JP5000314B2 - プレス機の成形条件決定システムおよび成形条件決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形の成形条件決定システムおよび成形条件決定方法に関する。例えば、自動車のボディを製造するプレス成形の成形条件決定システムおよび成形条件決定方法に関する。

従来より、鋼板を絞り成形して自動車のボディを形成する場合、実際にプレス機を用いて成形品の試作を繰り返すことで、最適な成形条件を決定する。
ところで、近年、サーボモータを用いたサーボプレス機が知られている。このサーボプレス機では、成形中にスライド速度およびダイクッション圧を自在に変化させることができるため、プレス成形の自由度が高く、サイクルタイムを短縮できる。

例えば、スライド速度を制御する方法として、以下のような方法が提案されている。すなわち、材料の引き込み量とパンチのストロークとの関係を解析して理想加工曲線としてデータベースに記憶しておき、実加工時には、ワークの引き込み量とパンチストロークとの関係を取得して、記憶した理想加工曲線に基づいて、パンチの速度をフィードバック制御する（特許文献１参照）。
この方法によれば、パンチの速度をリアルタイムで制御することで、成形品の生産性を向上できる。
特許第３７６８４１０号公報

しかしながら、上述のサーボプレス機では、速度やダイクッション圧を決定するために膨大な回数の試作を行う必要があり、その結果、工数が増加し、コストが上昇する、という問題がある。特許文献１に示された方法を採用しても、理想加工曲線を作成するために、同様の問題が生じる。

本発明は、コストを低減できるプレス機の成形条件決定システムおよび成形条件決定方法を提供することを目的とする。

本発明のプレス機の成形条件決定システムは、プレス機の成形条件を決定する成形条件決定システムであって、ダイクッション圧を最適化するダイクッション圧最適化手段と、スライド速度を最適化するスライド速度最適化手段と、成形シミュレーション解析の結果に基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する成形条件判定手段と、を備え、前記成形条件判定手段でプレス成形品の品質が一定基準に達すると判定されるまで、ダイクッション圧最適化手段、成形条件判定手段、スライド速度最適化手段、成形条件判定手段の順に繰り返すことを特徴とする。

この発明によれば、ダイクッション圧およびスライド速度を自動的に決定できるから、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
特に、サーボプレス機では、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、試作の回数を大幅に削減できる。

この場合、前記成形条件判定手段は、成形シミュレーション解析の結果として出力される、最小主ひずみ及び板厚減少率、または、最小主ひずみ及び相当塑性ひずみに基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定することが好ましい。

板厚減少率や相当塑性ひずみが大きくなると、亀裂（割れ）が生じやすく、最小主ひずみが小さくなると、しわや面ひずみが生じやすことが判明している。
そこで、この発明によれば、成形条件判定手段では、最小主ひずみ及び板厚減少率、または、最小主ひずみ及び相当塑性ひずみに基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定したので、プレス成形品の不具合を確実に予測できる。

この場合、応力−ひずみ関係を用いて成形シミュレーションを実行する成形シミュレーション手段を備え、当該成形シミュレーション手段は、前記応力−ひずみ関係を、ひずみ速度を考慮して決定することが好ましい。

この場合、前記成形シミュレーション手段は、摩擦係数を用いて成形シミュレーションを実行し、前記摩擦係数を、材料とプレス機の金型との摺動速度および接触面圧を考慮して決定することが好ましい。

従来の成形シミュレーションでは、金型形状に対応して摩擦係数を決定していたが、材料と金型との摺動速度や接触面圧を考慮しておらず、また、応力−ひずみ関係についても、ひずみ速度を考慮していなかった。そのため、成形中にスライド速度やダイクッション圧が変化するサーボプレス機について、高い精度で成形シミュレーションを行うことは困難であった。
この発明によれば、摩擦係数を、材料とプレス機の金型との摺動速度および接触面圧を考慮して決定した。また、応力−ひずみ関係を、ひずみ速度を考慮して決定した。したがって、スライド速度やダイクッション圧が変化するサーボプレス機についての成形シミュレーションを高精度で実行できる。

本発明のプレス機の成形条件決定方法は、プレス機の成形条件を決定する成形条件決定方法であって、ダイクッション圧を最適化するダイクッション圧最適化手順と、スライド速度を最適化するスライド速度最適化手順と、成形シミュレーション解析を行い、この解析結果に基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する成形条件判定手順と、を備え、前記成形条件判定手順でプレス成形品の品質が一定基準に達すると判定されるまで、ダイクッション圧最適化手順、成形条件判定手順、スライド速度最適化手順、成形条件判定手順の順に繰り返すことを特徴とする。

この場合、前記成形条件判定手順では、成形シミュレーション解析結果として出力される、最小主ひずみ及び板厚減少率、または、最小主ひずみ及び相当塑性ひずみに基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定することが好ましい。

この場合、前記成形条件判定手順では、応力−ひずみ関係を用いて成形シミュレーションを実行し、前記応力−ひずみ関係を、ひずみ速度を考慮して決定することが好ましい。

この場合、前記成形条件判定手順では、摩擦係数を用いて成形シミュレーションを実行し、前記摩擦係数を、材料とプレス機の金型との摺動速度および接触面圧を考慮して決定することが好ましい。

上述のプレス機の成形条件決定方法は、上述の成形条件決定システムをプレス機の成形条件決定方法として展開したものであり、上述の成形条件決定システムと同様の効果を奏する。

本発明によれば、ダイクッション圧およびスライド速度を自動的に決定できるから、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。特に、サーボプレス機では、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、試作の回数を大幅に削減できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る成形条件決定システム１の概略構成を示す図である。成形条件決定システム１は、プレス機３０に接続され、種々のプログラムを実行する演算処理装置１０と、ハードディスク等の情報を記憶する記憶装置２０とを備える。
プレス機３０は、サーボで駆動するサーボプレス機であり、成形条件決定システム１は、このプレス機３０にスライド速度とダイクッション圧を含むプレス成形条件を出力する。

成形条件決定システム１は、動作制御を行うＯＳ（Operating System）上に展開されるプログラムとしての、成形条件最適化手段１１、成形シミュレーション手段１２、およびプレス制御データ生成手段１３を備える。

成形シミュレーション手段１２は、成形プロセスのシミュレーション解析を行うものであり、解析条件が入力されると、この解析条件下で成形シミュレーションを行い、その解析結果を出力する。
記憶装置２０は、データベースであり、スライド速度の範囲、スライド加速度の範囲、ダイクッション圧の範囲などのプレス機３０の動作条件が記憶されている。これらの動作条件は、サイクルタイムや搬送速度などに基づいて、予め設定されている。

成形条件最適化手段１１は、記憶装置２０に記憶された動作条件を参照して成形条件を複数種類生成し、これら成形条件を解析条件として成形シミュレーション手段１２に出力する。その後、成形シミュレーション手段１２から解析結果を受け取り、この解析結果に基づいて、最適な成形条件を決定する。
プレス制御データ生成手段１３は、成形条件最適化手段１１で決定された成形条件に基づいて、プレス機３０を動作させるためのデータを生成する。

図２は、プレス機３０の概略構成を示す図である。
プレス機３０は、いわゆるサーボプレス機であり、ワークとしての鋼板３２の下側に配置された下型４１を有する下型機構４０と、下型４１に対して、上型５１を接近、離隔させる上型機構５０と、これら下型機構４０および上型機構５０を制御する制御装置３１と、を有する。

上型機構５０は、サーボモータ５２と、該サーボモータ５２によって回転駆動される減速ギア５３と、該減速ギア５３によって大きいトルクで回転駆動される回転板５４と、該回転板５４の側面に上端部が揺動可能に軸支されたコネクティングロッド５５とを有する。

サーボモータ５２は、例えばＡＣ型であって、高い応答性を有するとともにトルクむらが小さい。サーボモータ５２の軸回転位置は図示しないエンコーダによって検出され、この検出された軸回転位置に基づいて、サーボモータ５２はフィードバック制御される。

上型機構５０は、さらに、コネクティングロッド５５の下端に軸支されたスライダ５６を備え、上型５１は、スライダ５６の下面に設けられる。

上型５１は、下型４１とともに鋼板３２を挟んでプレス加工するものであって、下面に鋼板３２の上面に当接するための型面５１ａが設けられている。この５１は、凹んだ曲面となっており、上型５１の周辺には、環状のホルダ５７が設けられている。ホルダ５７の先端面は水平であり、型面５１ａよりもやや突出している。したがって、ホルダ５７は、鋼板３２に対して型面５１ａよりも先行して当接することになる。

下型機構４０は、下型４１に加えて、ベースとなる固定台４２と、鋼板３２の周辺部を支持する環状のブランクホルダ４３と、該ブランクホルダ４３を昇降させるダイクッション機構４４とを有する。

下型４１は、固定台４２の上部に設けられており、上型５１とともに鋼板３２を挟んでプレス加工する。この下型４１の上面には、鋼板３２の下面に当接するための型面４１ａが設けられている。

ブランクホルダ４３は、ホルダ５７と対向する位置に設けられ、鋼板３１をプレスする際にしわの発生および位置ずれ等を防止するために、該ホルダ５７ともに鋼板３２の端部を挟持する。

ダイクッション機構４４は、下方から固定台４２および下型４１を貫通してブランクホルダ５４の下部を支持する複数のピン４５と、これらのピン４５を昇降させる図示しない油圧式の昇降機構とを有する。

昇降機構は、ピン４５に連結された図示しない油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動する図示しないサーボ機器と、を含んで構成される。このサーボ機器は、制御装置３１に接続されており、制御装置３１からの信号に基づいて所定の圧力制御を行うことで、ブランクホルダ４３とホルダ５７とで、鋼板３２の周辺部を適切な圧力（ダイクッション圧）で押圧して、しわ押さえを行う。

制御装置３１は、サーボモータ５２を回転駆動させて上型５１を下型４１に対して進退させるとともに、ダイクッション機構４４を駆動して、ブランクホルダ４３を昇降させる。

以上のプレス機３０を用いて鋼板３２の加工を行う手順について図３を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１において、初期設定を行う。つまり、ブランクホルダ４３を所定位置まで上昇させておき、該ブランクホルダ４３によって未加工の鋼板３２を支持する。また、上型５１は上死点まで上昇させておく。次に、ステップＳ２において、制御装置３１の作用下に、サーボモータ５２を回転駆動してスライダ５６を下降させる。

スライダ５６をある程度下降をさせると、ホルダ５７が鋼板３２の上面に接触し、該鋼板３２はホルダ５７とブランクホルダ４３により挟持される。この時点から、制御装置３１の作用下にブランクホルダ５７を下降させる（ステップＳ３）。具体的には、制御装置３１の作用下にブランクホルダ５７が鋼板３２の下面を押圧気味となるように適度な力を発生させて鋼板３２を確実に保持させながら下降するように圧力制御を行う。つまり、ブランクホルダ５７は、ホルダ５７によって鋼板３２を介して押圧され、該鋼板３２に適度な圧力を与えながら押し下げられることになる。これにより、鋼板３２はホルダ５７とブランクホルダ４３によって周辺部を保持（挟持）されながら下降し、次第に上型５１と下型４１によって製品形状にプレスされる。

ステップＳ４において、制御装置３１は、スライダ５６の位置を下死点（つまり、上型５１が１ストロークする間の最下点）に到達させる。ステップＳ５において、制御装置３１の作用下に、サーボモータ５２を回転駆動して、スライダ５６をパネル搬送位置まで上昇させる。

ステップＳ６において、スライダ５６の位置がパネル搬送位置まで達したか否かを確認し、達しているときにはステップＳ７へ移り、未達のときにはスライダ５６の上昇を継続する。ステップＳ７において、制御装置３１の作用下にブランクホルダ４３を上昇させる。これによりブランクホルダ４３は、スライダ５６よりもやや遅れて上昇することになる。

ステップＳ８において、制御装置３１の作用下に、ブランクホルダ４３をパネル搬送位置まで上昇させる。ステップＳ９において、ブランクホルダ４３の上昇を一時停止させ、ドロー成形加工が終了した鋼板３２を図示しない搬送手段によって次工程のステーションへ搬送する。

ステップＳ１０において、制御装置３１は、ブランクホルダ４３を再上昇させて、ブランクホルダ４３を加工待機位置まで到達させる。ステップＳ１１において、未加工の鋼板を所定の位置に配置する。なお、この間もスライダ５６は上昇を継続している。ステップＳ１２において、制御装置３１は、スライダ５６を上死点まで到達させる。

次に、プレス機３０のスライダの変位について図４を参照して説明する。
上述のドロー成形では、スライダ５６つまり上型５１を、図４に示すように変位させて、絞り加工を行う。具体的には、上型５１を上死点（Ｘ１）から所定のスライド速度で下降させ、鋼板に接触する位置（Ｘ２）の直前で速度を低下させて、この遅いスライド速度で鋼板に接触し、その後、速度を上昇させつつ、プレス成形する。上型５１が下死点（Ｘ０）に到達すると、この上型５１を、元のスライド速度（所定速度）で上昇させる。

図５は、成形条件最適化手段１１の概略構成を示すブロック図である。
成形条件最適化手段１１は、成形条件生成手段６０と、ダイクッション圧最適化手段６１と、スライド速度最適化手段６２と、成形条件判定手段６３と、を備える。
成形条件生成手段６０は、記憶装置２０に記憶された動作条件を参照して、スライド速度およびダイクッション圧の組み合わせが異なる成形条件を複数種類生成する。

ダイクッション圧最適化手段６１は、成形条件生成手段６０で生成された成形条件のうちダイクッション圧が最適なものを選択する。
スライド速度最適化手段６２は、成形条件生成手段６０で生成された成形条件のうちスライド速度が最適なものを選択する。
成形条件判定手段６３は、成形シミュレーション手段１２で行われた成形シミュレーション解析の結果に基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する。

成形条件最適化手段１１は、成形条件生成手段６０を動作し、その後、成形条件判定手段６３でプレス成形品の品質が一定基準に達すると判定されるまで、ダイクッション圧最適化手段６１と、成形条件判定手段６３、スライド速度最適化手段６２、成形条件判定手段６３の順に繰り返す。

次に、成形条件最適化手段１１の動作を図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ１１では、成形条件生成手段６０により、スライド速度およびダイクッション圧の組み合わせが異なる成形条件を複数種類生成し、これら生成した組み合わせを解析条件として成形シミュレーション手段１２に出力し、成形シミュレーション手段１２から解析結果を受け取る。

Ｓ１２では、ダイクッション圧最適化手段６１により、プレス機のダイクッション圧を最適化する。
図７は、プレス機のダイクッション圧と成形時間との関係を示す図である。
図７に示すように、ダイクッション圧は、成形時間の前半と後半とで、２段階に設定される。よって、成形時間前半のダイクッション圧、成形時間後半のダイクッション圧、および、ダイクッション圧の切り替えタイミングについて最適値を探索する。

Ｓ１３では、成形条件判定手段６３により、成形シミュレーション解析結果に基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する。具体的には、成形品を評価する指標として、板厚減少率の最大値および最小主ひずみを用いて、板厚減少率の最大値が所定値以下であり、かつ、最小主ひずみが所定値以上であるか否かを判定する。
これは、板厚減少率が大きくなると、亀裂（割れ）が生じやすく、最小主ひずみが小さくなると、しわや面ひずみが生じやすいためである。

Ｓ１３の判別がＮｏの場合には、Ｓ１２で最適化したダイクッション圧のうち、板厚減少率の最大値が所定値以下となるものを採用し、Ｓ１４に移る。一方、Ｓ１３の判別がＹｅｓの場合には、終了する。

Ｓ１４では、スライド速度最適化手段６２により、プレス機のスライド速度を最適化する。
図８は、プレス機のスライド速度と成形時間との関係を示す図である。
図８に示すように、スライド速度の最大値およびスライド速度が最大となる期間について、最適値を探索する。

Ｓ１５では、Ｓ１３と同様に、成形シミュレーション解析結果に基づいて、板厚減少率の最大値および最小主ひずみを用いて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する。
Ｓ１５の判別がＮｏの場合には、Ｓ１６に移り、Ｙｅｓの場合には、終了する。

Ｓ１６では、再び、ダイクッション圧を最適化する。これは、Ｓ１２でダイクッション圧を最適化したが、Ｓ１４でスライド速度を最適化したため、ダイクッション圧を微調整する必要があるためである。

Ｓ１７では、Ｓ１３と同様に、成形シミュレーション解析結果に基づいて、板厚減少率の最大値および最小主ひずみを用いて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する。
Ｓ１７の判別がＮｏの場合には、Ｓ１４に戻り、Ｙｅｓの場合には、終了する。

次に、成形シミュレーション手段１２の動作を図９のフローチャートを用いて説明する。
Ｓ３１では、成形条件が入力される。具体的には、プレス機３０の金型の形状、ワークの形状、スライド速度、ダイクッション圧、ワークの応力−ひずみ関係や、摩擦係数が入力される。ここで、応力−ひずみ特性は、ひずみ速度に依存しており、摩擦係数は、ワークと金型との摺動速度および接触面圧に依存する。

Ｓ３２では、変形が生じるか否かを判別する。この判別がＹｅｓの場合には、Ｓ３３に移り、Ｎｏの場合には、Ｓ３６に移る。

Ｓ３３では、変形部分のひずみ速度を計算し、Ｓ３４では、このひずみ速度に基づいて、応力−ひずみ関係を決定する。なお、この応力―ひずみ関係の決定は、終了時刻に達するまで、所定サイクル毎に行われる。

図１０は、応力−ひずみ関係を示す図である。
図１０に示すように、応力−ひずみ関係は、ひずみ速度に依存し、ひずみ速度が大きいほど、同一のひずみ量における応力は大きくなる傾向がある。
具体的には、同一のひずみ量におけるひずみ速度は、ひずみ速度１０、１、０．１、０．０１の順に小さくなる。

また、図１１に示すように、変形の途中でひずみ速度が変化すると、ひずみ速度が変化した後の応力−ひずみ関係は、変化前のひずみ速度にかかわらず、変化後のひずみ速度にのみ依存することが判明している。つまり、ひずみ速度が変化した後の応力−ひずみ関係は、ひずみ速度が変化する前の速度履歴の影響を受けないのである。
具体的には、ひずみ速度が１、０．１、０．０１のいずれであっても、ひずみ速度が０．１に変化した場合には、応力は、ひずみ速度０．１のグラフに従う。

そこで、応力−ひずみ関係を、相当応力および相当塑性ひずみを用いて、以下のようにして定義する。相当応力とは、一軸（単軸）引張に換算した応力であり、相当塑性ひずみとは、一軸引張に換算した塑性ひずみである。このように換算することによって、簡単に比較ができ、強度評価が容易となるためである。
すなわち、図１２に示すように、実験などにより、所定のひずみ速度について、所定の相当塑性ひずみと相当応力との関係を求め、点列データを生成する。

ここでは、所定のひずみ速度を、０．０１、０．１、１、１０とし、所定の相当塑性ひずみを、０、０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５・・・のように、０．０５刻みとした。そして、これら点列データを、図１３に示すように、グラフ上にプロットし、各点同士を直線で結んだ。

なお、計算対象となるひずみ速度や相当塑性ひずみが上述の点列データに含まれていない場合には、相当応力―相当塑性ひずみ関係を、直接、点列データから求めることができないため、以下の手順で求める。
計算対象となる相当塑性ひずみ値が図１３で定義された２つの相当塑性ひずみの間に位置する場合には、これら２つの相当塑性ひずみの内挿値を用いて、相当応力−相当塑性ひずみ関係を求める。

計算対象となるひずみ速度が図１３で定義された２つのひずみ速度の間に位置する場合には、これら２つのひずみ速度の内挿値を用いて、相当応力−相当塑性ひずみ関係を求める。
なお、以上の内挿値は、一次関数（直線）を用いて求めてもよいし、二次以上の関数を用いて求めてもよい。

ただし、計算対象となるひずみ速度が図１３で定義された最大のひずみ速度よりも大きい場合には、定義された最大のひずみ速度における相当応力−相当塑性ひずみ関係を用いる。また、計算対象となるひずみ速度が図１３で定義された最小のひずみ速度よりも小さい場合には、定義された最小のひずみ速度における相当応力−相当塑性ひずみ関係を用いる。つまり、ひずみ速度の外挿値を用いることはしない。

例えば、図１４に示すように、ひずみ速度ｘの点列データをｘａ、ｘｂ、ｘｃとし、ひずみ速度ｙの点列データをｙａ、ｙｂ、ｙｃとする。
ひずみ速度ｚの相当塑性ひずみｄ、ｅにおける相当応力を求める場合、まず、２つのひずみ速度ｘ、ｙの点列データの内挿値を、ひずみ速度ｚの点列データとする。そして、このひずみ速度ｚの点列データのうち、相当塑性ひずみａ、ｂ、ｃにおける相当応力ｚａ、ｚｂ、ｚｃの内挿値を、ひずみ速度ｚの相当塑性ひずみｄ、ｅにおける相当応力とする。
これにより、図１４中太線Ａで示すように、任意のひずみ速度における相当応力―相当塑性ひずみ関係を容易に計算できるうえに、変形途中でひずみ速度が変化しても、ひずみ速度が変化した後の相当応力−相当塑性ひずみ関係も容易に計算できる。

Ｓ３５では、選択された相当応力―相当塑性ひずみ関係を用いて、変形部分の応力を計算し。Ｓ３６では、ワークと金型とが接触するか否かを判定する。この判別がＹｅｓの場合には、Ｓ３７に移り、Ｎｏの場合には、Ｓ４１に移る。

Ｓ３７では、ワークと金型との摺動速度を計算し、Ｓ３８では、ワークと金型との接触面圧を計算する。
続いて、Ｓ３９では、ワークと金型との摺動速度および接触面圧に基づいて、摩擦係数を決定する。この摩擦係数の決定は、終了時刻に達するまで、所定サイクル毎に行われる。

図１５は、摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を示す図である。
図１５に示すように、ワークと金型との間に洗浄油等の潤滑機能を有する流体が存在する場合、摩擦係数は、ワークと金型との摺動速度に依存し、摺動速度が大きいほど小さくなる傾向がある。
また、ワークと工具との接触面圧が大きいほど、摩擦係数は摺動速度に大きく依存する傾向がある。つまり、ワークと工具との接触面圧が大きいほど、摺動速度が大きくなるに従って摩擦係数が小さくなる。
なお、絞り成形では、ワークと金型との接触面積が小さいため、接触面圧が大きくなり、張出し成形では、接触面積が大きいため、接触面圧が小さくなる傾向がある。

そこで、摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を以下のようにして定義する。
すなわち、図１６に示すように、実験などにより、所定の接触面圧について、所定の摺動速度と摩擦係数との関係を求め、点列データとする。
ここでは、所定の接触面圧を、１、２、５、１０とし、所定の摺動速度を、１、５、１０、５０、１００、２００とした。そして、これら点列データを、図１７に示すように、グラフ上にプロットし、各点同士を直線で結んだ。

なお、計算対象となる摺動速度や接触面圧が上述の点列データに含まれていない場合には、摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を、直接、点列データから求めることができないため、以下の手順で求める。
計算対象となる摺動速度が図１６で定義された２つの摺動速度の間に位置する場合には、これら２つの摺動速度の内挿値を用いて、摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を求める。

計算対象となる接触面圧が図１６で定義された２つの接触面圧の間に位置する場合には、これら２つの接触面圧の内挿値を用いて、摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を求める。
なお、以上の内挿値は、一次関数（直線）を用いて求めてもよいし、二次以上の関数を用いて求めてもよい。

ただし、計算対象となる接触面圧が図１６で定義された最大の接触面圧よりも大きい場合には、定義された最大の接触面圧における摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を用いる。また、計算対象となる接触面圧が図１６で定義された最小の接触面圧よりも小さい場合には、定義された最小の接触面圧における摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を用いる。つまり、接触面圧の外挿値を用いることはしない。

例えば、図１７に示すように、接触面圧５ｋｇｆ／ｃｍ２の点列データをｐｆ、ｐｇとし、接触面圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２の点列データをｑｆ、ｑｇとする。
接触面圧８ｋｇｆ／ｃｍ２の摺動速度ｈにおける摩擦係数を求める場合、まず、２つの接触面圧５ｋｇｆ／ｃｍ２および接触面圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２の点列データの内挿値を、接触面圧８ｋｇｆ／ｃｍ２の点列データとする。そして、この接触面圧８ｋｇｆ／ｃｍ２の点列データのうち、摺動速度ｆ、ｇにおける摩擦係数ｒｆ、ｒｇの内挿値を、接触面圧８ｋｇｆ／ｃｍ２の摺動速度ｈにおける摩擦係数とする。

続いて、Ｓ４０では、接触する部分の接触反力を計算し、Ｓ４１では、各要素の運動方程式を解く。Ｓ４２では、終了時刻に達したか否かを判別し、この判別がＮｏの場合には、Ｓ３２に戻り、Ｙｅｓの場合には、結果を出力し（Ｓ４３）、終了する。
この出力結果には、亀裂の指標となる板厚減少率、しわや面ひずみの指標となる最小主ひずみが含まれる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）成形条件決定システム１に、成形条件最適化手段１１、成形シミュレーション手段１２、およびプレス制御データ生成手段１３を設けたので、ダイクッション圧およびスライド速度を自動的に決定できるから、実際のプレス機や材料を用いた試作の回数を大幅に削減でき、コストを低減できる。さらには、製品の形状を設計する段階で成形条件を予測することで、複雑な形状の製品を成形できる。
特に、サーボプレス機３０では、成形中にスライド速度やダイクッション圧を自在に変化させることができるため、試作の回数を大幅に削減できる。

（２）成形条件判定手段６３では、板厚減少率および最小主ひずみに基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定したので、プレス成形品の不具合を確実に予測できる。

（３）摩擦係数を、材料とプレス機の金型との摺動速度および接触面圧を考慮して決定するとともに、応力−ひずみ関係を、ひずみ速度を考慮して決定した。したがって、スライド速度やダイクッション圧が変化するサーボプレス機３０についての成形シミュレーションを高精度で実行できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、板厚減少率の最大値および最小主ひずみを用いて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定したが、これに限らず、相当塑性ひずみ及び最小主ひずみを用いて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定してもよい。これは、相当塑性ひずみが大きくなると、亀裂（割れ）が生じやすいためである。したがって、具体的には、相当塑性ひずみの最大値が所定値以下であり、かつ、最小主ひずみが所定値以上であるか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合には、プレス成形品の品質が一定基準に達すると判定し、Ｎｏの場合には、プレス成形品の品質が一定基準に達していないと判定する。

本発明の一実施形態に係る成形条件決定システムの概略構成を示す図である。 前記実施形態に係る成形条件決定システムのプレス機の概略構成を示す図である。 前記実施形態に係るプレス機の加工手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係るプレス機のスライダの変位と成形時間との関係を示す図である。 前記実施形態に係る成形条件決定システムの成形条件最適化手段の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る成形条件最適化手段の動作を示すフローチャートである。 前記実施形態に係るプレス機のダイクッション圧と成形時間との関係を示す図である。 前記実施形態に係るプレス機のスライド速度と成形時間との関係を示す図である。 前記実施形態に係る成形条件決定システムの成形シミュレーション手段の動作を示すフローチャートである。 前記実施形態に係る成形シミュレーションにおける応力−ひずみ関係を示す図である。 前記実施形態に係る応力−ひずみ関係における、ひずみ速度が変化した場合を説明するための図である。 前記実施形態に係る相当応力の点列データを示す図である。 前記実施形態に係る相当応力の点列データをプロットした図である。 前記実施形態に係る相当応力の内挿値を求める手順を説明するための図である。 前記実施形態に係る成形シミュレーションにおける摺動速度および接触面圧と摩擦係数との関係を示す図である。 前記実施形態に係る摩擦係数の点列データを示す図である。 前記実施形態に係る摩擦係数の点列データをプロットした図である。

符号の説明

１ 成形条件決定システム
１１ 成形条件最適化手段
１２ 成形シミュレーション手段
３０ プレス機
６０ 成形条件生成手段
６１ ダイクッション圧最適化手段
６２ スライド速度最適化手段
６３ 成形条件判定手段

Claims (8)

1. プレス機の成形条件を決定する成形条件決定システムであって、
   記憶された前記プレス機の動作条件を参照して、ダイクッション圧およびスライド速度の組み合わせが異なる成形条件を複数種類生成する成形条件生成手段と、
   成形条件生成手段が生成した成形条件のうち、ダイクッション圧が最適なものを選択するダイクッション圧最適化手段と、
   成形条件生成手段が生成した成形条件のうち、スライド速度が最適なものを選択するスライド速度最適化手段と、
   前記成形条件生成手段により生成された成形条件を解析条件として、応力−ひずみ関係を用いて成形シミュレーションを実行する成形シミュレーション手段と、
   前記成形シミュレーション手段による成形シミュレーション解析の結果に基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する成形条件判定手段と、を備え、
   前記成形条件判定手段でプレス成形品の品質が一定基準に達すると判定されるまで、ダイクッション圧最適化手段、成形条件判定手段、スライド速度最適化手段、成形条件判定手段の順に繰り返すことを特徴とするプレス機の成形条件決定システム。
2. 請求項１に記載のプレス機の成形条件決定システムにおいて、
   前記成形条件判定手段は、成形シミュレーション解析の結果として出力される、最小主ひずみ及び板厚減少率、または、最小主ひずみ及び相当塑性ひずみに基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定することを特徴とするプレス機の成形条件決定システム。
3. 請求項１または２に記載のプレス機の成形条件決定システムにおいて、
   前記成形シミュレーション手段は、前記応力−ひずみ関係を、ひずみ速度を考慮して決定することを特徴とするプレス機の成形条件決定システム。
4. 請求項３に記載のプレス機の成形条件決定システムにおいて、
   前記成形シミュレーション手段は、摩擦係数を用いて成形シミュレーションを実行し、
   前記摩擦係数を、材料とプレス機の金型との摺動速度および接触面圧を考慮して決定することを特徴とするプレス機の成形条件決定システム。
5. プレス機の成形条件を決定する成形条件決定方法であって、
   記憶された前記プレス機の動作条件を参照して、ダイクッション圧およびスライド速度の組み合わせが異なる成形条件を複数種類生成する成形条件生成手段が生成した成形条件のうち、ダイクッション圧が最適なものを選択するダイクッション圧最適化手順と、
   前記成形条件生成手段が生成した成形条件のうち、スライド速度が最適なものを選択するスライド速度最適化手順と、
   前記成形条件生成手段により生成された成形条件を解析条件として、応力−ひずみ関係を用いて成形シミュレーションを実行する成形シミュレーション手段による成形シミュレーション解析を行い、この解析結果に基づいて、プレス成形品の品質が一定基準に達するか否かを判定する成形条件判定手順と、を備え、
   前記成形条件判定手順でプレス成形品の品質が一定基準に達すると判定されるまで、ダ
   イクッション圧最適化手順、成形条件判定手順、スライド速度最適化手順、成形条件判定
   手順の順に繰り返すことを特徴とするプレス機の成形条件決定方法。
6. 請求項５に記載のプレス機の成形条件決定方法において、
   前記成形条件判定手順では、成形シミュレーション解析結果として出力される、最小主
   ひずみ及び板厚減少率、または、最小主ひずみ及び相当塑性ひずみに基づいて、プレス成
   形品の品質が一定基準に達するか否かを判定することを特徴とするプレス機の成形条件決
   定方法。
7. 請求項５または６に記載のプレス機の成形条件決定方法において、
   前記成形条件判定手順では、応力−ひずみ関係を用いて成形シミュレーションを実行し、前記応力−ひずみ関係を、ひずみ速度を考慮して決定することを特徴とするプレス機の
   成形条件決定方法。
8. 請求項７に記載のプレス機の成形条件決定方法において、
   前記成形条件判定手順では、摩擦係数を用いて成形シミュレーションを実行し、前記摩擦係数を、材料とプレス機の金型との摺動速度および接触面圧を考慮して決定することを特徴とするプレス機の成形条件決定方法。

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