JP6809941B2 - プレス曲げ成形解析モデル生成システム及びプログラム - Google Patents
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Description
これに対応するため、例えば、金型全体を変形可能な弾性体であるソリッド要素でモデル化し、成形途中の金型の変形を逐次計算しながら解析する方法等が利用されている(例えば、非特許文献2、3参照)。
ガイド部材の垂直ガイド面に対向する垂直面と、前記垂直面と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面とを有するカムドライバと、
前記第1の斜面と対向する第2の斜面と、前記第2の斜面と水平方向で反対側に設けられたプレス面と、前記ガイド部材の水平ガイド面に対向する水平面と、を有するカムスライダと、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
前記カムドライバの下降に伴って、前記垂直ガイド面及び前記垂直面並びに前記第1の斜面及び前記第2の斜面が互いに摺動して、前記カムスライダが前記水平ガイド面に沿って水平方向に移動し、前記カムスライダに設けられた前記プレス面がブランク材の対向する被プレス面に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプレス曲げ成形解析モデル生成システムであって、
前記垂直面から荷重を受ける弾性面とみなす前記垂直ガイド面の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部と、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムドライバビームを用いて前記カムドライバの解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部と、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムスライダビームを用いて前記カムスライダの解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部と、
前記プレス面から荷重を受ける被プレス面を有する変形可能なシェル要素を用いて前記ブランク材の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部と、
を備え、
前記カムドライバビーム及び前記カムスライダビームの少なくとも一方が弾性変形可能であるプレス曲げ成形解析モデル生成システムである。
ガイド部材の垂直ガイド面に対向する垂直面と、前記垂直面と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面とを有するカムドライバと、
前記第1の斜面と対向する第2の斜面と、前記第2の斜面と水平方向で反対側に設けられたプレス面と、前記ガイド部材の水平ガイド面に対向する水平面と、を有するカムスライダと、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
前記カムドライバの下降に伴って、前記垂直ガイド面及び前記垂直面並びに前記第1の斜面及び前記第2の斜面が互いに摺動して、前記カムスライダが前記水平ガイド面に沿って水平方向に移動し、前記カムスライダに設けられた前記プレス面がブランク材の対向する被プレス面に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプログラムであって、
コンピュータを、
前記垂直面から荷重を受ける弾性面とみなす前記垂直ガイド面の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部と、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムドライバビームを用いて前記カムドライバの解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部と、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムスライダビームを用いて前記カムスライダの解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部と、
前記プレス面から荷重を受ける被プレス面を有する変形可能なシェル要素を用いて前記ブランク材の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部と、
して機能させ、
前記カムドライバビーム及び前記カムスライダビームの少なくとも一方が弾性変形可能であるプレス曲げ成形解析モデル生成プログラムである。
ガイド部材の垂直ガイド面に対向する垂直面と、前記垂直面と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面とを有するカムドライバと、
前記第1の斜面と対向する第2の斜面と、前記第2の斜面と水平方向で反対側に設けられたプレス面と、前記ガイド部材の水平ガイド面に対向する水平面と、を有するカムスライダと、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
前記カムドライバの下降に伴って、前記垂直ガイド面及び前記垂直面並びに前記第1の斜面及び前記第2の斜面が互いに摺動して、前記カムスライダが前記水平ガイド面に沿って水平方向に移動し、前記カムスライダに設けられた前記プレス面がブランク材の対向する被プレス面に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプレス曲げ成形解析モデル生成システムであって、
前記垂直面から荷重を受ける弾性面とみなす前記垂直ガイド面の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部と、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムドライバビームを用いて前記カムドライバの解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部と、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムスライダビームを用いて前記カムスライダの解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部と、
前記プレス面から荷重を受ける被プレス面を有する変形可能なシェル要素を用いて前記ブランク材の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部と、
を備え、
前記カムドライバビーム及び前記カムスライダビームの少なくとも一方が弾性変形可能である。
前記カムドライバが、水平な荷重面を有し、
前記カムドライバビームとして、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第1ドライバビームに加えて、
前記第2の斜面から荷重を受ける前記第1の斜面と、上方から荷重を受ける剛体面とみなす前記荷重面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第2ドライバビーム、及び
上方から荷重を受ける前記荷重面と、前記垂直ガイド面から荷重を受ける前記垂直面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第3ドライバビームを有する。
前記水平面から荷重を受ける弾性面とみなす前記水平ガイド面の解析モデルを形成する水平ガイド面解析モデル生成部を更に備え、
前記カムスライダビームとして、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第1スライダビームに加えて、
前記第1の斜面から荷重を受ける前記第2の斜面と、前記水平ガイド面から荷重を受ける前記水平面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第2スライダビーム、及び
前記水平ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記水平面と、前記被プレス面から荷重を受ける前記プレス面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第3スライダビームを有する。
前記カムドライバビームまたは前記カムスライダビームにおいて、
剛体面の重心点及びビームの端部を繋ぐようになっている。
前記カムスライダビームにおいて、弾性面とみなす面上の複数の領域点及びビームの端部を剛体とみなす直線で繋いでいる。
前記重心点または前記領域点の位置が、面の形状情報に基づいて自動計算される。
前記カムドライバに設定された面または重心点が所定のストロークだけ垂直下方に移動し、前記垂直ガイド面及び前記水平ガイド面の少なくとも一部の移動が拘束される条件で解析モデルを生成する。
前記第1の斜面及び前記第2の斜面で接する前記カムドライバ及び前記カムスライダの対が複数設定され、各カムスライダの前記プレス面が1つの弾性面を構成するように繋がっている
ガイド部材の垂直ガイド面に対向する垂直面と、前記垂直面と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面とを有するカムドライバと、
前記第1の斜面と対向する第2の斜面と、前記第2の斜面と水平方向で反対側に設けられたプレス面と、前記ガイド部材の水平ガイド面に対向する水平面と、を有するカムスライダと、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
前記カムドライバの下降に伴って、前記垂直ガイド面及び前記垂直面並びに前記第1の斜面及び前記第2の斜面が互いに摺動して、前記カムスライダが前記水平ガイド面に沿って水平方向に移動し、前記カムスライダに設けられた前記プレス面がブランク材の対向する被プレス面に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプログラムであって、
コンピュータを、
前記垂直面から荷重を受ける弾性面とみなす前記垂直ガイド面の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部と、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムドライバビームを用いて前記カムドライバの解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部と、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムスライダビームを用いて前記カムスライダの解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部と、
前記プレス面から荷重を受ける被プレス面を有する変形可能なシェル要素を用いて前記ブランク材の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部と、
して機能させ、
前記カムドライバビーム及び前記カムスライダビームの少なくとも一方が弾性変形可能である。
(プレス曲げ成形解析に適用する構成部材及配置)
はじめに、図1を参照しながら、プレス曲げ成形における成形解析に適用する構成部材及びその配置の一例を説明する。図1は、プレス曲げ成形における成形解析に適用する構成部材及びその配置の一例を模式的に示す斜視図である。なお、全ての図面において、水平面上のブランク材を押し込む方向をX軸方向、それに直交するブランク材の幅方向をZ軸方向、水平面に直交する垂直方向をY軸方向として示す。
カムドライバ1000、1100は、上記の面が1000A、1100A等で繋がれて構成されている。
カムスライダ2000、2100は、上記の面がビーム2000A、2100A等で繋がれて構成されている。
水平ガイド面4001は、各カムスライダ2000、2100に対して、共通の面として一体的に形成されている。
なお、図1では、それぞれ2つのカムドライバ及びカムスライダが備えられているが、これに限られるものではなく、その他の任意の数のカムドライバ、カムスライダを備えることができる。
次に、図2及び図3を参照しながら、プレス曲げ成形時の各部材の動きを説明する。図2は、図1に示す配置例の側面形状を模式的に示す側面図であって、カムドライバ1000(1100)が下降する前の初期状態を示す図である。図3は、図1に示す配置例の側面形状を模式的に示す側面図であって、カムドライバ1000(1100)が下降した成形時の状態を示す図である。
所定のストロークに達するまで、一定のストローク差分だけカムドライバ1000(1100)を降下させ、各部材、例えば、カムドライバ1000(1100)、カムスライダ2000(2100)、ブランク材5000等のたわみ(変形)を繰り返し演算することができる。
次に、図4を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る解析モデルの説明を行う。ここで図4は、図3に示す成形時の状態において、カムドライバ1000(1100)及びカムスライダ2000(2100)がそれぞれ1つのビームを有する本発明の第1の実施形態に係る解析モデルを示す図である。
カムドライバ1000(1100)では、垂直面1001(1101)の重心点と、第1の斜面1002(1102)の重心点とを(第1)ドライバビーム1000A(1100A)で繋ぐようになっている。カムスライダ2000(2100)では、プレス面2001の重心点(剛体面または弾性面の場合)または領域点(弾性面の場合)と、第2の斜面2002(2102)との間を(第1)スライダビーム2000A(2100A)で繋ぐようになっている。
本実施形態では、水平ガイド面4001は剛体面とみなされ、カムドライバ1000(1100)が降下した場合には、カムスライダ2000(2100)は剛体面の水平ガイド面4001に沿って水平(X軸方向)に移動する。
次に、図5を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る解析モデルの説明を行う。ここで図5は、図3に示す成形時の状態において、カムドライバ1000(1100)及びカムスライダ2000(2100)がそれぞれ3つのビームを有する本発明に係る第2の実施形態に係る解析モデルを示す図である。
本実施形態においても、上記のような簡易化された解析モデルであるカムドライバ1000(1100)、カムスライダ2000(2100)、垂直ガイド面3001、水平ガイド面4001を用いて、金型の変形を考慮したブランク材のプレス曲げ成形を少ない工数で解析することができる。
次に、図6及び図7を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係るシステムの概要を説明する。図6は、本発明の1つの実施形態に係るCAD装置のハードウエアの構成を示すブロックダイアグラムである。図7は、本発明の1つの実施形態に係るプレス曲げ成形解析モデル生成システムの制御の基本構成を示すブロックダイアグラムである。
垂直面1001(1101)と第1の斜面1002(1102)との間を繋ぐ第1ドライバビーム1000A、第1の斜面1002(1102)と荷重面(水平面)1003(1103)との間を繋ぐ第2ドライバビーム1000B(1100B)、及び荷重面(水平面)103(1103)と垂直面1001(1101)との間を繋ぐ第3ドライバビーム1000C(1100C)を用いてカムドライバ1000(1100)の解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部120と、
プレス面2001と第2の斜面2002(2102)との間を繋ぐ第1スライダビーム2000A(2100A)、第2の斜面2002(2102)と水平面2003(2103)との間を繋ぐ第2スライダビーム2000B(2100B)、及び水平面2003(2103)とプレス面2001との間を繋ぐ第3スライダビーム2000C(2100C)を用いてカムスライダ2000(2100)の解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部130と、
水平ガイド面4001の解析モデルを形成する水平ガイド面解析モデル生成部140と、
ブランク材5000の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部150と
工具(パンチ)6000の解析モデルを形成する工具(パンチ)解析モデル生成部160と
を備える。
次に、図8を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係るプレス曲げ成形解析モデル生成システムで実施される解析モデル生成メインルーチンの説明を行う。ここで図7は、本発明の1つの実施形態に係るプレス曲げ成形解析モデル生成システムで実施される解析モデル生成メインルーチンを示すフローチャートである。
次に、ブランク材の形状、材質に関する情報を設定するブランク材設定サブルーチン(ステップS40)を実施する。次に、パンチ面等を含む工具(パンチ)の形状の情報、材質に関する情報を設定する工具設定サブルーチン(ステップS50)を実施する。
はじめに、図9を参照しながら、カムドライバ設定サブルーチンAの説明を行う。図9は、メインルーチンにおいてステップS10で示される制御処理であって、図4に示す第1の実施形態に係る解析モデルを用いたカムドライバ設定サブルーチンAの詳細を示すフローチャートである。また、図14は、カムドライバ設定サブルーチンにより設定するカムドライバ情報の一例を示すテーブルであり、図15は、カムドライバの規定する節点及びシェル要素の情報を示すテーブルである。図14に示すカムドライバ情報は、図15に示すカムドライバの規定する節点及びシェル要素に基づいて作成することができる。この節点及びシェル要素の情報は、本実施形態による解析が実施可能な範囲のデータだけ準備すればよい。
次に、カムドライバ1000の移動ストロークとして、図14を参照すれば、250mmが設定される(ステップS18A)。
次に、データの設定がなされていない他のカムドライバが存在するか否か判断する(ステップS10A)。この判断で、もし、他のカムドライバが存在する(YES)と判別したときには、ステップS12Aへ戻り、図4に示す実施形態であれば、カムドライバ1100について、同様な制御処理を行う。
次に、データの設定がなされていない他のカムドライバが存在するか否か判断する(ステップS10A)。この判断で、もし、他のカムドライバが存在する(YES)と判別したときには、再びステップS12Aへ戻り、カムドライバ1200について、同様な制御処理を行う。
ステップS19Aの判断で、もし、他のカムドライバが存在しない(NO)と判別したときには、本サブルーチンを終了する。
次に、図10を参照しながら、カムスライダ設定サブルーチンAの説明を行う。図10は、メインルーチンにおいてステップS20で示される制御処理であって、図4に示す第1の実施形態に係る解析モデルを用いたカムスライダ設定サブルーチンAの詳細を示すフローチャートである。図16は、カムスライダ設定サブルーチンにより設定するカムスライダ情報の一例を示すテーブルであり、図17は、カムスライダの形状を規定する節点及びシェル要素の情報を示すテーブルである。図16に示すカムスライダ情報は、図17に示すカムスライダの規定する節点及びシェル要素に基づいて作成することができる。また、図18は、カムスライダのプレス面を弾性面とみなす場合に用いるテーブルであって、プレス面形状を規定する節点及びシェル要素、及び領域点の情報を示すテーブルである。これらの節点及びシェル要素の情報は、本実施形態による解析が実施可能な範囲のデータだけ準備すればよい。
プレス面2001は、各カムスライダで共通するので、繰り返し設定されるプレス面が互いに固定された一体的な面として設定される。
プレス面を弾性面とみなす場合には、図32を参照しながら後述するように、プレス面上の複数の領域点とビームの端部を接続することにより、より精度の高い変形解析が実現できる。このため、図18(d)に示すような領域点情報を設定することもできる。領域点についても、予め各領域点の位置を図18(d)に示すようなテーブルに記憶させておくこともできるし、プレス面2001についての形状データから自動計算して、各領域点の位置を定めることもできる。
また、プレス面2001を弾性面とみなす場合においても、材質データと、上記で設定したプレス面2001のシェル要素及び板厚寸法を用いて、プレス面2001の弾性変形の解析ができる。
次に、データの設定がなされていない他のカムスライダが存在するか否か判断する(ステップS28A)。この判断で、もし、他のカムスライダが存在する(YES)と判別したときには、再びステップS22Aへ戻り、カムドライバ2200について、同様な制御処理を行う。
ステップS28Aの判断で、もし、他のカムスライダが存在しない(NO)と判別したときには、本サブルーチンを終了する。
次に、図11を参照しながら、カムドライバ設定サブルーチンBの説明を行う。図11は、メインルーチンにおいてステップS10で示される制御処理であって、図5に示す第2の実施形態に係る解析モデルを用いたカムドライバ設定サブルーチンBの詳細を示すフローチャートである。
図9に示すカムドライバ設定サブルーチンAと比べると、本サブルーチンは、更に荷重面(水平面)の形状・位置情報及び重心点の位置情報の設定を行う(ステップS14B)点で異なる。カムドライバ設定サブルーチンAでは、カムドライバの移動ストロークとして、第1ドライバビーム1000両端を所定量下降させるモデルを設定したが、カムドライバ設定サブルーチンBでは、荷重面(水平面)の重心点、または荷重面(水平面)自体を所定量下降させるモデルを設定する。
このような設定処理をカムドライバ1000の荷重面(水平面)1003、カムドライバ1100の荷重面(水平面)1103、カムドライバ1200の荷重面(水平面)1203・・・について繰り返して行う。
次に、図12を参照しながら、カムスライダ設定サブルーチンBの説明を行う。図12は、メインルーチンにおいてステップS20で示される制御処理であって、図5に示す第2の実施形態に係る解析モデルを用いたカムスライダ設定サブルーチンBの詳細を示すフローチャートである。
図12に示すカムスライダ設定サブルーチンAと比べると、本サブルーチンは、更に水平面の形状・位置情報及び重心点の位置情報の設定を行う(ステップS25B)で異なる。
このような設定処理をカムスライダ2000の水平面2003、カムスライダ2100の水平面2103、カムスライダ2200の水平面2203・・・について繰り返して行う。
次に、図19を参照しながら、ガイド面設定サブルーチンAの説明を行う。図19は、メインルーチンにおいてステップS30で示される制御処理であって、図4に示す第1の実施形態に係る解析モデルを用いたガイド面設定サブルーチンAの詳細を示すフローチャートである。図21は、ガイド面設定サブルーチンで設定する垂直ガイド面に関する情報を示すテーブルである。
本サブルーチンでは、下端部で拘束された弾性板とみなす垂直ガイド面3001及び垂直ガイド面3001に接合されたリブ3002の変形解析に必要な情報を設定する。水平ガイド面4001については、垂直ガイド3000及びリブ3002の下端部を固定する変形しない剛体面とみなすので、変形解析のために情報を設定する必要はない。図4に示す第1の実施形態では、カムスライダが水平ガイド面4001上を水平に移動するという条件で解析を行う。
ステップS38Aの判断で、もし、他の垂直ガイド面が存在しない(NO)と判別したときには、本サブルーチンを終了する。
次に、図20を参照しながら、ガイド面設定サブルーチンBの説明を行う。図20は、メインルーチンにおいてステップS30で示される制御処理であって、図5に示す第2の実施形態に係る解析モデルを用いたガイド面設定サブルーチンBの詳細を示すフローチャートである。
図22は、ガイド面設定サブルーチンで設定する水平ガイド面に関する情報を示すテーブルである。
図19に示すガイド面設定サブルーチンAと同様に、図20に示すガイド面設定サブルーチンBでも、各垂直ガイド面(つまり垂直ガイド及びリブの構造体)について、繰り返し情報の設定が行われるが、水平ガイド面については、同じ水平ガイド4001の情報が設定される。
次に、図23、24を参照しながら、ブランク材設定サブルーチンの説明を行う。図23は、メインルーチンにおいてステップS40で示されるブランク材設定サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。図24は、ブランク材を規定する節点及びシェル要素、及び領域点の情報を示すテーブルである。
本サブルーチンでは、プレス加工製品となるブランク材の弾塑性変形の解析を行うための情報を設定する。ブランク材については、有限要素法を用いた弾塑性変形解析を行うためのシェル要素を画定する情報を設定する。
次に、図25、26を参照しながら、工具設定サブルーチンの説明を行う。図25は、メインルーチンにおいてステップS50で示される工具設定サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。図26は、パンチ面を含む工具を規定する節点及びシェル要素、及び領域点の情報を示すテーブルである。
本サブルーチンでは、プレス面との間にブランク材を挟み込んでブランク材を弾塑性変形させる工具(パンチ)の情報を設定する。工具(パンチ)については、有限要素法を用いた弾塑性変形解析を行うためのシェル要素を画定する情報を設定する。
次に、図27を参照しながら、カムドライバビーム結合剛性計算サブルーチンAの説明を行う。図27は、メインルーチンにおいてステップS60で示される制御処理であって、図4に示す第1の実施形態に係る解析モデルを用いたカムドライバビーム結合剛性計算サブルーチンAの詳細を示すフローチャートである。
はじめに、要素座標系を用いた場合の、並進剛性(並進変位における剛性)について検討する。
<A軸方向での力の釣り合い>
ビームの一方の端部1における荷重をF1 A、変位をu1 A、他方の端部2における荷重をF2 A、変位をu2 Aとし、ビームの剛性をKAとすると、A軸方向での荷重、変位の釣り合いは、下記の数式1で表すことができる。
同様に、ビームの一方の端部1における荷重をF1 B、変位をu1 B、他方の端部2における荷重をF2 B、変位をu2 Bとし、ビームの剛性をKBとすると、B軸方向で荷重及び変位の釣り合いは、下記の数式3のようなマトリックスで表すことができる。
同様に、ビームの一方の端部1における荷重をF1 H、変位をu1 H、他方の端部2における荷重をF2 H、変位をu2 Hとし、ビームの剛性をKHとすると、H軸方向での荷重及び変位の釣り合いは、下記の数式5で表すことができる。
次に、要素座標系を用いた場合の、A軸を中心とした捻れ、B軸を中心とした回転、及びH軸を中心とした回転における剛性について検討する。
<A軸方向でのモーメントの釣り合い>
ビームの一方の端部1における荷重モーメントをM1 A、捻れ角をθ1 A、他方の端部2における荷重モーメントをM2 A、捻れ角をθ2 Aとし、ビームの捻れ剛性をJAとすると、A軸方向での荷重モーメント及び捻れ角の釣り合いは、下記の数式7で表すことができる。
ビームの一方の端部1における荷重モーメントをM1 B、回転角をθ1 B、他方の端部2における荷重モーメントをM2 B、捻れ角をθ2 Bとし、ビームの捻れ剛性をJBとすると、B軸方向での荷重モーメント及び回転角の釣り合いは、下記の数式9で表すことができる。
ビームの一方の端部1における荷重モーメントをM1 H、回転角をθ1 H、他方の端部2における荷重モーメントをM2 H、回転角をθ2 Hとし、ビームの捻れ剛性をJHとすると、H軸方向での荷重モーメント及び回転角の釣り合いは、下記の数式11で表すことができる。
次に、数式13に示すような要素座標系の荷重ベクトルFL、変位ベクトルuL及び剛性マトリックスKLの関係を、絶対座標系に変換する必要がある。以下、それについて検討を行う。
要素座標系の変位をuL、絶対座標系の変位をuG、座標変換マトリックスをTとすると、以下の数式14のように表すことができる。
次に、図28を参照しながら、カムスライダ・ビーム結合剛性計算サブルーチンAの説明を行う。図28は、メインルーチンにおいてステップS70で示される制御処理であって、図4に示す第1の実施形態に係る解析モデルを用いたカムスライダ・ビーム結合剛性計算サブルーチンAの詳細を示すフローチャートである。
領域点については、上記のように予め定めておくこともできるし、プレス面の形状、剛性等に基づく計算で定めることもできる。本実施形態では、第1スライダビームの端部を、弾性面とみなすプレス面上の複数の領域点と剛体とみなす直線で繋ぐようにしている。
次に、図29を参照しながら、カムドライバ・ビーム結合剛性計算サブルーチンBの説明を行う。図29は、メインルーチンにおいてステップS60で示される制御処理であって、図5に示す第2の実施形態に係る解析モデルを用いたカムドライバ・ビーム結合剛性計算サブルーチンBの詳細を示すフローチャートである。
(1)垂直面、第1の斜面に加えて、荷重面(水平面)の形状、位置情報を読み出す点(ステップS61B参照)、
(2)垂直面、第1の斜面に加えて、荷重面(水平面)の重心点の情報を読み出す点(ステップS63B参照)、
(3)第1ドライバビームだけでなく、第2ドライバビームの一端及び第1の斜面の重心点を結び、第2ドライバビームの他端及び荷重面(水平面)の重心点を結ぶモデルを構築する点(ステップS65B参照)、及び、
(4)第3ドライバビームの一端端及び荷重面(水平面)の重心点を結び、第3ドライバビームの他端及び垂直面の重心点を結ぶモデルを構築する点(ステップS66B参照)
で異なる。
その他の点については、基本的に図27のカムドライバ・ビーム結合剛性計算サブルーチンAで行った説明と同様なので、更なる説明は省略する。
次に、図28を参照しながら、カムスライダ。ビーム結合剛性計算サブルーチンBの説明を行う。図30は、メインルーチンにおいてステップS70で示される制御処理であって、図5に示す第2の実施形態に係る解析モデルを用いたカムスライダ・ビーム結合剛性計算サブルーチンBの詳細を示すフローチャートである。
(1)プレス面、第2の斜面に加えて、水平面の形状、位置情報を読み出す点(ステップS71B参照)、
(2)プレス面、第2の斜面に加えて、水平面の重心点の情報を読み出す点(ステップS74B、76B参照)、
(3)第1スライダビームだけでなく、第2スライダビームの一端及び第2の斜面の重心点を結び、第2スライダビームの他端及び水平面の重心点を結ぶモデルを構築する点(ステップS75B、ステップS78B参照)、及び、
(4)第3スライダビームの一端及び水平面の重心点を結び、第3スライダビームの他端及びプレス面の重心点または領域点を結ぶモデルを構築する点(ステップS75B、79B参照)
で異なる。
その他の点については、基本的に図28のカムスライダ・ビーム結合剛性計算サブルーチンAで行った説明と同様なので、更なる説明は省略する。
次に、図33から図35を参照しながら、接触・拘束条件設定サブルーチンの説明を行う。図33は、メインルーチンにおいてステップS80で示される接触・拘束条件設定サブルーチンAの詳細を示すフローチャートである。図34は、垂直面及び斜面の接触情報を示すテーブルである。図35は、水平面の接触情報を示すテーブルである。図36は、平面ガイド面の拘束条件を示すテーブルである。図37は、垂直ガイド面の拘束条件を示すテーブル及び斜視図である。
図35を参照すれば、互いに接する水平面2003、2103・・・及び水平ガイド面4001、4101・・・の間の摩擦係数は、何れも0.2に設定される。これにより、カムスライダの下降に伴って、カムスライダの水平面は、摩擦係数0.2の摩擦力に抗して水平ガイド面の上を水平に移動する。
図36を参照すれば、水平ガイド面は、X軸並進方向の拘束フラグ、Y軸並進方向の拘束フラグ、Z軸並進方向の拘束フラグ、X軸回転方向の拘束フラグ、Y軸回転方向の拘束フラグ、及びZ軸回転方向の拘束フラグのすべてがフラグオン(=1)の状態になっている。つまり、水平面は全く動かず、変形しない条件になっている。
次に、図38を参照しながら、プレス成形解析サブルーチンの説明を行う。図38は、メインルーチンにおいてステップS90で示されるプレス成形解析サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
ガイド部材3000の垂直ガイド面3001に対向する垂直面1001、1101と、垂直面1001、1101と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面1002、1102とを有するカムドライバ1000、1100と、
第1の斜面1002、1102と対向する第2の斜面2002、2102と、第2の斜面2002、2102と水平方向で反対側に設けられたプレス面2001(各カムスライダで共通)と、ガイド部材の水平ガイド面4001に対向する水平面2003、2103と、を有するカムスライダ2000、2100と、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
カムドライバ1000、1100の下降に伴って、垂直ガイド面3001及び垂直面1001、1101並びに第1の斜面1002、1102及び第2の斜面2002、2102が互いに摺動して、カムスライダ2000、2100が水平ガイド面4001に沿って水平方向に移動し、カムスライダ2000、2100に設けられたプレス面2001がブランク材5000の対向する被プレス面5001に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプレス曲げ成形解析モデル生成システムであって、
垂直面1001、1101から荷重を受ける弾性面とみなす垂直ガイド面3001の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部110と、
垂直ガイド面3001から荷重を受ける剛体面とみなす垂直面1001、1101と、第2の斜面2002、2102から荷重を受ける剛体面とみなす第1の斜面1002、1102との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な(第1の)カムドライバビーム1000A、1100Aを用いてカムドライバ1000、1100の解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部120と、
被プレス面5001から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなすプレス面2001と、第1の斜面1002、2102から荷重を受ける剛体面とみなす第2の斜面2002、2102との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な(第1の)カムスライダビーム2000A、2100Aを用いてカムスライダ2000、2100の解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部130と、
プレス面2001から荷重を受ける被プレス面5001を有する変形可能なシェル要素を用いてブランク材5000の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部150と、
を備え、
カムドライバビーム1000A、1100A及びカムスライダビーム2000A、2100Aの少なくとも一方が弾性変形可能である。
カムドライバ1000、1100が、荷重面(水平面)1003、1103を有し、
カムドライバビームとして、
垂直ガイド面3001から荷重を受ける垂直面1001,1101と、第2の斜面2002、2102から荷重を受ける第1の斜面1002、1102との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第1ドライバビーム1000A、1100Aに加えて、
第2の斜面2002、2102から荷重を受ける第1の斜面1002、1102と、上方から荷重を受ける剛体面とみなす荷重面(水平面)1003、1103との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第2ドライバビーム1000B、1100B、及び
上方から荷重を受ける荷重面(水平面)1003、1103と、垂直ガイド面3001から荷重を受ける垂直面1001、1101との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第3ドライバビーム1000C、1100Cを有することもできる。
水平面2003、2103から荷重を受ける弾性面とみなす水平ガイド面4001の解析モデルを形成する水平ガイド面解析モデル生成部140を更に備え、
カムスライダビームとして、
被プレス面5001から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなすプレス面2001と、第1の斜面1002、1102から荷重を受ける剛体面とみなす第2の斜面2002、2102との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第1スライダビーム2000A、2100Aに加えて、
第1の斜面1002、1102から荷重を受ける第2の斜面2002、2102と、水平ガイド面4001から荷重を受ける水平面2003、2103との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第2スライダビーム2000B、2100B、及び
水平ガイド面4001から荷重を受ける剛体面とみなす水平面2003、2103と、被プレス面5001から荷重を受けるプレス面2001との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第3スライダビーム2000C,2100Cを有する。
1001、1101 垂直面
1002、1102 第1斜面
1003、1103 荷重面(水平面)
2000、2100 カムスライダ
2001 プレス面
2002、2102 第2の斜面
2003、2103 水平面
3000 垂直ガイド
3001 垂直ガイド面
3002 リブ
4001 水平ガイド面
5000 ブランク材
5001 被プレス面
6000 パンチ
6001 パンチ面
Claims (9)
- ガイド部材の垂直ガイド面に対向する垂直面と、前記垂直面と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面とを有するカムドライバと、
前記第1の斜面と対向する第2の斜面と、前記第2の斜面と水平方向で反対側に設けられたプレス面と、前記ガイド部材の水平ガイド面に対向する水平面と、を有するカムスライダと、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
前記カムドライバの下降に伴って、前記垂直ガイド面及び前記垂直面並びに前記第1の斜面及び前記第2の斜面が互いに摺動して、前記カムスライダが前記水平ガイド面に沿って水平方向に移動し、前記カムスライダに設けられた前記プレス面がブランク材の対向する被プレス面に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプレス曲げ成形解析モデル生成システムであって、
前記垂直面から荷重を受ける弾性面とみなす前記垂直ガイド面の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部と、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムドライバビームを用いて前記カムドライバの解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部と、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムスライダビームを用いて前記カムスライダの解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部と、
前記プレス面から荷重を受ける被プレス面を有する変形可能なシェル要素を用いて前記ブランク材の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部と、
を備え、
前記カムドライバビーム及び前記カムスライダビームの少なくとも一方が弾性変形可能であることを特徴とするプレス曲げ成形解析モデル生成システム。 - 前記カムドライバが、水平な荷重面を有し、
前記カムドライバビームとして、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第1ドライバビームに加えて、
前記第2の斜面から荷重を受ける前記第1の斜面と、上方から荷重を受ける剛体面とみなす前記荷重面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第2ドライバビーム、及び
上方から荷重を受ける前記荷重面と、前記垂直ガイド面から荷重を受ける前記垂直面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第3ドライバビームを有することを特徴とする請求項1に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。 - 前記水平面から荷重を受ける弾性面とみなす前記水平ガイド面の解析モデルを形成する水平ガイド面解析モデル生成部を更に備え、
前記カムスライダビームとして、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第1スライダビームに加えて、
前記第1の斜面から荷重を受ける前記第2の斜面と、前記水平ガイド面から荷重を受ける前記水平面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第2スライダビーム、及び
前記水平ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記水平面と、前記被プレス面から荷重を受ける前記プレス面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可な第3スライダビームを有することを特徴とする請求項1または2に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。 - 前記カムドライバビームまたは前記カムスライダビームにおいて、
剛体面の重心点及びビームの端部を繋ぐことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。 - 前記カムスライダビームにおいて、
弾性面とみなす面上の複数の領域点及びビームの端部を剛体とみなす直線で繋ぐことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。 - 前記重心点または前記領域点の位置が、面の形状情報に基づいて自動計算されることを特徴とする請求項4または5に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。
- 前記カムドライバに設定された面または重心点が所定のストロークだけ垂直下方に移動し、前記垂直ガイド面及び前記水平ガイド面の少なくとも一部の移動が拘束される条件で解析モデルを生成することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。
- 前記第1の斜面及び前記第2の斜面で接する前記カムドライバ及び前記カムスライダの対が複数設定され、各カムスライダの前記プレス面が1つの弾性面を構成するように繋がっていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のプレス曲げ成形解析モデル生成システム。
- ガイド部材の垂直ガイド面に対向する垂直面と、前記垂直面と水平方向で反対側に設けられた第1の斜面とを有するカムドライバと、
前記第1の斜面と対向する第2の斜面と、前記第2の斜面と水平方向で反対側に設けられたプレス面と、前記ガイド部材の水平ガイド面に対向する水平面と、を有するカムスライダと、を備えたプレス曲げ成形金型を用いて、
前記カムドライバの下降に伴って、前記垂直ガイド面及び前記垂直面並びに前記第1の斜面及び前記第2の斜面が互いに摺動して、前記カムスライダが前記水平ガイド面に沿って水平方向に移動し、前記カムスライダに設けられた前記プレス面がブランク材の対向する被プレス面に接触して押圧することにより実施されるプレス曲げ成形を、有限要素法によって解析するための解析モデルを生成するプログラムであって、
コンピュータを、
前記垂直面から荷重を受ける弾性面とみなす前記垂直ガイド面の解析モデルを形成する垂直ガイド面解析モデル生成部と、
前記垂直ガイド面から荷重を受ける剛体面とみなす前記垂直面と、前記第2の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第1の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムドライバビームを用いて前記カムドライバの解析モデルを形成するカムドライバ解析モデル生成部と、
前記被プレス面から荷重を受ける剛体面または弾性面とみなす前記プレス面と、前記第1の斜面から荷重を受ける剛体面とみなす前記第2の斜面との間を繋ぐ、両端にかかる該荷重により弾性変形可能または変形不可なカムスライダビームを用いて前記カムスライダの解析モデルを形成するカムスライダ解析モデル生成部と、
前記プレス面から荷重を受ける被プレス面を有する変形可能なシェル要素を用いて前記ブランク材の解析モデルを形成するブランク材解析モデル生成部と、
して機能させ、
前記カムドライバビーム及び前記カムスライダビームの少なくとも一方が弾性変形可能であることを特徴とするプレス曲げ成形解析モデル生成プログラム。
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