JP2017182265A - 絞りプレス成形金型解析モデル生成システム及びプログラム、並びに、絞りプレス成形解析システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型解析モデルを生成することを課題とする。【解決手段】絞りプレス成形金型解析モデル生成システムであって、ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルのシェル要素データを取得するホルダシェル要素データ取得部と、ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報を取得するホルダ情報取得部と、クッションピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報を取得するピン情報取得部と、各クッションピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各クッションピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる仮想ジョイントを設定してブランクホルダの解析モデルを生成するホルダ解析モデル生成部と、を有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、絞りプレス成形品に関して金型の変形を考慮した有限要素法による絞りプレス成形解析を行うための絞りプレス成形金型解析モデル生成システム及びプログラム、並びに、絞りプレス成形解析システムであって、特に、コンピュータによる設計支援システムに関する。

例えば自動車の車体等を構成するパネル部品は、素材となる板金からプレス成形金型（以下、「金型」という）を用いたプレス成形によって製造されるが、特に絞りプレス成形時に成形品に割れ、しわ、寸法精度不良等の不具合が発生しないように、金型の設計や開発の段階で、このような成形時の不具合を予測するために、金型の解析モデルを作成してプレス成形のシミュレーションが行われている。

近年は、このような絞りプレス成形時の不具合をより正確に予測することが求められており、そのためには、より高精度な解析が可能な絞りプレス成形のシミュレーションが必要とされている。

ここで、一般に、絞りプレス成形は、ダイとブランクホルダ（以下、単に「ホルダ」という）によってその周囲を挟んだ状態で素材（ブランク）をダイに形成されたキャビティ内にパンチによって押し込むことで絞り加工する成形方法である。

このとき、図３７に示すように、ホルダＨは、その下方が鉛直方向に延びる複数本のクッションピンＨｐ（以下、単に「ピン」という）によって支持され、上向きのクッション力（しわ押さえ力）が付与されている。また、クッション力を考慮しながらホルダＨとダイＤの適切な位置に互いに対向して絞りビードを設けることで、キャビティＣ内に流入する素材Ｂに流入方向と反対方向に抵抗力を付与して、素材Ｂの流入バランスが調整されている。

ところが実際には、これら抵抗力の反力Ｆ_１とクッション力の反力Ｆ_２の合力がホルダＨにかかるので、図３７に破線で示すように、ピンＨｐの上端部が内側に曲がり、該ピンＨｐで支持されているホルダＨの内側部分がプレス方向と反対方向にたわむ変形が生じる。

このときのホルダのたわみ量は、素材の流入バランスに大きく影響するので、シミュレーションの解析精度を向上させるには、このホルダのたわみをシミュレーション中で再現することが重要となる。

ところが、従来の絞りプレス成形のシミュレーションでは、ホルダを含む金型の解析モデルは、変形しない剛体のシェルモデルとして定義されていたので、上述のような成形時のホルダの変形を考慮したシミュレーションを行うことができなかった。

そこで、金型の変形を考慮したシミュレーションを行うために、例えば、非特許文献１に開示されているように、金型を従来のように剛体のシェル要素でモデル化し、金型の下死点におけるホルダのたわみ量を静的な応力解析によって算出し、算出されたたわみ量を各シェル要素にマッピングして再解析する方法や、非特許文献２及び３に開示されているように、金型全体を変形可能な弾性体であるソリッド要素でモデル化し、成形途中の金型の変形を逐次計算しながら解析する方法などが利用されている。

蔦森秀夫著他２、「薄板の３次元形状の精度不良予測 −ＦＥＭによるスプリングバック予測に関する研究 第３報−」、塑性と加工第４４巻第５１８号、２００３年１０月２５日発行、ｐ．１０２４−１０２８ 高村正人著他５、「静的陽解法ＦＥＭによる金型弾性変形を考慮した板成形シミュレーション」、塑性と加工第４７巻第５４０号、２００６年１月２５日発行、ｐ．６４−６８ 石渡亮伸著他３、「曲がりハット材の捩れスプリングバック予測に及ぼす金型・プレス機弾性体モデル化範囲の影響」、塑性と加工第５６巻第６５１号、２０１５年発行、ｐ．３１１−３１６

しかし、従来技術において、前者のような静解析により得られた金型の下死点におけるたわみ量を剛体シェルモデルにマッピングする方法では、成形途中のたわみ量の変化を考慮できないため、十分な解析精度が得られない。また、一般に金型の構造は、シミュレーションを行うダイフェース設計時点では詳細には確定していないため、後者のような金型全体をソリッド要素でモデル化する方法は、通常の設計ルーチンの中で実施するのが困難である。更に、前者の静解析結果をマッピングする方法では、複数回計算を実施する必要があるため工数の増加が大きく、後者のソリッドモデルによる解析は、通常のシェルモデルによる解析と比較して多大な設定工数及び計算時間を要する。

そこで、本発明は、絞りプレス成形解析に関する上述のような実情に鑑みてなされたもので、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型解析モデルを生成し、この解析モデルを用いて成形解析を行うことを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る絞りプレス成形金型解析モデル生成システム及びプログラム、並びに、絞りプレス成形解析システムは、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、
ダイと、パンチと、複数のクッションピンによって支持されたブランクホルダと、を備えるプレス成形金型を用いた絞りプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルを生成する絞りプレス成形金型解析モデル生成システムであって、
前記ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルのシェル要素データを取得するホルダシェル要素データ取得部と、
前記ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報を取得するホルダ情報取得部と、
前記クッションピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報を取得するピン情報取得部と、
取得された前記ホルダシェル要素データ、前記ホルダ情報及び前記ピン情報に基づいて、各クッションピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各クッションピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる前記仮想ジョイントを設定して前記ブランクホルダの解析モデルを生成するホルダ解析モデル生成部と、を有する
ことを特徴とする。

次に、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システムにおいて、
前記ホルダ解析モデル生成部は、
取得された前記ホルダ情報及び前記ピン情報に基づいて、各クッションピンの前記曲げ剛性及び前記ねじり剛性を算出するジョイント剛性算出部と、
各クッションピンの基端位置を、該クッションピンの傾動中心となる前記仮想ジョイントの中心節点として設定するジョイント中心節点設定部と、
該ジョイント中心節点設定部によって設定された各中心節点に、前記ジョイント剛性算出部によって算出された前記曲げ剛性及び前記ねじり剛性を定義するジョイント剛性定義部と、
前記ブランクホルダの前記シェルモデルに対して各クッションピンを鉛直方向に投影した位置にある複数のシェル要素の頂点となる節点群を、各クッションピンによって支持された前記ブランクホルダの節点群として設定するピン支持節点群設定部と、
前記ジョイント中心節点設定部によって設定された前記仮想ジョイントの中心節点と、該中心節点を傾動中心とする前記クッションピンを鉛直方向に投影した位置にある、前記ピン支持節点群設定部によって設定された各節点群と、を互いに対応付ける中心節点節点群間対応付け部と、
前記ブランクホルダのクッション力を各仮想ジョイントに分配してその中心節点に割り当てるクッション力割当部と、を有する
ことを特徴とする。

次に、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システムにおいて、
前記ブランクホルダは、上面層が補強リブを介して下面層に支持された構造を有し、該下面層が複数の前記クッションピンによって支持されており、
前記補強リブの材料特性を取得するリブ情報取得部を有しており、
前記ホルダシェル要素データ取得部は、前記ブランクホルダの前記上面層を変形可能なシェル要素によってモデル化した上面層シェル要素を取得し、
前記ホルダ解析モデル生成部は、
前記補強リブの配置線情報を前記上面層及び前記下面層の位置に投影するリブ配置線情報投影部と、
前記補強リブを変形可能なシェル要素によってモデル化したリブシェルモデルを生成するリブシェル要素生成部と、
前記下面層のシェル要素を生成する下面層シェル要素生成部と、
前記上面層及び前記下面層の各シェル要素に断面特性を定義する上下面層シェル要素断面特性定義部と、
前記補強リブの各シェル要素に断面特性を定義するリブシェル要素断面特性定義部と、
前記補強リブのシェル要素上下端と前記上面層及び前記下面層とをそれぞれ接合する前記リブ上下面層接合部と、を有する
ことを特徴とする。

次に、本願の請求項４に記載の発明は、前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システムにおいて、
前記ホルダ解析モデル生成部は、前記クッションピンをその軸心方向に所定のばね剛性を持って伸縮可能であるものとして扱われるように設定する
ことを特徴とする。

次に、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システムにおいて、
前記ブランクホルダは、そのしわ押さえ面に絞りビードが形成されており、
前記金型解析モデル生成部は、前記絞りビードによる抵抗力を数値モデル化した等価ビードを用いる
ことを特徴とする。

次に、本願の請求項６に記載の発明は、絞りプレス成形解析システムであって、前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載された絞りプレス成形金型解析モデル生成システムによって生成された前記金型解析モデルと、設定された解析条件とに基づいて、有限要素法によって絞りプレス成形の解析を行う成形解析部を有する
ことを特徴とする。

次に、本願の請求項７に記載の発明は、
ダイと、パンチと、複数のクッションピンによって支持されたブランクホルダと、を備えるプレス成形金型を用いた絞りプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルを生成する絞りプレス成形金型解析モデル生成プログラムであって、
コンピュータを
前記ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルを取得するホルダシェル要素データ取得部と、
前記ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報を取得するホルダ情報取得部と、
前記クッションピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報を取得するピン情報取得部と、
取得された前記ホルダシェル要素データ、前記ホルダ情報及び前記ピン情報に基づいて、各クッションピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各クッションピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる前記仮想ジョイントを設定して前記ブランクホルダの解析モデルを生成するホルダ解析モデル生成部と、として機能させる
ことを特徴とする。

以上の構成により、本願各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。

請求項１に係る発明によれば、ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルと、ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報が取得されると共に、クッションピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報が取得され、更に、各クッションピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各クッションピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる仮想ジョイントを設定してホルダ解析モデルが生成される。そのため、ダイフェース設計時点で設計されるダイフェース面の形状と、ブランクホルダの構造の大まかな情報（厚さ、材質、クッションピンの配置、リブ）からホルダ解析モデルを生成して、このホルダ解析モデルを用いて成形途中のブランクホルダのたわみ量の変化をシミュレーションによって再現することができる。また、ホルダ解析モデルは変形可能なシェルモデルから生成されているので、剛体シェルモデルを用いる従来の解析と同等の比較的短い解析時間で、ソリッド要素を用いる従来の解析と同等の比較的高い解析精度を実現することができる。したがって、本発明によれば、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型解析モデルを生成することができる。

請求項２に係る発明によれば、ブランクホルダのシェルモデルに対して各クッションピンを鉛直方向に投影した位置にある複数のシェル要素の頂点となる節点群に、クッションピンの傾動や回動によるモーメントや、クッションピンを介してブランクホルダに加えられるクッション力を加えることができるので、実際の絞りプレス成形及びソリッド要素による従来の解析と同様に、クッションピンの太さ、位置等も考慮した解析を行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、上面層が補強リブを介して下面層に支持された構造を有するブランクホルダのホルダ解析モデルを生成することができるので、実際の金型の構造により近い金型解析モデルを用いて、更に高い精度の解析を行うことができる。

請求項４に係る発明によれば、実際の絞りプレス成形及びソリッド要素による従来の解析において発生するクッションピンの伸縮も考慮した解析を行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、絞りビードを形状ビードとしてモデル化した場合に比べて、解析時間の増加を抑制することができる。

請求項６に係る発明によれば、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことができる。

請求項７に係る発明によれば、請求項１に係るシステムの発明と同様の効果を得ることができる。

絞りプレス成形解析システムの全体構成を示すブロック図である。 同システムの処理装置の構成を示すブロック図である。 図２の処理装置のホルダ解析モデル生成部の構成を示すブロック図である。 図１の記憶装置の構成を示すブロック図である。 同記憶装置のプログラム記憶部の構成を示すブロック図である。 同記憶装置のデータ記憶部の構成を示すブロック図である。 ブランク材情報データのデータ構造を示す図である。 ビード情報データの絞りビード形状データのデータ構造を示す図である。 ビード情報データのラインビードデータテーブルのデータ構造を示す図である。 ホルダ情報データのデータ構造を示す図である。 ピン情報データのデータ構造を示す図である。 リブ情報データのデータ構造を示す図である。 ジョイント情報データのデータ構造を示す図である。 ピン支持節点群データのデータ構造を示す図である。 ＦＥＭ解析データのデータ構造（１）を示す図である。 ＦＥＭ解析データのデータ構造（２）を示す図である。 図１の出力装置に出力表示された画面の例を示す図である。 絞りプレス成形金型の構造を概略的に示す斜視図である。 図１８のブランクホルダの内部構造を示す断面斜視図である。 絞りプレス成形の成形工程を説明する説明図である。 成形品の製造工程を説明する説明図である。 絞りプレス成形解析方法のメインルーチンのフローチャートである。 図２２のホルダ解析モデル生成のサブルーチンのフローチャートである。 図２３のジョイント剛性算出のサブルーチンのフローチャートである。 第１実施形態の金型解析モデルを示す斜視図である。 図２５のホルダ解析モデルの内部構造を示す断面斜視図である。 図２５のピンの先端部及び基端部のモデル構造を示す拡大斜視図である。 プレス成形時の素材の流入について説明する説明図である。 各解析モデルでの素材各点の流入量を比較したグラフである。 図２９の流入量の誤差を示すグラフである。 各解析モデルでのホルダのたわみ量の等高線を示す平面図である。 各解析モデルでの解析時間を比較したグラフである。 第２実施形態の金型解析モデルを示す斜視図である。 第２実施形態のホルダ解析モデル生成方法のフローチャートである。 変形例の金型解析モデルを示す斜視図である。 変形例のホルダ解析モデル生成方法のフローチャートである。 従来の絞りプレス成形の課題を説明する説明図である。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る絞りプレス成形解析システム及びプログラムについて説明する。

（１）絞りプレス成形解析システムの概要
図１は、本発明の第１実施形態に係る絞りプレス成形解析システム１の中心となるコンピュータ１０の構成を示す図である。図１に示すように、このコンピュータ１０は、ＣＰＵ等の処理装置１１と、メモリ又はハードディスク等の記憶装置１２と、キーボード、マウス又はＣＤ−ＲＯＭドライブ等の入力装置１３と、液晶ディスプレイ又はプリンタ等の出力装置１４と、を有する。

（１−１）処理装置
図２は、図１の処理装置１１の構成を示すブロック図であり、図３は、図２のホルダ解析モデル生成部２００の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、処理装置１１は、金型解析モデル生成部１００において、金型形状データを記憶装置１２から取得する金型形状データ取得部１１０と、該金型形状データ取得部１１０によって取得された金型形状データに基づいて金型基本モデルデータを生成して取得する金型基本モデルデータ取得部１２０と、ホルダ情報データを取得するホルダ情報取得部１３０と、ピン情報データを取得するピン情報取得部１４０と、リブ情報データを取得するリブ情報取得部１５０と、ホルダ解析モデルを生成するホルダ解析モデル生成部２００と、を備えると共に、生成された金型解析モデルを用いて絞りプレス成形の解析を行う成形解析部４００と、該成形解析部４００によって得られた解析結果を表示する解析結果表示部５００と、を備えている。なお、請求項１における「ホルダシェル要素データ取得部」は、上述の実施形態の「金型基本モデルデータ取得部１２０」に対応する構成である。

図３に示すように、ホルダ解析モデル生成部２００は、リブ配置線情報投影部２１０、リブシェル要素生成部２２０、下面層シェル要素生成部２３０、上下面層シェル要素断面特性定義部２４０、リブシェル要素断面特性定義部２５０、リブ上下面層接合部２６０、ジョイント剛性算出部２７０、ジョイント中心節点設定部２８０、ジョイント剛性定義部２９０、ピン支持節点群設定部３００、中心節点節点群対応付け部３１０、及びクッション力割当部３２０を備えている。

（１−２）記憶装置
図４は、図１の記憶装置１２の構成を概略的に示すブロック図である。図４に示すように、記憶装置１２は、プログラム記憶部１２Ａとデータ記憶部１２Ｂから主に構成されている。

図５は、図４のプログラム記憶部１２Ａの構成を概略的に示すブロック図である。図５に示すように、プログラム記憶部１２Ａは、金型形状データ取得プログラムＰＲ１、金型基本モデル生成プログラムＰＲ２、ホルダ・ピン・リブ情報取得プログラムＰＲ３、ホルダ解析モデル生成プログラムＰＲ４、成形解析プログラムＰＲ５、解析結果表示プログラムＰＲ６をそれぞれ格納するプログラム格納部１２Ａ_１〜１２Ａ_６を有している。プログラムＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ４乃至ＰＲ６は、上述の処理装置１１における金型形状データ取得部１１０、金型基本モデルデータ取得部１２０、ホルダ解析モデル生成部２００、成形解析部４００及び解析結果表示部５００によってそれぞれ実行される。また、プログラムＰＲ３は、上述の処理装置１１におけるホルダ情報取得部１３０、ピン情報取得部１４０及びリブ情報取得部１５０によって実行される。

図６は、図４のデータ記憶部１２Ｂの構成を概略的に示すブロック図である。図６に示すように、データ記憶部１２Ｂは、金型形状データＤＴ１、ブランク材情報データＤＴ２、金型シェル要素データＤＴ３、ビード情報データＤＴ４、ホルダ情報データＤＴ５、ピン情報データＤＴ６、リブ情報データＤＴ７、ジョイント情報データＤＴ８、ピン支持節点群データＤＴ９、金型解析モデルデータＤＴ１０、成形条件データＤＴ１１、解析結果データＤＴ１２をそれぞれ格納するデータ格納部１２Ｂ_１〜１２Ｂ_１２を有している。なお、以下では、金型シェル要素データＤＴ３及びビード情報データＤＴ４を併せて、金型基本モデルデータと呼ぶ。

ここで、図７〜図１６は、上述のデータＤＴ１〜ＤＴ１２のデータ構成を示す図である。図７〜図１６を参照しながら、データ記憶部１２Ｂに記憶されたデータＤＴ１〜ＤＴ１２について詳細に説明する。

（１−２−１）金型形状データ
金型形状データＤＴ１は、例えば、既存のＣＡＤシステムで設計されたＣＡＤデータ、現物の金型について三次元計測システムで計測して得られたＳＴＬ（Standard Triangulated Language）データなど、各種手法で得られた既存の金型形状データから構成されている。

（１−２−２）ブランク材情報データ
ブランク材情報データＤＴ２は、プレス成形される素材となるブランク材に関する各種データである。具体的には、図７（ａ）から図７（ｄ）に示すように、ブランク材の外形線を構成する複数の節点のＸＹ座標に関する外形線データテーブル、応力ひずみ特性データテーブル、曲げ剛性データ及び板厚データ等の属性から構成されている。このブランク材情報データＤＴ２は、液晶ディスプレイやキーボード等の入力装置１３を介して処理装置１１に入力される。

（１−２−３）金型シェル要素データ
金型シェル要素データＤＴ３は、具体的には、絞りビードを除いたブランクホルダのしわ押さえ面及びダイフェース面に関するホルダシェル要素データ及びダイシェル要素データ、パンチに関するパンチシェル要素データが含まれる。

（１−２−４）ビード情報データ
ビード情報データＤＴ４は、しわ押さえ面及びダイフェース面に設けられた絞りビードに関するデータである。具体的には、ビード形状を示す絞りビード形状データ、ラインビード位置を示すラインビードデータテーブルを有している。図８に示すように、絞りビード形状データは、ビード番号、ビードタイプ、断面エッジ半径、断面中心半径、深さ、始点終点のＸＹ座標及び長さ等のデータから構成されている。図９に示すように、ラインビードデータテーブルは、各ラインビードを構成する各節点の節点番号及びそのＸＹ座標等のデータから構成されている。

（１−２−５）ホルダ情報データ
ホルダ情報データＤＴ５は、ブランクホルダの形状及び材料特性に関するデータである。本実施形態では、具体的には、図１０に示すように、ブランクホルダを構成する上下面層に関する上下面層情報データ、上下面層と該上下面層に介在する補強リブと下面層を支持するクッションピンとに関する物性データを有し、上下面層情報データは、上面層の厚さ、下面層の厚さとＺ座標等のデータから構成されており、物性データは、上面層、下面層、ホルダリブ及びクッションピンの物性（例えば、ヤング率（縦弾性係数）、ポアソン比）等のデータから構成されている。

（１−２−６）ピン情報データ
ピン情報データＤＴ６は、ブランクホルダを支持するクッションピンに関するデータである。具体的には、図１１に示すように、各クッションピンのピン番号、基端部の位置に関する基端位置座標、直径等のデータから構成されている。

（１−２−７）リブ情報データ
リブ情報データＤＴ７は、ブランクホルダの補強リブに関するデータである。具体的には、リブ配置線情報データテーブル、リブ断面寸法データを有している。図１２（ａ）に示すように、リブ配置線情報データテーブルは、各リブの板厚中心を通る配置線を構成する複数の節点の節点番号とそのＸＹ座標等から構成されている。図１２（ｂ）に示すように、リブ断面寸法データは、リブ番号と各リブの高さと幅等のデータから構成されている。

（１−２−８）ジョイント情報データ
ジョイント情報データＤＴ８は、各クッションピンを傾動及び回動可能に支持するものと想定される仮想ジョイントに関するデータである。具体的には、図１３に示すように、各仮想ジョイントのジョイント番号、中心節点座標、曲げ剛性、ねじり剛性、クッション力等のデータから構成されている。

（１−２−９）ピン支持節点群データ
ピン支持節点群データＤＴ９は、各クッションピンの先端が支持する支持節点群に関するデータである。具体的には、図１４に示すように、各クッションピンの支持節点群を構成する複数の節点の節点番号、節点座標、ピン番号、ジョイント番号等のデータから構成されている。

（１−２−１０）金型解析モデルデータ
金型解析モデルデータＤＴ１０は、絞りビードを除いたダイフェース面のシェル要素データと、パンチのシェル要素データと、ブランクホルダの解析モデルであるホルダ解析モデルデータと、から構成されている。

（１−２−１１）成形条件データ
成形条件データＤＴ１１は、絞りプレス成形時の成形条件であるブランクホルダのクッション力（しわ押さえ力）、パッド荷重等のパラメータから構成されている。

（１−２−１２）ＦＥＭ解析データ
最後に、成形解析部４００において有限要素法によって数値解析されるＦＥＭ解析データについて説明する。ＦＥＭ解析データには、積分点データテーブル、要素構成テーブル、材料属性データテーブル、節点座標テーブルが含まれている。以下、図１５、図１６を参照しながら各テーブルについて説明する。

図１５に示すように、積分点データテーブルは、絞りプレス成形される成形品の形状モデルを構成する各シェル要素（以下、単に「要素」という）に含まれる積分点番号Ｐ１、Ｐ２…と、各積分点が含まれる要素番号Ｅ１、Ｅ２…と、各積分点の要素座標系での位置成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、応力成分（σ_XX、σ_XY、σ_XZ、σ_YX、σ_YY、σ_YZ、σ_ZX、σ_ZY、σ_ZZ）と、ひずみ成分（ε_XX、ε_XY、ε_XZ、ε_YX、ε_YY、ε_YZ、ε_ZX、ε_ZY、ε_ZZ）とから構成されている。

図１６（ａ）に示すように、要素構成テーブルは、要素番号Ｅ１、Ｅ２…、各要素の材料番号Ｍ…、面内積分点数及び面外積分点数、各要素に含まれる第１節点番号、第２節点番号、第３節点番号及び第４節点番号Ｎ…から構成されている。

図１６（ｂ）に示すように、材料属性データテーブルは、材料番号Ｍ…、材料データから構成されている。

図１６（ｃ）に示すように、節点座標テーブルは、節点番号Ｎ１、Ｎ２…、各節点の全体座標系での位置成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から構成されている。

（１−３）入力装置
入力装置１３は、上述の各種データの入力、クッション力の設定値等の各種解析条件の設定または当該システムの制御等に用いられる。

（１−４）出力装置
出力装置１４には、入力設定画面、板厚分布やひずみ分布等の解析結果等が表示される。例えば、出力装置１４には、図１７に示すように、成形解析の結果を示す絞りプレス成形品が三次元でグラフィック表示される。

（２）絞りプレス成形装置
上述の絞りプレス成形解析システム１によって解析を行う絞りプレス成形のための絞りプレス成形装置について、図１８〜図２１を参照しながら説明する。

図１８に示すように、当該絞りプレス成形装置は、プレス金型として、ダイＤ、ブランクホルダＨ及びパンチＰを有している。本実施形態において、上型となるダイＤは、その下面に成形品の形状に合わせた形状のキャビティ（絞り込み部）Ｃを有する。下型となるブランクホルダＨは、その中央にダイＤのキャビティＣの輪郭にほぼ沿った形状の開口を有し、その周囲の上面にダイＤのキャビティＣの周囲のダイフェース面に合わせた形状のしわ押さえ面を有する。同じく下型となるパンチＰは、その外形はブランクホルダＨの開口の形状に合わせた形状で若干小さく形成されており、その上面はダイＤのキャビティＣの形状に合わせた凸形状を有する。

また、本プレス金型は絞りビードを備えている。本実施形態の絞りビードは、下型となるブランクホルダＨの上面であるしわ押さえ面に設けられた凸条Ｈｂと、該凸条Ｈｂに対向し、上型となるダイＤの下面であるダイフェース面に設けられた凹溝Ｄｂと、により構成されている。なお、絞りビードは、上記実施形態とは反対に、しわ押さえ面に凹溝Ｄｂを設け、ダイフェース面に凸条Ｈｂを設けてもよい。

本実施形態において、ブランクホルダＨは、一体的に構成された鋳物等の金属で形成されており、必要な支持剛性を確保しながら軽量化するために、鋳物の一部に鋳抜きを行って中空化した構造、すなわち、上面層Ｌ_ｕｐが補強リブＲを介して下面層Ｌ_ｌｏｗに支持された構造を有している。ここで、上面層Ｌ_ｕｐは、その上面にしわ押さえ面を形成し、下面層Ｌ_ｌｏｗは、その下面が鉛直方向に延びる複数のクッションピンＨｐによって支持されている。なお、本実施形態では、ブランクホルダＨは、その四隅に、ブランクホルダＨをガイドピン（図示しない）に対して鉛直方向に摺動自在に支持するための円筒状のガイドブッシュＧｂが設けられているが、これに限るものではなく、ガイドブッシュＧｂが設けられていなくてもよい。

図１９は、図１８のブランクホルダＨが水平面で切断された下半分の断面斜視図である。図１９に示すように、本実施形態のブランクホルダＨは、ピンＰが挿入される開口の内壁面を形成する補強リブＲと、その内壁面から左右方向に延びる補強リブＲが一体的に設けられている。

図２０は、絞りプレス成形の成形工程を説明する説明図である。パンチＰは、ブランクホルダＨの開口の内部で昇降できるように、ブランクホルダＨの開口の内壁面に対して間隙を設けて配置されている。図２０（ａ）に示すように、ブランクホルダＨに対してパンチＰが最も下降した状態では、パンチＰの最下端はブランクホルダＨの開口の周囲の上面に対して同じ高さまたは低くなる。

このプレス成形装置を用いたプレス成形は、まず、図２０（ｂ）に示すように、製品の素材となる平板状のブランク材Ｂの周囲をダイＤのキャビティＣの周囲のダイフェース面とブランクホルダＨのしわ押さえ面との間で所定のクッション力で挟んでしわ押さえを行う。このとき、ブランクホルダＨの凸条Ｈｂがブランク材Ｂを対向するダイＤの凹溝Ｄｂに押し込むことで、ブランク材Ｂにビードｂを成形する。

次に、図２０（ｃ）に示すように、パンチＰを上昇させ、ブランク材ＢをダイＤのキャビティＣ内に押し込み、ブランク材Ｂの中央部をダイＤとパンチＰとの間に挟んで押圧する。

なお、この絞りプレス成形の際に、パンチＰを固定してダイＤ及びブランクホルダＨを昇降させてもよい。また、プレス金型は、下型をダイＤ、上型をパンチＰ及びブランクホルダＨで構成してもよい。さらに、プレス成形は、冷間プレス又は熱間プレスのいずれであってもよい。

図２１は、成形品の製造工程を説明する説明図である。上述のような図１８に示したプレス成形装置によれば、図２１（ａ）に示すような外形を有する平坦なブランク材Ｂから図２１（ｂ）に示すような成形品を成形することができる。この成形品は、製品面部Ｓとその周囲のしわ押さえ面部等から構成されており、製品面部Ｓは、上述の成形装置のパンチＰとダイＤとの間のキャビティＣ内で主に成形され、しわ押さえ面部は、ブランクホルダＨとダイＤとの間で成形される。また、しわ押さえ面部には、ダイＤの凹溝ＤｂとブランクホルダＨの凸条Ｈｂの間でビードｂが成形される。

なお、この成形品を製品面部Ｓの外形線である製品形状外形線Ｌｓに沿って打ち抜くと、図２１（ｃ）に示すような製品を得ることができる。

（３）絞りプレス成形解析システムによる絞りプレス成形解析方法
絞りプレス成形解析システムによる絞りプレス成形解析方法について以下に説明する。

（３−１）絞りプレス成形解析方法の全体的な流れ
図２２のフローチャートに示されたメインルーチンの処理手順に従って、絞りプレス成形解析方法の全体的な流れについて説明する。

まず、金型形状データ取得部１１０によって、金型形状データＤＴ１をデータ記憶部１２Ｂから取得する（ステップＳ１）。

次に、金型基本モデルデータ取得部１２０によって、取得された金型形状データＤＴ１に基づいて金型基本モデルデータを生成して取得する（ステップＳ２）。

次に、ホルダ情報取得部１３０によって、ホルダ情報データＤＴ５をデータ記憶部１２Ｂから取得する（ステップＳ３）。

次に、リブ情報取得部１４０によって、リブ情報データＤＴ７をデータ記憶部１２Ｂから取得する（ステップＳ４）。

次に、ピン情報取得部１５０によって、ピン情報データＤＴ６をデータ記憶部１２Ｂから取得する（ステップＳ５）。

次に、ホルダ解析モデル生成部２００によって、生成された金型基本モデルデータと、取得されたホルダ情報データＤＴ５、ピン情報データＤＴ６及びリブ情報データＤＴ７に基づいてホルダ解析モデルデータを生成する（ステップＳ６）。

最後に、絞りプレス成形解析部２００によって、金型解析モデルデータＤＴ１０、成形条件データＤＴ１１及びブランク材情報データＤＴ２等に基づいて絞りプレス成形の成形解析を行う（ステップＳ７）。

以上により、絞りプレス成形解析を行うことができる。

（３−２）ホルダ解析モデルの生成方法
次に、上述のフローチャートのサブルーチンであるホルダ解析モデル生成（ステップＳ６）について、図２５から図２７を参照しながら、図２３のフローチャートに従って説明する。なお、図２３は、図２２のホルダ解析モデル生成のサブルーチンのフローチャートである。また、図２５は、第１実施形態の金型解析モデルを示す斜視図であり、図２６は、図２５のホルダ解析モデルの内部構造を示す断面斜視図であり、図２７は、図２５のピンの先端部及び基端部のモデル構造をそれぞれ示す拡大斜視図である。

まず、リブ情報データＤＴ７のリブ配置線情報データテーブルに基づいて、リブ配置線情報投影部２１０によって補強リブＲの配置線情報（各リブの板厚中心を通る配置線を構成する複数の節点のＸＹ座標）を上面層Ｌ_ｕｐ及び下面層Ｌ_ｌｏｗの位置に鉛直方向に投影する（ステップＳ１１）。ここで、上面層Ｌ_ｕｐの位置は、所定の板厚を有する実際の上面層の上面におけるＺ方向の位置である。また、下面層Ｌ_ｌｏｗの位置は、所定の板厚を有する実際の下面層の板厚中心におけるＺ方向の位置であり、ホルダ情報データＤＴ５の上下面層情報データにおいて下面層のＺ座標として示されている。

次に、上面層Ｌ_ｕｐ及び下面層Ｌ_ｌｏｗの位置に投影された配置線間を鉛直方向に亘るように、リブシェル要素生成部２２０によって補強リブＲを変形可能なシェル要素によってモデル化したリブシェルモデルを生成する（ステップＳ１２）。図２６に示すように、本実施形態において、ブランクホルダＨの開口の内壁面も補強リブとしてシェル要素によってモデル化され、リブシェルモデルに含まれている。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の上下面層情報データ等に基づいて、下面層シェル要素生成部２３０によってブランクホルダＨの下面層Ｌ_ｌｏｗを変形可能なシェル要素によってモデル化した下面層シェルモデルを生成する（ステップＳ１３）。ここまでのステップで、上面層シェルモデル、下面層シェルモデル及びリブシェルモデルからなるブランクホルダＨをシェル要素でモデル化したホルダシェルモデルが取得される。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、金型シェル要素データＤＴ３等に基づいて、上下面層シェル要素断面特性定義部２７０によってブランクホルダＨの上面層Ｌ_ｕｐ（しわ押さえ面）及び下面層Ｌ_ｌｏｗの各シェル要素に断面特性を定義する（ステップＳ１４）。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、生成されたリブシェルモデル等に基づいて、リブシェル要素断面特性定義部２５０によってリブシェルモデルの各シェル要素に断面特性（ヤング率、ポアソン比等）を定義する（ステップＳ１５）。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、生成されたリブシェルモデル等に基づいて、リブ上下面層接合部２６０によってリブシェルモデルのシェル要素上端を上面層とリブ上部の辺との接触定義により接着すると共に、リブシェルモデルのシェル要素下端を下面層との交差部で節点共有することで一体化する（ステップＳ１６）。

次に、取得されたホルダシェルモデル、ホルダ情報データＤＴ５及びピン情報データＤＴ６に基づいて、ジョイント剛性算出部２７０によって仮想ジョイントＪのジョイント剛性（曲げ剛性ＥＩ、ねじり剛性ＧＪ）を算出する（ステップＳ１７）。

ここで、図２７（ｂ）に示すように、ホルダ解析モデルにおいて各ピンＨｐ_ｉは、その基端部が仮想ジョイントＪ_ｉを介して支持されている。仮想ジョイントＪ_ｉを介して基端部が支持された各ピンＨｐ_ｉは、鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その鉛直軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる。

次に、ジョイント中心節点設定部２８０によって、各ピンＨｐ_ｉの基端部を各仮想ジョイントＪ_ｉの中心節点Ｏ_ｉとして設定する（ステップＳ１８）。

ここで、図２７（ａ）に示すように、ホルダ解析モデルにおいて、仮想ジョイントＪ_ｉは、設定された中心節点Ｏ_ｉを中心点として回転及び傾動が可能なものとして設定される。

次に、ジョイント剛性定義部２９０によって、設定された各仮想ジョイントＪ_ｉの回転部の中心節点Ｏ_ｉに、算出されたジョイント剛性ＥＩ、ＧＪを定義する（ステップＳ１９）。

次に、ピン支持節点群設定部３００によって、下面層Ｌ_ｌｏｗ上のピンＨｐ_ｉの投影位置Ｑ_ｉに節点群Ａ_１〜Ａ_ｎを設定する（ステップＳ２０）。

ここで、図２７（ａ）に示すように、本実施形態の場合、ピンＨｐ_ｉを円形断面を有する丸棒と仮定して、各ピンＨｐ_ｉの先端部の円形断面Ｑ_ｉに含まれる下面層シェル要素を構成する複数の節点Ａ_１〜Ａ_ｎが、各ピンＨｐ_ｉの先端部よって支持される節点群として設定される。

次に、中心節点節点群対応付け部３１０によって、各仮想ジョイントＪ_ｉの回転部の中心節点Ｏ_ｉと投影先の節点群Ａ_１〜Ａ_ｎを剛体拘束することによって、設定された中心節点Ｏ_ｉと節点群Ａ_１〜Ａ_ｎとを各ピンＨｐ_ｉについて対応付けする（ステップＳ２１）。

最後に、クッション力割当部３２０によってブランクホルダＨに加えられるクッション力Ｆを各仮想ジョイントＪ_ｉの中心節点Ｏ_ｉに分力ｆ_ｉとして割り当てを行う（ステップＳ２２）。

そして、当該サブルーチンを終了して上述のメインルーチンに戻る。

以上により、図２５に示すように、ブランクホルダＨのホルダ解析モデルを生成することができた。

（３−３）ジョイント剛性算出
更に、図２４のフローチャートに従って、ジョイント剛性算出部２７０によるジョイント剛性算出方法（ステップＳ１４）について、図２５を適宜参照しながら説明する。なお、図２４は、図２３のジョイント剛性算出のサブルーチンのフローチャートである。

まず、ピンＨｐ_ｉを先端集中荷重を受ける円形断面の片持ち梁と仮定して、取得されたホルダ情報データＤＴ５、ピン情報データＤＴ６等に基づいて、各ピンＨｐ_ｉの曲げ剛性ＥＩを算出する（ステップＳ３１）。

ここで、各ピンＨｐ_ｉに関するヤング率をＥ、断面二次モーメントをＩとすると、各ピンＨｐ_ｉの曲げ剛性は、ヤング率と断面二次モーメントの積ＥＩとして表される。また、各ピンＨｐ_ｉの全長をＬとすると、ピンＨｐ_ｉの先端のたわみ角θとピンＨｐ_ｉの先端に作用するモーメントＭの関係は、このたわみ角θが微小である仮定すると、次の近似式（１）で表すことができる。なお、ピンＨｐ_ｉの直径をＤとすると、断面二次モーメントＩは、次式（２）によって算出される。また、各ピンＨｐ_ｉの全長Ｌは、下面層Ｌ_ｌｏｗのＺ座標と各ピンＨｐ_ｉの基端位置のＺ座標から算出される。

この金型解析モデルでは、上述のピンＨｐ_ｉのたわみ角θとモーメントＭの関係は、仮想ジョイントＪ_ｉの回転角θとモーメントＭの関係として置き換えられる。

次に、ピンＨｐ_ｉをねじれを受ける丸棒と仮定して、取得されたホルダ情報データＤＴ５、ピン情報データＤＴ６等に基づいて、各ピンＨｐ_ｉのねじり剛性ＧＪを算出する（ステップＳ３２）。

ここで、各ピンＨｐ_ｉに関する横弾性係数（せん断弾性係数）をＧ、断面二次極モーメントをＪとすると、各ピンＨｐ_ｉのねじり剛性は、横弾性係数と断面二次極モーメントの積ＧＪとして表される。また、各ピンＨｐ_ｉの全長をＬとすると、ピンＨｐ_ｉの先端のねじれ角φとピンＨｐ_ｉの先端に作用するモーメントＭとの関係は、このねじれ角φが微小である仮定すると、次の近似式（３）で表すことができる。なお、ピンＨｐ_ｉの直径をＤとすると、断面二次極モーメントＪは、次式（４）によって算出される。また、ヤング率をＥ、ポアソン比をνとすると、横弾性係数Ｇは、次式（５）によって算出される。

この金型解析モデルでは、上述のピンＨｐ_ｉの先端のねじれ角φとモーメントＭの関係は、仮想ジョイントＪ_ｉの鉛直軸心周りの回転角φとモーメントＭの関係として置き換えられる。

以上のステップを実行すると、当該サブルーチンを終了して上述のメインルーチンに戻る。

以上により、各仮想ジョイントＪ_ｉのジョイント剛性として、曲げ剛性ＥＩ及びねじり剛性ＧＪを算出することができる。なお、上述のように算出された曲げ剛性ＥＩ及びねじり剛性ＧＪは、必要に応じてスケーリングによって調整を行ってもよい。

（４）絞りプレス成形解析システムの効果
本発明者は、本実施形態の絞りプレス成形解析システムによる解析結果に関して、流入量、たわみ量及び解析時間の観点で効果測定を行った。以下で、図２８から図３２を参照しながら、この効果測定について説明する。

（４−１）流入量
図２８（ａ）は、プレス成形前のブランク材Ｂの解析モデルであり、図２８（ｂ）は、ブランク材Ｂを所定のしわ押さえ力でプレス成形した後の解析モデルを示している。なお、ブランク材Ｂの周縁部にあるＰ１からＰ８は、十分なサンプル数が得られる個数の略等間隔に配置された流入量の測定点を示している。

図２８に示すように、本実施形態のブランク材Ｂは、Ｐ１からＰ８のいずれにおいても、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向から中央に向かって流入している。

図２９は、ブランク材Ｂを変形可能なシェル要素でモデル化した本発明の解析モデルと、ソリッド要素でモデル化したソリッドモデルと、変形しないシェル要素でモデル化した剛体シェルモデルとを用いて成形解析を行った場合のブランク材Ｂの各点Ｐ１〜Ｐ８における流入量を比較したグラフである。また、図３０は、図２９の流入量の比較結果をグラフ化したものであり、比較例１のソリッドモデルを基準に、本発明の解析モデルと比較例２の剛体シェルモデルとを比較した平均二乗誤差（ＲＭＳＥ）を示すグラフである。

図２９に示すように、本発明とソリッドモデルと剛体シェルモデルはいずれも各点Ｐ１〜Ｐ８における流入量の傾向が似ているが、特に、ブランク材ＢのＸ方向の両端にあるＰ１、Ｐ４、Ｐ５及びＰ８において、剛体シェルモデルの流入量が他のモデルよりも大きかった。

また、図３０に示すように、ソリッドモデルを基準にした剛体シェルモデルでの流入量の平均二乗誤差は０．９４ｍｍであり、ソリッドモデルを基準にした本発明の解析モデルでの流入量の平均二乗誤差は０．２４ｍｍであった。したがって、本発明の解析モデルは、剛体シェルモデルに比べて、ソリッドモデルと流入量の点で良く一致している、すなわち実際に成形したときの流入量により近い解析結果が得られることがわかった。

（４−２）たわみ量
本発明の解析モデルとソリッドモデルとでそれぞれ成形解析した際のブランクホルダのたわみ量の比較を行った。図３１（ａ）と図３１（ｂ）は、本発明の解析モデルとソリッドモデルによるブランクホルダのたわみ量の等高線をそれぞれ示すブランクホルダの平面図である。なお、中央付近の８個の○は、ピンによる支持位置を示している。ブランクホルダのたわみ量の等高線は、各図の中央から外側に向かってたわみ量が小さくなるように分布している。

図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明とソリッドモデルは共に、各たわみ量の等高線が各図の左上から右下にかけて延びる平行四辺形状に分布しており、本発明の解析モデルは、ソリッドモデルの場合のたわみの傾向を良く再現している。

（４−３）解析時間
図３２は、各解析モデルでの解析時間を比較したグラフである。図３２に示すように、各解析時間は、本発明が１６．８分、ソリッドモデルが２１．９分、剛体シェルモデルが１１．４分であった。すなわち、ソリッドモデルの解析時間は、剛体シェルモデルの解析時間の約２倍の長さであり、本発明の解析モデルは、これらソリッドモデルと剛体シェルモデルのおおよそ中間の長さであった。

以上から、本実施形態の絞りプレス成形解析システムによれば、ソリッドモデルによる解析時間よりも解析時間を大幅に短縮しながら、ソリッドモデルによる解析結果と同等に高い精度を有する、すなわち従来よりも実際の成形結果により近い解析結果を得られることが分かった。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る絞りプレス成形解析システムについて、図３３、図３４を参照しながら説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の構成要素については、その説明を省略する。図３３は、第２実施形態の金型解析モデルを示す斜視図であり、図３４は、第２実施形態のホルダ解析モデルの生成方法を示すフローチャートである。

図３３に示すように、第２実施形態のブランクホルダＨの解析モデルは、下層面がモデル化されていない簡易的な解析モデルであって、上層面が変形可能なシェル要素でモデル化された上層面シェルモデルと、上層面上にリブＲがビーム要素でモデル化されたリブビームモデルとから構成されている点でのみ、第１実施形態の場合と異なる。

図３４に示すように、第２実施形態のホルダ解析モデル生成方法は、まず、リブ情報データＤＴ７のリブ配置線情報データテーブルに基づいて、リブ配置線情報投影部によって補強リブＲの配置線情報（各リブの板厚中心を通る配置線を構成する複数の節点のＸＹ座標）を上面層Ｌ_ｕｐの位置に鉛直方向に投影する（ステップＳ４１）。ここで、上面層Ｌ_ｕｐの位置は、所定の板厚を有する実際の上面層の上面におけるＺ方向の位置である。

次に、上面層Ｌ_ｕｐの位置に投影された配置線、リブビーム要素生成部によって補強リブＲをビーム要素によってモデル化したリブビームモデルを生成する（ステップＳ４２）。図３３に示すように、本実施形態において、ブランクホルダＨの開口の内壁面も補強リブＲとしてビーム要素によってモデル化され、リブビームモデルに含まれている。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、金型シェル要素データＤＴ３等に基づいて、上面層シェル要素断面特性定義部によってブランクホルダＨの上面層Ｌ_ｕｐ（しわ押さえ面）の各シェル要素に断面特性を定義する（ステップＳ４３）。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、生成されたリブビームモデル等に基づいて、リブビーム要素断面特性定義部によってリブビームモデルの各ビーム要素に断面特性（ヤング率、ポアソン比等）を定義する（ステップＳ４４）。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、生成されたリブビームモデル等に基づいて、リブ上面層接合部によってリブシェルモデルのシェル要素上端を上面層とリブ上部の辺との接触定義により接着する（ステップＳ４５）。

以下のステップＳ４６からＳ５１は、前述の第１実施形態のステップＳ１７からＳ２２と同様の処理が実行されるので説明を省略する。

以上により、本発明の第２実施形態に係る絞りプレス成形解析システムによれば、ブランクホルダの補強リブによる影響を考慮しながら、第１実施形態よりも簡易的なホルダ解析モデルを作成することができる。

（５）絞りプレス成形解析システムの特徴
第１及び第２実施形態の絞りプレス成形解析システム１０によれば、ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルと、ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報が取得されると共に、ピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報が取得され、更に、各ピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各ピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる仮想ジョイントを設定してホルダ解析モデルが生成される。そのため、ダイフェース設計時点で設計されるダイフェース面の形状と、ブランクホルダの構造の大まかな情報（厚さ、材質、クッションピンの配置、リブ）からホルダ解析モデルを生成して、このホルダ解析モデルを用いて成形途中のブランクホルダのたわみ量の変化をシミュレーションによって再現することができる。また、ホルダ解析モデルは変形可能なシェルモデルから生成されているので、剛体シェルモデルを用いる従来の解析と同等の比較的短い解析時間で、ソリッド要素を用いる従来の解析と同等の比較的高い解析精度を実現することができる。したがって、本発明によれば、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことができる。

また、第１及び第２実施形態の絞りプレス成形解析システム１０によれば、ブランクホルダのシェルモデルに対して各ピンを鉛直方向に投影した位置にある複数のシェル要素の頂点となる節点群に、ピンの傾動や回動によるモーメントや、ピンを介してブランクホルダに加えられるクッション力を加えることができるので、実際の絞りプレス成形及びソリッド要素による従来の解析と同様に、ピンの太さ、位置等も考慮した解析を行うことができる。

また、第１実施形態の絞りプレス成形解析システム１０によれば、上面層が補強リブを介して下面層に支持された構造を有するブランクホルダのホルダ解析モデルを生成することができるので、実際の金型の構造により近い金型解析モデルを用いて、更に高い精度の解析を行うことができる。

また、第１及び第２実施形態の絞りプレス成形解析システム１０によれば、絞りビードを形状ビードとしてモデル化した場合に比べて、解析時間の増加を抑制することができる。

なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、上述の実施形態では、補強リブを備えたブランクホルダについて説明したが、これに限定されず、補強リブを有さないブランクホルダであってもよい。

また、上述の実施形態では、絞りビードをラインビードでモデル化した場合について説明したが、これに限定されず、絞りビードを形状ビードでモデル化してもよい。

また、上述の実施形態では、ピンは、伸縮しないものとしてモデル化した場合について説明したが、これに限定されず、伸縮可能なピストン状の仮想ジョイントを更に設けることによって、ピンをその軸心方向に所定のばね剛性を持って伸縮可能なものとしてモデル化してもよい。これによれば、実際の絞りプレス成形で発生するピンの伸縮も考慮した解析を行うことができる。

また、上述の実施形態では、金型基本モデルデータ取得部１２０は、金型形状データ取得部１１０によって取得された金型形状データに基づいて金型シェル要素データＤＴ３等を生成して取得する場合について説明したが、これに限定されず、金型基本モデルデータ取得部１２０は、他の解析システム等によって既に生成されたパンチ、ダイ又はホルダシェル要素データ等を含む金型シェル要素データＤＴ３を単に取得してもよい。

また、上述の実施形態では、金型解析モデル生成部１００と成形解析部４００が共に処理装置１１に設けられているが、成形解析部４００のみを他の処理装置に設けて、処理装置１１に設けられた金型解析モデル生成部１００で生成された金型解析モデルを成形解析部４００が設けられた他の処理装置にデータ転送するようにしてもよい。

更に、上述の実施形態では、変形しないピンの基端部を支持する仮想ジョイントを設けた場合について説明したが、本発明の変形例として、仮想ジョイントを設けずに、ピンを変形可能なビーム要素でモデル化することも考えられる。以下に、この変形例に係る絞りプレス成形解析システムについて、図３５、図３６を参照しながら説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の構成要素については、その説明を省略する。

［変形例］
図３５は、変形例の金型解析モデルのうちのピン以下の構成を示す斜視図であり、図３６は、変形例のホルダ解析モデルの生成方法を示すフローチャートである。

図３５に示すように、変形例のピンＨｐ_ｉ’の解析モデルは、たわみ変形及び伸縮が可能なビーム要素でモデル化されたピンビームモデルであって、仮想ジョイントが設けられていない点でのみ、第１実施形態の場合と異なる。

なお、各ピンＨｐ_ｉ’は、その先端の節点が上面層（しわ押さえ面）上の節点群Ｑ_ｉ（図示しない）と剛体拘束されている。

図３６に示すように、変形例のホルダ解析モデル生成方法は、ステップＳ６１からＳ６６は、前述の第１実施形態のステップＳ１１からＳ１６と同様の処理が実行されるので説明を省略する。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５、ピン情報データＤＴ６等に基づいて、各ピンＨｐ_ｉ’について、たわみ変形及び伸縮が可能なビーム要素を生成する（ステップＳ６７）。

次に、取得されたホルダ情報データＤＴ５の物性データ、生成されたピンＨｐ_ｉ’のビーム要素等に基づいて、ピンＨｐ_ｉ’の各ビーム要素に断面特性を定義する（ステップＳ６８）。

次に、各ピンＨｐ_ｉ’のビーム要素下端に節点群Ｓ_ｉを作成する（ステップＳ６９）。具体的には、全てのピンＨｐ_ｉ’の下端の節点を含む節点群Ｓ_ｉを作成して剛体拘束する。

最後に、クッション力割当部によってブランクホルダＨに加えられるクッション力Ｆを各ピンＨｐ_ｉ’のビーム要素下端の節点群Ｓ_ｉに分力ｆ_ｉとして割り当てを行う（ステップＳ７０）。

なお、上述のように節点群を作成して、この節点群に荷重を与える代わりに、ピンＨｐ_ｉ’の下端に剛体のダミーパートを作成して、このダミーパートと各ピンＨｐ_ｉ’の下端と節点共有させ、このダミーパートに荷重を与えてもよい。

そして、当該サブルーチンを終了して上述のメインルーチンに戻る。

以上により、この変形例に係る絞りプレス成形解析システムによれば、第１実施形態のように仮想ジョイントを設けることなく、実際のピンと同様にたわみ変形及び伸縮が可能なピンとしてモデル化した金型解析モデルを作成することができる。

なお、上述の変形例では、第１実施形態と同様に、ホルダ解析モデルがシェル要素でモデル化された上面層と下面層と補強リブからなるものについて説明したが、これに限定されず、ブランクホルダがシェル要素でモデル化された上面層のみからなるもの、シェル要素でモデル化された上面層とビーム要素でモデル化された補強リブからなるもの等に適用してもよい。

以上のように、本発明によれば、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型解析モデルを生成することができるので、自動車の車体構成用等のパネル部品の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１０： 絞りプレス成形解析システム
１００： 金型解析モデル生成部
１２０： 金型基本モデルデータ取得部（ホルダシェル要素データ取得部）
１３０： ホルダ情報取得部
１４０： リブ情報取得部
１５０： ピン情報取得部
２００： ホルダ解析モデル生成部
２１０： リブ配置線情報投影部
２２０： リブシェル要素生成部
２３０： 下面層シェル要素生成部
２４０： 上下面層シェル要素断面特性定義部
２５０： リブシェル要素断面特性定義部
２６０： リブ上下面層接合部
２７０： ジョイント剛性算出部
２８０： ジョイント中心節点設定部
２９０： ジョイント剛性定義部
３００： ピン支持節点群設定部
３１０： 中心節点節点群間対応付け部
３２０： クッション力割当部
４００： 成形解析部

Claims (7)

1. ダイと、パンチと、複数のクッションピンによって支持されたブランクホルダと、を備えるプレス成形金型を用いた絞りプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルを生成する絞りプレス成形金型解析モデル生成システムであって、
   前記ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルのシェル要素データを取得するホルダシェル要素データ取得部と、
   前記ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報を取得するホルダ情報取得部と、
   前記クッションピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報を取得するピン情報取得部と、
   取得された前記ホルダシェル要素データ、前記ホルダ情報及び前記ピン情報に基づいて、各クッションピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各クッションピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる前記仮想ジョイントを設定して前記ブランクホルダの解析モデルを生成するホルダ解析モデル生成部と、を有する
   ことを特徴とする絞りプレス成形金型解析モデル生成システム。
2. 前記ホルダ解析モデル生成部は、
   取得された前記ホルダ情報及び前記ピン情報に基づいて、各クッションピンの前記曲げ剛性及び前記ねじり剛性を算出するジョイント剛性算出部と、
   各クッションピンの基端位置を、該クッションピンの傾動中心となる前記仮想ジョイントの中心節点として設定するジョイント中心節点設定部と、
   該ジョイント中心節点設定部によって設定された各中心節点に、前記ジョイント剛性算出部によって算出された前記曲げ剛性及び前記ねじり剛性を定義するジョイント剛性定義部と、
   前記ブランクホルダの前記シェルモデルに対して各クッションピンを鉛直方向に投影した位置にある複数のシェル要素の頂点となる節点群を、各クッションピンによって支持された前記ブランクホルダの節点群として設定するピン支持節点群設定部と、
   前記ジョイント中心節点設定部によって設定された前記仮想ジョイントの中心節点と、該中心節点を傾動中心とする前記クッションピンを鉛直方向に投影した位置にある、前記ピン支持節点群設定部によって設定された各節点群と、を互いに対応付ける中心節点節点群間対応付け部と、
   前記ブランクホルダのクッション力を各仮想ジョイントに分配してその中心節点に割り当てるクッション力割当部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システム。
3. 前記ブランクホルダは、上面層が補強リブを介して下面層に支持された構造を有し、該下面層が複数の前記クッションピンによって支持されており、
   前記補強リブの材料特性を取得するリブ情報取得部を有しており、
   前記ホルダシェル要素データ取得部は、前記ブランクホルダの前記上面層を変形可能なシェル要素によってモデル化した上面層シェル要素を取得し、
   前記ホルダ解析モデル生成部は、
   前記補強リブの配置線情報を前記上面層及び前記下面層の位置に投影するリブ配置線情報投影部と、
   前記補強リブを変形可能なシェル要素によってモデル化したリブシェルモデルを生成するリブシェル要素生成部と、
   前記下面層のシェル要素を生成する下面層シェル要素生成部と、
   前記上面層及び前記下面層の各シェル要素に断面特性を定義する上下面層シェル要素断面特性定義部と、
   前記補強リブの各シェル要素に断面特性を定義するリブシェル要素断面特性定義部と、 前記補強リブのシェル要素上下端と前記上面層及び前記下面層とをそれぞれ接合する前記リブ上下面層接合部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システム。
4. 前記ホルダ解析モデル生成部は、前記クッションピンをその軸心方向に所定のばね剛性を持って伸縮可能であるものとして扱われるように設定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システム。
5. 前記ブランクホルダは、そのしわ押さえ面に絞りビードが形成されており、
   前記金型解析モデル生成部は、前記絞りビードによる抵抗力を数値モデル化した等価ビードを用いる
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の絞りプレス成形金型解析モデル生成システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された絞りプレス成形金型解析モデル生成システムによって生成された前記金型解析モデルと、設定された解析条件とに基づいて、有限要素法によって絞りプレス成形の解析を行う成形解析部を有する
   ことを特徴とする絞りプレス成形解析システム。
7. ダイと、パンチと、複数のクッションピンによって支持されたブランクホルダと、を備えるプレス成形金型を用いた絞りプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルを生成する絞りプレス成形金型解析モデル生成プログラムであって、
   コンピュータを
   前記ブランクホルダを変形可能なシェル要素によってモデル化したシェルモデルのシェル要素データを取得するホルダシェル要素データ取得部と、
   前記ブランクホルダの材料特性に関するホルダ情報を取得するホルダ情報取得部と、
   前記クッションピンの位置、形状及び材料特性に関するピン情報を取得するピン情報取得部と、
   取得された前記ホルダシェル要素データ、前記ホルダ情報及び前記ピン情報に基づいて、各クッションピンが曲げ変形せず、その基端部が仮想ジョイントを介して支持され、各クッションピンが鉛直方向に対して所定の曲げ剛性を持って傾動可能であり、かつ、その軸心周りを所定のねじり剛性を持って回動可能であるものとして扱われる前記仮想ジョイントを設定して前記ブランクホルダの解析モデルを生成するホルダ解析モデル生成部と、として機能させる
   ことを特徴とする絞りプレス成形金型解析モデル生成プログラム。