JP2014226688A - 薄板の割れ評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
オーステナイト(γ)を含む鋼材が有する加工中のγの加工誘起マルテンサイト変態の影響で破断ひずみが最大になる温度を考慮した薄板割れ予測を行う。
【解決手段】
実験により、予め定められた温度Ｔ_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（℃）一定状態の下で、異なる歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）における限界歪ε_ｆｉｊの値である「実験データ」を求めるステップと、「実験データ」を歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）毎に温度Ｔ_ｉと限界歪ε_ｆｉｊとのＩ個のデータから構成されるＪ個のグループに分類し、グループ毎にＩ個のデータを満足する曲線を求めるステップと、前記各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｋ（℃）（ｋ＝1〜Ｋ）に対応する歪比ρ_ｊと限界歪ε_ｆｋｊから構成される「温間ＦＬＤデータ」を求めるステップと、「温間ＦＬＤデータ」から、最大歪ε_１、最小歪ε_２、温度Ｔ（℃）から構成される温間ＦＬＤを作成するステップを有する薄板の割れ評価方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成形シミュレーション方法、成形シミュレーション装置、プログラム、記録媒体、及びシミュレーション結果に基づいた成形方法に関し、特に、薄板のプレス成形シミュレーションにおける破断判定方法および破断判定装置に関する。

自動車部品や家庭電気製品には、薄鋼板やアルミ薄板等の金属薄板を所定の形状にプレス成形加工した部品が多用されるようになってきた。自動車部品や家庭電気製品に用いられる部品を加工するにあたり、例えば、上下一対の凹凸金型を用いて、薄鋼板やアルミ薄板等の金属薄板を所定の形状にプレス成形加工することが行われる。

図９はプレス成形の模式図であり、ダイ１の上に被加工材（「ブランク」と呼ばれることがある。）５が置かれ、被加工材５は、ブランクホルダ２により押さえられ、パンチ３が加工時のパンチ方向６の方向に動くことで加工され、その一方で、ドロービード４により加工時に被加工材が流れ込まないように保持している。

また、図１０は、引張試験の模式図であり、例えば、ＪＩＳ５号あるいはＪＩＳ１３号Ｂ等の引張試験片１２は、試験器のつかみ部１１によりその両端をつかまれ、引張方向１４の方向に引っ張れる。そのときに、引張試験片１２にかかる荷重は図示しないロードセルにより計測され、評価距離１３の部分は、接触式の変位計や画像計測装置により、時々刻々と変化する試験片の変位が計測される。

さて、自動車部品の軽量化を図るため、より高強度の材料を用いることで板厚を減少させることが盛んに行われており、その際に生じる成形不具合である材料破断現象を加工前に予測することは非常に重要であり、今日、有限要素法等によるシミュレーション計算を利用して割れを予測することが日常的に行われている。

例えば、特許文献１には、従来の有限要素法を用いた弾塑性材料の成形シミュレーション方法では、予め部品を複数の領域に分割し、分割された領域だけ大規模な連立方程式求解であるスプリングバック計算を繰り返し行う必要があり、スプリングバック発生の原因となる部位を特定する作業が煩雑化したり、分割の仕方（大きさ、分割数）により、結果が異なり、スプリングバック発生の原因となる部位を十分に特定することが困難であるという問題を解決することを目的として、弾塑性材料の目標形状における１つ又は複数の有限要素ごとに、応力テンソルから要素等価点力ベクトルを計算する工程と、計算された１つ又は複数の有限要素ごとの要素等価節点力ベクトルを、弾塑性材料の善領域又は特定の領域に亘って積分して、その領域の全等価接点ベクトルを計算する工程を含む有限要素法を用いた弾塑性材料の成形シミュレーション方法を開示している。

近年、特許文献１に開示されるようなシミュレーションを実施し、その一方で、板厚限界線や成形限界線図（以下、ＦＬＤ（Forming Limit Diagram）という。）等の限界歪を実験的あるいは理論的に導出しておき、その限界歪状態と特許文献１に開示されるようなシミュレーションにより得られる歪状態とを比較することにより、ある程度定量的に割れ発生箇所および発生時点の予測を行っている。

ここで、ＦＬＤの測定装置とＦＬＤの作成方法の概要について簡単に説明しておく。

図１１は、ＦＬＤ測定機器の模式図である。

図１１はＦＬＤ測定機器であり、２１はダイ、２２はブランクホルダ、２３はパンチ、２４はドロービード、２５は被加工材、２６は加工時のパンチの方向、２７は恒温浴、２８はヒータ、２９はシリコンオイル、３０はブランクホルダ押さえ用バネである。

理解を深めるために、図１１を図９のプレス成形の模式図との対比で説明する。ダイ２１（図１１）はダイ１（図９）に相当し、被加工材２５（図１１）は被加工材５（図９）に相当し、パンチ２３（図１１）はパンチ３（図９）に相当し、ブランクホルダ２２（図１１）はブランクホルダ２（図９）に相当し、ドロービード２４（図１１）はドロービード４（図９）に相当する。

また、図１１のＦＬＤ測定機器の模式図が図９のプレス成形の模式図と異なるところは、被加工剤２５がシリコンオイル２９を有する恒温浴２７に浸されることで、温度が一定に保たれ、かつ、ヒータ２８により昇温することもできる点である。

図１０、図１１、図１２、図１３を用いてＦＬＤの作成概要について説明する。

図１０は引張試験の模式図であり、図１２は、試験片１２（図１０）を説明する図である。
図１２（ａ）に示すように、１）試験片１２には予め、縦の長さＬ、横の長さＬの正方形のグリッド等のパターンを転写しておき、２）図１１のようなＦＬＤ測定機器による試験によりパンチ２３に押された結果割れ等が認められた場合には、３）当該グリッドの割れ部分の縦の長さＬ_１，横の長さＬ_２を計測し、４）Ｌ_１＞Ｌ_２の場合には、最大主歪ε_１と最小主歪ε_２を_、
ε_１＝ｌｎ（Ｌ_１／Ｌ） ・・・（式１）
ε_２＝ｌｎ（Ｌ_２／Ｌ） ・・・（式２）
と計算する。ここで、ｌｎは自然対数を表す。

このように、ε_１およびε_２の値を求めて、図１３のようにプロットすることで、ＦＬＤを構築することができる。
しかしながら、ＦＬＤモデルのメッシュサイズの大小により破断判定の結果が異なるという問題点が指摘されている。
これに対し、特許文献２は、すなわち、鉄連規格ＪＳＣ２７０Ｄについて、ゲージ長さに対する破断歪の推移を測定した結果、ゲージ長さが小さいと破断限界歪は大きくなるが、ゲージ長さが大きいと破断限界歪は小さくなることに着目し、特定のゲージ長さにおける最大主歪ε_１、最小主歪ε_２、材料パラメータαおよび塑性歪比ρ
ρ＝ε_２／ε_１ ・・・（式３）
の関数β（ρ）から、任意のゲージ長さにおける破断限界歪を計算することで、ＦＬＤモデルのメッシュサイズの大小により破断判定が異なるという問題点を解消する方法が提案されている。
しかしながら、オーステナイトを含有する鋼材を、くびれや破断の発生を抑制しながら成形する場合には成形時の温度を考慮する必要がある。
例えば、特許文献３には、鋼板のプレス成形前に７５０℃〜１０００℃程度のオーステナイト単相領域となるＡ_ｃ３点以上に鋼材を加熱炉等で予め加熱し、このオーステナイト単相の状態の鋼材を、プレス成形し、鋼材から金型への伝熱を利用して鋼材を急冷して焼き入れすることで、高強度で寸法精度の良好な成形品を製造する方法が開示されている。
また、特許文献４には、オーステナイトを含有する鋼材に対して、金型ダイを加熱するとともに、金型パンチを冷却しながら絞り成型する方法、すなわち、成型後にフランジ部となる鋼材の一部をダイとの間での伝熱により加熱させてその変形抵抗を低減させるとともに、鋼材のそれ以外の部位をパンチとの間での伝熱により冷却させてその変形抵抗を増大させて絞り成型し、しわや破断の発生を防止しつつ絞り成型する方法を開示している。
さらに、特許文献５では、鋼材である被加工材の金属組織を、体積分率で、母相としてベイニティック・フェライト、グラニュラー・ベイニティック・フェライトを７０％以上、第２組織として残留オーステナイトを５％以上３０％以下で、かつ、前記残留オーステナイト中のＣを１．０質量％以上に制御することで、室温で７％である上記鋼材の全伸び値が、２５０℃で２０％となり、その温度での成型性を向上させる方法が開示されている。
このように、特許文献３〜５に開示された成型方法には、温度を考慮することの重要性が示されているが、有限要素法を用いた成形シミュレーション結果に基づいて成形性の評価を行うための温間ＦＬＤモデルには、成形時の温度を十分に考慮できていない。

特許文献６には、温間域または熱間域で金属などの可塑性材料を成形加工する際に生じる加工割れに対して、材料を割れやすい状態にすることにより、温間での割れ特性の評価を可能にすることを目的として、予め温間域から熱間域に加熱した軸対称形状の可塑性試験片を平工具で据え込み鍛造し、試験片側面に割れが発生する加工条件を比較検討することにより、加工割れ強度を評価する可塑性材料の熱間加工割れ強度試験方法において、前記軸対称形状の可塑性試験片として、円柱側面に円環状の突起を形成した形状の試験片を用い、据え込み鍛造する可塑性材料の熱間加工割れ強度試験方法が開示されているが、オーステナイト（γ）を含有する鋼材の温度特性を考慮した割れ判定を的確に行うには至っていない。

ＷＯ２０１０／０３８５３９号公報 特開２０１１−１４７９４９号公報 特開２００５−１７７８０５号公報 特開２００７−１１１７６５号公報 特開２００４−１９００５０号公報 特開平０９−２４８６４７号公報

本発明は、上述の問題を解決すべくなされたものであり、オーステナイト（γ）を含有する鋼材の温度特性を考慮した温間ＦＬＤを作成および温間歪応力曲線を作成する方法を提供することで、オーステナイト（γ）を含有する鋼材を被加工材とした有限要素法を用いた成形シミュレーション結果に基づく温間成形性（しわ、割れの発生の判定）評価を精度高くおこなう方法を提供することを目的とする。

発明者らは、鋭意研究開発の結果、ＴＲＩＰ鋼やＳＵＳ鋼のようなオーステナイト(γ)を含有する鋼材では、加工中のγの加工誘起マルテンサイト変態の影響で破断歪が最大値（以下、「破断歪最大値」という。）になる温度（以下、「破断歪最大温度」という。）が塑性歪比（以下単に、「歪比」という。）ρによって変化すること、及び、破断歪最大値と破断歪最大値温度の情報を温間ＦＬＤに取り込むことで精度の高い薄板の割れ判定を行えることを見出した。

また、このような条件を満足する温間ＦＬＤを構築するには、様々な温度についての歪比ρ及び破断歪ε_ｆを計測する必要があるが、このような実験をすべて実行するには、膨大な時間と労力が必要であり、その実現可能性に乏しいが、入手可能な温度における歪比ρおよび破断歪ε_ｆデータを基礎にして、入手できていない温度における歪比ρにおける破断歪ε_ｆデータを内挿・外挿することにより求めることで当該労力を軽減できることを見出した。

さらに、有限要素法シミュレーションに用いる温間応力歪線図についても、入手可能な温度における歪εと応力σのデータを基礎にして、入手できていない温度における歪εと応力σのデータを内挿・外挿することにより求めることで、破断を高い精度で予測できることを見出した。発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成させた。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）オーステナイト(γ)を含有する鋼材の成形性評価に用いる温間ＦＬＤを作成する方 法であって、
予め定められた温度Ｔ_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（℃）一定状態の下で、異なる歪比ρ_ｊ（ ｊ＝１〜Ｊ）における限界歪ε_ｆｉｊの値（以下、「データ１」という。）を実験に より求めるステップと、
前記データ１を歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）毎に温度Ｔ_ｉと限界歪ε_ｆｉｊとのＩ個の データから構成されるＪ個のグループに分類し、グループ毎にＩ個のデータを満足す る曲線を求めるステップと、
前記各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｋ（℃）（ｋ＝1〜Ｋ）に対応 する歪比ρ_ｊと限界歪ε_ｆｋｊ（以下、「温間ＦＬＤデータ」という。）とを求める ステップと、
前記温間ＦＬＤデータから、最大歪ε_１、最小歪ε_２、温度Ｔ（℃）から構成され る温間ＦＬＤを作成するステップと、
を有することを特徴とする薄板の割れ評価方法。
（２）前記Ｉを３〜１０、Ｊを３〜２０、Ｋを３〜１０とすることを特徴とする（１）に記載の薄板の割れ評価方法。
（３）（１）または（２）により作成された温間ＦＬＤを用いて薄板の成形性評価を行う ことを特徴とする薄板の割れ評価方法。
（４）有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーションに用いる応力歪線図を作成 する方法であって、
予め定められた温度Ｔ_ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）（℃）一定状態の下で、異なる歪ε_ｎ（ｎ ＝１〜Ｎ）における応力σ_ｍｎの値（以下、「データ２」という。）を実験により求 めるステップと、
前記データ２を歪がε_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）毎に温度Ｔ_ｍと応力σ_ｍｎとのＭ個のデー タから構成されるＮ個のグループに分類し、グループ毎にＭ個のデータを満足する曲 線を求めるステップと、
前記各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｌ（℃）（ｌ＝1〜Ｌ）に対応 する歪ε_ｎとσ_ｌｎ（以下、「応力歪線図データ」という。）とを求めるステップと 、
を有することを特徴とする（１）、（２）記載の薄板の割れ評価方法。
（５）前記Ｍを３〜１０、Ｎを１０〜１０００００、Ｌを３〜１０以上とすることを特徴とする（４）記載の薄板の割れ評価方法。
（６）（４）または（５）により作成された応力歪み線図を用いて薄板の成形性評価を行うことを特徴とする薄板の割れ評価方法。

本発明の方法によれば、ＴＲＩＰ鋼やＳＵＳ鋼のようなオーステナイト(γ)を含有する鋼材が有する破断歪最大値および破断歪最大温度を考慮した精度の高い薄板割れ予測を行うことができるという顕著な効果を奏する。なお、この効果は、ＴＲＩＰ鋼やＳＵＳ鋼のようなオーステナイト(γ)を１０％以上含有する鋼材の場合にはさらに顕著となる。

有限要素法結果を用いた薄板割れ判定の手順を説明する図である。 温間応力歪曲線を説明する図である。 温間応力歪曲線作成のイメージを説明する図である。 温間ＦＬＤ曲線を説明する図である。 温間ＦＬＤ曲線作成のイメージを説明する図である。 プレス成形の境界条件を説明する図である。 実施例を説明する図である。 歪比ρと破断歪最大温度Ｔ_ｐとの関係を表す図である。 プレス成形の模式図である。 引張試験の模式図である。 ＦＬＤ測定機器の模式図である。 試験片について説明する図である。 ＦＬＤの１例を説明する図である。 温間ＦＬＤ−Ａ作成のための実験データをプロットする図である。 温間ＦＬＤ−Ａ作成のための曲線を作成する図である。 温間ＦＬＤ−Ａの一部を示す図である。 温間ＦＬＤ−Ｂ作成のための実験データをプロットする図である。 温間ＦＬＤ−Ｂ作成のための曲線を作成する図である。 温間ＦＬＤ−Ｂの一部を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明を実施する第１の実施形態は、オーステナイト(γ)を含有する鋼材の有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーション結果に基づいて温間成形性評価に用いる温間ＦＬＤを作成する方法、ないし、有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーションに用いる応力歪線図の作成方法を有する薄板の割れ評価方法である。
＜温間ＦＬＤの作成＞
薄板の成形性評価に用いる温間ＦＬＤを作成には以下のステップを有する。
［ステップ１］実験によりデータ１を採取するステップである。

予め定められた温度Ｔ_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（℃）一定状態の下で、異なる歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）における限界歪ε_ｆｉｊの値から構成される「データ１」を実験により求める。
［ステップ２］曲線を求めるステップである。

「データ１」を歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）毎に温度Ｔ_ｉと限界歪ε_ｆｉｊとのＩ個のデータから構成されるＪ個のグループに分類して、グループ毎に、Ｉ個のデータを満足する曲線を求める。Ｉ個のデータを満足する曲線とは、各データについて予め定められた誤差範囲を許容しながら満足しうる曲線をいうものとし、誤差範囲は±５〜１０％の範囲をいうものとする。また、曲線には直線も含まれ、曲線の作成には、重回帰、スプライン曲線を用いる方法、および、手書きにより曲線、直線を描く場合が含まれるものとする。

本発明の特徴である破断歪最大値と破断歪最大温度を有する曲線について説明する。

破断歪最大値と破断歪最大温度は、歪比ρによって変化することから、少なくとも、１軸引張（ρ＝-０．５）、平面歪引張（ρ＝０）、２軸引張（ρ＝１．０）のときの破断歪ε_ｆと温度Ｔとの関係を表すデータを、各々、横軸を温度Ｔ（℃）とし縦軸を判断歪ε_ｆのグラフ上にプロットして曲線でつないで、破断歪最大値と破断歪最大温度を確認作業はきわめて重要である。

図８を用いて、歪比ρと破断歪最大温度Ｔ_ｐとの関係を説明する。
図８に示すように、歪比ρと破断歪最大温度Ｔ_ｐは、ほぼ直線の関係があり、例えば、図８のＡ材、Ｂ材のように被加工材によりその直線は異なることを発明者らは見出した。

また、図８に示すように、ＴＲＩＰ鋼やＳＵＳ鋼のようなオーステナイト(γ)を含有する鋼材では、加工中のγの加工誘起マルテンサイト変態の影響で、破断歪最大値をとる破断歪最大温度はρが大きくなるにしたがい高い温度になり、ρ＝１．０の場合には２００℃以上で破断歪最大温度をとる場合があるため、温度Ｔ_ｉが２００℃までの場合には、破断歪最大値を確認できない場合がある。そのような場合には、１軸引張（ρ＝-０．５）、平面歪引張（ρ＝０）２曲線について破断歪最大値と破断歪最大温度を確認し、この２点を満足する直線をつくり、ρ＝１．０の破断歪最大温度を推定することができることを発明者らは見出した。

なお、実験によりデータを採取するときの温度は、破断歪最大値と破断歪最大温度を確認しやすくするために、５０℃刻み、あるいは、２５℃刻みであることが望ましいが、このような温度刻みでも破断歪最大値と破断歪最大温度を確認できない場合には、ほぼ同じ破断歪の値をとった２点の温度の中間となる温度が破断歪最大温度になる可能性が高いので、当該温度における実験を追加することが望ましい。
［ステップ３］温間ＦＬＤデータを求めるステップである。

各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｋ（℃）（ｋ＝1〜Ｋ）に対応する歪比ρ_ｊと限界歪ε_ｆｋｊを読み取り、温間ＦＬＤデータを求める。
［ステップ４］温間ＦＬＤを作成するステップである。

温間ＦＬＤデータから、最大歪ε_１ｋｊ、最小歪ε_２ｋｊ、温度Ｔ（℃）から構成される温間ＦＬＤを作成する。作成にあたり、
ε_１ｋｊ＝ε_ｆｋｊ ・・・（式４）
ε_２ｋｊ＝ε_ｆｋｊ×ρ_ｊ ・・・（式５）
を用いて計算する。

また、上記のステップ１〜ステップ４を実施するにあたり、Ｉを３〜１０、望ましくは５〜８、Ｊを３〜２０、望ましくは５〜１０、Ｋを３〜１０、望ましくは５〜８、であって、Ｉの値との差が２〜３程度であると、精度の高い温間ＦＬＤが得られる。

以下、図５（温間ＦＬＤ曲線作成のイメージ図）を用いて、詳細に説明する。

図５（ａ）は、ステップ１を説明する図である。

まず、Ｔ_１＝２５℃、Ｔ_２＝５０℃、Ｔ_３＝１００℃、Ｔ_４＝１５０℃、Ｔ_５＝２００℃において、各々、温度を一定に保ちながら歪比をρ_１＝−０．５、ρ_２＝０、ρ_３＝１としたときの破断歪ε_ｆｉｊ（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜３）を、温度Ｔ_ｉ毎に、横軸を歪比ρとし縦軸を限界歪ε_ｆとしてプロットしたて５枚のグラフを作成する。

ここで、プロットしたデータは、白色の丸（○）は歪比ρ＝−０．５のときのデータであり、白色の四角（□）は歪比ρ＝０のときのデータであり、白色の三角（△）は歪比ρ＝１のときのデータである。

図５（ｂ）は、ステップ２およびステップ３を説明する図である。

ステップ２では、ステップ１で得られた点を、歪比ρ＝−０．５、ρ＝０、ρ＝１．０毎に、横軸を温度Ｔ（℃）とし縦軸を限界歪ε_ｆとしてプロットし、プロットした点について予め定められた誤差範囲で満足する曲線を作成する。図５（ｂ）に示すように、３枚の曲線が作成され、各々について破断歪最大値、破断歪最大値と破断歪最大温度を確認する。

図５（ｂ）のグラフのうち、ρ＝−０．５のグラフは、破断歪最大温度１００℃にて破断歪最大値をとり、ρ＝０では破断歪最大温度１５０℃にて破断歪最大値をとり、ρ＝１．０では２００℃以上で最大値を取り得ることがわかる。

なお、もし、ρ_１＝−０．５において、１００℃と１５０℃における限界歪ε_ｆｉｊがほぼ同じ場合には、１２５℃において限界歪ε_ｆｉｊが最大値をとる可能性があるので、１２５℃における実験を追加する必要がある。

ステップ３では、図５（ｂ）のグラフに描かれた曲線を用いて予め定められた温度Ｔ_ｋ（℃）における歪比ρ_１＝−０．５，ρ_２＝０，ρ_３＝１における限界歪ε_ｆｋｊを読み取り、温間ＦＬＤデータとする。図５（ｂ）のグラフで、黒色の丸（●）が読み取られる値である。

図５（ｃ）は、ステップ４を説明する図である。

図５（ｃ）は、先ほど読み取った図５（ｂ）のグラフに描かれた曲線を用いて予め定められた温度Ｔ_ｋ（℃）における、例えば、歪比ρ_１＝−０．５における限界歪ε_ｆｋｊデータを基に作成した温間ＦＬＤである。
＜応力歪線図の作成＞
有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーションに用いる応力歪線図の作成 には以下のステップを有する。
［ステップ５］実験により「データ２」を採取するステップである。

予め定められた温度Ｔ_ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）（℃）一定状態の下で、異なる歪ε_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）における応力σ_ｍｎの値から構成される「データ２」を実験により求める。
［ステップ６］
データ２を歪がε_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）毎に温度Ｔ_ｍと応力σ_ｍｎとのＭ個のデータから構成されるＮ個のグループに分類して、グループ毎にＭ個のデータを満足する曲線を求める。
［ステップ７］
各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｌ（℃）（ｌ＝1〜Ｌ）に対応する歪ε_ｎとσ_ｌｎから構成される応力歪線図データを求める。なお、ここで、下付きの「ｌ」は「Ｌ」の小文字である。

求められた応力歪線図データをプロットすれば、応力歪線図が得られる。

また、上記のステップ５〜ステップ７を実施するにあたり、Ｍを３〜１０、望ましくは５〜８，Ｎを１０〜１００００００望ましくは１０〜１０００、Ｌを３〜１０、望ましくは５〜８、であって、Ｍの値との差が２〜３程度であると、精度の高い応力歪線図が得られる。

以下、図３（温間応力歪曲線作成のイメージを説明する図）を用いて詳細に説明する。

図３（ａ）は、ステップ５を説明する図である。

例えば、Ｔ_１＝２５℃、Ｔ_２＝５０℃、Ｔ_３＝１００℃、Ｔ_４＝１５０℃、Ｔ_５＝２００℃において、各々、温度を一定に保ちながら歪をε_１＝０．０５、ε_２＝０．１０、ε_３＝０．１５、ε_４＝０．２０、ε_５＝０．２５としたときの応力σ_ｉｊ（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜５）を、温度Ｔ_ｉ毎に、横軸を歪εとし縦軸を応力σ_ｉｊとしてプロットした５枚のグラフである。

ここで、プロットしたデータは、白色の丸（○）は歪が０．０５のときのデータであり、白色の四角（□）は歪が０．１０のときのデータであり、白色の三角（△）は歪が０．１５のときのデータであり、白色の星（☆）は歪が０．２０のときのデータ、白色の菱形（◇）は歪が０．２５のときのデータである。

図３（ｂ）は、ステップ６とステップ７を説明する図である。

図３（ｂ）は、図３（ａ）で得られた点を、歪ε_ｉ毎に、横軸を温度Ｔ（℃）とし縦軸を応力σ_ｉｊとしてプロットし、プロットした点の全てを満足する曲線を描いた３枚のグラフである。

図３（ｂ）のグラフに描かれた曲線を用いて任意の温度Ｔ_ｌ（℃）における各歪（０．０５，０．１０，０．１５，０．２０，０．２５）における応力を読み取る。図３（ｂ）のグラフで、黒色の丸（●）が読み取られる値である。

図３（ｃ）は、先ほど読み取った図３（ｂ）のグラフに描かれた曲線を用いてある温度Ｔ_ｌ（℃）における各歪εが０．０５、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５のときの応力データを、横軸を歪εとし縦軸を応力σとしてプロットし、プロットした点の全てを満足する曲線を描いた図である。
（第２の実施形態）
本発明を実施する第２の実施形態は、第１の実施形態により作成された温間ＦＬＤを用いて薄板の成形性を評価する方法、ないし、第１の実施形態により作成された応力歪線図を用いて有限要素法を実施する方法である。

図１は、有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーション結果に基づいて成形性の判定を行う手順を記載している。
［条件設定］
条件設定ステップは、境界条件設定と温間応力歪線図の設定を行うステップである。

温間応力歪線図の作成方法はすでに説明しているので境界条件設定について図６を用いて説明する。

図６は、プレス成形の境界条件を説明する図である。境界条件としては、例えば、板厚１．４ｍｍ、温度１５０℃、ブランクホルダ力（ＢＨＦ）１００トン、摩擦係数０．１２、成形速度３ｍｍ／ｍｓｅｃ等の基礎的境界条件、パンチ、ドロービード、ブランクホルダおよびダイ等の個別的境界条件を設定する。
［温間成形解析］
温間成形解析ステップは、温間応力歪曲線と、境界条件から弾塑性ＦＥＭにより、応力・歪および面圧を計算するステップである。
［成形性の分析］
温間成形解析ステップにて計算された応力・歪をベースに、図４に示すような温間ＦＬＤを用いて、割れやしわが発生するか否かを検討するステップである。

第１の実施形態である温間ＦＬＤの作成について説明する。
（温間ＦＬＤ−Ａ）
図１４〜図１６を用いて温間ＦＬＤ−Ａの作成について説明する。

図１４はステップ１を実行したところを説明する図である。

温度は、２５℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃の７点とし、各々、温度を一定に保ちながら歪比を−０．５，−０．２５，０，０．２５，０．５、１としたときの破断歪を採取し、横軸を歪比ρ、縦軸を限界歪ε_ｆとしてプロットして７枚のグラフとした。

図１５はステップ２，ステップ３を実行したこところを説明する図である。歪比を−０．５，−０．２５，０，０．２５，０．５、１毎に、横軸を温度Ｔ（℃）、縦軸を限界歪ε_ｆとしてプロットして６枚のグラフとした。

図１５のグラフのうち、ρ＝−０．５、−０．２５，０，０．２５，０．５については、破断歪最大値とそれを与える破断歪最大温度が確認できる。

図１５のグラフに描かれた曲線を用いて予め定められた温度Ｔ_ｋ＝１７５（℃）における限界歪ε_ｆを読み取り、温間ＦＬＤデータとする。図１５のグラフで、黒色の丸（●）が読み取られる値である。

図１６はステップ４を実行したところを説明する図である。テップ３で読み取った温間ＦＬＤデータをプロットしたグラフが図１６である。このような作業を積み重ねることにより作成された温間ＦＬＤ−Ａが図４（ａ）に示す温間ＦＬＤである。
（温間ＦＬＤ−Ｂ）
図１７〜図１９を用いて温間ＦＬＤ−Ｂの作成について説明する。

図１７はステップ１を実行したところを説明する図である。

温度は、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃の８点とし、各々、温度を一定に保ちながら歪比を−０．５，−０．２５，０，０．２５，０．５、１としたときの破断歪を採取し、横軸を歪比ρ、縦軸を限界歪ε_ｆとしてプロットして８枚のグラフとした。

図１８はステップ２，ステップ３を実行したこところを説明する図である。歪比を−０．５，−０．２５，０，０．２５，０．５、１毎に、横軸を温度Ｔ（℃）、縦軸を限界歪ε_ｆとしてプロットして６枚のグラフとした。

図１８のグラフのうち、ρ＝−０．５、−０．２５，０，０．２５，０．５、１については、破断歪最大値とそれを与える破断歪最大温度が確認できる。

図１８のグラフに描かれた曲線を用いて予め定められた温度Ｔ_ｋ＝６５（℃）における限界歪ε_ｆを読み取り、温間ＦＬＤデータとする。図１８のグラフで、黒色の丸（●）が読み取られる値である。

図１９はステップ４を実行したところを説明する図である。ステップ３で読み取った温間ＦＬＤデータをプロットしたグラフが図１９である。このような作業を積み重ねることにより作成された温間ＦＬＤ−Ａが図４（ｂ）に示す温間ＦＬＤである。

表１を用いて第２の実施形態である薄板の割れ判定について説明する。

表１において、１〜８は本発明例であり、９〜１４は比較例である。

材料はＡ、Ｂの２種類を用いる。

ＦＬＤは、オーステナイト(γ)を含有する鋼材の破断歪最大値、破断歪最大温度を考慮して作成したＦＬＤ−Ａ（材料Ａ用で表１では「Ａ」と記す）、ＦＬＤ−Ｂ（材料Ｂ用で表１では「Ｂ」と記す）、および、オーステナイト(γ)を含有する鋼材の破断歪最大値、破断歪最大温度を全く考慮しないで作成したＺ１，Ｚ２を用いる。

応力歪線図は、オーステナイト(γ)を含有する鋼材の破断歪最大値、破断歪最大温度を考慮して作成したＳＳ−Ａ（材料Ａ用で表１では「Ａ」と記す）、ＳＳ−Ｂ（材料Ｂ用で表１では「Ｂ」と記す）、および、オーステナイト(γ)を含有する鋼材の破断歪最大値、破断歪最大温度を全く考慮しないで作成したＺ１，Ｚ２を用いる。

板厚、ＢＨＦ、摩擦係数、成形速度、加工温度１，加工温度２、加工温度３は表１に記載されたとおりである。

成形性評価１、成形性評価２、成形性評価３は、ぞれぞれ、加工温度１，加工温度２、加工温度３において、表１記載の板厚、ＢＨＦ、摩擦係数、成形速度で解析を実行したときに、「割れ発生」と判断される場合には「×」、「割れなし」と判断される場合には「○」と評価する。

総合評価は実験と解析の割れ判定が３条件中３条件とも一致していれば「◎」、実験と解析の割れ判定が３条件中２条件一致していれば「○」、実験と解析の割れ判定が３条件中１条件以下一致の場合は「×」とする。

なお、Ａ材は２５℃で成形した場合には割れが発生するが、１５０℃、１７５℃で成形した場合には割れは発生しなかった。また、Ｂ材は２５℃で成形した場合には割れが発生するが、７５℃、６５℃で成形した場合には割れは発生しなかった。

以上の条件の下で解析結果と実験結果を照合すると、本発明例１〜８では◎ないし○であり、優れた効果が認められるが、比較例９〜１４では、×であった。
図７は、番号１（本発明例）の判定結果を示したものであり、本発明の方法を用いて、室温（２５℃）における成形、温間（１５０℃）における成形を行った場合の割れの有無の判定をおこなったものである。
本発明の方法を用いると、室温（２５℃）成形を行った場合には割れが発生するが、温間（１５０℃）においては、割れが発生しない。

有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーションの結果に基づいて温間ＦＬＤモデルにより弾塑性材料の温間成形性を評価する方法において利用可能である。

１ ダイ
２ ブランクホルダ
３ パンチ
４ ドロービード
５ 被加工材
６ 加工時のパンチの方向
１１ 試験機のつかみ部
１２ 引張試験片
１３ 評価距離
１４ 引張方向
２１ ダイ
２２ ブランクホルダ
２３ パンチ
２４ ドロービード
２５ 被加工材
２６ 加工時のパンチの方向
２７ 恒温浴
２８ ヒータ
２９ シリコンオイル
３０ ブランクホルダ押さえ用バネ
３１ 割れ

Claims (6)

1. オーステナイト(γ)を含有する鋼材の成形性評価に用いる温間ＦＬＤを作成する方法であって、
   予め定められた温度Ｔ_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（℃）一定状態の下で、異なる歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）における限界歪ε_ｆｉｊの値（以下、「データ１」という。）を実験により求めるステップと、
   前記データ１を歪比ρ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）毎に温度Ｔ_ｉと限界歪ε_ｆｉｊとのＩ個のデ ータから構成されるＪ個のグループに分類し、グループ毎にＩ個のデータを満足する曲線を求めるステップと、
   前記各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｋ（℃）（ｋ＝1〜Ｋ）に対応する歪比ρ_ｊと限界歪ε_ｆｋｊ（以下、「温間ＦＬＤデータ」という。）とを求めるステップと、
   前記温間ＦＬＤデータから、最大歪ε_１、最小歪ε_２、温度Ｔ（℃）から構成される温間ＦＬＤを作成するステップと、
   を有することを特徴とする薄板の割れ評価方法。
2. 前記Ｉを３〜１０、Ｊを３〜２０、Ｋを３〜１０とすることを特徴とする請求項１に記載の薄板の割れ評価方法。
3. 請求項１または請求項２により作成された温間ＦＬＤを用いて薄板の成形性評価を行うことを特徴とする薄板の割れ評価方法。
4. 有限要素法を用いた薄板のプレス成形シミュレーションに用いる応力歪線図を作成する方法であって、
   予め定められた温度Ｔ_ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）（℃）一定状態の下で、異なる歪ε_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）における応力σ_ｍｎの値（以下、「データ２」という。）を実験により求めるステップと、
   前記データ２を歪がε_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）毎に温度Ｔ_ｍと応力σ_ｍｎとのＭ個のデータから構成されるＮ個のグループに分類し、グループ毎にＭ個のデータを満足する曲線を求めるステップと、
   前記各曲線について前記とは別に予め定めた温度Ｔ_ｌ（℃）（ｌ＝1〜Ｌ）に対応する歪ε_ｎとσ_ｌｎ（以下、「応力歪線図データ」という。）とを求めるステップと、
   を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄板の割れ評価方法。
5. 前記Ｍを３〜１０、Ｎを１０〜１０００００、Ｌを３〜１０以上とすることを特徴とする請求項４記載の薄板の割れ評価方法。
6. 請求項４または請求項５により作成された応力歪み線図を用いて薄板の成形性評価を行うことを特徴とする薄板の割れ評価方法。