薄板衝壓模具裝置及衝壓成型方法
2023-05-07 17:27:56 1
專利名稱：薄板衝壓模具裝置及衝壓成型方法
技術領域：
本發明涉及薄板衝壓模具裝置及衝壓成型方法，特別涉及在衝壓加工時能夠調節防皺裝置的荷載分布的壓模裝置及成型方法。
背景技術：
控制防皺力的成型方法已經公開各種各樣的發明，如日本特開平7-266100號公報(專利文獻1)中公開了一種方法，通過預先求得加壓材料的形狀及機械性質、化學性質、電鍍等層疊特性、油量等表面狀態等物理量與獲得預定的加壓品質的適合的防皺荷載之間的關係，之後通過上述關係獲取與實際的物理量相適應的適合的防皺荷載，然後用適合的防皺荷載進行衝壓加工，來調節氣缸中的氣壓。
並且，日本特開平9-38728號公報(專利文獻2)中公開了一種方法，從成型初期到中期將拉深成型時的防皺力提高，防止褶皺的出現及成長，而在成型後期通過減壓到適當的值以防止發生破裂現象及由材料的過剩注入導致的褶皺殘留。並且，在日本特開平6-190464號公報(專利文獻3)中公開了在具備使壓力均勻的液壓缸的模具緩衝裝置中，通過控制流量調節閥的開度使液壓缸內的油壓暫時發生變化進而控制防皺荷載的發明。
專利文獻1～3中雖然公開了控制防皺荷載的發明，但是對於材料特性的變動、模具的磨損、模具溫度等等多種變動原因，難以預先求得合適的防皺荷載。特別是模具的潤滑特性經常發生變化，每次都要測定所述特性，會明顯地降低生產效率。
而用模具緩衝裝置控制防皺荷載，有必要大幅改造加壓裝置，並且預先測定合適的防皺荷載也非常困難。
發明內容
本發明的目的就是要提供一種裝置，不需要預先求得適於各種變動因素的防皺荷載，可以即時求得防皺荷載並能進行合適的荷載設定的。
根據本發明，提供一種薄板衝壓模具裝置，具備有衝頭、陰模、防皺模具、將上述衝頭插入上述陰模內的衝頭驅動構件、以及給上述防皺模具施加防皺荷載的防皺模具驅動構件，用上述衝頭將薄板工件按入上述陰模內來加工工件，其特徵在於，具備通過防皺模具驅動構件調節施加於上述防皺模具的防皺荷載的防皺荷載調節構件，測定作用於上述工件上的摩擦力的摩擦力測定構件和測定作用於上述衝頭的衝壓反力的衝壓反力測定構件的至少任一構件，控制上述防皺荷載調節構件使上述摩擦力測定構件或上述衝壓反力測定構件的測定值成為預定的值的控制構件。
根據本發明的其他特徵，可以提供一種薄板的衝壓成型方法，使用上述模具裝置通過衝頭將薄板工件按入陰模內加工工件，其特徵在於，具備測定作用於上述工件的摩擦力或作用於上述衝頭的衝壓反力的至少一種力的測定階段，以及調節防皺荷載或衝頭速度使上述測定階段所得測定值成為預定的值的階段。
如果採用本發明，不管模具與工件之間的潤滑性及表面形狀等如何變化，都能給予適合的摩擦力，不管材料的特性如何不同或環境如何變化，都能獲得良好的成型品。
圖1是在防皺模具的表面上具有摩擦力測定構件的衝壓模具裝置的剖視圖。
圖2是在防皺模具表面及陰模臺肩上具有摩擦力測定構件的衝壓模具裝置的剖視圖。
圖3由多個模具部件構成的防皺模具和摩擦力測定構件的俯視圖。
圖4是圖1的陰模和防皺模具的一側的放大剖視圖。
圖5是在防皺模具的表面及陰模臺肩上具有溫度傳感器的衝壓模具裝置的剖視圖。
圖6是由多個模具部件構成的防皺模具和溫度傳感器的俯視圖。
圖7是圖5的陰模和防皺模具的一側的放大剖視圖。
圖8是在防皺模具的表面及陰模臺肩上具有摩擦力測定構件，並且在衝頭上具有衝壓反力測定構件的衝壓模具裝置的剖視圖。
圖9是控制摩擦力的本發明實例的流程圖。
圖10是表示在適合圖9的流程圖所示控制方法的情況下防皺荷載或摩擦力與衝程的關係的曲線圖。
圖11是控制摩擦力的其他的本發明實例的流程圖。
圖12是表示在適合圖11的流程圖所示控制方法的情況下防皺荷載或摩擦力的時間履歷的曲線圖。
圖13是控制溫度的本發明實例的流程圖。
圖14是控制溫度的其他的本發明實例的流程圖。
圖15是控制衝壓反力的本發明實例的流程圖。
圖16是控制衝壓反力的其他的本發明實例的流程圖。
圖17是內置了油壓室的防皺荷載調節構件的放大剖視圖。
具體實施例方式
下面將參照圖例進行詳細說明。
圖1表示的是本發明第1實施方式中的衝壓模具裝置的剖視圖。在防皺模具3的表面上安裝有組裝了摩擦力測定構件4的模具裝置，通過防皺模具驅動構件5根據檢測出的摩擦力控制防皺力。圖4為表示圖1的陰模2和防皺模具3的一側的擴大圖，是組裝有摩擦力測定構件4的模具裝置的剖視圖。
本實施方式的模具裝置具備衝頭1和與衝頭1相對配置的陰模2，通過衝頭1將由薄板構成的工件6按入陰模2內，成型該工件6。並且，為了防止在工件6成型過程中在工件6上出現褶皺，而與陰模2相對配置有防皺模具3，使工件6夾在陰模2和防皺模具3之間。
並且，在上述模具裝置中設置有例如液壓缸14、5作為用來將衝頭1及防皺模具3驅動進陰模2的衝頭驅動構件及防皺模具驅動構件。液壓缸14、5從例如可變容量油壓泵13、12供給油壓作為衝頭速度調節構件及防皺荷載調節構件的油壓源，可變容量油壓泵13、12由控制裝置11進行控制。
隨著衝頭1的上升，周邊被防皺模具3和陰模2夾住的工件6在摩擦力的作用下拉伸周邊，同時被拉入陰模2的空腔內，成型為沿衝頭1的形狀。此時，如果張力過大則材料有可能斷裂，而如果張力過小則容易出現褶皺，不能成型沿下模的形狀。因此，為了得到良好的產品形狀，必須設定適合的防皺荷載。而作用於材料的張力是在工件6與衝頭1和陰模2之間產生摩擦力的原因，為了改變表面壓力與摩擦力的關係即摩擦係數，一般改變潤滑油的特性或衝頭及陰模的表面粗度，或是加上波紋。但是，摩擦係數受溫度、表面壓力、表面性狀等影響而時刻發生變化，因此必須每次都調節防皺裝置的壓力。
對此，通過採用圖1所示的結構，用摩擦力測定構件4直接測定工件6與防皺模具3和陰模2之間的摩擦力，並將測定結果反饋給控制裝置11，從而可以控制從可變容量油壓泵13、12提供給液壓缸14、5的油壓，使測定的摩擦力達到預定的值。這樣，在本實施方式中，衝頭速度和防皺模具負載可以進行調節，但通過調節衝頭速度和防皺荷載中的至少一個，不論摩擦係數如何變化，也總能給材料付與合適的張力。
另外，作為衝頭驅動構件及防皺模具驅動構件的液壓缸14、5為單一的例子，也可以將液壓缸換成氣缸或是電動機。
本發明第2實施方式的衝壓模具裝置的剖視圖如圖2所示。在圖2中，與圖1所示實施方式中相同的構成要素都採用相同的參照符號，這裡就不再重複說明。
在該例子中，在陰模2的臺肩上安裝有組裝了摩擦力測定構件4的模具裝置，根據檢測出的摩擦力通過防皺模具驅動構件5控制防皺力。雖然在圖2中不僅在陰模臺肩部，而且在防皺模具3的表面上也組裝有摩擦力測定構件4，但也可以只在陰模臺肩部組裝摩擦力測定構件4。
並且，如圖3如示，如果用多個模具部件3a形成防皺模具3，則可以用摩擦力測定構件4測定各模具部件3a的摩擦力。
並且，通過在各個模具部件3a中都配置有液壓缸5作為驅動構件，並能夠單獨進行控制，而能夠適當地調節防皺力的分布。
本發明第3實施方式的防皺模具如圖3所示。在圖3中，與圖1所示實施方式中相同的構成要素都採用相同的參照符號，這裡就不再重複說明。
在本實施方式中，防皺模具3由多個模具部件3a構成，對多個模具部件3a的每一個都設置摩擦力測定構件4。
下面用圖4說明直接測定摩擦力的原理。工件6被一對模具，即陰模2和平板7夾住，平板7用例如螺栓等以能夠沿圖中左右方向彈性變形的狀態與防皺模具3固定。並且，在平板7和防皺模具3之間夾有作為摩擦力測定構件的變形測定元件4。變形測定元件4可以用壓電元件或變形儀構成。當工件6沿箭頭方向(圖面向左)滑動時，變形元件4中就會發生剪切變形。而如果變形元件4使用壓電元件或變形儀，則可以容易地將變形作為電壓取出，可以測出摩擦力。
圖3表示只在防皺模具3的一面測定摩擦力的情況，但在例如工件6的表面背面和一對陰模2及防皺模具3的表面性狀不一樣的情況下，通過在工件6的上下面測定摩擦力能夠進一步提高測定精度。
作為平板7的材料，可以使用結構用碳素鋼或工具鋼。
下面對本發明的第4實施方式的衝壓模具裝置進行說明。圖5是具有溫度傳感器10作為摩擦力測定構件的衝壓模具裝置的剖視圖。雖然在圖5中不僅在陰模臺肩部上，而且在防皺模具3的表面上也安裝有溫度傳感器10，但如果安裝在防皺模具3的表面和陰模2的臺肩部的至少一個地方具有溫度傳感器的模具，根據測出的溫度來控制通過液壓缸5調節防皺荷載或調節衝頭速度中的至少一個，則不管摩擦係數如何變化，都能給材料付予適合的張力，因此能夠得到本發明的效果。
溫度傳感器最好使用熱電偶，這樣比較經濟。
下面用圖7說明溫度傳感器。圖7是圖5的陰模2和防皺模具3的一側的放大剖視圖。溫度傳感器10夾在平板7和防皺模具3之間。在衝壓成型之際，平板7上的摩擦力大的地方加工發熱也大，反之摩擦力小的地方加工發熱也小。因此，可以根據由溫度傳感器10測定的溫度變化來推定摩擦力。也就是說，平板7上的溫度高時，摩擦力變大，會阻礙材料的流入，因此會出現材料斷裂的情況；而溫度低時，摩擦力變小，不能抑制材料的流入，因此會出現產生褶皺及形狀不良等問題。由此，通過用溫度傳感器10直接測定成型時平板7上的溫度，能夠得到本發明的效果。
並且，如圖6所示，如果防皺模具3由多個模具部件3a構成，對於每個模具部件3a都可以通過溫度傳感器10測定其溫度。並且，在各個模具部件3a上都設置有液壓缸5，可以單獨進行控制，所以可以適宜地調節防皺力的分布。
雖然在圖5的構成中用溫度傳感器10作為圖2所示的摩擦力測定構件4，但摩擦力測定構件4也可以組合使用變形測定元件4和溫度傳感器10。
下面將參照圖8對本發明的第5實施方式的擁有衝壓反力測定構件的衝壓模具裝置進行說明。在圖8中，與圖1所示實施方式中相同的構成要素都採用相同的參照符號，這裡就不再重複說明。
在用如圖8所示的結構加工工件6時，上述摩擦力和工件6變形所需力的合力，即衝壓反力作用在衝頭上。在加工之際，衝壓反力過大會導致材料發生斷裂，而過小則會出現褶皺、形狀不良等問題。因此，為了得到良好的產品形狀有必要設定適合的衝壓反力。但是，上述摩擦力會隨著溫度及表面形狀的不同時刻發生變化，所以以摩擦力為成分的衝壓反力也時刻發生變化。因此，為了使衝壓反力為適當的值，為了改變表面力和摩擦力的關係即摩擦係數，一般都採用改變潤滑油特性、衝頭及陰模表面粗度，或是付與波紋等方法。
對此，如圖8所示，通過用衝壓反力測定構件9直接測定作用於衝頭上的衝壓反力，用液壓缸14、5作為衝頭驅動構件及防皺模具驅動構件調節衝頭速度及防皺力使衝壓反力成為預定的值，不管衝壓反力如何變化總能進行適合的加工。
並且，即使在這種情況下，通過如圖3所示用多個模具部件3a形成防皺模具3，並且在各個模具部件3a上設置作為防皺模具驅動構件的液壓缸5，可以單獨控制各個模具部件3a，可以適宜地調節防皺力的分布。
雖然在圖8中不僅在衝壓反力測定構件9上，而且還在防皺模具3的表面或陰模2的臺肩部組裝了摩擦力測定構件4，但防皺模具3的表面或陰模2臺肩部的任一個以上的摩擦力測定構件4可以根據需要與衝壓反力測定構件9組合使用。並且這種摩擦力測定構件還可以與溫度傳感器替換使用。
下面用圖9所示的流程圖對圖1或圖2所示模具裝置的控制方法進行說明。在該例中，為了使由摩擦力測定構件4測定的摩擦力在加工預定範圍內，在加工過程中至少要控制防皺荷載或衝頭速度的任一個。
步驟101成型開始、此時i＝1。
步驟102該步驟進行使衝頭的衝程前進ΔSi[mm]的處理。如i＝1時，因為S0＝0[mm]，所以S1＝ΔS1[mm]。ΔS1[mm]要在加工前決定。
步驟103該步驟進行測定衝程為Si[mm]的摩擦力Fmi[N]的處理。
步驟104該步驟比較103測定的摩擦力Fmi[N]與摩擦力控制目標值Fci[N](加工前預先設定)的大小。
步驟105如果步驟104中比較大小的結果為Fmi＞Fci，則如圖中步驟105所示公式，根據測定值與目標值的摩擦力之差(Fmi-Fci)進行減小防皺荷載BHFi+1[N]，或是減小衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個。
步驟106如果步驟104中比較大小的結果為Fmi＜Fci，則如圖中步驟106所示公式，根據測定值與目標值的摩擦力之差(Fmi-Fci)進行增大防皺荷載BHFi+1[N]，或是增大衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個。
步驟107如以上所示，在一次成型過程中，在進行反饋控制的同時進行加工，如果衝程S[mm]達到加工完成時的衝程Smax[mm]，則表示加工完成，如果沒達到循環將會返回2之前。此時i的值將增加1。
具體的防皺荷載BHFi+1[N]或衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的值將通過使用比例常數α、β、γ、δ的圖示關係式算出。該循環將在衝頭衝程Si[mm]達到成型結束時的衝頭衝程Send[mm]之前不斷重複。
如果每隔一定時間間隔Δt[sec]就進行一次上述控制，則衝頭速度Vpi[mm/s]由ΔSi/Δt求得，所以可以通過衝頭衝程增量來控制衝頭速度。
圖10表示使用這種控制方法時的摩擦力實測值Fm[N]和防皺荷載BHF[N]的衝頭衝程履歷的示例。由此我們可以看出，相當於摩擦力實測值Fm與摩擦力控制目標值Fc[SI單位]之差的BHF控制目標值發生變化，為了與其相符合BHF實測值在加工過程發生變化。
下面參照圖11所示的流程圖說明圖1所示模具裝置的控制方法的其他例子。其中下標字母j表示衝壓加工工序中的成型次數。
步驟201第1次成型、j＝1步驟202測定第j次成型時的時間t[sec]中摩擦力履歷Fmj(t)[N]。
步驟203任意分割第j次成型時的時間t[sec]，在將既定的摩擦力下限值設定為Fcl(t)[N]時，如果在各個微小時間t[sec]中Fmj(t)＞Fclj(t)，則對第(j+1)次成型時的該微小時間t的範圍的BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進行如圖中公式所示那樣根據測定值與既定下限值的摩擦力之差(Fmj(t)-Fclj(t))減小防皺荷載BHFj+1，或是減慢衝頭速度Vpj+1(t)的處理中的至少一個處理。
步驟204如果將既定的摩擦力上限值作為Fcu(t)[N]時在各個微小時間t[sec]中Fmj(t)＜Fcuj(t)，則對於第(j+1)次成型時的微小時間t的範圍內的BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)進行如圖中公式所示那樣根據測定值與既定上限值的摩擦力之差(Fmj(t)-Fcuj(t))增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是加大衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的處理中的至少一個處理。
步驟205如以上所示，以第j次成型時的成型條件為基礎預先設定第(j+1)次成型時的成型條件，如果j達到全部成型次數jmax，則表示成型結束，否則將返回2之前。
具體的防皺荷載BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的值將通過使用比例常數α、β、γ、δ的圖示關係式算出。之後使用這樣得到的防皺荷載BHFj+1[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進行第j+1次的成型操作。該控制將在成型次數j達到最大成型次數jmax之前不斷重複。
圖12表示使用這種控制方法時的摩擦力實測值Fm[N]和防皺力BHF[N]的時間履歷的示例。在摩擦力Fmj(t)[N]大於摩擦力上限值Fcuj(t)[N]，或摩擦力Fmj(t)[N]小於摩擦力下限值Fclj(t)[N]的t[sec]範圍內，使BHF控制目標值從BHFj變化到BHFj+1，使用變化的BHF控制目標值BHFj+1進行第j+1次的加工。
下面參照圖13所示流程圖說明圖5所示模具裝置的控制方法的一例。在該示例中，在加工過程中控制防皺荷載或衝頭速度中的至少一個使由溫度傳感器測定的溫度在加工過程中預定的範圍內。其中下標字母i表示成型過程中的控制次數。
步驟301成型開始，此時i＝1。
步驟302該步驟進行使衝頭的衝程前進ΔSi[mm]的處理。例如i＝1時，因為S0＝0，所以S1＝ΔS1[mm]。ΔS1[mm]要預先在加工前決定。
步驟303該步驟進行測定衝程為Si[mm]的溫度Tmi[℃]的處理。
步驟304該步驟比較303測定的溫度Tmi[℃]與溫度控制目標值Tci[℃](加工前預先設定)的大小。
步驟305如果步驟304中比較大小的結果為Tmi＞Tci，則進行例如圖中步驟305所示公式那樣的根據測定值與目標值的溫度之差(Tmi-Tci)減小防皺荷載BHFj+1[N]，或是減小衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個處理。
步驟306如果步驟304中比較大小的結果為Tmi＜Tci，則進行像圖中步驟306所示公式那樣的根據測定值與目標值的溫度之差(Tmi-Tci)增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是增大衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的處理中的一個處理。
步驟307像上述那樣，在一次成型過程中在進行反饋控制的同時進行加工，如果衝程S[mm]達到加工完成時的衝程Smax[mm]，便表示加工完成，如果沒達到循環將會返回2之前。此時i的值將增加1。
具體的防皺荷載BHFi+1[N]或衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的值將通過使用比例常數α、β、γ、δ的圖示關係式算出。該循環將在衝頭衝程Si[mm]達到成型結束時的衝頭衝程Send[mm]之前不斷重複。
如果每隔一定時間間隔Δt[sec]進行一次上述控制，則衝頭速度Vpi[mm/s]可以由ΔSi/Δt求得，所以衝頭速度可以由衝頭衝程增量來控制。
下面參照圖14所示流程圖說明圖5所示模具裝置的控制方法的其他例子。其中下標字母j表示衝壓加工工序中的成型次數。
步驟401第1次成型、j＝1步驟402測定第j次成型時的時間t[sec]中溫度履歷Tmj(t)[℃]。
步驟403任意分割第j次成型時的時間t[sec]，在將既定的溫度下限值設定為Tcl(t)[℃]時，如果在各個微小時間t[sec]中Tmj(t)＞Tclj(t)，則對第(j+1)次成型時的微小時間t的範圍內的BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[N]進行像圖中公式所示那樣，根據測定值和既定下限值的溫度之差(Tmj(t)-Tclj(t))減小防皺荷載BHFj+1或是減慢衝頭速度Vpj+1(t)的處理中的至少一個處理。
步驟404在將既定的溫度上限值設定為Tcu(t)時，如果在各個微小時間t[sec]中Tmj(t)＜Tcuj(t)，則對第(j+1)次成型時的微小時間t的範圍的BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進行像圖中公式所示那樣根據測定值和既定上限值的溫度之差(Tmj(t)-Tcuj(t))增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是加大衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的處理中的至少一個處理。
步驟405像上述那樣，以第j次成型時的成型條件為基礎預先設定第(j+1)次成型時的成型條件，如果j達到全部成型次數jmax，則表示成型結束，否則將返回2之前。
具體的防皺荷載BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的值將通過使用比例常數α、β、γ、δ的圖示關係式算出。在上次成型中預先測定的溫度Tmj(t)[℃]大於溫度上限值Fcuj(t)[℃]，或溫度Tmj(t)[℃]小於溫度下限值Tclj(t)[℃]的t[sec]範圍中，使BHF控制目標值從BHFj(t)[N]變化到BHFj+1(t)[N]，或使衝頭速度控制目標值從Vpj(t)[mm/s]變化到Vpj+1(t)[mm/s]，使用變化的BHF控制目標值BHFj+1(t)[N]或衝頭速度控制目標值Vpj+1(t)[mm/s]進行第j+1次的成型。該控制將在成型次數j達到最大成型次數jmax之前不斷重複。
下面再參照圖15的流程圖說明圖9所示模具裝置的控制方法的一例。在該示例中，為使衝壓反力測定構件測定的衝壓反力在加工過程中的預定範圍內，在加工過程中控制防皺荷載或衝頭速度中的至少一種。其中下標字母i表示成型過程中的控制次數。
步驟501成型開始，此時i＝1。
步驟502該步驟進行使衝頭的衝程前進ΔSi[mm]的處理。例如i＝1時，因為S0＝0[mm]，所以S1＝ΔS1[mm]。ΔS1[mm]要在加工前決定。
步驟503該步驟進行測定衝程為Si[mm]時的衝頭反作用力Pmi[N]的處理。
步驟504該步驟比較503測定的衝頭反作用力Pmi[N]與衝頭反力控制目標值Pci[N](加工前預先設定)的大小。
步驟505如果步驟504中比較大小的結果為Pmi＞Pci[N]，則進行像圖中步驟505所示公式那樣根據測定值與目標值的衝壓反力之差(Pmi-Pci)減小防皺荷載BHFj+1[N]，或是減小衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個處理。
步驟506如果步驟504中比較大小的結果為Pmi＜Pci[N]，則進行像圖中步驟506所示公式那樣的根據測定值與目標值的衝壓反力之差(Pmi-Pci)增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是增大衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個處理。
步驟507像上述那樣，在一次成型過程中，是在進行反饋控制的同時進行加工，如果衝程S達到加工完成時的衝程Smax[mm]，則表示加工完成，如果沒達到循環將會返回2之前。此時i的值將增加1。
具體的防皺荷載BHFi+1[N]或衝頭衝程增量ΔSi+1[mm]的值將通過使用比例常數α、β、γ、δ的圖示關係式算出。該循環將在衝頭衝程Si[mm]達到成型結束時的衝頭衝程Send[mm]之前不斷重複。
由於如果每隔一定時間間隔Δt[sec]就進行一次上述控制，則衝頭速度Vpi[mm/s]可以由ΔSi/Δt求得，所以衝頭速度可以由衝頭衝程增量來控制。
下面參照圖16所示流程圖說明圖9所示模具裝置的控制方法的其他例子。其中下標字母j表示衝壓加工工序中的成型次數。
步驟601第1次成型、j＝1步驟602測定第j次成型時的時間t[sec]中衝頭反作用力履歷Pmj(t)。
步驟603任意分割第j次成型時的時間t[sec]，在將既定的衝壓反力下限值設定為Pcl(t)[N]時，如果在各個微小時間t[sec]中Pmj(t)＞Pclj(t)，則對第(j+1)次成型時的微小時間t的範圍內的BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進行像圖中公式所示那樣的根據測定值和既定下限值的衝壓反力之差(Pmj(t)-Pclj(t))減小防皺荷載BHFj+1[N]，或是減慢衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的處理中的至少一個處理。
步驟604在將既定的衝壓反力上限值設定為Pcu(t)[N]時，如果在各個微小時間t[sec]中Pmj(t)＜Pcuj(t)，則對第(j+1)次成型時的微小時間t的範圍的BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進行像圖中公式所示那樣根據測定值和既定上限值的溫度之差(Tmj(t)-Tcuj(t))增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是加大衝頭速度Vpj+1(t)的處理中的至少一個處理。
步驟605像上述那樣，以第j次成型時的成型條件為基礎預先設定第(j+1)次成型時的成型條件，如果j達到全部成型次數jmax，則表示成型結束，否則將返回2之前。
具體的防皺荷載BHFj+1(t)[N]或衝頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的值將通過使用比例常數α、β、γ、δ的圖示關係式算出。在上次成型中預先測定的衝壓反力Pmj(t)[N]大於衝壓反力上限值Pcuj(t)[N]，或衝壓反力Pmj(t)[N]小於衝壓反力下限值Pclj(t)[N]的t[sec]範圍內，使BHF控制目標值從BHFj(t)[N]變化到BHFj+1(t)[N]，或使衝頭速度控制目標值從Vpj(t)[mm/s]變化到Vpj+1(t)[mm/s]，使用變化的BHF控制目標值BHFj+1(t)[N]或衝頭速度控制目標值Vpj+1(t)[mm/s]進行第j+1次的成型。該控制在成型次數j達到最大成型次數jmax之前不斷重複。
並且，雖然衝頭1採用與防皺模具裝置3同樣的分割構造，用液壓缸對每個分割的衝頭進行加壓也可以，但由於模具裝置操作複雜且設備昂貴，所以將衝頭1一體化，並利用普通的外側氣缸施加均一壓力，像例如圖17所示那樣將油壓室8內置於用上述方法固定在衝頭1的表面上並分割的防皺模具3內，通過分別調節壓力，能夠經濟地控制每個被分割的防皺模具的防皺荷載。
實施例1以上述發明為基礎，試作了圖1所示的模具裝置作為本發明實施例，並進行了使用了薄鋼板的衝壓成型。使用壓電元件作為摩擦力測定構件4，平板7使用表面淬火的S45C。
表1表示所使用的鋼板的特性。使用了板厚為1.2mm的合金熔融(熱浸)鍍鋅鋼板，並使用了2種改變了合金度的鋼板。
表1
成型試驗連續進行50mm×50mm矩形件拉深成型，並檢查了此時的成型負載以及成型品有無斷裂及摺皺現象出現。使用由100mm×100mm四方形材料，例如圖2所示由8個模具部件3a構成的防皺模具進行成型試驗。
表2表示連續進行100次成型試驗的結果。
作為比較示例，表3表示使用沒有防皺荷載調節構件的模具裝置，並使防皺壓力為一定時的結果。
表2
表3
使所有模具部件的摩擦力為一定(0.25[kN/模具])地成型的本發明例1中，將防皺荷載固定為20[kN](在假定摩擦係數為0.1的情況下，摩擦力合計為2[kN])的比較例1與將防皺荷載固定為40[kN](在假定摩擦係數為0.1的情況下，摩擦力合計為4[kN])的比較例2相比，成型荷載變動非常少，能夠得到較好的成型結果。但是，合金度低的材料B隨著成型次數的增大，會在模具上發生鋅凝著現象，導致摩擦不均，在角部可以看到輕微的摺皺。因此，將材料流入較大的平行部的摩擦力降低至0.2[kN/模具]，而將角部的摩擦力提高至0.3[kN/模具]，在進行上述設定的成型實驗的本發明例2中，無論什麼材料，也不管進行多少次成型，都能得到較好成型結果。
實施例2以上述發明為基礎，試作了圖5所示模具裝置作為本發明實施例，並進行了使用了薄鋼板的衝壓成型。使用熱電偶作為溫度傳感器10，平板7使用表面淬火的S45C。
實驗所使用的鋼板與實施例1中使用的鋼板相同。
成型試驗連續進行50mm×50mm矩形件(方筒)拉深成型，並檢查了此時的成型負載以及成型品有無斷裂及摺皺現象出現。使用由100mm×100mm四方形材料(素板)，例如圖6所示由8個模具部件3a構成的防皺模具進行成型試驗。
表4表示連續進行100次成型試驗的結果。
比較示例與實施例1中相同。
表4
使所有模具部件溫度為一定(180[℃])地成型的本發明例3中，將防皺荷載固定為20[kN](在假定摩擦係數為0.1的情況下，摩擦力合計為2[kN])的比較例1與將防皺荷載固定為40[kN](在假定摩擦係數為0.1的情況下，摩擦力合計為4[kN])的比較例2相比，成型荷載變動非常少，能夠得到較好的成型結果。但是，合金度低的材料B隨著成型次數的增大，會在模具上發生鋅凝著現象，導致溫度不均，在角部可以看輕微的摺皺。因此，將材料流入較大的平行部的溫度降低至150[℃]，而將角部的溫度提高至200[℃]，在進行上述設定的成型實驗的本發明例4中，無論什麼材料，不管進行多少次成型都能夠得到較好成型結果。
實施例3以上述發明為基礎，試作了圖8所示模具裝置作為本發明實施例，並進行了使用了薄鋼板的衝壓成型。使用變形儀作為衝壓反力測定構件9，平板7使用表面淬火的S45C。
實驗所使用的鋼板與實施例1中使用的鋼板相同。
成型試驗連續進行50mm×50mm矩形件拉深成型，並檢查了此時的成型負載以及成型品有無斷裂及摺皺現象出現。使用由100mm×100mm四方形材料(素板)，例如圖3所示由8個模具部件3a構成的防皺模具進行成型試驗。
表5表示連續進行了100次成型試驗的結果。
比較示例與實施例1的相同。
表5
控制防皺裝置的壓力使衝壓反力保持一定(65kN)而成型的本發明例5中，將防皺荷載固定為20[kN](在假定摩擦係數為0.1的情況下，摩擦力合計為2[kN])的比較例1與將防皺荷載固定為40[kN](在假定摩擦係數為0.1的情況下，摩擦力合計為4[kN])的比較例2相比，成型荷載變動非常少，能夠得到較好的成型結果。但是，合金度低的材料B隨著成型次數的增大，會在模具上發生鋅凝著現象，導致衝壓反力不均，在角部可以看輕微的摺皺。因此，將材料流入較大的加工初期的衝壓反力降低至20kN，而將加工後期的衝壓反力提高至70kN，在進行上述設定的成型實驗的本發明例6中，無論什麼材料，不管進行多少次成型都能夠得到較好成型結果。
權利要求
1.一種薄板衝壓模具裝置，具有衝頭、陰模、防皺模具、將上述衝頭插入上述陰模內的衝頭驅動構件、以及給上述防皺模具施加防皺荷載的防皺模具驅動構件，用上述衝頭將薄板工件按入上述陰模內來加工工件，其特徵在於，具備通過防皺模具驅動構件調節施加於上述防皺模具的防皺荷載的防皺荷載調節構件，測定作用於上述工件上的摩擦力的摩擦力測定構件和測定作用於上述衝頭的衝壓反力的衝壓反力測定構件的至少任一構件，以及控制上述防皺荷載調節構件使上述摩擦力測定構件或上述衝壓反力測定構件的測定值成為預定的值的控制構件。
2.如權利要求1所述的薄板衝壓模具裝置，其中，上述摩擦力測定構件被設置在陰模臺肩部，測定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
3.如權利要求1所述的薄板衝壓模具裝置，其中，上述摩擦力測定構件被設置在上述防皺模具上，測定上述工件與上述防皺模具之間的摩擦力。
4.如權利要求1所述的薄板衝壓模具裝置，其中，防皺模具具備多個模具部件，在上述各模具部件上設置上述防皺模具驅動構件，能夠獨立控制各模具部件。
5.如權利要求4所述的薄板衝壓模具裝置，其中，上述摩擦力測定構件與上述各模具部件對應設置在陰模臺肩部，測定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
6.如權利要求4所述的薄板衝壓模具裝置，其中，上述摩擦力測定構件被設置在上述各模具部件上，能夠單獨測定上述工件與上述各模具部件之間的摩擦力。
7.如權利要求1～6中的任一項所述的薄板衝壓模具裝置，其中，上述摩擦力測定構件具備壓電元件或變形儀。
8.如權利要求1～6中的任一項所述的薄板衝壓模具裝置，其中，摩擦力測定構件具備溫度傳感器。
9.如權利要求8所述的薄板衝壓模具裝置，其中，溫度傳感器為熱電偶。
10.一種薄板衝壓成型方法，使用了權利要求1所述的模具裝置，用衝頭將薄板工件按入陰模內加工工件，其特徵在於具備以下步驟測定作用於上述工件的摩擦力或作用於上述衝頭的衝壓反力的至少一種力的測定步驟，以及調節防皺荷載或衝頭速度使由上述測定步驟得到的測定值成為預定的值的步驟。
11.如權利要求10所述的薄板衝壓成型方法，其中，還具有用上述測定值，求得在上次成型過程中測定的摩擦力或衝壓反力、與防皺荷載或衝頭速度的任一關係的步驟；根據上述求得的關係，調節防皺荷載和衝頭速度的任一個，使上述摩擦力或衝壓反力測定值在預定的範圍內。
12.如權利要求10或11所述的薄板衝壓成型方法，其中，上述摩擦力測定構件配設在陰模臺肩部。
13.如權利要求10或11所述的薄板衝壓成型方法，其中，上述摩擦力測定構件配置在上述防皺模具上。
14.如權利要求10或11所述的薄板衝壓成型方法，其中，上述摩擦力測定構件具備配置在陰模臺肩部上的溫度傳感器，上述方法根據由上述溫度傳感器測定的溫度變化來推定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
15.如權利要求10或11所述的薄板衝壓成型方法，其中，上述摩擦力測定構件具備配置在上述防皺模具上的溫度傳感器，上述方法根據由上述溫度傳感器測定的溫度變化來推定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
16.如權利要求10或11所述的薄板衝壓成型方法，其中，防皺模具具備多個模具部件，上述各模具部件設置有上述防皺模具驅動構件，能夠單獨控制各個模具部件。
全文摘要
薄板衝壓模具裝置具有衝頭(1)、陰模(2)、防皺模具(3)、安裝在陰模與防皺模具之間的摩擦力測定構件(4)以及液壓缸(5)。
文檔編號B21D24/00GK1744958SQ20048000314
公開日2006年3月8日 申請日期2004年1月30日 優先權日2003年1月31日
發明者鈴木規之, 山形光晴, 桑山卓也 申請人:新日本制鐵株式會社