深絞りのためのルールベースのDFM解析

深絞り用のルールベースの DFM 分析。深絞りは、パンチの機械力を使用して板金を引き、望ましい断面の形に成形する、広く使用されている冷間板金成形プロセスです。DFM は製造性を考慮した設計を指します。DFA は組み立て性を考慮した設計を指します。DFMAは製造と組み立てを考慮した設計の略です。これは、製造と組み立て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ための方法です。DFMA は、製造と組み立て中に発生する可能性のある問題に設計段階で対処しようとします。部品の設計を変更してこれらの問題を取り除き、部品の機能性を維持します。これは、反復コストを削減し、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、金属板のブランク（通常は円形）をダイの上に置きます。ダイはベースに固定されます。金属ブランクはブランク ホルダーを使用してダイ上の所定の位置に保持されます。パンチを介して、金属ブランクのダイ キャビティ上の部分に機械的な力が加えられます。パンチ力が増加すると、金属がフランジ領域からダイ キャビティに流れ込みます。

以下は、深絞り工程のルールベースの DFM 分析です。これらのルールを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。

深絞りは冷間成形作業であるため、板金の重要な特性は成形性、延性、降伏強度です。材料は、亀裂を生じずに希望の形状に引き伸ばすことができるように、優れた成形性と延性を備えている必要があります。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ようにする必要があります。

パンチとダイの間のクリアランスは、ダイへの金属の流れを誘導します。クリアランスは、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に、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制限されなくなり、壁にしわが寄ることになります。^[1]

金属がフランジ領域からダイ領域に入るダイの曲率半径は、重要な幾何学的パラメータです。ダイコーナーの半径が小さいと、フランジ領域付近のしわが目立ちます。ダイコーナーの半径が小さすぎると、金属の流れの方向が急激に変化して亀裂が生じます。一般的には、シートの厚さの5～10倍にする必要があります。^[2]

金属がダイに引き込まれると、パンチの下部付近でシートの厚さが減少します。最大の減少はパンチコーナー付近で起こります。これは、金属の流れがここで大幅に減少するためです。コーナーが鋭すぎると、パンチベース付近に亀裂が生じます。パンチのコーナー半径はシートの厚さの4～10倍にする必要があります。^[3]

フランジ領域の摩擦は、主にブランク保持力の影響を受けます。ブランク保持力は、金型への金属の流入量を確認するために必要です。ブランク保持力が低いとフランジ領域にしわが生じ、保持力が高すぎるとフランジ領域間の摩擦が増加するため、引き抜き力が増加します。ブランク保持力は、金属の流入を制限するのにちょうどよい大きさでなければなりません。

金属板ブランクに施される絞り量の測定は、絞り比を使用して定量化されます。絞り比が高いほど、深絞りの量は大きくなります。ワークの形状、力、金属の流れ、材料特性により、1 回の操作で金属板ブランクに施せる深絞りの量には制限があります。絞り比は、おおよそ DR = Db/Dp として計算されます。Db はブランクの直径、Dp はパンチの直径です。非円形の場合は、最大直径が使用される場合があり、場合によっては表面積を使用して絞り比が計算されます。操作の絞り比の制限は通常 2 以下です。^[4]