(57)【要約】【課題】プレス加工によって素材の一部がダイス内に流動することで肉厚が薄くなる部位を規定部位とした場合、プレス加工後の同規定部位の肉厚のばらつきを抑えることができるプレス成形方法を提供する。【解決手段】プレス成形方法は、素材の板厚を測定する板厚測定ステップＳ１１と、材料流動量の目標値を、板厚測定ステップＳ１１で計測した素材の板厚が厚いほど大きい値に設定する目標設定ステップＳ１２と、ダイスにセットされた素材に対してプレス加工を施しつつ、同素材においてパンチによってダイス内に押し込まれる部位の変位量を測定し、同変位量に応じた同素材の材料流動量を算出するプレスステップＳ１３とを有する。そして、プレスステップＳ１３を、目標設定ステップＳ１２で設定した目標値に算出した素材の材料流動量が達した時点で終了させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイスにセットされた板状の素材をパンチで加圧するプレス加工を行うプレス成形方法であって、
素材の板厚を測定する板厚測定ステップと、
前記プレス加工によって前記ダイス内に流入する素材の容積を材料流動量とした場合、同材料流動量の目標値を、前記板厚測定ステップで計測した素材の板厚が厚いほど大きい値に設定する目標設定ステップと、
前記ダイスにセットされた素材に対して前記プレス加工を施しつつ、同素材において前記パンチによって前記ダイス内に押し込まれる部位の変位量を測定し、同変位量に応じた同素材の前記材料流動量を算出するプレスステップと、を有し、
前記プレスステップを、前記目標設定ステップで設定した目標値に算出した前記材料流動量が達した時点で終了させる
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、板状の素材に対してプレス加工を施すプレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、プレス成形方法の一例が記載されている。特許文献１に記載のプレス成形方法では、素材に対してプレス加工を施した後、同プレス加工によって成形された製品の寸法を計測するようにしている。そして、計測した製品の寸法が許容範囲を超えているか否かを判定し、同製品の寸法が許容範囲を超えていると判定した場合には、当該判定結果に基づいてダイハイトなどのプレス加工の条件を自動調整し、その上で、次回のプレス加工を行うようにしている。そして、当該プレス加工は、プレス加工時におけるパンチのスライド量又はスライド位置が目標値に達したタイミングで終了されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７６９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６には、ダイス４０１にセットされた板状の素材５００にプレス加工を施している様子が図示されている。図６に示すように、スライド移動するパンチ４０２による加圧によって素材５００の一部がダイス４０１内に変位し、同ダイス４０１内に素材５００が流動することとなる。そして、パンチ４０２によってダイス４０１内に変位する部位と素材５００の本体とを繋ぐ規定部位５０１は、ダイス４０１内への素材５００の流動によって引き延ばされるため、同規定部位５０１の肉厚Ｂは、素材５００の本体の肉厚Ａよりも薄くなる。
【０００５】
ところで、上記文献１に記載のプレス成形方法にあっては、前回のプレス加工によって成形された製品の寸法を測定し、同製品の寸法が許容範囲を超えているか否かを判定している間、素材のプレス加工が停止されることとなる。そして、このようにプレス加工が停止されている間に、パンチ４０２の温度が変化し、パンチ４０２の形状が変わることがある。
【０００６】
ここで、上記文献１に記載のプレス成形方法で図６に示すような素材５００のプレス加工を行う場合、上記自動調整を行うことで設定される目標値は、パンチ４０２のスライド量又はスライド位置に対する値である。こうした目標値は、通常、自動調整の前後でパンチ４０２の形状が変わっていないことを前提として設定されることとなる。そのため、パンチ４０２のスライド量又はスライド位置が当該目標値に達したタイミングでプレス加工を終了させたとしても、自動調整の前後でパンチ４０２の形状が変わっていたとすると、同プレス加工によってダイス４０１内に流動する素材５００の量が変わってしまう。そして、このようにダイス４０１内への素材５００の流動量が変わると、プレス加工後の規定部位５０１の肉厚Ｂが、所望する肉厚から乖離してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、プレス加工によって素材の一部がダイス内に流動することで肉厚が薄くなる部位を規定部位とした場合、プレス加工後の同規定部位の肉厚のばらつきを抑えることができる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】
【０００８】
上記課題を解決するためのプレス成形方法は、ダイスにセットされた板状の素材をパンチで加圧するプレス加工を行う成形方法である。このプレス成形方法は、素材の板厚を測定する板厚測定ステップと、プレス加工によってダイス内に流入する素材の容積を材料流動量とした場合、同材料流動量の目標値を、板厚測定ステップで計測した素材の板厚が厚いほど大きい値に設定する目標設定ステップと、ダイスにセットされた素材に対してプレス加工を施しつつ、同素材においてパンチによってダイス内に押し込まれる部位の変位量を測定し、同変位量に応じた同素材の材料流動量を算出するプレスステップと、を有する。そして、プレスステップを、目標設定ステップで設定した目標値に算出した材料流動量が達した時点で終了させる。
【０００９】
プレス加工によって素材の一部がダイス内に流動することで肉厚が薄くなる部位を規定部位とした場合、プレス加工後の規定部位の肉厚は、プレス加工による素材のダイス内への流動量、すなわち材料流動量が多いほど薄くなりやすい。
【００１０】
上記方法では、プレス加工は、素材の材料流動量が目標値に達した時点で終了される。すなわち、プレス加工の終了タイミングは、プレス加工時におけるパンチの移動量又は位置（すなわち、スライド量又はスライド位置）ではなく、プレス加工による素材の材料流動量に基づいて決定される。そのため、熱膨張などによってパンチの形状が変化したとしても、当該変化に起因する、プレス加工によってダイス内に流動する素材の量と、流動量の目標値との乖離が生じにくくなる。その結果、熱膨張などによってパンチの形状が変化する場合であっても、プレス加工が施された素材の規定部位の肉厚のばらつきが抑えられる。
【００１１】
また、プレス加工が施される素材の板厚が厚いほど、規定部位の肉厚を所望する肉厚にするために必要な材料流動量が多くなる。そこで、上記方法では、パンチで素材を加圧するプレス加工の実行前に、同素材の板厚を測定し、同板厚が厚いほど材料流動量の目標値を大きい値に設定している。そして、プレス加工時に求められる素材の材料流動量がこの目標値に達すると、当該プレス加工が終了される。そのため、素材の板厚にばらつきがある場合であっても、素材の板厚が厚いほど目標値を大きくすることにより、プレス加工後の上記規定部位の肉厚のばらつきが抑えられる。
【００１２】
したがって、プレス加工によって素材の一部がダイス内に流動することで肉厚が薄くなる部位を規定部位とした場合、プレス加工後の同規定部位の肉厚のばらつきを抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態のプレス成形方法によって成形されるダイヤフラムを模式的に示す断面図。
【図２】同プレス成形方法によって素材にプレス加工を施してダイヤフラムを成形する際に用いられるプレス加工装置を模式的に示す断面図。
【図３】同プレス成形方法において設定する材料流動量の目標値と素材板厚との関係を示すマップ。
【図４】同プレス成形方法の処理手順を示すフローチャート。
【図５】プレス加工ステップの処理手順を示すフローチャート。
【図６】従来のプレス成形方法において、素材がプレス加工された状態を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、プレス成形方法の一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１には、本実施形態のプレス成形方法によって成形される製品の一例であるダイヤフラム１０が図示されている。このダイヤフラム１０は、例えば、エンジンの気筒内の圧力を検出する筒内圧センサの構成部材として用いることができる。図１に示すように、ダイヤフラム１０は、有底略筒状をなすダイヤフラム本体１１と、ダイヤフラム本体１１の底壁１１１に設けられ、図中上下方向に変位可能な変位部１２と、ダイヤフラム本体１１の底壁１１１と変位部１２とを繋ぐ環状のバネ部１３とを備えている。なお、このバネ部１３の弾性力は、バネ部１３の肉厚Ｌに応じた力となる。
【００１５】
次に、図２を参照し、本実施形態のプレス成形方法を用い、プレス加工によってダイヤフラム１０を成形するプレス加工装置２０について説明する。なお、ダイヤフラム１０に成形される前の板状部材のことを「素材１０Ａ」というものとする。
【００１６】
図２に示すように、プレス加工装置２０は、素材１０Ａがセットされるダイス２１と、ダイス２１に対して接近する方向及び離れる方向にスライド移動するパンチ２２と、パンチ２２の動力源となるモータ２３とを備えている。そして、ダイス２１に素材１０Ａをセットした状態でパンチ２２を図中下方にスライド移動させることにより、パンチ２２が素材１０Ａを加圧するプレス加工が行われ、素材１０Ａの一部がダイス２１内に流入するようになっている。
【００１７】
また、プレス加工装置２０には、素材１０Ａにおいてダイス２１内に流入する部位の図中下方への変位量Ｚを測定する変位測定装置２４が設けられている。この変位測定装置２４は、素材１０Ａにおいてダイス２１内に流入する部位の図中下面に接触する接触端子２４１を備えている。この変位測定装置２４では、接触端子２４１の図中下方への移動量を素材１０Ａの変位量Ｚとして測定している。こうして測定された素材１０Ａの変位量Ｚが、プレス加工装置２０のコントローラ３０に入力されるようになっている。なお、このコントローラ３０には、素材１０Ａの板厚である素材板厚Ｈを測定する板厚測定装置２５が電気的に接続されている。
【００１８】
板厚測定装置２５として、例えば、素材１０Ａの上面から下面に向けて超音波を発信し、当該超音波が下面から反射して戻ってくる時間に基づき、素材板厚Ｈを算出する装置を挙げることができる。
【００１９】
コントローラ３０のメモリには、図３に示すマップが予め記憶されている。このマップは、材料流動量の目標値ＸＴＨと素材板厚Ｈとの関係を示している。材料流動量は、プレス加工によってダイス２１内に流入する素材の容積のことであり、材料流動量の目標値ＸＴＨは、プレス加工の終了タイミングを決定するための閾値である。具体的には、図３に示すように、材料流動量の目標値ＸＴＨは、素材板厚Ｈが厚いほど大きい値に設定されるようになっている。
【００２０】
なお、「材料流動量」は、素材１０Ａにおいてダイス２１内に流入する部位の図中下方への変位量Ｚと相関している。そのため、材料流動量Ｘは、変位測定装置２４によって測定される素材１０Ａの変位量Ｚに基づいて算出することができる。すなわち、変位測定装置２４によって測定される素材１０Ａの変位量Ｚが大きいほど、材料流動量の算出値が大きくなる。
【００２１】
次に、図４及び図５に示すフローチャートを参照し、本実施形態のプレス成形方法、すなわち素材１０Ａにプレス加工を施す際の処理手順について説明する。
図４に示すように、このプレス成形方法では、素材１０Ａにプレス加工を施す前に、素材１０Ａの板厚である素材板厚Ｈを測定する板厚測定ステップＳ１１が実行される。次の目標設定ステップＳ１２では、図３に示すマップを用いることにより、材料流動量の目標値ＸＴＨが、板厚測定ステップＳ１１で測定した素材板厚Ｈに応じた値に設定される。そして次に、パンチ２２で素材１０Ａを加圧するプレスステップＳ１３が実行される。
【００２２】
図５には、プレスステップＳ１３の具体的内容が図示されている。図５に示すように、ステップＳ１３１では、パンチ２２による加圧によって素材１０Ａの一部をダイス２１内に流入させるプレス加工が開始される。すなわち、モータ２３の駆動が開始される。次のステップＳ１３２では、プレス加工が施されている素材１０Ａの変位量Ｚが取得される。ここで取得される変位量Ｚは、変位測定装置２４によって測定された変位量の最新の値である。
【００２３】
続いて、次のステップＳ１３３では、ステップＳ１３２で取得した素材１０Ａの変位量Ｚを素材１０Ａの材料流動量Ｘに変換する変換処理が行われる。そして、次のステップＳ１３４では、算出した材料流動量Ｘが、上記目標設定ステップＳ１２で設定した材料流動量の目標値ＸＴＨ以上になったか否かが判定される。材料流動量Ｘが目標値ＸＴＨ未満である場合（ステップＳ１３４：ＮＯ）、その処理が前述したステップＳ１３２に移行される。すなわち、プレス加工が継続される。一方、材料流動量Ｘが目標値ＸＴＨ以上になった場合（ステップＳ１３４：ＹＥＳ）、その処理が次のステップＳ１３５に移行される。そして、ステップＳ１３５では、モータ２３の駆動が停止され、プレス加工が終了される。
【００２４】
このように本実施形態のプレス成形方法によって素材１０Ａのプレス加工が終了すると、プレス加工後の素材１０Ａ、すなわちダイヤフラム１０がダイス２１から取り除かれる。そして、こうしたプレス加工を繰り返し実行する際には、加工前の新たな素材１０Ａをダイス２１にセットし、図４に示す各処理が順番に実行されることとなる。
【００２５】
次に、本実施形態のプレス成形方法の作用について説明する。
素材１０Ａに対してプレス加工を施すことで、素材１０Ａの一部がダイス２１内に流入する。このとき、ダイヤフラム１０においてダイヤフラム本体１１として機能する部分と、変位部１２として機能する部分との間に位置し、バネ部１３として機能する部分である規定部位は、ダイス２１内への素材１０Ａの流動によって引き延ばされる。そのため、プレス加工によって成形されたダイヤフラム１０のバネ部１３の肉厚Ｌが、ダイヤフラム本体１１の肉厚、すなわち素材板厚Ｈよりも薄くなる（図１参照）。なお、プレス加工による材料流動量Ｘが多いほど、バネ部１３の肉厚Ｌは薄くなる。
【００２６】
本実施形態では、プレス加工は、素材１０Ａの材料流動量Ｘが目標値ＸＴＨに達した時点で終了される。すなわち、プレス加工の終了タイミングは、プレス加工時におけるパンチ２２の移動量又は位置（すなわち、スライド量又はスライド位置）ではなく、プレス加工による素材１０Ａの材料流動量Ｘに基づいて決定される。そのため、熱膨張などによってパンチ２２の形状が変化したとしても、当該変化に起因する、プレス加工によってダイス２１内に流入する素材１０Ａの量（すなわち、材料流動量Ｘ）と、目標値ＸＴＨとの乖離が生じにくくなる。
【００２７】
また、プレス加工が施される素材の板厚である素材板厚Ｈが厚いほど、バネ部１３の肉厚Ｌを所望する肉厚にするために必要な材料流動量が多くなる。そのため、材料流動量の目標値ＸＴＨは、測定された素材板厚Ｈが厚いほど大きい値に設定される。すなわち、素材板厚Ｈが厚いときには、材料流動量Ｘが比較的多くなってからプレス加工が終了されるため、プレス加工に起因して規定部位が引き延ばされる量が多くなる。一方、素材板厚Ｈが薄いときには、材料流動量Ｘが比較的少ない段階でプレス加工が終了されるため、プレス加工に起因して規定部位が引き延ばされる量が少なくなる。そのため、素材板厚Ｈがばらついていたとしても、プレス加工後の規定部位であるバネ部１３の肉厚Ｌのばらつきが抑えられる。
【００２８】
以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、プレス加工される素材１０Ａの変形度合い、すなわち材料流動量Ｘで、プレス加工の終了タイミングを決定している。そのため、熱膨張などによってパンチ２２の形状が変化したとしても、素材板厚Ｈに応じて目標値ＸＴＨを設定することにより、成形されたダイヤフラム１０のバネ部１３の肉厚Ｌのばらつきを抑えることができる。その結果、ダイヤフラム１０の性能のばらつきを抑えることができる。
【００２９】
（２）プレス成形方法として、パンチ２２のスライド量やスライド位置の目標値を設定し、パンチ２２のスライド量やスライド位置がこの目標値に達したタイミングでプレス加工を終了させる方法も知られている（比較例１）。この比較例１では、前回のプレス加工後の素材の寸法（この場合、規定部位の肉厚）を計測し、この計測結果に基づいて目標値が設定されることとなるが、スループットの低下を抑えるためにこうした目標値の設定はロット毎に行うこととなる。比較例１では、ロット毎に目標値を設定するため、１ロット内で、プレス加工を繰り返し行っている最中に熱膨張などによってパンチ２２の形状が変化した場合、及び、１ロット内で素材１０Ａの素材板厚Ｈや素材１０Ａの硬度にばらつきがある場合には、成形されたバネ部１３の肉厚Ｌのばらつきを抑えることができない。
【００３０】
また、プレス成形方法として、プレス加工中に素材１０Ａからパンチ２２が受ける荷重を求め、この荷重に応じて目標のスライド量を決める方法も知られている（比較例２）。この比較例２でも、パンチ２２のスライド量が目標値に達したタイミングでプレス加工を終了させることとなるため、プレス加工を連続して行っているときにパンチ２２が熱膨張によって変形した場合、及び、素材１０Ａの素材板厚Ｈや硬度にばらつきがある場合には、成形されたバネ部１３の肉厚Ｌのばらつきを抑えることができない。
【００３１】
また、プレス成形方法として、プレス加工を連続して行っているときに、パンチ２２のスライド位置をセンサを用いて検出し、検出されるスライド位置の変化に基づき、スライド位置の目標値を決定する方法も知られている（比較例３）。この比較例３においても、比較例１及び比較例２と同様に、プレス加工装置２０側の制御量でプレス加工の終了タイミングを決めている。そのため、素材１０Ａの素材板厚Ｈや硬度にばらつきがある場合には、成形されたバネ部１３の肉厚Ｌのばらつきを抑えることができない。
【００３２】
こうした各比較例とは異なり、本実施形態では、素材板厚Ｈに応じて材料流動量の目標値ＸＴＨを設定し、プレス加工される素材１０Ａの材料流動量Ｘでプレス加工の終了タイミングを決定している。そのため、プレス加工を連続して行っている最中にパンチ２２が熱膨張によって変形した場合、及び、素材１０Ａの素材板厚Ｈや素材１０Ａの硬度にばらつきがある場合であっても、成形されたバネ部１３の肉厚Ｌのばらつきを抑えることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・変位測定装置２４は、パンチ２２による素材１０Ａの加圧時に同素材１０Ａの変位量Ｚを測定できるのであれば、接触式ではなく非接触式の装置であってもよい。例えば、非接触式の装置としては、素材１０Ａにおいてダイス２１内に流入する部位の図２における下面に向けて光を出力する発光部と、当該下面からの反射光を受光する受光部と、同受光部の受光結果に基づいて変位量Ｚを算出する処理部とを有する装置を挙げることができる。
【００３４】
・上記プレス成形方法は、プレス加工によって素材の一部をダイス２１内に流入させることで成形される製品であれば、ダイヤフラム１０以外の他の製品の成形時に採用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…ダイヤフラム、１０Ａ…素材、２１…ダイス、２２…パンチ。
【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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