(57)【要約】【課題】  プレス成形する金属板に関する情報を反映して、金型CADモデルを作成する。【解決手段】  FEMメッシュモデル作成部14は、金型CADモデルの面上の移動指示点を参照して、金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成する。力学的変形ソルバ部15は、移動指示点の移動ベクトルと、金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料に関する情報に基づき、メッシュモデルを変形する。CADモデル変形部16は、メッシュモデルの節点と、メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成する。【選択図】  図2
2010009574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型CADモデルの面上の移動指示点を参照して、金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成する作成手段と、
前記移動指示点の移動ベクトルと、前記金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料に関する情報に基づき、前記メッシュモデルを変形する変形手段と、
前記メッシュモデルの節点と、前記メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、前記金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成する生成手段とを有することを特徴とする金型設計装置。
【請求項２】
前記作成手段は、前記移動指示点を節点として含むメッシュモデルを作成することを特徴とする請求項1に記載された金型設計装置。
【請求項３】
前記変形手段は、前記移動指示点の移動ベクトルの分、前記移動指示点に対応する第一の節点を移動した結果から、前記第一の節点以外の第二の節点の変位を計算し、前記計算した変位を前記第二の節点に適用して、前記メッシュモデルを変形することを特徴とする請求項2に記載された金型設計装置。
【請求項４】
金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料のスプリングバックのシミュレート結果を入力する入力手段と、
前記シミュレート結果が示す変位ベクトルの節点に基づき、金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成する作成手段と、
前記シミュレート結果が示す前記節点の変位ベクトルに基づき、前記メッシュモデルを変形する変形手段と、
前記メッシュモデルの節点と、前記メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、前記金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成する生成手段とを有することを特徴とする金型設計装置。
【請求項５】
前記変形手段は、前記変位ベクトルを逆方向に作用させて、前記メッシュモデルを変形することを特徴とする請求項4に記載された金型設計装置。
【請求項６】
前記作成手段は、前記金型CADモデルを多面体近似して前記メッシュモデルを作成することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載された金型設計装置。
【請求項７】
前記生成手段は、前記変形前後の節点の変位に従い前記基底面の有効領域を表す境界線を変形する境界線変形手段、前記変形前後の節点の変位に従い前記基底面を変形する基底面変形手段、および、前記変形した基底面を前記変形した境界線で切り取った部分面を有効領域とする切取手段を有し、前記部分面をつないで前記変形後の金型CADモデルにすることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載された金型設計装置。
【請求項８】
金型CADモデルの面上の移動指示点を参照して、前記金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成し、
前記移動指示点の移動ベクトルと、前記金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料に関する情報に基づき、前記メッシュモデルを変形し、
前記メッシュモデルの節点と、前記メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、前記金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成することを特徴とする金型設計方法。
【請求項９】
金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料のスプリングバックのシミュレート結果を入力し、
前記シミュレート結果が示す変位ベクトルの要素と節点に基づき、金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成し、
前記シミュレート結果が示す前記節点の変位ベクトルに基づき、前記メッシュモデルを変形し、
前記メッシュモデルの節点と、前記メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、前記金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成することを特徴とする金型設計方法。
【請求項１０】
コンピュータ装置を制御して、請求項1から請求項7の何れか一項に記載された金型設計装置の各手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１１】
請求項10に記載されたコンピュータプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学的な解法により、複合曲面を変形して金型設計を行うデータ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などの製作において、鉄板などの金属板（以降、板）を、対となった金属製の型（以降、金型）の間に挟み、金型に強い力を加えて板を圧迫（プレス）して、板を金型の形に成形するプレス成形が用いられる。これら部品と、部品をプレス成形する金型の設計には、CAD（コンピュータ支援設計）システムが用いられる。
【０００３】
部品の材料である板は弾性をもつから、プレス成形後の板が成形前の形状に戻ろうとするスプリングバックと呼ばれる現象が発生する。従って、CADシステムにより金型の形状を設計する際は、プレス成形する物品の形状に対して、スプリングバックなどの度合い（以降、戻り量）を見込む必要がある。
【０００４】
図1はCADシステムとCAM（コンピュータ支援製作）システムを用いた金型の設計手順を示すフローチャートである。なお、金型CADモデルの作成に先立ち、物品そのもののCADモデル（以降、物品CADモデル）が作成されているものとする。
【０００５】
まず、CADシステムは、プレス成形する物品の物品CADモデルに基づき、物品をプレス成形する金型の金型CADモデルを作成する(S101)。
【０００６】
オペレータは、スプリングバックなどのシミュレーション結果や、類似した形状をプレス成形した場合の技術者の経験に基づく戻り量を考慮して、作成された金型CADモデルに対する補正指示を作成する(S103)。なお、補正指示は、金型CADモデルの面上の点（以降、面上点）と、その変形量（面上点の移動方向と移動量を示すベクトル）である。
【０００７】
CADシステムは、補正指示に従い、金型CADモデルを補正（変形）する(S105)。CAMシステムは、補正された金型CADモデルを用いて、工具軌跡（工具経路）を計算し、金型を作成する(S107)。
【０００８】
この後、作成された金型を用いてプレスを行い、プレス成形すべき物品が試作され(S109)、検査用測定器を用いて試作品の形状が測定される(S111)。そして、試作品の形状の測定データと、物品CADモデルのデータを比較（検査）して(S113)、試作品の形状に関する誤差が検査基準を満たせば（合格）、金型作成が完了する。
【０００９】
試作品の形状に関する誤差が検査基準を満たさない（不合格）場合は、ステップS103に戻る。そして、試作品の形状の測定データと、物品CADモデルのデータを参照して、技術者の経験に基づく戻り量を考慮した補正指示を再作成して(S103)、ステップS105以降を繰り返す。
【００１０】
ステップS103で作成する補正指示は、金型CADモデルの面上に多数の面上点をとり、各面上点をどう移動するかを移動ベクトルとして指示する情報である。ただし、すべての面上点について移動指示が与えられるわけではなく、移動が指示されない面上点も存在する。
【００１１】
ステップS105において、CADシステムの曲面変形機能は、面上点に対する移動指示を基に曲面の変形を行う。しかし、移動が指示されない面上点が存在するため、CADシステムの曲面変形機能は、移動が指示されない面上点の移動ベクトルを、所定のアルゴリズムによって補間演算する。このアルゴリズムによって得られる移動ベクトルは、板の変形として現実的ではない移動ベクトルになることがある。その場合、金型CADモデルを部分的に再作成する必要がある。
【００１２】
金型CADモデルの作成は、一旦作成した金型CADモデルに戻り量を見込む変形処理を必要とする。この変形処理は、CADシステムのモデリング機能により、金型CADモデルの面を変形または再作成するものである。モデリング機能により、金型CADモデルを変形する処理については、それほど時間が掛からない。しかし、このままでは、板の変形として現実的ではない変形となってしまうため、金型CADモデルを部分的に再作成することが多い。この処理には多くの時間が掛かるため、結果的に金型CADモデルの変形処理自体に時間が掛かる。その上、ステップS103以降の処理を繰り返せば、金型作成までに、非常に多くの時間（工数）を費やすことになる。
【００１３】
【特許文献１】特開2002-342390号公報（2〜5頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、プレス成形する金属板に関する情報を反映して、金型CADモデルを作成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【００１６】
本発明は、金型CADモデルの面上の移動指示点を参照して、前記金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成し、前記移動指示点の移動ベクトルと、前記金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料に関する情報に基づき、前記メッシュモデルを変形し、前記メッシュモデルの節点と、前記メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、前記金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成することを特徴とする。
【００１７】
また、金型CADモデルによって作成する金型がプレス成形する材料のスプリングバックのシミュレート結果を入力し、前記シミュレート結果が示す変位ベクトルの要素と節点に基づき、金型CADモデルの面に対応する、有限要素法の要素と節点を示すメッシュモデルを作成し、前記シミュレート結果が示す前記節点の変位ベクトルに基づき、前記メッシュモデルを変形し、前記メッシュモデルの節点と、前記メッシュモデルの変形前後の節点の変位に基づき、前記金型CADモデルを構成する基底面を変形して、変形後の金型CADモデルを生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、プレス成形する金属板に関する情報を反映して、金型CADモデルを作成することができる。従って、プレス成形する金属板の変形を、簡単な操作で、金型CADモデルに反映することができ、金型作成に要する時間（工数）を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる実施例のCADシステムを図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
［装置の構成と処理］
図2は実施例1の力学的変形処理部12の構成例を示すブロック図である。なお、力学的変形処理部12は、CADシステムの一部として構成される。
【００２１】
入力データメモリ11は、CADシステムで生成された金型CADモデル、および、補正指示の面上点（以下、移動指示点）とその変形量、並びに、プレス成形する板の材料・板厚を示すデータを記憶する。なお、材料に関するデータは、ヤング率、ポアソン比などの値を含む。これらの入力データは、力学的変形処理部12を含むCADシステムなどによって生成または入力されるデータである。
【００２２】
力学的変形処理部12の演算部13は、入力データメモリ11が記憶する金型CADモデルに、変形量、材料・板厚に応じた変形を施す。
【００２３】
図3は演算部13による金型CADモデルの変形処理例を示すフローチャートである。
【００２４】
有限要素法(FEM)メッシュモデル作成部14は、入力データメモリ11が記憶する金型CADモデルと、移動指示点と、その変形量である移動ベクトルに基づき、FEMの要素と節点を示すメッシュモデルを作成する。そして、作成したメッシュモデルを中間データメモリ17に格納する(S701)。なお、FEMのメッシュモデルは、解析対象（この場合、金型CADモデルの面）を細かな要素（メッシュ）に分割した解析用のモデルである。
【００２５】
メッシュモデルを作成する際、FEMメッシュモデル作成部14は、移動指示点とメッシュモデルの節点の少なくとも一部を一致させる。言い換えれば、多数の節点のうち少なくとも一部が移動指示点に一致するメッシュモデルを作成する。以下では、移動指示点に一致するメッシュモデル上の節点を変位指示点と呼ぶ。なお、移動指示点と節点を一致させる方法は後述する。
【００２６】
次に、力学的変形ソルバ部15は、中間データメモリ17が記憶するメッシュモデルについて、変位指示点を移動ベクトルの分、強制的に変位する。そして、有限要素法の静解析として知られる方法を用いて、変位指示点の強制的な変位結果から、変位指示点ではない節点の変位ベクトルを計算する。そして、計算した変位ベクトルをメッシュモデルの変位指示点以外の各節点に適用した変形メッシュモデルを作成する。そして、作成した変形メッシュモデルを中間データメモリ17に格納する(S702)。なお、静解析については後述する。
【００２７】
次に、CADモデル変形部16は、変形前後のメッシュモデルを比較して、各節点の変位ベクトルを求め、その変位ベクトルを入力データメモリ11が記憶するCADモデルに適用して、変形金型CADモデルを作成する。そして、作成した変形金型CADモデルを出力データメモリ18に格納する(S703)。
【００２８】
図4は変位ベクトルを適用して金型CADモデルを変形する様子を示す図である。
【００２９】
後述するように、FEMメッシュモデル作成部14は、金型CADモデルを多面体近似してメッシュモデルを作成するので、メッシュモデルの各節点は金型CADモデル上に位置する。そのため、節点に対応する変位ベクトルは、面上点に対応する移動ベクトルと考えることができる。つまり、CADモデル変形部16は、金型CADモデル上の離散的な複数の面上点と、各面上点の移動ベクトルを使って、金型CADモデルを変形する。
【００３０】
なお、金型CADモデルを構成する各面（フェイス）は、図8(a)に示すように、四辺形の基底面を閉曲線（境界線）で切り取り、部分面として定義される。従って、金型CADモデルを変形するには、フェイスごとに、基底面を変形する必要がある。より詳しくは、基底面と境界線を変形し、変形後の基底面を変形後の境界線で切り取った変形後の部分面をつなぎ合わせる必要があるが、その詳細は後述する。
【００３１】
特許文献1として提示する文献は、CAE（コンピュータ支援エンジニアリング）解析における変形前後のメッシュモデルを利用して、CADモデルの面形状を変形する方法を開示する。特許文献1が開示する方法は、節点に対応しない部位の変形は、節点との位置関係に応じて、曲面の制御点を直接変位させる方法であり、有効領域である部分面外の基底面の変形を考慮しない。表示を目的とする特許文献1の方法は、変形後の面の精度や品質が問題にならない表示などの用途においては、高速処理の利点をもつ。しかし、金型作成用途には、曲面の変形に充分な精度や面品質が得られず、特許文献1が開示する方法を利用することはできない。
【００３２】
本実施例の方法は、フェイス単位にCADモデルのフェイスとメッシュモデルを対応付け、有効領域である部分面内の、メッシュモデルの節点の変位ベクトルに基づき、部分面外を含めて該当する基底面全体を変形する。従って、変形後の面の充分な精度と面品質を確保することができる。
【００３３】
［移動指示点と節点を一致させる方法］
図5はメッシュモデルを作成する方法を説明する図、図6は移動指示点が節点に近い場合に移動指示点と節点を一致させる方法を説明する図、図7は移動指示点が節点から遠い場合に移動指示点と節点を一致させる方法を説明する図である。
【００３４】
まず、図5に示すように、CADモデルを多面体近似して、メッシュモデルを作成する。
【００３５】
そして、図6に示すように、作成したメッシュモデルに、移動指示点に近い（両点間の距離が閾値以内の）節点が存在する場合は、当該節点を移動指示点に移動する。なお、移動する節点は、位相を変えずに節点座標値だけを変更する。
【００３６】
また、図7に示すように、作成したメッシュモデルに、移動指示点に近い節点が存在しない（両点間の距離が閾値を超える）場合は、移動指示点が存在する要素上に、移動指示点と同じ座標の節点を生成して、当該要素を分割する。
【００３７】
なお、近い遠いを判定する閾値は、メッシュモデルのサイズに応じて適宜決定する。
【００３８】
［静解析］
静解析では、エネルギ最小の原理に基づき、下に示す一次連立方程式が成立する。つまり、式(1)に示す、連立方程式の各行が個々の節点に対応するn元一次方程式を解くことにより、変位指示点以外の各節点の未知の変位ベクトルを求める。
[K]{x} = {F}      …(1)
ここで、[K]はn×nの剛性マトリクス、
{x}はn要素の変位ベクトル、
{F}はn要素の外力を示すベクトル、
nは節点の数。
【００３９】
剛性マトリクスは、板厚、ヤング率、ポアソン比など、材料の特性、要素と節点の関係、節点座標値などから計算する。
【００４０】
式(1)の[K]は、メッシュの形と材料から計算される。{x}について、変位が指示された節点の行にはその値が入り、変位が指示されていない節点には未知数が入る。この未知数が変位が指示されていない節点の変位になる。
【００４１】
{F}について、変位が指示された節点の行には未知数が入り、変位が指示されていない節点にはゼロが入る。ゼロは外力が加わっていないことを意味し、この未知数が、変位が指示された節点に加わる力を意味する。
【００４２】
未知数は全部でn個であり、n元一次連立方程式を解くことにより、n個の未知数の値を決定する。なお、x、y、zの各座標値ごとに、連立方程式を解く。
【００４３】
［変形後の部分面の作成］
図8は境界線の変形を説明する図である。
【００４４】
まず、図8(a)に示す境界線を変形するために、図8(b)に示すように、変形前の境界線上に多数の点を生成する。そして、図8(c)に示すように、境界線上の点を内部に含む要素を特定し、その要素の節点の変位ベクトルから、境界線上の各点の移動ベクトルを補間演算する。
【００４５】
次に、図8(d)に示すように、各点に移動ベクトルを適用して各点を移動し、図8(e)に示すように、移動後の点列から変形後の境界線を作成する。
【００４６】
図9は基底面の変形を説明する図である。
【００４７】
まず、図9(a)に示すように、基底面のパラメタが一定のパラメタ一定線を格子状に生成する。そして、各パラメタ一定線を変形するために、境界線の場合と同様、パラメタ一定線上に多数の点を生成して、図9(b)に示すように、各点の移動ベクトルを求める。
【００４８】
次に、図9(c)に示すように、各点に移動ベクトルを適用して各点を移動し、移動後の点列から移動後のパラメタ一定線を作成する。ただし、有効領域外は、周辺に、該当フェイス上の節点が存在しないため、有効領域外の点に対する移動量の算出方法が問題になる。そこで、例えば、図9(d)に示すように、有効領域外の点に最も近い境界線上の点の移動ベクトルを有効領域外の点の移動ベクトルとする。
【００４９】
次に、図9(e)に示すように、格子状の移動後のパラメタ一定線から、変形後の基底面を作成する。そして、図9(f)に示すように、変形後の基底面を変形後の境界線で切り取り、変形後の部分面を作成する。
【００５０】
従来、曲面式を数学的に処理して曲面の変形を行ってきた。これに対して、本実施例は、CADシステム上で変形した曲面の形状が実世界の板の弾性変形に近い結果を示すように、CADシステムの曲面変形を物理現象として捉え、板の変形シミュレーションを使用して、曲面変形を行う。つまり、金型CADモデルからFEMのメッシュモデルを作成し、メッシュモデルの幾つかの節点（変位指示点）を強制変位により拘束して、メッシュモデルを変形する。その後、変形前後のメッシュモデルの節点の変位ベクトルを金型CADモデルの曲面に反映し、変形後の金型CADモデルの曲面を作成する。
【００５１】
このように、本実施例によれば、金型CADモデルの複数の面上点それぞれの変形量を示す補正指示に従い、金型CADモデルを板としてシミュレーションし、金型CADモデル全体を変形する。従って、プレス成形する実際の材料の変形を簡単な操作で金型CADモデルに反映することができ、金型作成に要する時間（工数）を削減することができる。
【００５２】
［変形例］
図2に示す入力データメモリ11、中間データメモリ17、出力データメモリ18は個別に用意してもよいが、例えばCADシステムのハードディスクなど一つのメモリ内に対応する領域を割り当ててもよい。
【００５３】
また、演算部13は、CADシステムを構成するコンピュータに力学的変形処理部12が実行する処理を記述したプログラムを実行させることにより、実現される。
【００５４】
上記では、力学的変形ソルバ部15が、変形前のメッシュモデルの各節点に変位ベクトルを加えて変形後のメッシュモデルを作成する例を説明した。こうすれば、変形後のメッシュモデルを観察することが可能になる。しかし、変形後のメッシュモデルを作成せずに、全節点の変位ベクトルをデータファイルとして中間データメモリ17に格納してもよい。こうすれば、変形前後のメッシュモデルから、各節点の変位ベクトルを求めるCADモデル変形部16の処理が不要になる。
【００５５】
また、上記では、力学的変形ソルバ部15が、変位指示点の変位ベクトルから、変位指示点ではない節点の変位ベクトルを計算する例を説明した。その際、未知の変位ベクトルの計算に力学的な変形シミュレーションを利用する。力学的な変形シミュレーションの代わりに、変位の大きさを温度に置き換え、熱伝導解析を行う方法も考えられる。この場合、各節点の変位方向は解析からは得られないので、変位方向として、所定の方向や、面に垂直な方向などを使用する。
【実施例２】
【００５６】
以下、本発明にかかる実施例2のCADシステムを説明する。なお、実施例2において、実施例1と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００５７】
上述したように、プレス加工した部品の製品形状は、スプリングバック（以下、SB）後の形状である。実施例1では、技術者が経験に基づき金型の変形量（移動指示）を与える方法を説明した。一方、プレス加工した部品のSBをシミュレーションすることが可能である。従って、製品形状が設計どおりになる金型を作成するために、SBのシミュレーション結果を利用して、金型CADモデルに予めSBによる弾性戻り量を見込みたい要求がある。
【００５８】
このような要求に対して、SBによる変形前後の部品のFEMメッシュモデルの節点の変位ベクトルを利用して、次のように、金型CADモデルの変形量を見込むことができる。
【００５９】
SBによる変形前の部品FEMメッシュモデルの節点は、金型CADモデルの近傍にある。従って、SBによる変形前の部品FEMメッシュモデルを金型FEMメッシュモデルと見なすことができる。なお、板の厚さのどの位置で、FEMメッシュモデルを作成するかはとくに決まっていないので「近傍」という表現を使用する。
【００６０】
次に、SBのシミュレーションにより、FEMメッシュモデルの節点に対する変位ベクトルを計算する。計算した変位ベクトルを逆方向に作用させて得られる変位ベクトルを金型CADモデルの見込み変形ベクトルにする。なお、FEMメッシュモデルでは「変位ベクトル」、CADモデルでは「変形ベクトル」と使い分けるが、データとしての違いはない。
【００６１】
そして、金型CADモデル上の各節点の見込み変形ベクトルから、金型CADモデルの全体を変形する。
【００６２】
金型CADモデルの全体を変形するには、部品FEMメッシュモデルが金型CADモデルの全域を覆いつくす、つまり金型CADモデル上の節点の近傍には、変形前の部品FEMメッシュモデルが存在する必要がある。しかし、一般に部品は金型よりも面積が小さく、部品FEMメッシュモデルの定義領域は金型CADモデルより小さい。つまり、部品FEMメッシュモデルが存在しない箇所では、金型CADモデルの適切な変形量を算出することができない。
【００６３】
このように、SBのシミュレーション結果を利用して、金型CADモデルに予めSBによる弾性戻り量を見込もうとしても、設計者が望む変形を実現できないことがある。その場合、部品FEMメッシュモデルが存在しない箇所は、手作業で金型CADモデルの面を再作成することになる。実施例2においては、この点を改善する力学的変形処理を説明する。
【００６４】
図10は実施例2の力学的変形処理部12の構成例を示すブロック図である。なお、力学的変形処理部12は、CADシステムの一部として構成される。また、図11は演算部13による金型CADモデルの変形処理例を示すフローチャートである。
【００６５】
入力データメモリ11は、CADシステムで生成された金型CADモデル、および、部品FEMメッシュモデルを記憶する。部品FEMメッシュモデルとして、部品FEMメッシュモでアルである「SB前の部品FEMメッシュモデル」と、SBをシミュレーションした結果の「SB後の部品FEMメッシュモデルモデル」が入力データメモリ11に記憶されている。これらの入力データは、力学的変形処理部12を含むCADシステムなどによって生成または入力されるデータである。
【００６６】
変形ベクトル算出部21は、入力データメモリ11からSB前の部品FEMメッシュモデルとSB後の部品FEMメッシュモデルを読み出す。そして、SB前の部品FEMメッシュモデルの節点と、SB後の部品FEMメッシュモデルモデルの節点の対応関係から、各節点の変位を示す変位ベクトルを算出する。そして、算出した変位ベクトルを逆方向に作用させた、金型CADモデルの変形ベクトルを中間データメモリ17に格納する(S801)。
【００６７】
図12は変位ベクトルと変形ベクトルの関係を説明する図である。
【００６８】
実線31はSB前の部品FEMメッシュモデルの面を示し、破線32はSB後の部品FEMメッシュモデルの面を示す。従って、面31上の節点と、面32上の対応する節点を結ぶベクトル33は変位ベクトルを表す。従って、変位ベクトル33を逆方向に作用させた変形ベクトル34の先端を結んだ破線35は、SBを見込んだ金型CADモデルの面を示すことになる。なお、部品は厚さを有し、部品FEMメッシュモデルは部品の表面または表面に対する裏面、あるいは、部品の厚さの中間などの位置に作成される。しかし、以下では、説明を容易にするため、部品FEMメッシュモデルを作成する位置については説明を省略する場合がある。
【００６９】
次に、メッシュモデル作成部22は、入力データメモリ11から金型CADモデルを読み出し、中間データメモリ17から変形ベクトルを読み出す。そして、変形ベクトルが与えられた座標を節点とする多面体形状の金型FEMメッシュモデルを作成し、作成した金型FEMメッシュモデルを中間データメモリ17に格納する(S802)。なお、FEMメッシュモデルの作成方法は、実施例1のFEMメッシュモデル作成部14の処理と同様であるから、詳細説明を省略する。
【００７０】
図13は部品FEMメッシュモデル、変位ベクトル、金型FEMメッシュモデルの関係を説明する模式図である。
【００７１】
図13(a)に示すように、部品は金型に比べて小さいため、SB前の部品FEMメッシュモデル31とSB後の部品FEMメッシュモデル32は、金型CADモデルの面36の全体を覆うことはない。そこで、図13(b)に示すように、金型CADモデルの面36に相当する金型FEMメッシュモデル37を変位ベクトル33が与えられた座標に基づき作成する。なお、作図の都合上、図13(b)には、SB前の部品メッシュモデル31と金型FEMメッシュモデル37を分離して記載するが、実際には、SB前の部品メッシュモデル31と金型FEMメッシュモデル37は重なる。
【００７２】
部品が金型に接する面において部品FEMメッシュモデル31が作成されている場合、部品FEMメッシュモデル31の節点を金型FEMメッシュモデル37の節点として、金型FEMメッシュモデル37を作成することができる。しかし、部品の厚さの中間や、部品が金型に接しない面において部品FEMメッシュモデル31が作成されている場合もある。このような場合は、部品FEMメッシュモデル31の節点に最も近い金型CADモデルの面36上の点（最近点）を節点として、金型FEMメッシュモデル37を作成する。また、部品FEMメッシュモデル31とは無関係に金型FEMメッシュモデル37を生成してもよい。その場合には、金型FEMメッシュモデルのうち、部品FEMメッシュモデルで覆われている部分の節点に対する変位ベクトルを算出することとなる。例えば、金型FEMメッシュモデル上の節点から部品FEMメッシュモデル31へ延ばした法線ベクトルが、部品FEMメッシュモデル31の三つの節点が形成する三角形との接点を求め、当該三つの節点の変位ベクトルからその接点の変位ベクトルを補間する。これを金型FEMメッシュモデル上の節点の変位ベクトルとする。
【００７３】
次に、メッシュモデル変形部23は、中間データメモリ11から変形ベクトル、金型FEMメッシュモデルを読み出す。そして、金型FEMメッシュモデルの節点を変形ベクトルに応じて強制変位する。さらに、変形ベクトルが与えられていない節点は、力学的変形ソルバによって変形ベクトルを求めて、金型FEMメッシュモデルの全体を変形した変形後の金型FEMメッシュモデルを作成し、作成した金型FEMメッシュモデルを中間データメモリ17に格納する(S803)。なお、強制変位を作用させる方法は、実施例1で説明したので、詳細説明を省略する。
【００７４】
図13(b)に示すように、変位ベクトル33は、部品FEMメッシュモデル31、32が存在する領域しか求められない。そこで、図13(c)に示すように、力学的変形ソルバによって金型FEMメッシュモデル37の全面を覆う変位ベクトル39を計算する。変位ベクトル39の先端はSB後の部品FEMメッシュモデル32に相当する金型FEMメッシュモデル38を示すことになる。
【００７５】
次に、CADモデル変形部24は、中間データメモリ17から変形前後の金型FEMメッシュモデルを読み出し、入力データメモリ11から金型CADモデルを読み出す。そして、CADモデル変形部24により、図12に示すように、変位ベクトル39を反転して変形ベクトル34を求め、変形ベクトル34により金型FEMメッシュモデル37に対応する金型CADモデルの面を変形して、SBを見込んだ金型CADモデルの面35を作成し、変形後の金型CADモデルを出力データメモリ18に格納する(S804)。
【００７６】
つまり、SBのシミュレーション結果に基づき、SBを見込んだ金型を作成するための変形ベクトルを算出する。そして、変形ベクトルが与えられた箇所を節点とする、金型CADモデルに対応する金型FEMメッシュモデルを作成する。そして、変形ベクトルを強制変位として、金型FEMメッシュモデルの全体を変形して、金型CADモデル全域の変形前後のFEMメッシュモデルを作成する。そして、変形前後のFEMメッシュモデルに基づき、金型CADモデルを変形すれば、FEMメッシュモデルが存在しない箇所は存在せず、手作業で金型CADモデルの面を再作成することはない。
【００７７】
上述したように、一般に、金型は部品よりも面積が大きく、金型CADモデルを変形する際に部品のSBをシミュレーションした結果から算出される変形データは、金型CADモデルの一部分である。実施例2においては、変形データが得られなかった箇所の金型CADモデルの変形データを部品の材質に応じて容易に計算することができる。このため、SBを考慮した金型CADモデルの作成時にSBのシミュレーションにより変形データを得られなかった箇所のCADモデル面を再生成する必要がなくなり、大幅な工数削減が可能になる。
【００７８】
なお、実施例1において説明した技術者が経験に基づき金型の変形量（移動指示）を与える方法と、実施例2において説明したSBのシミュレーション結果から金型の変形量を求める方法は、設計現場や部品などに応じて適宜利用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】CADシステムとCAMシステムを用いた金型の設計手順を示すフローチャート、
【図２】実施例1の力学的変形処理部の構成例を示すブロック図、
【図３】演算部による金型CADモデルの変形処理例を示すフローチャート、
【図４】変位ベクトルを適用して金型CADモデルを変形する様子を示す図、
【図５】メッシュモデルを作成する方法を説明する図、
【図６】移動指示点が節点に近い場合に移動指示点と節点を一致させる方法を説明する図、
【図７】移動指示点が節点から遠い場合に移動指示点と節点を一致させる方法を説明する図、
【図８】境界線の変形を説明する図、
【図９】基底面の変形を説明する図、
【図１０】実施例2の力学的変形処理部12の構成例を示すブロック図、
【図１１】演算部による金型CADモデルの変形処理例を示すフローチャート、
【図１２】変位ベクトルと変形ベクトルの関係を説明する図、
【図１３】部品FEMメッシュモデル、変位ベクトル、金型FEMメッシュモデルの関係を説明する模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図５】
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