JP2013128957A - プレス成形用金属板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】延性が支配する割れが発生する場合の金属板表面のひずみを、プレス成形用金型の最小曲率半径R0と成形限界線図における平面ひずみ領域の限界ひずみεfから求めることで、それが限界表面ひずみεcritical以下となる場合には曲げ性が支配する割れが発生しないと判定できる予測式『R/t≦(−εf+2(1−εf)R0/t)/2(1+εf+2εfR0/t)』を導く。そして、曲げ性が支配する割れの発生を防止するために金属板に必要となる最大の曲げ性R/tを上記の式から予測し、上記の式を満足する曲げ性を有する金属板をプレス成形用金属板として選定する。
【選択図】図4
Description
近年では、特に自動車部品のプレス成形において、高強度鋼板の利用が拡大しているが、被加工材の強度が増加するほどプレス成形性が低下する事が問題視されている。その対策として、金属組織を硬質な相と軟質な相の2相で構成させた鋼板(Dual Phase鋼板)や、残留オーステナイトを活用した鋼板(TRIP:Transformation Induced Plasticity)などのように強度と伸びの両立を図り、金属板自体の機械的特性を向上させる方法がある。これはプレス成形性が金属板の伸びと相関があるためである。
また、この成形限界線図を用いることで有限要素法によるプレス成形シミュレーションを行い、金属板に割れが生じない成形条件を探る方法も行われている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、上記の問題点を解決すべく発明したものであり、曲げ性が支配する割れの発生を防ぐために金属板に必要となる曲げ性を予測し、曲げ性が支配する割れがプレス成形途中で発生しない金属板を提供することを課題としている。
R/t≦(−εf+2(1−εf)R0/t)/2(1+εf+2εfR0/t)
すなわち、本発明は、前記課題を解決するため、曲げ性が支配する割れの発生を防止するために金属板に必要となる最大の曲げ性R/tを上記の式から予測し、上記式を満足する曲げ性を有する金属板をプレス成形用金属板として選定する。
また、金属板に必要な曲げ性R/tを材料設計段階で精度良く予測できるようになり、金属板の開発期間の短縮に貢献できる。
さらに、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板の選定が適切であるか精度良く予測できるという効果もある。
(成形限界線図の作成方法)
成形限界線図(FLD:Forming Limit Diagram)を作成するには、まず、金属板を、図2に示すような幅が10〜100mmで種々の幅を有する試験片に加工する。ここで、幅を変えた試験片を種々準備する理由は、ひずみ比(最小主ひずみと最大主ひずみの比)を広範囲に変化させるためである。
ここで、曲げ変形のような最小主ひずみが0に近い領域を平面ひずみ領域といい、その限界ひずみは図3のεfで表される。なお、金属板の延性を判定基準とした従来の割れの予測手法では、成形限界線図の成形限界線を挟んで割れ発生領域と、割れなし領域の何れ側に存在するかを確認し、割れ発生領域に存在する場合に、割れが発生すると予測していた。
金属板に必要とされる曲げ性を予測した実施例について説明する。
対象とする金属板の90度V曲げ試験における限界曲げ半径をR、金属板の板厚をtとすると、純曲げ理論に基づき、曲げ外側の限界表面ひずみεcriticalは式(1)で表される。
εcritical=t/(t+2R) ………(1)
εR0=εf+t/(t+2R0) ………(2)
ここで、εcriticalは、平面ひずみ領域において、曲げ性が支配する割れが発生しないひずみの限界値であるため、曲げ影響割れが発生しないための条件は式(3)となる。
εcritical≧εR0 ………(3)
式(1)〜(3)より、曲げ性が支配する割れを防止するために金属板に必要となる曲げ性R/tは、下記の式(4)から求められる。
R/t≦(−εf+2(1−εf)R0/t)/2(1+εf+2εfR0/t)
………(4)
したがって、金属板の曲げ性を式(4)に示す曲げ性R/tを満足する範囲に設定することにより、プレス成形時に曲げ性が支配する割れが発生しない金属板を得ることができる。
また、本実施形態が対象とする金属板は、板厚tが0.5mm以上、引張強度が980MPa以上、限界曲げ半径Rが1mm以上のものを想定している。これは、板厚tが0.5mmよりも小さくなると、金属板に曲げ変形を加えても曲げ外側表面に発生するひずみが小さく、曲げ性が支配的な割れが発生しにくいからである。また、引張強度が980MPaを下回るような素材は一般的に曲げ性が優れており、また、限界曲げ半径Rが1mmよりも下回るような曲げ性R/tが優れている素材では、一般的にプレス成形にて使用する金型の最小曲げ半径(最小曲率半径)の範囲では曲げ性が支配的な割れが問題にならないからである。
曲げ性が異なるように製造した表1に示す3種類の供試材A、B、Cを用いる。先ず、図2に示した形状で、最狭部の幅が10〜100mmである試験片を数種類作製し、この試験片表面に、電解エッチングでドットパターンを標点間距離1.0mmでマーキングした。次いで、上記試験片を、先端の最小曲率半径が25mmの球頭パンチを用いて張出し成形した。なお、球頭パンチを用いた張出し成形では、鋼板に貫通割れが発生するまで成形を行った。次いで、張出し成形後の試験片について、パンチ先端近傍のドット間隔の変化を測定し、最大主ひずみおよび最小主ひずみを求め、成形限界線図を作成した。
平板状の被加工材をハット型形状に成形する図5に示した金型を使用し、上記の鋼板に必要な曲げ性R/tの予測結果の検証を行う。供試材は図6に示す矩形状に加工したのち、パンチ肩半径つまり金型の最小曲げ半径(最小曲率半径)R0が5mmと10mmとなるパンチを用いて供試材を成形する。潤滑には一般的な防錆油を使用し、しわ押さえ荷重は15トン、成形高さは50mmとし、供試材に曲げ性が支配的な割れが発生するのかを確認した。
本発明は、上記に説明した内容に限られるものではなく、例えば、上記実施例では、引張強さが980MPa級以上の鋼板(1180MPa級の鋼板)に適用した例を示しており、本発明は、このような高強度鋼板のプレス成形に適用することが好ましいが、鋼板以外の金属板に適用することもできる。
Claims (1)
- プレス成形用金属板の表面に割れが発生することなく曲げられる最小の曲げ半径をR、前記プレス成形用金属板の成形限界線図を作成することで得られる平面ひずみ領域の限界ひずみをεf、プレス成形用金型の最小曲率半径をR0、前記プレス成形用金属板の板厚をtと定義し、
前記プレス成形用金属板の曲げ性R/tを、当該下記式を満たす範囲に設定したことを特徴とするプレス成形用金属板。
R/t≦(−εf+2(1−εf)R0/t)/2(1+εf+2εfR0/t)
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