JP7184671B2

JP7184671B2 - プレス成形金型の形状設定方法

Info

Publication number: JP7184671B2
Application number: JP2019034495A
Authority: JP
Inventors: 正彦福島
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: JP2020140361A

Description

本発明は、プレス成形金型の形状設定方法に関する。

例えば、図５に示すような金型１０１，１０２でワークＷをプレス成形し、このワークＷを金型１０１，１０２から取り出すと、図６に示すようにワークＷがスプリングバックにより収縮して、点線で示す基準形状（設計図面上の寸法）からずれる。

例えば、下記の特許文献１には、有限要素法を用いたシミュレーションによりプレス成形後のワークに生じるスプリングバック量を算出し、その分を見込んで前工程の金型形状を修正することにより、プレス成形精度を高める技術が示されている。

特開２０１３－２０８６２２号公報

ところで、自動車の車体のパネル部品等は、通常、複数回のプレス加工を経て形成される。この場合、前工程のプレス成形品の基準形状（設計図面上の寸法）に基づいて後工程の金型の形状が設定されるため、図６に示すようにワークＷがスプリングバックにより収縮すると、このワークＷを図７に示すような後工程の金型２０１にセットする際、金型２０１とワークＷとが干渉するおそれがある。

この場合、例えば図８に示すように、前工程の金型１０２のスケーリング（金型形状の見込み）を行い、ワークＷを予め大きめに成形することで、後工程の金型２０１とワークＷとの干渉を回避することがある。このような前工程の金型形状の見込み量は、作業者が、後工程の金型とワークとの干渉状況や過去の知見などを踏まえて設定することが多いが、金型形状の見込み量を３次元的に設定したり、見込み量が異なる複数の部位を滑らかに連続したりすることは容易ではない。このため、最終的な見込み量を決定するまでにトライアンドエラーを繰り返すこととなり、作業効率が悪い。このような問題は、コンピュータを用いたシミュレーションにより前工程の金型形状の見込み量を設定する場合でも同様に生じる。

そこで、本発明は、プレス成形金型の形状（見込み量）を設定する作業を容易化して、設計時間を短縮することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、金型モデルを用いたプレス成形解析によりプレス成形品モデルを取得する工程と、前記プレス成形品モデルと基準形状との寸法差を取得する工程と、熱応力構造解析により前記金型モデルを熱膨張させ、前記寸法差に基づいて熱膨張量を調整する工程とを有するプレス成形金型の形状設定方法を提供する。

このように、本発明では、熱応力構造解析により金型モデルを熱膨張させることにより、金型モデルの形状を調整するようにした。この場合、熱源の配置や温度を変更することにより、金型モデルを三次元的に滑らかに変形させることができるため、金型の形状を容易に変更することができる。従って、プレス成形品モデルと基準形状との寸法差が小さくなるように、熱応力構造解析において金型モデルに対する熱源の配置や温度を調整することで、金型形状を容易に調整することができる。

上記のプレス成形金型の形状設定方法は、熱応力構造解析により前記金型モデル全体を均一に加熱して熱膨張させる工程と、熱膨張させた前記金型モデルを用いて前記プレス成形解析を行い前記プレス成形品モデルを取得する工程と、前記プレス成形品モデルを、基準形状としての後工程の金型モデルに干渉することなくセットし、前記プレス成形品モデルと前記後工程の金型モデルとの間の隙間を前記寸法差として取得する工程とを有することができる。このように、全体を均一に加熱して熱膨張させた金型モデルを用いてプレス成形解析を行うことで、プレス成形品モデルを、後工程の金型モデルに干渉することなくセット可能となるまで大きくすることができる。この場合、プレス成形品モデルと後工程の金型モデルとの干渉計算が不要であるため、計算負荷が軽減される。

以上のように、本発明によれば、熱応力構造解析により金型モデルの三次元形状を容易に調整することができるため、プレス成形金型の形状の設定が容易となり、設計時間が短縮されるため、生産効率が向上して生産コストが低減される。

前工程の金型モデル（下型）の平面図である。前工程の金型モデルを用いたプレス成形解析により得られたプレス成形品モデルの平面図である。後工程の金型に上記プレス成形品モデルをセットした状態を示す断面図である。前工程の金型モデルの熱膨張量を修正する様子を示す平面図である。従来のプレス成形金型の断面図である。プレス成形品がスプリングバックにより収縮する様子を示す正面図である。後工程の金型とプレス成形品とが干渉する様子を示す断面図である。前工程の金型をスケーリングする様子を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、前工程のプレス成形金型で成形したプレス成形品が、後工程のプレス成形金型と干渉しないように、前工程のプレス成形金型の形状を調整する方法を説明する。この方法は、コンピュータを用いたシミュレーションにより、以下の手順を経て行われる。

（１）前工程の金型モデルの熱膨張
まず、熱応力構造解析により、前工程の金型モデルを加熱して熱膨張させる。具体的には、金型モデル（ソリッドモデル）の所定箇所に所定温度の熱源を配置し、このときの熱源の配置及び温度や、金型モデルの物性（線膨張係数や熱伝導率等）に基づいて熱応力構造解析を行うことにより、金型モデルを熱膨張させる。例えば図１に示すような、車体のサイドパネルを成形する金型モデル１（図示例では下型のみを示す）の全体を均一に加熱して所定量だけ熱膨張させる（点線参照）。尚、図示例の金型モデル１には、サイドパネルに設けられたフロントドア及びリアドア取り付け用の穴に嵌合する凸部１ａが設けられているが、この凸部１ａの変形は無視している。

（２）プレス成形解析
上記の熱応力構造解析により熱膨張させた金型モデル１を用いてプレス成形解析を行い、図２に実線で示すプレス成形品モデルＷ１を取得する。そして、プレス成形品モデルＷ１を金型モデル１から取り出し（すなわち、金型モデル１による応力を開放し）、このときのプレス成形品モデルＷ１の応力解析を行うことによりプレス成形品モデルＷ１に生じるスプリングバック量を算出し、これを反映させたプレス成形品モデルＷ２（点線参照）を取得する。尚、プレス成形品モデルＷ１には、フロントドア及びリアドア取り付け用の穴Ｗ０が設けられているが、この穴Ｗ０の変形は無視している。

（３）プレス成形品モデルと基準形状（後工程金型）との比較
上記のプレス成形解析で取得したプレス成形品モデルＷ２を、図３に示す後工程の金型モデル２（図示例では下型のみを示す）にセットし、これらの間の干渉の有無を確認する。干渉が生じていれば、上記工程（１）の熱応力構造解析における熱源の温度を高くして金型モデル１の熱膨張量を大きくし、プレス成形品モデルＷ１，Ｗ２の形状を修正する。一方、プレス成形品モデルＷ２と後工程の金型モデル２との干渉が無ければ、プレス成形品モデルＷ２と基準形状としての後工程の金型モデル２の形状とを比較し、これらの寸法差を取得する。具体的には、金型モデル２の表面（成形面）とこれにセットされたプレス成形品モデルＷ２との間の隙間ｄを多数の点（例えば、有限要素法の各メッシュ）において取得し、この隙間ｄが所定以上である部位とその大きさを記憶する。隙間ｄは、例えば各メッシュにおける面直方向の隙間とされる。

（４）金型モデルの熱膨張量の調整
上記の隙間ｄのデータを解析して、上記の熱応力構造解析における前工程の金型モデル１の熱膨張量を調整する。すなわち、隙間ｄが所定以上であった部位は、金型モデル１の熱膨張量が小さくなるように、熱源の配置及び温度を設定する。例えば、プレス成形品モデルＷ２（サイドパネル）の上部において、後工程の金型モデル２との間の隙間ｄが所定以上である場合は、図４に示すように、前工程の金型モデル１のうち、サイドパネルの上部を成形する領域を除く領域(図示例では後端（図中左端）、前端（図中右端）、及び下部を成形する領域)に熱源３を配置する。この他、サイドパネルの上部を成形する領域にも熱源を配置し、この熱源の温度を他の熱源の温度よりも低くしてもよい。このように熱源の配置及び温度を調整し、再び熱応力構造解析を行うことにより、金型モデル１の全体を均一に加熱した場合と比べてサイドパネルの上部の熱膨張量が小さくなる（図４の点線参照）。これにより、プレス成形品モデルＷ１，Ｗ２が基準形状（本実施形態では後工程の金型モデル２の形状）に近づくように、前工程の金型モデル１の形状を修正することができる。こうして修正された金型モデル１の形状が、後工程におけるワークと金型との干渉を回避するように見込んで設定された前工程の金型形状となる。

以上のように、金型モデル１の形状を、熱応力構造解析による熱膨張で調整することにより、三次元的な形状の変更を容易に行うことができる。特に、形状の変更量（熱膨張量）が異なる部位を滑らかに連続する徐変領域を、熱応力構造解析により容易に設定することができる。これにより、金型モデル１の形状の調整が容易になるため、金型の設計時間が短縮され、生産性が高められて生産コストが低減される。

特に、本実施形態のように、まず、熱応力構造解析により前工程の金型モデル１全体を均一に熱膨張させて、後工程の金型モデル２と干渉しない大きさまでプレス成形品モデルＷ２を全体的に大型化した後、プレス成形品モデルＷ２と後工程の金型モデル２との隙間ｄが小さくなるように前工程の金型モデル１の熱膨張量を調整することにより、金型の干渉計算を行う必要が無くなるため、計算負荷が軽減されて金型の設計時間がさらに短縮される。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記工程（４）により形状を修正した金型モデル１を用いて、再び工程（２）のプレス成形解析を行ってプレス成形品モデルを取得し、工程（３）のようにプレス成形品モデルと後工程の金型モデル２との間の隙間ｄを確認してもよい。もし、隙間ｄが所定以上である部位が残っている場合は、上記工程（４）の金型モデル１の調整を行えばよい。このように、隙間ｄが所定値以下となるまで工程（２）～（４）を繰り返すことで、金型形状の精度を高めることができる。

また、上記の実施形態では、工程（４）において前工程の金型モデル１に対して熱応力構造解析を行う場合を示したが、これに限られない。例えば、プレス成形品モデルと後工程の金型モデル２との間の隙間ｄを取得した後、熱応力構造解析により、隙間ｄを小さくするように後工程の金型モデル２を熱膨張させてもよい。この場合、後工程の金型モデル２の各部位の変形量（熱膨張量）を、前工程の金型モデル１に見込み量として反映させることで、前工程の金型形状を修正することができる。

また、上記の実施形態では、最初に、前工程の金型モデル１全体を均一に加熱した場合を示したが、これに限られない。例えば、上記の工程（１）を省略し、熱膨張させない前工程の金型モデル１を用いてプレス成形解析を行ってもよい。この場合、プレス成形解析で得られたプレス成形品モデルＷ２と後工程の金型モデル２との干渉部を特定し、前工程の金型モデル１のうち、プレス成形品モデルＷ２と後工程の金型モデル２との干渉部のみを、熱応力構造解析により熱膨張させてもよい。

また、上記の実施形態では、工程（３）において、プレス成形品モデルＷ２と後工程の金型２の形状とを比較した場合を示したが、これに限らず、例えば、プレス成形品モデルＷ２を、予めコンピュータに記憶されたプレス成形品モデルの図面上の寸法と比較してもよい。

本発明は、上記のようなサイドパネル等の車体部品のプレス成形に限らず、他のパネル状のワークをプレス成形する金型の形状をシミュレーションにより設定する場合に適用することができる。

１前工程の金型モデル
２後工程の金型モデル
３熱源
Ｗ１，Ｗ２プレス成形品モデル
ｄ隙間（寸法差）

Claims

金型モデルを用いたプレス成形解析によりプレス成形品モデルを取得する工程と、前記プレス成形品モデルと基準形状との寸法差を取得する工程と、熱応力構造解析により前記金型モデルを熱膨張させ、前記寸法差に基づいて熱膨張量を調整する工程とを有するプレス成形金型の形状設定方法。
熱応力構造解析により前記金型モデル全体を均一に加熱して熱膨張させる工程と、熱膨張させた前記金型モデルを用いて前記プレス成形解析を行い前記プレス成形品モデルを取得する工程と、前記プレス成形品モデルを、基準形状としての後工程の金型モデルに干渉することなくセットし、前記プレス成形品モデルと前記後工程の金型モデルとの間の隙間を前記寸法差として取得する工程とを有する請求項１に記載のプレス成形金型の形状設定方法。