(57)【要約】【課題】  被加工板材における変形周囲に引張力を生じさせることなく成形限界の向上を可能とする逐次張出成形方法及びその装置を提供する。【解決手段】成形工具を被加工板材に押圧しながら、等高線加工データに従って成形工具を移動させて徐々に張出変形させる逐次張出成形方法において、加工時に弾性体基台の上方に設置される被加工板材を成形工具にて弾性体基台に押し込むことで、被加工板材における張出変形領域を弾性体基台内部に沈み込んだ位置に移動させて加工することを特徴とする逐次張出成形方法、及び基台と、基台に収容される弾性体基台と、弾性体基台の上方に設置される被加工板材を基台に固定する固定手段と、成形工具を被加工板材に対して数値制御により相対移動させる制御手段とを備えることを特徴とする逐次張出成形装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形工具を被加工板材に押圧しながら、等高線加工データに従って前記成形工具を移動させて徐々に張出変形させる逐次張出成形方法において、
加工時に弾性体基台の上方に設置される前記被加工板材を前記成形工具にて前記弾性体基台に押し込むことで、前記被加工板材における張出変形領域を前記弾性体基台内部に沈み込んだ位置に移動させて加工することを特徴とする逐次張出成形方法。
【請求項２】
前記被加工板材は、前記弾性体基台の上端面に当接した状態で設置される請求項１に記載の逐次張出成形方法。
【請求項３】
前記被加工板材は、前記弾性体基台の上端面から上方に間隙を有した状態で設置される請求項１に記載の逐次張出成形方法。
【請求項４】
成形工具を被加工板材に押圧しながら、等高線加工データに従って前記成形工具を移動させて徐々に張出変形させる逐次張出成形装置において、
基台と、
前記基台に収容される弾性体基台と、
前記弾性体基台の上方に設置される前記被加工板材を前記基台に固定する固定手段と、
前記成形工具を前記被加工板材に対して数値制御により相対移動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする逐次張出成形装置。
【請求項５】
前記弾性体基台は、当該上端面が前記基台の上端面と略同一平面となる位置にて設置される請求項４に記載の逐次張出成形装置。
【請求項６】
前記弾性体基台は、当該上端面が前記基台の上端面から下方に間隙を有してなる位置にて設置される請求項４に記載の逐次張出成形装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記成形工具にて前記被加工板材を前記弾性体基台に押し込んだ状態で数値制御により前記等高線加工データに従って２次元的に相対移動させる請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の逐次張出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状の被加工板材を成形工具により押圧しながら、徐々に成形する逐次張出成形方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、専用の金型を必要とせずに複雑な造形や厳しい張り出しを可能とする逐次張出成形法、いわゆるインクリメンタルフォーミング法が公知である。この加工法は、生産性は低いものの極少量品の短期間での製造に優れており、鉄道車両構造部材、自動車板金部品の試作等の広範囲で活用されている。
【０００３】
例えば、成形工具を装着したＮＣフライス盤を用いて加工するもので、当該ＮＣフライス盤上に被加工板材Ｗの周縁を保持した治具を設置し、逐次張出成形を行うものが公知である（特許文献１参照）。
【０００４】
当該治具は、図６及び図７に示すように、下側基台６の隅から支持部材７を立設させ、略中央部にて被加工板材Ｗを下方から支持する下側工具８を立設させてなり、支持部材７の位置に対応するよう貫通孔が設けられるとともに、略中央部に挿通孔９が設けられた上側基台１０を弾性部材１１を介して夫々嵌め込み、上下にスライド可能に設置した構成としている。被加工板材Ｗは、上側基台１０上に載置されるとともに、その周縁を固定枠１２によって保持されている。
【０００５】
そして、ＮＣフライス盤に取り付けられた成形工具１３を移動させながら、予め所望形状に作製しておいた等高線加工データに従って、上から一層毎に押圧成形していくことによって、被加工板材Ｗが所望の形状に加工される。当該押圧成形時において、上側基台１０は成形工具１３の押圧成形に応じて、弾性部材１１の弾性力に抗するようにして下方にスライドするものである。また、周縁が保持される被加工板材Ｗを下方へ可動させる構成としてもよいものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１１７３３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記加工においては、周縁が保持される被加工板材Ｗを下方へ可動させる為の簡易型の治具を必要とするものである。また、当該治具を使用しない構成においては、成形工具１３による押圧変形に同期して、周縁が保持される被加工板材Ｗを下方へ可動させる構成を備えた、例えば高額な３軸制御による専用のＮＣ加工設備が必要となるものである。
【０００８】
また、加工時に被加工板材Ｗを下方へ可動させることから、下側工具８により放射状に引張りを受けた状態で保持されることになる。当該状態にて、成形工具１３の先端球面部により連続的に張出変形させることから、引張応力が一定レベルに達すると破断が生じるものである。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するものであって、被加工板材における変形周囲に引張力を生じさせることなく成形限界の向上を可能とする逐次張出成形方法及びその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記問題点を解決するために、本発明の請求項１に記載の逐次張出成形方法は、成形工具を被加工板材に押圧しながら、等高線加工データに従って前記成形工具を移動させて徐々に張出変形させる逐次張出成形方法において、加工時に弾性体基台の上方に設置される前記被加工板材を前記成形工具にて前記弾性体基台に押し込むことで、前記被加工板材における張出変形領域を前記弾性体基台内部に沈み込んだ位置に移動させて加工することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の逐次張出成形方法は、請求項１に記載の逐次張出成形方法において、前記被加工板材が前記弾性体基台の上端面に当接した状態で設置されるものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載の逐次張出成形方法は、請求項１に記載の逐次張出成形方法において、前記被加工板材が前記弾性体基台の上端面から上方に間隙を有した状態で設置されるものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載の逐次張出成形装置は、成形工具を被加工板材に押圧しながら、等高線加工データに従って前記成形工具を移動させて徐々に張出変形させる逐次張出成形装置において、基台と、前記基台に収容される弾性体基台と、前記弾性体基台の上方に設置される前記被加工板材を前記基台に固定する固定手段と、前記成形工具を前記被加工板材に対して数値制御により相対移動させる制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載の逐次張出成形装置は、請求項４に記載の逐次張出成形装置において、前記弾性体基台を当該上端面が前記基台の上端面と略同一平面となる位置にて設置されるものである。
【００１５】
また、本発明の請求項６に記載の逐次張出成形装置は、請求項４に記載の逐次張出成形装置において、前記弾性体基台を当該上端面が前記基台の上端面から下方に間隙を有してなる位置にて設置されるものである。
【００１６】
また、本発明の請求項７に記載の逐次張出成形装置は、請求項４から請求項６に記載の逐次張出成形装置において、前記制御手段が前記成形工具にて前記被加工板材を前記弾性体基台に押し込んだ状態で数値制御により前記等高線加工データに従って２次元的に相対移動させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の逐次張出成形方法及びその装置では、被加工板材を弾性体基台の上方に載置して加工を行うので、被加工板材を弾性体基台の内部に連続的に押し込んだ状態で加工成形することができる。これにより、成形工具の先端における張出変形領域の周囲には、従来法のように、被加工板材を下方へ可動させることによる引張力が発生することがないので、張り出しによる割れが抑制され、成形限界の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例における逐次張出成形方法の加工前の説明図である。
【図２】本発明の実施例における逐次張出成形方法の加工中の説明図である。
【図３】本発明の実施例における逐次張出成形方法の加工中の説明斜視図である。
【図４】本発明の実施例における逐次張出成形方法の加工時の張出変形領域を示す拡大説明図である。
【図５】本発明の実施例における別実施例の逐次張出成形方法の加工前の説明図である。
【図６】従来における逐次張出成形方法の加工前の説明図である。
【図７】従来における逐次張出成形方法の加工中の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態における逐次張出成形方法及びその装置を図面に基づいて説明する。当該逐次張出成形方法は、加工時において、基台内に収容される弾性体基台の上方に設置される被加工板材を成形工具にて弾性体基台に押し込むことで、被加工板材における張出変形領域を弾性体基台内部に沈み込んだ位置に移動させて、徐々に加工し所望の形状に成形するものである。
【実施例１】
【００２０】
本発明に係る逐次張出成形装置は、図１から図４に示すように、成形工具５が装着されるＮＣフライス盤（図示しない）のテーブル上に設置される基台１と、基台１に収容される弾性体基台２と、弾性体基台２の上方に設置される被加工板材Ｗを基台１に固定する固定手段とを備えてなる。
【００２１】
本実施例において、成形工具５は、制御手段となるＮＣフライス盤の数値制御により、水平方向の２次元方向に相対移動自在とされる。この際、成形工具５の垂直方向への移動は、加工前後に適宜行われる。また、成形工具５は、制御手段における数値制御により、水平方向及び垂直方向の３次元方向に相対移動自在とするものを採用することもできる。
【００２２】
基台１は、被加工板材Ｗを固定するものであり、例えば略中央部に所定深さの凹部を有した略直方体状に形成される。当該凹部には、弾性体基台２が収容される。また、当該凹部は、基台１に対して貫通したものとすることもできる。基台１は、ＮＣフライス盤におけるテーブルの所定位置に固定される。
【００２３】
弾性体基台２は、ポリウレタン等の合成樹脂、合成ゴム等から形成され、当該上端面が基台１の上端面と略同一平面上に位置するようにして基台１に収容される。弾性体基台２は、基台１の凹部と略同等形状とし、固定手段を設けることなく、嵌め込みによって固定した状態とすることもできるし、適宜の固定手段を用いて基台１に固定してもよいものである。
【００２４】
そして、被加工板材Ｗを基台１及び弾性体基台２の上方に設置するものである。このとき、被加工板材Ｗは、基台１及び弾性体基台２の上端面に当接した状態で設置される。被加工板材Ｗは、例えば、アルミニウム板から形成されるが、これに限られるものではない。
【００２５】
また、被加工板材Ｗは、基台１の上端面に被加工板材Ｗの周縁を載置した状態で固定手段により固定される。具体的には、当該周縁を固定枠３を介してボルト等の締結部材４により基台１に固定する。これにより、被加工部材Ｗの周縁は、基台１と固定枠３により挟持されて固定される。被加工板材Ｗが固定される箇所はその周縁に限られるものではないし、固定手段がボルト等に限られるものではないのは勿論である。
【００２６】
成形工具５は、制御手段となるＮＣフライス盤に装着され、被加工板材Ｗに対する押圧により逐次張出成形を行うものである。当該成形工具５の先端は、略半球面状に形成される。
【００２７】
このようにして構成される逐次張出成形装置は、図１から図４に示すように、次のようにして成形される。まず、制御手段となるＮＣフライス盤（図示しない）のテーブル上に固定される基台１及び弾性体基台２の上端面に当接するように被加工部材Ｗを載置し、当該周縁を固定枠３を介して締結部材４により基台１に固定する。
【００２８】
そして、ＮＣフライス盤に装着された成形工具５を予め所望の形状を成形するよう入力された等高線加工データに従って制御し、成形工具５を被加工板材Ｗに押圧させた状態で移動させて加工成形する。
【００２９】
当該加工時における被加工部材Ｗの張出変形領域Ｗ１について、図４に基づいて説明する。図４は、逐次張出成形方法における加工時の張出変形領域Ｗ１を示す拡大説明図である。尚、図面及び説明の便宜上、弾性体基台２、被加工板材Ｗ、成形工具５の夫々の間隙を誇張して記載している。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、当該加工時において、成形工具５の下方には、被加工板材Ｗを介して弾性体基台２が設けられることから、被加工板材Ｗを弾性体基台２の内部に連続的に押し込んだ状態で加工成形することができる。すなわち、成形工具５によって弾性体基台２に押し込むことで、被加工板材Ｗにおける張出変形領域Ｗ１を弾性体基台２内部に沈み込んだ位置に移動させて加工するものである。張出変形領域Ｗ１は、成形工具５の先端形状に即した略円弧状となる。これにより、被加工板材Ｗに対して成形工具５の軌跡に沿った線状の張出変形を付与することが可能となる。このとき、従来法のように、成形工具５の先端における張出変形領域Ｗ１の周囲には、被加工板材Ｗを下方へ可動させることによる引張力が発生することがない。これにより、張り出しによる割れが抑制されるので、成形限界の向上を可能とすることができる。
【００３１】
そして、制御手段により成形工具５が通過し、被加工板材Ｗ面上の負荷が除去された後の状態においては、図４（ｂ）に示すように、弾性体基台２が復元することにより、加工後の張出変形領域Ｗ１はその外側方向へ押し戻される。このとき、成形工具５の進行方向に対して直交する被加工板材Ｗの断面形状は、成形工具５の先端で張り出された付近を接触点として、その両端部が隆起した形状となる。より詳細には、略円弧状に形成された張出変形領域Ｗ１（接触点）から両端部に形成される曲面において、被加工板材Ｗの平坦面部と加工後の張出変形領域Ｗ１との交点箇所に位置する曲部Ｗ２、Ｗ３が形成される。当該曲部Ｗ２は、所望の形状を形成する側壁側の交点箇所に形成され、曲部Ｗ３は、次周回にて加工される側の交点箇所に形成される。
【００３２】
当該曲部Ｗ２、Ｗ３の生成においては、成形工具５により張出成形領域Ｗ１が両端部に張り出されることにより、その周辺の被加工板材Ｗは、面内の圧縮応力により座屈が生じるとともに、弾性体基台２の変形、並びに被加工板材Ｗが弾性体基台２上に設置されることも作用して、上方へと盛り上がるものである。
【００３３】
そして、被加工板材Ｗは周回する成形工具５により、通過後の成形工具５ａ側、すなわち、所望の形状を形成する側壁側の曲部Ｗ２の被加工板材Ｗが盛り上がった状態となる。一方、次周回にて通過する成形工具５ｂ側、すなわち、次周回にて加工される側の曲部Ｗ３の被加工板材Ｗが弾性体基台２から浮き上がった状態となる。これによって、被加工板材Ｗは全体として、所望の形状を形成する側壁側を高くした状態となる。
【００３４】
そして、次周回において、成形工具５が浮き上がった状態における曲部Ｗ３近傍を通過して、当該箇所を弾性体基台２に押し込むことでその浮き上がりを縮小させるとともに、所望の形状における側壁側へと送り出す。これにより、図４（ｃ）の状態とする。このとき、被加工板材Ｗの板厚、材料特性等にもよるが、曲部Ｗ３の内側（図４（ｂ）における曲部Ｗ２側）を成形工具５の中心が通過するように加工を行うことで、当該曲部Ｗ３の縮小をより確実に行うことができ、しわが増大するのを防止することができるので望ましい。これを等高線加工データに従って繰返し行い、成形工具５を移動させて徐々に張出変形させることで、本発明における逐次張出成形が行われる。
【００３５】
以上、説明した本発明に係る逐次張出成形方法によれば、被加工板材Ｗを弾性体基台２上に載置して加工を行うので、被加工板材Ｗを弾性体基台２の内部に連続的に押し込んだ状態で加工成形することができる。これにより、成形工具５の先端における張出変形領域Ｗ１の周囲には、従来法のように、被加工板材Ｗを下方へ可動させることによる引張力が発生することがないので、張り出しによる割れが抑制され、成形限界の向上を可能とする。
【００３６】
また、従来法のように、成形工具１３による押圧変形に同期して、周縁が保持される被加工板材Ｗを下方へ可動させる構成が不要となることから、高額な専用設備を備えることなく、所望の形状を成形するよう入力された等高線加工データに従って制御可能な汎用ＮＣフライス盤を採用することができ、設備投資を削減することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明に係る逐次張出成形方法及びその装置の実施例２について、図５に基づいて説明する。本実施例２における逐次張出成形方法においては、実施例１における方法と略同様であるが、逐次張出成形装置の被加工板材Ｗが設置される位置について実施例１と相違するものである。詳細につき、以下に説明する。
【００３８】
実施例２における逐次張出成形装置は、図５に示すように、弾性体基台２の上端面を基台１の上端面から間隙ｔをもって下方に位置させた状態で基台１に収容するものである。
【００３９】
当該装置における被加工板材Ｗの固定においては、実施例１と同様にして、基台１の上端面に被加工板材Ｗの周縁を載置した状態で固定手段により固定するものである。このとき、被加工板材Ｗは、弾性体基台２の上方に設置されるものであるが、弾性体基台２の上端面に当接せず、当該上端面から間隙ｔをもって上方に設置される。
【００４０】
このようにして構成される逐次張出成形装置において、実施例１と同様にして成形が行われるものであるが、加工時における張出成形領域Ｗ１の曲部Ｗ３、すわなち、次周回にて加工される側の被加工板材Ｗの形状が相違するものである。
【００４１】
実施例１にて上述したように、加工時における張出成形領域Ｗ１の両端部の曲部Ｗ２、Ｗ３の生成においては、成形工具５により張出成形領域Ｗ１が張り出されることにより、弾性体基台２の変形、並びに被加工板材Ｗが弾性体基台２上に設置されることも作用して、その周辺の被加工板材Ｗが圧縮応力により盛り上がるものである。
【００４２】
一方、実施例２の加工時において、被加工板材Ｗは、弾性体基台２との間に間隙ｔを有して設置されることから、成形工具５による張出成形領域Ｗ１の加工にあたり、被加工板材Ｗは下方に撓んだ状態で加工されることとなる。すなわち、成形工具５により加工される箇所以外においては、被加工板材Ｗは弾性体基台２に当接することがない状態となる。これにより、成形工具５により張出成形領域Ｗ１が張り出されることになるが、その周辺の被加工板材Ｗは下方に撓んでいることから、上方への座屈が抑制される。これにより、曲部Ｗ３が生成されるのを抑制することができ、実施例１より成形限界の向上を可能とすることができる。
【００４３】
上記実施例１及び実施例２において、基台１、弾性体基台２、成形工具５、被加工板材Ｗの形状、寸法、材質等を適宜変更して実施することが可能である。また、一部構成を省略することができるし、一部抽出した構成とすることができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１    基台
２    弾性体基台
３    固定枠
４    締結部材
５    成形工具
Ｗ    被加工板材
Ｗ１  張出変形領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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