自動車部品の組立公差を可視化しませんか？
‐スポット溶接組立解析のご紹介‐

組立後の自動車部品を公差内に収めるためにクランプ位置・タイミングや溶接打点位置、順序の設計で苦労なさったご経験はないでしょうか。スポット溶接の組み立て工程での形状を可視化し、スポット溶接アセンブリ後の変形を抑える方法をソフトウェア上で事前検討できるツールが、JWELD Spot Weldingです。

JWELD Spot Weldingは、生産工程の溶接変形などを評価することに特化した国産シミュレーションソフトウェア「JWELD」の新機能です。JSOL独自のスポット溶接変形用の高速な解析手法とスポット溶接アセンブリ工程のための専用GUIを備えており、スポット溶接による組立公差を可視化できます。

今回は、JWELD Spot Weldingの組立解析の特長と、活用事例をご紹介いたします。

特長　JSOL独自の高速なスポット溶接固有ひずみ法解析

1台の自動車には数千打点のスポット溶接が存在します。数多くの打点があるアセンブリ工程を短時間で解析するには高速な手法を用いる必要があります。そこで、弾性解析で溶接変形を考慮できるJSOL独自のスポット溶接用固有ひずみ法解析を利用します。

スポット溶接の組立公差に影響する要因の1つに、加圧や通電によって発生する打点部近傍での局所的なひずみがあります。固有ひずみ法解析では、打点部のひずみを面内・面外収縮、面外曲げの3モードの固有変形データとして整理し、その固有変形データを実際の製品の打点に当てはめていくことで、組立後の形状を予測することができます。製品の組立解析としては固有変形を付与したワンステップの弾性解析であるため、短時間での変形予測が可能となり、事前の組立公差を簡便に評価できます。

なお、JSOLは本解析手法にて2021年に特許を取得しています（特許第6985689号）。

図1. スポット溶接向け固有ひずみ法

活用事例　工程分析による改善検討

実際にアセンブリ解析を行い、工程分析・工程改善検討した事例をご紹介いたします。

クランプ後に、全23打点の溶接で2部品の組立を行う解析事例です。初期設計案のスポット打順での解析結果では、図2の右図のように上端部のフランジ面で最大変位が発生します。

図2. スポット溶接解析事例（左：計算モデル、右：解析結果）

フランジ面は次工程の組付け精度に影響するため、この変形を低減することを検討します。

初期設計案の変位履歴を可視化したものが、図3のオレンジ線です。フランジと同一平面上の打点を溶接する際に、クランプしている対面で製品間に存在する隙間が溶接によって閉じられることで大きな変位が発生していることが、変位履歴を可視化することで分かります。

そこで、対策案として事前にクランプで隙を抑えることを試行します。クランプ工程を追加した設計改善案（図3の青線）では、初期設計案に対してフランジ面での変位量を抑えることができており、最終工程でも約20%の変位量低減につながります。このように組立工程での変形履歴を可視化することで、効率的に組立設計を改善検討できます。

図3. 工程分析と設計改善案の事例

以上の事例のようにJWELD Spot Weldingは、
�@クランプや溶接など工程ごとの変形を可視化
�A変位の時刻歴可視化機能により大きな変形が発生している工程の把握
�Bシミュレーションによる試作レスの工程改善案の試行
を実施でき、短時間での組立工程の改善検討をサポートします。

おわりに

本稿では、JSOL独自の解析手法を用いてスポット溶接による組立公差を可視化し、効率的に組立工程を改善検討することで組立の設計リードタイムの短縮に役立つJWELD Spot Weldingをご紹介しました。

スポット溶接によるアセンブリ後の許容公差をクリアするのに、苦労なさっている設計者の方も多いかと思います。JWELD Spot Weldingは、どの工程を改善すれば変形を低減できるのかを短時間で検討するためのツールとしてご利用いただけます。今回ご紹介した機能のほかに、最大変位量を最小化するための打点順序を探索する最適化機能などもございます。

JSOLでは、本機能を対象とした簡単なデモ解析や操作の実演も随時行っております。今回ご紹介した機能にご興味ございましたら、こちらからお問合せください。