(57)【要約】【課題】耐力の検出精度を向上し、引張曲げ加工による製品バラツキを抑制する。【解決手段】形材１００に引張荷重を負荷しながら、該引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔFと、形材１００の微小時間での伸び変化量ΔLとを逐次計測し、ΔF／ΔLの値がその初期最大値Ｍａｘに対して材料に応じて予め決められた割合αの値に達した時点における引張荷重Ｍａｘ・αを形材１００の耐力であると判定する。【選択図】図５
2008006475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を把持装置で把持して引張荷重を負荷しながら、該引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔＦと、該金属材料の微小時間での伸び変化量ΔＬとを逐次計測し、
ΔＦ／ΔＬの値がその初期最大値に対して材料に応じて決められた割合の値に達した時点における引張荷重を、前記金属材料の耐力であると判定することを特徴とする耐力検出方法。  
【請求項２】
金属材料を把持装置で把持して引張荷重を負荷しながら、該引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔＦと、該金属材料の微小時間での伸び変化量ΔＬとを逐次計測し、
ΔＦ／ΔＬの値が材料に応じて予め決められた設定値に達した時点における引張荷重を、前記金属材料の耐力であると判定することを特徴とする耐力検出方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法により検出された耐力に対して、前記金属材料の形状及び曲げの曲率半径に応じて決定される所定の係数を乗じた値を算出し、該算出された値を引張荷重として維持した状態で前記金属材料の曲げ加工を行うことを特徴とする引張曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料に永久ひずみが生じるときの応力である耐力を検出する方法及びそれを用いた引張曲げ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料からなる形材を曲げ加工する際には、曲げの内周側における座屈の発生や除荷後のスプリングバックの発生により、所定の製品形状が得られない場合がある。そこで、形材に耐力付近の引張荷重を与えながら曲げ加工を行えば、曲げ中立軸が内周側に移動して座屈が抑制されると共に、スプリングバックも抑制されることが従来の研究により分かっている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された引張曲げ加工方法では、まず量産前に、形材の引張曲げ加工において目的の形状が得られるときの張力ｔ２’と、その形材が耐力に達したときの張力ｔ１’とを予め求めておく。次いで、量産中に、形材の両端を各クランプ（チャック）で把持して引張荷重を与え、クランプ間距離を測定して０．２％の塑性ひずみが発生する耐力時の張力ｔ１を検出し、引張曲げ加工中に加える張力ｔ２を以下の式１で求める。
【０００４】
ｔ２／ｔ１＝ｔ２’／ｔ１’    ・・・（式１）
そして、この張力ｔ２で形材に引張荷重を与えた状態で曲げ加工を行うことにより、引張曲げ加工後に除荷した際にスプリングバックが発生しても、ある程度安定して目的の形状が得られるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−２９０９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、形材が耐力に達したときの張力ｔ１がクランプ間距離に基づいて検出されている。そうすると、各クランプの形材を掴む箇所に誤差が生じたり、クランプにガタが存在したり、クランプが形材に食い込んだりした場合に、耐力時の張力ｔ１に誤差が含まれることとなり、引張曲げ加工中に加える張力ｔ２が変動してしまう。よって、量産時には、同一形材であるにも関わらず製品毎にスプリングバック量が変動し、製品バラツキが生じるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、耐力の検出精度を向上し、引張曲げ加工による製品バラツキを抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る耐力検出方法は、金属材料を把持装置で把持して引張荷重を負荷しながら、該引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔＦと、該金属材料の微小時間での伸び変化量ΔＬとを逐次計測し、ΔＦ／ΔＬの値がその初期最大値に対して材料に応じて決められた割合の値に達した時点における引張荷重を、前記金属材料の耐力であると判定することを特徴とする。
【０００８】
このようにすると、引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔFと、金属材料の微小時間での伸び変化量ΔLとの比であるΔF／ΔLが耐力判定の判断基準に用いられており、把持装置間距離は耐力判定に用いられていないので、各把持装置が金属材料を掴む箇所等に誤差が生じても、ΔF／ΔLの値にその誤差が影響することはない。したがって、個々の金属材料で検出される耐力のバラツキを抑制することができる。
【０００９】
また、後述するように、引張時のΔF／ΔLの値は、初期最大値を示した後で時間経過とともに徐々に減少していく特性があり、かつ、同種の金属材料では同一の特性を示す。よって、０．２％の塑性ひずみが生じる耐力時におけるΔF／ΔLの値の初期最大値に対する割合を予め調べておけば、ΔF／ΔLの値が該割合の値に達した時点における引張荷重がその金属材料の耐力であると判定でき、耐力の検出精度が向上する。  
【００１０】
本発明に係る別の耐力検出方法は、金属材料を把持装置で把持して引張荷重を負荷しながら、該引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔＦと、該金属材料の微小時間での伸び変化量ΔＬとを逐次計測し、ΔＦ／ΔＬの値が材料に応じて予め決められた設定値に達した時点における引張荷重を、前記金属材料の耐力であると判定することを特徴とする。
【００１１】
このようにすると、上記同様に、引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔFと、金属材料の微小時間での伸び変化量ΔLとの比であるΔF／ΔLが耐力判定の判断基準に用いられており、把持装置間距離は耐力判定に用いられていないので、各把持装置が金属材料を掴む箇所に誤差が生じても、ΔF／ΔLの値にその誤差が影響することはない。したがって、個々の金属材料で検出される耐力のバラツキを抑制することができる。
【００１２】
また、後述するように、引張時のΔF／ΔLの値は、時間経過とともに一旦増加して初期最大値を示した後で徐々に減少していく特性があり、かつ、同種の金属材料では同一の特性を示す。よって、０．２％の塑性ひずみが生じる耐力時におけるΔF／ΔLの値を予め調べてそれを設定値とすれば、ΔF／ΔLの値が該設定値に達した時点における引張荷重がその金属材料の耐力であると判定でき、耐力の検出精度が向上する。
【００１３】
本発明の引張曲げ加工方法は、前記方法により検出された耐力に対して、前記金属材料の形状及び曲げの曲率半径に応じて決定される所定の係数を乗じた値を算出し、該算出された値を引張荷重として維持した状態で前記金属材料の曲げ加工を行うことを特徴とする。
【００１４】
このようにすると、上述した耐力検出方法によれば量産中の個々の金属材料ごとの耐力を元に引張加重が決められるので、常に安定したスプリングバック量が得られることとなる。したがって、金属材料を引張曲げ加工した際の製品バラツキを抑制することが可能となる。また、スプリングバック量は金属材料の形状や曲げの曲率半径にも依存するので、それに応じて決定される所定の係数を耐力に乗じた値を引張荷重として設定すれば、スプリングバック量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、個々の金属材料で検出される耐力のバラツキを抑制することができ、金属材料を引張曲げ加工した際の製品バラツキも抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る引張曲げ加工装置１を示すブロック図である。図１に示すように、引張曲げ加工装置１は、金属材料からなる形材１００の両端部を把持する一対のチャック２（把持装置）と、各チャック２を離反方向に移動させる一対の引張用シリンダ３とを備えている。各引張用シリンダ３には一対のアーム５の一端部が回転軸４で回転自在に枢支されている。各アーム５は下方中央に固定されたベース７に向けて延在されており、各アーム５の他端部が回転軸６で回転自在にベース７に枢支されている。各アーム５とベース７との間には一対の曲げ用シリンダ８が回転軸９，１０を介して接続されており、曲げ用シリンダ８の伸縮により各アーム５が傾動可能となっている。形材１００の下方には、形材１００との当接面が円弧状となっている金型１１がベース７に固定されている。
【００１８】
引張用シリンダ３には、内部のピストン（図示せず）を往復動作させる作動油を供給する油圧ポンプ１３が接続されており、その油圧ポンプ１３には駆動用のモータ１４が接続されている。引張用シリンダ３と油圧ポンプ１３との間の油圧経路には圧力センサからなる荷重センサ１５が設けられている。即ち、引張用シリンダ３内の圧力が検出されることで、引張用シリンダ３の負荷する荷重が算出可能な構成となっている。
【００１９】
引張用シリンダ３には、内部のピストン（図示せず）の移動量を検出することでチャック２の変位量を検出する変位センサ１２が設けられている。曲げ用シリンダ８には、内部のピストン（図示せず）を往復動作させる作動油を供給する油圧ポンプ１６が接続されており、その油圧ポンプ１６には駆動用のモータ１７が接続されている。また、変位センサ１２、荷重センサ１５及びモータ１４，１７にはコントローラ１８が接続されており、該コントローラ１８は変位センサ１２及び荷重センサ１５から受信する情報に基づいてモータ１４，１７を駆動制御する構成となっている。
【００２０】
詳しくは、コントローラ１８は、チャック２で把持された形材１００に対して引張用シリンダ３により引張荷重を負荷させながら、荷重センサ１５から引張荷重の信号を受信すると共に変位センサ１２から変位量（形材１００の伸び量）の信号を受信する構成となっている。また、コントローラ１８は、当該引張時に、受信した引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔFと、形材１００の微小時間での伸び変化量ΔLとを逐次計測する構成となっている。
【００２１】
図２はΔF／ΔLと経過時間との関係を表したグラフである。（図２中の曲線が０点から出発していないのは初期値を省いて記載しているためである。）図２に示すように、形材に引張荷重を負荷した際には、ΔF／ΔLの値は時間経過と共にいったん増加して初期最大値Ｍａｘを示した後、徐々に減少する特性を示し、かつ、同種の形材では同一の特性を示す。これによれば、後述する実験例で説明するように、ΔF／ΔLの値がその初期最大値Ｍａｘに対して予め決められた割合αの値に達した時点における引張荷重が、形材に０．２％歪みが生じる耐力であるとみなすことができる。なお、割合αは、後述する実験例で説明するように、形材の材質毎に実験的に検証して予め定まる値（０＜α＜１）である。
【００２２】
次に、引張曲げ加工装置１を用いた引張曲げ加工作業について説明する。図３は引張曲げ加工の手順を説明するフローチャートである。図４は耐力検出中の引張動作を説明する図面である。図５は引張曲げ加工を説明する図面である。図１及び３に示すように、まず作業者は、耐力判定基準となるΔF／ΔLの初期最大値Ｍａｘに対する割合αをコントローラ１８に初期設定する（ステップＳ１）。また、作業者は、検出された耐力に対して乗じる所定の係数であって、形材１００の形状及び曲げの曲率半径に応じて実験的に予め決定される係数βをコントローラ１８に初期設定する（ステップＳ２）。なお、係数βは、形材の形状及び曲げの曲率半径に応じて０．８＜β＜１．２の範囲で設定される。
【００２３】
次いで、作業者は、形材１００をチャック２に把持させて引張曲げ加工装置１にセットする（ステップＳ３）。この状態から作業者がコントローラ１８をスタートさせると、コントローラ１８は、図４に示すようにモータ１４に指令して油圧ポンプ１３を駆動させて引張用シリンダ３を伸長させることにより、チャック２を離反させて形材１００に引張荷重を負荷する。その際、コントローラ１８は、荷重センサ１５から引張荷重の信号を受信すると共に変位センサ１２から変位量の信号を受信しており、引張荷重の微小時間での荷重変化量ΔFと、形材１００の微小時間での伸び変化量ΔLとを逐次計測する（ステップＳ４）。そして、コントローラ１８は、今回算出されたΔF／ΔLの値がそれまでに算出された値よりも大きい場合には、今回のΔF／ΔLの値を初期最大値Ｍａｘとしてメモリに記憶する（ステップＳ５）。一方、今回算出されたΔF／ΔLの値がそれまでに算出された値よりも小さい場合には、前回までの最大値をそのまま初期最大値Ｍａｘとしてメモリに保持しておく。
【００２４】
次いで、コントローラ１８は、今回算出されたΔF／ΔLの値が、初期最大値Ｍａｘに対して予め決められた割合αの値Ｍａｘ・α以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。今回算出されたΔF／ΔLの値がＭａｘ・α以下でないときは、コントローラ１８は再びステップＳ４に戻って処理を繰り返す。一方、今回算出されたΔF／ΔLの値がＭａｘ・α以下であるときは、コントローラ１８はその時点の引張荷重を形材１００の耐力であると判定し、引張用シリンダ３に引張荷重の増加を停止させて耐力荷重を維持させる（ステップＳ７）。
【００２５】
次いで、コントローラ１８は、検出された耐力に対して、形材１００の形状及び曲げの曲率半径に応じて初期設定された係数βを乗じた値を算出する（ステップＳ８）。そして、図５に示すように、コントローラ１８は、耐力に係数βを乗じた値を引張荷重として維持させた状態で、モータ１７に指令して油圧ポンプ１６を駆動させて曲げ用シリンダ８を伸長させることにより、アーム５を傾動させて形材１００に金型１１の円弧面に沿った曲げ荷重を負荷し、引張曲げ加工を行う（ステップＳ９）。
【００２６】
以上の構成によれば、耐力判定の判断基準には各チャック２間の距離を用いず、ΔF／ΔLの値が用いられており、各チャック２が形材１００を掴む箇所に誤差が生じても、ΔF／ΔLの値にその誤差が影響することはない。そうすると、量産時において個々の形材１００で検出される耐力のバラツキが抑制され、常に安定したスプリングバック量が得られることとなる。したがって、形材１００を引張曲げ加工した際の製品バラツキを抑制することが可能となる。
【００２７】
また、ΔF／ΔLの値は同種の形材１００では同一の特性を示すので、０．２％の塑性ひずみが生じる耐力時におけるΔF／ΔLの値の初期最大値Ｍａｘに対する割合αを予め調べておけば、ΔF／ΔLの値がＭａｘ・αの値に達した時点における引張荷重がその形材１００の耐力であると判定でき、チャック２の掴み箇所に関わらず耐力の検出精度が向上する。さらに、スプリングバック量は形材１００の形状や曲げの曲率半径にも依存するので、それに応じて決定される所定の係数βを耐力に乗じた値を引張荷重として設定することで、スプリングバック量を低減することもできる。
【００２８】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の引張曲げ加工の手順を説明するフローチャートである。図６に示すように、本実施形態は、ステップＳ２〜Ｓ４及びＳ７〜Ｓ９については第１実施形態と同様であり、ステップＳ１０及びステップＳ１１が第１実施形態と相違する。なお、本実施形態の引張曲げ加工装置の構成は、コントローラ１８の制御動作以外は図１と同様である。
【００２９】
図２に示したように、形材に引張荷重を負荷した際には、ΔF／ΔLの値は時間経過と共にいったん増加して初期最大値Ｍａｘを示した後、徐々に減少する特性があり、かつ、同種の形材では同一の特性を示す。よって、０．２％の塑性ひずみが生じる耐力時におけるΔF／ΔLの値を予め実験的に調べてそれを設定値Ｔとすれば、ΔF／ΔLの値が設定値Ｔに達した時点における引張荷重がその形材の耐力であるとみなすことができる。
【００３０】
次に、第２実施形態の引張曲げ加工作業について説明する。図６に示すように、まず作業者は、耐力時のΔF／ΔLの値である設定値Ｔをコントローラ１８に初期設定する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ２〜Ｓ４は上述した通りであるため説明を省略する。次いで、コントローラ１８は、今回算出されたΔF／ΔLの値が、予め入力された設定値Ｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。今回算出されたΔF／ΔLの値が設定値Ｔ以下でないときは、コントローラ１８は再びステップＳ４に戻って処理を繰り返す。一方、今回算出されたΔF／ΔLの値が設定値Ｔ以下であるときは、ステップＳ７に移行する。そして、ステップＳ７〜Ｓ９は上述した通りであるため説明を省略する。
【００３１】
以上の構成によれば、耐力判定の判断基準には各チャック２間の距離を用いず、ΔF／ΔLの値が用いられており、各チャック２が形材１００を掴む箇所に誤差が生じても、ΔF／ΔLの値にその誤差が影響することはない。そうすると、量産時において個々の形材１００の耐力に元に引張荷重が決められて、常に安定したスプリングバック量が得られることとなる。したがって、形材１００を引張曲げ加工した際の製品バラツキを抑制することが可能となる。
【００３２】
また、ΔF／ΔLの値は同種の形材１００では同一の特性を示すので、０．２％の塑性ひずみが生じる耐力時におけるΔF／ΔLの設定値Ｔを予め調べておけば、ΔF／ΔLが設定値Ｔに達した時点における引張荷重がその形材１００の耐力であると判定でき、チャック２の掴み箇所に関わらず耐力の検出精度が向上する。
【００３３】
（実験例）
以下、耐力判定について検証した実験例について説明する。
【００３４】
図１の装置１を用いて形材に引張荷重を負荷して耐力判定の検証を行った。使用した形材１００の材質はＳＵＳ３０４で、形材１００の断面形状は図７に示すようなオフセット形状を呈している。形材１００の各辺長さＭはそれぞれ同一の４０ｍｍであり、板厚は２ｍｍである。
【００３５】
図８は実験例の引張荷重とテンションシリンダ３の変位量との関係を表したグラフである。（図８中、変位が０の時点で引張荷重が発生しているのは、チャック２の把持時に荷重が負荷されてしまうためである。）図８に示すように、変位の増加に伴って引張荷重が増加し、その曲線の傾きは徐々に減少している。
【００３６】
図９は図８のデータに基づいたΔF／ΔLと経過時間との関係を表したグラフである。なお、図９は測定誤差を吸収するために移動平均処理（１０回平均）を施している。（図９中の曲線が０点から出発していないのは初期値を省いて記載しているためである。）図９は、ΔF／ΔLの値が時間経過と共にいったん増加して初期最大値を示した後、徐々に減少する傾向を示している。
【００３７】
ここで、第１実施形態で述べた耐力判定に用いる割合αを０．１とすると、ΔF／ΔLの値がその初期最大値Ｍａｘに対して割合αを乗じた値Ｍａｘ・αとなるのは、経過時間４３ｓの時点である。この時点を、図１０に示す同一形材１００の引張試験による応力−ひずみ線図上に記すと、０．２％耐力の時点であることが分かった。（なお、図１０中、ひずみが０の時点で応力が発生しているのは、チャック把持時に荷重が負荷されてしまうためである。）よって、４３ｓの時点におけるΔF／ΔLの値の初期最大値Ｍａｘに対する割合をαとして使用してよいことが分かる。また、４３ｓの時のΔF／ΔLの値を第２実施形態で述べた設定値Ｔに使用してもよいことも分かる。４３ｓの時点のΔF／ΔLの値を第２実施形態で述べた設定値Ｔに使用してもよいことも分かる。即ち、図９と図１０は一対一の関係にあるため、ΔF／ΔLの値により耐力の推定が可能であることが確認できた。
【００３８】
また逆に言えば、応力に形材の初期断面積を乗じると引張荷重となり、ひずみに形材の初期長さを乗じると伸びとなるので、ΔＦ／ΔＬとｄσ／ｄε（微小時間における応力／ひずみ）とは同じ傾向が得られ、耐力判定に用いるΔＦ／ΔＬの初期最大値に対する割合αまたは設定値Ｔは、応力−ひずみ線図から取得可能であると言うこともできる。
【００３９】
アルミや鋼などの金属材料の応力−ひずみ線図は、引張り初期の弾性域においてはｄσ／ｄεがヤング率Ｅとなる一方、塑性域においてはｄσ／ｄεが以下の式２の曲線とほぼ一致することが分かっている。
【００４０】
σ＝Ｃεｎ    ・・・・（式２）
この式１を微分することで、ΔＦ／ΔＬと同義となるｄσ／ｄε（応力変化／ひずみ変化）は、次の式３で表される
ｄσ／ｄε＝Ｃｎε（ｎ−１）    ・・・・（式３） 
よって、この式３に対して、表１に示すように、予想されるＣ値、ｎ値及びε＝０．００２を入力することで、０．２％耐力時のｄσ／ｄε、即ち、０．２％耐力時のΔＦ／ΔＬを推定することができる。
【００４１】
よって、０．２％の塑性ひずみ時のｄσ／ｄεは、ε＝０．００２とすることで、ｎ値及びＣ値と式３とから求められる。表１に示すように、軟鋼、ステンレス、アルミのＥ、ｎ値、Ｃ値は一般に知られており、上述した耐力時の設定値Ｔ（＝ｄσ／ｄε）及び割合α（＝（ｄσ／ｄε）／Ｅ）の大まかな値を材質毎に予測することができる。
【００４２】
【表１】
2008006475.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明に係る耐力検出方法及びそれを用いた引張曲げ加工方法は、個々の金属材料で検出される耐力のバラツキが抑制され、引張曲げ加工時の製品バラツキの抑制及びスプリングバック量の低減が図られる優れた効果を有し、形材の引張曲げ加工に適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る引張曲げ加工装置を示すブロック図である。
【図２】ΔF／ΔLと経過時間との関係を表したグラフである。
【図３】引張曲げ加工の手順を説明するフローチャートである。
【図４】耐力検出中の引張動作を説明する図面である。
【図５】引張曲げ加工を説明する図面である。
【図６】第２実施形態の引張曲げ加工の手順を説明するフローチャートである。
【図７】実験例の形材の断面図である。
【図８】実験例の引張荷重とテンションシリンダの変位量との関係を表したグラフである。
【図９】実験例のΔF／ΔLと経過時間との関係を表したグラフである。
【図１０】実験例の応力−ひずみ線図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      引張曲げ加工装置
２      チャック（把持装置）
３      引張用シリンダ
８      曲げ用シリンダ
１１    金型
１２    変位センサ
１５    荷重センサ
１８    コントローラ
１００  形材（金属材料）
【図１】
2008006475.tif 000004
【図２】
2008006475.tif 000005
【図３】
2008006475.tif 000006
【図４】
2008006475.tif 000007
【図５】
2008006475.tif 000008
【図６】
2008006475.tif 000009
【図７】
2008006475.tif 000010
【図８】
2008006475.tif 000011
【図９】
2008006475.tif 000012
【図１０】
2008006475.tif 000013