JP2007152407A - プレス成形における成形割れ予測方法および予測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形限界線図を参照しながら成形割れ発生の予測を行う場合に、より精度の高い成形割れの予測がなし得るプレス成形における成形割れ予測方法および予測装置を提供する。
【解決手段】プレス成形における成形割れ予測を、プレス成形シミュレーション手段１１と、相当塑性歪算出手段１３と、成形割れ判定値算出手段１４と、成形割れ判定手段１５とを用い、成形割れ判定手段１５が、判定対象相当塑性歪が歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすものである。
【選択図】 図１

Description

本発明はプレス成形における成形割れ予測方法および予測装置に関する。さらに詳しくは、精度よくプレス成形における成形割れの予測がなし得る成形割れ予測方法および予測装置に関する。

板材のプレス成形においては、成形条件が適切でないと成形品に成形割れが発生することが知られている。そのため、コンピュータを用いて、様々な成形条件により板材のプレス成形のシミュレーションを行い、その結果に基づいて成形条件の妥当性を判断するという手法が用いられている（特許文献１，２参照）。

前記手法は、一般的には、（１）設定した成形条件によりプレス成形のシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果を用いて材料各部における歪を逐次算出する、（２）算出された歪が、予め材料毎に用意された成形限界線図（ＦＬＤ：Forming Limit Diagram）に描かれている成形限界線（ＦＬＣ：Forming Limit Curve）を超えるか否かに基づいて成形割れの発生についての判定を行う、（３）成形割れが発生すると判定された場合には、成形割れ発生の原因と考えられる部分の成形条件を修正する、といった３つのステップを、成形割れが発生せず、かつ他の要求（製品の低重量化、薄型化等）をも満足するような、適切な成形条件が得られるまで繰り返し実行する、というものである。

このような、成形限界線図を参照してプレス成形のシミュレーションにより適切な成形条件を探索する手法は、製品設計段階でのコスト削減と設計期間の短縮を図る上で非常に有用なものである。

しかしながら、前記従来の手法は、歪の方向が常に一定である、いわゆる比例変形の場合の成形限界線図（比例変形ＦＬＤ）を単純に参照して成形割れが発生するかしないかを判定するものであり、複雑な変形を伴う実際のプレス成形に前記手法を適用しても、適切な成形条件の探索がなし得ないことも多い。

すなわち、前記手法は、これにより成形割れが発生しないと思われる成形条件を探索した場合にも、探索された成形条件の下で実際にプレス成形を行うと成形品に成形割れが発生する場合が多々あり、未だ、望ましい予測精度を達成し得ていない、というのが現状である。
特開平７−２３６９２３号公報 特開平６−２２６３６０号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、成形限界線図を参照しながら成形割れ発生の予測を行う場合に、より精度の高い成形割れの予測がなし得るプレス成形における成形割れ予測方法および予測装置を提供することを目的としている。

本発明の成形割れ予測方法の第１形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、判定対象相当塑性歪が、歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする。

本発明の成形割れ予測方法の第２形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、判定対象相当塑性歪増分が、歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする。

本発明の成形割れ予測方法の第３形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、初期成形限界値を算出または設定する手順と、所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪を算出する手順と、前記初期成形限界値と前記所定成形段階相当塑性歪とを演算処理して成形割れ判定値を算出する手順と、前記所定成形段階の次の成形段階における次成形段階相当塑性歪および歪の進行方向を算出する手順と、前記歪の進行方向において、次成形段階相当塑性歪と前記成形割れ判定値とを比較して成形割れの判定をなす手順とを含んでいることを特徴とする。

本発明の成形割れ予測方法の第４形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、初期成形限界値を算出または設定する手順と、所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪を算出する手順と、前記初期成形限界値と前記所定成形段階相当塑性歪とを演算処理して成形割れ判定値を算出する手順と、前記所定成形段階から次の成形段階までの相当塑性歪の増分および歪の進行方向を算出する手順と、前記歪の進行方向において、前記相当塑性歪の増分と前記成形割れ判定値とを比較して成形割れの判定をなす手順とを含んでいることを特徴とする。

本発明の成形割れ予測方法の第１および第３形態においては、前記成形割れ判定値は、例えば、非比例成形限界値とされている。

本発明の成形割れ予測方法の第２および第４形態においては、前記成形割れ判定値は、例えば、非比例成形限界値までの変形余裕分とされている。

また、本発明の成形割れ予測方法の第３および第４形態においては、前記所定成形段階が、各成形段階とされてもよく、また成形終了直前の成形段階とされてもよい。

本発明の成形割れ予測装置の第１形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、プレス成形シミュレーション手段と、相当塑性歪算出手段と、成形割れ判定値算出手段と、成形割れ判定手段とを備え、前記成形割れ判定手段が、判定対象相当塑性歪が歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする。

本発明の成形割れ予測装置の第２形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、プレス成形シミュレーション手段と、相当塑性歪増分算出手段と、成形割れ判定値算出手段と、成形割れ判定手段とを備え、前記成形割れ判定手段が、判定対象相当塑性歪増分が歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする。

本発明の成形割れ予測装置の第３形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、プレス成形シミュレーション手段と、前記プレス成形シミュレーション手段のシミュレーション結果を用いて歪量を算出する歪量算出手段と、前記歪量算出手段により算出された歪量を演算処理して相当塑性歪を算出する相当塑性歪算出手段と、初期成形限界値と前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪とを演算処理して成形割れ判定値を算出する成形割れ判定値算出手段と、前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階の次の成形段階における次成形段階相当塑性歪と前記成形割れ判定値算出手段により算出された歪の進行方向における成形割れ判定値とを比較して成形割れの判定をなす成形割れ判定手段とを備えてなることを特徴とする。

本発明の成形割れ予測装置の第４形態は、プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、プレス成形シミュレーション手段と、前記プレス成形シミュレーション手段のシミュレーション結果を用いて歪量を算出する歪量算出手段と、前記歪量算出手段により算出された歪量を演算処理して相当塑性歪を算出する相当塑性歪算出手段と、初期成形限界値と前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪とを演算処理して成形割れ判定値を算出する成形割れ判定値算出手段と、前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階から次の成形段階までにおける相当塑性歪の増分と前記成形割れ判定値算出手段により算出された歪の進行方向における成形割れ判定値とを比較して成形割れの判定をなす成形割れ判定手段とを備えてなることを特徴とする。

本発明の成形割れ予測装置の第３および４形態においては、初期成形限界値算出手段を備えていてもよい。

また、本発明の成形割れ予測装置の第１および３形態においては、前記成形割れ判定値は、例えば、非比例成形限界値とされている。

また、本発明の成形割れ予測装置の第２および４形態においては、前記成形割れ判定値は、例えば、非比例成形限界値までの変形余裕分とされている。

しかして、本発明の成形割れ予測方法は、プレス金型の製造に適用される。また、それにより製造されたプレス金型は、プレス成形やプレス成形装置に適用される。

また、本発明の成形割れ予測方法は、プレス金型を製造するプレス金型製造システムに適用される。

また、本発明の成形割れ予測装置は、プレス金型製造システムやプレス成形システムに適用される。

本発明によれば、相当塑性歪および歪の進行方向を考慮してプレス成形における成形割れ予測を行っているので、プレス成形における成形割れ予測を精度よくなし得るという優れた効果が得られる。そのため、プレス金型を製造する際の試作回数を著しく低減でき、プレス成形における生産性の向上およびコスト削減を図ることができるという効果も得らる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

発明の概要
これより、本発明の概要につてい説明するが、以下の説明の理解を容易にするため、本明細書中において使用する主な用語について簡単に説明しておく。

ＦＬＤ（成形限界線図）とは、板面の２主応力方向であるｘ_１，ｘ_２方向に受けた歪をそれぞれε_１，ε_２とするときに、板材が破断したときの成形限界歪を主歪平面（ε_１，ε_２）上にプロットした点よりなる成形限界を示す図である。そのような成形限界線図の中で、歪の方向を表す角度θ（＝tan^-1(ε_２／ε_１）)が常に一定であるような変形のもとで得られる線図を比例変形ＦＬＤという。反対に、前記角度θが成形中に変化する変形を非比例変形という。

相当塑性歪ε_eqとは、材料が受けた塑性歪の大きさを変形経路（歪経路ともいう）に沿って求めたものであり、以下のようにして算出される。

塑性歪増分をｄε₁、ｄε₂とするとき、相当塑性歪増分ｄε_eqは、下記式１で定義される。ただし、「増分」という用語は、微小な増加量のことをいう。

ｄε_eq=｛２ (ｄε₁ ² ＋ｄε₁ｄε₂＋ｄε₂ ^２)／３｝^0.5 （１）
この相当塑性歪増分ｄε_eqを歪経路に沿って積分、ないしは合算することによって、相当塑性歪ε_eqが計算される。すなわち、相当塑性歪ε_eqは下記式２により定義される。

ε_eq＝∫ｄε_eq （２）
図１４に、比例変形ＦＬＤと、非比例変形の場合の成形限界（非比例変形成形限界という）とを対比して示す。

図１４に曲線ＬＨにて示される比例変形ＦＬＤは、前記角度θが常に一定であるような変形、例えば点Ｏから点Ａに至る直線の矢印Ｌ１を変形経路とする変形、点Ｏから点Ｂに至る直線の矢印Ｌ２を変形経路とする変形、および点Ｏから点Ｃに至る直線の矢印Ｌ３を変形経路とする変形、といった各場合の成形限界歪（例えば、点Ａ、Ｂ、Ｃ）をプロットしたものである。一方、点Ｏから点Ｄ（点Ｄは破断限界）に至る曲線の矢印Ｌ４を変形経路とする変形のように、成形中に前記角度θが変化する変形、つまり非比例変形の場合には、その成形限界が比例変形よりも低下する。

本発明者等は、このような知見に基づき鋭意研究を重ね、その結果、歪の進行方向が成形中に変化する場合には、前記背景技術に記載された手法では成形割れの発生しない適切な成形条件を探索し得ないことが多いという事実を確認した。つまり、本発明者等は、実際のプレス成形、特に多段式プレス成形では、非比例変形により材料が複雑に変形するのが通常であるのに対して、それによる歪経路の変化を無視し、材料毎に唯一の成形限界線を用いて成形割れが発生するか否か判定を行うことが、前記手法の予測精度を悪化させている原因であると考えた。

そこで、本発明は、相当塑性歪ε_eqと非比例変形成形限界とを用いて、あるいは相当塑性歪増分ｄε_eqと非比例変形成形限界までの変形余裕分とを用いて従来の手法が有する欠点を改善し、成形割れの予測精度を向上させるものである。

すなわち、本発明は、歪が進行することにより相当塑性歪ε_eqが増加するが、その増加後の相当塑性歪ε_eqつまり判定対象相当塑性歪ε_eqが、当該歪の進行方向における非比例変形成形限界値を超えるか否かにより、あるいは判定対象相当塑性歪増分ｄε_eqが非比例変形成形限界値までの変形余裕分を超えるか否かにより成形割れの予測をなすものである。

以下、実施形態ごとに具体的に説明する。

実施形態１
本発明の実施形態１に係るプレス成形における成形割れ予測方法が適用される予測装置を図１に示す。

予測装置Ｕは、図１に示すように、入力装置１と、出力装置２と、演算処理装置３とを備えてなるものとされる。この予測装置Ｕは、具体的には、コンピュータにより構成される。

入力装置１は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの公知の各種入力装置とされて、プレス成形材の特性値（引張り強度、降伏点、加工硬化指数つまりｎ値、面内異方性つまりｒ値、弾性係数など）や形状、金型の形状などのプレス成形に係るデータおよびその他の必要なデータを入力するものとされる。

出力装置２は、画像処理装置やプリンタなどの公知の各種出力装置とされて、演算処理装置３によりなされた予測結果を出力するものとされる。

演算処理装置３は、プレス成形シミュレーション手段１１と、歪算出手段１２と、相当塑性歪算出手段１３と、成形割れ判定値算出手段１４と、成形割れ判定手段１５とを備えてなるものとされる。

プレス成形シミュレーション手段１１は、設定された成形条件の下で板材のプレス成形のシミュレーションを実行するものとされる。プレス成形シミュレーション手段１１として用いることができるプレス成形シミュレーション・ソフトウェアには、例えばＬＳ−ＤＹＮＡ（商品名）、ＰＡＭ−ＳＴＡＭＰ（商品名）などがある。

歪算出手段１２は、プレス成形シミュレーション手段１１のシミュレーション結果を用いて各成形段階における着目部位の歪を算出するものとされる。

ここで、歪算出手段１２による歪の算出は、計算時間と予測の正確性とのバランスを考慮して適宜設定される所定のタイムステップ毎になされる。すなわち、前掲のプレス成形シミュレーション・ソフトウェアは、シミュレーションにより得られる歪等のデータを出力するタイムステップをオペレータが自由に設定するためのインタフェースを有しており、歪算出手段１２は、これにより設定されたタイムステップ毎に出力されるデータを用いて歪の算出を行うものとされる。ここで、設定されたタイムステップが短ければ短いほど、これを利用して成形途中の材料の状態を正確に把握することができ、より正確に成形割れの予測をすることが可能になる。その反面、タイムステップが短すぎると、成形割れの発生を予測するために用いるデータの容量が増加し、実用的な時間内に処理を終了することができなくなる。

なお、歪の算出を行う機能自体は、前掲のプレス成形シミュレーション・ソフトウェアに付属されたものを用いることができる。

相当塑性歪算出手段１３は、前記歪算出手段１２により算出された各タイムステップにおける歪に基づいて、前記式１，２により当該タイムステップにおける相当塑性歪を算出するものとされる。

成形割れ判定値算出手段１４は、後掲の初期ＦＬＤを参照して得られた成形限界相当塑性歪（ε_lim(0)(θ)）つまり初期割れ判定値を、前記タイムステップ毎の相当塑性歪を用いて所定の処理により更新し、これにより各タイムステップにおける成形割れ判定値つまり非比例成形限界値を算出するものとされる。ここで、成形割れ判定値を算出したときの相当塑性歪を「判定値算出相当塑性歪」ということにする。なお、具体的な処理の内容については後述する。

成形割れ判定手段１５は、前記歪算出手段１２により算出された各タイムステップにおける歪に基づいて歪の進行方向を算出し、その歪の進行方向を考慮しながら、前記相当塑性歪算出手段１３により判定値算出相当塑性歪を算出した次のタイムステップで算出された相当塑性歪（判定対象相当塑性歪）ε_eqと、前記成形割れ判定値算出手段１４により算出された成形割れ判定値とを比較して、成形割れが発生するか否かを判定するものとされる。

以下、かかる構成とされた予測装置Ｕによるプレス成形材における割れの予測の一例について、図２のフローチャートを参照して説明する。なお、同図において、符号Ｓ１，Ｓ２，・・・は、ステップ番号を示す。

ステップＳ１：初期ＦＬＤを参照して、材料が破断するときの相当塑性歪である成形限界相当塑性歪（初期割れ判定値）ε_lim(0)(θ)を算出する。ここで、初期ＦＬＤとは、材料毎に予め用意される成形限界線図であり、後述する更新処理（ステップＳ３）の対象となる元の成形限界線図をいう。

実施形態１では、初期ＦＬＤとして、図３に曲線ＬＨ１により示される比例変形ＦＬＤを用いる。

また、ここで算出される初期割れ判定値ε_lim(0)(θ)は、図３に示すように、主歪平面（ε_１，ε_２）上における歪の方向を表す角度θの関数となる。すなわち、下記式３、４の関係がある。

ε_lim(0)(θ)＝ｆ(θ) （３）
θ＝tan^-1(ε_２/ε_１） （４）
ここに、θは、−π／８から５π／８の角度範囲とする。

より具体的には、初期割れ判定値ε_lim(0)(θ)は、各θにおける初期の成形限界歪を（ε_1lim(0), ε_2lim(0)）とおくと、下記式５により算出される。

ε_lim(0)(θ)＝｛２（ε_1lim(0) ²＋ε_1lim(0)ε_2lim(0)＋ε_2lim(0) ²）／3｝^0.5 （５）
ステップＳ２：当該タイムステップ（図４に示す例では、点Ｐ１に対応するタイムステップ）における歪（ε_1pre，ε_2pre）（以下、今回歪という）を算出し、算出された今回歪（ε_1pre，ε_2pre）を用いて当該タイムステップにおける判定値算出相当塑性歪ε_pre（ε_1pre，ε_2pre）を算出する。

より具体的には、タイムステップ毎に算出される歪のうち、連続する２つのタイムステップの歪について、前のタイムステップの歪と後のタイムステップの歪から塑性歪増分ｄε_１、ｄε_２を算出し、これにより前記式１によりタイムステップ毎の相当塑性歪増分ｄε_eqを算出する。算出されたタイムステップ毎の相当塑性歪増分ｄε_eqを、前記式２にしたがい、成形の開始時点から当該タイムステップの分までを合算（積分）することによって判定値算出相当塑性歪ε_pre（ε_1pre，ε_2pre）が算出される。

ステップＳ３：下記式６により示すように、前記ステップＳ１にて算出された初期割れ判定値ε_lim(0)(θ)から前記ステップＳ２にて算出された判定値算出相当塑性歪ε_pre（ε_1pre，ε_2pre）を減算し、これにより、図４に点Ｐ１から点Ｐ２に至る矢印Ｌ１１により示す、点Ｐ１を基準とする成形割れ判定に用いる成形限界相当塑性歪ε_lim(p)(θ)（以下、更新後成形割れ判定基準値という）を算出する。

ε_lim(p)(θ)＝ε_lim(0)(θ)−ε_pre（ε_1pre，ε_2pre） （６）
つまり、主歪平面（ε_１，ε_２）を判定値算出相当塑性歪ε_pre（ε_1pre，ε_2pre）が原点となるように平行移動して得られる平面（ε_１’、ε_２’）（以下、更新後主歪平面という）上で、各角度θにおける更新後成形割れ判定基準値ε_lim(p)(θ)から求めた主歪をプロットすれば、図４に曲線ＬＨ２により示されるような、当該タイムステップにおける新たな成形限界線図、つまり成形割れ判定線図が作成される。この新たな成形限界線図を元の主歪平面（ε_１，ε_２）上の成形限界線図に換算することにより、非比例成形限界線図つまり非比例成形限界値が得られる。

なお、本明細書では説明の便宜のため、新たな成形限界線図の作成がなされているが、この新たな成形限界線図の作成は必ずしも必要ではない。

実施形態１では、このようにタイムステップ毎に新たに成形限界線図（成形割れ判定線図、非比例成形限界線図）が作成され、下記ステップＳ４以下に示すように、これを用いて成形割れの予測を行うことになる。

ステップＳ４：当該タイムステップの次のタイムステップでの歪（ε_1next，ε_2next）（以下、次回歪という）を算出し、算出された次回歪（ε_1next，ε_2next）と今回歪（ε_1pre，ε_2pre）とを比較して、当該タイムステップから次のタイムステップまでの歪の進行方向を表す角度θ_nを下記式７により算出するとともに、当該角度θ_nを用いて次のタイムステップの相当塑性歪ε_eqを算出する。

θ_n＝ｔａｎ^−１（（ε_2next−ε_2pre）／（ε_1next−ε_1pre）） （７）
より具体的には、当該タイムステップから次のタイムステップまでは歪の進行方向が前記式７で求められる角度θ_nのまま不変であるものと仮定し、この角度θ_nを用いて更新後主歪平面（ε_１’、ε_２’）上で次回相当塑性歪ε(θ_n)を算出し、これを元の主歪平面（ε_１，ε_２）上における相当塑性歪ε_eqに換算して判定対象相当塑性歪ε_eqを算出する。

ステップＳ５：歪の進行方向において前記ステップＳ４にて算出された判定対象相当塑性歪ε_eqが、前記ステップＳ３にて算出された非比例成形限界値（成形割れ判定値）を超えるか否かを判定する。

例えば、図５に示すように、点Ｐ１１から点Ｐ１２に至る矢印Ｌ１２により示されるε(θ_n)値が曲線ＬＨ２により示されるε_lim(p)(θ)値を超えるときは、成形割れが発生するものとしてステップＳ９に進む一方、図６に示すように、点Ｐ２１から点Ｐ２２に至る矢印Ｌ１３により示されるε(θ_n)値がε_lim(p)(θ)値を超えないときは、成形割れが発生しないものとして、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６：当該設定した成形条件による板材のプレス成形のシミュレーションが、最後の成形段階まで実行されたか否かを判定する。シミュレーションが最後の成形段階まで実行された場合は、成形割れが発生しないものとして、ステップＳ７に進み、シミュレーションが最後の成形段階まで実行されていない場合は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ７：成形割れが発生しないという予測結果を出力装置２に送信し、処理を終了する。

ステップＳ８：前記ステップＳ４にて算出された次回歪（ε_1next，ε_2next）を、フローチャートの次ループにおける今回歪（ε_1pre，ε_2pre）に設定し、前記ステップＳ２に戻る。

ステップＳ９：成形割れが発生するという予測結果を出力装置２に送信し、処理を終了する。

このように、実施形態１の予測装置Ｕによれば、設定した成形条件により実行されるプレス成形シミュレーションの所定のタイムステップ毎の結果を用いて、着目部位の各時点における相当塑性歪ε_eqを算出し、算出された各時点における相当塑性歪ε_eqにより、各タイムステップにおいて更新後主歪平面（ε_１’、ε_２’）上における成形割れ判定基準値（ε_lim(p)(θ)）を算出してそれを元の主歪平面（ε_１，ε_２）上における成形限界値つまり非比例成形限界値に換算し、判定対象相当塑性歪ε_eqが非比例成形限界値を超えるか否かにより、成形割れが発生するか否かを判定するものとされている。

これにより、歪の進行方向が成形中に変化する場合にも、精度のよい成形割れ予測を行うことが可能となる。したがって、非比例変形により複雑に変形する実際のプレス成形について、高精度の成形割れ予測をなすことが可能となる。

なお、以上の説明においては、元の主歪平面（ε_１，ε_２）を基準に取り成形割れの判定を行っているが、更新後主歪平面（ε_１’、ε_２’）を基準に成形割れの判定を行うこともできる。その場合は、次のタイムステップまでの相当塑性歪ε_eqの増分ｄε_eqが、非比例成形限界値までの変形余裕分、つまりε_lim(p)(θ)を超えるか否かにより、成形割れが発生するか否かを判定するものとされる。

実施形態２
図７に、実施形態２の成形割れ予測方法が適用される予測装置を示す。実施形態２の予測装置Ｕ１は、入力装置１Ａと、出力装置２Ａと、演算処理装置３Ａとを備えてなるものとされる。入力装置１Ａおよび出力装置２Ａは、実施形態１の入力装置１および出力装置２と同一の構成であるため、その詳細説明は省略する。また、予測装置Ｕ１は、具体的には、コンピュータにより構成される。

実施形態２の演算処理装置３Ａは、プレス成形シミュレーション手段１１Ａ、歪算出手段１２Ａ、相当塑性歪算出手段１３Ａ、成形割れ判定値算出手段１４Ａと、成形割れ判定手段１５Ａとを有する。

プレス成形シミュレーション手段１１Ａは、設定された成形条件の下で板材のプレス成形のシミュレーションを実行するものとされる。

歪算出手段１２Ａは、プレス成形シミュレーション手段１１Ａのシミュレーション結果を用いて所定のタイムステップ毎に各成形段階における着目部位の歪を算出するものとされる。

相当塑性歪算出手段１３Ａは、歪算出手段１２Ａにより算出された各タイムステップにおける歪に基づいて、前記式１，２により最終成形段階直前のタイムステップおよび最終成形段階のタイムステップにおけるそれぞれの相当塑性歪ε_eqを算出するものとされる。

成形割れ判定値算出手段１４Ａは、相当塑性歪算出手段１３Ａにより算出された相当塑性歪ε_eqに基づいて、後述するように、最終の成形状態となる直前のタイムステップにおける成形割れ判定基準値（ε_lim2(p)(θ)）を算出し、それを元の主歪平面（ε_１，ε_２）上における成形割れ判定値つまり非比例成形限界値に換算するものとされる。

成形割れ判定手段１５Ａは、前記歪算出手段１２Ａにより算出された各タイムステップにおける歪に基づいて歪の進行方向を算出し、その歪の進行方向を考慮しながら、前記相当塑性歪算出手段１３Ａにより算出される最終成形段階タイムステップにおける相当塑性歪ε_eqつまり判定対象相当塑性歪ε_eqと、成形割れ判定値算出手段１４Ａにより算出される非比例成形限界値とを比較して、成形割れが発生するか否かを判定するものとされる。

以下、かかる構成とされた予測装置Ｕ１によるプレス成形材における割れの予測について、図８のフローチャートを参照して説明する。なお、同図において、符号Ｓ１１．Ｓ１２，・・・は、ステップ番号を示す。

ステップＳ１１：設定された成形条件により板材のプレス成形のシミュレーションを実行し、着目部位における最終成形段階直前のタイムステップにおける歪（ε_1prev，ε_2prev）（以下、最終直前歪という）と、最終成形段階のタイムステップにおける歪（ε_1end，ε_2end）（以下、最終歪という）とを算出する。

ステップＳ１２：例えば比例変形ＦＬＤにより初期ＦＬＤを設定し、設定された初期ＦＬＤを参照して、材料が破断するときの成形限界相当塑性歪ε_lim(p)(θ)（以下、初期成形割れ判定値という）を算出する。

ステップＳ１３：前記最終成形段階直前のタイムステップにおける相当塑性歪ε_prev（ε_1prev，ε_2prev）（最終直前相当塑性歪）と、最終成形段階の相当塑性歪ε_end（ε_1end，ε_2end）（最終相当塑性歪）とを前記式１、２によりそれぞれ算出するとともに、最終直前歪（ε_1prev，ε_2prev）および最終歪（ε_1end，ε_2end）により、最終成形段階直前から最終成形段階までの歪の進行方向を表す角度θを算出する。

ステップＳ１４：下記式８により示すように、前記ステップＳ１２にて算出された初期成形限界値ε_lim(p)(θ)から前記ステップＳ１３にて算出された最終直前相当塑性歪ε_prev（ε_1prev，ε_2prev）を減算し、前記最終成形段階直前のタイムステップにおける最終直前成形限界基準値（成形割れ判定基準値）ε_lim2(p)(θ)を算出し、それを元の主歪平面（ε_１，ε_２）上における成形割れ判定値つまり非比例成形限界値に換算する。

ε_lim2(p)(θ)＝ε_lim(0)(θ)−ε_prev（ε_1prev，ε_2prev） （８）
ステップＳ１５：歪の進行方向において、前記ステップＳ１３にて算出された最終相当塑性歪ε_end（ε_1end，ε_2end）が、非比例成形限界値を超えるか否かを判定する。判定対象相当塑性歪ε_end（ε_1end，ε_2end）が非比例成形限界値を超える場合は、成形割れが発生するものとしてステップＳ１６に進み、超えない場合は成形割れが発生しないものとしてステップＳ１７に進む。

ステップＳ１６：成形割れが発生するという予測結果を出力装置２Ａに送信し、処理を終了する。

ステップＳ１７：成形割れが発生しないという予測結果を出力装置２Ａに送信し、処理を終了する。

このように、実施形態２の予測装置Ｕ１によれば、最終形段階のタイムステップでの相当塑性歪ε_end（ε_1end，ε_2end）に基づいて成形割れ予測を行うものとされるので、所定のタイムステップ毎に割れの予測を行う実施形態１の成形割れ予測装置Ｕと比較すると、格段に計算量を減少させることができる。したがって、より短時間で成形割れ予測を行うことが可能となる。

なお、更新後主歪平面（ε_１’、ε_２’）上で成形割れを判定することができるのは、実施形態１と同様である。

実施例１および比較例１
図９に示す自動車のパネルにおける成形割れ予測を比例変形成形限界線図を用いて行なった結果を図１０に示す（比較例１）。同パネルにおける成形割れ予測を実施形態２の方法より行なった結果を図１１および図１２に示す（実施例１）。ここで、図１２は、図１１の要部を拡大して表示したものである。

実施例１においては、図１２より成形割れは発生すると予測されるが、比較例１においては、図１０より成形割れは発生しないと予測される。なお、図中、符号ＬＲは歪経路を示す。

しかるに、実際の成形では、図９に示す箇所に成形割れを生じた。したがって、実施例１においては、精度よく成形割れの予測がなされているのがわかる。

実施例２および比較例２
図１３に、実際のプレス成形において割れが発生した近傍（実施例１および比較例１で使用した要素の周辺部位）の１５要素について、一方の主歪ε_２を一定として最終成形段階の他方の主歪ε_１の成形限界値との差Δε_１をプロットしたものを実施例２および比較例２として示す。つまり、各要素における変形余裕分をプロットしたものを示す。図１３において、距離がマイナスの領域は変形余裕分がなく成形割れが発生すると予測される領域である。

なお、図１３中、白丸の点は非比例成形限界値からの距離（実施例２）を示し、黒丸の点は比例成形限界値からの距離（比較例２）を示す。

図１３から明らかなように、実施例２においては変形余裕分がなく成形割れの発生が予測されているのに対し、比較例２においては変形余裕分があり成形割れの発生は予測されていない。したがって、実施例２においては、精度よく成形割れの予測がなされているのがわかる。

本発明は、プレス成形やプレス金型の製造に適用できる。

本発明の実施形態１に係る割れ予測装置のブロック図である。 同装置の演算処理装置が行う成形割れ予測に関する処理の手順のフローチャートである。 同処理に用いられる成形限界線図の一例を示すグラフ図である。 図３と同様のグラフ図であり、所定のタイムステップ毎に更新される成形限界線図を示す。 図４と同様のグラフ図であり、成形割れが発生する場合の例を示す。 図４と同様のグラフ図であり、成形割れが発生しない場合の例を示す。 本発明の実施形態２に係る割れ予測装置のブロック図である。 同装置の演算処理装置が行う成形割れ予測に関する処理の手順のフローチャートである。 自動車のパネルにおいて成形割れが発生した箇所の画像である。 比較例１における成形割れ予測結果を示すグラフ図である。 実施例１における成形割れ予測結果を示すグラフ図である。 同要部拡大図である。 実施例２および比較例２におけるそれぞれの成形割れ予測結果を示すグラフ図である。 従来の成形割れ予測手法における問題点を説明するためのグラフ図である。

符号の説明

１、１Ａ 入力装置
２、２Ａ 出力装置
３、３Ａ 演算処理装置
１１、１１Ａ プレス成形シミュレーション手段
１２、１２Ａ 歪算出手段
１３、１３Ａ 相当塑性歪算出手段
１４、１４Ａ 成形割れ判定値算出手段
１５、１５Ａ 成形割れ判定手段
Ｕ、Ｕ１ 予測装置

Claims (23)

1. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、
   判定対象相当塑性歪が、歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする成形割れ予測方法。
2. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、
   判定対象相当塑性歪増分が、歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする成形割れ予測方法。
3. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、
   初期成形限界値を算出または設定する手順と、
   所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪を算出する手順と、
   前記初期成形限界値と、前記所定成形段階相当塑性歪とを演算処理して成形割れ判定値を算出する手順と、
   前記所定成形段階の次の成形段階における次成形段階相当塑性歪、および歪の進行方向を算出する手順と、
   前記歪の進行方向において、次成形段階相当塑性歪と、前記成形割れ判定値とを比較して成形割れの判定をなす手順
   とを含んでいることを特徴とする成形割れ予測方法。
4. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測方法であって、
   初期成形限界値を算出または設定する手順と、
   所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪を算出する手順と、
   前記初期成形限界値と、前記所定成形段階相当塑性歪とを演算処理して成形割れ判定値を算出する手順と、
   前記所定成形段階から次の成形段階までの相当塑性歪の増分、および歪の進行方向を算出する手順と、
   前記歪の進行方向において、前記相当塑性歪の増分と、前記成形割れ判定値とを比較して成形割れの判定をなす手順
   とを含んでいることを特徴とする成形割れ予測方法。
5. 前記成形割れ判定値が、非比例成形限界値とされていることを特徴とする請求項１または３記載の成形割れ予測方法。
6. 前記成形割れ判定値が、非比例成形限界値までの変形余裕分とされていることを特徴とする請求項２または４記載の成形割れ予測方法。
7. 前記所定成形段階が、各成形段階とされていることを特徴とする請求項３または４記載の成形割れ予測方法。
8. 前記所定成形段階が、成形終了直前の成形段階とされていることを特徴とする請求項３または４記載の成形割れ予測方法。
9. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、
   プレス成形シミュレーション手段と、相当塑性歪算出手段と、成形割れ判定値算出手段と、成形割れ判定手段とを備え、
   前記成形割れ判定手段が、判定対象相当塑性歪が歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする成形割れ予測装置。
10. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、
    プレス成形シミュレーション手段と、相当塑性歪増分算出手段と、成形割れ判定値算出手段と、成形割れ判定手段とを備え、
    前記成形割れ判定手段が、判定対象相当塑性歪増分が歪の進行方向における成形割れ判定値を超えるか否かにより成形割れの予測をなすことを特徴とする成形割れ予測装置。
11. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、
    プレス成形シミュレーション手段と、
    前記プレス成形シミュレーション手段のシミュレーション結果を用いて歪量を算出する歪量算出手段と、
    前記歪量算出手段により算出された歪量を演算処理して相当塑性歪を算出する相当塑性歪算出手段と、
    初期成形限界値と、前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪と、を演算処理して成形割れ判定値を算出する成形割れ判定値算出手段と、
    前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階の次の成形段階における次成形段階相当塑性歪と、前記成形割れ判定値算出手段により算出された歪の進行方向における成形割れ判定値と、を比較して成形割れの判定をなす成形割れ判定手段
    とを備えてなることを特徴とする成形割れ予測装置。
12. プレス成形シミュレーションを用いたプレス成形における成形割れ予測装置であって、
    プレス成形シミュレーション手段と、
    前記プレス成形シミュレーション手段のシミュレーション結果を用いて歪量を算出する歪量算出手段と、
    前記歪量算出手段により算出された歪量を演算処理して相当塑性歪を算出する相当塑性歪算出手段と、
    初期成形限界値と、前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階における所定成形段階相当塑性歪と、を演算処理して成形割れ判定値を算出する成形割れ判定値算出手段と、
    前記相当塑性歪算出手段により算出された所定成形段階から次の成形段階までにおける相当塑性歪の増分と、前記成形割れ判定値算出手段により算出された歪の進行方向における成形割れ判定値と、を比較して成形割れの判定をなす成形割れ判定手段
    とを備えてなることを特徴とする成形割れ予測装置。
13. 初期成形限界値算出手段を備えてなることを特徴とする請求項１１または１２記載の成形割れ予測装置。
14. 前記成形割れ判定値が、非比例成形限界値とされていることを特徴とする請求項９または１１記載の成形割れ予測装置。
15. 前記成形割れ判定値が、非比例成形限界値までの変形余裕分とされていることを特徴とする請求項１０または１２記載の成形割れ予測装置。
16. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の成形割れ予測方法を用いてプレス金型を製造することを特徴とするプレス金型製造方法。
17. 請求項１６記載のプレス金型製造方法により製造されたプレス金型を用いてプレス成形をなすことを特徴とするプレス成形方法。
18. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の成形割れ予測方法を用いてプレス金型を製造することを特徴とするプレス金型製造システム。
19. 請求項１６記載のプレス金型製造方法により製造されたプレス金型を備えてなることを特徴とするプレス成形装置。
20. 請求項９ないし１５のいずれか一項に記載の成形割れ予測装置を備えてなることを特徴とするプレス金型製造システム。
21. 請求項９ないし１５のいずれか一項に記載の成形割れ予測装置を備えてなることを特徴とするプレス成形システム。
22. 請求項２０に記載されたプレス金型製造システムにより製造されたことを特徴とするプレス金型。
23. 請求項２１に記載されたプレス成形システムにより製造されたことを特徴とするプレス成形品。