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(duì)加熱后的被壓制成型材料設(shè)定初期溫度分布，使溫度解析與結(jié)構(gòu)解析耦合，進(jìn)行壓制成型解析，從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布進(jìn)行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布；和冷卻應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，并且對(duì)特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，從而通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合來(lái)對(duì)冷卻中和冷卻后的應(yīng)力分布進(jìn)行解析。
【專利說(shuō)明】壓制成型解析方法

【技術(shù)領(lǐng)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(duì)冷卻后的被壓制成型材料的形狀進(jìn)行預(yù)測(cè)的壓制成型解析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]壓制成型(press forming)是指下述方法:對(duì)作為其對(duì)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(zhuǎn)印至被壓制成型材料，由此進(jìn)行加工。在該壓制成型中，經(jīng)常發(fā)生下述問(wèn)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(duì)象物的殘余應(yīng)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(jìn)行解析從而進(jìn)行回彈后的形狀的預(yù)測(cè)、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(xiàn)I公開(kāi)的“壓制成型解析方法”。專利文獻(xiàn)I公開(kāi)的“壓制成型解析方法”包括下述處理:對(duì)脫模前的壓制成型品的形狀等的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的處理；基于脫模前的數(shù)據(jù)，計(jì)算出脫模后的壓制成型品的形狀等的數(shù)據(jù)，并計(jì)算出涉及回彈的被進(jìn)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(yīng)力分布，基于該變更后的數(shù)據(jù)，計(jì)算出脫模后的壓制成型品的形狀等的數(shù)據(jù)，對(duì)于某一區(qū)域計(jì)算出涉及殘余應(yīng)力分布變更后的回彈的被進(jìn)行了某種定義的量的處理；和某一區(qū)域的殘余應(yīng)力分布變更的前后，計(jì)算出被進(jìn)行了某種定義的量如何變化的處理。專利文獻(xiàn)I公開(kāi)的“壓制成型解析方法”中，短時(shí)間且準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)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(yīng)力對(duì)回彈有何種影響，從而進(jìn)行回彈對(duì)策的研究。
[0005]以下，在本說(shuō)明書(shū)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(jìn)行解析直至脫模前的狀態(tài)為止；回彈解析，其中，對(duì)脫模后的回彈進(jìn)行解析；和冷卻解析，其中，對(duì)回彈后的因溫度變化產(chǎn)生的形狀變化、應(yīng)力變化等進(jìn)行解析。
[0006]在現(xiàn)有的回彈解析方法中，如上述的專利文獻(xiàn)I所代表的那樣，以冷壓制成型作為對(duì)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(jìn)行壓制成型。
[0007]然而，最近為了實(shí)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(shí)模具壽命下降的問(wèn)題。另外，高張力鋼板的伸長(zhǎng)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(wèn)題:成型無(wú)法為拉深成型(de印-drawing)或高拉伸翻邊成型(stretch-flanging)這樣的強(qiáng)加工。
[0008]因此，為了避免這種問(wèn)題，將所謂的溫?zé)釅褐瞥尚瓦m用于高張力鋼板，該溫?zé)釅褐瞥尚椭?，將被壓制成型材料加熱至特定溫度后進(jìn)行壓制成型。溫?zé)釅褐瞥尚蜑橄率黾夹g(shù):通過(guò)在高于冷壓制成型的溫度下進(jìn)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?zé)釅褐瞥尚图夹g(shù)例如公開(kāi)于專利文獻(xiàn)2。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2007-229724號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2001-314923號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0014]發(fā)明人為了研究高張力鋼板的溫?zé)釅褐瞥尚秃蟮男螤畈涣?，利用有限元方法?shí)施了脫模后的回彈解析。將由回彈解析得到的形狀與實(shí)際溫?zé)釅褐瞥尚偷玫降膲褐瞥尚推返男螤畋容^，結(jié)果觀察到了很大的不同。由此可知，在溫?zé)釅褐瞥尚秃螅撃２痪煤蟮膲褐瞥尚推返臏囟雀咔揖哂袦囟确植?，因此若不考慮冷卻中的熱收縮(thermal contract1n),則無(wú)法解析最終形狀為何種形狀、或者解析形狀與實(shí)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(duì)形狀不良對(duì)策進(jìn)行研究的現(xiàn)有技術(shù)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(wú)法用于溫?zé)釅褐瞥尚椭械男螤畈涣紝?duì)策的研究。
[0016]本發(fā)明是為了解決上述課題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種壓制成型解析方法，通過(guò)該壓制成型解析方法，可以簡(jiǎn)單且恰當(dāng)?shù)仡A(yù)測(cè)溫?zé)釅褐瞥尚颓闆r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(wèn)題的手段
[0018]為了解決上述課題、達(dá)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(duì)加熱后的被壓制成型材料設(shè)定初期溫度分布，使溫度解析(thermalanalysis)和結(jié)構(gòu)解析(structural analysis)稱合(coupling),進(jìn)行壓制成型解析,從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布(stress distribut1n)和應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布進(jìn)行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布；和冷卻應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，并且對(duì)特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，從而通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合來(lái)對(duì)冷卻中和冷卻后的應(yīng)力分布進(jìn)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(diǎn)(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(diǎn)。
[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(diǎn)為全部節(jié)點(diǎn)。
[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(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，使該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應(yīng)力發(fā)生變化，然后進(jìn)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(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，對(duì)于該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次釋放各區(qū)域的應(yīng)力(stress release)，然后進(jìn)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(guò)該壓制成型解析方法，可以簡(jiǎn)單且恰當(dāng)?shù)仡A(yù)測(cè)溫?zé)釅褐瞥尚椭械睦鋮s后的形狀，并且可以確定形狀不良的原因。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的I?3的裝置構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖2是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的I的處理流程的流程圖。
[0027]圖3是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的2的處理流程的流程圖。
[0028]圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2和實(shí)施方式3的解析對(duì)象的區(qū)域的說(shuō)明圖。
[0029]圖5是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的3的處理流程的流程圖。
[0030]圖6是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例中的與圖4相同的解析對(duì)象的說(shuō)明圖。
[0031]圖7是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例中的形狀不良對(duì)策的說(shuō)明圖。
[0032]圖8是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例中所使用的模具形狀的說(shuō)明圖，其是示出相當(dāng)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(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例中的效果的說(shuō)明圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]發(fā)明人得到了下述見(jiàn)解:在溫?zé)釅褐瞥尚椭忻撃２痪煤蟮膲褐瞥尚推返臏囟雀?，因此在溫?zé)釅褐瞥尚蜁r(shí)產(chǎn)生的形狀不良中，除下止點(diǎn)狀態(tài)下的殘余應(yīng)力而產(chǎn)生的影響之夕卜，還需要考慮溫?zé)釅褐瞥尚蜁r(shí)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(jìn)行冷卻解析，由此確認(rèn)變化的溫度分布對(duì)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(fù)進(jìn)行冷卻解析的嘗試試驗(yàn)，從而確定冷卻后的形狀，因此冷卻解析需要較長(zhǎng)時(shí)間。
[0036]因此，發(fā)明人認(rèn)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(jìn)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(zhuǎn)換為殘余應(yīng)力。并且，發(fā)明人認(rèn)為，若基于轉(zhuǎn)換得到的殘余應(yīng)力進(jìn)行考察，則可以在不進(jìn)行多次重復(fù)的冷卻解析的情況下簡(jiǎn)單且可靠地對(duì)溫度分布的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0037][實(shí)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(gè)人計(jì)算機(jī))等裝置進(jìn)行，因此首先基于圖1所示的結(jié)構(gòu)圖對(duì)裝置(以下稱為壓制成型解析裝置)的構(gòu)成進(jìn)行概要說(shuō)明。
[0039][壓制成型解析裝置]
[0040]本實(shí)施方式的壓制成型解析裝置I由PC等構(gòu)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(chǔ)裝置(memory unit) 7、輔助存儲(chǔ)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(chǔ)裝置7和輔助存儲(chǔ)裝置9，通過(guò)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(gòu)成,用于顯示計(jì)算結(jié)果等。輸入裝置5由鍵盤或鼠標(biāo)等構(gòu)成，用于進(jìn)行來(lái)自操作者的輸入等。主存儲(chǔ)裝置7由RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，random-access memory)等構(gòu)成,用于演算處理部11中使用的數(shù)據(jù)的暫時(shí)保存和演算等。輔助存儲(chǔ)裝置9由硬盤等構(gòu)成，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等。
[0043]演算處理部11由PC等的CPU(中央處理器,central processing unit)等構(gòu)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(yīng)力解析單元17。這些單元通過(guò)CPU等執(zhí)行特定的程序而實(shí)現(xiàn)。以下對(duì)這些單元進(jìn)行說(shuō)明。
[0044]<壓制成型解析單元>
[0045]壓制成型解析單元13中，針對(duì)加熱后的被壓制成型材料設(shè)定初期溫度分布，使溫度解析(溫度分布的解析)和結(jié)構(gòu)解析(應(yīng)力狀態(tài)等的解析)耦合，進(jìn)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(yīng)力分布和應(yīng)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(jìn)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(yīng)力分布和應(yīng)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(yīng)力解析單元>
[0049]冷卻應(yīng)力解析單元17中，對(duì)被壓制成型材料的特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合而對(duì)被壓制成型材料的冷卻中和冷卻后的應(yīng)力分布進(jìn)行解析。
[0050]若對(duì)被壓制成型材料的特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，則被壓制成型材料的形狀幾乎不會(huì)發(fā)生變化或完全不發(fā)生變化，因此在冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力(thermal stress)以殘余應(yīng)力的形式蓄積。冷卻應(yīng)力解析單元17可以取得所蓄積的殘余應(yīng)力作為應(yīng)力分布。
[0051]特定的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，也可以為全部的節(jié)點(diǎn)。冷卻應(yīng)力解析單元17通過(guò)使節(jié)點(diǎn)的位移為零來(lái)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的約束。
[0052]節(jié)點(diǎn)的特定方法并不限于上述方法。冷卻應(yīng)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(yīng)力的任意方法。特定的節(jié)點(diǎn)為包圍被加工部的全部或一部分的節(jié)點(diǎn)的情況下，相鄰的節(jié)點(diǎn)間的熱應(yīng)力的關(guān)系被適當(dāng)?shù)胤从?，可以適當(dāng)?shù)貙⑵鹨蛴跍囟确植嫉臒釕?yīng)力轉(zhuǎn)換為殘余應(yīng)力。
[0053][壓制成型解析方法]
[0054]本實(shí)施方式中的壓制成型解析方法是通過(guò)上述壓制成型解析單元13、回彈解析單元15、冷卻應(yīng)力解析單元17各單元執(zhí)行各自的處理而達(dá)成的，其由以下所示的工序構(gòu)成。即，如圖2所示，本實(shí)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(duì)加熱后的被壓制成型材料設(shè)定初期溫度分布，使溫度解析與結(jié)構(gòu)解析耦合，進(jìn)行壓制成型解析，從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布進(jìn)行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布；和冷卻應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，并且對(duì)特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，從而通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合來(lái)對(duì)冷卻中和冷卻后的應(yīng)力分布進(jìn)行解析。
[0055]對(duì)于本實(shí)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(jié)構(gòu)解析耦合來(lái)進(jìn)行被壓制成型材料的解析。使溫度解析與結(jié)構(gòu)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(duì)被壓制成型材料的溫度分布進(jìn)行解析(溫度解析)，基于由此得到的溫度分布，使用對(duì)應(yīng)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(yīng)力(yield stress)、應(yīng)力-應(yīng)變線圖(stress-strain diagram)、t:匕熱(specific heat)、熱導(dǎo)率(thermal conductivity)等)進(jìn)行被壓制成型材料的應(yīng)力狀態(tài)等的解析(結(jié)構(gòu)解析)。如此，通過(guò)使溫度解析與結(jié)構(gòu)解析耦合而進(jìn)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(fù)雜的關(guān)系，因此存在所取得的形狀信息等的精度高于僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析的情況的優(yōu)點(diǎn)。
[0056]以下，基于圖2對(duì)本實(shí)施方式的壓制成型解析方法中的所述各工序進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)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(duì)加熱后的被壓制成型材料進(jìn)行初期溫度分布的設(shè)定，使溫度解析與結(jié)構(gòu)解析耦合而進(jìn)行壓制成型解析，由此取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布(Si)。
[0059]關(guān)于對(duì)加熱后的被壓制成型材料的初期溫度分布的設(shè)定，以下進(jìn)行說(shuō)明。在實(shí)際的溫?zé)釅褐瞥尚椭校褂秒姞t、燃燒器加熱爐、感應(yīng)加熱裝置等，按照呈均勻溫度的方式對(duì)被壓制成型材料進(jìn)行充分加熱后，利用搬運(yùn)自動(dòng)裝置搬運(yùn)至壓制機(jī)，從而進(jìn)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(shí)際的被壓制成型材料的加熱，針對(duì)被壓制成型材料設(shè)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(zhǔn)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(duì)被壓制成型材料進(jìn)行加熱后的搬運(yùn)途中的空氣冷卻而計(jì)算得到的。另外，在有意識(shí)地對(duì)被壓制成型材料進(jìn)行部分加熱的情況下，壓制成型解析單元13可以對(duì)應(yīng)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(yīng)力、應(yīng)力-應(yīng)變線圖、比熱、熱導(dǎo)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?zé)釅褐瞥尚椭校袝r(shí)通過(guò)將被壓制成型材料在壓制下止點(diǎn)(bottomdead center)狀態(tài)下保持一定時(shí)間而進(jìn)行冷卻，從而通過(guò)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(shí)間而進(jìn)行冷卻的方式預(yù)先設(shè)定冷卻時(shí)間。但是，在溫?zé)釅褐瞥尚椭醒娱L(zhǎng)冷卻時(shí)間會(huì)導(dǎo)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(shí)際作業(yè)中的生產(chǎn)效率而預(yù)先設(shè)定冷卻時(shí)間。
[0063]由壓制成型解析工序計(jì)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(yīng)力分布、應(yīng)變分布等的數(shù)據(jù)傳遞至接下來(lái)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(guò)基于由壓制成型解析工序(SI)得到的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布而進(jìn)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布(S3)。
[0066]在進(jìn)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(jìn)行回彈解析的方法、和考慮接觸熱傳遞而進(jìn)行回彈解析的方法。如后所述，兩者分別具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，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(jìn)行回彈解析的方法，回彈解析單元15可以更準(zhǔn)確地考慮脫模引起的溫度變化，從而更準(zhǔn)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(zhǔn)確地求出由后述的冷卻應(yīng)力解析工序(S5)求得的殘余應(yīng)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(jìn)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(gè)或2個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)從而將被壓制成型材料固定，移動(dòng)模具來(lái)模擬脫模。該情況下，回彈解析單元15準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行回彈解析的方法中，被壓制成型材料不會(huì)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(jìn)行回彈解析。如此，計(jì)算變得簡(jiǎn)單，與考慮模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進(jìn)行回彈解析的情況相比，計(jì)算值容易匯集。
[0070]具體而言，在進(jìn)行不考慮模具與被壓制成型材料之間的接觸熱傳遞而進(jìn)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(duì)被壓制成型材料的I個(gè)或2個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束而將被壓制成型材料固定，從下止點(diǎn)的狀態(tài)釋放應(yīng)力，進(jìn)行回彈解析。此時(shí)，回彈解析單元15中，將釋放應(yīng)力的時(shí)間假定為一定時(shí)間。
[0071]從下止點(diǎn)的狀態(tài)釋放應(yīng)力的時(shí)間為I秒以下等的短時(shí)間的情況下，被壓制成型材料的溫度下降為能夠無(wú)視的程度，因此回彈解析單元15可以不進(jìn)行溫度分布的解析。此時(shí)，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(lái)的冷卻應(yīng)力解析工序(S5)。冷卻應(yīng)力解析單元17在該回彈解析工序中未進(jìn)行溫度解析的情況下，與進(jìn)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(jìn)行后述的結(jié)構(gòu)解析(應(yīng)力狀態(tài)等的解析)。
[0072]無(wú)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(yīng)力分布、應(yīng)變分布等的數(shù)據(jù)被傳遞至接下來(lái)的冷卻應(yīng)力解析工序(S5)。
[0073]<冷卻應(yīng)力解析工序>
[0074]在本冷卻應(yīng)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。可以通過(guò)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(yīng)力解析工序中，冷卻應(yīng)力解析單元17對(duì)被壓制成型材料的特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，從而通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合來(lái)進(jìn)行解析(冷卻應(yīng)力解析)，從而取得冷卻中和冷卻后的殘余應(yīng)力分布(S5)。
[0076]冷卻應(yīng)力解析單元17期望充分確保冷卻時(shí)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(jìn)行冷卻應(yīng)力解析。根據(jù)解析對(duì)象或解析條件，有時(shí)溫度下降100°C左右時(shí)，即使溫度進(jìn)一步下降，應(yīng)力分布的狀態(tài)也幾乎不會(huì)變化。此時(shí)，冷卻應(yīng)力解析單元17即使不像上述那樣計(jì)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(jì)算時(shí)間。
[0077]若被壓制成型材料冷卻，如上所述，通過(guò)特定節(jié)點(diǎn)的約束，在冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力以殘余應(yīng)力的形式蓄積。冷卻應(yīng)力解析單元17可以取得所蓄積的殘余應(yīng)力作為殘留應(yīng)力分布。
[0078]在如此得到的殘余應(yīng)力分布中，由于節(jié)點(diǎn)的約束而殘余應(yīng)力被保持下來(lái)，因此若解除受約束的節(jié)點(diǎn)中任意節(jié)點(diǎn)的約束，則殘余應(yīng)力被釋放而形狀發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生形狀不良。這種形狀不良可以認(rèn)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(duì)策(例如應(yīng)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(duì)策也是有效的。
[0079]如上所述，本實(shí)施方式的壓制成型解析裝置I針對(duì)加熱后的被壓制成型材料進(jìn)行壓制成型解析工序(SI)?冷卻應(yīng)力解析工序(S5)，從而取得回彈后的起因于溫度分布的熱應(yīng)力作為冷卻中和冷卻后的殘留應(yīng)力分布。壓制成型解析裝置I基于該殘余應(yīng)力分布對(duì)各種形狀不良對(duì)策(回彈對(duì)策)進(jìn)行研究。
[0080]在本實(shí)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(shí)施方式中，初期應(yīng)力分布中適用了由回彈解析工序(S3)取得的應(yīng)力分布，但也可以不適用該應(yīng)力分布，而適用恒定為零的應(yīng)力分布。此時(shí)，可以更加明確溫度降低對(duì)形狀不良產(chǎn)生的影響。
[0082][實(shí)施方式2]
[0083]被壓制成型材料的形狀或殘余應(yīng)力分布狀態(tài)復(fù)雜等情況下，有時(shí)如上述實(shí)施方式I那樣僅通過(guò)最終取得的殘余應(yīng)力分布難以確定形狀不良的原因。這種情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)蒯尫艍褐瞥尚推返奶囟▍^(qū)域的殘余應(yīng)力，確認(rèn)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(yīng)力對(duì)形狀不良產(chǎn)生較大的影響。
[0084]更具體地進(jìn)行說(shuō)明，如下所述。冷卻應(yīng)力解析工序(S5)后，如上所述，通過(guò)節(jié)點(diǎn)的約束而保持殘余應(yīng)力，因此若解除受約束的節(jié)點(diǎn)中任意節(jié)點(diǎn)的約束，則殘余應(yīng)力得以釋放，會(huì)發(fā)生形狀變化。該形狀變化可以認(rèn)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(jìn)行該形狀變化的解析。在該形狀變化的解析時(shí)，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(duì)使形狀不良的原因更加明確的方法進(jìn)行概略地說(shuō)明。回彈解析單元15首先在由冷卻應(yīng)力解析工序(S5)取得的應(yīng)力分布中使特定區(qū)域的殘余應(yīng)力變化，之后釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力從而發(fā)生形狀變化(回彈)，確認(rèn)回彈后的形狀。接著，回彈解析單元15在由冷卻應(yīng)力解析工序(S5)取得的應(yīng)力分布中使與上述區(qū)域不同的區(qū)域的殘余應(yīng)力變化，之后同樣釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力從而發(fā)生形狀變化(回彈)，確認(rèn)回彈后的形狀。
[0086]如此使釋放殘余應(yīng)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(yīng)力對(duì)形狀不良有較大影響。對(duì)于殘余應(yīng)力的釋放方法而言有各種各樣的方法，以下對(duì)作為其中一例的實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。
[0087]本實(shí)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(gè)示例，如圖3所示，其特征在于，在由上述實(shí)施方式I中所說(shuō)明的上述壓制成型解析工序
(SI)?冷卻應(yīng)力解析工序(S5)構(gòu)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(gè)以上的區(qū)域，使該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應(yīng)力為零，釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力，然后進(jìn)行回彈解析。
[0088]在圖3中，對(duì)于與實(shí)施方式I相同的工序賦予相同的符號(hào)，并在下文中省略其說(shuō)明。壓制成型解析裝置I使用與上述實(shí)施方式I同樣構(gòu)成的壓制成型解析裝置I。
[0089]本實(shí)施方式2中，作為解析對(duì)象，可以舉出圖4所示的B柱(pillar)的上部部件21的溫?zé)釅褐瞥尚偷氖纠鯞柱為位于汽車的前部座椅和后部座椅之間的柱，對(duì)于本實(shí)施方式2的特征、即第2回彈解析工序，以下進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0090]<第2回彈解析工序>
[0091]第2回彈解析工序通過(guò)回彈解析單元15來(lái)執(zhí)行。第2回彈解析工序(S7)中，由冷卻應(yīng)力解析工序(S5)取得的形狀信息和應(yīng)力分布是必須的，該形狀信息包含確定受約束的節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(yīng)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(duì)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(gè)區(qū)域。
[0093]接著，回彈解析單元15將a區(qū)域的殘余應(yīng)力設(shè)為零、并釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力，從而發(fā)生回彈。此時(shí)，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。回彈解析單元15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(yīng)力設(shè)為零并釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力的情況下、和將c區(qū)域的殘余應(yīng)力設(shè)為零并釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力的情況下進(jìn)行回彈解析，由此算出變形值。
[0095]接著，回彈解析單元15通過(guò)對(duì)這些變形值進(jìn)行比較而進(jìn)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(yīng)力對(duì)回彈有較大影響。
[0096]進(jìn)而，回彈解析單元15可進(jìn)一步將影響最大的區(qū)域分割成2個(gè)以上的區(qū)域，同樣進(jìn)行變形值的比較，從而能夠篩查導(dǎo)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(jìn)一步分割為2個(gè)以上的區(qū)域，同樣對(duì)各分割區(qū)域的變形值進(jìn)行計(jì)算比較，由此能夠篩查對(duì)回彈影響大的區(qū)域。
[0097]上文中，將作為解析對(duì)象的被壓制成型材料的區(qū)域分割成3個(gè)區(qū)域，但區(qū)域的分割數(shù)并不限于此，可根據(jù)解析對(duì)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(yīng)力設(shè)為零，但也可考慮解析對(duì)象或解析條件而使殘余應(yīng)力變化為特定的值或特定而對(duì)分布狀態(tài)。
[0098]如上所述，在本實(shí)施方式2中，在壓制成型解析工序(SI)?冷卻應(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，將該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應(yīng)力設(shè)為零、并釋放其它區(qū)域的殘余應(yīng)力，進(jìn)行回彈解析，對(duì)每一個(gè)釋放了殘余應(yīng)力的區(qū)域的回彈后的形狀進(jìn)行比較。由此能夠明確哪一區(qū)域的殘余應(yīng)力對(duì)形狀不良產(chǎn)生較大的影響，因此有助于形狀不良對(duì)策(回彈對(duì)策)的研究。
[0099][實(shí)施方式3]
[0100]殘余應(yīng)力的釋放方法并不限于上述實(shí)施方式2所述的方法。本實(shí)施方式3中，對(duì)具備其它殘余應(yīng)力的釋放方法的壓制成型解析方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖5所示，本實(shí)施方式3的壓制成型解析方法的特征在于，在上述冷卻應(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，對(duì)于該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次解除節(jié)點(diǎn)的約束，然后進(jìn)行回彈解析。
[0101]在圖5中，對(duì)于與實(shí)施方式I相同的工序賦予相同的符號(hào)，并在下文中省略其說(shuō)明。壓制成型解析裝置I使用與上述實(shí)施方式I和實(shí)施方式2同樣構(gòu)成的壓制成型解析裝置I。以下對(duì)本實(shí)施方式3的特征、即第3回彈解析工序進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0102]<第3回彈解析工序>
[0103]第3回彈解析工序通過(guò)回彈解析單元15來(lái)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(yīng)力解析工序(S5)取得的形狀信息和應(yīng)力分布是必須的，該形狀信息包含確定受約束的節(jié)點(diǎn)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(yīng)力解析工序(S5)的一系列的解析工序。
[0104]在本實(shí)施方式3中，與實(shí)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(lái)進(jìn)行說(shuō)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(gè)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(yīng)力的情況下釋放a區(qū)域的殘余應(yīng)力從而發(fā)生回彈，計(jì)算出變形值。
[0106]接著，回彈解析單元15在a區(qū)域的殘余應(yīng)力被釋放的狀態(tài)下將b區(qū)域的殘余應(yīng)力釋放從而發(fā)生回彈，計(jì)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(yīng)力被釋放的狀態(tài)下將c區(qū)域的殘余應(yīng)力釋放從而發(fā)生回彈，計(jì)算出變形值。
[0107]回彈解析單元15對(duì)這些計(jì)算出的變形值進(jìn)行比較，確認(rèn)釋放哪一區(qū)域的殘余應(yīng)力時(shí)的變形值的變化最大，從而能夠評(píng)價(jià)哪一區(qū)域的殘余應(yīng)力對(duì)形狀不良的影響最大。
[0108]進(jìn)而，若回彈解析單元15進(jìn)一步將影響最大的區(qū)域分割，進(jìn)行同樣的計(jì)算，評(píng)價(jià)哪一區(qū)域的殘余應(yīng)力對(duì)形狀不良產(chǎn)生最大的影響，則能夠篩查導(dǎo)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(yīng)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(yīng)力分布狀態(tài)而進(jìn)行適宜變更。
[0110]如上所述，在本實(shí)施方式3中，在壓制成型解析工序(SI)?冷卻應(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，對(duì)于該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次解除節(jié)點(diǎn)的約束，然后進(jìn)行回彈解析，對(duì)每一個(gè)釋放了殘余應(yīng)力的區(qū)域的回彈后的形狀進(jìn)行比較。由此能夠明確哪一區(qū)域的殘余應(yīng)力對(duì)形狀不良產(chǎn)生較大的影響，因此有助于形狀不良對(duì)策(回彈對(duì)策)的研究。
[0111]如上所述，本實(shí)施方式I?3的壓制成型解析方法具備冷卻應(yīng)力解析工序(S5)，該冷卻應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，并對(duì)特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，從而通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合而對(duì)冷卻中和冷卻后的應(yīng)力分布進(jìn)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(zhuǎn)換為殘余應(yīng)力，因此可以簡(jiǎn)單且適當(dāng)?shù)貙?duì)脫模后的冷卻對(duì)壓制成型品的最終的形狀不良所產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以期待壓制成型品的設(shè)計(jì)階段的試驗(yàn)工作量和費(fèi)用的消減等效果。
[0112][實(shí)施例]
[0113]為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，進(jìn)行以下所說(shuō)明的實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)圖6所示的與圖4相同的汽車的B柱上部部件21進(jìn)行溫?zé)釅褐瞥尚偷膶?shí)際壓制和壓制成型解析，對(duì)形狀不良對(duì)策進(jìn)行研究。
[0114]實(shí)驗(yàn)方法和研究方法的概要如下所述。首先，在不實(shí)施形狀不良對(duì)策的情況下進(jìn)行實(shí)際壓制(以下稱為對(duì)策前的實(shí)際壓制)，確認(rèn)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(lái)執(zhí)行壓制成型解析工序?冷卻應(yīng)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(duì)實(shí)施了形狀不良對(duì)策的情況和未實(shí)施形狀不良對(duì)策的情況進(jìn)行回彈解析，從而驗(yàn)證了所實(shí)施的形狀不良對(duì)策的妥當(dāng)性(第2回彈解析工序)。最后，實(shí)施上述形狀不良對(duì)策進(jìn)行實(shí)際壓制(以下稱為對(duì)策后的實(shí)際壓制)，與對(duì)策前的實(shí)際壓制的結(jié)果比較形狀。
[0115]首先，針對(duì)對(duì)策前的實(shí)際壓制進(jìn)行說(shuō)明。如圖7的實(shí)線所示，被壓制成型材料23使用980MPa的高張力鋼，關(guān)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(yùn)自動(dòng)裝置安裝于壓制機(jī)的模具間，進(jìn)行壓制成型。壓制成型開(kāi)始溫度為600°C。即，預(yù)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(cè)定溫度變化,結(jié)果為，向壓制成型機(jī)的安裝結(jié)束時(shí)的材料溫度為600°C。作為壓制成型方法，以防皺(wrinkle holding)力45tonf進(jìn)行拉深成型。平均的壓制成型速度為100mm/S。到達(dá)壓制下止點(diǎn)不久后進(jìn)行脫模，空氣冷卻至室溫，得到壓制成型品(以下稱為實(shí)際壓制物(對(duì)策前))。此時(shí)發(fā)生了由冷卻導(dǎo)致的形狀不良。最后，使用非接觸三維形狀測(cè)定裝置來(lái)測(cè)定從實(shí)際壓制物(對(duì)策前)的上方所能觀察到的形狀。
[0116]通過(guò)實(shí)際壓制物(對(duì)策前)形狀25和模具形狀27的比較，如上所述，確認(rèn)到實(shí)際壓制物(對(duì)策前)發(fā)生了形狀不良。對(duì)于該形狀不良，基于圖6、圖8和圖9進(jìn)行說(shuō)明。形狀的比較如下進(jìn)行:使用形狀解析軟件對(duì)由兩者的形狀得到的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。具體而言，如下進(jìn)行。
[0117]模具形狀27的形狀數(shù)據(jù)使用由模具的設(shè)計(jì)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(shí)際壓制物(對(duì)策前)形狀25的形狀數(shù)據(jù)由上述測(cè)定形狀制作得到。如上所述，上述測(cè)定形狀是通過(guò)測(cè)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(jìn)行比較，在下側(cè)僅偏移板厚部分的1.4mm。
[0118]對(duì)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(jìn)行位置校準(zhǔn)，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(duì)實(shí)際壓制物(對(duì)策前)形狀25和模具形狀27進(jìn)行比較，結(jié)果確認(rèn)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(shí)際壓制物(對(duì)策前)形狀25與模具形狀27進(jìn)行比較，結(jié)果確認(rèn)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(yīng)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(duì)于上述各工序，以下進(jìn)行說(shuō)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(jìn)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(duì)于與進(jìn)行上述溫?zé)釅褐瞥尚偷膶?shí)際壓制的被壓制成型材料23相同的鋼種，在本實(shí)驗(yàn)前預(yù)先進(jìn)行測(cè)定，從而得到上述數(shù)據(jù)。具體而言，測(cè)定比熱、熱導(dǎo)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(shí)施拉伸試驗(yàn)，制作應(yīng)力_應(yīng)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(duì)上述溫?zé)釅褐瞥尚偷膶?shí)際壓制中使用的初期形狀的板厚中心進(jìn)行模型化。對(duì)于模具而言，利用殼單元對(duì)上述溫?zé)釅褐瞥尚偷膶?shí)際壓制中使用的模具的表面進(jìn)行模型化。另外，假設(shè)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(jì)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(jìn)行空氣冷卻,考慮福射(radiat1n)和對(duì)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(jìn)行回彈解析。作為回彈解析，對(duì)沖頭底的2節(jié)點(diǎn)和凸緣的I節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行約束，從壓制下止點(diǎn)的狀態(tài)釋放應(yīng)力。應(yīng)力的釋放時(shí)為0.5秒，在這期間被壓制成型材料23視為被空氣冷卻，進(jìn)行溫度解析。
[0125]<冷卻應(yīng)力解析工序>
[0126]接著，通過(guò)冷卻應(yīng)力解析單元17，對(duì)由冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力分布的變化進(jìn)行冷卻應(yīng)力解析。冷卻應(yīng)力解析時(shí)，按照壓制成型品的邊緣的節(jié)點(diǎn)(包圍被加工部的節(jié)點(diǎn))全部無(wú)法移動(dòng)的方式進(jìn)行約束，視為進(jìn)行1000秒空氣冷卻。初期溫度分布、初期應(yīng)力分布中使用回彈解析工序的解析結(jié)果。冷卻應(yīng)力解析結(jié)束時(shí)的材料的溫度分布為±l°c的范圍內(nèi)。在以冷卻應(yīng)力解析結(jié)束時(shí)的殘余應(yīng)力分布的方式取得的馮米塞斯應(yīng)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(yīng)力較高的區(qū)域。該馮米塞斯應(yīng)力較高的區(qū)域在從冷卻開(kāi)始約30秒后的溫度下降約100°C的時(shí)刻已經(jīng)發(fā)生。由該殘余應(yīng)力分布判斷出袋狀部33對(duì)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(duì)策。具體而言，在圖7所示的形狀不良對(duì)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(rèn)形狀不良對(duì)策的效果，使用回彈解析單元15，進(jìn)行以下所示的形狀不良對(duì)策前和形狀不良對(duì)策后的2模式的回彈解析，計(jì)算用于評(píng)價(jià)前端部31的翹起量的變形值，對(duì)兩者進(jìn)行比較。
[0129]作為第I模式，為了觀察形狀不良對(duì)策前的初期形狀的形狀變化，以冷卻解析后的殘余應(yīng)力分布作為初期分布而進(jìn)行回彈解析。第2模式中，為了觀察形狀不良對(duì)策后的初期形狀的形狀變化，將冷卻應(yīng)力解析后的殘余應(yīng)力分布中對(duì)應(yīng)于所去除的2處角部35的部分的殘余應(yīng)力設(shè)為零從而進(jìn)行回彈解析。若對(duì)兩者的結(jié)果進(jìn)行比較，則對(duì)策后的回彈解析結(jié)果的變形值小，因此從模擬的角度考慮，可以確認(rèn)到形狀不良得到改善。
[0130]接著，在對(duì)策后的實(shí)際壓制中確認(rèn)了上述形狀不良對(duì)策的效果。對(duì)策后的實(shí)際壓制時(shí)，使被壓制成型材料23的初期形狀為形狀不良對(duì)策后的被壓制成型材料23的形狀，除此以外，在與上述的對(duì)策前的實(shí)際壓制相同的條件下進(jìn)行壓制成型。在壓制成型后，使用非接觸三維形狀測(cè)定裝置測(cè)定從對(duì)策后的實(shí)際壓制物(以下稱為實(shí)際壓制物(對(duì)策后))的上方所能夠觀察到的形狀。
[0131]接著，使該測(cè)定形狀僅向下側(cè)偏移1.4mm，將由此得到的形狀作為實(shí)際壓制物(對(duì)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(jìn)行模具形狀27的位置校準(zhǔn)，從而進(jìn)行比較。
[0132]圖9示出了將實(shí)際壓制物(對(duì)策后)形狀37中的前端部31的形狀與實(shí)際壓制物(對(duì)策前)形狀25和模具形狀27的前端部31 —并進(jìn)行比較的結(jié)果。由圖9可知，與實(shí)際壓制物(對(duì)策前)形狀25相比，實(shí)際壓制物(對(duì)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(yīng)力解析求出殘余應(yīng)力分布。由此證實(shí)了，可以簡(jiǎn)單且適當(dāng)?shù)氐玫脚c確定形狀不良的原因相關(guān)的信息，并且基于該信息實(shí)施形狀不良對(duì)策，能夠大幅改善形狀不良善。
[0134]上述實(shí)施方式僅是用于實(shí)施本發(fā)明的示例，本發(fā)明并不受限于這些實(shí)施方式，根據(jù)規(guī)格等進(jìn)行各種變形也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，進(jìn)一步，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也能夠?yàn)槠渌鞣N實(shí)施方式，這由上述記載是顯而易見(jiàn)的。
[0135]工業(yè)實(shí)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(duì)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(jìn)行確定。
[0137]符號(hào)說(shuō)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(chǔ)裝置
[0142]9輔助存儲(chǔ)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(yīng)力解析單元
[0147]21B柱上部部件
[0148]23被壓制成型材料
[0149]25實(shí)際壓制物(對(duì)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(shí)際壓制物(對(duì)策后)形狀
【權(quán)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(duì)加熱后的被壓制成型材料設(shè)定初期溫度分布，使溫度解析與結(jié)構(gòu)解析耦合而進(jìn)行壓制成型解析，從而取得脫模前的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布進(jìn)行回彈解析，從而取得回彈后的形狀信息、溫度分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布；和 冷卻應(yīng)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(yīng)力分布和應(yīng)變分布，并且對(duì)特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，從而通過(guò)使溫度解析和結(jié)構(gòu)解析耦合來(lái)對(duì)冷卻中和冷卻后的應(yīng)力分布進(jìn)行解析。
2.如權(quán)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(diǎn)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(diǎn)。
3.如權(quán)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(diǎn)為全部的節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的壓制成型解析方法，其特征在于，在所述冷卻應(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，使該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域的殘余應(yīng)力發(fā)生變化，然后進(jìn)行回彈解析。
5.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的壓制成型解析方法，其特征在于，在所述冷卻應(yīng)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(gè)以上的區(qū)域，對(duì)于該分割后的2個(gè)以上的區(qū)域中的特定區(qū)域，依次釋放各區(qū)域的應(yīng)力，然后進(jìn)行回彈解析。
【文檔編號(hào)】B21D53/88GK104245174SQ201380016287
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】簑手徹, 時(shí)田裕一, 玉井良清, 卜部正樹(shù), 藤田毅 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社