JPS63154225A - プレス金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車の車体外板あるいは内板等をプ
レス成形するプレス金型に関する。

〔従来の技術〕

プレス金型は、ダイスの支持面としわ押え部材のしわ押
え面とによりワークの外周縁部を挟持し、この状態でポ
ンチの押圧面をワークに押しつけてこのワークをプレス
成形する。ワーク外周縁部がダイスとしわ押え部材によ
り挟持された状態におけるしわ押え部材の内側にできる
ワークの形状、すなわち内挿面形状は、ポンチによるワ
ークの押圧工程におけるポンチとワークの接触状態に影
響し、ポンチの変位に従ってポンチとワークがスムーズ
に接触していかないと、良好なプレス成形が行なわれな
い、内挿面形状は、しわ押え面の一方向が直線で構成さ
れるルールド面である場合、しわ押え面を決定すると同
時に近似的に定められるが、例えばルーフパネルあるい
はダッシュパネルのように、製品が直交する２つの曲面
で構成される場合、従来、しわ押え面を決定しても予め
求めることができなかった。すなわちプレス金型の設計
に際し、前者の場合、内挿面形状が求められると、コン
ピュータを用いた図形処理によりポンチとワークの位置
関係を変化させてこれらの接触部位の変化の様子を調べ
、内挿面形状の適否すなわちしわ押え面の適否を検討し
ている。これに対し後者の場合、プレス金型を製作した
後試し打ち（トライアウト）を行ない、プレス成形がス
ムーズに行なわれるか否かを直接確認する必要がある。

しかして従来しわ押え面は、設計者の経験的判断あるい
はノウハウに基き、コンピュータの図形処理を駆使する
等の手段により設計されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しわ押え面の形状が不適当、すなわち内挿面形状が適当
なものでないと、プレス成形に際し、ワークに大きい圧
縮応力が発生して座屈のおそれが生じたり、また絞り深
さが急激に変化する部位が生じてワークに大きな歪が発
生するおそれがある。

そこでしわ押え面形状が不適当であると判断された場合
には、再設計が必要となり、しわ押え面を設計し直さな
ければならず、またしわ押え面の製作後にあってはしわ
押え部材とダイスの修理が必要となり、この結果適当な
プレス金型が得られるまでに多くの時間を要するという
問題を生しる。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明に係るプレス金型は、しわ押え部材のしわ押え面
が、ポンチ押圧面の外周縁上に対応した部位に位置する
第１拘束点とプレス工程中ポンチ押圧面が最初にワーク
に接触する第２拘束点とを所定の位置に拘束して、有限
要素法により定められる形状を有することを特徴として
いる。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第２図はプレス金型の概略の構成を示す。ワークＷはま
ずダイス１１の支持面１２の上に載置される。次にしわ
押え部材１３が矢印Ｐに沿って降下し、これによりワー
クＷの外周縁部■はダイス１１の支持面１２としわ押え
部材１３のしわ押え面１４とにより挟持される。しわ押
え面１４および支持面１２は、これらがワーク外周縁部
■を挟持した時、ポンチ１５の押圧面１６の形状によっ
て定まる適当な内挿面形状（図中、想像線■で示す）が
得られるよう、定める必要がある。次に、製品形状によ
り定まる押圧面１６を有するポンチ１５が矢印Ｑに沿っ
て降下し、その押圧面１６がワークＷに押しつけられて
ワークＷが所望の形状にプレス成形される。

本発明はしわ押え部材１３のしわ押え面１４の形状に特
徴を有し、本実施例においてしわ押え面１４は次の手法
により得られる。なおダイス１１の支持面１２もしわ押
え面１４と同じ形状を有するが、ここではしわ押え面１
４の形状についてのみ説明する。

しわ押え面１４は、しわ押え面１４と支持面１２による
ワーク外周縁部■の挟持によってワークＷを不自然に変
形させないこと、またポンチ１５の下降に伴なって押圧
面１６がワークＷの内挿面Ｉにスムーズに接触すること
をそれぞれ満足するように設計される。まず、第１図（
ａｌに示すように、ポンチ押圧面１６の外周縁に対応し
た外形線Ｊ上に位置する第１拘束点２１と、外形線Ｊの
内方に位置する第２拘束点２２とを選定し、しわ押え部
材１３とダイス１１によるしわ押え工程におけるこれら
の拘束点２１　、２２の深さ位置を設定する。なお拘束
点２１　、２２の深さは、図中、矢印で示される。

第１拘束点２１の位置は材料歩留りあるいは余肉形成上
の制約によって定まり、第２拘束点２２はプレス工程中
ポンチ押圧面１６が最初にワークＷに接触する点である
。次にこれらの拘束点２１　、２２を上記深さ位置に拘
束して、有限要素法（以下、ＦＥＭという）により曲面
にの形状を求めると、この曲面に上における外形線Ｊの
外側が概略のしね押え面１４ａとなる。そして、このよ
うにして求められたしわ押え面１４ａ全体を拘束して、
第１図（ｂ）に示すようにＦＥＭにより内挿面Ｍを求め
る。

次に、後述するように、例えば絞り深さ分布図、すなわ
ちポンチ１５の下降に伴なう押圧面１６とワークＷの接
触部位の変化を示した図（第７図（ｂ）。

第６図（ｂｌ参照）を作成し、この図から内挿面Ｍの形
状が適当なものか否かを判断する。この結果、内挿面Ｍ
の形状がプレス成形のために適当なものであれば、この
ときのしわ押え面１４ａが最終的なしわ押え面とされる
。もし、内挿面Ｍがプレス成形のために適当な形状を有
していなければ第１および第２拘束点２１　、２２の深
さ位置あるいは数等を修正し、すなわち余肉形状あるい
は材料歩留りの状態を修正して、上述したのと同じこと
を繰返す。

この設計手順を第３図に示す、なお、後述するように、
第２拘束点２２の深さに関する補正を行なうことにより
、内挿面Ｍの形状は、このような修正を行なうことなく
、１回の処理で求められる。

さて、第１および第２拘束点２１　、２２を拘束してＦ
ＥＭによりしわ押え面１４ａを計算するときに得られる
内挿面ｍ（第１図（ａ））と、しわ押え面１４ａを拘束
してＦＥＭにより得られる内挿面Ｍとは、一般的には一
致しない、これを第１図（Ｃ）、　（ｄ）を用いて説明
すると、第１および第２拘束点２１　、２２を拘束して
しわ押え面１４ａおよび内挿面ｍを求めた場合における
第２拘束点２２の深さｈと、しわ押え面１４ａを拘束し
て内挿面Ｍを求めた場合における内挿面Ｍの中央点２２
′（第２拘束点２２と同じ位置）の深さｈ′とは、相互
に異なることが多く、これらの差Δｈ（−ｈ’−ｈ）に
基づく補正を行なってしわ押え面１４ａの形状を求める
必要がある。

すなわち第１および第２拘束点２１　、２２を拘束して
ＦＥＭによりしわ押え面１４を計算する際、Δｈを予測
し、このΔｈの分だけｈを補正する必要がある。このよ
うにΔｈが存在するのは、前者の場合内挿面ｍ上にある
第２拘束点２２に外力が作用すると仮定しているのに対
し、後者の場合内挿面Ｍ上には外力が作用しないからで
ある。

第４図および第５図によりΔｈの推定式の求め方の一例
を説明する。まず第４図に示すように、外形線Ｊ上に歩
留決定点Ａ、Ｆと余肉形成上の制約点Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅと
を定め、外形線Ｊの内側の中央にポンチとの接触点Ｇを
定める。この図において、Ｘは点Ａ−Ｆの基準線Ｏから
の深さ位置、Ｙは点Ａ、Ｇの基準線０からの深さ位置を
、それぞれワークの正面側から見て示したものであり、
Ｚは点Ａ−Ｆの基準線Ｏからの深さ位置をワークの側面
側から見て示したものである０本発明者は実験計画法に
基き、第５図に示すように５因子３水準の組合せにより
２７個のモデル形状を設定し、これらの条件で前述した
手順に従って内挿面Ｍの中央点２２′の深さｈ′を求め
た。その結果、自動車のルーフパネルの場合として Δｈ　＝　−０，３４ｈ　＋　１．０６０．　＋　０．
０１　Ｌ　−８，９２・・・（１）の推定式が得られた
。

しかしてＦＥＭによるしわ押え面１４ａの計算の際、第
２拘束点２２（Ｇ点）の深さとして、（１１式に基づく
補正が行なわれた深さｈを用いる。このような補正を行
なうことにより、１回の処理で適当なしわ押え面形状を
得ることが可能になる。なお、製品形状によってはこの
ような深さｈの補正が不要であることもあり得る。

第６図（ａ）、　（ｂ）および第７図＋ａ）、　（ｂ）
は、それぞれ従来および本実施例によるしわ押え面を有
するプレス金型によって得られたワークの応力分布およ
び絞り深さ分布を示す。これらの分布図は、第３図に示
す成形難易評価のステップにおいて用いられる。従来の
しわ押え面形状を有するプレス金型によりプレス成形さ
れたワークの場合、第６図（ａ）に示すように、外形線
Ｊの内側、すなわち最終的に製品となる部分に、座屈の
おそれのある大きな圧縮応力が発生する部位Ｓが存在す
るが、本実施例によるしわ押え面形状を有するプレス金
型によりプレス成形されたワークの場合、第７図（ａ）
に示すように、大きな圧縮応力が発生する部位Ｓ′は外
形線Ｊの近傍に限られ、この部位Ｓ′は最終的に切落さ
れる部分であるので問題は生じない。なお、第６図（ａ
）および第７図（ａ）の応力分布はＦＥＭにより計算さ
れる。またポンチの接触状態の良否については、ワーク
が従来のしわ押え面を用いてプレス成形される場合、第
６図（ｂ）に示すように、ポンチの変位に伴なってポン
チとワークが接触する部位は、図中Ｈで示すように大き
くゆがんでおり、またその接触部位はワークの中央から
偏れた所（図中、Ｔで示す）を中心として拡がるように
変化している。一方、ワークが本実施例のしわ押え面を
用いてプレス成形される場合、第７図（ｂ）に示すよう
に、ポンチの変位に伴なって、ポンチとワークの接触部
位はワークの中央から拡がり、しかもその接触部位の形
状に大きなゆがみはない。

しかして本実施例によれば残留応力の小さい高品質のル
ーフパネルが得られる。

第８図（ａｌ、　（ｂｌ、　（Ｃ）は本実施例によるし
ね押え面と従来のものとの違いを示す例である。すなわ
ち、従来のしわ押え面１４Ｃは、内方への傾斜角が大き
いが、本実施例のしわ押え面１４ａは内方への傾斜角が
小さくなっている。

また本実施例によれば、設計者の経験等に基いて試行錯
誤によりしわ押え面を求めるのとは異なり、第１および
第２拘束点２１　、２２を拘束してＦＥ？１によりしわ
押え面を求め、そしてこのしわ押え面を拘束して内挿面
を予測するものであるから、しわ押え面の形状を容易に
決定することができる。

本実施例は、ＦＥＭを用いたことにより、少ない拘束点
によって材料を拘束し、そして素材の自然な変形を極力
妨げないようにしてしわ押え面を定めることができるの
で、最適なしね押え面の形状を精度よく求めることがで
きる。また本実施例によれば、しわ押え面の形状に拘ら
ず内挿面形状を得ることができるので、常に適切な成形
難易評価を行なうことが可能となる。さらに本実施例に
よれば、ＦＥＭにより、材料の変形挙動を考慮してしわ
押え面が定められるので、多くの場合、従来よりも良好
なしね押え面が１回の処理で容易に得られる。したがっ
て、成形難易評価は確認する程度に実施すればよく、こ
のためプレス金型の設計および製作に要する時間が大幅
に削減される。なお本発明者の計算によれば、しわ押え
面の設計工数は従来に比べて約３０％減少した。

なお第１および第２拘束点の位置および数は製品の大き
さおよび形状に応じて定められる。

（発明の効果〕 以上のように本発明によれば、プレス成形される製品の
品質を高めることができ、またプレス金型の設計および
製作に要する時間を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１および第２拘束点を拘束してＦＥＭ
により得られるしね押え面および内挿面を示す斜視図、 第１図（ｂ）はしわ押え面を拘束してＦＥＭにより得ら
れる内挿面を示す斜視図、 第１図（Ｃ）は第１図（ａ）のｃ　−ｃ　ＶＡに沿う断
面図、第１図（ｄ）は第１回出）のＤ−Ｄ線に沿う断面
図、第２図はプレス金型の概略の構成を示す断面図、第
３図は本発明の一実施例によるしわ押え面の設計手順を
示す流れ図、 第４図は第１および第２拘束点の位置を示す図、第５図
は第２拘束点の補正用の推定式を得るためのモデル形状
の要目を示す図、 第６図（ａｌは従来のしね押え部材を用いたときのワー
クの応力分布を示す図、 第６図（ｂｌは従来のしわ押え部材を用いたときのワー
クの絞り深さ分布を示す図、 第７図（ａ）は本発明の実施例に係るしわ押え部材を用
いたときのワークの応力分布を示す図、第７図（ｂ）は
本発明の実施例に係るしね押え部材を用いたときのワー
クの絞り深さ分布を示す図、第８図（ａ）はしわ押え面
を示す斜視図、第８図（ｂ）は第８図（ａ）のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第８図（Ｃ）は第８図（ａ）のＣ−Ｃ線
に沿う断面図である。 １１・・・ダイス、 １２・・・支持面、 １３・・・しわ押え部材、 １４、１４ａ・・・しわ押え面、 １５・・・ポンチ、 １６・・・押圧面、 Ｗ・・・ワーク。 （ｃ）　　　　　　　　　　　　（ｄ）第２図 １４・・・　しわ押え面 １５、・・・　ポンチ 第３図 第４図　　　　　第５図 （Ｑ） （ｂ） 第６図 （Ｑ） （ｂ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ダイスの支持面としわ押え部材のしわ押え面とによ
   りワーク外周縁部を挟持した状態で、ポンチの押圧面を
   ワークに押しつけ、該ワークをプレス成形するプレス金
   型において、上記しわ押え部材のしわ押え面は、上記ポ
   ンチ押圧面の外周縁上に対応した部位に位置する第１拘
   束点とプレス工程中上記ポンチ押圧面が最初にワークに
   接触する第２拘束点とを所定の位置に拘束して、有限要
   素法により定められる形状を有することを特徴とするプ
   レス金型。