JP6977824B1 - プレス成形品の形状変化予測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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とを比較した際、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。
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、
スプリングバックした直後の前記プレス成形品の少なくとも前記パンチ肩部及び/又は前記縦壁部に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも緩和減少し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、
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残留応力緩和形状解析工程と、を含むことを特徴とするものである。
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、
スプリングバックした直後の前記プレス成形品の少なくとも前記パンチ肩部及び/又は前記縦壁部に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも緩和減少し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、
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残留応力緩和形状解析工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記残留応力緩和減少設定工程において、スプリングバックした直後の残留応力よりも5%以上緩和減少した残留応力の値を設定することを特徴とするものである。
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。
発明者らは、前述の課題を解決するために、図2に一例として示すプレス成形品1について、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のさらなる時間経過に伴う形状変化を予測する手法を確立するために、プレス成形品1の形状が時間経過に伴って変化する原因について検討した。
まず、パンチ肩部5は、プレス成形時にパンチとダイとを備えてなる金型を用いてブランク(金属板等)を成形下死点までプレス成形すると、図4(a)に示すよう形成されるため、パンチ肩部5の曲げ外側では引張応力、曲げ内側では圧縮応力が発生する。なお、曲げ外側とは、曲げ部の断面において板厚中央のラインに対して曲げの曲率中心と反対側であり、曲げの内側とは、曲げの曲率中心と同じ側である(以下同じ)。
パンチとダイとを備えてなる金型を用いてブランクをプレス成形品1にプレス成形する過程においては、まず、ブランクにおける縦壁部7に相当する部位がダイのダイ肩で曲げられて、当該曲げられた部位の曲げ外側では引張応力、曲げ内側では圧縮応力が発生する。そして、ダイがパンチ側にさらに相対移動すると、ダイ肩で曲げられた部位はパンチとダイとで平坦に曲げ戻されて縦壁部7となる。そのため、成形下死点での縦壁部7においては、図6(a)に示すように、曲げ外側では圧縮応力が生じ、曲げ内側では引張応力が生じている。
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は、一例として図2に示すように、天板部3と、天板部3からパンチ肩部5を介して連続する縦壁部7と、縦壁部7からダイ肩部9を介して連続するフランジ部11と、を有し、側面視で天板部3側に凸状に湾曲した形状を含むプレス成形品1について、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和による凸状湾曲の曲率半径が小さくなる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、残留応力緩和形状解析工程S5と、を備えるものである。以下、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。
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の少なくともパンチ肩部5及び/又は縦壁部7に対し、その残留応力よりも緩和減少させた残留応力の値を設定する工程である。
さらに、残留応力緩和減少設定工程S3において残留応力を緩和減少させた残留応力の値を設定するとは、スプリングバックした直後のプレス成形品1に残留する引張応力(正の値)及び圧縮応力(負の値)の絶対値を緩和減少させることをいう。
残留応力緩和形状解析工程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させた値を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。
さらには、パンチ肩部5や縦壁部7等の部位ごとに残留応力を緩和減少させる割合や値を変えてもよい。
また、縦壁部から連続するフランジ部を有するプレス成形品としては、前述したハット型断面形状のプレス成形品1(図2)に限らず、図9に例示するように、天板部33と、天板部33からパンチ肩部35を介して連続する縦壁部37と、縦壁部37からダイ肩部39を介して連続するフランジ部41と、を有してなるZ字型断面形状のプレス成形品31が挙げられる。
また、ブランクの引張強度については、150MPa級以上2000MPa級以下であることが好ましく、440MPa級以上1470MPa級以下であることがより好ましい。
実施例1では、まず、金属板として、以下の表1に一例を示す機械的特性を持つ鋼板Aを用い、図2に示す、側面視で凸状に湾曲したハット型断面形状のプレス成形品1のプレス成形を行った。プレス成形品1の成形下死点形状は、凸状湾曲の曲率半径を170mm、プレス成形方向における縦壁部7の縦壁高さを40mmとした。
解析では、まず、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、鋼板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。
そして、残留応力を緩和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。
表2に、発明例1〜発明例4及び比較例1、比較例2において残留応力の緩和減少率と評価点aの乖離量の結果をまとめて示す。
実験値と予測値との差分(mm)=De−Dc ・・・(1)
予測値の誤差(%)=(De−Dc)÷De×100 ・・・(2)
発明例2は、パンチ肩部5及び縦壁部7に対してそれらの残留応力をそれぞれ10%緩和減少させた残留応力の値を設定したものであり、実験値と予測値との差分は0.7mm、予測値の誤差は3.1%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は、パンチ肩部5及び縦壁部7に対してそれらの残留応力をそれぞれ20%緩和減少させた残留応力の値を設定したものであり、実験値と予測値との差分は0.2mm、予測値の誤差は0.9%となり、比較例1及び比較例2と比べて改善し、発明例2よりも良好な結果であった。
発明例4は、パンチ肩部5及び縦壁部に対してそれぞれ残留応力を30%及び20%緩和減少させた残留応力の値を設定したものであり、実験値と予測値との差分は-0.1mm、予測値の誤差は-0.4%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3よりも良好であった。
実施例4では、まず、前述した実施例1と同様に表1に示す機械的特性を持つ鋼板Aを用い、図10に示す自動車のフロントピラーアッパーであるプレス成形品51をプレス成形した。プレス成形品51は、天板部53とパンチ肩部55と縦壁部57とダイ肩部59とフランジ部61とを有してなるハット型断面形状であり、側面視で天板部53側に凸状に湾曲した形状を含む。そして、プレス成形品51は、成形下死点における凸状湾曲の曲率半径が1000mm、プレス成形方向における縦壁部57の縦壁高さが45mmである。
まず、プレス成形品51のプレス成形解析とこれに続く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のパンチ肩部55に対し、それの残留応力の絶対値を所定の割合緩和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。
また、比較対象として、発明例5及び発明例6と同様にプレス成形品51のプレス成形解析及びスプリングバック解析を行ったものの、残留応力を緩和減少した値を設定して力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行わなかったものを比較例3とした。
表3に、発明例5、発明例6及び比較例3において残留応力の緩和減少率と評価点bの乖離量の結果をまとめて示す。
発明例5は、パンチ肩部55に対し、その残留応力を5%緩和減少させたものであり、実験値と予測値との差分は1.2mm、予測値の誤差は4.5%であり、比較例3と比べて改善した。
発明例6は、パンチ肩部55に対し、その残留応力を10%緩和減少させたものであり、実験値と予測値との差分は0.3mm、予測値の誤差は1.1%であり、比較例3と比べて改善し、発明例5よりも良好であった。
3 天板部
5 パンチ肩部
7 縦壁部
9 ダイ肩部
11 フランジ部
21 プレス成形品
23 天板部
25 パンチ肩部
27 縦壁部
31 プレス成形品
33 天板部
35 パンチ肩部
37 縦壁部
39 ダイ肩部
41 フランジ部
51 プレス成形品
53 天板部
55 パンチ肩部
57 縦壁部
59 ダイ肩部
61 フランジ部
Claims (4)
- 天板部と、該天板部からパンチ肩部を介して連続する縦壁部と、を有し、側面視で前記天板部側に凸状に湾曲した形状を含むプレス成形品について、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和による凸状湾曲の曲率半径が小さくな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、
スプリングバックした直後の前記プレス成形品の少なくとも前記パンチ肩部及び/又は前記縦壁部に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも緩和減少し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、
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残留応力緩和形状解析工程と、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。 - 天板部と、該天板部から連続するパンチ肩部を介して連続する縦壁部と、該縦壁部からダイ肩部を介して連続するフランジ部と、を有し、側面視で前記天板部側に凸状に湾曲した形状を含むプレス成形品について、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和による凸状湾曲の曲率半径が小さくな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、
スプリングバックした直後の前記プレス成形品の少なくとも前記パンチ肩部及び/又は前記縦壁部に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも緩和減少し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、
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残留応力緩和形状解析工程と、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。 - 前記残留応力緩和減少設定工程において、スプリングバックした直後の残留応力よりも5%以上緩和減少した残留応力の値を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
- 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3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。
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