(57)【要約】【課題】板材を塑性変形させたときその板材に面形状不良が生じるか否かを正確に判定する。【解決手段】まず、設定された成形加工条件で被成形品を加工し、加工過程におけるひずみ分布を求める（Ｓ１）。求めたひずみ分布からある時間内のひずみの増分を求める（Ｓ２）。求めたひずみの増分から以降のひずみの増分を予測する（Ｓ３）。ひずみが時間の進行とともにその材料を引き伸ばす方向に生じていれば面形状不良無しと判定し、そのひずみが材料を縮める方向に生じていれば面形状不良有りと判定する（Ｓ４）。最後に、判定の結果を表示する（Ｓ５）。【選択図】            図２
2004209500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された成形加工条件で被成形品を擬似的に加工し加工過程における前記被成形品のひずみ分布を演算する段階と、
演算されたひずみ分布に基づいて前記被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算する段階と、
演算されたひずみ履歴から前記被成形品の面形状不良有無を判定する段階と、
を含むことを特徴とする成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項２】
前記被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算する段階では、
演算されたひずみ分布に基づいて前記被成形品の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその材料を引き伸ばす方向に生じているのか、または、その材料を縮める方向に生じているのかを認識するためにひずみ履歴を求めることを特徴とする請求項１記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項３】
前記被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算する段階は、
前記被成形品における時刻Ｔのひずみ分布と時刻Ｔから微小時間Δｔ前のひずみ分布から各微小部分のひずみの増分Δεを求める段階と、
ひずみの増分Δεが０よりも大きい微小部分は、時刻Ｔから微小時間Δｔ後のひずみの増分Δεも０よりも大きくなると予測する一方、ひずみの増分Δεが０よりも小さい微小部分は、時刻Ｔから微小時間Δｔ後のひずみの増分Δεも０よりも小さくなると予測する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項４】
前記被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算する段階の前に、ひずみ履歴の演算対象領域を指定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項５】
前記被成形品の面形状不良有無を判定する段階は、
前記被成形品の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその材料を縮める方向に生じていることが認識されたときに面形状不良有りと判定することを特徴とする請求項２記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項６】
前記被成形品の面形状不良有無を判定する段階は、
前記被成形品のいずれかの微小部分においてひずみの増分Δεが０よりも小さくなると予測されたときに面形状不良有りと判定することを特徴とする請求項３記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項７】
さらに、前記被成形品の面形状不良有無の判定結果を表示する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法。
【請求項８】
成形加工条件を設定する設定手段と、
設定された成形加工条件で被成形品を擬似的に加工する加工手段と、
加工過程における前記被成形品のひずみ分布を演算するひずみ分布演算手段と、
演算されたひずみ分布を記憶する記憶手段と、
記憶されたひずみ分布に基づいて前記被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算するひずみ履歴演算手段と、
演算されたひずみ履歴から前記被成形品の面形状不良有無を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【請求項９】
前記ひずみ履歴演算手段は、
前記ひずみ分布に基づいて前記被成形品の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその材料を引き伸ばす方向に生じているのか、または、その材料を縮める方向に生じているのかを認識するためにひずみ履歴を求めることを特徴とする請求項８記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【請求項１０】
前記ひずみ履歴演算手段は、
前記ひずみ分布に基づいて被成形品における時刻Ｔのひずみ分布と時刻Ｔから微小時間Δｔ前のひずみ分布から各微小部分のひずみの増分Δεを求める手段と、
ひずみの増分Δεが０よりも大きい微小部分は、時刻Ｔから微小時間Δｔ後のひずみの増分Δεも０よりも大きくなると予測する一方、ひずみの増分Δεが０よりも小さい微小部分は、時刻Ｔから微小時間Δｔ後のひずみの増分Δεも０よりも小さくなると予測する手段と、
を有することを特徴とする請求項８記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【請求項１１】
前記判定手段は、
前記被成形品の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその材料を縮める方向に生じていることが認識されたときに面形状不良有りと判定することを特徴とする請求項９記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【請求項１２】
前記判定手段は、
前記被成形品のいずれかの微小部分においてひずみの増分Δεが０よりも小さくなると予測されたときに面形状不良有りと判定することを特徴とする請求項１０記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【請求項１３】
前記ひずみ履歴の演算対象領域を指定する指定手段をさらに有することを特徴とする請求項８記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【請求項１４】
前記被成形品の面形状不良有無の判定結果を表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項８記載の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形加工シミュレーションにより板材を塑性変形させたとき、その板材に面形状不良が生じるか否かを正確に判定するための成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鍛造、圧延、プレス成形など、材料の塑性変形を伴う成形加工では、的確な素材形状、金型形状、加工条件の選定が要求される。この要求に短期間で効率的かつ安価に応えるために、有限要素法（ＦＥＭ）による数値シミュレーションが用いられる。数値シミュレーションの結果に基づいて、素材形状、金型形状、加工条件を設定すれば、実際の加工を行ったときに、所望の品質を備えた製品が得られる。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、金属板の成形過程を有限要素法で解析してひずみ分布及び応力分布を求め、これらの分布から加工不良の発生の有無や加工不良の発生場所を視覚的に判定し、この判定結果から最適な加工条件が設定できるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３３９３９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の手法では、加工不良として、破断が生じる危険性、しわが生じる危険性を視覚的に把握することはできるが、ひずみの小さな面形状不良（しわ、面ひずみ）までは判断することはできない。
【０００６】
本発明は、このような従来の手法の問題点を解消するために成されたものであり、成形加工シミュレーションを用いて板材を塑性変形させたとき、その板材に面形状不良が生じるか否かを正確に判定することができる成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法及びその装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法では、まず、設定された成形加工条件で被成形品を擬似的に加工し、その加工過程における被成形品のひずみ分布を演算する。この演算によって被成形品の加工を開始してからその加工が終了するまでのひずみ分布がわかる。次に、演算されたひずみ分布に基づいて被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算する。この演算によって時間を追うごとに各微小部分がどのようにひずんで行くかがわかる。そして最後に、演算されたひずみ履歴から被成形品の面形状不良有無を判定する。
【０００８】
また、上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定装置は、成形加工条件を設定する設定手段と、設定された成形加工条件で被成形品を擬似的に加工する加工手段と、加工過程における前記被成形品のひずみ分布を演算するひずみ分布演算手段と、演算されたひずみ分布を記憶する記憶手段と、記憶されたひずみ分布に基づいて前記被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算するひずみ履歴演算手段と、演算されたひずみ履歴から前記被成形品の面形状不良有無を判定する判定手段と、を有する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法及びその装置によれば、被成形品を擬似的に加工したときのひずみ分布から各微小部分のひずみ履歴を演算し、そのひずみ履歴に基づいて面形状不良の有無を判定させるようにしたので、成形加工シミュレーションを用いて板材を塑性変形させたとき、その板材に面形状不良が生じるか否かを正確に判定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法及びその装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる面形状不良有無判定装置のブロック図、図２は、図１の面形状不良有無判定装置によって実行される面形状不良有無判定方法の手順を示すフローチャートである。
【００１１】
本発明にかかる面形状不良有無判定装置は、加工条件を入力する加工条件入力部１０、加工条件に従って成形加工シミュレーションを実行し被成形品のひずみ分布を演算する成形加工シミュレーション実行部１５、演算されたひずみ分布を記憶するひずみ分布記憶部２０、ひずみ分布に基づいてある時間内のひずみの増分を求めるとともに以降のひずみの増分を予測してひずみ履歴を演算し、ひずみが時間の進行とともに材料を縮める方向に生じていれば面形状不良有りと判定する面形状ひずみ演算部２５、ひずみ履歴の演算対象領域を指定する領域指定部３０、判定結果を表示する判定結果表示部３５を備えている。
【００１２】
面形状不良有無判定装置は、図２のフローチャートに示す手順で面形状不良有無判定を行う。まず、操作者は加工条件入力部１０に成形加工条件を設定する。成形加工シミュレーション実行部１５は、シミュレーションプログラムを実行し設定された成形加工条件で被成形品を擬似的に加工する。成形加工シミュレーション実行部１５は、加工過程における成形品のひずみ分布を演算する。例えば、成形加工がプレス加工であれば、プレスを開始してから終了するまで、板材全体に生じるひずみ分布を単位時間ごとに演算する。演算されたひずみ分布はひずみ分布記憶部２０に記憶する（Ｓ１）。
【００１３】
面形状ひずみ演算部２５は、ひずみ分布記憶部２０に記憶されているひずみ分布を取り出し、そのひずみ分布に基づいて、ある時間内における被成形品の各微小部分のひずみ履歴を演算する。なお、領域指定部３０でひずみ履歴の演算対象領域が指定されているときには、面形状ひずみ演算部２５は、指定されている演算対象領域に対してひずみ履歴を演算する。
【００１４】
面形状ひずみ演算部２５は、ひずみ分布に基づいて被成形品の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその材料を引き伸ばす方向に生じているのか、または、その材料を縮める方向に生じているのかを認識するためにひずみ履歴を求める。
【００１５】
ひずみ履歴は具体的には次のようにして求める。面形状ひずみ演算部２５は、被成形品における時刻Ｔのひずみ分布と時刻Ｔから微小時間Δｔ前のひずみ分布をひずみ分布記憶部２０から取り出し、時刻Ｔと時刻Ｔ＋Δｔの時間内における各微小部分のひずみの増分Δεを求める（Ｓ２）。面形状ひずみ演算部２５は、ひずみの増分Δεが０よりも大きい微小部分は、時刻Ｔから微小時間Δｔ後のひずみの増分Δεも０よりも大きくなると予測する一方、ひずみの増分Δεが０よりも小さい微小部分は、時刻Ｔから微小時間Δｔ後のひずみの増分Δεも０よりも小さくなると予測する（Ｓ３）。
【００１６】
面形状ひずみ演算部２５は、演算されたひずみ履歴から被成形品の面形状不良有無を判定する。すなわち、被成形品のいずれかの微小部分においてひずみの増分Δεが０よりも小さくなると予測されたときに面形状不良有りと判定する。ひずみの増分Δεが０よりも小さくなると予測されたということは、被成形品の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその材料を縮める方向に生じていると考えられるからである（Ｓ４）。
【００１７】
面形状ひずみ演算部２５は、面形状不良有りと判定したときにはその旨を判定結果表示部３５に表示させ、一方、面形状不良無しと判定したときにはその旨を判定結果表示部３５に表示させる（Ｓ５）。
【００１８】
本発明にかかる成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法及びその装置の概略の装置構成及び動作は以上のとおりである。次に、板材をプレス加工する場合の面形状不良有無判定装置の動作を、図３に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００１９】
まず、操作者は加工条件入力部１０に成形加工条件を設定する。加工条件入力部１０はキーボードなどの入力端末装置でも良いし、成形加工条件を記憶しているデータベースでも良い。プレス加工の場合、設定される成形加工条件は、板材の材質、厚さ、大きさ、強度、応力−ひずみ特性、プレス速度、加圧力などである。加工条件入力部１０にキーボードなどの入力端末装置を用いる場合には、これらの成形加工条件を操作者が手入力する。また、加工条件入力部１０にデータベースを用いる場合には、これらの成形加工条件をそのデータベースに記憶させておく（Ｓ１１）。成形加工シミュレーション実行部１５は、これから擬似的な加工をしようとする板材の成形加工条件を加工条件入力部１０から入力する（Ｓ１２）。成形加工シミュレーション実行部１５は、プレスのシミュレーションプログラムを実行し入力した成形加工条件で被成形品を擬似的に加工する。例えば、図４（Ａ）に示してあるような正方形の板材を、同図（Ｂ）に示すような形状にプレス加工する（Ｓ１３）。
【００２０】
成形加工シミュレーション実行部１５は、プレス過程における板材のひずみ分布を非常に短い時間ごとに演算し、演算されたひずみ分布はひずみ分布記憶部２０に記憶する。例えば、プレスを開始してから０．１秒後に板材全体にどのような大きさのひずみが生じるのかを演算し、その演算結果を記憶する。この演算と記憶の処理は、プレスを開始してから終了するまで繰り返し行われる。なお、このひずみ分布を求める演算は、従来から使用されている有限要素法を用いることによって容易に行うことができるので、その演算の具体的な説明は省略する（Ｓ１４、Ｓ１５）。ここまでの処理によって、ひすみ分布記憶部２０には、プレスを開始してから終了するまでのひずみ分布が時刻ごとに記憶されることになる。なお、ひずみ分布のサンプリング時間を短く設定すれば、面形状不良の有無が高精度で判定できるようになる。成形加工シミュレーション実行部１５にどの程度のサンプリング時間を設定するかは、プレス成形品の製品形状の複雑さや、要求される判定精度などを勘案する。サンプリング時間は、プレスを開始してから終了するまで一律の時間で設定する必要はなく、プレス過程の一部の区間だけサンプリング時間を相対的に短くし、他の区間は相対的に長くするようにしても良い。
【００２１】
面形状ひずみ演算部２５は、ひずみ分布記憶部２０に記憶されているひずみ分布の中から、プレス開始Ｔ秒後のひずみ分布とプレス開始Ｔ−Δｔ秒後のひずみ分布とを取り出す。例えば、指定された時刻がプレス開始から１秒後であり、サンプリング時間Δｔが０．１秒であれば、面形状ひずみ演算部２５は、プレス開始後０．９秒後の板材のひずみ分布と１秒後の板材のひずみ分布を取り出すことになる（Ｓ１６）。面形状ひずみ演算部２５は、サンプリング時間Δｔだけずれた２つのひずみ分布から、最も大きいひずみを呈した最大主歪ε１と最も小さい歪みを呈した最小主歪ε２を求める。有限要素法では、図４のように板材にメッシュを形成し、板材に非常に多くの要素数と節点数を持たせているので、各節点がサンプリング時間Δｔの間にどの程度の距離移動したかを演算することによって、最大主歪ε１と最小主歪ε２を求めることができる。求めた主歪は、図５のグラフで示されるように、最大主歪ε１と最小主歪ε２の相互関係がわかるデータとして、面形状ひずみ演算部２５に記憶する（Ｓ１７）。なお、領域指定部３０でひずみ履歴の演算対象領域が指定されているときには、面形状ひずみ演算部２５は、指定されている演算対象領域に対して最大主歪ε１と最小主歪ε２を演算する。
【００２２】
面形状ひずみ演算部２５は、求めた最大主歪ε１と最小主歪ε２の相互関係から、板材の各微小部分のひずみが時間の進行とともに板材を引き伸ばす方向に生じているのか、または、板材を縮める方向に生じているのかがわかるので、プレス開始からＴ＋Δｔ秒後のひずみ分布を予測する。すなわち、面形状ひずみ演算部２５は、最小主歪の増分Δε２（図５参照）が０よりも大きい微小部分は、時刻Ｔ＋Δｔの時点における最小主歪の増分Δε２が０よりも大きくなると予測する一方、最小主歪の増分Δε２が０よりも小さい微小部分は、時刻Ｔ＋Δｔの時点における最小主歪の増分Δε２が０よりも小さくなると予測する（Ｓ１８）。
【００２３】
面形状ひずみ演算部２５は、プレス過程において、最小主歪の増分Δε２が０よりも大きいと予測されるか否かを、板材の微小部分ごとに判断する。図６に示すように、最小主歪の増分Δε２が０よりも大きいと予測されることは、最小主歪の増分Δε２が図の右方向（Ｂ方向）に移動することになるので、板材の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその板材を引き伸ばす方向に生じていると考えられる。逆に、最小主歪の増分Δε２が０よりも小さいと予測されることは、最小主歪の増分Δε２が図の左方向（Ａ方向）に移動することになるので、板材の各微小部分のひずみが時間の進行とともにその板材を縮める方向に生じていると考えられる（Ｓ１９）。
【００２４】
面形状ひずみ演算部２５は、面形状不良（しわや面ひずみなど）有りと判定したときには（Ｓ１９：ＹＥＳ）その旨を判定結果表示部３５に表示させ（Ｓ２０）、一方、面形状不良無しと判定したとき（Ｓ１９：ＮＯ）にはその旨を判定結果表示部３５に表示させる（Ｓ２１）。この表示は、微小部分ごとに分けて行われる。例えば、自動車の車体パネルをプレスするシミュレーションに対して本発明の方法を適用すると、判定結果表示部３５には図７に示すように、面形状不良無しと判定された部分と面形状不良有りと判定された部分が色分けされた画像として表示される（Ｓ２２）。
【００２５】
以上のように、本実施の形態では、ひずみ履歴を求めることによって面形状不良の有無を判定したが、塑性変形時に被成形品の微小部分にかかる応力の大きさを求めることによって面形状不良の有無を判定するようにしても良い。
【００２６】
以上、本発明にかかる成形加工シミュレーションにおける面形状不良有無判定方法及びその装置によれば、成形加工シミュレーションを用いて板材を塑性変形させたとき、その板材に面形状不良が生じるか否かを正確に判定することができる。
【００２７】
また、ひずみ履歴の演算対象領域を指定した場合には、演算の対象領域が制限されるので、面形状不良有無の判定の処理を高速化することができる。
【００２８】
さらに、判定結果を表示するようにした場合には、面形状不良が生じる恐れのある領域と面形状不良が生じることのない領域を一目瞭然に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる面形状不良有無判定装置のブロック図である。
【図２】図１の面形状不良有無判定装置によって実行される面形状不良有無判定方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】板材をプレス加工する場合の面形状不良有無判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】プレス成形の一例を示す図である。
【図５】最大主歪ε１と最小主歪ε２の相互関係を説明するための図である。
【図６】面形状不良有無の判定基準の説明に供する図である。
【図７】面形状不良有無の表示例を示す図である。
【符号の説明】
１０…加工条件入力部、
１５…成形加工シミュレーション実行部、
２０…ひずみ分布記憶部、
２５…面形状ひずみ演算部、
３０…領域指定部、
３５…判定結果表示部。
【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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