JP2019098390A

JP2019098390A - スプリングバック量変動要因部位特定方法

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Publication number: JP2019098390A
Application number: JP2017235121A
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Inventors: 正樹卜部; Masaki Urabe
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-06-24
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Abstract

【課題】成形条件のばらつきにより成形品のスプリングバック量の変動要因となる部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定方法を提供する。【解決手段】本発明に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、予め設定した第１の成形条件と第２の成形条件のそれぞれについて成形下死点における応力分布を算出するステップと、第１の成形条件と第２の成形条件との応力分布の差分である応力差分分布を求め、該応力差分分布を成形下死点における成形品に設定するステップと、応力差分分布を設定した成形品の一部における応力差分の値を変更するステップと、該応力差分の値を変更した成形品のスプリングバック量を算出するステップと、該応力差分を変更して算出したスプリングバック量に基づいて、成形条件のばらつきによりスプリングバック量の変動要因となる部位を特定するステップと、を備えたことを特徴とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定方法に関する。

金属板のプレス成形においてはしばしば、成形品に対する高い形状精度が要求されるだけでなく、量産中における成形条件のばらつき又は変動に対しても常に安定して前記形状精度が得られることが要求される。しかし現実にはこの要求を満たすことは容易ではなく、被加工材の特性ばらつきや、連続加工に伴う金型温度上昇、季節毎の環境温度変化、被加工材のセット位置変動など、種々の成形条件のばらつき又は変動要因に応じて成形品形状は変動する。この課題に対して、成形条件がばらつき又は変動した場合の成形品形状の変動を低減する方法を見出すことが求められている。

金属板のプレス成形に要求される形状精度を満足するためには、成形後の金型から成形品を取り出す時に発生するスプリングバック量を低減させることが極めて重要である。スプリングバックとは、上下金型による挟み込み完了時（下死点）での成形品の内部応力（下死点応力）が離型時に解放されることで発生する、弾性回復挙動である。またスプリングバック量を効果的に低減させるためには成形品の下死点応力の内、どの部位の応力がどの程度、スプリングバック挙動に影響しているのかを知ることが重要である。
この観点から、有限要素法解析を用いることでスプリングバックの発生要因部位を特定する方法がこれまでに提案されている（特許文献１〜特許文献７）。
また、特許文献８には、スプリングバック対策としての成形条件の変更と、離型前後の成形品形状全体としての応力状態の変化との関係を確認する方法が開示されている。

特開２００７−２２９７２４号公報特開２００８−５５４７６号公報特開２００８−４９３８９号公報特開２００８−８７０１５号公報特開２００８−８７０３５号公報特開２０１２−２０６１５８号公報特開２０１３−７１１２０号公報特開２０１３−４３１８２号公報

特許文献１〜特許文献７に開示されている方法によれば、スプリングバック前の応力などの物理量を成形品の一部領域に対して変化させて、そのスプリングバックへの影響を評価することにより、スプリングバックそのもの発生要因となる部位を特定することは可能であった。しかしながら、被加工材の特性変動をはじめとする成形条件の違い（ばらつき）がスプリングバック量の変動へ影響する場合を対象とするものでない。
さらに、特許文献８に開示されている方法は、スプリングバック対策前後の応力分布の差分の変化量を視覚的に表示することでスプリングバック対策の効果を確認するものであり、スプリングバック発生要因となる部位を特定するものではなく、成形条件のばらつきについては考慮されていなかった。
このように、成形条件のばらつき又は変動に起因するスプリングバック量の変動を評価し、さらに、スプリングバック量の変動の要因が成形品のどの部位で発生しているのかを特定する技術はこれまでになかった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、成形条件のばらつき又は変動がスプリングバック量の変動に及ぼす要因となる部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定方法を提供することを目的とする。

なお、本願における成形条件は、被加工材（ブランク）の機械的特性、被加工材の厚さおよび形状、被加工材の温度、被加工材と金型間の摺動特性、金型に対する被加工材の相対位置、被加工材の位置極め装置の位置および形状、金型材の機械的特性、金型表面の形状、金型の内部構造、板押さえ圧力、板押さえ位置、金型構成部品に板押さえ圧力を付加する装置の位置および形状、金型構成部品の相対位置、金型移動の相対速度、金型の振動、金型の温度、雰囲気温度、雰囲気成分、加圧装置、電磁気的環境のことであり、成形条件のばらつき又は変動とは、同等の成形品を得ることを目的とする場合の成形条件が、成形開始時点又は成形中若しくは離型中において、加工空間内の一部又は全部で均一又は不均一にばらつき又は変動することをいう。

（１）本発明に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するものであって、予め設定した第１の成形条件でプレス成形解析を行い、成形下死点における成形品の応力分布を算出する第１成形条件応力分布算出ステップと、前記第１の成形条件と異なるように設定した第２の成形条件でプレス成形解析を行い、成形下死点における成形品の応力分布を算出する第２成形条件応力分布算出ステップと、該第２成形条件応力分布算出ステップで算出した応力分布と前記第１成形条件応力分布算出ステップで算出した応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、前記第１成形条件応力分布算出ステップで算出した成形下死点における成形品の応力分布又は前記第２成形条件応力分布算出ステップで算出した成形下死点における成形品の応力分布に置換して設定する応力差分分布設定ステップと、該応力差分分布を設定した成形品のスプリングバック解析を行い、該成形品に生じるスプリングバック量を算出する応力差分スプリングバック量算出ステップと、前記応力差分分布設定ステップで前記成形品に設定した応力差分分布のうち、該成形品における一部の領域の応力差分の値を変更する応力差分分布変更ステップと、
該応力差分の値を変更した成形品のスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出する応力差分変更スプリングバック量算出ステップと、該応力差分変更スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量と前記応力差分スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつき又は変動により前記成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる該成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定ステップと、を備えたことを特徴とするものである。

（２）本発明に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するものであって、予め第１の成形条件で第１の成形品をプレス成形し、該第１の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第１成形品モデルを作成し、該第１成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、前記第１の成形品の成形下死点における応力分布を取得する第１成形品応力分布取得ステップと、前記第１の成形条件と異なる第２の成形条件で第２の成形品をプレス成形し、該第２の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第２成形品モデルを作成し、該第２成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、前記第２の成形品の成形下死点における応力分布を取得する第２成形品応力分布取得ステップと、前記第１の成形品の成形下死点における応力分布と前記第２の成形品の成形下死点における応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、前記第１成形品応力分布取得ステップで取得した前記第１の成形品の成形下死点における応力分布又は前記第２成形品応力分布取得ステップで取得した前記第２の成形品の成形下死点に応力分布に置換して設定する応力差分分布設定ステップと、該設定した応力差分分布に基づいて前記成形品モデルのスプリングバック解析を行い、該成形品モデルに生じる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、前記応力差分分布設定ステップで前記成形品モデルに設定した応力差分分布のうち、該成形品モデルにおける一部の領域の応力差分の値を変更する応力差分分布変更ステップと、該応力差分の値を変更した前記成形品モデルのスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出する応力差分変更スプリングバック量算出ステップと、該応力差分変更スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量と前記応力差分スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつき又は変動により前記成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる該成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定ステップと、を備えたことを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記成形条件は、被加工材の機械的特性、被加工材の厚さおよび形状、被加工材の温度、被加工材と金型間の摺動特性、金型に対する被加工材の相対位置、被加工材の位置極め装置の位置および形状、金型材の機械的特性、金型表面の形状、金型の内部構造、板押さえ圧力、板押さえ位置、金型構成部品に板押さえ圧力を付加する装置の位置および形状、金型構成部品の初期相対位置、金型移動の相対速度、金型の振動、金型の温度、雰囲気温度、雰囲気成分、加圧装置、電磁気的環境であることを特徴とするものである。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記応力差分分布変更ステップは、前記応力差分に対して少なくとも１方向の成分を消去する、定数倍する、定数を加算する、定数乗する、被加工材の板厚方向の平均値に置き換える、板厚方向の中央値に置き換える、のいずれかにより前記応力差分の値を変更することを特徴とするものである。

本発明によれば、成形条件のばらつき又は変動により成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定することができ、前記成形品の量産時の形状安定に対して対策が必要な前記成形品における部位を正確かつ容易に特定することができる。

本実施の形態１に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法の処理の流れを示すフロー図である。本実施の形態１におけるプレス成形解析を説明する図である。本実施の形態１において、被加工材の材料強度を第１の成形条件（材料Ａ）としたプレス成形解析により算出した成形下死点における応力分布の解析結果（ａ）と、該応力分布に基づいてスプリングバック解析により算出した変位の解析結果（ｂ）を示す図である。本実施の形態１において、被加工材の材料強度を15%増加させた第２の成形条件（材料Ｂ）でのプレス成形解析により算出した成形下死点における応力分布の解析結果（ａ）と、該応力分布に基づいてスプリングバック解析により算出した変位の解析結果（ｂ）を示す図である。本実施の形態１において、成形条件を材料Ｂとしたときのスプリングバック解析後の変位（ａ）、成形条件を材料Ａとしたときのスプリングバック解析後の変位（ｂ）、材料Ｂの成形条件における変位と材料Ａの成形条件における変位との差（ｃ）を示す図である。本実施の形態１において、成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布（ａ）と、成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布（ｂ）と、材料Ｂの成形下死点における応力分布と材料Ａの成形下死点における応力分布との差分（ｃ）を示す図である。材料Ｂの成形下死点における応力分布と材料Ａの成形下死点における応力分布との差分（ａ）と、該応力分布の差分に基づくスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である。成形条件を材料Ｂと材料Ａとしたときのそれぞれのスプリングバック解析により算出した変位の差（ａ）と、成形条件を材料Ｂおよび材料Ａとしたときの成形下死点における応力差分に基づくスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である。本実施の形態１におけるスプリングバック解析と該スプリングバック解析により求めた変位の解析結果を示す図である。本実施の形態１においてスプリングバック量であるねじれ角とハネ量の算出方法を説明する図である。本実施の形態１において、成形品の領域分割を説明する図である。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その２）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その３）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その４）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その５）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その６）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その７）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その８）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その９）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１０）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１１）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１２）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１３）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１４）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１５）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１６）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１７）。本実施の形態１において、応力差分を変更する領域（ａ）と、該領域の応力差分を変更してスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である（その１８）。本実施の形態１において、成形品における応力差分分布を消去た領域と、該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の変動との関係を示すグラフである。本実施の形態１において、応力差分分布を消去した領域と該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるハネ量の変動との関係を示すグラフである。従来技術によりスプリングバックの発生要因となる部位を特定した結果の例として、成形下死点における応力分布を変更した領域と、該応力分布を変更したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の関係を示すグラフである。成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布に対して成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布に置き換える領域（ａ）と、該応力分布を置き換えてスプリングバック解析したときの変位（ｂ）を示す図である（その１）。成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布に対して成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布に置き換える領域（ａ）と、該応力分布を置き換えてスプリングバック解析したときの変位（ｂ）を示す図である（その２）。成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布に対して成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布に置き換える領域（ａ）と、該応力分布を置き換えてスプリングバック解析したときの変位（ｂ）を示す図である（その３）。成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布に対して成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布に置き換える領域（ａ）と、該応力分布を置き換えてスプリングバック解析したときの変位（ｂ）を示す図である（その４）。成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布に対して成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布に置き換える領域と、該応力分布を変更したときのスプリングバックにより生じるねじれ角との関係を示すグラフである。成形条件を材料Ｂとしたときの成形下死点における応力分布に対して成形条件を材料Ａとしたときの成形下死点における応力分布に置き換える領域と、該応力分布を変更したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の変動との関係を示すグラフである。本実施の形態２に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法の処理の流れを示すフロー図である。本実施の形態２に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法の処理を説明する図である。実施例において、金型形状が異なる成形条件（金型Ｂ）でのプレス成形解析により算出した成形下死点における応力分布（ａ）と、該応力分布によるスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）の図である。実施例において、成形条件を金型Ａおよび金型Ｂとしたときの成形下死点における応力分布の差分（ａ）と、該応力分布の差分に基づくスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である。実施例において、金型形状が異なる２つの成形条件（金型Ｂおよび金型Ａ）でのスプリングバック解析により算出した変位と、変位差を示す図である（（ａ）：金型Ｂとしたときのスプリングバック後の変位、（ｂ）金型Ａとしたときのスプリングバック後の変位、（ｃ）金型Ｂと金型Ａのスプリングバック後の変位差）。実施例において、金型形状にばらつきがある場合について、応力差分分布を消去した領域と、該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の変動との関係を示すグラフである。実施例において、金型形状にばらつきがある場合について、応力差分分布を消去した領域と該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるハネ量の変動との関係を示すグラフである。実施例において、潤滑油量が異なる成形条件（潤滑Ｂ）でのプレス成形解析により算出した成形下死点における応力分布（ａ）と、該応力分布によるスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）の図である。実施例において、成形条件を潤滑Ａおよび潤滑Ｂとしたときの成形下死点における応力分布の差分（ａ）と、該応力分布の差分に基づくスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である。実施例において、潤滑油量が異なる２つの成形条件（潤滑Ｂおよび潤滑Ａ）でのスプリングバック解析により算出した変位と、変位差を示す図である（（ａ）：潤滑Ｂとしたときのスプリングバック後の変位、（ｂ）潤滑Ａとしたときのスプリングバック後の変位、（ｃ）潤滑Ｂと潤滑Ａのスプリングバック後の変位差）。実施例において、潤滑条件にばらつきがある場合について、応力差分分布を消去した領域と、該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の変動との関係を示すグラフである。実施例において、潤滑条件にばらつきがある場合について、応力差分分布を消去した領域と該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるハネ量の変動との関係を示すグラフである。実施例において、成形下死点の位置が異なる成形条件（下死点Ｂ）でのプレス成形解析により算出した成形下死点における応力分布（ａ）と、該応力分布によるスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）の図である。実施例において、成形下死点の位置が異なる２つの成形条件（下死点Ｂおよび下死点Ａ）でのスプリングバック解析により算出した変位と、変位差を示す図である（（ａ）：下死点Ｂとしたときのスプリングバック後の変位、（ｂ）下死点Ａとしたときのスプリングバック後の変位、（ｃ）下死点Ｂと下死点Ａのスプリングバック後の変位差）。実施例において、成形条件を下死点Ａおよび下死点Ｂとしたときの成形下死点における応力分布の差分（ａ）と、該応力分布の差分に基づくスプリングバック解析により算出した変位（ｂ）を示す図である。実施例において、成形下死点位置にばらつきがある場合について、応力差分分布を消去した領域と、該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の変動との関係を示すグラフである。実施例において、成形下死点位置にばらつきがある場合について、応力差分分布を消去した領域と該応力差分を消去したときのスプリングバックにより生じるハネ量の変動との関係を示すグラフである。

本発明の実施の形態に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法を説明する前に、まず本発明に至った経緯について説明する。

＜本発明に至った経緯＞
図２に一例として示すような成形品１のプレス成形においては、被加工材の特性変動をはじめとする成形条件のばらつき又は変動により、成形品１の離型後においてはスプリングバック量に変動が生じる場合があった。そして、このような成形条件のばらつき又は変動によるスプリングバック量の変動が生じる要因となる部位は、スプリングバックそのものが発生する要因となる部位とは異なる場合があるため、金型形状や成形条件に何らかの対策を施してスプリングバックを低減したとしても、成形条件のばらつき又は変動によるスプリングバック量の変動を低減するには至らないという問題があった。

そこで発明者は、このような問題を解決するために鋭意検討した。その結果、成形条件のばらつき又は変動として異なる２つの成形条件（第１の成形条件と第２の成形条件）で成形した成形品におけるスプリングバックの変動の要因が、第１の成形条件で成形した成形品１の成形下死点における応力分布と、第２の成形条件で成形した成形品１の成形下死点における応力分布の違いに起因するのではないかと着想するに至った。

そこで、この着想の妥当性を検証するために、表１に示すように被加工材の材料強度にばらつきを有する２つの成形条件（以下、２つの成形条件のうち、第１の成形条件を「材料Ａ」、第２の成形条件を「材料Ｂ」と記す）について、図２に示すハット断面形状の成形品１のプレス成形解析を行って成形下死点における応力分布を算出し、さらに、該応力分布を用いたスプリングバック解析によりスプリングバックによる変位を算出して２つの成形条件における変位の差分を求めた。なお、表１に示す「材料Ｂ」は、「材料Ａ」に比べて被加工材の材料強度を15%増加させたものである。

図３および図４に、材料Ａと材料Ｂの各成形条件について算出した成形下死点における応力分布と、各成形条件で成形した成形品の離型後におけるスプリングバックによる変位の解析結果を示す。また、図５に２つの成形条件でのスプリングバックによる変位の差分を示す。

次に、前述のプレス成形解析により求めた第１の成形条件（材料Ａ）での成形下死点における応力分布と第２の成形条件（材料Ｂ）での成形下死点における応力分布の差分（以下、「応力差分分布」という）を算出し、第１の成形条件での成形下死点における応力分布を前記算出した応力差分分布に置き換えてスプリングバック解析を行い、応力差分分布に基づくスプリングバックによる変位を求めた。図６に、２つの成形条件での成形下死点における応力差分分布を、図７に、該応力差分分布に基づいてスプリングバック解析により求めた変位を示す。

そして、図８に示すように、成形下死点における応力差分分布に基づく変位（図８（ａ））が、材料Ａと材料Ｂの２つの成形条件で成形した成形品のスプリングバックによる変位の差分（図８（ｂ））とほぼ一致することが確認された。つまり、２つの成形条件での成形下死点における応力分布の違いである応力差分分布が、成形条件のばらつきによるスプリングバック量の変動の原因であり、２つの成形条件での成形下死点における応力差分分布は、第１の成形条件でのスプリングバック後の状態から第２の成形条件でのスプリングバック後の形状に移行するための駆動力であると考えてよいという知見を得た。

上記のように、第１の成形条件での成形下死点における応力分布と第２の成形条件での成形下死点における応力分布とを比較する点については、特許文献５に記載されているが、特許文献５に記載されている方法は、第１の成形条件で求めた物理量と第２の成形条件で求めた物理量の差が所定値よりも大きい領域がある場合には、当該所定値よりも大きい領域において、第１の成形条件での物性値または物理量のデータの少なくも一つに対して演算処理を行うものであり、成形品の全体に対して物理量（成形下死点における応力分布）の差分を算出するものではない。

また、成形下死点における成形品の応力分布の差分を求める方法は、特許文献６および特許文献８に記載されている。しかしながら、特許文献６に記載されている方法は、一つの成形条件の下でスプリングバック前後の応力分布の差分を算出することで、スプリングバック有効応力を算出するものである。また、特許文献８に記載されている方法は、スプリングバック前後の応力分布の差分に対するスプリングバック対策前後の変化量を評価するものであり、この応力分布の差分の変化量がスプリングバック対策、すなわち、スプリングバック変化の駆動力になる。したがって、特許文献６および特許文献８に記載されているものは、いずれも、成形条件のばらつき又は変動により異なる２つの成形条件での成形下死点における応力分布の違いが、成形条件のばらつきによるスプリングバック量の変動の原因であるという重要な着眼点に至ってはいない。

本発明に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、上記の経緯により完成されたものであり、その具体的な方法を以下の実施の形態１および実施の形態２にて説明する。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するものであって、図１に示すように、第１成形条件応力分布算出ステップＳ１と、第２成形条件応力分布算出ステップＳ３と、応力差分分布設定ステップＳ５と、応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７と、応力差分分布変更ステップＳ９と、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１と、スプリングバック量変動要因部位特定ステップＳ１３とを備えたものである。

以下、図２に示すようなハット断面形状の成形品１にプレス成形するにあたり、前述の表１に示すように被加工材である980MPa級GA鋼板の材料強度にばらつきがある場合を例として、上記の各ステップを説明する。

＜第１成形条件応力分布算出ステップ＞
第１成形条件応力分布算出ステップＳ１は、成形条件のばらつき又は変動として予め設定した第１の成形条件でプレス成形解析を行い、成形下死点における成形品１の応力分布を算出するステップである。

本実施の形態１では、第１の成形条件として表１に示す材料Ａの材料強度を設定した。そして、第１成形条件応力分布算出ステップＳ１におけるプレス成形解析は、図２に示すように、ダイ５とパンチ７からなる金型モデル３により被加工材（鋼板）であるブランクモデル９を挟むプレス成形解析を実施し、図３（ａ）に示すように、成形下死点における成形品１の応力分布を算出する。なお、プレス成形解析においては、図２に示すように成形過程においては位置決めピンによりブランクモデル９を固定するものとし、ブランクモデル９の要素サイズを約1mm、解析条件として、ブランクモデル９と金型モデル３との間の摩擦係数を0.15、成形下死点位置を上下金型のモデルのスキが1.45mmとなる位置とした。

なお、第１成形条件応力分布算出ステップＳ１は、コンピュータがプレス成形解析を行うものであり、プレス成形解析には、例えば、有限要素法解析ソフトウェアを用いることができる。本実施の形態１では、市販の有限要素法解析ソフトウェアであるLS−DYNA Ver.971をコンピュータ上で実行することによりプレス成形解析を行い、ソルバーには動的陽解法を適用した。

また、本発明は、図２に示すような金型モデル３を用いるものや、ハット断面形状の成形品１を成形対象とするものに限るものではなく、成形対象に応じて金型モデルや成形品などを適宜設定することができる。

＜第２成形条件応力分布算出ステップ＞
第２成形条件応力分布算出ステップＳ３は、成形条件のばらつき又は変動として第１成形条件応力分布算出ステップＳ１で設定した第１の成形条件と異なるように設定した第２の成形条件でプレス成形解析を行い、成形下死点における成形品１の応力分布を算出するステップである。

実施の形態１では、第２の成形条件として表１に示す材料Ｂの材料強度を設定した。そして、第２成形条件応力分布算出ステップＳ３におけるプレス成形解析は、第１成形条件応力分布算出ステップＳ１と同様に、図２に例示するように、ダイ５とパンチ７からなる金型モデル３によりブランクモデル９を挟む成形解析を第２の成形条件で実施し、図４（ａ）に示すように、成形下死点における成形品１の応力分布を算出する。

なお、第２成形条件応力分布算出ステップＳ３は、コンピュータがプレス成形解析を行うものであり、本実施の形態１では、前述の第２成形条件応力分布算出ステップＳ３と同様、市販の有限要素法解析ソフトウェアであるLS−DYNA Ver.971を用いてプレス成形解析を実行した。

＜応力差分分布設定ステップ＞
応力差分分布設定ステップＳ５は、図６に示すように、第２成形条件応力分布算出ステップＳ３で算出した応力分布（図６（ａ））と第１成形条件応力分布算出ステップＳ１で算出した応力分布（図６（ｂ））との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、第１成形条件応力分布算出ステップＳ１で算出した成形下死点における成形品１の応力分布又は第２成形条件応力分布算出ステップＳ３で算出した成形下死点における成形品１の応力分布に置換して設定する（図６（ｃ））するステップである。

＜応力差分スプリングバック量算出ステップ＞
応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７は、応力差分分布設定ステップＳ５において応力差分分布を設定した成形品のスプリングバック解析を行い、該成形品に生じるスプリングバック量を算出するステップである。
本実施の形態１では、まず、図６に示すように、応力差分分布を設定した成形品１（図７（ａ））についてスプリングバック解析を行い、該スプリングバック解析によりスプリングバック後の変位（図７（ｂ））を算出する。スプリングバック解析においては、図９に示すように、成形品１の一端側に設けた３箇所を固定点で固定し、スプリングバックによる変位を算出した。

なお、応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７は、コンピュータがスプリングバック解析を行うものであり、スプリングバック解析には、例えば、有限要素法解析ソフトウェアを用いることができる。本実施の形態１では、市販の有限要素法解析ソフトウェアであるLS−DYNA Ver.971をコンピュータ上で実行することによりプレス成形解析を行い、ソルバーには静的陰解法を適用した。

次に、図１０に示すように、スプリングバック解析により算出した変位に基づいて、ねじれ角（図１０（ａ））およびハネ量（図１０（ｂ））を算出した。本実施の形態１において、ねじれ角は、図１０（ａ）に示すように、成形品１の他端側に設けた２箇所の評価点を結ぶ直線のスプリングバックによる回転角（図１０（ａ）中の矢印の向きを正）とし、ハネ量は、図１０（ｂ）に示すように、２つの評価点の中点における成形ストローク方向の変位量（ダイ５から離れる向きを正）とした。

＜応力差分分布変更ステップ＞
応力差分分布変更ステップＳ９は、応力差分分布設定ステップＳ５で成形品に設定した応力差分分布のうち、該成形品における一部分のある部位の応力差分の値を変更するステップであり、本実施の形態１では、図１１に示すように、成形品１を複数の領域に分割（長手方向にＡ〜Ｆの６分割、幅方向に１〜３の３分割）し、それぞれの領域における応力差分を消去、すなわち、応力差分の値をゼロにする。

＜応力差分変更スプリングバック量算出ステップ＞
応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１は、応力差分分布変更ステップＳ９において応力差分の値を変更した成形品のスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出するステップであり、本実施の形態１では、図１１に示すように分割した各領域（Ａ１、Ａ２、Ａ３、…、Ｆ３）における応力差分の値をゼロにして成形品１のスプリングバック解析を行い、スプリングバック量として図１０に示すようにねじれ角とハネ量をそれぞれ算出する。なお、応力差分の値は、必ずしもゼロにする必要はなく、応力差分の値を変化させてもよい。

なお、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１は、コンピュータがスプリングバック解析を行うものであり、本実施の形態１では、前述の応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７と同様、市販の有限要素法解析ソフトウェアであるLS−DYNA Ver.971を用いた。

図１２〜図２９に、成形品１の各領域（Ａ１、Ａ２、Ａ３、…、Ｆ３）における応力差分の消去（応力差分の値をゼロ）にして成形品１のスプリングバック解析を行って算出したスプリングバックによる変位の結果を示す。

＜スプリングバック量変動要因部位特定ステップ＞
スプリングバック量変動要因部位特定ステップＳ１３は、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したスプリングバック量と応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつき又は変動により前記成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる該成形品における部位を特定するステップである。

図３０に、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したねじれ角と応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したねじれ角の結果を示す。図３０において、baseは、応力差分の分布を変更せずに応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したねじれ角であり、Ａ１〜Ｆ３は、図１１に示す領域Ａ１〜Ｆ３それぞれの応力差分を消去して応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したねじれ角である。

図３０より、応力差分を変更しない場合（base）、すなわち、被加工材の材料強度のばらつきに起因するねじれ角の変動は1.32°であるのに対し、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２の応力差分を消去した場合のねじれ角はそれぞれ0.82°、0.83°および0.76°であり、baseに比べて低下した。ある領域の応力差分を消去したことによりねじれ角が低減するのは、当該領域がねじれ角の変動に大きく影響することを示しており、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２が、材料強度のばらつきに起因するねじれ角の変動を生じる部位であると特定することができる。

なお、図３０において、領域Ａ３の応力差分を消去したときのねじれ角は1.87°であり、応力差分を変更しない場合（base）、すなわち、被加工材の材料強度のばらつきに起因するねじれ角（1.32°）に比べて増加しているが、これは、領域Ａ３における応力差分を消去することで、被加工材の材料強度のばらつきに起因するねじれ角の変動に寄与するものの、当該領域がねじれ角をさらに変動させやすい部位であることを示すものである。
また、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２と、領域Ａ３以外の領域におけるねじれ角は、応力差分を変更しない場合のねじれ角と同程度であることから、これらの領域は、材料強度のばらつきに起因するねじれ角の変動に対する影響が小さい部位であることを示す。
すなわち、前記部位の応力差分の値をゼロに変更することでbaseよりねじれ角が減少する場合は、前記部位の応力差分がねじれ角を増大させるスプリングバックの変動要因であることを示している。
他方、前記部位の応力差分の値をゼロに変更することでbaseよりねじれ角が増加する場合は、前記部位の応力差分があることによってねじれ角を抑制していることを示しているため、前記部位はスプリングバックの変動には影響しない領域と判断される。

図３１に、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したハネ量と応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したハネ量の結果を示す。図３０と同様、図３１において、baseは、応力差分の分布を変更せずに応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したハネ量、Ａ１〜Ｆ３は、図１１に示す領域Ａ１〜Ｆ３それぞれの応力差分を消去して応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したハネ量である。

図３１より、応力差分を変更しない場合（base）、すなわち、被加工材の材料強度のばらつきに起因するハネ量の変動は4.68mmであるのに対し、領域Ｂ３およびＥ２の応力差分を変更した場合のハネ量はそれぞれ0.82mm、0.83mmおよび0.76mmであり、baseに比べて低下した。これより、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２が、材料強度のばらつきに起因するハネ量の変動を生じる要因となる部位であると特定することができる。

このように、材料強度のばらつきによりスプリングバック量の変動が生じる要因として特定された部位は、前述のように、従来技術によりスプリングバックそのものの発生要因として特定された部位とは必ずしも一致しない。この点に関して、従来技術によりスプリングバックの発生要因を特定した結果と比較することにより説明する。

図３２に、従来技術によりスプリングバックの発生要因となる部位を特定した結果の一例として、従来技術（特許文献１に開示されている方法）を用いて、成形下死点における応力分布を変更した領域と、該応力分布を変更したときのスプリングバックにより生じるねじれ角の関係を求めた結果を示す。図３２は、成形下死点における応力分布を変更しない場合（base）と、図１１に示す領域Ａ１〜Ｆ３それぞれの応力を消去してスプリングバック解析を行って算出したねじれ角の結果を示す。

図３２より、スプリングバック（ねじれ角）の発生要因となる部位は、baseの場合のねじれ角との差が大きい領域Ａ３、Ｂ１、Ｂ２およびＥ２に相当する部位であると特定することができる。しかしながら、このように特定された部位は、図３０に示すように、材料強度のばらつきに起因するねじれ角の変動要因となる部位とは異なる傾向を示す結果となった。したがって、スプリングバックの発生要因となる部位を特定する従来技術の方法では、成形条件のばらつきによりスプリングバック量の変動を生じる要因となる部位を充分に特定することはできないことがわかる。

次に、本実施の形態１に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法により、成形条件のばらつき又は変動に起因してスプリングバック量に変動が生じる要因として特定された部位が妥当であることについて説明する。

上述のとおり、図２に示す成形品１を成形するにあたって表１に示すように被加工材の材料強度にばらつきがある場合、成形品１における領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２がスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位であると特定された。そこで、該特定された部位における応力分布を変更することで、スプリングバック量の変動が低減するかどうかについて検証した。

まず、材料Ｂの成形条件で求めた成形品１の領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２における応力分布を材料Ａの成形条件で求めた応力分布に置き換え、スプリングバック解析を行ってスプリングバックによる変位を算出した。そして、各領域における応力分布を置き換えたスプリングバック解析により算出した変位を用いて、成形品１に生じるねじれ角を算出した。

図３３〜図３５に、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２それぞれの応力分布を材料Ａの成形条件で求めた応力分布に置き換えたスプリングバック解析により算出した変位の結果を、図３６に、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２の全てにおける応力分布を材料Ａの応力分布に置き換えてスプリングバック解析を行って算出した変位の結果を示す。
さらに、各領域における応力を置き換えて算出した変位（図３３〜図３６）により求めたねじれ角の結果を図３７に、各領域における応力を置き換えて算出した変位（図３３〜図３６）により求めたねじれ角の変動量の結果を図３８に示す。

図３７および図３８より、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２のいずれにおいても、成形下死点における応力分布を材料Ａの成形条件での応力分布に置き換えることにより、ねじれ角が材料Ａの条件におけるねじれ角（図３７）に近づく、すなわち、材料強度の違いによるねじれ角の変動が材料Ｂの条件に比べて減少し（図３８）し、さらに、領域Ａ１、Ｂ３およびＥ２の全てに対して材料Ａの成形条件での応力分布に置き換えることで、成形条件のばらつきによるねじれ角の変動を低減できることが示された。
この結果は、本実施の形態１に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法により特定された部位が、成形条件のばらつきに起因するスプリングバック量の変動の要因となる部位として妥当であることを示すものである。

以上、本実施の形態１に係る方法によれば、成形条件のばらつきに起因するスプリングバック量の変動の要因となる部位を精度良く特定できることが示された。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するものであって、図３９に示すように、第１成形品応力分布取得ステップＳ２１と、第２成形品応力分布取得ステップＳ２３と、応力差分分布設定ステップＳ２５と、応力差分スプリングバック量算出ステップＳ２７と、応力差分分布変更ステップＳ２９と、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ３１と、スプリングバック量変動要因部位特定ステップＳ３３とを備えたものである。
以下、上記の各ステップについて図３９および図４０を参照して説明する。

＜第１成形品応力分布取得ステップＳ２１＞
第１成形品応力分布取得ステップＳ２１は、予め第１の成形条件で第１の成形品をプレス成形し、該第１の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第１成形品モデルを作成し、該第１成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、前記第１の成形品の成形下死点における応力分布を取得するステップである。

第１成形品応力分布取得ステップＳ２１における具体的な処理は、図４０に示すように、プレス成形金型１１を用いて第１の成形条件で第１の成形品２１をプレス成形し、該プレス成形した第１の成形品２１の三次元形状を測定し、該測定した第１成形品三次元形状データ２３をデータ処理して第１成形品モデル２５を作成し、第１成形品モデル２５をダイ４３とパンチ４５からなる金型モデル４１によって成形下死点まで挟み込む状態の力学的解析として弾性有限要素解析を行い、該弾性有限要素解析により得られた第１成形品モデル２５の成形下死点における応力分布を取得する過程に対応する。

ここで、第１の成形品２１の三次元形状の測定、第１成形品モデル２５の作成および弾性有限要素解析の具体的な方法としては、例えば、特許文献７に記載されている方法を用いることができる。

＜第２成形品応力分布取得ステップＳ２３＞
第２成形品応力分布取得ステップＳ２３は、前記第１の成形条件と異なる第２の成形条件で第２の成形品をプレス成形し、該第２の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第２成形品モデルを作成し、該第２成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、前記第２の成形品の成形下死点における応力分布を取得するステップである。

第２成形品応力分布取得ステップＳ２３における具体的な処理についても、図４０に示すように、プレス成形金型１１を用いて第２の成形条件で第２の成形品３１をプレス成形し、該プレス成形した第２の成形品３１の三次元形状を測定し、該測定した第２成形品三次元形状データ３３をデータ処理して第２成形品モデル３５を作成し、第２成形品モデル３５をダイ４３とパンチ４５からなる金型モデル４１によって成形下死点まで挟み込む状態の力学的解析として弾性有限要素解析を行う過程に対応する。
さらに、第２の成形品３１の三次元形状の測定、第２成形品モデル３５の作成および弾性有限要素解析の具体的な方法に関しても、例えば、特許文献７に記載されている方法を用いることができる。

＜応力差分分布設定ステップＳ２５＞
応力差分分布設定ステップＳ２５は、第１成形品応力分布取得ステップＳ２１にて算出した第１の成形品の成形下死点における応力分布と、第２成形品応力分布取得ステップＳ２３にて算出した前記第２の成形品の成形下死点における応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、第１成形品応力分布取得ステップＳ２１で取得した成形下死点における第１成形品モデル２５の応力分布又は第２成形品応力分布取得ステップＳ２３で取得した成形下死点における第２成形品モデル３５の応力分布に置換して設定するステップである。

本実施の形態２においては、図４０に示すように、第１成形品モデル２５の成形下死点における応力分布と、第２成形品モデル３５の成形下死点における応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を成形下死における第１成形品モデル２５に設定する。なお、応力差分分布は、成形下死点における第２成形品モデル３５に設定するものであってもよい。

＜スプリングバック量算出ステップＳ２７＞
スプリングバック量算出ステップＳ２７は、図４０に示すように、応力差分分布設定ステップＳ２５にて設定した応力差分分布に基づいて第１成形品モデル２５のスプリングバック解析を行い、第１成形品モデル２５に生じるスプリングバック量を算出するステップである。

なお、スプリングバック量算出ステップＳ２７は、コンピュータがスプリングバック解析を行うものであり、スプリングバック解析には、例えば、有限要素法解析ソフトウェアを用いることができる。本実施の形態２では、市販の有限要素法解析ソフトウェアであるLS−DYNA Ver.971をコンピュータ上で実行することによりプレス成形解析を行い、ソルバーには静的陰解法を適用した。

＜応力差分分布変更ステップ＞
応力差分分布変更ステップＳ２９は、応力差分分布設定ステップＳ５にて第１成形品モデル又は第２成形品モデルに設定した応力差分分布のうち、該第１成形品モデル又は第２成形品モデルの一部における応力差分の値を変更するステップである。

本実施の形態２では、実施の形態１の応力差分分布変更ステップＳ２９と同様、応力差分分布設定ステップＳ５にて応力差分分布を設定した第１成形品モデル２５に対して、図１１に示すように複数の領域に分割（長手方向にＡ〜Ｆの６分割、幅方向に１〜３の３分割）し、それぞれの領域における応力差分を消去する（ゼロにする）。

＜応力差分変更スプリングバック量算出ステップ＞
応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ３１は、応力差分分布変更ステップＳ２９にて応力差分の値を変更した第１成形品モデル又は第２成形品モデルのスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出するステップである。
本実施の形態２では、応力差分分布変更ステップＳ２９において応力差分分布の値を変更した第１成形品モデル２５のスプリングバック解析を行う。なお、スプリングバック量算出ステップＳ２７は、スプリングバック量算出ステップＳ２７と同様、コンピュータがスプリングバック解析を行うものであり、スプリングバック解析には、例えば、有限要素法解析ソフトウェアを用いることができる。

＜スプリングバック量変動要因部位特定ステップ＞
スプリングバック量変動要因部位特定ステップＳ３３は、応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ３１で算出したスプリングバック量とスプリングバック量算出ステップＳ２７で算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつきに又は変動より第１成形品モデル２５のスプリングバック量に変動が生じる要因となる第１成形品モデル２５における部位を特定するステップである。

以上、本実施の形態２に係る方法によれば、成形条件のばらつき又は変動に起因するスプリングバック量の変動の要因となる部位を精度良く特定できることが示された。

なお、成形品の実測形状を取得し、該取得した実測形状に基づいて金型形状で挟む力学的解析を実施することで、成形下死点における応力分布を算出する方法は特許文献７に開示されているが、上記の本実施の形態２に係る方法のように、２つの成形条件でプレス成形した２つの成形品の成形下死点における応力分布の差分を求め、該応力分布の差分に基づいて成形条件のばらつき又は変動に起因するスプリングバック量の変動を評価することに関しては、特許文献７に開示も示唆もされていない。

さらに、本実施の形態１および実施の形態２においてばらつき又は変動が生じる成形条件は、被加工材（ブランク）の機械的特性、被加工材の厚さおよび形状、被加工材の温度、被加工材と金型間の摺動特性、金型に対する被加工材の相対位置、被加工材の位置極め装置の位置および形状、金型材の機械的特性、金型表面の形状、金型の内部構造、板押さえ圧力、板押さえ位置、金型構成部品に板押さえ圧力を付加する装置の位置および形状、金型構成部品の初期相対位置、金型移動の相対速度、金型の振動、金型の温度、雰囲気温度、雰囲気成分、加圧装置、電磁気的環境のいずれかである。

また、実施の形態１の応力差分分布変更ステップＳ２９と実施の形態２の応力差分分布変更ステップＳ２９は、応力差分分布に対して少なくともある一部の領域の応力差分を消去（すべての成分をゼロ）にするものであったが、応力差分を変更する方法はこれに限るものではなく、応力差分に対して少なくとも１方向の成分を消去する、定数倍する、定数を加算する、定数乗する、被加工材の板厚方向の平均値に置き換える、板厚方向の中央値に置き換える、のいずれかにより行えばよい。

本発明のスプリングバック量変動要因部位特定方法の作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
本実施例では、成形条件のばらつき又は変動として金型形状、潤滑状態および成形下死点位置が変動する３ケースのそれぞれについて、成形条件のばらつき又は変動に起因してスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定した。以下、各ケースにおける成形条件と解析結果を示す。

なお、本実施例では、前述の実施の形態１に係る方法を用いた。すなわち、図２に示すように、ダイ５とパンチ７からなる金型モデル３を用いてブランクモデル９を成形品１に成形するプレス成形解析と、該プレス成形解析により求めた成形下死点における応力差分分布を設定した成形品１のスプリングバック解析を行った。そして、スプリングバック量に変動が生じる要因となる部位の特定については、図１１に示すように成形品１を複数の領域に分割し、各領域における応力差分を消去する（ゼロにする）ことにより、応力差分を変更した領域と、該領域の応力差分を変更したときのスプリングバック量との関係を求めることにより行った。
なお、プレス成形解析およびスプリングバック解析は、有限要素法解析ソフトウェアであるLS-DYNA Ver.971をコンピュータ上で実行することにより行った。

［金型形状］
成形条件のばらつきとして、プレス成形の連続による金型が摩耗して金型形状が変化するケースを想定し、金型形状のばらつきにより成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定した。

金型形状のばらつきは、量産中の金型の摩耗によってダイ５およびパンチ７の稜線の曲率半径が増大する場合であり、金型モデル３のダイ５およびパンチ７の全稜線の曲率半径が設計形状のままであるもの（以下、「金型Ａ」と記す）と、該曲率半径を2mm増大させたもの（以下、「金型Ｂ」と記す）の２条件とした。なお、曲率半径2mmは実際の変動より大きめの値を設定した。そして、各金型形状についてプレス成形解析を行い、成形下死点における応力分布の差分を算出し、スプリングバック量の変動の要因となる部位を特定した。ここで、金型形状以外の成形条件（潤滑油量、成形下死点位置など）は変化しないものとし、ブランクモデル９と金型モデル３との間の摩擦係数を0.15、成形下死点位置は、ダイ５とパンチ７のスキが1.45mmとなる位置とした。

図４１に、成形条件を金型Ｂとしてプレス成形解析を行って算出した成形下死点における応力分布（ａ）と、該応力分布に基づくスプリングバック解析により算出した成形品１の変位（ｂ）を示す。また、成形条件を金型Ａとしたプレス成形解析により算出した成形下死点における応力分布と、スプリングバック解析により算出した成形品１の変位は、図３に示した結果と同一である。

図４２に、金型Ａと金型Ｂの各成形条件で算出した成形下死点における応力分布の差分（ａ）と、該応力差分分布を用いたスプリングバック解析により算出した成形品１の変位（ｂ）を示す。また、図４３に、金型Ａと金型Ｂの各成形条件で算出した成形下死点における応力分布に基いてスプリングバック解析を行って算出した金型Ｂと金型Ａの成形条件のばらつきにより生じる変位の差を示す。

応力差分分布に基づく変位の分布（図４２（ｂ））と、応力分布に基づく変位の差（図４３（ｂ））とがほぼ同様の傾向を示していることから、成形条件のばらつきとして金型形状の異なる２つの条件における成形下死点での応力分布の差である応力差分分布がスプリングバック量の変動の要因であることが示される。

次に、応力差分分布に基づいてスプリングバック解析を行って算出した変位を用いて求めたスプリングバック量であるねじれ角とハネ量の結果を図４４および図４５に示す。
図４４および図４５において、baseは、応力差分の分布を変更せずに応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したもの、Ａ１〜Ｆ３は、図１１に示す領域Ａ１〜Ｆ３それぞれの応力差分を消去して応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したものである。

図４４より、領域Ｂ３における応力差分を消去すると、応力差分を消去する前のねじれ角0.40°に比べて0.00°へと大幅に低減していることから、ねじれ角の変動の要因となる部位としては、領域Ｂ３が特定される。
また、図４５より、領域Ｅ２と領域Ｄ２における応力差分を消去すると、応力差分を消去する前のハネ量-2.99mmに対してそれぞれ-1.58mmおよび0.17mmに変化し、その絶対値が大幅に低減していることから、ハネ量の変動の要因となる部位としては、領域Ｄ２およびＥ２が特定される。

以上、成形条件として金型形状にばらつきが生じる場合において、該金型形状のばらつきに起因してスプリングバック量であるねじれ角とハネ量のそれぞれに変動が生じる要因となる部位を特定できることが示された。これらの結果により特定された各領域の応力差分が発生しにくい部品形状や方法に変更することで、成形条件のばらつきによる形状変動の少ない成形品を得ることができる。

［潤滑状態］
次に、成形条件のばらつきとして、プレス成形時における潤滑条件（潤滑油の付着量などの）が変化するケースを想定し、潤滑条件のばらつきによりスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定した。

本実施例では、潤滑条件のばらつきは、プレス成形解析における金型モデル３（ダイ５およびパンチ７）とブランクモデル９の摩擦係数により考慮し、摩擦係数を0.15とした成形条件（以下、「潤滑Ａ」と記す）と、摩擦係数を0.20とした成形条件（以下、「潤滑Ｂ」と記す）のそれぞれについてプレス成形解析を行い、成形下死点における応力分布の差分を算出し、スプリングバック量の変動の要因となる部位を特定した。

そして、潤滑条件のばらつきによりスプリングバック量に変動が生じる部位の特定については、前述の実施の形態１に示した方法を用い、潤滑条件以外の成形条件（金型形状、成形下死点位置など）は変化しないものとし、成形下死点位置については、金型モデル３におけるダイ５とパンチ７のスキが1.45mmとなる位置とした。

そして、図１１に示すように成形品１を複数の領域に分割し、各領域における応力差分の値をゼロにすることにより、各領域とスプリングバック量との関係に基づいて、潤滑条件のばらつきによりスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定した。

図４６に、成形条件を潤滑Ｂとしてプレス成形解析を行ったときの成形下死点における応力分布（ａ）と、該応力分布に基づくスプリングバック解析により算出した成形品１の変位（ｂ）を示す。また、成形条件を潤滑Ａとしてプレス成形解析を行ったときの成形下死点における応力分布と、スプリングバック解析により算出した成形品１の変位は、図３に示した結果と同一である。

図４７に、潤滑Ａと潤滑Ｂの成形条件で算出した成形下死点における応力分布の差分（ａ）と、該応力差分分布を用いたスプリングバック解析により算出した成形品１の変位（ｂ）を示す。また、図４８に、潤滑Ａの成形条件でスプリングバック解析を行って算出した変位と潤滑Ｂの成形条件でスプリングバック解析を行って算出した変位との差を示す。

応力差分分布に基づく変位の分布（図４７（ｂ））と応力分布に基づく変位の差の分布（図４８（ｂ））とが類似の傾向を示していることから、成形条件として潤滑条件にばらつきが生じる場合においても、潤滑条件が異なる場合における成形下死点応力分布の差、すなわち、応力差分分布がスプリングバック量の変動の要因であることが示される。

次に、応力差分分布に基づいてスプリングバック解析を行って算出した変位を用いてスプリングバック量としてねじれ角とハネ量を求めた結果を図４９および図５０に示す。
図４９および図５０において、baseは、応力差分の分布を変更せずに応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したもの、Ａ１〜Ｆ３は、図１１に示す領域Ａ１〜Ｆ３それぞれの応力差分を消去して応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したものである。

図４９より、領域Ａ２およびＢ３における応力差分を消去すると、応力差分を消去する前のねじれ角0.41°に比べ0.23°および0.28°へとそれぞれ低減していることから、ねじれ角の変動の要因となる部位としては、領域Ａ２およびＢ３が特定される。
また、図５０より、領域Ｄ３、Ｅ２およびＦ２における応力差分を消去すると、応力差分を消去する前のハネ量-1.33mmに比べて-0.80mm、-0.86mmおよび-0.65mmへとハネ量の絶対値が低減していることから、ハネ量の変動の要因となる部位としては、領域Ｄ３、Ｅ２およびＦ２が特定される。

以上、成形条件として潤滑条件にばらつきが生じる場合においても、該潤滑条件のばらつきに起因してスプリングバック量であるねじれ角とハネ量のそれぞれに変動が生じる要因となる部位を特定できることが示された。

［成形下死点位置］
さらに、成形条件のばらつきとして、プレス成形時におけるプレス機成形状態が変化するケースを想定し、プレス機成形状態のばらつきにスプリングバック量に変動が生じる要因となる部位を特定した。

本実施例では、プレス機成形状態のばらつきは、プレス成形解析における成形下死点位置により考慮し、金型モデル３におけるダイ５とパンチ７のスキを1.45mmとした成形条件（以下、「下死点Ａ」と記す）と、ダイ５とパンチ７のスキが0.2mm上昇し1.65mmとした成形条件（以下、「下死点Ｂ」と記す）のそれぞれについてプレス成形解析を行い、成形下死点における応力分布の差分を算出し、スプリングバック量の変動の要因となる部位を特定した。なお、成形下死点位置のばらつきにより、金型とブランクの当たり方や、成形荷重などにばらつきが生じることを模擬することができる。

そして、成形下死点位置のばらつきによりスプリングバック量に変動が生じる部位の特定については、前述の実施の形態１に示した方法を用い、成形下死点位置以外の成形条件（金型形状、潤滑油量（摩擦係数）など）は変化しないものとし、ブランクモデル９と金型モデル３との間の摩擦係数を0.15とした。

図５１に、成形条件を下死点Ｂとしてプレス成形解析を行ったときの成形下死点における応力分布（ａ）と、該応力分布に基づくスプリングバック解析により算出した成形品１の変位（ｂ）を示す。また、成形条件を下死点Ａとしてプレス成形解析を行ったときの成形下死点における応力分布と、スプリングバック解析により算出した成形品１の変位は、図３に示した結果と同一である。

図５２に、下死点Ａと下死点Ｂの成形条件で算出した成形下死点における応力分布の差分（ａ）と、該応力差分分布を用いたスプリングバック解析により算出した成形品１の変位（ｂ）を示す。また、図５３に、下死点Ａの成形条件でスプリングバック解析を行って算出した変位と下死点Ｂの成形条件でスプリングバック解析を行って算出した変位との差を示す。

応力差分分布に基づく変位の分布（図５２（ｂ））と応力分布に基づく変位の差の分布（図５３（ｂ））とが同様の傾向を示していることから、成形条件として下死点位置にばらつきが生じる場合においても、下死点位置が異なる場合における成形下死点応力分布の差、すなわち、応力差分分布がスプリングバック量の変動の要因であることが示される。

次に、応力差分分布に基づいてスプリングバック解析を行って算出した変位を用いてスプリングバック量としてねじれ角とハネ量を求めた結果を図５４および図５５に示す。
図５４および図５５において、baseは、応力差分の分布を変更せずに応力差分スプリングバック量算出ステップＳ７で算出したもの、Ａ１〜Ｆ３は、図１１に示す領域Ａ１〜Ｆ３それぞれの応力差分を消去して応力差分変更スプリングバック量算出ステップＳ１１で算出したものである。

図５４より、領域Ａ１、Ａ２、Ｂ３およびＥ３における応力差分を消去すると、応力差分の分布を変更する前（base）のねじれ角0.70°に比べて0.45°、0.20°、0.42°および0.28°へとそれぞれ低減していることから、ねじれ角の変動の要因となる部位としては、領域Ａ１、Ａ２、Ｂ３およびＥ３が特定される。
また、図５５より、領域Ｂ３およびＥ３における応力差分を消去すると、応力差分を変更する前（base）のハネ量1.62mmに比べて1.12mmおよび1.30mmへと低減し、他の領域におけるハネ量の変化に比べて相対的に大きいことから、ハネ量の変動の要因となる部位としては、領域Ｂ３およびＥ３が特定される。

以上、成形条件として成形下死点位置にばらつきが生じる場合においても、該成形下死点位置のばらつきに起因してスプリングバック量であるねじれ角とハネ量のそれぞれに変動が生じる要因となる部位を特定できることが示された。

１成形品
３金型モデル
５ダイ
７パンチ
９ブランクモデル
１１プレス成形金型
２１第１の成形品
２３第１成形品三次元形状データ
２５第１成形品モデル
３１第２の成形品
３３第２成形品三次元形状データ
３５第２成形品モデル
４１金型モデル
４３ダイ
４５パンチ

（２）本発明に係るスプリングバック量変動要因部位特定方法は、成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するものであって、予め第１の成形条件で第１の成形品をプレス成形し、該第１の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第１成形品モデルを作成し、該第１成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、該第１成形品モデルの成形下死点における応力分布を取得する第１成形品応力分布取得ステップと、前記第１の成形条件と異なる第２の成形条件で第２の成形品をプレス成形し、該第２の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第２成形品モデルを作成し、該第２成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、該第２成形品モデルの成形下死点における応力分布を取得する第２成形品応力分布取得ステップと、前記第１成形品モデルの成形下死点における応力分布と前記第２成形品モデルの成形下死点における応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、前記第１成形品応力分布取得ステップで取得した前記第１成形品モデルの成形下死点における応力分布又は前記第２成形品応力分布取得ステップで取得した前記第２成形品モデルの成形下死点における応力分布に置換して設定する応力差分分布設定ステップと、該設定した応力差分分布に基づいて前記第１成形品モデル又は第２成形品モデルのスプリングバック解析を行い、該第１成形品モデル又は第２成形品モデルに生じるスプリングバック量を算出する応力差分スプリングバック量算出ステップと、前記応力差分分布設定ステップで前記第１成形品モデル又は第２成形品モデルに設定した応力差分分布のうち、該第１成形品モデル又は第２成形品モデルにおける一部の領域の応力差分の値を変更する応力差分分布変更ステップと、該応力差分の値を変更した前記第１成形品モデル又は第２成形品モデルのスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出する応力差分変更スプリングバック量算出ステップと、該応力差分変更スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量と前記応力差分スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつき又は変動により前記成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる該成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定ステップと、を備えたことを特徴とするものである。

＜応力差分スプリングバック量算出ステップＳ２７＞
応力差分スプリングバック量算出ステップＳ２７は、図４０に示すように、応力差分分布設定ステップＳ２５にて設定した応力差分分布に基づいて第１成形品モデル２５のスプリングバック解析を行い、第１成形品モデル２５に生じるスプリングバック量を算出するステップである。

Claims

成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定方法であって、
予め設定した第１の成形条件でプレス成形解析を行い、成形下死点における成形品の応力分布を算出する第１成形条件応力分布算出ステップと、
前記第１の成形条件と異なるように設定した第２の成形条件でプレス成形解析を行い、成形下死点における成形品の応力分布を算出する第２成形条件応力分布算出ステップと、
該第２成形条件応力分布算出ステップで算出した応力分布と前記第１成形条件応力分布算出ステップで算出した応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、前記第１成形条件応力分布算出ステップで算出した成形下死点における成形品の応力分布又は前記第２成形条件応力分布算出ステップで算出した成形下死点における成形品の応力分布に置換して設定する応力差分分布設定ステップと、
該応力差分分布を設定した成形品のスプリングバック解析を行い、該成形品に生じるスプリングバック量を算出する応力差分スプリングバック量算出ステップと、
前記応力差分分布設定ステップで前記成形品に設定した応力差分分布のうち、該成形品における一部の領域の応力差分の値を変更する応力差分分布変更ステップと、
該応力差分の値を変更した成形品のスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出する応力差分変更スプリングバック量算出ステップと、
該応力差分変更スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量と前記応力差分スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつき又は変動により前記成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる該成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定ステップと、を備えたことを特徴とするスプリングバック量変動要因部位特定方法。
成形条件のばらつき又は変動に起因して成形品のスプリングバック量に変動が生じる場合において、該スプリングバック量に変動が生じる要因となる前記成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定方法であって、
予め第１の成形条件で第１の成形品をプレス成形し、該第１の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第１成形品モデルを作成し、該第１成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、前記第１の成形品の成形下死点における応力分布を取得する第１成形品応力分布取得ステップと、
前記第１の成形条件と異なる第２の成形条件で第２の成形品をプレス成形し、該第２の成形品の離型後における表面形状を測定して取得した三次元形状測定データから第２成形品モデルを作成し、該第２成形品モデルを金型モデルによって成形下死点まで挟み込んだ状態の力学的解析を行い、前記第２の成形品の成形下死点における応力分布を取得する第２成形品応力分布取得ステップと、
前記第１の成形品の成形下死点における応力分布と前記第２の成形品の成形下死点における応力分布との差分を応力差分分布として算出し、該算出した応力差分分布を、前記第１成形品応力分布取得ステップで取得した前記第１の成形品の成形下死点における応力分布又は前記第２成形品応力分布取得ステップで取得した前記第２の成形品の成形下死点に応力分布に置換して設定する応力差分分布設定ステップと、
該設定した応力差分分布に基づいて前記成形品モデルのスプリングバック解析を行い、該成形品モデルに生じる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、
前記応力差分分布設定ステップで前記成形品モデルに設定した応力差分分布のうち、該成形品モデルにおける一部の領域の応力差分の値を変更する応力差分分布変更ステップと、
該応力差分の値を変更した前記成形品モデルのスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を算出する応力差分変更スプリングバック量算出ステップと、
該応力差分変更スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量と前記応力差分スプリングバック量算出ステップで算出したスプリングバック量とに基づいて、成形条件のばらつき又は変動により前記成形品のスプリングバック量に変動が生じる要因となる該成形品における部位を特定するスプリングバック量変動要因部位特定ステップと、を備えたことを特徴とするスプリングバック量変動要因部位特定方法。
前記成形条件は、被加工材の機械的特性、被加工材の厚さおよび形状、被加工材の温度、被加工材と金型間の摺動特性、金型に対する被加工材の相対位置、被加工材の位置極め装置の位置および形状、金型材の機械的特性、金型表面の形状、金型の内部構造、板押さえ圧力、板押さえ位置、金型構成部品に板押さえ圧力を付加する装置の位置および形状、金型構成部品の初期相対位置、金型移動の相対速度、金型の振動、金型の温度、雰囲気温度、雰囲気成分、加圧装置、電磁気的環境であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプリングバック量変動要因部位特定方法。
前記応力差分分布変更ステップは、前記応力差分分布に対して少なくとも１方向の成分を消去する、定数倍する、定数を加算する、定数乗する、被加工材の板厚方向の平均値に置き換える、板厚方向の中央値に置き換える、のいずれかにより前記応力差分の値を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスプリングバック量変動要因部位特定方法。