JP5911466B2 - プレス成形におけるドローモデル判定方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形シミュレーション結果のドローモデル反映方法に関する。詳しくは、プレス成形シミュレーション結果を、ドローモデル形状を定義するための断面形状に迅速に反映する方法に関する。

自動車のアウタパネルやルーフパネル等のパネル製品は、所望の製品形状をかたどった金型で一の板材を加圧してプレス成形品を成形し、このプレス成形品から製品部分を切り取った後、縁部を曲げてフランジ部を形成したり、ボルトが挿通する孔を空けたりすることにより形成される。このようなパネルの製造工程に先立ち、プレス成形品のドローモデルの設計が行われる。

このようなドローモデルの設計は、従来より、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムが用いられるが、近年では、このＣＡＤによる設計と連携して、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）によるモデル形状の評価を行い、設計されたモデル形状が実際にプレス加工可能であるかを確認することとしている（特許文献１〜３参照）。

例えば、特許文献１に示されたシステムでは、先ず、ＣＡＤにより、ドローモデルを立体形状の面として設計する。具体的には、面を記述する面データを生成する。次に、この面データをＣＡＥに受け渡して、ＣＡＥにより、ドローモデルの形状を分割し、面データを有限要素メッシュデータに変換する。次に、このメッシュデータに基づいてプレス加工により成形品に生じる歪みや板厚の減少等を解析する。このように、ＣＡＤとＣＡＥとを連携してドローモデルの設計を行うことにより、成形品に皺や破断が発生するおそれのないドローモデルを設計できる。

特許文献２には、製品形状を有限要素分割した解析モデルを、平面形状に展開したときの各節点の展開方向の直線変位量及び各節点の法線ベクトルの向きを展開方向に一致させるのに要する回転変位量を計算し、各要素の変形を分割された複数の直線分割変位量及び回転分割変位量により複数ステップに分けて解析し、各要素の状態を製品形状に反映させることが記載されている。

また、特許文献３には、割れや皺といった形状不良が生じやすいプレス成形品のコーナー部近傍の設計形状にしたがって近似された円錐台形状のモデルを作成し、そのモデルに形状不良が発生するか否かをＦＥＭ解析によるシミュレーションで予測し、形状不良の発生が予測された場合には、発生しなくなる方向にプレス成形品の成形条件を変更するという手順を繰り返す設計方法が記載されている。

特開平７−２００６４０号公報 特開２００４−１４８３８１号公報 特開２００１−７６０２２号公報

しかしながら、特許文献１に示されたシステムでは、プレス成形品の品質をさらに向上させるためには、ＣＡＥの解析により良好な結果が得られるまで、ＣＡＤによる修正とＣＡＥによる解析とを繰り返す必要がある。つまり、ＣＡＤによる面データの修正と、この修正された面データのメッシュデータへの変換と、変換されたメッシュデータに基づく成形解析とを繰り返す必要がある。特にここで、ＣＡＤによる面データの修正や、この面データのメッシュデータへの変換には時間がかかるため、プレス成形品の品質をさらに向上させるためには、膨大な時間がかかってしまう場合がある。

特許文献２のシステムは、ＣＡＥ解析結果からドローモデルの３Ｄ形状を自動変形させており、スプリングバック等の成形見込みに用いられているが、見込み等微少変形を目的としており、断面のタテ壁角度やフィレットＲの変更等、大幅な変形には対応できない。

特許文献３の装置でも、形状不良が発生した場合にパラメータの修正量を正確に把握することができず、かつ、パラメータが多くパラメータの組合せ数が膨大化するため、最適条件の探索に膨大な計算時間がかかるとともに、複雑な形状には対応できない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、プレス成形品のドローモデル形状の修正作業において、ＣＡＥ解析結果を、ドローモデル形状を定義するための断面形状に、迅速に反映することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明のプレス成形におけるドローモデル判定方法は、演算装置が、モデル成形において、断面形状におけるスパンの変化率を算出し記憶する工程と、演算装置が、プレス成形シミュレーション結果から板厚減少率を算出し記憶する工程と、演算装置が、記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係に基づいて、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定する工程と、を含む。
ここでいう「スパン」とは、材料が変形される前後の断面形状におけるそれぞれの所定の長さ、線長又は経路長を指す。

本発明によれば、３次元モデルの断面形状におけるスパンの変化率と、成形シミュレーション結果から得られる板厚減少率の対応関係に基づいて、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定することができる。すなわち、断面形状におけるスパン変化率の算定値のみから板厚減少率を判定することができ、最適な３次元モデルを迅速に求めることができる。そして、当該断面形状に予測ロジックを組み込むことにより、断面形状の最適化作業の工数を大幅に削減することができる。また、断面形状を成立限界（亀裂等が発生する限界条件）まで近づけることができる。

前記記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係は、板厚減少率とスパン変化率の比である。

この発明によれば、板厚減少率とスパン変化率の比により、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定することができる。

前記記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係は、板厚減少率のピーク値と、材料移動量で補正された真のスパン変化率の比である。

この発明によれば、スパン変化率に材料移動のパラメータを導入することにより、断面形状の板厚減少率の判定をより正確なものとする。また、プレス成形シミュレーション結果から取得した板厚減少率のピーク値と、当該真のスパン変化率の比率を判定に用いることにより、計算手順や工程を複雑にすることなく精度の高い判定を可能にする。

前記真のスパン変化率は、スパンの成形前後の長さをそれぞれＬ０、Ｌ１、スパンの一方における流入量１をＭ０、他方における流入量２をＭ１とすると、Ｌ１／（Ｌ０＋Ｍ０＋Ｍ１）−１で表される。

前記真のスパン変化率は、スパンの成形前後のそれぞれの長さＬ０、Ｌ１、スパンの一方における流入量Ｍ０、他方における流入量Ｍ１から、Ｌ１／（Ｌ０＋Ｍ０＋Ｍ１）−１により得ることができる。

前記判定する工程は、成形されようとするモデルのピーク板厚減少率が所定範囲内であるかを判定する。

この発明によれば、成形されようとするモデルのピーク板厚減少率が所定範囲内であるか否かを判定することにより、適正かつ迅速な修正を行うことができる。

本発明は、プレス成形におけるドローモデル判定システムを提供する。当該判定システムは、モデル成形において、断面形状におけるスパンの変化率を算出し記憶するスパン変化率算出手段と、プレス成形シミュレーション結果から板厚減少率を算出し記憶する板厚減少率算出手段と、記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係に基づいて、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定する判定手段と、を含む。

本発明によれば、成形シミュレーション結果から、簡便な方法により成形されようとするモデルの板厚減少率を判定することができ、必要な成形シミュレーション回数を最小化することができる。

前記記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係は、板厚減少率とスパン変化率の比である。

この発明によれば、板厚減少率とスパン変化率の比により、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定することができる。

このようなプレス成形におけるドローモデル判定方法によれば、３次元モデルの断面形状におけるスパンの変化率と、成形シミュレーション結果から得られる板厚減少率の対応関係に基づいて、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定することができる。そして、当該断面形状に予測ロジックを組み込むことにより、断面形状の最適化作業の工数を削減することができる。すなわち、断面形状を成立限界（亀裂等が発生する限界条件）まで近づけることができる。
また、ＣＡＤ面をモデリングすることなく、成形モデルの適否を判定できるので、ＣＡＤ面のモデリングのやり直し工数を削減できる。さらに、ＣＡＥ解析を再実行することなく、成形モデルの適否を判定できるので、ＣＡＥ解析の実行工数及び計算時間を削減できる。

本発明の一実施形態に係るプレス成形シミュレーション結果のドローモデル反映方法を実現するシステムの構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係るＣＡＤ設計部により設計された３次元形状のモデルの一例を示す図である。 前記実施形態に係る方法において、初回のスパン変化率を求める手法の一例を示す概念図である。 前記実施形態に係る方法において、ＣＡＥ結果を反映したピーク比率を求める手法の一例を示す概念図である。 前記実施形態に係る方法において、修正後のスパン変化の一例を示す概念図である。 前記実施形態において、修正後の板厚減少率を予測する手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係る方法を用いて３次元モデルを設計する手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係る成形解析の結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプレス成形シミュレーション結果のドローモデル反映方法を実現するためのモデル設計システム１の構成を示すブロック図である。

モデル設計システム１は、作業者が各種データや指令を入力する入力装置４と、この入力装置４からの入力に応じて各種演算処理を実行する演算装置６と、画像を表示する表示装置２と、を含んで構成される。

表示装置２は、画像を表示可能なＣＲＴや液晶ディスプレイ等のハードウェアで構成される。この表示装置２の表示部には、演算装置６による処理結果として、例えば、ドローモデルの立体画像（図２参照）が表示される。

入力装置４は、作業者が操作可能なキーボードやマウス等のハードウェアで構成される。この入力装置４を操作することにより入力されたデータや指令は、演算装置６に入力される。作業者は、表示装置２の表示部を見つつ、入力装置４を操作することにより、ドローモデルの設計や、このモデルの成形解析等を行うことができる。

演算装置６は、モデル設計部としてのＣＡＤ設計部６１、モデル解析部としてのＣＡＥ解析部７１、及び各種データを記憶する記憶装置８１とを備える。ＣＡＥ解析部７１は、メッシュデータ生成部７２、成形解析部７４、及び結果判定部７６を含み、成形解析部７４は、スパン変化率算出部７７、板厚減少率算出部７８を備える。なお、これらＣＡＤ設計部６１、ＣＡＥ解析部７１及び記憶装置８１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等のハードウェアにより構成される。

ここで、「板厚減少率」とは、成形前の板厚に対する板厚が減少する率であり、ピーク板厚減少率とは、最も板厚が減少した部分の板厚減少率をいう。例えば、成形前の板厚が１００％であり、最も板厚が減少した部分において板厚が８０％にまで減少したとすると、ピーク板厚減少率は２０％（１００％−８０％＝２０％）であるというように表現される。

ＣＡＤ設計部６１は、入力装置４からの入力に応じて動作し、モデルの３次元形状を設計する。
図２は、このＣＡＤ設計部６１により設計された３次元形状のモデル９の一例を示す図である。図２において、モデル９は、製品部９１、製品部９１の周囲に形成された余肉部９３、この余肉部９３の周囲に形成されたダイフェース部９５を含む。
モデル９は、プレス成形品のドロー型モデルである。より具体的には、このモデル９は、自動車のサイドパネルである。なお、本実施形態では、このモデル９の製品部として自動車のサイドパネルを例に説明するが、本発明は、これに限るものではない。

図１に戻って、ＣＡＤ設計部６１は、予め定められた製品部の形状に関するデータに基づいて、この製品部の形状を設計する。当該形状データは、記憶装置８１の製品形状データベース８３に記憶されている。より具体的には、ＣＡＤ設計部６１は、モデルの面を記述する面データを生成し、上述の図２に示すようなサイドパネルのモデルを設計する。

ＣＡＥ解析部７１は、メッシュデータ生成部７２と、成形解析部７４と、結果判定部７６とを含んで構成される。これらメッシュデータ生成部７２、成形解析部７４及び結果判定部７６は、入力装置４からの入力に応じて動作するとともに、ＣＡＤ設計部６１により設計されたモデルの成形解析を行う。より具体的には、ＣＡＥ解析部７１は、ＣＡＤ設計部６１により設計された断面形状パラメータデータにより再現されるモデルの成形解析を行う。

メッシュデータ生成部７２は、ＣＡＤ設計部６１により設計されたモデルの３次元形状を生成し、メッシュデータを生成する。また、このメッシュデータ生成部７２により生成されたメッシュデータは、記憶装置８１のメッシュデータ記憶部８４に記憶される。

成形解析部７４は、メッシュデータ生成部７２により生成されたメッシュデータに基づいて、ＣＡＤ設計部６１により設計されたモデルの成形解析を行う。より具体的には、成形解析部７４は、記憶装置８１のメッシュデータ記憶部８４に記憶されたメッシュデータを読み込み、このメッシュデータに基づいて、設計されたモデルをプレス成形品として板材から成形した場合における板材の変形のシミュレーションを行う。このシミュレーションは、例えば、周知の有限要素法により行われる。

スパン変化率算出部７７では、板材が変形される前後の板材のスパンの変化率が算出される。初回の成形前及び成形後のスパンは、ＣＡＤ工程及びＣＡＥ工程を経る前の製品形状データベース８３に格納された、製品形状データから得られる。成形前及び成形後のスパンは、板材の断面形状データから自動測定される。

これらの工程における、初回のモデル設計において、モデルの断面形状からスパン変化率を算定する場合は、次の式１が用いられる。すなわち、初回のスパン変化率は、成形前の材料形状スパンをＬ０、成形後の材料形状スパンをＬ１とした場合、初回の断面形状のスパン変化率Ｓｆは、下記式１により算出される。算出されたスパン変化率は記憶装置に初回のスパン変化率として記憶される。
［数１］

Ｓｆ＝Ｌ１（初回の成形前スパン）／Ｌ０（初回の成形後スパン）−１ ・・・式１

ここで、成形前の材料形状スパンＬ０及び成形後の材料形状スパンＬ１のデータは、予め定められた製品部の形状に関するデータから得られるもので、図３はその一例を示す。図３に示されるように、成形により凹形状又は凸形状が形成される領域の断面形状でみた長さにより得られる。対象となる断面形状はスパン変化率算出部において自動的に選択されるが、オペレータによる入力又は修正を可能とすることができる。

図３に点線で示された成形前のスパンＬ０に対応する直線は、成形後のスパンＬ１に対応する曲線の両側で接しており、２つの接点間の経路長がスパンとなる。すなわち、曲線の場合、スパンは、当該曲線を辿る経路の当該接点間の長さであり、前記スパン変化率算出部において自動的に算出される。スパンは、上記のように成形前及び成形後の２つの線の接点間の経路長で求められる。また、スパン変化率算出部は２つのスパンを自動的に算出するが、オペレータによる入力又は修正を可能とする、又は付加的に可能とする態様とすることも可能である。

スパンを求めるモデルの断面の切り方は、例えば窓部の上枠部のように曲面の稜線がほぼ一定している場合は、原則曲面の稜線に直角な面が採用されるが、稜線が分岐、合流する部分等、複雑な部分では、可能な範囲でより稜線に直角な面が採用される。
分析対象の断面については、窓部の上枠部のように同形状又はほぼ同形状の曲面が一定区間継続される構造の場合は算出間隔を広くし、逆によりコーナー部等、断面形状が変化する領域では短い間隔で算出するように設定される。断面形状の変化の大小に拘わらず、一定間隔で断面を選択することも可能である。

初回のモデル設計のＣＡＥ解析結果によってスパン変化率は補正され、２回目以降のモデル設計に用いられる。
板材が変形される前後のスパンをパラメータとして用いる場合、当該スパン内に流入し又は当該スパンから流出する材料移動量を考慮することにより、より精度の高いパラメータとすることができる。当該材料流入量及び材料流出量は、ＣＡＥ解析による板材の変形シミュレーションにより算出することができる。

初回のモデル解析では、製品形状データから得られる成形前のスパンＬ０及び成形後のスパンＬ１に、初回のＣＡＥ解析で求められる材料流入量又は材料流出量が導入されて、スパン変化率が補正される。
そして、２回目以降のモデル設計に際しては、当該材料流入量及び材料流出量により補正された後のスパン変化率が算出される。この補正されたスパン変化率をここでは真のスパン変化率と呼ぶ。

図４は、真のスパン変化率を説明する概念図である。図４の成形形状では、成型時に凹形状部分にその外側から材料が型に引っ張られて流入する。そのように流入された量は板厚の減少を緩和するように作用をし、板厚減少率（ピーク板厚減少率）を低下させる役割をする。そこで、本実施形態では、当該流入量又は抽出量によってスパン変化率を次の式のように補正する。図４において成形後の材料形状の左側の曲がり部における流入量１をＭ０、右側の曲がり部における流入量２をＭ１とすると、成形による変化前のスパンは上記成形前Ｌ０と流入量Ｍ０及び流入量Ｍ１の合算値と見ることができる。すなわち、流入量Ｍ０及びＭ１が成形前のスパンに加わることになるから、成形前のスパンはＬ０＋Ｍ０＋Ｍ１と見なすことができる。なお、材料流入量は長さに換算された例えば２ｍｍといった数値であり、平均的な伸びを前提としたものである。したがって、材料移動量を考慮した真のスパン変化率は下記式２で表すことができる。
［数２］

真のスパン変化率Ｓｇ＝Ｌ１／（Ｌ０＋Ｍ０＋Ｍ１）−１ ・・・式２

初回のスパン変化率として、材料移動量を導入しない式１によるＳｆを用いることもできるが、材料移動量を考慮することにより、より適切な修正モデルを得ることができる。
したがって、ここでは、材料移動量で補正された真のスパン変化率を用いることとし、その場合、初回の真のスパン変化率をＳｆｇ＝Ｌ１／（Ｌ０＋Ｍ０＋Ｍ１）−１により算出する。なお、板厚減少率は板厚が減少した率を表す数値であり、減少割合が大きいほど高い値である。
図５に示すように、修正後の断面形状のピーク板厚減少率を予測する場合にも、修正後の断面形状の真のスパン変化率が用いられる。修正後の成形前材料形状のスパンをＬ０’、修正後の成形後材料形状のスパンをＬ１’とすると、修正後の真のスパン変化率ＳｍｇはＳｍｇ＝Ｌ１’／（Ｌ０’＋Ｍ０＋Ｍ１）−１となる。

板厚減少率算出部７８では、成形後の複数の断面について、各断面形状の板厚の減少率が算出される。板厚減少率は、メッシュデータ生成部７２で生成されたメッシュデータによる板材の変形シミュレーションによって算出される。
板厚減少率が最も大きい部分は最も亀裂等が発生しやすい部分であり、この部分における板厚減少率をピーク板厚減少率Ｐと呼ぶことにする。これらの板厚減少率及びピーク板厚減少率は、メッシュデータに基づく板材の変形のシミュレーションにより求められる。

板厚減少率算出部７８では、さらに、修正後のスパン変化率から予測される板厚減少率も算出される。ここでスパン変化率と板厚減少率との関係について説明する。
成形後のスパンが大きく変化するとピーク板厚も大きく減少することから、スパン変化率とピーク板厚減少率とを比例関係にあるとみなし、その係数をｋとする。
さらに、当該係数ｋは、初回におけるスパン変化率とピーク板厚減少率との関係、及び、後述の、断面形状修正後におけるスパン変化率とピーク板厚減少率との関係、の両者において同一値であるとみなして、当該係数ｋが後述のピーク板厚減少率の予測に用いられる。

ここでは、板厚減少率の予測に真のスパン変化率を用いる。
初回のＣＡＥ解析により算出される真のスパン変化率とピーク板厚減少率の関係は下記式３で表される。
［数３］

Ｐｆ（初回のピーク板厚減少率）＝ｋ×Ｓｆｇ（初回の真のスパン変化率）・・・式３

ここで、Ｓｆｇ（初回の真のスパン変化率）は、初回の設計データ（上述の製品形状データ）及び初回のＣＡＥ解析の結果算出された材料移動量から算出され、Ｐｆ（初回のピーク板厚減少率）は、初回のＣＡＥ解析の結果求められることから、Ｓｆｇ及びＰｆから係数ｋを算出することができる。すなわち、係数ｋは、下記式４で算出される。
［数４］

係数ｋ＝Ｐｆ（初回のピーク板厚減少率）／Ｓｆｇ（初回の真のスパン変化率）
・・・式４

なお、板厚減少率は減少した率を表す数値であり、減少割合が大きいほど高い値である。ここで、係数ｋをピーク比率と呼ぶ。例えば、初回の真のスパン変化率が１５％、初回のピーク板厚減少率が２１％の場合、ｋ＝２１％／１５％＝１．４となる。

上記したように、当該係数ｋは、断面形状修正後における真のスパン変化率Ｓｍｇ（結果判定後に再設定されるもの）とピーク板厚減少率Ｐｍ（予測値）との比例係数でもあることから、修正後のピーク板厚減少率は下記式５で予測される。
［数５］

Ｐｍ（修正後のピーク板厚減少率）＝ｋ×Ｓｍｇ（修正後の真のスパン変化率）
・・・式５

この予測される修正後のピーク板厚減少率が所定値、例えば２０％を超えないようにモデル設計される。許容される板厚減少率の限界値は成形材料、目的とする品質レベル等に応じて設定することができる。

ここで、ピーク比率の意味について説明する。ピーク比率は、対象断面形状におけるピーク板厚減少率の出方を意味し、下記式６で与えられる。
［数６］

ｋ（ピーク比率）＝Ｐ（ピーク板厚減少率）／Ｄ（平均板厚減少率） ・・・式６

ここで、平均板厚減少率Ｄは、成形後の板厚減少率の平均値であり、したがって、ピーク比率は、平均の板厚減少率に対してピーク板厚減少率がどの程度の比率で離れているかを意味する。
平均板厚減少率Ｄは断面形状の各点における板厚減少率の平均値から求めることができるが、ここでは真のスパン変化率で代用する。すなわち、真のスパン変化率Ｓｆｇが大きければ、平均板厚減少率Ｄも同程度の比率で大きくなるものと類推できる。一例を挙げると、真のスパン変化率が２０％伸びれば、板厚が２０％減少すると仮定することができる。この考え方により、式６に代えて、式５を用いることとする。例えば、初回の真のスパン変化率Ｓｆｇが２０％、ピーク板厚減少率が２８％であれば、ｋ＝２８％／２０％＝１．４となる。

結果判定部７６は、成形解析部７４による成形解析の結果、設計された断面形状のピーク板厚減少率が、所定の値以上であるか否かを判定する。これにより、設計されたモデルの品質の良否が判定される。
より具体的には、このモデルの品質の良否の判定は、ピーク板厚減少率が所定の値（例えば２０％）未満であるか否かによって判定する。所定の値が、モデル設計のケースに応じて選択されることにより、少ない回数（例えば１回）の修正で適正範囲のモデルが迅速に得られる可能性がある。

記憶装置８１は、製品形状データベース８３、メッシュデータ記憶部８４、スパン変化率記憶部８５、及び板厚減少率記憶部８６を含んで構成され、各種データを記憶する。

製品形状データベース８３は、製品部の形状を示すデータを複数種類記憶する。
メッシュデータ記憶部８４、スパン変化率記憶部８５、及び板厚減少率記憶部８６はそれぞれ、ＣＡＤ解析部で生成されたメッシュデータ、スパン変化率、及び板厚減少率を記憶する。

モデル設計システム１を用いてモデルを設計するには、記憶装置８１の製品形状データベース８３から製品部の３次元形状を示すデータが読み込まれ、ＣＡＤ設計部においてモデルの立体形状が形成されるとともに、ＣＡＥ解析部においてモデル解析される。
解析されたモデルの品質が結果判定部７６において判定され、判定結果が良好である場合には終了し、良好でない場合はＣＡＤによる修正とＣＡＥ解析によるモデルの再設計が行われ、判定結果が良好になるまで、修正が繰り返される。

次に、モデル設計システム１を用いて、ＣＡＥ解析結果を、ドローモデル形状を定義するための断面形状に反映させる手順について説明する。
図６は、その手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、記憶装置８１の製品形状データベース８３から製品部の３次元形状を示すデータを読み込む。

ステップＳ２では、ドロー型モデルをＣＡＤ設計部において設計し、ステップＳ３に移る。また、このステップＳ２において設計された断面の形状に関するデータは、記憶装置８１の断面形状パラメータ記憶部に記憶される。

ステップＳ３では、ＣＡＥ解析部において初回の成形解析を実行し板材の変形のシミュレーションを実行する。より具体的には、ＣＡＤ設計部で設計されたモデルについてメッシュデータを生成し、メッシュデータに基づいて成形解析を行う。このメッシュデータは、メッシュデータ記憶部８４に記憶される。

ステップＳ４では、メッシュデータに基づいて板材の変形のシミュレーションを行い、複数の断面形状におけるスパン変化部における材料移動量を算定し、製品形状データから求められるスパン変化率に導入して真のスパン変化率を算出する。
ここでは、ピーク板厚減少率予測の精度向上のために、真のスパン変化率を用いているが、計算等簡単化のために、式１のスパン変化率を用いて、初回のピーク板厚減少率と当該スパン変化率の比率により、修正後のピーク板厚減少率を予測してもよい。その場合、スパン変化率はステップＳ１の段階で算出することができる。

ステップＳ５では、初回の変形シミュレーション結果に基づき、設計されたモデルの複数の断面形状について断面形状の各点における板厚変化率及びピーク板厚減少率を算出する。
図８は、成形解析の結果の一例を示す図であり、モデル１００の板厚変化率の分布を示す図である。図８では、成形解析の結果として、モデル１００を、板厚減少率が２％未満の領域１０１、１０５と、２％以上かつ２０％未満の領域１０３と、２０％以上の領域とに分けて示す。これにより、設計されたモデルのピーク板厚減少率が、例えば２０％を超えるかどうかでモデルの品質の良否が判定できる。

ステップＳ６では、ステップＳ４及びステップＳ５で算出された、初回の真のスパン変化率及びピーク板厚減少率より、ピーク比率ｋが算出される。
ステップＳ７では、修正後の断面形状について、修正後の真のスパン変化率及びピーク比率ｋから修正後のピーク板厚減少率が予測される。
計算等の簡単化のために、式１のスパン変化率を用いる場合は、初回のピーク板厚減少率と当該式１のスパン変化率の比率により、修正後の式１によるスパン変化率からピーク板厚減少率を予測値として算出することもできる。

以下に、本発明に係るプレス成形シミュレーション結果をドローモデルに反映させる手順、及び当該手順を用いてモデル設計する手順について説明する。
プレス成形シミュレーション結果をドローモデルに反映させる手順は、Ｓ４’、Ｓ６’及びＳ１０’〜Ｓ１５’に該当する。

ステップＳ１’では、記憶装置８１の製品形状データベース８３から製品部の３次元形状を示すデータを読み込み、初回の断面形状を設定し、ステップＳ２’に移る。

ステップＳ２’では、ＣＡＤ設計部６１において、上記の３次元形状データに基づいて３次元モデルが設計され、記憶される。
ステップＳ３’では、ＣＡＥ解析部７１において、初回のＣＡＥ解析が実行され、メッシュデータがメッシュデータ記憶部８４に記憶される。

ステップＳ４’では、初回のＣＡＥ解析により、初回の板厚減少率及びピーク板厚減少率Ｐｆが算出される。初回のＣＡＥ解析の結果、ピーク板厚減少率が所定範囲内であれば、適正と判断され、この時点でモデル設計は終了するが、このようなケースは希であるので、図７では判定ステップを省略している。殆どのケースではピーク板厚減少率がいずれかの場所で所定範囲を超えるので、ステップＳ５’でモデルの断面形状が修正され、再設計される。

ここで、ステップＳ５’において、モデル形状を修正する際に、修正後のモデル形状を適切なものに予測するための工程を説明する。この工程は、図７において、板厚減少率予測工程として示されているものである。
ステップＳ１０’は、初回の断面形状データ、すなわち製品形状データから得られるものであり、初回の断面形状を設定するステップＳ１’の後に実行される。
ステップＳ１０’では、各断面において成形により形成される凹形状又は凸形状が形成される区間が自動的に求められるとともに、成形前及び成形後の断面形状の接点間の長さの変化率、すなわち、初回のスパン変化率が算出される。このスパン変化率は、板材が平均的に伸びると仮定した場合の平均的な伸び率を意味する。
初回のスパン変化率は、式１が用いられて、スパン変化率Ｓｆ＝Ｌ１／Ｌ０−１で算出される。
ステップＳ１１’では、初回ピーク板厚減少率Ｐｆ算出結果から材料流入量又は材料流出量が算定され、ステップ１２’で、初回スパン変化率Ｓｆが、当該材料流入量又は材料流出量によりで補正され、初回の真のスパン変化率Ｓｆｇが算出される。

材料移動量を考慮した初回の真のスパン変化率は、式２によりＳｆｇ＝Ｌ１／（Ｌ０＋Ｍ０＋Ｍ１）−１で与えられる。
ここでは、初回のスパン変化率Ｓｆを材料移動量で補正した後、初回の真のスパン変化率Ｓｆｇを算出する手順で説明したが、初回の成形前スパンＬ０、成形後のスパンＬ１及び材料流入量Ｍ０、Ｍ１から、式２により、初回の真のスパン変化率が算出可能である。
算出された初回の真のスパン変化率は、スパン変化率記憶部８５に記憶される。

ステップＳ１３’では、初回のピーク板厚減少率及び真のスパン変化率から、ピーク比率ｋが算出される。すなわち、式４より、ｋ（ピーク比率）＝Ｐｆ（初回のピーク板厚減少率）／Ｓｆｇ（初回の真のスパン変化率）で算出される。

なお、板厚減少率は板厚が減少した率を表す数値であり、減少割合が大きいほど高い値である。例えば、真のスパン変化率は１０％伸びれば、板厚が１０％減少すると類推することができる。初回の真のスパン変化率Ｓｆｇが１５％、初回のピーク板厚減少率Ｐｆが２１％であれば、ピーク比率ｋ＝Ｐｆ／Ｓｆｇ＝２１％／１５％＝１．４となる。
ピーク比率ｋが求められたことにより、修正後の真のスパン変化率Ｓｍｇ及び当該ピーク比率ｋを用いて、修正後のピーク板厚減少率が予測される。

断面形状修正ステップＳ５’において、モデルの断面形状が修正される。修正された断面形状について、ステップＳ１４’で修正後のスパン変化率Ｓｍが算出され、さらに、ステップ１５’で修正後の真のスパン変化率Ｓｍｇが算出される。
修正後の真のスパン変化率Ｓｍｇは、式２を用いてＳｍｇ＝Ｌ１’／（Ｌ０‘＋Ｍ０＋Ｍ１）−１により算出される。なお、ステップＳ１５’を省略し、修正後のスパンＬ０、Ｌ１、材料流入量Ｍ０、Ｍ１から、修正後の真のスパン変化率を求めることができる。
断面形状の修正は、種々の方法による。例えば、ＣＡＥの結果求められた初回のピーク板厚減少率Ｐｆと、目的とする修正後のスパン等のパラメータをテーブル化しておき、自動的に求めることができる。

ステップＳ６’では、ステップＳ１５’で得られた修正後の真のスパン変化率Ｓｍｇ、ステップＳ１１’で得られた材料移動量Ｍ０，Ｍ１及びステップＳ１３’で得られたピーク比率ｋを用いて、修正後のピーク板厚減少率Ｐｍが算出される。
修正後のピーク板厚減少率は上述の式５を用いて、修正後のピーク板厚減少率Ｐｍ＝ピーク比率ｋ×修正後の真のスパン変化率Ｓｍｇにより算出することができる。
この算定式を用いて、予測される修正後のピーク板厚減少率が所定値、例えば２０％を超えないように、修正後の断面形状が自動的に選択され、スパン変化率が算定される。上述したようにｋ＝１．４のとき、修正後の真のスパン変化率が２０％であれば、Ｐｍ＝１．４×２０％＝２８％となり、２０％を超えることから、修正後の真のスパン変化率が再設定され、適切な値になるまで繰り返される。逆に、真のスパン変化率が１４％に抑えられれば、修正後のピーク板厚減少率Ｐｍ＝１．４×１４％＝１９．６％と予測される。
初回の板厚減少率、ピーク板厚減少率及び修正後の板厚減少率の予測値は、板厚減少率記憶部８６に記憶される。

ステップＳ７’では、ステップＳ６’で算出（予測）された修正後のピーク板厚減少率Ｐｍが要件の範囲内か否かを判定する。ステップＳ７’は、結果判定部７６において実現される。結果判定部７６では、予測されたピーク板厚減少率が、所定の値以上であるか否かが判定される。これにより、設計されたモデルの品質の良否が判定される。この判定結果がＮＯで再修正が必要な場合は、ステップＳ５’に戻り、再度、断面形状の修正が行われる。一方、この判定結果がＹＥＳで要件の範囲内であれば、ステップＳ８’に移る。
この結果判定部７６は、存在しなくてもよく、ピーク板厚減少率の予測値を出力表示して、オペレータに提供するのみでもよい。

ステップＳ８’では、初回のＣＡＤ設計と同様に、修正された断面形状データに基づいて、ＣＡＤ設計部でドローモデルの３次元形状が設計され、設計結果が記憶装置に記憶される。

ステップＳ９’では、初回のＣＡＥ解析と同様に、ＣＡＥ解析部において成形解析が実行され、解析結果が記憶装置に記憶され、終了する。

本発明は、上記実施形態で扱われたパラメータに対して、種々の改変が可能である。
例えば、上記実施形態では、スパン変化率及びピーク板厚減少率により予測を行っているが、ピーク板厚減少率に代えて平均板厚減少率を用いてもよい。
また、２回目の修正（初回のＣＡＥ解析後修正の、次の修正）におけるピーク比率は、初回のＣＡＥ解析で算出されたピーク比率を用いているが、１回目の修正後のＣＡＥ解析で算出されるピーク板厚減少率と真の板厚減少率の比率をピーク比率として、２回目のピーク板厚減少率を予測してもよい。

１ モデル設計システム
６ 演算装置
６１ ＣＡＤ設計部（モデル設定部）
７１ ＣＡＥ解析部（モデル解析部）
７２ メッシュデータ生成部
７４ 成形解析部
７６ 結果判定部
７７ スパン変化率算出部
７８ 板厚減少率算出部
８１ 記憶装置
８３ 製品形状ＤＢ
８４ メッシュデータ記憶部
８５ スパン変化率記憶部
８６ 板厚減少率記憶部

Claims (7)

1. プレス成形におけるドローモデル判定方法であって、
   演算装置が、モデル成形において、断面形状におけるスパンの変化率を算出し記憶する工程と、
   演算装置が、プレス成形シミュレーション結果から板厚減少率を算出し記憶する工程と、
   演算装置が、記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係に基づいて、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定する工程と、
   を含む、プレス成形におけるドローモデル判定方法。
2. 前記記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係は、板厚減少率とスパン変化率の比である、請求項１に記載のプレス成形におけるドローモデル判定方法。
3. 前記記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係は、板厚減少率のピーク値と、材料移動量で補正された真のスパン変化率の比である、請求項１に記載のプレス成形におけるドローモデル判定方法。
4. 前記真のスパン変化率が、スパンの成形前後の長さをそれぞれＬ０、Ｌ１、スパンの一方における流入量１をＭ０、他方における流入量２をＭ１とすると、Ｌ１／（Ｌ０＋Ｍ０＋Ｍ１）−１で表される、請求項３に記載のプレス成形におけるドローモデル判定方法。
5. 前記判定する工程が、成形されようとするモデルのピーク板厚減少率が所定範囲内であるかを判定する、請求項３又は４に記載のプレス成形におけるドローモデル判定方法。
6. プレス成形におけるドローモデル判定システムであって、
   モデル成形において、断面形状におけるスパンの変化率を算出し記憶するスパン変化率算出手段と、
   プレス成形シミュレーション結果から板厚減少率を算出し記憶する板厚減少率算出手段と、
   記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係に基づいて、成形されようとするモデルの板厚減少率が所定の値以上であるかを、プレス成形シミュレーションを実行することなく判定する判定手段と、
   を含む、プレス成形におけるドローモデル判定システム。
7. 前記記憶されたスパン変化率及び板厚減少率の対応関係は、板厚減少率とスパン変化率の比である、請求項６に記載のプレス成形におけるドローモデル判定システム。
   

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