実践板金展開技術ハンドブック（SolidWorks 2017年版）

1.1 板金展開の概要

板金加工は通常、金属そのものの成形特性を利用して行われる。つまり、一定の厚みを持つ金属板を、切断、プレス、成形、曲げなどの技術的手段を用いて加工し、1つの独立した部品を製造し、その後、溶接、リベット、その他の方法で組み立てを行い、最終的に部品を完成させる。特徴的なのは、同じ部品でも厚みが常に同じであることだ。板金部品の観点から、軽量、高強度、導電性、低コスト、大規模な大量生産性能は非常に良好であるような、このような様々な特性を保持するので、石油化学産業、冶金、電子電気機器、通信、自動車産業、医療機器や使用範囲の他の多くの分野で現在の板金部品は、広く、コンピュータのシャーシ、携帯電話などの場合のように、アプリケーションの広い範囲で使用されている。例えば、コンピュータの筐体や携帯電話など、日常生活で使用される製品において、板金は欠かせない加工手段となっている。板金用途の普及に伴い、板金部品の設計は製品開発の重要な要素となっている。この点で、機械エンジニアが板金設計技術を十分に把握することは重要である。こうして設計された板金部品は、製品の機能、外観などの要求を同時に満たすだけでなく、生産・加工の利便性、費用対効果など多くの要求を満たすことができる。

板金部品の設計工程では、部品の形状や寸法を示すための設計図面だけでなく、板金部品の生産・加工前に板金展開図を用いて板金材料のプロファイルの形状や寸法を示し、材料の配置、サンプルの配置、生産のための板金部品生産の指針とする必要があります。このように、部品の三次元形状に基づいて平面形状を描く工程が板金展開です。板金部品の正しい効果的な展開方法をコントロールすることで、板金部品の精度を確保するだけでなく、加工効率の向上とコスト削減を実現します。

1.1.1 従来の板金展開方法

シートメタルを展開する伝統的な方法である記述幾何学と解析幾何学の原理を用い、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。シートメタルを構成する表面形状は、理論的に広げられる表面と広げられない表面の2つに大別できる。展開可能な面とは、平面、円筒面、円錐面、またはこれらの面で分割された面である。非拡張曲面とは、球面、トロイダル、その他の形状の曲面である。展開可能な面は、立体投影図と展開図における対応するベクトルの長さが等しく、展開前後の部分の表面積も等しいため、理論的なレベルで正確に展開することができるが、非展開可能な面は、理論的に平面に展開することができず、多数の展開可能な面として近似してから展開することしかできず、従来の板金板の展開方法には、テンプレート計算、投影図、ソフトウェアによる支援方法などがある。板金シートを展開する従来の方法には、テンプレート計算法、投影図法、ソフトウェア法などがある。

1.投影図法

絵画幾何学と手描きの図面を用いて板金部品を展開する投影法。具体的な方法としては、平行法、放射状法、三角法がある。平行法は円筒面の展開に、放射法は円錐面の展開に、三角法は非展開面の近似展開に用いられる。

これは、円柱の表面を等しい部分（a～e点）に分割し、その等しい部分（a1～e5点）における直線の長さを決定することによって行われる。これは、斜め断面の正方形の円柱表面を展開する平行線法で行われることであり、円柱の底面の円周を直線として展開することによって行われる。これは、円柱表面を展開するプロセスの一部であり、直線の点における直線の実際の長さをプロットすることによって行われる。これもプロセスの一部であり、ポリラインの等距離点にポリラインの実際の長さをプロットし、ポリラインの端点（A～E）を曲線で結ぶと、図1.1.1が完成する。

図1.1.1 平行線法による斜めに切り捨てられた正方形円筒面の展開

2.テンプレート計算方法

テンプレート計算法は、解析幾何学を用いて板金部品の展開図を計算する方法であり、その具体的な方法としては、実長さ計算法、座標計算法等がある。実長さ計算法は、解析幾何学を用いて展開時の線分、すなわち平線の長さを計算し、その長さデータを用いて展開図を作図する方法であり、投影法における図面の線を長さの基準とする方法ではなく、より正確なデータであるため、得られる結果はより正確であるが、展開図の外形は依然として作図によって完成させなければならない。しかし、展開図形の輪郭はやはり作図で完成させなければならず、言い換えれば、最終的なトレースの輪郭はやはり誤差が大きい。座標計算法の原理は実長さ計算法の原理と似ており、座標計算法を使用する場合、展開図形の基準点の座標をある座標系に対して直接計算し、板金の展開図形の輪郭をその座標系にプロットする。

3.ソフトウェア支援手法の拡大

ソフトウェア支援による展開方法は、テンプレート計算法の原理に基づいており、ソフトウェアの助けを借りて、DXF/DWG形式の展開図面を自動的に生成し、直接インポートして編集や修正を行うことができる。しかし、得られた図面は理想的な状態で生成され、実際の生産における板厚の要因は考慮されていないため、完全な三次元モデルを得ることはできない。

1.1.2 剥離のためのシートメタル・スプレッディングの使用

従来の板金膨張の計算方法は、板厚ゼロの理論的な理想面に基づいているが、現実には板金部品には一定の板厚がある。板金部品の板厚が小さく、精度の要求が高くない場合は、板金の板厚係数を無視することができるが、板金部品の設計にある程度の精度が要求されるようになると、板金展開の計算で板厚係数を考慮しなければならない。したがって、従来の板金展開方法は、高い精度を必要としない材料の手作業による生産にしか適用できない。

近年、CNCプレス、レーザー、プラズマ、ウォータージェット切断機、CNCベンディングマシンの普及と応用に伴い、板金部品の生産効率は大幅に向上し、板金部品の加工効率はさらに向上している。 同時に、板金部品の設計により新しい要求が出され、板金部品の展開と配置により高い要求が出され、その中で、3次元CAD/CAM技術を使用して板金部品の設計を行うことが主流となっている。主流となっている。3次元CADソフトの助けを借りて板金部品を展開するアイデアは、3次元環境で板金部品または板金アセンブリの設計とモデリングを実施し、ソフトウェアで板金部品を自動的に展開して、板金部品の三面図と展開図を生成し、対応するデータをあらゆる種類の高度な加工機器に直接インポートして、生産と加工のためのデータ参照を提供することです。対応するデータを各種先進的な加工設備に直接インポートして、生産と加工のデータ参照を提供することができる。

一般的な3次元CADソフトウェアの中には、CATIA、UG、Creo、Solid Edgeなどがあり、これらはすべて板金部品設計モジュールを備えています。さらに、そのフレンドリーなインターフェイス、習得しやすく、使いやすい、操作しやすいという特性により、このソフトウェアは幅広い板金部品設計者の愛着を得ています。シートメタルの展開とリリースに使用すると、次のような特徴があります。

3Dモデリングは直感的で使いやすく、ほとんどの板金部品はその助けを借りてモデリングすることができ、ほとんどの板金アセンブリはそれを使ってモデリングすることができます、そして、このようにして得られた3Dモデルは、製品全体の電子プロトタイプのために完璧にすることができます。

このソフトウェアでモデリングする場合、フィーチャーモデリングが使用でき、展開状態に基づく設計、ソリッド-サーフェス変換、曲げ加工など、さまざまな方法があり、幅広いシートメタルモデルを簡単に作成できる。

板金設計プロセスの3D状態は直感的な性格を持っています。 この状態では、板金部品の各部分の構造が隠蔽されることなく明確に表示されるため、修正が容易であり、自動ラベリングのために2D図面を素早くエクスポートすることが可能です。

便利な展開、システムは自動的に3Dモデルを展開し、平面展開図をエクスポートすることができます。

3Dモデルと図面データは完全にリンクしており、板金部品の寸法が3Dモデル内で変更されると、その3つのビューと展開図面が自動的に更新されます。