JP4935713B2 - プレス品のせん断縁における成形可否判別方法 - Google Patents
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Description
なお、FEM解析を用いる成形可否予測方法に関して、特許文献1に、3次元モデルを適当な仮定の下に2次元モデルに還元して計算の迅速化、正確化を図る旨の開示があるが、これは、せん断縁が対象外となっているため、せん断縁における成形可否判別には使えない。
(1) 材料種、クリアランスをパラメータとして、穴広げ試験[鉄連規格]により円錐穴広げ率λを測定し、これを真ひずみに変換したものに、適宜の係数(安全係数)を掛けて、変形限界量とする。
(2) パラメータを(1)と同じにした、成形仕様の候補について、プレス工程をFEM解析し、成形後のせん断縁での変形量(円周方向の真ひずみ量)を算出する。
(3) (2)からの変形量を(1)からの変形限界量と比較し、変形量<変形限界量ならば成形可、そうでなければ成形否と判定する。成形否の場合は、候補の成形仕様を変更して(2)、(3)を繰り返す。
(1) せん断縁での変形限界量に対する主因子となるべきものは、円周方向ひずみや板厚減少率だけではなく、せん断縁近傍のひずみ勾配も挙げられる。
せん断縁近傍のひずみ勾配は、図2(a)に示すように、プレス品1のひずみ分布をFEM解析した結果を基に、せん断縁2近傍内の、せん断縁2を起点した半径方向距離と、該半径方向距離で表される位置における最大主ひずみ(円周方向の真ひずみ)との関係を直線で近似し、この近似した直線の勾配から導出される量である。なお、この直線の勾配は、図2(a)のように右下がりの勾配となるので、負の値となるが、負号を省略したものをひずみ勾配とする。
(2) ひずみ勾配と変形限界量の関係は、穴広げ試験方法において、初期穴径およびポンチ形状を種々変えて、穴広げ実験を行うことにより得られる。
(3) ひずみ勾配が大きくなるにつれて変形限界量が増大する。これについては、図2(b)に示すように、せん断縁2のような破断危険部近傍は、内部の支持効果によりひずみの集中と割れの発生が抑制されると考えると、この支持効果が、ひずみ勾配が大きい(すなわち内部の変形余力が大きい)ほど大きくなって、変形限界量を増大させると解釈される。
(1)
金属材料のプレス成形可否を判定する方法であって、
所定の形状を有する金属材料を用いて初期穴径と穴広げ用ポンチ形状を変えて穴広げ試験を行ってせん断縁での変形限界量を求める実験工程と、
解析計算により前記穴広げ試験後のせん断縁近傍のひずみ勾配を算出し、該ひずみ勾配と前記変形限界量を関連づけて成形可能領域を決定する第1の計算工程と、
暫定成形仕様について解析計算を行い、せん断縁の変形量およびせん断縁近傍のひずみ勾配を求める第2の計算工程と、
該第2の計算工程で求めた変形量およびひずみ勾配が、前記成形可能領域内にあるかないかによって前記暫定成形仕様での成形可否を判定する判定工程と
を有することを特徴とするプレス品のせん断縁における成形可否判別方法。
(2)
前記第2の計算工程で、解析計算によりせん断縁の変形量およびせん断縁近傍のひずみ勾配を求める際に、実験を援用することを特徴とする上記(1)に記載のプレス品のせん断縁における成形可否判別方法。
(3)
上記(1)または(2)に記載されるプレス品のせん断縁における成形可否判別方法によって成形可と判別された成形仕様に則って、金属材料をプレス成形してなるプレス品。
ステップ110,120,130は第1の計算工程である。第1の計算工程では、解析(FEMによる)計算により前記穴広げ試験後のせん断縁近傍のひずみ勾配を算出し(ステップ110)、該ひずみ勾配と前記変形限界量との関連づけを行い(ステップ120)、該関連づけした結果に基づき、成形可能領域を決定する(ステップ130)。この成形可能領域は、ひずみ勾配と変形量を互いに直交配置してなる2次元空間において、前記関連づけした変形限界量とひずみ勾配との関係を境界条件としてもつ領域で表され、パラメータとして材料種および穴あけ加工条件(クリアランスなど)を有する。
なお、第2の計算工程では、FEM解析計算に加えて、必要に応じて適宜の実験、例えば暫定成形仕様に対応する試作金型等を用いたプレス実験などを行い、その結果を援用することによって、せん断縁の変形量およびせん断縁近傍のひずみ勾配を求めるようにしてもよい。
そして、判定工程の判定結果が成形可の場合は、暫定成形仕様を量産成形に実用しうる成形仕様として決定する(ステップ400)。また、成形否の場合は、ステップ310で暫定成形仕様を変更してステップ210,300を繰り返し、最終的には成形可に到達でき、量産成形に実用しうる成形仕様を決定することができる。
また、発明者らは、変形限界量に及ぼすせん断クリアランスの影響を調べる実験を行った。その結果によれば、高強度鋼板材料に対し、せん断クリアランスの変域が2〜40%である場合、同じひずみ勾配(ひずみ勾配の変域は0〜約0.12/mm)における、せん断クリアランスによる変形限界量の変化値域の下限は、上限の半分程度の値になる(便宜上、知見Kとする)。この知見Kを考慮すると、材料ごとの成形可能領域を、変形限界量(限界最大主ひずみ)とひずみ勾配の関係にせん断クリアランスの影響を加味して、図7のように表すことができる。なお、図7では縦軸(Y軸)を限界最大主ひずみ、横軸(X軸)をひずみ勾配とする。
(従来例)
従来例1〜5では、変形限界量は、円錐穴広げ率の真ひずみ換算値の70%(すなわち、0.7×ln(1+λ/100))と定めており、表2に記す値になった。暫定した成形仕様についてFEM解析計算でせん断縁の変形量を算出した結果、表2に記す値になった。変形量<変形限界量であるから、判定結果はOK(成形可の意。以下同じ)である。よって、プレスを実行したが、伸びフランジ割れが生じ、実はNG(成形否の意。以下同じ)であった。あとは実験に頼るしかない。そこで、成形仕様の基本形態の保存下で、変形量が小さくなる方向に成形条件(ブランキングライン、曲げタイミング等)を少しずつ変更してプレス実験を繰り返し、最終的に、伸びフランジ割れが生じない成形仕様に到達した。
(本発明例)
本発明例1〜5では、変形限界量は、実験工程および第1の計算工程を実行し、図6に示すように、ひずみ勾配の線形増加関数として定めた。暫定した成形仕様について第2の計算工程を実行し、算出したせん断縁の変形量およびせん断縁近傍のひずみ勾配は、表2に記す値になった。このひずみ勾配値を前記線形増加関数に代入して求めた変形限界量は、表2に記す値になった。変形量>変形限界量であるから、判定工程の判定結果はNGである。よって、プレスは実行せず、成形仕様の基本形態の保存下で、変形量が小さくなる方向に成形条件(ブランキングライン、曲げタイミング等)を少しずつ変更して、第2の計算工程と判定工程を繰り返し、最終的に、OK判定を得て、伸びフランジ割れが生じない成形仕様に到達した。なお、OK判定を得た成形仕様については、プレス実験により成形が完遂できることを確認した。
2 せん断縁
100,110,120,130,200,210,300,310,400 ステップ
Claims (3)
- 金属材料のプレス成形可否を判定する方法であって、
所定の形状を有する金属材料を用いて初期穴径と穴広げ用ポンチ形状を変えて穴広げ試験を行ってせん断縁での変形限界量を求める実験工程と、
解析計算により前記穴広げ試験後のせん断縁近傍のひずみ勾配を算出し、該ひずみ勾配と前記変形限界量を関連づけて成形可能領域を決定する第1の計算工程と、
暫定成形仕様について解析計算を行い、せん断縁の変形量およびせん断縁近傍のひずみ勾配を求める第2の計算工程と、
該第2の計算工程で求めた変形量およびひずみ勾配が、前記成形可能領域内にあるかないかによって前記暫定成形仕様での成形可否を判定する判定工程と
を有することを特徴とするプレス品のせん断縁における成形可否判別方法。 - 前記第2の計算工程で、解析計算によりせん断縁の変形量およびせん断縁近傍のひずみ勾配を求める際に、実験を援用することを特徴とする請求項1に記載のプレス品のせん断縁における成形可否判別方法。
- 請求項1または2に記載されるプレス品のせん断縁における成形可否判別方法によって成形可と判別された成形仕様に則って、金属材料をプレス成形してなるプレス品。
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