プレス金型修正形状データの作成方法
【課題】正規部品形状の測定データに基づく最適な金型修正形状データを作成する。
【解決手段】初期の金型設計形状から金型加工形状を作成し、金型加工した金型で部品の成形を行い、成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後、部品形状メッシュデータを作成し、正規部品形状の金型メッシュデータで部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転し金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを使用し部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして成形解析の結果の応力を除去して金型加工形状における部品形状メッシュデータを作成し、部品形状メッシュデータに板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、部品形状メッシュデータの残留応力を開放して金型修正形状データを求める。
【解決手段】初期の金型設計形状から金型加工形状を作成し、金型加工した金型で部品の成形を行い、成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後、部品形状メッシュデータを作成し、正規部品形状の金型メッシュデータで部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転し金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを使用し部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして成形解析の結果の応力を除去して金型加工形状における部品形状メッシュデータを作成し、部品形状メッシュデータに板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、部品形状メッシュデータの残留応力を開放して金型修正形状データを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプリングバックを矯正するプレス金型修正形状データの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材を、成形金型を用いてプレス成形したとき、プレス成形後に成形金型から取り出した成形部品は、プレス成形時に発生する残留応力が開放されることにより弾性変形（スプリングバック）する。このために、成形部品は成形金型と異なった形状になってしまい、部品図と同じ形状で作成した成形金型では正しい形状の成形部品を成形することはできない。このために、設計図と同一形状の成形部品を成形するためには、上記のスプリングバック量を考慮した形状を成形金型に織り込む必要がある。
【０００３】
成形金型を、スプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法として、従来は以下のような方法を取っている。
【０００４】
プレス成形した成形部品であるパネルの形状を三次元的に形状測定し、その形状データを基に成形金型に修正形状を織り込む方法。この方法は、三次元形状測定機を使用し、プレス成形した成形部品の形状を測定する。その測定結果得られた点群データと成形部品形状データを比較し、その誤差量から修正量を算出し、成形部品形状データを変形することにより、成形金型の修正形状を求める方法である。
【０００５】
成形シミュレーションを用いてスプリングバック量を予測し、そこで発生する応力値を用いて成形金型に修正形状を織り込む方法。この方法は、成形シミュレーションにより、プレス成形時の下死点で発生する残留応力を求め、その応力値を±反転し、その応力を用いて、成形部品形状の板材モデルをスプリングフォワード（弾性回復）させることにより、成形金型の修正形状を求める方法である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した前者の従来のプレス金型修正形状データの作成方法では、測定した形状（成形部品であるパネルの形状）と部品図形状を比較し、その誤差量から修正量を求めているが、成形部品は三次元的な面で構成されているために、これらの方法で修正を行った場合、修正後の成形金型でプレス成形すると、成形部品には、前回とは異なった残留応力が発生し、部品図形状と新たな差が生じる。このために、成形金型の修正、プレス部品成形のサイクルを何度も行って徐々に部品図形状に近づける必要があり、時間、コストの損失を生じている。
【０００７】
又、捩れ、開き等が複合したプレス部品(成形部品)の場合、誤差量から修正量を求める方法は、人為的判断に依存するため、人による判断の差や人為的な判断ミスを生じる場合が多い。
【０００８】
また、上記した後者の従来のプレス金型修正形状データの作成方法では、スプリングバックの起動力となるプレス成形時の残留応力を成形シミュレーションで計算し、その量に基づき金型修正形状を求めている。このため、残留応力が正しく求められた場合、成形金型の修正形状は正しく求められる可能性があるが、大きな塑性変形を受けるプレス部品成形の過程を成形シミュレーションした後、弾性変形の起動力となる残留応力を正確に求めることは、現状の技術レベルでは困難であるため、正しい金型形状を求めるのは困難である。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するものであり、その目的とするところは、ねじれ，ソリ開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策でき、金型修正形状を、格段に精度の高いものにするプレス金型修正形状データの作成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法は、
初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、成形後に、スプリングバックした成形部品を測定して求めた成形部品形状データと、金型の形状データを使用して成形シミュレーションを行うことにより、その形状差を生じる変形応力を求め、この変形応力から金型修正形状データを作成するようにしたものである。
【００１１】
したがって、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業において、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができる。また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができて、人による判断の差や人為的な判断ミスを無くすことができる。
【００１２】
また、本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法は、上記した本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法において、初期の金型設計を行い、金型加工形状を定義して前記金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う金型加工・実部品成形・形状測定工程と、この金型加工・実部品成形・形状測定工程で測定された前記成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程と、この形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に、前記成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、前記三次元形状測定した前記成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程と、前記正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程と、前記第２のデータ成形工程で作成した前記金型メッシュデータで前記第１のデータ成形工程で作成した前記部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程と、前記実部品成形・形状測定工程における金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程と、この第３のデータ作成工程で作成した前記シミュレーション用メッシュデータを使用し、前記第１のデータ作成工程で作成した前記部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程と、前記第２の成形解析工程の前記部品形状メッシュデータに、前記第１の成形解析工程における前記板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って残留応力を開放して前記金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程を備え、この金型修正形状作成工程により作成された前記金型修正形状データに基づき前記金型加工・実部品成形・形状測定工程に織り込み部品成形して部品形状測定を行い、前記形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に前記第１のデータ作成工程に移行するサイクルを繰り返し行うようにして、前記正規部品形状の測定データに基づく前記金型修正形状データを作成するようにしたものである。
【００１３】
したがって、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業を無くすことができ、人為的判断の差や、ミスを無くすことができる。また、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができる。また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができる。特に、人の判断の必要が無く、形状変更とシミュレーションのサイクル（閉ループ）を構成することができ、自動計算で最適な金型修正形状データを求めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法によれば、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業において、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができる。また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができる。また、人の判断の必要が無く、シミュレーションのサイクル（閉ループ）を構成することができ、自動計算で最適な金型修正形状データを求めることができて、人による判断の差や人為的な判断ミスを無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムの構成を示すブロック図、図２は図１のＣＰＵの構成を描画したブロック図、図３は本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法における動作を示すフローチャート、図４は同プレス金型修正形状データの作成方法における動作順序の説明図である。
【００１７】
本発明に係る金型形状データの作成方法は、あらゆる機器のプレス部品などの塑性変形を伴う成形部品を製造する成形金型の修正形状データを作成する。そして、本発明は、プレス部品の測定結果から正しい金型形状修正データを作成するものである。
【００１８】
すなわち、初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、成形後に、スプリングバックした成形部品を測定して求めた成形部品形状データと、金型の形状データを使用して成形シミュレーションを行うことにより、その形状差を生じる変形応力を求め、この変形応力から金型修正形状データを作成するようにしたものである。
【００１９】
本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムは、図１に示すように、所定の演算処理能力を有するＣＰＵ（演算部）１１と、所定の記憶容量を有するハードディスク１２とを備えたコンピュータ１を用いている。
【００２０】
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、パソコン等のコンピュータである。
【００２１】
そして、コンピュータ１には、上述したＣＰＵ１１や、ハードディスク１２、あるいは、処理対象となる所定のデータを一時的に保持するＲＡＭ１３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）１４、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）１５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。
【００２２】
従って、図示しないが、当該コンピュータ１にて頻繁に利用さ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。
【００２３】
また、このコンピュータ１は、三次元形状測定機や、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る。
【００２４】
本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法では、図３に示すように、実部品成形・形状測定工程Ａを有しており、この実部品成形・形状測定工程Ａは、初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品（プレス部品）の成形を行う。そして、初期金型設計による形状を定義し金型を加工する金型加工手段と、この金型加工手段で加工された金型を用いて成形部品の成形を行う成形部品成形手段を用いている。
【００２５】
そして、上記したコンピュータ１のＣＰＵ１１は、図２に示すように、三次元形状測定手段１１ａと、形状比較手段１１ｂと、三次元面データ作成手段１１ｃと、金型形状定義手段１１ｄと、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅと、成形シミュレーション手段１１ｆと、応力除去手段１１ｇと、金型メッシュデータ作成手段１１ｈと、成形解析手段１１ｉと、応力反転手段１１ｊと、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋと、成形シミュレーション手段１１ｌと、応力除去手段１１ｍと、応力マッピング手段１１ｎと、応力開放シミュレーション手段１１ｏを備えて構成してある。
【００２６】
三次元形状測定手段１１ａは、成形部品を三次元形状測定する機能を有する。
【００２７】
すなわち、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、実際に成形金型でプレス成形された成形部品の形状の測定データを求める。この場合、コンピュータ１に接続された三次元形状測定機により成形部品を点群データとして測定する。
【００２８】
三次元測定機は、例えば、一方向からレーザ光を用いて被測定物である成形部品の曲面の反射光から各ポイントの点座標を得る。これら各ポイントの点座標は面の実測点群データとなる。
【００２９】
そして、成形部品又はレーザスキャナのいずれか一方を９０°回転させて、この方向からレーザ光で、曲面の実測点群データをサンプリングし、順次各方向からも実測点群データをサンプリングして成形部品の全面に対しサンプリングを行い三次元の実測点群データを得る。この実測点群データをＣＡＤシステムに取り込み、実測点群データにマッチする曲面を形成することでＣＡＤシステム上に三次元モデルを構築する。
【００３０】
また、形状比較手段１１ｂは、実部品成形・形状測定工程Ａで測定された成形部品形状と正規部品形状との比較を行う機能を有する。
【００３１】
また、三次元面データ作成手段１１ｃは、三次元形状測定手段１１ａで測定した成形部品の三次元形状測定デ−タを基に三次元面データを作成する機能を有する。
【００３２】
また、金型形状定義手段１１ｄは、三次元面データ作成手段１１ｃで作成した三次元面データを基に金型形状を定義する機能を有する。
【００３３】
また、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅは、金型形状定義手段１１ｄで作成した三次元面データを基に、成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する機能を有する。
【００３４】
また、成形シミュレーション手段１１ｆは、部品成形に使用したのと同形状のシミュレーション用材料メッシュデータを作成し、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅで作成した成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行う機能を有する。
【００３５】
また、応力除去手段１１ｇは、成形シミュレーションの下死点状態の成形結果を求め、その材料メッシュから全ての応力を除去し、三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを得る機能を有する。
【００３６】
また、金型メッシュデータ作成手段１１ｈは、正規形状の成形シミュレーション用の金型メッシュデータを作成する機能を有する。
【００３７】
なお、金型メッシュデータ作成手段１１ｈにより成形された金型メッシュデータと、応力除去手段１１ｇにおいて応力を除去された部品形状メッシュデータ（三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータ）の形状差は、初期の金型設計時に定義した形状の不良分に相当する。この誤差は、プレス成形時のスプリングバック（成形完了時の残留応力開放による弾性変形）により生じているために、誤差分を生じる残留応力を求め、逆応力を与えて弾性変形させたときの変形量が金型の修正量となる。
【００３８】
成形解析手段１１ｉは、金型メッシュデータ作成手段１１ｈで作成した正規部品形状の金型メッシュデータで応力除去手段１１ｇにより作成した部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行う機能を有する。この機能によって、シミュレーションの下死点の状態におけるメッシュ上の応力が誤差分を生じるための残留応力に相当する。すなわち、スプリングバック分の残留応力が求まるようになる。
【００３９】
また、応力反転手段１１ｊは、成形解析手段１１ｉで求められた残留応力を±反転する機能を有する。
【００４０】
また、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋは、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａにおける金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する機能を有する。
【００４１】
また、成形シミュレーション手段１１ｌは、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋのシミュレーション用メッシュデータを使用し、応力除去手段１１ｇにおいて応力を除去された部品形状メッシュデータを成形解析する機能を有する。
【００４２】
また、応力除去手段１１ｍは、成形シミュレーション手段１１ｌにより成形解析された部品形状メッシュデータ上の応力を除去する機能を有する。この応力除去手段１１ｍの操作により金型加工形状における部品形状メッシュデータが作成される。
【００４３】
また、応力マッピング手段１１ｎは、応力除去手段１１ｍより応力が除去された部品形状メッシュデータに、応力反転手段１１ｊで残留応力を反転された部品形状メッシュ上の応力をマッピングする機能を有する。
【００４４】
また、応力開放シミュレーション手段１１ｏは、応力マッピング手段１１ｎにより応力マッピングされた部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行う機能を有する。
【００４５】
この機能により、部品形状の応力が開放され、修正後の板材モデル形状が求まる。ここで求めた板材モデル２１の形状に整合するように金型モデルを構成する各メッシュを修正、即ち金型モデルを構成する各メッシュの節点を修正する処理を行い、成形金型の修正形状をデータ化する。
【００４６】
次に、本発明方法の動作を、図３に示すフローチャート及び図４に示す動作順序の説明図に基づいて説明する。
【００４７】
初期の金型設計を行い、金型形状を定義する（ステップＳ１００）。そして、ステップＳ１００により金型形状の定義により、金型形状データを定義し(Ｓ１００−１)、金型を加工し（ステップＳ１０１）、この金型で成形部品（プレス部品）の成形を行う（ステップＳ１０２）。
【００４８】
処理が開始されると、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、三次元形状測定手段１１ａにより成形部品を三次元形状測定する（ステップＳ１０３）。
【００４９】
そして、形状比較手段１１ｂにより成形部品形状と正規部品形状を比較し（ステップＳ１０４）、成形部品が正規部品形状に一致すれば（ＯＫとなれば）、そこでプレス金型修正形状データの作成動作は完了する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
プレス成形の場合、スプリングバック等の影響で成形部品が正規部品形状に一致しない場合が多く、この場合には、三次元面データ作成手段１１ｃによりステップＳ１０３で測定した成形部品の三次元形状測定デ−タを基に三次元面データを作成する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
次に、この三次元面データを基に金型形状を定義し（ステップＳ１０７）、三次元面データを基に、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅにより成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する（ステップＳ１０８）。
【００５２】
次に、ステップＳ１０２でプレス成形に使用したものと同形状のシミュレーション用材料メッシュデータを作成し、ステップＳ１０８の成形シミュレーション用金型メッシュを用いて成形シミュレーション手段１１ｆにより成形シミュレーションを行う（ステップＳ１０９）。
【００５３】
次に、ステップＳ１０９の下死点状態の成形結果を求め、応力除去手段１１ｇにより、その材料メッシュから全ての応力を除去する（ステップＳ１１０）。このことにより、ステップＳ１０３で三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータができる。
【００５４】
一方、金型メッシュデータ作成手段１１ｈにより正規部品形状の成形シミュレーション用の金型形状メッシュデータを作成する（ステップＳ２００）。
【００５５】
ステップＳ２００における金型メッシュデータと、ステップＳ１１０における、応力除去手段１１ｇにおいて応力を除去された部品形状メッシュデータ（三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータ）の形状差は、初期の金型設計時に定義した形状の不良分に相当する。この誤差は、プレス成形時のスプリングバック（成形完了時の残留応力開放による弾性変形）により生じているために、誤差分を生じる残留応力を求め、逆応力を与えて弾性変形させたときの変形量が金型の修正量となる。
【００５６】
そこで、成形解析手段１１ｉにより、ステップＳ２００で作成した正規部品形状の金型メッシュデータでステップＳ１１０の材料メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行う（ステップＳ２０１）。このシミュレーションの下死点の状態におけるメッシュ上の応力が誤差分を生じるための残留応力に相当する。すなわち、スプリングバック分の残留応力が求まる。
【００５７】
次に、応力反転手段１１ｊによりステップＳ２０１の残留応力を±反転する（ステップＳ２０２）。
【００５８】
この反転された応力分布が板材モデル２１に作用している場合の応力開放による変形量を演算する処理である。図７は、成形部品２０のスプリングバック後の形状２０−１と±反転した応力開放後の形状２０−２を例示する図である。
【００５９】
スプリングバックは、板材内の残留応力分布の不均一により生じるから板材モデル２１内に作用する残留応力を反転させ応力開放させると、図７に２０−２に示すように、内側に弾性回復した形状が得られることになる。
【００６０】
次に、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋによりステップＳ１００−１により定義した金型加工形状データのシミュレーション用メッシュデータを作成する（ステップＳ３００）。
【００６１】
次に、ステップＳ３００のシミュレーション用メッシュデータを使用し、ステップＳ１１０で作成した部品形状メッシュデータを成形シミュレーション手段１１ｌにより成形シミュレーションする（ステップＳ３０１）。
【００６２】
次に、応力除去手段１１ｍにより、ステップＳ３０１の下死点におけるメッシュ上の応力を除去する（ステップＳ３０２）。この操作により金型加工形状における部品形状メッシュデータが作成される。
【００６３】
次に、ステップＳ２０２とステップＳ３０２の部品形状メッシュデータはステップＳ１１０で作成した同一の部品形状メッシュデータを使用しているために、各メッシュは一対一で対応している。そこで、応力マッピング手段１１ｎにより、ステップＳ２０２のメッシュ上の応力データをステップＳ３０２のメッシュ上の対応するメッシュ上にマッピングする（ステップＳ３０４）。
【００６４】
次に、応力開放シミュレーション手段１１ｏにより、ステップＳ３０４の部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行う（ステップＳ３０５）。
【００６５】
このことにより、部品形状の応力が開放され、修正後の板材モデル形状が求まる。ここで求めた板材モデル２１の形状に整合するように金型モデルを構成する各メッシュを修正、即ち金型モデルを構成する各メッシュの節点を修正する処理を行い、成形金型の修正形状をデータ化する。
【００６６】
次に、この金型の修正形状データをステップＳ１０１−１に織り込み、金型修正形状データに基づく金型を、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａに織り込み部品成形して部品形状測定を行い、形状比較手段１１ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に、後述する第１のデータ作成工程Ｂに移行するサイクルを繰り返し行うようにして、正規部品形状の測定データに基づく金型修正形状データを作成する。
【００６７】
そして、上記したステップＳ１００−１からステップＳ１０３の工程が、金型加工形状を定義して、金型の加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う実部品成形・形状測定工程Ａを構成しており、また、ステップＳ１０４は、実部品成形・形状測定工程Ａで形状測定された成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程Ｂを構成している。
【００６８】
また、上記したステップＳ１０６からステップＳ１１０の工程が、形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に、成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程Ｃを構成している。
【００６９】
また、上記したステップＳ２００は、正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程Ｄを構成しており、ステップＳ２０１とステップＳ２０２は、第２のデータ成形工程Ｄで作成した金型メッシュデータで第１のデータ成形工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程Ｅを構成している。
【００７０】
また、上記したステップＳ３００は、実部品成形・形状測定工程Ａにおける金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程Ｆを構成しており、ステップＳ３０１とステップＳ３０２とは、第３のデータ作成工程Ｆで作成したシミュレーション用メッシュデータを使用し、第１のデータ作成工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程Ｇを構成している。
【００７１】
また、上記したステップＳ３０４とステップＳ３０５は、第２の成形解析工程Ｇの部品形状メッシュデータに、第１の成形解析工程Ｅにおける板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程Ｈを構成している。
【００７２】
そして、この金型修正形状作成工程Ｈにより作成された金型修正形状データに基づく金型加工形状を、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａに織り込み部品成形して部品形状測定を行い、形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に第１のデータ作成工程Ｃに移行するサイクルを繰り返し行うようにしてある。
【００７３】
以上、説明したように本発明の実施の形態では、初期の金型設計を行い、金型加工形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う実部品成形・形状測定工程Ａと、この実部品成形・形状測定工程Ａで測定された成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程Ｂと、この形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に、成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程Ｃと、正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程Ｄと、第２のデータ成形工程Ｄで作成した金型メッシュデータで第１のデータ成形工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程Ｅと、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａにおける金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程Ｆと、この第３のデータ作成工程Ｆで作成したシミュレーション用メッシュデータを使用し、第１のデータ作成工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程Ｇと、第２の成形解析工程Ｇの部品形状メッシュデータに、第１の成形解析工程Ｅにおける板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って残留応力を開放して金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程Ｈを備え、この金型修正形状作成工程Ｈにより作成された金型修正形状データに基づく金型加工形状を、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａに織り込み部品成形して部品形状測定を行い、形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に第１のデータ作成工程Ｃに移行するサイクルを繰り返し行うようにしたために、正規部品形状の測定データに基づく最適な金型修正形状データを作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業において、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができ、また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができ、しかも、人の判断の必要が無く、シミュレーションのサイクル（閉ループ）を構成することができ、自動計算で最適な金型修正形状データを求めることができ、人による判断の差や人為的な判断ミスを無くすことができために、格段に精度の高いプレス金型修正形状データの作成方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＰＵの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法における動作を示すフローチャートである。
【図４】同プレス金型修正形状データの作成方法における動作順序の説明図である。
【図５】成形部品の斜視図である。
【図６】板材モデルの板厚方向に作用する応力分布を反転する過程を説明する説明図である。
【図７】成形部品のスプリングバック後の形状と応力開放後の形状を例示する図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ コンピュータ
１１ ＣＰＵ（演算部）
１１ａ 三次元形状測定手段
１１ｂ 形状比較手段
１１ｃ 三次元面データ作成手段
１１ｄ 金型形状定義手段
１１ｅ 成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段
１１ｆ 成形シミュレーション手段
１１ｇ 応力除去手段
１１ｈ 金型メッシュデータ作成手段
１１ｉ 成形解析手段
１１ｊ 応力反転手段
１１ｋ シミュレーション用メッシュデータ作成手段
１１ｌ 成形シミュレーション手段
１１ｍ 応力除去手段
１１ｎ マッピング手段
１１ｏ 応力開放シミュレーション手段
１２ ハードディスク
１３ ＲＡＭ
１４ キーボード（入力装置）
１５ ディスプレイ（出力装置）
Ａ 実部品成形・形状測定工程
Ｂ 形状比較工程
Ｃ 第１のデータ作成工程
Ｄ 第２のデータ作成工程
Ｅ 第１の成形解析工程
Ｆ 第３のデータ作成工程
Ｇ 第２の成形解析工程
Ｈ 金型修正形状作成工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプリングバックを矯正するプレス金型修正形状データの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材を、成形金型を用いてプレス成形したとき、プレス成形後に成形金型から取り出した成形部品は、プレス成形時に発生する残留応力が開放されることにより弾性変形（スプリングバック）する。このために、成形部品は成形金型と異なった形状になってしまい、部品図と同じ形状で作成した成形金型では正しい形状の成形部品を成形することはできない。このために、設計図と同一形状の成形部品を成形するためには、上記のスプリングバック量を考慮した形状を成形金型に織り込む必要がある。
【０００３】
成形金型を、スプリングバック量を織り込んだ形状に作成する方法として、従来は以下のような方法を取っている。
【０００４】
プレス成形した成形部品であるパネルの形状を三次元的に形状測定し、その形状データを基に成形金型に修正形状を織り込む方法。この方法は、三次元形状測定機を使用し、プレス成形した成形部品の形状を測定する。その測定結果得られた点群データと成形部品形状データを比較し、その誤差量から修正量を算出し、成形部品形状データを変形することにより、成形金型の修正形状を求める方法である。
【０００５】
成形シミュレーションを用いてスプリングバック量を予測し、そこで発生する応力値を用いて成形金型に修正形状を織り込む方法。この方法は、成形シミュレーションにより、プレス成形時の下死点で発生する残留応力を求め、その応力値を±反転し、その応力を用いて、成形部品形状の板材モデルをスプリングフォワード（弾性回復）させることにより、成形金型の修正形状を求める方法である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した前者の従来のプレス金型修正形状データの作成方法では、測定した形状（成形部品であるパネルの形状）と部品図形状を比較し、その誤差量から修正量を求めているが、成形部品は三次元的な面で構成されているために、これらの方法で修正を行った場合、修正後の成形金型でプレス成形すると、成形部品には、前回とは異なった残留応力が発生し、部品図形状と新たな差が生じる。このために、成形金型の修正、プレス部品成形のサイクルを何度も行って徐々に部品図形状に近づける必要があり、時間、コストの損失を生じている。
【０００７】
又、捩れ、開き等が複合したプレス部品(成形部品)の場合、誤差量から修正量を求める方法は、人為的判断に依存するため、人による判断の差や人為的な判断ミスを生じる場合が多い。
【０００８】
また、上記した後者の従来のプレス金型修正形状データの作成方法では、スプリングバックの起動力となるプレス成形時の残留応力を成形シミュレーションで計算し、その量に基づき金型修正形状を求めている。このため、残留応力が正しく求められた場合、成形金型の修正形状は正しく求められる可能性があるが、大きな塑性変形を受けるプレス部品成形の過程を成形シミュレーションした後、弾性変形の起動力となる残留応力を正確に求めることは、現状の技術レベルでは困難であるため、正しい金型形状を求めるのは困難である。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するものであり、その目的とするところは、ねじれ，ソリ開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策でき、金型修正形状を、格段に精度の高いものにするプレス金型修正形状データの作成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法は、
初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、成形後に、スプリングバックした成形部品を測定して求めた成形部品形状データと、金型の形状データを使用して成形シミュレーションを行うことにより、その形状差を生じる変形応力を求め、この変形応力から金型修正形状データを作成するようにしたものである。
【００１１】
したがって、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業において、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができる。また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができて、人による判断の差や人為的な判断ミスを無くすことができる。
【００１２】
また、本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法は、上記した本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法において、初期の金型設計を行い、金型加工形状を定義して前記金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う金型加工・実部品成形・形状測定工程と、この金型加工・実部品成形・形状測定工程で測定された前記成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程と、この形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に、前記成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、前記三次元形状測定した前記成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程と、前記正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程と、前記第２のデータ成形工程で作成した前記金型メッシュデータで前記第１のデータ成形工程で作成した前記部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程と、前記実部品成形・形状測定工程における金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程と、この第３のデータ作成工程で作成した前記シミュレーション用メッシュデータを使用し、前記第１のデータ作成工程で作成した前記部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程と、前記第２の成形解析工程の前記部品形状メッシュデータに、前記第１の成形解析工程における前記板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って残留応力を開放して前記金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程を備え、この金型修正形状作成工程により作成された前記金型修正形状データに基づき前記金型加工・実部品成形・形状測定工程に織り込み部品成形して部品形状測定を行い、前記形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に前記第１のデータ作成工程に移行するサイクルを繰り返し行うようにして、前記正規部品形状の測定データに基づく前記金型修正形状データを作成するようにしたものである。
【００１３】
したがって、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業を無くすことができ、人為的判断の差や、ミスを無くすことができる。また、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができる。また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができる。特に、人の判断の必要が無く、形状変更とシミュレーションのサイクル（閉ループ）を構成することができ、自動計算で最適な金型修正形状データを求めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法によれば、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業において、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができる。また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができる。また、人の判断の必要が無く、シミュレーションのサイクル（閉ループ）を構成することができ、自動計算で最適な金型修正形状データを求めることができて、人による判断の差や人為的な判断ミスを無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムの構成を示すブロック図、図２は図１のＣＰＵの構成を描画したブロック図、図３は本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法における動作を示すフローチャート、図４は同プレス金型修正形状データの作成方法における動作順序の説明図である。
【００１７】
本発明に係る金型形状データの作成方法は、あらゆる機器のプレス部品などの塑性変形を伴う成形部品を製造する成形金型の修正形状データを作成する。そして、本発明は、プレス部品の測定結果から正しい金型形状修正データを作成するものである。
【００１８】
すなわち、初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、成形後に、スプリングバックした成形部品を測定して求めた成形部品形状データと、金型の形状データを使用して成形シミュレーションを行うことにより、その形状差を生じる変形応力を求め、この変形応力から金型修正形状データを作成するようにしたものである。
【００１９】
本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムは、図１に示すように、所定の演算処理能力を有するＣＰＵ（演算部）１１と、所定の記憶容量を有するハードディスク１２とを備えたコンピュータ１を用いている。
【００２０】
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、パソコン等のコンピュータである。
【００２１】
そして、コンピュータ１には、上述したＣＰＵ１１や、ハードディスク１２、あるいは、処理対象となる所定のデータを一時的に保持するＲＡＭ１３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）１４、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）１５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。
【００２２】
従って、図示しないが、当該コンピュータ１にて頻繁に利用さ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。
【００２３】
また、このコンピュータ１は、三次元形状測定機や、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る。
【００２４】
本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法では、図３に示すように、実部品成形・形状測定工程Ａを有しており、この実部品成形・形状測定工程Ａは、初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品（プレス部品）の成形を行う。そして、初期金型設計による形状を定義し金型を加工する金型加工手段と、この金型加工手段で加工された金型を用いて成形部品の成形を行う成形部品成形手段を用いている。
【００２５】
そして、上記したコンピュータ１のＣＰＵ１１は、図２に示すように、三次元形状測定手段１１ａと、形状比較手段１１ｂと、三次元面データ作成手段１１ｃと、金型形状定義手段１１ｄと、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅと、成形シミュレーション手段１１ｆと、応力除去手段１１ｇと、金型メッシュデータ作成手段１１ｈと、成形解析手段１１ｉと、応力反転手段１１ｊと、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋと、成形シミュレーション手段１１ｌと、応力除去手段１１ｍと、応力マッピング手段１１ｎと、応力開放シミュレーション手段１１ｏを備えて構成してある。
【００２６】
三次元形状測定手段１１ａは、成形部品を三次元形状測定する機能を有する。
【００２７】
すなわち、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、実際に成形金型でプレス成形された成形部品の形状の測定データを求める。この場合、コンピュータ１に接続された三次元形状測定機により成形部品を点群データとして測定する。
【００２８】
三次元測定機は、例えば、一方向からレーザ光を用いて被測定物である成形部品の曲面の反射光から各ポイントの点座標を得る。これら各ポイントの点座標は面の実測点群データとなる。
【００２９】
そして、成形部品又はレーザスキャナのいずれか一方を９０°回転させて、この方向からレーザ光で、曲面の実測点群データをサンプリングし、順次各方向からも実測点群データをサンプリングして成形部品の全面に対しサンプリングを行い三次元の実測点群データを得る。この実測点群データをＣＡＤシステムに取り込み、実測点群データにマッチする曲面を形成することでＣＡＤシステム上に三次元モデルを構築する。
【００３０】
また、形状比較手段１１ｂは、実部品成形・形状測定工程Ａで測定された成形部品形状と正規部品形状との比較を行う機能を有する。
【００３１】
また、三次元面データ作成手段１１ｃは、三次元形状測定手段１１ａで測定した成形部品の三次元形状測定デ−タを基に三次元面データを作成する機能を有する。
【００３２】
また、金型形状定義手段１１ｄは、三次元面データ作成手段１１ｃで作成した三次元面データを基に金型形状を定義する機能を有する。
【００３３】
また、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅは、金型形状定義手段１１ｄで作成した三次元面データを基に、成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する機能を有する。
【００３４】
また、成形シミュレーション手段１１ｆは、部品成形に使用したのと同形状のシミュレーション用材料メッシュデータを作成し、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅで作成した成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行う機能を有する。
【００３５】
また、応力除去手段１１ｇは、成形シミュレーションの下死点状態の成形結果を求め、その材料メッシュから全ての応力を除去し、三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを得る機能を有する。
【００３６】
また、金型メッシュデータ作成手段１１ｈは、正規形状の成形シミュレーション用の金型メッシュデータを作成する機能を有する。
【００３７】
なお、金型メッシュデータ作成手段１１ｈにより成形された金型メッシュデータと、応力除去手段１１ｇにおいて応力を除去された部品形状メッシュデータ（三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータ）の形状差は、初期の金型設計時に定義した形状の不良分に相当する。この誤差は、プレス成形時のスプリングバック（成形完了時の残留応力開放による弾性変形）により生じているために、誤差分を生じる残留応力を求め、逆応力を与えて弾性変形させたときの変形量が金型の修正量となる。
【００３８】
成形解析手段１１ｉは、金型メッシュデータ作成手段１１ｈで作成した正規部品形状の金型メッシュデータで応力除去手段１１ｇにより作成した部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行う機能を有する。この機能によって、シミュレーションの下死点の状態におけるメッシュ上の応力が誤差分を生じるための残留応力に相当する。すなわち、スプリングバック分の残留応力が求まるようになる。
【００３９】
また、応力反転手段１１ｊは、成形解析手段１１ｉで求められた残留応力を±反転する機能を有する。
【００４０】
また、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋは、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａにおける金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する機能を有する。
【００４１】
また、成形シミュレーション手段１１ｌは、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋのシミュレーション用メッシュデータを使用し、応力除去手段１１ｇにおいて応力を除去された部品形状メッシュデータを成形解析する機能を有する。
【００４２】
また、応力除去手段１１ｍは、成形シミュレーション手段１１ｌにより成形解析された部品形状メッシュデータ上の応力を除去する機能を有する。この応力除去手段１１ｍの操作により金型加工形状における部品形状メッシュデータが作成される。
【００４３】
また、応力マッピング手段１１ｎは、応力除去手段１１ｍより応力が除去された部品形状メッシュデータに、応力反転手段１１ｊで残留応力を反転された部品形状メッシュ上の応力をマッピングする機能を有する。
【００４４】
また、応力開放シミュレーション手段１１ｏは、応力マッピング手段１１ｎにより応力マッピングされた部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行う機能を有する。
【００４５】
この機能により、部品形状の応力が開放され、修正後の板材モデル形状が求まる。ここで求めた板材モデル２１の形状に整合するように金型モデルを構成する各メッシュを修正、即ち金型モデルを構成する各メッシュの節点を修正する処理を行い、成形金型の修正形状をデータ化する。
【００４６】
次に、本発明方法の動作を、図３に示すフローチャート及び図４に示す動作順序の説明図に基づいて説明する。
【００４７】
初期の金型設計を行い、金型形状を定義する（ステップＳ１００）。そして、ステップＳ１００により金型形状の定義により、金型形状データを定義し(Ｓ１００−１)、金型を加工し（ステップＳ１０１）、この金型で成形部品（プレス部品）の成形を行う（ステップＳ１０２）。
【００４８】
処理が開始されると、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、三次元形状測定手段１１ａにより成形部品を三次元形状測定する（ステップＳ１０３）。
【００４９】
そして、形状比較手段１１ｂにより成形部品形状と正規部品形状を比較し（ステップＳ１０４）、成形部品が正規部品形状に一致すれば（ＯＫとなれば）、そこでプレス金型修正形状データの作成動作は完了する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
プレス成形の場合、スプリングバック等の影響で成形部品が正規部品形状に一致しない場合が多く、この場合には、三次元面データ作成手段１１ｃによりステップＳ１０３で測定した成形部品の三次元形状測定デ−タを基に三次元面データを作成する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
次に、この三次元面データを基に金型形状を定義し（ステップＳ１０７）、三次元面データを基に、成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段１１ｅにより成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する（ステップＳ１０８）。
【００５２】
次に、ステップＳ１０２でプレス成形に使用したものと同形状のシミュレーション用材料メッシュデータを作成し、ステップＳ１０８の成形シミュレーション用金型メッシュを用いて成形シミュレーション手段１１ｆにより成形シミュレーションを行う（ステップＳ１０９）。
【００５３】
次に、ステップＳ１０９の下死点状態の成形結果を求め、応力除去手段１１ｇにより、その材料メッシュから全ての応力を除去する（ステップＳ１１０）。このことにより、ステップＳ１０３で三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータができる。
【００５４】
一方、金型メッシュデータ作成手段１１ｈにより正規部品形状の成形シミュレーション用の金型形状メッシュデータを作成する（ステップＳ２００）。
【００５５】
ステップＳ２００における金型メッシュデータと、ステップＳ１１０における、応力除去手段１１ｇにおいて応力を除去された部品形状メッシュデータ（三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータ）の形状差は、初期の金型設計時に定義した形状の不良分に相当する。この誤差は、プレス成形時のスプリングバック（成形完了時の残留応力開放による弾性変形）により生じているために、誤差分を生じる残留応力を求め、逆応力を与えて弾性変形させたときの変形量が金型の修正量となる。
【００５６】
そこで、成形解析手段１１ｉにより、ステップＳ２００で作成した正規部品形状の金型メッシュデータでステップＳ１１０の材料メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行う（ステップＳ２０１）。このシミュレーションの下死点の状態におけるメッシュ上の応力が誤差分を生じるための残留応力に相当する。すなわち、スプリングバック分の残留応力が求まる。
【００５７】
次に、応力反転手段１１ｊによりステップＳ２０１の残留応力を±反転する（ステップＳ２０２）。
【００５８】
この反転された応力分布が板材モデル２１に作用している場合の応力開放による変形量を演算する処理である。図７は、成形部品２０のスプリングバック後の形状２０−１と±反転した応力開放後の形状２０−２を例示する図である。
【００５９】
スプリングバックは、板材内の残留応力分布の不均一により生じるから板材モデル２１内に作用する残留応力を反転させ応力開放させると、図７に２０−２に示すように、内側に弾性回復した形状が得られることになる。
【００６０】
次に、シミュレーション用メッシュデータ作成手段１１ｋによりステップＳ１００−１により定義した金型加工形状データのシミュレーション用メッシュデータを作成する（ステップＳ３００）。
【００６１】
次に、ステップＳ３００のシミュレーション用メッシュデータを使用し、ステップＳ１１０で作成した部品形状メッシュデータを成形シミュレーション手段１１ｌにより成形シミュレーションする（ステップＳ３０１）。
【００６２】
次に、応力除去手段１１ｍにより、ステップＳ３０１の下死点におけるメッシュ上の応力を除去する（ステップＳ３０２）。この操作により金型加工形状における部品形状メッシュデータが作成される。
【００６３】
次に、ステップＳ２０２とステップＳ３０２の部品形状メッシュデータはステップＳ１１０で作成した同一の部品形状メッシュデータを使用しているために、各メッシュは一対一で対応している。そこで、応力マッピング手段１１ｎにより、ステップＳ２０２のメッシュ上の応力データをステップＳ３０２のメッシュ上の対応するメッシュ上にマッピングする（ステップＳ３０４）。
【００６４】
次に、応力開放シミュレーション手段１１ｏにより、ステップＳ３０４の部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行う（ステップＳ３０５）。
【００６５】
このことにより、部品形状の応力が開放され、修正後の板材モデル形状が求まる。ここで求めた板材モデル２１の形状に整合するように金型モデルを構成する各メッシュを修正、即ち金型モデルを構成する各メッシュの節点を修正する処理を行い、成形金型の修正形状をデータ化する。
【００６６】
次に、この金型の修正形状データをステップＳ１０１−１に織り込み、金型修正形状データに基づく金型を、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａに織り込み部品成形して部品形状測定を行い、形状比較手段１１ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に、後述する第１のデータ作成工程Ｂに移行するサイクルを繰り返し行うようにして、正規部品形状の測定データに基づく金型修正形状データを作成する。
【００６７】
そして、上記したステップＳ１００−１からステップＳ１０３の工程が、金型加工形状を定義して、金型の加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う実部品成形・形状測定工程Ａを構成しており、また、ステップＳ１０４は、実部品成形・形状測定工程Ａで形状測定された成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程Ｂを構成している。
【００６８】
また、上記したステップＳ１０６からステップＳ１１０の工程が、形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に、成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程Ｃを構成している。
【００６９】
また、上記したステップＳ２００は、正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程Ｄを構成しており、ステップＳ２０１とステップＳ２０２は、第２のデータ成形工程Ｄで作成した金型メッシュデータで第１のデータ成形工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程Ｅを構成している。
【００７０】
また、上記したステップＳ３００は、実部品成形・形状測定工程Ａにおける金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程Ｆを構成しており、ステップＳ３０１とステップＳ３０２とは、第３のデータ作成工程Ｆで作成したシミュレーション用メッシュデータを使用し、第１のデータ作成工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程Ｇを構成している。
【００７１】
また、上記したステップＳ３０４とステップＳ３０５は、第２の成形解析工程Ｇの部品形状メッシュデータに、第１の成形解析工程Ｅにおける板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程Ｈを構成している。
【００７２】
そして、この金型修正形状作成工程Ｈにより作成された金型修正形状データに基づく金型加工形状を、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａに織り込み部品成形して部品形状測定を行い、形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に第１のデータ作成工程Ｃに移行するサイクルを繰り返し行うようにしてある。
【００７３】
以上、説明したように本発明の実施の形態では、初期の金型設計を行い、金型加工形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う実部品成形・形状測定工程Ａと、この実部品成形・形状測定工程Ａで測定された成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程Ｂと、この形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に、成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、三次元形状測定した成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程Ｃと、正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程Ｄと、第２のデータ成形工程Ｄで作成した金型メッシュデータで第１のデータ成形工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程Ｅと、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａにおける金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程Ｆと、この第３のデータ作成工程Ｆで作成したシミュレーション用メッシュデータを使用し、第１のデータ作成工程Ｃで作成した部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程Ｇと、第２の成形解析工程Ｇの部品形状メッシュデータに、第１の成形解析工程Ｅにおける板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って残留応力を開放して金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程Ｈを備え、この金型修正形状作成工程Ｈにより作成された金型修正形状データに基づく金型加工形状を、金型加工・実部品成形・形状測定工程Ａに織り込み部品成形して部品形状測定を行い、形状比較工程Ｂで成形部品形状が正規部品形状に一致しない場合に第１のデータ作成工程Ｃに移行するサイクルを繰り返し行うようにしたために、正規部品形状の測定データに基づく最適な金型修正形状データを作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、従来の技術である形状差から見込み形状を作成するという作業において、スプリングバックによる製品モデル形状との差が発生する原因となる変形応力に基づき見込み値を決めているために、ねじれ，反り開きといった複合的な変形全体を同時に総合的に対策することができ、また、人の判断の必要が無く、成形後の部品形状と成形シミュレーションにより、最適な金型修正形状データを求めることができ、しかも、人の判断の必要が無く、シミュレーションのサイクル（閉ループ）を構成することができ、自動計算で最適な金型修正形状データを求めることができ、人による判断の差や人為的な判断ミスを無くすことができために、格段に精度の高いプレス金型修正形状データの作成方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法を実施するのに用いる支援システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＰＵの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るプレス金型修正形状データの作成方法における動作を示すフローチャートである。
【図４】同プレス金型修正形状データの作成方法における動作順序の説明図である。
【図５】成形部品の斜視図である。
【図６】板材モデルの板厚方向に作用する応力分布を反転する過程を説明する説明図である。
【図７】成形部品のスプリングバック後の形状と応力開放後の形状を例示する図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ コンピュータ
１１ ＣＰＵ（演算部）
１１ａ 三次元形状測定手段
１１ｂ 形状比較手段
１１ｃ 三次元面データ作成手段
１１ｄ 金型形状定義手段
１１ｅ 成形シミュレーション用金型メッシュデータ作成手段
１１ｆ 成形シミュレーション手段
１１ｇ 応力除去手段
１１ｈ 金型メッシュデータ作成手段
１１ｉ 成形解析手段
１１ｊ 応力反転手段
１１ｋ シミュレーション用メッシュデータ作成手段
１１ｌ 成形シミュレーション手段
１１ｍ 応力除去手段
１１ｎ マッピング手段
１１ｏ 応力開放シミュレーション手段
１２ ハードディスク
１３ ＲＡＭ
１４ キーボード（入力装置）
１５ ディスプレイ（出力装置）
Ａ 実部品成形・形状測定工程
Ｂ 形状比較工程
Ｃ 第１のデータ作成工程
Ｄ 第２のデータ作成工程
Ｅ 第１の成形解析工程
Ｆ 第３のデータ作成工程
Ｇ 第２の成形解析工程
Ｈ 金型修正形状作成工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、成形後に、スプリングバックした成形部品を測定して求めた成形部品形状データと、前記金型の形状データを使用して成形シミュレーションを行うことにより、その形状差を生じる変形応力を求め、この変形応力から金型修正形状データを作成するようにしたことを特徴とするプレス金型修正形状データの作成方法。
【請求項２】
初期の金型設計を行い、金型加工形状を定義して前記金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う金型加工・実部品成形・形状測定工程と、
この金型加工・実部品成形・形状測定工程で測定された前記成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程と、
この形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に、前記成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、前記三次元形状測定した前記成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程と、
前記正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程と、
前記第２のデータ成形工程で作成した前記金型メッシュデータで前記第１のデータ成形工程で作成した前記部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程と、
前記実部品成形・形状測定工程における金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程と、
この第３のデータ作成工程で作成した前記シミュレーション用メッシュデータを使用し、前記第１のデータ作成工程で作成した前記部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程と、
前記第２の成形解析工程の前記部品形状メッシュデータに、前記第１の成形解析工程における前記板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って残留応力を開放して前記金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程を備え、
この金型修正形状作成工程により作成された前記金型修正形状データに基づき前記金型加工・実部品成形・形状測定工程に織り込み部品成形して部品形状測定を行い、前記形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に前記第１のデータ作成工程に移行するサイクルを繰り返し行うようにして、前記正規部品形状の測定データに基づく前記金型修正形状データを作成するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のプレス金型修正形状データの作成方法。
【請求項１】
初期の金型設計を行い、金型形状を定義して金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、成形後に、スプリングバックした成形部品を測定して求めた成形部品形状データと、前記金型の形状データを使用して成形シミュレーションを行うことにより、その形状差を生じる変形応力を求め、この変形応力から金型修正形状データを作成するようにしたことを特徴とするプレス金型修正形状データの作成方法。
【請求項２】
初期の金型設計を行い、金型加工形状を定義して前記金型を加工し、この金型で成形部品の成形を行い、この成形部品の三次元形状測定を行う金型加工・実部品成形・形状測定工程と、
この金型加工・実部品成形・形状測定工程で測定された前記成形部品形状と正規部品形状との比較を行う形状比較工程と、
この形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に、前記成形部品の三次元形状測定結果に基づいて成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成し、この成形シミュレーション用金型メッシュデータを用いて成形シミュレーションを行った後に、前記三次元形状測定した前記成形部品と同形状で応力の無い部品形状メッシュデータを作成する第１のデータ作成工程と、
前記正規部品形状の成形シミュレーション用金型メッシュデータを作成する第２のデータ作成工程と、
前記第２のデータ成形工程で作成した前記金型メッシュデータで前記第１のデータ成形工程で作成した前記部品形状メッシュデータをプレス成形するシミュレーションを行い、このシミュレーションの結果の板材モデルの各メッシュ上の応力値を±反転する第１の成形解析工程と、
前記実部品成形・形状測定工程における金型加工形状のシミュレーション用メッシュデータを作成する第３のデータ作成工程と、
この第３のデータ作成工程で作成した前記シミュレーション用メッシュデータを使用し、前記第１のデータ作成工程で作成した前記部品形状メッシュデータを成形シミュレーションして下死点における成形解析の結果の応力を除去して初期金型形状における部品形状メッシュデータを作成する第２の成形解析工程と、
前記第２の成形解析工程の前記部品形状メッシュデータに、前記第１の成形解析工程における前記板材モデルの対応する各メッシュ上の応力データをマッピングし、この部品形状メッシュデータの応力開放シミュレーションを行って残留応力を開放して前記金型修正形状データを求める金型修正形状作成工程を備え、
この金型修正形状作成工程により作成された前記金型修正形状データに基づき前記金型加工・実部品成形・形状測定工程に織り込み部品成形して部品形状測定を行い、前記形状比較工程で前記成形部品形状が前記正規部品形状に一致しない場合に前記第１のデータ作成工程に移行するサイクルを繰り返し行うようにして、前記正規部品形状の測定データに基づく前記金型修正形状データを作成するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のプレス金型修正形状データの作成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３１３５３４（Ｐ２００７−３１３５３４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５０１６（Ｐ２００６−１４５０１６）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００１７８８０４）ユニプレス株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００１７８８０４）ユニプレス株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
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