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JP6996671B1 - プレス部品の製造方法、金型の設計方法、金型形状設計装置、及び金型 - Google Patents

プレス部品の製造方法、金型の設計方法、金型形状設計装置、及び金型 Download PDF

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Abstract

大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能なプレス部品の製造方法を提供する。プレス工程を含む2工程以上のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際に、金属板を一回のプレス工程で最終部品形状にプレス成形する場合における、最終部品形状の断面線長の成形前に対する増加量に基づき、最終部品形状に成形するために必要な材料の流入量を求め、求めた材料の流入量を最終のプレス工程を含む各工程に分配し、分配した流入量に基づき最終のプレス工程以外の工程でのプレス成形後の予成形形状を決定する。断面として、金属板を絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する。

Description

本発明は、絞り成形を含む複数のプレス工程で目的とするプレス部品を製造するための技術に関する。
軽量化、空力性能、意匠性、衝突安全性等様々な観点から、自動車部品に求められる性能は、近年ますます高くなっている。そのため、通常のプレス方法では成形困難な部品形状の製造が求められてきている。また、車両価格の問題、省資源化やCO削減の問題から、製品を作製する際に使用する材料の削減、つまり材料歩留りの向上が求められている。
プレス成形での成形性を向上させる方法として、例えば特許文献1や特許文献2に記載の方法がある。特許文献1には、複数工程の張出し成形での各工程の金型形状を適正化することによって、成形性を向上する手法が開示されている。また、特許文献2では、プレス金型の局所領域を個別の可動ポンチとして駆動可能としている。そして、特許文献2には、予めブランクを型内に呼び込んでから、上記可動ポンチで成形を行うことで、成形不具合を回避する方法が開示されている。
特許第5867657号公報 特開2007-326112号公報
特許文献1に記載の方法は、張出し成形若しくは流入量の小さい絞り張出し成形を対象としている。しかしながら、特許文献1に記載の方法では、大きく絞り込まないと成形できないような部品形状には適用が困難である。具体的には、特許文献1に記載の方法は、最終形状の初期状態に対する線長の増加分が材料の一様伸び分をはるかに超えるような成形を行う際には、適用が困難である。
特許文献2に記載の方法は、予め可動ポンチで呼び込んだ部位を加圧しながら成形する。このため、加圧されている部位には材料移動や変形がそれ以上おこらず、効果が限定的である。また、特許文献2には、金型の詳細な設計方法や可動ポンチの設定範囲等について開示されていない。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能な、プレス部品の製造方法及び金型の設計方法を提供することを目的とする。
課題を解決するために、本発明の一態様は、複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形するプレス部品の製造方法であって、上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状としたとき、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定工程と、各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状を上記選択部品形状に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出工程と、各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配工程と、上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出工程と、上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程での、プレス成形後の予成形形状を決定する形状決定工程と、を備えることを要旨とする。
また、本発明の態様は、複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際に用いられる金型の設計方法であって、上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状としたとき、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定工程と、各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状を上記選択部品形状に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出工程と、各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配工程と、上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出工程と、上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程で用いる金型形状を決定する形状決定工程と、を備えることを要旨とする。
また、本発明の態様は、複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際における、最終のプレス工程を除く各工程で使用する金型の金型形状を求める金型形状設計装置であって、上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状としたとき、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定部と、各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状を上記選択部品形状に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出部と、各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配部と、上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出部と、上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程での金型形状を決定する形状決定部と、を備えることを要旨とする。
本発明の態様によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても、より確実にプレス部品の製造が可能となる。大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状とは、例えば、断面が急峻な張出形状を有するプレス部品形状である。
すなわち、本発明の態様によれば、複数工程のプレス加工を通して材料の伸びを十分に得たうえで、過不足なく材料を製品内に流入させることが出来る。このため、本発明の態様によれば、製品内の割れ、しわを抑制しつつ最大限に材料歩留りを向上させることが可能となる。
本発明に基づく実施形態に係る形状決定の処理を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る選択部品形状(最終部品形状)の例を示す図である。 複数の断面を規定する線の設定例を示す平面図である。 複数の断面の設定例を示す図である。 選択部品形状(最終部品形状)と基準形状(ブランク形状)との関係例を示す図である。 実施例での設定例を説明する図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のプレス部品の製造方法は、2工程以上のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形するプレス部品の製造方法である。但し、2工程以上のプレス工程は、絞り成形で実行されるプレス工程を含む。
例えば、本実施形態のプレス部品の製造方法は、絞り成形で実行されるプレス工程を含む2工程以上のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状(目的の部品形状)にプレス成形する。このプレス部品の製造を行う際に、金属板を一回のプレス工程で最終部品形状にプレス成形する場合における、成形前の金属板に対する最終部品形状での断面部品形状の線長の増加量を求める。その線長の増加量に基づき、最終部品形状に成形するために必要な材料の流入量を求める。求めた材料の流入量を各工程に分配して、最終のプレス工程以外の工程での、プレス成形後の予成形形状を決定する。
その求めた予成形形状を実現するための各工程での金型を設計する。そして、その設計した金型を用いて各工程のプレス成形を実行することで、上記目的とする最終部品形状の製品(プレス部品)を製造する。
次に、上記の最終部品形状の製品(プレス部品)を成形するための各工程での、プレス成形後の各予成形形状を求める方法、及びその求めた予成形形状を実現するための各工程での金型を設計する方法について説明する。
本実施形態では、図1に示すような機能ブロック10~13を有する金型形状設計装置を用いて、各工程での予成形形状を決定し、各工程での金型を設計する。
(金型形状設計装置)
金型形状設計装置は、コンピュータで実行されるプログラムの形で提供され、図1に示すように、断面設定工程を構成する断面設定部10、必要流入量演算工程を構成する必要流入量演算部11、断面部品線長演算部12、形状決定工程を構成する形状決定部13を備え、この順番に処理が行われる。
ここで、複数のプレス工程から1の工程を選択し、選択した工程を選択工程と記載する。その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状1と記載する。複数のプレス工程から選択され、選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程と記載する。その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状6と記載する。
そして、基準工程から選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含むように設定する。
本実施形態では、選択工程を最終プレス工程とした場合を例に挙げて説明する。この場合、選択部品形状1は、最終部品形状となる。また、本実施形態では、基準工程を最初のプレス工程とした場合を例に挙げて説明する。この場合、基準形状6は、平板などのプレス成形前のブランク形状となる(図5参照)。
本実施形態では、図2に示すように、選択部品形状1の一部に、断面が急峻に立ち上がった1条の張出部を有する場合を例に説明する。1条の張出部を有する部品は、例えば、スポイラー部を有する自動車パネル部材である。すなわち、本実施形態の選択部品形状は、急峻に立ち上がった張出部が所定方向(上記1条の延在方向)に向けて延在する。そして、金属板を1工程で選択部品形状に絞り成形した際に平面視で上記所定方向に交差する方向から当該張出部となる位置に材料が流れ込む絞り領域1Aを有する。
このような、断面が急峻な張出部の形状は、張出方向に深く且つ鋭く成形する必要がある。このため、絞り成形で成形する場合に、上記張出部が難成形箇所となる。
(断面設定部10)
断面設定部10は、成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に、選択部品形状1を切断する複数の断面を設定する。板厚方向に沿った方向とは、例えばプレス方向である。
本実施形態の断面設定部10は、基準形状6の金属板を選択部品形状に1工程で絞り成形した際に、材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定する。本実施形態の断面設定部10は、設定した線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面を想定し、その平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する。
ここで、材料が流れ込む方向とは、代表的な材料の流れ方向を指し、例えば、所定量以上の材料が流れ込む方向や、大まかな材料の移動方向を指す。また、上記の「流れ込む方向に平面視で直交する線」は、例えば、材料の移動量が一番大きな位置(領域)若しくはその近傍で設定する。
図2に示すような選択部品形状1では、図3に示すように、平面視において、材料は、絞り領域1Aの張出部の延在方向に対し直交若しくは略直交する方向から、当該張出部となる領域に向けて流れ込む。絞り領域1Aでは、上記設定する線の部分は、図3に示すように、平面視、上記張出部の延在方向に沿った直線状に設定される。そして、主な材料の流れ込む方向は、上記張出部の延在方向に沿って並ぶ、同方向となる。
図3中、矢印で示す線は、材料が流れ込む方向を示す。線αは、曲線であっても構わない。1条の張出部が曲線状に延在している場合、線αもその曲線状に沿った曲線で構成される。
そして、断面設定部10は、図4に示すように、その絞り領域1Aに設定した線αに対し、平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びるn個の平面を想定し、そのn個の平面でそれぞれ切断した複数の断面を設定する。各断面は、板厚に沿った方向に延在し、且つ互いに異なる平面である。
本実施形態では、線αを直線として設定したため、n個の平面は互いに平行な面となっている。すなわち、複数の断面は、線αを含む平面である。このため、図4のように、各断面3は、線αの延在方向に沿って並んだような配置となっている。平面視における、断面3間の距離は等間隔に設定する必要はない。例えば、材料の流れ込み量が大きい箇所近傍を通過するように各断面位置(平面)を設定する。なお、線αを含む平面とは、線αを通る平面を指す。
上記のように複数の断面を設定することで、各断面を規定する平面は、材料の流れ方向に沿った方向に設定される。この結果、適正に材料の流れ量の分配が可能となる。
ここで、本実施形態では、絞り成形で難成形箇所となる絞り領域1Aにだけ、線αを設定し、各工程での断面の予成形形状を求める場合で説明する。
絞り成形で難成形箇所となる絞り領域1Aが複数箇所、存在する場合には、各絞り成形毎に、本実施形態の処理を施しても良い。または、複数の絞り領域1Aに対し、一度に本実施形態の処理を実行しても良い。各絞り領域1Aに設定した線は、必ずしも連続させる必要はない。
また、張出部が1条の所定方向に延在する形状でない場合であっても、本実施形態は適用可能である。例えば、急峻な張出部が、平面視、円形形状の場合、張出部に向けて外周方向全周から材料の流れ込みがある。この場合、流れ込みに直交するように線αを設定することで、線αは、例えば、張出部を囲む無端環状の線として設定される。
なお、本実施形態で、平面視とは、プレス方向若しくは成形前の金属板の板厚方向から見た場合を指す。
<選択部品形状1の例>
ここで、上述のような(図2参照)形状の選択部品形状1の例は、自動車のバックドアを模したものである。そして、スポイラー部を深く、鋭く成形することは一般的に困難である。この形状を絞り成形で成形する場合、スポイラー部に対して材料が流入する方向は図3に示される方向となる。このため、この材料が流入する方向におおよそ垂直かつz軸に平行な方向が線αとして設定される(図3)。そして、線αと直交し且つ板厚方向に延在する垂直なn個の平面群が設定される(図4)。この平面群によるn個の目標形状の切断面が、求める部品断面形状となる。nは、1以上の整数であればよいが多い程より精密に流入量を見積もり、金型を設計することが可能となる。このため5≦nとすることが望ましい。
(必要流入量演算部11)
必要流入量演算部11は、各断面毎に、断面で切断した選択部品形状1の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した基準形状6での断面線長と、金属板の材料の一様伸びとに基づき、基準形状6を選択部品形状1に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める。
必要流入量演算部11は、線長算出部11Aと流入量算出部11Bを備える。
ここで、本明細書では、複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とする。各断面毎に、同一の断面で切断した、選択部品形状1での線長をL1、基準形状6での線長をL2とする。材料の一様伸びをElとする。基準工程から選択工程までのプレス工程の数をmとする。そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とする。
<線長算出部11A>
線長算出部11Aは、設定した各断面で、選択部品形状1を切断した各部品断面形状をS (ここで、1≦i≦n)とする。そして、同一の断面での選択部品形状1での線長(L1)、及び基準形状6での線長(L2)をそれぞれ算出する。すなわち断面毎に、図5に示すように、選択部品形状1での線長(L1)及びその断面をプレス方向に投影したときの基準形状6(本実施形態では平面形状)での線長(L2)をそれぞれ算出する。
<流入量算出部11B>
流入量算出部11Bは、金属板の材料の一様伸び(El)と、線長算出工程が算出した選択部品形状1での線長(L1)及び基準形状6での線長(L2)とから、各断面毎に、各断面で選択部品形状1の成形に必要な流入量(L3)を算出する。
本実施形態では、(1)式から、成形に必要な流入量(L3)を算出する。
3=L1 - L2 - aEl ・・・(1)
ただし、0<a<1である。
ここで、L1は、選択部品形状1(本実施形態では最終部品形状)でのi番目の断面の断面線長である。L2は、基準形状6(本実施形態では初期状態)でのi番目の断面の断面線長である。このため、初期状態から最終状態の断面線長になるためには、(L1 -L2)の長さ分、線長を伸ばす(増加させる)必要がある。この伸ばす長さは、材料が伸びる量(aEl)と流入量(L3)との和で補う必要がある。
材料が伸びる量には材料の一様のび(El)によって限界があり、それで補えない分、流入させる必要がある。
材料の一様伸びの限界に対し、どの程度材料を伸ばすかを設定する定数が、式(1)中の係数aである。a=0の場合は、材料は全く伸びず、足りない線長は全て流入で補うことを意味する。a=1の場合は、材料は設計領域内全てで限界まで伸び、それでも足りない量を流入で補うことを意味する。理論的には、aは、0以上1以下の全ての実数を取りうる。しかし、a=0の場合は材料の伸びが全くないことを想定しており、本発明の方法を使用する意味がない。また、a=1の場合は設計範囲内全てを限界まで伸ばす必要があるが、通常のプレス成形ではそのような成形は極めて困難である。このため、0と1は、aの範囲から除外している。望ましいaの範囲は、0.2≦a≦0.8である。
(断面部品線長演算部12)
断面部品線長演算部12は、各断面毎に、求めた流入量を、基準工程から選択工程までの各工程に分配する。そして、分配された流入量に基づき、基準工程から選択工程の1つ前の工程までの各工程での断面線長をそれぞれ演算する。
断面部品線長演算部12は、流入量配分工程を構成する流入量分配部12Aと、断面線長算出工程を構成する断面線長算出部12Bとを備える。
<流入量分配部12A>
流入量分配部12Aは、各断面毎に、求めた流入量を、基準工程から選択工程までの各工程に分配する処理を実行する。
必要流入量演算部11で得られた流入量L3は、基準工程から選択工程までの全ての工程の流入量の和として流入させればよい。このため、各工程で流入量を分配することが可能である。
流入量分配部12Aでは、断面毎に、i番目の断面における、k回目の工程の流入量を、b・L3として分配する。
ここで、kは、工程の番号である。基準工程がk=1、選択工程がk=mとなる。また、iは各断面の番号である。係数bで、全m回のプレス工程の内、k回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定する。
また、Σk=1 (b・L3)=L3であるため、Σk=1 (b)=1を満足するように設定する。また、0≦b≦1と設定する。
例えば、2工程で成形を行う場合(m=2)は、一工程目の流入量をb×L3、二工程目の流入量をb×L3と設定することになる。但し、b+b=1である。このとき、b=0の場合は、一工程目で材料を全く流入させないことを意味する。また、b=0の場合は、同じく2工程目で材料を全く流入させないことを意味する。
一般に、最終のプレス工程では、外観、部品形状精度等の観点から流入を抑え、部品に張力を与えることが望ましい。このため、b<1であることが望ましい。一方、それ以前の成形ではbを可能な範囲で小さくする。このため、b>0(k<m)であることが望ましい。
<断面線長算出部12B>
断面線長算出部12Bは、分配された流入量に基づき、基準工程から選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する。
各断面において、各工程での断面線長(L4)は、その工程までに流入させた材料の和と、初期状態の線長の和である。このため、式(2)で表される。
断面線長算出部12Bは、(2)式によって、各断面において、j回目の工程での断面線長(L4)を求める。なお、jは、1≦j≦m-1の値を取る。j回目の工程での断面線長は、選択部品形状1の断面であるため、求める必要がない。
4=L2 + (b+…+b)・L
=L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
(形状決定部13)
形状決定部13は、算出した断面線長に基づき、基準工程から選択工程の1つ前の工程までの各工程での、プレス成形後の予成形形状を決定する。そして。その決定した予成形形状となる金型形状を決定する。
本実施形態の形状決定部13は、調整工程を構成する調整部13Aと形状設定部13Bを備える。調整部13Aは設けなくて良い。
<調整部13A>
調整部13Aは、断面線長算出部12Bが算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する。この調整は、基準工程から選択工程の1つ前の工程の各工程毎に実行する。調整部13Aは、例えば、プレス方向からみて、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整する。例えば、隣り合う断面間の線長差同士の差が小さくなるように調整する。
本実施形態の調整部13Aは、対象とする工程での、断面線長L4~L4の総和が変わらないという条件に基づき、断面線長L4~L4の分布を調整して、調整後の断面線長L5~L5を算出する。
ここで、断面線長算出部12Bが、各プレス工程での予成形形状を規定する、断面毎の断面線長L4を算出する。これらの各断面線長のうち、ある工程の1つ前の工程での断面線長L(i-1)4と1つ後の工程での断面線長L(i+1)4に対し、極端に、ある工程での断面線長L4が長い、若しくは短いような断面が存在する場合がある。この場合、その場所で、急激に部品形状が変化していることを意味する。この場合、成形中に、その箇所に対し、極端にひずみ若しくは材料余りが集中してしまい、割れやしわが発生する可能性がある。それを防ぐため、本実施形態の調整部13Aでは、隣り合う工程での断面線長差である、L4とL(i-1)4及びL(i+1)4との線長差が小さくなるように、周方向の線長分布を変化させて、断面線長L5を求める。
具体的には、下記の(3)式、及び(4)式を満たすように、L5を決定する。
5≦c・(L(i-1)4+L(i+1)4)/2
・・・(3)
ただし、 0.75≦c≦1.25である。
5+…+L5+…L5=L4+…+L4+…L
・・・(4)
(3)式中のcによって、隣り合う断面との線長の差の上下限を規定する。cの範囲は、0.75≦c≦1.25、望ましくは0.85≦c≦1.15である。
また、L5は(4)式を満たす必要がある。すなわち、L4の全ての和とL5の全ての和が等しくなるように規定する。
断面線長の和は、断面の数nが大きくなればなるほど表面積に近づいていく。この観点からも、nは、大きい数をとった方が良い。すなわち、L4の全ての和とL5の全ての和が等しくなるように規定することは、表面積を変えずに断面形状を変えることに相当する。表面積を変えずに部分的に線長を調整することにより、全体としての材料の伸びは変えずに、局所的な材料の伸びを抑制することができる。
(3)式までの処理を行った後に(4)式の条件を満たしていない場合、下記の(5)式の操作を行い、(4)式を満たすようL5を調整する。
5≦d・(L(i-1)5+L(i+1)5)/2 ・・・(5)
ただし、 0.75≦d≦1.25とする。
dの範囲は、望ましくは0.85≦d≦1.15である。
<形状設定部13B>
形状設定部13Bは、上記全ての処理を経て得られた断面線長L5を用い、(m-1)工程分の予成形形状の設計を行う。(m-1)工程とは、基準工程から選択工程の1つ前の工程までの工程である。
各工程の設計は、i番目の位置の断面がL5の線長を持ち、且つ、隣り合う(i-1)番目及び(i+1)番目の断面と滑らかにつながるような連続曲面を組み合わせて行う。設計形状は、(1)~(4)の条件を満たすことが望ましい。
(1) 設計部位以外の形状と滑らかに接続する
(2) 断面は滑らかな曲線であり断面中に特異点を持たない
(3) 次工程の金型にセットした時に金型に干渉しない
(4) 次工程でブランクホールド前にダイに接触しない
そして、求めた形状の予成形形状に対応する、金型の金型形状を設計する。
ここで、現在のプレス工程数では、必要な材料の流入量の分配をうまく出来ない場合には、プレス工程数を増やして、再度、上記の処理を実行すればよい。また、各工程での流入量の分配に所定以上の余裕がある場合には、工程数を減らして、上記の各工程での予成形形状(金型形状)の設計を実行しても構わない。本実施形態の処理によって、最終部品形状に基づき、工程数の最適化を行うようにしても良い。
(金型)
本実施形態の金型形状設計装置で設計された、各工程で使用する金型の例について説明する。
以下に説明する金型は、基準工程から上記選択工程までの各工程で使用される各金型である。その各金型の成形面は、次のようになっている。
選択工程の金型の成形面は、上記選択部品形状に倣った形状である。
ここで、基準形状の金属板を、選択工程の金型を用いて、選択部品形状に1工程で絞り成形した際に、材料が流れ込む方向と平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する。
また、設定した線に延在方向に沿って並ぶ各断面毎に、断面で切断した選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した基準形状での断面線長と、金属板の材料の一様伸びとに基づき設定された材料の流入量から、各工程の金型の成形面における、複数の断面で切断した各断面形状が設定される。
また、複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、選択部品形状での線長をL1、上記基準形状での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とする。
この場合、上記設定された材料の流入量について、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で設定される。
そして、j回目の工程で用いる金型の成形面における、断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で表される。
なお、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する。
3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
ただし、0<a<1 とする
4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
ただし、0≦b≦1 とする
ここで、選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、ことにすることが出来る。
また、選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で選択部品形状に絞り成形した際に、平面視で上記所定方向と交差する方向から当該張出部となる位置に向けて材料が流れ込む絞り領域を有する場合に好適である。この場合、上記設定する線のうち、上記絞り領域を通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定すると良い。
また、上記各工程毎の金型の成形面において、隣り合う断面間の断面線長の差が、予め設定した設定値以下である、ことが好ましい。
例えば、対象とする工程での成形面における、断面線長L4~L4の総和が変わらないという条件に基づき、断面線長L4~L4の分布を調整して、調整後の断面線長L5~L5を設定する。
ここで、各プレス工程での成形面の形状を規定する、断面毎の断面線長L4を算出する。これらの各断面線長のうち、ある工程の1つ前の工程での断面線長L(i-1)4と1つ後の工程での断面線長L(i+1)4に対し、極端に、ある工程での断面線長L4が長い、若しくは短いような断面が存在する場合がある。この場合、その場所で、急激に部品形状が変化していることを意味する。この場合、成形中に、その箇所に対し、極端にひずみ若しくは材料余りが集中してしまい、割れやしわが発生する可能性がある。それを防ぐため、隣り合う工程での断面線長差である、L4とL(i-1)4及びL(i+1)4との線長差が小さくなるように、周方向の線長分布を変化させて、断面線長L5を求める。
具体的には、下記の(3)式、及び(4)式を満たすように、L5を決定する。
5≦c・(L(i-1)4+L(i+1)4)/2
・・・(3)
ただし、 0.75≦c≦1.25である。
5+…+L5+…L5=L4+…+L4+…L
・・・(4)
(3)式中のcによって、隣り合う断面との線長の差の上下限を規定する。cの範囲は、0.75≦c≦1.25、望ましくは0.85≦c≦1.15である。
また、L5は(4)式を満たす必要がある。すなわち、L4の全ての和とL5の全ての和が等しくなるように規定する。
断面線長の和は、断面の数nが大きくなればなるほど表面積に近づいていく。この観点からも、nは、大きい数をとった方が良い。すなわち、L4の全ての和とL5の全ての和が等しくなるように規定することは、表面積を変えずに断面形状を変えることに相当する。表面積を変えずに部分的に線長を調整することにより、全体としての材料の伸びは変えずに、局所的な材料の伸びを抑制することができる。
(3)式までの処理を行った後に(4)式の条件を満たしていない場合、下記の(5)式の操作を行い、(4)式を満たすようL5を調整する。
5≦d・(L(i-1)5+L(i+1)5)/2 ・・・(5)
ただし、 0.75≦d≦1.25とする。
dの範囲は、望ましくは0.85≦d≦1.15である。
(動作その他)
本実施形態では、絞り成形で実行されるプレス工程を含む2工程以上のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する。このプレス部品の製造の際に、各断面における各工程での流入量を適正な値に設定して、各工程での各予成形形状(金型形状)を設定する。
このため、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても、各プレス工程で稼ぐ材料の流入量を適正に設定できる。この結果、製造したプレス部品において、割れ、しわの発生を抑制可能となる。
更に、プレス成形の際のクッション圧や、金型のビード形状等を調整し、各箇所の流入量が断面線長L3に近い値になるよう調整を行う。この結果、材料の流入を最小限とし、歩留りを向上させることが可能となる。
すなわち、本実施形態は、例えば、複数工程で絞り成形を行う際に、最終のプレス工程で得られる部品形状と初期状態のブランクとからプレス方向にほぼ平行な複数の断面を設定する。そして、それら断面から最終的に必要な断面線長、初期の断面形状を算出する。その算出結果と使用する材料の一様伸びとを基に、成形に必要な流入量を計算する。求めた流入量を各工程に分配し、各工程での断面線長を算出する。そして、算出した断面線長に基づき、各工程(最終のプレス工程は不要)の金型形状(予成形形状)を設計する。その設計した金型を用いて各工程のプレス成形を行うことで、割れやしわがなく、かつ歩留りを最大限に向上させたプレス部品(最終部品形状のプレス部品)を得ることができる可能となる。
ここで、絞り成形で成形を行う際、材料の流入量が過小であれば、プレス部品内で材料が不足して材料の伸びが限界を超えることにより、割れが発生する。逆に、材料の流入量が過大であれば、プレス部品内の材料は十分となるため割れは発生しにくい。しかし、呼び込む材料が多すぎると、しわが発生することが懸念される。また、材料歩留りの観点から不利となるため、流入量を適正化することが重要となる。
また、一般的な成形方法で成形を行った場合、絞り成形では、摩擦抵抗、パンチ肩での曲げ抵抗等により、パンチ底の材料に導入されるひずみは小さい。このため、パンチ肩、ダイ肩、若しくはその中間の壁部でひずみが大きくなり、その箇所で割れることが多い。そのため、プレス部品全体としては、導入されるひずみ量が小さいにもかかわらず、局所的にひずみが集中して割れてしまうおそれがある。すなわち、材料の伸びを十分に生かせているとは言い難いことが多い。
それに対し、本実施形態では、目標形状を絞り成形で成形する際に必要な流入量を過不足なく見積もることが可能となる。且つ、本実施形態では、その流入量を各工程で分割して流入させながら、適正な断面線長を持つ形状に成形する。この結果、通常の成形ではひずみが入りにくいパンチ底付近に、前工程で予めひずみを導入しておくことで成形性及び歩留りの向上を図ることも可能となる。
(その他)
本開示は、次の構成も取り得る。
(1)複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形するプレス部品の製造方法であって、上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状1とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状6としたとき、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定工程と、各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状1の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状6での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状6を上記選択部品形状1に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出工程と、各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配工程と、上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出工程と、上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程での、プレス成形後の予成形形状を決定する形状決定工程と、を備える構成とする。
このとき、上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、とすることができる。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能な、プレス部品の製造方法を提供可能となる。
(2)上記選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で上記選択部品形状に絞り成形した際に平面視で上記所定方向に交差する方向から当該張出部となる位置に材料が流れ込む絞り領域1Aを有し、上記断面設定工程は、上記設定する線のうち、上記絞り領域1Aを通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定する。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないような絞り領域1Aを1又は2以上有するプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能な、プレス部品の製造方法を提供可能となる。
(3)上記形状決定工程は、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程の各工程毎に、上記断面線長算出工程が算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する調整工程を有し、上記形状決定工程は、上記調整工程で調整後の各断面毎の断面線長に基づき、プレス成形後の予成形形状を決定する。
例えば、上記調整工程では、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整する。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても、更に、各プレス工程で稼ぐ材料の流入量を適正に設定できる。
ここで、選択部品形状1が、一回のプレス工程で成形した際に、所定方向に向けて延在する、断面が急峻した張出部を有する場合、線αで規定される複数の断面は、上記延在方向に並んで配置される。そして、各断面位置が、材料の主な流れ方向に沿った方向に設定されやすくなり、材料の流れ量の分配がより適正に行われるようになる。
また、線を基準に複数の断面を形成することで、複数の断面が、平面視で、線αに沿って並んで設定されるため、調整部13Aにおける、断面間の線長の調整が容易且つ確実に実行できるようなる。
(4)複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状1での線長をL1、上記基準形状6での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、上記流入量算出工程で算出する、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で求め、上記断面線長算出工程で算出する、j回目の工程での断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で求め、(1)式中の係数aによって、材料の一様伸びに対してどの程度材料を伸ばすかを設定し、(2)式中の係数bによって、全m回のプレス工程の内、j回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定し、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、ように設定する。
3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
ただし、0<a<1 とする
4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
ただし、0≦b≦1 とする
この構成によれば、より確実に各工程での適切な断面線長を設定可能となる。
(5)絞り成形で実行されるプレス工程を含む2工程以上のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際に用いられる金型の設計方法であって、上記金属板を一回のプレス工程で上記最終部品形状にプレス成形する場合における、上記最終部品形状の断面線長の成形前に対する増加量に基づき、上記最終部品形状に成形するために必要な材料の流入量を求め、求めた材料の流入量を、最終のプレス工程を含む各工程に分配し、分配した流入量に基づき、最終のプレス工程以外の工程で用いる金型形状を決定する。
例えば、複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際に用いられる金型の設計方法であって、上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状1とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状6としたとき、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定工程と、各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状1の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状6での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状6を上記選択部品形状1に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出工程と、各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配工程と、上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出工程と、上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程で用いる金型形状を決定する形状決定工程と、を備える。
上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、とすることが可能である。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能な、各工程の金型形状を設計可能となる。
(6)上記形状決定工程は、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程の各工程毎に、上記断面線長算出工程が算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する調整工程を有し、上記形状決定工程は、上記調整工程で調整後の各断面毎の断面線長に基づき、プレス成形後の予成形形状を決定する。
上記調整工程では、例えば、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整する。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても、更に、各プレス工程で稼ぐ材料の流入量を適正に設定できる金型を設計可能となる。
(7)複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状1での線長をL1、上記基準形状6での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、上記流入量算出工程で算出する、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で求め、上記断面線長算出工程で算出する、j回目の工程での断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で求め、(1)式中の係数aによって、材料の一様伸びに対してどの程度材料を伸ばすかを設定し、(2)式中の係数bによって、全m回のプレス工程の内、j回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定し、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、ように構成する。
3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
ただし、0<a<1 とする
4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
ただし、0≦b≦1 とする
この構成によれば、より確実に各工程での適切な断面線長を設定した金型形状を設計可能となる。
(8)上記の金型の設計方法で設計した金型を用いたプレス部品の製造方法を提供する。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能な、プレス部品の製造方法を提供可能となる。
(9)複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際における、最終のプレス工程を除く各工程で使用する金型の金型形状を求める金型形状設計装置であって、上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状1とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状6としたとき、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向に平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定部10と、各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状1の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状6での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状6を上記選択部品形状1に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出部11Bと、各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配部12Aと、上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出部12Bと、上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程での金型形状を決定する形状決定部13と、を備える。
上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、とすることができる。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても適用可能な、各工程の金型形状を設計可能となる。
(10)上記形状決定部13は、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程の各工程毎に、上記断面線長算出部12Bが算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する調整部13Aを有し、上記形状決定部13は、上記調整部13Aで調整後の各断面毎の断面線長に基づき、金型形状を決定する。
例えば、上記調整部13Aでは、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整する。
上記選択部品形状1は、一回のプレス工程で成形した際に、平面視で、板の外周の複数方向から中央側に向けて材料の流入がある形状であることが好ましい。例えば、上記選択部品形状1は、天板部と、天板部の外周全周に連続する、平面視で無端環状の側壁部とを備える形状とする。
この構成によれば、大きく絞り込まないと成形できないようなプレス部品形状を製造する場合であっても、更に、各プレス工程で稼ぐ材料の流入量を適正に設定できる金型を設計可能となる。
(11)複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状1での線長をL1、上記基準形状6での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、上記流入量算出部11Bで算出する、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で求め、 上記断面線長算出部12Bで算出する、j回目の工程での断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で求め、(1)式中の係数aによって、材料の一様伸びに対してどの程度材料を伸ばすかを設定し、(2)式中の係数bによって、全m回のプレス工程の内、j回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定し、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、構成とする。
3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
ただし、0<a<1 とする
4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
ただし、0≦b≦1 とする
この構成によれば、より確実に各工程での適切な断面線長を設定した金型形状を設計可能となる。
(12)複数のプレス工程を経て金属板を最終部品形状にプレス成形してプレス部品の製造する際に、各工程で用いられる各金型であって、
上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状とし、更に、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、
上記基準工程から上記選択工程までの各工程で使用される各金型の成形面について、
上記選択工程の金型の成形面は、上記選択部品形状に倣った形状であり、
上記基準形状の金属板を、上記選択工程の金型を用いて、上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に、材料が流れ込む方向と平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定し、
上記設定した線に延在方向に沿って並ぶ上記各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき設定された材料の流入量から、各工程の金型の成形面における、上記複数の断面で切断した各断面形状が設定され、
上記複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状での線長をL1、上記基準形状での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、
上記設定された材料の流入量について、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で設定され、
j回目の工程で用いる金型の成形面における、断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で表され、
係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する。
3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
ただし、0<a<1 とする
4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
ただし、0≦b≦1 とする
(13)上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である。
(14)上記選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で上記選択部品形状に絞り成形した際に、平面視で上記所定方向と交差する方向から当該張出部となる位置に向けて材料が流れ込む絞り領域を有し、
上記設定する線のうち、上記絞り領域を通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定する。
(15)上記各工程毎の金型の成形面において、隣り合う断面間の断面線長の差が、予め設定した設定値以下である。
金属板からなるブランクを図2に示すような最終部品形状にプレス成形して製造する場合について検討した。
本実施形態に基づく実施例1では、断面の数n=20、プレス工程の数m=2、係数a=0.5、係数b=0.9、の条件で1回目のプレス工程での予成形形状を設計した。その予成形形状を図6(a)に示す。なお、図6(b)は最終部品形状を表す。この実施例1では、調整工程(調整部13A)の処理は省略した。この例では、第1回目のプレス工程(最初のプレス工程)は、絞り成形を有する。
なお、金属板として、材料の引張強度270MPa級のGA鋼板(合金化溶融亜鉛めっき鋼板)を使用し、厚さを0.65mmtとした。
この金属板を上記予成形形状の金型形状を用いて二回のプレス工程でプレス成形してみたところ、最終部品形状に成形することで割れ、しわなく良好な製品を得ことができた。
一方、一回のプレス工程で、ブランクから最終部品形状にプレス成形した場合、絞り領域1Aの一部に大きな割れが発生し製品としての性能を満たしていなかった。
以上のように、本発明に基づき各工程での予成形形状(金型形状)を設計することで、割れ、しわなく良好な製品を得ることが可能となることが分かった。
ここで、本願が優先権を主張する、日本国特許出願2020-147655(2020年 9月 2日出願)の全内容は、参照により本開示の一部をなす。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
1 選択部品形状
1A 絞り領域
6 基準形状
10 断面設定部
11 必要流入量演算部
11A 線長算出部
11B 流入量算出部
12 断面部品線長演算部
12A 流入量分配部
12B 断面線長算出部
13 形状決定部
13A 調整部
13B 形状設定部
α 線

Claims (23)

  1. 複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形するプレス部品の製造方法であって、
    上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状としたとき、
    上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、
    上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向と平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定工程と、
    各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状を上記選択部品形状に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出工程と、
    各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配工程と、
    上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出工程と、
    上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程での、プレス成形後の予成形形状を決定する形状決定工程と、
    を備えることを特徴とするプレス部品の製造方法。
  2. 上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、ことを特徴とする請求項1に記載したプレス部品の製造方法。
  3. 上記選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で上記選択部品形状に絞り成形した際に、平面視で上記所定方向と交差する方向から当該張出部となる位置に向けて材料が流れ込む絞り領域を有し、
    上記断面設定工程は、上記設定する線のうち、上記絞り領域を通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したプレス部品の製造方法。
  4. 上記形状決定工程は、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程毎に、上記断面線長算出工程が算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する調整工程を有し、
    上記形状決定工程は、上記調整工程で調整後の各断面毎の断面線長に基づき、プレス成形後の予成形形状を決定する、
    ことを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか1項に記載したプレス部品の製造方法。
  5. 上記調整工程では、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整することを特徴とする請求項4に記載したプレス部品の製造方法。
  6. 複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状での線長をL1、上記基準形状での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、
    上記流入量算出工程で算出する、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で求め、
    上記断面線長算出工程で算出する、j回目の工程での断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で求め、
    (1)式中の係数aによって、材料の一様伸びに対してどの程度材料を伸ばすかを設定し、(2)式中の係数bによって、全m回のプレス工程の内、j回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定し、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、
    ことを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか1項に記載したプレス部品の製造方法。
    3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
    ただし、0<a<1 とする
    4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
    ただし、0≦b≦1 とする
  7. 複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際に用いられる金型の設計方法であって、
    上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状としたとき、
    上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、
    上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向と平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定工程と、
    各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状を上記選択部品形状に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出工程と、
    各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配工程と、
    上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出工程と、
    上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程で用いる金型形状を決定する形状決定工程と、
    を備えることを特徴とする金型の設計方法。
  8. 上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、ことを特徴とする請求項7に記載した金型の設計方法。
  9. 上記選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で上記選択部品形状に絞り成形した際に、平面視で上記所定方向と交差する方向から当該張出部となる位置に向けて材料が流れ込む絞り領域を有し、
    上記断面設定工程は、上記設定する線のうち、上記絞り領域を通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載した金型の設計方法。
  10. 上記形状決定工程は、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程の各工程毎に、上記断面線長算出工程が算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する調整工程を有し、
    上記形状決定工程は、上記調整工程で調整後の各断面毎の断面線長に基づき、プレス成形後の予成形形状を決定する、
    ことを特徴とする請求項7~請求項9のいずれか1項に記載した金型の設計方法。
  11. 上記調整工程では、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整することを特徴とする請求項10に記載した金型の設計方法。
  12. 複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状での線長をL1、上記基準形状での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、
    上記流入量算出工程で算出する、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で求め、
    上記断面線長算出工程で算出する、j回目の工程での断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で求め、
    (1)式中の係数aによって、材料の一様伸びに対してどの程度材料を伸ばすかを設定し、(2)式中の係数bによって、全m回のプレス工程の内、j回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定し、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、
    ことを特徴とする請求項7~請求項11のいずれか1項に記載した金型の設計方法。
    3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
    ただし、0<a<1 とする
    4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
    ただし、0≦b≦1 とする
  13. 請求項7~請求項12のいずれか1項に記載の金型の設計方法で設計した金型を用いたことを特徴とするプレス部品の製造方法。
  14. 複数のプレス工程を経て、金属板を最終部品形状にプレス成形する際における、最終のプレス工程を除く各工程で使用する金型の金型形状を求める金型形状設計装置であって、
    上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状としたとき、
    上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、
    上記基準形状の金属板を上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に材料が流れ込む方向と平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定する断面設定部と、
    各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき、上記基準形状を上記選択部品形状に成形するために必要な材料の流入量をそれぞれ求める流入量算出部と、
    各断面毎に、求めた上記流入量を、上記基準工程から上記選択工程までの各工程に分配する流入量分配部と、
    上記分配された流入量に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程における、各断面毎の断面線長をそれぞれ算出する断面線長算出部と、
    上記算出した断面線長に基づき、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程までの各工程での金型形状を決定する形状決定部と、
    を備えることを特徴とする金型形状設計装置。
  15. 上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、ことを特徴とする請求項14に記載した金型形状設計装置。
  16. 上記選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で上記選択部品形状に絞り成形した際に平面視で上記所定方向と交差する方向から当該張出部となる位置に向けて材料が流れ込む絞り領域を有し、
    上記断面設定部は、上記設定する線のうち、上記絞り領域を通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定することを特徴とする請求項14又は請求項15に記載した金型形状設計装置。
  17. 上記形状決定部は、上記基準工程から上記選択工程の1つ前の工程の各工程毎に、上記断面線長算出部が算出した各断面毎の断面線長の総和を変えないという条件で、各断面毎の断面線長の長さを調整する調整部を有し、
    上記形状決定部は、上記調整部で調整後の各断面毎の断面線長に基づき、金型形状を決定する、
    ことを特徴とする請求項14~請求項16のいずれか1項に記載した金型形状設計装置。
  18. 上記調整部では、隣り合う断面間の断面線長の差に基づき、断面線長を調整することを特徴とする請求項17に記載した金型形状設計装置。
  19. 複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状での線長をL1、上記基準形状での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、
    上記流入量算出部で算出する、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で求め、
    上記断面線長算出部で算出する、j回目の工程での断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で求め、
    (1)式中の係数aによって、材料の一様伸びに対してどの程度材料を伸ばすかを設定し、(2)式中の係数bによって、全m回のプレス工程の内、j回目の工程でどの程度材料を流入させるかを設定し、係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、
    ことを特徴とする請求項14~請求項18のいずれ1項に記載した金型形状設計装置。
    3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
    ただし、0<a<1 とする
    4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
    ただし、0≦b≦1 とする
  20. 複数のプレス工程を経て金属板を最終部品形状にプレス成形してプレス部品の製造する際に、各工程で用いられる各金型であって、
    上記複数のプレス工程から1の工程を選択して選択工程とし、その選択工程で得られる部品形状を選択部品形状とし、上記複数のプレス工程から選択され、上記選択工程よりも前に実行される1のプレス工程を基準工程とし、その基準工程でプレス成形する前の金属板の形状を基準形状とし、更に、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程に、絞り成形を有するプレス工程を含み、
    上記基準工程から上記選択工程までの各工程で使用される各金型の成形面について、
    上記選択工程の金型の成形面は、上記選択部品形状に倣った形状であり、
    上記基準形状の金属板を、上記選択工程の金型を用いて、上記選択部品形状に1工程で絞り成形した際に、材料が流れ込む方向と平面視で直交する線を設定し、その線に平面視で直交し且つ成形前の金属板の板厚方向に沿った方向に延びる平面でそれぞれ切断する複数の断面を設定し、
    上記設定した線に延在方向に沿って並ぶ上記各断面毎に、断面で切断した上記選択部品形状の断面線長と、その断面と同一の断面で切断した上記基準形状での断面線長と、上記金属板の材料の一様伸びとに基づき設定された材料の流入量から、各工程の金型の成形面における、上記複数の断面で切断した各断面形状が設定され、
    上記複数の断面の数をnとし、各断面を識別する添え字をi (1≦i≦n)とし、各断面毎に、同一の断面で切断した、上記選択部品形状での線長をL1、上記基準形状での線長をL2とし、材料の一様伸びをElとし、上記基準工程から上記選択工程までのプレス工程の数をmとし、そのプレス工程を識別する添え字をj(1≦j≦m)とした場合、
    上記設定された材料の流入量について、断面iでの流入量(L3)は、下記(1)式で設定され、
    j回目の工程で用いる金型の成形面における、断面iの断面線長(L4)は、下記(2)式で表され、
    係数b (1≦k≦m)は、Σj=1 (b)=1を満足する、
    ことを特徴とする金型。
    3 =L1 - L2 - a・El ・・・(1)
    ただし、0<a<1 とする
    4 =L2 + Σk=1 (b・L3) ・・・(2)
    ただし、0≦b≦1 とする
  21. 上記選択工程は、最終のプレス工程であり、上記基準工程は、最初のプレス工程である、ことを特徴とする請求項20に記載した金型。
  22. 上記選択部品形状は、張出部が所定方向に向けて延在し、金属板を1工程で上記選択部品形状に絞り成形した際に、平面視で上記所定方向と交差する方向から当該張出部となる位置に向けて材料が流れ込む絞り領域を有し、
    上記設定する線のうち、上記絞り領域を通過する線部分を上記所定方向に沿った線として設定することを特徴とする請求項20又は請求項21に記載した金型。
  23. 上記各工程毎の金型の成形面において、隣り合う断面間の断面線長の差が、予め設定した設定値以下である、することを特徴とする請求項20~請求項22のいずれか1項に記載した金型。
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