JP5107595B2 - シミュレーション解析方法および金型の設計方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シミュレーション解析方法および金型の設計方法に関する。例えば、自動車のボディを製造するプレス成形をシミュレーション解析するシミュレーション解析方法、および、このプレス成形のプレス機に用いられる金型の設計方法に関する。
従来より、自動車を構成するパネル部材は、鋼板を絞り成形して製造される。このようなパネルは、プレス成形した後にスプリングバックや自重の影響により変形するため、実際にプレス機を用いて成形品の試作を繰り返すことで、金型形状を決定することが行われている。
しかしながら、以上のような手法では金型製作の工数やリードタイムが増加するため、近年、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いて、プレス成形をシミュレーション解析することが行われている。
例えば、プレス成形品は、スプリングバックにより変形するため、ＣＡＥを用いて、スプリングバック量を解析する手法が提案されている（特許文献１参照）。
この手法によれば、スプリングバック量を解析することにより、高い精度でプレス成形をシミュレーション解析できる。
特開２００２−１２６８３４号公報
この手法によれば、スプリングバック量を解析することにより、高い精度でプレス成形をシミュレーション解析できる。
しかしながら、自動車を構成するパネル部材には大型で長いものがあり、このようなパネル部材では、自重による変形量が大きくなるため、シミュレーション解析結果と実際のパネルの寸法との誤差が大きくなり、シミュレーション解析の精度が低下する、という問題があった。
本発明は、シミュレーション解析の精度を向上できるシミュレーション解析方法および金型の設計方法を提供することを目的とする。
本発明のシミュレーション解析方法は、プレス成形によりワークから製品を製造するプロセスをシミュレーション解析するシミュレーション解析方法であって、前記製品の設計上のデータに基づいて金型モデルを生成し、前記ワークをモデル化してワークモデルを生成し、前記金型モデルを用いた前記ワークモデルのプレス成形をシミュレーション解析し、当該プレス成形によるスプリングバックをシミュレーション解析し、前記製品を測定するための測定治具をモデル化して測定治具モデルを生成し、この測定治具モデルで前記ワークモデルを拘束した状態における当該ワークモデルの自重による変形をシミュレーション解析することを特徴とする。
この発明によれば、スプリングバックに加えて、自重による変形を考慮して、シミュレーション解析を行ったので、例えばフロントフェンダパネルのような大型で長いパネルについても、シミュレーション解析の精度を向上できる。その結果、実際にプレス機を用いて成形品を試作し、この試作品を測定治具で測定することなく、自重による変形を考慮して金型を製造でき、金型の製作時間を短縮して、コストを低減できる。
また、測定治具をモデル化して測定治具モデルを生成し、この測定治具モデルにより拘束した状態で、ワークモデルの自重による変形をシミュレーション解析したので、実際にプレス成形品を測定治具で拘束した状態に近い状態を得ることができる。
本発明の金型の設計方法は、プレス成形によりワークから製品を製造するプレス機に用いられる金型の設計方法であって、前記製品の設計上のデータに基づいて金型モデルを生成し、前記ワークをモデル化してワークモデルを生成し、前記金型モデルを用いた前記ワークモデルのプレス成形をシミュレーション解析し、当該プレス成形によるスプリングバックをシミュレーション解析し、前記製品を測定するための測定治具をモデル化して測定治具モデルを生成し、この測定治具モデルで前記ワークモデルを拘束した状態における当該ワークモデルの自重による変形をシミュレーション解析し、これらの解析結果に基づいて前記金型モデルを修正し、当該修正した金型モデルに基づいて、金型を製造することを特徴とする。
この発明によれば、上述の発明と同様の効果がある。
本発明によれば、スプリングバックに加えて、自重による変形を考慮して、シミュレーション解析を行ったので、例えばフロントフェンダパネルのような大型で長いパネルについても、シミュレーション解析の精度を向上できる。その結果、実際にプレス機を用いて成形品を試作し、この試作品を測定治具で測定することなく、自重による変形を考慮して金型を製造でき、金型の製作時間を短縮して、コストを低減できる。また、測定治具をモデル化して測定治具モデルを生成し、この測定治具モデルにより拘束した状態で、ワークモデルの自重による変形をシミュレーション解析したので、実際にプレス成形品を測定治具で拘束した状態に近い状態を得ることができる。
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シミュレーション解析方法および金型の設計方法が適用されたプレス成形システム１の概略構成を示すブロック図である。
プレス成形システム１は、ワークをプレス成形して製品を製造するプロセスをシミュレーション解析し、プレス機のＮＣデータを生成するものである。このプレス成形システム１は、種々のプログラムを実行する演算処理装置と、ハードディスク等の情報を記憶する記憶装置と、を備え、動作制御を行うＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）上に展開されるプログラムとしての、設計手段１１、成形シミュレーション手段１２、および加工手段１３を備える。
図１は、本発明の一実施形態に係るシミュレーション解析方法および金型の設計方法が適用されたプレス成形システム１の概略構成を示すブロック図である。
プレス成形システム１は、ワークをプレス成形して製品を製造するプロセスをシミュレーション解析し、プレス機のＮＣデータを生成するものである。このプレス成形システム１は、種々のプログラムを実行する演算処理装置と、ハードディスク等の情報を記憶する記憶装置と、を備え、動作制御を行うＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）上に展開されるプログラムとしての、設計手段１１、成形シミュレーション手段１２、および加工手段１３を備える。
設計手段１１は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムであり、コンピュータ上で、製品データを生成し、さらに、この製品データに基づいて金型モデルを生成するものである。
図２は、成形シミュレーション手段１２の概略構成を示すブロック図である。
成形シミュレーション手段１２は、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムであり、ワークをモデル化してワークモデルを生成し、設計手段１１で生成された金型モデルを用いて、コンピュータ上でワークモデルの成形プロセスのシミュレーション解析を行う。すなわち、解析条件が入力されると、この解析条件下で成形シミュレーションを行い、その解析結果を出力する。
成形シミュレーション手段１２は、プレス成形解析手段１２１と、スプリングバック解析手段１２２と、自重変形解析手段１２３と、を備える。
成形シミュレーション手段１２は、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムであり、ワークをモデル化してワークモデルを生成し、設計手段１１で生成された金型モデルを用いて、コンピュータ上でワークモデルの成形プロセスのシミュレーション解析を行う。すなわち、解析条件が入力されると、この解析条件下で成形シミュレーションを行い、その解析結果を出力する。
成形シミュレーション手段１２は、プレス成形解析手段１２１と、スプリングバック解析手段１２２と、自重変形解析手段１２３と、を備える。
プレス成形解析手段１２１は、解析条件として、メッシュデータを含む形状モデル、プレス成形条件、拘束条件、材料モデル、摩擦係数、および解析方法などが入力され、これらの入力された解析条件に従って、プレス成形のシミュレーション解析を行う。このプレス成形としては、絞り成形や曲げ成形が含まれる。
スプリングバック解析手段１２２は、解析条件として、拘束条件、材料モデル、および解析方法などが入力され、これらの入力された解析条件に従って、プレス成形されたワークのトリミングおよびスプリングバックのシミュレーション解析を行う。
スプリングバック解析手段１２２は、解析条件として、拘束条件、材料モデル、および解析方法などが入力され、これらの入力された解析条件に従って、プレス成形されたワークのトリミングおよびスプリングバックのシミュレーション解析を行う。
自重変形解析手段１２３は、解析条件として、メッシュデータを含む形状モデル、拘束条件、材料モデル、摩擦係数、および解析方法などが入力され、これらの入力された解析条件に従って、自重による変形のシミュレーション解析を行う。
具体的には、拘束条件とは、例えば、製品の精度を測定するための測定治具による拘束であり、摩擦係数とは、例えば、測定治具と製品との摩擦係数である。自重変形解析手段１２３は、測定治具による拘束点および重力方向に基づいて、これら拘束点でワークを拘束した状態におけるワークの自重による変形を、シミュレーション解析する。
具体的には、拘束条件とは、例えば、製品の精度を測定するための測定治具による拘束であり、摩擦係数とは、例えば、測定治具と製品との摩擦係数である。自重変形解析手段１２３は、測定治具による拘束点および重力方向に基づいて、これら拘束点でワークを拘束した状態におけるワークの自重による変形を、シミュレーション解析する。
図１に戻って、加工手段１３は、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムであり、コンピュータ上で、成形シミュレーション手段１２で生成された金型データに基づいて、ＮＣデータを生成する。
次に、プレス成形システム１を用いた金型の設計手順を、図３のフローチャートを用いて説明する。
ここで、金型により製造される製品は、図４に示すように、自動車のフロントフェンダパネル２０とする。フロントフェンダパネル２０は、鋼板をプレス成形することにより製造される大型で長いパネルであり、このフロントフェンダパネル２０の周縁には、前輪が取り付けられる円弧状の凹部２１と、ヘッドライトが取り付けられる凹部２２と、形成されている。このフロントフェンダパネル２０の先端側、つまり、凹部２２側は、尖った形状となっている。
ここで、金型により製造される製品は、図４に示すように、自動車のフロントフェンダパネル２０とする。フロントフェンダパネル２０は、鋼板をプレス成形することにより製造される大型で長いパネルであり、このフロントフェンダパネル２０の周縁には、前輪が取り付けられる円弧状の凹部２１と、ヘッドライトが取り付けられる凹部２２と、形成されている。このフロントフェンダパネル２０の先端側、つまり、凹部２２側は、尖った形状となっている。
まず、設計手段１１により、製品のデータを生成し（Ｓ１）、この製品の製造工程を設定した後（Ｓ２）、金型モデルを設計する（Ｓ３）。
次に、プレス成形解析手段１２１により、ワークをモデル化してワークモデルを生成し、図５に示すように、このワークモデル３０のプレス成形のシミュレーション解析を行う（Ｓ４）。
次に、スプリングバック解析手段１２２により、スプリングバックのシミュレーション解析を行う（Ｓ５）。具体的には、図６に示すように、プレス成形されたワークモデル３０をトリミングする。すると、図６中矢印で示すように、スプリングバック現象により、ワークモデル３０の先端が跳ね上がる。
次に、プレス成形解析手段１２１により、ワークをモデル化してワークモデルを生成し、図５に示すように、このワークモデル３０のプレス成形のシミュレーション解析を行う（Ｓ４）。
次に、スプリングバック解析手段１２２により、スプリングバックのシミュレーション解析を行う（Ｓ５）。具体的には、図６に示すように、プレス成形されたワークモデル３０をトリミングする。すると、図６中矢印で示すように、スプリングバック現象により、ワークモデル３０の先端が跳ね上がる。
次に、自重変形解析手段１２３により自重による変形のシミュレーション解析を行う（Ｓ６）。具体的には、図７に示すように、測定治具をモデル化して測定治具モデル４０を生成する。測定治具モデル４０は、平板状の基部４１と、この基部４１に立設された２つの支持部４２と、を備え、ワークモデル３０は、支持部４２上に載置されて支持される。この状態で、自重による変形をシミュレーション解析する。
次に、シミュレーション解析結果を評価する。具体的には、測定治具モデル４０上のワークモデル３０を測定し、このワークモデル３０の測定値が許容範囲内であるか否かを判別する。
この判別がＮｏの場合には、Ｓ３に戻り、再び、シミュレーション解析結果に基づいて、金型モデルを修正する。
一方、この判別がＹｅｓの場合には、Ｓ８に移り、加工手段１３により、ＮＣデータを生成する。次に、このＮＣデータに従って、実際に、プレス加工によりワークから試作品を製造する（Ｓ９）。
この判別がＮｏの場合には、Ｓ３に戻り、再び、シミュレーション解析結果に基づいて、金型モデルを修正する。
一方、この判別がＹｅｓの場合には、Ｓ８に移り、加工手段１３により、ＮＣデータを生成する。次に、このＮＣデータに従って、実際に、プレス加工によりワークから試作品を製造する（Ｓ９）。
次に、この試作品を検査する（Ｓ１０）。具体的には、上述の測定治具を実際に用いて、測定治具上に試作品を載置する。その後、この状態で試作品の形状を測定し、この試作品の測定データを生成して、この測定データが許容範囲内であるか否かを判別する。
この判別がＮｏの場合には、Ｓ３に戻り、実際の測定データに基づいて、金型モデルを修正する。
一方、この判別がＹｅｓの場合には、金型モデルを金型形状として決定して、終了する。
この判別がＮｏの場合には、Ｓ３に戻り、実際の測定データに基づいて、金型モデルを修正する。
一方、この判別がＹｅｓの場合には、金型モデルを金型形状として決定して、終了する。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）スプリングバックに加えて、自重による変形を考慮して、シミュレーション解析を行ったので、例えばフロントフェンダパネル２０のような大型で長いパネルについても、シミュレーション解析の精度を向上できる。その結果、実際にプレス機を用いて成形品を試作し、この試作品を測定治具で測定することなく、自重による変形を考慮して金型を製造でき、金型の製作時間を短縮して、コストを低減できる。
（１）スプリングバックに加えて、自重による変形を考慮して、シミュレーション解析を行ったので、例えばフロントフェンダパネル２０のような大型で長いパネルについても、シミュレーション解析の精度を向上できる。その結果、実際にプレス機を用いて成形品を試作し、この試作品を測定治具で測定することなく、自重による変形を考慮して金型を製造でき、金型の製作時間を短縮して、コストを低減できる。
また、測定治具をモデル化して測定治具モデル４０を生成し、この測定治具モデル４０により拘束した状態で、ワークモデル３０の自重による変形をシミュレーション解析したので、実際にプレス成形品を測定治具で拘束した状態に近い状態を得ることができる。
なお、本発明は前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ものである。
２０ フロントフェンダパネル（製品）
３０ ワークモデル
４０ 測定治具モデル
３０ ワークモデル
４０ 測定治具モデル
Claims (1)
- プレス成形によりワークから製品を製造するプレス機に用いられる金型の設計方法であって、
前記製品の設計上のデータに基づいて、少なくとも絞り成形または曲げ成形のどちらかを含む成形を行う金型の金型モデルを生成し、
前記ワークをモデル化してワークモデルを生成し、
前記金型モデルを用いた前記ワークモデルのプレス成形をシミュレーション解析し、
当該プレス成形によるスプリングバックをシミュレーション解析し、
前記製品を測定するための測定治具をモデル化して測定治具モデルを生成し、この測定治具モデルで前記ワークモデルを拘束した状態における当該ワークモデルの自重による変形をシミュレーション解析し、
これらの解析結果に基づいて前記金型モデルを修正し、当該修正した金型モデルに基づいて、金型を製造することを特徴とする金型の設計方法。
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