 しわ押さえ金型 3の片面のみで摩擦力を測定する場合 を示しているが、 例えばワーク 6の表裏面および一対のダイス 2及 びしわ押さえ金型 3の表面の性状が異なる場合には、 ワーク 6の上 下面で摩擦力を測定することにより さらに測定精度を向上させるこ とも可能である。
平板 7の材料と しては、 構造用炭素鋼や工具鋼等を使用するこ と ができる。
更に、 本発明の第 4の実施形態によるプレス金型装置について説 明する。 図 5は摩擦力測定手段と して温度センサ 10を有するプレス 金型装置の断面図である。 図 5では、 ダイス肩部だけでなく、 しわ 押さえ金型 3の表面にも温度センサ 10が組み込まれているが、 しわ 押さえ金型 3の表面、 ダイス 2の肩の少なく とも何れか 1 ケ所に温 度センサを有する金型を取り付け、 検出された温度に応じて油圧シ リ ンダ 5を介してしわ押さえ荷重を調節すること、 ポンチ速度を調 節することの少なく とも何れか 1つを制御すれば、 摩擦係数の変動 によらず常に適正な張力を材料に付与することができるので、 本発 明の効果を得ることができる。
温度センサと して、 熱電対を用いることが経済 に好ましい。 温度センサについて図 7を用いて説明する。 図 7は図 5のダイス 2 としわ押さえ金型 3の片側を拡大したものである。 温度センサ 10 は平板 7 と しわ押さえ金型 3の間に挟みこまれている。 プレス成形 の際、 平板 7上の摩擦力が大きいところは加工発熱も大きく、 また 摩擦力が小さいところは加工発熱も小さい。. 従って、 温度センサ 1 0によ り測定された温度変化から摩擦力を推定することが可能とな る。 つま り平板 7上の温度が大きいところは摩擦力が大きく、 材料 の流入が妨げられるので、 材料が破断する場合があり、 また温度が 小さいところは摩擦力が小さく、 材料の流入を抑制することが出来 ないので、 しわの発生や形状不良といった問題が発生する。 よって 、 温度センサ 10を用いて成形時の平板 7上の温度を直接測定するこ とで本発明の効果を得ることが出来る。
また、 図 6に示すように、 しわ押さえ金型 3を複数の金型部材 3 aから形成すれば、 金型部材 3 a の各々ついて温度を温度センサ 10 によ り測定することが可能となる。 また、 金型部材 3 aの各々に油 圧シリ ンダ 5を設置し、 それぞれに独立して制御できるようにして おく ことで、 しわ押さえ力の分布も適切に調節することができる。 図 5の構成は図 2の摩擦力測定手段 4 と して温度センサ 10を用い た例であるが、 摩擦力測定手段 4は歪み測定素子 4 と温度センサ 10 とを組み合わせてもよい。
更に、 図 8を参照して、 本発明の第 5の実施形態によるプレス反 力測定手段を有するプレス金型装置について説明する。 なお、 図 8 において、 図 1の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付 されており、 重複する説明は省略されている。
図 8に示すような構成でワーク 6を加工する際に、 ポンチには前 記した摩擦力とワーク 6の変形に要する力の合力、 すなわちプレス 反力が作用する。 加工に際して、 プレス反力が過大であると材料が 破断する場合があり、 また過小であるとしわの発生や、 形状不良と いった問題が発生する。 よって、 良好な製品形状を得るためには適 正なプレス反力を設定する必要がある。 しかしながら、 前記した摩 擦力は温度や表面形状によって時々刻々変化するものであるので、 摩擦力を成分とするプレス反力も時々刻々変化する。 これまでは、 プレス反力を適切な値とするために、 面圧と摩擦力の関係、 すなわ ち摩擦係数を変化させるために、 潤滑油の特性や、 ポンチ及びダイ スの表面粗度を変えたり、 ビー ドを付与することなどが、 一般に行 われてきた。
これに対して、 図 8に示すよ うに、 ポンチに作用するプレス反力 をプレス反力測定手段 9で直接測定し、 プレス反力が所定の値にな るよう、 ポンチ駆動手段およびしわ押さえ金型駆動手段としての油 圧シリ ンダ 1 4、 5を用いてポンチ速度およびしわ押さえ力を調節 することによ り、 プレス反力の変動によらず常に適正な加工を行う ことが出来る。
また、 この場合も、 図 3に示すよ うにしわ押さえ金型 3を複数の 金型部材 3 aから形成し、 かっしわ押さえ金型駆動手段と しての油 圧シリ ンダ 5を金型部材 3 aの各々に設けることによ り、 金型部材 3 aの各々を独立して制御可能となり、 しわ押さえ力の分布も適切 に調節することができる。
図 8では、 プレス反力測定手段 9だけでなく、 しわ押さえ金型 3 の表面又はダイス 2の肩にも摩擦力測定手段 4が組み込まれている が、 しわ押さえ金型 3の表面又はダイス 2肩の摩擦力測定手段 4の 何れか 1種以上は、 必要に応じプレス反力測定手段 9 と組み合わせ て用いても良い。 またこの摩擦力測定手段は温度センサにおきかえ て使用しても良い。
次に、 図 9に示すフローチャートを用いて図 1又は図 2に示した 金型装置の制御方法を説明する。 この例では、 摩擦力測定手段 4に よって測定された摩擦力が加工中所定範囲となるよ うに、 しわ押さ え荷重またはポンチ速度の少なく とも何れか 1つを加工中に制御す るよ うになってレ、る。
ステップ 101 : 成形開始、 このとき i = l である。
ステップ 102: ここではポンチのス ト ロークを Δ S i [mm] だけ進 めるとレヽぅ処理を行う。 たとえば i = 1のとき、 S。 = 0 [mm] で あるので Si ^ A Si [mm] となる。 A S [mm] については加工前 に決めておく。
ステップ 103: ここではス ト ロークが S i [mm] での摩擦力 Fn^ [ N] を測定するという処理を行う。
ステップ 104: ここでは 103で測定した摩擦力 [N] と摩擦力 制御目標値 FCi [N] (加工前に予め設定しておく) の大小を比較 する。
ステツプ 105: ステツプ 104で大小を比較した結果、 Fmi >FCiであ れば図中ステップ 105に式で示してあるように、 測定値と 目標値の 摩擦力の差 (Fmi— Fci) に応じてしわ押さえ荷重 BHFi + 1 [N] を小 さくするか、 ポンチス ト ローク増分 A S i + 1 [mm] を小さくする処 理の少なく とも何れか 1つを行う。
ステツプ 106: ステツプ 104で大小を比較した結果、 <FCiであ れば図中ステップ 106に式で示してあるように、 測定値と 目標値の 摩擦力の差 (Fmi— Fci) に応じてしわ'押さえ荷重 BHFi + 1 [N] を大 きくするか、 ポンチス ト ローク増分 Δ S i + 1 [mm] を大きくする処 理の少なく とも何れか 1つを行う。
ステツプ 107: 以上のようにして、 1回の成形の中でフィー ドパ ック制御を行いながら加工を行い、 ス トローク S [mm] が加工終了 時のス トローク Smax [mm] 以上となれば加工終了、 それ以下であ ればループは 2の前に戻る。 このとき i の値は 1つ増える。
具体的なしわ押さえ荷重 BHFi + 1 [N] またはポンチス ト ローク増 分厶 S i + 1 [mm] は比例定数ひ 、 β、 、 δ を用いた図の関係式よ り算出する。 このループをポンチス ト ローク S i [mm] が成形終了 時のポンチス トローク S end [mm] に達するまで繰り返す。
上記の制御を一定時間間隔 Δ t [sec] ごとに行えば、 ポンチ速 度 VPi [mm, s ] は A S i/A t で求められるので、 ポンチ速度はポ ンチス トローク増分によって制御できる。
図 10にこの制御方法を用いたときの、 摩擦力実測値 Fm [N] と し わ押さえ荷重 BHF [N] のポンチス ト ローク履歴の例を示す。 摩擦 力実測値 Fmと摩擦力制御目標値 Fc [SI単位] の差に相当する値だけ BHF制御目標値は変化し、 それに合わせるように BHF実測値が加工中 に変化していく のがわかる。
次に、 図 11に示すフローチヤ一トを参照して、 図 1 に示した金型 装置の制御方法の他の例を説明する。 こ こで下付き添え字 j はプレ ス加工工程における成形回数を表す。
ステ ツプ 201 : 成形 1回目、 j = 1
ステ ップ 202 : j 回目成形時の時間 t [sec] における摩擦力の履 歴 Fnij ( t ) [N] を測定する。
ステップ 203 : j 回目成形時の時間 t [sec] を任意に分割し、 既 定の摩擦力下限値を Fcl ( t ) [N] と したとき、 それぞれの微小 時間 t [sec] において、 Fnij ( t ) >Fclj ( t ) であれば、 ( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHFj + 1 ( t ) [N] また はポンチ速度 + 1 ( t ) [mm/ s ] について図中に式で示してあ るように、 測定値と既定下限値の摩擦力の差 (Fmj ( t ) -Fclj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1を小さくするか、 ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) を遅くする処理の少なく とも何れか 1つを行う。
ステップ 204: 既定の摩擦力上限値を Fcu ( t ) [N] と.したとき 、 それぞれの微小時間 t [sec] において、 Fmj ( t ) < FcUj ( t ) であれば、 ( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHFj + 1 ( t ) [N] またはポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) について図中に式で示 してあるよ うに、 測定値と既定上限値の摩擦力の差 (Fmj ( t ) -F cuj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を大きくする力 、 ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] を速くする処理の少なく とも 何れ力、 1つを行う。
ステップ 205: 以上のように、 j 回目成形時の成形条件を元に ( 回目成形時の成形条件を予め設定し、 ; i が全成形回数 j ma xであれば成形終了。 でなければ 2の前に戻る。
具体的なしわ押さえ荷重 BHFj + 1 ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp j +1 ( t ) [匪/ s ] の値は、 比例定数ひ.、 β、 γ、 δ を用いた図 の関係式よ り算出する。 このよ うにして得られたしわ押さえ荷重 ΒΗ Fj + 1 ( t ) [N] またはポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] を用い て j + 1回目の成形を行う。 この制御を成形回数 j が最大成形回数 j naxに達するまで繰り返す。
図 12にこの制御方法を用いたときの、 摩擦力実測値 Fm [N] とし わ押さえ力 BHF [N] の時間履歴の例を示す。 摩擦力上限値 FcUj ( t ) [N] よ り摩擦力 Fmj ( t ) [N] が大きい、 または摩擦力下 限値 Fclj ( t ) [N] より摩擦力 Fmj ( t ) [N] が小さい t [sec ] の範囲で、 BHF制御目標値を BHFjから BHFj + 1に変化させ、 その変 化させた BHF制御目標値 BHFj +1を用いて j + 1回目の加工を行う。
次に、 図 13に示すフローチャートを参照して、 図 5に示した金型 装置の制御方法の一例を説明する。 この例では、 温度センサによつ て測定された温度が加工中所定範囲となるよ うに、 しわ押さえ荷重 またはポンチ速度の少なく とも何れか 1つを加工中に制御するよ う になっている。 ここで下付き添え字 i は成形中の制御回数を表す。 ステップ 301 : 成形開始、 このとき i = lである。
ステツプ 302: ここではポンチのス トロークを A S i [mm] だけ進 めるという処理を行う。 たとえば i = lのとき、 S。= 0であるの で Si - A Si [mm] となる。 [mm] については加工前に決め ておく。
ステップ 303: ここではス ト ロークが S i [mm] での温度 [°C ] を測定するという処理を行う。
ステップ 304: ここでは 3で測定した温度 Tmi [°C] と温度制御目 標値 TCi [°C] (加工前に予め設定しておく) の大小を比較する。
ステツプ 305: ステツプ 304で大小を比較した結果、 Tnii > TCiであ れば図中ステツプ 305に式で示してあるよ うに、 測定値と 目標値の 温度の差 (Tmi— Tci) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を小さ くする力、、 ポンチス ト ローク増分 A S i + 1 [mm] を小さくする処理 の少なく とも何れか 1つを行う。
ステツプ 306: ステツプ 304で大小を比較した結果、 Tmi < Ciであ れば図中ステツプ 306に式で示してあるよ うに、 測定値と目標値の 温度の差 (Tmi— Tci) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を大き くするか、 ポンチス ト ローク増分 Δ S i +1 [mm] を大きくする処理 の少なく とも何れか 1つを行う。
ステツプ 307: 以上のようにして、 1回の成形の中でフィ一 ドパ ック制御を行いながら加工を行い、 ス トローク S [mm] が加工終了 時のス ト ローク SBax [mm] 以上となれば加工終了、 それ以下であ ればループは 2の前に戻る。 このとき i の値は 1つ増える。
具体的なしわ押さえ荷重 BHFi + 1 [N] またはポンチス ト ローク増 分 A Si + 1 [mm] は比例定数ひ、 β、 γ、 δ を用いた図の関係式よ り算出する。 このループをボンチス ト ローク S i [mm] が成形終了 時のポンチス トローク S end [mm] に達するまで繰り返す。
上記の制御を一定時間間隔 Δ t [sec] ごとに行えば、 ポンチ速 度 VPi [mm/ s ] は Δ s i/Δ t で求められるので、 ポンチ速度はポ ンチス トローク增分によって制御できる。
次に図 14に示すフローチヤ一トを参照して、 図 5に示した金型装 置の制御方法の他の例を説明する。 こ こで下付き添え字 j はプレス 加工工程における成形回数を表す。
ステツプ 401: 成形 1回目、 ;1 = 1
ステップ 402 : j 回目成形時の時間 t [sec] における温度の履歴 Tnij ( t ) [°C] を測定する。
ステップ 403 : j 回目成形時の時間 t [sec] を任意に分割し、 既 定の温度下限値を Tel ( t ) [。C] と したとき、 それぞれの微小時 間 t [sec] において、 Tnij ( t ) > Tclj ( t ) であれば、 ( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHFj + 1 ( t ) [N] または ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [N] について図中に式で示してあるよ う に、 測定値と既定下限値の温度の差 (Tmj ( t ) -Tclj ( t ) ) に 応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1を小さくするカ ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) を遅くする処理の少なく とも何れか 1つを行う。 ステツプ 404: 既定の温度上限値を Tcu ( t ) と したとき、 それぞ れの微小時間 t [sec] において、 Tin; ( t ) く Tcu; ( t ) であれば 、 ( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHFj + 1 ( t ) [ N] またはポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [匪 Z s ] について図中に式で 示してあるように、 測定値と既定上限値の温度の差 (Tmj ( t ) -T cuj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を大きくするか 、 ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] を速くする処理の少なく とも 何れ力、 1つを行う。
ステツプ 405: 以上のよ うに、 j 回目成形時の成形条件を元に ( j + 1 ) 回目成形時の成形条件を予め設定し、 j が全成形回数 j n a xであれば成形終了。 でなければ 2の前に戻る。
具体的なしわ押さえ荷重 BHFj + 1 ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp j + 1 ( t ) [mm/ s ] の値は、 比例定数ひ 、 β 、 y 、 δ を用いた図 の関係式よ り算出する。 前回の成形で予め測定した温度 Tnij ( t ) [°C] が温度上限値 TCUj ( t ) [°C] より大きい、 または温度 Tmj ( t ) [°C] が温度下限値 Tclj ( t ) [°C] よ り小さい t [sec] の範囲で BHF制御目標値を BHFj ( t ) [N] から BHFj +丄 ( t ) [N ] 、 またポンチ速度制御目標値を VPj ( t ) [mm/ s ] から VPj + 1 ( t ) [mm/ s ] に変化させ、 その変化させた BHF制御目標値 BHFj + 1 ( t ) [N] 、 またポンチ速度制御目標値 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] を用いて j + 1 回目の成形を行う この制御を成形回数 j が最大成 形回数 j naxに達するまで繰り返す。
更に図 15に示すフローチャートを参照して、 図 9に示した金型装 置の制御方法の一例を説明する。 この例では、 プレス反力測定手段 によって測定されたプレス反力が加工中所定範囲となるように、 し わ押さえ荷重またはポンチ速度の少なく とも何れか 1つを加工中に 制御するようになっている。 ここで下付き添え字 i は成形中の制御 回数を表す。
ステップ 501: 成形開始、 このとき i = 1である。
ステップ 502: ここではポンチのス ト口一クを厶 S i [mm] だけ進 めるという処理を行う。 たとえば i = 1のとき、 S。 = 0 [mm] で あるので Si ^ A Si [mm] となる。 [mm] については加工前 に決めておく。
ステツプ 503: ここではス トロークが S i [mm] でのポンチ反力 Pm i [N] を測定するという処理を行う。 '
ステツプ 504: ここでは 503で測定したポンチ反力 Pmi [N] とポ ンチ反力制御目標値 PCi [N] (加工前に予め設定しておく) の大 小を比較する。
ステップ 505: ステップ 504で大小を比較した結果、 Pmi ?^ [N ] であれば図中ステップ 505に式で示してあるように、 測定値と 目 標値のプレス反力の差 (Pmi— Pci) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を小さくする力 、 ポンチス ト ローク増分 A S i + 1 [mm] を小 さくする処理の少なく とも何れか 1つを行う。
ステップ 506: ステップ 505で大小を比較した結果、 Pmiく [N ] であれば図中ステップ 506に式で示してあるように、 測定値と 目 標値のプレス反力の差 (Pmi— Pci) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1
[N] を大きくするか、 ポンチス ト ローク増分 A S i + 1 [mm] を大 きくする処理の少なく とも何れか 1つを行う 。
ステツプ 507: 以上のようにして、 1回の成形の中でフィー ドパ ック制御を行いながら加工を行い、 ス ト ローク Sが加工終了時のス ト ローク S ,, a x [mm] 以上となれば加工終了、 それ以下であればル ープは 2の前に戻る。 このとき i の値は 1つ増える。
具体的なしわ押さえ荷重 BHFi + 1 [N] またはポンチス トローク増 分 A S i + 1 [mm] は比例定数ひ、 β ヽ Ί 、 δ を用いた図の関係式よ り算出する。 このループをポンチス ト ローク S i [mm] が成形終了 時のポンチス ト ローク S e n d [mm] に達するまで繰り返す。
上記の制御を一定時間間隔厶 t [sec] ごとに行えば、 ポンチ速 度 VPi [mm/ s ] は Δ s i / Δ t で求められるので、 ポンチ速度はポ ンチス ト ローク増分によつて制御できる。
更に、 図 16に示すフローチャートを参照して、 図 9に示した金型 装置の制御方法の他の例を説明する。 こ こで下付き添え字 j はプレ ス加工工程における成形回数を表す。
ステップ 601 : 成形 1 回目、 j = 1
ステップ 602 : j 回目成形時の時間 t [sec] におけるポンチ反力 の履歴 Pmj ( t ) を測定する。
ステップ 603 : j 回目成形時の時間 t [sec] を任意に分割し、 既 定のプレス反力の下限値を Pel ( t ) [N] と したとき、 それぞれ の微小時間 t [sec] において、 Pmj ( t ) >Pclj ( t ) であれば、
( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHFj + 1 ( t ) [N ] またはポンチ速度 VPj + 1 ( t ) [mm/ s ] について図中に式で示 してあるように、 測定値と既定下限値のプレス反力の差 (Pmj ( t ) -Pel ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を小さくす る力、、 ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] を遅くする処理の少なく とも何れか一つを行う。
ステツプ 604: 既定のプレス反力の上限値を Pcu ( t ) [N] と し たとき、 それぞれの微小時間 t [sec] において、 Pnij ( t ) < PcUj
( t ) であれば、 ( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHFj + 1 ( t ) [N] またはポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] につ いて図中に式で示してあるように、 測定値と既定上限値の温度の差
(Tmj ( t ) -Tcu ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHFj + 1 [N] を 大きくするか、 ポンチ速度 Vpj + 1 ( t ) を速くする処理の少なく と も何れか一つを行う。
ステップ 605: 以上のように、 ;1 回目成形時の成形条件を元に ( j + 1 ) 回目成形時の成形条件を予め設定し、 j が全成形回数 j na xであれば成形終了。 でなければ 2の前に戻る。
具体的なしわ押さえ荷重 BHFj + 1 ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp j +1 ( t ) [mm/ s ] の値は、 比例定数 ο;、 β y , δ を用いた図 の関係式よ り算出する。 前回の成形で予め測定したプレス反力 Pmj
( t ) [N] がプレス反力上限値 PcUj ( t ) [°C] よ り大きい、 ま たはプレス反力 Pmj ( t ) [N] がプレス反力下限値 Pclj ( t ) [ N] よ り小さレ、 t [sec] の範囲で BHF制御目標値を BHFj ( t ) [N ] から BHFj + 1 ( t ) [N] 、 またポンチ速度制御目標値を VPj ( t ) [mm/ s ] から Vpj + 1 ( t ) [mm/ s 3 に変化させ、 その変化さ せた BHF制御目標値 BHFj + 1 ( t ) [N] 、 またはポンチ速度制御目 標値 Vpj + 1 ( t ) [mm/ s ] を用いて j + 1回目の成形を行う。 こ の制御を成形回数 j が最大成形回数 j maxに達するまで繰り返す。
また、 ポンチ 1はしわ押さえ金型 3 と同様に分割構造とし、 分割 したポンチ毎に油圧シリ ンダで加圧しても良いが、 金型装置が複雑 になり設備も高価になるため、 ポンチ 1 は一体化し通常の外側シリ ンダで均一圧下し、 ポンチ 1表面に前述した方法で締結 (固定) か つ分割されたしわ押さえ金型 3内に図 17に示すように油圧室 8を内 蔵し、 個別に圧力を調節することによ り、 安価に分割されたしわ押 さえ金型毎のしわ押さえ荷重の制御が可能となる。 実施例 1
上述の発明を元に、 本発明例と して図 1 に示す金型装置を試作し 、 薄鋼板を用いたプレス成形を行った。 摩擦力測定手段 4 と してピ ェゾ素子を使用し、 平板 7は表面焼き入れした S45Cを使用した。 表 1に用いた鋼板の特性を示す。 いずれも板厚 1. 2mmの合金化溶 融亜鉛メ ツキ鋼板で、 合金化度を変えた 2種類の鋼板を用いた。
成形試験は、 50mm X 50mmの角筒深絞り成形を連続して行い、 その 際の成形荷重と成形品の破断および.しわ発生の有無を調査した。 10 0mm X 100mmの四角形素板から、 図 2のよ うに 8つの金型部材 3 aか ら成るしわ押さえ金型を用いて成形実験を行った。
表 2に、 連続 100回成形した試験結果を示す。
比較例として、 しわ押さえ荷重調節手段のない金型装置を使用し 、 しわ押さえ圧を一定にした場合の結果を表 3に示す。
表 2
表 3
全ての金型部材に対して摩擦力が一定 (0. 25 [ kN/金型] ) にな るよう成形した本発明例 1では、 しわ押さえ荷重を 20 [ kN] —定 ( 摩擦係数を 0. 1と仮定した場合、 摩擦力合計が 2 [ kN] ) とした比 較例 1及びしわ押さえ荷重を 40 [ kN] —定 (摩擦係数を 0. 1と仮定 した場合、 摩擦力合計が 4 [ kN] ) と した比較例 2 と比べ、 成形荷 重の変動が非常に少なく、 概ね良好な成形が得られた。 ただし合金 化度の低い素材 Bは、 成形回数が増大するに従い、 金型へ亜鉛の凝 着が発生し、 摩擦が不均一になり、 角部に軽微なしわが見られた。 そのため、 材料の流入の大きい平行部の摩擦力を 0. 2 [ kN/金型] に下げ、 一方角部の摩擦力を 0. 3 [ kN/金型] に上げた設定で成形 実験を行った本発明例 2では、 いずれの材料でも成形回数によらず 良好な成形結果が得られた。 実施例 2
上述の発明を元に、 本発明例と して図 5に示す金型装置を試作し 、 薄鋼板を用いたプレス成形を行った。 温度センサ 10と して熱電対 を使用し、 平板 7は表面焼き入れした S45Cを使用した。
実験に用いた鋼板は実施例 1で使用したものと同じである。
成形試験は、 50mm X 50mmの角筒深絞り成形を連続して行い、 その 際の成形荷重と成形品の破断およびしわ発生の有無を調査した。 10 0mm X 100mmの四角形素板力、ら、 図 6のように 8つの金型部材 3 a力 ら成るしわ押さえ金型を用いて成形実験を行った。
表 4に、 連続 100回成形した試験結果を示す。
比較例と しては、 実施例 1 のそれと同じである。 表 4
全ての金型部材に対して温度が一定 (180 [ °C ] ) になるよ う成 形した本発明例 3では、 しわ押さえ荷重を 20 [ kN] 一定 (摩擦係数 を 0. 1と仮定した場合、 摩擦力合計が 2 [ kN] ) と した比較例 1及 びしわ押さえ荷重を 40 [ kN] —定 (摩擦係数を 0. 1と仮定した場合 、 摩擦力合計が 4 [ kN] ) と した比較例 2 と比べ、 成形荷重の変動 が非常に少なく、 概ね良好な成形が得られた。 ただし合金化度の低 い素材 Bは、 成形回数が増大するに従い、 金型へ亜鉛の凝着が発生 し、 温度が不均一になり、 角部に軽微なしわが見られた。 そのため 、 材料の流入の大きい平行部の温度を 150 [ °C ] に下げ、 一方角部 の摩擦力を 200 [ °C ] に上げた設定で成形実験を行った本発明例 4 では、 いずれの材料でも成形回数によらず良好な成形結果が得られ た。 実施例 3
上述の発明を元に、 本発明例と して図 8に示す金型装置を試作し 、 薄鋼板を用いたプレス成形を行った。 プレス反力測定手段 9 と し て歪ゲージを使用し、 平板 7は表面焼き入れした S45Cを使用した。 実験に用いた鋼板は実施例 1で使用したものと同じである。
成形試験は、 50mm X 50mmの角筒深絞り成形を連続して行い、 その 際の成形荷重と成形品の破断およびしわ発生の有無を調査した。 10 0mm X 100mmの四角形素板から、 図 3のように 8つの金型部材 3 aか ら成るしわ押さえ金型を用いて成形実験を行った。
表 5に、 連続 100回成形した試験結果を示す。
比較例と しては、 実施例 1のそれと同じである。
表 5
プレス反力が一定 (65 [ kN] ) となるよ うにしわ押さえ力を制御 して成形した本発明例 5では、 しわ押さえ荷重を 20 [ kN] —定 (摩 擦係数を 0. 1と仮定した場合、 摩擦力合計が 2 [kN] ) と した比較 例 1及びしわ押さえ荷重を 40 [ kN] —定 (摩擦係数を 0· 1と仮定し た場合、 摩擦力合計が 4 [ kN] ) と した比較例 2 と比べ、 成形荷重 の変動が非常に少なく、 概ね良好な成形が得られた。 ただし合金化 度の低い素材 Bは、 成形回数が増大するに従い、 金型へ亜鉛の凝着 が発生し、 プレス反力が不均一になり、 角部に軽微なしわが見られ た。 そのため、 材料の流入の大きい加工初期のプレス反力を 20kNに 下げ、 一方加工後期のプレス反力を 70kNに上げた設定で成形実験を 行った本発明例 6では、 いずれの材料でも成形回数によらず良好な 成形結果が得られた。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ポンチと、 ダイスと、 しわ押さえ金型と、 前記ポンチを前記 ダイス内に挿入するポンチ駆動手段と、 前記しわ押さえ金型にしわ 押さえ荷重を印加するしわ押さえ金型駆動手段とを具備し、 前記ポ ンチにより前記ダイス内に薄板ワークを押入してワークを加工する 薄板のプレス金型装置において、
しわ押さえ金型駆動手段を介して前記しわ押さえ金型に印加され るしわ押さえ荷重を調節するしわ押さえ荷重調節手段と、
少なく とも、 前記ワークに作用する摩擦力を測定する摩擦力測定 手段と、 前記ポンチに作用するプレス反力を測定するプレス反力測 定手段との何れか一方と、
前記摩擦力測定手段または前記プレス反力測定手段の測定値が所 定の値となるよ う、 前記しわ押さえ荷重調節手段を制御する制御手 段とを具備することを特徴とする薄板のプレス金型装置。
2 . 前記摩擦力測定手段は、 ダイス肩部に配設されて前記ワーク と前記ダイスとの間の摩擦力を測定するよ うになつている請求項 1 に記載の薄板のプレス金型装置。
3 . 前記摩擦力測定手段は、 前記しわ押さえ金型に配設されて前 記ワーク と前記しわ押さえ金型との間の摩擦力を測定するようにな つている請求項 1に記載の薄板のプレス金型装置。
4 . しわ押さえ金型は複数の金型部材を具備しており、
前記金型部材の各々に前記しわ押さえ金型駆動手段が設けられ、 金型部材の各々を独立に制御可能と した請求項 1に記載の薄板のプ レス金型装置。
5 . 前記摩擦力測定手段は前記金型部材の各々に対応させてダイ ス肩部に配設されて前記ワーク と前記ダイ ス と の間の摩擦力を測定 するようになつている請求項 4に記載の薄板のプレス金型装置。
6 . 前記摩擦力測定手段は前記金型部材の各々に配設されて前記 ワーク と前記金型部材の各々との間の摩擦力を独立に測定するよう になっている請求項 4に記載の薄板のプレス金型装置。
7 . 前記摩擦力測定手段がピエゾ素子又は歪ゲージを具備する請 求項 1〜 6の何れか 1項に記載の薄板のプレス金型装置。
8 . 摩擦力測定手段は温度センサを具備するする請求項 1〜 6の 何れか 1項に記載の薄板のプレス金型装置。
9 . 温度センサが熱電対であることを特徴とする請求項 8に記载 の薄板のプレス金型装置。
1 0 . ポンチによ りダイス内に薄板ワークを押入してワークを加 ェする薄板のプレス成形方法において、
少なく とも、 前記ワークに作用する摩擦力または前記ポンチに作 用するプレス反力の何れか一方を測定する測定段階と、
前記測定段階で得られた測定値が所定の値となるよう、 しわ押さ え荷重またはポンチ速度を調節する段階とを具備することを特徴と する請求項 1に記載の金型装置を用いた薄板のプレス成形方法。
1 1 . 前記測定値を用いて、 前回の成形プロセスにおいて測定し た摩擦力またはプレス反力と、 しわ押さえ荷重またはポンチ速度の 何れかの関係を求める段階を更に具備し、
前記求めた関係に基づいて、 前記摩擦力またはプレス反カ測定値 が所定の範囲となるように、 しわ押さえ荷重とポンチ速度の何れか 一方を調節するように、 しわ押さえ荷重とポンチ速度の何れか一方 を調節するようにした請求項 1 0に記載の薄板のプレス成形方法。
1 2 . 前記摩擦力測定手段はダイス肩部に配設されている請求項 1 0または 1 1 に記載の薄板のプレス成形方法。
1 3 . 前記摩擦力測定手段は前記しわ押さえ金型に配設されてい る請求項 1 0または 1 1に記載の薄板のプレス成形方法。
1 4 . 前記摩擦力測定手段は、 ダイス肩部に配設された温度セン サを具備しており、
前記方法は、 前記温度センサにより測定された温度変化により前 記ワーク と前記ダイスとの間の摩擦力を推定するよ うにした請求項 1 0または 1 1に記載の薄板のプレス成形方法。
1 5 . 前記摩擦力測定手段は、 前記しわ押さえ金型に配設された 温度センサを具備しており、
前記方法は、 前記温度センサによ り測定された温度変化により前 記ワーク と前記ダイスとの間の摩擦力を推定するようにした請求項 1 0または 1 1 に記載の薄板のプレス成形方法。
1 6 . しわ押さえ金型は複数の金型部材を具備しており、 前記金 型部材の各々に前記しわ押さえ金型駆動手段が設けられ、 金型部材 の各々を独立に制御可能と した請求項 1 0または 1 1の何れか 1項 に記載の薄板のプレス成形方法。
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