(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）離型前のプレス成形品の形状、残留応力分布のデータを算出し、前記離型前のデータに基づいて座標変換により離型前の局所座標系での応力分布（ａ）を算出する工程、
（２）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い、離型後のプレス成形品の残留応力分布を算出し、座標変換により局所座標系でのプレス成形品の残留応力分布（ｂ）を算出するとともに、離型後のプレス成形品の形状データ（ｄ）を算出する工程、
（３）前記応力分布（ａ）と（ｂ）との差分（ａ−ｂ）を算出し、該差分をスプリングバッグ有効応力（ＳＢ有効応力）として座標変換により全体座標系におけるＳＢ有効応力分布を算出し、このＳＢ有効応力分布のうち解析対象領域のＳＢ有効応力を変更または除去して、プレス成形品のＳＢ有効応力分布を算出し、スプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状データ（ｃ）を算出する工程、
（４）前記形状データ（ｃ）と形状データ（ｄ）との差分（ｃ−ｄ）を算出し、解析対象領域の全体形状に対する影響度合を判定する工程、
とからなることを特徴とするプレス成形解析方法。
【請求項２】
（１）離型前のプレス成形品の形状、残留応力分布のデータを算出し、前記離型前のデータに基づいて座標変換により離型前の局所座標系での応力分布（ａ）を算出する工程、
（２）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い、離型後のプレス成形品の残留応力分布を算出し、座標変換により局所座標系でのプレス成形品の残留応力分布（ｂ）を算出するとともに、離型後のプレス成形品の形状データ（ｄ）を算出する工程、
（３）前記応力分布（ａ）と（ｂ）との差分（ａ−ｂ）を算出し、該差分をスプリングバッグ有効応力（ＳＢ有効応力）として座標変換により全体座標系におけるＳＢ有効応力分布を算出し、このＳＢ有効応力分布のうち解析対象領域のＳＢ有効応力を除去して、プレス成形品のＳＢ有効応力分布（Ｘ）を算出する工程、
（４）前記局所座標系での残留応力分布（ｂ）を離型前のプレス成形品の形状に付与して局所座標系での残留応力相当分を算出し、座標変換により全体座標系でのプレス成形品の残留応力相当分（Ｙ）を算出する工程、
（５）前記プレス成形品のＳＢ有効応力分布（Ｘ）に前記プレス成形品の残留応力相当分（Ｙ）を加算した応力分布を算出してスプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状データ（ｃ）を算出する工程、
（６）前記形状データ（ｃ）と形状データ（ｄ）との差分（ｃ−ｄ）を算出し、解析対象領域の全体形状に対する影響度合を判定する工程、
とからなることを特徴とするプレス成形解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形解析方法に関し、特にプレス成形品のどの領域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。
【背景技術】
【０００２】
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。またＳＢと略記することもある）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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
こうしたスプリングバックは、プレス金型から成形対象物を離型する前に成形対象物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、成形対象物の残留応力の内、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。
【０００６】
従来、このスプリングバックに及ぼす成形対象物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及び２がある。
【０００７】
特許文献１には、プレス成形対象物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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２９７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の応力の変更方法は、プレス成形対象物の金型からの離型前の応力のみを考慮して、応力の除去および変更を行い、その状態でスプリングバック解析を行って、応力を変更しないものと比較することで応力変更による影響を検討するものである。
【００１０】
しかし、プレス成形対象物（以下プレス成形品と呼ぶ）にはプレス金型からの離型後も、即ちスプリングバック後にも応力は残留している。このため、プレス金型からの離型前の応力のみに注目してその影響を検証しても正確な各領域の応力の影響を評価することが困難な場合がある。
【００１１】
そこで、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、プレス成形品がプレス金型から離型後の応力（残留応力）分布を考慮して、離型前の応力変更により、どの領域における応力がスプリングバックにどう影響しているかを明らかにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１３】
第一の発明は、（１）離型前のプレス成形品の形状、残留応力分布のデータを算出し、前記離型前のデータに基づいて座標変換により離型前の局所座標系での応力分布（ａ）を算出する工程、
（２）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い、離型後のプレス成形品の残留応力分布を算出し、座標変換により局所座標系でのプレス成形品の残留応力分布（ｂ）を算出するとともに、離型後のプレス成形品の形状データ（ｄ）を算出する工程、
（３）前記応力分布（ａ）と（ｂ）との差分（ａ−ｂ）を算出し、該差分をスプリングバッグ有効応力（ＳＢ有効応力）として座標変換により全体座標系におけるＳＢ有効応力分布を算出し、このＳＢ有効応力分布のうち解析対象領域のＳＢ有効応力を変更または除去して、プレス成形品のＳＢ有効応力分布を算出し、スプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状データ（ｃ）を算出する工程、
（４）前記形状データ（ｃ）と形状データ（ｄ）との差分（ｃ−ｄ）を算出し、解析対象領域の全体形状に対する影響度合を判定する工程、
とからなることを特徴とするプレス成形解析方法である。
【００１４】
第二の発明は、（１）離型前のプレス成形品の形状、残留応力分布のデータを算出し、前記離型前のデータに基づいて座標変換により離型前の局所座標系での応力分布（ａ）を算出する工程、
（２）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い、離型後のプレス成形品の残留応力分布を算出し、座標変換により局所座標系でのプレス成形品の残留応力分布（ｂ）を算出するとともに、離型後のプレス成形品の形状データ（ｄ）を算出する工程、
（３）前記応力分布（ａ）と（ｂ）との差分（ａ−ｂ）を算出し、該差分をスプリングバッグ有効応力（ＳＢ有効応力）として座標変換により全体座標系におけるＳＢ有効応力分布を算出し、このＳＢ有効応力分布のうち解析対象領域のＳＢ有効応力を除去して、プレス成形品のＳＢ有効応力分布（Ｘ）を算出する工程、
（４）前記局所座標系での残留応力分布（ｂ）を離型前のプレス成形品の形状に付与して局所座標系での残留応力相当分を算出し、座標変換により全体座標系でのプレス成形品の残留応力相当分（Ｙ）を算出する工程、
（５）前記プレス成形品のＳＢ有効応力分布（Ｘ）に前記プレス成形品の残留応力相当分（Ｙ）を加算した応力分布を算出してスプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状データ（ｃ）を算出する工程、
（６）前記形状データ（ｃ）と形状データ（ｄ）との差分（ｃ−ｄ）を算出し、解析対象領域の全体形状に対する影響度合を判定する工程、
とからなることを特徴とするプレス成形解析方法である。
【発明の効果】
【００１５】
実際にスプリングバッグに寄与している応力よりも過剰または過少に評価することなく適切に対象の領域の応力のスプリングバッグに及ぼす影響を評価することができる。また、局所座標系を設定し、特定の応力成分を除去することにより、その応力の影響のみを評価することができ、スプリングバッグ低減対策を検討する際に役に立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＳＢ解析を行ったフロントピラーインナーの概観を示す図である。
【図２】フロントピラーインナーのＳＢ解析対象領域を説明する図である。
【図３】解析結果を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係るフロー図である。
【図５】第２の実施の形態に係るフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図４は本発明に係るプレス成形解析方法の第１の実施の形態に係るプレス成形解析方法の処理の順序を示すフロー図である。
第１の実施の形態は、スプリングバック有効応力にのみ着目して、スプリングバック解析対象領域のスプリングバック有効応力を変更または除去を行った後にスプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状を比較することで、スプリングバック解析対象領域の応力の影響を評価する解析方法である。
【００１９】
図４に示すプレス成形解析方法における解析計算は、有限要素法（ＦＥＭ）解析システムを用いて行われる。
【００２０】
（１）
Ｓ１：先ず、ステップＳ１において離型前のプレス成形品の応力分布を求める。
【００２１】
Ｓ２：ステップＳ２において、ステップＳ１で求められた全体座標系で表わされている応力を、離型前後で変化しない局部座標系を定義し、応力を座標変換し局部座標系での応力分布（ａ）を求める。プレス成形品は離型後にスプリングバックにより回転が発生するため、全体座標系で表わされている応力を直接差分すると変形に寄与した応力を正確に求めることができない。そこで、応力分布を与える各有限要素について、一般に有限要素解析内で用いられている手法である離型前後で変化しない局所座標系を定義し応力を座標変換した後に離型前後で応力の差分をおこなう。
【００２２】
応力の座標変換は局所座標系の直交する３軸の単位ベクトルをそれぞれ（ｌ１，ｍ１，ｎ１）、（ｌ２，ｍ２，ｎ２）、（ｌ３，ｍ３，ｎ３）とすると式（１）で与えられる。
【００２３】
【数１】
0005765014.tif 000002
【００２４】
プレス成形シミュレーションでの局所座標系の採り方は一般に節点が４つまたは３つのシェル要素が用いられ板厚方向には節点を持たない。そこで、一般に板厚方向、即ち４つまたは３つの節点で作られる面法線方向を座標系の１つの第３軸に選ぶことが普通である。４節点シェル要素の場合、４点が同一平面上に必ずあるわけではないので、（１）対角線の外積から求められる方向を板厚方向とする、（２）近似平面の面法線方向を板厚方向とするなどの方法がある。また第１軸、第２軸は、（１）シェル要素の第１節点から第２節点への方向を第１軸とする方法、（２）対角線のベクトルから作る方法などがある。
【００２５】
（２）
Ｓ３：ステップＳ１の応力分布に基づきスプリングバック解析を行う。
【００２６】
Ｓ４：離型後のプレス成形品の残留応力分布を求める。
【００２７】
Ｓ５：全体座標系から局所座標系への座標変換を行い、離型後の局所座標系でのプレス成形品の残留応力分布（ｂ）を求める。
【００２８】
Ｓ６：Ｓ３のスプリングバック解析から離型後のプレス成形品の形状データ（ｄ）を求める。
【００２９】
（３）
Ｓ７：離型前の応力分布（ａ）と離型後の残留応力分布（ｂ）との差分（ａ−ｂ）をスプリングバック有効応力（以下ＳＢ有効応力と呼ぶ）と呼び、その分布を求める。
【００３０】
Ｓ８：局所座標系から全体座標系への座標変換を行い全体座標系でのＳＢ有効応力分布を求める。
【００３１】
Ｓ９：解析対象領域のＳＢ有効応力を変更または除去する。
【００３２】
Ｓ１０：解析対象領域のＳＢ有効応力の変更または除去後のプレス成形品のＳＢ応力分布を求める。
【００３３】
Ｓ１１：ステップＳ１０で求めた応力分布からスプリングバック解析を行う。
【００３４】
Ｓ１２：離型後のプレス成形品の形状データ（ｃ）を求める。
【００３５】
（４）
Ｓ１３：形状データ（ｃ）と形状データ（ｄ）との差分（ｃ−ｄ）を算出し、ＳＢ解析対象領域の全体形状への影響度を評価する。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３７】
図５は本発明に係るプレス成形解析方法の第２の実施の形態に係るプレス成形解析方法の処理の順序を示すフロー図である。
【００３８】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態で求めた部分的にスプリングバック有効応力を変更または除去した局所座標系のスプリングバッグ有効応力分布に局所座標系の残留応力を加えた応力分布を全体座標系に変換したのちにスプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状と比較することで、スプリングバック解析対象領域の応力の影響を評価する解析方法である。
【００３９】
図５に示すプレス成形解析方法における解析計算は、有限要素法（ＦＥＭ）解析システムを用いて行われる。
【００４０】
（１）
Ｓ２１：先ず、ステップＳ２１において離型前のプレス成形品の応力分布を求める。
【００４１】
Ｓ２２：ステップＳ２２において、ステップＳ２１で求められた全体座標系で表わされている応力を、離型前後で変化しない局所座標系を定義し、応力を座標変換し局所座標系での応力分布（ａ）を求める。局所座標系の求め方は第１の実施の形態に同じであるので本項では省略する。
【００４２】
（２）
Ｓ２３：ステップＳ２１の応力分布に基づきスプリングバック解析を行う。
【００４３】
Ｓ２４：離型後のプレス成形品の残留応力分布を求める。
【００４４】
Ｓ２５：全体座標系から局所座標系への座標変換を行い、離型後の局所座標系でのプレス成形品の残留応力分布（ｂ）を求める。
【００４５】
Ｓ２６：ステップＳ２３のスプリングバック解析から離型後のプレス成形品の形状データ（ｄ）を求める。
【００４６】
（３）
Ｓ２７：離型前の応力分布（ａ）と離型後の残留応力分布（ｂ）との差分（ａ−ｂ）をスプリングバック有効応力（以下ＳＢ有効応力と呼ぶ）と呼び、その分布を求める。
【００４７】
Ｓ２８：局所座標系から全体座標系への座標変換を行い全体座標系でのＳＢ有効応力分布を求める。
【００４８】
Ｓ２９：解析対象領域のＳＢ有効応力を変更または除去する。
【００４９】
Ｓ３０：解析対象領域のＳＢ有効応力の変更または除去後のプレス成形品のＳＢ有効応力分布（Ｘ）を求める。
【００５０】
（４）
Ｓ３１：離型前のプレス成形品の形状に応力（ｂ）を付与する。
【００５１】
Ｓ３２：局所座標系での残留応力相当分を求める。
【００５２】
Ｓ３３：局所座標系を全体座標系に変換し全体座標系でのプレス成形品の残留応力相当分（Ｙ）を求める。
【００５３】
（５）
Ｓ３４：ＳＢ有効応力分布（Ｘ）に残留応力相当分（Ｙ）を加算した応力分布を求める。
【００５４】
Ｓ３５：スプリングバック解析を行う。
【００５５】
Ｓ３６：離型後のプレス成形品の形状データ（ｃ）を求める。
【００５６】
（６）
Ｓ３７：形状データ（ｃ）と形状データ（ｄ）との差分（ｃ−ｄ）を算出し、ＳＢ解析対象領域の全体形状への影響度を評価する。
【実施例１】
【００５７】
本発明に係るプレス成形解析方法の実施例として、フロントピラーインナー部品のプレス成形加工について述べる。
【００５８】
本部品の概観形状を図１に示す。板厚１．６ｍｍの９８０ＭＰａ級高張力冷延鋼板を用いて金型によりプレス成形及びトリム加工を行い、ベンド加工を経てフロントピラーインナー部品に仕上げた。ベンド加工は、図１に示すベンドラインに沿って折り曲げ加工がなされている。
【００５９】
プレス成形解析は、図１に示すフロントピラーインナー部品を成形する場合において、図２に示す解析対象領域１から６までの応力が、それぞれ、どの程度影響しているかを解析した。
【００６０】
解析は、市販の有限要素法（ＦＥＭ）解析システムを用いて、図４及び図５に示すステップに沿って行った。具体的には、ベンド加工後において図２に示す各領域（１から６）の応力を除去して、点Ａ、点ＢでのＺ方向変位に及ぼす影響を調査した。なお、通常（各領域での応力除去を行っていないもの）のスプリングバック解析後の点ＡのＺ方向変位は、−１６．５ｍｍ、点Ｂは−９．７ｍｍである。従来例（特許文献１）は、解析対象領域（１から６の何れか１箇所）に関して全ての応力を除去してスプリングバック計算を行ったものである。発明例１は、本発明のＳＢ有効応力のみを取り出し（図４のＳ８）、更に解析対象領域（１から６の何れか１箇所）のみＳＢ有効応力を除去（図４のＳ９）してスプリングバック計算（図４のＳ１１）を行ったものである。発明例２は解析対象領域（１から６の何れか１箇所）のＳＢ有効応力のみを除去（図５のＳ２９）してスプリングバック計算（図５のＳ３５））を行ったものである。
【００６１】
上記の結果を図３に示す。横軸は解析対象領域の番号を、縦軸は点ＡのＺ方向変位（ｍｍ）を表したものである。従来例では解析対象領域６の影響がもっとも大きいが、発明例1及び２では、解析対象領域２の影響が最も大きい。
【００６２】
次に、要因分析結果を具体的に検証するために、解析対象領域２と解析対象領域６のそれぞれのフランジに△形状の切り込みを入れた場合について比較を行った。切り込みを入れることにより、その周囲の変形が他の部分に影響しなくなり、その結果、応力を除去した結果と同様の効果を実現できる為である。
【００６３】
その結果、解析対象領域６に切り込みを入れた場合はＡ点が１．２ｍｍ上昇し、解析対象領域２の場合では、４．３ｍｍ上昇が見られ、解析対象領域２の影響が大きいことがわかった。このことから、発明例の要因分析が従来例に比べて優れていることがわかる。
【００６４】
従来例において解析対象領域６の影響が大きくなったのは、解析対象領域６が比較的形状が複雑でスプリングバッグ後の残留応力が大きいため、その分を除去した影響が出ていると考えられる。また、ベンド工程では、解析対象領域４〜解析対象領域６は塑性変形を加えるベンドラインよりも遠いことからも、従来例では解析対象領域６の影響を過剰に評価しているものと考えられる。
【符号の説明】
【００６５】
１〜６    解析対象領域を表す符号である。
【図１】
0005765014.tif 000003
【図２】
0005765014.tif 000004
【図３】
0005765014.tif 000005
【図４】
0005765014.tif 000006
【図５】
0005765014.tif 000007