CN104245174B - 压制成型解析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的压制成型解析方法包括下述工序：压制成型解析工序(S1)，其中，针对加热后的被压制成型材料设定初期温度分布，使温度解析与结构解析耦合，进行压制成型解析，从而取得脱模前的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；回弹解析工序(S3)，其中，基于由该压制成型解析工序得到的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布进行回弹解析，从而取得回弹后的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；和冷却应力解析工序(S5)，其中，基于由该回弹解析工序取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，并且对特定的节点进行约束，从而通过使温度解析和结构解析耦合来对冷却中和冷却后的应力分布进行解析。

Description

压制成型解析方法
技术领域
本发明涉及压制成型解析方法，特别涉及在将加热后的被压制成型材料压制成型的情况下对冷却后的被压制成型材料的形状进行预测的压制成型解析方法。
背景技术
压制成型(pressforming)是指下述方法：对作为其对象物的金属材料的被压制成型材料(pressformingmetallicsheet)按压模具，从而将模具的形状转印至被压制成型材料，由此进行加工。在该压制成型中，经常发生下述问题：将压制成型品从模具取出(脱模(mouldrelease))后，该压制成型品发生回弹(springback)(弹性形变(elasticdeformation))，与所期望的形状不同。
已知这种回弹起因于脱模前的成型对象物的残余应力(residualstress)，以往使用有限元方法(finiteelementmethod)等数值解析(numericalanalysis)方法进行解析从而进行回弹后的形状的预测、和其原因的解析等。
作为涉及回弹的主要原因分析(factoricalexperiment)的现有例，存在有专利文献1公开的“压制成型解析方法”。专利文献1公开的“压制成型解析方法”包括下述处理：对脱模前的压制成型品的形状等的数据进行计算的处理；基于脱模前的数据，计算出脱模后的压制成型品的形状等的数据，并计算出涉及回弹的被进行了某种定义的量的处理；变更脱模前的压制成型品中的某一区域的残余应力分布，基于该变更后的数据，计算出脱模后的压制成型品的形状等的数据，对于某一区域计算出涉及残余应力分布变更后的回弹的被进行了某种定义的量的处理；和某一区域的残余应力分布变更的前后，计算出被进行了某种定义的量如何变化的处理。专利文献1公开的“压制成型解析方法”中，短时间且准确地预测压制成型后且脱模前的压制成型品中哪一区域的残余应力对回弹有何种影响，从而进行回弹对策的研究。
以下，在本说明书中，压制成型解析方法包括：压制成型解析，其中，将被压制成型材料成型然后进行解析直至脱模前的状态为止；回弹解析，其中，对脱模后的回弹进行解析；和冷却解析，其中，对回弹后的因温度变化产生的形状变化、应力变化等进行解析。
在现有的回弹解析方法中，如上述的专利文献1所代表的那样，以冷压制成型作为对象，该冷压制成型中，在不将被压制成型材料加热的情况下进行压制成型。
然而，最近为了实现兼备燃料效率(fuelefficiency)提高和碰撞安全性能(collisionsafety)，作为用于汽车部件的钢板，高张力钢板(high-tensilesteelsheet)的比率正在提高。高张力钢板因变形抗力(flowstress)大，因此高张力钢板存在冷压制成型时模具寿命下降的问题。另外，高张力钢板的伸长率不充分而容易破裂，因此高张力钢板存在受限于如下加工的问题：成型无法为拉深成型(deep-drawing)或高拉伸翻边成型(stretch-flanging)这样的强加工。
因此，为了避免这种问题，将所谓的温热压制成型适用于高张力钢板，该温热压制成型中，将被压制成型材料加热至特定温度后进行压制成型。温热压制成型为下述技术：通过在高于冷压制成型的温度下进行成型，从而可以降低高张力钢板的变形抗力而提高变形能(formability)，防止压制破裂等不良情况。这种温热压制成型技术例如公开于专利文献2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-229724号公报
专利文献2：日本特开2001-314923号公报
发明内容
发明要解决的问题
发明人为了研究高张力钢板的温热压制成型后的形状不良，利用有限元方法实施了脱模后的回弹解析。将由回弹解析得到的形状与实际温热压制成型得到的压制成型品的形状比较，结果观察到了很大的不同。由此可知，在温热压制成型后，脱模不久后的压制成型品的温度高且具有温度分布，因此若不考虑冷却中的热收缩(thermalcontraction)，则无法解析最终形状为何种形状、或者解析形状与实际形状的不同(形状不良)的原因在于何处。
但是，在利用压制成型解析和回弹解析对形状不良对策进行研究的现有技术中，以冷压制成型为前提，因此并未考虑被压制成型材料中所发生的温度分布，无法用于温热压制成型中的形状不良对策的研究。
本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于，提供一种压制成型解析方法，通过该压制成型解析方法，可以简单且恰当地预测温热压制成型情况下的冷却后的形状，并且可以确定形状不良的原因。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题、达成目的，本发明的压制成型解析方法包括下述工序：压制成型解析工序，其中，针对加热后的被压制成型材料设定初期温度分布，使温度解析(thermalanalysis)和结构解析(structuralanalysis)耦合(coupling)，进行压制成型解析，从而取得脱模前的形状信息、温度分布、应力分布(stressdistribution)和应变分布(straindistribution)；回弹解析工序，其中，基于由该压制成型解析工序得到的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布进行回弹解析，从而取得回弹后的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；和冷却应力解析工序，其中，基于由该回弹解析工序取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，并且对特定的节点进行约束，从而通过使温度解析和结构解析耦合来对冷却中和冷却后的应力分布进行解析。
在上述发明中，本发明的压制成型解析方法的特征在于，上述特定的节点(node)为被压制成型材料中的包围被加工部的全部或一部分的节点。
在上述发明中，本发明的压制成型解析方法的特征在于，上述特定的节点为全部节点。
在上述发明中，本发明的压制成型解析方法的特征在于，在上述冷却应力解析工序之后具备如下第2回弹解析工序：将被压制成型材料分割成2个以上的区域，使该分割后的2个以上的区域中的特定区域的残余应力发生变化，然后进行回弹解析。
在上述发明中，本发明的压制成型解析方法的特征在于，在上述冷却应力解析工序之后具备如下第3回弹解析工序：将被压制成型材料分割成2个以上的区域，对于该分割后的2个以上的区域中的特定区域，依次释放各区域的应力(stressrelease)，然后进行回弹解析。
发明效果
根据本发明，可以提供一种压制成型解析方法，通过该压制成型解析方法，可以简单且恰当地预测温热压制成型中的冷却后的形状，并且可以确定形状不良的原因。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的1～3的装置构成的结构图。
图2是说明本发明的实施方式的1的处理流程的流程图。
图3是说明本发明的实施方式的2的处理流程的流程图。
图4是用于说明本发明的实施方式2和实施方式3的解析对象的区域的说明图。
图5是说明本发明的实施方式的3的处理流程的流程图。
图6是说明本发明的实施例中的与图4相同的解析对象的说明图。
图7是说明本发明的实施例中的形状不良对策的说明图。
图8是说明本发明的实施例中所使用的模具形状的说明图，其是示出相当于图6中的A-A箭头视角截面的模具的截面形状的图。
图9是说明本发明的实施例中的效果的说明图。
具体实施方式
发明人得到了下述见解：在温热压制成型中脱模不久后的压制成型品的温度高，因此在温热压制成型时产生的形状不良中，除下止点状态下的残余应力而产生的影响之外，还需要考虑温热压制成型时产生的基于温度分布的冷却中的由热收缩而产生的影响。
作为考察基于温度分布的冷却中的由热收缩而产生的变形的影响的冷却解析方法，例如有下述方法：使回弹后的温度分布的一部分发生变化然后进行冷却解析，由此确认变化的温度分布对形状不良的影响。但是，根据这种方法，需要在改变温度分布发生变化的区域的情况下重复进行冷却解析的尝试试验，从而确定冷却后的形状，因此冷却解析需要较长时间。
因此，发明人认为，由于冷却所伴随的热收缩，压制成型品的形状受温度分布的影响而变形，因此若按照在脱模不久后发生回弹后的压制成型品不发生变形的方式进行约束而使其热收缩，则可以将起因于温度分布的热收缩转换为残余应力。并且，发明人认为，若基于转换得到的残余应力进行考察，则可以在不进行多次重复的冷却解析的情况下简单且可靠地对温度分布的影响进行评价。
[实施方式1]
本发明的压制成型解析方法利用执行程序处理的PC(个人计算机)等装置进行，因此首先基于图1所示的结构图对装置(以下称为压制成型解析装置)的构成进行概要说明。
[压制成型解析装置]
本实施方式的压制成型解析装置1由PC等构成，如图1所示，具有显示装置(displaydevice)3、输入装置(inputdevice)5、主存储装置(memoryunit)7、辅助存储装置9和演算处理(arithmeticprocessing)部11。
演算处理部11连接有显示装置3、输入装置5、主存储装置7和辅助存储装置9，通过演算处理部11的指令执行各功能。
显示装置3由液晶显示器(LCDmonitor)等构成，用于显示计算结果等。输入装置5由键盘或鼠标等构成，用于进行来自操作者的输入等。主存储装置7由RAM(随机存取存储器，random-accessmemory)等构成，用于演算处理部11中使用的数据的暂时保存和演算等。辅助存储装置9由硬盘等构成，用于数据的存储等。
演算处理部11由PC等的CPU(中央处理器，centralprocessingunit)等构成，演算处理部11内具有压制成型解析单元13、回弹解析单元15和冷却应力解析单元17。这些单元通过CPU等执行特定的程序而实现。以下对这些单元进行说明。
＜压制成型解析单元＞
压制成型解析单元13中，针对加热后的被压制成型材料设定初期温度分布，使温度解析(温度分布的解析)和结构解析(应力状态等的解析)耦合，进行压制成型解析，从而取得压制成型后且脱模前的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布。
＜回弹解析单元＞
回弹解析单元15中，基于由压制成型解析单元13得到的信息，进行被压制成型材料的回弹解析，从而取得回弹后的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布等。如后述那样，回弹解析单元15执行回弹解析工序、第2回弹解析工序和第3回弹解析工序的处理。
＜冷却应力解析单元＞
冷却应力解析单元17中，对被压制成型材料的特定的节点进行约束，基于由回弹解析单元15取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，通过使温度解析和结构解析耦合而对被压制成型材料的冷却中和冷却后的应力分布进行解析。
若对被压制成型材料的特定的节点进行约束，则被压制成型材料的形状几乎不会发生变化或完全不发生变化，因此在冷却时产生的热应力(thermalstress)以残余应力的形式蓄积。冷却应力解析单元17可以取得所蓄积的残余应力作为应力分布。
特定的节点例如可以为被压制成型材料中的包围被加工部的全部或一部分的节点，也可以为全部的节点。冷却应力解析单元17通过使节点的位移为零来进行节点的约束。
节点的特定方法并不限于上述方法。冷却应力解析单元17可以采取基于压制成型品的形状或回弹后的温度分布而蓄积热应力的任意方法。特定的节点为包围被加工部的全部或一部分的节点的情况下，相邻的节点间的热应力的关系被适当地反映，可以适当地将起因于温度分布的热应力转换为残余应力。
[压制成型解析方法]
本实施方式中的压制成型解析方法是通过上述压制成型解析单元13、回弹解析单元15、冷却应力解析单元17各单元执行各自的处理而达成的，其由以下所示的工序构成。即，如图2所示，本实施方式的压制成型解析方法的特征在于，其包括下述工序：压制成型解析工序(S1)，其中，针对加热后的被压制成型材料设定初期温度分布，使温度解析与结构解析耦合，进行压制成型解析，从而取得脱模前的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；回弹解析工序(S3)，其中，基于由该压制成型解析工序得到的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布进行回弹解析，从而取得回弹后的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；和冷却应力解析工序(S5)，其中，基于由该回弹解析工序取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，并且对特定的节点进行约束，从而通过使温度解析和结构解析耦合来对冷却中和冷却后的应力分布进行解析。
对于本实施方式的压制成型解析方法而言，如上在各解析工序中，使温度解析和结构解析耦合来进行被压制成型材料的解析。使温度解析与结构解析耦合的解析是指，考虑空气冷却或模具与被压制成型材料之间的接触热传递(contactheattransfer)等而对被压制成型材料的温度分布进行解析(温度解析)，基于由此得到的温度分布，使用对应于该温度的温度依赖数据(杨氏模量(Young’smodulus)、泊松比(Poisson’sratio)、热膨胀系数(thermalexpansioncoefficient)、屈服应力(yieldstress)、应力-应变线图(stress-straindiagram)、比热(specificheat)、热导率(thermalconductivity)等)进行被压制成型材料的应力状态等的解析(结构解析)。如此，通过使温度解析与结构解析耦合而进行被压制成型材料的解析，从而考虑到了被压制成型材料的形状和温度分布的复杂的关系，因此存在所取得的形状信息等的精度高于仅进行结构解析的情况的优点。
以下，基于图2对本实施方式的压制成型解析方法中的所述各工序进行详细说明。
＜压制成型解析工序＞
压制成型解析工序中，压制成型解析单元13对加热后的被压制成型材料进行初期温度分布的设定，使温度解析与结构解析耦合而进行压制成型解析，由此取得脱模前的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布(S1)。
关于对加热后的被压制成型材料的初期温度分布的设定，以下进行说明。在实际的温热压制成型中，使用电炉、燃烧器加热炉、感应加热装置等，按照呈均匀温度的方式对被压制成型材料进行充分加热后，利用搬运自动装置搬运至压制机，从而进行压制成型。
因此，在压制成型解析工序中，压制成型解析单元13假想实际的被压制成型材料的加热，针对被压制成型材料设定被压制成型材料整体呈均匀的温度分布(例如600℃)作为初期温度分布。为了期待更加准确，压制成型解析单元13也可以将下述温度分布作为初期温度分布，该温度分布是考虑到使用电炉等对被压制成型材料进行加热后的搬运途中的空气冷却而计算得到的。另外，在有意识地对被压制成型材料进行部分加热的情况下，压制成型解析单元13可以对应于此而向被压制成型材料赋予不均匀的温度分布。
在压制成型解析工序中，压制成型解析单元13接收到所需要的温度依赖数据(杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服应力、应力-应变线图、比热、热导率等)的输入而向被压制成型材料和模具赋予初期温度分布。
另外，在温热压制成型中，有时通过将被压制成型材料在压制下止点(bottomdeadcenter)状态下保持一定时间而进行冷却，从而通过部件的形状而抑制脱模后发生回弹，形状变得良好。因此，在本压制成型解析工序中，压制成型解析单元13可以按照将被压制成型材料保持在模具中一定时间而进行冷却的方式预先设定冷却时间。但是，在温热压制成型中延长冷却时间会导致生产效率变差，因此压制成型解析单元13优选考虑实际作业中的生产效率而预先设定冷却时间。
由压制成型解析工序计算得到的即将脱模前的被压制成型材料和模具的形状信息、温度分布、应力分布、应变分布等的数据传递至接下来的回弹解析工序(S3)。
＜回弹解析工序＞
回弹解析工序中，回弹解析单元15通过基于由压制成型解析工序(S1)得到的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布而进行回弹解析，从而取得被压制成型材料的回弹后的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布(S3)。
在进行回弹解析的方法中，存在有下述2种方法：不考虑模具和被压制成型材料之间的接触热传递而进行回弹解析的方法、和考虑接触热传递而进行回弹解析的方法。如后所述，两者分别具有优点和缺点，因此回弹解析单元15可以根据具体情况而区分使用2种方法。
根据考虑到模具与被压制成型材料之间的接触热传递而进行回弹解析的方法，回弹解析单元15可以更准确地考虑脱模引起的温度变化，从而更准确地求出回弹后的被压制成型材料的温度分布，因此能够更准确地求出由后述的冷却应力解析工序(S5)求得的残余应力分布。
具体而言，考虑到模具和被压制成型材料之间的接触热传递而进行回弹解析的情况下，回弹解析单元15约束被压制成型材料的1个或2个以上的节点从而将被压制成型材料固定，移动模具来模拟脱模。该情况下，回弹解析单元15准确地考虑与模具的接触而产生的散热、和未与模具接触的部分的空气冷却等而进行被压制成型材料的温度分布的解析(温度解析)。
在未考虑模具与被压制成型材料之间的接触热传递而进行回弹解析的方法中，被压制成型材料不会有与模具的接触而产生的温度下降，因此回弹解析单元15仅考虑被压制成型材料的空气冷却而产生的温度下降而进行回弹解析。如此，计算变得简单，与考虑模具与被压制成型材料之间的接触热传递而进行回弹解析的情况相比，计算值容易汇集。
具体而言，在进行不考虑模具与被压制成型材料之间的接触热传递而进行的回弹解析的情况下，回弹解析单元15将由压制成型解析工序(S1)得到的信息作为初期条件，对被压制成型材料的1个或2个以上的节点进行约束而将被压制成型材料固定，从下止点的状态释放应力，进行回弹解析。此时，回弹解析单元15中，将释放应力的时间假定为一定时间。
从下止点的状态释放应力的时间为1秒以下等的短时间的情况下，被压制成型材料的温度下降为能够无视的程度，因此回弹解析单元15可以不进行温度分布的解析。此时，作为回弹后的温度分布，压制成型解析工序(S1)后的被压制成型材料的温度分布直接传递至接下来的冷却应力解析工序(S5)。冷却应力解析单元17在该回弹解析工序中未进行温度解析的情况下，与进行温度解析的情况同样，基于压制成型解析工序(S1)后的温度分布和温度依赖数据，进行后述的结构解析(应力状态等的解析)。
无论在哪一种方法中，回弹后的被压制成型材料的形状信息、温度分布、应力分布、应变分布等的数据被传递至接下来的冷却应力解析工序(S5)。
＜冷却应力解析工序＞
在本冷却应力解析工序中，由回弹解析工序(S3)取得的形状信息是必须的。可以通过执行所述压制成型解析工序(S1)、回弹解析工序(S3)这一系列解析工序而取得各种数据，由此获得该形状信息。
冷却应力解析工序中，冷却应力解析单元17对被压制成型材料的特定的节点进行约束，并且基于由回弹解析工序(S3)取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，从而通过使温度解析和结构解析耦合来进行解析(冷却应力解析)，从而取得冷却中和冷却后的残余应力分布(S5)。
冷却应力解析单元17期望充分确保冷却时间使材料的温度分布收缩在5℃以内、优选为1℃以内为止从而进行冷却应力解析。根据解析对象或解析条件，有时温度下降100℃左右时，即使温度进一步下降，应力分布的状态也几乎不会变化。此时，冷却应力解析单元17即使不像上述那样计算至温度分布收缩在±5℃以内，也可以获得确定形状不良的原因的信息，因此可以缩短计算时间。
若被压制成型材料冷却，如上所述，通过特定节点的约束，在冷却时产生的热应力以残余应力的形式蓄积。冷却应力解析单元17可以取得所蓄积的残余应力作为残留应力分布。
在如此得到的残余应力分布中，由于节点的约束而残余应力被保持下来，因此若解除受约束的节点中任意节点的约束，则残余应力被释放而形状发生变化会导致产生形状不良。这种形状不良可以认为是与压制成型中的脱模后不久的回弹同样的现象。因此，压制成型中的各种回弹对策(例如应力集中部位上的背面切割(joggle、背切り)或拉深筋(bead)的赋予等)即使作为所述形状不良的对策也是有效的。
如上所述，本实施方式的压制成型解析装置1针对加热后的被压制成型材料进行压制成型解析工序(S1)～冷却应力解析工序(S5)，从而取得回弹后的起因于温度分布的热应力作为冷却中和冷却后的残留应力分布。压制成型解析装置1基于该残余应力分布对各种形状不良对策(回弹对策)进行研究。
在本实施方式1中，在初期温度分布适用由回弹解析单元15取得的温度分布，但也可以由回弹解析单元15取得的温度分布求出平均温度、以该平均温度适用恒定的温度分布。
另外，在本实施方式中，初期应力分布中适用了由回弹解析工序(S3)取得的应力分布，但也可以不适用该应力分布，而适用恒定为零的应力分布。此时，可以更加明确温度降低对形状不良产生的影响。
[实施方式2]
被压制成型材料的形状或残余应力分布状态复杂等情况下，有时如上述实施方式1那样仅通过最终取得的残余应力分布难以确定形状不良的原因。这种情况下，通过适当地释放压制成型品的特定区域的残余应力，确认伴随于此的形状变化，从而能够更明确哪一区域的残余应力对形状不良产生较大的影响。
更具体地进行说明，如下所述。冷却应力解析工序(S5)后，如上所述，通过节点的约束而保持残余应力，因此若解除受约束的节点中任意节点的约束，则残余应力得以释放，会发生形状变化。该形状变化可以认为是与压制成型中的脱模后不久的回弹同样的现象。因此，与通常的回弹解析同样，回弹解析单元15可以进行该形状变化的解析。在该形状变化的解析时，回弹解析单元15按照将压制成型品固定、且不影响形状变化的方式向压制成型品赋予最低限度的约束条件。
接着，利用上述形状变化对使形状不良的原因更加明确的方法进行概略地说明。回弹解析单元15首先在由冷却应力解析工序(S5)取得的应力分布中使特定区域的残余应力变化，之后释放其它区域的残余应力从而发生形状变化(回弹)，确认回弹后的形状。接着，回弹解析单元15在由冷却应力解析工序(S5)取得的应力分布中使与上述区域不同的区域的残余应力变化，之后同样释放其它区域的残余应力从而发生形状变化(回弹)，确认回弹后的形状。
如此使释放残余应力的区域各种各样地变化，从而将回弹后的形状互相比较，由此回弹解析单元15可以更加明确哪一区域的残余应力对形状不良有较大影响。对于残余应力的释放方法而言有各种各样的方法，以下对作为其中一例的实施方式2进行说明。
本实施方式2的压制成型解析方法为确定上述形状不良的原因的方法的一个示例，如图3所示，其特征在于，在由上述实施方式1中所说明的上述压制成型解析工序(S1)～冷却应力解析工序(S5)构成的一系列解析工序之后包含第2回弹解析工序(S7)，该第2回弹解析工序(S7)中，将被压制成型材料分割成2个以上的区域，使该分割后的2个以上的区域中的特定区域的残余应力为零，释放其它区域的残余应力，然后进行回弹解析。
在图3中，对于与实施方式1相同的工序赋予相同的符号，并在下文中省略其说明。压制成型解析装置1使用与上述实施方式1同样构成的压制成型解析装置1。
本实施方式2中，作为解析对象，可以举出图4所示的B柱(pillar)的上部部件21的温热压制成型的示例，所述B柱为位于汽车的前部座椅和后部座椅之间的柱，对于本实施方式2的特征、即第2回弹解析工序，以下进行详细说明。
＜第2回弹解析工序＞
第2回弹解析工序通过回弹解析单元15来执行。第2回弹解析工序(S7)中，由冷却应力解析工序(S5)取得的形状信息和应力分布是必须的，该形状信息包含确定受约束的节点的信息。因此，如图3所示，该第2回弹解析工序之前，需要执行上述压制成型解析工序(S1)～冷却应力解析工序(S5)的一系列的解析工序。
在第2回弹解析工序中，回弹解析单元15首先基于由冷却应力解析工序(S5)取得的形状信息，如图4所示那样，将作为解析对象的B柱上部部件21分割为a区域、b区域、c区域这3个区域。
接着，回弹解析单元15将a区域的残余应力设为零、并释放其它区域的残余应力，从而发生回弹。此时，回弹解析单元15算出回弹后的形状的扭曲(torsion)的角度、和某一位置的翘曲(curve)量等作为变形值。回弹解析单元15判定变形值越大则回弹变差，并且判定变形值越小则回弹得以改善。
接着，与上述同样，回弹解析单元15在将b区域的残余应力设为零并释放其它区域的残余应力的情况下、和将c区域的残余应力设为零并释放其它区域的残余应力的情况下进行回弹解析，由此算出变形值。
接着，回弹解析单元15通过对这些变形值进行比较而进行回弹后的形状的比较。由此，可以明确哪一区域的残余应力对回弹有较大影响。
进而，回弹解析单元15可进一步将影响最大的区域分割成2个以上的区域，同样进行变形值的比较，从而能够筛查导致形状不良的区域。例如，在c区域的影响最大的情况下，回弹解析单元15将c区域进一步分割为2个以上的区域，同样对各分割区域的变形值进行计算比较，由此能够筛查对回弹影响大的区域。
上文中，将作为解析对象的被压制成型材料的区域分割成3个区域，但区域的分割数并不限于此，可根据解析对象或解析条件而适宜变更。另外，上文中，将被压制成型材料的特定区域的残余应力设为零，但也可考虑解析对象或解析条件而使残余应力变化为特定的值或特定而对分布状态。
如上所述，在本实施方式2中，在压制成型解析工序(S1)～冷却应力解析工序(S5)的一系列的解析工序之后，将被压制成型材料分割为2个以上的区域，将该分割后的2个以上的区域中的特定区域的残余应力设为零、并释放其它区域的残余应力，进行回弹解析，对每一个释放了残余应力的区域的回弹后的形状进行比较。由此能够明确哪一区域的残余应力对形状不良产生较大的影响，因此有助于形状不良对策(回弹对策)的研究。
[实施方式3]
残余应力的释放方法并不限于上述实施方式2所述的方法。本实施方式3中，对具备其它残余应力的释放方法的压制成型解析方法进行说明。如图5所示，本实施方式3的压制成型解析方法的特征在于，在上述冷却应力解析工序(S5)之后包含第3回弹解析工序，在第3回弹解析工序中，将被压制成型材料分割为2个以上的区域，对于该分割后的2个以上的区域中的特定区域，依次解除节点的约束，然后进行回弹解析。
在图5中，对于与实施方式1相同的工序赋予相同的符号，并在下文中省略其说明。压制成型解析装置1使用与上述实施方式1和实施方式2同样构成的压制成型解析装置1。以下对本实施方式3的特征、即第3回弹解析工序进行详细说明。
＜第3回弹解析工序＞
第3回弹解析工序通过回弹解析单元15来执行。第3回弹解析工序(S9)中，与上述第2回弹解析工序(S7)同样，由冷却应力解析工序(S5)取得的形状信息和应力分布是必须的，该形状信息包含确定受约束的节点的信息，因此在该第3回弹解析工序之前，需要执行上述压制成型解析工序(S1)～冷却应力解析工序(S5)的一系列的解析工序。
在本实施方式3中，与实施方式2同样，作为被压制成型材料，可以举出图4所示的汽车的B柱上部部件21为例来进行说明。在第3回弹解析工序中，回弹解析单元15首先将B柱上部部件21如图4所示那样分割为a区域、b区域、c区域这3个区域。
接着，回弹解析单元15在保持b区域、c区域的残余应力的情况下释放a区域的残余应力从而发生回弹，计算出变形值。
接着，回弹解析单元15在a区域的残余应力被释放的状态下将b区域的残余应力释放从而发生回弹，计算出变形值。接着，回弹解析单元15在a区域、b区域的残余应力被释放的状态下将c区域的残余应力释放从而发生回弹，计算出变形值。
回弹解析单元15对这些计算出的变形值进行比较，确认释放哪一区域的残余应力时的变形值的变化最大，从而能够评价哪一区域的残余应力对形状不良的影响最大。
进而，若回弹解析单元15进一步将影响最大的区域分割，进行同样的计算，评价哪一区域的残余应力对形状不良产生最大的影响，则能够筛查导致形状不良的区域。
上文中，示出了按照a区域、b区域、c区域的顺序释放残余应力的示例，但释放的顺序并不限于此，可以考虑被压制成型材料的形状或残余应力分布状态而进行适宜变更。
如上所述，在本实施方式3中，在压制成型解析工序(S1)～冷却应力解析工序(S5)的一系列的解析工序之后，将被压制成型材料分割为2个以上的区域，对于该分割后的2个以上的区域中的特定区域，依次解除节点的约束，然后进行回弹解析，对每一个释放了残余应力的区域的回弹后的形状进行比较。由此能够明确哪一区域的残余应力对形状不良产生较大的影响，因此有助于形状不良对策(回弹对策)的研究。
如上所述，本实施方式1～3的压制成型解析方法具备冷却应力解析工序(S5)，该冷却应力解析工序(S5)中，基于由回弹解析工序(S3)取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，并对特定的节点进行约束，从而通过使温度解析和结构解析耦合而对冷却中和冷却后的应力分布进行解析。由此，可以将由回弹后的温度分布产生的热收缩转换为残余应力，因此可以简单且适当地对脱模后的冷却对压制成型品的最终的形状不良所产生的影响进行预测，可以期待压制成型品的设计阶段的试验工作量和费用的消减等效果。
[实施例]
为了确认本发明的效果，进行以下所说明的实验。在该实验中，针对图6所示的与图4相同的汽车的B柱上部部件21进行温热压制成型的实际压制和压制成型解析，对形状不良对策进行研究。
实验方法和研究方法的概要如下所述。首先，在不实施形状不良对策的情况下进行实际压制(以下称为对策前的实际压制)，确认由冷却产生的形状不良。接着，为了确定上述形状不良的原因，使用适用了本发明的压制成型解析方法来执行压制成型解析工序～冷却应力解析工序的解析工序，获得确定上述形状不良的原因的信息。接着，基于该信息，对实施了形状不良对策的情况和未实施形状不良对策的情况进行回弹解析，从而验证了所实施的形状不良对策的妥当性(第2回弹解析工序)。最后，实施上述形状不良对策进行实际压制(以下称为对策后的实际压制)，与对策前的实际压制的结果比较形状。
首先，针对对策前的实际压制进行说明。如图7的实线所示，被压制成型材料23使用980MPa的高张力钢，关于其初期形状，外形为底边650mm、高300mm的平行四边形、板厚为1.4mm。利用电炉将被压制成型材料23加热至680℃后，使用搬运自动装置安装于压制机的模具间，进行压制成型。压制成型开始温度为600℃。即，预先在被压制成型材料23的中央安装热电偶(thermocouple)，在相同条件下测定温度变化，结果为，向压制成型机的安装结束时的材料温度为600℃。作为压制成型方法，以防皱(wrinkleholding)力45tonf进行拉深成型。平均的压制成型速度为100mm/s。到达压制下止点不久后进行脱模，空气冷却至室温，得到压制成型品(以下称为实际压制物(对策前))。此时发生了由冷却导致的形状不良。最后，使用非接触三维形状测定装置来测定从实际压制物(对策前)的上方所能观察到的形状。
通过实际压制物(对策前)形状25和模具形状27的比较，如上所述，确认到实际压制物(对策前)发生了形状不良。对于该形状不良，基于图6、图8和图9进行说明。形状的比较如下进行：使用形状解析软件对由两者的形状得到的形状数据进行比较。具体而言，如下进行。
模具形状27的形状数据使用由模具的设计所制作的初始化图形交换规范[IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)]数据(模具表面的形状数据)。实际压制物(对策前)形状25的形状数据由上述测定形状制作得到。如上所述，上述测定形状是通过测定从上方能够观察到的形状而得到的，因此为了与模具形状27进行比较，在下侧仅偏移板厚部分的1.4mm。
对于图6所示的A-A箭头视角截面图中的两者的形状数据，按照冲头底的拉深筋形状29的周围最适化的方式使用形状解析软件进行位置校准，比较形状。图8中示出了模具形状27的A-A箭头视角截面图。对实际压制物(对策前)形状25和模具形状27进行比较，结果确认到，在图8中的被圆包围的前端部31出现了明显的形状不良。图9中示出了图8中被圆包围的前端部31的放大图。如图9所示，将实际压制物(对策前)形状25与模具形状27进行比较，结果确认到，以向上方翘起的方式发生了变形。
因此，为了把握上述形状不良的原因，适用本发明的压制成型解析方法，执行了图3所示的压制成型解析工序(S1)、回弹解析工序(S3)、冷却应力解析工序(S5)和第2回弹解析工序(S7)的一系列的解析工序。对于上述各工序，以下进行说明。
＜压制成型解析工序＞
首先，输入压制成型解析单元13所需的数据和条件，进行压制成型解析。以下，示出了输入至压制成型解析单元13的数据和条件的概要。各材料特性使用如下数据：对于与进行上述温热压制成型的实际压制的被压制成型材料23相同的钢种，在本实验前预先进行测定，从而得到上述数据。具体而言，测定比热、热导率、热膨胀系数、杨氏模量、泊松比的温度依赖数据，在400℃、500℃、600℃实施拉伸试验，制作应力-应变线图模型，使用由此得到的数据作为材料特性。另外，被压制成型材料23利用壳单元(shellelement)对上述温热压制成型的实际压制中使用的初期形状的板厚中心进行模型化。对于模具而言，利用壳单元对上述温热压制成型的实际压制中使用的模具的表面进行模型化。另外，假设被压制成型材料23为变形体、模具为刚体(rigidbody)。
在压制成型解析中，被压制成型材料23表面与模具表面的距离小于0.01mm的情况下，视为被压制成型材料23与模具接触，利用接触热传递计算热通量(heatflux)。另外，被压制成型材料23表面与模具表面的距离为0.01mm以上的情况下，视为被压制成型材料23被进行空气冷却，考虑辐射(radiation)和对流(convectioncurrent)。被压制成型材料23的辐射率为0.75。另外，被压制成型材料23的初期温度恒定为600℃。
＜回弹解析工序＞
接着，使用回弹解析单元15进行回弹解析。作为回弹解析，对冲头底的2节点和凸缘的1节点的移动进行约束，从压制下止点的状态释放应力。应力的释放时为0.5秒，在这期间被压制成型材料23视为被空气冷却，进行温度解析。
＜冷却应力解析工序＞
接着，通过冷却应力解析单元17，对由冷却产生的应力分布的变化进行冷却应力解析。冷却应力解析时，按照压制成型品的边缘的节点(包围被加工部的节点)全部无法移动的方式进行约束，视为进行1000秒空气冷却。初期温度分布、初期应力分布中使用回弹解析工序的解析结果。冷却应力解析结束时的材料的温度分布为±1℃的范围内。在以冷却应力解析结束时的残余应力分布的方式取得的冯米塞斯应力(VonMisesstress)分布中，在图6中的虚线所包围的袋状部33观察到冯米塞斯应力较高的区域。该冯米塞斯应力较高的区域在从冷却开始约30秒后的温度下降约100℃的时刻已经发生。由该残余应力分布判断出袋状部33对形状不良产生的影响大。
＜第2回弹解析工序＞
接着，基于上述判断，采取改变被压制成型材料23的初期形状的形状不良对策。具体而言，在图7所示的形状不良对策前的被压制成型材料23中，沿着虚线去除2处角部35。接着，为了确认形状不良对策的效果，使用回弹解析单元15，进行以下所示的形状不良对策前和形状不良对策后的2模式的回弹解析，计算用于评价前端部31的翘起量的变形值，对两者进行比较。
作为第1模式，为了观察形状不良对策前的初期形状的形状变化，以冷却应力解析后的残余应力分布作为初期分布而进行回弹解析。第2模式中，为了观察形状不良对策后的初期形状的形状变化，将冷却应力解析后的残余应力分布中对应于所去除的2处角部35的部分的残余应力设为零从而进行回弹解析。若对两者的结果进行比较，则对策后的回弹解析结果的变形值小，因此从模拟的角度考虑，可以确认到形状不良得到改善。
接着，在对策后的实际压制中确认了上述形状不良对策的效果。对策后的实际压制时，使被压制成型材料23的初期形状为形状不良对策后的被压制成型材料23的形状，除此以外，在与上述的对策前的实际压制相同的条件下进行压制成型。在压制成型后，使用非接触三维形状测定装置测定从对策后的实际压制物(以下称为实际压制物(对策后))的上方所能够观察到的形状。
接着，使该测定形状仅向下侧偏移1.4mm，将由此得到的形状作为实际压制物(对策后)的形状数据，使用形状解析软件，按照冲头底的拉深筋形状29的周围最适化的方式进行模具形状27的位置校准，从而进行比较。
图9示出了将实际压制物(对策后)形状37中的前端部31的形状与实际压制物(对策前)形状25和模具形状27的前端部31一并进行比较的结果。由图9可知，与实际压制物(对策前)形状25相比，实际压制物(对策后)形状37更近似于模具形状27，形状不良得到大幅改善。
如此，本发明的压制成型解析方法中，除了利用压制成型解析、回弹解析之外，由基于这些解析取得的一系列数据而赋予的温度分布，利用冷却应力解析求出残余应力分布。由此证实了，可以简单且适当地得到与确定形状不良的原因相关的信息，并且基于该信息实施形状不良对策，能够大幅改善形状不良善。
上述实施方式仅是用于实施本发明的示例，本发明并不受限于这些实施方式，根据规格等进行各种变形也在本发明的范围内，进一步，在本发明的范围内，也能够为其他各种实施方式，这由上述记载是显而易见的。
工业实用性
本发明可以适用于下述压制成型解析处理，在该压制成型解析处理中，对于在将加热后的被压制成型材料压制成型情况下的冷却后的形状不良的原因进行确定。
符号说明
1压制成型解析装置
3显示装置
5输入装置
7主存储装置
9辅助存储装置
11演算处理部
13压制成型解析单元
15回弹解析单元
17冷却应力解析单元
21B柱上部部件
23被压制成型材料
25实际压制物(对策前)形状
27模具形状
29拉深筋形状
31前端部
33袋状部
35角部
37实际压制物(对策后)形状

Claims (4)

1.一种压制成型解析方法，其特征在于，该压制成型解析方法包括下述工序：
压制成型解析工序，其中，针对加热后的被压制成型材料设定初期温度分布，使温度解析与结构解析耦合而进行压制成型解析，从而取得脱模前的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；
回弹解析工序，其中，基于由该压制成型解析工序得到的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布进行回弹解析，从而取得回弹后的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布；和
冷却应力解析工序，其中，基于由该回弹解析工序取得的形状信息、温度分布、应力分布和应变分布，并且对特定的节点进行约束，从而通过使温度解析和结构解析耦合来对冷却中和冷却后的应力分布进行解析。
2.如权利要求1所述的压制成型解析方法，其特征在于，所述特定的节点为被压制成型材料中的包围被加工部的全部或一部分的节点。
3.如权利要求1或2所述的压制成型解析方法，其特征在于，在所述冷却应力解析工序之后包括如下第2回弹解析工序：将被压制成型材料分割成2个以上的区域，使该分割后的2个以上的区域中的特定区域的残余应力发生变化，然后进行回弹解析。
4.如权利要求1或2所述的压制成型解析方法，其特征在于，在所述冷却应力解析工序之后包括如下第3回弹解析工序：将被压制成型材料分割成2个以上的区域，对于该分割后的2个以上的区域中的特定区域，依次释放各区域的应力，然后进行回弹解析。
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