JP6886178B2

JP6886178B2 - プレス成形体の成形時における割れ発生有無の事前予測方法

Info

Publication number: JP6886178B2
Application number: JP2017161171A
Authority: JP
Inventors: 孝行上原; 将志尾関
Original assignee: Keylex Corp
Current assignee: Keylex Corp
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP2019038005A

Description

本発明は、被プレス板をプレス成形してプレス成形体を得る前段階において、プレス成形シミュレーションによってプレス成形体に割れが発生するか否かを事前に予測する方法に関する。

従来より、自動車や家電製品等に用いるプレス成形体を設計する際において、当該プレス成形体を成形する金型の設計及び製作時における手戻りを出来るだけ少なくするために、プレス成形シミュレーションによってプレス成形体の成形時において割れが発生するか否かを事前に予測する作業が行われる。
例えば、特許文献１では、被プレス板をモデル化した複数の有限要素からなるモデルデータを作成するとともに、当該モデルデータを用いてプレス成形シミュレーションによる数値解析を行った後、モデルデータにおける各有限要素の最大主ひずみ及び最小主ひずみの値が成形限界線図における成形限界線より上側にあるか否かを見て割れが発生するか否かを事前予測している。

ところで、上述の如きプレス成形シミュレーションに用いられる成形限界線図は、球頭パンチ張出成形や円筒パンチ張出成形により得られるものである。したがって、成形限界線図を用いてプレス成形シミュレーションによる割れ発生の事前予測を行う場合、プレス成形体の外周縁部を除く領域における割れ発生については事前予測の精度が高いものの、プレス成形体の外周縁部における割れ発生については事前予測の精度が低いという問題があった。

これを回避するために、例えば、特許文献２では、割れ発生を予測するプレス成形体に使用する素材について、せん断面比率γ、端部稜線方向のひずみ勾配Δεθ、端部稜線垂直方向のひずみ勾配Δεｒ、及び、限界相当塑性ひずみεｃｒの関係を事前に実験により求めるとともにこれらの関係を近似式にし、当該近似式を利用して成形限界線図における成形限界線の位置を補正することにより、プレス成形体の外周縁部における割れ発生の事前予測の精度を高めるようにしている。

特開２００６−１６７７６６号公報特開２０１０−６９５３３号公報

しかし、特許文献２の場合、割れ発生を予測するプレス成形体に使用する素材について事前に実験を行って近似式を算出するといった作業が必要であり、予測作業を行う作業者の作業時間が増加して作業コストが嵩んでしまうという問題がある。

また、事前予測を行う際に、プレス成形体における外周縁部以外の領域の割れ発生の予測に使用する成形限界線図の成形限界線の値を利用することによって、プレス成形体の外周縁部において成形時に割れが発生するか否かを事前に予測したいという要望もあった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プレス成形体の成形時において割れが発生するか否かを効率良く、且つ、コストを抑えて事前に予測する方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、成形限界線図の成形限界線における最小主ひずみε_２が０のときにおける成形限界線の最大主ひずみε_１の値を利用してプレス成形体の外周縁部において成形時に割れが発生するか否かを予測するようにしたことを特徴とする。

具体的には、被プレス板をプレス成形してプレス成形体を得る前段階において、上記被プレス板をモデル化した複数の有限要素からなるモデルデータを作成するとともに当該モデルデータを用いたプレス成形シミュレーションによる数値解析を行うことによってプレス成形時に上記プレス成形体における外周縁部に割れが発生するか否かを予測するプレス成形体の成形時における割れ発生有無の事前予測方法を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、上記被プレス板の加工硬化指数がｎ、板厚がｔのときの成形限界線図を得た後、最小主ひずみε_２が０のときにおける成形限界線の最大主ひずみε_１の値Ｘを導き出し、しかる後、プレス成形シミュレーションによる数値解析を行って上記モデルデータにおける外周縁部に対応する各有限要素の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２をそれぞれ導き出すとともに最大主ひずみε_１と値Ｘとを比較し、その後、最小主ひずみε_２の値に関わらず最大主ひずみε_１≧Ｘを満たす各有限要素に対応する上記プレス成形体の外周縁部の領域に割れが発生すると予測することを特徴とする。

本発明では、作業者がプレス成形体における割れ発生の予測作業を行う際、通常の成形限界線図を得る以外に事前に実験を行って近似式を算出するなどといった特許文献２の如き作業の必要が無い。また、本発明の予測方法では、プレス成形体の外周縁部において成形時に割れが発生するか否かの事前予測をプレス成形体における外周縁部以外の領域に割れが発生するか否かの予測をする際に使用する成形限界線図の成形限界線の値の一部をそのまま利用することができる。したがって、作業者は、プレス成形体全域の割れ発生予測を効率良く時間をかけずに行うことができ、割れ予測の作業にかかるコストを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る予測方法の手順を示すフローチャートである。本発明の予測方法を用いて成形時に割れが発生するか否かの事前予測を行うプレス成形体の一例と該プレス成形体に成形する前の被プレス板とをそれぞれ示す概略斜視図である。図２における被プレス板のモデルデータとプレス成形シミュレーションによる変形後のモデルデータとをそれぞれ示す概略斜視図である。図２のプレス成形体の成形時における割れ発生有無を事前予測する際に使用する成形限界線図である。外周縁部割れ判定線を導き出すための検証に用いた種類の異なる３つのプレス成形体のうちの１つを示す図である。外周縁部割れ判定線を導き出すための検証に用いた種類の異なる３つのプレス成形体のうちの１つを示す図である。外周縁部割れ判定線を導き出すための検証に用いた種類の異なる３つのプレス成形体のうちの１つを示す図である。検証用の各プレス成形体の板厚が０．９ｍｍのときに作成した成形限界線図である。検証用の各プレス成形体の板厚が１．６ｍｍのときに作成した成形限界線図である。検証用の各プレス成形体の板厚が２．３ｍｍのときに作成した成形限界線図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態に係る予測方法の作業手順を示すフローチャート１である。本発明の予測方法は、図２及び図３に示すように、被プレス板２をプレス成形して目標形状であるプレス成形体３にする前段階において、上記被プレス板２をモデル化した複数の有限要素からなるモデルデータＤ１を作成するとともに当該モデルデータＤ１を用いたプレス成形シミュレーションによる数値解析を行うことによって成形時に上記プレス成形体３に割れが発生するか否かを事前に予測する方法であり、図１に示すように、７つのステップＳ１〜Ｓ７を順に経ることによってプレス成形体３の成形時において割れが発生するか否かが事前に分かるようになっている。

プレス成形体３の成形時に割れが発生するか否かの事前予測には、図４に示すような成形限界線図Ｇを用いる。この成形限界線図Ｇには、略Ｖ形状をなす成形限界線Ｓ１と、該成形限界線Ｓ１の下側に位置し、且つ、水平方向に延びる外周縁部割れ判定線Ｓ２とがそれぞれ表示されている。

成形限界線Ｓ１は、例えば、被プレス板２の加工硬化指数がｎで、且つ、板厚がｔのときに、実験によって、或いは、理論的に導き出される広く一般的に認知されたものであり、本発明の予測方法では、プレス成形体３の外周部分以外の領域において成形時に割れが発生するか否かを予測するときの閾値として用いられる。

例えば、図２のプレス成形体３における位置Ｐ１に対応するモデルデータＤ１の有限要素Ａ_Ｐ１の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２が、図４に示すように成形限界線Ｓ１より上側に位置する場合、プレス成形体３における位置Ｐ１において成形時に割れが発生すると予測する。一方、図２のプレス成形体３における位置Ｐ２に対応するモデルデータＤ１の有限要素Ａ_Ｐ２の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２が、図４に示すように成形限界線Ｓ１より下側に位置する場合、プレス成形体３における位置Ｐ２において成形時に割れが発生しないと予測する。

また、外周縁部割れ判定線Ｓ２は、成形限界線Ｓ１において、最小主ひずみε_２が０のときにおける最大主ひずみε_１の値Ｘを導き出して得たものであり、本発明の予測方法では、プレス成形体３の外周縁部において成形時に割れが発生するか否かを予測するときの閾値として用いられる。

例えば、図２のプレス成形体３における位置Ｑ１に対応するモデルデータＤ１の有限要素Ｂ_Ｑ１の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２が、図４に示すように外周縁部割れ判定線Ｓ２より上側に位置する場合、成形限界線Ｓ１よりも下側に位置する場合であってもプレス成形体３における位置Ｑ１において成形時に割れが発生すると予測する。一方、図２のプレス成形体３における位置Ｑ２に対応するモデルデータＤ１の有限要素Ｂ_Ｑ２の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２が、図４に示すように外周縁部割れ判定線Ｓ２より下側に位置する場合、プレス成形体３における位置Ｑ２において成形時に割れが発生しないと予測する。

このように、本発明の予測方法では、成形限界線図Ｇにおいて成形限界線Ｓ１では成形時における割れの発生有無を予測しきれないプレス成形体３の外周縁部について、当該プレス成形体３の外周縁部の割れの発生有無の予測にのみ使用する外周縁部割れ判定線Ｓ２を成形限界線Ｓ１に基づいて設定している。尚、上記外周縁部割れ判定線Ｓ２は、以下に示す検証を行うことにより導き出した。

まず、実際にプレス成形を実施した際にその外周縁部に割れが発生した種類の異なる３つのプレス成形体３ａ〜３ｃ（図５乃至図７参照）を選出するとともに、当該各プレス成形体３ａ〜３ｃの割れ発生部位Ｃ１〜Ｃ３における最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２をプレス成形シミュレーションによる数値解析によって求めた。尚、プレス成形体３ａ〜３ｃの材質は、９８０Ｍｐａ級の冷延鋼板とした。

次に、各プレス成形体３ａ〜３ｃの成形条件を変更して上記割れ発生部位Ｃ１〜Ｃ３における最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２をプレス成形シミュレーションによる数値解析によって算出した。尚、成形条件は、摩擦係数を実機の金型の状態に近くなるといわれている０．１２〜０．１５の間で変化させるとともに、各プレス成形体３ａ〜３ｃについて板厚を０．９ｍｍ、１．６ｍｍ、及び、２．３ｍｍに変更して割れ発生部位Ｃ１〜Ｃ３における最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２を算出した。そして、算出した割れ発生部位Ｃ１〜Ｃ３における最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２を上記成形限界線図Ｇにプロットした。すると、図８乃至図１０に示すように、各プレス成形体３ａ〜３ｃの成形時における外周縁部に割れが発生すると予測される限界ひずみは、成形限界線図Ｇにおいて、最小主ひずみε_２が０のときにおける成形限界線Ｓ１の最大主ひずみε_１の値Ｘ以上で、且つ、成形限界線Ｓ１より下方の領域に集中する傾向があることが分かった。

つまり、プレス成形シミュレーションによる数値解析を行ってモデルデータＤ１における外周縁部の各有限要素Ｂ_ｎの最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２をそれぞれ導き出すとともに最大主ひずみε_１と値Ｘとを比較し、最小主ひずみε_２の値に関わらず最大主ひずみε_１≧Ｘを満たす各有限要素Ｂ_ｎに対応するプレス成形体３の外周縁部の領域において成形時に割れが発生すると予測が可能であることが分かった。

次に、本発明の予測方法を用いたプレス成形体３の成形時における割れ発生有無の事前予測の手順について詳述する。

まず、図１に示すように、ステップＳ１において、ＣＡＤ上にて上記被プレス板２をモデル化した複数の有限要素からなるモデルデータＤ１を作成する。

次に、ステップＳ２において、被プレス板２の加工硬化指数がｎで、且つ、板厚がｔのときにおける成形限界線図Ｇを得る（図４参照）。

次いで、ステップＳ３において、モデルデータＤ１を用いてプレス成形シミュレーションを実施する。そして、プレス成形シミュレーションによる数値解析によって目標形状になったモデルデータＤ１における各有限要素の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２を得る。

しかる後、ステップＳ４において、解析したモデルデータＤ１の各有限要素のうちのプレス成形体３の外周部分以外の領域に対応する各有限要素Ａ_ｎ（ｎは自然数）を抽出する。

ステップＳ５では、抽出した各有限要素Ａ_ｎにおける最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２を成形限界線図Ｇにプロットするとともに、プロットした各有限要素Ａ_ｎの位置が成形限界線Ｓ１より上側に位置するか否かを比較する。そして、各有限要素Ａ_ｎの位置が成形限界線Ｓ１より上側に位置した場合には、その有限要素Ａ_ｎの位置に対応するプレス成形体３の領域に成形時に割れが発生すると予測する一方、各有限要素Ａ_ｎの位置が成形限界線Ｓ１より下側に位置した場合には、その有限要素Ａ_ｎの位置に対応するプレス成形体３の領域に成形時に割れが発生しないと予測する。

その後、ステップＳ６において、解析されたモデルデータＤ１の各有限要素のうちのプレス成形体３の外周部分に対応する各有限要素Ｂ_ｎ（ｎは自然数）を抽出する。

ステップＳ７では、抽出した各有限要素Ｂ_ｎにおける最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２を成形限界線図Ｇにプロットするとともに、プロットした各有限要素Ｂ_ｎの位置が外周縁部割れ判定線Ｓ２より上側に位置するか否かを比較する。そして、各有限要素Ｂ_ｎの位置が外周縁部割れ判定線Ｓ２より上側に位置した場合には、その有限要素Ｂ_ｎの位置に対応するプレス成形体３の外周縁部の領域に成形時に割れが発生すると予測する一方、各有限要素Ｂ_ｎの位置が外周縁部割れ判定線Ｓ２より下側に位置した場合には、その有限要素Ｂ_ｎの位置に対応するプレス成形体３の外周縁部の領域に成形時に割れが発生しないと予測して、プレス成形体３の成形時における割れ発生有無の事前予測を終了する。

以上より、本発明の実施形態によると、作業者がプレス成形体３における割れ発生の予測作業を行う際、通常の成形限界線図を得る以外に事前に実験を行って近似式を算出するなどといった特許文献２の如き作業の必要が無い。また、本発明の予測方法では、プレス成形体３の外周縁部において成形時に割れが発生するか否かの事前予測をプレス成形体３における外周縁部以外の領域に割れが発生するか否かの予測をする際に使用する成形限界線図Ｇの成形限界線Ｓ１の値の一部をそのまま利用することができる。したがって、作業者は、プレス成形体３全域の割れ発生予測を効率良く時間をかけずに行うことができ、割れ予測の作業にかかるコストを抑えることができる。

本発明は、被プレス板をプレス成形してプレス成形体を得る前段階において、プレス成形シミュレーションによってプレス成形体に割れが発生するか否かを事前に予測する方法に適している。

１フローチャート
２被プレス板
３プレス成形体
Ｇ成形限界線図
Ｓ１成形限界線
Ｓ２外周縁部割れ判定線

Claims

被プレス板をプレス成形してプレス成形体を得る前段階において、上記被プレス板をモデル化した複数の有限要素からなるモデルデータを作成するとともに当該モデルデータを用いたプレス成形シミュレーションによる数値解析を行うことによってプレス成形時に上記プレス成形体における外周縁部に割れが発生するか否かを予測するプレス成形体の成形時における割れ発生有無の事前予測方法であって、
上記被プレス板の加工硬化指数がｎ、板厚がｔのときの成形限界線図を得た後、最小主ひずみε_２が０のときにおける成形限界線の最大主ひずみε_１の値Ｘを導き出し、
しかる後、プレス成形シミュレーションによる数値解析を行って上記モデルデータにおける外周縁部に対応する各有限要素の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２をそれぞれ導き出すとともに最大主ひずみε_１と値Ｘとを比較し、その後、最小主ひずみε_２の値に関わらず最大主ひずみε_１≧Ｘを満たす各有限要素に対応する上記プレス成形体の外周縁部の領域に割れが発生すると予測することを特徴とするプレス成形体の成形時における割れ発生有無の事前予測方法。