JP6888703B1 - プレス成形品の形状変化予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型から離型した瞬間にスプリングバックしたプレス成形品における、その後の時間単位の経過による形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型してスプリングバックしたプレス成形品１の時間単位の経過に伴う形状変化を予測するものであって、プレス成形品１のスプリングバック解析により、スプリングバックした直後のプレス成形品１の形状及び残留応力を取得するスプリングバック直後の形状・残留応力取得工程Ｓ１と、スプリングバックした直後のプレス成形品１に対し、その残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程Ｓ３と、残留応力の値を緩和減少設定したプレス成形品１について、力のモーメントが釣り合う形状を求める形状解析工程Ｓ５と、を含むことを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、プレス成形品の形状変化予測方法に関し、特に、金型から離型してスプリングバックした後のプレス成形品の形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法に関する。

プレス成形は金属部品を低コストかつ短時間に製造することができる製造方法であり、多くの自動車部品の製造に用いられている。近年では、自動車の衝突安全性能の向上と車体の軽量化を両立するため、より高強度な金属板が自動車部品のプレス成形に利用されるようになっている。

高強度の金属板をプレス成形する場合の主な課題の一つにスプリングバックによる寸法精度の悪化がある。プレス成形により金属板を変形させる際にプレス成形品に発生した残留応力が駆動力となり、金型から離型したプレス成形品がプレス成形前の金属板の形状にバネのように瞬間に戻ろうとする現象をスプリングバックと呼ぶ。

プレス成形により発生する残留応力は高強度な金属板（例えば、高張力鋼板）ほど大きくなるため、スプリングバックによる形状変化も大きくなる。したがって高強度な金属板ほどスプリングバック後の形状を規定の寸法内に収めることが難しくなる。そこで、スプリングバックによるプレス成形品の形状変化を精度良く予測する技術が重要となる。

スプリングバックによる形状変化の予測には、有限要素法によるプレス成形シミュレーションを利用することが一般的である。当該プレス成形シミュレーションにおける手順としては、まず、金属板を成形下死点までプレス成形する過程のプレス成形解析を行い、プレス成形品に発生する残留応力を予測する第１段階（例えば特許文献１）と、金型から取り出したプレス成形品がスプリングバックにより形状が変化するスプリングバック解析を行い、力のモーメントと残留応力との釣り合いがとれる形状を予測する第２段階（例えば特許文献２）に分けられる。

特許５７９５１５１号公報 特許５８６６８９２号公報 特開２０１３−１１３１４４号公報

これまでに、前述した第１段階のプレス成形解析と第２段階のスプリングバック解析とを統合したプレス成形シミュレーションを行うことにより、金型から離型してスプリングバックしたプレス成形品の形状が予測されてきた。
しかしながら、発明者らは、プレス成形シミュレーションにより予測されたプレス成形品の形状と実際にプレス成形されたプレス成形品の形状を比較していた際、プレス成形シミュレーションによる形状予測精度が低くなるプレス成形品があることに気づいた。

そこで、プレス成形シミュレーションによる形状予測精度が低下する原因を調査したところ、同じプレス成形品であってもプレス成形直後（離型しスプリングバックした直後）と数日経過後とでは形状が異なることを発見した。

一例として、図４に示す天板部２３と一対の縦壁部２５とを有してなるコの字型の断面形状のプレス成形品２１の時間経過による形状変化を測定した結果を図５に示す。図５に示すように、金型から離型して瞬間に縦壁部２５が開いたスプリングバックした直後のプレス成形品２１の開き量を基準にすると、プレス成形品２１の縦壁部２５の開き量が徐々に増加する分刻み、時間刻みの、例えば30分、10時間等の時間単位の経過によって形状変化が生じていることが分かる。

このようなプレス成形品の時間単位の経過に伴う形状変化は、クリープ現象のように外部から高い荷重を受け続ける構造部材が徐々に変形する現象（例えば特許文献３）と類似しているように思われるが、図５に示すような、外部から荷重を受けていないプレス成形品において起こる形状の変化はこれまでに知られていなかった。

さらに、従来のプレス成形シミュレーションにおける第２段階（スプリングバック解析）は、金型から取り出した瞬間にスプリングバックした直後のプレス成形品の形状を予測するものであるため、本願が目的とするスプリングバックしたプレス成形品が、例えば数日経過した後の形状変化を予測することに関しては、これまでに何ら検討されていなかった。
その上、スプリングバックしたプレス成形品の時間単位の経過による形状変化は、前述したように、外部からの荷重を受けずに生じるものである。そのため、プレス成形品の時間単位の経過による形状変化を予測するように試みたとしても、クリープ現象による形状変化を取り扱う解析手法を適用することはできなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後から、時間単位の経過によるプレス成形品の形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法を提案することを目的とする。

本発明は、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックしたプレス成形品における、その後の時間単位の経過に伴う形状変化を予測するものであって、
前記プレス成形品のスプリングバック解析により、スプリングバックした直後の前記プレス成形品の形状及び残留応力を取得するスプリングバック直後の形状・残留応力取得工程と、
該取得したスプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程と、
該残留応力の値を緩和減少設定した前記プレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める形状解析工程と、を含むことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記残留応力緩和減少設定工程は、前記スプリングバックした直後のプレス成形品全体に対し、その残留応力を所定の割合で減少させることを特徴とするものである。

（３）上記（１）に記載のものにおいて、
前記残留応力緩和減少設定工程は、前記スプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力と該プレス成形品のプレス成形に供したブランクの引張強度との比を算出し、該算出した比が所定値以上である部位のみの残留応力を所定の割合で減少させることを特徴とするものである。

（４）上記（１）に記載のものにおいて、
前記残留応力緩和減少設定工程は、前記スプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力と該プレス成形品のプレス成形に供したブランクの引張強度との比を算出し、該算出した比が所定値以上の部位と該所定値未満の部位とで異なる割合で前記各部位の残留応力を減少させることを特徴とするものである。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、
前記プレス成形品のプレス成形に供するブランクは、引張強度が150MPa級以上2000MPa級以下の金属板であることを特徴とするものである。

本発明においては、プレス成形品のスプリングバック解析により、スプリングバックした直後の前記プレス成形品の形状及び残留応力を取得するスプリングバック直後の形状・残留応力取得工程と、該取得したスプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程と、該残留応力の値を緩和減少設定した前記プレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める形状解析工程と、を含むことにより、スプリングバックしたプレス成形品の時間単位の経過に伴う応力緩和を模擬して該プレス成形品の形状変化を精度良く予測することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形品の形状変化予測方法の処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施の形態及び実施例で成形対象の例としたプレス成形品を示す図である。 実施例において、スプリングバック解析により求めたスプリングバック後のプレス成形品に対して残留応力を緩和し減少させたプレス成形品の形状変化の結果を示す図である。 時間単位の経過による形状変化の測定対象としたコの字型の断面形状のプレス成形品の一例を示す図である。 プレス成形品の時間単位の経過による形状変化の一例として、コの字型の断面形状のプレス成形品の金型から離型してスプリングバックした後の開き量の測定結果を示す図である。 ひずみを一定に保持した状態で時間の経過とともに応力が緩和し減少する応力緩和現象を説明する図である。

発明者らは、上記課題を解決するために、金型から離型してスプリングバックした後の時間単位のプレス成形品の形状変化を予測する手法を確立するための前段階として、プレス成形品の時間単位の経過にともなう形状変化が生じる要因について種々の検討を行った。

当該検討において、発明者らは、図６に示すような、金属板にひずみを付与してひずみを一定のまま保持した場合に時間の経過とともに応力が徐々に減少する応力緩和現象に着目した。スプリングバックした後のプレス成形品においても、図６に示すような応力緩和現象と同様に、プレス成形品の残留応力が時間単位の経過とともに減少すると推定した。そして、プレス成形品の残留応力が時間単位の経過に伴って減少して応力緩和することにより、該プレス成形品の形状が緩和する応力のモーメントと吊り合おうとするために変化することをつきとめた。

すなわち、プレス成形した後に下死点からスプリングバックすると、その時点でのプレス成形品に残留応力が生じるが、その生じてしまった残留応力について、板厚方向における表側の残留応力と裏側の残留応力の差に対して、時間単位の経過に伴って、プレス成形品の板厚方向における表側の残留応力と裏側の残留応力の差が緩和され減少する。その結果、プレス成形品において加工を受けた部分は、スプリングバック直後の形状よりもさらに残留応力のない形状になることを見出した。

この現象は、従来の残留応力低減によるスプリングバック挙動とは全く異なる。
従来のスプリングバック挙動では、プレス成形後の下死点で生じる残留応力について、特定の手段により、生じようとする残留応力の値を強制的に低減させるか、生じようとするプレス成形品の表側と裏側の残留応力の差を強制的に低減させると、その結果として、プレス成形下死点の形状はスプリングバックが抑制されて、プレス成形後の状態に保持される。

一方、本発明が対象とする応力緩和の挙動では、プレス成形後の下死点からスプリングバックが生じた後に、既に存在する残留応力が外部からの強制を受けずに緩和するので、残留応力がない状態に戻ろうとする。その結果として、プレス成形品は、スプリングバック直後よりも曲げ角度や反りが増加するなど、さらに目標形状から遠ざかる形状になる。

次に、発明者らは、応力緩和によるプレス成形品の形状変化を予測する方法について検討をすすめた。その結果、前述したプレス成形シミュレーションの第２段階（スプリングバック解析）で得られるスプリングバックした直後のプレス成形品の残留応力を緩和し減少させ、該プレス成形品の力のモーメントと釣り合う形状を求める第３段階の解析をさらに行うことにより、時間単位の経過に伴う応力緩和によるプレス成形品の形状変化を予測できるという知見を得た。

本発明の実施の形態に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックしたプレス成形品における、その後の時間単位の経過に伴う形状変化を予測するものであって、図１に示すように、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程Ｓ１と、残留応力緩和減少設定工程Ｓ３と、形状解析工程Ｓ５と、を備えるものである。
なお、本実施の形態では、図２に例示するように、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有してなるハット型断面形状のプレス成形品１の例を対象とし、上記の各工程について説明する。

＜スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程＞
スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程Ｓ１は、プレス成形品１のスプリングバック解析により、スプリングバックした直後のプレス成形品１の形状及び残留応力を取得する工程である。

スプリングバックした直後のプレス成形品１の形状及び残留応力を取得する具体的な処理の一例としては、実際のプレス成形品１のプレス成形に用いる金型をモデル化した金型モデルを用いて、金属板を成形下死点までプレス成形する過程のプレス成形解析を行い、成形下死点におけるプレス成形品１の形状及び残留応力を求める第１段階と、該求めた成形下死点におけるプレス成形品１を金型モデルから離型した直後のプレス成形品１の力のモーメントの釣り合いが取れる形状を求めるスプリングバック解析を行う第２段階と、を有する有限要素法によるプレス成形シミュレーションが挙げられる。

＜残留応力緩和減少設定工程＞
残留応力緩和減少設定工程Ｓ３は、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程Ｓ１において取得したスプリングバックした直後のプレス成形品１に対し、その残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する工程である。

スプリングバックした直後のプレス成形品１の残留応力を減少させた値に設定する具体的な方法として、例えば、以下の（１）〜（３）がある。

（１）プレス成形品１全体の残留応力を所定の割合で減少させる。
（２）プレス成形品１に対し、その残留応力とプレス成形品１のプレス成形に供したブランクの引張強度との比を算出し、該算出した比が所定値以上であるプレス成形品１における部位のみの残留応力を所定の割合で減少させる。
（３）プレス成形品１に対し、その残留応力とプレス成形品１のプレス成形に供したブランクの引張強度との比を算出し、該算出した比が所定値以上の部位と該所定値未満の部位とで異なる割合で残留応力を減少させる。この場合、プレス成形品１において残留応力を減少させるのは２つの部位に限定するものではなく、残留応力の値の範囲が異なる３つ以上の部位に対し、異なる割合で減少させるものであってもよい。

上記（１）〜（３）において残留応力を減少させる所定の割合は、いずれも、適宜設定すればよい。例えば、上記（１）の場合においては、スプリングバックした直後のプレス成形品１全体の残留応力を10%以上減少させることが好ましい。

また、上記（２）又は（３）において、残留応力を減少させる部位を残留応力の値とプレス成形に供したブランクの引張強度の比に基づいて規定するものとしたのは、以下の理由による。

図２に示すようなプレス成形品１のパンチ肩部９やダイ肩部１１、さらには、プレス成形過程において伸びフランジ変形を受ける部位等、ブランク（金属板）が大きな変形を受ける部位では、プレス下死点での金型内だけでなく金型から離型してスプリングバックした直後（前述の第２段階後）においても残留応力が大きい値を示す傾向にある。そして、残留応力が大きいと時間単位の経過とともにその値が大きく変化しやすいため、プレス成形品１の形状変化に及ぼす影響も大きくなる。

また、ブランクの材料強度が増すとプレス成形過程で発生する残留応力も大きくなるので、残留応力を減少させる部位を決める際にはブランクの材料強度を考慮する必要がある。そのため、残留応力緩和減少設定工程Ｓ３において上記（２）又は（３）の方法を適用する場合にあっては、以下に示す比Rを用いて残留応力を減少させる部位を決めるとよい。
R＝（残留応力）÷（ブランクの引張強度）×100

また、引張強度が類似するブランクを用いたプレス成形の場合などでは、その残留応力の値が所定値以上であるプレス成形品１における部位のみの残留応力を所定の割合で減少させてもよく、その残留応力の値が所定値以上の部位と該所定値未満の部位とで異なる割合で残留応力を減少させてもよい。さらに、残留応力の値が異なる複数の部位に対し、異なる割合で減少させるものであってもよい。

＜形状解析工程＞
形状解析工程Ｓ５は、残留応力緩和減少設定工程Ｓ３で残留応力を緩和減少設定したプレス成形品１について、力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行う工程である。

このように、本実施の形態に係るプレス成形品の形状変化予測方法によれば、スプリングバック解析により取得した、スプリングバックした直後のプレス成形品１に対し、その残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定し、該残留応力の値を緩和減少設定したプレス成形品１について、力のモーメントと釣り合う形状を解析により求めることで、実際のプレス成形品１における時間単位の経過による応力緩和と形状変化を模擬し、金型から離型してスプリングバックした後のプレス成形品１の時間単位の経過に伴う形状変化を予測することができる。

なお、本実施の形態に係る残留応力緩和減少設定工程Ｓ３において、前述した（１）「スプリングバックした直後のプレス成形品１全体の残留応力を所定の割合減少させる」場合の作用効果については、後述する実施例にて検討した。

これに対し、残留応力緩和減少設定工程Ｓ３において、前述した（２）及び（３）は、スプリングバックした直後のプレス成形品１の残留応力とプレス成形に供したブランクの引張強度との比に基づいて、残留応力を緩和減少設定する部位を特定するものであった。これは、前述したように、残留応力が大きいと時間単位の経過とともにその値が大きく変化しやすいため、プレス成形品１の形状変化に及ぼす影響も大きくなることと、ブランクの材料強度が増すとプレス成形過程で発生する残留応力も大きくなることによるものである。

したがって、残留応力緩和減少設定工程Ｓ３に（２）又は（３）の方法を適用する場合においては、プレス成形品１の応力緩和による形状変化を良好に予測することが期待できる。なお、（２）又は（３）の方法において残留応力を減少させる部位を決める所定値と、残留応力を減少させる割合については、後述する実施例にて検討した。

もっとも、スプリングバックした後の時間単位の経過に伴うプレス成形品の形状変化に対するブランクの引張強度の影響が低い場合、残留応力緩和減少設定工程は、スプリングバックした直後のプレス成形品に対してその残留応力を減少させる部位は、スプリングバックした直後の残留応力の絶対値、又は、残留応力の相対値（例えば、スプリングバックした直後のプレス成形品の残留応力の最大値に対する比）に基づいて決めてもよい。

また、本発明において残留応力緩和減少設定工程は、スプリングバックした直後のプレス成形品１に対してその残留応力を所定の割合で減少させるものに限らず、スプリングバックした直後のプレス成形品１の全体又は一部の部位における残留応力の絶対値から任意の一定値（＞0）を減算することで、残留応力の値を減少させるものであってもよい。

このようにプレス成形品１の残留応力から一定値を減算する具体的な方法については、例えば、プレス成形品１全体に対して残留応力からある一定値を減算するものや、残留応力が所定の値以上の部位のみ一定値を減算するもの、あるいは、残留応力が所定値以上の部位と該所定値未満の部位とで各部位の残留応力から減算する値を変えるもの等、適宜選択すればよい。

また、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法において、プレス成形品のプレス成形に供するブランク（金属板）やプレス成形品の形状、種類には特に制限はないが、プレス成形品の残留応力が高くなるブランクを用いてプレス成形した自動車部品に対してより有効である。

具体的には、ブランクに関しては、引張強度が150MPa級以上2000MPa級以下、板厚が0.5mm以上4.0mm以上の金属板であることが好ましい。

引張強度が150MPa級未満のブランク（金属板）は、プレス成形品に利用されることが少ないため、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法を用いる利点が少ない。引張強度150MPa級以上のブランクを用いた自動車の外板部品等の剛性が低いものについては、残留応力の変化による形状変化を受けやすいため、本発明を適用する利点が多くなるので、本発明を好ましく適用できる。

一方、引張強度が2000MPa級を超えるブランクは延性が乏しいため、例えば、図２に示すようなハット型の断面形状のプレス成形品１におけるパンチ肩部９やダイ肩部１１ではプレス成形過程において割れが発生してプレス成形することができない場合がある。

また、プレス成形品の形状に関しては、例えば、コの字型やハット型の断面形状のプレス成形品等、曲げ部や縦壁部における残留応力が高くなる形状を有するプレス成形品に、本発明を適用することが望ましい。

さらに、プレス成形品の種類としては、剛性が低いドアやルーフ、フード等の外板部品、高強度の金属板を使うＡピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドレール、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、クロスメンバー等の骨格部品等といった自動車部品に、本発明を適用することが好ましい。

なお、本発明は、曲げ成形、フォーム成形又はドロー成形によりプレス成形されたプレス成形品に適用することができ、プレス成形品のプレス工法は問わない。

本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法の作用効果についての検証を行ったので、その結果について以下に説明する。

ここでは、プレス成形品の時間単位の経過にともなう形状変化の測定と、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法によるプレス成形品の形状変化の予測を行った。

＜プレス成形品の時間単位の経過による形状変化の測定＞
以下に示す表１の機械的特性をもつ金属板Ａをブランクとして用い、図２に示すハット型の断面形状のプレス成形品１のプレス成形を行った。そして、成形下死点までプレス成形したプレス成形品１を金型から離型し、プレス成形品１の形状の経時変化を測定した。

図３に、金属板（鋼板）Ａのプレス成形直後（金型から離型してスプリングバックした直後）及び２日経過後のプレス成形品１の形状の測定結果を示す。図３に示すプレス成形品１の数値は、成形下死点におけるプレス成形品１の形状（以下、「成形下死点形状」という。）からの乖離量であり、図中に示す10mm〜50mmの各数値は、プレス成形品１の天板部３の長手方向中央における乖離量を0mmとしたときのプレス成形品１における乖離量の等高線の値を示したものである。

乖離量は、細かいメッシュを表面に印刷したブランクを用いてプレス成形し、各メッシュを形作る交点（節点）について、プレス成形品１の長手方向中央の天板部３を一致させて、成形下死点からスプリングバックした直後までの距離、成形下死点から２日経過後までの距離を測定して求めた。

プレス成形品１は、図３（ａ）に示すように、金型から離型した後にスプリングバックが発生した。そして、成形下死点形状と最も乖離した部位はプレス成形品１のエッジ部（フランジ部７における長手方向の先端。以下、「評価点ａ」という。）であり、乖離量は50.4mmであった。
そして、２日経過後のプレス成形品１は、図３（ｂ）に示すように、スプリングバック直後に比べて形状が変化したことが分かる。特に、評価点ａにおける乖離量は52.8mmとなり、スプリングバック直後（図３（ａ））に比べて、2.2mm変化した。

＜実施例１：プレス成形品の形状変化予測＞
実施例１として、本発明に係るプレス成形品を一例としてドロー成形し、本発明に係る形状変化予測方法により、図２に示すプレス成形品１の形状変化の予測を行った。

まず、プレス成形品１のプレス成形に用いる金型をモデル化した金型モデルを用いて、金属板Ａを成形下死点までプレス成形する過程のプレス成形解析を行い、成形下死点におけるプレス成形品１の残留応力を求めた。

続いて、成形下死点におけるプレス成形品１を金型モデルから離型した直後のプレス成形品１の形状及び残留応力を求めるスプリングバック解析を行った。

さらに、スプリングバック解析により求めた、スプリングバックした直後のプレス成形品１全体の残留応力を所定の割合で緩和し減少させた残留応力の値を設定した。
そして、残留応力を減少させたプレス成形品１について、力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行った。

実施例１では、スプリングバック解析により取得したプレス成形品１全体の残留応力を減少させた残留応力の値を設定して形状変化を求めたものを発明例とし、残留応力を減少させる所定の割合を10%（発明例１）、20%（発明例２）及び40%（発明例３）とした。

また、比較対象として、発明例と同様にプレス成形解析及びスプリングバック解析を行い、スプリングバックした直後のままのものを比較例１、スプリングバック解析を行った後、残留応力を減少させずに形状を求める解析を行ったものを比較例２とした。

表２に、残留応力を緩和し減少させた割合（残留応力の緩和減少率）と、残留応力を減少させたプレス成形品１の形状変化の結果として、評価点ａの成形下死点におけるプレス成形品１からの乖離量をまとめて示す。

表２以降において、予測値Dcは、プレス成形品１の長手方向中央の天板部３を一致させた場合の発明例１〜発明例３及び比較例１〜比較例２における評価点ａの乖離量、実験値Deは、実際にプレス成形したプレス成形品１の２日経過した後の評価点ａの乖離量（＝52.8mm）である。また、実験値に対する予測値の差分及び誤差は、それぞれ、下式により算出したものである。
予測値の差分(mm)＝De−Dc
予測値の誤差(%)＝(De−Dc)÷De×100

比較例１と比較例２の乖離量は等しく、実験値との差分は3.3mm、予測値の誤差は6.3%であった。

発明例１においては、残留応力を10％減少させた結果、予測値の差分は1.5mm、予測値の誤差は2.8％となり、比較例１及び比較例２と比べて改善した。
発明例２においては、残留応力を20％減少させた結果、予測値の差分は0.6mm、予測値の誤差は1.1％となり、比較例１及び比較例２と比べて改善し、発明例１よりも良好な結果であった。
発明例３においては、残留応力を40％減少させた結果、予測値の差分は-0.6mm、予測値の誤差は-1.1％となり、いずれも負の値であるが、絶対値で比較すると比較例１及び比較例２と比べて改善し、発明例１よりも良好な結果であった。

＜実施例２：プレス成形品の形状変化予測＞
実施例１として、スプリングバック解析により求めた、スプリングバックした直後のプレス成形品１（図２）に対して、一部の部位における残留応力を減少させた残留応力の値を設定し、力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行った。

スプリングバックした直後のプレス成形品１の形状及び残留応力は、前述した実施例１と同様に、金型モデルを用いて金属板Ａ（表１）を成形下死点までプレス成形する過程のプレス成形解析と、成形下死点におけるプレス成形品１を離型した直後のプレス成形品１のスプリングバック解析と、を行って求めた。
続いて、プレス成形品１における一部の部位の残留応力を減少させて、プレス成形品１について力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行った。

実施例２では、スプリングバック解析により取得したプレス成形品１の残留応力と金属板Ａの引張強度との比Rに基づいて、プレス成形品１に対して残留応力を減少させる部位を決定し、該決定した部位における残留応力を所定の割合で減少させた。

表３に、発明例４〜発明例１１のそれぞれにおける残留応力を減少させる部位を決めるための所定値（表３中の判定基準）及び残留応力を緩和し減少させた割合（表３中の緩和減少率）と、残留応力を減少させたプレス成形品１の形状変化の結果として評価点ａの乖離量をまとめて示す。

発明例４〜発明例８は、残留応力を減少させる部位を決める所定値である判定基準を5%（発明例４）、10%（発明例５）、20%（発明例６）、30%（発明例７）及び40%（発明例８）とし、プレス成形品１の残留応力と金属板Ａの引張強度との比Rが各判定基準以上の部位のみの残留応力を緩和減少率20%で減少させたものである。

表３より、発明例４における評価点ａの乖離量の予測結果は、プレス成形品１全体の残留応力を20%減少させた発明例２（前述の表２参照）と同程度であった。
また、発明例４〜発明例９における評価点ａの乖離量の予測値Dcを比較すると、残留応力を減少させる部位を定める判定基準である残留応力と引張強度の比R（%）の値が大きいほど、実験値Deとの乖離量は大きくなって、予測精度は低下した。結果として、残留応力を減少させる部位を定める判定基準の値は、本実施例の範囲では、小さい方が好ましかった。

表３に示す発明例９〜発明例１１は、プレス成形品１の残留応力と金属板Ａの引張強度との比Rが各判定基準以上の部位と該判定基準未満の部位とで異なる残留応力の緩和減少率（0でない）として残留応力を減少させたものである。

発明例９及び発明例１０は、判定基準を5%（発明例９）及び10%（発明例１０）とし、判定基準以上の部位の残留応力の緩和減少率を20%、判定基準未満の部位の残留応力の緩和減少率を10%としたものであり、判定基準以上の部位のみの残留応力を減少させた発明例４及び発明例５において、当該判定基準未満の部位の残留応力の緩和減少率を10%として当該部位の残留応力を減少させた場合に相当する。表３に示すように、発明例４と比較する発明例９及び発明例５と比較する発明例１０における評価点ａの乖離量の予測値の差分及び誤差は、いずれも良好な結果であった。

発明例１１は、発明例１０において、判定基準以上の部位における残留応力の緩和減少率を30%としたものである。表３に示すように、発明例１１における評価点ａの乖離量の予測値の差分及び誤差は、発明例１０に比べて良好な結果であった。

以上、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法によれば、金型から離型してスプリングバックしたプレス成形品の時間単位の経過に伴う応力緩和による形状変化を良好に予測できることが実証された。

１ プレス成形品
３ 天板部
５ 縦壁部
７ フランジ部
９ パンチ肩部
１１ ダイ肩部
２１ プレス成形品
２３ 天板部
２５ 縦壁部

Claims (5)

1. 金型から離型した瞬間にスプリングバックしたプレス成形品における、その後の時間単位の経過に伴う形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法であって、
   前記プレス成形品のスプリングバック解析により、スプリングバックした直後の前記プレス成形品の形状及び残留応力を取得するスプリングバック直後の形状・残留応力取得工程と、
   該取得したスプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力よりも所定の割合を緩和し減少させた残留応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程と、
   該残留応力の値を緩和減少設定した前記プレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める形状解析工程と、を含むことを特徴とするプレス成形品の形状変化予測方法。
2. 前記残留応力緩和減少設定工程は、前記スプリングバックした直後のプレス成形品全体に対し、その残留応力を所定の割合で減少させることを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
3. 前記残留応力緩和減少設定工程は、前記スプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力と該プレス成形品のプレス成形に供したブランクの引張強度との比を算出し、該算出した比が所定値以上である部位のみの残留応力を所定の割合で減少させることを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
4. 前記残留応力緩和減少設定工程は、前記スプリングバックした直後のプレス成形品に対し、その残留応力と該プレス成形品のプレス成形に供したブランクの引張強度との比を算出し、該算出した比が所定値以上の部位と該所定値未満の部位とで異なる割合で前記各部位の残留応力を減少させることを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
5. 前記プレス成形品のプレス成形に供するブランクは、引張強度が150MPa級以上2000MPa級以下の金属板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプレス成形品の形状変化予測方法。

Images