JP2018176260A - 逐次成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の逐次成形方法では、成形型の制作費が製造コストの多くの部分を占めているという問題点があった。【解決手段】周囲を保持した金属板Ａに工具の先端を押し付けて三次元形状に成形する逐次成形方法において、平面部Ｂとこれに連続する曲面部Ｃとを有する金属板Ａに、平面部Ｂから曲面部Ｃに至るフランジＦを成形するに際し、金属板Ａを間にして配置した一方の工具２及び他方の工具３を用い、平面部Ｂでは、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａを互いにずらせた状態にしてフランジＦを形成し、曲面部Ｃでは、両工具２，３の軸線間距離を大きくしてフランジＦを形成する逐次成形方法とし、成形型を廃止して製造コストの低減を実現すると共に、成形型を使用せずにフランジＦを良好に形成する。【選択図】図４

Description

本発明は、金属板に工具を押し付けて移動させることにより金属板を次第に変形させて三次元形状に成形する逐次成形方法に関し、とくに、平面部と曲面部を有する金属板にフランジを形成するのに用いられる逐次成形方法に関するものである。

従来の逐次成形方法としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の逐次成形方法は、板材（金属板）の周囲を固定する支持枠と、板材の下面側に配置した型状押圧部材と、板材の上面側に配置した棒状の工具を使用する。型状押圧部材は、要するに、板材の最終形状に対応した表面形状を有する成形型である。

上記の逐次成形方法は、周囲を固定した板材の下面に型状押圧部材を押し付けた状態にし、板材の上面に工具の先端を押し付けて所定経路を移動させることにより、板材をその厚さ方向に次第に変形させる。そして、逐次成形方法は、工具を所定経路に沿って移動させる度に、工具の前進量（下降量）を増すことで、最終的に、板材を型状押圧部材の表面に添った形状に成形する。

特開２００３−２３６６１８号公報

ところで、上記した逐次成形方法では、とくに、平面部と曲面部とを有する金属板に、平面部から曲面部に至るフランジを形成する場合、これに対応した表面形状を有する成形型を使用することになる。しかしながら、このような従来の逐次成形方法では、成形型の制作費が製造コストの多くの部分を占めているという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、とくに、平面部と曲面部とを有する金属板に、平面部から曲面部に至るフランジを形成するのに用いられる逐次成形方法であって、成形型を廃止して製造コストの低減を実現すると共に、成形型を使用せずにフランジを良好に形成することができる逐次成形方法を提供することを目的としている。

本発明に係わる逐次成形方法は、周囲を保持した金属板に工具の先端を押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板を厚さ方向に次第に変形させて三次元形状に成形するものであって、とくに、金属板が、平面部とこれに連続する曲面部とを有すると共に、この金属板に、平面部から曲面部に至るフランジを成形する。そして、逐次成形方法は、金属板を間にして配置した一方の工具及び他方の工具を用い、金属板の平面部では、両工具の軸線を互いにずらせた状態にして両工具の間でフランジを形成し、金属板の曲面部では、平面部における両工具の軸線間距離に対して、両工具の軸線間距離を相対的に大きくしてフランジを形成することを特徴としている。

本発明に係わる逐次成形方法によれば、上記構成を採用したことにより、平面部と曲面部を有する金属板に対して、一対の工具を使用して平面部から曲面部に至るフランジを形成することとなり、とくに、曲面部において両工具の軸線間距離を大きくすることで、曲面部に生じ易いしわ等の成形不良を防止する。

このようにして、逐次成形方法は、平面部と曲面部を有する金属板にフランジを形成するに際し、成形型を廃止して製造コストの低減を実現すると共に、成形型を使用せずにフランジを良好に形成することができる。

本発明に係わる逐次成形方法の第１実施形態において、成形品の一例である自動車用エンジンフードのフランジ成形を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。 同じく自動車用エンジンフードのフランジ成形を示す斜視図である。 金属板及び工具の配置を示す断面説明図（Ａ）、フランジ成形を示す断面説明図（Ｂ）である。 フランジ成形の詳細を示す断面説明図である。 本発明に係わる逐次成形方法の第２実施形態を示す断面説明図である。

〈第１実施形態〉
図１〜図４は、本発明に係わる逐次成形方法の第１実施形態を説明する図である。逐次成形方法は、周囲を保持した金属板に工具の先端を押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板を厚さ方向に次第に変形させて三次元形状に成形するものである。本発明に係わる逐次成形方法では、とくに、金属板が、平面部とこれに連続する曲面部とを有すると共に、この金属板に、平面部から曲面部に至るフランジを形成する。

図１及び図２は、成形品の一例である自動車用エンジンフードのフランジ成形を示す図である。金属板Ａは、エンジンフードのアウタパネルの前駆体であって、三次元形状に形成してある。この金属板Ａは、アウタパネルの主体部に相当する平面部Ｂと、アウタパネルの前部に相当する曲面部Ｃとを連続的に有している。また、金属板Ａは、全周にわたって枠状部Ｄを有すると共に、平面部Ｂ及び曲面部Ｃの縁部から枠状部Ｄに至る斜面部Ｅを有している。なお、金属板Ａは、とくに限定されないが、例えば、逐次成形やプレス加工等の前工程により上記の三次元形状に成形してある。

この実施形態では、金属板Ａの平面部Ｂ及び曲面部Ｃの縁部に、フランジＦを連続的に形成する。この際、逐次成形方法では、平面部Ｂ及び曲面部Ｃの縁部を段差形状に形成するのであるが、この形成後には、段差部分を残して枠状部Ｄや斜面部Ｅを切除する。これにより、段差部分がアウタパネルのフランジＦになるので、当該逐次成形方法では、その段差部分をフランジＦと称している。

上記の逐次成形方法では、図１（Ｂ）及び図３に示すように、金属板Ａの周囲を保持する治具１と、金属板Ａを間にして配置した一方の工具２及び他方の工具３を用いる。治具１は、金属板Ａの周囲に対応した枠状を成すと共に、下側の固定具１Ａと上側の可動具１Ｂとを備えており、金属板Ａの枠状部Ｄを挟持して可動具１Ｂを固定することにより、金属板Ａの周囲を強固に拘束する。

一方及び他方の工具２，３は、球面状の先端を有する丸棒状の工具であって、夫々の先端を金属板Ａに向けた状態にして、金属板Ａの上面側及び下面側に夫々配置してある。両工具２，３は、いずれも直交する水平な２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）、及び垂直方向（Ｚ方向）に移動可能に保持されている。また、両工具２，３は、直交する３軸方向に加え、金属板Ａに対して傾斜させるために回動可能に保持しても良い。これらの工具２，３の保持装置としては、例えば、多軸制御型の作業ロボットを挙げることができる。

そして、逐次成形方法は、金属板Ａの平面部Ｂでは、図４中の矢視断面図４Ａに示すように、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａを互いにずらせた状態にして両工具２，３の間でフランジＦを形成する。この際、両工具２，３の軸線間距離Ｌ１は、前進した際に互いに干渉しない距離であり、例えば、両工具２，３の直径が同一である場合には、その直径よりも大きい距離である。

また、逐次成形方法は、金属板Ａの曲面部Ｃでは、図４中の矢視断面図４Ｂに示すように、平面部Ｂにおける両工具２，３の軸線間距離Ｌ１に対して、両工具２，３の軸線間距離Ｌ２を相対的に大きくしてフランジＦを形成する。なお、図４中の矢視断面４Ａ及び４Ｂは、同図中のＰ−Ｐ線矢視に基づく断面図である。

より具体的には、両工具２，３は、平面部Ｂにおいては、互いの軸線２Ａ，３Ａが平行で且つ平面部Ｂに対して面直（垂直）になる状態にすると共に、上側の工具２がフランジＦの外側に対応し、下側の工具３がフランジＦの内側に対応する配置にする。また、曲面部Ｃにおいては、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ｂの方向を平面部Ｂと同様にしたままで、軸線間距離を増大（Ｌ１→Ｌ２）させる。これにより、フランジＦは、平面部Ｂ及び曲面部Ｃの縁部から下向きに形成される。

逐次成形方法は、上記のように両工具２，３の互いに位置関係を設定し、金属板Ａに両工具２，３の先端を押し付けて所定経路を移動させる。この実施形態の所定経路は、平面部Ｂ及び曲面部Ｃの縁部であるから、平面部Ｂの末端から、平面部Ｂと曲面部Ｃとの境界を経て、曲面部Ｃの末端に至る経路である。この逐次成形方法では、平面部Ｂでは、両工具２，３を水平方向に移動させ、曲面部Ｃでは、両工具２，３の軸線間距離を増大（Ｌ１→Ｌ２）させると共に、両工具２，３を下降させながら水平移動させる。

そして、逐次成形方法は、上記の所定経路に沿って工具２，３を移動させた後、金属板Ａに対する各工具２，３の前進量を増大させ、所定経路の移動毎に前進量を増大させる動作を繰り返し行う。これにより、逐次成形方法は、金属板Ａを次第に変形させて、最終的に、所定の段差寸法を有するフランジＦを形成する。この実施形態では、所定経路が線状であるから、両工具２，３を一方向に移動させても良いし、往復移動させて成形時間の短縮を図ることも良い。

上記の逐次成形方法では、金属板Ａの上下側（両面側）に配置した一方及び他方の工具２，３を用いるので、両工具２，３が、金属板Ａを抑える役割と金属板Ａを成形する役割とを互いに担うことになる。このため、逐次成形方法では、従来のような成形型を用いなくても、金属板Ａが局部的に動く（逃げる）ようなことがなく、フランジＦを良好に形成する。また、逐次成形方法では、両工具２，３を局部的に接触させて成形を行うため、換言すれば成形箇所の周囲が非拘束状態であるため、目標とする形状を作成しやすい。

このようにして、上記の逐次成形方法は、平面部Ｂと曲面部Ｃを有する金属板Ａに対して、一対の工具２，３を使用して平面部Ｂから曲面部Ｃに至るフランジＦを連続的に形成することとなる。また、逐次成形方法は、金属板Ａの曲面部Ｃでは、平面部Ｂにおける両工具２，３の軸線間距離Ｌ１に対して、両工具２，３の軸線間距離Ｌ２を相対的に大きくしてフランジＦを形成することにより、曲面部Ｃに生じ易いしわや割れ等の成形不良を防止する。

これにより、逐次成形方法は、平面部Ｂと曲面部Ｃを有する金属板ＡにフランジＦを形成するに際し、製造コストの多くを占めていた成形型を廃止して製造コストの低減を実現することができ、しかも、成形型を使用せずに高品質のフランジＦを良好に形成することができる。

また、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、金属板Ａにおける曲面部Ｃの曲率の大きさに応じて、両工具２，３の軸線間距離Ｌ２を変化させることとし、曲率が大きい場合には軸線間距離Ｌ２を大きくすることができる。これにより、逐次成形方法は、とくに、曲面部Ｃの曲率が大きい場合でも、曲面部Ｃに生じ易いしわや割れ等の成形不良をより確実に防止することができる。

さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、金属板Ａの曲面部Ｃでは、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａが曲面部Ｃに対して面直となる状態に両工具２，３を傾斜させてフランジＦを形成することができる。これにより、逐次成形方法は、金属板Ａに対する両工具２，３の接触角度が均一になり、平面部Ｂから曲面部Ｃにわたって、より容易にフランジＦを形成し得るものとなる。両工具２，３を傾斜させる逐次成形方法は、後記する第２実施形態において詳述する。

さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、金属板Ａの曲面部Ｃでは、両工具２，３の軸線間距離Ｌ２を所定経路の移動毎に漸次減少（Ｌ２→Ｌ１）させてフランジＦを形成することができる。これにより、逐次成形方法は、曲面部ＣににおけるフランジＦの角度が次第に垂直方向に変化し、平面部Ｂと同形状のフランジＦを形成することが可能になる。つまり、上記の逐次成形方法によれば、平面部Ｂから曲面部Ｃに至る全範囲に、同一断面のフランジＦを形成することができる。

さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、金属板Ａの曲面部Ｃでは、両工具２，３の平面部Ｂに対する押圧量に対して、両工具２，３の押圧量を相対的に小さくしてフランジＦを形成することができる。これにより、逐次成形方法は、曲面部Ｃに生じ易いしわや割れ等の成形不良をより確実に防止することができる。

〈第２実施形態〉
図５は、本発明に係わる逐次成形方法の第２実施形態を説明する図である。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一部位に同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

この実施形態の逐次成形方法は、第１実施形態と同様に、平面部Ｂとこれに連続する曲面部Ｃとを有する金属板Ａに、平面部Ｂから曲面部Ｃに至るフランジＦを成形するものであり、金属板Ａを間にして配置した一方の工具２及び他方の工具３を用いる。

そして、逐次成形方法は、図５中のＰ−Ｐ線の矢視断面図５Ａに示すように、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａを互いにずらせた状態にする。また、逐次成形方法は、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａが金属板Ａに対して面直となる状態にして両工具２，３の間でフランジＦを形成する。

つまり、この実施形態では、平面部Ｂでは、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａが金属板Ａに対して面直、すなわち平面部Ｂに対して垂直となる状態にする。また、曲面部Ｃでは、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａが金属板Ａに対して面直、すなわち曲面部Ｃの法線に一致するように傾斜させた状態にする。なお、曲面部Ｃでは、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａと法線とが必ずしも一致してなくても構わない。

この際、第１実施形態では、曲面部Ｃにフランジを形成する際、平面部Ｂに対して、両工具２，３の軸線間距離を相対的に大きく（Ｌ１→Ｌ２）したのに対して、この実施形態では、両工具２，３の軸線間距離Ｌ１を平面部Ｂ及び曲面部Ｃで一定にしている。

上記の逐次成形方法では、第１実施形態と同様に、金属板Ａに両工具２，３の先端を押し付けて所定経路、すなわち平面部Ｂ及び曲面部Ｃの縁部に沿う経路を移動させる。この際、この実施形態の場合には、曲面部ＣからフランジＦの形成を開始することが、成形不良を防止するうえでより望ましい。よって、両工具２，３の移動経路は、曲面部Ｃの末端から、曲面部Ｃと平面部Ｂとの境界を経て、平面部Ｂの末端に至る経路である。

これにより、この逐次成形方法では、曲面部Ｃにおいては、両工具２，３を傾斜させると共に、その傾斜角度を次第に小さくしつつ、上昇させながら水平に移動させ、平面部Ｂにおいては、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａを垂直にして水平移動させる。

そして、逐次成形方法では、所定経路の移動毎に、金属板Ａに対する各工具２，３の前進量を増大させ、これを繰り返し行うことでフランジＦを形成する。このように形成されたフランジＦは、曲面部Ｃから平面部Ｂに至る全体にわたって一定の断面寸法（断面形状）を有するものとなる。

このようにして、上記の逐次成形方法は、第１実施形態と同様に、平面部Ｂと曲面部Ｃを有する金属板ＡにフランジＦを形成するに際し、製造コストの多くを占めていた成形型を廃止して製造コストの低減を実現すると共に、成形型を使用せずに高品質のフランジＦを良好に形成することができる。

また、上記の逐次成形方法は、両工具２，３の軸線２Ａ，３Ａが金属板Ａに対して面直となる状態にして両工具２，３の間でフランジＦを形成するので、曲面部Ｃに生じ易いしわや割れ等の成形不良をより確実に防止することができると共に、両工具２，３の軸線間距離を変更する必要がなく、一定の軸線間距離でフランジＦを形成し得るので、その分、工具２，３の移動制御も容易になる。

本発明に係わる逐次成形方法置は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。上記各実施形態では、金属板Ａの上下に配置した一対の工具２，３で逐次成形を行う場合を例示したが、金属板Ａを立てた状態にし、横方向から工具２，３を押し付けて逐次成形することも可能であり、例えば、治具を可動にしても良い。

また、本発明に係わる逐次成形方法は、自動車用エンジンフードのアウタパネルに限らず、平面部と曲面部とを有する様々な金属板におけるフランジ形成に適用可能である。なお、上記アウタパネルには、その全周にフランジが形成されるので、例えば、左右のフランジを夫々一対の工具で同時に形成することも可能である。

さらに、上記各実施形態では、両工具２，３の軸線間距離、押圧量及び傾斜角度を制御するものとしたが、工具２，３の速度制御を行うことも当然あり得る。また、両工具２，３は、必ずしも同一の形態でなくても良く、先端の曲率や直径等が互いに異なるものを使用することも可能である。

Ａ 金属板
Ｂ 平面部
Ｃ 曲面部
Ｆ フランジ
Ｌ１，Ｌ２ 工具の軸線間距離
２ 一方の工具
２Ａ，３Ａ 工具の軸線
３ 他方の工具

Claims (6)

1. 周囲を保持した金属板に工具の先端を押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板を厚さ方向に次第に変形させて三次元形状に成形する逐次成形方法において、
   金属板が、平面部とこれに連続する曲面部とを有すると共に、この金属板に、平面部から曲面部に至るフランジを成形するに際し、
   金属板を間にして配置した一方の工具及び他方の工具を用い、
   金属板の平面部では、両工具の軸線を互いにずらせた状態にして両工具の間でフランジを形成し、
   金属板の曲面部では、平面部における両工具の軸線間距離に対して、両工具の軸線間距離を相対的に大きくしてフランジを形成することを特徴とする逐次成形方法。
2. 金属板における曲面部の曲率の大きさに応じて、両工具の軸線間距離を変化させることとし、曲率が大きい場合には軸線間距離を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の逐次成形方法。
3. 金属板の曲面部では、両工具の軸線が曲面部に対して面直となる状態に両工具を傾斜させてフランジを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の逐次成形方法。
4. 金属板の曲面部では、両工具の軸線間距離を所定経路の移動毎に漸次減少させてフランジを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の逐次成形方法。
5. 金属板の曲面部では、両工具の平面部に対する押圧量に対して、両工具の押圧量を相対的に小さくしてフランジを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の逐次成形方法。
6. 周囲を保持した金属板に工具の先端を押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板を厚さ方向に次第に変形させて三次元形状に成形する逐次成形方法において、
   金属板が、平面部とこれに連続する曲面部とを有すると共に、この金属板に、平面部から曲面部に至るフランジを成形するに際し、
   金属板を間にして配置した一方の工具及び他方の工具を用い、
   両工具の軸線を互いにずらせた状態にし、且つ両工具の軸線が金属板に対して面直となる状態にして両工具の間でフランジを形成することを特徴とする逐次成形方法。

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