JP2008062280A - 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、プレス成形製品解析データの形状の曲率及び/又は角度を算定するステップと、曲率及び/又は角度に基づいて領域を分割するステップと,分割したそれぞれの領域について前記成形データに基づいて演算処理を行うかを判定するステップと、演算処理を行うと決定した領域における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演算処理ステップと、演算処理の結果に基づいて、少なくとも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。
プレス成形解析部11での数値解析により、有限要素法解析では成形解析後の被加工物の幾何学的な情報として各節点の座標値を得ることができる。これにより各要素の曲率や要素間の角度を客観的に算出することが可能である。プレス成形品の場合,変形後の被加工物はパンチ肩Rやダイ肩R等の曲げの稜線部では,曲げ稜線に垂直な方向で他の部位に比べ非常に大きな曲率となる。ここでは各要素の最大曲率を計算し,ある閾値以上の曲率となる要素を非表示にすれば,パンチ肩Rやダイ肩R以外の部位(ウェブ面,縦壁部,フランジ部)を連続していない別々の領域として分離することが可能である。
図4がプレス成形解析結果であり、応力分布がコンタ図で表示されている。プレス成形解析結果である各要素の曲率を表示したものが図5であり、曲率の大きい要素を非表示としたのが図6である。段差部で非常に大きな曲率となることから,縦壁部内である閾値以上の曲率となる要素を非表示にすれば,段差の稜線部を境界とした複数の領域に分離可能であり,個別の領域を抽出または選択することで特徴形状に基づいた領域を選択可能である。図6により、段差のある側壁は3つの面と、ウェブ、段差のない縦壁部(図から隠れている)、両側の各フランジ部に分割できることがわかる。図6により分割したそれぞれの領域について、図4に示した成形データ(応力分布)に基づいて、応力の高い領域について演算処理を行うと判定したのが、図7に示す領域A15〜A17である。判定工程では、曲率及び/又は角度に基づいて分割した領域について、後述の演算を行うかを成形データに基づいて判定する。例えば、分割した各領域のプレス成形解析後の応力レベルにより判定する。
ここでは要素の最大曲率を用いたが要素間の角度を用いても同様の領域分割を行うことができる。
また、段差のないハット断面形状のメンバー部材を考えると,分離された各領域として,ウェブ面,両側の縦壁部,両側のフランジ部を選択することができる。また,選択した領域が平面でない場合,同様の手法を繰り返すことで,さらに特徴的な領域を選択していくことが可能である。
このとき、図9(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。
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10に示すような成形後の応力が所定値より大きい複数の領域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。
図12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、上記と同様に、プレス成形品について曲率及び/又は角度を算定し、前記曲率及び/又は角度に基づいて成形品の領域を分割し、分割したそれぞれの領域について前記成形データに基づいて判定して、後述の演算処理を行う領域を決定することができる。また、選択する領域はスプリングバック量出力画面19に表示された曲率及び/又は角度を見ながら、成形データ(応力分布等)に基づいて成形条件入力部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、残留応力が所定値以上で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。
図15は、本発明の実施例によるスプリングバック解析の対象となるハット型断面形状部品を示す図であり、(a)はその斜視図、(b)はその断面図であり、ウェブ面W0、側壁W1、W2、フランジF1、F2から構成される。
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。
σx=0,σy=0,σz=0,τxy=0,τyz=0,τzx=0
εx=εx0,εy=εy0,εz=εz0,γxy=γxy0,γyz=γyz0,γzx=γzx0
ここで,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i)の工程で入力した値をそのまま使用した。演算された応力や歪値はファイル出力手段により演算結果ファイルとして出力した。
σx=0,σy=0,σz=0,τxy=0,τyz=0,τzx=0
εx=εx0,εy=εy0,εz=εz0,γxy=γxy0,γyz=γyz0,γzx=γzx0
ここで,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i)の工程で入力した値をそのまま使用した。演算された応力や歪値はファイル出力手段により演算結果ファイルとして出力した。
図19にスプリングバック解析結果を断面評価して得られたねじれ角度θの結果を示す。これより演算処理をしなかった場合,および領域A15〜A17に演算処理を行った結果の中では,領域A15に演算処理を行った場合に最もねじれ角度θが小さくなっている。これより領域A15の応力がねじれ角度θに与える影響が大きいことが判る。
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 (15)
- 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、前記プレス成形品について曲率及び/又は角度を算定し、前記曲率及び/又は角度に基づいて成形品の領域を分割し、分割したそれぞれの領域について前記成形データに基づいて演算処理を行うと判定した一部の領域における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。 - 前記演算処理ステップは、前記曲率及び/又は角度が相対的に大きい前記分割領域の積分点の少なくとも一つの前記物性値・物理量変数の少なくとも一つに対して演算処理を行う請求項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1〜4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。
- 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、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品について曲率及び/又は角度を算定し、前記曲率及び/又は角度に基づいて成形品の領域を分割し、分割したそれぞれの領域について前記成形データに基づいて演算処理を行うと判定した一部の領域における物性値及び物理量変数の少なくとも一つに対して演算処理を行なう演算処理部と、
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解析部と、
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。 - 前記曲率及び/又は角度が相対的に大きい前記分割領域における物性値及び物理量は、前記曲率及び/又は角度が相対的に大きい前記分割領域の少なくとも一つの積分点の前記物性値及び物理量である請求項6に記載の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6又は7に記載のスプリングバック発生原因特定装置。
- 前記演算処理部及び前記スプリングバック解析部は、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ときの前記領域、物性値及び物理量を特定する請求項6〜8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。
- 前記演算処理部及び前記スプリングバック解析部は、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ときの前記領域、物性値及び物理量を特定する請求項6〜9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、前記プレス成形品について曲率及び/又は角度を算定し、前記曲率及び/又は角度に基づいて成形品の領域を分割し、分割したそれぞれの領域について前記成形データに基づいて演算処理を行うと判定した一部の領域における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。 - 前記演算処理手順は、前記曲率及び/又は角度が相対的に大きい前記分割領域の積分点の前記物性値及び物理量変数の少なくとも一つに対して演算処理を行う請求項11に記載のスプリングバック発生原因特定プログラム。
- プレス成形の成形条件を数値解析し、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、前記プレス成形品について曲率及び/又は角度を算定し、前記曲率及び/又は角度に基づいて成形品の領域を分割し、分割したそれぞれの領域について前記成形データに基づいて演算処理を行うと判定した一部の領域における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演算処理手順と、
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。 - 前記演算処理手順は、前記曲率及び/又は角度が相対的に大きい前記分割領域の積分点の前記物性値及び物理量変数の少なくとも一つ以上の変数に対して演算処理を行う請求項13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11〜14に記載のコンピュータ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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