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では、解析のために、金型やプレス機のどこをどうセンシングし、モデル化するのか。「金型をどれだけ精緻に仕上げても、金型はプレス機の剛性や精度に倣ってしまう」ため、まずはプレス機をモデル化。細かな荷重変化による影響やプレス機のスライド平面度など、プレス機の剛性と精度を反映させたモデルを作成した。
さらに、どのような因子を加えればどんな現象が起きるのかなどを細かく描いた「機能ブロック図」を作成し、センシングや原因究明が必要な部位を分析。このブロック図は「関係者との課題解決をスムーズにし、アプローチすべきことを明確にする羅針盤のようなものになった」ともいう。
結果、プレス機に歪みセンサ6か所、金型に型温度センサ4か所、変位センサを金型とプレス機のZ方向に8か所、金型のXY方向に4か所に取り付けた。それだけでは連続的な挙動が分からないため、富士テクニカルリサーチが開発した光ファイバー製の線形センサで、連続して型温度と歪みのデータを取れるようにした。また、変位センサは部位で要求精度が異なるため、0・025um~2umまでの3種類を活用した。
さらに「金型の静的精度は保証してもプレス機への取り付け時など、色んな段階でプレス機はひずむ」ため、プレスに至る過程で逐一歪みを測り、解析モデルに反映していった。こうした結果、12umあった実機と解析の乖離を1umまで抑え、型の補正時間を20日に短縮した。
ただ解析精度は1umになったが、プレス機の変位自体がなくなるわけではない。このため、変位を見込んだ事前補正や、変位を抑制できる金型の開発も進めている。
一つが事前に見込みを織り込む方法。「例えばあらかじめ5um変位が分かっているなら、金型で事前にずれを織り込む」。しかし、これだと解析と異なる経年的な変化が出た場合、型補正が発生するデメリットがある。
もう一つが変位自体を抑制する方法。ここでは2つのアプローチで進めている。ひとつはプレス機の影響が金型に伝わらないように、プレス機と金型をガイドで連結させない方法。プレス機の影響は受けない反面、高速プレスには不向きだ。
もう一つは、プレス機と金型を締結させるが、プレス機の影響を極力減らせる独自構造の金型開発も進めている。「いずれもメリット、デメリットがあるので最適な方法を検討したい」という。
今後について、今回の取り組みは単発の評価型だったため「n数を増やしていくこと、そして外部から影響を受けないロバスト性を高めていく。将来は精密プレスだけでなく、大型や樹脂成形にも展開していきたい」(藤原グループ長)。
金型新聞 2022年8月10日
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