JP5947194B2 - 成形シミュレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形のシミュレーションを行う成形シミュレーションシステムに関する。

自動車のボディ等を成形する場合、プレス加工装置を用いて使用部位に応じた形状にプレス成形することが一般的に行われている。プレス成形では、成形速度やしわ抑え力等の成形条件に応じて、成形時に割れやしわ等の形状不良が発生してしまうため、近年では、シミュレーション装置を用いて予め好適な成形条件を取得することとしている。
このようなシミュレーション装置として、特許文献１には、プレス成形のシミュレーションを行うとともに、シミュレーション結果に形状不良が発生している場合にシミュレーションに用いたパラメータを自動的に修正する装置が記載されている。

特開２００１−７６０２２号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、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、パラメータの修正と成形シミュレーションとを繰り返し行う必要がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、シミュレーション結果に形状不良が発生した場合のパラメータの修正量を簡易に取得可能な成形シミュレーションシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の成形シミュレーションシステムは、入力されたパラメータに基づいてプレス成形のシミュレーションを実行し、実行結果としての成形モデル（例えば、後述の成形モデルＭ）を生成するシミュレーション装置（例えば、後述のシミュレーション装置２）と、前記シミュレーション装置によって生成された前記成形モデルの任意の部位（例えば、後述の調整候補部位）であってプレス成形時に形状不良が発生したか否かの判定を要する部位である調整候補部位のうち形状不良が発生したと判定される調整部位を特定する調整部位特定手段（例えば、後述の調整部位特定手段３２１）と、前記調整部位特定手段により特定された前記調整部位の目標値と実測値との乖離度を算出する乖離度算出手段（例えば、後述の乖離度算出手段３２２）と、前記成形モデルの任意の位置又はプレス成形を行う金型モデルの任意の位置（例えば、後述の原因部位）から、前記調整候補部位に形状不良が発生した場合の原因となる部位のうち前記調整部位に対応付けられた原因部位を特定すると共に前記調整候補部位毎の基準値を設定する原因部位特定手段（例えば、後述の原因部位特定手段３３１）と、前記原因部位の基準値、前記原因部位のパラメータ、及び前記乖離度に基づいて、前記原因部位のパラメータの修正量を算出する修正量算出手段（例えば、後述の修正量算出手段）と、を備えることを特徴とする。

このような成形シミュレーションシステムによれば、シミュレーション装置により生成された成形モデルの任意の部位において、シミュレーション結果（実測値）が目標値と乖離する場合、当該部位が調整部位として特定されるとともに、当該調整部位に対応する成形モデルの任意の位置又はプレス成形を行う金型モデルの任意の位置が原因部位として特定される。また、成形シミュレーションシステムでは、調整部位の実測値と目標値との乖離度に基づいて、原因部位のパラメータの修正量を算出する。
これにより、シミュレーション結果に形状不良が発生した場合に、その原因となった部位を特定できるとともに、当該原因部位に対するパラメータの修正量を簡易に取得することができる。その結果、形状不良が発生した際のパラメータを容易に修正することができ、パラメータの修正と成形シミュレーションとを繰り返し行うことがない。

本発明によれば、シミュレーション結果に形状不良が発生した場合のパラメータの修正量を簡易に取得することができる。

本発明の一実施形態に係る成形シミュレーションシステムの機能的構成を示すブロック図である。 調整部位データベース及び原因部位データベースのデータ構造の一例を示す図である。 一般的なプレス加工装置の概略構成を示す図である。 プレス加工装置により成形される成形モデルの概略構成を示す図である。 上記実施形態の成形シミュレーションシステムの動作の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の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成形シミュレーションシステム１の機能的構成を示すブロック図である。
成形シミュレーションシステム１は、シミュレーション装置２と、成形モデル調整装置３と、を含んで構成される。なお、シミュレーション装置２と、成形モデル調整装置３とは、それぞれ個別の端末装置により構成することとしてもよく、シミュレーション装置２が実行する機能と成形モデル調整装置３が実行する機能との２つの機能を有する１つの端末装置により構成することとしてもよい。また、端末装置としては、制御部（ＣＰＵ）、記憶部（メモリ、ストレージ）、入力部、表示部等を含んで構成される一般的なコンピュータを用いることができる。

シミュレーション装置２は、入力されたパラメータを成形条件として成形シミュレーション（ＣＡＥ解析）を行い、シミュレーション結果としての成形モデルを生成する。このようなシミュレーション装置２としては、既に公知の装置を用いることができる。

成形モデル調整装置３は、記憶部３１と、調整部位処理部３２と、原因部位処理部３３と、を含んで構成され、シミュレーション装置２が生成した成形モデルに形状不良が存在する場合に、成形条件としてのパラメータを修正する。なお、調整部位処理部３２と原因部位処理部３３とは、記憶部３１に記憶されたプログラムに従い動作する制御部の一機能である。

記憶部３１は、調整部位データベース３１１と、原因部位データベース３１２と、を含んで構成される。

調整部位データベース３１１は、図２（１）に示すように調整候補部位に対応付けて、目標値及び原因部位が設定されている。調整候補部位とは、プレス成形時に形状不良が発生したか否かの判定を要する部位であり、原因部位とは、調整候補部位に形状不良が発生した場合の原因となる部位である。基本的には、調整候補部位は、シミュレーション装置２により生成された成形モデルの任意の部位が該当し、原因部位は、シミュレーション時にパラメータ入力した部位が該当する。なお、調整候補部位及び原因部位については、図３，４で後述する。また、目標値とは、調整候補部位の理想的なパラメータを示し、調整候補部位に形状不良が発生しているか判定する際に用いられる。

原因部位データベース３１２は、図２（２）に示すように原因部位に対応付けて、調整候補部位毎の基準値を設定する。ここで、基準値は、対応する調整候補部位のみが理想的な値（目標値）となる場合における、原因部位のパラメータである。図２（２）を参照すると、原因部位「Ｚ００１」は、調整候補部位「Ａ００１」のみを目標値と一致させると考えた場合には、単位面積当たりに１０ｋｇｆ（基準値）をパラメータとしてシミュレーション装置２に与えればよいことが分かる。
実際には、他の要素とのバランスを考慮しながら原因部位のパラメータを設定しなければならないため、一般的にシミュレーション時には、原因部位のパラメータが基準値に設定されることはない。

ここで、図３，４を参照して、調整候補部位及び原因部位について説明する。図３は、一般的なプレス加工装置５００の概略構成を示す図であり、図４は、プレス加工装置５００により成形される成形モデルＭの概略構成を示す図である。
図３を参照して、プレス加工装置５００は、いわゆるサーボプレス機であり、ワークとしての鋼板５４０の下側に配置された下型５２１を有する下型機構５２０と、下型５２１に対して上型５３１を接近、離隔させる上型機構５３０と、これら下型機構５２０及び上型機構５３０を制御する制御装置５１０と、を含んで構成される。

下型５２１は、固定台の上側に設けられており、上型５１とともに鋼板５４０を挟んでプレス加工する。この下型５２１の上面には、鋼板５４０の下面に当接するための型面５２１ａが設けられている。
また、下型５２１の周囲には、鋼板５４０の周辺部を支持する環状のブランクホルダ５２３が設けられている。ブランクホルダ５２３は、上型５３１に設けられたホルダ５３３と対向する位置に設けられ、鋼板５４０をプレスする際にしわの発生及び位置ずれ等を防止するために、該ホルダ５３３とともに鋼板５４０の端部を挟持する。

上型５３１は、下型５２１とともに鋼板５４０を挟んでプレス加工するものであって、下面に鋼板５４０の上面に当接するための型面５３１ａが設けられている。この型面５３１ａは、凹んだ曲面となっており、上型５３１の周辺には、環状のホルダ５３３が形成される。ホルダ５３３の先端面は水平であり、また、型面５３１ａよりもやや突出しているため鋼板５４０に対して型面５３１ａよりも先行して当接することになる。

このようなプレス加工装置５００では、制御装置５１０は、サーボモータを回転駆動して上型５３１を下降させる。上型５３１がある程度加工すると、ホルダ５３３が鋼板５４０の上面に接触し、該鋼板５４０はブランクホルダ５２３とホルダ５３３とにより挟持される。
その後、制御装置５１０の作用下にブランクホルダ５２３が鋼板５４０の下面を押圧気味となるように適度な力を発生させた状態で、ブランクホルダ５２３を押し下げる。これにより、鋼板５４０はブランクホルダ５２３とホルダ５３３とによって周辺部を挟持されながら下降し、次第に上型５３１と下型５２１によってプレスされ、図４に示す成形モデルＭが成形されることになる。

このようなプレス加工をシミュレーションする場合、例えば、金型（型面５２１ａ、５３１ａ）の形状、ブランクホルダ５２３とホルダ５３３とによる挟持力（しわ抑え力）、鋼板５４０の材料特性値等のパラメータが成形条件として入力されることになる。本実施形態では、シミュレーション時にパラメータ入力される対象を原因部位として設定する。一例として原因部位「Ｚ００１」は、成形モデルＭのフランジ部であり、ブランクホルダ５２３とホルダ５３３とによる挟持力（しわ抑え力）がパラメータとして入力される。
なお、原因部位の設定は、これに限られるものではなく、例えば、鋼板５４０をブランクホルダ５２３上に投入した際の鋼板５４０のたわみ具合等のように成形プロセス中の所定のタイミングにおける鋼板５４０の形状や鋼板５４０と金型との関係等を原因部位及び原因部位のパラメータとして設定することとしてもよい。すなわち、鋼板５４０をブランクホルダ５２３上に投入した際の鋼板５４０のたわみ具合に着目する場合には、鋼板５４０の任意の部位が原因部位として設定され、鋼板５４０のたわみ具合が原因部位のパラメータとして設定される。
また、プレス加工の結果、成形モデルＭが成形されることになるが、この成形モデルＭの上面や側面等の任意の部位の厚み、上面と側面との成す角度等により成形モデルＭの形状不良が発生することになる。本実施形態では、このような形状不良が発生する可能性のある部位を調整候補部位として設定する。一例として、調整候補部位「Ａ００１」は、成形モデルＭの上面であり、その厚みに基づいて形状不良が発生したか否かが判定される。

図１に戻り、調整部位処理部３２は、調整部位特定手段３２１と、乖離度算出手段３２２と、を含んで構成され、生成された成形モデルの調整候補部位の中から形状不良箇所である調整部位、及びその不良程度（乖離度）を特定する。

調整部位特定手段３２１は、複数の調整候補部位から調整部位を特定する。なお、調整部位の特定は、生成された成形モデルの任意の部位における目標値及び実測値に基づいて行うこととしてもよく、また、オペレータが任意の部位を選択することにより行うこととしてもよい。
目標値及び実測値に基づく調整部位の特定では、調整部位特定手段３２１は、シミュレーション装置２により生成された成形モデルから、当該成形モデルに含まれる調整候補部位の実測値をそれぞれ取得し、調整部位データベース３１１に記憶された目標値と比較する。そして、調整部位特定手段３２１は、調整候補部位のうちこの比較結果が所定以上乖離する部位を調整部位として特定する。なお、判定結果として用いる閾値は、調整部位毎に異なる値とすることが好ましい。
また、オペレータによる調整部位の特定では、調整部位特定手段３２１は、シミュレーション装置２により生成された成形モデルをオペレータに向けて表示するとともに、オペレータからの入力を受け付けることで調整部位を特定する。

また、乖離度算出手段３２２は、調整部位特定手段３２１により特定された調整部位の目標値と実測値との乖離度を算出する。乖離度の算出は、任意に行うことができ、最も簡易な方法としては、乖離度（％）＝（目標値−実測値）／目標値×１００％、により算出することができる。

原因部位処理部３３は、原因部位特定手段３３１と、修正量算出手段３３２と、を含んで構成され、形状不良が発生した原因となる原因部位を特定し、この原因部位のパラメータを修正する修正量を算出する。

原因部位特定手段３３１は、調整部位データベース３１１を参照して、調整部位特定手段３２１により特定された調整部位に対応付けられた原因部位を特定する。図２（１）を参照して、調整候補部位「Ａ００１」が調整部位として特定された場合には、原因部位特定手段３３１は、「Ｚ００１」を原因部位として特定する。
なお、図２（１）では、調整候補部位に対して１つの原因部位を対応付けることとしているが、調整候補部位に対して複数の原因部位を対応付けることとしてもよい。この場合、原因部位特定手段３３１は、調整部位に対応する原因部位として複数の原因部位を特定することとしてもよく、複数の原因部位のうち１の原因部位のみを特定することとしてもよい。１の原因部位のみの特定は、優先順位に基づいて１の原因部位を特定することとしてもよく、また、調整部位の乖離度に基づいて１の原因部位を特定することとしてもよく、また、他の調整部位との関係から１の原因部位を特定することとしてもよく、その他任意の方法により行うこととしてもよい。

修正量算出手段３３２は、原因部位データベース３１２に設定された原因部位の基準値、原因部位のパラメータ、及び調整部位の乖離度に基づいて、原因部位のパラメータの修正量を算出する。修正量の算出は、任意に行うことができ、最も簡易な方法としては、修正量＝（基準値−パラメータ）×乖離度、により算出することができる。
修正量算出手段３３２により算出された修正量は、シミュレーション装置２に供給され、この修正量に基づき修正されたパラメータに従い、シミュレーション装置２によるシミュレーションが再度行われる。

続いて、図５を参照して、成形シミュレーションシステム１の動作について説明する。図５は、成形シミュレーションシステム１の動作の流れを示すフローチャートである。

初めに、成形シミュレーションシステム１のシミュレーション装置２は、入力されたパラメータに従いプレス加工のシミュレーションを実行し（ステップＳＴ１）、実行結果としての成形モデルＭを生成する。一例として、図３に示す凹状の上型５３１と凸状の下型５２１とを用いてプレス加工のシミュレーションを実行した場合には、図４に示す円錐台状の成形モデルＭが生成される。
シミュレーション装置２が成形モデルＭを生成すると、成形モデル調整装置３は、生成された成形モデルＭ、より詳細には成形モデルＭを構成する数値データ（実測値）を取得する（ステップＳＴ２）。

続いて、成形モデル調整装置３の調整部位特定手段３２１は、予め設定された調整候補部位毎に、ステップＳＴ２で取得した数値データ（実測値）と目標値とを比較し（ステップＳＴ３）、当該調整候補部位の調整が必要であるか否か、すなわち当該調整候補部位が調整部位であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。
ここで、図４に示す成形モデルＭにおいて、調整候補部位「Ａ００１」の実測値が０．５ｍｍである場合、目標値（１ｍｍ）とは０．５ｍｍ乖離する。本実施形態では、調整候補部位「Ａ００１」における０．５ｍｍの乖離は、所定以上乖離するものとし、このような場合には調整候補部位「Ａ００１」を調整部位として特定することとする。
ステップＳＴ４において調整候補部位の全てが調整不要と判定されると、成形モデル調整装置３は処理を終了する一方で、調整候補部位の中に調整が必要な部位があると判定されると、ステップＳＴ５の処理に移る。

続いて、成形モデル調整装置３の乖離度算出手段３２２は、ステップＳＴ４で調整が必要として特定した調整部位の実測値と目標値との乖離度を算出する（ステップＳＴ５）。
例えば、調整候補部位「Ａ００１」の実測値が０．５ｍｍである場合、乖離度は、５０％（＝（１−０．５）／１×１００％）となる。

続いて、成形モデル調整装置３の原因部位特定手段３３１は、調整部位に対応する原因部位を特定する。
図２（１）を参照して、調整候補部位「Ａ００１」に対応付けられた原因部位は「Ｚ００１」であるため、原因部位特定手段３３１は、調整部位「Ａ００１」に対応する原因部位として「Ｚ００１」を特定する。なお、原因部位「Ｚ００１」は、例えば、成形モデルＭのフランジ部であり、シミュレーション時には、しわ抑え力がパラメータとして入力される。

続いて、成形モデル調整装置３の修正量算出手段３３２は、原因部位の基準値、当該原因部位にシミュレーション時に設定されたパラメータ、及びステップＳＴ５で算出した乖離度に基づいて修正量を算出するとともに（ステップＳＴ７）、算出した修正量を出力し（ステップＳＴ８）、処理を終了する。
例えば、原因部位「Ｚ００１」に単位面積当たり７ｋｇｆのパラメータが設定されていた場合には、修正量として１．５ｋｇｆ（＝（１０ｋｇｆ−７ｋｇｆ）×５０％）が算出されることになる。このように算出された修正量（１．５ｋｇｆ）に基づいて、原因部位「Ｚ００１」のパラメータが７ｋｇｆから８．５ｋｇｆに変更される。

以上、本発明の成形シミュレーションシステム１の実施形態について説明した。このような成形シミュレーションシステム１によれば、調整候補部位毎に原因部位を予め設定しておくため、実測値が目標値と乖離し調整が必要な場合に乖離の原因となる原因部位を容易に特定できる。また、調整部位の実測値と目標値との乖離度に基づいて、原因部位に入力したパラメータの修正量を取得するため、修正量を簡易に取得することができる。これにより、ユーザは、シミュレーション結果に形状不良が発生した場合に、その原因を除外するための目安となる情報を得ることができ、パラメータの修正と成形シミュレーションとを繰り返す必要がなくなる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

１…成形シミュレーションシステム
２…シミュレーション装置
３…成形モデル調整装置
３１…記憶部
３１１…調整部位データベース
３１２…原因部位データベース
３２…調整部位処理部
３２１…調整部位特定手段
３２２…乖離度算出手段
３３…原因部位処理部
３３１…原因部位特定手段
３３２…修正量算出手段

Claims (1)

1. プレス成形の成形シミュレーションシステムにおいて、
   入力されたパラメータに基づいてプレス成形のシミュレーションを実行し、実行結果としての成形モデルを生成するシミュレーション装置と、
   前記シミュレーション装置によって生成された前記成形モデルの任意の部位であってプレス成形時に形状不良が発生したか否かの判定を要する部位である調整候補部位のうち形状不良が発生したと判定される調整部位を特定する調整部位特定手段と、
   前記調整部位特定手段により特定された前記調整部位の目標値と実測値との乖離度を算出する乖離度算出手段と、
   前記成形モデルの任意の位置又はプレス成形を行う金型モデルの任意の位置から、前記調整候補部位に形状不良が発生した場合の原因となる部位のうち前記調整部位に対応付けられた原因部位を特定すると共に前記調整候補部位毎の基準値を設定する原因部位特定手段と、
   前記原因部位の基準値、前記原因部位のパラメータ、及び前記乖離度に基づいて、前記原因部位のパラメータの修正量を算出する修正量算出手段と、
   を備えることを特徴とする成形シミュレーションシステム。

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