(57)【要約】【課題】プレス加工時に変形するボルスター及びスライダーの剛性を模擬対称プレスと一致するように調整することができ、これにより機差を低減またはなくすことができる機差模擬プレスとその剛性調整方法を提供する。【解決手段】外周部で支持された金型保持部材（ボルスター１３、スライダー９）の中央部を支持する液圧シリンダ１８Ａ，１８Ｂと、液圧シリンダにより金型保持部材の支持剛性を調整する剛性調整手段２０Ａ，２０Ｂとを備える。模擬対称プレスの歪計測から歪データを取得し、歪データから模擬対象プレスのたわみ分布を目標たわみ分布として推定計算し、機差模擬プレスのたわみ分布が目標たわみ分布となるように剛性調整手段と液圧シリンダにより金型保持部材の支持剛性を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部で支持された金型保持部材の中央部を支持する液圧シリンダと、
該液圧シリンダにより前記金型保持部材の支持剛性を調整する剛性調整手段とを備えた、ことを特徴とする機差模擬プレス。
【請求項２】
前記金型保持部材は、ボルスター及び／又はスライダーである、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項３】
前記剛性調整手段は、金型保持部材の変位量又は支持荷重に基づき液圧シリンダの圧力又は位置を制御するサーボ制御装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項４】
前記剛性調整手段は、金型保持部材のたわみ量に基づき液圧シリンダの推力を制御するサーボ制御装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項５】
前記剛性調整手段は、発生荷重に基づき液圧シリンダの変位量を制御するサーボ制御装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項６】
前記剛性調整手段は、金型保持部材を支持する液圧シリンダのストローク位置を変化させて支持剛性を調整するストローク位置変更手段である、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項７】
前記剛性調整手段は、液圧シリンダに圧油を供給するアキュムレータの容量を変更することにより支持剛性を調整するアキュムレータ容量変更手段である、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項８】
前記剛性調整手段は、液圧シリンダの予圧量を変更することにより支持剛性を調整する予圧量変更手段である、ことを特徴とする請求項１に記載の機差模擬プレス。
【請求項９】
外周部で支持された金型保持部材の中央部を支持する液圧シリンダと、該液圧シリンダにより前記金型保持部材の支持剛性を調整する剛性調整手段とを備えた機差模擬プレスを用い、
模擬対象プレスの歪計測から歪データを取得し、
前記歪データから模擬対象プレスのたわみ分布を目標たわみ分布として推定計算し、
機差模擬プレスのたわみ分布が目標たわみ分布となるように前記剛性調整手段と液圧シリンダにより前記金型保持部材の支持剛性を調整する、ことを特徴とする機差模擬プレスの剛性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス間の機差を模擬する機差模擬プレスとその剛性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車ボデー等の量産に用いる大型プレス金型（以下、金型という）は、自動車の価値を決定するため非常に重要である。このため金型は、車体デザインをパネル加工面に正確に転写するため、金型加工面（プレス面）はＣＡＤ，ＣＡＭシステムによりパネル板厚分をオフセットして完全に一致するように製作されている。
しかし、プレス加工時の成形圧により、金型（下型と上型）およびプレス装置（ボルスターとスライダー）が変形し、下型と上型のプレス面は完全には一致しなくなる。そのため、プレス加工時において、プレス面が正確に一致するように金型製作の最終工程において、熟練技能者による「型合わせ作業」の繰り返しが必要となる。
【０００３】
型合わせ工程は、金型メーカにおいて試作用プレスを用いて行う工程（メーカでの型合わせ）と、金型ユーザ（自動車メーカ等）の量産用プレスを用いて工程（ユーザでの型合わせ）とがある。型合わせ工程の作業時間は両者合わせて、金型生産時間の１／２〜２／５に相当し、型合わせ工程の削減が生産性向上のため強く要望されている。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術として、特許文献１〜６が既に開示されている。
このうち、特許文献１は、フレーム縦剛性を切換可能として加工対象に適したフレーム剛性に調整可能とするものであり、特許文献２〜４は、構造的な補強等によりフレームの変形を抑制してプレス加工精度の向上を目的としたものであり、特許文献５〜６は、油圧回路の切換／制御を行うことにより油圧アクチュエータに作用する圧油を調整して所定の剛性を得るものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−１４７８００号公報、「プレス機械」
【特許文献２】特開平０８−１７４２９５号公報、「プレス機械」
【特許文献３】特開２００４−５８１２３号公報、「プレス機械の補強構造」
【特許文献４】特許第２５４８５０８号公報、「液圧プレス装置」
【特許文献５】特開昭６１−２４６０９号公報、「油圧式スタビライザ装置」
【特許文献６】特公平０７−１７１３９号公報、「スタビライザーのばね定数可変装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した金型の型合わせ工程において、ユーザでの型合わせは、通常１００〜２００時間であり、型合わせ工程全体の１／３以上に達している。ユーザでの型合わせは、その作業工費に加えて、その間のプレスラインの停止ロスがある。そのため、ユーザでの型合わせ工程は、金型ユーザ（自動車メーカ等）にとっても工程時間の短縮が強く要望されている。
【０００７】
あらかじめ金型メーカにおいて完全に型合わせが完了しているにもかかわらず、ユーザでの型合わせにも長時間を必要とするのは、金型メーカにおいて使用する試作用プレスと金型ユーザにおいて使用する量産用プレスとの間に差（プレス間の機差）があるためである。
このプレス間の機差の１つが、プレス加工時に変形するプレス装置（主としてボルスターとスライダー）の剛性差である。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プレス加工時に変形するボルスター及びスライダーの剛性を模擬対称プレスと一致するように調整することができ、これにより機差を低減またはなくすことができる機差模擬プレスとその剛性調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、外周部で支持された金型保持部材の中央部を支持する液圧シリンダと、
該液圧シリンダにより前記金型保持部材の支持剛性を調整する剛性調整手段とを備えた、ことを特徴とする機差模擬プレスが提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記金型保持部材は、ボルスター及び／又はスライダーである。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記剛性調整手段は、金型保持部材の変位量又は支持荷重に基づき液圧シリンダの圧力又は位置を制御するサーボ制御装置である。
【００１２】
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記剛性調整手段は、金型保持部材のたわみ量に基づき液圧シリンダの推力を制御するサーボ制御装置である。
【００１３】
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記剛性調整手段は、発生荷重に基づき液圧シリンダの変位量を制御するサーボ制御装置である。
【００１４】
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記剛性調整手段は、金型保持部材を支持する液圧シリンダのストローク位置を変化させて支持剛性を調整するストローク位置変更手段である。
【００１５】
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記剛性調整手段は、液圧シリンダに圧油を供給するアキュムレータの容量を変更することにより支持剛性を調整するアキュムレータ容量変更手段である。
【００１６】
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記剛性調整手段は、液圧シリンダの予圧量を変更することにより支持剛性を調整する予圧量変更手段である。
【００１７】
また、本発明によれば、外周部で支持された金型保持部材の中央部を支持する液圧シリンダと、該液圧シリンダにより前記金型保持部材の支持剛性を調整する剛性調整手段とを備えた機差模擬プレスを用い、
模擬対称プレスの歪計測から歪データを取得し、
前記歪データから模擬対象プレスのたわみ分布を目標たわみ分布として推定計算し、
機差模擬プレスのたわみ分布が目標たわみ分布となるように前記剛性調整手段と液圧シリンダにより前記金型保持部材の支持剛性を調整する、ことを特徴とする機差模擬プレスの剛性調整方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の装置および方法によれば、液圧シリンダが、外周部で支持された金型保持部材の中央部を支持し、剛性調整手段により液圧シリンダによる金型保持部材の支持剛性を調整できるので、機差模擬プレスのたわみ分布が模擬対称プレスの目標たわみ分布となるように、剛性調整手段と液圧シリンダにより金型保持部材（ボルスター及びスライダー）の支持剛性を調整することができ、これにより機差をなくすことができる。
【００１９】
また、液圧シリンダによりボルスターやフレーム等の変形を任意に調整可能として，様々なプレスの特性が模擬できる
さらに、好ましい実施形態によれば、特別な制御を必要としないで、流体が有する本質的な特性を利用して剛性調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の機差模擬プレスの全体構成図である。
この図において、本発明の機差模擬プレス１０のフレームは、クラウン１とベッド２の間に柱状のアプライト３を挟持し、これらを複数のタイロッド４で一体的に連結したものである。
上部のクラウン１内には、サーボ駆動の駆動ギア５が内蔵され、リンク６とオーバロードシリンダ７を介してスライド８を上下動する。このスライド８の下面にスライドプレート９（スライダー）が取り付けられ、その下面に金型の上型（図示せず）が取り付けられる。カウンタバランスシリンダ１１は、スライド、スライダー及び上型の重量とバランスする上向き力をスライドに付加し、その上下動を容易にするようになっている。
下部のベッド２は外部の基礎に固定され、その上面でキャリア１２で外周部が支持されたボルスタープレート１３（ボルスター）が支持され、ボルスターの上面に金型の下型（図示せず）が取り付けられる。ボルスター１３には、クッションピン１４が通る貫通穴が設けられ、クッションピン１４とこれを支持するクッションパッド１５は、ベッド内のクッションシリンダ１６で上下動可能に支持されている。
【００２２】
図１において、本発明の機差模擬プレス１０は、さらに、外周部で支持された金型保持部材（ボルスター１３とスライダー９）の中央部を支持する液圧シリンダ１８Ａ，１８Ｂと、液圧シリンダ１８Ａ，１８Ｂによりボルスター１３及びスライダー９の支持剛性を調整する剛性調整手段２０Ａ，２０Ｂとを備える。液圧シリンダ１８Ａ，１８Ｂは、好ましくは油圧シリンダである。
なお、ボルスター又はスライダーの一方のみに、液圧シリンダと剛性調整手段を設けてもよい。
【００２３】
図２は、本発明の機差模擬プレスの剛性調整方法を示す全体フロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ８の各ステップからなる。
ステップＳ１では、模擬対象プレスの歪計測から歪データを取得する。模擬対象プレスは、例えば金型ユーザの量産用プレスである。また歪計測は、金型保持部材（ボルスターとスライダー）のプレス時の歪を計測する。
ステップＳ２では、得られた歪データから模擬対象プレスのたわみ分布を推定計算する。この計算は、ＦＥＭ計算または理論計算による。得られたたわみ分布を「目標たわみ分布」とする。
ステップＳ３では、本発明の機差模擬プレス１０のたわみ計算をする。この計算は、等分布荷重としてＦＥＭによる。
ステップＳ４では、上述した液圧シリンダ１８Ａ，１８Ｂ（以下、剛性調整シリンダという）の荷重設定をする。この荷重設定では、剛性調整手段２０Ａ，２０Ｂを用いて中央たわみを目標たわみ分布と一致させる。
ステップＳ５では、剛性調整シリンダの設定荷重でのたわみ計算をＦＥＭで行う。
ステップＳ６では、たわみ計算で得られたたわみ分布が目標どおりであることを確認する。
ステップＳ７では、金型を含むたわみ計算をＦＥＭで行う。
ステップＳ８では、金型の影響は小さいことを確認する。
ステップＳ６，Ｓ８で問題がなければ本発明による剛性調整を終了する。問題がある場合には、ステップＳ３〜Ｓ７を繰り返す。
【００２４】
以下、本発明の剛性調整手段の具体例を説明する。なお、以下の例では、金型保持部材としてボルスター（ボルスタープレート）を対象とするが、スライダーの場合も同様である。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の剛性調整手段の第１実施形態図である。この例では、  ボルスターを支持する油圧シリンダのサーボ制御により，油圧シリンダによる支持剛性を調整する。
【００２６】
図４Ａ、図４Ｂは、本発明の剛性調整手段の第２実施形態図である。この例では、  撓み量に応じて油圧シリンダの推力を制御する。
すなわち圧力制御弁またはフィードバック制御等により，ボルスタープレートを支持する油圧シリンダの推力制御を行う。油圧シリンダ推力制御の制御目標値は，設定する支持剛性特性から，ボルスタープレートたわみ量の検出値に基づいて設定する。
【００２７】
図５Ａ、図５Ｂは、本発明の剛性調整手段の第３実施形態図である。この例では、  発生荷重に応じて油圧シリンダの変位量を制御する。
すなわちボルスタープレートを支持する油圧シリンダは，位置制御を行う。油圧シリンダ位置制御の制御指令値は，設定する支持剛性特性から，油圧シリンダに加わる荷重値の検出値に基づいて設定する。
【００２８】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の剛性調整手段の第４実施形態図である。この例では、ボルスターを支持するストローク位置を変化させて，油圧シリンダによる支持剛性を調整する。
【００２９】
ボルスターの撓みに対して，油圧シリンダが発生する反力は，シリンダ内に封入されている作動油の圧縮量により決定される。圧力変化量は、式（１）で示される。
ΔＰ  ＝  Ｋ  ×  ΔＶ／Ｖ・・・（１）
ここで、ΔＰは圧力変化量，Ｋは作動油体積弾性係数，ΔＶは作動油体積変化量，Ｖは作動油初期体積である。
【００３０】
この関係式（１）によれば，同じボルスター撓みによるΔＶが発生したとしても，Ｖの状態によって発生するΔＰの値が異なる。すなわち，ボルスターを支持するシリンダストローク位置を変化させることにより，ボルスター撓みに対して発生するシリンダ反力を変化させることができ，油圧シリンダの支持剛性を調整することが可能である。
【００３１】
図７Ａ、図７Ｂは、本発明の剛性調整手段の第５実施形態図である。
図７Ａに示すように、シリンダストローク位置を変化させるには，上記油圧シリンダよりも充分高い剛性を持つ，何らかの直動機構（送りねじ機構，シリンダ，ジャッキ等）により，上記油圧シリンダのケーシングを昇降させることにより可能である。
また，図７Ｂに示すように、油圧シリンダのケーシングを設置する架台を，いくつか異なる高さの架台を用意して，目標とする支持剛性となる支持位置となるように，架台を交換しても良い。この場合，以降に紹介するアキュムレータまたは予圧力による方法を併用することにより，任意の支持剛性に調整可能となる。
【００３２】
図８Ａ〜図８Ｄは、本発明の剛性調整手段の第６実施形態図である。この例では、アキュムレータ容積を変更することにより，支持剛性を調整する。
すなわち、アキュムレータ封入ガスの圧縮性を利用して，油圧シリンダによる支持剛性を発生させる。シリンダストローク圧縮量に対して発生するシリンダ反力は，アキュムレータ内ガスの圧縮量により決定されるので，アキュムレータ内のガス容積を変化させることにより，油圧シリンダ支持剛性を調整することが可能となる。
【００３３】
アキュムレータ内のガス容積を変化させる方法としては，以下の方法が挙げられる。
・アキュムレータガスの初期封入圧力の設定
・作動油圧の定圧供給値の設定
・複数のアキュムレータを設置し，使用するアキュムレータを選択する
【００３４】
一例として，図９、図１０にアキュムレータガスの初期封入圧力の設定による，シリンダ支持剛性の変化量を示す。
【００３５】
アキュムレータの初期封入圧力を設定する方法の他，シリンダに供給する圧力（定圧供給値）の設定により，アキュムレータ内のガス容積を変化させることができるので，同様にシリンダ支持剛性を調節することが可能となる。また，複数のアキュムレータを用意して，使用するアキュムレータの選択／切換を行うことによっても，シリンダ支持剛性を調節することができる。さらに，各方法を併用すれば，その調節範囲を広げることが可能である。
【００３６】
図１１Ａ，図１１Ｂは、本発明の剛性調整手段の第７実施形態図である。この例では、油圧シリンダの予圧量を変更することにより，支持剛性を調整する。
油圧作動油の体積弾性係数は，その作動圧力によって変化するので，作動圧力領域を変化させることにより，油圧シリンダによる支持剛性が調節可能となる。
【００３７】
図１２〜図１４は、鉱物系作動油，体積弾性係数の一例である。
図１３に示すように、体積弾性係数は，圧力０〜４０ＭＰａ・ａｂｓにおいて，約１．７〜２．２ＧＰａの範囲で変化する。したがって，図１２において油圧シリンダの初期圧力を設定して，体積弾性係数を変化させることにより，油圧シリンダの支持剛性が調節可能となる。一例として，図１４に初期圧力の変化による，油圧シリンダ反力ｖｓストローク圧縮量の特性変化を示す。
【００３８】
上述した本発明の装置および方法によれば、液圧シリンダが、外周部で支持された金型保持部材の中央部を支持し、剛性調整手段により液圧シリンダによる金型保持部材の支持剛性を調整できるので、機差模擬プレスのたわみ分布が模擬対称プレスの目標たわみ分布となるように、剛性調整手段と液圧シリンダにより金型保持部材（ボルスター及びスライダー）の支持剛性を調整することができ、これにより機差をなくすことができる。
【００３９】
また、液圧シリンダによりボルスターやフレーム等の変形を任意に調整可能として，様々なプレスの特性が模擬できる
さらに、好ましい実施形態によれば、特別な制御を必要としないで、流体が有する本質的な特性を利用して剛性調整が可能となる。
【００４０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の機差模擬プレスの全体構成図である。
【図２】本発明の機差模擬プレスの剛性調整方法を示す全体フロー図である。
【図３】本発明の剛性調整手段の第１実施形態図である。
【図４】本発明の剛性調整手段の第２実施形態図である。
【図５】本発明の剛性調整手段の第３実施形態図である。
【図６】本発明の剛性調整手段の第４実施形態図である。
【図７】本発明の剛性調整手段の第５実施形態図である。
【図８】本発明の剛性調整手段の第６実施形態図である。
【図９】第６実施形態の実施例である。
【図１０】アキュムレータガスの初期封入圧力とシリンダ支持剛性との関係図である。
【図１１】本発明の剛性調整手段の第７実施形態図である。
【図１２】第７実施形態の実施例である。
【図１３】体積弾性係数と圧力の関係図である。
【図１４】初期圧力の変化による油圧シリンダ反力とストローク圧縮量の関係図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  クラウン、２  ベッド、３  アプライト、４  タイロッド、
５  駆動ギア、６  リンク、７  オーバロードシリンダ、
８  スライド、９  スライドプレート（スライダー）、
１０  機差模擬プレス、
１１  カウンタバランスシリンダ、１２  キャリア、
１３  ボルスタープレート（ボルスター）、
１４  クッションピン、１５  クッションパッド、
１６  クッションシリンダ、
１８Ａ，１８Ｂ  液圧シリンダ（剛性調整シリンダ）、
２０Ａ，２０Ｂ  剛性調整手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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