JP4660637B2 - Press molding system - Google Patents
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Description
本発明はプレス成形システムに関する。さらに詳しくは、最適な成形条件の下でのプレス成形が簡易・迅速になし得るプレス成形システムに関する。 The present invention relates to a press molding system. More specifically, the present invention relates to a press molding system that allows simple and quick press molding under optimum molding conditions.
従来より、各種産業においてプレス成形された板材(以下、成形板材という)が利用されている。この成形板材は成形条件が適切でないと、プレス成形の際に割れやしわなどが発生する。この適切な成形条件の探索は、従来、熟練者の勘やトライアンドエラーなどによりなされていた。 Conventionally, press-molded plate materials (hereinafter referred to as molded plate materials) have been used in various industries. If the molding conditions are not appropriate for this molded plate material, cracks, wrinkles and the like occur during press molding. The search for the appropriate molding conditions has heretofore been made based on the intuition of experts and trial and error.
しかしながら、製品の多様化、新製品開発のリードタイムの短縮化、超高張力鋼板などの難成形材の導入、コストダウンの観点から多段プレスにおける工程数の削減、成形板材に要求される寸法精度の高精度化などの理由から、前述した従来の手法によっては対処できない場面が多くなってきている。 However, diversification of products, reduction of lead time for new product development, introduction of difficult-to-form materials such as ultra-high-strength steel sheets, reduction of the number of processes in multi-stage pressing from the viewpoint of cost reduction, dimensional accuracy required for forming plate materials Due to reasons such as higher accuracy, there are many scenes that cannot be dealt with by the conventional methods described above.
例えば、高張力鋼板は伸び量が極端に少なく、従来の軟鋼板に比してプレス成形時に割れが発生しやすい。そのため、不具合の出ない成形条件となすために幾度となく、プレス金型の形状修正を繰り返して金型を調整する作業が必要になる。 For example, a high-strength steel sheet has an extremely small amount of elongation, and cracks are more likely to occur during press forming than conventional mild steel sheets. For this reason, it is necessary to repeatedly adjust the shape of the press mold to adjust the mold in order to achieve molding conditions that do not cause problems.
また、コストダウンの観点より、多段絞り加工においては、その工程数削減や、成形性の悪い安価な鋼板の代用が求められており、プレス成形の難易度が上昇してきている。 Further, from the viewpoint of cost reduction, in multi-stage drawing, reduction of the number of steps and substitution of an inexpensive steel sheet with poor formability are required, and the difficulty of press forming is increasing.
そのため、近年、特に自動車製造業を中心に、設定された成形条件による成形結果をコンピュータシミュレーションにより予測することにより、実際に金型等を作成することなく所望の成形結果を得るための成形条件を探索することが求められている(特許文献1、2等参照)。 Therefore, in recent years, mainly in the automobile manufacturing industry, by predicting the molding result under the set molding conditions by computer simulation, molding conditions for obtaining a desired molding result without actually creating a mold or the like can be set. It is required to search (see Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、従来のコンピュータシミュレーションは、任意に設定された条件の下でのシミュレーション結果を出力するだけのものであり、オペレータが自己の経験と勘を頼りに試行錯誤しながら成形条件を調整し、調整された成形条件を用いてシミュレーションを繰り返し実施する必要がある。このため、迅速に最適な成形条件の探索がなし得ず、新製品開発のリードタイムの短縮化などの要請に充分に応えることができていないという問題がある。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、プレス成形品を用いた新製品開発のリードタイムの短縮化などの要請に充分に応えることができるプレス成形システ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 problems of the prior art, and provides a press molding system that can sufficiently meet the demand for shortening the lead time of new product development using press molded products. It is aimed.
本発明のプレス成形システムは、最適条件探索部と、該最適条件探索部により探索された最適成形条件となるようプレス成形プロセスを最適化する最適化処理部とを備えてなるプレス成形システムであって、
前記最適条件探索部が、最適化計算条件設定部と、最適化計算部と、最適解出力部とを備え、
前記最適化計算条件設定部が、設計変数設定部と、目的関数設定部と、制約条件設定部とを有し、
前記設計変数設定部は、板プレス成形において利用される成形条件について、予め規定されたパラメータを設計変数として指定できるようにされ、
前記目的関数設定部は、板プレス成形において利用される設計目標について、予め規定されたパラメータの内の一つを目的関数として設定できるようにされ、
前記制約条件設定部は、板プレス成形において利用される制約条件について、予め規定されたパラメータを制約条件として指定できるようにされ、
前記最適化計算部が、最適化計算実行手段と、成形シミュレーション手段と、シミュレーション実行ファイル作成手段と、シミュレーション応答ファイル作成手段とを有し、
前記最適化計算実行手段は、各種の最適化アルゴリズムに基づくプログラムを選択可能に有し、
同最適化計算実行手段は、選択されたプログラムにより前記指定された設計変数に対する前記成形シミュレーション手段によるシミュレーション結果を評価し、その評価結果により設計変数の探索方向を定めるものとされ、かつ前記定めた方向に前記設計変数を調節するものとされてなる
ことを特徴とする。
The press molding system of the present invention is a press molding system including an optimum condition searching unit and an optimization processing unit that optimizes the press molding process so as to obtain the optimum molding condition searched by the optimum condition searching unit. And
The optimal condition search unit includes an optimization calculation condition setting unit, an optimization calculation unit, and an optimal solution output unit,
The optimization calculation condition setting unit includes a design variable setting unit, an objective function setting unit, and a constraint condition setting unit.
The design variable setting unit is configured to be able to specify a predetermined parameter as a design variable for molding conditions used in plate press molding,
The objective function setting unit is configured to set one of predetermined parameters as an objective function for a design target used in plate press molding,
The constraint condition setting unit is configured so that a predefined parameter can be designated as a constraint condition for a constraint condition used in plate press molding,
The optimization calculation unit includes optimization calculation execution means, molding simulation means, simulation execution file creation means, and simulation response file creation means ,
The optimization calculation execution means has a selectable program based on various optimization algorithms,
The optimization calculation execution means evaluates a simulation result by the molding simulation means for the designated design variable by a selected program, and determines a search direction of the design variable based on the evaluation result. The design variable is adjusted in the direction .
本発明のプレス成形システムにおいては、前記設計変数設定部が、前記パラメータを指定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により同パラメータの指定がなされるようにされてなるのが好ましい。 In press forming system of the present invention, so that the design variables setting unit has a display means for displaying a screen for specifying the parameter, specifies the same parameters by the screen displayed by the display means is made It is preferable to be made.
また、本発明のプレス成形システムにおいては、前記目的関数設定部が、前記パラメータを設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により同パラメータの設定がなされるようにされてなるのが好ましい。 In the press-forming system of the present invention, the objective function setting unit has a display means for displaying a screen for setting the parameters, setting the parameters is performed by the screen displayed by the display means It is preferable that it is made to be made.
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、前記制約条件設定部が、前記パラメータを指定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により同パラメータの指定がなされるようにされてなるのが好ましい。 Furthermore, in the press-forming system of the present invention, the constraint condition setting unit has a display means for displaying a screen for specifying the parameter, specifies the same parameters is performed by the screen displayed by the display means It is preferable that it is made to be made.
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、設計変数がビードとされ、初期ビードを変形または移動させることにより最適解の探索がなされるのが好ましい。 Further, in the press molding system of the present invention, it is preferable that the design variable is a bead, and the optimum solution is searched by deforming or moving the initial bead.
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、ビードが、ビードによる引抜抵抗という単一のパラメータにより表示された等価ドロービードとされてなるのが好ましい。 Further, in the press molding system of the present invention, it is preferable that the bead is an equivalent draw bead displayed by a single parameter of drawing resistance by the bead .
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、目的関数が最大板厚とされ、制約条件が最小板厚とされ、前記最大板厚を最小とするよう探索をなすのが好ましい。 Furthermore, in the press molding system of the present invention, it is preferable that the objective function is the maximum sheet thickness, the constraint condition is the minimum sheet thickness, and the search is performed so as to minimize the maximum sheet thickness.
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、設計変数がトリムラインとされ、該トリムラインがブランクを切り取る機能を有するトリムメッシュをモーフィングすることにより変化させるのが好ましい。 Furthermore, in the press molding system of the present invention, it is preferable that the design variable is a trim line, and the trim line is changed by morphing a trim mesh having a function of cutting a blank.
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、モーフィングが、トリムメッシュの基本形状に対する重み値を変更することによりなされるのが好ましい。 Furthermore, in the press molding system of the present invention, it is preferable that the morphing is performed by changing a weight value for the basic shape of the trim mesh.
さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、前記最適化計算実行手段による評価が破断危険度に対してなされ、前記破断危険度の評価が、板厚または成形限界線図によりなされるのが好ましい。 Furthermore, in the press-forming system of the present invention, evaluation by the optimization calculation execution means is made to break risk, evaluation of the fracture risk is preferably done by thickness or forming limit diagram.
本発明によれば、最適なプレス成形条件が短時間で探索されるので、プレス成形品を用いた新製品開発のリードタイムが短縮されるという優れた効果が得られる。 According to the present invention, since the optimum press molding conditions are searched in a short time, an excellent effect of shortening the lead time for new product development using the press molded product can be obtained.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。 Hereinafter, although the present invention is explained based on an embodiment, referring to an accompanying drawing, the present invention is not limited only to this embodiment.
本発明の一実施形態に係る板材のプレス成形システムを図1にブロック図で示す。 A plate press forming system according to an embodiment of the present invention is shown in a block diagram in FIG.
プレス成形システムPは、図1に示すように、最適条件探索部Sと、最適条件探索部Sにより探索された最適成形条件となるようプレス成形プロセスを最適化する最適化処理部Tとを含むものとされる。 As shown in FIG. 1, the press molding system P includes an optimum condition search unit S and an optimization processing unit T that optimizes the press molding process so that the optimum molding condition searched by the optimum condition search unit S is obtained. It is supposed to be.
最適条件探索部Sは、図2に示すように、最適化計算条件設定部1、最適化計算部2および最適解出力部3を備えてなるものとされる。 As shown in FIG. 2, the optimum condition search unit S includes an optimization calculation condition setting unit 1, an optimization calculation unit 2, and an optimum solution output unit 3.
かかる最適条件探索部Sは、例えば図3に示すように、CPU(Central Processing Unit: 中央処理装置)11と、メモリ12と、キーボード、マウスなどの入力装置13と、表示装置、プリンタなどの出力装置14と、ハードディスク・ドライブなどの補助記憶装置15とを含むコンピュータ10により構成されており、CPU11が対応するプログラムを実行することによって、最適化計算条件設定部1、最適化計算部2および最適解出力部3それぞれの機能を実現するものとされる。 For example, as shown in FIG. 3, the optimum condition search unit S includes a CPU (Central Processing Unit) 11, a memory 12, an input device 13 such as a keyboard and a mouse, and an output such as a display device and a printer. The computer 10 includes a device 14 and an auxiliary storage device 15 such as a hard disk drive. When the CPU 11 executes a corresponding program, the optimization calculation condition setting unit 1, the optimization calculation unit 2, and the optimization Each function of the solution output unit 3 is realized.
最適化計算条件設定部1は、図4に示すように、設計変数設定部21、目的関数設定部22および制約条件設定部23を含む。 As shown in FIG. 4, the optimization calculation condition setting unit 1 includes a design variable setting unit 21, an objective function setting unit 22, and a constraint condition setting unit 23.
設計変数設定部21は、板プレス成形において頻繁に利用される代表的な成形条件のそれぞれについて、予め規定された1または数種類のパラメータxi(i:i=1,2,・・・,N)を設計変数としてオペレータにより指定させ、かつその設計変数の上限値および下限値をオペレータに適切に設定させるように支援する機能を有するプログラムモジュールである。 The design variable setting unit 21 has one or several parameters x i (i: i = 1, 2,..., N) defined in advance for each of typical forming conditions frequently used in plate press forming. ) As a design variable by the operator, and a program module having a function of supporting the operator to appropriately set the upper limit value and the lower limit value of the design variable.
ここで、パラメータxiは、各成形条件をいわゆる最適化アルゴリズムの設計変数として最適化することができるように、前記代表的な成形条件のそれぞれに対応して予め規定されるものとされる。なお、そのような代表的な成形条件には、図2に示すように、ブランクの外形形状、金型形状、しわ押さえ力、ビード(以下、ドロービードともいう)の位置・形状、金型との摩擦係数、各材料物性値、成形速度、等がある。 Here, the parameter x i, as can be optimized each molding condition as a design variable of the so-called optimization algorithm, is assumed to be defined in advance in correspondence to each of the typical molding conditions. In addition, as shown in FIG. 2, such representative molding conditions include a blank outer shape, a die shape, a wrinkle holding force, a bead (hereinafter also referred to as a draw bead) position and shape, There are friction coefficient, physical property values of each material, molding speed, and the like.
また、設計変数設定部21は、オペレータが設計変数xiの入力を容易になし得るよう各種設定画面U(図6参照)等を表示する表示手段、例えばGUI(グラフィカル・ユーザ・インタフェース)としての機能を有する。この表示手段は、設計変数xiの上限および下限の範囲内で図形を変形、例えば拡大・縮小および回転させたり、移動させたりした結果を表示する機能も有する。このことは、以下の表示手段においても同様とされる。 Further, the design variable setting unit 21, an operator display unit that displays such a design variable x i input easy to be made in various settings screens U (see FIG. 6), for example a GUI as (graphical user interface) It has a function. The display means has a function of displaying a design variant shapes within the upper and lower limits of the variable x i, for example, or by scaling and rotation, results or moved. The same applies to the following display means.
目的関数設定部22は、板プレス成形において頻繁に利用される代表的な設計目標のそれぞれについて、予め規定された数種類のパラメータF0(x)の内の一つをオペレータにより目的関数として指定させ、かつその評価対象範囲をオペレータに適切に設定させるよう支援する機能を有するプログラムモジュールである。 The objective function setting unit 22 causes the operator to designate one of several predefined parameters F 0 (x) as an objective function for each typical design target frequently used in plate press forming. And a program module having a function for assisting the operator to appropriately set the evaluation target range.
ここで、パラメータF0(x)は、所定の成形条件によるシミュレーションの応答を評価して最適化アルゴリズムにより最適解の探索ができるように、前記代表的な設計目標のそれぞれに対応して予め規定されるものとされる。なお、そのような代表的な設計目標には、図2に示すように、廃棄面積の評価、成形品外形線の侵入量の評価、最小板厚の評価、割れの有無の評価、破断危険度の評価、理想形状との差異の評価、しわの有無の評価、成形荷重の評価、等がある。 Here, the parameter F 0 (x) is defined in advance corresponding to each of the representative design targets so that the optimum solution can be searched by the optimization algorithm by evaluating the response of the simulation under a predetermined molding condition. It is supposed to be done. In addition, as shown in FIG. 2, such representative design goals include an evaluation of the disposal area, an evaluation of the amount of penetration of the outer shape of the molded product, an evaluation of the minimum plate thickness, an evaluation of the presence or absence of cracks, and a risk of breakage. Evaluation of the difference from the ideal shape, evaluation of the presence or absence of wrinkles, evaluation of the molding load, and the like.
また、目的関数設定部22は、オペレータが目的関数F0(x)の入力を容易になし得るよう各種設定画面を表示する表示手段、例えばGUIとしての機能を有する。 The objective function setting unit 22 has a function as display means, for example, a GUI for displaying various setting screens so that the operator can easily input the objective function F 0 (x).
制約条件設定部23は、板プレス成形において頻繁に利用される代表的な制約条件、つまり所定の設計目標を達成するに際して守られるべき条件のそれぞれについて、1または数種類のパラメータFj(x)を制約条件としてオペレータにより指定させ、かつその条件値をオペレータに適切に設定させるように支援する機能を有するプログラムモジュールである。ここで、パラメータFj(x)は、所定の成形条件によるシミュレーションの応答を評価して最適化アルゴリズムにより最適解の探索ができるように、前記代表的な制約条件のそれぞれに対応して予め規定されるものとされる。なお、そのような代表的な制約条件には、図2に示すように、廃棄面積の評価、成形品外形線の侵入量の評価、最小板厚の評価、割れの有無の評価、破断危険度の評価、理想形状との差異の評価、しわの有無の評価、成形荷重の評価、等がある。 The constraint condition setting unit 23 sets one or several kinds of parameters F j (x) for each of typical constraint conditions frequently used in plate press forming, that is, conditions to be observed when achieving a predetermined design goal. This is a program module having a function for assisting the operator to specify the constraint value and to set the condition value appropriately by the operator. Here, the parameter F j (x) is defined in advance corresponding to each of the representative constraint conditions so that a simulation response under a predetermined molding condition can be evaluated and an optimum solution can be searched by an optimization algorithm. It is supposed to be done. In addition, as shown in FIG. 2, such typical constraint conditions include evaluation of the disposal area, evaluation of the amount of intrusion of the outer shape of the molded product, evaluation of the minimum plate thickness, evaluation of the presence or absence of cracks, risk of fracture Evaluation of the difference from the ideal shape, evaluation of the presence or absence of wrinkles, evaluation of the molding load, and the like.
また、制約条件設定部23は、オペレータが制約条件Fj(x)についての入力を容易になし得るよう各種設定画面を表示する表示手段、例えばGUIとしての機能を有する。 Further, the constraint condition setting unit 23 has a function as display means, for example, a GUI, for displaying various setting screens so that the operator can easily input the constraint condition F j (x).
以下、ビードの配置、形状を最適化する場合を例に、最適条件探索部Sの各部の機能を説明する。 Hereinafter, the function of each unit of the optimum condition search unit S will be described by taking as an example the case of optimizing the arrangement and shape of the beads.
ビードは、図5に示すように、しわの発生につながる材料の過剰な型内への流入を抑えるために、ダイフェイスに設けられる突条である。すなわち、しわを防ぐためには、ブランクに適当なストレッチを与える必要があり、ブランクホルダーで適当なしわ押さえ圧をかけながらビードにより引抜き抵抗を増大させ、これによりブランクを保持する。このとき、不十分な引抜き抵抗ではしわの発生を防げない一方、抵抗が大きすぎるとブランクが破断する。 As shown in FIG. 5, the bead is a protrusion provided on the die face in order to suppress an excessive flow of a material leading to generation of wrinkles into the mold. That is, in order to prevent wrinkles, it is necessary to give an appropriate stretch to the blank, and the drawing resistance is increased by the bead while applying an appropriate wrinkle holding pressure with the blank holder, thereby holding the blank. At this time, insufficient pulling resistance cannot prevent wrinkling, but if the resistance is too high, the blank breaks.
このため、ビードの配置、形状を適切なものにする必要性は高い。最適化アルゴリズムを用いてコンピュータシミュレーションにより適切なビードの配置、形状を求める場合には、公知ではないが、ビードの配置、形状を最適化対象の成形条件(設計変数)として設定し、しわを発生させないこと、もしくはしわが発生する確率を可能な限り小さくすることを設計目標(目的関数)として設定し、その設計目標を達成するに際して成形途中で破断を生じさせないこと、もしくは成形品として所定の強度を保持するための板厚の最小値を所定値以上とすることを守るべき条件(制約条件)として設定する方法が考えられる。 For this reason, the necessity for making the arrangement and shape of the beads appropriate is high. When finding an appropriate bead arrangement and shape by computer simulation using an optimization algorithm, it is not well known, but the bead arrangement and shape are set as optimization target molding conditions (design variables) to generate wrinkles. Set as a design goal (objective function) to prevent the occurrence of wrinkles or to reduce the probability of wrinkles as much as possible, and to achieve the design goal, do not cause breakage in the middle of molding, or have a predetermined strength as a molded product A method is conceivable in which the minimum value of the plate thickness for maintaining the thickness is set as a condition (constraint condition) to be kept to be a predetermined value or more.
ところが、ビードの配置、形状といった複雑な要素を設計変数としてコンピュータシミュレーションによる最適化の枠組みに取り込もうとする場合、形状データという自由度の高いデータを用いて、無限に近い組合わせについて最適化のための繰り返し演算を行う必要があり、そのままでは実用的な時間内に最適解を得ることは不可能である。 However, when trying to incorporate complex elements such as bead layout and shape into the optimization framework based on computer simulation as design variables, it is necessary to optimize near-infinite combinations using highly flexible data called shape data. Thus, it is impossible to obtain an optimal solution within a practical time.
そこで、図6に示すように、設計変数設定部21により、設定画面Uにおいて、オペレータが経験値から仮に配置するビード(以下、初期ビードと称する。図中、両端に黒丸を付した線分で示す。)31をダイフェイス対応部分32と重ねて描画させ、その変形の態様を指定させ、かつ合理的な変形範囲(合理的の意味については後述する)、つまり変形が変倍である場合の拡大倍率・縮小倍率の上限値・下限値、回転移動の場合の回転角度の上限値・下限値、平行移動の場合の移動方向の最大長さ、ビードの単位長さあたりの引抜抵抗の上限値・下限値、といった各値を入力させる。この入力がなされると、入力された変形の態様に応じたビード変形の様子、つまり変形ビート(図中、単なる線分で示す。)が画面Uに重ねて描画され(図6(a)〜(e)参照)、オペレータはその表示された画像を見ながら必要に応じて設定を変更できる。 Therefore, as shown in FIG. 6, the design variable setting unit 21 causes the operator to temporarily place a bead (hereinafter referred to as an initial bead) on the setting screen U based on the experience value. ) 31 is drawn over the die face corresponding part 32, the mode of deformation is designated, and a reasonable deformation range (the rational meaning will be described later), that is, when the deformation is variable magnification Upper / lower limit values of enlargement / reduction ratio, upper / lower limit values of rotation angle for rotational movement, maximum length of movement direction for parallel movement, upper limit value of pulling resistance per unit length of bead・ Enter each value such as the lower limit. When this input is performed, a bead deformation state corresponding to the input deformation mode, that is, a deformation beat (indicated by a simple line segment in the drawing) is drawn on the screen U (FIG. 6A to FIG. 6). (See (e)), the operator can change the settings as necessary while viewing the displayed image.
この場合、拡大倍率・縮小倍率、回転角度、移動量、引抜抵抗が、前記パラメータxiに相当するものであり、これによって、設計変数設定部21においては、設計変数をこれらのパラメータxiの中の1または数種類で表すことを可能としている。したがって、ビード形状そのものを設計変数xiとして用いる場合(この場合は、形状データ(メッシュ)の全ての交点(節点)の座標が調整すべき設計変数xiになる)と比較して、計算量が格段に減少し、迅速に最適解を探索することが可能となる。 In this case, the enlargement / reduction magnification, the rotation angle, the movement amount, and the drawing resistance correspond to the parameter x i , so that the design variable setting unit 21 sets the design variable to the parameter x i . It can be represented by one or several types. Therefore, compared with the case where the bead shape itself is used as the design variable x i (in this case, the coordinates of all the intersections (nodes) of the shape data (mesh) become the design variables x i to be adjusted), the amount of calculation As a result, the optimal solution can be searched quickly.
ここで、ビードの引抜抵抗は、実際には、ビードの断面形状(突出高さ等)およびブランクホルダーのしわ押さえ力といった種々のパラメータに応じて変化するものである。しかしながら、各パラメータを個別に選定して計算すると計算量の増大を招くので、それらのパラメータとの対応関係が既知であるビードによる引抜抵抗というただ一つのパラメータを設計変数xiとして用いるものとしている。また、これにより、ドロービードを単なる直線や曲線(以下、等価ドロービードという)により表すことが可能となる。 Here, the pull-out resistance of the bead actually varies depending on various parameters such as the cross-sectional shape of the bead (projection height, etc.) and the wrinkle holding force of the blank holder. However, since causing an increase in calculation amount and calculated by selecting each parameter individually, it is assumed to use a single parameter called pull-out resistance by the beads is a correspondence between these parameters is known as the design variables x i . This also allows the draw bead to be represented by a simple straight line or curve (hereinafter referred to as an equivalent draw bead).
図6(c)は、初期ビード31に対する回転角度の上限値・下限値の設定が不適切な場合であり、ビードの存在範囲がダイフェイス対応部分32からはみ出している。図6(d)に、図6(c)の部分拡大図を示す。図6(e)は、オペレータが設定画面Uを参照しながら適切な上限値・下限値を設定した場合を示す。 FIG. 6C shows the case where the setting of the upper limit value and the lower limit value of the rotation angle with respect to the initial bead 31 is inappropriate, and the existence range of the bead protrudes from the die face corresponding portion 32. FIG. 6 (d) shows a partially enlarged view of FIG. 6 (c). FIG. 6E shows a case where the operator sets appropriate upper and lower limit values while referring to the setting screen U.
このように、オペレータは、設定画面Uを参照しながら、あり得ない設計変数xiを排除して、合理的な設計変数xiの上限値・下限値の設定を容易になすことができる。したがって、無用の計算により計算時間が延長されるのを防止できる。 Thus, the operator can set with reference to the screen U, with the exclusion of the design variable x i improbable, easily forming a set of upper and lower limits of the rational design variable x i. Therefore, it is possible to prevent the calculation time from being extended due to unnecessary calculation.
図7に、オペレータが設計変数xiの設定を行うための操作ウインドウの一例を示す。この操作ウインドウ33は、前記出力装置14としての表示装置に表示される。 Figure 7 shows an example of an operation window for the operator to set the design variables x i. The operation window 33 is displayed on a display device as the output device 14.
次に、目的関数設定部22および制約条件設定部23を説明する。 Next, the objective function setting unit 22 and the constraint condition setting unit 23 will be described.
コンピュータシミュレーションによりしわの発生の可能性を調べる場合は、通常、シミュレーション結果を視認して、しわが発生しないかどうかを判断する必要がある。したがって、そのままでは最適化アルゴリズムを用いて、しわ発生の可能性が小さい最適なビードの配置、形状を自動的に探索することはできない。 When examining the possibility of occurrence of wrinkles by computer simulation, it is usually necessary to visually check the simulation result to determine whether or not wrinkles will occur. Therefore, it is not possible to automatically search for an optimal bead arrangement and shape with a small possibility of wrinkles using an optimization algorithm as it is.
そこで、目的関数設定部22では、成形により板厚が大きくなる箇所にはしわが発生しやすいとの知見に基づき、成形品の最大板厚をしわ評価のための目的関数F0(x)として用いるものとされる。すなわち、オペレータは目的関数設定部22により表示される所定の設定画面により成形品の最大板厚を目的関数F0(x)として指定し、その目標(目的関数(最大板厚)を最小とすること)を設定するものとされる。 Therefore, the objective function setting unit 22 uses the maximum sheet thickness of the molded product as an objective function F 0 (x) for wrinkle evaluation based on the knowledge that wrinkles are likely to occur at locations where the sheet thickness increases due to molding. It is supposed to be used. That is, the operator designates the maximum thickness of the molded product as the objective function F 0 (x) on the predetermined setting screen displayed by the objective function setting unit 22 and minimizes the target (objective function (maximum thickness)). To be set).
また、この場合、制約条件設定部23においては、破断を生じさせないこと、もしくは板厚の最小値を所定値以上とすることが制約条件として設定される。そのような制約条件Fj(x)として、例えば成形品の最小板厚を用いるものとしてもよいし、FLD(成形限界線図)における最大主ひずみ方向における破断限界までのひずみ余裕量を用いるものとしてもよい。 In this case, the constraint condition setting unit 23 sets the constraint condition not to cause breakage or to set the minimum thickness to a predetermined value or more. As such a constraint condition F j (x), for example, the minimum thickness of the molded product may be used, or the strain margin up to the fracture limit in the maximum principal strain direction in FLD (molding limit diagram) is used. It is good.
また、目的関数や制約関数の評価対象は必ずしも成形品全体とする必要はなく、その目的に応じて成形品の特定部分に限定することもできる。そして、そのような限定を行うことにより、探索に要する時間を短縮しながら初期の目的が達成される。例えば、プレス成形においては、絞り加工がなされる底部の曲がり部に割れが発生しやすいことが経験則上知られているので、評価対象領域を底部の曲がり部を含む近傍に限定することもできる。 Further, the objective function and the constraint function are not necessarily evaluated for the entire molded product, and can be limited to a specific part of the molded product according to the purpose. By performing such a limitation, the initial purpose is achieved while reducing the time required for the search. For example, in press molding, since it is known from experience that it is easy for cracks to occur in the bent portion of the bottom where drawing is performed, the evaluation target region can be limited to the vicinity including the bent portion of the bottom. .
図8に、制約関数としてFLDを用いて底部の曲がり部の割れ評価をなす場合において、かかる限定がなされた評価対象領域を示す。図8(a)は、評価をしたい底部の曲がり部が評価対象領域に含まれていない不適切な例を示す。このように、評価を得たい領域が評価対象領域から外れている場合、設定画面Uを見ながら評価対象領域を適宜修正し、評価対象領域に底部の曲がり部が含まれるようにする。図8(b)に、かかる修正がなされて評価対象領域に底部の曲がり部が含まれるようになった例を示す。図9に、オペレータが制約関数についてかかる設定を行うための操作ウインドウ33の一例を示す。 FIG. 8 shows an evaluation target region in which such a limitation is made in the case where the crack evaluation of the bent portion at the bottom portion is performed using FLD as a constraint function. FIG. 8A shows an inappropriate example in which the bent portion at the bottom to be evaluated is not included in the evaluation target area. As described above, when the region where evaluation is desired is out of the evaluation target region, the evaluation target region is appropriately corrected while viewing the setting screen U so that the bent portion at the bottom is included in the evaluation target region. FIG. 8B shows an example in which such a correction is made so that the bent portion at the bottom is included in the evaluation target region. FIG. 9 shows an example of the operation window 33 for the operator to make such settings for the constraint function.
次に、最適化計算部2を説明する。 Next, the optimization calculation unit 2 will be described.
最適化計算部2は、最適化計算実行手段4と、成形シミュレーション手段5と、シミュレーション実行ファイル作成手段6と、シミュレーション応答ファイル作成手段7とから構成される。 The optimization calculation unit 2 includes an optimization calculation execution unit 4, a molding simulation unit 5, a simulation execution file creation unit 6, and a simulation response file creation unit 7.
最適化計算実行手段4は、逐次近似応答曲面法に基づくアルゴリズム、逐次修正法に基づくアルゴリズム、高精度・低精度解析モデル併用最適化アルゴリズムといった各種最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムを用いて最適解を探索する処理をCPU11に実行させる機能を有するものであり、オペレータが、各最適化アルゴリズムの中でいずれの最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムにより最適解を探索するかを指定できるインタフェースを含む。 The optimization calculation execution means 4 is optimized using optimization calculation programs based on various optimization algorithms such as an algorithm based on the successive approximation response surface method, an algorithm based on the sequential correction method, and an optimization algorithm combined with a high-precision / low-precision analysis model. An interface having a function of causing the CPU 11 to execute a process for searching for a solution, and allowing an operator to designate an optimization calculation program based on which optimization algorithm to search for an optimal solution among the optimization algorithms. Including.
例えば、シミュレーションによっては詳細解析が不可欠なものがあり、そのような場合には計算時間が非常に長くなる。そのため、シミュレーションを数十回繰り返す必要のある逐次近似応答曲面法などの最適化アルゴリズムによる最適化計算プログラムをそのようなシミュレーションに適用すると、実用的な時間内に最適解が求められない場合がある。したがって、このような場合には、オペレータは、結果の判断と設計変数xiの修正にオペレータが介入することで繰り返し計算回数を削減できる逐次修正法などの比較的簡易な最適化アルゴリズムによる最適化計算プログラムを選択し、これを用いて最適化を行う。これにより、実用的な時間内で最適解を求めることが可能となる。 For example, in some simulations, detailed analysis is indispensable, and in such a case, the calculation time becomes very long. For this reason, when an optimization calculation program using an optimization algorithm such as a successive approximation response surface method that requires simulation to be repeated several tens of times is applied to such a simulation, an optimal solution may not be obtained within a practical time. . Therefore, in such a case, the operator, optimization relatively simple optimization algorithms, such as successive correction method capable of repeatedly reducing the number of calculations by the modification of the design variable x i with the result of decision operator intervention A calculation program is selected and used for optimization. This makes it possible to obtain an optimal solution within a practical time.
また、オペレータは、高精度・低精度解析モデル併用最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムを選択することによって、精度は高いが計算時間の長い高精度モデルと、精度は低いが計算時間の短い低精度モデルとを併用し、高精度モデルの結果に合わせて低精度モデルをチューニングしながら、チューニングされた低精度モデルを主に用いて最適解の探索を行う。これにより、短時間で最適化を行うことが可能となる。 In addition, the operator selects an optimization calculation program based on the optimization algorithm combined with the high-precision / low-precision analysis model, so that a high-precision model with high accuracy but a long calculation time and a low-precision but low calculation time are obtained. The optimal solution is searched mainly using the tuned low accuracy model while using the accuracy model together and tuning the low accuracy model according to the result of the high accuracy model. Thereby, optimization can be performed in a short time.
しかして、最適化計算実行手段4は、選択された最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムにより、設定された設計変数xiに対する成形シミュレーション手段5の応答である目的関数F0(x)および制約条件Fj(x)を評価し、その評価結果により設計変数xiの探索方向を定め、その定めた探索方向に設計変数xiの値を調節し、値が調節された設計変数xiにより再度シミュレーションを実行するようにシミュレーション実行ファイル作成手段6を介して成形シミュレーション手段5に設計変数xiを出力する、といった手順で最適な設計変数xiを探索する。 Thus, optimization calculation executing means 4, the optimization calculation program based on the selected optimization algorithm, the objective function F 0 (x) and constraints is the response of the forming simulation means 5 with respect to the design variables x i that are set The condition F j (x) is evaluated, the search direction of the design variable x i is determined based on the evaluation result, the value of the design variable x i is adjusted in the determined search direction, and the design variable x i whose value is adjusted is used. The optimum design variable x i is searched for in such a procedure that the design variable x i is output to the forming simulation means 5 via the simulation execution file creation means 6 so as to execute the simulation again.
成形シミュレーション手段5は、板プレス成形解析ソフトウエア(ソルバーともいう)を備え、成形の対象となるブランクの形状データとその物性値データを用い、設定された金型によりプレス成形を実行した場合の成形結果をシミュレーションにより予測し、出力する機能を有するものである。なお、板プレス成形解析ソフトウエアとしては、PAM−STAMP、QUIK−STAMP、LS−DYNA等がある。 The molding simulation means 5 is provided with plate press molding analysis software (also referred to as a solver), and uses the shape data of the blank to be molded and its physical property value data, and press molding is performed with a set mold. It has a function of predicting the molding result by simulation and outputting it. Examples of plate press forming analysis software include PAM-STAMP, QUIK-STAMP, and LS-DYNA.
シミュレーション実行ファイル作成手段6は、最適化計算実行手段4により指示された設計変数xiを用いて、成形シミュレーション手段5がシミュレーションを実行できるように、最適化計算実行手段4が出力した設計変数xiに基づき所定のシミュレーション実行ファイルを自動作成する機能を有する。 The simulation execution file creation means 6 uses the design variable x i instructed by the optimization calculation execution means 4 so that the molding simulation means 5 can execute the simulation so that the design variable x output by the optimization calculation execution means 4 can be executed. It has a function of automatically creating a predetermined simulation execution file based on i .
例えば、シミュレーション実行ファイル作成手段6は、設計変数xiに合わせて等価ドロービードの形状を成形シミュレーション手段5が実行可能な形式に修正し、それをシミュレーション実行ファイルに書き込んでそれを成形シミュレーション手段5に送出したり、設計変数xi1(重み)に合わせて基本トリムメッシュを変形させてモーフィングトリムメッシュを作成し、そのモーフィングトリムメッシュを設計変数xi2に合わせて移動、回転、拡大・縮小させて最終トリムメッシュを作成した後にその重なり部分でブランクを切断し、その切断後のブランクを成形シミュレーション手段5が実行可能な形式に修正してシミュレーション実行ファイルに書き込んでそれを成形シミュレーション手段5に送出したりする。なお、重みやトリムメッシュなどについては後述する。 For example, the simulation execution file creation means 6, the shape of the equivalent drawbead fix the forming simulation means 5 is executable form in accordance with the design variable x i, it writes it to the simulation executable to forming simulation means 5 Send out or create a morphing trim mesh by deforming the basic trim mesh according to the design variable x i1 (weight), and move, rotate, enlarge / reduce the morphing trim mesh according to the design variable x i2 After the trim mesh is created, the blank is cut at the overlapping portion, and the blank after the cut is modified into a format that can be executed by the molding simulation means 5 and written into a simulation execution file, which is then sent to the molding simulation means 5 To do. The weight and trim mesh will be described later.
シミュレーション応答ファイル作成手段7は、成形シミュレーション手段5によるシミュレーション結果に基づき、目的関数F0(x)および制約条件Fj(x)を自動計算し、指示された設計変数xiへの応答として最適化計算実行手段4に出力する機能を有する。 The simulation response file creation means 7 automatically calculates the objective function F 0 (x) and the constraint condition F j (x) based on the simulation result by the molding simulation means 5 and is optimal as a response to the designated design variable x i . It has a function of outputting to the calculation calculation execution means 4.
なお、板プレス成形解析ソフトウエアについては、前述したように種々のものが市販されているが、シミュレーション実行ファイル作成手段6およびシミュレーション応答ファイル作成手段7を適宜調整することにより、各種ソフトウエアに適用可能である。 As described above, various types of plate press forming analysis software are commercially available, and can be applied to various software by appropriately adjusting the simulation execution file creation means 6 and the simulation response file creation means 7. Is possible.
以下、図10および図11のフローチャートを参照して、ビードの配置、形状を最適化する場合を例に、最適条件探索部Sの動作を説明する。図10は、設計変数設定部21がCPU11に実行させる設計変数xiの設定処理についてのフローチャートである。なお、以下の各ステップは、規定されている複数の成形条件最適化の中から「ビードの最適化」という項目を選択した後に実行される。また、図中、S1〜S7はステップ番号を示す。 Hereinafter, the operation of the optimum condition search unit S will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 10 and 11 by taking as an example the case of optimizing the arrangement and shape of the beads. Figure 10 is a flowchart of setting processing of the design variable x i to design variable setting unit 21 to be executed by the CPU 11. The following steps are executed after selecting the item “bead optimization” from a plurality of prescribed molding condition optimizations. In the figure, S1 to S7 indicate step numbers.
ステップS1:初期ビードを設定する。 Step S1: An initial bead is set.
ステップS2:初期ビードの変形の態様(移動、回転、拡大・縮小)を設定する。なお、ステップS1,S2の手順により、設計変数xiが設定される。 Step S2: The deformation mode (movement, rotation, enlargement / reduction) of the initial bead is set. Incidentally, the procedure of step S1, S2, the design variables x i are set.
ステップS3:変形の態様に応じて、必要とされる諸元を設定する(移動の場合の移動方向、拡大・縮小の場合の基準点、回転の場合の回転中心)。 Step S3: Necessary specifications are set according to the mode of deformation (movement direction in the case of movement, reference point in the case of enlargement / reduction, rotation center in the case of rotation).
ステップS4:設計変数xiの範囲(移動量、回転角および変倍率の上限値・下限値)を設定する。 Step S4: To set the range of the design variable x i (upper and lower limit values of the movement amount, the rotation angle and scaling factor).
ステップS5:初期ビードおよびその上限から下限までの変形によるビードの存在範囲を表示する等(前記図6参照)、前記ステップS1〜S4における設定内容が合理的であるか否かをオペレータが視認できるように、設定画面Uにおいて設定内容に基づく表示を行う。 Step S5: The operator can visually check whether the setting contents in Steps S1 to S4 are reasonable, such as displaying the initial bead and the existence range of the beads by deformation from the upper limit to the lower limit (see FIG. 6). Thus, the display based on the setting content is performed on the setting screen U.
図12にそのような表示の一例を示す。同図(a)では、ダイの製品形状対応部分W1近傍のダイフェイス所定位置に初期ビードB1が表示され、変形が図の横方向の平行移動である場合にその変形範囲(移動量)がオペレータにより合理的に、つまりビードの存在範囲がダイの製品形状対応部分W1と重なることなく設定された場合が示されている。同図(b)では、ダイの製品形状対応部分W2近傍のダイフェイス所定位置に初期ビードB2が表示され、変形が点C1を中心とする回転移動である場合にその変形範囲(回転角度)がオペレータにより合理的に設定された場合が示されている。同図(c)では、ダイの製品形状対応部分W3近傍のダイフェイス所定位置に初期ビードB3が表示され、変形が図の縦方向の拡大・縮小である場合にその変形範囲(倍率)がオペレータにより合理的に設定された場合が示されている。 FIG. 12 shows an example of such display. In FIG. 5A, when the initial bead B1 is displayed at a predetermined position on the die face near the product shape corresponding portion W1 of the die, and the deformation is a horizontal translation in the figure, the deformation range (movement amount) is the operator. Shows a case where the bead existence range is set without being overlapped with the product shape corresponding portion W1 of the die. In FIG. 5B, when the initial bead B2 is displayed at a predetermined position on the die face near the product shape corresponding portion W2 of the die, and the deformation is a rotational movement around the point C1, the deformation range (rotation angle) is The case where it is set rationally by the operator is shown. In FIG. 8C, when the initial bead B3 is displayed at a predetermined position on the die face near the product shape corresponding portion W3 of the die, and the deformation is the enlargement / reduction in the vertical direction in the figure, the deformation range (magnification) is the operator. The case where it is set rationally by is shown.
ステップS6:オペレータが設定に不具合があるか否かを前記設定画面の表示により確認した結果に応じて、不具合があれば、ステップS4に戻り、不具合がなければ、ステップS7に進む。例えば、ビードの存在範囲が成形品対応部分にはみ出していないかなどをオペレータが調べ、不具合があれば設定値の見直しなどを行う。 Step S6: If there is a defect according to the result of confirming whether or not the setting has a defect by displaying the setting screen, the process returns to step S4, and if there is no defect, the process proceeds to step S7. For example, the operator checks whether the existence range of the beads protrudes from the part corresponding to the molded product. If there is a defect, the operator reviews the set value.
ステップS7:ビードの引抜抵抗の初期値、およびその上限値・下限値を設定する。 Step S7: The initial value of the bead pulling resistance and its upper and lower limit values are set.
図11は、シミュレーション実行ファイル作成手段6による処理、および成形シミュレーション手段5による処理に関する手順についてのフローチャートである。なお、以下の各ステップ中、シミュレーション実行ファイル作成手段6によりステップS11〜ステップS14が実行され、成形シミュレーション手段5によりステップS15が実行される。また、図中、S11〜S15はステップ番号を示す。 FIG. 11 is a flowchart of a procedure relating to processing by the simulation execution file creation means 6 and processing by the molding simulation means 5. During each of the following steps, steps S11 to S14 are executed by the simulation execution file creation means 6, and step S15 is executed by the molding simulation means 5. In the figure, S11 to S15 indicate step numbers.
ステップS11:メモリ12からシミュレーション実行ファイルを読み込む。 Step S11: A simulation execution file is read from the memory 12.
ステップS12:最適化計算実行手段4の出力した設計変数xiに基づき、初期ドロービードを移動、回転、拡大・縮小し、今回のシミュレーションの対象となるドロービードを作成する。 Step S12: Based on the output by the design variable x i of the optimization calculation execution means 4, moving the initial drawbead, rotation, expansion and shrinking, to create a drawbead subject to this simulation.
ステップS13:作成されたドロービードをダイフェイス面に投影する。 Step S13: The created draw bead is projected onto the die face surface.
ステップS14:ドロービードによる引抜抵抗を設計変数xiに応じて設定する。これにより単なる曲線として表されたドロービードを等価ドロービードとして用い、正確にシミュレーションを実行することが可能となる。得られた等価ドロービードを、成形シミュレーション手段5によるシミュレーションが可能な形式に変更してシミュレーション実行ファイルに書き込む。このシミュレーション実行ファイルは、成形シミュレーション手段5に送出される。 Step S14: To set in accordance with the design variable x i the pull-out resistance by drawbead. As a result, it is possible to accurately execute a simulation using a draw bead expressed as a simple curve as an equivalent draw bead. The obtained equivalent draw bead is changed to a format that can be simulated by the molding simulation means 5 and written into the simulation execution file. This simulation execution file is sent to the molding simulation means 5.
ステップS15:シミュレーションを実行し、その結果を表すファイルをシミュレーション応答ファイル作成手段7に出力する。 Step S15: The simulation is executed, and a file representing the result is output to the simulation response file creating means 7.
図13に、2本のビードB11、B12の配置、形状を最適化する場合を示す。 FIG. 13 shows a case where the arrangement and shape of the two beads B11 and B12 are optimized.
ここでは、同図(a)に示すように、各ビード(初期ビード)B11、B12の回転角度および引抜抵抗を設計変数x1,x2,x3としている。同図(b)は、所定の設定変数に対するシミュレーション結果である。ここでは、制約条件(最小板厚)が0.7mm以上とされ、目的関数が最大板厚とされ、その目標が目的関数(最大板厚)を最小とすることとされている。同図(c)に、設計変数x1,x2,x3についての設定例および最適解を表により示す。 Here, as shown in FIG. 6A, the rotation angles and pull-out resistances of the beads (initial beads) B11 and B12 are set as design variables x 1 , x 2 , and x 3 . FIG. 5B shows the simulation result for a predetermined setting variable. Here, the constraint condition (minimum plate thickness) is 0.7 mm or more, the objective function is the maximum plate thickness, and the target is to minimize the objective function (maximum plate thickness). FIG. 3C shows a setting example and optimum solution for the design variables x 1 , x 2 , and x 3 in a table.
図14に、2本のビードの配置、形状の最適化を実施した他の一例を示す。同図(a)は、初期ビード(初期値)と最適解に対応する最適ビードを示し、同図(b)は、それぞれの応答(目的関数(最大板厚)、制約条件(最小板厚))を表にしたものである。表より、最大板厚が1.854mmから1.598mmに減少し、最小板厚が制約条件を満足するようになったのが理解される。 FIG. 14 shows another example in which the arrangement and shape of two beads are optimized. The figure (a) shows the initial bead (initial value) and the optimum bead corresponding to the optimum solution, and the figure (b) shows the respective responses (objective function (maximum thickness), constraint condition (minimum thickness)). ). From the table, it is understood that the maximum plate thickness is reduced from 1.854 mm to 1.598 mm, and the minimum plate thickness satisfies the constraint condition.
図15に、図14の例におけるシミュレーション結果を示す。同図(a)は、初期ビード(初期値)のシミュレーション結果であり、同図(b)は、最適解のシミュレーション結果である。ここでは、最小板厚、最大板厚ともに改善が見られる。同図(c)は、図14(b)と同様の図である。 FIG. 15 shows a simulation result in the example of FIG. FIG. 4A shows the simulation result of the initial bead (initial value), and FIG. 4B shows the simulation result of the optimum solution. Here, both the minimum and maximum plate thicknesses are improved. FIG. 14C is the same diagram as FIG.
次に、図16〜図23を参照して、ブランク形状を最適化する場合を例に取り最適条件探索部Sの動作を説明する。 Next, the operation of the optimum condition search unit S will be described with reference to FIGS. 16 to 23, taking as an example the case where the blank shape is optimized.
ブランク形状は、適切なものでないと所望の成形品形状を得られないのは当然のことであるばかりでなく、しわや破断を生じさせる要因となるため、それを適切なものに設定することは重要性が高い。 It is natural that a blank shape cannot be obtained in a desired shape unless it is appropriate, and it causes wrinkles and breakage. High importance.
最適化アルゴリズムを用いてブランク形状を最適化する場合、形状そのものを設計変数xiとして最適化計算を行うことは実用上不可能であるので、どのようなパラメータを設計変数xiとして設定するかが鍵となる。 When a blank shape is optimized using an optimization algorithm, it is practically impossible to perform optimization calculation using the shape itself as a design variable x i , so what parameters are set as the design variable x i Is the key.
公知ではないが、基本となるブランク形状を設定し、特にしわ等が発生しそうな部分について、その変形の範囲を設定し、その最内の外形線と最外の外形線との間における変化割合でブランク形状を表すものとし、その変化割合を設計変数xiとして最適化計算を行う方法が考えられる。 Although it is not publicly known, the basic blank shape is set, and the range of deformation is set for the part where wrinkles etc. are likely to occur, and the change ratio between the innermost outline and the outermost outline in and to represent a blank shape, a method of performing optimization calculation the change rate as a design variable x i is considered.
ところが、この方法では、図16(a)および(c)に示すように、基本となるブランクW2の形状 (図16(a)参照)をモーフィングにより変形する必要が生じる。つまりブランク形状のメッシュの目の間隔を引き延ばしたり、押し縮めたりして、ブランク形状を調節する必要が生じる。ところが、このようにメッシュの目の間隔を変更すると、極端に縦横比の異なる要素やねじれた要素が発生し、極端に計算時間が増大したり、正確なシミュレーションができなくなる場合が生ずる。 However, in this method, as shown in FIGS. 16A and 16C, the shape of the basic blank W2 (see FIG. 16A) needs to be deformed by morphing. That is, it is necessary to adjust the blank shape by extending or compressing the distance between the eyes of the blank-shaped mesh. However, if the mesh interval is changed in this way, elements with extremely different aspect ratios or twisted elements are generated, and the calculation time may be extremely increased, or accurate simulation may not be possible.
したがって、実施形態においては、ブランク自体の形状を変化させる変化割合を設計変数xiとするのではなく、図16(a)および(b)に示すように、ブランクW2をモーフィングトリムメッシュの局所外形線L1でトリムするものとし、モーフィングトリムメッシュの変形割合、つまり局所外形線L1の変形割合を設計変数xiとして最適化計算を行うものとしている。なお、モーフィングトリムメッシュについては後述する。 Thus, in the embodiment, instead of the rate of change of changing the shape of the blank itself and the design variable x i, as shown in FIG. 16 (a) and (b), the local contour morphing trim mesh blank W2 shall trim lines L1, deformation ratio of morphing trim mesh, that is assumed to perform optimization calculation deformation rate of the local contour line L1 as a design variable x i. The morphing trim mesh will be described later.
具体的には、図17および図18に示すように、ブランクW3に対して、余分となる部分をカットするためのトリムメッシュT3を考える。このトリムメッシュT3は、図17(a)に示すように、設定画面UにおいてブランクW3の近傍に配置され、ブランクW3と重なった部分をブランクW3から切除する機能を有する形状変更ツールとして構成される。したがって、トリムメッシュT3を変形(モーフィングによる)することによって、トリムラインL3が変化し、ブランクW3の形状を調節することが可能となる。また、このようにすることにより、トリムメッシュT3を構成する要素がねじれたりしたとしても、シミュレーションにおいてはトリムラインL3しか用いないので、正確なシミュレーションがなし得る。 Specifically, as shown in FIGS. 17 and 18, a trim mesh T3 for cutting an extra portion with respect to the blank W3 is considered. As shown in FIG. 17A, the trim mesh T3 is arranged in the vicinity of the blank W3 on the setting screen U, and is configured as a shape changing tool having a function of cutting a portion overlapping the blank W3 from the blank W3. . Therefore, by modifying the trim mesh T3 (by morphing), the trim line L3 is changed, and the shape of the blank W3 can be adjusted. Moreover, by doing in this way, even if the elements constituting the trim mesh T3 are twisted, since only the trim line L3 is used in the simulation, an accurate simulation can be performed.
つまり、トリムメッシュT3の基本形状(最小形状、図17(b)参照)と限界形状(図18(c)参照)とを設定し、基本形状の重みを値「0」、限界形状の重みを値「1」とし、その重みxi(0≦xi≦1)を設計変数としてトリムメッシュT3の形状、つまりトリムラインL3ないしはブランクW3の形状を表すものとされる。これにより、ブランクW3の形状をそれ自体のモーフィングによらずに、設計変数xiに応じて調節することが可能となるため、最適化アルゴリズムを用いてブランクW3の最適な形状を探索することが可能となる。 That is, the basic shape (minimum shape, see FIG. 17B) and the limit shape (see FIG. 18C) of the trim mesh T3 are set, the weight of the basic shape is “0”, and the weight of the limit shape is The value “1” is set, and the weight x i (0 ≦ x i ≦ 1) is used as a design variable to represent the shape of the trim mesh T3, that is, the shape of the trim line L3 or the blank W3. Thus, the shape of the blank W3 regardless of the morphing itself, since it is possible to adjust in accordance with the design variable x i, can explore the optimum shape of the blank W3 using an optimization algorithm It becomes possible.
また、この場合も、設計変数xiの範囲が合理的であるか否か、例えばトリムラインL3が成形品対応部分に食い込まないかなどを設定画面Uで確認しながら設定を行うことが可能となる。 Also in this case, whether the range of the design variable x i is reasonable, for example, trim line L3 is possible to perform setting while confirming the like or not bite into the molded article the corresponding parts in the setting screen U Become.
以下、図19および図20のフローチャートを参照して、ブランク形状を最適化する場合を例に、最適条件探索部Sの動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the optimum condition search unit S will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 19 and 20, taking as an example the case of optimizing the blank shape.
図19は、設計変数設定部21による処理を示す。なお、以下の各ステップは、規定されている複数の成形条件最適化の中から「ブランクの最適化」という項目を選択した後に実行される。また、図中、S21〜S26はステップ番号を示す。 FIG. 19 shows processing by the design variable setting unit 21. The following steps are executed after selecting the item “blank optimization” from a plurality of prescribed molding condition optimizations. In the figure, S21 to S26 indicate step numbers.
ステップS21:初期ブランク形状を設定する。 Step S21: An initial blank shape is set.
ステップS22:基本トリムメッシュを設定する。 Step S22: A basic trim mesh is set.
ステップS23:初期ブランク形状から最大限にブランクを切除するときのトリムメッシュ(限界トリムメッシュ)を前記ステップS22で作成された基本トリムメッシュをモーフィングして変形することにより作成する。トリムメッシュを基本トリムメッシュと限界トリムメッシュとの間で適宜変更してブランクを切除するトリムメッシュ(モーフィングトリムメッシュ)を作成する。この変形割合(重み)が第1の設計変数xiとされる。 Step S23: A trim mesh (limit trim mesh) for cutting the blank to the maximum from the initial blank shape is created by morphing and deforming the basic trim mesh created in step S22. A trim mesh (morphing trim mesh) for cutting a blank is created by appropriately changing a trim mesh between a basic trim mesh and a limit trim mesh. The deformation ratio (weight) is the first design variable x i.
ステップS24:ブランクの切除部分をさらに適切にするために必要があれば、モーフィングトリムメッシュを移動、拡大、縮小、回転して、切除するトリムメッシュ(最終トリムメッシュ)を設定する。このときの移動量等が第2の設計変数xiとされる。なお、モーフィングトリムメッシュを移動、拡大、縮小、回転する必要がなければ、前記ステップS23で作成されたモーフィングトリムメッシュが最終トリムメッシュとされる。 Step S24: If necessary to make the cut portion of the blank more appropriate, the trim mesh (final trim mesh) to be cut is set by moving, enlarging, reducing, and rotating the morph trim trim mesh. Movement amount or the like at this time is the second design variable x i. If it is not necessary to move, enlarge, reduce, or rotate the morphing trim mesh, the morphing trim mesh created in step S23 is set as the final trim mesh.
ステップS25:最終トリムメッシュの位置、形状が不合理なものとならないかをオペレータに確認させるために、設定画面Uに各設計変数xiを0〜1の間で変化させたときの最終トリムメッシュを表示する。 Step S25: final trim mesh when position of the last trim mesh, or shape is not as unreasonable that in order to check the operator, was varied between 0 and 1 each design variable x i to the setting screen U Is displayed.
ステップS26:オペレータにより不具合が確認されれば、ステップS22に戻り、不具合がなければ処理を終了する。 Step S26: If a malfunction is confirmed by the operator, the process returns to step S22, and if there is no malfunction, the process is terminated.
図20は、シミュレーション実行ファイル作成手段6による処理および成形シミュレーション手段5による処理に関する手順についてのフローチャートである。なお、以下のステップ中、シミュレーション実行ファイル作成手段6によりステップS31〜ステップS34が実行され、成形シミュレーション手段5によりステップS35が実行される。図中、S31〜S35はステップ番号を示す。また、ステップS32およびステップS33は、その順序が入れ替えられてもよい。 FIG. 20 is a flowchart of a procedure relating to processing by the simulation execution file creation means 6 and processing by the molding simulation means 5. In the following steps, steps S31 to S34 are executed by the simulation execution file creation means 6, and step S35 is executed by the molding simulation means 5. In the figure, S31 to S35 indicate step numbers. Moreover, the order of step S32 and step S33 may be changed.
ステップS31:メモリ12からシミュレーション実行ファイルを読み込む。 Step S31: A simulation execution file is read from the memory 12.
ステップS32:最適化計算実行手段4の出力した第1の設計変数xiつまり重みを読み出し、その重みに基づき基本トリムメッシュを変形してモーフィングトリムメッシュを作成する。 Step S32: reads the first design variable x i, that weights the output of the optimization calculation executing means 4, to create a morphing trim mesh by modifying the basic trim mesh based on the weight.
ステップS33:最適化計算実行手段4の出力した第2の設計変数xiを読み出し、その値(移動量等)に応じてモーフィングトリムメッシュを変形し、最終トリムメッシュを作成する。これによりトリムラインL3が決定される。 Step S33: reads the second design variable x i outputted optimization calculation execution means 4, deforming the morphing trim mesh according to the value (amount of movement, etc.), to create a final trim mesh. Thereby, the trim line L3 is determined.
ステップS34:ブランクと最終トリムメッシュとの重なり部分をブランクW3から切除する。これにより、ブランク形状が調節される。 Step S34: The overlapping portion of the blank and the final trim mesh is cut out from the blank W3. Thereby, a blank shape is adjusted.
ステップS35:重なり部分が切除されたブランクW3を用いてシミュレーションを実行し、その結果を表すファイルをシミュレーション応答ファイル作成手段7に出力する。 Step S35: A simulation is executed using the blank W3 from which the overlapping portion has been removed, and a file representing the result is output to the simulation response file creation means 7.
図21に、ブランク形状を最適化した一例を示す。ここでは、同図(a)に示すように、設定画面Uにおいて、基本トリムメッシュ(重み=0)が設定され、限界トリムメッシュ(重み=1)が設定され、重みを0〜1の間で適宜調整し、その調整された重みが第1の設計変数x11として設定されこれに応じてブランク形状が調節され、しわ押さえ力(BHF)が第2の設計変数x12として設定される。同図(b)は、初期解析結果を表し、ここでは、目的関数およびその目標が最小板厚の最大化(破断回避)とされ、制約条件が、最大板厚が所定値以下となること、および製品ラインに評価対象領域内に含まれるフランジラインが侵入しないこととされる。同図(c)に、この例での設計変数x11、x12の設定および求められた最適解を表にして示す。 FIG. 21 shows an example in which the blank shape is optimized. Here, as shown in FIG. 9A, in the setting screen U, the basic trim mesh (weight = 0) is set, the limit trim mesh (weight = 1) is set, and the weight is set between 0 and 1. appropriately adjusted, the adjusted weight is adjusted blank configuration accordingly is set as the first design variable x 11, blank holding force (BHF) is set as the second design variables x 12. FIG. 5B shows the initial analysis result, where the objective function and its target are set to maximize the minimum plate thickness (to avoid fracture), and the constraint condition is that the maximum plate thickness is equal to or less than a predetermined value. The flange line included in the evaluation target area does not enter the product line. FIG. 4C is a table showing the setting of the design variables x 11 and x 12 and the obtained optimum solutions in this example.
図22に、ブランク形状を最適化した別の一例を示す。同図(a)は、初期ブランク、基本トリムメッシュに対応する最大ブランク、限界トリムメッシュに対応する最小ブランク、最適解つまり最終トリムメッシュに対応する最適ブランクを示す。同図(b)は、初期ブランクおよび最適ブランクの全体を示す。同図(c)に、この例での初期ブランク(初期値)および最適解の応答(目的関数(最大板厚)および制約条件(最小板厚))を示す。 FIG. 22 shows another example in which the blank shape is optimized. FIG. 5A shows an initial blank, a maximum blank corresponding to the basic trim mesh, a minimum blank corresponding to the limit trim mesh, and an optimal blank corresponding to the optimal solution, that is, the final trim mesh. FIG. 4B shows the entire initial blank and optimum blank. FIG. 4C shows an initial blank (initial value) and an optimal solution response (objective function (maximum thickness) and constraint condition (minimum thickness)) in this example.
図23に、ブランク形状を最適化した別の一例におけるシミュレーション結果(成形結果)を示す。同図(a)は、初期ブランクのシミュレーション結果であり、同図(b)は最適解のシミュレーション結果である。ここでは、最小板厚(目的関数)および最大板厚(制約関数)ともに改善が見られた。同図(c)は、図22(c)と同様の図である。 FIG. 23 shows a simulation result (molding result) in another example in which the blank shape is optimized. FIG. 4A shows the simulation result of the initial blank, and FIG. 4B shows the simulation result of the optimum solution. Here, both the minimum thickness (objective function) and the maximum thickness (constraint function) were improved. FIG. 10C is the same diagram as FIG.
本発明は、各種板材のプレス成形に適用できる。 The present invention can be applied to press molding of various plate materials.
P プレス成形システム
S 最適条件探索部
T 最適化処理部
1 最適化計算条件設定部
2 最適化計算部
3 最適解出力部
4 最適化計算実行手段
5 成形シミュレーション手段
6 シミュレーション実行ファイル作成手段
7 シミュレーション応答ファイル作成手段
21 設計変数設定部
22 目的関数設定部
23 制約条件設定部
P Press forming system S Optimal condition search unit T Optimization processing unit 1 Optimization calculation condition setting unit 2 Optimization calculation unit 3 Optimal solution output unit 4 Optimization calculation execution unit 5 Molding simulation unit 6 Simulation execution file creation unit 7 Simulation response File creation means 21 Design variable setting part 22 Objective function setting part 23 Constraint condition setting part
Claims (10)
前記最適条件探索部が、最適化計算条件設定部と、最適化計算部と、最適解出力部とを備え、
前記最適化計算条件設定部が、設計変数設定部と、目的関数設定部と、制約条件設定部とを有し、
前記設計変数設定部は、板プレス成形において利用される成形条件について、予め規定されたパラメータを設計変数として指定できるようにされ、
前記目的関数設定部は、板プレス成形において利用される設計目標について、予め規定されたパラメータの内の一つを目的関数として設定できるようにされ、
前記制約条件設定部は、板プレス成形において利用される制約条件について、予め規定されたパラメータを制約条件として指定できるようにされ、
前記最適化計算部が、最適化計算実行手段と、成形シミュレーション手段と、シミュレーション実行ファイル作成手段と、シミュレーション応答ファイル作成手段とを有し、
前記最適化計算実行手段は、各種の最適化アルゴリズムに基づくプログラムを選択可能に有し、
同最適化計算実行手段は、選択されたプログラムにより前記指定された設計変数に対する前記成形シミュレーション手段によるシミュレーション結果を評価し、その評価結果により設計変数の探索方向を定めるものとされ、かつ前記定めた方向に前記設計変数を調節するものとされてなる
ことを特徴とするプレス成形システム。 A press molding system comprising: an optimal condition search unit; and an optimization processing unit that optimizes the press molding process so as to be the optimal molding condition searched by the optimal condition search unit,
The optimal condition search unit includes an optimization calculation condition setting unit, an optimization calculation unit, and an optimal solution output unit,
The optimization calculation condition setting unit includes a design variable setting unit, an objective function setting unit, and a constraint condition setting unit.
The design variable setting unit is configured to be able to specify a predetermined parameter as a design variable for molding conditions used in plate press molding,
The objective function setting unit is configured to set one of predetermined parameters as an objective function for a design target used in plate press molding,
The constraint condition setting unit is configured so that a predefined parameter can be designated as a constraint condition for a constraint condition used in plate press molding,
The optimization calculation unit includes optimization calculation execution means, molding simulation means, simulation execution file creation means, and simulation response file creation means ,
The optimization calculation execution means has a selectable program based on various optimization algorithms,
The optimization calculation execution means evaluates a simulation result by the molding simulation means for the designated design variable by a selected program, and determines a search direction of the design variable based on the evaluation result. A press molding system characterized in that the design variable is adjusted in a direction .
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