JPH0890077A - 板材の多点成形方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】多数のポンチ群を用いた板材の複曲面方法にお
いて、板厚が１０ｍｍを越える厚板材と、板厚が数ｍｍ
程度の薄板材を唯一の設備を用いて、不正変形生を抑止
して高精度に複曲面成形する装置と方法を安価に提供す
る。 【構成】素板の上下両面側に配置した多数のポンチ群の
うち、少なくとも片面側のポンチ群には高さと速度を調
整する手段を設け、さらに各ポンチに加工力を与えるア
クチュエ−タと、アクチュエ−タを取り付けるフレ−ム
から構成され、加圧能力が異なるポンチを少なくとも２
種類以上有し、板材の複曲面成形用多点式成形加工部１
０１と、加圧能力の高いポンチを目標形状より多く突出
して加工能力不足の部分を補う曲げ加工制御部１０４
と、成形完了後の成形品形状を機上測定する測定手段１
０３とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】最近の重電機器、大形船舶等に
は、各辺が数メ−トルにおよぶ大形厚板材から成形され
た３次元形状部品が用いられている。一方、自動車、鉄
道用車両等の外板には、各辺が数十センチ程度の薄板材
から成形された３次元形状部品が用いられている。本発
明は、大形厚板材や薄板材の３次元形状成形を対象とし
た成形装置及び成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】重電機器、大形船舶等に使われる板厚１
０ｍｍ以上で各辺が数メートルにおよぶ大形厚板材の３
次元成形品は、多種少量品であることを考えると、総型
の使用では型製作期間が長くかつ型費が割高になるなど
の問題がある。しかも、成形には大きな加工力が必要で
あることから１０００トン以上もの加工力を持つ高価な
大形プレス機や、あるいは加工力を下げるための熱間成
形の設備が要求される。

【０００３】そのため、このような多種少量の大形板材
部品は、数百トンクラスのプレスと部分型を用いて、順
次加圧成形する方法が行われていた。しかし、この作業
は熟練者の経験と勘が必要であると同時に、目的に応じ
た多数の部分型を必要とし、しかも型交換等の段取り変
えと加工に長時間を要するため、製品コストが高くなる
要因となっている。

【０００４】また、自動車、鉄道用車両等の外板に用い
る板厚１０ｍｍ未満で各辺が数十センチ程度の薄板材で
ゆるやかな連続曲面を持つ３次元成形品には通常総型を
用いた冷間加工もしくは熱間加工を行なう。

【０００５】この金型を実生産に適用するためには、し
わ等の欠陥が発生せずかつ成形品の要求精度を満足する
ための試行錯誤的な型調整が欠かせないため、型調整の
熟練者の経験と勘が必要であるとともに金型立ち上げ期
間の長期化が避けられなかった。

【０００６】特に自動車用の板厚数ｍｍ以下の成形品で
は上下の総型を用いる変わりにしわ押えを用いた張出し
成形や対向液圧成形等の成形方法が行なわれてきたが、
金型を全く使わない訳ではないので、上記問題点は解消
した訳ではない。

【０００７】総型を用いる替わりに、例えば特開平１−
９５８２９に記載されているように高さ調整が可能な多
数のポンチを設置し、それらの高さを調整することによ
って、所要の曲げ形状に対応したプレス型（多点ポンチ
型）とし、これを用いて加工する方法が大形の厚板材を
対象として実施されている。これは各ポンチの位置を金
型の上、下型の曲面に相当する位置に高さ調整した後に
これを金型の変わりにして加圧するので型調整が容易に
かつ立ち上げ期間が短縮化できる。

【０００８】他に多数のポンチを用いる方法としては、
例えば、日本造船学会論文集第１３２号、４８１〜５０
１頁（昭４７−１２）、同第１３３号、２９１〜３０５
頁（昭４８−７）や三菱重工技報Ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．
６、６４〜７２（１９７６−１１）に記載されているよ
うに、上型のポンチ群のみを複曲面状に設定した後にこ
れを降下させ、下型のポンチ群は油圧ピストンにより従
動する方法も実施されている。

【０００９】これらの装置に関連した特許としては、特
開昭５６−１５４２２３及び特開昭６０−１７４２２２
等が挙げられる。

【００１０】これらの装置及び方法では、各辺が数メ−
トルを越え、かつ板厚が１０ｍｍを越える厚板材を対象
としているため、同一の装置で板厚が数ｍｍ程度の薄板
を成形する場合には、加工力過多や隣接するポンチの位
置が不適当なことによるしわ（座屈）や圧痕が発生する
場合がある。

【００１１】また、変形が大きい場合は被加工材からの
反力に耐えられず、予め設定した形状にポンチが到達し
ない荷重不足の現象が起こり、その後何回突いてもこの
現象が解消されない問題点があった。即ち、上記２問題
点により精度的或は設備の能力的な成形限界が大幅に低
下する問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決する課題
は、板厚が１０ｍｍを越える厚板材と、板厚が数ｍｍ程
度の薄板材を唯一の設備を用いて、圧痕やしわ（座屈）
の発生を抑止して複曲面成形する多数のポンチ群を用い
た板材の３次元形状複曲面成形方法及びその装置を安価
に提供することにある。

【００１３】本発明が解決する別の課題は、板厚が１０
ｍｍを越える厚板材と板厚が数ｍｍ程度の薄板材を唯一
の設備を用いて成形する際に発生するポンチ荷重不足を
解消して成形限界を向上させることで加工精度を向上す
る多数のポンチ群を用いた板材の３次元形状複曲面成形
装置及び成形方法を提供することにある。

【００１４】また、その装置の設備費を安価に提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、少なくとも片側のポンチ群に加工中の位置と同時
に速度を制御する手段を付与すればよい。

【００１６】上記別の問題点を解決するために、他のポ
ンチより加圧能力の高いポンチを少なくとも１本持つ装
置構成にする。このポンチを用いて被加工材の端部を目
標形状以上に押し込む加工を行なえばよい。

【００１７】上記別の問題点を解決するために、加工終
了後の成形品形状を機上で測定する手段を持つ装置構成
とし、その測定データをもとに修正工程を行なう。この
際に目標値の許容範囲に入らなかった前回の修正値とそ
の前の修正値を比較して、上記加圧能力が高いポンチの
使用あるいは不使用を判断すればよい。

【００１８】

【作用】以上のように、各ポンチの加工中の位置及び速
度を制御する手段を持っているので隣接するポンチの位
置関係を加工中を通じて常に適切に保てる。従って成形
過程に合わせて多くのポンチを被加工材に押しつけるこ
とが出来るので、一部ポンチのみに荷重が集中すること
で発生する被加工材のしわや座屈を抑止できる。

【００１９】また、成形品の機上測定手段を持っている
ので、被加工材の形状や面内異方性や残留応力状態等に
起因する被加工材の面内のばらついたスプリングバック
率を実測値に基づいて修正する修正工程が行える。

【００２０】場所により加圧能力を変えたポンチを持っ
ているので、一つの装置で厚板材及び薄板材の両方の３
次元曲面の成形が可能である。また、厚板材を成形する
のに必要な一部分のポンチ群の加圧能力のみを強くする
ことで、高価な加圧能力の高いポンチの本数を削減でき
るので、設備費を安価にすることができる。

【００２１】多数配置した各ポンチの一部を加圧能力が
高いポンチとしたため、特に加工力不足の発生しやすい
ポンチを周囲にある加圧能力の高いポンチで補うこと
で、全体として所要の製品形状に加工あるいは修正がで
きる。また、外周部のポンチを加工力の大きなものにし
たので、被加工材に与える曲げモーメントが増加して加
圧能力の向上を安価に行える。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 以下、本発明の１実施例を図１乃至４を用いて説明す
る。図１は本発明に係る装置の１実施例の概略を示す外
観図、図２は本発明に係る装置の１実施例のポンチの配
置を示す略図、図３は従来の上ポンチ１及び下ポンチ２
の制御方式を説明する略図、図４は本発明に係る上ポン
チ１及び下ポンチ２の制御方式を説明する略図である。

【００２３】図１に示すように、本実施例の装置構成は
大きく分けて加工部１０１、測定部１０３、制御部１０
４および１０６である。本実施例の装置の加工部１０１
には大きな加圧力が安定して出力できるように油圧ユニ
ット１０５で駆動する上ポンチ群１Ａ、同じく油圧駆動
の下ポンチ群２Ａを、上側と下側のポンチ群を同一の等
ピッチで対向し合う配列とし、上下に各４２本（６行×
７列）配置し、両方で合計８４本を配置した。図２
（ａ）は被加工材側から見た上ポンチ群１Ａの配置図、
図２（ｂ）は被加工材側から見た下ポンチ群２Ａの配置
図である。ポンチ形状は被加工材と接触する部分が略半
球状であり、上ポンチ群１Ａの上側もしくは下ポンチ群
２Ａの下側で隣接するポンチと摺動できるように正方形
断面を有する。上ポンチ群１Ａ及び下ポンチ群２Ａの
内、各ポンチの加圧能力を以下に説明する。コーナー部
の３本ずつ合計２４本（図中１ａ及び２ａで示す）は加
圧能力が強く２００ｋＮを、その他の６０本（図中１及
び２で示す）については１００ｋＮを出力することが出
来る。

【００２４】また、上ポンチ群１Ａ及び下ポンチ群２Ａ
の外側には、従来の多点式成形装置と同様に、それぞれ
上側板３及び下側板４を設けた。これは、加工に伴う被
加工材からの反力の水平分力によって、ポンチが外側へ
曲がることを抑止するためのものである。

【００２５】次にポンチの位置と速度の制御について説
明する。

【００２６】従来の多点式成形装置で、加工中にポンチ
が動き続け、かつ加工中に大部分のポンチが被加工材に
接触し続けるものとしては特開平５−７６９３７のもの
が挙げられる。図３にそのポンチの制御方式を示す。油
圧サーボアンプ１４によりサーボバルブ１３を制御する
ことで上ポンチ１は位置制御されている。一方、下ポン
チ２は最終位置が設定できるようになっている。加工中
の下ポンチ２は上ポンチ１の動きに追従するように動
く。この際の下ポンチ２の加圧力は加工直前の油圧を保
っており、上ポンチ１がそれより大きな加圧力を与える
ことで、成形が行なわれる。加工終了の判断条件は、予
め決めてあった位置に下ポンチが達したことをポテンシ
ョメータ１１がシーケンサ１０４に伝えるか、あるいは
予め設定した加工の時間を超えるかのいずれかである。
これの特徴は下ポンチは最終位置のみを決定でき、加工
中のポンチの位置までは制御できないことである。

【００２７】従来例に対して本実施例では図４に示すよ
うに、上側ポンチ１を制御部１０４の指令に基づきサー
ボバルブ１３を制御するサーボアンプ１４による油圧サ
ーボ駆動としポンチの位置と速度を制御している。下側
ポンチ２は任意の加圧力と最終位置を設定できるよう
に、サーボバルブ１３とサーボアンプ１４が設けてあ
る。サーボアンプ１４は、ポンチの加圧力を歪ゲージ式
の圧力変換器１５を介して取り込んだ加圧力データによ
り、ポンチの加圧力を一定値以下になるようにバルブ１
３を制御する。さらにすべてのポンチにはポンチの上下
位置を知るためのポテンショメータ１１をポンチ位置測
定手段として取り付けている。

【００２８】これらの動作や効果は後で詳細に述べる。

【００２９】本実施例の装置には加工後の被加工物の測
定を機上で行うための測定部１０３を設けている。加工
が終了した被加工物は下ポンチ群に載ったまま加工部１
０１から図１中点線で示す測定位置１０２に移動する。
測定位置１０２に移動した被加工物はガントリー式の測
定部１０３により所望のＸＹ座標の高さデータを得られ
る。このデータに基づき加工の終了判定を行い、目標形
状を満足しなければ加工部１０１に被加工物を送り返し
て修正工程を行う。

【００３０】本方式では測定を機上で行うことで各ポン
チと被加工物の相対位置を一定に保てるので、修正工程
における各ポンチの新たな目標位置を与えることが容易
にできる。特に、測定時に各ポンチ中心位置に相当する
被加工材の高さを測れば修正工程における目標位置を最
も簡単に導出できる効果がある。これにより、ポンチ群
の一部もしくは全部を用いて修正工程を行い、製品が目
標に対して許容精度に収まれば加工を終了すれば良い。

【００３１】尚、本測定部１０３は製品の被加工物内の
位置を描くマーキング部も兼ねており、測定子の先端に
フェルトペン等を取り付けて行う。これにより作業性が
向上し、生産時間の短縮できる効果がある。

【００３２】さらに本実施例の装置にはパソコンを含む
操作盤１０６とシーケンサ１０４からなる制御部が設け
てある。これにより多数のポンチの位置と速度あるいは
の加圧力の目標値を容易に設定できるようにしている。
加工中は全ての上ポンチ１の位置と速度をサーボ制御す
るため、各上ポンチ１に設けられたポテンショメータ１
１をパソコンが走査して位置データを決められた時間間
隔で常に取り込み、前回の走査時との差を計算して速度
データを取りだしている。この位置、速度データを用い
て予め決めておいた加工経路を実現するように加工終了
時までシーケンサ１０４に位置と速度の目標値を与え続
ける。一方、全ての下ポンチ２にはポテンショメータ１
１と加圧力調整手段が設けられている。ある一定値以上
の加圧力がかかるとシリンダ１０から油圧を抜くことで
それ以上の加圧力が極一部のポンチにかからない。これ
により過大な加圧力は周りの一定値以上の加圧力に達し
ていないポンチに分散される。さらに加工が進むと油圧
がかかり、再び適正な加圧力で加工を続けることができ
る。

【００３３】被加工材に常にある一定値以下の加圧力を
与えるように制御すると、多くのポンチが加圧するの
で、極一部のポンチに大きな加圧力が掛かることで発生
する被加工材のしわや座屈の発生を抑止できる効果があ
る。

【００３４】次に図５、６を用いて図１に示した本装置
の成形動作を説明する。図５は本発明の図１の装置に係
る加工直前の概念図、図６は本発明の装置に係る加圧終
了直後の概念図である。

【００３５】まず図５のように、下ポンチ群２Ａの最終
ストロ−クに応じて、各ストッパ５を調整し、下ポンチ
２はすべて上昇してある加圧力が加えられた状態で素板
９を下側板３内に載置する。本概念図ではストッパ５は
機械的なものとして描いているが、図１で示す装置では
電気的なものとして与えており、図３中の油圧バルブ１
２を操作することで本概念図を実現している。油圧バル
ブ１２と電機的なリミットを用いることで装置に余分な
可動部あるいは固定部を付ける必要が無くなり、装置の
廉価化及び小形化の効果がある。

【００３６】次に上ポンチ群１Ａをすべて引き戻した状
態で、素板９に上ポンチ群１Ａの先端が接する位置まで
上フレ−ム８を下降させ、その位置で上フレ−ム８を固
定する。この状態から、上ポンチ１のシリンダ１０に、
下ポンチ２側より圧力の高い圧油を注入することによ
り、上ポンチ１が下降し、下ポンチ２が押し戻される。
下ポンチ２はストッパ５によりあらかじめ決められてい
る位置に達すると移動が停止し、全体として所定の形状
が成形できる。

【００３７】ストッパ５は図１の実施例では電気的なも
のとして説明したが、図５の概念図通りに機械的なもの
であってもよい。

【００３８】本装置の加工プロセスの特徴は加工中にポ
ンチが動いていることである。予め金型の包絡面の形状
にポンチ群を固定して一時に加工するやり方では少数の
ポンチに荷重が集中し、その結果被加工材にしわや圧痕
が発生する場合が多い。これを抑止するためには本方式
のように、周りのポンチに荷重を分散させてやり、部分
的に過大な荷重がかからないようにすることが有効であ
る。

【００３９】尚、この考え方は本方式を用いて初めて実
現できることであり、従来のような総型や上記金型包絡
面にポンチ群を固定して成形する方式では実現できな
い。

【００４０】本装置は油圧サーボによってポンチ群の位
置と速度を制御しているが、動力をこれに限る訳ではな
く、油圧サーボの変わりに例えばパルスモータ等の電動
機を使っても良い。この場合は加工能力が十分あれば応
答性が良い、即ち加工速度を速くする効果がある。

【００４１】また、その場合のストッパ５は図５の概念
図が実現できれば良いので、電気的あるいは機械的なも
のでもかまわない。

【００４２】以上述べてきたように本発明に係る装置で
は従来の特開平５−７６９３７に示される多点式成形装
置に対して異なる点が３点ある。第１は成形後の被加工
材を機上測定する測定部を持つこと、第２は少なくとも
片側のポンチ群の位置のみではなく速度も制御したこ
と、第３は加圧能力の違うポンチを配置したことであ
る。これらの効果について、別の実施例も挙げながら以
下詳細に述べる。

【００４３】実施例２ 図１の測定部１０３はガントリー式で測定子が被加工物
に接触して測定データを得るものであるが、これに変わ
って非接触式の測定部の１実施例を以下示す。

【００４４】本実施例は図７に示す画像処理を利用した
非接触式の測定機の１実施例である。本実施例において
測定部の構成は光切断法を応用した格子投射部とＣＣＤ
カメラ等の受像部と受像データを画像処理して成形品形
状を計算する演算部からなる。この場合は非接触式なの
で特に薄板製品に余分な変形を与えず正確な成形データ
が採れる効果がある。光切断法を応用した格子投射法は
画像の取り込み時間が短く、１ｍ四方程度なら１／２秒
程度である。また、画像処理もそれほど複雑ではないの
で演算部がパソコン程度でも、機械式に比べて１０倍以
上早くデータが取り込める。光切断法の他にモアレ干渉
縞を解析するモアレ法やモアレ・トポグラフィ法でも非
接触測定は行なえる。この場合格子投射法と装置構成は
ほぼ同じである。モアレ法やモアレ・トポグラフィ法の
場合上記の格子投射投射法に比べて、画像の取り込み速
度やデータ演算時間は格子投射法に比べて遅くなるが、
測定精度は１桁あるいは２桁は良くなる。従って成形精
度が高精度に要求される場合はモアレ法やモアレ・トポ
グラフィ法を用いた非接触測定方式を用いるのが良い。

【００４５】このように機上測定手段を多点式成形装置
に付与することはそれ自体で作業性の向上の効果がある
ので実用的である。

【００４６】実施例３ 本発明に係る１実施例を既に図４に示した。この構成の
特徴は全てのポンチの位置と速度を制御するのではな
く、例えば上側のポンチ群のみ位置と速度を制御し、か
つ下側のポンチ群はポンチ荷重を測定する手段を取付け
て、ポンチにかかる荷重をフィードバックできるように
したことにある。本実施例では能動的なポンチの加圧力
の制御を行なうことになる。これの特徴は応答速度に優
れていることにある。従ってその効果は成形速度の向上
及びしわ等の不正変形のより確実な抑止にある。また、
本実施例では確実にポンチの加圧力を制御できるので、
誤動作が少なくなる効果もある。

【００４７】本実施例ではフィードバックのし易さから
ポンチ荷重測定手段としてシリンダ１０の内部の油圧を
測定する歪ゲージ式の圧力変換器１５を用いているが、
他の加圧力制御方法の１例としては次のものも挙げられ
る。。

【００４８】即ち、歪ゲージ式の圧力変換器１５と油圧
サーボ機構を用いる替わりに、リリースバルブとアキュ
ームレータの組合せによる機械的なフィードバック方法
である。この方法は過大になった油圧をリリースバルブ
から抜く受動的な制御であるが、油圧サーボ機構の高価
なポンチが少ないので設備費が安価になる効果がある。

【００４９】このように加工中に、少なくとも被加工材
の片側のポンチ群の位置と速度を制御でき、かつ反対側
のポンチ群は位置だけでなくポンチ荷重を測定する手段
を取付けてポンチにかかる荷重をフィードバックすれば
目的は達する。この時の設定荷重値は１種の敷居値とな
っており、加工が進み、ある一定値以上の荷重がかかる
とそのポンチが敷居値以下になるまでポンチの位置が戻
る。戻った位置では周りのポンチでも荷重を受け持つこ
とになるので敷居値を超えることなく加工が終了する。
その結果しわや座屈の無い成形品を得ることができる。

【００５０】実施例４ 上記実施例においては下ポンチ群２Ａを下死点と加工中
のポンチの加圧力を決定できるようにしたが、上ポンチ
群１Ａと同様に油圧サーボ等を用いて位置と速度の制御
を行なってもよい。この時設備費自体は高価になるが、
成形品精度の上では有利になる。その理由を述べる。

【００５１】成形品精度の悪化には３つの要因がある。
１つはしわの発生によるもの、２つめは圧痕によるも
の、最後の１つは目標値までポンチが押し切れなかった
ものである。しわや圧痕の発生は基本的に設備の加工能
力が大きいときに発生する。

【００５２】図８中Ａ，Ｂに示すように、隣接する上下
ポンチ間の位置の不適当があるとしわや圧痕が発生す
る。これを抑止するためには上下ポンチの相対間隔を加
工前、中、後を通じて適正に保つ必要がある。加工中に
この状態が発生しないためにはポンチの位置のみではな
く、速度も制御する必要がある。

【００５３】そこで図１及び２に示されている構成の装
置を用いて、図９に示すように上下ポンチ群とも位置と
速度が制御できる油圧サーボとした場合を別の１実施例
として示す。

【００５４】本実施例では加工の進度に応じて要求され
る、時々刻々変化する上下ポンチの相対間隔を油圧サー
ボにより予め決められた経路を要求を満たしながら通れ
るので、しわの発生を抑止できる。本実施例では上下ポ
ンチの相対間隔の決定には２方向の円弧法の近似を用い
ている。

【００５５】圧痕の発生原因は図８中Ｂに示すように、
上下ポンチの相対間隔が過小なことが原因である。これ
を抑止するには加工前、中、後を通じて上下のポンチ間
隔を適正に保つ必要がある。これを行うのにもポンチの
位置のみではなく、速度も制御する必要がある。本実施
例の構成はこれを満足する。

【００５６】本装置は図１１に示すような、クローズド
ループフィードバック制御形式の成形プロセスを行って
いる。しかし、これでは何度修正工程をかけても被加工
材が目標精度に到達しない場合がでて来る。これは、被
加工材の変形に伴う反力がポンチの加圧能力以上になる
場合である。従って、被加工材の成形する目標形状によ
っては一部のポンチの目標値と実際のポンチの最終位置
が一致できないことになる。

【００５７】各ポンチが十分大きな加工力を持っていれ
ばこの事態は起こらない。しかし、これを見越して敢え
て過大な加圧能力を不必要なポンチにまで持たせるのは
不経済である。

【００５８】そこで、装置の価格を低減し、かつ上記問
題を解決するための別発明を以下述べる。別発明は装置
の構造に関するものと、その装置を用いた加工方法の２
件からなる。

【００５９】実施例５ 本実施例は装置の低価格化に関する１例であり、加圧能
力の高いポンチを配置したことを特徴としている。

【００６０】一般に油圧サーボを始めとする動力源は、
その加工能力が増加するに従って価格も上昇する。予め
対象形状が特定できない場合はポンチの加圧能力を大き
めに設定しておくのが一般的である。しかし、余分なポ
ンチに必要以上の加圧能力を与えるのは装置価格の点で
不利である。いま、板材の３次元形状の代表例として図
１２(ａ)，(ｂ)に示す２形状を考える。これを考えれ
ば、他の３次元複曲面形状はこの２つの間にあると考え
られるので、総ての３次元形状に対する対策を考えたこ
とになる。

【００６１】図１２(ａ)に示すものは各対角線の面外曲
率の中心が被加工材に対して反対側にあるねじれ形状も
しくは鞍形形状と呼ばれるものである。これを長方形の
素板から成形することを考える。この形状の特色は、相
対する各辺の中点を結んだ線上の任意の点は加工の前後
を通して不動である。従って最も大きな反力を受けるの
は各対角上のポンチであるのは力学的に自明である。従
って他のポンチより加圧能力を大きくするべき位置は、
図１３(ａ)，(ｂ)に示す１ａ，２ａの上下各４本計８本
の各対角ポンチであるといえる。ここで図１３(ａ)は被
加工材側から見た上ポンチ群１Ａの配置図、図１３(ｂ)
は被加工材側から見た下ポンチ群２Ａの配置図である。
以下に示すポンチの配列は図１３と同様な視点から見た
ものである。１ａ，２ａ以外のポンチは加工能力を小さ
くできるので設備費の低価格化の効果がある。

【００６２】実施例６ さらにこの形状の成形する方向を特定すれば図１４
(ａ)，(ｂ)に示す１ａ，２ａの上下各２本計４本でよい
ことになる。これは図１３よりさらに低価格化の効果が
ある。

【００６３】実施例７ 力学的に考えて各対角ポンチに近いほど加工能力不足が
発生するのは当然である。よって、余裕を持って加工す
るために、すでに示した図２(ａ)，(ｂ)に示す各対角及
びそれに隣接するポンチを加工能力が高いものにしてお
けばよい。

【００６４】実施例８ 上記同様この形状の方向を特定すれば図１５(ａ)，(ｂ)
に示す１ａ，２ａの上下各６本計１２本でよいことにな
る。これは図１４よりさらに低価格化の効果がある。

【００６５】図１４のポンチ配置の装置を用いてさらに
加工力不足が発生した場合の、対策である１実施例を以
下に示す。

【００６６】実施例９ 上記の例は装置自体の機械的な対策である別発明であっ
たが、以下の例は図１４(ａ)，(ｂ)のポンチ構成を用い
たポンチ加工能力不足を補う曲げ加工法に関するもの
で、上記３発明とは別の発明に関する１実施例である。

【００６７】従来の、総てのポンチの加圧能力一定方式
では一度加圧能力が不足すれば対策の仕方が無かった。
なぜならクローズドループフィードバック制御をかけて
いる限り、ポンチの新たな指令値は前回の加工力不足を
起こした値から更新できないからである。従って何度加
工を繰り返しても同じように目標値に入らず、無限ルー
プに入ることになる。これを解消するためには従来のク
ローズドループを打破する必要がある。

【００６８】図１４の例で初めに加圧能力不足をきたす
ポンチは力学的に対角線上の角から２つ目である。これ
を目標形状に入れるために加工能力の強い３本のポンチ
を目標値より多めに突き出してやればよい。図１６中１
ｂで示されるポンチが加圧能力不足である場合を例に取
り説明する。図１６は加圧能力の高いポンチ１ａを目標
値より多めに突き出す場合の１実施例であるがこれによ
り加圧力不足が生じたポンチは目標値に入り、成形品精
度を確保できた。同様に１ｂ以外の加圧能力が低い内側
のポンチ１，２についても外側の加圧力の強いポンチ１
ａ，２ａを多めに突き出すことで加圧力不足を解消でき
る。これは被加工材の加工前後の不動点から最も遠いと
ころにある加圧能力の強いポンチが、加圧力不足を起こ
したポンチの位置に曲げモーメントを余分に付与したこ
とによる。即ち、本実施例のポンチ配置により初めてこ
の加工法が実現できる。この加工法が実現できたこと
で、従来の加工方式と本加工方式の使い分けを行うこと
ができる。その判断基準は、前回の加工結果との比較で
有効な変化が有るか否かとすれば良い。この判断基準の
敷居値は成形品の目標精度の少なくとも半分以上が良
い。

【００６９】また、本方法では製品寸法より少なくとも
１ポンチピッチ分だけ大きな素板を用いると、加圧力の
増加により起こりうる圧痕の発生を製品にならない部分
で受け持てるので、より好適である。

【００７０】図１７に本発明の加工方法の流れを示す。
これは従来のクローズドループを打破して、新たなルー
プを加えたことを特徴としている。

【００７１】実施例１０ 次に、図１１(ｂ)に示す碗形形状について考える。図１
１(ｂ)に示すものは各対角線の面外曲率の中心が被加工
材に対して同一側にある。これを長方形の素板から成形
することを考える。この形状の特色は、成形プロセスに
よって変わるが、成形品の最高点又は最低点もしくはそ
の間の或る等高線上での点列が、加工の前後を通して不
動なことである。

【００７２】いま、簡単の為図１１(ｂ)の成形品の最高
点が加工の前後で不動であったとする。この場合最も大
きな反力を受けるのは成形品の最高点に最も近い下側ポ
ンチであるのは力の釣合いから考えて当然である。また
最高点付近のポンチの加圧能力が十分大きいときは曲げ
モーメントの付与の観点から上側ポンチの外周部ポンチ
の加圧能力を大きくするべきである。従って他のポンチ
より加圧能力を大きくするべき位置は、図１８(ａ)，
(ｂ)に示す１ａ，２ａの上ポンチ２２本，下ポンチ６本
計２８本の各ポンチであるといえる。これ以外のポンチ
は加工能力を小さくできるので設備費の低価格化の効果
がある。さらに上記加圧能力の不足を強いポンチで補う
加工法を採用することを前提とすれば図１９(ａ)，(ｂ)
に示す１ａ，２ａの上ポンチ１２本、下ポンチ６本の計
１８本でよいことになる。これは図１８よりさらに低価
格化の効果がある。

【００７３】以上まとめると任意の３次元形状複曲面形
状を得るときに６行×７列の配置での最も効率的な加圧
能力の大きなポンチ配列は図２０(ａ)，(ｂ)のようにな
る。

【００７４】実施例１１ 以上の例はポンチ配列が６行×７列の場合を例にとり説
明したが、配列をこれに限るわけではない。３次元複曲
面の成形におけるポンチ配列は例えば３行×３列や図２
１に示す５行×５列の場合でもできるし、他に図２２に
示す６角形状配列でもできる。特に碗形のみを対象形状
とするならば図２２の碗形の方が力のバランスから見て
良いであろう。しかし本発明はこれらに対しても、ポン
チ配列が６行×７列の場合と同様に考えれば、有効であ
ることは容易に判る。

【００７５】そこで図２１及び図２２のポンチ配列を対
象に説明する。

【００７６】図２３(ａ)，(ｂ)は図２１の５行×５列の
ポンチ配列に対して本発明の加圧能力が高いポンチ１
ａ，２ａ，２ｂの配列を施した１実施例である。本実施
例では５０本のうち１９本だけを加圧能力の高いポンチ
にし、残りの３１本は加圧能力の低いポンチにできるの
で設備費の低減の効果がある。

【００７７】実施例１２ 図２４(ａ)，(ｂ)は図２１の５行×５列のポンチ配列に
対して本発明の加圧能力が高いポンチ１ａ，２ａの配列
を施した上記とは別の１実施例である。本実施例では加
工対象を鞍形形状に限定しているので、５０本のうち１
２本だけを加圧能力の高いポンチにし、残りの３８本は
加圧能力の低いポンチにできるので図２３で示した上記
実施例よりさらに設備費の低減の効果がある。

【００７８】実施例１３ 図２５(ａ)，(ｂ)は図２３の６角形状ポンチ配列に対し
て本発明を適用した１実施例である。本実施例では加工
対象を碗形形状に限定しているので、３８本のうち１３
本だけを加圧能力の高いポンチ１ａ，２ａにし、残りの
２５本は加圧能力の低いポンチにできるので設備費の低
減の効果がある。

【００７９】実施例１４ 図２６(ａ)，(ｂ)は図２３の６角形状ポンチ配列に対し
て本発明を適用した別の１実施例である。本実施例では
加工対象を碗形形状に限定している。最小限の設備費で
かつ本発明にかかる加工方法を実現するためには、３８
本のうち７本だけを加圧能力の高いポンチ１ａ，２ａに
し、残りの３１本は加圧能力の低いポンチにすればよ
い。

【００８０】本実施例の設備費低減の効果は本配列で最
高のものとなる。

【００８１】以上述べたように本発明の目的の１つはし
わ、圧痕の抑止をすることにある。

【００８２】そのための手段は、加工直前・加工中及び
と加工後のポンチ位置を適正化するために被加工材の上
あるいは下もしくは上下のポンチ群の位置及び速度をサ
ーボ制御することと、ポンチピッチを適正化することで
あり、特に鞍形形状を加工対象にする場合にはポンチピ
ッチを板厚の１７.０倍以内に設定することである。

【００８３】本発明の別の目的の１つは同一の設備上で
修正工程を行ない、成形品精度を確保することにある。
そのための手段は、機上測定する測定部を持ち、この測
定データをもとに一部あるいは全部のポンチの位置など
の加工条件を変えて再成形することである。

【００８４】本発明の別の目的の１つはポンチの加工力
不足を安価に機械的に解消する。

【００８５】その手段は少なくとも２種類の加圧能力の
ポンチを持つことである。

【００８６】本発明の別の目的の１つはポンチの加工力
不足を安価にプロセス的に解消して成形品精度を向上さ
せる。

【００８７】その手段は加圧能力の強いポンチを目標値
より多めに突出して加工力不足に陥った部分を補助して
成形することである。

【００８８】これを順に説明した。その結果それぞれの
目的を満足させる発明を５つ述べた。

【００８９】いずれも成形品精度を向上できる効果を持
っており、後の２発明については設備費を低減させる効
果も併せ持つ。また、加工法に関する２つの発明はこの
装置構成及び考え方無しには実現できないものである。

【００９０】

【発明の効果】ポンチの位置と速度を同時に制御できる
手段を持つことにより、圧痕としわ（座屈）の発生を抑
止して、板厚１０ｍｍ以上の厚板と、板厚数ｍｍ程度の
薄板の両方に対し、３次元曲面の成形精度が向上する。

【００９１】また、別の本発明の効果として上下に配置
する高価な加圧能力の高いポンチの本数を減らすことが
できるので、設備費を安価にすることができる。さらに
加圧能力の高いポンチを用いて、加圧力不足が発生した
ポンチ付近の被加工材に付与する曲げモーメントを大き
くさせることにより、目標精度に到達できる加工が行な
えるので被加工材の成形限界と成形精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる装置の１実施例の概略を示す外
観図

【図２】本発明にかかる装置のポンチの配列の１実施例
を示す略図 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図３】従来の装置の上ポンチと下ポンチの制御方式を
説明する略図

【図４】本発明にかかる装置の上ポンチと下ポンチの制
御方式の１実施例を説明する略図

【図５】本発明にかかる装置の加工直前の概念図

【図６】本発明にかかる装置の加工終了直後の概念図

【図７】機上測定に非接触測定機を用いた例を示す概念
図

【図８】上下ポンチの位置の不適正と適正を示す略図

【図９】本発明にかかる装置の上ポンチと下ポンチの制
御方式の１実施例

【図１０】本発明に関する成形方法の鞍形形状を対象と
した、しわ・圧痕の発生領域を示す実験結果

【図１１】本発明に関する成形プロセスを示す１実施例

【図１２】３次元複曲面形状を示す外観図 （ａ）鞍形形状（捩じれ形状）（ｂ）碗形形状

【図１３】本別発明の加圧能力の違うポンチ配列を示す
１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図１４】本別発明の加圧能力の違うポンチ配列を示す
別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図１５】本別発明の加圧能力の違うポンチ配列を示す
別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図１６】本別発明の成形方法に関する加圧能力の高い
ポンチの目標値の設定を示す１実施例

【図１７】本別発明に関する成形プロセスを示す１実施
例

【図１８】本別発明の加圧能力の違うポンチ配列を示す
別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図１９】本別発明の加圧能力の違うポンチ配列を示す
別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図２０】本別発明の加圧能力の違うポンチ配列を示す
別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群本発明に関するポン
チ群を千鳥状

【図２１】上記本別発明とは違うポンチ配列を示す１例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図２２】上記本別発明とは違うポンチ配列を示す１例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図２３】図２０に示すポンチ配列に本別発明を適用し
た場合のポンチ配列を示す別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図２４】図２０に示すポンチ配列に本別発明を適用し
た場合のポンチ配列を示す別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図２５】図２１に示すポンチ配列に本別発明を適用し
た場合のポンチ配列を示す別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【図２６】図２１に示すポンチ配列に本別発明を適用し
た場合のポンチ配列を示す別の１実施例 （ａ）上ポンチ群（ｂ）下ポンチ群

【符号の説明】

１−−上ポンチ １Ａ−−上ポンチ群 １ａ−−加圧能力が他より強い上ポンチ １ｂ−−加圧力不足の発生した上ポンチ ２−−下ポンチ ２Ａ−−下ポンチ群 ２ａ−−加圧能力が他より強い下ポンチ ２ｂ−−加圧能力が他より強い別の下ポンチ ３−−上側板 ４−−下側板 ５−−ストッパ ６−−支柱 ７−−下フレ−ム ８−−上フレ−ム ９−−素板 １０−−シリンダ １１−−ポテンショメータ １２−−バルブ １３−−サーボバルブ １４−−サーボアンプ １５−−圧力変換器 １０１−−加工部 １０２−−測定位置に移動した場合の加工部の位置 １０３−−測定部 １０４−−制御部（シーケンサ） １０５−−加圧力供給部（油圧ユニット） １０６−−制御部（操作盤） ２０１−−格子投射部 ２０２−−ＣＣＤカメラ ２０３−−演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 孝志 茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社 日立製作所日立工場内 (72)発明者 石森 謙一郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社 日立製作所日立工場内 (72)発明者 渡辺 忍 茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社 日立製作所日立工場内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のポンチ群を制御して金属板を少なく
   とも２方向以上に曲率を持つ３次元形状に曲げ加工する
   装置において、少なくとも２種類以上の加圧能力のポン
   チを持つことを特徴とする多点式成形装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の加圧能力が違うポンチは、
   その他のポンチより加圧能力が高く、マトリクス配列さ
   れたポンチ群のうち少なくとも１つの対角に配置した２
   本以上とすることを特徴とした請求項１記載の多点式成
   形装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の加圧能力が違うポンチはそ
   の他のポンチより加圧能力が高く、マトリクス配列され
   たポンチ群のうち略中心に配置した１本以上とすること
   を特徴とした請求項１記載の多点式成形装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の加圧能力が違うポンチは、
   その他のポンチより加圧能力が高く、マトリクス配列さ
   れた下ポンチ群または上ポンチ群あるいはその両方のポ
   ンチ群の略中心に配置した１本以上とし、かつ加圧能力
   が高く略中心に配置したポンチを持つものの逆側のポン
   チ群である上ポンチ群または下ポンチ群あるいはその両
   方のポンチ群のうち少なくとも１つの対角に配置した２
   本以上を加圧能力の高いポンチとすることを特徴とした
   請求項１記載の多点式成形装置。
5. 【請求項５】複数のポンチの時間に応じた位置と速度を
   同時に制御できる手段を持つことを特徴とする板材の３
   次元形状多点式成形装置。
6. 【請求項６】金属板を少なくとも２方向以上に曲率を持
   つ３次元形状に成形する装置において、複数のポンチ群
   のうちの大部分が加工前、加工中に被加工材に常に当接
   する装置であり、ポンチの間隔が被加工材の板厚の１
   ７．０倍より小さいことを特徴とする多点式成形装置
7. 【請求項７】複数のポンチ群を用いて金属板を少なくと
   も２方向以上に曲率を持つ３次元形状に成形する曲げ加
   工方法において、材料である素板の製品となる部分より
   少なくともポンチ間隔分広い面積を持つものを使うこと
   を特徴とした多点式成形方法。
8. 【請求項８】複数のポンチ群を用いて、製品より広い面
   積を持つ金属素板を少なくとも２方向以上に曲率を持つ
   ３次元形状に成形する曲げ加工方法において、製品とな
   らない部分のポンチの負荷力を積極的に付与することを
   特徴とした多点式成形方法。
9. 【請求項９】時間に応じた位置と速度を同時に制御でき
   る複数のポンチは少なくとも材料の素板の片面側にある
   ことを特徴とする請求項８記載の板材の３次元形状多点
   式成形装置。
10. 【請求項１０】複数のポンチの位置とポンチにかかる負
    荷力を制御できる手段を持つことを特徴とする板材の３
    次元形状多点式成形装置。
11. 【請求項１１】位置制御できる複数のポンチは少なくと
    も材料の素板の片面側にあることを特徴とする請求項１
    ０記載の板材の３次元形状多点式成形装置。
12. 【請求項１２】位置と速度を同時に制御できる手段を持
    つ複数のポンチを材料の素板の片面側に配し、反対面側
    にある複数のポンチはそれにかかる負荷力を制御できる
    手段を持つことを特徴とする板材の３次元形状多点式成
    形装置。
13. 【請求項１３】複数のポンチ群を制御して金属板を少な
    くとも２方向以上に曲率を持つ３次元形状に曲げ加工す
    る装置において、少なくともポンチが配置されている部
    分の成形品高さを測定する手段を持つことを特徴とする
    多点式成形装置。
14. 【請求項１４】複数のポンチの位置と速度を同時に制御
    できる手段を持つことを特徴とする請求項１３記載の多
    点式成形装置。
15. 【請求項１５】最終目標とする成形品形状に対して、あ
    らかじめ予測したスプリングバック量等の誤差を見越し
    た成形品予測値と、被加工材の各部の実測値の差を足し
    込んで新たなポンチの位置及び速度の目標値を与え、ポ
    ンチの１部あるいは全部を用いて修正工程を行うことを
    特徴とした板材の３次元複曲面の多点式成形方法。
16. 【請求項１６】上記修正工程に用いる新たなポンチ目標
    値に対し、ある設定した敷居値以上に修正工程が進まな
    いときに、加圧能力の高いポンチを上記目標値より多く
    突き出して修正工程を進めることを特徴とした請求項１
    ５記載の板材の３次元複曲面の多点式成形方法。
17. 【請求項１７】上記請求項の何れかを満たす装置や方法
    を実施した構造物。