JP4287912B2 - 板材のダイレスフォーミング装置 - Google Patents
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Description
本発明は板材を比較的大きな底面積を有する任意の3次元形状に逐次成形するための装置の改良に関する。
背景技術
航空機や自動車の部品、ボートなどの船舶製品、建材や厨房用品、浴槽などの浴室用品などの塑性加工法として、金型を使用したプレス加工が汎用されている。しかしながら、このように金型とプレスを使用する方法は、設備が大型となって設置スペースも大きなものを必要とし、また、設備費および金型製作費が極めて高価となる。しかも、複雑な形状は成形が困難で、高度の加工技術と仕上げの熟練度を必要とする。また、プレス作業は騒音や振動が発生するため環境に悪影響を与えたり、安全対策も問題となった。
この対策として、スピニング加工法が知られているが、この方法は回転する成形型に板材を押し付けて成形する方法であるため、横断面が円形の円筒状や円錐状のものしか成形できない点に致命的な欠点があった。
そこで、本出願人の一人は、日本国特許公開7−132329号において、板材の逐次成形方法と装置を提案した。この先行技術は、板材の下面に球面先端部を持つ棒状押圧体を当接させ、板材の反対側(上面)から球面状の押圧部を有する可動押圧体を当接させ、板材の周縁をねじ式の保持具により一定保持力で保持した状態において、可動押圧体を成形すべき製品の横断面形状に対応させて棒状押圧体の周りに移動させつつ保持具をバネ式のクッションにより板材板厚方向に移動させる構成であった。
しかし、この先行技術は、円錐状、角錐状といった単純な末広がり形状の成形は可能であるが、底と側壁部(胴部)とがシャープなコーナー部分で連続する成形を行なうことができず、ことに、製品寸法が大きな場合には、板材を支持している枠状の保持具が傾いて下降しやすいため、成形不可能となったり、成形形状の精度が悪化することが問題であった。このため、バスタブやシンクで代表されるような、大きな底面積を持ちしかもその底輪郭形状が異形であったり、底部に続く側壁部の高さが高く、あるいは側壁中間レベルに段を有していたりする製品の成形は不可能であった。
また、先行技術は板材の周縁を挟持して行なう単純な張り出し成形であるため、垂直ないしこれに近い角度αの側壁の成形を行なった場合には、水平状態での長さl0の材料が長さl1にまで伸び、これに伴って板厚がt0からt1に減少し(t1=t0sinα)、たとえば厚さ2mmの板厚が0.17mmに減少してしまうなど、板厚減少率が高い。このため、板材の材質、板厚等によって、側壁に亀裂が入ったり、局部変形が生じたりするなど、成形がほとんど不可能であり、たとえ成形できても強度の低下が著しくなるという問題があった。
また、先行技術はステンレス鋼板などの硬い板材を成形する場合に、スプリングバックを制御することが困難であるため、成形性と形状精度が不良となりやすいという問題があった。また、製品が単純な平坦状のフランジでなく、反転したフランジを有するような場合にも、そのフランジ部の成形を行なえないという点も問題であった。
発明の開示
本発明の第1の目的は、金属あるいは非金属の板材から、輪郭が複雑で広い面積の底部を有したり、さらには側壁部が垂直ないしそれに近い角度を有していたりする大型な立体製品を高精度に成形することができる比較的簡単な構造のダイレスフォーミング装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、板材の全体が正確に平衡移動され、したがって、複雑な形状と高い側壁を持つ大型製品を高い形状精度で成形することができるダイレスフォーミング装置を提供することにある。
また、本発明の第3の目的は、材質、板厚に変化に自在に対応して良好な成形性と精度にて成形を行なうことができ、たとえば、垂直ないしこれに近い角度の側壁を有する製品を板厚の減少を抑制して精度よく成形したり、逆に水平に対する角度が小さい製品を材料の盛り上がり変形を抑制して精度よく成形することができるダイレスフォーミング装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、反転部を有するフランジ付き製品を容易に成形することができるダイレスフォーミング装置を提供することにある。
前記第1の目的を達成するため本発明のダイレスフォーミング装置は、板材を立体形状に逐次成形するための装置において、基台と、固定押圧機構と、板材保持機構および板材押え機構とを備えた工具セット、および該工具セットと協働する押圧機構を有している。かつ、前記工具セットと押圧機構を全体としてX軸,Y軸及びZ軸方向に移動させるための数値制御型の複数の駆動装置とを備えている。
固定押圧機構は、基台から立設された脚体と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し前記脚体の頂部に交換可能に取り付けられた天板型とを有しており、板材保持機構は、前記基台に配置された複数本の支柱と、前記天板型を囲む窓穴を有し、かつ前記支柱を介してZ軸方向に移動可能な支持板と、基台に固定され支持板に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータを有している。
板材押え機構は、板材の周縁を前記支持板とで板厚方向に挟持する枠状の押え板と、この押え板による板材周縁部の押え力を可変に制御するための押え用アクチュエータを有している。
押圧機構は、板材の上面に接し天板型と協働して製品形状を成形するための押圧工具部を先端に有している。
数値制御型の駆動装置は、押圧工具部を板材に押し当てこの状態で天板型の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ天板型に対して押圧機構と支持板とを板材の板厚方向に相対的に移動させるようにプログラム制御される。
この構成によれば、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状の天板型と押え用アクチュエータとの協働作用により、板材からたとえば約6m2というような広い面積をもちしかも単純な多角形や円形以外の複雑な輪郭を持つ底部と、シャープなコーナーおよびこれに続いて急角度の高い側壁部を有するといった製品を容易に成形することができる。
また、昇降用アクチュエータにより、逐次成形中に支持板を成形方向(下方)あるいは反成形方向(側方)に強制移動できるため、各種の材質や板厚の板材に最適な状態を形成することができ、側壁部に亀裂や変形を生じさせずに精度よく成形することができる。
第2の目的を達成するため本発明の装置は、前記構成に加えて、板材保持機構に支持板を支柱とともに水平度を保ちつつ平行移動させるための平衡移動用機構を備えている。この平衡移動用機構は、好適には、各支柱に設けたラックと、各支柱の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラックと噛み合うピニオンと、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸を備えている。
前記構成によれば、昇降用アクチュエータは支持板と板材および板材押え機構の重量を打ち消すバランスシリンダとして機能し、支持板を支える各支柱には過剰な重量がかからず、各支柱のラックと噛み合うピニオンが同期回転用軸のねじれ剛性により常に同量回転するため、各支柱は常に均等に上下する。したがって、支持板を基台ないしテーブルに対して円滑に平行移動させることができる。このため、たとえば、フランジを含めた製品の寸法が6000×2000×600mm(600mmは高さ)で、製品の底部面積が6.6m2というような大きな立体製品を高い精度で成形することができる。
そしてまた、前記昇降用アクチュエータは、支持板すなわち板材を強制的に成形方向(下方)に引張りあるいは反成形方向(上方)に押し上げることもできるため、成形限界を向上させ、成形可能範囲を広げることができる。ことに昇降用アクチュエータとして、油圧シリンダを使用し、油圧サーボ弁によって圧油の供給制御を行なうようにした場合には、前記支持板の引張りや押し上げの圧力を任意に調整(圧力制御)したり、支持板の位置保持を含む高さ位置の正確な制御(位置制御)を行なえる。したがって、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
本発明においては、平衡移動用機構が、各支柱に設けたラックと、各支柱の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラックと噛み合うピニオンと、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸に加えて、同期回転用軸そのものが回転駆動装置を有している場合を含んでいる。
この構成を採用した場合には、昇降用アクチュエータは支持板と板材および板材押え機構の重量を打ち消すバランスシリンダとして機能するので、支持板を支える各支柱に過剰な荷重をかけずに平行移動させることができる。しかも、回転駆動装置として数値制御型のモータたとえばACサーボモータを利用することにより、トルク制御により支持板の高さ位置を自由に精度よく調整することができる。このため、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができるだけでなく、逐次成形前または逐次成形中に回転駆動装置を作動して支柱を意図的に下降させることにより、板材を固定押圧機構の天板型の輪郭を利用して絞ることができる。このため、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
第3の目的を達成するため、本発明の装置においては、板材保持機構に材料流動制御機構を付設している。この材料流動制御機構は、支持板の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータと、これらの作動により成形中に板材を強制的に成形領域に向けて押込む治具を有している。
この構成によれば、押え板による板材周縁部の押え力を可変に制御する押え用アクチュエータの働きに加えて、逐次成形中に移動用アクチュエータの作動により板材の周縁部分を押圧工具部による成形領域に積極的に供給させることができる。このため、材料の過剰な伸びとそれによる板厚の減少率を少なくすることができる。それゆえ、垂直あるいはこれに近いシビアーな角度の側壁を少なくとも一部に有する製品たとえばボートやバスタブなどを容易に精度よく製作することができ、製品の強度も良好なものとすることができる。アクチュエータは数値制御型のものが好適であり、これにより押込み位置と押込み圧力とを正確に制御することができるため、板材の厚さ、材質、機械的特性に即応した材料の成形領域への流動を行なうことができる。
また、本発明は、材料流動制御機構が、支持板の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータと、これらの作動により成形中に板材を強制的に外周方向に引っ張る治具を有している場合を含んでいる。
この構成によれば、伸びの大きな材質の板材から、水平に対する角度が比較的小さい側壁たとえば14°以下のような側壁を少なくとも一部有する平底ボート形状の製品を作るような場合に、押圧工具部による押し移動で材料が余剰となって盛り上がることが防止され、精度のよい形状に成形することが可能となる。
本発明においては、固定押圧機構の天板型が成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有しているため、この天板型により如何様な底面形状の製品も作ることができる。そして、天板型は脚体の頂部に交換可能に取り付けられているため、基台と板材保持機構および板材押え機構は同一のまま、天板型を異なる輪郭のものと交換するだけで、多種類の形状の製品を成形することができる。前記天板型は単一のものに限定されない。すなわち、複数枚が高さ方向でまたは水平方向で間隔をおいて位置しているものを含んでおり、これによれば、複数の底部を有する複雑形状の製品を容易に能率よく成形することができる。
本発明の板材保持機構は、補助支持板すなわち天板型の挿通を許す窓穴に続いて環状段面を有するか、天板型の挿通を許す窓穴の近傍に溝形をなした環状段面を有する形態のものを含んでいる。この補助支持板を支持板に重ねて一体に固定した場合には、押圧工具部との協働作用により、反転した環状フランジを有する製品を精度よく容易に成形することができる。
また本発明においては、押圧機構の押圧工具部がフリー回転可能な球体からなっている態様を含み、さらには、前記球体に対して潤滑剤を供給する注油穴を有している態様を含んでいる。
このような構成によれば、押圧工具部が板材を押圧しながら等高線上を移動する際に板材との摩擦で球体が回転し、板材との関係が滑り摩擦でなく転がり摩擦の関係となる。これにより、摩擦係数と発熱が抑制されるため成形速度を早くすることができるとともに、スプリングバックを抑制することができる。
また、本発明は、押圧機構が自軸の回りで回転自在であるとともに、下端部に押圧機構の軸芯と偏心した押圧工具部を有する態様を含んでいる。この構成によれば、板材を押圧するだけでなく押圧工具部が横方向に振動して材料を叩くので、効果的に局部的な塑性変形を与えることができ、それによって成形後のスプリングバックを抑制することができる。
本発明においては、等高線上で押圧工具部を移動させ、板材を天板型に対して相対的に移動させる成形形態を取るため、基台とこれより上方の板材保持機構、固定押圧機構、板材押え機構、平衡移動用機構などからなる工具セットとこれよりも上方の押圧機構は、全体としてX軸、Y軸およびZ軸方向に移動することが不可欠である。
その第1の態様としては、ベッドの上に工具セットを支持する2段のテーブルを有し、それらテーブルが駆動装置によりX軸とY軸の方向に移動され、押圧機構がベッドより上方の門型フレームに配したスライドに搭載され、駆動装置によりZ軸方向に移動される形態が挙げられる。
この態様は構造が比較的簡単であるとともに下部の重量が大きいため安定性がよい利点があり、板材の大きさが1300×1800mm程度のものまでの形成には適している。
第2の態様としては、ベッドの上に工具セットを支持する一段のテーブルを有し、このテーブルが駆動装置によりX軸またはY軸の1方向に移動され、押圧機構がベッドより上方の門型フレームに配したテーブルを介してスライドに搭載され、駆動装置によりY軸またはX軸のいずれかとZ軸の2方向に移動されるようになっている形態がある。この態様は、装置高さを低くすることができるメリットがある。
また第3の態様としては、ベッドの上方に架構フレームを設けており、該架構フレームに駆動装置によりX軸方向に移動自在なテーブルを設け、このテーブルに駆動装置によりY軸方向に移動自在なテーブルを配し、これに駆動装置によりZ軸方向に移動自在なスライドを設け、これに押圧機構が搭載され、工具セットはベッド側に据付けられている形態がある。
この形態によれば、押圧機構側のみがX軸、Y軸およびZ軸方向で運動し、工具セットは静止したままでよいので、工具セットという重量体を高速で移動させることによる大きな慣性力と停止時のショックが解消され、停止精度がよくなるとともにショックの発生なしで高速移動できる利点がある。
また第4の態様としては、ベッドの上方に架構フレームを設けており、該架構フレームに駆動装置によりX軸方向に移動自在なテーブルを設け、このテーブルに駆動装置によりY軸方向に移動自在なテーブルを設け、このテーブルに押圧機構が搭載される一方、ベッドには駆動機構によりZ軸方向に移動されるテーブルを設け、これに工具セットを搭載している態様がある。
この態様によれば、押圧機構がX軸およびY軸方向で運動し、工具セットはZ軸方向にだけ運動される。逐次成形においては、工具セットは押圧機構の押圧工具部が等高線上を移動しているあいだは高さ位置が固定されていてよいので、工具セットという重量体を高速でX軸及びY軸方向に移動させることによる大きな慣性力と停止時のショックが解消され、停止精度がよくなるとともにショックの発生なしで高速移動できる利点がある。
本発明の他の特徴や利点は以下の詳細な説明の記載で明らかにするが、本発明の基本的特徴を備えている限り、実施例に示される構成に限定されるものではなく、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更ならびに修正が可能となることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の第1の態様を示す側面図である。
図2は本発明の第1の態様を示す正面図である。
図3は本発明の第1の態様を示す横断面図である。
図4は本発明の第2の態様を示す斜視図である。
図5は本発明の第3の態様を示す斜視図である。
図6は第3の態様の部分的断面図である。
図7は本発明の第4の態様を示す斜視図である。
図8は第4の態様の縦断正面図である。
図9は本発明において好適な工具セットの第1の態様を示す斜視図である。
図10は図9の部分的断面図である。
図11は工具セットの第1の態様の側面図である。
図12は工具セットの第1の態様の横断面図である。
図13は工具セットの第2の態様を示す斜視図である。
図14は工具セットの第2の態様の側面図である。
図15は工具セットの第3の態様を示す斜視図である。
図16は工具セットの第3の態様の側面図である。
図17−Aは本発明における固定押圧機構の一例を示す部分切欠側面図である。
図17−Bは本発明における固定押圧機構の他の例を示す部分切欠側面図である。
図18−Aは本発明において使用可能な固定押圧機構の他の例を示す部分切欠側面図である。
図18−Bは本発明において使用可能な固定押圧機構の他の例を示す部分切欠側面図である。
図19は本発明における板材押え機構の一例を示す部分切欠側面図である。
図20は本発明における成形制御機構の第1の例を使用状態で示す断面図である。
図21は本発明における成形制御機構の第2の例を使用状態で示す断面図である。
図22−Aは本発明における押圧機構の第1例の示す側面図である。
図22−Bは本発明における押圧機構の第2例の示す側面図である。
図22−Cは本発明における押圧機構の第3例の示す側面図である。
図23−Aは本発明における押圧機構の第4の例を使用状態で示す側面図である。
図23−Bは図24−Aの部分的拡大図である。
図24は本発明における制御系の概要を示す説明図である。
図25−Aは第1の態様を例にとった成形開始時の状態を示す部分切欠正面図である。
図25−Bは成形末期の状態を示す部分切欠正面図である。
図26は成形中の状態を示す斜視図である。
図27−Aは本発明における固定押圧機構の使用例を示す斜視図である。
図27−Bはこれによる製品を示す斜視図である。
図28−Aは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図28−Bは製品を示す斜視図である。
図29−Aは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図29−Bは製品を示す斜視図である。
図30−Aは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図30−Bは製品を示す斜視図である。
図31−Aは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図31−Bは成形時の状態を示す断面図である。
図31−Cは製品を示す斜視図である。
図32−Aは本発明における製品例(ボート形状)の斜視図である。
図32−Bは本発明による製品例の正面図である。
図32−Cは板材形状と成形制御力の関係を示す平面図である。
図32−Dは成形状態を示す平面図である。
である。
図33−Aは本発明による製品例の斜視図である。
図33−Bは板材形状と成形制御力の関係を示す平面図である。
図33−Cは成形状態を示す平面図である。
図34−Aは本発明における材料流動制御機構の使用状態を示す断面図である。
図34−Bは本発明における材料流動制御機構の使用状態を示す断面図である。
図35−Aは本発明で成形されたフランジ付き製品の一例を示す斜視図である。
図35−Bはその一部断面図である。
図35−Cは図35−Aの製品を成形するための補助支持板の一例を示す斜視図である。
図35−Dは成形状態を示す断面図である。
図35−Eは図35−Dの部分拡大図である。
図36−Aはフランジ付き製品を成形するための補助支持板の他の例を示す斜視図である。
図36−Bは成形状態を示す断面図である。
図37−Aはスプリングバックと底部の変形を防止するための手段とそれらを使用した成形状態を示す断面図である。
図37−Bは図37−Aの平面図である。
図38−Aは潤滑機構を備えた本発明の他の態様を示す断面図である。
図38−Bはその部分的平面図である。
発明の詳細な説明
以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。以下の第1態様ないし第4態様は、X軸、Y軸およびZ軸の各方向への移動方式を基準としたものである。
図1ないし図3は本発明によるダイレスフォーミング装置の第1の態様を示している。
1は基床に据え付けられるベッド(ベッドフレーム)、2は前記ベッド1に搭載された第1のテーブル、3は前記テーブル2上に搭載され、該テーブルと直交する方向に移動される第2のテーブルである。それら第1と第2の各テーブル2,3は、ACサーボモータやリニアモータで代表される数値制御型の駆動装置(駆動アクチュエータ)2a,3aによりそれぞれ移動されるようになっている。
4はスライドであり、前記ベッド1に立設された門型フレーム100に搭載され、ACサーボモータやリニアモータで代表される数値制御型の駆動装置(駆動アクチュエータ)4aによって移動されるようになっている。
5は前記第2のテーブル3の上に固定された基台であり、該基台5の中央領域には固定押圧機構6が設けられている。
該固定押圧機構6は、基台5に据付け固定される脚体6aを有し、この頂部に、成形すべき製品の底部輪郭に合致する平面形状を有する天板型6bを取り付けることにより構成されている。
7は板材保持機構であり、前記固定押圧機構6の脚体6aよりも半径方向外側の基台上に配置された複数本の支柱7aと、前記支柱7aの上に配置された支持板7bと、前記基台に固定され出力部72の端部が支持板7aに連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータ7c,7cとを備えている。
前記支持板7bは、成形すべき板材Wを支持する手段であり、前記天板型6bの外形寸法よりも大きな窓穴70を有して枠状に構成されており、この例では、支柱7aが不動であるため、支柱7aに沿って摺動可能なように筒部71を有している。
昇降用アクチュエータ7c,7cはエア又は油を動力源とした流体圧シリンダからなっており、この態様では、支持板7bは、前記昇降用アクチュエータ7c,7cにより天板型6bと面一のレベルまで押し上げられたり、この状態から天板型6bよりも下方のレベルに引下げられるようになっている。
前記支持板7bには成形すべき板材Wの周縁部(フランジ部)wを前記支持板7bとで挟持する板材押え機構7dを備えている。板材押え機構7dは、板材Wの周縁部上面に接する枠状の押え板74と、これを介して板材周縁部に加える押え力を可変制御するための複数の押え用アクチュエータ75を有している。基台5から上の前記した要素で工具セットが構成される。
8は前記固定押圧機構6の天板型6bと協働して逐次成形を行なうための工具として機能する押圧機構であり、この例では軸部分8cが前記スライド4に固定したホルダー8aに交換可能に取り付けられ、駆動装置4aによるスライド4の移動により、Z軸方向(上下方向)に動かされるようになっている。軸部分8cは下端に板材Wに接して成形加工を行なうための曲率を持った押圧工具部80を有している。
14は逐次成形の制御装置であり、前記各駆動装置2a,3a,4aと、昇降用アクチュエータ7c,7cと、押え用アクチュエータ7d,7dを始めとして各駆動系の作動を制御するコントローラを含んでいる。制御系については後述する。
図4は本発明の第2の態様を示している。この態様においては、ベッド1に単一の第1のテーブル2を設け、これに前記第1の態様と同じように基台5を固定し、これに前述した工具セットを設けている。
そして、ベッド1に立設された門型フレーム100にテーブル3’を設け、これに押圧機構8を備えたスライド4を装備させている。
前記テーブル3’の移動方向は前記第1のテーブル2と直交する方向すなわちテーブル2の移動方向がX軸方向であればY軸方向であり、それらテーブル3’とスライド4はそれぞれACサーボモータやリニアモータで代表される数値制御型の駆動装置3a,4aによってそれぞれ移動されるようになっている。したがって、この第2の態様においては、押圧機構8がX軸(またはY軸)とZ軸方向に運動し、基台5とそれより上の工具セットがY軸(またはX軸)の方向に運動する。
その他の構成は第1の態様と同じであるから、第1の態様の説明を援用するものとし、説明は省略する。
図5と図6は本発明の第3の態様を示している。この態様は前述したような一辺が6000mmといった大型の製品の製作に適している。第3の態様は、ベッド1に四隅のコラムとそれらコラムと剛結する矩形状の梁からなる架構フレーム101を設けており、架構フレーム101の平行な2辺の梁に、数値制御型の駆動装置2aによりX軸方向に移動自在なテーブル2’を横架し、このテーブル2’に数値制御型の駆動装置3aによりY軸方向に移動自在なスライド型のテーブル3’を配し、該テーブル3’に数値制御型の駆動装置4aによりZ軸方向に移動自在なスライド4を取り付け、スライド4に押圧機構8を搭載している。
前記駆動装置2a,3aはこの例ではリニアモータが用いられている。図6において、20はガイドレール、21は磁石板、22はコイルスライダ、23はリニアスケールである。
この態様においては、押圧機構8がX軸、Y軸およびZ軸の3方向に運動し、したがって、基台5はベッド1またはこれに配置したボルスタの上に固定される。
その他の構成は第1の態様と同じであるから、第1の態様の説明を援用するものとし、説明は省略する。
図7と図8は本発明の第4の態様を示している。
この態様においては、ベッド1に四隅のコラムとそれらコラムと剛結する矩形状の梁からなる架構フレーム101を設けており、架構フレーム101の平行な2辺の梁に、数値制御型の駆動装置2aによりX軸方向に移動自在なテーブル2’を横架し、このテーブル2’に数値制御型の駆動装置3aによりY軸方向に移動自在なスライド型のテーブル3’を配し、該テーブル3’に押圧機構8を搭載している。
そして、ベッド1には数値制御型の駆動装置4aによりZ軸方向に移動自在なテーブル4’を取り付け、テーブル4’に基台5およびその上の工具セットを搭載している。
前記駆動装置2a,3aはこの例ではリニアモータが用いられており、駆動装置4a’としてはこの例ではACサーボモータとこれで駆動されるピニオンが用いられおり、テーブル4’にはピニオンと噛み合うラックが使用されている。もちろんボールねじ方式であってもよい。
この態様においては、押圧機構8がX軸とY軸の2方向に運動し、基台5およびその上の工具セットはZ軸方向に運動する。
その他の構成は第1の態様と同じであるから、第1の態様の説明を援用するものとし、説明は省略する。
図9ないし図16は本発明において好適な工具セットを示しており、その特徴とするところは、支持板7bすなわち板材の平衡移動用機構9を備えていることにある。なお、図9ないし図16の工具セットは、前記第1態様ないし第4態様に選択的に適用されるものである。
図9ないし図12はかかる平衡移動用機構9を備えた工具セットの第1の態様を示している。
基台5には支柱7aに対応する位置に図10に示すようなピニオン9bを内蔵したギヤボックス9eが固定されており、各支柱7aはギヤボックス9eを貫通し基台5のガイド孔を貫通して延び得る長さを有しており、周方向の一側面には前記ピニオン9bと噛み合うラック9aが設けられている。各支柱7aの上端は支持板7bに連結され、支持板7bにZ軸方向の押圧力が働いたときに各支柱7aのラック9aがピニオン9bを回転させつつ、下降または上昇するようになっている。
前記各ピニオン9bの軸90はギヤボックス9eを貫いており、それらピニオン軸90は、基台5の上に配置した同期回転用軸9cによって連結されている。同期回転用軸9c図12のように全体として矩形状をなすようにギヤボックス91中のギヤ類たとえばベーベルギヤによって方向を変えられている。したがって、各支柱7aのラック9aと噛み合うピニオン9bは常に同期回転し、各支柱7aの下降量または上昇量は均等となり、支持板7bは水平を保ったまま平行に移動する。
昇降用アクチュエータ7c,7cは通常の流体圧シリンダを使用することができるが、この例ではマグネツト式のロッドレスシリンダが用いられており、ケーシングが基台5に固定される一方、出力部としてのチューブ72の上端が支持板7bに固定され、図11のように、成形時には下端が基台5よりも下方に延出するようになっている。このマグネツト式のロッドレスシリンダを使用した場合には、大きな保持力をコンパクトな構造によって実現することができる利点がある。
図13と図14は、平衡移動用機構9を備えた工具セットの第2の態様を示している。この態様も平衡移動用機構9の構造は前記図9ないし図12のものと同じであるが、昇降用アクチュエータ7c,7cとして、油圧サーボ弁702で制御される数値制御型の油圧シリンダを使用しており、かかる昇降用アクチュエータ7c,7cを使用することにより、支持板7bが平行昇降可能であることに加えて、支持板7bの引張りや押し上げの力を精度よく制御することができるとともに、支持板7bの高さ位置を精度よく制御することができる。
図15と図16は平衡移動用機構9を備えた工具セットの第3の態様を示している。この態様においては、平衡移動用機構9が駆動系となっている。すなわち、同期回転用軸9cの任意の位置の近傍に回転駆動装置9dが設置されており、これの出力軸が減速機9fを介して同期回転用軸9cに結合されている。
回転駆動装置9dとしては数値制御型のアクチュエータたとえばACサーボモータが一般的であるが、ラックを使用して同期回転用軸9cを回転する場合などには油圧サーボシリンダも使用することができる。
この回転駆動装置9dを有する態様によれば、回転駆動装置9dの作動により同期回転用軸9cを介してすべてピニオン9bが同期回転し、それによりラツク9aを介して各支柱7aが等量下降または上昇するので、支持板7bは水平を保って下降又は上昇することができる。また、回転駆動装置9dの出力パルス制御やトルク制御により支持板7bの引張り力や押し上げ力の正確な制御と高さ位置の精度のよい制御を行なうことができる。昇降用アクチュエータ7c,7cはバランスシリンダとして機能し、支持板7b、その上の板材および板材押え機構7dの重量をキャンセルすることができる。したがつて、各支柱7aには大きな荷重がかかない。
次に、固定押圧機構6について説明する。
図17−Aと図17−Bは本発明における固定押圧機構6の天板型6bの着脱構造の例を示しており、図17−Aは脚体6bの頂部に雌ねじ穴60を設け、天板型6bには雌ねじ穴60に対応する位置に挿通穴61を設け、これに固定手段としてのボルト62を通して雌ねじ穴60に螺合することにより固定している。図17−Bでは、天板型6bの下面に固定手段としてのボス64を設け、これを脚体6aの頂部に嵌合させている。なお、天板型6bは必ずしも上面がフラットであることは必要ではなく、ふくらんでいたり、へこんでいたりしてもよい。
なお、天板型6bとしては、特に複雑な形状の場合には、3次元形状をなしたものを使用してもよい。図18−Aと図18−Bはその例を示しており、合成樹脂あるいは金属によって成形形状の要部または全部をかたどっている。これらは脚体6aに取り付けられ、基台5に固定される。
図19は板材押え機構7dの例を示しており、押え用アクチュエータ75はブラケット750により支持板7bに固定されている。押え用アクチュエータ75は回転型のものを使用してもよいが、通常、油圧または空気圧シリンダが用いられ、そのピストンロッドは押え板74に対峙し、成形時に押え板74に当接しこれを加力する。シリンダのピストン側とロッド側に接続する導管は加圧力制御用のバルブ701を介して図示しない圧力流体供給源に接続されている。
しかし、本発明は、単に押え板74と、これを介して板材周縁部に加える押え力を可変制御するための複数の押え用アクチュエータ75を有している場合に限定されず、成形中に押え用アクチュエータ75による押圧力を弱め、この状態で積極的に板材Wを成形領域に流動させ、あるいは逆に積極的に板材Wを成形領域から引っ張るための材料流動制御機構10を有しているものを含む。この材料流動制御機構10は垂直やそれに近い角度αの側壁を成形したり、水平に対する角度の小さい側壁を成形するのに好都合である。
図20は成形中に積極的に板材Wを成形領域に流動させる材料流動制御機構10の一例を示しており、板材押え機構7dよりも外側の支持板周辺部分に、相互に所要の間隔をおいて複数の移動用アクチュエータ10aを設け、これの出力部に板材Wの周縁部wを内方に押し込む治具10bを摺動可能に取り付けている。図20は左半分に成形開始前の状態を示し、右半分に板材Wの周縁部wを押圧工具部80による成形領域に押圧移動させている状態を示している。こうすれば、側壁部の板厚が減少することが防止される。この例では、治具10bは薄いスライド盤に作られ、押え板74に設けた溝または支持板7bに設けた溝に沿って移動できるようになっている。そして、先端面が周縁部wの端面に当接して押圧するようになっている。
図22は別の治具10b’を示している。この治具は板材Wの周縁部wをクランプするための上下の挟みあご105,105を有しており、押え板74に設けた溝または支持板7bに設けた溝に沿って移動できるようになっている。この治具10’を使用した場合には、一種類で板材Wを成形領域に流動させあるいは逆に積極的に板材Wを引っ張ることができる。
移動用アクチュエータ10aは油圧シリンダでもよいし、モータであってもよい。前者の場合にはピストンロッドが治具10b,10b’に連結される。後者の場合には、モータの出力軸に結合したねじ軸が治具10b,10b’の雌ねじ孔に螺合される。油圧シリンダやモータはオンオフ制御型のものでもよいが、好ましくは数値制御型のものたとえば、油圧サーボシリンダやACサーボモータであり、これら使用すれば、位置と押圧力とを成形状態によくマッチするように制御することができる。
次に押圧機構8について詳細に説明する。
図22−Aないし図22−Cは本発明で使用される押圧機構8の態様を示している。図22−Aは軸部分8cの先端に押圧工具部80を一体に形成している。図22−Bは、より好適なタイプを示しており、軸部分8cの先端に曲率状の凹部を設け、ここにベアリングのように硬質な球体からなる押圧工具部80を自由回転可能に取り付けている。図22−Cはさらに好適なタイプを示しており、軸部分8cに曲率状の凹部に通じる注液孔800を有し、これから球体からなる押圧工具部80に潤滑剤を供給するようになっている。
図22−Bと図22−Cのように、押圧工具部80を自由回転しうるようにした場合には、成形時において材料との接触が滑り摩擦から転がり摩擦になるので、板材を高速成形するときの摩擦による発熱を防止でき、また、製品に加工痕の発生を減少させたり、製品のスプリングバックを防止することができる利点がある。
図23−Aと図23−Bは本発明で使用される押圧機構8の他の態様を示しており、ホルダー8aに回転軸8eを取り付け、軸部分8cの先端に前記図22−Aないし図22−Cの例から選択される押圧工具部80を前記回転軸8eの軸心と偏心させて取り付けている。回転機構は任意であり、この例ではホルダー8aに駆動モータを取り付け、その出力軸に連結したプーリと回転軸8eに固定したプーリとをベルトでつなでいる。
かかる図23−Aの態様を採用した場合には、押圧工具部80による押圧だけでなく、軸部分8cが偏心回転するので、図23−Bのように成形領域W’を叩くことになり、それにより局部塑性変形が得られ、成形後のスプリングバックの発生を押えることができる。またあわせて潤滑性もよくなり、摩擦による発熱も低減することができる。
本発明は、押圧機構8が振動付与手段8dを有している場合を含んでいる。これは、たとえば図1に仮想線で示すように、ホルダー8aにサーボシリンダで代表される低周波加振装置または超音波加振装置を取り付けることで実現される。
この態様によれば、押圧機構8の先端の押圧工具部80が振動しながら板材Wに接触するため、成形効率がよくなり、形状精度の向上と成形速度の向上を図ることができる。
次に成形制御装置14について説明する。
図24は本発明における制御系を模式的に示しており、コンピュータを含むコントローラ140を備え、このコントローラ140の出力側が、前記駆動装置2a,3a,4a,4a’に図示しない増幅器を介して接続され、また少なくとも、昇降用アクチュエータ7c,7c、押え用アクチュエータ75、流動性制御機構の移動用アクチュエータ10a、平衡移動機構9の回転駆動装置9dの各駆動部や弁類に接続されている。
前記コントローラ140には成形すべき製品の3次元CAD/CAMのデータD1から作成したNCデータD1がプログラムとして入力され、また板材の材質、板厚、伸び、引張り強さなどの機械的特性のデータD2も入力され、それらが総合的に演算されて、前記駆動装置2a,3a,4a,4a’、昇降用アクチュエータ7c,7c、押え用アクチュエータ75、流動性制御機構の移動用アクチュエータ10a、平衡移動機構9の回転駆動装置9dのそれぞれの移動速度、位置、圧力、方向、タイミングなどを自動制御するようになっている。たとえば、第1態様においては、少なくともスライド4の下降速度、位置、第1のテーブル2および第2のテーブル3の移動速度、移動方向、昇降用アクチュエータ7c,7cの作動方向と作動速度と位置および強さと、押え用アクチュエータ75,75の作動強さとその変化をそれぞれ設定し、逐次指令を与えるようになっている。なお、コントローラ140は切換え回路を有し、これにより前記各手段のうち所要のものを独立制御し得るようになっている。
次に本発明装置によるダイレスフォーミング作業を説明する。
図25−A,図25−Bないし図27−A,Bは第1態様を例にとってフォーミング成形を行なった状態を示している。
まず、成形にあたっては、製品形状に対応する天板型6bを用意する。たとえば製品Aが、図27−Bのようなまゆ形輪郭の広い面積の平たい底部bを有し、その底部bからかなり高い側壁部(胴部)cを有し、その側壁部下端にフランジdを有する形状(バスタブやシンクに用いられることが多い形状)の場合には、図27−Aのように製品の底面輪郭形状に合致した平面形状の天板型6bを準備し、該天板型6bを脚体6aの頂部に配してボルト62などの固定手段により固定する。なお、製品Aが底部bにたとえば排水穴などのための短筒eを有している場合には、天板型6bに所定の径と高さの突起65を設けておく。
この製品形状をはじめとする情報はあらかじめコントローラ140に入力され、前記のように各手段の制御形態と条件が計算され、当該製品の形状に則したプログラムが設定されている。
成形に当たっては、昇降用アクチュエータ7c,7cを上昇側に作動させ、図25−Aのように、支持板7bの上面を天板型6bと整合させ、板材Wたとえばステンレス板を天板型6bから支持板7aにかけて配置する。板材Wの下面には天板型6bの上面が当接する。そして、別部材の押え板74を板材Wの周縁部wに重ね、各押え用アクチュエータ75,75を作動して押え板74を板厚方向に加力し、板材Wの周縁部wを挟持させる。
この状態で、次に制御装置14を作動させる。こうすれば、この第1態様では、押圧機構8の押圧工具部80の軸線が天板型6bの縁部の鉛直線上に対峙するように第1のテーブル2および第2のテーブル3が数値制御により移動される。そして次に、数値制御によりスライド4が駆動され、押圧工具部80が天板型6bの縁部に対応する板材Wの部位に当接される。これが図25−Aの状態である。
この状態でスライド4が数値制御により駆動されることにより押圧機構8が所定量たとえば0.5〜1mmだけ下降されるとともに、第1のテーブル2および第2のテーブル3が製品Aの底部bの輪郭形状すなわち天板型6bの輪郭に即応するようにX,Y軸方向に複合移動される。この例ではまゆ形を描くように移動される。前記の押圧機構8からの加重により昇降用アクチュエータ7c,7cが下降作動され、板材押え機構7dと共に支持板7bは板材の肉厚方向に移動する。
天板型6bはコーナー成形に適するエッジと所要の厚さを有し、基台5に固定した脚体6aで一定高さに固定されているため、前記スライド4に取り付けられている押圧機構8の押圧工具部80が板材Wを押圧し、天板型6bの輪郭(上縁から側縁)に沿って曲げるように塑性加工する。これにより天板型6bの輪郭形状に合致したコーナーfと底部bが成形される。
そして少なくとも1回、等高線上で押圧機構8が天板型6bの輪郭形状に合致する移動経路をたどり終わると、押圧機構8は任意量だけ下降され、この状態で第1のテーブル2および第2のテーブル3が製品Aに予定している側壁部cの輪郭形状に即応するようにX,Y軸方向に複合移動される。これにより板材Wの未加工部分は塑性変形され、板材押え機構7dと共に支持板7bは板材の肉厚方向に移動する。
これにより、支持板7bの下降で天板型6bは逆に上方に相対移動することになり、支持板7bの窓穴70を通して上方に位置するようになる。したがって、等高線上で押圧機構8が天板型6bの輪郭形状に合致する移動経路をたどり終わるたびに押圧機構8を任意量下降させ、第1のテーブル2および第2のテーブル3を製品Aに予定している側壁部cの輪郭形状に即応するように移動させる工程を繰り返すことにより、板材Wは側壁部(胴部)cが逐次成形される。
こうして所定の側壁高さに達したときには、支持板7bの下降が停止され、その位置で第1のテーブル2および第2のテーブル3により支持板7bがX軸とY軸方向に複合移動されることで、支持板7bと押圧機構8の押圧工具部80によりフランジ部dが成形される。これが図25−Bの状態である。
以上により、図27−Bで例示するような、広く異形の底部bを有する製品Aが精度よく高能率で成形される。
なお、製品Aの底部bに短筒eを成形する場合には、押圧機構8の押圧工具部80を天板型6bの突起65の外縁に対応する部位に当接させ、昇降用アクチュエータ7c,7cを下降させずにおき、その状態で第1のテーブル2および第2のテーブル3により支持板7bを突起65の輪郭にそうような経路で動かし、ついで、天板型6bの輪郭形状に合致するまで次第に経路を外側に移動させればよい。これで短筒eを有する底部bを容易に成形することができる。
第2の態様の場合には、第1のテーブル2の作動による支持板7bの一方向移動(たとえばX軸方向)とテーブル3’による押圧機構8の他方向(Y軸方向)の移動により天板型6bの輪郭形状に合致する押圧工具部80の移動軌跡が実現され、これと数値制御されるスライド4による押圧機構8の下降と、前記第1の態様と同じく昇降用アクチュエータ7c,7cの下降作動により製品の側壁部が成形される。
第3態様においては、押圧機構8だけがX,Y,及びZ軸方向に移動し、製品の側壁部が成形される。第4態様においては、テーブル4’がZ軸方向に移動させることにより押圧工具部80の送りこみが行われ、この状態で押圧機構8をX軸方向とY軸方向に複合移動させることにより側壁の形状に則した等高線上の移動軌跡が得られ、製品の側壁部が成形される。
本発明においては、板材保持機構7がスプリングで代表される単純な弾性クッションでなく、昇降用アクチュエータ7c,7cを有している。このため、前記したような関連作動で側壁部c形成している時に、昇降用アクチュエータ7c,7cを押し上げ側に作動させたり、逆に引下げ側に作動させることによって成形性を向上させることができる。
すなわち、たとえば板材の材質がアルミニウムやその合金のような場合、押圧機構8の押圧工具部80による加力に加えて、支持板7bとこの上の押え板74と押え用アクチュエータ75などの重量が成形中の側壁部cに作用する。このため形成中に側壁部に亀裂が入ったり変形したりしやすくなる。
このような場合には、コントローラ140からの信号により、昇降用アクチュエータ7c,7cを意図的に上昇方向に作動させるものであり、こうすれば、支持板7bに加えられる上昇方向の力(反成形方向の力)と前記重量とがほぼバランスされるため、材料に局部的な負荷がかからなくなり成形性がよくなる。したがって、高精度の製品を成形することができる。
また、比較的厚い板を成形するような場合には、逆に支持板7bとこの上の押え板74と押え用アクチュエータ75などの重量が成形抵抗により相当小さくなる傾向となる。このため材料の局部変形が生じやすくなるが、この場合に昇降用アクチュエータ7c,7cを意図的に下降方向(成形方向)に作動して支持板7aを強制的に下降させることにより材料が成形方向に引っ張られるため成形性がよくなり、高精度の製品を成形することができる。
このことから、押え用アクチュエータ75と昇降用アクチュエータ7c,7cを併用して作動させるならば、なお一層高精度の成形を行えることが理解されよう。
本発明においては、工具セットが平衡移動用機構9を有している。この場合には、支持板7bのZ軸方向の移動時に、各支柱7aがラック9aとピニオン9bおよび同期回転用軸9cとの協働作用で常に等量降下または上昇することになる。このとき、昇降用アクチュエータ7c,7cは支持板7bと板材Wおよび板材押え機構7dの重量を打ち消すバランスシリンダとして機能するので、支持板7bを支える各支柱には過剰な荷重がかからないことになる。このため、寸法の大きな製品を成形すべく大きな面積の板材を使用ししたがって支持板7bが大型で重い場合であっても、毎回の等高線上の押圧工具部80の終るたびに、板材を正しく水平度を保って円滑に移動させることができるので、成形精度を一段と向上することができる。
そしてまた、前記昇降用アクチュエータ7c,7cは、支持板7bすなわち板材Wを強制的に成形方向(下方)に引張りあるいは反成形方向(側方)に押し上げることもできるため、成形限界が向上し、成形可能範囲を広げることができる。ことに昇降用アクチュエータ7c,7cとして、油圧シリンダを使用し、油圧サーボ弁によって圧油の供給制御を行なうようにした場合には、プログラム制御にしたがってあるいはプログラケ制御から独立して、前記支持板7bの引張りや押し上げの圧力を任意に調整(圧力制御)したり、支持板7bの位置保持を含む高さ位置の正確な制御(位置制御)を行なえる。したがって、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
さらに、平衡移動用機構9の各ピニオン9bの軸90を相互に連結する同期回転用軸9cを回転駆動装置9dで回転させるようにした場合には、昇降用アクチュエータ7c,c7は支持板7bと板材Wおよび板材押え機構7dの重量を打ち消すバランスシリンダとして機能するので、支持板7bを支える各支柱7aに過剰な荷重をかけずに平行移動させることができる。しかも、回転駆動装置9dとして数値制御型のモータ類を利用することにより、支持板の高さ位置を自由に精度よく調整することができる。また、力も制御できるため、逐次成形前または逐次成形中に駆動機構を作動して支柱7aを意図的に下降させて、支持板7bを下方に任意の力で引っ張ることにより、板材を固定押圧機構6の天板型6bの輪郭を利用して絞ることができる。このため、このため、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
本発明においては、固定押圧機構6の天板型6bが交換可能であるため、種々の形状を成形することができる。図28−Aと図28−Bは多底状製品を得る場合の例を示している。、この場合には、天板型として、図28−Aのように脚体6a,6aの頂部に高さの異なる複数の天板型6b1,6b2を相互に隣接するように取り付けたものを用いる。こうした固定押圧機構6を使用して前記のような動作を行なうことで図28−Bのように、高さの異なる複数の底部b1,b2を有する製品Aを簡単に、高速で精度よく成形することができる。
すなわち、押圧体8の押圧工具部80を高位側の天板型6b1の縁に沿う経路で動かすことにより高位側の底部b1とのコーナー部が成形され、次いで、押圧機構8と板材保持機構7とを板厚方向で移動させ、押圧体8の押圧工具部80に高位側の天板型6b1の輪郭に相当する移動経路をたどらせることにより、高位側の底部b1に続く側壁部cが成形される。次いで、押圧体8の押圧工具部80を低位側の天板型6b2の縁に沿う経路で動かすことにより低位側の底部b2とのコーナー部が成形される。
図29−Aと図29−Bも多山形状製品を得る他の例を示しており、3つの脚体6a,6a,6aの両端のものの頂部に、それぞれ天板型6b1,6b2を取り付け、中間の脚体6aの頂部に前記天板型6b1,6b2と高さの異なる天板型6b3を取り付けたものである。
このような固定押圧機構6を使用して前記のような動作を行なうことで、図29−Bのように左右に高位の底部b1,b2を有しそれらの間に高さの異なる底部b5を有する製品Aを簡単に、高速で精度よく成形することができる。
図30−Aは、図30−Bのようにバスタブやシンクなどに見られるような側壁部の一部に段部gを有する製品Aを成形する場合に好適な固定押圧機構6を示しており、脚体6a,6aに一部に凹状切欠部67を有する底部形成用天板型6b1を取り付けると共に、該天板型6b1よりも所要寸法下方の位置に、前記凹状切欠部67よりも外方に張り出す段部成形用天板6b4を取り付けたものである。
かかる固定押圧機構6を使用したときには、押圧機構8の押圧工具部80の底部形成用天板型6b3の輪郭に沿った移動により、図30−Bのような一部がくびれた底部bが成形される。そしてこの輪郭に則した等高線上の経路を維持しつつ、1回の等高線上の移動が終る毎に押圧機構8と板材保持機構7とを板厚方向で移動させる。こうすることにより、一部にくびれ状側壁部c’を有する側壁部cが成形され、段部成形用天板6b4に到ったところで押圧体8の押圧工具部80を該天板6b4の面上で移動させることにより段部gが成形される。
なお前記各例において、前記天板型6b1,6b2は、必ずしも別々の脚体に取り付けられる必要はなく、面積の小さな天板をあらかじめ固定した天板を脚体に取り付けてもよい。
また、複数の天板の輪郭形状は任意であり、上下の天板型6b1,6b2の輪郭形状は異なっていてもよく、こうすれば高位と低位の底部輪郭が相違する製品を成形することができる。図31−Aないし図31−Cはこの例を示している。天板型は、図31−Aのように脚体6aに低位側底部成形用の天板型6b2を取り付けており、この天板型6b2には中間の脚体6a’を介して所望形状の高位側底部成形用の天板型6b1を設けている。かかる固定押圧機構6を用いた場合には、図31−Bと図31−Cのような形状の異なる底部b3,b4が複合した複雑形状の製品Aを簡単に効率よく成形することができる。
なお、詳細は省略するが、前記各天板型は、脚体に前記した図17−A,図17−Bのような着脱機構により取り付けられることが好ましい。
本発明においては、板材押え機構7dとして、板材Wの周縁部上面に接する押え板74とこれを介して押え力を可変制御するための複数の押え用アクチュエータ75を有している。
したがって、高い側壁部を作る場合には、天板型6bの輪郭に沿った押圧工具部80の移動により底部bとのコーナーfが形成された後、側壁部cを形成している時に、押え用アクチュエータ75の押圧力を緩め側に作動すればよい。こうすれば板材Wの周縁部wに対する挟圧力が弱化されるため、材料は図19の矢印のように押圧工具部80による成形領域W’に流動することになり、これにより絞りが加味された成形状態となるため、高い垂直壁を有する製品を容易に精度よく成形することができる。
さらに、図20と図21に示すような材料流動制御機構10を併用した場合には、材料の伸び限界や成形形状(高く垂直ないしはそれに近い角度αの側壁部を有している場合)などの問題を解消することができる。
すなわち、側壁部の成形に際して、材料の流動を要する部分に位置する押え用アクチュエータ75の加力を緩めあるいはさらに積極的に板材周縁部との間に板厚方向で微小な隙間たとえば0.1mmを形成し、この状態で移動用アクチュエータ10aを作動し、治具10bを前進させながら、前述したような逐次成形を行なう。こうすれば、図21の右半分のように、板材Wの周縁部が強制的に押圧移動され、成形領域W’への材料の供給量が増す。このため、材料の過剰な伸びとそれによる板厚の減少が抑制され、亀裂等の発生がなく、板厚も部分的に薄くならずに、急角度で高い側壁部を成形することができる。
図32−Aないし図32−Dは材料流動制御機構10を併用した成形例を示している。この例は、対向する2辺の側壁部c1,c1の垂直に対する角度αがたとえば10度程度のボート形状を製作したケースであり、図32−Cのように、板材Wの対応する2辺に平行な切込みwc,wcをあらかじめ加工しておく。これを窓穴70を有する支持板7bに装着し、板材周縁部wの上に押え板74を載せ、前述したように逐次成形を行なう。このときに、製品になったときの側壁部c1,c1と90度位相をずらした2辺については、押え用アクチュエータ75,75によって通常の成形時の押圧力を付加し、側壁部c1,c1に対応する押え用アクチュエータ75は加圧力を弱め、それとともに当該領域に配置されている材料流動制御機構10の移動用アクチュエータ10aを所定の力と速度(量)で作動させる。こうすることにより、側壁部c1,c1の成形領域には、図32−Cの仮想線のように材料が積極的に送りこまれるので、希望する角度の側壁部が精度よく成形される。かかる材料流動制御機構10は、通常、23度よりも垂直に近い角度αのときに使用すると効果的である。
また、材料流動制御機構10を併用して、逐次成形中に成形領域から材料を外方に積極的に引張り移動させることもできる。これは伸びの大きな材料を使用して水平に対する角度が比較的小さい製品、たとえば平底ボート形状や車輌の燃料タンクなどを作る場合に好適である。すなわち、押圧工具部80による等高線上の移動が逐次繰り返されると材料は伸びが生じ、押圧工具部80による押圧力とあいまって材料は板厚方向に膨出して盛り上が現象が生じ、成形が不可能になりやすい。これを防止するため一つは天板型6bとして3次元形状の型を使用することが考えられるが、それだけではまだ前記現象を防止できない。しかし、材料流動制御機構10を併用すれば、確実に前記現象を抑制して精度のよい製品を作ることができる。かかる材料流動制御機構10は、通常、14度よりも水平に近い角度βのときに使用すると効果的である。
図33−Aないし図33−Cと図33−Aと図33−Bは材料流動制御機構10により、成形領域への材料の押込みと、成形領域からの材料の引張りとを行なった例を示している。成形形状は、図33−Aのように、後方の側壁部c1が垂直に対する角度が小さく、これと反対側の側壁部c2が水平に対する角度βの小さいことが特徴である。この場合には、図33−Bのように側壁部c1に対応する部分と側壁部c2と90度変異した2辺が外側に延出するような形状に加工した板材Wを使用する。
そして、板材Wを図33−Cのように支持板7bに装着し、押圧工具部80を図33−Bのスタート位置Pから時計方向に移動させて逐次成形を行なうが、このときに前記2辺については押え用アクチュエータ75,75によって通常の成形時の押圧力を付加し、側壁部c1に対応する部分では移動用アクチュエータ10aを所定の力と速度(量)で作動して板材を成形領域に押込み、側壁部c2に対応する部分では、移動用アクチュエータ10aを所定の力と速度(量)で作動して材料を外方に引張る。図34−Aと図34−Bはこの状態を示しており、垂直に近い角度の側壁部c1と水平に近い角度の側壁部c2の双方を精度よく成形することができることが理解されよう。
本発明は、成形のための各種手段を有している。
図35−Aないし図35−Eは、製品Aが図35−Aおよび図35−Bのように自由端d1がわん曲したフランジ部dを有するものである場合に、好適な板材保持機構を示している。
この場合には、板材保持機構として、支持板7bに加えて図35−Cのような枠状の補助支持板7eを用いる。該補助支持板7eは、板に天板型6bの挿通を許す窓穴76を形成し、しかもその窓穴76に隣接して環状段面77を形成しており、板部分には支持板7bと固定するボルトの挿通穴78が配設されている。
該補助支持板7eは支持板7bに重ねられてボルトにより一体に固定される。この状態で板材Wは補助支持板7eの板面に配され、板材押え機構7dの押え板74により挟持される。
この状態で前記したように逐次成形が行われるが、成形終期に、押圧機構8の押圧工具部80を補助支持板7eの環状段面77に当接させつつ、押圧工具部80を環状段面77に沿った軌跡で動かす。これにより板材Wは、環状段面77の段面形状にしたがって図35−Eのように水平状部dとこれから立ち上がる部分d1とその立上り端部から水平に伸びる部分d2とが連続した形状に成形される。
そこで、成形後、立上り端部から水平に伸びる部分を切除することにより、図35−Aのような製品形状が得られる。
図36−Aと図36−Bは補助支持板7eの別な例を示しており、この場合には、板に天板型6bの挿通を許す窓穴76を形成し、しかもその窓穴76の外側の板面に溝状の環状段面77を形成している。他は前記した図35と同様である。なお、押圧機構8の押圧工具部80として図23−Aのような偏心タイプのものを使用すると横叩き作用の相乗効果でより形状精度がよくなる。
天板型6bとしては基本的に板材を使用することがコストの面からも好適である。複雑な形状である場合には3次元形状のものを使用するが、これを使用しないで済ませるには、図37−Aと図37−Bのような弾性バッグ12を使用すればよい。弾性バッグ12はゴムや合成樹脂の袋体からなり、基台5と天板型6bとの間で希望する周方向部位に配置される。そして成形中に弾性バッグ12内に流体(エア、油など)を制御弁を介して充填して膨らませ、この状態を保たせて前述した逐次成形を行なう。こうすれば、型は実質的に3次元形状になり、弾性バッグ12がバックアップ機能を発揮するので、水平角度の小さい形状の成形が容易となる。また成形部分のスプリングバックを軽減することができるとともに、局部的な変形を防止することができる。
また、板材が薄い場合や製品の底部の面積が大きな場合には、図37−Aと図37−Bのように、製品の底形状に則しかつ若干縮尺した寸法の板材固定板13を使用する。この板材固定板13を板材Wの上に配して天板型6Bに固定し、前述した逐次成形を行なう。こうすれば、底になるべき部分には成形に伴って発生する不必要な力が作用しないので、わん曲やねじれなどが有効に抑えられ、形状精度が向上する。
本発明は前記のように押圧機構8に潤滑機構を組込むほか、押圧機構8とは別に潤滑機構11を併用する態様を含む。これは、単純に板材Wを張設した状態で板材押え機構7dを構成する押え板74の内側に潤滑油などの潤滑液を収容してオイルバスとすることでもよい。しかし、好ましくは、押圧工具部80に向くかまたはこれに近い部位に噴孔を向けた噴出ノズル11aを押圧機構8に直接かまたはホルダー8aに連結具11bによって取り付け、該噴出ノズル11aをホース11cとポンプ11dを介して外部の潤滑液タンク11eに接続する。そして、潤滑液タンク11eに通ずる吸引回収手段11fを噴出ノズル11aと位相をずらせた形で押圧機構8に直接取り付ける。あるいはホルダー8aに連結具11bを介して取り付ける。
これによれば、押圧機構8による成形部位に常に潤滑液jが供給されて回収される循環式の潤滑・冷却系が構成される。このため、たとえば10m/minを越える高速成形時において、ステンレス材に生じやすい凝着が防止され、またアルミニウム材においては割れの発生が防止され、30m/min以上の高速成形も可能となる。
もちろんこの潤滑機構11と前述した振動付与機構8dを併用することも本発明に含まれる。これらと前述した材料流動制御機構10、平衡移動用機構9などを選択的に併用するならば、どのような材質、板厚、成形形状、成形力においても高精度な所望製品を高能率で成形することができる。
産業上の利用可能性
本発明の板材のダイレスフォーミンク装置は、金属、非金属の板材から特殊な形状の製品を少量生産するのに好適であり、設備コストが安く、成形形状の変更も容易で、能率もよく、騒音も少ない利点を持つ。したがって、自動車部品、航空部品、建材船舶、厨房製品や浴室製品などあらゆる分野の底付き製品の製作に利用することができる。
Claims (25)
- 板材を立体形状に逐次成形するための装置であり、次の機構を備えている。
i.基台(5)と、固定押圧機構(6)と、板材保持機構(7)および板材押え機構(7d)を備えた工具セット。
前記固定押圧機構(6)は基台(5)の上に設けられており、基台(5)から立設された脚体(6a)と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し前記脚体(6a)の頂部に取り付けられた天板型(6b)とを有する。
板材保持機構(7)は、前記基台(5)に配置された複数本の支柱(7a)と、前記天板型(6b)を囲む窓穴(70)を有し、かつ前記支柱(7a)を介してZ軸方向に移動可能な支持板(7b)と、基台に固定され支持板(7b)に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータ(7c)を有している。
板材押え機構(7d)は、板材の周縁を前記支持板(7b)とで板厚方向に挟持する枠状の押え板(74)と、この押え板(74)による板材周縁部の押え力を可変に制御するための押え用アクチュエータ(75)を有している。
ii.前記板材保持機構(7)よりも上方に配された押圧機構(8)。該押圧機構(8)は、板材の上面に接し天板型(6b)と協働して製品形状を成形するための押圧工具部(80)を先端に有している。
iii.前記工具セットと押圧機構(8)を全体としてX軸,Y軸及びZ軸方向に移動させるための複数の数値制御型の駆動装置。これら駆動装置は、押圧工具都(80)を天板型(6b)の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ天板型(6b)に対して押圧機構(8)と支持板(7b)とを板材の板厚方向に相対的に移動させる。 - 板材を立体形状に逐次成形するための装置であり、次の機構を備えている。
i.基台(5)と、固定押圧機構(6)と、板材保持機構(7)と、板材押え機構(7d)および平衡移動用機構(9)を備えた工具セット。
前記固定押圧機構(6)は基台(5)の上に設けられており、基台(5)から立設された脚体(6a)と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し前記脚体(6a)の頂部に取り付けられた天板型(6b)とを有する。
板材保持機構(7)は、前記基台(5)に配置された複数本の支柱(7a)と、前記天板型(6b)を囲む窓穴(70)を有し、かつ前記支柱(7a)を介してZ軸方向に移動可能な支持板(7b)と、基台に固定され支持板(7b)に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータ(7c)を有している。
板材押え機構(7d)は、板材の周縁を前記支持板(7b)とで板厚方向に挟持する枠状の押え板(74)と、この押え板(74)による板材周縁部の押え力を可変に制御するための押え用アクチュエータ(75)を有している。
平衡移動用機構(9)は支持板(7b)を水平度を保ちつつ移動されるための手段を支柱(7a)と基台(5)上に有している。
ii.前記板材保持機構(7)よりも上方に配された押圧機構(8)。該押圧機構(8)は、板材の上面に接し天板型(6b)と協働して製品形状を成形するための押圧工具部(80)を先端に有している。
iii.前記工具セットと押圧機構(8)を全体としてX軸,Y軸及びZ軸方向に移動させるための複数の数値制御型の駆動装置。これら駆動装置は、押圧工具部(80)を天板型(6b)の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ天板型(6b)に対して押圧機構(8)と支持板(7b)とを板材の板厚方向に相対的に移動させる。 - 平衡移動用機構(9)が、各支柱(7a)に設けたラック(9a)と、各支柱(7a)の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラック(9a)と噛み合うピニオン(9b)と、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸(9c)を備えている請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 平衡移動用機構(9)が、各支柱(7a)に設けたラック(9a)と、各支柱(7a)の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラック(9a)と噛み合うピニオン(9b)と、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸(9c)を備え、かつ、同期回転用軸(9c)に回転駈動装置(9d)が取り付けられているものを含む請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 昇降用アクチュエータ(7c)が流体圧で作動するシリンダ形式のものであり、ロッドが支持板(7a)に連結されている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 昇降用アクチュエータ(7c)がマグネット式のロッドレスシリンダであり、チューブの一端が支持板(7a)に連結されている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 板材保持機構(7)がさらに材料流動制御機構(10)を備えており、該材料流動制御機構(10)が、支持板(7b)の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータ(10a)と、これらの作動により成形中に板材を強制的に成形領域に向けて押圧移動させる治具(10b),(10b’)を有している請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装霊。
- 板材保持機構(7)がさらに材料流動制御機構(10)を備えており、該材料流動制御機構(10)が、支持板(7b)の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータ(10a)と、これらの作動により成形中に板材を強制的に外周方向に引っ張る治具(10b’)を有している請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 脚体(6a)が頂部に雌ねじ穴を有し、天板型(6b)が雌ねじ穴にボルトを螺合することで脚体(6a)に交換可能に固定されるようになっている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 天板型(6b)は、複数枚が高さ方向でまたは水平方向で間隔をおいて位置しているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 天板型(6b)が底形成用の天面を含む3次元形状を有しているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 板材保持機構(7)が、支持板(7b)に加えて、天板型(6b)を囲む窓穴(76)とこれよりも外側に環状段面(77)を有する補助支持板(7e)からなっていて、補助支持板(7e)が支持板(7b)に重ねられているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 板材保持機構(7)が、支持板(7b)に加えて、天板型(6b)を囲む窓穴(76)とこれよりも外側に溝の形態をなした環状段面(77)を有する補助支持板(7e)からなっていて、補助支持板(7e)が支持板(7b)に重ねられているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 押圧機構(8)が棒状をなしており、押圧工具部(80)がフリー回転可能な球体からなっている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 押圧機構(8)が棒状をなしており、押圧工具部(80)がフリー回転可能な球体からなっており、かつ押圧機構(8)には前記球体に対して潤滑剤を供給する注液穴(800)を有している請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 押圧機構(8)が自軸の回りで回転自在であるとともに、下端部に押圧機構(8)の軸芯と偏心した押圧工具部(80)を有しているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 押圧機構(8)が押圧工具部(80)ないしはその近傍に噴孔を向けたノズル(11a)とこれに潤滑液を供給する手段を有している請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 押圧機構8が振動付与機構(8d)を有しているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 基台(5)と天板型(6b)との間に、板材の要部裏面を支承する弾性バッグ(12)を介在しているものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 天板型(6b)の全体または要部に対応する領域に、製品の底となるべき部分を天板型(6b)とで挟圧する補助固定板(13)を有するものを含む請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング成形装置。
- ベッド(1)の上に工具セットを支える2段のテーブル(3)(2)を有し、それらテーブル(3)(2)が駆動装置(3a),(3a)によりX軸とY軸の方向に移動されるようになっており、押圧機構(8)がベッド(1)より上方の門型フレーム(100)に配したスライド(4)に搭載され、駆動装置(4a)によりZ軸方向に移動されるようになっている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- ベッド(1)の上に工具セットを支える一段のテーブル(2)を有し、このテーブル(2)が駆動装置(2a)によりX軸またはY軸の1方向に移動されるようになっており、押圧機構(8)がベッド(1)より上方の門型フレーム(100)に配したテーブル(3’)を介してスライド(4)に搭載され、駆動装置(3a),(4a)によりY軸またはX軸のいずれかとZ軸の2方向に移動されるようになっている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- ベッド(1)の上方に架構フレーム(101)を設けており、該架構フレーム(101)に駆動装置(2a)によりX軸方向に移動自在なテーブル(2’)を設け、このテーブル(2’)に駆動装置(3a)によりY軸方向に移動自在なテーブル(3’)を配し、これに駆動装置(4a)によりZ軸方向に移動自在なスライド(4)を設け、これに押圧機構(8)が搭載され、工具セットはベッド側に据付けられている請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- ベッド(1)の上方に架構フレーム(101)を設けており、該架構フレーム(101)に駆動装置(2a)によりX軸方向に移動自在なテーブル(2’)を設け、このテーブル(2’)に駆動装置(3a)によりY軸方向に移動自在なテーブル(3’)を設け、このテーブル(3’)に押圧機構(8)が搭載される一方、ベッド(1)には駆動機構(4a)によりZ軸方向に移動されるテーブル(4’)を設け、これに工具セットを搭載している請求範囲1または請求範囲2に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
- 駆動機構(2a),(3a),(4a)がリニアモータを含む請求範囲1または請求範囲2に記載のダイレスフォーミング装置。
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