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PDF自動車部品のプレス金型で大きな飛躍

自動車業界で絞り金型の供給期間が1年以上継続。この特殊な状況は、金型サプライヤーが最初の試作車で衝突実験を行う前に、自動車メーカーと緊密な関わり合いを持つ場合にのみ可能となります。

ドイツのHeiligenstadtに拠点を置くRosell Werkzeugbau & Stanztechnik GmbHは、最近拠点を新しい場所に移し、生産敷地面積を1120 m²から4500 m²に拡充しました。この会社は金属スタンピングを専門とし、主に自動車関連の研究開発、金型製造、プロジェクト管理に特化した業務を行っています。さらに、この会社はコンピューター、医療関係の金型も合わせて提供しています。

"VISIは、以前使用していたソフトウェアに比べると大きな飛躍でした。VISIを用いた3次元金型設計に移行して依頼、明らかに進展が見られました。”

Franz Rosell

最近のAudi Q5プロジェクトで、Rosellは彼らの顧客でAUDI AGのサプライヤーであるGriwe Werkzeug Produktions GmbHと共同で、B-columnの下に配置されている保持用敷居(retainer sill)のための順送プレス金型を開発しました。保持用敷居は、引っ張り強さ1000 N/mm²の高張力鋼を使って作成します。

"顧客と緊密に仕事をする事は、金型開発にとって重要な要因の1つです。"とRosell Werkzeugbau & Stanztechnik GmbHの取締役Franz Rosellは説明します。"注文を受け取ると、まずストリップレイアウトと絞り金型の初期デザインを行い、顧客にプレゼンテーションを行います。"以前はプレゼンテーションに約1時間掛かったと、Franzは言います。"これまでは、顧客に対してプロジェクトに関する詳細な説明を行うために、何枚ものA0図面を使ってプレゼンテーションを行っていました。しかしこのやり方では、金型が実際どのように作動するのか、また金型メーカーがどのように考えているのかを説明するのが非常に困難でした。"Franz Rosellは、今ではそのための会議に3時間掛ければ十分であると言っています。何故なら、金型に関する3次元プレゼンテーションを行う事で、顧客に金型機構に関してより明確な考えを伝える事が出来ると同時に、より詳細な技術打ち合わせが可能となったからです。

金型メーカーにぴったり
Rosellでは2003年以来、Vero SoftwareのVISIを使って金型設計製造の全てを行ってきました。Franz Rosellは説明します。"VISIは、以前使用していたソフトウェアに比べると大きな飛躍でした。VISIは金型メーカーにぴったりなのです。全ての設計者は十分なトレーニングを受け、ほとんどの設計者はVISIを使いこなす事が出来ます。また、他にVISIを使える8人か9人のエンジニアが居て、モデルから必要な情報を抽出する事が出来ます。"

金型の初期設計は、主に3段階を経て行われます。
第1段階
最初に、VISI Blankを使用して3次元モデルを2次元ブランク形状に展開します。VISIに統合されたモジュールVISI Blankにより、薄肉化やしわなどの絞り工程における材料挙動を解析する事で、金型設計を実際に行う前に問題が起きそうな場所を正確に予測することが可能となります。Franz Rosellは説明します。"以前、ブランク展開はテーブル表を使って計算していましたが、それはしばしばかなりの問題を引き起こしていました。今ではブランク展開は、強度、密度、硬化速度、降伏、応力を含む材料データベースに基づいて計算が行われます。"

2段階
ブランク展開が完了した後、2番目の段階はVISI Progressを使った曲げ/絞り工程の設計と3次元ストリップの作成となります。段階的曲げ展開機能により、設計者は曲げ実験を行う事なく自由に曲げ角度を調整しながら、各絞り工程を立案する事が出来ます。一旦曲げ工程が完了すれば、最終的に3次元ストリップ形状を構築するための2次元ストリップを自動で作成出来ます。自動ブランク整列やネスティングのような機能は、効率的なストリップ設計に役立ち、エンジニアに歩留り率などの有用な情報を提供します。3次元ストリップでは、打ち抜きと絞り工程の妥当性を検証するために、任意の時点でのシミュレーションが可能です。

3段階
顧客が金型工程案に満足すれば、3次元金型設計を始める事が出来ます。金型設計の承認は顧客が行いますが、従来の2次元スタイルでのプレゼンテーションと大きく異なるのがこの段階です。Franz Rosellはプレート毎の部品を3次元で見せる事で金型を提案し、しばしば3次元部品の詳細に関して顧客とその場で修正を行う事があります。一旦顧客が3次元設計を承認すれば、ねじ、ノックピン、ストリップリフター、ばねなどの標準部品は、設計された金型に組み込まれます。最後に、設計者は個々の部品の3次元モデルから2次元ビューを自動で作成する事が出来ます。

設計から加工まで
金型のダイプレートは、3次元モデルから直接加工を行います。その後、焼き入れのために真空炉に送られて、そこで2次焼き入れを実施します。これにより、鋼の焼き戻し温度を超える事無くプレートをコーティングする事が出来ます。通常、鋼は複数工程を経て熱処理を行います。最初に、鋼と炭素の固溶体を生成するための熱処理を行います。この工程はオーステナイト化と呼ばれています。その後、鋼は急速に冷却し、最終的に再度150°C-260°C(300°F-500°F)と370°C-650°C(700°F-1200°F)の範囲で加熱されて、焼き戻し処理が行われます。その後、鋼は捉えた炭素が拡散するまでその温度のまま保たれます。結果的にほぼ純粋なフェライトとなり、鋼の強度と延性が増します。

金型プレートのダイ形状の加工にはワイヤ加工モジュールを使用し、ワイヤ径と放電ギャップに基づく微小コーナー半径を使って、込み入った輪郭または内側コーナーを加工します。放電は白い層を形成しますが、その後ガラス玉を吹き付けて表面を綺麗にし、部品寸法を変える事無くプレートまたは入れ子の細かなバリを取り除きます。

部品を成形する絞り金型は、最初に荒い切削許容値で切削した後に焼き入れを行い、その後寸法を出すために、CAD/CAM室または加工現場の両方で使用出来る強力な3次元CAMソフトウェアVISI Machiningを使って、硬い金属の加工を行います。古い2次元設計システムでは、組立工程で絞り部品が詰まる(引っ掛かる)かどうかを確認するのは困難ですが、3次元金型アセンブリモデルを利用する事で、エンジニアは個々の部品間の関係を容易に把握する事が出来るのです。VISI viewerは、組み立てを視覚的に確認するために現場にインストールしました。金型メーカーはデータを変更する事は出来ません。金型メーカーの役割は、モデルを3次元で確認し、必要に応じて該当する寸法を抽出して図面を作成する事です。

微調整
金型の微調整は、VISI Blankを使って作成されたデータから始まります。このデータに基づきレーザーを使って予備段階のストリップを切断加工し、その後絞り操作を行って分離されて金型内部に収納されます。これは、究極的には全ての切断加工、曲げ、絞り処理を確認するための試作部品を作成する事を意味します。最終部品は3次元測定機を使って測定が行われ、顧客から提供される基準モデルと比較して品質を確認します。もし、提供された基準モデルと実際に作成したモデルの間に誤差が検出されれば、2次元ブランク形状に変更を加え、誤差が許容する値に納まるまでストリップのレーザー切断加工と絞り処理を繰り返します。

最後に完成した金型を組み立て、そして3次元測定機で作成する部品の仕上がりを確認しながら、顧客と一緒に再度プレス圧力データを調整して行きます。時たま、成形プレス機によって金型の条件と許容値が違って来る場合があるので、最後まで微調整作業を現場で続ける事があります。

Franz Rosellは締めくくります。“VISIを用いた3次元金型設計に移行して依頼、明らかに進展が見られました。我々はVISIの代理店であるMecadatと素晴らしい関係を築き、VISIは我々の将来計画を実現するための重要なツールとして、その地位を確立しました。"

 

ユーザー情報:

会社名: Rosell Werkzeugbau & Stanztechnik GmbH

Webwww.dynamic-italia.it

 

導入効果:

  • 材料の強度、密度、硬化速度、降伏応力に基づいた自動ブランク展開
  • 効率的ストリップ設計で歩留りを最大化
  • 2次元CAD図面自動作成
  • ワイヤ加工と3次元高速切削加工へのリンク
 
コメント:
 

"VISIは、以前使用していたソフトウェアに比べると大きな飛躍でした。VISIを用いた3次元金型設計に移行して依頼、明らかに進展が見られました。”

Franz Rosell

 

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