JPS63188430A - プレス金型のしわ押え面評価装置 - 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し、より詳しくはプレス金
型の設計に際してしわ押え面の形状を評価する装置に関
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挾持し、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
り挾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、製品の形状が直交する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。

また、トライアウト後にプレス金型の修正が必要になる
場合には、その修正のために膨大な工数を費し、リード
タイムに影響を与えていた。したがって、プレス金型の
設計に際し、しわ押え面の形状が適当なものであるか否
かを正確に判断することが必要となる。

本発明は、しわ押え面形状の評価の精度を高め、プレス
金型の修正工数を低減させることを目的としてなされた
ものである。

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のしわ押え面評価装置は、しわ
押え面に対応する複数の点に配設された押えピンと、こ
れらの押えピンに対向して設けられたワーク支持機構と
、押えピンを所定の高さ位置に定める高さ設定機構とを
備え、上記押えピンを予め設計された高さ位置に定めて
押えピンとワーク支持機構とによりワーク外周縁部を挾
持し、このワーク外周縁部を設計されたしわ押え面に沿
った形状に変形させ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′ｉｌｉ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Ｖ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とにより挾持される。

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Ｖを挾持した時、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Ｉ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。

本発明装置はしわ押え部材１３のしわ押え面１４の形状
の評価を行なうものであり、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１面１４の形状について説明する。

第３図はしわ押え面１４の設計から製造のためのＮＧテ
ープ作成までの概略の工程を示す。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Ｖの
挾持によってワーク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、ステップ１０１において、し
わ押え面の設計要件の設定を行なう。すなわち、ルーフ
パネルの場合、第５図（ａ）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　２
２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、第５図（ａ）におい
て矢印の長さにより示される。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。次にステップ１０２に
おいて、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
の外側が概略のしわ押え面１４ａとなる。そしてステッ
プ１０３において、このようにして求められたしわ押え
面１４θ全体を拘束して、第５図（ｂ）に示すようにＦ
ＥＭにより内挿面Ｍを求める。

次にステップ１０４において、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８図（ｂ）、第９図
（ｂ）参照）を作成し、この図から内挿面Ｍの形状が適
当なものか否かを概略的に判断する。すなわち成形難易
の１次評価を行なう。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なければ再びステップ１０
１〜１０３が行なわれるが、適当なものであると判断さ
れると、次にステップ１０５において、後述するしね押
え面評価装置を用いて成形難易の２次評価を行なう。こ
の２次評価は実際にワークの外周縁部をしわ押え面１４
ａに沿って変形させて行なうものであり、この２次評価
においては、内挿面Ｍがプレス成形に適当な形状になる
までしわ押え面１４ａの修正が行なわれる。

しかしてしわ押え面１４ａの形状が決定すると、ステッ
プ１０６において、しわ押え部材１３の端面にしわ押え
面１４ａを切削加工するため、ＮＣテープを作成する。

さて、ステップ１０２．１０３において第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
１４ａを計算するときに得られる内挿面ｍ（第５図（ａ
））と、しわ押え面１４ａを拘束してＦ’ＥＭ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５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１
４ａおよび内挿面ｍを求めた場合における第２拘束点２
２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６図および第７図によりΔｈの推定式の求め方の一例
を説明する。まず第６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′１Ｉ３Ｊ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Ｏ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′！＄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。本発明者は実
験計画法に基き、第７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　＋　１．０６θ、　＋　０．
０１　Ｌ　−８，９２・・・（１）の推定式が得られた
。

しかしてＦＣＭ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、（１）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、さらに適当なしね押え面形状を得る
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８図（ａ）、　（ｂ）および第９図（ａ）、　（ｂ）
は、それぞれ従来および本実施例によるしね押え面を有
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図のス
テップ１０４における成形難易１次評価において用いら
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８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９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８図（ａ）および第９図（ａ）の応力分布はＦＥＨ
により計算される。またポンチの接触状態の良香につい
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８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、′ｒ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９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。

第３図のステップ１０４における１次評価は、理論上の
ものであり、ダイろとじね押え部材により実際にワーク
外周縁部を挾持した場合、ワークの内挿面は予想とは異
なる変形をするかもしれない。

そこでステップ１０５では、第１．１０．１１図に示す
しね押え面評価装置により、ワーク外周縁部を設計され
たしわ押え面に沿って実際に変形させ、内挿面の形状を
さらに詳細に調べる。

第１．１０．１１図において、基台３１の上にはワーク
Ｗの下面を支持するワーク支持機構４０が設けられ、基
台３１の上方に配設されたフレーム３２にはワークＷの
上面を押圧するワー゛り押圧機構５０が設けられる。ワ
ーク押圧機構５０は、しわ押え面に対応する面における
格子点３３　（第１１図）に配設された複数の押えピン
５１を有する。これらの押えピン５１は、所定の高さ位
置に定められるよう、サーボ機構を備えた高さ設定機構
５２に連結され、押えピン５１の先端部５３は半球状に
成形される（第１Ｏ図）。高さ設定機構５２は、第３図
のステップ１０３において得られたしわ押え面の形状の
データＤ、を入力されて、各押えピン５１の先端部５３
の高さ位置を求め、これらの押えピン５１をその高さ位
置まで変位させる。一方、ワーク支持機構４０は押えピ
ン５１に対向して設けられ、第１０図に詳示するように
、支持台４１のしわ押え面との対応部分に、上方に開口
する孔４２を略均−に分布させて形成し、かつ、これら
の孔４２内にばね４３を挿入するとともにばね４３の上
に支持ピン４４を設けて構成される。支持ピン４４の先
端部４５も、押えピン５１の先端部５３と同様に半球状
に成形される。

押えピン５１の直径ｄ、は例えば１０ｍｍ、支持ピン４
４の直径ｄ２は例えば５ＩＩＩａ＋であり、また押えピ
ン５１どおしの間隔！、は例えば５０〜１００ｍ５であ
って支持ピン４４どおしの間隔１２の５〜ｌＯ倍である
。なお、支持ピン４４は押えピン５１に対向する部分の
みに設けられ、その他の４部分は符号Ｚで示すように取
除かれる。

第４図はしわ押え面評価装置によるしね押え面の評価を
示す。ステップ１１１では、しわ押え面１４ａのデータ
Ｄｔ、すなわち格子点３３　（第１１図）におけるｘ、
ｙ、ｚ座標値を入力し、これらのデータＤ、から各押え
ピン５１の先端部５３の高さ位置を求める。そして各押
えピン５１をそれぞれ所定の高さ位置まで変位させる。

しかしてワークＷの外周縁部は、押えピン５１により押
圧され、支持ピン４４をばね４３に抗して下方へ変位さ
せ、変形する。すなわちワーク外周縁部は、押えピン５
１と支持ピン４４とにより挾持され、これまでの工程に
おいて設計されたしわ押え面１４ａに沿った形状に変形
する。ステップ１１２では、ワーク外周縁部かしわ押え
面１４ａの形状になった状態において、ワークＷにシワ
あるいはオレが発生しているか否かを目視により検査す
る。ここでワ−りＷの形状が適当なものであればステッ
プ１１４へ進むが、ワークＷにシワあるいはオレが発生
していればステップ１１３へ進んでワークＷの形状が適
当なものになるまで押えピン５１の高さ位置を調整変更
する。ステップ１１４では各棟えピン５１の高さを検出
し、これにより最終的なしわ押え面の形状のデータを得
る。このデータは第３図のステップ１０６においてしわ
押え面削成用のＮＣデータＤｎに変換され、ＮＣ切削機
（図示せず）等へ出力される。

本実施例におけるしわ押え面評価装置は、ワークＷの下
面を多数のばね４３およびピン４４により略均−に支持
するよう構成されている。したがってワークＷに不自然
な強制力を与えることなく変形させることができ、実際
のプレス金型と実質的に同じワーク形状を得ることがで
きる。

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ＦＩＥＭによりしわ
押え面を求め、そしてこのしね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、最適なしわ押え面の形状を精度よく求めることがで
きる。したがって成形難易評価においてしわ押え面をあ
まり変更する必要がなく、その作業が容易である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、プレス金型のしわ押え面
を正確に評価することができ、ひいてはプレス成形品の
品質を高め、また金型の修正工数を低減させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るしね押え面評価装置を
示す正面図、 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図はプレスの成形難易の２次評価の手順を示す流れ
図、 第５図（ａ）は第１および第２拘束点を拘束してＦＥＨ
により得られるしわ押え面および内挿面を示す斜視図、 第５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５図（ｃ）は第５図（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、 第５図（ｄ）は第５図（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、 第６図は第１および第２拘束点の位置を示す図、第７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８図（ａ）は従来の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８図（ｂ）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９図（ａ）は本発明の実施例により得られたしわ押え
部材を用いたときのワークの応力分布を示す図、 第９図（ｂ）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絞り深さ分布を示す図、 第１０図は第１図のしわ押え面評価装置の要部の断面図
、 第１１図は第１図のしわ押え面評価装置の押えピンの配
置を示す平面図である。 １１・・・ダイス、 １２・・・支持面、 １３・・・しわ押え部材、 １４　、１４　ａ・・・しわ押え面、 １５・・・ポンチ、 １６・・・押圧面、 ４０・・・ワーク支持機構、 ５１・・・押えピン、 ５２・・・高さ設定機構、 Ｗ・・・ワーク。 ＾１図 嘉　２図 １５・・・ポンチ 鵬　３図 第４図 高５図 嶋６図　　　　　　　　　　第諏 ６８図　　　　　　　　　　男９　図 ６１０１図 う７う　　１１　じコ

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挾持した状態で、ポンチの押圧面を
   ワークに押しつけて該ワークをプレス成形するプレス金
   型であって、上記しわ押え面に対応する複数の点に配設
   された押えピンと、これらの押えピンに対向して設けら
   れたワーク支持機構と、押えピンを所定の高さ位置に定
   める高さ設定機構とを備え、上記押えピンを予め設計さ
   れた高さ位置に定めて押えピンとワーク支持機構とによ
   りワーク外周縁部を挾持し、このワーク外周縁部を設計
   されたしわ押え面に沿った形状に変形させることを特徴
   とするプレス金型のしわ押え面評価装置。