JPH09220634A - 塑性加工実験シミュレーション装置 - Google Patents
塑性加工実験シミュレーション装置Info
- Publication number
- JPH09220634A JPH09220634A JP2751996A JP2751996A JPH09220634A JP H09220634 A JPH09220634 A JP H09220634A JP 2751996 A JP2751996 A JP 2751996A JP 2751996 A JP2751996 A JP 2751996A JP H09220634 A JPH09220634 A JP H09220634A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- deformation
- analysis
- plastic working
- displacement
- plastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 15
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 23
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000004264 Petrolatum Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229940066842 petrolatum Drugs 0.000 description 1
- 235000019271 petrolatum Nutrition 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 数値計算モデルが不要で、過去の経験や勘と
いった熟練度を必要とせずに、加工プロセス設計および
金型設計における主要検討項目を、任意に、また広範囲
に変えて、各段階ごとに、部分的にも解析できる塑性加
工のシミュレーション方法および装置を提供する。 【解決手段】 実金属あるいは実金属の変形特性に一致
させる方法により調質したプラスチシンモデルなどの材
料１６に塑性変形を与え、その変形に要した外力と材料
１６の変位を測定し、同時に、外力による変形過程の各
段階における材料に記された格子線１７の交点の変位を
測定して、変形過程の各段階における材料１６の逐次変
形による非定常変形解析を行うことにより解決する。
いった熟練度を必要とせずに、加工プロセス設計および
金型設計における主要検討項目を、任意に、また広範囲
に変えて、各段階ごとに、部分的にも解析できる塑性加
工のシミュレーション方法および装置を提供する。 【解決手段】 実金属あるいは実金属の変形特性に一致
させる方法により調質したプラスチシンモデルなどの材
料１６に塑性変形を与え、その変形に要した外力と材料
１６の変位を測定し、同時に、外力による変形過程の各
段階における材料に記された格子線１７の交点の変位を
測定して、変形過程の各段階における材料１６の逐次変
形による非定常変形解析を行うことにより解決する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、塑性加工の実験シ
ミュレーション装置に関する。特に、プレス加工、鍛造
加工の加工プロセス設計および金型設計ならびに欠陥対
策等の基礎データをシミュレーションにより取得するこ
とを目的とする。
ミュレーション装置に関する。特に、プレス加工、鍛造
加工の加工プロセス設計および金型設計ならびに欠陥対
策等の基礎データをシミュレーションにより取得するこ
とを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】従来、塑性加工による加工プロセス設計
および金型設計の評価・検討は次のように行われてい
る。まず、設計された製品に対して、加工材料および加
工設備を選定し、加工プロセスを設計する。次に、加工
プロセスに応じた金型設計を行う。それから、加工プロ
セスの妥当性と金型内の加工材料の流動性を把握するた
めに、金型を試作して、実際に製品を加工してみた結果
から、その良否を判断していた。しかし、この方法で
は、結果の良否の判断を熟練技術者の過去の経験や勘に
よることが多く、どこを改良すべきか客観的に判断する
ための数値的なデータが得られなかった。また、金型の
試作に手間と時間を要するために、否の判断が下された
場合、再度試作すると多大な手間と時間を要していた。
しかも、熟練技術者による試行錯誤の末、ようやく最適
化された結果を得ても、そのプロセスを体系化できずに
いた。
および金型設計の評価・検討は次のように行われてい
る。まず、設計された製品に対して、加工材料および加
工設備を選定し、加工プロセスを設計する。次に、加工
プロセスに応じた金型設計を行う。それから、加工プロ
セスの妥当性と金型内の加工材料の流動性を把握するた
めに、金型を試作して、実際に製品を加工してみた結果
から、その良否を判断していた。しかし、この方法で
は、結果の良否の判断を熟練技術者の過去の経験や勘に
よることが多く、どこを改良すべきか客観的に判断する
ための数値的なデータが得られなかった。また、金型の
試作に手間と時間を要するために、否の判断が下された
場合、再度試作すると多大な手間と時間を要していた。
しかも、熟練技術者による試行錯誤の末、ようやく最適
化された結果を得ても、そのプロセスを体系化できずに
いた。
【０００３】また、有限要素法での数値計算力学による
計算機シミュレーションによって、加工材の流動解析や
ひずみ分布解析を行って、設計の評価・検討を行う方法
もある。しかし、この方法では、加工前後での金型との
接触条件、摩擦条件、境界条件、材料の変形特性などを
一定であると仮定しているため、それらが時々刻々変化
して材料が変形していく状態を正確にはシミュレートで
きないばかりか、実現象と大きく異なる結果が得られる
場合もあり、信頼性に欠けていた。また、数値計算モデ
ルの設定と実用的なメッシュの作成に相当な熟練度と時
間を要するし、計算機によっての何万、何十万という繰
り返し計算にも数日間をも要する場合があった。さら
に、条件設定のミスを完全に排除することも難しく、条
件の再設定や実現象に即した解析プログラムの修正を余
儀なくされていた。また、材料の検討したい部分だけを
解析しようとしても、有限要素法による解析は全体との
関連から数値計算が行われるため、計算時間の短縮には
つながらなかった。
計算機シミュレーションによって、加工材の流動解析や
ひずみ分布解析を行って、設計の評価・検討を行う方法
もある。しかし、この方法では、加工前後での金型との
接触条件、摩擦条件、境界条件、材料の変形特性などを
一定であると仮定しているため、それらが時々刻々変化
して材料が変形していく状態を正確にはシミュレートで
きないばかりか、実現象と大きく異なる結果が得られる
場合もあり、信頼性に欠けていた。また、数値計算モデ
ルの設定と実用的なメッシュの作成に相当な熟練度と時
間を要するし、計算機によっての何万、何十万という繰
り返し計算にも数日間をも要する場合があった。さら
に、条件設定のミスを完全に排除することも難しく、条
件の再設定や実現象に即した解析プログラムの修正を余
儀なくされていた。また、材料の検討したい部分だけを
解析しようとしても、有限要素法による解析は全体との
関連から数値計算が行われるため、計算時間の短縮には
つながらなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、次のような塑性加工実験シミュレーション
装置を提供することである。 （１）数値計算モデルが不要で、過去の経験や勘といっ
た熟練度を必要とせずに、加工プロセス設計および金型
設計における主要検討項目を、任意に、また広範囲に変
えて解析できる。 （２）金型との接触条件、摩擦条件、境界条件、材料の
変形特性など時々刻々変化して材料が変形していく状態
を、各段階ごとに解析できて、実現象に即した解析結果
が得られる。 （３）材料の検討したい部分だけを解析するだけで、全
体的に解析した場合と同様な結果が得ることができる。
する課題は、次のような塑性加工実験シミュレーション
装置を提供することである。 （１）数値計算モデルが不要で、過去の経験や勘といっ
た熟練度を必要とせずに、加工プロセス設計および金型
設計における主要検討項目を、任意に、また広範囲に変
えて解析できる。 （２）金型との接触条件、摩擦条件、境界条件、材料の
変形特性など時々刻々変化して材料が変形していく状態
を、各段階ごとに解析できて、実現象に即した解析結果
が得られる。 （３）材料の検討したい部分だけを解析するだけで、全
体的に解析した場合と同様な結果が得ることができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明請求項１に記載の塑性加工実験シミュレーショ
ン装置は、実際の加工条件に相応する加工条件下で、材
料に塑性変形を与え、その変形に要した外力と材料の変
位を測定し、同時に、外力による変形過程の各段階にお
ける材料に記された格子線の交点の変位を測定して、交
点の単位時間当りの変位から数値解析して、変形過程の
各段階における材料の逐次変形による非定常変形解析を
行うことを特徴とする。
の本発明請求項１に記載の塑性加工実験シミュレーショ
ン装置は、実際の加工条件に相応する加工条件下で、材
料に塑性変形を与え、その変形に要した外力と材料の変
位を測定し、同時に、外力による変形過程の各段階にお
ける材料に記された格子線の交点の変位を測定して、交
点の単位時間当りの変位から数値解析して、変形過程の
各段階における材料の逐次変形による非定常変形解析を
行うことを特徴とする。
【０００６】請求項２に記載の塑性加工実験シミュレー
ション装置は、前記請求項１に記載の塑性加工実験シミ
ュレーション装置において、前記材料の検討したい部分
だけの格子線の交点の変位を測定して、変形過程の各段
階におけるその部分だけの非定常変形解析を行うことを
特徴とする。
ション装置は、前記請求項１に記載の塑性加工実験シミ
ュレーション装置において、前記材料の検討したい部分
だけの格子線の交点の変位を測定して、変形過程の各段
階におけるその部分だけの非定常変形解析を行うことを
特徴とする。
【０００７】請求項３に記載の塑性加工実験シミュレー
ション装置は、前記請求項１または請求項２に記載の塑
性加工実験シミュレーション装置において、前記材料
を、実金属材料の変形特性に一致させる方法により調質
したプラスチシンモデルとしたことを特徴とする。
ション装置は、前記請求項１または請求項２に記載の塑
性加工実験シミュレーション装置において、前記材料
を、実金属材料の変形特性に一致させる方法により調質
したプラスチシンモデルとしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明による塑性加工実験シミュ
レーション装置の一実施の形態ついて説明する。本発明
による塑性加工実験シミュレーション装置による加工プ
ロセスの設計は、図１〜に示される過程により行わ
れる。 素材形状を決定し、素材を製作する。素材の観察面
には、予め正方格子線を描いておく。 金型を設計・製作する。 素材を段階に分けた加工（逐次加工）を行い、各段
階ごとに素材のゆがんだ格子線の交点（格子点）を測定
する。 格子点の変位データから、非定常変形解析を行い、
変形過程の各段階における塑性流れ速度成分、ひずみ速
度成分、相当ひずみ速度、相当ひずみを算定する。 目標形状および内部特性の良否を判定する。良の判
定の場合には、これで設計は終了する。否の判定の場合
には、次の〜いずれかを行って、良の判定が出るま
でこれを繰り返す。 加工条件を変更して、に戻る。 金型形状を変更して、に戻る。 素材形状を変更して、に戻る。
レーション装置の一実施の形態ついて説明する。本発明
による塑性加工実験シミュレーション装置による加工プ
ロセスの設計は、図１〜に示される過程により行わ
れる。 素材形状を決定し、素材を製作する。素材の観察面
には、予め正方格子線を描いておく。 金型を設計・製作する。 素材を段階に分けた加工（逐次加工）を行い、各段
階ごとに素材のゆがんだ格子線の交点（格子点）を測定
する。 格子点の変位データから、非定常変形解析を行い、
変形過程の各段階における塑性流れ速度成分、ひずみ速
度成分、相当ひずみ速度、相当ひずみを算定する。 目標形状および内部特性の良否を判定する。良の判
定の場合には、これで設計は終了する。否の判定の場合
には、次の〜いずれかを行って、良の判定が出るま
でこれを繰り返す。 加工条件を変更して、に戻る。 金型形状を変更して、に戻る。 素材形状を変更して、に戻る。
【０００９】したがって、時々刻々と変化していく摩擦
分布あるいは素材内部温度分布をともなった加工におい
ても、それらの影響を受けた格子点の変位データから解
析が行われるため、実現象に即した解析を行うことがで
き、高い信頼性が期待できる。 また、実金属材料を素
材として用いた実験シミュレーションでは、加工途中の
いかなる段階においても変形形状の確認や内部組織の把
握ができる。以上のことにより、本発明による塑性加工
実験シミュレーション装置によれば、各段階ごとのデー
タと数値解析とを対話型で半自動的に行え、工具形状・
潤滑条件・加工素材など、加工プロセス設計における主
要検討項目を、任意にまた、広範囲に変えたシミュレー
ションが容易に実施できる。
分布あるいは素材内部温度分布をともなった加工におい
ても、それらの影響を受けた格子点の変位データから解
析が行われるため、実現象に即した解析を行うことがで
き、高い信頼性が期待できる。 また、実金属材料を素
材として用いた実験シミュレーションでは、加工途中の
いかなる段階においても変形形状の確認や内部組織の把
握ができる。以上のことにより、本発明による塑性加工
実験シミュレーション装置によれば、各段階ごとのデー
タと数値解析とを対話型で半自動的に行え、工具形状・
潤滑条件・加工素材など、加工プロセス設計における主
要検討項目を、任意にまた、広範囲に変えたシミュレー
ションが容易に実施できる。
【００１０】次に、本発明による塑性加工実験シミュレ
ーション装置を図２に示して説明する。本発明による塑
性加工実験シミュレーション装置８は、（ａ）プレス１
１と、荷重計および変位計などのプレスセンサー部１２
と、ラム１３と、パンチ１４と、素材１６の配置される
ダイス１５とを備えるプレス機構部１と、（ｂ）プレス
センサー部１２からの電圧変化を記録・表示する計測部
２と、（ｃ）計測部２を制御し、定量的にプレス特性を
再現・編集するとともに、一連の諸手続きを管理実行す
るコンピューターの中央処理装置部３と、（ｄ）格子点
（格子線１７の交点）の座標をＸ−Ｙ直交座標系および
ｒ、θ、ｚ座標系として読み取るスキャナーあるいはデ
ジタイザーなどの読み取り装置部４と、（ｅ）読み取り
装置部４を制御し、格子点の各座標値から、格子線解析
法による非定常変形解析を行う数値解析プログラム５
と、（ｆ）プラスチシンを混練・脱気する真空土練機１
８と、（ｇ）プラスチシンを調質する恒温器１９とから
なる。
ーション装置を図２に示して説明する。本発明による塑
性加工実験シミュレーション装置８は、（ａ）プレス１
１と、荷重計および変位計などのプレスセンサー部１２
と、ラム１３と、パンチ１４と、素材１６の配置される
ダイス１５とを備えるプレス機構部１と、（ｂ）プレス
センサー部１２からの電圧変化を記録・表示する計測部
２と、（ｃ）計測部２を制御し、定量的にプレス特性を
再現・編集するとともに、一連の諸手続きを管理実行す
るコンピューターの中央処理装置部３と、（ｄ）格子点
（格子線１７の交点）の座標をＸ−Ｙ直交座標系および
ｒ、θ、ｚ座標系として読み取るスキャナーあるいはデ
ジタイザーなどの読み取り装置部４と、（ｅ）読み取り
装置部４を制御し、格子点の各座標値から、格子線解析
法による非定常変形解析を行う数値解析プログラム５
と、（ｆ）プラスチシンを混練・脱気する真空土練機１
８と、（ｇ）プラスチシンを調質する恒温器１９とから
なる。
【００１１】本発明による塑性加工実験シミュレーショ
ン装置８を使用して、実金属材料による加工シミューシ
ョンを行うことができるが、金型設計の段階では、実金
属材料をモデル化したプラスチシンを用いることによ
り、素材形状の検討を容易に行うことができる。
ン装置８を使用して、実金属材料による加工シミューシ
ョンを行うことができるが、金型設計の段階では、実金
属材料をモデル化したプラスチシンを用いることによ
り、素材形状の検討を容易に行うことができる。
【００１２】ここで、格子線解析法による非定常変形解
析を行う数値解析プログラムのフローチャートを図３に
示して説明する。 逐次変形で得たゆがんだ格子線上の格子点（観測用
格子点）の移動距離を時間で微分（差分計算による）し
て、同格子点の塑性流れ速度成分（Ｕ、Ｖ）を算定す
る。 ひずみ解析を行うために、新たに、図５（ロ）に示
される正方格子線（計算用正方格子線）を図５（イ）に
示される観測用格子点上に置く。 図４に示される（Ａ）直交座標系、（Ｂ）円柱座標
系のいずれか選択する。 、′ 計算用正方格子線
上の格子点（計算用格子点）のひずみ速度成分（εx、
εr 、γxy）あるいは（εr 、εθ、εz 、γrz）を計
算する。ここで、その計算方法について説明する。ま
ず、図５（ロ）に示される計算用正方格子点（例として
点Ｐ）の塑性流れ速度成分値を、点Ｐに最も近い周囲の
観測用格子点の既知塑性流れ速度成分値を用いて、下記
ａ〜ｃの手順で計算する。 ａ．図５（ハ）に示される不等式を利用して、観測用格
子点をＩ〜ＩＶの各象限に区分する。 ｂ．各象限ごとに点Ｐに最も近い距離の観測用格子点を
見出す。 ｃ．点Ｐを囲む４点の観測用格子点上の既知塑性流れ速
度成分値から４点線形補正計算により点Ｐにおける塑性
流れ速度成分値を計算する。得られた計算用格子点の塑
性流れ速度成分値を用い、差分計算により同格子点のひ
ずみ速度成分値を計算する。なお、角部では、同様な計
算手法で３つの象限に属する観測用格子点の既知塑性流
れ速度成分値を利用して、３点線形計算により点Ｐにお
ける塑性流れ速度成分値を計算する。 、′ 計算用格子点の相当ひずみ速度εvを計算す
る。 計算用格子点の相当ひずみ速度値から観測用格子点
の相当ひずみ速度値を求める。 相当ひずみεを、各観測用格子点の相当ひずみ速度
値と時間の関係を用いて積分計算によって計算する。
析を行う数値解析プログラムのフローチャートを図３に
示して説明する。 逐次変形で得たゆがんだ格子線上の格子点（観測用
格子点）の移動距離を時間で微分（差分計算による）し
て、同格子点の塑性流れ速度成分（Ｕ、Ｖ）を算定す
る。 ひずみ解析を行うために、新たに、図５（ロ）に示
される正方格子線（計算用正方格子線）を図５（イ）に
示される観測用格子点上に置く。 図４に示される（Ａ）直交座標系、（Ｂ）円柱座標
系のいずれか選択する。 、′ 計算用正方格子線
上の格子点（計算用格子点）のひずみ速度成分（εx、
εr 、γxy）あるいは（εr 、εθ、εz 、γrz）を計
算する。ここで、その計算方法について説明する。ま
ず、図５（ロ）に示される計算用正方格子点（例として
点Ｐ）の塑性流れ速度成分値を、点Ｐに最も近い周囲の
観測用格子点の既知塑性流れ速度成分値を用いて、下記
ａ〜ｃの手順で計算する。 ａ．図５（ハ）に示される不等式を利用して、観測用格
子点をＩ〜ＩＶの各象限に区分する。 ｂ．各象限ごとに点Ｐに最も近い距離の観測用格子点を
見出す。 ｃ．点Ｐを囲む４点の観測用格子点上の既知塑性流れ速
度成分値から４点線形補正計算により点Ｐにおける塑性
流れ速度成分値を計算する。得られた計算用格子点の塑
性流れ速度成分値を用い、差分計算により同格子点のひ
ずみ速度成分値を計算する。なお、角部では、同様な計
算手法で３つの象限に属する観測用格子点の既知塑性流
れ速度成分値を利用して、３点線形計算により点Ｐにお
ける塑性流れ速度成分値を計算する。 、′ 計算用格子点の相当ひずみ速度εvを計算す
る。 計算用格子点の相当ひずみ速度値から観測用格子点
の相当ひずみ速度値を求める。 相当ひずみεを、各観測用格子点の相当ひずみ速度
値と時間の関係を用いて積分計算によって計算する。
【００１３】（実施例１）本発明による塑性加工シミュ
レーション方法の実施例として、装飾ヘッドを持つボル
トの加工プロセスの検討を行った。加工の対象となるの
は、図６に示されるボルト２１のヘッド部２２で、この
ヘッド部２２にはアンダーカットとなるフランジ部２２
ａを有する。シミュレーションは、白色プラスチシンで
製作した、ボルト２１の２倍のモデル材２３で行った。
モデル材２３の製作は次の〜の手順で行った。 図２に示される真空土練機１８でプラスチシンを混
練・脱気後、段付き型で押出し、モデル材２３を成形す
る。 機械的性質を安定させるために恒温器１９内に２０
℃で２０時間以上保持する。 モデル材２３の中心軸を含む面で半分割し、一方の
面に等間隔に格子線を押印する。
レーション方法の実施例として、装飾ヘッドを持つボル
トの加工プロセスの検討を行った。加工の対象となるの
は、図６に示されるボルト２１のヘッド部２２で、この
ヘッド部２２にはアンダーカットとなるフランジ部２２
ａを有する。シミュレーションは、白色プラスチシンで
製作した、ボルト２１の２倍のモデル材２３で行った。
モデル材２３の製作は次の〜の手順で行った。 図２に示される真空土練機１８でプラスチシンを混
練・脱気後、段付き型で押出し、モデル材２３を成形す
る。 機械的性質を安定させるために恒温器１９内に２０
℃で２０時間以上保持する。 モデル材２３の中心軸を含む面で半分割し、一方の
面に等間隔に格子線を押印する。
【００１４】モデル材２３を図９に示されるダイス１５
に配置し、最大荷重２９KNの油圧プレスのパンチ１４に
より加工した。加工は、図７に示されるモデル材２３の
高さＨの減少率Ｒｈ＝３４％までを４段階に分けて、温
度２１℃（室温）および加圧速度３２mm/sの条件で実施
した。なお、ダイス１５とモデル材２３の接触面はサン
ドペーパーで研磨した。また、潤滑剤として黄色ワセリ
ンをダイス１５側に薄く一様に塗布した。変形の各段階
における格子点座標をデジタイザーにより取り込み、数
値解析を行った。
に配置し、最大荷重２９KNの油圧プレスのパンチ１４に
より加工した。加工は、図７に示されるモデル材２３の
高さＨの減少率Ｒｈ＝３４％までを４段階に分けて、温
度２１℃（室温）および加圧速度３２mm/sの条件で実施
した。なお、ダイス１５とモデル材２３の接触面はサン
ドペーパーで研磨した。また、潤滑剤として黄色ワセリ
ンをダイス１５側に薄く一様に塗布した。変形の各段階
における格子点座標をデジタイザーにより取り込み、数
値解析を行った。
【００１５】シミュレーションで得た解析結果を図１０
に示す。図１０に示される変形の４段階（Ｒｈ＝０％、
１１％、２３％、３４％）における外形形状、塑性
流れ速度分布、相当ひずみ速度分布、相当ひずみ分
布について検討する。なお、形状の対称性から、以
外は軸半面だけを示してある。 外形形状 外形形状からは、成形はヘッド上部からたる状に変形
し、次第に下部のフランジを形成し、最終段階ではフラ
ンジ部の充満後、前方への押出しと後方への材料の流動
が同時に起こることが確認できる。 塑性流れ速度分布 フランジ部形成の塑性流れを観察すると、最終段階にお
いて、フランジ部付近の塑性流れに前方押出し方向とフ
ランジ円周方向への分流が起こることが認められる。ま
た、分流点で、デッドメタルゾーンが形成されることが
わかる。 相当ひずみ速度分布 相当ひずみ速度分布を見ると、各変形段階を通してフラ
ンジ部分で高い値となり、最終段階では、前方押出しに
よる材料の流動により押出し軸部が特に高い値となるこ
とがわかる。また、最終段階において、ε≧4.0の塑性
変形領域が、フランジ部から中心軸へ斜め上に横切る線
より下部方向へ広がっている。これは、塑性流れに対応
して現れた相当ひずみ速度分布の特徴といえる。 相当ひずみ分布 相当ひずみ分布では、変形段階の初期で材料の中心部で
大きな塑性ひずみが発生し、変形の進行とともにその値
が増大することがわかる。
に示す。図１０に示される変形の４段階（Ｒｈ＝０％、
１１％、２３％、３４％）における外形形状、塑性
流れ速度分布、相当ひずみ速度分布、相当ひずみ分
布について検討する。なお、形状の対称性から、以
外は軸半面だけを示してある。 外形形状 外形形状からは、成形はヘッド上部からたる状に変形
し、次第に下部のフランジを形成し、最終段階ではフラ
ンジ部の充満後、前方への押出しと後方への材料の流動
が同時に起こることが確認できる。 塑性流れ速度分布 フランジ部形成の塑性流れを観察すると、最終段階にお
いて、フランジ部付近の塑性流れに前方押出し方向とフ
ランジ円周方向への分流が起こることが認められる。ま
た、分流点で、デッドメタルゾーンが形成されることが
わかる。 相当ひずみ速度分布 相当ひずみ速度分布を見ると、各変形段階を通してフラ
ンジ部分で高い値となり、最終段階では、前方押出しに
よる材料の流動により押出し軸部が特に高い値となるこ
とがわかる。また、最終段階において、ε≧4.0の塑性
変形領域が、フランジ部から中心軸へ斜め上に横切る線
より下部方向へ広がっている。これは、塑性流れに対応
して現れた相当ひずみ速度分布の特徴といえる。 相当ひずみ分布 相当ひずみ分布では、変形段階の初期で材料の中心部で
大きな塑性ひずみが発生し、変形の進行とともにその値
が増大することがわかる。
【００１６】本発明による塑性加工実験シミュレーショ
ン装置によると、検討したい部分だけを取り出して解析
することもできる。すなわち、得られた格子模様の中
で、問題が潜在している部位、例えば金型の破損部や材
料欠陥発生部など関与する部分のみの格子点座標を入力
して解析可能となっている。これは、検討領域とそれ以
外の領域との境界条件の数学モデルの設定が不要である
ことによる。したがって、計算時間が短縮され、迅速な
加工プロセス検討が可能となる。 （実施例２）実施例１で検討したボルト２１のヘッド部
２２のフランジ部分だけを、シミュレーションした。そ
の結果得られた格子模様を図１１（Ｂ）に、最終段階の
相当ひずみ分布を図１１（Ｃ）に示す。また、比較のた
め、実施例１で得られた全体解析結果の最終段階の相当
ひずみ分布を図１１（Ａ）に示す。これから、図１１
（Ｃ）に示される部分解析の相当ひずみ分布と、図１１
（Ａ）に示される全体解析の当該部分の相当ひずみ分布
とは、ほとんど同じ結果であることが確認できる。解析
結果が若干異なる原因は、部分解析における解析領域周
辺部の差分計算誤差および観測用格子点数が少ないこと
に起因する解析誤差と考えられる。
ン装置によると、検討したい部分だけを取り出して解析
することもできる。すなわち、得られた格子模様の中
で、問題が潜在している部位、例えば金型の破損部や材
料欠陥発生部など関与する部分のみの格子点座標を入力
して解析可能となっている。これは、検討領域とそれ以
外の領域との境界条件の数学モデルの設定が不要である
ことによる。したがって、計算時間が短縮され、迅速な
加工プロセス検討が可能となる。 （実施例２）実施例１で検討したボルト２１のヘッド部
２２のフランジ部分だけを、シミュレーションした。そ
の結果得られた格子模様を図１１（Ｂ）に、最終段階の
相当ひずみ分布を図１１（Ｃ）に示す。また、比較のた
め、実施例１で得られた全体解析結果の最終段階の相当
ひずみ分布を図１１（Ａ）に示す。これから、図１１
（Ｃ）に示される部分解析の相当ひずみ分布と、図１１
（Ａ）に示される全体解析の当該部分の相当ひずみ分布
とは、ほとんど同じ結果であることが確認できる。解析
結果が若干異なる原因は、部分解析における解析領域周
辺部の差分計算誤差および観測用格子点数が少ないこと
に起因する解析誤差と考えられる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によると次のようなすぐれた効果
がある。 （１）数値計算モデルが不要で、過去の経験や勘といっ
た熟練度を必要とせずに、加工プロセス設計および金型
設計における主要検討項目を、任意に、また広範囲に変
えて解析できる。 （２）金型との接触条件、摩擦条件、境界条件、材料の
変形特性など時々刻々変化して材料が変形していく状態
を、各段階ごとに解析できて、実現象に即した解析結果
が得られる。 （３）材料の検討したい部分だけを解析するだけで、全
体的に解析した場合と同様な結果が得ることができる。
がある。 （１）数値計算モデルが不要で、過去の経験や勘といっ
た熟練度を必要とせずに、加工プロセス設計および金型
設計における主要検討項目を、任意に、また広範囲に変
えて解析できる。 （２）金型との接触条件、摩擦条件、境界条件、材料の
変形特性など時々刻々変化して材料が変形していく状態
を、各段階ごとに解析できて、実現象に即した解析結果
が得られる。 （３）材料の検討したい部分だけを解析するだけで、全
体的に解析した場合と同様な結果が得ることができる。
【図１】本発明による塑性加工実験シミュレーション装
置の機能説明図
置の機能説明図
【図２】本発明による塑性加工実験シミュレーション装
置の説明図
置の説明図
【図３】本発明による数値解析プログラムのフローチャ
ート
ート
【図４】本発明による数値解析プログラムの説明図
【図５】本発明による数値解析プログラムの説明図
【図６】本発明による塑性加工実験シミュレーション装
置の実施例１の説明図
置の実施例１の説明図
【図７】本発明による塑性加工実験シミュレーション装
置の実施例１の説明図
置の実施例１の説明図
【図８】本発明による塑性加工実験シミュレーション装
置の実施例１の説明図
置の実施例１の説明図
【図９】本発明による塑性加工実験シミュレーション装
置の実施例１の説明図
置の実施例１の説明図
【図１０】本発明による塑性加工実験シミュレーション
装置の実施例２の説明図
装置の実施例２の説明図
（Ｘ、Ｙ） ：直交座標系 （ｒ、θ、ｚ） ：軸対称円柱座標系 Ｕ、Ｖ ：Ｘ、Ｙまたはｒ、Ｚ方向の塑性流れ
速度成分 εx、εy ：Ｘ、Ｙ方向のひずみ速度成分 εr 、εθ、εz ：ｒ、θ、ｚ方向のひずみ速度成分 γxy、γrz ：せん断ひずみ速度成分 εv ：相当ひずみ速度 ε ：相当ひずみ Ｈ ：高さ Ｒh ：高さの減少率 １ プレス機構部 ２ 計測部 ３ 中央処理装置部 ４ 読み取り装置部 ５ 数値解析プログラム ８ 塑性加工実験シミュレーション装置 １１ プレス １２ プレスセンサー部 １３ ラム １４ パンチ １５ ダイス １６ 素材 １７ 格子線 １８ 真空土練機 １９ 恒温器 ２１ ボルト ２２ ヘッド部、２２ａ フランジ部 ２３ モデル材
速度成分 εx、εy ：Ｘ、Ｙ方向のひずみ速度成分 εr 、εθ、εz ：ｒ、θ、ｚ方向のひずみ速度成分 γxy、γrz ：せん断ひずみ速度成分 εv ：相当ひずみ速度 ε ：相当ひずみ Ｈ ：高さ Ｒh ：高さの減少率 １ プレス機構部 ２ 計測部 ３ 中央処理装置部 ４ 読み取り装置部 ５ 数値解析プログラム ８ 塑性加工実験シミュレーション装置 １１ プレス １２ プレスセンサー部 １３ ラム １４ パンチ １５ ダイス １６ 素材 １７ 格子線 １８ 真空土練機 １９ 恒温器 ２１ ボルト ２２ ヘッド部、２２ａ フランジ部 ２３ モデル材
Claims (3)
- 【請求項１】実際の加工条件に相応する加工条件下で、
材料に塑性変形を与え、その変形に要した外力と材料の
変位を測定し、同時に、外力による変形過程の各段階に
おける材料に記された格子線の交点の変位を測定して、
交点の単位時間当りの変位から数値解析して、変形過程
の各段階における材料の逐次変形による非定常変形解析
を行うことを特徴とする塑性加工実験シミュレーション
装置。 - 【請求項２】前記材料の検討したい部分だけの格子線の
交点の変位を測定して、変形過程の各段階におけるその
部分だけの非定常変形解析を行うことを特徴とする前記
請求項１に記載の塑性加工実験シミュレーション装置。 - 【請求項３】前記材料を、実金属材料の変形特性に一致
させる方法により調質したプラスチシンモデルとしたこ
とを特徴とする前記請求項１または請求項２に記載の塑
性加工実験シミュレーション装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2751996A JP3345662B2 (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 塑性加工実験シミュレーション方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2751996A JP3345662B2 (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 塑性加工実験シミュレーション方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09220634A true JPH09220634A (ja) | 1997-08-26 |
| JP3345662B2 JP3345662B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=12223382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2751996A Expired - Fee Related JP3345662B2 (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 塑性加工実験シミュレーション方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3345662B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0997213A2 (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for analyzing forging process |
| JP2002288238A (ja) * | 2001-01-17 | 2002-10-04 | Honda Motor Co Ltd | 塑性加工性評価方法および装置 |
| JP2006231384A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Kobe Steel Ltd | 冷間鍛造工程での鍛造割れの予測方法 |
| JP2006305629A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-11-09 | Kobe Steel Ltd | 回転体用鍛造材の製造方法 |
| JP2008224293A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Kagoshima Prefecture | 回転視差による材料内部変形の３次元可視化方法及び装置 |
| CN103934376A (zh) * | 2014-04-09 | 2014-07-23 | 武汉赛亚恒机电设备制造有限公司 | 一种多工位模拟设备 |
| JP2014223644A (ja) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱間押出鍛造方法 |
| CN113836715A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 湖南大学 | 锻造变形工艺试验方法 |
-
1996
- 1996-02-15 JP JP2751996A patent/JP3345662B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6487468B1 (en) | 1998-10-30 | 2002-11-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for analyzing forging process and medium storing program for executing the method |
| EP0997213B1 (en) * | 1998-10-30 | 2004-12-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for analyzing forging process |
| EP0997213A2 (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for analyzing forging process |
| JP4727861B2 (ja) * | 2001-01-17 | 2011-07-20 | 本田技研工業株式会社 | 塑性加工性評価方法および装置 |
| JP2002288238A (ja) * | 2001-01-17 | 2002-10-04 | Honda Motor Co Ltd | 塑性加工性評価方法および装置 |
| JP2006231384A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Kobe Steel Ltd | 冷間鍛造工程での鍛造割れの予測方法 |
| JP4559256B2 (ja) * | 2005-02-25 | 2010-10-06 | 株式会社神戸製鋼所 | 冷間鍛造工程での鍛造割れの予測方法 |
| JP2006305629A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-11-09 | Kobe Steel Ltd | 回転体用鍛造材の製造方法 |
| JP2008224293A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Kagoshima Prefecture | 回転視差による材料内部変形の３次元可視化方法及び装置 |
| JP2014223644A (ja) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱間押出鍛造方法 |
| CN103934376A (zh) * | 2014-04-09 | 2014-07-23 | 武汉赛亚恒机电设备制造有限公司 | 一种多工位模拟设备 |
| CN103934376B (zh) * | 2014-04-09 | 2016-06-01 | 武汉赛亚恒机电设备制造有限公司 | 一种多工位模拟设备 |
| CN113836715A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 湖南大学 | 锻造变形工艺试验方法 |
| CN113836715B (zh) * | 2021-09-22 | 2023-11-10 | 湖南大学 | 锻造变形工艺试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3345662B2 (ja) | 2002-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AT519096B1 (de) | Verfahren zum Einstellen einer Formgebungsmaschine | |
| EP3286524B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen von dimensionellen ist-eigenschaften eines messobjekts | |
| JPH09220634A (ja) | 塑性加工実験シミュレーション装置 | |
| CN106407614A (zh) | 一种结合纳米压痕与有限元获取焊缝组织力学参数的方法 | |
| DE102007026525A1 (de) | Formverfahrensimulator, Formverfahrensimulationsprogramm und Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses | |
| CN112115635B (zh) | 一种基于深度学习的注塑工艺优化方法 | |
| KR100783417B1 (ko) | 선박용 강판의 무금형 다점 곡면성형방법 | |
| JPH03288909A (ja) | 自動プログラム作成装置 | |
| Kraft et al. | Novel concept for measurement of global blank draw-in when deep drawing outer skin automotive components | |
| CN111368416A (zh) | 一种大型铸钢件充型感知修正方法及系统 | |
| JP2013188775A (ja) | 金型で製造される製品の外観不良予測方法及びプログラム | |
| JP2011145876A (ja) | 金型作製方法及び金型加工データの作成方法 | |
| Bambach et al. | Quantitative validation of FEM simulations for incremental sheet forming using optical deformation measurement | |
| CN113343523B (zh) | 一种基于空间网格的有限元数值模拟分析方法 | |
| JP2539041B2 (ja) | 形状計測手順の教示方法 | |
| US11230043B2 (en) | Method for setting molding conditions of injection-molding equipment | |
| JP2000197942A (ja) | 鍛造加工解析方法およびその実行プログラムを記録した媒体 | |
| JP4771338B2 (ja) | 塑性加工の３次元実験シミュレーション方法及び装置 | |
| KR101958336B1 (ko) | 단류선 정량화 장치 및 방법 | |
| Hsia | Cold forming simulation of tapping screws with hexagon flange head using numerical method | |
| CN118392114A (zh) | 一种基于三轴坐标系评价模具热处理前后变化的方法 | |
| CN115795594B (zh) | 一种应用于闸站异形曲面进出水流道设计的bim建模方法 | |
| JP2539043B2 (ja) | 形状計測結果の表示方法 | |
| Wanheim et al. | Strain measurements in 3-D simulation of metal forming processes | |
| Волошко et al. | RESEARCHING OF DETAIL’S CONSTRUCTION WITH METHOD OF FINAL ELEMENTAL ANALYSIS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080906 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090906 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |