JP4690596B2 - 薄板のダイレス成形方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属薄板のダイレス成形方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属薄板を立体形状に加工する方法や手段として、Ｘ−Ｙテーブル上に薄板を固定し、その薄板を上方のＺ軸方向に移動可能な工具により下方に押し付けながら棒状工具の移動により順次塑性変形させて成形を行なうフォーミング方法が知られており、金型を使用せずに済むことから、試作品の製作等に好適であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記方法は、形状の成形全体を棒状工具により等高線軌跡を描かせて逐次成形するため、成形が完了するまでに時間がかかり、たとえば５００個／月以上といった量産のための成形は困難である。また、実際には縦壁の角度部分など成形は難しく、成形できる形状や大きさに制限がある。さらに、先行技術はもっぱら材料の「伸び」を利用した成形方法であるため、出来上がった製品をプレス成形品と比較すると板厚減少の点や寸法精度などで劣る面があり、このため量産用プレス成形のための試作やトライ製品としては適切なものとするのが困難である場合があった。
【０００４】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、量産用プレス成形のための試作品など立体形状製品を、精度よく、成形形状の制限なしにしかも短時間で成形することができるダイレス複合成形方法を提供することにある。
【０００５】
また本発明の他の目的は、量産用プレス成形のための試作品など立体形状製品を、精度よく、成形形状の制限なしにしかも短時間で成形することができる構造の簡単な装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の薄板のダイレス成形方法は、ブランク材の縁部を挟持した状態で板厚方向から成形形状を有する型パンチを押し込んでラフフォーミングを行い、ついで、型パンチの押込み状態のまま型パンチと板厚を挟んで反対側から、型パンチと協働して弾性工具により局部圧縮成形を行い、その後に、棒状工具により最終形状成形を行なうことを基本的特徴としている。
また、ベッド上に間隔的に配されブランク材の縁部を板厚方向で挟持する複数のしわ押え装置と、前記しわ押え装置よりも内側のベッドに配置され、所望の形状の型パンチを、前記しわ押え装置により支持された素板に突入させてラフフォーミングを行なうための型パンチ昇降装置と、前記ベッドに設けられた架構フレームに３軸方向移動可能に装備され、前記型パンチによりラフフォーミングされた素板に対して型パンチと協働して成形を行なうための工具を取り付ける二次成形装置を備えたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図１ないし図７は本発明による薄板のダイレス成形装置の第１実施例を示している。
１はベッドないしフレーム（以下、ベッドという）であり、周縁より内側に、上面１０に開口する凹室１１が形成されており、該凹室１１の下部には油圧シリンダなどの昇降用アクチュエータ２が固置され、該昇降用アクチュエータ２の出力部には型取り付け盤３が連結されている。前記型取り付け盤３には、成形すべき製品に即応する立体形状に仕上げられた型パンチ４が交換可能に取り付けられている。
【００１０】
型パンチ４は、総型やマスター型と称されるものを意味しており、通常、金属材料で作られるが、場合によっては硬質プラスチック、あるいはＦＲＰなどでつくられていてもよい。型パンチ４は後述する図９ないし図１１に示すような凹凸型部４０を局部的に有しているものを含んでおり、凹凸型部４０には、突起部、突条、凹み、溝などを含んでいる。
【００１１】
５は前記凹室１１よりも外側のベッド上に凹室１１の開口を囲むように所要間隔で配置された複数のしわ押え装置であり、図４のように、薄板Ｗの縁部を載置するダイス５０と、これと対向する押え盤５１と、前記押え盤５１を加力する押え用アクチュエータ５２を備えたブロック状の本体５ａと、該本体５ａの背方のベッド上に固定され出力部が本体５ａに連結された移動用アクチュエータ５ｂとを有している。これら各しわ押え装置５は各別に作動可能であり、薄板形状、機械的性質、成形形状などにより作動するしわ押え装置５と作動形態（押え用アクチュエータ５２のみまたは押え用アクチュエータ５２と移動用アクチュエータ５ｂ）が選択される。
【００１２】
６は前記ベッド１の上方において移動自在な二次成形用装置であり、前記しわ押え装置６を避けてベッド１に設けられた架構フレーム６ａと、該架構フレーム６ａに搭載された主軸体６ｂを備え、主軸体６ｂは後述する局部圧縮成形用と形状成形用の各工具７，８を交換可能に取り付ける工具ホルダ６ｃを備えている。
【００１３】
詳しくは、前記架構フレーム６ａはベッドに固定されたコラムと、これ頂部に横架された平行な１組のＸ軸レール６０と、それらＸ軸レール６０，６０に装架されたＹ軸レール（移動テーブル）６１を有しており、Ｙ軸レール６１にはこれをＸ軸レール６０，６０に沿って移動するための数値制御型の駆動機構６２が搭載されている。
【００１４】
前記主軸体６ｂはＹ軸レール６１に搭載され、かつＹ軸レール６１に沿って移動するための数値制御型の駆動機構６３を備えている。主軸体６ｂはベッド方向に向かって伸びる工具ホルダ６ｃを下部に有しており、頂部には前記工具ホルダ６ｃまたはこれを取り付けたスライドをＺ軸方向に移動するための数値制御型の駆動機構６４が搭載されている。前記各駆動機構６２，６３，６４は図示しないコントローラに電気的に接続され、これからの制御信号により工具ホルダ６ｃに取り付けた工具７，８の位置制御を自在に行なえるようになっている。
【００１５】
７は局部圧縮成形用の工具であり、図４のように工具ホルダ６ｃに対する取り付け部７０と、前記型パンチ４の凹凸型部４０と協働して薄板Ｗに局部的に強圧を与えて成形するための弾性体（可縮体）７１たとえばウレタンゴムとを備えている。
８は形状成形用の工具であり、図５のように、工具ホルダ６ｃに対する取り付け部８０と前記型パンチ４と協働して薄板Ｗの細部形状を成形したり、全体を仕上げたりするための押圧部８１を有している。
【００１６】
図示するものは本発明の一つの例であり、他の構成を採用してもよい。
たとえば、二次成形用装置６の移動機構としてはＡＣサーボモータを使用しているが、これに代えて図６のようにリニアモータを使用してもよい。６５はガイドレール、６６は磁石板、６７はコイルスライダ、６８はリニアスケールである。
【００１７】
また、形状成形用の工具８は、図７（ａ）のように先端に一体の押圧部８１を有していてもよいが、同図（ｂ）のように先端に曲率状の凹部８２を設け、ここに硬質球８１’を自由回転可能に取り付けていてもよい。あるいは同図（ｃ）のように凹部８２に通じる注液孔８３を設けてここに潤滑剤を供給するようにしてもよい。
【００１８】
さらに、形状成形用の工具８は、工具ホルダ６ｃに対して回転可能であってもよい。図８はこの例を示しており、工具ホルダ６ｃの下部に回転軸６ｄを相対回転可能に設け、これに形状成形用の工具８を回転軸６ｄの軸心と偏心させて取り付けている。可転手段は任意であり、この例では工具ホルダ６ｃに駆動モータ６ｅを搭載させ、これの出力を回転軸６ｄにプーリや歯車などの伝動要素６ｆによって伝えるようにしている。
【００１９】
次に本発明による薄板のダイレス成形方法を説明すると、成形に当たっては、成形形状に仕上げた型パンチ４を型取り付け盤３にボルトナット等によって固定する。これで準備が整うので、ベッド１上にマグネットチャックなどの搬送装置により成形すべき薄板Ｗを搬入する。このとき好ましくは、しわ押え装置５の移動用アクチュエータ５ｂを作動して本体５ａを後退させておき、しわ押え装置５の各押え用アクチュエータ５２によって押え盤５１を開放側に移動されておく、そして、薄板Ｗの搬入とともに本体５ａを前進させ、ダイス５０との間に薄板Ｗの縁部を挿入し、必要な押え用アクチュエータ５２を作動して押え盤５１を降下させ、ダイス５０との間で薄板Ｗの縁部を挟持する。
【００２０】
この状態が図９（ａ）であり、薄板Ｗは凹室１１の上に張られており、型パンチ４は薄板Ｗの下方に位置している。二次成形用装置は側方に退避した位置におかれる。このときには、工具ホルダ６ｃに対して局部圧縮成形用の工具７を装着しておく。
【００２１】
ついで、昇降用アクチュエータ２を作動し、型パンチ４を凹室１１内で上昇する。型パンチ４は薄板Ｗの下面に強接し、引き続く型パンチ４の上昇により、薄板Ｗは型パンチ４の形状に沿うように板厚方向に塑性変形させられ、ラフフォーミングされる。
このときには素板Ｗの形状、材質、板厚、伸びなどの特性に応じ、必要なしわ押え装置５の押え用アクチュエータ５２の加力をゆるめて材料の流れを促進する。これでも不足な場合には、移動用アクチュエータ５ｂを作動して本体５ａを前進させることができるため、材料切れが防止され、図９（ｂ）のように型パンチ局部（この例では突部）４０を除いてほぼ全体形状が成形される。
【００２２】
ついで、型パンチ４を上昇位置に保持させたまま、局部圧縮成形用の工具７を移動して型パンチ局部４０の直上に臨ませる。これは、駆動機構６２によるＸ軸レール６０に対するＹ軸レール６１の移動と、駆動機構６３による主軸体６ａのＹ軸レール６１に対する移動によって行われる。
ついで、型パンチ局部４０の直上にある局部圧縮成形用の工具７を駆動装置６４によりＺ軸方向に動かす。これにより型パンチ局部４０と非接触ないし軽く接触していただけの素板部分ｗを弾性体７１が型パンチ局部４０に押し付けるため、素板部分ｗは圧縮成形され、図９（ｃ）のように型パンチ局部４０になじむように塑性変形される。
【００２３】
ついで、主軸体６ａを側方へと移動させ、局部圧縮成形用の工具７を工具ホルダ６ｃから取外し、形状成形用の工具８と交換する。
そして、主軸体６ａを駆動機構６２，６３，６４によりＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に動かし、型パンチ局部４０の領域で最終形状成形用の工具８の押圧部８１（８１’）を素板部分ｗに強接させて、型パンチ局部４０に押し付け、局部塑性変形させる。 このようにすることで図９（ｄ）のように細部の精密な形状を成形することができ、また、主軸体６ａを駆動機構６２，６３，６４によりＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に動かすことにより、型パンチ局部４０以外の部分についても最終プロフィールの仕上げを行なうことができる。
本発明はあらかじめ型パンチ４で素板Ｗをラフフォーミングしておくため、形状成形用の工具８は等高線軌跡で移動させることは要しない。すなわち、製品形状に則して３次元移動させながら押し続けて成形すればよい。
【００２４】
以上で成形が完了し、主軸体６ａを駆動機構６２，６３，６４により側方の待機位置に移動させ、型パンチ４を下降限に移動させる。これにより型パンチ４は成形品Ｗ’から抜き取られ、成形品Ｗ’はしわ押え装置５に保持されたまま残る。あとはしわ押え装置５による挟持を解除し、成形品Ｗ’を取り出せばよい。
【００２５】
図１０は局部圧縮成形と最終形状成形の一例を示しており、型パンチ４は凹状の局部（くぼみまたは溝）４０を有し、しかも局部の底には突部４００を有している。
この場合、（ａ）のように型パンチ４でラフフォーミングした状態で、局部圧縮成形用の工具７を少なくともＺ軸方向に、あるいは順次Ｘ軸方向及び／またはＹ軸方向に移動してＺ軸方向に移動させる。これを１回以上行なうことにより、同図（ｂ）のように弾性体７１の強圧により素板部分ｗが凹状の局部４０に押込み強接させられる。このときに底突部４００にはまだ素板部分ｗが十分に接触されないので、最終形状成形用の工具８を順次数値制御により移動して同図（ｃ）のように素板部分ｗを底突部４００に強接させる。これらにより、精度の高い成形を行なうことができる。
【００２６】
図１１は型パンチ４が凸状の局部（突起または突条）４０を有し、しかも局部の頂部には凹部４０１を有している場合であり、この場合も（ａ）のように局部圧縮成形用の工具７で局部を成形し、細部や仕上げを形状成形用の工具８による接触移動で行なうことで精度の高い成形を行なうことができる。
【００２７】
上記説明は本発明方法の一例であり、これに限定されない。
１）本発明は複数のしわ押え装置５の一部だけを作動させて、局部固定や局部挟持を行なうことを含む。すなわち、必要なしわ押え装置５の押え用アクチュエータ５２の加力をゆるめずにしておいたり、必要なしわ押え装置５の押え用アクチュエータ５２の加力をやめてフリーにしておくことを含んでいる。
２）成形形状によって、たとえばフードのようになだらかなものである場合には、局部圧縮成形工程を省略し、ラフフォーミングに続いて形状成形用の工具８による接触移動でスプリングバックを殺して形状固定を行なったり、細部成形、仕上げ成形を行ってもよい。
【００２８】
本発明は各種の大型立体形状製品の試作作業に好適であり、たとえば、図１２のようなフェンダやフードアウターなどで代表される自動車の外板パネルなどを簡単にかつ精度よく作ることができる。
【００２９】
なお、最終形状成形用の工具８として図７（ｂ）のように自由回転できる硬質球８１’を用いたときには、材料との接触が滑り接触から転がり接触となるので、摩擦による発熱を防止することができ、また、成形品の加工痕の発生を減少させたり、スプリングバックを防止することが可能となる。
また、最終形状成形用の工具８を図８のように回転可能としたときには、押圧だけでなく、偏心関係により成形領域を叩くことになるので、成形精度が向上する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、局部に突部や凹部などを有するなど形状が複雑である場合にも、高精度に成形することができというすぐれた効果が得られる。
請求項２によれば、量産用プレス成形のための試作品など立体形状製品を、精度よく、成形形状の制限なしに、しかも短時間で成形することができる構造の簡単な装置を提供できるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄板のダイレス成形装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】同じく本発明装置の平面図である。
【図３】同じく本発明装置の縦断正面図である。
【図４】本発明装置により第２工程を行なっている状態の部分的拡大側面図である。
【図５】本発明装置により第３工程を行なっている状態の部分的拡大側面図である。
【図６】（ａ）は本発明装置の二次成形装置の他の例を示す部分的斜視図、（ｂ）は部分的断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明装置における最終形状成形用工具の例を示す説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は本発明装置における最終形状成形用工具の例を示す説明図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明による薄板のダイレス成形方法を段階的に示す断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第２工程と第３工程の例を示す部分拡大断面図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は第２工程と第３工程の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は本発明を適用した成形品の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ベッド
２ 型パンチ昇降装置
４ 型パンチ
５ しわ押え装置
６ 二次成形装置
７ 局部圧縮成形用の工具
８ 形状成形用の工具

Claims (3)

1. ブランク材の縁部を挟持した状態で板厚方向から成形形状を有する型パンチを押し込んでラフフォーミングを行い、ついで、型パンチの押込み状態のまま型パンチと板厚を挟んで反対側から、型パンチと協働して弾性工具により局部圧縮成形を行い、その後に、棒状工具により最終形状成形を行なうことを特徴とする薄板のダイレス成形方法。
2. ベッド上に間隔的に配されブランク材の縁部を板厚方向で挟持する複数のしわ押え装置と、前記しわ押え装置よりも内側のベッドに配置され、所望の形状の型パンチを、前記しわ押え装置により支持された素板に突入させてラフフォーミングを行なうための型パンチ昇降装置と、前記ベッドに設けられた架構フレームに３軸方向移動可能に装備され、前記型パンチによりラフフォーミングされた素板に対して型パンチと協働して成形を行なうための工具を取り付ける二次成形装置を備えたことを特徴とする薄板のダイレス成形装置。
3. 工具が局部圧縮成形用と最終形状成形用のいずれかであり、局部圧縮成形用工具が弾性体である請求項２に記載の薄板のダイレス成形装置。

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