WO2004067200A1

WO2004067200A1 - 薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法

Info

Publication number: WO2004067200A1
Application number: PCT/JP2004/000917
Authority: WO
Inventors: Noriyuki Suzuki; Mitsuharu Yamagata; Takuya Kuwayama
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2005-07-31
Also published as: JP2004249365A; JP4629965B2; KR20050094894A; KR100666062B1

Abstract

薄板のプレス金型装置が、ポンチ１、ダイス２及びしわ押さえ金型３と、ダイス及びしわ押さえ金型の間に取り付けられる摩擦力測定手段４と、油圧シリンダ５とを有する。

Description

明細書薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法技術分野

本発明は、薄板のプレス金型装置及びプレス成形方法に係わり、特にプレス加工時にしわ押さえ荷重の分布を調節できる金型装置及び成形方法に関する。背景技術

しわ押さえ力を制御する成形方法には種々の発明が開示されており、例えば特開平 7- 266100号公報（特許文献 1 ) には、プレス素材の形状や機械的性質、化学的性質、メツキなどの積層特性、油量等の表面状況などの物理量と、所定のプレス品質が得られる適正しわ押さえ荷重との関係を予め求めておき、その関係から実際の物理量に応じて適正しわ押さえ荷重を求め、その適正しわ押さえ荷重でプレス加工が行われるようにエアシリンダのエア圧を調圧する方法が開示されている。

また、特開平 9- 38728号公報（特許文献 2 ) には絞り成形時のしわ押さえ力を、成形初期から中期では高くしてしわ発生と成長を抑える一方、成形後期では適正な値に減圧することで割れの発生と材料の過剰な流れ込みによるしわの残留を防ぐ方法が開示されている。更に、特開平 6- 190464号公報（特許文献 3 ) には均圧化用の油圧シリンダを備えたダイクッション装置において、流量調節弁の開き制御により油圧シリンダ内の油圧を一時的に変化させてしわ押さえ荷重をコントロールする発明が開示されている。発明の開示

特許文献 1〜 3にしわ押さえ荷重を制御する発明は開示されていても、素材特性の変動、金型の摩耗、金型温度等々、多数の変動要因に対して、予め適正なしわ押さえ荷重を求める事は困難である。特に金型との潤滑特性は、常に変動しており、毎回上記特性を測定することは生産性を著しく低下させる。

ダイクッション装置等でしわ押さえ荷重を制御することは、プレス装置の大幅な改造が必要であり、また適正なしわ押さえ荷重を予め予測することが困難である。

本発明は、各種変動要因に対する適正なしわ押さえ荷重を予め求めることなく、その場でしわ押さえ荷重を求め、適正な荷重設定が可能な装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、ポンチと、ダイスと、しわ押さえ金型と、前記ポンチを前記ダイス内に挿入するポンチ駆動手段と、前記しわ押さえ金型にしわ押さえ荷重を印加するしわ押さえ金型駆動手段とを具備し、前記ポンチにより前記ダイス内に薄板ヮークを押入してヮークを加工する薄板のプレス金型装置において、

しわ押さえ金型駆動手段を介して前記しわ押さえ金型に印加されるしわ押さえ荷重を調節するしわ押さえ荷重調節手段と、少なくとも、前記ワークに作用する摩擦力を測定する摩擦力測定手段と、前記ポンチに作用するプレス反力を測定するプレス反力測定手段との何れか一方と、前記摩擦力測定手段または前記プレス反力測定手段の測定値が所定の値となるよう、前記しわ押さえ荷重調節手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする薄板のプレス金型装置が提供される。

本発明の他の特徴によれば、上記の金型装置を用いてポンチによりダイス内に薄板ワークを押入してワークを加工する薄板のプレス成形方法において、少なくとも、前記ワークに作用する摩擦力または前記ポンチに作用するプレス反力の何れか一方を測定する測定段階と、前記測定段階で得られた測定値が所定の値となるよう、しわ押さえ荷重またはポンチ速度を調節する段階とを具備することを特徴とする金型装置を用いた薄板のプレス成形方法が提供される。本発明により、金型とワークの間の潤滑性や表面性状などの変動要因によらず、適正な摩擦力を付与することができ、素材特性のばらつきや環境変化によらず、常に良好な成形品を得ることができる

図面の簡単な説明

図 1 は、しわ押さえ金型の表面に摩擦力測定手段を有するプレス金型装置の断面図である。

図 2は、しわ押さえ金型の表面及びダイス肩部に摩擦力測定手段を有するプレス金型装置の断面図である。

図 3は、複数の金型部材から成るしわ押さえ金型と摩擦力測定手段の平面図である。

図 4は、図 1のダイスとしわ押さえ金型の片側の拡大断面図である。

図 5は、しわ押さえ金型の表面及びダイス肩部に温度センサを有するプレス金型装置の断面図である。

図 6は、複数の金型部材から成るしわ押さえ金型と温度センサの平面図である。

図 7は、図 5のダイスとしわ押さえ金型の片側の拡大断面図である。

図 8は、しわ押さえ金型の表面及びダイス肩部に摩擦力測定手段を有し、またポンチにプレス反力測定手段を有するプレス金型装置の断面図である。

図 9は、摩擦力を制御する本発明例のフ P—チャートである。図 1 0は、図 9 のフローチャートに示す制御方法を適応した場合のしわ押さえ荷重又は摩擦力とストロークの関係を示すグラフである。

図 1 1 は、摩擦力を制御する別の本発明例のフローチャートである。

図 1 2は、図 11のフローチャートに示す制御方法を適応した場合のしわ押さえ荷重または摩擦力の時間履歴を示ダラブである。

図 1 3は、温度を制御する本発明例のフローチャートである。図 1 4は、温度を制御する別の本発明例のフローチャートである図 1 5は、プレス反力を制御する本発明例のフローチャートである。

図 1 6は、プレス反力を制御する別の本発明例のフローチャートである。

図 1 7は、油圧室を内蔵したしわ押さえ荷重調節手段の拡大断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下に図面を用いて詳細を説明する。

本発明の第 1の実施形態によるプレス金型装置の断面図を図 1 に示す。しわ押さえ金型 3 の表面に摩擦力測定手段 4を組み込んだ金型装置を取り付け、' 検出された摩擦力に応じて、しわ押さえ金型駆動手段 5を介してしわ押さえ力を制御する。図 4は、図 1 のダイス 2 としわ押さえ金型 3の片側の拡大図を示したものであり、摩擦力測定手段 4を組み込んだ金型装置の断面図である。本実施形態による金型装置は、ポンチ 1、ポンチ 1に対向配置されたダイス 2 とを具備して、ポンチ 1 により薄板より成るワーク 6 をダイス 2内へ押入して、該ワーク 6を成形するようになっている。また、ワーク 6の成形プロセスの間にワーク 6にしわが形成されることを防止するために、ダイス 2に対向させてしわ押さえ金型 3 が配設されており、ダイス 2 としわ押さえ金型 3 との間にワーク 6 が挟持されるようになっている。

また、前記金型装置には、ポンチ 1およびしわ押さえ金型 3 をダイス 2へ向けて駆動するためのポンチ駆動手段およびしわ押さえ金型駆動手段として例えば油圧シリンダ 1 4、 5が設けられている。油圧シリンダ 1 4、 5は、ポンチ速度調節手段およびしわ押さえ荷重調節手段としての油圧源、例えば可変容量油圧ポンプ 1 3、 1 2 から油圧が供給され、可変容量油圧ポンプ 1 3、 1 2は制御装置 1 1 により制御される。

ポンチ 1の上昇に従い、周辺をしわ押さえ金型 3 とダイス 2で挟まれたワーク 6は、周辺を摩擦力で引っ張られながらダイス 2の空腔内に引き込まれ、ポンチ 1 に沿った形状に成形される。この際に、張力が過大であると材料が破断する場合があり、また過小であると、しわの発生や、下金型に沿った形状に成形できない、といった形状不良が発生するという問題がある。そのため、良好な製品形状を得るためには、適正なしわ押さえ荷重を設定する必要がある。一方、材料に作用する張力は、ワーク 6 とポンチ 1及びダイス 2 との間の摩擦力に起因するものであり、面圧と摩擦力の関係、すなわち摩擦係数を変化させるために、潤滑油の特性や、ポンチ及びダイスの表面粗度を変えたり、ビードを付与することなどが、一般に行われる。しかしながら、摩擦係数は、温度や面圧、表面性状などの影響で刻々と変化するため、その都度しわ押さえ力を調節する必要がある。

これに対して、図 1 に示すような構成で、ワーク 6 としわ押さえ金型 3及びダイス 2の間の摩擦力を摩擦力測定手段 4で直接測定し、測定結果を制御装置 1 1へフィードパックすることにより、測定された摩擦力が所定の値になるよう、可変容量油圧ポンプ 1 3 、 1 2から油圧シリンダ 1 4、 5へ供給される油圧を制御する。このように本実施形態では、ポンチ速度としわ押さえ荷重が調節可能となつているが、少なくともポンチ速度としわ押さえ荷重の何れか一方を調節することによつても、摩擦係数の変動によらず常に適正な張力を材料に付与することが可能となる。

なお、ポンチ駆動手段およびしわ押さえ金型駆動手段としての油圧シリンダ 1 4、 5は単なる一例であって、油圧シリンダに変えてエアシリンダゃ電動モータを用いても良い。

本発明の第 2の実施形態によるプレス金型装置の断面図を図 2に示す。なお、図 2において、図 1の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されており、重複する説明は省略されている。

この例では、ダイス 2 の肩に摩擦力測定手段 4を組み込んだ金型装置を取り付け、検出された摩擦力に応じてしわ押さえ金型駆動手段 5を介して、しわ押さえ力を制御する。図 2では、ダイス肩部だけでなく、しわ押さえ金型 3の表面にも摩擦力測定手段 4が組み込まれているが、ダイス肩部のみに摩擦力測定手段 4を設置しても良い _c

また、図 3に示すように、しわ押さえ金型 3を複数の金型部材 3 aから形成すれば、金型部材 3 aの各々ついて摩擦力を摩擦力測定手段 4により測定することが可能となる。

また、金型部材 3 aの各々に駆動手段として例えば油圧シリンダ 5を配設し、それぞれ独立して制御できるようにしておくことで、しわ押さえ力の分布も適切に調節することができる。

本発明の第 3の実施形態によるしわ押さえ金型を図 3に示す。なお、図 3において、図 1の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されており、重複する説明は省略されている。

本実施形態では、しわ押さえ金型 3は複数の金型部材 3 aから形成されており、該複数の金型部材 3 aの各々に摩擦力測定手段 4が設けられている。

次に摩擦力を直接測定する原理について図 4を用いて説明する。ワーク 6がー対の金型、すなわちダイス 2 と平板 7で把持され、平板 7はしわ押さえ金型 3 と図中左右方向に、弾性変形できる状態で、例えばボルト等で締結されている。また平板 7 としわ押さえ金型 3の間には、摩擦力測定手段として歪み測定素子 4が挟み込まれている。歪み測定素子 4はピエゾ素子 (圧電素子) または歪みゲージから形成することができる。ワーク 6が矢印の方向（図面左向き）に摺動すると、歪み測定素子 4にせん断歪みが発生する。ここで歪み測定素子 4にピエゾ素子（圧電素子）または歪みゲージを用いれば、歪みを電圧として容易に取り出し、摩擦力を測定する事が可能である。

図 3では、しわ押さえ金型 3の片面のみで摩擦力を測定する場合を示しているが、例えばワーク 6の表裏面および一対のダイス 2及びしわ押さえ金型 3の表面の性状が異なる場合には、ワーク 6の上下面で摩擦力を測定することによりさらに測定精度を向上させることも可能である。

平板 7の材料としては、構造用炭素鋼や工具鋼等を使用することができる。

更に、本発明の第 4の実施形態によるプレス金型装置について説明する。図 5は摩擦力測定手段として温度センサ 10を有するプレス金型装置の断面図である。図 5では、ダイス肩部だけでなく、しわ押さえ金型 3の表面にも温度センサ 10が組み込まれているが、しわ押さえ金型 3の表面、ダイス 2の肩の少なくとも何れか 1 ケ所に温度センサを有する金型を取り付け、検出された温度に応じて油圧シリンダ 5を介してしわ押さえ荷重を調節すること、ポンチ速度を調節することの少なくとも何れか 1つを制御すれば、摩擦係数の変動によらず常に適正な張力を材料に付与することができるので、本発明の効果を得ることができる。

温度センサとして、熱電対を用いることが経済に好ましい。温度センサについて図 7を用いて説明する。図 7は図 5のダイス 2 としわ押さえ金型 3の片側を拡大したものである。温度センサ 10 は平板 7 としわ押さえ金型 3の間に挟みこまれている。プレス成形の際、平板 7上の摩擦力が大きいところは加工発熱も大きく、また摩擦力が小さいところは加工発熱も小さい。. 従って、温度センサ 1 0により測定された温度変化から摩擦力を推定することが可能となる。つまり平板 7上の温度が大きいところは摩擦力が大きく、材料の流入が妨げられるので、材料が破断する場合があり、また温度が小さいところは摩擦力が小さく、材料の流入を抑制することが出来ないので、しわの発生や形状不良といった問題が発生する。よって、温度センサ 10を用いて成形時の平板 7上の温度を直接測定することで本発明の効果を得ることが出来る。

また、図 6に示すように、しわ押さえ金型 3を複数の金型部材 3 aから形成すれば、金型部材 3 a の各々ついて温度を温度センサ 10 により測定することが可能となる。また、金型部材 3 aの各々に油圧シリンダ 5を設置し、それぞれに独立して制御できるようにしておくことで、しわ押さえ力の分布も適切に調節することができる。図 5の構成は図 2の摩擦力測定手段 4 として温度センサ 10を用いた例であるが、摩擦力測定手段 4は歪み測定素子 4 と温度センサ 10 とを組み合わせてもよい。

更に、図 8を参照して、本発明の第 5の実施形態によるプレス反力測定手段を有するプレス金型装置について説明する。なお、図 8 において、図 1の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されており、重複する説明は省略されている。

図 8に示すような構成でワーク 6を加工する際に、ポンチには前記した摩擦力とワーク 6の変形に要する力の合力、すなわちプレス反力が作用する。加工に際して、プレス反力が過大であると材料が破断する場合があり、また過小であるとしわの発生や、形状不良といった問題が発生する。よって、良好な製品形状を得るためには適正なプレス反力を設定する必要がある。しかしながら、前記した摩擦力は温度や表面形状によって時々刻々変化するものであるので、摩擦力を成分とするプレス反力も時々刻々変化する。これまでは、プレス反力を適切な値とするために、面圧と摩擦力の関係、すなわち摩擦係数を変化させるために、潤滑油の特性や、ポンチ及びダイスの表面粗度を変えたり、ビードを付与することなどが、一般に行われてきた。

これに対して、図 8に示すように、ポンチに作用するプレス反力をプレス反力測定手段 9で直接測定し、プレス反力が所定の値になるよう、ポンチ駆動手段およびしわ押さえ金型駆動手段としての油圧シリンダ 1 4、 5を用いてポンチ速度およびしわ押さえ力を調節することにより、プレス反力の変動によらず常に適正な加工を行うことが出来る。

また、この場合も、図 3に示すようにしわ押さえ金型 3を複数の金型部材 3 aから形成し、かっしわ押さえ金型駆動手段としての油圧シリンダ 5を金型部材 3 aの各々に設けることにより、金型部材 3 aの各々を独立して制御可能となり、しわ押さえ力の分布も適切に調節することができる。

図 8では、プレス反力測定手段 9だけでなく、しわ押さえ金型 3 の表面又はダイス 2の肩にも摩擦力測定手段 4が組み込まれているが、しわ押さえ金型 3の表面又はダイス 2肩の摩擦力測定手段 4の何れか 1種以上は、必要に応じプレス反力測定手段 9 と組み合わせて用いても良い。またこの摩擦力測定手段は温度センサにおきかえて使用しても良い。

次に、図 9に示すフローチャートを用いて図 1又は図 2に示した金型装置の制御方法を説明する。この例では、摩擦力測定手段 4によって測定された摩擦力が加工中所定範囲となるように、しわ押さえ荷重またはポンチ速度の少なくとも何れか 1つを加工中に制御するようになってレ、る。

ステップ 101 ：成形開始、このとき i = l である。

ステップ 102：ここではポンチのストロークを Δ S i [mm] だけ進めるとレヽぅ処理を行う。たとえば i = 1のとき、 S。 = 0 [mm] であるので Si ^ A Si [mm] となる。 A S [mm] については加工前に決めておく。

ステップ 103：ここではストロークが S i [mm] での摩擦力 Fn^ [ N] を測定するという処理を行う。

ステップ 104：ここでは 103で測定した摩擦力 [N] と摩擦力制御目標値 F_Ci [N] (加工前に予め設定しておく）の大小を比較する。

ステツプ 105：ステツプ 104で大小を比較した結果、 Fmi >F_Ciであれば図中ステップ 105に式で示してあるように、測定値と目標値の摩擦力の差（Fmi— Fci) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{i + 1} [N] を小さくするか、ポンチストローク増分 A S _{i + 1} [mm] を小さくする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステツプ 106：ステツプ 104で大小を比較した結果、 <F_Ciであれば図中ステップ 106に式で示してあるように、測定値と目標値の摩擦力の差（Fmi— Fci) に応じてしわ'押さえ荷重 BHF_{i + 1} [N] を大きくするか、ポンチストローク増分 Δ S _{i + 1} [mm] を大きくする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステツプ 107：以上のようにして、 1回の成形の中でフィードパック制御を行いながら加工を行い、ストローク S [mm] が加工終了時のストローク S_max [mm] 以上となれば加工終了、それ以下であればループは 2の前に戻る。このとき i の値は 1つ増える。

具体的なしわ押さえ荷重 BHF_{i + 1} [N] またはポンチストローク増分厶 S _{i + 1} [mm] は比例定数ひ、 β、、 δ を用いた図の関係式より算出する。このループをポンチストローク S i [mm] が成形終了時のポンチストローク S _end [mm] に達するまで繰り返す。

上記の制御を一定時間間隔 Δ t [sec] ごとに行えば、ポンチ速度 V_Pi [mm, s ] は A S i/A t で求められるので、ポンチ速度はポンチストローク増分によって制御できる。

図 10にこの制御方法を用いたときの、摩擦力実測値 Fm [N] としわ押さえ荷重 BHF [N] のポンチストローク履歴の例を示す。摩擦力実測値 Fmと摩擦力制御目標値 Fc [SI単位] の差に相当する値だけ BHF制御目標値は変化し、それに合わせるように BHF実測値が加工中に変化していくのがわかる。

次に、図 11に示すフローチヤ一トを参照して、図 1 に示した金型装置の制御方法の他の例を説明する。ここで下付き添え字 j はプレス加工工程における成形回数を表す。

ステツプ 201 ：成形 1回目、 j = 1

ステップ 202 : j 回目成形時の時間 t [sec] における摩擦力の履歴 Fnij ( t ) [N] を測定する。

ステップ 203 : j 回目成形時の時間 t [sec] を任意に分割し、既定の摩擦力下限値を Fcl ( t ) [N] としたとき、それぞれの微小時間 t [sec] において、 Fnij ( t ) >Fclj ( t ) であれば、（ j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 _{+ 1} ( t ) [mm/ s ] について図中に式で示してあるように、測定値と既定下限値の摩擦力の差（Fmj ( t ) -Fclj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1}を小さくするか、ポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) を遅くする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステップ 204：既定の摩擦力上限値を Fcu ( t ) [N] と.したとき、それぞれの微小時間 t [sec] において、 Fmj ( t ) < Fc_Uj ( t ) であれば、（ j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) について図中に式で示してあるように、測定値と既定上限値の摩擦力の差（Fmj ( t ) -F cuj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を大きくする力、ポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] を速くする処理の少なくとも何れ力、 1つを行う。

ステップ 205：以上のように、 j 回目成形時の成形条件を元に（回目成形時の成形条件を予め設定し、； i が全成形回数 j _ma _xであれば成形終了。でなければ 2の前に戻る。

具体的なしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp _{j +1} ( t ) [匪/ s ] の値は、比例定数ひ.、 β、 γ、 δ を用いた図の関係式より算出する。このようにして得られたしわ押さえ荷重 ΒΗ F_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] を用いて j + 1回目の成形を行う。この制御を成形回数 j が最大成形回数 j _naxに達するまで繰り返す。

図 12にこの制御方法を用いたときの、摩擦力実測値 Fm [N] としわ押さえ力 BHF [N] の時間履歴の例を示す。摩擦力上限値 Fc_Uj ( t ) [N] より摩擦力 Fmj ( t ) [N] が大きい、または摩擦力下限値 Fclj ( t ) [N] より摩擦力 Fmj ( t ) [N] が小さい t [sec ] の範囲で、 BHF制御目標値を BHFjから BHF_{j + 1}に変化させ、その変化させた BHF制御目標値 BHFj ₊₁を用いて j + 1回目の加工を行う。

次に、図 13に示すフローチャートを参照して、図 5に示した金型装置の制御方法の一例を説明する。この例では、温度センサによつて測定された温度が加工中所定範囲となるように、しわ押さえ荷重またはポンチ速度の少なくとも何れか 1つを加工中に制御するようになっている。ここで下付き添え字 i は成形中の制御回数を表す。ステップ 301 ：成形開始、このとき i = lである。

ステツプ 302：ここではポンチのストロークを A S i [mm] だけ進めるという処理を行う。たとえば i = lのとき、 S。= 0であるので Si - A Si [mm] となる。 [mm] については加工前に決めておく。

ステップ 303：ここではストロークが S i [mm] での温度

[°C ] を測定するという処理を行う。

ステップ 304：ここでは 3で測定した温度 Tmi [°C] と温度制御目標値 T_Ci [°C] (加工前に予め設定しておく）の大小を比較する。

ステツプ 305：ステツプ 304で大小を比較した結果、 Tnii > T_Ciであれば図中ステツプ 305に式で示してあるように、測定値と目標値の温度の差（Tmi— Tci) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を小さくする力、、ポンチストローク増分 A S _{i + 1} [mm] を小さくする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステツプ 306：ステツプ 304で大小を比較した結果、 Tmi < _Ciであれば図中ステツプ 306に式で示してあるように、測定値と目標値の温度の差（Tmi— Tci) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を大きくするか、ポンチストローク増分 Δ S _{i +1} [mm] を大きくする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステツプ 307：以上のようにして、 1回の成形の中でフィ一ドパック制御を行いながら加工を行い、ストローク S [mm] が加工終了時のストローク S_Bax [mm] 以上となれば加工終了、それ以下であればループは 2の前に戻る。このとき i の値は 1つ増える。

具体的なしわ押さえ荷重 BHF_{i + 1} [N] またはポンチストローク増分 A S_{i + 1} [mm] は比例定数ひ、 β、 γ、 δ を用いた図の関係式より算出する。このループをボンチストローク S i [mm] が成形終了時のポンチストローク S _end [mm] に達するまで繰り返す。

上記の制御を一定時間間隔 Δ t [sec] ごとに行えば、ポンチ速度 VPi [mm/ s ] は Δ s i/Δ t で求められるので、ポンチ速度はポンチストローク增分によって制御できる。

次に図 14に示すフローチヤ一トを参照して、図 5に示した金型装置の制御方法の他の例を説明する。ここで下付き添え字 j はプレス加工工程における成形回数を表す。

ステツプ 401：成形 1回目、；1 = 1

ステップ 402 : j 回目成形時の時間 t [sec] における温度の履歴 Tnij ( t ) [°C] を測定する。

ステップ 403 : j 回目成形時の時間 t [sec] を任意に分割し、既定の温度下限値を Tel ( t ) [。C] としたとき、それぞれの微小時間 t [sec] において、 Tnij ( t ) > Tclj ( t ) であれば、（ j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [N] について図中に式で示してあるように、測定値と既定下限値の温度の差（Tmj ( t ) -Tclj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1}を小さくするカポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) を遅くする処理の少なくとも何れか 1つを行う。ステツプ 404：既定の温度上限値を Tcu ( t ) としたとき、それぞれの微小時間 t [sec] において、 Tin; ( t ) く Tcu; ( t ) であれば、（ j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHF_{j + 1} ( t ) [ N] またはポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [匪 Z s ] について図中に式で示してあるように、測定値と既定上限値の温度の差（Tmj ( t ) -T cuj ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を大きくするか、ポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] を速くする処理の少なくとも何れ力、 1つを行う。

ステツプ 405：以上のように、 j 回目成形時の成形条件を元に（ j + 1 ) 回目成形時の成形条件を予め設定し、 j が全成形回数 j _{n a} _xであれば成形終了。でなければ 2の前に戻る。

具体的なしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp _{j + 1} ( t ) [mm/ s ] の値は、比例定数ひ、 β 、 y 、 δ を用いた図の関係式より算出する。前回の成形で予め測定した温度 Tnij ( t ) [°C] が温度上限値 T_CUj ( t ) [°C] より大きい、または温度 Tmj ( t ) [°C] が温度下限値 Tclj ( t ) [°C] より小さい t [sec] の範囲で BHF制御目標値を BHFj ( t ) [N] から BHFj +丄 ( t ) [N ] 、またポンチ速度制御目標値を V_Pj ( t ) [mm/ s ] から V_{Pj + 1} ( t ) [mm/ s ] に変化させ、その変化させた BHF制御目標値 BHFj _{+ 1} ( t ) [N] 、またポンチ速度制御目標値 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] を用いて j + 1 回目の成形を行うこの制御を成形回数 j が最大成形回数 j _naxに達するまで繰り返す。

更に図 15に示すフローチャートを参照して、図 9に示した金型装置の制御方法の一例を説明する。この例では、プレス反力測定手段によって測定されたプレス反力が加工中所定範囲となるように、しわ押さえ荷重またはポンチ速度の少なくとも何れか 1つを加工中に制御するようになっている。ここで下付き添え字 i は成形中の制御回数を表す。

ステップ 501：成形開始、このとき i = 1である。

ステップ 502：ここではポンチのスト口一クを厶 S i [mm] だけ進めるという処理を行う。たとえば i = 1のとき、 S。 = 0 [mm] であるので Si ^ A Si [mm] となる。 [mm] については加工前に決めておく。

ステツプ 503：ここではストロークが S i [mm] でのポンチ反力 Pm i [N] を測定するという処理を行う。 '

ステツプ 504：ここでは 503で測定したポンチ反力 Pmi [N] とポンチ反力制御目標値 PCi [N] (加工前に予め設定しておく）の大小を比較する。

ステップ 505：ステップ 504で大小を比較した結果、 Pmi ?^ [N ] であれば図中ステップ 505に式で示してあるように、測定値と目標値のプレス反力の差（Pmi— Pci) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を小さくする力、ポンチストローク増分 A S _{i + 1} [mm] を小さくする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステップ 506：ステップ 505で大小を比較した結果、 Pmiく [N ] であれば図中ステップ 506に式で示してあるように、測定値と目標値のプレス反力の差（Pmi— Pci) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1}

[N] を大きくするか、ポンチストローク増分 A S _{i + 1} [mm] を大きくする処理の少なくとも何れか 1つを行う。

ステツプ 507：以上のようにして、 1回の成形の中でフィードパック制御を行いながら加工を行い、ストローク Sが加工終了時のストローク S ,, _{a x} [mm] 以上となれば加工終了、それ以下であればループは 2の前に戻る。このとき i の値は 1つ増える。

具体的なしわ押さえ荷重 BHF_{i + 1} [N] またはポンチストローク増分 A S _{i + 1} [mm] は比例定数ひ、 β ヽ Ί 、 δ を用いた図の関係式より算出する。このループをポンチストローク S i [mm] が成形終了時のポンチストローク S _{e n d} [mm] に達するまで繰り返す。

上記の制御を一定時間間隔厶 t [sec] ごとに行えば、ポンチ速度 VPi [mm/ s ] は Δ s i / Δ t で求められるので、ポンチ速度はポンチストローク増分によつて制御できる。

更に、図 16に示すフローチャートを参照して、図 9に示した金型装置の制御方法の他の例を説明する。ここで下付き添え字 j はプレス加工工程における成形回数を表す。

ステップ 601 ：成形 1 回目、 j = 1

ステップ 602 : j 回目成形時の時間 t [sec] におけるポンチ反力の履歴 Pmj ( t ) を測定する。

ステップ 603 : j 回目成形時の時間 t [sec] を任意に分割し、既定のプレス反力の下限値を Pel ( t ) [N] としたとき、それぞれの微小時間 t [sec] において、 Pmj ( t ) >Pclj ( t ) であれば、

( j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHF_{j + 1} ( t ) [N ] またはポンチ速度 V_{Pj + 1} ( t ) [mm/ s ] について図中に式で示してあるように、測定値と既定下限値のプレス反力の差（Pmj ( t ) -Pel ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を小さくする力、、ポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] を遅くする処理の少なくとも何れか一つを行う。

ステツプ 604：既定のプレス反力の上限値を Pcu ( t ) [N] としたとき、それぞれの微小時間 t [sec] において、 Pnij ( t ) < Pc_Uj

( t ) であれば、（ j + 1 ) 回目成形時のその微小時間 t の範囲の BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] について図中に式で示してあるように、測定値と既定上限値の温度の差

(Tmj ( t ) -Tcu ( t ) ) に応じてしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} [N] を大きくするか、ポンチ速度 Vp_{j + 1} ( t ) を速くする処理の少なくとも何れか一つを行う。

ステップ 605：以上のように、；1 回目成形時の成形条件を元に（ j + 1 ) 回目成形時の成形条件を予め設定し、 j が全成形回数 j _na _xであれば成形終了。でなければ 2の前に戻る。

具体的なしわ押さえ荷重 BHF_{j + 1} ( t ) [N] またはポンチ速度 Vp _{j +1} ( t ) [mm/ s ] の値は、比例定数 ο；、 β y , δ を用いた図の関係式より算出する。前回の成形で予め測定したプレス反力 Pmj

( t ) [N] がプレス反力上限値 Pc_Uj ( t ) [°C] より大きい、またはプレス反力 Pmj ( t ) [N] がプレス反力下限値 Pclj ( t ) [ N] より小さレ、 t [sec] の範囲で BHF制御目標値を BHFj ( t ) [N ] から BHF_{j + 1} ( t ) [N] 、またポンチ速度制御目標値を VPj ( t ) [mm/ s ] から Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s 3 に変化させ、その変化させた BHF制御目標値 BHF_{j + 1} ( t ) [N] 、またはポンチ速度制御目標値 Vp_{j + 1} ( t ) [mm/ s ] を用いて j + 1回目の成形を行う。この制御を成形回数 j が最大成形回数 j _maxに達するまで繰り返す。

また、ポンチ 1はしわ押さえ金型 3 と同様に分割構造とし、分割したポンチ毎に油圧シリンダで加圧しても良いが、金型装置が複雑になり設備も高価になるため、ポンチ 1 は一体化し通常の外側シリンダで均一圧下し、ポンチ 1表面に前述した方法で締結 (固定) かつ分割されたしわ押さえ金型 3内に図 17に示すように油圧室 8を内蔵し、個別に圧力を調節することにより、安価に分割されたしわ押さえ金型毎のしわ押さえ荷重の制御が可能となる。実施例 1

上述の発明を元に、本発明例として図 1 に示す金型装置を試作し、薄鋼板を用いたプレス成形を行った。摩擦力測定手段 4 としてピェゾ素子を使用し、平板 7は表面焼き入れした S45Cを使用した。表 1に用いた鋼板の特性を示す。いずれも板厚 1. 2mmの合金化溶融亜鉛メツキ鋼板で、合金化度を変えた 2種類の鋼板を用いた。

成形試験は、 50mm X 50mmの角筒深絞り成形を連続して行い、その際の成形荷重と成形品の破断および.しわ発生の有無を調査した。 10 0mm X 100mmの四角形素板から、図 2のように 8つの金型部材 3 aから成るしわ押さえ金型を用いて成形実験を行った。

表 2に、連続 100回成形した試験結果を示す。

比較例として、しわ押さえ荷重調節手段のない金型装置を使用し、しわ押さえ圧を一定にした場合の結果を表 3に示す。

表 2

表 3

全ての金型部材に対して摩擦力が一定（0. 25 [ kN/金型] ) になるよう成形した本発明例 1では、しわ押さえ荷重を 20 [ kN] —定（摩擦係数を 0. 1と仮定した場合、摩擦力合計が 2 [ kN] ) とした比較例 1及びしわ押さえ荷重を 40 [ kN] —定（摩擦係数を 0. 1と仮定した場合、摩擦力合計が 4 [ kN] ) とした比較例 2 と比べ、成形荷重の変動が非常に少なく、概ね良好な成形が得られた。ただし合金化度の低い素材 Bは、成形回数が増大するに従い、金型へ亜鉛の凝着が発生し、摩擦が不均一になり、角部に軽微なしわが見られた。そのため、材料の流入の大きい平行部の摩擦力を 0. 2 [ kN/金型] に下げ、一方角部の摩擦力を 0. 3 [ kN/金型] に上げた設定で成形実験を行った本発明例 2では、いずれの材料でも成形回数によらず良好な成形結果が得られた。実施例 2

上述の発明を元に、本発明例として図 5に示す金型装置を試作し、薄鋼板を用いたプレス成形を行った。温度センサ 10として熱電対を使用し、平板 7は表面焼き入れした S45Cを使用した。

実験に用いた鋼板は実施例 1で使用したものと同じである。

成形試験は、 50mm X 50mmの角筒深絞り成形を連続して行い、その際の成形荷重と成形品の破断およびしわ発生の有無を調査した。 10 0mm X 100mmの四角形素板力、ら、図 6のように 8つの金型部材 3 a力ら成るしわ押さえ金型を用いて成形実験を行った。

表 4に、連続 100回成形した試験結果を示す。

比較例としては、実施例 1 のそれと同じである。表 4

全ての金型部材に対して温度が一定（180 [ °C ] ) になるよう成形した本発明例 3では、しわ押さえ荷重を 20 [ kN] 一定（摩擦係数を 0. 1と仮定した場合、摩擦力合計が 2 [ kN] ) とした比較例 1及びしわ押さえ荷重を 40 [ kN] —定（摩擦係数を 0. 1と仮定した場合、摩擦力合計が 4 [ kN] ) とした比較例 2 と比べ、成形荷重の変動が非常に少なく、概ね良好な成形が得られた。ただし合金化度の低い素材 Bは、成形回数が増大するに従い、金型へ亜鉛の凝着が発生し、温度が不均一になり、角部に軽微なしわが見られた。そのため、材料の流入の大きい平行部の温度を 150 [ °C ] に下げ、一方角部の摩擦力を 200 [ °C ] に上げた設定で成形実験を行った本発明例 4 では、いずれの材料でも成形回数によらず良好な成形結果が得られた。実施例 3

上述の発明を元に、本発明例として図 8に示す金型装置を試作し、薄鋼板を用いたプレス成形を行った。プレス反力測定手段 9 として歪ゲージを使用し、平板 7は表面焼き入れした S45Cを使用した。実験に用いた鋼板は実施例 1で使用したものと同じである。

成形試験は、 50mm X 50mmの角筒深絞り成形を連続して行い、その際の成形荷重と成形品の破断およびしわ発生の有無を調査した。 10 0mm X 100mmの四角形素板から、図 3のように 8つの金型部材 3 aから成るしわ押さえ金型を用いて成形実験を行った。

表 5に、連続 100回成形した試験結果を示す。

比較例としては、実施例 1のそれと同じである。

表 5

プレス反力が一定（65 [ kN] ) となるようにしわ押さえ力を制御して成形した本発明例 5では、しわ押さえ荷重を 20 [ kN] —定（摩擦係数を 0. 1と仮定した場合、摩擦力合計が 2 [kN] ) とした比較例 1及びしわ押さえ荷重を 40 [ kN] —定（摩擦係数を 0· 1と仮定した場合、摩擦力合計が 4 [ kN] ) とした比較例 2 と比べ、成形荷重の変動が非常に少なく、概ね良好な成形が得られた。ただし合金化度の低い素材 Bは、成形回数が増大するに従い、金型へ亜鉛の凝着が発生し、プレス反力が不均一になり、角部に軽微なしわが見られた。そのため、材料の流入の大きい加工初期のプレス反力を 20kNに下げ、一方加工後期のプレス反力を 70kNに上げた設定で成形実験を行った本発明例 6では、いずれの材料でも成形回数によらず良好な成形結果が得られた。

Claims

請求の範囲

1 . ポンチと、ダイスと、しわ押さえ金型と、前記ポンチを前記ダイス内に挿入するポンチ駆動手段と、前記しわ押さえ金型にしわ押さえ荷重を印加するしわ押さえ金型駆動手段とを具備し、前記ポンチにより前記ダイス内に薄板ワークを押入してワークを加工する薄板のプレス金型装置において、

しわ押さえ金型駆動手段を介して前記しわ押さえ金型に印加されるしわ押さえ荷重を調節するしわ押さえ荷重調節手段と、

少なくとも、前記ワークに作用する摩擦力を測定する摩擦力測定手段と、前記ポンチに作用するプレス反力を測定するプレス反力測定手段との何れか一方と、

前記摩擦力測定手段または前記プレス反力測定手段の測定値が所定の値となるよう、前記しわ押さえ荷重調節手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする薄板のプレス金型装置。

2 . 前記摩擦力測定手段は、ダイス肩部に配設されて前記ワークと前記ダイスとの間の摩擦力を測定するようになつている請求項 1 に記載の薄板のプレス金型装置。

3 . 前記摩擦力測定手段は、前記しわ押さえ金型に配設されて前記ワークと前記しわ押さえ金型との間の摩擦力を測定するようになつている請求項 1に記載の薄板のプレス金型装置。

4 . しわ押さえ金型は複数の金型部材を具備しており、

前記金型部材の各々に前記しわ押さえ金型駆動手段が設けられ、金型部材の各々を独立に制御可能とした請求項 1に記載の薄板のプレス金型装置。

5 . 前記摩擦力測定手段は前記金型部材の各々に対応させてダイス肩部に配設されて前記ワークと前記ダイスとの間の摩擦力を測定するようになつている請求項 4に記載の薄板のプレス金型装置。

6 . 前記摩擦力測定手段は前記金型部材の各々に配設されて前記ワークと前記金型部材の各々との間の摩擦力を独立に測定するようになっている請求項 4に記載の薄板のプレス金型装置。

7 . 前記摩擦力測定手段がピエゾ素子又は歪ゲージを具備する請求項 1〜 6の何れか 1項に記載の薄板のプレス金型装置。

8 . 摩擦力測定手段は温度センサを具備するする請求項 1〜 6の何れか 1項に記載の薄板のプレス金型装置。

9 . 温度センサが熱電対であることを特徴とする請求項 8に記载の薄板のプレス金型装置。

1 0 . ポンチによりダイス内に薄板ワークを押入してワークを加ェする薄板のプレス成形方法において、

少なくとも、前記ワークに作用する摩擦力または前記ポンチに作用するプレス反力の何れか一方を測定する測定段階と、

前記測定段階で得られた測定値が所定の値となるよう、しわ押さえ荷重またはポンチ速度を調節する段階とを具備することを特徴とする請求項 1に記載の金型装置を用いた薄板のプレス成形方法。

1 1 . 前記測定値を用いて、前回の成形プロセスにおいて測定した摩擦力またはプレス反力と、しわ押さえ荷重またはポンチ速度の何れかの関係を求める段階を更に具備し、

前記求めた関係に基づいて、前記摩擦力またはプレス反カ測定値が所定の範囲となるように、しわ押さえ荷重とポンチ速度の何れか一方を調節するように、しわ押さえ荷重とポンチ速度の何れか一方を調節するようにした請求項 1 0に記載の薄板のプレス成形方法。

1 2 . 前記摩擦力測定手段はダイス肩部に配設されている請求項 1 0または 1 1 に記載の薄板のプレス成形方法。

1 3 . 前記摩擦力測定手段は前記しわ押さえ金型に配設されている請求項 1 0または 1 1に記載の薄板のプレス成形方法。

1 4 . 前記摩擦力測定手段は、ダイス肩部に配設された温度センサを具備しており、

前記方法は、前記温度センサにより測定された温度変化により前記ワークと前記ダイスとの間の摩擦力を推定するようにした請求項 1 0または 1 1に記載の薄板のプレス成形方法。

1 5 . 前記摩擦力測定手段は、前記しわ押さえ金型に配設された温度センサを具備しており、

前記方法は、前記温度センサにより測定された温度変化により前記ワークと前記ダイスとの間の摩擦力を推定するようにした請求項 1 0または 1 1 に記載の薄板のプレス成形方法。

1 6 . しわ押さえ金型は複数の金型部材を具備しており、前記金型部材の各々に前記しわ押さえ金型駆動手段が設けられ、金型部材の各々を独立に制御可能とした請求項 1 0または 1 1の何れか 1項に記載の薄板のプレス成形方法。