(57)【要約】　　　（修正有）【課題】スプリングバックを補償する好ましい金属部品を成形するためのダイを製造する方法を提供する。【解決手段】この方法は、公称のダイプロファイルを提供する段階、公称のダイプロファイルに基づいてスプリングバックプロファイルを確定する段階、及び公称のダイプロファイルとスプリングバックプロファイルとに基づいてダイプロファイルを確定するために補償方法を用いる段階、から構成される。前記補償方法としては、（１）逆ダイ垂直投影技術と、（２）逆回転技術と、（３）逆合成ベクトル技術と、（４）逆パス技術と、（５）合成ベクトル鏡像技術と、からなる５つの方法によって確定されたダイプロファイルに基づいてダイを製造する。【選択図】　　図１
2004001080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求形状を有する金属部品を成形するためにダイプロファイルを確定するための方法であって：
（ａ）公称のダイプロファイルを提供する段階と；
（ｂ）前記公称のダイプロファイルに基づいてスプリングバックプロファイルを確定する段階と；
（ｃ）前記公称のダイプロファイル及び前記スプリングバックプロファイルに基づいて前記ダイプロファイルを確定するために補償方法を用いる段階と；
から構成される方法。
【請求項２】
前記スプリングバックプロファイルを確定する段階の後に、前記スプリングバックプロファイルを有するダイにより製造される部品が要求許容範囲内にあるかどうかを確定する段階を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
段階（ｃ）が、（ｉ）初期のスケーリング係数を選択する段階と、（ｉｉ）前記補償方法に前記初期のスケーリング係数を用いる段階と、を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記部品の３０％未満が前記要求許容範囲外にある場合、前記初期のスケーリング係数を調整する段階を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記部品の異なる部分のための局所スカラ係数を用いる段階を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記部品の７０％以上が前記要求許容範囲内にある場合、前記部品の前記異なる部分のための局所スカラ係数を用いる段階を含む、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記補償方法は、（ｉ）逆ダイ垂直投影技術と、（ｉｉ）逆回転技術と、（ｉｉｉ）逆合成ベクトル技術と、（ｉｖ）逆パス技術と、（ｖ）合成ベクトル鏡像技術と、からなるグループより選択される１つ、または２つ以上の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載の方法。
【請求項８】
前記逆ダイ垂直投影技術は、（ｉ）前記公称のダイプロファイルから前記スプリングバックプロファイルにおける点までの第１垂直ベクトルの長さを演算する段階と、（ｉｉ）補償長さを得るために前記第１垂直ベクトルの長さにスカラ係数を乗ずる段階と、（ｉｉｉ）前記ダイプロファイルにおける点を生成するために前記垂直ベクトルの反対方向の前記交渉のダイプロファイルにおける前記点から前記補償長さを有する第２垂直ベクトルを投影する段階と、（ｉｖ）前記ダイプロファイルにおける複数の点のために段階（ｉ）〜段階（ｉｉｉ）を繰り返す段階と、から構成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記逆回転技術は、（ｉ）中心原点線を提供する段階と、（ｉｉ）中心原点及び前記公称のダイプロファイルにおける第１終点を有する第１動径ベクトルを生成する段階であって、前記第１動径ベクトルは前記中心原点線に垂直であり、前記第１動径ベクトルは第１長さを有する段階と、（ｉｉｉ）第１弧長を生成する前記第１終点と前記第２終点と共に、前記第１終点が前記スプリングバックプロファイルと交わるまで、前記中心原点のまわりで且つ前記スプリングバックプロファイルの方に前記第１動径ベクトルを回転する段階と、（ｉｖ）補償弧長を確定するために前記第１弧長にスカラ係数を乗ずる段階と、（ｖ）前記補償弧長に等しい大きさだけ前記スプリングバックプロファイルと逆方向に第１終点から第１中心原点の周りで前記第１動径ベクトルを回転する段階と、そして、（ｖｉ）前記ダイプロファイルを生成する複数の異なる第３終点を確定するために異なる中心原点を有する複数の動径ベクトルを用いて段階（ｉｉ）〜（ｖ）を繰り返す段階と、から構成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記逆合成ベクトル技術は、（ｉ）原点から前記公称のダイプロファイルにおける第１終点まで伸びる第１位置ベクトルを提供する段階であって、前記第１位置ベクトルは第１長さを有し、前記第１終点は前記スプリングバックプロファイルにおいて対応する第２終点を有する段階と、（ｉｉ）前記原点から前記公称のダイプロファイルにおける第２終点まで伸びる第２位置ベクトルを提供する段階と、（ｉｉｉ）前記第２位置ベクトルから前記第１位置ベクトルを減じることにより合成ベクトル長を有する第１合成ベクトルを演算する段階と、（ｉｖ）補償合成ベクトル長を確定するために前記合成ベクトルにスカラ係数を乗じる段階と、（ｖ）前記ダイプロファイルにおいて第３終点を生成するために前記第１合成ベクトルの逆方向に前記第１終点から前記合成ベクトル長を有する第２合成ベクトルを投影する段階と、（ｖｉ）前記ダイプロファイルにおける複数の点のために段階（ｉ）〜（ｖ）を繰り返す段階と、から構成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記逆パス技術は、（ｉ）前記公称のダイプロファイルにおいて第１点を選択する段階と、（ｉｉ）前記スプリングバックにおいて対応する第２点を確定する段階と、（ｉｉｉ）第２点への第１点のスプリングバックのために第１軌跡と第１距離とを有する第１パスを確定する段階と、（ｉｖ）前記第１軌跡に沿って前記スプリングバックプロファイルの逆方向に前記公称のダイプロファイルから、そして前記ダイプロファイルにおいて点を生成する前記補償第１パス距離のために、前記第１パスを反転させる段階と、（ｖｉ）前記ダイプロファイルにおける複数の点のために段階（ｉ）〜（ｖ）を繰り返す段階と、から構成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記合成ベクトルの鏡像技術は、（ｉ）原点から前記公称のダイプロファイルにおける第１終点まで伸びる第１ベクトルを提供する段階であって、前記第１位置ベクトルは第１長さを有し、前記第１終点は前記スプリングバックプロファイルにおいて対応する第２終点を有する、段階と、（ｉｉ）前記原点から前記スプリングバックプロファイルにおける前記第２終点まで伸びる第２位置ベクトルを提供する段階と、（ｉｉｉ）前記第２位置ベクトルから前記第１ベクトルを減じることによる合成ベクトル長を有する第１合成ベクトルを演算する段階と、（ｉｖ）補償合成ベクトル長を確定するために前記合成ベクトル長にスカラ係数を乗じる段階と、（ｖ）前記第１終点に接する線を提供する段階と、（ｖｉ）前記第１合成ベクトルと前記接線とにより形成される第１角度の角度測定を確定する段階と、（ｖｉｉ）前記スプリングバックプロファイルから遠ざかる方向に、前記ダイプロファイルにおいて第３終点を生成するために前記第１角度の前記角度測定値に等しい角度の位置に前記第１終点から前記補償合成ベクトル長を有する第２合成ベクトルを投影する段階と、（ｖｉｉｉ）前記ダイプロファイルにおける複数の点のために段階（ｉ）〜（ｖｉｉ）を繰り返す段階と、から構成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
要求形状を有する金属部品を成形するためのダイを製造する方法であって：
請求項１〜１２の何れかの項に記載の方法によりダイプロファイルを確定する段階と；
補償ダイプロファイルを有するダイをデザインする段階と；
から構成される、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
一連の成形条件下で金属部品を製造する方法であって：
請求項１〜１２の何れかの項に記載の方法により前記部品のためにダイプロファイルを確定する段階と；
補償ダイプロファイルを有するダイを製造する段階と；
前記金属部品を製造するために前記ダイを用いる段階と；
から構成される、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記金属部品はアルミニウムである、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記初期のスケーリング係数は１．００〜１．２０の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記初期のスケーリング係数は１．１５である、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の形状を有する金属部品を形成するダイプロファイルを確定するための方法及び関連する方法に関する。ダイプロファイルの形状は、成形、トリミングまたはサブアセンブリの後、所望のプロダクト形状を形成するために用いられる材料のスプリングバック（ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ）の挙動を補償するために製造される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ダイの設計は、長年に亘って、設計者の試行錯誤、直感及び経験により培われてきた。この蓄積された知識と経験は、軟鋼のような既知の材料を取り扱うときに効果的である。しかしながら、高強度鋼またはアルミニウム等の新しい材料を成形しようとする場合、問題が生じる。これら新しい材料を用いるとき、古い“経験的な常識”、蓄積された知恵並びに設計者の経験は効果的でないことが時々明らかになっている。更に、ダイの開発に対してこの試行錯誤法を用いることはまた、時間が掛かり、コストを要することでもある。
【０００３】
現在、“技能”ではなく“科学”としてダイを設計する努力がなされている。これは、部品に用いられる金属の数学モデルと金属の機械的特性とを含み、その部品を製造するために用いられる成形プロセスに結び付けられ、最終設計についてよりよい考案を設計者に提供する。非補償のダイがもし製造された場合、この非補償ダイは、修理または置換するため、及び許容誤差範囲内に部品スプリングバックを最少化するためにコストが掛かり、時間を要するので、上述のような新しい世代の自動車関連材料が現れ、ダイの設計を最適化することが非常に重要になっている。例えば、一部のダイについては、“金型の再切削”には５０万ドル以上のコストが掛かると見積もられている。一部の複雑なダイは５回以上再切削する必要があることが知られている。明らかに、これは避けられなければならない大きなコストの問題である。
【０００４】
したがって、必要なものは、スプリングバックを補償する好ましい金属部品を形成するためのダイを製造する方法である。ダイは、部品表面内の重要な領域において標準的な誤差範囲内に収まる金属部品を製造し、そして“工具の再切削”を施す必要がないかまたはそれを最少に止めなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の要求を満足させるか、それ以上のものを提供することである。本発明による方法は、公称のダイプロファイルを提供する段階、その公称のダイプロファイルに基づいてスプリングバックプロファイルを確定する段階、及びその公称のダイプロファイルとスプリングバックプロファイルとに基づいて確定される補償方法を適用する段階から構成される。５つの補償方法を開示しており、それらは、（１）逆ダイ法線投影技術、（２）逆回転技術、（３）逆合成ベクトル技術、（４）逆パス技術及び（５）合成ベクトル鏡像技術である。上述のようにして確定されるダイプロファイルに基づいてダイを製造し、そしてそのダイからの一連の成形条件の下で金属部品を製造する、関連方法についてもまた開示する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
輸送目的（自動車等）の部品等の２次元及び３次元金属部品を製造するために、ダイは製造され、また、ダイは部品を形成する金属を打ち抜き加工するために用いられる。従来、自動車部品は鋼を用いて製造されてきており、ダイの設計に関して培われてきた１世紀以上に及ぶ設計と形成の経験がある。即ち、ダイの設計者は、その経験を通して、打ち抜き加工の後に部品のスプリングバックを補償して、好ましい部品を得るために如何にダイプロファイルを設計したらよいかを心得ている。打ち抜き加工される自動車部品に対して、アルミニウム等の他の金属の使用は増加の一途を辿っており、ここでは鋼に関する経験は適切ではなく、新しい方法が採用されなければならない。古い“経験的な常識”は適切ではない。ダイを製造して切削することがコスト高であるため、ダイプロファイルをできるだけ科学的に設計することが求められている。
【０００７】
本発明による方法は、例えば、アルミニウム、超軽量高強度鋼、マグネシウム及びチタン等のあらゆる成形可能な金属を用いることが可能であるため、高く評価されるであろう。その開示する補償方法は確固たるものであり、２次元及び３次元の成形に対して用いることが可能である。
【０００８】
一般に、プロダクト設計者は、製造するために必要な部品の設計を携えてダイ設計者に申し入れをする。プロダクト設計者は、バインダやアデンダ（ａｄｄｅｎｄａ）の特長等の、ダイの設計について必要な特長すべてについては必ずしも把握していない。通常、バインダやアデンダは部品の特長の一部であり、部品のトリムライン（ｔｒｉｍ　ｌｉｎｅ）からは外れており、部品性能を高め、そして、プロダクトの表面全体に渡りより一様な歪分布を生じさせるために設計される。ダイ設計者は、自分の知識に基づき、製造可能部品を成形するために必要とされるこれらの部品の特長すべてを含む引き抜きダイを構築する。これは、公称のダイの設計についての最初の表現である。更に、構築された引き抜きダイは、その部品に用いられる材料に伴い変化し得る。したがって、材料挙動の機械的特性についての知識は、初期の引き抜きダイを適切に設計するために重要である。
【０００９】
一旦、上述のように公称のダイの設計が提供されると、次いで、公称のダイプロファイルに基づいてスプリングバックプロファイルを確定するために本発明の方法が提供される。通常、この段階は、コンピュータ及びコンピュータプログラムを利用して実行される。一般に、コンピュータプログラムは有限要素分析法（ＦＥＴ：Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）または有限要素モデルを含み、それらは、使用されるべく要求される次のような材料特性を考慮する：（ｉ）応力／歪データ；（ｉｉ）加工硬化指数；（ｉｉｉ）材料の圧延方向に関する０°、４５°及び９０°配向性における塑性異方性比及び降伏応力；及び（ｉｖ）好ましい金属に対する適切な降伏条件；である。ＦＥＡプロセスは既知のプロセスであり、必要とされるデータは通常用いられている自動車用材料について公に入手可能であり、または、その材料データは、工業界で利用可能なよく知られた材料の試験方法を用いて得ることが可能である。ＡＢＡＱＵＳ（登録商標）、ＬＳ−ＤＹＮＡ３Ｄ／ＬＳ−ＮＩＫＥ３Ｄ（登録商標）、ＯＰＴＲＩＳ（登録商標）またはＰＡＭＳＴＡＭＰ（登録商標）等の商業ベースで販売されている幾つかのソフトウェアプログラムをスプリングバックのプロファイルを確定するために用いることが可能である。
【００１０】
上述の段階は、金属が要求される部品を成形することが本当に可能であるかどうかをまた確定する。もちろん、その金属が成形可能でない場合は、部品に対する変更が余儀なくされる。或いは、スプリングバック及びスプリングバックの補償について議論することが無意味になる。
【００１１】
一旦、スプリングバックプロファイルが確定されると、本発明は、上述（５）公称のダイプロファイルとスプリングバックプロファイルに基づいて補償されるダイプロファイルを確定するための補償方法または技術、を提供する。
【００１２】
第１の補償方法は“逆ダイ垂直投影技術”である。この方法を、局所的（ダイの選択的部分）であれ、全体的（ダイの表面全体）であれ、適用することが可能であることは高く評価されるであろう。この方法において、公称のダイの表面から予測されるスプリングバックの部品表面への垂直ベクトルの距離としてスプリングバックを計算することが可能である。補償が施されたダイの形状は、ダイ表面の各点におけるこれらのベクトルの標準投影であり、ダイの逆方向に測定されたものである。１００％、１１０％、１２０％または他の任意の比率のスカラ係数を用いることが可能であるが、通常は１１０〜１２５％の間のスカラ係数が用いられる。“逆ダイ垂直投影技術”は、本発明の方法と一貫性があり、アルミニウムの材料挙動の理解に結び付けられた予測可能なモデリング能力に基づいて確定される。
【００１３】
図１を参照するに、逆ダイ垂直投影技術ベクトルがどのような技術であるかを示す例である。垂直なダイプロファイル１０の一部が、ＦＥＡモデルにより確定されたものとして、スプリングバックプロファイル１２と共に示され、更に公称のダイプロファイルも重ね合わされて示されている。対称性中心面は１６に示されている。通常、公称のダイプロファイルはＣＡＤによる表面データあるいはＦＥＡモデルの有限要素メッシュのノード座標（ｎｏｄａｌ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）（ｘ，ｙ，ｚ）のどちらかで表すことが可能である。表面の各位置で垂直な表面は、その表面データまたはそのメッシュ座標のどちらかを用いるコンピュータにより生成することが可能である。図１に示す例のように、３つの表面に垂直なベクトルＯＡ、ＯＢ及びＯＣが得られた。各垂直ベクトルは、大きさとベクトルがスプリングバックプロファイル１２に接するところを指し示す方向を有している。そのノード座標によりベクトルの大きさ即ちＯＡを確定することが可能であり、要求形状１０の点Ｏでベクトルの方向は垂直に規定される。同様の方法に従い、ＯＢ、ＯＣ等他のすべてのベクトルに対して、全体的なスプリングバックプロファイルは垂直ベクトルの配列により表され、または、スプリングバックプロファイルの点は垂直ベクトルの終点により表される。この補償ダイプロファイルを確定するために、これらのベクトルは、同じ大きさで逆方向に描かれるか、または、スカラ（初期的には１．００または１．１０）が乗じられ、反転されて補償ダイプロファイル１４を表す点が確定される。さて、ＯＡはＯＡ′となり、ＯＢはＯＢ′となり、そしてＯＣはＯＣ′となる（ＯＡ′は１．１５ｘＯＡに等しく、ＯＢ′は１．１５ｘＯＢ′に等しく、ＯＣ′は１．１５ｘＯＣ′に等しい、等）。実質的に、これら逆ベクトルは補償ダイプロファイル１４を形成する。
【００１４】
ここで議論する補償方法は、ダイの選択的範囲（局所補償）に、またはオリジナルのダイの表面全体に亘って（全体補償）適用される。局所補償方法が用いられるとき、隣接する表面間の相互作用はこのプロセスの確定要因になり得るため、さらに多くの相互作用が必要となる。隣接する表面は互いに作用し合う。非補償範囲では、隣接表面の変化の結果としてスプリングバックにおいてわずかな変化がみられる。本発明にしたがって、局所補償と全体補償のどちらを用いるべきかを確定するために、次のようなクライテリアを用いる（要求許容範囲（初期的に、±１ｍｍ））。（１）結果として得られる部品表面の７０％以上が要求許容範囲以内に入いる場合、局所補償方法を用いるべきとする。（２）結果として得られる部品表面の３０％以下が要求許容範囲以内に入いる場合、全体補償方法を用いるべきとする。
【００１５】
第２補償方法は“逆回転技術”である。この技術において、円形スライドが、部品の所定の原点を中心として形成され、そのようなラジアルスライドの大きさに基づいてラジアル距離を確立することが可能である。この場合、部品の公称のダイ表面と予測されるスプリングバックの形状との間のラジアル距離についての逆回転に基づいて、スプリングバック補償技術は構築されている。
【００１６】
更に、公称のダイプロファイル１８はＣＡＤの表面データまたはＦＥＡモデルにおける有限要素メッシュのノード座標（ｘ，ｙ，ｚ）のどちらかで表される。円形スライドは、図２に示すように、平面２４の中心からのラジアル距離により表される。ラジアル距離の大きさは、部品２４の原点から公称のダイプロファイル１８の位置までの距離に基づいて確立される。例として、これらのラジアル距離は、図２のＯＤ、ＯＥ及びＯＦに一致する。点Ｄ、Ｅ及びＦはそれぞれ、各動径ベクトルの終点に設定される。オリジナルの表面１８とスライドを特定する半径との間の交点に基づいて、これらの点について計算することが可能である。公称のダイ表面からスプリングバックプロファイルまでの各半径の回転が、公称プロファイルとスプリングバックプロファイルとの間のスプリングバックの相対的測定値を与える。例えば、ＯＤの回転は弧ＤＤ′を与え、ＯＥの回転は弧ＤＥ′を与え、そしてＯＦの回転は弧ＤＦ′を与える。そのようなシーケンスに基づいて、スプリングバックプロファイル２０を全体的に描くことが可能である。弧ＤＤ′、ＥＥ′、ＦＦ′等を生成するスライドすべての逆回転により、補償されたダイプロファイル２２を構築することが可能である。したがって、逆方向における半径ＯＤの回転は弧ＤＤ″を与える。同様に、逆方向におけるＯＥ′はＥＥ″を与え、全体の補償表面プロファイルが生成するまで、更にＦＦ″、等となる。先の方法で述べたように、オリジナルの弧にスカラ係数（初期的には、１．００または１．１０）を乗じることにより、逆弧長を確定することが可能である。公称表面プロファイルに関して局所補償または全体補償方法の何れを実行するかの確定は上述のクライテリアに依存する。全体的なスプリングバックの予測値の７０％以上が要求許容範囲以内であれば、局所補償方法を用いる。そうでない場合は全体補償方法を用いる。一旦、確定が下されると、上述と同様にして補償方法を適用することが可能である。
【００１７】
第３の補償方法は“逆合成ベクトル技術”である。この方法において、予測されるスプリングバックは規定されたメッシュのノード座標により測定される。各ノード（ｎｏｄｅ）の位置は、変形後の位置ベクトルにより記述できる。したがって、これらのノードベクトルを用いて、補償されたダイの形状は、確立されることが可能であるが、公称のダイの表面に関するメッシュのスプリング順方向において測定される。更に、ダイ表面に関する補償量を加減するために、スカラ係数の任意の好適な比率を用いることが可能である。他の技術と異なり、この方法は基本的に、ダイ形状の逆方向に比例するメッシュの変形予測を再度行う。これは、補償されるダイ形状を開発するために局所的または全体的になされる。
【００１８】
更に、公称のダイプロファイルはＣＡＤの表面データまたはＦＥＡモデルにおける有限要素メッシュのノード座標（ｘ，ｙ，ｚ）のどちらかで表される。図３は、公称の表面における点をその位置ベクトル（初期的にはＯＧ）により表すことが可能であり、部品の中心は平面３２により規定されることを示している。変形後、この同一点は、ＦＥＡモデルから得られたオリジナルのメッシュデータから確定される。スプリングバックプロファイルにおける位置Ｇ′にスプリングバックされ、その位置ベクトルはＯＧ′となる。結果として得られるベクトルＧＧ′の大きさと方向は、２つのベクトルＯＧ′とＯＧの差により演算される。更に、逆合成ベクトルＧＧ″の大きさを確定するために、初期的なスカラ係数１．００及び１．１０を用いることが可能である。補償ダイプロファイルは、合成ベクトルＧＧ′のマイナス方向に規定されるＧＧ″のような逆合成ベクトルにより確定され、したがって、ＯＧ″は補償ダイ表面における点Ｇ″の合成位置ベクトルを規定する。補償ダイ表面３１における他のすべての点は、ここでスプリングバックされた表面２８に局在する公称のダイ表面２６に元々あったものであり、ここで述べるのとまったく同じ方法で確定されることが可能である。補償ダイプロファイルを規定するために局所補償と全体補償のどちらを用いるかの確定は、全部の予測されるスプリングバック量が要求許容範囲内にどれだけ適合して収まるかに依存している。７０％以上の予測値が制限範囲内にあれば、局所補償方法が用いられ、他方、それ以外は全体補償が適用されることを、前述において規定した。一旦、確定されると、上述と同様の方法で補償方法を適用することが可能である。
【００１９】
第４補償方法は“逆パス技術”である。基本的に、シート状構成部品のスプリングバックの間に、有限要素メッシュの各ノードは実質的に異なるパスの方向に進む。この補償方法は、成形プロセスのスプリングバックの段階の間に、これらノードの各々のパスの方向に進むことを含む。結果として得られる特有なパス曲線は、このモデルの各ノードに対してつくられる。これらのパス曲線は、スプリングバックの方向とは逆方向に、それらの同様な曲率に従って、それらの初期的なダイ表面の位置から伸ばされる。補償されたダイの等高線の座標点は、所定の補償係数によりこれら個々の伸ばされたパス曲線に従うことにより生成される。これらの座標点による表面生成により結果的に保守ダイ表面が得られる。
【００２０】
一般に、公称のダイプロファイルは、ＣＡＤの表面データまたはＦＥＡモデルにおける有限要素メッシュのノード座標（ｘ，ｙ，ｚ）のどちらかで表される。図４は、初期的に公称のダイ表面３４における位置Ｈにあった点が、スプリングバックプロファイル３６における位置Ｈ′にスプリングバックされたものであるが、ここで、点Ｈ′はＦＥＡモデルから得られたオリジナルのメッシュデータから確定されたものである。それがスプリングバックされるとき、点ＨはＨ′の軌跡の方向に進む。このパスまたは軌跡は特有であり、部品表面の各質点で異なり得る。スプリングバックプロセスをシミュレートするＦＥＡモデルにより、公称のダイ３４における各質点に対するパスをトレースすることが可能である。一旦、パスＨＨ′が規定されると、それは点Ｈから伸ばされ、部品のスプリングバックの方向とは逆方向に同じ曲率に従って進み、結果的に補償ダイ表面３８における位置Ｈ″が得られる。補償ダイ表面３８において位置Ｈ″の最終的位置を確定するために、パスＨＨ′のすべてまたは一部に所定のスカラ係数（初期的には、１．００または１．１０）を乗じることが可能である。続いて、結果としてダイプロファイル３８を得た方法と同様にして、ダイ表面におけるすべての質点を生成する。ここで、全体的なスプリングバックの予測値の７０％以上が要求許容範囲以内であれば、局所補償方法を用いる。そうでない場合は全体補償方法を用いる。一旦、確定が下されると、このパラグラフで述べた方法と同様にして補償方法を適用することが可能である。
【００２１】
第５補償方法は“鏡像合成ベクトル技術”である。これは、上述の第３補償方法の変形である。この技術において、予測されるスプリングバックは、有限要素メッシュのノード座標により測定可能である。各ノードの位置は、変形前後のその位置ベクトルにより表すことが可能である。局所的な接線ベクトルを各ノードで規定することが可能であり、その接線ベクトルについての合成ベクトルの鏡像は補償ダイにおけるノードの可能な位置を与える。したがって、これらの合成ベクトルの鏡像を用いて、補償ダイの形状を設定することが可能であるが、公称のダイの表面における局所的な接線ベクトルから反射された方向において測定することが可能である。更に、ダイ表面における補償量を修正するために、任意の好適な比率のスカラ係数を用いることが可能である。これは、補償ダイの形状を得るために、局所または全体補償の何れかになされる。
【００２２】
公称のダイプロファイルがＣＡＤの表面データまたはＦＥＡモデルにおける有限要素メッシュについてのノード座標（ｘ，ｙ，ｚ）により表されると仮定し、図５は、この補償技術がどのように適用されるかを例示している。第３補償方法について上述した同様の内容に従い、公称のダイプロファイル４２において初期的に位置ベクトルＯＩで表される同様の点Ｉは、スプリングバックプロファイル４４においてはＩ′表される位置に、異なる時点のダイプロファイル４６においてはＩ″で表される位置に置かれ、それぞれ位置ベクトルＯＩ′及びＯＩ″で容易に表すことが可能である。その合成ベクトルの大きさ及び方向は、ベクトルＩＩ′＝ＯＩ′−ＯＩで規定される。点Ｉを通る局所的な接線ＪＪがこのとき与えられる。この補償方法は合成ベクトルＩＩ″の鏡像を生成することを含み、それ故、角度ＪＩＩ′は角度ＪＩＩ″と大きさが等しい。ベクトルＩＩ″の方向は角度ＪＩＩ″により規定され、その大きさはベクトルＩＩ′に、補償ダイ表面４６における点を規定するスカラ係数（初期的には１．００または１．１０のどちらか）を乗ずることにより確定される。ここで概要を述べた同じ方法に従い、スプリングバックプロファイル４４にここで位置された公称のダイプロファイル４２に元々あった補償ダイプロファイルにおける残りの点を栖学的に確認することが可能である。公称表面プロファイルに関して局所補償または全体補償方法の何れを実行するかの確定は上述のクライテリアに依存する。全体的なスプリングバックの予測値の７０％以上が要求許容範囲以内であれば、局所補償方法を用いる。そうでない場合は全体補償方法を用いる。一旦、確定が下されると、上述と同様にして補償方法を適用することが可能である。
【００２３】
２つ以上の補償方法を同じ部品に用いることができることは、高く評価されるところであろう。
【００２４】
【実施例】
１つの二次元曲率をもつ部品設計における公称の設計に関して±２ｍｍの部品許容誤差を提供して、要求されるダイの形状及び成形プロセスを規定することにより、金属プロダクトの形状を得ることを求めた。この実施例の目的は、スプリングバックのための補償方法を評価し、更に、成形プロセスをモデル化するために用いられる有限要素分析（ＦＥＡ）の精度が有効であることを確認することであった。この実施例の第１の段階に対して、ダイプロファイルは好ましい公称の形状に切削され、一連の部品が成形された。本発明の方法においては、公称のダイ工具を実際に製造し、次いで部品を製造するこの工程は必要ではなく、実際に削除することを目的としていることは高く評価されるであろう。この例においては、しかしながら、コンピュータ上でモデル化されるこれらのアイテムとは対照的に、実際のダイプロファイルと実際の部品を用いる方法について試験を試みた。
【００２５】
スプリングバック後の部品の形状は、座標測定装置（ＣＭＭ：ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて測定され、公称の形状との比較に基づいており、補償される形状はＦＥＡを用いて構築され、そして評価された。一旦、許容可能な補正形状が得られると、新しいパンチ及びダイは切削され、新しい一連の部品が成形された。補償形状は、Ｚ方向において公称±１．７５ｍｍからの最大偏差に適合し、そして±２ｍｍの目標範囲内に問題なく入ることが検証された。しかしながら、公称の表面から部品に垂直方向に測定したとき、補償形状は許容範囲の偏差は±１ｍｍ以内である。
【００２６】
（実験部品）
実験部品は３次元形状が角柱であり、２次元的に曲率を有している。部品の公称の幾何学的形状１の模式図を図６に示す。中央面を線２で示している。この部品を形成するために用いられる工具は注意深く設計され、パンチ、ダイ及びバインダの正確なガイダンスにより再現性の高い実験結果を得るために製造された。図７は、工具セットの開閉式分割図を示す。周知のように、工具セットはダイシュー２０１、ダイ２０２、ドロービード２０３及びパンチ２０４を含む。工具セット２００は更に、バインダ２０６、バインダスペーサ２０７及びバインダシュー０８を含む。ダイは参照番号２１０で示される公称のダイプロファイルを有する。アルミニウムシート材料に接触された工具は、貫通焼入れされた工具鋼から５８−６２Ｒｃまでの研削に供せられる。用いられるシート材料は厚さが０．９１ｍｍの６１１１−Ｔ４で、その圧延方向は幅３０４．８ｍｍ長さ４８２．６ｍｍの素材を横断する方向である。工具は、公称の中央平面プロファイルに関して±０．５１ｍｍのクリアランスが得られるまで研削される。深さ１０ｍｍの位置に設置される半径１０ｍｍのドロービードをシートの各端部を制限するために用いた。バインダ表面は１．２７ｍｍのシムでオフセットされ、したがって、ドロービードの作用のみにより制限される。石油ベースの潤滑剤（Ｍａｃｓｔａｍｐ　９５−８１７，Ｆｕｃｈｓ　Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ製）が用いられた。ドロービードシミュレーション（ＤＢＳ：ＤｒａｗＢｅａｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）試験を用いたその摩擦係数の測定値は、圧延方向では０．１７、圧延方向に直交する方向では０．１３であった。摩擦係数の適切な値はＦＥＡのシミュレーションで用いられる。各シートはイソプロピルアルコールできれいに拭かれ、ツールセットに配置される前に潤滑される。最初の半加工品が形成され、一連の部品の残りの部品が着手されない前に、ツールセットは洗浄され、潤滑される。このＣＭＭ測定方法は、対象性のある中央平面から±７５ｍｍの位置に支えを提供する３つのピンにおいて　凸部を上向きにして部品を配置することを含む。次いで、調整可能なピンは、部品の最外端部を支持するために用いられ、それ故、ＣＭＭのプローブに接触する際に歪むことはない。
【００２７】
（補正技術）
ＣＭＭにより測定される一連の１０個の部品の形状を図８に示す。略平均的なスプリングバック部品形状を１０個の部品の中から選択した。この形状を、補正プロセスのための代表的な形状として用いた。先述の第１補正方法、即ち“逆ダイ垂直投影技術”をこの実証におけるダイの補償のために用いた。公称の表面から測定された最大偏差は±６ｍｍである。この補正技術は、先ずスプライン（ｓｐｌｉｎｅ）を測定データに適合させ、次いで対称性中心面から始まるプロファイルの長さに沿って１．２７ｍｍの間隔を置いて遠ざかるようにして点を配置することを含む。これと同様の方式を、実際のダイから測定される公称の形状に対しても、適用する。２つのプロファイルと関連する点が整列され、それ故、対称性中心面における点は両者共に、参照座標系の原点に関して配置される。成形の試験で用いたプロセス条件に基づくスプリングバックの結果はコンピュータモデル（ＦＥＡモデル）を用いて生成され、予測されるスプリングバックの形状は、スプライン曲線で表される実験データと比較される。ここで生成されたスプラインは、部品形状の測定値と予測値との間のスプリングバックの比較が数学的曲線により一貫性を持ち且つ正確であることを確実にするために用いる。そのようなエラーは最小化される。公称のプロファイルにおけるそれらの関連する点についてのスプリングバックが演算された後、ベクトルは部品における点の位置と関連する。これらのベクトルは、次いで、第１方法を用いて反転され、それらの大きさは、ＦＥＡ分析により確定された過補償を補正するために任意のスカラ定数を乗ぜられる。ＦＥＡを含む試行錯誤技術により、このスカラ定数に対して適当な値１．１５を得た。ＦＥＡ分析は重力の影響を明らかにし、ＣＭＭ測定における不変条件を正確にモデル化した。適切なスカラ値を伴って成形及びスプリングバック分析が実行された後、その形状は公称のダイプロファイルの１ｍｍ以内の正確さで得られ、それはダイ表面に対して垂直な方向に測定された。公称のダイ形状、代表的な部品形状、及び補償ダイ形状が図９に示されている。
【００２８】
新しいパンチとダイが切削されて、コンピュータのモデルにより予測された補償ダイ形状が得られ、他の一連の部品はすべて前と同じ条件の下で成形された。ＣＭＭにより測定され、補償された工具で成形された一連の１０個の部品の形状を図１０に示す。各部品は、Ｚ方向の公称値の±１．７５ｍｍ以内にあった。極大値は、壁に対する接線が水平方向に対して７２°の点にあり、このようにして、公称値からのあらゆる偏差を増幅することができる。部品に対して垂直方向に測定された偏差は、すべての部品について１ｍｍ未満であった。この研究についての全体的な結果が図１１及び１２から理解されるように、公称のダイ５０を用いて製造された部品５２のオーバーレイを伴う公称のダイ５０と（図１１）、上記の例に従った補償ダイにより製造された部品５４とを示している（図１２）。
【００２９】
Ｚ方向の公称値からの偏差が±２ｍｍ未満であり、部品に対して垂直方向に測定するときに偏差が１ｍｍ未満になることをもって、スプリングバック補償は合格であると検証される。公称の幾何学的形状にスプリングバック後の点を関連させる垂直ベクトルの向きを反対にする幾何学的方法が角柱状の部分について成功することが検証された。更に、この反転ベクトルの適切な大きさを確定するために用いたＦＥＡは正確であることが実証された。
【００３０】
この実施例は、部品の半径のスプリングバックを補償することの必要がないばかりか、編曲点近傍の“死角”部分も必要がないことを示している。これが実証し、実際の工具の表面がそうであるように、曲面に急に大きな変化が起こることはない。この範囲において、この材料を曲げるには、曲げ変形は十分ではない。
【００３１】
この実施例で用いる純粋に幾何学的な技術はまた、３次元の曲面をもつ部品に適用可能である。
【００３２】
本発明の具体的な実施形態を開示したが、それが開示する全体的な教示に照らして、当技術分野において熟達した者であれば、本発明は種々の変形及び変更をなし得ることは明らかである。
【００３３】
従って、上記の詳細な開示内容は例示に過ぎず、請求項に記載された事項によって限定される本発明の主旨を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の補償方法、即ち、逆ダイ垂直投影技術の詳細を示す図である。
【図２】第２の補償方法、即ち、逆回転技術の詳細を示す図である。
【図３】第３の補償方法、即ち、逆合成ベクトル技術の詳細を示す図である。
【図４】第４の補償方法、即ち、逆パス技術の詳細を示す図である。
【図５】第５の補償方法、即ち、合成ベクトル鏡像技術の詳細を示す図である。
【図６】実施例において製造された公称の部品プロファイルを示す図である。
【図７】実施例において用いられた工具セットの開閉可能ｓｐｌｉｔ　ｄｒａｗｉｎｇルを示す図である。
【図８】公称のダイによりなる１０個の部品の形状を示すグラフである。
【図９】スプリングバックプロファイル、公称のダイプロファイル及び補償されたダイプロファイルを示すグラフである。
【図１０】補償されたダイによりなる１０個の部品の形状を示すグラフである。
【図１１】補償されたダイに重ねて位置された公称のダイよりなる部品を示すグラフである。
【図１２】公称のダイに重ねて位置された補償されたダイよりなる部品を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　部品の公称の幾何学的形状
２　　　　線
１０　　　垂直なダイプロファイル
１２　　　スプリングバックプロファイル
１４　　　補償ダイプロファイル
１６　　　対称性中心面
１８　　　公称のダイプロファイル
２４　　　平面
２６　　　公称のダイ表面
２８　　　スプリングバックされたダイ表面
３２　　　補償ダイ表面
３４　　　公称のダイ表面
３６　　　スプリングバックプロファイル
３８　　　補償ダイプロファイル
４２　　　公称のダイプロファイル
４４　　　スプリングバックプロファイル
４６　　　補償ダイ表面
５０　　　公称のダイ
５２　　　部品
２００　　工具セット
２０１　　ダイシュート
２０２　　ダイ
２０３　　ドロービード
２０４　　パンチ
２０６　　バインダ
２０７　　バインダスペーサ
２０８　　バインダシュー
２１０　　ダイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月10日(2003.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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