WO2020184711A1 - プレス部品の製造方法 - Google Patents

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overhang
molding
face
tensile residual
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健斗 藤井
新宮　豊久
雄司 山▲崎▼
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • the present invention relates to a technique for suppressing delayed fracture generated from a sheared end face of a pressed part made of a metal plate after press forming.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 a method of raising the temperature of the steel plate during shearing
  • Non-Patent Document 3 a method of using a stepped punch during drilling
  • Non-Patent Document 4 and Patent Document 1 methods for devising shearing processing such as a shaving method
  • Patent Document 2 for the purpose of reducing springback and improving the dimensional accuracy of parts, a plurality of surplus bead is formed at the contracted flange molded portion to apply tensile stress, and the stretch flange molded portion is embossed. It is described that the embossing is crushed to apply compressive stress.
  • Kenichiro Mori et al . Plasticity and Machining, 52-609 (2011), 1114-1118 Kenichiro Mori et al .: Plasticity and Machining, 51-588 (2010), 55-59 326th Plastic Working Symposium "Forefront of Shearing", 21-28 M. Murakawa, M. Suzuki, T. Shinome, F. Komuro, A. Harai, A. Matsumoto, N. Koga: Precision piercing and blanking of ultra high-strength steel sheets, Procedia Engineering, 81 (2014), pp -1120
  • Non-Patent Documents and Patent Document 1 are techniques for preventing delayed fracture during shearing, and are not techniques for reducing residual stress on the sheared end face generated in the process of press forming a metal plate after shearing. .. Further, the method described in Patent Document 2 is a technique for reducing springback, not a delayed fracture countermeasure technique. Further, the surplus bead described in Patent Document 2 is introduced to reduce the compressive stress of the shrinkage flange portion, and is not intended to reduce the tensile residual stress of the sheared end face which causes delayed fracture. ..
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and provides a press working technique for reducing the tensile residual stress generated on the shear end face of a metal plate after press forming in order to prevent the occurrence of delayed fracture of the shear end face.
  • the purpose is.
  • the inventor applies an overhang deformation to the end face of the contracted flange deformed portion by press molding so as to form a bead, thereby giving a tensile deformation to the shear end face, and then a spring after mold release. It was discovered that the tensile residual stress of the sheared end face generated by back deformation can be reduced. Then, in order to solve the problem, according to one aspect of the present invention, it is a method of manufacturing a pressed part for manufacturing a pressed part by press-molding a metal plate having a sheared end face, and the above-mentioned metal plate is manufactured after mold release.
  • a part of the sheared end face includes a first press forming step in which it is estimated that tensile residual stress is generated in the direction along the shear edge, and at least the tensile residual stress is generated as a subsequent step of the first press forming step.
  • the gist is to have a tensile residual stress relaxation step in which the region including the presumed sheared end face is overhanged and formed in the plate thickness direction.
  • the aspect of the present invention it is possible to reduce the tensile residual stress generated on the sheared end face of the metal plate after press forming. As a result, according to the aspect of the present invention, for example, it is possible to improve the delayed fracture resistance when applying a high-strength steel sheet to various parts such as automobile panel parts, structural / frame parts, and the like.
  • the metal plate illustrated in the present embodiment is made of a high-strength steel plate which may cause delayed fracture at the end portion over time after press forming due to the tensile residual stress of the sheared end face held after press forming.
  • the present invention is suitably applicable to high-strength steel sheets having a tensile strength of 590 MPa or more, but is effective for high-strength steel sheets having 980 MPa or more, which is particularly concerned about delayed fracture, and has a high tensile strength of 1180 MPa or more. This is a technology that is more effective with strong steel sheets.
  • the present embodiment includes a trim step 2 as a pre-step of press forming, a press step 3, and a tensile residual stress relaxation step 5. Further, the present embodiment has a portion 6 for specifying a location where tensile residual stress is generated.
  • the metal plate 1 is cut into, for example, a contour shape corresponding to the part shape of the pressed part 4.
  • the metal plate 1 after the trim step 2 is press-molded using a press die having an upper die and a lower die to manufacture a press part 4 having a target part shape.
  • the press molding is, for example, foam molding or draw molding.
  • the press process 3 constitutes the first press forming process.
  • the pressed part 4 is manufactured by multi-step press forming.
  • the press forming in which it is estimated that a tensile residual stress is generated in a part of the sheared end face of the metal plate 1 in the direction along the shear edge after the mold release is the last. It does not have to be press molded.
  • the residual tensile residual stress after the final press molding of multi-step press molding is the tensile residual stress relaxation step 5. It becomes the tensile residual stress relaxed by.
  • the presumed press molding is the first press molding step.
  • the portion 6 for specifying the location where the tensile residual stress is generated performs a process of identifying the location where the tensile residual stress is generated on the sheared end face of the metal plate after the completion of the press step 3.
  • the first method for identifying the location where tensile residual stress is generated is a method in which the sheared metal plate 1 is actually press-formed and the residual stress after demolding of the press-formed product is directly measured.
  • the second method of identifying the location where tensile residual stress occurs is a method of estimating the location where tensile residual stress occurs after mold release by molding analysis.
  • the first method is carried out by a destructive test method or a non-destructive test method.
  • Destruction test methods include cutting and drilling methods.
  • the measured value is not sufficiently accurate in the measurement of the bending deformation imparted portion of the press-formed product.
  • the drilling method makes it difficult to measure the residual stress of the shear edge.
  • a non-destructive test method there is a method of measuring residual stress by X-ray. This method can measure the residual stress of the shear edge and has sufficient accuracy, but it is not practical because the measurement takes a very long time.
  • the location where the tensile residual stress is generated is specified by the following second method, that is, the method of estimating the location by molding analysis.
  • the second method a method of performing molding analysis represented by the finite element method and estimating the residual stress after mold release is preferable.
  • the accuracy of the molding analysis is not improved, the error of the calculation result of the residual stress becomes large. It is the model that constitutes the material behavior in the molding analysis that greatly influences this. In particular, it is known that the accuracy is improved by applying the mobile curing model to the shape after mold release, and it is preferable to carry out the molding analysis using the mobile curing model from the viewpoint of analysis accuracy.
  • the kinematic curing model include a linear kinematic curing law and a Yoshida-Uemori model.
  • the shear edge is a uniaxial tensile deformation or bending deformation or a composite deformation of uniaxial tensile deformation and bending deformation, and the principal stress direction thereof is along the shear edge.
  • the tensile residual stress exceeds a predetermined stress value.
  • the method of setting the place where the tensile residual stress exceeds the predetermined stress value is 10 mm or more along the shear edge, and the element where the tensile residual stress exceeds the predetermined stress value is the shear edge.
  • the predetermined stress value is preferably determined according to the tensile strength, material, plate thickness, and the like of the metal plate 1.
  • the default stress value can be set, for example, by multiplying the tensile strength of the metal plate 1 by a coefficient to obtain a threshold, or by multiplying the yield stress of the metal plate 1 by the equivalent plastic strain and the coefficient. It doesn't matter how you do it.
  • the default stress value is, for example, 200 MPa.
  • the predetermined stress value is set to 100 MPa, for example.
  • portion 6 for specifying the location where the tensile residual stress is generated may simply specify the sheared end face of the portion to be shrunk and flanged by press forming as a location where the tensile residual stress is estimated to be generated.
  • ⁇ Tensile residual stress relaxation step 5> In the tensile residual stress relaxation step 5, the location of the sheared end face where it is estimated that the tensile residual stress specified by the tensile residual stress generation location specifying portion 6 is generated in the press part 4 press-formed into the target component shape in the press step 3.
  • the region ARA containing S is overhanged and molded in the plate thickness direction (see FIG. 2). In the direction along the shear edge, the region ARA to be overhanged may be set beyond the region including the shear end face portion S where the tensile residual stress is estimated to be generated.
  • the region ARA to be stretched is set so that the tensile deformation in the direction along the shear edge caused by the stretch molding extends over the entire area of the shear end face where the tensile residual stress is estimated to occur.
  • the overhang is surely along the shear edge generated by the overhang molding.
  • the tensile deformation in the direction extends over the entire area S of the shear end face where tensile residual stress is estimated to occur.
  • the overhang shape by overhang molding for example, as shown in FIG. 2, the shape seen from the side facing the shear end face is an arc shape (a bead shape having an arc-shaped cross section, etc.).
  • the overhang shape may be composed of, for example, a bead shape or a corrugated shape having a continuous arc shape extending in a direction along a shear edge as shown in FIG.
  • the overhang shape is preferably formed into an overhang shape having an overhang height H of 10 mm or more and a radius of curvature R of 5 mm or more in the direction along the shear edge at the overhang apex.
  • the overhang height H is the height at the top of the overhang shape.
  • the profile of the overhanging shape has a radius of curvature R of 5 mm or more at any position along the edge direction.
  • the upper limit of the radius of curvature R is not limited as long as it is 5 mm or more.
  • An infinite radius of curvature R indicates a flat cross section.
  • the radius of curvature R may be the radius of curvature on either the convex side surface or the concave side surface in the overhang shape, but in the present embodiment, it is the curvature radius on the convex side surface.
  • the overhanging apex is set so as to be located in the shear end face portion S in the direction along the shear edge (see FIG. 2).
  • the overhanging apex is preferably provided at the central portion of the sheared end face in the direction along the shear edge.
  • the central portion is, for example, the central compartment position when the shear end face portion S is divided into three equal parts.
  • the upper limit of the overhang height H is 200 mm. If it exceeds this, the strain generated at the shear edge during press forming becomes large, and an stretch flange may be generated. In addition, wrinkles, which are one of molding defects, may occur inside the press-molded product. More preferably, the overhang height H is preferably 100 mm or less.
  • the difference in line length before and after overhang molding satisfies the following formula (A).
  • the upper limit of the line length difference (X1-X2) before and after the overhang molding is naturally defined from the overhang height H and the radius of curvature R.
  • the above-mentioned overhang shape is a shape at the end face of the metal plate 1, and the overhang shape at other parts is not particularly limited.
  • the overhang height H of the overhang shape is continuously reduced from the end face to the inside, that is, as the distance from the end face is along the surface of the metal plate 1. It should be set so as to be. That is, only the vicinity of the end face needs to be overhanged.
  • the vicinity of the end face is, for example, a range within 10 mm, preferably within 5 mm from the end face. By limiting to this range, the influence on the component shape of the pressed component 4 manufactured in the pressing process 3 can be suppressed to a small value.
  • press forming may be performed to reduce the overhang height H of the overhang shape of the end portion formed in the tensile residual stress relaxation step 5.
  • the shape of the part having the overhang shape formed in the tensile residual stress relaxation step 5 is designed as the shape of the product 7, and in the press part 4 produced in the press step 3, the overhang shape is formed into a flat shape. You may design.
  • the extension molding by the tensile residual stress relaxation step 5 may be performed on the entire shear end face without limiting to the shear end face where the tensile residual stress is estimated to be generated.
  • the line length of the shear edge of the portion where the tensile residual stress is generated is increased by the overhang shape by the overhang molding, and the tensile deformation excluding compression is imparted.
  • the tensile stress during molding after the release of the overhang molding is released, and the tensile residual stress can be reduced.
  • the overhanging shape preferably satisfies the following conditions (1) to (3).
  • (1) Plastic deformation can be applied to the shear edge where tensile residual stress is generated by overhang deformation.
  • Overhang deformation can be applied to a region wider than the region where tensile residual stress is generated on the shear edge. Applying tensile deformation (3) After applying tensile stress to the sheared edge by overhang deformation, the tensile stress is sufficiently released at the time of demolding. If the condition of (1) is not satisfied, the original after demolding. Since it returns to its shape, the tensile stress remains as it is.
  • condition (2) If the condition (2) is not satisfied, a region having a large tensile residual stress may remain on the shear edge, and the occurrence of delayed fracture may not be sufficiently suppressed. If the condition (3) is not satisfied, there is a possibility that a new delayed fracture occurrence concern portion may be created by overhang molding such as bead molding.
  • the overhanging shape that fully exerts the effects of the present embodiment.
  • the overhang height H is 10 mm or more and the radius of curvature R of the apex portion of the overhang shape is 5 mm or more, the above conditions (1) to (3) are satisfied and shearing is performed. It was found that it is possible to apply plastic deformation to the portion where tensile residual stress is generated on the edge by overhang deformation, and it is possible to reduce the tensile residual stress of the sheared end face after press molding.
  • the overhang height H is smaller than 10 mm, sufficient plastic deformation cannot be imparted to the portion where the tensile residual stress is generated at the shear edge, and the effect of suppressing delayed fracture may not be expected. More preferably, the overhang height H is 20 mm or more and the radius of curvature R of the apex of the overhang shape is 10 mm or more.
  • the overhang shape is required to apply tensile deformation by overhang deformation to a region wider than the region where tensile residual stress is generated at the shear edge.
  • the width of the overhang shape in the direction along the shear edge of the metal plate 1 was set to L1, and the molding analysis of the metal plate 1 was carried out. Based on the molding analysis result after the mold release, the tensile residual stress was applied to the sheared end face.
  • the condition (2) can be surely satisfied if the overhanging shape is such that “L1> L0”.
  • the strain to be applied is distributed in the part where the overhang shape is applied, but if the formula "X1> 1.03 ⁇ X0" can be satisfied, plastic deformation occurs in the entire region where tensile residual stress is generated at the shear edge. Can be applied, and the tensile stress of the entire region where the tensile residual stress is generated at the shear edge can be reduced. More preferably, the overhang shape such that "X1> 1.10 ⁇ X0" is preferable.
  • the present embodiment it is possible to reduce the tensile residual stress of the sheared end face of the metal plate after press forming. As a result, according to the present embodiment, it is possible to improve the delayed fracture resistance when applying the high-strength steel sheet to various parts such as automobile panel parts, structural / frame parts, and the like.
  • a square tube drawing was performed on a metal plate 1 sheared to 400 mm ⁇ 400 mm with a die as shown in FIG. That is, with the outer circumference of the metal plate 1 restrained by the blank holder 22 and the die 21, the punch 20 is moved toward the die 21 and press-formed.
  • the punch R was 25 mm and the molding depth was 25 mm.
  • a wavy bead shape as shown in FIGS. 5 to 7 is formed on the flange portion of the metal plate 1 obtained by square tube drawing.
  • a test product was manufactured by performing foam molding with a press die composed of an upper die 30 and a lower die 31.
  • the bead shapes of the upper die 30 and the lower die 31 are the same, and as shown in FIG. 7, the bead shape having a height h and a bending radius R0 is transferred to the end of the metal plate by press forming. That is, overhang molding was performed to impart a continuous corrugated overhang shape along the edge to the sheared end face of the metal plate.
  • the bead shape is set so that the height is continuously reduced from the end to the inside. At this time, as shown in Table 2, a plurality of test products were manufactured by changing the overhang height of the formed overhang shape and the radius of curvature of the overhang top.
  • the chemical solution used for immersion in the immersion test was composed of a 0.1% concentration NH 4 SCN solution and a McILVAINE buffer solution to prepare a chemical solution having a pH of 5.6.
  • the immersion time was 24 hours.
  • molding analysis was performed by square tube drawing and overhang molding, and the stress generated at the shear edge was calculated.
  • the molding analysis was a 1/4 model in consideration of symmetry.
  • a Yoshida-Uemori model was used as the material model, and the residual stress after mold release was evaluated in the molding analysis.
  • Tables 2 to 4 show the results of the immersion test and the residual stress measurement of the test product using the overhanging mold.
  • the width L1 of the overhang shape is the position shown in FIG.
  • the line length X1 after molding is the position shown in FIG.

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Abstract

せん断端面の遅れ破壊発生を防ぐために、プレス成形後の金属板のせん断端面に発生した引張残留応力を低減するプレス加工技術を提供する。せん断端面を有する金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、離型後に上記金属板のせん断端面の一部にせん断縁に沿った方向に引張残留応力が発生すると推定される第１のプレス成形工程を含み、上記第１のプレス成形工程の後工程として、少なくとも上記引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所を含む領域を、板厚方向に張出し成形する引張残留応力緩和工程（５）を有する。

Description

プレス部品の製造方法
　本発明は、プレス成形後に、金属板からなるプレス部品のせん断端面から発生する遅れ破壊を抑制する技術に関する。
　現在、自動車には、軽量化による燃費向上と衝突安全性の向上とが求められている。このため、自動車には、車体の軽量化と衝突時の搭乗者保護とを両立する目的で、車体に高強度鋼板が使用される。特に、近年では引張強度９８０ＭＰａ以上の超高強度鋼板を車体に適用する傾向にある。超高強度鋼板を車体に適用する際の課題の一つに、使用によって経時的に生じる遅れ破壊がある。特に、引張強度１４７０ＭＰａ以上の鋼板のプレス加工では、せん断加工後の端面（以下、せん断端面とも記載する）から発生する遅れ破壊が重要な課題となっている。
　なお、プレス成形で縮みフランジ変形を伴うプレス加工では、離型後のスプリングバックによって、せん断端面に引張残留応力が付与されることが知られている。
　せん断端面の遅れ破壊を抑制するためには、せん断端面の引張残留応力を低減させる必要がある。
　従来、せん断端面の引張残留応力を低減するために、例えばせん断加工時の鋼板温度を上昇させる方法（非特許文献１、２）や、穴抜き加工時に段付きパンチを用いる方法（非特許文献３）、更に、シェービングによる方法（非特許文献４、特許文献１）など、せん断加工を工夫する方法が広く開発されている。
　なお、特許文献２には、スプリングバックを低減し部品の寸法精度を高めることを目的として、縮みフランジ成形部位に複数の余肉ビードを形成して引張応力を与えると共に、伸びフランジ成形部位にエンボスを形成し該エンボスを潰して圧縮応力を与えることが記載されている。
森健一郎他: 塑性と加工、52-609（2011)、1114-1118 森健一郎他: 塑性と加工、51-588（2010)、55-59 第326回塑性加工シンポジウム「せん断加工の最前線」、21-28 M. Murakawa、 M. Suzuki、 T. Shinome、 F. Komuro、 A. Harai、 A. Matsumoto、 N. Koga: Precision piercing and blanking of ultrahigh-strength steel sheets、 Procedia Engineering、 81(2014)、pp.1114-1120
特開２００４－１７４５４２号公報 特開２００９－２５５１１７号公報
　しかし、非特許文献並びに特許文献１に記載の方法は、せん断加工時の遅れ破壊対策技術であり、せん断加工後の金属板をプレス成形する工程で生じるせん断端面の残留応力を低減する技術ではない。
　また、特許文献２に記載の方法は、スプリングバックを低減するための技術であり、遅れ破壊対策技術ではない。更に、特許文献２に記載の余肉ビードは、縮みフランジ部の圧縮応力を低減させるために導入しており、遅れ破壊の原因となるせん断端面の引張残留応力の低減を目的としたものではない。
　本発明は、上記課題を解決すべく考案したものであり、せん断端面の遅れ破壊発生を防ぐために、プレス成形後の金属板のせん断端面に発生した引張残留応力を低減するプレス加工技術を提供することを目的とする。
　発明者は、上記課題を解決するために、プレス成形による縮みフランジ変形部の端面に対しビードを成形するように張出し変形を与えることで、せん断端面に引張り変形を与えると、離型後のスプリングバック変形で発生したせん断端面の引張り残留応力を低減できることを発見した。
　そして、課題を解決するために、本発明の一態様によれば、せん断端面を有する金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、離型後に上記金属板のせん断端面の一部にせん断縁に沿った方向に引張残留応力が発生すると推定される第１のプレス成形工程を含み、上記第１のプレス成形工程の後工程として、少なくとも上記引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所を含む領域を、板厚方向に張出し成形する引張残留応力緩和工程を有することを要旨とする。
　本発明の態様によれば、プレス成形後の金属板のせん断端面に発生する引張残留応力を低減することができる。この結果、本発明の態様によれば、例えば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品に高強度鋼板を適用する際の耐遅れ破壊特性を向上させることができる。
本発明に基づく実施形態に係るプレス部品の製造方法の工程例を示す図である。 引張残留応力緩和工程での張出し成形例を説明する図であり、（ａ）は張出し成形の例を説明する端面側での平面図、（ｂ）は張出し形状を示す、端面に対向する方向からみた側面図である。 張出し形状の別例を説明する端面に対向する方向からみた側面図である。 実施例における第１のプレス成形工程を説明する図である。 実施例における引張残留応力緩和工程で使用する金型を示す図である。 実施例における引張残留応力緩和工程で使用する金型のビード形状を示す図である。 図６におけるＡ－Ａ′端面位置でのビード形状を示す図である。 実施例における張出し形状の幅Ｌ１を説明する図である。 実施例における張出し成形後の線長Ｘ１を示す図である。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　＜金属板＞
　まず、プレス成形される金属板について説明する。
　本実施形態で例示する金属板は、プレス成形後に有するせん断端面の引張り残留応力によって、プレス成形後に経時的に端部で遅れ破壊が起こる可能性のある高強度鋼板からなる。本発明は、金属板の引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板に好適に適用可能であるが、遅れ破壊が特に懸念される９８０ＭＰａ以上を有する高強度鋼板に効果的であり、１１８０ＭＰａ以上を有する高強度鋼板により効果的な技術である。
　ここで、せん断端面の引張り残留応力は、端部のせん断の際にも入力される。
　本実施形態では、図１に示すように、プレス成形の前工程としてのトリム工程２と、プレス工程３と、引張残留応力緩和工程５とを有する。また、本実施形態は、引張残留応力発生箇所特定部６を有する。
　＜トリム工程２＞
　トリム工程２では、金属板１を、例えば、プレス部品４の部品形状に応じた輪郭形状に切断する。
　＜プレス工程３＞
　プレス工程３では、トリム工程２後の金属板１を、上型と下型とを有するプレス金型を用いてプレス成形を行い、目的部品形状からなるプレス部品４を製造する。なお、プレス成形は、例えば、フォーム成形やドロー成形である。プレス工程３は、第１のプレス成形工程を構成する。
　ここで、プレス部品４の形状が複雑化するほど、多段階のプレス成形でプレス部品４が製造される。多段階のプレス成形でプレス部品４を製造する場合、離型後に上記金属板１のせん断端面の一部にせん断縁に沿った方向に引張残留応力が発生すると推定されるプレス成形は、最後のプレス成形である必要はない。ただし、多段階のプレス成形の最終プレス成形以外のプレス成形で引張残留応力が発生した場合、多段階のプレス成形の最終プレス成形後に、残存している引張残留応力が、引張残留応力緩和工程５で緩和される引張残留応力となる。この場合、一連の多段階のプレス成形の処理、又は、多段階のプレス成形のうちの離型後に上記金属板１のせん断端面の一部にせん断縁に沿った方向に引張残留応力が発生すると推定されるプレス成形が、第１のプレス成形工程となる。
　＜引張残留応力発生箇所特定部６＞
　引張残留応力発生箇所特定部６は、プレス工程３の完了後の金属板におけるせん断端面に発生する、引張残留応力の発生箇所を特定する処理を行う。
　引張残留応力の発生箇所を特定する第１の方法は、せん断加工した金属板１を実際にプレス成形し、プレス成形品の離形後の残留応力を直接測定する方法である。引張残留応力の発生箇所を特定する第２の方法は、成形解析により離形後の引張残留応力の発生箇所を推定する方法である。
　第１の方法は、破壊試験法や非破壊試験法によって行う。破壊試験法としては切断法や穿孔法がある。切断法は、プレス成形品の曲げ変形付与部分の測定では測定値の十分な精度が出ない。穿孔法は、せん断縁の残留応力の測定が困難である。非破壊試験法としてはＸ線による残留応力測定方法がある。この方法は、せん断縁の残留応力が測定可能で精度も十分あるが、測定に非常に時間が掛かるため、現実的ではない。
　このような観点から、本実施形態では、引張残留応力の発生箇所の特定を、次の第２の方法、つまり、成形解析により発生箇所を推定する方法で行う場合とする。
　第２の方法としては、有限要素法に代表される成形解析を実施し、離型後の残留応力を推定する方法が好ましい。
　成形解析に使用する条件として種々の設定項目があるが、いずれの公知の方法でも構わない。ただし、成形解析の精度を向上させないと残留応力の計算結果の誤差が大きくなる。これに大きく影響するのは、成形解析における材料挙動を構成するモデルである。特に離形後の形状には移動硬化モデルを適用すると精度が向上することが知られており、解析精度の面からも、移動硬化モデルを用いて成形解析を実施するのが好ましい。移動硬化モデルとしては、例えば線形移動硬化則やＹｏｓｈｉｄａ－Ｕｅｍｏｒｉモデルなどがある。本実施形態における成形解析結果の評価としては、離形後の応力分布をコンター図として表示する方法やせん断縁に該当する部分の要素又は節点から応力値を出力し、評価する方法があるが、いずれの方法でも構わない。なお、応力の方向について、評価するせん断縁に沿った方向の応力とする。なぜなら、プレス成形においてせん断縁は単軸引張変形又は曲げ変形又は単軸引張変形と曲げ変形の複合変形であり、その主応力方向はせん断縁に沿った方向となるからである。
　プレス成形後に離型した金属板１のせん断端面のうち、せん断縁に沿った方向に引張残留応力が発生するせん断端面を含む領域の決定方法としては、例えば引張残留応力が既定の応力値を超えた箇所とする方法、引張残留応力が既定の応力値を超えた要素がせん断縁に沿って１０ｍｍ以上連なっている箇所とする方法、引張残留応力が既定の応力値を超えた要素がせん断縁に対して垂直な方向に３ｍｍ以上連なっている箇所とする方法などがあるが、いずれの方法でも構わない。既定の応力値は、金属板１の引張強度、材料、板厚などに応じて決めるのが良い。既定の応力値の設定は、例えば、金属板１の引張強度に係数をかけて閾値とする方法や、金属板１の降伏応力と相当塑性ひずみと係数をかけ合わせる方法などがあるが、いずれの方法でも構わない。既定の応力値は、例えば２００ＭＰａとする。金属板１が１１８０ＭＰａ以上を有する高強度鋼板の場合には、例えば既定の応力値は、例えば１００ＭＰａとする。
　また、引張残留応力発生箇所特定部６は、簡易的に、プレス成形で縮みフランジ成形する部分のせん断端面を、引張残留応力が発生すると推定される箇所として特定しても良い。
　＜引張残留応力緩和工程５＞
　引張残留応力緩和工程５は、プレス工程３で目的部品形状にプレス成形されたプレス部品４に対し、引張残留応力発生箇所特定部６が特定した引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所Ｓを含む領域ＡＲＡを、板厚方向に張出し成形する（図２参照）。せん断縁に沿った方向において、引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所Ｓを含む領域を越えて、張出し成形する領域ＡＲＡを設定しても良い。
　張出し成形する領域ＡＲＡは、張出し成形に伴って生じるせん断縁に沿った方向の引っ張り変形が、引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所の全域に及ぶように設定する。
　せん断縁に沿った方向に、上記引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所Ｓを越える長さについて張出し成形で張り出させた場合、確実に張出し成形に伴って生じるせん断縁に沿った方向の引っ張り変形が、引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所Ｓの全域に及ぶ。
　張出し成形による張出し形状は、例えば、図２に示すように、せん断端面に対向する側からみた形状が、円弧形状（断面円弧状のビード形状など）となっている。張出し形状は、例えば、図３のような、ビード形状やせん断縁に沿った方向に延在する、円弧形状が連続した波型形状から構成されていても良い。
　また、張出し形状は、張出し高さＨが１０ｍｍ以上で且つ張出し頂点部でのせん断縁に沿った方向の曲率半径Ｒが５ｍｍ以上の張出し形状に成形することが好ましい。張出し高さＨは、張出し形状の頂部での高さとする。なお、張出し形状のプロフィールは、端縁方向に沿ったいずれの箇所でも、曲率半径Ｒが５ｍｍ以上であることが好ましい。
　曲率半径Ｒは、５ｍｍ以上であれば上限に限定はない。曲率半径Ｒが無限大は断面が平坦であることを示す。
　また、曲率半径Ｒは、張出し形状における、凸側の面又は凹側の面のどちらの面での曲率半径でも良いが、本実施形態では凸側の面での曲率半径とする。
　また、張出し頂点部は、せん断縁に沿った方向において、せん断端面の箇所Ｓ内に位置するように設定する（図２参照）。せん断端面の箇所Ｓ内に張出し頂点部が１つ配置される場合には、張出し頂点部は、せん断縁に沿った方向において、せん断端面の箇所Ｓの中央部に設けることが好ましい。中央部とは、例えば、せん断端面の箇所Ｓを３等分に区画した場合における真ん中の区画位置である。
　張出し高さＨの上限値は２００ｍｍである。これを超えるとプレス成形時にせん断縁に発生するひずみが大きくなり、伸びフランジが発生するおそれがある。また、プレス成形品内部に成形不良の一つであるしわが発生する可能性もある。より好ましくは、張出し高さＨは１００ｍｍ以下とするのが良い。
　また、張出し成形で、せん断縁に沿った張出し成形される部分の張出し成形前の長さをＸ０とし、せん断縁に沿った張出し成形される部分の張出し成形後の長さをＸ１としたとき、張出し成形前後の線長差が、下記（Ａ）式を満足することが好ましい。
　　　Ｘ１　＞　１．０３・Ｘ０　・・・（Ａ）
　なお、張出し成形前後の線長差（Ｘ１-Ｘ２）の上限値は、張出し高さＨと曲率半径Ｒとから自ずと規定される。
　ここで、上記の張出し形状は、金属板１の端面での形状であり、その他の部分での張出し形状は特に限定されない。プレス工程３で作製した部品形状を余り変形させないという観点からは、端面から内側に向けて、すなわち金属板１の表面に沿って端面から離れるほど上記張出し形状の張出し高さＨが連続して小さくなるように設定すればよい。すなわち、端面近傍だけが張出し成形されていればよい。端面近傍とは、例えば端面から１０ｍｍ以内、好ましくは５ｍｍ以内の範囲である。この範囲に限定することで、プレス工程３で製造したプレス部品４の部品形状への影響を小さく抑えることが出来る。
　＜その他構成＞
　ここで、引張残留応力緩和工程５の後工程として、引張残留応力緩和工程５で形成した、端部の張出し形状の張出し高さＨを小さくするプレス成形を実施しても良い。
　また、引張残留応力緩和工程５で成形した張出し形状を有する部品形状を製品７の形状として設計し、プレス工程３で作製するプレス部品４では、その張出し形状を平坦にした形状に成形するように設計しても良い。
　また、引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面に限定せず、せん断端面全域を対象として、引張残留応力緩和工程５による張出し成形を施しても良い。
　＜作用その他＞
　（引張残留応力発生の様態）
　ここで、プレス工程３で、角筒絞り成形を行い、プレス成形品のせん断端面に引張変形が発生する場合を例に説明する。
　プレス工程３で、正方形の金属板１の中央部に角筒絞りをすると、絞りに伴う材料流入が生じつつ、金属板１の中央部は角筒状に変形する。このとき、角筒の外周のフランジ部におけるせん断縁の一部分は、せん断縁に沿った方向に縮みを伴う変形、つまり、縮みフランジ変形する。角筒絞りに伴い、せん断縁の部分には、縮みフランジ変形による圧縮応力が発生しており、一方で、縮みフランジ変形部近傍に、せん断縁の流入差や摩擦抵抗に伴う引張応力も発生している。このため、せん断縁に沿って不均一な応力分布が発生している。このように、金型に拘束されたプレス部品４には、プレス成形によって不均一な応力分布が生じている。この状態から、離型して不均一な応力分布を開放すると、プレス部品４には内部応力が残存し、これが残留応力となる。この残留応力のうち引張応力が、プレス成形後のプレス部品４での遅れ破壊発生の一要因となる。
　（引張残留応力低減方法）
　発明者らは鋭意検討の結果、プレス成形後に上記のような引張残留応力が残存する部品の端部に張出し変形を加えることで、引張残留応力を低減できることを見出した。これについて、以下の通り説明する。
　プレス成形品のせん断縁に引張残留応力が発生するのは、前述した通り成形中の引張と圧縮の不均一な応力分布が発生することが主要因である。本実施形態では、これを解消するために、引張残留応力緩和工程５にて、引張残留応力が発生する部分に均一な変形を加える。具体的には、引張残留応力緩和工程５にて、張出し成形による張出し形状によって引張残留応力発生部分のせん断縁の線長を増やし、圧縮を含まない引張変形を付与する。これによって、張出し成形の離型後に成形中の引張応力が解放されて、引張残留応力を低減することができる。
　張出し形状としては、下記の（１）～（３）の条件を満足することが好ましい。
　（１）　せん断縁に、引張残留応力が発生している部分に対し、張出し変形により塑性変形を付与できること
　（２）　せん断縁に、引張残留応力が発生している領域より広い領域に張出し変形により引張変形を付与すること
　（３）　せん断縁に、張出し変形によって引張応力を付与した後、離形時にその引張応力が十分解放されること
　（１）の条件が満たされない場合、離型後に元の形状に戻ってしまうため、引張応力はそのまま残存してしまう。
　（２）の条件が満たされない場合、せん断縁に引張残留応力が大きい領域が残存してしまうおそれがあり、遅れ破壊発生を十分に抑制できないおそれがある。
　（３）の条件が満たされない場合、ビード成形などの張出し成形によって新たに遅れ破壊発生懸念箇所を作るおそれがある。
　以上の理由から、本実施形態の効果を十分に発揮する張出し形状には制約が伴う。
　発明者らが検討を重ねた結果、張出し高さＨが１０ｍｍ以上かつ張出し形状の頂点部の曲率半径Ｒが５ｍｍ以上であれば、上記の（１）～（３）の条件を満足し、せん断縁に引張残留応力が発生している部分に張出し変形により塑性変形を付与することが可能であり、プレス成形後のせん断端面の引張残留応力を低減することができることが分かった。
　張出し形状の頂点部の曲率半径Ｒが５ｍｍより小さいと、張出し成形により頂点部に局所的に大きな変形を伴った形状がついてしまい、離形後にも引張応力が残存し、これが遅れ破壊の発生要因となってしまうおそれがある。
　また、張出し高さＨが１０ｍｍより小さいと、せん断縁に引張残留応力が発生している部分に十分に塑性変形が付与できずに、遅れ破壊抑制効果が期待できないおそれがある。より好ましくは、張出し高さＨが２０ｍｍ以上かつ張出し形状の頂点部の曲率半径Ｒが１０ｍｍ以上とするのが良い。
　前述（２）の条件の通り、張出し形状にはせん断縁に引張残留応力が発生している領域より広い領域に張出し変形により引張変形を付与することが求められる。鋭意検討の結果、金属板１のせん断縁に沿った方向の張出し形状の幅をＬ１とし、金属板１の成形解析を実施し、離型後の成形解析結果から上記せん断端面に上記引張残留応力が発生した領域の長さをＬ０としたとき、「Ｌ１＞Ｌ０」　となるような張出し形状であれば、（２）の条件を確実に満たすことができる。なぜなら、せん断縁に沿って引張残留応力が残存している領域より広い領域を張出し成形し、引張変形を付与することになるからである。より好ましくは、「Ｌ１＞１．１・Ｌ０」　となる大きさの張出し形状である。
　なお、Ｌ１の上限は、張出し高さＨや曲率半径Ｒから自ずと規定される。
　また、前述（１）の条件の通り、せん断縁に引張残留応力が発生している部分に、張出し変形により塑性変形を付与できることが求められる。鋭意検討の結果、金属板１を張出し成形した際に、金属板１のせん断縁に沿った張出し成形される部分の張出し成形前の長さをＸ０とし、金属板１のせん断縁に沿った張出し成形される部分の張出し成形後の長さをＸ１としたときに、「Ｘ１＞　１．０３・Ｘ０」　となるような張出し形状であれば、前述（１）の条件を満たすことができることを確認した。張出し形状を付与する部分には付与するひずみに分布が生じるが、「Ｘ１＞　１．０３・Ｘ０」の式を満たすことができれば、せん断縁に引張残留応力が発生している領域全体に塑性変形を付与することが可能であり、せん断縁に引張残留応力が発生している領域全体の引張応力を低減することができる。より好ましくは、「Ｘ１＞１．１０・Ｘ０」　となる張出し形状が良い。
　以上のように、本実施形態によれば、プレス成形後の金属板のせん断端面の引張残留応力を低減することができる。この結果、本実施形態によれば、例えば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品に高強度鋼板を適用する際の耐遅れ破壊特性を向上させることができる。
　次に、本発明に基づく実施例について説明する。
　ここでは、表１に示す機械的特性を有する１４７０ＭＰａ級冷延鋼板を対象に説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　プレス工程（以下、１工程目とも記載する）として、４００ｍｍ×４００ｍｍにせん断加工した金属板１に対し、図４に示したような金型で角筒絞り成形を行った。すなわち、ブランクホルダー２２とダイ２１とで金属板１の外周を拘束した状態で、ダイ２１に向けてパンチ２０を移動してプレス成形する。
　パンチＲは２５ｍｍ、成形深さは２５ｍｍとした。
　次に、引張残留応力緩和工程（以下、２工程目とも記載する）として、角筒絞り成形を行った金属板１のフランジ部に対し、図５～図７に示すような波状のビード形状を有する上型３０と下型３１からなるプレス金型で、フォーム成形を施して試験品を製造した。上型３０と下型３１のビード形状は同形状であり、図７に示すように、高さｈで曲げ半径Ｒ０のビード形状が、プレス成形で金属板の端部に転写される。すなわち、金属板のせん断端面に、端縁に沿って連続する波型形状の張出し形状を付与する張出し成形を行った。
　なお、ビード形状は、端部から内側に向けて高さが連続的に小さくなるように設定されている。
　このとき、表２に示すように、成形された張出し形状の張出し高さ及び張出し頂部の曲率半径を変更して、複数の試験品を製造した。
　次に、製造した各試験品について遅れ破壊を模擬するため、浸漬試験を実施した。
　浸漬試験の浸漬に使用した薬液は、０．１％濃度のＮＨ４ＳＣＮ溶液とＭｃＩＬＶＡＩＮＥ緩衝溶液とを合わせて構成し、ｐＨが５．６の薬液とした。また、浸漬時間は２４時間とした。
　そして、浸漬後のせん断端面から発生する割れの有無を確認し、模擬的に遅れ破壊の割れ判定とした。
　また、角筒絞り及び張出し成形による成形解析を実施し、せん断縁に発生した応力を算出した。成形解析は対称性を考慮して１／４モデルとした。材料モデルとしてはＹｏｓｈｉｄａ－Ｕｅｍｏｒｉモデルを使用し、成形解析上で離型後の残留応力を評価した。
　張出し形状を有した金型による試験品の浸漬試験及び残留応力測定の結果を、表２～表４に示す。ここで、張出形状の幅Ｌ１は、図８に示す位置である。成形後の線長Ｘ１は図９に示す位置である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表２から分かるように、張出し形状の張出し高さは、５ｍｍで浸漬試験による割れが発生し、１０ｍｍ～４０ｍｍでは浸漬試験による割れが回避できた。
　また、せん断縁の残留応力低減効果も確認できた。頂点部の曲率半径については、張出し高さＨが４０ｍｍにおいて、頂点部の曲率半径が５ｍｍ～３０ｍｍでは、浸漬試験による割れが回避できた。一方で頂点部の曲率半径が３ｍｍでは割れが発生した。
　以上から、張出し形状の高さが１０ｍｍ以上かつ張出し形状の頂点部の半径が５ｍｍ以上であることが適切であるといえる。
　また、表３から分かるように、張出し高さＨ２０ｍｍ、頂点部の半径が５５ｍｍにおいて、Ｌ１とＬ０の比（Ｌ１／Ｌ０）が１．１以上１．４以下の範囲では浸漬試験による割れが発生せず、比（Ｌ１／Ｌ０）が１．０だと割れが発生した。以上から、Ｌ１＞Ｌ０とすることが適切であるといえる。
　また、表４から分かるように、張出し高さが１０ｍｍ、頂点部の曲率半径が１０４ｍｍにおいて、Ｘ１とＸ０の比（Ｘ１／Ｘ０）が１．０５と１．１５だと浸漬試験による割れが発生せず、比（Ｘ１／Ｘ０）が１．０２と１．０３で割れが発生した。以上から、張出し成形の成形前の長さＸ０と成形後の長さＸ１の線長差について、Ｘ１＞　１．０３・Ｘ０が適切であるといえる。
　ここで、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１９－０４７３６２（２０１９年　３月１４日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
１ 金属板
２ トリム工程
３ プレス工程（第１のプレス成形工程）
４ プレス部品
５ 引張残留応力緩和工程
６ 引張残留応力発生箇所特定部
７ 製品

Claims (6)

  1. 　せん断端面を有する金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、
    　離型後に上記金属板のせん断端面の一部にせん断縁に沿った方向に引張残留応力が発生すると推定される第１のプレス成形工程を含み、
    　上記第１のプレス成形工程の後工程として、少なくとも上記引張残留応力が発生すると推定されるせん断端面の箇所を含む領域を、板厚方向に張出し成形する引張残留応力緩和工程を有することを特徴とするプレス部品の製造方法。
  2. 　上記引張残留応力緩和工程での張出し成形で形成される張出し形状を、せん断端面から離れるほど、張出し高さが小さくなるように設定することを特徴とする請求項１に記載したプレス部品の製造方法。
  3. 　上記引張残留応力が発生すると推定される箇所を、上記金属板の成形解析を実施し、離型後の成形解析結果から特定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したプレス部品の製造方法。
  4. 　上記引張残留応力緩和工程での張出し成形で、せん断端面を、張出し高さが１０ｍｍ以上で且つ張出し頂点部でのせん断縁に沿った方向の曲率半径が５ｍｍ以上の張出し形状に成形することを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載したプレス部品の製造方法。
  5. 　上記引張残留応力緩和工程での張出し成形で、上記せん断縁に沿った張出し成形される部分の張出し成形前の長さをＸ０とし、上記せん断縁に沿った張出し成形される部分の張出し成形後の長さをＸ１としたとき、下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載したプレス部品の製造方法。
    　　　Ｘ１　＞　１．０３・Ｘ０　・・・（１）
  6. 　上記金属板の引張強度が９８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか１項に記載したプレス部品の製造方法。
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