JP2008161896A - 溶接条件設定方法、装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合に、プレス成形条件、衝突解析条件を最適化するとともに、スポット溶接の溶接条件を決定できるようにする。
【解決手段】応力−ひずみ関係、テーラードブランクの溶接線位置等に基づいて、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析と、衝突解析条件として、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布、部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析とを、プレス成形条件及び衝突解析条件のうち１種類以上を変えて繰り返し行い、衝撃エネルギ吸収量の最大値プレス成形条件及び衝突条件を算出する。その後、繰り返し計算で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のフロントサイドメンバ等の部材であって、自動車衝突時に発生する衝撃エネルギを吸収するための部材を製作する場合に用いて好適なプレス成形品をスポット溶接する場合の溶接条件設定方法、装置、及びコンピュータプログラムに関する。

自動車衝突時に発生する衝撃エネルギを吸収するため、フロントサイドメンバ等の部材では、衝突時に部材の長軸方向に規則的な座屈を発生させ、この座屈による塑性変形によって衝撃エネルギを吸収して乗員の保護を図っている。

従来の衝撃エネルギ吸収部材の設計では、初期形状を定めた後、有限要素法等の方法によって衝突解析を実施し衝撃エネルギの吸収量が目標値となるよう部材の形状等を変更する。解析による評価が目標値を達成した後、試作・実験によって最終確認を行い、設計を確定する。

これらの部材は、鋼材又はその他の材料の薄板、管又は棒を塑性加工し、必要に応じて接合することによって製作される。塑性加工は、プレス、ハイドロフォーム又は押し出し等の成形方法が用いられる。また、接合は、スポット溶接、アーク溶接、レーザ溶接又はリベット接合等の方法が用いられる。

従来、図１１に示すプレス成形から衝突解析に至る連成解析という手法が公知である。図１１において、１００１は加工前の材料、１００２は成形解析の結果、１００３は成形解析の結果を衝突解析の入力データに変換したもの、１００４は衝突解析の結果を表わす。特許文献１には、プレス部品の最終部品形状データを基に、追加した形状データを作成した上で成形解析を行い、得られた解析結果を基に耐衝突性能等の特性解析を連成的に行うシミュレーション方法が開示されている。

しかし、特許文献１には、最適な部品形状、成形条件を提示する方法については記載されていない。また、実際に部材を接合・溶接する際の方法についても記載されてはいない。

特開２００４−５０２５３号公報

鋼材等の金属を材料とする場合、部材製作時の塑性変形によって板厚の変化や、塑性ひずみによる加工硬化が発生し、板厚変化や加工硬化がない場合に比して部材が衝撃を受けた際の座屈変形モードや衝撃エネルギの吸収量が変化することが知られている。

現状、有限要素法等の解析時に板厚変化や加工硬化を考慮していないため、解析の評価値によって設計しても、試作・実験では所望の座屈変形モードや衝撃エネルギの吸収量を得られない。

また、部材製作時の塑性加工条件のばらつきにより、板厚変化や加工硬化にもばらつきが発生し、最終的に座屈変形モードや衝撃エネルギの吸収量がばらついてしまう。特に近年では、自動車のボディ等に、均一な母材強さ、板厚の鋼板に代わって、テーラードブランクと呼ばれる板厚、引張強さ、降伏強さの少なくともいずれかが異なる鋼板をレーザ溶接等で付き合わせ繋ぎ合わせた材料を使用する機会が増加している。このようなテーラードブランクを用いた際の突合せ溶接線位置、複数部材を接合する際の接合条件によっても、座屈変形モードや衝撃エネルギの吸収量が異なってくる。

さらに、プレス成形後に補強背板をスポット溶接するような場合、そのスポット溶接数やスポット溶接で実際に溶接接合される範囲であるナゲット径の大きさにより、座屈変形モードや衝撃エネルギの吸収量が変化することも公知である。有限要素解析でのスポット打点ピッチやナゲット径の評価値をそのまま実際にスポット溶接に適用する場合、プレス後の板厚変化を考慮しなければ必要なナゲット径を確実に得ることは難しい。特に、均一な母材強さ、板厚の鋼板ではプレス後の板厚変化を考慮してスポット溶接をすればいいが、デーラードブランクでは加えて、もともとの母材引張強さ、板厚が異なるため、それらをも考慮した溶接条件設計が必要となってくる。

本発明は、テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合に、部材製作時の塑性加工による板厚変化や加工硬化の影響を考慮しつつ所望の衝突性能を得るためにプレス成形条件、衝突解析条件を最適化するとともに、スポット溶接の溶接条件を決定できるようにすることを目的とする。

本発明の溶接条件設定方法は、テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件を設定する溶接条件設定方法であって、プレス成形条件として、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置に基づいて、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析と、衝突解析条件として、前記プレス成形解析で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析とを、前記プレス成形条件及び前記衝突解析条件のうち少なくとも１種類以上を変えて繰り返し行い、前記衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与えるプレス成形条件及び衝突条件を算出する繰り返し計算手順と、前記繰り返し計算手順で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出するスポット溶接部解析手順とを有することを特徴とする。
本発明の溶接条件設定装置は、テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件を設定する溶接条件設定装置であって、プレス成形条件として、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置を入力するプレス成形条件入力手段と、前記プレス成形条件入力手段に入力されたプレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置に基づいてプレス成形解析を行い、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析手段と、衝突解析条件として、前記プレス成形解析手段で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径を入力する衝突解析条件入力手段と、前記衝突解析条件入力手段に入力された前記プレス成形解析手段で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて衝突解析を行い、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析手段と、前記プレス成形条件及び前記衝突解析条件のうち少なくとも１種類以上を変えて前記プレス成形条件入力手段から前記衝突解析手段に至る処理を繰り返し行い、前記衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与える繰り返し計算制御手段と、前記繰り返し計算制御手段による繰り返し計算で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出するスポット溶接部解析手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件を設定するコンピュータプログラムであって、プレス成形条件として、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置に基づいて、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析と、衝突解析条件として、前記プレス成形解析で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析とを、前記プレス成形条件及び前記衝突解析条件のうち少なくとも１種類以上を変えて繰り返し行い、前記衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与えるプレス成形条件及び衝突条件を算出する繰り返し計算処理と、前記繰り返し計算処理で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出するスポット溶接部解析処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合に、部材製作時の板厚変化や加工硬化の影響を考慮しつつ、例えば自動車衝突時の座屈変形モードや衝撃エネルギ吸収量を得るためのスポット溶接の溶接条件を所望の値とし、かつ部材製作時の加工条件のばらつきがあった場合でも衝突性能が大きく変動しない設計点（プレス成形条件等）を実際にスポット溶接した際にも維持するのに必要な溶接条件を設定することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、プレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件設定方法を説明するためのフローチャートである。まず、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置をプレス成形条件１として設定し、これを入力データとして、コンピュータが成形解析プログラムによりプレス成形解析を行う（ステップＳ１０１）。このプレス成形解析では、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布２が算出、出力される。

テーラードブランクは、長手方向に板厚、引張強さ、降伏強さの少なくともいずれかが異なる金属板をレーザ溶接等で付き合わせ繋ぎ合わせたプレス素材をいう。プレス成形条件１としての材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚は、テーラードブランクを構成する各鋼板について設定する。プレス成形条件としてテーラードブランクの溶接線位置を入力することにより、同一部材で、異なる板厚や材料を配置して衝突時の性能向上を図るという効果が期待できる。

なお、プレス成形条件として、さらにパッド圧力を加えて設定してもよい。パッド圧力を入力することにより、割れ、しわ等成形時の不具合回避、適正な加工硬化（ひずみ）付与という効果が期待できる。

次に、前記ステップＳ１０１のプレス成形解析の出力データ（プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布）２を、コンピュータが変換プログラムにより衝突解析の入力データに変換する（ステップＳ１０２）。なお、プレス成形解析の出力データ２に、さらにプレス成形品の応力分布を含めるようにしてもよい。プレス成形解析においてプレス成形品の応力分布を算出、出力し、これに基づいて以下の衝突解析を実施することにより、衝突時の変形や破壊現象を実現象に忠実に再現し、高精度な解析を行えるという効果が期待できる。

次に、前記ステップＳ１０２において変換されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布２（さらにプレス成形品の応力分布を含めてもよい）に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径を衝突解析条件３として設定し、これを入力データとして、コンピュータが衝突解析プログラムにより衝突解析を行う（ステップＳ１０３）。この衝突解析では、衝撃エネルギ吸収量及び座屈変形モード４が算出、出力される。

次に、前記ステップＳ１０３の衝突解析の出力データ（衝撃エネルギ吸収量及び座屈変形モード）４を評価する（ステップＳ１０４）。本発明においては、衝突解析条件に、プレス成形品をスポット溶接する際のスポット溶接数及びナゲット径を含めることにより、衝突時の座屈変形モードを所望の形態とし、衝突エネルギ吸収量を最大化するという効果が期待できる。衝突解析では、衝突エネルギ吸収量及び変形モードを計算する。変形モードとは、部材が衝撃を受けて変形する際の変形形態をいう。具体的には、提灯状に畳み込まれるような変形モードや、部材途中で折れ曲がるような変形モードが発生する。

ステップＳ１０４において衝突性能が所望の値となっていない場合、又はステップＳ１０１〜Ｓ１０３の繰り返し計算が設定回数に満たない場合、プレス成形条件１及び衝突解析条件３のうちの少なくとも１種以上を変えて、コンピュータがステップＳ１０１〜Ｓ１０３を繰り返し行う。このように繰り返し計算を行い、衝突性能が所望の値になった時点で処理を終了する。なお、設定回数としては、衝撃エネルギ吸収量の極大点探索のためには、１０回以上実行することが好ましい。一方、一連の解析時間を節約するためには、１００回以下とすることが好ましい。

これにより、衝突エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与える最適設計結果として、プレス成形条件（テーラードブランクの溶接線位置を含む）及び衝突条件（プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径を含む）が算出される（ステップＳ１０５）。

続いて、以上の繰り返し計算で算出された最適設計結果のうち、テーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出する。すなわち、ステップＳ１０５で得られた最適設計結果に基づいて、スポット溶接数からスポット溶接位置（打点）がわかるので、プレス成形品の板厚分布を用いて各スポット溶接位置の板厚が得られ、同時に実際にスポット溶接で必要なナゲット径（以下、「最適ナゲット径」と称する）が得られる。この場合に、テーラードブランクを構成する鋼種、板厚が決定されているので、スポット溶接部解析プログラムに入力すべき溶接部材料データ６に変換するプログラム１０により、スポット溶接する１点１点の情報として、スポット溶接位置の鋼板の降伏強さ、固有抵抗値、熱伝導率、鋼板の板厚（溶接部材料データ６）を出力させる（ステップＳ１０６）。

まず、電極形状、加圧力、溶接電流値、通電時間を含む溶接条件５と、溶接部材料データ６とを与えて、コンピュータがスポット溶接部解析プログラムによりスポット溶接部解析を行う（ステップＳ１０７）。このスポット溶接部解析では、ナゲット径が算出、出力される。

次に、前記ステップＳ１０７のスポット溶接部解析の出力データ（ナゲット径）７を評価する（ステップＳ１０８）。すなわち、スポット溶接部解析の出力データ（ナゲット径）７が最適ナゲット径を満足しているかどうかを判定する。

ステップＳ１０８においてナゲット径７が最適ナゲット径を満足していない場合、又はステップＳ１０７の繰り返し計算が設定回数に満たない場合、スポット溶接の溶接条件５のうち少なくとも１種以上を変えて、コンピュータがステップＳ１０６を繰り返し行う。なお、電極形状は最適ナゲット径に合わせて決定されるので、ここでは溶接電流値又は加圧力を変える。このように繰り返し計算を行い、ナゲット径７が最適ナゲット径を満足した時点で処理を終了する。溶接する鋼板の板厚、母材引張強さが異なれば、もしくは、板組みが同種と異種では同じナゲット径を実現するための溶接電流値は異なるため、スポット溶接位置の全ての点について繰り返し計算を行う。また、溶接電流に加えて、加圧力を変化させて繰り返し計算を行う場合として、以下の場合がある。一般的に、母材引張強さが大きい鋼板ほど、同じ加圧力では溶接により実現できるナゲット径の上限が小さくなることが知られている。したがって、鋼板母材引張強さが大きくなれば、加圧力を増加させて実現できるナゲット径の上限を確保させてやる必要がある。ナゲット径の下限に関して言えば、本発明のように衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与える最適衝突条件として、小さいナゲット径が出力することは考えられない。なお、一箇所の各スポット溶接部解析の設定回数としては、この場合も１０回以上実行することが望ましい一方で、一連の解析時間を節約するためには、３０回以下とすることが好ましい。

これにより、最適ナゲット径を満足する最適結果として、スポット溶接の溶接条件（溶接電流値、加圧力を含む）が算出される（ステップＳ１０９）。

以上述べたように、テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合に、部材製作時の板厚変化や加工硬化の影響を考慮しつつ、例えば自動車衝突時の座屈変形モードや衝撃エネルギ吸収量を得るためのスポット溶接の溶接条件を所望の値とし、かつ部材製作時の加工条件のばらつきがあった場合でも衝突性能が大きく変動しない設計点（プレス成形条件等）を実際にスポット溶接した際にも維持するのに必要な溶接条件を設定することが可能となる。

なお、成形解析、衝突解析、スポット溶接部解析は、有限要素法等による解析プログラムを用いて行う。また、成形解析〜衝突解析のデータ変換、衝突性能評価及び形状・加工条件変更も市販又は自製のプログラムで行う。そして、成形解析〜衝突解析の後、最適プレス成形条件及び衝突条件を得た後に、スポット溶接部解析に供するデータの抽出、データ変換も市販又は自製のプログラムで行う。

図２は、本発明の溶接条件設定装置として機能するコンピュータシステムの構成例を示す図である。同図において、２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ２００は、ＣＰＵ２０１を備え、ＲＯＭ２０２又はハードディスク（ＨＤ）２１１に記録された、或いはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。ＰＣ２００のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２又はハードディスク（ＨＤ）２１１に記録されたプログラムにより、本発明の各機能手段が実現される。

２０３はＲＡＭであり、ＣＰＵ２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）であり、キーボード（ＫＢ）２０９から入力される信号をシステム本体内に入力する制御を行う。２０６は表示コントローラ（ＣＲＴＣ）であり、表示装置（ＣＲＴ）２１０上の表示制御を行う。２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）であり、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記録するハードディスク（ＨＤ）２１１、及びフレキシブルディスク（ＦＤ）２１２とのアクセスを制御する。２０８はネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）であり、ＬＡＮ２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、或いは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。

なお、本発明の溶接条件設定装置は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

また、本発明の目的は前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ若しくはＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記録媒体から読出しされたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。

（実施例）
本発明の実施例として、テーラードブランクをプレス成形したハット型断面部材（図３を参照）を用いて、図７に示すようにハット型断面部材に当て板をスポット溶接した部材を設計する例を説明する。図７において６１がスポット溶接位置を示す。部材は長軸方向に衝撃荷重を受けて軸圧潰するものとし、このときの衝撃エネルギ吸収量が最大になるようにプレス成形条件（テーラードブランクの溶接線位置を含む）を最適化し、その後各々のスポット溶接位置で溶接条件を最適化する、具体的には、ハット型断面部材のフランジと当て板のスポット溶接について、スポット溶接に供する電極形状、加圧力が既知の場合に、溶接位置の板厚に合わせて所望のナゲット径になるように溶接電流値を最適化する。

ハット型断面部材の寸法は、長さが３００ｍｍ、断面幅が５０ｍｍ、断面高さが５０ｍｍ、フランジ幅が２０ｍｍ、板厚が１．２ｍｍである。また、当て板の寸法は、長さが３００ｍｍ、幅が９０ｍｍ、板厚が１．２ｍｍである。ハット型部材断面は、図３の上から２７０ＭＰａ級の鋼材３０１、９８０ＭＰａ級の鋼材３０２、５９０ＭＰａ級の鋼材３０３である（符号３０４、３０５は溶接線位置を示す）。また、当て板は５９０ＭＰａ級の鋼板である。

その他のプレス成形条件として、パンチ移動量を５０ｍｍ、しわ押さえ荷重（ＢＨＦ）を３４ｋＮ、摩擦係数を０．１５とした。材料の降伏強さ・応力−ひずみ関係については、２７０ＭＰａ級は図４（Ａ）、５９０ＭＰａ級は図４（Ｂ）、９８０ＭＰａ級は図４（Ｃ）に示すとおりである。

前記プレス成形条件を入力して、市販の有限要素解析プログラムＨｙｐｅｒｆｏｒｍを用いてプレス成形解析を行い、プレス成形品の板厚分布（図５を参照）及びひずみ分布（図６を参照）を算出した。

プレス成形解析によるプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布の解析結果から衝突解析への入力データの変換は、ＦＯＲＴＲＡＮプログラムを自製・仕様して、衝突解析条件としてプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布、及び部材形状を入力した。

衝突解析条件として、更に質量５００ｋｇの剛体を６ｍ／ｓの速度で衝突させた場合と同等の衝撃荷重を入力して、市販の有限要素解析プログラムＰＡＭ-ＣＲＡＳＨを使用して衝突解析を行った。なお、スポット溶接による接合状態を図７に示すが、ナゲット径５．５ｍｍ、スポット溶接数を７点とした。テーラードブランクの溶接線位置を変えたときも含めて、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示したものと同様な結果を得た。テーラードブランクの溶接線位置がａ＞１６０ｍｍのときには、５９０ＭＰａ級のｃ領域（図２の鋼板３０３）がうまく折り畳まれない座屈変形モードを示した。なお、図８において、矢印が衝撃荷重の方向で、５１が規則的な座屈変形、５２が不規則な座屈変形を示す。

衝突性能評価〜加工条件変更〜衝突性能再評価の手順を行うために、市販の最適化ツールｉ-ＳＩＧＨＴを使用した。衝突エネルギ吸収量が最大かつ安定となるよう、プレス成形条件のうち図３に示すテーラードブランク溶接線位置３０４を上部３０１の長さａ＝１３０〜１７０ｍｍの範囲で変更し、図１のステップＳ１０１〜Ｓ１０３までをコンピュータが５０回繰り返し計算を行い、衝突エネルギ吸収量の最大値を与える最適プレス成形条件を探索した。なお、中央部３０２の長さはｂ＝１００ｍｍで固定とし、下部３０３の長さはｃ＝（３００−ａ−ｂ）ｍｍとした。

図９に結果を示す。グラフは横軸がテーラードブランク溶接線位置、縦軸が衝撃エネルギ吸収量である。この結果より、衝撃エネルギ吸収量が最大となる点１９はテーラードブランク溶接位置ａ＝１４８ｍｍのときで、衝撃エネルギ吸収量は６９００Ｊである。

さらにこれら最適プレス成形条件（テーラードブランク溶接線位置を含む）によって仕上がった板厚分布をもつ部材において、スポット溶接箇所にナゲット径を実現するために、各々の溶接箇所の板組みに応じた溶接電流値の探索が必要となる。ナゲット径予測〜溶接電流値変更〜ナゲット径再予測の手順を行うために、市販の最適化ツールｉ-ＳＩＧＨＴを使用した。また、ナゲット径の算出には、市販のスポット溶接部解析ソフトＱｕｉｃｋｓｐｏｔを使用した。

図１０は、スポット溶接部解析によるナゲット径算出例を示す図である。図１０において、９１は電極、９２はナゲットである。板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板と、板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板とでナゲット径５．５ｍｍのナゲットを作製する場合に、ＪＩＳ−ＤＲ型先端径６ｍｍの電極、電極加圧力２．９４ｋＮでは７．２ｋＡ必要であった。

また、板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板と、板厚１．２ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼板とでナゲット径５．５ｍｍのナゲットを作製する場合には、同じくＪＩＳ−ＤＲ型先端径６ｍｍの電極、電極加圧力２．９４ｋＮで６．９ｋＡ必要であった。

さらに、板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板と、板厚１．２ｍｍ２７０ＭＰａ級鋼板とでナゲット径５．５ｍｍのナゲットを作製する場合には、同じくＪＩＳ−ＤＲ型先端径６ｍｍの電極、電極加圧力２．９４ｋＮで７．８ｋＡ必要であった。

前記の工程を全てのスポット溶接位置について行った結果、成形〜衝突解析の最適化で明らかになった衝撃エネルギ吸収量を最大にするスポット溶接数７個、５．５ｍｍのナゲットでのテーラードブランク溶接線位置を最適化した部材において必要なナゲット径を作成するための溶接電流値は板組みの鋼種、プレス後の板厚分布変動の影響等を考慮した計算の結果から６．７ｋＡ〜８．０ｋＡの範囲で溶接し、所望の５．５ｍｍのナゲットを作成することができた。

プレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件設定方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の溶接条件設定装置として機能するコンピュータシステムの構成例を示す図である。 実施例でのテーラードブランクをプレス成形したハット型断面部材の外観図である。 実施例での降伏強さ・応力ーひずみ関係を示す特性図であり、（Ａ）が引張強さ２７０ＭＰａ級鋼板における材料の降伏強さ・応力ーひずみ関係を示す特性図、（Ｂ）が引張強さ５９０ＭＰａ級鋼板における材料の降伏強さ・応力ーひずみ関係を示す特性図、（Ｃ）が引張強さ９８０ＭＰａ級鋼板における材料の降伏強さ・応力ーひずみ関係を示す特性図である。 実施例でのプレス成形解析によるプレス成形品の板厚分布を示す図である。 実施例でのプレス成形解析によるプレス成形品のひずみ分布を示す図である。 実施例でのハット型断面部材のスポット溶接位置を示す図である。 実施例での衝突解析例を示し、（Ａ）が良い座屈変形モードを示す図、（Ｂ）が悪い座屈変形モードを示す図である。 テーラードブランク溶接線位置と衝撃エネルギ吸収量との関係を示す特性図である。 実施例でのスポット溶接部解析によるナゲット径算出例を示す図である。 従来の成形・衝突の連成解析例を説明するための図である。

符号の説明

１ プレス成形解析の入力データ（プレス成形条件）
２ プレス成形解析の出力データ
３ 衝突解析の入力データ（衝突解析条件）
４ 衝突解析の出力データ
５ 溶接条件
６ 溶接部材料データ
７ スポット溶接部解析の出力データ
２０１ ＣＰＵ
２０２ ＲＯＭ
２０３ ＲＡＭ
２０４ システムバス
２０５ キーボードコントローラ
２０６ 表示コントローラ
２０７ ディスクコントローラ
２０８ ネットワークインタフェースカード
２０９ キーボード
２１０ 表示装置
２１１ ハードディスク
２１２ フレキシブルディスクドライブ

Claims (4)

1. テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件を設定する溶接条件設定方法であって、
   プレス成形条件として、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置に基づいて、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析と、衝突解析条件として、前記プレス成形解析で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析とを、前記プレス成形条件及び前記衝突解析条件のうち少なくとも１種類以上を変えて繰り返し行い、前記衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与えるプレス成形条件及び衝突条件を算出する繰り返し計算手順と、
   前記繰り返し計算手順で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出するスポット溶接部解析手順とを有することを特徴とする溶接条件設定方法。
2. 前記スポット溶接部解析手順では、前記繰り返し計算手順で算出されたプレス成形品の板厚分布及びスポット溶接数から求められたスポット溶接位置に基づいて、前記繰り返し計算手順で算出されたナゲット径を実現する溶接電流値を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接条件設定方法。
3. テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件を設定する溶接条件設定装置であって、
   プレス成形条件として、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置を入力するプレス成形条件入力手段と、
   前記プレス成形条件入力手段に入力されたプレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置に基づいてプレス成形解析を行い、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析手段と、
   衝突解析条件として、前記プレス成形解析手段で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径を入力する衝突解析条件入力手段と、
   前記衝突解析条件入力手段に入力された前記プレス成形解析手段で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて衝突解析を行い、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析手段と、
   前記プレス成形条件及び前記衝突解析条件のうち少なくとも１種類以上を変えて前記プレス成形条件入力手段から前記衝突解析手段に至る処理を繰り返し行い、前記衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与える繰り返し計算制御手段と、
   前記繰り返し計算制御手段による繰り返し計算で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出するスポット溶接部解析手段とを備えたことを特徴とする溶接条件設定装置。
4. テーラードブランクのプレス成形品をスポット溶接する場合のスポット溶接の溶接条件を設定するコンピュータプログラムであって、
   プレス成形条件として、プレス成形品形状、パンチ移動量、しわ押さえ荷重、摩擦係数、材料の引張強さ、降伏強さ、応力−ひずみ関係、板厚、及びテーラードブランクの溶接線位置に基づいて、プレス成形品の板厚分布及びひずみ分布を算出するプレス成形解析と、衝突解析条件として、前記プレス成形解析で算出されたプレス成形品の板厚分布及びひずみ分布に加え、プレス成形品をスポット溶接して製作される部材形状、衝撃荷重、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいて、衝撃エネルギ吸収量及び変形モードを算出する衝突解析とを、前記プレス成形条件及び前記衝突解析条件のうち少なくとも１種類以上を変えて繰り返し行い、前記衝撃エネルギ吸収量の最大値又は安定領域を与えるプレス成形条件及び衝突条件を算出する繰り返し計算処理と、
   前記繰り返し計算処理で算出されたテーラードブランクの溶接線位置、プレス成形品の板厚分布、スポット溶接数、及びナゲット径に基づいてスポット溶接部解析を行い、スポット溶接の溶接条件を算出するスポット溶接部解析処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

Images