(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンチとダイの相対的な直進移動によって薄板をプレス成形するプレス金型装置であって、
前記ポンチおよび前記ダイのうち少なくとも一方の加圧面近傍の内部に、前記薄板の法線方向に発生する弾性歪を測定する歪測定手段が配設されていることを特徴とする薄板のプレス金型装置。
【請求項２】
前記歪測定手段がピエゾ素子または歪ゲージであることを特徴とする請求項１に記載の薄板のプレス金型装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形下死点において、前記歪測定手段により測定した歪が所定の範囲内になるように、予め前記ポンチまたは前記ダイの加圧力を調整してプレス成形することを特徴とするプレス成形方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形下死点において、前記歪測定手段により測定した歪が所定範囲を超えたとき、または所定範囲を下回ったときは、一旦プレス成形を中断して、歪が所定の範囲内になるように、前記ポンチまたは前記ダイの加圧力を調整し、その後、プレス成形を再開することを特徴とするプレス成形方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のプレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形下死点において、前記歪測定手段により測定した歪が所定範囲を超えたとき、または所定範囲を下回ったときに、成形異常と判定することを特徴とするプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板を成形材料とするプレス金型装置およびプレス成形方法に関し、特に、下死点での薄板への加圧力を検知することで、成形品の寸法精度を判定・制御できるプレス金型装置およびプレス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形は、自動車用部品の製造分野などで広く利用されている。プレス成形の分野では、成形品の寸法精度向上を図るために、従来から種々の方策が講じられている。
【０００３】
例えば特許文献１では、油圧シリンダの圧力センサからスライドにかかる荷重を演算し、特許文献２では、スライドにかかる荷重を測定する方法が開示されている。いずれも、金型保護のためにダブルブランクを検出する方法を提供するものである。
【０００４】
また、非特許文献３には、ダイの肩部近傍に圧電素子を内蔵させ、ダイ肩に生ずる圧縮歪に基づいて、薄板の摺動特性を測定する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９３１９９号公報
【特許文献２】特開平１１−５８０９７号公報
【非特許文献３】高張力鋼板の成形一貫技術開発（金型摩擦センサーの開発）」、第５７回塑性加工連合講演会講演論文集（平成18年10月31日〜11月2日、高岡商工会議所商工ビル）、社団法人日本塑性加工学会発行（平成18年10月17日）pp. 165-166
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、例えばポンチの加圧面に形成された凹凸を薄板に転写・造形する場合、薄板全体にかかる荷重分布は、均一になりにくい。上記特許文献１および特許文献２は、いずれもスライド荷重のみを検出しているが、これだけでは、薄板の加工部が確実に加圧され、加圧面の凹凸等の正確な転写・造形が行われたかどうかを判定することができない。
【０００７】
また、異なるプレス金型装置を用いた場合、スライドにかかる荷重が同じでも、装置や金型の撓みが異なることにより、薄板にかかる荷重が局所的に異なることがある。そのため、薄板の加工部に十分な加圧が行われたかどうかは、プレス後の成形品の形状を見なければ判定できず、従来は、プレス金型装置ごとに試行錯誤して適正な出力を設定しなければならなかった。
【０００８】
また、上記非特許文献３のようにダイとしわ押え金型の間の摩擦力を測定したとしても、やはり転写・造形部における薄板と金型の接触状態を知ることはできなかった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、薄板への転写・造形が適正に行われるための加圧が行われているかどうかを、プレス成形時に正確に検知することにより、寸法精度に優れたプレス成形品が得られるプレス金型装置及びプレス成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明によれば、ポンチとダイの相対的な直進移動によって薄板をプレス成形するプレス金型装置であって、前記ポンチおよび前記ダイのうち少なくとも一方の加圧面近傍の内部に、前記薄板の法線方向に発生する弾性歪を測定する歪測定手段が配設されていることを特徴とする薄板のプレス金型装置が提供される。
【００１１】
ポンチまたはダイの加圧面近傍に歪測定手段を設けることにより、プレス成形の下死点において、ポンチまたはダイから薄板に加わる圧縮力の反力によって生ずる歪を検出することができる。したがって、加圧面と薄板との接触状態を正確に検知できる。
【００１２】
このプレス金型装置において、前記歪測定手段は、例えばピエゾ素子または歪ゲージである。
【００１３】
また、本発明によれば、前記プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形下死点において、前記歪測定手段により測定した歪が所定の範囲内になるように、予め前記ポンチまたは前記ダイの加圧力を調整してプレス成形することを特徴とするプレス成形方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明によれば、前記プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形下死点において、前記歪測定手段により測定した歪が所定範囲を超えたとき、または所定範囲を下回ったときは、一旦プレス成形を中断して、歪が所定の範囲内になるように、前記ポンチまたは前記ダイの加圧力を調整し、その後、プレス成形を再開することを特徴とするプレス成形方法が提供される。
【００１５】
さらにまた、本発明によれば、前記プレス金型装置を用いた薄板のプレス成形方法であって、プレス成形下死点において、前記歪測定手段により測定した歪が所定範囲を超えたとき、または所定範囲を下回ったときに、成形異常と判定することを特徴とするプレス成形方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、下死点におけるポンチまたはダイの加圧面付近に発生する薄板の法線方向の歪を測定することにより、プレス成形の下死点における加圧力を正確に検知することが可能となる。即ち、成形時の下死点における薄板とポンチまたはダイとの接触状態を検知することにより、金型の薄板への加圧成形が正しく行われているかどうかを判定できる。また、下死点での接触力異常を検出することにより、薄板の破断を防止することもできる。その結果、薄板を破断させることなく、寸法精度に優れたプレス成形品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。このプレス金型装置は、しわ押え金型を用いずに絞り加工を行う方式である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図１のプレス金型装置では、上方に配置されたポンチ１と下方に配置されたダイ２が対向して配置されている。ポンチ１は、プレス金型装置のポンチホルダー３に支持されており、ダイ２は、プレス金型装置のダイホルダー４に支持されている。
【００２０】
かかるプレス金型装置において、図１に示すように、ダイ２の上に成形材料である薄板５を載せ、ポンチ１とダイ２を上下方向に相対的に直進移動させる。このポンチ１とダイ２の相対的な直進移動に従い、薄板５はダイ２の空腔２０内に引き込まれ、図２に示すように、ポンチ１の加圧面１１に沿った形状にプレス成形される。本実施形態では、ダイ２の加圧面２１の凸部２２とポンチ１の加圧面１１の凹部１２によって、図３に示すように、一方に向けて開口し、底面に窪み部５１を有する成形品５０を作ることができる。なお、図３は底面側から見た図である。プレス成形は、ポンチ１を下降させてもよいし、ダイ２を上昇させても良いことはもちろんである。
【００２１】
歪測定手段１０は、上記のプレス成形時、ポンチ１およびダイ２に、薄板５の法線方向に発生する歪を測定するために設けられる。図１および図２に示したプレス金型装置では、ポンチ１の凹部１２中央の内部に、薄板５の法線方向則ち図の上下方向に発生する歪を測定する歪測定手段１０Ａを、ダイ２の凸部２２中央の内部に、薄板５の法線方向則ち図の上下方向に発生する歪を測定する歪測定手段１０Ｂを、１つずつ設けている。いずれの歪測定手段１０Ａ，１０Ｂも、ポンチ１またはダイ２の加圧面１１，２１近傍の内部に設けられる。この歪測定手段１０により、プレス成形時、ポンチ１の凹部１２およびダイ２の凸部２２から薄板５に加わる圧縮力の反力によって生ずる歪を検出することができる。尚、歪測定手段１０は、図示するようにポンチ１及びダイ２の両方の内部に設けてもよいし、いずれか一方のみに設けても構わない。
【００２２】
このようにポンチ１およびダイ２の内部に設けられる歪測定手段１０としては、例えばピエゾ素子または歪ゲージなどが利用できる。図４は、そのようなピエゾ素子または歪ゲージ等からなる測定手段１０のダイ２の内部への取付例を示す。
【００２３】
図４に示すように、ダイ２に形成した穴の底部に歪測定手段１０Ｂを挿入することにより、ダイ２の凸部２２の内部に歪測定手段１０Ｂを配置させ、その後、ボルト９によって穴を塞いだ構成となっている。歪測定手段１０Ｂによる検出信号を取り出すリード線１９は、ボルト９内を貫通させて、外部に引き出される。歪測定手段１０Ｂは、凸部２２表面の加圧面２１から例えば深さ４〜３０ｍｍ程度の位置に配置されると良い。
【００２４】
以上のように、ポンチ１の凹部１２やダイ２の凸部２２の内部に、薄板５の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段１０を設けたことにより、成形途中や下死点での薄板５とポンチ１またはダイ２の加圧面１１，２１との接触状態を正確に検知でき、プレス成形が正しく行われているかどうかを判定できる。また、検出値の上限を設定して接触力異常を検出することにより、薄板５の破断を防止することもできる。その結果、薄板５を破断させることなく成形でき、寸法精度に優れたプレス成形品が得られる。さらに、上限の設定による接触力異常の検出はダブルブランクやしわ重なりなどの不具合検知にも有効である。
【００２５】
また、例えば、プレス成形中に歪測定手段１０によって測定した歪が所定範囲を超えたとき、または、所定範囲を下回ったときは、成形異常と判定することもできる。かかる場合は、一旦プレス成形を中断して、歪が所定の範囲内になるように、ポンチ１またはダイ２の加圧力を調整することによる対処が可能となる。また、成形異常の検知により、不具合品の検出やプレス条件の修正による対策など、大量生産時の品質管理が容易にできるようになる。
【００２６】
図５および図６は、本発明の第２の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。このプレス金型装置は、上方にダイ２が配置され、ダイ２に対向して下方にポンチ１が配置されている。さらに、ポンチ１の両脇にしわ押え金型６，６を設けることによって、薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えながら絞り加工を行う方式である。このように、しわ押え金型６を用いることによって、材料の流れ込みを制御でき、縮み変形部があってもしわの無い優れた形状のプレス成形品を得やすくなる。
【００２７】
かかるプレス金型装置において、図５に示すように、初期状態では、両側のしわ押え金型６，６及びポンチ１の上端面が面一に配置され、その上に、成形材料である薄板５を載せる。その後、ポンチ１とダイ２を上下方向に相対的に直進移動させることにより、薄板５がダイ２の空腔２０内に引き込まれ、図６に示すように、ポンチ１の加圧面１１に沿った形状にプレス成形される。
【００２８】
歪測定手段１０は、ポンチ１の凹部１２中央の内部に、薄板５の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段１０Ａを、ダイ２の凸部２２中央の内部に、薄板５の法線方向に発生する歪を測定する歪測定手段１０Ｂを、１つずつ設けている。いずれの歪測定手段１０Ａ，１０Ｂも、ポンチ１またはダイ２の加圧面１１，２１近傍に設けられる。この歪測定手段１０により、プレス成形時に、ポンチ１の凹部１２およびダイ２の凸部２２から薄板５に加わる圧縮力の反力によって生ずる歪が検出される。則ち、前述の実施形態と同様、成形途中や下死点での薄板５とポンチ１またはダイ２の加圧面１１，２１との接触状態を正確に検知できるので、プレス成形が正しく行われているかどうかを判定でき、寸法精度に優れたプレス成形品が得られる。尚、この場合も、歪測定手段１０は、図示するようにポンチ１及びダイ２の両方に設けてもよいし、いずれか一方のみに設けても構わない。
【００２９】
図７は、本発明の第３の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。これはＶ曲げ加工が行われる金型装置であり、例えばプレスブレーキ等に用いられる。
【００３０】
図７において、歪測定手段１０は、ポンチ７の先端付近の内部に設けられ、薄板５のＶ曲げ部先端のアールにおける曲率半径方向、則ち図７において上下方向に発生する歪を測定するように設けられる。これにより、成形品のＶ曲げ加工時における加圧状態を正確に検知できるので、寸法精度に優れたプレス成形品が得られる。なお、歪測定手段１０は、ポンチ７の先端に対向するダイ８の内部に配設してもよい。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例１】
【００３２】
先に図２で説明したようにしわ押え金型を有していないプレス金型装置と、先に図６で説明したようにしわ押え金型６によって薄板５のフランジ部にしわ押え荷重を加えつつプレス成形を行うプレス金型装置の２種類について、薄板５をプレス成形し、下死点での歪εの検出を行った。
【００３３】
各プレス金型装置においては、歪測定手段１０としてピエゾ素子を、図２及び図６に示すように、ポンチ１の凹部１２中央の内部、及びダイ２の凸部２２中央の内部の、各加圧面１１，２１近傍に設け（それぞれ表面から５ｍｍとした）、それぞれ薄板５の法線方向に発生する歪を測定した。しわ押え金型６の有無それぞれについて、２通りの加圧力についてプレス成形を行った。
【００３４】
このようにしてプレス成形された成形品５０について、稜線５２（図３参照）の曲率半径を調べた結果、表１を得た。
【００３５】
【表１】
0004808678.tif 000002
【００３６】
表１より、実施例１において配設した歪測定手段によれば、下死点での歪の検出値が８０μを超えると、稜線の曲率半径が基準値の５．０ｍｍとなり、品質基準に合格することがわかった。また、歪が８０μに達する加圧力は、しわ押え金型の有無によって異なっていた。
【実施例２】
【００３７】
次に、実施例１とは異なるプレス金型装置Ｂにより、薄板５をプレス成形した。装置の構成は実施例１のＮｏ４の装置Ａと同様であり、装置Ａと同じ位置に歪測定手段として歪ゲージを設けた。
【００３８】
先ず、歪による制御を行わず、実施例１において品質基準に合格したＮｏ４と同様の２８００ｋＮの加圧力によりプレス成形したところ、下死点での歪の検出値が８７μとなり、稜線の曲率半径が基準値よりも大きく、不合格となった。
【００３９】
そこで、次に、下死点での歪値が１００μεとなるように制御して加圧したところ、加圧力が３１３０ｋＮとなり、稜線の曲率半径が基準値の５．０ｍｍとなる成形品が得られた。
【００４０】
【表２】
0004808678.tif 000003
【００４１】
これにより、加圧力のみで制御した場合には、装置が変わると、装置の剛性等の差異により適正な成形品が得られない場合があるが、ポンチまたはダイにおける下死点での薄板の法線方向の歪を制御することにより、正確な品質管理を行えることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、薄板のプレス成形分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス前の状態を示している。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。
【図３】図２により成形された成形品の斜視図である。
【図４】ダイの内部に配設する歪測定手段の取付構造の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス前の状態を示している。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図であり、プレス終了時の状態を示している。
【図７】本発明の第３の実施の形態にかかるプレス金型装置の概略的な説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ポンチ
２  ダイ
３  ポンチホルダー
４  ダイホルダー
５  薄板
６  しわ押え金型
１０  歪測定手段
１１，２１  加圧面
１２  凹部
２０  空腔
２２  凸部
５０  成形品
【図１】
0004808678.tif 000004
【図２】
0004808678.tif 000005
【図３】
0004808678.tif 000006
【図４】
0004808678.tif 000007
【図５】
0004808678.tif 000008
【図６】
0004808678.tif 000009
【図７】
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