JP5068783B2 - スプリングバック発生原因部位特定方法、その装置、及びそのプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用部材などを鋼板や棒鋼などの鋼材からプレス成形した際にプレス成形製品に発生するスプリングバックの原因部位を特定するための方法、その装置、及びプログラムに関する。
ドアやバンパーなど多くの自動車用部材、家電部材、建材等は鋼板のプレス成形により製造されている。近年、それらの部材に対する軽量化の要求が高まっており、その要求を実現するために高強度を有する鋼材を使用することによって鋼材を薄手化するなどの対応が図られている。
しかしながら、鋼板の高強度化に伴い、プレス成形による製品形状の確保には厳しい管理が必要となっており、その管理において重要な項目の一つは、プレス成形時に鋼板に生じた残留応力を駆動力として、鋼板の弾性変形分が弾性回復する変形であるスプリングバックである。
しかしながら、鋼板の高強度化に伴い、プレス成形による製品形状の確保には厳しい管理が必要となっており、その管理において重要な項目の一つは、プレス成形時に鋼板に生じた残留応力を駆動力として、鋼板の弾性変形分が弾性回復する変形であるスプリングバックである。
特に、昨今は、自動車等の開発工数及びコスト削減のため、デザイン段階と同時に、その成形部材の成形方法を検討する設計段階が開始される傾向にあり、デザイン段階でのデザイン変更が、設計段階での成形部材の変更を生じさせるため、成形部材の成形方法を検討する設計段階での工数やコストは、自動車等の開発工程や開発費において、より大きな問題となっている。
図１は、従来のスプリングバックへの対応を示す成形部材の断面模式図である。（ａ）は、成形製品の形状断面を示し、（ｂ）は、（ａ）で示した成形製品と同型の金型で鋼板を冷間プレス成形後、成形製品に生じるスプリングバックを示し、（ｃ）は、スプリングバックを想定して補正した金型の形状断面を示す。このように、（ａ）に示される成形製品を得るために、（ｃ）に示すようなスプリングバックを予想した「見込み」の金型によって、所望の成形製品を得る対応がある。
このようなスプリングバックを予想した金型を成形する方法として、有限要素法により金型にプレスされた下死点における鋼板の残留応力を解析し、その残留応力と反対向きの残留応力により生じる変形（スプリングフォワード）形状の金型を数値解析することにより、簡易にスプリングバックを考慮した金型を成形する方法が提案されている（特許文献１、非特許文献１）。
しかし、スプリングバックを完全に考慮した金型を数値解析により設計することは、非線形問題であり非常に困難であるため、提案されている方法は、あくまでも有限要素法によって簡易にスプリングバックを考慮した金型を成形するというものである。そのため、その金型によって、スプリングバックの許容量を満たさない場合にどのような対策が必要となるかについては、数値的に解析することが困難であるため、依然として、何の解決方法も提案されていない。
そのため、簡易にスプリングバックを考慮した金型で、スプリングバックの許容量が満たされなかった場合、所望の成形製品を得るためにどのような対策をとるかは、技術者の経験に依存することになる。結局、その成形法による金型と実際の鋼板とによるトライアンドエラーテストが必要になる。
また、金型形状ではなく、鋼材や成形製品の形状に残留応力を除去する修正を加えることでスプリングバックを少なくする方法が提案されている。
図２は、スプリングバックによる変形の発生原因となる部位を探る従来の方法を例示する斜視図である。（ａ）は、成形製品の形状を示し、（ｂ）は、製品の一部１を切断除去した場合を示し、（ｃ）は、製品に孔２を開けた場合を示し、（ｄ）は、製品の一部にスリット３を付与する場合を示す。このような対策を講じることによってスプリングバックの挙動を観察すると共に、スプリングバックを少なくする対策が試みられている。
図２は、スプリングバックによる変形の発生原因となる部位を探る従来の方法を例示する斜視図である。（ａ）は、成形製品の形状を示し、（ｂ）は、製品の一部１を切断除去した場合を示し、（ｃ）は、製品に孔２を開けた場合を示し、（ｄ）は、製品の一部にスリット３を付与する場合を示す。このような対策を講じることによってスプリングバックの挙動を観察すると共に、スプリングバックを少なくする対策が試みられている。
しかしながら、スプリングバック発生部位への対策により、スプリングバックは抑制されても、切断除去や孔開け等のために部材自体の剛性が低下するので、高強度を維持できないという問題が生じ、根本的な原因究明には至らない。さらに、このような対策は、実際に試験金型と鋼板とによるテストを必要とするため、設計段階の工数とコストの増大という問題が生じる。
三菱自動車テクニカルレビュー（２００６ Ｎｏ．１８ １２６〜１３１頁）
上述のような問題点に鑑み、本発明は、プレス成形製品のスプリングバック発生の原因となる部位を特定し、その特定部位の性状を数値解析することで、成形部材の成形方法の検討時間を効率的にかつ経済的に短縮する方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、製品強度を維持しつつ、スプリングバック量を許容値以下とする成形製品を数値解析により提供することを課題とする。
以上の課題を解決するために、本発明は、プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析ステップと、プレス成形品の成形データのうち、プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理ステップと、演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出ステップと、を有するスプリングバック発生原因特定方法を提供する。
上記物性値及び物理量は、板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値とすることができ、上記方法は、上記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの領域、物性値及び物理量を特定することもできる。
また、上記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップでは、物性値及び物理量の少なくとも一つ、及び／又は、演算処理を変えて繰り返し行うことによって、スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの領域、物性値及び物理量を特定するステップを有することができる。
さらに、上記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について演算処理を同時に行うこともでき、上記演算処理ステップは、スプリングバック量が最も小さくなる領域を分割して、分割した領域の大きさが所定値以下になるまで、分割したそれぞれの領域について、物性値及び物理量の少なくとも一つに対して演算処理を行うステップとすることもできる。また、上記一部の領域は、一個以上の要素または計算単位区分とすることができ、また、上記一部の領域は、一個以上の積分点とすることもできる。
さらに、本発明は、プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析部と、成形データを数値解析して、スプリングバック量を算出するスプリングバック解析部と、プレス成形品の成形データのうち、プレス成形品の一部の領域の物性値及び物理量のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行ない、スプリングバック解析部に、演算処理の結果に基づくスプリングバック量を算出させる演算処理部と、を有するスプリングバック発生原因特定装置を提供する。
上記物性値及び物理量は、板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値とすることもでき、上記演算処理部は、演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの領域、物性値及び物理量を特定することができる。
また、上記スプリングバック発生原因特定装置は、上記演算処理部で、演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、物性値及び物理量、及び／又は、演算処理を変えて繰り返し行うことによって、スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの領域、物性値及び物理量を特定することを可能にする。
さらに、上記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について演算処理を同時に行うことができ、また、スプリングバック発生原因特定装置は、上記演算処理部で、スプリングバック量が最も小さくなる領域を分割して、分割した領域の大きさが所定値以下になるまで、分割したそれぞれの領域について、物性値及び物理量の少なくとも一つに対して演算処理を行うことを可能にする。
本発明によれば、プレス成形製品のスプリングバック発生の原因として解析対象となる特定部位を変更し、かつ、その特定部位の物性値・物理量を数値演算しながら、スプリングバック量を最小化することにより、スプリングバック発生の原因部位を特定し、かつその原因部位の物性値・物理量を正確に導き出すことを可能とし、又は、解析的なトライアンドエラーによりそれらを確認することを可能とし、これにより、成形部材の成形方法の検討時間を経済的にかつ効率的に短縮する方法を提供する。
さらに、本発明は、特定部位及びその特定部位の物性値・物理量を変化させることで、実際の成形製品に対して切断除去や孔開けを行わずに、スプリングバック変化量を許容値以下とする特定部位とその性状データを求めることが可能である。そのため、このように解析された成形製品は、スプリングバック変化量を許容値以下とすると同時に、製品の剛性を維持することが確認できるため、スプリングバック変化量を維持するために、剛性を犠牲にするような成形製品の切断除去や孔開け等の対策を不要とすることができる。
図３は、本発明の一実施形態によるスプリングバック発生原因部位特定装置の機能構成図を示す。
スプリングバック発生原因部位特定装置１０Ａは、プレス成形解析部１１、スプリングバック解析部１２、物性値・物理量演算処理部１４、ファイル格納部１６、成形条件入力部１８、及びスプリングバック量出力画面１９を有する。
スプリングバック発生原因部位特定装置１０Ａは、プレス成形解析部１１、スプリングバック解析部１２、物性値・物理量演算処理部１４、ファイル格納部１６、成形条件入力部１８、及びスプリングバック量出力画面１９を有する。
成形条件入力部１８は、後述するプレス成形解析部１１及びスプリングバック解析部１２で解析対象となる鋼板の形状データ（板厚、長さ、幅、曲率、歪等）、性状（強度、伸びなどの材質、板厚などの形状）、金型形状（ダイ（金型）及びパンチ形状、曲率、径、クリアランス、潤滑条件）、プレス条件（しわ押さえ荷重、パッド荷重、ビード張力、温度）などの成形条件を入力する入力部である。
プレス成形解析部１１は、成形条件入力部１８で入力された成形条件を入力情報として、弾塑性有限要素法、剛塑性有限要素法、ワンステップ有限要素法、境界要素法、初等解析等を用いて、プレス成形された被加工物である鋼板等の応力や歪や板厚などを求める数値解析を行う。プレス成形解析部１１は、被加工物の板厚、応力の成分値、歪の成分値等の変数や、その変数の分布という形式で数値解析結果を出力する。その出力データは、例えば、ファイル「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」として、スプリングバック解析部１２、後述する部分物性値・物理量演算処理部１４及びファイル格納部１６に出力される。
このプレス成形解析部１１による数値解析は、有限要素法（例えば市販のソフトウェアPAM-STAMP、LS-DYNA、Autoform、OPTRIS、ITAS-３D、ASU/P-FORM、ABAQUS、ANSYS、MARC、HYSTAMP、Hyperform、SIMEX、Fastform3D、Quikstamp）を用いて、プレス成形する製品の形状データ（板厚、長さ、幅、曲率、歪みなど）及び、使用する金属板の性状（強度、伸びなどの材質、板厚などの形状）に基づいて、必要であれば金型形状（ダイ及びパンチ形状、曲率、径、クリアランス、潤滑条件）、プレス圧力（温度、圧力温度）などの成形条件を設定し、成形解析を行い、かつ、成形後の応力、歪値の分布を数値的に得ることができる。
スプリングバック解析部１２は、プレス成形解析部１１の出力データファイル「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」及び後述する物性値・物理量演算処理部１４の出力データファイル「Ｐ ｒｅｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」を入力データとして用いて、スプリングバック解析を行う。スプリングバック解析とは、プレス成形解析部１１の出力結果である被加工物の板厚、応力の成分値、歪の成分値等の変数、及び変数分布に基づいて、弾性有限要素法、弾塑性有限要素法、剛塑性有限要素法、ワンステップ有限要素法、境界要素法、初等解析等により、除荷過程の計算を行い、被加工物に生じる変形量であるスプリングバック量を数値解析することである。そのスプリングバック量は、被加工物を有限要素法等により分割し、３次元データ座標の要素毎に計算される。なお、被加工物に生じる変形量であるスプリングバック量としては、被加工物の任意点の変形量、被加工物の指定領域内の最大変位点もしくは最小変位点の変形量、被加工物内の複数の任意の面又は線同士がなす角度、または、被加工物の任意の面又は先のなす曲率等がある。
スプリングバック解析部１２は、有限要素法（例えば市販のソフトウェアPAM-STAMP、LS-DYNA、Autoform、OPTRIS、ITAS-3D、ASU/P-FORM、ABAQUS、ANSYS、MARC、HYSTAMP）を用いて、プレス成形解析部１１で得られた「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」内に記載の応力分布を入力し、スプリングバック解析を実施する。ソフトウェア内でのスプリングバックの計算は例えば、「非線形有限要素法」（コロナ社，1994年12月20日発行）第７１〜１２７頁に記載されている有限弾塑性変形の基礎式や離散化手法に沿った内容で計算される。ただし、スプリングバックの計算は弾性解析であっても、弾塑性解析であっても良い。
スプリングバック解析部１２の出力データは、スプリングバック量、スプリングバック時の歪等の形状、性状、応力等を含み、スプリングバック量出力画面１９に出力され、かつ、入力データファイル「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」による数値解析結果出力データファイル「ＳＢ ｏｒｇ．ｋ」、又は、「Ｐ ｒｅｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」による数値解析結果出力データファイル「ＳＢ ｒｅｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」として、スプリングバック解析部１２、後述する物性値・物理量演算処理部１４及びファイル格納部１６に出力される。
ファイル格納部１６は、プレス成形解析部１１、スプリングバック解析部１２、後述する物性値・物理量演算処理部１４の出力結果であるデータファイル「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」、「ＳＢ ｏｒｇ．ｋ」、「Ｐ ｒｅｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」、「ＳＢ ｒｅｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」、「Ｐ ｔｒｉｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」等を保存するための格納部である。しかし、それらのデータファイル等が、プレス成形解析部１１と、スプリングバック解析部１２と、物性値・物理量演算部１４との間で直接入出力される場合は、このファイル格納部１６は、必ずしも必要では無い。
物性値・物理量演算処理部１４は、プレス成形解析部１１の出力データファイル「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」内の一部の領域を選択し、その一部の領域の板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値の少なくとも一つ以上の変数に対して演算処理を実施する。そして、演算処理後の出力データファイル「Ｐ ｒｅｍ．ｃａｓｅ１．ｋ」を生成して、スプリングバック解析部１２に出力する。このデータファイルの送受信は、繰り返し行うことが可能であり、ファイル格納部１６に逐次保存可能であり、また、ファイル形式ではなく実行プロセス又はスレッドのデータ入出力という形でデータのやりとりを行っても良い。
この計算に使用されるスプリングバック特定部位又は原因判断のための領域データは、有限要素法における１個以上の要素、複数の要素からなる微小領域、又は、要素が連続した集合体などの計算単位区分、有限要素法による数値積分手法の計算単位で応力や歪を計算する点のうちの一部である積分点（板厚方向における一部の点、面内の一分の点の双方を含む）等とすることができる。「１個以上の要素」とは有限要素法の領域分割単位である要素をいい、「計算単位区分」とは初等解析における計算単位となる微小領域の一つまたは連続した集合体をいう。また、「積分点」とは、一般的に有限要素法で行う近似的な積分を行う点である。「一部の積分点」とは、有限要素法による数値積分手法の計算単位で応力や歪を計算する点のうちの一部をいい、板厚方向における一部の点、及び面内の一部の点の双方を含むものとする。
なお、ここで言う演算処理は、上記変数の少なくとも１個以上を係数倍すること、ゼロを含む一定値にすること、四則演算をすること、関数に基づいて計算すること、一定ではない任意の値に置換することをいう。
また、「板厚、弾性係数、塑性係数、応力の成分値、歪の成分値の少なくとも一つ以上の変数」とは、被加工物の一部の板厚、弾性定数（ヤング率、ポアソン比）、塑性係数（降伏応力、塑性係数、加工硬化指数）、解析する３次元座標系（ｘ、ｙ、ｚ）としたときに、ｘ、ｙ、ｚ方向の応力若しくは歪（それぞれ３成分）、ｘｙ平面、ｙｚ平面、ｚｘ平面の剪断応力若しくは剪断歪（それぞれ３成分）、の計１８の因子のうち少なくとも一つ以上をいう。
図４は、有限要素法で使用される座標系を示す図である。（a）は、３次元全体の座標系を、（ｂ）は、局所座標系を示す。
このとき、図４（a）で示すように、(ｘ、ｙ、ｚ)座標軸での成分値の他に、例えば同図（ｂ）に示すように、要素３１の平面をｘｙ平面とみなした局所座標系（ｘ１、ｘ２、ｘ３）における応力、歪、剪断応力、剪断歪の計１２成分も含むものとする。また、相当応力、相当塑性歪、弾性エネルギー（弾性仕事）、塑性エネルギー（塑性仕事）等の各応力成分や歪成分を使って得られる変数や、応力増分やひずみ増分等の各成分値の増分形で計算された成分値も含むものとする（「実践有限要素法−大変形弾塑性解析−」（コロナ社，１９９５年１０月２０日発行）第７，６２，６３，６５，６６，７２頁参照）。
このとき、図４（a）で示すように、(ｘ、ｙ、ｚ)座標軸での成分値の他に、例えば同図（ｂ）に示すように、要素３１の平面をｘｙ平面とみなした局所座標系（ｘ１、ｘ２、ｘ３）における応力、歪、剪断応力、剪断歪の計１２成分も含むものとする。また、相当応力、相当塑性歪、弾性エネルギー（弾性仕事）、塑性エネルギー（塑性仕事）等の各応力成分や歪成分を使って得られる変数や、応力増分やひずみ増分等の各成分値の増分形で計算された成分値も含むものとする（「実践有限要素法−大変形弾塑性解析−」（コロナ社，１９９５年１０月２０日発行）第７，６２，６３，６５，６６，７２頁参照）。
一般に、鋼板を解析対象とする有限要素法解析では、その鋼板の物性値・物理量は、２ｍｍ〜４ｍｍ角の有限要素に分割される。しかし、要素の分割単位は、物性値・物理量が一定と近似される長さで分割されるため、必ずしも２ｍｍ〜４ｍｍ角に限定されるものでは無い。つまり、残留応力が大きい部位は、有限要素をより小さく限定することが必要な場合もある。また、各要素は、３次元座標面で規定され、有限要素の面の角度や曲率は、他の面との比較によって規定される。そして、角度や曲率に殆ど変化が無い場合、残留応力が無いと推定されるため、スプリングバック発生原因部位の判断対象から除外することが可能である。
このように、スプリングバック発生部位の特定のために、角度や曲率の無い成形製品部分である平面部分等を判断対象から外し、角度や曲率の高い部分を判断対象とすることで、計算量を大幅に減らすことにより、より迅速なスプリングバック発生部位の特定が可能である。
演算処理の例として、σx成分値を係数倍する方法を説明する。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を（σx0，σy0，σz0，τxy0，τyz0，τzx0）、歪成分を（εx0，εy0，εz0，γxy0，γyz0，γzx0）とすると、演算処理後の応力成分（σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx）、歪成分（εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx）は以下のとおりとなる。
σx＝Ｋ×σx0，σy＝σy0，σz＝σz0，τxy＝τxy0，τyz＝τyz0，τzx＝τzx0
εx＝εx0，εy＝εy0，εz＝εz0，γxy＝γxy0，γyz＝γyz0，γzx＝γzx0
ここでＫは−１０００〜１０００までの範囲で変化させた演算を行い、板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、成形条件入力部１８で入力した値を使う場合が一般的である。例示のため、Ｋは、σxに関してのみ示すが、他の成分についても、同様に変化させても良い。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を（σx0，σy0，σz0，τxy0，τyz0，τzx0）、歪成分を（εx0，εy0，εz0，γxy0，γyz0，γzx0）とすると、演算処理後の応力成分（σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx）、歪成分（εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx）は以下のとおりとなる。
σx＝Ｋ×σx0，σy＝σy0，σz＝σz0，τxy＝τxy0，τyz＝τyz0，τzx＝τzx0
εx＝εx0，εy＝εy0，εz＝εz0，γxy＝γxy0，γyz＝γyz0，γzx＝γzx0
ここでＫは−１０００〜１０００までの範囲で変化させた演算を行い、板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、成形条件入力部１８で入力した値を使う場合が一般的である。例示のため、Ｋは、σxに関してのみ示すが、他の成分についても、同様に変化させても良い。
また、材料特性（板厚、弾性係数、塑性係数）を演算対象とすることも可能である。例えば、物性値・物理量演算処理部１４において、プレス成形解析部１１から得られた被加工物の一部の領域を選択し、選択された領域の例えば、ヤング率を演算処理において係数倍する。その場合は選択された領域の演算前の板厚ｔ0、ヤング率Ｅ0、ポアソン比ν0、塑性係数Ｆ0、ａ0、ｎ0（σ＝Ｆ0（ε＋ａ0）n0の場合）とすると、演算後の板厚ｔ、ヤング率Ｅ、ポアソン比ν、塑性係数Ｆ、ａ、ｎ（σ＝Ｆ（ε＋ａ）nの場合）は以下のとおりとなる。
ｔ＝ｔ0，Ｅ＝Ｋ×Ｅ0，ν＝ν0，Ｆ＝Ｆ0，ａ＝ａ0，ｎ＝ｎ0
ここでＫは−１０００〜１０００の範囲で変化させることができる。例示のため、Ｋは、Ｅに関してのみ示すが、他の材料特性についても、同様に変化させても良い。
ｔ＝ｔ0，Ｅ＝Ｋ×Ｅ0，ν＝ν0，Ｆ＝Ｆ0，ａ＝ａ0，ｎ＝ｎ0
ここでＫは−１０００〜１０００の範囲で変化させることができる。例示のため、Ｋは、Ｅに関してのみ示すが、他の材料特性についても、同様に変化させても良い。
また、物性値・物理量演算処理部１４では、プレス成形解析部１１から得られた状態変数を出力したファイルを直接編集により変更することで領域を選択して演算処理することも可能である。例えばファイルの内容をワードパット等のテキスト編集機能を有するソフトで表示し、成形条件入力部１８の操作により演算処理を行いたい領域の成分値を直接書き換えたり、カットアンドペーストにより成分値を入れ替えても良い。
これにより、選択した領域の演算した変数（成分）がスプリングバックにどのくらい影響を与えているかを定量的に評価できる。
これにより、選択した領域の演算した変数（成分）がスプリングバックにどのくらい影響を与えているかを定量的に評価できる。
例えばスプリングバック解析部１２で有限要素節点の変位分布をコンター図（等高線図）で表示した場合や変形形状の切断面を表示した場合は、選択した領域の演算した変数（成分）ごとの結果の図を、スプリングバック量出力画面１９上に並べて比較することや図示しないプリンタに出力して比較することが可能である。また、任意の指定位置の節点の座表値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）をソフト上またはファイル出力により確認したい場合は、選択した領域の演算した変数（成分）ごとの数値を比較したり、表計算ソフト等を用いてグラフ化して比較することが可能である。
スプリングバック量出力画面１９上に表示されるコンター図は、物性値・物理量演算処理部１４による物性値・物理量演算処理、及び、スプリングバック解析部１２によるスプリングバック量計算を繰り返し行いながら、スプリングバックの原因となる部位や変数を厳密に特定していくことが出来る。
さらに、物性値・物理量演算処理部１４の特定領域を選択により変更したり、選択された領域の成分値をσｘだけではなくσｙやτｘｙなどの成分値についても演算処理として係数倍してから、スプリングバック解析部１２のスプリングバック解析を実施し、スプリングバック量出力画面１８にスプリングバックの原因となる部位や変数を表示させ、スプリングバックによる変位の変化量を比較することで、スプリングバックの原因となる部位や変数を厳密に特定していくことが可能である。
また、物性値・物理量演算処理部１４において、被加工物の一部の中で複数の領域を選択して、それぞれの選択した領域に対し演算処理を同時に実施することで原因特定のために必要な解析工数を低減することが可能である。
図５は、本発明の一実施形態によるハット型断面形状部品の領域選択の例を示す斜視図である。
例えば、プレス成形解析部１１により得られた被加工物が図５に示すようなハット型断面形状部品の場合に、物性値・物理量演算処理部１４において図５に示すような複数の領域Ａ１、Ａ２を同時に選択し、選択した領域Ａ１、Ａ２に対してσｘを係数倍にする演算処理を実施し、スプリングバック解析部１２においてその演算処理結果を用いたスプリングバック解析を行う。
例えば、プレス成形解析部１１により得られた被加工物が図５に示すようなハット型断面形状部品の場合に、物性値・物理量演算処理部１４において図５に示すような複数の領域Ａ１、Ａ２を同時に選択し、選択した領域Ａ１、Ａ２に対してσｘを係数倍にする演算処理を実施し、スプリングバック解析部１２においてその演算処理結果を用いたスプリングバック解析を行う。
そのスプリングバック解析結果から、スプリングバックによる変位の変化量を調べて、領域Ａ１、Ａ２に加わっている応力成分値σｘがどのくらいスプリングバックに影響しているかを、片側ずつ演算処理をしなくても１回の演算処理のみで評価できる。
さらにスプリングバック解析部１２のスプリングバック解析を行った後に最もスプリングバック量が変化するときの領域を再分割して、再分割した領域の大きさが所定値以下になるまで、判定して、再分割したそれぞれの領域について、物性値・物理量演算処理部１４において演算処理を行い、再度スプリングバック解析部１２でスプリングバック解析を行うことで、最もスプリングバック量が変化する領域をスプリングバック発生の原因を特定することができ、効率的な原因特定が可能である。なお、物性値・物理量演算処理部１４は、スプリングバック変化量が閾値以下となるように、物性値及び物理量を操作変数として変化させるような収束計算を行うことができ、同時に、特定領域の分割領域も操作変数として変化させるような収束計算を行っても良い。
また、プレス成形解析部１１において、例えば有限要素法を用いて成形解析を行い、成形後の応力、歪値の分布を数値的に得た場合、物性値・物理量演算処理部１４において領域を選択する際に１個以上の要素を選択して演算対象の領域とすることができる。場の問題を解くための解析手法である有限要素法においては、連続体を有限の要素に分割して扱うのが特徴であり、要素はその辺上に位置する有限個の節点において連結され、個々の要素に定義された形状関数と節点の変位から要素内の変位場が一意的に決定されるものである（「非線形有限要素法」（コロナ社，1994年12月20日発行）第２２〜３５頁参照）。例えば、プレス成形解析部１１で得られた応力成分σｘの分布を表示し、σｘ値がも最も大きい要素を選択領域としたり、σｘが最も大きい要素とその要素に接する要素の集団を選択領域とすることができる。
また、プレス成形解析部１１において、例えば初等解析手法を用いて成形解析を行い、成形後の応力、歪値の分布を数値的に得た場合、物性値・物理量演算処理部１４において領域を選択する際に１個以上の計算単位区分を選択して演算対象の領域とすることができる。
計算単位区分とは，例えば「塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第37巻第４３１号」（1996年12月発行）第１３５２〜１３５９頁に記載される初等解析を用いて成形解析やスプリングバック解析を実施した場合に計算を実施する最小となる微小領域区分を示している。
計算単位区分とは，例えば「塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第37巻第４３１号」（1996年12月発行）第１３５２〜１３５９頁に記載される初等解析を用いて成形解析やスプリングバック解析を実施した場合に計算を実施する最小となる微小領域区分を示している。
また、プレス成形解析部１１において、例えば有限要素法を用いて成形解析を行い、成形後の応力、歪値の分布を数値的に得た場合、物性値・物理量演算処理部１４において領域を選択する際に１個以上の積分点を選択して演算対象の領域とすることができる。
積分点とは一般的に有限要素法で行う近似的な積分を行う点であり，例えば「静的解法ＦＥＭ板成形（日本塑性加工学会編，コロナ社，2004年7月7日発行）」の８０〜８２頁に詳しく記載されている。
例えば、プレス成形解析部１１の有限要素解析において被加工物は板厚方向に５個の積分点（板裏面から表面に向けて１、２、３、４、５）を有するシェル要素で解析しておき、物性値・物理量演算処理部１４において選択した要素の板裏面に最も近い１と板表面に最も近い５の積分点のみを演算対象の領域とすることができる。これにより、金型の曲率を有する部分に接触して変形した際に受ける曲げ変形の影響を分離した評価を行える。
積分点とは一般的に有限要素法で行う近似的な積分を行う点であり，例えば「静的解法ＦＥＭ板成形（日本塑性加工学会編，コロナ社，2004年7月7日発行）」の８０〜８２頁に詳しく記載されている。
例えば、プレス成形解析部１１の有限要素解析において被加工物は板厚方向に５個の積分点（板裏面から表面に向けて１、２、３、４、５）を有するシェル要素で解析しておき、物性値・物理量演算処理部１４において選択した要素の板裏面に最も近い１と板表面に最も近い５の積分点のみを演算対象の領域とすることができる。これにより、金型の曲率を有する部分に接触して変形した際に受ける曲げ変形の影響を分離した評価を行える。
図６は、本発明の一実施例によるスプリングバック原因部位特定処理のスプリングバック発生原因特定処理のフローチャートを示す。
ステップＳ１０１では、成形条件入力部１８に成形条件が入力される。次に、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、プレス成形解析部１１が、成形条件で規定された被加工物に対して数値解析処理を行い、プレス成形する製品の成形後の応力、歪値の分布を計算する。次に、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、物性値・物理量演算処理部１４で、変換対象領域となる特定部位が決定される。この特定部位は、成形条件入力手段１１で設定されるか、あるいは、物性値・物理量演算処理部１４が自動で決定する。次に、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４では、物性値及び物理量を変換する上述の演算処理が行われる。次に、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５では、プレス成形時の被加工体の変換処理された物性値及び物理量に基づいて、スプリングバック量が計算される（ＳＢ＝スプリングバック）。次に、ステップＳ１０６に進み、同時にステップＳ１０７でスプリングバック量の結果が画面表示される。
ステップＳ１０６では、スプリングバックの許容値が許容値以内か判定を行う。許容値以内であれば、本処理を終了する。許容値以上であれば、ステップＳ１０８に進む。なお、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８は、人間が、特定部位の指定を、スプリングバック変化量を見ながら手動で行っても良い。
ステップＳ１０８では、特定部位及び被加工体の物性値・物理量を変更する。ここでは、特定部位のみの変更を行ってもよく、物性値・物理量の変更だけを行っても良く、それら双方を同時に行っても良い。そして、ステップＳ１０５に戻る。ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８の処理は、スプリングバック変化量が閾値以下になるような収束計算により行うことが可能で、閾値以下になるまで繰り返される。
なお、本処理の繰り返し回数を制限し、制限した繰り返し回数を超えた場合は、処理を終了しても良い。その場合、ファイル格納部１６に格納されたスプリングバック解析部１２の出力データファイル「ＳＢ ｒｅｍ．ｃａｓｅｎ．ｋ」を人間が検討し、人間がスプリングバック量出力画面１９を見ながら、最適な特定部位を探索して求めることが可能となる。
図７は、本発明の別な一実施形態によるスプリングバック発生原因部位特定装置の機能構成図を示す。
図７に示したスプリングバック発生原因部位特定装置１０Ｂは、図３に示したスプリングバック発生原因部位特定装置１０Ａと比べて、物性値・物理量演算処理部２１の代わりに、部分残留応力除去処理部２１を有する。
図７に示したスプリングバック発生原因部位特定装置１０Ｂは、図３に示したスプリングバック発生原因部位特定装置１０Ａと比べて、物性値・物理量演算処理部２１の代わりに、部分残留応力除去処理部２１を有する。
部分残留応力除去処理部２１は、スプリングバック発生の原因と考えられる部位である特定部位に対して、残留応力を除去する処理を行う処理部である。
その特定部位は、被加工物の形状データから残留応力の対策を施す部位を予め決めておき、その部位を特定部位とすることができる。この場合、その特定部位は、部分残留応力除去処理部２１の設定データとして規定したり、成形条件入力部１８から入力データとして規定したりすることもできる。また、選択する領域はスプリングバック量出力画面１９に表示された形状を見ながら、成形条件入力部１８（例えば、マウスやキーボード等）によって行っても良いし、座標値等で範囲を指定して行うこともできる。さらに、この特定部位は、複数設定することもできる。
その特定部位は、被加工物の形状データから残留応力の対策を施す部位を予め決めておき、その部位を特定部位とすることができる。この場合、その特定部位は、部分残留応力除去処理部２１の設定データとして規定したり、成形条件入力部１８から入力データとして規定したりすることもできる。また、選択する領域はスプリングバック量出力画面１９に表示された形状を見ながら、成形条件入力部１８（例えば、マウスやキーボード等）によって行っても良いし、座標値等で範囲を指定して行うこともできる。さらに、この特定部位は、複数設定することもできる。
また、特定部位は、データファイル「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」の残留応力分布に基づいて、又は、スプリングバック解析部１２で得られたデータファイル「ＳＢ ｏｒｇ．ｋ」及び「ＳＢ ＵＶＣ．ｃａｓｅｎ．ｋ」のスプリングバック量、及び／又は、残留応力分布に基づいて、計算により求めることもできる。
つまり、プレス成形の下死点における残留応力集中部位を特定部位としても良いし、スプリングバック時の残留応力集中部位を特定部位としても良いし、スプリングバック量最大の部位を特定部位としても良い。
つまり、プレス成形の下死点における残留応力集中部位を特定部位としても良いし、スプリングバック時の残留応力集中部位を特定部位としても良いし、スプリングバック量最大の部位を特定部位としても良い。
さらに、部分残留応力除去処理部２１は、成形品の成形データのうち物性値を変化させずに、残留応力の除去によりスプリングバック変化量を判別することが出来るため、成形製品の強度を維持しつつスプリングバックを抑える成形製品の状態を求めることが出来る。
これらの特定部位の判断は、スプリングバック許容値を満たさない場合に、様々な組み合わせケースを自動生成してスプリングバック量を計算しても良い。一般には、スプリングバック量が最大となる部分は、成形製品の外周部となるような場合も多いため、残留応力集中部位を優先的に特定部位とした方が好ましい。例えば、残留応力が一番集中している部位を特定部位の最優先選択候補とし、次に、スプリングバック量が最大となる部分を特定部位の第２優先選択候補、残留応力が２番目に集中している部位を特定部位の第３優先選択候補等のように規定しても良い。
部分残留応力除去処理部２１は、スプリングバック解析部１２からの出力ファイル「ＳＢ ｏｒｇ．ｋ」を入力データとして、上述のように特定部位を決定し、その特定部位の残留応力をゼロ又はより低減した値とする。そして、この特定部位の残留応力が変更されたデータファイルを「Ｐ ｔｒｉｍ ｃａｓｅ１．ｋ」と定義して、「Ｐ ｏｒｇ．ｋ」内の相当する特定部位を「Ｐ ｔｒｉｍ ｃａｓｅ１．ｋ」のデータで置換して、置換後のファイルを「Ｐ ＵＶＣ ｃａｓｅ１．ｋ」とする。
部分残留応力除去処理部２１は、「Ｐ ＵＶＣ ｃａｓｅ１．ｋ」をスプリングバック解析部１２に出力し、スプリングバック解析部１２にスプリングバック量を計算させる。このとき、スプリングバック解析部１２は、計算結果であるデータファイル「ＳＢ ＵＶＣ．Ｃａｓｅ１．ｋ」をファイル格納部１６に保存し、かつ、そのデータファイルに示されるスプリングバック量をスプリングバック出力画面１９に表示する。
また、部分残留応力除去処理部２１は、ファイル格納部１６に保存された「ＳＢ ｏｒｇ．ｋ」内の残留応力除去処理前のスプリングバック量と、「ＳＢ ＵＶＣ．Ｃａｓｅ１．ｋ」内の第１回目の残留応力除去処理後のスプリングバック量とを比較して、スプリングバック量が減少して閾値以下になったかどうかを判断する。
スプリングバック量が、その許容値以下の場合は処理を終了する。スプリングバック量がある許容値以上の場合は、さらなる残留応力部位の残留応力を減少する処理を行うために、部分残留応力除去処理部２１は、その他の特定部位、及び／又は、他の残留応力値で部分残留応力処理を行うこともできる。その他の特定部位は、上述のように、プレス成形下死点における残留応力集中部位、スプリングバック量最大の部位や、スプリングバック時の残留応力集中部位等が候補となり、それら単独、又は、様々な組み合わせの場合についてスプリングバック量を自動的に計算しても良い。その際、生成される特定部位の位置座標データと応力データのファイルは、ｎケース毎に「Ｐ ｔｒｉｍ ｃａｓｅｎ．ｋ」が生成される。
スプリングバック量が、その許容値以下の場合は処理を終了する。スプリングバック量がある許容値以上の場合は、さらなる残留応力部位の残留応力を減少する処理を行うために、部分残留応力除去処理部２１は、その他の特定部位、及び／又は、他の残留応力値で部分残留応力処理を行うこともできる。その他の特定部位は、上述のように、プレス成形下死点における残留応力集中部位、スプリングバック量最大の部位や、スプリングバック時の残留応力集中部位等が候補となり、それら単独、又は、様々な組み合わせの場合についてスプリングバック量を自動的に計算しても良い。その際、生成される特定部位の位置座標データと応力データのファイルは、ｎケース毎に「Ｐ ｔｒｉｍ ｃａｓｅｎ．ｋ」が生成される。
部分残留応力除去処理部２１は、複数ケース毎に生成した「Ｐ ｔｒｉｍ ｃａｓｅｎ．ｋ」と対応して生成した「Ｐ ＵＶＣ．ｃａｓｅｎ．ｋ」を入力データとしてスプリングバック計算された「ＳＢ ＵＶＣ．Ｃａｓｅｎ．ｋ」を、ファイル格納部１６に格納しても良い。
図８は、本発明の一実施形態によるスプリングバック原因部位特定処理のフローチャートを示す。
ステップＳ２０１では、成形条件入力部１８に成形条件が入力される。次に、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、プレス成形解析部１１が、成形条件で規定された被加工物に対して数値解析処理を行い、プレス成形する製品の成形後の応力、歪値の分布を計算する。次に、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、スプリングバック解析部１２で、プレス成形された被加工物のスプリングバック量の解析処理が行われる。次に、ステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４では、残留応力を除去する特定部位が決定される。この特定部位は、成形条件入力手段１１で設定されるか、あるいは、部分残留応力除去処理部２１が自動で決定する。この自動決定は、プレス成形時又はスプリングバック時の残留応力、又は、スプリングバック量等に基づいて決定される。次に、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５では、特定部位の残留応力を減少、又は、ゼロにする処理が行われる。次に、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６では、特定部位の残留応力を減少、又は、ゼロにされたプレス成形時の形状又は性状データに基づいて、スプリングバック量が計算される。次に、ステップＳ２０７に進み、同時にステップＳ２０８でスプリングバック量の結果が画面表示される。
ステップＳ２０７では、スプリングバックの許容値が許容値以内か判定を行う。許容値以内であれば、本処理を終了する。許容値以上であれば、ステップＳ２０９に進む。なお、ステップＳ２０７及びステップＳ２０９は、人間が、特定部位の指定を、スプリングバック変化量を見ながら手動で行っても良い。
ステップＳ２０９では、特定部位を変更する。特定部位の変更は、プレス成形時又はスプリングバック時の残留応力集中部、又は、スプリングバック量最大部等の判断材料に基いて、１つ以上の特定部位が選定される。このステップでは、特定部位が成形条件入力部１８を介して手動で選定されても良い。そして、ステップＳ２０５に戻り、上述した処理が、ステップＳ２０７のスプリングバック許容値以内になるまで繰り返される。
なお、スプリングバック許容値との関係において収束解が得られない場合は、本処理の繰り返し回数を制限し、制限した繰り返し回数で処理を終了しても良い。その場合であっても、ファイル格納部１６に格納されたスプリングバック解析部１２の出力データファイル「ＳＢ ＵＶＣ．ｃａｓｅｎ．ｋ」を人間が検討し、人間がスプリングバック量出力画面１９を見ながら、最適な特定部位を探索して求めることを可能とする。
図１０は、本発明の一実施形態によるスプリングバック発生原因部位特定装置のハードウェア構成図を示す。上述したプレス成形解析部１１、スプリングバック解析部１２、物性値・物理量演算処理部１４、部分残留応力除去処理部２１、における各処理は、プログラム１００に規定され、そのプログラム１００をコンピュータ９０に実行させても良い。コンピュータ９０は、必要な処理を実行するＣＰＵ９１、処理結果を格納するメモリ９２（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory））、ディスプレイ９３、例えば、キーボードやマウスのような入力装置９４、ハードディスク９５、ＣＤ／ＤＶＤドライブのような外部記憶装置９６、ＮＩＣ（ネットワーク・インタフェース・カード）９７、プリンタ９８を備える。コンピュータ９０は、ＮＩＣ９７に接続されたイーサネット（登録商標）ケーブルにより構成されるネットワーク９９を介して、他のコンピュータ９０Ａと接続可能である。
プログラム１００は、記録媒体に保存され、外部記憶装置９６からローディングされ、もしくは、他のコンピュータ９０Ａからネットワーク９９を介してダウンロードされ、ＣＰＵ９１の制御によって、コンピュータ９０のハードディスク９５に保存される。次に、保存されたプログラム１００は、ＣＰＵ９１によって、実行され、実行プロセス又はスレッドとしてメモリ９２に格納される。例えば、プレス成形解析部１１、スプリングバック解析部１２、物性値・物理量演算処理部１４又は部分残留応力除去処理部２１における各処理が、それぞれ実行プロセス又はスレッドととなり、各実行プロセス又はスレッド間で上述したデータファイル、又は、データが入出力される。また、それらの各実行プロセス又はスレッドは、他のコンピュータ９０Ａに分散して存在し、各処理がコンピュータ９０と他のコンピュータ９０Ａによって分散処理されても良い。
また、図３，図７に示される成形条件入力部１８、スプリングバック量出力画面１９は、それぞれ、入力装置９４、ディスプレイ９３であっても良い。上述したファイル格納部１６は、ハードディスク９５であっても良い。プログラム１００は、ハードディスク９５に保存しても良い。そして、ディスプレイ９３に出力された上述のコンター図は、プリンタ９８に出力することが可能である。
以下、本発明を、実施例１、２により具体的に説明する。
以下、本発明を、実施例１、２により具体的に説明する。
図１０は、本発明の実施例によるスプリングバック解析の対象となるハット型断面形状部品を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面図であり、ウェブ面Ｗ０、側壁Ｗ１、Ｗ２、フランジＦ１、Ｆ２から構成される。
プレス成形解析部１１及びスプリングバック解析部１２が行う数値解析には有限要素法に基づく市販の板成形シミュレーション解析ソフトウェアＰＡＭ−ＳＴＡＭＰを使用した。スプリングバック解析は静的陰解法による弾性解析を用いた。
成形条件は、金属板の性状として、板厚１．６ｍｍ、引張強さ７８０ＭＰａ級の高強度鋼板のデータを用いた。また、金型（ダイ、パンチ、ホルダー）の形状をシェル要素によりモデリングし、剛体と仮定して解析した。ダイとパンチのクリアランスは板厚と同じ１．６ｍｍとした。摩擦係数は０．１５を入力し、しわ押さえ荷重として６０ｔｏｎを設定した。
図１１は、本発明の実施例によるハット型断面形状部品の断面位置とねじれ角度を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面図である。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図１１に示す位置Ａ、Ｂでの断面を構成する点の座標値を取得し、断面のウェブ面のなす角度θを求めた。スプリングバック量とは、ここでは、角度θとする。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図１１に示す位置Ａ、Ｂでの断面を構成する点の座標値を取得し、断面のウェブ面のなす角度θを求めた。スプリングバック量とは、ここでは、角度θとする。
図１２は、本発明の実施例による特定領域Ａ３を示す斜視図である。
図１３は、本発明の実施例による特定領域Ａ４、Ａ５を示す斜視図である。
図１４は、本発明の実施例による特定領域Ａ６〜Ａ９を示す斜視図である。
図１５（ａ）は、本発明の実施例による特定領域Ａ１０〜Ａ１４を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、本発明の実施例による特定領域Ａ１０〜Ａ１４を示す断面図である。
図１６は、本発明の実施例による特定領域Ａ１５〜Ａ１７を示す斜視図である。
図１７は、本発明の実施例による特定領域Ａ１８〜Ａ２１を示す斜視図である。
図２４は、本発明の実施例による特定領域Ａ２２を示す斜視図である。
図１２〜１６で示した特定領域Ａ３〜Ａ２１について、応力成分を変更してスプリングバック演算処理した結果を下記に説明する。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を（σx0，σy0，σz0，τxy0，τyz0，τzx0）、歪成分を（εx0，εy0，εz0，γxy0，γyz0，γzx0）と表し、演算処理後における応力成分を（σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx）、歪成分を（εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx）とした。
板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、プレス成形解析部１１の入力値をそのまま使用した。演算された応力や歪値は、演算結果ファイルとして出力した。
図１３は、本発明の実施例による特定領域Ａ４、Ａ５を示す斜視図である。
図１４は、本発明の実施例による特定領域Ａ６〜Ａ９を示す斜視図である。
図１５（ａ）は、本発明の実施例による特定領域Ａ１０〜Ａ１４を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、本発明の実施例による特定領域Ａ１０〜Ａ１４を示す断面図である。
図１６は、本発明の実施例による特定領域Ａ１５〜Ａ１７を示す斜視図である。
図１７は、本発明の実施例による特定領域Ａ１８〜Ａ２１を示す斜視図である。
図２４は、本発明の実施例による特定領域Ａ２２を示す斜視図である。
図１２〜１６で示した特定領域Ａ３〜Ａ２１について、応力成分を変更してスプリングバック演算処理した結果を下記に説明する。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を（σx0，σy0，σz0，τxy0，τyz0，τzx0）、歪成分を（εx0，εy0，εz0，γxy0，γyz0，γzx0）と表し、演算処理後における応力成分を（σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx）、歪成分を（εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx）とした。
板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、プレス成形解析部１１の入力値をそのまま使用した。演算された応力や歪値は、演算結果ファイルとして出力した。
表１に、特定領域の演算処理された変数と、ねじれ角度との関係を解析するための検討ケースを示す。表１には、特定領域と演算処理において変更を加えた変数とを示す。
各領域に属する全要素に、物性値・物理量演算処理部１４で得られた演算処理済み変数を用いてスプリングバック解析を行った。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図１１に示す位置Ａ、Ｂでの断面を構成する点の座標値を取得し、断面のウェブ面のなす角度θを求めた。
図１８は、本発明の実施例による特定領域Ａ３のねじれ角度を示す図である。
領域Ａ３のσｘに演算処理を行った結果は、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてθが大きい。これより領域Ａ３のσｘがθに与える影響が大きいことが判り、この結果から、スプリングバック変化量を閾値以下とするために、領域Ａ３のσｘの値を変化させればよいことが判る。
領域Ａ３のσｘに演算処理を行った結果は、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてθが大きい。これより領域Ａ３のσｘがθに与える影響が大きいことが判り、この結果から、スプリングバック変化量を閾値以下とするために、領域Ａ３のσｘの値を変化させればよいことが判る。
図１９は、本発明の実施例による特定領域Ａ４、Ａ５のねじれ角度を示す図である。
領域Ａ４に演算処理を行った結果は、領域Ａ５に演算処理を行った結果に比べθが大きくなり、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてもθが大きい。これより領域Ａ４のσxの方が領域Ａ５のσxに比べてθに与える影響が大きいことが判り、この結果から、スプリングバック変化量を閾値以下とするために、領域Ａ５より領域Ａ４のσｘの値を変化させればよいことが判る。
領域Ａ４に演算処理を行った結果は、領域Ａ５に演算処理を行った結果に比べθが大きくなり、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてもθが大きい。これより領域Ａ４のσxの方が領域Ａ５のσxに比べてθに与える影響が大きいことが判り、この結果から、スプリングバック変化量を閾値以下とするために、領域Ａ５より領域Ａ４のσｘの値を変化させればよいことが判る。
図２０は、本発明の実施例による特定領域Ａ６〜Ａ９のねじれ角度を示す図である。
領域Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９に演算処理を行った結果は演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてθが小さく０に近くなっている。これより領域Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９の応力σｘがθに与える影響が大きいことが判る。
領域Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９に演算処理を行った結果は演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べてθが小さく０に近くなっている。これより領域Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９の応力σｘがθに与える影響が大きいことが判る。
図２１は、本発明の実施例による特定領域Ａ１０〜Ａ１４のねじれ角度を示す図である。これより領域Ａ１０〜Ａ１４に演算処理を行った結果の中では、領域Ａ１１に演算処理を行った場合に、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べて最もθが小さくなっている。これより領域Ａ１１の応力がθに与える影響が大きいことが判る。
図２２は、本発明の実施例による特定領域Ａ１５〜Ａ１７のねじれ角度を示す図である。これより領域Ａ１５〜Ａ１７に演算処理を行った結果の中では領域Ａ１６に演算処理を行った場合に、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べて最もθが小さくなっている。これより領域Ａ１６の応力がθに与える影響が大きいことが判る。
図２３は、本発明の実施例による特定領域Ａ１８〜Ａ２１のねじれ角度を示す図である。領域Ａ１６を領域Ａ１８、Ａ１９、Ａ２０、Ａ２１に分割し、分割した各領域ごとにスプリングバック解析を行った。これより領域Ａ１８〜Ａ２１に演算処理を行った結果の中では領域Ａ２０に演算処理を行った場合に、演算処理をしなかった場合のスプリングバック解析結果に比べて最もθが小さくなっている。これより領域Ａ２０の応力がθに与える影響が大きいことが判る。このように、まず大域での影響度の大きい領域を特定し、その範囲でさらに領域分割と演算処理を行い影響度を調査することにより、効率的にスプリングバックの発生要因を特定可能である。
図２５は本発明の実施例による特定領域Ａ２２の演算方法を変えた場合のねじれ角度を示す図である。これより演算方法２の場合に、演算処理をしなかった場合や演算方法１の場合のスプリングバック解析結果に比べて最もθが小さくなっている。これより、選択した領域Ａ２２に対しては演算方法２で置換したσｘに近づくような応力分布にすることでθの低減を図れることが判る。
図２６は本発明の実施例による特定領域Ａ２３、２４のねじれ角度を示す図である。ここで、領域Ａ２３、Ａ２４は板厚方向の積分点ごとに指定するものとし、ここでは積分点数５点を用いた解析で検討した。積分点番号は内表面（パンチ側）から外表面（ダイ側）に向かって、順に１〜５と符号を付けた。領域Ａ１１のうち、板厚方向における中央面の積分点３以外の全積分点（積分点１、２、４、５）を領域Ａ２３とした。また、領域Ａ１１のうち、板厚方向の中央面の積分点３を領域Ａ２４とした。図２６の結果によると、領域Ａ２３と領域Ａ２４におけるスプリングバック解析結果はほぼ同等となっており、板厚方向の中央面以外の積分点（１、２、４、５）と板厚方向における中央面の積分点３の影響はほぼ同等である。このように、板厚方向の積分点ごとに領域を指定することで、板厚方向（表裏）の曲げ応力の影響と板厚方向中央面の面内応力の影響を区別して影響度を調査することができる。
図２７は、本発明の実施例によるスプリングバック解析の対象となるハット型断面形状部品を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面図であり、ハット断面は左右対称形状である。用いるパンチの幅は８０ｍｍ、成形高さ８０ｍｍとし、被加工材の幅を１００ｍｍとした。
プレス成形解析部１１及びスプリングバック解析部１２が行う数値解析には有限要素法に基づく市販の板成形シミュレーション解析ソフトウェアＰＡＭ−ＳＴＡＭＰを使用した。スプリングバック解析は静的陰解法による弾性解析を用いた。
プレス成形解析部１１及びスプリングバック解析部１２が行う数値解析には有限要素法に基づく市販の板成形シミュレーション解析ソフトウェアＰＡＭ−ＳＴＡＭＰを使用した。スプリングバック解析は静的陰解法による弾性解析を用いた。
成形条件は、金属板の性状として、板厚１．６ｍｍ、引張強さ７８０ＭＰａ級の高強度鋼板のデータを用いた。また、ハット断面の対称形状を考慮して図２７（ｂ）に示すように２分の１の領域について対称条件で解析した。金型（ダイ、パンチ、ホルダー）の形状をシェル要素によりモデリングし、剛体と仮定して解析した。ダイとパンチのクリアランスは板厚と同じ１．６ｍｍとした。摩擦係数は０．１５を入力し、しわ押さえ荷重として１０ｔｏｎを設定した。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図２７（ｂ）に示す位置の点でスプリングバック解析前後の座標値を取得し、断面の開き量△ｄを求めた。スプリングバック量とは、ここでは、開き量△ｄとする。
得られた結果をポスト処理ソフトにて図２７（ｂ）に示す位置の点でスプリングバック解析前後の座標値を取得し、断面の開き量△ｄを求めた。スプリングバック量とは、ここでは、開き量△ｄとする。
表２に、特定領域の演算処理された変数と、開き量との関係を解析するための検討ケースを示す。表２には、特定領域と演算処理において変更を加えた変数とを示す。
ケース９ではまず要素番号が最も小さい要素１個を特定領域として応力成分を演算で変更してスプリングバック解析を行い、要素番号が小さい順に同一の解析を繰り返し、全要素について解析した。
ケース１０ではまず要素番号が最も小さい要素１個の積分点５を特定領域として応力成分を演算で変更してスプリングバック解析を行い、要素番号が小さい順に同一の解析を繰り返し、全要素の積分点５について解析した。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を（σx0，σy0，σz0，τxy0，τyz0，τzx0）、歪成分を（εx0，εy0，εz0，γxy0，γyz0，γzx0）と表し、演算処理後における応力成分を（σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx）、歪成分を（εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx）とした。
板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、プレス成形解析部１１の入力値をそのまま使用した。演算された応力や歪値は、演算結果ファイルとして出力した。
各領域に属する全要素に、物性値・物理量演算処理部１４で得られた演算処理済み変数を用いてスプリングバック解析を行った。
選択された領域の積分点における演算前の応力成分を（σx0，σy0，σz0，τxy0，τyz0，τzx0）、歪成分を（εx0，εy0，εz0，γxy0，γyz0，γzx0）と表し、演算処理後における応力成分を（σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx）、歪成分を（εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx）とした。
板厚は演算処理前の値をそのまま使うこととし、弾性係数、塑性係数は、プレス成形解析部１１の入力値をそのまま使用した。演算された応力や歪値は、演算結果ファイルとして出力した。
各領域に属する全要素に、物性値・物理量演算処理部１４で得られた演算処理済み変数を用いてスプリングバック解析を行った。
図２８は本発明の実施例による検討ケース９において得られた全要素の開き量△ｄのうち、△ｄの大きかった順に全要素数の５％の要素を表示したものである。これより、△ｄに大きく影響する要素はパンチ肩R付近の領域に集中していることがわかった。
図２９は本発明の実施例による検討ケース１０において得られた全要素の開き量△ｄのうち、△ｄの大きかった順に全要素数の５％の要素を表示したものである。これより、△ｄに大きく影響する積分点５を持つ要素は縦壁部中央付近の領域に集中していることがわかった。
このように、本発明によるスプリングバック発生部位特定装置は、従来実際の装置を用いてスプリングバックの検討を、数値解析によりスプリングバック発生部位を特定できるので、成形部材の設計段階でのテスト工数及び費用を減少させるものである。また、このようなスプリングバック発生部位特定装置は、被加工物全般に適用されることが期待されることから、産業界において多大な利益をもたらす。
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素を組合せること、その変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
１０Ａ，１０Ｂ スプリングバック発生原因部位特定装置
１１ プレス成形解析部
１２ スプリングバック解析部
１４ 物性値・物理量演算処理部
１６ ファイル格納部
１８ 成形条件入力部
１９ スプリングバック量出力画面
２１ 部分残留応力除去処理部
１１ プレス成形解析部
１２ スプリングバック解析部
１４ 物性値・物理量演算処理部
１６ ファイル格納部
１８ 成形条件入力部
１９ スプリングバック量出力画面
２１ 部分残留応力除去処理部
Claims (22)
- コンピュータが、プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析ステップと、
コンピュータが、前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値である板厚または弾性係数のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理ステップと、
コンピュータが、前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出ステップとを有し、
前記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するステップを有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定方法。 - コンピュータが、プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析ステップと、
コンピュータが、前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の応力成分全てではない応力成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理ステップと、
コンピュータが、前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出ステップとを有し、
前記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するステップを有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定方法。 - コンピュータが、プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析ステップと、
コンピュータが、前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の歪の成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理ステップと、 コンピュータが、前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出ステップとを有し、
前記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するステップを有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定方法。 - 請求項１〜３のスプリングバック発生原因特定方法において、前記演算処理ステップ及びスプリングバック量算出ステップを、前記物性値及び物理量の少なくとも一つ、及び／又は、前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するステップを有するスプリングバック発生原因特定方法。
- 請求項１〜４のスプリングバック発生原因特定方法において、前記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について前記演算処理を同時に行うスプリングバック発生原因特定方法。
- 前記一部の領域は、一個以上の要素または計算単位区分である請求項１〜５のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因の特定方法。
- 前記一部の領域は、一個以上の積分点である請求項１〜５のいずれか１項に記載のスプリングバック発生原因の特定方法。
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析部と、
前記成形データを数値解析して、スプリングバック量を算出するスプリングバック解析部と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値である板厚または弾性係数のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行ない、前記スプリングバック解析部に、前記演算処理の結果に基づくスプリングバック量を算出させる演算処理部とを有し、
前記演算処理部は、前記演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定することを特徴とするスプリングバック発生原因特定装置。 - プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析部と、
前記成形データを数値解析して、スプリングバック量を算出するスプリングバック解析部と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の応力成分全てではない応力成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行ない、前記スプリングバック解析部に、前記演算処理の結果に基づくスプリングバック量を算出させる演算処理部とを有し、
前記演算処理部は、前記演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定することを特徴とするスプリングバック発生原因特定装置。 - プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析部と、
前記成形データを数値解析して、スプリングバック量を算出するスプリングバック解析部と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の歪の成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行ない、前記スプリングバック解析部に、前記演算処理の結果に基づくスプリングバック量を算出させる演算処理部とを有し、
前記演算処理部は、前記演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定することを特徴とするスプリングバック発生原因特定装置。 - 請求項８〜１０記載のスプリングバック発生原因特定装置において、前記演算処理部は、前記演算処理の結果及びスプリングバック量の算出を、前記物性値及び物理量、及び／又は、前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定するスプリングバック発生原因特定装置。
- 請求項８〜１１記載のスプリングバック発生原因特定装置において、前記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について前記演算処理を同時に行うスプリングバック発生原因特定装置。
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値である板厚または弾性係数のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理手順と、
前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出手順と、
前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の応力成分全てではない応力成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理手順と、 前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出手順と、
前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形品の成形データを得るプレス成形解析手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の歪の成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行う演算処理手順と、
前記演算処理の結果に基づいて、スプリングバック量を算出するスプリングバック量算出手順と、
前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - 請求項１５記載のスプリングバック発生原因特定プログラムにおいて、前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記物性値及び物理量の少なくとも一つ及び前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有するスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 請求項１３〜１６記載のスプリングバック発生原因特定プログラムにおいて、前記一部の領域は、複数の領域であって、それぞれの領域について前記演算処理を同時に行うスプリングバック発生原因特定プログラム。
- プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形の成形データ及びスプリングバック量を算出する手順をコンピュータに実行させる数値解析プログラムと協働するスプリングバック発生原因特定プログラムであって、
前記数値解析プログラムから、前記成形データを取得する手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の物性値である板厚または弾性係数の少なくとも一つに対して演算処理を行なう手順と、
前記数値解析プログラムを実行するコンピュータに、前記演算処理の結果を出力し、かつ、前記数値解析プログラムを実行するコンピュータからスプリングバック量を取得する手順と、
前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形の成形データ及びスプリングバック量を算出する手順をコンピュータに実行させる数値解析プログラムと協働するスプリングバック発生原因特定プログラムであって、
前記数値解析プログラムから、前記成形データを取得する手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の応力成分全てではない応力成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行なう手順と、
前記数値解析プログラムを実行するコンピュータに、前記演算処理の結果を出力し、かつ、前記数値解析プログラムを実行するコンピュータからスプリングバック量を取得する手順と、
前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - プレス成形の成形条件を数値解析して、プレス成形の成形データ及びスプリングバック量を算出する手順をコンピュータに実行させる数値解析プログラムと協働するスプリングバック発生原因特定プログラムであって、
前記数値解析プログラムから、前記成形データを取得する手順と、
前記プレス成形品の成形データのうち、前記プレス成形品の一部の領域の歪の成分値のデータの少なくとも一つに対して演算処理を行なう手順と、
前記数値解析プログラムを実行するコンピュータに、前記演算処理の結果を出力し、かつ、前記数値解析プログラムを実行するコンピュータからスプリングバック量を取得する手順と、
前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記一部の領域を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有することを特徴とするスプリングバック発生原因特定プログラム。 - 請求項２０記載のスプリングバック発生原因特定プログラムにおいて、前記演算処理手順、及び、前記スプリングバック量算出手順を、前記物性値及び物理量の少なくとも一つ及び前記演算処理を変えて繰り返し行うことによって、前記スプリングバック量が最も小さくなるとき、又は前記演算処理を行わずにスプリングバック解析をおこなったときのスプリングバック量との差が最も大きくなるときの前記領域、物性値及び物理量を特定する手順を有するスプリングバック発生原因特定プログラム。
- 請求項１３〜２１のいずれか一項に記載のスプリングバック発生原因特定プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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