JP3945876B2 - Superplastic forming system and recording medium storing superplastic forming analysis program - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超塑性成形における材料の変形を解析し、適正な超塑性変形を得るための成形圧力を算出するのに適した超塑性成形システム及びこのシステムに用いるプログラムを格納した記憶媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
部品加工の分野において、近年「超塑性成形」が注目されている。超塑性成形は、超塑性変形可能な材料(以下「超塑性変形材料」という)を適正なひずみ速度で継続的に変形させることにより通常の塑性変形と比較して著しく大きな塑性変形を得られることに着目した材料成形方法である。例えば、超塑性変形材料を型に対し、高圧ガス等で荷重負荷を与えて超塑性変形させ、この型に密着させて所望の形状に変形させることができる。
【0003】
このような超塑性成形においては、複雑な形状を薄肉材料で一体成形することができる。そして、組立作業を省略できるため加工工数が少なくなり治工具費その他の低コスト化が図れると共に、一体化成形により構造の低重量化を図ることが可能になる。このため、特に航空機部品成形の分野で注目され採用されつつある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超塑性変形を得るには、上述したように、成形荷重を制御し、超塑性が発現するような適切なひずみ速度を維持して変形を進めなければならない。適切なひずみ速度が維持できない場合、成形材料の内部に欠陥を生じ、成形後の材料特性を著しく劣化させる危険を生じる。さらに、成形中に材料の破断を生じ、製品を得られなくなる場合も考えられる。
【0005】
したがって、このひずみ速度の制御が、良好な超塑性成形を行えるかの鍵となる。また、製品設計上、成形後の板厚分布を正確に予測することも超塑性成形適用の上での重要な鍵となる。
【0006】
従来の技術においては、実験等により材料毎に適切なひずみ速度を得ることができる荷重を求めておき、全工程に亘って同一荷重で同一ひずみ速度が得られるものと仮定して材料に与える荷重を制御する方法を採るのが一般的である。
【0007】
しかしながら、材料のひずみ速度は、種々の条件によって変動する。特に大きな要因は材料と型との接触である。材料が型と接触し始めると、その間に生じる摩擦力により材料のひずみが規制され、ひずみ速度が変動することになる。
【0008】
この発明は、このような事情に鑑みてなされてなされたもので、ひずみ速度をより正確に制御でき、良好な超塑性成形を得ることができる超塑性成形システムを提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、この発明の手段は、超塑性材料の成形圧力を求める超塑性成形システムであって、材料のひずみ履歴とこの材料を成形するための型の形状とに基づいて変形後の材料形状を求め、材料を構成する要素のうち型に対する非接触要素及び接触要素を決定する変形解析手段と、前記非接触要素及び接触要素を含む材料構成要素のつりあいに基づいて、各要素のひずみ速度を求め、そのうち最大のひずみ速度が超塑性変形に適したひずみ速度に適合するように成形圧力を求める適正成形圧力算出手段とを有することを特徴とするものである。
【0010】
そして、前記適正成形圧力算出手段は、所定のひずみ速度についての応力−ひずみ関係を規定する基準曲線に基づき、各要素のひずみ速度を特定するひずみ速度算出手段を有し、このひずみ速度算出手段は、前記非接触要素及び接触要素を含む材料構成要素のつりあいに基づいて求めた各要素の応力−ひずみ関係を用いて、各要素のひずみ速度を求めるように構成されていることが好ましい。
【0011】
また、このシステムは、超塑性成形を実行する超塑性成形装置を備えていることが好ましく、リアルタイムで成形圧力を制御しながら最終製品を成形するものであることが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0013】
(実施形態の構成)
図1は、この発明の概略構成を示すブロック図であり、図2はその処理工程を示すフローチャートである。
【0014】
図2に示すように、この発明の処理工程は、大きく分けて適正成形圧力算出工程(ステップS1〜S6)と変形解析工程(ステップS7〜S10)とからなる。
【0015】
この実施形態においては、成形材料を微細要素に分割して取り扱う。そして、まず、適正成形圧力算出工程(ステップS1〜S6)で、材料の形状に基いてひずみ及び内部応力を求め、これにより超塑性成形に適したひずみ速度が得られるような成形圧力を算出する。
【0016】
一方、変形解析工程(ステップS7〜S10)においては、前記適正成形圧力算出工程で求めたひずみに基づき変形後の材料形状を求める。なお、材料と型との接触が以後の材料のひずみ速度に影響を及ぼすことから、この工程では型に接触している要素(接触部)、接触していない要素(非接触部)とを判定する。
【0017】
そして、前記適正成形圧力算出工程(ステップS1〜S6)と変形解析工程(ステップS7〜S10)とを繰り返しながら、材料の形状に応じたひずみ速度を求め、適切なひずみ速度を保って前記材料を変形させるようにする。
【0018】
このような超塑性成形においては、ひずみ速度の管理が非常に重要であり、このひずみ速度は、特に型と材料との接触に大きく影響される。この発明は、特に材料と型とが接触したことに基づき、適切なひずみ速度が得られるような荷重を求めていくことを特徴とする。
【0019】
このような機能を奏するべく、この実施形態のシステムは、図1に示すように構成されている。
【0020】
すなわち、このシステムは、RAM1及び入出力装置2等が接続されたバス3に、適正圧力算出部4及び変形解析部5を有する処理部6と、処理に必要なデータを記憶するデータ記憶部7が接続されてなる。データ記憶部7には、メインプログラムを格納するメインプログラム格納部8と、解析対象である超塑性材料の諸情報を格納する超塑性材料情報格納部9と、材料毎の応力−ひずみ関係を格納する応力−ひずみ関係格納部10と、型の形状を格納する型情報格納部11とが設けられている。
【0021】
また、このシステムは、この図に12で示す超塑性成形・成形装置に接続されている。この超塑性成形・成形装置は、前記入力・出力部から出力された成形圧力に基づいて実際に材料の超塑性成形を行うようになっている。
【0022】
(成形条件)
以下、このシステムの構成をその処理工程と共に詳しく説明する。
【0023】
まず、この実施形態では、図3(a)に示すような矩形断面を有する型13を用いて、材料14を成形する場合を例に取って説明する。すなわち、前記材料14の上方から図に矢印(P)で示すような均一な成形圧(ガス圧等)を与えることで、図3(b)〜(d)に示すように、この型13の成形面13aに沿って材料14の変形を進行させる。
【0024】
なお、この実施形態において、材料特性及びその変形特性は、以下の仮定に従うものとする。
【0025】
・材料14の型13に接触していない部位(図3(b)、(c)に示す非接触部14a)は膜理論に従って変形し、図3(b)、(c)に示すように円弧形状を保って変形が進む。
【0026】
・成形の前後で材料14の体積は不変とする。
【0027】
・図3(c)に示すように、成形の過程で型13との接触部14bが生じ、この接触部14bは、成形圧力Pにより型13の成形面13aに押し付けられ、この成形面13aに沿ってクーロン摩擦の影響を受けつつ変形する。
【0028】
・材料14は、前述したように、多数の要素14i(iは整数)の連続体とする。
【0029】
・各要素14iはそれぞれ個別の応力−ひずみ関係を有し、独立したひずみ、内部応力及びひずみ速度(以下、ひずみをε、これに対応するひずみ速度をvε、内部応力をσで表す)を有する。
【0030】
個々の材料情報、例えば、材料14の種類、厚さ、型13との摩擦係数μは、前記超塑性材料情報格納部9に格納されており、型13の情報、すなわち、型13の形状等は、型情報格納部11に格納されている。
【0031】
(処理)
まず、適正成形圧力算出部4は、図2に示すステップS1において、時間カウンタを作動させた後、材料に仮の成形圧力を与える(ステップS2)。そして、この適正成形圧力算出部4は、この仮の圧力によって材料14に生じる内部応力及びひずみを各要素毎に算出する(ステップS3)。ステップS4において、この内部応力及びひずみを、前記応力−ひずみ関係格納部10に格納された応力−ひずみ関係に適用し、各要素毎のひずみ速度を求める。そしてステップS5において、各要素のひずみ速度のうち最大のひずみ速度が超塑性変形に最適のひずみ速度であるかを判断する。
【0032】
そして、最適のひずみ速度でない場合には、ステップS6で最適なひずみ速度が得られるような圧力を算出し、これを成形圧力Pとして用いて前記ステップS2〜S5を繰り返し、最終的に材料に与える適正圧力を求め、前記超塑性成形・成形装置12に出力する。
【0033】
また、以上の工程で求めた各要素のひずみ情報を前記変形解析部5(変形解析工程)へ出力する。
【0034】
(内部応力及びひずみの算出(ステップS3))
ところで、図3(a)、(b)に示すように材料14が型13の成形面13aに接触していない場合には、前記内部応力及びひずみは全体に亘って一定である。しかし、図3(c)に示すように、材料14の一部が型13の成形面13aに接触し接触部14bが生じた場合には、成形面13aとの摩擦によって変形が規制されるから、各要素毎の内部応力及びひずみにばらつきが生じる。
【0035】
すなわち、まず非接触部14aについては、平面ひずみ理論及び膜理論の仮定から、図4(a)に示すように、カウント時間jにおける要素14i(14ij)の円周方向力Fijは、成形圧力Pとつりあう。そして、この円周方向力Fijは、幾何学的関係から次式(1)で表される。
【0036】
【数1】
【0037】
ここでr1は、要素14iの曲率半径であり、変形形態及び接触形状から幾何学的に決定される。すなわち、図3(b)、図4(a)に示すように、成形初期であって、材料14の全要素が非接触の状態では、前記曲率半径r1は、型の幅寸法b及び成形される円筒面の中心角α1により、次式で表される。
【0038】
【数2】
【0039】
また、要素14ijに生じる円周方向応力をσθijとし、板厚をtijとすると、前記円周方向力Fijは、次式のように表される。
【0040】
【数3】
【0041】
ここで、σθijは平面ひずみの定義から相当応力σeqijにより次のように表される。
【0042】
【数4】
【0043】
要素14ijの板厚tijは、板厚方向のひずみ速度vεtijの時間積分で表され、
【数5】
【0044】
ただし、相当ひずみ速度vεeqijと板厚方向ひずみ速度vεtijの関係は、平面ひずみの定義より、
【数6】
【0045】
とする。
【0046】
次に接触部14bについての考え方を図4(b)を参照して説明する。
【0047】
材料14の一部に、この図に示すような接触部14bが生じると、この接触部14bの各要素は成形圧力Pにより成形面13aに押し付けられ、摩擦力を受ける。従って、この接触部14bと非接触部14aとのつりあいから、円周方向力Fは次のように表される。
【0048】
【数7】
【0049】
ここで、μは摩擦係数である。またLijは、接触部13bと非接触部13aとの境界点から、解析する接触要素14iまでの距離である。接触部13bでは、成形圧力Pによる板厚方向応力σtijが相当応力の因子として影響してくるため、σθijは次のように表される。
【0050】
【数8】
【0051】
ただし、仮定からσtijは下記のようになる。
【0052】
【数9】
【0053】
また、ひずみの関係については式(5)、(6)と同じである。
【0054】
したがって、この適正成形圧力算出部4は、材料14が型13に接触するまでは式(1)〜(6)に基づいて計算を行い、材料14の一部に接触部14bが生じた後は前記式(7)〜(9)を加味して、非接触部14aと接触部14bの内部応力及びひずみを各要素毎に求めるようにする。
【0055】
(ひずみ速度の算出(ステップS4))
次に、ひずみ速度の算出について説明する。
【0056】
まず、前述したようにステップS1で仮に与えられた圧力Pを用いて、各要素14ijに生じる内部応力σθij及びひずみεijを求める。そして、前記応力−ひずみ関係格納部10から、当該材料14に応じた応力−ひずみ関係を取り出し、これに前記内部応力及びひずみを適用してひずみ速度を求める。
【0057】
この応力−ひずみ関係は、予め当該材料14について引っ張り試験を行うことにより図5(a)、(b)に示すようにして求めたものである。
【0058】
まず、当該材料14の引っ張り試験を行い、図5(a)に実線で示すように超塑性変形に最も適したひずみ速度(vε=2・10−4/sec)となるような応力−ひずみ線図を求める。そして、この線図の直線部を延長して応力0を示す横軸との交点Gを求める。このことで、図5(b)に16で示すような基準応力−ひずみ線(傾き=vε=2・10−4/sec)を得る。
【0059】
そして、この基準線16を基準として、異なるひずみ速度を求める。
【0060】
例えば、ある要素14ijの内部応力σθij及びひずみεijを、図5(b)に示す応力−ひずみ線図上にプロットしたところ点Hであったとする。この場合、この点Hと頂点Gとを結ぶ直線17を求め、前記基準線16の傾きに対するこの直線17の傾きの内分比から、前記直線17が示すひずみ速度vεを求めるようにする。
【0061】
このような応力−ひずみ関係を用いることで、一点(例えば点H)のみを与えることで、ひずみ速度を求めることが可能になる。
【0062】
そして、適正成形圧力算出部4は、このようにして得られたひずみ速度が最適のひずみ速度vε=2・10−4/secでない場合、前記ステップS5、S6において、与える圧力を変更して当該最適のひずみ速度を得られるようにする。
【0063】
ついで、この適正成形圧力算出部4は、前記ひずみ速度及び前記時間カウンタにより得られた経過時間から、その間に生じた要素毎のひずみ量を求め、前記変形解析部5に出力するようにする。
【0064】
(変形解析(ステップS7〜S10))
次に、変形解析部5における変形解析について説明する。
【0065】
この変形解析部5は、ステップS7において、変形後の各要素の長さを算出する。すなわち、各要素の変形前の長さに、前記適正成形圧力算出部4から受け取ったひずみ量を加算することで、荷重Pによって変形された各要素の変形後の長さを求める。そして、各要素の変形後の長さを材料14の全長に亘って積算することで変形後の材料全体長を求める。ついで、この変形解析部5は、ステップS8において、前記材料全体長に基づき材料14の変形後の形状を求めるようにする。
【0066】
具体的には、例えば、図6(a)、(b)に示すようにして求める。すなわち、まず、図6に点線で示すように、材料14全体が型13の成形面13aと接触していないもの(非接触)として変形後の材料形状を求める。この実施形態では、非接触状態においては前記材料14は一定の曲率をもって変形すると仮定しているから、全長が求まれば変形後の形状を求めることができる。
【0067】
このようにして求めた材料14の形状が、型13の成形面13aと干渉していなければ、未だ非接触であるとして、この形状を変形後の材料形状として確定する。
【0068】
しかしながら、図6(a)に示すように、型13と非接触であるとして求めた材料14の形状が型13の成形面13aと干渉している場合には、図6(b)に示すようにして材料14の形状を補正する。なお、非接触部14aは、前述したように一定の曲率半径を有するものとする。このような補正は幾何学的に行う。
【0069】
このようにして、ステップS7で求めた各要素の変形量に基づき、ステップS8で型13の形状を考慮した材料14の変形後の形状を求めるようにする。
【0070】
また、ステップS9において、この変形解析部5は、前記形状に基づき、前記材料14の各要素のうち、接触・非接触の各要素14a、14bを特定する。そして、これに基づき、ステップS10において成形が終了したかを判断する。すなわち、前記材料14の各要素のすべて若しくは略すべてが型13と接触する場合には、材料14の成形が終了したものと判断し、そうでない場合には、成形が終了していないものと判断する。
【0071】
成形が終了していない場合には、再度適正成形圧力算出工程(S1〜S6)及び変形解析工程(S7〜S10)を再度行い成形を続行する。すなわち、前記適正成形圧力算出部4は、前記変形解析部5から各要素の接触・非接触の情報を受け取り、適宜前記つりあい式(7)を用いてひずみ及び内部応力を求める。そして、最大のひずみ速度が適正ひずみ速度(vε=2・10−4/sec)となるような圧力を求めるようにする。
【0072】
このような構成によれば、ステップS1〜S10を繰り返すことで、材料14と型13との接触を考慮し、成形圧力を所望のひずみ速度が得られるような適正な値に調整しつつ超塑性成形を行うことができる。
【0073】
(発明の効果)
以上述べたような構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【0074】
第1に、型13と材料14との接触を考慮して正確な応力−ひずみ関係を求め、これに基づいて適正な圧力を求めることができるから、良好な超塑性加工を行うことができる。
【0075】
すなわち、超塑性材料の応力−ひずみ関係は、一般に、ひずみ速度感受性指数mにより
【数10】
【0076】
と表され、変形の解析に多く用いられている。しかし実際には、ひずみの大きさに対してm値が大きく変化することが知られており、また、ひずみ応じて加工硬化も進むため、式(10)のみでは正確な応力−ひずみ関係を表すことができない。
【0077】
そこで、この発明では、内部応力σ、ひずみε及びひずみ速度vεが、応力−ひずみ関係に関して各要素毎に個別に定義されるとする。すなわち、要素14iの時間jでの内部応力(変形抵抗)σijが、ひずみεij及びひずみ速度vεijの関数として表されるとし、
【数11】
【0078】
とする。この関係を示したのが図5(b)に示した応力−ひずみ線図である。
【0079】
応力−ひずみ関係をこのように定義し、かつ、接触部14bと非接触部14aとのつりあいを考慮し演算を実行することによって、正確な応力−ひずみ関係を求め、これに基づいて適正な成形圧力を求めることができるから、良好な超塑性加工を行うことができる。
【0080】
第2に、この発明によれば、要素毎のひずみ速度を求める場合、一対の内部応力とひずみとを求めるだけで、対応するひずみ速度を演算することができる。このことで、ひずみ速度の演算を迅速に行うことができ、より正確な処理を行える効果がある。
【0081】
なお、この発明は、前記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【0082】
たとえば、前記一実施形態で用いた応力−ひずみ線図は、図5(b)に示すように直線であったが、曲線であっても良い。曲線であっても同様の手法でひずみ速度を決定するようにすれば良い。
【0083】
また、前記一実施形態においては、この発明は「システム」として構成されていたが、汎用コンピュータシステムにこの一実施形態と同様の処理を行わせるためのプログラム(プログラムが格納された記憶媒体)として提供することも可能である。
【0084】
【発明の効果】
第1に、型13と材料14との接触を考慮して正確な応力−ひずみ関係を求め、これに基づいて適正な圧力を求めることができるから、良好な超塑性加工を行うことができる。
【0085】
第2に、この発明によれば、要素毎のひずみ速度を求める場合、一対の内部応力とひずみとを求めるだけで、対応するひずみ速度を演算することができる。このことで、ひずみ速度の演算を迅速に行うことができ、より正確な処理を行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す概略構成図。
【図2】同じく、処理工程を示すフローチャート。
【図3】同じく、型と材料の関係を示すための説明図。
【図4】同じく、材料の変形を拡大して示す説明図。
【図5】同じく、応力−ひずみ関係を示すチャート。
【図6】同じく、変形後の材料形状の算出方法を説明するための説明図。
【符号の説明】
4…適正成形圧力算出部、5…変形解析部、9…超塑性材料情報格納部、10…応力−ひずみ関係格納部、11…型情報格納部、13…型、13a…成形面、14…材料、14a…非接触部、14b…接触部、16…基準線(応力−ひずみ線図)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superplastic forming system suitable for analyzing a deformation of a material in superplastic forming and calculating a forming pressure for obtaining an appropriate superplastic deformation, and a storage medium storing a program used for the system. It is.
[0002]
[Prior art]
In the field of component processing, “superplastic forming” has recently attracted attention. Superplastic forming is capable of obtaining significantly larger plastic deformation than normal plastic deformation by continuously deforming a superplastically deformable material (hereinafter referred to as “superplastically deformable material”) at an appropriate strain rate. This is a material molding method focusing on the above. For example, a superplastic deformable material can be deformed into a desired shape by being superplastically deformed by applying a load to the mold with a high-pressure gas or the like and closely contacting the mold.
[0003]
In such superplastic forming, a complicated shape can be integrally formed with a thin material. Since the assembly work can be omitted, the number of processing steps can be reduced, the cost of jigs and tools and other costs can be reduced, and the weight of the structure can be reduced by integral molding. For this reason, it is attracting attention and being adopted especially in the field of aircraft parts molding.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to obtain the superplastic deformation, as described above, it is necessary to control the molding load and maintain the appropriate strain rate so that the superplasticity appears. If the proper strain rate cannot be maintained, there will be defects inside the molding material and the risk of significantly degrading the material properties after molding. Furthermore, there may be a case where the material breaks during molding and the product cannot be obtained.
[0005]
Therefore, the control of the strain rate is the key to whether good superplastic forming can be performed. Also, in product design, accurately predicting the thickness distribution after forming is an important key in applying superplastic forming.
[0006]
In the conventional technique, a load that can obtain an appropriate strain rate for each material is obtained by experiment or the like, and the load applied to the material on the assumption that the same strain rate can be obtained with the same load throughout the entire process. Generally, a method of controlling the above is adopted.
[0007]
However, the strain rate of the material varies depending on various conditions. A particularly significant factor is the contact between the material and the mold. When the material begins to come into contact with the mold, the strain of the material is regulated by the frictional force generated therebetween, and the strain rate fluctuates.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a superplastic forming system capable of controlling the strain rate more accurately and obtaining good superplastic forming. It is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the means of the present invention is a superplastic forming system for determining a forming pressure of a superplastic material, and is deformed based on a strain history of the material and a shape of a mold for forming the material. Based on the deformation analysis means for determining the later material shape and determining the non-contact element and the contact element for the mold among the elements constituting the material, and the balance of the material component including the non-contact element and the contact element, each element And a proper molding pressure calculating means for obtaining a molding pressure so that the maximum strain rate is suitable for a strain rate suitable for superplastic deformation.
[0010]
The appropriate molding pressure calculation means includes strain rate calculation means for specifying the strain rate of each element based on a reference curve that defines a stress-strain relationship for a predetermined strain rate. It is preferable that the strain rate of each element is obtained using the stress-strain relationship of each element obtained based on the balance of the material constituent elements including the non-contact element and the contact element.
[0011]
In addition, this system preferably includes a superplastic forming device that performs superplastic forming, and preferably forms a final product while controlling the forming pressure in real time.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
(Configuration of the embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing its processing steps.
[0014]
As shown in FIG. 2, the processing process of this invention is roughly divided into an appropriate molding pressure calculation process (steps S1 to S6) and a deformation analysis process (steps S7 to S10).
[0015]
In this embodiment, the molding material is handled by being divided into fine elements. First, in the appropriate molding pressure calculation step (steps S1 to S6), the strain and internal stress are obtained based on the shape of the material, thereby calculating a molding pressure that can obtain a strain rate suitable for superplastic molding. .
[0016]
On the other hand, in the deformation analysis step (steps S7 to S10), the deformed material shape is obtained based on the strain obtained in the appropriate molding pressure calculation step. Since the contact between the material and the mold affects the subsequent strain rate of the material, in this process, the element that is in contact with the mold (contact part) and the element that is not in contact (non-contact part) are determined. To do.
[0017]
Then, while repeating the appropriate molding pressure calculation step (steps S1 to S6) and the deformation analysis step (steps S7 to S10), a strain rate corresponding to the shape of the material is obtained, and the material is maintained while maintaining an appropriate strain rate. Try to deform.
[0018]
In such superplastic forming, management of the strain rate is very important, and this strain rate is greatly influenced by the contact between the mold and the material. The present invention is characterized in that a load capable of obtaining an appropriate strain rate is obtained based on the contact between the material and the mold.
[0019]
In order to perform such a function, the system of this embodiment is configured as shown in FIG.
[0020]
That is, in this system, a
[0021]
This system is connected to a superplastic forming / forming apparatus indicated by 12 in the figure. This superplastic forming / forming apparatus actually performs superplastic forming of a material based on the forming pressure output from the input / output unit.
[0022]
(Molding condition)
Hereinafter, the configuration of this system will be described in detail along with its processing steps.
[0023]
First, in this embodiment, a case where the
[0024]
In this embodiment, the material characteristics and the deformation characteristics are based on the following assumptions.
[0025]
The portion of the material 14 that is not in contact with the mold 13 (the
[0026]
-The volume of the
[0027]
As shown in FIG. 3 (c), a
[0028]
As described above, the
[0029]
Each
[0030]
Individual material information, for example, the type and thickness of the
[0031]
(processing)
First, the appropriate molding
[0032]
If the strain rate is not optimum, a pressure at which the optimum strain rate can be obtained is calculated in step S6, and the steps S2 to S5 are repeated using this as the molding pressure P, and finally applied to the material. An appropriate pressure is obtained and output to the superplastic forming / forming
[0033]
Further, strain information of each element obtained in the above process is output to the deformation analysis unit 5 (deformation analysis process).
[0034]
(Calculation of internal stress and strain (step S3))
Incidentally, as shown in FIGS. 3A and 3B, when the
[0035]
That is, the
[0036]
[Expression 1]
[0037]
Here, r 1 is the radius of curvature of the
[0038]
[Expression 2]
[0039]
Further, when the circumferential stress generated in the element 14ij is σ θij and the plate thickness is t ij , the circumferential force F ij is expressed by the following equation.
[0040]
[Equation 3]
[0041]
Here, σ θij is expressed by the equivalent stress σ eqij as follows from the definition of plane strain.
[0042]
[Expression 4]
[0043]
The plate thickness t ij of the element 14ij is expressed by time integration of the strain rate v εtij in the plate thickness direction,
[Equation 5]
[0044]
However, the relationship between the equivalent strain rate v εeqij and the plate thickness direction strain rate v εtij is as follows:
[Formula 6]
[0045]
And
[0046]
Next, the concept about the
[0047]
When a
[0048]
[Expression 7]
[0049]
Here, μ is a friction coefficient. L ij is a distance from the boundary point between the contact portion 13b and the
[0050]
[Equation 8]
[0051]
However, from the assumption, σ tij is as follows.
[0052]
[Equation 9]
[0053]
Further, the relationship between strains is the same as in equations (5) and (6).
[0054]
Therefore, the appropriate molding
[0055]
(Calculation of strain rate (step S4))
Next, calculation of strain rate will be described.
[0056]
First, as described above, the internal stress σ θij and the strain ε ij generated in each element 14ij are obtained using the pressure P provisionally given in step S1. And the stress-strain relationship according to the said
[0057]
This stress-strain relationship is obtained as shown in FIGS. 5A and 5B by conducting a tensile test on the
[0058]
First, a tensile test of the
[0059]
Then, different strain rates are obtained using the
[0060]
For example, when the internal stress σ θij and strain ε ij of a
[0061]
By using such a stress-strain relationship, it is possible to obtain the strain rate by giving only one point (for example, point H).
[0062]
When the strain rate obtained in this way is not the optimum strain rate v ε = 2 · 10 −4 / sec, the appropriate molding
[0063]
Next, the appropriate molding
[0064]
(Deformation analysis (steps S7 to S10))
Next, deformation analysis in the
[0065]
In step S7, the
[0066]
Specifically, for example, it is obtained as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). That is, first, as shown by a dotted line in FIG. 6, the deformed material shape is obtained assuming that the
[0067]
If the shape of the material 14 thus obtained does not interfere with the
[0068]
However, as shown in FIG. 6A, when the shape of the material 14 determined to be non-contact with the
[0069]
In this manner, the deformed shape of the material 14 in consideration of the shape of the
[0070]
In step S <b> 9, the
[0071]
If molding has not been completed, the proper molding pressure calculation process (S1 to S6) and the deformation analysis process (S7 to S10) are performed again to continue molding. That is, the appropriate molding
[0072]
According to such a configuration, by repeating steps S1 to S10, the plasticity is adjusted while considering the contact between the material 14 and the
[0073]
(The invention's effect)
According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
[0074]
First, since an accurate stress-strain relationship can be obtained in consideration of the contact between the
[0075]
That is, the stress-strain relationship of a superplastic material is generally expressed by the strain rate sensitivity index m
[0076]
It is often used for analysis of deformation. However, in practice, it is known that the m value changes greatly with respect to the magnitude of the strain, and work hardening also proceeds in accordance with the strain. Therefore, only the equation (10) represents an accurate stress-strain relationship. I can't.
[0077]
Therefore, in the present invention, it is assumed that the internal stress σ, strain ε, and strain rate v ε are individually defined for each element with respect to the stress-strain relationship. That is, the internal stress (deformation resistance) σ ij at time j of the
[Expression 11]
[0078]
And This relationship is shown in the stress-strain diagram shown in FIG.
[0079]
The stress-strain relationship is defined as described above, and an accurate stress-strain relationship is obtained by executing an operation in consideration of the balance between the
[0080]
Secondly, according to the present invention, when the strain rate for each element is obtained, the corresponding strain rate can be calculated only by obtaining a pair of internal stress and strain. As a result, the strain rate can be calculated quickly, and there is an effect that more accurate processing can be performed.
[0081]
In addition, this invention is not limited to the said one Embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the summary of invention.
[0082]
For example, the stress-strain diagram used in the embodiment is a straight line as shown in FIG. 5B, but may be a curved line. Even if it is a curve, the strain rate may be determined by the same method.
[0083]
In the above-described embodiment, the present invention is configured as a “system”. However, as a program (storage medium storing the program) for causing a general-purpose computer system to perform the same processing as in this embodiment. It is also possible to provide.
[0084]
【The invention's effect】
First, since an accurate stress-strain relationship can be obtained in consideration of the contact between the
[0085]
Secondly, according to the present invention, when the strain rate for each element is obtained, the corresponding strain rate can be calculated only by obtaining a pair of internal stress and strain. As a result, the strain rate can be calculated quickly, and there is an effect that more accurate processing can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing processing steps in the same manner.
FIG. 3 is also an explanatory diagram for showing a relationship between a mold and a material.
FIG. 4 is an explanatory view showing the deformation of the material in an enlarged manner.
FIG. 5 is a chart similarly showing a stress-strain relationship.
FIG. 6 is also an explanatory diagram for explaining a method for calculating a material shape after deformation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
材料のひずみ履歴とこの材料を成形するための型の形状に基づいて変形後の材料形状を求め、材料を構成する要素のうち型に対する非接触要素及び接触要素を決定する変形解析手段と、
前記非接触要素及び接触要素を含む材料構成要素のつりあいに基づいて、各要素のひずみ速度を求め、そのうち最大のひずみ速度が超塑性変形に適したひずみ速度に適合するように成形圧力を求める適正成形圧力算出手段と
を有することを特徴とする超塑性成形システム。A superplastic forming system for determining a forming pressure of a superplastic material,
Deformation analysis means for obtaining a material shape after deformation based on a material strain history and a shape of a mold for molding the material, and determining a non-contact element and a contact element for the mold among elements constituting the material;
Determine the strain rate of each element based on the balance between the non-contact element and the material component including the contact element, and determine the molding pressure so that the maximum strain rate matches the strain rate suitable for superplastic deformation. A superplastic forming system comprising: a forming pressure calculating means.
前記適正成形圧力算出手段は、
所定のひずみ速度についての応力−ひずみ関係を規定する基準曲線に基づいて各要素のひずみ速度を特定するひずみ速度算出手段を有し、
このひずみ速度算出手段は、前記非接触要素及び接触要素を含む材料構成要素のつりあいに基づいて求めた各要素の応力−ひずみ関係を用いて、各要素のひずみ速度を求める
ことを特徴とする超塑性成形システム。The superplastic forming system according to claim 1,
The appropriate molding pressure calculating means includes
Having strain rate calculation means for specifying the strain rate of each element based on a reference curve defining a stress-strain relationship for a predetermined strain rate,
The strain rate calculation means obtains the strain rate of each element using the stress-strain relationship of each element obtained based on the balance of the material constituent elements including the non-contact element and the contact element. Plastic forming system.
前記プログラムは、
前記コンピュータシステムに、材料のひずみ履歴とこの材料を成形するための型の形状とに基づいて変形後の材料形状を求めさせ、材料を構成する要素のうち型に対する非接触要素及び接触要素を決定させる変形解析手段と、
前記コンピュータシステムに、前記非接触要素及び接触要素を含む材料構成要素のつりあいに基づいて、各要素のひずみ速度を求めさせ、そのうち最大のひずみ速度が超塑性変形に適したひずみ速度に適合するように成形圧力を求めさせる適正成形圧力算出手段と
を有することを特徴とする超塑性成形解析プログラムを格納した記録媒体。A recording medium storing a superplastic forming analysis program for causing a computer system to determine a forming pressure of a superplastic material,
The program is
Let the computer system determine the material shape after deformation based on the strain history of the material and the shape of the mold for molding this material, and determine non-contact elements and contact elements for the mold among the elements constituting the material Deformation analysis means,
Let the computer system determine the strain rate of each element based on the balance of the material components including the non-contact element and the contact element so that the maximum strain rate matches the strain rate suitable for superplastic deformation. A recording medium storing a superplastic forming analysis program characterized by having an appropriate forming pressure calculation means for determining a forming pressure.
前記適正成形圧力算出手段は、
前記コンピュータシステムに、所定のひずみ速度についての応力−ひずみ関係を規定する基準曲線に基づき、各要素のひずみ速度を特定させるひずみ速度算出手段を有し、
このひずみ速度算出手段は、前記コンピュータシステムに、前記非接触要素及び接触要素を含む材料構成要素のつりあいに基づいて求めた各要素の応力−ひずみ関係を用いて、各要素のひずみ速度を求めさせる
ことを特徴とする超塑性成形プログラムを格納した記録媒体。In the recording medium storing the superplastic forming program according to claim 3,
The appropriate molding pressure calculating means includes
The computer system has strain rate calculation means for specifying the strain rate of each element based on a reference curve that defines a stress-strain relationship for a predetermined strain rate,
The strain rate calculation means causes the computer system to determine the strain rate of each element using the stress-strain relationship of each element determined based on the balance of the material components including the non-contact element and the contact element. The recording medium which stored the superplastic forming program characterized by the above-mentioned.
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