(57)【要約】【課題】コストを低減できるプレス機の成形条件決定方法を提供すること。【解決手段】プレス機の成形条件決定方法は、しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力を求める手順と、この求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力Ｐ３として、基準しわ押え力Ｐ３の成形開始から成形完了までの平均値を算出する手順と、当該算出した平均値Ｐ３が一定となるしわ押え力の変化パターンｔ１〜ｔ５の中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンｔ５を抽出する手順と、を備える。【選択図】図６
2010023101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機のしわ押え力を決定する成形条件決定方法であって、
しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力を求める手順と、
当該求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力として、当該基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する手順と、
当該算出した平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンを抽出する手順と、を備えることを特徴とする成形条件決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形条件決定方法に関する。例えば、自動車のボディを製造するプレス機の成形条件決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プレス機により、鋼板を絞り成形して自動車のボディを形成することが行われている。
このようなプレス工程では、例えば、サーボモータを用いたサーボプレス機が用いられる。このサーボプレス機によれば、成形中に上型のスライド速度およびダイクッション圧を自在に変化させることができるため、プレス成形の自由度が高く、サイクルタイムを短縮できる。
【０００３】
ところで、以上のプレス工程では、実際にプレス機を用いて成形品の試作を繰り返すことで、最適な成形条件を決定する。
例えば、予め試作を行って、各スライド速度について、成形品の品質が一定基準を満たすことのできるダイクッション圧の最低値および最高値を求めて、データベース化しておく。そして、プレス成形時には、スライド速度に応じて、このデータベースからダイクッション圧の最低値および最高値を読み出し、ダイクッション圧を、この最低値と最高値との中間値とする（特許文献１参照）。
この方法によれば、スライド速度に応じて、容易にダイクッション圧を設定できる。
【特許文献１】特開２００１−９６３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示された手法では、スライド速度に応じてダイクッション圧を一義的に決定するものであり、サーボプレス機の最適な成形条件であるとは限らない。
したがって、実際には、サーボプレス機では、スライド速度とダイクッション圧との最適値を決定するために膨大な回数の試作を行う必要があり、その結果、工数が増加し、コストが上昇する、という問題がある。
【０００５】
本発明は、コストを低減できるプレス機の成形条件決定方法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】
【０００６】
本発明の成形条件決定方法は、プレス機（例えば、後述のサーボプレス機３０）のしわ押え力を決定する成形条件決定方法であって、しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力（例えば、後述のしわ押え力Ｐ４）を求める手順と、当該求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力（例えば、後述の基準しわ押え力Ｐ３）として、当該基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する手順と、当該算出した平均値が一定となるしわ押え力の変化パターン（例えば、後述の変化パターンｔ１〜ｔ５）の中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターン（例えば、後述の変化パターンｔ５）を抽出する手順と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値と、亀裂の発生との間には強い相関性があることを見出した。
そこで、この発明によれば、亀裂の発生を抑制できるしわ押え力として、基準しわ押え力を決定し、この基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する。そして、この平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンを抽出する。
すなわち、まず、亀裂の発生を抑制できる変化パターンを絞り込み、その後、この絞り込んだ変化パターンの中から、亀裂に加えてしわの発生を抑制できる変化パターンを特定する。このように平均値が一定となるという拘束条件の下で、しわ押え力の変化パターンを絞り込んだので、最適なしわ押え力の変化パターンを効率よく求めることができる。
【０００８】
その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
特に、サーボプレス機やＮＣダイクッションでは、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、成形条件を無数に設定可能であり、最適な成形条件を求めることは困難であるが、本発明によれば、試作の回数を大幅に削減できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、平均値が一定となるという拘束条件の下で、しわ押え力の変化パターンを絞り込んだので、最適なしわ押え力の変化パターンを効率よく求めることができる。その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、プレス機３０の概略構成を示す図である。
プレス機３０は、いわゆるサーボプレス機であり、ワークとしての鋼板３２の下側に配置された下型４１を有する下型機構４０と、下型４１に対して、上型５１を接近、離隔させる上型機構５０と、これら下型機構４０および上型機構５０を制御する制御装置３１と、を有する。
【００１１】
上型機構５０は、サーボモータ５２と、該サーボモータ５２によって回転駆動される減速ギア５３と、該減速ギア５３によって大きいトルクで回転駆動される回転板５４と、該回転板５４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５５とを有する。
【００１２】
サーボモータ５２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５２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５２はフィードバック制御される。
【００１３】
上型機構５０は、さらに、コネクティングロッド５５の下端に軸支されたスライダ５６を備え、上型５１は、スライダ５６の下面に設けられる。
【００１４】
上型５１は、下型４１とともに鋼板３２を挟んでプレス加工するものであって、下面に鋼板３２の上面に当接するための型面５１ａが設けられている。この５１は、凹んだ曲面となっており、上型５１の周辺には、環状のホルダ５７が設けられている。ホルダ５７の先端面は水平であり、型面５１ａよりもやや突出している。したがって、ホルダ５７は、鋼板３２に対して型面５１ａよりも先行して当接することになる。
【００１５】
下型機構４０は、下型４１に加えて、ベースとなる固定台４２と、鋼板３２の周辺部を支持する環状のブランクホルダ４３と、該ブランクホルダ４３を昇降させるダイクッション機構４４とを有する。
【００１６】
下型４１は、固定台４２の上部に設けられており、上型５１とともに鋼板３２を挟んでプレス加工する。この下型４１の上面には、鋼板３２の下面に当接するための型面４１ａが設けられている。
【００１７】
ブランクホルダ４３は、ホルダ５７と対向する位置に設けられ、鋼板３２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５７ともに鋼板３２の端部を挟持する。
【００１８】
ダイクッション機構４４は、下方から固定台４２および下型４１を貫通してブランクホルダ５４の下部を支持する複数のピン４５と、これらのピン４５を昇降させる図示しない油圧式の昇降機構とを有する。
【００１９】
昇降機構は、ピン４５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３１に接続されており、制御装置３１からの信号に基づいて所定の圧力制御を行うことで、ブランクホルダ４３とホルダ５７とで、鋼板３２の周辺部を適切な圧力（ダイクッション圧）で押圧して、しわ押さえを行う。
【００２０】
制御装置３１は、サーボモータ５２を回転駆動させて上型５１を下型４１に対して進退させるとともに、ダイクッション機構４４を駆動して、ブランクホルダ４３を昇降させる。
【００２１】
以上のプレス機３０を用いて鋼板３２をドロー成形する手順について図２を参照しながら説明する。
【００２２】
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４３を所定位置まで上昇させておき、該ブランクホルダ４３によって未加工の鋼板３２を支持する。また、上型５１は上死点まで上昇させておく。次に、ステップＳ２において、制御装置３１の作用下に、サーボモータ５２を回転駆動してスライダ５６を下降させる。以下、このスライダ５６の速度をスライド速度と呼ぶ。
【００２３】
スライダ５６をある程度下降をさせると、ホルダ５７が鋼板３２の上面に接触し、該鋼板３２はホルダ５７とブランクホルダ４３により挟持される。この時点から、制御装置３１の作用下にホルダ５７を下降させる（ステップＳ３）。具体的には、制御装置３１の作用下にブランクホルダ４３が鋼板３２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３２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４３は、ホルダ５７によって鋼板３２を介して押圧され、該鋼板３２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３２はホルダ５７とブランクホルダ４３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５１と下型４１によって製品形状にプレスされる。
【００２４】
ステップＳ４において、制御装置３１は、スライダ５６の位置を下死点（つまり、上型５１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３１の作用下に、サーボモータ５２を回転駆動して、スライダ５６をパネル搬送位置まで上昇させる。
【００２５】
ステップＳ６において、スライダ５６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５６の上昇を継続する。ステップＳ７において、制御装置３１の作用下にブランクホルダ４３を上昇させる。これによりブランクホルダ４３は、スライダ５６よりもやや遅れて上昇することになる。
【００２６】
ステップＳ８において、制御装置３１の作用下に、ブランクホルダ４３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４３の上昇を一時停止させ、ドロー成形加工が終了した鋼板３２を図示しない搬送手段によって次工程のステーションへ搬送する。
【００２７】
ステップＳ１０において、制御装置３１は、ブランクホルダ４３を再上昇させて、ブランクホルダ４３を加工待機位置まで到達させる。ステップＳ１１において、未加工の鋼板を所定の位置に配置する。なお、この間もスライダ５６は上昇を継続している。ステップＳ１２において、制御装置３１は、スライダ５６を上死点まで到達させる。
【００２８】
次に、プレス機３０のスライダの変位について図３を参照して説明する。
上述のドロー成形では、スライダ５６つまり上型５１を、図３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５１を上死点（Ｘ１）から所定のスライド速度で下降させ、鋼板に接触する位置（Ｘ２）の直前で速度を低下させて、この遅いスライド速度で鋼板に接触し、その後、速度を上昇させつつ、プレス成形する。上型５１が下死点（Ｘ０）に到達すると、この上型５１を、元のスライド速度（所定速度）で上昇させる。
【００２９】
次に、以上のプレス機３０のダイクッション圧を決定する手順について説明する。
まず、しわ押え力を成形開始から成形完了まで一定として、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力を求める。
例えば、図４に示すように、成形開始から成形完了まで一定のしわ押え力Ｐ１〜Ｐ５を設定し、これらしわ押え力Ｐ１〜Ｐ５ついてプレス成形を実行し、亀裂が発生し得る最小のしわ押え力として、しわ押え力Ｐ４を求める。
【００３０】
次に、求めたしわ押え力よりも低い値を基準しわ押え力とし、この基準しわ押え力の成形開始から成形完了までの平均値を算出する。
例えば、図４では、しわ押え力Ｐ４よりも低い値、ここでは、しわ押え力Ｐ３を基準しわ押え力とする。基準しわ押え力Ｐ３は、材料の特性や製品形状に基づいて決定されるが、具体的には、しわ押え力Ｐ４よりも１％から２５％程度低い値とする。そして、この基準しわ押え力Ｐ３を成形開始から成形完了までのスライダ位置で積分した後、成形ストロークで除して、平均値を算出する。具体的には、この平均値はＰ３となる。
【００３１】
次に、この算出した平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンの中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンを抽出する。
【００３２】
例えば、平均値Ｐ３が一定となるしわ押え力の変化パターンとして、しわ押え力を線形に変化させたものを想定する。すると、しわ押え力の変化パターンは、図５に示すように、成形開始時のしわ押え力Ｑ１と成形完了時のしわ押え力Ｑ２の２つのパラメータで決定される。
そこで、図６に示すように、横軸を成形開始時のしわ押え力Ｑ１、縦軸を成形完了時のしわ押え力Ｑ２として表すと、全ての変化パターンは、図６中の点として表される。すると、成形開始から成形完了までしわ押え力一定となる変化パターンは、図６の原点から延びる直線ｓ上にプロットされる。
【００３３】
また、平均値が同一となるしわ押え力の変化パターンは、直線ｓに直交する直線上の点で表されるため、平均値Ｐ３が同一となるしわ押え力の変化パターンは、直線ｔ上の点ｔ１〜ｔ５で表される。よって、変化パターンｔ１〜ｔ５についてプレス成形を実行し、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能な最適値として、変化パターンｔ５を抽出する。
これら変化パターンｔ１〜ｔ５を、縦軸をしわ押え力、横軸をスライダ位置として表すと、図７のようになる。
【００３４】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）基準しわ押え力Ｐ３を決定し、この基準しわ押え力Ｐ３の成形開始から成形完了までの平均値Ｐ３を算出する。そして、この平均値Ｐ３が一定となるしわ押え力の変化パターンｔ１〜ｔ５の中から、しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターンｔ５を抽出する。すなわち、まず、亀裂の発生を抑制できる変化パターンを絞り込み、その後、この絞り込んだ変化パターンの中から、亀裂に加えてしわの発生を抑制できる変化パターンを特定する。このように平均値Ｐ３が一定となるという拘束条件の下で、しわ押え力の変化パターンを変化パターンｔ１〜ｔ５に絞り込んだので、最適なしわ押え力の変化パターンｔ５を効率よく求めることができる。
その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
その結果、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
特に、サーボプレス機３０やＮＣダイクッションでは、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、成形条件を無数に設定可能であり、最適な成形条件を求めることは困難であるが、本発明によれば、試作の回数を大幅に削減できる。
【００３５】
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、ここでは、平均値が一定となるしわ押え力の変化パターンとして、しわ押え力を線形に変化させたものを想定したが、これに限らない。すなわち、図８に示すように、しわ押え力をスライダの所定位置ａでステップ状に変化させてもよい。また、図９に示すように、スライダが成形開始位置から所定位置ｂに到達するまでは、しわ押え力を線形に増加させて、その後、スライダが所定位置ｂから成形完了位置に到達するまでは、しわ押え力を線形に減少させてもよい。
さらに、図８に示すようなしわ押え力のステップ状の変化と、図９に示すようなしわ押え力の線形の増加および減少と、を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る成形条件決定方法が適用されるプレス機の概略構成を示す図である。
【図２】前記実施形態に係るプレス機の加工手順を示すフローチャートである。
【図３】前記実施形態に係るプレス機のスライダ位置と成形時間との関係を示す図である。
【図４】前記実施形態に係る成形条件決定方法について、成形開始から成形完了まで一定のしわ押え力を、縦軸をしわ押え力、横軸をスライダ位置として表した図である。
【図５】前記実施形態に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンのパラメータを示す図である。
【図６】前記実施形態に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを、縦軸を成形開始時のしわ押え力、横軸を成形完了時のしわ押え力として表した図である。
【図７】前記実施形態に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを、縦軸をしわ押え力、横軸をスライダ位置として表した図である。
【図８】本発明の変形例に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを表した図である。
【図９】本発明の別の変形例に係る成形条件決定方法について、しわ押え力の変化パターンを表した図である。
【符号の説明】
【００３７】
３０        サーボプレス機
Ｐ４        亀裂が発生し得る最小のしわ押え力
Ｐ３        基準しわ押え力、平均値
ｔ１〜ｔ５  平均値が一定となるしわ押え力の変化パターン
ｔ５        しわおよび亀裂の両方の発生を抑制可能なしわ押え力の変化パターン
【図１】
2010023101.tif 000003
【図２】
2010023101.tif 000004
【図３】
2010023101.tif 000005
【図４】
2010023101.tif 000006
【図５】
2010023101.tif 000007
【図６】
2010023101.tif 000008
【図７】
2010023101.tif 000009
【図８】
2010023101.tif 000010
【図９】
2010023101.tif 000011