(57)【要約】【課題】  寸法精度評価を適切かつ自動的に行い、金型の製造期間の短縮化を図ることができる金型設計支援システムを提供すること。【解決手段】  塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出手段と、この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とを、ＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較手段とを備え、この形状比較手段が、比較対象となる各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う機能を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出手段と、
この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とをＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較手段とを備え、
この形状比較手段が、比較対象となる前記各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う機能を有する、
ことを特徴とする金型設計支援システム。
【請求項２】
前記形状比較手段が、比較対象となる前記各形状の少なくとも２つ以上の対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う、ことを特徴とする請求項１記載の金型設計支援システム。
【請求項３】
前記形状比較手段による比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出する加工品再設計手段と、
この塑性加工品の新たな設計形状に基づいて当該塑性加工品を成形する新たな金型の形状データを作成する金型形状データ作成手段と、を備え、
前記加工品形状算出手段が、前記金型形状データ作成手段による前記新たな金型の形状データに基づいて塑性加工品の形状を再度算出する機能を有すると共に、
前記形状比較手段が、この再度算出された塑性加工品の形状と前記基準設計形状とを比較する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の金型設計支援システム。
【請求項４】
前記形状比較手段が、比較対象となる各形状の対応節点間の距離を算出すると共に、各距離のうち予め定められた節点における距離が予め定められた許容範囲内である場合に、前記金型形状データ作成手段にて直前に作成された金型の形状データを金型製作に用いるデータとして特定する、ことを特徴とする請求項３記載の金型設計支援システム。
【請求項５】
前記形状比較手段が、比較対象となる各形状の対応節点間の距離を算出すると共に、全ての節点間の距離が予め定められた許容範囲内である場合に、前記金型形状データ作成手段にて直前に作成された金型の形状データを金型製作に用いるデータとして特定する、ことを特徴とする請求項３記載の金型設計支援システム。
【請求項６】
コンピュータを用いて金型による塑性加工品の成形形状をシミュレーションすることにより、金型設計を支援する方法であって、
前記コンピュータが、塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出工程と、
前記コンピュータが、この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とをＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較工程と、
前記コンピュータが、前記形状比較工程による比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出する加工品再設計工程と、を備え、
前記形状比較工程が、比較対象となる前記各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う、
ことを特徴とする金型設計支援方法。
【請求項７】
金型による塑性加工品の成形形状をシミュレーションすることにより、金型設計を支援するコンピュータに、
塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出手段、
この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とをＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較手段、
前記形状比較手段による比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出する加工品再設計手段、
とを実現すると共に、
前記形状比較手段が、比較対象となる前記各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で拘束して比較処理を行う機能を実現する、
ための金型設計支援用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型設計支援システムにかかり、特に、塑性加工品を製造する金型の最適形状を設計することを支援するシステムに関する。また、その方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軽量で高剛性の車体等の開発が望まれており、かかる場合には、より高張力の鋼板の適用拡大が必要となる。そしてさらには、アルミ板の適用のニーズも高まっている。しかし、このときの問題点は製品である塑性加工品の成形後のスプリングバックを中心とした寸法精度不良である。ここで、スプリングバックとは、成形加工をした金属がもとの形に戻ることをいう。例えば、プレス加工などにより設計形状通りにプレスされた加工品の形状が、金型の離型後には変形してしまうという事態が生じる。具体的に自動車用部品においては、外側の意匠部品や補強部品などほとんどの部品でスプリングバックによる寸法精度不良が生じうる。
【０００３】
ここで、スプリングバックが生じるときの具体例を、図８を参照して説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、塑性加工品のプレス成形過程を示す図である。まず、金型にブランク材１０１をセットする（図８（ａ））。続いて、ブランクホルダ１０２に形成された絞りビード１０３を用いて、ブランク材１０１を金型に保持する（図８（ｂ））。続いて、プレスすることにより、ダイス１０４とパンチ１０５にてブランク材１０１の絞り成形が行われる（図８（ｃ））。その後、離型することにより、塑性加工品が完成される（図８（ｄ））。このとき、加工品は金型に対応して完全に塑性変形しておらず、スプリングバックにより金型とは異なる形状、すなわち、設計形状に対して変形しており寸法精度不良が発生する。
【０００４】
そこで、従来から、上記スプリングバックにより寸法精度不良の発生に対して一般的に熟練の技能者による経験と勘で対策が行なわれてきた。その手順の一例を説明する。まず、塑性加工品の設計形状、すなわち、加工されて製品とされるときの形状に基づいて金型が設計され、この金型にて製造された塑性加工品の形状がシミュレーションにて算出される。このとき、加工品の材料の特性やプレス条件など種々の加工条件が考慮に入れられる。特に、当該加工品のスプリングバック特性が反映される。そして、算出された塑性加工品の寸法精度がよいか否かを、人間が製品形状と比較して判断する。この結果、精度が良好でないと判断した場合、製品形状とシミュレーション結果から人間が寸法精度不良を２次元断面における所定の部分の角度差や、座標値の差としてとらえ、塑性加工品の新たな設計形状を算出する。換言すると、スプリングバックによる離型後の変形を見込んだ新たな設計形状が算出される。そして、かかる新たな設計形状に基づいて金型ＣＡＤデータが修正される。そして、寸法精度が良好となるまで、上記修正が行われ、最終的に良好となった金型形状にて実際に金型が製造される。
【０００５】
しかし、上述のような手法によると、塑性加工品の形状が算出されるごとにその寸法精度を人間が判断しなければならなく、さらに、修正することにより、人件費やシミュレーションを繰り返すことによる多くの金型修正費用（金型製造コストの約８％）と工程数がかかる。その結果、製品コストの増加という問題や、開発期間の長期化といった生産準備の日程に悪影響をおよぼすという問題が生じる。従って、寸法精度不良を見込んだ最適な金型形状が、実物がない段階で決定することができるような製造方法などが要求されている。
【０００６】
そこで、特許文献１に示すように、有限要素法（ＦＥＭ）を用いたシミユレーションである程度の寸法精度不良を予測し、かかる寸法精度不良を適切に見込んだ金型形状を機械的に決定するシステムが検討されている。この特許文献１に示すシステムにおける処理手順を、図９のフローチャートを参照して説明する。
【０００７】
まず、オペレータにて塑性加工品の設計形状データであるＣＡＤがコンピュータに入力され（ステップＳ１０１）、この金型ＣＡＤデータから金型ＦＥＭモデルデータがコンピュータにて作成される（ステップＳ１０２）。そして、このＦＥＭデータに基づいてプレス加工などにより製造される塑性加工品の形状がシミュレーションにて算出される（ステップＳ１０３）。なお、このとき、算出された塑性加工品の形状はその材料におけるスプリングバック特性などが反映される。
【０００８】
続いて、コンピュータでは、算出された製品形状と設計形状とが比較されて、寸法精度が評価される（ステップＳ１０４）。そして、その精度が許容範囲内であれば（ステップＳ１０５にて肯定判断）、最初に設計した金型ＣＡＤデータを実際に作成する金型形状と決定してシミュレーションを終了し、作業者は金型製作を行う（ステップＳ１０８）。
【０００９】
一方、ステップＳ１０５にて、寸法精度が許容範囲内でない場合には（ステップＳ１０５にて否定判断）、スプリングバックによる変形を見込んで、目標となる寸法となるよう製品形状のＦＥＭモデルを算出し（ステップＳ１０６）、これを金型ＣＡＤデータに反映するようすでに設計されている金型ＣＡＤデータを修正する（ステップＳ１０７）。そして、この修正した金型ＣＡＤデータに基づいて金型ＦＥＭモデルを作成し（ステップＳ１０２）、再度、塑性加工品の成形シミュレーションを行う。
【００１０】
そして、上記ステップＳ１０４及びステップＳ１０５にて行われる寸法精度評価は、具体的には、ＦＥＭメッシュデータにて表される塑性加工品の各節点座標と、これに対応する設計形状における各節点座標との距離を算出し、これらすべてが予め定められた許容値以下である場合に許容範囲内であると判断している。
【００１１】
このようにすることで、スプリングバック特性などに影響を受ける塑性加工品の製品形状を、より精度よく目標形状に近づけて成形することが可能な金型を設計することができ、製品の寸法精度の向上を図ることができると共に、金型をシミュレーションにて最適化する際に費やされる時間の短縮化を図ることができ、開発時間の短縮化や製品コストの削減を図ることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１５７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来例では以下のような不都合があった。すなわち、ＦＥＭモデルにおける寸法評価の際には、それぞれ対応する各節点間の距離に基づいて評価を行っていたが、これでは各節点の基準点の取り方や、塑性加工品のスプリングバックなどによる変形の状態によっては、全体的に形状そのものの変形は少ないにも関わらず寸法誤差が大きくなり許容値に範囲内に収まらない、という問題が生じる。具体的には、塑性加工品がある節点付近を中心に回転変形してしまった場合や、形状の大きな加工品であってある端部を中心に変形してしまった場合には、その反対側の端部の誤差が大きくなり、適切な寸法評価を行うことができず、自動的に判別することが困難となる。
【００１４】
また、上記不都合を回避すべく、寸法評価に人間による判断を組み込んだ場合には、その判断工程において時間がかかり金型設計の高速化を図ることが困難となり、また、均一な判断が困難となる。さらには、寸法評価の信頼性を上げるべく専門家の判断を必要とした場合にはコストがかかってしまう、という問題が生じる。
【００１５】
このため、本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、塑性加工品の寸法精度の向上を図ると共に、当該寸法精度評価を適切かつ自動的に行い、金型の製造期間の短縮化を図ることができる金型設計支援システム、方法、プログラムを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで、本発明では、塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出手段と、
この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とをＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較手段とを備え、
この形状比較手段が、比較対象となる各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う機能を有する、という構成を採っている。
【００１７】
このとき、形状比較手段が、比較対象となる前記各形状の少なくとも２つ以上の対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う、という構成にすると望ましい。
【００１８】
このような構成にすることにより、金型形状に基づいて成形後の形状と基準設計形状とが、少なくとも一つの節点が重ね合わせされた状態で拘束され、各節点間の距離が算出される。そして、この距離に基づいて寸法評価が行われるため、より精度の高い寸法評価を行うことができる。特に、基準設計形状と成形形状とを二点以上の対応する節点を重ね合わせて拘束して寸法精度の評価を行うことで、１つの拘束点を中心として比較対象の一方が回転して配置されることを抑制でき、寸法精度不良を抑制してより適切な評価を行うことができる。
【００１９】
また、上記構成に加えて、形状比較手段による比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出する加工品再設計手段と、
この塑性加工品の新たな設計形状に基づいて当該塑性加工品を成形する新たな金型の形状データを作成する金型形状データ作成手段と、を備え、
加工品形状算出手段が、金型形状データ作成手段による前記新たな金型の形状データに基づいて塑性加工品の形状を再度算出する機能を有すると共に、
形状比較手段が、この再度算出された塑性加工品の形状と前記基準設計形状とを比較する、という構成にすると望ましい。
【００２０】
このとき、形状比較手段が、比較対象となる各形状の対応節点間の距離を算出すると共に、各距離のうち予め定められた節点における距離、あるいは、全ての節点における距離が予め定められた許容範囲内である場合に、金型形状データ作成手段にて直前に作成された金型の形状データを金型製作に用いるデータとして特定する、という構成にするとなお望ましい。
【００２１】
これにより、シミュレーションにより成形された塑性加工品の形状を修正すると共に、これに基づいて再度金型の形状を修正し、再度、成形シミュレーションを行うことで、基準設計形状との誤差を少なくすることができ、より精度の高い製品を成形できる金型形状を算出することができる。特に、形状比較時にＦＥＭメッシュにおける対応する各節点の距離がある範囲内に収まることを判定することで、専門家の知識を要さずに、一律に判断することができ、金型形状を設計する手順が容易となると共に、設計コストの削減を図ることができる。
【００２２】
また、本発明では、コンピュータを用いて金型による塑性加工品の成形形状をシミュレーションすることにより、金型設計を支援する方法であって、
コンピュータが、塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出工程と、
コンピュータが、この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とをＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較工程と、
コンピュータが、形状比較工程による比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出する加工品再設計工程と、を備え、
形状比較工程が、比較対象となる各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で当該節点を拘束して比較処理を行う、という工程から成る金型設計支援方法をも提供している。
【００２３】
また、金型による塑性加工品の成形形状をシミュレーションすることにより、金型設計を支援するコンピュータに、
塑性加工品の基準設計形状に対応した金型の形状データから予め定められた塑性加工品の製造条件に基づいて当該塑性加工品の成形形状をＦＥＭメッシュデータにて算出する加工品形状算出手段、
この算出された塑性加工品の形状と予め定められた当該塑性加工品のＦＥＭメッシュデータにて表された基準設計形状とをＦＥＭメッシュデータにおける各節点座標に基づいて比較する形状比較手段、
形状比較手段による比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出する加工品再設計手段、
とを実現すると共に、
形状比較手段が、比較対象となる前記各形状の少なくとも一つの対応する節点を重ね合わせた状態で拘束して比較処理を行う機能を実現する、ための金型設計支援用プログラムをも提供している。
【００２４】
このようにしても上述したように作用するため、上記目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、材料の特性を考慮して、より寸法精度の高い塑性加工品を成形することができる金型を設計することができ、また、このときの設計処理の迅速化及び容易化を図ることができ、設計コストの軽減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明である金型設計支援システムは、あらゆる機器のプレス部品、鍛造部品、圧延部品などの塑性変形を伴う塑性加工品を製造する金型の形状を設計する際に用いるものである。特に、かかる金型を用いてプレス等することにより製造される塑性加工品の寸法が、設計形状と比較したときに寸法公差内に入るような金型の形状を設計することを支援する。このとき、塑性加工品に用いられる材料は、高張力の鋼板やアルミ板など、スプリングバック量の大きい材料時に特に効果的である。但し、加工品の材料は、上記のものに限定されない。
【００２７】
そして、本発明の特徴は以下の通りである。まず、金型の設計データからシミュレーションにより塑性加工品の成形形状を算出し、これが目標となる基準設計形状に近づくよう材料の特性による変形量を考慮した新たな塑性加工品の設計形状を算出する。そして、成形される加工品の形状の寸法評価をより正確に、かつ、一律に的確な判断を下すことができるようにする。これにより、寸法精度の高い塑性加工品を成形することができる金型を設計することができ、また、このときの設計処理の迅速化、容易化を図ることができる。以下、各実施例を通じて、本発明の構成、作用、効果について詳述する。
【実施例１】
【００２８】
本発明の第一の実施例を、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本発明である金型設計支援システムの構成を示す機能ブロック図である。図２は、塑性加工品の形状の一部を示す斜視図である。図３は、塑性加工品の所定箇所における節点の座標をパラメータとして金型を設計する一例を示す模式図である。図４は、成形された塑性加工品の形状評価の手法を示す説明図である。図５は、塑性加工品のメッシュデータを金型の形状データとして使用する際の修正手法を示す説明図である。図６乃至図７は、本発明の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
〈構成〉
図１に示す塑性加工における金型設計支援システムは、所定の演算処理能力を有する演算装置１０（ＣＰＵ）と、所定の記憶容量を有する記憶装置２０（ハードディスク（ＨＤ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなど）と備えたコンピュータ１にて構成される。そして、所定の塑性加工品を金型の形状データからシミュレーションにより算出し、この成形される製品形状が最適化されるよう金型の形状を修正して、当該金型の形状を設計することを支援するシステムである。すなわち、このコンピュータ１のＣＰＵ１０に、後述するシミュレーションを実行する機能が組み込まれることにより、当該コンピュータ１が金型設計支援システムとして作動する。
【００３０】
具体的に、コンピュータ１は、ワークステーションやサーバコンピュータといった比較的演算処理能力の高いコンピュータである。そして、コンピュータ１には、上述したＣＰＵなどの演算装置１０や、ハードディスクなどの記憶装置２０、処理対象となる所定のデータを一時的に保持するＲＡＭや、所定のデータをオペレータが入力するためのキーボード（入力装置３０）、処理結果等をオペレータに表示するディスプレイ（出力装置４０）など、一般的なコンピュータが備えている装備を有している。また、図示しないが、当該コンピュータ１の演算装置に読み出されて組み込まれるプログラムを記憶するＲＯＭや、他の記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）から所定のデータを読み出すドライブ（例えば、ＣＤ−ＲＯＭドライブ）なども備えている。また、このコンピュータ１は、後述するようにＦＥＭモデルを作成する他のコンピュータに接続されていてもよい。
【００３１】
そして、上記コンピュータ１の記憶装置２０には、製造する塑性加工品の目標形状である基準設計形状データが記憶されている（基準設計形状データ記憶部２３）。また、この形状の塑性加工品を製造するための初期の金型の形状データ、すなわち、金型のＣＡＤデータが記憶されている（金型ＣＡＤデータ記憶部２１）。さらには、金型にて製造される塑性加工品に関するデータを含む金型による成形条件を設定したデータが記憶されている（成形条件データ記憶部２２）。この塑性加工品に関するデータは、特に、その材料に関するデータが格納されていて、具体的には、材料のスプリングバック特性に関するデータである。ここで、スプリングバック特性とは、成形加工をした金属がもとの形に戻ることである。例えば、板状のブランク材をプレス加工した場合には、所定の角度に曲折された箇所は、離型したときにその角度よりも浅い角度にまで加工品が戻ってしまうという現象が生じる。特に、高張力の鋼材や、アルミ板などは、スプリングバック量（スプリングバック特性による変形量）が大きい。しかしながら、車体などに用いられる加工品は、軽量、高剛性が要求されるため、かかる材料が用いられることが多いため、このようなデータが必要となる。また、図示していないが、金型ＣＡＤデータを成型するためのデータや、ＣＡＤデータからＦＥＭメッシュデータを作成するために必要なデータなども記憶されている。
【００３２】
また、コンピュータ１の記憶装置２０には、後述するように、シミュレーションにて成形した塑性加工品の形状と基準設計形状との寸法誤差を比較する際の基準値となる評価基準データも記憶されている（評価基準データ記憶部２４）。
【００３３】
そして、コンピュータ１の演算装置１０には、金型ＣＡＤデータから金型のＦＥＭメッシュデータを作成する金型ＦＥＭ作成部１１と、この金型ＦＥＭメッシュデータから成形条件データに基づいて塑性加工品の成形形状を算出するシミュレーション部１２（加工品形状算出手段）と、この算出された塑性加工品の形状と予め定められた基準設計形状データとを比較する寸法精度評価部１３（形状比較手段）と、この比較結果に基づいて塑性加工品の新たな設計形状を算出してＦＥＭメッシュデータにて表すスプリングバック見込形状算出部１４（加工品再設計手段）と、この塑性加工品の新たな設計形状であるＦＥＭメッシュデータを用いて当該塑性加工品を成形可能な新たな金型のＦＥＭメッシュデータを作成する金型ＦＥＭ修正部１５（金型メッシュデータ作成手段）と、この比較結果による寸法差が予め定められた許容範囲内である場合に新たな金型のＦＥＭメッシュデータに基づいて当該金型のＣＡＤデータを作成する金型ＣＡＤ修正部１６（金型ＣＡＤデータ作成手段）とが備えられている。
【００３４】
なお、これらの各処理部１１〜１６は、予め金型設計支援用プログラムがコンピュータ１の演算装置１０に読み出されて組み込まれることで、以下に説明するように機能するよう当該演算装置１０内に構築される。そして、この金型設計支援用プログラムは、予めコンピュータ１の記憶装置２０に記憶されていてもよく、ＣＤ−ＲＯＭなどの他の可搬媒体に記憶されたものがコンピュータ１に提供されてもよい。さらには、ネットワークを介して他のコンピュータからダウンロードすることにより組み込まれてもよい。以下、各処理部の処理内容について説明する。なお、各処理部による作用は以下に説明するものに限定されない。もちろん、動作説明時に説明する動作をも実現する。
【００３５】
金型ＦＥＭ作成部１１は、予め設計された金型の設計データであるＣＡＤデータから有限要素解析に用いることが可能なＦＥＭメッシュデータを作成する。従って、金型のダイスや、パンチ部分、さらにはブランクホルダ部分が（図８参照）、複数の節点を有するメッシュデータにて表されることとなる。なお、ＣＡＤデータからＦＥＭメッシュデータを作成するために必要なデータは、金型ＦＥＭ作成部１１を構築するプログラムに予め含められていたり、あるいは、金型ＣＡＤデータ記憶部２１から提供される。
【００３６】
ここで、上記ＣＡＤデータは製造する製品の基準設計形状に対応するものであるが、ＣＡＤデータに換えて当該基準設計形状に対応する金型のＦＥＭメッシュデータが予め記憶装置２０に記憶されていてもよい。あるいは、他のコンピュータから提供されてもよい。この場合には、上記金型ＦＥＭ作成部１１は演算装置１０に構築されていなくてもよい。一方で、記憶装置２１には製品の基準設計形状データが記憶されていて、この形状に基づいて当該形状の製品を成形する金型のＣＡＤデータを自動的に作成する処理部が演算装置１０に構築されていてもよい。このとき、塑性加工品のスプリングバック等、加工後の材料の変形を考慮に入れずに金型の形状が作成されるため、当該金型のＣＡＤデータと加工品の基準設計形状とがほぼ同一となる。
【００３７】
シミュレーション部１２は、上記金型ＦＥＭメッシュデータから、プレス加工等されて製造された塑性加工品の形状、すなわち、離型後の形状をシミュレーションすることにより当該形状を算出する。なお、算出される塑性加工品の形状はＦＥＭメッシュデータにて表される。このとき、離型後であるため、上述したように材料によってはスプリングバック特性を有している。従って、材料の特性など成形条件データを成形条件データ記憶部２２から読み出して利用することにより、スプリングバック等による変形を伴う成形後の形状が算出される。ここで、変形を伴う成形後の形状は、基準設計形状に対して寸法精度不良が生じているが、この塑性加工品の寸法精度不良は、スプリングバック特性によるものに限定されない。なお、このシミュレーションは、コンピュータ１にネットワーク等を介して接続された他のコンピュータにて実行されてもよい。従って、ＦＥＭモデルを生成する専用のコンピュータにてシミュレーションが実行されて、その結果が当該金型シミュレーションシステムとしてのコンピュータ１に送信されてもよい。
【００３８】
また、このシミュレーション部１２（加工品形状算出手段）は、後述する金型ＦＥＭ修正部１５にて作成された金型のＦＥＭメッシュデータに基づいて塑性加工品の成形形状を再度シミュレーションにて算出する機能を有する。これにより、スプリングバック等の変形を考慮した金型によって成形される塑性加工品が、いかなる形状になるかということを再度シミュレーションすることができる。
【００３９】
寸法精度評価部１３は、塑性加工品が製品化されたときの形状である基準設計形状と、上記シミュレーション部１２で算出された当該塑性加工品の形状とを比較する。このときに、それぞれの形状において対応する箇所の差分（比較値）を算出する。例えば、図２に示すような塑性加工品をプレス成形する場合には、設計形状Ａ０とスプリングバック後形状Ａ１（シミュレーション後の形状）との当該加工品のそれぞれの端部（図３の左側）における形状の差（比較値＝スプリングバック量）が算出される。そして、このときの比較する対象は、塑性加工品の所定箇所における角度であったり、当該塑性加工品上に設定された所定の節点の三次元位置である。但し、比較される対象は、これらの値に限定されない。
【００４０】
ここで、比較処理の具体例を図３乃至図４を参照して説明する。これらの図では、塑性加工品に設定された節点の座標をパラメータとして金型を設計する場合を説明する。この図に示す形状は、上記図２の場合と同様にそれぞれ「設計形状Ａ０」、「スプリングバック後形状Ａ１」、後述する「スプリングバック見込形状Ａｅｘｐー１」を示している。そして、各形状において、ＦＥＭモデル上の節点が設定されている。このＦＥＭモデル上の同一節点（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，・・・）の各座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、それぞれ以下のように示される。
【００４１】
設計形状Ａ０：Ｎｉ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）
スプリングバック後形状Ａ１：Ｎｉ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）
スプリングバック見込形状Ａｅｘｐー１：Ｎｉ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）
ここで、ｉは、ｉ＝１からｉ＝最大節点番号まで全ての整数値をとる。
【００４２】
そして、上述した形状比較機能にて、各節点の距離、すなわち、スプリングバック量がそれぞれ算出され、かかる値があらかじめ設定されている許容値Ｅｓｐｂよりも大きいか否かが調べられる。そして、全ての節点において、以下の式を満たすか否かが調べられる。
【００４３】
Ｅｓｐｂ＞｜Ｎｉ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）−Ｎｉ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）｜  （１）
【００４４】
当該（１）式を満たす場合、すなわち、許容値Ｅｓｐｂよりもスプリングバック量が小さい場合には、塑性加工品の寸法が所定の寸法公差の範囲内に入っているため、かかる形状による金型が製造されることとなる。
【００４５】
ここで、本発明では特に、目標となる基準設計形状と、シミュレーションにて成形された形状との対応する節点の内、少なくとも一点が重ね合わせられ、かかる点が拘束（固定）されて他のそれぞれ対応する節点間の距離が算出される。この具体例を図４に示す。
【００４６】
図４（ａ）においては、略「Ｗ」字状に曲折される塑性加工品である場合を示す。なお、この図においては塑性加工品の形状が二次元的に表されているが、実際は三次元形状である。例えば、その左側の端部は、拡大図に示すように、板形状を構成するよう節点が設定されている。この図においては、略「Ｗ」字状の部材のほぼ中央の節点で、基準設計形状（１）とスプリングバック後形状（２）とを重ね合わせ、各節点を拘束する。すなわち、この拘束された節点間の距離は「０」である。ここで、節点を２つ以上に設定すると望ましい。このとき、予め塑性加工品の形状に基づいて変形の少ない箇所を指定しておき、かかる箇所を拘束点に設定するとよい。
【００４７】
続いて、その他の節点間の距離Ｌｉを、以下の数１式を用いて算出する。
【００４８】
【数１】
2005266894.tif 000003
ここで、ｉ＝１，２，・・・，最大節点番号、である。
【００４９】
このようにして、全てのそれぞれ対応する節点間の距離Ｌｉを算出し、これを図４（ｂ）に示すように、加工品の領域毎にプロットする。すなわち、図４（ｂ）では、領域ａと指定された範囲には、図４（ａ）で指定された範囲に位置する節点の距離Ｌｉがプロットされる。
【００５０】
そして、いかなる場合に寸法誤差が許容されるか、ということは、予め定められていて、寸法精度評価部１３に組み込まれている。例えば、全ての節点間の距離が予め定められた許容値よりも低くなれば許容される、というように設定してもよく、あるいは、成形される塑性加工品の成形形状に応じて、当該加工品のある領域内に位置する節点のみが許容範囲に収まっていればよい、というように設定してもよい。後者の場合には、例えば精度よく成形しなければならない箇所のみに着目することで、金型の設計処理が容易となる。
【００５１】
このようにして寸法精度評価を行うが、後述するように、金型にて成形する塑性加工品の設計形状をスプリングバックを見込んだ形状に修正して、これに対応する金型の形状データを作成し、さらにシミュレーションを繰り返すことで、各節点の距離は図４（ｂ）に示すように収束方向に向かう。
【００５２】
こうして、上述した（１）式を満たさない場合には、スプリングバック見込形状算出部１４にて、以下に示すようにスプリングバックなどの材料の特性による変形量を見込んだ塑性加工品の成形形状であるスプリングバック見込み形状が算出される。ここで、算出された新たな設計形状は、その形状の塑性加工品が製品化されるわけではなく、上述したように、スプリングバック等により離型後に変形することを見込んで算出された形状である。例えば、図２に示す塑性加工品においては、Ａｅｘｐ−１の形状のようなスプリングバック見込み形状に再設計される。これは、Ａ０のように設計した場合であっても、離型後の加工品が矢印Ｃ方向にスプリングバックすることによりＡ１のような形状となってしまうため、スプリングバック方向とは反対方向にあらかじめ曲げ成形等しておく。さらに換言すると、スプリングバック量を塑性加工品のスプリングバック方向とは反対方向に差し引いて新たな塑性加工品の設計形状を算出してスプリングバック見込み形状を設計する。これにより、加工品がＡｅｘｐ−１の形状にプレス等された場合には、当該加工品が矢印Ｃ方向にスプリングバックすることによりＡ０形状に近づくこととなる。
【００５３】
ここで、図３におけるスプリングバック見込形状の算出は、各節点の座標が以下に示す（２）式にて算出される。
【００５４】
Ｎｉ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）＝Ｎｉ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）−｛Ｎｉ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）−Ｎｉ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）｝（２）
【００５５】
すなわち、数２式にて表されるスプリングバック見込み形状における各節点は、設計形状からスプリングバック量を、そのスプリングバック方向とは反対方向に差し引いた箇所に位置することとなる。さらに換言すると、スプリングバック後形状の所定の節点を、設計形状における対応節点を点対称の中心として移動した点が、スプリングバック見込み形状の節点となる。
【００５６】
ここで、上述したスプリングバック見込形状の算出は、上述したように寸法精度評価部１３にて、算出された比較値（スプリングバック量）が図４を参照して説明したようにあらかじめ設定された許容値の範囲内に収まらない場合に作動するが、これに伴い以下に説明する金型ＦＥＭ修正部１５も作動して、新たな金型のＦＥＭメッシュデータが作成される。従って、スプリングバック量が許容値の範囲内であれば、スプリングバックを見込まず終了して、かかる金型が製造される。一方、スプリングバック量が許容値の範囲外であれば、スプリングバックを見込んだ塑性加工品のＦＥＭモデルを再作成して、シミユレーション（再計算）を行なう。なお、上記許容値とは、予め記憶装置２０内に記憶されていたり、寸法精度評価部１３に組み込まれている値であって、塑性加工品の寸法公差に対応してコンピュータのオペレータや設計者にて定められた値である。但し、成形品の寸法精度を上げるために、後に入力装置３０から入力して変更することも可能である。
【００５７】
金型ＦＥＭ修正部１５は、上述したスプリングバック等の変形を見込んで算出された形状の塑性加工品を製造する金型の形状データを作成する。このとき、作成されるデータは、ＦＥＭメッシュデータであり、スプリングバック見込形状算出部１４にて算出された塑性加工品の形状データであるＦＥＭメッシュデータをそのまま金型の形状、すなわち、ダイス、パンチ、ブランクホルダに適用したものである。
【００５８】
但し、このとき、塑性加工品の形状データは、成形後のブランクホルダにて狭持されてる部分を含む塑性加工品の形状のみであり、この形状は金型のダイスの全範囲に広がるものではない。すなわち、ブランク材が立体形状にプレスされる場合には平板状のブランク材の外縁が縮小した形状となっている。従って、正確にシミュレーションするためには、成形後の塑性加工品のＦＥＭメッシュデータの外縁箇所を、その外側方向に広げる必要がある。このことについて、図５を参照してさらに説明する。
【００５９】
図５（ａ）は、成形後のブランクの一部をＦＥＭメッシュデータにて表したものを示しており、点線Ｂ１はその外縁を示している。また、その外側に位置する実線Ｂ０は、成形前の平板状のブランクメッシュの外縁を示している。実際にブランクの形状を再現するためにはこの範囲までメッシュデータを広げればよいが、金型のブランクホルダ部分を含むダイス面はさらに広いため、図５（ａ）の二点鎖線Ｂ２に示すように、初期のブランクの形状よりもさらに外側までメッシュを広げる必要がある。なお、この範囲を金型メッシュの外縁と呼ぶ。そして、金型メッシュの範囲は予め定められており、金型ＦＥＭ作成部１５に組み込まれている。そして、塑性加工品のＦＥＭメッシュデータの外縁を広げるよう修正したときの様子を図５（ｂ）に示す。
【００６０】
メッシュを広げるときの節点の設定手法について図５（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す符号Ｂａで囲まれた部分を拡大した図である。なお、図５（ｂ）の成形後ブランクメッシュの外縁を表す点線Ｂ１よりも内側に表した点線Ｂ１０は金型のパンチ部分にてプレスされる部分の外縁（パンチプロファイル）を示している。まず、このパンチプロファイルＢ１０から外側に向かって法線ベクトルＶ１をとり、当該パンチプロファイルの曲率に応じて任意の位置に設定する。続いて、この法線ベクトルＶ１に沿った方向の２点である点ａ１，ａ２を、パンチプロファイルと成形後のブランクメッシュの外側の領域でとり、点ａ１，ａ２によるベクトルＶ２に沿って、成形後ブラックメッシュの外縁を、予め定められた金型メッシュの外縁Ｂ２まで拡張する。なお、ブランクホルダの曲率に応じて、点ａ１，ａ２の間隔を細かく設定するとよい。
【００６１】
こうして金型の外縁まで拡張するよう修正された塑性加工品のスプリングバック見込形状であるＦＥＭメッシュデータを、そのまま金型のＦＥＭメッシュデータとして作成し、これに基づいて、上述したようにシミュレーション部１２にて再度成形シミュレーションが行われ、基準設計形状との比較が行われる。
【００６２】
そして、かかるシミュレーションを繰り返することにより、寸法精度評価部１３にて寸法誤差が許容範囲内に収まると、金型ＣＡＤ修正部１６にてそのときの金型ＦＥＭメッシュデータから金型のＣＡＤデータが作成される。このとき、予め金型ＣＡＤデータ記憶部２１に記憶されている初期ＣＡＤデータを修正してもよく、新たにメッシュデータからＣＡＤデータを作成してもよい。メッシュデータからＣＡＤデータへの変換手法は、予め金型ＣＡＤ修正部１６に組み込まれている。
【００６３】
〈動作〉
次に、本実施例における金型設計支援システムの動作を、図６乃至図７を参照して説明する。図６は、主に金型設計支援システムの動作を示すフローチャートであり、図７は、寸法精度評価処理の詳細な動作を示すフローチャートである。
【００６４】
まず、あらかじめ設計された製品である塑性加工品の基準設計形状データ（例えば、ＣＡＤデータ）に基づいて、操作者にて金型のＣＡＤデータが設計され、コンピュータ１の金型ＣＡＤデータ記憶部２１に記憶される。あるいは、塑性加工品の基準設計形状データがコンピュータ１にてハードディスク２０や当該コンピュータ１にネットワークを介して接続された他のコンピュータ（図示せず）から読み出され、コンピュータ１にて自動的に金型のＣＡＤデータが設計されて記憶されてもよい（ステップＳ１）。このとき、読み出した塑性加工品の基準設計形状データがＣＡＤデータであるときには、解析用に節点にて構成されたＦＥＭメッシュデータにコンピュータ１にて変換され、基準設計形状データ記憶部２３に記憶される。但し、基準設計形状データのメッシュデータは予め記憶装置２０に記憶されていてもよい。
【００６５】
続いて、コンピュータ１は、金型のＣＡＤデータを読み出して当該ＣＡＤデータをＦＥＭモデルに変換する。すなわち、予め定められたＣＡＤデータをＦＡＭメッシュデータに変換する法則に基づいて、初期の金型のＦＥＭメッシュデータを作成する（ステップＳ２）。なお、この初期の金型のＦＥＭメッシュデータも予め作成されたものが予め記憶装置２０に記憶され、これが読み出されて以下の処理が行われてもよい。
【００６６】
続いて、上記金型のＦＥＭメッシュデータと、成形条件データ記憶部２２に記憶されている成形条件データに基づいて、プレス加工などによりシミュレーションにて塑性加工品が成形され（ステップＳ３）、その形状がＦＥＭメッシュデータで表される。このとき、塑性加工品の形状には、ブランク材の特性であるスプリングバックなどの変形も含まれる。但し、かかる変形は、スプリングバックによるものに限定されない。材料や、加工品の形状固有の特性により生じる変形もあり得る。
【００６７】
続いて、基準設計形状とシミュレーションにて算出された成形形状とが比較され、寸法精度の評価が行われる（ステップＳ４）。この評価処理について図７を参照して詳述する。
【００６８】
まず、シミュレーションにて成形された塑性加工品の形状の基準となる形状の基準設計形状データ、及び、評価の判断基準などが記述された評価判断データを、記憶装置２０から読み出す（ステップＳＡ１）。続いて、評価判断データ中から拘束点を指定するデータを抽出し、ＦＥＭデータである各形状の節点番号から拘束点を特定する（ステップＳＡ２）。このとき、操作者がコンピュータ１に対して入力して指定した節点を拘束点として特定してもよい。
【００６９】
そして、基準設計形状と成形形状との拘束点同士を重ね合わせた状態で位置を合わせて固定する。この状態で両形状の対応する各節点間の距離Ｌｉを算出する（ステップＳＡ３）。その後、評価判断データ中から着目する領域中の節点を指定するデータを読み出し、かかる領域内の節点間の距離Ｌｉが全て予め定められた許容値以内であるか否かの許容判定を行う（ステップＳＡ４）。
【００７０】
そして、上記算出した各節点間の距離Ｌｉが許容値以上である場合には（ステップＳ５にて否定判断）、塑性加工品の寸法精度不良が過大であるため、金型形状の修正が必要とされる。従って、上述したような手法にて、スプリングバック見込形状がＦＥＭメッシュデータにて算出される（ステップＳ６）。そして、このスプリングバック見込形状であるＦＥＭメッシュデータを用いて、金型のＦＥＭメッシュデータが作成される。このとき、上記ステップＳ２にて作成した初期の金型のＦＥＭモデルを修正して新たなＦＥＭメッシュデータを作成してもよい（ステップＳ７）。
【００７１】
続いて、この作成された金型のＦＥＭメッシュデータを用いて、塑性加工品の成形シミュレーションが行われる（ステップＳ３）。そして、上述したように寸法精度評価が行われ、寸法誤差が許容値に収まるまでステップＳ３〜ステップＳ７の処理が繰り返されることとなる。
【００７２】
そして、寸法精度評価処理（ステップＳ４）において、塑性加工品のうち指定された領域に位置する全ての節点における基準設計形状に対する節点間距離（スプリングバンク量）が許容値の範囲内になったときに（ステップＳ５にて肯定判断）、そのときの金型の形状データ、すなわち、直近の金型ＦＥＭモデル修正処理（ステップＳ７）にて作成された金型ＦＥＭメッシュデータにて表される形状が金型の形状と決定され、これに基づいて金型ＣＡＤデータが作成される（ステップＳ８）。そして、この作成されたＣＡＤデータに基づいて、作業者にて実際に金型が製作される（ステップＳ９）。
【００７３】
このようにすることにより、金型形状に基づいて成形後の形状と基準設計形状とが、少なくとも一つの節点が重ね合わせされた状態で拘束され、各節点間の距離が算出される。そして、この距離に基づいて寸法評価が行われるため、より精度の高い寸法評価を行うことができる。特に、基準設計形状と成形形状とを二点以上の対応する節点を重ね合わせて拘束して寸法精度の評価を行うことで、より適切な評価を行うことができる。
【実施例２】
【００７４】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、寸法精度評価部１３における評価手法が上記実施例１の場合と異なる。
【００７５】
本実施例における寸法精度評価部１３は、まず、基準設計形状とシミュレーションにより成形された加工品形状との各節点間の距離のばらつき度合いを表す偏差を算出する。そして、この値が予め設定された許容範囲内にある場合にそのときの金型のＦＥＭメッシュデータを金型の設計形状として決定するよう作動する。逆に、算出した偏差が許容範囲内にない場合には、そのときのスプリングバック見込形状を算出して金型ＦＥＭメッシュデータを作成し、再度シミュレーションを行い、寸法精度評価を繰り返す。
【００７６】
このように、各節点間の距離のばらつきを調べることで、シミュレーションによって成形された加工品の形状が基準設計形状に精度よく近似しているか否かを判断することができ、上述同様に寸法精度の高い塑性加工品を成形できる金型を設計することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明である金型設計支援システムは、塑性加工品の金型を設計する際に利用することができ、これにより、寸法精度の高い加工品を成形可能な金型の作成期間の短縮化を図ることができ、さらには、不要な金型製作を抑制できるという効果を有するため、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明である金型設計支援システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】塑性加工品の形状の一部を示す斜視図である。
【図３】塑性加工品の所定箇所における節点の座標をパラメータとして金型を設計する一例を示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、寸法精度評価の手法を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、塑性加工品のＦＥＭメッシュデータの修正の様子を説明する説明図である。
【図６】金型設計支援システムの全体的な動作を示すフローチャートである。
【図７】図６で開示した一部の処理の詳細な動作を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は、塑性加工品のプレス成形過程を示す図である。
【図９】従来例における金型設計支援システムの全体的な動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１  コンピュータ（金型設計支援システム）
１２  シミュレーション部（加工品形状算出手段）
１３  寸法精度評価部（形状比較手段）
１４  スプリングバック見込形状算出部（加工品形状再設計手段）
１５  金型ＦＥＭ作成部（金型メッシュデータ作成手段）
１６  金型ＣＡＤ修正部（金型ＣＡＤデータ作成手段）
【図１】
2005266894.tif 000004
【図３】
2005266894.tif 000005
【図４】
2005266894.tif 000006
【図５】
2005266894.tif 000007
【図６】
2005266894.tif 000008
【図７】
2005266894.tif 000009
【図８】
2005266894.tif 000010
【図９】
2005266894.tif 000011
【図２】
2005266894.tif 000012