(57)【要約】【課題】プレス成形品の形状を高精度に予測する解析手法の検証や、そのために必要となるデータベースの獲得を効率的に行えるプレス成形型のたわみ評価装置を提供する。【解決手段】本発明は、横方向に延びる上壁部（１１）と上壁部から縦方向に延びる側壁部（１２）と上壁部および側壁部の裏側に設けられた空洞部とを有するダイス１と、側壁部により形成される凹部へ嵌入し得るパンチ２と、上壁部および／または側壁部の変位を規制できる変位規制手段と、パンチを縦方向へ駆動する駆動手段と、上壁部および／または側壁部の変位を測定する変位測定手段とを備えるプレス成形型のたわみ評価装置である。本発明の評価装置を用いると、変位測定により得られた上壁部および／または側壁部の変位と、成形品の形状計測により得られた成形品の形状指標値との相関を示す評価情報を、効率的に生成できる。【選択図】図１
2020146696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向に延びる上壁部と該上壁部から縦方向に延びる側壁部と該上壁部および該側壁部の裏側に設けられた空洞部とを有するダイスと、
該側壁部により形成される凹部へ嵌入し得るパンチと、
該上壁部および／または該側壁部の変位を規制できる変位規制手段と、
該パンチを縦方向へ駆動する駆動手段と、
該上壁部および／または該側壁部の変位を測定する変位測定手段と、
を備えるプレス成形型のたわみ評価装置。
【請求項２】
前記変位規制手段は、前記上壁部の縦方向の変位を規制できる縦変位規制手段と前記側壁部の横方向への変位を規制できる横変位規制手段との少なくとも一方を備える請求項１に記載のプレス成形型のたわみ評価装置。
【請求項３】
前記縦変位規制手段は、横方向への移動を許容するスライダーを備える請求項２に記載のプレス成形型のたわみ評価装置。
【請求項４】
さらに、前記パンチと対向して配設され、該パンチに従動して縦方向に移動するパッドを備える請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形型のたわみ評価装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のたわみ評価装置を用いたプレス成形型のたわみ評価方法であって、
前記駆動手段により、前記ダイスの上壁部に載置した平板状の試験片を前記パンチで押圧して成形品を得る成形工程と、
前記変位測定手段により、該成形工程中における該上壁部および／または前記側壁部の変位を測定する変位測定工程と、
該成形品の形状を計測する形状計測工程と、
を備えるプレス成形型のたわみ評価方法。
【請求項６】
さらに、前記変位測定工程により得られた前記上壁部および／または前記側壁部の変位と、前記形状計測工程により得られた前記成形品の形状を指標する形状指標値との相関を示す評価情報を生成する情報生成工程を備える請求項５に記載のプレス成形型のたわみ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形型のたわみ評価装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や家電製品等には、多くのプレス成形品（単に「成形品」もという。）が用いられている。成形品は、割れ、皺、かじり（傷）等がないことに加えて、所望の寸法精度を有することが求められる。成形品は、通常、成形型（単に「金型」ともいう。）から取り出すとき、スプリングバック（成形後の除荷ひずみ）により形状が変化する。そこで、想定形状からの変化を抑制するため、成形型の修正が数回程度行われるが、これは生産準備期間の長期化を招く。この傾向は、プレス成形時の面圧が高く、スプリングバック量も大きくなる高張力鋼板を用いる場合に顕著である。なお、高張力鋼板は、従来の軟鋼板に対して２〜３倍程度の強度を有し、自動車ボディの軽量化や安全性の向上を図るために最近多用されている。
【０００３】
成形型の設計段階で、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析等により、成形品の形状予測を高精度に行うことができれば、成形型の修正回数が減り、生産準備期間の短縮が期待される。しかし、従来のＣＡＥ解析では、高張力鋼板の形状予測一致率が高々１０〜４０％程度に留まっていた。なお、形状予測一致率とは、例えば、成形品の実測寸法の測定点のうちで、ＣＡＥによる解析結果との差が±０．５ｍｍ以内となる測定点数の割合である。
【０００４】
プレス成形品の形状が、成形型のキャビティ形状（ダイスとパンチにより形成される隙間形状、またはダイスが下死点にあるときの形状）から変化する要因の一つとして、プレス成形時に生じる成形型自体の変形（たわみ、ひずみ）の影響がある。特に、搬送性や材料費抑制等を考慮して肉抜き（空洞形成）されている金型ほど、その傾向が強くなる。
【０００５】
このような金型自体の変形（単に「型たわみ」ともいう。）を考慮したプレス成形方法やシミュレーション方法が提案されており、下記の文献に関連した記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０１４１５５号公報
【特許文献２】特許第４３０５６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献では、実測した型たわみ量を、プレス成形またはシミュレーションに活用することが提案されている。しかし、型たわみ量と成形品の形状（寸法変化）との関係は明らかにされていない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、型たわみ量と成形品の形状との相関を効率的に明らかにできるプレス成形型のたわみ評価装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
《プレス成形型のたわみ評価装置》
（１）本発明は、横方向に延びる上壁部と該上壁部から縦方向に延びる側壁部と該上壁部および該側壁部の裏側に設けられた空洞部とを有するダイスと、該側壁部により形成される凹部へ嵌入し得るパンチと、該上壁部および／または該側壁部の変位を規制できる変位規制手段と、該パンチを縦方向へ駆動する駆動手段と、該上壁部および／または該側壁部の変位を測定する変位測定手段と、を備えるプレス成形型のたわみ評価装置である。
【００１０】
（２）本発明のプレス成形型のたわみ評価装置（単に「評価装置」という。）の場合、変位規制手段により、プレス成形時に生じるダイス（上壁部および／または側壁部）の変位（型たわみ量）を種々設定できる。変位を所定値または所定範囲内に設定したダイスを用いて、実際に試験片（板材）をプレス成形する。プレス成形時にダイスに生じる所定（特定）の変位は、変位測定手段により測定される。
【００１１】
得られたプレス成形品の形状（寸法）は、例えば、ダイスから取り出した後、計測機器等により計測される。変位規制手段によりダイスの変位を変更して、試験片のプレス成形、ダイスの所定変位の測定、成形品の計測を繰り返す。これにより、測定されたダイスの変位（型たわみ量）と、計測された成形品の形状（寸法）との相関を指標するデータ（評価情報）が得られる。
【００１２】
こうして本発明の評価装置によれば、複数のダイスを用意することなく、一つのダイスでも、上述した複数のデータの採取ができ、成形品形状の高精度な予測を行う解析手法の検証や、そのために必要となるデータベース（評価情報）の獲得を効率的に行える。
【００１３】
《プレス成形型のたわみ評価方法》
本発明は、プレス成形型のたわみ評価方法（単に「評価方法」という。）としても把握できる。すなわち本発明は、上述した評価装置を用いたプレス成形型のたわみ評価方法であって、前記駆動手段により、前記ダイスの上壁部に載置した平板状の試験片を前記パンチで押圧して成形品を得る成形工程と、前記変位測定手段により、該成形工程中における該上壁部および／または前記側壁部の変位を測定する変位測定工程と、該成形品の形状を計測する形状計測工程と、を備えるプレス成形型のたわみ評価方法でもよい。
【００１４】
この評価方法は、さらに、変位測定工程により得られた上壁部および／または側壁部の変位（特に、最大値等の代表値または変位指標値）と、形状計測工程により得られた成形品の形状を指標する形状指標値との相関を示す評価情報を生成する情報生成工程を備えるとよい。
【００１５】
なお、本発明は、上述した評価装置や評価方法の他に、上記の評価情報（データベース）自体またはそのデータ構造としても把握され得る。そのデータベースをＣＡＥ解析等に利用すれば、プレス成形品の形状予測精度が向上し得る。その結果、プレス成形型の設計効率の向上や型修正の低減が可能となる。
【００１６】
《その他》
（１）「手段」と「工程」は相互に読み替えることができる。例えば、「〜工程」を読み替えた「〜手段」は「物」（評価装置等）の構成要素となる。また、「〜手段」を読み替えた「〜工程」は「方法」（評価方法等）の構成要素となる。
【００１７】
本明細書でいう横方向、縦方向、奥行方向は、必ずしも直交座標系（ＸＹＺ）と対応している必要はないが、横方向：Ｘ軸方向、縦方向：Ｙ軸方向、奥行方向：Ｚ軸方向としてもよい。さらに、横方向：水平方向（左右方向）、縦方向：鉛直方向（上下方向）と考えてもよい。なお、奥行方向は、横方向および縦方向に直交する方向とする。
【００１８】
（２）本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。特に断らない限り、本明細書でいう「ａ〜ｂ」は下限値ａおよび上限値ｂを含む。また、本明細書でいう「ａ〜ｂｍｍ」はａｍｍ〜ｂｍｍを意味する。他の単位系についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】評価装置（一例）とそれを用いたプレス成形時の様子を模式的に示す断面図である。
【図２】パンチの変位とダイスの変位（型たわみ量／開き量）との関係（一例）を示すグラフである。
【図３】プレス成形品（一例）の形状変化を示す図である。
【図４】型たわみ量と成形品の形状指標値との関係（一例）を示す図である。
【図５】プレス成形品の形状指標値を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、評価装置のみならず、評価方法等にも適宜該当する。
【００２１】
《プレス成形型》
成形型は、ダイスとパンチを少なくとも備え、さらにパッドを備えてもよい。ダイスは、横方向に延びる上壁部と、上壁部から縦方向に延びる側壁部と、上壁部および側壁部の裏側に空洞部とを有する。
【００２２】
上壁部は、試験片を保持または把持する。例えば、パンチ側に横方向に張り出した把持部がある場合、その把持部とダイスの上壁部とにより、成形終了前後において、試験片の外周囲が挟持（保持）される。
【００２３】
側壁部は、成形品の外側形状を規定する凹部を形成する。凹部は、例えば、開溝状または筒状等である。凹部は、複数の側壁部の組み合わせにより形成されてもよいし、連続した一つの側壁部により形成されてもよい。例えば、開溝状の凹部なら、側壁部が対向するように一対のダイス（分割型）を並設することにより形成される。円筒状の凹部なら、一つのダイス（一体型）により形成可能であり、このときの側壁部は環状の周側面により構成される。
【００２４】
空洞部は、上壁部および／または側壁部に、所望範囲内の変位（たわみ、ひずみ）を生じ易くしている。この空洞部は、軽量化や材料費抑制等のために、一般的なプレス成形用の金型に設けられる肉抜部を模擬（反映）している。
【００２５】
空洞部は、ダイスの形態（特に凹部の形状）に応じて、環状、略円筒状、略方形筒状等となる。具体的にいうと、ダイスの縦方向（通常、上下方向）の断面において、空洞部は、例えば、Ｌ字状、コの字状、ロの字状等となる。例えば、開溝状の凹部を一対のダイスで形成する場合なら、空洞部も横方向に並設して形態となる。このとき、空洞部が奥行方向へ（例えば同一形状のまま）くり抜かれていると、ダイスの剛性が低下して、上壁部や側壁部が変形し易くなる。
【００２６】
パンチは、ダイスの凹部に嵌入する凸部を有する。パンチがダイス内へ嵌入することにより、プレス形状に沿った隙間（キャビティ）が形成される。パンチの凸部は、ダイスの凹部に対応しており、例えば、円柱状、略角柱状等である。パンチは、ダイスの凹部に嵌入する凸部に加えて、上述したように、横方向に張り出した把持部を有してもよい。なお、パンチは、油圧シリンダーと油圧制御回路等からなる駆動手段により、縦方向に駆動される。
【００２７】
パッドは、パンチと対向して配設され、ダイスの凹部内でパンチに従動して縦方向に移動し得る。パッドがあると、試験片（ワーク）はパンチとパッドに把持された状態でダイスの凹部に押し込まれ、安定的に成形され得る。また、パッドにより、成形品の底部が所望形状に成形され。なお、パッドは、パンチに所定の設定荷重の反力を発生させつつ下降することにより、パンチに従動する。
【００２８】
《変位規制》
変位規制手段は、ダイスの上壁部および／または側壁部の変位を規制する。上壁部または側壁部は、パンチから印加される成形力に応じて弾性変形（わたみ、ひずみ）を生じる。変位規制手段により、その変形量が所定値または所定範囲内に規制される。これにより、低剛性なダイスを一つまたは一組用意するだけで、上壁部または側壁部に種々のたわみ量を生じさせつつ、試験片をプレス成形できる。
【００２９】
変位規制手段は、例えば、上壁部の縦方向の変位を規制できる縦変位規制手段、または側壁部の横方向への変位を規制できる横変位規制手段である。このような変位規制手段は、例えば、上壁部や側壁部の裏面側（空洞部側）を支持する油圧シリンダーや、その油圧制御回路等により構成され得る。なお、変位規制手段には、変位を制御できる変位制御用油圧シリンダーを用いるとよい。
【００３０】
また、各変位規制手段は、上壁部や側壁部の回転を許容できる構造であるとよい。これにより、プレス成形時にダイスに生じる回転変位（角変位）の把握も可能となる。例えば、上壁部や側壁部の裏側に当接する油圧シリンダーの先端部を、滑らかな曲面状（球状等）とするとよい。
【００３１】
また、縦変位規制手段は、横方向への移動を許容するスライダーを備えるとよい。横変位規制手段なら、縦方向への移動を許容するスライダーを備えるとよい。スライダーにより、変位を規制する方向とは異なる方向への移動抵抗（摩擦抵抗）が軽減される。スライダーは、例えば、油圧シリンダー等を支持するリニアガイドにより形成される。これにより、油圧シリンダーは先端部を上壁部や側壁部の裏側に当接させたまま、上壁部や側壁部の変位（規制方向とは異なる方向への変位）に追従し易くなる。具体的にいうと、縦変位規制手段なら、上壁部の横方向への変位（開き変位）に追従しつつ、縦方向の変位を所定範囲内に規制できる。
【００３２】
《変位測定》
変位測定手段は、上壁部および／または側壁部の変位を測定する。上述した変位規制手段により、一定方向の変位を拘束または規制できたとしても、成形中にダイスは種々の変形（変位）を生じる。そこで変位測定手段を設けることにより、成形中における型たわみ量を適確に把握できる。
【００３３】
変位測定手段は、例えば、上壁部や側壁部に、予め設定しておいた測定点の横方向への変位を測定する横変位測定手段や縦方向の変位を測定する縦変位測定手段である。測定点の配置や数、測定変位の方向等は任意である。また、変位測定手段は、上壁部や側壁部の傾き等の角度を測定する角度測定手段でもよい。一例を挙げると、縦変位規制手段により縦方向の変位が規制されている上壁部（左右端面等）に設けた所定の測定点について、その横方向の変位を横変位測定手段で測定してもよい。
【００３４】
変位測定手段は、例えば、近接センサー、レーザ変位計等により構成される。変位測定箇所（測定点）は、複数でも単数でもよい。成形品の形状精度に影響を及ぼす代表的な変位（型たわみ量の最大値等）が選択的に測定されてもよい。なお、本明細書でいうダイス（上壁部や側壁部）の変位（型たわみ量、型ひずみ量）は、特に断らない限り、弾性変位（変形量）である。
【００３５】
《評価情報》
上述した評価装置を用いてプレス成形を行うと、成形時に生じるダイスの変位（型たわみ量）と、得られた成形品の形状との相関を明らかにできる。ダイスの変位や成形品の形状は、それらの指標値（変位指標値、形状指標値）により関連付けられるとよい。
【００３６】
ダイスの変位指標値は、例えば、成形中に上壁部や側壁部に生じる各変位の最大値等である。なお、変位には、特に断らない限り、横方向や縦方向の直線的な変位に限らず、角変位も含まれる。
【００３７】
成形品の形状指標値は、例えば、成形品の特定位置における変位量または変位角である。例えば、開溝状（断面Ｕ字状）の成形品なら、形状指標値として、開き量や開き角がある。開き量は、成形品の側壁部の所望形状からの直線的なズレ量（開溝内幅の拡大量）である。開き角は、成形品の上壁部（フランジ部）または側壁部の所望形状からの回転角（傾角）である。
【００３８】
こうして得られた評価情報は、成形品形状の高精度な予測を行う解析手法の検証やそのために必要となるデータベースの獲得等に利用され得る。
【実施例】
【００３９】
プレス成形型のたわみ評価装置を製作し、型たわみ量と試験片のプレス成形品の形状との相関（評価情報）を明らかにした。このような具体例に示しつつ、本発明をさらに詳しく説明する。
【００４０】
《評価装置》
プレス成形型のたわみ評価装置Ｓ（単に「装置Ｓ」という。）と、それを用いて試験片ｗをプレス成形する様子を図１に示した。
【００４１】
装置Ｓは、ダイス１、パンチ２、パッド３、ベース４、縦変位規制手段５、横変位規制手段６、変位測定手段（図略）および油圧制御回路（図略）を備える。
【００４２】
ダイス１は、左右対称に配設された一対の断面コの字状の金型からなり、それぞれ、上壁部１１、側壁部１２、下壁部１３を有する。ダイス１は、一対の側壁部１２がそれぞれの内表面１２ａを対面させて配設されている。これにより、上方に開口した開溝状の凹部が形成されている。また、上壁部１１、側壁部１２および下壁部１３により囲まれて左右に開口している開溝状空間が、本発明でいう空洞部に相当する。
【００４３】
パンチ２は、方形板状の基部２１と、基部２１の中央から下方へ突き出した方形板状の凸部２２とを有する。
【００４４】
パッド３は、凸部２２と対向して配設された方形板状の柱体からなる。パッド３は、凸部２２との間で試験片ｗを挟持した後、パンチ２に対して所定の反力を保持しつつ、パンチ２と従動する。なお、ダイス１、パンチ２およびパッド３は、奥行方向（図１の紙面法線方向）に延在している。
【００４５】
ベース４には、一対のダイス１が設置される。ベース４は、パッド３を内包して、パッド３の上下動を許容する貫通穴を中央に有する。ダイス１の凹部とベース４の貫通穴は面一状に連なっている。
【００４６】
縦変位規制手段５は、空洞部内に収容された変位制御用の油圧シリンダー５１と、それを横方向へ滑らかに（低摩擦で）移動させるリニアガイド５２とを備える。油圧シリンダー５１は、上壁部１１を裏側から支持し、その縦方向の変位を所定値または所定範囲に規制している。
【００４７】
横変位規制手段６は、空洞部内に収容された変位制御用の油圧シリンダー６１と、それを支持する支持壁６２とを備える。支持壁６２は、下壁部１３の上面側に固定されている。油圧シリンダー６１は、側壁部１２を裏側から支持し、その横方向の変位を所定値または所定範囲に規制している。
【００４８】
変位測定手段は、例えば、上壁部１１の左右端面に予め設定しておいた特定点の横方向への変位ｘを測定するレーザ変位計からなる。
【００４９】
油圧制御回路は、パンチ２を駆動する油圧シリンダー（駆動手段／図略）、縦変位規制手段５の油圧シリンダー５１、および横変位規制手段６の油圧シリンダー６１へ油圧を供給する油圧回路と、その油圧を調圧する調整弁と、その調整弁を制御する制御装置（コンピューター）とからなる。
【００５０】
《評価方法》
装置Ｓにより試験片ｗを、次のようにしてプレス成形した。先ず、縦変位規制手段５と横変位規制手段６により、上壁部１１と側壁部１２の変位を所望の範囲に規制する。具体的には、油圧シリンダー５１と油圧シリンダー６１に、その所望の変位に応じた油圧を印加する。このとき、油圧シリンダー５１は、リニアガイド５２により支持されており、上壁部１１の横方向への変位に追従する。また、油圧シリンダー５１の先端部は球状であるため、上壁部１１の傾動は許容される。
【００５１】
次に、パンチ２を上端（上死点）まで上昇させておき、パッド３の上端面を、ダイス１の上壁部１１の上面と面一状態とする。それらの面上に、板状の試験片ｗを載置する。なお、本実施例では、試験片ｗとして、高張力鋼板（強度５９０ＭＰａ／３００×１００×ｔ２ｍｍ）を用いた。
【００５２】
その試験片ｗの上方から、パンチ２を下降させる。試験片ｗは、パンチ２の凸部２２の下端面とパッド３の上端面とに挟持されて、ダイス１の凹部へ押し込まれていく。パンチ２が下死点に到達したとき（本実施例では「成形終了時」という。）、試験片ｗの中央は開溝状に成形される（成形工程）。このとき、試験片ｗの外周側はダイス１の上壁部１１とパンチ２の基部２１により把持された状態となる。
【００５３】
ダイス１は、パンチ２により大きな荷重を受け、上壁部１１と側壁部１２は成形中に変形（型たわみ）を生じる。その一例として、例えば、上壁部１１の横方向の変位ｘを連続的にレーザ変位計により計測した（変位測定工程）。このとき得られた左右の上壁部１１の変位ｘと、パンチ２の変位（凸部２２の下端面が試験片ｗに当接してからの変位）との関係を図２に示した。
【００５４】
その成形後、パンチ２を上昇させて、試験片ｗの成形品を取り出した。その成形品の形状を計測した（形状計測工程）。その結果を図３に示した。図３には、パンチ２が下死点にある成形終了時（二点点鎖線）と、油圧シリンダー５１、６１へ供給する油圧を変更して成形した成形品の断面形状（破線と実線）とで示した。その油圧を高圧にして型たわみ量を小さくしたとき（高拘束状態：破線）、成形品のスプリングバック（除荷後の変形）も小さかった。一方、その油圧を低圧にして型たわみ量を大きくしたとき（低拘束状態：実線）、成形品のスプリングバックも大きくなった。なお、本実施例では、成形品の基準形状（キャビティ形状）として、開溝内幅：４６ｍｍ、下端面から上端面までの高さ：８０ｍｍとした。
【００５５】
《評価情報》
上述した上壁部１１等の変位測定と、成形品の形状計測との対応を明確にすることにより、型たわみ量が成形品の形状に及ぼす影響を定量化できる。例えば、上壁部１１の変位ｘの最大値（型たわみ量／変位指標値）と、成形品の開き量の最大値（形状指標値）との関係は、図４のような比例関係となる。なお、開き量は、所定高さ（例えば下端から６７ｍｍ上方位置）において、基準形状である開溝内幅と、実際の成形品の開溝内幅との差（ズレ量）である。
【００５６】
成形品の形状指標値として、上述した開き量の他、図５に示すように、側壁部に着目した開き角θ１や曲率ρ（１／ｒ）、上壁部に着目した開き角θ２などを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
Ｓ    プレス成形型のたわみ評価装置
１    ダイス
１１  上壁部
１２  側壁部
２    パンチ
５    縦変位規制手段
６    横変位規制手段
【図１】
2020146696.tif 000003
【図２】
2020146696.tif 000004
【図３】
2020146696.tif 000005
【図４】
2020146696.tif 000006
【図５】
2020146696.tif 000007