JP5834698B2 - プレス成形におけるスプリングバック要因分析方法及び装置 - Google Patents
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Description
このようなスプリングバックを防止して形状不良をなくするための手法として、スプリングバックが離型前のどの部分の応力によって発生するのかを特定するスプリングバック要因分析が行われる。スプリングバック要因分析の一例としては、例えば特許文献1に開示されたプレス成形解析方法がある。
特許文献1に開示されたプレス成形解析方法は、以下のような構成からなるものである。
「離型前の成形対象物の形状、残留応力分布及びひずみ分布のデータを算出する処理と、
前記離型前のデータに基づいてスプリングバック解析を行って、離型後の成形対象物の形状、残留応力分布及びひずみ分布のデータを算出し、前記離型後の成形対象物の形状と前記離型前の成形対象物の形状とに基づいて、スプリングバックに関するある定義された量を算出する処理と、前記離型前の成形対象物のある領域についての残留応力分布を変更し、この変更したデータに基づいて、スプリングバック解析を行って、離型後の成形対象物の形状、残留応力分布及びひずみ分布のデータを算出し、該離型後の成形対象物の形状と、前記離型前の成形対象物の形状とに基づいて、前記ある領域についての残留応力分布変更後のスプリングバックに関するある定義された量を算出する処理と、前記ある領域についての残留応力分布を変更する前後において、前記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する処理と、を含むこと特徴とするプレス成形解析方法。」(特許文献1の請求項1参照)
離型前の成形対象物の形状等の算出は、コンピュータによるプレス成形解析によって行われるため、プレス成形解析が実際の成形プロセスを正確に再現していることが求められる。
しかしながら、複雑な形状を持つプレス成形品のプレス成形解析は、摩擦、金型形状、しわ押さえ、プレス条件等の塑性変形に影響する種々の要因を考慮して行わなければならず、実際の成形プロセスと同じ離型前の応力状態を再現できない場合もある。離型前応力状態を正確に再現できなければ、当然のことながらスプリングバック要因分析を正確に行うことができない。
また、例えばプレス成形品はあるが、これを成形したプレス成形条件が不明な場合には、従来のプレス成形解析では離型前の応力状態を取得することができず、前記プレス成形品に生じているスプリングバックの要因分析ができないという問題もある。
ここでいう力学的解析とは、ある弾性変形が与えられた場合に発生する応力分布が得られる計算手法であればどのようなものでもよく、弾性有限要素法解析、その他の数値解析手法を含む。
また、スプリングバックが生じているプレス成形品はあるが成形条件が不明のような場合でも、このプレス成形品についての正確なスプリングバック要因分析を行うことができる。
また、弾塑性有限要素法によるプレス成形過程解析の計算プロセスが不要となるため、短時間での分析結果が得られるという効果も得られる。
また、通常のプレス成形解析、スプリングバック解析では再現しにくいような特殊な形状になるスプリングバックについても正確なスプリングバック要因を分析することができる。
本発明に実施の形態におけるスプリングバック要因分析方法は、スプリングバックが生じたプレス成形品33(図4(a)参照)の表面形状を測定して作成した測定三次元形状13(図4(b)参照)をブランクデータとして、このブランクデータを金型モデル(図4(c)参照)によって成形下死点状態まで挟み込んだ状態の力学的解析を行うことによって応力分布状態(図4(d)参照)を取得する応力分布状態取得工程と、該応力分布状態取得工程で取得した応力分布状態を基準として、当該応力分布状態の特定部位の応力状態を変化させることで当該部位のスプリングバックへの影響度合いを分析する影響度合分析工程とを備えたことを特徴とするものである。
なお、本実施の形態におけるスプリングバック要因分析方法は、力学的解析の一態様である弾性有限要素法解析を用いた。
以下詳細に説明する。
本実施の形態に係るスプリングバック要因分析装置1は、PC(パーソナルコンピュータ)等によって構成され、図2に示されるように、表示装置3と入力装置5と主記憶装置7と補助記憶装置9および演算処理部11とを有している。
また、演算処理部11には、表示装置3と入力装置5と主記憶装置7および補助記憶装置9が接続され、演算処理部11の指令によって各機能を行う。表示装置3は計算結果の表示等に用いられ、液晶モニター等で構成される。入力装置5はオペレータからの入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。主記憶装置7は演算処理部11で使用するデータの一時保存や演算等に用いられ、RAM等で構成される。補助記憶装置9は、データの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。
測定三次元形状13は、スプリングバックが生じたプレス成形品33の表面形状を測定して有限要素法解析が可能な三次元データにデータ化したものである(図4(b)参照)。ここでプレス成形品33は、実際にハット断面形状31をプレス成形した際の結果物であり、スプリングバックにより捩じれ等が生じている。
プレス成形金型モデル15は、実際にプレス成形品33をプレス成形したプレス金型を三次元データにデータ化しモデル化したものであり、FEM解析ソフト中でプレス金型として扱えるようにしたデータである(図4(c)参照)。
設計形状17は、目標形状をデータ化したものである。
プレス成形解析手段19は、ブランクデータとプレス成形金型モデル15を用いて、弾性有限要素法解析によるプレス成形解析を行い、プレス成形の下死点における応力分布状態を取得するものである。
影響度合分析手段21は、プレス成形品33のプレス成形の下死点における応力分布状態の特定部位の応力分布状態を変化させることで、当該部位のスプリングバックへの影響度合いを分析するものである。
なお、本発明において、影響度合分析手段の構成は、上記のものに限らず、応力分布状態の特定部位の応力状態を変化させることで当該部位のスプリングバックへの影響度合いを分析するものであれば他の構成であってもよい。
次に、上記スプリングバック要因分析装置1を用いたスプリングバック要因分析方法の処理の流れについて、主に図1に示すフローチャートに基づいて、必要な図を適宜参照しながら説明する。
以下、前述した各工程について詳細に説明する。
次に測定三次元形状13をブランクデータとし、金型にプレス成形金型モデル15を用いてプレス成形解析手段19によってプレス成形解析を行い、下死点における応力分布状態を求める(ステップS2)。ブランクデータは捩じれ等のスプリングバックが生じており、そのためプレス成形金型モデル15によって成形下死点状態まで挟み込むと、不均一応力分布状態が生ずることになる。図4(d)に、例として応力分布状態をコンター表示したものを示す。
本実施の形態においては、スプリングバックに起因する形状不良発生に対して、図6に示す測定三次元形状13における天板部13a、縦壁部13b、フランジ部13cの3つの領域の残留応力が、それぞれどの程度影響しているのかを影響度合分析手段21によって分析した。その結果、それぞれの領域のスプリングバックへの寄与の割合は、天板部13aが28%、縦壁部13bが45%、フランジ部13cが27%であり、縦壁部13bの残留応力によるスプリングバックへの寄与が最も大きいことがわかった。つまり、スプリングバックを抑制するためには、縦壁部13bに対しての対策が最も有効であることがわかった。
また、スプリングバックが生じているプレス成形品はあるが成形条件が不明のような場合でも、このプレス成形品についての正確なスプリングバック要因分析を行うことができる。
また、本実施の形態では、プレス成形解析を弾性有限要素法によって行うようにしているので、複雑で時間の掛かる弾塑性有限要素法によるプレス成形過程解析の計算プロセスが不要となり、短時間での分析結果が得られる。
さらにまた、本実施の形態では、スプリングバックが生じたプレス成形品33の表面形状を測定して有限要素法解析が可能な三次元データにデータ化した測定三次元形状13を用いているので、通常のプレス成形解析、スプリングバック解析では再現しにくいような特殊な形状になるスプリングバックについても正確なスプリングバック要因を分析することができる。
作成方法の一例として、目標形状である設計形状から逆算してプレス成形金型モデル15を作成すればよい。すなわち、設計形状を軸方向およびこれに直行する方向に拡張し、上金型を作成する場合は上方向に、下金型を作成する場合は下方向に板厚分だけオフセットして作成する。
これに対して、本発明は測定三次元形状13をブランクデータとして用いるため、プレス成形金型モデル15に近い形状からの解析となり、測定三次元形状13にプレス成形金型モデル15を挿入させて近接させることができ、プレス成形金型モデル15の移動量が少なくなり、計算時間を短縮することができる。
プレス成形金型分割モデル16を用いると、分割されたプレス成形金型分割モデル16a〜16eそれぞれを測定三次元形状13に近接させることができるため、分割していない場合に比較してより近接が可能になり、さらに計算時間を短縮することができる。
なお、プレス成形金型モデルを分割できるのは、本発明で扱うプレス成形解析は弾性解析であり、弾性解析は変形の順番には依存しないからである。
3 表示装置
5 入力装置
7 主記憶装置
9 補助記憶装置
11 演算処理部
13 測定三次元形状
13a 天板部
13b 縦壁部
13c フランジ部
15 プレス成形金型モデル
15a 上金型モデル
15b 下金型モデル
16 プレス成形金型分割モデル
16a プレス成形金型分割モデル
16b プレス成形金型分割モデル
16c プレス成形金型分割モデル
16d プレス成形金型分割モデル
16e プレス成形金型分割モデル
17 設計形状
19 プレス成形解析手段
21 影響度合分析手段
33 プレス成形品
31 ハット断面形状
31a 天板部
31b 縦壁部
31c フランジ部
Claims (5)
- スプリングバックが生じたプレス成形品の表面形状を測定して作成した測定三次元形状データをブランクデータとして、このブランクデータを金型モデルによって成形下死点状態まで挟み込んだ状態の力学的解析を行うことによって応力分布状態を取得する応力分布状態取得工程と、該応力分布状態取得工程で取得した応力分布状態を基準として、当該応力分布状態の特定部位の応力状態を変化させることで当該部位のスプリングバックへの影響度合いを分析する影響度合分析工程とを備え、
前記プレス成形品が部分ごとに成形工程を分けている場合において、前記応力分布状態取得工程で用いる金型モデルは、各部分を成形する最終の金型を合成して全体形状とした金型モデルであることを特徴とするスプリングバック要因分析方法。
- スプリングバックが生じたプレス成形品の表面形状を測定して作成した測定三次元形状データをブランクデータとして、このブランクデータを金型モデルによって成形下死点状態まで挟み込んだ状態の力学的解析を行うことによって応力分布状態を取得する応力分布状態取得工程と、該応力分布状態取得工程で取得した応力分布状態を基準として、当該応力分布状態の特定部位の応力状態を変化させることで当該部位のスプリングバックへの影響度合いを分析する影響度合分析工程とを備え、
前記応力分布状態取得工程における力学的解析は弾性有限要素法解析であり、前記金型モデルは複数の部位に分割されていることを特徴とするスプリングバック要因分析方法。
- 前記応力分布状態取得工程における力学的解析は弾性有限要素法解析であり、前記測定三次元形状データと金型モデルをあらかじめ近接させてから計算を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のスプリングバック要因分析方法。
- スプリングバックが生じたプレス成形品の表面形状を測定して作成した測定三次元形状データを記憶する記憶手段と、該記憶手段から前記測定三次元形状データを読み出して該測定三次元形状データをブランクデータとして金型モデルによって成形下死点状態まで挟み込んだ状態の力学的解析を行って応力分布状態を取得する力学的解析手段と、該力学的解析手段によって取得した応力分布状態を基準として、当該応力分布状態の特定部位の応力状態を変化させることで当該部位のスプリングバックへの影響度合いを分析する影響度合分析手段とを備え、
前記力学的解析手段は弾性有限要素法解析であり、前記金型モデルは複数の部位に分割されていることを特徴とするスプリングバック要因分析装置。
- 前記応力分布状態取得工程における力学的解析は弾性有限要素解析法手段であり、前記測定三次元形状データと金型モデルをあらかじめ近接させてから計算を行う初期近接手段を備えたことを特徴とする請求項4記載のスプリングバック要因分析装置。
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