(57)【要約】【課題】本発明は、長手方向に湾曲する断面ハット形状プレス成形品のスプリングバックを抑制するプレス成形方法およびプレス成形用金型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方法は、プレス成形解析により成形下死点でのプレス成形品の残留引張応力分布を算出するプレス成形解析工程と、該プレス成形解析工程で算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定する領域特定工程と、該領域特定工程で特定された前記領域に当接する部位の金型のクリアランスを変更するクリアランス変更工程と、該クリアランス変更工程で前記領域に当接する部位のクリアランスが変更された金型を用いてプレス成形するプレス成形工程とを備えることを特徴とするものである。【選択図】  図１
2016087625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を製造するプレス成形方法であって、
前記プレス成形品を対象としたプレス成形解析を行い、該プレス成形解析において成形下死点でのプレス成形品の残留引張応力分布を算出するプレス成形解析工程と、
該プレス成形解析工程で算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定する領域特定工程と、
該領域特定工程で特定された前記領域に当接する部位の金型のクリアランスを変更するクリアランス変更工程と、
該クリアランス変更工程で前記領域に当接する部位のクリアランスが変更された金型を用いてプレス成形するプレス成形工程と
を備えることを特徴とするプレス成形方法。
【請求項２】
前記クリアランス変更工程で前記金型のクリアランスの変更量は、前記領域特定工程にて特定された前記領域に存在する前記残留引張応力を緩和するために要する板厚方向圧縮応力に基づいて決定する
ことを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
【請求項３】
長手方向に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品をプレス成形するプレス成形用金型の製造方法であって、
前記プレス成形品を対象としたプレス成形解析を行い、該プレス成形解析において成形下死点でのプレス成形品の残留引張応力分布を算出するプレス成形解析工程と、
該プレス成形解析工程で算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定する領域特定工程と、
ダイおよび／またはパンチにおける該領域特定工程で特定された前記領域に当接する部位に凸部を設けた金型を製造する金型製造工程と
を備えることを特徴とするプレス成形用金型の製造方法。
【請求項４】
前記凸部の高さは、前記領域特定工程にて特定された前記領域に存在する前記残留引張応力を緩和するために要する板厚方向圧縮応力に基づいて決定する
ことを特徴とする請求項３記載のプレス成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形方法およびプレス成形用金型の製造方法であって、特に、長手方向に湾曲したプレス成形品に生じるスプリングバックを抑制するプレス成形方法およびプレス成形用金型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突安全性向上と自動車車体軽量化の要請から、自動車部品への高強度鋼板の適用が拡大している。しかしながら、自動車部品の製作において、高強度鋼板のプレス成形後に発生するスプリングバックによる形状凍結不良が問題となっている。特に、980MPa級以上の超ハイテン材では該形状凍結不良が顕著である。
この問題に対応するために、特許文献１〜特許文献３には、プレス成形後のスプリングバックを抑制する形状凍結性に優れたプレス成形方法が開示されている。また、特許文献４には、ハット型部品の縦壁の反り防止を目的としてダイとパンチのクリアランスを狭くしたまま縦壁全体を成形するプレス成形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５５１１７号公報
【特許文献２】特開２００９−２０２１８９号公報
【特許文献３】特開２００４−１７４５３１号公報
【特許文献４】特開２００９−２３０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているプレス成形方法は二つの工程によりプレス成形品を作製する。まず、第一工程では、伸びフランジ部位となる部分に複数のエンボスを、縮みフランジ部位となる部分に複数の余肉ビードをそれぞれ配置した中間品を成形する。続く第二工程では、前記エンボスを潰すことで伸びフランジ部位に圧縮応力を与えて該伸びフランジ部位の残留応力を平準化するとともに、前記縮みフランジ部位に引張応力を生じさせることで残留応力を平準化する。このように、特許文献１のプレス成形方法は、プレス成形品の残留応力を平準化することでスプリングバックを低減するものであるが、エンボス又は余肉ビードの形状や配置する場所について明確な指標がない。さらに、プレス成形品によっては縮みフランジ部位の曲率が変化して圧縮応力が必ずしも均一ではないため、前記プレス成形方法を適用することはできない。また、伸びフランジ部位に圧縮応力を与えるためには、第一工程で形成した複数のエンボスを潰すための第二工程が不可欠であるため生産性が悪く、さらに、第二工程で潰しきれない前記エンボスによる皺がプレス成形品に残留する問題がある。
【０００５】
特許文献２に開示されている断面ハット型形状部材のプレス成形方法は、前記断面ハット型形状部材の天井部と縦壁部の接合部に楕円状のフィレット部を付与することで、前記断面ハット型形状部材の離型後にスプリングバックにより生じる反りおよび捩れを低減するものである。しかし該プレス成形方法においては、プレス成形品の形状変更が必要であり、設計要件上、前記プレス成形品の形状変更が不可能である場合には、有効な対策とはならない。
【０００６】
特許文献３に開示されている薄鋼板のプレス成形方法は、ハット型断面部品のフランジ部にビードを設けることで、プレス成形工程の終了直前に縦壁の面内応力を調整し、スプリングバックを低減するものであるが、前記フランジ部に設けた前記ビードは製品にとって不要な突起物であるため、前記プレス成形工程の後に行うトリム工程により前記ビードを取り去る必要が生じ、歩留まりおよび生産性が悪くなる問題点がある。
【０００７】
特許文献４に開示されているプレス成形方法では、ハット型断面形状部品の縦壁部に生じる反りを防止することはできるが、側面視で長手方向に湾曲するハット型断面形状部品全体の反りを防止することは難しい。
【０００８】
以上のように、特許文献１〜４に開示されたいずれのものも何らかの課題を有している。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、長手方向に湾曲したプレス成形品に生じるスプリングバックを効果的に抑制することでプレス成形品全体の形状不良の防止が可能となり、さらにはプレス成形品の形状変更を生じることのないプレス成形方法およびプレス成形用金型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】
【０００９】
（１）本発明に係るプレス成形方法は、長手方向に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を製造するプレス成形方法であって、前記プレス成形品を対象としたプレス成形解析を行い、該プレス成形解析において成形下死点でのプレス成形品の残留引張応力分布を算出するプレス成形解析工程と、該プレス成形解析工程で算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定する領域特定工程と、該領域特定工程で特定された前記領域に当接する部位の金型のクリアランスを変更するクリアランス変更工程と、該クリアランス変更工程で前記領域に当接する部位のクリアランスが変更された金型を用いてプレス成形するプレス成形工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記クリアランス変更工程で前記金型のクリアランスの変更量は、前記領域特定工程にて特定された前記領域に存在する前記残留引張応力を緩和するために要する板厚方向圧縮応力に基づいて決定することを特徴とするものである。
【００１１】
（３）本発明に係るプレス成形用金型の製造方法は、長手方向に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品をプレス成形するプレス成形用金型の製造方法であって、前記プレス成形品を対象としたプレス成形解析を行い、該プレス成形解析において成形下死点でのプレス成形品の残留引張応力分布を算出するプレス成形解析工程と、該プレス成形解析工程で算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定する領域特定工程と、ダイおよび／またはパンチにおける該領域特定工程で特定された前記領域に当接する部位に凸部を設けた金型を製造する金型製造工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
（４）上記（３）に記載のものにおいて、前記凸部の高さは、前記領域特定工程にて特定された前記領域に存在する前記残留引張応力を緩和するために要する板厚方向圧縮応力に基づいて決定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、長手方向に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を対象としたプレス成形解析を行い、該プレス成形解析において成形下死点での前記プレス成形品の残留引張応力分布を算出し、算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定し、特定された前記領域に当接する部位の金型のクリアランスを変更し、当該クリアランスを変更した金型を用いてプレス成形を行うことによって、特別なプレス機構や大幅な製品形状の変更を必要とせずにスプリングバックによる形状不良の要因となる残留引張応力を緩和することができ、プレス成形品の長手方向の反りなどの３次元的な形状不良が抑制され、寸法精度に優れたプレス成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るプレス成形品のプレス成形方法の説明図である。
【図２】断面ハット形状のプレス成形品の形状を説明する図である。
【図３】断面ハット形状のプレス成形品に存在する残留応力を説明する図である。
【図４】断面ハット形状のプレス成形品のスプリングバックによる形状不良を説明する図である。
【図５】本発明に至った経緯における数値解析で解析対象としたモデル材料の説明図である。
【図６】本発明に至った経緯における数値解析で得られた結果を表すグラフである（その１）。
【図７】本発明に至った経緯における数値解析で得られた結果を表すグラフである（その２）。
【図８】本発明に至った経緯における数値解析で得られた結果を表すグラフである（その３）。
【図９】実施例１において数値解析の解析対象としたプレス成形品の説明図である。
【図１０】実施例１において圧縮応力を付加する領域を説明する図である（その１）。
【図１１】実施例１において圧縮応力を付加する領域を説明する図である（その２）。
【図１２】実施例２の数値解析において解析対象としたプレス成形品の説明図である。
【図１３】実施例２の数値解析においてパンチに設けた凸部を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法およびプレス成形用金型の製造方法の詳細を説明する前に、まず本発明に至った経緯について説明する。
【００１６】
＜本発明に至った経緯＞
長手方向に湾曲し、側面視で中央部において上部に凸状であるプレス成形品１（図２参照）をプレス成形により製造する過程において、図３に示すように、成形下死点でパンチ底が当接する天板部３の一部の領域７に強い引張応力が生じるとともに、フランジ部５の一部の領域９に圧縮応力が生じる。その後、プレス成形品１を金型から離型すると、図４に示すようにプレス成形品１は長手方向への反りおよび捩れを生じる。
【００１７】
この反りの原因は、天板部３の領域７に残留する前記引張応力と、フランジ部５の領域９に残留する前記圧縮応力によるものである。また、前記捩れの原因は、スプリングバックによってプレス成形品１の天板部３は長手方向線長が短くなるように変形するとともに、フランジ部５は長手方向線長が長くなるように変形し、天板部３とフランジ部５、または左右のフランジ部５に生じるわずかな線長差によるものである。
【００１８】
したがって、プレス成形過程の成形下死点において、少なくともパンチ底が当接する天板部３に生じる引張応力を緩和することができれば、離型後のプレス成形品１に残留する引張応力が緩和され、その結果、反り、捩じれともに低減されると考えられる。
【００１９】
本発明者らは、プレス成形過程の成形下死点においてプレス成形品１の天板部３に生じた引張応力を緩和するための解決策を鋭意検討した。その結果、前記引張応力が生じる天板部３に対して十分な荷重で板厚方向に圧縮し、板厚方向の塑性変形を生じさせることによって天板部３の引張応力が緩和されることを見出した。
【００２０】
しかしながら、板厚方向の圧縮による塑性変形により板厚を減少させるためには大きな荷重が必要となるため、プレス成形品１全体に十分な圧縮を施すのはきわめて困難である。また、圧縮する領域を限定した場合でも、通常のプレス成形に要する荷重に加えて、板厚方向の圧縮に対して数100kN〜数1000kNといった大荷重が必要となる。
【００２１】
そこで、前記引張応力の緩和に効果的な部位のみの板厚を減少させる必要があり、そのためにはプレス成形後のプレス成形品１において形状凍結不良を引き起こす要因となる残留引張応力が存在する領域を特定し、該領域に対して圧縮応力を加えることにより該残留引張応力を緩和することが有効であると考えられる。さらに、前記残留引張応力と該残留引張応力の緩和に要する圧縮応力との関係を正しく把握することが重要となる。
【００２２】
本発明者らはさらに検討を重ね、前記引張応力の緩和に必要な板厚方向圧縮応力、さらには当該板厚方向圧縮応力を生じさせるために必要な板厚減少量を数値解析により求める手法を見出した。以下、該手法の詳細を説明する。
【００２３】
上記手法では、例えば、図５に示す板幅5mm、長さ10mm、板厚1.5mmの1180MPa級鋼板をモデル材料１１とし、有限要素法による構造解析を行う。
【００２４】
まず、モデル材料１１の長手方向に一例として、0.5mmの強制引張変位を与える。該強制引張変位によって長手方向に5%の引張ひずみがモデル材料１１に一様に与えられるとすると、この時の引張応力は約1250MPaに相当する。この状態でモデル材料１１の長手方向変位を拘束し、板厚方向に圧縮荷重を加えた場合の数値解析を行う。数値解析において、板厚方向の圧縮荷重を10kNから100kNまで変化させ、モデル材料１１における圧縮荷重と長手方向引張応力、板厚方向圧縮応力および板厚減少率との関係を調べた。
【００２５】
図６に板厚方向の圧縮荷重と長手方向引張応力との関係、および、板厚方向の圧縮荷重と板厚方向圧縮応力との関係を示す。板厚方向の圧縮荷重の増加に伴い、板厚方向圧縮応力は増加するのに対し、長手方向引張応力は減少し、板厚方向の圧縮荷重が約72kNにおいて長手方向引張応力は0MPaとなる。板厚方向の圧縮荷重をさらに増加すると、長手方向引張応力は負の値、すなわち長手方向に圧縮応力が生じる。
【００２６】
この結果は、板厚方向に圧縮荷重を加えることにより、長手方向引張応力が緩和されることを示している。また、長手方向引張応力が0MPaとなる時の板厚方向の圧縮応力は約1400MPaであった。このことは、長手方向引張応力を0MPaにするためには、緩和したい長手方向引張応力である約1250MPaよりも少し大きい値の板厚方向圧縮応力を加える必要があることを示している。
【００２７】
図７に、緩和したい長手方向引張応力と必要な板厚方向圧縮応力との関係を示す。また、図８に、必要な板厚方向圧縮応力と強制引張変位前の板厚を基準とする強制引張変位後からの板厚減少率α2の関係を示す。すなわち、モデル材料１１の強制引張変位前の板厚をt0とし、強制引張変位後の板厚をt1とし、板厚方向圧縮応力付与後の板厚をt2とすると、強制引張変位による板厚減少率α1は下記式（１）で求まる。
α1[％]＝（t0−t1）／t0*100  ・・・（１）
また、強制引張変位後からの板厚方向圧縮応力付与による板厚減少率α2は、強制引張変位前の板厚t0を基準として、下記式（２）で求まる。
α2[％]＝（t1−t2）／t0*100  ・・・（２）
【００２８】
緩和したい長手方向引張応力の増加に伴い必要な板厚方向圧縮応力は減少し、また、必要な板厚方向圧縮応力の増加により、強制引張変位後からの板厚減少率α2は増加する。この結果から、目標とする緩和したい長手方向引張応力に対応する板厚方向圧縮応力を得るために必要な強制引張変位後からの板厚減少量（＝強制変位前の板厚t0*板厚方向圧縮応力付与による板厚減少率α2）を算出することができる。
例えば、長手方向引張応力を1250MPaから250MPaまで1000MPaまで緩和したい場合、図７より、引張応力を1000MPa緩和するために板厚方向圧縮応力は約1150MPaが必要であると読み取ることができる。
【００２９】
さらに、図８より、該圧縮応力を材料に与えるためには、約1150MPaの圧縮応力を与えたときの板厚減少率α2として3.4%が得られるようにモデル材料１１に圧縮応力を与えればよい。または、モデル材料１１に強制引張変位を与える前の板厚1.5mmに対して、強制引張変位による板厚減少率α1=2.3%に板厚方向圧縮応力付与による板厚減少率α2=3.4%を加えた5.7%の板厚減少率が得られるような圧縮応力を加えればよく、そのためには1.5mm×0.057=0.0855mmの板厚減少量が得られるように金型クリアランスを変更してモデル材料１１に圧縮応力を与えればよい。
【００３０】
上記の手法により、モデル材料１１の内部における残留引張応力を緩和するために必要な板厚減少量が明らかになった。しかしながら、前述のとおり、板厚方向の圧縮による塑性変形により板厚を減少させるためには極めて大きな圧縮荷重が必要となる。そこで、圧縮荷重を加える領域を、スプリングバックによる形状凍結不良となる前記残留引張応力が存在する部位のみとすることによって、プレス成形装置に極めて大きな圧縮荷重を得るための特別な機構を設けることなく、当該部位の板厚を減じることが可能となる。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法およびプレス成形用金型の製造方法は上記の経緯により完成されたものであり、その具体的な方法を以下に説明する。
【００３２】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法は、図２に示す長手方向に緩やかに湾曲して中央部が上方に凸形状である断面ハット形状のプレス成形品１をプレス成形した際に生じるスプリングバックによる形状凍結不良を抑制するプレス成形方法である。
【００３３】
該プレス成形方法は、前記プレス成形品のプレス成形過程の成形下死点において、前記プレス成形品の離型前における残留応力分布を有限要素法によるプレス成形解析により求めるプレス成形解析工程（Ｓ１）と、離型前の前記プレス成形品に対してある領域の残留応力分布を変更し、この変更した前記残留応力分布に基づいて離型後の前記プレス成形品に生じるスプリングバック量を求めることにより、残留引張応力を緩和すべき領域を特定する領域特定工程（Ｓ３）と、金型における前記領域特定工程において特定された領域に当接する部位のクリアランスを前記残留引張応力に基づいて変更するクリアランス変更工程（Ｓ５）と、前記クリアランス変更工程でクリアランスが変更された金型を用いてプレス成形を行うプレス成形工程（Ｓ７）とを備えたものである。
以下、上記の各工程について図１に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
＜プレス成形解析工程＞
プレス成形解析工程は、有限要素法（ＦＥＭ）による解析システムを用いて行い、ダイ、パンチおよびブランクホルダからなるプレス成形用金型モデルに板状部材モデルを設置し、与えられた解析条件の下で所定のプレス成形品１を作製する過程を数値解析するものである（Ｓ１）。該プレス成形解析工程により、プレス成形過程の成形下死点における離型前のプレス成形品１の形状および残留応力分布が算出される。
【００３５】
＜領域特定工程＞
領域特定工程は、例えば特許４８９４２９４号公報に開示された処理と同様の処理を行う工程である（Ｓ３）。
当該処理は、前記プレス成形解析工程により算出された基準応力状態からある任意の領域についての残留応力分布を0に変更し、この変更した残留応力分布のデータに基づいてスプリングバック解析を行って、離型後のプレス成形品の形状、残留応力分布およびひずみ分布のデータを算出し、離型後のプレス成形品の形状と離型前のプレス成形品の形状に基づいて、前記領域に対して残留応力分布を0に変更した後のスプリングバックに関するある定義された量を算出する処理と、前記領域における残留応力分布の変更前後に対して、前記スプリングバックに関するある定義された量がどのように変化するかを算出する処理とを含む。
【００３６】
これらの処理を行うことにより、プレス成形下死点の離型前におけるプレス成形品の残留引張応力のうち、どの領域におけるものがスプリングバックに大きく影響するかを判定できて、スプリングバックによって形状不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定することができる。ここで、前記ある定義された量としては、例えばスプリングバック前後におけるプレス成形品の任意の高さの差を変化量とすることができる。
【００３７】
＜クリアランス変更工程＞
クリアランス変更工程は、金型における前記領域特定工程において特定された領域と当接する部位のクリアランスを変更する工程である（Ｓ５）。該クリアランスはクリアランス変更量に基づいて変更され、該クリアランス変更量は、前記領域に存在する残留引張応力、該残留引張応力を緩和するのに要する圧縮応力および該圧縮応力を付与するために要する板厚減少率の関係から得られる。
【００３８】
まず、前記領域に残留するプレス成形品長手方向の引張応力を緩和するのに要する板厚方向圧縮応力の値を図７より求め、さらに求められた前記圧縮応力の値から図８に基づいて板厚減少率α2を読み取る。該クリアランス変更量の決定に際して、前記長手方向引張応力による板厚減少率α1および前記板厚方向圧縮応力の付与による板厚減少率α2に加え、金型の当たり具合による隙間を考慮する必要がある。
【００３９】
以上より、金型の前記クリアランス変更量は次式で算出することができる。
（クリアランス変更量）＝（当該部位のクリアランス）−（目標板厚）  ・・・  （３）
ただし、目標板厚＝板厚*｛１−（長手方向引張応力による板厚減少率α1＋板厚方向圧縮応力による板厚減少率α2）｝
金型のクリアランスを変更する位置及び範囲は、金型における前記領域特定工程で特定された領域に当接する部位とする。
【００４０】
なお、金型のクリアランスを変更する方法としては、（ａ）ダイおよび／またはパンチにおける前記領域特定工程において特定された領域と当接する部位に前記クリアランス変更量と等しい板厚の板状部材を添接する、（ｂ）ダイおよび／またはパンチにおける前記領域特定工程において特定された領域と当接する部位が可動する金型を使用する、（ｃ）ダイおよび／またはパンチにおける前記領域特定工程において特定された領域と当接する部位に凸部を設けた金型を新規に製造するなどの方法があり、いずれの方法でもかまわない。
【００４１】
＜プレス成形工程＞
前記クリアランス変更工程でクリアランスが変更された金型を用いてプレス成形を行う工程である（Ｓ７）。
クリアランスが変更された前記金型を用いてプレス成形を行うことで、スプリングバックの要因となる残留引張応力が存在する領域に対して圧縮応力が与えられ、前記圧縮応力により前記残留引張応力が緩和される。その結果、該プレス成形工程ではスプリングバックによる形状凍結不良が抑制されたプレス成形品を製造することができる。
【００４２】
本実施の形態１において、プレス成形品１はドロー成形によって作製したが、本発明はドロー成形に限らず、フォーム成形においても有効である。
【００４３】
また、本発明の実施の形態１においては、前記領域特定工程で述べたように、一部の領域の応力を0とし、応力変更前後のスプリングバック後のプレス成形品形状を比較することによって、形状凍結不良に寄与する領域を特定しているが、その他に、以下に示す（ａ）〜（ｃ）の手法により前記領域を特定してもかまわない。
【００４４】
（ａ）板材モデルを金型モデルにより成形する過程を弾塑性有限要素法に基づいたコンピュータ数値解析により行う過程で、板材モデルが下死点までプレスされた状態での板厚方向に作用する応力分布を演算する。次に、演算された応力分布を反転して反転応力が板材モデルに作用していると仮定した場合における弾性回復量を演算する。応力分布の反転前のプレスされた板材モデル形状と応力分布を反転して弾性回復した後における板材モデル形状を比較することにより、スプリングバックによる形状不良の要因となる残留応力が存在する領域を特定する。
【００４５】
（ｂ）有限要素法に基づいたプレス成形解析により離型前のプレス成形品の残留応力分布を算出する。該残留応力分布に基づいて前記プレス成形品の離型後のスプリングバック解析を行い、離型後のプレス成形品の形状データおよび残留応力分布を算出する。次に、離型前と離型後のプレス成形品の残留応力分布の差分を求め、該差分をスプリングバック有効応力分布として算出する。前記プレス成形品の任意の領域における前記スプリングバック有効応力分布を変更または除去したスプリングバック有効応力分布を与え、該スプリングバック有効応力分布に基づいてプレス成形品の形状データを算出する。前記離型後の形状データと前記スプリングバック有効応力分布に基づいて算出された形状データとを比較することにより、スプリングバックによる形状不良の要因となる残留応力が存在する領域を特定する。
【００４６】
（ｃ）スプリングバック対策前のプレス成形条件においてプレス成形解析を行い、離型前におけるプレス成形品の形状と残留応力分布を算出する。該残留応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、離型後におけるプレス成形品の残留応力分布を算出し、前記離型前と離型後の残留応力分布の差分を求める。次に、スプリングバック対策後のプレス成形条件においてプレス成形解析を行い、離型前におけるプレス成形品の形状と残留応力分布を算出する。該残留応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、離型後におけるプレス成形品の残留応力分布を算出し、前記離型前と離型後の残留応力分布の差分を求める。前記スプリングバック対策前とスプリングバック対策後の残留応力分布の差分の変化量を演算し、該変化量からスプリングバックによる形状不良の要因となる残留応力が存在する領域を特定する。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１においては、プレス成形品におけるスプリングバックによる形状不良となる残留引張応力が存在する領域を特定し、該領域の前記残留引張応力を緩和するために当該領域に対して圧縮応力を加えることにより、プレス成形品を製造するために要するプレス荷重に加えて、数100kN〜数1000kNといった大荷重を加えるための特別なプレス装置を必要とすることなく、スプリングバックによる３次元的な形状凍結不良を抑制して寸法精度に優れたプレス成形品を得ることが可能となる。
【００４８】
［実施の形態２］
上記の実施の形態１で説明したプレス成形方法においては、スプリングバックにより形状不良となる残留引張応力が存在する領域に対して圧縮応力を加えることにより前記残留引張応力を緩和することを目的として、金型における前記領域に対応する部位のクリアランスを変更した金型を用いてプレス成形をするものである。
【００４９】
本発明に係る実施の形態２は、前記クリアランスを変更するため、金型における前記領域に当接する部位に凸部を設けた金型を製造するプレス成形用金型の製造方法であって、長手方向に湾曲する断面ハット形状のプレス成形品を対象としたプレス成形解析を行い、該プレス成形解析において成形下死点でのプレス成形品の残留引張応力分布を算出するプレス成形解析工程と、該プレス成形解析工程で算出された前記残留引張応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバックにより形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域を特定する領域特定工程と、ダイおよび／またはパンチにおける該領域特定工程で特定された前記領域に当接する部位に凸部を設けた金型を製造する金型製造工程とを備える。
前記プレス成形解析工程、前記領域特定工程は前記実施の形態１で述べた各工程と同じであるので、以下、該金型製造工程について説明する。
【００５０】
＜金型製造工程＞
金型製造工程は、ダイおよび／またはパンチにおける前記領域特定工程において特定されたスプリングバックによる形状凍結不良の要因となる残留引張応力が存在する領域と当接する部位に凸部を設けた金型を製造する工程である。前記凸部の高さは、前記領域に存在する残留引張応力、該残留引張応力を緩和するのに要する板厚方向圧縮応力および該圧縮応力を付与するために要する板厚減少率の関係から得られる。
【００５１】
まず、前記領域に残留する長手方向引張応力を緩和するのに要する板厚方向圧縮応力の値を図７より求め、さらに求められた前記圧縮応力の値から図８に基づいて板厚減少率α2を読み取る。金型のダイおよび／またはパンチに設ける凸部の高さの決定に際しては、前記長手方向引張応力による板厚減少率α1および前記板厚方向圧縮応力の付与による板厚減少率α2に加え、金型の当たり具合による隙間を考慮する必要がある。
【００５２】
以上より、前記領域に当接する部位における金型の前記凸部の高さは式（３）で算出される。さらに、前記凸部を設ける位置は、ダイおよび／または前記領域特定工程で特定された領域と当接する部位とする。
【００５３】
このようにして決定された前記凸部の高さおよび位置のデータと、前記凸部を設ける前の金型の形状データに基づいてプレス成形用金型を製造することにより、該プレス成形用金型を用いて製造されたプレス成形品のスプリングバックによる形状凍結不良を抑制することが可能となる。
【００５４】
本発明の実施の形態２においては、金型における前記領域特定工程において特定されたスプリングバックによる形状凍結不良の要因となる領域と当接する部位のクリアランスを変更するために、ダイおよび／またはパンチに凸部を設けることを想定しているが、パンチ側に凸部を設けた金型を用いてプレス成形する方が、断面ハット形状のプレス成形品の天板部の下面（内面）に凹部が形成されるため、プレス成形品の外観上の点からより好ましい。
【実施例１】
【００５５】
実施例１として、図９に示す長手方向に湾曲したハット形状のプレス成形品２１を製造するプレス成形に本発明を適用する。本発明の効果は数値解析により検証した。
【００５６】
使用材料は板厚1.2mmの1180MPa級鋼板とし、プレス成形品２１を製造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２１の形状および応力分布に基づいてスプリングバック解析を行い、スプリングバック量を計算した。スプリングバック量の評価値として、図９のプレス成形品長手方向の中央を固定して、●印で示すフランジ部の２つの評価点におけるスプリングバック前後、すなわち離型前後のz方向変位を測定し、その平均値を用いた。
【００５７】
成形方法はドロー成形とし、金型のクリアランスを変更しない条件におけるプレス荷重は800kNとした。板厚方向の応力を考慮するため、ブランクにはソリッドモデルを使用した。また、材料モデルは等方硬化モデルとした。
【００５８】
上記条件の下で数値解析を行った結果、図９に示す天板部２３の一部の領域２５に残留するプレス成形品長手方向引張応力がスプリングバックに大きく影響しており、その値はおよそ600MPaである結果が得られた。該長手方向引張応力を緩和させるに必要な板厚方向圧縮応力は、図７から約800MPa程度であり、該必要な板厚方向圧縮応力を得るための板厚減少率α2は、図８より2.1%であり、プレス成形時の長手方向引張応力による板厚減少率α1=2.3%を加えて、全板厚減少率は4.4%となった。また、下死点における金型クリアランスは1.243mmであった。
【００５９】
以上の値を式（３）に代入し、適正な金型クリアランス変更量を次式のとおり計算した。
1.243mm-(1.2mm×(1-0.044))=0.096mm  ・・・（４）
式（４）で求められた0.096mm以上の値を金型のクリアランス変更量としてクリアランスを変更した金型によるプレス成形解析を実施し、さらにスプリングバック解析を行って離型後のスプリングバック量を求めた。
【００６０】
表１に金型のクリアランス変更の位置および変更量、該クリアランス変更を施した金型によりプレス成形を行う際のプレス荷重、さらにスプリングバック解析により得られたスプリングバック量を示す。
【００６１】
【表１】
2016087625.tif 000003
【００６２】
条件１は、金型のクリアランスを変更しない従来例である。プレス成形品２１の離型後に生じたスプリングバック量は5.6mmであり、該スプリングバック量を比較基準とし、以下、金型のクリアランス変更の位置および変更量によるスプリングバック低減効果を検討する。
【００６３】
条件２は、金型における前記領域特定工程で特定された領域２５（図１０）に当接する部位のクリアランスを変更しているものの、当該部位のクリアランス変更量を式（４）で与えられる値0.096mmよりも小さい値とした比較例である。条件２において、スプリングバック量は4.3mmであり、十分なスプリングバック量の低減は得られていない。
【００６４】
条件３〜条件５は、金型における前記領域特定工程で特定された領域２５に当接する部位のクリアランスを変更し、当該部位のクリアランス変更量を式（４）で与えられる値0.096mmよりも大きく設定した本発明例である。条件３において、スプリングバック量は従来例に比べて1.9mmまで低減し、クリアランス変更量を増加した条件４および５においてはスプリングバック量がさらに低減している。
【００６５】
条件６および条件７は、図１１（ａ）に示すように、金型における前記領域特定工程で特定された領域よりも狭い領域２７に当接する部位のクリアランスを変更し、当該部位の金型クリアランス変更量を式（４）で求められる値以上である0.10mmおよび0.15mmとした比較例である。領域２７における金型のクリアランスを変更し、圧縮荷重を与えることでスプリングバックは低減されている。しかしながら、クリアランス変更量が等しい条件３と条件６、さらには条件４と条件７を比べると、条件６および条件７におけるスプリングバックの低減効果は本発明例である条件３および条件４に比べて小さい。
【００６６】
条件８および条件９は、図１１（ｂ）に示すように、金型における前記領域特定工程で特定された領域とは異なり、プレス成形品２１の天板部２３の長手方向端部付近の領域２９に当接する部位のクリアランスを変更し、当該部位の金型のクリアランス変更量を式（４）で求められる値以上である0.10mmおよび0.15mmとした比較例である。領域２９における長手方向引張応力は、領域２５における長手方向引張応力に比べて小さいため、領域２９は圧縮荷重を与えることによりスプリングバックを低減させるのに適切ではない。そのため、条件８および条件９ともに、スプリングバック量の低減効果はわずかであった。
【００６７】
また、条件１０は天板部２３の全面のクリアランスを変更し、当該金型のクリアランス変更量を式（４）で求められる値以上である0.10mmとした比較例であるが、プレス荷重がプレス成形機の仕様を上回ったため、プレス成形を途中で中止せざるを得なかった。
【００６８】
以上より、ドロー成形によりプレス成形され、長手方向に湾曲するハット形状のプレス成形品において、スプリングバックによる形状凍結不良となる残留引張応力が存在する領域を特定し、該領域に対して圧縮応力を付与するために金型のクリアランスを小さくすることによって前記残留引張応力を緩和することが可能となり、プレス成形品の長手方向の反りなどを抑制したプレス成形品を得ることができることが確認された。
【実施例２】
【００６９】
実施例２として、図１２に示すような、車体部品として用いられて形状が複雑であるフロントピラーアッパーを模擬したプレス成形品３１をプレス成形するプレス成形方法に本発明を適用し、該プレス成形方法の効果を検証した。
【００７０】
プレス成形解析およびスプリングバック解析に要する計算時間の短縮のため、プレス成形品３１の寸法は実際の製品寸法の1/3とした。また、プレス成形品３１はフォーム成形により製造するものとする。材料は厚さ1.4mmの1180MPa級鋼板とし、スプリングバック量を計算した。スプリングバック評価量は、図１２のプレス成形品の右側端部を固定し、左側端部の●印で示す評価点における、スプリングバック前後のz方向変位とした。プレス成形品３１においては、当該評価点が最も大きなスプリングバックを生じる位置である。
【００７１】
プレス成形品３１上面の天板部３３におけるプレス成形品長手方向引張応力のうち、スプリングバックに大きく影響を及ぼす領域を数値解析により特定し、図１３に示すように、パンチ４１における前記領域に当接する部位に設ける凸部４３の高さ、すなわち当該部位のクリアランス変更量を以下のとおり算出した。
【００７２】
まず、プレス成形解析より、前記領域の引張応力は約1000MPaであった。そのため、図７より、この引張応力を緩和させるのに必要な板厚方向圧縮応力は約1150MPaであり、該圧縮応力を得るために必要なパンチ４１に凸部４３を設けない場合からの板厚減少率α2は図８から3.4%であり、パンチ４１に凸部を設けない場合の板厚減少率α1=2.3%を加えて、全板厚減少率は5.7％であると推定される。さらに、下死点における前記金型のクリアランスは1.447mmであった。
【００７３】
以上の結果を式（４）に代入することにより、次式により適正な金型クリアランス変更量を求めた。
1.447mm-1.4mm×(1-0.057)=0.127mm  ・・・（５）
式（５）で求められた0.127mm以上の値を金型のクリアランス変更量とすることにより、パンチ４１に設ける凸部４３の高さを決定する。続いて、パンチ４１に凸部４３を設けた金型によるプレス成形解析を実施し、金型から離型後のスプリングバック量を求めた。
実施例２の結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
2016087625.tif 000004
【００７５】
条件２０は、金型のクリアランスに変更を施さない従来例であり、この条件におけるスプリングバック量を基準とし、クリアランス変更量によるスプリングバック量の低減効果を検討する。
条件２１および条件２２は、クリアランス変更量が式（５）で与えられる値よりも小さい比較例である。該クリアランス変更量により得られる板厚方向圧縮応力は十分でないため、長手方向引張応力が緩和されず、スプリングバック量の低減効果はわずかであった。
条件２３は、クリアランス変更量が式（５）で与えられる値よりも大きい本発明例である。長手方向引張応力を緩和するのに十分な板厚方向圧縮応力が得られるクリアランス変更量に基づいて金型のクリアランスを変更しているため、スプリングバック量を大幅に低減することができた。
【００７６】
以上より、フォーム成形によりプレス成形され、車体の実部品を模擬した複雑形状のプレス成形品においても、実施例１と同様に、特別なプレス機構や大幅な製品形状の変更を必要とせずにスプリングバックによる形状凍結不良の要因となる残留引張応力を緩和することができ、プレス成形品の長手方向の反りなどの３次元的な形状凍結不良を抑制した寸法精度に優れたプレス成形品を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００７７】
１  プレス成形品
３  天板部
５  フランジ部
７  引張応力が残留する領域
９  圧縮応力が残留する領域
１１  モデル材料
２１  プレス成形品（実施例１）
２３  天板部（実施例１）
２５  領域（条件２〜５）
２７  領域（条件６、７）
２９  領域（条件８、９）
３１  プレス成形品（実施例２）
３３  天板部（実施例２）
４１  パンチ
４３  凸部
【図１】
2016087625.tif 000005
【図２】
2016087625.tif 000006
【図４】
2016087625.tif 000007
【図６】
2016087625.tif 000008
【図７】
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【図８】
2016087625.tif 000010
【図９】
2016087625.tif 000011
【図１０】
2016087625.tif 000012
【図１１】
2016087625.tif 000013
【図３】
2016087625.tif 000014
【図５】
2016087625.tif 000015
【図１２】
2016087625.tif 000016
【図１３】
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