JP2007229784A - Method for preparing correction shape data of press die - Google Patents

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隆司 杉山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preparing the correction shape data of a press die capable of considerably enhancing the precision of the correction shape of a press die. <P>SOLUTION: In a formed component mesh data preparing step, the formed component mesh data for the FEM simulation is prepared to give the deformation corresponding to the spring back amount to the formed component mesh data. In an FEM simulation step, the FEM simulation is performed by using the formed component mesh data and the die mesh data; the residual stress forming the motive power of the spring back is calculated from the deformation corresponding to the spring back amount of the formed component mesh data; the stress distribution of the residual stress is subjected to ± inversion; the elastic recovery is performed with the inverted residual stress as the motive power; the amount of the elastic recovery is operated; the die shape data is obtained based on the amount of the operated elastic recovery, and the correction shape of the die is stored as the data. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、スプリングバックを矯正するプレス金型修正形状データの作成方法に関する。   The present invention relates to a method for creating press mold correction shape data for correcting spring back.

板材を、成形金型を用いてプレス成形したとき、プレス成形後に成形金型から取り出した成形部品は、プレス成形時に発生する残留応力が開放されることにより弾性変形(スプリングバック)する。このために、成形部品は成形金型と異なった形状になってしまい、部品図と同じ形状で作成した成形金型では正しい形状の成形部品を成形することはできない。このために、設計図と同一形状の成形部品を成形するためには、上記のスプリングバック量を考慮した形状を成形金型に織り込む必要がある。   When a plate material is press-molded using a molding die, a molded part taken out from the molding die after press molding is elastically deformed (springback) by releasing residual stress generated during press molding. For this reason, the molded part has a shape different from that of the molding die, and it is impossible to mold a molded part having the correct shape with a molding die created in the same shape as the part drawing. For this reason, in order to mold a molded part having the same shape as the design drawing, it is necessary to weave the shape in consideration of the spring back amount into the molding die.

成形金型を、スプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法として、従来は以下のような方法を取っている。   Conventionally, the following method is used as a method of creating a molding die into a shape incorporating a springback amount.

(1)トライアンドエラーによる金型修正形状織り込み方法。この方法は、作成した成形金型で素材をプレス成形し、出来上がった成形部品であるパネルを、パネルゲージを用いて測定して、各部位の誤差量から修正形状を考慮し金型形状に織り込む。更に、修正した成形金型でプレス成形し、出来上がった成形部品であるパネルを、再度、その誤差量から修正形状を考慮して成形金型に織り込む方法である。   (1) A method of weaving a mold correction shape by trial and error. In this method, the material is press-molded with the created molding die, the finished molded part panel is measured using a panel gauge, and the corrected shape is taken into account from the error amount of each part and woven into the die shape. . Furthermore, it is a method in which a panel, which is a molded part that has been press-molded with a modified molding die, is woven into the molding die again considering the corrected shape from the error amount.

(2)プレス成形した成形部品であるパネルの形状を三次元的に形状測定し、その形状データをもとに成形金型に修正形状を織り込む方法。この方法は、三次元形状測定機を使用し、プレス成形した成形部品の形状を測定する。その測定結果得られた点群データと部品形状データを比較し、その誤差量から修正量を算出し、部品形状データを変形することにより、成形金型の修正形状を求める方法である。   (2) A method of measuring the shape of a panel, which is a press-formed molded part, in three dimensions, and weaving a corrected shape into a molding die based on the shape data. This method uses a three-dimensional shape measuring machine to measure the shape of a press-formed molded part. In this method, the point cloud data obtained as a result of the measurement is compared with the part shape data, the correction amount is calculated from the error amount, and the part shape data is deformed to obtain the corrected shape of the molding die.

(3)成形シミュレーションを用いてスプリングバック量を予測し、そこで発生する応力値を用いて成形金型に修正形状を織り込む方法。この方法は、成形シミュレーションにより、プレス成形時の下死点で発生する残留応力を求め、その応力値を±反転し、その応力を用いて、成形部品である板材を弾性回復(スプリングフォワード)させることにより、成形金型の修正形状を求める方法である(特許文献1参照)。
特開2003−33828号公報
(3) A method of predicting the amount of springback using a forming simulation and weaving a corrected shape into the forming mold using a stress value generated there. In this method, the residual stress generated at the bottom dead center during press molding is obtained by molding simulation, the stress value is inverted ±, and the plate material that is the molded part is elastically recovered (spring forward) using the stress. This is a method for obtaining the corrected shape of the molding die (see Patent Document 1).
JP 2003-33828 A

上記した方法(成形金型を、スプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法)にあっては下記に示す課題がある。   The above-described method (method of forming a molding die into a shape incorporating a springback amount) has the following problems.

上記した(1)、(2)の方法では、測定した形状(成形部品であるパネルの形状)と部品図形状を比較し、その誤差量から修正量を求めているが、成形部品は三次元的な面で構成されているために、これらの方法で修正を行った場合、修正後の成形金型でプレス成形すると、成形部品には、前回とは異なった残留応力が発生し、部品図形状と新たな差が生じる。このために、成形金型の修正、プレス部品成形のサイクルを何度も回して徐々に部品図形状に近づける必要がある。   In the above methods (1) and (2), the measured shape (the shape of the panel that is a molded part) is compared with the part drawing shape, and the correction amount is obtained from the error amount. If the correction is performed with these methods, if the press mold is performed with the corrected molding die, the residual stress will be different from the previous part in the molded part. There is a new difference in shape. For this reason, it is necessary to rotate the cycle of the correction of the molding die and the molding of the pressed part many times to gradually approximate the part drawing shape.

上記した(3)の方法では、スプリングバックの起動力となるプレス成形時の残留応力を成形シミュレーションで計算し、その量に基づき金型修正形状を求めている。このため、残留応力が正しく求められた場合、成形金型の修正形状は正しく求められる可能性があるが、大きな塑性変形を受けるプレス部品成形の過程を成形シミュレーションした後、弾性変形の起動力となる残留応力を正確に求めることは、現状の技術レベルでは困難である。   In the method (3) described above, the residual stress at the time of press forming, which becomes the starting force of the springback, is calculated by a forming simulation, and the die correction shape is obtained based on the amount. For this reason, when the residual stress is correctly determined, the corrected shape of the molding die may be correctly determined. It is difficult to accurately determine the residual stress at the current technical level.

このため、この方法により、作成された成形金型でプレス成形した場合、成形部品は、部品図形状と誤差のある場合が多く、その後は、上記の(1)、(2)の方法を用いて、金型形状を修正する必要がある。   For this reason, when press molding is performed with the molding die created by this method, the molded part often has an error from the part drawing shape, and thereafter, the above methods (1) and (2) are used. Therefore, it is necessary to correct the mold shape.

本発明は上記の課題を解決するものであり、その目的とするところは、金型修正形状を、格段に精度の高いものにするプレス金型修正形状データの作成方法を提供することである。   The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for creating press die correction shape data that makes the die correction shape extremely high in accuracy.

上記の目的を達成するために、本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法は、成形金型によるプレス成形後の成形部品の測定データと成形金型の形状との差から当該成形金型の修正形状データを作成するプレス金型修正形状データの作成方法であって、成形部品を点群データとして測定する点群データ測定工程と、点群データを元に面データを作成しFEMシミュレーション用の成形部品メッシュデータを作成することで、当該成形部品メッシュデータにスプリングバック量相当の変形を与えた成形部品メッシュデータ作成工程と、成形金型の金型形状データからFEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する金型メッシュデータ作成工程と、成形部品メッシュデータと金型メッシュデータを使用してFEMシミュレーションを行い、成形部品メッシュデータのスプリングバック量相当の変形からスプリングバックの起動力となる残留応力を計算するFEMシミュレーション工程と、残留応力の応力分布を±反転させる応力分布反転工程と、反転された残留応力を起動力として弾性回復させて、この弾性回復の量を演算する弾性回復量演算工程と、この演算された弾性回復の量に基づいて金型形状データを求め、成形金型の修正形状をデータ化する金型形状データ修正工程を備えたものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the method of creating the press mold correction shape data according to the present invention is based on the difference between the measurement data of the molded part after press molding by the molding die and the shape of the molding die. This is a method of creating press mold correction shape data to create mold correction shape data, a point cloud data measurement process for measuring a molded part as point cloud data, and FEM simulation by creating surface data based on the point cloud data Molding part mesh data creation process in which deformation corresponding to springback amount is given to the molding part mesh data by creating molding part mesh data for the mold, and a mold for FEM simulation from the mold shape data of the molding die Mold mesh data creation process to create mesh data, FEM simulation using molded part mesh data and mold mesh data FEM simulation process to calculate the residual stress that becomes the starting force of the spring back from the deformation corresponding to the spring back amount of the molded part mesh data, the stress distribution inversion process to reverse the residual stress stress distribution ±, and the inversion Elastic recovery using the residual stress as a starting force and calculating the amount of elastic recovery, and obtaining mold shape data based on the calculated amount of elastic recovery, A mold shape data correcting step for converting the corrected shape into data is provided.

したがって、スプリングバックの形状を、プレス成形した成形部品を測定して求めているために、上記した背景技術(3)としてのスプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法(成形シミュレーションを用いてスプリングバック量を予測し、そこで発生する応力値を用いて成形金型に修正形状を織り込む方法)で説明したFEMシミュレーションを用いて予測したスプリングバックの形状より格段に精度が高くなり、この形状からスプリングバックの起動力となる残留応力成分のみを、FEMを用いて求めているために、精度良く求めることができる。また、残留応力を元に部品全体の変形量を計算しているために、三次元形状面で構成された成形部品でも、上記した背景技術(1)としてのスプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法(トライアンドエラーによる金型修正形状織り込み方法)及び上記した背景技術(2)としてのスプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法(プレス成形した成形部品であるパネルの形状を三次元的に形状測定し、その形状データをもとに成形金型に修正形状を織り込む方法)よりも精度良く、金型修正形状データを求めることができる。   Therefore, since the shape of the spring back is obtained by measuring a press-molded molded part, a method of creating a shape incorporating the spring back amount as the background art (3) described above (spring using a molding simulation) Predicting the back amount and using the stress value generated there to weave the corrected shape into the mold)) The accuracy of the spring back predicted by using the FEM simulation described above is much higher, and the spring from this shape Since only the residual stress component that becomes the starting force of the back is obtained using the FEM, it can be obtained with high accuracy. In addition, since the deformation amount of the entire part is calculated based on the residual stress, even a molded part composed of a three-dimensional shape is created in a shape that incorporates the springback amount as the background art (1) described above. To create a shape incorporating the spring back amount as the background technology (2) described above (three-dimensional shape of the panel, which is a press-molded molded part) Thus, the mold correction shape data can be obtained with higher accuracy than the method of measuring the shape of the mold and weaving the correction shape into the molding die based on the shape data.

本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法によれば、プリングバックの形状を、プレス成形した成形部品を測定して求めているために、上記した背景技術(3)で説明したFEMシミュレーションを用いて予測したスプリングバックの形状より格段に精度が高くなり、この形状からスプリングバックの起動力となる残留応力成分のみを、FEMを用いて求めているために、精度良く求めることができる。また、残留応力を元に部品全体の変形量を計算しているために、三次元形状面で構成された成形部品でも、上記した背景技術(1)(2)で説明したスプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法よりも精度良く、金型修正形状データを求めることができる。   According to the press die correction shape data creation method according to the present invention, since the shape of the pulling back is obtained by measuring a press-molded molded part, the FEM simulation described in the background art (3) above. Since the accuracy is much higher than the shape of the springback predicted by using the FEM, and only the residual stress component that becomes the starting force of the springback is obtained from this shape using the FEM, it can be obtained with high accuracy. Further, since the deformation amount of the entire part is calculated based on the residual stress, the spring back amount described in the background arts (1) and (2) described above is incorporated even in a molded part composed of a three-dimensional shape surface. The mold correction shape data can be obtained with higher accuracy than the method of creating the shape.

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムの構成を示すブロック図、図2は図1のCPUの構成を描画したブロック図、図3は本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法における動作を示すフローチャート、図4は成形部品の斜視図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a support system used for carrying out the method for creating press die correction shape data according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram depicting the configuration of the CPU of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a perspective view of a molded part, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation in the method for creating press die correction shape data according to the invention.

本発明に係る金型形状データの作成方法は、あらゆる機器のプレス部品などの塑性変形を伴う成形部品を製造する成形金型の修正形状データを作成する。特に、最初の成形金型の成形部の形状は部品形状と等しいことを前提としている。   The mold shape data creation method according to the present invention creates modified shape data of a molding die for manufacturing a molded part accompanied by plastic deformation such as a pressed part of any equipment. In particular, it is assumed that the shape of the molding part of the first molding die is equal to the part shape.

この形状の成形部を有する成形金型で平板を成形し,その結果得られた成形部品の形状(スプリングバックした形状)を測定し、成形金型との形状の差から修正形状を求める方法である。   By forming a flat plate with a molding die having a molding part of this shape, measuring the shape of the resulting molded part (spring-backed shape), and obtaining a corrected shape from the difference in shape from the molding die. is there.

このとき、成形部品に用いられる材料は、高張力の鋼板やアルミ板など、スプリングバック量の大きい材料時に特に効果的である。但し、成形部品の材料は、上記のものに限定されない。   At this time, the material used for the molded part is particularly effective when the material has a large amount of spring back, such as a high-tensile steel plate or an aluminum plate. However, the material of the molded part is not limited to the above.

ここで、スプリングバック特性とは、成形加工をした金属材料がもとの形に戻ることである。   Here, the springback characteristic means that the metal material that has been subjected to the forming process returns to its original shape.

例えば、板状のブランク材をプレス加工した場合には、所定の角度に曲折された箇所は、離型したときにその角度よりも浅い角度にまで加工品がもどってしまうこととなる。   For example, when a plate-shaped blank is pressed, a part bent at a predetermined angle returns the processed product to an angle shallower than the angle when the mold is released.

特に、高張力の鋼材や、アルミ板などは、スプリングバック量(スプリングバック特性による変形量)が大きい。   In particular, a high-tensile steel material, an aluminum plate, or the like has a large amount of springback (amount of deformation due to springback characteristics).

本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムは、図1に示すように、所定の演算処理能力を有するCPU(演算部)11と、所定の記憶容量を有するハードディスク12とを備えたコンピュータ1を用いている。   As shown in FIG. 1, a support system used to implement a method for creating press die correction shape data according to the present invention includes a CPU (arithmetic unit) 11 having a predetermined arithmetic processing capability, and a predetermined storage capacity. A computer 1 having a hard disk 12 is used.

コンピュータ1は、ワークステーションやサーバコンピュータ、パソコン等のコンピュータである。   The computer 1 is a computer such as a workstation, a server computer, or a personal computer.

そして、コンピュータ1には、上述したCPU11や、ハードディスク12、あるいは、処理対象となる所定のデータを一時的に保持するRAM13や、所定のデータをオペレータが入力するためのキーボード(入力装置)14、処理結果等をオペレータに表示するディスプレイ(出力装置)15など、一般的なコンピュータが備えている装備を有している。   The computer 1 includes a CPU 11, a hard disk 12, a RAM 13 that temporarily stores predetermined data to be processed, a keyboard (input device) 14 for an operator to input predetermined data, A general computer has equipment such as a display (output device) 15 for displaying processing results to an operator.

従って、図示しないが、当該コンピュータ1にて頻繁に利用されるプログラムを記憶するROMや、他の記憶媒体(例えば、CD−ROM)から所定のデータを読み出すドライブ(例えば、CD−ROMドライブ)なども備えている。   Accordingly, although not shown, a ROM for storing a program frequently used in the computer 1, a drive for reading predetermined data from another storage medium (for example, CD-ROM) (for example, a CD-ROM drive), etc. It also has.

また、このコンピュータ1は、三次元形状測定機や、後述するようにFEMモデルを作成する他のコンピュータに接続されていてもよい。   The computer 1 may be connected to a three-dimensional shape measuring machine or another computer that creates an FEM model as will be described later.

上記したコンピュータ1のCPU11は、図2に示すように、点群データ測定手段11aと、成形部品メッシュデータ作成手段11bと、金型メッシュデータ作成手段11dと、FMEシミュレーション手段11eと、応力分布反転手段11fと、弾性回復量演算手段11gと、金型形状データ修正手段11hとを有して構成している。   As shown in FIG. 2, the CPU 11 of the computer 1 includes a point cloud data measuring unit 11a, a molded part mesh data generating unit 11b, a mold mesh data generating unit 11d, an FME simulation unit 11e, and a stress distribution reversal. It has means 11f, elastic recovery amount calculation means 11g, and mold shape data correction means 11h.

点群データ測定手段11aは、成形金型でプレス成形した成形部品を三次元形状測定機により点群データとして測定する。   The point cloud data measuring means 11a measures a molded part press-molded with a molding die as point cloud data using a three-dimensional shape measuring machine.

成形部品メッシュデータ作成手段11bは、点群データ測定手段11aで測定した点群データを元にして面データを作成し、FEMシミュレーション用のメッシュデータを作成することで、当該成形部品メッシュデータにスプリングバック量相当の変形を与える機能を有する。   The molded part mesh data creating means 11b creates surface data based on the point cloud data measured by the point cloud data measuring means 11a, and creates mesh data for FEM simulation. It has a function of giving deformation equivalent to the back amount.

金型メッシュデータ作成手段11cは、金型メッシュデータ記憶手段11dに記憶されたプレス成形に使用した金型形状データから、FEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する。   The mold mesh data creation means 11c creates mold mesh data for FEM simulation from the mold shape data used for press molding stored in the mold mesh data storage means 11d.

FEMシミュレーション手段11eは、成形品メッシュデータ作成手段11bで作成した成形品メッシュデータと金型メッシュデータ作成手段11cで作成した金型メッシュデータを使用し、FEMシミュレーションを行い、成形部品のメッシュデータのスプリングバック量相当の変形から、スプリングバッグの起動力となる残留応力を計算する。   The FEM simulation unit 11e uses the molded product mesh data created by the molded product mesh data creation unit 11b and the mold mesh data created by the mold mesh data creation unit 11c, performs FEM simulation, and generates the mesh data of the molded part. From the deformation corresponding to the amount of spring back, the residual stress that is the starting force of the spring bag is calculated.

応力反転手段11fは、FEMシミュレーション手段11eにて計算した残留応力の分布を±反転させる機能を有する。   The stress reversing unit 11f has a function of reversing ± the residual stress distribution calculated by the FEM simulation unit 11e.

弾性回復量演算手段11gは、応力反転手段11fにて反転された残留応力を起動力として弾性回復させて、この弾性回復の量を演算する。   The elastic recovery amount calculating means 11g elastically recovers the residual stress reversed by the stress reversing means 11f as a starting force, and calculates the amount of elastic recovery.

金型形状データ修正手段11hは、弾性回復量演算手段11gにより演算された弾性回復の量に基づいて金型形状を求め、金型の修正形状をデータ化する。   The mold shape data correction means 11h obtains a mold shape based on the amount of elastic recovery calculated by the elastic recovery amount calculation means 11g, and converts the correction shape of the mold into data.

そして、点群データ測定手段11aは、成形金型でプレス成形した図4に示す成形部品20の全面に対しサンプリングを行い三次元の実測点群データを得る機能を有している。   The point cloud data measuring unit 11a has a function of sampling the entire surface of the molded part 20 shown in FIG. 4 press-molded with a molding die to obtain three-dimensional measured point cloud data.

この三次元測定機は、レーザ光を投射し反射光を読み取るレーザ式や、ビデオカメラ,デジタルカメラなどで多方向からの画像を読み取る光学式や、接触式等がある。   This three-dimensional measuring machine includes a laser type that projects laser light and reads reflected light, an optical type that reads images from multiple directions with a video camera, a digital camera, and the like, and a contact type.

成形部品メッシュデータ作成手段11bは、市販品のソフトを使用することになり、点群データ測定手段11aで測定した点群データを元に面データを作成し、FEMシミュレーション用のメッシュデータを作成する機能を有している。   The molded part mesh data creation means 11b uses commercially available software, creates surface data based on the point cloud data measured by the point cloud data measurement means 11a, and creates mesh data for FEM simulation. It has a function.

金型メッシュデータ作成手段11dは、プレス成形に使用した成形金型の金型形状データからFEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する機能を有している。   The mold mesh data creating means 11d has a function of creating mold mesh data for FEM simulation from mold shape data of a mold used for press molding.

この場合、金型形状を三次元測定機により測定する方法を使用してもよい。また、金型形状データの取得方法としては、他に金型加工に使用した三次元形状データを使用する方法がある。   In this case, a method of measuring the mold shape with a three-dimensional measuring machine may be used. As another method for acquiring mold shape data, there is a method using three-dimensional shape data used for mold processing.

これらの方法により取得した金型の三次元形状データをメッシュデータに変換しFEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する。   Mold three-dimensional shape data acquired by these methods is converted into mesh data to create mold mesh data for FEM simulation.

本発明では、前提条件として、初期の成形金型の金型形状は成形部品の三次元形状と等しいこととしているために、成形金型の形状データは基本的に成形部品の三次元形状データと等しいこととなる。   In the present invention, as a precondition, since the mold shape of the initial mold is equal to the three-dimensional shape of the molded part, the shape data of the mold is basically the three-dimensional shape data of the molded part. Will be equal.

FEMシミュレーション手段11eは、成形部品メッシュデータ作成手段で作成した成形部品メッシュデータと、金型メッシュデータ作成手段で作成した金型メッシュデータを使用し、FEMシミュレーションを行い、成形部品メッシュデータのスプリングバック量相当の変形から、スプリングバックの起動力となる残留応力を計算する機能を有している。   The FEM simulation means 11e uses the molded part mesh data created by the molded part mesh data creation means and the mold mesh data created by the mold mesh data creation means, performs FEM simulation, and springs back the molded part mesh data. From the deformation corresponding to the amount, it has a function of calculating the residual stress that becomes the starting force of the springback.

すなわち、成形部品メッシュデータ作成手段11bで作成した成形部品メッシュデータと、金型メッシュデータ作成手段11dで作成した金型メッシュデータの形状の差は成形部品のスプリングバック量に相当する。   That is, the difference in shape between the molded part mesh data created by the molded part mesh data creating unit 11b and the mold mesh data created by the mold mesh data creating unit 11d corresponds to the springback amount of the molded part.

金型メッシュデータ作成手段11dで作成した金型メッシュデータを成形用金型のメッシュデータと定義し、成形部品メッシュデータ作成手段11bで作成した成形部品メッシュデータを成形に使用する、被成形材料と定義して、成形シミュレーションを行う。このシミュレーションを行うことにより、成形部品メッシュにはスプリングバック量の変形が付与される。   Mold material data created by the mold mesh data creation means 11d is defined as mesh data of a molding die, and the molded part mesh data created by the molded part mesh data creation means 11b is used for molding. Define and perform molding simulation. By performing this simulation, deformation of the springback amount is imparted to the molded part mesh.

この結果,成形完了の時点では、成形部品メッシュデータは成形金型と同一の形状となり、このときに、スプリングバック量に相当する変形を付与した時の応力が発生する。スプリングバックは弾性変形であるために、上記の応力はスプリングバック量の変形を付与した時の弾性変形分の応力分布を正確に求めることができる。   As a result, when the molding is completed, the molded part mesh data has the same shape as the molding die, and at this time, a stress is generated when a deformation corresponding to the springback amount is applied. Since the springback is elastically deformed, the stress distribution described above can accurately determine the stress distribution of the elastic deformation when the springback amount of deformation is applied.

応力分布反転手段11fは、FEMシミュレーション手段11eで求めた残留応力の応力分布を±反転させる機能を有する。すなわち、FEMシミュレーション手段11eで求めた応力はスプリングバックの起動力となる残留応力に相当する。   The stress distribution reversing unit 11f has a function of reversing the stress distribution of the residual stress obtained by the FEM simulation unit 11e by ±. That is, the stress obtained by the FEM simulation means 11e corresponds to the residual stress that becomes the starting force of the springback.

成形部品として求める形状は、スプリングバック後に正規の部品形状になることであるから、成形金型は正規形状からスプリングバックに相当する量だけ逆に変形させた形状にすればよい。   Since the shape required for the molded part is that it becomes a regular part shape after the spring back, the molding die may be deformed from the regular shape by an amount corresponding to the spring back.

弾性回復量演算手段11gは、反転された残留応力を起動力として弾性回復させて、この弾性回復(スプリングフォワード)の量を演算する機能を有する。   The elastic recovery amount calculating means 11g has a function of elastically recovering the inverted residual stress as a starting force and calculating the amount of this elastic recovery (spring forward).

この量は、FEMシミュレーション手段11eで求めたスプリングバックの起動力となる成形部品全体の残留応力を正負逆転し、スプリングバックさせた量と近い値となる。   This amount is a value close to the amount of spring back when the residual stress of the entire molded part, which is the starting force of spring back obtained by the FEM simulation means 11e, is reversed.

金型形状データ修正手段11hは、弾性回復量演算手段11gで演算された弾性回復の量に基づいて金型形状データを求め、成形金型の修正形状をデータ化する機能を有する。   The mold shape data correcting unit 11h has a function of obtaining mold shape data based on the amount of elastic recovery calculated by the elastic recovery amount calculating unit 11g and converting the corrected shape of the molding die into data.

すなわち、残留応力を起動力として弾性変形させることにより金型形状データを求め、成形金型の修正形状をデータ化する。   That is, the mold shape data is obtained by elastically deforming the residual stress as a starting force, and the corrected shape of the molding die is converted into data.

次に、本発明方法の動作を、図3に示すフローチャートに基づいて説明する。   Next, the operation of the method of the present invention will be described based on the flowchart shown in FIG.

処理が開始されると、コンピュータ1のCPU11は、実際に成形金型でプレス成形された成形部品20の形状の測定データを求める。この場合、コンピュータ1に接続された三次元形状測定機により成形部品20を点群データとして測定する(ステップS101)。   When the process is started, the CPU 11 of the computer 1 obtains measurement data of the shape of the molded part 20 that is actually press-molded with a molding die. In this case, the molded part 20 is measured as point cloud data by a three-dimensional shape measuring machine connected to the computer 1 (step S101).

三次元測定機は、例えば、一方向からレーザ光を用いて被測定物である成形部品20の曲面の反射光から各ポイントの点座標を得る。これら各ポイントの点座標は面の実測点群データとなる。   For example, the three-dimensional measuring machine obtains point coordinates of each point from the reflected light of the curved surface of the molded part 20 that is the object to be measured, using laser light from one direction. The point coordinates of these points become the actual measured point group data of the surface.

そして、成形部品20又はレーザスキャナのいずれか一方を90°回転させて、この方向からレーザ光で、曲面の実測点群データをサンプリングし、順次各方向からも実測点群データをサンプリングして成形部品20の全面に対しサンプリングを行い三次元の実測点群データを得る。   Then, either one of the molded part 20 or the laser scanner is rotated by 90 °, the measured point cloud data of the curved surface is sampled with laser light from this direction, and the measured point cloud data is sequentially sampled from each direction and molded. Sampling is performed on the entire surface of the component 20 to obtain three-dimensional measured point cloud data.

次に、上記したその点群データを元に、面データを作成し(ステップS102)、FEMシミュレーション用の成形部品メッシュデータを作成する(ステップS103)。   Next, surface data is created based on the point cloud data described above (step S102), and molded part mesh data for FEM simulation is created (step S103).

すなわち、ステップS101で得られた三次元実測点群データは多くの点の集まりとなる。この点の集まりの中から各方向からサンプリングしたデータの中で境界線の重複データや不要データを作業者は整理し、選択し、秩序立てられた処理点群データのみをマウスなどで三次元的にディスプレイ15上にプロットし、このプロットされた処理点群データに基づき、コンピュータはNURBS手法等により曲面データを作成する。   That is, the three-dimensional measured point cloud data obtained in step S101 is a collection of many points. From the data sampled from each direction in this collection of points, the operator sorts and selects the overlapping data and unnecessary data of the boundary line, and only the ordered processing point group data is three-dimensionally with a mouse etc. Are plotted on the display 15, and based on the plotted processing point cloud data, the computer creates curved surface data by the NURBS method or the like.

次に、コンピュータ1は、取得した点群データを構成する点群の各点を相互に結んで測定点近似メッシュを生成してFEMシミュレーション用の成形部品メッシュデータを得る。測定点近似メッシュの生成は、公知のメッシュ生成アルゴリズムを用いる。   Next, the computer 1 connects the points of the point group constituting the acquired point group data to generate a measurement point approximate mesh to obtain molded part mesh data for FEM simulation. A known mesh generation algorithm is used to generate the measurement point approximate mesh.

次に、成形部品20のプレス成形に使用した成形金型の金型形状データからFEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する(ステップS104)。すなわち、CPU11は、入力した金型形状データをメッシュデータに変換してFEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する。   Next, die mesh data for FEM simulation is created from the die shape data of the molding die used for press molding of the molded part 20 (step S104). That is, the CPU 11 converts the input mold shape data into mesh data to create mold mesh data for FEM simulation.

次に、ステップS103で作成したFEMシミュレーション用の成形部品メッシュデータとステップS104で作成した金型メッシュデータを使用し、有限要素法を用いてFEMシミュレーションを行う(ステップS105)。   Next, an FEM simulation is performed using the finite element method using the molded part mesh data for FEM simulation created in step S103 and the mold mesh data created in step S104 (step S105).

ここに、有限要素法は、よく知られているように、材料を複数の有限要素に分割し、各要素の各節点における応力と変位とを互いに関連付ける剛性マトリクスを用い、静的な問題に対しては各要素の各節点における外力と内力との釣り合いを条件に、連立方程式である剛性方程式の繰返し計算をそれの解が真の解に収束するまで行う数値解析法である。   Here, as is well known, the finite element method uses a stiffness matrix that divides a material into a plurality of finite elements and correlates stress and displacement at each node of each element, and solves static problems. This is a numerical analysis method in which the iterative calculation of the stiffness equation, which is a simultaneous equation, is repeated until the solution converges to a true solution on the condition that the external force and the internal force at each node of each element are balanced.

成形金型形状と成形部品形状の形状誤差は、スプリングバック量に相当するために、このFEMシミュレーションでは、成形部品メッシュデータにはスプリングバック量相当の変形が与えられる。   Since the shape error between the molding die shape and the molded part shape corresponds to the springback amount, in this FEM simulation, deformation corresponding to the springback amount is given to the molded part mesh data.

この結果、FEMシミュレーションの最終段階では、スプリングバックの起動力となる残留応力が計算される。   As a result, in the final stage of the FEM simulation, the residual stress that is the starting force of the springback is calculated.

なお、スプリングバック現象は弾性範囲の変形であるために、ここで行うFEMシミュレーションの精度は、従来技術(3)で示したFEMシミュレーション(平板の状態から下死点まで弾塑性変形によるシミュレーションを行った場合)よりも一般的に高精度のシミュレーションが可能である。   Since the springback phenomenon is a deformation in the elastic range, the accuracy of the FEM simulation performed here is the same as the FEM simulation shown in the prior art (3) (simulation by elastic-plastic deformation from the flat plate state to the bottom dead center). In general, a higher-precision simulation is possible than

このために、プレス成形時のスプリングバックの起動力となる残留応力を正しく求めることができる。   For this reason, the residual stress which becomes the starting force of the spring back at the time of press molding can be obtained correctly.

次に、スプリングフォワードシミュレーションを行なう(ステップS106)。このスプリングフォワードシミュレーションは、スプリングバックシミュレーションにより演算された板材モデル21の板材内に作用する残留応力分布を反転させる(図5参照)。   Next, a spring forward simulation is performed (step S106). This spring forward simulation inverts the residual stress distribution acting in the plate material of the plate material model 21 calculated by the spring back simulation (see FIG. 5).

この反転された応力分布が板材モデル21に作用している場合の弾性回復(スプリングフォワード)の量を演算する処理である。図6は、成形部品20のスプリングバック後の形状20−1とスプリングフォワード後の形状20−2を例示する図である。   This is a process of calculating the amount of elastic recovery (spring forward) when the inverted stress distribution acts on the plate material model 21. FIG. 6 is a diagram illustrating the shape 20-1 after the spring back of the molded part 20 and the shape 20-2 after the spring forward.

スプリングバックは、板材内の残留応力分布の不均一により生じるから板材モデル21内に作用する残留応力を反転させると、図6に20−2に示すように、内側に弾性回復(スプリングフォワード)した形状が得られることになる。   Since the spring back is caused by the uneven distribution of the residual stress in the plate material, when the residual stress acting in the plate model 21 is reversed, as shown by 20-2 in FIG. A shape will be obtained.

したがって、内側に弾性回復した板材モデル21の形状に整合するように成形金型モデルの形状を修正することにより、より簡易にスプリングバックを考慮した高精度の金型モデルの設計を行なうことができる。   Therefore, by correcting the shape of the molding die model so as to match the shape of the plate material model 21 that has been elastically restored to the inside, it is possible to more easily design a highly accurate die model in consideration of springback. .

スプリングフォワードシミュレーションを行なうと、スプリングフォワード後の板材モデル21の形状に整合するように金型モデル(ダイフェース)を構成する各メッシュを修正、即ち金型モデルを構成する各メッシュの節点を修正する処理を行い、成形金型の修正形状をデータ化する(ステップS107)。   When the spring forward simulation is performed, the meshes constituting the die model (die face) are corrected so as to match the shape of the plate model 21 after the spring forward, that is, the nodes of the meshes constituting the die model are corrected. Processing is performed, and the corrected shape of the molding die is converted into data (step S107).

こうして修正された金型モデルの修正データが生成されると、修正された金型モデルの修正データを、例えばNC加工用のデータとしてNC加工機のコントローラなどに出力するようになる。   When the corrected data of the corrected mold model is generated in this way, the corrected data of the corrected mold model is output to the controller of the NC processing machine as data for NC processing, for example.

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、成形部品メッシュデータ作成工程で、FEMシミュレーション用の成形部品メッシュデータを作成することで、当該成形部品メッシュデータにスプリングバック量相当の変形を与え、FEMシミュレーション工程で、成形部品メッシュデータと金型メッシュデータを使用してFEMシミュレーションを行い、成形部品メッシュデータのスプリングバック量相当の変形からスプリングバックの起動力となる残留応力を計算し、残留応力の応力分布を±反転させ、反転された残留応力を起動力として弾性回復させてこの弾性回復の量を演算し、この演算された弾性回復の量に基づいて金型形状データを求め、金型の修正形状をデータ化するようにしたことにより、金型修正形状を格段に精度の高いものにするプレス金型修正形状データを作成することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the molding part mesh data for FEM simulation is created in the molding part mesh data creation step, thereby deforming the molding part mesh data corresponding to the springback amount. In the FEM simulation process, FEM simulation is performed using the molded part mesh data and mold mesh data, and the residual stress that is the starting force of the springback is calculated from the deformation corresponding to the springback amount of the molded part mesh data. Then, the stress distribution of the residual stress is reversed ±, the reversed residual stress is elastically restored as the starting force, the amount of this elastic recovery is calculated, and the mold shape data is obtained based on this calculated amount of elastic recovery By making the corrected shape of the mold into data, the corrected shape of the mold is remarkably accurate. It is possible to create a press mold Modify shape data to casting.

特に、スプリングバックの形状を、プレス成形した成形部品を測定して求めているために、上記した背景技術(3)で説明した平板FEMシミュレーションを用いて予測したスプリングバックの形状より格段に精度が高くなり、この形状からスプリングバックの起動力となる残留応力成分のみを、FEMを用いて求めているために、精度良く求めることができる。   In particular, since the shape of the springback is obtained by measuring a press-molded molded part, the accuracy is much higher than the shape of the springback predicted using the flat plate FEM simulation described in the background art (3) above. Since only the residual stress component which becomes the starting force of the springback is obtained from this shape using the FEM, it can be obtained with high accuracy.

また、残留応力を元に部品全体の変形量を計算しているために、三次元形状面で構成された成形部品でも、上記した背景技術(1)(2)で説明したスプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法よりも精度良く、金型修正形状データを求めることができる。   Further, since the deformation amount of the entire part is calculated based on the residual stress, the spring back amount described in the background arts (1) and (2) described above is incorporated even in a molded part composed of a three-dimensional shape surface. The mold correction shape data can be obtained with higher accuracy than the method of creating the shape.

本発明は、プリングバックの形状を、プレス成形した成形部品を測定して求めているために、上記した背景技術(3)で説明したFEMシミュレーションを用いて予測したスプリングバックの形状より格段に精度が高くなり、この形状からスプリングバックの起動力となる残留応力成分のみを、FEMを用いて求めているために、精度良く求めることができるし、また、残留応力を元に部品全体の変形量を計算しているために、三次元形状面で構成された成形部品でも、上記した背景技術(1)(2)で説明したスプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法よりも精度良く、金型修正形状データを求めることができるという効果を有しており、スプリングバックを矯正するプレス金型修正形状データの作成方法として有用である。   In the present invention, since the shape of the pullback is obtained by measuring a press-molded molded part, the shape is much more accurate than the shape of the springback predicted using the FEM simulation described in the background art (3) above. Since the FEM is used to determine only the residual stress component that is the starting force of the springback from this shape, the amount of deformation of the entire part can be determined based on the residual stress. Therefore, even a molded part composed of a three-dimensional shape surface is more accurate than the method of creating a shape incorporating the springback amount described in the background arts (1) and (2). This has the effect that the mold correction shape data can be obtained, and is useful as a method for creating press mold correction shape data for correcting spring back.

本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the assistance system used for enforcing the production method of the press die correction shape data which concerns on this invention. 図1のCPUの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of CPU of FIG. 本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法における動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement in the production method of the press die correction shape data which concerns on this invention. 成形部品の斜視図である。It is a perspective view of a molded part. 板材モデルの板厚方向に作用する応力分布を反転する過程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process in which the stress distribution which acts on the plate | board thickness direction of a board | plate material model is reversed. 成形部品のスプリングバック後の形状とスプリングフォワード後の形状を例示する図である。It is a figure which illustrates the shape after the springback of a molded part, and the shape after a spring forward.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンピュータ
11 CPU
12 ハードディスク
13 RAM
14 キーボード(入力装置)
15 ディスプレイ(出力装置)
20 成形部品
21 板材モデル


1 Computer 11 CPU
12 Hard disk 13 RAM
14 Keyboard (input device)
15 Display (output device)
20 Molded parts 21 Plate model


Claims (1)

成形金型によるプレス成形後の成形部品の測定データと前記成形金型の形状との差から当該成形金型の修正形状データを作成するプレス金型修正形状データの作成方法であって、
前記成形部品を点群データとして測定する点群データ測定工程と、
前記点群データを元に面データを作成しFEMシミュレーション用の成形部品メッシュデータを作成することで、当該成形部品メッシュデータにスプリングバック量相当の変形を与えた成形部品メッシュデータ作成工程と、
前記成形金型の金型形状データからFEMシミュレーション用の金型メッシュデータを作成する金型メッシュデータ作成工程と、
前記成形部品メッシュデータと前記金型メッシュデータを使用してFEMシミュレーションを行い、前記成形部品メッシュデータのスプリングバック量相当の変形からスプリングバックの起動力となる残留応力を計算するFEMシミュレーション工程と、
前記残留応力の応力分布を±反転させる応力分布反転工程と、
反転された前記残留応力を起動力として弾性回復させて、この弾性回復の量を演算する弾性回復量演算工程と、
この演算された弾性回復の量に基づいて金型形状データを求め、前記成形金型の修正形状をデータ化する金型形状データ修正工程を備えたことを特徴とするプレス金型修正形状データの作成方法。

A method of creating press mold correction shape data for creating correction shape data of a molding die from a difference between measurement data of a molded part after press molding by a molding die and the shape of the molding die,
A point cloud data measuring step for measuring the molded part as point cloud data;
By creating surface data based on the point cloud data and creating molded part mesh data for FEM simulation, a molded part mesh data creating step in which deformation corresponding to a springback amount is given to the molded part mesh data;
A mold mesh data creation step of creating mold mesh data for FEM simulation from the mold shape data of the mold;
A FEM simulation step of performing a FEM simulation using the molded part mesh data and the mold mesh data, and calculating a residual stress as a springback starting force from a deformation corresponding to a springback amount of the molded part mesh data;
A stress distribution reversal step of reversing the stress distribution of the residual stress ±,
An elastic recovery amount calculation step of elastically recovering the inverted residual stress as a starting force and calculating the amount of this elastic recovery;
Based on the calculated amount of elastic recovery, mold shape data is obtained, and a die shape data correction step for converting the corrected shape of the molding die into data is provided. How to make.

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