JP6864321B2 - 逐次成形方法 - Google Patents

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、リブ付きの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や特許文献２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、金属板を成形型に固定し、その周囲をローラで押圧しながら移動させることにより、金属板にフランジを形成するものである。

また、特許文献２に記載の逐次成形方法は、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、要するに成形型である。この逐次成形方法は、周囲を固定した板材の下面に型状押圧部材を押し付けて、板材を型状押圧部材により初期的に変形させ、その後、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ものである。

特開２０００−５８３４号公報 特開２００３−２３６６１８号公報

しかしながら、上記したような従来の逐次成形方法は、いずれも成形型を用いることから、成形品の形状ごとに成形型を作製する必要があり、成形型の製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ることから、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、リブ付きのフランジを成形するに際し、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、リブ付きのフランジを成形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であって、角部を介して連続する第１及び第２のフランジ面に、第１フランジ面から第２フランジ面に至る稜線の両側にリブ斜面を有するリブを形成する。そして、逐次成形方法は、前記金属板に、リブの稜線を含む加工用斜面を形成した後、前記工具により、加工用斜面における稜線の両側の加工領域を角部に向けて押し込んで次第に変形させ、前記第１及び第２のフランジ面とリブ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は、金属板の片側に配置した工具により、金属板の加工用斜面に第１及び第２のフランジ面とリブを形成することとなり、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、リブ付きのフランジを成形することができる。

本発明に係わる逐次成形方法の第１実施形態を説明する図であって、逐次成形方法に適用可能な装置を説明する断面図である。 成形品の一例である自動車のフェンダーパネルを示す正面図である。 金属板の折り曲げ加工を説明する斜視図である。 折り曲げ加工後の金属板を示す斜視図である。 初期段階の金属板を示す斜視図である。 図５に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図６に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図７に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図８に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図９に続いて成形完了の状態を示す斜視図である。 本発明に係わる逐次成形方法の第２実施形態を説明する図であって、成形初期の段階を示す斜視図である。 図１１に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図１２に続いて成形過程を説明する斜視図である。 本発明に係わる逐次成形方法の第３実施形態を説明する図であって、成形初期の段階を示す斜視図である。 図１４に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図１５に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図１６に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図１７に続いて成形過程を説明する斜視図である。 図１８に続いて成形完了の状態を示す斜視図である。

〈第１実施形態〉
図１〜図１０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Ａに工具３の先端を押し付けて所定の移動経路を移動させることにより、金属板Ａを厚さ方向に次第に変形させて三次元形状に成形する方法である。また、この実施形態の逐次成形方法では、角部Ｃを介して連続する第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２に、第１フランジ面Ｆ１から第２フランジ面Ｆ２に至る稜線Ｂの両側にリブ斜面Ｄを有するリブＲを形成する。

逐次成形方法では、図１に示すように、水平にした金属板Ａの中間部を保持する固定治具１と、金属板Ａの端部を保持する可動治具２と、金属板Ａの上側に配置した工具３とを用いる。金属板Ａは、本体部Ａ１の端部に、リブ付きのフランジが形成される被加工部Ａ２を有している。このため、金属板Ａは、とくに、被加工部Ａ２の周囲が固定治具１及び可動治具２により保持される。

図２は、成形品の一例である自動車のフェンダーパネルＦＰを示す図である。フェンダーパネルＦＰは、金属板Ａに相当する。このフェンダーパネルＦＰは、図中で右側となるドア側の縁部にフランジＦを有しており、このフランジＦには、所定間隔でリブＲが形成してある。当該逐次成形方法は、一例として、フェンダーパネルＦＰにリブＲを有するフランジＦを形成するのに用いられる。

固定治具１は、下側の固定具１Ａと上側の可動具１Ｂとを備え、固定具１Ａと可動具１Ｂとの間で金属板Ａを挟持して強固に拘束する。可動治具２は、本体部２Ａに一対の挟持部２Ｂ，２Ｂを開閉可能に備え、両挟持部２Ｂ，２Ｂの間で金属板Ａを挟持して強固に拘束する。また、可動治具２は、図示しない保持装置により上下動可能に保持してある。

工具３は、球面状の先端を有する丸棒状の工具であって、その先端を金属板Ａに向けた状態にして配置される。本発明の逐次成形方法は、金属板Ａと工具３とが相対的に移動すれば良いので、固定治具１及び可動治具２と、工具３との少なくとも一方が移動可能であれば実施することができる。具体的には、多軸制御型の作業ロボットやＮＣ工作機械を用いることができる。

この実施形態では、工具３が、直交する水平な２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）に移動可能に保持してあり、金属板Ａに対して傾斜させるために回動可能にしても良い。この場合、工具３の保持装置としては、多軸制御型の作業ロボットを用いることが望ましく、作業ロボットを採用すれば、装置の占有面積が比較的小さくなると共に、工具２の姿勢制御も容易であるなどの利点がある。

逐次成形方法は、金属板Ａに、リブＲの稜線Ｂを含む加工用斜面Ｓを形成する。この際、金属板Ａは、プレスにより折り曲げ加工をすることも可能であるが、工具３を用いた逐次成形によって折り曲げ加工をすることができる。すなわち、図３に示すように、平坦な金属板Ａに工具３を押し付けて移動させ、この際、可動治具２を上下動自在に保持することにより、工具３の経路に沿って折り曲げることができる。図示例の金属板Ａは、平行な３本の折り曲げ線Ｌ１〜Ｌ３を所定間隔で設定し、各折り曲げ線Ｌ１〜Ｌ３の位置で所定方向に折り曲げを行うことで４面を形成している。

折り曲げ後の金属板Ａは、図４に示すように、固定治具１で保持される縁部Ｅと、縁部Ｅに対して垂直方向に連続する第１フランジ面Ｆ１と、縁部Ｅと平行で且つ第１フランジ面Ｆ１に対して垂直方向に延出する第２フランジ面Ｆ２とを有している。そして、金属板Ａは、第１フランジ面Ｆ１と第２フランジ面Ｆ２との間に加工用斜面Ｓを有している。

次に、逐次成形方法は、工具３により、加工用斜面Ｓにおける稜線Ｂの両側の加工領域ＫＬ．ＫＲを角部Ｃに向けて押し込んで次第に変形させ、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２とリブＲを形成する。

また、逐次成形方法は、加工領域ＫＬ，ＫＲを角部Ｃに向けて押し込んで次第に変形させる際、加工領域ＫＬ，ＫＲが長方形を成し、これらの加工領域ＫＬ，ＫＲを、長方形から、稜線Ｂを底辺とし且つ角部Ｃを頂点とする三角形に移行するように次第に変形させる。

さらに、逐次成形方法は、加工領域ＫＬ，ＫＲを三角形に変形させた後、その頂点が角部Ｃに沿って稜線Ｂ側に移行するように次第に変形させる。

以下、逐次成形方法を具体的に説明する。ここで、図５には成形後の形状を仮想線で示し、理解し易くするために、図中で左側の加工領域ＫＬにおいて、稜線Ｂの上端部をＰ１とし、稜線Ｂの下端部をＰ２とし、第１フランジ面Ｆ１と加工用斜面Ｓとの境界の端部（金属板Ａの端部）である上位端部をＰ３とし、加工用斜面Ｓと第２フランジ面Ｆ２との境界の端部である下位端部をＰ４とし、角部Ｃとリブ斜面Ｄと交点をＰ５とする。

すなわち、逐次成形方法では、稜線Ｂの上端部Ｐ１から、上位端部Ｐ３、下位端部Ｐ４、稜線Ｂの下端部Ｐ２を経て、稜線Ｂの上端部Ｐ１に戻る矩形の経路を工具３の周回経路とし、工具３を押し付けて周回経路上を周回移動させる。この際、逐次成形方法では、図５から図６に移行するように、稜線Ｂを維持しながら、上位端部Ｐ３及び下位端部Ｐ４が角部Ｃに向かうように加工領域ＫＬを次第に変形させる。

そして、逐次成形方法は、工具３の周回移動毎に、金属板Ａに対する工具３の前進量を増加させ、工具３の周回移動と前進量の増加とを繰り返すことにより、図７に示すように、上位端部Ｐ３及び下位端部Ｐ４が角部Ｃに一致するまで加工領域ＫＬを次第に変形させる。これにより、加工領域ＫＬは、図５〜図７に示すように、長方形から、稜線Ｂを底辺とし且つ角部Ｃを頂点Ｐ６とする三角形に移行するように変形する。

次に、逐次成形方法は、図７から図８に移行するように、三角形の加工領域ＫＬを、その頂点Ｐ６が角部Ｃに沿って稜線Ｂ側に移動するように変形させ、頂点Ｐ６が角部Ｃとリブ斜面Ｄとの交点Ｐ５に一致するまで成形を行う。この時点で、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２の片側と、リブＲの片側のリブ斜面Ｄの形成が完了する。

その後、逐次成形方法は、図９に示すように、右側の加工領域ＫＲにも同様の工程で成形を行うことにより、図１０に示すように、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２と、稜線Ｂの両側にリブ斜面Ｄ，Ｄを有するリブＲを形成する。

このように、逐次成形方法は、金属板Ａに、リブＲの稜線Ｂを含む加工用斜面Ｓを形成した後、金属板Ａの片面側に配置した工具３により、加工用斜面Ｓにおける稜線両の両側の加工領域ＫＬ，ＫＲを角部Ｃに向けて押し込んで次第に変形させ、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２とリブＲを形成する。これにより、上記の逐次成形方法によれば、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リブＲ付きのフランジＦを成形することができる。

また、上記の逐次成形方法は、加工領域ＫＬ，ＫＲが長方形を成し、これらの加工領域ＫＬ，ＫＲを、長方形から稜線Ｂを底辺とし且つ角部Ｃを頂点とする三角形に移行するように次第に変形させる。これにより、逐次成形方法は、金属板Ａの片側面に配置した工具３のみで一連の成形が可能であるうえに、リブＲを沈下させることなく目的の形状に成形することができる。

さらに、上記の逐次成形方法は、加工領域ＫＬ，ＫＲを三角形に変形させた後、その頂点Ｐ６が角部Ｃに沿って稜線Ｂ側に移行するように次第に変形させる。これにより、逐次成形方法は、リブＲを沈下させることなく目的の形状に成形し得るうえに、頂点Ｐ６の移動位置を選択することで、リブＲの幅寸法を自在に変更することができる。換言すれば、様々なリブの幅寸法に対処することが容易である。

図１１〜図１９は、本発明に係わる逐次成形方法の第２及び第３の実施形態を説明する図である。以下の各実施形態において、第１実施形態と同様の部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

〈第２実施形態〉
図１１〜図１３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。
この実施形態の逐次成形方法は、基本的には、第１実施形態と同様に、金属板Ａに、リブＲの稜線Ｂを含む加工用斜面Ｓを形成した後、工具３により、加工用斜面Ｓにおける稜線Ｂの両側の加工領域ＫＬ．ＫＲを角部Ｃに向けて押し込んで次第に変形させる。

そして、この実施形態の逐次成形方法は、加工用領域ＫＬ，ＫＲが長方形を成しており、これらの加工領域ＫＬ，ＫＲを、長方形の面積が漸次減少するように次第に変形させて、最終的に、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２並びに角部Ｃを形成する。

すなわち、この実施形態の逐次成形方法は、第１実施形態と同様に、稜線Ｂの上端部Ｐ１から、上位端部Ｐ３、下位端部Ｐ４、及び稜線Ｂの下端部Ｐ２を経て、稜線Ｂの上端部Ｐ１に戻る矩形の周回経路を形成して、工具３を周回移動させる。そして、周回移動を終えた後、工具３の前進量を増加させると共に、周回経路を所定ピッチ分だけ内側に変更する。それ以降は、工具３の周回移動毎に、工具３の前進量の増加と周回経路の変更とを繰り返して成形を行う。

上記の成形により、加工領域ＫＬは、上辺と下辺とが、リブ斜面Ｄの斜辺に沿って平行移動して長さが漸次減少し、左右の辺が、同じくリブ斜面Ｄの２つの斜辺に沿って平行移動して長さが漸次減少し、最終的に角部Ｃで消滅する。これにより、逐次成形方法は、図１３に示すように、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２の片側と、片側のリブ斜面Ｄとを同時に形成する。また、逐次成形方法は、各図で右側の加工領域ＫＲにも同様の成形を行うことにより、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２と、リブＲを形成する。

上記の逐次成形方法にあっても、第１実施形態と同様に、金属板Ａの片面側に配置した工具３により、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２とリブＲを形成することとなり、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リブＲ付きのフランジＦを成形することができる。また、上記の逐次成形方法によれば、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２とリブＲを工具３の周回移動のみで同時に形成し得るので、成形時間の短縮化を図ることができる。

〈第３実施形態〉
図１４〜図１９は、本発明に係わる逐次成形方法の第３実施形態を説明する図である。
この実施形態では、図１４に仮想線で示すように、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２に、２つリブＲを形成する。なお、図２に例示しているように、当然、リブＲの数は２以上であっても構わない。加工用斜面Ｓは、リブＲ，Ｒ同士の間となる中央の加工領域ＫＣと、その左右の加工領域ＫＬ，ＫＲとを有する。これらの領域ＫＣ，ＫＬ，ＫＲは、いずれも長方形である。

この実施形態の逐次成形方法は、とくに、中央の加工領域ＫＣの成形に関して、図１５に示すように、長方形の面積が漸次減少するように次第に変形させて、最終的に角部Ｃを形成する。そして、図１６に示すように、角部Ｃを形成した段階において、稜線Ｂを底辺とし且つ角部Ｃを頂点Ｐ６とする三角形を形成する。

すなわち、この実施形態の逐次成形方法は、とくに中央の加工領域ＫＣに対して、第１及び第２の実施形態で説明した夫々の工程が適用される。つまり、中央の加工領域ＫＣおける中央部分は、第２実施形態と同様に、長方形の面積が漸次減少するように次第に変形させる。他方、中央の加工領域ＫＣにおける左右の部分は、第１実施形態と同様に、稜線Ｂを底辺とし且つ角部Ｃを頂点Ｐ６とする三角形に移行するように次第に変形させる。但し、この実施形態では、三角形の頂点Ｐ６が、角部Ｃとリブ斜面Ｄとの交点Ｐ５から離れた状態に成形する。

その後、逐次成形方法は、図１６から図１７に移行するように、三角形の辺に沿った周回経路上に工具３を押し付けて周回移動させ、稜線Ｂを維持しつつ、三角形の頂点Ｐ６が角部Ｃとリブ斜面Ｄとの交点Ｐ５に達するまで、三角形の加工領域ＫＣを、面積が漸次減少するように次第に変形させる。

それ以降、逐次成形方法は、図１８に示すように、左右の加工領域ＫＬ，ＫＲを、第１実施形態（図５〜図９）と同様に次第に変形させる。これにより、逐次成形方法は、図１９に示すように、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２と、２つのリブＲ，Ｒを形成する。

上記の逐次成形方法にあっても、先の実施形態と同様に、金属板Ａの片面側に配置した工具３により、第１及び第２のフランジ面Ｆ１，Ｆ２と２つリブＲ，Ｒを形成することとなり、この際、リブＲを沈下させることなく目的の形状に成形することができ、また、リブＲの幅寸法を適宜選択したりすることができる。これにより、逐次成形方法は、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複数のリブＲを有するフランジＦを成形することができる。

本発明に係わる逐次成形方法は、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の上側に配置した工具３で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、横方向や下方向から工具３を押し付けて成形することも可能である。

また、本発明に係わる逐次成形方法は、自動車のフェンダーパネル以外の様々な成形品に対しても、リブ付きのフランジを形成することが可能である。さらに、本発明に係わる逐次成形方法は、主に工具３の移動経路に特徴を有するが、工具３の押圧力や移動速度の制御を行うこともあり得る。さらに、工具３は、必ずしも先端が球面状でなくても良く、先端の曲率や直径等が異なるものを使用することも可能である。

３ 工具
Ａ 金属板
Ｂ 稜線
Ｃ 角部
Ｄ リブ斜面
Ｆ フランジ
Ｆ１ 第１フランジ面
Ｆ２ 第２フランジ面
ＫＬ，ＫＣ，ＫＲ 加工領域
Ｒ リブ
Ｓ 加工用斜面
Ｐ１ 稜線の上端部
Ｐ２ 稜線の下端部
Ｐ３ 上位端部
Ｐ４ 下位端部
Ｐ５ 角部とリブ斜面との交点
Ｐ６ 三角形の頂点

Claims (5)

1. 周囲を保持した金属板に工具の先端を押し付けて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であって、
   角部を介して連続する第１及び第２のフランジ面に、第１フランジ面から第２フランジ面に至る稜線の両側にリブ斜面を有するリブを形成するに際し、
   前記金属板に、リブの稜線を含む加工用斜面を形成した後、前記工具により、加工用斜面における稜線の両側の加工領域を角部に向けて押し込んで次第に変形させ、前記第１及び第２のフランジ面とリブを形成することを特徴とする逐次成形方法。
2. 前記加工用斜面における稜線の両側の加工領域を角部に向けて押し込んで次第に変形させる際、前記加工領域が長方形を成し、この加工領域を、長方形から稜線を底辺とし且つ角部を頂点とする三角形に移行するように次第に変形させることを特徴とする請求項１に記載の逐次成形方法。
3. 前記加工領域を三角形に変形させた後、その頂点が角部に沿って稜線側に移行するように次第に変形させることを特徴とする請求項２に記載の逐次成形方法。
4. 前記加工用斜面における稜線の両側の加工領域を角部に向けて押し込んで次第に変形させる際、前記加工用領域が長方形を成し、この加工領域を、長方形の面積が漸次減少するように次第に変形させて、最終的に角部を形成することを特徴とする請求項１に記載の逐次成形方法。
5. 前記角部を形成した段階において、稜線を底辺とし且つ角部を頂点とする三角形を形成することを特徴とする請求項４に記載の逐次成形方法。

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