WO2022130683A1 - プレス成形品の形状変化予測方法 - Google Patents

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shape
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residual stress
springback
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祐輔 藤井
正樹 卜部
隼佑 飛田
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Jfeスチール株式会社
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    • G06F2119/18Manufacturability analysis or optimisation for manufacturability

Definitions

  • the present invention relates to a shape change prediction method for a press-formed part, and in particular, a U-shaped cross-sectional shape or a Z-shaped. ) For press-molded products that have a cross-sectional shape and include a shape that is curved along the longitudinal direction in the top view, the die is released from the tool of press forming and springback is performed.
  • the present invention relates to a method for predicting a shape change of a press-molded product that predicts a shape change that occurs with the passage of time after the processing.
  • Press molding is a manufacturing method that can manufacture metal parts at low cost and in a short time, and is used for manufacturing many automobile parts.
  • higher-strength metal sheets are press-molded for automobile parts. It is used for.
  • the shape change due to springback also increases. Therefore, the higher the strength of the metal plate, the more difficult it is to keep the shape after springback within the specified dimensions. Therefore, a technique for accurately predicting the shape change of the press-molded product due to springback is important.
  • the procedure of the press forming simulation is to first perform a press forming analysis in the process of press forming a metal plate to the bottom dead center, and predict the residual stress at the press forming bottom dead point.
  • the first step for example, Patent Document 1
  • a top plate portion (top portion) 3 and a pair of vertical wall portions (side wall portion) 5 are shown as an example in FIG.
  • the press-formed product 11 having a Z-shaped cross-sectional shape having a vertical wall portion 15 and a flange portion 17 and curved along the longitudinal direction in a top view after several days have passed since the mold was released. , It was discovered that the shape of the end side in the longitudinal direction is twisted (twist) with respect to the middle portion in the longitudinal direction, and the shape is different immediately after press forming and after several days. did.
  • Such a shape change with the passage of time of a press-molded product is a phenomenon in which structural members that continue to receive a high load (press load) from the outside, such as a creep phenomenon (creep phenomenon), gradually deform (a phenomenon).
  • a creep phenomenon creep phenomenon
  • a phenomenon gradually deform
  • the second stage (springback analysis) in the conventional press molding simulation predicts the shape of the press molded product immediately after springback at the moment of taking out from the die. Therefore, for the spring-backed press-molded product, which is the object of the present application, for example, the prediction of the shape change after several days has not been studied. Moreover, the shape change of the spring-backed press-molded product with the passage of time unit occurs without receiving an external load, as described above. Therefore, even if an attempt was made to predict the shape change of the press-molded product over time, it was not possible to apply an analysis method that handles the shape change due to the creep phenomenon.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is a press-molded product having a U-shaped cross-sectional shape or a Z-shaped cross-sectional shape and including a shape curved along the longitudinal direction in a top view. It is an object of the present invention to provide a method for predicting a shape change of a press-molded product, which predicts a shape change of the press-molded product due to the passage of time unit after springing back at the moment of removal from the mold.
  • the method for predicting a shape change of a press-molded product according to the first aspect of the present invention is a U-shaped cross-sectional shape having a top plate portion and a pair of vertical wall portions continuous from the top plate portion, and is longitudinal in top view.
  • the shape / residual stress acquisition step (shape / residual stress acquisition step) immediately after springback and the springback to acquire the shape and residual stress of the press-molded product immediately after springback by the springback analysis of the press-molded product.
  • Residual stress relaxation reduction setting that sets the value of the stress relaxed and reduced compared to the residual stress immediately after springback for at least one of the pair of vertical wall portions of the press-molded product immediately after the springback.
  • a process for obtaining a shape in which the moment of force is balanced for the press-molded product in which the value of the stress reduced by relaxation is set. including.
  • the method for predicting a shape change of a press-molded product according to a second aspect of the present invention has a Z-shaped cross section having a top plate portion, a vertical wall portion continuous from the top plate portion, and a flange portion continuous from the vertical wall portion.
  • the change is predicted, and the shape / residual stress acquisition process immediately after springback and the springback to acquire the shape and residual stress of the press-molded product immediately after springback by the springback analysis of the press-molded product, and the springback.
  • Residual stress relaxation reduction setting step for setting at least the top plate portion and / or the flange portion of the press-molded product immediately after the process, and setting a stress value that is relaxed and reduced compared to the residual stress immediately after springback, and relaxation reduction.
  • the present invention includes a residual stress relaxation shape analysis step of obtaining a shape in which the moments of force are balanced for the press-molded product in which the stress value is set.
  • the residual stress relaxation reduction setting step it is preferable to set the value of the stress whose relaxation is reduced by 5% or more from the residual stress immediately after springback.
  • the blank to be used for press molding of the press-molded product is preferably a metal plate having a tensile strength of 150 MPa class (MPa-grade) or more and 2000 MPa class or less.
  • a press-formed product having a U-shaped cross-sectional shape or a Z-shaped cross-sectional shape and including a shape curved along the longitudinal direction in a top view is the time after being separated from the mold and springed back. It is possible to accurately predict the shape change in which the longitudinal end portion of the press-formed product is twisted with the passage of time. As a result, in the manufacturing process of automobile parts, automobile bodies, etc., press-molded products having higher dimensional accuracy than before can be obtained, and the manufacturing efficiency can be significantly improved.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a processing flow of a method for predicting a shape change of a press-molded product according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a press-molded product having a U-shaped cross-sectional shape and a shape curved along the longitudinal direction in a top view, which is the object of the first embodiment of the present invention ((a) perspective view. Figure, (b) top view).
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a stress relaxation phenomenon (stress relaxation phenomenon) in which stress is relaxed and decreased with the passage of time in a state of being held constant after applying strain.
  • stress relaxation phenomenon stress relaxation phenomenon
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in a pair of vertical wall portions of the press-molded product having a U-shaped cross-sectional shape shown in FIG. 2 ((a) bottom dead center of molding immediately after press molding, ((a) b) Immediately after springback, (c) after time has passed).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a press-molded product having a Z-shaped cross-sectional shape and a shape curved along the longitudinal direction in a top view, which is the object of the second embodiment of the present invention ((a) perspective view. Figure, (b) top view).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a press-molded product having a Z-shaped cross-sectional shape and a shape curved along the longitudinal direction in a top view, which is the object of the second embodiment of the present invention ((a) perspective view. Figure, (b) top view).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a press-molded product having a Z-shaped cross
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in the top plate portion and the flange portion of the Z-shaped cross-sectional shape press-molded product shown in FIG. 5 ((a) bottom dead center of molding immediately after press molding, (B) Immediately after springback, (c) After time has elapsed).
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a press-molded product having a Z-shaped cross-sectional shape and a shape curved along the longitudinal direction in a top view, which is the object of the second embodiment of the present invention ((a). ) Perspective view, (b) top view).
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in the flange portion and the top plate portion of the Z-shaped cross-sectional shape of the press-molded product shown in FIG. 7 ((a) bottom dead center of molding immediately after press molding, (B) Immediately after springback, (c) After time has elapsed).
  • the method for predicting a shape change of a press-molded product according to the first embodiment of the present invention is a press including a U-shaped cross-sectional shape and a shape curved along the longitudinal direction in a top view.
  • the shape change in which the end side in the longitudinal direction is twisted due to stress relaxation with the passage of time after the mold is released from the mold and springed back is predicted, and as shown in FIG. 1, immediately after the springback.
  • the shape / residual stress acquisition step S1, the residual stress relaxation reduction setting step S3, and the residual stress relaxation shape analysis step S5 are included.
  • the press-molded product 1 whose shape is to be predicted in the first embodiment is springed back at the moment when it is released from the mold, and the end portion in the longitudinal direction is further elapsed. The reason why the shape change that twists the side occurs will be explained.
  • the press-molded product 1 targeted in the first embodiment has a U-shape having a top plate portion 3 and a pair of vertical wall portions 5 continuous from the top plate portion 3. It is a cross-sectional shape and includes a shape curved along the longitudinal direction in a top view. Further, the top plate portion 3 and the vertical wall portion 5 are continuous with each other via the punch shoulder R portion 7. Further, the pair of vertical wall portions 5 includes a vertical wall portion 5a located inside the curve and a vertical wall portion 5b located outside the curve. The inside of the curve is the same side as the center of curvature of the curve in the top view, and the outside of the curve is the opposite side of the center of curvature of the curve in the top view (hereinafter, the same).
  • FIGS. 4 (b) (ii) and 4 (c) (ii) the solid line is the shape of the A1-A1'cross section at the longitudinal end of the press-molded product 1
  • the broken line is the longitudinal direction of the press-molded product 1.
  • the shape of the A0-A0'cross section in the central part is shown.
  • the metal plate (blank) is bent into a curved shape in the top view as shown in FIG. Therefore, at the bottom dead point of molding, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (i), stretch flange deformation occurs in the vertical wall portion 5a on the inner side of the curve, and the line length of the blank end is extended, resulting in tension. Stress is generated, and in the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve, shrinkage flange deformation occurs in which the line length of the blank end is shortened, and compressive stress is generated.
  • FIG. 4B (b) As shown in ii), a twist occurs on the longitudinal end side with respect to the longitudinal central portion of the press-molded product 1.
  • the vertical wall portion 5a on the curved inner side is formed with the lapse of further time after press-molding and springing back. Due to the relaxation of the residual stress of the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve, twisting occurs on the end side in the longitudinal direction, and the shape further deviates from the shape of the bottom dead center of molding (FIGS. 4 (a) and 4 (ii)). It was found that it became.
  • the inventors have proceeded with a study on a method for predicting the shape change of the press-molded product 1 due to stress relaxation with the passage of time after springback.
  • at least the vertical wall portion 5a on the inner side of the curve and / or the vertical wall part 5b on the outer side of the curve remain in the press-molded product 1 immediately after springback obtained in the second stage (springback analysis) of the press molding simulation described above.
  • the shape change (longitudinal end side) of the press-molded product 1 with the passage of time as described above is performed. I found that I could predict the twist).
  • the shape / residual stress acquisition step S1 immediately after springback is a step of acquiring the shape and residual stress of the press-molded product 1 immediately after springback by the springback analysis of the press-molded product 1.
  • a die model that models the mold used for the press molding of the actual press-molded product 1 is used.
  • the residual stress relaxation reduction setting step S3 springs back to at least one of the pair of vertical wall portions 5 of the press-molded product 1 immediately after springback acquired in the shape immediately after springback and the residual stress acquisition step S1. This is a step of setting the value of the stress relaxed and reduced from the residual stress immediately after.
  • the residual stress in the residual stress relaxation reduction setting step S3 means the tensile stress and the compressive stress remaining in the press-formed product 1 immediately after springback.
  • the pair of vertical wall portions 5 refer to the vertical wall portion 5a on the inner side of the curve and the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve.
  • the value of the stress for which the residual stress is relaxed and reduced in the residual stress relaxation reduction setting step S3 is the compressive stress (negative value) remaining on the vertical wall portion 5a inside the curve in the press-formed product 1 immediately after springback.
  • the absolute value of the tensile stress (positive value) remaining on the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve are relaxed and reduced.
  • the residual stress relaxation shape analysis step S5 is a step of performing an analysis for obtaining a shape in which the moments of force are balanced with respect to the press-formed product 1 in which the value of the stress for which the relaxation is reduced is set in the residual stress relaxation reduction setting step S3.
  • the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress is set by applying the same analysis method as the springback analysis in the shape / residual stress acquisition step S1 immediately after the springback.
  • the shape and residual stress of the press-molded product 1 can be obtained.
  • At least the curved inner vertical wall portion 5a or the curvature of the press-molded product 1 immediately after springback which is obtained by the springback analysis.
  • a stress value that is relaxed and reduced from the residual stress immediately after springback is set, and a force moment is used for the press-molded product 1 that is set to a stress value that is relaxed and reduced. Perform an analysis to find a balanced shape.
  • the value of the stress obtained by relaxing and reducing the residual stress of each portion was set.
  • the residual stress relaxation reduction setting step S3 springs back to the parts other than the curved inner vertical wall portion 5a and the curved outer vertical wall portion 5b in the press-formed product 1.
  • the residual stress immediately after the spring may be set as it is, or the value of the stress obtained by relaxing and reducing the residual stress may be set. Further, the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress may be set for the entire press-molded product 1. Further, in the residual stress relaxation reduction setting step S3, the ratio and value of the residual stress relaxation reduction may be changed for each portion such as the vertical wall portion 5a on the inner side of the curve and the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve.
  • the method for predicting a shape change of a press-molded product according to a second embodiment of the present invention is a press including a Z-shaped cross-sectional shape and a shape curved along the longitudinal direction in a top view.
  • the shape change in which the end side in the longitudinal direction is twisted due to stress relaxation with the lapse of time after the molded product 11 is separated from the mold and springed back is predicted, and is the same as in the first embodiment described above (as in the first embodiment). (See FIG. 1), includes a shape / residual stress acquisition step immediately after springback, a residual stress relaxation reduction setting step, and a residual stress relaxation shape analysis step.
  • the press-molded product 11 to be shape-predicted in the second embodiment is spring-backed at the moment of mold release from the mold, and the longitudinal end with a further passage of time. The reason why the shape change in which the part side is twisted will be described.
  • the press-molded product 11 targeted in the second embodiment has a top plate portion 13, a vertical wall portion 15 continuous from the top plate portion 13, and a flange portion continuous from the vertical wall portion 15. It is a Z-shaped cross-sectional shape having 17 and includes a shape curved along the longitudinal direction in a top view. Further, the top plate portion 13 and the vertical wall portion 15 are continuous via the punch shoulder R portion 19, and the vertical wall portion 15 and the flange portion 17 are continuous via the die shoulder R portion 21. .. Further, the flange portion 17 is located inside the curve, and the top plate portion 13 is located outside the curve.
  • the metal plate (blank) is bent into a curved shape in the top view as shown in FIG. Therefore, at the bottom dead center of molding, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (i), the flange portion 17 on the inner side of the curve is deformed by an extension flange in which the line length of the blank end is extended, and tensile stress is generated, resulting in bending.
  • the line length of the blank end is shortened and the flange is deformed to generate compressive stress.
  • the flange portion 17 on the inner side of the curve and the top plate on the outer side of the curve are formed with the lapse of further time after press-molding and springing back. Due to the relaxation of the residual stress of the portion 13, a twist is generated on the end portion side in the longitudinal direction, and the shape is further deviated from the shape of the bottom dead center of molding (FIGS. 6 (a) and 6 (ii)).
  • the inventors have described at least the curved inner flange portion 17 and / of the press-molded product 11 immediately after springback obtained in the second stage (springback analysis) of the press-form simulation, as in the first embodiment described above.
  • the third stage analysis of relaxing the residual stress of the top plate portion 13 on the curved outer side and obtaining a shape that balances with the moment of the force of the press-molded product 11, the time elapsed of the press-molded product 11 as described above. It was found that the shape change (twist at the end in the longitudinal direction) associated with this can be predicted.
  • the shape / residual stress acquisition step immediately after springback is a step of acquiring the shape and residual stress of the press-molded product 11 immediately after springback by springback analysis of the press-molded product 11.
  • the residual stress relaxation reduction setting step is performed immediately after springing back to at least the flange portion 17 and / or the top plate portion 13 of the press-formed product 11 immediately after springback acquired in the shape / residual stress acquisition step immediately after springback. This is a step of setting a stress value that is relaxed and reduced from the residual stress.
  • the residual stress relaxation shape analysis step is a step of performing an analysis to obtain a shape in which the moments of force are balanced with respect to the press-formed product 11 in which the value of the stress relaxed and reduced in the residual stress relaxation reduction setting step is set.
  • the method for predicting the shape change of the press-molded product according to the second embodiment at least the flange portion 17 and / or the top plate portion of the press-molded product 11 immediately after springback acquired by the springback analysis.
  • the value of the stress that is relaxed and reduced is set from the residual stress immediately after springback, and the shape of the press-molded product 11 for which the value of the stress that is relaxed and reduced is set is analyzed to obtain the shape that balances the moment of force.
  • stress relaxation and shape change with the passage of time in the actual press-molded product 11 are simulated, and the end side in the longitudinal direction is twisted with the passage of time after the press-molded product 11 is released from the mold and springed back. Shape change can be predicted.
  • the above description according to the second embodiment is a press-molded product having a Z-shaped cross-sectional shape and curved in a top view, and is curved with a flange portion 17 located inside the curve, as shown as an example in FIG.
  • the target was a press-molded product 11 having a top plate portion 13 located on the outside.
  • the method for predicting the shape change of the press-molded product according to the second embodiment may be any method as long as it targets a press-molded product having a Z-shaped cross-sectional shape and curved in a top view, and other examples are shown in FIG.
  • a press-molded product 31 having a Z-shaped cross-sectional shape having a top plate portion 33 on the inner side of the curve and a flange portion 37 on the outer side of the curve can be targeted.
  • the press-molded product 31 has a Z-shaped cross-sectional shape having a top plate portion 33, a vertical wall portion 35 continuous from the top plate portion 33, and a flange portion 37 continuous from the vertical wall portion 35. And includes a shape curved along the longitudinal direction in top view. Further, the top plate portion 33 and the vertical wall portion 35 are continuous via the punch shoulder R portion 39, and the vertical wall portion 35 and the flange portion 37 are continuous via the die shoulder R portion 41.
  • the top plate portion 33 and the flange portion 37 have opposite positional relationships between the curved inner side and the curved outer side of the top plate portion 13 and the flange portion 17 of the press-molded product 11 shown in FIG.
  • the residual stress of the top plate portion 33 on the inner side of the curve and the flange portion 37 on the outer side of the curve is gradually relaxed with the passage of time, as in the stress relaxation phenomenon shown in FIG.
  • FIG. 8 it can be explained that the shape change in which the end side in the longitudinal direction of the press-molded product 31 is twisted occurs.
  • the solid line is the shape of the C1-C1'cross section at the longitudinal end of the press-molded product 31
  • the broken line is the longitudinal direction of the press-molded product 31.
  • the shape of the C0-C0'cross section in the central part is shown.
  • the ceiling is further increased with the lapse of time after the press molding and springback. Due to the relaxation of the residual stress between the plate portion 33 and the flange portion 37, a shape change in which the end side in the longitudinal direction is twisted occurs, and the shape of the bottom dead center of molding (FIGS. 8 (a) and (ii)) is further increased. The shape becomes divergent.
  • the shape / residual stress acquisition step immediately after the springback, the residual stress relaxation reduction setting step, and the residual stress-relief reduction setting step for the press-molded product 31 are performed.
  • the stress relaxation shape analysis step it is predicted that the shape of the press-molded product 31 will be twisted at the end side in the longitudinal direction due to stress relaxation with the passage of time after the die is removed from the die and springed back. can do.
  • the residual stress relaxation reduction setting step at least the flange portion 37 and / or the top plate portion 33 of the press-formed product 31 immediately after springback is relaxed and reduced from the residual stress immediately after springback. Set the value.
  • the method described in the first embodiment may be applied to the springback analysis in the shape / residual stress acquisition step immediately after the springback and the analysis in the residual stress relaxation shape analysis step.
  • the residual stress relaxation reduction setting step when the residual stress relaxation reduction setting step is targeted for, for example, a press-formed product 11 having a Z-shaped cross-sectional shape, the residual stress relaxation reduction setting step is applied to a portion other than the flange portion 17 and the top plate portion 13. May set the residual stress immediately after springback as it is, or may set the value of the stress obtained by relaxing and reducing the residual stress. Further, the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress may be set for the entire press-molded product 11. Further, in the residual stress relaxation reduction setting step, the ratio and value of relaxation reduction of the residual stress may be changed for each portion such as the flange portion and the top plate portion.
  • the present invention is used in the residual stress relaxation reduction setting step.
  • the shape change after the lapse of time can be satisfactorily predicted, which is preferable.
  • the above description is intended for a press-molded product having a shape curved in a top view over the entire length in the longitudinal direction, although the cross-sectional shape is different.
  • the present invention may be a press-molded product having a shape in which a part of a portion in the longitudinal direction is curved along the longitudinal direction in a top view, for example, from a curved curved portion and a curved end of the curved portion. It is possible to target a press-molded product including a side portion extending linearly on both sides or one side on the outer side in the longitudinal direction.
  • the shape and type of the blank (metal plate) used for press molding and the shape and type of the press-molded product are not particularly limited, but the press-molded product remains. It is more effective for automobile parts press-molded using a metal plate with high stress.
  • the thickness of the blank is preferably 0.5 mm or more and 4.0 mm or less.
  • the tensile strength of the blank is preferably 150 MPa class or more and 2000 MPa class or less, and more preferably 440 MPa class or more and 1470 MPa class or less.
  • the present invention has many advantages to apply the present invention because the outer plate parts of automobiles using metal plates with a tensile strength of 150 MPa class or higher and having low rigidity are susceptible to shape changes due to changes in residual stress. It can be suitably applied.
  • the metal plate having a tensile strength exceeding 2000 MPa class has poor ductility, for example, the punch shoulder R portion 7 of the press-formed product 1 having a U-shaped cross-sectional shape as shown in FIG. 2 and the punch shoulder R portion 7 shown in FIG.
  • the punch shoulder R portion 19 and the die shoulder R portion 21 of the press-molded product 11 having a Z-shaped cross-sectional shape cracks are likely to occur in the press-molding process, and press-molding may not be possible.
  • a U-shaped cross-sectional shape or a Z-shaped cross-sectional shape such as a roof side rail or a front pillar upper, which is curved in a top view, is a structural part (structural). It is preferable to target part), which includes a U-shaped cross-sectional shape or a Z-shaped cross-sectional shape that is curved in the top view, and twisting on the end side in the longitudinal direction occurs with the passage of time after press molding. Therefore, the present invention can be widely used for automobile parts whose dimensional accuracy is lowered.
  • the press forming method of the press-formed product targeted by the present invention is not particularly limited to bending forming, crash forming, deep drawing, and the like.
  • the press-molded product 1 has a top plate portion 3 and a pair of vertical wall portions 5, and the vertical wall portion 5a is located inside the curve and the vertical wall portion 5b is located outside the curve in the top view.
  • the shape of the bottom dead center of the press-molded product 1 is such that the radius of curvature of the curve at the boundary between the vertical wall portion 5b and the punch shoulder R portion 7 is 540 mm on the outside of the curve and 490 mm on the inside of the curve, and the direction of press molding.
  • the height of the vertical wall of the vertical wall portion 5 in the above was set to 50 mm.
  • Example 1 first, as an example of a metal plate, a steel sheet A having mechanical properties shown in Table 1 below was used to press-mold the press-molded product 1.
  • the shape of the press-molded product 1 was measured immediately after press-molding to the bottom dead center of molding, then released from the mold and springed back, and after 3 days from springback, and the top of the center in the longitudinal direction was measured.
  • the inclination of the top plate portion 3 at the end in the longitudinal direction with respect to the plate portion 3 was measured as the twist angle.
  • the absolute value of the residual stress is reduced by a predetermined ratio with respect to the vertical wall portion 5a on the curved inner side and / or the vertical wall portion 5b on the curved outer side of the press-molded product 1 immediately after springback, which is obtained by springback analysis.
  • the value of the stress applied was set.
  • an analysis is performed to obtain a shape in which the moments of force are balanced with respect to the press-molded product 1 having reduced residual stress, and the inclination of the top plate portion 3 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 3 at the center in the longitudinal direction.
  • the predicted value of the twist angle was obtained.
  • Example 1 springback was performed only on the curved outer vertical wall portion 5b of the press-molded product 1 obtained by springback analysis, or on both the curved inner vertical wall portion 5a and the curved outer vertical wall portion 5b.
  • Table 2 shows the amount of deviation between the relaxation reduction rate of the residual stress in Invention Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 and the torsional angle at the longitudinal end of the top plate 3 from the measured value. The results of deviation) are shown together.
  • the measured value of the twist angle which is the inclination of the top plate portion 3 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 3 in the center in the longitudinal direction, was 5.8 °.
  • the predicted value is a predicted value of the twist angle which is the inclination of the top plate portion 3 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 3 at the center in the longitudinal direction.
  • the difference between the measured value and the predicted value and the error of the predicted value with respect to the measured value were calculated and described together.
  • the value of the stress in which the residual stress is relaxed and reduced by 5% is set only for the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve.
  • the predicted value increased to 5.2 °
  • the difference between the measured value and the predicted value was 0.6 °
  • the error of the predicted value was 10.3%, which was closer to the measured value than in Comparative Example 1.
  • the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress by 5% is set for both the vertical wall portion 5a on the inner side of the curve and the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve.
  • the predicted value increased to 5.6 °
  • the difference between the measured value and the predicted value was 0.2 °
  • the error of the predicted value was 3.4%, which was better than the measured value in Comparative Example 1 and Invention Example 1. ..
  • the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress by 10% is set for both the vertical wall portion 5a on the inner side of the curve and the vertical wall portion 5b on the outer side of the curve.
  • the predicted value increased to 6.1 °, the difference between the measured value and the predicted value was -0.3 °, and the error of the predicted value was -5.2%, both of which are negative values. It was improved and better than that of Invention Example 1.
  • Example 2 As shown in FIG. 5, the time elapsed after the press-molded product 11 having a Z-shaped cross-sectional shape and curved along the longitudinal direction in the top view is released from the mold and springed back. We predicted the shape change that accompanies this and verified its validity.
  • the press-molded product 11 has a top plate portion 13, a vertical wall portion 15, and a flange portion 17, and the flange portion 17 is located inside the curve and the top plate portion 13 is located outside the curve in the top view.
  • the shape of the bottom dead center of the press-molded product 11 is such that the radius of curvature of the curve at the boundary between the vertical wall portion 15 and the punch shoulder R portion 19 is 600 mm, and the vertical wall height of the vertical wall portion 5 in the press molding direction is 80 mm. did.
  • Example 2 first, as an example of the metal plate, the press-molded product 11 was press-molded using the steel plate A having the mechanical properties shown in Table 1 above.
  • the shape of the press-molded product 11 was measured immediately after the mold was released from the mold and springed back, and three days after the springback.
  • the inclination of the top plate portion 13 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 13 at the center in the longitudinal direction was measured as a twist angle.
  • a press molding analysis in the process of press forming the steel plate A to the bottom dead point of molding is performed using a die model that models the mold used for press forming, and the press molded product 11 at the bottom dead point of molding is performed.
  • the absolute value of the residual stress is relaxed and reduced by a predetermined ratio with respect to the flange portion 17 on the curved inner side and / or the top plate portion 13 on the curved outer side of the press-formed product 11 immediately after springback, which is obtained by springback analysis.
  • the value of the stress applied was set.
  • an analysis is performed to obtain a shape in which the moments of force are balanced for the press-molded product 11 in which the residual stress is relaxed and reduced, and the inclination of the top plate portion 13 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 13 in the center in the longitudinal direction is used.
  • the predicted value of a certain twist angle was obtained.
  • Example 2 immediately after springing back only to the flange portion 17 on the curved inner side of the press-molded product 11 acquired by the springback analysis, or to both the top plate portion 13 on the curved outer side and the flange portion 17 on the curved inner side.
  • Inventive Example 4 to Inventive Example 6 were set in which the residual stress was relaxed and reduced at a predetermined ratio (stress relaxation reduction rate) and the stress value was set.
  • Table 3 summarizes the results of the relaxation reduction rate of the residual stress in Invention Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 and the amount of deviation of the twist angle at the longitudinal end portion of the top plate portion 13 from the measured value.
  • the measured value of the twist angle which is the inclination of the top plate portion 13 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 13 in the center in the longitudinal direction, was 7.7 °.
  • the predicted value is a value that predicts the twist angle which is the inclination of the top plate portion 13 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 13 in the center in the longitudinal direction.
  • the difference between the measured value and the predicted value and the error of the predicted value with respect to the measured value were calculated and described together.
  • the value of the stress in which the residual stress is relaxed and reduced by 10% is set only for the flange portion 17 on the inner side of the curve.
  • the predicted value increased to 7.0 °
  • the difference between the measured value and the predicted value was 0.7 °
  • the error of the predicted value was 9.1%, which was closer to the measured value than in Comparative Example 2.
  • the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress by 10% is set for both the top plate portion 13 on the outer side of the curve and the flange portion 17 on the inner side of the curve.
  • the predicted value increased to 7.4 °, the difference between the measured value and the predicted value was 0.3 °, and the error of the predicted value was 3.9%, which was better than the measured values in Comparative Example 2 and Invention Example 4. ..
  • the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress by 20% is set for both the top plate portion 13 on the outer side of the curve and the flange portion 17 on the inner side of the curve.
  • the predicted value increased to 8.0 °, the difference between the measured value and the predicted value was -0.3 °, and the error of the predicted value was -3.9%, both of which are negative values. It was improved as compared with Invention Example 4 and as good as Invention Example 5.
  • Example 3 ⁇ Press-molded product with Z-shaped cross section (Part 2)>
  • the press-molded product 31 having a Z-shaped cross-sectional shape and curved along the longitudinal direction in the top view shown in FIG. 7 is subject to the passage of time after being released from the mold and springed back. The shape change was predicted and its validity was verified.
  • the press-molded product 31 has a top plate portion 33, a vertical wall portion 35, and a flange portion 37.
  • the top plate portion 33 is located inside the curve, and the flange portion 37 is located.
  • the shape of the bottom dead center of the press-molded product 31 is such that the radius of curvature of the curve at the boundary between the vertical wall portion 35 and the punch shoulder R portion 39 is 800 mm, and the vertical wall height of the vertical wall portion 5 in the press molding direction is 60 mm. did.
  • Example 3 first, as an example of the metal plate, the press-molded product 31 was press-molded using the steel plate A having the mechanical properties shown in Table 1 above.
  • the shape of the press-molded product 31 was measured immediately after the mold was released from the mold and springed back, and three days after the springback.
  • the inclination of the top plate 33 at the end in the longitudinal direction with respect to the top plate 33 at the center in the longitudinal direction was measured as a twist angle.
  • the absolute value of the residual stress is relaxed and reduced by a predetermined ratio with respect to the curved inner top plate portion 33 and / or the curved outer flange portion 37 of the press-formed product 31 immediately after springback, which is obtained by springback analysis.
  • the value of the stress applied was set.
  • an analysis is performed to obtain a shape in which the moments of force are balanced for the press-molded product 31 in which the residual stress is relaxed, and the inclination of the top plate portion 33 at the end in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 33 in the center in the longitudinal direction.
  • the predicted value of the twist angle was obtained.
  • Example 3 immediately after springing back only to the flange portion 37 on the outer curved side of the press-formed product 31 acquired by the springback analysis, or to both the flange portion 37 on the outer curved side and the top plate portion 33 on the inner curved side.
  • Inventive Example 7 to Inventive Example 9 were defined in which the residual stress was relaxed and reduced at a predetermined ratio (stress relaxation reduction rate) and the stress value was set.
  • Table 4 summarizes the results of the relaxation reduction rate of the residual stress in Invention Examples 7 to 9 and Comparative Example 3 and the amount of deviation of the twist angle at the longitudinal end of the top plate 33 from the measured value.
  • the measured value of the twist angle which is the inclination of the top plate portion 33 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 33 in the center in the longitudinal direction, was 7.8 °.
  • the predicted value is a value that predicts the twist angle which is the inclination of the top plate portion 33 at the end portion in the longitudinal direction with respect to the top plate portion 33 in the center in the longitudinal direction.
  • the difference between the measured value and the predicted value and the error of the predicted value with respect to the measured value were calculated and described together.
  • the value of the stress in which the residual stress is relaxed and reduced by 10% is set only for the flange portion 37 on the outer side of the curve.
  • the predicted value increased to 7.6 °
  • the difference between the measured value and the predicted value was 0.2 °
  • the error of the predicted value was 2.6%, which was closer to the measured value than in Comparative Example 3.
  • the residual stress is relaxed and reduced by 10% for the flange portion 37 on the outer side of the curve, and the residual stress is relaxed and reduced by 5% on the top plate portion 33 on the inner side of the curve.
  • the stress value is set.
  • the predicted value increased to 7.9 °, the difference between the measured value and the predicted value was -0.1 °, and the error of the predicted value was -1.3%, both of which are negative values. It was improved and better than that of Invention Example 7.
  • the residual stress is relaxed and reduced by 20% for the flange portion 37 on the outer side of the curve, and the residual stress is relaxed and reduced by 10% on the top plate portion 33 on the inner side of the curve.
  • the stress value is set.
  • the predicted value increased to 8.2 °, the difference between the measured value and the predicted value was -0.4 °, and the error of the predicted value was -5.1%, both of which are negative values. Also improved and was good.
  • a press-formed product having a U-shaped cross-sectional shape or a Z-shaped cross-sectional shape and including a shape curved along the longitudinal direction in a top view is springed back at the moment of being removed from the mold. It is possible to provide a method for predicting a shape change of a press-formed product that predicts a shape change of the press-formed product with the passage of time.
  • Top plate part 5 Vertical wall part 5a Vertical wall part (inside curved) 5b Vertical wall (curved outside) 7 Punch shoulder R part 11 Press molded product 13 Top plate part (curved outside) 15 Vertical wall part 17 Flange part (inside curved) 19 Punch shoulder R part 21 Die shoulder R part 31 Press-molded product 33 Top plate part (curved inside) 35 Vertical wall part 37 Flange part (curved outside) 39 Punch shoulder R part 41 Die shoulder R part

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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3と一対の縦壁部5とを有するコ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って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長手方向端部側が捩れる形状変化を予測するものであって、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(S1)と、スプリングバックした直後のプレス成形品1の少なくとも一対の縦壁部5のいずれか一方に対し、スプリングバック直後の残留応力よりも緩和減少した応力の値を設定する工程(S3)と、緩和減少した応力の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(shape change prediction)方法に関し、特に、コ字型(U-shaped)断面形状(cross-sectional shape)又はZ字型(Z-shaped)断面形状であり、上面視(top view)で長手方向に沿って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 parts)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 parts)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)と車体の軽量化(weight reduction of automotive body)を両立するため、より高強度(high-strength)な金属板(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(deform)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(driving force)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(high-strength 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の手順は、まず、金属板を成形下死点(bottom dead center)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)プレス成形品の形状がスプリングバックにより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 of force)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に関して調査したところ、図2に一例として示すような、天板部(top portion)3と一対の縦壁部(side wall portion)5とを有するコ字型断面形状であり、上面視(天板部方向から見た場合)で長手方向に沿って湾曲したプレス成形品1や、図5に一例として示すような、天板部13と縦壁部15とフランジ部(flange portion)17とを有するZ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って湾曲したプレス成形品11においては、離型して数日経過した後では、長手方向中央部(middle portion)に対して長手方向端部側(end side)が捩れる(twist)ような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形状変化は、クリープ現象(creep phenomenon)のように外部から高い荷重(press load)を受け続ける構造部材(structural members)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(time unit)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、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コ字型断面形状又はZ字型断面形状であり上面視で長手方向に沿って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単位の経過による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にある。
 本発明の第1の態様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一対の縦壁部とを有するコ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って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長手方向端部側が捩れ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(shape/residual stress acquisition step)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一対の縦壁部のいずれか一方に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも緩和減少(relax and reduce)した応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程(residual stress relaxation and reduction setting step)と、緩和減少した応力の値を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(residual stress relaxation shape analysis step)と、を含む。
 本発明の第2の態様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するZ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って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長手方向端部側が捩れ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応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程と、緩和減少した応力の値を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-grade)以上2000MPa級以下の金属板であるとよい。
 本発明によれば、コ字型断面形状又はZ字型断面形状であり上面視で長手方向に沿って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前記プレス成形品の長手方向端部が捩れる形状変化を精度良く予測することができる。その結果、自動車部品や車体(automotive body)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1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1で対象とした、コ字型断面形状であり上面視で長手方向に沿って湾曲した形状のプレス成形品の一例を示す図である((a)斜視図、(b)上面図)。 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、図2に示したコ字型断面形状のプレス成形品の一対の縦壁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、本発明の実施の形態2で対象とした、Z字型断面形状であり上面視で長手方向に沿って湾曲した形状のプレス成形品の一例を示す図である((a)斜視図、(b)上面図)。 図6は、図5に示したZ字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7は、本発明の実施の形態2で対象とした、Z字型断面形状であり上面視で長手方向に沿って湾曲した形状のプレス成形品の他の例を示す図である((a)斜視図、(b)上面図)。 図8は、図7に示したZ字型断面形状のプレス成形品のフランジ部及び天板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)。
[実施の形態1]
 本発明の実施の形態1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、コ字型断面形状であって上面視で長手方向に沿って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長手方向端部側が捩れ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、を含む。
 これらの各工程について説明するに先立ち、実施の形態1において形状予測の対象とするプレス成形品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って長手方向端部側が捩れる形状変化が生じる理由を説明する。
<コ字型断面形状のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化>
 本実施の形態1で対象としたプレス成形品1は、図2に一例として示すように、天板部3と、天板部3から連続する一対の縦壁部5と、を有するコ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って湾曲した形状を含む。また、天板部3と縦壁部5とはパンチ肩R部(punch shoulder R portion)7を介して連続する。また、一対の縦壁部5は、湾曲の内側に位置する縦壁部5aと、湾曲の外側に位置する縦壁部5bと、からなる。なお、湾曲の内側とは、上面視において湾曲の曲率中心(center of curvature)と同じ側とし、湾曲の外側とは、上面視において湾曲の曲率中心と反対側とする(以下、同じ)。
 この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形状変化を検討した結果、発明者らは、図3の応力―ひずみ線図(stress-strain diagram)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、湾曲内側の縦壁部5aと湾曲外側の縦壁部5bの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。なお、図4(b)(ii)及び図4(c)(ii)において、実線はプレス成形品1の長手方向端部におけるA1-A1'断面の形状、破線はプレス成形品1の長手方向中央部におけるA0-A0'断面の形状を示す。
 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に示すように上面視で湾曲した形状に曲げられる。このため、成形下死点では、図4(a)(i)に示すように、湾曲内側の縦壁部5aではブランク端部の線長が伸びる伸びフランジ変形(stretch flange deformation)が生じて引張応力が発生し、湾曲外側の縦壁部5bではブランク端部の線長が縮まる縮みフランジ変形(shrink flange deformation)が生じて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発生する。このスプリングバックにおいて、湾曲内側の縦壁部5aは縮もうとし、湾曲外側の縦壁部5bは伸びようとする。しかしながら、縦壁部5aの縮み(shrinkage)や縦壁部5bの伸び(stretch)といった面内(in-plane)での変形は剛性(stiffness)が大きくて生じにくいため、図4(b)(ii)に示すように、プレス成形品1の長手方向中央部に対して長手方向端部側に捩れが生じる。そして、成形下死点において湾曲内側の縦壁部5a及び湾曲外側の縦壁部5bに発生した残留応力(図4(a)(i)に示す引張応力(tensile stress)及び圧縮応力(compressive stress))は、絶対値が小さくなるか、場合によっては図4(b)(i)に示すように成形下死点とは残留応力が反転した状態となり、力のモーメントが釣り合う形状となる。
 その後、スプリングバックした直後の湾曲内側の縦壁部5aにおける残留応力(図4(b)(i)においては圧縮応力)と湾曲外側の縦壁部5bにおける残留応力(図4(b)(i)においては引張応力)は、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、図4(c)(ii)に示すように、プレス成形品1の長手方向端部においてはさらに捩れが発生する。
 このように、コ字型断面形状であって上面視で湾曲した形状のプレス成形品1においては、プレス成形してスプリングバックした後のさらなる時間の経過に伴って湾曲内側の縦壁部5aと湾曲外側の縦壁部5bの残留応力が緩和することに起因して、長手方向端部側に捩れが発生し、成形下死点形状(図4(a)(ii))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、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の少なくとも湾曲内側の縦壁部5a及び/又は湾曲外側の縦壁部5b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(長手方向端部側の捩れ)を予測できることを見い出した。
<プレス成形品の形状変化予測方法>
 次に、本実施の形態1に係るプレス成形品の形状変化予測方法(図1)における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、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の形状及び残留応力を求める第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の少なくとも一対の縦壁部5のいずれか一方に対し、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応力の値を設定する工程である。
 ここで、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。また、一対の縦壁部5は、前述したように、湾曲内側の縦壁部5aと湾曲外側の縦壁部5b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応力の値とは、スプリングバックした直後のプレス成形品1において、湾曲内側の縦壁部5aに残留する圧縮応力(負の値)や湾曲外側の縦壁部5bに残留する引張応力(正の値)の絶対値をそれぞれ緩和減少させた値のことをいう。
≪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において緩和減少した応力の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させた応力の値を設定した後のプレス成形品1の形状及び残留応力を得ることができる。
 このように、本実施の形態1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の少なくとも湾曲内側の縦壁部5a又は湾曲外側の縦壁部5bのいずれか一方に対し、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応力の値を設定し、緩和減少した応力の値を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。これにより、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の時間経過に伴う長手方向端部側が捩れる形状変化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湾曲内側の縦壁部5a又は湾曲外側の縦壁部5bのいずれか一方、すなわち、少なくとも縦壁部5a及び/又は縦壁部5bに対し、それら各部位の残留応力を緩和減少させた応力の値を設定するものであった。
 もっとも、本実施の形態1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における湾曲内側の縦壁部5aや湾曲外側の縦壁部5b以外の他の部位に対しては、スプリングバックした直後の残留応力をそのまま設定してもよいし、残留応力を緩和減少させた応力の値を設定してもよい。また、プレス成形品1全体に対して残留応力を緩和減少させた応力の値を設定してもよい。さらには、残留応力緩和減少設定工程S3は、湾曲内側の縦壁部5aや湾曲外側の縦壁部5b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。
[実施の形態2]
 本発明の実施の形態2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5に示すように、Z字型断面形状であって上面視で長手方向に沿って湾曲した形状を含むプレス成形品11について、金型から離型し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長手方向端部側が捩れる形状変化を予測するものであって、前述した実施の形態1と同様に(図1参照)、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程と、残留応力緩和減少設定工程と、残留応力緩和形状解析工程と、を含む。
 これらの各工程について説明するに先立ち、本実施の形態2において形状予測の対象とするプレス成形品11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って長手方向端部側が捩れる形状変化が生じる理由を説明する。
<Z字型断面形状のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化(その1)>
 本実施の形態2で対象としたプレス成形品11は、図5に示すように、天板部13と、天板部13から連続する縦壁部15と、縦壁部15から連続するフランジ部17とを有するZ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って湾曲した形状を含む。また、天板部13と縦壁部15とはパンチ肩R部19を介して連続し、縦壁部15とフランジ部17とはダイ肩R部(die shoulder R portion)21を介して連続する。さらに、フランジ部17は湾曲内側に位置し、天板部13は湾曲外側に位置する。
 このようなプレス成形品11についても、前述した実施の形態1と同様に図3に示す応力緩和現象に着目し、時間経過に伴って形状変化が生じる理由を検討した。その結果、スプリングバックした後のプレス成形品11においても、湾曲内側のフランジ部17と湾曲外側の天板部13の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11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11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。なお、図6(b)(ii)及び図6(c)(ii)において、実線はプレス成形品11の長手方向端部におけるB1-B1'断面の形状、破線はプレス成形品11の長手方向中央部におけるB0-B0'断面の形状示す。
 プレス成形品11のプレス成形において、金属板(ブランク)は図5に示すように上面視で湾曲した形状に曲げられる。このため、成形下死点では、図6(a)(i)に示すように、湾曲内側のフランジ部17ではブランク端部の線長が伸びる伸びフランジ変形が生じて引張応力が発生し、湾曲外側の天板部13ではブランク端部の線長が縮まる縮みフランジ変形が生じて圧縮応力が発生する。
 次に、金型からプレス成形品11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発生する。このスプリングバックにおいて、湾曲内側のフランジ部17は縮もうとし、湾曲外側の天板部13は伸びようとする。しかしながら、フランジ部17の縮みや天板部13の伸びといった面内での変形は剛性が大きくて生じにくいため、図6(b)(ii)に示すように、プレス成形品11の長手方向中央部に対して長手方向端部側に捩れが生じる。そして、成形下死点において湾曲内側のフランジ部17及び湾曲外側の天板部13に発生した残留応力(図6(a)(i)に示す引張応力及び圧縮応力)は、絶対値が小さくなるか、場合によっては図6(b)(i)に示すように成形下死点とは残留応力が反転した状態となり、力のモーメントが釣り合う形状となる。
 その後、スプリングバックした直後の湾曲内側のフランジ部17における残留応力(図6(b)(i)においては圧縮応力)と湾曲外側の天板部13における残留応力(図6(b)(i)においては引張応力)は、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、図6(c)(ii)に示すように、プレス成形品11の長手方向端部においてはさらに捩れが発生する。
 このように、上面視で湾曲したZ字型断面形状のプレス成形品11においては、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の経過に伴って湾曲内側のフランジ部17と湾曲外側の天板部13の残留応力が緩和することに起因して、長手方向端部側に捩れが発生し、成形下死点形状(図6(a)(ii))からさらに乖離した形状になる。
 そこで、発明者らは、前述した実施の形態1と同様、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11の少なくとも湾曲内側のフランジ部17及び/又は湾曲外側の天板部13の残留応力を緩和させ、プレス成形品11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11の時間経過に伴う形状変化(長手方向端部の捩れ)を予測できることを見い出した。
<プレス成形品の形状変化予測方法>
 次に、本発明の実施の形態2に係るプレス成形品の形状変化予測方法におけるスプリングバック直後の形状・残留応力取得工程と、残留応力緩和減少設定工程と、残留応力緩和形状解析工程と、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・残留応力取得工程は、プレス成形品11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11の形状及び残留応力を取得する工程である。
≪残留応力緩和減少設定工程≫
 残留応力緩和減少設定工程は、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程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11の少なくともフランジ部17及び/又は天板部13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応力の値を設定する工程である。
≪残留応力緩和形状解析工程≫
 残留応力緩和形状解析工程は、残留応力緩和減少設定工程で緩和減少した応力の値を設定したプレス成形品11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。
 このように、本実施の形態2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11の少なくともフランジ部17及び/又は天板部13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応力の値を設定し、緩和減少した応力の値を設定したプレス成形品11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。これにより、実際のプレス成形品11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11の時間経過に伴う長手方向端部側が捩れる形状変化を予測することができる。
 本実施の形態2に係る上記の説明は、Z字型断面形状であって上面視で湾曲したプレス成形品として、図5に一例として示したように、湾曲内側に位置するフランジ部17と湾曲外側に位置する天板部13とを有するプレス成形品11を対象とするものであった。
 もっとも、実施の形態2に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、Z字型断面形状であって上面視で湾曲したプレス成形品を対象とするものであればよく、図7に他の例として示すように、湾曲内側の天板部33と湾曲外側のフランジ部37とを有するZ字型断面形状のプレス成形品31を対象とすることができる。
<Z字型断面形状のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化(その2)>
 プレス成形品31は、図7に示すように、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とを有するZ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って湾曲した形状を含む。また、天板部33と縦壁部35とはパンチ肩R部39を介して連続し、縦壁部35とフランジ部37とはダイ肩R部41を介して連続する。そして、天板部33及びフランジ部37は、図5に示すプレス成形品11の天板部13及びフランジ部17と、湾曲内側と湾曲外側の位置関係が反対である。
 そして、このようなプレス成形品31についても、前述した図3に示す応力緩和現象のように、湾曲内側の天板部33と湾曲外側のフランジ部37の残留応力が時間の経過とともに徐々に緩和することで、図8に示すように、プレス成形品31の長手方向端部側が捩れる形状変化が生じることを説明できる。なお、図8(b)(ii)及び図8(c)(ii)において、実線はプレス成形品31の長手方向端部におけるC1-C1'断面の形状、破線はプレス成形品31の長手方向中央部におけるC0-C0'断面の形状を示す。
 図8(a)(i)に示すように成形下死点まで成形したプレス成形品31を金型から離型するとスプリングバックが生じ、湾曲内側の天板部33及び湾曲外側のフランジ部37の残留応力(図8(a)(i)に示す圧縮応力及び引張応力)は、絶対値が小さくなるか、場合によっては図8(b)(i)に示すように成形下死点とは残留応力が反転した状態となり、力のモーメントが釣り合う形状となる。これにより、図8(b)(ii)に示すように、プレス成形品31の長手方向中央部に対して長手方向端部側に捩れが生じる。
 その後、スプリングバックした直後の湾曲内側の天板部33における残留応力(図8(b)(i)においては圧縮応力)と湾曲外側のフランジ部37における残留応力(図8(b)(i)においては引張応力)は、時間経過とともに外部からの強制を受けないまま緩和減少する。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、図8(c)(ii)に示すように、プレス成形品31の長手方向端部においてはさらに捩れが発生する。
 このように、湾曲内側の天板部33と湾曲外側のフランジ部37とを有するZ字型断面形状のプレス成形品31においても、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って天板部33とフランジ部37との残留応力が緩和することに起因して、長手方向端部側が捩れる形状変化が発生し、成形下死点形状(図8(a)(ii))からさらに乖離した形状になる。
 そのため、プレス成形品31の時間経過に伴う形状変化を予測する場合においても、プレス成形品31を対象として上記のスプリングバック直後の形状・残留応力取得工程と、残留応力緩和減少設定工程と、残留応力緩和形状解析工程と、を実施することにより、プレス成形品31に対して、金型から離型し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長手方向端部側が捩れる形状変化を予測することができる。ここで、残留応力緩和減少設定工程は、スプリングバックした直後のプレス成形品31の少なくともフランジ部37及び/又は天板部33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応力の値を設定する。
 なお、本実施の形態2において、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程におけるスプリングバック解析と、残留応力緩和形状解析工程における解析は、実施の形態1で述べた手法を適用すればよい。
 また、本実施の形態2において、残留応力緩和減少設定工程は、例えばZ字型断面形状のプレス成形品11を対象とする場合、フランジ部17や天板部13以外の他の部位に対しては、スプリングバックした直後の残留応力をそのまま設定してもよいし、残留応力を緩和減少させた応力の値を設定してもよい。また、プレス成形品11の全体に対して残留応力を緩和減少させた応力の値を設定してもよい。さらには、残留応力緩和減少設定工程は、フランジ部や天板部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。
 なお、本発明は、コ字型断面形状のプレス成形品(図2)又はZ字型断面形状のプレス成形品(図5及び図7)のいずれの場合も、残留応力緩和減少設定工程においては、スプリングバックした直後の残留応力よりも5%以上緩和減少させた応力の値を設定することにより、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。
 また、上記の説明は、断面形状が異なるものの、長手方向の全長にわたって上面視で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。もっとも、本発明は、長手方向における一部の部位が上面視で長手方向に沿って湾曲した形状の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(side portion)とを含むプレス成形品を対象とすることができる。
 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、プレス成形に供するブランク(blank)(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に示すようなコ字型断面形状のプレス成形品1のパンチ肩R部7や、図5に示すZ字型断面形状のプレス成形品11のパンチ肩R部19及びダイ肩R部21では、それらのプレス成形過程で割れ(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、ルーフサイドレール(roof side rail)やフロントピラーアッパ(front pillar upper)などの上面視で湾曲したコ字型断面形状又はZ字型断面形状の骨格部品(structural part)を対象とすることが好ましく、コ字型断面形状又はZ字型断面形状であって上面視で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長手方向端部側の捩れが発生して寸法精度が低下する自動車部品に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(bending 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。
<コ字型断面形状のプレス成形品>
 実施例1では、図2に示すように、コ字型断面形状であって上面視で長手方向に沿って湾曲したプレス成形品1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形状変化を予測し、その妥当性を検証した。
 プレス成形品1は、天板部3と一対の縦壁部5とを有し、上面視において、縦壁部5aが湾曲内側に位置し、縦壁部5bが湾曲外側に位置する。そして、プレス成形品1の成形下死点形状は、縦壁部5bとパンチ肩R部7の境界における湾曲の曲率半径(curvature radius)を湾曲外側が540mm、湾曲内側が490mmとし、プレス成形方向における縦壁部5の縦壁高さを50mmとした。
 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(mechanical properties)を持つ鋼板(steel sheet)Aを用い、プレス成形品1をプレス成形した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 そして、成形下死点までプレス成形した後に金型から離型してスプリングバックした直後と、スプリングバックして3日経過した後において、プレス成形品1の形状を測定し、長手方向中央の天板部3を基準とする長手方向端部の天板部3の傾きを捩れ角として実測した。
 次に、プレス成形品1の時間経過による長手方向端部の捩れ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の湾曲内側の縦壁部5a及び/又は湾曲外側の縦壁部5bに対し、残留応力の絶対値を所定の割合で低下させた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い、長手方向中央の天板部3を基準とする長手方向端部の天板部3の傾きである捩れ角の予測値を求めた。
 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の湾曲外側の縦壁部5bのみ、又は、湾曲内側の縦壁部5a及び湾曲外側の縦壁部5bの双方に対し、スプリングバックした直後の残留応力を所定の割合(応力緩和減少率)で緩和減少させ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た応力の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1とした。
 表2に、発明例1~発明例3及び比較例1における残留応力の緩和減少率と、実測値からの天板部3の長手方向端部における捩れ角(torsional angle)の乖離量(amount of deviation)の結果をまとめて示す。ここで、長手方向中央の天板部3を基準とする長手方向端部の天板部3の傾きである捩れ角の実測値は5.8°であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2において、予測値は、長手方向中央の天板部3を基準とする長手方向端部の天板部3の傾きである捩れ角の予測値である。また、実測値と予測値との差分及び実測値に対する予測値の誤差を算出し、合わせて記載した。
 比較例1においては、捩れ角の予測値は4.6°であり、実測値と予測値との差分は1.2°であり、予測値の誤差は20.7%であった。
 発明例1は、湾曲外側の縦壁部5bのみに対して残留応力を5%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は5.2°と増加し、実測値と予測値との差分は0.6°、予測値の誤差は10.3%となり、比較例1よりも実測値に近づく結果となった。
 発明例2は、湾曲内側の縦壁部5aと湾曲外側の縦壁部5bの双方に対して残留応力を5%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は5.6°に増加し、実測値と予測値との差分は0.2°、予測値の誤差は3.4%となり、比較例1及び発明例1よりも実測値に近づく結果となり、良好であった。
 発明例3は、湾曲内側の縦壁部5aと湾曲外側の縦壁部5bの双方に対して残留応力を10%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は6.1°に増加し、実測値と予測値との差分は-0.3°、予測値の誤差は-5.2%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及び発明例1よりも改善し、良好であった。
<Z字型断面形状のプレス成形品(その1)>
 実施例2では、図5に示すように、Z字型断面形状であって上面視で長手方向に沿って湾曲したプレス成形品11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形状変化を予測し、その妥当性を検証した。
 プレス成形品11は、天板部13と縦壁部15とフランジ部17とを有し、上面視において、フランジ部17が湾曲内側に位置し、天板部13が湾曲外側に位置する。そして、プレス成形品11の成形下死点形状は、縦壁部15とパンチ肩R部19の境界における湾曲の曲率半径を600mm、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。
 実施例2では、まず、金属板の一例として、前掲した表1に一例を示す機械的特性を持つ鋼板Aを用い、プレス成形品11をプレス成形した。
 そして、プレス成形品11を成形下死点までプレス成形した後、金型から離型してスプリングバックした直後と、スプリングバックして3日経過した後において、プレス成形品11の形状を測定し、長手方向中央の天板部13を基準とする長手方向端部の天板部13の傾きを捩れ角として実測した。
 次に、プレス成形品11の時間経過による長手方向端部の捩れ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11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11を金型モデルから離型した直後のプレス成形品11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11の湾曲内側のフランジ部17及び/又は湾曲外側の天板部13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11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い、長手方向中央の天板部13を基準とする長手方向端部の天板部13の傾きである捩れ角の予測値を求めた。
 実施例2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11の湾曲内側のフランジ部17のみ、又は、湾曲外側の天板部13及び湾曲内側のフランジ部17の双方に対し、スプリングバックした直後の残留応力を所定の割合(応力緩和減少率)で緩和減少させ応力の値を設定したものを発明例4~発明例6とした。
 また、比較対象として、発明例4~発明例6と同様にプレス成形品11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た応力の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2とした。
 表3に、発明例4~発明例6及び比較例2における残留応力の緩和減少率と、実測値からの天板部13の長手方向端部における捩れ角の乖離量の結果をまとめて示す。ここで、長手方向中央の天板部13を基準とする長手方向端部の天板部13の傾きである捩れ角の実測値は7.7°であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3において、予測値は、長手方向中央の天板部13を基準とする長手方向端部の天板部13の傾きである捩れ角を予測した値である。また、実測値と予測値との差分及び実測値に対する予測値の誤差を算出し、合わせて記載した。
 比較例2においては、捩れ角の予測値は6.8°であり、実測値と予測値との差分は0.9°であり、予測値の誤差は11.7%であった。
 発明例4は、湾曲内側のフランジ部17のみに対して残留応力を10%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は7.0°と増加し、実測値と予測値との差分は0.7°、予測値の誤差は9.1%となり、比較例2よりも実測値に近づく結果となった。
 発明例5は、湾曲外側の天板部13と湾曲内側のフランジ部17の双方に対して残留応力を10%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は7.4°に増加し、実測値と予測値との差分は0.3°、予測値の誤差は3.9%となり、比較例2及び発明例4よりも実測値に近づく結果となり、良好であった。
 発明例6は、湾曲外側の天板部13と湾曲内側のフランジ部17の双方に対して残留応力を20%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は8.0°に増加し、実測値と予測値との差分は-0.3°、予測値の誤差は-3.9%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2及び発明例4よりも改善し、発明例5と同等に良好であった。
<Z字型断面形状のプレス成形品(その2)>
 実施例3では、図7に示す、Z字型断面形状であって上面視で長手方向に沿って湾曲したプレス成形品31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形状変化を予測し、その妥当性を検証した。
 プレス成形品31は、図7に示すように、天板部33と縦壁部35とフランジ部37とを有し、上面視において、天板部33が湾曲内側に位置し、フランジ部37が湾曲外側に位置する。そして、プレス成形品31の成形下死点形状は、縦壁部35とパンチ肩R部39の境界における湾曲の曲率半径を800mm、プレス成形方向における縦壁部5の縦壁高さを60mmとした。
 実施例3では、まず、金属板の一例として、前掲した表1に一例を示す機械的特性を持つ鋼板Aを用い、プレス成形品31をプレス成形した。
 そして、プレス成形品31を成形下死点までプレス成形した後、金型から離型してスプリングバックした直後と、スプリングバックして3日経過した後において、プレス成形品31の形状を測定し、長手方向中央の天板部33を基準とする長手方向端部の天板部33の傾きを捩れ角として実測した。
 次に、プレス成形品31の時間経過による長手方向端部の捩れ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31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31を金型モデルから離型した直後のプレス成形品31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31の湾曲内側の天板部33及び/又は湾曲外側のフランジ部37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応力の値を設定した。そして、残留応力を緩和させたプレス成形品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い、長手方向中央の天板部33を基準とする長手方向端部の天板部33の傾きである捩れ角の予測値を求めた。
 実施例3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31の湾曲外側のフランジ部37のみ、又は、湾曲外側のフランジ部37及び湾曲内側の天板部33の双方に対し、スプリングバックした直後の残留応力を所定の割合(応力緩和減少率)で緩和減少させ応力の値を設定したものを発明例7~発明例9とした。
 また、比較対象として、発明例7~発明例9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させた応力の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。
 表4に、発明例7~発明例9及び比較例3における残留応力の緩和減少率と、実測値からの天板部33の長手方向端部における捩れ角の乖離量の結果をまとめて示す。ここで、長手方向中央の天板部33を基準とする長手方向端部の天板部33の傾きである捩れ角の実測値は7.8°であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4において、予測値は、長手方向中央の天板部33を基準とする長手方向端部の天板部33の傾きである捩れ角を予測した値である。また、実測値と予測値との差分及び実測値に対する予測値の誤差を算出し、合わせて記載した。
 比較例3においては、捩れ角の予測値は7.2°であり、実測値と予測値との差分は0.6°であり、予測値の誤差は7.7%であった。
 発明例7は、湾曲外側のフランジ部37のみに対して残留応力を10%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は7.6°と増加し、実測値と予測値との差分は0.2°、予測値の誤差は2.6%となり、比較例3よりも実測値に近づく結果となった。
 発明例8は、湾曲外側のフランジ部37に対して残留応力を10%緩和減少させた応力の値を設定し、かつ湾曲内側の天板部33に対して残留応力を5%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は7.9°に増加し、実測値と予測値との差分は-0.1°、予測値の誤差は-1.3%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3及び発明例7よりも改善し、良好であった。
 発明例9は、湾曲外側のフランジ部37に対して残留応力を20%緩和減少させた応力の値を設定し、かつ湾曲内側の天板部33に対して残留応力を10%緩和減少させた応力の値を設定したものである。予測値は8.2°に増加し、実測値と予測値との差分は-0.4°、予測値の誤差は-5.1%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3よりも改善し、良好であった。
 本発明によれば、コ字型断面形状又はZ字型断面形状であり上面視で長手方向に沿って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単位の経過による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
 5a 縦壁部(湾曲内側)
 5b 縦壁部(湾曲外側)
 7 パンチ肩R部
 11 プレス成形品
 13 天板部(湾曲外側)
 15 縦壁部
 17 フランジ部(湾曲内側)
 19 パンチ肩R部
 21 ダイ肩R部
 31 プレス成形品
 33 天板部(湾曲内側)
 35 縦壁部
 37 フランジ部(湾曲外側)
 39 パンチ肩R部
 41 ダイ肩R部

Claims (4)

  1.  天板部と該天板部から連続する一対の縦壁部とを有するコ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って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長手方向端部側が捩れ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一対の縦壁部のいずれか一方に対し、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応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程と、
     緩和減少した応力の値を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。
  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するZ字型断面形状であり、上面視で長手方向に沿って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長手方向端部側が捩れ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応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程と、
     緩和減少した応力の値を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。
  3.  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。
  4.  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。
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