WO2022049830A1

WO2022049830A1 - プレス成形品の形状変化予測方法

Info

Publication number: WO2022049830A1
Application number: PCT/JP2021/017510
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: 2020-09-04
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-03-10
Also published as: JP6977838B1; JP2022043449A

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、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、スプリングバックした直後のプレス成形品の少なくとも天板部に対し、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工程（Ｓ３）と、緩和減少した残留応力の値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、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（press　forming）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（spring-back　analysis）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（flange　portion）７とを有してなる断面ハット形状（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落ち込んで凹状湾曲の曲率半径（curvature　radius）が大きい形状となるキャンバーバック（camber-back）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、スプリングバックしたプレス成形品について、本願が目的とする、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、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して前記天板部側が側面視で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連続する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大き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（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大き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。

　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連続する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応力緩和（stress　relaxation）による凹状湾曲の曲率半径が大きくな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、従来よりも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天板部側が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）を付与した後にひずみを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）。図５は、実施例２で対象とした、側面視で天板部側が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（キャンバーバック）を説明する斜視図である。図６は、実施例３で対象とした、側面視で天板部側が凹状に湾曲した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（キャンバーバック）を説明する斜視図である。図７は、実施例４で対象とした側面視で天板部側が凹状に湾曲したプレス成形品を示す図である（（ａ）側面図、（ｂ）斜視図）。図８は、側面視で天板部側が凹状に湾曲したハット型断面形状（hat-shaped　cross　section）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）を示す図である。

＜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（shoulder　part　of　a　punch）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（shoulder　part　of　a　die）１１を介して連続し、側面視で天板部３側が凹状に湾曲する形状を含む。

　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（stress-strain　curve）に示すように、ひずみを付与した後にひずみを一定のまま保持し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及び／又はフランジ部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して凹状湾曲の曲率半径が大きくな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（blank））は図２に示すように側面視で天板部３側が凹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、側面視において湾曲内側となる天板部３では圧縮応力（compressive　stress）が、湾曲外側となるフランジ部７では引張応力（tensile　stress）が発生する。なお、湾曲の内側とは、側面視において湾曲の曲率中心（curvature　center）に近い側であり、湾曲の外側とは、側面視において湾曲の曲率中心から遠い側である。

　次に、金型からプレス成形品１を取り出すと、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、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、長手方向の両端側が落ち込んで凹状湾曲の曲率半径が大きくなるように変形する。そして、図４（ｂ）の実線に示すように、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モーメントが釣り合うような形状となる。

　その後、時間経過とともに図４（ｂ）から図４（ｃ）に示すように天板部３及びフランジ部７それぞれの残留応力が緩和し、スプリングバック直後の残留応力が弱まり、プレス成形品１はさらにキャンバーバックが発生して、図４（ｃ）の実線に示すように、凹状湾曲の曲率半径が大きくなって成形下死点形状からさらに乖離する。

　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、湾曲内側の天板部３の残留応力と湾曲外側のフランジ部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化する。

　このように、側面視で天板部３側が凹状に湾曲した形状を含むプレス成形品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、湾曲の両端側が落ち込む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につい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とを有して側面視で天板部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大き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。なお、本願の明細書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。

≪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の少なくとも天板部３及び／又はフランジ部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、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大きくなる形状変化（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、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、側面視で天板部３側が凹状に湾曲した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、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（L‐shaped　cross　section）のプレス成形品（図示なし）、さらには、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天板部側が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、側面視で天板部側が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く、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）を有する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（rigidity）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９やダイ肩部１１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、金属板の一例として、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、側面視で天板部３側が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５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の形状及び残留応力を求めた。

　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、スプリングバック解析により求めた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（残留応力の緩和減少率（relaxation　rate　of　residual　stress））で緩和減少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ったものの、残留応力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１とし、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３、比較例１及び比較例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、比較例１及び比較例２における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３、比較例１及び比較例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（＝23.8mm）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2.7mm、予測値の誤差は11.3%であった。

　発明例１は、天板部３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1.6mm、予測値の誤差は6.7%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及びフランジ部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、天板部３及びフランジ部７に対してそれらの残留応力をそれぞれ20%緩和減少させた残留応力の値を設定したものであり、実験値と予測値との差分は-0.2mm、予測値の誤差は-0.8％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２よりも良好な結果であった。

＜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側が凹状に湾曲している。そして、プレス成形品２１は、成形下死点において凹状湾曲の曲率半径が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における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、発明例４、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（＝25.4mm）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、予測値と実験値との差分は3.1mm、予測値の誤差は12.2%であった。発明例４は、天板部２３に対して残留応力を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1.9mm、予測値の誤差は7.5%であり、比較例３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%緩和減少させたものであり、実験値と予測値との差分は0.4mm、予測値の誤差は1.6%であり、比較例３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側が凹状に湾曲している。そして、プレス成形品３１は、成形下死点において凹状湾曲の曲率半径が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／又はフランジ部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のそれぞれについて、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における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。

　表４において、予測値Dc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De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ｃの乖離量（＝26.8mm）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４は、予測値と実験値との差分は4.6mm、予測値の誤差は17.2%であった。発明例６は、天板部３３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1.9mm、予測値の誤差は7.1%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%緩和減少させたものであり、実験値と予測値との差分は-0.1mm、予測値の誤差は-0.4%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。

＜フロアクロス（floor　cross　member）＞
　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アクロス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側が凹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／又はフランジ部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における残留応力の緩和減少率と評価点ｄの乖離量の結果をまとめて示す。

　表５において、予測値Dcは、発明例８、発明例９及び比較例５における評価点ｄ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ｄの乖離量（＝30.1mm）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、予測値と実験値との差分は3.2mm、予測値の誤差は10.6%であった。発明例８は、天板部４３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1.8mm、予測値の誤差は6.0%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%緩和減少させたものであり、実験値と予測値との差分は0.9mm、予測値の誤差は3.0%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。

　本発明によれば、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して前記天板部側が側面視で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　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（コ字型断面形状）
　２３　天板部
　２５　縦壁部
　３１　プレス成形品（Ｚ字型断面形状）
　３３　天板部
　３５　縦壁部
　３７　フランジ部
　４１　プレス成形品（フロアクロス）
　４３　天板部
　４５　縦壁部
　４７　フランジ部

Claims

　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大き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、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大き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、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。