JP7151736B2 - Shape change prediction method for press-formed products - Google Patents
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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、曲げ曲げ戻し変形を受けた曲げ曲げ戻し部を有するプレス成形品を金型から離型してスプリングバックした後の該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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for predicting shape change of a press-formed product, and more particularly, to a press-formed product having a bend-returned portion that has undergone bending-return deformation, and after releasing the press-formed product from the mold and springing back. The present invention relates to a shape change prediction method for a press-formed product for predicting shape change.
プレス成形は金属製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ている。 Press molding is a manufacturing method capable of manufacturing metal parts at low cost and in a short period of time, and is used in the manufacture of many automobile parts. In recent years, in order to improve the collision safety performance of automobiles and reduce the weight of automobile bodies, higher-strength metal sheets are being used for press molding of automobile parts.
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プレス成形品の寸法精度の悪化がある。プレス成形により金型を用いて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。 One of the main problems in press-molding a high-strength metal plate is deterioration of the dimensional accuracy of the press-molded product due to springback. Residual stress generated in the press-formed product when the metal plate is deformed using the mold during press-forming becomes the driving force, and the press-formed product released from the mold springs back into the shape of the metal plate before press-forming. The phenomenon of trying to return to the moment is called springback.
プレス成形により発生するプレス成形品の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プレス成形品の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プレス成形品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。 The higher the strength of the metal plate (for example, a high-strength steel plate), the greater the residual stress in the press-formed product generated by press-forming. Therefore, the higher the strength of the metal plate, the more difficult it becomes to keep the shape of the press-formed product after springback within the specified dimensions. Therefore, it is important to have a technique for accurately predicting the shape change of the press-formed product due to springback.
スプリングバックによるプレス成形品の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、金型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、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プレス成形品の形状を予測する第2段階(例えば特許文献2)に分けられる。 To predict the shape change of a press-formed product due to springback, it is common to use a press-forming simulation based on the finite element method. As a procedure in the press forming simulation, first, the press forming analysis of the process of press forming a metal plate to the bottom dead center using a mold is performed, and the first stage ( For example, Patent Document 1) and a springback analysis in which the shape of a press-formed product taken out of a mold changes due to springback is performed, and the shape of the press-formed product that balances the moment of force and the residual stress is predicted. It is divided into stages (for example, Patent Document 2).
これまで、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直後の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がついた。
Until now, by performing a press forming simulation that integrates the above-mentioned first stage press forming analysis and second stage springback analysis, the shape of the press formed product immediately after releasing from the mold and springing back has been confirmed. has been predicted.
However, when the inventors compared the shape of the press-formed product predicted by the press-forming simulation with the shape of the press-formed product actually press-formed, they found that the shape prediction accuracy by the press-forming simulation was low. I noticed that there is an item.
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くなるプレス成形品とその原因を調査したところ、ハット型断面形状のプレス成形品の縦壁部のように、該プレス成形品のプレス成形に用いるパンチとダイとによりブランク(金属板等)が曲げ曲げ戻し変形を受けて成形された縦壁部を有するプレス成形品においては、プレス成形直後(金型から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。 Therefore, when we investigated the press-formed product whose shape prediction accuracy by press-forming simulation is low and the cause thereof, we found that, like the vertical wall part of the press-formed product with a hat-shaped cross section, the punch used for press-forming the press-formed product For press-formed products with vertical walls formed by bending and unbending deformation of a blank (metal plate, etc.) with a die, immediately after press-forming (immediately after releasing from the mold and springing back) and after a few days have passed. I found that the shapes are different.
このようなプレス成形品の時間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、外部から荷重を受けていない状態で、プレス成形品の形状が時間の経過とともに変化する現象はこれまでに知られていなかった。 Such changes in the shape of press-formed products over time seem to be similar to the phenomenon of gradual deformation of structural members that continue to receive a high external load, such as the creep phenomenon (e.g., Patent Document 3). However, the phenomenon that the shape of a press-formed product changes with the lapse of time in the absence of an external load has not been known so far.
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、スプリングバックしたプレス成形品が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ため、このようなプレス成形品の時間経過による形状変化を予測することに対して、クリープ現象による形状変化を取り扱う解析手法を用いることはできなかった。
In addition, the second stage (springback analysis) in the conventional press-forming simulation is to predict the shape of the press-formed product immediately after it springs back at the moment it is removed from the mold. No studies have been made so far regarding prediction of shape change after several days have passed.
In addition, since the shape change over time of a spring-back press-formed product occurs without receiving an external load, as described above, it is possible to predict the shape change over time of such a press-formed product. On the other hand, it was not possible to use the analysis method to deal with the shape change due to the creep phenomenon.
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、曲げ曲げ戻し変形を受けた曲げ曲げ戻し部を有するプレス成形品を金型から離型してスプリングバックした後、さらに時間経過した前記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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and after releasing a press-formed product having a bend-returned portion that has undergone bending-return deformation from the mold and springing back, further It is an object of the present invention to propose a shape change prediction method for a press-formed product for predicting shape change of the press-formed product over time.
本発明は、具体的には以下の構成からなるものである。 The present invention specifically consists of the following configurations.
(1)本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、曲げ曲げ戻し変形を受けた曲げ曲げ戻し部を有するプレス成形品の金型から離型した瞬間にスプリングバックした後、さらに時間経過に伴う応力緩和による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おける前記曲げ曲げ戻し部の全部又は一部に対し、該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曲げ曲げ戻し部残留応力緩和減少設定工程と、
前記曲げ曲げ戻し部における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。
(1) In the press-formed product shape change prediction method according to the present invention, the press-formed product having a bend-returned portion that has undergone bending-return deformation springs back at the moment it is released from the mold, and then the time elapses. It predicts the shape change due to stress relaxation associated with
A shape and residual stress acquisition step immediately after springback for acquiring the shape and residual stress of the press-formed product immediately after springback by springback analysis of the press-formed product;
Remaining bending and bending return portion setting a value of residual stress relaxed and reduced from the residual stress immediately after springback for all or part of the bending and bending return portion in the obtained press-formed product immediately after springback a stress relaxation reduction setting step;
and a shape analysis step of obtaining a shape in which the moment of force is balanced for the press-formed product in which the value of the residual stress in the bending and returning portion is set to be relaxed and reduced.
(2)上記(1)に記載のものにおいて、
前記曲げ曲げ戻し部は、天板部と縦壁部とフランジ部とを有してなるハット型断面形状のプレス成形品における前記縦壁部であることを特徴とするものである。
(2) In the above (1),
The bend-and-return portion is the vertical wall portion of a press-formed product having a hat-shaped cross-section and having a top plate portion, a vertical wall portion, and a flange portion.
(3)上記(1)又は(2)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。
(3) In the above (1) or (2).
A blank to be subjected to press forming of the press-formed product is characterized by being a metal plate having a tensile strength of 150 MPa class or more and 2000 MPa class or less.
本発明においては、曲げ曲げ戻し変形を受けた曲げ曲げ戻し部を有する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おける前記曲げ曲げ戻し部の全部又は一部に対し、該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曲げ曲げ戻し部残留応力緩和減少設定工程と、
前記曲げ曲げ戻し部における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、金型から離型してスプリングバックした後の時間経過に伴い、前記プレス成形品の前記曲げ曲げ戻し部における形状変化を精度良く予測することができる。その結果、自動車用部品や車体等の製造工程において、従来よりさらに寸法精度の優れたプレス成形品を得て、製造能率を大幅に向上できる。
In the present invention, a step of obtaining a shape and residual stress immediately after springback by springback analysis of a press-formed product having a bend-return portion that has undergone bending-return deformation;
Remaining bending and bending return portion setting a value of residual stress relaxed and reduced from the residual stress immediately after springback for all or part of the bending and bending return portion in the obtained press-formed product immediately after springback a stress relaxation reduction setting step;
and a shape analysis step of obtaining a shape in which the moment of force is balanced for the press-formed product in which the value of the residual stress in the bending and returning portion is set to be relaxed and reduced, so that after releasing the mold from the mold and springing back With the lapse of time, it is possible to accurately predict the shape change in the bent and unbent portion of the press-formed product. As a result, in the manufacturing process of automobile parts, vehicle bodies, etc., it is possible to obtain press-formed products with even better dimensional accuracy than conventional ones, and to greatly improve the manufacturing efficiency.
発明者らは、前述の課題を解決するために、曲げ曲げ戻し部を有するプレス成形品について、金型から離型してスプリングバックした後に、さらに時間経過した前記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、その前段階として、図2に例示するような、天板部3と縦壁部5とフランジ部7とを有してなるプレス成形品1を対象とし、プレス成形品1における曲げ曲げ戻し部である縦壁部5が時間経過に伴って形状が変化する原因について種々の検討を行った。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors predicted the shape change of the press-formed product having a bend-return portion after the release from the mold and the springback of the press-formed product with time. In order to establish a method for doing so, as a preliminary step, as an example in FIG. Various investigations were carried out on the cause of the change in shape of the
その結果、発明者らは、図5に示すように応力-ひずみ線図におけるひずみ一定のまま時間の経過とともに応力が徐々に緩和減少する応力緩和現象に着目し、スプリングバックした後のプレス成形品1において、プレス成形により曲げ曲げ戻しされた縦壁部5における残留応力が時間の経過とともに徐々に緩和することで、プレス成形品1の力のモーメントと釣り合う形状が変化していることを突き止めた。
As a result, the inventors focused on the stress relaxation phenomenon in which the stress gradually relaxes and decreases with the passage of time while the strain is constant in the stress-strain diagram shown in FIG. In 1, it was found that the residual stress in the
プレス成形品1の縦壁部5における残留応力の緩和による形状変化について、図6に示す模式図を用いて説明する。
A shape change due to relaxation of residual stress in the
パンチとダイとブランクホルダーを備えてなる金型を用いて金属板をプレス成形品1にプレス成形(絞り成形)する過程においては、まず、金属板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5となる。そのため、成形下死点での縦壁部5には、図6(a)に示すように、ダイ肩で曲げられた部位の曲げ外側に相当する側では圧縮応力が生じ、曲げ内側に相当する側では引張応力が生じている。
In the process of press forming (draw forming) a metal plate into a press-formed
次に、成形下死点までプレス成形したプレス成形品1を金型から取り外す(離型する)と、プレス成形時に発生した残留応力を駆動力として瞬間にスプリングバックが発生する。その際、縦壁部5においては、プレス成形過程で曲げられた形状に戻るように変形する。しかしながら、金属板又はプレス成形品1の形状自体の剛性により曲げられた形状に戻ろうとする力が妨げられ、縦壁部5においては、図6(b)に示すような湾曲した壁反りが生じ、曲げ外側では引張応力、曲げ内側では圧縮応力となる。
Next, when the press-molded
その後、縦壁部5における引張応力及び圧縮応力は、図6(c)に示すように、時間経過とともに外部からの強制を受けないまま緩和して減少する。これにより、力のモーメントと釣り合う形状が変化するため、縦壁部5においては瞬間に生成するスプリングバックの対策が十分に取られていても湾曲の曲率が増加してさらに壁反りが生じる。
After that, as shown in FIG. 6C, the tensile stress and compressive stress in the
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。 In other words, when springing back from the bottom dead center after press forming, residual stress occurs in the press formed product at that time. With respect to the difference in , the difference between the residual stress on the front side and the residual stress on the back side in the plate thickness direction of the press-formed product is relaxed and reduced with the lapse of time. As a result, the processed portion of the press-formed product has a shape with less residual stress than the shape immediately after springback.
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。
This phenomenon is completely different from the conventional springback behavior due to residual stress reduction.
In the conventional springback behavior, regarding the residual stress generated at the bottom dead center after press molding, the value of the residual stress that is about to be generated is forcibly reduced by a specific means, or the surface side of the press molded product that is about to be generated As a result, the shape of the press-forming bottom dead center is suppressed in springback and is maintained in the state after press-forming.
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。 On the other hand, in the behavior of stress relaxation targeted by the present invention, after springback occurs from the bottom dead center after press forming, the existing residual stress is relaxed without being forced from the outside, so the residual stress is Trying to get back to nothing. As a result, the press-formed product has a shape further away from the target shape, such as an increase in the bending angle and warpage compared to immediately after the springback.
このように、プレス成形品1においては、時間の経過に伴って残留応力が緩和することで、図7に示すように、成形下死点での形状からさらに乖離することが分かった。
As described above, it was found that, in the press-formed
また、上記の説明では、プレス成形品1は絞り成形によりプレス成形されたものであったが、曲げ成形(フォーム成形)によりプレス成形品1をプレス成形した場合であっても、縦壁部5はプレス成形過程において曲げ曲げ戻し変形を受けた部位であるため、金型から離型してスプリングバックした後、縦壁部5においては時間の経過に伴って残留応力が緩和し、図6(c)及び図7に示すような壁反りが生じることも分かった。
Further, in the above description, the press-formed
そこで、発明者らは、上記の新たな知見に基づいて、例えば、図2に示すようなプレス成形品1のスプリングバックした後の応力緩和による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1の縦壁部5の残留応力を緩和減少させ、プレス成形品1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で、図6(c)に示すようなプレス成形品1の時間経過に伴う形状変化を予測できるということを発見した。
Therefore, based on the above new knowledge, the inventors have studied a method of predicting a shape change due to stress relaxation after springback of the press-formed
さらに、当該形状予測方法は、図2に示すようなハット型断面形状のプレス成形品1に限らず、プレス成形時に曲げ曲げ戻しを受けた曲げ曲げ戻し部を有するプレス成形品であれば、スプリングバックした後の時間経過に伴う形状変化を予測できるという知見が得られた。
Furthermore, the shape prediction method is not limited to the press-formed
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、曲げ曲げ戻し変形を受けた曲げ曲げ戻し部を有する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時間経過に伴う応力緩和によ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、曲げ曲げ戻し部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。
以下、図2に示すようなハット型断面形状のプレス成形品1において、曲げ曲げ戻し変形を受けた曲げ曲げ戻し部である縦壁部5を例として、上記の各工程について説明する。
なお、本願の明細書及び図面に示す寸法その他具体的な数値等は、本発明を説明するための具体的な例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
In the press-formed product shape change prediction method according to the embodiment of the present invention, the press-formed product having a bend-returned portion that has undergone bending-return deformation is released from the mold and springs back. As shown in FIG. 1, a shape/residual stress acquisition step S1 immediately after springback, a bending and returning portion residual stress relaxation reduction setting step S3, and a shape analysis step and S5.
In the following, each of the above steps will be described by taking as an example the
The dimensions and other specific numerical values shown in the specification and drawings of the present application are merely specific examples for explaining the present invention, and do not limit the present invention.
<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。
<Shape and residual stress acquisition process immediately after springback>
The shape and residual stress acquisition step S1 immediately after springback is a step of acquiring the shape and residual stress of the press-formed
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及び残留応力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。
As an example of specific processing for acquiring the shape and residual stress of the press-formed
<曲げ曲げ戻し部残留応力緩和減少設定工程>
曲げ曲げ戻し部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の縦壁部5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。
<Bending and returning part residual stress relaxation reduction setting process>
The bending and returning portion residual stress relaxation reduction setting step S3 is performed to relax the
ここで、縦壁部5とは、縦壁部5の全範囲又は一部とし、図2に示すプレス成形品1のように2つ以上の縦壁部5がある場合、プレス成形品1における縦壁部5全て又はいずれかに対して、残留応力を緩和減少させた値を設定する。
Here, the
また、残留応力とは、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及び圧縮応力のことをいい、残留応力を緩和減少させた残留応力の値に設定するとは、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。
Residual stress refers to tensile stress and compressive stress remaining in the press-formed
<形状解析工程>
形状解析工程S5は、曲げ曲げ戻し部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。
<Shape analysis process>
The shape analysis step S5 is a step of performing an analysis to obtain a shape in which the moment of force is balanced for the press-formed
このような、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の曲げ曲げ戻し部である縦壁部5に対し、その残留応力よりも緩和減少し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の縦壁部5の時間経過に伴う形状変化(壁反り)を予測することができる。
According to the method for predicting shape change of a press-formed product according to the present embodiment, the
なお、上記の説明において、曲げ曲げ戻し部残留応力緩和減少設定工程S3は、プレス成形品1における曲げ曲げ戻し部である縦壁部5の全部又はその一部に対し、その残留応力を緩和減少させるものである。
In the above description, the bending and bending portion residual stress relaxation reduction setting step S3 applies to all or part of the
ここで、曲げ曲げ戻し部の一部とは、例えば、図2に示すプレス成形品1のように2つ以上の縦壁部5がある場合にはいずれかの縦壁部5としてもよいし、残留応力を緩和減少させた値を設定する曲げ曲げ戻し部における一部の範囲としてもよい。
Here, the part of the bent and bent back portion may be any one of the
さらには、例えば図2に示すプレス成形品1においては、縦壁部5におけるフランジ部7と接続するダイ肩部11近傍が曲げ曲げ戻し変形を大きく受けた部位であり、時間経過に伴う応力緩和による形状変化への影響が大きい部位であるといえる。そのため、本発明において、曲げ曲げ戻し部残留応力緩和減少設定工程は、曲げ曲げ戻し部における一部の部位のうち応力緩和による形状変化への影響が大きい部位に対し、その残留応力を緩和減少させた残留応力の値を設定してもよい。
Furthermore, for example, in the press-formed
なお、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ブランクとして供する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金属板を用いてプレス成形した自動車部品に対してより効果がある。 In the press-formed product shape change prediction method according to the present invention, there is no particular limitation on the shape and type of the metal plate or press-formed product used as a blank for press-forming the press-formed product, but the residual stress of the press-formed product It is more effective for press-molded automobile parts using a metal plate with a high tensile strength.
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。 Specifically, the blank is preferably a metal plate having a tensile strength of 150 MPa class or more and 2000 MPa class or less and a plate thickness of 0.5 mm or more and 4.0 mm or more.
引張強度が150MPa級未満の金属板は、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級以上の金属板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適に適用できる。 Since metal sheets having a tensile strength of less than 150 MPa are rarely used for press-formed products, there is little advantage in using the press-formed product shape change prediction method according to the present invention. For parts with low rigidity such as automobile outer panel parts that use metal plates with a tensile strength of 150 MPa or more, they are susceptible to shape changes due to changes in residual stress. It can be applied suitably.
一方、引張強度が2000MPa級を超える金属板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のプレス成形過程においてはパンチ肩部9やダイ肩部11で割れが発生しやすく、プレス成形することができない場合がある。 On the other hand, a metal plate having a tensile strength exceeding 2000 MPa class has poor ductility. In some cases, cracks are likely to occur, and press molding may not be possible.
また、プレス成形品の形状に関しては、図2に示すようなハット型断面形状のプレス成形品1に限定されるものではなく、例えば、図3に示すようなZ字状断面形状のプレス成形品21や、図4に示すような自動車のクロスメンバーを模擬した形状のプレス成形品41も対象とする。これらの形状のプレス成形品に本発明を適用し、スプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を予測した結果については、後述する実施例1~実施例3で述べる。
The shape of the press-formed product is not limited to the press-formed
さらに、本発明で対象とするプレス成形品は、プレス成形過程において曲げ曲げ戻し変形を受けて残留応力が高くなり、金型から離型してスプリングバックした後に壁反りが生じるものであればよい。例えば、プレス成形過程においてしごき加工を受ける部位(フランジ部等)を有するプレス成形品についても、本発明を適用することにより、スプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和を模擬して、当該プレス成形品の時間経過に伴う形状変化(壁反り)を予測することができる。 Furthermore, the press-formed product targeted by the present invention may be one that undergoes bending and unbending deformation in the press-forming process, has a high residual stress, and causes wall warpage after releasing from the mold and springing back. . For example, by applying the present invention to a press-formed product having a portion (flange portion, etc.) that is subjected to ironing in the press-forming process, stress relaxation over time after springback can be simulated, and the press-formed product can be It is possible to predict the shape change (wall warpage) of the molded product over time.
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。 In addition, the types of press-formed products include outer panel parts such as doors, roofs, and hoods with low rigidity, A-pillars, B-pillars, roof rails, side rails, front side members, rear side members, crosses, etc., which use high-strength metal plates. It is preferable to apply the present invention to automobile parts such as frame parts such as members.
なお、本発明は、曲げ曲げ戻し変形を受けてプレス成形されたプレス成形品であれば適用することができ、当該プレス成形品のプレス工法(曲げ成形、フォーム成形又はドロー成形)は問わない。 The present invention can be applied to press-formed products that have been press-formed by bending and unbending deformation, regardless of the press method (bending, form forming, or draw forming) of the press-formed product.
<ハット型断面形状のプレス成形品>
実施例1では、まず、以下の表1に一例を示す機械的特性を持つ金属板Aを用い、図2に示すハット型断面形状のプレス成形品1のプレス成形(曲げ曲げ戻し変形を含む成形)を行った。プレス成形品1の成形下死点形状は、プレス成形方向における縦壁部5の縦壁高さを80mmとした。
<Press molded product with hat-shaped cross section>
In Example 1, first, a metal plate A having mechanical properties shown in Table 1 below was used to press-form a press-formed
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。
Then, the press-molded
次に、プレス成形品1の形状変化を予測する解析を行った。
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、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。
Next, an analysis for predicting shape change of the press-formed
In the analysis, first, using a mold model that modeled the mold used for press forming, press forming analysis of the process of press forming metal plate A to the bottom dead point of forming was performed. 1 was obtained.
続いて、スプリングバック解析を行い、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た。
Subsequently, springback analysis was performed to determine the shape and residual stress of the press-formed
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の縦壁部5に対し、その残留応力の所定の割合を緩和減少させた残留応力の値を設定した。
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。
Furthermore, a residual stress value was set by relaxing and reducing a predetermined percentage of the residual stress of the
Then, an analysis was performed to obtain a shape in which the moment of force is balanced for the press-formed
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の縦壁部5全部に対し、スプリングバックした直後の残留応力を所定の割合(残留応力の緩和減少率)で緩和減少した応力の値を設定したものを発明例1~発明例4とした。
In Example 1, for all of the
また、比較対象として、発明例1~発明例4と同様にプレス成形品1のプレス成形解析及びスプリングバック解析を行い、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1、あるいは、スプリングバック解析を行った後、プレス成形品1における縦壁部5の残留応力を緩和減少せずに力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行ったものを比較例2とした。
In addition, as a comparison object, press forming analysis and springback analysis of the press formed
発明例1~発明例4及び比較例1、比較例2のそれぞれについて、プレス成形品1のフランジ部7における長手方向先端(評価点a)における成形下死点でのプレス成形品1の形状からの乖離量を算出した。
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。
For each of Invention Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, from the shape of the press-formed
Table 2 summarizes the results of the relaxation reduction rate of the residual stress and the deviation amount of the evaluation point a in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
表2以降において、プレス成形品1の天板部3の長手方向中央を一致させた場合、予測値Dcは、発明例1~発明例4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の天板部3と平行となる幅方向における断面内の2日経過した後の評価点aの乖離量(=16mm)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 ・・・(1)
予測値の誤差(%)=(De-Dc)÷Dc×100 ・・・(2)
In Table 2 onwards, when the longitudinal center of the
Difference in predicted value (mm) = De - Dc (1)
Error in predicted value (%) = (De - Dc) ÷ Dc x 100 (2)
比較例1と比較例2における評価点aの乖離量は等しく、実験値との差分は1.5mm、予測値の誤差は10.3%であった。 The difference between the evaluation point a in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was the same, the difference from the experimental value was 1.5 mm, and the error in the predicted value was 10.3%.
発明例1は、縦壁部5に対し、その残留応力を5%減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は0.9mm、予測値の誤差は6.0%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は、縦壁部5に対し、その残留応力をそれぞれ10%減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は0.5mm、予測値の誤差は3.2%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、縦壁部5に対し、その残留応力をそれぞれ20%減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は0.2mm、予測値の誤差は1.3%となり、比較例1及び比較例2と比べて改善し、発明例2よりもさらに良好な結果であった。
発明例4は、縦壁部5に対し、その残留応力を30%減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は-0.2mm、予測値の誤差は-1.2%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と同等の結果であった。
In invention example 1, the value of the residual stress is set by reducing the residual stress of the
In Invention Example 2, the residual stress values of the
In Invention Example 3, the residual stress values of the
In Invention Example 4, the residual stress value of the
<Z字状断面形状のプレス成形品>
実施例2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もつ金属板Aを用い、図3に示すZ字状断面形状のプレス成形品21のプレス成形(曲げ曲げ戻し変形を含む成形)を行った。プレス成形品21の成形下死点形状は、プレス成形方向における縦壁部25の縦壁高さを100mmとした。
<Press molded product with Z-shaped cross section>
In Example 2, first, a metal plate A having mechanical properties shown in Table 1 was used in the same manner as in Example 1 described above, and a press-formed
そして、成形下死点までプレス成形したプレス成形品21を金型から離型し、プレス成形品21の形状の経時変化を測定した。
Then, the press-molded
次に、プレス成形品21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い、さらに、スプリングバック直後のプレス成形品21における縦壁部25に対してその残留応力を20%緩和減少させた残留応力の値を設定し、プレス成形品21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ものを発明例5とした。
また、比較対象として、発明例5と同様にプレス成形品21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、残留応力の値を緩和減少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。
Next, a press forming analysis of the press formed
In addition, as a comparison target, press forming analysis and springback analysis of the press formed
そして、発明例5と比較例3それぞれについて、プレス成形品21のフランジ部27における長手方向の先端(評価点b)における成形下死点でのプレス成形品21の形状からの乖離量を算出した。なお、乖離量は実施例1と同様にプレス成形品21の天板部23の長手方向中央を一致させて、天板部23と平行となる幅方向における断面内の距離を用いた。
表3に、発明例5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。
Then, for each of Inventive Example 5 and Comparative Example 3, the amount of deviation from the shape of the press-formed
Table 3 summarizes the results of the relaxation reduction rate of the residual stress and the amount of divergence between the evaluation point b in Inventive Example 5 and Comparative Example 3.
表3において、予測値Dcは、発明例5及び比較例3における評価点b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21の2日経過した後の評価点bの乖離量(=14.5mm)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、前述した式(1)及び(2)により算出したものである。
In Table 3, the predicted value Dc is the deviation amount of the evaluation point b in Inventive Example 5 and Comparative Example 3, and the experimental value De is the deviation of the evaluation point b after two days of the actually press-molded press-molded
比較例3は、予測値と実験値との差分は1.2mm、予測値の誤差は9.0%であった。
発明例5は、縦壁部25に対し、その残留応力を20%減少させたものであり、実験値との差分は0.4mm、予測値の誤差は2.8%であり、比較例3と比べて改善した。
In Comparative Example 3, the difference between the predicted value and the experimental value was 1.2 mm, and the error of the predicted value was 9.0%.
In Invention Example 5, the residual stress of the
<フロアクロスメンバー>
実施例3では、まず、前掲した表1に示す機械的特性をもつ金属板Aを用い、図4に示すような、自動車のフロアクロスメンバーを模擬した形状のプレス成形品41のプレス成形(曲げ曲げ戻し変形を含む成形)を行った。
<Floor cross member>
In Example 3, first, a metal plate A having the mechanical properties shown in Table 1 was used to press-form (bend) a press-formed
プレス成形品41は、天板部43、縦壁部45及びフランジ部47それぞれの長手方向端辺から屈曲して外方に延出する取付けフランジ部49と、を有する。
The press-formed
プレス成形品41の成形下死点形状は、プレス成形方向における縦壁部45の縦壁高さを130mmとした。
As for the shape of the press-formed
そして、成形下死点までプレス成形したプレス成形品41を金型から離型し、プレス成形品41の形状の経時変化を測定した。
Then, the press-molded
次に、プレス成形品41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い、さらに、スプリングバック直後のプレス成形品41における縦壁部45に対してその残留応力を緩和減少させた残留応力の値を設定し、プレス成形品41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ものを発明例6とした。
なお、プレス成形品41において、取付けフランジ部49は、長手方向における天板部43、縦壁部45及びフランジ部47の3つの端辺に沿って連続するように形成されたものである。
Next, a press forming analysis of the press formed
In addition, in the press-formed
また、比較対象として、発明例6と同様にプレス成形品41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、縦壁部45に対しても残留応力の値を緩和減少させ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4とした。
For comparison, press forming analysis and springback analysis of the press formed
そして、発明例6及び比較例4それぞれについて、フランジ部47の側辺の長手方向中央の位置(評価点c、図4参照)における成形下死点からの乖離量を算出した。なお、乖離量は実施例1と同様にプレス成形品41の天板部43の長手方向中央を一致させて、天板部43と平行となる幅方向における断面内の距離を用いた。
表4に、発明例6及び比較例4における縦壁部の残留応力の緩和減少率と、評価点cの乖離量の結果をまとめて示す。
Then, for each of Invention Example 6 and Comparative Example 4, the amount of deviation from the forming bottom dead center at the longitudinal center position (evaluation point c, see FIG. 4) of the side edge of the
Table 4 summarizes the results of the relaxation reduction rate of the residual stress of the vertical wall portion and the deviation amount of the evaluation point c in Inventive Example 6 and Comparative Example 4.
表4において、予測値Dcは、発明例6及び比較例4における評価点c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41の2日経過した後の評価点cの乖離量(=13.1mm)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、前述した式(1)及び(2)により算出したものである。
In Table 4, the predicted value Dc is the amount of deviation of the evaluation point c in Invention Example 6 and Comparative Example 4, and the experimental value De is the deviation of the evaluation point c of the actually press-molded press-formed
比較例4は、予測値と実験値との差分は1.0mm、予測値の誤差は8.3%であった。
発明例6は、縦壁部45の残留応力を5%減少させたものであり、実験値との差分は0.2mm、予測値の誤差は1.6%であり、比較例4と比べて改善した。
In Comparative Example 4, the difference between the predicted value and the experimental value was 1.0 mm, and the error of the predicted value was 8.3%.
In Invention Example 6, the residual stress of the
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
27 フランジ部
41 プレス成形品
43 天板部
45 縦壁部
47 フランジ部
49 取付けフランジ部
1 press-formed
Claims (3)
金型から離型し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、力のモーメントと残留応力との釣り合いがとれる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おける前記曲げ曲げ戻し部の全部又は一部に対し、該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曲げ曲げ戻し部残留応力緩和減少設定工程と、
前記曲げ曲げ戻し部における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。 Predicting the shape change of a press-formed product that has a bent-back part that has undergone bending-back deformation, and predicts the shape change due to stress relaxation over time after the springback occurs at the moment the mold is released from the mold. a method,
By springback analysis of the press-formed product released from the mold , the shape of the press-formed product that balances the moment of force and the residual stress immediately after springback and the shape immediately after springback that obtains the residual stress. - a residual stress acquisition step;
Remaining bending and bending return portion setting a value of residual stress relaxed and reduced from the residual stress immediately after springback for all or part of the bending and bending return portion in the obtained press-formed product immediately after springback a stress relaxation reduction setting step;
and a shape analysis step of obtaining a shape in which the moment of force is balanced for the press-formed product in which the value of the residual stress in the bend-bending return portion is set to be relaxed or decreased.
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