壓制成型解析方法
【專利摘要】本發(fā)明的壓制成型解析方法包括下述工序：壓制成型解析工序(S1)，其中，針對加熱后的被壓制成型材料設定初期溫度分布，使溫度解析與結構解析耦合，進行壓制成型解析，從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布；回彈解析工序(S3)，其中，基于由該壓制成型解析工序得到的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布進行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布；和冷卻應力解析工序(S5)，其中，基于由該回彈解析工序取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，并且對特定的節(jié)點進行約束，從而通過使溫度解析和結構解析耦合來對冷卻中和冷卻后的應力分布進行解析。
【專利說明】壓制成型解析方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及壓制成型解析方法，特別涉及在將加熱后的被壓制成型材料壓制成型的情況下對冷卻后的被壓制成型材料的形狀進行預測的壓制成型解析方法。

【背景技術】
[0002]壓制成型(press forming)是指下述方法:對作為其對象物的金屬材料的被壓制成型材料(press forming metallic sheet)按壓模具,從而將模具的形狀轉印至被壓制成型材料，由此進行加工。在該壓制成型中，經(jīng)常發(fā)生下述問題:將壓制成型品從模具取出(脫模(mould release))后,該壓制成型品發(fā)生回彈(spring back)(彈性形變(elasticdeformat1n)),與所期望的形狀不同。
[0003]已知這種回彈起因于脫模前的成型對象物的殘余應力(residual stress),以往使用有限元方法(finite element method)等數(shù)值解析(numerical analysis)方法進行解析從而進行回彈后的形狀的預測、和其原因的解析等。
[0004]作為涉及回彈的主要原因分析(factorical experiment)的現(xiàn)有例,存在有專利文獻I公開的“壓制成型解析方法”。專利文獻I公開的“壓制成型解析方法”包括下述處理:對脫模前的壓制成型品的形狀等的數(shù)據(jù)進行計算的處理；基于脫模前的數(shù)據(jù)，計算出脫模后的壓制成型品的形狀等的數(shù)據(jù)，并計算出涉及回彈的被進行了某種定義的量的處理；變更脫模前的壓制成型品中的某一區(qū)域的殘余應力分布，基于該變更后的數(shù)據(jù)，計算出脫模后的壓制成型品的形狀等的數(shù)據(jù)，對于某一區(qū)域計算出涉及殘余應力分布變更后的回彈的被進行了某種定義的量的處理；和某一區(qū)域的殘余應力分布變更的前后，計算出被進行了某種定義的量如何變化的處理。專利文獻I公開的“壓制成型解析方法”中，短時間且準確地預測壓制成型后且脫模前的壓制成型品中哪一區(qū)域的殘余應力對回彈有何種影響，從而進行回彈對策的研究。
[0005]以下，在本說明書中，壓制成型解析方法包括:壓制成型解析，其中，將被壓制成型材料成型然后進行解析直至脫模前的狀態(tài)為止；回彈解析，其中，對脫模后的回彈進行解析；和冷卻解析，其中，對回彈后的因溫度變化產(chǎn)生的形狀變化、應力變化等進行解析。
[0006]在現(xiàn)有的回彈解析方法中，如上述的專利文獻I所代表的那樣，以冷壓制成型作為對象，該冷壓制成型中，在不將被壓制成型材料加熱的情況下進行壓制成型。
[0007]然而，最近為了實現(xiàn)兼?zhèn)淙剂闲?fuel efficiency)提高和碰撞安全性能(collis1n safety),作為用于汽車部件的鋼板，高張力鋼板(high-tensile steelsheet)的比率正在提高。高張力鋼板因變形抗力(flow stress)大，因此高張力鋼板存在冷壓制成型時模具壽命下降的問題。另外，高張力鋼板的伸長率不充分而容易破裂，因此高張力鋼板存在受限于如下加工的問題:成型無法為拉深成型(de印-drawing)或高拉伸翻邊成型(stretch-flanging)這樣的強加工。
[0008]因此，為了避免這種問題，將所謂的溫熱壓制成型適用于高張力鋼板，該溫熱壓制成型中，將被壓制成型材料加熱至特定溫度后進行壓制成型。溫熱壓制成型為下述技術:通過在高于冷壓制成型的溫度下進行成型，從而可以降低高張力鋼板的變形抗力而提高變形能(formability),防止壓制破裂等不良情況。這種溫熱壓制成型技術例如公開于專利文獻2。
[0009]現(xiàn)有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特開2007-229724號公報
[0012]專利文獻2:日本特開2001-314923號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的問題
[0014]發(fā)明人為了研究高張力鋼板的溫熱壓制成型后的形狀不良，利用有限元方法實施了脫模后的回彈解析。將由回彈解析得到的形狀與實際溫熱壓制成型得到的壓制成型品的形狀比較，結果觀察到了很大的不同。由此可知，在溫熱壓制成型后，脫模不久后的壓制成型品的溫度高且具有溫度分布，因此若不考慮冷卻中的熱收縮(thermal contract1n),則無法解析最終形狀為何種形狀、或者解析形狀與實際形狀的不同(形狀不良)的原因在于何處。
[0015]但是，在利用壓制成型解析和回彈解析對形狀不良對策進行研究的現(xiàn)有技術中，以冷壓制成型為前提，因此并未考慮被壓制成型材料中所發(fā)生的溫度分布，無法用于溫熱壓制成型中的形狀不良對策的研究。
[0016]本發(fā)明是為了解決上述課題而進行的，其目的在于，提供一種壓制成型解析方法，通過該壓制成型解析方法，可以簡單且恰當?shù)仡A測溫熱壓制成型情況下的冷卻后的形狀，并且可以確定形狀不良的原因。
[0017]用于解決問題的手段
[0018]為了解決上述課題、達成目的，本發(fā)明的壓制成型解析方法包括下述工序:壓制成型解析工序，其中，針對加熱后的被壓制成型材料設定初期溫度分布，使溫度解析(thermalanalysis)和結構解析(structural analysis)稱合(coupling),進行壓制成型解析,從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應力分布(stress distribut1n)和應變分布(straindistribut1n);回彈解析工序,其中，基于由該壓制成型解析工序得到的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布進行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布；和冷卻應力解析工序，其中，基于由該回彈解析工序取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，并且對特定的節(jié)點進行約束，從而通過使溫度解析和結構解析耦合來對冷卻中和冷卻后的應力分布進行解析。
[0019]在上述發(fā)明中，本發(fā)明的壓制成型解析方法的特征在于，上述特定的節(jié)點(node)為被壓制成型材料中的包圍被加工部的全部或一部分的節(jié)點。
[0020]在上述發(fā)明中，本發(fā)明的壓制成型解析方法的特征在于，上述特定的節(jié)點為全部節(jié)點。
[0021]在上述發(fā)明中，本發(fā)明的壓制成型解析方法的特征在于，在上述冷卻應力解析工序之后具備如下第2回彈解析工序:將被壓制成型材料分割成2個以上的區(qū)域，使該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應力發(fā)生變化，然后進行回彈解析。
[0022]在上述發(fā)明中，本發(fā)明的壓制成型解析方法的特征在于，在上述冷卻應力解析工序之后具備如下第3回彈解析工序:將被壓制成型材料分割成2個以上的區(qū)域，對于該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次釋放各區(qū)域的應力(stress release)，然后進行回彈解析。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種壓制成型解析方法，通過該壓制成型解析方法，可以簡單且恰當?shù)仡A測溫熱壓制成型中的冷卻后的形狀，并且可以確定形狀不良的原因。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是說明本發(fā)明的實施方式的I?3的裝置構成的結構圖。
[0026]圖2是說明本發(fā)明的實施方式的I的處理流程的流程圖。
[0027]圖3是說明本發(fā)明的實施方式的2的處理流程的流程圖。
[0028]圖4是用于說明本發(fā)明的實施方式2和實施方式3的解析對象的區(qū)域的說明圖。
[0029]圖5是說明本發(fā)明的實施方式的3的處理流程的流程圖。
[0030]圖6是說明本發(fā)明的實施例中的與圖4相同的解析對象的說明圖。
[0031]圖7是說明本發(fā)明的實施例中的形狀不良對策的說明圖。
[0032]圖8是說明本發(fā)明的實施例中所使用的模具形狀的說明圖，其是示出相當于圖6中的A-A箭頭視角截面的模具的截面形狀的圖。
[0033]圖9是說明本發(fā)明的實施例中的效果的說明圖。

【具體實施方式】
[0034]發(fā)明人得到了下述見解:在溫熱壓制成型中脫模不久后的壓制成型品的溫度高，因此在溫熱壓制成型時產(chǎn)生的形狀不良中，除下止點狀態(tài)下的殘余應力而產(chǎn)生的影響之夕卜，還需要考慮溫熱壓制成型時產(chǎn)生的基于溫度分布的冷卻中的由熱收縮而產(chǎn)生的影響。
[0035]作為考察基于溫度分布的冷卻中的由熱收縮而產(chǎn)生的變形的影響的冷卻解析方法，例如有下述方法:使回彈后的溫度分布的一部分發(fā)生變化然后進行冷卻解析，由此確認變化的溫度分布對形狀不良的影響。但是，根據(jù)這種方法，需要在改變溫度分布發(fā)生變化的區(qū)域的情況下重復進行冷卻解析的嘗試試驗，從而確定冷卻后的形狀，因此冷卻解析需要較長時間。
[0036]因此，發(fā)明人認為，由于冷卻所伴隨的熱收縮，壓制成型品的形狀受溫度分布的影響而變形，因此若按照在脫模不久后發(fā)生回彈后的壓制成型品不發(fā)生變形的方式進行約束而使其熱收縮，則可以將起因于溫度分布的熱收縮轉換為殘余應力。并且，發(fā)明人認為，若基于轉換得到的殘余應力進行考察，則可以在不進行多次重復的冷卻解析的情況下簡單且可靠地對溫度分布的影響進行評價。
[0037][實施方式I]
[0038]本發(fā)明的壓制成型解析方法利用執(zhí)行程序處理的PC(個人計算機)等裝置進行，因此首先基于圖1所示的結構圖對裝置(以下稱為壓制成型解析裝置)的構成進行概要說明。
[0039][壓制成型解析裝置]
[0040]本實施方式的壓制成型解析裝置I由PC等構成，如圖1所示，具有顯示裝置(display device) 3、輸入裝置(input device) 5、主存儲裝置(memory unit) 7、輔助存儲裝置 9 和演算處理(arithmetic processing)部 11。
[0041]演算處理部11連接有顯示裝置3、輸入裝置5、主存儲裝置7和輔助存儲裝置9，通過演算處理部11的指令執(zhí)行各功能。
[0042]顯示裝置3由液晶顯示器(IXD monitor)等構成,用于顯示計算結果等。輸入裝置5由鍵盤或鼠標等構成，用于進行來自操作者的輸入等。主存儲裝置7由RAM(隨機存取存儲器，random-access memory)等構成,用于演算處理部11中使用的數(shù)據(jù)的暫時保存和演算等。輔助存儲裝置9由硬盤等構成，用于數(shù)據(jù)的存儲等。
[0043]演算處理部11由PC等的CPU(中央處理器,central processing unit)等構成，演算處理部11內(nèi)具有壓制成型解析單元13、回彈解析單元15和冷卻應力解析單元17。這些單元通過CPU等執(zhí)行特定的程序而實現(xiàn)。以下對這些單元進行說明。
[0044]<壓制成型解析單元>
[0045]壓制成型解析單元13中，針對加熱后的被壓制成型材料設定初期溫度分布，使溫度解析(溫度分布的解析)和結構解析(應力狀態(tài)等的解析)耦合，進行壓制成型解析，從而取得壓制成型后且脫模前的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布。
[0046]<回彈解析單元>
[0047]回彈解析單元15中，基于由壓制成型解析單元13得到的信息，進行被壓制成型材料的回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布等。如后述那樣，回彈解析單元15執(zhí)行回彈解析工序、第2回彈解析工序和第3回彈解析工序的處理。
[0048]<冷卻應力解析單元>
[0049]冷卻應力解析單元17中，對被壓制成型材料的特定的節(jié)點進行約束，基于由回彈解析單元15取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，通過使溫度解析和結構解析耦合而對被壓制成型材料的冷卻中和冷卻后的應力分布進行解析。
[0050]若對被壓制成型材料的特定的節(jié)點進行約束，則被壓制成型材料的形狀幾乎不會發(fā)生變化或完全不發(fā)生變化，因此在冷卻時產(chǎn)生的熱應力(thermal stress)以殘余應力的形式蓄積。冷卻應力解析單元17可以取得所蓄積的殘余應力作為應力分布。
[0051]特定的節(jié)點例如可以為被壓制成型材料中的包圍被加工部的全部或一部分的節(jié)點，也可以為全部的節(jié)點。冷卻應力解析單元17通過使節(jié)點的位移為零來進行節(jié)點的約束。
[0052]節(jié)點的特定方法并不限于上述方法。冷卻應力解析單元17可以采取基于壓制成型品的形狀或回彈后的溫度分布而蓄積熱應力的任意方法。特定的節(jié)點為包圍被加工部的全部或一部分的節(jié)點的情況下，相鄰的節(jié)點間的熱應力的關系被適當?shù)胤从?，可以適當?shù)貙⑵鹨蛴跍囟确植嫉臒釕D換為殘余應力。
[0053][壓制成型解析方法]
[0054]本實施方式中的壓制成型解析方法是通過上述壓制成型解析單元13、回彈解析單元15、冷卻應力解析單元17各單元執(zhí)行各自的處理而達成的，其由以下所示的工序構成。即，如圖2所示，本實施方式的壓制成型解析方法的特征在于，其包括下述工序:壓制成型解析工序(SI)，其中，針對加熱后的被壓制成型材料設定初期溫度分布，使溫度解析與結構解析耦合，進行壓制成型解析，從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布；回彈解析工序(S3)，其中，基于由該壓制成型解析工序得到的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布進行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布；和冷卻應力解析工序(S5)，其中，基于由該回彈解析工序取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，并且對特定的節(jié)點進行約束，從而通過使溫度解析和結構解析耦合來對冷卻中和冷卻后的應力分布進行解析。
[0055]對于本實施方式的壓制成型解析方法而言，如上在各解析工序中，使溫度解析和結構解析耦合來進行被壓制成型材料的解析。使溫度解析與結構解析耦合的解析是指，考慮空氣冷卻或模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞(contact heat transfer)等而對被壓制成型材料的溫度分布進行解析(溫度解析)，基于由此得到的溫度分布，使用對應于該溫度的溫度依賴數(shù)據(jù)(楊氏模量(Young’s modulus)、泊松比(Poisson’s rat1)、熱膨脹系數(shù)(thermal expans1n coefficient)、屈服應力(yield stress)、應力-應變線圖(stress-strain diagram)、t:匕熱(specific heat)、熱導率(thermal conductivity)等)進行被壓制成型材料的應力狀態(tài)等的解析(結構解析)。如此，通過使溫度解析與結構解析耦合而進行被壓制成型材料的解析，從而考慮到了被壓制成型材料的形狀和溫度分布的復雜的關系，因此存在所取得的形狀信息等的精度高于僅進行結構解析的情況的優(yōu)點。
[0056]以下，基于圖2對本實施方式的壓制成型解析方法中的所述各工序進行詳細說明。
[0057]<壓制成型解析工序>
[0058]壓制成型解析工序中，壓制成型解析單元13對加熱后的被壓制成型材料進行初期溫度分布的設定，使溫度解析與結構解析耦合而進行壓制成型解析，由此取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布(Si)。
[0059]關于對加熱后的被壓制成型材料的初期溫度分布的設定，以下進行說明。在實際的溫熱壓制成型中，使用電爐、燃燒器加熱爐、感應加熱裝置等，按照呈均勻溫度的方式對被壓制成型材料進行充分加熱后，利用搬運自動裝置搬運至壓制機，從而進行壓制成型。
[0060]因此，在壓制成型解析工序中，壓制成型解析單元13假想實際的被壓制成型材料的加熱，針對被壓制成型材料設定被壓制成型材料整體呈均勻的溫度分布(例如600°C )作為初期溫度分布。為了期待更加準確，壓制成型解析單元13也可以將下述溫度分布作為初期溫度分布，該溫度分布是考慮到使用電爐等對被壓制成型材料進行加熱后的搬運途中的空氣冷卻而計算得到的。另外，在有意識地對被壓制成型材料進行部分加熱的情況下，壓制成型解析單元13可以對應于此而向被壓制成型材料賦予不均勻的溫度分布。
[0061]在壓制成型解析工序中，壓制成型解析單元13接收到所需要的溫度依賴數(shù)據(jù)(楊氏模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)、屈服應力、應力-應變線圖、比熱、熱導率等)的輸入而向被壓制成型材料和模具賦予初期溫度分布。
[0062]另外，在溫熱壓制成型中，有時通過將被壓制成型材料在壓制下止點(bottomdead center)狀態(tài)下保持一定時間而進行冷卻，從而通過部件的形狀而抑制脫模后發(fā)生回彈，形狀變得良好。因此，在本壓制成型解析工序中，壓制成型解析單元13可以按照將被壓制成型材料保持在模具中一定時間而進行冷卻的方式預先設定冷卻時間。但是，在溫熱壓制成型中延長冷卻時間會導致生產(chǎn)效率變差，因此壓制成型解析單元13優(yōu)選考慮實際作業(yè)中的生產(chǎn)效率而預先設定冷卻時間。
[0063]由壓制成型解析工序計算得到的即將脫模前的被壓制成型材料和模具的形狀信息、溫度分布、應力分布、應變分布等的數(shù)據(jù)傳遞至接下來的回彈解析工序(S3)。
[0064]<回彈解析工序>
[0065]回彈解析工序中，回彈解析單元15通過基于由壓制成型解析工序(SI)得到的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布而進行回彈解析，從而取得被壓制成型材料的回彈后的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布(S3)。
[0066]在進行回彈解析的方法中，存在有下述2種方法:不考慮模具和被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進行回彈解析的方法、和考慮接觸熱傳遞而進行回彈解析的方法。如后所述，兩者分別具有優(yōu)點和缺點，因此回彈解析單元15可以根據(jù)具體情況而區(qū)分使用2種方法。
[0067]根據(jù)考慮到模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進行回彈解析的方法，回彈解析單元15可以更準確地考慮脫模引起的溫度變化，從而更準確地求出回彈后的被壓制成型材料的溫度分布，因此能夠更準確地求出由后述的冷卻應力解析工序(S5)求得的殘余應力分布。
[0068]具體而言，考慮到模具和被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進行回彈解析的情況下，回彈解析單元15約束被壓制成型材料的I個或2個以上的節(jié)點從而將被壓制成型材料固定，移動模具來模擬脫模。該情況下，回彈解析單元15準確地考慮與模具的接觸而產(chǎn)生的散熱、和未與模具接觸的部分的空氣冷卻等而進行被壓制成型材料的溫度分布的解析(溫度解析)。
[0069]在未考慮模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進行回彈解析的方法中，被壓制成型材料不會有與模具的接觸而產(chǎn)生的溫度下降，因此回彈解析單元15僅考慮被壓制成型材料的空氣冷卻而產(chǎn)生的溫度下降而進行回彈解析。如此，計算變得簡單，與考慮模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進行回彈解析的情況相比，計算值容易匯集。
[0070]具體而言，在進行不考慮模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進行的回彈解析的情況下，回彈解析單元15將由壓制成型解析工序(SI)得到的信息作為初期條件，對被壓制成型材料的I個或2個以上的節(jié)點進行約束而將被壓制成型材料固定，從下止點的狀態(tài)釋放應力，進行回彈解析。此時，回彈解析單元15中，將釋放應力的時間假定為一定時間。
[0071]從下止點的狀態(tài)釋放應力的時間為I秒以下等的短時間的情況下，被壓制成型材料的溫度下降為能夠無視的程度，因此回彈解析單元15可以不進行溫度分布的解析。此時，作為回彈后的溫度分布，壓制成型解析工序(SI)后的被壓制成型材料的溫度分布直接傳遞至接下來的冷卻應力解析工序(S5)。冷卻應力解析單元17在該回彈解析工序中未進行溫度解析的情況下，與進行溫度解析的情況同樣，基于壓制成型解析工序(SI)后的溫度分布和溫度依賴數(shù)據(jù)，進行后述的結構解析(應力狀態(tài)等的解析)。
[0072]無論在哪一種方法中，回彈后的被壓制成型材料的形狀信息、溫度分布、應力分布、應變分布等的數(shù)據(jù)被傳遞至接下來的冷卻應力解析工序(S5)。
[0073]<冷卻應力解析工序>
[0074]在本冷卻應力解析工序中，由回彈解析工序(S3)取得的形狀信息是必須的?？梢酝ㄟ^執(zhí)行所述壓制成型解析工序(SI)、回彈解析工序(S3)這一系列解析工序而取得各種數(shù)據(jù)，由此獲得該形狀信息。
[0075]冷卻應力解析工序中，冷卻應力解析單元17對被壓制成型材料的特定的節(jié)點進行約束，并且基于由回彈解析工序(S3)取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，從而通過使溫度解析和結構解析耦合來進行解析(冷卻應力解析)，從而取得冷卻中和冷卻后的殘余應力分布(S5)。
[0076]冷卻應力解析單元17期望充分確保冷卻時間使材料的溫度分布收縮在5°C以內(nèi)、優(yōu)選為TC以內(nèi)為止從而進行冷卻應力解析。根據(jù)解析對象或解析條件，有時溫度下降100°C左右時，即使溫度進一步下降，應力分布的狀態(tài)也幾乎不會變化。此時，冷卻應力解析單元17即使不像上述那樣計算至溫度分布收縮在±5°c以內(nèi)，也可以獲得確定形狀不良的原因的信息，因此可以縮短計算時間。
[0077]若被壓制成型材料冷卻，如上所述，通過特定節(jié)點的約束，在冷卻時產(chǎn)生的熱應力以殘余應力的形式蓄積。冷卻應力解析單元17可以取得所蓄積的殘余應力作為殘留應力分布。
[0078]在如此得到的殘余應力分布中，由于節(jié)點的約束而殘余應力被保持下來，因此若解除受約束的節(jié)點中任意節(jié)點的約束，則殘余應力被釋放而形狀發(fā)生變化會導致產(chǎn)生形狀不良。這種形狀不良可以認為是與壓制成型中的脫模后不久的回彈同樣的現(xiàn)象。因此，壓制成型中的各種回彈對策(例如應力集中部位上的背面切割(joggle、背切>9 )或拉深筋(bead)的賦予等)即使作為所述形狀不良的對策也是有效的。
[0079]如上所述，本實施方式的壓制成型解析裝置I針對加熱后的被壓制成型材料進行壓制成型解析工序(SI)?冷卻應力解析工序(S5)，從而取得回彈后的起因于溫度分布的熱應力作為冷卻中和冷卻后的殘留應力分布。壓制成型解析裝置I基于該殘余應力分布對各種形狀不良對策(回彈對策)進行研究。
[0080]在本實施方式I中，在初期溫度分布適用由回彈解析單元15取得的溫度分布，但也可以由回彈解析單元15取得的溫度分布求出平均溫度、以該平均溫度適用恒定的溫度分布。
[0081]另外，在本實施方式中，初期應力分布中適用了由回彈解析工序(S3)取得的應力分布，但也可以不適用該應力分布，而適用恒定為零的應力分布。此時，可以更加明確溫度降低對形狀不良產(chǎn)生的影響。
[0082][實施方式2]
[0083]被壓制成型材料的形狀或殘余應力分布狀態(tài)復雜等情況下，有時如上述實施方式I那樣僅通過最終取得的殘余應力分布難以確定形狀不良的原因。這種情況下，通過適當?shù)蒯尫艍褐瞥尚推返奶囟▍^(qū)域的殘余應力，確認伴隨于此的形狀變化，從而能夠更明確哪一區(qū)域的殘余應力對形狀不良產(chǎn)生較大的影響。
[0084]更具體地進行說明，如下所述。冷卻應力解析工序(S5)后，如上所述，通過節(jié)點的約束而保持殘余應力，因此若解除受約束的節(jié)點中任意節(jié)點的約束，則殘余應力得以釋放，會發(fā)生形狀變化。該形狀變化可以認為是與壓制成型中的脫模后不久的回彈同樣的現(xiàn)象。因此，與通常的回彈解析同樣，回彈解析單元15可以進行該形狀變化的解析。在該形狀變化的解析時，回彈解析單元15按照將壓制成型品固定、且不影響形狀變化的方式向壓制成型品賦予最低限度的約束條件。
[0085]接著，利用上述形狀變化對使形狀不良的原因更加明確的方法進行概略地說明?；貜椊馕鰡卧?5首先在由冷卻應力解析工序(S5)取得的應力分布中使特定區(qū)域的殘余應力變化，之后釋放其它區(qū)域的殘余應力從而發(fā)生形狀變化(回彈)，確認回彈后的形狀。接著，回彈解析單元15在由冷卻應力解析工序(S5)取得的應力分布中使與上述區(qū)域不同的區(qū)域的殘余應力變化，之后同樣釋放其它區(qū)域的殘余應力從而發(fā)生形狀變化(回彈)，確認回彈后的形狀。
[0086]如此使釋放殘余應力的區(qū)域各種各樣地變化，從而將回彈后的形狀互相比較，由此回彈解析單元15可以更加明確哪一區(qū)域的殘余應力對形狀不良有較大影響。對于殘余應力的釋放方法而言有各種各樣的方法，以下對作為其中一例的實施方式2進行說明。
[0087]本實施方式2的壓制成型解析方法為確定上述形狀不良的原因的方法的一個示例，如圖3所示，其特征在于，在由上述實施方式I中所說明的上述壓制成型解析工序
(SI)?冷卻應力解析工序(S5)構成的一系列解析工序之后包含第2回彈解析工序(S7)，該第2回彈解析工序(S7)中，將被壓制成型材料分割成2個以上的區(qū)域，使該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應力為零，釋放其它區(qū)域的殘余應力，然后進行回彈解析。
[0088]在圖3中，對于與實施方式I相同的工序賦予相同的符號，并在下文中省略其說明。壓制成型解析裝置I使用與上述實施方式I同樣構成的壓制成型解析裝置I。
[0089]本實施方式2中，作為解析對象，可以舉出圖4所示的B柱(pillar)的上部部件21的溫熱壓制成型的示例，所述B柱為位于汽車的前部座椅和后部座椅之間的柱，對于本實施方式2的特征、即第2回彈解析工序，以下進行詳細說明。
[0090]<第2回彈解析工序>
[0091]第2回彈解析工序通過回彈解析單元15來執(zhí)行。第2回彈解析工序(S7)中，由冷卻應力解析工序(S5)取得的形狀信息和應力分布是必須的，該形狀信息包含確定受約束的節(jié)點的信息。因此，如圖3所示，該第2回彈解析工序之前，需要執(zhí)行上述壓制成型解析工序(SI)?冷卻應力解析工序(S5)的一系列的解析工序。
[0092]在第2回彈解析工序中，回彈解析單元15首先基于由冷卻應力解析工序(S5)取得的形狀信息，如圖4所示那樣，將作為解析對象的B柱上部部件21分割為a區(qū)域、b區(qū)域、c區(qū)域這3個區(qū)域。
[0093]接著，回彈解析單元15將a區(qū)域的殘余應力設為零、并釋放其它區(qū)域的殘余應力，從而發(fā)生回彈。此時，回彈解析單元15算出回彈后的形狀的扭曲(tors1n)的角度、和某一位置的翹曲(curve)量等作為變形值?；貜椊馕鰡卧?5判定變形值越大則回彈變差，并且判定變形值越小則回彈得以改善。
[0094]接著，與上述同樣，回彈解析單元15在將b區(qū)域的殘余應力設為零并釋放其它區(qū)域的殘余應力的情況下、和將c區(qū)域的殘余應力設為零并釋放其它區(qū)域的殘余應力的情況下進行回彈解析，由此算出變形值。
[0095]接著，回彈解析單元15通過對這些變形值進行比較而進行回彈后的形狀的比較。由此,可以明確哪一區(qū)域的殘余應力對回彈有較大影響。
[0096]進而，回彈解析單元15可進一步將影響最大的區(qū)域分割成2個以上的區(qū)域，同樣進行變形值的比較，從而能夠篩查導致形狀不良的區(qū)域。例如，在c區(qū)域的影響最大的情況下，回彈解析單元15將c區(qū)域進一步分割為2個以上的區(qū)域，同樣對各分割區(qū)域的變形值進行計算比較，由此能夠篩查對回彈影響大的區(qū)域。
[0097]上文中，將作為解析對象的被壓制成型材料的區(qū)域分割成3個區(qū)域，但區(qū)域的分割數(shù)并不限于此，可根據(jù)解析對象或解析條件而適宜變更。另外，上文中，將被壓制成型材料的特定區(qū)域的殘余應力設為零，但也可考慮解析對象或解析條件而使殘余應力變化為特定的值或特定而對分布狀態(tài)。
[0098]如上所述，在本實施方式2中，在壓制成型解析工序(SI)?冷卻應力解析工序(S5)的一系列的解析工序之后，將被壓制成型材料分割為2個以上的區(qū)域，將該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應力設為零、并釋放其它區(qū)域的殘余應力，進行回彈解析，對每一個釋放了殘余應力的區(qū)域的回彈后的形狀進行比較。由此能夠明確哪一區(qū)域的殘余應力對形狀不良產(chǎn)生較大的影響，因此有助于形狀不良對策(回彈對策)的研究。
[0099][實施方式3]
[0100]殘余應力的釋放方法并不限于上述實施方式2所述的方法。本實施方式3中，對具備其它殘余應力的釋放方法的壓制成型解析方法進行說明。如圖5所示，本實施方式3的壓制成型解析方法的特征在于，在上述冷卻應力解析工序(S5)之后包含第3回彈解析工序，在第3回彈解析工序中，將被壓制成型材料分割為2個以上的區(qū)域，對于該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次解除節(jié)點的約束，然后進行回彈解析。
[0101]在圖5中，對于與實施方式I相同的工序賦予相同的符號，并在下文中省略其說明。壓制成型解析裝置I使用與上述實施方式I和實施方式2同樣構成的壓制成型解析裝置I。以下對本實施方式3的特征、即第3回彈解析工序進行詳細說明。
[0102]<第3回彈解析工序>
[0103]第3回彈解析工序通過回彈解析單元15來執(zhí)行。第3回彈解析工序(S9)中，與上述第2回彈解析工序(S7)同樣，由冷卻應力解析工序(S5)取得的形狀信息和應力分布是必須的，該形狀信息包含確定受約束的節(jié)點的信息，因此在該第3回彈解析工序之前，需要執(zhí)行上述壓制成型解析工序(SI)?冷卻應力解析工序(S5)的一系列的解析工序。
[0104]在本實施方式3中，與實施方式2同樣，作為被壓制成型材料，可以舉出圖4所示的汽車的B柱上部部件21為例來進行說明。在第3回彈解析工序中，回彈解析單元15首先將B柱上部部件21如圖4所示那樣分割為a區(qū)域、b區(qū)域、c區(qū)域這3個區(qū)域。
[0105]接著，回彈解析單元15在保持b區(qū)域、c區(qū)域的殘余應力的情況下釋放a區(qū)域的殘余應力從而發(fā)生回彈，計算出變形值。
[0106]接著，回彈解析單元15在a區(qū)域的殘余應力被釋放的狀態(tài)下將b區(qū)域的殘余應力釋放從而發(fā)生回彈，計算出變形值。接著，回彈解析單元15在a區(qū)域、b區(qū)域的殘余應力被釋放的狀態(tài)下將c區(qū)域的殘余應力釋放從而發(fā)生回彈，計算出變形值。
[0107]回彈解析單元15對這些計算出的變形值進行比較，確認釋放哪一區(qū)域的殘余應力時的變形值的變化最大，從而能夠評價哪一區(qū)域的殘余應力對形狀不良的影響最大。
[0108]進而，若回彈解析單元15進一步將影響最大的區(qū)域分割，進行同樣的計算，評價哪一區(qū)域的殘余應力對形狀不良產(chǎn)生最大的影響，則能夠篩查導致形狀不良的區(qū)域。
[0109]上文中，示出了按照a區(qū)域、b區(qū)域、c區(qū)域的順序釋放殘余應力的示例，但釋放的順序并不限于此，可以考慮被壓制成型材料的形狀或殘余應力分布狀態(tài)而進行適宜變更。
[0110]如上所述，在本實施方式3中，在壓制成型解析工序(SI)?冷卻應力解析工序
(S5)的一系列的解析工序之后，將被壓制成型材料分割為2個以上的區(qū)域，對于該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次解除節(jié)點的約束，然后進行回彈解析，對每一個釋放了殘余應力的區(qū)域的回彈后的形狀進行比較。由此能夠明確哪一區(qū)域的殘余應力對形狀不良產(chǎn)生較大的影響，因此有助于形狀不良對策(回彈對策)的研究。
[0111]如上所述，本實施方式I?3的壓制成型解析方法具備冷卻應力解析工序(S5)，該冷卻應力解析工序(S5)中，基于由回彈解析工序(S3)取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，并對特定的節(jié)點進行約束，從而通過使溫度解析和結構解析耦合而對冷卻中和冷卻后的應力分布進行解析。由此，可以將由回彈后的溫度分布產(chǎn)生的熱收縮轉換為殘余應力，因此可以簡單且適當?shù)貙γ撃：蟮睦鋮s對壓制成型品的最終的形狀不良所產(chǎn)生的影響進行預測，可以期待壓制成型品的設計階段的試驗工作量和費用的消減等效果。
[0112][實施例]
[0113]為了確認本發(fā)明的效果，進行以下所說明的實驗。在該實驗中，針對圖6所示的與圖4相同的汽車的B柱上部部件21進行溫熱壓制成型的實際壓制和壓制成型解析，對形狀不良對策進行研究。
[0114]實驗方法和研究方法的概要如下所述。首先，在不實施形狀不良對策的情況下進行實際壓制(以下稱為對策前的實際壓制)，確認由冷卻產(chǎn)生的形狀不良。接著，為了確定上述形狀不良的原因，使用適用了本發(fā)明的壓制成型解析方法來執(zhí)行壓制成型解析工序?冷卻應力解析工序的解析工序，獲得確定上述形狀不良的原因的信息。接著，基于該信息，對實施了形狀不良對策的情況和未實施形狀不良對策的情況進行回彈解析，從而驗證了所實施的形狀不良對策的妥當性(第2回彈解析工序)。最后，實施上述形狀不良對策進行實際壓制(以下稱為對策后的實際壓制)，與對策前的實際壓制的結果比較形狀。
[0115]首先，針對對策前的實際壓制進行說明。如圖7的實線所示，被壓制成型材料23使用980MPa的高張力鋼，關于其初期形狀，外形為底邊650mm、高300mm的平行四邊形、板厚為1.4mm。利用電爐將被壓制成型材料23加熱至680°C后，使用搬運自動裝置安裝于壓制機的模具間，進行壓制成型。壓制成型開始溫度為600°C。即，預先在被壓制成型材料23的中央安裝熱電偶(thermocouple),在相同條件下測定溫度變化,結果為，向壓制成型機的安裝結束時的材料溫度為600°C。作為壓制成型方法，以防皺(wrinkle holding)力45tonf進行拉深成型。平均的壓制成型速度為100mm/S。到達壓制下止點不久后進行脫模，空氣冷卻至室溫，得到壓制成型品(以下稱為實際壓制物(對策前))。此時發(fā)生了由冷卻導致的形狀不良。最后，使用非接觸三維形狀測定裝置來測定從實際壓制物(對策前)的上方所能觀察到的形狀。
[0116]通過實際壓制物(對策前)形狀25和模具形狀27的比較，如上所述，確認到實際壓制物(對策前)發(fā)生了形狀不良。對于該形狀不良，基于圖6、圖8和圖9進行說明。形狀的比較如下進行:使用形狀解析軟件對由兩者的形狀得到的形狀數(shù)據(jù)進行比較。具體而言，如下進行。
[0117]模具形狀27的形狀數(shù)據(jù)使用由模具的設計所制作的初始化圖形交換規(guī)范[IGES (Initial Graphics Exchange Specificat1n)]數(shù)據(jù)(模具表面的形狀數(shù)據(jù))。實際壓制物(對策前)形狀25的形狀數(shù)據(jù)由上述測定形狀制作得到。如上所述，上述測定形狀是通過測定從上方能夠觀察到的形狀而得到的，因此為了與模具形狀27進行比較，在下側僅偏移板厚部分的1.4mm。
[0118]對于圖6所示的A-A箭頭視角截面圖中的兩者的形狀數(shù)據(jù)，按照沖頭底的拉深筋形狀29的周圍最適化的方式使用形狀解析軟件進行位置校準，比較形狀。圖8中示出了模具形狀27的A-A箭頭視角截面圖。對實際壓制物(對策前)形狀25和模具形狀27進行比較，結果確認到，在圖8中的被圓包圍的前端部31出現(xiàn)了明顯的形狀不良。圖9中示出了圖8中被圓包圍的前端部31的放大圖。如圖9所示，將實際壓制物(對策前)形狀25與模具形狀27進行比較，結果確認到，以向上方翹起的方式發(fā)生了變形。
[0119]因此，為了把握上述形狀不良的原因，適用本發(fā)明的壓制成型解析方法，執(zhí)行了圖3所示的壓制成型解析工序(SI)、回彈解析工序(S3)、冷卻應力解析工序(S5)和第2回彈解析工序(S7)的一系列的解析工序。對于上述各工序，以下進行說明。
[0120]<壓制成型解析工序>
[0121]首先，輸入壓制成型解析單元13所需的數(shù)據(jù)和條件，進行壓制成型解析。以下，示出了輸入至壓制成型解析單元13的數(shù)據(jù)和條件的概要。各材料特性使用如下數(shù)據(jù):對于與進行上述溫熱壓制成型的實際壓制的被壓制成型材料23相同的鋼種，在本實驗前預先進行測定，從而得到上述數(shù)據(jù)。具體而言，測定比熱、熱導率、熱膨脹系數(shù)、楊氏模量、泊松比的溫度依賴數(shù)據(jù)，在400 0C、500 0C、600 °C實施拉伸試驗，制作應力_應變線圖模型，使用由此得到的數(shù)據(jù)作為材料特性。另外，被壓制成型材料23利用殼單元(shell element)對上述溫熱壓制成型的實際壓制中使用的初期形狀的板厚中心進行模型化。對于模具而言，利用殼單元對上述溫熱壓制成型的實際壓制中使用的模具的表面進行模型化。另外，假設被壓制成型材料23為變形體、模具為剛體(rigid body)。
[0122]在壓制成型解析中，被壓制成型材料23表面與模具表面的距離小于0.0lmm的情況下，視為被壓制成型材料23與模具接觸，利用接觸熱傳遞計算熱通量(heat flux)。另夕卜，被壓制成型材料23表面與模具表面的距離為0.0lmm以上的情況下，視為被壓制成型材料23被進行空氣冷卻,考慮福射(radiat1n)和對流(convect1n current)。被壓制成型材料23的輻射率為0.75。另外，被壓制成型材料23的初期溫度恒定為600°C。
[0123]<回彈解析工序>
[0124]接著，使用回彈解析單元15進行回彈解析。作為回彈解析，對沖頭底的2節(jié)點和凸緣的I節(jié)點的移動進行約束，從壓制下止點的狀態(tài)釋放應力。應力的釋放時為0.5秒，在這期間被壓制成型材料23視為被空氣冷卻，進行溫度解析。
[0125]<冷卻應力解析工序>
[0126]接著，通過冷卻應力解析單元17，對由冷卻產(chǎn)生的應力分布的變化進行冷卻應力解析。冷卻應力解析時，按照壓制成型品的邊緣的節(jié)點(包圍被加工部的節(jié)點)全部無法移動的方式進行約束，視為進行1000秒空氣冷卻。初期溫度分布、初期應力分布中使用回彈解析工序的解析結果。冷卻應力解析結束時的材料的溫度分布為±l°c的范圍內(nèi)。在以冷卻應力解析結束時的殘余應力分布的方式取得的馮米塞斯應力(Von Mises stress)分布中，在圖6中的虛線所包圍的袋狀部33觀察到馮米塞斯應力較高的區(qū)域。該馮米塞斯應力較高的區(qū)域在從冷卻開始約30秒后的溫度下降約100°C的時刻已經(jīng)發(fā)生。由該殘余應力分布判斷出袋狀部33對形狀不良產(chǎn)生的影響大。
[0127]<第2回彈解析工序>
[0128]接著，基于上述判斷，采取改變被壓制成型材料23的初期形狀的形狀不良對策。具體而言，在圖7所示的形狀不良對策前的被壓制成型材料23中，沿著虛線去除2處角部35。接著，為了確認形狀不良對策的效果，使用回彈解析單元15，進行以下所示的形狀不良對策前和形狀不良對策后的2模式的回彈解析，計算用于評價前端部31的翹起量的變形值，對兩者進行比較。
[0129]作為第I模式，為了觀察形狀不良對策前的初期形狀的形狀變化，以冷卻解析后的殘余應力分布作為初期分布而進行回彈解析。第2模式中，為了觀察形狀不良對策后的初期形狀的形狀變化，將冷卻應力解析后的殘余應力分布中對應于所去除的2處角部35的部分的殘余應力設為零從而進行回彈解析。若對兩者的結果進行比較，則對策后的回彈解析結果的變形值小，因此從模擬的角度考慮，可以確認到形狀不良得到改善。
[0130]接著，在對策后的實際壓制中確認了上述形狀不良對策的效果。對策后的實際壓制時，使被壓制成型材料23的初期形狀為形狀不良對策后的被壓制成型材料23的形狀，除此以外，在與上述的對策前的實際壓制相同的條件下進行壓制成型。在壓制成型后，使用非接觸三維形狀測定裝置測定從對策后的實際壓制物(以下稱為實際壓制物(對策后))的上方所能夠觀察到的形狀。
[0131]接著，使該測定形狀僅向下側偏移1.4mm，將由此得到的形狀作為實際壓制物(對策后)的形狀數(shù)據(jù)，使用形狀解析軟件，按照沖頭底的拉深筋形狀29的周圍最適化的方式進行模具形狀27的位置校準，從而進行比較。
[0132]圖9示出了將實際壓制物(對策后)形狀37中的前端部31的形狀與實際壓制物(對策前)形狀25和模具形狀27的前端部31 —并進行比較的結果。由圖9可知，與實際壓制物(對策前)形狀25相比，實際壓制物(對策后)形狀37更近似于模具形狀27，形狀不良得到大幅改善。
[0133]如此，本發(fā)明的壓制成型解析方法中，除了利用壓制成型解析、回彈解析之外，由基于這些解析取得的一系列數(shù)據(jù)而賦予的溫度分布，利用冷卻應力解析求出殘余應力分布。由此證實了，可以簡單且適當?shù)氐玫脚c確定形狀不良的原因相關的信息，并且基于該信息實施形狀不良對策，能夠大幅改善形狀不良善。
[0134]上述實施方式僅是用于實施本發(fā)明的示例，本發(fā)明并不受限于這些實施方式，根據(jù)規(guī)格等進行各種變形也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，進一步，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也能夠為其他各種實施方式，這由上述記載是顯而易見的。
[0135]工業(yè)實用性
[0136]本發(fā)明可以適用于下述壓制成型解析處理，在該壓制成型解析處理中，對于在將加熱后的被壓制成型材料壓制成型情況下的冷卻后的形狀不良的原因進行確定。
[0137]符號說明
[0138]I壓制成型解析裝置
[0139]3顯示裝置
[0140]5輸入裝置
[0141]7主存儲裝置
[0142]9輔助存儲裝置
[0143]11演算處理部
[0144]13壓制成型解析單元
[0145]15回彈解析單元
[0146]17冷卻應力解析單元
[0147]21B柱上部部件
[0148]23被壓制成型材料
[0149]25實際壓制物(對策前)形狀
[0150]27模具形狀
[0151]29拉深筋形狀
[0152]31前端部
[0153]33袋狀部
[0154]35角部
[0155]37實際壓制物(對策后)形狀
【權利要求】
1.一種壓制成型解析方法，其特征在于，該壓制成型解析方法包括下述工序: 壓制成型解析工序，其中，針對加熱后的被壓制成型材料設定初期溫度分布，使溫度解析與結構解析耦合而進行壓制成型解析，從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布； 回彈解析工序，其中，基于由該壓制成型解析工序得到的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布進行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布；和 冷卻應力解析工序，其中，基于由該回彈解析工序取得的形狀信息、溫度分布、應力分布和應變分布，并且對特定的節(jié)點進行約束，從而通過使溫度解析和結構解析耦合來對冷卻中和冷卻后的應力分布進行解析。
2.如權利要求1所述的壓制成型解析方法，其特征在于，所述特定的節(jié)點為被壓制成型材料中的包圍被加工部的全部或一部分的節(jié)點。
3.如權利要求1所述的壓制成型解析方法，其特征在于，所述特定的節(jié)點為全部的節(jié)點。
4.如權利要求1?3中任一項所述的壓制成型解析方法，其特征在于，在所述冷卻應力解析工序之后包括如下第2回彈解析工序:將被壓制成型材料分割成2個以上的區(qū)域，使該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應力發(fā)生變化，然后進行回彈解析。
5.如權利要求1?3中任一項所述的壓制成型解析方法，其特征在于，在所述冷卻應力解析工序之后包括如下第3回彈解析工序:將被壓制成型材料分割成2個以上的區(qū)域，對于該分割后的2個以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次釋放各區(qū)域的應力，然后進行回彈解析。
【文檔編號】B21D53/88GK104245174SQ201380016287
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月4日 優(yōu)先權日:2012年3月26日
【發(fā)明者】簑手徹, 時田裕一, 玉井良清, 卜部正樹, 藤田毅 申請人:杰富意鋼鐵株式會社