鍛造、熱処理、切削などの
塑性加工シミュレーション
開発元：TRANSVALOR
有限要素法をベースに、熱間・温間・冷間における型鍛造・自由鍛造、熱処理・切削など、塑性加工に関わる幅広い領域をワンパッケージでカバーする塑性加工シミュレーションソフトウェアです。高性能な並列計算機能を有しており、大規模・複雑な形状・工法において、計算時間を大幅に短縮しながら計算精度を最大限に高められます。
トピックス
ユーザーインタビュー User Interview
トヨタ自動車株式会社 様
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGを活用したモータコイル成形、切削加工の検討
■ 導入前の課題
- 成形加工の実機評価の削減とリードタイム短縮のためにCAEを活用したい。
- 加工の速い動きの慣性も考慮した動的な成形予測を行いたい。
- 大規模問題や大変形に対応できるシミュレーションソフトウェアを選びたい。
TOYOTA MOTOR CORPORATION
Verification of Simulation Application in Motor Coil Forming and Machining Process Utilizing Model-Based Development (MBD)
■ Challenges
- CAE introduction to reduce the forming process's prototype testing and shorten the lead time.
- Dynamic forming prediction by considering the inertia of fast-moving machining.
- Selection of the simulation software that can handle large-scale problems and large deformations.
ものつくり大学 様
変断面管の逐次鍛造研究におけるシミュレーション活用
■ 導入前の課題
- 実験と合わせて効果的に塑性加工技術の検討を行いたい
- 条件が変化する逐次鍛造を柔軟にシミュレーションしたい
- 設定が容易で精度良く解析できるツールを導入したい
日産自動車株式会社 様
電動パワートレインのモーター開発における
塑性加工CAE活用事例
■ 導入前の課題
- 実験の繰り返し検討による膨大な時間や費用を削減したい
- 大変形を伴う回転塑性加工を精度良く解析したい
- 大規模構造解析ソフトウェアとの受け渡しを容易にしたい
特長
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGは熱間から冷間までの塑性加工に対応したソフトウェアソリューションです。TRANSVALORの主要製品として30年間の歴史を持ち、世界中で利用されています。自動車産業・航空宇宙産業・防衛産業・エネルギー産業・建機・医療産業など、鍛造部品を製造する幅広い産業分野のニーズに応えています。TRANSVALOR MATERIAL FORMINGは、Transvalor社（仏）FORGEの日本国内の名称になります。
機能
有限要素法をベースにし、熱間・温間・冷間における型鍛造・自由鍛造から熱処理・切削に至るまで塑性加工に関わる幅広い領域をワンパッケージで提供しております。
高性能な並列計算機能を有しており、計算時間の大幅な短縮が可能です。よって、大規模・複雑な形状・工法が取り扱え、計算精度を最大限に高められます。
様々な工程計画やダイ設計をソフトウェア上で検証し、通常の試作に比べ、より低コストでの製品製造の実現を目指すことが可能です。
適応可能プロセス
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGでは、多くの熱間成形プロセスに対応しています。
- 閉塞・密閉型鍛造
- 自由鍛造
- 圧延
- クロスローリング
- リングローリング
- フローフォーミング・スピニング
- 押出成形
- 棒材引き抜き加工
- 深絞り成形
- せん断加工
- ピアス加工
- トリム加工
- 高周波加熱
- 熱処理
- 浸炭処理
冷間塑性加工に適用可能
- 締結部品：ねじ、ナット、ボルト、ワッシャーなど
- 中空軸部品や冷間成形されている自動車構成部品
- 薄板から厚板までの板金成形部品 など
5工程のバルブハウジングの成形解析
べベルギアの鍛造解析-金型への転写性を検証（青色が金型と素材が接触している部分）
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGは、工程設計や新規形状部品の事前評価、既存のプロセスの最適化に利用されています。また産業界や学術分野でのR&D領域で、新製品の設計・開発にも利用されています。
利用メリット
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGは、一連の成形工程の設計や検証を可能にします。部品や金型、鍛造設備に起きうる欠陥・問題を設計段階で予測します。
ワークピースの場合：
最終形状や寸法、欠肉、材料歩留り、巻き込み、鍛流線、ミクロ組織、ポロシティ、型摩耗などの予測が可能です。
その他、温度、ひずみ速度、相当ひずみ、摩耗など。
巻き込み予測： 鉄鋼材の高精度の巻き込み予測
金型の場合： 摩耗や負荷状態を予測
設備の場合： 適切なプレス機の選択が可能
6気筒用クランクシャフトー荷重履歴（クランクプレス）
製造前の試作回数を最小限に抑えます。TRANSVALOR MATERIAL FORMINGではポイントやサーフェイスによるユニークなトラッキング機能を搭載しています。例えば、初期の棒材のせん断面を最終工程まで追跡したり、バリ部分を初期素材まで戻って追跡したりすることが可能です。
金型の長寿命化
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGでは成形に必要な荷重を精度良く予測することで設備規模の選定に役立ちます。
また、金型の熱-機械的解析により金型寿命の最適化が可能になります。ほかにも、金型内の応力や摩耗、温度などを出力します。
金型とパーツの熱-機械的解析は最も精度の高い結果を出力します。ここでは、相当応力分布が示されています。
データベース
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGには1000を超える非常に広範な材料データが備わっており、熱間から冷間領域の材料特性をカバーしています。その他にもSSカーブのテーブル入力やSenteSoftware社の JMatProからの材料データも利用可能です。
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGでは広範に渡るプレス機や成形装置に対応します。
油圧プレス・カウンターブローハンマー・ナックルプレス・機械プレス・多段速油圧プレス・スクリュープレス・揺動鍛造プレス・フォーマー・抱きロールやリング外径制御を考慮したリングミル など
熱処理
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGでは製品設計検討により役立つよう熱処理解析機能が実装されています。
- 鍛造前や焼き入れ前の再加熱として高周波加熱プロセスの解析をします。
- 加熱、均熱、焼き入れの一連の解析を通して、材料の相変態や硬さ、残留応力、製品の変寸を予測します。
- 浸炭プロセス
Ni基合金部品の高周波加熱中の温度分布
最先端の自動最適化設計機能
TRANSVALOR は自動最適化の技術開発に先駆的に取り組んできました。TRANSVALOR MATERIAL FORMINGは、2009年より最先端の自動設計可能なソリューションを実装した唯一の塑性加工シミュレーションソフトウェアです。最適解が探索されるまで自動的にパラメータが改善されていくため、エンドユーザーは実験計画的な変数指定をする必要がありません。
- 鍛造前の素材重量を最適化する事で材料費の削減が図れます
- 熱伝達率や摩擦のような測定しづらいパラメータの逆解析を行い、解析精度を向上させる事が可能になります
- プレス荷重を最適化し、エネルギーコストの削減を図ります
- 金型の応力レベルを低減することで型寿命の改善を図ります
最適化前（赤）と最適化後（青）のバリ
様々なCADと直接リンクする事で、複雑な形状を最適化の設計パラメータとして取り扱うことが可能です。
最先端のCPU時間の短縮技術
高精度な結果を保証し続けながらCPU時間を短縮する数値計算技術が取り込まれています。 TRANSVALOR MATERIAL FORMINGの並列計算は熱力学的計算やリメッシュ、値の補完が全て並列化されているため、高いスケーラビリティを保ったまま、並列数に応じて計算時間の短縮が可能です。
ステアリング部のシャフトの5工程の事例におけるワークステーションのコア数と計算時間。並列効率は80%以上になります。
コギングやベッキングのようなインクリメント成形のためのバイメッシュ技術が搭載されています。
上図メッシュ：熱計算・保存用のメッシュ
/ 下図メッシュ：機械的計算用メッシュ
柔軟な利用環境
- 形状データの読み込み
CADから中間ファイルIGES / DXF などを通じて素早く形状データを読み込むことが可能です。2D解析：iges / dxf 3D解析 : stl / step など
その他、各種メッシュファイルの読み込みが可能です。（Patran / Nastran / Ideas Universal files etc.） - STL DXF UNV, Ansys形式での形状の出力
- 複数工程を繋げて計算するチェーンシミュレーション
- 自動レポート作成機能
- 並列計算は64コアまで対応
- プリポストは無制限に利用可能
TRANSVALOR MATERIAL FORMINGはオールインワンパッケージです。上記の機能はソフトウェアに全て入っており、追加費用なしで利用可能です。
動作環境
ワークステーション
OS： Windows 10 / Windows 11/ Windows Server 2016/ Windows Server 2019/ Windows Server 2022
クラスターシステム
- Windows : Windows Server 2016/ Windows Server 2019/ Windows Server 2022
- Linux : RedHat Enterprise Linux 7 / RedHat Enterprise Linux 8 / CentOS 7 / SUSE Linux Enterprise Server 15
- MPI : Windows MS-MPI 8.1 / Windows MS-MPI 10.1 / OpenMPI 1.4 / OpenMPI 4.1
- Cluster Interconnect : INFINIBAND （Linux）
TRANSVALOR MATERIAL FORMING運用の基本構成は、プリポストは Windows版 のみ、計算サーバーは Windows版、Linux版 となります。 Linux を計算用とする場合は、Windows から Linux へジョブを投入します。
Linux クラスターで計算させる場合、Linux側でMPI（OpenMPI）、samba のインストールが必要となります。
これらはユーザー様でご用意して頂く必要がございます。
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