深絞り加工のためのルールベースのDFM解析

深絞り加工のためのルールベースの DFM 解析。深絞り加工は、パンチの機械力を使用して成形ダイで板金を所望の断面に引き伸ばす、広く使用されている冷間板金成形プロセスです。DFM は製造性設計、DFA は組立性設計、DFMAは製造組立性設計の略です。これは、製造と組立の側面を念頭に置いてエンジニアリング コンポーネントを設計する手法です。DFMA は、製造と組立中に発生する可能性のある問題を設計段階で解決しようとします。部品の機能を維持したままこ​​れらの問題を解消するために部品設計を変更します。これは、反復のコストを削減し、コンポーネントの製造をより効率的かつ経済的にするために行われます。

深絞り加工では、板金（通常は円形）のブランクを金型上に置きます。金型はベースに固定されています。金属ブランクはブランクホルダーを使用して金型上で所定の位置に保持されます。パンチを介して、金型キャビティより上の金属ブランク部分に機械的な力が加えられます。パンチの力が増加するにつれて、金属はフランジ部分から金型キャビティへと流れ込みます。

以下は、深絞り加工におけるルールベースのDFM解析です。これらのルールは、設計段階で組み込むことで、プロセスの効率を向上させることができます。

深絞り加工は冷間成形加工であるため、板金に求められる重要な特性は、成形性、延性、および降伏強度です。材料は、亀裂を生じることなく所望の形状に絞り加工できるよう、優れた成形性と延性を備えている必要があります。また、材料の降伏強度は低く、パンチ半径付近で破断することなく金属の流れを開始できることが望ましいです。

パンチとダイの間のクリアランスは、金属がダイに流れ込むように誘導します。ダイキャビティの上部に金属が集中するのを避けるため、クリアランスは金属の厚さよりも大きくする必要があります。クリアランスが大きすぎると、ダイ領域への金属の流れが妨げられなくなり、壁がしわになる原因となります。^{[ 1 ]}

フランジ領域から金型領域へ金属が流入する金型の曲率半径は、重要な幾何学的パラメータです。金型コーナー半径が小さいと、フランジ領域付近のしわがより顕著になります。金型コーナー半径が小さすぎると、金属の流れ方向が急激に変化するため、亀裂が発生します。一般的には、板厚の5～10倍にする必要があります。^{[ 2 ]}

金属が金型に引き込まれるにつれて、パンチの下部付近で板厚が減少します。金属の流れが著しく減少するため、パンチの角付近で最大の減少が発生します。角が鋭すぎると、パンチの基部付近に亀裂が生じます。パンチの角の半径は板厚の4～10倍にする必要があります。^{[ 3 ]}

フランジ部の摩擦は主にブランク保持力によって影響を受けます。ブランク保持力は、金型への金属の流れ量を制御するために必要です。ブランク保持力が低すぎるとフランジ部にしわが生じ、高すぎるとフランジ部間の摩擦が増加するため、絞り加工力が増大します。ブランク保持力は、金属の流れを適度に制限するのに十分な値に設定する必要があります。

板金ブランクに施される絞り加工の量は、絞り比を用いて定量化されます。絞り比が高いほど、深絞り加工の量は極端になります。加工物の形状、力、金属の流れ、および材料特性により、1回の加工で板金ブランクに施せる深絞り加工の量には限界があります。絞り比は、DR = Db/Dp と概算されます。Db はブランクの直径、Dp はパンチの直径です。非円形の形状の場合、最大直径が使用される場合もあれば、表面積を使用して絞り比が計算される場合もあります。加工における絞り比の限界は通常 2 以下です。^{[ 4 ]}