JP2020042566A - 形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム、形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーション方法、および形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステムのプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
CADデータに基づきブランク材のプレス成形シミュレーションを行うプレス成形シミュレーション部と、
前記プレス成形シミュレーションの結果に基づきスプリングバック解析を行うスプリングバック解析部と、
前記スプリングバック解析の結果に基づきスプリングバック変形の対策のための形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を、入力に応じて設定する設定部と、
前記形状変更の加工を行う加工領域、および前記加工領域の外縁から所定間隔を有する影響領域のモデルを作成するモデル作成部と、
前記加工領域のモデルに基づき前記加工領域の応力計算を行う加工領域応力計算部と、
前記プレス成形シミュレーションの結果としての応力のデータと、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータとを合成する合成部と、
前記影響領域のモデルに基づき前記影響領域の応力計算を行う影響領域応力計算部と、を備え、
前記スプリングバック解析部は、前記合成部により合成された応力のデータと、前記影響領域の応力計算の結果としての応力のデータとに基づいて、新たにスプリングバック解析を行う、
ことを特徴とする。
CADデータに基づきブランク材のプレス成形シミュレーションを行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果に基づきスプリングバック解析を行うステップと、
前記スプリングバック解析の結果に基づきスプリングバック変形の対策のための形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を、入力に応じて設定するステップと、
前記形状変更の加工を行う加工領域、および前記加工領域の外縁から所定間隔を有する影響領域のモデルを作成するステップと、
前記加工領域のモデルに基づき前記加工領域の応力計算を行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果としての応力のデータと、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータとを合成するステップと、
前記影響領域のモデルに基づき前記影響領域の応力計算を行うステップと、
前記合成するステップにより合成された応力のデータと、前記影響領域の応力計算の結果としての応力のデータとに基づいて、新たにスプリングバック解析を行うステップと、を備える、
ことを特徴とする。
形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステムにおけるプログラムであって、前記プログラムは、コンピュータに、
CADデータに基づきブランク材のプレス成形シミュレーションを行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果に基づきスプリングバック解析を行うステップと、
前記スプリングバック解析の結果に基づきスプリングバック変形の対策のための形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を、入力に応じて設定するステップと、
前記形状変更の加工を行う加工領域、および前記加工領域の外縁から所定間隔を有する影響領域のモデルを作成するステップと、
前記加工領域のモデルに基づき前記加工領域の応力計算を行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果としての応力のデータと、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータとを合成するステップと、
前記影響領域のモデルに基づき前記影響領域の応力計算を行うステップと、
前記合成するステップにより合成された応力のデータと、前記影響領域の応力計算の結果としての応力のデータとに基づいて、新たにスプリングバック解析を行うステップと、を実行させる、
ことを特徴とする。
図1は、本発明の一実施形態に係る形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム10の構成を示すブロック図である。
図2は、図1の処理装置11の構成を示すブロック図である。
図3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3に示すように、記憶装置12は、プログラム記憶部12A、データ記憶部12B、形状データベース12Cから主に構成されている。
材料特性データDT2は、加工材料の弾塑性特性を定義するデータである。例えば、図6に示すように、弾性材料としての特性を示す、ヤング率E、ポアソン比νに加えて、塑性化後のひずみ・応力特性を定義する例として、降伏応力σy、べき乗則のK値、n値などがある。この例の他にも、関数型とカーブを点列で定義するもの等、様々な種類がある。本実施形態では、一例として、べき乗則のタイプの材料特性データを記載している。
スプリングバック解析用データDT3は、プレス成形シミュレーションの出力として得られるスプリングバック解析用のデータである。本実施形態では、オリジナルデータとも呼ぶ。スプリングバック解析用データDT3の一例として、図7に解析モデル形状定義データを示し、図8にシェル要素の初期応力データを示す。図7(A)は節点座標データ、図7(B)はシェル要素構成節点データである。本実施形態では、このようなスプリングバック解析用データDT3に基づき、有限要素法を用いた厳密な増分解析法による出力を使ってスプリングバック解析を行う。
加工部定義データDT4は、形状変更の加工を行うビード等の形状の選択と、位置、方向に関するデータと、本実施形態のシステム上で使用する解析手法のために必要なパラメータ値などを定義するデータとを含む。さらに、加工部定義データDT4は、加工部の領域と応力分布の平滑化を行う影響領域を定義するためのデータを含む。加工部の領域とは、メッシュ形状を入れ替える範囲のことである。影響領域とは、エンボスやビード等が加工される際に応力値に影響を受ける周辺のことである。
中間データDT5は、本実施形態のシステム内で一時的に使用するデータである。加工部ごとに、データベース形状の選択に併せて主軸の向きに関連する座標変換マトリクスと、該当領域が平面ではなく曲面の場合へ対応するための補間用データとを含む。図10は、座標変換データであり、加工位置の総数NCHは加工部定義データDT4と共通である。図11は、曲面領域補間関数データであり、加工位置の総数NCHは加工部定義データDT4と共通である。図11に示す例では、補間面は2次補間の9点(マス目型)を示しているが、この他にも16点(3次補間)等がある。
形状データベース12Cは、形状変更により局所的に加工される形状凍結ビードやエンボスの形状と、その元の形状を定義するデータが格納されたデータベースである。また、形状データベース12Cには、形状変更によって発生するひずみを定義したデータが格納されている。本実施形態では、形状データベース12Cに格納されるデータの形式は、有限要素法の解析用のデータの形式と同一とする。但し、データの形式は、このような態様に限定される訳ではなく、有限要素法による厳密な増分解析法や、簡易的なワンステップ法、あるいは理論解法等の複数の手段によって決めることができる。
入力装置13は、上述の各種データの入力、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。
出力装置14は、液晶ディスプレイ等の表示装置、およびプリンタ等を含む。例えば、表示装置には、入力設定画面、解析結果、面単位のCADデータ、およびCADデータ展開図が三次元でグラフィック表示される。
本実施形態の形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションの概要について、図16のフローチャート、および図22から図34を参照しつつ説明する。
データ記憶部12Bの材料特性データDT2、スプリングバック解析用データDT3(オリジナル)、および形状データベース12Cが参照される。また、形状変更効果の導入処理の結果は、スプリングバック解析用データDT3(形状変更後)としてデータ記憶部12Bに格納される。
次に、図17のフローチャートを参照しつつ、スプリングバック前ブランク材への形状変更効果の導入処理の詳細について説明する。なお、以下の説明においては、一例として、形状変更の種類を円形の断面を有するエンボスE1(図24参照)とした場合について説明する。
次に、図18のフローチャート、及び図25から図28を参照しつつ、変更領域・影響領域のモデル作成処理の詳細について説明する。
モデル作成部140は、加工部定義データDT4の加工情報に含まれる形状データベースの識別番号から、形状データベースのデータベース名称を読み出し、形状データベース12Cから当該データベース名称のデータベースから、加工前後の形状データおよび外形線データを取得する(図18:S20)。エンボスE1の場合には、例えば、図25(A)に示す形状が加工前の形状1であり、図25(B)に示す形状が加工後のエンボスE1の形状2となる。
次に、図17のフローチャートにステップS12として示した加工領域の応力計算の詳細について、図19を参照しつつ説明する。
次に、図17のフローチャートにステップS13として示した応力データの合成処理の詳細について、図20のフローチャート、および図29から図31を参照しつつ説明する。
次に、図21のフローチャートを参照しつつ、図17のフローチャートでステップS14として示した影響領域の応力計算処理の詳細について説明する。
次に、図32を参照しつつ、加工タイプがタイプ1の場合の上述した効果導入処理の手順を説明する。
次に、図34から図36を参照しつつ、加工タイプがタイプ2の場合の上述したそれぞれの効果導入処理の手順を説明する。
次に、図37から図40を参照しつつ、実施例について説明する。図37(A)は、オリジナルモデルがスプリングバック変形を起こした状態を側面から見た図である。Uzは変位を表している。図37(B)は、オリジナルモデルがスプリングバック変形を起こした状態を上面から見た図である。図37(B)のA、B、Cは、エンボスの取り付け位置を示している。
図40(A)に示すように、Aの箇所にタイプ1の加工を行った場合には、変位Uzが55.1mmとなり、減少率は23.0%であった。Bの箇所にタイプ1の加工を行った場合には、変位Uzが60.2mmとなり、減少率は15.9%であった。Cの箇所にタイプ1の加工を行った場合には、変位Uzが65.3mmとなり、減少率は8.89%であった。そして、A、B、Cの3箇所にタイプ1の加工を行った場合には、変位Uzが39.6mmとなり、減少率は44.7%であった。したがって、この場合には、A、B、Cの3箇所にタイプ1の加工を行った場合に、スプリングバック変形を最も抑えられることがわかる。
図40(B)に示すように、Aの箇所にタイプ2の加工を行った場合には、変位Uzが59.0mmとなり、減少率は17.6%であった。Bの箇所にタイプ2の加工を行ったエンボスを設けた場合には、変位Uzが59.4mmとなり、減少率は17.0%であった。Cの箇所にタイプ2の加工を行った場合には、変位Uzが70.9mmとなり、減少率は0.98%であった。そして、A、B、Cの3箇所にタイプ2の加工を行った場合には、変位Uzが48.0mmとなり、減少率は33.0%であった。したがって、この場合には、A、B、Cの3箇所にタイプ2の加工を行った場合に、スプリングバック変形を最も抑えられることがわかる。
110:プレス成形シミュレーション部
120:スプリングバック解析部
130:設定部
135:効果導入制御部
140:モデル作成部
145:加工領域応力計算部
150:合成部
160:影響領域応力計算部
Claims (7)
- CADデータに基づきブランク材のプレス成形シミュレーションを行うプレス成形シミュレーション部と、
前記プレス成形シミュレーションの結果に基づきスプリングバック解析を行うスプリングバック解析部と、
前記スプリングバック解析の結果に基づきスプリングバック変形の対策のための形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を、入力に応じて設定する設定部と、
前記形状変更の加工を行う加工領域、および前記加工領域の外縁から所定間隔を有する影響領域のモデルを作成するモデル作成部と、
前記加工領域のモデルに基づき前記加工領域の応力計算を行う加工領域応力計算部と、
前記プレス成形シミュレーションの結果としての応力のデータと、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータとを合成する合成部と、
前記影響領域のモデルに基づき前記影響領域の応力計算を行う影響領域応力計算部と、を備え、
前記スプリングバック解析部は、前記合成部により合成された応力のデータと、前記影響領域の応力計算の結果としての応力のデータとに基づいて、新たにスプリングバック解析を行う、
ことを特徴とする形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム。 - 前記設定部は、前記形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を設定した後、さらに入力に応じて、前記形状変更の加工を行う箇所のそれぞれに対して、形状種別、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータの計算タイプ、および効果倍率を設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム。 - 前記モデル作成部は、局所的に形状変更された形状のデータ、その元形状のデータ、前記影響領域を定める外形線のデータ、および形状変形によって発生するひずみのデータを定義した形状データベースに基づいて、前記加工領域および前記影響領域のモデルを作成する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム。 - 前記形状は、形状凍結ビードまたはエンボスを含む、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム。 - 前記プレス成形シミュレーション部または前記スプリングバック解析部はアイソジオメトリックデータを用いて処理を行う、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステム。 - CADデータに基づきブランク材のプレス成形シミュレーションを行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果に基づきスプリングバック解析を行うステップと、
前記スプリングバック解析の結果に基づきスプリングバック変形の対策のための形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を、入力に応じて設定するステップと、
前記形状変更の加工を行う加工領域、および前記加工領域の外縁から所定間隔を有する影響領域のモデルを作成するステップと、
前記加工領域のモデルに基づき前記加工領域の応力計算を行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果としての応力のデータと、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータとを合成するステップと、
前記影響領域のモデルに基づき前記影響領域の応力計算を行うステップと、
前記合成するステップにより合成された応力のデータと、前記影響領域の応力計算の結果としての応力のデータとに基づいて、新たにスプリングバック解析を行うステップと、を備える、
ことを特徴とする形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーション方法。 - 形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステムにおけるプログラムであって、前記プログラムは、コンピュータに、
CADデータに基づきブランク材のプレス成形シミュレーションを行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果に基づきスプリングバック解析を行うステップと、
前記スプリングバック解析の結果に基づきスプリングバック変形の対策のための形状変更の加工を行う箇所および前記形状変更における形状を、入力に応じて設定するステップと、
前記形状変更の加工を行う加工領域、および前記加工領域の外縁から所定間隔を有する影響領域のモデルを作成するステップと、
前記加工領域のモデルに基づき前記加工領域の応力計算を行うステップと、
前記プレス成形シミュレーションの結果としての応力のデータと、前記加工領域の応力計算の結果としての応力のデータとを合成するステップと、
前記影響領域のモデルに基づき前記影響領域の応力計算を行うステップと、
前記合成するステップにより合成された応力のデータと、前記影響領域の応力計算の結果としての応力のデータとに基づいて、新たにスプリングバック解析を行うステップと、を実行させる、
ことを特徴とする形状変更によるスプリングバック抑制設計のためのシミュレーションシステムにおけるプログラム。
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