03-6304-1306
河西工業株式会社様
河西工業株式会社様（神奈川県高座郡）は自動車内装及び外装部品の企画・開発から生産・販売まで一貫して手掛けるグローバル総合メーカーです。自動車の内装をコンセプト提案できる会社として、1912年の創業以来、「先進技術の開発」と「最高品質のモノづくり」に取り組んでまいりました。開発・生産フェーズでは早くから３DCADを使用した標準化・自動化システムを構築、金型加工までのプロセスを一気通貫で実施できる体制となっております。
ここでは同社において更なる効率化、生産性向上を目指し、実用化しているヘッドライニング(自動車用天井材)成形におけるCAE予測の技術について試作実験部エキスパートリーダーの大西様、舒様に概要についてお話しを伺いました。
ヘッドライニング(天井材)は多層の積層体をプレス加工にて成形されます。自動車外板のような金属材料とは異なり、粘弾性を持つためシミュレーションでの予測は困難で、実部品での評価に多大な時間やコストが発生してしまい、、開発スピードに課題が残されていました。ヘッドライニングは見映えは勿論の事、断熱や収納等の機能も兼ね備える重要部品であり、昨今の環境課題に対応していくためには、より一層の開発スピードの向上が求められます。
成形時における基材破断・表皮シワの発生等のトライ＆エラー削減を目的として、発生原因を迅速且つ精度よく特定し、開発初期段階での判断と対策に生かすことを期待し、シミュレーションで予測技術を確立しました。
はじめに解法の検討を実施しました。動的陽解法や静的陰解法は解析精度や解の収束性に難があり、静的陽解法を用いた㈱先端力学シミュレーション研究所の「ASU/V-Struct」に注目しました。次世代構造解析ソフトウエア「ASU/V-Struct」は静的陽解法ならではの解の安定性や精度に優れ、他の解法では計算不可能なほど複雑な非線形現象が重なるプロセスを実行できる点と、ソフトウエア開発者によるサポートが決め手となり導入を決定しました。
天井成形シミュレーションの実現には、高性能な解析ソフトウエアに加え、同社ならではの製造ノウハウや、様々なシミュレーション技術を盛込む必要があります。着目点は成形不良の多い頂点の伸び過大によるウレタン破断と根本部の表皮シワとしました。
多層構造の天井材モデル化については実現性を考慮し、SEM観察等の実部品把握や、シミュレーションのアルゴリズムに関連する要素の洗出し等で実現象を再現できるモデル化と計算パラメータ設定等でシミュレーションによる破断とシワの評価を実現出来ました。
要因特定と対策検討のため、断面考察を行いました。鋼板プレスと違い、基材が柔らかく緩い拘束の成形のため、断面上の材料シートの動きと状態の変化の解析を実施し、拘束位置により金型との接触位置が変化し、シートの滑り込みと伸び具合が変化する様子が確認でき、メカニズム解明と対策に関わる影響因子を得る事ができました。
ジグ位置による金型とシート材の接触状況の違いをシミュレーションで再現。
成形性に関わる因子が特定され、事前のシミュレーション評価が可能となったことにより、生産の安定性が大幅に向上し、成形後の手直しは殆ど不要となりました。また、生産準備についても生産技術部でCAE運用することにより、成形トライアルに関わる人員がCAE採用前と比べ２割程度に抑えられ、リードタイム短縮に寄与しています。その他の効果として、新製品の試作品の品質が向上し、お取引先様に大変喜ばれています。このような取り組みを他の製品、アームレストやドアパネルにも展開し更なる効率化を目指しております。
本事例のような接触を伴う大変形の問題は、汎用ソルバーでは解析が困難である場合が多く見受けられます。今回紹介したASU/V-Structは、非線形性(材料、幾何、接触)を有する構造解析と伝熱解析の連成解析を安定して計算することが可能です。ASU/V-Structは理化学研究所により開発された静的陽解法ソルバーをベースに実用化されました。温度変化を伴う成形加工、例えば真空成形、熱間プレス、鋳造凝固過程、樹脂射出成形冷却過程、およびプレス金型撓みなどをシミュレーションすることができます。また、専用GUIで、解析に不慣れな方でも簡単操作で利用でき、メッシャーも標準で搭載されているのでCADデータから解析をスタートできるオールインワンのソフトウェアです。
株式会社
先端力学シミュレーション研究所
