JP7298564B2 - プレス成形品の形状変化予測方法 - Google Patents

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、天板部と縦壁部とを有して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、金型から離型してスプリングバックした後の時間経過に伴って生じ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。

高強度な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低下がある。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的に戻ろうとする現象をスプリングバックと呼ぶ。

プレス成形時に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おさ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の利用が一般的である。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、プレス成形下死点での残留応力を予測する第１段階（例えば特許文献１）と、金型から離型した（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過程のスプリングバック解析を行い、離型したプレス成形品における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。

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、一例として図８に示すような、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有してなる断面ハット形状であり、側面視で天板部３側に凸状に湾曲したプレス成形品１においては、離型して数日経過した後では、プレス成形品１における長手方向の端部側が天板部３側に変形（以下、このような変形を「キャンバーバック」という。）が生じてしまい、プレス成形直後と数日経過後とではプレス成形品１の形状が異なることを発見した。

このようなプレス成形品の時間単位の経過に伴う経時変化は、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生じる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。そのため、本願が目的とするスプリングバックしたプレス成形品について、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の予測を試みたとしても、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、側面視で凸状に湾曲した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単位の経過による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。

（１）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して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、
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天板部に対し、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。

（２）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、天板部と該天板部から連続する縦壁部と該縦壁部から連続するフランジ部とを有して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、
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天板部及び／又は前記フランジ部に対し、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。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
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。

（４）上記（１）乃至（３）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、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して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、該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の少なくとも前記天板部に対し、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、前記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う前記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。その結果、自動車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。

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１で対象とした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を示す斜視図である。 ひずみを付与した後に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て減少する応力緩和減少を説明する図である。 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の天板部及びフランジ部における応力緩和による形状変化を説明する図である（（ａ）プレス成形直後の成形下死点、（ｂ）スプリングバック直後、（ｃ）時間経過後）。 実施例２で対象としたコ字型断面形状のプレス成形品と、該プレス成形品をプレス成形しスプリングバックした後に生じる形状変化（キャンバーバック）を説明する斜視図である。 実施例３で対象としたＺ字型断面形状のプレス成形品と、該プレス成形品をプレス成形しスプリングバックした後に生じる形状変化（キャンバーバック）を説明する斜視図である。 実施例４で対象としたプレス成形品を示す図である（（ａ）上面図、（ｂ）斜視図）。 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をプレス成形しスプリングバックした後に生じる形状変化（キャンバーバック）を説明する図である。

＜発明に至るまでの検討＞
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応力緩和による形状変化を予測する手法を確立するために、その前段階として、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。

検討の対象としたプレス成形品１は、図２に一例を示すように、天板部３と縦壁部５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であり、天板部３と縦壁部５とはパンチ肩部９を介して連続し、縦壁部５とフランジ部７とはダイ肩部１１を介して連続する。

そして、このようなプレス成形品１について上記を検討した結果、発明者らは、図３の応力―ひずみ線図に示すように、ひずみを付与した後に一定に保持したまま時間の経過とともに応力が徐々に緩和する応力緩和現象に着目した。そして、スプリングバックした後のプレス成形品１においても、天板部３とフランジ部７の残留応力が時間の経過とともに徐々に緩和されることで、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することを突き止めた。

プレス成形品１における残留応力の緩和による形状変化について、図４に示す模式図を用いて説明する。

プレス成形品１のプレス成形において、金属板（ブランク）は図２に示すように側面視で凸状に湾曲した形状に曲げられるため、成形下死点では、図４（ａ）に示すように、側面視において曲げ外側となる天板部３では引張応力が、曲げ内側となるフランジ部７では圧縮応力が発生する。

次に、金型からプレス成形品１を取り外すと、プレス成形時に発生した残留応力を駆動力としてスプリングバックが生じ、前述した図８に示すようなキャンバーバックが発生する。このキャンバーバックによって、プレス成形品１は、湾曲の曲率半径が大きくなる形状に変形する。そして、図４（ｂ）に示すように、離型したプレス成形品１は、成形下死点における残留応力（図４（ａ））とは逆向きの残留応力が発生した状態でのモーメントが釣り合うような形状となる。なお、図４（ｂ）中の破線は、成形下死点におけるプレス成形品１の形状（図４（ａ））である。

その後、天板部３における圧縮応力とフランジ部７における引張応力は、図４（ｂ）から図４（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、プレス成形品１においてはさらにキャンバーバックが発生し、成形下死点形状からの乖離はさらに増加する。なお、図４（ｃ）中の破線は、スプリングバック直後のプレス成形品１の形状（図４（ｂ））である。

すなわち、成形下死点までプレス成形したプレス成形品１は、金型から離型して瞬間的にスプリングバックすると、その時点でのプレス成形品１に残留応力が生じるが、時間の経過に伴って残留応力は緩和されて減少し、湾曲外側の天板部３の残留応力と湾曲内側のフランジ部７の残留応力の差も減少する。その結果、プレス成形品１においては、スプリングバック直後の形状よりもさらに小さな残留応力で釣り合った形状へと変形する。

このように、側面視で天板部３側に凸状に湾曲した形状のプレス成形品１においては、プレス成形した後のさらなる時間の経過に伴って残留応力が緩和することに起因して、湾曲の両端側が湾曲の外側へと移動するキャンバーバックが発生し、成形下死点からさらに乖離した形状になるという知見が得られた。

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時間経過に伴う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の少なくとも天板部３及び／又はフランジ部７の残留応力を緩和させ、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、前述したようなプレス成形品１の時間経過に伴う形状変化（キャンバーバック）を予測できるということを発見した。

さらに、当該形状変化予測方法によれば、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、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して側面視で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も、スプリングバックした後の時間経過に伴う天板部の残留応力の緩和減少によるキャンバーバックを予測できるという知見が得られた。

本発明は、このような検討及び知見に基づいてなされたものであり、以下に具体的な構成の一例を説明する。

＜プレス成形品の形状変化予測方法＞
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から連続する縦壁部５と縦壁部５から連続するフランジ部７とを有するハット型断面形状であり側面視で天板部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≫
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。

≪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の少なくとも天板部３及び／又はフランジ部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。

残留応力緩和減少設定工程Ｓ３における残留応力とは、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う。
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≫
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。

残留応力緩和形状解析工程Ｓ５における解析には、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程Ｓ１におけるスプリングバック解析と同様の解析手法を適用することにより、残留応力を緩和減少した後のプレス成形品１の形状を得ることができる。

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の少なくとも天板部及び／又はフランジ部に対し、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求める解析を行うことで、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の時間経過に伴う形状変化（キャンバーバック）を予測することができる。

なお、上記の説明において、残留応力緩和減少設定工程Ｓ３は、プレス成形品１における少なくとも天板部３及び／又はフランジ部７に対し、それら各部位の残留応力を緩和減少させた残留応力の値を設定するものであった。

もっとも、本発明は、プレス成形品１における天板部３やフランジ部７以外の他の部位に対しても残留応力を緩和減少させるものであってもよいし、プレス成形品１の全部に対して残留応力を緩和減少させた値を設定してもよい。
さらには、天板部３やフランジ部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、上記の説明は、ハット型断面形状のプレス成形品１を対象としたものであったが、本発明は、天板部と該天板部から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であれば適用することができる。このようなプレス成形品としては、図５に例示するような天板部２３と天板部２３から連続する縦壁部２５とを有してなるコ字型断面形状のプレス成形品２１やＬ字型断面形状のプレス成形品（図示なし）、図６に例示するような、天板部３３と天板部３３から連続する縦壁部３５と縦壁部３５から連続するフランジ部３７とを有してなるＺ字型断面形状のプレス成形品３１、等が挙げられる。

なお、上記の説明は、長手方向の全長にわたって側面視で凸状に湾曲した形状のプレス成形品を対象とするものであったが、本発明は、側面視で凸状に湾曲した形状の部位を有するプレス成形品であればよく、例えば、湾曲した湾曲部と、該湾曲部の湾曲の端から長手方向の外方の両側又は片側に直線状に延出する辺部とを含むプレス成形品を対象とすることができる。

また、本発明は、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%以上緩和減少させることにより、時間経過した後の形状変化を良好に予測できて好ましい。

なお、様々な形状のプレス成形品に本発明を適用し、残留応力を緩和減少させる割合を変化させて形状変化を予測したときの精度については、後述する実施例１～実施例４にて検証した。

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。

具体的には、ブランクの板厚については、0.5mm以上4.0mm以上であることが好ましい。
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。

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。

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。

さらに、プレス成形品の種類としては、フロントピラーアッパーやルーフレール等の骨格部品といった自動車部品を対象とすることが好ましいが、側面視で天板部側に凸状に湾曲した形状を含み、プレス成形した後の時間経過によりキャンバーバックが発生する自動車部品であれば本発明を広く用いることができる。

なお、本発明で対象とするプレス成形品のプレス工法についても、曲げ成形、フォーム成形又はドロー成形等、特に問わない。

＜ハット型断面形状のプレス成形品＞
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、湾曲の曲率半径を170mm、プレス成形方向における縦壁部５の縦壁高さを40mmとした。

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、２日経過した後のプレス成形品１の形状を測定した。

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、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。

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の天板部３及び／又はフランジ部７に対し、残留応力の絶対値を所定の割合低下させた残留応力の値を設定した。
そして、残留応力を低下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の天板部、又は、天板部３及びフランジ部７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（残留応力の緩和率）で低下した残留応力の値を設定したものを発明例１～発明例３とした。

また、比較対象として、発明例１～発明例３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に天板部３及びフランジ部７のいずれについても残留応力を低下さ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。

発明例１～発明例３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の天板部３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の形状からの成形高さ方向の乖離量を算出した。
表２に、発明例１～発明例３及び比較例１、比較例２において残留応力の緩和率と評価点ａの乖離量の結果をまとめて示す。

表２において、予測値D_cは、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D_e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（＝25.4mm）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。
実験値と予測値との差分(mm)＝D_e－D_c ・・・（１）
予測値の誤差(%)＝(D_e－D_c)÷D_e×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、実験値と予測値との差分は3.5mm、予測値の誤差は13.8%であった。

発明例１は、天板部３に対して残留応力を5％低下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1.5mm、予測値の誤差は5.9％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、天板部３及び縦壁部５に対してそれらの残留応力をそれぞれ10%低下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0.3mm、予測値の誤差は1.2%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、天板部３及び縦壁部５に対してそれらの残留応力をそれぞれ20％低下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-0.4mm、予測値の誤差は-1.6％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と比べて改善した。

＜コ字型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持つ鋼板Ａを用い、図５に示すコ字型断面形状のプレス成形品２１をプレス成形した。プレス成形品２１は、天板部２３と天板部２３から連続する縦壁部２５とを有してなるコ字型断面形状であり、側面視で天板部２３側に凸状に湾曲している。そして、プレス成形品２１は、成形下死点において湾曲の曲率半径が170mm、プレス成形方向における縦壁部２５の縦壁高さが35mmである。

続いて、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、２日経過した後のプレス成形品２１の形状を測定した。

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における天板部２３に対して所定の割合で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４及び発明例５とした。

また、比較対象として、発明例４及び発明例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。

そして、発明例４、発明例５及び比較例３それぞれについて、プレス成形品２１の天板部２３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の形状からの成形高さ方向の乖離量を算出した。
表３に、発明例４、発明例５及び比較例３において残留応力の緩和率と評価点ｂの乖離量の結果をまとめて示す。

表３において、予測値D_cは、発明例４、発明例５及び比較例４における評価点ｂの乖離量、実験値D_e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（＝26.4mm）である。また、実験値と予測値との差分及び実験値に対する予測値の誤差は、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。

比較例３は、実験値と予測値との差分は2.6mm、予測値の誤差は9.8%であった。
発明例４は、天板部２３に対して残留応力を5%低下させたものであり、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４と比べて改善した。
発明例５は、天板部２３に対して残留応力を10%低下させたものであり、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４と比べて改善し、発明例４よりも良好であった。

＜Ｚ字型断面形状のプレス成形品＞
実施例３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６に示すプレス成形品３１をプレス成形した。
プレス成形品３１は、天板部３３と天板部３３から連続する縦壁部３５と縦壁部３５から連続するフランジ部３７とを有してなるＺ字型断面形状であり、側面視で天板部３３側に凸状に湾曲している。そして、プレス成形品３１は、成形下死点において湾曲の曲率半径が170mm、プレス成形方向における縦壁部３５の縦壁高さが40mmである。

続いて、成形下死点までプレス成形したプレス成形品３１を金型から離型し、２日経過した後のプレス成形品３１の形状変化を測定した。

次に、プレス成形品３１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３１における天板部３３及びフランジ部３７に対してそれら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３１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及び発明例７とした。
また、比較対象として、発明例６及び発明例７と同様にプレス成形品３１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４とした。

そして、発明例６、発明例７及び比較例４それぞれについて、プレス成形品３１の天板部３３における長手方向の先端（評価点ｃ）における成形下死点でのプレス成形品３１の形状からの成形高さ方向の乖離量を算出した。
表４に、発明例６、発明例７及び比較例４において残留応力の緩和率と評価点ｃの乖離量の結果をまとめて示す。

表４において、予測値D_cは、発明例６、発明例７及び比較例４における評価点ｃの乖離量、実験値D_eは、実際にプレス成形したプレス成形品３１の２日経過した後の評価点ｄの乖離量（＝26.5mm）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。

比較例４は、実験値と予測値との差分は2.5mm、予測値の誤差は9.4%であった。
発明例６は、天板部３３に対し、その残留応力を5%低下させたものであり、実験値との差分は1.0mm、予測値の誤差は3.8%であり、比較例４と比べて改善した。
発明例７は、天板部３３及びフランジ部３７の双方に対し、それぞれの残留応力を10%低下させたものであり、実験値と予測値との差分は-0.4mm、予測値の誤差は-1.5%であり、いずれも負の値であるが、絶対値で比較すると比較例４と比べて改善し、発明例６よりも良好であった。

＜フロントピラーアッパー＞
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７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４１をプレス成形した。プレス成形品４１は、天板部４３と縦壁部４５とフランジ部４７とを有するハット型断面形状であり、側面視で天板部４３側に凸状に湾曲した形状を含む。そして、プレス成形品４１は、成形下死点における湾曲の曲率半径が1000mm、プレス成形方向における縦壁部４５の縦壁高さが45mmである。

続いて、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、２日経過した後のプレス成形品４１の形状変化を測定した。

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における天板部４３及びフランジ部４７に対してそれぞれ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８及び発明例９とした。
また、比較対象として、発明例８及び発明例９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、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５とした。

そして、発明例８、発明例９及び比較例５それぞれについて、プレス成形品４１の天板部４３における長手方向の先端（評価点ｄ）における成形下死点形状からの成形高さ方向の乖離量を算出した。
表５に、発明例８、発明例９及び比較例５において残留応力の緩和率と評価点ｄの乖離量の結果をまとめて示す。

表５において、予測値D_cは、発明例８及び比較例９における評価点ｄの乖離量、実験値D_e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ｄの乖離量（＝22.5mm）である。また、実験値と予測値との差分及び実験値に対する予測値の誤差は、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。

比較例５は、実験値と予測値との差分は2.2mm、予測値の誤差は9.8%であった。
発明例８は、天板部４３に対し、その残留応力を5%低下させたものであり、実験値と予測値との差分は1.0mm、予測値の誤差は4.4%であり、比較例５と比べて改善した。
発明例９は、天板部４３及びフランジ部４７の双方に対し、それぞれ残留応力を10%低下させたものであり、実験値と予測値との差分は0.3mm、予測値の誤差は1.3%であり、比較例５と比べて改善し、発明例８よりも良好であった。

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
３１ プレス成形品
３３ 天板部
３５ 縦壁部
３７ 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

Claims (3)

1. 天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して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天板部に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも絶対値が５％～２０％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。
2. 天板部と該天板部から連続する縦壁部と該縦壁部から連続するフランジ部とを有して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天板部及び／又は前記フランジ部に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも絶対値が５％～２０％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。
3. 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又は２に記載のプレス成形品の形状変化予測方法。

Images