JPWO2016121638A1 - 面形状不良発生領域推定方法、面形状不良原因領域推定方法、面形状不良発生領域推定装置、面形状不良原因領域推定装置、プログラム、及び、記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年1月26日に、日本に出願された特願2015−012325号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
以上のことから、近年では、成形方法を検討する設計段階つまり実際に成形を行う事前の段階にて、前述のような「スプリングバック」や「シワ」の発生領域や原因領域を推定できる方法が望まれている。
同様の課題は、鋼板のプレス成形に限らず、長手形状の鋼材のロールフォーム成形や鋼管のハイドロフォームなどの場合においても存在する。また、被加工材の素材も鋼に限らず、アルミやチタン等の金属材料、FRPやFRTP等のガラス繊維強化樹脂材料、更にはこれらの複合材料などの場合にも、同様の課題が存在する。
(2)上記(1)に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記面形状不良発生評価指標αが比較応力の最小値であってもよい。
(3)上記(1)に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値であってもよい。
(4)上記(1)に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値であってもよい。
(6)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記分割比較応力分布取得工程において、前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定してもよい。
(7)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記分割比較応力分布取得工程において、前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定してもよい。
(9)上記(1)〜(8)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記被加工材が金属であってもよい。
(10)上記(1)〜(9)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記塑性加工がプレス成形であってもよい。
(11)上記(1)〜(10)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法では、前記面形状不良がシワであってもよい。
(13)上記(12)に記載の面形状不良原因領域推定方法では、前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、修正比較応力の最小値であってもよい。
(14)上記(12)に記載の面形状不良原因領域推定方法では、前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分の最大値であってもよい。
(15)上記(12)に記載の面形状不良原因領域推定方法では、前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値であってもよい。
(17)上記(16)に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記面形状不良発生評価指標αが比較応力の最小値であってもよい。
(18)上記(16)に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値であってもよい。
(19)上記(16)に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値であってもよい。
(21)上記(16)〜(19)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記分割比較応力分布取得部において、前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定してもよい。
(22)上記(16)〜(19)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記分割比較応力分布取得部において、前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定してもよい。
(24)上記(16)〜(23)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記被加工材が金属であってもよい。
(25)上記(16)〜(24)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記塑性加工がプレス成形であってもよい。
(26)上記(16)〜(25)のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置では、前記面形状不良がシワであってもよい。
(28)上記(27)に記載の面形状不良原因領域推定装置では、前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、修正比較応力の最小値であってもよい。
(29)上記(27)に記載の面形状不良原因領域推定装置では、前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分の最大値であってもよい。
(30)上記(27)に記載の面形状不良原因領域推定装置では、前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値であってもよい。
(32)本発明の第六の態様は、上記(12)に記載の面形状不良原因領域推定方法を実行するプログラムである。
(33)本発明の第七の態様は、上記(31)に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。
(34)本発明の第八の態様は、上記(32)に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。
図16A、図16Bに、後に詳しく説明する図1のプレス金型モデルを用いてプレス成形を行ったプレス成形品(鋼板S)のシェーディング図を示す。図16Aは、上型101が下死点の5ミリ手前にあるときの鋼板Sのシェーディング図、図16Bは、上型101が下死点にあるときの鋼板Sのシェーディング図である。
図16Aにおいて、濃淡が確認される部位はプレス前から下死点5ミリ手前までの間に鋼板Sの形状が変化した部位である。すなわち、当該部位にシワの元になる撓み部が発生しているとも推定できるが、濃淡がついている部位はあくまで、鋼板Sの形状が変化した部位であり、撓み部であるとも推定できるし、製品形状とも推定される。
さらに、図16Bに示すように、上型101が下死点にあるときのシェーディング図からは、濃淡がはっきりせず、シワ発生領域を推定することは困難である。
つまり、前述のようなシェーディング図を用いた推定方法では、シワ発生領域を定量的に推定することは困難であった。特に、製品形状が複雑な場合は、撓み部又はシワであるのか加工すべき形状(デザイン)であるのかをシェーディング図から判別することは極めて困難であった。
更に本発明者らは、上型が下死点に到達してプレス成形が終了すると、シワの元になる撓み部が金型によって潰され、その結果、応力の分布が生じることに着目し、下死点到達前の鋼板の応力分布と、下死点到達後の鋼板の応力分布とを比較することがシワ発生を更に正確に予測する上で重要であることを知見した。
具体的に、当該数値解析は、図1に示す上型(パンチ)101、しわ押さえ金型102及び下型(ダイス)103を備えたプレス金型モデルを用いて行われる。このプレス金型モデルは、鋼板Sを下型103の上に置き、しわ押さえ金型102を下降させて鋼板Sを下型103としわ押さえ金型102とで挟んだ状態で、上型101を相対的に下降させることによりプレス成形を行うモデルとする。
(1)被加工材の塑性変形が開始する時点を塑性加工開始時点TSTART、
(2)被加工材の塑性変形が完了する時点を塑性加工完了時点TEND、
(3)塑性加工開始時点TSTARTよりも後であって、且つ、塑性加工完了時点TENDよりも前の時点を第一加工時点T1、
(4)第一加工時点T1よりも後であって、且つ、塑性加工完了時点TENDよりも前又は同時である時点を第二加工時点T2、
と定義する。
尚、以下に示す図面においては、図示される部材の形状や大きさ、寸法等は、実際の部材の寸法等とは異なる場合がある。
「領域」とは、有限要素法における1個以上の要素からなる微小領域、又は、要素が連続した集合体などである。
本発明の第一実施形態は、プレス成形の開始時点(塑性加工開始時点TSTART)からプレス成形の完了時点(塑性加工完了時点TEND)に至るまで鋼板Sをプレス成形して得られるプレス成形品(塑性加工品)のシワ発生領域(面形状不良発生領域)を推定する面形状不良発生領域推定方法である。
本実施形態に係る面形状不良発生領域推定方法は、図2に示すように、第一応力分布取得工程S11と、第二応力分布取得工程S12と、比較応力分布取得工程S13と、分割比較応力分布取得工程S14と、面形状不良発生領域推定工程S15と、を備える。
以下、各工程について詳述する。
第一応力分布取得工程S11では、有限要素法による数値解析によって、プレス成形の対象である鋼板Sの第一加工時点T1における応力分布である第一応力分布σ(T1)を取得する。具体的には、第一加工時点T1、すなわち、上型101が鋼板Sに接触して鋼板Sの変形が開始した後であって、上型101が下死点に到達する前の時点における鋼板Sの応力分布を、有限要素法による数値解析により、第一応力分布σ(T1)として取得する。
図3に、第一応力分布取得工程S11によって取得された第一応力分布σ(T1)のコンター図(等高線図)を示す。
第二応力分布取得工程S12では、有限要素法による数値解析によって、プレス成形の対象である鋼板Sの第二加工時点T2における応力分布である第二応力分布σ(T2)を取得する。具体的には、第二加工時点T2、すなわち、第一加工時点T1の後であって、且つ、塑性加工完了時点TENDよりも前または同時である時点における鋼板Sの応力分布を、有限要素法による数値解析により、第二応力分布σ(T2)として取得する。
図4に、第二応力分布取得工程S12によって取得された第二応力分布σ(T2)のコンター図を示す。
比較応力分布取得工程S13では、第一応力分布σ(T1)と、第二応力分布σ(T2)との比較に基づき、第一応力と第二応力との比較応力の分布である比較応力分布σ(T1,T2)を取得する。
より具体的には、第一応力分布σ(T1)と、第二応力分布σ(T2)とを比較し、各有限要素毎の応力の差分又は変化率を求めることで、比較応力分布σ(T1,T2)を取得することができる。
図5に、比較応力分布取得工程S13によって取得された比較応力分布σ(T1,T2)のコンター図を示す。
分割比較応力分布取得工程S14では、比較応力分布σ(T1,T2)を複数の分割領域Dk(k=1、2、3、・・・n)に分割することで、それぞれの分割領域Dkの比較応力の分布である分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を取得する。
図6に、比較応力分布σ(T1,T2)を分割領域D0〜D10に分割する場合の一例を示す。
また、図7に、図6に示す分割領域D0〜D10それぞれの分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を示す。
尚、図7において、Minは「比較応力の最小値(GPa)」、Maxは「比較応力の最大値(GPa)」、Max−Minは「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値(GPa)」、Grad.Maxは「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値(GPa/mm)」を示す。
尚、分割領域Dkの画定手法については特に限定されるものではないが、後述する手法を用いてもよい。
面形状不良発生領域推定工程S15では、分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を用い、分割領域Dkそれぞれについて求めた面形状不良発生評価指標αに基づき、前記分割領域Dkそれぞれがシワ発生領域であるか否かを推定する。
面形状不良発生評価指標αとしては、例えば下記の評価指標を用いることができる。
面形状不良発生評価指標α1:比較応力の最小値
面形状不良発生評価指標α2:互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値
面形状不良発生評価指標α3:互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値
面形状不良発生評価指標α1を用いる場合、分割比較応力分布σDIV(T1,T2)のそれぞれにおける「比較応力の最小値」が閾値よりも小さい分割領域Dkをシワ発生領域として推定する。
シワの元になる撓み部は、第一加工時点T1において発生し、その後、成形が進むに連れて潰されていく。従って、第二加工時点T2では、潰された撓み部(シワ)又は潰されつつある撓み部(シワ)に起因する圧縮残留応力が生じる。
従って、圧縮残留応力が大きい分割領域Dkにおいて、シワが発生している可能性が高いと言える。
そのため、「比較応力の最小値」が閾値よりも小さい分割領域Dkをシワ発生領域と推定することができる。
面形状不良発生評価指標α2を用いる場合、分割比較応力分布σDIV(T1,T2)のそれぞれにおける「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値」が閾値よりも大きい分割領域Dkをシワ発生領域として推定する。
上述の通り、シワの元になる撓み部は、第一加工時点T1において発生し、その後、成形が進むに連れて潰され、第二加工時点T2では、潰された撓み部(シワ)又は潰されつつある撓み部(シワ)に起因する圧縮残留応力が生じる。更に、この圧縮残留応力の周囲には、引張残留応力が発生する。
従って、残留応力の最大値と最小値との差分が大きい分割領域Dkにおいて、シワが発生している可能性が高いと言える。
そのため、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値」が閾値よりも大きい分割領域Dkをシワ発生領域と推定することが好ましい。
面形状不良発生評価指標α3を用いる場合、分割比較応力分布σDIV(T1,T2)のそれぞれにおける「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値」が閾値よりも大きい分割領域Dkをシワ発生領域として推定する。
上述の通り、残留応力の最大値と最小値との差分が大きい分割領域Dkにおいて、シワが発生している可能性が高い。ただし、分割領域Dkの画定の仕方によっては、一つの分割領域Dkにおいて複数のシワ発生部位が含まれる場合がある。その場合、一つのシワ発生部位に起因する残留応力の最大値と、他のシワ発生部位に起因する残留応力の最小値との差分が算出される可能性がある。
従って、より確実にシワ発生領域の推定を行うためには、「一つ」のシワ発生部位に起因する圧縮残留応力と引張残留応力との差分を評価指標とすることが好ましいと言える。
そのため、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値」が閾値よりも大きい分割領域Dkをシワ発生領域と推定することがより好ましい。
ただし、より精度を高めるために、上記の面形状不良発生評価指標α1〜α3を考慮し、下記のように分割領域Dkを画定してもよい。
分割領域画定手法1では、まず、比較応力分布σ(T1,T2)のうち、「比較応力が最小である要素」を包含する第一分割領域D1を複数の分割領域Dkの一つとして画定する。
そして、比較応力分布σ(T1,T2)から第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、「比較応力が最小である要素」を包含する第二分割領域D2を複数の分割領域Dkの一つとして画定する。
分割領域画定手法2では、まず、比較応力分布σ(T1,T2)のうち、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素」を包含する第一分割領域D1を複数の分割領域Dkの一つとして画定する。
そして、比較応力分布σ(T1,T2)から第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素」を包含する第二分割領域D2を複数の分割領域Dkの一つとして画定する。
分割領域画定手法3では、まず、比較応力分布σ(T1,T2)のうち、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素」を包含する第一分割領域D1を複数の分割領域Dkの一つとして画定する。
そして、比較応力分布σ(T1,T2)から第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素」を包含する第二分割領域D2を複数の分割領域Dkの一つとして画定する。
また、第二加工時点T2は、上型101が下死点となる加工時点、すなわち、塑性加工完了時点TENDであることが好ましい。
本発明の第二実施形態は、上述した「面形状不良発生領域推定方法」によって推定されたシワ発生領域について、その原因領域を推定する面形状不良原因領域推定方法である。
本実施形態に係る面形状不良原因領域推定方法は、図8に示すように、領域分割工程S21と、修正第一応力分布取得工程S22と、修正第二応力取得工程S23と、修正比較応力分布取得工程S24と、面形状不良原因領域推定工程S25と、を備える。
以下、各工程について詳述する。
領域分割工程S21では、上述した「面形状不良発生領域推定方法」によって推定されたシワ発生領域の一つを基準領域m0として特定するとともに、その基準領域m0の周囲を複数の周辺領域mk(k=1、2、3、・・・n)に分割する。
以下、具体例として、図6に示す分割領域D0を基準領域m0として特定し、その周囲を周辺領域m1〜m10に分割する場合に基づき説明する。
尚、この例では、図6に示す分割領域D1〜D10と同様に周辺領域m1〜m10を画定しているが、周辺領域mkの画定手法は特に限定されるものではなく、機械的に、等分割(例えばサイコロ状)してもよく、シワの原因となりやすい箇所と、シワの原因となりにくい箇所とを経験値から推測し、その予測に基づいて決定してもよい。また、上記第一実施形態で説明した分割領域画定手法1〜3に沿って周辺領域mkを画定してもよい。
尚、シワ発生領域の近傍の周囲領域mkについてはその領域を細かく画定する(有限要素を小さく限定する)ことで、シワ原因領域を精度良く推定することができる。
修正第一応力分布取得工程S22では、第一加工時点T1における鋼板Sの第一応力分布σ(T1)において、各周辺領域mkのうち任意の周辺領域mkの応力値を0に変更した場合の応力分布である修正第一応力分布σ’(T1)を各領域mk毎に取得する。
尚、「周辺領域m1の修正第一応力分布σ’(T1)」とは、周辺領域m1について応力を変更して取得された修正第一応力分布σ’(T1)を意味する。同様に、「周辺領域m2の修正第一応力分布σ’(T1)」とは、周辺領域m2について応力を変更して取得された修正第一応力分布σ’(T1)を意味する。本実施形態では10個の周辺領域m1〜m10が存在するため、修正第一応力分布σ’(T1)を10個取得する。
図10に、周辺領域m1の応力値を0に変更して取得される周辺領域m1の修正第一応力分布σ’(T1)のコンター図を示す。
修正第二応力分布取得工程S23では、前記修正第一応力分布σ’(T1)に基づいて第二加工時点T2まで有限要素法による成形解析を行うことで得られる応力分布である修正第二応力分布σ’(T2)を各周辺領域mk毎に取得する。すなわち、各周辺領域mkの応力値を所定値に変更した応力状態から数値解析を継続し、第二加工時点T2に至るまで解析することで、各周辺領域mkごとの修正第二応力分布σ’(T2)を取得する。
尚、「周辺領域m1の修正第二応力分布σ’(T2)」とは、周辺領域m1の修正第一応力分布σ’(T1)に基づいて第二加工時点T2まで有限要素法により成形解析を行うことで得られる修正第二応力分布σ’(T2)を意味する。同様に、「周辺領域m2の修正第二応力分布σ’(T2)」とは、周辺領域m2の修正第一応力分布σ’(T1)に基づいて第二加工時点T2まで有限要素法により成形解析を行うことで得られる修正第二応力分布σ’(T2)を意味する。本実施形態では10個の周辺領域m1〜m10が存在するため、修正第二応力分布σ’(T1)を10個取得する。
図11に、図10に示された周辺領域m1の修正第一応力分布σ’(T1)に基づいて第二加工時点T2まで有限要素法による成形解析を行うことで取得される周辺領域m1の修正第二応力分布σ’(T2)のコンター図を示す。
修正比較応力分布取得工程S24では、修正第一応力分布取得工程S22で取得した修正第一応力分布σ’(T1)と、修正第二応力分布取得工程S23で取得した修正第二応力分布σ’(T2)との比較に基づき得られる修正比較応力の分布である修正比較応力分布σ’(T1,T2)を周辺領域mk毎に取得する。
より具体的には、各周辺領域mkの修正第一応力分布σ’(T1)と、修正第二応力分布σ’(T2)とを比較し、各有限要素毎の応力の差分又は変化率を求めることで、修正比較応力分布σ’(T1,T2)を取得することができる。
尚、「周辺領域m1の修正比較応力分布σ’(T1,T2)」とは、周辺領域m1の修正第一応力分布σ’(T1)と周辺領域m1の修正第二応力分布σ’(T2)との比較に基づき取得される修正比較応力分布σ’(T1,T2)を意味する。同様に、「周辺領域m2の修正比較応力分布σ’(T1,T2)」とは、周辺領域m2の修正第一応力分布σ’(T1)と周辺領域m2の修正第二応力分布σ’(T2)との比較に基づき取得される修正比較応力分布σ’(T1,T2)を意味する。本実施形態では10個の周辺領域m1〜m10が存在するため、修正比較応力分布σ’(T1,T2)を10個取得する。
図12に、図10に示された周辺領域m1の修正第一応力分布σ’(T1)と図11に示された周辺領域m1の修正第二応力分布σ’(T2)とを比較し、各有限要素毎の修正比較応力の差分を求めることで取得される周辺領域m1の修正比較応力分布σ’(T1,T2)のコンター図を示す。図12には、周辺領域m1の修正比較応力分布σ’(T1,T2)の基準領域m0における下記のデータを示している。
Min:「修正比較応力の最小値(GPa)」、
Max:「修正比較応力の最大値(GPa)」、
Max−Min:「互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分の最大値(GPa)」、
Grad.Max:「互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値(GPa/mm)」
面形状不良原因領域推定工程S25では、周辺領域mkの修正比較応力分布σ’(T1,T2)における基準領域m0の面形状不良原因評価指標β(mk)の値と、比較応力分布σ(T1,T2)における基準領域m0の面形状不良原因評価指標β(m0)の値との比較値β(mk,m0)に基づき、前記周辺領域mkそれぞれがシワ原因領域であるか否かを推定する。
本実施形態では、10個の周辺領域m1〜m10が存在するため、10個の周辺領域それぞれについて、面形状不良原因評価指標β(mk)の値を取得する。
そして、その比較値が所定の閾値よりも大きいか小さいかに基づき、周辺領域mkをシワ原因領域として推定する。
表1には更に比較値を示している。ここでは面形状不良原因評価指標β(m0)、β(mk)して、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値」を用いるため、(1)周辺領域mkの修正比較応力分布σ’(T1,T2)における基準領域m0の、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値」を、(2)比較応力分布σ(T1,T2)における基準領域m0の、「互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値」(=1.528GPa)で割った値を変化率として算出している。
尚、ここでは両者の変化率を比較値とするが、差分であってもよい。
本発明の第三実施形態は、プレス成形が開始する時点(塑性加工開始時点TSTART)からプレス成形が完了する時点(塑性加工完了時点TEND)に至るまで鋼板をプレス成形して得られるプレス成形品(塑性加工品)のシワ発生領域(面形状不良発生領域)を推定する面形状不良発生領域推定装置10である。
本実施形態に係る面形状不良発生領域推定装置10は、図13に示すように、第一応力分布取得部11と、第二応力分布取得部12と、比較応力分布取得部13と、分割比較応力分布取得部14と、面形状不良発生領域推定部15と、を備える。
各構成の説明については第一実施形態に係る面形状不良発生領域推定方法と同様であるため、重複する説明は省略する。
本発明の第四実施形態は、上述した「面形状不良発生領域推定装置10」によって推定されたシワ発生領域について、その原因領域を推定する面形状不良原因領域推定装置20である。
本実施形態に係る面形状不良原因領域推定装置20は、図13に示すように、領域分割工程S21と、修正第一応力分布取得工程S22と、修正第二応力取得工程S23と、修正比較応力分布取得工程S24と、面形状不良原因領域推定工程S25と、を備える。
各構成の説明については第二実施形態に係る面形状不良原因領域推定方法と同様であるため、重複する説明は省略する。
このように、本発明は、第一実施形態で説明した面形状不良発生領域推定方法を実行するプログラム、第二実施形態で説明した面形状不良発生領域推定方法を実行するプログラム、更には、これらのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を含む。
例えば、上記実施形態の説明においては、鋼板のプレス成形を例に挙げたが、本発明はこの例に限らず、長手形状の鋼材のロールフォーム成形や鋼管のハイドロフォームなどにも適用できる。また、被加工材の素材も鋼に限らず、アルミやチタン等の金属材料、FRPやFRTP等のガラス繊維強化樹脂材料、更にはこれらの複合材料などであってもよい。
また、面形状不良としてシワを例に挙げたが、面ひずみなどの面形状不良の推定方法にも適用できる。
101 上型(パンチ)
102 しわ押さえ金型
103 下型(ダイス)
S11 第一応力分布取得工程
S12 第二応力分布取得工程
S13 比較応力分布取得工程
S14 分割比較応力分布取得工程
S15 面形状不良発生領域推定工程
S21 領域分割工程
S22 修正第一応力分布取得工程
S23 修正第二応力取得工程
S24 修正比較応力分布取得工程
S25 面形状不良原因領域推定工程
11 第一応力分布取得部
12 第二応力分布取得部
13 比較応力分布取得部
14 分割比較応力分布取得部
15 面形状不良発生領域推定部
21 領域分割部
22 修正第一応力分布取得部
23 修正第二応力取得部
24 修正比較応力分布取得部
25 面形状不良原因領域推定部
Claims (34)
- 塑性加工開始時点TSTARTから塑性加工完了時点TENDに至るまで被加工材を塑性加工して得られる塑性加工品の面形状不良の発生領域を推定する面形状不良発生領域推定方法であって、
有限要素法により、前記塑性加工開始時点TSTARTよりも後であって、且つ、前記塑性加工完了時点TENDよりも前である第一加工時点T1における前記被加工材の応力の分布である第一応力分布σ(T1)を取得する第一応力分布取得工程と、
有限要素法により、前記第一加工時点T1よりも後であって、且つ、前記塑性加工完了時点TENDよりも前又は同時である第二加工時点T2における前記被加工材の応力の分布である第二応力分布σ(T2)を取得する第二応力分布取得工程と、
前記第一応力分布σ(T1)と前記第二応力分布σ(T2)との比較に基づき、前記被加工材の比較応力の分布である比較応力分布σ(T1,T2)を取得する比較応力分布取得工程と、
前記比較応力分布σ(T1,T2)を、複数の分割領域Dkに分割することで、それぞれの分割領域Dkの比較応力の分布である分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を取得する分割比較応力分布取得工程と、
前記分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を用い、前記分割領域Dkそれぞれについて求めた面形状不良発生評価指標αに基づき、前記分割領域Dkそれぞれが面形状不良の発生領域であるか否かを推定する面形状不良発生領域推定工程と、
を備えることを特徴とする面形状不良発生領域推定方法。 - 前記面形状不良発生評価指標αが比較応力の最小値である
ことを特徴とする請求項1に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値である
ことを特徴とする請求項1に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値である
ことを特徴とする請求項1に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記分割比較応力分布取得工程では、
前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、比較応力が最小である要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、比較応力が最小である要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記分割比較応力分布取得工程では、
前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記分割比較応力分布取得工程では、
前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記第二加工時点T2が前記塑性加工完了時点TENDである
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記被加工材が金属である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記塑性加工がプレス成形である
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 前記面形状不良がシワである
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定方法によって推定された前記面形状不良の発生領域を基準領域m0として特定するとともに、前記基準領域m0の周囲を複数の周辺領域mk(k=1、2、3、・・・n)に分割する領域分割工程と、
前記第一応力分布σ(T1)において、前記複数の周辺領域mkのうち任意の周辺領域mnの応力値を変更した場合の修正第一応力分布σ’(T1)を各周辺領域mk毎に取得する修正第一応力分布取得工程と、
前記修正第一応力分布σ’(T1)について前記第二加工時点T2まで有限要素法により成形解析を行うことで修正第二応力分布σ’(T2)を各周辺領域mk毎に取得する修正第二応力取得工程と、
前記周辺領域mkそれぞれについて、前記修正第一応力分布σ’(T1)と、前記修正第二応力分布σ’(T2)との比較に基づき、前記被加工材の修正比較応力の分布である修正比較応力分布σ’(T1,T2)を取得する修正比較応力分布取得工程と、
前記周辺領域mkそれぞれの前記修正比較応力分布σ’(T1,T2)を用いて求めた前記基準領域m0における面形状不良原因評価指標β(mk)と、前記比較応力分布σ(T1,T2)を用いて求めた前記基準領域m0における面形状不良原因評価指標β(m0)との比較値β(mk,m0)に基づき、前記周辺領域mkそれぞれが面形状不良原因領域であるか否かを推定する面形状不良原因領域推定工程と、
を備えることを特徴とする面形状不良原因領域推定方法。 - 前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、修正比較応力の最小値である
ことを特徴とする請求項12に記載の面形状不良原因領域推定方法。 - 前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分の最大値である
ことを特徴とする請求項12に記載の面形状不良原因領域推定方法。 - 前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値である
ことを特徴とする請求項12に記載の面形状不良原因領域推定方法。 - 塑性加工開始時点TSTARTから塑性加工完了時点TENDに至るまで被加工材を塑性加工して得られる塑性加工品の面形状不良の発生領域を推定する面形状不良発生領域推定装置であって、
有限要素法により、前記塑性加工開始時点TSTARTよりも後であって、且つ、前記塑性加工完了時点TENDよりも前である第一加工時点T1における前記被加工材の応力の分布である第一応力分布σ(T1)を取得する第一応力分布取得部と、
有限要素法により、前記第一加工時点T1よりも後であって、且つ、前記塑性加工完了時点TENDよりも前又は同時である第二加工時点T2における前記被加工材の応力の分布である第二応力分布σ(T2)を取得する第二応力分布取得部と、
前記第一応力分布σ(T1)と前記第二応力分布σ(T2)との比較に基づき、前記被加工材の比較応力の分布である比較応力分布σ(T1,T2)を取得する比較応力分布取得部と、
前記比較応力分布σ(T1,T2)を、複数の分割領域Dkに分割することで、それぞれの分割領域Dkの比較応力の分布である分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を取得する分割比較応力分布取得部と、
前記分割比較応力分布σDIV(T1,T2)を用い、前記分割領域Dkそれぞれについて求めた面形状不良発生評価指標αに基づき、前記分割領域Dkそれぞれが面形状不良の発生領域であるか否かを推定する面形状不良発生領域推定部と、
を備えることを特徴とする面形状不良発生領域推定装置。 - 前記面形状不良発生評価指標αが比較応力の最小値である
ことを特徴とする請求項16に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分の最大値である
ことを特徴とする請求項16に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記面形状不良発生評価指標αが、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値である
ことを特徴とする請求項16に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記分割比較応力分布取得部では、
前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、比較応力が最小である要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、比較応力が最小である要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定する
ことを特徴とする請求項16〜19のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記分割比較応力分布取得部では、
前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定する
ことを特徴とする請求項16〜19のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記分割比較応力分布取得部では、
前記比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第一分割領域D1を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定するとともに、前記比較応力分布σ(T1,T2)から前記第一分割領域D1を除外した比較応力分布σ(T1,T2)のうち、互いに離間する二つの要素間の比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配が最大となる組合せの二つの要素を包含する第二分割領域D2を前記複数の分割領域Dkの一つとして画定する
ことを特徴とする請求項16〜19のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記第二加工時点T2が前記塑性加工完了時点TENDである
ことを特徴とする請求項16〜22のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記被加工材が金属である
ことを特徴とする請求項16〜23のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記塑性加工がプレス成形である
ことを特徴とする請求項16〜24のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 前記面形状不良がシワである
ことを特徴とする請求項16〜25のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置。 - 請求項16〜26のいずれか一項に記載の面形状不良発生領域推定装置によって推定された前記面形状不良の発生領域を基準領域m0として特定するとともに、前記基準領域m0の周囲を複数の周辺領域mk(k=1、2、3、・・・n)に分割する領域分割部と、
前記第一応力分布σ(T1)において、前記複数の周辺領域mkのうち任意の周辺領域mnの応力値を変更した場合の修正第一応力分布σ’(T1)を各周辺領域mk毎に取得する修正第一応力分布取得部と、
前記修正第一応力分布σ’(T1)について前記第二加工時点T2まで有限要素法により成形解析を行うことで修正第二応力分布σ’(T2)を各周辺領域mk毎に取得する修正第二応力取得部と、
前記周辺領域mkそれぞれについて、前記修正第一応力分布σ’(T1)と、前記修正第二応力分布σ’(T2)との比較に基づき、前記被加工材の修正比較応力の分布である修正比較応力分布σ’(T1,T2)を取得する修正比較応力分布取得部と、
前記周辺領域mkそれぞれの前記修正比較応力分布σ’(T1,T2)を用いて求めた前記基準領域m0における面形状不良原因評価指標β(mk)と、前記比較応力分布σ(T1,T2)を用いて求めた前記基準領域m0における面形状不良原因評価指標β(m0)との比較値β(mk,m0)に基づき、前記周辺領域mkそれぞれが面形状不良原因領域であるか否かを推定する面形状不良原因領域推定部と、
を備えることを特徴とする面形状不良原因領域推定装置。 - 前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、修正比較応力の最小値である
ことを特徴とする請求項27に記載の面形状不良原因領域推定装置。 - 前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分の最大値である
ことを特徴とする請求項27に記載の面形状不良原因領域推定装置。 - 前記面形状不良原因評価指標β(mk)、β(m0)が、互いに離間する二つの要素間の修正比較応力の差分をその離間距離で除して得られる差分勾配の最大値である
ことを特徴とする請求項27に記載の面形状不良原因領域推定装置。 - 請求項1に記載の面形状不良発生領域推定方法を実行するプログラム。
- 請求項12に記載の面形状不良原因領域推定方法を実行するプログラム。
- 請求項31に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 請求項32に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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