JP2009172677A - スプリングバック発生原因分析方法、その装置、そのプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プレス成形品の成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、成形データに含まれる応力データについて、プレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の方向の少なくとも一つに対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、独立分解データを生成する。次にプレス成形品の領域分割を行い、各領域毎に独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して係数を掛ける演算処理を行い独立分解成形データを生成する。このデータに基づいて数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行い、スプリングバック前の形状と演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から、算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求め、表示する。
【選択図】図1
Description
プレス成形品の成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、プレス成形品の成形データを算出す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に含まれる応力データについて、プレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の方向の少なくとも一つに対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、前記プレス成形品の成形データについて分解された方向成分応力については面内応力成分のみを持つ独立分解成形データもしくは分解された方向成分応力については曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データもしくはその両方の独立分解データを生成する分解成形データ生成ステップと、
プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して演算処理{望ましくは−2<k<+2(ゼロを含む)の係数kを掛ける演算処理}を行い演算処理をした独立分解成形データを生成する演算処理ステップと、
前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データのみもしくは前記の演算処理をする前の独立分解成形データと前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データの両方について数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行いスプリングバック後の形状を求めるスプリングバック解析ステップと、
前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と前記のスプリングバック解析により求められた各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度もしくは前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と演算処理をする前の独立分解成形データより求められたスプリングバック形状と各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求める影響度算出ステップと、
前記各領域毎に、前記算出したスプリングバック変形に対する影響度を表示する表示ステップと、
を有することを特徴とするものである。
ここで、形状とはプレス成形品の形そのものをさす。通常、その形は有限要素解析においては、プレス成形品形状を構成する要素および各要素を構成する節点と各節点の座標により表現される。たとえば数値シミュレーションにてスプリングバック解析を行った場合、変形前の形状はソースファイルに含まれる要素および各要素を構成する節点と各節点の座標より表現され、スプリングバック形状はスプリングバック解析の結果得られる解析結果データに含まれるプレス成形品形状を構成する要素および各要素を構成する節点と各節点の座標により表現される。
プレス成形品について成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、プレス成形品の成形データを算出するプレス成形解析部と、
前記プレス成形品の成形データに含まれる応力データについて、プレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の方向の少なくとも一つの方向に対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、前記プレス成形品の成形データについて分解された方向成分応力については面内応力成分のみを持つ独立分解成形データもしくは分解された方向成分応力については曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データもしくはその両方の独立分解データを生成する分解成形データ生成部と、
プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して演算処理{望ましくは−2<k<+2(ゼロを含む)の係数kを掛ける演算処理}を行い演算処理をした独立分解成形データを生成する演算処理部と、
前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データのみもしくは前記の演算処理をする前の独立分解成形データと前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データの両方について数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行いスプリングバック後の形状を求め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に含まれるスプリングバック前の形状と前記のスプリングバック解析により求められた各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度もしくは前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と演算処理をする前の独立分解成形データより求められたスプリングバック形状と各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求める影響度算出部と、
前記各領域毎に前記算出したスプリングバックに対する影響度を表示する表示部と、
を有することを特徴とするものである。
プレス成形品について成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、プレス成形品の成形データを算出す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に含まれる応力データについてプレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の少なくとも一つに対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、前記プレス成形品の成形データについて分解された方向成分応力については面内応力成分のみを持つ独立分解成形データもしくは分解された方向成分応力については曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データもしくはその両方の独立分解データを生成する分解成形データ生成ステップと、
プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して演算処理{望ましくは−2<k<+2(ゼロを含む)の係数kを掛ける演算処理}を行い演算処理をした独立分解成形データを生成する演算処理ステップと、
前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データのみもしくは前記の演算処理をする前の独立分解成形データと前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データの両方について数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行いスプリングバック後の形状を求めるスプリングバック解析ステップと、
前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と前記のスプリングバック解析により求められた各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度もしくは前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と演算処理をする前の独立分解成形データより求められたスプリングバック形状と各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求める影響度算出ステップと、
前記各領域毎に、前記算出したスプリングバック変形に対する影響度を表示する表示ステップと、を有することを特徴とするものである。
これに対し、大変形を伴う場合は、変位に対する編集前後の応力勾配が、線形近似した場合と、実際の非線形の場合とでは差が大きくなり、線形近似を行うと誤差を伴う。これに対して、編集後の応力を編集前の応力に近い値(係数kが1に近似)と取るように演算処理することで、変形に対する編集前後の応力勾配が実際の非線形の場合に近い状態で演算処理することとなり、各領域のスプリングバックに対する応力の影響度の値は係数kがゼロの場合よりも評価精度が向上する(図10)。特に係数kは+1に近い値を採用することが有利である。
先ず図1に、本発明のスプリングバック発生原因分析装置1の機能構成図を示す。このスプリングバック発生原因分析装置1は、成形条件入力部2、プレス成形解析部3、分解成形データ生成部4、領域分割及び演算処理部5、スプリングバック解析部6、影響度算出部19、表示部である影響度出力画面20、ファイル格納部8を有する。
σx=k1×σx0
σy=k2×σy0
σz=k3×σz0
τxy=k4×τxy0
τyz=k5×τyz0
τzx=k6×τzx0
ここで、選択された領域の積分点における前の応力成分を(σx0、σy0、σz0、τxy0、τyz0、τzx0)と表し、演算処理後の応力成分を(σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx)とした。係数kiは−2<ki<+2であり、kiの全てをゼロとしても、少なくとも1つをゼロとし、他は上記範囲内でゼロ以外の値としてもよい。
としたスプリングバック量の比較により算出される。
後記する実施例に示されるように、本発明によれば面内応力成分と、曲げモーメント成分とに分解した独立分解データと、プレス成形品を元に分割した各領域毎に当該領域の応力成分の少なくとも一つの方向に対して係数kを掛ける演算処理行った独立分解データについてスプリングバック解析を行い、各領域の各方向成分の応力のスプリングバックへの影響度を算出し、算出された影響度をそれぞれ別個に表示することや部品全体にわたるコンタ表示することが可能で、またそれらの表示を応力成分毎に表示することも可能である。このためスプリングバックの発生原因の分析が、従来よりも容易かつ正確に行えるようになる。
図4は、本発明の第1の実施例におけるプレス成形品の形状を示す斜視図である。
まずプレス成形解析処理として、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LS−DYNAを使用して解析処理を行った。金属板の性状として、板厚1.6mm、引張強さ590MPa級の高強度鋼板のデータを用いた。また、金型(ダイ、パンチ、ホルダー)の形状をシェル要素にモデリングし、剛体と仮定して解析した。金型クリアランスは0mmとした。摩擦係数は0.15を入力し、成形荷重として、3000kNを設定した。
上記した実施例1では、各領域に属する要素の全積分点における全応力成分に、係数ゼロを掛ける演算処理を行ったが、以下に各種のバリエーションを示す。プレス成形品の形状は図8に示すとおりであり、図8の右側に示す領域分割図中に3つの丸印で示す点を固定点とし、オリジナルデータより面内応力成分のみを持つ独立分解データを生成し、面内応力に対す得る分析を行った。スプリングバック量としてZa点におけるZ軸方向(紙面に垂直方向)変位量を評価した。
この実施例3では、実施例2の図8に示した固定点の位置を、図9に示すように変更した。なお実施例1と同様に、各領域に属する要素の全積分点における全応力成分に、係数ゼロを掛ける演算処理を行った。このようにして得られた分析結果を表2に示した。固定点の位置の変更によって、元々形状のせいで反っているように見えるのか、実際に反っているのかを判別することが可能となる。前記したように、固定点の変更は演算の最終段階において行われ、最初から演算をやり直す必要はない。
この実施例4では、図8に示した形状のプレス成形品について、オリジナルデータより生成した面内応力成分のみを持つ独立分解データをもとに分析を行った。最初に分析領域の全面内応力成分をゼロとしてスプリングバック量を評価した。
その場合、表3に示すように持つ独立分解データのスプリングバック量が26.76mmであるのに対して、例えば領域1の全面内応力成分をゼロとした場合のスプリングバック量は26.59であり、影響度であるその差は0.17mmである。
領域1から5の各領域のスプリングバックへの影響量の合計が32.63mmとなり、誤差が21.93%となった。
この実施例5では、図11に示すプレス成形品先端のX軸回りのねじれ角について、曲げモーメント成分(偏差応力成分)の影響を分析した。最初にオリジナルデータより曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データを作成し、領域1から領域5の5つの領域に分割し、各領域の全曲げモーメント成分の相対ねじれ角に対する影響度を評価した。ここでは係数kとして0を用いた。この場合、独立分解成形データのスプリングバック量(相対ねじれ量)が4.48度に対し、例えば領域1のモーメント力成分をゼロとした場合のスプリングバック量は3.75度あり、影響度はその差は0.74度に(1−k)の逆数、すなわち1/(1−0)=1を掛値0.74度が影響度となる。このようにして領域1から領域5の相対ねじれ角への影響を求めると合計が4.19度となり、誤差がマイナス6.60%となった。
この実施例6では、実施例2と同一形状のプレス成形品について、先端の2節点変位の平均値を評価項目として、オリジナルデータより生成した面内応力成分のみを持つ独立分解データをもとに分析を行った。全面内応力成分に係数k=0としてスプリングバック量の演算を行い、図12に示す先端の2節点変位の平均値を評価した。その演算結果を表7に示した。
この実施例7では、OLE_LINK1オリジナルデータより生成した面内応力成分のみを持つ独立分解データをもとにOLE_LINK1先端の2節点変位の相対変位を評価項目とした。全面内応力成分をゼロとしてスプリングバック量の演算を行い、図13に示す先端の2節点間の相対変位を評価した。その演算結果を表8に示した。
この実施例8では、オリジナルデータより生成したモーメント応力成分のみを持つ独立分解データをもとにX軸回りの相対変位について、曲げモーメント成分(偏差応力成分)の影響を分析した。図14に示す通りプレス成形品の中央部に固定点を設定し、端部の4点についてZ軸方向の変位を演算し、Δ=(Z2−Z1)+(Z3−Z4)を4節点のX軸回りの相対変位として評価した。その演算結果を表9に示した。このように本発明では、評価項目を様々に変化させることも可能である。
この実施例9では、オリジナルデータより生成した面内応力成分のみを持つ独立分解データをもとに、座標系をグローバル(全体)座標系からローカル(局所)座標系でのσyのみに0.5を掛け、その他の応力成分は元のまま(すなわち、係数k=1)とした。図15に示すZa部の最大変位を評価項目とした。このようにして得られた演算応力に基づいてスプリングバック解析を行った結果を表10に示した。
2 成形条件入力部
3 プレス成形解析部
4 分解成形データ生成部
5 領域分割及び演算処理部
6 スプリングバック解析部
7 スプリングバック量出力画面
8 ファイル格納部
10 プログラム
11 CPU
12 メモリ
13 ディスプレイ
14 入力装置
15 ハードディスク
16 外部記憶装置
17 NIC(ネットワーク・インターフェース・カード)
18 プリンタ
Claims (8)
- プレス成形品の成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、プレス成形品の成形データを算出す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に含まれる応力データについて、プレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の方向の少なくとも一つに対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、前記プレス成形品の成形データについて分解された方向成分応力については面内応力成分のみを持つ独立分解成形データもしくは分解された方向成分応力については曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データもしくはその両方の独立分解データを生成する分解成形データ生成ステップと、
プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して演算処理を行い演算処理をした独立分解成形データを生成する演算処理ステップと、
前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データのみもしくは前記の演算処理をする前の独立分解成形データと前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データの両方について数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行いスプリングバック後の形状を求めるスプリングバック解析ステップと、
前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と前記のスプリングバック解析により求められた各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度もしくは前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と演算処理をする前の独立分解成形データより求められたスプリングバック形状と各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求める影響度算出ステップと、
前記各領域毎に、前記算出したスプリングバック変形に対する影響度を表示する表示ステップと、
を有することを特徴とするスプリングバック発生原因分析方法。 - プレス成形品の成形条件をもとに有限要素法による数値シミュレーションよりプレス成形解析を行い、得られた成形データ中の各要素毎の応力の各方向成分の板厚方向平均を当該方向成分の面内応力成分とし、各要素ごとに発生する全積分点の応力値の各方向成分から当該方向の面内平均応力を減算した値を当該方向の曲げモーメント成分とすることを特徴とする請求項1記載のスプリングバック発生原因分析方法。
- プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して−2<k<+2(ゼロを含む)の係数kを掛ける演算処理を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のスプリングバック発生原因分析方法。
- プレス成形品について成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、プレス成形品の成形データを算出するプレス成形解析部と、
前記プレス成形品の成形データに含まれる応力データについてプレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の方向の少なくとも一つに対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、前記プレス成形品の成形データについて分解された方向成分応力については面内応力成分のみを持つ独立分解成形データもしくは分解された方向成分応力については曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データもしくはその両方の独立分解データを生成する分解成形データ生成部と、
プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して演算処理を行い演算処理をした独立分解成形データを生成する演算処理部と、
前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データのみもしくは前記の演算処理をする前の独立分解成形データと前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データの両方について数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行いスプリングバック後の形状を求め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に含まれるスプリングバック前の形状と前記のスプリングバック解析により求められた各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度もしくは前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と演算処理をする前の独立分解成形データより求められたスプリングバック形状と各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求める影響度算出部と、
前記各領域毎に前記算出したスプリングバックに対する影響度を表示する表示部と、
を有することを特徴とするスプリングバック発生原因分析装置。 - 表示部は、前記各領域毎に、前記算出したスプリングバック変形に対する影響度をコンタ表示するものであることを特徴とする請求項4記載のスプリングバック発生原因分析装置。
- プレス成形品について成形条件をもとに数値シミュレーションによりプレス成形解析を行い、プレス成形品の成形データを算出す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に含まれる応力データについてプレス成形品全体にわたり、応力の各方向成分の少なくとも一つに対して面内応力成分と曲げモーメント成分とに分解し、前記プレス成形品の成形データについて分解された方向成分応力については面内応力成分のみを持つ独立分解成形データもしくは分解された方向成分応力については曲げモーメント成分のみを持つ独立分解成形データもしくはその両方の独立分解データを生成する分解成形データ生成ステップと、
プレス成形品について領域分割を行い、各領域毎に当該領域について前記の独立分解成形データの応力の各方向成分の少なくとも一つに対して演算処理を行い演算処理をした独立分解成形データを生成する演算処理ステップと、
前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データのみもしくは前記の演算処理をする前の独立分解成形データと前記の各領域毎に演算処理をした独立分解成形データの両方について数値シミュレーションによりスプリングバック解析を行いスプリングバック後の形状を求めるスプリングバック解析ステップと、
前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と前記のスプリングバック解析により求められた各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度もしくは前記プレス成形品の成形データに含まれるスプリングバック前の形状と演算処理をする前の独立分解成形データより求められたスプリングバック形状と各領域毎に演算処理をした独立分解成形データより求められたスプリングバック形状から算出された各領域の応力のスプリングバック変形に対する影響度を求める影響度算出ステップと、
前記各領域毎に、前記算出したスプリングバック変形に対する影響度を表示する表示ステップと、
を有することを特徴とするスプリングバック発生原因分析プログラム。 - プレス成形品の成形条件をもとに有限要素法による数値シミュレーションよりプレス成形解析を行い、得られた成形データ中の各要素毎の応力の各方向成分の板厚方向平均を当該方向成分の面内応力成分とし、各要素ごとに発生する全積分点の応力値の各方向成分からから当該方向の面内平均応力を減算した値を当該方向の曲げモーメント成分とすることを特徴とする請求項6記載のスプリングバック発生原因分析プログラム。
- 請求項6または7に記載のスプリングバック発生原因分析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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