JP2005081417A - Initial shape preparing device for model of press simulation, press simulation device, initial shape preparing method of model of press simulation, and simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置、プレスシミュレーション装置、プレスシミュレーション用モデルの初期形状作成方法、プレスシミュレーション方法に関する。 The present invention relates to a press simulation model initial shape creation device, a press simulation device, a press simulation model initial shape creation method, and a press simulation method.
プレス型の設計やプレス形成品の形状の予測に有限要素法を用いたシミュレーションが利用されている。 Simulation using the finite element method is used for the design of the press die and the prediction of the shape of the press-formed product.
このようなプレスシミュレーションの元になる実際のプレス工程は、一例を示せば図８のとおりである。 An actual press process that is the basis of such a press simulation is as shown in FIG.
実際のプレス工程では、まず、下型（ダイ）１０１上にブランク材１００を配置する（図８Ａ）。このときブランク材１００は自重によってたわみ、変形する。その後、ブランクホルダ１０２を降ろしてブランクホールドを成形する（図８Ｂ）。続いて、上型（ポンチ）１０３を降ろしてプレスしてポンチ成形が行われ、上型１０３が下死点に到達した時点でプレス完了となる（図８Ｃ）。 In the actual pressing step, first, the blank material 100 is placed on the lower die (die) 101 (FIG. 8A). At this time, the blank 100 is bent and deformed by its own weight. Thereafter, the blank holder 102 is lowered to form a blank hold (FIG. 8B). Subsequently, punching is performed by lowering and pressing the upper die (punch) 103, and the pressing is completed when the upper die 103 reaches the bottom dead center (FIG. 8C).
従来、このようなプレス工程のシミュレーションにおいては、ブランク材モデルの初期形状としては、真っ平な板材を設定している（たとえば非特許文献１参照）。
このようなプレスシミュレーションにおいては、実際のプレス工程でブランク材がプレス機に投入され下型の上に載置されて安定した形状になる状態をシミュレーションすることから開始される。 In such a press simulation, it is started by simulating a state in which a blank material is put into a press machine and placed on a lower die in an actual pressing process to become a stable shape.
しかし、従来のシミュレーションでは、ブランク材を下型上に載置したとき、ブランク材が下型面上で安定せず、ブランク材が下型のダイフェース面となじむ方向とは逆に反るような挙動がきっかけとなって、ブランクホールド時にしわが生成されてしまうといった問題があった。以下このようなしわの発生を短絡現象と称する。 However, in the conventional simulation, when the blank material is placed on the lower die, the blank material is not stabilized on the lower die surface, and the blank material warps in the opposite direction to the direction in which the blank material conforms to the die face of the lower die. There was a problem that wrinkles were generated at the time of blank holding because of the behavior. Hereinafter, the occurrence of such wrinkles is referred to as a short circuit phenomenon.
このような短絡現象が生じる原因としては、（ａ）ブランクをセットする際の落下現象の動的効果、および（ｂ）ブランクである板材内部の予ひずみ（切り出した板材がコイル状態のときに発生した巻き癖）をコンピュータシミュレーションでうまく再現できないためと考えられる。 The cause of this short circuit phenomenon is (a) the dynamic effect of the drop phenomenon when setting the blank, and (b) pre-strain inside the plate material that is the blank (occurred when the cut plate material is in a coil state) This is thought to be because it cannot be reproduced well by computer simulation.
（ａ）動的効果については、一般的に精度のよいとされる静的解法のソルバーでは、そもそも動的効果を扱うことができない。そのためこのような動的効果を考慮するために、動的解法を用いたソルバーによってシミュレーションすることが考えられるが、本来、プレス形成品の完成形状をシミュレーションするための前段ともいうべきブランク投入過程のシミュレーションで動的解法のために多くの計算機資源（ＣＰＵの占有率や計算時間など）を投入することは現実的ではない。 (A) With regard to dynamic effects, a static solver, which is generally considered to be accurate, cannot handle dynamic effects in the first place. Therefore, in order to consider such a dynamic effect, it is conceivable to perform a simulation using a solver using a dynamic solution method, but originally, the blank charging process that should be called the first stage for simulating the completed shape of a press-formed product is considered. It is not realistic to put a lot of computer resources (CPU occupancy, calculation time, etc.) for dynamic solution in simulation.
（ｂ）コイルの巻き癖については、実際のブランク材においてどのような巻き癖がついているかを定性的に把握すること自体が困難であり、また、コイルの巻き癖がブランク材にどのように加わっているかを把握できたとしても、個々のブランク材ごとに、コイルからの切り出し方向や大きさなどで異なるため、それらを確認して、シミュレーション条件として入力、設定する必要があることから、シミュレーションの条件設定により多くの時間を費やし、またその効果も確認できていない。 (B) Regarding coil curl, it is difficult to qualitatively understand what kind of curl is in the actual blank material, and how the coil curl is added to the blank material. Even if it is possible to grasp whether or not it is different from each blank material in the cutting direction and size from the coil, etc., it is necessary to check them and input and set as simulation conditions. It takes a lot of time to set the conditions, and the effect has not been confirmed.
このようなことから、現状では、シミュレーションを行う技術者の経験と勘に頼って、ブランクが投入された段階でダイフェースになじみやすいような境界条件や重力条件などを設定している。このため、技術者の経験や熟練度よってシミュレーション結果にばらつきが生じたり、解析のやり直しが必要となるなどの問題となっている。 For this reason, at present, boundary conditions, gravity conditions, and the like are set so as to be easily adapted to the die face when a blank is inserted, depending on the experience and intuition of a simulation engineer. For this reason, there are problems such as variations in simulation results depending on the experience and skill level of engineers, and the need for re-analysis.
そこで、本発明の目的は、プレスシミュレーションを実行する際に短絡現象を防止することのできるブランク材の有限要素モデルの初期形状を作成するプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置を提供することであり、また、この短絡現象を防止することのできる有限要素モデルの初期形状を利用して、より正確なプレスシミュレーションを実行することのできるプレスシミュレーション装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a press simulation model initial shape creation device that creates an initial shape of a finite element model of a blank material capable of preventing a short circuit phenomenon when executing a press simulation. Another object of the present invention is to provide a press simulation apparatus capable of executing a more accurate press simulation using the initial shape of a finite element model that can prevent this short-circuit phenomenon.
また、他の目的は、プレスシミュレーションを実行する際に短絡現象を防止することのできるブランク材の有限要素モデルの初期形状を作成するプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成方法を提供することであり、また、この短絡現象を防止することのできる有限要素モデルの初期形状を利用して、より正確なプレスシミュレーションを実行することのできるプレスシミュレーション方法を提供することである。 Another object is to provide an initial shape creation method for a press simulation model that creates an initial shape of a finite element model of a blank material that can prevent a short-circuit phenomenon when executing a press simulation, Another object of the present invention is to provide a press simulation method capable of executing a more accurate press simulation by utilizing the initial shape of a finite element model that can prevent this short-circuit phenomenon.
上記目的を達成するための本発明はブランク材の物性データに基づき前記ブランク材の弾性域を超えない範囲で、かつ、ブランク材が載置される型面の凹凸方向と同じ方向にブランク材を湾曲させる初期形状データを算出する初期形状データ算出手段と、前記初期形状データ算出手段によって算出された前記初期形状データにしたがって、プレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを作成する初期形状モデル作成手段と、を有することを特徴とするプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置。である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a blank material in a range not exceeding the elastic range of the blank material based on the physical property data of the blank material and in the same direction as the concave and convex direction of the mold surface on which the blank material is placed. Initial shape data calculating means for calculating initial shape data to be curved, and initial shape model creating means for creating a finite element model used for press simulation according to the initial shape data calculated by the initial shape data calculating means, An apparatus for creating an initial shape of a model for press simulation. It is.
また、本発明は、上記プレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置と、前記プレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置によって作成されたプレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを有限要素法によるシミュレーションによって変形させてプレス成型品の形状をシミュレーションするシミュレーション実行手段と、を有することを特徴とするシミュレーション装置である。 Further, the present invention provides a press simulation model initial shape creation device and a finite element model used for press simulation created by the press simulation model initial shape creation device by deforming by a finite element method simulation and pressing. And a simulation executing means for simulating the shape of the molded product.
また、本発明は、ブランク材の物性データに基づき前記ブランク材の弾性域を超えない範囲で、かつ、ブランク材が載置される型面の凹凸方向と同じ方向にブランク材を湾曲させる初期形状データを算出する段階と、前記初期形状データにしたがって、プレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを作成する段階と、を有することを特徴とするプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成方法である。 In addition, the present invention provides an initial shape in which the blank material is curved in the same direction as the concavo-convex direction of the mold surface on which the blank material is placed in a range not exceeding the elastic range of the blank material based on the physical property data of the blank material. An initial shape creation method for a press simulation model, comprising: calculating data; and creating a finite element model used for press simulation according to the initial shape data.
また、本発明は、上記プレスシミュレーション用モデルの初期形状作成方法によって作成されたプレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを有限要素法によるシミュレーションによって変形させてプレス成型品の形状をシミュレーションすることを特徴とするシミュレーション方法である。 Further, the present invention is characterized in that the shape of the press-molded product is simulated by deforming the finite element model used for the press simulation created by the above-mentioned press simulation model initial shape creating method by simulation using the finite element method. This is a simulation method.
本発明によるプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置およびその方法によれば、ブランク材有限要素モデルの初期形状をブランク材載置面の凸方向と同じ方向が凸面となるように、かつ、ブランク材の弾性域を出ない範囲で湾曲させることとしたので、ブランク材が載置面にセットされたときに安定し、短絡現象を回避することができる。 According to the press simulation model initial shape creation apparatus and method therefor according to the present invention, the blank material finite element model initial shape is the same as the convex direction of the blank material mounting surface, and the blank material Therefore, when the blank material is set on the mounting surface, it is stable and a short-circuit phenomenon can be avoided.
また、本発明によるシミュレーション装置、およびその方法によれば、ブランク材を載置面にセットされたときに短絡現象を回避できる有限モデルの初期形状を利用するため、より正確なプレス形成品の途中経過や完成品の形状を再現することが可能となる。 Further, according to the simulation apparatus and the method according to the present invention, since the initial shape of the finite model that can avoid the short-circuit phenomenon when the blank material is set on the mounting surface is used, a more accurate press-formed product can be obtained. It is possible to reproduce the process and the shape of the finished product.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明を適用したプレス形成品のプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置（以下、初期形状作成装置と称する）の機能ブロック図であり、図２は、一般的な有限要素法によるシミュレーション装置の機能ブロック図である。 FIG. 1 is a functional block diagram of an initial shape creation device (hereinafter referred to as an initial shape creation device) of a press simulation model of a press-formed product to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a general finite element method. It is a functional block diagram of a simulation apparatus.
まず、図１を参照して、初期形状作成装置を説明する。 First, an initial shape creation apparatus will be described with reference to FIG.
初期形状作成装置１は、プレス金型の形状データおよびブランク材の物性データを入力する入力部１１と、型形状データから型形状の方向性を判断する型形状判断部１２と、ブランク材の物性データから初期形状を算出する初期形状データ算出部１３と、算出された初期形状データからシミュレーションに使用するブランク材モデルの初期形状を作成する初期形状作成部１４とからなる。 The initial shape creation apparatus 1 includes an input unit 11 for inputting press die shape data and blank material property data, a mold shape determination unit 12 for determining the direction of the mold shape from the die shape data, and the physical property of the blank material. An initial shape data calculation unit 13 that calculates an initial shape from data, and an initial shape creation unit 14 that creates an initial shape of a blank material model used for simulation from the calculated initial shape data.
一方、有限要素法によるシミュレーション装置３は、図２に示すように、シミュレーションに際して初期条件の設定し、シミュレーションする有限要素モデルの作成などを行うプリプロセッサ３１と、実際にシミュレーションを実行するソルバー３２と、シミュレーションの結果を解析し、グラフィック表示、出力などの処理を行うポストプロセッサ３３とに分かれている。これらは有限要素法によるシミュレーションを行うための一般的な機能であり、詳細な説明は省略する。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the simulation device 3 using the finite element method includes a preprocessor 31 that sets initial conditions for simulation and creates a finite element model to be simulated, a solver 32 that actually executes simulation, It is divided into a post processor 33 that analyzes the result of the simulation and performs processing such as graphic display and output. These are general functions for performing a simulation by the finite element method, and detailed description thereof is omitted.
本発明によるシミュレーション装置３は、一般的なシミュレーション装置のプリプロセッサに上記初期形状作成装置１が組み込まれたもので、後述するように、初期形状作成装置１が組み込まれたプリプロセッサ３１によりブランク材の初期形状を作成し、その後、この初期形状を元にしてソルバー３２によってプレス加工によるブランク材の変形過程がシミュレーションされ、ポストプロセッサ３３によってプレス製品の出来上がり形状または任意の途中形状が出力される。 The simulation apparatus 3 according to the present invention is one in which the initial shape creation apparatus 1 is incorporated in a preprocessor of a general simulation apparatus. As will be described later, an initial blank material is prepared by a preprocessor 31 in which the initial shape creation apparatus 1 is incorporated. A shape is created, and then the deformation process of the blank material by press working is simulated by the solver 32 based on this initial shape, and the finished shape of the pressed product or an arbitrary intermediate shape is output by the post processor 33.
以下、本発明による初期形状作成装置１における各部の機能について説明する。 Hereinafter, the function of each part in the initial shape creation apparatus 1 according to the present invention will be described.
入力部１１は、プレス金型の形状データが入力される。このとき入力される金型データは、上型、または下型のいずれか一方でよい。プリプロセッサ３１では、通常、いずれか一方の金型データから、それを反転させて他方の金型の有限要素モデルを作成する。 The input unit 11 receives press die shape data. The mold data input at this time may be either the upper mold or the lower mold. The preprocessor 31 normally creates a finite element model of the other mold by inverting it from one of the mold data.
また、入力部１１からは、ブランク材の物性データとして、少なくとも、板材の厚さ、ヤング率、ポアソン比が入力される。 Further, at least the thickness, Young's modulus, and Poisson's ratio of the plate material are input from the input unit 11 as the physical property data of the blank material.
これらのために、入力部１１は、たとえばプレス金型を設計するためのＣＡＤ装置などに接続され、そこから、金型の形状データを読み込み、また、板材の物性データも板材の物性データがあらかじめ登録されているデータベースなどに接続し、そこから読み取るようにしてもよい。なお、これらは、ＣＡＤ装置やデータベースに接続することなく、別途、この入力部１１から入力されるようにしてもよい。 For these reasons, the input unit 11 is connected to, for example, a CAD apparatus for designing a press die, and reads the shape data of the die from there, and the physical property data of the plate material is also stored in advance. It may be connected to a registered database and read from there. Note that these may be separately input from the input unit 11 without being connected to a CAD device or a database.
型形状判断部１２は型形状判断手段であり、入力された金型形状データから、金型のブランク材が載置される型面が、全体的に、下型方向に凸か（すなわち下に凸）、上型方向に凸か（すなわち上に凸）を判断する。 The mold shape determination unit 12 is a mold shape determination unit. Based on the input mold shape data, the mold surface on which the blank material of the mold is placed is generally convex in the lower mold direction (that is, downward) Convex) or convex in the upper mold direction (that is, convex upward).
図３は、この判断についてよ説明するためのプレス装置の概略断面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a press apparatus for explaining this determination.
型形状判断部１２は、プレス金型の上型または下型のいずれか一方の金型形状データから、上型が下型方向に入り込む場合をブランク材が載置される型面が下型方向に凸であると判断し、下型が上型方向に入り込む場合をブランク材が載置される型面が下型方向に凸であると判断する。 The mold shape determination unit 12 determines that the mold surface on which the blank material is placed is the lower mold direction when the upper mold enters the lower mold direction from the mold shape data of either the upper mold or the lower mold of the press mold. When the lower mold enters the upper mold direction, it is determined that the mold surface on which the blank material is placed is convex in the lower mold direction.
具体的には、たとえば、図３Ａに示すように、上型１０３が、下型１０１の最上部１１１を結ぶ線ｔｐよりも下に入り込む形状の場合を下型方向に凸（下に凸）と判断し、逆に図３Ｂに示すように、下型１０１が上型１０３の最下部１３１を結ぶ線ｂｍよりも上に入り込む形状の場合を上型方向に凸（上に凸）と判断する。 Specifically, for example, as shown in FIG. 3A, a case where the upper mold 103 has a shape that enters below the line tp connecting the uppermost portion 111 of the lower mold 101 is convex in the lower mold direction (convex downward). On the contrary, as shown in FIG. 3B, the case where the lower mold 101 has a shape that enters above the line bm connecting the lowermost part 131 of the upper mold 103 is determined to be convex (convex upward) in the upper mold direction.
なお、下型１０１において最上部が一点しかなく最上部同士を結ぶ線ｔｐが引けない場合は、最上部と次に高い部分とを結んだ線をｔｐとする。同様に、上型１０３において最下部が一点しかなく最下部同士を結ぶ線ｂｍが引けない場合は、最下部と次に低い部分とを結んだ線をｂｍとする。また、これら最上部、最下部の他に、上型、または下型の任意の点を指定して、それらを結ぶ線をｔｐまたはｂｍとして判断するようにしてもよい。 In the lower mold 101, when the uppermost part has only one point and a line tp connecting the uppermost parts cannot be drawn, the line connecting the uppermost part and the next highest part is defined as tp. Similarly, in the upper mold 103, when there is only one point at the bottom and a line bm connecting the bottoms cannot be drawn, a line connecting the bottom and the next lower part is defined as bm. In addition to the uppermost part and the lowermost part, any point of the upper mold or the lower mold may be designated and a line connecting them may be determined as tp or bm.
図３においては、上型と下型の両方を示したが、上記判断は、上型の形状データ、または下型の形状データのいずれか一方から判断する。これは、金型のブランク材載置面、すなわちダイフェース面の形状は、上型と下型が相互に合わさった面であるため、どちらか一方の形状データがあれば判断できるからである。 In FIG. 3, both the upper mold and the lower mold are shown, but the above determination is made from either the upper mold shape data or the lower mold shape data. This is because the blank material placement surface of the mold, that is, the shape of the die face surface is a surface where the upper die and the lower die are combined with each other, and therefore can be determined if there is shape data for either one.
初期形状データ算出部１３は初期形状データ算出手段であり、ブランク材の物性データから、ブランク材の初期形状として板材の弾性域から出ない範囲（すなわち塑性変形しない範囲）で金型形状の凸方向と同じ方向が凸面となるように湾曲させた形状を算出する。 The initial shape data calculating unit 13 is an initial shape data calculating means, and the convex direction of the mold shape is within a range that does not come out from the elastic region of the plate material as an initial shape of the blank material (that is, a range in which plastic deformation does not occur). The curved shape is calculated so that the same direction as the convex surface becomes a convex surface.
ここで弾性域から出ない範囲の湾曲形状の算出方法について説明する。 Here, a method for calculating a curved shape in a range not coming out of the elastic region will be described.
まず、単純な形状として、図４に示すように、円筒形状の一部である湾曲形状の算出方法について説明する。 First, as a simple shape, as shown in FIG. 4, a method of calculating a curved shape that is a part of a cylindrical shape will be described.
湾曲面の曲率半径をｘ、ブランク材の板厚をｔ、ヤング率をＥとすると、板を湾曲させたときに外側面（凸面）にかかる最大ひずみをεとすると、
ε＝ｔ／２ｘ …（１） となる。
When the curvature radius of the curved surface is x, the thickness of the blank material is t, and the Young's modulus is E, the maximum strain applied to the outer surface (convex surface) when the plate is curved is ε,
ε = t / 2x (1)
このとき生じる応力σは、
σ＝（Ｅ・ｔ）／２ｘ …（２） となる。
The stress σ generated at this time is
σ = (E · t) / 2x (2)
ここでこの応力の上限値σＭＡＸを板材の初期降伏応力Ｙと、係数αを用いて表すと、
σＭＡＸ＝α・Ｙ …（３） となる。
Here, when the upper limit value σ MAX of the stress is expressed using the initial yield stress Y of the plate material and the coefficient α,
σ MAX = α · Y (3)
応力σとして、このσＭＡＸを入れて、先の（１）式から曲率半径ｘを求めると、
ｘ＝（Ｅ・ｔ）／（２σＭＡＸ） …（４）
となる。
When this σ MAX is included as the stress σ and the curvature radius x is obtained from the above equation (1),
x = (E · t) / (2σ MAX ) (4)
It becomes.
ここで、降伏応力Ｙは、板材がこれ以上の応力を受けると塑性変形してしまう応力の限界値となる値であり、それに安全率として係数α（０＜α≦１）をかけることで、算出された曲率半径ｘの値はブランク材が塑性変形することのない弾性変形範囲内での変形形状となる。 Here, the yield stress Y is a value that becomes the limit value of the stress that plastically deforms when the plate material is subjected to more stress, and is multiplied by a coefficient α (0 <α ≦ 1) as a safety factor. The calculated value of the curvature radius x is a deformed shape within an elastic deformation range in which the blank material is not plastically deformed.
この方法は計算が簡単であるが、ブランク材を湾曲させるときの円筒形の軸方向をあらかじめ設定する必要がある。 Although this method is easy to calculate, it is necessary to set in advance the cylindrical axial direction when the blank is curved.
次に、上位のような円筒形の一部となるような湾曲形状ではなく、四方に変形した形状、すなわち、図５に示すように、球面の一部となるような湾曲形状の算出方法を説明する。 Next, a calculation method for a curved shape that is deformed in all directions, that is, a curved shape that becomes a part of a spherical surface, as shown in FIG. explain.
先と同じように湾曲される曲率半径をｘ、ブランク材の板厚をｔ、ヤング率をＥとし、さらにポアソン比をνとすると、板を湾曲させたときに凸の外側面にかかる最大ひずみεは、
ε＝εｘ＝εｙ＝ｔ／２ｘ …（５） となる。
If the curvature radius is x, the thickness of the blank is t, the Young's modulus is E, and the Poisson's ratio is ν, the maximum strain applied to the convex outer surface when the plate is curved. ε is
ε = ε x = ε y = t / 2x (5)
このとき生じる応力σは、フック（Ｈｏｏｋｅ）の法則から
σｘ＝σｙ＝（（（１＋ν）・Ｅ）／（１−ν２））・ε …（６） となる。
The stress σ generated at this time is σ x = σ y = (((1 + ν) · E) / (1−ν 2 )) · ε (6) from Hooke's law.
バーσ＝√（σｘ ２−σｘσｙ＋σｙ ２）＝σｘ …（７）
となる。
Bar σ = √ (σ x 2 −σ x σ y + σ y 2 ) = σ x (7)
It becomes.
したがって、上記（５）および（６）式から、
バーσ＝（（１＋ν）／（１−ν２）・Ｅ・ｔ／２）・１／ｘ …（８）
となる。
Therefore, from the above equations (5) and (6),
Bar σ = ((1 + ν) / (1-ν 2 ) · E · t / 2) · 1 / x (8)
It becomes.
この値の上限値σＭＡＸを板材の初期降伏応力Ｙと、係数αを用いてあらわすと、
σＭＡＸ＝α・Ｙ …（３） となる。
When the upper limit value σ MAX of this value is expressed using the initial yield stress Y of the plate material and the coefficient α,
σ MAX = α · Y (3)
（８）式の応力バーσにこのσＭＡＸを入れて変形すると、曲率半径ｘは、
ｘ＝１／σＭＡＸ・（（１＋ν）／（１−ν２）・Ｅ・ｔ／２）＝１／（α・Ｙ）・（（１＋ν）／（１−ν２）・Ｅ・ｔ／２） …（９）
となる。
When this σ MAX is inserted into the stress bar σ in equation (8) and deformed, the curvature radius x is
x = 1 / σ MAX · ((1 + ν) / (1-ν 2 ) · E · t / 2) = 1 / (α · Y) · ((1 + ν) / (1-ν 2 ) · E · t / 2) ... (9)
It becomes.
実際に使用するブランク材での一例を挙げると、板厚ｘ＝１ｍｍ、ヤング率Ｅ＝２００ＧＰａ、降伏応力１５０ＭＰａ、ポアソン比０．３の板材を用いて、安全率である係数α＝０．１とすると、上記（９）式から、このブランク材の初期形状として曲率半径ｘ＝９５２３ｍｍで湾曲させた形状にすることになる。 As an example of a blank material to be actually used, a plate thickness x = 1 mm, Young's modulus E = 200 GPa, yield stress 150 MPa, Poisson's ratio 0.3, a safety factor coefficient α = 0.1 Then, from the above equation (9), the initial shape of the blank material is a shape curved with a radius of curvature x = 9523 mm.
実際のブランク材は下型上にセットされたときに、重力によって四方に変形して安定した状態となるため、このように球面の一部の形状となるように湾曲形状を作った方がブランク材をセットしたときにより安定させることができる。 When an actual blank is set on the lower mold, it is deformed in all directions by gravity and becomes stable, so it is better to make a curved shape so that it becomes a part of the spherical shape in this way It can be made more stable when the material is set.
初期形状データ算出部１３は、このようにしてブランク材の初期形状として湾曲させる曲率半径を算出後、型形状判断部１２において判断された型形状の凸方向にしたがって、金型形状の凸方向と同じ方向が凸面となる湾曲させたブランク材の初期形状データを初期形状作成部１４へ出力する。 After calculating the curvature radius to be curved as the initial shape of the blank material in this way, the initial shape data calculating unit 13 calculates the convex direction of the mold shape according to the convex direction of the mold shape determined by the mold shape determining unit 12. The initial shape data of the curved blank material having the convex surface in the same direction is output to the initial shape creation unit 14.
初期形状作成部１４は初期形状作成手段であり、初期形状データ算出部１３によって算出されたブランク材を湾曲させる形状データ（曲率半径と凸方向）にしたがって、有限要素法によりシミュレーションを行う際のブランク材モデルの初期形状データを作成する。 The initial shape creation unit 14 is an initial shape creation unit, and blanks are used for simulation by the finite element method according to shape data (curvature radius and convex direction) for curving the blank material calculated by the initial shape data calculation unit 13. Create initial shape data for the material model.
具体的には、たとえば一つの方法としては、完全な平面形状データにあらかじめ指定された間隔のメッシュデータを貼り付けて（これをメッシュ形状データと称する）、このメッシュ形状データを湾曲させる形状データにしたがって湾曲させる。また、他の方法としては、メッシュ貼り付け前の平面ブランク材のデータ（外形線データのみ）を、湾曲させる形状データにしたがって湾曲させ、その後湾曲させたブランク材データにメッシュを貼り付ける。 Specifically, for example, one method is to paste mesh data at a predetermined interval into complete plane shape data (this is referred to as mesh shape data), and to convert the mesh shape data into shape data to be curved. Therefore, it is curved. As another method, the data of the flat blank material (only the outline data) before applying the mesh is bent according to the shape data to be bent, and then the mesh is attached to the bent blank material data.
以上どちらの方法をとっても、シミュレーションを行うために必要なメッシュ形状データの初期形状としてわずかに湾曲した有限要素モデルが得られる。 Whichever method is used, a slightly curved finite element model can be obtained as the initial shape of the mesh shape data necessary for performing the simulation.
このようにして得られた湾曲させた初期形状の有限要素モデル（メッシュ形状データ）、はシミュレーション装置としてはプリプロセッサ３１からソルバー３２に送られて、プレス形成のシミュレーションが実行される。シミュレーション終了後は、ポストプロセッサ３３から、たとえばプレス品の形状データとして出力される。 The curved initial shape finite element model (mesh shape data) obtained in this way is sent from the preprocessor 31 to the solver 32 as a simulation device, and press formation simulation is executed. After the simulation is completed, the post processor 33 outputs, for example, the shape data of the pressed product.
なお、このようなシミュレーション装置は、具体的にはワークステーションやパソコンなどのコンピュータが、上述した各部の機能を実行するために作成されたプログラムを実行することにより実現されているものである。そして、このプログラムは、通常、コンピュータ読み取り可能な記録媒体によって提供されるが、実施形態としては、これに限らず、たとえばサーバコンピュータ内にプログラムを記憶して、そのプログラムを適宜端末として機能しているコンピュータなどに供給し、この端末のコンピュータによってシミュレーションを実行するようにするなど様々な形態により可能である。 Note that such a simulation apparatus is specifically realized by a computer such as a workstation or a personal computer that executes a program created to execute the functions of the above-described units. This program is normally provided by a computer-readable recording medium. However, the embodiment is not limited to this, and for example, the program is stored in a server computer, and the program functions as a terminal as appropriate. It is possible to use various forms such as supplying to a computer or the like and executing a simulation by the computer of this terminal.
次に、このシミュレーション装置による処理手順について説明する。 Next, a processing procedure by this simulation apparatus will be described.
図６は、処理手順を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure.
まず、入力部１１がＣＡＤ装置などから入力される金型の形状データを読み込む（Ｓ１）。このとき読み込む金型データは、上型または下型のいずれか一方の形状データである。 First, the input unit 11 reads mold shape data input from a CAD device or the like (S1). The mold data read at this time is the shape data of either the upper mold or the lower mold.
続いて、入力部１１がデータベースなどから入力されるブランク材の物性データを読み込む（Ｓ２）。 Subsequently, the input unit 11 reads physical property data of the blank material input from a database or the like (S2).
続いて、型形状判断部１２が、入力された型形状データから、金型のブランク材載置面が、全体的に、下型方向に凸（下に凸）か、上型方向に凸（上に凸）かを判断する（Ｓ３）。 Subsequently, the mold shape determining unit 12 determines that the blank material placement surface of the mold is generally convex in the lower mold direction (convex downward) or convex in the upper mold direction from the input mold shape data ( It is determined whether it is convex (S3).
続いて、初期形状データ算出部１３が、入力されたブランク材の物性データから、ブランク材の初期形状として板材の弾性域から出ない範囲で湾曲させるための曲率半径を算出する（Ｓ４）。 Subsequently, the initial shape data calculation unit 13 calculates a radius of curvature for bending the blank material as an initial shape within a range that does not come out of the elastic region of the plate material from the inputted physical property data of the blank material (S4).
続いて、初期形状データ算出部１３が、湾曲させる方向が上に凸か否かを型形状判断部１２の判断結果から判断する（Ｓ５）。 Subsequently, the initial shape data calculation unit 13 determines from the determination result of the mold shape determination unit 12 whether the curving direction is convex upward (S5).
初期形状データ算出部１３は、この湾曲させる方向の判断結果が、上に凸である場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、算出された湾曲させるための曲率半径と、湾曲させる方向が上に凸方向となる初期形状データを初期形状作成部１４へ送る（Ｓ６）。一方、下に凸である場合には（Ｓ５：Ｎｏ）、算出された湾曲させるための曲率半径と、湾曲させる方向が下に凸方向となる初期形状データを初期形状作成部１４へ送る（Ｓ７）。 When the determination result of the bending direction is convex upward (S5: Yes), the initial shape data calculating unit 13 calculates the calculated curvature radius for bending and the curved direction is upward convex. The initial shape data is sent to the initial shape creation unit 14 (S6). On the other hand, when it is convex downward (S5: No), the calculated curvature radius for bending and the initial shape data in which the direction of bending is the downward convex direction are sent to the initial shape creation unit 14 (S7). ).
初期形状作成部１４では、送られた初期形状データを元に、ブランク材の湾曲した有限要素モデル（メッシュモデル）を作成する（Ｓ８）。 The initial shape creation unit 14 creates a curved finite element model (mesh model) based on the sent initial shape data (S8).
以上により、プレス形成のシミュレーションを行うためのブランク材モデルの初期形状データができあがるので、これを使用してソルバー３２が、金型データや境界条件などシミュレーションに必要なデータに基づいてシミュレーションを実行する（Ｓ９）。 As described above, the initial shape data of the blank material model for simulating the press formation is completed, and using this, the solver 32 executes the simulation based on data necessary for the simulation such as mold data and boundary conditions. (S9).
図７は、ブランク材が下型上にセットされた状態までをシミュレーションした結果を示す図面であり、図７Ａは上記のようにして本発明を適用し、初期形状として湾曲させたブランク材を使用した場合の下型上でのブランク材形状を示し、図７Ｂは従来のように、初期形状として平面のブランク材を使用した場合の下型上でのブランク材形状を示す。なお、金型形状はどちらも同じ形状で、上に凸の場合である。 FIG. 7 is a drawing showing the result of simulating the blank material set on the lower mold, and FIG. 7A applies the present invention as described above and uses a curved blank material as an initial shape. The blank material shape on the lower mold | type at the time of doing is shown, FIG. 7B shows the blank material shape on the lower mold | type at the time of using a planar blank material as an initial shape like the past. Note that the mold shapes are both the same shape and convex upward.
図７Ａに示すように、本発明を適用した場合には、ブランク形状がきれいに安定していることがわかる。したがって、このままプレス形状のシミュレーションを実行すれば、少なくとも初期形状に起因したシミュレーション結果の不具合は発生しない。 As shown in FIG. 7A, it can be seen that when the present invention is applied, the blank shape is cleanly stable. Therefore, if the press shape simulation is executed as it is, there is no problem with the simulation result due to at least the initial shape.
一方、従来の場合では、図７Ｂに示すように、ブランク材に不規則なたわみしわが発生しており、下型面にブランク材をセットした時点で、すでにブランク形状に現実のプレス工程ではあり得ない形状が出てきてしまっている。したがって、このままプレス形状のシミュレーションを実行しても正確なシミュレーション結果が得られなくなる。 On the other hand, in the conventional case, as shown in FIG. 7B, irregular blank wrinkles are generated in the blank material, and when the blank material is set on the lower mold surface, the blank shape is already an actual pressing process. An unobtainable shape has come out. Therefore, even if the press shape simulation is executed as it is, an accurate simulation result cannot be obtained.
以上のように本発明の最良の形態によれば、ブランク材モデルの初期形状をブランク材載置面の凸方向と同じ方向が凸面となるように、かつ、ブランク材の弾性域を出ない範囲で湾曲させることとしたので、ブランク材が載置面にセットされたときに安定し、短絡現象を回避することができる。 As described above, according to the best mode of the present invention, the initial shape of the blank material model is a range in which the same direction as the convex direction of the blank material placement surface becomes a convex surface and does not leave the elastic region of the blank material. Therefore, it is stable when the blank material is set on the mounting surface, and the short circuit phenomenon can be avoided.
また、ブランク材を載置面にセットする際にブランク材の落下状況やコイルの巻き癖などを考慮しなくても、金型の方向性（上に凸か下に凸か）によってのみ初期形状を決めるだけで、短絡現象を防止できるため、初期設定にかかる手間や工数が格段に少なくなる。また、これまでプレスシミュレーションを行う技術者の経験や勘によって設定される初期条件の違いによってシミュレーション結果に違いが出てしまっていたものが、そのような初期設定の違いによるばらつきを無くし、常に精度のよいシミュレーション結果を得ることができる。 In addition, when setting the blank material on the mounting surface, the initial shape is determined only by the direction of the mold (whether it is convex upward or downward) without taking into consideration the falling condition of the blank material or coil curl. Since the short circuit phenomenon can be prevented by simply determining the time, the labor and man-hours required for the initial setting are significantly reduced. In addition, the simulation results have been different depending on the initial conditions set by the experience and intuition of the engineers who perform the press simulation. A good simulation result can be obtained.
また、湾曲させる形状を円筒形の一部とすることで湾曲の曲率半径の計算を簡略化することができる。 In addition, by making the curved shape a part of the cylindrical shape, calculation of the curvature radius of the curvature can be simplified.
また、湾曲させる形状を球面の一部とすることで、湾曲の曲面形状が異方性を持たなくなり、円筒形の一部とした場合のように湾曲させる軸を選定する必要がない。さらに球面の一部とすることで、円筒形の一部とした場合よりも短絡現象防止効果が高く、ブランク材をセットしたときの形状安定性が向上する。 Further, by making the curved shape a part of the spherical surface, the curved curved surface shape does not have anisotropy, and there is no need to select the axis to be curved as in the case of a cylindrical shape. Furthermore, by using a part of the spherical surface, the effect of preventing a short circuit phenomenon is higher than when the part is a cylindrical part, and the shape stability when a blank material is set is improved.
さらに、湾曲させる限度は、実際のブランク材（板材）の物性データから、そのブランク材の弾性域を超えない範囲としたので、プレス形成自体には全く影響を及ぼすことなく、短絡現象を防止することができる。さらには、このブランク材の弾性域を超えない範囲を物性データから来る弾性域の値に安全率をかけることとしたので、より確実にブランク材の変形などの悪影響を防止することができる。 Furthermore, since the limit of bending is within the range not exceeding the elastic range of the blank material from the physical property data of the actual blank material (plate material), the short circuit phenomenon is prevented without affecting the press formation itself. be able to. Furthermore, since the safety factor is applied to the value of the elastic region obtained from the physical property data in a range not exceeding the elastic region of the blank material, adverse effects such as deformation of the blank material can be prevented more reliably.
また本発明によれば、ブランク材が載置面にセットされたときに短絡現象を回避できるため、その後のシミュレーションにおいてもより正確なプレス形成品の形状を再現することが可能となる。 Further, according to the present invention, since the short circuit phenomenon can be avoided when the blank material is set on the mounting surface, it is possible to reproduce the shape of the press-formed product more accurately in the subsequent simulation.
以上本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施の形態では、プリプロセッサ３１、ソルバー３２、ポストプロセッサ３３よりなる一般的シミュレーション装置のプリプロセッサ３１に、本発明を適用した初期形状作成装置１を組み込むこととしたが、これに代えて、初期形状作成装置１のみをシミュレーション装置とは別に用意して、そこで、上述した手順にしたがってシミュレーションに使用する初期形状モデル作成し、ソルバー３２に渡すようにしてもよい。すなわち、プリプロセッサ３１（プリプロセッサプログラム）を分離、独立させた形態としても本発明を実施することができる。 Although the best mode for carrying out the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, in the above-described embodiment, the initial shape creation apparatus 1 to which the present invention is applied is incorporated in the preprocessor 31 of a general simulation apparatus including the preprocessor 31, the solver 32, and the postprocessor 33. Only the initial shape creation device 1 may be prepared separately from the simulation device, and an initial shape model used for the simulation may be created according to the above-described procedure and passed to the solver 32. That is, the present invention can be implemented even when the preprocessor 31 (preprocessor program) is separated and made independent.
また、金型の凸方向は、オペレータによって、プリプロセッシングの条件設定の一つとして入力されたものであってもよい。その場合、型形状判断部１２は不要である。 The convex direction of the mold may be input by the operator as one of pre-processing condition settings. In that case, the mold shape determination unit 12 is unnecessary.
本発明は、プレス成形のシミュレーションに利用することができる。 The present invention can be used for press molding simulation.
１…初期形状作成装置、
１１…入力部、
１２…型形状判断部、
１３…初期形状データ算出部、
１４…初期形状作成部、
３１…プリプロセッサ、
３２…ソルバー、
３３…ポストプロセッサ。
1 ... Initial shape creation device,
11 ... Input section,
12 ... mold shape judgment part,
13 ... initial shape data calculation unit,
14 ... initial shape creation part,
31 ... Preprocessor,
32 ... Solver,
33: Post processor.
Claims (10)
前記初期形状データ算出手段によって算出された前記初期形状データにしたがって、プレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを作成する初期形状モデル作成手段と、
を有することを特徴とするプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置。 Based on the physical property data of the blank material, the initial shape is calculated so as to curve the blank material in the same direction as the concave and convex direction of the mold surface on which the blank material is placed within a range not exceeding the elastic range of the blank material Data calculation means;
According to the initial shape data calculated by the initial shape data calculating means, an initial shape model creating means for creating a finite element model used for press simulation;
A device for creating an initial shape of a press simulation model, characterized by comprising:
前記初期形状データ算出手段は、前記型形状判断手段の判断結果に基づいて、前記湾曲させる方向を決めていることを特徴とする請求項１記載のプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置。 From the mold shape data of either the upper mold or the lower mold of the press mold, it is determined that the mold surface on which the blank material is placed is convex in the lower mold direction when the upper mold enters the lower mold direction. And a mold shape determining means for determining that the mold surface on which the blank material is placed is convex in the lower mold direction when the lower mold enters the upper mold direction,
2. The initial shape creation apparatus for a press simulation model according to claim 1, wherein the initial shape data calculation means determines the bending direction based on a determination result of the mold shape determination means.
前記プレスシミュレーション用モデルの初期形状作成装置によって作成されたプレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを有限要素法によるシミュレーションによって変形させてプレス成型品の形状をシミュレーションするシミュレーション実行手段と、
を有することを特徴とするプレスシミュレーション装置。 An initial shape creation device for a press simulation model according to any one of claims 1 to 4,
Simulation execution means for simulating the shape of the press-molded product by deforming the finite element model used for the press simulation created by the press simulation model initial shape creation device by simulation using the finite element method,
A press simulation apparatus characterized by comprising:
前記初期形状データにしたがって、プレスシミュレーションに用いる有限要素モデルを作成する段階と、
を有することを特徴とするプレスシミュレーション用モデルの初期形状作成方法。 A step of calculating initial shape data for curving the blank material in the same direction as the uneven direction of the mold surface on which the blank material is placed, in a range not exceeding the elastic range of the blank material based on the physical property data of the blank material; ,
In accordance with the initial shape data, creating a finite element model used for press simulation;
A method for creating an initial shape of a model for press simulation.
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