JP3717426B2 - 曲面板の製作方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的大きな板状曲面付きの部品や構造体を製作する方法に関する。例えば、鉄道車両の先頭車,航空機,船体等の先頭部分のように、流体特性向上などから3次元の曲面を有する部分の製作に好適である。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両の先頭車の先頭部分は空気抵抗や意匠の観点で3次元曲面を有する。それもかなり複雑な曲面を必要としている。このような曲面板の製作方法として、特開2000−301365号がある。これは先頭車を構成する個々のブロックとして、板をプレスして曲面板を製作し、次に曲面板の一方側の面を切削して格子状のリブを設けている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開2000−301365号には、板をプレスして曲面板を製作し、次に曲面板の一方側の面を切削して格子状のリブを設けているが、曲面板の製作方法については明らかにされていない。
【0004】
本発明は、車両等の比較的大きな曲面板を安価に高精度に提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、
上型または下型の少なくとも一方の型において、曲面板に接する端部であって、型の外面に、実質的に直交する基準面からなる基準位置を複数設けておき、
前記上型と下型とで板をプレスして曲面板を成形し、
前記基準面に基づいての前記曲面板にポイントマークを設け、
前記ポイントマークに基づいて前記曲面板を基準位置のジャッキに載せると共に、基準高さに位置合わせして、前記曲面板を加工機に固定し、
次に、前記加工機によって前記曲面板の切削を行うこと、
によって達成できる。
【0006】
また、上記目的は、
環状の枠板と、該枠板の内側に間隔で配置した複数の押し板と、からなり、前記枠板と前記押し板の一方の面を曲面に構成した第1の型と、同じく第2の型とを用い、
前記第1の型と前記第2の型との間に板を配置し、前記板をプレスすること、
によって達成できる。
【0007】
また、上記目的は、
環状の枠板と、該枠板の内側に間隔で配置した複数の押し板と、からなり、金型に対して、被成形品のCADデータに基づいて、被成形品の板に接する面を切削すること、
によって達成できる。
【0008】
また、上記目的は、
環状の枠板と、該枠板の内側に間隔で配置した複数の押し板と、からなり、金型に対して、被成形品が接する面を切削するに当たって、被成形品のCADデータから被成形品の素材の板厚をオフセットした値によって、前記面を切削すること、
によって達成できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を鉄道車両の先頭車の先頭部分のブロック製作に適用する場合について、図1〜図8,図11〜図14によって説明する。図11において、車両の大きさに対するブロック50の大きさ等は模式的に示したものである。
【0010】
図14のように、車体の先頭部分S1,S2,S3は、車体の長手方向および幅方向に沿って曲がった3次元曲面を有する。部分S3には運転席の窓Cがある。部分S3には曲面から更に突出する曲面があることが多い。このため、部分
S3には複雑な曲面を有することが多い。部分S4は客室部分であり、出入り口D1,D2,窓Wがある。この部分の外面は車体の長手方向に沿って直線状であるので、従前の構成である。
【0011】
先頭車は、床を構成する台枠100,台枠100の上に載せた曲面部S3,直線部S4、および曲面部S3の先端に設置した曲面部S2,S3からなる。
【0012】
S3の部分は複数個のブロック50で構成されている。ブロック50は面板51とリブ55とで構成される曲面板状である。ブロック50はアルミニウム合金製である。
【0013】
図11において、ブロック50同士は各ブロックの外周に設けたリブ50同士を接触させて溶接w1,w1で結合されている。
【0014】
図13は、ブロック50を内側(リブ側)から見た外観と途中断面を表している。面板51とリブ55とで曲面板状のブロック50を形成している。
【0015】
このブロックは板をプレスして曲面板を製作し、次に曲面板の一方側の面を切削して格子状のリブを設けている。
【0016】
図1は、板をプレスして曲面板を製作するときに使用する金型の全体図である。60は上型(ポンチ)、70は下型(ダイ)である。それぞれ四角形の環状の枠板61,71、枠板61,71内に配置した押し板62,72、枠板61,72および押し板62,72に接した基板63,73とで構成されている。押し板62,72は枠板61,72の内側に所定の間隔で配置している。押し板62,72は枠板61,71および基板63,73に溶接されている。上型60と下型70とを重ねたとき、枠板61と71、押し板62と72とは対向する。
【0017】
上記のようにして上型60,下型70を構成した後、成形品に接触する面f(作用面fという。)を数値制御加工機によって切削する。作用面fは金型の幅方向および長手方向に円弧状である。作用面fは、枠板61,71、押し板62,72によって形成される。
【0018】
この作用面の切削について説明する。上記のように溶接した上型60(下型70)を数値制御加工機に載せ、先頭車の外面を設計したCADデータを用いて、金型の作用面を切削する。但し、上型60または下型70の一方の金型は前記CADデータから加工すべき素材の板厚をオフセットしたデータを基準として切削する。例えば、車外側を基準としたCADデータであって、下型70の作用面fが車外側であれば、下型70は前記CADデータで切削する。上型60は、前記CADデータから加工すべき素材の板厚を減じた値で、作用面を切削する。
【0019】
切削部位は枠板61,71と押し板62,72であるので、一体型よりも短時間で加工することができ、型の製作期間と加工費を低減できる。
【0020】
比較的少量生産用の型では材料の耐摩耗性は高くなくてもよいので、材料は廉価な一般構造用鋼を使用できる。また、枠板と押し板、押し板同士は間隔をあけることができるので、一体型よりも質量が小さい。これらのことから、材料費が低減される。なお、金型はねずみ鋳鉄による鋳造で製作してもよい。
【0021】
また、下型70の枠板71の4つの角部の上端a,b,c,dは基準位置として表現されている。基準位置a,b,c,dは機械加工によって表示している。基準位置a,b,c,dは4つあるが、少なくとも3つあればよい。基準位置a,b,c,dはそれぞれ、原点Aからの高さ位置z,幅方向位置x,長さ方向位置yからなる。原点Aは下型71の底面である。
【0022】
図4,図5等において、基準位置a,b,c,dの高さ位置zは作用面fの切削によって定まる。つまり、角部の上端が高さ位置zの基準位置となる。幅方向位置xおよび長さ方向位置yは枠板71の外面によって定めてもよいが、枠板
71の外面は正確でないので、角部の外面を切削によって定める。このため、角部は、幅(X)方向に沿った外面、および長手(Y)方向に沿った外面の2面が切削されている。この2面は接続しており、作用面fにも接続している。つまり2面が切削によって凹んでいる。幅方向位置xおよび長さ方向位置yは通常、曲面板80の完成サイズ、又は完成サイズよりも大きくしたサイズで設定する。
【0023】
図2,図3は上記のように製作した上型60,下型70を用いて曲面板80を成形する手順を説明するものである。下型70に素材の板80を載せ、上型60によって加圧し、成形する。
【0024】
素材の板80は曲面板を展開した平板であるので、成形型60,70の外縁よりも大きい。下型70の枠板71の四隅の基準位置a,b,c,dの高さ位置zは、例えば、円筒面や円錐面(但し、いずれも半円状である。)のように中心対称形状では四隅を同じ高さにする。自由複曲面のように非対称形状では少なくとも三隅を同じ高さにする。図2の場合は、三隅a,b,cが同じ高さ、すなわち水平レベルである。
【0025】
上型60が降下してくると、まず、上型60の最も低い部位eが板80に当たる。この時点では、板80は下型70の3点(a,b,c)で支持されて、上型60の1点(e)で押されるが、前記3点で支持するので、板80の姿勢を安定に保持できる。上型60の降下が進むにつれて上下型の成形作用面が拡張されながら、板の成形加工が進行する。図3は、上型60の降下が進み、上下型の作用面fの全体が板80に当たり、成形工程が終了した状態である。
【0026】
枠板61,71によって成形品の外周を環状に包むようにして成形しているので、成形品の外周部をこの部分で確実に形成させることができる。枠板61,71内の押し板62,72は成形加工の要所,要所に配置しているので、前記外周部内を確実に形成させることができる。
【0027】
押し板62,72の配置は、上型60と下型70の全体が板80に当たったときに板に発生する応力が降伏点以上になる間隔で配置する。また、成形品のひとつの曲面部分が、2つの押し板62,72にまたがるように配置する。複曲面では図1のように一方向に押し板を配置しただけでは、これらの条件を満足できない場合が考えられる。この場合には、図9に示すように、交叉する方向にも押し板64,74を設ける。
【0028】
このようにして曲面板80を成形したら、基準位置a,b,c,dの4点において、切削によって設けた凹部に沿って曲面板80の下面にけがき線を引く。つまり、凹部の2面に沿ってけがき線を引く。このけがき線の交点にポイントマークを表示する。ポイントマークをけがき線で設けてもよいし、凹部の角部にポイントマークのみを打ってもよい。ポイントマークの位置の誤差はできるだけ少なくする。例えば、曲面板80の製作誤差が3mmであるので、1mm未満にする。けがきではなく、他の手段でポイントマークを表示するようにすることができる。個々ではこれらを含めてけがき線を符すると称している。凹部はけがき線を符するための基準面である。この基準面は2面からなり、実質的に直交している。
【0029】
次に、曲面板80の一方の面にリブ55を設けるための機械加工を行う。これは数値制御式加工機(5軸マシニングセンター等)で行う。このためには、曲面板80を正確に加工機にセットしなければならない。曲面板80は複雑な曲面であり、加工代は例えば約5mmと少ないので、正確な基準が無いと正確な加工ができない。このため、曲面板80に符したポイントマークa,b,c,dを原点とする。
【0030】
図6は前記けがき線を符した曲面板の斜視図である。けがき線を符した面を上面にしている。図7は加工機にセットして行う位置決めの作業を説明する図である。基準位置a,b,c,dを上面に示しているが、理解を容易にするために上面に示したもので、本来は下面にある。
【0031】
位置決め作業は、ポイントマーク(基準位置a,b,c,d)を加工機200のジャッキ210A,210B,210C,210Dに載せる。それぞれのジャッキをそれぞれの幅方向位置,長さ方向位置の基準位置にセットしている。そして、それぞれのジャッキの高さを基準高さzにする。曲面板80の基準位置a,b,c,dがそれぞれの基準位置になるように、それぞれのジャッキを駆動させて行う。
【0032】
この基準位置(ジャッキによる支持位置)は少なくとも3点あればよいが、切削時の荷重等を考慮して、支持数を定める。例えば、曲面板80の長さが長い場合は、aとbの間,cとdの間、また、a,b,c,dの4点の中間にも支持位置を設ける。その後、曲面板80を加工機に固定する。
【0033】
ジャッキ210は、加工機の定盤と、定盤と曲面板80との間に挿入するシム等と、による手段を含むものである。
【0034】
また、ジャッキ210はポイントマークa,b,c,dの位置を支持することが望ましいが、その近傍を支持するようにすることができる。
【0035】
次に、曲面板80の外面側の形状を測定し、確認してから、リブ55のための加工を行う。これによれば、正確な加工を行うことができる。また、この切削の前に、曲面板80の四隅部を切削して基準面(z座標)を設ける。また、切削等によってポイントマーク(x,y座標)を設ける。
【0036】
次に、曲面板80を反転させて、前記切削による基準面のポイントマークを用いて、前記のように位置合わせを行う。そして、切削する。
【0037】
これによれば、正確な切削ができ、また、誤差が少なくなるので、素材の板厚を薄くでき、安価にできるものである。切削量も少なくできるものである。
【0038】
なお、基準面の凹部を上型60に設け、曲面板80の上面にポイントマークを設け、反転させて加工機に載せ、このポイントマークを位置合わせの基準点にすることができる。また、上下の面にポイントマークを設け、上側のポイントマークを切削による基準面、ポイントマークの代用にすることができる。
【0039】
次に、ブロック50の製作方法を図8とともに説明する。まず、ブロック50の大きさよりも若干大きく素材の板80を切断する(ステップS200)。板80はアルミニウム合金製で、板のサイズは例えば、厚さ40mm,幅1500mm,長さ2500mmである。成形後の板80の加工代は約5mmである。
【0040】
次に、板80を成形型60,70でプレスして所定の曲面板を作る。成形後の曲面板の形状精度は、約3mmである。次に、焼鈍する。このプレスは板80を約300℃に加熱して行う。次に、成形型60,70に曲面板80を所定圧力で挟んだ状態で、約350℃に約40分間保持して焼鈍する(ステップS210)。
【0041】
次に、4つの基準位置a,b,c,dに基づいて、板80に前記のようにけがいてポイントマークを符する(ステップS230)。
【0042】
次に、上型70を除き、曲面板80を取り出す(ステップS250)。なお、けがいた後、曲面板80を取り出し、その後、けがき線に基づいてポイントマークを符してもよい。
【0043】
次に、加工機に曲面板80を前記のようにして位置合せし、固定する(ステップS300)。
【0044】
次に、曲面板80を前記のように測定し、曲面板80を切削し、リブ55を設ける。また、基準面を設ける切削を行う(ステップS330)。リブ55の寸法は例えば、高さ30mmで、厚さ6mm、ピッチは200mmである。リブ55と面板51の付け根の丸みは例えば5mmである。また、外周部に溶接用の開先を設ける。
【0045】
次に、曲面板80を反転して、固定し、面板51の外面を切削して所定の厚さに仕上げる(ステップS350)。加工機への固定,測定は前記のように行われる。切削後の面板の厚さは、例えば2mmである。また、要求される強度条件によって部分で厚さを変化することもできる。
【0046】
最後に、外周をトリミングしてブロック50を完成させる(ステップS370)。溶接用の開先も設ける。
【0047】
上記によれば、安価な成形型で精度良く曲面板を製作でき、少ない加工代で切削加工できる。このため、複雑な曲面のリブ付き大形ブロックを精度良く、安価に製作することができるものである。
【0048】
図10の実施例を説明する。この実施例は曲面板80の端部が円弧状であって、その円弧が小半径である場合に好適である。曲面板の端部が円弧状であって、その円弧が小半径の場合は、曲面板の固定が困難である。また、反転させた場合の基準面を水平に設けることが望ましいが、小半径であると、切削代が大きくなって、残った板厚が薄くなり、支持が困難になる。そこで、プレスした後、所定の位置に片220A,220B,220C,220Dを溶接する。この片220は水平方向に突出している。片220はポイントマークの近傍にある。片220をジャッキ210で前記と同様に支持し、同様に固定する。この状態で片220A,220B,220C,220Dの上面uを任意の高さ(z)で切削加工する。同時に曲面板80の四隅には切削等によってポイントマーク(x,y座標)を設ける。仮に、リブ55の加工により曲面板80に少し変形が発生しても、反転時に押え金220A,220B,220C,220Dのu面をジャッキ210A,210B,210C,210Dに拘束することにより、変形を修正して加工機に固定することができる。
【0049】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求事項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、切削した曲面板を安価に高精度に製作することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の成形型の全体斜視図である。
【図2】図1の下型に素材の板を載せた状態の斜視図である。
【図3】成形型による成形終了時の斜視図である。
【図4】図1の下型の基準位置の正面図である。
【図5】図4の平面図である。
【図6】成形した曲面板の斜視図である。
【図7】曲面板を加工機に載せた状態の斜視図である。
【図8】成形および切削の手順を説明するフローチャートである。
【図9】本発明の他の実施例の成形型の斜視図である。
【図10】本発明の他の実施例の曲面板を加工機に載せた状態の斜視図である。
【図11】本発明の一対象部品例の先頭車両先頭部分の斜視図である。
【図12】図11の12−12断面図である。
【図13】図8の曲面ブロックの部分図である。
【図14】本発明の一対象部品例の先頭車両先頭部分の側面図である。
【符号の説明】
50…ブロック、51…面板、55…リブ、60,70…上型、61,71…枠板、62,64,72,74…押し板、63,73…基板、80…板、a,b,c,d…基準位置。
Claims (5)
- 上型または下型の少なくとも一方の型において、曲面板に接する端部であって、型の外面に、実質的に直交する基準面からなる基準位置を複数設けておき、
前記上型と下型とで板をプレスして曲面板を成形し、
前記基準面に基づいての前記曲面板にポイントマークを設け、
前記ポイントマークに基づいて前記曲面板を基準位置のジャッキに載せると共に、基準高さに位置合わせして、前記曲面板を加工機に固定し、
次に、前記加工機によって前記曲面板の切削を行うこと、
を特徴とする曲面板の製作方法。 - 請求項1の曲面板の製作方法において、前記ポイントマークを前記ジャッキに載せて固定すること、を特徴とする曲面板の製作方法。
- 請求項1の曲面板の製作方法において、
前記曲面板の複数の位置の上面を切削して基準面を設けると共に、その他の切削を行い、
次に、前記曲面板を反転させ、
前記切削によって設けた基準面に基づいて該曲面板を基準位置に固定し、
次に、前記曲面板を切削すること、
を特徴とする曲面板の製作方法。 - 請求項1の曲面板の製作方法において、
前記曲面板の端部に実質的に水平方向に突出する複数の片を溶接し、
該片を用いて前記位置合わせおよび固定を行うこと、
を特徴とする曲面板の製作方法。 - 請求項4の曲面板の製作方法において、
前記曲面板の複数の前記片の上面を切削して基準面を設けると共に、その他の切削を行い、
次に、前記曲面板を反転させ、
前記切削によって設けた基準面に基づいて該曲面板を基準位置に固定し、
次に、前記曲面板を切削すること、
を特徴とする曲面板の製作方法。
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