特許 6397149 金型たわみモデル作成システム、および金型たわみモデル作成プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6397149

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】金型たわみモデル作成システム、および金型たわみモデル作成プログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 17/50 20060101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G06F17/50 680C

【請求項の数】5

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2018-62131(P2018-62131)

(22)【出願日】2018年3月28日

【審査請求日】2018年3月30日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】507228172

【氏名又は名称】株式会社ＪＳＯＬ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】新井 真陽

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 祐子

(72)【発明者】

【氏名】越智 申久

【審査官】 松田 直也

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０１７７７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２１９５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３８１２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １７／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プレス成形金型を用いたプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルにおける金型たわみモデル作成システムであって、
前記金型のうち、たわみを考慮する必要のあるたわみ考慮金型の表面のモデルとして、細密メッシュで非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルを取得する細密メッシュ表面シェルモデル取得部と、
前記たわみ考慮金型を粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルを作成する粗メッシュソリッドモデル作成部と、
前記粗メッシュソリッドモデルの表面と、前記細密メッシュ表面シェルモデルとを所定の接触条件により結合する接着面作成部と、を有する、
ことを特徴とする金型たわみモデル作成システム。

【請求項2】

前記粗メッシュソリッドモデル作成部は、前記細密メッシュ表面シェルモデルのメッシュを粗くした粗メッシュ表面シェルモデルを作成し、少なくとも前記たわみ考慮金型のサイズ情報に基づいて、前記粗メッシュ表面シェルモデルから、簡易型の前記粗メッシュソリッドモデルを作成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の金型たわみモデル作成システム。

【請求項3】

前記粗メッシュソリッドモデル作成部は、前記たわみ考慮金型の実形状の形状データに基づいて、実形状型の前記粗メッシュソリッドモデルを作成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の金型たわみモデル作成システム。

【請求項4】

前記プレス成形金型は、少なくとも、ダイと、パンチと、ブランクホルダとを備える絞りプレス成形金型であり、
前記たわみ考慮金型は、ダイ、パンチ、およびブランクホルダの少なくともいずれか一つである、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の金型たわみモデル作成システム。

【請求項5】

プレス成形金型を用いたプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルにおける金型たわみモデル作成プログラムであって、
コンピュータを
前記金型のうち、たわみを考慮する必要のあるたわみ考慮金型の表面のモデルとして、細密メッシュで非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルを取得する細密メッシュ表面シェルモデル取得部、
前記たわみ考慮金型を粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルを作成する粗メッシュソリッドモデル作成部、
前記粗メッシュソリッドモデルの表面と、前記細密メッシュ表面シェルモデルとを所定の接触条件により結合する接着面作成部、として機能させる、
ことを特徴とする金型たわみモデル作成プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プレス成形品に関して金型の変形を考慮した有限要素法によるプレス成形解析を行うための金型たわみモデル作成システム、および金型たわみモデル作成プログラムであって、特に、コンピュータによる設計支援システム、およびこのシステムに用いられるプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車の車体等を構成するパネル部品は、素材となる板金からプレス成形金型（以下、「金型」という）を用いたプレス成形によって製造される。プレス成形においては、成形時における成形品に割れ、しわ、寸法精度不良等の不具合の発生を予測するために、金型の設計や開発の段階で金型の解析モデルを作成してプレス成形のシミュレーションが行われている。

【0003】

近年は、このようなプレス成形時の不具合をより正確に予測することが求められており、そのためには、より高精度な解析が可能なプレス成形のシミュレーションが必要とされている。

【0004】

このようなプレス成形の一例としては、ダイとブランクホルダ（以下、単に「ホルダ」という）によってその周囲を挟んだ状態で素材（ブランク材）をダイに形成されたキャビティ内にパンチによって押し込むことで絞り加工する絞り成形方法が挙げられる。

【0005】

絞り成形においては、図３２に示すように、ホルダＨは、その下方が鉛直方向に延びる複数本のクッションピンＨｐ（以下、単に「ピン」という）によって支持され、上向きのクッション力（しわ押さえ力）が付与されている。また、クッション力を考慮しながらホルダＨとダイＤの適切な位置に互いに対向して絞りビードＨｂ，Ｄｂを設けることで、パンチＰによりキャビティＣ内に流入する素材Ｂに流入方向と反対方向に抵抗力を付与して、素材Ｂの流入バランスが調整されている。

【0006】

ところが実際には、これら抵抗力の反力Ｆ_１とクッション力の反力Ｆ_２の合力がホルダＨにかかるので、図３２に破線で示すように、ピンＨｐの上端部が内側に曲がり、該ピンＨｐで支持されているホルダＨの内側部分がプレス方向と反対方向にたわむ変形が生じる。

【0007】

このときのホルダＨのたわみ量は、素材の流入バランスに大きく影響するので、シミュレーションの解析精度を向上させるには、このホルダＨのたわみをシミュレーション中で再現することが重要となる。また、場合によっては、ダイＤ、およびパンチＰのたわみをシミュレーション中で再現することが重要となる。

【0008】

ところが、従来のプレス成形のシミュレーションでは、ホルダＨ、ダイＤ、およびパンチＰを含む金型の解析モデルは、変形しない剛体のシェルモデルとして定義されていたので、上述のような成形時のホルダの変形を考慮したシミュレーションを行うことができなかった。

【0009】

そこで、金型の変形を考慮したシミュレーションを行うために、例えば、非特許文献１に開示されているように、金型を従来のように剛体のシェル要素でモデル化し、金型の下死点におけるホルダＨのたわみ量を静的な応力解析によって算出し、算出されたたわみ量を各シェル要素にマッピングして再解析する方法が採用されている。また、非特許文献２及び３に開示されているように、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などが利用されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】蔦森秀夫著他２、「薄板の３次元形状の精度不良予測 −ＦＥＭによるスプリングバック予測に関する研究 第３報−」、塑性と加工第４４巻第５１８号、２００３年１０月２５日発行、ｐ．１０２４−１０２８

【非特許文献2】高村正人著他５、「静的陽解法ＦＥＭによる金型弾性変形を考慮した板成形シミュレーション」、塑性と加工第４７巻第５４０号、２００６年１月２５日発行、ｐ．６４−６８

【非特許文献3】石渡亮伸著他３、「曲がりハット材の捩れスプリングバック予測に及ぼす金型・プレス機弾性体モデル化範囲の影響」、塑性と加工第５６巻第６５１号、２０１５年発行、ｐ．３１１−３１６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかし、従来技術において、前者のような静解析により得られた金型の下死点におけるたわみ量を剛体シェルモデルにマッピングする方法では、成形途中のたわみ量の変化を考慮できないため、十分な解析精度が得られない。また、一般に金型の構造は、シミュレーションを行うダイフェース設計時点では詳細には確定していないため、後者のような金型全体をソリッド要素でモデル化する方法は、通常の設計ルーチンの中で実施するのが困難である。さらに、前者の静解析結果をマッピングする方法では、複数回計算を実施する必要があるため工数の増加が大きく、後者のソリッドモデルによる解析は、通常のシェルモデルによる解析と比較して多大な設定工数及び計算時間を要する。

【0012】

そこで、本発明は、プレス成形解析に関する上述のような実情に鑑みてなされたもので、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型たわみモデルを作成し、このモデルを用いて成形解析を行うことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記課題を解決するため、本発明に係る金型たわみモデル作成システムおよびプログラムは、次のように構成したことを特徴とする。

【0014】

本発明に係る金型たわみモデル作成システムの一態様は、
プレス成形金型を用いたプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルにおける金型たわみモデル作成システムであって、
前記金型のうち、たわみを考慮する必要のあるたわみ考慮金型の表面のモデルとして、細密メッシュで非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルを取得する細密メッシュ表面シェルモデル取得部と、
前記たわみ考慮金型を粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルを作成する粗メッシュソリッドモデル作成部と、
前記粗メッシュソリッドモデルの表面と、前記細密メッシュ表面シェルモデルとを所定の接触条件により結合する接着面作成部とを有することを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、細密メッシュ表面シェルモデル取得部は、たわみ考慮金型の表面のモデルとして、細密メッシュからなる非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルを取得する。細密メッシュ表面シェルモデルは、予め用意されている細密メッシュの剛体シェルモデルを用いて取得してもよいし、ＣＡＤデータから作成することにより取得してもよい。
粗メッシュソリッドモデル作成部は、たわみ考慮金型を粗いメッシュの弾性体のソリッド要素によってモデル化した粗メッシュソリッドモデルを作成する。粗メッシュソリッドモデルは、ＣＡＤデータから作成してもよいし、たわみ考慮金型のサイズ情報に基づいて、簡易的に作成してもよい。
接着面作成部は、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュ表面シェルモデルとを所定の接触条件により結合する。所定の接触条件としては、例えばたわみ考慮金型を変形させた場合に、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュ表面シェルモデルとが接しているところは、互いに同じように動き、接していないところは、一定の距離を保つというような条件が挙げられる。
以上のように、本態様によれば、たわみ考慮金型を、弾性体非剛性の細密メッシュ表面シェルモデルと、弾性体の粗メッシュソリッドモデルとを結合させたモデルとして作成するので、剛体シェルモデルにマッピングする方法では行うことのできなかった成形途中におけるたわみ考慮金型のたわみ量の逐次計算を行うことができる。また、粗メッシュソリッドモデルは、粗いメッシュによりソリッド要素数を大幅に削減しているため、工数および計算時間の増加を抑えることができる。

【0016】

次に、本発明に係る金型たわみモデル作成システムの他の態様は、前記粗メッシュソリッドモデル作成部は、前記細密メッシュ表面シェルモデルのメッシュを粗くした粗メッシュ表面シェルモデルを作成し、少なくとも前記たわみ考慮金型のサイズ情報に基づいて、前記粗メッシュ表面シェルモデルから、簡易型の前記粗メッシュソリッドモデルを作成することを特徴とする。

【0017】

この態様によれば、粗メッシュソリッドモデルの形状が簡易化されているため、粗メッシュソリッドモデルを作成するための工数、およびたわみ量の計算時間を削減することができる。

【0018】

次に、本発明に係る金型たわみモデル作成システムの他の態様は、前記粗メッシュソリッドモデル作成部は、前記たわみ考慮金型の実形状の形状データに基づいて、実形状型の前記粗メッシュソリッドモデルを作成することを特徴とする。

【0019】

この態様によれば、簡易型の粗メッシュソリッドモデルを用いる場合に比べて、たわみのメカニズムをより一層精度良く再現することができる。

【0020】

次に、本発明に係る金型たわみモデル作成システムの他の態様は、
前記プレス成形金型は、少なくとも、ダイと、パンチと、ブランクホルダとを備える絞りプレス成形金型であり、
前記たわみ考慮金型は、ダイ、パンチ、およびブランクホルダの少なくともいずれか一つである、
ことを特徴とする。

【0021】

この態様によれば、ブランクホルダに対するクッションピンの位置、およびしわ押さえ面のビード力のバランスを考慮しつつ、たわみのメカニズムを精度良く再現することができる。

【0022】

次に、本発明に係る金型たわみモデル作成プログラムの一態様は、
プレス成形金型を用いたプレス成形を有限要素法によって解析するための前記金型の解析モデルにおける金型たわみモデル作成プログラムであって、
コンピュータを
前記金型のうち、たわみを考慮する必要のあるたわみ考慮金型の表面のモデルとして、細密メッシュで非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルを取得する細密メッシュ表面シェルモデル取得部、
前記たわみ考慮金型を粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルを作成する粗メッシュソリッドモデル作成部、
前記粗メッシュソリッドモデルの表面と、前記細密メッシュ表面シェルモデルとを所定の接触条件により結合する接着面作成部、として機能させることを特徴とする。

【0023】

本態様のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記金型たわみモデル作成システムを実施することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型たわみモデルを作成し、このモデルを用いて成形解析を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】金型たわみモデル作成システムの全体構成を示すブロック図である。

【図2】同システムの処理装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図１の記憶装置の構成を示すブロック図である。

【図4】同記憶装置のプログラム記憶部の構成を示すブロック図である。

【図5】同記憶装置のデータ記憶部の構成を示すブロック図である。

【図6】（ａ）はブランク材情報データの外形線データテーブルのデータ構造を示す図、（ｂ）はブランク材情報データの応力ひずみ特性データテーブルのデータ構造を示す図、（ｃ）はブランク材情報データの曲げ剛性データテーブルのデータ構造を示す図、（ｄ）はブランク材情報データの曲げ板厚データテーブルのデータ構造を示す図である。

【図7】（ａ）はたわみ考慮金型情報データの金型パートの数を表すデータのデータ構造を示す図、（ｂ）はたわみ考慮金型情報データの物性データ・サイズ情報データのデータ構造を示す図である。

【図8】（ａ）はピン情報データのデータ構造を示す図、（ｂ）はピン物性のデータ構造を示す図である。

【図9】ＦＥＭ解析データの積分点データテーブルのデータ構造を示す図である。

【図10】（ａ）はＦＥＭ解析データの要素構成テーブルのデータ構造を示す図、（ｂ）はＦＥＭ解析データの材料属性データテーブルのデータ構造を示す図、（ｃ）はＦＥＭ解析データの節点座標テーブルのデータ構造を示す図である。

【図11】図１の出力装置に出力表示された画面の例を示す図である。

【図12】（ａ）は絞りプレス成形の成形工程においてホルダに対してパンチが最も下降した状態を示す図、（ｂ）は絞りプレス成形の成形工程において、ブランク材の周囲をダイのキャビティの周囲のダイフェース面とホルダのしわ押さえ面との間で所定のクッション力で挟んで、しわ押さえを行う状態を示す図、（ｃ）は絞りプレス成形の成形工程において、パンチを上昇させブランク材をダイのキャビティ内に押し込み、ブランク材の中央部をダイとパンチとの間に挟んで押圧する状態を示す図である。

【図13】（ａ）はブランク材の外形を示す図、（ｂ）は成形品を示す図、（ｃ）は製品を示す図である。

【図14】絞りプレス成形解析方法の全体的な流れを示すフローチャートである。

【図15】たわみ考慮金型の実形状データが用意できない場合における金型たわみモデル作成のサブルーチンのフローチャートである。

【図16】たわみ考慮金型の実形状データが用意できる場合における金型たわみモデル作成のサブルーチンのフローチャートである。

【図17】絞りプレス成形金型の解析モデルを示す分解斜視図である。

【図18】粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１から、ホルダＨの粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を作成する方法を説明するための図である。

【図19】比較例における細密メッシュの弾性体ソリッドモデルを示す図である。

【図20】（ａ）は粗メッシュソリッドモデルを示す図、（ｂ）は金型たわみモデルを示す図である。

【図21】（ａ）は粗メッシュソリッドモデルの表面と細密メッシュ表面シェルモデルとを接触条件で結合した金型たわみモデルを示す図、（ｂ）は細密メッシュ表面シェルモデルを示す図、（ｃ）は粗メッシュソリッドモデルを示す図である。

【図22】（ａ）は、粗メッシュソリッドモデルの表面と細密メッシュ表面シェルモデルとを接触条件で結合した金型たわみモデルを示す図、（ｂ）は、細密メッシュ表面シェルモデルを示す図、（ｃ）は、粗メッシュソリッドモデルを示す図である。

【図23】プレス成形時の素材の流入について説明する説明図である。

【図24】各解析モデルでの素材各点の流入量誤差を比較したグラフである。

【図25】各解析モデルの平均二乗誤差を示すグラフである。

【図26】異なるモデルにおいてホルダのたわみ量を計測したポイントを示す平面図である。

【図27】図２６におけるポイント１のたわみ量を示すグラフである。

【図28】図２６におけるポイント２のたわみ量を示すグラフである。

【図29】図２６におけるポイント３のたわみ量を示すグラフである。

【図30】図２６におけるポイント４のたわみ量を示すグラフである。

【図31】各解析モデルでの解析時間を比較したグラフである。

【図32】従来の絞りプレス成形の課題を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の一実施形態に係る金型たわみモデル作成システム及びプログラムについて説明する。

【0027】

（１）金型たわみモデル作成システムの概要
図１は、本発明の一実施形態に係る金型たわみモデル作成システムの中心となるコンピュータ１０の構成を示す図である。図１に示すように、このコンピュータ１０は、ＣＰＵ等の処理装置１１と、メモリまたはハードディスク等の記憶装置１２と、キーボード、マウスまたはＣＤ−ＲＯＭドライブ等の入力装置１３と、液晶ディスプレイまたはプリンタ等の出力装置１４と、を有する。

【0028】

（１−１）処理装置
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。

【0029】

図２に示すように、処理装置１１は、金型形状データ取得部１１０と、金型シェル要素データ取得部１２０と、たわみ考慮金型情報取得部１３０と、境界条件取得部１４０と、金型たわみモデル作成部２００と、成形解析部４００と、解析結果表示部５００とを備える。

【0030】

金型形状データ取得部１１０は、金型形状データを記憶装置１２から取得する。金型シェル要素データ取得部１２０は、金型シェル要素データを記憶装置１２から取得する。たわみ考慮金型情報取得部１３０は、後述するたわみ考慮金型としての金型の情報を取得する。境界条件取得部１４０は、ピン情報データを含む境界条件を取得する。金型たわみモデル作成部２００は、金型たわみモデルを作成する。成形解析部４００は、金型たわみモデルを用いて絞りプレス成形の解析を行う。解析結果表示部５００は、成形解析部４００によって得られた解析結果を表示する。

【0031】

図２に示すように、金型たわみモデル作成部２００は、細密メッシュ表面シェルモデル取得部２１０と、粗メッシュソリッドモデル作成部２２０と、接着面作成部２３０とを備える。

【0032】

前記金型は、ダイ、ホルダ、パンチ等の金型パートと、クッションピン、ガイド等の部材とから構成されるが、たわみ考慮金型は、金型パートのうち、たわみを考慮する必要のある金型である。ダイ、ホルダ、パンチ等の全てをたわみ考慮金型としてもよいし、状況に応じて、たわみ考慮金型とする金型パートを選んでもよい。本実施形態では、一例として、ホルダをたわみ考慮金型とした例について説明する。

【0033】

細密メッシュ表面シェルモデル取得部２１０は、たわみ考慮金型の金型シェル要素データから、非剛性の細密メッシュ表面シェルモデルを取得する。本実施形態では、一例として、細密メッシュ表面シェルモデルを金型シェル要素データより取得する。接着面作成部２４０は、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュ表面シェルモデルとを接触条件により結合する。

【0034】

（１−２）記憶装置
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。図３に示すように、記憶装置１２は、プログラム記憶部１２Ａとデータ記憶部１２Ｂから主に構成されている。

【0035】

図４は、図３のプログラム記憶部１２Ａの構成を概略的に示すブロック図である。図４に示すように、プログラム記憶部１２Ａは、金型形状データ取得プログラムＰＲ１、金型シェル要素データ取得プログラムＰＲ２、たわみ考慮金型情報取得プログラムＰＲ３、境界条件取得プログラムＰＲ４、金型たわみモデル作成プログラムＰＲ５、成形解析プログラムＰＲ６、および解析結果表示プログラムＰＲ７をそれぞれ格納するプログラム格納部１２Ａ_１〜１２Ａ_７を有している。プログラムＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ５ないしＰＲ７は、上述の処理装置１１における金型形状データ取得部１１０、金型シェル要素データ取得部１２０、金型たわみモデル作成部２００、成形解析部４００および解析結果表示部５００によってそれぞれ実行される。また、プログラムＰＲ３は、上述の処理装置１１におけるたわみ考慮金型情報取得部１３０により実行され、プログラムＰＲ４は、境界条件取得部１４０によって実行される。

【0036】

図５は、図４のデータ記憶部１２Ｂの構成を概略的に示すブロック図である。図５に示すように、データ記憶部１２Ｂは、金型形状データＤＴ１、ブランク材情報データＤＴ２、金型シェル要素データＤＴ３、たわみ考慮金型情報データＤＴ４、ピン情報データＤＴ５、成形条件データＤＴ６、およびＦＥＭ解析データＤＴ７をそれぞれ格納するデータ格納部１２Ｂ_１〜１２Ｂ_７を有している。

【0037】

ここで、図６〜図１０は、上述のデータＤＴ１〜ＤＴ７のデータ構成を示す図である。図６〜図１０を参照しながら、データ記憶部１２Ｂに記憶されたデータＤＴ１〜ＤＴ７について詳細に説明する。

【0038】

（１−２−１）金型形状データ
金型形状データＤＴ１は、例えば、既存のＣＡＤシステムで設計されたＣＡＤ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、各種手法で得られた既存の金型形状データから構成されている。

【0039】

（１−２−２）ブランク材情報データ
ブランク材情報データＤＴ２は、プレス成形される素材となるブランク材に関する各種データである。具体的には、図６（ａ）から図６（ｄ）に示すように、ブランク材の外形線を構成する複数の節点のＸＹ座標に関する外形線データテーブル、応力ひずみ特性データテーブル、曲げ剛性データ及び板厚データ等の属性から構成されている。このブランク材情報データＤＴ２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。

【0040】

（１−２−３）金型シェル要素データ
金型シェル要素データＤＴ３は、具体的には、ダイ、ホルダ、パンチ、パッド、曲げ刃等のシェル要素データが、成形方法に応じて含まれる。例えば、絞り成形の場合には、ブランクホルダのダイフェース面に関するホルダシェル要素データ及びダイシェル要素データ、パンチに関するパンチシェル要素データが含まれる。なお、本実施形態では、一例として、絞り成形の場合について説明する。

【0041】

（１−２−４）たわみ考慮金型情報データ
たわみ考慮金型情報データＤＴ４は、たわみ考慮金型の形状、サイズ、および材料特性に関するデータである。本実施形態では、一例として、たわみ考慮金型の一つであるブランクホルダのたわみを解析する場合について説明する。図７に示すように、たわみ考慮金型情報データＤＴ４には、たわみ考慮金型のパート数、弾性体ソリッドモデル化のフラグ、物性データ、ソリッドモデルのサイズデータが含まれる。弾性体ソリッドモデル化のフラグは、フラグが０のとき、金型パートは剛体シェルのままであり、フラグが１のとき、金型パートは弾性体ソリッドモデルとして作成される。物性データは、ヤング率とポアソン比から構成される。

【0042】

（１−２−５）ピン情報データ
ピン情報データＤＴ５は、ブランクホルダを支持するクッションピンに関するデータである。具体的には、図８に示すように、各クッションピンのピン番号、基端部の位置に関する基端位置座標、直径等のデータと、ピンの物性（例えば、ヤング率（縦弾性係数）、ポアソン比）等のデータとから構成されている。

【0043】

（１−２−６）成形条件データ
成形条件データＤＴ６は、絞りプレス成形時の成形条件であるホルダのクッション力（しわ押さえ力）、パッド荷重等のパラメータから構成されている。

【0044】

（１−２−７）ＦＥＭ解析データ
最後に、成形解析部４００において有限要素法によって数値解析されるＦＥＭ解析データＤＴ７について説明する。ＦＥＭ解析データＤＴ７には、積分点データテーブル、要素構成テーブル、材料属性データテーブル、節点座標テーブルが含まれている。以下、図９、図１０を参照しながら各テーブルについて説明する。

【0045】

図９に示すように、積分点データテーブルは、絞りプレス成形される成形品の形状モデルを構成する各シェル要素（以下、単に「要素」という）に含まれる積分点番号Ｐ１、Ｐ２…と、各積分点が含まれる要素番号Ｅ１、Ｅ２…と、各積分点の要素座標系での位置成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、応力成分（σ_XX、σ_XY、σ_XZ、σ_YX、σ_YY、σ_YZ、σ_ZX、σ_ZY、σ_ZZ）と、ひずみ成分（ε_XX、ε_XY、ε_XZ、ε_YX、ε_YY、ε_YZ、ε_ZX、ε_ZY、ε_ZZ）とから構成されている。

【0046】

図１０（ａ）に示すように、要素構成テーブルは、要素番号Ｅ１、Ｅ２…、各要素の材料番号Ｍ…、面内積分点数及び面外積分点数、各要素に含まれる第１節点番号、第２節点番号、第３節点番号及び第４節点番号Ｎ…から構成されている。

【0047】

図１０（ｂ）に示すように、材料属性データテーブルは、材料番号Ｍ…、材料データから構成されている。

【0048】

図１０（ｃ）に示すように、節点座標テーブルは、節点番号Ｎ１、Ｎ２…、各節点の全体座標系での位置成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から構成されている。

【0049】

（１−３）入力装置
入力装置１３は、上述の各種データの入力、クッション力の設定値等の各種解析条件の設定または当該システムの制御等に用いられる。

【0050】

（１−４）出力装置
出力装置１４には、入力設定画面、板厚分布やひずみ分布等の解析結果等が表示される。例えば、出力装置１４には、図１１に示すように、成形解析の結果を示す絞りプレス成形品が三次元でグラフィック表示される。

【0051】

（２）絞りプレス成形装置
上述の絞りプレス成形解析システムによって解析を行う絞りプレス成形のための絞りプレス成形工程について、図１２および図１３を参照しながら説明する。

【0052】

図１２は、絞りプレス成形の成形工程を説明する説明図である。パンチＰは、ホルダＨの開口の内部で昇降できるように、ホルダＨの開口の内壁面に対して間隙を設けて配置されている。図１２（ａ）に示すように、ホルダＨに対してパンチＰが最も下降した状態では、パンチＰの最下端はホルダＨの開口の周囲の上面に対して同じ高さまたは低くなる。

【0053】

このプレス成形装置を用いたプレス成形は、まず、図１２（ｂ）に示すように、製品の素材となる平板状のブランク材Ｂの周囲をダイＤのキャビティＣの周囲のダイフェース面とホルダＨのしわ押さえ面との間で所定のクッション力で挟んでしわ押さえを行う。このとき、ホルダＨの凸条Ｈｂがブランク材Ｂを対向するダイＤの凹溝Ｄｂに押し込むことで、ブランク材Ｂにビードｂ（図１３（ｂ）参照）を成形する。

【0054】

次に、図１２（ｃ）に示すように、パンチＰを上昇させ、ブランク材ＢをダイＤのキャビティＣ内に押し込み、ブランク材Ｂの中央部をダイＤとパンチＰとの間に挟んで押圧する。

【0055】

なお、この絞りプレス成形の際に、パンチＰを固定してダイＤおよびホルダＨを昇降させてもよい。また、プレス金型は、下型をダイＤ、上型をパンチＰおよびブランクホルダＨで構成してもよい。さらに、プレス成形は、冷間プレスまたは熱間プレスのいずれであってもよい。

【0056】

図１３は、成形品の製造工程を説明する説明図である。上述のような図１２に示したプレス成形工程によれば、図１３（ａ）に示すような外形を有する平坦なブランク材Ｂから図１３（ｂ）に示すような成形品を成形することができる。この成形品は、製品面部Ｓとその周囲のしわ押さえ面部等から構成されており、製品面部Ｓは、上述の成形装置のパンチＰとダイＤとの間のキャビティＣ内で主に成形され、しわ押さえ面部は、ブランクホルダＨとダイＤとの間で成形される。また、しわ押さえ面部には、ダイＤの凹溝ＤｂとブランクホルダＨの凸条Ｈｂの間でビードｂが成形される。

【0057】

なお、この成形品を製品面部Ｓの外形線である製品形状外形線Ｌｓに沿って打ち抜くと、図１３（ｃ）に示すような製品を得ることができる。

【0058】

（３）金型たわみモデル作成システムによる絞りプレス成形解析方法
金型たわみモデル作成システムによる絞りプレス成形解析方法について以下に説明する。

【0059】

（３−１）絞りプレス成形解析方法の全体的な流れ
図１４は、本実施形態の絞りプレス成形解析方法の全体的な流れを示すフローチャートである。図１４のフローチャートに示されたメインルーチンの処理手順に従って、絞りプレス成形解析方法の全体的な流れについて説明する。

【0060】

まず、金型シェル要素データ取得部１２０によって、データ記憶部１２Ｂから金型シェル要素データＤＴ３を取得する（ステップＳ１）。金型シェル要素データ取得部１２０は、標準的な成形解析モデルを取得するが、その中には剛体の金型シェル要素データも含まれる。金型シェル要素データは、細密メッシュからなる剛体シェルモデルであり、本実施形態では、ダイＤの剛体シェルモデルと、パンチＰの剛体シェルモデルと、ホルダＨの剛体シェルモデルが、金型シェル要素データとしてデータ記憶部１２Ｂに記憶されている。

【0061】

次に、たわみ考慮金型情報取得部１３０によって、たわみ考慮金型情報データＤＴ４をデータ記憶部１２Ｂから取得する（ステップＳ２）。たわみ考慮金型情報には、たわみ考慮金型がホルダＨの場合には、ホルダＨのサイズ情報、つまり、ホルダＨの水平方向のサイズ、および垂直方向のサイズが少なくとも含まれる。

【0062】

次に、境界条件取得部１４０によって、ピン情報データＤＴ５を含む境界条件をデータ記憶部１２Ｂから取得する（ステップＳ３）。ホルダＨにガイド等が接する場合には、ガイド等の情報も境界条件として用いられる。

【0063】

次に、金型たわみモデル作成部２００によって、金型シェル要素データから取得した細密メッシュ表面シェルモデルと、たわみ考慮金型情報データＤＴ４または実形状データに基づいて取得した粗メッシュソリッドモデルとを結合し、金型たわみモデルを作成する（ステップＳ５）。

【0064】

最後に、成形解析部２００によって、成形条件データＤＴ６及びブランク材情報データＤＴ２等に基づいて絞りプレス成形の成形解析を行う（ステップＳ６）。

【0065】

以上により、絞りプレス成形解析を行うことができる。

【0066】

（３−２）金型たわみモデル作成方法
次に、上述のフローチャートのサブルーチンである金型たわみモデル作成（ステップＳ５）について、図１５および図１６を参照しながら説明する。図１５および図１６は、いずれも、図１４に示す金型たわみモデル作成処理（ステップＳ５）のサブルーチンのフローチャートである。図１５は、たわみ考慮金型の実形状データが用意できていない場合であり、図１６は、たわみ考慮金型の実形状データが用意できている場合である。

【0067】

まず、図１５を参照しつつ、たわみ考慮金型の実形状データが用意できていない場合における金型たわみモデル作成処理について説明する。
最初に、細密メッシュ表面シェルモデル取得部２１０は、金型シェル要素データ取得部１２０により取得した、ホルダ表面の金型シェル要素データＤＴ３から、非剛性の細密メッシュ表面シェルモデルを取得する（ステップＳ１１）。ホルダ表面の金型シェル要素データＤＴ３は、細密メッシュの剛体シェルモデルであるが、細密メッシュ表面シェルモデル取得部２１０は、この剛体シェルモデルの中からたわみ考慮金型ＤＴ４で弾性体ソリッドモデル化を指定された金型（ホルダ）を非剛性に設定することにより、細密メッシュ表面シェルモデルを取得する。

【0068】

次に、粗メッシュソリッドモデル作成部２２０は、細密メッシュ表面シェルモデルのメッシュを粗くして、粗いメッシュの表面シェルモデルを作成する（ステップＳ１２）。粗いメッシュの表面シェルモデルは、金型形状データＤＴ１に含まれるＣＡＤデータのうち、ホルダ表面のＣＡＤデータを使用して、作成してもよい。

【0069】

次に、粗メッシュソリッドモデル作成部２２０は、粗いメッシュの表面シェルモデルから、たわみ考慮金型情報データＤＴ４のソリッドモデルサイズに基づいて作成した粗いメッシュのソリッド表面シェルメッシュを用いて、粗いメッシュで弾性体の粗メッシュソリッドモデルを簡易的に作成する（ステップＳ１３）。

【0070】

次に、接着面作成部２４０によって、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュ表面シェルモデルとを、接触条件で結合する（ステップＳ１４）。接触条件は、接触計算に用いられる。接触条件としては、例えば金型たわみモデルを変形させた場合に、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュ表面シェルモデルとが接しているところは、互いに同じように動き、接していないところは、一定の距離を保つというような条件が挙げられる。

【0071】

たわみ考慮金型の実形状データが用意できていない場合は、以上のようにして金型たわみモデルが作成される。

【0072】

次に、図１８を参照しつつ、たわみ考慮金型の実形状データが用意できている場合における金型たわみモデル作成処理について説明する。
最初に、粗メッシュソリッドモデル作成部２２０は、金型形状データＤＴ１に含まれるＣＡＤデータのうち、ダイＤと対向する型構造としてのホルダＨの実形状のＣＡＤデータを使用して、粗いメッシュのソリッド要素からなる弾性体の粗メッシュソリッドモデルを作成する（ステップＳ２１）。

【0073】

次に、細密メッシュ表面シェルモデル取得部２１０は、金型シェル要素データ取得部１２０により取得した、ホルダ表面の金型シェル要素データＤＴ３から、非剛性の細密メッシュ表面シェルモデルを取得する（ステップＳ２２）。この処理は、図１５のステップＳ１１の処理と同様である。

【0074】

次に、接着面作成部２４０によって、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュの細密メッシュ表面シェルモデルとを、接触条件で結合する（ステップＳ２４）。接触条件は、接触計算に用いられる。この処理は、図１５のステップＳ１４の処理と同様である。

【0075】

次に、以上のようなたわみ考慮金型の実形状データが用意できていない場合における、金型たわみモデル作成処理の具体例を、図１７から図２２を参照しながら説明する。図１７は、絞りプレス成形金型の解析モデルを示す分解斜視図である。図１８は、粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１から、ホルダＨの粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を作成する方法を説明するための図である。図１９は、比較例における細密メッシュの弾性体ソリッドモデルを示す図である。図２０は、本実施形態の粗メッシュソリッドモデルＳＭ２、および本実施形態の金型たわみモデルＴＭを示す図である。図２１は、本実施形態の金型たわみモデルの例を示す図である。図２２は、本実施形態の金型たわみモデルＴＭの例を示す図である。

【0076】

図１７に示すダイＤのモデルＤＭと、パンチＰのモデルＰＭとは、細密メッシュからなる剛体シェルモデルとして作成される。ここで説明する例では、これらのモデルについては、たわみは考慮されない。

【0077】

ホルダ表面の細密メッシュ表面シェルモデルＥＭは、ホルダＨの表面の細密メッシュ表面シェルモデルであり、細密メッシュの非剛性シェル要素から構成される。

【0078】

粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１は、ホルダＨの表面の細密メッシュ表面シェルモデルＥＭのメッシュを粗くした表面シェルモデルであり、この粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１から、弾性体のソリッド要素から構成される、ホルダＨの粗メッシュソリッドモデルＳＭ２が作成される。

【0079】

図１７において矢印Ｊで示すように、ホルダ表面の細密メッシュ表面シェルモデルＥＭと、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面は、接触条件により結合される。ホルダＨの周囲に設けられるピンＨｐ、ガイドＧ等は、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の境界条件として定義される。ピンＨｐは、矢印Ｋで示すように、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の底面に結合させる。

【0080】

以上のように、細密メッシュ表面シェルモデルＥＭと、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面とを接触条件により結合することで、非剛性シェルモデルＥＭと粗メッシュソリッドモデルＳＭ２は、互いに接しているところは同じように動き、接していないところは一定の距離を保つ。そして、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を弾性体として定義して解析することで、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面のたわみ分布と、細密メッシュ表面シェルモデルＥＭのたわみ分布が同等となる。

【0081】

粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を作成する際には、まず細密メッシュ表面シェルモデルＥＭを取得する。次に、細密メッシュ表面シェルモデルＥＭのメッシュを粗くした粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１を作成する。粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１は、細密メッシュ表面シェルモデルＥＭと同じ座標に位置している。そして、ホルダＨのＸ，Ｙ，Ｚ方向のサイズに基づいて粗いメッシュの表面シェルモデルＳＭ１の延長面を作成し、それを元にしてホルダＨの粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を作成する。具体的には、粗いメッシュの表面シェルモデルの外周線を、金型のソリッドモデル水平方向サイズのXimn,Xmax,Ymin,Ymaxの矩形の大きさまで延長した面を作成し、粗いメッシュを作成する。さらに、作成した延長面の外周線とホルダの内周線を、それぞれ垂直方法のサイズZminまで延長した縦壁となる面上と、Zminの位置作成した底面上にも自動で粗いメッシュを作成する。以上の全ての表面シェル要素を使用して、粗いメッシュのソリッドモデルのメッシュを作成する。

【0082】

Ｚ方向のサイズについては、図１９に示すように下型のホルダＨがたわみ考慮金型である場合には、−Ｚ方向のサイズだけでよい。しかし、上型の金型パートがたわみ考慮金型である場合には、＋Ｚ方向のサイズを用いる。

【0083】

パッドのように矩形状の金型パートがたわみ考慮金型である場合には、Ｚ方向のサイズのみを定義することもあり得る。また、ＸＹ方向のサイズ、およびＺ方向のサイズを用いずに、たわみ考慮金型の表面データを直接準備するようにしてもよい。

【0084】

たわみ考慮金型の実形状データが用意できていない場合には、このようにして、簡易型の粗メッシュソリッドモデルＳＭ２が作成される。

【0085】

図１９に示すように、たわみ考慮金型としてのホルダＨを、全て細密メッシュからなる弾性体ソリッドモデルＵＭを用いて成形解析を行うには、多大な計算時間を要するため、現実的には採用することはできない。

【0086】

そこで、本実施形態では、図２０（ａ）に示すように、ホルダＨを粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルＳＭ２でモデル化する。そして、接触計算に必要となるホルダＨの表面のみを細密メッシュの弾性体の細密メッシュ表面シェルモデルＥＭとし、図２０（ｂ）に示すように、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面と弾性体の細密メッシュ表面シェルモデルＥＭとを接触条件で結合して簡易型の金型たわみモデルＴＭを作成する。
実形状を用いてソリッドモデルを作成する場合には、３Ｄ金型構造データの準備が必要となる。しかし、一般的には、ダイフェース設計時点では金型の構造は確定していないため、このような詳細な３Ｄ金型構造データの準備は困難である。そこで、詳細な３Ｄ金型構造データの準備は困難な場合には、簡易型の金型たわみモデルＴＭを作成する。簡易型の金型たわみモデルＴＭを作成することにより、計算時間の増加を抑えることができる。

【0087】

図２１と図２２にも、本実施形態の簡易型の金型たわみモデルＴＭの例を示す。図２１（ａ）は、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面と細密メッシュ表面シェルモデルＥＭとを接触条件で結合した簡易型の金型たわみモデルＴＭを示し、図２１（ｂ）は、細密メッシュ表面シェルモデルＥＭを示し、図２１（ｃ）は、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を示す。

【0088】

図２２（ａ）は、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面と細密メッシュ表面シェルモデルＥＭとを接触条件で結合した簡易型の金型たわみモデルＴＭを示し、図２２（ｂ）は、細密メッシュ表面シェルモデルＥＭを示し、図２２（ｃ）は、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を示す。

【0089】

一方、たわみ考慮金型の実形状データが用意できている場合における、金型たわみモデル作成処理の具体例については図示を省略するが、まず、実形状データに基づいて、粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルを作成する。次に、非剛性の細密メッシュ表面シェルモデルを取得する。そして、細密メッシュ表面シェルモデルと、粗メッシュソリッドモデルの表面とを接触条件により結合する。

【0090】

本実施形態では、一例として、金型パートのうち、ホルダＨをたわみ考慮金型とした場合について説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、金型パートであるダイＤ、パンチＰ、あるいはパッド等をたわみ考慮金型としてもよい。

【0091】

また、本実施形態では、プレス成形の一例として、絞り成形（ドロー成形）の場合について説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。本発明は、フォーム成形の場合についても適用可能である。この場合には、金型パートであるダイ、パンチ、パッドを適宜たわみ考慮金型としてもよい。さらに、本発明は、曲げ成形の場合にも適用可能であり、この場合には、金型パートであるパンチ、パッド、曲げ刃を適宜たわみ考慮金型としてもよい。

【0092】

また、プレス成形においては、ダイの上方に取り付けられる上型ラムと、パンチの下方に取り付けられるボルスターとからなるプレス機が用いられる。このようなプレス機上型ラムおよびボルスターについても、たわみ考慮金型と同様なモデル化をしてもよい。

【0093】

以上のように、本実施形態は、ホルダＨ等の金型パートをたわみ考慮金型として粗メッシュソリッドモデルＳＭ２を作成し、粗メッシュソリッドモデルＳＭ２の表面と細密メッシュ表面シェルモデルＥＭとを接触条件で結合した金型たわみモデルＴＭでモデル化した。その結果、金型たわみモデルＴＭの変形を解くことで、ホルダＨの成形中のたわみ量を逐次考慮した成形解析を実施することができる。

【0094】

また、本実施形態によれば、金型たわみモデルＴＭは、粗いメッシュのソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルＳＭ２と、細密メッシュのシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルＥＭとを結合したため、成形途中のたわみ量の計算は、粗いメッシュの粗メッシュソリッドモデルＳＭ２に対して行えばよい。したがって、データ準備の工数と計算時間の増加を抑えることができる。

【0095】

（４）金型たわみモデル作成システムの効果
全て細密メッシュで構成した弾性体ソリッドモデルが最も実機に近いと仮定して、この細密メッシュの弾性体ソリッドモデルと、他のモデルとについて、流入量誤差、たわみ量および計算時間の観点で効果比較を行った。以下、図２３から図３１を参照しながら、この効果比較について説明する。

【0096】

（４−１）流入量誤差
図２３は、ブランク材Ｂを所定のしわ押さえ力でプレス成形した後の解析モデルを示している。なお、ブランク材Ｂの周縁部にあるＰ１からＰ８は、十分なサンプル数が得られる個数の略等間隔に配置された流入量の測定点を示している。

【0097】

図２３に示すように、本実施形態のブランク材Ｂは、Ｐ１からＰ８のいずれにおいても、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向から中央に向かって流入している。

【0098】

比較に用いたモデルは以下の通りである。
Ｃａｓｅ０：細密メッシュの弾性体ソリッドモデル
Ｃａｓｅ１：細密メッシュの剛体シェルモデル
Ｃａｓｅ２：細密メッシュの非剛性シェルモデル＋粗いメッシュの実形状の弾性体ソリッドモデル
Ｃａｓｅ３：細密メッシュの非剛性シェルモデル＋粗いメッシュの簡易型の弾性体ソリッドモデル
Ｃａｓｅ４：下死点のたわみをマッピングした剛体シェルモデル（従来手法）

【0099】

Ｃａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルと、Ｃａｓｅ２の粗いメッシュの実形状の弾性体ソリッドモデルの形状は、ホルダＨの実物の形状と同じ形状であり、Ｃａｓｅ３の粗いメッシュの簡易型の弾性体ソリッドモデルの形状は、例えば図１７に示すような簡易な形状を有している。

【0100】

図２４は、Ｃａｓｅ０からＣａｓｅ４の各モデルを用いて成形解析を行った場合のブランク材Ｂの各点Ｐ１〜Ｐ８における流入量誤差を比較したグラフである。また、図２４は、Ｃａｓｅ０のモデルに対する、Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ４の各モデルの流入量の平均二乗誤差を示したグラフである。

【0101】

図２４に示すように、Ｃａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルを基準にすると、Ｃａｓｅ１の細密メッシュの剛体シェルモデルと、Ｃａｓｅ４の下死点のたわみをマッピングした剛体シェルモデルは、流入量の誤差が大きいことがわかる。Ｃａｓｅ１のモデルと、Ｃａｓｅ４のモデルは、たわみ量の逐次変化を考慮できないモデルであるので、これらの結果から、金型のたわみ量が流入量の計算精度に影響を及ぼすことが判る。

【0102】

一方、Ｃａｓｅ２の細密メッシュの非剛性シェルモデルと粗いメッシュの実形状の弾性体ソリッドモデルとを結合させたモデル、およびＣａｓｅ３の細密メッシュの弾性体非剛性シェルモデルと粗いメッシュの簡易型の弾性体ソリッドモデルとを結合させたモデルは、流入量の誤差が、大幅に小さくなっている。Ｃａｓｅ２のモデルと、Ｃａｓｅ３のモデルは、たわみ量の逐次変化を考慮できるモデルなので、流入量を精度良く計算可能であることが判る。

【0103】

図２５は、各モデルの平均二乗誤差を示すグラフである。また、図２５に示すように、Ｃａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルを基準にすると、Ｃａｓｅ１の細密メッシュの剛体シェルモデルの平均二乗誤差は０．７８ｍｍ、Ｃａｓｅ４の下死点のたわみをマッピングした剛体シェルモデルの平均二乗誤差は０．６５ｍｍであった。

【0104】

一方、Ｃａｓｅ２の細密メッシュの非剛性シェルモデルと粗いメッシュの実形状の弾性体ソリッドモデルとを結合させたモデルの平均二乗誤差は０．２５ｍｍであり、Ｃａｓｅ２の細密メッシュの非剛性シェルモデルと粗いメッシュの簡易型の弾性体ソリッドモデルとを結合させたモデルの平均二乗誤差は０．１５ｍｍであった。

【0105】

したがって、本発明の上記Ｃａｓｅ２、Ｃａｓｅ３の解析モデルは、Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ４の下死点のたわみをマッピングした剛体シェルモデルに比べて、細密メッシュの弾性体ソリッドモデルと流入量の点で良く一致している、すなわち実際に成形したときの流入量により近い解析結果が得られることがわかった。

【0106】

（４−２）たわみ量
本発明の上記各解析モデルで成形解析した際のホルダＨのたわみ量の比較を行った。図２６は、各モデルにおいてホルダＨのたわみ量を計測したポイントを示す平面図である。図２６から図３０は、各ポイントにおけるたわみ量を示すグラフである。なお、Ｃａｓｅ２、およびＣａｓｅ３のモデルのたわみ量は、ほぼ同じであるため、図２６から図３０においては、これらのモデルのたわみ量を一つの折れ線で示している。

【0107】

図２６から図３０に示すように、本発明のＣａｓｅ２およびＣａｓｅ３の解析モデルは、いずれのポイントにおいてもＣａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルに近いたわみ量となっている。したがって、本発明のＣａｓｅ２およびＣａｓｅ３の解析モデルは、Ｃａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルのたわみの傾向を良く再現している。なお、Ｃａｓｅ１は剛体なのでたわみがゼロであり図２６から図３０のグラフには表示されていない。

【0108】

（４−３）解析時間
図３１は、上記各解析モデルでの解析時間を比較したグラフである。図３１に示すように、Ｃａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルが２２．５２分であるのに対し、Ｃａｓｅ１の剛体ソリッドモデルは１１．３３分、本発明のＣａｓｅ２の解析モデルは１１．８２分、および本発明のＣａｓｅ３の解析モデルは１１．７５分であった。このように、本発明のＣａｓｅ２およびＣａｓｅ３の解析モデルの解析時間は、Ｃａｓｅ０の細密メッシュの弾性体ソリッドモデルの解析時間のおよそ半分であり、Ｃａｓｅ１の剛体シェルの解析時間とほぼ同じであった。

【0109】

以上から、本実施形態の金型たわみモデル作成システムによれば、細密メッシュの弾性体ソリッドモデルによる解析時間よりも解析時間を大幅に短縮しながら、細密メッシュの弾性体ソリッドモデルによる解析結果と同等に高い精度を有する、すなわち従来よりも実際の成形結果により近い解析結果を得られることが分かった。

【0110】

上述したＣａｓｅ２およびＣａｓｅ３のモデルは、いずれも、細密メッシュの弾性体シェルモデルと粗いメッシュの弾性体ソリッドモデルとを結合させたモデルある。これらのモデルの違いは、Ｃａｓｅ２のモデルの形状が、実際のホルダＨの形状と同じ実形状であるのに対し、Ｃａｓｅ３のモデルの形状は、上述したようにホルダＨの表面形状のデータから、ホルダＨのサイズ情報に基づいてプログラムにより作成した簡易的な形状であるという点にある。Ｃａｓｅ２のモデルの方が、実形状であるために、より高い精度でたわみを再現することができるが、Ｃａｓｅ３のモデルのように簡易的な形状とすれば、データ準備の工数および計算時間をより短くすることができる。

【0111】

（５）金型たわみモデル作成システムの特徴
本実施形態の金型たわみモデル作成システムによれば、ホルダＨを粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルによってモデル化し、ホルダＨの表面を細密メッシュで非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルでモデル化する。さらに、粗メッシュソリッドモデルの表面と細密メッシュ表面シェルモデルとを接触条件により結合して、金型たわみモデルを作成する。
これは、全て細密メッシュからなるソリッドモデルを用いて成形解析を行うには、多大な計算時間を要するため、現実的には採用することはできないためである。
粗メッシュソリッドモデルの表面と細密メッシュ表面シェルモデルとを接触条件により結合して、金型たわみモデルを作成することにより、準備の工数および計算時間を短くしつつ、たわみ考慮金型のたわみのメカニズムを再現することができる。

【0112】

また、本実施形態の金型たわみモデル作成システムによれば、金型たわみモデルＴＭの変形を解くことで、ホルダＨの成形中のたわみ量を逐次考慮した成形解析を実施することができる。

【0113】

さらに、本実施形態の金型たわみモデル作成システムによれば、金型たわみモデルは、粗いメッシュのソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルと、細密メッシュのメッシュ要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルとを結合したため、成形途中のたわみ量の計算は、粗いメッシュの粗メッシュソリッドモデルに対して行えばよい。したがって、計算時間の増加を抑えることができる。

【0114】

［変形例］
本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

【0115】

また、上述の実施形態では、金型解析モデル生成部１００と成形解析部４００が共に処理装置１１に設けられているが、成形解析部４００のみを他の処理装置に設けて、処理装置１１に設けられた金型解析モデル生成部１００で生成された金型解析モデルを成形解析部４００が設けられた他の処理装置にデータ転送するようにしてもよい。

【0116】

さらに、上述の実施形態では、絞りプレス成形金型における金型たわみモデルを作成する例について説明したが、曲げプレス成形金型における金型たわみモデルを作成してもよい。この場合には、例えば、パンチ、パッド、ダイ、曲げ刃をたわみ考慮金型とすればよい。

【産業上の利用可能性】

【0117】

以上のように、本発明によれば、通常の設計ルーチンの中で、工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型たわみモデルを作成することができるので、自動車の車体構成用等のパネル部品の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

【符号の説明】

【0118】

１１０： 金型形状データ取得部
１２０： 金型シェル要素データ取得部
１３０： たわみ考慮金型情報取得部
１５０： ピン情報取得部
２００： 金型たわみモデル作成部
２１０： 細密メッシュ表面シェルモデル取得部
２２０： 粗メッシュソリッドモデル作成部
２３０： 接着面作成部

【要約】

【課題】工数の増加を抑制しながら、精度の高い解析を行うことが可能な金型たわみモデルを作成することを課題とする。
【解決手段】プレス成形金型を用いたプレス成形を有限要素法によって解析するための金型の解析モデルにおける金型たわみモデル作成システムであって、金型のうち、たわみを考慮する必要のあるたわみ考慮金型の表面のモデルとして、細密メッシュで弾性体非剛性のシェル要素からなる細密メッシュ表面シェルモデルを取得する細密メッシュ表面シェルモデル取得部２１０と、たわみ考慮金型を粗いメッシュで弾性体のソリッド要素からなる粗メッシュソリッドモデルを作成する粗メッシュソリッドモデル作成部２２０と、粗メッシュソリッドモデルの表面と、細密メッシュ表面シェルモデルとを所定の接触条件により結合する接着面作成部２３０とを有する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】