JP6046366B2 - 金属板のインクリメンタル成形加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板のインクリメンタル成形加工方法の技術に関する。

インクリメンタル成形加工方法とは、金型を用いることなく、棒状工具を金属板（以下、ワーク）に押し付け、棒状工具を移動させながらワークを少しずつ引き伸ばして成形加工する成形加工方法である。インクリメンタル成形加工方法は、少量生産に対応できるワークの成形加工方法として良く知られている（例えば、特許文献１）。

しかし、例えばプレス成形加工工程で成形加工されたワークに対してインクリメンタル成形加工を行う場合、前記ワークの表裏の応力分布バランスを変化させてしまうため、インクリメンタル成形加工前後のワークの寸法変化量が大きくなる。そこで、インクリメンタル成形加工を行う際に、成形加工前後のワークの寸法変化量を低減することができる加工方法が望まれている。

特開２００６−３４１２６２号公報

本発明の解決しようとする課題は、成形加工前後の寸法変化量を低減できる金属板のインクリメンタル成形加工方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、全てのプレス成型加工が終了した後に棒状工具を金属板に押し付け、移動させながら該金属板を少しずつ引き伸ばして成形加工するインクリメンタル成形加工方法であって、前記金属板のインクリメンタル成形前の板厚に対するインクリメンタル成形後の板厚の減少率を３５％から４０％の範囲内とし、前記棒状工具の先端部の前記金属板に対する押し込み量である押し付け量Ｘを４．０（μｍ）以下とするものである。

本発明の金属板のインクリメンタル成形加工方法によれば、インクリメンタル成形加工前後の寸法変化量を低減できる。

本発明の実施形態に係るインクリメンタル装置の全体的な構成を示した構成図。 同じく成形加工工程の流れを示すフロー図。 しごき率と寸法変化量との関係を示すグラフ図。 押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐと、押し付け量Ｘとの関係を示す断面構成図。 傾きを有する場合の押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐと、押し付け量Ｘとの関係を示す断面構成図。 成形加工時間ｔと、ワークＷの最小ｒとの関係を示す断面構成図。 インクリメンタル成形加工工程の流れを示す模式図。

図１を用いて、インクリメンタル成形加工装置１００について説明する。
なお、図１は、インクリメンタル成形加工装置１００を断面構成図によって表している。

インクリメンタル成形加工装置１００の構成について説明する。
インクリメンタル成形加工装置１００は、棒状工具１０をワークＷに押し付け、棒状工具１０を移動させながらワークＷを少しずつ引き伸ばして成形加工する成形加工装置である。インクリメンタル成形加工装置１００は、棒状工具１０と、支持装置２０と、を具備している。

なお、本実施形態のワークＷは、金属板から加工される自動車の部品としている。後述するようにワークＷは、プレス成形装置（図示略）によってプレス成形加工された後の最終の段階にて、インクリメンタル成形加工装置１００によって成形加工がなされる。

棒状工具１０は、ワークＷに押しつけられ、移動しながらワークＷを少しずつ引き伸ばすものである。棒状工具１０は、ＮＣマシン（図示略）に取り付けられている。ＮＣマシン（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）とは、数値制御による機械の加工装置である。ＮＣマシンでは、棒状工具１０の動作をＸ、Ｙ、Ｚ方向の座標値によって定義し、その情報をもとに工作機械に内蔵されたサーボモータが動くことによって棒状工具１０を動作させ、ワークＷの成形加工が行われる。

支持装置２０は、棒状工具１０によって成形加工されるワークＷを支持する装置である。支持装置２０は、ベース２１と、緩衝部材２２と、当て板２３と、締め付け治具２４と、を具備している。

ベース２１は、ワークＷの成形加工されない部分（本実施形態ではワークＷの縁部）が載置されるものである。緩衝部材２２は、当て板２３とワークＷとの間に介して配置されるものである。当て板２３は、ワークＷの成形加工されない部分を押圧するものである。締め付け治具２４は、ベース２１と当て板２３とを締め付けることによって、当て板２３をワークＷの成形加工されない部分に押圧させるものである。

インクリメンタル成形加工装置１００の作用について説明する。
ワークＷは、支持装置２０によって、成形加工されない部分が固定支持され、ＮＣマシンにて制御される棒状工具１０によって、少しずつ引き伸ばされて成形加工される。

図２を用いて、成形加工工程Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図２は、成形加工工程Ｓ１００の流れをフロー図によって表している。

成形加工工程Ｓ１００は、ワークＷを成形加工する工程である。成形加工工程Ｓ１００は、複数回のプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０と、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０と、を具備している。なお、成形加工工程Ｓ１００の後に、切削加工工程Ｓ２００、機械加工工程Ｓ３００等が行われるものとする。

プレス成形加工工程Ｓ１１０・Ｓ１２０・Ｓ１３０は、一対の金型によってワークＷをプレス成形加工する工程である。プレス成形加工には、曲げ加工又は絞り加工などが含まれる。本実施形態では、複数回のプレス成形加工工程として、第一プレス成形加工工程Ｓ１１０と、第二プレス成形加工工程Ｓ１２０と、第三プレス成形加工工程Ｓ１３０と、を具備する構成としたが、これに限定されない。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、本発明のインクリメンタル成形加工方法の実施形態である。インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、上述したインクリメンタル成形加工装置１００によってワークＷを成形加工する工程である。インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、棒状工具１０をワークＷに押し付け、棒状工具１０を移動させながらワークＷを少しずつ引き伸ばして成形加工する工程である。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、ワークＷを成形加工工程Ｓ１００での所望の最終形状に成形する成形加工のみならず、複数回のプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０において成形加工された形状をもとの形状（成形加工される前の形状）に復元する成形加工も含まれるものとする。

ここで、特記すべき事項として、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０は、プレス成形加工工程Ｓ１１０の最終工程、すなわち全てのプレス成形加工工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０が終了してから実施されるものとする。

図３を用いて、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０のしごき率ｎについて説明する。
なお、図３では、しごき率ｎと寸法変化量ΔＴとの関係をグラフによって表している。

しごき率ｎとは、インクリメンタル成形加工前後の板厚の減少率であって、インクリメンタル成形加工前の板厚Ｔ０と、インクリメンタル成形加工後の板厚Ｔとによって以下の数１のように表される。

しごき率ｎと寸法変化量ΔＴとの間には、横軸にしごき率ｎ、縦軸に寸法変化量ΔＴを表したとき、しごき率ｎが３５〜４０％となる付近に変曲点を有する二次曲線を示す関係があり、前記変曲点よりもしごき率ｎが小さいほど寸法変化量ΔＴは増加し、かつ、前記変曲点よりもしごき率ｎが大きいほど寸法変化量ΔＴは増加することが分かっている。言い換えれば、しごき率ｎが３５〜４０％付近であれば、寸法変化量ΔＴが最も小さいことになる。なお、寸法変化量ΔＴとは、インクリメンタル成形加工前の平板に対するインクリメンタル成形加工後の平板の曲り角度としている。

本実施形態のインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、しごき率ｎが３５％〜４０％の範囲内（３５％≦ｎ≦４０％）となるようにワークＷを成形加工している。そのため、ワークＷの寸法変化量ΔＴを最小限にできる。

図４を用いて、棒状工具１０の半径Ｒと、移動量Ｐと、押し付け量Ｘとの関係について説明する。
なお、図４は、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の流れについて、棒状工具１０の移動方向（水平方向）の断面視にて表している。

ここで、棒状工具１０は円柱状の棒状部材にて構成され、ワークＷに押し付けられる先端部は半球状に形成されているが、棒状工具１０の半径Ｒとは、半球状に形成される先端部の半径のことである。また、棒状工具１０の押し付け量Ｘとは、棒状工具１０の先端部のワークＷに対する押し込み量のことである。つまり、棒状工具１０の押し付け量Ｘは、ワークＷの成形加工後の表面の仕上げを左右するものである。

本実施形態のインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、棒状工具１０を水平方向に移動させる場合には、押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐと、押し付け量Ｘとの関係について、以下の数２にて表される式が成立するように移動させるものとする。

なお、本実施形態では、押し付け量Ｘが４．０（μｍ）以下となるように、押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐとを決定するようにしている。そのため、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、ワークＷの仕上がり表面の加飾を良好なものにすることができる。

図５を用いて、棒状工具１０の半径Ｒと、移動量Ｐと、押し付け量Ｘと、傾斜θの関係について説明する。
なお、図５は、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の流れについて、棒状工具１０の移動方向（水平方向に対しθだけ傾斜した方向）の断面視にて表している。

本実施形態のインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、棒状工具１０を水平方向に対しθだけ傾斜した方向に移動させる場合には、押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐと、押し付け量Ｘとの関係について、以下の数３にて表される式が成立するように移動させるものとする。

なお、本実施形態では、押し付け量Ｘが４．０（μｍ）以下となるように、押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐとを決定するようにしている。そのため、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、ワークＷの仕上がり表面の加飾を良好なものにすることができる。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の効果について説明する。
インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０によれば、成形加工後の寸法変化量を低減できる。すなわち、しごき率ｎが３５％〜４０％の範囲内（３５％≦ｎ≦４０％）となるようにワークＷを成形加工することによって、ワークＷの寸法変化量ΔＴを最小限にできる。

また、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０によれば、押し付け量Ｘが４．０（μｍ）以下となるように、押し付け工具の半径Ｒと、移動量Ｐとを決定するようにしているため、ワークＷの仕上がり表面の加飾を良好なものにすることができる。

図６（Ａ）を用いて、成形加工時間ｔと、ワークＷの最小ｒと、ツールパス速度Ｖと、ツールパス総距離Ｙとの関係について説明する。
なお、図６は、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の流れについて、棒状工具１０の移動方向（水平方向）の断面視にて表している。

通常、棒状工具１０の半径Ｒは、ワークＷの最小ｒで決定される。そのため、ワークＷの最小ｒが小さい場合には、棒状工具１０の半径Ｒも小さくなり、棒状工具１０の移動量Ｐも小さくする必要がある。ここで、成形加工時間ｔと、ワークＷの最小ｒと、ツールパス速度Ｖと、ツールパス総距離Ｙとの関係は、以下の数４式にて表される。なお、αは係数である。

図７を用いて、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の流れについて説明する。
なお、図７では、インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の流れを模式的に表している。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０では、上述したインクリメンタル成形加工装置１００によってワークＷを成形加工する工程である。

ステップＳ１５１において、インクリメンタル成形加工装置１００では、ワークＷの最小ｒによって決定される半径Ｒ２よりも大きい半径Ｒ１の棒状工具１０Ａが選択される。
ステップＳ１５２において、インクリメンタル成形加工装置１００では、半径Ｒ１の棒状工具１０Ａによって、ワークＷの最終形状の途中までインクリメンタル成形加工がなさ
れる。

ステップＳ１５３において、インクリメンタル成形加工装置１００では、ワークＷの最小ｒによって決定される半径Ｒ２の棒状工具１０Ｂに付け替えられる。
ステップＳ１５４において、インクリメンタル成形加工装置１００では、半径Ｒ２の棒状工具１０Ｂによって、ワークＷの最終形状までインクリメンタル成形加工がなされる。

インクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０の効果について説明する。
本実施形態のインクリメンタル成形加工工程Ｓ１５０によれば、成形加工時間ｔを短縮できる。すなわち、ワークＷの最小ｒによって決定される半径Ｒ２よりも大きい半径Ｒ１の棒状工具１０Ａが選択され、ワークＷの最終形状の途中までインクリメンタル成形加工がなされるため、成形加工時間ｔを短縮できる。

１０ 棒状工具
２０ 支持装置
Ｓ１００ 成形加工工程
Ｓ１５０ インクリメンタル成形加工工程
ｎ しごき率
Ｐ 棒状工具１０の移動量
Ｒ 棒状工具１０の半径
ｒ ワークＷの最小径
Ｖ ツールパス速度
Ｘ 棒状工具１０の押し付け量
Ｙ ツールパス総距離

Claims (1)

1. 全てのプレス成型加工が終了した後に棒状工具を金属板に押し付け、移動させながら該金属板を少しずつ引き伸ばして成形加工するインクリメンタル成形加工方法であって、
   前記金属板のインクリメンタル成形前の板厚に対するインクリメンタル成形後の板厚の減少率を３５％から４０％の範囲内とし、
   前記棒状工具の先端部の前記金属板に対する押し込み量である押し付け量Ｘを４．０（μｍ）以下とする、
   金属板のインクリメンタル成形加工方法。

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