自動車スタンピングにおけるスプリングバック対策：3つの実績あるエンジニアリング手法

要点まとめ

自動車のスタンピングにおけるスプリングバックを解決するには、単純なオーバーベンドを超えた多層的な工学的アプローチが必要です。最も効果的な戦略は 幾何学的補正 （ロータリーベンディングや補強リブなど） 応力の均等化 （目標引張ひずみ2％を達成するためにポストストレッチステークビーズを使用）、および フルサイクルFEAシミュレーション を組み合わせることで、鋼材を切断する前であらかじめ弾性回復を予測できます。高強度鋼板（AHSS）の場合、板厚方向における不均一な応力分布を管理することが極めて重要です。降伏強度が高くなるほど、側壁のカールや角度変化の可能性が指数関数的に増大するためです。

スプリングバックの物理：弾性回復と応力勾配

スプリングバックを効果的に解決するためには、まずその原因となるメカニズムを定量化する必要があります。スプリングバックとは、成形荷重が除去された後に、プレス成形品内部の不均一に分布した応力が弾性回復することによって生じる現象として定義されます。曲げ加工中、板金材は外側の曲率半径部で引張応力を、内側の曲率半径部で圧縮応力を受けています。金型が開放されると、これらの反対方向の力が平衡状態に戻ろうとし、部品が変形します。

この現象は材料の ヤング率 （弾性係数）および 屈服強度 によって支配されます。降伏強さが増加するにつれて（DP980やTRIP鋼などの高張力鋼では一般的な傾向）、弾性回復量は著しく増大します。さらに、 バウシンガー効果 プラスチック変形時の弾性モジュールの劣化により 標準的な線形シミュレーションモデルは 返還の正確な大きさを予測することができません 基本的なエンジニアリングの課題は 弾性を取り除くのではなく 回復が予測可能か 中和されるように ストレスのグラデントを操作することです

方法1: プロセスベースの補償 (ストレッチ後&ステークビーズ)

横壁のを中和する最も堅牢な方法の一つは,特にチャネル形の部品では, ポストストレッチング わかった 目的は横壁のストレスの状態を 混合した張力圧縮グラデントから 厚さ全体を通して均一な張力状態に 変えることです

釘 の 珠 を 装着 する

業界ガイドラインは,WorldAutoSteelのガイドラインを含む,最低限の圧力を発生させるために,平面内拉伸力を適用することを推奨しています. 張力張力2% 壁に 実験をすることで 石の玉 （またはロックビーズ）をブランクホルダーまたはパンチ上に設ける。これらのビーズをプレスストロークの後半で噛み合わせることにより、金属板を固定し、側壁を引き伸ばすように強制する。この変化により中立軸が板厚方向から外れ、巻き上がり（カーリング）を引き起こす応力差（$Δσ$）を実質的に均等化する。

効果的ではあるが、ステークビーズは大きなトナー（加圧力）と頑丈な金型構造を必要とする。より材料効率に優れた代替法として ハイブリッドビーズ （またはスティンガービーズ）がある。ハイブリッドビーズは金属板に貫入して波状の形状を作り出し、材料の流れを制限するもので、従来のステークビーズの表面積の25％未満で済み、より小さなブランクサイズを可能にする。

アクティブバインダーフォースコントロール

高度なクッションシステムを備えたプレス機用に、 アクティブバインダーフォースコントロール 動的な解決策を提供します。一定の圧力ではなく、ストロークの底部で特に増加するようにバインダー力のプロファイルを設定できます。この後期段階での圧力の急上昇により、早期の割れや過度の板厚減少を引き起こすことなく、スプリングバックを抑えるために必要な側壁の張力を得られます。

方法2：幾何学的およびトーリングによる解決（オーバーベンドおよびロータリーベンド）

加工条件だけでは高強度材の弾性回復を補いきれない場合、金型および部品設計を物理的に変更する必要があります。 オーバーベンド 最も一般的な技術であり、目標角度（例えば90°の曲げに対して92°）を超えて曲げられるようにダイを設計し、スプリングバック後に正しい寸法となるようにするものです。

ロータリーベンドとフランジワイプダイの比較

高精度なAHSS部品においては、 回転曲げ 普通のフレンズ拭き機よりも優れている ローター式 曲線 器 は 揺れ 器 を 用い て 金属 を 折り 畳み,拭き 靴 に 関する 摩擦 や 引き締まり の 負荷 を 軽減 し ます. この方法は,試行中に補償をダイヤルするために,曲角をより簡単に調整することを可能にします.

設計者は,この技術を使用する必要があります. 圧縮ストレスの重置 わかった パーツ半径より少し小さいように設計し,パンチにバックリリエフを使用します. この配置は半径で材料を絞り込み,弾性回復を鈍化するプラスチック変形 (圧縮出力) を誘発します. この方法により高級鋼の割れ目防止に精密な制御が必要であることに注意してください.

デザイン 固め 剤

安定剤として作用します 安定剤として作用します 追加する 硬化剤 折り直線を横断するステップフレンズ,ダート,またはビーズなどの弾性ストレンを"ロック"し,切断モジュールを大幅に増加させることができます. 例えば,標準の90度の帽子切りを六角切りに置き換えたら,曲ストレスをより好意的に分配することで,側面壁の巻き込みが本質的に減少します.

方法3:シミュレーションとフルサイクルFEA

現代のスプリングバックの管理は 有限要素法（FEA） わかった しかし,一般的なエラーは,描画操作のみをシミュレーションすることです. 予測の正確さは 完全サイクルシミュレーション 描き 切り ピアス フランジングなどです

AutoForm の研究によると,次要操作は最終的なスプリングバックに大きく影響している. 例えば,切断時の固定力と切断力は,新しいプラスチック変形を引き起こしたり,部品の形を変えた残留ストレスを放出したりします. 模擬の信頼性を達成するには,エンジニアは次のことをしなければならない.

• 運動硬化 (ヨシダ・ウエモリモデル) を考慮した高度な材料カードを使用する.
• ツール 閉じ 結合剤 解き放題のシーケンスをシミュレートする
• 重力効果 (部品がチェック装置にどのように座っているか) を組み込む.

製造者は,鋳型を機械化する前に補償された表面をシミュレートすることによって,物理的なリキュートループの数を5-7から2-3に減らすことができます.

シミュレーションと生産を繋ぐ

シミュレーションはロードマップを 提供しますが 物理的な検証は 最後のハードルです デジタルモデルから物理的なスタンピングへの移行は,特にプロトタイプから大量生産へのスケーリングでは,これらの複雑な補償戦略を実行できる製造パートナーを必要とします. 企業も シャオイ金属技術 専門的な技術が 開発されています IATF 16949の認証と最大600トンのプレス能力により 制御アームやサブフレームなどの重要な部品の ツール設計を検証し 理論的な補償が実地での現実と一致することを保証します

報酬戦略の比較

適切な方法を選ぶのは,部品の幾何学,材料の質,生産量によって決まります. 下の表では,主要なアプローチを比較しています.

まとめ

スプリングバックを解決するには 物理法則を排除するのではなく 制御するだけです 工学的なオーバーブーディングとプロセス駆動の後伸縮を組み合わせ,厳格なフルサイクルシミュレーションを通じて結果を検証することで,自動車エンジニアは予測不可能なAHSSグレードでも厳しい耐性を達成することができます. 鍵は,試作修正にのみ頼るのではなく,設計段階からストレスの均衡を図ることです.

よくある質問

1. 労働力 なぜ,高度強度鋼 (AHSS) では軽度の鋼よりも硬い?

材料の強度に直比例します 材料の強度に直比例します AHSSグレードは,軽鋼と比較して,より高い強度 (しばしば590 MPaから1000 MPa以上) を有する. 変形時により弾性エネルギーを蓄積し,ツールロードが放出されたときにより大きな回復量 (スプリングバック) を生み出すことができる. さらに,AHSSはしばしばより大きな作業硬化を示し,ストレスの分布をさらに複雑化します.

2. 信頼性 角の変化と横壁の巻き込みの違いは何ですか?

角度変化 曲がり角の偏差 (例えば,90°の曲がり角が95°まで開いている場合) を指す.これは曲がり半径で単純な弾性回復によって引き起こされる. 側壁のカール 板の厚さの層間の残留ストレスの差によって引き起こされる平らな側面壁の曲率です. 角の変化はしばしばオーバーベイングで固定できるが,サイドウォールカールには通常,ストレッチ後の解消 (ステークビーズ) などの緊張ベースのソリューションが必要である.

3. 信頼する 結合力を増やすことで スプリングバックを排除できるのか?

結合力を全体的に増やすだけでは 耐久性のある材料のスプリングバックをなくすのに十分で 裂け目や過度の薄化につながる可能性があります しかし アクティブバインダーフォースコントロール ストレッチの終わりに圧力が増加する場合は,最初の引き上げ中に形容性を損なうことなく,スプリングバックを減らすために必要なサイドウォールストレッチ (後ストレッチ) を効果的に適用できます.