プレス成形品の成形性評価

ARGUSはプレス成形品の板厚と成形余裕度を測定し品質を可視化します。

測定の前に、ケミカルエッチングやスタンプ、レーザマーキングなどのマーキング技術を用いて、ブランク材に規則的なドットパターンをマーキングする。板材がプレスされた後、測定用に2つのスケールバーと複数のコーデットマーカを成形品に直接配置もしくは周囲に配置する。その後、無線デジタルカメラを使用して、さまざまな視角からが撮影することで、PCに実際の画像がリアルタイムに表示される。

画像撮影後、ARGUSは各々の画像において、マーキングされたすべてのドットの正確な中心点を抽出する。続いて写真測量技術を用いて、それぞれの画像が三次元空間上で貼り合わされ、対象物の形状を構築する。この組み合わせから対象物上のそれぞれのマーキングされたドットの中心位置が、実際の三次元座標系上に決定される。これらの計算された三次元ポイントにより、プレスされた成形品の正確な形状が取得される。

ブランク材にマーキングされた規則正しいドットパターンのそれぞれの点間の局部的な伸びから、プレス工程によって生じた局部的なひずみが、何千ものデータポイントの各点で計算される。これらのひずみ値(最大主ひずみ、最小主ひずみ、板厚減少率)によって、成形余裕度が評価される。

これらの値はFLD (Forming Limit Diagram: 成形限界線図)に図表化され、使用された材料のFLC (Forming Limit Curve: 成形限界線)に対して、同時にプレス工程による材料の板厚減少率の最大許容値に対して、基準内に収まっているかが検証される。測定されるひずみ値の精度は±0.5%以内であり、伸びが小さいプレス部品(フード、ルーフ等)に関する加工硬化の調査も実施できる。ARGUSでプレス成形品を測定する際は、小さな部品ならばわずかな枚数の画像を撮影するだけで、数分で測定からプレス工程の実験検証は完了する。

図1:ドットがエッチングされたプレス後の板金パーツ

25(縦)×25(横)x 8(奥行)cmの板金部品を7枚撮影。評価対象は測定物表面の2000個のエッチングされたポイントである。部品の配置、画像の取得、画像内の各ドットの中心の計算、プレスされた部品上のドットの三次元位置、対象表面の歪み(局部的な歪み)の計算、グラフィカル表示の計算まで、すべての測定が5分以内で完了する。

図2:メジャーストレインの分布を示すカラープロット
図3:FLDと測定データおよびFLC
図4:図2に示された断面におけるメジャーストレイン

ARGUSは無線カメラによってさまざまな方向から撮影された個々の画像を使用して、変形した板金上のドットマーカの位置を特定する。ARGUSシステムは持ち運び可能で可搬性に優れている。板材をそれぞれの深絞り型に収めた状態で測定できると同時に、サイドアウターのような大きな部品の測定などのあらゆる測定を容易に実行できる。

板厚が1.4mmのクロム鋼板材の張出成形性試験片の測定を行うために16枚の画像が撮影された。(回転テーブル上で対象物が1回転する間に8枚の画像を撮影し、異なるカメラ高さで2周撮影)。成形品の形状と成形プロセスによる局部的なひずみの分布が取得される。等値線表示やひずみの方向および板厚減少率(単位は%)を含むすべての成形性に関連する評価が可能である。材料の元の板厚が判明している場合は、ひずみや板厚減少率の値は板厚中立面上で評価することができる。

図5:押出しツールと測定データのメジャーストレイン
図6:厚みの減少とISOラインおよびメジャーストレインの方向情報として表示された三次元測定データ
図7:三次元測定データ(メジャーストレイン)

複数工程にわたる場合、FLD上で重大な変形に至るまでのひずみ経路も得ることができる。工程間の成形プロセスを評価するために、各成形ステップを同一測定プロジェクト内で評価できる。それぞれの段階の間での変形の相関、および完全な変形を測定し、グラフィカルに可視化して評価することができる。

図8:Bピラー
図9:Bピラーのメジャーストレインの分布が示すカラープロット
図11:Bピラーの詳細ビュー:メジャーストレインの分布
図7:三次元測定データ(メジャーストレイン)

ARGUSは さまざまな方向から撮影された画像を統合することができるため、大きくて複雑な成形品も測定できる。以下の図は、板厚0.9mm、全長1.1メートル、幅0.35メートルの完成品のBピラーのプレス成形性評価を行った結果の一部を示している。これはドイツのSalzgitter社によって提供された事例であり、ドットパターンは3mm間隔でケミカルエッチングにより印字されている。完璧な測定を実現するために、ARGUS システムを使用して47枚の画像が撮影され、これらの画像から28,700点の測定ポイントが3Dデータとして取得された。

図12:図11で与えられた断面と対応する歪みの値

このようにARGUSシステムは、多くの鋼板・アルミニウムなどの材料メーカや、自動車メーカ、およびそのサプライヤで日常的に利用されている。このシステムは、プレス成形プロセスのすべての場面において、品質や成形余裕度に関する正確で適切なデータを提供することができる。ARGUSシステムは、材料研究、成形シミュレーション、トライアウト、初品検査、金型修正、ライントライ、金型受入検査、量産品検査、工程能力判断といった様々な場面と目的において、品質向上のために不可欠なシステムであり、生産現場や研究用途で、小さく単純な形状な形状の試験片から非常に複雑な部品や大きなプレス部品まで広範に活用されている。

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