JP2010253558A - 工具の設計のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具を形成するための歯先表面を最適化し、効率的に作製する方法を提供する。
【解決手段】シート状金属形成部品２のための工具の歯先４の作製において、構成要素端縁３の凸凹したゾーンの平滑化のため、充填表面が生成される。断面プロファイル１０の初期方向は、互いから距離を空けた断面プロファイル１０がこれらの初期方向を用いて構成要素３に沿って配置され、かつ断面プロファイル１０の接続によって歯先４が作製され得るように定められる。
【選択図】図４

Description

この発明は、形成シート状金属部品の製造（深絞り／ストレッチフォーミング加工）の製造のための工具の歯先ゾーンの設計およびそれらの最適化の分野に存在する。請求項に規定されるように、この目的はこの発明によって解決される。

形成シート状金属部品は、原則的に、深絞りによって製造される。この目的のため、半完成部品、いわゆるシート状金属ブランク（ブランク）は、複数部品からなる形成工具の中に置かれる。形成工具がクランプ締めされるプレスによって、部品が形成される。部品は、原則的に、いくつかの形成ステップ（絞り、再成型、セッティングなど）で、トリミングステップと組合せて、平らなシート状金属ブランクから製造される。このプロセスで、端縁区域、特に歯先は、問題となるゾーンである。形成ステップ用の工具の設計において、関心があるのは、歯先によって端縁ゾーン中で、対応して準備される構成要素外形（geometry）、すなわち、複数ステップのプロセスの場合は中間外形（以下、構成要素外形と称される）を補完することであり、その態様により、工具外形がそれから作られる。これにより、破損（ひび割れおよび皺）が起こらないようにかつ、たとえば、厚みの減少を限定すること、シート状金属の伸張を最小限にすることおよび製造技術の制限などの、他の品質要件が守られるように、予め規定された構成要素外形を製造することができる。

歯先の寸法決めおよび調節は、今日、大きな問題のある分野の代表である。工具が十分に働かないうちに数ヶ月が経過することがしばしばある。これはしばしば繰返されるプロセスであり、このことは、多量の不良品と、エネルギおよびその他のユーティリティのかなりの消費とに関連する。今日、歯先の作製は、コンピュータ援用設計システム（ＣＡＤ）によって手動で行なわれることが多く、非常に時間がかかる。その際、しばしば、何百もの個々の表面は、曲線、曲線から導出される支持表面およびそれらのトリミングの設計によって作製されかつ編集される。その結果、既に、大きな本体部品用の歯先をきちんと作るだけで容易に数週間かかってしまう。さらに、この手順には、形成技術の分野および設計者のＣＡＤの高度な専門知識が求められる。

最近では、歯先の作製をより効率的な態様で行なえるようにする手順が開発され実現された。これらは、平らな断面プロファイル（sectional profile）によって描かれる歯先に基づく。公知の断面プロファイルはリンクとは異なり、その結果、歯先表面のための内挿データが劣悪になってしまう。さらに、大部分の工具については、限られた数のそのような断面プロファイルタイプで十分である。十分なそのような平らな断面プロファイルを構成要素端縁から径方向に外向きに適用すると、断面プロファイルを横切る内挿により、そこから、多かれ少なかれ自動的に歯先表面を作製することができる。その際、いくつかの断面プロファイルの指標は、断面プロファイルをそこから内挿できるほどに十分である。この方法は納得できるものではない。断面プロファイルの変化により、歯先が変化し得る。この手順により、以前と比較して、ユーザは、歯先の発達および修正の時間を節約することができる。結果的に得られた歯先表面は、内挿の不十分な結果のために、依然として問題がある。これらの手順は、たとえばシミュレーションモジュールを用いる他の装置とリンクしない単独の解決策である。

しかしながら、この手順は、以下のような深刻な欠点および問題を有する。一方では、構成要素の端縁の平滑化が大きな問題の代表である。歯先を適用すべき構成要素外形の端縁は、大抵の例では滑らかな曲線ではなく、むしろ鋭角のギザギザ、舌などを有することがしばしばである。ここで、同じ断面プロファイルがこの端縁にわたって適用されると、これらのギザギザなどが歯先に連続して、これにより、非常に凸凹した歯先表面ができる可能性がある。これを防止するため、ユーザはここでも、ギザギザのある所に多くの断面プロファイルを手動で導入しかつ、かなり滑らかな歯先表面を生じるようにそれらを適合することを余儀なくされる。これに代えて、伝統的なＣＡＤ機能の支援により、まず充填を行ない、ギザギザ、舌などを均等にする試みがなされ、それにより、十分に大きく滑らかな新たな構成要素端縁が作製され、次にそこから断面プロファイルが適用される。両解決策には長時間が必要になるとともに、使用可能な歯先を完全自動で作製できないという結果を生じる。後者の事実は、特に、形成シミュレーションコードおよび品質基準と関連して最適化ループを介して歯先を自動的に設計する、すなわち最適化したい場合に欠点となる。他方で、断面プロファイルの方向が自動的に決まるのは困難である。断面プロファイルが構成要素端縁から離れるように（すなわち充填された（filled out）構成要素端縁から）適用される方向により、生成される歯先表面が決定的に定まる。絞り方向に突出する構成要素の端縁に対して垂直の方向を適用する際、窪んだ点で、断面プロファイルが重なる結果となり、歯先表面の作製が不可能になってしまう。

ここに提示されるこの発明の目的は、工具を形成するための歯先表面をどのように最適化し、効率的に作製しかつ、先行技術から公知の欠点を容易に回避できるかという方法を示すことである。

ここに開示される発明は、工具の設計（方法計画）のプロセスに組入れられる。この発明は、コンピュータベースの新たな方法を適用することにより、製造の労力のかなりの削減を可能にする。その際、歯先を遥かにより迅速に作製しかつ変える可能性から離れて、形成シミュレーションコードと関連して最適化ループを介して可能な限り最良の工具を作製することも可能である。構成要素外形から始まる、パラメータ化された外形およびプロセスモデルの確立のためにここに提示されるこの発明に記載の手順を、以下のステップで、簡略化された態様で要約することができる。第１に、構成要素外形を準備する。第２に、絞り方向を定める。第３に、構成要素の端縁の凸凹したゾーンの平滑化のための表面を作製する。第４に、バインダ表面（binder surface）を生成する。第５に、断面プロファイルの方向を定める。第６に、規定された点に断面プロファイルを規定する。第７に、歯先表面の作製のため、形成技術パラメータを用いて中間プロファイルの内挿を行なう。第８に、特徴線を相互作用的に適合する、すなわち、それらを自動的に平滑化し、対応して歯先表面を適合する。第９に、断面プロファイルとバインダ表面との交差点としてパンチ開口線を作製し、平滑化する、すなわちそれを修正する。工具モデルをシミュレーションする際、プロセスモデルの規定のため、以下のステップを伴う。すなわち、生成された外形からの個々の工具構成要素の抽出；逆シミュレーション手順の場合、ブランクアウトラインまたは引抜き（drawn-in）シート状金属のアウトラインの特定化；材料、シート状金属の厚みおよび圧延方向の特定化；潤滑条件の特定化；保持装置（たとえば、ドロービード、スペーサ、バインダ力（binder force））の規定；形成の間の工具の動きおよび可能な救済ステップの決定である。必要な場合、代替的なシーケンスを有する上述のステップのいくつかの間の反復手順が可能である。単一ステップも省略し得る。

１つの段階でのブランク形成のための工具は、原則的に、ダイ、バインダおよびパンチの３つの部品からなる。通常はカーブ付き形状を有するバインダにより、ブランクは、ダイの端縁ゾーンにプリフォームされ固定される。実際の深絞りは、ブランクがパンチによってダイの中にプレスされることで行なわれる。端縁ゾーンは通常、相補表面として示される。次に、これらは、パンチゾーンの外側に位置するバインダ表面と、パンチの内側に位置する歯先とに分割される。これらのゾーンは品質要件を満たすのに決定的である。歯先は原則的に、連続した接線で構成要素およびバインダの中に入り、ダイおよびパンチの作用ゾーン内に位置する。乗用車の側壁フレームなど、大きな切取り部を有する構成要素の場合、外側歯先に加えて、いくつかの内側歯先も存在し得る。

ここに提示される発明は、構成要素の外形から始まって、好ましくはパラメータ化された歯先、および必要な場合は、パラメータ化された外形およびそれに基づく形成シミュレーションのためのプロセスモデルをできる限り迅速に確立するのを可能にする方法に関する。この目的は、開発の間にできるだけ早く、場合によっては構成要素の設計の間に既に、形成シミュレーションの支援によりおよび歯先を考慮して、構成要素の形成および製造の実現可能性について述べることである。これにより、早い時点で構成要素外形に必要な補正を行なうことができる。好適なパラメータ化により、工具の外形（および歯先）およびプロセスを、数少ないスカラパラメータによって変化させることができる。異なる変数の迅速な評価のためまたは、最適な歯先の自動作製も鑑みると、必要な場合、最適化ループおよび／または形成シミュレーションコードおよび／または品質基準を組合せて用いる。

この発明の以下の説明について、形成工具がグローバルなｚ座標方向に動くという仮定からは離れる。この方向は垂直方向として示される。この軸に垂直な方向（ｘ，ｙ方向）は水平方向として示される。単純化のため、構成要素はアンダーカットがないものとされる。すなわち、水平平面に対するｚ方向の突出は、正確に垂直方向の構成要素表面を除き、１対１の対応であろう。

ここに提示される発明は、構成要素端縁の凸凹したゾーンを自動的にまたは手動で、好ましくは外向きに、すなわち問題のあるゾーンから離れるように平滑化することと、最適化された充填表面によって生じた空間を自動的に充填することとの案を含む。これらの構成要素の平滑化された端縁は、以後、ベース線と称される。それらは手動で予め規定され得るか、または、たとえば、構成要素の端縁に沿った垂直軸で円筒を仮に“広げること”による、外形平滑化アルゴリズムによってたとえば生成され得る。これは、ベース線のｘおよびｙ座標を規定する。ｚ座標は有利には、充填表面の作製によって生成される。理にかなった（making sense）充填表面は好ましくは、連続した接線で構成要素外形の中に入る。そのような表面は、たとえば、（構成要素端縁での）Ｃ１端縁条件を考慮する幾何学的近似によってまたは、たとえば、構成要素の端縁での対応する端縁条件を用いた有限要素シェル解決策によって生成される（この文脈では図２を参照）。

原則的に、断面プロファイルの水平方向により、構成要素の端縁に延びる構成要素（特徴）の外形詳細が歯先にどのように影響を及ぼすかが決まる。したがって、構成要素外形の外形詳細と、歯先の中のそれらの枝とは本質的に同じ方向を有するのが有利である。これは、ある断面プロファイルの方向が予め必要であることを前提とする（この文脈では、図１０、１１、１２を参照）。

ここに提示される発明では、構成要素の端縁上の断面プロファイルの初期方向は、好ましくは、構成要素の規定された想像上の端縁ゾーンのまたは材料の流れの方向と相関する最小限の外形の変更の方向に向くように定められる。好ましくない（negative）重なりを回避するためには、たとえば凹状区域の代替的構成が可能である。構成要素の想像上の端縁ゾーンはここで、構成要素の内側に存在する構成要素の端縁（すなわちベース線）に沿った想像上のストリップによって概念上形成される。この端縁ゾーンは原則的に、たとえば、シート状金属の厚みの約１０倍に対応する幅を有する。最小限の外形変更の方向をどのように定め得るかが図５に図示される。必要に応じて、たとえば、凹状区域での断面プロファイルの不利な重なりを回避するため、初期方向の調整が可能である。

特に、構成要素の凹状端縁点のゾーンで、先行技術と関連の、断面プロファイルの重なりの問題分野を回避するため、この発明は、規定された断面プロファイルを用いる。これらは原則的に、平面に入るのではなく、カーブした表面に入る。たとえば交差しない限り、代替的な構成が可能である。そのような表面の好ましい例は、たとえば垂直方向の整列を備える円筒状または放物線状の表面である。したがって、水平平面を有するこれらのプロファイルの断面曲線（sectional curve）はカーブしているかまたは真っ直ぐな曲線である。これらの曲線は、断面プロファイルのための水平方向準線として働く。準線のコース（course）は、幾何学的アルゴリズム（多項式方策）によって定められる。これに代えて、以下のように進めることも可能である。すなわち、構成要素の端縁から出発して、曲線は、最小限の外形変更の方向に構成要素の端縁に固定されかつ、弾性連続体またはばねによって互いを横切って接続される湾曲したビームとして適用される。たとえば、対応するモデルは、有限要素法（ＦＥＭ）によって平衡にされる（この文脈では図４を参照）。

先行技術に従うと、これまでは、断面プロファイルの垂直方向のコースは、スプライン曲線（たとえば、Ｂスプラインもしくはベジエカーブ）または、接線連続コースに共にまとめられる、線分、曲線などの幾何学的基本要素によって予め規定された。第１のものは断面プロファイルの容易な変更を可能にするが、たとえば、絞り棒（drawing bar）の高さまたは絞り棒の半径などの、曲線の一部の正確な外形または正確な寸法を正確に予め規定するのが非常に難しいという欠点を有する。第２のタイプの仕様の場合、正確な寸法を定めることができるが、変更に労力がかかる。なぜなら、基本要素間の接線条件を常に守らなければならないからである。さらに、歯先表面を作製するためには、予め規定されていない断面プロファイル（中間プロファイル）を、予め定められた最も近い断面プロファイルから生成しなければならなかった。これらの予め規定された断面プロファイルが互いからあまりにかけ離れている場合は、一般的に、自動内挿により、不十分に平らな表面、すなわち不測のかつ望ましくない中間形態が生じた。たとえば、断面プロファイル内で予め規定された大きな円の弧は、半径が減少していきながら円の弧を経て、次の断面プロファイルで予め規定されたより小さな円の弧に連続的に必ずしも変換されるのではなく、内挿に依存して、円ではない中間形態を経て変換される。この問題は、異なる断面プロファイルタイプの間で、手動遷移要素（接合）を規定しなければならないことをユーザが受入れる場合には、部分的に克服された。

上述の問題分野は、好ましくは、ここに開示される発明の場合、以下のように解決される。断面プロファイルは、好ましくは、共通の断面プロファイル形態を描くことができるほど本質的に十分に一般的であるべき単一タイプの外形（図９参照）によって描かれる。互いの隣に配置される断面プロファイルは、内挿誤差が全く生じないのを確実にする、対応する性質のものである。これらの断面プロファイルは、（以下、プロファイルパラメータと称される）、たとえば、構成要素ランオフ（run-off）長さ、フランジ長さ、フランジ角度、絞り棒高さ、絞り棒幅、絞り棒半径、段差高さ、壁角度、ダイ半径などの、ユーザが容易に把握する形成技術スカラ値によってパラメータ化される。次に、断面プロファイルは、たとえば、円の弧および線分などの基本要素から、これらのプロファイルパラメータに基づいて、自動化された態様で構築される（この文脈では図９を参照）。相反するプロファイルパラメータの場合、これらは、規定された優先順位に従って自動的に適合されかつ最適化される。このように、極めて容易にかつ明確に断面プロファイルを予め規定することができる。

先行技術に対して、規定された断面プロファイル間に存在する中間プロファイルのコースは、原則的に、直接には内挿されない。むしろ、まず、形成技術に関連のあらゆる中間プロファイル向けのプロファイルパラメータが確立される。これらの（内挿された）値から、中間プロファイルのコースが構築される。これは、上述の例の場合、予め規定された大きな円の弧が、対応する半径がそのようなプロファイルパラメータである場合に、半径が減少していきながら正確な円の弧を経て、予め規定された小さな円の弧に変換されるという結果をもたらす。

先行技術から公知の歯先の作製のための方法の場合、構成要素の端縁に沿った高さの差および接線の飛躍（jump）は、パンチ開口線に影響を有する。これは一般的に望ましくない。したがって、先行技術から公知の方法を用いて、労力および時間のかかる断面プロファイルの適合によって、これらの飛躍を手動で補正することが必要である。ここでも、自動化は実際には不可能である。

ここに開示される発明の場合、この問題は以下のように解決される。断面プロファイルは、断面プロファイルの主コースを描く特徴点を有する。そのような特徴点の例として、絞り棒の頂点、段差のフランクまたは、スプライン、ベジエもしくはＮＵＲＢＳ曲線の制御点が挙げられる。互いに対応するあらゆる断面プロファイルのそれらの特徴点はまとめられ、これにより、たとえば絞り棒（図７を参照）の頂点線などの、（構成要素端縁に平行な）歯先に沿ってまたはそのセクションを少なくとも超えて延びる（連続的な）特徴線を形成し得る。このように規定される線は、たとえば、制御点によって容易に可変のスプラインとして近似されるため、歯先を相互作用的に変更するのに特に好適である。垂直方向（すなわち、たとえば、絞り棒の高さのコース）と水平方向（すなわち、たとえば、絞り棒の水平方向位置）との両者の変更を、これによって実現可能である。この変更は特に、変更区域に存在する断面プロファイルと、対応の歯先表面との対応のパラメータに影響を及ぼす。制御された態様での特徴線の変更はいくつかの隣接する断面プロファイルに影響を与えるため、そのような変更は、個々の断面プロファイルの（手動の）変更によるよりも実現が非常に容易である。プロファイルパラメータの変更が隣接するセクションの他のプロファイルパラメータの変更につながるならば（たとえば、絞り棒高さの変更が同時に絞り棒幅の変更を生じる場合）、対応する作動接続（working connection）を結合マトリックス（coupling matrix）によって規定することができる。ここに述べられる方法の場合、さらに、特徴線を自動的に平滑化することができる。これにより、構成要素の端縁での外形の飛躍を容易に平滑化することができる（この文脈では図１８を参照）。平滑化アルゴリズムとして、たとえば、水平平面および高さの両者において、ここでも巻出しアルゴリズム（uncoiling algorithm）を用いることができる。

特徴線の概念も、たとえばランイン（run-in）半径または絞り棒半径などの、歯先上の空間線として表わすことができないプロファイルパラメータに転送することができる。そのようなプロファイルパラメータは、有利には、ｘ−ｙ図における特徴線として表わされ、これにより、横軸上には歯先の周りの経路および縦軸上にはプロファイルパラメータが適用される。たとえば、結果的にできる曲線は、ここでも、制御点を通って容易に可変のスプラインとして近似され得る。相互作用的または自動的な変更（たとえば平滑化）は、前段落に記載の手順と類似して、歯先表面の変更に変換される。この手順は、当然ながら、空間線として表わすことができるプロファイルパラメータに代替的に適用可能である。

生成された工具外形を形成シミュレーションによってチェックすべき場合または、形成シミュレーションコードおよび品質基準と共に最適化ループで自動的に最適化すべき場合、形成シミュレーションへの結びつけが依然として不足している。形成シミュレーションのためには、原則的に、３つの方法を用いる。

構成要素外形に基づく単一ステップ／複数ステップシミュレーション：これらは通常逆プロセスに従って行われ、それにより、構成要素外形から出発して、それはつぶされて平らになり、結果的にできた平らなシート状金属の伸張物は、原則的に、構成要素の上で逆さにされて示される。歯先およびバインダの重大な影響を無視した結果、そのようなシミュレーションは大雑把な推測となる。ここで、それらは無関係である。というのも、ここでの関心は工具設計の評価であるからである。

工具外形に基づく単一ステップ／複数ステップシミュレーション：同じ方法に従って通常行なわれ、ここで、バインダにおいて、歯先およびバインダの外形ならびに保持装置（たとえば、ドロービード、バインダ力）を考慮する。ここで外形として必要なのは、完全な工具、したがって原則的にダイ、の外形である。結果的な精度により工具設計の評価が可能になるが、形成の間のシート状金属の挙動についての直接的な記述を行なうことはできない。逆単一ステップシミュレーションの重要な結果が、求められるブランクのアウトラインであり、これが、絞りプロセスの終わりに、予め規定された外形のアウトラインを達成するのに必要なものである。単一ステップ／複数ステップシミュレーションも、前の方法のように、すなわちブランクから出発して実行することができる。

工具外形に基づくインクリメンタルシミュレーション：ここで、平らなブランクから出発して、形成は（インクリメンタルに）時間ステップでシミュレーションされる。本質的な外形的およびプロセス条件付き影響値を共に正確に考慮し得る。加わるすべての工具の外形記述が必要であり、したがって、最も単純な形成プロセスのために、ダイ、パンチおよびバインダが必要である。この方法は最も正確なシミュレーション法であるが、単一ステッププロセスよりも遥かに長い計算時間が求められる。最終状態からの結果として、中間状態も利用可能である。

工具外形のチェックのためには、後者の２つの方法が可能である。しかしながら、工具の生成のための現行のシステムは、形成シミュレーションシステムにあまり密にリンクしていないため、大部分の例でのシミュレーションの実現には、さまざまなインターフェイスおよびデータ変換によりかなりの労力をかけなければならない。

歯先ゾーンの作製のための上述の方法は、好ましくは、構成要素の最適化のために、パラメータ化されたシミュレーションモデル（工具またはプロセス）を利用するシステムと組合せ可能である。場合によっては評価および／または最適化モジュールと組合せて、単一ステップ／複数ステップの両者およびインクリメンタルシミュレーションがオプションで可能である。このシステムは以下のように特徴付けられる。

部品工具のパラメータ的作製：完全な工具表面（構成要素＋歯先＋バインダリング）から、たとえば、ダイ（完全な工具表面）、パンチ（バインダリングおよびダイ半径のない工具表面）およびバインダ（パンチ開口線に沿ったバインダ表面切り取り）などの、用いられる工具を作製することができる。必要に応じて工具のオフセットが自動的に行なわれる。壁ゾーンの中のパンチの作製については、必要に応じて、自動修正された断面プロファイルを用いて（たとえばより傾斜の大きな壁角度をつけて）、必要な絞りギャップ（drawing gap）を生じる。同時に、シミュレーションに必要なプロセス履歴、すなわち工具の移動経路、を自動的に生成することができる。したがって、歯先の変更は、部品工具およびそれらの移動経路の対応の変更を自動的に必要とする。

ドロービードのコースのパラメータ的作製：ドロービード（シート状金属の引抜きを制御するためにバインダゾーンに取付けられるビード）は、パンチ開口線からまたは歯先の別の特徴線から予め規定された一定または可変の距離をあけてバインダ表面上に自動的に生成される。このとき、この線の変更はドロービードの変更を自動的に必要とする。

逆シミュレーションのための形成の終わりの引抜きシート状金属アウトラインのパラメータ的作製：逆シミュレーションのため、形成プロセスの終わりに外形を予め規定する場合、シート状金属の引抜きアウトラインも、パンチ開口線からまたは歯先の別の特徴線から予め規定された一定または可変の距離をあけてバインダ表面上に自動的に生成される。このとき、この線の変更は、引抜きシート状金属アウトラインの変更を自動的に必要とする。

ブランクアウトラインのパラメータ的作製：上述のドロービードコースと類似して、ブランクアウトラインを生成することができる。さらなる変形例を以下に説明する。材料消費をできるだけ小さくするため、できるだけ小さくブランクを選択しなければならない。しかしながら、一般的に、形成の間のシート状金属のアウトラインは、パンチ開口線を越えて歯先の中に入ってはならない。すなわち、絞りプロセスの終わりに、小さなフランジがバインダゾーンに残らなければならない。この理由のため、以下の手順がここで選択される。まず、逆単一ステップシミュレーションのために、引抜きシート状金属アウトラインを上述のように作製する。その際、逆単一ステップシミュレーションが行なわれる。このシミュレーションの結果が、必要なブランクアウトラインであり、これは、予め規定された引抜きシート状金属アウトラインを得るのに必要である。この手順は、インクリメンタルシミュレーションの始めに行なわれて、現在調査中の外形の代替の好ましいブランクアウトラインを見出す。この手順は理にかなっている。なぜなら、逆単一ステップシミュレーションは、インクリメンタルシミュレーションよりも、必要とする計算時間が遥かに少ないからである。この手順は、穴あきブランクの場合の内部境界と類似して、転送可能である。ブランクのトリミング工具のための工具コストを節約するため、通常、たとえば矩形のものなどの単純な多角形線ブランクが好ましい。必要に応じて、逆単一ステップシミュレーションから得られるブランクアウトラインが、長さおよび幅が最小の矩形で境界付けられ、それにより、表面積が最小となる矩形が見出されるまで、水平平面の中の矩形の向きが変更される。単一ステップシミュレーションから得られるブランクアウトラインの代わりに、この矩形を、インクリメンタルシミュレーションのためのブランクアウトラインとして用いる。他の単純な多角形アウトラインについて、この手順は類似である。

したがって、工具表面のあらゆるパラメータ変更の結果、自動的に、それに由来する部品工具、それらの移動経路、ドロービードのコース、ブランクアウトラインなどの変更がもたらされ、それにより、いかなる手動による介入もなくシミュレーションを再開することができる。したがって、先行技術と比較して、手動であってもまたは最適化ループの中で自動的に行なわれても、代替的シミュレーションの準備のための労力をかなり低減することができる。工具外形のパラメータを変更する際、即時におよび完全自動で、新たな工具外形ならびにシミュレーションのための付随する整合性のある外形およびプロセスモデルが作製される。

所望により、ツーリングのための入力データとして、本明細書中に記載の発明によって扱われかつ生成される工具（ダイ、バインダ、パンチ）およびシート状金属部品に関連の外形情報およびデータを用いることができる。このように、ＣＡＤシステムによるさらなる処理を回避することができ、この結果、さらなる最適化プロセスがもたらされる。

この発明は、以下の一般化され単純化された図面に基づいてより詳細に説明される。

形成工具の本質的なゾーンを示す図である。 構成要素を示す図である。 真っ直ぐな断面プロファイルのコースを示す図である。 カーブした断面プロファイルのコースを図示する図である。 初期方向の設計方法を示す図である。 不連続なコースを有する第１の歯先を示す図である。 連続したコースを有する第２の歯先を示す図である。 本質的な最適化ステップを備える図である。 パラメータ化された断面プロファイルを示す図である。 歯先ゾーンを有する構成要素を示す図である。 断面プロファイルを備える、図１０に従う構成要素を示す図である。 最適化される断面プロファイルを備える構成要素を示す図である。 断面プロファイル間の内挿を示す図である。

図１は、形成工具１の本質的な要素を図示する。構成要素２、構成要素端縁３、歯先４、パンチ開口線５およびバインダ表面６が識別可能である。

図２は、凸凹した構成要素端縁３を有する構成要素２を示す。構成要素３の端縁のコースの凸凹は、充填表面７で充填されかつ平滑化される。理にかなった充填表面は、Ｃ１連続（両側で同一の第１の微分（differentiation）の値）を構成要素２の外形に合流させなければならない。そのような表面７は、たとえば、構成要素３の端縁上のＣ１境界条件下の幾何学的近似によってまたはＣ１境界条件を用いた有限要素シェル解決策によって生成され得る。この態様でできる充填表面７は平滑化され、連続的であり、最適な態様で構成要素２を補完する。充填表面７のゾーンでは、代替的に、充填表面７の端縁８が断面プロファイルのコースに決定的である。

図３は、先行技術によって公知であるように、状況を示す。凹状のコースを有する構成要素端縁３を備えた構成要素２のセクションの（ｚ軸方向の）平面図が見られる。先行技術によって公知であるように、真っ直ぐな断面プロファイル１０は、構成要素３の端縁と垂直に配置される。この構成に基づき、これらは重なりを呈する。

図４は、図３に従う構成要素２からのセクションを示す。歯先４および断面プロファイル１０が識別可能である。ここで、断面プロファイルはこの発明に従う方法によって作製された。識別すべきなのは、平面図では、それらは真っ直ぐなコースを有しておらず、カーブしていることである。特に、それらはここでは重なりを全く呈していない。好ましくは、それらは、構成要素の外形詳細の自然なコースに対応する態様で配置される。たとえば、それらは歯先の中でそれらの延在コースをたどる。これにより、構成要素の実際の端縁は従属的な役割を果たす。

図５は、断面プロファイル１０の水平方向の初期方向がどのように生成されるかを概略的に図示する。この方向は、最小限の外形変更を定めることにより、特に有利に定められる。構成要素２と、構成要素端縁３（すなわち充填表面の端縁）と、構成要素３および内側限定線２３の端縁で縁取られる構成要素端縁境界ゾーン２２とが識別可能である。構成要素３の端縁、すなわち、必要に応じて充填表面（詳細には図示せず）の端縁の点２５で断面プロファイルの初期方向を定めるため、点２５も通って走る垂直（ｚ軸に平行）平面２４間の断面曲線２６を形成する。斜線区域２８で表わされる、直線２７からのこの断面曲線２６のずれが、外形変更のための尺度として働く。面２４は、外形変更がある尺度を満たすまで、点２５を通って走る（矢印２９で図示される）垂直軸３０の周りを回転することによって非常に長く変化される。原則的にこれは最小限である。平面２４から生じる水平平面（ｘ／ｙ平面）の断面プロファイルの初期方向は、矢印３１で概略的により明確にされる。別の可能性は、尺度として、構成要素２２の端縁ゾーンの曲率を用いることからなる。外形変更のための尺度として曲率を用いる際、対応する断面プロファイルの方向は、水平平面に突出する曲率テンソルのより小さな主方向の方向に置かれるのが有利である。

図６は、構成要素２のための形状の歯先４における特徴線１１の典型的なコースを示す。高さおよび接線方向飛躍の大きな差に基づく特徴線１１のコースが凸凹であることが不利である。

図７は、図６に従う特徴線１１の平滑化されたコースを図示する。結果として、構成要素２のための形状の歯先４は、大幅により有利な設計を示す。したがって、生産の際に、より良好な結果が達成される。

図８は、歯先の自動生成に必要な本質的ステップを概略的に図示する。歯先は、いわゆるオプティマイザおよび品質基準によって最適化される。

図９は、一般的な態様で、単一タイプの外形の代表としての部分プロファイル１０のパラメータ化された断面を示す。断面プロファイル１０は、たとえば、構成要素ランオフ長さ、構成要素ランオフ半径、フランジ長さ、フランジ角度、絞り棒高さ、絞り棒幅、絞り棒半径、段差の高さ、段差の半径、壁角度、ダイ半径などの、形成技術スカラ値（プロファイルパラメータ）によってパラメータ化される。これらのプロファイルパラメータに基づく断面プロファイル１０は、たとえば、円の弧、スプラインおよび線分などの基本要素から、好ましくは自動的な態様で構築される。必要に応じて、１つ以上のパラメータ値は０であるかまたはそれに近いものであってもよい。対応する点は、歯先表面を得るように接続される。

図１０は、外形詳細１３および歯先４に対するその影響を図示する。原則的に、断面プロファイルの水平方向により、構成要素の端縁に延びる構成要素２（特徴）の外形詳細１３が歯先４に対してどのように影響を及ぼすかが決まる。したがって、構成要素外形のそのような外形詳細１３および歯先４の中のそれらの枝１４が本質的に同じ方向を有することが有利である（この図の中ではそうではない）。

図１１は、先行技術から公知の手順に従って構成要素端縁３と垂直方向に配置される断面プロファイル１０の典型的なコースを示す。この結果、図１０に示される結果がもたらされ、この場合、外形詳細１３の枝１４は、歯先４の中で好ましくない方向に続く。

図１２は、この発明に従う構成要素３の端縁に沿った断面プロファイル１０の配置を図示する。断面プロファイルは、構成要素２の中の外形詳細１３の自然なコースを考慮するように配置される。この結果、枝１４の方向は、本質的に、構成要素３の端縁のゾーンの中の外形詳細１３の方向に対応する。

図１３は、図９に従う断面プロファイル１０の配置および歯先表面４の一部を単純化した理想的な態様で示す。断面プロファイルは、外形に適合されるようにパラメータ化される。断面プロファイル間の距離および向きは必ずしも等しいわけではなく、外形のコースに適合される。断面プロファイルは、それらが互いに対応するように構築される。パラメータ値は、要素が１つも見えないように０または０に近いものであり得る。中間プロファイルはこの例では間接的に内挿される。第１に、パラメータ値が内挿され、第２に、少なくとも１つのプロファイルがこれらの内挿された値に基づいて再生成され、第３に、これらの断面プロファイルに基づいておよび中間断面プロファイルが利用可能ならば、歯先の表面が構築される。

Claims (14)

1. シート状金属形成部品（２）のための工具の歯先（４）の作製のための方法であって、
   断面プロファイル（１０）の初期方向（３１）が定められ、
   互いから距離を空けた断面プロファイル（１０）は、これらの初期方向（３１）を用いて構成要素（３，８）に沿って配置され、歯先（４）は断面プロファイル（１０）を接続することによって作製されることを特徴とする、方法。
2. 凸凹した構成要素端縁（３）の平滑化のための充填表面（７）が生成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 断面プロファイル（１０）は平面の中に入らないことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 断面プロファイル（１０）はパラメータ化されかつ単一タイプの外形のものであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 断面プロファイルの初期方向（３１）は、品質基準を最小化することによってある点（２５）で定められることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 断面プロファイル（１０）の間で、少なくとも１つのさらなる中間プロファイル（１０）が生成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 少なくとも１つの中間プロファイル（１０）は、少なくとも１つのプロファイルパラメータから間接的に内挿されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 特徴線（１１）は、断面プロファイル（１０）の特徴点の接続によってまたは図の中のパラメータ値の曲線として生成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 断面プロファイル（１０）は特徴線（１１）を用いて変更可能であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. シート状金属形成部品（２）のための工具の挙動のシミュレーションのための方法であって、請求項１から９のいずれかに記載のプロセスステップを含むことを特徴とする、方法。
11. シミュレーションの少なくとも１つのパラメータは、シート状金属形成部品（２）のための工具の歯先（４）の作製と結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 工具の機械加工のための表面データの生成のための方法であって、請求項１から１１のいずれかに記載のプロセスステップを含むことを特徴とする、方法。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の方法のステップを含むコンピュータプログラム。
14. プログラムを含むコンピュータ読出可能媒体であって、それによりこのプログラムは、コンピュータに、請求項１に記載の方法のステップを実行させるのに好適である、媒体。

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