JP2008100238A - プレス加工方法およびプレス加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】スプリングバックを低減できるプレス加工システムを提供すること。
【解決手段】プレス加工システム１は、鋼板１２を絞り加工するドロー成形、および、後述のトリムを経た鋼板１２を押圧加工する矯正成形を行う第１のプレス装置１０と、絞り加工した鋼板１２をせん断加工して不要な部分を除去するトリム、および、押圧加工した鋼板１２を曲げ加工するベンドを行う第２のプレス装置１１と、を備える。この構成によれば、ドロー成形により、鋼板１２をほぼ成形品の形状にしておき、せん断加工により不要な部分が除去される。その後、矯正成形により、ほぼ製品の形状となった鋼板１２を成形する。よって、矯正成形後は、鋼板１２の内部応力の変化を少なくできるので、スプリングバックを低減できる。その結果、型の成形面を、スプリングバックを見込んだ形状に設計する必要がなく、成形品の製造コストを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークをプレス加工するプレス加工方法およびプレス加工システムに関する。

従来より、自動車には、例えば、ボンネットやルーフパネルなど、曲面を有する部材が用いられる。このような部材は、例えば、プレス加工により製造される。すなわち、絞り加工を行うプレス機、せん断加工を行うプレス機、曲げ加工を行うプレス機を一列に配置しておき、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、まず、板状のワークを絞り加工して曲面を形成し、次に、このワークをせん断加工して不要な部分を除去した後、ベンド加工する（特許文献１参照）。

ところで、以上の絞り加工では、せん断加工により不要な部分を除去すると、ワーク内の内部応力が解放されて応力バランスが変化するので、図８（ｂ）中矢印で示すように、スプリングバックが生じ、曲面の曲率が変化してしまう。
そこで、スプリングバックを見込んで、プレス機の下型および上型の成形面を、製品表面の曲率よりも大きい曲率としている。具体的には、試験加工を繰り返して、スプリングバック量を測定し、この測定したスプリングバック量を見込んで金型の成形面の形状を決定している。
特開２００５−３４８６９号公報

しかしながら、以上のような手法では、金型の製作に時間がかかってしまい、製造コストが上昇するおそれがあった。

本発明は、スプリングバックを低減できるプレス加工方法およびプレス加工システムを提供することを目的とする。

本発明のプレス加工方法は、ワークをプレス加工するプレス加工方法であって、ワークを絞り加工するドロー成形工程と、当該絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去するトリム工程と、当該せん断加工したワークを押圧加工する矯正成形工程と、当該押圧加工したワークを曲げ加工するベンド工程と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ワークを絞り加工し、次に、この絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去する。続いて、ワークを押圧加工し、この押圧加工したワークを曲げ加工する。
つまり、ドロー成形工程において、ワークをほぼ成形品の形状にしておき、せん断加工により不要な部分が除去される。その後、矯正成形工程において、ほぼ製品の形状となったワークを成形する。よって、矯正成形後は、ワークの内部応力の変化を少なくできるので、スプリングバックを低減できる。その結果、型の成形面を、スプリングバックを見込んだ形状に設計する必要がなく、成形品の製造コストを低減できる。

この場合、前記ドロー成形工程および前記矯正成形工程では、第１の型と第２の型との間にワークを配置し、この状態で前記第１の型を前記第２の型に接近させることで、プレス加工を行い、前記第１の型および第２の型の成形面を、当該成形面が転写される成形品の表面と同一形状とすることが好ましい。

この発明によれば、ドロー成形工程と矯正成形工程における第１の型および第２の型の成形面を、当該成形面が転写される成形品の表面と同一にしたので、成形品の形状に基づいて容易に型を製作できるから、製造コストを低減できる。

この場合、前記矯正成形工程では、前記第１の型を下死点に到達させた後に、一旦停止させることが好ましい。

この発明によれば、矯正成形工程において、第１の型を下死点に到達させた後に一旦停止させたので、ワークを型に十分なじませて、形状凍結性を向上できる。

本発明のプレス加工システムは、ワークを加工するプレス加工システムであって、ワークを絞り加工するドロー成形手段と、当該絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去するトリム手段と、当該せん断加工したワークを押圧加工する矯正成形手段と、当該押圧加工したワークを曲げ加工するベンド手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ドロー成形手段によりワークを絞り加工し、次に、トリム手段によりこの絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去する。続いて、矯正成形手段によりワークを押圧加工し、ベンド手段により押圧加工したワークを曲げ加工する。つまり、ドロー成形手段により、ワークをほぼ成形品の形状にしておき、せん断加工により不要な部分が除去される。その後、矯正成形手段により、ほぼ製品の形状となったワークを成形する。よって、矯正成形後は、ワークの内部応力の変化を少なくできるので、スプリングバックを低減できる。その結果、型の成形面を、スプリングバックを見込んだ形状に設計する必要がなく、成形品の製造コストを低減できる。

この場合、前記ドロー成形手段および矯正成形手段は、ワークを挟んで配置されて当該ワークをプレス加工する第１の型および第２の型と、前記第１の型を前記第２の型に対して進退させる制御手段と、を備え、前記第１の型および第２の型の成形面は、当該成形面が転写される成形品の表面と同一形状であることが好ましい。

この発明によれば、ドロー成形手段と矯正成形手段における第１の型および第２の型の成形面を、当該成形面が転写される成形品の表面と同一にしたので、成形品の形状に基づいて容易に型を製作できるから、製造コストを低減できる。

この場合、前記ドロー成形手段および前記矯正成形手段は、第１の装置に含まれ、前記トリム手段および前記ベンド手段は、前記第１の装置とは異なる第２の装置に含まれることが好ましい。

従来では、プレス加工は、絞り加工を行うプレス機、せん断加工を行うプレス機、曲げ加工を行うプレス機を順番に配置して行われることが多い。しかしながら、せん断加工の後に矯正を行おうとすると、最初のプレス機で矯正を行った後、２番目のプレス機を飛ばして、３番目のプレス機にワークを搬送する必要があり、ワークの搬送が困難になるおそれがある。

そこで、この発明によれば、ドロー成形手段および矯正成形手段を第１の装置に、トリム手段およびベンド手段を第２の装置に含まれるようにしたので、第１の装置と第２の装置との間でワークを搬送するだけでよいので、従来のようにプレス機を飛ばして搬送する必要がなく、ワークを容易に搬送できる。

本発明によれば、ワークを絞り加工し、次に、この絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去する。続いて、ワークを押圧加工し、この押圧加工したワークを曲げ加工する。よって、ドロー成形により、ワークをほぼ成形品の形状にしておき、せん断加工により不要な部分が除去される。その後、矯正成形により、ほぼ製品の形状となったワークを成形する。よって、矯正成形後は、ワークの内部応力の変化を少なくできるので、スプリングバックを低減できる。その結果、型の成形面を、スプリングバックを見込んだ形状に設計する必要がなく、成形品の製造コストを低減できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプレス加工システム１の概略構成を示す図である。

プレス加工システム１は、ドロー成形手段および矯正成形手段としての第１のプレス装置１０と、トリム手段およびベンド手段としての第２のプレス装置１１と、第１のプレス装置１０および第２のプレス装置１１にワーク２を搬入あるいは搬出する搬送手段３と、を備える。

第１のプレス装置１０は、ワーク２（例えば、鋼板）を絞り加工するドローと、せん断加工したワーク２を押圧加工する矯正と、を行う。
第２のプレス装置１１は、絞り加工したワーク２をせん断加工して不要な部分を除去するトリムと、押圧加工したワーク２を曲げ加工するベンドと、を行う。
ここで、第１のプレス装置１０は、ドローと矯正とを同じ金型で行う構成であり、第１のプレス装置１０と第２のプレス装置１１とで、ドロー、トリム、矯正、ベンドの順にプレス加工を行う。

図２は、プレス加工システム１を構成する第１のプレス装置１０の概略構成を示す図である。

第１のプレス装置１０は、ワークとしての鋼板１２の下側に配置された第２の型としての下型５２を有する下型機構２０と、下型５２に対して、第１の型としての上型３８を接近、離隔させる上型機構１８と、これら下型機構２０および上型機構１８を制御する制御装置１６と、を有する。

上型機構１８は、サーボモータ２４と、該サーボモータ２４によって回転駆動される減速ギア２６と、該減速ギア２６によって大きいトルクで回転駆動される回転板２８と、該回転板２８の側面に上端部が揺動可能に軸支されたコネクティングロッド３０とを有する。

サーボモータ２４は、例えばＡＣ型であって、高い応答性を有するとともにトルクむらが小さい。サーボモータ２４の軸回転位置は図示しないエンコーダによって検出され、この検出された軸回転位置に基づいて、サーボモータ２４はフィードバック制御される。

上型機構１８は、さらに、コネクティングロッド３０の下端に軸支されたスライダ３２と、スライダ３２の下面に設けられた上型３８とを有する。

上型３８は、下型５２とともに鋼板１２を挟んでプレス加工するものであって、下面に鋼板１２の上面に当接するための成形面としての型面３８ａが設けられている。この上型３８は、凹んだ曲面となっている。また、上型３８の周辺には、環状のホルダ４０がやや突出している。したがって、ホルダ４０は、鋼板１２に対して型面３８ａよりも先行して当接することになる。ホルダ４０の先端面は、水平面に設定されている。

下型機構２０は、ベースとなる固定台５０と、該固定台５０の上部に設けられた下型５２と、鋼板１２の周辺部を支持する環状のブランクホルダ５４と、該ブランクホルダ５４を昇降させるダイクッション機構５６とを有する。

下型５２は、前記の上型３８とともに鋼板１２を挟んでプレス加工するものであって、上面に鋼板１２の下面に当接するための成形面としての型面５２ａが設けられている。この型面５２ａは前記の型面３８ａに対応する形状、ここでは膨出した曲面となっている。

ここで、上型３８の型面３８ａおよび下型５２の型面５８ａは、これら型面３８ａ、５８ａが転写される成形品の表面と同一形状である。つまり、型面は、スプリングバックによる変形を見込むことなく、成形品の表面と同一形状に成形されている。

ブランクホルダ５４は、ホルダ４０と対向する位置に設けられ、鋼板１２をプレスする際にしわの発生および位置ずれ等を防止するために、該ホルダ４０ともに鋼板１２の端部を挟持する。

ダイクッション機構５６は、下方から固定台５０および下型５２を貫通してブランクホルダ５４の下部に固定されている複数のピン６０と、これらのピン６０を昇降させる図示しない油圧式の昇降機構とを有する。

昇降機構は、ピン６０に連結された図示しない油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動する図示しないサーボ機器と、を含んで構成される。このサーボ機器は、制御装置１６に接続されており、これにより、所定の圧力制御を行いながら、ホルダ４０とともにブランクホルダ５４により鋼板１２の周辺部を適切な圧力で押圧して、しわ押さえを行うことができる。

制御装置１６は、サーボモータ２４を回転駆動させて上型３８を下型５２に対して進退させるとともに、ダイクッション機構５６を駆動して、ブランクホルダを昇降させる。

以上の第１のプレス装置１０を用いてワークとしての鋼板１２の加工を行う手順について図３を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１において、初期設定を行う。つまり、ブランクホルダ５４を所定位置まで上昇させておき、該ブランクホルダ５４によって未加工の鋼板１２を支持する。また、上型３８は上死点まで上昇させておく。ステップＳ２において、制御装置１６の作用下に、サーボモータ２４を回転駆動してスライダ３２を下降させる。

スライダ３２をある程度下降をさせると、ホルダ４０が鋼板１２の上面に接触し、該鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４により挟持される。この時点から、制御装置１６の作用下にブランクホルダ５４を下降させる（ステップＳ３）。具体的には、制御装置１６の作用下にブランクホルダ５４が鋼板１２の下面を押圧気味となるように適度な力を発生させて鋼板１２を確実に保持させながら下降するように圧力制御を行う。つまり、ブランクホルダ５４は、ホルダ４０によって鋼板１２を介して押圧され、該鋼板１２に適度な圧力を与えながら押し下げられることになる。これにより、鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４によって周辺部を保持（挟持）されながら下降し、次第に上型３８と下型５２によって製品形状にプレスされる。

ステップＳ４において、制御装置１６は、スライダ３２の位置を下死点（つまり、上型３８が１ストロークする間の最下点）に到達させる。ステップＳ５において、制御装置１６の作用下に、サーボモータ２４を回転駆動して、スライダ３２をパネル搬送位置まで上昇させる。

ステップＳ６において、スライダ３２の位置がパネル搬送位置まで達したか否かを確認し、達しているときにはステップＳ７へ移り、未達のときにはスライダ３２の上昇を継続する。ステップＳ７において、制御装置１６の作用下にブランクホルダ５４を上昇させる。これによりブランクホルダ５４は、スライダ３２よりもやや遅れて上昇することになる。

ステップＳ８において、制御装置１６の作用下に、ブランクホルダ５４をパネル搬送位置まで上昇させる。ステップＳ９において、ブランクホルダ５４の上昇を一時停止させ、ドロー成形加工が終了した鋼板１２を上述の搬送手段３によって次工程（トリム工程やベンド工程）のステーションへ搬送する。

ステップＳ１０において、制御装置１６は、ブランクホルダ５４を再上昇させて、ブランクホルダ５４を加工待機位置まで到達させる。ステップＳ１１において、未加工の鋼板１２を所定の位置に配置する。なお、この間もスライダ３２は上昇を継続している。ステップＳ１２において、制御装置１６は、スライダ３２を上死点まで到達させる。

以上のプレス加工システム１で鋼板１２を加工する手順について、図４を参照しながら説明する。
まず、第１のプレス装置１０により、図４（ａ）に示すように、鋼板１２を下型５２にプレスしてドロー成形を行う。

次に、第２のプレス装置１１により、図４（ｂ）に示すように、絞り加工した鋼板１２をせん断加工して不要な部分を除去する。このように不要な部分を除去することで、図４（ｂ）中矢印で示すように、鋼板１２にはスプリングバックが生じて、絞り加工により成形された曲面の曲率が変化する。

続いて、第１のプレス装置１０により、図４（ｃ）に示すように、トリム加工した鋼板１２を押圧加工する矯正成形を行う。具体的には、図４（ｃ）中矢印で示すように、下型５２にプレスして、スプリングバックを解消する。

なお、矯正成形において、鋼板１２は、トリム加工した後であるため、ブランクホルダ５４で挟持することはできない。そこで、例えば、図５に示すように、所定の補助具（ここでは、イケールピン１５）により鋼板１２を位置決め固定しておく。このイケールピン１５は、下型５２に突没自在に設けられており、ドロー成形では、イケールピン１５を型表面に埋没させておき、矯正成形では、イケールピン１５を型表面から突出させる。

最後に、第２のプレス装置１１により、図４（ｄ）に示すように、押圧加工した鋼板１２を曲げ加工する。

次に、第１のプレス装置１０のスライダの変位について図６を参照して説明する。
上述のドロー成形では、スライダ３２つまり上型３８を、図６の曲線Ａに示すように変位させて、絞り加工を行う。具体的には、上型３８を上死点（Ｘ１）から所定速度で下降させ、鋼板１２に接触する位置（Ｘ２）近傍から速度を低下させて、この遅い速度でプレス成形する。その後、上型３８が下死点（Ｘ０）に到達すると、この上型３８を、元の速度（所定速度）で上昇させる。

これに対し、矯正成形では、スライダ３２つまり上型３８を、図６の曲線Ｂに示すように変位させてプレス加工する。具体的には、上型３８を上死点（Ｘ１）から所定速度で下降させ、上型３８が下死点（Ｘ０）に到達した後に、上型３８と下型５２とで鋼板１２を挟んだ状態で一旦停止（例えば、０．３秒程度）させる。その後、この上型３８を、元の速度（所定速度）で上昇させる。
ここで、矯正成形では、ドロー成形とは異なり、プレス成形で鋼板１２を大きく変形させることはないため、ドロー成形よりも１サイクルに要する時間が短くなる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）第１のプレス装置１０において、ドロー成形により、鋼板１２をほぼ成形品の形状にしておき、せん断加工により不要な部分が除去される。その後、矯正成形により、ほぼ製品の形状となった鋼板１２を成形する。よって、矯正成形後は、鋼板１２の内部応力の変化を少なくできるので、スプリングバックを低減できる。その結果、上型３８の型面３８ａおよび下型５２の型面５２ａを、スプリングバックを見込んだ形状に設計する必要がなく、成形品の製造コストを低減できる。

（２）上型３８の型面３８ａおよび下型５２の型面５２ａを、当該型面３８ａ、５２ａが転写される成形品の表面と同一にしたので、成形品に基づいて容易に上型３８および下型５２を製作できるから、製造コストを低減できる。

（３）矯正成形を行う際、上型３８を下死点（Ｘ０）に到達させた後、一旦停止させるようにしたので、鋼板１２を上型３８および下型５２に十分なじませて、形状凍結性を向上できる。

（４）ドロー成形および矯正成形を第１のプレス装置１０で行い、トリムおよびベンドを第２のプレス装置１１で行ったので、第１のプレス装置１０と第２のプレス装置１１との間で鋼板１２を搬送するだけでよいので、従来のようにプレス機を飛ばして搬送する必要がなく、鋼板１２を容易に搬送できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の実施形態では、第１のプレス装置１０を、ドローと矯正とを同じ金型で行う構成としたが、これに限らず、図７に示すように、第１のプレス装置１０Ａを、ドローと矯正とを別々の金型で行う構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係るプレス加工システムの概略構成を示す図である。 前記実施形態に係るプレス加工システムを構成する第１の装置の概略構成を示す図である。 前記実施形態に係る第１の装置を用いてワークの加工を行う手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係るプレス加工システムでワークの加工を行う手順を説明するための図である。 前記実施形態に係るプレス加工システムでワークを位置決めした状態を示す平面図である。 前記実施形態に係る第１の装置におけるスライダの変位を示す図である。 本発明の変形例に係る形態に係るプレス加工システムの概略構成を示す図である。 従来のプレス加工システムでワークの加工を行う手順を説明するための図である。

符号の説明

１ プレス加工システム
２ ワーク
３ 搬送手段
１０ 第１のプレス装置（第１の装置）
１１ 第２のプレス装置（第２の装置）
１２ 鋼板（ワーク）
３８ 上型（第１の型）
３８ａ 上型の型面（成形面）
５２ 下型（第２の型）
５２ａ 下型の型面（成形面）

Claims (6)

1. ワークをプレス加工するプレス加工方法であって、
   ワークを絞り加工するドロー成形工程と、
   当該絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去するトリム工程と、
   当該せん断加工したワークを押圧加工する矯正成形工程と、
   当該押圧加工したワークを曲げ加工するベンド工程と、を備えることを特徴とするプレス加工方法。
2. 請求項１に記載のプレス加工方法において、
   前記ドロー成形工程および前記矯正成形工程では、第１の型と第２の型との間にワークを配置し、この状態で前記第１の型を前記第２の型に接近させることで、プレス加工を行い、
   前記第１の型および第２の型の成形面を、当該成形面が転写される成形品の表面と同一形状とすることを特徴とする。
3. 請求項２に記載のプレス加工方法において、
   前記矯正成形工程では、前記第１の型を下死点に到達させた後に、一旦停止させることを特徴とするプレス加工方法。
4. ワークを加工するプレス加工システムであって、
   ワークを絞り加工するドロー成形手段と、
   当該絞り加工したワークをせん断加工して不要な部分を除去するトリム手段と、
   当該せん断加工したワークを押圧加工する矯正成形手段と、
   当該押圧加工したワークを曲げ加工するベンド手段と、を備えることを特徴とするプレス加工システム。
5. 請求項４に記載のプレス加工システムにおいて、
   前記ドロー成形手段および矯正成形手段は、ワークを挟んで配置されて当該ワークをプレス加工する第１の型および第２の型と、前記第１の型を前記第２の型に対して進退させる制御手段と、を備え、
   前記第１の型および第２の型の成形面は、当該成形面が転写される成形品の表面と同一形状であることを特徴とするプレス加工システム。
6. 請求項５に記載のプレス加工システムにおいて、
   前記ドロー成形手段および前記矯正成形手段は、第１の装置に含まれ、
   前記トリム手段および前記ベンド手段は、前記第１の装置とは異なる第２の装置に含まれることを特徴とするプレス加工システム。

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