JP2008510236A - 自動車の取り付け部分を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、最初に成形されてから熱的に表面処理された自動車の車体部品を生産する方法に関し、当該方法は、成形プロセスで用いられる工具の可変ジオメトリデータを用いる反復シミュレーションステップを含む。本発明によれば、連続検査により、予測される部品のジオメトリデータが部品の公称ジオメトリデータの許容差範囲内にあるかどうかが確認される。許容差範囲内にない場合、工具ジオメトリデータおよび補正工具ジオメトリデータの生成が変更される。これは、成形ステップに関する第１の段階と、表面熱処理のプロセスステップに関する後続段階との２段階で行われる。

Description

自動車の取り付け部分を製造する方法に関する。

［説明］
背景技術では、成形ステップを用いてシートメタルパネルセクション等の金属構造要素から自動車の車体部品が製造される、自動車用取り付け部分を製造する方法が知られている。その後、部品は熱の作用下で表面処理されることが多い。

ヨーロッパ公開特許公報１ ０４１ １３０号は、例えばドア、テールゲート、ボンネット、またはサンルーフカバー等の自動車の車体部品の縁フランジのシーリングを開示している。この目的で用いられる方法は、紫外線露光による車体枠におけるシーリングコンパウンドの予備架橋に基づく。その直後に続く第２のステップでは、縁フランジ接着剤およびシーリングコンパウンドを、熱の作用によって硬化させる。続いて、電気泳動浸漬塗装（ＣＤＰ）炉内で車体部品を熱硬化させる。

個別の製造段階でこのように製造される自動車の取り付け部分のジオメトリを精密検査すると、この部分の形状が大きく変わることが明らかとなる。

したがって、用いられるメタルシートのばね特性および／または弾性特性により、複雑で予測し難い作用が成形ステップ中に、特にフランジング、プリヘミング、および最終ヘミング中に生じることが知られている。Zhang, G., Hao, H., Wu, X., Hu, S.J., Harper, K.,およびFaitel, W.著、2000、「An experimental investigation of curved surface-straight edge hemming」（J. of Manufacturing Processes, Vol.2 No.4, p.241-246）、並びにZhang, G., Wu, Ｘ.およびHu, S.J.著、2001、「A study on fundamental mechanisms of warp and recoil in hemming」（J. of Engineering Materials and Technology, Vol.123, No.4, p.436-441）は、これに関してより徹底した調査を行っている。

したがって、工具作用面の公称ジオメトリ、すなわちヘミングすべき部品の公称ジオメトリに対応するこの目的で用いられる工具のジオメトリを有するフランジング工具でのプリヘミングおよび最終ヘミング後の、取り付け車体部品、特にボンネットは、それらの公称ジオメトリからの偏差を示す。これは、特に「ロールイン、ロールアウト、反り、スプリングバック（recoil）」の現象に起因する。

また、電気泳動浸漬塗装を施して、その後で炉乾燥させた後、部品は再びその公称ジオメトリからのかなりの偏差を示す。これらの偏差の考えられる原因はいくつかある。例えば、非切断製造（深絞り、トリミング、フランジング、ハンマリング、ヘミング）中、ボンネットに導入される内部応力が減る。これに加えて、縁フランジおよびライニング接着剤が用いられる場合、これが、鋼から成ることが多い金属成分からの異なる熱膨張挙動を示す。最後に、接着剤の硬化は、ＣＤＰサイクルの終わりでボンネットのジオメトリの熱膨張に関連した偏差の「固定（freezing）」を引き起こす。電気泳動浸漬塗装およびその後の炉乾燥の過程で生じる寸法偏差は、可能であれば、時間および費用のかかる製品変更および／またはプロセス変更によって、また場合によっては必要な手動矯正によって、補償される。

本発明の目的は、背景技術の問題を回避する方法を提供することである。

この目的は、独立請求項の主題によって果たされる。有利な実施形態が従属請求項から得られる。

本発明によれば、まず、成形作業に用いるべき工具の工具ジオメトリデータ、部品の公称ジオメトリデータ、および上記部品の公称ジオメトリデータの許容差が規定される。続いて、工具ジオメトリデータを用いた成形作業のプロセスステップがシミュレートされ、それに従って予測される部品のジオメトリデータが計算される。

その後の検査の結果、予測される部品のジオメトリデータが部品の公称ジオメトリデータの許容差範囲内にない場合、前のステップをその後反復実行して、予測される部品のジオメトリデータが部品の公称ジオメトリデータの許容差範囲内にあることが示されるまで、工具ジオメトリデータが補正工具ジオメトリデータに変更される。

本発明によれば、その後で初めて、熱の作用下での表面処理のプロセスステップがシミュレートされ、この場合、それに従って予測される部品のジオメトリデータが求められる。この場合、「熱の作用下での表面処理」とは、熱が発生するかまたは供給される、考えられる限りのさらなる処理、すなわち例えば、ヨーロッパ公開特許公報０４１ １３０号に示すように、例えばドア、テールゲート、ボンネット、またはサンルーフカバー等の自動車の車体部品の縁フランジシーリングも意味し得る。そこで用いられる紫外線露光によるシーリングコンパウンドの予備架橋、および硬化の目的での縁フランジ接着剤およびシーリングコンパウンドに対するその後の熱作用も、すなわち同様に歪みおよび伸びを引き起こすが、これは本発明によれば、第２の反復ステップまで考慮されない。これは特に、その後のＣＤＰ炉での車体部品の熱硬化に当てはまる。このように本発明による最適化を２つ以上の反復ステップに分けることは、非常に好都合であることが分かっている。これは、部品の成形から予測される誤差が、その後の部品の熱処理からの誤差とは異なる性質のものであるからである。したがって、部品の成形から予測される誤差は、第１の反復ステップで考慮される。さらなる反復ステップは全て、もはや成形作業を伴わない部品のその後の処理に関連する。

ここで、予測される部品のジオメトリデータが部品の公称ジオメトリデータの許容差範囲内にないと判明した場合、部品の公称ジオメトリデータが変更され、部品の補正ジオメトリデータが生成されてから上記ステップが繰り返されるが、この場合、部品の補正ジオメトリデータが部品の公称ジオメトリデータの代わりに用いられる。

要約すると、ここでは２段階の反復が行われ、非常に迅速に好結果が得られると言うことができる。

その後で初めて、部品の補正ジオメトリデータおよび補正工具ジオメトリデータを用いて部品の生産および／または大量生産が開始される。

本発明によれば、部品の公称ジオメトリデータおよび／または場合によっては補正ジオメトリデータを用いて、且つ工具ジオメトリデータおよび／または場合によっては補正工具ジオメトリデータを用いて、部品の個別生産の形態で確認作業も行うことができる。この場合、部品の実ジオメトリデータが計算ジオメトリデータと一致するかどうかが検査される。これにより、用いられたシミュレーション方法の品質に関する結論を導き出すことができる。

本発明は、工具の作用面のジオメトリが補正されるという点で、フランジング工具の面倒な手動調整によって公称ジオメトリからの車体部品のジオメトリの偏差を低減するかまたは最小にする必要をなくす。このような補正は、多くの場合は単に直感的且つ反復的に、調整者の専門知識に基づいて行われ得るため、多くの場合は文書化されておらず、特に不都合である。

これに対し、本発明は、ボンネット、テールゲート、およびドア等の自動車の取り付け部分の生産に必要なフランジング作業を減らす、シミュレーション支援による方法を提供し、これは、フランジング作業に続いて電気泳動浸漬塗装（ＣＤＰ）サイクルが行われる場合に特に有利に用いることができる。すなわち、この場合、寸法偏差が特に頻繁に生じることが明らかとなっている。しかしながら、本発明による方法は、成形プロセスに続いて例えば塗装作業等のための熱処理が行われる、他のあらゆる製造方法にも適用可能である。

本発明では、フランジング作業およびＣＤＰサイクルにより生じる車体取り付け部分の寸法偏差が、事前に判定されてからコンピュータおよび／またはシミュレーション支援による方法を用いて減らされる。その際、車体取り付け部分の全成形および接合履歴が考慮される。

本発明は、自動車の取り付け部分（ボンネット、テールゲート、ドア）の生産に必要なフランジング作業（プリヘミングおよび最終ヘミング）およびその後の電気泳動浸漬塗装（ＣＤＰ）サイクルにより生じる寸法偏差を減らす、シミュレーション支援による方法を提供する。

本発明による方法は、シミュレーション、データセットの比較、およびジオメトリ操作のシーケンスである。ユーザの労力を減らすために、本方法は、いわゆるシェルスクリプトを用いて自動化される。データセットの必要な比較およびジオメトリ操作は、高水準言語で実現されることが有利である。ユーザプロンプトは、ＧＵＩすなわちグラフィカルユーザインタフェースによって実現される。

本方法の主な応用分野は、ここで説明する「フロントローディング」の状況であり、この場合、工具作製前に本方法をすでに用いて、最適な工作物ジオメトリおよび最適な工具作用面ジオメトリが決定される。しかしながら、本方法は、既存のフランジング工具の調整プロセスの支援にも同様に使用可能である。この状況では、工具の作用面は、光学測定技法によって得られ、方法ステップ１のシミュレーションのための入力データとして公称データの代わりに用いられる。

工具作用面を最適なデータに従って作製することができるため、本発明の使用は、多くの利点、すなわちフランジング工具の調整に伴う作業の低減を提供する。理想的には、フランジング工具のこのような調整はもはや必要ない。これは、「工数」の形での直接的な費用削減、より確実な量産開始、およびより急激な開始曲線につながる。

フランジング工具の設計は、経験に基づいて直感的に行われることはなくなり、知識に基づいたものとなる。この目的で用いられる知識は、本方法に記憶されて、常に利用可能である。病気、休暇等の結果として、場合によっては重大な局面で利用不可能となることが多い専門知識に依存することがもはやなくなる。

製品変更および／またはプロセス変更と、ＣＤＰサイクルおよび炉乾燥後に場合によっては必要な取り付け部分の矯正とに関連する作業は、大幅に減り、且つ／または完全になくなりさえする。

公称ジオメトリからの偏差が大きすぎる場合に取り付け部品をもはや矯正することができないことで発生する不良品が回避される。これは、「工数」の形での直接的な費用削減、より確実な量産開始、およびより急激な開始曲線につながる。

フランジング作業およびその後のＣＤＰサイクルにより生じる車体取り付け部分の幾何偏差を減らす方法の原理を、１つの図を参照して複数のステップで後述する。

ここで、図１に示すアラビア数字「１」〜「１０」は、明示されていない場合は以下のステップである「ステップ１」〜ステップ「１０」に対応する。

「ステップ１」において、深絞り、トリミング、ハンマリング（個々の部分に応じて）、フランジング、取り付け部分になる個別部分用の補強部分の接合等の、プロセスステップのシミュレーションが行われる。ボンネットの場合、ボンネットの外板およびボンネットのフレームがある。プリヘミングおよび最終ヘミングによる個々の部品の接合も、ここでシミュレーションされるプロセスステップの１つである。トリミング、ハンマリング、フランジング、プリヘミング、および最終ヘミングのプロセスステップの後、各場合に、実際に生じるスプリングバックが同様にシミュレートされる。シミュレーションは、市販の有限要素シミュレーションシステムによって行うことができる。工具作用面の使用ジオメトリは、本方法の最初の実行中に、生産される個々の部分の各公称ジオメトリに対応する。このシミュレーションの結果は、工具の使用作用面ジオメトリで達成可能な取り付け部分のジオメトリである。可能な場合、個々のプロセスステップのシミュレーション中に、前のプロセスステップそれぞれから生じる伸び分布、歪み分布、およびシート厚分布も考慮される。

「ステップ２」において、「ステップ１」で計算された取り付け部分のジオメトリが予め指定されている公差内にあるかどうかが検査される。この検査は、取り付け部分の設計から得られるＣＡＤデータの形態で存在する、計算ジオメトリと公称ジオメトリとの点ごとの比較に基づいて行われる。計算ジオメトリが公差内にある場合、方法はすぐに「ステップ４」を続ける。ジオメトリが公差内にない場合、「ステップ３」において、工具作用面の適切な補正および「ステップ１」の反復実行が行われる。ステップ１〜３は、生産された取り付け部分の計算ジオメトリが公差内になるまで繰り返される。

「ステップ３」において、すでに上述した工具作用面の補正が行われる。この補正は、点ごとに予め決定されている取り付け部分の公称ジオメトリからの計算ジオメトリの偏差に基づく。この補正は、予め決定されているベクトルに沿って工具作用面のジオメトリを点ごとに移動させることによって行われる。移動ベクトルの決定は、適当なアルゴリズムを用いて行われる。「ステップ３」では、好ましくはプリヘミング工具の作用面ジオメトリが補正されるが、その理由は、本発明の基礎となる知見によれば、これらが取り付け部分のジオメトリに非常に大きな影響を及ぼすからである。

「ステップ４」において、ＣＤＰサイクルおよびその後の炉乾燥のシミュレーションが行われる。この目的で、「ステップ１」の基礎を成すシミュレーションモデルが、縁フランジおよびライニング接着剤の適当なモデリングによって補われる。接着剤の機械的特性の温度依存性が、適当な材料の法則を用いてマッピングされる。

「ステップ５」において、「ステップ４」で計算された取り付け部分のジオメトリが予め指定されている公差内にあるかどうかが検査される。この検査は、取り付け部分のＣＡＤデータの形態で存在する、計算ジオメトリと公称ジオメトリとの点ごとの比較に基づいて行われる。計算ジオメトリが公差内にある場合、方法は終了し、したがって、工具作用面および取り付け部分の最適なジオメトリが決定される。ジオメトリが公差内にない場合、「ステップ６」において、部品ジオメトリの適切な補正およびステップ１〜４の反復実行が行われる。ステップ１〜６は、取り付け部分の計算ジオメトリが許容差内になるまで繰り返される。

「ステップ６」において、取り付け部分のジオメトリの補正が行われる。この補正は、点ごとに予め決定されている取り付け部分の公称ジオメトリからの計算ジオメトリの偏差に基づく。この補正は、予め決定されているベクトルに沿って公称ジオメトリを点ごとに移動させることによって行われる。結果は補助ジオメトリである。この場合、ＣＤＰサイクルおよびその後の乾燥中の取り付け部分の補助ジオメトリが、公称ジオメトリからの塗装仕上げ済み部分の得られる寸法および形状の偏差が最小になるほど変形されることで、補正が行われる。移動ベクトルの決定は、適当なアルゴリズムを用いて行われる。

「ステップ７」において、ＣＤＰサイクルおよび乾燥前の取り付け部分の実ジオメトリが、光学測定技法によって決定される。

「ステップ８」において、「ステップ１」からのシミュレーション結果が、計算ジオメトリと「ステップ７」で決定された実ジオメトリとの点ごとの比較によって確認される。

「ステップ９」において、ＣＤＰサイクルおよび乾燥後の取り付け部分の実ジオメトリが、光学測定技法によって決定される。

「ステップ１０」において、「ステップ４」からのシミュレーション結果が、計算ジオメトリと「ステップ８」で決定された実ジオメトリとの点ごとの比較によって確認される。

本方法の個々のステップをプログラムフローチャートの形態で示す。

Claims (7)

1. 予め成形されてから熱の作用下で表面処理される自動車の車体部品を製造する方法であって、前記部品は、少なくとも１つの金属構造要素を備え、該方法は、
   ａ）成形作業に用いられる工具の工具ジオメトリデータ、前記部品の公称ジオメトリデータ、および前記部品の該公称ジオメトリデータの許容差を提供するステップと、
   ｂ）前記工具ジオメトリデータを用いて前記成形作業のプロセスステップをシミュレートし、それに従って予測される前記部品のジオメトリデータを計算するステップと、
   ｃ）予測される前記部品の前記ジオメトリデータが前記部品の前記公称ジオメトリデータの前記許容差範囲内にあるかどうかを検査するステップと、
   ｄ）ステップｃ）において、予測される前記部品の前記ジオメトリデータが前記部品の前記公称ジオメトリデータの前記許容差範囲内にないと判明した場合、前記工具ジオメトリデータを変更し、補正工具ジオメトリデータを生成してから、該補正工具ジオメトリデータを用いてステップｂ）およびステップｃ）を反復実行するステップと、
   ｅ）前記熱の影響下での前記表面処理のプロセスステップをシミュレートし、それに従って予測される前記部品の前記ジオメトリデータを計算するステップと、
   ｆ）予測される前記部品の前記ジオメトリデータが前記部品の前記公称ジオメトリデータの前記許容差範囲内にあるかどうかを検査するステップと、
   ｇ）ステップｆ）において、予測される前記部品の前記ジオメトリデータが前記部品の前記公称ジオメトリデータの前記許容差範囲内にないと判明した場合、前記部品の前記公称ジオメトリデータを変更し、前記部品の補正ジオメトリデータを生成してから、前記部品の前記公称ジオメトリデータの代わりに前記部品の該補正ジオメトリデータを用いて前記ステップｂ）および前記ステップｃ）を反復実行するステップと、
   ｈ）前記部品の前記補正ジオメトリデータおよび前記補正工具ジオメトリデータを用いて前記部品の生産を開始するステップと
   を含む方法。
2. ステップｂ）の後であってステップｄ）の前に、前記部品の前記公称ジオメトリデータまたは適当な場合は補正ジオメトリデータを用いて、同様に前記工具ジオメトリデータまたは適当な場合は前記補正工具ジオメトリデータを用いて、前記部品の個別生産）の形態で第１の確認作業が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ステップｆ）の後であってステップｈ）の前に、前記部品の前記公称ジオメトリデータまたは適当な場合は前記補正ジオメトリデータを用いて、同様に前記工具ジオメトリデータまたは適当な場合は前記補正工具ジオメトリデータを用いて、前記部品の個別生産の形態で第２の確認作業が行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記成形作業の前記実際のプロセスステップおよび前記シミュレートされたプロセスステップは、以下のタイプの機械加工技法、すなわち深絞り、ハンマリング、フランジング、接合、プリヘミング、最終ヘミングの１つまたは複数を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記成形作業の前記個々のプロセスステップの前記シミュレーション中に、前記前のプロセスステップそれぞれから生じる前記伸び分布、歪み分布、およびシート厚分布が考慮されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記熱の影響下での前記表面処理の前記実際のプロセスステップおよび前記シミュレートされたプロセスステップは、以下のタイプの機械加工技法、すなわち予備架橋での縁フランジシーリングおよび／またはこの目的で用いられるシーリングコンパウンドまたは縁フランジ接着剤の硬化、電気泳動浸漬塗装、炉乾燥の１つまたは複数を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記部品の前記公称ジオメトリデータの代わりに、前記部品の補助ジオメトリのデータが提供される、すなわち、熱負荷中の前記部品の前記補助ジオメトリは、前記公称ジオメトリからの前記完成部品の得られた寸法および形状の偏差が減少または最小になるように変形されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。

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