JP4160501B2 - Wrinkle suppression force distribution control device for plate press forming - Google Patents
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Description
本発明は、板材プレス成形のしわ抑え力分布の制御に関するものであり、また、その制御に用いると最適である、しわ抑え力の分布負荷を発生させるモジュールに関するものである。 The present invention relates to control of wrinkle restraining force distribution in plate press forming, and also relates to a module that generates a distribution load of wrinkle restraining force that is optimal for use in the control.
板材成形プロセスにおいて、しわ抑え力の可変制御およびその分布状態の最適化は、インプロセス最適化の観点からその重要性が高い技術課題である。しかしながら、そのしわ抑え力のプロセスコントロールの原理や基本アルゴリズムは、これまでに明確に確立されていない。とくに最近のしわ抑え力制御技術の動向としては、既に円筒深絞り加工などの単純な成形対象におけるしわ抑え力制御技術についての研究成果から、より一般的な非軸対称形状の成形問題に対する応用と展開に注目が集まっている。すなわち、被加工材の複雑形状に基づく不均一変形挙動におけるしわや破断といった不良現象を抑止させ、プロセスを最適化するしわ抑え力制御技術の開発が進められている。しかしながら、多くの場合しわ抑え力などの条件設定はプロセス設計時に熟練技術者の経験的な技能や知識に基づいて試行錯誤的な方法に依存して行われている。よって、これは生産プロセスの効率化において解決すべき課題であり、明確な効果が得られるしわ抑え力制御技術を確立すべきであるが、いまだに実現されていないのが現状である。特に成形難易度の高い複雑成形形状品や高い加工度を要する成形においては、しわ抑え力そのものだけでなく、分布状態の適正化もきわめて重要な因子となるが、これを試行錯誤的な手段で決定することはさらに難しく、熟練技術者においてもプロセス設計に多くの時間と労力を要している現状である。
しかるに、しわ抑え力制御技術分野における技術課題は、任意の複雑形状に対して試行錯誤によらず柔軟に対応可能なしわ抑え力制御技術、具体的には合理的なしわ抑え力の分布状態とその負荷を決定するアルゴリズムの開発が緊急の課題として挙げられている。
In the plate forming process, variable control of the wrinkle restraining force and optimization of the distribution state are technical issues that are highly important from the viewpoint of in-process optimization. However, the process control principle and basic algorithm of the wrinkle restraining power have not been clearly established so far. In particular, recent trends in wrinkle restraining force control technology include the application to more general non-axisymmetric shape forming problems, based on research results on wrinkle restraining force control technology for simple forming objects such as cylindrical deep drawing. There is a lot of attention in the development. That is, development of a wrinkle restraining force control technique for optimizing the process by suppressing defective phenomena such as wrinkles and fractures in the non-uniform deformation behavior based on the complex shape of the workpiece has been promoted. However, in many cases, setting of conditions such as wrinkle restraining power is performed depending on a trial and error method based on empirical skills and knowledge of skilled engineers at the time of process design. Therefore, this is a problem to be solved in improving the efficiency of the production process, and a wrinkle restraining force control technology that can obtain a clear effect should be established, but it has not been realized yet. Especially in complex molded products with high molding difficulty and molding that requires a high degree of processing, not only the wrinkle suppression force itself but also the optimization of the distribution state is an extremely important factor, but this is a trial and error method. It is more difficult to determine, and even a skilled engineer requires a lot of time and labor for process design.
However, the technical problem in the wrinkle restraining force control technology field is the wrinkle restraining force control technology that can flexibly deal with arbitrary complex shapes without trial and error, specifically the distribution state of rational wrinkle restraining force. The development of an algorithm for determining the load is cited as an urgent issue.
図1は、一体の剛体であるブランク・ホルダ112が、ブランク120をダイ130に対してしわ抑えしている様子を模式的に示している。従来のブランク・ホルダは一体の剛体として扱われ、被加工材に発生するしわを抑制する際、特に流入方向の変形挙動に注目すると、図1に示すように、最もしわが発達した部分にしわ抑え力BHFが集中的に負荷される。そのため、負荷されたしわ抑え力はしわに対して局所的に作用し、その効果は、単にその作用箇所における局所変形にとどまり、しわ全体に対しての抑制効果は小さい。つまり、しわ抑え力の負荷されない部分が大半となるため、その部分のしわ発生の抑制に関しては対応できず、しわ抑え力のしわ抑制効果は十分に期待できない。そのため、成形対象の全領域において効果的なしわの抑制を実現するためには、フランジ流入方向のしわ抑え力の分布を考慮し、それを成形中に分布可変制御する必要がある。
しわ抑え力の分布状態に関しては、薄肉で厚さの分布をもたせたブランク・ホルダ面の弾性変形を利用してしわ抑え圧力を各部で均一化する検討や、剛体ブランク・ホルダを分割する分割ブランク・ホルダの開発は行われているが、上記のような局所的なしわ抑制に対応できる分布圧力を制御する技術は依然として確立されていない。特に、しわ抑え力の分布状態の決定には、従来の試行錯誤的な手段に基づくプロセス設計では困難であり、短期間で設計できるようなシステム化したプロセス設計の高効率化が必須である。そのためには、フランジ流入方向の分布も含めた効果的なしわ抑え力分布を効率的に決定できるアルゴリズムが必要となる。
FIG. 1 schematically shows a state in which a blank holder 112, which is an integral rigid body, suppresses the blank 120 against the die 130. A conventional blank holder is treated as an integral rigid body, and when suppressing wrinkles that occur in the workpiece, paying particular attention to the deformation behavior in the inflow direction, as shown in FIG. The restraining force BHF is intensively loaded. Therefore, the applied wrinkle restraining force acts locally on the wrinkles, and the effect is merely local deformation at the site of action, and the restraining effect on the entire wrinkles is small. That is, since most of the portion is not loaded with the wrinkle restraining force, it cannot cope with the suppression of wrinkle generation at that portion, and the wrinkle restraining effect of the wrinkle restraining force cannot be expected sufficiently. Therefore, in order to realize effective wrinkle suppression in the entire region to be molded, it is necessary to take into account the distribution of wrinkle restraining force in the flange inflow direction and to control the distribution during molding.
With regard to the distribution of wrinkle restraining force, the thin blank and thickness distribution of the blank holder surface is used to study the equalization of the wrinkle restraining pressure in each part and the split blank that divides the rigid blank holder. -Although the holder has been developed, a technique for controlling the distributed pressure that can cope with the local wrinkle suppression as described above has not yet been established. In particular, the determination of the distribution state of the wrinkle restraining force is difficult with the process design based on the conventional trial and error means, and it is essential to improve the efficiency of the systemized process design that can be designed in a short period of time. For this purpose, an algorithm capable of efficiently determining an effective wrinkle restraining force distribution including the distribution in the flange inflow direction is required.
本発明の目的は、被加工材料の流入方向およびそれと直交する周方向に対するしわ抑え力を成形中に最適制御するシステムを提供することである。
また、しわ抑え力の分布負荷を発生させるブランク・ホルダ・モジュールの提供も本発明の目的である。
An object of the present invention is to provide a system for optimally controlling the wrinkle restraining force in the inflow direction of the work material and the circumferential direction orthogonal thereto during molding.
It is also an object of the present invention to provide a blank holder module that generates a distributed load of wrinkle restraining force.
上述の発明の目的を達成するために、本発明は、領域分割したフランジ部の各領域で、ブランクに接しているセグメントとダイとの間の検出距離に基づき板厚Tiを検出するセンサと、フランジ端の複数方向への変位fを検出するセンサと、パンチ・ストロークSを検出するセンサとを有するセンサ部からデータを入力するデータ入力手段と、フランジ端の複数方向の変位fからフランジ部の各領域の領域変位fiを求める領域変位手段と、各領域の板厚Tiと領域変位fiとから、各領域のしわ発生危険度を評価するしわ発生危険度評価手段と、パンチ・ストロークSと各領域の領域変位fiとから、各領域の破断危険度を評価する破断危険度評価手段と、前記しわ発生危険度評価手段と前記破断危険度評価手段からの出力により、各領域のしわ抑え力増分値ΔBHFを求めるしわ抑え力計算手段と、フランジ部の各領域毎に設けたしわ抑え力を発生するアクチュエータを制御するアクチュエータ駆動手段に、前記しわ抑え力増分値ΔBHFを出力する出力手段とを備えることを特徴とする板材プレス成形のしわ抑え力分布制御装置である。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a sensor for detecting a plate thickness T i based on a detection distance between a segment in contact with a blank and a die in each region of the flange portion divided into regions. A data input means for inputting data from a sensor unit having a sensor for detecting displacement f in a plurality of directions of the flange end, a sensor for detecting punch stroke S, and a flange unit from the displacement f of the flange end in a plurality of directions a region displacement means for determining the area displacement f i of each region, and a thickness T i and the area displacement f i of the respective regions, and wrinkling risk estimation means for evaluating creasing risk of each region, punch and a region displacement f i of the stroke S and the regions, and the rupture risk estimation means for evaluating the fracture risk of each region, the output from the wrinkle occurs when the risk estimation means the breaking risk estimation means, each The wrinkle restraining force increment value ΔBHF for obtaining the wrinkle restraining force increment value ΔBHF for each region and the actuator driving means for controlling the actuator that generates the wrinkle restraining force provided for each region of the flange portion is output. And a wrinkle suppressing force distribution control device for press forming a sheet material.
前記しわ発生危険度評価手段は、前記センサ部からの板厚Ti及び領域変位fiと、板厚Ti及び領域変位fiの関係を表す参照板厚曲線との偏差として関係付けられたしわ発生危険度評価関数を用いることができる。
前記破断危険度評価手段は、前記領域変位手段からの領域変位f i 及びパンチ・ストロークSと、領域変位fi及びパンチストロークSの関係を表す参照加工曲線との偏差として関係付けられた破断発生危険度評価関数を用いることができる。
前記破断危険度評価手段は、延性破壊条件式を用いることもできる。
前記しわ抑え力計算手段は、ファジィ推論を用いるとよい。
上述の各手段を、コンピュータ・システムで機能させるためのプログラムも本発明である。
また、前記しわ抑え力を発生するアクチュエータとして、平面を分割して圧力を加える複数のアクチュエータを一体として有するブランク・ホルダ・モジュールを組み合わせて構成するとよい。
前記ブランク・ホルダ・モジュールは、高さの異なるポートからの流体で駆動されるシリンダ及びピストンを有するアクチュエータを備えてもよい。
The wrinkle occurrence risk evaluation means is related as a deviation between the plate thickness T i and the region displacement f i from the sensor unit and the reference plate thickness curve representing the relationship between the plate thickness T i and the region displacement f i . A wrinkle occurrence risk evaluation function can be used.
The fracture risk estimation means, said a region displacement f i and punch stroke S from the region displacement means, the area displacement f i and breaking occurs that is associated as a deviation between the reference machining curve representing the relationship between the punch stroke S A risk evaluation function can be used.
The fracture risk evaluation means may use a ductile fracture condition formula.
The wrinkle restraining force calculating means may use fuzzy reasoning.
A program for causing the above-described means to function in a computer system is also the present invention.
Further, as the actuator for generating the wrinkle suppressing force, a blank holder module having a plurality of actuators that divide the plane and apply pressure may be combined.
The blank holder module may comprise an actuator having a cylinder and a piston driven by fluid from ports of different heights.
この制御システムを用いることにより、しわ抑え力は成形中の被加工材料の各部位に最適に作用するために、しわや破断などの成形不良の発生を抑制することで、複雑成形形状や高い加工度までの成形が可能になり、更には生産の効率化も可能となる。 By using this control system, the wrinkle suppression force works optimally on each part of the workpiece material being molded. Therefore, by suppressing the occurrence of molding defects such as wrinkles and fractures, complex molded shapes and high processing It is possible to mold to a certain degree, and further increase the efficiency of production.
本発明の実施形態を、図を用いて説明する。
図2は、本発明によるしわ抑え力の概略を示しており,しわ抑え力BHFの分布を負荷している様子を示している。成形対象の全領域において効果的なしわの抑制を実現するためには、図2に示すように、フランジ流入方向のしわ抑え力の分布を考慮し、分割ブランク・ホルダなどを用いて、それを成形中に分布可変制御する必要がある。
本発明では、しわ抑え力の大きさだけでなく、その分布状態が成形性に大きな影響を及ぼす複雑形状のプレス成形を最適化するために、材料の流入方向および周方向(流入方向に対して直角方向)に対するしわ抑え力の分布を、成形中適宜決定するアルゴリズムを提案する。しわ抑え力の分布負荷には、少なくとも周方向もしくは流入方向について、それぞれ複数の小領域に分割したブランク・ホルダもしくはこれと同等な機能を有する板押さえ装置を利用する。しわ抑え力をフランジ部に分布負荷し、これを成形中最適に制御することで、しわや破断などの成形不良の発生を効果的に抑制することが可能となる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 shows an outline of the wrinkle restraining force according to the present invention, and shows a state in which the distribution of the wrinkle restraining force BHF is loaded. In order to achieve effective wrinkle suppression in the entire region to be molded, as shown in FIG. 2, considering the distribution of wrinkle suppression force in the flange inflow direction, using a split blank holder, etc. It is necessary to control the distribution during molding.
In the present invention, in order to optimize not only the size of the wrinkle restraining force but also the complex shape press molding whose distribution state greatly affects the moldability, the material inflow direction and circumferential direction (with respect to the inflow direction) We propose an algorithm that appropriately determines the distribution of the wrinkle restraining force (perpendicular direction) during molding. For the distribution load of the wrinkle restraining force, a blank holder divided into a plurality of small regions or a plate pressing device having an equivalent function is used at least in the circumferential direction or the inflow direction. By distributing the wrinkle restraining force to the flange portion and controlling it optimally during molding, it is possible to effectively suppress the occurrence of molding defects such as wrinkles and fractures.
図3に、本発明の実施の形態の一例を示す。図3(a)に示した実施形態の1つは、成形装置実機に直接組み込む形態である。これは、制御部150,制御部150により制御され、しわ抑え力の分布負荷を発生するアクチュエータ部110,アクチュエータ部110により作用されるブランク材120を測定し、制御部150にフィードバックするセンサ部140により構成されている。
図3(a)において、データベース230から、データ読出部152により、制御アルゴリズムで使用するファジィ・パラメータ等を読み出す。このデータとセンサ部140からのデータにより、実時間評価データ演算部154により、アクチュエータ駆動部156を制御して、アクチュエータ部110を駆動する。
別の形態としては、図3(b)に示すような、有限要素法などの数値解析で境界条件としてしわ抑え力を変化させ、コンピュータ上で制御・成形するヴァーチャル・フォーミングの形態である。この実施形態では、サブルーチン化した制御部150’を用いて、解析モデル164に境界条件162を与えて解析し、解析データを制御部150’にフィードバックしている。制御部150’では、アクチュエータ駆動部の代わりに、境界条件変更部157により解析モデル164に与える境界条件を変えている。これは実際の成形の実施に先立ち、プロセス設計において実施される形態である。
これらにおいて、以下に詳しく説明するアルゴリズムは制御部150,150’に実装される。
FIG. 3 shows an example of the embodiment of the present invention. One of the embodiments shown in FIG. 3A is a form that is directly incorporated into the actual molding apparatus. The
In FIG. 3A, the
As another form, as shown in FIG. 3B, there is a form of virtual forming in which the wrinkle restraining force is changed as a boundary condition by numerical analysis such as a finite element method and is controlled and shaped on a computer. In this embodiment, the
In these, the algorithm described in detail below is implemented in the
<アルゴリズムの基本概念>
本アルゴリズムの概念となるのは、負荷領域全体の分布を構成するしわ抑え力に対する局所最適化である。図4にしわ抑え力制御アルゴリズムを適用する際の概念図を示す。
図4(a)は、一般的な板成形プロセスに見られるように、パンチ(図示せず),ダイ130およびブランク・ホルダ(図示せず)によって、ブランクを成形する様子を一部分について示したものである。フランジ部は流入方向および周方向に少なくとも2分割以上(図では任意の大きさ,任意の数に分割)の幾つかの小領域に区切ってある。本アルゴリズムの適用対象としては、ブランク・ホルダが領域分割されており、各分割領域に独立なしわ抑え力もしくはしわ抑え圧力をアクチュエータ等により制御できる場合である。分割様式については、図4(a)では同程度の大きさの四角形形状により区切ってあるが、本アルゴリズムの適用対象としてはその限りではない(例えば六角形を基本とする分割の仕方でもよい)。物理的にブランク・ホルダが分割されている場合のほかに、ブランク・ホルダが一体であっても、ブロックごとに独立した圧力の負荷が可能な構造をもつブランク・ホルダを用いることができる。
<Basic algorithm concept>
The concept of this algorithm is local optimization for the wrinkle restraining force that constitutes the distribution of the entire load region. FIG. 4 shows a conceptual diagram when the wrinkle restraining force control algorithm is applied.
FIG. 4 (a) shows, in part, how a blank is formed by a punch (not shown), a
本アルゴリズムでは、各分割領域毎に負荷する最適なしわ抑え力を決定するために、図4(b)に示すような円筒深絞り加工において確立されたしわ抑え制御の概念を導入する。本アルゴリズムの基盤となる円筒深絞り加工のプロセス制御の基本的な考え方を、図4(b)に示す。
第一段階:成形中にプロセス変数のセンサ群で構成されたセンサ部140による検出
第二段階:ブランクの流入に関連付けられたパンチ・ストロークやブランク・ホルダの浮き上がり量などの実時間評価データに基づいた、破断・しわの危険度の評価・推論(制御部150)
第三段階:破断・しわを回避するように、ファジィ推論法を用いた最適なしわ抑え力の決定(制御部150)
以上のプロセス制御の考え方を基本として、本アルゴリズムでは、個々の分割領域それぞれについて加工変数の実時間評価データに基づくしわ・破断の予測・評価を行い、各しわ抑え領域に負荷する力を決定するものである。個々の分割領域のしわ抑え力あるいは圧力の制御量の決定は、それぞれのしわ抑え力が効果的に作用する部位の成形不良に対する定量的な評価に基づいて行われる。すなわち、各領域に与える制御量を定めるためには、被加工材の各部位のしわおよび破断に対する評価値が必要となる。このような観点から、図4に示すように、ある成形段階(時刻t=tx)においてパンチ・ストロークS、ブランクのフランジ端部流入変位f1,f2,…,fn−1,fn,fn+1,…,fm(mは変位計測方向の数)、合計p個ある分割領域上のブランク・ホルダ変位Ψi(i=1,2,…,p)などの加工変数の実時間評価データを求める。そして、これらのデータに基づいて各領域毎へ負荷するしわ抑え力BHFi(i=1,2,…,p)を決定する。そして、決定したしわ抑え力もしくは圧力を全分割領域について順次もしくは同時に、アクチュエータ110を介してブランク120に負荷し、フランジ部全体におけるしわ抑え力もしくは圧力の分布を制御する。
In this algorithm, in order to determine the optimum wrinkle restraining force to be applied to each divided region, the concept of wrinkle restraint control established in cylindrical deep drawing as shown in FIG. 4B is introduced. FIG. 4B shows the basic concept of process control of cylindrical deep drawing that is the basis of this algorithm.
First stage: Detection by
Third stage: Determination of optimum wrinkle restraining force using fuzzy reasoning method to avoid breakage and wrinkle (control unit 150)
Based on the above concept of process control, this algorithm predicts and evaluates wrinkles and fractures based on real-time evaluation data of machining variables for each divided area, and determines the force applied to each wrinkle suppression area. Is. The determination of the wrinkle restraining force or pressure control amount of each divided region is performed based on a quantitative evaluation with respect to molding defects at a site where each wrinkle restraining force effectively acts. That is, in order to determine the amount of control given to each region, evaluation values for wrinkles and breakage of each part of the workpiece are required. From this point of view, as shown in FIG. 4, at a certain forming stage (time t = tx), punch stroke S, blank flange end inflow displacements f1, f2,..., Fn-1, fn, fn + 1,. , Fm (m is the number of displacement measurement directions), and real-time evaluation data of machining variables such as blank holder displacements Ψ i (i = 1, 2,..., P) on a total of p divided regions. Based on these data, the wrinkle restraining force BHF i (i = 1, 2,..., P) applied to each region is determined. Then, the determined wrinkle restraining force or pressure is applied to the blank 120 via the
(しわ・破断危険度の評価と回避)
しわ発生危険度に関しては、しわ発生部位を含む分割領域に対するブランク・ホルダの浮き上がり量Ψ(図4)を、しわ発生危険度評価として利用することができる。そして、しわ発生危険度の評価値に基づいて、その発生部位を含む分割領域に負荷するしわ抑え力を最適な値に制御する。このようなしわの発生部位について、しわ抑え力を成形中に随時決定することにより、しわ抑え力負荷領域全体にわたり、流入方向または周方向を問わずあらゆる方向に対してしわ抑え力の時間的、空間的な分布を決定することができる。
具体的には、図5(a)に示すように板厚不変の参照板厚曲線Trefと実測した板厚Tを同一の流入量fにおいてそれぞれ求め、両者の偏差量ψをしわ発生度の評価値とする。このとき、板厚の実測値Tは、成形開始時の初期板厚T0と成形中のブランク・ホルダの浮き上がり量Ψとの和として求められる。
しわの抑制を目的としたしわ抑え力制御量を決定する一方、他方においては過大なしわ抑え力の負荷によって破断の可能性が高まる。そのため、破断現象を予測し、これを回避するアルゴリズムが必要となる。そこで、破断現象と相関のある材料の流入履歴から、破断危険度を定量的に評価し、破断に着目したしわ抑え力の制御量を決定する。その他の手法として、応力およびひずみの状態から延性破壊条件式による値を用い、絶対的な破断状態によって破断危険度を評価する手法も利用可能である。後者の手法は、図3の実施形態のうちヴァーチャル・フォーミング(図3(b)参照)において有効である。
(Evaluation and avoidance of wrinkle / breakage risk)
With regard to the wrinkle occurrence risk, the blank holder floating amount Ψ (FIG. 4) with respect to the divided region including the wrinkle occurrence part can be used as the wrinkle occurrence risk evaluation. Then, based on the evaluation value of the wrinkle occurrence risk level, the wrinkle restraining force applied to the divided region including the occurrence site is controlled to an optimum value. By determining the wrinkle restraining force at any time during molding for such wrinkle occurrence sites, the wrinkle restraining force is temporally reduced in all directions regardless of the inflow direction or the circumferential direction over the entire wrinkle restraining force load region. A spatial distribution can be determined.
Specifically, as shown in FIG. 5A, a reference thickness curve T ref that does not change in thickness and an actually measured thickness T are respectively obtained at the same inflow amount f, and a deviation ψ between them is calculated as the wrinkle generation degree. The evaluation value. At this time, the thickness of the measured value T is obtained as the sum of the floating amount of the blank holder during forming an initial thickness T 0 at the start of molding [psi.
While the wrinkle restraining force control amount for the purpose of suppressing wrinkles is determined, on the other hand, the possibility of breakage increases due to the excessive wrinkle restraining force load. Therefore, an algorithm for predicting and avoiding the fracture phenomenon is required. Therefore, the risk of fracture is quantitatively evaluated from the inflow history of the material having a correlation with the fracture phenomenon, and the control amount of the wrinkle restraining force focusing on the fracture is determined. As another method, it is also possible to use a method of evaluating the risk of rupture by an absolute rupture state using a value obtained by a ductile rupture conditional expression from the state of stress and strain. The latter method is effective in virtual forming (see FIG. 3B) in the embodiment of FIG.
材料の流入履歴を用いた破断評価を実施するために、図4(a)に示す計測変位fn,fn+1,・・・のようにフランジ端の特定方向への変位を検出し、各方向の材料流入の過不足から危険度を推定する。このフランジ端変位の計測方向は基本的に任意であってよいが、成形中は不変のものとし、可能な限り成形中のブランクの流入方向に一致することが望ましい。各セグメントにおける流入量は、そのセグメントを間に挟む計測ラインにおいて検出された変位量を基に、内挿法等で求めることがでる。各計測ラインからの変位データは、各分割領域に対応したデータ記憶領域に転送され、破断およびしわの危険度評価に用いられる。
具体的には、図5(b)に示す破断評価の基準となる変形履歴と実成形における変形履歴の変形量の差に着目する。変形履歴データとしてフランジ端流入量fに対するパンチ・ストロークSの関係を用いる。このとき、基準となる変形履歴を定義するために、板厚不変・体積一定条件を仮定した成形シミュレーションを行い、フランジ端流入量fに対する理想的なパンチ・ストロークSrefの履歴データを定める。そして、実測したフランジ流入量fにおける実測パンチ・ストロークSと、そのfにおける参照曲線の値Srefとの差φを破断危険度評価関数として用いる。
In order to perform the fracture evaluation using the material inflow history, the displacement of the flange end in a specific direction is detected as shown in FIG. 4A, such as the measured displacements fn, fn + 1,. Estimate the risk from the excess or deficiency of the inflow. The measurement direction of the flange end displacement may be basically arbitrary, but it is preferable that the flange end displacement is not changed during molding and coincides with the inflow direction of the blank during molding as much as possible. The inflow amount in each segment can be obtained by an interpolation method or the like based on the displacement amount detected in the measurement line sandwiching the segment. Displacement data from each measurement line is transferred to a data storage area corresponding to each divided area and used for risk assessment of breakage and wrinkles.
Specifically, attention is paid to the difference between the deformation history as a reference for the fracture evaluation shown in FIG. As the deformation history data, the relationship of the punch stroke S to the flange end inflow amount f is used. At this time, in order to define the deformation history as a reference, a forming simulation is performed under the assumption that the plate thickness is constant and the volume is constant, and the history data of the ideal punch stroke S ref for the flange end inflow amount f is determined. Then, the difference φ between the measured punch stroke S at the measured flange inflow amount f and the reference curve value S ref at f is used as a fracture risk evaluation function.
<アルゴリズムの具体例>
不均一変形挙動を有する成形対象のうち、最も単純な角筒深絞り成形におけるしわ抑え力分布決定アルゴリズムの適用法を、図6〜図12を用いて詳しく説明する。
(破断評価に基づくしわ抑え分布決定)
以上のアルゴリズムを制御システムに実装し、成形中にリアルタイム制御する際の具体的な処理の流れを図6のフローチャートに示す。
図6のフローチャートにおいて、まず、目的の成形品の加工に先立ち、オペレータによりブランクの種別が指定される(S210)。指定された種別に基づいて、予め用意したデータベース230から適合するファジィ・パラメータが読み出される(S212)。上記の一連の初期設定動作が完了したのち、加工対象のブランク材をプレス装置の所定の位置に配置し、初期しわ抑え力の負荷を開始する。その後、パンチの下降が開始して(S214)、成形が始まる。
この間、しわ抑え力分布決定アルゴリズムの動作に必要となるフランジ端流入変位f,パンチ・ストローク値Sおよび各分割領域におけるブランク・ホルダの浮き上がり量Ψが時々刻々インライン計測される(S218)。そして、これらの計測値に基づいて時々刻々のしわ抑え力増分値ΔBHFを各分割領域毎にファジィ推論を用いて決定する(S240)。これをすべてのセグメントに対して行い(S216〜S222)、すべてのセグメントに対して処理を完了する(S222で「はい」)とアクチュエータに対してしわ抑え力負荷を印加する(S226)。
この一連の処理を成形が完了するまで繰り返し行う(S216〜S228)。
データベース230の利用により、熟練者でなくても容易に制御ルールを決定できる一方、他方において優れた熟練者のもつ経験的に得られた技能をシステムに追加することもできる。これは、制御システムにおいて用いられるif−thenルールは、オペレータの知識を容易にルールとして表現することができるためである。
たとえば、成形のある時点において、流入状態の特有な傾向に対しある部分の局所的なしわの発生が経験的に得られたとき、その部分のしわ抑え圧(増分)を高めるというルールを付け加えることができる。このようにルール変更により、オペレータの知識を制御システムに反映させることになる。
<Specific example of algorithm>
Among the molding objects having non-uniform deformation behavior, the application method of the wrinkle suppression force distribution determination algorithm in the simplest square tube deep drawing will be described in detail with reference to FIGS.
(Determination of wrinkle suppression distribution based on fracture evaluation)
A specific processing flow when the above algorithm is implemented in the control system and real-time control is performed during molding is shown in the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 6, first, prior to processing of a target molded product, a blank type is designated by the operator (S210). Based on the designated type, a suitable fuzzy parameter is read from the
During this time, the flange end inflow displacement f, the punch stroke value S, and the blank holder lifting amount Ψ in each divided region necessary for the operation of the wrinkle restraining force distribution determination algorithm are measured inline every moment (S218). Based on these measured values, the incremental wrinkle suppression force increment value ΔBHF is determined for each divided region using fuzzy inference (S240). This is performed for all segments (S216 to S222), and when the processing is completed for all segments (“Yes” in S222), a wrinkle suppressing force load is applied to the actuator (S226).
This series of processes is repeated until the molding is completed (S216 to S228).
By using the
For example, if at a certain point in the molding process, the occurrence of a local wrinkle in a part is empirically obtained for a specific tendency of the inflow state, a rule is added to increase the wrinkle suppression pressure (increment) in that part. Can do. Thus, by changing the rule, the knowledge of the operator is reflected in the control system.
(ファジィ推論部によるしわ抑え力増分値)
個々の分割領域におけるしわ抑え力もしくは圧力の制御量増分値ΔBHFは、ブランク材に対する破断・しわの評価関数に基づいたファジィ推論を用いて決定される。このとき用いられるファジィ制御ルールは、データベース230に予め蓄えられたファジィ・パラメータに基づいて半自動的に決定される。このファジィ・パラメータは、破断やしわ発生時の加工変数と加工履歴に関連付けられたデータであり、予備実験や事前の成形シミュレーションにおいて得られたものである。これは通常データベース230に蓄積されている。このデータベース230のうち成形対象に適合したデータ項目を指定することで、制御システムに用いる制御ルールが読み出され、試行錯誤なしに妥当な制御ルールが決定される。
(Increase value of wrinkle restraining force by fuzzy reasoning part)
The control amount increment ΔBHF of the wrinkle restraining force or pressure in each divided region is determined by using fuzzy inference based on the fracture / wrinkle evaluation function for the blank material. The fuzzy control rules used at this time are determined semi-automatically based on the fuzzy parameters stored in the
上記ファジィ推論の処理の流れを図7のフローチャートを用いて説明する。まず、プレス装置に組込まれたセンサを用い、フランジ端流入量f,ストロークSおよびブランク・ホルダの浮き上がり量Ψを計測する(S218)。図5(b)に示した、参照加工曲線と実測データとの偏差から第1実時間評価データφ,第2実時間評価データ(第1実時間評価データの微分値)φ'を算出する。このとき、参照板厚曲線と実測したブランク・ホルダの浮き上がり量Ψを用い、第3実時間評価データΨ,第4実時間評価データ(第3実時間評価データの微分値)Ψ'を算出する(図5(a)参照)。そして、第1,第2の実時間評価データφ,φ'を入力側のメンバーシップ関数μφ,μφ'に対するそれぞれの入力値、同様に第3,第4の実時間評価データΨ,Ψ'をμψ,μψ'に対するそれぞれの入力値として用い、入力側メンバーシップ関数の部分ファジィ集合の面積(AψS,AψL,Aψ'S,Aψ'L,AφS,AφL,Aφ'S,Aφ'L)をそれぞれ求める(S244:図8(a),図8(b)参照)。そして、表1(破断危険度φ,φ'),表2(しわ危険度Ψ,Ψ')に示したif−thenルールに基づいて判断処理を行う(S245)。
次に、図8(a),(b)に示した、それぞれの入力側メンバーシップ関数における面積を出力側メンバーシップ関数に代入する(S246:図8(c)参照)。代入面積は以下の式で計算する。
(ファジィ推論に対する学習)
本発明に用いるファジィ・ルールは、成形条件に関連したデータベースに基づいて決定される。このとき、読み出したファジィ・ルール(パラメータ)を対象に適用した際、良好な成形が達成されなかった場合、その時点における加工履歴からファジィ・システムを学習させ、制御システムの信頼性を高めることが可能である。これは、データベース項目と実成形時の潤滑状態の違い、わずかな材料特性のばらつきや寸法変更などの生産現場においてしばしば問題となる環境条件や機械特性の変動に対して、ファジィ・ルールのオフライン学習に基づく最適化により対応可能となる。
具体的には、図9に示す処理の流れで、ファジィ・パラメータを変更する(S254)ことで達成される。
(Learning for fuzzy reasoning)
The fuzzy rules used in the present invention are determined based on a database related to molding conditions. At this time, when the read fuzzy rule (parameter) is applied to the target, if good molding is not achieved, the fuzzy system is learned from the processing history at that time, and the reliability of the control system is improved. Is possible. This is offline learning of fuzzy rules for environmental conditions and mechanical property fluctuations that are often problematic in the production field, such as differences in the lubrication state during database molding and actual molding, slight variations in material properties, and dimensional changes. It is possible to respond by optimization based on.
Specifically, this is achieved by changing the fuzzy parameters in the process flow shown in FIG. 9 (S254).
<しわ抑え力分布決定の具体例>
不均一変形挙動を有する成形対象のうち、最も単純な角筒深絞り成形におけるしわ抑え力分布決定アルゴリズムの適用法を、図10および図11を用いて、以下に詳しく説明する。
(破断危険度評価に基づくしわ抑え力分布決定)
フランジ部に配置した分割ブランク・ホルダを、領域Aおよび領域Bに分け、それぞれの領域に属するブランクの変形に対し破断危険度の評価を行い、破断を回避するしわ抑え圧力をそれぞれの領域ごとに決定する。
具体的には図10に示すように、領域Aにおいてフランジ・エッジ部に接触式変位センサ(図示せず)先端を接触させ、計測ライン1方向の変位を測定する。この計測値をf1とする。このとき、f1とパンチ・ストロークSの関係を破断危険度の評価指標として用いる。すなわち、板厚変化の起こらないと仮定したFEシミュレーションにより予め求めたコーナエッジのライン1方向変位f1とパンチ・ストロークの関係Srefに対し、成形中に実測したf1とSの関係と比較することで、材料流入の過不足から破断危険度を評価する。
すなわち、領域Bにおける破断危険度の評価関数φ(f1)は、
Of the molding objects having non-uniform deformation behavior, the application method of the wrinkle restraining force distribution determination algorithm in the simplest square tube deep drawing will be described in detail below with reference to FIGS.
(Determination of wrinkle restraining force distribution based on fracture risk assessment)
Divided blank holders placed on the flange section are divided into areas A and B, and the risk of breakage is evaluated for the deformation of blanks belonging to each area, and wrinkle suppression pressure to avoid breakage is applied to each area. decide.
Specifically, as shown in FIG. 10, the tip of a contact-type displacement sensor (not shown) is brought into contact with the flange edge portion in region A, and the displacement in the
That is, the evaluation function φ (f 1 ) of the risk of fracture in the region B is
計測ライン2の方向に対しても同様に、予めシミュレーションによって求められたこのライン方向のフランジ端変位f2とパンチ・ストロークの関係Srefを用い、これを実測したフランジ端の変位f2とパンチ・ストロークの関係から、破断危険度評価を行う。すなわち、領域Bにおける破断評価関数φ(f2)として、
以上の破断危険度に対する評価値を成形中時々刻々算出し、この評価値に基づいてそれぞれの領域において、ファジィ推論によりしわ抑え力の増分ΔBHFfを決定する。
Similarly, for the direction of the
The evaluation value for the above risk of fracture is calculated every moment during molding, and the wrinkle restraining force increment ΔBHF f is determined by fuzzy inference in each region based on this evaluation value.
(しわ危険度評価に基づいたしわ抑え力分布決定)
しわ抑制を目的としたしわ抑え力の制御量は、個々のセグメント毎に、しわ発生高さに基づいて決定する。この操作を全てのセグメントに対して順次行い、負荷領域全体のしわ抑え力分布を決定する。
具体的には、図11に示すように個々のセグメントについて、しわの発生により持ち上げられたブランク・ホルダの変位量Ψに基づいてしわ発生度を評価する。すなわち、領域Aに属するセグメントiにおいて、ブランク・ホルダの変位量diを実測し、i番目のセグメントに対するしわ発生の評価関数Ψiを、
以上のしわ発生危険度に対する評価値を成形中時々刻々算出し、この評価値に基づいてそれぞれの領域において、しわ抑え力の増分ΔBHFwをファジィ推論する。
(Determination of wrinkle restraining force distribution based on wrinkle risk assessment)
The control amount of the wrinkle restraining force for the purpose of wrinkle suppression is determined for each segment based on the wrinkle generation height. This operation is sequentially performed on all the segments to determine the wrinkle restraining force distribution of the entire load region.
Specifically, as shown in FIG. 11, the wrinkle occurrence degree is evaluated for each segment based on the displacement amount Ψ of the blank holder lifted by the generation of wrinkles. That is, in the segment i that belongs to the area A, and measured the displacement amount d i of the blank holder, an evaluation function [psi i the wrinkle for the i th segment,
The evaluation value for the wrinkle occurrence risk is calculated momentarily during molding, and the increment ΔBHF w of the wrinkle restraining force is fuzzy inferred in each region based on the evaluation value.
(しわ抑え力の更新アルゴリズム)
以上2つの処理によって、各セグメント毎にしわ抑え力の増分値として、破断としわに関して2つの値、ΔBHFfとΔBHFwが得られる。最終的なしわ抑え変化量を算出するために、両者の値を比較し大きい値を、このときのしわ抑え力増分値として用いる。
すなわち、
By the above two processes, two values, ΔBHF f and ΔBHF w, are obtained for the break and the wrinkle as the increment value of the wrinkle restraining force for each segment. In order to calculate the final wrinkle suppression change amount, both values are compared and a larger value is used as the wrinkle suppression force increment value at this time.
That is,
<評価関数に対する予測の導入>
しわおよび破断の危険度の傾向をあらわす評価関数として、式(4),(6)および(8)などの微分値を、第2の評価関数として用いることで、傾向による予測に対しアクションをかけることができる。しかしながら、板成形プロセス特有の非線形・非定常特性に起因して、評価関数値の変化率のみに基づいた予測は不十分な制御結果となる。そこで、しわ抑え力増分値を算出する時点において、それまでの履歴データを用いて、制御時刻以降の履歴を予測することで評価関数値の信頼性を向上させることが必要となる。
そのための手法として、M次の自己回帰モデル(AR(M))を用いた予測システムを評価関数値の予測に適用する。AR(M)モデルとは、観測変数xの時系列データ{x(n)|n=1,…,T}から、そのデータを出力するシステムのダイナミクスを推定し、観測時点より将来の時系列を予測する1つの手法である。すなわち、時刻n,n−1,…,n−M+1における観測値の線形結合によって、次の時刻n+1における観測値ハットx(t+1)を推定するものである。すなわち、
By using differential values such as formulas (4), (6), and (8) as the second evaluation function as an evaluation function that represents the tendency of the risk of wrinkles and fractures, an action is applied to the prediction based on the tendency. be able to. However, due to the nonlinear / unsteady characteristics peculiar to the plate forming process, the prediction based only on the rate of change of the evaluation function value results in an insufficient control result. Therefore, at the time of calculating the wrinkle restraining force increment value, it is necessary to improve the reliability of the evaluation function value by predicting the history after the control time using the history data so far.
For this purpose, a prediction system using an Mth-order autoregressive model (AR (M) ) is applied to the evaluation function value prediction. The AR (M) model is based on the time series data {x (n) | n = 1,..., T} of the observation variable x. This is one method for predicting. That is, the observed value hat x (t + 1) at the next time n + 1 is estimated by linear combination of the observed values at times n, n−1,..., N−
以上の予測モデルを用い、評価関数値の予測を行う。予測を適用する場合の概念について、評価関数としてしわの発生危険度Ψを用いた例を図12に示す。ある時刻t=nにおいて、しわ抑え力の増分値ΔBHFw(n)を決定する際、t=n以前の時系列データからt=nより未来の時刻t=n+1における評価関数を推定し、評価関数値の未来値Ψ(n+1)を推定する。すなわち、第3以降の評価関数として、
予測データに基づく評価関数の導入に伴い、しわ抑え力制御値決定のためのif−thenルールが新たに必要となる。この場合のルールの一例として、
With the introduction of the evaluation function based on the prediction data, an if-then rule for determining the wrinkle restraining force control value is newly required. As an example of the rule in this case,
<延性破壊モデルに基づく高精度破断評価の導入>
破断危険度に対する評価関数として、以上ではブランク材の流入履歴に基づいた評価関数を中心に述べた。これに対し、延性破壊モデルを数式化した延性破壊条件式を用いることで、成形中の破断を厳密に扱うことが可能となる。そこで、流入データに基づく破断評価関数の代わりに、延性破壊条件式を評価関数として用いる。これはとくに、図3に示したアルゴリズムの実施形態のうち、図3(b)の解析モデルを用いた数値解析に適用する際に有効な評価指標となる。
ここでは、延性破壊条件式の一例として大矢根の延性破壊条件式を取り上げる。すなわち、
As an evaluation function with respect to the risk of fracture, the evaluation function based on the inflow history of the blank material has been described above. On the other hand, by using a ductile fracture condition formula obtained by formulating a ductile fracture model, it becomes possible to handle the fracture during molding strictly. Therefore, a ductile fracture conditional expression is used as the evaluation function instead of the fracture evaluation function based on the inflow data. This is an effective evaluation index particularly when applied to the numerical analysis using the analysis model of FIG. 3B in the embodiment of the algorithm shown in FIG.
Here, as an example of the ductile fracture conditional expression, Oyane's ductile fracture conditional expression is taken up. That is,
流入履歴データに基づく評価においては、評価の基準となる参照曲線を用いたが、I値を評価関数に用いる際にはそれに対応した参照曲線を定めることは困難である。そこで、I値の変化率に対し前述の予測手法を適用し、未来の時点における変化率の大小に基づいてしわ抑え力の増分値を決定する手法を適用する。I値の変化率履歴データに対して、実際に4次のARモデルを適用した解析例を図13(a)に示す。タイムステップ(time inc)30以降について、それ以前のデータ履歴から1ステップ先のデータを逐次予測した。基本的な傾向が一致しており、さらにこのデータを時間について積分し、I値の変化履歴と比較したものを図13(b)に示す。予測データはもとのI値履歴データを捕らえており、妥当な予測結果を得ることが可能である。
次に、延性破壊条件式における積分値Iを、ファジィ制御に適用するための手法について説明する。基本的な制御の指針としては、I値の履歴もしくはその変化率の履歴についての未来の挙動が急激な増加により破断に近づくことが検出された場合、I値の増加を抑制するようにしわ抑え力を低下させるということである。このためのルールとして、
[数15]
if { I(n+1) is Large or I'(n+1) is Large } then { DBHF is Small}
などを用いることで、未来の破断評価に対するフィードバック制御が実現可能である。
In the evaluation based on the inflow history data, a reference curve serving as an evaluation standard is used. However, when the I value is used for the evaluation function, it is difficult to determine a reference curve corresponding thereto. Therefore, the above-described prediction method is applied to the change rate of the I value, and a method of determining the increment value of the wrinkle restraining force based on the change rate at the future time point is applied. An analysis example in which a fourth-order AR model is actually applied to I-value change rate history data is shown in FIG. For the time step (time inc) 30 and later, data one step ahead was sequentially predicted from the previous data history. FIG. 13 (b) shows the basic trends that coincide with each other. Further, this data is integrated with respect to time and compared with the change history of the I value. The prediction data captures the original I value history data, and a reasonable prediction result can be obtained.
Next, a method for applying the integral value I in the ductile fracture conditional expression to fuzzy control will be described. As a basic control guideline, if it is detected that the future behavior of the I value history or the rate of change history is approaching rupture due to a rapid increase, the wrinkle suppression is suppressed. Is to reduce power. As a rule for this,
[Equation 15]
if {I (n + 1) is Large or I '(n + 1) is Large} then {DBHF is Small}
By using the above, it is possible to realize feedback control for future fracture evaluation.
<モジュール型ブランク・ホルダ>
上述のしわ抑え力分布制御に最適な、しわ抑え力負荷要素による分離構造化・自由構成化できるモジュール構造としたブランク・ホルダを以下に説明する。
これは、相互に組み合わせ可能な形状の基本要素であるために汎用性が高く、成形対象に適したブランク・ホルダを複数のモジュールによる組み合わせとすることで、ブランク・ホルダの再構成・再構築を可能としたものである。したがって、所望の形状の成形プロセスに対し柔軟に対応することが可能である。
モジュールは、それぞれしわ抑え力制御用のアクチュエータを搭載する。このモジュールは、ブランク・ホルダ形状を構成する基本単位であるとともに、しわ抑え力の分布を構成する負荷要素の単位でもある。これは、モジュールごとにしわ抑え力発生用のアクチュエータを複数装備することで、ブランク・ホルダ全体としてしわ抑え力分布の自由度がアクチュエータの数に相当する。
モジュールに内蔵したそれぞれのセグメントに負荷するしわ抑え圧力は、成形対象のブランクの変形状態に応じて決定することが望ましい。そのため、各セグメントへ負荷するアクチュエータ可動部の状態、駆動状況から材料変形状態を把握する。これには、各種センサをセグメントに搭載し、変位、荷重をインプロセスでセンシングし、この情報を基にしわ抑え力を制御することが可能である。
以上のブランク・ホルダ・モジュールの導入により、加工プロセスの対象形状ごとにブランク・ホルダを新たに製作することがなく、その形状に合わせてブランク・ホルダ形状を多数のモジュールの組み合わせによって適宜再構成・再構築し、柔軟性に富むブランク・ホルダの組み立てが可能になる。成形プロセスの多品種少量生産への低コスト、高付加価値化へ柔軟に対応するための解決策として期待できる。
図14(b)に、モジュール構造として構築した分離構成式ブランク・ホルダの1例を示す。このブランク・ホルダ320,330においては、小型のしわ抑え力制御アクチュエータ321,331を3個ずつ備えた分離式のモジュールを多数組み合わせ、多数のしわ抑え力負荷領域に分割している。各小型セグメント・ブランク・ホルダのアクチュエータへの供給圧力を独立に制御することで、成形中に任意のしわ抑え圧力分布を負荷することが可能である。
<Module type blank holder>
A blank holder having a module structure that is optimal for the above-described wrinkle restraining force distribution control and that can be separated and freely configured by a wrinkle restraining force load element will be described below.
This is a basic element with shapes that can be combined with each other, so it is highly versatile, and it is possible to reconfigure and reconstruct the blank holder by combining multiple blank holders that are suitable for the molding object. It is possible. Therefore, it is possible to flexibly cope with a molding process of a desired shape.
Each module is equipped with an actuator for controlling the wrinkle restraining force. This module is a basic unit constituting a blank holder shape and a load element unit constituting a wrinkle restraining force distribution. This is because, by providing a plurality of actuators for generating wrinkle restraining force for each module, the degree of freedom of wrinkle restraining force distribution for the blank holder as a whole corresponds to the number of actuators.
The wrinkle suppression pressure applied to each segment built in the module is desirably determined according to the deformation state of the blank to be molded. For this reason, the material deformation state is grasped from the state of the actuator movable portion loaded on each segment and the driving state. For this purpose, it is possible to mount various sensors in the segment, sense displacement and load in-process, and control the wrinkle restraining force based on this information.
With the introduction of the above blank holder module, there is no need to newly manufacture a blank holder for each target shape of the machining process, and the blank holder shape can be appropriately reconfigured by combining multiple modules according to the shape. Rebuild and allow for flexible blank holder assembly. It can be expected as a solution for flexibly responding to low cost and high added value for high-mix low-volume production of the molding process.
FIG. 14B shows an example of a separation constitutional type blank holder constructed as a module structure. In the
図14(a)に図14(b)に示した、アクチュエータ3個づつでモジュールを構成したブランク・ホルダを組替えて、L字型の角筒深絞り成形に対して、しわ抑え力分布負荷を加える構成とした例を示す。この様に、しわ抑え力の分布負荷を様々な成形対象に対応可能とした点は、従来用いられてきたブランク・ホルダと大きく異なる。
図15(a),(b)に、具体的なモジュール型のブランク・ホルダ350の構造を示す。図15に示した構成は、3つのモジュールを組み合わせた場合を示し、一番手前のモジュール350は、内部構造を示すために、本体部を半分に切った状態を示している。
モジュール350本体には、しわ抑え力制御アクチュエータとして、一体となった3つの小型の油圧シリンダ352及びピストン353を内蔵している。それぞれの油圧シリンダ352の油圧系統は、3つの油圧供給ポート356の高さを変えて独立して油圧を供給できるようにしている。油圧系統がそれぞれ独立であるため、供給圧力を個別に制御することで、個々のしわ抑え圧力を独立可変に負荷することができる。セグメント・ブランク・ホルダ・モジュールは、しわ抑え力負荷面の反対側の面に組み込まれた強力磁石351によって、プレス装置のアウタープレートに取り付けられる。そのため、モジュールの着脱が容易となり、ブランク・ホルダ再構成が容易である。また、セグメント・ブランク・ホルダ・モジュールへの油圧供給として、フレキシブル耐圧ホースを用いるとよい。このホースを用いることにより、ブランク・ホルダ構成時の油圧配管取りまわしの自由度が高くなる。
しわ抑え面(セグメント)357の形状・大きさを変更し、構成様式を様々な形状の成形対象に適したものとすることも可能である。その一例として、しわ抑え面の形状を正六角形としたものを3個づつ組み合わせたモジュールで、複雑な形状に成形加工する際のしわ抑え力分布制御を行う場合を図16に示す。
図14および図15で示したセグメントの形状が正方形である場合に比べ、図16に示すようにブランク・ホルダ形状の構成の自由度が高い。
14 (a) shows the wrinkle-restraining force distribution load for L-shaped square tube deep drawing by rearranging the blank holders that comprise the module with three actuators shown in FIG. 14 (b). An example of a configuration to be added is shown. In this way, the point that the distribution load of the wrinkle restraining force can be applied to various molding objects is greatly different from the conventionally used blank holder.
FIGS. 15A and 15B show the structure of a specific module type
The
It is also possible to change the shape and size of the wrinkle suppressing surface (segment) 357 so that the configuration is suitable for molding objects of various shapes. As an example, FIG. 16 shows a case where wrinkle restraining force distribution control is performed when a complex shape is formed by a module in which three wrinkle restraining surfaces are formed in regular hexagonal shapes.
Compared with the case where the shape of the segment shown in FIGS. 14 and 15 is a square, the degree of freedom in the configuration of the blank holder shape is higher as shown in FIG.
図17に、このセグメント・ブランク・ホルダ・モジュールを使用する場合の油圧システムの構成例を示す。この油圧システムは、角筒深絞り成形の対称特性を考慮して、しわ抑え力分布を信頼性を持って発生するように設計・構成したものである。圧力を掛けられた液体は、圧力源(図示せず)からブランク・ホルダに対して供給されており、サーボバルブ522,524により制御されている。圧力は、各ブランク・ホルダのセグメント・アクチュエータ552,554(図15のピストン353及び内蔵油圧シリンダ352)に対して、例えば27個設けてある方向制御バルブ532,534の1つを介して供給されている。圧力変換機542,544は圧力を電気に変換しており、検出された圧力は、A/D変換器514を介してコンピュータ・システム510へ入力される。サーボバルブ522,524や方向制御バルブ532,534も、コンピュータ・システム510のDI/O516やD/A変換器518により制御されている。コンピュータ・システム510には、上述したしわ抑え分布力を制御するためのアルゴリズムも実装されている。
なお、上述の例では油圧を用いた例を示したが、空気、水等の流体を用いてもよい。
また、圧電素子など同等の機能を有するアクチュエータを用いてもよい。
FIG. 17 shows a configuration example of a hydraulic system when this segment blank holder module is used. This hydraulic system is designed and constructed so as to reliably generate the wrinkle restraining force distribution in consideration of the symmetrical characteristics of square tube deep drawing. The pressurized liquid is supplied from a pressure source (not shown) to the blank holder and is controlled by
In the above example, an example using hydraulic pressure is shown, but a fluid such as air or water may be used.
Moreover, you may use the actuator which has an equivalent function, such as a piezoelectric element.
上述の制御を、角筒深絞り成形に対して、図15のブランク・ホルダを用いて、図17の油圧システムを用いて実施して得られた、成形中のしわ抑え力分布の変化の結果を図18、図19に示す。図18(a)〜(d)の3次元の棒グラフは、図10、図11で説明した、角筒深絞り成形の4分の1の領域について、各セグメントのしわ抑え圧力の大きさを高さとして表したものである。モジュールやしわ抑え圧力の発生は、図14や図15に示すものを使用した。また、図19(a)〜(c)に、各セグメントのしわ抑え変化をグラフに示す。
図18、図19に示すように、加工の進行に伴い、各セグメントに負荷されるしわ抑え圧力が独立に可変することで、被加工材に負荷されるしわ抑え力分布が変化している。しわの発達に伴い、流入方向に対する分布も変化している。
Result of change in wrinkle restraining force distribution during molding obtained by performing the above control on square tube deep drawing using the hydraulic system of FIG. 17 using the blank holder of FIG. Are shown in FIGS. The three-dimensional bar graphs of FIGS. 18 (a) to 18 (d) increase the size of the wrinkle suppression pressure of each segment in the quarter region of the square tube deep drawing described with reference to FIGS. It is expressed as The module and the wrinkle suppression pressure were generated as shown in FIGS. 19A to 19C are graphs showing the wrinkle suppression change of each segment.
As shown in FIGS. 18 and 19, the wrinkle restraining pressure applied to each segment varies as the machining progresses, so that the wrinkle restraining force distribution applied to the workpiece changes. As wrinkles develop, the distribution in the inflow direction also changes.
Claims (8)
フランジ端の複数方向の変位fからフランジ部の各領域の領域変位fiを求める領域変位手段と、
各領域の板厚Tiと領域変位fiとから、各領域のしわ発生危険度を評価するしわ発生危険度評価手段と、
パンチ・ストロークSと領域変位fiとから、各領域の破断危険度を評価する破断危険度評価手段と、
前記しわ発生危険度評価手段と前記破断危険度評価手段からの出力により、各領域のしわ抑え力増分値ΔBHFを求めるしわ抑え力計算手段と、
フランジ部の各領域毎に設けたしわ抑え力を発生するアクチュエータを制御するアクチュエータ駆動手段に、前記しわ抑え力増分値ΔBHFを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする板材プレス成形のしわ抑え力分布制御装置。 In each area of areas divided flange portion, a sensor for detecting based on the detection distance plate thickness T i between the segments and the die which is in contact with the blank, a sensor for detecting a displacement f of the plurality of directions of the flange end A data input means for inputting data from a sensor unit having a sensor for detecting the punch stroke S;
A region displacement means for determining the area displacement f i of the respective regions of the flange portion from a plurality of directions of displacement f of the flange end,
Wrinkle occurrence risk evaluation means for evaluating the wrinkle occurrence risk of each area from the plate thickness T i and the area displacement f i of each area;
And a punch stroke S and the area displacement f i, and fracture risk estimation means for evaluating the fracture risk of each area,
A wrinkle restraining force calculating means for obtaining a wrinkle restraining force increment value ΔBHF of each region based on outputs from the wrinkle occurrence risk evaluating means and the fracture risk evaluating means;
Wrinkle suppression in plate press forming, characterized in that actuator driving means for controlling an actuator for generating wrinkle suppression force provided for each region of the flange portion includes output means for outputting the wrinkle suppression force increment ΔBHF. Force distribution control device.
領域分割したフランジ部の各領域で、ブランクに接しているセグメントとダイとの間の検出距離に基づき板厚Tiを検出するセンサと、フランジ端の複数方向への変位fを検出するセンサと、パンチ・ストロークSを検出するセンサとを有するセンサ部からデータを入力するデータ入力手段、
フランジ端の複数方向の変位fからフランジ部の各領域の領域変位fiを求める領域変位手段、
各領域の板厚Tiと領域変位fiとから、各領域のしわ発生危険度を評価するしわ発生危険度評価手段、
パンチ・ストロークSと領域変位fiとから、各領域の破断危険度を評価する破断危険度評価手段、
前記しわ発生危険度評価手段と前記破断危険度評価手段からの出力により、各領域のしわ抑え力増分値ΔBHFを求めるしわ抑え力計算手段、
フランジ部の各領域毎に設けたしわ抑え力を発生するアクチュエータを制御するアクチュエータ駆動手段に、前記しわ抑え力増分値ΔBHFを出力する出力手段
として機能させるためのプログラム。 Computer system
A sensor for detecting a plate thickness Ti based on a detection distance between a segment in contact with a blank and a die in each region of the flange portion divided into regions; a sensor for detecting a displacement f in a plurality of directions of the flange end; A data input means for inputting data from a sensor unit having a sensor for detecting the punch stroke S;
Region displacement means for determining the area displacement f i of the respective regions of the flange portion from a plurality of directions of displacement f of the flange end,
Wrinkle occurrence risk evaluation means for evaluating the wrinkle occurrence risk of each area from the plate thickness T i and area displacement f i of each area;
Punch stroke S and from the area displacement f i, fracture risk evaluation means for evaluating the fracture risk of each area,
A wrinkle restraining force calculating means for obtaining a wrinkle restraining force increment value ΔBHF of each region based on outputs from the wrinkle occurrence risk evaluating means and the fracture risk evaluating means;
A program for causing an actuator driving means for controlling an actuator for generating a wrinkle restraining force provided for each region of the flange portion to function as an output means for outputting the wrinkle restraining force increment value ΔBHF.
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