KR102225319B1

KR102225319B1 - 금속판의 성형 방법, 중간 형상의 설계 방법, 금속판의 성형용 금형, 컴퓨터 프로그램, 및 기록 매체

Info

Publication number: KR102225319B1
Application number: KR1020197016057A
Authority: KR
Inventors: 야스하루 다나카; 다카시 미야기; 미사오 오가와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2021-03-09
Also published as: JPWO2018123989A1; WO2018123989A1; CN110087790A; MX2019007662A; KR20190084073A; JP6856078B2; BR112019012411A2; EP3560618A4; US11270047B2; CA3046944A1; EP3560618A1; US20200311325A1; CN110087790B

Abstract

금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 금속판을 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 성형 형상으로 성형하는 금속판의 성형 방법이며, 금속판으로부터 중간 형상을 성형할 때, 금속판으로부터 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 중간 형상을 거쳐서 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제1 영역을 성형함으로써, 중간 형상을 성형한다.

Description

금속판의 성형 방법, 중간 형상의 설계 방법, 금속판의 성형용 금형, 컴퓨터 프로그램, 및 기록 매체

본 발명은, 금속판의 성형 방법, 중간 형상의 설계 방법, 금속판의 성형용 금형, 컴퓨터 프로그램, 및 기록 매체에 관한 것이다.

금속판의 프레스 성형에 있어서는, 프레스에 의해 변형되는 부분의 판 두께 감소는 반드시 똑같지는 않고, 예를 들어 금속판을 프레스 성형하여 볼록형 팽출부를 형성하면, 팽출부의 정상 부분에서 판 두께가 가장 감소하여, 네킹(국부적인 잘록부)이나 균열에 이르는 경우가 있다. 이 때문에 판 두께 감소를 부품 전체로 분산시켜, 재료의 극한까지 활용(재료를 다 쓰는)하는 기술이 요망되고 있다. 특히, 초고장력강(High Tensile Strength Steel)에서는, 약간의 판 두께 감소가 일어나도 균열이 일어나기 때문에, 금속판에 있어서의 판 두께 감소율의 최댓값을 저감시킬 필요가 있다.

일본 특허 제4879588호 공보에는, 프레스 성형 부품에 큰 잔류 응력이 발생할 능선부가 있는 경우는 스프링 백이 크다는 점에서, 프레스 성형 공정의 전 단계 공정인 드로우 공정에 있어서, 금형의 해당 부위의 형상을 그 부위의 최종 형상보다도 곡률 반경이 1mm 이상 작은 형상으로 하고, 그 후, 스탬핑 공정에서 최종 형상으로 성형될 때, 외측으로 돌출된 부분을 눌러 되돌리도록 성형함으로써, 능선부의 인장 잔류 응력을 완화시키는 금속판 프레스 성형 방법이 기재되어 있다. 그러나, 일본 특허 제4879588호 공보의 방법에서는, 능선부의 곡률 반경이나 블랭크인 금속판(성형 전의 금속판)의 인장 강도에 제한이 있기 때문에, 프레스 성형 부품의 형상의 자유도가 제한된다는 문제가 있다. 또한, 일본 특허 제4879588호 공보에서는, 판 두께 감소에 의한 네킹이나 균열의 발생에 대해서는, 아무런 대책도 나타나 있지 않다.

또한, 일본 특허 공개 제2007-326112호 공보에는, 다이와 블랭크 홀더로 블랭크를 블랭크 홀드하고, 가동 펀치를 금형보다 돌출 선행된 상태에서 블랭크를 튀어나오게 하여 예비 성형을 행함으로써, 종래는 거의 변형하지 않던 제품의 저면 등의 영역에 대해서도 판 두께 감소에 의한 표면적 증가를 유도하여, 성형 패널의 넓은 범위에 균일한 변형을 부여하는 프레스 성형 방법이 기재되어 있다. 그러나, 일본 특허 공개 제2007-326112호 공보에 기재된 방법은, 원통 용기의 프레스 성형에 적합한 방법이며, 원통 용기 이외의 형상에 대한 적용이 고려되어 있지 않다. 또한, 일본 특허 공개 제2007-326112호 공보에 기재된 방법에서는, 성형품을 1회의 프레스 공정으로 성형하기 때문에, 금형의 형상이 복잡해진다. 또한, 변형을 분산시키는 영역이 펀치 견부와 종벽부로 한정되기 때문에, 판 두께 감소에 수반되는 네킹이나 균열의 근본적인 해결은 되지 않는다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 프레스 성형 후의 판 두께 감소율의 최댓값을 작게 하는 것이 가능한, 금속판의 성형 방법, 중간 형상의 설계 방법, 금속판의 성형용 금형 컴퓨터 프로그램, 및 기록 매체를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 관하여, 이하의 양태 (1) 내지 (32)를 개시한다.

(1) 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 금속판의 성형 방법이며,

상기 금속판으로부터 상기 중간 형상을 성형할 때, 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이, 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 제1 부위의 적어도 일부를 포함하는 영역을 성형함으로써, 상기 중간 형상을 성형하는

금속판의 성형 방법.

(2) 하기 제1 스텝과 하기 제2 스텝을 순차 행함으로써 구해진 유한 요소법 해석에 있어서의 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)와 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 바탕으로,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 상기 제1 영역에 대응하는 일부 요소에는, 상기 일부 요소의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형을 부여하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우 쪽이 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제2 영역에 대응하는 나머지 요소에는, 상기 나머지 요소의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고,

상기 성형 전의 가상 금속판을 변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)의 형상을 상기 중간 형상으로 하는, (1)에 기재된 금속판의 성형 방법.

제1 스텝: 가상의 금속판의 요소 데이터(A) 및 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 준비하는 스텝.

제2 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가, 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 스텝.

(3) 상기 제1 스텝은, 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 구하는

(2)에 기재된 금속판의 성형 방법.

(4) 상기 제1 스텝은, 유한 요소법에 의한 역 해석에 의해, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 구하는

(2)에 기재된 금속판의 성형 방법.

(5) 상기 제2 스텝에 있어서, 하기 제2-1 스텝, 하기 제2-2 스텝 및 하기 제2-3 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가, 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 특징으로 하는 (2) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법.

제2-1 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 인가할 응력(F1)을 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소별로 구하는 스텝.

제2-2 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에, 절댓값이 상기 제2-1 스텝에서 구한 상기 응력(F1) 이상의 응력(F2)을 부여함과 함께, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델(I)을 작성하는 스텝.

제2-3 스텝: 상기 제2-2 스텝에서 작성한 유한 요소 모델(I)을 바탕으로 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행하고, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)를 구하고, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 유한 요소 데이터(H)의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정하고, 수정한 유한 요소 데이터를 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)로 하는 스텝.

(6) 상기 응력(F2)은, 절댓값이 상기 응력(F1)보다 크고 또한 상기 응력(F1)의 1.5배 이하의 응력인

(5)에 기재된 금속판의 성형 방법.

(7) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소별로 구하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 부여함과 함께, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성하고,

상기 유한 요소 모델(J)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행함으로써,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는, 상기 일부 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형을 부여하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소에는, 상기 나머지 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고,

변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)를 구하는,

것을 특징으로 하는 (2) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법.

(8) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소 중, 상기 일부 요소와의 경계 근방의 요소에는 절댓값이 상기 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하고, 상기 경계 근방의 요소로부터 이격됨에 따라 점차 절댓값이 작아지는 응력을 상기 나머지 요소에 부여하는

(7)에 기재된 금속판의 성형 방법.

(9) 상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝을 행하거나, 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 (2) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법.

(10) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 대응하는 각 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치, 또는 상한의 역치 및 하한의 역치를 설정하고,

상기 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치만을 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값이 역치 이하인 요소 데이터가 될 때까지,

상기 상태 변화량(ΔX)의 상한 및 하한의 역치를 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값 및 최솟값이 상한의 역치 이하이고 또한 하한의 역치 이상인 요소 데이터가 될 때까지,

상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 (2) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법.

(11) 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 금속판의 성형 방법이며,

상기 복수의 중간 형상을 얻는 공정 및 상기 성형 형상을 얻는 공정 중, 전부 혹은 일부의 공정에 있어서, (1) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 성형 방법으로 얻어진 형상을, 상기 공정의 전 공정에서 성형하는 중간 형상으로 하는, 금속판의 성형 방법.

(12) 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우의 상기 중간 형상의 설계 방법이며,

상기 금속판으로부터 상기 중간 형상을 성형할 때, 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이, 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 제1 영역을 먼저 성형한 후에, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이 변형 또는 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제1 영역을 성형한 경우의 형상을, 상기 중간 형상으로 하는

중간 형상의 설계 방법.

(13) 하기 제1 스텝과 하기 제2 스텝을 순차 행함으로써 구해진 유한 요소법 해석에 있어서의 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)와 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 바탕으로,

상기 성형 전의 가상 금속판을 변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)의 형상을 상기 중간 형상으로 하는, (11)에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

제2 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 스텝.

(14) 상기 제1 스텝은, 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 구하는

(13)에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(15) 상기 제1 스텝은, 유한 요소법에 의한 역 해석에 의해, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 구하는

(13)에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(16) 상기 제2 스텝에 있어서, 하기 제2-1 스텝, 하기 제2-2 스텝 및 하기 제2-3 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가, 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 특징으로 하는 (13) 내지 (15) 중 어느 한 항에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

제2-1 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소를 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 인가할 응력(F1)을 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소별로 구하는 스텝.

(17) 상기 응력(F2)은, 절댓값이 상기 응력(F1)보다 크고 또한 상기 응력(F1)의 1.5배 이하의 응력인

(16)에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(18) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소별로 구하고,

것을 특징으로 하는 (13) 내지 (17) 중 어느 한 항에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(19) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소 중, 상기 일부 요소와의 경계 근방의 요소에는 절댓값이 상기 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하고, 상기 경계 근방의 요소로부터 이격됨에 따라 점차 절댓값이 작아지는 응력을 상기 나머지 요소에 부여하는

(18)에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(20) 상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝을 행하거나, 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 (13) 내지 (19) 중 어느 한 항에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(21) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 토폴로지적으로 대응하는 각 유한 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치, 또는 상한의 역치 및 하한의 역치를 설정하고,

상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 (13) 내지 (19) 중 어느 한 항에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

(22) 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우의 상기 중간 형상의 설계 방법에 있어서,

상기 복수의 중간 형상을 얻는 공정 및 상기 성형 형상을 얻는 공정 중, 전부 혹은 일부의 공정에 있어서, (12) 내지 (21) 중 어느 한 항에 기재된 설계 방법으로 얻어진 형상을, 상기 공정의 전 공정에서 성형하는 중간 형상으로 하는, 중간 형상의 설계 방법.

(23) (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법에 있어서 얻어진 중간 형상을, 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형용 금형.

(24) 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우에 상기 중간 형상을 설계하기 위한 컴퓨터 프로그램이며,

컴퓨터에,

상기 금속판으로부터 상기 중간 형상을 성형할 때, 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이, 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제1 영역을 성형한 경우의 형상을, 상기 중간 형상으로 하는 스텝

을 포함하는 처리를 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램.

(25) 유한 요소법 해석에 있어서의, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)에 대응하는 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로,

하기 제2-1 스텝과 하기 제2-2 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하기 위한 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행하기 위한 유한 요소 모델(I)을 작성하는 것을 포함하는 (24)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

제2-1 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소를, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 인가할 응력(F1)을 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소별로 구하는 스텝.

(26) 유한 요소법 해석에 있어서의, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 토폴로지적으로 동상인 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로,

하기 제2-1 스텝, 하기 제2-2 스텝 및 하기 제2-3 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 포함하는 (24)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

제2-3 스텝: 상기 유한 요소 모델(I)을 바탕으로 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행하고, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)를 구하고, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 유한 요소 데이터(H)의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정하고, 수정한 유한 요소 데이터를 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)로 하는 스텝.

(27) 상기 응력(F2)은, 상기 응력(F1)보다 크고 또한 상기 응력(F1)의 1.5배 이하의 응력인

(25) 또는 (26)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(28) 유한 요소법 해석에 있어서의, 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)에 대응하는 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소가, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 각 요소별로 구하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 상기 제1 영역에 대응하는 일부 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 부여함과 함께, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우 쪽이 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제2 영역에 대응하는 나머지 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성하는 것을 포함하는 (25) 내지 (27) 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(29) 상기 유한 요소 모델(J)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행함으로써,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 상기 제2 영역에 대응하는 나머지 요소에는, 상기 나머지 요소의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고,

상기 성형 전의 가상 금속판을 변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)를 구하는,

것을 포함하는 (28)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(30) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소 중, 상기 일부 요소와의 경계 근방의 요소에는 절댓값이 상기 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하고, 상기 경계 근방의 요소로부터 이격됨에 따라 점차 절댓값이 작아지는 응력을 상기 나머지 요소에 부여하는

(28) 또는 (29)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(31) 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판을 성형 형상으로 성형할 때의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A), 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 구하는 제1 스텝과,

상기 유한 요소 모델(J)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행함으로써, 상기 중간 형상으로 하는 제3 스텝,

을 실행시키기 위한 (28) 내지 (30) 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(32) 상기 제2-3 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝, 또는 상기 제2-1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝을 순차 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 (31)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(33) 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 대응하는 각 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치, 또는 상한의 역치 및 하한의 역치를 설정하고,

상기 제2-3 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝 혹은 상기 제2-1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 (31) 또는 (32)에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(34) 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형할 때의 상기 중간 형상을 구하는 컴퓨터 프로그램이며,

컴퓨터에,

(31) 내지 (33) 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램에 있어서 구해진 형상을 중간 형상으로 치환하여, 상기 제1 스텝 내지 상기 제3 스텝을 순차 행하는 (31) 내지 (33) 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램.

(35) (24) 내지 (34) 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.

또한, 본 발명에 관하여, 이하의 양태 [1] 내지 [21]을 개시한다.

[1] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 금속판의 성형 방법이며,

하기 제1 스텝과 하기 제2 스텝을 순차 행함으로써 구해진 유한 요소법 해석에 있어서의 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)와 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 바탕으로,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는, 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형을 부여하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소에는, 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고,

변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)의 형상을 상기 중간 형상으로 하는, 금속판의 성형 방법.

제1 스텝: 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 구하는 스텝.

[2] 상기 제2 스텝에 있어서, 하기 제2-1 스텝, 하기 제2-2 스텝 및 하기 제2-3 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 금속판의 성형 방법.

제2-2 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 대응하는 상기 응력(F1) 또는 상기 응력(F1)의 1.5배 이하의 응력(F2)을 부여함과 함께, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델(I)을 작성하는 스텝.

[3] 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 각 요소별로 구하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 부여함과 함께 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 잔부에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성하고,

것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 금속판의 성형 방법.

[4] 상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법.

[5] 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 토폴로지적으로 대응하는 각 유한 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치 혹은 상한의 역치와 하한의 역치를 설정하고,

상기 상태 변화량(ΔX)의 상한과 하한의 역치를 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값 및 최솟값이 상한의 역치 이하이고 또한 하한의 역치 이상인 요소 데이터가 될 때까지,

상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법.

[6] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 금속판의 성형 방법이며,

상기 복수의 중간 형상을 얻는 공정 및 상기 성형 형상을 얻는 공정 중, 전부 혹은 일부의 공정에 있어서, 당해 공정에서의 성형 형상을, [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 성형 방법에 있어서의 상기 성형 형상으로 함으로써 얻어지는 중간 형상을, 당해 공정의 전 공정에서 성형하는 중간 형상으로 하는, 금속판의 성형 방법.

[7] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우의 상기 중간 형상의 설계 방법이며,

변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)의 형상을 상기 중간 형상으로 하는, 중간 형상의 설계 방법.

[8] 상기 제2 스텝에 있어서, 하기 제2-1 스텝, 하기 제2-2 스텝 및 하기 제2-3 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 특징으로 하는, [7]에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

[9] 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 각 요소별로 구하고,

것을 특징으로 하는 [7] 또는 [8]에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

[10] 상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 [7] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

[11] 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 토폴로지적으로 대응하는 각 유한 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치 혹은 상한의 역치와 하한의 역치를 설정하고,

상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 [7] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 중간 형상의 설계 방법.

[12] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우의 상기 중간 형상의 설계 방법에 있어서,

상기 복수의 중간 형상을 얻는 공정 및 상기 성형 형상을 얻는 공정 중, 전부 혹은 일부의 공정에 있어서, 당해 공정에서의 성형 형상을, [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 성형 방법에 있어서의 상기 성형 형상으로 함으로써 얻어지는 중간 형상을, 당해 공정의 전 공정에서 성형하는 중간 형상으로 하는, 중간 형상의 설계 방법.

[13] [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법에 있어서 얻어진 중간 형상을, 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형용 금형.

[14] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우에 상기 중간 형상을 설계하기 위한 컴퓨터 프로그램이며,

유한 요소법 해석에 있어서의, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 토폴로지적으로 동상인 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로,

하기 제2-1 스텝과 하기 제2-2 스텝을 순차 행함으로써,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하기 위한 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행하기 위한 유한 요소 모델(I)을 작성하는 것을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

[15] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 경우에 상기 중간 형상을 설계하기 위한 컴퓨터 프로그램이며,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

[16] 유한 요소법 해석에 있어서의, 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 토폴로지적으로 동상인 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 각 요소별로 구하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 부여함과 함께 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 잔부에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성하는 것을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

[17] 유한 요소법 해석에 있어서의, 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 토폴로지적으로 동상인 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소로 탄성 변형하는 데 필요한 응력을 각 요소별로 구하고,

상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는 상기 변형하는 데 필요한 응력을 부여함과 함께 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 잔부에는 상기 변형하는 데 필요한 응력보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성하고,

작성한 유한 요소 모델(J)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행함으로써,

것을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

[18] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형할 때의 상기 중간 형상을 구하는 컴퓨터 프로그램이며,

컴퓨터 시스템에,

유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판을 성형 형상으로 성형할 때의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A), 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 구하는 제1 스텝과,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소를 토폴로지적으로 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 인가할 응력(F1)을 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소별로 구하는 제2-1 스텝과,

상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 대응하는 상기 응력(F1) 또는 상기 응력(F1)의 1.5배 이하의 응력(F2)을 부여함과 함께, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델(I)을 작성하는 제2-2 스텝과,

상기 제2-2 스텝에서 작성한 유한 요소 모델(I)을 바탕으로 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행하고, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)를 구하고, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 유한 요소 데이터(H)의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정하고, 수정한 유한 요소 데이터를 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)로 하는 제2-3 스텝과,

작성한 유한 요소 모델(J)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행함으로써, 상기 중간 형상으로 하는 제3 스텝,

를 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램.

[19] 상기 제2-3 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝 또는 상기 제2-1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝을 순차 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 컴퓨터 시스템에 실행시키는 것을 특징으로 하는 [18]에 기재된 컴퓨터 프로그램.

[20] 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 토폴로지적으로 대응하는 각 유한 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치 혹은 상한의 역치와 하한의 역치를 설정하고,

상기 제2-3 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝 혹은 상기 제2-1 스텝 내지 상기 제2-3 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 [18] 또는 [19]에 기재된 컴퓨터 프로그램.

[21] 금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형할 때의 상기 중간 형상을 구하는 컴퓨터 프로그램이며,

[18] 내지 [20] 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램에 있어서의 상기 성형 형상을, 각 중간 형상을 성형함으로써 얻어지는 다음의 중간 형상으로 치환하여, 상기 제1 스텝 내지 상기 제3 스텝을 순차 행하는 [18] 내지 [20] 중 어느 한 항에 기재된 컴퓨터 프로그램.

본 발명에 따르면, 프레스 성형 후의 판 두께 감소율의 최댓값을 작게 하는 것이 가능한, 금속판의 성형 방법, 중간 형상의 설계 방법, 금속판의 성형용 금형, 컴퓨터 프로그램, 및 기록 매체를 제공할 수 있다.

도 1a는, 프레스 성형법에 의해 성형 형상으로 성형된 금속판을 나타내는 사시도이다.
도 1b는, 도 1a에 나타내는 성형 형상을 갖는 금속판을 종래법으로 성형한 경우의, 도 1a의 A-B선에 있어서의 판 두께 감소율의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 도 1a에 나타내는 성형 형상을 갖는 금속판의 A-B선에 있어서의 판 두께 감소율의 분포(점선)와, 적합한 판 두께 감소율의 분포(실선)를 나타내는 그래프이다.
도 3a는, 금속판을 대략 원뿔대 형상(중간 형상)으로 프레스 성형한 경우의 A-B선에 있어서의 판 두께 감소율의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3b는, 대략 원뿔대 형상(중간 형상)으로 성형한 금속판을, 도 1a에 나타내는 성형 형상으로 성형하는 경우의 A-B선에 있어서의 판 두께 감소율의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3c는, 대략 원뿔대 형상(중간 형상)으로 성형한 금속판을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 종래의 성형 방법에 의해 금속판을 성형 형상으로 성형한 경우의 성형 전후에서의 금속판의 미소 영역의 형상 변화를 설명하는 사시도이다.
도 5는, 적합한 성형 방법에 의해 금속판을 성형 형상으로 성형한 경우의 성형 전후에서의 금속판의 미소 영역의 형상 변화를 설명하는 사시도이다.
도 6은, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10a는, 실시 형태 1, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2의 제품 형상을 나타내는 3면도이다.
도 10b는, 실시 형태 1, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2의 제품 형상을 나타내는 사시도이다.
도 11a는, 실시 형태 1, 실시예 1 내지 4 및 비교예 2의 가상의 금속판의 형상을 나타내는 평면 모식도이다.
도 11b는, 실시 형태 1, 실시예 1 내지 4 및 비교예 2의 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 1, 실시예 1의 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 나타내는 도면이다.
도 13a는, 실시 형태 1, 실시예 1의 성형 전의 가상 금속판의 형상을 나타내는 평면 모식도이다.
도 13b는, 실시 형태 1, 실시예 1의 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 나타내는 도면이다.
도 14a는, 실시 형태 1 및 실시예 1의 성형 전의 가상 금속판에 대한 응력 부여 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14b는, 도 14a에 나타내는 가상 금속판의 단면 1 및 단면 2에 있어서의 X 방향의 응력 분포도이다.
도 14c는, 도 14a에 나타내는 가상 금속판의 단면 1 및 단면 2에 있어서의 Y 방향의 응력 분포도이다.
도 15a는, 실시 형태 1 및 실시예 3의 성형 전의 가상 금속판에 대한 응력 부여 영역의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 15b는, 도 15a에 나타내는 가상 금속판의 단면 5 및 단면 6에 있어서의 X 방향의 응력 분포도이다.
도 15c는, 도 15a에 나타내는 가상 금속판의 단면 5 및 단면 6에 있어서의 Y 방향의 응력 분포도이다.
도 16a는, 실시 형태 1 및 실시예 1의 중간 형상을 나타내는 도면이고, (a)는 평면도이고, (b)는 사시도이고, (c)는 (b)의 단면 3 및 단면 4에 있어서의 단면도이다.
도 16b는, 실시예 1에 있어서 재료 2에서의 성형 형상을 나타내는 사시도이다.
도 17a는, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법의 변형예를 설명하는 흐름도이다.
도 17b는, 도 17a의 흐름도의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 18a는, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법의 다른 변형예를 설명하는 흐름도이다.
도 18b는, 도 18a의 흐름도의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 19a는, 실시 형태 3, 실시예 5 및 비교예 3의 제품 형상을 나타내는 사시도이다.
도 19b는, 실시 형태 3, 실시예 5 및 비교예 3의 제품 형상을 나타내는 3면도이다.
도 20은, 실시 형태 3 및 실시예 5의 가상의 금속판의 형상을 나타내는 평면 모식도이다.
도 21은, 실시 형태 3 및 실시예 5의 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 나타내는 도면이다.
도 22는, 실시 형태 3 및 실시예 5의 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 나타내는 도면이다.
도 23a는, 실시 형태 3 및 실시예 5의 성형 전의 가상 금속판의 형상을 나타내는 평면 모식도이다.
도 23b는, 실시 형태 3 및 실시예 5의 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 나타내는 도면이다.
도 24는, 실시 형태 3 및 실시예 5의 성형 전의 가상 금속판에 대한 응력 부여 영역을 나타내는 평면도이다.
도 25는, 실시 형태 3 및 실시예 5의 중간 형상의 금속판을 나타내는 도면이고, (a)는 평면도이고, (b)는 사시도이고, (c)는 (a) 및 (b)의 단면 10 내지 12에 있어서의 단면도이다.
도 26은, 실시예 5에 있어서 재료 2에서의 성형 후의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 27은, 실시 형태 2 및 실시예 4의 제1 중간 형상을 나타내는 도면이고, (a)는 평면도이고, (b)는 사시도이고, (c)는 (b)의 단면 7에 있어서의 단면도이다.
도 28은, 실시 형태 2 및 실시예 4의 제2 중간 형상을 나타내는 도면이고, (a)는 평면도이고, (b)는 사시도이고, (c)는 (a) 및 (b)의 단면 8 및 단면 9에 있어서의 단면도이다.
도 29는, 실시예 4에 있어서의 재료 2를 성형한 경우의 성형 후의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 30은, 비교예 1의 소재 금속판을 나타내는 평면 모식도이다.
도 31은, 비교예 1의 재료 1로 성형한 성형 형상을 나타내는 사시도이다.
도 32는, 실시예 2 및 비교예 2에 있어서, 가상의 금속판에 응력을 인가하는 영역을 나타내는 평면도이다.
도 33은, 비교예 3의 소재 금속판을 나타내는 평면 모식도이다.
도 34는, 비교예 3의 성형 형상을 나타내는 사시도이다.
도 35는, 중간 형상의 설계 장치의 기능 블록도이다.
도 36은, 중간 형상의 설계 장치를 컴퓨터 시스템으로 구성한 경우의 블록도이다.
도 37은, 역 해석을 이용한 금속판의 성형 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 38은, 역 해석을 이용한 금속판의 성형 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 1a 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 형태의 금속판의 성형 방법의 개요를 설명한다.

도 1a에, 원판형의 금속판을 프레스 성형함으로써 얻어지는 성형품(성형 형상의 금속판)(20)의 사시도를 나타낸다. 또한, 도 1b에는, 도 1a에 나타내는 성형품(20)을, 종래 방법에 의해 성형한 경우의, 도 1a의 A-B선에 있어서의 판 두께 감소율의 분포를 나타낸다. 도 1b에 나타내는 판 두께 감소율의 분포를 갖는 성형품(20)은, 블랭크재인 금속판의 외주부를 다이스와 블랭크 홀더에 의해 구속된 상태에서, 선단이 반구면형인 펀치를 압입함으로써 도 1a에 나타내는 형상으로 성형된 성형품이다. 또한, 판 두께 감소율(％)은, (가공 전의 판 두께-가공 후의 판 두께)/가공전의 판 두께×100으로 구해진다.

도 1b에 나타내는 바와 같이, 성형품(20)에서는, 중앙부에 있어서의 판 두께 감소율이 최대로 되어 있다. 이것은, 펀치가 금속판의 중앙부에 최초에 접촉하고, 그 후, 펀치가 더 압입되는 과정에서 금속판의 중앙부가 가장 늘어나서 판 두께가 얇아져 변형량이 커졌기 때문이다. 금속판의 중앙부에 있어서의 판 두께 감소율이 한계를 초과하면, 재료의 네킹이나 파단이 국부적으로 일어난다.

그래서, 본 발명자들은, 가공 후의 금속판에 있어서의 판 두께 감소율의 최댓값이 작아지도록 성형하면, 재료의 파단이 일어나기 어려워질 것으로 생각했다. 보다 구체적으로는, 도 2의 실선으로 나타내는 바와 같이, 금속판의 넓은 범위에서 균등하게 재료를 늘여서 부분적으로 큰 판 두께 감소율이 발생하지 않는 성형으로 하면, 도 2의 점선으로 나타내는 종래 방법의 경우에 비해서, 판 두께 감소율의 최댓값이 저감되어, 재료가 파단되기 어려워질 것으로 생각했다.

도 2에 나타난 판 두께 감소율의 분포를 상세하게 검토하면, 금속판의 중앙부(제2 부위)에서는, 실선의 판 두께 감소율이 점선의 경우에 비해서 낮게 되어 있고, 한편, 외측 테두리부(제1 부위) 부근에서는, 실선의 판 두께 감소율이 점선의 경우에 비해서 높게 되어 있다. 즉 실선의 경우는 외측 테두리부 부근에서는 점선의 경우에 비해서 금속판이 보다 늘어나 판 두께 감소율이 커지고, 중앙부에서는 점선의 경우에 비해서 금속판이 보다 늘어나는 양이 줄어들어서 판 두께 감소율이 작아져, 결과적으로 실선에 있어서의 판 두께 감소율의 최댓값은, 점선에 있어서의 판 두께 감소율의 최댓값보다 작게 되어 있다. 이렇게 금속판을 균등하게 늘여서 도 2의 실선으로 나타내는 판 두께 감소율의 분포를 얻기 위해서는, 예를 들어 최초에, 외측 테두리부를 늘이는 가공을 행하고(판 두께 감소율 분포는 도 3a의 실선으로 나타내게 된다), 이어서, 중앙부를 늘이는 가공(판 두께 감소율 분포는 도 3b에 나타내게 된다)을 행하면 된다. 여기서, 금속판의 외측 테두리부는, 금속판으로부터 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 중간 형상을 거쳐서 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이, 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제1 영역이다. 제1 영역은, 금속판으로부터 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 중간 형상을 거쳐서 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이, 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위를 모두 포함하고 있어도 되고, 일부를 포함하기만해도 된다. 또한, 금속판의 중앙부는, 중간 형상을 거쳐서 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 금속판으로부터 성형 형상으로 직접 성형하는 경우 쪽이 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 제2 영역이다. 제2 영역은, 중간 형상을 거쳐서 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 금속판으로부터 성형 형상으로 직접 성형하는 경우 쪽이 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위를 모두 포함하고 있어도 되고, 일부를 포함하기만해도 된다.

보다 구체적으로는, 도 3a에 대응하는 가공으로서 금속판을 도 3c에 나타내는 바와 같은 대략 원뿔대 형상(22)으로 성형하고, 이어서 도 3b에 대응하는 가공으로서 원뿔대 형상(22)의 상면을 돌출시키는 성형을 행하면 된다. 이와 같이, 소재가 되는 금속판을 일 공정의 가공으로 성형 형상으로 성형하는 것이 아니라, 금속판을 중간 형상으로 성형하고 나서, 이 중간 형상을 성형 형상으로 성형하면 된다. 이에 의해, 통상의 성형 공정에서는 피기 어려운 부위(가공을 받는 부위의 외측 테두리부)를 먼저(중간 형상의 성형 시에) 늘이고, 그 후, 통상의 성형 공정에서는 과잉으로 늘어나 버리는 부위(가공을 받는 부위의 중앙부)를 적절하게 늘이도록 가공하는 것이 가능해져, 파단을 방지할 수 있게 된다.

다음으로, 적합한 중간 형상을 설계하기 위해서 본 발명자들이 얻은 지견에 대하여 설명한다. 도 4에는, 가상의 금속판(24)과, 성형 형상의 금속판(26)을 나타내고 있다. 가상의 금속판(24)이란, 유한 요소법으로 평가하기 위한 판재이며, 성형 전의 블랭크재이다. 또한, 성형 형상의 금속판(26)은, 도 4의 예에서는 대략 사각뿔대 형상의 팽출부(26A)를 갖는 금속판이다. 본 발명자들은, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 가공하는 경우의 유한 요소법의 해석 결과에 착안하였다.

가상의 금속판(24)을 평면으로 보아 직사각형인 복수의 유한 요소로 분할하고, 그 중 하나의 유한 요소에 주목한다. 이 유한 요소를 초기의 성형 전 영역 α라 한다. 또한, 성형 형상의 금속판(26)의 유한 요소이며, 초기의 성형 전 영역 α와 토폴로지적으로 동상인 유한 요소를 성형 후 영역 α”로서 주목한다. 여기서, 「토폴로지적으로 동상인 유한 요소」란, 인접하는 유한 요소와의 위치 관계가 성형 전후에서 동일한 유한 요소를 말한다. 성형 후 영역 α”는, 팽출부(26A)의 경사부에 위치하고 있다. 또한 도 4에는, 이들 성형 전 영역 α의 형상 및 성형 후 영역 α”의 형상을 겹쳐서 나타내고 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 초기의 성형 전 영역 α의 형상이 정사각형임에 비해, 성형 후 영역 α”는 대략 마름모형으로 되어 있고, 또한, 성형 후 영역 α”의 면적은 성형 전 영역 α에 비해서 증대되어 있다. 가상의 금속판을 일 공정에서 성형 형상으로 성형한 경우, 성형 후 영역 α”에는, 성형 전후의 각 영역 α, α”의 형상의 변화에 기초한 판 두께 감소율이나 변형이 발생한다. 또한, 가상의 금속판을 탄성체로 한 경우에, 성형 전 영역 α로부터 성형 후 영역 α”로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력은, 성형 전후의 요소의 형상, 변형, 탄성 계수와 푸아송비로부터 산출할 수 있다.

다음으로, 도 5에는, 가상의 금속판(24)과, 성형 전의 가상 금속판(25)과, 성형 형상의 금속판(26)을 나타내고 있다. 가상의 금속판(24) 및 성형 형상의 금속판(26)은, 도 4의 경우와 같다. 한편, 성형 전의 가상 금속판(25)이란, 가상의 금속판(24)의 유한 요소와 성형 형상의 금속판(26)의 유한 요소의 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록, 가상의 금속판(24)의 유한 요소를 수정함으로써 얻어진 가상의 금속판이며, 구체적으로는, 이하의 해석 방법에 의해 얻어진 요소 데이터를 갖는 금속판이다.

즉, 도 4에 있어서 계산된, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소로부터 성형 후의 금속판(26)의 각 유한 요소로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력을, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 부여하고, 또한, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델을 작성하여, 이 유한 요소 모델을 바탕으로 유한 요소법의 탄성 변형 해석을 행하여 탄성 변형 후의 요소 데이터를 구하고, 가상의 금속판(24)에 있어서의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 요소 데이터의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정하고, 이 수정한 요소 데이터를 갖는 금속판이, 가상 금속판(25)이다. 또한, 요소 데이터란, 각 유한 요소의 형상, 면적, 각 요소에 있어서의 판 두께, 면적 등을 포함하는 것이다. 또한, 「면외 방향」이란, 평판형인 가상의 금속판(24)을 포함하는 평면과 직교하는 방향을 말한다.

가상의 금속판(24)의 요소 데이터의 각 유한 요소의 형상을, 성형 형상의 금속판(26)의 각 유한 요소의 요소 데이터의 형상으로 변형시킨 경우의 각 요소에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율은, 가상의 금속판(24)을 성형 형상으로 성형한 경우의 각 부위에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율이다.

또한, 가상 금속판(25)의 요소 데이터의 각 유한 요소의 형상을, 성형 형상의 금속판(26)의 각 유한 요소의 요소 데이터의 형상으로 변형시킨 경우의 각 요소에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율은, 가상 금속판(25)을 성형 형상으로 성형한 경우의 각 부위에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율이다.

가상의 금속판(24)이 있는 요소가 성형 형상으로 성형되었을 때 그 요소가 크게 늘어난 경우(즉 큰 변형이 발생하여, 판 두께 감소율이 큰 경우), 그 요소를 성형 전부터 성형 후의 형상으로 탄성 변형시키는 데는 큰 응력이 필요해진다. 이 요소에 관해서, 전술한 「가상의 금속판(24)의 각 유한 요소로부터 성형 후의 금속판(26)의 각 유한 요소로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력을, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 부여하고, 또한, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델을 작성하여, 이 유한 요소 모델을 바탕으로 유한 요소법의 탄성 변형 해석을 행하여 탄성 변형 후의 요소 데이터를 구한」 경우, 이 요소에는 큰 응력이 부여되어 있으므로 탄성 변형에 의해 크게 늘어나 면적이 커진다. 이 탄성 변형에 의해 늘어난 요소 형상이 가상 금속판(25)에서의 대응하는 요소의 형상으로 된다.

도 5에는, 가상의 금속판(24)에 포함되는 성형 전 영역 α와, 성형 전의 가상 금속판(25)에 포함되는 성형 전 영역 α’의 형상과, 성형 형상의 금속판(26)에 포함되는 성형 후 영역 α” 형상을 겹쳐서 나타내고 있다. 이들 영역은, 토폴로지적으로 동상인 영역이다. 이 사례의 경우, 가상의 금속판(24)의 영역 α의 요소는, 성형 후에 영역 α”의 요소가 되어서 크게 늘어난다. 영역 α의 요소의 형상을 영역 α”의 요소의 형상으로 탄성 변형에 의해 늘이기 위해서는 큰 응력이 필요해진다. 이 응력을 가상의 금속판(24)의 영역 α의 요소에 부여하고, 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델을 작성하고, 탄성 변형 해석을 행한 경우, 영역 α의 요소는 늘어나 커지고, 성형 전의 가상 금속판(25)의 영역 α’의 요소가 된다. 영역 α’의 요소는, 영역 α보다도 영역 α”의 요소에 가까운 형상이 되기 때문에, 영역 α로부터 영역 α”로 성형하는 것 보다도, 영역 α’로부터 영역 α”로 성형하는 편이, 성형 시에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율보다 작아진다.

이렇게 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 판 두께 감소율이, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 판 두께 감소율보다도 저감되는 양은, 면외 구속 조건을 부여한 유한 요소 모델에서 큰 응력을 부여받는 요소일수록, 즉 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우에 크게 늘어나 판 두께 감소율이 커지는 영역의 요소일수록 커진다.

한편, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형했을 때 별로 크게 늘어나지 않고, 판 두께 감소율도 작은 요소에 대해서는, 면외 구속 조건을 부여한 유한 요소 모델에 부여되는 응력도 작아지고, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 판 두께 감소율의 저하는 작아진다.

따라서, 일부의 영역뿐만 아니라 금속판 전체에 걸쳐, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소로부터 성형 후의 금속판(26)의 각 유한 요소로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력을, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 부여하고, 또한, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델을 작성하고, 이 유한 요소 모델을 바탕으로 유한 요소법의 탄성 변형 해석을 행하여 탄성 변형 후의 요소 데이터를 구하고, 가상의 금속판(24)에 있어서의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 요소 데이터의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정하여 가상 금속판(25)을 구한 경우, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 판 두께 감소율은, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 판 두께 감소율과 비교해서 판 두께 감소율이 균일화되고, 판 두께 감소율의 최댓값이 저감된다.

가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형하는 데 있어서는, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형했을 때의 변형이나 판 두께 감소율과, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형했을 때의 변형이나 판 두께 감소율을 비교하여, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형했을 때의 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분을 먼저 중간 형상으로 성형함으로써 늘이고, 그 후에 성형 형상의 금속판(26)으로 성형하면, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형했을 때의 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분에 대해서는 성형에 필요한 신장량을 저감시킬 수 있어, 실제의 프레스 성형에 있어서도 유한 요소 모델에 있어서 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우에 가까운 성형이 가능해지고, 판 두께 감소율의 최댓값을 저감시킬 수 있다.

중간 형상은, 다음의 수순으로 구한다. 먼저, 가상 금속판(25)이 탄성체라 하고, 가상 금속판(25)의 각 요소가 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형하는 데 필요한 응력인 변형 필요 응력을 각 요소별로 구한다. 이어서, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 변형이나 판 두께 감소율보다 가상 금속판(25)으로부터 성형한 경우의 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분의 요소에는, 구한 변형 필요 응력을 부여함과 함께, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우의 변형이나 판 두께 감소율보다 가상의 금속판(24)으로부터 성형한 경우의 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분의 요소에는, 변형 필요 응력보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델을 작성하고, 탄성 변형 해석을 행함으로써 중간 형상을 구한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 응력이 크다 또는 작다고 하는 경우는, 응력의 절댓값이 크거나 또는 작다는 것을 말한다. 이것은 변형에 대해서도 마찬가지이다.

이와 같이 하여 구해진 중간 형상은, 가상의 금속판(24)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우보다 가상 금속판(25)으로부터 성형한 경우 쪽이 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분은 성형 형상의 금속판(26)에 가까운 형상으로 성형하고, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형한 경우보다 가상의 금속판(24)으로부터 성형한 경우 쪽이 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분은 별로 성형하지 않는 형상이 된다.

그때문에, 먼저 이 중간 형상으로 성형함으로써, 가상 금속판(25)으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 성형했을 때의 변형이나 판 두께 감소율 쪽이 큰 부분을 먼저 성형하여 늘일 수 있어, 그 후에 성형 형상으로 성형할 때는 판 두께 감소율이 균일화되고, 판 두께 감소율의 최댓값을 저감시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같이 하여 얻어진 성형 전의 가상 금속판(25)과 성형 형상의 금속판(26)의 형상 및 요소 데이터에 기초하여 중간 형상을 설계하고, 소재가 되는 금속판을 이 중간 형상으로 성형하고 나서 성형 형상으로 가공함으로써, 재료의 파단에 의한 균열이 일어나기 어려워진다. 또한 바꾸어 말하면, 성형 형상의 금속판(26)과 가상의 금속판(24)의 요소 데이터로부터 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터를 구하고, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터와 얻어진 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상 및 요소 데이터에 기초하여 중간 형상을 설계함으로써, 재료의 파단에 의한 균열이 일어나기 어려워지고, 또한, 금속판이 비교적 고강도의 강판이어도 최적의 중간 형상을 설계할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

(실시 형태 1)

실시 형태 1의 금속판의 성형 방법은, 도 6의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 금속판(부호 90)을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 금속판(부호 90)을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고(부호 91), 중간 형상으로 성형된 금속판(부호 92)을, 성형 형상으로 성형하여 성형품(부호 94)을 얻는 방법이다. 그때, 중간 형상을, 이하의 수순에서 얻어진 형상으로 한다. 즉, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 구하고, 이 요소 데이터(D)의 일부 요소에, 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형을 부여하고, 요소 데이터(D)의 나머지 요소에는, 각 요소가 토폴로지적으로 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고, 변형시킨 형상으로 한다.

다음에 도 7 내지 도 9, 도 35를 참조하여, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 35에는, 중간 형상을 얻기 위한 설계 장치(60)의 기능 블록도를 나타냈다. 도 35에 나타내는 바와 같이, 설계 장치(60)는, 성형 해석부(62), 가상 금속판 형상 산출부(64) 및 중간 형상 산출부(66)를 구비한다. 성형 해석부(62)는, 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판(24)의 유한 요소의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 성형 형상의 금속판(26)의 유한 요소의 요소 데이터(B)를 구한다. 가상 금속판 형상 산출부(64)는, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B) 및 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 기초하여, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 구한다. 중간 형상 산출부(66)는, 성형 형상의 금속판(26)의 유한 요소의 요소 데이터(B)와 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로부터, 중간 형상을 구한다.

도 7은, 중간 형상을 얻기 위한 설계 방법의 수순을 설명하는 흐름도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 중간 형상의 설계 방법은, 제1 스텝, 제2 스텝 및 제3 스텝으로 이루어진다. 또한, 이하에 설명하는 도 7 내지 도 9의 흐름도는, 하기 제1 내지 제3 스텝을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램의 흐름도이기도 하다. 본 명세서에서 설명하는 흐름도에는, 직사각형 상자와 타원형 상자를 기재하고 있다. 직사각형 상자에는 처리 전 또는 처리 후 데이터의 내용을 표시한다. 또한, 타원형 상자에는, 각종 데이터의 처리 내용을 표시한다. 각각의 상자에는, 설명의 편의를 위해서 부호를 붙인다.

도 7에 있어서의 제1 스텝에서는, 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판(24)의 유한 요소의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 성형 형상의 금속판(26)의 유한 요소의 요소 데이터(B)를 구한다. 또한, 흐름도에 명시하지 않았지만, 제1 스텝에서는, 요소 데이터(A) 및 (B)에 있어서, 토폴로지적으로 대응하는 유한 요소에 있어서의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)을 구한다. 여기서, 상태 변화량(ΔX)은, 예를 들어 성형 전후의 금속판의 면적 감소율, 판 두께 감소율, 최대 변형의 변화율 및 최소 변형의 변화율의 적어도 하나를 포함한다. 이어서, 제2 스텝에서는, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B) 및 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 기초하여, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 구한다. 이어서, 제3 스텝에서는, 성형 형상의 금속판(26)의 유한 요소의 요소 데이터(B)와 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로부터, 중간 형상을 구한다.

도 8 및 도 9에는, 중간 형상의 설계 방법을 보다 상세하게 설명하는 흐름도를 나타낸다. 도 7에서 설명한 제1 스텝 내지 제3 스텝은, 도 8 내지 도 9에 나타내는 바와 같이 더욱 상세한 스텝으로 나뉘어 있다.

(제1 스텝)

도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 스텝에서는, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 준비한다(부호 101). 이 요소 데이터(A)는, 가상의 금속판(24)이 복수의 유한 요소로 분할되어, 각 유한 요소에 대하여 초깃값인 요소 데이터(A)가 설정된 것이다. 다음으로, 유한 요소법에 의한 탄소성 성형 해석을 실시한다(부호 102). 이 경우, 가상의 금속판(24)은 탄소성체로서 성형 해석을 행한다. 이 해석의 결과, 성형 형상의 금속판(26)의 각 유한 요소에 있어서의 요소 데이터(B)를 얻는다(부호 103).

도 10a에는, 최종적으로 얻고 싶은 제품 형상(30)의 일례를 3면도로 나타내고, 도 10b에는, 제품 형상(30)의 사시도를 나타낸다. 이들 도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상(30)은, 외형이 세로 160mm 및 가로 160mm이고, 높이 12mm인 대략 사각뿔대 팽출부(30A)를 갖고 있으며, 팽출부(30A)의 주위는 플랜지부(30B)로 되어 있다. 팽출부(30A)의 경사면과 플랜지부(30B) 사이의 굽힘 반경 R은 10mm로 설정되고, 팽출부(30A)의 경사면과 팽출부(30A)의 상면 사이의 굽힘 반경 R은 10mm로 설정되어 있다. 또한, 본 발명에 있어서 적용 가능한 형상은 도 10a 및 도 10b의 형상에 한정되지 않는다.

소재가 되는 금속판을 프레스 성형한 경우, 재료 유입의 변동 등으로 성형 후의 금속판의 외주 프로필에는 변동 등이 발생하기 때문에, 본 실시 형태 1에 있어서의 목표 형상은 제품 형상(30)보다 외주부를 조금 크게 한 형상으로 하고, 목표 형상을 성형한 후에 여분의 외주부를 트림함으로써 제품 형상(30)을 얻을 수 있다. 따라서 예를 들어, 제품 형상(30)을 성형하는 데 필요한 최저한의 소재 금속판 형상보다, 조금 큰 형상을 가상의 금속판(24)의 형상으로 한다. 구체적으로는 도 11a에 나타내는 종횡 190mm의 정사각형을 가상의 금속판(24)의 형상으로 하고, 이 가상의 금속판의 형상의 두께는 1.2mm이다.

도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)을 복수의 유한 요소로 분할한 모델의 이미지를 도 11b에 나타낸다. 이것은 도 8의 부호 101에 있어서의 가상의 금속판의 요소 데이터(A)에 대응하는 것이다.

이 도 11b에 나타내는 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 유한 요소법의 탄소성 성형 해석에 의해, 제품 형상(30)의 외주부를 확장시킨 형상의 금형으로 성형한 경우의 성형 형상을 구하고, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 구한다. 이 구한 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 도 12에 나타낸다. 이것은 도 8의 부호 103에 있어서의 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)에 대응하는 것이다.

도 12에 나타내는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)는, 도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상(30)보다 외주부가 조금 크게 되어 있다. 요소 데이터(B)의 외주부를 트림함으로써, 도 10a, 도 10b의 제품 형상(30)과 거의 동일한 형상이 된다.

또한, 가상의 금속판(24)의 형상은, 반드시 제품 형상(30)을 성형하는 데 필요한 최저한의 소재 금속판 형상보다 크게 하지는 않아도 된다. 또한, 성형 후의 금속판(26)의 형상은, 목표 형상인 제품 형상(30)보다 크게 할 필요는 없다. 제품 형상(30)의 외주부의 치수 정밀도를 구할 수 없는 경우 등에는, 가상의 금속판(24)의 형상은, 제품 형상(30)을 성형하는 데 필요한 최저한의 소재 금속판 형상으로 하고, 성형 후의 금속판(26)의 형상은, 목표 형상인 제품 형상으로 해도 된다. 예를 들어, 제품 형상(30)을 유한 요소로 분할하고, 그것을 바탕으로 역 해석을 행하고, 제품 형상(30)을 유한 요소에 전개한 블랭크 형상을 구하여, 구한 블랭크 형상을 가상의 금속판(24)의 형상으로 할 수도 있다. 그 경우는, 블랭크 형상의 요소 데이터가 성형 후에 제품 형상(30)의 요소 데이터가 되므로, 제품 형상(30)의 요소 데이터를 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)로 하고, 블랭크 형상의 요소 데이터를 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로 해도 된다. 예를 들어, 도 37, 38에 나타내는 바와 같이, 유한 요소법에 의한 역 해석에 의해, 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 구하게 해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 각 유한 요소의 형상을 정사각형으로 하고 있지만, 정사각형에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 된다. 또한, 각 유한 요소의 형상이 복수 종류의 형상을 포함하고 있어도 된다.

(제2 스텝)

제2 스텝은, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)가 토폴로지적으로 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 구하는 스텝이다. 이 제2 스텝은, 하기의 제2-1 스텝, 제2-2 스텝 및 제2-3 스텝으로 이루어진다. 또한, 제2 스텝은 이에 한정되지 않고, 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것이 가능하면, 어떠한 스텝을 행해도 된다.

이하, 각 스텝에 대하여 상세하게 설명한다.

(제2-1 스텝)

도 8에 나타내는 바와 같이, 제2-1 스텝에서는, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 요소를 토폴로지적으로 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 인가할 응력(F1)을 구한다. 응력(F1)의 산출은, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)(부호 104)와, 탄소성 성형 해석에 의해 얻어진 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)(부호 103)를 사용한다.

응력(F1)을 산출하기 위해서는, 먼저, 도 12에 나타내는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 유한 요소와, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 관련짓기를 행한다. 관련짓기는, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A) 유한 요소와, 이 요소 데이터(A)의 유한 요소와 토폴로지적으로 동상인 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 유한 요소를 관련짓는다. 그리고, 관련지어진 유한 요소끼리의 사이에, 가상의 금속판(24)이 탄성체라 하여 가상의 금속판(24)의 형상으로부터 성형 형상의 금속판(26)으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력(F1)을, 각 유한 요소별로 구한다(도 8의 부호 105). 얻어진 응력(F1)(부호 106)은, 예를 들어 성형 전후의 각 요소의 형상으로부터 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 요소가 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 요소로 변형하는 데 필요한 변형을 구하여, 구한 필요한 변형과 탄성 계수와 푸아송비로부터 산출할 수 있다.

(제2-2 스텝)

다음으로, 제2-2 스텝에서는, 제2-1 스텝에서 구한 응력(F1)(부호 106)을 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 부여하거나, 또는 절댓값이 응력(F1)의 1.0배 초과 1.5배 이하인 응력(F2)을 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소에 부여함과 함께, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건(면외 구속 조건)을 부여하여(부호 107), 유한 요소 모델(I)을 얻는다(부호 108).

(제2-3 스텝)

다음으로, 제2-3 스텝에서는, 부호 108의 유한 요소 모델(I)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행한다(부호 109). 여기에서 가령, 면외 구속 조건을 부여하지 않는 유한 요소 모델을 바탕으로 탄성 변형 해석을 행하면 최종 성형 형상을 갖는 금속판의 요소 데이터가 얻어지게 되지만, 본 실시 형태에서는 면외 구속 조건을 부여한 유한 요소 모델(I)을 바탕으로 하여 해석한다. 그 결과, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)가 구해진다(부호 110).

다음으로, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 유한 요소 데이터(H)의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정한다(부호 111). 수정한 유한 요소 데이터를 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 한다(부호 112). 도 13a에는, 성형 전의 가상 금속판(25)의 전체 형상을 나타내고, 도 13b에는, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 나타낸다.

부호 108에 있어서의 탄성 변형 전의 유한 요소 모델(I)의 형상은, 도 11a, 도 11b에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상 및 요소 형상과 동일하고, 금속판 전체의 형상은 정사각형이며, 각 요소도 정사각형 형상을 하고 있다. 그것에 비해, 탄성 변형 후의 형상으로 되어 있는 가상 금속판(25)에 대해서는, 도 13a에 나타내는 바와 같이, 완전한 정사각형이 아니라 약간 왜곡되어 있다. 또한, 도 13b에 나타내는 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)에 있어서는, 유한 요소의 형상이 정사각형으로부터 약간 무너진 형상으로 변화되어 있다. 이것은, 탄성 변형 해석 전에 각 유한 요소에 부여된 응력에 의해 변형된 것이다.

가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 있어서의 유한 요소와, 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 유한 요소를 비교한 경우, 성형에 의해 늘어나 커진(즉 성형에 의해 발생하는 변형이나 판 두께 감소율이 큰) 요소는 보다 큰 응력이 부여되어 있으므로, 대응하는 가상 금속판(25)의 요소 데이터의 유한 요소는, 탄성 변형에 의해 가상의 금속판(24)의 요소 데이터의 유한 요소보다 커지고, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터의 유한 요소에 가까운 형상이 된다.

여기서, 제2-2 스텝에 있어서 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소에 부여하는 응력이, 제2-1 스텝에서 구한 응력(F1) 미만이면, 실제로 중간 형상을 성형할 때, 늘일 필요가 있는 영역의 재료가 충분히 늘어나지 않고, 그 때문에 중간 형상으로부터 최종 성형 형상으로 성형할 때 가해지는 변형이 커져, 최종 성형 형상에 있어서 균열이나 파단이 발생할 우려가 있다. 본 발명에 의한 프레스의 성형 방법은, 유한 요소법에 의한 수치 계산을 기초로 중간 형상 등을 구하고 있지만, 유한 요소법에 의한 수치 계산에는 계산 오차가 포함되기 때문에, 실제의 프레스와는 다소의 차이가 발생한다. 또한, 이러한 수치 계산의 오차를 고려하여, 중간 형상을 성형할 때 늘일 필요가 있는 영역의 재료를 확실하게 늘여 두기 위해서는, 가상의 금속판(24)에 부여하는 응력의 절댓값이 제2-1 스텝에서 구한 응력(F1)의 절댓값보다 큰 값으로 해 두면 되지만, 가상의 금속판(24)에 부여하는 응력의 절댓값이, 응력(F1)의 절댓값의 1.5배 초과가 되면, 가상의 금속판(24)으로부터 중간 형상으로 성형할 때, 중간 형상에 있어서 국부적으로 판 두께 감소율이나 변형이 증대되는 부분이 생겨, 균열이나 파단이 발생할 우려가 있다.

(제3 스텝)

다음으로, 제3 스텝에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 준비하고(부호 201, 202), 성형 전의 가상 금속판(25)을 성형 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력(F3)을, 가상 금속판(25)이 탄성체라 하고 각 유한 요소별로 구한다(부호 203, 204). 응력(F3)은 예를 들어, 성형 전후의 각 요소의 형상으로부터, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)의 각 요소가 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 요소로 변형하는 데 필요한 변형을 구하여, 구한 필요한 변형과 탄성 계수와 푸아송비로부터 산출한다.

또한, 제3 스텝에서는, 각 유한 요소별로 구한 응력(F3)(부호 204)을, 성형 전의 가상 금속판(25)이 토폴로지적으로 대응하는 유한 요소의 일부에 부여함과 함께 토폴로지적으로 대응하는 유한 요소의 잔부에는 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성한다(부호 205, 206). 구체적으로는, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D) 일부의 유한 요소에 응력(F3)을 부여하고, 나머지 유한 요소에는 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성한다(부호 206).

성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D) 중 응력(F3)을 부여하는 유한 요소는, 중간 형상의 성형 시에 늘일 필요가 있는 영역의 요소를 선정하면 되고, 예를 들어 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 요소로부터 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 대응하는 요소로 변형시키는 경우에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율과, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)의 각 요소로부터 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 대응하는 요소로 변형시키는 경우에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율을 비교하여, 후자의 변형이나 판 두께 감소율의 방향이 큰 요소로 하면 된다. 중간 형상의 성형 시에 늘일 필요가 있는 영역의 요소 선정은, 이것에 한정되는 것은 아니고, 성형 해석 결과의 판 두께 감소율, 변형 등이나 실제 프레스 성형 시험의 결과 등에도 기초하여 중간 형상으로 설계자가 임의로 선정하거나, 판 두께 감소율이나 변형이나 면적 변화율 등에 역치를 설정해도 된다.

성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D) 중 중간 형상의 성형 시에 늘일 필요가 있는 영역의 유한 요소로서 선정되지 않은 유한 요소에는, 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않도록 하면 된다. 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D) 중 중간 형상의 성형 시에 늘일 필요가 있는 영역의 유한 요소로서 선정되지 않은 요소에 응력을 부여하지 않고 중간 형상을 구한 경우, 현실의 중간 형상의 성형 시에 당해 부분의 판 두께 감소율이나 변형이 작아져, 성형 형상으로 성형할 때도 판 두께 감소율의 최댓값을 저감시킬 수 있다.

그러나, 이 경우, 중간 형상 성형 시에 응력(F3)을 부여한 요소와 부여하지 않는 요소의 경계부에 있어서 응력의 불연속이 발생한다. 불연속의 응력 분포를 갖는 유한 요소 모델(J)을 탄성 변형 해석하여 중간 형상을 구하면, 중간 형상의 당해 경계부에 극단적인 각도 변화 등이 발생한 형상이 되어, 실제의 프레스에 있어서 중간 형상 성형 시에 접힘 자국이 발생하거나, 주름이 발생하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.

이와 같은 문제가 발생하는 경우에는, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D) 중 중간 형상의 성형 시에 늘일 필요가 있는 영역의 요소로서 선정되지 않은 요소에 모두 응력을 부여하지 않는 것이 아니라, 응력(F3)을 부여한 요소와의 경계 근방의 요소에는 절댓값이 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하고, 경계로부터 이격됨에 따라 점차 절댓값이 작아지는 응력을 부여함으로써, 응력 분포의 불연속성을 없애면 된다.

도 14a 내지 도 14c에는, 응력(F3)을 부여한 유한 요소의 잔부인 유한 요소에, 응력을 부여하지 않는 경우를 나타내고, 도 15a 내지 도 15c에는, 응력(F3)을 부여한 유한 요소의 잔부인 유한 요소에, 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하는 경우를 나타낸다.

도 14a에서는, 응력(F3)을 부여하는 영역을 사선으로 나타내고, 응력을 부여하지 않는 영역을 공백으로 나타낸다.

도 14a에서의 응력(F3)을 부여하는 영역은, 예를 들어 가상의 금속판의 요소 데이터(도 11b)의 각 요소로부터 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(도 12)의 대응하는 요소로 변형시키는 경우에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율과, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(도 13b)의 각 요소로부터 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(도 12)의 대응하는 요소로 변형시키는 경우에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율을 비교하여, 후자의 변형이나 판 두께 감소율의 방향이 큰 요소로 한다.

또한, 응력(F3)을 부여하는 영역의 결정 방법은 이것에 한정하는 것은 아니고, 성형 해석 결과의 판 두께 감소율, 변형 등이나 실제 프레스 성형 시험의 결과 등에도 기초하여 중간 형상으로 설계자가 임의로 선정하거나, 판 두께 감소율이나 변형이나 면적 변화율 등에 역치를 설정하여 결정해도 된다.

또한, 도 14b 및 도 14c에는, 도 14a에 있어서, 사선부(25A)에 응력(F3)을 부여하고, 공백부(25B)에 응력을 부여하지 않았을 경우의, 성형 전의 가상 금속판(25)의 응력 분포를 실선으로 나타낸다. 도 14b 및 도 14c에서는, 응력(F3)을 부여한 영역과 응력을 부여하지 않는 영역의 경계에 있어서 응력이 급격하게 변화되고 있다. 또한, 도 14b, 도 14c의 그래프에 있어서 응력을 부여하지 않는 영역에서 점선으로 나타내는 것은, 당해 영역에서의 응력(F3)의 분포이다.

또한, 도 15a에서는, 응력(F3)을 부여하는 영역을 사선으로 나타내고, 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하는 영역을 공백으로 나타낸다. 도 15b 및 도 15c에는, 도 15a에 있어서, 사선부(25A)에 응력(F3)을 부여하고, 공백부(25B)의 일부에는 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하고, 공백부(25B)의 잔부에는 응력(F3)을 부여하지 않는 경우의, 성형 전의 가상 금속판(25)의 응력 분포를 실선으로 나타낸다.

응력(F3)보다도 작은 응력은, 도 15a의 사선부(25A)와 공백부(25B)의 경계 부근에 부여하고 있다. 도 15b 및 도 15c에서는, 응력(F3)을 부여하는 영역과 부여하지 않는 영역의 사이에, 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하고 있기 때문에, 응력(F3)을 부여한 영역과 응력을 부여하지 않는 영역의 경계에 있어서 응력이 완만하게 변화되어 있다. 또한, 도 15b, 도 15c의 그래프에 있어서 응력(F3)보다 작은 응력을 부여한 영역과 응력을 부여하지 않는 영역에서 점선으로 나타내는 것은, 당해 영역에서의 응력(F3)의 분포이다.

이어서, 도 9의 부호 207에 나타내는 바와 같이, 유한 요소 모델(J)에 대하여 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행한다. 이때, 유한 요소 모델(J)은 탄성체라 하여 탄성 변형 해석을 행한다. 이 탄성 변형 해석에 의해, 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)가 얻어진다(부호 208). 그리고, 가상 금속판의 요소 데이터(G)의 형상을 중간 형상으로 한다(부호 209). 도 16a에는, 도 14a, 도 14b, 도 14c에 나타내는 응력 분포를 가진 유한 요소 모델(J)에 의해 구한 중간 형상(40)을 나타낸다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 소재가 되는 금속판을, 상기 수순으로 설계한 중간 형상(40)으로 성형하고, 이어서, 중간 형상(40)을 도 16b에 나타내는 바와 같은 성형 형상(50)으로 성형하면 된다. 블랭크가 되는 금속판을 중간 형상(40)으로 성형하기 위한 금형은, 도 16a에 나타낸 중간 형상(40)을 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 상형 및 하형을 설계하면 된다. 혹은, 도 15a, 도 15b, 도 15c에 나타내는 응력 분포를 가진 유한 요소 모델(J)에 의해 구한 중간 형상(40)을 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 상형 및 하형을 설계해도 된다. 또한, 중간 형상(40)으로부터 성형 형상(50)을 성형하기 위한 금형은, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 성형 형상을 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 상형 및 하형을 설계하면 된다.

또한, 상기 제1 내지 제3 스텝은, 컴퓨터 시스템에 의해 계산시켜도 된다. 즉, 도 35에 나타내는 설계 장치(60)를 도 36에 나타내는 바와 같은 컴퓨터 시스템으로 구성해도 된다. 도 36에 나타내는 바와 같이, 설계 장치(60)는, 메모리부(60A), 중앙 연산부(60B), 입력부(60C), 출력부(60D)를 구비한 컴퓨터 시스템으로 구성된다. 또한, 도 7 내지 도 9에 기재된 흐름도를 실행하는 컴퓨터 프로그램(60E)을 컴퓨터 시스템의 메모리부(60A)에 기억시켜 둔다. 그리고, 메모리부(60A)로부터 중앙 연산부(60B)에 의해 프로그램을 판독하고, 가상의 금속판(24)의 유한 요소의 요소 데이터(A), 성형 형상의 형상 데이터, 금속판의 영률, 푸아송비, 항복 강도, 인장 강도 등의 각종 물성값을 입력부(60C)로부터 입력하여, 중앙 연산부(60B)에서 계산을 실행한다. 계산의 결과로서 얻어진 중간 형상의 데이터는, 출력부(60D)에 출력해도 된다.

또한, 컴퓨터 시스템에 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램(60E)은, 상기 제2-2 스텝 및 상기 제2-3 스텝을 갖는 것이어도 되고, 상기 제2-1 스텝, 상기 제2-2 스텝 및 상기 제2-3 스텝을 갖는 것이어도 되고, 상기 제2-1 스텝, 상기 제2-2 스텝 및 상기 제2-3 스텝 그리고 상기 제3 스텝을 갖는 것이어도 된다. 또한, 컴퓨터 프로그램(60E)은, 상기 제3 스텝만을 갖는 것이어도 된다. 또한, 컴퓨터 프로그램(60E)은, 상기 제2-1 스텝 및 상기 제2-2 스텝을 갖는 것이어도 된다.

실시 형태 1의 금속판의 성형 방법에 있어서는, 제1 내지 제3 스텝을 실행함으로써, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)와 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로부터 산출한다. 제1 내지 제2 스텝의 계산 과정에 있어서, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소로부터 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 유한 요소로 변형시키기 위해서 필요한 응력(F1)을 가상의 금속판(24)의 요소 데이터의 각 유한 요소에 도입하고, 또한, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 상태에서, 유한 요소법의 탄성 변형 해석을 행함으로써, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)에 비해서 각 유한 요소 간에서의 요소 데이터의 차분이 축소된 요소 데이터(D)가 얻어진다. 이 요소 데이터(D)를 사용하여 제3 스텝에 있어서 중간 형상을 설계함으로써, 적절한 중간 형상을 설계할 수 있다. 또한, 실시 형태 1의 금속판의 성형 방법에 따르면, 제1 내지 제3 스텝을 실행함으로써, 중간 형상의 설계를 설계자의 경험에 의지하지 않고, 항상 적절한 중간 형상을 설계할 수 있다. 그리고, 블랭크재인 금속판을, 설계된 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 성형 형상으로 성형하므로, 성형 후의 판 두께 감소율의 최댓값이 작아져, 균열이나 파단을 억제할 수 있다. 특히, 비교적 고강도의 강판을 성형 형상으로 가공할 때 균열이나 파단을 억제할 수 있다.

또한, 제1 내지 제2 스텝을 1회만 행하여 얻어진 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)는, 성형 형상의 금속판(26)의 각 유한 요소의 요소 데이터(B)에 비해서, 각 유한 요소 간에서의 요소 데이터의 차분이 축소된 것이 되어, 성형 형상에서의 판 두께 감소율의 최댓값이 작아지지만, 초기의 경계 조건에 따라서는 축소가 불충분해져, 성형 형상에 있어서 균열이나 파단이 일어나는 경우도 있다.

그래서, 본 실시 형태의 변형예로서, 제1 내지 제2 스텝 또는 제2 스텝을 반복해서 행해도 된다. 구체적으로는, 다음의 변형예를 채용해도 된다. 도 17a 및 도 17b의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 제1 변형예에서는, 제1 스텝 개시 전의 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를, 제2 스텝에 있어서 얻어진 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 치환하여, 제1 내지 제2 스텝을 반복해서 행한다. 또한, 도 18a 및 도 18b의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 제2 변형예에서는, 제2 스텝 개시 전의 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를, 제2 스텝에 있어서 얻어진 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 치환하여, 제2 스텝을 반복해서 행한다.

이와 같이, 제1 스텝 개시 전 또는 제2 스텝 개시 전 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를, 제2 스텝에 있어서 얻어진 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 치환하고, 이후의 스텝을 반복함으로써, 수렴 계산을 시킬 수 있다. 이에 의해, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)에 있어서의 각 유한 요소 간에서의 요소 데이터의 차분이 대폭으로 축소된 것이 되어, 성형 형상에 있어서 균열이나 파단을 확실하게 방지할 수 있다.

상기 변형예와 같은 수렴 계산을 행할지 여부의 판단은, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 토폴로지적으로 대응하는 유한 요소에 있어서의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)을 구하고, 상태 변화량(ΔX)의 역치를 설정하여, 요소 데이터(D)가 상태 변화량(ΔX)의 역치 이하로 될지 여부로 판단하면 된다. 예를 들어, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 토폴로지적으로 대응하는 각 유한 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치 혹은 상한의 역치와 하한의 역치를 설정하고, 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치만을 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값이 역치 이하인 요소 데이터가 될 때까지, 또한, 상태 변화량(ΔX)의 상한과 하한의 역치를 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값 및 최솟값이 상한의 역치 이하이고 또한 하한의 역치 이상인 요소 데이터가 될 때까지, 제1 스텝 내지 제2 스텝 또는 제2 스텝을 행하여 수렴 계산을 반복해서 행하면 된다.

본 실시 형태의 금속판의 성형 방법은, 도 10a, 도 10b에 나타낸 제품 형상에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 제품 형상을 성형하는 경우에 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 19a 및 도 19b에 나타내는 바와 같은 제품 형상에도 적용할 수 있다. 이하, 도 19a 및 도 19b에 나타내는 제품 형상에 대한 적용예를 설명한다.

도 19a에는, 최종적으로 얻고 싶은 별도의 제품 형상(32)의 사시도를 나타내고, 도 19b에는, 그 제품 형상(32)의 3면도를 나타낸다. 도 19a, 도 19b에 나타내는 제품 형상(32)은, 외형이 세로 220mm 및 가로 168.4mm인 직사각형이며, 높이 17.4mm인 2단 팽출부를 갖고 있다. 이 팽출부는, 높이 10.4mm인 1단째의 제1 볼록부(32A)와, 제1 볼록부(32A) 위에 성형되고, 제1 볼록부(32A)보다 낮은 높이 7.0mm인 2단째의 제2 볼록부(32B)로 이루어진다. 각 볼록부의 경사부는, 굽힘 반경 R이 10mm가 되도록 설정되어 있다.

가상의 금속판(24)의 형상은, 제품 형상(32)을 성형하는 데 필요한 최저한의 소재 금속판 형상보다, 조금 큰 형상으로 한다. 구체적으로는, 도 20에 평면도에 나타내는, 세로 243mm, 가로 189mm의 직사각형을 가상의 금속판(24)의 형상으로 하고, 이 가상의 금속판(24)의 두께는 1.2mm로 한다.

이 도 20에 나타내는 가상의 금속판(24)을 복수의 유한 요소로 분할한 모델의 이미지를 도 21에 나타낸다. 이것은 도 7의 부호 101에 있어서의 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 대응하는 것이다. 유한 요소의 형상은 정사각형으로 하고 있지만, 정사각형에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 된다. 이 도 21에 나타내는 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 유한 요소법의 탄소성 성형 해석에 의해, 제품 형상(32)의 외주부를 확장시킨 형상의 금형으로 성형한 경우의 성형 형상을 구하여, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 구한다. 가상의 금속판(24)은 탄소성체로서 성형 해석을 행한다. 이 구한 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 도 22에 나타낸다. 이것은 도 8의 부호 103에 있어서의 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)에 대응하는 것이다. 도 22에 나타내는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)는, 도 19a, 도 19b에 나타내는 제품 형상(32)보다 외주부가 조금 크고, 성형 후의 형상을 트림함으로써 제품 형상을 얻을 수 있다.

다음으로, 도 8의 부호 105와 마찬가지로 하여, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 요소를 토폴로지적으로 대응하는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 인가할 응력(F1)을, 가상의 금속판이 탄성체라 하고 구한다.

다음으로, 도 8의 부호 107과 마찬가지로 하여, 응력(F1)을 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 부여하거나, 또는 절댓값이 응력(F1)의 1.0배 초과 1.5배 이하인 응력(F2)을 가상의 금속판(24)의 각 유한 요소에 부여함과 함께, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건(면외 구속 조건)을 부여한 유한 요소 모델(I)을 얻는다(부호 108). 그리고, 이 유한 요소 모델(I)을 바탕으로, 도 8의 부호 109와 마찬가지로 하여, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행한다. 그 결과, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)가 구해진다(부호 110). 다음으로, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 유한 요소 데이터(H)의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정한다(부호 111). 수정한 유한 요소 데이터를 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)로 한다(부호 112). 본 실시 형태에서는, 도 23a 및 도 23b에 나타내는 바와 같은, 가상 금속판(25)의 형상 및 요소 데이터(D)가 얻어진다.

여기서 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)를 그대로 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 하지 않는 것은, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)는 도 8의 부호 105 내지 109의 스텝을 거치고 있으므로 판 두께나 응력 등의 파라미터가 성형 전의 상태로부터 변화되는 데 비해, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)는 각 요소의 형상은 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)와 같지만, 판 두께나 응력 등의 다른 파라미터는 성형 전의 상태인 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 같고 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)와는 상이하기 때문이다.

다음으로, 도 9의 부호 203과 마찬가지로, 성형 전의 가상 금속판(25)을, 성형 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 응력(F3)을 가상 금속판(25)이 탄성체라 하고 각 유한 요소별로 구한다. 다음으로, 도 9의 부호 205와 마찬가지로, 성형 전의 가상 금속판(25)의 일부의 유한 요소에 응력(F3)을 부여하고, 나머지 유한 요소에는 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성한다(부호 206). 도 24에는, 성형 전의 가상 금속판(25) 중, 응력(F3)을 부여하는 영역을 사선부(25A)로 나타내고, 응력을 부여하지 않는 영역을 공백부(25B)로 나타내고 있다.

이 예에 있어서 응력(F3)을 부여한 영역은, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)의 각 요소로부터 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 대응하는 요소로 변형시키는 경우에 발생하는 판 두께 감소율과, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)의 각 요소로부터 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)의 대응하는 요소로 변형시키는 경우에 발생하는 변형이나 판 두께 감소율을 비교하여, 후자의 변형이나 판 두께 감소율의 방향이 특히 큰 요소 중, 가상 금속판(25)의 외주부를 제외한 요소가 있는 영역을 선택하였다. 가상 금속판(25)의 외주부에 응력(F3)을 부여하지 않는 것은, 중간 형상의 외주부가 복잡한 형상이 되지 않도록 하고, 실제의 중간 형상을 성형하는 금형의 설계 및 제작을 용이하게 하기 위해서이다.

이어서, 도 9의 부호 207과 마찬가지로, 유한 요소 모델(J)에 대하여 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행한다. 이때, 유한 요소 모델(J)은 탄성체라 하고 탄성 변형 해석을 행한다. 이 탄성 변형 해석에 의해 얻어진 요소 데이터(G)의 형상을 중간 형상으로 한다(부호 208, 209). 도 25에 본 예의 중간 형상(42)을 나타낸다.

그리고, 블랭크가 되는 금속판을, 상기의 수순으로 설계한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 중간 형상을 최종 성형 형상으로 성형하면 된다. 블랭크가 되는 금속판을 중간 형상으로 성형하기 위한 금형은, 도 25에 나타낸 중간 형상(42)을 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 상형 및 하형을 설계하면 된다. 도 26에 성형 형상으로 성형된 금속판(44)의 사시도를 나타낸다. 또한, 중간 형상으로부터 최종 성형 형상을 성형하기 위한 금형은, 도 19a 및 도 19b에 나타낸 성형 형상을 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 상형 및 하형을 설계하면 된다.

또한, 본 예에 있어서도, 도 7 내지 도 9의 흐름도에 나타낸 알고리즘을 갖는 컴퓨터 프로그램을 준비하고, 이 컴퓨터 프로그램을 컴퓨터 시스템에 실행시킴으로써, 중간 형상을 설계해도 된다. 또한, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 치환하여, 제1 내지 제2 스텝 또는 제2 스텝을 반복해서 행해도 된다.

(실시 형태 2)

이하, 실시 형태 2에 대하여 설명한다.

실시 형태 1에서는, 블랭크재인 금속판을 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 중간 형상을 성형 형상으로 성형하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 하나의 중간 형상뿐만 아니라, 블랭크재로부터 복수의 중간 형상을 거쳐서 성형 형상까지 성형해도 된다. 본 실시 형태 2에서는, 블랭크재가 되는 금속판으로부터 제1 중간 형상을 성형하고, 제1 중간 형상을 제2 중간 형상으로 성형하고, 제2 중간 형상을 성형 형상으로 성형하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 중간 형상의 설계의 기초가 되는 가상의 금속판 및 성형 형상의 금속판 각각의 형상 및 요소 데이터는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다.

실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 가상의 금속판으로부터 최종 성형 형상으로 성형하는 것을 목적으로 하여, 실시 형태 1에서 설명한 중간 형상의 설계 방법에 의해 중간 형상을 설계했다고 해도, 금속판이 비교적 고강도이거나, 신장률이 낮은 경우에는, 도 17a, 도 17b, 도 18a, 도 18b에서 설명한 바와 같은 수렴 계산을 반복했다고 해도, 블랭크재를 중간 형상으로 성형하는 단계에서 네킹이나 균열이 발생해 버리는 경우가 있다. 이러한 경우는, 최초의 계산에 의해 얻은 중간 형상을 성형하기 위한 중간 형상을 별도 설계할 필요가 있다.

보다 구체적으로는, 먼저 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로 하여, 가상의 금속판으로부터 최종 성형 형상을 성형하기 위해서 필요한 중간 형상을 설계한다. 이어서, 얻어진 중간 형상을 최종 성형 형상으로 치환하고, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로 하여, 먼저 얻어진 중간 형상을 성형하기 위해서 필요한 중간 형상을 새롭게 설계한다.

도 27에는, 본 실시 형태에 있어서의 제1 중간 형상(46)을 나타낸다. 또한, 도 28에는, 제2 중간 형상(48)을 나타낸다. 또한, 도 29에는, 성형 형상(51)으로 성형한 금속판을 나타낸다. 도 27에 나타내는 제1 중간 형상(46)은, 도 28의 제2 중간 형상(48)을 성형 형상으로 하고, 실시 형태 1에서 설명한 중간 형상의 설계 방법을 적용하여, 그 결과 얻어진 중간 형상이다. 또한, 도 28에 나타내는 제2 중간 형상(48)은, 실시 형태 1에서 설명한 중간 형상의 설계 방법과 같은 방법에 의해 설계된 중간 형상이다.

이와 같이, 본 실시 형태의 금속판 형성 방법에 따르면, 복수의 중간 형상을 얻기 위해서, 실시 형태 1에서 설명한 설계 방법에 의해 중간 형상을 설계하고, 다음으로, 설계된 중간 형상을 성형 형상으로 치환하고 나서 실시 형태 1에서 설명한 중간 형상의 설계 방법과 같은 방법에 의해, 최초에 설계된 중간 형상을 얻기 위한 중간 형상을 설계한다. 이렇게 본 실시 형태에 따르면, 블랭크재인 금속판을 성형 형상으로 성형할 때 복수의 중간 형상을 경유하는 경우라도, 설계된 중간 형상을 성형 형상으로 치환하고, 제1 내지 제3 스텝을 행함으로써, 적절한 중간 형상을 설계할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 성형 형상을 얻을 때까지, 셋 이상의 중간 형상을 경유해도 된다. 그 경우, 모든 중간 형상의 설계에 있어서 본 발명의 방법을 실시해도 되고, 일부의 중간 형상의 설계에만 본 발명의 방법을 실시해도 된다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

(비교예 1)

도 30에 나타내는 형상의 금속판(52)을 중간 형상을 거치지 않고 프레스 성형(드로잉 성형)함으로써, 성형 형상의 성형품을 제조하였다. 보다 상세하게는, 다이와 블랭크 홀더에 의해 금속판의 외측 테두리부를 구속하고, 펀치를 압입함으로써 드로잉 성형을 행하였다. 금속판은, 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 4종류의 강판을 사용하였다. 성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 도 31에, 재료 1로 성형한 성형 형상(53)을 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에서는 강도가 낮고, 신장성이 좋은 재료 1에서는 균열도 굽힘 자국도 없이 성형되었지만, 인장 강도가 1000MPa를 초과하는 고강도 강판으로 이루어지는 재료 2 내지 4에서는, 균열이 발생하였다.

(실시예 1)

도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상(30)과 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 바탕으로, 실시 형태 1에서 설명한 수순으로, 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상을 구하고, 성형 전의 가상 금속판(25) 형상의 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 4종류의 강판에 대해서, 중간 형상으로 성형한 후에 성형 형상으로 성형하였다. 가상 금속판(25)의 형상을 한 재료 2의 강재를 성형한 경우의 성형 형상을 도 16b에 나타낸다. 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상은 도 7, 도 8, 도 9의 흐름도에 따라 구했다. 우선은, 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 유한 요소법에 있어서의 요소로 분할한 도 11b에 나타내는 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로부터, 성형 해석에 의해 도 12에 나타내는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 구했다. 나아가 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)로부터 도 13a, 도 13b에 나타내는 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구했다. 이때, 도 8의 스텝 107에 있어서 가상의 금속판의 요소 데이터(A)에 부여하는 응력을, 스텝 106에 있어서 구한 응력(F1)의 1.0배의 응력으로 하였다.

다음으로 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)와 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로부터 중간 형상을 구했다. 이때, 도 9의 스텝 205에 있어서, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)의 응력(F3)을 부여한 유한 요소 이외의 유한 요소에는 응력을 부여하지 않고 유한 요소 모델(J)을 작성하였다. 응력(F3)을 부여하는 영역은 도 14a의 사선부(25A)의 영역으로 하고, 응력을 부여하지 않는 영역은 도 14a의 공백부(25B)의 영역으로 하였다. 이때의 응력 분포를 도 14b, 도 14c의 그래프 실선으로 나타낸다. 또한 도 14b, 도 14c의 그래프에 있어서 응력을 부여하지 않는 영역에서 점선으로 나타내는 것은, 당해 영역에서의 응력(F3)의 분포이다. 그리고, 작성한 유한 요소 모델(J)을 탄성 변형 해석함으로써, 중간 형상을 구했다. 중간 형상은, 도 16a에 나타내는 중간 형상(40)이 되었다.

그리고, 도 30에 나타내는 금속판(52)을 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 도 16b에 나타내는 형상으로 성형하는 것을 시도하였다. 성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서는 재료 1 및 재료 2에 있어서 굽힘 자국이 발생했지만 균열은 발생하지 않았다. 그러나, 재료 3에서는 균열은 발생하지 않았지만 네킹이 발생하고, 재료 4에서는 균열이 발생하였다. 재료 3에서 네킹이 발생한 영역 및 재료 4에서 균열이 발생한 영역은, 어느 쪽도 성형 형상 중앙의 대략 사각뿔대 팽출부의 모퉁이부이다.

또한, 재료 1에 비해서 보다 고강도이고 신장성이 낮은 재료 2는, 비교예 1의 경우는 균열이 발생했지만, 본 발명의 실시예 1의 경우에서 균열을 발생시키지 않고 성형이 가능하였다. 또한, 재료 1 및 2에 있어서 발생한 굽힘 자국은, 응력(F3)을 부여한 영역과 부여하지 않는 영역의 경계에서 발생하였다. 이 원인은, 응력(F3)을 부여한 영역과 부여하지 않는 영역의 경계에 있어서 응력의 변화가 급격했기 때문이다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로, 도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상(30)과 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 바탕으로, 실시 형태 1에서 설명한 수순으로, 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상을 구하고, 성형 전의 가상 금속판(25) 형상의 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 4종류의 강판에 대해서, 중간 형상으로 성형한 후에 성형 형상으로 성형하였다. 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상은 도 17a, 도 17b, 도 9의 흐름도에 따라 구했다.

실시예 2와 실시예 1의 차이는, 두가지 있다. 첫번째 차이는, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)로부터 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구할 때 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로 부여하는 응력(도 17b의 스텝 107)이며, 실시예 1에서는 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 부여하는 응력을 응력(F1)의 1.0배의 응력으로 했지만, 실시예 2에서는 일부는 응력(F1)의 1.0배의 응력으로 하고, 나머지 부분에서는 응력(F1)의 1.2배로 한 점이다. 구체적으로는 도 32의 가상의 금속판(24)의 공백부(24B)에 응력(F1)의 1.0배의 응력을 부여하고, 사선부(24A)에 응력(F1)의 1.2배의 응력을 부여하였다. 또한, 실시예 1에 있어서 재료 3으로 성형한 경우에 네킹이 발생한 영역은, 성형 형상 중앙의 대략 사각뿔대 팽출부의 모퉁이부이지만, 이 영역의 가상의 금속판(24)의 요소 데이터에서의 대응하는 영역은 응력(F1)의 1.2배의 응력을 부여한 영역에 포함된다.

2번째 차이는, 도 17b의 흐름도에 있어서 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 구한 후에, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 다시 두고, 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 2회 되풀이한 것이다.

그리고, 성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에서는 재료 1 내지 3에 있어서 굽힘 자국이 발생했지만 균열은 발생하지 않았다. 그러나, 재료 4에서는 균열이 발생하였다. 재료 3에 대해서는 실시예 1에서는 네킹이 발생했지만, 실시예 2에서는 균열이나 네킹을 발생시키지 않고 성형되었다. 이것은, 성형 시에 판 두께 감소가 커지는 부위(네킹의 발생 영역)의 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구할 때 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로 부여하는 응력을 실시예 1보다 크게 한 것과, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 2회 되풀이함으로써, 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)가 보다 최적화되었기 때문이다.

(비교예 2)

실시예 2와 마찬가지로, 도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상과 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 바탕으로, 실시 형태 1에서 설명한 수순으로, 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상을 구하고, 성형 전의 가상 금속판(25) 형상의 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 4종류의 강판에 대해서, 중간 형상으로 성형한 후에 성형 형상으로 성형하였다.

성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상은 도 17a, 도 17b, 도 9의 흐름도에 따라 구했다. 도 17a의 흐름도에 있어서 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 구한 후에, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)를 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로 다시 두고 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 2회 되풀이하였다. 2회 반복함으로써, 얻어진 가상 금속판(25)의 형상 및 요소 데이터(D)는, 도 13a 및 도 13b에 나타내는 형상 및 요소 데이터와 약간 상이한 형상 및 데이터가 된다.

실시예 3과 실시예 2의 차이는, 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)로부터 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구할 때 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로 부여하는 응력(도 17b의 스텝 107)이며, 실시예 2에서는 도 32의 공백부(24B)에 응력(F1)의 1.0배의 응력을 부여하고, 사선부(24A)에 응력(F1)의 1.2배의 응력을 부여했지만, 비교예 2에서는 도 32의 공백부(24B)에 응력(F1)의 1.0배의 응력을 부여하고, 사선부(24A)에 응력(F1)의 2.0배의 응력을 부여하였다. 그리고, 성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에서는 재료 1 내지 3에 있어서 균열이나 네킹을 발생시키지 않고 성형되었지만, 비교예 2에서는, 재료 1은 균열이나 네킹을 발생시키지 않고 성형되었지만 재료 2 내지 3에서는 균열이 발생하였다. 이것은, 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구할 때 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로 부여하는 응력이 도 32의 사선부(24A)에 있어서 지나치게 크기 때문이다.

(실시예 3)

도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상(30)과 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 바탕으로, 실시 형태 1에서 설명한 수순으로, 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상을 구하고, 성형 전의 가상 금속판(25) 형상의 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 4종류의 강판에 대해서, 중간 형상으로 성형한 후에 성형 형상으로 성형하였다.

성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상은 도 7, 도 8, 도 9의 흐름도에 따라 구했다. 우선은, 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 유한 요소법에 있어서의 요소로 분할한 도 11b에 나타내는 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로부터, 성형 해석에 의해 도 12에 나타내는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 구했다. 나아가 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)로부터 도 13a, 도 13b에 나타내는 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구했다. 이때, 도 8의 스텝 107에 있어서 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 부여하는 응력을, 스텝 106에 있어서 구한 응력(F1)의 1.0배의 응력으로 하였다.

다음으로 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)와 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로부터 중간 형상을 구했다. 이때, 도 9의 스텝 205에 있어서, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)의 응력(F3)을 부여한 유한 요소 이외의 유한 요소에는 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하거나 응력을 부여하지 않고 유한 요소 모델(J)을 작성하였다. 응력(F3)을 부여하는 영역은 도 15a의 사선부(25A)의 영역으로 하고, 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하는 영역은 도 15a의 공백부(25B) 중 사선부(25A)와의 경계의 근방 영역으로 하고, 도 15a의 공백부(25B)의 그 이외의 영역은 응력을 부여하지 않았다. 이때의 응력의 분포는 도 15b, 도 15c의 그래프의 실선으로 나타내는 바와 같았다. 또한 도 15b, 도 15c의 그래프에 있어서 응력(F3)보다도 작은 응력을 부여하거나 응력을 부여하지 않는 영역(도 15a에서 공백부에 상당하는 영역)에서 점선으로 나타낸 것은, 당해 영역에서의 응력(F3)의 분포이다.

그리고, 작성한 유한 요소 모델(J)을 탄성 변형 해석함으로써, 중간 형상을 구했다. 또한, 도 30에 나타내는 금속판(52)을 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 도 31에 나타내는 성형 형상(53)으로 성형하는 것을 시도하였다.

성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 3에서는 재료 1 및 재료 2에 있어서 굽힘 자국은 없고 균열도 발생하지 않았다. 그러나, 재료 3에서는 균열은 발생하지 않았지만 네킹이 일어나고, 재료 4에서는 균열이 발생하였다.

재료 1에 비해 보다 고강도이고 신장성이 낮은 재료 2는, 비교예 1의 경우는 균열이 발생했지만, 본 발명의 실시예 3의 경우는 균열을 발생시키지 않고 성형이 가능하였다. 실시예 3에 있어서 굽힘 자국이 발생하지 않은 이유는, 도 15b 및 도 15c에 나타내는 바와 같이, 응력(F3)을 인가한 유한 요소와 그 이외의 유한 요소 사이의 응력 변화가 실시예 1보다 완만했기 때문이다.

(실시예 4)

도 10a, 도 10b에 나타내는 제품 형상(30)과 도 11a에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 바탕으로, 실시 형태 2에서 설명한 수순으로, 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 4종류의 강판에 대해서, 성형 형상으로 성형하였다. 중간 형상은, 실시 형태 2에서 설명한 수순으로 설계하였다. 즉, 제1 중간 형상과 제2 중간 형상을 설계하였다. 도 27에 제1 중간 형상(46), 도 28에 제2 중간 형상(48)을 나타낸다. 중간 형상을 설계할 때, 도 8의 스텝 107에 있어서 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 부여하는 응력을, 스텝 106에 있어서 구한 응력(F1)의 1.0배의 응력으로 하였다. 또한, 도 9의 스텝 205에 있어서, 응력(F3)을 인가한 유한 요소 이외의 유한 요소에는 응력을 부여하지 않고 유한 요소 모델(J)을 작성하고, 스텝 207의 탄성 변형 해석을 거쳐서 중간 형상을 얻었다. 성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 4에서는 재료 1 내지 4 모두 네킹이나 균열을 발생시키지 않고 성형할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 실시예 1 및 3에서는, 재료 2(두께 1.2mm, 인장 강도: 1029MPa, EL: 15％)로 이루어지는 금속판을 균열이나 네킹을 일으키지 않고 성형 형상으로 성형하는 것이 가능하였다. 실시예 3에서는 굽힘 자국도 발생하지 않았다. 또한, 실시예 2에서는, 재료 3(두께 1.2mm, 인장 강도: 1195MPa, EL: 10％)으로 이루어지는 금속판을 균열이나 네킹을 일으키지 않고 성형 형상으로 성형하는 것이 가능하였다. 또한, 실시예 4에서는, 재료 4(두께 1.2mm, 인장 강도: 1348MPa, EL: 8％)로 이루어지는 금속판을 균열이나 네킹을 일으키지 않고 성형 형상으로 성형하는 것이 가능하였다.

그러나, 비교예 1 및 2에서는, 재료 1(두께 1.2mm, 인장 강도: 460MPa, EL: 37％)로 이루어지는 금속판에 대해서는, 균열이나 네킹을 일으키지 않고 성형 형상으로 성형하는 것이 가능했지만, 재료 2 내지 4로 이루어지는 금속판의 경우는, 균열이 발생하여 성형 형상으로 성형할 수 없었다. 비교예 1은 중간 형상을 성형하지 않았기 때문에 재료 2에서 균열이 발생했다고 생각된다. 또한, 비교예 2에서는, 도 32의 사선부의 영역에 부여하는 응력을 스텝 106에 있어서 구한 응력(F1)의 2.0배의 응력으로 했기 때문에, 재료 2를 사용한 경우에 있어서도 균열이 발생했다고 생각된다.

(비교예 3)

도 19a 및 도 19b에 나타내는 제품 형상을 얻기 위해서, 도 33에 나타내는 금속판(54)을 중간 형상을 거치지 않고 프레스 성형(드로잉 성형)함으로써, 도 34에 나타내는 성형 형상의 성형품(55)을 제조하였다. 보다 상세하게는, 다이와 블랭크 홀더에 의해 금속판의 외측 테두리부를 구속하고, 펀치를 압입함으로써 드로잉 성형을 행하였다. 금속판은, 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 3종류(재료 1 내지 3)의 강판을 사용하였다. 성형 후의 성형품에 대해서, 균열의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에서는 강도가 낮고, 신장성이 좋은 재료 1에서는 균열을 발생시키지 않고 성형되었지만, 인장 강도가 1000MPa를 초과하는 고강도 강판으로 이루어지는 재료 2 내지 3에서는 균열이 발생하였다.

(실시예 5)

도 19a, 도 19b에 나타내는 제품 형상과 도 20에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 바탕으로, 실시 형태 1에서 설명한 수순으로, 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상을 구하고, 성형 전의 가상 금속판(25) 형상의 표 1에 나타내는 판 두께, 인장 강도 및 신율(EL)을 갖는 3종류(재료 1 내지 3)의 강판에 대해서, 중간 형상으로 성형한 후에 성형 형상으로 성형하였다.

가상 금속판(25)의 형상을 한 재료 2의 강재를 성형하여 성형 형상으로 성형된 금속판(44)를 도 26에 나타낸다. 성형 전의 가상 금속판(25)의 형상과 중간 형상은 도 7, 도 8, 도 9의 흐름도에 따라 구했다. 우선은, 도 20에 나타내는 가상의 금속판(24)의 형상을 유한 요소법에 있어서의 요소로 분할한 도 21에 나타내는 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)로부터, 성형 해석에 의해 도 22에 나타내는 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)를 구했다. 나아가 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)와 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)로부터 도 23a, 도 23b에 나타내는 가상 금속판(25)의 형상과 요소 데이터(D)를 구했다. 이때, 도 8의 스텝 107에 있어서 가상의 금속판(24)의 요소 데이터(A)에 부여하는 응력을, 스텝 106에 있어서 구한 응력(F1)의 1.0배의 응력으로 하였다.

다음으로, 성형 형상의 금속판(26)의 요소 데이터(B)와 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)로부터 중간 형상을 구했다. 이때, 도 9의 스텝 205에 있어서, 성형 전의 가상 금속판(25)의 요소 데이터(D)의 응력(F3)을 부여한 유한 요소 이외의 유한 요소에는 응력을 부여하지 않고 유한 요소 모델(J)을 작성하였다. 응력(F3)을 부여하는 영역은 도 24의 사선부(25A)의 영역으로 하고, 응력을 부여하지 않는 영역은 도 24의 공백부(25B)의 영역으로 하였다. 그리고, 작성한 유한 요소 모델(J)을 탄성 변형 해석함으로써, 중간 형상을 구했다. 구한 중간 형상을 도 25에 나타낸다.

또한, 재료 1 내지 3으로 이루어지고, 도 33에 나타내는 금속판(54)을, 도 25에 나타내는 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 도 34에 나타내는 형상으로 성형하는 것을 시도하였다. 성형 후의 성형품에 대해서, 균열이나 굽힘 자국의 유무를 눈으로 보아 조사하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 5에서는 재료 1 내지 재료 3에 있어서 균열을 발생시키지 않고 성형되었다. 비교예 3에서는 균열이 발생한 인장 강도가 1000MPa를 초과하는 고강도 강판으로 이루어지는 재료 2 내지 3이어도 실시예 5에서는 균열의 발생 없이 성형할 수 있었다.

A: 가상의 금속판의 요소 데이터
B: 성형 형상의 금속판의 요소 데이터
D: 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터
F1: 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소를 토폴로지적으로 대응하는 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한 각 요소에 인가할 응력
F2: F1의 1.0배 초과 1.5배 이하의 응력

Claims

금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 중간 형상으로 성형하고, 이어서, 상기 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 금속판의 성형 방법이며,
상기 금속판으로부터 상기 중간 형상을 성형할 때, 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이, 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하도록 성형함으로써, 상기 중간 형상을 성형하고,
하기 제1 스텝과 하기 제2 스텝을 순차 행함으로써 구해진 유한 요소법 해석에 있어서의 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)와 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 바탕으로,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우보다도 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우 쪽이 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 일부 요소에는, 상기 일부 요소의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형을 부여하고,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D) 중 상기 중간 형상을 거쳐서 상기 성형 형상으로 성형하는 경우보다도 상기 금속판으로부터 상기 성형 형상으로 직접 성형하는 경우 쪽이 상기 금속판으로부터의 판 두께 감소율이 큰 부위의 적어도 일부를 포함하는 나머지 요소에는, 상기 나머지 요소의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고,
상기 성형 전의 가상 금속판을 변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)의 형상을 상기 중간 형상으로 하는
금속판의 성형 방법.
제1 스텝: 가상의 금속판의 요소 데이터(A) 및 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 준비하는 스텝.
제2 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가, 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 스텝.
제1항에 있어서,
상기 제1 스텝은, 유한 요소법에 의한 성형 해석에 의해, 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 바탕으로, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 구하는
금속판의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 스텝은, 유한 요소법에 의한 역 해석에 의해, 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)를 바탕으로, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 구하는
금속판의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 스텝에 있어서, 하기 제2-1 스텝, 하기 제2-2 스텝 및 하기 제2-3 스텝을 순차 행함으로써,
상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)가, 대응하는 각 요소 간의 형상의 차가 작아지도록 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)를 수정하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 구하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형 방법.
제2-1 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형시키기 위해서 필요한, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에 인가할 응력(F1)을 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소별로 구하는 스텝.
제2-2 스텝: 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 요소에, 절댓값이 상기 제2-1 스텝에서 구한 상기 응력(F1) 이상의 응력(F2)을 부여함과 함께, 각 유한 요소의 절점의 면외 방향으로의 변위를 구속하는 조건을 부여한 유한 요소 모델(I)을 작성하는 스텝.
제2-3 스텝: 상기 제2-2 스텝에서 작성한 유한 요소 모델(I)을 바탕으로 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행하고, 탄성 변형 후의 요소 데이터(H)를 구하고, 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)의 각 유한 요소의 형상을, 탄성 변형 후의 유한 요소 데이터(H)의 각 유한 요소의 형상이 되도록 수정하고, 수정한 유한 요소 데이터를 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)로 하는 스텝.
제4항에 있어서,
상기 응력(F2)은, 절댓값이 상기 응력(F1)보다 크고 또한 상기 응력(F1)의 1.5배 이하의 응력인
금속판의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 각 요소별로 구하고,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)을 부여함과 함께, 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소에는 상기 탄성 변형하는 데 필요한 응력(F3)보다 절댓값이 작은 응력을 부여하거나 또는 응력을 부여하지 않는 유한 요소 모델(J)을 작성하고,
상기 유한 요소 모델(J)을 바탕으로, 유한 요소법에 의한 탄성 변형 해석을 행함으로써,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 일부 요소에는, 상기 일부 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형을 부여하고,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소에는, 상기 나머지 요소에 대응하는 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 각 요소의 형상으로 변형하는 데 필요한 변형보다 절댓값이 작은 변형을 부여하거나 또는 변형을 부여하지 않고,
변형시킨 경우의 변형 후의 가상 금속판의 요소 데이터(G)를 구하는,
것을 특징으로 하는 금속판의 성형 방법.
제6항에 있어서,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)의 나머지 요소 중, 상기 일부 요소와의 경계 근방의 요소에는 절댓값이 상기 응력(F3)보다 작은 응력을 부여하고, 상기 경계 근방의 요소로부터 이격됨에 따라 점차 절댓값이 작아지는 응력을 상기 나머지 요소에 부여하는
금속판의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝을 행하거나, 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)와 상기 성형 형상의 금속판의 요소 데이터(B)의 사이에 있어서 대응하는 각 요소의 성형 전후에서의 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치, 또는 상한의 역치 및 하한의 역치를 설정하고,
상기 상태 변화량(ΔX)의 상한의 역치만을 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값이 역치 이하인 요소 데이터가 될 때까지,
상기 상태 변화량(ΔX)의 상한 및 하한의 역치를 설정한 경우는, 상태 변화량(ΔX)의 최댓값 및 최솟값이 상한의 역치 이하이고 또한 하한의 역치 이상인 요소 데이터가 될 때까지,
상기 제2 스텝에 있어서 얻어진 상기 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 가상의 금속판의 요소 데이터(A)로 치환하고 나서, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝 또는 상기 제2 스텝을 행하여 성형 전의 가상 금속판의 요소 데이터(D)를 다시 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형 방법.
금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 상기 금속판을 성형 형상과는 상이한 복수의 중간 형상으로 순차 성형하고, 최후의 중간 형상으로부터 상기 성형 형상으로 성형하는 금속판의 성형 방법이며,
상기 복수의 중간 형상을 얻는 공정 및 상기 성형 형상을 얻는 공정 중, 전부 혹은 일부의 공정에 있어서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 성형 방법으로 얻어진 형상을, 상기 공정의 전 공정에서 성형하는 중간 형상으로 하는, 금속판의 성형 방법.
금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 성형 방법으로 얻어진
중간 형상의 설계 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법에 있어서 얻어진 중간 형상을, 다이 페이스면의 형상으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형용 금형.
금속판을 프레스 성형하여 성형 형상으로 성형할 때, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 금속판의 성형 방법에 있어서 얻어진 중간 형상을 설계하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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