板金加工の技術

板金部品とは一般に、金属の可塑性を利用して、剪断、プレス、曲げなどの工程を経て、一定の厚さの金属板で個々の部品を製造し、溶接、リベットなどの方法で完全な部品に組み立てることを指す。特徴は、部品の厚みが均一であること。

板金部品は、軽量、高強度、導電性、低コスト、量産性に優れているため、石油化学、冶金、電子、通信、自動車産業、医療機器などの分野で広く使用されている。例えば、パソコンケース、携帯電話、MP3プレーヤーなどの日用品では、板金部品は不可欠な部品である。

板金の応用範囲が広がるにつれ、板金部品の設計は製品開発プロセスの重要な一部となっている。機械エンジニアは、板金部品の設計技術に習熟し、設計された板金部品が製品の機能、外観、生産・加工の利便性、費用対効果などの要件を満たすようにしなければなりません。

板金部品の設計工程では、部品の形状や寸法を設計図面で表現するだけでなく、板金の展開図を用いて、生産・加工前の板金部品のプロファイル形状や寸法を表現する必要がある。これは、板金部品の切断、レイアウト、生産のガイドに使用される。

このように、部品の三次元形状要件に基づいて平坦化された輪郭を描画するプロセスは、次のように知られている。展開板金部品の展開とレイアウト板金部品の正しい効果的な展開・レイアウト方法をマスターすることで、部品の精度を確保し、加工効率を向上させ、コストを削減することができます。

I.従来の板金展開法

伝統的なシートメタルの展開法では、記述幾何学と解析幾何学の原理を用いて、3次元のシートメタル部品を平面に平坦化し、展開図を作成する。シートメタルの表面形状は、理論的に展開可能な表面と展開不可能な表面の2つに大別できる。

展開可能な曲面とは、平面、円筒面、円錐面、またはこれらの曲線で分割された曲面を指す。

非展開面とは、球面、トロイダル面、その他の不規則な面を指す。展開可能な表面は、理論的には、三次元投影図と展開図における対応する要素の長さが等しく、展開の前後で部品の表面積が一致するように、正確に展開することができます。

オブジェクトを複数の展開可能な表面パッチに分割し、それらを展開することによってのみ近似できる。従来のテンプレート計算を含む板金展開投影法、ソフトウェア支援法。

投影図法では、記述幾何学と手描き図面を用いて板金部品を展開する。具体的な方法としては、平行線法、放射状線法、三角線法などがある。

平行線法は一般に円筒面の展開に、放射状線法は円錐面の展開に、三角線法は非展開面の近似展開に用いられる。

テンプレート計算法とは、解析幾何学の原理を用いて板金部品の展開寸法を計算する方法である。具体的な方法としては、実長計算法と座標計算法がある。実長計算法は、展開時の線（要素線）の長さを解析幾何学的に計算し、そのデータを用いて展開図を描く方法です。

この方法は、投影図法におけるグラフィカルな線に基づく長さの基準を、より正確なデータに置き換えるもので、その結果、より正確な結果が得られる。しかし、展開図面の最終的なアウトラインはまだ作図で完成させる必要があり、大きな誤差が残る可能性がある。座標計算法は、原理的には実際の長さ計算法と似ている。

座標計算法を使用する場合、展開輪郭の各種基準点の座標をある座標系に対して直接計算し、この座標系で板金展開輪郭を描画する。

ソフトウェア支援展開法は、テンプレート計算の原理に基づいており、ソフトウェアを使用して展開図面を自動的に生成し、その結果、DXF/DWG形式の図面が作成され、AutoCADに直接インポートして編集や修正を行うことができます。

しかし、出来上がった図面は理想的な状態で生成され、実際の生産材の厚みを考慮しておらず、完全な三次元モデルは得られない。

従来のシートメタルの展開方法は、理論的なゼロ厚さの理想的な表面に基づいている。実用的な板金デザインしかし、素材には一定の厚みがある。

板金の厚みが小さく、精度の要求が高くない場合は、厚み係数は無視できます。しかし、精度が要求される場合、板金展開の計算は材料の厚さを考慮しなければならない。したがって、従来の板金展開法は、精度の要求が低い手抜き生産にしか適していない。

近年では、CNCパンチプレスの普及に伴い、CNCパンチプレスの導入が進んでいる、レーザープラズマ切断機、ウォータージェット切断機、そして CNCプレスブレーキ板金部品の生産と加工効率は大幅に向上した。このため、板金部品の設計と展開に対する要求も更新され、高くなっている。

現在、板金設計の主流は3D CAD/CAM技術を使用することである。これは、板金部品やアセンブリを3D環境で直接設計・モデリングし、ソフトウェアで板金を自動的に展開するというものです。

このプロセスでは、板金部品の正投影図と展開図を直接生成することができ、対応するデータはさまざまな高度な加工装置に直接インポートされ、生産と加工のためのデータ参照を提供する。

CATIA、SolidWorks、UG、CREO、SolidEdgeなどの一般的な3次元CADソフトウェアには、板金設計専用に設計されたモジュールがあります。