JP2021164933A - 金属板のくびれ限界ひずみ特定方法 - Google Patents

金属板のくびれ限界ひずみ特定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】金属板の板縁に引張変形を付与してくびれが発生するくびれ限界ひずみを特定する金属板のくびれ限界ひずみ特定方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法は、板縁３の一部に切欠き形状５を有する２種類以上の板状試験片１について、切欠き底５ａの引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するステップ（Ｓ１）と、引張変形過程における切欠き底５ａのひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるステップ（Ｓ３）と、引張変形過程におけるひずみ増分比に基づいて切欠き底５ａにくびれが発生するくびれ限界ひずみを求めるステップ（Ｓ５）と、２種類以上の板状試験片１について求めたくびれ限界ひずみとその時点のひずみ勾配との関係から、くびれ限界ひずみをひずみ勾配の関数として特定するステップ（Ｓ７）と、を含むことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属板のくびれ限界ひずみ特定方法に関し、特に、金属板の板縁に引張変形を付与してくびれが発生する時点のひずみであるくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を特定する金属板のくびれ限界ひずみ特定方法に関する。
プレス成形品（例えば、自動車用部品や車体骨格）は、金型を用いたプレス成形により量産される。このようなプレス成形においては、ブランク（金属板）の伸びフランジ成形を伴うことが多い。伸びフランジ成形を伴うプレス成形は、成形仕様（プレス成形品形状や金型形状等）によっては、プレス成形途中にブランクの板縁が破断限界に達して割れを生じて問題となる。そのため、プレス成形したときに伸びフランジ成形が破断限界に達するか否かを破断が発生する前に予め判定する必要がある。しかしながら、伸びフランジ成形によるブランクの板縁の変形態様はプレス成型部品の部分ごとに異なり、一律に規定できない。従って、破断限界を破断に至る前に予測する上で、どの様な変形態様にも適用することができる統一した指標が必要である。
従来、伸びフランジ成形における破断限界を予測することができる指標の求め方として、例えば、材料試験と有限要素法による解析(FEM解析)とを組み合わせて行う方法があり、そのような方法として、例えば、特許文献１及び特許文献２が開示されている。
特許文献１に開示されている方法は、初期穴径と穴広げポンチ形状を変えて金属材料のせん断縁での伸びフランジ限界ひずみを求める穴広げ試験と、穴縁の破断限界ひずみ（伸びフランジ限界ひずみ）と穴縁から径方向及び板厚方向のひずみ勾配を算出するFEM解析とを行い、穴広げ試験から求めた伸びフランジ限界ひずみとFEM解析により算出したひずみ勾配との関係から伸びフランジ限界ひずみを特定し、これを破断限界の指標にするものである。
一方、特許文献２に開示されている方法は、板端部に曲率の異なる円弧状が形成された板状試験片のサイドベンド試験を行い、破断部における破断ひずみと円弧状径方向及び接線方向のひずみ勾配とひずみ集中との関係から、伸びフランジ成形を行う際にフランジ端部に発生する破断ひずみを特定するものである。
特開２０１４−１１５２６９号公報 特開２０１１−１４００４６号公報
プレス成形において金属板が変形を受けると塑性変形が進行するが、金属板における特定の板縁に変形が集中するとくびれが発生し、その後、くびれが発生した部位においては早期に割れが発生する。プレス成形品の量産段階では外乱によるばらつきがあるため、プレストライ時にくびれが発生した場合、外乱によるばらつきが原因で量産品に割れが発生しやすい。また、たとえ割れが発生していなくともくびれの発生は成形不良と判定される。
前述した特許文献１及び特許文献２に開示された従来のプレス成形可否判定方法は、プレス成形過程において割れが発生した時点におけるひずみやひずみ勾配を用いて予測される割れ発生の有無を指標とし、プレス成形の可否を判定するものであった。しかしながら、このような方法では、たとえプレス成形過程においてくびれが発生していても割れ発生の有無を指標としてプレス成形可能と判断してしまうため、量産段階におけるプレス成形品のプレス成形可否の判定基準とは異なっており、また、割れに至る前のくびれについて予測することができない。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、伸びフランジ成形を伴うプレス成形において金属板の板縁にくびれが発生したときのくびれ限界ひずみを簡便かつ正確に特定することができるとともに、量産時の割れ発生を事前に予測できる金属板のくびれ限界ひずみ特定方法を提供することを目的とする。
（１）本発明に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法は、金属板の板縁に引張変形を付与してくびれが発生するくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を特定するものであって、
板縁の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状を有し、該切欠き形状の切欠き底に引張変形を付与したときの引張方向に直交する引張直交方向のひずみ勾配が異なる２種類以上の板状試験片について、前記切欠き底の引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するひずみ分布測定ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ分布測定ステップにおいて測定した前記ひずみの引張直交方向の分布から引張変形過程における前記切欠き底のひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ増分比に基づいて前記切欠き底にくびれが発生する時点のひずみであるくびれ限界ひずみを求めるくびれ限界ひずみ取得ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて求めたくびれ限界ひずみと、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ勾配のうち前記くびれ限界ひずみとなる時点のひずみ勾配との関係から、前記くびれ限界ひずみを前記ひずみ勾配の関数として特定するくびれ限界ひずみ特定ステップと、を含むことを特徴とするものである。
（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記ひずみ分布測定ステップは、前記板状試験片に一軸方向の引張荷重を印加することにより前記切欠き底に引張変形を付与することを特徴とするものである。
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記ひずみ分布測定ステップは、画像相関法により前記ひずみの引張直交方向の分布を測定することを特徴とするものである。
本発明においては、板縁の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状を有し、該切欠き形状の切欠き底に引張変形を付与したときに該引張変形に直交する引張直交方向のひずみ勾配が異なる２種類以上の板状試験片について、前記切欠き底の引張変形過程におけるひずみの分布を測定し、該測定したひずみの分布に基づいて前記切欠き底にくびれが発生する時点のくびれ限界ひずみをひずみ勾配の関数として特定することにより、金属板の板縁にくびれが発生するくびれ限界ひずみを簡便にかつ正確に特定することができる。
さらに、本発明によれば、プレス成形シミュレーションにより、伸びフランジ成形を伴うプレス成形品のプレス成形過程において破断に至る前のくびれ発生を正確に予測することができ、量産段階における外乱に起因する前記プレス成形品の破断を防ぐことが可能となる。
本発明の実施の形態に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法における処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施の形態で用いる板状試験片を説明する図である。 本発明の実施の形態で用いる板状試験片により測定するひずみを説明する図である（（ａ）切欠き形状の拡大図、（ｂ）最大主ひずみと最小主ひずみ）。 本発明の実施の形態において、くびれ限界ひずみを求める方法の一例を説明する図である。 本発明の実施の形態において、２種類以上の板状試験片について求めたくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を示すグラフである。 本実施の形態及び実施例で用いた切欠き形状の異なる板状試験片を示す図である。 本発明で用いる板状試験片に形成される切欠き形状の具体例を説明する図である。 実施例において、鋼種αについて特定したくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を示すグラフである。 実施例において、鋼種βについて特定したくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を示すグラフである。 実施例において、本発明により特定されたくびれ限界ひずみに基づいてプレス成形可否の判定対象としたプレス成形品を平面視した図である。 実施例において、本発明により特定されたくびれ限界ひずみとひずみ勾配の関係と、プレス成形品において伸びフランジ成形を受けた部位のくびれ限界ひずみを示すグラフである。
本発明の実施の形態に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法は、図２に一例として示すように引張変形を付与して金属板の板状試験片１の切欠き底５ａにくびれが発生するくびれ限界ひずみを特定するものであって、図１に示すように、ひずみ分布測定ステップＳ１と、ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップＳ３と、くびれ限界ひずみ取得ステップＳ５と、くびれ限界ひずみ特定ステップＳ７と、を含むものである。
以下、上記の各工程について説明する。
＜ひずみ分布測定ステップ＞
ひずみ分布測定ステップＳ１は、図２に示すように、板縁３の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状５を有し、引張変形を付与したときの引張方向（図２のy方向）に直交する引張直交方向（図２のx方向）の切欠き底５ａのひずみ勾配が異なる２種類以上の板状試験片１のそれぞれについて、引張変形を付与して切欠き底５ａにくびれを発生させる引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するステップである。
ひずみ分布測定ステップＳ１においては、図２に示す切欠き底５ａのひずみ勾配が異なるように、板縁３の一部が内側に向かって半円状に切り欠かれた切欠き形状５を有し、切欠き形状５の切欠き半径R及び／又は切欠き底５ａから反対側の板縁３までの距離（リガメント長さL）が異なる２種類以上の板状試験片１を用いる。
切欠き形状５の切欠き半径R及びリガメント長さLは、引張変形を付与して切欠き底５ａに生じるひずみ勾配を左右するファクターであり、切欠き半径R及び／又はリガメント長さLを変更することで、切欠き底５ａに引張変形を付与したときのひずみ勾配が異なるようにすることができる。具体的には、切欠き半径Rが小さく、又は、リガメント長さLが短かいほど、ひずみ勾配は大きくなる。
なお、板状試験片１に形成する切欠き形状５の好適な寸法は、切欠き半径Rが0mm以上500mm以下、リガメント長さLが1mm以上500mm以下（板状試験片１の最大幅未満）である。これらの寸法の上限を超える切欠き形状５とした場合、切欠き底５ａに引張変形を付与してくびれを発生させるためには巨大な引張試験機が必要となり、実用性に欠けるために好ましくない。なお、切欠き半径が1mm以上450mm以下、リガメント長さLが1mm以上450mm以下とするとさらによい。
そして、本実施の形態では、上記のとおりひずみ勾配が異なるように切欠き形状５が形成された２種類以上の板状試験片１のそれぞれについて、板状試験片１の面内の一軸方向に引張荷重を印加する引張試験機により切欠き底５ａに引張変形を付与する。
ひずみ分布測定ステップＳ１において取得するひずみは、引張方向（図３中のy方向、長手方向）のひずみである最大主ひずみε1と、引張直交方向（図３中のx方向、幅方向）のひずみである最小主ひずみε2とする。
最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2の引張直交方向の分布は、例えば、画像相関（ＤＩＣ）法により、切欠き底５ａを含む範囲に対して引張変形中の所定の時間ステップで測定すればよい。画像相関法によりひずみ分布を測定する場合、予め線又は点が所定間隔で表面に印刷された板状試験片１や、微細な凹凸が所定間隔で表面に形成された板状試験片１を用いればよい。画像相関法においては、切欠き形状５を含む板状試験片１の表面を撮影するためのカメラを設置し、切欠き底５ａに引張変形を付与している過程における切欠き形状５の変形を撮像して画像解析することにより、最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2それぞれの分布が得られる。
もっとも、ひずみ分布測定ステップＳ１は、画像相関法によりひずみの分布を測定するものに限るものではなく、例えば、板状試験片１の表面にひずみゲージを引張直交方向に沿って貼付することにより、切欠き底５ａから引張直交方向のひずみの分布を所定の時間ステップで測定してもよい。
また、ひずみ分布測定ステップＳ１においては、実際のプレス機でプレス成形を行う場合のひずみ速度が0.01/secから1/secの範囲であることから、切欠き底５ａに付与する引張変形のひずみ速度が0.01/secから1/secの範囲となるように設定することが好ましい。
＜ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップ＞
ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップＳ３は、２種類以上の板状試験片１のそれぞれについて、ひずみ分布測定ステップＳ１において測定したひずみの分布から引張変形過程における切欠き底５ａのひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるステップである。
ひずみ増分比redgeは、JIS2254（2008）などに規定される「塑性ひずみ比」（板厚方向対数ひずみε3に対する板幅方向対数ひずみε2の比）を参照し、体積一定則［板厚方向ひずみε3＝−（板長手方向ひずみε1＋板幅方向対数ひずみε2）］を用いて以下の式（１）により定義した。
Figure 2021164933
式（１）において、dε1及びdε2は、それぞれ、板縁３の切欠き形状５におけるひずみ集中部（切欠き底５ａ）における最大主ひずみε1（板状試験片１の長手方向（引張方向）対数ひずみ）及び最小主ひずみε2（板状試験片１の幅方向（引張直交方向）対数ひずみ）の単位時間増分を示す。
一方、ひずみ勾配dε/dxは、切欠き底５ａにおける最大主ひずみε1の引張直交方向の傾きと定義し、ひずみ分布測定ステップＳ１において測定したひずみの引張直交方向の分布から求める。
ひずみ勾配は、例えば、切欠き底５ａにおけるひずみと切欠き底５ａから引張直交方向に所定の距離（1〜100mm）におけるひずみとの差を、当該所定の距離で割ることにより求めればよい。
＜くびれ限界ひずみ取得ステップ＞
くびれ限界ひずみ取得ステップＳ５は、２種類以上の板状試験片１のそれぞれについて、ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップＳ３において求めたひずみ増分比redgeに基づいて切欠き底５ａにくびれが発生する時点のひずみをくびれ限界ひずみとして求めるステップである。
ひずみ増分比redgeに基づいてくびれ限界ひずみを求める理由は、以下のとおりである。
板状試験片１に面内一軸方向（図２中のy方向）の引張荷重を付与した場合、板縁３の変形は幅方向（図２中のx方向）の拘束がないため単軸引張状態となる。このため、ひずみ増分比redgeは、板縁３にくびれが発生する以前では引張方向のr値と一致する。すなわち、板状試験片１の板厚方向の対数ひずみε3から、r＝ε2／ε3＝−ε2／（ε1＋ε2）の関係があり、（１）式のredgeと一致する。しかしながら、くびれ発生以降では、切欠き底５ａに発生したくびれに引張変形が集中するため、（１）式に示す最大主ひずみε1がより大きくなり最小ひずみε2がより減少してくびれ発生位置におけるひずみ増分比redgeはr値よりも減少する。
そこで、本発明ではこのようなひずみ増分比に関する特徴を利用し、引張変形過程においてひずみ増分比redgeが引張方向のr値から乖離した時点で切欠き底５ａにくびれが発生したものとし、当該乖離した時点におけるひずみをくびれ限界ひずみとして求める。
そして、本実施の形態では、図４に示すように、くびれ発生以降におけるひずみ増分比redgeと最大主ひずみとの関係を線形近似し、当該近似直線と引張方向のr値との交点における最大主ひずみをくびれ限界ひずみとする。
なお、本発明は、上記の方法に限るものではなく、ひずみ増分比redgeとr値との乖離を特定する任意の指標を用いるものであってもよい。例えば、ひずみ増分比redgeとr値の比を指標とする場合、当該指標が所定の値以下、例えば1未満となった時点における最大主ひずみをくびれ限界ひずみとすればよい。
＜くびれ限界ひずみ特定ステップ＞
くびれ限界ひずみ特定ステップＳ７は、２種類以上の板状試験片１について求めたくびれ限界ひずみと、引張変形過程においてくびれ限界ひずみとなる時点におけるひずみ勾配との関係から、くびれ限界ひずみをひずみ勾配の関数として特定するステップである。
一例として、図６に示す５種類の板状試験片１（タイプＡ〜タイプＥ）について求めたくびれ限界ひずみと、引張変形過程において各板状試験片１の切欠き底５ａがくびれ限界ひずみとなった時点のひずみ勾配と、をプロットしたグラフを図５に示す。
図６に示す板状試験片１は、いずれも板縁３に半円状の切欠き形状５が形成されたものであり、切欠き底５ａから内側に向かう引張直交方向におけるひずみ勾配が異なるように、切欠き形状５の切欠き半径R及び／又はリガメント長さLを変更したものである。
そして図５に示すように、２種類以上の板状試験片１について求めたくびれ限界ひずみ（図中の縦軸）とひずみ勾配（図中の横軸）との関係に基づいて、くびれ限界ひずみ[Y]をひずみ勾配[X]の関数Y＝f(X)で特定することができる。
また、図５に示すグラフにおいて、ひずみ勾配[X]の関数として特定されたくびれ限界ひずみ[Y]以下の範囲（図５中の斜線部）は、くびれを発生させずにプレス成形することができる成形可能範囲を示す。
そして、例えば、実際にプレス成形を行う前に、伸びフランジ成形を伴うプレス成形品の有限要素法によるプレス成形シミュレーションを行い、FEM解析により計算されたひずみεFEMとひずみ勾配dε/dxFEMとを図５に示すくびれ限界ひずみとひずみ勾配との線図に適用することで、くびれを発生させずにプレス成形することが可能か否かを判定することが可能となる。
具体的には、FEM解析により求められたひずみεFEMと、当該ひずみが得られた位置におけるひずみ勾配dε/dxFEMをくびれ限界ひずみ[X]の評価関数f(X)に代入した値f(dε/dxFEM)とを比較し、εFEM＜f(dε/dxFEM)であればくびれが発生せずに成形可、εFEM＞f(dε/dxFEM)であればくびれが発生するために成形不可、と判定することができる。
以上、本実施の形態に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法によれば、金属板の板縁に引張変形が付与されてくびれが発生するくびれ限界ひずみを、複数の専用工具や試験装置を必要とせず、簡便にかつ正確に特定することができる。
その上、本実施の形態に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法によれば、伸びフランジ成形を伴うプレス成形品のプレス成形シミュレーションの解析結果に基づき、伸びフランジ成形を受ける部位におけるくびれ発生の有無を予測して破断に至る前に対処することができ、該プレス成形品の量産段階における外乱のばらつきなどに起因する破断を防ぐことが可能となる。
なお、上記の説明において、板状試験片１に形成された切欠き形状５は、図２に示すように半円状のものであった。もっとも、切欠き形状５に限らず、例えば、図７（ａ）に示すような短軸側が内側に切り欠かれた横長の半楕円状、図７（ｂ）に示すような長軸側が内側に切り欠かれた縦長の半楕円状、あるいは、図７（ｃ）に示すような内側に位置する一つ頂点が所定の切欠き半径Rで丸みを有する略三角形状のものであってもよく、切欠き底５ａに引張変形を付与してくびれを発生させることができ、かつ、切欠き底５ａにおけるひずみ勾配を変更することができる形状であればよい。
また、上記の説明は、単軸引張試験機を用いて板状試験片１の面内一軸方向に引張荷重を印加することで、切欠き底５ａに引張変形を付与するものであったが、引張変形を付与する方法はこれに限らず、切欠き底５ａのある側の板縁を切欠き底５ａをはさんで２点以上で支持し、切欠き底５ａの反対側の板縁を押して、板状試験片１の面内で曲げ変形となるような荷重を印加することで切欠き底５ａに局所的な引張変形を付与するものであってもよい。
また、本発明において、板状試験片は金属板であれば良く、具体例としては、鋼板、アルミニウム合金板、マグネシム合金板、チタン合金板、等が挙げられる。また、板状試験片１の材料強度について制限はない。
さらに、板状試験片の板縁に引張変形を付与した際のくびれの発生は、切欠き底５ａにおいて、打ち抜き又はせん断等といった板状試験片作製時の加工の違いによる金属板の端面性状の影響を受ける。そのため、本発明においては、実際のプレス成形品のプレス成形に供するブランクと同じように打ち抜き又はせん断等といった加工を行って切欠き底５ａの端面性状が同じとなるように作製した板状試験片を用いることが好ましい。
なお、上記の説明は、伸びフランジ成形を受けてくびれが発生するくびれ限界ひずみを特定するものであったが、本発明は、バーリング加工において成形される穴縁に発生するくびれのくびれ限界ひずみを特定するものを対象としてもよい。
本発明に係る金属板のくびれ限界ひずみ特定方法の作用効果を確認するための検証を行ったので、以下、これについて説明する。
[くびれ限界ひずみの特定]
実施例では、まず、金属板として引張強度の異なる２つの鋼板（鋼種α：板厚1.2mm、引張強度590MPa級、鋼種β：板厚1.2mm、引張強度1180MPa級）から作製した板状試験片１を用い、鋼種α及び鋼種βそれぞれについてくびれ限界ひずみを特定した。
実験では、各鋼種について図６に示す複数の板状試験片１を作製し（タイプＡ〜タイプＥ）、板状試験片１の切欠き底５ａにくびれを発生させる引張変形過程における引張直交方向のひずみの分布を所定の時間ステップで画像相関法により測定した。
次に、引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布の測定結果から、切欠き底５ａにくびれが発生する時点におけるひずみ勾配とくびれ限界ひずみを求めた。
表１に鋼種αより作製した５種類の板状試験片１のそれぞれについて求めたひずみ勾配とくびれ限界ひずみの結果を、表２に鋼種βより作製した３種類の板状試験片１のそれぞれについて求めたひずみ勾配とくびれ限界ひずみの結果を示す。なお、表１及び表２に示すひずみ勾配は、切欠き形状５の切欠き底５ａにおけるひずみと、切欠き底５ａから内側の引張直交方向に5mmの距離の位置におけるひずみとの差を、それらの距離で割ることにより算出した。
Figure 2021164933
Figure 2021164933
続いて、鋼種α及び鋼種βのそれぞれに対し、複数の板状試験片１について求めたくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係から、くびれ限界ひずみ[Y]を切欠き底５ａにおけるひずみ勾配[X]の関数Y＝f(X)により特定した。ここで、ひずみ勾配とくびれ限界ひずみの線形近似からくびれ限界ひずみ[Y]を与えるひずみ勾配[X]の評価関数はf(X)＝aX＋bとし、パラメータa及びbの値を求めた。
図８及び図９に、鋼種α及び鋼種βのそれぞれについて求めたくびれ限界ひずみとひずみ勾配の関係をプロットし、くびれ限界ひずみとひずみ勾配の関係から求めたパラメータa及びbを与えた評価関数f(X)を記載した結果を示す。
本発明により特定したくびれ限界ひずみYとひずみ勾配Xとの関係を評価関数f(X)＝aX＋bにより近似すると、鋼種αではY＝2.933X＋0.274、鋼種βではY＝4.752X+0.047となり、いずれの鋼種についても、ひずみ勾配を用いてくびれ限界ひずみを特定できることがわかる。
なお、図８及び図９は、くびれ限界ひずみを特定する評価関数f(X)をひずみ勾配の一次関数f(X)＝aX＋bとし、２種類以上の板状試験片について求めたくびれ限界ひずみ[Y]とひずみ勾配[X]との関係を線形近似して評価関数f(X)＝aX＋bにおけるパラメータa及びbを決定したものであった。もっとも、本発明は、くびれ限界ひずみを特定する評価関数f(X)を上記のように一次関数f(X)＝aX＋bに限定するものではなく、くびれ限界ひずみを特定する評価関数f(X)には任意の関数を用いることができる。
[プレス成形可否の判定]
次に、図１０に示すプレス成形品１１の伸びフランジ成形部（同図中の部位Ｐ及び部位Ｑ）について本発明によりくびれ限界ひずみを特定し、該特定したくびれ限界ひずみに基づいてプレス成形可否を判定した。なお、実際のプレス成形において、部位Ｐは破断が発生し、部位Ｑは正常に成形できている。
まず、金属板（鋼種α）をプレス成形品１１にプレス成形するFEM解析により、伸びフランジ成形を受ける部位Ｐ及び部位Ｑにおける最大主ひずみと引張直交方向のひずみ勾配を取得した。そして、該取得したひずみ勾配Xを前述したくびれ限界ひずみの評価関数f(X)＝aX＋bに代入し、くびれ限界ひずみY＝f(X)を算出した。
図１１に、発明例として前述した鋼種αについて特定したくびれ限界ひずみの評価関数（図中の実線）と、プレス成形品１１のFEM解析により求めた部位Ｐ及び部位Ｑにおいて、板端部から伸びフランジ凹み最底部に向かう板内部方向へのひずみ分布から、表１及び表２と同様にして求めたひずみ勾配とこれに対応する最大主ひずみ（図中の◇印）のプロットを示す。
切欠き底５ａから内側の引張直交方向に5mmの距離の位置におけるひずみとの差を、それらの距離で割ることにより算出した。
また、表３に、部位Ｐ及び部位Ｑにおける最大主ひずみεFEMと、切欠き底５ａにおけるひずみと切欠き底５ａから内側の引張方向に5mmの位置におけるひずみの差を用いて算出したひずみ勾配dε/dXFEMと、ひずみ勾配dε/dXFEMを与えて算出したくびれ限界ひずみf(dε/dXFEM)と、該求めたくびれ限界ひずみによりプレス成形可否を判定した結果をまとめて示す。
Figure 2021164933
図１１及び表３に示す発明例より、部位Ｐ（ひずみ勾配0.0795）においては、プレス成形品１１のFEM解析により求めた最大主ひずみ（εFEM＝0.646）は、くびれ限界ひずみ（f(dε/dxFEM)＝0.505）よりも大きい値であったため、成形不可の判定となった。
一方、部位Ｑ（ひずみ勾配0.0219）においては、プレス成形品１１のFEM解析により求めた最大主ひずみ（εFEM＝0.24）は、くびれ限界ひずみ（f(dε/dxFEM)＝0.36）よりも小さい値であったため、成形可の判定となった。
上記のとおり、本発明は、伸びフランジ成形を受けた部位を有するプレス成形品について、ひずみ勾配を用いて特定されるくびれ限界ひずみに基づいて、プレス成形可否を判定できることが示された。
１ 板状試験片
３ 板縁
５ 切欠き形状
５ａ 切欠き底
７ ひずみ集中部
１１ プレス成形品

Claims (3)

  1. 金属板の板縁に引張変形を付与してくびれが発生するくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を特定する金属板のくびれ限界ひずみ特定方法であって、
    板縁の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状を有し、該切欠き形状の切欠き底に引張変形を付与したときの引張方向に直交する引張直交方向のひずみ勾配が異なる２種類以上の板状試験片について、前記切欠き底の引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するひずみ分布測定ステップと、
    前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ分布測定ステップにおいて測定した前記ひずみの引張直交方向の分布から引張変形過程における前記切欠き底のひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップと、
    前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ増分比に基づいて前記切欠き底にくびれが発生する時点のひずみであるくびれ限界ひずみを求めるくびれ限界ひずみ取得ステップと、
    前記板状試験片のそれぞれについて求めたくびれ限界ひずみと、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ勾配のうち前記くびれ限界ひずみとなる時点のひずみ勾配との関係から、前記くびれ限界ひずみを前記ひずみ勾配の関数として特定するくびれ限界ひずみ特定ステップと、を含むことを特徴とする金属板のくびれ限界ひずみ特定方法。
  2. 前記ひずみ分布測定ステップは、前記板状試験片に一軸方向の引張荷重を印加することにより前記切欠き底に引張変形を付与することを特徴とする請求項１記載の金属板のくびれ限界ひずみ特定方法。
  3. 前記ひずみ分布測定ステップは、画像相関法により前記ひずみの引張直交方向の分布を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板のくびれ限界ひずみ特定方法。
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