JP7209438B2 - プレス成形金型の形状設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形金型の形状設定方法に関する。

プレス成形後のワークを金型から取り出すと、ワークにスプリングバックが生じるため、図１に示すように、ワークＷが、点線で示す基準形状Ｗ’（設計図面上の寸法）からずれた形状となる。

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、前工程で成形されたワークの基準形状Ｗ’（図１の点線参照）に基づいて後工程の金型の形状が設定されるため、図１に示すようにスプリングバックが生じたワークＷを後工程の金型でプレス成形すると、金型とワークＷとが干渉するおそれがある。

この場合、後工程の金型のうち、ワークＷと干渉する部分を逃がすことで、金型とワークＷとの干渉を回避することがある。具体的には、スプリングバックが生じたワークを後工程で挟み込み、金型とワークとの干渉部を検出し、金型のうち、ワークと干渉する部位を削って修正する。そして、修正後の金型で再びワークを挟み込み、異なる部位がワークと干渉したら、その部位を削って金型形状を修正する。以上を繰り返すことにより、金型の形状が設定される。

しかし、上記の方法では、金型とワークとの干渉部の検出と、金型形状の修正とを繰り返す必要があるため、作業効率が悪い。これと同じような作業を、シミュレーション（プレス成形解析）により行うこともできるが、この場合でも同様に、金型とワークとの干渉計算と、金型形状の修正（モデリング）とを繰り返す必要があるため、やはり作業効率が悪い。

そこで、本発明は、ワークとの干渉を回避するための金型の形状修正の工数を削減し、生産性を高めて低コスト化を図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、プレス成形品モデルよりもヤング率の低い低弾性領域を有する金型モデルを用いてプレス成形解析を行うことで、前記プレス成形品モデルを前記金型モデルの低弾性領域にめり込ませる工程と、前記プレス成形品モデルのめり込みによる前記金型モデルの低弾性領域の変形量に基づいて、前記金型モデルの形状を修正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、金型モデルに、プレス成形品モデルよりもヤング率の低い（すなわち変形しやすい）低弾性領域を設け、この金型モデルでプレス成形解析を行うことにより、金型モデルとプレス成形モデルとが干渉する部位においてプレス成形品モデルを金型モデルの低弾性領域にめり込ませるようにした。この場合、プレス成形品モデルを金型モデルの低弾性領域にめり込ませながらプレス成形を完了させ、このときの金型モデルの低弾性領域の変形量により、金型モデルとプレス成形品モデルとの干渉部の位置及び強度を取得することができる。従って、金型モデルの低弾性領域の変形量に基づいて、金型モデルの形状を修正する（逃がす）ことで、金型とワークとの干渉を回避する設計を行うことができる。

上記のプレス成形解析において、プレス成形品モデルが金型モデルにめり込みながら塑性変形すると、干渉部の強度が低くなり、金型モデルの低弾性領域の変形量が小さくなるため、干渉部位及び強度を正確に特定することができなくなる恐れがある。従って、上記のプレス成形解析では、プレス成形品モデルを、塑性変形しない弾性材料で形成することが好ましい。

ところで、実際のプレス成形工程において、金型にセットする前のプレス成形品に予めねじれ等の軽微な変形が生じていることがある。このようなプレス成形品の軽微な変形は、プレス成形品を金型にセットしたときにプレス成形品の自重により解消されたり、プレス成形品の他の部位の成形に追従して解消されたりすることがある。このように、通常のプレス成形の手順により解消される軽微な変形であれば、金型の形状を修正する必要は無い。しかし、上記のようにヤング率の低い金型モデルでプレス成形解析を行うことで、プレス成形品モデルの軽微な変形に起因して金型モデルが変形し、金型に不要な修正を施してしまう恐れがある。

そこで、金型モデルの成形面に剛体領域を設けることが好ましい。この場合、プレス成形品モデルが自重により金型モデルの成形面の剛体領域に倣うことで、あるいは、プレス成形品モデルを金型モデルの成形面の剛体領域で成形することで、成形前のプレス成形品モデルに生じていた軽微な変形を解消することができる。これにより、プレス成形品の軽微な変形に起因して金型モデルの低弾性領域が変形することがないため、金型に不要な修正を施す事態を回避できる。

以上のように、本発明によれば、金型とワークとの干渉計算と、金型のモデリングとを繰り返す必要がなく、一回のプレス成形解析により金型の形状を修正することができるため、生産性が高められて低コスト化が図られる。

ワークの正面図である。 プレス成形シミュレーションにおける金型の断面図（成形前）である。 プレス成形シミュレーションにおける金型の断面図（成形完了時）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、後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（プレス成形解析）により行われる。

図１に、前工程でプレス成形されたプレス成形品モデルＷを示す。このプレス成形品モデルＷは、断面ハット形状を成し、紙面直交方向に延びる長尺部品であり、例えば、自動車の車体のフレームに用いられる。プレス成形品モデルＷは、天板部Ｗ１と、天板部Ｗ１の両端から図中下方に延びる一対の縦壁部Ｗ２と、一対の縦壁部Ｗ２の図中下端から互いに離反する側に延びる一対のフランジ部Ｗ３とを有する。プレス成形品モデルＷは、前工程のプレス成形後のスプリングバックにより、図１に点線で示す図面上の寸法からずれている。図示例では、図中左側の一方の縦壁部Ｗ２が、図面上の寸法よりも内側（他方の縦壁部Ｗ２に接近する側）にずれており、図中右側の他方の縦壁部Ｗ２が、図面上の寸法よりも外側（一方の縦壁部Ｗ２から離反する側）にずれている。

プレス成形品モデルＷは、塑性変形しない弾性体（バネモデル）からなる。プレス成形品モデルＷのヤング率は、実際の材料（鋼板）と同程度に設定される。プレス成形品モデルＷには、後工程において所定形状に成形することが要求される基準面が設けられ、本実施形態では、プレス成形品モデルＷの天板部Ｗ１が基準面となる。プレス成形品モデルＷのうち、基準面以外の領域は、この工程では形状が要求されない部位である。

本実施形態のプレス成形解析に用いる後工程の金型モデル１，２は、図２に示すように、可動型となる上型１と、固定型となる下型２とからなる。上型１の成形面３及び下型２の成形面４の形状は、それぞれ、プレス成形品モデルの図面上の寸法（図１の点線参照）に基づいて設計されている。

金型モデル１，２の成形面３，４のうち、プレス成形品モデルＷの基準面（天板部Ｗ１）を成形する部位には、変形が生じない剛体領域５，６が設けられる（図２のクロスハッチング領域参照）。金型モデル１，２の成形面３，４のうち、プレス成形品モデルＷの基準面以外の部位（縦壁部Ｗ２及びフランジ部Ｗ２）を成形する領域には、プレス成形品モデルＷよりもヤング率の低い低弾性領域７，８が設けられる。図示例では、ソリッドモデルからなる金型モデル１，２のうち、プレス成形品モデルＷの天板部Ｗ１を成形する成形面が剛体領域５，６であり、それ以外の領域が全て低弾性領域７，８となる。低弾性領域７，８のヤング率は、プレス成形解析時にプレス成形品モデルＷとの干渉により変形する程度に設定される。

上記の金型モデルの下型２にプレス成形品モデルＷをセットし、上型１を降下させると、図３に示すように、金型モデル１，２の成形面３，４でプレス成形品モデルＷが挟持される。このとき、プレス成形品モデルＷが金型モデル１，２の低弾性領域７，８よりもヤング率が高い（すなわち変形しにくい）ため、プレス成形品モデルＷが金型モデル１，２の低弾性領域７，８にめり込む。このとき、金型モデル１，２のうち、プレス成形品モデルＷがめり込んで変形した領域（図３に点線で示す領域）が、プレス成形品モデルＷとの干渉が生じる部位であり、各部位の変形量が干渉の強度を表している。図示例では、プレス成形品モデルＷの図中左側の縦壁部Ｗ２及びフランジ部Ｗ３が下型２の低弾性領域８にめり込み、プレス成形品モデルＷの図中右側の縦壁部Ｗ２及びフランジ部Ｗ３が上型１の低弾性領域７にめり込んでいる。

上記のように、プレス成形品モデルＷが金型モデル１，２の低弾性領域７，８にめり込む際、プレス成形品モデルＷが塑性変形すると、プレス成形品モデルＷ自身の弾性反力が小さくなり、プレス成形品モデルＷを金型モデル１，２に押し付ける力が小さくなるため、プレス成形品モデルＷの金型モデル１，２へのめり込み量が小さくなる。本実施形態では、プレス成形品モデルＷが塑性変形しない弾性体であるため、プレス成形品モデルＷが金型モデル１，２の低弾性領域７，８にめり込んだ後も、自身の弾性力により金型モデル１，２に押し付けられる。これにより、プレス成形品モデルＷが金型モデル１，２の低弾性領域７，８にめり込みやすくなるため、プレス成形品モデルＷと金型モデル１，２との干渉部の情報を金型モデル１，２の低弾性領域７，８の変形に確実に反映させることができる。

また、下型２にセットする前のプレス成形品モデルＷに軽微なねじれ等の変形が生じている場合、下型２にセットすることでプレス成形品モデルＷが自重により剛体領域６に倣って変形し、軽微な変形が解消される。あるいは、上型１を降下させて成形面３，４の剛体領域５，６でプレス成形品モデルＷの天板部Ｗ１を挟持して成形することで、この天板部Ｗ１の成形に追従してプレス成形品モデルＷの軽微な変形が解消される。このように、プレス成形品モデルＷの軽微な変形が、通常のプレス成形の手順で自然に解消されることで、この軽微な変形に起因して金型モデル１，２の低弾性領域７，８が変形することがないため、金型に不要な修正を施す事態を回避できる。

上記のプレス成形解析により、プレス成形品モデルＷのめり込みによる金型モデル１，２の低弾性領域７，８の変形量を取得し、この変形量に基づいて、金型モデル１，２の成形面３，４の形状を修正する。具体的には、金型モデル１，２の成形面３，４のうち、プレス成形品モデルＷがめり込んだ部分（図３の点線領域）を、めり込み量に応じて後退させることにより、プレス成形品と干渉しない金型形状を取得することができる。このとき、成形面３，４のうち、後退させた領域では、プレス成形品モデルＷが所定形状に成形されないが、この工程では、これらの部分は形状を要求されない部位であるため、問題とならない。換言すると、金型モデル１，２のうち、プレス成形品モデルＷを成形する必要がない部位に、低弾性領域７，８が設けられる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態において、プレス成形品モデルＷを成形する際に金型モデル１，２の剛体領域５，６に加わる荷重を測定し、この荷重に応じて、前工程の金型の形状を修正してもよい。すなわち、金型モデル１，２の剛体領域５，６に加わる荷重が大きい場合、前工程から搬入されたプレス成形品モデルＷと後工程の金型との形状差（ねじれ等）が大きいと考えられる。この場合、前工程の金型を、後工程の金型モデル１，２の剛体領域５，６に加わる荷重が小さくなるように修正することで、後工程におけるプレス成形品モデルＷと金型モデル１，２との形状差が小さくなり、プレス成形精度を高めることができる。

本発明は、上記のような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 上型（金型モデル）
２ 下型（金型モデル）
３，４ 成形面
５，６ 剛体領域
７，８ 低弾性領域
Ｗ プレス成形品モデル

Claims (2)

1. プレス成形品モデルよりもヤング率の低い低弾性領域を有する金型モデルを用いてプレス成形解析を行うことで、前記プレス成形品モデルを前記金型モデルの低弾性領域にめり込ませる工程と、
   前記プレス成形品モデルのめり込みによる前記金型モデルの低弾性領域の変形量に基づいて、前記金型モデルの形状を修正する工程とを有するプレス成形金型の形状設定方法。
2. 前記プレス成形品モデルが、塑性変形しない弾性体からなる請求項１に記載のプレス成形金型の形状設定方法。

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