JP5832682B1 - プレス金型形状自動作成システム及びプログラム、並びにプレス成形シミュレーションシステム - Google Patents
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Abstract
Description
製品形状データを取得する製品形状データ取得手段と、取得された前記製品形状データからその製品をプレス成形するためのプレス金型の金型形状データを自動で作成するプレス金型形状自動作成システムであって、
部品毎に、該部品の形状、該部品をプレス成形するためのプレス工法及び金型形状タイプに関するデータが記憶された部品工法データ記憶手段と、
前記部品工法データ記憶手段に記憶されたデータから、決定された参照部品のプレス工法を前記製品のプレス工法として取得する部品工法取得手段と、
前記製品形状データ、前記参照部品のプレス方向設定データ及び金型形状タイプに基づいて、取得された前記プレス工法に応じたプレス金型における製品部及び周辺部の形状に関する金型形状データを作成する金型形状作成手段と、を備える
ことを特徴とする。
取得された前記製品形状データを構成する要素毎に主曲率を算出し、該主曲率に基づいて前記製品のフィレット部を認識し、認識された前記フィレット部との位置関係に基づいて前記製品の天板部、縦壁部又はフランジ部を認識する特徴形状認識手段を備える
ことを特徴とする。
前記参照部品の金型形状タイプが製品延長型の場合、
前記金型形状作成手段は、
前記製品の製品外形線をその法線方向に所定距離だけ拡張して金型外形線を作成する金型外形線作成部と、
前記フランジ部に隣接するフィレット部を延長して前記フィレット部及びその延長部と前記金型外形線とで挟まれた領域をしわ押さえ面とするしわ押さえ面作成部と、
前記プレス工法がブランクホルダを有するプレス金型を用いる場合、前記しわ押さえ面と前記フィレット部及びその延長部との境界線を前記ブランクホルダとパンチを分割するパンチ開口線とするパンチ開口線作成部と、
前記プレス工法がパッドを有するプレス金型を用いる場合、前記天板部を前記金型外形線まで延長して前記天板部とその延長部を合わせた領域の外周線を前記パッドとダイを分割するパッド分割線とするパッド分割線作成部と、を備える
ことを特徴とする。
前記参照部品の金型形状タイプがしわ押さえ面余肉面作成型の場合、
前記金型形状作成手段は、
前記製品の参照部位の指定に応じてしわ押さえ面を作成するしわ押さえ面作成部と、
前記製品形状データに基づいて製品形状外周線上の所定角度以下の折れ角を有する角部の頂点である特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
抽出した前記特徴点から外方へ所定距離オフセットした点を通過するスプライン閉曲線である二次元パンチ開口線を作成する二次元パンチ開口線作成部と、
前記特徴点を余肉断面を配置する余肉断面位置に決定し、各余肉断面位置毎に余肉断面パラメータを参照して余肉断面形状を作成する余肉断面形状作成部と、
前記プレス工法がブランクホルダを有するプレス金型を用いる場合、前記しわ押さえ面に対して前記二次元パンチ開口線をプレス方向に写像し、前記ブランクホルダとパンチを分割する三次元パンチ開口線を作成する三次元パンチ開口線作成部と、
前記プレス工法がパッドを有するプレス金型を用いる場合、前記天板部の外周線を前記パッドとダイを分割するパッド分割線とするパッド分割線作成部と、を備える
ことを特徴とする。
取得された前記製品形状データからメッシュモデルを作成し、該メッシュモデルを構成する全要素の平均法線方向を算出し、該平均法線方向をプレス方向として仮決定し、仮決定された前記プレス方向に基づいて前記特徴形状認識手段によって前記製品の特徴形状を認識し、認識された前記特徴形状に基づいて前記プレス方向を調整するプレス方向決定手段を備える
ことを特徴とする。
前記部品工法データ記憶手段は、プレス金型に設けられた各ビード部の配置位置に関するビード配置線と、ビード形状に関するビードタイプ及び断面パラメータと、を記憶し、
取得された前記製品形状データに基づいて前記プレス金型における前記周辺部にビード配置線を作成し、作成された各ビード配置線に対して前記参照部品の対応するビード部のビードタイプ及び断面パラメータを設定するビード設定手段を備える
ことを特徴とする。
前記金型形状作成手段によって作成された前記製品の金型形状データを新たな部品の部品工法データとして登録する金型形状データ登録手段を備える
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
前記部品工法データ記憶手段は、部品からブランクラインを決定するためのブランクラインタイプに関するデータを含み、
前記参照部品の前記プレス工法及びブランクラインタイプに基づいて前記製品のブランクラインを作成するブランクライン作成手段を備える
ことを特徴とする。
前記部品工法データ記憶手段から前記参照部品の総ホルダ荷重を読み取り、前記参照部品のビード部に加わるビード部ホルダ荷重を算出し、該ビード部ホルダ荷重に基づいて製品の総ホルダ荷重を算出して設定するホルダ荷重設定手段を備える
ことを特徴とする。
製品形状データからその対象部品をプレス成形するためのプレス金型の金型形状データを自動で作成するためのプレス金型形状自動作成プログラムであって、
コンピュータを
部品毎に、該部品の形状、該部品をプレス成形するためのプレス工法及び金型形状タイプに関するデータが記憶された部品工法データ記憶手段と、
前記部品工法データ記憶手段に記憶されたデータから、決定された参照部品のプレス工法を前記製品のプレス工法として取得する部品工法取得手段と、
前記製品形状データ、前記参照部品のプレス方向及び金型形状タイプに基づいて、取得された前記プレス工法に応じたプレス金型における製品部及び周辺部の形状に関する金型形状データを作成する金型形状作成手段として機能させる
ことを特徴とする。
図1は、プレス金型形状自動作成システム1の中心となるコンピュータ10の構成を示す図である。このコンピュータ10は、CPU等の処理装置11と、メモリ又はハードディスク等の記憶装置12と、キーボード、マウス又はCD−ROMドライブ等の入力装置13と、液晶ディスプレイ又はプリンタ等の出力装置14とを有する。
図2は、図1の処理装置11の構成を示すブロック図である。
図3は、図1の記憶装置12の構成を概略的に示すブロック図である。記憶装置12は、プログラム記憶部12A、製品データ記憶部12B、部品工法データ記憶部12C、金型モデルデータ記憶部12D及びブランクモデルデータ記憶部12Eから主に構成されている。
製品属性データDT101は、製品に関する属性を整理したデータである。例えば、製品が車体を構成するプレス部品の場合、具体的には、製品データ番号、車種名、製作年、部品名、サイズ、材料及び板厚などの属性から構成されている。製品属性データDT101は、液晶ディスプレイやキーボード等の入力装置13を介して処理装置11に入力される。
製品形状モデルデータDT102は、解析を行う対象となる製品の形状を示すデータであり、三次元CADソフトウェアを用いて作成されたIGES、DXF、DWG等のファイル形式の三次元CADデータ、又は、CADデータに基づいて対象物を有限要素に離散化したメッシュデータ等である。製品形状モデルデータDT102は、CD―ROM等の記憶媒体に記憶され、CD―ROMドライブ等の入力装置13を介して処理装置11に入力される。
製品形状外形線データDT103は、製品形状モデルと金型形状モデルが重なった部分を製品面部として、この製品面部の外形線を全周に亘って三次元点列に分解し、この点列を構成する各節点の位置等を示すデータである。具体的には、図9に示すように、節点番号N…、各節点の全体座標系でのXYZ座標、折れ角度を判定するための特徴点フラグから構成されている。
登録キーデータDT201は、各部品の部品名、サイズ、材質、板厚等のパラメータから構成されている。
プレス方向設定データDT202は、プレス金型のプレス方向を設定するためのデータである。具体的には、図10に示すように、決定タイプ、プレス振り角度の原点移動量、X・Y・Z軸ベクトル等のパラメータから構成されている。
特徴形状認識判定データDT203は、特徴形状を認識するためのデータであり、具体的には、参照部位、パンチ肩R判定許容値、ダイR判定許容値、エンボス深さ判定値等のパラメータから構成されている。
プレス工法データDT204は、フォーム成形又はドロー成形のタイプ、パッドの有無等のパラメータから構成されている。
プレス成形条件データDT205は、プレス成形時の成形条件であるホルダ荷重、パッド荷重等のパラメータから構成されている。
ビード情報データDT206は、ビードの有無、パンチ開口線からのオフセット距離、最小ビード長、ビード指定グループ数等のパラメータから構成されている。
金型形状作成パラメータデータDT207は、金型形状タイプ、しわ押さえ面パラメータ(しわ押さえ面タイプ(平面又は曲面又は参照部位(天板部又はフランジ部))、作成位置差分指定量、曲面タイプ(円柱又は円錐)、曲面定義パラメータ1、2)及び余肉形状パラメータ(二次元パンチ開口線オフセット距離、パッド部・フランジ部・縦壁部の余肉断面パラメータ)等のパラメータから構成されている。
ブランクライン作成パラメータデータDT208は、ブランクタイプ、オフセット量、矩形サイズ最小値、カットポイント移動許容値、カットライン作成許容値等のパラメータから構成されている。
金型形状モデルデータDT301は、例えば、既存のCADシステムで設計されたCADデータ等、既に作成された様々なデータ形式の金型形状データ、現物の金型について三次元計測システムで計測して得られたSTL(Standard Triangulated Language)データなど、各種システムで得られた既存の金型形状データに基づいて一般的なメッシャにより生成された構造解析用のメッシュデータである。このメッシュデータは、プレス金型を構成する各部材(ダイ、パンチ、ブランクホルダ又はパッド)のモデル形状を示している。
プレス方向データDT302は、プレス金型のプレス振り角度を示すデータである。具体的には、図12に示すように、金型の基準点座標(XYZ座標)、プレス振り角度に基づいてXYZ座標系からプレス方向を一軸とする金型座標系へ変換するための座標変換マトリクスの成分m11、…、m33等のパラメータから構成されている。
しわ押さえ面データDT303は、プレス成形時にブランクの周縁部を挟持してしわ押さえする金型のしわ押さえ面の形状及び高さを示すデータである。なお、しわ押さえ面の形状は製品形状に応じて決まり、平面に限るものではない。
二次元パンチ開口線データDT304は、プレス金型の余肉面部の外形線である三次元のパンチ開口線をプレス方向に直交する面に投影した二次元形状を示すデータである。具体的には、図13に示すように、線分番号L…、線分タイプ(フィレット、円弧、直線)、第1端点座標(XY座標)、第2端点座標(XY座標)、中心座標(XY座標)、半径R、開始角度α及び終了角度β等のパラメータから構成されている。
三次元パンチ開口線データDT305は、三次元のパンチ開口線を全周に亘って三次元点列に分解し、この点列を構成する各節点の位置等を示したデータである。具体的には、図14に示すように、節点番号N…、各節点の全体座標系でのXYZ座標、フィレット端部を示す特徴点フラグから構成されている。
特徴点データDT306は、図15に示すように、製品形状外形線上にある特徴点を節点番号で示したデータである。この特徴点は、上述の製品形状外形線データDT103において、特徴点フラグに1が立てられた節点である。
余肉断面データDT307は、各特徴点を端点とする余肉断面の断面形状を示すデータである。具体的には、図16に示すように、断面番号P…、製品形状外形線の節点番号N…、三次元パンチ開口線の節点番号N…、断面形状タイプ、肩部のフィレット半径等のパラメータ1及び肩部の傾斜角を示す壁角度等のパラメータ2等から構成されている。図16によれば、例えば、断面番号P1の余肉断面は、節点N2001と節点N1005との間にあり、断面形状のタイプが1、余肉断面の肩部のフィレット半径がR5、同肩部の鉛直方向に対する角度が20°であるとわかる。
ビードデータDT308は、ビードの形状と位置を示すデータである。具体的には、図17に示すように、ビード形状パラメータ(ビード番号、ビードタイプ(丸、角、ステップ)、始点終点のXY座標、断面エッジ半径、断面中心半径、深さ等)、ビードラインデータ(節点番号、各節点のXY座標)等のパラメータから構成されている。
ブランクラインデータDT401は、図18に示すように、ブランク材の外形線であるブランクラインを構成する節点番号N…、各節点の全体座標系でのXY座標から構成されている。
ブランク板厚データDT402は、ブランク材の板厚をパラメータとして有する。
入力装置13は、製品データの製品属性に関するデータの入力、例えばCADデータ、メッシュデータ等の製品形状に関するデータの入力、データ変換時の各種条件の設定又はシステムの制御等に用いられる。
出力装置14には、検索画面、入力画面、編集画面、解析結果等が表示される。例えば、検索画面には、図19に示すように、検索条件と検索結果が表示され、解析結果には、図20に示すように、成形シミュレーションの結果として、板厚減少率や相当塑性ひずみ等の大きさに応じて色分けされた成形品の三次元形状がグラフィック表示される。
上述のプレス金型形状自動作成システム1が対象とする4種類のプレス工法について、図21〜図24を参照しながら説明する。
プレス金型形状自動作成システム1によるプレス金型形状のプレス金型形状作成方法について説明する。
次に、上述のフローチャートのサブルーチンである部品工法データ検索(ステップS2)について、図26のフローチャートに従って説明する。
次に、図25のフローチャートのサブルーチンである金型モデルデータ作成(ステップS3)について、図27のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンであるプレス方向仮決定(ステップS23)について、第1適用例に関する図46を参照しながら、図28のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンである特徴形状認識(ステップS5)について、第1適用例に関する図47〜図54を参照しながら、図29のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンであるプレス方向設定(ステップS25)について、図30のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンである縦壁部負角調整(ステップS26)について、図31のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンであるプレス工法決定(ステップS27)について、図32のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンである金型形状作成(ステップS28)について、図33のフローチャートに従って説明する。
次に、図33のフローチャートのサブルーチンであるしわ押さえ面作成(ステップS91)について、図34のフローチャートに従って説明する。
次に、図33のフローチャートのサブルーチンである特徴点抽出(ステップS92)について、図35のフローチャートに従って説明する。
次に、図33のフローチャートのサブルーチンである二次元パンチ開口線作成(ステップS93)について、図36のフローチャートに従って説明する。
次に、図33のフローチャートのサブルーチンである余肉形状作成(ステップS94)について、図37のフローチャートに従って説明する。
次に、図37のフローチャートのサブルーチンである余肉断面配置位置決定(ステップS141)について、図38のフローチャートに従って説明する。
次に、図27のフローチャートのサブルーチンであるビード設定(ステップS29)について、図39のフローチャートに従って説明する。
プレス金型形状自動作成システム1によるブランクモデルデータ作成方法について説明する。
次に、図40のフローチャートのサブルーチンである矩形ブランクライン作成(ステップS174)について、図41のフローチャートに従って説明する。
次に、図40のフローチャートのサブルーチンである多角形ブランクライン作成(ステップS176)について、図42のフローチャートに従って説明する。
プレス金型形状自動作成システム1によるホルダ荷重設定方法について説明する。
本実施形態のプレス金型形状自動作成システム1によれば、部品工法データ記憶部12Cに様々な部品のプレス工法及び製品形状に関するデータを予め記憶させておけば、製品Sと類似する部品を参照部品として決定することで、既存の部品のプレス成形に関する部品工法データDT200を有効活用して、様々なプレス工法及び製品形状に応じたプレス金型形状を自動作成することができる。
12C 部品工法データ記憶部(部品工法データ記憶手段)
320 特徴形状認識部(特徴形状認識手段)
330 プレス方向設定部(プレス方向決定手段)
350 プレス工法決定部(プレス工法決定手段)
360 金型形状作成部(金型形状作成手段)
400 ブランクモデルデータ作成部(ブランクライン決定手段)
600 ホルダ荷重設定部(ホルダ荷重設定手段)
700 プレス成形シミュレーション部(シミュレーション手段)
S29 ビード設定ステップ(ビード設定手段)
S83 金型外形線作成ステップ(金型外形線作成部)
S86 しわ押さえ面作成ステップ(しわ押さえ面作成部)
S87 パンチ開口線作成ステップ(パンチ開口線作成部)
S89 パッド分割線作成ステップ(パッド分割線作成部)
S92 特徴点抽出ステップ(特徴点抽出部)
S93 二次元パンチ開口線作成ステップ(二次元パンチ開口線作成部)
S94 余肉断面形状作成ステップ(余肉断面形状作成部)
S95 三次元パンチ開口線作成ステップ(三次元パンチ開口線作成部)
Claims (11)
- 製品の製品形状データを取得する製品形状データ取得手段を有し、該手段によって取得された前記製品形状データからその製品をプレス成形するためのプレス金型の金型形状データを自動で作成するプレス金型形状自動作成システムであって、
部品毎に、該部品の形状、該部品をプレス成形するためのプレス工法、プレス方向設定及び金型形状タイプに関するデータが記憶された部品工法データ記憶手段と、
前記部品工法データ記憶手段に記憶されたデータから、決定された参照部品のプレス工法、プレス方向設定及び金型形状タイプに関するデータを取得する部品工法取得手段と、
前記製品の前記製品形状データと、前記部品工法取得手段によって取得された前記参照部品の前記プレス工法、前記プレス方向設定及び前記金型形状タイプに関するデータとに基づいてプレス金型における製品部及び周辺部の形状に関する金型形状データを作成する金型形状作成手段と、を備える
ことを特徴とするプレス金型形状自動作成システム。 - 取得された前記製品形状データを構成する要素毎に主曲率を算出し、該主曲率に基づいて前記製品のフィレット部を認識し、認識された前記フィレット部との位置関係に基づいて前記製品の天板部、縦壁部又はフランジ部を認識する特徴形状認識手段を備え、
前記金型形状作成手段は、前記特徴形状認識手段によって認識された前記製品の天板部、縦壁部又はフランジ部に基づいて前記金型形状データを作成する
ことを特徴とする請求項1に記載のプレス金型形状自動作成システム。 - 前記参照部品の前記金型形状タイプが製品延長型の場合、
前記金型形状作成手段は、
前記製品の製品形状外形線をその法線方向に所定距離だけ拡張して金型外形線を作成する金型外形線作成部と、
前記フランジ部に隣接するフィレット部を延長して前記フィレット部及びその延長部と前記金型外形線とで挟まれた領域をしわ押さえ面とするしわ押さえ面作成部と、
前記プレス工法がブランクホルダを有するプレス金型を用いる場合、前記しわ押さえ面と前記フィレット部及びその延長部との境界線を前記ブランクホルダとパンチを分割するパンチ開口線とするパンチ開口線作成部と、
前記プレス工法がパッドを有するプレス金型を用いる場合、前記天板部を前記金型外形線まで延長して前記天板部とその延長部を合わせた領域の外周線を前記パッドとダイを分割するパッド分割線とするパッド分割線作成部と、を備える
ことを特徴とする請求項2に記載のプレス金型形状自動作成システム。 - 前記参照部品の前記金型形状タイプがしわ押さえ面余肉面作成型の場合、
前記部品工法データ記憶手段には、前記参照部品の余肉形状パラメータが記憶されており、
前記部品工法取得手段は、前記余肉形状パラメータも取得し、
前記金型形状作成手段は、
前記製品の参照部位の指定に応じてしわ押さえ面を作成するしわ押さえ面作成部と、
前記製品形状データに基づいて製品形状外形線上の所定角度以下の折れ角を有する角部の頂点である特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
抽出した前記特徴点から外方へ所定距離オフセットした点を通過するスプライン閉曲線である二次元パンチ開口線を作成する二次元パンチ開口線作成部と、
前記特徴点を余肉断面を配置する余肉断面位置に決定し、前記部品工法取得手段によって取得された前記参照部品の前記余肉形状パラメータを参照して設定される各余肉断面位置毎に余肉断面パラメータを参照して余肉断面形状を作成する余肉断面形状作成部と、
前記プレス工法がブランクホルダを有するプレス金型を用いる場合、前記しわ押さえ面に対して前記二次元パンチ開口線をプレス方向に写像し、前記ブランクホルダとパンチを分割する三次元パンチ開口線を作成する三次元パンチ開口線作成部と、
前記プレス工法がパッドを有するプレス金型を用いる場合、前記天板部の外周線を前記パッドとダイを分割するパッド分割線とするパッド分割線作成部と、を備える
ことを特徴とする請求項2に記載のプレス金型形状自動作成システム。 - 前記部品工法取得手段によって取得された前記参照部品の前記プレス方向設定に関するデータに基づいてプレス方向決定タイプが自動か否かを判定し、
自動ではないと判定されると、前記製品のプレス金型のプレス方向として前記参照部品の前記部品工法データのプレス指定方向を参照し、
自動であると判定されると、取得された前記製品形状データからメッシュモデルを作成し、該メッシュモデルを構成する全要素の平均法線方向を算出し、該平均法線方向を前記製品のプレス金型のプレス方向として仮決定し、仮決定された前記プレス方向に基づいて前記特徴形状認識手段によって前記製品の特徴形状を認識し、認識された前記特徴形状に基づいて前記製品のプレス金型のプレス方向を決定するプレス方向決定手段を備える
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載のプレス金型形状自動作成システム。 - 前記部品工法データ記憶手段は、プレス金型に設けられた各ビード部の配置位置に関するビード配置線と、ビード形状に関するビードタイプ及び断面パラメータと、を記憶し、
取得された前記製品形状データに基づいて前記プレス金型における前記周辺部にビード配置線を作成し、作成された各ビード配置線に対して前記参照部品の対応するビード部のビードタイプ及び断面パラメータを設定するビード設定手段を備える
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のプレス金型形状自動作成システム。 - 前記金型形状作成手段によって作成された前記製品の金型形状データを新たな部品の部品工法データとして登録する金型形状データ登録手段を備える
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のプレス金型形状自動作成システム。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載のプレス金型形状自動作成システムによって作成された前記金型形状データを用いて前記製品のプレス成形シミュレーションを行うシミュレーション手段を備える
ことを特徴とするプレス成形シミュレーションシステム。 - 前記部品工法データ記憶手段は、部品からブランクラインを決定するためのブランクラインタイプに関するデータを含み、
前記参照部品の前記プレス工法及び前記ブランクラインタイプに基づいて前記製品のブランクラインを作成するブランクライン作成手段を備える
ことを特徴とする請求項8に記載のプレス成形シミュレーションシステム。 - 前記部品工法データ記憶手段から前記参照部品の総ホルダ荷重を読み取り、前記参照部品のビード部に加わるビード部ホルダ荷重を算出し、該ビード部ホルダ荷重に基づいて製品の総ホルダ荷重を算出して設定するホルダ荷重設定手段を備える
ことを特徴とする請求項8又は9に記載のプレス成形シミュレーションシステム。 - 製品の製品形状データからその製品をプレス成形するためのプレス金型の金型形状データを自動で作成するためのプレス金型形状自動作成プログラムであって、
コンピュータを
部品毎に、該部品の形状、該部品をプレス成形するためのプレス工法、プレス方向設定及び金型形状タイプに関するデータが記憶された部品工法データ記憶手段と、
前記部品工法データ記憶手段に記憶されたデータから、決定された参照部品のプレス工法、プレス方向設定及び金型形状タイプに関するデータを取得する部品工法取得手段と、
前記製品の前記製品形状データと、前記部品工法取得手段によって取得された前記参照部品の前記プレス工法、前記プレス方向設定及び前記金型形状タイプに関するデータとに基づいてプレス金型における製品部及び周辺部の形状に関する金型形状データを作成する金型形状作成手段として機能させる
ことを特徴とするプレス金型形状自動作成プログラム。
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