(57)【要約】【課題】プレス成形に用いられる被加工材の中央部の板厚を減少させると同時に、形状を成形する予備成形方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明の予備成形方法は、押えロール１１，１４と展伸ロール１２，１５及び整形ロール１３とが被加工材Ｗの略板厚方向に移動して形状の少なくとも一部を成形する工程（ｃ）と、該押えロール１１が固定されて該被加工材Ｗに張力を付加し、該押えロール１１と該展伸ロール１２，１５及び該整形ロール１３が相対位置関係を維持しつつ該被加工材Ｗと略平行方向に移動して残りの形状を成形しながら、該展伸ロール１２が該被加工材Ｗに片側から圧接して該被加工材Ｗを曲げ伸ばし、該整形ロール１３が曲げられた該被加工材Ｗに他方側から接して略平面状に曲げ戻す工程（ｄ）を具備することを特徴とする。この予備成形方法により材料歩留まりが向上され、材料費の削減に貢献できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス成形に用いる板状の被加工材の片側若しくは両側に接している、
該被加工材を成形及び該加工材に張力を付加する少なくとも１本の棒状の押えロールと、
該被加工材に圧接して曲げ伸ばし成形をする少なくとも１本の棒状の展伸ロールと、
曲げられた該被加工材に接して略平面状に曲げ戻して整形をする少なくとも１本の棒状の整形ロールとが
相互に平行に初期配置され、
該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールが該被加工材の略板厚方向に移動して形状の少なくとも一部を成形する工程と、
該押えロールが固定されて該被加工材に張力を付加し、該展伸ロールと該整形ロールが相対位置関係を維持しつつ該被加工材と略平行方向に移動して残りの形状を成形すると同時に、該展伸ロールが先行して移動しながら該被加工材に片側から圧接して該被加工材を曲げ伸ばし、該整形ロールが後続して移動しながら曲げられた該被加工材に他方側から接して略平面状に曲げ戻す工程と、
を具備することを特徴とするプレス成形のための予備成形方法。
【請求項２】
プレス成形に用いる板状の被加工材の片側若しくは両側に接している、
該被加工材を成形及び該加工材に張力を付加する少なくとも１本の棒状の押えロールと、
該被加工材に圧接して曲げ伸ばし成形をする少なくとも１本の棒状の展伸ロールと、
曲げられた該被加工材に接して略平面状に曲げ戻して整形をする少なくとも１本の棒状の整形ロールと、
該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールを移動させるロール駆動手段と、
該ロール駆動手段に連結され、該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールを自由回転可能に把持するロール把持具と、
該被加工材の外周囲を把持する被加工材把持具とを具備し、
該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールが相互に平行に初期配置され、所定の移動が可能であることを特徴とするプレス成形のための予備成形装置。
【請求項３】
前記押えロールと前記展伸ロール及び前記整形ロールは、独立して自由回転が可能な少なくとも３つの部位で構成され、中央部は一定外径の円柱状又は円筒状であり、両端部は端部に向かって外径が徐々に縮径されて滑らかな曲率を持つ半長球状であることを特徴とする請求項２に記載の予備成形装置。
【請求項４】
前記ロール把持具は、前記押えロールと前記展伸ロール及び前記整形ロールの外径の縮径開始位置より内側にて把持することを特徴とする請求項３に記載の予備成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形に用いられる板状の被加工材の予備成形に好適な予備成形方法と予備成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的大型の金属板材、例えば自動車等のボディを構成する板金部品の成形には、通常はプレス成形方法が用いられる。プレス成形には大きな金型を製作する必要があるため製作時間とコストはかかるが、製品の広範囲を一度に成形できるため製造効率が良い。しかし、プレス成形は被加工材把持部周辺の縦壁（製品側面部）において被加工材の伸び量が大きく板厚が局部的に薄くなり、特にドアインナーパネルやリアフロアパネル等の形状が複雑な場合や絞りが深い場合は、割れやしわが発生する可能性がある。そのため、製品の深さが制限されて設計の自由度が減ったり、絞りビードの位置や長さ等の調整によって適切な材料の流入量を検討する必要がある。そして結果として、製品外部分の材料を流入させるため、材料の歩留まりが悪くなる。
【０００３】
通常の絞りプレス成形で材料歩留まりを向上させるためには、しわ押さえ方法を工夫する事が一般的である。例えば、特許文献１に、通常のプレスによる深絞り成形で、しわ押さえを二段階に実施することにより、材料歩留まりを向上させながら割れやしわを防ぐ方法及び装置が記載されている。しかし、この方法によって製品側面部の伸び量を調整することはできても、製品全体面積の大半を占める部分、つまり板材の中央部を平均的に伸ばすことができないため、その効果は限定的である。
【０００４】
圧延を用いれば板材全体を均一に伸ばすことはできるが、圧延後の板材を用いて製品形状をプレス成形する場合、すでに板厚が薄くなっている製品側面部の板材が更に伸ばされることになり、結果的に圧延前より圧延後の方が絞り量が取れないことになる。加えて圧延には非常に大きな力を発生させる必要があるため、設備も大がかりなものとなる。また、圧延では３次元形状を同時に成形することはできない。
【０００５】
特許文献２には、プレス成形ではなくロール成形を用いて金属板材を３次元形状に成形する方法及び装置が記載されている。成形中に複数の成形ロールの相対位置を変化させることで、様々な曲率の断面形状を成形することができる。比較的小型の成形ロールを用いて局部的な成形を繰り返すため、複雑な３次元形状を持つ比較的小さな製品には効果的であるが、大きな製品の全体形状を完成するには非常に時間がかかる。よって、一度に大きな面積の形状を短時間で成形する必要があるプレス成形の予備成形には不向きである。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６０５９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４０７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来の絞りプレス成形技術では、製品側面部の伸び量と製品外部分の材料流入量を調整する以外の手段がなく、製品全体を平均的に伸ばすことができないため歩留まり向上代は小さい。また、他の成形技術を用いても、プレス成形に用いる板状の被加工材中央部を平均的に伸ばすと同時に予備成形を短時間で行うことは困難である。
【０００８】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、プレス成形における材料歩留まりを向上させるために、被加工材中央部の板厚を減少させると同時に形状を成形する予備成形方法及び装置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】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、板状の被加工材に張力を付加しながら、２本の棒状のロールで被加工材を曲げ伸ばして更に曲げ戻すことにより被加工材の中央部を平均的に伸ばして板厚を薄くすることができると考え、この着想を具体化すると共に発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明のプレス成形のための予備成形方法は、プレス成形に用いる板状の被加工材の片側若しくは両側に接している、該被加工材を成形及び該加工材に張力を付加する少なくとも１本の棒状の押えロールと、該被加工材に圧接して曲げ伸ばし成形をする少なくとも１本の棒状の展伸ロールと、曲げられた該被加工材に接して略平面状に曲げ戻して整形をする少なくとも１本の棒状の整形ロールとが相互に平行に初期配置され、該押えロールと該展伸ロール及び該整形ロールが該被加工材の略板厚方向に移動して形状の少なくとも一部を成形する工程と、該押えロールが固定されて該被加工材に張力を付加し、該展伸ロールと該整形ロールが相対位置関係を維持しつつ該被加工材と略平行方向に移動して残りの形状を成形すると同時に、該展伸ロールが先行して移動しながら該被加工材に片側から圧接して該被加工材を曲げ伸ばし、該整形ロールが後続して移動しながら曲げられた該被加工材に他方側から接して略平面状に曲げ戻す工程とを具備することを特徴とする。
【００１１】
３本のロールを用いて例えば箱型の形状を成形する場合の本発明にかかる予備成形方法によると、まず３本のロールが相対位置関係を維持しつつ被加工材に対して略垂直方向に所定の位置まで移動して被加工材を変形させ、箱型形状のくぼみ形状の一部を成形する。その後、押えロールはその場に固定されて被加工材に張力を付加する。残る展伸ロール及び整形ロールは、相対位置関係を維持しつつ変形前の被加工材と略平行方向に所定の位置まで移動して、箱型形状のくぼみ形状底面を成形する。その際、先行する展伸ロールが被加工材の板厚方向に圧接され、被加工材を展伸ロールの外周面に沿わせて曲げ伸ばして板厚を薄くし、後続する整形ロールが曲げられた被加工材の反対側から接して略平面状に曲げ戻して整形する。こうして、所定の深さの箱型形状を成形すると同時に被加工材中央部の板厚を減少させることができる。
【００１２】
このような予備成形方法によって箱型に成形された被加工材を用いることで、従来の絞りプレス成形技術より材料の流入量を削減することができるため、従来の絞りプレス成形で成形する場合と同じ深さの形状を成形する場合には材料歩留まりが向上し、従来の絞りプレス成形と同じ材料歩留まりの場合には成形深さを大きくすることができる。また、特許文献２に記載のような局所的な成形を繰り返す逐次成形と比較するとロールの移動量が少なく、短時間で成形が完了する。更に、従来の絞りプレス成形に比較して、製品側面部の板厚が薄くならないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】予備成形装置の構成を示した正面図である。
【図２】予備成形装置の構成を示した側面図である。
【図３】ロール把持具の構成を示した正面図である。
【図４】ロール把持具とロールの把持構成を示した断面図である。
【図５】予備成形工程を示した説明図である。
【図６】成形後の被加工材の平面写真である。
【図７】成形後の被加工材の一断面における成形形状と板厚分布とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
≪ロール≫
本発明に係るロールは４つの異なる機能を持つ。１つ目の機能は、板状の被加工材を所定の形状に成形する機能である。２つ目の機能は、被加工材に圧接され、ロール外周面に沿って被加工材を曲げて伸ばし、板厚を薄くする機能であり、この機能を持つロールが展伸ロールである。３つ目の機能は、展伸ロールにより塑性変形して曲げられた被加工材に反対側から接して曲げ戻し、略平面状に整形する機能であり、この機能を持つロールが整形ロールである。４つ目の機能は、被加工材に対してこの曲げ伸ばし及び曲げ戻しの成形を効果的に実施するために、被加工材に張力を付加する機能であり、この機能を持つロールが押えロールである。つまり、本発明に係る目的を達成するためには、これら４つの機能を持つ少なくとも３本のロールが必要となる。
【００１５】
ここで、最小必要個数である３本のロールに関してその配置と移動経路について、被加工材は水平に配置され、かつ箱型形状のくぼみ形状が上側に成形される場合において説明する。初期位置として、被加工材片側端末に近い方から、押えロール、整形ロール、そして展伸ロールの順番で平行に並び、押えロールと展伸ロールが被加工材の下側に、そして整形ロールが上側に被加工材と平行に配置される。最初の工程として、３本のロールが共に被加工材の板厚方向である略上方へ移動し始め、所定の深さの箱型形状の一部を成形するまで移動する。展伸ロールと整形ロールは近接した相対位置関係を維持したまま同じ方向へ移動した方がよいが、押えロールはそれらとは別の任意の角度で移動してもよい。
【００１６】
次工程として、展伸ロール及び整形ロールは相対位置関係を維持しつつ水平方向に移動して、箱型形状のくぼみ形状底面を成形すると同時に、ロールによる曲げ伸ばし及び曲げ戻しによって板厚を薄くする。一方で押えロールの位置はその場に固定され、展伸ロール及び整形ロールの移動方向とは反対方向に被加工材に張力を付加している。展伸ロール及び整形ロールが所定の位置まで移動して箱型形状が完成した時点で全成形工程が完了する。
【００１７】
この曲げ伸ばし及び曲げ戻し工程を効果的に実施するために、更に押えロールを増設してもよい。ロールの本数が増えれば増えるほど被加工材に付加される張力が増えるため、板厚の減少効果も向上する。例えば、前述の展伸ロールの移動方向前方に押えロールを追加配置することで、被加工材に両側から張力を付加することができ、２本の押えロール間でなされる曲げ伸ばし及び曲げ戻す成形効果を高めることができる。また、展伸ロール及び整形ロールの本数も適宜増設しうる。複数回の曲げ伸ばし及び曲げ戻し作用によって、段階的に被加工材の板厚を薄くすることもできる。すなわち、本発明に係る各ロールの本数は、被加工材の材質、所望とする板厚減少率、予備成形の成形精度、設備の大きさ等を考慮して適宜変更し得る。また、各ロールの外径及び長さ等の寸法についても、被加工材若しくは製品の外形寸法、及び設備の大きさ等を考慮して適宜変更し得る。例えば、押えロールには大外径のロールを用いることで安定的に被加工材に張力を付与する一方、展伸ロール及び整形ロールには小外径のロールを用いてもよいし、展伸ロール及び整形ロールが複数本ある場合には、被加工材の板厚変化に応じて各ロールの外径を適宜変更することもできる。
【００１８】
本発明に係るロールは、被加工材との摩擦力を低減するために自由回転が可能な機構で把持されている。また、本発明に係る被加工材は外周囲を後述の被加工材把持具によって把持されているため、ロールが被加工材に圧接されて形状を成形する際、ロールの両端部において応力が集中して急激な形状変形や破断等が生じ易い場所である。そのため、ロールの両端部は、外径が徐々に縮径されて滑らかな曲率を持つ半長球状であることが望ましい。しかし、外径が異なるロール中央部と両端部では周長が異なるために、両端部における摩擦力が大きくなってしまう。この問題を解決するために、中央部と両端部を分割させることで部位ごとに回転速度を変更させることができる。ロール端部の分割数は多ければ多いほど摩擦力を低減できる。
【００１９】
≪ロール駆動手段≫
本発明に係るロール駆動手段は、ロールを上下方向（被加工材板厚方向）及び水平方向（被加工材平行方向）へ移動させる手段であり、モータ等の動力を発生させる動力源と、動力源が発生した動力を直線方向に伝達してロールを移動させる駆動軸とを具備する。動力源と駆動軸は、少なくとも上下方向及び水平方向にそれぞれ必要である。また、各ロールが異なる動きをする場合には、必要に応じて動力源と駆動軸を適宜増設できる。
【００２０】
≪ロール把持具≫
本発明に係るロール把持具は、駆動軸の端部に連結され、被加工材を成形するための力を駆動軸からロールへ効率的に伝達し、且つロールを自由回転可能に把持する。ロールを把持する位置は、前述のロール端部の滑らかな曲率を持つ半長球形状の効果を損なわないよう、ロールの縮径開始より内側、且つロール全体に均等に力が伝達される位置であることが望ましい。ロール把持具の一部分が被加工材と接触する場合、その接触面も自由回転可能であることが摩擦抵抗を抑えるために望ましい。例えば、自由回転するロールと非回転のロール把持具との摺動面には軸受を介在させることが好適である。また、ロール把持具が被加工材と接触する面には、圧接に耐えうる素材から成る薄板を環状に形成して自由回転が可能な構成で接触面に挟むことによって摩擦抵抗を低減できる。
【００２１】
≪被加工材把持具≫
本発明に係る被加工材把持部は、被加工材が  流れ込まないように外周囲を把持する。しっかりと被加工材を拘束することで、被加工材に張力を付加することができ、板厚減少効果が高まる。
【００２２】
≪その他≫
本発明に係る予備成形装置は、形状を成形するために、所定の移動経路通りにロールを移動させる制御部を具備する。制御に必要な位置座標及び時刻等の数値データを予め制御部に設定する。制御部は、予備成形装置の本体に組み込まれてもよいし、装置から離れた場所から遠隔操作できるように単独で配備されてもよい。また、ロールと被加工材の接触面に潤滑剤を塗布したり、ポリウレタン樹脂や合成ゴム等の薄い弾性体シートを挟むことにより、被加工材に付くロールの移動跡を目立たなくさせることもできる。
【実施例】
【００２３】
本発明に係る実施例について詳細に説明する。本実施例は、自動車のドアインナーパネルのプレス成形前の予備成形として箱型形状を成形する際に用いられる予備成形装置の例である。
【００２４】
≪予備成形装置≫
最初に予備成形装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る予備成形装置の構成を示した正面図であり、図２はその側面図である。便宜上、ロール１の回転軸方向をＸ軸、水平かつＸ軸に直行する方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とする。予備成形装置Ｓは、本体フレームＦと、被加工材把持パレットＰと、５本のロール１と、各ロール１に連結される５個のロール把持具２と、合計１０組のＺ軸移動を可能にするＺ軸モータ４及びＺ軸ネジ３のセットと、合計１０組のＹ軸移動を可能にするＹ軸モータ６及びＹ軸ネジ５のセットと、各ロールの移動経路等を制御する制御部Ｃとを備える。各ロールには２組のＺ軸モータ４及びＺ軸ネジ３のセット、及び２組のＹ軸モータ６及びＹ軸ネジ５のセットが具備される。なお、図１及び図２ではＹ軸モータ及びＹ軸ネジの一部が省略されている。制御部Ｃには各工具の移動を制御するために必要な時刻及び座標等の情報を入力でき、それらは表形式で定義されている。
【００２５】
本体フレームＦには、制御部Ｃを除くすべての構成部品が備え付けられ、被加工材が成形加工される際の荷重を支える骨格を成している。予備成形装置Ｓの中央部には被加工材把持具を有する被加工材把持パレットＰが配置され、被加工材を容易に交換できるようにＹ軸方向にスライド可能な機構を持つ。被加工材の交換方法は、被加工材把持パレットＰを本体フレームＦから手前に引き出し、被加工材を取り付け、被加工材の外周を被加工材把持具で把持した後、再び被加工材把持パレットＰを本体フレームＦ内部にフライドさせて固定する。被加工材把持パレットＰの上方には２本のロール１が、また下方には３本のロール１がＸ軸に平行に並べられ、被加工材を挟んで各ロール１が互い違いの相対位置関係で配置されている。ロール１をＺ軸方向へ移動させる動力を発生するＺ軸モータ４と動力をＺ軸方向へ伝達するＺ軸ネジ３は各ロール１に配備され、ロール把持具２を介して連結される。また、ロール１をＹ軸方向へ移動させる動力を発生するＹ軸モータ４と動力をＹ軸方向へ伝達するＺ軸ネジ３とが、被加工材把持パレットＰの上下にそれぞれ２組具備される。
【００２６】
≪ロール把持具≫
次に、ロール把持具２の構成について詳細に説明する。図３は、ロール１とロール把持具２の構成を説明する正面図である。ロール把持具２はロール１を２カ所において把持している。図４は、そのうち１カ所の把持部の構成を示す断面図である。ロール１は、中央部のロール１ｂ、両端部のロール１ａ及びロール１ｃの３部位で構成されており、それぞれが独立して自由回転が可能である。ロール１ｂは、同外径の円柱状である一方、ロール１ａ及びロール１ｃはロール外径が徐々に縮径されて滑らかな曲率を持つ半長球形状である。図４に示すように、ロール１の内部にはロール回転中心と同心の円柱状にくり抜かれた凹み形状を有し、ロール把持具２には円柱状の凸形状を有する。ロール１の凹み形状部とロール把持具２の凸形状部とが、軸受Ｂを介して組み合わされることで、ロール把持具２はロール１を自由回転可能に把持している。また、ロール把持具２と被加工材Ｗとの接触面には、自由回転可能な環状のスチールベルトＳＢを挟んで、摩擦抵抗を低減している。
【００２７】
≪成形工程≫
次に、成形工程について詳細に説明する。図５は、成形工程を説明した図である。(ａ)は、成形工程開始前のロールの初期配置を示す。(ｂ）は、展伸ロール１２だけが被加工材Ｗの板厚方向（Ｚ軸正方向）に圧接されている状態を示す。その後、（ｃ）の工程で、全てのロールがＺ軸正方向へその相対位置関係を維持しつつ任意の位置まで移動され、箱型形状のくぼみ形状部分の一部を成形する。（ｄ）の工程で、箱型形状の残りの部分を成形すると同時に板厚を薄くする。ここで、各ロールの移動と機能を説明する。まず、押えロール１１は（ｃ）工程で移動した位置に留まり、被加工材Ｗに張力を付加する。残りのロールはＹ軸正方向へ相対位置関係を維持しつつ任意の位置まで移動されて、箱型形状のくぼみ形状底面を成形しながら被加工材Ｗの板厚を曲げ伸ばし及び曲げ戻して薄くする。詳しくは、押えロール１４は、移動方向最前位置にて、被加工材Ｗを箱型形状のくぼみ形状底面を成形しながら更に張力を付加する。展伸ロール１２は被加工材Ｗの垂直方向に常時圧接され、被加工材Ｗを局部的に曲げ、塑性変形させて伸ばす。後続する整形ロール１３が、展伸ロール１２によって曲げられた被加工材Ｗに反対側から接して曲げ戻し、略平面状に整形する。展伸ロール１５は、展伸ロール１２の曲げ効果を高めるために補助的に被加工材Ｗを曲げて展伸ロール１２の外周面に沿わせる。このようにして、箱型形状を成形すると同時に被加工材Ｗの中央部の板厚を薄くする全工程が完了する。
【００２８】
≪評価≫
本実施例の予備成形装置を用いてプレス成形に用いる被加工材に予備成形を行い、図６に示すような予備成形後の被加工材を得た。図７のグラフから見て分かるように、被加工材は箱型形状に成形され、加工前は０．４ｍｍであった被加工材は、最薄部で０．３６ｍｍとなっており、板厚減少率は中央部の広い範囲で１０％に迫っている。また、従来の絞りプレス成形での課題であった側面部の板厚は中央部より厚くなっている。こうして、本発明に係る予備成形方法及び装置によって、プレス成形に用いられる被加工材を箱型形状に成形すると同時に被加工材中央部の板厚を略均一に薄くできることが確認された。加えて、被加工材が予備成形されているために、最終成形である絞りプレス成形時に被加工材をより強く把持することができ、材料を送り込む量を削減できる。そのため、予備成形を経た絞りプレス成形から製作された最終製品の材料歩留まりは、従来の絞りプレス成形のみによる製作時と比較して、３．６％も向上した。これにより、一回り小さい寸法の被加工材が使用でき、材料費の削減に貢献する。
【符号の説明】
【００２９】
１  ロール
１１，１４ 押えロール
１２，１５ 展伸ロール
１３  整形ロール
Ｗ  被加工材
【図１】
2015150573.tif 000003
【図２】
2015150573.tif 000004
【図３】
2015150573.tif 000005
【図４】
2015150573.tif 000006
【図５】
2015150573.tif 000007
【図６】
2015150573.tif 000008
【図７】
2015150573.tif 000009