JP6314626B2 - プレス成形性の評価方法、装置、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車部品のプレス成形性を評価するのに利用して好適なプレス成形性の評価方法、装置、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

自動車用鋼板は、工業規格に基づいた商取引がなされている。工業規格は、鋼板の種類ごとに降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、全伸びＥｌ、さらに用途によってはｒ値、穴広げ率λ、板厚の許容範囲が規定されている。
通常、自動車外板パネルや車体骨格部品は、プレス成形により所定の部品形状に加工される。その際、これら規格の特性値を参考に材料を選定するが、プレス成形で問題となる破断やしわ等の成形不良は、これら特性値から定量的に推定できるものではなく、部品形状やプレス工程・金型形状・加工条件等にも影響されるため、これらを総合的に検討する必要がある。そのため、有限要素法（ＦＥＭ）を用いたプレス成形性の予測評価を行い、実際のプレス加工時に安定して生産が行えるように材料が選定され、加工条件等が最適化される。ここで、降伏強さ、引張強さ、伸びやｒ値、穴広げ率は比較的簡易な機械試験により得られるわりには、材料のプレス成形性の優劣を判断する上で参考となる指標であるため、各種材料の許容範囲はこれらで規定されている。

しかしながら、これらの特性値は成形シミュレーションに直接入力されるものではなく、これらとは異なる別の材料パラメータを用いる。具体的には、材料の塑性異方性は異方性降伏関数で、加工硬化特性は加工硬化曲線でそれぞれ表現される。これらにはフィッティングパラメータが含まれており、材料による変形挙動の違いはこのパラメータの値として表現される。例えば加工硬化特性は引張試験により得られた応力−ひずみ曲線で得られるが、成形シミュレーションにおいては、これをいわゆるＳｗｉｆｔの式σ_eq＝Ｋ（ε₀＋ε_eq）ⁿを用いて近似したものが多用されている。これまでは、これらパラメータは必要に応じて採取した代表的な特性値に近い材料から得ており、この特性値に対応するパラメータを用いた成形シミュレーションでプレス成形性を予測評価していた。この代表的な特性値とは確率的には平均値に近い材料であるが、必ずしも製造実績の平均的な強度や伸びを示す材料とは限らない。

プレス成形難易ハンドブック−第3版−，日刊工業新聞社，p629-631.

大量生産による低価格化を成り立たせるため、現状の工業規格に基づく商取引では、特性値が許容範囲内にあれば、それを出荷しても問題ないことが前提とされている。したがって、プレス成形性を予測評価しておく段階で材料パラメータとして平均値近傍の材料に基づく値を利用すると、実際に加工に供される材料が予測評価時の材料と同等以上のプレス成形性を示すとは限らないため、事前評価段階で予測していなかった不具合が量産時に発生する危険性をともなう。
これを防ぐには、その規格許容範囲内で最も成形性に劣る特性を有する材料を供して事前に評価しておけばよい。ところが、最も成形性に劣る特性を有する材料を製造するのは容易ではない。最も成形性に劣る材料とは、伸びやｒ値、穴広げ率が下限で、降伏強さや引張強さが上限となる材料であると考えられるが、これらの特性値の１つ以上が想定した限界値近傍となるよう製造条件を制御するのは現実的には不可能に近い。

プレス成形において問題となる張出し成形部の破断に対する余裕度は、一般に、板厚減少率やＦＬＤ（Forming Limit Diagram：成形限界線図）を用いて判断される。ＦＬＤは破断限界を与える最大主ひずみを最小主ひずみごとに示した図であり、実験により得ることができる。しかしながら、ＦＬＤを得るための実験は煩雑であるため、規格化されている全ての材料に対して実験により得ようとするのは実現性が低い。さらに、量産時のプレスでは、ＦＬＤを測定するために供した材料と同等以上の伸びを示すとは限らないため、事前評価段階では予測していなかった破断が発生することがある。そのため、規格ごとに伸びの下限を与える材料パラメータとＦＬＤを活用した成形解析のニ−ズは高いものの、それに応じた材料を狙って製造するのは前述した理由により困難である。

一方、エッジ破断は、フランジ端の周方向の伸びひずみが限界値に達したときに発生するため、フランジ端の周方向伸びひずみが成形難易度を示す指標として考えられ、通常、円錐パンチ穴広げ試験により得られる限界穴広げ率λで評価される。しかしながら、実際の生産現場ではフランジ端はせん断されたままの状態であり、そのときのポンチとダイスのクリアランスによっては、エッジ破断の危険性は大きく変化する。すなわち、クリアランスによってはフランジ端の破断面にはディンプル、き裂、ボイド等の微視的損傷が観察され、せん断加工時に導入される微視的損傷が伸びフランジ工程での破断限界を大きく左右する。したがって、一定のクリアランスでせん断した条件で実測した穴広げ率を指標に成形解析によりエッジ破断の危険性を評価しても、量産では同一のクリアランスを維持したままでせん断されるとは限らないため、事前評価段階では予想していないエッジ破断が生じることがある。
また、円錐パンチ穴広げ試験により得られる穴広げ率λでエッジ破断の危険性を評価する場合、以下の技術課題がある。すなわち、円錐パンチ穴広げ試験では、材料が等方性であれば軸対称を維持したまま変形が進むため、穴縁端部の周方向伸びひずみは一様に増加し、破断が発生したときにはフランジ端周方向のどの部位も破断限界ひずみ近傍の大きな伸びを呈している。しかしながら、実部品でエッジ破断が問題となる部位では、周方向にひずみ分布が不均一となることが多く、円錐穴広げ限界を基準とした破断評価は信頼性が低い。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきに対して安定してプレス成形が可能であるかを正確に予測評価できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明者は鋭意検討の結果、以下に示す本発明に想到した。本発明の要旨は、次の通りである。
（１） プレス成形に供される材料が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価するプレス成形性の評価方法であって、
コンピュータが、
材料の製造実績のデータベースを利用して、前記材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する第１のステップと、
前記材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する第２のステップと、
前記材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する第３のステップと、
有限要素法による成形解析で得られる状態量が、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する第４のステップとを実行し、
前記第１のステップにおいて、材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌそれぞれの平均値ｍ、標準偏差σを計算し、前記データベースから製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m を、
｛（ＹＰ−ＹＰ _m ）／ＹＰ _m ｝ ² ＋｛（ＴＳ−ＴＳ _m ）／ＴＳ _m ｝ ² ＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ _m ）／Ｕ.Ｅｌ _m ｝ ²
が最小となるようサンプルを抽出し、
伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３）に最も近いサンプルを選択し、
前記第１のステップにおいて、前記製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m と伸びの下限に近いデータＹＰ _m+kσ 、ＴＳ _m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ _m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ _eq ＝Ｋ（ε _eq ＋ε ₀ ） ⁿ （σ _eq は相当応力、ε _eq は相当ひずみ）のパラメータＫ、ε ₀ 、ｎを、
Ｋ＝ＴＳ _m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）／ｎ ⁿ
ε ₀ ＝（ＹＰ _m+kσ ／Ｋ） ^1/n
ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）
の関係を満足するようフィッティングして求めることを特徴とするプレス成形性の評価方法。
（２） 前記第２のステップにおいて、前記同定したパラメータＫ、ε₀、ｎとひずみ比ρ＝ε₂／ε₁（ε₁：最大主ひずみ、ε₂：最小主ひずみ）、板厚ｔ₀を用いて、張出し成形部の破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、下式により求めることを特徴とする（１）に記載のプレス成形性の評価方法。

（３） 前記第３のステップにおいて、試験により得られたクリアランスと穴広げ率λの関係に基づいて、最も低い限界穴広げ率λ_minを用いて、エッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、ε₁ ^*＝ｌｎ（１＋λ_min／１００）として求めることを特徴とする（１）又は（２）に記載のプレス成形性の評価方法。
（４） 前記第３のステップにおいて、試験により得られたクリアランスと穴広げ率λの関係に基づいて、伸びの下限に近いＵ.Ｅｌ_m-kσ と最も低い限界穴広げ率λ_minを用いて、エッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、ε₁ ^*＝ａｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ_m-kσ ／１００）＋（１−ａ）ｌｎ（１＋λ_min／１００）（ａは材料パラメータ）として求めることを特徴とする（１）又は（２）に記載のプレス成形性の評価方法。
（５） プレス成形に供される材料が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価するプレス成形性の評価装置であって、
材料の製造実績のデータベースを利用して、前記材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する材料パラメータ同定手段と、
前記材料パラメータ同定手段で同定した材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する第１の破断限界演算手段と、
前記材料パラメータ同定手段で同定した材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する第２の破断限界演算手段と、
有限要素法による成形解析で得られる状態量が、前記第１の破断限界演算手段及び前記第２の破断限界演算手段で計算した、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する解析評価手段とを備え、
前記材料パラメータ同定手段において、材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌそれぞれの平均値ｍ、標準偏差σを計算し、前記データベースから製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m を、
｛（ＹＰ−ＹＰ _m ）／ＹＰ _m ｝ ² ＋｛（ＴＳ−ＴＳ _m ）／ＴＳ _m ｝ ² ＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ _m ）／Ｕ.Ｅｌ _m ｝ ²
が最小となるようサンプルを抽出し、
伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３）に最も近いサンプルを選択し、
前記材料パラメータ同定手段において、前記製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m と伸びの下限に近いデータＹＰ _m+kσ 、ＴＳ _m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ _m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ _eq ＝Ｋ（ε _eq ＋ε ₀ ） ⁿ （σ _eq は相当応力、ε _eq は相当ひずみ）のパラメータＫ、ε ₀ 、ｎを、
Ｋ＝ＴＳ _m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）／ｎ ⁿ
ε ₀ ＝（ＹＰ _m+kσ ／Ｋ） ^1/n
ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）
の関係を満足するようフィッティングして求めることを特徴とするプレス成形性の評価装置。
（６） プレス成形に供される材料が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価するためのプログラムであって、
材料の製造実績のデータベースを利用して、前記材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する処理と、
前記材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する処理と、
前記材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する処理と、
有限要素法による成形解析で得られる状態量が、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する第４の処理とをコンピュータに実行させ、
前記材料パラメータを同定する処理において、材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌそれぞれの平均値ｍ、標準偏差σを計算し、前記データベースから製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m を、
｛（ＹＰ−ＹＰ _m ）／ＹＰ _m ｝ ² ＋｛（ＴＳ−ＴＳ _m ）／ＴＳ _m ｝ ² ＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ _m ）／Ｕ.Ｅｌ _m ｝ ²
が最小となるようサンプルを抽出し、
伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３）に最も近いサンプルを選択し、
前記材料パラメータを同定する処理において、前記製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m と伸びの下限に近いデータＹＰ _m+kσ 、ＴＳ _m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ _m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ _eq ＝Ｋ（ε _eq ＋ε ₀ ） ⁿ （σ _eq は相当応力、ε _eq は相当ひずみ）のパラメータＫ、ε ₀ 、ｎを、
Ｋ＝ＴＳ _m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）／ｎ ⁿ
ε ₀ ＝（ＹＰ _m+kσ ／Ｋ） ^1/n
ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）
の関係を満足するようフィッティングして求めることを特徴とするプログラム。
（７） （６）に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

本発明によれば、材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきに対して安定してプレス成形が可能であるかを正確に予測評価することができる。これにより、量産が開始された後の成形不具合を未然に回避し、信頼性の高いプレス成形を実現することが可能となる。

実施形態に係るプレス成形性の評価装置の機能構成を示す図である。 車体設計のために自動車部品のプレス成形性を評価する処理の流れを示すフローチャートである。 平均材、伸びのばらつき範囲下限材の選定事例を示す特性図である。 加工硬化特性と実測値との比較を示す特性図である。 伸び下限材のＦＬＤを示す特性図である。 円錐パンチ穴広げ試験により得られたクリアランスと穴広げ率λの関係を示す特性図である。 プレス成形性を評価した結果をコンター表示した例を示す図である。 プレス成形性の評価装置として機能しうるコンピュータ装置の構成例を示す図である。

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に、実施形態に係るプレス成形性の評価装置１００の機能構成を示す。プレス成形性の評価装置１００は、プレス成形に供される材料である薄板が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価する。
１０１は材料パラメータ同定部であり、材料の製造実績のデータベース１０５を利用して、材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する。
１０２は第１の破断限界演算部であり、材料パラメータ同定部１０１で同定した材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する。
１０３は第２の破断限界演算部であり、材料パラメータ同定部１０１で同定した材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する。
１０４は解析評価部であり、成形ＣＡＥでの有限要素法による成形解析で得られる状態量が、第１の破断限界演算部１０２及び第２の破断限界演算部１０３で計算した、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する。

図２を参照して、車体設計のために自動車部品のプレス成形性を評価する処理の流れを示す。
車体を設計するにあたり、まず当該自動車の構造を設定した後（ステップＳ１）、ＣＡＤを用いて自動車部品の形状を設定し（ステップＳ２）、３次元の自動車部品を記録する。また、金型を用いてプレス加工ができるかどうかを評価するために、金型ＣＡＤで金型を設計し（ステップＳ３）、目的に応じてソフトウェアを選択して記録する。なお、ステップＳ１〜Ｓ３の処理は、プレス成形性の評価装置１００で行われるようにしてもよいし、他のコンピュータ装置で行われた結果がプレス成形性の評価装置１００に入力されるようにしてもよい。

以下、成形解析によりプレス成形性の評価を行うが、そのためにまず、プレス成形性の評価に供する自動車部品の材料規格、板厚を設定する（ステップＳ４）。

材料パラメータ同定部１０１は、データベース１０５を利用して、ステップＳ４で設定した材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する（ステップＳ５）。
鋼材を製造する工場では、製造された鋼材が工業規格或いは需要家の規格を満足しているか保証するため、出荷コイルごとに試験片を採取し、引張試験等のオンライン試験を行っている。このオンライン試験から得られた機械特性値（降伏応力、引張強さ、伸び等）は、上位コンピュータとして位置付けられているホストコンピュータに蓄積され、データベース１０５に反映される。このオンライン試験のデータから、以下の手法で規格ごとの代表材、下限データを選択する。
まず、工業規格ごとに材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌ[％]それぞれの平均値ｍ、標準偏差（品質ばらつきの範囲を正規分布としたときの標準偏差）σを計算し、データベース１０５から製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ_m、ＴＳ_m、Ｕ.Ｅｌ_mを、
｛（ＹＰ−ＹＰ_m）／ＹＰ_m｝²＋｛（ＴＳ−ＴＳ_m）／ＴＳ_m｝²＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ_m）／Ｕ.Ｅｌ_m｝²
が最小となるようサンプルを抽出する。また、伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３の任意の値）に最も近いサンプルを選択する。図３に、この手法で選択した平均材、伸びのばらつき範囲下限材の選定事例を示す。
続いて、製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ_m、ＴＳ_m、Ｕ.Ｅｌ_mと伸びの下限に近いデータＹＰ_m+kσ 、ＴＳ_m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ_m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ_eq＝Ｋ（ε_eq＋ε₀）ⁿ（σ_eqは相当応力、ε_eqは相当ひずみ）のパラメータＫ、ε₀、ｎを、
Ｋ＝ＴＳ_m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ_m-kσ ／１００）／ｎⁿ
ε₀＝（ＹＰ_m+kσ ／Ｋ）^1/n
ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ_m-kσ ／１００）
の関係を満足するようフィッティングして求める。成形解析には材料の加工硬化特性が必要であり、これは加工硬化曲線で表現される。これにはフィッティングパラメータが含まれており、材料による変形挙動の違いはこのパラメータの値として表現される。例えば加工硬化特性は引張試験により得られた応力−ひずみ曲線で得られるが、成形シミュレーションにおいては、これをいわゆるＳｗｉｆｔの式σ_eq＝Ｋ（ε₀＋ε_eq）ⁿを用いて近似したものが多用されており、パラメータＫ、ε₀、ｎを上述したフィッティングにより求めることできる。図４に、同定したパラメータを用いて計算した加工硬化特性と実測値との比較を示す。図４に示すように、比較的良好な近似精度を有していることがわかる。

次に、第１の破断限界演算部１０２は、ステップＳ５で同定した材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する（ステップＳ６）。
ここでは、同定した工業規格の許容範囲内の伸び下限材の張出し成形部の破断限界を与えるひずみを推定する。プレス成形において問題となる張出し成形部の破断に対する余裕度は、一般に、ＦＬＤを用いて判断される。以下の方法で、伸び下限材のＦＬＤを求める。同定したパラメータＫ、ε₀、ｎとひずみ比ρ＝ε₂／ε₁（ε₁：最大主ひずみ、ε₂：最小主ひずみ）、板厚ｔ₀を用いて、張出し成形部の破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、下式により求める。これにより、破断限界を与える最大主ひずみを最小主ひずみごとに求めることができる。図５に、この手法で求めた伸び下限材のＦＬＤを示す。

また、第２の破断限界演算部１０３は、ステップＳ５で同定した材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する（ステップＳ７）。
ここでは、同定した工業規格の許容範囲内の伸び下限材の材料パラメータと、実験により得られた打抜きクリアランスと穴広げ率の関係から量産時のクリアランスの変動とによる品質ばらつきを考慮したエッジ破断の破断限界ひずみを推定する。図６に、種々の打抜きクリアランスでブランク中央に穴開け加工し、円錐パンチ穴広げ試験により得られたクリアランスと穴広げ率λ［％］の関係を示す。この図から、打抜きクリアランスの増加にともない限界穴広げ率は増し、クリアランス２０［％］近傍で一定の穴広げ率を示すことがわかる。すなわち、限界穴広げ率はポンチとダイスのクリアランスに依存して大きく変化することがわかる。クリアランスを変化させたときに観測される最も低い限界穴広げ率λ_minを用いて、エッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、ε₁ ^*＝ｌｎ（１＋λ_min／１００）として求める。
また、このように円錐パンチ穴広げ試験により得られる穴広げ率λでエッジ破断の危険性を評価する場合、以下の技術課題が顕在化している。すなわち、円錐パンチ穴広げ試験では、材料が等方性であれば軸対称を維持したまま変形が進むため、穴縁端部の周方向伸びひずみは一様に増加し、破断が発生したときにはフランジ端周方向のどの部位も破断限界ひずみ近傍の大きな伸びを呈している。しかしながら、実部品でエッジ破断が問題となる部位では、周方向にひずみ分布が不均一となる。したがって、加工硬化が小さい材料ほどひずみが局所化しやすく、容易に破断限界ひずみに達するものと考えられる。材料の加工硬化は加工硬化指数ｎで評価でき、それは均一伸びＵ.Ｅｌに等しいことが知られている。そこで、破断限界ひずみに対応する穴広げ率λとひずみ分布のなだらかさに対応するＵ.Ｅｌを材料因子として、エッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、ε₁ ^*＝ａｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ_m-kσ ／１００）＋（１−ａ）ｌｎ（１＋λ_min／１００）（ａは材料パラメータ）として求めることを見出した。

次に、解析評価部１０４は、成形ＣＡＥでの限要素法による成形解析で得られる状態量が、ステップＳ６及びＳ７で計算した、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する（ステップＳ８）。
張出し成形部の破断評価は、前述したようにして求めたＦＬＤと変形過程の有限要素法によるシミュレーションの結果から得られる各部位のひずみ状態との位置関係を比較することで評価し、変形過程のひずみが破断限界ひずみに達したときに、破断、もしくはその危険性が高いと判断する。具体的には、図５に示すＦＬＤにおいて、有限要素法により得られた要素のひずみ状態をＲ、原点０とＲを結ぶ直線と破断限界線の交点をＡとしたとき、破断危険率はＯＲ／ＯＡとして定量化することができる。
また、エッジ破断の破断評価は、前述したようにして求めたエッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*と変形過程の有限要素法によるシミュレーションの結果から得られる各部位の最大主ひずみε₁を比較することで評価し、変形過程のひずみがこの指標に達したときに、破断、もしくはその危険性が高いと判断する。具体的には、破断危険率はε₁／ε₁ ^*として定量化することができる。
解析評価部１０４は、成形解析の結果を用いて、例えば図７に示すように、その破断危険率をコンター表示する（ステップＳ９）。

以上述べたように、材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきに対して安定してプレス成形が可能であるかを正確に予測評価することができる。これにより、量産が開始された後の成形不具合を未然に回避し、信頼性の高いプレス成形を実現することが可能となる。

本発明によるプレス成形性の評価方法の各ステップは、例えばＣＰＵがＲＡＭやＲＯＭ等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
具体的には、このプログラムは、例えばＣＤ-ＲＯＭのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体によりコンピュータに提供される。このプログラムを記録する記憶媒体としては、ＣＤ-ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気テープ、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、このプログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワークシステムにおける通信媒体を用いることができる。ここで、コンピュータネットワークとは、ＬＡＮ、インターネット等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等であり、通信媒体とは、光ファイバ等の有線回線や無線回線である。
また、本発明に含まれるプログラムとしては、供給されたプログラムをコンピュータが実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるようなもののみではない。例えば、そのプログラムがコンピュータにおいて稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本発明の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本発明に含まれる。また、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本発明の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本発明に含まれる。

本発明によるプレス成形性の評価装置は、例えば図８に示すようなコンピュータ装置により実現可能である。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）８００はＣＰＵ８０１を備え、ＲＯＭ８０２又はハードディスク（ＨＤ）８１１に記憶された、又はフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）８１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行する。ＲＡＭ８０３は、ＣＰＵ８０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。
ＰＣ８００は、システムバス８０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。８０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）であり、キーボード（ＫＢ）８０９や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。８０６はＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）であり、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）８１０の表示を制御する。８０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）である。ＤＫＣ８０７は、ブートプログラム、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憶するＨＤ８１１及びＦＤ８１２とのアクセスを制御する。ここで、ブートプログラムとは、起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行を開始するプログラムである。８０８は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。

１００：プレス成形性の評価装置
１０１：材料パラメータ同定部
１０２：第１の破断限界演算部
１０３：第２の破断限界演算部
１０４：解析評価部
１０５：材料の製造実績のデータベース

Claims (7)

1. プレス成形に供される材料が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価するプレス成形性の評価方法であって、
   コンピュータが、
   材料の製造実績のデータベースを利用して、前記材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する第１のステップと、
   前記材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する第２のステップと、
   前記材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する第３のステップと、
   有限要素法による成形解析で得られる状態量が、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する第４のステップとを実行し、
   前記第１のステップにおいて、材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌそれぞれの平均値ｍ、標準偏差σを計算し、前記データベースから製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m を、
   ｛（ＹＰ−ＹＰ _m ）／ＹＰ _m ｝ ² ＋｛（ＴＳ−ＴＳ _m ）／ＴＳ _m ｝ ² ＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ _m ）／Ｕ.Ｅｌ _m ｝ ²
   が最小となるようサンプルを抽出し、
   伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３）に最も近いサンプルを選択し、
   前記第１のステップにおいて、前記製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m と伸びの下限に近いデータＹＰ _m+kσ 、ＴＳ _m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ _m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ _eq ＝Ｋ（ε _eq ＋ε ₀ ） ⁿ （σ _eq は相当応力、ε _eq は相当ひずみ）のパラメータＫ、ε ₀ 、ｎを、
   Ｋ＝ＴＳ _m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）／ｎ ⁿ
   ε ₀ ＝（ＹＰ _m+kσ ／Ｋ） ^1/n
   ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）
   の関係を満足するようフィッティングして求めることを特徴とするプレス成形性の評価方法。
2. 前記第２のステップにおいて、前記同定したパラメータＫ、ε₀、ｎとひずみ比ρ＝ε₂／ε₁（ε₁：最大主ひずみ、ε₂：最小主ひずみ）、板厚ｔ₀を用いて、張出し成形部の破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、下式により求めることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形性の評価方法。
   

   
3. 前記第３のステップにおいて、試験により得られたクリアランスと穴広げ率λの関係に基づいて、最も低い限界穴広げ率λ_minを用いて、エッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、ε₁ ^*＝ｌｎ（１＋λ_min／１００）として求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形性の評価方法。
4. 前記第３のステップにおいて、試験により得られたクリアランスと穴広げ率λの関係に基づいて、伸びの下限に近いＵ.Ｅｌ_m-kσ と最も低い限界穴広げ率λ_minを用いて、エッジ破断の破断限界ひずみε₁ ^*を、ε₁ ^*＝ａｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ_m-kσ ／１００）＋（１−ａ）ｌｎ（１＋λ_min／１００）（ａは材料パラメータ）として求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形性の評価方法。
5. プレス成形に供される材料が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価するプレス成形性の評価装置であって、
   材料の製造実績のデータベースを利用して、前記材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する材料パラメータ同定手段と、
   前記材料パラメータ同定手段で同定した材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する第１の破断限界演算手段と、
   前記材料パラメータ同定手段で同定した材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する第２の破断限界演算手段と、
   有限要素法による成形解析で得られる状態量が、前記第１の破断限界演算手段及び前記第２の破断限界演算手段で計算した、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する解析評価手段とを備え、
   前記材料パラメータ同定手段において、材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌそれぞれの平均値ｍ、標準偏差σを計算し、前記データベースから製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m を、
   ｛（ＹＰ−ＹＰ _m ）／ＹＰ _m ｝ ² ＋｛（ＴＳ−ＴＳ _m ）／ＴＳ _m ｝ ² ＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ _m ）／Ｕ.Ｅｌ _m ｝ ²
   が最小となるようサンプルを抽出し、
   伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３）に最も近いサンプルを選択し、
   前記材料パラメータ同定手段において、前記製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m と伸びの下限に近いデータＹＰ _m+kσ 、ＴＳ _m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ _m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ _eq ＝Ｋ（ε _eq ＋ε ₀ ） ⁿ （σ _eq は相当応力、ε _eq は相当ひずみ）のパラメータＫ、ε ₀ 、ｎを、
   Ｋ＝ＴＳ _m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）／ｎ ⁿ
   ε ₀ ＝（ＹＰ _m+kσ ／Ｋ） ^1/n
   ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）
   の関係を満足するようフィッティングして求めることを特徴とするプレス成形性の評価装置。
6. プレス成形に供される材料が材料規格に従って指定されており、該材料のプレス成形性を評価するためのプログラムであって、
   材料の製造実績のデータベースを利用して、前記材料規格の許容範囲内の材料の品質ばらつきの分布に応じて材料パラメータを同定する処理と、
   前記材料パラメータによる品質ばらつきの影響を考慮した張出し成形部の破断の破断限界を計算する処理と、
   前記材料パラメータによる品質ばらつきと打抜きクリアランスによるばらつきの影響を考慮したエッジ破断の破断限界を計算する処理と、
   有限要素法による成形解析で得られる状態量が、張出し成形部の破断及びエッジ破断いずれかの破断形態の破断限界に達したときに、その破断形態で破断したと評価する第４の処理とをコンピュータに実行させ、
   前記材料パラメータを同定する処理において、材料の降伏強さＹＰ、引張強さＴＳ、均一伸びＵ.Ｅｌそれぞれの平均値ｍ、標準偏差σを計算し、前記データベースから製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m を、
   ｛（ＹＰ−ＹＰ _m ）／ＹＰ _m ｝ ² ＋｛（ＴＳ−ＴＳ _m ）／ＴＳ _m ｝ ² ＋｛（Ｕ.Ｅｌ−Ｕ.Ｅｌ _m ）／Ｕ.Ｅｌ _m ｝ ²
   が最小となるようサンプルを抽出し、
   伸びの下限材は、降伏強さＹＰのｍ＋ｋσ、引張強さＴＳのｍ＋ｋσ、均一伸びＵ.Ｅｌのｍ−ｋσ（ｋ＝１〜３）に最も近いサンプルを選択し、
   前記材料パラメータを同定する処理において、前記製造実績の平均的な特性に最も近いデータＹＰ _m 、ＴＳ _m 、Ｕ.Ｅｌ _m と伸びの下限に近いデータＹＰ _m+kσ 、ＴＳ _m+kσ 、Ｕ.Ｅｌ _m-kσ を用いて、材料の加工硬化特性を表現するσ _eq ＝Ｋ（ε _eq ＋ε ₀ ） ⁿ （σ _eq は相当応力、ε _eq は相当ひずみ）のパラメータＫ、ε ₀ 、ｎを、
   Ｋ＝ＴＳ _m+kσ （１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）／ｎ ⁿ
   ε ₀ ＝（ＹＰ _m+kσ ／Ｋ） ^1/n
   ｎ＝ｌｎ（１＋Ｕ.Ｅｌ _m-kσ ／１００）
   の関係を満足するようフィッティングして求めることを特徴とするプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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