JP4771177B2 - 絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構 - Google Patents

Description

本発明は、金属板のプレス加工（絞り加工）装置に関し、詳しくはポンチとダイスによる絞り加工動作とは独立に、ブランクのフランジ部分のしわ押さえ力を絞り加工中に制御することができる、絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構に関する。

絞り加工は平らな板金（ブランク）から継目のない底付筒形を得る作業であるが、その中の１つにプレス機械を用いて板金をポンチとダイスとによって変形させる方法がある。この方法による場合、ブランクの直径をＤ、ポンチの直径をｄ_ｐとするとき、ｍ＝ｄ_ｐ／Ｄを絞り率といい、その逆数β＝Ｄ／ｄ_ｐを絞り比という。而して、材料或いは半製品にしわ或いは破断を生ずることなしに、平板から１回で絞り得る絞り比の最大値を限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）という。この限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）には、材料、絞り型の形状、寸法、潤滑条件等が影響する。

プレス機械を用いての絞り加工にあっては、加工はポンチとダイスによって遂行される。比較的厚い板（ｔ／Ｄ＞０．０４〜０．０５、ｔ：板厚、Ｄ：ブランクの直径）や比較的浅い絞り（ｄ_ｐ／Ｄ≒２０／２１）に対してはしわ押さえはいらないが、薄い板を深絞りする際にはしわ押さえが必要である。しわ押さえ力が大きくなると絞り力が増大し所要エネルギが増大するから、一般に、しわを発生させない限り、しわ押さえ力はできるだけ小さくする必要がある。しわ押さえ力は、薄い板ほど、変形抵抗の大きい材料ほど、また絞り比が高いほど高い値を選ぶ。而して、プレス機械を用いての絞り加工にあっては、限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）を如何に高め得るかが、工程を短くし生産性を高くするための要諦である。

絞り加工装置（プレス機械）による金属薄板の絞り加工においては、加工の進行即ちポンチのストロークの進行に伴って、メタルの流動に起因してブランクのフランジ部分（しわ押さえ部分）の面積が変化する。このブランクのフランジ部分の面積の変化（減少）に対応したしわ押さえ力の制御を高い精度で行うことが必要である。しわ押さえ力が不足するとブランクにしわを生じ、しわ押さえ力が過大であると絞り加工品に破断を招く。

従来、航空機部品、自動車部品、電気機器部品、器物などを得るプレス機械による絞り加工において、アルミニウム合金等成形性に劣る材料を対象とする場合、限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）が低く、プレス工程を複数に分けて加工する必要があり、生産性、コスト面で問題があった。

而して、限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）を高くするには、絞り加工の進行に対応するブランクのフランジ部分の面積の変化（減少）に応じてしわ押さえ力を変化させる必要がある。

然る処、従来の、スプリングをしわ押さえの背面に装着する構成では、ポンチのストロークの進行に伴ってスプリングが圧縮され、ブランクのフランジ部分の面積の変化（減少）に伴ってしわ押さえ力が増大し加工品に破断を招きやすい問題がある。また、スプリングをダイ側に装着する場合、従来の金型構成では、ポンチの押圧力から独立してしわ押さえ力をダイナミックに制御することがきわめて困難である。

さらに、流体圧機構によってしわ押さえ力をブランクのフランジ部分に適用する場合、流体圧機構は一定の圧力で迅速な変位を得るには適しているが、シンプルな装置構成で高い精度下にしわ押さえ力をダイナミックに変化させる制御には適していない。

一方、絞り加工において、ブランクのフンジ部分のしわ押さえ力をダイナミックに変化させる金属薄板のプレス金型及びプレス成形方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２４９３６５号公報

上記特許文献１に開示の先行技術にあっては、しわ押さえ荷重調整手段はポンチと同一基台上にあり、而してこの先行技術は、絞り加工の進行に伴ってブランクのフランジ部分としわ押さえ金型間に負荷されるしわ押さえ荷重をポンチによる加工過程とは独立に変化させる構成ではない。

また、特許文献１に開示の先行技術は、同文献における図１７の態様からみて油圧機構によるものであると考えられるが、油圧機構による場合、一定の圧力で迅速な変位を得るには適しているが、シンプルな装置構成で高い精度下に圧力を変化させてしわ押さえ力をダイナミックに変化させるには適していない。また、４基〜８基の油圧シリンダを装着するしわ押さえ荷重調整機構は、別途油圧源を必要とするなど装置が大掛かりかつ複雑となるのみならずコスト高となる問題がある。さらに、４基〜８基の油圧シリンダを要する装置は、プレス機械の小型化に限界がある。

本発明は、構造がシンプルで、ポンチによる絞り加工とは独立にブランクのフランジ部分のしわ押さえ力を変化させ得るとともに、絞り加工工程におけるブランクのフランジ部分の面積の変化（減少）に応じてしわ押さえ力のダイナミック制御が可能なまた、装置の小型化にも適したしわ押さえ機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ダイブロックにその頭頂部上下方向位置を固定されるスプリングと、該スプリング下端面を固定するとともに昇降自在なスプリング受けと、該スプリング受けを昇降せしめるスプリング受け昇降手段と、該スプリング昇降手段を載置するとともにポストの下端部を固設し前記スプリングによる下方向への力を前記ポストに伝達する調整プレートと、前記ポストの上端部を固設するとともにしわ押さえ力をしわ押さえを介してブランクのフランジ部分に付与するしわ押さえホルダとを有することを特徴とする絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構である。

請求項２に記載の発明は、スプリング受け昇降手段が、調整プレートに回転自在に支承され、スプリング受けと螺合する調整スクリューである請求項１に記載の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構である。

本発明によれば、きわめてシンプルな構造で、ブランクのフランジ部分のしわ押さえ力をポンチによる加工とは独立にダイナミックに変化させ得るから、絞り加工過程におけるブランクのフランジ部分の面積の変化に応じてしわ押さえ力をダイナミックに制御でき、高い限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）で絞り加工できて絞り深さを大きく増加させ得、高い生産性下に低コストの絞り加工品を提供できる。

また、本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構は構造がシンプルであり、プレス機械の小型化を可能ならしめるとともに、安価なプレス機械を提供できる。さらに、しわ押さえ力をポンチによる加工とは独立にダイナミックに変化させ得るから、ポンチの押し込み力との交絡関係のない、しわ押さえ力を独立したパラメータとすることができ、より高度の絞り加工（塑性加工）の制御系の構築に資する。

本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構は、プレス機械のダイス下部のスペースに装着され、圧縮ばねの高さ（軸方向寸法）を変化させることによって、正確なしわ押さえ力をブランクのフランジ部分に適用するものである。

図１乃至図５に、本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の構成を示す。図１は、本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の要部縦断面を示す斜視図、図２は、本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の全体を示す斜視図、図３は、本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の全体を示す縦断面図、図４は、スプリング（圧縮ばね）によるしわ押さえ力の伝達に関与する部材を示す斜視図、図５は、スプリング、ポストの配置を示す斜視図である。

図１乃至図５において、１はポンチであって、図示しない駆動機構によって上下方向に変位せしめられ、ダイス２と協働してブランク３を継目のない底付筒形に絞り加工する。３−１はブランク３のフランジ部分である。４は上ダイブロック、５は下ダイブロックであって、上ダイブロック４は、図３に示すように、下ダイブロック５と相俟ってダイス２を固設、支承している。下ダイブロック５は、図３に示すように、その下部に空腔部を有し、そこに、スプリング６、スプリング受け７、調整スクリュー８を収蔵している。

スプリング６（圧縮ばね）は、この実施例においては、図５に示すように、４箇所に配設されている。スプリング６は、下ダイブロック５下部における空腔部の天井にその頂部位置を固定され、スプリング受け７にその下端部を固定されている。スプリング受け７は、図１および図３に示すように、スプリング受け昇降手段の一実施例である調整スクリュー８と螺合部８−１で螺合している。調整スクリュー８の下部は、図１および図３に示すように、この実施例においては、断面六角形のホロー１４となっており、図示しない駆動源たとえばパルスモータによって回転制御下に駆動される前記ホロー１４に嵌合する断面六角形のステムによって回転せしめられ得る。

調整スクリュー８が回転すると、これと螺合しているスプリング受け７が昇降し、スプリング６の軸方向寸法を変化させる。スプリング６の軸方向寸法の変化とそれによって発生する力の間には線形的な関係があるから、調整スクリュー８の回転数を操作パラメータとしてスプリング６が発生する力を高い精度下に制御することができる。一方、調整スクリュー８は、図１および図３に示すように、調整プレート９の段付部に回転自在に嵌装され、上下方向に固定されており、スプリング６の軸方向寸法の変化に対応する力をスプリング受け７を介して調整プレート９に伝達する。また、調整スクリュー８下部と調整プレート９との衝合部にはスラストベアリングを介挿し、摩擦を軽減するようにしてもよい。

スプリング受け７の昇降手段としては、この実施例における調整スクリュー８のほかスプリング受け７の下面を傾斜面とし、この傾斜面と摺動自在な傾斜ブロック７を配設し、この傾斜ブロックを水平方向に変位させてスプリング受け７を昇降させる手段や、リンク機構、ラック・ピニオンの組合せ、油圧シリンダ等の手段を採ることもできる。

この実施例においては、構造の簡潔さ、昇降精度、操作の容易性等からスプリング受け７と螺合する調整スクリュー８をスプリング受け昇降手段とした。

調整プレート９には、図１および図４、図５に示すように、この実施例においては、４本のポスト１０の下端部が固着されており、ポスト１０は、調整プレート９の下方向に作用する力を上部に伝達する。ポスト１０の上端部は、図１および図４、図５に示すように、しわ押さえホルダ１１に固着されている。１２はしわ押さえであって、図１乃至図５に示すように、しわ押さえホルダ１１と上ダイブロック４、ダイス２間に出し入れ自在に介挿されている。而して、スプリング６の軸方向寸法の変化に対応する下方向への力は、スプリング受け７→調整スクリュー８→調整プレート９→ポスト１０→しわ押さえホルダ１１→しわ押さえ１２と伝達される。かくして、ブランク３のフランジ部３−１は、図１および図３に示すように、しわ押さえ１２およびダイス２頂部間で、スプリング６の軸方向寸法の変化に対応する下方向への力によって押圧される。
図２および図３において、１３はポンチブロックであり、ポンチ１を固設している。しわ押さえ力の検出手段として、たとえばしわ押さえホルダ１１としわ押さえ１２間にストレインゲージを介挿する手段を採ることができる。

次に、本発明の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構を装着されたプレス機械によって、ブランク３を絞り加工するときの動作を説明する。
先ず、図７に示すように、プレス（ポンチ１）が上死点に位置せしめられる。このとき、図７に示すように、しわ押さえ１２は水平方向に移動せしめられ取り除かれている。次いで、図６に示すように、上ダイブロック４の上面にブランクガイド１６がブランク３の外径に合わせてセットされ、このブランクガイド１６に合致するようにブランク３が載置される。ブランクガイド１６は、図６に示すように、ガイド押さえ１７の長手方向に沿って変位し得る、ブランク３よりも若干薄い２枚の金属板からなっており、ブランク３の外径に合わせて相対向するＶ字状部の間隔を調整される。ブランクガイド１６によってブランク３の平面の中心点がポンチ１およびダイス２の軸心と一致せしめられる。

次いで、図８に示すように、しわ押さえホルダ１１下面とブランク３上面間にしわ押さえ１２が水平方向に挿通され、然る後、図９、図１０に示すように、ポンチブロック１３におけるドライブバー１５が降下し、ドライブバー１５の斜面１８によってスライドブロック１９が水平方向に変位せしめられてブランク３を挟む。この状態で、図示しないモータによって調整スクリュー８を回転させ、スプリング６の軸方向寸法を所期の値にセットする。或いは、予め所期の値にセットしておき、ドライブバー１５の下降とともに所期のしわ押さえ力をブランク３に適用するようにすることもできる。これによって、しわ押さえ１２下面とダイス２頂部間でブランク３が所定の力で押圧される。絞り加工の進行に伴って、しわ押さえ力はダイナミックに制御される。

然る後、所定のアルゴリズムに従って、所期の力および速度でポンチ１が下降し、図１および図３に示す状態となる。ポンチ１の下降量に対応してフランジ部３−１のメタルはダイス２の方へ流動し、フランジ部３−１の面積が減少していく。プレスが下死点まで達した後、調整スクリュー８によるしわ押さえ力が解除され、図１１、図１２に示すように、ドライブバー１５が上昇し、ドライブバー１５の反対側の斜面によってスライドブロック１９が上記とは逆方向に水平変位せしめられ、しわ押さえ１２を上昇させる。ドライブバー１５の上昇によるしわ押さえ１２の上昇は、しわ押さえ力がフランジ部３−１に適用された状態で行うこともできる。

ポンチ１の下降量に対応するフランジ部３−１の面積の減少量は、事前の実験によって対応関係を予定できるから、ポンチ１の下降量に対応させてフランジ部３−１に対するしわ押さえ力の調整操作を、調整スクリュー８の回転数を操作パラメータとして、スプリング６（圧縮ばね）の軸方向寸法を変化させることによって行う。このようにして、ポンチ１の下降によるブランク３に対する絞り加工の進行に応じたしわ押さえ力を制御する。

本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の要部縦断面を示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の全体を示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構の全体を示す縦断面図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構のスプリング（圧縮ばね）によるしわ押さえ力の伝達に関与する部材を示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構のスプリング、ポストの配置を示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構におけるブランクセットの際のブランクガイドを示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構におけるプレスの上死点の状態を示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構において、しわ押さえが挿通された状態を示す斜視図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構において、ドライブバーの下降によってスライドブロックを水平方向変位させるときの状態を示す正面図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構において、プレスが下死点近傍まで降下したときのドライブバーの状態を示す正面図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構において、ドライブバーの上昇によってスライドブロックを水平方向反対側に変位させるときの状態を示す正面図 本発明の一実施例に係る絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構において、ドライブバーの上昇によってスライドブロックを水平方向反対側に変位させ、しわ押さえをフリーにしたときの状態を示す正面図

符号の説明

１ ポンチ
２ ダイス
３ ブランク
３−１ ブランクのフランジ部
４ 上ダイブロック
５ 下ダイブロック
６ スプリング
７ スプリング受け
８ 調整スクリュー（スプリング受け昇降手段）
８−１ 螺合部
９ 調整プレート
１０ ポスト
１１ しわ押さえホルダ
１２ しわ押さえ
１３ ポンチブロック
１４ ホロー
１５ ドライブバー
１６ ブランクガイド
１７ ガイド押さえ
１８ ドライブバーにおける斜面
１９ スライドブロック

Claims (2)

1. ダイブロックにその頭頂部上下方向位置を固定されるスプリングと、該スプリング下端面を固定するとともに昇降自在なスプリング受けと、該スプリング受けを昇降せしめるスプリング受け昇降手段と、該スプリング昇降手段を載置するとともにポストの下端部を固設し前記スプリングによる下方向への力を前記ポストに伝達する調整プレートと、前記ポストの上端部を固設するとともにしわ押さえ力をしわ押さえを介してブランクのフランジ部分に付与するしわ押さえホルダとを有することを特徴とする絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構。
2. スプリング受け昇降手段が、調整プレートに回転自在に支承され、スプリング受けと螺合する調整スクリューである請求項１に記載の絞り加工におけるダイナミック制御可能なしわ押さえ機構。

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