JP7496664B2 - Method for determining material dimensions for UO bending - Google Patents
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Description
本発明は、シミュレーションによるUO曲げ成形の素材寸法決定方法に関する。 The present invention relates to a method for determining material dimensions for UO bending through simulation.
自動車の車体を構成する部品は、金属板をプレス成形することにより製造されることが多い。具体的には、平坦な金属板を打ち抜いて所定形状のブランク材を形成し、このブランク材にプレス成形を施した後、成形品の不要部分を切断除去する。このとき、プレス成形前のブランク材を、プレス成形後の成形品に必要最小限の大きさ(形状)とすれば、材料歩留まりが高められる。 The parts that make up an automobile body are often manufactured by press-molding metal sheets. Specifically, a blank of a given shape is punched out of a flat metal sheet, and after press-molding this blank, unnecessary parts of the molded product are cut away and removed. In this process, if the blank before press-molding is made to have the minimum size (shape) required for the molded product after press-molding, material yield can be increased.
例えば、下記の特許文献1には、コンピュータシミュレーションによる繰り返し計算で、ブランク材の形状を最適化する方法が示されている。
For example, the following
コンピュータシミュレーションによるブランク材形状の最適化は、例えば以下のような手順で行われる。まず、シミュレーションにより、図12(A)に示す平板状のブランク材101にプレス成形を施し、図12(B)に示す成形品102を形成する。この成形品102の輪郭(端部の位置)と、図12(C)に示す完成部品103の輪郭(端部の位置)とを比較し、ブランク材101の寸法の過不足ΔL’を計算する。こうして計算した過不足ΔL’に基づいてブランク材101の形状を修正し、再びプレス成形を行う。以上の工程を、成形品102が要求品質を満たすまで(すなわち、成形品102の輪郭と完成部品103の輪郭との差が所定範囲内となるまで)繰り返す。
Optimization of the blank shape using computer simulation is performed, for example, in the following procedure. First, a flat blank 101 shown in FIG. 12(A) is press-formed using simulation to form a molded
ところで、プレス成形の一種として、平板状のブランク材を管状に成形する、いわゆるUO曲げ成形が知られている(例えば、上記の特許文献2参照)。一般的なUO曲げ成形では、まず、平板状のブランク材をU曲げ金型でプレスすることでU字形の成形品を形成する(U曲げ工程)。次いで、図13に示すように、U字形の成形品201をO曲げ金型202,203でプレスすることで成形品201の端部同士を突き合わせる{図13(B)参照}。その後、さらにプレスすることで、成形品201が外周側に張り出し{図13(C)参照}、金型201に押し付けられることで管状部品204が形成される{図13(D)参照}。管状部品204には、端部同士の突き合わせ部205が設けられる。
As a type of press forming, a so-called UO bending process is known in which a flat blank material is formed into a tubular shape (see, for example, the above-mentioned Patent Document 2). In a typical UO bending process, a flat blank material is first pressed with a U-bending die to form a U-shaped formed product (U-bending process). Next, as shown in FIG. 13, a U-shaped formed
このようなUO曲げ成形の素材(ブランク材)の形状を、図12と同様の方法により最適化しようとすると、シミュレーションでのUO曲げ成形により得られた管状部品206の輪郭(端部の位置)と、設計図面上の管状部品の輪郭(端部の位置)とを比較する必要がある。しかし、管状部品204は端部同士が突き合わされているため、端部の位置で素材寸法の過不足を計算することが難しい。例えば、シミュレーションで成形した管状部品204に図14(A)(B)の上図に示すような成形不良が生じていた場合でも、この管状部品204の突き合わせ部205と、同下図に示す設計図面上の管状部品204’の突き合わせ部205’の位置(水平方向位置)は変わらないため、突き合わせ部の位置から素材寸法の過不足を計算することができない。
When trying to optimize the shape of such a material (blank material) for UO bending using a method similar to that shown in FIG. 12, it is necessary to compare the outline (position of the end) of the tubular part 206 obtained by UO bending in simulation with the outline (position of the end) of the tubular part on the design drawing. However, since the ends of the
そこで、本発明は、シミュレーションによりUO曲げ成形の素材形状を最適化する方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a method for optimizing the material shape of UO bending through simulation.
前記課題を解決するために、本発明は、シミュレーションにより平板素材にUO曲げ成形を施して管状部品を形成する第1のステップと、前記管状部品の長手方向複数箇所の断面における周方向長さとその目標値とを比較する第2のステップと、前記周方向長さとその目標値との比較結果に基づいて、前記平板素材の寸法を修正する第3のステップとを有するUO曲げ成形の素材寸法決定方法を提供する。 To solve the above problem, the present invention provides a material dimension determination method for UO bending, which includes a first step of forming a tubular part by performing UO bending on a flat plate material through simulation, a second step of comparing the circumferential length at multiple longitudinal cross sections of the tubular part with a target value, and a third step of correcting the dimensions of the flat plate material based on the comparison result between the circumferential length and the target value.
このように、本発明では、管状部品の端部(突き合わせ部)の位置ではなく、管状部品の断面における周方向長さとその目標値とを比較する。例えば、図14(A)上図のような成形不良が生じた場合は周方向長さが目標値(同下図の周方向長さ)よりも長くなり、図14(B)上図のような成形不良が生じた場合は周方向長さが目標値(同下図の周方向長さ)よりも短くなるため、これらの成形不良を検知することができる。そして、この周方向長さとその目標値との比較結果に基づいて、平板素材の寸法を修正することで、平板素材の形状を最適化することができる。 In this way, in the present invention, the circumferential length in the cross section of the tubular part is compared with its target value, rather than the position of the end (butt) of the tubular part. For example, when a molding defect such as that shown in the upper diagram of FIG. 14(A) occurs, the circumferential length will be longer than the target value (the circumferential length in the lower diagram), and when a molding defect such as that shown in the upper diagram of FIG. 14(B) occurs, the circumferential length will be shorter than the target value (the circumferential length in the lower diagram), so these molding defects can be detected. Then, by correcting the dimensions of the flat plate material based on the result of comparing this circumferential length with its target value, the shape of the flat plate material can be optimized.
管状部品の素材の端部同士が突き合わされている場合(すなわち、周方向長さが目標値と一致している場合)であっても、O曲げ工程(図13参照)で素材に加わる周方向の圧縮応力が不足していると、素材が金型に十分な力で押し付けられず、成形不良を招くことがある。このような成形不良は、管状部品の周方向長さを目標値と比較するだけでは検知することができない。 Even when the ends of the tubular part material are butted together (i.e., when the circumferential length matches the target value), if the circumferential compressive stress applied to the material during the O-bending process (see Figure 13) is insufficient, the material may not be pressed against the die with sufficient force, resulting in molding defects. Such molding defects cannot be detected by simply comparing the circumferential length of the tubular part with the target value.
そこで、前記第2のステップで、前記管状部品の長手方向複数箇所の断面における周方向の圧縮歪とその目標値とを比較し、前記第3のステップで、前記周方向の圧縮歪とその目標値との比較結果に基づいて、前記平板素材の寸法を修正することが好ましい。このように、管状部品の周方向長さだけでなく、周方向の圧縮歪とその目標値とを比較することで、素材に加わる圧縮応力の過不足を検知できる。この周方向の圧縮歪とその目標値との比較結果に基づいて、平板素材の寸法を修正することで、平板素材の寸法をより適正な値に設定することができる。 Therefore, it is preferable that in the second step, the circumferential compressive strain at multiple longitudinal cross sections of the tubular part is compared with its target value, and in the third step, the dimensions of the flat plate material are corrected based on the comparison result of the circumferential compressive strain with its target value. In this way, by comparing not only the circumferential length of the tubular part but also the circumferential compressive strain with its target value, it is possible to detect whether the compressive stress applied to the material is excessive or insufficient. By correcting the dimensions of the flat plate material based on the comparison result of this circumferential compressive strain with its target value, the dimensions of the flat plate material can be set to more appropriate values.
以上のように、本発明によれば、シミュレーションによりUO曲げ成形の素材形状を最適化することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to optimize the material shape for UO bending through simulation.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
本実施形態に係るUO曲げ成形の素材寸法決定方法は、図1に示すステップS1~S4を経て行われる。各ステップS1~S4は、キーボード等の入力部、入力部で入力された情報を基に演算を行う演算部、及び、演算部の結果を表示するモニター等の表示部を備えたコンピュータを用いて行われる。以下、各ステップS1~S4を詳しく説明する。 The method for determining material dimensions for UO bending according to this embodiment is carried out through steps S1 to S4 shown in FIG. 1. Each of steps S1 to S4 is carried out using a computer equipped with an input unit such as a keyboard, a calculation unit that performs calculations based on information entered through the input unit, and a display unit such as a monitor that displays the results of the calculation unit. Each of steps S1 to S4 is explained in detail below.
(1)第1のステップS1(UO曲げ成形)
第1のステップS1では、上記コンピュータによるシミュレーション(例えば、有限要素法によるシミュレーション)により、平板素材に対してUO曲げ成形を施す。本実施形態では、まず、図2(A)に示す平板素材2に、U曲げ工程、第一O曲げ工程、及び第二O曲げ工程を施して、図2(D)に示す管状部品1を成形する。以下、各工程を説明する。
(1) First step S1 (UO bending)
In the first step S1, a flat plate material is subjected to UO bending by the above-mentioned computer simulation (for example, a simulation using the finite element method). In this embodiment, first, a
U曲げ工程では、平板素材2にU曲げ加工を施して、図2(B)に示すU曲げ成形品3を形成する。具体的には、図3に示すように、平板素材2をU曲げ金型21、22でプレスしてU曲げ成形品3を形成する。U曲げ成形品3は、底部11と、底部11の両端から立ち上がった一対の縦壁部12とを有する断面U字形を成している。平板素材2及びこれから成形されるU曲げ成形品3はソリッド要素としてモデル化され、U曲げ金型21、22は剛体としてモデル化される。尚、平板素材2及びU曲げ成形品3を、シェル要素としてモデル化してもよい。
In the U-bending process, the
第一O曲げ工程では、U曲げ成形品3に第一O曲げ加工を施して、図2(C)に示す第一O曲げ成形品4を形成する。具体的には、図4に示すように、U曲げ成形品3を第一O曲げ金型23、24でプレスして、U曲げ成形品3の縦壁部12に肩曲げ部13を形成する。U曲げ成形品3及びこれから成形される第一O曲げ成形品4はソリッド要素としてモデル化され、第一O曲げ金型23、24は剛体としてモデル化される。尚、U曲げ成形品3及び第一O曲げ成形品4を、シェル要素としてモデル化してもよい。
In the first O-bending process, the
第二O曲げ工程では、第一O曲げ成形品4に第二O曲げ加工を施して、図2(D)に示す管状部品1を形成する。具体的には、図5(A)に示すように、第一O曲げ成形品4を、剛体モデルからなる第二O曲げ金型25、26でプレスして、素材の端部同士を突き合わせる{図5(B)参照}。その後、さらにプレスすることで、第二O曲げ成形品4の縦壁部12(特に、型曲げ部13よりも上方の領域)を外周側に張り出させて、上型25の成形面に押し付ける。これにより、金型25、26の成形面に倣った管状部品1が成形される{図5(C)参照}。第一O曲げ成形品4及びこれから成形される管状部品1はソリッド要素としてモデル化され、第二O曲げ金型25、26は剛体としてモデル化される。尚、第一曲げ成形品4及び管状部品1を、シェル要素としてモデル化してもよい。
In the second O-bending process, the first O-
本実施形態の管状部品1は、例えば、自動車のリアサスペンションの左右のトレーリングアームとして用いられ、図6に示すように湾曲した中空管状を成している。図示例の管状部品1は、図7に示す平面視で湾曲している。管状部品1は、さらに他の方向に湾曲していてもよく、例えば、管状部品1の一方の端部を図中上向きあるいは下向きに湾曲させてもよい。管状部品1は、異形(非円形)断面を有する。管状部品1は、長手方向で断面形状が異なっている。管状部品1の上面には、素材の端部同士の突き合わせ部14が長手方向に沿って設けられる。
The
尚、UO曲げ成形は上記に限らず、例えば、第一O曲げ工程を省略して、U曲げ成形品にO曲げ工程を施して管状部品を形成してもよい。また、管状部品の形状は上記に限らず、例えば、長手方向が直線状のものや、円形断面のもの、あるいは断面形状が長手方向で不変のものであってもよい。 Note that UO bending is not limited to the above, and for example, the first O-bending process may be omitted and the U-bending product may be subjected to the O-bending process to form a tubular part. Also, the shape of the tubular part is not limited to the above, and may be, for example, a straight line in the longitudinal direction, a circular cross section, or a cross-sectional shape that does not change in the longitudinal direction.
(2)第2のステップS2(周方向長さ・圧縮歪のチェック)
第2のステップS2では、管状部品1の周方向長さ及び周方向の圧縮歪をチェックする(図1参照)。具体的には、まず、図7に示すように、管状部品1の長手方向の複数箇所における断面P1~Pnを設定する。各断面P1~Pnは、長手方向と略直交する平面上に設定され、例えば、突き合わせ部14と直交する平面上に設定される。断面P1~Pnのピッチは、有限要素法のメッシュの大きさに応じて設定され、例えば1~2mm程度に設定される(図7では、図の簡略化のためにピッチを大きめに示している)。
(2) Second step S2 (checking circumferential length and compressive strain)
In the second step S2, the circumferential length and circumferential compressive strain of the
そして、管状部品1の各断面P1~Pnの板厚中心における周方向長さL1~Lnを計算する(図8参照)。そして、管状部品1の断面P1~Pnにおける周方向長さL1~Lnと、それぞれの目標値L01~L0nとを比較する。周方向長さの目標値L01~L0nは、設計図面上の管状部品の各断面P1~Pnの板厚中心における周方向長さである。そして、シミュレーションによる管状部品1の周方向長さL1~Lnと、それぞれの目標値L01~L0nとの差ΔL1~ΔLnを算出する。そして、この差ΔL1~ΔLnが所定範囲内である断面では、素材の端末同士が設計図面通りに突き当たっている(すなわち、突き合わせ部14が所望の位置に配されている)と判定される。一方、上記の差ΔL1~ΔLnが所定範囲外である断面では、素材の端末同士の突き合わせ状態が不良と判定され、第3のステップS3に進む。
Then, the circumferential lengths L 1 to L n at the plate thickness center of each cross section P 1 to P n of the
また、管状部品1の各断面P1~Pnにおける周方向の圧縮歪を計算する。具体的には、各断面P1~Pnにおける周方向の圧縮歪ε1~εnの分布(平板素材2の各要素の周方向寸法と管状部品1の各要素の周方向寸法との比)を計算する。一方、管状部品1の各断面P1~Pnにおける周方向の圧縮歪の目標値を設定する。この目標値は、例えば、理想的な成形状態における圧縮歪分布をシミュレーションで計算したり、過去の実際のプレス成形のデータに基づいて設定したりすることができる。そして、各断面P1~Pnにおける周方向の圧縮歪ε1~εnとその目標値とを比較する。本実施形態では、シミュレーションによる各断面P1~Pnにおける周方向の圧縮歪ε1~εnの分布と、それぞれの目標値ε01~ε0nとの差Δε1~Δεnを算出する。そして、この差Δε1~Δεnが所定範囲内である断面では、素材に適正な圧縮応力が加わっていると判定される。一方、上記の差Δε1~Δεnが所定範囲外である断面では、素材に加わる圧縮応力が過剰である、あるいは不足していると判定され、第3のステップS3に進む。
In addition, the circumferential compressive strain in each cross section P 1 to P n of the
(3)第3のステップS3(素材寸法修正)
第3のステップS3では、まず、管状部品1にUO曲げの逆演算を施すことにより、管状部品1を平板状に展開した平板素材2’を取得する(図9参照)。この平板素材2’には、管状部品1の各断面P1~Pnに相当する断面線P1’~Pn’が設けられる。各断面線P1’~Pn’の端部で、突き合わせ部を構成する平板素材2’の端部2a’、2b’が設定される。そして、第2のステップS2において、素材の周方向長さとその目標値との比較結果(ΔL1~ΔLn)又は周方向の圧縮歪とその目標値との比較結果(Δε1~Δεn)、あるいはこれらの双方に基づいて、平板素材2’の断面線P1’~Pn’の長さを修正し、平板素材2’の端部2a、2bの位置を調整する。このとき、断面線P1’~Pn’の長さの修正量や、断面線P1’~Pn’の何れの端部を動かして長さを修正するか等は、過去のデータ等に基づいて設定される。
(3) Third step S3 (material size correction)
In the third step S3, first, an inverse operation of UO bending is performed on the
その後、第3のステップS3で寸法を修正した平板素材2’を用いて、再びUO曲げ成形(第1のステップS1)及び周方向長さ及び歪チェック(第2のステップS2)を行う。そして、管状部品1の各断面P1~Pnにおける周方向長さとその目標値との差ΔL1~ΔLn、及び、管状部品1の各断面P1~Pnにおける周方向の圧縮歪とその目標値との差Δε1~Δεnが全て所定範囲内となるまで、上記のステップS1~S3が繰り返される。ΔL1~ΔLn及びΔε1~Δεnが全て所定範囲内となったら、第4のステップS4に進む。
Thereafter, using the flat plate material 2' whose dimensions have been corrected in the third step S3, UO bending (first step S1) and checking the circumferential length and strain (second step S2) are performed again. Then, the above steps S1 to S3 are repeated until the differences ΔL 1 to ΔL n between the circumferential length at each cross section P 1 to P n of the
(4)第4のステップS4(素材寸法確定)
第4のステップS4では、管状部品1にUO曲げの逆演算を施すことにより、管状部品1を平板状に展開する。これにより、所望の突き合わせ状態が得られるように寸法(形状)が最適化された平板素材を取得できる。
(4) Fourth step S4 (determining material dimensions)
In a fourth step S4, the
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。 The present invention is not limited to the above embodiment. Other embodiments of the present invention will be described below, but duplicate explanations of points similar to the above embodiment will be omitted.
図10に示す実施形態では、第2のステップS2を、管状部品1の周方向長さをチェックするステップS2aと、管状部品1の周方向の圧縮歪をチェックするステップS2bとに分けて行っている。具体的には、第1のステップS1の後、管状部品1の周方向長さをその目標値と比較し(ステップS2a)、これらの差が所定範囲外であれば、平板素材2’の寸法を修正して(第3のステップS3)、再びUO曲げ成形を施す(第1のステップS1)。これらの工程を繰り返して、周方向長さと目標値との差が所定範囲内となったら、管状部品1の周方向の圧縮歪を目標値と比較し(ステップS2b)、これらの差が所定範囲外であれば、平板素材2’の寸法を修正して(第3のステップS3)、再びUO曲げ成形を施す(第1のステップS1)。これらの工程を繰り返して、周方向の圧縮歪と目標値との差が所定範囲内となったら、第4のステップS4に進む。
In the embodiment shown in FIG. 10, the second step S2 is divided into a step S2a for checking the circumferential length of the
図11に示す実施形態では、管状部品1の周方向の圧縮歪のチェックを省略している。具体的には、管状部品1の周方向長さとその目標値のみを比較し(第2のステップS2)、これらの差が所定範囲外であれば、平板素材2’の寸法を修正して(第3のステップS3)、再びUO曲げ成形を施す(第1のステップS1)。これらの工程を繰り返して、周方向の圧縮歪と目標値との差が所定範囲内となったら、第4のステップS4に進む。このように、圧縮歪をチェックするステップを省略することで、上記の実施形態と比べて計算負荷が軽減されるため、計算時間が短縮される。
In the embodiment shown in FIG. 11, the check of the circumferential compressive strain of the
1 管状部品
2 平板素材
3 U曲げ成形品
4 第一O曲げ成形品
14 突き合わせ部
P1-Pn 断面
P1’-Pn’ 断面線
L1~Ln 周方向長さ
ε1-εn 周方向の圧縮歪
Claims (2)
前記管状部品の長手方向複数箇所の断面における全周の周方向長さとその目標値とを比較する第2のステップと、
前記周方向長さとその目標値との比較結果に基づいて、前記平板素材の寸法を修正する第3のステップとを有するUO曲げ成形の素材寸法決定方法。 A first step of forming a tubular part by performing UO bending on a flat plate material through simulation;
a second step of comparing a circumferential length of an entire circumference at a plurality of cross sections in a longitudinal direction of the tubular part with a target value;
and a third step of correcting the dimensions of the flat plate material based on a comparison result between the circumferential length and its target value.
前記第3のステップで、前記周方向の圧縮歪とその目標値との比較結果に基づいて、前記平板素材の寸法を修正する請求項1に記載のUO曲げ成形の素材寸法決定方法。 In the second step, a circumferential compressive strain at a plurality of cross sections in a longitudinal direction of the tubular part is compared with a target value;
2. The method for determining material dimensions for UO bending according to claim 1, wherein in the third step, the dimensions of the flat plate material are corrected based on a comparison result between the circumferential compressive strain and its target value.
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