WO2023106013A1 - プレス成形解析方法、プレス成形解析装置及びプレス成形解析プログラム - Google Patents

プレス成形解析方法、プレス成形解析装置及びプレス成形解析プログラム Download PDF

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press
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剛史 小川
智史 澄川
雄司 山▲崎▼
豊久 新宮
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Definitions

  • the present invention is a press forming analysis for estimating the influence of shape variation of a blank taken from a metal sheet having shape variation and press-molding the blank. ) method, press forming analysis apparatus (apparatus) and press forming analysis program.
  • the actual metal plates from which blanks are taken to obtain press-formed products are not completely flat, and have a waveform (shape variation). Therefore, the actual blank taken from the metal plate is also not necessarily flat and may have shape variations.
  • the press-molded product obtained after press-molding is affected by the shape variation, and does not meet the target. There is a concern that it will deviate from the dimensional accuracy.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for sorting press-molded products that deviate from the target dimensional accuracy.
  • Patent Document 1 or Patent Document 2 compares the shapes of press formed parts (press formed parts) with each other. It is not possible to predict the impact on products. Conventionally, it has not been possible to predict the effect of blank shape variation on the shape of a press-formed product, and it is difficult to predict which portion of a press-formed product is likely to be affected by blank shape variation. No identification was made.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its object is to predict the influence of shape variation of a blank taken from a metal plate with shape variation when press-molding.
  • An object of the present invention is to provide a forming analysis method, a press forming analysis device, and a press forming analysis program.
  • the press forming analysis method is a method for predicting the influence of shape variation of a blank when press forming is performed using a blank taken from a metal plate with shape variation, and a flat blank model with a flat shape is used to perform press forming analysis when press forming is performed with a predetermined tool of press forming model, and the first shape acquisition to acquire the shape of the press-formed product after die release as the first shape a generation step of generating a shape-variable blank model corresponding to the shape change; and using the shape-variable blank model, perform press forming analysis when press forming is performed with the predetermined mold model, and after mold release
  • the shape-variable blank model generated in the generating step may be a blank model having a cyclic wave shape with a predetermined pitch and a predetermined amplitude.
  • the shape-variable blank model generated in the generation step is preferably a blank model generated based on the measurement results by measuring the shape of an actual blank taken from a metal plate with shape variation.
  • the divergence amount obtaining step calculates a difference between a springback amount of a predetermined portion of the first shape and a springback amount of the same portion of the first shape as the predetermined portion of the second shape. It should be obtained as a quantity.
  • a press forming analysis apparatus predicts the influence of shape change of a blank when press forming is performed using a blank sampled from a metal plate having a flat shape. is used to perform press forming analysis when press forming is performed with a predetermined mold model, and a first shape acquisition unit that acquires the shape of the press-formed product after mold release as the first shape, and a shape corresponding to the shape variation
  • press forming analysis is performed when press forming is performed with the predetermined mold model, and the shape of the press-formed product after mold release is used as a second shape.
  • a deviation amount acquisition unit that compares the first shape and the second shape and obtains a portion where both shapes deviate from each other and an amount of deviation.
  • the shape-variable blank model generated by the generation unit is preferably a blank model having a periodic wave shape with a predetermined pitch and a predetermined amplitude.
  • the shape-variable blank model generated by the generating unit may be a blank model generated based on measured values of the shape of an actual blank sampled from a metal plate with shape variation.
  • the divergence amount obtaining unit obtains, as the divergence amount, a difference between a springback amount of a predetermined portion of the first shape and a springback amount of a portion of the second shape that is the same as the predetermined portion of the first shape. good.
  • an identification unit that identifies a portion where the amount of deviation exceeds a preset threshold as a portion requiring countermeasures.
  • the press forming analysis program according to the present invention causes a computer to function as the press forming analysis device according to the present invention.
  • the present invention it is possible to know the portion where the shape variation in the blank has a large effect on the shape of the press-formed product after springback and the amount of divergence caused by the shape variation of the blank. Also, the quality of the press-formed product can be determined based on the amount of deviation and the predetermined threshold value, and the quality of the blank can be predicted based on this. As a result, it is possible to grasp the limit of the shape accuracy of the blank that fits within the shape accuracy required for the press-formed product, and by selecting the blank with the appropriate shape, it is possible to stably press-form with a good shape. become. In addition, when the shape of a press-formed product fluctuates, it is possible to identify which part of the blank before press-forming caused the shape fluctuation, so that countermeasures can be taken immediately. It also leads to improvement of
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of each step of the press forming analysis method according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is an external view of a component targeted in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the flat blank model used in the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the first shape analyzed by press forming using a flat blank model.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a shape-variable blank model having unevenness (No. 1).
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a shape-variable blank model having an uneven shape (No. 2).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the second shape analyzed by press forming using the shape-variable blank model.
  • FIG. 8 is a diagram showing correspondence between the second shape and the shape-variable blank model.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a press forming analysis device according to Embodiment 2.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a first shape (a) analyzed by press forming using a flat blank model and a second shape (b) analyzed by press forming using a variable shape blank model in Examples.
  • FIG. 11 is a diagram showing correspondence between the second shape and the shape-variable blank model in the example.
  • the press forming analysis method according to the present embodiment uses a blank sampled from a metal plate with shape variation (unevenness) to perform press forming (crash forming, deep drawing, etc.). This is a press forming analysis method that predicts the influence of shape variation.
  • the press-forming analysis method according to the present embodiment includes a first shape acquisition step, which is a shape acquisition step of standard press-formed part. S1, a generation step S3 that is a generation step of shape variation blank model, and a shape acquisition step of press-formed part using shape variation 2nd shape acquisition step S5, which is blank), and deviation amount acquisition step S7.
  • the first shape acquisition step S1 uses a flat blank model (hereinafter referred to as "flat blank model 3") as shown in FIG. , the step of acquiring the shape of the press-molded product after releasing the mold as the first shape.
  • flat blank model 3 a flat blank model
  • the flat blank model 3 is a blank model generally used in press forming analysis, and has a flat shape without unevenness.
  • CAE analysis such as finite element method (FEM) is usually performed.
  • FEM finite element method
  • Forming by CAE analysis may be either form forming or draw forming, but in the present embodiment, draw forming will be described as an example, and in later-described examples, foam forming will be described as an example.
  • Fig. 4 shows the first shape 5 after release from the press molding analysis.
  • the amount of shape change from the bottom dead center of molding is indicated by the shade of color.
  • the amount of change is the height of each part of the shape of the press-formed product after releasing and springing back after press-forming in the press-forming direction, from the height of the corresponding part of the shape of the bottom dead center of the forming. It is the value after subtracting the In other words, if the height difference (variation) is + (plus), it will be more convex than the molding bottom dead center shape, and if the height difference (variation) is - (minus), it will be more convex than the molding bottom dead center shape. It becomes concave.
  • the height difference (variation) is + (plus)
  • the color of the recessed portion from the bottom dead center of the molding is lightened, and the color of the convex portion is darkened.
  • + indicates the amount of change in the convex direction
  • - indicates the amount of change in the concave direction
  • the unit is mm.
  • the amount of change at the left end of the first shape 5 is 4.4 mm
  • the left end of the stretch flange portion is -0.6 mm
  • the center portion was 3.7 mm
  • the right stretch flange was 1.8 mm
  • the right end was -1.8 mm.
  • the generation step S3 is a step of generating the shape variation blank model 7 (see FIG. 5) having a shape corresponding to the shape variation of the blank, for example, the corrugated shape of unevenness.
  • the example shown in FIG. 5 is a blank model having a periodic wave shape with a predetermined pitch and a predetermined amplitude, and the shading in FIG. 5 expresses unevenness. A specific shape will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6(b) shows the cross section indicated by the dashed line in FIG. 6(a) as viewed from AA
  • FIG. 6(c) is a partially enlarged view thereof.
  • the examples shown in FIGS. 5 and 6 have a thickness of 1.2 mm, an amplitude of irregularities of ⁇ 2.5 mm, and a pitch of irregularities of 320 mm (see FIG. 6(d)).
  • the starting and ending positions of the unevenness set in the blank need not be the blank edge.
  • FIG. 6(e) shows the uneven portions of the shape of FIG. 6(a) with emphasis.
  • the shape-variable blank model 7 generated in the generation step S3 is a three-dimensional shape measuring instrument (3D shape measuring instrument), for example, a laser rangefinder, which measures the shape of an actual blank sampled from a predetermined position of a metal plate with shape variation. ), etc., and may be generated based on the measurement results.
  • 3D shape measuring instrument for example, a laser rangefinder, which measures the shape of an actual blank sampled from a predetermined position of a metal plate with shape variation. ), etc., and may be generated based on the measurement results.
  • the second shape acquisition step S5 uses the shape-variable blank model 7 to perform press-molding analysis when press-molding is performed with a predetermined mold model, and acquires the shape of the press-molded product after mold release as the second shape. is.
  • a second shape 9 is shown in FIG.
  • the colors and numerical values shown in FIG. 7 are the same as in FIG.
  • the amount of change at the left end of the second shape 9 is 5.3 mm
  • the left end of the stretch flange portion is -1.3 mm
  • the center portion is 3.5 mm
  • the right stretch flange portion is 1.7. ⁇ 1.9mm
  • -1.4mm at the right end. change is large.
  • the divergence amount acquisition step S7 is a step of comparing the first shape 5 and the second shape 9 and obtaining a divergence portion and the divergence amount between the two shapes.
  • the shape of the press-formed product at the bottom dead center of the forming is used as a reference shape, and the amount of change (springback amount) from the reference shape at each part of the press-formed product obtained by CAE analysis is obtained to determine the blank.
  • the amount of change when the blank was changed was compared, and the difference in the amount of change due to the change of the blank was obtained as the amount of divergence. That is, the amount of divergence is a value obtained by subtracting the amount of change of the first shape 5 using a flat blank (FIG. 4) from the amount of change of the second shape 9 using a blank with shape variation (FIG. 7). Become.
  • the relevant portion of the second shape 9 has a convex shape compared to the first shape 5, and the difference in the amount of change (amount of divergence) is -( minus), the relevant portion of the second shape 9 is recessed compared to the first shape 5 .
  • FIG. 8 shows the correspondence between the amount of deviation obtained in the case of draw molding and the shape-variable blank model 7 having an uneven shape.
  • the deviation amount at the left end of the second shape 9 is the largest at 0.9 mm, and the convex shape at the left end of the shape-variable blank model 7 before press forming corresponding to this part. It can be seen that the impact is large.
  • the left end of the second shape 9 that becomes the stretch flange portion has a divergence amount of -0.7 mm and has a large concave shape, and the influence of the concave shape in the shape variation blank model 7 corresponding to this part is large.
  • Max in the figure indicates the maximum value of the convex shape
  • Min indicates the maximum value (minimum numerical value) of the concave shape. This point is the same in FIG. 11 as well.
  • the second shape 9 for which the amount of deviation is obtained may be developed into a blank by analysis of reverse press-forming to identify the parts of the shape-variable blank model 7 that affect the amount of deviation.
  • the quality of the press-formed product can be determined based on the amount of deviation and the predetermined threshold value, and the quality of the blank can be predicted based on this. For example, when a plurality of press-formed products are superimposed and joined to assemble members of a vehicle body, it is difficult to join the press-formed products together if the deviation amount of the flange portion is particularly large.
  • a predetermined threshold value is set for the amount of deviation, and blanks that become press-formed products with the amount of deviation exceeding the threshold value are greatly affected by shape variation, and are judged to be unusable blanks, making it possible to predict the quality of the blank.
  • a shape defect occurs in a press-formed product, it will be possible to identify the part of the blank that caused the shape defect before press-forming. also connected.
  • shape variation can be specified by the shape of the mold or the like. For example, in FIG. 8, if the threshold value of the divergence amount of the second shape 9 is ⁇ 0.5 mm, the left end of the second shape 9 and the left end of the stretch flange portion may be corrected to be within the threshold, Countermeasures such as correcting a part of the mold of the relevant part can be taken.
  • Embodiment 2 The press forming analysis method described in Embodiment 1 can be realized by causing a computer such as a PC (personal computer) to execute a preset program.
  • a press forming analysis device which is an example of such a device, will be described in the present embodiment.
  • the press forming analysis apparatus 11 is configured by a computer such as a PC (personal computer), and includes a display device 13, an input device 15, and a storage device. (memory storage) 17, a working data memory (working data memory) 19, and an arithmetic processing unit (arithmetic processing device) 21.
  • the display device 13, the input device 15, the storage device 17, and the work data memory 19 are connected to the arithmetic processing section 21, and their respective functions are executed by commands from the arithmetic processing section 21.
  • FIG. Hereinafter, each configuration of the press-forming analysis apparatus according to the present embodiment will be described with the press-formed product 1 shown in FIG. 2 as the object of analysis.
  • the display device 13 is used for displaying analysis results, etc., and is composed of a liquid crystal monitor (LCD monitor) or the like.
  • the input device 15 is used for displaying instructions for blanks, press forming parts, etc., for inputting conditions by an operator, etc., and is composed of a keyboard, mouse, and the like.
  • the storage device 17 is used to store various files such as the shape file 31 for blanks and press-molded products, and is composed of a hard disk or the like.
  • the working data memory 19 is used for temporary storage of data used by the arithmetic processing unit 21 and for arithmetic operations, and is composed of a RAM (Random Access Memory) or the like.
  • the arithmetic processing unit 21 includes a first shape acquisition unit 23 that is a shape acquisition unit of standard press-formed part, and a shape variation blank A generation unit 25 that is a model generation unit (generation unit of shape variation blank model) and a second shape acquisition unit that is a shape acquisition unit of press-formed part using shape variation blank It has a shape acquisition unit (2nd shape acquisition unit) 27 and a divergence amount acquisition unit 29, and is configured by a CPU (central processing unit) such as a PC. In addition, it may further include a countermeasure-required site identification unit (identification unit). Each of these units functions when the CPU executes a predetermined program. Functions of the above-described units in the arithmetic processing unit 21 will be described below.
  • the first shape acquisition unit 23 executes the first shape acquisition step S1 described in the first embodiment.
  • the generation unit 25 executes the generation step S3
  • the second shape acquisition unit 27 executes the second shape acquisition step S5
  • the divergence amount acquisition unit 29 executes the divergence amount acquisition step S7
  • the identification unit executes the identification step. .
  • the influence of the shape change in the blank on the shape of the press-formed product after springback that is, the part with a large influence and the shape change It is possible to know the resulting amount of deviation.
  • the quality of the press-formed product can be determined based on the amount of deviation and the predetermined threshold value, and the quality of the blank can be predicted based on this.
  • by providing an area requiring countermeasure identification unit that identifies areas where the amount of deviation exceeds a preset threshold as areas requiring countermeasures when blanks with shape variations are used, countermeasures based on the shape of the mold and the shape of the molded product can be obtained. It is possible to specify the part to take countermeasures by changing the
  • the first shape acquisition unit 23, the generation unit 25, the second shape acquisition unit 27, the divergence amount acquisition unit 29, and the identification unit in the press forming analysis device 11 of the present embodiment are configured such that the CPU executes a predetermined program This is achieved by executing Therefore, the press forming analysis program according to the present invention specifies that the computer functions as the first shape acquisition unit 23, the generation unit 25, the second shape acquisition unit 27, the divergence amount acquisition unit 29, and the specification unit. be able to.
  • FIGS. 10 and 11 A press forming analysis method using a shape-variable blank model having an uneven shape and a flat blank model was carried out, which will be described below with reference to FIGS. 10 and 11.
  • Numerical values, gradations, convex shapes, and concave shapes shown in FIGS. 10 and 11 are synonymous with those shown in the above embodiment.
  • FIG. 10 shows a press-molded product after release when molding by CAE analysis is form molding
  • FIG. 10(a) uses the flat blank model 3 shown in FIG. (b) is obtained by using the shape-variable blank model 7 having the concave-convex shape shown in FIGS.
  • FIG. 11 shows the correspondence between the deviation amount of the second shape 9 obtained in the case of foam molding and the shape-variable blank model 7 having an uneven shape.
  • the deviation amount at the left end of the second shape 9 is the largest at 1.5 mm, and it can be seen that the convex shape at the left end of the variable shape blank model 7 corresponding to this part has a large influence.
  • the left end of the stretch flange portion has a large divergence amount of -0.9 mm, and it can be seen that the concave shape of the blank before press forming corresponding to these parts has a large effect.
  • a press-forming analysis method for estimating the influence of shape variation of a blank obtained from a metal plate with shape variation when the blank is press-formed. can do.

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Abstract

本発明に係るプレス成形解析方法は、平坦ブランクモデル３を用いてプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第一形状５として取得する第一形状取得ステップＳ１と、形状変動ブランクモデル７を生成する生成ステップＳ３と、形状変動ブランクモデル７を用いてプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第二形状９として取得する第二形状取得ステップＳ５と、第一形状５と第二形状９を比較し、両形状の乖離する部位と乖離量とを求める乖離量取得ステップＳ７と、を含む。

Description

プレス成形解析方法、プレス成形解析装置及びプレス成形解析プログラム
　本発明は、形状変動（shape　variation）のある金属板（metal　sheet）から採取したブランク（blank）を用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測するプレス成形解析（press　forming　analysis）方法、プレス成形解析装置（apparatus）及びプレス成形解析プログラムに関する。
　自動車の衝突安全性（collision　safety）基準の厳格化により自動車車体（automotive　body）の衝突安全性の向上が進展する中で、昨今の二酸化炭素排出規制を受けて自動車の燃費向上（improvement　of　fuel　efficiency）を図るため、車体の軽量化（weight　reduction　of　automotive　body）も必要とされている。これら衝突安全性能と車体の軽量化を両立するために、従来よりさらに高強度（high-strength）な金属板が車体に採用されつつある。
　従来から、プレス成形品を得るためのブランクを採取する実際の金属板は、完全に平坦なものはなく、波形状（waveform）（形状変動）を有している。したがって、金属板から採取した実際のブランクもまた、必ずしも平坦であるとは限らず、形状変動を有する場合がある。
　このような波打ち形状（waveform）の金属板をブランクとして用いて、車体部品（automotive　part）にプレス成形した場合、プレス成形後に得られたプレス成形品は、その形状変動が影響して、目標となる寸法精度（dimensional　accuracy）から外れることが危惧される。
　プレス成形した後のプレス成形品について、目標となる寸法精度から外れたものを選別する技術として、例えば特許文献１、２が開示されている。
特開昭６２－０４７５０４号公報 特開２０１９－００２８３４号公報
　特許文献１または特許文献２に開示の技術は、プレス成形後の成形品（press　formed　part）同士の形状を比較するものであって、プレス成形前のブランクの形状変動によるプレス成形後のプレス成形品への影響を予測できるものではない。従来は、ブランクの形状変動によるプレス成形品の形状への影響を予測することは行われておらず、また、プレス成形品のどの部位（portion）がブランクの形状変動の影響を受けやすいかを特定することも行われていなかった。
　本発明は、以上の問題を解決すべくなされたものであり、その目的は、形状変動のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測するプレス成形解析方法、プレス成形解析装置及びプレス成形解析プログラムを提供することにある。
　本発明に係るプレス成形解析方法は、形状変動のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測する方法であって、平坦な形状の平坦ブランクモデルを用いて、所定の金型（tool　of　press　forming）モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型（die　release）後のプレス成形品形状を第一形状として取得する第一形状取得ステップと、前記形状変動に対応した形状変動ブランクモデルを生成する生成ステップと、前記形状変動ブランクモデルを用いて、前記所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第二形状として取得する第二形状取得ステップと、前記第一形状と前記第二形状を比較し、両形状の乖離する部位と、乖離量（deviation　amount　of　shape　change）とを求める乖離量取得ステップ（deviation　amount　acquisition　step）と、を含む。
　前記生成ステップにおいて生成する形状変動ブランクモデルは、所定のピッチ（pitch）と所定の振幅（amplitude）を有する周期的（cyclic）な波形状を有するブランクモデルであるとよい。
　前記生成ステップにおいて生成する形状変動ブランクモデルは、形状変動のある金属板から採取した実ブランクの形状を測定し、測定結果に基づいて生成したブランクモデルであるとよい。
　前記乖離量取得ステップは、前記第一形状における所定部位のスプリングバック量（springback　amount）と、前記第二形状における前記第一形状の前記所定部位と同一部位のスプリングバック量との差を前記乖離量として取得するとよい。
　前記乖離量が予め設定した閾値（threshold）を超えた部位を、要対策部位（portion　requiring　countermeasures）として特定する特定ステップをさらに含むとよい。
　本発明に係るプレス成形解析装置は、形状変動のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測するものであって、平坦な形状の平坦ブランクモデルを用いて、所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第一形状として取得する第一形状取得部と、前記形状変動に対応した形状変動ブランクモデルを生成する生成部と、前記形状変動ブランクモデルを用いて、前記所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第二形状として取得する第二形状取得部と、前記第一形状と前記第二形状を比較し、両形状の乖離する部位と、乖離量とを求める乖離量取得部（deviation　amount　acquisition　unit）と、を備える。
　前記生成部において生成する形状変動ブランクモデルは、所定のピッチと所定の振幅を有する周期的な波形状を有するブランクモデルであるとよい。
　前記生成部において生成する形状変動ブランクモデルは、形状変動のある金属板から採取した実ブランクの形状の実測値（measured　value）に基づいて生成したブランクモデルであるとよい。
　前記乖離量取得部は、前記第一形状における所定部位のスプリングバック量と、前記第二形状における前記第一形状の前記所定部位と同一部位のスプリングバック量との差を前記乖離量として取得するとよい。
　前記乖離量が予め設定した閾値を超えた部位を、要対策部位として特定する特定部をさらに備えるとよい。
　本発明に係るプレス成形解析プログラムは、コンピュータを本発明に係るプレス成形解析装置として機能させる。
　本発明によれば、ブランクにおける形状変動がプレス成形品のスプリングバック後の形状に与える影響の大きい部位やブランクの形状変動に起因する乖離量を知ることができる。また、乖離量と予め定めた閾値とに基づいてプレス成形品の良否を判定し、これによってブランクの良否を予測できる。これにより、プレス成形品に要求される形状精度（shape　accuracy）に収まるブランクの形状精度の限界を把握できて、適切な形状のブランクを選定することにより安定して形状の良好なプレス成形が可能になる。また、プレス成形品の形状変動が発生した場合、プレス成形前のブランクのどの部位が形状変動の原因であったのかも特定できて、早急にその対策も採れるようになり、生産性（productivity）の向上にもつながる。
図１は、実施の形態１に係るプレス成形解析方法の各ステップの説明図である。 図２は、実施の形態１で対象とした部品の外観図である。 図３は、実施の形態１で用いた平坦ブランクモデルの説明図である。 図４は、平坦ブランクモデルを用いてプレス成形解析した第一形状の説明図である。 図５は、凹凸（unevenness）形状を有する形状変動ブランクモデルの説明図である（その１）。 図６は、凹凸形状を有する形状変動ブランクモデルの説明図である（その２）。 図７は、形状変動ブランクモデルを用いてプレス成形解析した第二形状の説明図である。 図８は、第二形状と形状変動ブランクモデルを対応させた図である。 図９は、実施の形態２に係るプレス成形解析装置の説明図である。 図１０は、実施例において平坦ブランクモデルを用いてプレス成形解析した第一形状（ａ）と形状変動ブランクモデルを用いてプレス成形解析した第二形状（ｂ）の説明図である。 図１１は、実施例における第二形状と形状変動ブランクモデルを対応させた図である。
［実施の形態１］
　本実施の形態に係るプレス成形解析方法は、形状変動（凹凸）のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形（フォーム成形（crash　forming）やドロー成形（deep　drawing）など）した際のブランクの形状変動の影響を予測するプレス成形解析方法である。図１に示すように、本実施の形態に係るプレス成形解析方法は、基準プレス成形品形状取得ステップ（shape　acquisition　step　of　standard　press-formed　part）である第一形状取得ステップ（1st　shape　acquisition　step）Ｓ１と、形状変動ブランクモデル生成ステップ（generation　step　of　shape　variation　blank　model）である生成ステップ（generation　step）Ｓ３と、形状変動ブランクプレス成形品形状取得ステップ（shape　acquisition　step　of　press-formed　part　using　shape　variation　blank）である第二形状取得ステップ（2nd　shape　acquisition　step）Ｓ５と、乖離量取得ステップＳ７と、を含む。図２に示すプレス成形品１を目標形状としてプレス成形する場合を例に挙げて、以下、各構成を詳細に説明する。本実施形態では板厚（sheet　thickness）1.2mmの1.5GPa級鋼板（GPa-class　steel　sheet）のブランクモデルを用いたが、これにこだわるものではない。
＜第一形状取得ステップ＞
　第一形状取得ステップＳ１は、図３に示すような、平坦なブランクモデル（以下、「平坦ブランクモデル３」という）を用いて、所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第一形状として取得するステップである。
　平坦ブランクモデル３とは、従来、一般的にプレス成形解析で用いられるブランクモデルであり、凹凸のない平らな形状のものである。
　プレス成形解析は、通常、有限要素法（finite　element　method）（ＦＥＭ）などのＣＡＥ解析が行われる。ＣＡＥ解析による成形はフォーム成形でもドロー成形でもよいが、本実施の形態ではドロー成形を例に挙げて説明し、後述の実施例ではフォーム成形を例に挙げて説明する。
　プレス成形解析による離型後の第一形状５を図４に示す。図４では、形状に加えて成形下死点からの変化量（amount　of　shape　change）を色の濃淡（shade　of　color）で示している。変化量とは、プレス成形方向において、プレス成形後に離型しスプリングバックした後のプレス成形品形状の各部位の高さから、成形下死点（bottom　dead　center）の形状の対応する部位の高さを差し引いた値である。すなわち、高さの差（変化量）が＋（プラス）の場合は成形下死点形状より凸状となり、高さの差（変化量）が－（マイナス）の場合は成形下死点形状より凹み状となる。図４においては、成形下死点よりも凹み状になる部位の色を薄くし、凸状になる部位の色を濃くしている。また、図中に表示した数字は、＋が凸方向への変化量、－が凹方向への変化量で、単位はmmである。本例においては、図４に示すように、第一形状５の左端部の変化量は、4.4mmであり、伸びフランジ部（stretch　flange　portion）の左端は、-0.6mm、中央部（center　portion）は、3.7mm、右側の伸びフランジ部は、1.8mm、右端部は、-1.8mmであった。
＜生成ステップ＞
　生成ステップＳ３は、ブランクの形状変動、例えば凹凸の波打ち形状に対応した形状の形状変動ブランクモデル７（図５参照）を生成するステップである。図５に示す例は、所定のピッチと所定の振幅を有する周期的な波形状を有するブランクモデルであり、図５における濃淡が凹凸を表現している。具体的な形状を図６に基づいて説明する。
　図６（ａ）の破線で示す断面を、矢視Ａ－Ａから見た状態が図６（ｂ）であり、その一部拡大図が図６（ｃ）である。図５、図６に示す例は、板厚1.2mmで、形状の凹凸の振幅が±2.5mm、凹凸のピッチ（図６（ｄ）参照）が320mmの形状である。また、ブランクに設定する凹凸の開始位置や終了位置はブランクの端（blank　edge）である必要はない。図６（ｅ）に図６（ａ）の形状の凹凸部位を強調して示した。
　生成ステップＳ３において生成する形状変動ブランクモデル７は、形状変動のある金属板の所定位置から採取した実ブランクの形状を、例えばレーザ距離計（laser　rangefinder）による３次元形状測定器（3D　shape　measuring　instrument）などによって測定し、測定結果に基づいて生成するようにしてもよい。
＜第二形状取得ステップ＞
　第二形状取得ステップＳ５は、形状変動ブランクモデル７を用いて、所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第二形状として取得するステップである。第二形状９を図７に示す。図７に示す、色や数値は図４と同様である。
　図７に示すように、第二形状９の左端部の変化量は、5.3mmであり、伸びフランジ部の左端は、-1.3mm、中央部は、3.5mm、右側の伸びフランジ部は、1.7～1.9mm、右端部は、-1.4mmであり、プレス成形品の左端部および右端部と伸びフランジ部の左端が、ブランクが平坦であった場合（図４）と比べると成形下死点からの変化量が大きい。
＜乖離量取得ステップ＞
　乖離量取得ステップＳ７は、第一形状５と第二形状９を比較し、両形状の乖離する部位と、乖離量とを求めるステップである。
　本実施の形態では、成形下死点におけるプレス成形品の形状を基準形状として、ＣＡＥ解析により求めたプレス成形品の各部位における基準形状からの変化量（スプリングバック量）を求めて、ブランクを変更した場合の変化量を比較し、ブランクの変更による変化量の差を乖離量として求めた。すなわち、乖離量とは、形状変動のあるブランクを用いた第二形状９の変化量（図７）から、平坦なブランクを用いた第一形状５の変化量（図４）を差し引いた値となる。したがって、変化量の差（乖離量）が＋（プラス）の場合は、第二形状９の当該部位は、第一形状５に比べて凸形状となり、変化量の差（乖離量）が－（マイナス）の場合は、第二形状９の当該部位は、第一形状５に比べて凹み形状となる。
　ドロー成形した場合に求めた乖離量と、凹凸形状を有する形状変動ブランクモデル７とを対応させて、図８に示す。図８に示されるように、第二形状９の左端部の乖離量が0.9mmと最も大きく、この部位に対応するプレス成形前の形状変動ブランクモデル７の左端部における凸形状（convex　shape）の影響が大きいことがわかる。また、伸びフランジ部となる第二形状９における左端は乖離量が-0.7mmであり、大きく凹形状（concave　shape）となっており、この部位に対応する形状変動ブランクモデル７における凹形状の影響が大きいことがわかる。図中のMaxは凸形状の最大値であることを示し、Minは凹み形状の最大値（数値では最小）であることを示している。この点は、図１１でも同様である。
　乖離量を求めた第二形状９について、逆成形解析（analysis　of　reverse　press-forming）によりブランクに展開して、前記乖離量に影響する形状変動ブランクモデル７の部位を特定してもよい。
　本実施の形態によれば、ブランクにおける形状変動がプレス成形品のスプリングバック後の形状に与える影響、すなわち影響の大きい部位や形状変動に起因する乖離量を知ることができる。また、乖離量と予め定めた閾値とに基づいてプレス成形品の良否を判定し、これによってブランクの良否を予測できる。例えば、複数のプレス成形品を重ね合わせて接合（joining）して車体のメンバー類（members）に組み立てる際など、特にフランジ部分の乖離量が大きいとプレス成形品同士の接合が困難になる。そこで、乖離量に所定の閾値を設けておき、乖離量が閾値を超えるプレス成形品となるブランクは形状変動の影響が大きく、使用不可のブランクと判定することでブランクの良否を予測できる。これにより、プレス成形品に要求される形状精度に収まるブランクの形状精度の限界を把握できて、適切な形状のブランクを選定することにより安定して形状の良好なプレス成形が可能になる。また、プレス成形品の形状不良が発生した場合、プレス成形前のブランクのどの部位が形状不良の原因であったのかも特定できて、早急にその対策も採れるようになり、生産性の向上にもつながる。
　また、乖離量の最大値が予め設定した閾値を超えた部位を、要対策部位として特定する要対策部位特定ステップ（step　to　identify　portions　requiring　countermeasures）（特定ステップ）をさらに含むことで、形状変動のあるブランクを用いる場合に金型の形状等による対策を講じる部位を特定できる。例えば、図８において、第二形状９の乖離量の閾値を±0.5mmとすると、第二形状９の左端部と伸びフランジ部の左端を修正して、閾値以内に収めるようにすればよく、該当部分の金型の一部を修正するなどの対策をとることができる。
　ブランク形状の相違により求める乖離量として、プレス成形方向において、ブランクが凹凸を有する場合のプレス成形後に離型しスプリングバックした後のプレス成形品形状の各部位の高さから、ブランクが平坦な場合のプレス成形後に離型しスプリングバックした後のプレス成形品形状の各部位の高さを差し引いた差を求めたものを適用してもよい。もっとも、ブランクの違いによるプレス成形品の形状を比較するために、それぞれのプレス成形品に共通する固定点（fixed　point）を設定する必要があり、固定点の選び方によって、プレス成形品の各部位の差が異なる場合がある。この点、上記実施の形態のように、下死点形状との変化量同士を比較するようにすれば、正確かつ容易に乖離量を求めることができて好ましい。
［実施の形態２］
　実施の形態１で説明したプレス成形解析方法は、予め設定されたプログラムをＰＣ（パーソナルコンピュータ）等のコンピュータに実行させることで実現できる。そのような装置の一例であるプレス成形解析装置を本実施の形態で説明する。本実施の形態に係るプレス成形解析装置１１は、図９に示すように、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等のコンピュータによって構成され、表示装置（display　device）１３、入力装置（input　device）１５、記憶装置（memory　storage）１７、作業用データメモリ（working　data　memory）１９及び演算処理部（arithmetic　processing　device）２１を有している。そして、表示装置１３、入力装置１５、記憶装置１７及び作業用データメモリ１９は、演算処理部２１に接続され、演算処理部２１からの指令によってそれぞれの機能が実行される。以下、図２に示すプレス成形品１を解析対象とし、本実施の形態に係るプレス成形解析装置の各構成について説明する。
≪表示装置≫
　表示装置１３は、解析結果の表示等に用いられ、液晶モニター（LCD　monitor）等で構成される。
≪入力装置≫
　入力装置１５は、ブランクやプレス成形品（press　forming　part）等の表示指示や操作者の条件入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。
≪記憶装置≫
　記憶装置１７は、ブランク及びプレス成形品の形状ファイル３１等の各種ファイルの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。
≪作業用データメモリ≫
　作業用データメモリ１９は、演算処理部２１で使用するデータの一時保存や演算に用いられ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
≪演算処理部≫
　演算処理部２１は、図９に示すように、基準プレス成形品形状取得部（shape　acquisition　unit　of　standard　press-formed　part）である第一形状取得部（1st　shape　acquisition　unit）２３と、形状変動ブランクモデル生成部（generation　unit　of　shape　variation　blank　model）である生成部（generation　unit）２５と、形状変動ブランクプレス成形品形状取得部（shape　acquisition　unit　of　press-formed　part　using　shape　variation　blank）である第二形状取得部（2nd　shape　acquisition　unit）２７と、乖離量取得部２９と、を有し、ＰＣ等のＣＰＵ（中央演算処理装置（central　processing　unit））によって構成される。また、要対策部位特定部（特定部）をさらに有してもよい。これらの各部は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって機能する。演算処理部２１における上記の各部の機能を以下に説明する。
　第一形状取得部２３は、実施の形態１において説明した第一形状取得ステップＳ１を実行するものである。同様に、生成部２５は生成ステップＳ３を、第二形状取得部２７は第二形状取得ステップＳ５を、乖離量取得部２９は乖離量取得ステップＳ７を、特定部は特定ステップを、それぞれ実行する。
　本実施の形態に係るプレス成形解析装置１１によれば、実施の形態１と同様に、ブランクにおける形状変動がプレス成形品のスプリングバック後の形状に与える影響、すなわち影響の大きい部位や形状変動に起因する乖離量を知ることができる。また、乖離量と予め定めた閾値とに基づいてプレス成形品の良否を判定し、これによってブランクの良否を予測できる。さらに、乖離量が予め設定した閾値を超えた部位を、要対策部位として特定する要対策部位特定部を備えることで、形状変動のあるブランクを用いる場合に金型の形状による対策や成形品形状の変更による対策を講じる部位を特定できる。
　上述したように、本実施の形態のプレス成形解析装置１１における第一形状取得部２３、生成部２５、第二形状取得部２７及び乖離量取得部２９、さらに特定部は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することで実現されるものである。したがって、本発明に係るプレス成形解析プログラムは、コンピュータを、第一形状取得部２３、生成部２５、第二形状取得部２７及び乖離量取得部２９、さらに特定部として機能させるもの、と特定することができる。
　本発明の効果を確認するために、凹凸形状を有する形状変動ブランクモデルと平坦ブランクモデルを用いたプレス成形解析方法を実施したので図１０、図１１に基づいて以下に説明する。また、板厚1.2mmの1.5GPa級鋼板のブランクモデルを用いた。図１０、図１１において示している数値、濃淡、凸状、凹み状は上記の実施の形態で示したものと同義である。
　図１０は、ＣＡＥ解析による成形をフォーム成形とした場合の離型後のプレス成形品を示しており、図１０（ａ）は図３に示した平坦ブランクモデル３を用いたもので、図１０（ｂ）は図５、図６に示した凹凸形状を有する形状変動ブランクモデル７を用いたものである。
　ブランクが平坦であった場合、図１０（ａ）に示すように、第一形状５の左端部の変化量は4.3mmであり、伸びフランジ部の左端は-0.6mm、中央部は3.3mm、右側の伸びフランジ部は1.8mm、右端部は-2.1mmであった。これに対して、図１０（ｂ）に示すように、形状変動ブランクモデル７を用いた場合、第二形状９の左端部の変化量は5.8mmであり、伸びフランジ部の左端は-1.5mm、中央部は3.0mm、右側の伸びフランジ部は1.6～1.9mm、右端部は-1.8mmであった。形状変動ブランクモデル７を用いた場合、第二形状９の左端部と伸びフランジ部の左端が、ブランクが平坦であった場合と比べると成形下死点からの変化量が大きいことが分かる。
　フォーム成形した場合に求めた第二形状９の乖離量と凹凸形状を有する形状変動ブランクモデル７とを対応させて、図１１に示す。図１１に示されるように、第二形状９の左端部の乖離量が1.5mmと最も大きく、この部位に対応する形状変動ブランクモデル７の左端部における凸形状の影響が大きいことがわかる。また、伸びフランジ部の左端は、乖離量が－0.9mmと大きく、これらの部位に対応するプレス成形前のブランクの凹形状の影響が大きいことが分かる。
　車体を構成する部品同士を組み立てるための接合を行うにあたり、ここでは、形状精度に対応する乖離量に±0.5mmの閾値を設けて、凹凸形状の形状変動ブランクを用いたプレス成形品の良否を予測した。その結果、図１１に示す第二形状９の左端部と伸びフランジ部の左端の形状を修正する必要があることが一見して把握できたので、当該部位に対応する金型を修正してプレス成形することで良好な形状のプレス成形品が製造できる。
　本発明によれば、形状変動のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測するプレス成形解析方法、プレス成形解析装置及びプレス成形解析プログラムを提供することができる。
　１　プレス成形品（目標形状）
　３　平坦ブランクモデル
　５　第一形状
　７　形状変動ブランクモデル
　９　第二形状
　１１　プレス成形解析装置
　１３　表示装置
　１５　入力装置
　１７　記憶装置
　１９　作業用データメモリ
　２１　演算処理部
　２３　第一形状取得部
　２５　生成部
　２７　第二形状取得部
　２９　乖離量取得部
　３１　ブランク及びプレス成形品の形状ファイル

Claims (11)

  1. 　形状変動のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測するプレス成形解析方法であって、
    　平坦な形状の平坦ブランクモデルを用いて、所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第一形状として取得する第一形状取得ステップと、
    　前記形状変動に対応した形状変動ブランクモデルを生成する生成ステップと、
    　前記形状変動ブランクモデルを用いて、前記所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第二形状として取得する第二形状取得ステップと、
    　前記第一形状と前記第二形状を比較し、両形状の乖離する部位と、乖離量とを求める乖離量取得ステップと、
    　を含む、プレス成形解析方法。
  2. 　前記生成ステップにおいて生成する形状変動ブランクモデルは、所定のピッチと所定の振幅を有する周期的な波形状を有するブランクモデルである、請求項１に記載のプレス成形解析方法。
  3. 　前記生成ステップにおいて生成する形状変動ブランクモデルは、形状変動のある金属板から採取した実ブランクの形状を測定し、測定結果に基づいて生成したブランクモデルである、請求項１に記載のプレス成形解析方法。
  4. 　前記乖離量取得ステップは、
    　前記第一形状における所定部位のスプリングバック量と、前記第二形状における前記第一形状の前記所定部位と同一部位のスプリングバック量との差を前記乖離量として取得する、請求項１乃至３のうち、いずれか一項に記載のプレス成形解析方法。
  5. 　前記乖離量が予め設定した閾値を超えた部位を、要対策部位として特定する特定ステップをさらに含む、請求項１乃至４のうち、いずれか一項に記載のプレス成形解析方法。
  6. 　形状変動のある金属板から採取したブランクを用いてプレス成形した際の前記ブランクの形状変動の影響を予測するプレス成形解析装置であって、
    　平坦な形状の平坦ブランクモデルを用いて、所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第一形状として取得する第一形状取得部と、
    　前記形状変動に対応した形状変動ブランクモデルを生成する生成部と、
    　前記形状変動ブランクモデルを用いて、前記所定の金型モデルでプレス成形したときのプレス成形解析を行い、離型後のプレス成形品形状を第二形状として取得する第二形状取得部と、
    　前記第一形状と前記第二形状を比較し、両形状の乖離する部位と、乖離量とを求める乖離量取得部と、
    　を備える、プレス成形解析装置。
  7. 　前記生成部において生成する形状変動ブランクモデルは、所定のピッチと所定の振幅を有する周期的な波形状を有するブランクモデルである、請求項６に記載のプレス成形解析装置。
  8. 　前記生成部において生成する形状変動ブランクモデルは、形状変動のある金属板から採取した実ブランクの形状の実測値に基づいて生成したブランクモデルである、請求項６に記載のプレス成形解析装置。
  9. 　前記乖離量取得部は、
    　前記第一形状における所定部位のスプリングバック量と、前記第二形状における前記第一形状の前記所定部位と同一部位のスプリングバック量との差を前記乖離量として取得する、請求項６乃至８のうち、いずれか一項に記載のプレス成形解析装置。
  10. 　前記乖離量が予め設定した閾値を超えた部位を、要対策部位として特定する特定部をさらに備える、請求項６乃至９のうち、いずれか一項に記載のプレス成形解析装置。
  11. 　コンピュータを請求項６乃至１０のうち、いずれかに記載のプレス成形解析装置として機能させることを特徴とするプレス成形解析プログラム。
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