WO2022030057A1

WO2022030057A1 - プレス成形品の形状変化予測方法

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Publication number: WO2022030057A1
Application number: PCT/JP2021/017369
Authority: WO
Inventors: 遼揚場; 祐輔藤井; 正樹卜部; 隼佑飛田
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-02-10
Also published as: JP6977825B1; JP2022028129A

Abstract

本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、天板部とパンチ肩部と縦壁部とを有して側面視で天板部側が凹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う応力緩和による形状変化を予測するものであって、スプリングバック解析により、スプリングバック直後のプレス成形品の形状及び残留応力を取得する工程（Ｓ１）と、スプリングバック直後のプレス成形品の少なくともパンチ肩部及び／又は縦壁部に対し、スプリングバック直後の残留応力よりも緩和減少した残留応力を設定する工程（Ｓ３）と、緩和減少した残留応力を設定した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工程（Ｓ５）と、を含む。

Description

プレス成形品の形状変化予測方法

　本発明は、プレス成形品（press　formed　part）の形状変化予測方法（prediction　method　for　shape　variation）に関し、特に、特に、天板部（web　portion）と縦壁部（side　wall　portion）とを有して側面視で前記天板部側が凹状に湾曲した形状を含むプレス成形品について、金型（tool　of　press　forming）から離型（die　release）してスプリングバック（springback）した後の時間経過に伴って生じる形状変化（shape　variation）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（metal　part）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（automotive　part）の製造に用いられている。近年では、自動車の衝突安全性（collision　safety）と車体（automotive　body）の軽量化（weight　reduction）を両立するため、より高強度な金属板（high-strength　metal　sheet）が自動車部品のプレス成形（press　forming）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（dimensional　accuracy）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（residual　stress）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（metal　sheet）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（high-tensile　steel　sheet））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（finite　element　method）によるプレス成形シミュレーション（press　forming　simulation）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（the　bottom　dead　center　of　forming）までプレス成形する過程のプレス成形解析（press　forming　analysis）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（moment）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。

特許第５７９５１５１号公報特許第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（spring-back　analysis）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１１に示すような、天板部３と縦壁部７とフランジ部（flange　portion）１１とを有してなるハット型断面形状（hat-shaped　cross　section）であり、側面視で天板部３側が凹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両端側が持ち上がって凹状湾曲の曲率半径（curvature　radius）が小さい形状となるキャンバーゴー（camber-forward）と呼称される変形が生じてしまい、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（creep　phenomenon）のように外部から高い荷重を受け続ける構造部材（structure　member）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、天板部とパンチ肩部（shoulder　part　of　a　punch）と縦壁部とを有して側面視で前記天板部側が凹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。

　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が凹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凹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、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（residual　stress　relaxation）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。

　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（shoulder　part　of　a　die）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が凹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（stress　relaxation）による凹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、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。

　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とよい。

　前記プレス成形品のプレス成形に供するブランク（blank）は、引張強度（tensile　strength）が150MPa級（MPa-class）以上2000MPa級以下の金属板であるとよい。

　本発明においては、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が凹状に湾曲した形状を含むプレス成形品について、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応力緩和による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。

図１は、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。図２は、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凹状に湾曲したハット型断面形状のプレス成形品を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）側面図）。図３は、ひずみ（strain）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現象（stress　relaxation　phenomenon）を説明する図である。図４は、側面視で凹状に湾曲したプレス成形品のパンチ肩部における残留応力の緩和による形状変化（角度変化）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）。図５は、側面視で凹状に湾曲したプレス成形品のパンチ肩部における応力緩和による曲げ角度の増加に伴う縦壁部の壁開き（wall　opening）を説明する図である。図６は、側面視で凹状に湾曲したプレス成形品の縦壁部における残留応力の緩和による形状変化（壁反り（wall　camber））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）。図７は、側面視で凹状に湾曲したプレス成形品の縦壁部における応力緩和による壁反りの増加に伴う縦壁部の壁開きを説明する図である。図８は、本発明を適用可能なプレス成形品の一例である側面視で凹状に湾曲したコ字型断面形状（U‐shaped　cross　section）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（キャンバーゴー）を説明する斜視図である。図９は、本発明を適用可能なプレス成形品の一例である側面視で凹状に湾曲したＺ字型断面形状（Ｚ‐shaped　cross　section）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（キャンバーゴー）を説明する斜視図である。図１０は、実施例２で対象とした側面視で凹状に湾曲した自動車のフロアクロス（floor　cross　member）であるプレス成形品を示す図である（（ａ）上面図、（ｂ）斜視図）。図１１は、側面視で凹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（キャンバーゴー）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。

　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、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、を有してなるハット型断面形状であり、側面視で天板部３側が凹状に湾曲（凹状湾曲）する形状を含むものである。

　このようなプレス成形品１においては、時間の経過とともに、前述した図１１に示すように縦壁部７が開くこと（壁開き）に起因して湾曲の長手方向両端側が持ち上がるような形状変化、すなわち、キャンバーゴーが生じる。そして、縦壁部７の壁開きと湾曲の両端側の持ち上がりとの関係は、幾何学的に明らかである。

　そこで、プレス成形品１にキャンバーゴーを生じさせる縦壁部７の壁開きの原因を検討した。その結果、発明者らは、図３の応力―ひずみ線図（stress-strain　curve）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、スプリングバックした後のプレス成形品１においては、パンチ肩部５及び縦壁部７における残留応力が時間の経過とともに徐々に緩和して力のモーメントと釣り合う形状が変化することにより、縦壁部７の壁開きとこれに伴って湾曲の両端側の持ち上がりが生じることを突き止めた。

　パンチ肩部５における残留応力の緩和による縦壁部７の壁開きについて、図４及び図５に示す模式図を用いて説明する。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（tensile　stress）、曲げ内側では圧縮応力（compressive　stress）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とし、曲げの内側とは、曲げの曲率中心（curvature　center）と同じ側とする（以下同じ）。

　次に、成形下死点にあるプレス成形品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プレス成形品１のスプリングバックが生じ、前述した図１１に示すようなキャンバーゴーが発生する。その際、パンチ肩部５においては、図４（ｂ）に示すように、プレス成形前の平坦なブランクの形状に戻るような曲げ角度の増加が起き、曲げ外側では圧縮応力が発生し、曲げ内側では引張応力が発生し、力のモーメントが釣り合った形状となる。

　その後、図４（ｂ）から図４（ｃ）に示すように、時間の経過とともにパンチ肩部５の残留応力は外部からの強制を受けないまま徐々に緩和して減少する。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、パンチ肩部５においては曲げ角度がさらに増す。そして、パンチ肩部５の曲げ角度が増すことで、図５に示すように、縦壁部７の壁開きが生じる。

　一方、縦壁部７における残留応力の緩和による縦壁部７の壁開きについて、図６及び図７に示す模式図を用いて説明する。パンチ（punch）とダイ（die）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（die　shoulder）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。

　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スプリングバックが発生する。その際、縦壁部７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し、図６（ｂ）に示すように湾曲した壁反りが生じ、曲げ外側では引張応力が発生し、曲げ内側では圧縮応力が発生し、力のモーメントが釣り合った形状となる。

　その後、縦壁部７における引張応力及び圧縮応力は、図６（ｂ）から図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徐々に緩和して減少する。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７においては湾曲の曲率が増加してさらに壁反りが増加する。そして、縦壁部７の壁反りが増加することで、図７に示すように、縦壁部７の壁開きが生じる。

　このように、側面視で天板部３側が凹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パンチ肩部５や縦壁部７の残留応力が緩和することに起因して、前述した図１１に示すように、(i)縦壁部７が開くような壁開きが生じ、その結果、(ii)長手方向の両端側が持ち上がるキャンバーゴーが発生し、成形下死点の形状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（キャンバーゴー）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の少なくともパンチ肩部５及び／又は縦壁部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（キャンバーゴー）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が凹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ゴー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側が凹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凹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≫
　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（tool　model　of　press　forming）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。

　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。

　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、天板部３とパンチ肩部５と縦壁部７とを有して側面視で天板部３側が凹状に湾曲したプレス成形品１について、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の時間経過に伴う応力緩和による凹状湾曲の曲率半径が小さくなる形状変化（キャンバーゴー）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パンチ肩部５及び／又は縦壁部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におけるパンチ肩部５や縦壁部７以外の他の部位に対しても残留応力を緩和減少させた値を設定してもよいし、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、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、上記の説明は、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を有してなる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が凹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８に例示するような、天板部２３と、天板部２３からパンチ肩部２５を介して連続する縦壁部２７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）が挙げられる。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。

　なお、上記の説明は、長手方向の全長にわたって側面視で凹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、側面視で凹状に湾曲した形状の部位を含むプレス成形品であればよい。例えば、湾曲した湾曲部（curved　portion）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（linear　portion）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、ハット型断面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及び実施例２にて検証した。

　なお、コ字型断面形状のプレス成形品やＬ字型断面形状のプレス成形品、及び、Ｚ字型断面形状のプレス成形品について本発明を適用した場合の検証結果は省略しているが、これらのプレス成形品についても本発明を適用することにより、プレス成形して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良好に予測できることは確認している。

　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以下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（ductility）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５やダイ肩部９で割れ（fracture）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（front　pillar　upper）やルーフレール（roof　rail）等の骨格部品（body　frame　parts）といった自動車部品を対象とすることが好ましいが、側面視で天板部側が凹状に湾曲した形状を含み、プレス成形しスプリングバックした後の時間経過によりキャンバーゴー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成形方法についても、曲げ成形（bend-forming）、フォーム成形（crash　forming）又はドロー成形（deep　drawing）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（steel　sheet）Ａを用い、図２に示す、側面視で凹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、凹状湾曲の曲率半径（curvature　radius）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。なお、鋼板Ａの板厚は、1.6mmであり、降伏強度（yield　strength）は、880MPaであり、引張強度は、1210MPaであり、伸びは、13%である。

　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のパンチ肩部５及び／又は縦壁部７に対し、残留応力の絶対値を所定の割合で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。

　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のパンチ肩部５のみ、又は、パンチ肩部５及び縦壁部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（残留応力の緩和減少率（relaxation　rate　of　residual　stress））で緩和減少させた残留応力の値を設定したものを発明例１～発明例４とした。

　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にパンチ肩部５及び縦壁部７のいずれについても残留応力を緩和減少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の天板部３における長手方向先端（評価点ａ、図２参照）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。

　表２において、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２日経過した後の評価点ａの乖離量（＝23.5mm）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、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)＝De－Dc　　・・・（１）
　予測値の誤差(%)＝(De－Dc)÷De×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2.6mm、予測値の誤差は11.1%であった。

　発明例１は、パンチ肩部５のみに対して残留応力を5%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1.4mm、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、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0.8mm、予測値の誤差は3.4%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0.4mm、予測値の誤差は1.7%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７に対して残留応力をそれぞれ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-0.4mm、予測値の誤差は-1.7%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と同じく良好であった。

＜フロアクロス（floor　cross　member）＞
　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１０に示す自動車のフロアクロス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側が凹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凹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。

　続いて、成形下死点までプレス成形したプレス成形品５１を金型から離型し、２日経過した後のプレス成形品５１の形状変化を測定した。

　次に、実施例１と同様に、プレス成形品５１の形状変化を予測する解析を行った。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５１のパンチ肩部５５のみ、又は、パンチ肩部５５と縦壁部５７に対し、それらの残留応力の絶対値を所定の割合で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。

　実施例２では、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）で緩和減少させた残留応力の値を設定したものを発明例５及び発明例６とした。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。

　そして、発明例５、発明例６及び比較例３それぞれについて、プレス成形品５１の天板部５３における長手方向の先端（評価点ｂ、図１０）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。

　表３において、予測値Dcは、比較例３、発明例５及び比較例６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５１の２日経過した後の評価点ｂの乖離量（＝28.7mm）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3.0mm、予測値の誤差は10.5%であった。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1.7mm、予測値の誤差は5.9%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及び縦壁部５７に対し、それぞれ残留応力を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0.5mm、予測値の誤差は1.7%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。

　本発明によれば、天板部とパンチ肩部と縦壁部とを有して側面視で前記天板部側が凹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供することができる。

　　１　プレス成形品
　　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

　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が凹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凹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、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が凹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凹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、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、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、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。