[发明专利]回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置

说明书

技术领域

本发明涉及确定汽车部件等的冲压成型品(press forming product)所产生的回弹(spring back)的主因的回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置。

背景技术

冲压成型是指向作为其对象物的材料(steel sheet)按压金属模(die)由此将金属模的形状转印至坯料来加工材料的方法。在该冲压成型中常出现的问题是，在从金属模取出冲压成型品后，冲压成型品内的残余应力(residual stress)成为驱动力，产生由弹性恢复(elastic recovery)引起的应变复原现象即回弹，使冲压成型品的形状与所希望的形状不同。最近，特别是以汽车行业为中心，从汽车车体的轻量化(weight saving of automotive body)的观点出发，车体部件使用高强度钢板(high-strength steel sheet)的趋势增强，回弹的程度也随之变大。因此，抑制回弹在汽车的开发期间、减少成本方面也逐渐成为重要课题。

在实施用于抑制回弹的对策方面，确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向是有效的。专利文献1记载了如下技术：在基于有限元法(finite element method)的成型模拟(press forming simulation)中，着眼于残余应力，改变脱模(die release)前的冲压成型品的一部分区域的残余应力，评价在该状态下计算出的回弹量，判断该区域的残余应力以何种程度影响回弹，确定回弹的产生主因。另外，在专利文献1所记载的技术中，在一部分区域改变的物理量除了残余应力以外，也可以是板厚、弹性模量(Young′s modulus)以及塑性系数(plasticity coefficient)(参照段落【0031】)。根据专利文献1记载的技术，如上述那样虽然无法直接确定具有回弹的产生主因即残余应力的部分与该残余应力的方向，但明白是哪个部位的那个物理量作为回弹的产生主因而间接地造成影响。

专利文献1：日本专利第4724626号公报

然而，专利文献1记载的技术存在以下的问题。在成型模拟中，使用规定材料的变形行为(deformation behavior)的材料模型(materials model)，但在改变残余应力的情况下，存在由所使用的材料模型的种类引起的问题。以往提出了很多材料模型的方案，它们的不同之处是屈服曲面(yield surface)的处理不同。屈服曲面用于表示受到多轴应力的材料的屈服行为(yielding behavior)，在处理冲压成型那样的板材时，屈服曲面如图11所示由二维应力平面(two-dimensional stressplane)表示的是一般的。即，如图11所示，若通过加工对材料施加外力使材料内的应力增加，则材料在弹性变形(elastic deformation)后，在某一应力A屈服，然后发生塑性变形(plastic deformation)。在该塑性变形时，作为屈服曲面的发展形态之一，如图12所示，使屈服曲面以扩大量R扩大从而再次出现材料的硬化。这被称为各向同性硬化模型(isotropic hardening model)。各向同性硬化模型在冲压成型解析所使用的材料模型中作为最经典且简单的模型广为使用。

另一方面，如图13所示，将在塑性变形时使屈服曲面移动从而再次出现材料的硬化的模型称为移动硬化模型(kinematic hardening model)。移动硬化模型的回弹预测精度比较优异，所以最近提出各种移动硬化模型，并导入通用有限元软件。在移动硬化模型中，用背应力(back stress)α表示屈服曲面的中心的移动量，在模拟中针对每个计算步骤更新该变量并将其保存为历史变量(history variable)来进行计算。各向同性硬化模型的屈服曲面的扩大量R由材料所受到的变形决定，所以不需要历史变量。留意以上材料模型的性质返回现有技术的问题点。

在应用移动硬化模型那样的使用历史变量的高精度材料模型，通过专利文献1记载的技术确定回弹的产生主因的情况下，不仅要改变残余应力还必须改变历史变量。这是因为存在仅通过改变残余应力无法在数值计算中取得匹配性而使计算失败或进行误计算的可能性。然而，无法利用与残余应力相乘的系数将历史变量变为系数倍，而且也难以决定适当的系数。在这样采用使用历史变量的高精度材料模型时，专利文献1记载的技术不适合。