(57)【要約】【課題】ホットプレス成形における金型温度を塑性変形解析と熱伝導解析とを連成させることなくシミュレーションすることができ、比較的小規模なシステムにも適用可能とする。【解決手段】鋼板５が製品形状にプレスされた状態を想定し、製品形状の鋼板５と上型３及び下型４の間に、互いの接触面における接触熱抵抗ＲPU，ＲPLを設定する。そして、この接触熱抵抗ＲPU，ＲPLの値と位置を時々刻々と変化させることで、鋼板５と金型２との間の熱移動量を計算する。これにより、鋼板５の塑性変形解析を行うことなく金型２の温度分布をシミュレーションすることが可能となり、熱移動計算における時間刻み幅を比較的大きな値として全体のシミュレーションに要する演算量及び総計算時間を短縮し、比較的小規模のシステムでのシミュレーションを可能としてコスト及び工数を低減することができると共に設計変更によるモデル変更等にも柔軟に対応することが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションする金型温度のシミュレーション方法において、
上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、
上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、
上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップと
を備えることを特徴とする金型温度のシミュレーション方法。
【請求項２】
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、周囲雰囲気への対流放熱に基づいて設定することを特徴とする請求項１記載の金型温度のシミュレーション方法。
【請求項３】
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、上記金型を冷却する冷却液への対流放熱を更に考慮して設定することを特徴とする請求項２記載の金型温度のシミュレーション方法。
【請求項４】
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記接触熱抵抗を時間によって変化させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の金型温度のシミュレーション方法。
【請求項５】
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記ワークを製品形状にプレス成形した後に上記金型から上記ワークを上記金型から取り出す工程に相当する段階での熱移動量計算を終了したとき、この熱移動量計算による温度分布状態で上記初期状態を更新し、設定されたサイクル数だけ上記熱移動量計算ステップを繰返すことを特徴とする請求項１〜４の何れか一に記載の金型温度のシミュレーション方法。
【請求項６】
更に、上記熱移動量計算ステップで計算した熱移動量に基づく上記金型内部の温度分布を可視化処理するポスト処理ステップを備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の金型温度のシミュレーション方法。
【請求項７】
加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションするコンピュータが実行可能な金型温度のシミュレーションプログラムにおいて、
上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、
上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、
上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップと
を備えることを特徴とする金型温度のシミュレーションプログラム。
【請求項８】
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、周囲雰囲気への対流放熱に基づいて設定することを特徴とする請求項７記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
【請求項９】
上記境界条件設定ステップにおいては、
上記熱境界条件を、上記金型を冷却する冷却液への対流放熱を更に考慮して設定することを特徴とする請求項８記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
【請求項１０】
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記接触熱抵抗を時間によって変化させることを特徴とする請求項７〜９の何れか一に記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
【請求項１１】
上記熱移動量計算ステップにおいては、
上記ワークを製品形状にプレス成形した後に上記金型から上記ワークを上記金型から取り出す工程に相当する段階での熱移動量計算を終了したとき、この熱移動量計算による温度分布状態で上記初期状態を更新し、設定されたサイクル数だけ上記熱移動量計算ステップを繰返すことを特徴とする請求項７〜１０の何れか一に記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
【請求項１２】
更に、上記熱移動量計算ステップで計算した熱移動量に基づく上記金型内部の温度分布を可視化処理するポスト処理ステップを備えたことを特徴とする請求項７〜１１の何れか一に記載の金型温度のシミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションする金型温度のシミュレーション方法及びシミュレーションプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、軽量化や衝突安全性向上の観点から高強度鋼板が積極的に使用されている。しかしながら、鋼板強度が高くなると複雑な形状成形が容易にできなくなるため、一般的に、ホットプレス或いはホットスタンプと呼ばれるプレス成形工法が用いられている。このホットプレス（ホットスタンプ）成形は、鋼板を略９００°Ｃ程度のオーステナイト域まで加熱し、金型で冷却しながらプレス成形することで焼入れを行い、鋼板強度を高める工法であり、特許文献１や特許文献２に、その改良技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１の技術は、鋼板をＡc3変態点以上の温度に加熱し、４００°Ｃ以上５００°Ｃ以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することにより、成形品の靭性を改善するものである。また、特許文献２の技術は、鋼板を８００〜１２００°Ｃの温度範囲内に加熱し、焼き入れに必要な時間が鋼板の板厚とプレス開始時の鋼板温度とに基づいて算出される時間以上となる条件を満足するようにプレスしながら焼き入れ成形することで、製品の生産性を高めるものである。
【特許文献１】特開２００５−１７７８０５号公報
【特許文献２】特開２００５−２０５４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ホットプレス成形においては、ワークを急速に冷却させるための金型の温度管理が重要であり、プレス工程中の金型温度をコンピュータを用いて予めシミュレーションしておけば、金型設計や製品品質を改善する上で極めて有効である。
【０００５】
しかしながら、プレス工程中の金型温度をシミュレーションしようとすると、プレス工程の進行に伴ってワークが変形し、このワークの変形によるワークと金型との接触面の変化による熱移動量を計算するため、一般的には、ワークの塑性変形解析とワーク及び金型の熱伝導解析とを連成させてシミュレーションを行う必要がある。塑性変形解析と熱伝導解析とでは、解析対象をモデル化する際に、それぞれの目的に応じてＦＥＭ（有限要素法）等のメッシュを作成するため、緻密な解析を要する塑性変形解析モデルの計算結果を、熱伝導解析モデルにマッピングして利用することになる。
【０００６】
このため、比較的時定数が大きい熱移動現象の解析計算の時間刻み幅を、微小な時間刻みを要する塑性変形解析に合わせなければならず、全体のシミュレーションに要する演算量及び計算時間が増加し、高速・大規模なシステムが必要となってシミュレーションに要するコスト及び工数が増大する。更には、設計変更等に対して迅速にモデルを変更し、再シミュレーションを実行するといった柔軟な対応も困難である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ホットプレス成形における金型温度を、塑性変形解析と熱伝導解析とを連成させることなく簡易的にシミュレーションすることができ、比較的小規模なシステムにも適用可能な金型温度のシミュレーション方法及びシミュレーションプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による金型温度のシミュレーション方法は、加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションする金型温度のシミュレーション方法において、上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明による金型温度のシミュレーションプログラムは、加熱したワークを金型でプレス加工する際の金型温度をシミュレーションするコンピュータが実行可能な金型温度のシミュレーションプログラムにおいて、上記ワークを製品形状に塑性変形させて加圧・保持する状態を想定して上記ワーク及び上記金型の形状データを複数の要素に分割し、熱移動計算用の解析モデルを構築するモデル構築ステップと、上記解析モデルに、上記ワーク及び上記金型の境界面に対応する熱境界条件を設定する境界条件設定ステップと、上記熱境界条件から計算した上記金型の温度分布を初期状態として上記ワーク及び上記金型の熱移動量を所定の時間刻みで計算し、上記ワークの上記金型による加圧状態においては、上記ワークの塑性変形解析を行うことなく上記金型との間に設定した接触熱抵抗に基づいて上記ワーク及び上記金型の熱移動量を計算する熱移動量計算ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホットプレス成形における金型温度を、塑性変形解析と熱伝導解析とを連成させることなくシミュレーションすることができ、シミュレーションに要する演算量及び計算時間を低減して比較的小規模なシステムにも適用可能とし、シミュレーションに要するコスト及び工数を低減することができ、更には、設計変更等に対して迅速にモデルを変更し、再シミュレーションを実行するといった柔軟な対応も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図７は本発明の実施の一形態に係り、図１はシミュレーション装置の基本構成図、図２は金型及びワークの例を示す説明図、図３は接触熱抵抗を示す説明図、図４は計算メッシュの例を示す説明図、図５は境界条件の設定例を示す説明図、図６は接触熱抵抗高さを示す説明図、図７はシミュレーションプログラムのフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態におけるシミュレーション装置１は、自動車のボディシェル等のプレス成形において、特に、高強度鋼板等のワークを加熱して常温の金型でプレス成形する、いわゆるホットプレス（或いはホットスタンプ）成形における金型温度をシミュレーションするものである。このシミュレーション装置１は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等の単一のコンピュータ、或いはネットワークを介して相互に接続される複数のコンピュータを用いて構成される。
【００１３】
以下では、便宜上、シミュレーション装置１を単一のコンピュータで構成する例について説明する。このシミュレーション装置１は、演算装置１０、キーボードやマウス等の入力装置１１、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等の表示装置１２、磁気ディスクや光ディスク等の外部記憶装置１３等を備えている。
【００１４】
演算装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の内部メモリ、入出力インターフェース等を備えており、内部のＲＯＭ、外部記憶装置１３、外部の記憶媒体に記憶させたシミュレーションプログラム、或いは、図示しないネットワークや通信装置を介して外部からロードしたシミュレーションプログラムをＣＰＵで実行し、入力装置１１を介して指示された解析対象のワーク（対象物）がプレス成形される際のワークと金型との間の熱移動現象をシミュレーションする。
【００１５】
演算装置１０において実行されるシミュレーションプログラムの機能は、モデル構築部１０ａ、属性設定部１０ｂ、境界条件設定部１０ｃ、熱移動量計算部１０ｄ、ポスト処理部１０ｅによって表現することができる。演算装置１０は、金型及びワークを複数の要素で分割して数値モデル化した解析モデルを用いて金型の温度分布をシミュレーションし、表示装置１２に出力する。表示装置１２には、例えば、シミュレーション途中やシミュレーション終了時の金型温度分布がグラフィック表示される。
【００１６】
本発明による金型の温度分布シミュレーションの特徴として、プレス成形されるワークの塑性変形解析を行うことなく、初期状態で定常計算した温度分布から成形工程における金型温度を簡易的に計算し、比較的高速のシミュレーションを可能としている。
【００１７】
すなわち、金型とワークとの間の熱移動は、プレス工程におけるワークの変形によって金型とワークの接触面が変化することから、厳密には、有限要素法等を用いた塑性変形解析プログラムと熱伝導解析プログラムとを連成させて計算させる必要があり、シミュレーションに要する演算量及び時間が増大し、高速・大規模なシステムが要求される。
【００１８】
これに対し、本発明は、ワークが金型で押圧されて製品形状に塑性変形した状態を想定してワーク及び金型の解析モデルを構築し、この解析モデルに対してワークと金型との間の接触熱抵抗を設定する。そして、ワークの塑性変形に伴う金型とワークとの間の接触面の変化による熱移動を、ワークが加圧される過程での接触熱抵抗の変化に基づく熱移動として計算することを基本的なアルゴリズムとしている。
【００１９】
これにより、ワークの塑性変形解析を行うことなく金型温度をシミュレーションすることが可能となり、シミュレーションに要する演算量及び処理時間を短縮することができる。すなわち、本発明では、ワークの塑性変形解析とワーク及び金型間の熱伝導解析とを連成させた大規模な演算を実行することなく、金型温度分布をシミュレーションすることができ、比較的小規模のシステムにも適用可能となる。
【００２０】
以下では、金型温度分布のシミュレーションとして、図２に示すように、上下方向に移動可能な上型３と、上型３と所定の隙間をを介して配置・固定される下型４とを有する金型２を用いてワークとしての鋼板５をホットプレスする場合を例に取って説明する。本シミュレーションでは、図３に示すように、鋼板５は、上型３に設けられた略円筒状の凹部をなす成形部Ａと、下型４に設けられた略円筒状の突起をなす成形部Ｂとの間に圧接されて絞り加工され、略ハット状の突起を有する製品形状にプレスされた状態を想定し、この製品形状の鋼板５と上型３及び下型４の間に、互いの接触面における接触熱抵抗ＲPU，ＲPLを設定する。そして、この接触熱抵抗ＲPU，ＲPLの値と位置を時々刻々と変化させることにより、鋼板５と金型２との間の熱移動量を計算する。
【００２１】
尚、図２，図３においては、上型３及び下型４に冷却液通路６を設ける例を示しており、このような冷却液通路６を設ける場合には、冷却液による放熱も考慮する。また、接触熱抵抗ＲPU，ＲPLにおける添え字PLは鋼板５と上型３との間の接触熱抵抗であることを示し、添え字PLは鋼板５と下型４との間の接触熱抵抗であることを示している。
【００２２】
この場合、本実施の形態においては、加熱した板金材を製品形状までプレス加工する１サイクルの工程を、以下の第１工程から第６工程に大別し、この１サイクルの工程が複数回連続する状態（つまり、複数個のワークを連続的にプレスする状態）での金型の温度分布を計算する。
【００２３】
（１）第１工程
ワークの搬送工程であり、加熱処理された鋼板５を加熱炉から取出し、金型２がセットされたプレス機まで運ぶ。
【００２４】
（２）第２工程
ワークのプレス機への装着工程であり、鋼板５を金型２の下型４に乗せる。
【００２５】
（３）第３工程
金型の作動工程であり、上型３が下降し、鋼板５が徐々に塑性変形される。
【００２６】
（４）第４工程
ワークの加圧工程であり、上型３が下死点まで到達する。鋼板５は、この状態で加圧保持されて製品形状となる。
【００２７】
（５）第５工程
金型の開放工程であり、上型３が下死点から上昇する。製品形状となった鋼板５は、上型３又は下型４に残される。
【００２８】
（６）第６工程
ワークのプレス機からの取出し工程であり、製品形状となった鋼板５を取出して後段の工程或いは保管場所に搬送する。
【００２９】
次に、以上の各工程でのシミュレーションを実行するための演算装置１０の各部の機能について説明する。
【００３０】
モデル構築部１０ａは、ワークの加圧工程（第４工程）を想定した解析モデルを構築する。解析モデルとては、金型２及び鋼板５を複数の要素に分割し、各要素のデータによる数値計算の解析モデルを構築する。この解析モデルの要素には、三角形、矩形、多角形等のメッシュを採用し、図３に示す加圧工程（第４工程）の上型３、下型４、鋼板５に対して、図４に示すような複数のメッシュＭｉによる解析モデルＭＤＬを構築する。個々のメッシュは、例えば、自己を識別するためのメッシュ番号、メッシュの節点（ノード）の所定の基準点に対する座標値等のデータを有し、これらのデータが外部記憶装置１３に格納される。尚、金型冷却用の冷却液通路６における冷却液の流れを考慮する場合には、冷却液用のメッシュを生成する。
【００３１】
属性設定部１０ｂは、各メッシュに、上型３、下型４、鋼板５に対応して、金型（上型、下型）、鋼板を表す属性を設定する。尚、冷却液用のメッシュを生成する場合には、冷却液用のメッシュに、冷却液の属性（通常は水の属性）を設定する。このメッシュの属性データは、例えば、外部記憶装置１３に記憶される。外部記憶装置１３には、シミュレーション処理に必要な各種のデータが格納され、例えば、対象物毎に個別の識別番号（レコード番号）が付された属性レコード群で構成されるデータベースを有し、個々の属性レコードに、各メッシュのメッシュ番号、ノード点座標値、属性データ等が対応付けて記述される。
【００３２】
境界条件設定部１０ｃは、プレス成形の各工程毎に、金型２及び鋼板５の各境界面に対して熱移動の境界条件を設定する。この熱移動における各部の境界面は、図２に示すように、上型３の基盤面（基準面）３ａと側面３ｂと下面（下型４に対向する面）３ｃ、下型４の基盤面（基準面）４ａと側面４ｂと上面（上型３に対向する面）４ｃ、鋼板５の側面５ａ、上型３と鋼板５との接触面７、鋼板５と下型４との接触面８等である。また、冷却液による放熱を考慮する場合には、冷却液の金型接触面９にも境界条件を設定する。
【００３３】
図５は、各工程に対して設定する熱境界条件の例を示しており、基本的に、第１〜第６の全工程を通して、金型２と鋼板５との接触が無い、或いは接触が無いと判断できる部位に対しては、各部の温度、周囲の空気の対流による熱伝達率、周囲の雰囲気温度等を設定する。尚、冷却水（冷却液）による放熱を考慮する場合には、冷却水の対流による熱伝達率と冷却水温度を設定し、冷却水温度が通路内で大きく変化するようであれば、冷却水の熱流れを考慮する。
【００３４】
また、金型２と鋼板５とが接触する第２工程〜第５工程に対しては、第２工程での下型４と鋼板５の温度差による接触熱抵抗、第３工程〜第４工程での上型３及び下型４と鋼板５との接触面における接触熱抵抗を設定し、また、第５工程での鋼板５の金型への残留状態に応じて、断熱或いは周囲への対流放熱率を設定する。
【００３５】
熱移動量計算部１０ｄは、第１工程の熱境界条件での金型内部の温度分布を定常計算し、この温度分布を１サイクル目の初期状態として、以降の工程における金型とワークとの間の熱移動量を非定常計算する。この熱移動の非定常計算は、上型３が下降して鋼板５が加圧され、下死点に到達するまでの第３，第４工程における接触熱抵抗に変化に基づく計算が主体となる。
【００３６】
この熱移動の計算に際しては、計算の時間刻みΔｔを設定し、また、全工程時間（第１〜第６の工程時間）から各工程毎の時間配分を設定すると共に、繰返しサイクル数を設定し、必要に応じて事前に指定した時刻における計算結果を出力する。そして、１サイクルの計算が終了したとき、その温度分布状態を次のサイクルの計算における初期状態として更新し、Ｎサイクルの計算を実行する。
【００３７】
尚、熱移動計算の時間刻みΔｔは、熱移動現象の時定数が比較的大きいことから、塑性変形解析におけるような微小な時間刻み幅に設定する必要はなく、一定値としても任意に変化させても良い。
【００３８】
［第１工程のシミュレーション］
詳細には、第１工程のシミュレーションは、1サイクル目では、図５に示す境界条件に従って、鋼板５から周囲空気への放熱、金型２（上型３及び下型４）は周囲空気（冷却水を考慮する場合には、周囲空気と冷却水）への放熱を初期状態として鋼板５の熱移動量ｑP、上型３の熱移動量ｑU、下型４の熱移動量ｑLを計算する。２サイクル目以降は、前のサイクルの第６工程のシミュレーション結果（温度分布）を初期状態として金型２の周囲空気（冷却水を考慮する場合には、周囲空気と冷却水）への放熱を計算することで、鋼板５の熱移動量ｑP、上型３の熱移動量ｑU、下型４の熱移動量ｑLを計算する。
【００３９】
［第２工程のシミュレーション］
第２工程のシミュレーションでは、下型４のみに鋼板５が接触している状態であるため、上型３に対しては周囲への放熱を計算し、下型４に対しては、鋼板５と下型４との温度差から接触熱抵抗を考慮して熱移動量を計算する。
【００４０】
［第３，第４工程のシミュレーション］
第３，第４工程のシミュレーションにおいては、鋼板５の熱移動量ｑP、上型３の熱移動量ｑU、下型４の熱移動量ｑLを、主として、上型３及び下型４と鋼板５との接触による接触熱抵抗に基づいて計算する。このため、図６に示すように、プレス方向をＺ軸方向とした場合に、鋼板５と金型２との接触状態をＺ軸方向の高さで代表する接触熱抵抗高さＺU,ＺLを用いて、上型３と鋼板５との接触度合い、下型４と鋼板５との接触度合いを調べる。
【００４１】
具体的には、上型３側の接触熱抵抗高さＺUは、上型３の下面（下型４に対向する面）３ｃを基準とする下型４の成形部Ｂの頂面までの高さ（座標値）からコーナ部の丸めや面取り部を除いた値で示される。また、下型４側の接触熱抵抗高さＺUは、下型４の成形部Ｂの頂面を基準とする上型３の下面３ｃまでの高さ（座標値）からコーナ部の丸めや面取り部を除いた値で示される。これらの接触熱抵抗高さＺU，ＺLは、上型３の下降に伴って変化することから、接触熱抵抗高さＺU，ＺLと加圧工程での上型移動量（上型３の下降量）とを比較し、接触状態を判断する。
【００４２】
上型移動量は、初期状態（第１工程のスタート時間）からの経過時間をＴime、第３工程のスタート時間をＴime_3とするとき、プレス速度（上型３の下降速度）ｖに時間（Ｔime−Ｔime_3）を乗算して求めることができる。従って、各接触熱抵抗高さＺU，ＺLをコーナ部の丸めや面取りを考慮した補正値ＺUC，ＺLCで補正した値と、上型移動量Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）とを比較することにより、上型３及び下型４と鋼板５との接触状態を調べ、以下の（１）〜（６）式に示すように、上型３、下型４、鋼板５に対して、単独或いは相互の熱移動量を計算する。
【００４３】
（鋼板５と上型３との間の熱移動量）
上型移動量Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）が接触熱抵抗高さＺUに補正値ＺUCを加算した値以下のとき、すなわち、上型３と鋼板５との間には隙間があるときには、（１）式に示すように、鋼板温度θPと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して鋼板５の熱移動量ｑPを計算する。また、（２）式に示すように、上型温度θUと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して上型３の熱移動量ｑUを計算する。  
（ＺU＋ＺUC）≧Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）のとき、
ｑP＝α（θP−θa）…（１）
ｑU＝α（θU−θa）…（２）
但し、α：対流放熱率
【００４４】
一方、上型移動量Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）が接触熱抵抗高さＺUに補正値ＺUCを加算した値より大きいとき、すなわち、鋼板５が上型３によって加圧されて密着しているときには、鋼板５からの熱移動量ｑPは上型３へ熱移動量ｑUに等しいものとする。そして、（３）式に示すように、上型３と鋼板５との間の接触熱抵抗ＲPU、鋼板温度θPと上型温度θUとの温度差を用いて、鋼板５の熱移動量ｑP，上型３の熱移動量ｑUを計算する。尚、接触熱抵抗ＲPUは時間によって変化する。  
（ＺU＋ＺUC）＜Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）のとき、
ｑP＝ｑU＝１／ＲPU×（θP−θU）…（３）
【００４５】
（鋼板５と下型４との間の熱移動量）
上型移動量Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）が接触熱抵抗高さＺLに補正値ＺLCを加算した値以下のとき、すなわち、下型４と鋼板５との間に隙間があるときには、（４）式に示すように、鋼板温度θPと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して鋼板５の熱移動量ｑPを計算する。また、（５）式に示すように、下型温度θLと雰囲気温度θaとの温度差から対流による放熱を考慮して下型４の熱移動量ｑLを計算する。  
（ＺL＋ＺLC）≧Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）のとき、
ｑP＝α（θP−θa）…（４）
ｑL＝α（θL−θa）…（５）
【００４６】
一方、上型移動量Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）が接触熱抵抗高さＺLに補正値ＺLCを加算した値より大きいとき、すなわち、鋼板５が下型４に押圧されて密着しているときには、鋼板５からの熱移動量ｑPは下型４へ熱移動量ｑLに等しいものとする。そして、（６）式に示すように、下型４と鋼板５との間の接触熱抵抗ＲPL、鋼板温度θPと下型温度θLとの温度差を用いて、鋼板５の熱移動量ｑP，下型４の熱移動量ｑLを計算する。尚、接触熱抵抗ＲPLは時間によって変化する。  
（ＺL＋ＺLC）＜Ｖ×（Ｔime−Ｔime_3）のとき、
ｑP＝ｑL＝１／ＲPL×（θP−θL）…（６）
【００４７】
［第５工程のシミュレーション］
第５工程では、鋼板５が上型３に残るケースと下型４に残るケースが想定され、何れの場合においても、鋼板５と、鋼板５が残る方の金型との間には、断熱層となる隙間が生じる。従って、第５工程のシミュレーションにおいては、鋼板５が上型３に残るケースでは、上型３側は断熱、下型４側は周囲への対流放熱として温度分布を計算し、鋼板５が下型４に残るケースでは、上型３側は周囲への対流放熱、下型４側は断熱として、鋼板５の熱移動量ｑP、上型３の熱移動量ｑU、下型４の熱移動量ｑLを計算する。
【００４８】
［第６工程のシミュレーション］
第６工程のシミュレーションは、鋼板５の取り出し工程であるため、上型３及び下型４の温度分布を、周囲への対流放熱によって計算する。この第６工程のシミュレーションで計算された金型温度分は、次のサイクルにおける初期条件として更新される。
【００４９】
ポスト処理部１０ｅは、熱移動量の計算結果を容易に把握可能とするための可視化処理や計算結果のデータをファイル化して記憶装置等に出力する等の処理を行う。熱移動量の計算結果の可視化処理においては、例えば、金型内部の温度分布を色相や濃淡等によって識別表示することで、温度分布を容易に把握可能とする。
【００５０】
次に、演算装置１０のＣＰＵにおいて実行されるシミュレーションプログラムについて、図７のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
図７のシミュレーションプログラムでは、先ず、ステップＳ１において、金型２及び鋼板５の形状データ（ＣＡＤデータ等）を読込み、鋼板５が製品形状に加圧された状態で金型２及び鋼板５を複数のメッシュで分割した熱移動量計算の解析モデルを構築する。
【００５２】
次に、ステップＳ２へ進み、解析モデルの各メッシュに、鋼板、金型の属性を設定（冷却液のメッシュを設けた場合には、冷却液の属性を含む）し、ステップＳ３で、解析モデルにおける金型２及び鋼板５の境界面に、前述した図５の熱境界条件を設定する。
【００５３】
続くステップＳ４では、計算の時間刻みΔｔを設定し、ステップＳ５で、１サイクルの全工程時間Ｔ_cycleの各工程（第１工程〜第６工程）への配分を設定すると共に、繰返しサイクル数Ｎを設定する。そして、ステップＳ６で、第１工程の境界条件で定常計算した金型内部の温度分布を初期状態として設定し、この初期状態（第１工程のスタート時間）からの経過時間Ｔimeを０にリセットする。
【００５４】
次のステップＳ７は、時間刻みΔｔ毎に、鋼板５の熱移動量ｑP、上型３の熱移動量ｑU、下型４の熱移動量ｑLを計算するステップであり、ステップＳ８での途中結果の出力がある場合には、ステップＳ９で、計算データを外部記憶装置１３等に出力し、ステップＳ１０で経過時間Ｔimeが１サイクルの全工程時間Ｔ_cycleに達していないとき、ステップＳ１１で時間Ｔimeを時間刻みΔｔだけ進め、ステップＳ７での計算処理を続行する。
【００５５】
この時間刻みΔｔ毎の計算により、前述したように、初期状態（第１工程）の温度分布から、鋼板５を下型４に乗せる第２工程においては、下型４と鋼板５との温度差による鋼板５の熱移動量ｑP、下型４の熱移動量ｑL、周囲の対流放熱による上型３の熱移動量ｑUが計算される。また、鋼板５を加圧して製品形状にプレスする第３，第４工程においては、主として、鋼板５と金型２との間の接触熱抵抗ＲPU，ＲPLに基づく鋼板５の熱移動量ｑP、上型３の熱移動量ｑU、下型４の熱移動量ｑLが計算される。
【００５６】
更に、鋼板５を取出す第６工程の熱移動量が計算され、その後、経過時間Ｔimeが１サイクルの全工程時間Ｔ_cycleに達したとき、ステップＳ１０からステップＳ１２へ進み、Ｎサイクルの計算が終了したか否かを調べる。その結果、未だＮサイクルに達していない場合には、ステップＳ１３で、第６工程での温度分布の計算結果により初期状態を更新し、ステップＳ６へ戻ってシミュレーションを継続する。一方、ステップＳ１２で、Ｎサイクルに達している場合には、本シミュレーションプログラムを終了する。
【００５７】
以上のように、本実施の形態によれば、加熱したワークのホットプレス（ホットスタンプ）成形における金型温度をシミュレーションする際に、ワークが金型で押圧されて製品形状に塑性変形した状態を想定して構築した解析モデルに対して、ワークと金型との間の接触熱抵抗を設定し、ワークの塑性変形に伴う金型とワークとの間の接触面の変化による熱移動を、ワークが加圧される過程での接触熱抵抗の変化に基づく熱移動として計算している。
【００５８】
このため、ワークの塑性変形解析とワーク及び金型間の熱伝導解析とを連成させる必要がなく、熱伝解析における計算の時間刻み幅を、塑性変形解析の微小な時間刻み幅に合わせる必要がないことから、比較的大きな時間刻みで熱移動の計算を行うことができ、シミュレーションに要する演算量及び総計算時間を短縮することができる。
【００５９】
その結果、大規模なシステムを要することなく、比較的小規模のシステムでのシミュレーションが可能となり、シミュレーションに要するコスト及び工数を低減することができ、更に、設計変更等が生じても迅速にモデルを変更して再シミュレーションを実行するといった柔軟な対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】シミュレーション装置の基本構成図
【図２】金型及びワークの例を示す説明図
【図３】接触熱抵抗を示す説明図
【図４】計算メッシュの例を示す説明図
【図５】境界条件の設定例を示す説明図
【図６】接触熱抵抗高さを示す説明図
【図７】シミュレーションプログラムのフローチャート
【符号の説明】
【００６１】
１          シミュレーション装置
２          金型
３          上型
４          下型
５          鋼板
１０        演算装置
１０ａ      モデル構築部
１０ｂ      属性設定部
１０ｃ      境界条件設定部
１０ｄ      熱移動量計算部
ＲPU，ＲPL  接触熱抵抗
ｑP         熱移動量（鋼板）
ｑU         熱移動量（上型）
ｑL         熱移動量（下型）
Δｔ        計算の時間刻み
【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５】
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【図６】
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【図７】
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