JP2012208884A

JP2012208884A - 多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法

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Publication number: JP2012208884A
Application number: JP2011075777A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kano; 裕隆狩野; Akinobu Ishiwatari; 亮伸石渡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP5765013B2

Abstract

【課題】多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法を提供する。
【解決手段】複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行って最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行う複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、該残留応力分布を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに影響するプレス工程を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、多工程プレス成形解析方法に関し、特にプレス成形品のどの工程、部位の応力がどのようにスプリングバックに影響しているかを短時間で且つ、正確に解析する方法に関するものである。

近年、自動車の軽量化を実現させるため、自動車部品への高強度鋼板の適用を拡大することが進められている。高強度鋼板は、プレス成形後の弾性回復（以下スプリングバックと呼ぶ）が、軟鋼板と比較して大きいため、部品の寸法精度を確保することが難しい。そのため、正規の寸法精度を達成するまで幾度となく、プレス金型の形状修正を繰返し、金型を調整する作業が必要となる。

そこで、このようなプレス金型の修正作業を軽減するために、金型設計段階でスプリングバック量を予測する技術が望まれており、その解析システムが開発されてきている。

それらの解析方法は、次の２つの段階よりなる。
（１）プレス金型による拘束の下での、材料の変形、応力、歪の解析
（２）プレス金型による拘束から開放された状態でのスプリングバックの解析
ここで、段階（１）は有限要素法により解析され、段階（２）はスプリングバック理論式あるいは有限要素法による解析が行われている。

こうしたスプリングバックは、プレス金型からプレス成形品を離型する前にプレス成形品に残留する残留応力の不均一分布に起因することが知られており、従来より、有限要素法等の数値解析方法を用いた予測がなされてきた。しかし、プレス成形品の残留応力の内、どの領域におけるものがスプリングバックに支配的なのかを予測するのが困難であった。

従来、このスプリングバックに及ぼすプレス成形品の形状及び成形条件の影響について検討を行ったものとして、例えば、特許文献１がある。

特許文献１には、プレス成形品のある領域の残留応力分布を変更することにより、残留応力分布を変更する前後におけるスプリングバックに関するある定義された量がどのように変化するかを算出し、ある領域のスプリングバックへの影響を予測する方法が開示されている。

特開２００７−２２９７２４号公報

しかしながら、引用文献１に記載のスプリングバック要因解析方法は、成形工程１工程でのスプリングバッグ挙動にしか対応しておらず、２工程以上の成形過程を経て最終的な形状がきまる場合に、どの工程の影響が大きいか、などの検討をおこなうことができないという問題がある。

従って、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、多工程に亘るプレス成形工程を経て最終形状がきまるプレス成形品において、プレス成形品の残留応力のうち、どの領域や工程におけるものが、スプリングバッグにどう影響しているかを正確に把握することができる多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法を提供することを課題とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

第一の発明は、複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行って最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行う複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、該残留応力分布を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに影響するプレス工程を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法である。

第二の発明は、複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行って最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行う複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、特定部位の残留応力を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに最も影響する特定部位を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法である。

第三の発明は、複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、各工程についてプレス成形解析を行い、最終工程のみプレス成形解析とスプリングバック解析を行った後に、離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、各工程についてプレス成形解析を行い、最終工程のみプレス成形解析とスプリングバック解析を行うプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、該残留応力分布を、または特定部位の残留応力を、変更または除去した後に、次工程以降についてプレス成形解析を行い、更に最終工程のみプレス成形解析とスプリングバッグ解析を行って、離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに影響するプレス工程または特定部位を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法である。

複数のプレス工程での任意の一工程での形状に対する残留応力の影響の把握が可能となるので、スプリングバック対策としてどの工程を対象にしたらよいのか、どの部位に着目すればよいのかの判断ができるようになる。

多工程プレス成形工程を説明する図である。第１の実施の形態における解析フロー図である。第１の実施の形態における形状比較図である。第２の実施の形態における特定部位を説明する図である。第２の実施の形態における解析フロー図である。第２の実施の形態における特定部位の形状を比較した図である。第３の実施の形態における解析フロー図である。第３の実施の形態における形状比較図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

プレス成形品は一般に、図１に示すように、複数のプレス工程を経て成形されることが多い。従来のスプリングバック要因解析は、特許文献１に示すように、一つのプレス工程についてプレス成形解析を行うもので、（１）離型前のプレス成形品のある領域A及びある領域以外の１の領域Bの残留応力のスプリングバックへの寄与を算出するか、（２）離型前のプレス成形品を領域Aと領域Bに分割し、分割された領域Aの残留応力のスプリングバックへの寄与と、分割された領域Bの残留応力のスプリングバックへの寄与とを比較し、寄与の大きい方の領域を再分割することを繰り返してスプリングバックへの寄与度の一番高い領域を見つけ出す、という解析手法が採られている。

ところが、複数のプレス工程を経てプレス成形される場合は、例えば、一つの工程の影響が＋側にでても、次の工程で−側に振られて最終工程ではその影響が出ないケースがある。このような場合、上記した解析手法では、内在する問題点を解析することができないので、以下の実施の形態に示す解析手法を発明した。

（第１の実施の形態）
図２に１例を示すように、本願発明の第１の実施の形態に係るスプリングバック要因分析方法は、基礎解析と応用解析とから成り立っており、基礎解析では、各プレス工程ごとに成形解析と離型解析（以下スプリングバック解析と呼ぶ）を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Aを求める処理が行われる。

一方応用解析では、複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、該残留応力分布を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理が行われる。

そして、求められたプレス成形品の形状Aとプレス成形品の形状Bを比較評価して、各プレス工程のうちのどのプレス工程が一番スプリングバックに影響していたかを評価する解析方法である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るスプリングバック要因分析方法は、第１の実施の形態と同様に基礎解析と応用解析とから成り立っており、図５に示す処理フローで解析が行われ、また基礎解析も第１の実施の形態と同様の処理が行われてプレス成形品の形状Aが求められる。

一方、応用解析においては、複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、特定部位の残留応力を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理が行なわれる。なお、特定部位とは、図４に示すようにプレス成形品の部品の部位を表すものである。

そして、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに最も影響する特定部位の特定が行われる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係るスプリングバック要因分析方法は、基礎解析と応用解析とから成り立っことは、第１及び第２の実施の形態と同じであるが、図７にそのフローを示すように、基礎解析、応用解析とも最終工程でのスプリングバック解析以外のスプリングバック解析を省略した場合にも本発明の解析手法を適用できる。スプリングバック解析を省略すると得られる解析結果の精度に影響がでるが、プレス成形品のどの部位が最終製品形状に影響しているかを早く見つけたい場合等は計算時間を短縮できるので有効である。

本発明に係るスプリングバック要因分析方法の実施例として、寸法が１．０ｍｍ×２８０ｍｍ×２００ｍｍの５９０ＭＰａ級冷延鋼板を用いて金型により、３工程でのプレス成形により、図１に示す断面形状の製品について、スプリングバック要因解析を実施した。解析計算は、基礎解析として、図２に示す成形解析とスプリングバック解析（離型解析）を交互に３回行った後に、離型後の角度θを測定した（図３（ｂ））。応用解析では、第１工程において、離型前の残留応力分布を計算（第１工程成形解析）し、当該応力を全て除去した後に、スプリングバック解析（第１工程離型解析）を行った。その後、第２、第３工程で成形解析、スプリングバック解析をおこなって、離型後の角度θを測定した（図３（ｂ））。

製品形状は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように第３工程の離型前の凸部の角度をθ_０＝１８０°とし、第３工程離型後の角度θを求めて、離型後の角度変化（θ−θ_０）で評価した。その結果を図３に示すが、第１工程の残留応力を除去すると離型後の角度変化（θ−θ_０）が非常に小さいことが判る。このことは、第１工程での残留応力が製品のスプリングバックに大きな影響を与えていることを意味する。

実施例２でも実施例１と同じ冷延鋼板、製品形状を用いてプレス成形解析を行った。実施例２では図４に示す製品部位（Ａ：凹Ｒ部、Ｂ：凸Ｒ部、Ｃ：平面部）に注目して応力計算を行った。計算フローを図５に示す。基礎解析計算は実施例１と同じであるので、本項では詳細は省略するが、第３工程終了後に、離型後の製品の角度変化（θ−θ_０）を求めた。

応用解析においては、第１工程で成形解析により残留応力分布を計算し、部位Aについて残留応力を除去して、スプリングバック解析（離型解析）を行った場合、部位Ｂについて残留応力を除去して、スプリングバック解析（離型解析）を行った場合、部位Ｃについて残留応力を除去して、スプリングバック解析（離型解析）を行った場合の各々について第３工程まで応力計算を行い、離型後に、それぞれの場合について角度変化（θ−θ_０）を求めた。

解析結果を図６に示す。凹Ｒ部Ａの角度変化（θ−θ_０）が、部位Ａ、Ｂ、Ｃの中で一番小さいことがわかる。このことは第１工程成形過程において部位A：凹Ｒ部に生じる応力が角度変化（θ−θ_０）に大きく寄与していることが把握できる。

実施例３は、最終工程以外のスプリングバック解析（離型解析）を省略した場合の計算過程を示すフロー図である。本項の場合も実施例１や実施例２で示した応力計算が適用でき、計算精度よりも計算効率を優先させ、離型後の角度変化（θ−θ_０）の傾向を短時間で得たい場合などに便利な解析方法である。

第１工程成形解析後の応力をすべて除去して、後続の第２工程以降の成形解析および最終工程のスプリングバック解析（離型解析）を実施した場合と、図７に示す基礎解析との比較結果を図８に示す。第１工程の残留応力を除去すると離型後の角度変化（θ−θ_０）が非常に小さいことが判る。このことは、第１工程での残留応力が製品のスプリングバックに大きな影響を与えていることを意味する。

Ａ凹Ｒ部
Ｂ凸Ｒ部
Ｃ平面部

Claims

複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行って最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行う複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、該残留応力分布を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに影響するプレス工程を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法。
複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行って最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、プレス成形解析とスプリングバック解析を交互に行う複数のプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、特定部位の残留応力を変更または除去した後に、スプリングバック解析を行い、更に次工程以降についてプレス成形解析とスプリングバッグ解析を交互に行って、最終プレス工程の離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに最も影響する特定部位を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法。
複数のプレス工程に亘って、プレス成形解析およびスプリングバック解析を行うにあたり、各工程についてプレス成形解析を行い、最終工程のみプレス成形解析とスプリングバック解析を行った後に、離型後のプレス成形品の形状Ａを求める処理と、各工程についてプレス成形解析を行い、最終工程のみプレス成形解析とスプリングバック解析を行うプレス工程中の一の工程を抽出して、該工程における離型前のプレス成形品の残留応力分布を求めて、該残留応力分布を、または特定部位の残留応力を、変更または除去した後に、次工程以降についてプレス成形解析を行い、更に最終工程のみプレス成形解析とスプリングバッグ解析を行って、離型後のプレス成形品の形状Ｂを求める処理と、前記プレス成形品の形状Ａと前記プレス成形品の形状Ｂとに基づいて、プレス成形品のスプリングバックに影響するプレス工程または特定部位を特定することを特徴とする多工程プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法。