专利名称：回弹发生原因分析方法、回弹发生原因分析装置、回弹发生原因分析程序及记录媒体的制作方法
技术领域：
本发明涉及在将汽车用部件或家电部件等用钢板或其他金属板挤压成形时、用来分析在成形品上发生的回弹(spring back)的发生原因的、回弹原因分析方法、回弹原因分析装置、回弹原因分析程序及记录媒体。以下对钢板进行说明，但本发明也能够适用于其他金属板或塑料板、线材等。本申请基于2008年12月25日在日本提出申请的特愿2008_3四099号并主张其优先权，这里引用其内容。
背景技术：
门或保险杠等的许多汽车用部件、电冰箱的面板等的家电部件通过将钢板或其他金属板挤压成形的方法制造。近年来，对于这些部件的轻量化的要求提高。因此，通过使用具有高强度的钢板，实现了这些部件的薄壁化和轻量化。但是，如果将钢板高强度化，则变形阻力变高。因此，容易发生在挤压成形时因产生的残留应力而造成的回弹。特别是，最近，为了开发工序数及成本削减，有在汽车等的设计阶段开始的同时、 开始研究成形部件的成形方法的设计阶段的趋势。因此，使用计算机进行将挤压成形品的形状及其成形数据解析的处理。在该解析中，根据成形后的残留应力对预想的挤压成形品的回弹量进行运算。并且，与运算后的回弹量相对应地进行模具形状修正。在专利文献1或非专利文献1中，公开了上述那样的、预想回弹来决定模具形状的方法。具体而言，将被模具挤压的钢板的、挤压下死点的钢板的残留应力通过有限元法 (FEM，finite element method)解析，将通过其残留应力和相反方向残留应力而发生的变形(前弹)形状的模具进行数值解析。由此，简单地得到考虑了回弹的模具形状。但是，通过数值解析来设计全面考虑到回弹的模具因为非线性问题而非常困难。 因而，在上述文献中公开的方法只是通过有限元法得到考虑到回弹的、简单的模具形状的方法。因而，关于在通过得到的模具而被挤压成形的成形品不满足回弹的容许值的情况下的对策，由于难以在数值上解析，所以没有表示任何解决方法。因此，在利用考虑到回弹的模具却不能得到满足回弹的容许值的成形品的情况下，采用怎样的对策取决于技术者的经验。因而，实际制作模具，不得不一边挤压实际的钢板一边反复进行模具形状的修正。除此以外，还提出了不是通过模具形状、而是通过对钢材或成形品的形状施加用来将残留应力除去的修正、来减少回弹的方法。这样的修正方法的一例是将成形品的回弹发生部位的一部分做成开孔形状、或开设有缝隙的形状的方法。根据这样的方法，通过向回弹发生部位的对策，降低了作为回弹的原因的残留应力。但是，通过切断或开孔，部件自身的刚性下降，所以具有即使通过很小的残留应力也发生较大的回弹的倾向。因此，该方法也没有达到根本的原因探明。进而，这样的对策需要实际进行基于试验模具和钢板的测试，所以产生设计阶段的工序数和成本的增大的问题。
在专利文献2到5中，也公开了通过有限元法的模拟。其中，在专利文献2到4的方法中，使用了部分应力释放及变更的方法。但是，例如在专利文献2中，仅将各部分的回弹前后的角度变化量、即扭转作为评价对象。因此，关于扭转以外的变形因素完全没有考虑。此外，在专利文献2中，在应力释放时将释放部位的应力的全部成分设为0。因此，在伴随着大变形的情况下，如果将应力梯度进行线性近似，则有与实际非线性变形的不一致变大的问题。发明概要发明要解决的问题如上所述，以往进行通过数值解析法而将挤压成形工序及挤压成形品解析的处理。但是，在进行实际的成形测试以前的设计阶段中，难以正确地掌握挤压成形品的回弹的发生原因。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种回弹发生原因分析技术，该分析技术能够通过数值解析比以往更正确地分析成为挤压成形品回弹的发生原因的部位，并由此能够削减成形部件的成形方法的研究时间及研究成本。用于解决问题的手段本发明为了解决上述问题而采用以下的技术方案。(1)本发明的回弹发生原因分析方法，具有成形解析工序，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析，计算上述成形品的成形数据；成分分解工序，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成工序，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理工序，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析工序，解析通过对上述运算前独立分解成形数据的数值模拟求出的第 1回弹形状、和通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的第2回弹形状；影响度计算工序，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状、上述第1回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力的对回弹变形的影响度；以及显示工序，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。(2)在上述(1)的回弹发生原因分析方法中，也可以是，上述成形解析工序通过使用多个元素的有限元法的数值模拟来进行；将上述成形品的成形数据中的各元素的应力的各方向成分的板厚方向平均作为上述方向成分的面内应力成分，将从按照各元素发生的全部积分点的应力值的各方向成分减去上述面内平均应力后的值作为上述方向成分的弯曲力矩成分。(3)在上述(1)的回弹发生原因分析方法中，上述运算处理也可以是对上述运算前独立分解成形数据的应力的各方向成分的至少1个乘以-2 < k < 2范围的系数k的运
笪弁。(4)在上述(3)的回弹发生原因分析方法中，上述系数k的范围也可以是0 < k ^ I0(5)在上述的回弹发生原因分析方法中，上述系数k的范围也可以是 0. 5 彡 k 彡 0. 95。(6)在上述(1)的回弹发生原因分析方法中，上述成形品也可以是挤压成形品。(7)本发明的回弹发生原因分析装置，具有成形解析部，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析，计算上述成形品的成形数据；成分分解部， 对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成部，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理部，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对于上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析部，解析通过对上述运算前独立分解成形数据的数值模拟求出的第1回弹形状、和通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的第2回弹形状；影响度计算部，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状、上述第1回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力的对回弹变形的影响度；以及显示部，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。(8)在上述(7)的回弹发生原因分析装置中，上述显示部也可以按照上述各区域将上述计算出的对回弹变形的影响度进行等值线(contour)显示。(9)本发明的回弹发生原因分析程序，具有成形解析工序，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析，计算上述成形品的成形数据；成分分解工序，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成工序，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理工序，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对于上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析工序，解析通过对上述运算前独立分解成形数据的数值模拟求出的第1回弹形状、和通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的第2回弹形状；影响度计算工序，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状、上述第1回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力的对回弹变形的影响度；以及显示工序，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。(10)在上述(9)的回弹发生原因分析程序中，也可以是，上述成形解析工序通过使用多个元素的有限元法的数值模拟来进行；将上述成形品的成形数据中的各元素的应力的各方向成分的板厚方向平均作为上述方向成分的面内应力成分，将从按照各元素发生的全部积分点的应力值的各方向成分减去上述面内平均应力后的值作为上述方向成分的弯曲力矩成分。(11)本发明的计算机可读取的记录媒体记录上述(9)所述的回弹发生原因分析程序。(12)本发明的回弹发生原因分析方法，具有成形解析工序，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析，计算上述成形品的成形数据；成分分解工序，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成工序，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理工序，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对于上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析工序，解析通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的回弹形状；影响度计算工序，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状和上述回弹形状而计算出的上述各区域的应力的对回弹变形的影响度；显示工序，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。发明效果根据本发明，能够正确地分析回弹发生原因，能够缩短成形品的成形方法的研究时间。此外，通过本发明，能够进行在实际的部件中无法进行的发生原因的分析，能够将研究回弹对策的方法详细地分解而研究。在本发明中，对挤压成形品进行区域分割，按照各区域关于对应区域进行将系数k 乘以上述的独立分解成形数据的应力的各方向成分的至少一个的运算处理。优选的是将上述系数k设为-2 < k < +2 (包括零)。在系数k是零的情况下，使运算简单化，能够通过计算出的影响度明确地评价对于回弹变形的各区域的应力的影响。此外，在系数k为接近于 +1的值的情况下，能够进行更高精度的影响度的计算及评价。与系数k取零时相比取接近于1的值时评价精度提高是因为实际上在应力与位移之间具有非线性。在变形较小的情况下，对于位移的编辑前后的应力梯度在近似于线性的情况下、与在实际的非线性的情况下几乎没有差别，即使将系数k设为零而进行运算处理，各区域的与回弹相对的应力的影响度的值也在进行分析评价后能够得到足够精度的值。相对于此，在伴随着大变形的情况下， 对于位移的编辑前后的应力梯度在近似于线性的情况下、与在实际的非线性的情况下的差别变大，如果进行线性近似则带来误差。对此，将编辑后的应力进行运算处理以使其取接近于编辑前的应力的值(系数k近似于1)，从而对于变形的编辑前后的应力梯度变为在接近于实际的非线性的情况的状态下进行运算处理，各区域的与回弹相对的应力影响度的值与系数k为零的情况相比其评价精度提高(图10)。特别是，系数k采用接近于+1的值是有利的。
图1是表示本发明的回弹发生原因分析装置的结构的图。图2是表示本发明的回弹发生原因分析方法的概要的图。图3是表示进行回弹发生原因分析处理的装置的硬件结构的一例的图。图4是表示实施例1的挤压成形品的形状的立体图。图5是表示将实施例1的挤压成形品分割后的情况下的分割区域的图。图6是表示基于根据挤压成形解析得到的原始数据而进行回弹解析后的结果的图。图7A是表示对弯曲力矩成分(偏差应力)分解数据进行运算处理后的各区域中的回弹量的图。图7B是表示对面内应力成分(平均应力)分解数据进行运算处理后的各区域中的回弹量的图。图8A是实施例2的挤压成形品的形状的说明图。图8B是表示实施例2的挤压成形品的分割区域和固定点的图。图9A是实施例3的挤压成形品的形状的说明图。图9B是表示实施例3的挤压成形品的分割区域和固定点的图。图10是表示应力与位移的关系的曲线图。图IlA是实施例5的挤压成形品的形状的说明图。图IlB是表示实施例5的挤压成形品的分割区域和固定点的图。图IlC是说明与实施例5的挤压成形品相关联的、绕X轴旋转的扭转角的图。图12A是实施例6的挤压成形品的形状的说明图。图12B是表示实施例6的挤压成形品的分割区域和固定点的图。图13A是实施例7的挤压成形品的形状的说明图。图13B是表示实施例7的挤压成形品的分割区域和固定点的图。图14A是实施例8的挤压成形品的形状的说明图。图14B是表示实施例8的挤压成形品的分割区域和固定点的图。图14C是说明与实施例5的挤压成形品相关联的、4节点的相对位移(扭转)的图。图15A是实施例9的挤压成形品的形状的说明图。图15B是表示实施例9的挤压成形品的分割区域和固定点的图。
9
图16A是表示实施例9的挤压成形品的全局坐标的图。图16B是图16A的F-F剖视图。图17A是表示实施例9的挤压成形品的本地坐标的图。图17B是图17A的G-G剖视图。
具体实施例方式以下，以对将薄板材料挤压成形而制作的产品的回弹发生原因分析为例说明本发明的优选的实施方式，但本发明的适合对象并不限定于此。本发明例如在通过辊轧成形 (Roll forming)的成形、或成形线材等的情况下也能够采用。首先，在图1中表示本发明的回弹发生原因分析装置1的功能结构图。该回弹发生原因分析装置1具有成形条件输入部2、挤压成形解析部3、分解成形数据生成部4、区域分割及运算处理部5、回弹解析部6、影响度计算部19、作为显示部的影响度输出画面20、文件保存部S。成形条件输入部2是将在挤压成形解析部3、回弹解析部6中作为解析对象的钢板的形状数据(板厚、长度、宽度、曲率、歪斜等)、性状(强度、延伸等的材质)、模具形状(冲模(die)及冲头(punch)形状、曲率、直径、间隙、润滑条件)、挤压条件(防皱装置载荷、衬垫载荷、突条张力(beadtension)、挤压力、温度)等的成形条件输入的输入部。此外，还能够另外设定并输入成形解析中的数据区域、分解成形数据生成部4中的数据区域、区域分割及运算处理部5中的数据区域、将分析结果显示在输出画面上时的分割区域等。挤压成形解析部3基于来自成形条件输入部2的输入信息，通过数值解析求出被挤压成形的成形品的形状、应力、歪斜、板厚等。作为数值解析的方法，可以采用弹塑性有限元法、刚塑性有限元法、一步有限元法、边界元素法等。挤压成形解析部3以被加工物的板厚、应力的成分值、歪斜的成分值的变量、或该变量的分布等形式输出数值解析结果。该输出数据(原始数据)例如作为文件“Porg. k”向分解成形数据生成部4、区域分割及运算处理部5、回弹解析部6、影响度计算部19输出，并保存到文件保存部S中。另外，该挤压成形解析部3中的数值解析可以使用有限元法设定上述的形状数据、性状、模具形状、挤压条件等的成形条件，进行成形解析，在数值上得到成形后的应力、 歪斜等的分布。这里，作为进行基于有限元法的数值解析的软件，也可以使用例如作为市场销售的软件的、PAM-STANP, LS-DYNA, AUTOFORM、OPTRIS, ITAS-3D、ASU/P-F0RM、ABAQUS, MARC、HYSTAMP, HYPERFORM、SIMEX, FASTF0RM-3D、QUICKSTAMP 等。分解成形数据生成部4将由挤压成形解析部3得到的挤压成形品的成形数据遍及整个挤压成形品、并对于各元素的应力的各方向成分的至少一个方向分解为面内应力成分和弯曲力矩成分。并且，关于由挤压成形解析部3得到的挤压成形品的成形数据的、分解后的方向成分的应力，生成仅具有面内应力成分的独立分解数据、和仅具有弯曲力矩成分的独立分解数据。这里，面内应力成分是成形品的面内方向应力的板厚方向分布的平均应力成分。弯曲力矩成分是从成形品的面内方向应力的板厚方向分布的偏差应力即面内方向应力的板厚方向分布减去平均应力成分后的、具有板厚方向分布的应力成分。所以，按照成形解析结果的各元素，将板厚方向分布的平均应力按照各元素对板厚方向的全部积分点进行分配，生成面内应力成分分解数据。此外，通过将从原始成形解析
10结果中提取的平均应力按照元素从发生的板厚方向的全部积分点的应力值中减去，生成弯曲力矩成分分解数据。即，将成形数据中的平均应力作为面内应力成分、并将按照元素从发生的板厚方向的全部积分点的应力值减去面内平均应力后的值设为弯曲力矩成分就可以。这里，关于应力的向各方向成分的分解，也可以将整体坐标系作为基准进行分解。 此外，也可以按照各元素、以基于构成对应元素的节点的坐标的局部坐标系为基准进行分解。此外，也可以是，在各元素的挤压成形解析中的初始状态即挤压中的初始毛坯(blank) 的状态下，基于整体坐标系对各元素设定局部坐标系，使对各元素设定的该局部坐标系跟随挤压成形中的各元素的变形而移动、并基于旋转后的挤压成形后的坐标系进行分解。这样，能够得到数据“Prem.hei.k” 和数据“P rem. hen. k”。另外，“Prem. hei. k，， 是将对挤压成形品的成形条件进行数值解析而得到的成形解析结果数据遍及挤压成形品整体、并对于应力的各方向成分的至少一个方向分解为面内应力成分后的独立分解数据。 另一方面，“P rem. hen. k”是将对挤压成形品的成形条件进行数值解析而得到的成形解析结果数据遍及挤压成形品整体、并对于应力的各方向成分的至少一个方向分解为弯曲力矩成分后的独立分解数据。将这些独立分解数据向区域分割及运算处理部5及回弹解析部6 输出，并保存到文件保存部S中。区域分割及运算处理部5将分解成形数据生成部4的输出数据文件“Prem. hei. k”和“P rem. hen. k”输入，基于挤压成形品的形状数据分割为多个区域，按照区域进行运算处理，作为其结果而将与各区域相对应的“ ^Θ . hei. k”和“P rem2. hen. k”向回弹解析部6输出，并保存到文件保存部S中。另外，所谓运算处理，是按照对“P rem. hei. k”和“P rem. hen. k”进行了区域分割后的各区域、仅关于对应区域对于应力的各方向成分的至少一个进行运算。作为具体的运算的方法，可以举出乘以系数k的运算。系数k优选的是设为-2彡k彡+2。系数k更优选的是设为0 < k彡1，系数k更优选的是设为0. 5彡k彡0. 95。上述的运算处理，是将区域分割后的仅其中特定区域的应力成分乘以下述的系数 k“i = 1 6)。σ χ = ki X σ χ0σ y = k2 X σ yOσ ζ = k3X σ ζ0τ xy = k4X τ xyOτ yz = k5X τ yzOτ ζχ = k6X τ Ζχ0这里，将所选择的区域的积分点中的前面的应力成分表示为(σχΟ，oy0, σζΟ, xxyO, τγζΟ, τζχΟ)。另一方面，将运算处理后的应力成分表示为(σ χ，σ y, σ ζ, τ xy, τγζ, τ ζχ)。系数Iii是-2 < Iii < +2，既可以将Iii的全部设为零，也可以将至少1个设为零、将其他在上述范围内设为零以外的值。区域分割及运算处理部5从输入数据中取得挤压成形品的数据、并进行将挤压成形品的数据分割为多个区域的处理。关于区域分割方法，可以基于挤压成型品的形状、通过均等的尺寸分割区域。此外，也可以基于挤压成形前的在板材的状态下的形状、通过均等的尺寸进行分割。此外，作为用来决定成形品的分割区域的方法，也有基于曲率及挤压成形解析结果的应力的大小而决定分割区域的方法、以及通过解析操作者的指定而进行的方法。
回弹解析部6将分解成形数据生成部4的输出数据文件“P rem. hei. k”及“P rem. hen. k”、以及区域分割及运算处理部5的输出数据文件“Ι^θπι2. hei. k”及“P rem2. hen. k” 作为输入数据使用，进行回弹解析。并且，计算回弹后的形状，作为计算结果的数据，将“SB rem. hei. k”、“SB rem. hen. k”、“SB rem2. hei. k”、和 “SB rem2. hen. k” 向影响度计算部 19 输出并保存到文件保存部S中。回弹解析基于由分解成形数据生成部4及区域分割及运算处理部5得到的板厚、应力成分值、歪斜的成分值等的变量及变量的分布，通过弹性有限元法、弹塑性有限元法、一步有限元法等进行载荷卸除过程的计算，将在成形品中发生的回弹后的形状进行数值解析。得到作为有限元素解析数据的该回弹形状(各元素数据及构成各元素的节点数据)。影响度计算部19基于作为挤压成形解析部3的解析结果的挤压成形数据、以及作为回弹解析部 6 的解析结果的“SB rem. hei. k”、“SB rem. hen. k”、“SB rem2. hei. k”、和“SB rem2. hen. k”，按照被区域分割后的各区域计算对回弹的影响度。对回弹的影响度通过比较将由分解成形数据生成部4生成的独立分解数据“P rem. hei. k”及“P rem. hen. k”作为输入数据的回弹量、和将区域分割及运算处理部5的输出数据文件“P rem2.hei.k”及“P rem2. hen. k”作为输入数据的回弹量来计算。作为影响度的评价对象的回弹量也可以是特定的点(有限元素数据的特定的节点)的回弹前后的坐标的差(=位移)、或将特定的两个点连结的线的回弹前后的角度的差(=扭转)、或特定的两个点的相对位移的差的回弹前后的差(=相对位移)、或将特定的两个点连结的线与将另外的特定的两个点连结的线所成的角度的回弹前后的差(=相对扭转)等。独立分解数据“P rem. hei. k”及“P rem. hen. k”的回弹量如以下这样求出。即， 将作为挤压成形解析部3的解析结果的挤压成形数据的形状设为回弹前的形状，将作为回弹解析部6的解析结果的“SB rem. hei. k”及“SBrem. hen. k”设为回弹后的形状，通过取其
差来求出。按照分割区域进行了运算处理的“P rem2. hei. k”及“P rem2. hen. k”的回弹量如以下这样求出。即，将作为挤压成形解析部3的解析结果的挤压成形数据的形状设为回弹前的形状，将作为回弹解析部6的解析结果的“SBrem2. hei. k”及“SB rem2. hen. k”设为回弹后的形状，通过取其差来求出。对回弹的影响度通过将独立分解数据“P rem. hei. k”及“P rem. hen. k”的回弹量、 和按照分割区域进行了运算处理的“P rem2. hei. k”及“ft~em2. hen. k”的回弹量的差乘以 “进行了运算处理时的系数k-1”的倒数来求出。此外，在分割后的区域的面积不均等的情况下等，还可以用区域的面积除、作为每单位面积的影响度计算。此外，上述的回弹量基于由原始数据文件“P org. k”设定的固定点的回弹解析而计算。但是，回弹量根据固定点的选取方法而较大地变化。因而，在用别的固定点求出回弹影响度的情况下，优选的是，在对作为挤压成形解析部3的解析结果的挤压成形数据、和作为回弹解析部 6 的解析结果的 “SB rem.hei.k”、“SB rem. hei. k”、“SB rem2. hei. k”、“SB rem2. hei. k”进行了在想要评价的固定点处的对位(移动、旋转)后、进行上述的对回弹的影响度的计算。由此，能够不进行再次的成形解析及回弹解析而容易地求出别的固定点处的回弹影响度。
在影响度计算部19中，通过将上述的对回弹的影响度的计算按照分割后的各区域依次进行，能够求出遍及挤压成形品的整体的对回弹的影响度的分布。在影响度显示部输出画面20中，优选的是将对于回弹的各分割区域的影响度进行等值线显示。如后述的实施例所示，根据本发明，对分解为面内应力成分及弯曲力矩成分的独立分解数据、和按照基于挤压成形品分割的各区域对对应区域的应力成分的至少一个方向进行乘以系数k的运算处理得到的独立分解数据，进行回弹解析。并且，计算各区域的各方向成分的应力的对回弹的影响度。在本发明中，既可以将这样计算出的影响度分别单独显示，也可以遍及部件整体进行等值线显示。此外，也可以将这些显示按照应力成分显示。通过这样的显示，能够比以往更容易且正确地进行回弹的发生原因的分析。图2是表示以上说明的本发明的回弹发生原因分析方法的流程的图。如图2所示，在Sl中从成形条件输入部2进行成形条件的输入。接着，在S2中，由挤压成形解析部3 进行基于挤压成形品的成形条件的数值解析、计算挤压成形品的成形数据的挤压成形解析处理。接着，在S3中，通过分解成形数据生成部4将应力分解为面内应力成分和弯曲力矩成分，生成独立分解数据。接着，在S4中，通过区域分割及运算处理部5将挤压成形品的数据分割为多个区域，按照各区域对于应力数据的至少一个方向实施运算处理，生成运算处理数据。接着，在S5中，通过回弹解析部6进行回弹解析，计算回弹后的形状。接着，在S6 中，通过影响度计算部7基于回弹后的形状计算各分割区域的对回弹的影响度。并且，在S7 中，通过显示部8将其结果在显示部的画面上进行等值线显示、或向打印机输出。基于这样得到的输出结果，如果需要，则可以在S9中通过固定条件变更处理部9变更回弹的固定点而计算对回弹的影响度，进行详细的评价。基于上述那样的回弹发生原因分析方法，能够进行成形品的成形。例如，基于上述回弹发生原因分析方法结果，能够确定对回弹的影响度较高的分割区域。在这样确定的回弹原因区域中，在作为回弹发生原因的面内平均应力、偏差应力的某一方较高的情况下，可以分别对应于发生原因而采取单独的对策。通过这样对模具加以适当的设计变更，能够制造抑制了回弹的成形品。图3是表示进行上述的回弹发生原因分析处理的装置的硬件结构的一例的图。挤压成形解析部3、分解成形数据生成部4、区域分割及运算处理部5、回弹解析部6中的各处理由回弹发生原因分析程序10规定，并由计算机执行。计算机具备CPU11、保存处理结果的存储器12、作为显示部的显示器13、键盘及鼠标等的输入装置14、硬盘15、CD/DVD驱动器那样的外部存储装置16、NIC(网络接口卡)17、打印机18等。另外，上述的回弹发生原因分析程序10可以记录在计算机可读取的记录媒体中而流通。以下，通过实施例更具体地说明本发明。实施例(实施例1将全部应力成分设为零的例子)图4是表示本发明的实施例1的挤压成形品的形状的立体图。首先，使用基于有限元法的市场销售的板成形模拟解析软件LS-DYNA进行挤压成形解析处理。作为金属板的性状，使用了板厚1. 6mm、拉伸强度590MI^等级的高强度钢板的数据。此外，将模具(冲模、 冲头、夹持器)的形状模型化为壳体元素，假定为刚体而进行解析。模具间隙设定为0mm。 摩擦系数设定为0.15。成形载荷设定为3000kN。
生成分解为面内应力成分(平均应力)和弯曲力矩成分(偏差应力)的独立分解数据的程序将输出了由挤压成形解析得到的应力及歪斜的文件作为输入信息取入，根据该取入的输入信息生成独立分解数据。这里，将从原始成形解析结果中提取的各元素的平均应力按照对应元素对板厚方向的全部积分点进行分配，生成面内应力成分分解数据。此外， 通过将从原始成形解析结果中提取的平均应力按照元素从产生的板厚方向的全部积分点的应力值中减去，生成弯曲力矩成分分解数据。执行区域分割及运算处理的程序将输出从独立分解数据得到的应力及歪斜的文件作为输入数据取入，为了进行运算处理而将挤压成形品的区域分割。图5是表示本发明的实施例1的、将图4所示的挤压成形品分割的情况下的分割区域的图。这里，对属于各区域的元素的全部积分点进行运算处理。在运算处理中，通过对全部应力成分乘以系数零，设为 σ χ = 0、σ y = 0、σ ζ = 0、τ xy = 0、τ yz = 0、τ ζχ = 0。这里，将所选择的区域的积分点的运算前的应力成分表示为(σχΟ，oyO, σζΟ, xxyO, τγζΟ, τΖΧ0)。另一方面，将所选择的区域的积分点的运算处理后的应力成分表示为(σχ，0y，σζ，τχγ，τ yz, τ ζχ)。将运算出的应力通过文件输出作为运算结果文件输
出ο接着，使用上述的软件LS-DYNA进行回弹解析处理。将上述区域分割及运算处理执行程序的输出结果输入到软件LS-DYNA中而实施回弹解析。回弹解析使用基于静态隐式法的弹性解析。将各区域中的运算处理、回弹解析进行区域分割数的次数的重复。图6表示基于根据本发明的实施例1的挤压成形解析得到的原始数据而实施回弹解析的结果。该图6是评价Y方向的位移的图。图中的Vmax = 0.49mm表示Y方向的位移为最大的位置处的回弹量是0. 49mm。图7A、图7B是分析与图6中的Vmax = 0.49mm的回弹量相对的弯曲力矩成分(偏差应力)及面内应力成分(平均应力)的影响遍及部件整体产生怎样影响的例子。图7A表示对于本发明的实施例1的弯曲力矩成分(偏差应力)分解数据进行运算处理后的各区域中的回弹量。图7B表示对于本发明的实施例1的面内应力成分(平均应力)分解数据进行运算处理后的各区域中的回弹量。如图7A、及图7B所示，将对于图6的Y方向最大位移位置处的Y方向位移(Vmax) 的回弹发生原因部位分离为面内应力成分的影响和弯曲力矩成分的影响，能够确定其影响程度。在表示偏差应力的影响的图7A中，由A表示的部位的影响量是+0. 28mm,由B表示的部位的影响量是-0. 43mm,由C表示的部位的影响量是+0. 21mm,由D表示的部位的影响量是+0. 34mm。此外，在表示平均应力的影响的图7B中，由E表示的部位的影响量是+0. IOmm0 根据图7A、图7B可以判明，Y方向的回弹量混杂有面内应力成分及弯曲力矩成分的影响。如上述实施例1所示，根据本发明，能够将回弹的发生原因部位定量地分析，进而，能够通过数值解析容易且正确地分析该部位是起因于面内应力成分还是起因于弯曲力矩应力成分。进而，通过将其结果可视地显示，能够容易地确定回弹发生原因部位。该分析能够不使用实际的模具及钢板而在计算机上执行。因而，在设计阶段中能够容易地进行成形方法的研究。(实施例2仅将面内应力成分的σ y设为零的例子)
14
在上述实施例1中，进行了对属于各区域的元素的全部积分点的全部应力成分乘以系数零的运算处理，以下表示各种变形。图8A表示实施例2的挤压成形品的形状。图8B 表示图8A所示的挤压成形品的分割区域。在图8B中，将3个用圆表示的点作为固定点，根据原始数据生成仅具有面内应力成分的独立分解数据，进行对面内应力的分析。作为回弹量，评价由&表示的部位处的Z轴方向(垂直于纸面的方向)位移量。将挤压成形品的整体分割为区域801 区域805的5个区域，如表1所示那样仅对各区域中的面内应力成分中的、在该实施例2中被认为最具影响的oy乘以零，使其他应力成分保持原样(即系数k = 1)。将基于这样得到的运算应力而进行了回弹解析的结果表示在表1的下段中。根据表1可知，将区域804的07设为零的情况下的影响比例为最大。 即，在实施例2中，可知区域803和区域804中的Y轴方向的面内应力成分是作为面内应力起因的h部的Z方向位移的回弹量的主要发生原因。另外，基于仅具有面内应力成分的独立分解数据而运算的前端部(Za)的回弹量是23. 292mm。由于表1所示的各区域的影响量的和是26. 44mm，所以根据本发明，能够确认进行了大致正确的解析。[表1]实施例2的分析条件和分析结果(实施例3改变了固定点的例子)在实施例3中，使用与在实施例2中使用的挤压成形品相同形状的、图9A所示的挤压成形品。在该实施例3中，将实施例2的图8B所示的固定点的位置如图9B所示那样变更。首先，与实施例1同样，进行对属于各区域的元素的全部积分点的全部应力成分乘以系数零的运算处理。将这样得到的分析结果表示在表2中。通过固定点的位置的变更，能够判别是原本由于形状而看起来翘曲、还是实际翘曲。另外，固定点的变更在运算的最终阶段中进行，不需要从最初重新运算。[表2]实施例3的分析条件和分析结果
权利要求
1.一种回弹发生原因分析方法，其特征在于，具有成形解析工序，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析， 计算上述成形品的成形数据；成分分解工序，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成工序，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理工序，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析工序，解析通过对上述运算前独立分解成形数据的数值模拟求出的第1回弹形状、和通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的第2回弹形状；影响度计算工序，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状、上述第1 回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力对回弹变形的影响度；以及显示工序，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。
2.如权利要求1所述的回弹发生原因分析方法，其特征在于， 上述成形解析工序通过使用多个元素的有限元法的数值模拟来进行；将上述成形品的成形数据中的各元素的应力的各方向成分的板厚方向平均作为上述方向成分的面内应力成分，将从按照各元素发生的全部积分点的应力值的各方向成分减去上述面内平均应力后的值作为上述方向成分的弯曲力矩成分。
3.如权利要求1所述的回弹发生原因分析方法，其特征在于，上述运算处理是对上述运算前独立分解成形数据的应力的各方向成分的至少1个乘以-2彡k彡2范围的系数k的运算。
4.如权利要求3所述的回弹发生原因分析方法，其特征在于， 上述系数k的范围是0 < 1。
5.如权利要求1所述的回弹发生原因分析方法，其特征在于， 上述系数k的范围是0. 5彡k彡0. 95。
6.如权利要求1所述的回弹发生原因分析方法，其特征在于， 上述成形品是挤压成形品。
7.—种回弹发生原因分析装置，其特征在于，具有成形解析部，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析，计算上述成形品的成形数据；成分分解部，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成部，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理部，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析部，解析通过对上述运算前独立分解成形数据的数值模拟求出的第1回弹形状、和通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的第2回弹形状；影响度计算部，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状、上述第1 回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力对回弹变形的影响度；以及显示部，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。
8.如权利要求7所述的回弹发生原因分析装置，其特征在于，上述显示部按照上述各区域将上述计算出的对回弹变形的影响度进行等值线显示。
9.一种回弹发生原因分析程序，其特征在于，具有成形解析工序，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析， 计算上述成形品的成形数据；成分分解工序，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成工序，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理工序，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析工序，解析通过对上述运算前独立分解成形数据的数值模拟求出的第1回弹形状、和通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的第2回弹形状；影响度计算工序，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状、上述第1 回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力对回弹变形的影响度；以及显示工序，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。
10.如权利要求9所述的回弹发生原因分析程序，其特征在于， 上述成形解析工序通过使用多个元素的有限元法的数值模拟来进行，将上述成形品的成形数据中的各元素的应力的各方向成分的板厚方向平均作为上述方向成分的面内应力成分，将从按照各元素发生的全部积分点的应力值的各方向成分减去上述面内平均应力后的值作为上述方向成分的弯曲力矩成分。
11.一种计算机可读取的记录媒体，其特征在于， 记录有权利要求9所述的回弹发生原因分析程序。
12.—种回弹发生原因分析方法，其特征在于，具有成形解析工序，基于塑性加工成形的成形品的成形条件，通过数值模拟进行成形解析，计算上述成形品的成形数据；成分分解工序，对于包含在上述成形品的成形数据中的应力数据，遍及上述成形品的整体，对于应力的各方向成分的至少一个方向成分，分解为面内应力成分和弯曲力矩成分；运算前独立分解成形数据生成工序，根据上述成形品的成形数据，生成关于分解后的上述方向成分的应力仅具有面内应力成分的第1独立分解数据、和关于分解后的上述方向成分的应力仅具有弯曲力矩成分的第2独立分解数据中的至少一个独立分解成形数据，作为运算前独立分解成形数据；运算处理工序，对上述成形品进行区域分割，按照各区域，对于该区域，对上述运算前独立分解成形数据的应力的至少一个方向成分进行运算处理，由此生成运算后独立分解成形数据；回弹解析工序，解析通过对上述运算后独立分解成形数据的数值模拟求出的回弹形状；影响度计算工序，求出根据包含在上述成形品的成形数据中的回弹前的形状和上述回弹形状而计算出的上述各区域的应力对回弹变形的影响度；以及显示工序，按照上述各区域，显示上述计算出的对回弹变形的影响度。
全文摘要
本发明的回弹发生原因分析方法具有计算成形品的成形数据的成形解析工序；分解为面内应力成分和弯曲力矩成分的成分分解工序；生成运算前独立分解成形数据的运算前独立分解成形数据生成工序；生成运算后独立分解成形数据的运算处理工序；解析第1回弹形状和第2回弹形状的回弹解析工序；求出根据包含在上述成形数据中的回弹前的形状、上述第1回弹形状、和上述第2回弹形状而计算出的上述各区域的应力的对回弹变形的影响度的影响度计算工序；显示对于回弹变形的影响度的显示工序。
文档编号B21D22/00GK102264486SQ20098015223
公开日2011年11月30日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年12月25日
发明者宫城隆司, 小川操, 田中康治 申请人:新日本制铁株式会社