冲压成形品的反冲对策效果确认方法以及装置

摘要

本发明提供一种冲压成形品的反冲对策效果确认方法以及装置，其能够容易且明确地确认冲压成形时的反冲对策效果。本发明的反冲对策效果确认方法的特征在于，以预先设定的成形条件运算成形对象物的分型前的残留应力分布，根据该结果进行分型后的成形对象物的残留应力分布的运算，根据这些结果运算残留应力分布的差值，同样地以变更的成形条件求出残留应力分布的差值，根据这些残留应力分布的差值的结果来求出因成形条件的变更引起的残留应力分布的变化量，并对其进行云图显示。

说明书

技术领域

本发明涉及例如用于在构成车体的车体构造材料的冲压成形中降 低反冲的技术，尤其涉及对用于降低反冲的成形条件变更的效果进行确 认的方法以及装置。

背景技术

在冲压成形中，当从金属模取出冲压成形品之后（分型后），该冲 压成形品会反冲（弹性恢复），时常发生与所希望的形状不同的问题。 公知反冲的原因在于分型前的制品的残留应力分布不均匀，以往，采用 有限元法等数值解析方法来进行预测。

尤其在最近，为了削减开发工时以及成本而存在以下趋势：与汽车 等的设计阶段的开始同时开始对成形部件的成形方法进行研究的设计 阶段。因此，使用计算机并基于冲压成形品的形状以及其成形条件来进 行成形解析，求出分型前的残留应力状态，基于该成形后的残留应力来 运算在分型后预测的冲压成形品的反冲量，与之对应地变更金属模形状 等成形条件。

另外，在上述那样的成形条件的变更中，无法直接知晓通过成形条 件的变更哪个区域的残留应力发生变化而对反冲造成了影响，最近，如 专利文献1中公开那样，提出了一种对制品的残留应力中的哪个区域的 残留应力对反冲起支配作用进行预测的冲压成形解析方法。

专利文献1所公开的冲压成形解析方法使制品的规定的区域中的残 留应力变化，以解析的方式弄清楚该残留应力的变化对反冲造成的影 响。

专利文献1：日本特开2007－229724号公报

的确如在专利文献1中指出的那样，通过变更成形条件来观察分型 前后的应力状态的变化这一方法不能知晓成形条件的变更对成形品形 状的哪个区域的应力状态造成了影响。

因此，作为用于降低反冲的对策，例如出于使成形品形状中的某个 区域的分型前后的残留应力变化降低而变更成形条件，结果，即使该区 域的分型前后的残留应力的变化变小而改善了反冲，也无法明确知晓其 是否是对策的效果。其原因在于，如果变更成形条件，则由于在成形品 形状的全部区域中发生应力状态的变化，所以无法区分是前述成形条件 的变更能够降低目标区域的残留应力变化而对反冲降低起到了效果，还 是成形条件的变更引起其他区域的应力状态的变化，结果偶然能够降低 了反冲。

另一方面，在专利文献1所公开的冲压成形解析方法中，由于在解 析数据上变更成形品形状中的特定区域的分型前的残留应力分布，所以 能够明确地掌握应力状态的变更与反冲降低的关系。

然而，即使判明了特定区域的分型前的残留应力分布的变更对反冲 降低起到效果，也残留有如何变更用于对该区域的残留应力分布进行变 更的成形条件这一课题。

综上所述，由于没有明确地掌握作为反冲对策的成形条件的变更与 分型前后的成形品形状整体中的应力状态的变化之间的关系的手段，所 以存在无法恰当地评价作为用于降低反冲的对策而进行的成形条件的 变更的效果这一问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够 明确地知晓作为反冲对策的成形条件的变更与分型前后的成形品形状 整体的应力状态的变化之间的关系的反冲对策效果确认方法以及装置。

（1）本发明涉及的反冲对策效果确认方法具备：第一分型前残留 应力分布运算步骤，在该第一分型前残留应力分布运算步骤中，以实施 反冲对策前的成形条件进行成形解析来运算分型前的成形对象物的残 留应力分布，或者进行反冲对策以预先设定的成形条件进行成形解析来 运算分型前的成形对象物的残留应力分布；第一分型后残留应力分布运 算步骤，在该第一分型后残留应力分布运算步骤中，基于该分型前的成 形对象物的残留应力分布进行反冲解析来运算分型后的成形对象物的 残留应力分布；第一残留应力分布差值运算步骤，在该第一残留应力分 布差值运算步骤中，运算由该第一分型后残留应力分布运算步骤和所述 第一分型前残留应力分布运算步骤求出的残留应力分布的差值；

对策后分型前残留应力分布运算步骤，在该对策后分型前残留应力 分布运算步骤中，进而以实施了反冲对策的成形条件进行成形解析来运 算分型前的成形对象物的残留应力分布；对策后分型后残留应力分布运 算步骤，在该对策后分型后残留应力分布运算步骤中，基于该分型前的 成形对象物的残留应力分布进行反冲解析来运算分型后的成形对象物 的残留应力分布；对策后残留应力分布差值运算步骤，在该对策后残留 应力分布差值运算步骤中，运算由对策后分型前残留应力分布运算步骤 和对策后分型后残留应力分布运算步骤求出的残留应力分布的差值；

残留应力分布差值变化量运算步骤，在该残留应力分布差值变化量 运算步骤中，基于由所述第一残留应力分布差值运算步骤求出的残留应 力分布的差值与由所述对策后残留应力分布差值运算步骤求出的残留 应力分布的差值来运算残留应力分布差值的变化量；以及

显示步骤，在该显示步骤中，将该残留应力分布差值变化量运算步 骤中的运算值与反冲的变化量对应地显示成在成形对象物的形状数据 上可视觉识别。

（2）本发明涉及的反冲对策效果确认装置具有：分型前残留应力分 布运算处理部，针对半成品进行冲压成形解析，来计算分型前的成形对 象物的形状的残留应力分布；

分型后残留应力分布运算处理部，基于分型前的成形对象物的形状 的残留应力分布进行反冲解析来计算分型后的成形对象物的形状的残 留应力分布；

残留应力分布差值运算处理部，基于所述分型前残留应力分布运算 与所述分型后残留应力分布运算的运算值来计算应力差值；

残留应力分布差值变化量运算处理部，以两个不同条件进行所述分 型前残留应力分布运算与所述分型后残留应力分布运算，基于各个所述 残留应力分布差值运算的运算值来运算残留应力分布差值的变化量；和

显示处理部，将所述残留应力分布差值变化量运算的运算值与反冲 的变化量对应地按照可视觉识别的方式显示于显示装置。

根据本发明涉及的反冲对策效果确认方法，能够明确地确认在冲压 成形时，某个实施的反冲对策对成形对象物的哪个部位赋予了什么程度 的反冲量的变化。

附图说明

图1是本发明中的反冲对策效果确认装置的框图。

图2是表示应用了本发明中的反冲对策效果确认方法的处理步骤的 流程图。

图3是表示作为本发明中的实施方式的解析对象的设计上的成形对 象物的形状的图。

图4是本发明的实施方式的解析计算所使用的冲压模的说明图。

图5是表示本发明的实施方式的拉伸成形和拉伸成形后的半成品的 修整（trim）与反冲解析的概略顺序的图。

图6是本发明的实施方式的反冲对策前的冲压模模型与反冲对策后 的冲压模的说明图。

图7是表示本发明的实施方式的到对残留应力分布差值变化量进行 云图显示为止的处理步骤的概略的图。

图8是本发明的实施方式的设计上的成形对象物的弯曲部在反冲对 策前后的反冲量的说明图。

具体实施方式

基于附图对本发明的实施方式进行说明。

首先，主要基于图1所示的框图并适当参照其他附图来对冲压成形 时的反冲对策效果确认装置1（以下简称为“反冲对策效果确认装置1”） 的构成进行说明。

在本实施方式中，反冲对策效果确认装置1由PC（个人计算机） 构成，具有显示装置3、输入装置5、存储装置7、作业用数据存储器9 以及运算处理部11。

另外，运算处理部11上连接着显示装置3、输入装置5、存储装置 7以及作业用数据存储器9。

＜显示装置＞

显示装置3被用于计算结果的显示等，由液晶显示器等构成。

＜输入装置＞

输入装置5被用于成形对象物信息文件13的指示等，由键盘、鼠标 等构成。

＜存储装置＞

存储装置7内至少储存有成形对象物信息文件13。

＜作业用数据存储器＞

作业用数据存储器9内具有存储计算结果的数据存储区域15、和用 于进行计算处理的作业区域17。

＜运算处理部＞

运算处理部由PC的CPU构成，以下说明的各处理部通过CPU执 行规定的程序来实现。

运算处理部11内具有分型前残留应力分布运算处理部19、分型后 残留应力分布运算处理部21、残留应力分布差值运算处理部23、残留 应力分布差值变化量运算处理部25、云图显示（contour display）处理 部27。

以下，针对运算处理部11内的各处理部更加详细地进行说明。

分型前残留应力分布运算处理部19对半成品41进行冲压成形解 析，计算分型前形状29b（参照图5（b））的残留应力分布，并将计算 结果作为分型前形状29b的残留应力分布数据存储到数据存储区域15。

分型后残留应力分布运算处理部21从数据存储区域15读出分型前 形状29b的残留应力分布数据，根据读出的分型前形状29b的残留应力 分布来计算分型后形状29c（参照图5（c））的残留应力分布，并将计 算结果作为分型后形状29c的残留应力分布数据存储到数据存储区域 15。

残留应力分布差值运算处理部23从数据存储区域15读出分型前形 状29b的残留应力分布数据和分型后形状29c的残留应力分布数据，将 这些数据换算至局部坐标系，来计算应力差值，并将计算结果作为残留 应力分布差值数据存储到数据存储区域15。

残留应力分布差值变化量运算处理部25为了能够将根据不同的成 形条件计算出的应力差值数据彼此进行比较，生成将一方的残留应力分 布差值数据的值映射处理成另一方的相对的形状数据后的映射数据，进 而根据映射数据和未进行映射处理的另一方的残留应力分布差值数据 计算应力差值，并作为残留应力分布差值变化量数据存储到数据存储区 域15。

云图显示处理部27从数据存储区域15读出残留应力分布差值变化 量数据，并使之云图显示到显示装置3。

接着，基于图3～图6对成形品形状以及成型方法的概要进行说明。 这里，作为例子，对图3（a）所示的成形对象物29a在冲压成形中的反 冲对策效果确认方法进行叙述。

冲压成形解析、反冲解析中的解析计算采用市售的有限元法（FEM） 解析系统来进行。

成形对象物29a是具有帽形剖面（参照图3（b））的缓缓弯曲的“く” 字型的形状，成形对象物29a在弯曲的中心侧具有内侧凸缘（flange） 31，在相反侧具有外侧凸缘33。

另外，使用图4所示的由冲模35、冲头37以及半成品支架39构成 的冲压模模型来形成成形对象物29a。

其中，在本实施方式中，作为一个例子，半成品41使用980MPa 级高强度冷轧钢板。

成形对象物29a表示目标形状，通过冲压模从半成品41拉伸成形 （参照图5（a）），经过对拉伸成形后的部件的周边部进行修整加工而成 的分型前形状29b（参照图5（b）），对分型前形状29b进行反冲解析， 成为分型后形状29c（参照图5（c））。

另外，如果对成形对象物29a进行冲压成形，则产生帽形剖面的纵 壁部稍微向外侧扩展那样的反冲。

在本发明中，将设定反冲对策之前的成形条件称为第一成形条件 （在本申请发明中为“第一”），将设定了最初的或者追加的反冲之后的 成形条件称为对策后成形条件（在本申请发明中为“对策后”）。即，第 一成形条件可以是完全没有设定反冲对策，或者包含已经设定了某些反 冲对策的情况，对策后成形条件意味着针对第一成形条件设定了某种反 冲对策。

在本实施方式中，第一成形条件是没有设定任何反冲对策的成形条 件（以下简称为“反冲对策前”），对策后成形条件是设定了最初的反冲 的成形条件（以下简称为“反冲对策后”）。

其中，反冲对策的前提是不改变成形对象物本身的形状。其原因在 于，在反冲对策前后展开到相同的坐标上进行比较。但是，对于进行修 整而削除的那样的部位可以有形状变化。因此，作为反冲对策，是成形 对象物部分以外的金属模形状的变更、半成品支架压力的变更等。

本实施方式中的反冲对策是对金属模形状的冲模表面设定阶梯形 状43（参照图6（b））。因为阶梯形状43是进行修整而削除的部位，所 以是成形对象物部分以外的金属模变更。这样的反冲对策目的在于在成 形结束时对成形对象物29a的纵壁部赋予拉伸应力，来实现反冲的降低。 本实施方式目的在于确认该反冲对策如何对反冲的降低起到效果。

接下来，基于图2所示的流程图，以针对图3（a）所示的成形对象 物29a进行反冲对策效果确认的情况为例来说明反冲对策效果确认方法 的处理流程。另外，补充参照图7。

首先，操作者对反冲对策效果确认装置1经由输入装置5指示作为 解析的对象的成形对象物信息文件13。

反冲对策效果确认装置1从成形对象物信息文件13读入成形对象 物信息，在分型前残留应力分布运算处理部19中，计算反冲对策前的 分型前形状29b的残留应力分布数据[数据D1]（步骤S1）。由于成形对 象物29a被金属模按压，所以尚不存在被释放的残留应力。

其中，本步骤相当于本申请发明的第一分型前残留应力分布运算步 骤。

接下来，在分型后残留应力分布运算处理部21中，计算反冲对策 前的分型后形状29c的残留应力分布数据[数据D2]（步骤S2）。残留应 力分布数据[数据D2]中存在下述部分：分型前存在的残留应力的一部分 因分型而被释放，与分型前的残留应力分布数据[数据D1]相比残留应力 降低。分型前形状29b通过因该被释放的残留应力引起的反冲而发生变 形，成为分型后形状29c。

其中，本步骤相当于本申请发明的第一分型后残留应力分布运算步 骤。

接下来，在残留应力分布差值运算处理部23中，将[数据D1]、[数 据D2]的残留应力分布变换至局部坐标系，计算残留应力分布差值数据 [数据D3]（步骤S3）。这里，残留应力分布差值数据[数据D3]相当于分 型前后的应力差的分布、即通过反冲被释放的应力分布。

例如，如果观察本步骤的计算结果（参照图7（a）），则成形对象物 29a弯曲的部分的颜色变浓，可知该部分的应力通过反冲被释放。

其中，本步骤相当于本申请发明的第一残留应力分布差值运算步 骤。

接下来，在分型前残留应力分布运算处理部19中，计算反冲对策 后的分型前形状29b的残留应力分布数据[数据D4]（步骤S4）。

其中，本步骤相当于本申请发明的对策后分型前残留应力分布运算 步骤。

接下来，在分型后残留应力分布运算处理部21中，计算反冲对策 后的分型后形状29c的残留应力分布数据[数据D5]（步骤S5）。

其中，本步骤相当于本申请发明的对策后分型后残留应力分布运算 步骤。

接下来，在残留应力分布差值运算处理部23中，将[数据D4]、[数 据D5]的残留应力分布数据变换至局部坐标系，计算残留应力分布差值 数据[数据D6]（步骤S6）。残留应力分布差值数据[数据D6]也与残留应 力分布差值数据[数据D3]同样，相当于分型前后的应力差的分布、即通 过反冲被释放的应力分布。

例如，若将本步骤的计算结果（参照图7（b））与图7（a）进行比 较，则颜色浓的部分不同，可知根据反冲对策通过反冲被释放的应力的 分布不同。

其中，本步骤相当于本申请发明的对策后残留应力分布差值运算步 骤。

接下来，在残留应力分布差值变化量运算处理部25中，将残留应 力分布差值数据[数据D6]映射处理成分型前的相对的形状数据，并计算 映射数据[数据D7]（步骤7）。

并且，在残留应力分布差值变化量运算处理部25中，根据残留应 力分布差值数据[数据D3]和映射数据[数据D7]计算残留应力分布差值 变化量数据[数据D8]（步骤8）。

其中，步骤7～8相当于本申请发明的残留应力分布差值变化量运算 步骤。

接下来，在云图显示处理部27中，以云图显示的方式将残留应力 分布差值变化量数据[数据D8]显示于显示装置3（步骤9）。由此，操作 者能够明确地确认所实施的反冲对策对成形对象物29a的哪个部位赋予 了什么程度的反冲量的变化。

其中，本步骤相当于本申请发明的显示步骤。

接下来，基于图7、图8对上述处理的结果进行说明。

当观察图8所示的成形对象物29a的弯曲部的帽形剖面的形状时， 可知外侧凸缘33b比外侧凸缘33a大幅接近于外侧凸缘33（目标形状）。 另外，虽然内侧凸缘31b也能看出叶片，但比内侧凸缘31a接近于内侧 凸缘31（目标形状）。因此，在反冲解析上也能确认通过所实施的反冲 对策对降低反冲量具有效果。

这里，说明所实施的反冲对策对成形对象物29a的哪个部位赋予了 什么程度的反冲量的变化。

在云图显示处理的结果（参照图7（c））中，灰色显示的部分表示 分型前后的残留应力的差值因反冲对策而存在变化的部位，颜色越浓意 味着反冲对策的效果相应越大。

在图7（c）中，在整体上可看到通过反冲而被释放的应力降低，尤 其可知成形对象物29a的弯曲部的降低量较大。对于本实施方式中的反 冲对策而言，其目的在于在成形结束时对纵壁赋予拉伸应力来降低反冲 量，但可知通过对该纵壁赋予的拉伸应力，由成形对象物29a的全部区 域中、尤其弯曲部中的反冲而被释放的应力被抑制。即，可知所实施的 反冲对策当然作用于成形对象物29a的全部区域、尤其大幅作用于弯曲 部中的应力状态的变化，对反冲量的降低起到效果。

这样，在本发明中，能够容易地掌握并适当地评价反冲对策对针对 该成形对象物29a的反冲量的变化带来怎样的效果。因此，在对同样形 状的成形对象物实施反冲对策时，可成为反冲对策的立案准则。

其中，在本实施方式所实施的反冲对策中，由于在整个成形对象物 29a，反冲对策前的残留应力分布差值数据[数据D3]是比反冲对策后的 残留应力分布差值数据[数据D6]大的值，所以残留应力分布差值变化量 数据[数据D8]也在整体上为正的值，在图7（c）中被以意味正值的颜 色显示。而且，由此可评价为本实施方式中所实施的反冲对策对降低成 形对象物29a整体上通过反冲而被释放的应力起到效果。

然而，存在反冲对策前的残留应力分布差值数据[数据D3]成为比反 冲对策后的残留应力分布差值数据[数据D6]小的值的情况。该情况意味 着在该部位通过反冲而被释放的应力反而增加。在这样的情况下，只要 将该部位用意味着负的颜色显示即可。由此，能够明确地理解前述反冲 对策对该部位的反冲量降低赋予逆效果，对反冲效果的确认有效。

另外，在本实施方式中，残留应力分布差值数据[数据D3]、残留应 力分布差值数据[数据D6]仅作为分布差值映射处理的输入数据而使用， 但也可以如图7（a）、（b）所示那样将它们显示于显示装置3。

另外，在本实施方式中，第一成形条件为没有设定任任何反冲对策 的成形条件。但是，关于进行反冲对策效果确认，有时在对已设定了某 个反冲对策的条件追加其他反冲对策而重叠设定的情况下想要确认所 追加的成形条件的效果。

鉴于此，在本申请发明中例如可以将已经设定了某个反冲对策A的 条件作为第一成形条件，将设定了其他反冲对策B的条件作为对策后成 形条件。该情况下，能够确认以反冲对策A为前提的反冲对策B的效 果。

另外，在本实施方式中，在分布差值映射处理中将反冲对策后的残 留应力分布差值数据[数据D6]映射处置成相对的反冲对策前的形状数 据来计算映射数据[数据D7]，但也可以将反冲对策前的残留应力分布差 值数据[数据D3]映射处置成相对的反冲对策后的形状数据来计算映射 数据[数据D7]。

另外，在本实施方式中，在步骤9中例示了云图显示作为显示方法， 但只要将残留应力分布差值变化量数据与反冲的变化量相对应地显示 成在成形对象物的形状数据上能够视觉识别即可，也可以取代云图显示 那样的分布状态的颜色划分而采用以带网格的网的描绘方式等的差异 来表示分布状态那样的显示方法。

附图标记说明：1－反冲对策效果确认装置；3－显示装置；5－输 入装置；7－存储装置；9－作业用数据存储器；11－运算处理部；13－ 成形对象物信息文件；15－数据存储区域；17－作业区域；19－分型前 残留应力分布运算处理部；21－分型后残留应力分布运算处理部；23－ 残留应力分布差值运算处理部；25－残留应力分布差值变化量运算处理 部；27－云图显示处理部；29a－成形对象物；29b－成形对象物的分型 前形状；29c－成形对象物的分型后形状；31－内侧凸缘（目标形状）； 31a－反冲对策前的成形对象物在分型后形状中的内侧凸缘；31b－反冲 对策后的成形对象物在分型后形状中的内侧凸缘；33－外侧凸缘（目标 形状）；33a－反冲对策前的成形对象物在分型后形状中的外侧凸缘；33b －反冲对策后的成形对象物在分型后形状中的外侧凸缘；35－冲模；35a －反冲对策前的冲模；35b－反冲对策后的冲模；37－冲头；37a－反冲 对策前的冲头；37b－反冲对策后的冲头；39－半成品支架；41－半成 品；43－阶梯形状。