JP4804207B2

JP4804207B2 - プレス加工方法及びプレス加工装置

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Publication number: JP4804207B2
Application number: JP2006112256A
Authority: JP
Inventors: 裕一永井; 秀夫廻; 謙三武田; 隆幸江河
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-04-14
Also published as: JP2007283334A

Description

本発明は、プレス成形品をサーボプレス成形にて加工するプレス加工方法及びプレス加工装置に関する。

従来の機械式プレスにおいては、クランク軸回転モータによってクランク軸に連結されたスライダを上下駆動してプレス加工をしている。このような機械式プレスでは、型が連続的に上下動しているために、加工条件に応じて速度を変え、又は一時停止させることが困難であった。

このような背景から、近時、サーボモータを用いて型の動作を柔軟に制御することができるサーボプレスが用いられるようになってきている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このようなサーボプレスでは、型が上下動する１ストローク中に所定の位置で停止させることができる。

また、プレス加工ではプレス加工箇所のまわりを所定のホルダによって挟持しながら加工をするとしわの発生を防止することができる。特許文献３では、ホルダによって鋼板を挟持しながら加工を行う方法について記載されている。

ところで、プレス加工時にホルダによって鋼板を保持していると、成形品の形状によっては該鋼板に過大な張力がかかり、却ってしわが発生し、又は過度に薄い箇所が生じることがある。

上記の特許文献３に記載の方法では、鋼板はホルダに相当するブランクによって軽く押圧されており、加工時には摺動しながらダイスの奥側に引き込まれていく。つまり、ブランクによって常時押圧され続ける訳ではないため、しわの発生や薄肉部の発生がある程度防止できると考えられる。

特開２００１−１５０２００号公報特許第３５３７２８７号公報特開２００５−１９９３１８号公報

しかしながら、前記の特許文献３に記載の方法は、いわゆる深絞り加工であって、そのまま効率よく量産部品成形に適応することはできない。

また、特許文献３記載の方法では、鋼板はほとんど全てが加工時に摺動しながらダイスの奥側に引き込まれていくことが前提となっているため、成形品の形状や鋼板の材質、表面粗さ等に応じてブランクによる押圧力を微妙に調整しなければならず、しかも潤滑剤の適切な選定には十分な経験が必要である。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、深絞り加工以外にも好適に適用可能であって、しわや薄肉部の発生を簡便に防止することのできるプレス加工方法及びプレス加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス加工方法は、プレス成形品をサーボプレスにて成形加工するプレス加工方法において、第１ホルダと第２ホルダによって板材を挟持させながら、第１の型を第２の型に対して近接させて板材をプレスするプレス成形工程と、前記プレス成形工程の際、板材のプレスが開始された後で、双方の型が近接する下死点到達以前に、前記第１ホルダと前記第２ホルダによる前記板材の挟持を解除する挟持解除工程とを有することを特徴とする。

このように、双方の型が近接する下死点到達以前に第１ホルダと第２ホルダとによる挟持を解除することにより、板材が移動可能となって引っ張りすぎによるしわや薄肉部の発生を防止することができる。ここで、下死点到達以前とは、下死点到達時を含む意味である。

この場合、前記挟持解除工程における制御の作動タイミングは、前記第１の型を前記第２の型に対して近接させる制御をする制御手段において設定されると、プレス加工に対して挟持解除が正確に同期する。

また、本発明に係るプレス加工装置は、サーボプレス制御を行うプレス加工装置において、板材をプレス成形する第１の型及び第２の型と、前記第１の型に設けられた第１ホルダと、前記第１ホルダと対向する位置に設けられ、前記第１ホルダとともに前記板材を挟持する第２ホルダと、前記第２ホルダを進退させる制御手段とを有し、前記制御手段は、第１ホルダと第２ホルダによって板材を挟持させながら、第１の型を第２の型に対して近接させて板材をプレスするプレス成形工程の際、板材のプレスが開始された後で、双方の型が近接する下死点到達以前に、前記第１ホルダと前記第２ホルダによる前記板材の挟持を解除することを特徴とする。

この場合、前記制御手段は、さらに、前記第１の型を前記第２の型に対して近接させる制御をすると、プレス加工に対して挟持解除が正確に同期する。

本発明に係るプレス加工方法及びプレス加工装置によれば、双方の型が近接する下死点到達以前に第１ホルダと第２ホルダとによる板材の挟持を解除することにより、板材が移動可能となって引っ張りすぎによるしわや薄肉部の発生を防止することができる。

また、少なくともプレスの開始時には板材は第１ホルダと第２ホルダとによって確実に挟持されているため、正確に位置決めされるとともに、加工初期のしわの発生を防止できる。さらに、第１ホルダと第２ホルダとによる板材の挟持及び解除はオン・オフ的な制御で足り、板材に対する摺動を考慮する必要はない。したがって押圧力の調整が不要であって、潤滑剤も特段の必要はなく、簡便に行うことができる。また、深絞り加工以外のプレス加工にも好適に適用可能である。

以下、本発明に係るプレス加工方法及びプレス加工装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図７Ｂを参照しながら説明する。本実施の形態に係るプレス加工装置１０は、ワークである鋼板（板材）１２のプレス加工を行うものである。

図１に示すように、プレス加工装置１０は、加工を行う装置本体１４と、該装置本体１４を制御する制御部１６とを有する。

装置本体１４は上型機構１８と、下型機構２０とを有する。上型機構１８は、駆動源としてのサーボモータ２４と、該サーボモータ２４によって回転駆動される減速ギア２６と、該減速ギア２６によって大きいトルクで回転駆動される回転板２８と、該回転板２８の側面に上端部が揺動可能に軸支されたコネクティングロッド３０とを有する。サーボモータ２４は、例えばＡＣ型であって、高い応答性を有するとともにトルクむらが小さい。サーボモータ２４の軸回転位置はエンコーダ２４ａによって検出され制御部１６に供給される。

上型機構１８は、さらに、コネクティングロッド３０の下端に軸支されたスライダ３２と、該スライダ３２を上下方向に案内する複数（例えば、４本）のレール３４と、スライダ３２の位置を検出して制御部１６に供給する第１リニアセンサ３６と、スライダ３２の下面に設けられた上型（第１の型）３８とを有する。

上型３８は、下型（第２の型）５２とともに鋼板１２を挟んでプレス加工するものであって、下面に鋼板１２の上面に当接するための型面３８ａが設けられている。また、上型３８の周辺には、鋼板１２をプレスする際にしわの発生及び位置ずれ等を防止するために挟持する環状のホルダ（第１ホルダ）４０がやや突出している。したがって、ホルダ４０は、鋼板１２に対して型面３８ａよりも先行して当接することになる。ホルダ４０の下面は、成形形状に応じた形状となっており、例えば水平面に設定されている。

下型機構２０は、ベースとなる固定台５０と、該固定台５０の上部に設けられた下型５２と、鋼板１２の周辺部を支持する環状のブランクホルダ（第２ホルダ）５４と、該ブランクホルダ５４を昇降させるダイクッション機構５６とを有する。ブランクホルダ５４は、ホルダ４０と対向する位置に設けられ、該ホルダ４０ともに鋼板１２の端部を挟持するためのものである。

下型５２は、前記の上型３８とともに鋼板１２を挟んでプレス加工するものであって、上面に鋼板１２の下面に当接するための型面５２ａが設けられている。この型面５２ａは前記の型面（プレス成形面）３８ａに対応する形状に形成されている。

ダイクッション機構５６は、下方から固定台５０及び下型５２の取付部５２ｂを貫通してブランクホルダ５４の下部に固定されている複数のピン６０と、これらのピン６０の下端部を接続しているプレート６２と、該プレート６２を昇降させる複数のシリンダ６４と、プレート６２の位置を検出して制御部１６に供給する第２リニアセンサ６６とを有する。

ダイクッション機構５６は、さらに、シリンダ６４に対して圧油を供給・回収する油圧モータ６８と、該油圧モータ６８を回転させるサーボモータ７０とを有する。サーボモータ７０の回転は、カップリングや減速器等を含む伝達部７２を介して油圧モータ６８に伝達される。油圧モータ６８はサーボモータ７０の作用下に正逆いずれの方向にも回転し、シリンダ６４のロッド側及びキャップ側に対して選択的に圧油を供給することができる。これにより、所定の圧力制御を行いながら、ホルダ４０とともにブランクホルダ５４により鋼板１２の周辺部を適切に押圧してしわ押さえを行うことができる。

制御部１６は、エンコーダ２４ａ及び第１リニアセンサ３６から供給される信号を参照しながらサーボモータ２４を駆動制御するプレス駆動部１６ａと、第２リニアセンサ６６から供給される信号を参照しながらサーボモータ７０を駆動することによりブランクホルダ５４を昇降させるダイクッション駆動部１６ｂとを有する。プレス駆動部１６ａ及びダイクッション駆動部１６ｂは相互に接続されており、同期動作が可能である。ダイクッション駆動部１６ｂは、プレス駆動部１６ａと同期をとりながら、所定のタイミングでブランクホルダ５４の昇降速度を変化させることができる。

図２に示すように、プレス駆動部１６ａは、電源１００から得られる電力がトランス１０２で昇圧された後に供給されるサーボ電源部１０４と、該サーボ電源部１０４で調整された電力を用いてサーボモータ２４を駆動するサーボアンプ１０６とを有する。サーボアンプ１０６は、ソフトウェア機能部１０８の作用下にサーボアンプ１０６の駆動量が設定される。サーボ電源部１０４とサーボアンプ１０６との間には大容量コンデンサ１１０が設けられている。

ダイクッション駆動部１６ｂは、電源１００の電力が供給されるサーボ電源部１１２と、該サーボ電源部１１２で調整された電力を用いてサーボモータ７０を駆動するサーボアンプ１１４とを有する。サーボアンプ１１４は、ソフトウェア機能部１１６の作用下にサーボモータ７０の駆動量が設定される。

サーボ電源部１１２及びサーボアンプ１１４は、電流を正逆の双方に通電が可能であって、サーボモータ７０が負荷によって回転して発電をするときには、発電によって得られる電流をプレス駆動部１６ａに供給する回生動作が可能である。回生電力は大容量コンデンサ１１０に蓄えられてサーボモータ２４の駆動に供せられ、電源設備容量を抑制することができる。

次に、このように構成されるプレス加工装置１０を用いてワークである鋼板１２の加工を行う方法について図３を参照しながら説明する。

先ず、図３のステップＳ１において初期設定を行う。つまり、ブランクホルダ５４を所定位置まで上昇させておき、該ブランクホルダ５４によって未加工の鋼板１２を支持する。また、上型３８は上死点まで上昇させておく。

ステップＳ２において、プレス駆動部１６ａの作用下に、サーボモータ２４を回転駆動してスライダ３２を下降させる。

ある程度下降をさせると、ホルダ４０が鋼板１２の上面に接触し、該鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４により挟持される。この時点（図７Ａの変位ｘ３参照）から、ダイクッション駆動部１６ｂの作用下にブランクホルダ５４を下降させる（ステップＳ３）。ダイクッション駆動部１６ｂは、ブランクホルダ５４が鋼板１２の下面を押圧気味となるように適度な力を発生させて鋼板１２を確実に保持させながら下降するように圧力制御を行う。つまり、ブランクホルダ５４は、ホルダ４０によって鋼板１２を介して押圧され、該鋼板１２に適度な圧力を与えながら押し下げられることになる。

これにより、鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４によって周辺部を保持されながら下降し、次第に上型３８と下型５２によって製品形状にプレスされる。

また、ブランクホルダ５４を下降させる際には、サーボモータ７０によって発電をさせて、上記の回生動作をさせてもよい。

ステップＳ４において、プレス駆動部１６ａは、第１リニアセンサ３６の信号を参照してホルダ４０及びブランクホルダ５４の位置が所定の挟持解除位置に達したか否かを確認する。ホルダ４０及びブランクホルダ５４が挟持解除位置に達したときにはステップＳ５へ移り、未達であるときには下降を継続する。この挟持解除位置は、プレス形状に基づいて適切な位置に予め設定されており、概ね、型面３８ａと型面５２ａとによって鋼板１２を押し付ける下死点（つまり、上型３８が１ストロークする間の最下点）より僅かに高い位置に設定されている。挟持解除位置は、プレス加工による変形の程度に応じて調整され、塑性流動が少なく屈曲のみのプレス加工である場合には、下死点から挟持解除位置までの距離ｘｐ（図７Ｂ参照）は極めて小さく設定され、塑性流動及び絞りの程度が大きいときには距離ｘｐは大きく設定される。

また、製品形状にプレスラインがほとんど認められないような緩やかな形状である場合には、挟持解除位置は下死点と一致（つまり、ｘｐ＝０）していてもよい。換言すれば、挟持解除位置は、製品形状に応じて、鋼板１２のプレスが開始された時点（図７Ａの変位ｘ３参照）の後で、下死点到達以前の位置に設定されていればよい。

図４に示すように、この挟持解除位置では、上型３８及び下型５２による鋼板１２のプレス加工は開始されているが、下死点到達前であるからプレス加工は終了はしていない。

ステップＳ５において、ダイクッション駆動部１６ｂの作用下に、ブランクホルダ５４の下降速度をホルダ４０の下降速度よりも速めることにより、ブランクホルダ５４をホルダ４０及び鋼板１２から離間させる。これにより、鋼板１２の保持が解除されて鋼板１２は自由に移動可能となり、保持されていた部分のうち一部は塑性流動する。また、この時点では、プレス加工はほぼ終了していることから、鋼板１２の製品形状は概ね形成済みであり、挟持による位置決め基準がなくとも製品形状が崩れることはない。

なお、この時点では、ブランクホルダ５４が鋼板１２に対して押圧力を与えなくなればよいことから、ホルダ４０から離間する距離は僅かでよく、また、図５の仮想線で示すように、鋼板１２の一部がブランクホルダ５４に接触していてもよい。さらには、所定の脱圧機構によりシリンダ６４による加圧力を十分に低下させるようにしてもよい。

ステップＳ６において、プレス駆動部１６ａは、第１リニアセンサ３６の信号を参照してスライダ３２の位置が下死点に達したか否かを確認する。スライダ３２が下死点に達したときにはステップＳ７へ移り、未達であるときには下降を継続する。

ステップＳ７において、スライダ３２の下降及びブランクホルダ５４の下降を停止させる。このとき、図５に示すように、鋼板１２は上型３８の型面３８ａと下型５２の型面５２ａによって挟まれてプレス加工が終了している。また、ブランクホルダ５４は、ホルダ４０に対して離間していることから、鋼板１２の挟持が解除されている。一方、プレス加工において板厚減少の程度が最も大きいのは、双方の型が再接近する下死点であることから、この時点で鋼板１２の挟持が解除されていることにより、引っ張りすぎによるしわの発生や薄肉部の発生が効果的に防止できる。

ステップＳ８において、所定の停止時間が経過したか否かを確認し、停止時間が経過していればステップＳ９へ移る。このように下死点においてスライダ３２を所定時間停止させることによって、板厚方向の歪みを付与することが可能となり、鋼板１２の製品形状を一層安定させることができる。

ステップＳ９において、プレス駆動部１６ａの作用下に、サーボモータ２４を回転駆動してスライダ３２を上昇させる。この時点ではブランクホルダ５４は停止させたままとしておく。

ステップＳ１０において、スライダ３２の位置がパネル搬送位置まで達したか否かを確認し、達しているときにはステップＳ１１へ移り、未達のときにはスライダ３２の上昇を継続する。

ステップＳ１１において、ダイクッション駆動部１６ｂの作用下にブランクホルダ５４を上昇させる。これによりブランクホルダ５４は、スライダ３２よりもやや遅れて上昇し、鋼板１２の端部に再度当接して、該鋼板１２を上昇させる。

ステップＳ１２において、ダイクッション駆動部１６ｂは、ブランクホルダ５４の位置がパネル搬送位置まで達したか否かを確認する。ブランクホルダ５４がパネル搬送位置に達したときにはステップＳ１３へ移り、未達であるときには上昇を継続する。

ステップＳ１３において、図６に示すように、ブランクホルダ５４の上昇を一時停止させ、プレス加工の終了した鋼板１２を所定の搬送手段によって次工程（例えば、溶接工程）のステーションへ搬送する。

ステップＳ１４において、ダイクッション駆動部１６ｂは、ブランクホルダ５４を再上昇させる。

ステップＳ１５において、ダイクッション駆動部１６ｂは、ブランクホルダ５４の位置が加工待機位置まで達したか否かを確認する。ブランクホルダ５４が加工待機位置に達したときにはステップＳ１６へ移り、未達であるときには上昇を継続する。

ステップＳ１６において、ブランクホルダ５４の上昇を停止させ、未加工の鋼板１２を所定の位置に配置する。なお、この間もスライダ３２は上昇を継続している。

ステップＳ１７において、プレス駆動部１６ａは、第１リニアセンサ３６の信号を参照してスライダ３２の位置が上死点に達したか否かを確認する。スライダ３２が上死点に対して未達であるときには上昇を継続し、上死点に達したときには図３に示す今回の処理を終了する。スライダ３２が上死点に達したときには、他の工程とのサイクルタイムとの関係上、スライダ３２を一端停止してもよいし、特に他の工程の影響がない場合には停止せずにそのまま次の鋼板１２の加工を続行してもよい。

上記の処理は、１つのフローチャート上で表したが、例えば、プレス駆動部１６ａ及びダイクッション駆動部１６ｂの各駆動部が、相互に同期確認を行いながら独立的に動作してもよい。

上記の一連の加工のサイクルをタイムチャートで表すと、図７Ａ及び図７Ｂに示すとおりとなる。これらの図７Ａ及び図７Ｂでは、時刻の横軸に上記の処理のおけるステップ番号を対応する箇所に付している。

図７Ａに示すように、スライダ３２の変位ｘは、上死点ｘ１から下死点ｘ２までの間を往復し、下死点ｘ２においては所定時間（ステップＳ５〜Ｓ８の間）停止している。また、ステップＳ３に対応する時刻には、ホルダ４０が鋼板１２の上面に接する変位ｘ３に達している。ステップＳ１１時点の変位ｘ４はパネル搬送位置であり、ブランクホルダ５４の変位ｙ３に相当する位置である。

図７Ｂに示すように、ブランクホルダ５４の変位ｙは、ステップＳ１〜Ｓ３に対応する期間及びステップＳ１５以降の期間には、加工待機位置ｙ１で停止している。また、スライダ３２が下死点ｘ２で停止しているステップＳ７〜Ｓ１１の間には、ブランクホルダ５４も変位ｙ２の位置で停止している。ブランクホルダ５４は、ステップＳ３〜Ｓ４の間ではスライダ３２とほぼ同じ速度で下降し、挟持解除位置ｙ４を超えた後のステップＳ４〜Ｓ５の間ではスライダ３２よりもやや速く下降している。また、ステップＳ１３〜Ｓ１４の期間では、ブランクホルダ５４はパネル搬送位置ｙ３で停止している。

上述したように、本実施の形態に係るプレス加工方法及びプレス加工装置１０によれば、双方の型が近接する下死点到達以前にホルダ４０とブランクホルダ５４とによる鋼板１２の挟持を解除することにより、鋼板１２が移動可能となって引っ張りすぎによるしわや薄肉部の発生を防止することができる。

また、少なくともプレス加工の開始時には鋼板１２はホルダ４０とブランクホルダ５４とによって確実に挟持されているため、正確に位置決めされるとともに、加工のしわの発生を防止できる。

さらに、鋼板１２は、ホルダ４０とブランクホルダ５４とによる挟持部で摺動させるような動作は基本的に不要であることから、鋼板１２の押圧力を微妙に調整する必要がなく、鋼板１２の挟持及び解除はブランクホルダ５４の下降速度の切り替えというオン・オフ的な制御で足りる。また、ホルダ４０とブランクホルダ５４による挟持部では、鋼板１２に対して潤滑剤を塗布しなくてもよい。よって、本実施の形態に係るプレス加工方法及びプレス加工装置１０は、深絞り加工以外のプレス加工にも好適に適用可能であり、量産に適する。

さらに、形状及び大きさ等が近似するワークの加工であれば、塑性流動及び絞りの程度が大きいほど、鋼板１２のプレス加工箇所が、端部のホルダ４０及びブランクホルダ５４による挟持箇所から引っ張られる程度が大きくなるため、下死点から挟持解除位置までの距離ｘｐは、塑性流動及び絞りの程度に応じて大きく設定するとよい。

制御部１６は、上型３８を下型５２に対して近接させる制御と、挟持の解除とを統合的に行っているので、プレス加工に対して挟持解除が正確に同期する。

なお、上記では、挟持解除位置においてブランクホルダ５４の下降速度を速めることにより鋼板１２の挟持を解除する例について説明したが、所定の機構によりホルダ４０を型面３８ａから分離して下降速度を遅くして挟持を解除してもよい。

本発明に係るプレス加工方法及びプレス加工装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るプレス加工装置の構成を示す模式図である。プレス駆動部及びダイクッション駆動部のブロック構成図でる。本実施の形態に係るプレス加工方法の手順を示すフローチャートである。ブランクホルダが挟持解除位置に到達した際の、上型、下型、ホルダ及びブランクホルダの一部断面拡大図である。スライダが下死点に到達した際の、上型、下型、ホルダ及びブランクホルダの一部断面拡大図である。ブランクホルダの上昇をパネル搬送位置で一時停止させた状態のプレス加工装置の模式図である。図７Ａは、１サイクルにおけるスライダの変位を示すグラフであり、図７Ｂは、１サイクルにおけるブランクホルダの変位を示すグラフである。

符号の説明

１０…プレス加工装置１２…鋼板
１６…制御部２４、７０…サーボモータ
２４ａ…エンコーダ３２…スライダ
３８…上型３８ａ、５２ａ…型面
４０…ホルダ（第１ホルダ）５２…下型
５４…ブランクホルダ（第２ホルダ）５６…ダイクッション機構
ｘ１…上死点ｘ２…下死点
ｘｐ…下死点から挟持解除位置までの距離

Claims

プレス成形品をサーボプレスにて成形加工するプレス加工方法において、
第１ホルダと第２ホルダによって板材を挟持させながら、第１の型を第２の型に対して近接させて板材をプレスするプレス成形工程と、
前記プレス成形工程の際、板材のプレスが開始された後で、双方の型が近接する下死点到達以前に、前記第１ホルダの移動速度よりも前記第２ホルダの移動速度を速い状態とすることで前記第１ホルダから前記第２ホルダを離間させ、前記板材の挟持を解除する挟持解除工程と、
を有することを特徴とするプレス加工方法。
請求項１記載のプレス加工方法において、
前記挟持解除工程における制御の作動タイミングは、前記第１の型を前記第２の型に対して近接させる制御をする制御手段において設定されることを特徴とするプレス加工方法。
サーボプレス制御を行うプレス加工装置において、
板材をプレス成形する第１の型及び第２の型と、
前記第１の型に設けられた第１ホルダと、
前記第１ホルダと対向する位置に設けられ、前記第１ホルダとともに前記板材を挟持する第２ホルダと、
前記第２ホルダを進退させる制御手段と、
を有し、
第１の型を第２の型に対して近接させて板材をプレスするプレス成形工程の際、前記制御手段は、第１ホルダと第２ホルダによって板材を挟持させながら、板材のプレスが開始された後で、双方の型が近接する下死点到達以前に、前記第１ホルダの移動速度よりも前記第２ホルダの移動速度を速い状態とすることで前記第１ホルダから前記第２ホルダを離間させ、前記板材の挟持を解除することを特徴とするプレス加工装置。
請求項３記載のプレス加工装置において、
前記制御手段は、さらに、前記第１の型を前記第２の型に対して近接させる制御をすることを特徴とするプレス加工装置。