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特開2024-72327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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024072327
(43)【公開日】2024-05-28
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
B21D 22/00 20060101AFI20240521BHJP
【ＦＩ】
B21D22/00
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022183039
(22)【出願日】2022-11-16
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-05-16
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127845
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 壽彦
(72)【発明者】
【氏名】卜部 正樹
(72)【発明者】
【氏名】仲本 平
(72)【発明者】
【氏名】藤井 祐輔
【テーマコード（参考）】
4E137
【Ｆターム（参考）】
4E137AA05
4E137AA21
4E137BA01
4E137BB01
4E137BC01
4E137CA09
4E137CB01
4E137EA02
4E137GA03
4E137GA06
4E137GA17
4E137GB03
(57)【要約】
【課題】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するプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラムと、時間経過に伴って変化したプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように製造するプレス成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ１）と、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ３）と、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、これをスプリングバックした直後のプレス成形品の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するステップ（Ｓ５）と、応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を求めるステップ（Ｓ７）と、を含むことを特徴とするものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ１）と、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ３）と、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、これをスプリングバックした直後のプレス成形品の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するステップ（Ｓ５）と、応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を求めるステップ（Ｓ７）と、を含むことを特徴とするものである。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金型から離型した瞬間に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応力緩和によ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、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得ステップと、
前記金型から離型した前記プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップと、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定ステップと、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析ステップと、を含むことを特徴とするプレス成形品の形状変化予測方法。
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得ステップと、
前記金型から離型した前記プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップと、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定ステップと、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析ステップと、を含むことを特徴とするプレス成形品の形状変化予測方法。
【請求項2】
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験又は圧縮除荷引張後保持試験のうち１つもしくは複数を組み合わせて、前記プレス成形品がスプリングバックする過程における該プレス成形品の全て又は一部の部位における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を行い、該応力緩和試験における前記金属板の応力緩和による応力変化を測定し、該測定した応力変化に基づいて該プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量を取得する、ことを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験又は圧縮除荷引張後保持試験のうち１つもしくは複数を組み合わせて、前記プレス成形品がスプリングバックする過程における該プレス成形品の全て又は一部の部位における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を行い、該応力緩和試験における前記金属板の応力緩和による応力変化を測定し、該測定した応力変化に基づいて該プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量を取得する、ことを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
【請求項3】
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記プレス成形品の全て又は一部の部位について、成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとの差Δσsb＝σp－σqを応力変化量として算出し、該算出した応力変化量Δσsbに予め定めた所定の値aを乗じて得られた値を前記プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量として取得する、ことを特徴とする請求項１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全て又は一部の部位について、成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとの差Δσsb＝σp－σqを応力変化量として算出し、該算出した応力変化量Δσsbに予め定めた所定の値aを乗じて得られた値を前記プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量として取得する、ことを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
【請求項4】
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮除荷引張後保持試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行い、前記金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、前記金属板の保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、を測定し、Δσ1とΔσ2との比Δσ2／Δσ1を前記所定の値aとすることを特徴とする請求項３記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮除荷引張後保持試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行い、前記金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、前記金属板の保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、を測定し、Δσ1とΔσ2との比Δσ2／Δσ1を前記所定の値aとすることを特徴とする請求項３記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
【請求項5】
前記金属板を鋼板とし、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、前記所定の値aを0.01以上0.04以下の範囲内で設定とすることを特徴とする請求項３記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、前記所定の値aを0.01以上0.04以下の範囲内で設定とすることを特徴とする請求項３記載のプレス成形品の形状変化予測方法。
【請求項6】
金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測装置であって、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
該応力緩和後の残留応力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力学的計算を行う応力緩和後の形状解析部と、を備えることを特徴とするプレス成形品の形状変化予測装置。
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
該応力緩和後の残留応力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力学的計算を行う応力緩和後の形状解析部と、を備えることを特徴とするプレス成形品の形状変化予測装置。
【請求項7】
金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測プログラムであって、
コンピュータを、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析部と、して実行させる機能を備えることを特徴とするプレス成形品の形状変化予測プログラム。
コンピュータを、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析部と、して実行させる機能を備えることを特徴とするプレス成形品の形状変化予測プログラム。
【請求項8】
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り変化するプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように前記プレス成形品を製造するプレス成形品の製造方法であって、
前記プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定する仮プレス成形条件設定ステップと、
該仮のプレス成形条件に基づいて、請求項１乃至５のいずれかに記載のプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求める応力緩和後形状取得ステップと、
該取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内であるかどうかを判定する形状判定ステップと、
該形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内ではないと判定された場合、前記仮のプレス成形条件を変更する仮プレス成形条件変更ステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定されるまで、前記仮プレス成形条件変更ステップと、前記応力緩和後形状取得ステップと、前記形状判定ステップと、を繰り返し実行する繰り返しステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定された場合、その場合の前記仮のプレス成形条件を前記プレス成形品のプレス成形条件として決定するプレス成形条件決定ステップと、
該決定したプレス成形条件で前記金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形ステップと、を含むことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
前記プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定する仮プレス成形条件設定ステップと、
該仮のプレス成形条件に基づいて、請求項１乃至５のいずれかに記載のプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求める応力緩和後形状取得ステップと、
該取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内であるかどうかを判定する形状判定ステップと、
該形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内ではないと判定された場合、前記仮のプレス成形条件を変更する仮プレス成形条件変更ステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定されるまで、前記仮プレス成形条件変更ステップと、前記応力緩和後形状取得ステップと、前記形状判定ステップと、を繰り返し実行する繰り返しステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定された場合、その場合の前記仮のプレス成形条件を前記プレス成形品のプレス成形条件として決定するプレス成形条件決定ステップと、
該決定したプレス成形条件で前記金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形ステップと、を含むことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金型から離型した瞬間に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するプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラムに関する。
さらに、本発明は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後に時間経過に伴って変化したプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように製造するプレス成形品の製造方法に関する。
さらに、本発明は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後に時間経過に伴って変化したプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように製造するプレス成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プレス成形は金属部品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、多くの自動車部品の製造に用いられている。近年では、自動車の衝突安全性と車体の軽量化を両立するため、より高強度な金属板が自動車部品に利用されるようになっている。
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の低下がある。プレス成形により金属板を変形させる際にプレス成形品に発生した残留応力が駆動力となり、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）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。
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の低下がある。プレス成形により金属板を変形させる際にプレス成形品に発生した残留応力が駆動力となり、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）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。
【0003】
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における手順は、２つの段階に分けられる。まず、第１段階では、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、成形下死点でのプレス成形品の残留応力を予測する（例えば特許文献１）。続く第２段階では、金型から離型した（取り出した）プレス成形品がスプリングバックにより形状が変化する過程のスプリングバック解析を行い、離型したプレス成形品における力のモーメントと残留応力との釣り合いがとれる形状を予測する。
【0004】
これまでに、第１段階のプレス成形解析と第２段階のスプリングバック解析とを統合したプレス成形シミュレーションを行うことにより、金型から離型してスプリングバックしたプレス成形品の形状が予測されてきた。しかしながら、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。
【0005】
形状予測精度が低くなるプレス成形品の一例として、図２に示すような、パンチ１３とダイス１５と備えた金型１１を用いて金属板２１をプレス成形（曲げ成形）して曲げ部３３を形成した板材プレス曲げ成形品３１が挙げられる。板材プレス曲げ成形品３１は、金型１１から離型してスプリングバックした直後と数日経過した後とでは、曲げ部３３の変形に起因して形状が異なる。
【0006】
このような板材プレス曲げ成形品３１の時間単位の経過に伴う形状変化は、クリープ現象のように外部から高い荷重を受け続ける構造部材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、上記の板材プレス曲げ成形品３１のように、スプリングバックした後の時間経過に伴ってプレス成形品に起こる形状変化は外部から荷重を受けずに生じる現象であり、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い。
【0007】
そこで、例えば特許文献４には、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間単位の経過による形状変化を予測する方法が開示されている。当該方法においては、まず、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プレス成形品の形状及び残留応力を求める。そして、求めた残留応力よりも所定の割合で緩和し減少させた残留応力の値をスプリングバック直後のプレス成形品に設定し、力のモーメントが釣り合う形状を求めることにより、スプリングバックした後の時間経過による形状変化を予測できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許５７９５１５１号公報
【特許文献2】特許５８６６８９２号公報
【特許文献3】特開２０１３－１１３１４４号公報
【特許文献4】特許６８８８７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献４に開示された方法は、金属板にひずみを付与してひずみを一定のまま保持した場合に時間の経過とともに応力が徐々に減少する応力緩和現象に着目したものであった。そして、スプリングバックした後のプレス成形品においても同様に、プレス成形品の残留応力が時間の経過とともに緩和されて減少するとの推定メカニズムに基づくものであった。
【0010】
しかしながら、特許文献４に開示された方法においては、実際のプレス成形品のスプリングバックした後の形状変化と合うように、プレス成形品ごとにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整する必要があった。そのため、実際のプレス成形品の形状変化と合うように残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整せずに、スプリングバックした後のプレス成形品の形状変化を精度良く予測することが望まれていた。
【0011】
さらに、プレス成形品ごとにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合が異なるために、スプリングバックした後の時間経過に伴う形状変化後の寸法精度が高くなるようにプレス成形品を製造することが困難であった。
【0012】
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、スプリングバックした後のプレス成形品における時間経過に伴う形状変化を精度良く予測することができるプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、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応力緩和による形状変化の予測に基づいて、寸法精度が良好なプレス成形品を製造することができるプレス成形品の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、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応力緩和による形状変化の予測に基づいて、寸法精度が良好なプレス成形品を製造することができるプレス成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
（１）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものであって、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得ステップと、
前記金型から離型した前記プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップと、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定ステップと、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析ステップと、を含むことを特徴とするものである。
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得ステップと、
前記金型から離型した前記プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップと、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定ステップと、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【0014】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験又は圧縮除荷引張後保持試験のうち１つもしくは複数を組み合わせて、前記プレス成形品がスプリングバックする過程における該プレス成形品の全て又は一部の部位における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を行い、該応力緩和試験における前記金属板の応力緩和による応力変化を測定し、該測定した応力変化に基づいて該プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量を取得する、ことを特徴とするものである。
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験又は圧縮除荷引張後保持試験のうち１つもしくは複数を組み合わせて、前記プレス成形品がスプリングバックする過程における該プレス成形品の全て又は一部の部位における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を行い、該応力緩和試験における前記金属板の応力緩和による応力変化を測定し、該測定した応力変化に基づいて該プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量を取得する、ことを特徴とするものである。
【0015】
（３）上記（１）に記載のものにおいて、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記プレス成形品の全て又は一部の部位について、成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとの差Δσsb＝σp－σqを応力変化量として算出し、該算出した応力変化量Δσsbに予め定めた所定の値aを乗じて得られた値を前記プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量として取得する、ことを特徴とするものである。
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記プレス成形品の全て又は一部の部位について、成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとの差Δσsb＝σp－σqを応力変化量として算出し、該算出した応力変化量Δσsbに予め定めた所定の値aを乗じて得られた値を前記プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量として取得する、ことを特徴とするものである。
【0016】
（４）上記（３）に記載のものにおいて、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮除荷引張後保持試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行い、前記金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、前記金属板の保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、を測定し、Δσ1とΔσ2との比Δσ2／Δσ1を前記所定の値aとすることを特徴とするものである。
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮除荷引張後保持試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行い、前記金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、前記金属板の保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、を測定し、Δσ1とΔσ2との比Δσ2／Δσ1を前記所定の値aとすることを特徴とするものである。
【0017】
（５）上記（３）に記載のものにおいて、
前記金属板を鋼板とし、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、前記所定の値aを0.01以上0.04以下の範囲内で設定とすることを特徴とするものである。
前記金属板を鋼板とし、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、前記所定の値aを0.01以上0.04以下の範囲内で設定とすることを特徴とするものである。
【0018】
（６）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測装置は、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものであって、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
該応力緩和後の残留応力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力学的計算を行う応力緩和後の形状解析部と、を備えることを特徴とするものである。
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
該応力緩和後の残留応力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力学的計算を行う応力緩和後の形状解析部と、を備えることを特徴とするものである。
【0019】
（７）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測プログラムは、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものであって、
コンピュータを、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析部と、して実行させる機能を備えることを特徴とするものである。
コンピュータを、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量を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又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
前記応力緩和後の残留応力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力学的計算により求める応力緩和後の形状解析部と、して実行させる機能を備えることを特徴とするものである。
【0020】
（８）本発明に係るプレス成形品の製造方法は、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り変化するプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように前記プレス成形品を製造するものであって、
前記プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定する仮プレス成形条件設定ステップと、
該仮のプレス成形条件に基づいて、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求める応力緩和後形状取得ステップと、
該取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内であるかどうかを判定する形状判定ステップと、
該形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内ではないと判定された場合、前記仮のプレス成形条件を変更する仮プレス成形条件変更ステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定されるまで、前記仮プレス成形条件変更ステップと、前記応力緩和後形状取得ステップと、前記形状判定ステップと、を繰り返し実行する繰り返しステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定された場合、その場合の前記仮のプレス成形条件を前記プレス成形品のプレス成形条件として決定するプレス成形条件決定ステップと、
該決定したプレス成形条件で前記金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形ステップと、を含むことを特徴とするものである。
前記プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定する仮プレス成形条件設定ステップと、
該仮のプレス成形条件に基づいて、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求める応力緩和後形状取得ステップと、
該取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内であるかどうかを判定する形状判定ステップと、
該形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内ではないと判定された場合、前記仮のプレス成形条件を変更する仮プレス成形条件変更ステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定されるまで、前記仮プレス成形条件変更ステップと、前記応力緩和後形状取得ステップと、前記形状判定ステップと、を繰り返し実行する繰り返しステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定された場合、その場合の前記仮のプレス成形条件を前記プレス成形品のプレス成形条件として決定するプレス成形条件決定ステップと、
該決定したプレス成形条件で前記金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0021】
本発明においては、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得する。そして、取得した応力緩和量に基づいて、スプリングバック直後のプレス成形品に応力緩和後の残留応力を設定し、力が釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、金型から離型した瞬間に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高精度に予測することが可能となる。
【0022】
さらに、本発明においては、上記のとおり予測されたプレス成形品の形状変化に基づいて、プレス成形に供する金型の形状を製造・調整する。そして、このように製造・調整された金型を用いてプレス成形品を製造することにより、高い寸法形状精度を有するプレス成形品の製造が可能となる。
さらに、本発明においては、応力緩和による形状変化後のプレス成形品の形状を規定の寸法内に収めるように調整した実際の金型を用いてプレス成形を行うことにより、寸法精度の良好なプレス成形品の製造が可能となる。
さらに、本発明においては、応力緩和による形状変化後のプレス成形品の形状を規定の寸法内に収めるように調整した実際の金型を用いてプレス成形を行うことにより、寸法精度の良好なプレス成形品の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図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における処理の流れを示すフロー図である。
【図2】本発明で対象とする、金属板をプレス成形したプレス成形品を離型してスプリングバックした後の形状変化を説明する図である（（ａ）金属板を板材プレス曲げ成形品に曲げ成形する過程、（ｂ）板材プレス曲げ成形品を金型内に保持する過程、（ｃ）板材プレス曲げ成形品を離型して除荷する過程、及び、（ｄ）スプリングバックした板材プレス曲げ成形品を放置する過程）。
【図3】金属板をプレス成形したプレス成形品の（ａ）成形下死点、（ｂ）スプリングバック直後、（ｃ）時間経過後、における厚さ方向の応力分布と、（ｄ）応力緩和試験における応力－ひずみ変更履歴、の一例を示す図である。
【図4】金属板の試験片を用いた応力緩和試験における、（ａ）応力－ひずみ変更履歴と、（ｂ）応力緩和による真応力の変化量の経時変化、の一例を示すグラフである。
【図5】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において、応力緩和による応力変化量を測定するための応力緩和試験を示す図である（（ａ）引張後保持試験、（ｂ）引張除荷後保持試験、（ｃ）引張除荷圧縮後保持試験）。
【図6】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において、応力緩和による応力変化量を測定するための応力緩和試験を示す図である（（ｄ）圧縮後保持試験、（ｅ）圧縮除荷後保持試験、（ｆ）圧縮除荷引張後保持試験）。
【図7】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において、応力緩和試験により求めた、金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、の関係を示すグラフである。
【図8】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において、スプリングバック後のプレス成形品における応力緩和量を算出する方法の一態様を示すフロー図である。
【図9】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装置の構成を示すブロック図である。
【図10】本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法における処理の流れを示すフロー図である。
【図11】実施例１において、金属板を曲げ成形した板材プレス曲げ成形品のスプリングバック後の形状変化による変形量の測定方法を説明する図である。
【図12】実施例１において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部の応力緩和による形状変化を予測するための金型モデル及び板材プレス曲げ成形品モデルを示す図である。
【図13】実施例１において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部の成形下死点及びスプリングバック直後における厚さ方向の応力分布を示すグラフである。
【図14】実施例１において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部における厚さ方向の各位置における応力－ひずみ変更履歴を示すグラフである。
【図15】実施例１において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験により求めた、厚さ方向の各位置における応力緩和による応力変化量を示すグラフである。
【図16】実施例１において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部の成形下死点、スプリングバック直後及び応力緩和後における厚さ方向の応力分布を示すグラフである。
【図17】実施例１において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部の応力緩和による変形量の測定結果を示すグラフである。
【図18】実施例２において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部の応力緩和による変形量の発明例２及び従来例１～従来例３の結果を比較したグラフである。
【図19】実施例２において、板材プレス曲げ成形品の曲げ部の成形下死点、スプリングバック直後及び応力緩和後における厚さ方向の応力分布の発明例２及び従来例１の結果を示すグラフである。
【図20】実施例３において、対象としたプレス成形品である自動車車体のＢピラー部品７１と、スプリングバック後の形状変化の評価対象とした部位を示す図である。
【図21】実施例３において、Ｂピラー部品を有限要素法解析モデル化したＢピラーモデル用いて、時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測した結果を示す図である。
【図22】時間経過に伴う形状変化の評価対象とする特定部位における応力緩和後の形状変化による変形量（スプリングバック直後から２日間経過後の応力緩和後の形状に相当）の測定結果と予測結果（発明例３）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
＜発明に至った経緯＞
発明者らは、前述した図２に示すように、金型１１から離型してスプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１において時間経過に伴う形状変化が起こる原因について、種々の調査を行った。当該調査では、図３に示すように、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の応力分布に着目した。
発明者らは、前述した図２に示すように、金型１１から離型してスプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１において時間経過に伴う形状変化が起こる原因について、種々の調査を行った。当該調査では、図３に示すように、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の応力分布に着目した。
【0025】
曲げ部３３は、金属板２１を曲げ成形した成形下死点（曲げ成形直後）においては、図３（ａ）に示すように、中立軸よりも曲げ外側の領域では引張応力が、中立軸よりも曲げ内側の領域では圧縮応力が働いている。
しかしながら、板材プレス曲げ成形品３１を金型１１から離型し、曲げ部３３の曲げモーメントが除荷されてスプリングバックした直後においては、図３（ｂ）に示すように、曲げ外側の表層部は圧縮応力、曲げ内側の表層部は引張応力に反転する。これにより、曲げ部３３における曲げ外側の表面から板厚の約1/4の位置までの領域に引張応力が残存し、曲げ内側の表面から板厚の約1/4の位置までの領域に圧縮応力が残存するようになる。
しかしながら、板材プレス曲げ成形品３１を金型１１から離型し、曲げ部３３の曲げモーメントが除荷されてスプリングバックした直後においては、図３（ｂ）に示すように、曲げ外側の表層部は圧縮応力、曲げ内側の表層部は引張応力に反転する。これにより、曲げ部３３における曲げ外側の表面から板厚の約1/4の位置までの領域に引張応力が残存し、曲げ内側の表面から板厚の約1/4の位置までの領域に圧縮応力が残存するようになる。
【0026】
このとき、曲げ部３３における曲げ外側の表層部（図３（ａ）においてＡ点で示す部位、以下、「部位Ａ」と称す）は、塑性域まで引張変形を受けて引張応力状態となる。そして、スプリングバック時には引張応力が除荷された後に圧縮変形を受け（除荷・反転圧縮）、スプリングバック直後においては、図３（ｂ）にＡ’点で示すように、圧縮残留応力が作用する。さらに、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｃ）にＡ”点で示すように、圧縮残留応力が作用した状態で保持されることになる。
【0027】
曲げ部３３における曲げ外側の表層部よりも内側の部位（図３（ａ）においてＢ点で示す部位、以下、「部位Ｂ」と称す）は、曲げ成形において塑性域まで引張変形を受けて引張応力状態となる。そして、スプリングバック直後には、図３（ｂ）にＢ’点で示すように、引張応力が完全に除荷される。さらに、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｂ）にＢ”点で示すように、応力はほぼ0の状態で保持されることになる。
【0028】
曲げ部３３の曲げ外側のさらに内側の部位（図３（ａ）においてＣ点で示す部位、以下、「部位Ｃ」と称す）は、前述した部位Ｂと同様、曲げ成形において塑性域まで引張変形を受けて引張応力状態となる。しかしながら、部位Ｃは、スプリングバック直後には図３（ｂ）にＣ’点で示すように、途中まで引張応力が除荷された状態となる。
そして、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｃ）にＣ”点で示すように、引張残留応力が作用した状態で保持されることになる。
そして、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｃ）にＣ”点で示すように、引張残留応力が作用した状態で保持されることになる。
【0029】
このように、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の各部位は、金型１１から離型してスプリングバックする過程において様々な応力－ひずみ変更履歴（変形履歴）を経た後に保持されることがわかる。
【0030】
そこで、発明者らは、曲げ成形した直後の成形下死点（図３（ａ））からスプリングバック直後（図３（ｂ））までの曲げ部３３における厚さ方向の各部位の応力－ひずみ変更履歴を金属板の試験片に再現する試験を行った。当該試験においては、金属板の試験片に単軸引張荷重又は単軸圧縮荷重を負荷した後に一定時間保持し、保持開始からの時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を調査した。以降、当該試験を「応力緩和試験」と称す。
【0031】
図４（ａ）に、引張強度1180MPa級、板厚1.2mmの鋼板の試験片を用いた応力緩和試験により、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の部位Ａ、部位Ｂ及び部位Ｃの応力－ひずみ変更履歴を模擬した結果を示す。
【0032】
曲げ部３３の曲げ外側の表層部である部位Ａ（図３（ａ）参照）における応力－ひずみ変更履歴を模擬する条件として、図４（ａ）に示すように、まず、ひずみε＝0.056まで試験片に引張変形を付与した（Ａ点）。その後、試験片を除荷・反転圧縮して圧縮応力σ=-336MPaまで圧縮変形し（Ａ’点）、その状態で試験片を一定時間（２日間）保持した（Ａ”点）。
【0033】
曲げ部３３における曲げ外側の表層部よりも内側の部位Ｂ（図３（ａ）参照）における応力－ひずみ変更履歴を模擬する条件として、図４（ａ）に示すように、まず、ひずみε＝0.042まで試験片に引張変形を付与した（Ｂ点）。その後、試験片を引張応力σ=69MPaまで除荷して途中で停止し（Ｂ’点）、その状態で試験片を一定時間(２日間)保持した（Ｂ”点）。
【0034】
曲げ部３３における曲げ外側のさらに内側の部位Ｃ（図３（ａ）参照）における応力－ひずみ変更履歴を模擬する条件として、図４（ａ）に示すように、まず、ひずみε＝0.023まで引張変形を付与した（Ｃ点）。その後、引張応力σ=508MPaまで除荷した途中で停止し（Ｃ’点）、その状態で試験片を一定時間（２日間）保持した（Ｃ”点）。
【0035】
図４（ｂ）に、試験片を保持する過程における保持開始からの真応力の変化量と保持時間との関係を示す。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、曲げ部３３の部位Ａ～部位Ｃのいずれにおいても、時間経過とともに除荷直後の状態（スプリングバック直後に相当）から試験片を引張変形させた状態（曲げ成形直後に相当）に近づく方向に応力変化が生じることが判明した。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、曲げ部３３の部位Ａ～部位Ｃのいずれにおいても、時間経過とともに除荷直後の状態（スプリングバック直後に相当）から試験片を引張変形させた状態（曲げ成形直後に相当）に近づく方向に応力変化が生じることが判明した。
【0036】
すなわち、曲げ部３３の曲げ外側の表層部（部位Ａ）は、曲げ成形直後においては引張応力（プラス側）状態である（図４（ａ）中のＡ点）が、スプリングバック直後においては圧縮残留応力（マイナス側）状態となる（図４（ａ）中のＡ’点）。そして、スプリングバックした後は、保持時間の経過とともに、圧縮残留応力が緩和される方向に応力変化が生じる（図４（ａ）中のＡ”点）。
【0037】
また、曲げ外側の表層部よりも厚さ方向に内側の部位Ｂ及び部位Ｃは、曲げ成形直後においては引張応力（プラス側）であり（図４（ａ）中のＢ点、Ｃ点）、スプリングバック直後においても引張残留応力（プラス側）が残存する（図４（ａ）中のＢ’点、Ｃ’点）。そして、スプリングバックした後は、保持時間の経過とともに、元の曲げ成形直後の引張応力の状態に近づく方向に応力変化が生じる（図４（ａ）中のＢ”点、Ｃ”点）。
【0038】
さらに、図４（ｂ）に示すように、スプリングバック後の板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における応力変化量は厚さ方向に一律ではなく、曲げ外側の表層部に近いほど大きく、曲げ内側に近いほど小さい結果であった（部位Ａ＞部位Ｂ＞部位Ｃ）。
【0039】
このように、曲げ部３３の厚さ方向における内部の残留応力が徐々にかつ不均一に変化（応力緩和）することで、スプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１の形状が変化することが分かった。そして、図４に示した曲げ部３３の厚さ方向の各部位におけるそれぞれの応力－ひずみ変更履歴の結果から、時間経過に伴う応力緩和による応力変化量が異なることを突き止めた。
【0040】
さらに、発明者らは、曲げ部３３の厚さ方向の各部位における応力緩和に基づく経時的な応力変化量は、金属板の試験片を用いた応力緩和試験を行い、曲げ部３３の各部位の応力－ひずみ変更履歴を模擬することにより求めることができると考えた。
【0041】
応力緩和試験としては、図５に示す（ａ）引張後保持試験、（ｂ）引張除荷後保持試験、（ｃ）引張除荷圧縮後保持試験と、図６に示す（ｄ）圧縮後保持試験、（ｅ）圧縮除荷後保持試験、（ｆ）圧縮除荷引張後保持試験、がある。
【0042】
図５（ａ）に示す引張後保持試験は、単軸引張荷重を試験片４１に負荷し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該引張後保持試験においては、試験片４１に単軸引張荷重を負荷する単軸引張試験の途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
当該引張後保持試験においては、試験片４１に単軸引張荷重を負荷する単軸引張試験の途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
【0043】
図５（ｂ）に示す引張除荷後保持試験は、単軸引張荷重を試験片４１に負荷した後、引張荷重を途中まで除荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該引張除荷後保持試験においては、単軸引張荷重を試験片４１に負荷する途中で試験機を除荷に転じ、引張応力を除荷する途中段階又は完全に除荷した段階で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定する。そして、引張荷重を負荷した状態又は引張荷重を零に除荷した状態で試験片４１を保持する。
当該引張除荷後保持試験においては、単軸引張荷重を試験片４１に負荷する途中で試験機を除荷に転じ、引張応力を除荷する途中段階又は完全に除荷した段階で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定する。そして、引張荷重を負荷した状態又は引張荷重を零に除荷した状態で試験片４１を保持する。
【0044】
図５（ｃ）に示す引張除荷圧縮後保持試験は、単軸引張荷重を試験片４１に負荷した後に引張荷重を除荷し、引き続き単軸圧縮荷重を試験片に負荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該引張除荷圧縮後保持試験においては、まず、単軸引張荷重を負荷する途中で試験機を除荷に転じ、引張荷重を完全に除荷する。引張荷重を除荷した後、試験片４１に単軸圧縮荷重を負荷する（反転圧縮）。そして、単軸圧縮荷重を負荷する途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
当該引張除荷圧縮後保持試験においては、まず、単軸引張荷重を負荷する途中で試験機を除荷に転じ、引張荷重を完全に除荷する。引張荷重を除荷した後、試験片４１に単軸圧縮荷重を負荷する（反転圧縮）。そして、単軸圧縮荷重を負荷する途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
【0045】
図６（ｄ）に示す圧縮後保持試験は、単軸圧縮荷重を試験片に負荷し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該圧縮後保持試験においては、試験片４１に単軸圧縮荷重を負荷する単軸圧縮試験の途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
当該圧縮後保持試験においては、試験片４１に単軸圧縮荷重を負荷する単軸圧縮試験の途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
【0046】
図６（ｅ）に示す圧縮除荷後保持試験は、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷した後、圧縮荷重を除荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該圧縮除荷後保持試験においては、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷する途中で試験機を除荷に転じ、圧縮応力を除荷する途中段階又は完全に除荷した段階で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定する。そして、圧縮荷重を負荷した状態又は圧縮荷重を零に除荷した状態で試験片４１を保持する。
当該圧縮除荷後保持試験においては、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷する途中で試験機を除荷に転じ、圧縮応力を除荷する途中段階又は完全に除荷した段階で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定する。そして、圧縮荷重を負荷した状態又は圧縮荷重を零に除荷した状態で試験片４１を保持する。
【0047】
図６（ｆ）に示す圧縮除荷引張後保持試験は、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷した後に圧縮荷重を除荷し、引き続き単軸引張荷重を試験片に負荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該圧縮除荷引張後保持試験においては、まず、単軸圧縮荷重を負荷する途中で試験機を除荷に転じ、圧縮荷重を完全に除荷する。圧縮荷重を除荷した後、試験片４１に単軸引張荷重を負荷する（反転引張）。そして、単軸引張荷重を負荷する途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
当該圧縮除荷引張後保持試験においては、まず、単軸圧縮荷重を負荷する途中で試験機を除荷に転じ、圧縮荷重を完全に除荷する。圧縮荷重を除荷した後、試験片４１に単軸引張荷重を負荷する（反転引張）。そして、単軸引張荷重を負荷する途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
【0048】
なお、上記の各試験において単軸圧縮荷重を負荷する際に試験片４１に座屈が生じる恐れがある場合は、例えば特開2019-035603号公報に開示される治具を備えた試験装置を用いて、試験片４１の座屈を抑制するとよい。
【0049】
発明者らは、図５及び図６に示す応力緩和試験を行い、応力－ひずみ変更履歴と、時間経過に伴う応力緩和による応力変化量と、の関係について検討を重ねた。ここで、図４に示した応力緩和試験の結果から、応力緩和現象は、スプリングバック直後に相当する応力状態から、スプリングバック前の曲げ成形直後に相当する元の応力状態に戻る方向に応力変化が生じる現象であることが判明している。このことから、スプリングバック前後の応力変化量がスプリングバックした後の応力緩和現象の駆動力となり、応力緩和による応力変化量が決まると考えた。
【0050】
発明者らは、図５及び図６に示した応力緩和試験のうち、（ｂ）引張除荷後保持試験、（ｃ）引張除荷圧縮後保持試験及び（ｆ）圧縮除荷引張後保持試験を実施し、スプリングバック前後の応力変化量と応力緩和による応力変化量の関係を調査した。ここで、試験片４１には、金属板として引張強度1180MPa級及び590MPa級、板厚1.2mmの鋼板を用いた。
【0051】
表１、表２及び表３に、応力緩和試験の条件及び結果を示す。ここで、反転前ひずみεa及び反転前応力σaは、応力緩和試験において引張もしくは圧縮から除荷に転じる直前のひずみ及び応力であり、スプリングバック開始前のプレス成形品のひずみ及び応力に相当する。また、反転後応力σbは、応力緩和試験において試験機を停止し、試験片４１の保持部４３を固定して保持を開始した時点の応力であり、スプリングバック直後のプレス成形品の残留応力に相当する。
さらに、反転前後の応力変化量Δσ1は、保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量であり、反転前応力σaと反転後応力σbの差である。そして、反転前後の応力変化量Δσ1は、スプリングバック前後のプレス成形品の応力変化量に相当する。
また、保持過程における応力変化量Δσ2は応力緩和試験において一定期間（２日間）保持する過程における応力緩和量であり、離型してスプリングバックした後のプレス成形品における応力変化量に相当する。
さらに、反転前後の応力変化量Δσ1は、保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量であり、反転前応力σaと反転後応力σbの差である。そして、反転前後の応力変化量Δσ1は、スプリングバック前後のプレス成形品の応力変化量に相当する。
また、保持過程における応力変化量Δσ2は応力緩和試験において一定期間（２日間）保持する過程における応力緩和量であり、離型してスプリングバックした後のプレス成形品における応力変化量に相当する。
【0052】
【表1】
【0053】
【表2】
【0054】
【表3】
【0055】
図７に、応力緩和試験により求めた、金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2との関係をグラフに表した結果を示す。図７に示す結果から、試験片４１に用いた金属板の材料強度（引張強度590MPa級及び1180MPa級）の違いによらず、保持後の応力緩和による応力変化量Δσ2は反転前後の応力変化量Δσ1に比例することが判明した。
【0056】
そこで、発明者らは、図７に示した結果に基づき、反転前後の応力変化量Δσ1と、保持過程での応力緩和による応力変化量Δσ2から、比例関係の傾き（a＝Δσ2／Δσ1）を求めた。その結果、図７に示すように、応力緩和試験により求めた応力変化量Δσ1及びΔσ2の各プロットを直線近似して求めたaの値は0.025と算出された。さらに、図７に示す結果から、aの取り得る範囲として、0.01以上0.04以下であることが分かった。
【0057】
以上の結果から、発明者らは、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応力変化量は、スプリングバック前後の応力変化量に所定の値（=a）を乗じることにより算出できることを見い出した。
さらに、発明者らは、このように算出した応力緩和量をスプリングバック直後の残留応力に加算し、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予測することを想起するに至った。
さらに、発明者らは、このように算出した応力緩和量をスプリングバック直後の残留応力に加算し、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予測することを想起するに至った。
【0058】
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、以下、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、装置及びプログラム、並びに、本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法について説明する。
【0059】
［実施の形態１］
＜プレス成形品の形状変化予測方法＞
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、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものである。
そして、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は、図１に示すように、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３と、を含むものである。さらに、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は、図１に示すように、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５と、応力緩和後の形状解析ステップＳ７と、を含むものである。
以下、これらの各ステップについて説明する。
＜プレス成形品の形状変化予測方法＞
本発明の実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものである。
そして、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は、図１に示すように、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３と、を含むものである。さらに、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は、図１に示すように、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５と、応力緩和後の形状解析ステップＳ７と、を含むものである。
以下、これらの各ステップについて説明する。
【0060】
≪成形下死点の応力及びひずみ取得ステップ≫
成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１は、金型を用いて金属板をプレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行うステップ（Ｓ１ａ）を含む。さらに、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１は、プレス成形する過程の力学的計算により、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ１ｂ）を含む。
成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１は、金型を用いて金属板をプレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行うステップ（Ｓ１ａ）を含む。さらに、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１は、プレス成形する過程の力学的計算により、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ１ｂ）を含む。
【0061】
金属板をプレス成形する過程の力学的計算には、有限要素法によるプレス成形解析を利用することができる。プレス成形解析においては、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力学的計算を行う。これにより、成形下死点におけるプレス成形品の応力分布及びひずみ分布を取得することができる。さらに、プレス成形解析により、成形下死点におけるプレス成形品の形状を取得することができる。
以下、成形下死点におけるプレス成形品の応力分布を「応力分布（Ａ）」、成形下死点におけるプレス成形品のひずみ分布を「ひずみ分布（Ａ）」と表す。
以下、成形下死点におけるプレス成形品の応力分布を「応力分布（Ａ）」、成形下死点におけるプレス成形品のひずみ分布を「ひずみ分布（Ａ）」と表す。
【0062】
≪スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップ≫
スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３は、プレス成形品を金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行うステップ（Ｓ３ａ）を含む。さらに、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３は、スプリングバックする過程の力学的計算により、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ３ｂ）を含む。
スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３は、プレス成形品を金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行うステップ（Ｓ３ａ）を含む。さらに、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３は、スプリングバックする過程の力学的計算により、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ３ｂ）を含む。
【0063】
プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算には、有限要素法によるスプリングバック解析を利用することができる。スプリングバック解析においては、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１において成形下死点までプレス成形したプレス成形品を金型モデルから離型した直後の力のモーメントが釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、スプリングバック直後のプレス成形品の残留応力分布及びひずみ分布を取得することができる。さらに、スプリングバック解析により、スプリングバック直後のプレス成形品の形状を取得することができる。
以下、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力分布を「残留応力分布（Ｂ）」、スプリングバック直後におけるプレス成形品のひずみ分布を「ひずみ分布（Ｂ）」と表す。
以下、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力分布を「残留応力分布（Ｂ）」、スプリングバック直後におけるプレス成形品のひずみ分布を「ひずみ分布（Ｂ）」と表す。
【0064】
≪応力緩和後の残留応力設定ステップ≫
応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得するステップ（Ｓ５ａ）を含む。さらに、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、取得した応力緩和量をスプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するステップ（Ｓ５ｂ）を含む。
以下、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を「応力緩和量（Ｃ）」と表す。さらに、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に応力緩和量（Ｃ）を加算して設定した応力緩和後の残留応力分布を「残留応力分布（Ｄ）」と表す。
応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得するステップ（Ｓ５ａ）を含む。さらに、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、取得した応力緩和量をスプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するステップ（Ｓ５ｂ）を含む。
以下、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を「応力緩和量（Ｃ）」と表す。さらに、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に応力緩和量（Ｃ）を加算して設定した応力緩和後の残留応力分布を「残留応力分布（Ｄ）」と表す。
【0065】
（応力緩和量の算出方法）
応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５において、応力緩和量を取得する具体的な手順の一態様を以下に説明する。
応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５において、応力緩和量を取得する具体的な手順の一態様を以下に説明する。
【0066】
まず、成形下死点における応力分布（Ａ）及びひずみ分布（Ａ）から、スプリングバック直後の残留応力分布（Ｂ）及びひずみ分布（Ｂ）へと変化する過程におけるプレス成形品の各部位の応力－ひずみ変更履歴を、金属板の試験片に再現する応力緩和試験を行う。
応力緩和試験は、前述した図５（ａ）～（ｃ）及び図６（ｄ）～（ｆ）に示す応力緩和試験の１つ又は複数を組み合わせたものとする。そして、応力緩和試験により応力変化量を測定し、測定した応力変化量をプレス成形品の各部位における応力緩和量（Ｃ）として取得する。
応力緩和試験は、前述した図５（ａ）～（ｃ）及び図６（ｄ）～（ｆ）に示す応力緩和試験の１つ又は複数を組み合わせたものとする。そして、応力緩和試験により応力変化量を測定し、測定した応力変化量をプレス成形品の各部位における応力緩和量（Ｃ）として取得する。
【0067】
ここで、応力緩和試験は、プレス成形品の全ての部位（有限要素メッシュ等）の応力－ひずみ変更履歴を再現するように行う必要はない。
この場合、まず、スプリングバック前後で特徴的な応力－ひずみ変更履歴となる部位（例えば、前述した図３に示す曲げ部３３におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点に相当する部位Ａ、部位Ｂ及び部位Ｃ）を特定する。そして、特定した各部位における応力緩和量を応力緩和試験により直接測定する。
さらに、特定した部位以外の応力緩和量は、図７に示したように、反転前後の応力変化量Δσ1と保持過程の応力緩和による応力変化量Δσ2が比例関係となることを利用し、応力緩和試験により各部位について求めた応力緩和量を内挿又は外挿して求めればよい。
この場合、まず、スプリングバック前後で特徴的な応力－ひずみ変更履歴となる部位（例えば、前述した図３に示す曲げ部３３におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点に相当する部位Ａ、部位Ｂ及び部位Ｃ）を特定する。そして、特定した各部位における応力緩和量を応力緩和試験により直接測定する。
さらに、特定した部位以外の応力緩和量は、図７に示したように、反転前後の応力変化量Δσ1と保持過程の応力緩和による応力変化量Δσ2が比例関係となることを利用し、応力緩和試験により各部位について求めた応力緩和量を内挿又は外挿して求めればよい。
【0068】
≪応力緩和後の形状解析ステップ≫
応力緩和後の形状解析ステップＳ７は、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５において応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について力の釣り合いがとれる形状を力学的計算により求めるステップである。
応力緩和後の形状解析ステップＳ７は、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５において応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について力の釣り合いがとれる形状を力学的計算により求めるステップである。
【0069】
本実施の形態１では、応力緩和後の残留応力分布（Ｄ）が設定されたプレス成形品について、力の釣り合いが取れる形状を力学的計算により求める。
【0070】
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おいては、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得する。そして、取得した応力緩和量に基づいて、スプリングバック直後のプレス成形品に応力緩和後の残留応力を設定し、力が釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、実際のプレス成形品のスプリングバックした後の形状変化と合うようにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整せずに、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精度良く予測することができる。
【0071】
なお、上記の説明において、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、応力緩和試験により、プレス成形品の全て又は一部の各部位における応力緩和量を取得するものであった。
もっとも、本発明において、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、プレス成形品における各部位の応力－ひずみ履歴を再現する応力緩和試験を行わず、プレス成形品の各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて算出してもよい。
もっとも、本発明において、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、プレス成形品における各部位の応力－ひずみ履歴を再現する応力緩和試験を行わず、プレス成形品の各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて算出してもよい。
【0072】
この場合、スプリングバック前後の応力変化量Δσsbは、プレス成形品の各部位における成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとから算出すればよい（Δσsb=σp-σq）。そして、応力緩和量は、応力変化量Δσsbに所定の値aを乗じて取得することができる。
【0073】
応力変化量Δσsbに乗じる所定の値aは、例えば図８に示すＳ５ａ１～Ｓ５ａ４の各手順により決定することができる。
まず、予めプレス成形品の被加工材料である金属板の試験片４１について、図５（ａ）～（ｃ）及び図６（ｄ）～（ｆ）に示す応力緩和試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行う（Ｓ５ａ１）。
次に、応力緩和試験において試験片４１を保持する直前の過程における引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1を測定する（Ｓ５ａ２）。
続いて、試験片４１を保持する過程の応力緩和による応力変化量Δσ2を測定する（Ｓ５ａ３）。
そして、測定した各応力変化量Δσ1とΔσ2をプロットし、図７に示すように、Δσ1とσとの比Δσ2／Δσ1を算出し、算出したΔσ2/Δσ1を傾きaとする（Ｓ５ａ４）。
まず、予めプレス成形品の被加工材料である金属板の試験片４１について、図５（ａ）～（ｃ）及び図６（ｄ）～（ｆ）に示す応力緩和試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行う（Ｓ５ａ１）。
次に、応力緩和試験において試験片４１を保持する直前の過程における引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1を測定する（Ｓ５ａ２）。
続いて、試験片４１を保持する過程の応力緩和による応力変化量Δσ2を測定する（Ｓ５ａ３）。
そして、測定した各応力変化量Δσ1とΔσ2をプロットし、図７に示すように、Δσ1とσとの比Δσ2／Δσ1を算出し、算出したΔσ2/Δσ1を傾きaとする（Ｓ５ａ４）。
【0074】
なお、プレス成形に供する金属板が鋼板である場合、当該金属板を試験片４１とした応力緩和試験を行わなくとも、図７に示した結果より、所定の値aを0.01以上、0.04以下の範囲内で設定してもよい。
【0075】
＜プレス成形品の形状変化予測装置＞
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装置（以下「形状変化予測装置」と称す）は、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものである。
そして、形状変化予測装置１は、図９に示すように、成形下死点の応力及びひずみ取得部３と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５と、応力緩和後の残留応力設定部７と、応力緩和後の形状解析部９と、を備えている。
形状変化予測装置１は、コンピュータ（PC等）のCPU（中央演算処理装置）によって構成されたものであってよい。この場合、上記の各部は、コンピュータのCPUが所定のプログラムを実行することによって機能する。
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装置（以下「形状変化予測装置」と称す）は、金型から離型した瞬間に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応力緩和による形状変化を予測するものである。
そして、形状変化予測装置１は、図９に示すように、成形下死点の応力及びひずみ取得部３と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５と、応力緩和後の残留応力設定部７と、応力緩和後の形状解析部９と、を備えている。
形状変化予測装置１は、コンピュータ（PC等）のCPU（中央演算処理装置）によって構成されたものであってよい。この場合、上記の各部は、コンピュータのCPUが所定のプログラムを実行することによって機能する。
【0076】
≪成形下死点の応力及びひずみ取得部≫
成形下死点の応力及びひずみ取得部３は、金型を用いて金属板をプレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するものである。
成形下死点の応力及びひずみ取得部３は、金型を用いて金属板をプレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するものである。
【0077】
本実施の形態１において、成形下死点の応力及びひずみ取得部３は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法の成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１を実行する。
【0078】
≪スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部≫
スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５は、プレス成形品を金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行うものである。さらに、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部は、スプリングバックする過程の力学的計算により、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するものである。
スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５は、プレス成形品を金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行うものである。さらに、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部は、スプリングバックする過程の力学的計算により、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するものである。
【0079】
本実施の形態１において、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法のスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３を実行する。
【0080】
≪応力緩和後の残留応力設定部≫
応力緩和後の残留応力設定部７は、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得するものである。さらに、応力緩和後の残留応力設定部７は、取得した応力緩和量を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又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するものである。
応力緩和後の残留応力設定部７は、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得するものである。さらに、応力緩和後の残留応力設定部７は、取得した応力緩和量を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又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するものである。
【0081】
本実施の形態１において、応力緩和後の残留応力設定部７は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法の応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５を実行する。
【0082】
なお、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品における部位は、プレス成形品の全ての部位について応力緩和量を取得してもよいし、一部の部位について応力緩和量を取得してもよい。
プレス成形品における一部の部位について応力緩和量を取得する場合においては、スプリングバック前後で特徴的な応力－ひずみ変更履歴となる部位を特定し、当該特定した部位における応力緩和量を取得すればよい。
さらに、特定した部位以外の応力緩和量は、スプリングバック前後の応力変化に基づいて、特定した部位について求めた応力緩和量を内挿又は外挿して取得すればよい。
プレス成形品における一部の部位について応力緩和量を取得する場合においては、スプリングバック前後で特徴的な応力－ひずみ変更履歴となる部位を特定し、当該特定した部位における応力緩和量を取得すればよい。
さらに、特定した部位以外の応力緩和量は、スプリングバック前後の応力変化に基づいて、特定した部位について求めた応力緩和量を内挿又は外挿して取得すればよい。
【0083】
応力緩和量を取得する場合においては、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品における各部位の応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験の測定結果をそのまま取得するものであってもよい。
あるいは、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品の各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて算出した値を応力緩和量として取得するものであってもよい。さらに、プレス成形に供する金属板が鋼板である場合、所定の値aは、前掲した図７に示すように、0.01以上0.04以下の範囲内で設定された値とすればよい。
あるいは、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品の各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて算出した値を応力緩和量として取得するものであってもよい。さらに、プレス成形に供する金属板が鋼板である場合、所定の値aは、前掲した図７に示すように、0.01以上0.04以下の範囲内で設定された値とすればよい。
【0084】
≪応力緩和後の形状解析部≫
応力緩和後の形状解析部９は、応力緩和後の残留応力設定部７により応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行うものである。
応力緩和後の形状解析部９は、応力緩和後の残留応力設定部７により応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行うものである。
【0085】
本実施の形態１において、応力緩和後の形状解析部９は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法の応力緩和後の形状解析ステップＳ７を実行する。
【0086】
＜プレス成形品の形状変化予測プログラム＞
本発明の実施の形態１は、プレス成形品の形状変化予測プログラムとして構成することができる。
すなわち、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プログラムは、金型から離型した瞬間に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するものである。
そして、本実施の形態１に係る形状変化予測プログラムは、図９に示すように、コンピュータを、成形下死点の応力及びひずみ取得部３と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５と、して実行させる機能を有するものである。さらに、本実施の形態１に係る形状変化予測プログラムは、図９に示すように、コンピュータを、応力緩和後の残留応力設定部７と、応力緩和後の形状解析部９と、して実行させる機能を有するものである。
本発明の実施の形態１は、プレス成形品の形状変化予測プログラムとして構成することができる。
すなわち、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プログラムは、金型から離型した瞬間に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するものである。
そして、本実施の形態１に係る形状変化予測プログラムは、図９に示すように、コンピュータを、成形下死点の応力及びひずみ取得部３と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５と、して実行させる機能を有するものである。さらに、本実施の形態１に係る形状変化予測プログラムは、図９に示すように、コンピュータを、応力緩和後の残留応力設定部７と、応力緩和後の形状解析部９と、して実行させる機能を有するものである。
【0087】
以上、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測装置及びプログラムにおいては、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得する。そして、取得した応力緩和量に基づいて、スプリングバック直後のプレス成形品に応力緩和後の残留応力を設定し、力が釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、実際のプレス成形品のスプリングバックした後の形状変化と合うようにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整せずに、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精度良く予測することができる。
【0088】
［実施の形態２］
＜プレス成形品の製造方法＞
本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、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り変化するプレス成形品の形状が所定の範囲内となるようにプレス成形品を製造するものである。
そして、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、図１０に示すように、仮プレス成形条件設定ステップＳ１１と、応力緩和後形状取得ステップＳ１３と、形状判定ステップＳ１５と、を含む。
さらに、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、図１０に示すように、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７と、繰り返しステップＳ１９と、プレス成形条件決定ステップＳ２１と、プレス成形ステップＳ２３と、を含む。
以下、これらの各ステップについて説明する。
＜プレス成形品の製造方法＞
本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、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り変化するプレス成形品の形状が所定の範囲内となるようにプレス成形品を製造するものである。
そして、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、図１０に示すように、仮プレス成形条件設定ステップＳ１１と、応力緩和後形状取得ステップＳ１３と、形状判定ステップＳ１５と、を含む。
さらに、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、図１０に示すように、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７と、繰り返しステップＳ１９と、プレス成形条件決定ステップＳ２１と、プレス成形ステップＳ２３と、を含む。
以下、これらの各ステップについて説明する。
【0089】
≪仮プレス成形条件設定ステップ≫
仮プレス成形条件設定ステップＳ１１は、プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定するステップである。
仮プレス成形条件設定ステップＳ１１は、プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定するステップである。
【0090】
仮プレス成形条件設定ステップＳ１１において設定する仮のプレス成形条件としては、例えば前述した図２に示すような曲げ部３３を有する板材プレス曲げ成形品３１を対象とする場合、曲げ部３３の曲げＲ（ダイス肩半径）や曲げ角度が挙げられる。
【0091】
その他の仮のプレス成形条件としては、例えば、プレス成形品のプレス成形に用いる金型のパンチとダイスとのクリアランス等が挙げられる。また、ドローベンド方式（引張曲げ・曲げ伸ばし）でプレス成形品をプレス成形する場合には、ダイスのダイス肩半径、ダイスとパンチの側壁部（縦壁成形部）のクリアランス、ダイスとしわ押さえによるしわ押さえ力、等も挙げられる。
【0092】
≪応力緩和後形状取得ステップ≫
応力緩和後形状取得ステップＳ１３は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求めるステップである。応力緩和後形状取得ステップＳ１３においては、仮プレス成形条件設定ステップＳ１１で設定された仮のプレス成形条件に基づいて、前述した実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、応力緩和後のプレス成形品の形状を求める。
応力緩和後形状取得ステップＳ１３は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求めるステップである。応力緩和後形状取得ステップＳ１３においては、仮プレス成形条件設定ステップＳ１１で設定された仮のプレス成形条件に基づいて、前述した実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、応力緩和後のプレス成形品の形状を求める。
【0093】
≪形状判定ステップ≫
形状判定ステップＳ１５は、応力緩和後形状取得ステップＳ１３において取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲であるかを判定するステップである。
形状判定ステップＳ１５は、応力緩和後形状取得ステップＳ１３において取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲であるかを判定するステップである。
【0094】
プレス成形品の形状に関する所定の範囲は、例えば、実部品で許容される寸法誤差に基づいて適宜設定するとよい。
【0095】
≪仮プレス成形条件変更ステップ≫
仮プレス成形条件変更ステップＳ１７は、形状判定ステップＳ１５において応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した所定の範囲内ではないと判定された場合、仮のプレス成形条件を変更するステップである。
仮プレス成形条件変更ステップＳ１７は、形状判定ステップＳ１５において応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した所定の範囲内ではないと判定された場合、仮のプレス成形条件を変更するステップである。
【0096】
前述したように、スプリングバックした後のプレス成形品の形状変化は、スプリングバック前後の応力変化量が応力緩和現象の駆動力であり、応力緩和による応力変化量を与える。そこで、応力緩和による形状変化を小さくするためには、金型から離型した瞬間に生じるスプリングバックの程度が小さくなるように仮のプレス成形条件を変更する。
【0097】
例えば、金属板を曲げ成形する場合（図２参照）や、ドローベンド方式（引張曲げ・曲げ伸ばし）によるプレス成形品の場合、ダイス肩半径やダイスとパンチの側壁部のクリアランスを小さくすることで曲げ部を引っ張り、曲げ部のひずみを相殺することができる。このように仮のプレス成形条件を変更することで、スプリングバックの程度を小さくすることが期待できる。
また、応力緩和による形状変化を見込み、曲げ部の曲げ角度を補正する等といった金型の形状を変更することで仮のプレス成形条件を変更してもよい。
また、応力緩和による形状変化を見込み、曲げ部の曲げ角度を補正する等といった金型の形状を変更することで仮のプレス成形条件を変更してもよい。
【0098】
≪繰り返しステップ≫
繰り返しステップＳ１９は、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７において変更した仮のプレス成形条件の下で、応力緩和後形状取得ステップＳ１３と、形状判定ステップＳ１５と、を繰り返し実行するステップである。
この繰り返しは、形状判定ステップＳ１５において応力緩和後のプレス成形品の形状が所定の範囲内であると判定されるまで実行する。そのため、仮のプレス成形条件を一回変更したのみでは応力緩和後のプレス成形品の形状が所定の範囲内であると判定されない場合には、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７についても繰り返すことになる。
繰り返しステップＳ１９は、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７において変更した仮のプレス成形条件の下で、応力緩和後形状取得ステップＳ１３と、形状判定ステップＳ１５と、を繰り返し実行するステップである。
この繰り返しは、形状判定ステップＳ１５において応力緩和後のプレス成形品の形状が所定の範囲内であると判定されるまで実行する。そのため、仮のプレス成形条件を一回変更したのみでは応力緩和後のプレス成形品の形状が所定の範囲内であると判定されない場合には、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７についても繰り返すことになる。
【0099】
≪プレス成形条件決定ステップ≫
プレス成形条件決定ステップＳ２１は、応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内の場合、その場合の仮のプレス成形条件をプレス成形品のプレス成形条件として決定するステップである。
プレス成形条件決定ステップＳ２１は、応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内の場合、その場合の仮のプレス成形条件をプレス成形品のプレス成形条件として決定するステップである。
【0100】
≪プレス成形ステップ≫
プレス成形ステップＳ２３は、プレス成形条件決定ステップＳ２１において決定したプレス成形条件で金属板をプレス成形品にプレス成形するステップである。
プレス成形ステップＳ２３は、プレス成形条件決定ステップＳ２１において決定したプレス成形条件で金属板をプレス成形品にプレス成形するステップである。
【0101】
以上、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法においては、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り予測されたプレス成形品の形状変化に基づいて、プレス成形に供する金型の形状を製造・調整する。そして、このように製造・調整された金型を用いてプレス成形品を製造することにより、高い寸法形状精度を有するプレス成形品の製造が可能となる。
さらに、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法においては、応力緩和による形状変化後のプレス成形品の形状を規定の寸法内に収めるように調整した実際の金型を用いてプレス成形を行うことにより、寸法精度の良好なプレス成形品の製造が可能となる。
さらに、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法においては、応力緩和による形状変化後のプレス成形品の形状を規定の寸法内に収めるように調整した実際の金型を用いてプレス成形を行うことにより、寸法精度の良好なプレス成形品の製造が可能となる。
【実施例0102】
本発明の効果を確認する実験を行ったので、以下、これについて説明する。
実施例１では、図２に示すように、パンチ１３とダイス１５とを備えた金型１１を用いた金属板２１のＬ曲げ試験を対象とし、金型１１から離型してスプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１の応力緩和による形状変化を予測した。さらに、実際のＬ曲げ試験によりプレス成形した板材プレス曲げ成形品３１のスプリングバック後の形状変化の測定し、予測結果と比較検証した。
実施例１では、図２に示すように、パンチ１３とダイス１５とを備えた金型１１を用いた金属板２１のＬ曲げ試験を対象とし、金型１１から離型してスプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１の応力緩和による形状変化を予測した。さらに、実際のＬ曲げ試験によりプレス成形した板材プレス曲げ成形品３１のスプリングバック後の形状変化の測定し、予測結果と比較検証した。
【0103】
実施例１におけるＬ曲げ試験では、金属板２１として、幅90mm、長さ120mm、板厚1.2mmの矩形状であり、表４に示す機械的特性を持ち、スプリングバック後の形状変化が大きい引張強度1180MPa級の超ハイテン鋼板を用いた。
【0104】
【表4】
【0105】
Ｌ曲げ試験では、まず、図２に示すように、（ａ）所定のダイス肩半径（8mm）のダイス肩部１５ａを有するダイス１５に金属板２１を載置し、（ｂ）パンチ１３をダイス１５側に押し下げた。これにより、ダイス肩部１５ａに沿って90°に金属板２１を曲げ加工し、曲げ部３３と縦壁部３５とを有する板材プレス曲げ成形品３１を曲げ成形した。
なお、Ｌ曲げ試験において、パンチ１３とダイス１５の成形下死点におけるクリアランスは金属板２１の板厚の25％（0.3mm）とした。
なお、Ｌ曲げ試験において、パンチ１３とダイス１５の成形下死点におけるクリアランスは金属板２１の板厚の25％（0.3mm）とした。
【0106】
次に、（ｃ）曲げ成形した後にパンチ１３を上昇させて除荷（離型）した。これにより、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３にスプリングバックが生じた。
その後、（ｄ）スプリングバックした後、板材プレス曲げ成形品３１の天板部３７をパッド１７で押さえた状態で板材プレス曲げ成形品３１を２日間放置した（図１１参照）。
その後、（ｄ）スプリングバックした後、板材プレス曲げ成形品３１の天板部３７をパッド１７で押さえた状態で板材プレス曲げ成形品３１を２日間放置した（図１１参照）。
【0107】
板材プレス曲げ成形品３１を放置する過程においては、板材プレス曲げ成形品３１のスプリングバック直後からの応力緩和による形状変化の経時変化を測定した。板材プレス曲げ成形品３１の形状変化として、図１１に示すように、レーザー変位計５１を用いてレーザーを板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５に照射し、縦壁部３５の変形量を測定した。
なお、図１１において、（Ａ）はスプリングバック直後、（Ｂ）はスプリングバックして時間経過した後、における板材プレス曲げ成形品３１の形状を模式的に示したものである。
なお、図１１において、（Ａ）はスプリングバック直後、（Ｂ）はスプリングバックして時間経過した後、における板材プレス曲げ成形品３１の形状を模式的に示したものである。
【0108】
続いて、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、板材プレス曲げ成形品３１の形状変化を予測する解析を行った（発明例１）。
解析では、図１２に示すように、金型モデル６１と板材プレス曲げ成形品モデル６３を用いた。
金型モデル６１は、図２に示すＬ曲げ試験に用いる金型１１（パンチ１３とダイス１５）をモデル化したものである。
一方、板材プレス曲げ成形品モデル６３は、厚さ方向に均等に分割した７層を有する２次元ソリッド平面ひずみ要素によりモデル化したものであり、硬化モデルには等方硬化モデルを適用した。
解析では、図１２に示すように、金型モデル６１と板材プレス曲げ成形品モデル６３を用いた。
金型モデル６１は、図２に示すＬ曲げ試験に用いる金型１１（パンチ１３とダイス１５）をモデル化したものである。
一方、板材プレス曲げ成形品モデル６３は、厚さ方向に均等に分割した７層を有する２次元ソリッド平面ひずみ要素によりモデル化したものであり、硬化モデルには等方硬化モデルを適用した。
【0109】
解析においては、まず、金属板を成形下死点まで曲げ成形するプレス成形解析を行った。そして、プレス成形解析により、成形下死点における板材プレス曲げ成形品モデル６３の形状と応力及びひずみを求めた。図１３に、成形下死点の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の応力を示す（図１３中の△印）。図１３において、縦軸は、板厚の中心を0、曲げ外側の表面を+1、曲げ内側の表面を-1とするように、厚さ方向における各層の位置を規格化したものである。
【0110】
次に、スプリングバック解析を行い、成形下死点における板材プレス曲げ成形品モデル６３を金型モデル６１から離型した直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３の形状と残留応力及びひずみを求めた。図１３に、スプリングバック直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の応力を示す（図１３中の〇印）。
【0111】
さらに、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５における１層目から７層目の厚さ方向の部位毎に、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を実施し、応力緩和による応力変化を測定した。
【0112】
図１４に、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５における１層目から７層目の厚さ方向の各部位についての応力緩和試験により測定した応力－ひずみ変更履歴の測定結果を示す。
また、図１５に、応力緩和による応力変化の一例として、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の１層目から７層目における真応力の経時変化の測定結果を示す。
そして、図１４及び図１５に示す結果に基づいて、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の各部位（１層目～７層目）における応力緩和量を求めた。
また、図１５に、応力緩和による応力変化の一例として、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の１層目から７層目における真応力の経時変化の測定結果を示す。
そして、図１４及び図１５に示す結果に基づいて、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の各部位（１層目～７層目）における応力緩和量を求めた。
【0113】
次に、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の各部位（１層目～７層目）について求めた応力緩和量をスプリングバック直後の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定した。
【0114】
表５に、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５における厚み方向の各部位の応力（成形下死点、スプリングバック直後）を示す。さらに、表５に、応力緩和試験により求めた応力緩和量と、スプリングバック直後の残留応力に応力緩和量を加算して設定した応力緩和後の残留応力を示す。
また、図１６に、図１３に示したスプリングバック直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の残留応力に、応力緩和試験により求めた応力緩和量を加算した応力分布を示す（図１６中の●印）。図１６において、縦軸は、前述した図１３の縦軸と同様に、厚さ方向における各層の位置を規格化したものである。
また、図１６に、図１３に示したスプリングバック直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の残留応力に、応力緩和試験により求めた応力緩和量を加算した応力分布を示す（図１６中の●印）。図１６において、縦軸は、前述した図１３の縦軸と同様に、厚さ方向における各層の位置を規格化したものである。
【0115】
【表5】
【0116】
表５に示すように、例えば、曲げ外側の１層目のスプリングバック直後の残留応力は-354MPa、応力緩和量は+45MPaであるので、応力緩和後の残留応力は-354MPaに+45MPaを加算した-309MPaとなる。
【0117】
そして、１層目から７層目の厚さ方向の各部位に応力緩和後の残留応力の値を設定した板材プレス曲げ成形品モデル６３について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行った。さらに、力学的計算により求めた板材プレス曲げ成形品モデル６３の形状から、板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の形状変化を予測した。
【0118】
図１７に、スプリングバック直後からの応力緩和による板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の形状変化の予測結果と、実際にプレス成形した板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の変形量の測定結果を示す。
【0119】
図１７に示すように、応力緩和による変形量の予測結果と測定結果の経時変化の傾向は良く一致している。また、応力緩和の変形量xは、測定値0.75mmに対し予測値0.71mm（予測精度95%）であるが、両者の差0.04mmは一般的にプレス成形品に求められる寸法精度（±0.5mm以内）よりも小さい結果であった。
【0120】
以上の結果から、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により予測したプレス成形品の形状変化は、実用上十分な精度を有することが示された。
【実施例0121】
実施例２では、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、実施例１とは異なる方法により応力緩和後の残留応力を設定してスプリングバック後のプレス成形品の形状変化を予測した。
【0122】
実施例２においては、実施例１で対象とした板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の厚さ方向各部位における応力緩和量として、厚さ方向各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて得られた値を設定した。ここで、板材プレス曲げ成形品３１は鋼板をプレス成形したものであることから、応力緩和量の算出に用いる所定の値aは、図７に示した結果から、a=0.025とした（発明例２）。
【0123】
また、比較対象として、前述した特許文献４に開示された方法に従って、スプリングバック後の残留応力よりも所定の割合（一律15%）を緩和し減少させた残留応力の値を設定し、発明例２と比較検討した（従来例）。
【0124】
ここで、従来例においては、板材プレス曲げ成形品モデル６３において応力緩和量を反映する曲げ部６５の厚み方向の部位を変更した。
従来例１は曲げ部６５における厚み方向の１層目～７層目の全ての部位について、従来例２は曲げ外側の３層（１層目～３層目）の部位について、従来例３は曲げ外側の最外層のみ（１層目）の部位について、残留応力を緩和し減少させたものである。
従来例１は曲げ部６５における厚み方向の１層目～７層目の全ての部位について、従来例２は曲げ外側の３層（１層目～３層目）の部位について、従来例３は曲げ外側の最外層のみ（１層目）の部位について、残留応力を緩和し減少させたものである。
【0125】
表６に、発明例２における厚み方向各部位の応力（成形下死点、スプリングバック直後）、応力変化（＝（成形下死点の応力）－（スプリングバック直後の残留応力））、応力緩和量（＝0.025×応力変化）、及び、応力緩和後の残留応力を示す。
【0126】
【表6】
【0127】
図１８に、応力緩和後の形状変化による変形量x（スプリングバック直後から２日間経過後の応力緩和後の形状に相当）の測定値と予測結果（発明例２及び従来例）を示す。
実際に曲げ成形した板材プレス曲げ成形品３１における応力緩和による縦壁部３５の変形量は、前述したように、0.75mmであった。
発明例２の変形量は0.74mmであり、実際に測定した変形量との差分が0.01mm（1.3%）であった。
これに対し、従来例１、従来例２及び従来例３における変形量は、それぞれ、0.11mm、0.13mm及び0.48mmであり、発明例２に比べて実際に測定した変形量との差が大きい結果であった。
この結果から、本発明に係る方法は、スプリングバック後の形状変化について良好な予測精度を示し、従来例と比べて改善した。
実際に曲げ成形した板材プレス曲げ成形品３１における応力緩和による縦壁部３５の変形量は、前述したように、0.75mmであった。
発明例２の変形量は0.74mmであり、実際に測定した変形量との差分が0.01mm（1.3%）であった。
これに対し、従来例１、従来例２及び従来例３における変形量は、それぞれ、0.11mm、0.13mm及び0.48mmであり、発明例２に比べて実際に測定した変形量との差が大きい結果であった。
この結果から、本発明に係る方法は、スプリングバック後の形状変化について良好な予測精度を示し、従来例と比べて改善した。
【0128】
【0129】
発明例２は、表５でも示したように、曲げ外側と曲げ内側の最外層（１層目、７層目）の応力緩和量の大きさが大きく、厚さ方向の中央に向かうに従って応力緩和量が小さい。これにより、スプリングバック直後の残留応力を成形下死点の残留応力に近づける方向に応力緩和していることが分かる。
【0130】
これに対し、従来例１は、３層目と５層目（最外層より板厚の約1/4の部位）の応力緩和量が大きく、応力が緩和している方向も発明例２とは逆であり、前述した図３に示した応力緩和試験の結果とも異なる。そのため、実際のプレス成形品のスプリングバックした直後の形状変化と合うように、プレス成形品における部位ごとに残留応力の緩和減少させる割合を調整する必要であることがわかる。
【0131】
以上より、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、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プレス成形品の形状変化を精度良く予測できることが示された。
【実施例0132】
実施例３では、実施例１及び実施例２とは異なるプレス成形品を対象として、実施例２と同様、応力緩和後の残留応力を設定してスプリングバック後のプレス成形品の形状変化を予測した。
【0133】
実施例３において対象としたプレス成形品は、図２０に示すように、平面視で略Ｔ字型の張り出し部７３を有する自動車車体のＢピラー部品７１である。Ｂピラー部品７１は、断面ハット形状であり（図２０（ｃ）参照）、長手方向に沿って上向きに凸状に反っている（図２０（ｂ）参照）。なお、図２０において、X方向はＢピラー部品７１の長手方向、Y方向はＢピラー部品７１の短手方向、Z方向はＢピラー部品７１の水平面に対する垂直方向、である（後述する図２１においても同様）。
【0134】
実施例３では、1180MPa級の鋼板を用いてＢピラー部品７１のプレス成形試験（ドロー成形）を行い、その後、三次元形状測定機で一定時間ごとに形状測定を継続的に実施した。
【0135】
Ｂピラー部品７１におけるスプリングバックによる変形は、断面の口開き変形（開き）、反り変形（反り）及び断面のフランジ部の浮上がり（ハネ）に大きく分類できる。そこで、スプリングバック後の時間経過に伴う形状変化についても、図２０に示す各特定部位について、開き、反り及びハネのそれぞれを評価対象とした。
【0136】
断面の口開き変形については、図２０（ｃ）に示すように、Ｂ－Ｂ’断面における口開き変形（開きＢ）と、及びＣ－Ｃ’断面における口開き変形（開きＣ）を評価対象した。
反り変形については、図２０（ａ）に示すように、天板部７５におけるＢ－Ｂ’断面とＤ－Ｄ’断面の交差位置Ｄ１における反り変形（反りＤ）を評価対象した。
断面のフランジ部の浮上がりに関しては、図２０（ｃ）に示すように、Ｃ－Ｃ’断面におけるフランジ部７７の浮き上がり変形（ハネＣ）を評価対象とした。
そして、Ｂピラー部品７１を金型から離型して４分経過後より、離型後経過時間と、開きＢ、開きＣ、反りＤ及びハネＣと、の関係を測定した。
反り変形については、図２０（ａ）に示すように、天板部７５におけるＢ－Ｂ’断面とＤ－Ｄ’断面の交差位置Ｄ１における反り変形（反りＤ）を評価対象した。
断面のフランジ部の浮上がりに関しては、図２０（ｃ）に示すように、Ｃ－Ｃ’断面におけるフランジ部７７の浮き上がり変形（ハネＣ）を評価対象とした。
そして、Ｂピラー部品７１を金型から離型して４分経過後より、離型後経過時間と、開きＢ、開きＣ、反りＤ及びハネＣと、の関係を測定した。
【0137】
続いて、スプリングバック後のＢピラー部品７１の形状変化を以下の手順により予測した（発明例３）。
【0138】
まず、図２０に示すＢピラー部品７１をプレス成形する過程の有限要素法を用いたプレス成形解析を行い、Ｂピラー部品７１を有限要素法解析モデル化したＢピラーモデル８１の成形下死点における応力及びひずみを取得した。
【0139】
次に、金型モデルから離型したＢピラーモデル８１がスプリングバックする過程の有限要素法を用いたスプリングバック解析を行い、スプリングバック直後のＢピラーモデル８１の残留応力及びひずみを取得した。
【0140】
続いて、Ｂピラーモデル８１の厚さ方向各部位における応力緩和量として、厚さ方向各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて得られた値を設定した。ここで、Ｂピラーモデル８１は鋼板をプレス成形したものであることから、応力緩和量の算出に用いる所定の値aは、前述した図７に示した結果から、a=0.025とした。
【0141】
そして、応力緩和量を設定したＢピラーモデル８１について力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行い、時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測した。
【0142】
Ｂピラーモデル８１の時間経過に伴う応力緩和による形状変化の予測結果についても、実際にプレス成形したＢピラー部品７１と同様、開きＢ及び開きＣ、反りＤ及びハネＣを評価対象とした。
【0143】
図２１に、Ｂピラーモデル８１の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測した結果を示す。なお、図２１（ａ）はZ方向（Ｂピラーモデル８１の水平面に対する垂直方向）の変形量、図２１（ｂ）はY方向（Ｂピラーモデル８１の短手方向）の変形量、図２１（ｃ）はＢピラーモデル８１の各要素のスプリングバック直後からの移動距離（変位量）を示す。
【0144】
Ｂピラーモデル８１の時間経過に伴う応力緩和による変化量は、平面視で略Ｔ字形状の長辺側（Ｂ－Ｂ’とＣ－Ｃ’の間）で大きい結果であった。これは、該当領域の天板部８３（図２１（ａ）における破線丸枠内）はZ方向に落ち込み、天板部８３からフランジ部８５（図２１（ｂ）の破線丸枠内）においてはY方向に広がる形状変化が生じているためである。
【0145】
図２２に、評価対象とする特定部位（開きＢ、開きＣ、反りＤ、ハネＣ）の応力緩和後の形状変化による変形量（スプリングバック直後から２日間経過後の応力緩和後の形状に相当）の測定結果と予測結果（発明例３）を示す。開きＢ、開きＣ、反りＤ、ハネＣの予測結果はいずれも測定結果に対する誤差が±0.05mm以内であり、測定結果と良好に一致した。
【0146】
以上より、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、自動車車体のＢピラー部品をプレス成形品とする場合でも、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プレス成形品の形状変化を精度良く予測できることが示された。
