WO2022024462A1 - プレス成形品の形状変化予測方法 - Google Patents
プレス成形品の形状変化予測方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022024462A1 WO2022024462A1 PCT/JP2021/014542 JP2021014542W WO2022024462A1 WO 2022024462 A1 WO2022024462 A1 WO 2022024462A1 JP 2021014542 W JP2021014542 W JP 2021014542W WO 2022024462 A1 WO2022024462 A1 WO 2022024462A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- press
- molded product
- shape
- residual stress
- springback
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
- B21D22/20—Deep-drawing
Definitions
- the present invention relates to a method for predicting a shape change (prediction method for shape variation) of a press-formed part, and in particular, has a top plate portion (web portion) and a vertical wall portion (side wall portion) and is flat.
- the shape of a press-molded product that is visually curved and predicts the shape change that occurs over time after the die is released from the mold (tool of press forming) and springback is performed.
- the change prediction method Regarding the change prediction method.
- 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 have been used for automobile parts in order to improve the crashworthiness of automobiles and reduce the weight of the automobile body. ing.
- the shape variation of the press-formed product due to springback Will also grow. Therefore, the press-molded product using a high-strength metal plate is more difficult to keep the shape immediately after springback within the specified dimensions, and the dimensional accuracy is lowered. Therefore, a technique for accurately predicting the shape change of a press-molded product due to springback is important.
- press forming simulation by the finite element method is used to predict the shape change of the press-molded product by springback.
- the procedure in the press molding simulation is divided into a first stage (for example, Patent Document 1) and a second stage (for example, Patent Document 2).
- a press forming analysis is performed in the process of press forming a metal plate to the bottom dead center of forming using a die, and residual stress generated in the press molded product is performed. Predict.
- springback analysis is performed on the process in which the shape of the press-molded product taken out from the die changes due to springback, and the shape of the press-molded product that balances the moment of force and the residual stress is predicted. do.
- the shape of the press-molded product immediately after being separated from the die and springed back can be obtained. It has been predicted. However, when the inventors compare the shape of the press-molded product predicted by the press-molding simulation with the shape of the press-molded product actually press-molded, the shape prediction accuracy by the press-molding simulation becomes low. I noticed that there was an item.
- the press-molded products having a top plate portion and a vertical wall portion continuous from the top plate portion and curved in a plan view.
- the shape was different immediately after press molding (immediately after the mold was removed from the mold and springed back) and after several days had passed.
- Such a shape change with the passage of time of a press-molded product is a phenomenon in which a structural member (structural part) that continues to receive a high load from the outside, such as a creep phenomenon (creep phenomenon), is gradually deformed (for example, Patent Document 3). Seems to be similar.
- a creep phenomenon creep phenomenon
- 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 mold. For this reason, no studies have been made so far on predicting the shape change of the spring-backed press-molded product after several days have passed. Moreover, the shape change of the spring-backed press-molded product over time occurs without receiving an external load, as described above. Therefore, it has not been possible to apply an analysis method for dealing with the shape change due to the creep phenomenon to predict the shape change of the press-molded product with the passage of time.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to have a top plate portion and a vertical wall portion continuous from the top plate portion in a plan view (when viewed from the top plate portion). 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 with the passage of time after the press-molded product curved in () is separated from the mold and springed back.
- the method for predicting a shape change of a press-molded product according to the present invention has a top plate portion and a vertical wall portion continuous from the top plate portion via a punch shoulder R portion and is curved in a plan view.
- a press-molded product with a shape it predicts the shape change of the swing in the width direction of the top plate due to stress relaxation with the passage of time immediately after springing back at the moment of removing from the mold.
- the shape / residual stress acquisition step immediately after the springback for acquiring the shape and residual stress of the press-molded product immediately after springback, and the said immediately after the acquired springback.
- Residual stress relaxation reduction setting process that sets the value of stress that is relaxed less than the residual stress immediately after springback for all or part of the press-molded product, and the 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.
- a part of the portion for setting the value of the stress reduced by relaxation in the residual stress relaxation reduction setting step is only the punch shoulder R portion of the press-molded product or the punch shoulder R portion and its vicinity.
- the press-molded product has a flange portion continuous from the vertical wall portion via the die shoulder R portion, and is a part of setting the value of the stress reduced by relaxation in the residual stress relaxation reduction setting step.
- the portion may be only the flange portion of the press-molded product or the flange portion and its vicinity.
- the blank used for press molding of the press-molded product is preferably a metal plate having a tensile strength of 150 MPa class or more and 2000 MPa class or less.
- the method for predicting the shape change of a press-molded product according to the present invention it is possible to accurately predict the shape change of the press-molded product with the passage of time after the die is removed from the mold and springed back.
- a press-molded product having higher dimensional accuracy than the conventional one 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 an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view showing a press-molded product curved in a plan view, which is the object of the embodiment and the embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a plan view of a press-molded product curved in a plan view, which is the object of the embodiment and the embodiment of the present invention (dashed-dotted line: the width direction of the top plate portion in the plan view (XY plane in the figure). Center line).
- FIG. 4 is a diagram illustrating a stress relaxation phenomenon in which stress decreases with the passage of time while the strain is kept constant.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a stress relaxation phenomenon in which stress decreases with the passage of time while the strain is kept constant.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in a punch shoulder R portion and a flange portion of a press-molded product having a hat-shaped cross-sectional shape curved in a plan view (formation bottom dead center immediately after press molding).
- FIG. 6 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in a punch shoulder R portion and a flange portion of a press-molded product having a hat-shaped cross-sectional shape curved in a plan view (immediately after springback).
- FIG. 6 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in a punch shoulder R portion and a flange portion of a press-molded product having a hat-shaped cross-sectional shape curved in a plan view (immediately after springback).
- FIG. 7 is a diagram illustrating a shape change due to stress relaxation in a top plate portion and a flange portion of a press-molded product having a hat-shaped cross-sectional shape curved in a plan view (after a lapse of time).
- FIG. 8 shows a swing (sway), which is a shape change of the press-molded product with the passage of time, and a shape change amount (swing amount DA) of the press-molded product due to the swing in the embodiments and examples of the present invention.
- FIG. 9 is a diagram showing a constrained position and an evaluation position of the shape change for evaluating the shape change of the press-molded product subjected to the springback analysis and the residual stress relaxation shape analysis in the embodiment (hatched).
- FIG. 10 is a diagram showing a restraint portion and an evaluation position of the shape change in the press-molded product for evaluating the shape change of the press-molded product actually press-molded with the passage of time in the embodiment (hatching region: Restraint site, point A: Evaluation position of shape change).
- the press-molded product 1 to be examined includes a top plate portion 3, a vertical wall portion 7 continuous from the top plate portion 3 via the punch shoulder R portion 5, and a vertical wall. It is a hat-shaped cross section having a flange portion 11 continuous from the portion 7 via a die shoulder R portion (a die shoulder) 9. Further, the press-molded product 1 has a curved portion 13 having a curved shape in a plan view, and a side portion (linear portion) 15 extending from both ends of the curved portion 13.
- the metal plate (blank) is bent into a curved shape in a plan view as shown in FIGS. 2 and 3. Therefore, at the bottom dead point of molding, the curved outer side is as shown in FIG.
- Tensile stress is generated in the vicinity of the punch shoulder R portion 5a, and compressive stress is generated in the vicinity of the punch shoulder R portion 5b inside the curve. Further, compressive stress is generated in the flange portion 11a on the outer side of the curve due to shrinkage flangeing, and tensile stress is generated in the flange portion 11b on the inner side of the curve due to stretch flangeing.
- the press-molded product 1 when the press-molded product 1 is released from the mold, springback occurs in the press-molded product 1 using the residual stress at the bottom dead center of molding as a driving force. At that time, the press-molded product 1 tries to be deformed into a shape in which the radius of curvature (curvature radius) of the curve becomes large, so that the tip of the side portion 15 extending from both ends of the curve is curved in the width direction of the top plate portion 3. Deformation that moves outward (hereinafter, such deformation is referred to as "swinging") occurs. Then, as shown in FIG. 6, the released press-molded product 1 has a shape in which the moments are balanced in a state where the residual stress in the direction opposite to the residual stress at the bottom dead center of molding (FIG. 5) is generated.
- the radius of curvature curvature radius
- the inventors predict, for example, a shape change due to stress relaxation with the passage of time after springback in the press-molded article 1 as shown in FIGS. 2 and 3. I recommended to consider.
- the residual stress of all or part of the press-molded product 1 immediately after springback obtained in the second stage (springback analysis) of the press-molding simulation described above is relaxed and reduced, and the force of the press-molded product 1 is reduced.
- the shape change (swing) with the passage of time of the press-molded product 1 as described above can be predicted by further performing the analysis of the third stage to obtain the shape that balances with the moment of.
- the shape change prediction method not only the press-molded product 1 having a hat-shaped cross-sectional shape as shown in FIGS. 2 and 3, but also the top plate portion and the top plate portion continuously via the punch shoulder R portion. It was found that a press-molded product having a vertical wall portion and curved in a plan view can predict a shape change (swing) with the passage of time after springback.
- the method for predicting a shape change of a press-molded product according to an embodiment of the present invention is continuous from the top plate portion 3 and the top plate portion 3 via the punch shoulder R portion 5.
- a press-molded product 1 having a vertical wall portion 7 and a flange portion 11 continuous from the vertical wall portion 7 via a die shoulder R portion 9 and having a curved shape in a plan view was separated from the mold and springed back. Predict the shape change of the swing due to stress relaxation with the passage of time from immediately after. As shown in FIG.
- the method for predicting a shape change of a press-formed product includes a shape / residual stress acquisition step S1 immediately after springback, a residual stress relaxation reduction setting step S3, and residual stress relaxation.
- the shape analysis step S5 is included.
- 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.
- This press molding simulation has a first stage and a second stage.
- Molding analysis is performed to obtain a press-molded product 1 at the bottom dead point of molding.
- a springback analysis is performed to obtain a shape and residual stress in which the moments of the forces of the press-molded product 1 after the press-molded product 1 at the obtained bottom dead center are separated from the mold model can be balanced. ..
- 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. Further, setting the stress value for which the residual stress is relaxed and reduced in the residual stress relaxation reduction setting step S3 means that the tensile stress (positive value) and the compressive stress (negative value) remaining in the press-formed product 1 immediately after springback are used. Value) means to relax and reduce the absolute value.
- the residual stress is relaxed and reduced, for example, as follows.
- the stress distribution in the circumferential direction (stress distribution) in the curved portion 13 schematically shown in FIG.
- tensile stress is applied to the curved outer flange portion 11a
- compressive stress is applied to the curved outer punch shoulder R portion 5a
- compressive stress is applied to the curved inner flange portion 11b
- tensile stress is applied to the curved inner punch shoulder R portion 5b. It remains.
- the punch shoulder R portion 5 or the punch shoulder R portion 5 and its vicinity where the tensile stress or the compressive stress remains is desirable as a part of the portion where the residual stress is relaxed and reduced.
- the vicinity of the punch shoulder R portion 5 means a portion of the top plate portion 3 and / or the vertical wall portion 7 continuous from the punch shoulder R portion 5 and close to the punch shoulder R portion 5.
- it refers to a range of about 1/5 of the width of the top plate portion 3 and the height of the vertical wall portion 7.
- the press-formed product 1 having a hat-shaped cross-sectional shape having a flange portion 11 continuous from the vertical wall portion 7 via the die shoulder R portion 9 some parts for setting the stress value in which the residual stress is relaxed and reduced are .
- the flange portion 11 or the portion in the vicinity of the flange portion 11 is preferable, and further, both the punch shoulder R portion 5 and the portion in the vicinity thereof, and the flange portion 11 and the portion in the vicinity thereof are preferable.
- the portion in the vicinity of the flange portion 11 refers to the die shoulder R portion 9 that connects the flange portion 11 and the vertical wall portion 7.
- the part where the stress value for relaxing and reducing the residual stress was set was specifically verified in the examples described later.
- the residual stress relaxation shape analysis step S5 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 1 in which the residual stress is relaxed and reduced in the residual stress relaxation reduction setting step S3.
- the same analysis method as the springback analysis in the shape / residual stress acquisition step S1 immediately after springback is applied, and the residual stress is determined by the static implicit method.
- the shape of the press-molded product 1 after relaxation reduction can be obtained.
- each position of the top plate portion 3 of one side portion 15 in the figure.
- the residual portion of the press-molded product 1 immediately after springback which is obtained by the springback analysis, is all or part of the portion.
- An analysis is performed in which the value of the stress that is relaxed and reduced rather than the stress is set, and the shape that balances the moment of force is obtained for the press-formed product 1 that has the value of the stress that is relaxed and reduced.
- the residual stress relaxation reduction setting step S3 relaxes and reduces the residual stress of each of the punch shoulder R portion 5 and its vicinity, and the flange portion 11 and its vicinity in the press molded product 1.
- the value of the stress was set.
- only a part of the press-molded product 1 such as the punch shoulder R portion 5, the punch shoulder R portion 5 and its vicinity, or the flange portion 11 only.
- the stress value obtained by relaxing and reducing the residual stress may be set.
- the residual stress may be relaxed and reduced with respect to parts other than the punch shoulder R portion 5 and the flange portion 11 in the press-molded product 1, or the residual stress may be relaxed and reduced with respect to all of the press-molded product 1. May be set to a value that is relaxed and reduced.
- the ratio and value for relaxing and reducing the residual stress may be changed for each part.
- the above description is intended for the press-molded product 1 having a hat-shaped cross-sectional shape curved in a plan view, but the present invention has a Z-shape having a top plate portion, a vertical wall portion, and a flange portion.
- the punch shoulder R portion or the punch shoulder R portion and its vicinity are used as a portion for relaxing and reducing the residual stress in the residual stress relaxation reduction setting step. It is preferable to use a top plate portion and / or a vertical wall portion continuous from the shoulder R portion). Further, the residual stress may be relaxed and reduced for a portion other than the punch shoulder R portion or the entire press-molded product.
- the residual stress of the punch shoulder R portion or the flange portion is relaxed, the residual stress is not limited to the relaxation of the entire range thereof, and one of the punch shoulder R portion and the flange portion.
- the range of parts may be relaxed.
- a range for relaxing and reducing the residual stress may be appropriately set according to the value of the residual stress in the press-molded product immediately after springback.
- the residual stress is not limited to relaxation and reduction for the entire range of the vertical wall portion and the flange portion.
- the range for relaxing and reducing the residual stress in the top plate portion, the vertical wall portion, and the flange portion may be appropriately set.
- the press-molded product 1 whose shape change is predicted in the above description has a curved portion 13 having a curved shape in a plan view and side portions 15 extending from both ends of the curvature in the curved portion 13.
- the present invention may be a press-molded product having a curved shape in a plan view.
- the press-molded product 1 does not have a linearly extending side portion 15, and is generally viewed in a plan view. It may be a press-molded product having a curved shape. Further, it may be a press-molded product having a curved shape having a side portion 15 extending from one side of the curve.
- the shape and type of the blank (metal plate) used for press-molding the press-molded product and the shape and type of the press-molded product are not particularly limited, but the press-molded product can be used. It is more effective for automobile parts press-molded using a metal plate with high residual 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 is applied to those with low stiffness such as automobile outer panel parts (automobile outer panel) using a metal plate with a tensile strength of 150 MPa class or higher because they are susceptible to shape changes due to changes in residual stress. Since the advantages are increased, the present invention can be suitably applied.
- the type of press-molded product it is preferable to target automobile parts such as roof rails and body frame parts such as cross members, but they are curved in a plan view.
- the present invention can be widely used as long as it is an automobile part in which the shape of the swing changes with the passage of time after press molding.
- the press method for the press-molded product targeted by the present invention is not particularly limited to bend-forming, crash forming, deep drawing, and the like.
- the shape change of the press-molded product 1 was measured.
- the top plate portion 3 (the portion shaded in FIG. 10) of one side portion 15 is restrained, and the other side is restrained as shown in FIG.
- the amount of movement of the evaluation point A at the tip of the portion 15 in the width direction of the top plate portion (in FIG. 8, the X-direction distance between the evaluation point A at the bottom dead point of molding and the evaluation point A'after the passage of time) is accompanied by the passage of time. It was measured as the measured value of the swing amount DA.
- the measured value of the swing amount DA measured in this way was 6.4 mm.
- the stress value obtained by relaxing and reducing the absolute value of the residual stress at a predetermined ratio was set for some parts of the press-molded product 1 immediately after the springback, which was obtained by the springback analysis.
- the amount of movement of the evaluation point A at the tip of the side portion 15 in the width direction of the top plate portion was calculated by using the X-direction distance between the evaluation point A and the evaluation point A'after the residual stress relaxation shape analysis) as the swing amount DA with the passage of time.
- the residual stress immediately after springback was relaxed and reduced at a rate of 10 to 30% (stress relaxation rate), and the stress values were set as Invention Examples 1 to 6. ..
- Inventive Example 1 is a punch shoulder R portion 5 and a vertical wall portion 7 in the vicinity thereof (from the direction of the top plate to 1/5 of the vertical wall height), and Invention Examples 2 to 5 are punch shoulder R portions 5.
- the residual stress is relaxed with respect to each of the punch shoulder R portion 5 and its vicinity, the flange portion 11 and the die shoulder R portion 9 with respect to each of the punch shoulder R portion 5 and the vicinity thereof and the flange portion 11.
- the value of the reduced stress is set.
- the press molding analysis and the springback analysis of the press molded product 1 are performed in the same manner as in the inventions 1 to 6, but the shape is such that the moments of the forces with the passage of time after the springback analysis are balanced.
- a comparative example was used in which the required analysis was not performed and the effect of stress relaxation was not considered.
- the predicted value of the swing amount DA of the evaluation point A in the comparative example was 7.1 mm, and the difference and error from the measured value were 0.7 mm and 10.9%, respectively.
- the value of the stress in which the residual stress is relaxed and reduced by 10% with respect to the punch shoulder R portion 5 and its vicinity is set.
- the predicted value of the swing amount DA of the evaluation point A in the first invention example is 6.8 mm, and the difference and the error from the measured value are 0.4 mm and 6.3%, respectively, which are better results than the comparative example. rice field.
- the stress value obtained by reducing the residual stress by 10% is set for both the punch shoulder R portion 5 and its vicinity and the flange portion 11.
- the predicted value of the swing amount DA of the evaluation point A in the second invention is 6.7 mm, and the difference and the error from the measured value are 0.3 mm and 4.7%, respectively, which are better results than the first invention. rice field.
- the stress values obtained by reducing the residual stress by 20% and 10% for the punch shoulder R portion 5 and its vicinity and the flange portion 11 respectively are set.
- the predicted value of the swing amount DA of the evaluation point A in the third invention is 6.5 mm, and the difference and the error from the measured value are 0.1 mm and 1.6%, respectively, which are better results than the second invention. there were.
- the stress value obtained by reducing the residual stress by 20% is set for both the punch shoulder R portion 5 and its vicinity and the flange portion 11.
- the predicted value of the swing amount DA of the evaluation point A in Invention Example 4 is 6.3 mm, and the difference and the error from the measured value are -0.1 mm and -1.6%, respectively, which are negative values, but are absolute. When compared by value, it was better than that of Comparative Example, and the result was equivalent to that of Invention Example 3.
- the stress values obtained by reducing the residual stress by 30% and 20% for the punch shoulder R portion 5 and its vicinity and the flange portion 11 respectively are set.
- the predicted value of the swing amount DA of the evaluation point A in the invention example 5 is 6.1 mm, and the difference and the error from the measured value are -0.3 mm and -4.7%, respectively, which are better results than the comparative example.
- the difference and the error from the measured value became larger than those of Invention Example 4.
- Invention Example 6 similarly to Invention Example 3, the stress values obtained by reducing the residual stress by 20% and 10% for the punch shoulder R portion 5 and its vicinity and the flange portion 11, respectively, are set, and further, the die shoulder is set. The value of the stress obtained by reducing the residual stress by 30% is set for the R portion 9. The predicted value of the swing amount DA in Invention Example 6 was in agreement with the measured value, and the result was even better than that of Invention Example 3.
- a press-molded product having a top plate portion and a vertical wall portion continuous from the top plate portion and curved in a plan view (when viewed from the top plate portion) is released from the mold. It is possible to provide a method for predicting a shape change of a press-molded product that predicts a shape change with the passage of time after springing back.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
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と天板部3からパンチ肩R部5を介して連続する縦壁部7とを有して平面視において湾曲した形状のプレス成形品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形状変化を予測するものあって、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の全て又は一部の部位に対し、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
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)とを有して平面視で湾曲した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 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能(crashworthiness)の向上と車体(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プレス成形品の寸法精度(dimensional accuracy)の低下がある。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 strength 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(shape variation)も大きくなる。したがって、高強度な金属板を用いたプレス成形品ほどスプリングバック直後の形状を規定の寸法内におさめることが難しくなって寸法精度が低下する。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(press forming simulation)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は、第1段階(例えば特許文献1)と第2段階(例えば特許文献2)に分けられる。第1段階では、金型を用いて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、プレス成形品に発生する残留応力を予測する。第2段階では、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過程のスプリングバック解析を行い、力のモーメント(moment)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。
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したところ、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して平面視で湾曲したプレス成形品においては、プレス成形直後(金型から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。
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を受け続ける構造部材(structural part)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。しかしながら、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(springback analysis))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。このため、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。このため、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、天板部と該天板部から連続する縦壁部とを有して平面視(天板部方向から見た場合)で湾曲した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。
本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、天板部と該天板部からパンチ肩R部(a punch shoulder)を介して連続する縦壁部とを有して平面視において湾曲した形状の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直後からの時間経過に伴う応力緩和(stress relaxation)による天板部幅方向への首振りの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、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の全て又は一部の部位に対し、スプリングバックした直後の残留応力よりも緩和(relaxation)減少した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、該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緩和減少した応力の値を設定する一部の部位は、前記プレス成形品の前記パンチ肩R部のみ又は該パンチ肩R部とその近傍とするとよい。
前記プレス成形品は、前記縦壁部からダイ肩R部を介して連続するフランジ部(flange portion)を有し、前記残留応力緩和減少設定工程において緩和減少した応力の値を設定する一部の部位は、前記プレス成形品の前記フランジ部のみ又は前記フランジ部とその近傍とするとよい。
前記プレス成形品のプレス成形に供するブランク(blank)は、引張強度(tensile strength)が150MPa級以上2000MPa級以下の金属板であるとよい。
本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法によれば、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プレス成形品の形状変化を精度良く予測することができる。その結果、自動車部品や車体等の製造工程において、従来より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。
<発明に至るまでの検討>
発明者らは、図2及び図3に一例として示すプレス成形品1について、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のさらなる時間経過に伴う形状変化を予測する手法を確立するために、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。
発明者らは、図2及び図3に一例として示すプレス成形品1について、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のさらなる時間経過に伴う形状変化を予測する手法を確立するために、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及び図3に示すように、天板部3と、天板部3からパンチ肩R部5を介して連続する縦壁部7と、縦壁部7からダイ肩R部(a die shoulder)9を介して連続するフランジ部11とを有するハット型断面形状(hat-shaped cross section)である。また、プレス成形品1は、平面視で湾曲した形状の湾曲部(curved portion)13と、湾曲部13の両端から延出する辺部(linear portion)15と、を有する。
このようなプレス成形品1について上記検討の結果、発明者らは、図4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(stress relaxation phenomenon)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、時間の経過とともに残留応力が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の時間経過に伴う残留応力の緩和による形状変化について、図5~図7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)は図2及び図3のように平面視で湾曲した形状に曲げられるため、成形下死点では、図5に示すように、湾曲外側のパンチ肩R部5a付近には引張応力(tensile stress)が、湾曲内側のパンチ肩R部5b付近には圧縮応力(compressive stress)が発生する。また、湾曲外側のフランジ部11aには縮みフランジ変形(shrinkage flanging)により圧縮応力が、湾曲内側のフランジ部11bには伸びフランジ変形(stretch flanging)により引張応力が発生する。
続いて、プレス成形品1を金型から離型すると、成形下死点での残留応力を駆動力としてプレス成形品1にはスプリングバックが発生する。その際、プレス成形品1は湾曲の曲率半径(curvature radius)が大きくなる形状に変形しようとすることで、湾曲の両端から延出する辺部15の先端が天板部3の幅方向の湾曲外側に移動するような変形(以下、このような変形を「首振り」という。)が発生する。そして、図6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5)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6から図7に示すように残留応力が緩和し、スプリングバック終了直後の残留応力が弱まり、プレス成形品1はさらに首振りが発生し、成形下死点形状からの乖離が変化する。
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、湾曲外側の応力と湾曲内側の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応力で釣り合った形状へと変形する。
このように、プレス成形品1においては、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、湾曲の両端側が天板部幅方向における湾曲外側へと移動する首振りが発生し、成形下死点での形状からさらに乖離した形状に変化す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及び図3に示すようなプレス成形品1における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の全部又は一部の部位の残留応力を緩和減少させ、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、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(首振り)を予測できるということを見い出した。
さらに、当該形状変化予測方法によれば、図2及び図3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パンチ肩R部を介して連続する縦壁部を有して平面視で湾曲した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(首振り)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、本発明の具体的な構成については、以下に述べる本発明の実施の形態に基づいて説明する。
<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及び図3に示すように、天板部3と天板部3からパンチ肩R部5を介して連続する縦壁部7と縦壁部7からダイ肩R部9を介して連続するフランジ部11とを有して平面視で湾曲した形状のプレス成形品1について、金型から離型しスプリングバックした直後からの時間経過に伴う応力緩和による首振りの形状変化を予測する。図1に示すように、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、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。以下、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。
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及び図3に示すように、天板部3と天板部3からパンチ肩R部5を介して連続する縦壁部7と縦壁部7からダイ肩R部9を介して連続するフランジ部11とを有して平面視で湾曲した形状のプレス成形品1について、金型から離型しスプリングバックした直後からの時間経過に伴う応力緩和による首振りの形状変化を予測する。図1に示すように、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、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。以下、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、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。このプレス成形シミュレーションは、第1段階と第2段階を有する。第1段階では、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2段階では、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。
≪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の全て又は一部の部位に対し、そ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の全て又は一部の部位に対し、そ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。
スプリングバックした直後のプレス成形品1に対して残留応力を緩和減少する一部の部位は、例えば、以下のようにするとよい。
まず、スプリングバック直後の形状・残留応力取得工程S1において得られたスプリングバック直後のプレス成形品1には、前述した図6に模式的に示す湾曲部13における周方向応力分布(stress distribution)のように、湾曲外側のフランジ部11aに引張応力が、湾曲外側のパンチ肩R部5aに圧縮応力が、湾曲内側のフランジ部11bに圧縮応力が、湾曲内側のパンチ肩R部5bに引張応力が残留している。
そこで、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する一部の部位は、引張応力又は圧縮応力が残留しているパンチ肩R部5、あるいは、パンチ肩R部5とその近傍が望ましい。ここで、パンチ肩R部5の近傍とは、パンチ肩R部5から連続する天板部3及び/又は縦壁部7におけるパンチ肩R部5に近い部位のことをいう。例えば、天板部3の幅及び縦壁部7の高さの1/5程度の範囲をいう。
さらに、縦壁部7からダイ肩R部9を介して連続するフランジ部11を有するハット型断面形状のプレス成形品1において、残留応力を緩和減少した応力の値を設定する一部の部位は、フランジ部11又はフランジ部11とその近傍の部位が好ましく、さらには、パンチ肩R部5とその近傍の部位、及び、フランジ部11とその近傍の部位の双方が好ましい。ここで、フランジ部11の近傍の部位とは、フランジ部11と縦壁部7とを接続するダイ肩R部9のことをいう。
なお、残留応力を緩和減少させた応力の値を設定する部位については、後述する実施例で具体的に検証した。
≪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し、静的陰解法(static implicit method)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。
残留応力緩和形状解析工程S5における解析での節点(node)拘束条件(constraint condition)としては、例えば、図9に示すように、一方の辺部15の天板部3の各位置(図中においてハッチングした丸印の位置)の節点に対し、X方向、Y方向及びZ方向の移動を拘束(dX=dY=dZ=0)、X方向の移動は拘束せずにY方向及びZ方向の移動を拘束(dY=dZ=0)、あるいは、Z方向のみの移動を拘束(dZ=0)するものがある。なお、このような節点拘束条件は、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の節点拘束条件と同じとすることが望ましい。
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の全部又は一部の部位に対し、その残留応力よりも緩和減少した応力の値を設定し、該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の時間経過に伴う形状変化(天板部幅方向への首振り)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におけるパンチ肩R部5とその近傍、及び、フランジ部11とその近傍に対し、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、本発明は、残留応力緩和減少設定工程において、パンチ肩R部5のみ、パンチ肩R部5とその近傍、若しくは、フランジ部11のみといったプレス成形品1の一部の部位に対して、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、プレス成形品1におけるパンチ肩R部5やフランジ部11以外の他の部位に対して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、残留応力を緩和減少させた値を設定してもよい。
あるいは、プレス成形品1の一部の部位に対して残留応力を緩和減少させる場合にあっては、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、平面視で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、天板部と縦壁部とフランジ部とを有するZ字型断面形状(Z-shaped cross section)や、天板部と縦壁部とを有するコ字型断面形状(U-shaped cross section)又はL字型断面形状(L-shaped cross section)であって、平面視で湾曲した形状のプレス成形品についても適用することができる。
コ字型断面形状やL字型断面形状のプレス成形品の場合においては、残留応力緩和減少設定工程において残留応力を緩和減少させる部位として、パンチ肩R部又はパンチ肩R部とその近傍(パンチ肩R部から連続する天板部及び/又は縦壁部)とすることが好ましい。また、パンチ肩R部以外の部位や、プレス成形品の全部に対して残留応力を緩和減少させてもよい。
また、パンチ肩R部やフランジ部の残留応力を緩和させる場合にあっては、それらの全範囲に対して残留応力を緩和させることに限定するものではなく、パンチ肩R部やフランジ部の一部の範囲について緩和させるものであってもよい。この場合、スプリングバックした直後のプレス成形品における残留応力の値に応じて、適宜、残留応力を緩和減少させる範囲を設定すればよい。
同様に、パンチ肩R部の近傍である天板部や縦壁部、又は、フランジ部の近傍であるダイ肩R部に対して残留応力を緩和減少させる場合にあっても、天板部、縦壁部及びフランジ部の全範囲に対して残留応力を緩和減少させることに限らない。スプリングバックした直後のプレス成形品における残留応力の値に応じて、天板部、縦壁部及びフランジ部において残留応力を緩和減少させる範囲を適宜設定すればよい。
なお、上記の説明で形状変化の予測対象としたプレス成形品1は、平面視で湾曲した形状の湾曲部13と、湾曲部13における湾曲の両端から延出する辺部15と、を有するものであった。しかしながら、本発明は、平面視で湾曲した形状のプレス成形品であればよく、例えば、プレス成形品1のように直線状に延出する辺部15を有さず、全体的に平面視で湾曲した形状のプレス成形品であってもよい。また、湾曲の片側から延出する辺部15を有する湾曲した形状のプレス成形品であってもよい。
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、プレス成形品の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(automobile outer panel)等の剛性(stiffness)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R部5やダイ肩R部9で割れ(fracture)が発生しやすく、プレス成形することができない場合がある。
さらに、プレス成形品の種類としては、ルーフレール(roof rail)やクロスメンバー(cross member)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、平面視で湾曲しており、プレス成形した後の時間経過により首振りの形状変化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工法についても、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。
本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法の作用効果について、具体的な実験及び解析を行ったので、以下に説明する。実験では、金属板の一例として、表1に示す機械的特性(mechanical property)を持つ鋼板を用い、図2及び図3に示す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、成形高さ(図2中のZ方向におけるプレス成形品1の高さ)を50mm、天板部3の幅を40mm、フランジ部11の幅を15mm、湾曲部13の湾曲の曲率半径をR80mm、辺部15の長さを80mm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1を金型から離型して2日後に、プレス成形品1の形状変化を測定した。形状変化の測定においては、図10に示すように一方の辺部15の天板部3(図10中に斜線を付した部位)を拘束した状態で、図8に示すように、他方の辺部15の先端における評価点Aの天板部幅方向移動量(図8において、成形下死点での評価点Aと時間経過後の評価点A’とのX方向距離)を時間経過に伴う首振り量DAの実測値として測定した。このように測定した首振り量DAの実測値は、6.4mmであった。
一方、解析では、スプリングバックした後のプレス成形品1の残留応力の緩和による形状変化を予測した。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、表1に示す機械的特性を有する鋼板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。
次に、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。
続いて、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における一部の部位に対し、それらの残留応力の絶対値を所定の割合で緩和減少させた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、図9に示すように、一方の辺部15の各位置に節点拘束条件を与えてプレス成形品1の力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行った。なお、図9における記号及び数式の意味は、前述した実施の形態1で説明したとおりである。
その後、形状変化解析をしたプレス成形品1についても、図8に示すように、辺部15の先端における評価点Aの天板部幅方向の移動量(図8において、成形下死点での評価点Aと残留応力緩和形状解析後の評価点A’とのX方向距離)を時間経過に伴う首振り量DAとして、その予測値を算出した。
実施例では、スプリングバック解析により取得したプレス成形品1における湾曲外側と湾曲内側の双方のパンチ肩R部5とその近傍(縦壁部7)、フランジ部11及びダイ肩R部9のそれぞれに対し、スプリングバックした直後の残留応力を10~30%の割合(応力緩和減少率(stress relaxation rate))で緩和し減少させた応力の値を設定したものを発明例1~発明例6とした。
発明例1は、パンチ肩R部5とその近傍である縦壁部7(天板部方向から縦壁高さの1/5まで)、発明例2~発明例5は、パンチ肩R部5とその近傍、及び、フランジ部11のそれぞれに対して、発明例6は、パンチ肩R部5とその近傍、フランジ部11、及び、ダイ肩R部9のそれぞれに対して、残留応力を緩和減少した応力の値を設定したものである。
また、比較対象として、発明例1~発明例6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うものの、スプリングバック解析をした後の時間経過に伴う力のモーメントが釣り合う形状を求める解析を行わず、応力緩和の影響を考慮しなかったものを比較例とした。
そして、発明例1~発明例6及び比較例のそれぞれについて、プレス成形品1の辺部15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である首振り量DAの予測値を求めた。さらに、次の式により、首振り量DAの予測値の実測値との差及び誤差を算出した。
(差)(mm)=(DAの予測値-DAの実測値)
(誤差)(%)=100×(DAの予測値-DAの実測値)/(DAの実測値)
(差)(mm)=(DAの予測値-DAの実測値)
(誤差)(%)=100×(DAの予測値-DAの実測値)/(DAの実測値)
発明例1~発明例6及び比較例において残留応力を緩和し減少させた部位及び応力緩和減少率と首振り量DAの予測値、実測値との差及び誤差を前掲した表2にまとめて示す。
比較例における評価点Aの首振り量DAの予測値は7.1mmであり、実測値との差及び誤差は、それぞれ、0.7mm及び10.9%であった。
発明例1は、パンチ肩R部5とその近傍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。発明例1における評価点Aの首振り量DAの予測値は6.8mmであり、実測値との差及び誤差は、それぞれ、0.4mm及び6.3%であり、比較例と比べて良好な結果であった。
発明例2は、パンチ肩R部5とその近傍及びフランジ部11の双方に対して残留応力を10%減少させた応力の値を設定したものである。発明例2における評価点Aの首振り量DAの予測値は6.7mmであり、実測値との差及び誤差は、それぞれ、0.3mm及び4.7%であり、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R部5とその近傍及びフランジ部11のそれぞれに対して残留応力を20%及び10%減少させた応力の値を設定したものである。発明例3における評価点Aの首振り量DAの予測値は6.5mmであり、実測値との差及び誤差は、それぞれ、0.1mm及び1.6%であり、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R部5とその近傍及びフランジ部11の双方に対して残留応力を20%減少させた応力の値を設定したものである。発明例4における評価点Aの首振り量DAの予測値は6.3mm、実測値との差及び誤差は、それぞれ、-0.1mm及び-1.6%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よりも良好であり、発明例3と同等の結果であった。
発明例5は、パンチ肩R部5とその近傍及びフランジ部11のそれぞれに対して残留応力を30%及び20%減少させた応力の値を設定したものである。発明例5における評価点Aの首振り量DAの予測値は6.1mmであり、実測値との差及び誤差は、それぞれ、-0.3mm及び-4.7%であり、比較例と比べて良好な結果であったものの、発明例4と比べて実測値との差及び誤差が大きくなった。
発明例6は、発明例3と同様にパンチ肩R部5とその近傍及びフランジ部11のそれぞれに対して残留応力を20%及び10%減少させた応力の値を設定し、さらに、ダイ肩R部9に対してその残留応力を30%減少させた応力の値を設定したものである。発明例6における首振り量DAの予測値は実測値と一致し、発明例3と比べてさらに良好な結果となった。
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平面視(天板部方向から見た場合)で湾曲した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形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法を提供することができる。
1 プレス成形品
3 天板部
5 パンチ肩R部
5a 湾曲外側のパンチ肩R部
5b 湾曲内側のパンチ肩R部
7 縦壁部
9 ダイ肩R部
11 フランジ部
11a 湾曲外側のフランジ部
11b 湾曲内側のフランジ部
13 湾曲部
15 辺部
3 天板部
5 パンチ肩R部
5a 湾曲外側のパンチ肩R部
5b 湾曲内側のパンチ肩R部
7 縦壁部
9 ダイ肩R部
11 フランジ部
11a 湾曲外側のフランジ部
11b 湾曲内側のフランジ部
13 湾曲部
15 辺部
Claims (4)
- 天板部と該天板部からパンチ肩R部を介して連続する縦壁部とを有して平面視において湾曲した形状の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直後からの時間経過に伴う応力緩和による天板部幅方向への首振り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の全て又は一部の部位に対し、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、
該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。 - 前記残留応力緩和減少設定工程において緩和減少した応力の値を設定する一部の部位は、前記プレス成形品の前記パンチ肩R部のみ又は該パンチ肩R部とその近傍とする、請求項1に記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
- 前記プレス成形品は、前記縦壁部からダイ肩R部を介して連続するフランジ部を有し、
前記残留応力緩和減少設定工程において緩和減少した応力の値を設定する一部の部位は、前記プレス成形品の前記フランジ部のみ又は前記フランジ部とその近傍とする、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のうち、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。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020129006A JP6973580B1 (ja) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | プレス成形品の形状変化予測方法 |
JP2020-129006 | 2020-07-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2022024462A1 true WO2022024462A1 (ja) | 2022-02-03 |
Family
ID=78766757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/014542 WO2022024462A1 (ja) | 2020-07-30 | 2021-04-05 | プレス成形品の形状変化予測方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6973580B1 (ja) |
WO (1) | WO2022024462A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7484997B1 (ja) * | 2022-11-16 | 2024-05-16 | Jfeスチール株式会社 | プレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラム、並びにプレス成形品の製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0679372A (ja) * | 1991-08-12 | 1994-03-22 | Avco Corp | 成形方法 |
JP6683269B1 (ja) * | 2019-02-01 | 2020-04-15 | Jfeスチール株式会社 | スプリングバック量変動要因部位特定方法 |
WO2020126380A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Bystronic Laser Ag | Bending machine, machining line and method for bending |
-
2020
- 2020-07-30 JP JP2020129006A patent/JP6973580B1/ja active Active
-
2021
- 2021-04-05 WO PCT/JP2021/014542 patent/WO2022024462A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0679372A (ja) * | 1991-08-12 | 1994-03-22 | Avco Corp | 成形方法 |
WO2020126380A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Bystronic Laser Ag | Bending machine, machining line and method for bending |
JP6683269B1 (ja) * | 2019-02-01 | 2020-04-15 | Jfeスチール株式会社 | スプリングバック量変動要因部位特定方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HAMA TAKAYUKI, SUZUKI TOMOTAKA, NAKATSUJI YUYA, SAKAI TAKEYUKI, TAKUDA HIROHIKO: "Time-Dependent Springback of Various Sheet Metals: An Experimental Study", MATERIALS TRANSACTIONS, THE JAPAN INSTITUTE OF METALS AND MATERIALS, 1 May 2020 (2020-05-01), pages 941 - 947, XP055891273, Retrieved from the Internet <URL:https://www.jstage.jst.go.jp/article/matertrans/61/5/61_MT-M2019283/_pdf/-char/en> [retrieved on 20220214], DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2019283 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022025865A (ja) | 2022-02-10 |
JP6973580B1 (ja) | 2021-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20200044903A (ko) | 변형 한계의 평가 방법, 균열 예측 방법 및 프레스 금형의 설계 방법 | |
JP4920649B2 (ja) | 形状凍結性に優れる多段プレス成形方法 | |
WO2022024470A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
WO2022024462A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
WO2022038836A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
EP4104945A1 (en) | Method for predicting change in shape of press-formed part | |
WO2021166316A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
Park et al. | Development of automotive seat rail parts for improving shape fixability of ultra high strength steel of 980MPa | |
WO2021161579A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
WO2022130683A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
WO2022030057A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
WO2022049830A1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
JP7298564B2 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法 | |
JP7484997B1 (ja) | プレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラム、並びにプレス成形品の製造方法 | |
Liewald et al. | Chances and risks when using high strength steel sheets in structural parts of modern car bodies | |
KR20240054303A (ko) | 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법 | |
Bhattacharya et al. | Experimental Evaluation of Springback in Aluminium Alloys Using Optical Measurement and Numerical Analysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21850816 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21850816 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |