JP4795176B2 - Mold temperature simulation method and simulation program - Google Patents

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    • C21D1/62Quenching devices
    • C21D1/673Quenching devices for die quenching

Description

本発明は、加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションする金型温度のシミュレーション方法及びシミュレーションプログラムに関する。   The present invention relates to a mold temperature simulation method and a simulation program for simulating a mold temperature when a heated workpiece is pressed with a mold.

近年、自動車等の車両においては、軽量化や衝突安全性向上の観点から高強度鋼板が積極的に使用されている。しかしながら、鋼板強度が高くなると複雑な形状成形が容易にできなくなるため、一般的に、ホットプレス或いはホットスタンプと呼ばれるプレス成形工法が用いられている。このホットプレス(ホットスタンプ)成形は、鋼板を略900°C程度のオーステナイト域まで加熱し、金型で冷却しながらプレス成形することで焼入れを行い、鋼板強度を高める工法であり、特許文献1や特許文献2に、その改良技術が開示されている。   In recent years, high-strength steel sheets are actively used in vehicles such as automobiles from the viewpoint of weight reduction and collision safety improvement. However, since the complex shape cannot be easily formed when the steel plate strength is increased, a press forming method called hot press or hot stamp is generally used. This hot press (hot stamp) forming is a method for increasing the strength of a steel sheet by heating the steel sheet to an austenite region of approximately 900 ° C. and quenching it by cooling it with a mold. In Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-228561 and Patent Document 2, the improved technique is disclosed.

特許文献1の技術は、鋼板をAc3変態点以上の温度に加熱し、400°C以上500°C以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することにより、成形品の靭性を改善するものである。また、特許文献2の技術は、鋼板を800〜1200°Cの温度範囲内に加熱し、焼き入れに必要な時間が鋼板の板厚とプレス開始時の鋼板温度とに基づいて算出される時間以上となる条件を満足するようにプレスしながら焼き入れ成形することで、製品の生産性を高めるものである。
特開2005−177805号公報 特開2005−205453号公報
In the technique of Patent Document 1, a steel sheet is heated to a temperature not lower than the Ac3 transformation point, press-molded with a mold heated to a temperature not lower than 400 ° C and not higher than 500 ° C, and then cooled to room temperature at a rate lower than air cooling. By doing so, the toughness of the molded product is improved. Moreover, the technique of patent document 2 heats a steel plate in the temperature range of 800-1200 degreeC, and the time required for quenching is calculated based on the steel plate thickness and the steel plate temperature at the time of a press start. The product productivity is enhanced by quench forming while pressing so as to satisfy the above conditions.
JP 2005-177805 A JP 2005-205453 A

ところで、ホットプレス成形においては、ワークを急速に冷却させるための金型の温度管理が重要であり、プレス工程中の金型温度をコンピュータを用いて予めシミュレーションしておけば、金型設計や製品品質を改善する上で極めて有効である。   By the way, in hot press molding, it is important to control the temperature of the mold to quickly cool the workpiece. If the mold temperature during the pressing process is simulated in advance using a computer, the mold design and product It is extremely effective in improving quality.

しかしながら、プレス工程中の金型温度をシミュレーションしようとすると、プレス工程の進行に伴ってワークが変形し、このワークの変形によるワークと金型との接触面の変化による熱移動量を計算するため、一般的には、ワークの塑性変形解析とワーク及び金型の熱伝導解析とを連成させてシミュレーションを行う必要がある。塑性変形解析と熱伝導解析とでは、解析対象をモデル化する際に、それぞれの目的に応じてFEM(有限要素法)等のメッシュを作成するため、緻密な解析を要する塑性変形解析モデルの計算結果を、熱伝導解析モデルにマッピングして利用することになる。   However, when trying to simulate the mold temperature during the pressing process, the workpiece deforms as the pressing process proceeds, and the amount of heat transfer due to the change in the contact surface between the workpiece and the mold due to the deformation of the workpiece is calculated. Generally, it is necessary to perform a simulation by coupling a plastic deformation analysis of a workpiece and a heat conduction analysis of the workpiece and a mold. In plastic deformation analysis and heat conduction analysis, when modeling the object to be analyzed, a mesh such as FEM (finite element method) is created according to each purpose, so calculation of a plastic deformation analysis model that requires precise analysis The result is used by mapping it to a heat conduction analysis model.

このため、比較的時定数が大きい熱移動現象の解析計算の時間刻み幅を、微小な時間刻みを要する塑性変形解析に合わせなければならず、全体のシミュレーションに要する演算量及び計算時間が増加し、高速・大規模なシステムが必要となってシミュレーションに要するコスト及び工数が増大する。更には、設計変更等に対して迅速にモデルを変更し、再シミュレーションを実行するといった柔軟な対応も困難である。   For this reason, it is necessary to match the time interval of the analysis calculation of the heat transfer phenomenon with a relatively large time constant to the plastic deformation analysis that requires a minute time step, which increases the amount of computation and calculation time required for the entire simulation. Therefore, a high-speed and large-scale system is required, and the cost and man-hour required for the simulation increase. Furthermore, it is difficult to flexibly cope with a design change or the like by quickly changing a model and executing a re-simulation.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ホットプレス成形における金型温度を、塑性変形解析と熱伝導解析とを連成させることなく簡易的にシミュレーションすることができ、比較的小規模なシステムにも適用可能な金型温度のシミュレーション方法及びシミュレーションプログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to simply simulate the mold temperature in hot press molding without coupling plastic deformation analysis and heat conduction analysis. It is an object of the present invention to provide a mold temperature simulation method and a simulation program that can be applied to a system.

上記目的を達成するため、本発明による金型温度のシミュレーション方法は、加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションする金型温度のシミュレーション方法において、上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップとを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a mold temperature simulation method according to the present invention is a mold temperature simulation method for simulating a mold temperature when a heated workpiece is pressed with a mold. Assuming the state of plastic deformation and pressurization / holding, the shape data of the workpiece and the mold is divided into a plurality of elements, and a model construction step for constructing an analysis model for heat transfer calculation, and the analysis model A boundary condition setting step for setting a thermal boundary condition corresponding to a boundary surface between the workpiece and the mold; and a temperature distribution of the mold calculated from the thermal boundary condition as an initial state to heat the workpiece and the mold The amount of movement is calculated in predetermined time increments. When the workpiece is pressed by the mold, the metal mold is analyzed without analyzing the plastic deformation of the workpiece. Characterized in that it comprises a heat transfer amount calculation step of calculating the heat transfer amount of the workpiece and the die on the basis of the contact thermal resistance is set between.

本発明による金型温度のシミュレーションプログラムは、加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションするコンピュータが実行可能な金型温度のシミュレーションプログラムにおいて、上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップとを備えることを特徴とする。   The mold temperature simulation program according to the present invention is a mold temperature simulation program that can be executed by a computer that simulates a mold temperature when a heated workpiece is pressed with a mold, and the workpiece is plastically deformed into a product shape. Assuming a state of pressing and holding, the shape data of the workpiece and the mold is divided into a plurality of elements, a model construction step for constructing an analysis model for heat transfer calculation, and the analysis model, A boundary condition setting step for setting a thermal boundary condition corresponding to the boundary surface between the workpiece and the mold, and a heat transfer amount of the workpiece and the mold with the temperature distribution of the mold calculated from the thermal boundary condition as an initial state Is calculated in predetermined time increments, and plastic deformation analysis of the workpiece is performed when the workpiece is pressed by the mold. Characterized in that it comprises a heat transfer amount calculation step of calculating the heat transfer amount of the workpiece and the die on the basis of no contact thermal resistance is set between the mold.

本発明によれば、ホットプレス成形における金型温度を、塑性変形解析と熱伝導解析とを連成させることなくシミュレーションすることができ、シミュレーションに要する演算量及び計算時間を低減して比較的小規模なシステムにも適用可能とし、シミュレーションに要するコスト及び工数を低減することができ、更には、設計変更等に対して迅速にモデルを変更し、再シミュレーションを実行するといった柔軟な対応も可能となる。   According to the present invention, the mold temperature in the hot press molding can be simulated without coupling the plastic deformation analysis and the heat conduction analysis, and the amount of calculation and the calculation time required for the simulation can be reduced. It can be applied to large-scale systems, can reduce the cost and man-hours required for simulation, and can also flexibly respond to design changes etc. by quickly changing the model and executing re-simulation. Become.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図7は本発明の実施の一形態に係り、図1はシミュレーション装置の基本構成図、図2は金型及びワークの例を示す説明図、図3は接触熱抵抗を示す説明図、図4は計算メッシュの例を示す説明図、図5は境界条件の設定例を示す説明図、図6は接触熱抵抗高さを示す説明図、図7はシミュレーションプログラムのフローチャートである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 7 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a basic configuration diagram of a simulation apparatus, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a mold and a workpiece, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing a contact thermal resistance. 4 is an explanatory diagram showing an example of a calculation mesh, FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of setting boundary conditions, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the contact thermal resistance height, and FIG. 7 is a flowchart of a simulation program.

図1に示すように、本実施の形態におけるシミュレーション装置1は、自動車のボディシェル等のプレス成形において、特に、高強度鋼板等のワークを加熱して常温の金型でプレス成形する、いわゆるホットプレス(或いはホットスタンプ)成形における金型温度をシミュレーションするものである。このシミュレーション装置1は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等の単一のコンピュータ、或いはネットワークを介して相互に接続される複数のコンピュータを用いて構成される。   As shown in FIG. 1, the simulation apparatus 1 according to the present embodiment is a so-called hot press that heats a workpiece such as a high-strength steel plate and presses it with a mold at room temperature. This simulates the mold temperature in press (or hot stamp) molding. The simulation apparatus 1 is configured using a single computer such as a microcomputer or a personal computer, or a plurality of computers connected to each other via a network.

以下では、便宜上、シミュレーション装置1を単一のコンピュータで構成する例について説明する。このシミュレーション装置1は、演算装置10、キーボードやマウス等の入力装置11、CRTや液晶ディスプレイ等の表示装置12、磁気ディスクや光ディスク等の外部記憶装置13等を備えている。   Below, the example which comprises the simulation apparatus 1 with a single computer for convenience is demonstrated. The simulation apparatus 1 includes an arithmetic device 10, an input device 11 such as a keyboard and a mouse, a display device 12 such as a CRT and a liquid crystal display, an external storage device 13 such as a magnetic disk and an optical disk, and the like.

演算装置10は、CPU、ROM及びRAM等の内部メモリ、入出力インターフェース等を備えており、内部のROM、外部記憶装置13、外部の記憶媒体に記憶させたシミュレーションプログラム、或いは、図示しないネットワークや通信装置を介して外部からロードしたシミュレーションプログラムをCPUで実行し、入力装置11を介して指示された解析対象のワーク(対象物)がプレス成形される際のワークと金型との間の熱移動現象をシミュレーションする。   The arithmetic device 10 includes an internal memory such as a CPU, a ROM and a RAM, an input / output interface, and the like, and includes a simulation program stored in an internal ROM, an external storage device 13 and an external storage medium, or a network (not shown) The simulation program loaded from the outside via the communication device is executed by the CPU, and the heat between the workpiece and the mold when the workpiece (object) to be analyzed instructed via the input device 11 is press-molded. Simulate the movement phenomenon.

演算装置10において実行されるシミュレーションプログラムの機能は、モデル構築部10a、属性設定部10b、境界条件設定部10c、熱移動量計算部10d、ポスト処理部10eによって表現することができる。演算装置10は、金型及びワークを複数の要素で分割して数値モデル化した解析モデルを用いて金型の温度分布をシミュレーションし、表示装置12に出力する。表示装置12には、例えば、シミュレーション途中やシミュレーション終了時の金型温度分布がグラフィック表示される。   The function of the simulation program executed in the arithmetic device 10 can be expressed by a model construction unit 10a, an attribute setting unit 10b, a boundary condition setting unit 10c, a heat transfer amount calculation unit 10d, and a post processing unit 10e. The arithmetic unit 10 simulates the temperature distribution of the mold using an analysis model obtained by dividing the mold and the workpiece into a plurality of elements and numerically modeling the result, and outputs the simulation to the display device 12. On the display device 12, for example, the mold temperature distribution during the simulation or at the end of the simulation is displayed graphically.

本発明による金型の温度分布シミュレーションの特徴として、プレス成形されるワークの塑性変形解析を行うことなく、初期状態で定常計算した温度分布から成形工程における金型温度を簡易的に計算し、比較的高速のシミュレーションを可能としている。   As a feature of the temperature distribution simulation of the mold according to the present invention, the mold temperature in the molding process is simply calculated from the temperature distribution calculated in a steady state in the initial state without performing plastic deformation analysis of the press-molded work, and compared. High-speed simulation is possible.

すなわち、金型とワークとの間の熱移動は、プレス工程におけるワークの変形によって金型とワークの接触面が変化することから、厳密には、有限要素法等を用いた塑性変形解析プログラムと熱伝導解析プログラムとを連成させて計算させる必要があり、シミュレーションに要する演算量及び時間が増大し、高速・大規模なシステムが要求される。   In other words, since the contact surface between the mold and the workpiece changes due to the deformation of the workpiece in the pressing process, strictly speaking, the heat transfer between the mold and the workpiece is a plastic deformation analysis program using a finite element method or the like. It is necessary to perform calculations by coupling with a heat conduction analysis program, which increases the amount of computation and time required for simulation, and requires a high-speed and large-scale system.

これに対し、本発明は、ワークが金型で押圧されて製品形状に塑性変形した状態を想定してワーク及び金型の解析モデルを構築し、この解析モデルに対してワークと金型との間の接触熱抵抗を設定する。そして、ワークの塑性変形に伴う金型とワークとの間の接触面の変化による熱移動を、ワークが加圧される過程での接触熱抵抗の変化に基づく熱移動として計算することを基本的なアルゴリズムとしている。   On the other hand, the present invention constructs an analysis model of a workpiece and a mold assuming that the workpiece is pressed by a mold and plastically deformed into a product shape. Set the contact thermal resistance between. Basically, the heat transfer due to the change in the contact surface between the mold and the workpiece due to the plastic deformation of the workpiece is calculated as the heat transfer based on the change in the contact thermal resistance in the process of pressing the workpiece. It is a simple algorithm.

これにより、ワークの塑性変形解析を行うことなく金型温度をシミュレーションすることが可能となり、シミュレーションに要する演算量及び処理時間を短縮することができる。すなわち、本発明では、ワークの塑性変形解析とワーク及び金型間の熱伝導解析とを連成させた大規模な演算を実行することなく、金型温度分布をシミュレーションすることができ、比較的小規模のシステムにも適用可能となる。   As a result, it is possible to simulate the mold temperature without performing plastic deformation analysis of the workpiece, and it is possible to reduce the amount of computation and processing time required for the simulation. That is, in the present invention, the mold temperature distribution can be simulated without executing a large-scale operation in which the plastic deformation analysis of the work and the heat conduction analysis between the work and the mold are coupled. It can also be applied to small-scale systems.

以下では、金型温度分布のシミュレーションとして、図2に示すように、上下方向に移動可能な上型3と、上型3と所定の隙間をを介して配置・固定される下型4とを有する金型2を用いてワークとしての鋼板5をホットプレスする場合を例に取って説明する。本シミュレーションでは、図3に示すように、鋼板5は、上型3に設けられた略円筒状の凹部をなす成形部Aと、下型4に設けられた略円筒状の突起をなす成形部Bとの間に圧接されて絞り加工され、略ハット状の突起を有する製品形状にプレスされた状態を想定し、この製品形状の鋼板5と上型3及び下型4の間に、互いの接触面における接触熱抵抗RPU,RPLを設定する。そして、この接触熱抵抗RPU,RPLの値と位置を時々刻々と変化させることにより、鋼板5と金型2との間の熱移動量を計算する。   In the following, as a simulation of mold temperature distribution, as shown in FIG. 2, an upper mold 3 movable in the vertical direction and a lower mold 4 disposed and fixed via a predetermined gap with the upper mold 3 The case where the steel plate 5 as a workpiece is hot-pressed using the mold 2 having the above will be described as an example. In this simulation, as shown in FIG. 3, the steel plate 5 includes a forming portion A that forms a substantially cylindrical recess provided in the upper die 3 and a forming portion that forms a substantially cylindrical protrusion provided in the lower die 4. Assuming a state in which the product is pressed and drawn into a shape B and pressed into a product shape having a substantially hat-shaped projection, the product-shaped steel plate 5 and the upper die 3 and the lower die 4 are mutually connected. Set the contact thermal resistance RPU, RPL on the contact surface. And the amount of heat transfer between the steel plate 5 and the metal mold | die 2 is calculated by changing the value and position of this contact thermal resistance RPU, RPL every moment.

尚、図2,図3においては、上型3及び下型4に冷却液通路6を設ける例を示しており、このような冷却液通路6を設ける場合には、冷却液による放熱も考慮する。また、接触熱抵抗RPU,RPLにおける添え字PLは鋼板5と上型3との間の接触熱抵抗であることを示し、添え字PLは鋼板5と下型4との間の接触熱抵抗であることを示している。   2 and 3 show an example in which the coolant passage 6 is provided in the upper die 3 and the lower die 4, and when such a coolant passage 6 is provided, heat dissipation by the coolant is also taken into consideration. . In addition, the subscript PL in the contact thermal resistance RPU, RPL indicates the contact thermal resistance between the steel plate 5 and the upper die 3, and the subscript PL is the contact thermal resistance between the steel plate 5 and the lower die 4. It shows that there is.

この場合、本実施の形態においては、加熱した板金材を製品形状までプレス加工する1サイクルの工程を、以下の第1工程から第6工程に大別し、この1サイクルの工程が複数回連続する状態(つまり、複数個のワークを連続的にプレスする状態)での金型の温度分布を計算する。   In this case, in the present embodiment, the one-cycle process of pressing the heated sheet metal material to the product shape is roughly divided into the following first process to sixth process, and this one-cycle process is repeated a plurality of times. Calculate the temperature distribution of the mold in the state of being pressed (that is, the state of pressing a plurality of workpieces continuously).

(1)第1工程
ワークの搬送工程であり、加熱処理された鋼板5を加熱炉から取出し、金型2がセットされたプレス機まで運ぶ。
(1) 1st process It is a conveyance process of a workpiece | work, takes out the heat-treated steel plate 5 from a heating furnace, and carries it to the press machine in which the metal mold | die 2 was set.

(2)第2工程
ワークのプレス機への装着工程であり、鋼板5を金型2の下型4に乗せる。
(2) 2nd process It is the mounting process to the press of a workpiece | work, and puts the steel plate 5 on the lower mold | type 4 of the metal mold | die 2. FIG.

(3)第3工程
金型の作動工程であり、上型3が下降し、鋼板5が徐々に塑性変形される。
(3) 3rd process It is an operation | movement process of a metal mold | die, the upper mold | type 3 descend | falls and the steel plate 5 is gradually plastically deformed.

(4)第4工程
ワークの加圧工程であり、上型3が下死点まで到達する。鋼板5は、この状態で加圧保持されて製品形状となる。
(4) 4th process It is the pressurization process of a workpiece | work, and the upper mold | type 3 reaches | attains a bottom dead center. The steel plate 5 is pressed and held in this state to have a product shape.

(5)第5工程
金型の開放工程であり、上型3が下死点から上昇する。製品形状となった鋼板5は、上型3又は下型4に残される。
(5) Fifth step This is a die opening step, and the upper die 3 rises from the bottom dead center. The steel plate 5 in the product shape is left in the upper mold 3 or the lower mold 4.

(6)第6工程
ワークのプレス機からの取出し工程であり、製品形状となった鋼板5を取出して後段の工程或いは保管場所に搬送する。
(6) Sixth step This is a step of taking out the workpiece from the press machine. The steel plate 5 in the product shape is taken out and transported to a subsequent step or storage place.

次に、以上の各工程でのシミュレーションを実行するための演算装置10の各部の機能について説明する。   Next, the function of each part of the arithmetic unit 10 for executing the simulation in the above steps will be described.

モデル構築部10aは、ワークの加圧工程(第4工程)を想定した解析モデルを構築する。解析モデルとては、金型2及び鋼板5を複数の要素に分割し、各要素のデータによる数値計算の解析モデルを構築する。この解析モデルの要素には、三角形、矩形、多角形等のメッシュを採用し、図3に示す加圧工程(第4工程)の上型3、下型4、鋼板5に対して、図4に示すような複数のメッシュMiによる解析モデルMDLを構築する。個々のメッシュは、例えば、自己を識別するためのメッシュ番号、メッシュの節点(ノード)の所定の基準点に対する座標値等のデータを有し、これらのデータが外部記憶装置13に格納される。尚、金型冷却用の冷却液通路6における冷却液の流れを考慮する場合には、冷却液用のメッシュを生成する。   The model construction unit 10a constructs an analysis model that assumes a workpiece pressurizing step (fourth step). As the analysis model, the mold 2 and the steel plate 5 are divided into a plurality of elements, and an analysis model for numerical calculation based on the data of each element is constructed. As an element of the analysis model, a mesh such as a triangle, a rectangle, or a polygon is employed. For the upper mold 3, the lower mold 4, and the steel plate 5 in the pressurizing process (fourth process) shown in FIG. An analysis model MDL with a plurality of meshes Mi as shown in FIG. Each mesh has, for example, data such as a mesh number for identifying itself, a coordinate value for a predetermined reference point of a node (node) of the mesh, and these data are stored in the external storage device 13. In addition, when considering the flow of the coolant in the coolant passage 6 for cooling the mold, a mesh for the coolant is generated.

属性設定部10bは、各メッシュに、上型3、下型4、鋼板5に対応して、金型(上型、下型)、鋼板を表す属性を設定する。尚、冷却液用のメッシュを生成する場合には、冷却液用のメッシュに、冷却液の属性(通常は水の属性)を設定する。このメッシュの属性データは、例えば、外部記憶装置13に記憶される。外部記憶装置13には、シミュレーション処理に必要な各種のデータが格納され、例えば、対象物毎に個別の識別番号(レコード番号)が付された属性レコード群で構成されるデータベースを有し、個々の属性レコードに、各メッシュのメッシュ番号、ノード点座標値、属性データ等が対応付けて記述される。   The attribute setting unit 10b sets attributes representing a mold (upper mold, lower mold) and a steel plate corresponding to the upper mold 3, the lower mold 4, and the steel plate 5 in each mesh. In addition, when generating the mesh for cooling liquid, the attribute (usually water attribute) of a cooling liquid is set to the mesh for cooling liquid. The mesh attribute data is stored in, for example, the external storage device 13. The external storage device 13 stores various types of data necessary for the simulation process. For example, the external storage device 13 has a database composed of attribute record groups with individual identification numbers (record numbers) assigned to the objects. In the attribute record, mesh numbers, node point coordinate values, attribute data, and the like of each mesh are described in association with each other.

境界条件設定部10cは、プレス成形の各工程毎に、金型2及び鋼板5の各境界面に対して熱移動の境界条件を設定する。この熱移動における各部の境界面は、図2に示すように、上型3の基盤面(基準面)3aと側面3bと下面(下型4に対向する面)3c、下型4の基盤面(基準面)4aと側面4bと上面(上型3に対向する面)4c、鋼板5の側面5a、上型3と鋼板5との接触面7、鋼板5と下型4との接触面8等である。また、冷却液による放熱を考慮する場合には、冷却液の金型接触面9にも境界条件を設定する。   The boundary condition setting unit 10 c sets a boundary condition for heat transfer for each boundary surface of the mold 2 and the steel plate 5 for each step of press forming. As shown in FIG. 2, the boundary surfaces of the respective parts in this heat transfer are the base surface (reference surface) 3 a, the side surface 3 b, the bottom surface (surface facing the lower mold 4) 3 c of the upper mold 3, and the base surface of the lower mold 4. (Reference surface) 4a, side surface 4b, upper surface (surface facing upper die 3) 4c, side surface 5a of steel plate 5, contact surface 7 between upper die 3 and steel plate 5, contact surface 8 between steel plate 5 and lower die 4 Etc. When heat dissipation by the cooling liquid is taken into consideration, boundary conditions are also set for the mold contact surface 9 of the cooling liquid.

図5は、各工程に対して設定する熱境界条件の例を示しており、基本的に、第1〜第6の全工程を通して、金型2と鋼板5との接触が無い、或いは接触が無いと判断できる部位に対しては、各部の温度、周囲の空気の対流による熱伝達率、周囲の雰囲気温度等を設定する。尚、冷却水(冷却液)による放熱を考慮する場合には、冷却水の対流による熱伝達率と冷却水温度を設定し、冷却水温度が通路内で大きく変化するようであれば、冷却水の熱流れを考慮する。   FIG. 5 shows an example of thermal boundary conditions set for each process. Basically, there is no contact between the mold 2 and the steel plate 5 through all the first to sixth processes, or there is no contact. For the part that can be determined not to exist, the temperature of each part, the heat transfer coefficient by the convection of the surrounding air, the ambient atmosphere temperature, etc. are set. When considering heat dissipation by cooling water (cooling liquid), set the heat transfer coefficient and cooling water temperature by cooling water convection, and if the cooling water temperature changes greatly in the passage, the cooling water Consider the heat flow.

また、金型2と鋼板5とが接触する第2工程〜第5工程に対しては、第2工程での下型4と鋼板5の温度差による接触熱抵抗、第3工程〜第4工程での上型3及び下型4と鋼板5との接触面における接触熱抵抗を設定し、また、第5工程での鋼板5の金型への残留状態に応じて、断熱或いは周囲への対流放熱率を設定する。   Further, for the second to fifth steps in which the mold 2 and the steel plate 5 are in contact, the contact thermal resistance due to the temperature difference between the lower die 4 and the steel plate 5 in the second step, the third to fourth steps. The contact thermal resistance at the contact surface between the upper die 3 and the lower die 4 and the steel plate 5 is set, and heat insulation or convection to the surroundings is performed according to the remaining state of the steel plate 5 in the mold in the fifth step. Set the heat dissipation rate.

熱移動量計算部10dは、第1工程の熱境界条件での金型内部の温度分布を定常計算し、この温度分布を1サイクル目の初期状態として、以降の工程における金型とワークとの間の熱移動量を非定常計算する。この熱移動の非定常計算は、上型3が下降して鋼板5が加圧され、下死点に到達するまでの第3,第4工程における接触熱抵抗に変化に基づく計算が主体となる。   The heat transfer amount calculation unit 10d steadily calculates the temperature distribution inside the mold under the thermal boundary condition of the first process, and uses this temperature distribution as the initial state of the first cycle to determine the relationship between the mold and workpiece in the subsequent processes. The amount of heat transfer between them is calculated unsteadyly. This unsteady calculation of heat transfer is mainly based on the change in contact thermal resistance in the third and fourth steps until the upper die 3 is lowered and the steel plate 5 is pressurized and reaches the bottom dead center. .

この熱移動の計算に際しては、計算の時間刻みΔtを設定し、また、全工程時間(第1〜第6の工程時間)から各工程毎の時間配分を設定すると共に、繰返しサイクル数を設定し、必要に応じて事前に指定した時刻における計算結果を出力する。そして、1サイクルの計算が終了したとき、その温度分布状態を次のサイクルの計算における初期状態として更新し、Nサイクルの計算を実行する。   When calculating the heat transfer, set the calculation time increment Δt, set the time distribution for each process from the total process time (first to sixth process times), and set the number of repeated cycles. If necessary, the calculation result at the time specified in advance is output. When the calculation for one cycle is completed, the temperature distribution state is updated as the initial state in the calculation for the next cycle, and the calculation for N cycles is executed.

尚、熱移動計算の時間刻みΔtは、熱移動現象の時定数が比較的大きいことから、塑性変形解析におけるような微小な時間刻み幅に設定する必要はなく、一定値としても任意に変化させても良い。   Since the time constant Δt of the heat transfer calculation has a relatively large time constant of the heat transfer phenomenon, it is not necessary to set it to a small time step width as in plastic deformation analysis, and it can be changed arbitrarily as a constant value. May be.

[第1工程のシミュレーション]
詳細には、第1工程のシミュレーションは、1サイクル目では、図5に示す境界条件に従って、鋼板5から周囲空気への放熱、金型2(上型3及び下型4)は周囲空気(冷却水を考慮する場合には、周囲空気と冷却水)への放熱を初期状態として鋼板5の熱移動量qP、上型3の熱移動量qU、下型4の熱移動量qLを計算する。2サイクル目以降は、前のサイクルの第6工程のシミュレーション結果(温度分布)を初期状態として金型2の周囲空気(冷却水を考慮する場合には、周囲空気と冷却水)への放熱を計算することで、鋼板5の熱移動量qP、上型3の熱移動量qU、下型4の熱移動量qLを計算する。
[First step simulation]
In detail, in the simulation of the first process, in the first cycle, according to the boundary condition shown in FIG. 5, heat is radiated from the steel plate 5 to the ambient air, and the mold 2 (upper mold 3 and lower mold 4) is ambient air (cooling). When water is taken into consideration, the heat transfer amount qP of the steel plate 5, the heat transfer amount qU of the upper mold 3, and the heat transfer amount qL of the lower mold 4 are calculated with the heat radiation to the ambient air and the cooling water in the initial state. In the second and subsequent cycles, heat is released to the ambient air of the mold 2 (in the case of considering cooling water, ambient air and cooling water) with the simulation result (temperature distribution) of the sixth step of the previous cycle as an initial state. By calculating, the heat transfer amount qP of the steel plate 5, the heat transfer amount qU of the upper die 3, and the heat transfer amount qL of the lower die 4 are calculated.

[第2工程のシミュレーション]
第2工程のシミュレーションでは、下型4のみに鋼板5が接触している状態であるため、上型3に対しては周囲への放熱を計算し、下型4に対しては、鋼板5と下型4との温度差から接触熱抵抗を考慮して熱移動量を計算する。
[Simulation of the second step]
In the simulation of the second step, since the steel plate 5 is in contact with only the lower die 4, the heat release to the surroundings is calculated for the upper die 3, and the steel plate 5 and The heat transfer amount is calculated from the temperature difference with the lower mold 4 in consideration of the contact thermal resistance.

[第3,第4工程のシミュレーション]
第3,第4工程のシミュレーションにおいては、鋼板5の熱移動量qP、上型3の熱移動量qU、下型4の熱移動量qLを、主として、上型3及び下型4と鋼板5との接触による接触熱抵抗に基づいて計算する。このため、図6に示すように、プレス方向をZ軸方向とした場合に、鋼板5と金型2との接触状態をZ軸方向の高さで代表する接触熱抵抗高さZU,ZLを用いて、上型3と鋼板5との接触度合い、下型4と鋼板5との接触度合いを調べる。
[Simulation of the third and fourth steps]
In the simulation of the third and fourth steps, the heat transfer amount qP of the steel plate 5, the heat transfer amount qU of the upper die 3, and the heat transfer amount qL of the lower die 4 are mainly used as the upper die 3 and the lower die 4 and the steel plate 5. Calculated based on contact thermal resistance due to contact with. For this reason, as shown in FIG. 6, when the pressing direction is the Z-axis direction, the contact heat resistance heights ZU and ZL, which represent the contact state between the steel plate 5 and the mold 2 in terms of the height in the Z-axis direction, are represented. The contact degree between the upper die 3 and the steel plate 5 and the contact degree between the lower die 4 and the steel plate 5 are examined.

具体的には、上型3側の接触熱抵抗高さZUは、上型3の下面(下型4に対向する面)3cを基準とする下型4の成形部Bの頂面までの高さ(座標値)からコーナ部の丸めや面取り部を除いた値で示される。また、下型4側の接触熱抵抗高さZUは、下型4の成形部Bの頂面を基準とする上型3の下面3cまでの高さ(座標値)からコーナ部の丸めや面取り部を除いた値で示される。これらの接触熱抵抗高さZU,ZLは、上型3の下降に伴って変化することから、接触熱抵抗高さZU,ZLと加圧工程での上型移動量(上型3の下降量)とを比較し、接触状態を判断する。   Specifically, the contact thermal resistance height ZU on the upper mold 3 side is a height to the top surface of the molding part B of the lower mold 4 with respect to the lower surface (surface facing the lower mold 4) 3c of the upper mold 3. It is indicated by a value obtained by removing the rounded corners and chamfered portions from the height (coordinate values). Further, the contact heat resistance height ZU on the lower mold 4 side is determined by rounding or chamfering the corner from the height (coordinate value) to the lower surface 3c of the upper mold 3 with respect to the top surface of the molded part B of the lower mold 4. It is indicated by the value excluding the part. Since these contact heat resistance heights ZU and ZL change as the upper mold 3 is lowered, the contact heat resistance heights ZU and ZL and the upper mold movement amount in the pressurizing step (the lowering amount of the upper mold 3). ) To determine the contact state.

上型移動量は、初期状態(第1工程のスタート時間)からの経過時間をTime、第3工程のスタート時間をTime_3とするとき、プレス速度(上型3の下降速度)vに時間(Time−Time_3)を乗算して求めることができる。従って、各接触熱抵抗高さZU,ZLをコーナ部の丸めや面取りを考慮した補正値ZUC,ZLCで補正した値と、上型移動量V×(Time−Time_3)とを比較することにより、上型3及び下型4と鋼板5との接触状態を調べ、以下の(1)〜(6)式に示すように、上型3、下型4、鋼板5に対して、単独或いは相互の熱移動量を計算する。   The upper die movement amount is the time (Time) at the press speed (lowering velocity of the upper die 3) v, where the elapsed time from the initial state (start time of the first step) is Time and the start time of the third step is Time_3. It can be obtained by multiplying by -Time_3). Therefore, by comparing the values obtained by correcting the contact thermal resistance heights ZU and ZL with the correction values ZUC and ZLC in consideration of the rounding and chamfering of the corner portion, and the upper mold movement amount V × (Time-Time_3), The contact state between the upper mold 3 and the lower mold 4 and the steel plate 5 is examined. As shown in the following formulas (1) to (6), the upper mold 3, the lower mold 4, and the steel plate 5 are singly or mutually Calculate the amount of heat transfer.

(鋼板5と上型3との間の熱移動量)
上型移動量V×(Time−Time_3)が接触熱抵抗高さZUに補正値ZUCを加算した値以下のとき、すなわち、上型3と鋼板5との間には隙間があるときには、(1)式に示すように、鋼板温度θPと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して鋼板5の熱移動量qPを計算する。また、(2)式に示すように、上型温度θUと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して上型3の熱移動量qUを計算する。
(ZU+ZUC)≧V×(Time−Time_3)のとき、
qP=α(θP−θa)…(1)
qU=α(θU−θa)…(2)
但し、α:対流放熱率
(The amount of heat transfer between the steel plate 5 and the upper mold 3)
When the upper mold movement amount V × (Time-Time_3) is equal to or less than the value obtained by adding the correction value ZUC to the contact thermal resistance height ZU, that is, when there is a gap between the upper mold 3 and the steel plate 5, (1 As shown in equation (2), the heat transfer amount qP of the steel plate 5 is calculated from the temperature difference between the steel plate temperature θP and the ambient temperature θa in consideration of heat dissipation by convection. Further, as shown in the equation (2), the heat transfer amount qU of the upper mold 3 is calculated from the temperature difference between the upper mold temperature θU and the ambient temperature θa in consideration of heat dissipation by convection.
When (ZU + ZUC) ≧ V × (Time-Time_3),
qP = α (θP−θa) (1)
qU = α (θU−θa) (2)
Where α: Convective heat dissipation rate

一方、上型移動量V×(Time−Time_3)が接触熱抵抗高さZUに補正値ZUCを加算した値より大きいとき、すなわち、鋼板5が上型3によって加圧されて密着しているときには、鋼板5からの熱移動量qPは上型3へ熱移動量qUに等しいものとする。そして、(3)式に示すように、上型3と鋼板5との間の接触熱抵抗RPU、鋼板温度θPと上型温度θUとの温度差を用いて、鋼板5の熱移動量qP,上型3の熱移動量qUを計算する。尚、接触熱抵抗RPUは時間によって変化する。
(ZU+ZUC)<V×(Time−Time_3)のとき、
qP=qU=1/RPU×(θP−θU)…(3)
On the other hand, when the upper mold movement amount V × (Time-Time_3) is larger than the value obtained by adding the correction value ZUC to the contact thermal resistance height ZU, that is, when the steel plate 5 is pressed and adhered by the upper mold 3. The heat transfer amount qP from the steel plate 5 is assumed to be equal to the heat transfer amount qU to the upper mold 3. Then, as shown in the equation (3), the contact heat resistance RPU between the upper die 3 and the steel plate 5 and the temperature difference between the steel plate temperature θP and the upper die temperature θU are used to transfer the heat transfer amount qP of the steel plate 5, The heat transfer amount qU of the upper mold 3 is calculated. The contact thermal resistance RPU changes with time.
When (ZU + ZUC) <V × (Time-Time_3),
qP = qU = 1 / RPU × (θP−θU) (3)

(鋼板5と下型4との間の熱移動量)
上型移動量V×(Time−Time_3)が接触熱抵抗高さZLに補正値ZLCを加算した値以下のとき、すなわち、下型4と鋼板5との間に隙間があるときには、(4)式に示すように、鋼板温度θPと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して鋼板5の熱移動量qPを計算する。また、(5)式に示すように、下型温度θLと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して下型4の熱移動量qLを計算する。
(ZL+ZLC)≧V×(Time−Time_3)のとき、
qP=α(θP−θa)…(4)
qL=α(θL−θa)…(5)
(The amount of heat transfer between the steel plate 5 and the lower mold 4)
When the upper mold movement amount V × (Time-Time_3) is equal to or smaller than the value obtained by adding the correction value ZLC to the contact thermal resistance height ZL, that is, when there is a gap between the lower mold 4 and the steel plate 5, (4) As shown in the equation, the heat transfer amount qP of the steel plate 5 is calculated from the temperature difference between the steel plate temperature θP and the ambient temperature θa in consideration of heat dissipation by convection. Further, as shown in the equation (5), the heat transfer amount qL of the lower mold 4 is calculated from the temperature difference between the lower mold temperature θL and the ambient temperature θa in consideration of heat dissipation by convection.
When (ZL + ZLC) ≧ V × (Time-Time_3),
qP = α (θP−θa) (4)
qL = α (θL−θa) (5)

一方、上型移動量V×(Time−Time_3)が接触熱抵抗高さZLに補正値ZLCを加算した値より大きいとき、すなわち、鋼板5が下型4に押圧されて密着しているときには、鋼板5からの熱移動量qPは下型4へ熱移動量qLに等しいものとする。そして、(6)式に示すように、下型4と鋼板5との間の接触熱抵抗RPL、鋼板温度θPと下型温度θLとの温度差を用いて、鋼板5の熱移動量qP,下型4の熱移動量qLを計算する。尚、接触熱抵抗RPLは時間によって変化する。
(ZL+ZLC)<V×(Time−Time_3)のとき、
qP=qL=1/RPL×(θP−θL)…(6)
On the other hand, when the upper mold movement amount V × (Time-Time_3) is larger than the value obtained by adding the correction value ZLC to the contact thermal resistance height ZL, that is, when the steel plate 5 is pressed against the lower mold 4 and closely adhered, The amount of heat transfer qP from the steel plate 5 is assumed to be equal to the amount of heat transfer qL to the lower mold 4. And, as shown in the equation (6), the heat transfer amount qP of the steel plate 5 using the contact thermal resistance RPL between the lower die 4 and the steel plate 5 and the temperature difference between the steel plate temperature θP and the lower die temperature θL, The heat transfer amount qL of the lower mold 4 is calculated. The contact thermal resistance RPL varies with time.
When (ZL + ZLC) <V × (Time-Time_3),
qP = qL = 1 / RPL × (θP−θL) (6)

[第5工程のシミュレーション]
第5工程では、鋼板5が上型3に残るケースと下型4に残るケースが想定され、何れの場合においても、鋼板5と、鋼板5が残る方の金型との間には、断熱層となる隙間が生じる。従って、第5工程のシミュレーションにおいては、鋼板5が上型3に残るケースでは、上型3側は断熱、下型4側は周囲への対流放熱として温度分布を計算し、鋼板5が下型4に残るケースでは、上型3側は周囲への対流放熱、下型4側は断熱として、鋼板5の熱移動量qP、上型3の熱移動量qU、下型4の熱移動量qLを計算する。
[Fifth step simulation]
In the fifth step, a case in which the steel plate 5 remains in the upper die 3 and a case in which the steel plate 5 remains in the lower die 4 is assumed. In any case, heat insulation is provided between the steel plate 5 and the mold on which the steel plate 5 remains. A gap forming a layer is generated. Therefore, in the simulation of the fifth step, in the case where the steel plate 5 remains in the upper die 3, the temperature distribution is calculated as heat insulation on the upper die 3 side, and convection heat radiation to the surroundings on the lower die 4 side. 4, the upper die 3 side is convectively dissipated to the surroundings, and the lower die 4 side is insulated, so that the heat transfer amount qP of the steel plate 5, the heat transfer amount qU of the upper die 3, and the heat transfer amount qL of the lower die 4. Calculate

[第6工程のシミュレーション]
第6工程のシミュレーションは、鋼板5の取り出し工程であるため、上型3及び下型4の温度分布を、周囲への対流放熱によって計算する。この第6工程のシミュレーションで計算された金型温度分は、次のサイクルにおける初期条件として更新される。
[Simulation of the sixth step]
Since the simulation of the sixth step is a step of taking out the steel plate 5, the temperature distribution of the upper die 3 and the lower die 4 is calculated by convection heat radiation to the surroundings. The mold temperature calculated in the simulation of the sixth step is updated as an initial condition in the next cycle.

ポスト処理部10eは、熱移動量の計算結果を容易に把握可能とするための可視化処理や計算結果のデータをファイル化して記憶装置等に出力する等の処理を行う。熱移動量の計算結果の可視化処理においては、例えば、金型内部の温度分布を色相や濃淡等によって識別表示することで、温度分布を容易に把握可能とする。   The post processing unit 10e performs a visualization process so that the calculation result of the heat transfer amount can be easily grasped and a process of making the calculation result data into a file and outputting it to a storage device or the like. In the visualization process of the calculation result of the heat transfer amount, for example, the temperature distribution inside the mold is identified and displayed by hue, shading, etc., so that the temperature distribution can be easily grasped.

次に、演算装置10のCPUにおいて実行されるシミュレーションプログラムについて、図7のフローチャートを用いて説明する。   Next, a simulation program executed by the CPU of the arithmetic unit 10 will be described with reference to the flowchart of FIG.

図7のシミュレーションプログラムでは、先ず、ステップS1において、金型2及び鋼板5の形状データ(CADデータ等)を読込み、鋼板5が製品形状に加圧された状態で金型2及び鋼板5を複数のメッシュで分割した熱移動量計算の解析モデルを構築する。   In the simulation program of FIG. 7, first, in step S1, shape data (CAD data or the like) of the mold 2 and the steel plate 5 is read, and a plurality of the molds 2 and the steel plates 5 are added in a state where the steel plate 5 is pressed into the product shape. An analytical model for calculating the amount of heat transfer divided by the mesh is constructed.

次に、ステップS2へ進み、解析モデルの各メッシュに、鋼板、金型の属性を設定(冷却液のメッシュを設けた場合には、冷却液の属性を含む)し、ステップS3で、解析モデルにおける金型2及び鋼板5の境界面に、前述した図5の熱境界条件を設定する。   Next, the process proceeds to step S2, and the attributes of the steel plate and the mold are set for each mesh of the analysis model (including the cooling liquid attribute if a cooling liquid mesh is provided). In step S3, the analysis model is set. 5 is set on the boundary surface between the mold 2 and the steel plate 5 in FIG.

続くステップS4では、計算の時間刻みΔtを設定し、ステップS5で、1サイクルの全工程時間T_cycleの各工程(第1工程〜第6工程)への配分を設定すると共に、繰返しサイクル数Nを設定する。そして、ステップS6で、第1工程の境界条件で定常計算した金型内部の温度分布を初期状態として設定し、この初期状態(第1工程のスタート時間)からの経過時間Timeを0にリセットする。   In the subsequent step S4, the calculation time increment Δt is set, and in step S5, the distribution of the total process time T_cycle of one cycle to each process (first process to sixth process) is set, and the number of repeated cycles N is set. Set. Then, in step S6, the temperature distribution inside the mold, which is regularly calculated under the boundary conditions of the first process, is set as an initial state, and the elapsed time Time from this initial state (start time of the first process) is reset to zero. .

次のステップS7は、時間刻みΔt毎に、鋼板5の熱移動量qP、上型3の熱移動量qU、下型4の熱移動量qLを計算するステップであり、ステップS8での途中結果の出力がある場合には、ステップS9で、計算データを外部記憶装置13等に出力し、ステップS10で経過時間Timeが1サイクルの全工程時間T_cycleに達していないとき、ステップS11で時間Timeを時間刻みΔtだけ進め、ステップS7での計算処理を続行する。   The next step S7 is a step of calculating the amount of heat transfer qP of the steel plate 5, the amount of heat transfer qU of the upper die 3 and the amount of heat transfer qL of the lower die 4 for each time step Δt, and the intermediate result in step S8. In step S9, the calculation data is output to the external storage device 13 or the like. When the elapsed time Time has not reached the total process time T_cycle of one cycle in step S10, the time Time is calculated in step S11. Advance by the time step Δt and continue the calculation process in step S7.

この時間刻みΔt毎の計算により、前述したように、初期状態(第1工程)の温度分布から、鋼板5を下型4に乗せる第2工程においては、下型4と鋼板5との温度差による鋼板5の熱移動量qP、下型4の熱移動量qL、周囲の対流放熱による上型3の熱移動量qUが計算される。また、鋼板5を加圧して製品形状にプレスする第3,第4工程においては、主として、鋼板5と金型2との間の接触熱抵抗RPU,RPLに基づく鋼板5の熱移動量qP、上型3の熱移動量qU、下型4の熱移動量qLが計算される。   As described above, the temperature difference between the lower die 4 and the steel plate 5 is calculated in the second step of placing the steel plate 5 on the lower die 4 from the temperature distribution in the initial state (first step), as described above. The amount of heat transfer qP of the steel plate 5 due to the above, the amount of heat transfer qL of the lower die 4, and the amount of heat transfer qU of the upper die 3 due to the surrounding convection heat radiation are calculated. In the third and fourth steps in which the steel plate 5 is pressed and pressed into a product shape, the amount of heat transfer qP of the steel plate 5 based mainly on the contact thermal resistance RPU, RPL between the steel plate 5 and the mold 2, The heat transfer amount qU of the upper die 3 and the heat transfer amount qL of the lower die 4 are calculated.

更に、鋼板5を取出す第6工程の熱移動量が計算され、その後、経過時間Timeが1サイクルの全工程時間T_cycleに達したとき、ステップS10からステップS12へ進み、Nサイクルの計算が終了したか否かを調べる。その結果、未だNサイクルに達していない場合には、ステップS13で、第6工程での温度分布の計算結果により初期状態を更新し、ステップS6へ戻ってシミュレーションを継続する。一方、ステップS12で、Nサイクルに達している場合には、本シミュレーションプログラムを終了する。   Furthermore, the amount of heat transfer in the sixth step of taking out the steel plate 5 is calculated. After that, when the elapsed time Time reaches the total process time T_cycle of one cycle, the process proceeds from step S10 to step S12, and the calculation of N cycles is completed. Check whether or not. As a result, if N cycles have not yet been reached, the initial state is updated with the calculation result of the temperature distribution in the sixth step in step S13, and the process returns to step S6 to continue the simulation. On the other hand, if N cycles have been reached in step S12, the simulation program is terminated.

以上のように、本実施の形態によれば、加熱したワークのホットプレス(ホットスタンプ)成形における金型温度をシミュレーションする際に、ワークが金型で押圧されて製品形状に塑性変形した状態を想定して構築した解析モデルに対して、ワークと金型との間の接触熱抵抗を設定し、ワークの塑性変形に伴う金型とワークとの間の接触面の変化による熱移動を、ワークが加圧される過程での接触熱抵抗の変化に基づく熱移動として計算している。   As described above, according to the present embodiment, when simulating the mold temperature in hot press (hot stamp) molding of a heated workpiece, the workpiece is pressed by the mold and plastically deformed into a product shape. For the analytical model that was assumed and constructed, the contact thermal resistance between the workpiece and the mold was set, and the heat transfer due to the change in the contact surface between the mold and the workpiece due to plastic deformation of the workpiece It is calculated as heat transfer based on the change of contact thermal resistance in the process of pressing.

このため、ワークの塑性変形解析とワーク及び金型間の熱伝導解析とを連成させる必要がなく、熱伝解析における計算の時間刻み幅を、塑性変形解析の微小な時間刻み幅に合わせる必要がないことから、比較的大きな時間刻みで熱移動の計算を行うことができ、シミュレーションに要する演算量及び総計算時間を短縮することができる。   For this reason, it is not necessary to couple the plastic deformation analysis of the workpiece and the heat conduction analysis between the workpiece and the mold, and the time step size of the calculation in the heat transfer analysis must be matched to the minute time step size of the plastic deformation analysis. Therefore, heat transfer can be calculated in a relatively large time step, and the amount of calculation required for the simulation and the total calculation time can be reduced.

その結果、大規模なシステムを要することなく、比較的小規模のシステムでのシミュレーションが可能となり、シミュレーションに要するコスト及び工数を低減することができ、更に、設計変更等が生じても迅速にモデルを変更して再シミュレーションを実行するといった柔軟な対応が可能となる。   As a result, simulation with a relatively small system is possible without requiring a large-scale system, and the cost and man-hour required for simulation can be reduced. It is possible to flexibly cope with such a case that the re-simulation is executed after changing the above.

シミュレーション装置の基本構成図Basic configuration diagram of the simulation device 金型及びワークの例を示す説明図Explanatory drawing showing examples of molds and workpieces 接触熱抵抗を示す説明図Explanatory drawing showing contact thermal resistance 計算メッシュの例を示す説明図Explanatory drawing showing an example of calculation mesh 境界条件の設定例を示す説明図Explanatory drawing showing an example of setting boundary conditions 接触熱抵抗高さを示す説明図Explanatory drawing showing contact thermal resistance height シミュレーションプログラムのフローチャートSimulation program flowchart

符号の説明Explanation of symbols

1 シミュレーション装置
2 金型
3 上型
4 下型
5 鋼板
10 演算装置
10a モデル構築部
10b 属性設定部
10c 境界条件設定部
10d 熱移動量計算部
RPU,RPL 接触熱抵抗
qP 熱移動量(鋼板)
qU 熱移動量(上型)
qL 熱移動量(下型)
Δt 計算の時間刻み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Simulation apparatus 2 Mold 3 Upper mold 4 Lower mold 5 Steel plate 10 Arithmetic unit 10a Model construction unit 10b Attribute setting unit 10c Boundary condition setting unit 10d Heat transfer amount calculation unit RPU, RPL Contact heat resistance qP Heat transfer amount (steel plate)
qU Heat transfer (upper mold)
qL Heat transfer (bottom mold)
Δt time increment

Claims (12)

加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションする金型温度のシミュレーション方法において、
上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、
上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、
上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップと
を備えることを特徴とする金型温度のシミュレーション方法。
In the mold temperature simulation method for simulating the mold temperature when pressing a heated workpiece with a mold,
Model building step that divides the shape data of the workpiece and the mold into a plurality of elements and builds an analysis model for heat transfer calculation assuming a state where the workpiece is plastically deformed into a product shape and pressed and held. When,
A boundary condition setting step for setting a thermal boundary condition corresponding to the boundary surface of the workpiece and the mold in the analysis model;
The temperature distribution of the mold calculated from the thermal boundary condition is used as an initial state to calculate the heat transfer amount of the workpiece and the mold in a predetermined time interval. A heat transfer amount calculating step for calculating a heat transfer amount of the work and the mold based on a contact thermal resistance set between the mold and the plastic deformation analysis of the work. Mold temperature simulation method.
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、周囲雰囲気への対流放熱に基づいて設定することを特徴とする請求項1記載の金型温度のシミュレーション方法。
In the boundary condition setting step,
2. The mold temperature simulation method according to claim 1, wherein the thermal boundary condition is set based on convective heat radiation to the surrounding atmosphere.
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、上記金型を冷却する冷却液への対流放熱を更に考慮して設定することを特徴とする請求項2記載の金型温度のシミュレーション方法。
In the boundary condition setting step,
3. The mold temperature simulation method according to claim 2, wherein the thermal boundary condition is set in consideration of convection heat radiation to a cooling liquid for cooling the mold.
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記接触熱抵抗を時間によって変化させることを特徴とする請求項1〜3の何れか一に記載の金型温度のシミュレーション方法。
In the heat transfer amount calculation step,
4. The mold temperature simulation method according to claim 1, wherein the contact thermal resistance is changed with time.
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記ワークを製品形状にプレス成形した後に上記金型から上記ワークを上記金型から取り出す工程に相当する段階での熱移動量計算を終了したとき、この熱移動量計算による温度分布状態で上記初期状態を更新し、設定されたサイクル数だけ上記熱移動量計算ステップを繰返すことを特徴とする請求項1〜4の何れか一に記載の金型温度のシミュレーション方法。
In the heat transfer amount calculation step,
When the heat transfer amount calculation at the stage corresponding to the step of taking out the work from the mold after the work is press-molded into a product shape is completed, the initial temperature is calculated in the temperature distribution state by the heat transfer amount calculation. 5. The mold temperature simulation method according to claim 1, wherein the state is updated and the heat transfer amount calculation step is repeated for the set number of cycles.
更に、上記熱移動量計算ステップで計算した熱移動量に基づく上記金型内部の温度分布を可視化処理するポスト処理ステップを備えたことを特徴とする請求項1〜5の何れか一に記載の金型温度のシミュレーション方法。   The post-processing step of visualizing the temperature distribution inside the mold based on the heat transfer amount calculated in the heat transfer amount calculation step is further provided. Mold temperature simulation method. 加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションするコンピュータが実行可能な金型温度のシミュレーションプログラムにおいて、
上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、
上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、
上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップと
を備えることを特徴とする金型温度のシミュレーションプログラム。
In a mold temperature simulation program that can be executed by a computer that simulates the mold temperature when pressing a heated workpiece with a mold,
Model building step that divides the shape data of the workpiece and the mold into a plurality of elements and builds an analysis model for heat transfer calculation assuming a state where the workpiece is plastically deformed into a product shape and pressed and held. When,
A boundary condition setting step for setting a thermal boundary condition corresponding to the boundary surface of the workpiece and the mold in the analysis model;
The temperature distribution of the mold calculated from the thermal boundary condition is used as an initial state to calculate the heat transfer amount of the workpiece and the mold in a predetermined time interval. A heat transfer amount calculating step for calculating a heat transfer amount of the work and the mold based on a contact thermal resistance set between the mold and the plastic deformation analysis of the work. Mold temperature simulation program.
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、周囲雰囲気への対流放熱に基づいて設定することを特徴とする請求項7記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
In the boundary condition setting step,
8. The mold temperature simulation program according to claim 7, wherein the thermal boundary condition is set based on convective heat radiation to the surrounding atmosphere.
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、上記金型を冷却する冷却液への対流放熱を更に考慮して設定することを特徴とする請求項8記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
In the boundary condition setting step,
9. The mold temperature simulation program according to claim 8, wherein the thermal boundary condition is set in consideration of convective heat radiation to a cooling liquid for cooling the mold.
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記接触熱抵抗を時間によって変化させることを特徴とする請求項7〜9の何れか一に記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
In the heat transfer amount calculation step,
10. The mold temperature simulation program according to claim 7, wherein the contact thermal resistance is changed with time.
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記ワークを製品形状にプレス成形した後に上記金型から上記ワークを上記金型から取り出す工程に相当する段階での熱移動量計算を終了したとき、この熱移動量計算による温度分布状態で上記初期状態を更新し、設定されたサイクル数だけ上記熱移動量計算ステップを繰返すことを特徴とする請求項7〜10の何れか一に記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
In the heat transfer amount calculation step,
When the heat transfer amount calculation at the stage corresponding to the step of taking out the work from the mold after the work is press-molded into a product shape is completed, the initial temperature is calculated in the temperature distribution state by the heat transfer amount calculation. 11. The mold temperature simulation program according to claim 7, wherein the state is updated and the heat transfer amount calculation step is repeated for a set number of cycles.
更に、上記熱移動量計算ステップで計算した熱移動量に基づく上記金型内部の温度分布を可視化処理するポスト処理ステップを備えたことを特徴とする請求項7〜11の何れか一に記載の金型温度のシミュレーションプログラム。   The post processing step for visualizing the temperature distribution inside the mold based on the heat transfer amount calculated in the heat transfer amount calculation step is further provided. Mold temperature simulation program.
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Cited By (1)

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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466817C1 (en) * 2009-01-23 2012-11-20 Фукаи Сеисакусё Ко., Лтд. Method of extruding steel plate
JP5445204B2 (en) * 2009-02-16 2014-03-19 新日鐵住金株式会社 Boundary condition setting method for hot press forming simulation
JP5505014B2 (en) * 2010-03-24 2014-05-28 Jfeスチール株式会社 Strength prediction method and strength control method for hot press molded products
JP5920246B2 (en) * 2012-03-06 2016-05-18 Jfeスチール株式会社 Warm press forming method
EP2839896B1 (en) 2012-04-16 2017-11-22 JFE Steel Corporation Method for preparing forming limit diagram in press forming, method for predicting crack and method of producing press parts
KR101387332B1 (en) * 2012-05-10 2014-04-21 (주)포스코 Hotpressforming mold with rapid cooling function and cooling method thereof
CN103559334B (en) * 2013-10-15 2017-01-18 华中科技大学 Modeling method and system for temperature field in laminar cooling
KR102139949B1 (en) * 2018-11-23 2020-08-03 주식회사전우정밀 Method and Apparatus for Closing Pipe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3023969B2 (en) * 1990-05-02 2000-03-21 株式会社豊田中央研究所 Method for analyzing temperature of cooling / heating cycle structure and design apparatus for mold apparatus system
JP4696345B2 (en) * 2000-09-11 2011-06-08 日産自動車株式会社 Distance block placement method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016163907A (en) * 2014-12-03 2016-09-08 新日鐵住金株式会社 Analysis method for hot stamp formation, determination method, analyzer and program

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