JP6568380B2 - 曲面プレート成形用の金型決定方法及び曲面プレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、曲面プレート成形用の金型決定方法及び曲面プレートの製造方法に関するものである。

従来、地上式ＬＮＧタンクの内壁は、多数の金属プレートを繋ぎ合わせて形成されている。それら金属プレートのうち複曲面を有するナックルプレートは、上型との接触面積よりも加工面積が広いプレートを下型の上で移動させながら逐次プレスすることにより製造している。

特開平５−１３８２５８号公報

しかしながら、この逐次プレスで用いる金型やプレス手順は、過去の現場の経験などに基づいて決定しているのが現状であるため、作業者の技能により作業工数が左右されてしまい、作業日数が長期化する原因となっている。

そこで本発明は、作業者の技能に依存することなく、適切な金型を決定し、少ない工数でプレス作業を完了させることを目的としている。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る曲面プレートの金型決定方法は、上型との接触面積よりも加工面積が広いプレートを下型の上で移動させながら逐次プレスして曲面プレートを製造するための金型を決定する方法であって、前記曲面プレートの目標形状の曲率半径よりも小さい曲率半径の成形面を有するテスト金型を曲率半径を変えて複数種類設け、前記テスト金型によるプレートのテストプレスを前記複数種類のテスト金型ごとに行い、前記複数種類のテスト金型の各成形面の曲率半径と、前記テストプレスで夫々得られた各プレートのプレス後の曲率半径との間の複数の対応データから、前記成形面の曲率半径と前記プレス後の曲率半径との関係を表す近似線を求め、前記近似線を用いて、前記曲面プレートの目標形状の曲率半径と略一致する前記プレス後の曲率半径に対応する前記成形面の曲率半径を求め、前記求めた曲率半径を利用して実際の金型の成形面を決定することを特徴とする。

前記方法によれば、スプリングバックにより金型の成形面の曲率半径よりもプレス後のプレートの曲率半径が大きくなる場合であっても、テストプレスにより求められた成形面の曲率半径とプレス後の曲率半径との関係に基づいて実際の金型の成形面の曲率半径を決定しているため、プレス後のプレートを目標形状とするために好適な金型を容易に製作することができる。なお、スプリングバックとは、曲げ変形を与えた後、変形させるために加えていた外力を取り除くと、材料の有する弾性により弾性変形分だけ変形が戻る現象である。したがって、作業者の技能に依存することなく適切な金型を決定することが可能となり、作業工数低減に寄与することができる。

前記曲面プレートは、Ｘ方向の曲率半径がＹ位置ごとに一定で且つＹ方向の曲率半径がＸ位置ごとに異なる部分を有する複曲面プレートであり、前記実際の金型の成形面のＸ方向の曲率半径を前記複曲面プレートの目標形状よりも小さく設定してもよい。

前記方法によれば、プレートのＹ方向の曲率半径を目標形状にするためにプレートをＹ方向に送りながら逐次プレスする際に、プレートのＸ方向の曲率半径が大きくなるように変形しても、金型のＸ方向の曲率半径を目標形状よりも小さく設定しているので、プレートをＸ，Ｙ方向ともに目標形状に近づけることができる。よって、プレートのＸ方向の曲率半径の調整の手間が減り、作業工数低減に寄与することができる。

前記テスト金型による前記テストプレスをコンピュータシミュレーションにより行ってもよい。

前記方法によれば、テストプレスを短時間かつ低コストで行うことができる。なお、コンピュータシミュレーションとしては、例えばＦＥＭ解析などを用いると好適である。

また、本発明に係る曲面プレートの製造方法は、上型との接触面積よりも加工面積が広いプレートを下型の上で移動させながら逐次プレスして曲面プレートを製造する方法であって、前記プレートの中央部を前記曲面プレートの目標形状の曲率半径よりも小さい曲率半径となるようにプレスする中央部曲げ工程と、前記プレス後のプレートの中央部が前記下型のエッジ部分にかかるように配置された状態で、前記プレートの前記中央部に隣接した領域をプレスする調整工程と、を備えていることを特徴とする。

前記方法によれば、プレートの中央部を曲率半径が予め目標形状よりも小さくなるように予めプレスしておき、その後、プレートの中央部に隣接した領域をプレスする際に、下型のエッジ部分を利用してプレートの中央部を曲率半径が大きくなるように変形させることで、プレートを中央部及びそれに隣接する領域を同時に目標形状に近づけることができる。よって、曲がりにくい部位であるプレートの中央部を確実に曲げ加工しながらも、プレートのプレス回数を減らすことが可能となり、作業工数低減に寄与することができる。

前記曲面プレートは、Ｘ方向の曲率半径がＹ位置ごとに一定で且つＹ方向の曲率半径がＸ位置ごとに異なる部分を有する複曲面プレートであり、前記中央部曲げ工程の前に行われ、前記プレートを前記目標形状に向けて概略的にプレスする粗形状曲げ工程と、前記中央部曲げ工程と前記調整工程との間に行われ、前記プレートのＹ方向の両端部を前記目標形状にプレスする端部曲げ工程と、前記調整工程の後に行われ、前記プレートのＸ方向の曲率半径が前記目標形状の曲率半径となるように前記プレートをプレスする仕上げ工程と、をさらに備え、前記調整工程では、前記プレートのＹ方向の曲率半径が前記目標形状の曲率半径となるように前記プレートをプレスするようにしてもよい。

前記方法によれば、作業者の技能によらずに一定したプレス結果を効率的に得ることが可能となり、全体として作業工数低減に寄与することができる。

上型との接触面積よりも加工面積が広いプレートを下型の上で移動させながら逐次プレスして曲面プレートを製造するための前工程であって、該プレートを予め一定の曲率半径となるようにロール曲げしておいてもよい。

前記方法によれば、曲面プレートの粗形状がロール曲げにより一括して形成されるので、後工程での逐次プレスの作業工数を削減することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、作業者の技能に依存することなく、適切な金型を決定し、少ない工数でプレス作業を完了させることができる。

本発明の実施形態に係る複曲面プレートを示す図面である。 複曲面プレートを作製する際の全体的手順を示す斜視図である。 （ａ）は複曲面プレートを作製するためのテスト金型（縮小モデル）の下型を示す斜視図、（ｂ）はその上型を示す斜視図である。 （ａ）はロール曲げ後の素材プレート（縮小モデル）の断面図、（ｂ）はその平面図である。 テスト金型によるテストプレスの解析モデルを示す図面である。 複曲面プレートの目標形状（縮小モデル）を示し、（ａ）は複曲面プレートをＬＮＧタンクに設置した状態における図面指定方向の曲率半径を示した図面、（ｂ）は複曲面プレートを下型に設置した状態における鉛直方向の曲率半径を示した図面である。 （ａ）はテストプレスにおけるプレート中央部のプレスを説明する平面図、（ｂ）はプレート端部のプレスを説明する平面図である。 中央部プレスの前後におけるプレートの断面形状を示すグラフである。 端部プレスの前後におけるプレートの断面形状を示すグラフである。 テスト金型の成形面の曲率半径（Ｙ方向）とプレートのプレス後の曲率半径（Ｙ方向）との関係を示すグラフである。 テスト金型の成形面の曲率半径（Ｙ方向）とプレートのプレス後の曲率半径（Ｘ方向）の増加率との関係を示すグラフである。 粗形状曲げ工程を説明する図面である。 中央部曲げ工程を説明する図面である。 （ａ）（ｂ）は木型による形状チェックを説明する断面図である。 端部曲げ工程を説明する平面図である。 端部曲げ工程を説明する断面図である。 調整工程を説明する模式断面図である。 （ａ）（ｂ）は仕上げ工程を説明する断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る複曲面プレート４を示す図面である。図１に示すように、ＬＮＧタンク内槽１は、多数の金属プレートを繋ぎ合わせて形成されており、本実施形態の複曲面プレート４は、そのＬＮＧタンク内槽１のドーム状の屋根板２と円筒形の側板３とを繋ぐ位置に設置されるナックルプレートである。この複曲面プレート４は、高さ方向Ｘ（以下、Ｘ方向と称す）と周方向Ｙ（以下、Ｙ方向と称す）の２方向に曲率を有している。複曲面プレート４のＸ方向の曲率半径は、Ｙ位置ごとに一定である。複曲面プレート４のＹ方向の曲率半径は、Ｘ位置ごとに異なる部分を有し、側板３から屋根板２に向かって連続的に小さくなっている。１枚の複曲面プレート４のＸ方向の弧長をＷ１、屋根板２側の端部におけるＹ方向の弧長をＷ２、側板３側の端部におけるＹ方向の弧長をＷ３とすると、例えば、Ｗ１＝４４３８ｍｍ、Ｗ２＝３９８５、Ｗ３＝４１８９であり、６０枚の複曲面プレート４でタンク全周が構成される。

図２は複曲面プレート４を作製する際の全体的手順を示す斜視図である。図２に示すように、まずは、バネ性を有する平板状の素材プレート４Ａ（例えば、９%ニッケル鋼：ＳＬ９Ｎ５９０）をロール曲げして、Ｘ方向に一定の曲率半径となるように予め曲げ加工しておく。そして、このロール曲げ後のプレート４Ｂを金型８によりプレス加工して、Ｙ方向の曲率半径を付与する。具体的には、金型８は、Ｘ方向を長手方向としてＹ方向の幅がプレート４Ｂよりも小さい雌状の下型６と、Ｘ方向を長手方向としてＹ方向の幅がプレート４Ｂ及び下型６よりも小さい雄状の上型７を有している。そして、プレート４Ｂを下型６の上でＹ方向に送りながら上型７を複数回押し下げる逐次プレスすることで、Ｙ方向の曲率半径がＸ位置ごとに異なる複曲面プレート４を製造する。本発明は、このプレス曲げ工程の作業効率化を図るために、最適な金型８を決定し、その金型８を用いた最適なプレス方法を提供するものである。

[金型決定方法]
次に、最適な金型８を決定するまでの全体的な手順について説明する。まず、（１）コンピュータシミュレーション（例えば、ＦＥＭ解析）により、成形面の曲率半径が異なる複数種類のテスト金型を用いてコンピュータ上でプレートを１回プレス（テストプレス）することで、制約条件（プレス機出力、金型サイズ、素材寸法）を考慮しつつ、目標形状が得られる適正金型形状の選定を行う。

次いで、（２）その選定された形状の縮小金型（１／１２．５サイズ）を製作し、プレス曲げ試験（複数回プレス）を行い、成形結果から金型形状の最適化（形状修正）を行う。また、曲げ加工手順の最適化に反映するための基礎的な成形挙動データも蓄積する。次いで、（３）その最適化された形状の縮小金型（１／１２．５サイズ）を用いて、プレス曲げ加工の諸元（プレス順序、ピッチ、回数など）をパラメータとした加工試験を実施し、成形を効率化するための曲げ加工手順を検討する。また、得られた結果からプレス曲げ施工指針を作成する。次いで、（４）以上の結果に基づいて実際の金型を製作し、実際のプレートを用いて試験的にプレス曲げ加工を行い、金型形状やプレス手順を再確認し、検討した手順の効果を検証する。最後に、（５）製品用のプレートを用いて実施工を行う。

次に、最適な金型８を決定するまでの詳細な手順について説明する。図３（ａ）は複曲面プレートを作製するためのテスト金型（縮小モデル）の下型６’を示す斜視図、（ｂ）はその上型７’を示す斜視図である。図３に示すように、下型６’及び上型７’は、ＦＥＭ解析で設定される縮小モデル（実寸法に対する縮尺＝１／１２．５）である。図３中、Ｒ１〜Ｒ４は成形面６ａ’，７ａ’における曲率半径を示している。具体的には、Ｒ１は、Ｘ方向の曲率半径でＹ位置ごとに一定であり、Ｒ２は、屋根板２側の端部におけるＹ方向の曲率半径であり、Ｒ３は、側板３側の端部におけるＹ方向の曲率半径であり、Ｒ４は、屋根板２側の端部と側板３側の端部との間の中央部におけるＹ方向の曲率半径である。なお、ＦＥＭ解析においては、金型の成形面のみをモデル化している（剛体、板厚２．０ｍｍ）。

図４（ａ）はロール曲げ後の素材プレート４Ｂ（縮小モデル）の断面図、（ｂ）はその平面図である。図４に示すように、ロール曲げ後でプレス前の素材プレート４Ｂは、Ｘ方向の長さＷ１（例えば、Ｗ１＝４６００ｍｍ）、Ｙ方向の長さＷ２（例えば、４２６０ｍｍ）、板厚Ｔ（例えば、５０ｍｍ）の矩形状の平板を、ロール曲げによって、Ｘ方向の曲率半径（Ｒ＝４７７０）をＹ位置ごとに一定としたものであり、ＦＥＭ解析での縮小モデルでは、それら寸法を１／１２．５サイズに縮小し、Ｘ方向長さＷ１’（＝３６８．０ｍｍ）、Ｙ方向長さＷ２’、Ｗ３’（＝３４０．８）、板厚Ｔ’（＝４．０ｍｍ）、曲率半径Ｒ１’（＝３８３．６ｍｍ：板厚中心）に設定している。

図５はテスト金型６’，７’によるテストプレスの解析モデルを示す図面である。図５に示すように、ＦＥＭ解析には、例えば、汎用ＦＥＭ解析プログラムであるＬＳ−ＤＹＮＡを使用し、金型（下型６’・上型７’）及び素材プレート４Ｂ’を縮小サイズ（１／１２．５）でモデル化した。また、金型６’，７’は剛体、素材プレート４Ｂ’は弾塑性体とし、両者ともにシェル要素を用いてモデリング（寸法は板厚中心で決定）している。

図６は複曲面プレート４’の目標形状（縮小モデル）を示し、（ａ）は複曲面プレート４’をＬＮＧタンクに設置した状態における図面指定方向の曲率半径を示した図面、（ｂ）は複曲面プレート４’を下型６’に設置した状態における鉛直方向の曲率半径を示した図面である。図６（ａ）では、Ｘ方向曲率半径をｒ１、Ｙ方向曲率半径（屋根板側）をｒ２、Ｙ方向曲率半径（側板側）をｒ３、Ｙ方向曲率半径（中央部）をｒ４とすると、ｒ１は、曲率半径の方向を成形面の法線方向に設定し、ｒ２〜ｒ４は、複曲面プレート４’を鉛直断面で見て曲率半径の方向を水平方向に設定したものである。

ところで、プレス金型や成形品の形状においては、この方向で定義される曲率半径よりも、鉛直方向から見た曲率半径を用いた方が分かりやすい。そこで、図６（ｂ）に示すように、本解析では、プレート４’を下型６’に置いた状態における前記ｒ１〜ｒ４に対応した鉛直方向から見た曲率半径をＲ１〜Ｒ４とし、これらの値が目標形状になるような金型の曲率半径寸法を選定する。

ＦＥＭ解析におけるテスト金型６’，７’の成形面６ａ’，７ａ’の各曲率半径Ｒ１〜Ｒ４は、複曲面プレート４’の目標形状の曲率半径Ｒ１〜Ｒ４よりも小さい曲率半径となるように複数種類設けることとする。具体的には、表１に示すように、テスト金型６’，７’では、曲率半径ｒ２〜ｒ４を目標形状の２０％、３０％、４０％の値の３種類の金型Ａ，Ｂ，Ｃを用意し（上下型の曲率半径は、プレート板厚分だけオフセットしている）、その曲率半径ｒ２〜ｒ４（図６（ａ）参照）をＲ２〜Ｒ４（図６（ｂ）参照）に座標変換する。なお、曲率半径Ｒ１は一定で、上下型はプレート板厚分オフセットした相型形状とする。

図７（ａ）はテストプレスにおけるプレート中央部のプレスを説明する平面図、（ｂ）はプレート端部のプレスを説明する平面図である。図７に示すように、プレス位置は、Ｙ方向の中央部を１回プレスするテストプレスと、Ｙ方向の端部を１回プレスするテストプレスとを前記３種類のテスト金型ごとに行い、表２に示すように計６パターンのＦＥＭ解析を行う。

図８は中央部プレスの前後におけるプレートの断面形状を示すグラフである。図８では、プレス時（除荷前）およびスプリングバック後（除荷後）についてプレートのＸ方向各部（Ｒ２〜Ｒ４）における各Ｙ位置でのＺ位置が示されている。中央部プレスの成形現象としては、Ｘ方向中央（Ｒ４）では、下型６’のＹ方向のエッジ部分で折れ曲がった形状となっている（除荷後もその形状を維持）。これは、プレート中央付近は曲げ剛性が高いので、上型７’に接触する部分のみが下型６’に押し込まれるように変形するためである。また、Ｘ方向端部（Ｒ２，Ｒ３）では、金型形状に沿った変形をしており、下型６’のエッジ部分での折れ曲がりは生じていない。

図９は端部プレスの前後におけるプレートの断面形状を示すグラフである。図９では、プレス時（除荷前）およびスプリングバック後（除荷後）についてプレートのＸ方向各部（Ｒ２〜Ｒ４）における各Ｙ位置でのＺ位置が示されている。端部プレスの成形現象としては、Ｘ方向中央（Ｒ４）及びＸ方向端部（Ｒ２，Ｒ３）ともに、プレート中心寄りの下型６’のＹ方向のエッジ部分で折れ曲がった形状となる。その程度はＲ４の位置の方がＲ２，Ｒ３の位置よりも大きい。これも、プレート中央付近は曲げ剛性が高いためである。

図１０はテスト金型６’，７’の成形面６ａ’，７ａ’の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’（Ｙ方向）とプレート４’のプレス後の曲率半径（Ｙ方向）との関係を示すグラフである。なお、図１０の１つのグラフに付された６つのプロットは、表２の６パターンのテストプレスに対応している。図１０に示すように、同じ金型であっても素材プレートのプレス位置によって曲がり具合が異なる。中央部プレスと端部プレスとでは、端部プレスの方が曲がりにくい。ただし、Ｘ方向の中央（Ｒ４）ではプレス位置の影響は少ない。また、Ｘ方向の中央部（Ｒ４）はＸ方向の両端（Ｒ２，Ｒ３）に比べて曲がりにくい（特に中央部プレスの場合）。従って、金型の成形面の曲率半径は、Ｘ方向における中央部を端部よりも小さくする必要があると考えることができる。

そして、３種類のテスト金型６’，７’の各成形面６ａ’，７ａ’の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’（金型曲率半径）と、６パターンのテストプレスで夫々得られた各プレート４のプレス後の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’（成形曲率半径）との間の対応データから、金型曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’と成形曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４ ’との関係を表す近似曲線Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３を求める。

ここで、中央部プレスと端部プレスとでは、端部プレスの場合の方が除荷後の曲がりが小さいので、１つの金型で中央部プレスと端部プレスとの両方を行おうと思えば、端部プレス時の結果を基にして金型形状を決定する必要がある。よって、近似曲線Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３のうち端部プレスの近似曲線Ｃ１〜Ｃ３を用いて、複曲面プレート４’の目標形状の曲率半径と略一致する成形曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’に対応する金型曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’を求める。即ち、近似曲線Ｃ１〜Ｃ３と目標形状線Ａ１〜Ａ３との交点における金型曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’を求める。そして、この求めた金型曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’を縮小金型に適用する。

このようにすることで、スプリングバックにより金型６’，７’の成形面６ａ’，７ａ’の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４ ’よりもプレス後のプレート４’の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４ ’が大きくなる場合であっても、テストプレスにより求められた成形面の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４ ’とプレス後の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４ ’との関係に基づいて金型の成形面の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４ ’を決定しているため、プレス後のプレート４を目標形状とするために好適な金型を容易に製作することができる。したがって、作業者の技能に依存することなく適切な金型を決定することが可能となり、作業工数低減に寄与することができる。

図１１はテスト金型６’，７’の成形面６ａ’，７ａ’のＹ方向の曲率半径Ｒ２’〜Ｒ４’とプレート４’のプレス後のＸ方向の曲率半径Ｒ１’の増加率との関係を示すグラフである。図１１に示すように、プレス後のプレートのＸ向曲の率半径Ｒ１’は、Ｙ方向の曲げに影響を受けており、いずれもプレス前よりも曲率半径寸法が増加している。また、金型のＹ方向の曲率半径が小さい方が、プレートのＸ方向の曲率半径の増加は大きくなる傾向にある。従って、金型のＸ方向の曲率半径Ｒ１’の寸法は、複曲面プレート４’の目標形状の曲率半径よりも小さく設定することとする。これにより、プレート４’をＸ，Ｙ方向ともに目標形状に近づけやすくなって、プレート４’のＸ方向の曲率半径Ｒ１’の調整の手間が減り、作業工数低減に寄与することができる。

以上により選定した縮小金型の形状は表３のとおりである。

次いで、この表３の形状をもつ縮小金型を製作し、その縮小金型を用いて実際にプレス試験を行う。その際には、上型とプレートとの間にウレタンシートを挟んで上型の成形面の曲率半径を調節し、上型の成形面の最適化を行う。このようにして実際の上型の成形面の曲率半径を最終的に決定する。

[複曲面プレート製造方法（プレス方法）]
次に、前記決定された金型６，７を用いた実際のプレス手順について説明する。プレス作業は、表４に示す５段階の工程にて行う。

図１２は粗形状曲げ工程を説明する図面である。図１２に示すように、まず初めに、ロール加工後のプレート４Ｂを目標形状に向けて概略的にプレスする粗形状曲げ工程を行う。具体的には、Ｙ方向の一端から他端へ向かう方向へプレート全体を逐次プレスする。このプレスは、Ｙ方向の端から端までの間を往復するように繰り返す（例えば、往復２回）。また、この逐次プレスでは、プレート４を下型６及び上型７に対してＹ方向へ相対移動させながらプレスを行うが、その際のプレスピッチは２５０ｍｍ程度とする。

図１３は中央部曲げ工程を説明する図面である。図１３に示すように、粗形状曲げ工程の後は、プレート４の中央部を目標形状の曲率半径よりも小さい曲率半径となるようにプレスする中央部曲げ工程を行う。具体的には、プレート４のY方向の両端から中央へ向かう方向へ逐次プレスを行うことで、Ｙ方向中央付近を深く曲げて調整工程時の曲げ戻し対策をすると共に、形状の非対称性を小さくして調整し易くする。そして、この中央部曲げの後には、図１４に示すように、木型で形状をチェックし、所定の曲がり量があればＯＫとして次工程へ移る一方、曲がり不足であればＮＧとして再プレスを行う。なお、木型による形状チェックは、他の工程でも適宜行うこととする。

図１５は端部曲げ工程を説明する平面図である。図１６は端部曲げ工程を説明する断面図である。図１５及び１６に示すように、中央部曲げ工程の後は、プレート４のＹ方向の両端部を目標形状にプレスする端部曲げ工程を行う。具体的には、図１５のように、プレート４のＹ方向の両端部をＸ方向に三分割し、その分割長さ程度のウレタンシート１０（例えば、厚さ6mm程度）をプレート４と上型７との間に敷いてプレスを行う。これにより、ウレタン部分を集中してプレスすることができる。なお、端部曲げの範囲は、プレート４のＹ方向両端から所定長さ（例えば、６００ｍｍ）の範囲とする。

図１７は調整工程を説明する模式断面図である。なお、図１７では理解容易のためにプレートの曲率を強調して表示している。図１７に示すように、端部曲げ工程の後は、プレート４のＹ方向の中央部に隣接した領域（中央部と端部との間の領域）をプレスする調整工程を行う。この調整工程は、プレート４のＹ方向の曲率半径が目標形状の曲率半径となるようにプレート４をプレスするものである。具体的には、Ｙ方向の曲率半径が均一になるよう、曲がりが過小となっている中央部の端部との間の領域中間部をプレスする。その際、プレート４のＹ方向の中央部が下型６のエッジ部分にかかるように配置した状態で、曲がりが過大となっている中央部を下型エッジ部分による曲げ戻しを利用して目標形状に合わせる。

即ち、中央部曲げ工程においてプレート４の中央部を曲率半径が予め目標形状よりも小さくなるように予めプレスしておき、その後、この調整工程においてプレート４の中央部に隣接した領域をプレスする際に、下型６のエッジ部分を利用してプレート４の中央部を曲率半径が大きくなるように変形させることで、プレート４を中央部及びそれに隣接する領域を同時に目標形状に近づけることができる。よって、曲がりにくい部位であるプレート４の中央部を確実に曲げ加工しながらも、プレート４のプレス回数を減らすことが可能となり、作業工数低減に寄与することができる。

図１８（ａ）（ｂ）は仕上げ工程を説明する断面図である。図１８に示すように、調整工程の後は、プレート４のＸ方向の曲率半径が目標形状の曲率半径となるようにプレート４をプレスする仕上げ工程を行う。具体的には、木型でＸ方向の曲がり過小部を探し、曲がり過小部の中心位置をプレスする。この際、図１８（ａ）に示すように、プレート４の曲がり過小部の上にブロック１１（例えば、アルミブロック等）を置いてプレスすることで、当該部分の曲率半径を減少させる。また、木型でＸ方向の曲がり過大部が見つかった場合には、図１８（ｂ）に示すように、プレーと４の曲がり過大部のＸ方向中心の下にブロック１２を置くと共に、プレート４の曲がり過大部のＸ方向両側の上に一対のブロック１３，１４を置いてプレスすることで、当該部分の曲率半径を増加させる。そして、最終的に、複曲面プレート４のＸ方向及びＹ方向の曲げ形状を木型でチェックし、公差範囲内であることを確認する。

なお、前述した実施形態では、金型決定のためのテストプレスをＦＥＭ解析にて行ったが、ＦＥＭ解析の代わりに実試験で行ってもよい。また、本発明を適用するプレートは、複曲面からなるナックルプレートだけでなく、球形タンクを構成するプレートに適用してもよい。

以上のように、本発明に係る曲面プレートの金型決定方法及び製造方法は、作業者の技能に依存することなく、適切な金型を決定し、少ない工数でプレス作業を完了できる優れた効果を有し、多数の金属プレートからなるタンクの作製等に広く適用すると有益である。

４ 複曲面プレート
６ 下型
７ 上型
８ 金型

Claims (6)

1. 上型との接触面積よりも加工面積がＹ方向に広いプレートを下型の上でＹ方向に移動させながら逐次プレスして曲面プレートを製造するための金型を決定する方法であって、
   前記曲面プレートの目標形状の曲率半径よりも小さい曲率半径の成形面を有するテスト金型を曲率半径を変えて複数種類設け、
   前記テスト金型によるプレートのテストプレスとして前記複数種類のテスト金型ごとに前記プレートのＹ方向の端部をプレスする端部プレスを行い、
   前記複数種類のテスト金型の各成形面の曲率半径と、前記端部プレスで夫々得られた各プレートのプレス後の曲率半径との間の複数の対応データから、前記成形面の曲率半径と前記プレス後の曲率半径との関係を表す近似線を求め、
   前記近似線を用いて、前記曲面プレートの目標形状の曲率半径と略一致する前記プレス後の曲率半径に対応する前記成形面の曲率半径を求め、
   前記求めた曲率半径を利用して実際の金型の成形面を決定することを特徴とする曲面プレートの金型決定方法。
2. 前記曲面プレートは、Ｘ方向の曲率半径がＹ位置ごとに一定で且つＹ方向の曲率半径がＸ位置ごとに異なる部分を有する複曲面プレートであり、
   前記実際の金型の成形面のＸ方向の曲率半径を前記複曲面プレートの目標形状よりも小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の曲面プレートの金型決定方法。
3. 前記テスト金型による前記テストプレスをコンピュータシミュレーションにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の曲面プレートの金型決定方法。
4. 上型との接触面積よりも加工面積が広いプレートを下型の上で移動させながら逐次プレスして曲面プレートを製造する方法であって、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金型決定方法により決定された成形面を有する金型を用い、プレートの中央部を前記曲面プレートの目標形状の曲率半径よりも小さい曲率半径となるようにプレスする中央部曲げ工程と、
   前記プレス後のプレートの中央部が前記下型のエッジ部分にかかるように配置された状態で、前記プレートの前記中央部に隣接した領域をプレスする調整工程と、
   を備えていることを特徴とする曲面プレートの製造方法。
5. 前記曲面プレートは、Ｘ方向の曲率半径がＹ位置ごとに一定で且つＹ方向の曲率半径がＸ位置ごとに異なる部分を有する複曲面プレートであり、
   前記中央部曲げ工程の前に行われ、前記プレートを前記目標形状に向けて概略的にプレスする粗形状曲げ工程と、
   前記中央部曲げ工程と前記調整工程との間に行われ、前記プレートのＹ方向の両端部を前記目標形状にプレスする端部曲げ工程と、
   前記調整工程の後に行われ、前記プレートのＸ方向の曲率半径が前記目標形状の曲率半径となるように前記プレートをプレスする仕上げ工程と、をさらに備え、
   前記調整工程では、前記プレートのＹ方向の曲率半径が前記目標形状の曲率半径となるように前記プレートをプレスすることを特徴とする請求項４に記載の曲面プレートの製造方法。
6. 上型との接触面積よりも加工面積が広いプレートを下型の上で移動させながら逐次プレスして曲面プレートを製造するための前工程であって、該プレートを予め一定の曲率半径となるようにロール曲げしておくことを特徴とする請求項４又は５に記載の曲面プレートの製造方法。