JP2008055476A - スプリングバック発生原因部位特定方法、その装置、及びそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析ステップと、プレス成形品の成形データのうち、プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理ステップと、演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出ステップとを有するスプリングバック発生原因特定方法を提供する。
【選択図】図3
Description
しかしながら、鋼板の高強度化に伴い、プレス成形による製品形状の確保には厳しい管理が必要となっており、その管理において重要な項目の一つは、プレス成形時に鋼板に生じた残留応力を駆動力として、鋼板の弾性変形分が弾性回復する変形であるスプリングバックである。
図2は、スプリングバックによる変形の発生原因となる部位を探る従来の方法を例示する斜視図である。(a)は、成形製品の形状を示し、(b)は、製品の一部1を切断除去した場合を示し、(c)は、製品に孔2を開けた場合を示し、(d)は、製品の一部にスリット3を付与する場合を示す。このような対策を講じることによってスプリングバックの挙動を観察すると共に、スプリングバックを少なくする対策が試みられている。
スプリングバック発生原因部位特定装置10Aは、プレス成形解析部11、スプリングバック解析部12、物性値・物理量演算処理部14、ファイル格納部16、成形条件入力部18、及びスプリングバック量出力画面19を有する。
このとき、図4(a)で示すように、(x、y、z)座標軸での成分値の他に、例えば同図(b)に示すように、要素31の平面をxy平面とみなした局所座標系(x1、x2、x3)における応力、歪、剪断応力、剪断歪の計12成分も含むものとする。また、相当応力、相当塑性歪、弾性エネルギー(弾性仕事)、塑性エネルギー(塑性仕事)等の各応力成分や歪成分を使って得られる変数や、応力増分やひずみ増分等の各成分値の増分形で計算された成分値も含むものとする(「実践有限要素法−大変形弾塑性解析−」(コロナ社,1995年10月20日発行)第7,62,63,65,66,72頁参照)。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を(σx0,σy0,σz0,τxy0,τyz0,τzx0)、歪成分を(εx0,εy0,εz0,γxy0,γyz0,γzx0)とすると、演算処理後の応力成分(σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx)、歪成分(εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx)は以下のとおりとなる。
σx=K×σx0,σy=σy0,σz=σz0,τxy=τxy0,τyz=τyz0,τzx=τzx0
εx=εx0,εy=εy0,εz=εz0,γxy=γxy0,γyz=γyz0,γzx=γzx0
ここでKは−1000〜1000までの範囲で変化させた演算を行い、板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、成形条件入力部18で入力した値を使う場合が一般的である。例示のため、Kは、σxに関してのみ示すが、他の成分についても、同様に変化させても良い。
t=t0,E=K×E0,ν=ν0,F=F0,a=a0,n=n0
ここでKは−1000〜1000の範囲で変化させることができる。例示のため、Kは、Eに関してのみ示すが、他の材料特性についても、同様に変化させても良い。
これにより、選択した領域の演算した変数(成分)がスプリングバックにどのくらい影響を与えているかを定量的に評価できる。
例えば、プレス成形解析部11により得られた被加工物が図5に示すようなハット型断面形状部品の場合に、物性値・物理量演算処理部14において図5に示すような複数の領域A1、A2を同時に選択し、選択した領域A1、A2に対してσxを係数倍にする演算処理を実施し、スプリングバック解析部12においてその演算処理結果を用いたスプリングバック解析を行う。
計算単位区分とは,例えば「塑性と加工(日本塑性加工学会誌)第37巻第431号」(1996年12月発行)第1352〜1359頁に記載される初等解析を用いて成形解析やスプリングバック解析を実施した場合に計算を実施する最小となる微小領域区分を示している。
積分点とは一般的に有限要素法で行う近似的な積分を行う点であり,例えば「静的解法FEM板成形(日本塑性加工学会編,コロナ社,2004年7月7日発行)」の80〜82頁に詳しく記載されている。
例えば、プレス成形解析部11の有限要素解析において被加工物は板厚方向に5個の積分点(板裏面から表面に向けて1、2、3、4、5)を有するシェル要素で解析しておき、物性値・物理量演算処理部14において選択した要素の板裏面に最も近い1と板表面に最も近い5の積分点のみを演算対象の領域とすることができる。これにより、金型の曲率を有する部分に接触して変形した際に受ける曲げ変形の影響を分離した評価を行える。
図7に示したスプリングバック発生原因部位特定装置10Bは、図3に示したスプリングバック発生原因部位特定装置10Aと比べて、物性値・物理量演算処理部21の代わりに、部分残留応力除去処理部21を有する。
その特定部位は、被加工物の形状データから残留応力の対策を施す部位を予め決めておき、その部位を特定部位とすることができる。この場合、その特定部位は、部分残留応力除去処理部21の設定データとして規定したり、成形条件入力部18から入力データとして規定したりすることもできる。また、選択する領域はスプリングバック量出力画面19に表示された形状を見ながら、成形条件入力部18(例えば、マウスやキーボード等)によって行っても良いし、座標値等で範囲を指定して行うこともできる。さらに、この特定部位は、複数設定することもできる。
つまり、プレス成形の下死点における残留応力集中部位を特定部位としても良いし、スプリングバック時の残留応力集中部位を特定部位としても良いし、スプリングバック量最大の部位を特定部位としても良い。
スプリングバック量が、その許容値以下の場合は処理を終了する。スプリングバック量がある許容値以上の場合は、さらなる残留応力部位の残留応力を減少する処理を行うために、部分残留応力除去処理部21は、その他の特定部位、及び/又は、他の残留応力値で部分残留応力処理を行うこともできる。その他の特定部位は、上述のように、プレス成形下死点における残留応力集中部位、スプリングバック量最大の部位や、スプリングバック時の残留応力集中部位等が候補となり、それら単独、又は、様々な組み合わせの場合についてスプリングバック量を自動的に計算しても良い。その際、生成される特定部位の位置座標データと応力データのファイルは、nケース毎に「P trim casen.k」が生成される。
以下、本発明を、実施例1、2により具体的に説明する。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図11に示す位置A、Bでの断面を構成する点の座標値を取得し、断面のウェブ面のなす角度θを求めた。スプリングバック量とは、ここでは、角度θとする。
図13は、本発明の実施例による特定領域A4、A5を示す斜視図である。
図14は、本発明の実施例による特定領域A6〜A9を示す斜視図である。
図15(a)は、本発明の実施例による特定領域A10〜A14を示す斜視図であり、図15(b)は、本発明の実施例による特定領域A10〜A14を示す断面図である。
図16は、本発明の実施例による特定領域A15〜A17を示す斜視図である。
図17は、本発明の実施例による特定領域A18〜A21を示す斜視図である。
図24は、本発明の実施例による特定領域A22を示す斜視図である。
図12〜16で示した特定領域A3〜A21について、応力成分を変更してスプリングバック演算処理した結果を下記に説明する。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を(σx0,σy0,σz0,τxy0,τyz0,τzx0)、歪成分を(εx0,εy0,εz0,γxy0,γyz0,γzx0)と表し、演算処理後における応力成分を(σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx)、歪成分を(εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx)とした。
板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、プレス成形解析部11の入力値をそのまま使用した。演算された応力や歪値は、演算結果ファイルとして出力した。
領域A3のσxに演算処理を行った結果は、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてθが大きい。これより領域A3のσxがθに与える影響が大きいことが判り、この結果から、スプリングバック変化量を閾値以下とするために、領域A3のσxの値を変化させればよいことが判る。
領域A4に演算処理を行った結果は、領域A5に演算処理を行った結果に比べθが大きくなり、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてもθが大きい。これより領域A4のσxの方が領域A5のσxに比べてθに与える影響が大きいことが判り、この結果から、スプリングバック変化量を閾値以下とするために、領域A5より領域A4のσxの値を変化させればよいことが判る。
領域A6、A7、A8、A9に演算処理を行った結果は演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてθが小さく0に近くなっている。これより領域A6、A7、A8、A9の応力σxがθに与える影響が大きいことが判る。
プレス成形解析部11及びスプリングバック解析部12が行う数値解析には有限要素法に基づく市販の板成形シミュレーション解析ソフトウェアPAM−STAMPを使用した。スプリングバック解析は静的陰解法による弾性解析を用いた。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図27(b)に示す位置の点でスプリングバック解析前後の座標値を取得し、断面の開き量△dを求めた。スプリングバック量とは、ここでは、開き量△dとする。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を(σx0,σy0,σz0,τxy0,τyz0,τzx0)、歪成分を(εx0,εy0,εz0,γxy0,γyz0,γzx0)と表し、演算処理後における応力成分を(σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx)、歪成分を(εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx)とした。
板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、プレス成形解析部11の入力値をそのまま使用した。演算された応力や歪値は、演算結果ファイルとして出力した。
各領域に属する全要素に、物性値・物理量演算処理部14で得られた演算処理済み変数を用いてスプリングバック解析を行った。
11 プレス成形解析部
12 スプリングバック解析部
14 物性値・物理量演算処理部
16 ファイル格納部
18 成形条件入力部
19 スプリングバック量出力画面
21 部分残留応力除去処理部
Claims (24)
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析ステップと、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理ステップと、
前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出ステップと、
を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定方法。 - 前記物性値及び物理量は、板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値である請求項1に記載のスプリングバック発生原因特定方法。
- 前記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するステップを有する請求項1又は2に記載のスプリングバック発生原因特定方法。
- 前記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、前記物性値及び物理量の少なくとも一つ、及び/又は、前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するステップを有する請求項1〜3のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因特定方法。
- 前記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について前記演算処理を同時に行う請求項1〜4のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因部位特定方法。
- 前記演算処理ステップは、前記スプリングバック量が最も小さくなる領域を分割して、分割した領域の大きさが所定値以下になるまで、該分割したそれぞれの領域について、前記物性値及び物理量の少なくとも一つに対して演算処理を行うステップである請求項1〜5のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因部位特定方法。
- 前記一部の領域は、一個以上の要素または計算単位区分である請求項1〜6のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因の特定方法。
- 前記一部の領域は、一個以上の積分点である請求項1〜7のいずれか1項に記載のスプリングバック発生原因の特定方法。
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析部と、
前記成形データを数値解析して、スプリングバック量を算出するスプリングバック解析部と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行ない、前記スプリングバック解析部に、前記演算処理の結果に基づくスプリングバック量を算出させる演算処理部と、
を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定装置。 - 前記物性値及び物理量は、板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値である請求項9に記載のスプリングバック発生原因特定装置。
- 前記演算処理部は、前記演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する請求項9又は10に記載のスプリングバック発生原因特定装置。
- 前記演算処理部は、前記演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、前記物性値及び物理量、及び/又は、前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する請求項9〜11のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因特定装置。
- 前記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について前記演算処理を同時に行う請求項9〜12のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因特定装置。
- 前記演算処理部は、前記スプリングバック量が最も小さくなる領域を分割して、分割した領域の大きさが所定値以下になるまで、該分割したそれぞれの領域について、前記物性値及び物理量の少なくとも一つに対して演算処理を行う請求項9〜13のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因特定装置。
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理手順と、
前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - 前記物性値及び物理量は、板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値である請求項15に記載のスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有する請求項15又は16に記載のスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記物性値及び物理量の少なくとも一つ及び前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有する請求項15〜17のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 前記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について前記演算処理を同時に行う請求項15〜18のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因部位特定プログラム。
- 前記演算処理手順は、前記スプリングバック量が最も小さくなる領域を分割して、分割した領域の大きさが所定値以下になるまで、該分割したそれぞれの領域について、前記物性値及び物理量の少なくとも一つに対して演算処理を行う手順である請求項15〜19のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因部位特定プログラム。
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形の成形データ及びスプリングバック量を算出する数値解析プログラムと、該数値解析プログラムとデータの入出力が可能であるスプリングバック発生原因部位特定プログラムであって、
前記数値解析プログラムから、前記成形データを取得する手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量の少なくとも一つに対して演算処理を行なう手順と、
前記数値解析プログラムに、前記演算処理の結果を出力し、かつ、前記スプリングバック量を算出させる手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - 前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有する請求項21に記載のスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記物性値及び物理量の少なくとも一つ及び前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有する請求項21又は22に記載のスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 請求項15〜23のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因部位特定プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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