WO2021161579A1 - プレス成形品の形状変化予測方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、パンチ肩部９及び／又はダイ肩部１１を有するプレス成形品１を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、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（Ｓ１）と、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９及び／又はダイ肩部１１に対し、それらの残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する工程（Ｓ３）と、パンチ肩部９及び／又はダイ肩部１１における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、プレス成形品を金型（die）から離型（die　release）してスプリングバック（springback）した後の該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に関する。

　プレス成形は金属製部品（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　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能（collision　safety）の向上と車体の軽量化（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るようになっている。

　高強度の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プレス成形品の寸法精度の悪化がある。プレス成形により金型を用いて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（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。

　プレス成形により発生するプレス成形品の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プレス成形品の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プレス成形品の形状を規定の寸法内に収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プレス成形品の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を利用することが一般的である。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、金型を用いて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を行い、プレス成形品に発生する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スプリングバック解析を行い、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プレス成形品の形状を予測する第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、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を比較していた際、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がついた。

　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するために、実際のプレス成形品の形状を測定したところ、プレス成形直後（金型からの離型しスプリングバックした直後）と数日経過後とでは形状が異なることを発見した。

　プレス成形の形状が時間の経過に伴って変化する例として、図６に示す天板部（top　portion）７３と一対の縦壁部（side　wall　portion）７５とを有してなるコ字状（U-shape）断面形状（cross-sectional　shape）のプレス成形品７１の時間経過による形状変化を測定した結果を図７に示す。図７に示すように、金型から離型した瞬間に縦壁部７５が開いてスプリングバックした直後のプレス成形品７１の開き量（opening　amount）を基準（0mm）にすると、その後の時間の経過に伴って縦壁部７５の開き量が徐々に増加する形状変化が生じていることが分かる。

　このようなプレス成形品の時間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　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状態で、プレス成形品の形状が時間の経過とともに変化する現象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ため、スプリングバックしたプレス成形品が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ため、このようなプレス成形品の時間経過による形状変化を予測することに対して、クリープ現象による形状変化を取り扱う解析手法を用い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、プレス成形品を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後、さらに時間経過した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。

　本発明は、具体的には以下の構成からなるものである。

　本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、プレス成形品を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後における、その後の前記プレス成形品の時間経過に伴う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　process）と、該取得したスプリングバックした直後の前記プレス成形品における全ての曲げ部又は一部の曲げ部に対し、その残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する残留応力緩和減少設定工程（residual　stress　reduction　setting　process）と、前記曲げ部における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形状解析工程（shape　analysis　process）と、を含む。

　上記形状変化予測方法において、前記曲げ部は、天板部と縦壁部とを有するプレス成形品における前記天板部と前記縦壁部とを接続するパンチ肩部（punch　shoulder）、である。

　上記形状変化予測方法において、前記曲げ部は、天板部と縦壁部とフランジ部（flange　portion）とを有するプレス成形品における前記天板部と前記縦壁部とを接続するパンチ肩部、及び／又は、前記縦壁部と前記フランジ部とを接続するダイ肩部（die　shoulder）である。

　上記形状変化予測方法において、前記プレス成形品のプレス成形に供するブランク（blank）は、引張強度が150MPa級（MPa　grade）以上2000MPa級以下の金属板である。

　本発明においては、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における全ての曲げ部又は一部の曲げ部に対し、その残留応力よりも緩和し減少させ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、該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前記プレス成形品の前記曲げ部におけ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（automotive　body）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）上面図）。 図３は、実施例２で対象としたＺ字状（Z　shape）断面形状のプレス成形品を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図）。 図４は、実施例３で対象としたＬ字状（L　shape）断面形状のプレス成形品を示す図である。 図５は、実施例４で対象としたプレス成形品を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）上面図）。 図６は、時間経過による形状変化の測定対象の一例としてコ字状断面形状のプレス成形品を示す図である。 図７は、プレス成形品の時間経過による形状変化の一例として、図６に示すコ字状断面形状のプレス成形品を金型から離型してスプリングバックした後、時間経過に伴う開き量の測定結果を示す図である。 図８は、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減少する応力緩和現象を説明する応力－ひずみ線図（stress-strain　diagram）である。 図９は、ハット型断面形状のプレス成形品のパンチ肩部における応力と形状変化を説明する図である（（ａ）プレス成形直後、（ｂ）スプリングバック直後、（ｃ）時間経過後）。 図１０は、ハット型断面形状のプレス成形品のパンチ肩部及びダイ肩部における応力緩和（stress　reduction）による曲げ角度の変化を説明する図である。

　発明者らは、前述の課題を解決するために、曲げ部（bent　portion）を有する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に、さらに時間経過した前記プレス成形品の形状変化を予測する手法を確立するため、その前段階として、図２に例示するような、ハット型断面形状のプレス成形品１を対象とし、時間経過に伴って形状が変化する原因について種々の検討を行った。

　その結果、発明者らは、図８に示すように応力－ひずみ線図における、ひずみ（strain）一定のまま時間の経過とともに応力（stress）が徐々に緩和し減少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においてもプレス成形により曲げられたパンチ肩部９及びダイ肩部１１における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していることを突き止めた。

　プレス成形品１の曲げ部であるパンチ肩部９とダイ肩部１１における残留応力の緩和による形状変化について、図９に示す模式図を用いて説明する。なお、図９は、パンチ肩部９の断面形状と残留応力の例を図示したものであるが、ダイ肩部１１においても同様の残留応力の緩和と形状変化が生じる。

　まず、プレス成形時、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９（ａ）に示すようにパンチ肩部９が形成されるため、パンチ肩部９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（thickness）中央のラインに対して曲げの曲率（curvature）中心と反対側とし、曲げの内側とは、曲げの曲率中心と同じ側とする（以下同じ。）。

　次に、金型からプレス成形品１を取り外す（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瞬間に発生する。その際、図９（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パンチ肩部９の曲げ角度の変化が起きる。しかしながら、パンチ肩部９は剛性（rigidity）があるため、プレス成形前の形状に戻ろうとする力が妨げられて、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する。

　その後、図９（ｃ）に示すように時間の経過とともに、プレス成形前の形状に戻ろうとする力は外部からの強制を受けないまま徐々に弱まり、プレス成形品１における力のモーメントと釣り合う形状となるため、パンチ肩部９においてはさらに曲げが増す曲げ角度の変化が生じる。

　すなわち、プレス成形した後に下死点からスプリングバックすると、その時点でのプレス成形品に残留応力が生じるが、その生じてしまった残留応力について、板厚方向における表側の残留応力と裏側の残留応力の差に対して、時間単位の経過に伴って、プレス成形品の板厚方向における表側の残留応力と裏側の残留応力の差が緩和され減少する。その結果、プレス成形品の加工を受けた部分は、スプリングバック直後の形状よりもさらに残留応力のない形状になることを見出した。

　この現象は、従来の残留応力低減によるスプリングバックの挙動とは全く異なる。従来のスプリングバックの挙動では、プレス成形後の下死点で生じる残留応力について、特定の手段により、生じようとする残留応力の値を強制的に低減させるか、生じようとするプレス成形品の表側と裏側の残留応力の差を強制的に低減させると、その結果として、プレス成形下死点の形状はスプリングバックが抑制されて、プレス成形後の状態に保持される。

　一方、本発明が対象とする応力緩和の挙動では、プレス成形後の下死点からスプリングバックが生じた後に、既に存在する残留応力が、外部からの強制を受けずに緩和するので、残留応力がない状態に戻ろうとする。その結果として、プレス成形品は、スプリングバック直後よりも曲げ角度や反り（curl）が増加するなど、さらに目標形状から遠ざかる形状になる。

　そして、このようなハット型断面形状のプレス成形品１においては、瞬間に生成するスプリングバックの対策が十分にとられても、図１０に示すように、パンチ肩部９とダイ肩部１１の双方で時間の経過に伴う応力緩和により曲げ角度の変化が生じるために、プレス成形品１のフランジ部７においては成形下死点での形状からの乖離が生じる。

　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のパンチ肩部９又はダイ肩部１１の少なくとも一方の残留応力を緩和し減少させ、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、時間経過に伴うプレス成形品１の形状変化を予測できることを見出した。

　さらに、当該形状予測方法は、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、曲げ部を有するプレス成形品であれば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できるという知見が得られた。

　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、プレス成形品を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後における、その後の前記プレス成形品の時間経過に伴う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、形状解析工程Ｓ５と、を備えるものである。以下、プレス成形品として、図２のような、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有してなるハット型断面形状であって、曲げ部として、天板部３の側辺（side）と縦壁部５の上辺（upper　side）とを接続するパンチ肩部９と、縦壁部５の下辺（bottom　side）とフランジ部７の側辺とを接続するダイ肩部１１とを有するプレス成形品１を例として、上記の各工程について説明する。なお、本願の明細書及び図面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直後のプレス成形品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のパンチ肩部９及びダイ肩部１１に対し、それらの残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定する工程である。

＜形状解析工程＞
　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。

　このような、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の曲げ部であるパンチ肩部９及びダイ肩部１１に対し、それらの残留応力よりも緩和し減少させ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解析により求めることで、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、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後に、その後のプレス成形品１の時間経過に伴う形状変化を予測することができる。

　上記の説明では、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における全ての曲げ部、すなわち、パンチ肩部９及びダイ肩部１１に対し、それらの残留応力よりも緩和し減少させた残留応力の値を設定するものであったが、本発明は、プレス成形品１における一部の曲げ部、すなわち、パンチ肩部９又はダイ肩部１１のいずれか一方に対し、あるいはパンチ肩部９又はダイ肩部１１が複数存在する部品ではそれらの一部に対し、それぞれの残留応力を緩和し減少させた値を設定するものであってもよい。

　もっとも、本発明は、図２に示すようなハット型断面形状のプレス成形品１を対象とするものに限定されるものではなく、例えば、図３に示すようなＺ字状断面形状のプレス成形品２１や、図４に示すようなＬ字状断面形状のプレス成形品４１や、図５に示すような自動車のクロスメンバーを模擬した形状のプレス成形品５１を、も対象とする。これらの形状のプレス成形品に本発明を適用し、スプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を予測した結果については、後述する実施例１～実施例４で述べる。

　さらに、本発明で対象とするプレス成形品は、金属板が曲げられてプレス成形の成形下死点において曲げの外側に引張応力、曲げの内側に圧縮応力が生じた曲げ部を有するものであればよく、スプリングバックした後における時間経過に伴う応力緩和を模擬して、当該プレス成形品の形状変化を予測することができる。

　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、プレス成形品のプレス成形にブランクとして用いる金属板や、プレス成形品の形状及び種類等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、ブランクに関しては、引張強度が150MPa級以上2000MPa級以下、板厚が0.5mm以上4.0mm以上の金属板であることが好ましい。

　引張強度が150MPa級未満のブランクは、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級以上のブランク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（elongation）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におけるパンチ肩部９やダイ肩部１１ではプレス成形過程において割れ（crack）が発生し、プレス成形することができない場合がある。

　また、プレス成形品の形状に関しては、例えば、コ字状断面形状やハット型断面形状のプレス成形品等、曲げ部における残留応力が高くなる形状を有するプレス成形品に、本発明を適用することが望ましい。

　したがって、プレス成形品の種類としては、剛性が低いドアやルーフ、フード（hood）等の外板部品、高強度の金属板を使うＡピラー（pillar）、Ｂピラー、ルーフレール（roof　rail）、サイドレール、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、クロスメンバー等の骨格部品（frame　part）等といった自動車部品に、本発明を適用することが好ましい。

　なお、本発明は、フォーム成形（crash　forming）、曲げ成形（bend　forming）又はドロー成形（deep　drawing）によりプレス成形されたプレス成形品に適用することができ、プレス成形品のプレス工法（press　method）は問わない。

＜ハット型断面形状のプレス成形品＞
　実施例１では、まず、以下の表１に一例を示す機械的特性を持つ金属板Ａを用い、図２に示すハット型断面形状のプレス成形品１の曲げ成形による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、パンチ肩部９の曲率半径及び曲げ角を5mm及び95°とし、ダイ肩部１１の曲率半径及び曲げ角度を5mm及び95°とした。なお、金属板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（elongation）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を金型から離型した後、プレス成形品１の形状の経時変化を測定した。

　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、金属板Ａを成形下死点までプレス成形する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、スプリングバック解析を行い、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９及び／又はダイ肩部１１に対し、それらの残留応力を所定の割合で緩和し減少させた残留応力の値を設定した。そして、残留応力を緩和し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９及び／又はダイ肩部１１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）で緩和し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った後、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におけるパンチ肩部９及びダイ肩部１１の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のフランジ部７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において残留応力を緩和し減少させた部位及び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以降において、プレス成形品１の天板部３の長手方向中央を一致させた場合、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の天板部３に平行となる幅方向における断面内の２日経過した後の評価点ａの乖離量（＝16mm）である。また、実験値に対する予測値の差分（difference）及び誤差（error　rate）は、それぞれ、下式により算出したものである。
　予測値の差分(mm)＝De－Dc　　・・・（１）
　予測値の誤差(%)＝(De－Dc)÷Dc×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、実験値との差分は1.5mm、予測値の誤差は10.3%であった。

　発明例１は、パンチ肩部９のみに対し、その残留応力を5%緩和減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は0.9mm、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９とダイ肩部１１の双方に対し、それらの残留応力をそれぞれ10%減少させた応力の値を設定したものであり、予測値の差分は0.5mm、予測値の誤差は3.2%となり、比較例１及び比較例２と比べて改善し、発明例１よりも良好な結果であった。発明例３は、パンチ肩部９とダイ肩部１１の双方に対し、これらの残留応力をそれぞれ20％減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は0.2mm、予測値の誤差は1.3％となり、比較例１及び比較例２と比べて改善し、発明例２よりもさらに良好な結果であった。発明例４は、パンチ肩部９とダイ肩部１１に対し、それらの残留応力をそれぞれ30%及び20%減少させた残留応力の値を設定したものであり、予測値の差分は-0.2mm、予測値の誤差は-1.2％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及び比較例２と比べて改善し、発明例３と同等の結果であった。

＜Ｚ字状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（mechanical　properties）をもつ金属板Ａを用い、図３に示すＺ字状断面形状のプレス成形品２１の曲げ成形によるプレス成形を行った。プレス成形品２１の成形下死点形状は、パンチ肩部２９の曲率半径及び曲げ角を7mm及び100°とし、ダイ肩部３１の曲率半径及び曲げ角度を7mm及び100°とした。

　そして、成形下死点までプレス成形したプレス成形品２１を金型から離型し、プレス成形品２１の形状の経時変化を測定した。

　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におけるパンチ肩部２９及びダイ肩部３１のそれぞれに対してそれらの残留応力を20%緩和し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５とした。また、比較対象として、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後に、残留応力の値を緩和減少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と比較例３それぞれについて、プレス成形品２１のフランジ部２７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の形状からの乖離量を算出した。なお、乖離量は実施例１と同様にプレス成形品２１の天板部２３の長手方向中央を一致させて、天板部２３に平行となる幅方向における断面内の距離を用いた。表３に、発明例５及び比較例３において残留応力を緩和し減少させた部位及び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（＝14.5mm）である。また、実験値に対する予測値の差分及び誤差は、それぞれ、前述した式（１）及び（２）により算出したものである。

　比較例３は、予測値と実験値との差分は1.2mm、予測値の誤差は9.0%であった。発明例５は、パンチ肩部２９とダイ肩部３１の双方に対し、それらの残留応力をともに20%緩和減少させたものであり、実験値との差分は0.4mm、予測値の誤差は2.8%であり、比較例３と比べて改善した。

＜Ｌ字状断面形状のプレス成形品＞
　実施例３では、まず、前掲した表１に示す機械的特性をもつ金属板Ａを用い、図４に示すＬ字状断面形状のプレス成形品４１の曲げ成形によるプレス成形を行った。プレス成形品４１の成形下死点形状は、パンチ肩部４７の曲率半径及び曲げ角を6mm及び120°とした。そして、成形下死点までプレス成形したプレス成形品４１を金型から離型した後、プレス成形品４１の形状の経時変化を測定した。

　次に、前述の実施例１と同様、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った後、さらに、スプリングバック直後のプレス成形品４１におけるパンチ肩部４７に対してその残留応力を緩和し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６とした。また、比較対象として、発明例６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後に、残留応力の値を緩和し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４とした。

　そして、発明例６と比較例４それぞれについて、縦壁部４５の下辺の長手方向中央（評価点ｃ、図４参照）における成形下死点形状からの乖離量を算出した。なお、乖離量は実施例１と同様にプレス成形品４１の天板部４３の長手方向中央を一致させて、天板部４３と平行となる幅方向における断面内の距離を用いた。表４に、発明例６及び比較例４において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４において、予測値Dcは、発明例６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４１の２日経過した後の評価点ｃの乖離量（＝19.5mm）である。また、実験値に対する予測値の差分及び誤差は、それぞれ、前述した式（１）及び（２）により算出したものである。

　比較例４は、予測値と実験値との差分は3.8mm、予測値の誤差は24.2%であった。発明例６は、パンチ肩部４７の残留応力を20%緩和減少させたものであり、実験値との差分は1.1mm、予測値の誤差は6.0%であり、比較例４と比べて改善した。

＜フロアクロスメンバー＞
　実施例４では、まず、前掲した表１に示す機械的特性をもつ金属板Ａを用い、図５に示すような、自動車のフロアクロスメンバーを模擬した形状のプレス成形品５１の曲げ成形によるプレス成形を行った。プレス成形品５１は、天板部５３、縦壁部５５及びフランジ部５７それぞれの長手方向端辺から屈曲して外方に延出する取付フランジ部（mounting　flange　portion）５９が設けられ、曲げ部として、天板部５３と縦壁部５５とを接続するパンチ肩部６１と、縦壁部５５の下辺とフランジ部５７の側辺とを接続し、かつ、天板部５３、縦壁部５５及びフランジ部５７の長手方向端辺と取付フランジ部５９とを接続するダイ肩部６３と、を有する。

　プレス成形品５１の成形下死点形状は、パンチ肩部６１の曲率半径及び曲げ角を5mm及び90°とし、ダイ肩部６３の曲率半径及び曲げ角度を4mm及び90°とした。

　そして、成形下死点までプレス成形したプレス成形品５１を金型から離型し、プレス成形品５１の形状の経時変化を測定した。

　次に、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い、さらに、スプリングバック直後のプレス成形品５１におけるパンチ肩部６１及び／又はダイ肩部６３に対してこれらの残留応力を緩和し減少させた残留応力の値を設定し、プレス成形品５１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７及び発明例８とした。

　なお、プレス成形品５１において、取付フランジ部５９は、長手方向における天板部５３、縦壁部５５及びフランジ部５７の３つの端辺に沿って連続するように形成されたものであり、パンチ肩部６１は、天板部５３の側辺と縦壁部５５の上辺とを接続し、ダイ肩部６３は、縦壁部５５の下辺とフランジ部５７の側辺とを接続する部位を有し、長手方向端部取付部６５は、天板部５３、縦壁部５５及びフランジ部５７の長手方向の端辺と取付フランジ部５９とを接続する部位とを有してなる。

　また、比較対象として、発明例７及び発明例８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後に、パンチ肩部６１及びダイ肩部６３のいずれに対しても残留応力の値を緩和し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と比較例５とした。

　そして、発明例７、発明例８及び比較例５それぞれについて、天板部５３の長手方向端辺から上方に屈曲して連続する天板側取付フランジ部５９ａの上端（評価点ｄ、図４参照）における成形下死点形状からの乖離量を算出した。なお、乖離量は実施例１と同様にプレス成形品５１の天板部５３の長手方向中央を一致させて、天板部５３と平行となる幅方向における断面内の距離を用いた。表５に、発明例７、発明例８及び比較例５において残留応力を緩和し減少させた部位及び緩和減少率と、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７、発明例８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５１の２日経過した後の評価点ｄの乖離量（＝4.4mm）である。また、実験値に対する予測値の差分及び誤差は、それぞれ、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0.9mm、予測値の誤差は25.7%であった。発明例７は、パンチ肩部６１のみの残留応力を5%減少させたものであり、実験値との差分は0.3mm、予測値の誤差は7.3%であり、比較例５と比べて改善した。

　発明例８は、パンチ肩部６１及びダイ肩部６３の残留応力に対してそれらの残留応力を10%減少させたものであり、実験値との差分は0.2mm、予測値の誤差は4.8%であり、比較例５と比べてさらに改善した。

　なお、発明例７は、パンチ肩部６１のみの残留応力を緩和し減少させて形状変化を求めたものであるため、パンチ肩部６１の応力緩和による角度変化が、天板側取付フランジ部５９ａの形状変化に直接的に寄与するものではない。しかしながら、パンチ肩部６１の残留応力を緩和し減少させた場合であってもプレス成形品５１全体の力のモーメントが釣り合うような形状となるために、天板側取付フランジ部５９ａの形状変化に寄与し、評価点ｄの乖離量が改善する結果になった。

　本発明によれば、プレス成形品を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後、さらに時間経過した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
　２３　天板部
　２５　縦壁部
　２７　フランジ部
　２９　パンチ肩部
　３１　ダイ肩部
　４１　プレス成形品
　４３　天板部
　４５　縦壁部
　４７　パンチ肩部
　５１　プレス成形品
　５３　天板部
　５５　縦壁部
　５７　フランジ部
　５９　取付フランジ部
　５９ａ　天板側取付フランジ部
　６１　パンチ肩部
　６３　ダイ肩部
　６５　長手方向端部取付部
　７１　プレス成形品
　７３　天板部
　７５　縦壁部

Claims (4)

1. 　プレス成形品を金型から離型した瞬間にスプリングバックした後における、その後の前記プレス成形品の時間経過に伴う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、
   　該取得したスプリングバックした直後の前記プレス成形品における全ての曲げ部又は一部の曲げ部に対し、その残留応力よりも緩和し減少させ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、
   　前記曲げ部における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. 　前記曲げ部は、天板部と縦壁部とを有するプレス成形品における前記天板部と前記縦壁部とを接続するパンチ肩部である、請求項１に記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
3. 　前記曲げ部は、天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品における前記天板部と前記縦壁部とを接続するパンチ肩部、及び／又は、前記縦壁部と前記フランジ部とを接続するダイ肩部である、請求項１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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