JP6967823B2 - Deformation analysis method of the material to be pressed - Google Patents
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Description
本発明は、被プレス材の変形解析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing deformation of a material to be pressed.
例えば、自動車ボデーに用いられる鋼板などのパネル状部品の製造工程においては、プレス成形が一般的に用いられている。このようにプレス成形により得られた部品(以後、プレス部品)は、通常、プレス成形時(特に型締め時)に生じた残留応力によって型開き時にスプリングバックを少なからず生じる。このスプリングバックは寸法精度不良の原因となり得るため、FEM(有限要素法)などを用いた数値解析により事前にプレス成形時の変形を予測し、対策を検討している(例えば、特許文献1を参照)。 For example, press molding is generally used in the manufacturing process of panel-shaped parts such as steel plates used for automobile bodies. In the parts obtained by press molding (hereinafter referred to as press parts) as described above, springback usually occurs not a little at the time of mold opening due to the residual stress generated at the time of press molding (particularly at the time of mold clamping). Since this springback can cause poor dimensional accuracy, deformation during press molding is predicted in advance by numerical analysis using FEM (finite element method), and countermeasures are being studied (for example, Patent Document 1). reference).
ところで、上述のように、プレス成形時の変形を解析する場合、条件によっては、予め所定の応力分布(残留応力分布)が型締め状態の被プレス材に生じるように、解析条件として被プレス材に所定の応力分布を付与することが望ましい場合がある。この場合、被プレス材の解析モデルに対して所定の応力分布を付与する方式としては、変位又は負荷で付与する方式が一般的であるが、変位や負荷だと、大きさに加えて向きの情報も指定する必要があるため、計算量が膨大になる問題がある。 By the way, as described above, when analyzing the deformation during press forming, the pressed material is analyzed as an analysis condition so that a predetermined stress distribution (residual stress distribution) is generated in the pressed material in the mold-molded state depending on the conditions. It may be desirable to give a given stress distribution to. In this case, as a method of applying a predetermined stress distribution to the analysis model of the material to be pressed, a method of applying by displacement or load is common, but in case of displacement or load, the orientation is added to the size. Since it is necessary to specify information as well, there is a problem that the amount of calculation becomes enormous.
以上の事情に鑑み、本発明では、プレス成形時の変形解析を短時間で実施可能とすることを、解決すべき技術課題とする。 In view of the above circumstances, in the present invention, it is a technical problem to be solved that deformation analysis at the time of press molding can be performed in a short time.
前記課題の解決は、本発明に係る被プレス材の変形解析方法によって達成される。すなわち、この解析方法は、被プレス材をプレス型で型締めした状態から型開きしたときの被プレス材の変形を解析する方法であって、被プレス材に熱荷重を付与した際に被プレス材に生じる応力分布と、熱荷重との相関を取得する相関取得ステップと、相関に基づいて、型締め状態で被プレス材に生じる応力分布を熱荷重で代替して被プレス材の解析モデルに付与する熱荷重付与ステップと、型締め状態から型開き状態としたときの被プレス材の解析モデルの変形を解析する変形解析ステップとを備えた点をもって特徴付けられる。 The solution to the above problems is achieved by the deformation analysis method of the material to be pressed according to the present invention. That is, this analysis method is a method of analyzing the deformation of the material to be pressed when the material to be pressed is mold-opened from the state of being molded with the press mold, and is pressed when a thermal load is applied to the material to be pressed. A correlation acquisition step to acquire the correlation between the stress distribution generated in the material and the thermal load, and the analysis model of the pressed material by substituting the stress distribution generated in the pressed material in the molded state with the thermal load based on the correlation. It is characterized by having a heat load applying step and a deformation analysis step for analyzing the deformation of the analysis model of the material to be pressed when the mold is changed from the mold-clamped state to the mold-opened state.
このように、本発明に係る解析方法では、プレス成形の型締め状態において実際にはプレス荷重など熱以外の要因に基づいて生じる応力分布を解析上では熱荷重で代替して被プレス材の解析モデルに付与するようにした。この種のプレス成形において被プレス材に熱荷重を付与した際に、すなわち型締め状態で熱を付与した際に被プレス材に生じる応力分布と、熱荷重との間には一定の相関が認められる。よって、この相関に基づいて、付与すべき所望の応力分布が型締め状態の被プレス材に生じるように、被プレス材の解析モデルに所定の熱荷重を付与するようにした。これにより、熱の大きさのみを指定すれば足りるため、計算量を従来に比べて大幅に減らすことができる。よって、被プレス材の変形解析に要する時間を短縮しつつも、正確な変形解析を行うことができる。 As described above, in the analysis method according to the present invention, the stress distribution actually generated based on factors other than heat such as the press load in the mold-clamped state of press molding is replaced with the thermal load in the analysis to analyze the material to be pressed. I tried to give it to the model. In this type of press molding, there is a certain correlation between the stress distribution generated in the material to be pressed when a heat load is applied to the material to be pressed, that is, when heat is applied in the mold-clamped state, and the heat load. Be done. Therefore, based on this correlation, a predetermined thermal load is applied to the analysis model of the material to be pressed so that the desired stress distribution to be applied occurs in the material to be pressed in the molded state. As a result, since it is sufficient to specify only the magnitude of heat, the amount of calculation can be significantly reduced as compared with the conventional case. Therefore, accurate deformation analysis can be performed while shortening the time required for deformation analysis of the material to be pressed.
また、本発明に係る被プレス材の変形解析方法においては、相関取得ステップにおいて、被プレス材の基本形状モデルに熱荷重を付与した際に基本形状モデルに生じる応力分布を解析により算出し、算出した応力分布と熱荷重との相関を取得してもよい。 Further, in the deformation analysis method of the material to be pressed according to the present invention, in the correlation acquisition step, the stress distribution generated in the basic shape model when a heat load is applied to the basic shape model of the material to be pressed is calculated and calculated by analysis. The correlation between the stress distribution and the thermal load may be obtained.
このように、被プレス材の基本形状モデルに熱荷重を付与した際の応力分布であれば、簡単な解析で求めることができる。よって、上述した応力分布と熱荷重との相関を短時間で取得することができ、これにより被プレス材の変形解析に要する時間をさらに短縮することができる。また、上述した解析は、応力分布と熱荷重との相関(傾向)を取得することを目的として成される解析であるから、被プレス材の形状を忠実に再現した解析モデルでなくとも(実際の形状よりも単純化されたモデルであっても)解析精度の面で特に問題は生じない。 As described above, the stress distribution when a thermal load is applied to the basic shape model of the material to be pressed can be obtained by a simple analysis. Therefore, the correlation between the above-mentioned stress distribution and the thermal load can be obtained in a short time, and thereby the time required for the deformation analysis of the material to be pressed can be further shortened. Further, since the above-mentioned analysis is performed for the purpose of acquiring the correlation (tendency) between the stress distribution and the thermal load, it does not have to be an analysis model that faithfully reproduces the shape of the material to be pressed (actually). There is no particular problem in terms of analysis accuracy (even if the model is simpler than the shape of).
また、本発明に係る被プレス材の変形解析方法においては、被プレス材の解析モデルを、厚み方向に複数のソリッド要素を有するソリッドモデルで形成してもよい。 Further, in the deformation analysis method of the material to be pressed according to the present invention, the analysis model of the material to be pressed may be formed by a solid model having a plurality of solid elements in the thickness direction.
このように、被プレス材の解析モデルを、その厚み方向に複数のソリッド要素を有するソリッドモデルで形成することにより、例えば被プレス材の表面を形成するソリッド要素に熱荷重を付与して、型締め状態において被プレス材に生じる応力分布を再現することができる。よって、被プレス材の厚み方向に正確な応力分布を再現することができ、これにより変形解析の更なる精度向上を図ることが可能となる。もちろん、本発明では、型締めにより被プレス材に生じる応力分布を熱荷重で代替して付与するようにしたので、厚み方向に複数のソリッド要素を有するソリッドモデルを用いた場合であっても、計算時間の増加を抑制しつつ、正確な変形解析を行うことができる。 In this way, by forming the analysis model of the material to be pressed with a solid model having a plurality of solid elements in the thickness direction thereof, for example, a thermal load is applied to the solid elements forming the surface of the material to be pressed to form a mold. It is possible to reproduce the stress distribution generated in the material to be pressed in the tightened state. Therefore, it is possible to reproduce an accurate stress distribution in the thickness direction of the material to be pressed, which makes it possible to further improve the accuracy of the deformation analysis. Of course, in the present invention, the stress distribution generated in the material to be pressed by the mold clamping is substituted by the thermal load and applied, so that even when a solid model having a plurality of solid elements in the thickness direction is used, the stress distribution is applied. Accurate deformation analysis can be performed while suppressing the increase in calculation time.
以上のように、本発明によれば、プレス成形時の変形解析を短時間で実施することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to carry out deformation analysis during press molding in a short time.
以下、本発明の一実施形態に係るプレス部品の変形要因解析方法、及びこの解析結果を利用したプレス部品の設計方法の内容を図面に基づき説明する。 Hereinafter, the contents of the deformation factor analysis method of the pressed part according to the embodiment of the present invention and the design method of the pressed part using the analysis result will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るプレス部品の設計方法の手順を示している。図3に示すように、この設計方法は、プレス部品の正寸モデルを作成する正寸モデル作成ステップS1と、プレス部品に生じ得る複数の変形モードを設定する変形モード設定ステップS2と、変形モードの発生要因となる要因応力を設定する要因応力設定ステップS3と、要因応力を独立で正寸モデルに付与し、その際の正寸モデルの変形解析を行う変形解析ステップS4と、変形解析ステップS4で得た変形解析結果に基づき、各変形モードに対する発生要因の影響を評価する評価ステップ、ここでは各変形モードに寄与する発生要因の数及びその寄与度の特定を行う寄与度特定ステップS5と、各変形モードに対する発生要因の影響、ここでは各変形モードへの各発生要因の寄与度を正寸モデルに反映させて、プレス部品の設計を行う寄与度反映ステップS6とを備える。 FIG. 1 shows a procedure of a design method for a pressed part according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, this design method includes an exact size model creation step S1 for creating an exact size model of a pressed part, a deformation mode setting step S2 for setting a plurality of deformation modes that can occur in the pressed part, and a deformation mode. Factor stress setting step S3 that sets the factor stress that causes the occurrence of Based on the deformation analysis result obtained in the above, an evaluation step for evaluating the influence of the generating factors on each deformation mode, here, a contribution specifying step S5 for specifying the number of generating factors contributing to each deformation mode and the contribution degree thereof. It is provided with a contribution reflection step S6 for designing a pressed part by reflecting the influence of the generation factor on each deformation mode, here, the contribution of each generation factor to each deformation mode in the exact size model.
また、変形解析ステップS4は、図2に示すように、プレス部品に熱荷重を付与した際にプレス部品に生じる応力分布と、熱荷重との相関を取得する相関取得ステップS41と、この相関に基づいて、型締め状態でプレス部品に生じる応力分布を熱荷重で代替してプレス部品の正寸モデルに付与する熱荷重付与ステップS42と、型締め状態から型開き状態としたときのプレス部品の正寸モデルの変形を解析する変形解析ステップS43とを備える。なお、ここでいうプレス部品が本発明に係る被プレス材に相当し、プレス部品の正寸モデルが本発明に係る被プレス材の解析モデルに相当する。以下、各ステップを順に説明する。 Further, as shown in FIG. 2, the deformation analysis step S4 has a correlation with the correlation acquisition step S41 for acquiring the correlation between the stress distribution generated in the pressed component and the thermal load when a thermal load is applied to the pressed component. Based on this, the heat load application step S42, in which the stress distribution generated in the pressed part in the mold-clamped state is replaced by the heat load and applied to the exact size model of the pressed part, and the pressed part when the mold-clamped state is changed to the mold-opened state. A deformation analysis step S43 for analyzing the deformation of the exact size model is provided. The pressed part referred to here corresponds to the material to be pressed according to the present invention, and the exact size model of the pressed part corresponds to the analysis model of the material to be pressed according to the present invention. Hereinafter, each step will be described in order.
(S1)正寸モデル作成ステップ
このステップでは、変形解析の対象となるプレス部品の正寸モデルを作成する。本実施形態では、プレス部品は、板状部材で構成され、例えば図3(a)に示すように断面ハット形状をなす。故に、プレス部品の正寸モデル10も断面ハット形状をなすように、三次元の解析モデルを作成する。なお、ここでいうプレス部品の正寸モデル10とは、本解析方法の開始前の時点におけるプレス部品の図面寸法を有する解析モデルをいうものとする。
(S1) Exact size model creation step In this step, an exact size model of the pressed part to be the target of deformation analysis is created. In the present embodiment, the pressed part is composed of a plate-shaped member and has a cross-sectional hat shape as shown in FIG. 3A, for example. Therefore, a three-dimensional analysis model is created so that the
(S2)変形モード設定ステップ
このステップでは、プレス成形によりプレス部品に生じ得る複数の変形モードを設定する。ここで、具体的な変形モードの選定に際しては、同一形状で異材質の又は類似形状(単純形状を含む)で同材質のプレス部品のプレス成形に係る過去の知見ないしデータ(応力解析、基礎実験や試作などにより得たものを含む)や、同プレス成形に係る学術的検証結果に基づいて行うのがよい。例えば、図3(a)に示すように、断面ハット状をなすプレス部品をプレス成形する場合に生じ得る変形モードとしては、図4に示すように、縦壁部11の反り(第一の変形モードM1)、縦壁部11の開き(第二の変形モードM2)、上壁部12の反り(第三の変形モードM3)、フランジ部14のはね(第四の変形モードM4)などを挙げることができる。
(S2) Deformation Mode Setting Step In this step, a plurality of deformation modes that may occur in the pressed part by press forming are set. Here, when selecting a specific deformation mode, past knowledge or data (stress analysis, basic experiment) related to press molding of pressed parts of the same shape but different material or similar shape (including simple shape) and the same material. It is better to do it based on the academic verification results related to the press molding. For example, as shown in FIG. 3A, as a deformation mode that can occur when a pressed part having a cross-sectional hat shape is press-molded, as shown in FIG. 4, the warp of the vertical wall portion 11 (first deformation). Mode M1), opening of the vertical wall portion 11 (second deformation mode M2), warpage of the upper wall portion 12 (third deformation mode M3), splashing of the flange portion 14 (fourth deformation mode M4), and the like. Can be mentioned.
なお、ここでいう、縦壁部11の反りは、例えば図3(b)に示すように、左右の縦壁部11が互いに遠ざかる向きに曲げ変形を生じるモードを意味する。また、縦壁部11の開きは、例えば図3(c)に示すように、縦壁部11の内面と上壁部12の内面とがなす角度が増大する向きに、縦壁部11と上壁部12とをつなぐ角部(第一角部13)が変形するモードを意味する。また、上壁部12の反りは、例えば図3(d)に示すように、左右の縦壁部11とつながる上壁部12がその長手方向に沿って曲げ変形を生じるモードを意味する。
The warp of the
もちろん、断面ハット形状をなすプレス部品の形状によっては、例えば図示は省略するが、プレス部品全体のひねり(長手方向に沿った仮想軸線まわりのねじり)や曲げなど、他の変形モードをさらに設定してもよい。 Of course, depending on the shape of the pressed part that forms the cross-sectional hat shape, for example, although not shown, other deformation modes such as twisting (twisting around the virtual axis along the longitudinal direction) and bending of the entire pressed part can be further set. You may.
(S3)要因応力設定ステップ
このステップでは、各変形モードの発生要因となる要因応力、ここでは要因応力分布を変形モードごとに設定する。ここで、具体的な発生要因となる要因応力分布の設定に際しては、変形モードと同様、同一形状で異材質の又は類似形状で同材質のプレス部品のプレス成形に係る過去の知見ないしデータや、同プレス成形に係る学術的検証結果に基づいて行うのがよい。例えば、図4に示すように、断面ハット形状をなすプレス部品をプレス成形する場合に生じ得る複数の変形モードM1〜M4が設定される場合、各変形モードM1(M2〜M4)の発生要因F1(F2〜F5)となる要因応力分布を設定することができる。具体的には、図5に示すように、縦壁部11の反りに係る第一の変形モードM1に対しては、縦壁部11の表裏応力差を第一の発生要因F1(要因応力分布)として挙げることができる。また、縦壁部11の開きに係る第二の変形モードM2に対しては、第一角部13の表裏応力差を第二の発生要因F2(要因応力分布)として挙げることができる。また、上壁部12の反りに係る第三の変形モードM3に対しては、上壁部12の表裏応力差と、上壁部12とフランジ部14との応力差をそれぞれ第三及び第四の発生要因F3,F4
(要因応力分布)として挙げることができる。また、フランジ部14のはねに係る第四の変形モードM4に対しては、縦壁部11とフランジ部14とをつなぐ角部(第二角部15)の表裏応力差を第五の発生要因F5(要因応力分布)として挙げることができる。
(S3) Factor stress setting step In this step, the factor stress that is the cause of each deformation mode, here, the factor stress distribution is set for each deformation mode. Here, when setting the factor stress distribution that is a specific factor, as in the deformation mode, past knowledge or data related to press molding of pressed parts with the same shape but different material or similar shape and the same material, etc. It is better to do it based on the academic verification results related to the press molding. For example, as shown in FIG. 4, when a plurality of deformation modes M1 to M4 that may occur when a pressed part having a cross-sectional hat shape is press-molded, a factor F1 for generating each deformation mode M1 (M2 to M4) is set. The factor stress distribution that becomes (F2 to F5) can be set. Specifically, as shown in FIG. 5, for the first deformation mode M1 related to the warp of the
It can be mentioned as (factor stress distribution). Further, for the fourth deformation mode M4 related to the splash of the
なお、ここでいう、縦壁部11の表裏応力差(第一の発生要因F1)は、例えば図6に示すように、縦壁部11の中立軸11cに対して外面11a側が長手方向に引張応力σ+、内面11b側が長手方向に圧縮応力σ−を生じる応力分布を意味する。他の発生要因F2〜F5についても同様の応力分布を意味する。
As shown in FIG. 6, for example, the stress difference between the front and back surfaces of the vertical wall portion 11 (first factor F1) is such that the outer surface 11a side is pulled in the longitudinal direction with respect to the
もちろん、上述のように、断面ハット形状をなすプレス部品に、プレス部品全体のひねりや曲げなど、他の変形モードをさらに設定する場合には、これら他の変形モードの発生要因となる要因応力(要因応力分布)を個別に設定してもよい。 Of course, as described above, when other deformation modes such as twisting and bending of the entire pressed part are further set for the pressed part having a cross-sectional hat shape, the factor stress that causes these other deformation modes ( Factor stress distribution) may be set individually.
(S4)変形解析ステップ
このステップでは、各変形モードの発生要因となる要因応力(要因応力分布)を単独で正寸モデル10に付与したときの正寸モデル10の変形解析を行う。例えば図4に示す複数の変形モードM1〜M4と図5に示す要因応力分布(発生要因F1〜F5)を設定している場合、正寸モデル10に対して第一の発生要因F1となる要因応力分布(図6を参照)を単独で付与して、その際の正寸モデル10の変形を解析する(第一の変形モードM1に対する変形解析)。また、第二の発生要因F2となる要因応力分布(図5を参照)を単独で正寸モデル10に付与して、その際の正寸モデル10の変形を解析する(第二の変形モードM2に対する変形解析)。また、第三及び第四の発生要因F3,F4となる要因応力分布(図5を参照)をそれぞれ単独で正寸モデル10に付与して、その際の正寸モデル10の変形を解析する(何れも第三の変形モードM3に対する変形解析)。また、第五の発生要因F5となる要因応力分布(図5を参照)を単独で正寸モデル10に付与して、その際の正寸モデル10の変形を解析する(第四の変形モードM4に対する変形解析)。要は、ステップS2で設定した変形モードの数だけ(一の変形モードに対して二以上の発生要因が設定できる場合にはその発生要因の数だけ)、正寸モデル10の変形解析を行う。
(S4) Deformation analysis step In this step, deformation analysis of the
ここで、本実施形態では、要因応力分布を熱荷重で正寸モデル10に付与する(熱荷重付与ステップS42)。なお、ここでいう要因応力分布が本発明に係る応力分布に相当する。また、この場合、例えば図7に示すように、解析モデルとしての正寸モデル10を、その厚み方向に複数のソリッド要素21〜23を有するソリッドモデルで形成し、特定のソリッド要素(ここでは、プレス部品の表面を形成する厚み方向表面側のソリッド要素22,23)に熱荷重を付与することで、各変形モードM1〜M4の発生要因F1〜F5となる要因応力分布を再現する。この際、正寸モデル10の厚み方向中央側に位置するソリッド要素21を拘束した状態で、熱荷重を付与してもよい。
Here, in the present embodiment, the factor stress distribution is applied to the
具体的には、図8に示すように、プレス成形の型締め状態において、正寸モデル10の表裏一方の側に位置するソリッド要素22の節点22aに対して正の熱24を付与(加熱)し、表裏他方の側に位置するソリッド要素23の節点23aに対して負の熱25を付与(冷却)することで、正寸モデル10の所定部位に所望の熱荷重を付与して、プレス成形の型締め状態における所定の応力分布(要因応力分布)を再現できる。例えば表裏一方の側に位置するソリッド要素22が縦壁部11の内面11b(図6を参照)を構成し、表裏他方の側に位置するソリッド要素23が縦壁部11の外面11a(図6を参照)を構成する場合、ソリッド要素22の節点22aに正の熱24を付与し、ソリッド要素23の節点23aに負の熱25を付与することで、型締め状態において図6に示す応力分布(要因応力分布)、すなわち図3(b)に示す第一の変形モードM1の第一の発生要因F1となる要因応力分布(縦壁部11の表裏応力差)を付与することができる。なお、厚み方向中央側のソリッド要素21を拘束する場合、このソリッド要素21の節点21aもまた拘束した状態で上述した要因応力分布が付与される。このようにして要因応力分布を付与した後、型締め状態から型開き状態としたときの正寸モデル10の変形を解析する(変形解析ステップS43)。
Specifically, as shown in FIG. 8,
なお、この際に付与する熱24,25(熱荷重)の大きさは、予め正寸モデル10もしくは正寸モデル10をさらに単純化した形状の解析モデル(基本形状モデル)に熱荷重を付与した際の応力分布と、熱荷重との相関を解析で取得しておき(相関取得ステップS41)、当該相関に基づいて設定することができる。この種のプレス成形において、板状部材で構成されるプレス部品に熱荷重を付与した際の応力分布と熱荷重との間には、図9に示すように、線形の相関が認められる傾向にあるので、容易に想定される要因応力分布を熱荷重で代替することが可能となる。
As for the magnitude of the
(S5)寄与度特定ステップ
このステップでは、変形解析ステップS4で得た正寸モデル10の変形解析結果に基づき、各変形モードに寄与する発生要因の数、及び各変形モードへの各発生要因の寄与度を特定する。例えば変形解析ステップS4において、図5に示す第一の変形モードM1の発生要因F1となる要因応力分布を型締め状態の正寸モデル10に付与した場合、型開き状態で正寸モデル10に上記第一の変形モードM1(一次の変形モード)が生じると共に、別の変形モード(例えば第二の変形モードM2など二次的な変形モード)、場合によってはさらに別の変形モード(例えば第三の変形モードM3など三次的な変形モード)を生じることがある。この場合、各変形モードM1〜M3に係る正寸モデル10の変形量から、各変形モードM1〜M3の発生要因(例えば第一〜第四の発生要因F1〜F4)の寄与度を特定する。具体的には、解析により得られた一つの変形解析結果を、変形モードM1〜M3ごとの変形量に分解し、分解した変形量の大きさに基づいて、対応する各発生要因F1〜F4の寄与度を算定する。
(S5) Contribution degree specifying step In this step, based on the deformation analysis result of the
同様に、他の変形モードM2〜M4の発生要因F2〜F5となる要因応力分布を正寸モデル10に付与したときの変形解析結果についても、発生が認められた変形モードの発生要因の数、及びその寄与度を特定する。このようにして、全ての発生要因について得られた正寸モデル10の変形解析結果について、当該変形に寄与した発生要因の数とその寄与度を特定する。例えば図10に示すある一つの変形モードに対する変形解析結果においては、発生要因Aの寄与度が最も高く、相対的に発生要因Bの寄与度は低い。これに対して、図11に示す他の変形モードに対する変形解析結果においては、発生要因Bの寄与度が最も高く、これに次いで発生要因Aの寄与度が高いことが分かる。このことから、ある一つの変形モードの発生要因が他の変形モードの発生要因として寄与していること、及びその寄与度が明確に把握できる。また、各々の変形モードに寄与する発生要因の数、及び種類(例えば図10に示す変形モードでは3種類、図11に示す変形モードでは4種類)も一目で分かる。以上より、正寸モデル10に係るプレス部品のプレス成形時の変形メカニズム(の少なくとも傾向)が解明可能となる。なお、図10及び図11は、あくまでも変形解析結果に基づく寄与度の分布を表現する方式の一つとして例示したものであり、各発生要因A〜Eと、図5に示す発生要因F1〜F5との間に、直接的な関係はない。
Similarly, regarding the deformation analysis results when the factor stress distribution that becomes the factors F2 to F5 of the other deformation modes M2 to M4 is applied to the
(S6)寄与度反映ステップ(再設計ステップ)
このステップでは、以上のステップS1〜S5により得られた各変形モードへの各発生要因の影響(ここでは寄与度)を正寸モデル10に反映させて、プレス部品の設計(再設計)を行う。具体的には、変形モードごとにその発生要因の寄与度が判明しているので、当該寄与度に応じて、各発生要因となる要因応力分布が極力小さくなるように、正寸モデル10の対応部位の形状を変更する。形状変更の具体例としては、その変形モードに応じて、座面の追加、ビードの追加などを挙げることができる。あるいは、剛性向上を目的とした板厚の増大化(板状部の重ね合わせなどを含む)などを挙げることができる。
(S6) Contribution reflection step (redesign step)
In this step, the influence of each generation factor (contribution degree in this case) on each deformation mode obtained by the above steps S1 to S5 is reflected in the
また、複数の発生要因が相互に対応する変形モードに影響を及ぼし合っている場合には、各発生要因の変形モードに対する寄与度に応じて、個々の設計変更を実施するのがよい。これにより、変形を相殺して、プレス成形後の製品(プレス部品)に変形が生じないようにすることも可能となる。 Further, when a plurality of generation factors influence each other's corresponding deformation modes, it is preferable to carry out individual design changes according to the degree of contribution of each generation factor to the deformation mode. This makes it possible to offset the deformation and prevent the product (pressed parts) after press molding from being deformed.
このように、本発明に係るプレス部品の変形解析方法では、プレス成形の型締め状態において実際にはプレス荷重等の外部因子に基づいて生じる応力分布を解析上では熱荷重で代替してプレス部品の解析モデル(正寸モデル10)に付与するようにした。この種のプレス成形において被プレス材(ここではプレス部品)に熱荷重を付与した際に、すなわち型締め状態で熱を付与した際に被プレス材に生じる応力分布と、熱荷重との間には一定の相関が認められる(図9を参照)。よって、この相関に基づいて、付与すべき所望の応力分布が型締め状態のプレス部品に生じるように、プレス部品の解析モデルとしての正寸モデル10に所定の熱荷重を付与するようにした。これにより、熱の大きさのみを指定すれば足りるため、計算量を従来に比べて大幅に減らすことができる。よって、プレス部品の変形解析に要する時間を短縮することができる。
As described above, in the deformation analysis method of the press part according to the present invention, the stress distribution actually generated based on an external factor such as the press load in the mold clamping state of the press molding is replaced with the heat load in the analysis of the press part. It was added to the analysis model (actual size model 10) of. In this type of press molding, between the stress distribution generated in the pressed material when a heat load is applied to the material to be pressed (here, the pressed part), that is, when heat is applied in the mold-clamped state, and the heat load. Has a certain correlation (see FIG. 9). Therefore, based on this correlation, a predetermined heat load is applied to the
また、本実施形態に係るプレス部品の変形要因解析方法では、プレス成形によりプレス部品に生じ得る複数の変形モード(例えば図4に示す第一〜第四の変形モードM1〜M4)と、各変形モードの発生要因(例えば図5に示す第一〜第六の発生要因F1〜F5)となる要因応力分布を変形モードごとに設定し、これら要因応力分布を単独でプレス部品の正寸モデル10に付与したときの正寸モデル10の変形解析を行って、変形解析結果に基づき、各変形モードに対する発生要因の影響、具体的には各変形モードに寄与する発生要因の数、及び各変形モードへの各発生要因の寄与度を特定するようにした。これにより以下のような作用効果を得ることが可能となる。
Further, in the deformation factor analysis method for the pressed part according to the present embodiment, a plurality of deformation modes (for example, the first to fourth deformation modes M1 to M4 shown in FIG. 4) that may occur in the pressed part by press molding, and each deformation. Factor stress distributions that are the factors that cause the modes (for example, the first to sixth factors F1 to F5 shown in FIG. 5) are set for each deformation mode, and these factor stress distributions are independently applied to the
すなわち、従来、プレス成形時の変形解析は、例えば図12に示すように、被プレス材1aをプレス型2,3の間に配置した状態(図12(a)を参照)から、型締めを行った状態(図12(b)を参照)、そして型開きを行った状態(図12(c))までの各ステップの順に、被プレス材1a〜1cの応力解析を行うことにより、プレス成形後の変形(図12(d)を参照)を予測していた。そのため、プレス成形後の被プレス材1c(ここではプレス部品)には、型締めにより生じる残留応力分布、及びこの残留応力分布が原因となって生じる型開き後の変形(例えば上述したプレス成形後の形状1cと正規形状1c’との差分など)がそれぞれ一つの結果として得られるに過ぎなかった。
That is, conventionally, in the deformation analysis during press molding, for example, as shown in FIG. 12, the mold clamping is performed from the state where the material 1a to be pressed is arranged between the
これに対して、本実施形態に係る変形要因解析方法では、プレス成形によりプレス部品に生じた変形を、部位ごとの変形あるいは単純な変形(例えば図3(b)〜(d)等に示す複数の変形モードM1,M2…)に分解して評価することにした。また、その評価を定量的に行うために、各変形モードM1,M2…の発生要因となる要因応力分布を、プレス成形前の解析モデル(被プレス材1aの解析モデル)ではなく、完成品としてのプレス部品の正寸モデル10(図3(a)を参照)に付与し、正寸モデル10の変形解析を行うことにした。そして、この変形解析結果に基づき、各変形モードM1,M2…に寄与する発生要因の数、及び各変形モードM1,M2…への各発生要因の寄与度を特定した。このように、各変形モードの発生要因となる要因応力分布を付与して、その際の正寸モデル10の変形解析結果を分析することにより、一の変形モードの発生要因が他の変形モードの発生要因に及ぼす影響(寄与度)を客観的に評価することができる。よって、上述した変形解析をプレス部品の正寸モデル10の全ての部位及び全ての種類の変形モードに対して行うことで、プレス部品全体の変形要因を系統的に特定、整理して把握(可視化)することができる(図10及び図11を参照)。これにより部品種ごとに的確な対策を講じることが可能となる。また、変形モードごとに各発生要因の寄与率が明確になるので、変形モード個々に応じた対策を容易に講じることができる。また、製品図面段階で寸法精度不良の原因となる変形要因が解明できれば、例えば寸法精度不良の対策効果と二次的な不具合が発生するリスクとを、事前に織り込んで正寸モデル10を再設計することができるので、図面完成度を短期間で高めることが可能となる。従って、低コストにプレス部品の設計を行うことが可能となる。もちろん、プレス成形時の変形要因が解明できていれば、部品種の変更があった場合でも、上述した解析結果に基づく対策を、容易に類似部品に展開することが可能となる。
On the other hand, in the deformation factor analysis method according to the present embodiment, the deformation generated in the pressed part by press molding is a plurality of deformations for each part or simple deformations (for example, a plurality of deformations shown in FIGS. 3B to 3D). It was decided to decompose and evaluate the deformation modes M1, M2 ...). Further, in order to quantitatively evaluate the evaluation, the factor stress distribution that causes each deformation mode M1, M2 ... It was decided to apply it to the exact size model 10 (see FIG. 3A) of the pressed parts of the above, and to perform deformation analysis of the
また、これら要因応力分布は、単純な変形である変形モードに対応しているため、熱荷重の付与による要因応力分布の再現であっても、高い再現精度を得ることができ、これにより正確に解析を行うことが可能となる。もちろん、プレス部品は、板状など薄肉形状に形成されるものであるから、その表裏に正負の熱24,25を付与して、所定の応力分布を再現し易い。
In addition, since these factor stress distributions correspond to the deformation mode, which is a simple deformation, high reproduction accuracy can be obtained even when the factor stress distribution is reproduced by applying a thermal load, which makes it accurate. It becomes possible to perform analysis. Of course, since the pressed parts are formed in a thin-walled shape such as a plate, it is easy to apply positive and
また、本実施形態では、解析モデルとしての正寸モデル10を、その厚み方向に複数のソリッド要素21〜23を有するソリッドモデルで形成し、特定のソリッド要素(ここでは、厚み方向表面側のソリッド要素22,23)に熱荷重を付与することで、各変形モードM1〜M4の発生要因F1〜F5となる要因応力分布を再現するようにした。このように、厚み方向に複数のソリッド要素を有するソリッドモデルで正寸モデル10を作成することにより、厚み方向に正確な応力分布を再現することができる。もちろん、上記応力分布を熱荷重で代替して正寸モデル10に付与することにより、計算時間を抑えつつ、正確な変形解析を行うことが可能となる。
Further, in the present embodiment, the
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係る被プレス材の変形解析方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the deformation analysis method of the material to be pressed according to the present invention may adopt a configuration other than the above as long as it does not deviate from the gist thereof.
例えば上記実施形態では、解析モデルとしての正寸モデル10を、その厚み方向に3つのソリッド要素21〜23を有するソリッドモデルで形成し(図7を参照)、特定のソリッド要素22,23に熱荷重を付与する場合を例示したが、もちろんこれ以外の形態をなすソリッドモデルを採用することも可能である。例えば図示は省略するが、正寸モデル10を、その厚み方向に2つのソリッド要素(節点は3つ)を有するソリッドモデルで形成することもでき、あるいは厚み方向に4つ以上のソリッド要素を有するソリッドモデルで形成することも可能である。ただし、あまりに厚み方向のソリッド要素の数が多すぎると、応力分布を熱荷重で代替することの利点(計算時間の低減化)が失われるおそれがあるため、解析すべき被プレス材の形状、許容可能な計算時間との兼ね合いで、厚み方向のソリッド要素の数を設定するのがよい。もちろん、解析精度の面で特に問題がないのであれば、ソリッドモデルに代えてシェルモデルを採用してもかまわない。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、プレス部品として、断面ハット形状をなすものを解析対象とした場合を説明したが(図3等を参照)、もちろん、断面ハット形状以外の形態をなすプレス部品(被プレス材)に対しても本発明を適用することは可能である。すなわち、プレス成形可能な限りにおいて任意の形状の被プレス材に対して本発明に係る変形解析方法を適用することが可能である。 Further, in the above embodiment, the case where the pressed part having a cross-sectional hat shape is targeted for analysis has been described (see FIG. 3 and the like), but of course, the pressed part having a form other than the cross-sectional hat shape (pressed). It is possible to apply the present invention to materials). That is, it is possible to apply the deformation analysis method according to the present invention to a material to be pressed having an arbitrary shape as long as it can be press-molded.
また、上記実施形態では、プレス成形時の変形要因解析方法の変形解析ステップS4において、プレス部品の正寸モデル10に対し、各変形モードの発生要因となる要因応力分布を熱(熱荷重)で代替して付与する場合を例示したが、もちろんこれ以外の変形解析方法にも本発明を適用することが可能である。すなわち、型締め状態で被プレス材に生じる応力分布である限りにおいて、要因応力分布以外の応力分布を本発明に係る熱荷重で代替して解析モデルに付与することも可能である。
Further, in the above embodiment, in the deformation analysis step S4 of the deformation factor analysis method at the time of press forming, the factor stress distribution that causes each deformation mode is measured by heat (thermal load) with respect to the
また、プレス成形の種類も特に問わず、例えば冷間プレス成形の他、温間プレス成形や熱間プレス成形など加熱された状態のワーク(被プレス材)にプレス成形を施す場合にも、本発明を適用できることはもちろんである。 In addition, regardless of the type of press molding, for example, in addition to cold press molding, this is also used when press molding is performed on a work (material to be pressed) in a heated state such as warm press molding or hot press molding. Of course, the invention can be applied.
1a〜1c 被プレス材
2,3 プレス型
10 プレス部品の正寸モデル
11 縦壁部
11c 中立軸
12 上壁部
13 第一角部
14 フランジ部
15 第二角部
21〜23 ソリッド要素
21a〜23a 節点
F1-F5,A〜E 発生要因
M1〜M4 変形モード
S1 正寸モデル作成ステップ
S2 変形モード設定ステップ
S3 要因応力設定ステップ
S4 変形解析ステップ
S41 相関取得ステップ
S42 熱荷重付与ステップ
S43 変形解析ステップ
S5 寄与度特定ステップ(評価ステップ)
S6 寄与度反映ステップ(再設計ステップ)
1a to 1c Pressed
S6 Contribution reflection step (redesign step)
Claims (3)
前記被プレス材に熱荷重を付与した際に前記被プレス材に生じる応力分布と、前記熱荷重との相関を取得する相関取得ステップと、
前記相関に基づいて、前記型締め状態で前記被プレス材に生じる応力分布を前記熱荷重で代替して前記被プレス材の解析モデルに付与する熱荷重付与ステップと、
前記型締め状態から前記型開き状態としたときの前記被プレス材の解析モデルの変形を解析する変形解析ステップとを備えた、被プレス材の変形解析方法。 It is a method of analyzing the deformation of the material to be pressed when the material to be pressed is opened from the state of being molded with a press mold.
A correlation acquisition step for acquiring a correlation between the stress distribution generated in the pressed material when a heat load is applied to the pressed material and the heat load.
Based on the correlation, the heat load applying step of substituting the stress distribution generated in the pressed material in the mold clamping state with the heat load and applying the heat load to the analysis model of the pressed material,
A deformation analysis method for a material to be pressed, comprising a deformation analysis step for analyzing the deformation of the analysis model of the material to be pressed when the mold is changed from the mold-clamped state to the mold-opened state.
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