JP5949719B2 - スプリングバック量評価方法 - Google Patents
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Description
ここで金属平板とは、熱延鋼板、冷延鋼板、あるいは鋼板に表面処理(電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、有機皮膜処理等)を施した表面処理鋼板をはじめ、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金等、各種金属類から構成される単板でもよい。また本発明は、特に590MPa級以上の高強度鋼板や、その他、アルミニウム等、ヤング率が鋼系素材に比較して小さい素材に対しても有効な技術である。
なぜなら、スプリングバックの要因となる残留応力の存在箇所とスプリングバックに対する対策を施すべき箇所は必ずしも一致しないからである。
一般的にはスプリングバック量は、プレス成形品の部位を特定して評価方法等の指標を決めてから判断される。このような指標は熟練した作業者によって決められているが、作業者ごとに指標が異なるのが現状である。そのため、スプリングバック量の指標が客観的なものになっていないという問題がある。
そこで、発明者は、先に出願した特願2012-238497において、反り変形と捩じり変形に関して、作業者の判断によらず客観的な指標に基づいて行うスプリングバック量評価方法を提案した。
そこで、本発明は、ハット断面形状を有するプレス成形品について、作業者の判断によらず客観的な指標に基づいて行うスプリングバック量評価方法を得ることを目的とする。
前記プレス成形品における評価対象となる断面を設定する断面設定工程と、該断面設定工程で設定した断面における離型前後の断面形状を取得する断面形状取得工程と、該断面形状取得工程で取得した離型前後の断面形状に基づいて以下に示すいずれかの物理量の離型前後の変化量を演算し、該演算した変化量に基づいて前記プレス成形品の特定の断面における前記口開き量または口閉じ量を評価することを特徴とするものである。
(a)前記断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(b)前記断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(c)前記断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(d)前記断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(e)前記断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
(f)前記断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差
前記プレス成形品の形状に交差する交差平面を所定間隔ごとに複数設定する交差平面設定工程と、該交差平面設定工程で設定された交差平面毎に前記プレス成形品の離型前後の断面形状を取得する断面形状取得工程と、該断面形状取得工程で取得した離型前後の各断面形状に基づいて以下に示すいずれかの物理量を演算し、該演算した前記物理量の離型前後の比に基づいて前記プレス成形品全体の前記口開き量または口閉じ量を評価することを特徴とするスプリングバック量評価方法ものである。
(g)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(h)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(i)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(j)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(k)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
(l)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差
本発明の一実施の形態に係るスプリングバック量評価方法は、プレス成形品における評価対象となる断面を設定する断面設定工程と、該断面設定工程で設定した断面における離型前後の断面形状を取得する断面形状取得工程と、該断面形状取得工程で取得した離型前後の断面形状に基づいて以下(a)〜(f)に示すいずれかの物理量の離型前後の変化量を演算し、該演算した変化量に基づいてプレス成形品の特定の断面における口開き量を評価することを特徴とするものである。
(a)断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(b)断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(c)断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(d)断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(e)断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
(f)断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差
以下に、スプリングバック量評価方法を用いて口開き量を評価する方法の一例を説明する。なお、以下の説明においては、図2に示すハット断面形状を有するプレス成形品1を評価対象とする。また、以下の説明では、「プレス成形品1の解析モデル」という表現にかえて、単に「プレス成形品1」と表現している箇所がある。
まず、プレス成形品1における評価対象となる断面を設定する(断面設定工程)。図2中の一点鎖線は断面の設定例を示している。
次に、断面設定工程で設定した断面における離型前後の断面形状を取得する(断面形状取得工程)。
離型前後の断面形状は、解析モデルの離型前後の形状に基づいて得ることができる。
解析モデルの離型前の形状は、解析モデルによりプレス成形解析を行った下死点状態の形状である。また、解析モデルの離型後の形状は、前記プレス成形解析後(下死点状態)の解析モデルに対してスプリングバック解析をすることで得ることができる。
このように、同一の解析モデルの離型前後の形状に基づくためメッシュの接続情報は離型前後において変化せず、従って、断面設定工程で設定した断面を離型前後で取得することができる。つまり、同一の断面について断面形状を取得することができ、離型前後の口開き量を正確に評価することができる。
図3は、断面設定工程で設定した断面(図2参照)における離型前の断面形状を取得したものであり、図3(a)が図2のA−A’断面、図3(b)が図2のB−B’断面、図3(c)が図2のC−C’断面における断面形状である。
同様にして、離型後における断面形状も取得する。
図1において、実線が離型前の断面形状であり、破線が離型後の断面形状である。
このように、プレス成形を行うと、多くの場合、離型前後において形状が変化するスプリングバックが生ずる。例えば、ハット断面形状において典型的には、図1に示すように両縦壁が開く、いわゆる口開きが生ずる。
従って、断面形状に基づいて演算される物理量も変化することになる。断面形状に基づいて演算される物理量は、例えば断面二次モーメントや、断面形状を囲う最小の長方形の長辺の長さまたは短辺の長さ等が挙げられる。
(a)断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(b)断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(c)断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(d)断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(e)断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
(f)断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差
以下に、上記(a)〜(f)の物理量に基づいた評価について説明する。まず、断面二次モーメントに関わる(a)〜(c)の物理量に基づいた評価について説明する。
(a)〜(c)の物理量は断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値そのもの、またはこれらの比や差であるので、まず、断面二次モーメントの計算方法について説明する。
断面形状における断面二次モーメントIy、Iz、Iyzは、断面に設定する任意の直交座標軸y軸およびz軸に対して、次式(1)〜式(3)のように計算される。式(1)〜式(3)において、y、zは断面の重心からの距離、Aは断面の領域である。
このように、スプリングバックで断面の口開きが生じると、断面二次モーメントの最大値Imaxは値が大きくなり、最小値Iminは小さくなる。
以上のことから、特定断面におけるImaxとIminの離型前後の変化量に基づけば、該断面における口開き量を評価可能である。
次に、断面形状を囲う最小の長方形に関する(d)〜(f)の物理量に基づいた評価について詳細に説明する。
断面形状を囲む長方形は、長辺の向き(傾き)毎に面積が最小となるものが存在する。そこで長辺の向き毎に存在する長方形の中で最も面積の小さいものを、本発明における「断面形状を囲む最小の長方形」と定義する。
ここで長辺の向きとは、基準とする座標軸(y-z座標軸)に対する長辺の角度である。
なお、上記では、面積について説明したが、アスペクト比が最大のもの(最も扁平しているもの)を、本発明の「断面形状を囲む最小の長方形」として定義してもよい。
本実施の形態においては、両方の定義について求めた断面を囲む最小の長方形は同一となった。
A−A´断面における離型前後の断面形状を囲む最小の長方形について、それぞれ求めたLlong、Lshort{(d)断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値}、これらの比Lr(=Llong/Lshort){(e)断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比}、およびこれらの差Ld(=Llong-Lshort){(f)断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差}を表3に示す。
また、離型前後の断面が捩れを生じていても、断面ごとに口開きを抽出できるため、作業者の熟練度に依存せず、同じ結果を得ることが可能で、著しい作業効率の向上が見込める。
なお、上記では口開き量の評価について説明したが、本発明は断面形状における両縦壁が閉じるような変形(いわゆる口閉じ)量の評価についても適用可能である。
上記の実施の形態1は、特定断面について口開きを評価方法に関する説明であったが、本実施の形態はプレス成形品全体についての口開きの評価方法に関するものである。
まず、全体評価を適切にするには如何にすればよいかについて検討した。検討対象となるプレス成形品は実施の形態1と同様にプレス成形品1とした。検討結果について図5〜図8に基づいて以下に詳細に説明する。
図5は、離型前の各断面形状の断面二次モーメントの最大値Imax(b)および最小値Imin(b)を示したグラフである。
図6は、離型後の各断面形状の断面二次モーメントの最大値Imax(a)および最小値Imin(a)を示したグラフである。
図5および図6において、横軸がプレス成形品長手方向であるx方向位置(mm)であり、縦軸が断面二次モーメント(mm4)である。図5および図6において、実線が断面二次モーメントの最大値Imax(b)、Imax(a)を、破線が最小値Imin(b)、Imin(a)をそれぞれ示している。
図7は、横軸がx方向位置(mm)、縦軸が断面二次モーメントの最大値と最小値との比を表しており、破線がIr(b)を示し、実線がIr(a)を示している。
そこで、Ir(b)とIr(a)の比(Irの離型前後比Ir(ab)=Ir(a)/Ir(b))を求めてグラフにした(図8参照)。なお、本明細書において添え字(ab)は、離型前後比を意味している。
このように、図8によればプレス成形品1全体の状況が一目瞭然である。
図8に示すように、プレス成形品1は、ほぼ全体に亘って一様に口開きが生じていると評価できる。特に、x方向位置が0mm〜-100mmの間の部分では最も口開きが大きい。
一方、-450mm〜-500mmの間の部分ではIr(ab)は約1であり、ほとんど口開きが発生していない。
また、x方向位置が-500mm〜-600mmの間の部分はIr(ab)が1よりも小さくなっている。これは口開きとは逆の現象である口閉じが生じていることを意味している。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には次の通りである。
本発明の他の実施の形態に係るスプリングバック量評価方法は、プレス成形品の形状に交差する交差平面を所定間隔ごとに複数設定する交差平面設定工程と、該交差平面設定工程で設定された交差平面毎にプレス成形品の離型前後の断面形状を取得する断面形状取得工程と、該断面形状取得工程で取得した離型前後の各断面形状に基づいて以下に示すいずれかの物理量を演算し、該演算した物理量の離型前後の比に基づいてプレス成形品全体の口開き量または口閉じ量を評価することを特徴とする。
(g)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(h)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(i)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(j)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(k)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
(l)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差
以下、各工程について詳細に説明する。
交差平面設定工程は、プレス成形品の形状に交差する交差平面を所定間隔ごとに複数設定する工程である。
図9は、交差平面の設定の一例であって、ハット断面形状を有するアウター部品11に交差平面13を設定したものである。交差平面13は、yz平面に平行にx方向に所定間隔で250平面を設定した。
断面形状取得工程は交差平面設定工程で設定された交差平面毎にプレス成形品の離型前後の断面形状を取得する工程である。
図10に、図9で設定したある交差平面13における離型前後の断面形状を比較した図を示す。図10において、実線が離型前の形状を示し、点線が離型後の形状を示している。
図10に示すように、断面形状は両縦壁が開くように変形しており、口開きが発生している。
検討方法は、離型前後の断面形状について下記に示す物理量(i)〜(viii)を演算し、該演算した物理量の離型前後の比を求め、該物理量の離型前後と実測したパラメータであってスプリングバックの指標となる口開き角度との相関を確認するというものである。相関が高ければ、その物理量は全体の口開き評価により適切である。
検討した物理量(i)〜(viii)は以下の通りである。
(ii) 各断面形状の断面二次モーメント最小値(Imin)
(iii) 各断面形状の断面二次モーメント最大値と最小値との比(Ir=Imax/Imin)
(iv) 各断面形状の断面二次モーメント最大値と最小値の差(Id=Imax-Imin)
(v) 各断面形状を囲う最小の長方形の長辺(Llong)
(vi) 各断面形状を囲う最小の長方形の短辺(Lshort)
(vii) 各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比(Lr=Llong/Lshort)
(viii) 各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差(Ld=Llong-Lshort)
まず、離型前における縦壁において、上端のR止まり(プレス成形品の天板から縦壁に至るR部が終了した時点の縦壁部分)から下端のR止まり(プレス成形品のフランジから縦壁に至るR部が終了した時点の縦壁部分)間に直線P1を引く。同様に離型後における縦壁において直線P2を引く。直線P1と直線P2のなす角が角度変化量θ1である。
他方の縦壁についても同様にして直線P3および直線P4を引き、直線P3と直線P4のなす角である角度変化量θ2を求める。
そして、角度変化量θ1と角度変化量θ2を合計したものが口開き角度である。
このようにして口開き角度を11断面について求めた。断面毎のx方向位置(mm)と口開き角度(°)を表4に示す。
なお、評価対象であるセンターピラーのアウター部品の全長は1180mmであり、図9に示す左側端部から650mmの位置をx方向位置±0mmとして、アウター部品の左側位置を−(マイナス)の値、右側位置を+(プラス)の値とした。
断面二次モーメントは、アウター部品11に所定間隔で250断面設定して、これらの断面について求めた。また、物理量(i)〜(iv)のそれぞれの離型前後比のx方向の変化、および、物理量(i)〜(iv)のそれぞれの離型前後比と口開き角度との相関を調べて、決定係数R2で評価した。決定係数R2は1に近いほど相関が強く、評価指標としてより適切であると判断できる。
図11は、(i)各断面形状の断面二次モーメント最大値Imaxの離型前後比(Imax(ab)=Imax(b)/Imax(b))を示したグラフであり、横軸が断面のx方向位置(mm)、縦軸が断面二次モーメント最大値の離型前後比Imax(ab)を表している。
図12において、決定係数R2を求めたところ、0.75であった。
上記調査した4つの物理量(i)〜(iv)について口開き角度との決定係数をまとめたものを表5に示す。
(ii) 各断面形状の断面二次モーメント最小値(本発明の物理量(g)の一方の値)
(iii) 各断面形状の断面二次モーメント最大値と最小値との比(本発明の物理量(h))
が口開きを評価するための物理量としてより好適であることが分かる。
本手法をそのような場合に適用するには、離型前と離型後を比較するのではなく、離型前の代わりに製品形状として、製品形状と離型後を比較することで、スプリングバック抑制への対応が可能となる。
製品形状と離型後の比較において、断面二次モーメント最大値と最小値との製品形状と離型後比Ir(ab)を1に近づけるように金型見込みを設定し、FEMの繰り返し計算を実施するとよく、具体的には0.98〜1.02の間を目標とすることで、極めて良好な結果が得られる。
但し、製品形状と離型後形状の比較において、要素の接続情報が一致しない場合には空間に設定した各断面で両者を比較すればよい。
断面を囲う最小の長方形は、アウター部品11に所定間隔で250断面設定して、これらの断面について求めた。
図20は、Llong(ab)と口開き角度の相関を示したグラフであり、横軸がLlong(ab)、縦軸が口開き角度(deg.)を表している。図20において、決定係数R2は0.40であった。
上記調査した4つの物理量の離型前後比について口開き角度との決定係数をまとめたものを表6に示す。
(vi) 各断面形状を囲う最小の長方形の短辺(本発明の物理量(j)の一方の値)
(vii) 各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比(本発明の物理量(k))
が口開きを評価するための物理量としてより好適であることが分かる。
また、(iii)および(vii)の物理量を求めるにあたり、(iii)は断面二次モーメントの最大値/最小値、(vii)は長方形の長辺/短辺で求めたが、(iii)は最小値/最大値、(vii)は短辺/長辺としても同様に口開きを評価するための物理量として好適である。
11 アウター部品
13 交差平面
Claims (2)
- ハット断面形状を有するプレス成形品におけるスプリングバックによる口開き量または口閉じ量をコンピュータにより評価するスプリングバック量評価方法であって、
前記プレス成形品における評価対象となる断面を設定する断面設定工程と、該断面設定工程で設定した断面における離型前後の断面形状を取得する断面形状取得工程と、該断面形状取得工程で取得した離型前後の断面形状に基づいて以下に示すいずれかの物理量の離型前後の変化量を演算し、該演算した変化量に基づいて前記プレス成形品の特定の断面における前記口開き量または口閉じ量を評価することを特徴とするスプリングバック量評価方法。
(a)前記断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(b)前記断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(c)前記断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(d)前記断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(e)前記断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
(f)前記断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺の差 - ハット断面形状を有するプレス成形品におけるスプリングバックによる口開き量または口閉じ量をコンピュータにより評価するスプリングバック量評価方法であって、
前記プレス成形品の形状に交差する交差平面を所定間隔ごとに複数設定する交差平面設定工程と、該交差平面設定工程で設定された交差平面毎に前記プレス成形品の離型前後の断面形状を取得する断面形状取得工程と、該断面形状取得工程で取得した離型前後の各断面形状に基づいて以下に示すいずれかの物理量を演算し、該演算した前記物理量の離型前後の比に基づいて前記プレス成形品全体の前記口開き量または口閉じ量を評価することを特徴とするスプリングバック量評価方法。
(g)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値又は最小値の絶対値
(h)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値との比
(i)前記各断面形状の断面二次モーメントの最大値と最小値の差
(j)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺又は短辺の長さの絶対値
(k)前記各断面形状を囲う最小の長方形の長辺と短辺との比
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