JP3357576B2 - 曲げ加工シミュレーションのワーク要素分割方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ加工のシミュ
レーション時の要素分割の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は折り曲機のライン制御システムの
概略構成図である。図９の折り曲機のライン制御システ
ムは、集中局１と、ＣＡＤパソコン２と、自動プログラ
ミング装置３と、折り曲機４を制御するＮＣ装置５とを
ＬＡＮに接続したものである。

【０００３】一般にＶ曲げ加工においては、除荷時にス
プリングバックが発生する。このため、図９に示す折り
曲機のライン制御システムでは、オペレータが自動プロ
グラミング装置３を操作してＣＡＤパソコン２より所望
の工具画像、ワーク画像、ダイ画像（各画像は断面形状
である）を読み出して画面に表示させる。

【０００４】次に、自動プログラミング装置３に、ワー
ク条件、金型条件、工具のストローク量である目標Ｄｉ
値等（以下総称して曲げ情報という）を入力して、スプ
リングバックを考慮した板材成形のシミュレーション画
像を表示させる。

【０００５】また、シミュレーションを行わせるにあた
って工具の形状、ワークの形状等から人間がワークを要
素分割したメッシュ切りを行う。このメッシュ切りは、
等間隔で設定される場合が多い。

【０００６】前述のワーク条件は板厚、ヤング率、ポア
ソン比、降状強さ、加工硬化指数等からなっている。ま
た、金型条件は、ダイの溝幅、ダイのＲ、ダイの溝角
度、パンチ（以下工具という）の先端Ｒ、先端角度、工
具の幅等からなっている。

【０００７】そして、自動プログラミング装置３は、初
めに図１０の（ａ）に示すように、ワークの断面画像１
１とダイの断面画像１２と工具の断面画像１３とを表示
し、目標Ｄｉ値に到達するまで、工具の断面画像１３を
下降させながら弾塑性有限要素法を用いて図１０の
（ｂ）に示すようにワークの断面画像を変異させた変異
画像１４を表示させる。この弾塑性有限要素法において
は、ワークのメッシュ切り（要素分解）を行って画像を
変異させている。

【０００８】次に、工具の断面画像１３の下降が目標Ｄ
ｉ値に到達すると、スプリングバック後のワークの変異
画像を弾塑性有限要素法を用いて求め、図１０の（ｃ）
に示すように表示していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メッシ
ュの生成を人間が行っているので、以下に説明する課題
がある。

【００１０】（１） メッシュ間隔が等間隔の場合は、
接点が不十分なためワークと工具との接触部分の変形が
実際のものと相違するという課題がある。

【００１１】（２）また、十分な接点を入力したとして
も、等間隔のメッシュでは有限要素法の計算時間が不要
に長くなるという課題がある。

【００１２】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたもので、曲げ加工のシミュレーションの過程を実際
のものと一致させ、かつ有限要素法の演算時間を短縮で
きる曲げ加工シミュレーションのワーク要素分割方法を
得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、ダイの断面画
像と工具の断面画像との間に設けられたワークの断面画
像の分割点が求められると、これららの分割点に従っ
て、前記ワークの断面画像にメッシュを生成して、工具
の断面画像を前記目標ストローク量まで下降させながら
有限要素法に従って前記ワークを目標角度まで変形させ
る曲げ加工シミュレーション方法において、入力された
前記ワークの板厚を読み、この板厚に基づいて前記ワー
クの断面画像に対して等間隔に水平線を引く工程と、前
記ワークのワーク条件と、前記ダイの金型条件と、前記
目標角度とに基づいて幾何学的に前記水平線が引かれた
ワークの断面画像を変異させる工程と、このワークの変
異画像から前記工具がワークに接触して変形が激しい部
分と、前記工具がワークに接触しない部分と前記ダイの
Ｒとワークとが接触する部分と、余剰部分とに分ける工
程と、前記変形が激しい部分は、前記工具先端の円弧長
に係数をかけてメッシュ分割し、また前記ダイのＲとワ
ークとが接触する部分の分割は、それぞれ前記ダイのＲ
長に基づいてメッシュ分割（Ｒ／３）し、さらに前記接
触のおこらない部分の分割は、前記ダイのＲと接触する
部分のメッシュ分割の幅と、前記変形の激しい部分のメ
ッシュ分割の幅との差が大きくならないようにメッシュ
分割を行う工程とを備えたことを要旨とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本実施の形態の曲げ加工シ
ミュレーション装置の概略構成図である。図１の曲げ加
工シミュレーション装置２０は自動プログラミング装置
に内蔵される機能である。

【００１５】この曲げ加工シミュレーション装置２０
は、オペレータが入力したワーク条件Ｗｉ、金型条件ｋ
ｉ、目標角度θｉ等からなる曲げ情報Ｊｉからワークの
断面画像１１をメッシュ分割するワークの断面画像１１
の分割点を求める。

【００１６】そして、有限要素法のシミュレーションに
おいて、ワークの断面画像１１の上線の各分割点に対応
する下線の分割点同士を結んだメッシュを表示部２１に
表示した後に、工具の断面画像１３を目標Ｄ値に到達す
るまで順次下降させながらメッシュ入りワークの変異画
像２２する。この変異画像２２は、変異したメッシュと
変異画像１４とを総称したものである。

【００１７】そして、目標Ｄ値に到達して工具の断面画
像１３を離脱させたときのスプリングバック発生後のメ
ッシュ入りワークの変異画像３３の角度θｐが目標角度
θｉに一致したかどうかを判断し、両角度が一致してい
ないときは、新たに目標Ｄを求める。また、両方の角度
が一致したときは、求めた目標値Ｄ及び関連する曲げ情
報を表示する。

【００１８】この曲げ加工シミュレーション装置２０
は、図１に示すように、目標ストローク量算出部２１
と、曲げ情報設定部２３と、要素分割算出部２４と、曲
げ加工シミュレーション処理部２５と、目標ストローク
量判定部２８等を備えている。

【００１９】目標ストローク量算出部２１は、例えば、
図２に示すように変形後の板を、内Ｒ＝パンチ先端Ｒと
仮定し、目標角度のＤ値（目標ストローク量ともいう）
を求めて曲げ情報設定部２３に出力する。つまり、入力
条件から幾何学的に求めている。

【００２０】また、目標角度に到達していないことが知
らせられると、再度各条件を入力させて新たに目標Ｄ値
を求める。

【００２１】曲げ情報設定部２３は、オペレータが入力
した曲げ情報Ｊｉを所定の形式にして曲げ加工シミュレ
ーション処理部２５に設定する。この曲げ情報Ｊｉは、
図３に示すワーク条件Ｗｉ、金型条件Ｋｉ、目標角度と
からなる。

【００２２】要素分割算出部２４は、オペレータによっ
て入力されたワーク条件、金型条件等からワークの断面
画像１１を、大きく複数部に分割し、この分割部をさら
に詳細に分割する。この要素分割算出部２４について
は、図を用いて詳細に後述する。

【００２３】曲げ加工シミュレーション処理部２５は、
メッシュ生成手段２６と、シミュレーション手段２７等
からなる。

【００２４】メッシュ生成部２６は、ワークの断面画像
１１の厚みから水平線を引くための間隔を決め、この間
隔に従って水平線を引いた後に、要素分割算出部２４で
求められたワークの断面画像１１の上辺の分割点と下辺
の分割点同士を結んだメッシュを生成してワークの断面
画像１１内に表示すると共に、生成したメッシュデータ
をシミュレーション手段２７に出力する。

【００２５】シミュレーション手段２７は、工具の断面
画像１３を所定の速度で下降させながら有限要素法を用
いてワークの変異形状を求め、この変異形状をワークの
変異画像１４として表示する。そして、この工具の断面
画像１３が目標Ｄ値に到達したとき、工具の断面画像１
３をワークの変異画像１５から離脱させる。

【００２６】目標ストローク量判定部２８は、シミュレ
ーション手段２５が目標Ｄ値に基づいて工具を下降して
いくときのθｉ値を順次読み、このθｉ値が前回のθｉ
と比較して逆戻りしているかどうかを判定する。

【００２７】また、目標Ｄ値まで下降させたときの最大
荷重を初期荷重として記憶し、この初期荷重より充分に
大きな荷重となったとき進み過ぎと判断する。

【００２８】そして、工具が進み過ぎと判定したときの
荷重に対応するＤ値を、目標ストローク量算出部２１に
出力して、ワーク曲げシミュレーション部２５へ中断信
号を送る。

【００２９】＜動作説明＞上記のように構成された曲げ
加工シミュレーション装置の動作を図４のフローチャー
トに従って説明する。本説明では曲げ情報設定部２３が
図３に示すワーク条件Ｗｉ、金型条件ｋｉ、目標ストロ
ーク量（Ｄ値ともいう）、目標角度θｉ等からなる曲げ
情報Ｊｉを、ワーク曲げシミュレーション処理部２５に
設定する。前述の目標ストローク量は、目標ストローク
量算出部２１がワーク条件Ｗｉ、金型条件ｋｉ等から幾
何学的に求めたものである。

【００３０】前述の曲げ情報Ｊｉの入力に伴って、要素
分割算出部２４がワーク断面画像１１を図５の（ａ）に
示すようにメッシュ分割する（Ｓ１）。

【００３１】このメッシュ分割によって、シミュレーシ
ョン手段２７は、ワーク条件Ｗｉの板厚ｔを読み、この
板厚ｔを等間隔に分割する点ｗａ、ｗｂを求め、この点
を結ぶ水辺線３２を引くと共に、前述のメッシュ分割点
同士を結んだメッシュを表示する。

【００３２】そして、シミュレーション手段２７は、工
具の断面画像１３を下降させて、有限要素法によって各
メッシュを変形させ、ワークの断面画像１１変異させる
シミュレーションを行う（Ｓ２）。例えば、図５の
（ｂ）に示すように工具の断面画像１１及びメッシュ入
り変異画像２２を変異させて表示する。次に、目標Ｄ値
になったかどうかを判定し（Ｓ３）、目標Ｄ値になって
いなときは、処理をステップＳ２に戻す。

【００３３】また、シミュレーション手段２７は目標Ｄ
値に到達したときは、有限要素法によるスプリングバッ
ク過程のシミュレーションを行う。

【００３４】このとき、前述の処理と同様に、スプリン
グバック後のワークの変異画像の形状に基づいて各メッ
シュを変異させたメッシュ入り変異画像３３を図５の
（ｃ）に示すように表示させる。

【００３５】従って、曲げ加工のシミュレーションの過
程がオペレータにとっては分かりやすいと共に、シミュ
レーション結果が実際のものと一致する。

【００３６】前述のステップＳ１のメッシュ分割処理に
ついて詳細に説明する。図６は要素分割算出部の動作を
説明するフローチャートである。要素分割算出部２４
は、入力された金型条件ｋｉ、ワーク条件Ｗｉを読み
（Ｓ１０）、これらの条件から変形後のワーク形状を幾
何学的に予想する（Ｓ１１）。例えば、図７に示すよう
にワークを変異させる。

【００３７】そして、この変異したワークにおいて、図
７に示すように、工具に接触し変形の激しい部分（Ａ）
と、工具に接触しない部分（Ｂ）と、ダイ片Ｒと接触す
る部分（Ｃ）と、余剰部分とに分割した幾何学的予想を
行う（Ｓ１２）。これらの部分の分割データを第１分割
データという。

【００３８】この第１分割データは、（Ａ）部分の長さ
については、図８に示すように、パンチ先端Ｒに板厚ｔ
とを加算した値を半径とする円弧長に、所定の係数をか
けて求める。また、Ａの部分の各分割長は、 パンチ先端Ｒの円弧長÷Ｋ２（Ｋ２；定数） （Ｂ）の部分の長さについては、図７に示すように、
（Ａ）部分の終点Ａｅから（Ｃ）の始点Ｃａまでとする
（グラデーション）。

【００３９】（Ｃ）の部分の長さは、図８に示すよう
に、初期のダイ肩Ｒ接触位置から（Ａ）長さに幾何学的
に予想したダイ肩Ｒ接触位置の直線部分の長さまでとす
る（ダイ肩Ｒの円弧長÷３）。但し、余剰値を含ませて
もよい。

【００４０】これらの各部の始点、終点は、具体的には
パンチ先端Ｒ＝Ｒｐ、板厚＝ｔ、目標角度＝θ、Ｖ幅＝
Ｖ、係数Ｋとすると、以下に示す式で求める。

【００４１】

【数１】 次に、要素分割算出部２４は、ワークの各部（Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ）を、それぞれ更に細かく分割する（Ｓ１３）。
この分割データを第２分割データという。

【００４２】例えば、図７に示すように（Ａ）部を変形
に対応できるように工具先端Ｒの円弧長を元に係数をか
けるて細かく分け、（Ｃ）部をダイ片Ｒとの転がり／滑
り込み接触に対応できるように円弧長÷３の大きさで切
り、（Ｂ）を（Ａ）（Ｃ）の差が大きすぎて計算上応力
集中等が発生しないようグラデーション状にメッシュ分
割を行う。また、（Ｄ）は余剰分なので適当に分割す
る。

【００４３】このような、第２分割データと、前述の第
１分割データとをワーク曲げシミュレーション処理部２
５のメッシュ生成手段２６に出力する（Ｓ１４）。

【００４４】メッシュ生成手段２６は、線３２を引いた
後に、ワークを複数部に分けた各分割長である第１デー
タに基づいてワークをメッシュ分割した後に、第２分割
データに基づいて各部を更に細かく分けたメッシュを生
成して表示する。

【００４５】このメッシュデータは、シミュレーション
手段２７に送出される。シミュレーション手段２７は、
工具の断面画像１３を下降させながら有限要素法によっ
て各メッシュを変形させるシミュレーションを行う。

【００４６】すなわに、自動的にメッシュ分割を行って
いる。このため、ワークと工具との接触部分の変形が実
際のものと相違するということがないし、かつメッシュ
間隔が変形状況、接触状況等によって相違しているの
で、計算時間が不要に長くなるということがない。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ワークの
断面画像を幾何学的に変異させて、ワークの変形が激し
い部分と、工具がワークに接触しない部分と、ダイのＲ
とワークとが接触する部分と、余剰部分とに分ける。

【００４８】そして、これらの部分は、接触する部分を
最も細かく分割し、かつ接触しない部分を次に細かくメ
ッシュ分割し、さらに変形が激しい部分は、余剰部分の
次に細かく分割し、これらの分割点に基づくメッシュ分
割を行って有限要素法によるシミュレーションを行わせ
る。

【００４９】このため、曲げ加工のシミュレーションの
過程を実際のものと一致させ、かつ有限要素法の演算時
間を短縮できるという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の曲げ加工シミュレーション装置
の概略構成図である。

【図２】本実施の形態の目標ストローク算出部を説明す
る説明図である。

【図３】曲げ情報Ｊｉを説明する説明図である。

【図４】曲げ加工シミュレーション装置の動作を説明す
るフローチャートである。

【図５】ワークの断面画像の変異過程を説明する説明図
である。

【図６】要素分割算出部の動作を説明するフローチャー
トである。

【図７】ワークの分割を説明する説明図である。

【図８】分割部長の算出の方法を説明する説明図であ
る。

【図９】折り曲機のライン制御システムの概略構成図で
ある。

【図１０】従来のメッシュ分割を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 集中局 ２ ＣＡＤパソコン ３ 自動プログラミング装置 ４ 折り曲機 ５ ＮＣ装置 ２０ 曲げ加工シミュレーション装置 ２１ 目標ストローク量算出部 ２３ 曲げ情報設定部 ２４ 要素分割算出部 ２５ ワーク曲げシミュレーション部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 5/01 - 5/04 G05B 19/4068 G06F 17/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイの断面画像と工具の断面画像との間
   に設けられたワークの断面画像の分割点が求められる
   と、これららの分割点に従って、前記ワークの断面画像
   にメッシュを生成して、工具の断面画像を前記目標スト
   ローク量まで下降させながら有限要素法に従って前記ワ
   ークを目標角度まで変形させる曲げ加工シミュレーショ
   ン方法において、 入力された前記ワークの板厚を読み、この板厚に基づい
   て前記ワークの断面画像に対して等間隔に水平線を引く
   工程と、 前記ワークのワーク条件と、前記ダイの金型条件と、前
   記目標角度とに基づいて幾何学的に前記水平線が引かれ
   たワークの断面画像を変異させる工程と、 このワークの変異画像から前記工具がワークに接触して
   変形が激しい部分と、前記工具がワークに接触しない部
   分と前記ダイのＲとワークとが接触する部分と、余剰部
   分とに分ける工程と、前記変形が激しい部分は、前記工具先端の円弧長に係数
   をかけてメッシュ分割し、また前記ダイのＲとワークと
   が接触する部分の分割は、それぞれ前記ダイのＲ長に基
   づいてメッシュ分割（Ｒ／３）し、さらに前記接触のお
   こらない部分の分割は、前記ダイのＲと接触する部分の
   メッシュ分割の幅と、前記変形の激しい部分のメッシュ
   分割の幅との差が大きくならないようにメッシュ分割を
   行う工程とを 有することを特徴とする曲げ加工シミュレ
   ーションのワーク要素分割方法。
2. 【請求項２】 前記工具の断面画像の下降が前記目標ス
   トローク量に到達したときは、前記工具の断面画像を前
   記有限要素法で再び変異させる工程とを有することを特
   徴とする請求項１記載の曲げ加工シミュレーションのワ
   ーク要素分割方法。