JP2017047427A - ブランク形状決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ以外の部位への影響を少なくでき、効率的に伸びフランジ割れを回避できるブランク形状決定方法を提供する。【解決手段】本発明に係るブランク形状決定方法は、初期形状のブランク３を用いてプレス成形を行い、伸びフランジ変形部のフランジ端部のひずみ量を求めるひずみ量取得工程と、ひずみ量取得工程で取得されたひずみ量の最大値と最小値の間にあるひずみ量であって、初期形状のブランク形状を修正するためのひずみ量の基準値を決定する基準値決定工程と、ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より大きい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が大きくなるように修正し、前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より小さい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が小さくなるように修正するブランク形状修正工程とを備えたものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、フランジを有する製品形状の成形品を成形する際に発生するフランジの割れを回避するためにブランク形状を修正してブランク形状を決定するブランク形状決定方法に関する。

近年、自動車車体の軽量化と衝突安全性を両立させるために、自動車部品への高張力鋼板の適用が進んでいる。一般的に鋼板の強度が上昇すると成形性は低下するため、高張力鋼板のプレス成形ではしばしば割れが発生し、適用拡大の妨げとなっている。特に、フランジを有する製品形状の成形品において、成形中に線長が伸びる変形、つまり伸びフランジ変形を受ける部位において伸びフランジ割れが問題となる。

この問題を解決するために伸びフランジ割れに対する種々の対策が提案されている。
例えば、特許文献１には、内側に凹んだ凹状外周縁に形成される凸状フランジ部の中央部下端に生じる伸びフランジ割れを防止するために、凸状フランジ部となるブランク部の輪郭形状を、滑らかに結ばれた輪郭形状とすることが提案されている。
また、他の提案として特許文献２では、伸びフランジ部のブランク端部のコーナー半径を大きくとることで割れを回避できるブランク形状が提案されている。

特開２００９−１６０６５５号公報 特許第４９５９６０５号公報

特許文献１、特許文献２ともに、従来の決定方法で決められるブランク初期形状に対し、伸びフランジ割れ発生危険部のブランク形状を大きくする（余肉を付与する）方向にブランク形状を修正している。
一方、平坦なブランクが立体の成形品になるためには、部品全体が受ける変形量はほぼ決まっているため、ある箇所の変形量が小さくなると別の箇所の変形量が大きくならざるを得ない、いわゆるトレードオフの関係となる。

上記の特許文献１、２で示されるように、フランジに対応する部位のブランク形状を大きくして（余肉を付与して）フランジの変形量が小さくなると、フランジに接続するダイ肩部のようにフランジ以外の部位での変形量が増大し、当該部位に大きな板厚減少や割れの危険性が生じる。
また、余肉付与によりブランク寸法は大きくなることから、材料の歩留まりが低下するという問題もある。従って、ブランク初期形状からの修正量はできるだけ少ないことが望ましい。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、フランジ以外の部位への影響を少なくでき、効率的に伸びフランジ割れを回避できるブランク形状決定方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るブランク形状決定方法は、プレス成形時に線長が伸びる変形を受ける伸びフランジ変形部を有する成形品をプレス成形する方法におけるブランク形状決定方法であって、
初期形状のブランクを用いてプレス成形を行い、前記伸びフランジ変形部のフランジ端部のひずみ量を求めるひずみ量取得工程と、
該ひずみ量取得工程で取得されたひずみ量の最大値と最小値の間にあるひずみ量であって、前記初期形状のブランク形状を修正するためのひずみ量の基準値を決定する基準値決定工程と、
前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より大きい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が大きくなるように修正し、前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より小さい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が小さくなるように修正するブランク形状修正工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記基準値決定工程は、ひずみ量εの平均値である平均ひずみ量ε_ｍを基準値として決定し、
前記ブランク形状修正工程は、ブランク面内であってブランク端部の稜線に垂直な方向の修正量をλ（mm）、補正係数をφ（mm）（φ＞0）とし、下式（１）によって前記修正量λを決定することを特徴とするものである。
λ＝φ（ε-ε_ｍ）/ε_ｍ ・・・ （１）

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のブランク形状決定方法で得られた修正ブランク形状をブランク初期形状として、上記（１）又は（２）に記載の前記ひずみ量取得工程、前記基準値決定工程及びブランク形状修正工程を少なくとも１回行うことを特徴とするものである。

本発明においては、初期形状のブランクを用いてプレス成形を行い、伸びフランジ変形部のフランジ端部のひずみ量を求めるひずみ量取得工程と、該ひずみ量取得工程で取得されたひずみ量の最大値と最小値の間にあるひずみ量であって、前記初期形状のブランク形状を修正するためのひずみ量の基準値を決定する基準値決定工程と、前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より大きい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が大きくなるように修正し、前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より小さい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が小さくなるように修正するブランク形状修正工程とを備えたことにより、プレス成形時に線長が伸びる変形を受ける伸びフランジ変形部を有する成形品をプレス成形する方法におけるブランク形状を、フランジ以外の部位への影響を少なくでき、効率的に伸びフランジ割れを回避できるブランク形状として決定することができる。

本発明の実施の形態に係るブランク形状決定方法の工程の説明図である。 本発明の実施の形態に係るブランク形状決定方法において用いたブランク初期形状と、成形品形状の説明図である。 本発明の実施の形態のひずみ量取得工程で取得されたひずみ量（板厚減少率）を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態のブランク形状修正工程によって修正されたブランク形状の説明図である。 本発明の実施の形態のブランク形状修正工程において形状を修正する修正量λを説明するグラフである。 本発明が対象としている成形品の形状の他の態様の説明図である。 実施例１、２の成形品の説明図である。 実施例１、２におけるプレス成形方法の説明するための斜視図である。 実施例１、２におけるプレス成形方法の説明するための断面図である。 実施例１におけるブランク初期形状の説明図である。 実施例１のひずみ量取得工程で取得されたひずみ量（板厚減少率）を説明するためのグラフである。 実施例１のブランク形状修正工程において形状を修正する修正量λを説明するグラフである。 実施例１の効果を説明する説明図である。 実施例２のひずみ量取得工程で取得されたひずみ量（板厚減少率）を説明するためのグラフである。 実施例２のブランク形状修正工程において形状を修正する修正量λを説明するグラフである。 実施例２の効果を説明する説明図である。

本発明の実施の形態においては、伸びフランジ変形部を有する成形品として図２（ｂ）に示すようなフランジアップとなる成形品１のプレス成形を例に挙げて説明する。
図２（ａ）に示すようなブランク３の端部を折り曲げて図２（ｂ）に示すようにフランジ５を成形すると、フランジ５の屈曲部の線長は増加し伸びフランジ変形となる。これはフランジ５が屈曲していることに起因しており、屈曲曲率半径が小さい場合は、屈曲中央部５ａにひずみが集中して割れが生じる。

本実施の形態は、このようなプレス成形を行うに際して、フランジ５の屈曲端部の割れを回避するためのブランク形状決定方法であり、図１に示すように、ひずみ量取得工程と、基準値決定工程と、ブランク形状修正工程とを備えたものである。
以下、各工程を詳細に説明する。

＜ひずみ量取得工程＞
ひずみ量取得工程は、初期形状のブランク３を用いてプレス成形を行い、ひずみを評価する領域、すなわち形状修正の対象となる領域を決定し、当該領域での伸びフランジ変形部のフランジ端部のひずみ量を求める工程である。ひずみ量は、所定の成形高さ、あるいはプレス下死点（最下点）におけるものを求める。

図３は、ひずみ量取得工程で得られたひずみ量の具体例を示すものであり、横軸が図２（ｂ）の成形品１における形状修正の対象となるブランク初期形状端部の稜線に沿った各ポイント（位置）を示し、縦軸が板厚減少率［％］を示している。図３に示されるように、フランジ５の屈曲中央部５ａにおいて板厚減少率はピークとなっておりひずみが集中していることがわかる。このピーク値が材料の破断限界に達したときに割れが生じる。したがって、このピーク値をいかに低くするか、つまり、いかにこのひずみを分散することができるかが割れを抑制するために重要となる。

なお、上記の説明ではひずみ量として板厚減少率を例示したが、周方向のひずみ、相当塑性ひずみなど変形状態を評価できるひずみ量であれば特に限定されない。
また、ひずみ量を求めるために行うプレス成形は、実際にプレス成形を行うものであってもよいし、あるいはＦＥＭ等による数値解析によるプレス成形であってもよい。

＜基準値決定工程＞
基準値決定工程は、ひずみ量取得工程で取得されたひずみ量の最大値と最小値の間にあるひずみ量であって、前記初期形状のブランク形状を修正するためのひずみ量の基準値を決定する工程である。
なお、ひずみ量の基準値を、ひずみ量取得工程で取得されたひずみ量の最大値と最小値の間にある値としているのは、形状修正の対象としている領域において、フランジ幅を大きくする部位と小さくする部位が生ずるようにするためである。つまり、形状修正の対象としている領域では、余肉を付与する部位と、削ぐ部位とが必ず存在する。
ひずみ量の基準値としては、例えば、上述したひずみ量を取得した領域でのひずみの平均値ε_ｍを用いることができる。

＜ブランク形状修正工程＞
ブランク形状修正工程は、ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が基準値より大きい箇所については、該箇所に相当する初期形状のブランク形状をフランジ幅が広がるように修正し、ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が基準値より小さい箇所については、該箇所に相当する初期形状のブランク形状をフランジ幅が小さくなるように修正する工程である。
つまり、ひずみが大きな箇所には余肉を付与し、ひずみが小さな箇所は削ぐというものである。

フランジ幅が広がる屈曲部では外力に対する抵抗が大きくなり変形しにくくなる。一方、フランジ幅が狭くなる直線部では外力に対する抵抗が小さくなり変形しやすくなる。これによりフランジ５に生じるひずみを分散することができる。
また、形状修正の対象とする領域において、必ず削ぐ箇所と余肉付与する箇所があるので、当該領域内で変形の難易を調整することができ、他の部位に影響を与えることが少ない。

ここで、ブランク形状修正工程における、修正量の決定方法の具体例について説明する。
図４に示すようにブランク初期形状（破線）において、フランジ幅が広がる方向を正とし、ブランク面内であってブランク端部の稜線に垂直な方向（図中の矢印参照）のブランク修正量をλとすると、本実施の形態では下式（１）に示す修正量λを用いる。
λ＝φ（ε-ε_ｍ）/ε_ｍ ・・・ （１）
ある箇所のひずみεが平均値ε_ｍより大きな場合はλ＞０、つまり余肉を付与することとなり、ひずみεが平均値ε_ｍより小さい場合はλ＜０、つまり削ぐこととなる。
φ[mm]（φ＞0）は補正係数である。

式（１）において、（ε-ε_ｍ）/ε_ｍは、形状修正の対象となった領域における相対的な修正量を示しており、この相対的な修正量を、実際に修正するための修正量に変換するための係数がφ[mm]である。なお、φ[mm]の値は、フランジ幅等に基づいて適宜設定すればよい。

式（１）に基づいて計算することで、図５に示すように、各位置での修正量λが求まる（図５の○印参照）。ここで、ひずみの評価する点が少ない場合は、修正量λの曲線を数式により近似し、点間を補完してもよい。用いる関数はひずみ分布を近似できるものであればどの関数でもよく、例えば、三角関数、指数関数、対数関数、双曲線関数、正規分布関数などがある

図５で示した修正量λを用いてブランク端部の形状を求めたものが図４の実線の形状となる。
図４に示されるように、ブランク３におけるフランジ５の中央に対応する部位では、フランジ幅を大きくするような修正を行い、ブランク３におけるフランジ５の端部寄りの部位では、フランジ幅を小さくするような修正を行う。

本実施の形態によれば、ひずみが大きな箇所には余肉を付与し、ひずみが小さな箇所は削ぐことで、少ない修正量で効率的にひずみを分散することができる。また、余肉を付与した部位は変形が抑制され、削いだ部位は変形が促進されることから、フランジ５全体の変形量は修正前から大きく変わることはない。これにより、例えばダイ肩部の極端な板厚減少やダイ肩部の割れ等のフランジ５以外の部位の成形に影響を及ぼすようなことがなく、伸びフランジ割れを回避することができる。

なお、上記の説明は初期形状のブランク３に対して本発明を適用する例であるが、本発明を適用して修正したブランク３に対して、再度、ひずみ量取得工程と、基準値決定工程及びブランク形状修正工程とを少なくとも１回行ってブランク形状を修正するようにしてもよい。
このように、本発明を繰り返し行うことで、より広いひずみ分散の効果を得ることができる。

本発明の効果が得られる成形品の形状として、前述のフランジアップ成形のようにフランジ５を折り曲げてプレス方向に平行なフランジ５を有する成形品１に加え、図６に示すようなプレス方向に直交するフランジ５を有する成形品７も挙げられる。

本発明の効果を検証するために図７に示すフランジアップの成形品１のプレス成形を行なった。
フランジ高さは30mm、フランジ屈曲部の曲率半径は60mm、フランジ直線部の長さは60mm、曲げ部の肩部Ｒ半径は5mmである。用いた金型の斜視図を図８、断面図を図９に示す。
ダイ９とブランクホルダ１０でブランク３を固定し、パンチ１１を下降させることでフランジアップ成形を行なった。ブランクホルダ１０の押さえ荷重は50tonfとした。材料は590MPa級鋼板（板厚1.2mm）を使用した。ブランク初期形状を図１０に示す。

本実施例では、伸びフランジ部に相当するブランク端部において形状修正を検討した。検討はFEMによる数値解析で行なった。
まず、ブランク初期形状でプレス成形解析を行い下死点におけるフランジ端部の板厚減少率を評価した。評価する点はブランク初期形状端部の稜線に沿った方向に等間隔に１５箇所とした。図１１に板厚減少率の分布を示す。屈曲中央部で最大18.7％の板厚減少率となり、割れが確認された。

本実施例１におけるブランク修正量をλ_１、補正係数をφ_１とする。
図１１の板厚減少率の分布からブランク修正量λ_１を本発明（式（１））により決定する。板厚減少率の平均値ε_ｍは7.7％、εには各点での板厚減少率を代入する。補正係数φ_１[mm]は0.2、0.3、0.4の３条件とした。ここで、得られた修正量λ_１は評価する点が少ないため、正規分布関数で回帰し、点間を補完した。算出された各補正係数での修正量λ_１を図１２に示す。

修正した各ブランクを用いて再度プレス成形解析を行なった。図１３に、補正係数φ_１＝0（比較例）、0.2（本発明例１）、0.3（本発明例２）、0.4（本発明例３）における最大板厚減少率を示す。比較例は修正を行っていないブランク初期形状での結果である。本発明により最大板厚減少率は低減し割れは見られなかった。また、補正係数φ_１＝0.3で最大板厚減少率は最も低くなり、大きなひずみ分散効果が確認された。

本実施例２では実施例１で最も効果があった補正係数φ_１＝0.3での解析結果において、下死点での板厚減少率を基に再度本発明を実施し、ひずみ分散効果を検討した。
プレス成形に用いた金型、材料、成形条件は実施例１と同様である。
図１４に本発明例２の補正係数φ_１＝0.3での下死点におけるフランジ端部の板厚減少率を示す。屈曲中央部からわずかに外れた２箇所でピークとなる分布となった。

本実施例２におけるブランク修正量をλ_２、補正係数をφ_２とする。
図１４の板厚減少率の分布からブランクの修正量λ_２を本発明（式（１））により決定した。板厚減少率の平均値ε_ｍは7.1％、εにはブランク初期形状端部の稜線に沿った各点での板厚減少率を代入する。補正係数φ_２は0.1、0.15、0.2の３条件とした。２箇所のピークとなる修正量λ_２の少ない評価点を補間するために、平均値の異なる２つの正規分布関数を足し合わせることで回帰した。算出された各補正係数での修正量λ_２を図１５に示す。

修正した各ブランクを用いて再度プレス成形解析を行ない、その最大板厚減少率を図１６に示す。１度目の本発明（本発明例２）では最大板厚減少率は13.7％であったのに対し、再度本発明を適用したもの（本発明例４、５、６）では最大板厚減少率はさらに低減し、補正係数φ_２＝0.15で最大板厚減少率は最も低くなった。これにより、本発明を繰返し行なうことで、さらに大きなひずみ分散効果が得られることが実証された。

１ 成形品
３ ブランク
５ フランジ
５ａ 屈曲中央部
７ 成形品（図６）
９ ダイ
１０ ブランクホルダ
１１ パンチ

Claims (3)

1. プレス成形時に線長が伸びる変形を受ける伸びフランジ変形部を有する成形品をプレス成形する方法におけるブランク形状決定方法であって、
   初期形状のブランクを用いてプレス成形を行い、前記伸びフランジ変形部のフランジ端部のひずみ量を求めるひずみ量取得工程と、
   該ひずみ量取得工程で取得されたひずみ量の最大値と最小値の間にあるひずみ量であって、前記初期形状のブランク形状を修正するためのひずみ量の基準値を決定する基準値決定工程と、
   前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より大きい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が大きくなるように修正し、前記ひずみ量取得工程で取得したひずみ量が前記基準値より小さい箇所については、該箇所に相当する前記初期形状のブランク形状をフランジ幅が小さくなるように修正するブランク形状修正工程とを備えたことを特徴とするブランク形状決定方法。
2. 前記基準値決定工程はひずみ量εの平均値である平均ひずみ量ε_ｍを基準値として決定し、
   前記ブランク形状修正工程は、ブランク面内であってブランク端部の稜線に垂直な方向の修正量をλ（mm）、補正係数をφ（mm）（φ＞0）とし、下式（１）によって前記修正量λを決定することを特徴とする請求項１に記載のブランク形状決定方法。
   λ＝φ（ε-ε_ｍ）/ε_ｍ ・・・ （１）
3. 請求項１又は請求項２に記載のブランク形状決定方法で得られた修正ブランク形状をブランク初期形状として、請求項１又は２に記載の前記ひずみ量取得工程、前記基準値決定工程及びブランク形状修正工程を少なくとも１回行うことを特徴とするブランク形状決定方法。