JP5655394B2 - 絞りビード試験方法及びその試験方法で求めた物性値を用いたプレス成形解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、絞りビードを有するプレス成形金型で金属板を絞り加工するときの、絞りビード部におけるプレス成形金型と金属板との間の物性値を求める絞りビード試験方法関するものである。また、その絞りビード試験方法で求めた物性値に基づいて、絞りビードを有するプレス成形金型での絞り加工に有限要素法を適用して数値解析するプレス成形解析方法に関するものである。

金属板の絞り加工に使用するプレス成形金型には、絞りビードと呼ばれる凹凸部が配設されている。

プレス成形金型において、絞りビードは、絞り加工後にプレス成形品となる部位の外側に配設される。絞りビードは、プレス成形品となる部位への金属板（ブランク材）の流入量を制御する機能を有する。

絞りビードの形状と絞り加工をする金属板の材質によって、絞りビード部におけるプレス成形金型と金属板との間の物性値は大きく異なる。したがって、プレス成形金型の設計にあたっては、絞りビード部におけるプレス成形金型と金属板との間の物性値を事前に把握しておくことが重要である。

特許文献１には、絞りビードを有する一対の工具金型で金属板を挟み込み、一対の工具
金型に押付荷重を加えながら金属板の一端に荷重を加えて金属板を引き抜く、従来から行われている一般的な絞りビード試験が開示されている。

図１２は、従来の絞りビード試験の結果の一例を示すグラフである。

従来の絞りビード試験においては、図９に示したように、数点（図９においては６点）の絞りビード試験結果から回帰直線を求め、工具金型と金属板との金型摩擦係数を算出し、プレス成形金型の設計に供するものであった。したがって、絞りビード試験を複数回行う必要があり、大変多くの工数を要していた。

また、絞りビード部におけるプレス成形金型と金属板との間の物性値には様々なものがあるが、この金型摩擦係数だけでプレス成形金型の設計を行うと、そのプレス成形金型で実際に金属板を絞り加工したときに、プレス成形品にしわや破損が発生することがある。

プレス成形品に、予想外のしわや破損が発生する原因の一つとして、プレス成形時のリフトアップ力を、プレス成形金型の設計に充分に反映していないことが挙げられる。

金属板が絞りビードを通過するときに、金属板とプレス成形金型との間には、曲げ摩擦と材料抵抗が発生するが、この材料抵抗によって生じるのが、プレス成形金型を開こうとするリフトアップ力である。

従来、絞りビード部で発生するリフトアップ力を測定する試験方法が確立されていなかったため、プレス成形金型の設計にプレスアップ力の影響を反映させることが出来なかった。

また、近年では、プレス成形金型の設計に有限要素法による数値解析を用いることが一般的になっている。

数値解析において、絞りビードの形状を有限要素法モデルに忠実に反映し、金属板が絞りビード部を通過する過程を充分に数値解析で再現してもよいが、自動車部品規模の数値解析で実行するには、シェル要素を用いたとしても、金属板の要素だけで数千〜数万の要素数となり、計算時間が膨大となり現実的ではない。

非特許文献１には、プレス成形金型の有限要素法モデルから、絞りビードの形状を省略する代わりに、絞りビード部におけるプレス成形金型と金属板との間の物性値を、境界条件として定義して数値計算を行う方法が開示されている。これにより、金属板の要素数を低減することができるため、現実的な計算時間で数値解析を実行することができる。

しかしながら、非特許文献１に記載される方法は、絞りビード試験（ビード引抜試験）で求めた引抜角度と引抜荷重の関係からビード力を求め、このビード力を有限要素法の境界条件に用いたもので、上述したリフトアップ力については考慮されていない。

特開平９−７２７９９号公報

静的解法ＦＥＭ−板成形ｐ．１６０−１６３、社団法人日本塑性加工学会、コロナ社（２００４）

上記の実情に鑑み、本発明は、絞りビードを有するプレス成形金型を設計する際に必要な、絞りビード部におけるプレス成形金型と金属板との間の金型摩擦係数以外の物性値を、絞りビード試験を複数回行うことなく求めることができる絞りビード試験方法と、その絞りビード試験方法で求められた物性値を用いた精度の高い数値解析方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、金属板を、絞りビード形状を有する一対の工具金型で挟み込んで引き抜く際に、一対の工具金型に加える押付荷重の変化と、金属板の一端に加える引抜荷重の変化と、金属板を挟んだ一対の工具金型の間隔の変化とを連続的に測定したとき、金属板を挟んだ一対の工具金型の間隔が、所定範囲内から急激に増加するときの押付荷重と引抜荷重は、絞りビードの形状と金属板の材質によって決まっていることを見出した。

そして、本発明者らは、金属板を挟んだ一対の工具金型の間隔が、所定範囲内から急激に増加するのは、金属板が絞りビードを通過するときの材料抵抗によって、一対の工具金型を開こうとする力、即ちリフトアップ力であることを知見した。

本発明は、上記の知見に基づきなされたもので、その要旨は次の通りである。

（１）金属板を、絞りビードを有する一対の工具金型で挟み込んで、一定速度で引き抜く絞りビード試験方法において、前記一対の工具金型に加える押付荷重を変化させた際の、前記金属板の一端に加わる引抜荷重の変化と、前記金属板を挟んだ一対の工具金型の間隔の変化とを連続的に測定し、前記間隔が急激に増加し始めるときの押付荷重を、金属板が工具金型を押し開くリフトアップ力として求めることを特徴とする絞りビード試験方法。

（２）前記リフトアップ力を、前記絞りビードの長さで除して絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力とし、前記間隔が所定範囲内であるときの前記押付荷重及び前記引抜荷重の変化を直線の式で表し、該直線の式の傾きの１／２を前記工具金型と前記金属板との間の金型摩擦係数として求め、前記直線の式で前記押付荷重が０のときの前記引抜荷重を、前記絞りビードの長さで除して絞りビード単位長さあたりの材料抵抗として求めることを特徴とする上記（１）に記載の絞りビード試験方法。

（３）上記（１）又は（２）に記載の絞りビード試験方法で求めた、前記絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに、前記金型摩擦係数を用いて、前記絞りビードと同一断面形状の絞りビードを有するプレス成形金型での絞り加工に有限要素法を適用して数値解析することを特徴とするプレス成形解析方法。

本発明の絞りビード試験方法によれば、金属板が絞りビードを通過するときの材料抵抗によって、金属板をプレス成形金型で絞り加工するときにプレス成形金型を開こうとするリフトアップ力を測定することができるため、絞り加工する金属板の材質によって大きく異なるリフトアップ力を考慮して絞りビードの形状や配置を決定することにより、プレス成形品にしわ、破損を発生させないプレス成形金型を合理的に設計することができる。

また、本発明の絞りビード試験方法によれば、リフトアップ力の他に、プレス成形金型と金属板との金型摩擦係数や、絞り加工時に生じる材料抵抗を、１回の絞りビード試験で求めることができるため、絞り加工を施す金属板の材質の種類が多数ある場合であっても、それら金属板それぞれの材質に対して、プレス成形金型の設計に必要な、プレス成形金型と金属板との間の物性値を、少ない工数で得ることができる。

そして、本発明の絞りビード試験方法で求めた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに金型摩擦係数を有限要素法の境界条件として用いることによって、絞りビードを有するプレス成形金型の設計の際に行う数値解析の精度を大幅に向上させることができる。

本発明の絞りビード試験を行うための工具金型で鋼板を挟み込んだときの状態を示す斜視図である。 押付荷重の変化、引抜荷重の変化、鋼板を挟んだ一対の工具金型の間隔Ｌ（工具金型間隔Ｌ）の変化を示すグラフである。 絞りビード試験中の絞りビードにおける鋼板の状態を示す縦断面図である。図３（ａ）は図２のＡ点での状態、図３（ｂ）は図２の点Ｂでの状態、図３（ｃ）は図２のＣ点での状態、図３（ｄ）は図２の点Ｄでの状態を示す。 本発明の絞りビード試験で求めた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに金型摩擦係数を用いて、絞りビードを有するプレス成形金型での絞り加工に有限要素法を適用して数値解析するプレス成形解析のフローチャートである。 材料抵抗、絞りビード摩擦及び工具金型表面の接触抵抗それぞれの関係を示すグラフである。 表１に示す２種類の鋼板について、本発明の絞りビード試験及び従来の絞りビード試験を行った結果を示すグラフである。図６（ａ）は表１の鋼板Ａの絞りビード試験結果を、図６（ｂ）は鋼板Ｂの絞りビード試験結果を示す。 本発明の絞りビード試験を、有限要素法の数値解析で再現し、実際の絞りビード試験で得られた結果（実験値）と比較したグラフである。図７（ａ）は本発明の絞りビード試験を実際に行った結果と、本発明の絞りビード試験を数値解析により再現した結果を示すグラフである。図７（ｂ）は図７（ａ）のグラフから絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力を算出した結果をまとめたグラフである。 角筒絞り加工を行うプレス成形工具と鋼板を示す斜視図である。 角筒絞り加工を行うプレス成形工具に配設する絞りビードの形状を示す縦断面図である。 パンチストローク８．７５ｍｍにおける鋼板のコーナー部流入量を示すグラフである。 パンチストロークに対する鋼板のコーナー部流入量の変化を示すグラフである。 従来の絞りビード試験の結果の一例を示すグラフである。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の絞りビード試験を行うための一対の工具金型で供試体を挟み込んだときの状態を示す斜視図である。図１中、符号１０は一対の工具金型を示す。

一対の工具金型１０は、先端Ｒ５．０ｍｍの丸ビード形状のビード凸部１３ａを有するビード凸型１１と、深さ７．０ｍｍのビード凹部１３ｂを有するビード凹型１２とで構成される。また、絞りビード１４は、ビード凸部１３ａとビード凹部１３ｂとで構成される。

本実施形態では、ビード凸部を、先端Ｒ５．０ｍｍの丸ビード形状としたが、これに限られるものではなく、例えば、角ビードでもよい。

そして、ビード凸型１１とビード凹型１２とで挟み込んだ鋼板２０を引き抜く。本実施形態では、供試体は鋼板２０であるが、絞り加工をすることが可能である金属板であれば、これに限られるものではなく、例えば、アルミニウム合金板であってもよい。

鋼板２０を引き抜く際には、ビード凸型１１とビード凹型１２とを相互に締め付ける押付荷重を加え、鋼板２０の一端２１に引抜荷重を加える。

そして、押付荷重の変化と引抜荷重の変化とともに、鋼板２０を挟み込んだビード凸型１１とビード凹型１２との間隔Ｌ（図１参照）の変化を測定する。

図２は、押付荷重の変化、引抜荷重の変化、鋼板２０を挟んだ一対の工具金型１０の間隔Ｌ（以下、「工具金型間隔Ｌ」という。）の変化を示すグラフである。図２中、符号３１は押付荷重と引抜荷重との関係を、符号３２は押付荷重と工具金型間隔Ｌとの関係を示す。

符号３１の線図が示すように、押付荷重の減少とともに、引抜荷重が減少する。また、符号３２の線図が示すように、工具金型間隔Ｌは所定範囲内Ｄで変化した後、急激に増加、即ち、ビード凸型１１とビード凹型１２とが相互に大きく開こうとする。

図３は、絞りビード試験中の絞りビード１４における鋼板２０の状態を示す縦断面図である。図３（ａ）は図２のＡ点での状態、図３（ｂ）は図２の点Ｂでの状態、図３（ｃ）は図２のＣ点での状態、図３（ｄ）は図２の点Ｄでの状態を示す。

図３中、符号４１の矢印は押付荷重の向きと大きさを、符号４２の矢印は鋼板２０の材料抵抗の向きと大きさを、符号４３の矢印は引抜荷重の向きと大きさを示す。

図２の点Ａにおいては、符号４１に示すように、押付荷重が充分に大きいため、絞りビード１４以外の部分では、鋼板２０は、ビード凸型１１の平坦部１１ｆとビード凹型１２の平坦部１２ｆの両方に押し付けられている。

図２の点Ｂにおいては、図３（ａ）の符号４２に示すように、鋼板２０の材料抵抗４２が押付荷重４１と反対方向に作用するが、材料抵抗４２は押付荷重４１と比べてそれ程大きくない。また、押付荷重４１と材料抵抗４２との差分（押付荷重４１の方が材料抵抗４２よりも大きい）は、鋼板２０の更なる変形に作用する。

図２の点Ｂから点Ｃまで押付荷重を減少させていく過程で、図３（ｂ）に示した押付荷重４１と材料抵抗４２との差分は減少していき、図２の点Ｃで、図３（ｃ）に示したように、押付荷重４１と材料抵抗４２との差分が０、即ち、押付荷重４１と材料抵抗４２とがつり合う。また、押付荷重４１と材料抵抗４２の差分が縮むのは、材料抵抗は変形形状で決まるためである。

更に、図２の点Ｃから点Ｄまで押付荷重４１を減少させていくと、工具金型間隔Ｌが急激に増加する。この工具金型間隔Ｌの急激な増加は、鋼板２０が、鋼板２０の材料抵抗４２によって、ビード凸型１１とビード凹型１２とを相互に押し開いていることを示すものである。

そして、図２の点Ｄでは、図３（ｄ）に示すように、鋼板２０と一対の工具金型１０との間に隙間３５が生じ、この隙間３５の発生によって、押付荷重４１と引抜荷重４２とのつり合いが維持される。また、隙間発生によってつり合いが維持されるのは、この隙間３５が発生することで、変形形状が変化し材料抵抗が減少するためである。

そこで、押付荷重４１と引抜荷重４２がつり合っている状態における最大の押付荷重４１、即ち、一対の工具金型１０の押し開きが始まる点Ｃにおける押付荷重を、リフトアップ力とする。

このリフトアップ力は、絞りビード１４の形状、即ち、ビード凸部１３ａ及びビード凹部１３ｂの形状と、鋼板２０の機械的性質で決まる。したがって、絞りビード１４の形状と鋼板２０の材質の組み合わせごとに本発明の絞りビード試験を行い、リフトアップ力を求めておけば、プレス成形金型の設計に有利に使用することができる。

リフトアップ力は、工具金型に設ける絞りビード１４の長さに比例するので、絞りビード１４の単位長さあたりのリフトアップ力としておくと、プレス成形金型を設計する際の指標として使用することができる。

なお、鋼板２０の機械的性質とは、降伏強さ（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、均一伸び（Ｕ−ＥＬ）、加工硬化指数（ｎ値）である。

図２の点Ｂから点Ｃの区間において、押付荷重４１と引抜荷重４２とは符号３１の線図が示すように直線関係で変化する。この直線の傾きは、鋼板２０と一対の工具金型１０との金型摩擦係数をμ_Ｔとしたとき、２μ_Ｔである。したがって、金型摩擦係数μ_Ｔは、直線の傾きの１／２である。

この金型摩擦係数μ_Ｔは、絞りビード１４の形状、即ち、ビード凸部１３ａ及びビード凹部１３ｂの形状と、鋼板２０の機械的性質で決まる。したがって、絞りビード１４の形状と鋼板２０の材質の組み合わせごとに本発明の絞りビード試験を行い、金型摩擦係数μ_Ｔを求めておけば、プレス成形金型を設計する際の指標として使用することができる。

そして、図３の点Ｂから点Ｃの区間において、押付荷重と引抜荷重との関係を表す直線の式で、押付荷重が０のときの引抜荷重の値は、鋼板２０と工具金型１０との間に隙間が生じていない状態で、摩擦抵抗が０となった場合の引抜き抵抗であるため、鋼板２０が絞り加工されるときの材料抵抗とすることができる。

この材料抵抗は、絞りビード１４の形状、即ち、ビード凸部１３ａ及びビード凹部１３ｂの形状と、鋼板２０の機械的性質で決まる。したがって、絞りビード１４の形状と鋼板２０の材質の組み合わせごとに本発明の絞りビード試験を行い、材料抵抗を求めておけば、プレス成形金型を設計する際の指標として使用することができる。

材料抵抗は、工具金型に設ける絞りビード１４の長さに比例するので、絞りビード１４の単位長さあたりの材料抵抗としておくと、プレス成形金型を設計する際の指標として使用することができる。

上述した、リフトアップ力、金型摩擦係数、材料抵抗は、鋼板２０に代えて、アルミニウム合金板等の鋼板以外の金属板を、本発明の絞り試験の供試体とした場合も、同様に得ることができる。

また、上記実施形態では、一対の工具金型１０に所定の押付荷重を、鋼板２０に所定の引抜荷重を加え、これらの押付荷重及び引抜荷重を徐々に減少させていく例を示したが、これに限られるものではない。

即ち、一対の工具金型１０に所定の小さい押付荷重を、鋼板２０に所定の小さい引抜荷重を加え、これらの小さい押付荷重及び引抜荷重を徐々に増加させてもよい。この場合、工具金型間隔Ｌが鋼板２０の板厚となったときの押付力４１をリフトアップ力とする。

次に、本願発明の絞りビード試験で求めた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに金型摩擦係数を用いて、絞りビードを有するプレス成形金型での絞り加工に有限要素法を適用して数値解析したプレス成形解析方法について説明する。

図４は、本発明のプレス成形解析のフローチャートである。

本発明のプレス成形解析は、有限要素法用の解析モデルを作成するステップ（Ｓ１）と、拘束条件を設定するステップ（Ｓ２）と、絞り加工条件を設定するステップ（Ｓ３）と、計算を実行するステップ（Ｓ４）とを有する。

ここで、解析モデルは、絞りビードを形状として表すモデルではなく、ステップＳ３で境界条件を入力することにより、絞りビードの形状があるものとして計算されるモデル（以下、「等価ビードモデル」という。）とする。

ステップＳ２では、対称モデルの対称面や変位拘束などの拘束条件を設定する。

ステップＳ３では、工具速度や押付力などの加工条件とともに、本発明の絞りビード試験で求めた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに金型摩擦係数を境界条件として設定する。

本発明のプレス成形解析には、等価ビードモデルを使用することができ、ステップＳ３で、本発明の絞りビード試験で求めた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに金型摩擦係数を境界条件を設定することができるソルバーであればよい。

境界条件の設定にあたっては、使用するソルバーによって、本発明の絞りビード試験で求めた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに金型摩擦係数の数値を変換することが必要である。以下、プレス成形解析のソルバーとして代表的な、ＬＳ−Ｄｙｎａを使用する場合について説明する。

ＬＳ―Ｄｙｎａでは、本発明の絞りビード試験で測定した引抜荷重を、数１で示す引抜き抵抗Ｆとして設定する。

数１の第１項は材料抵抗、第２項は絞りビードと金属板の摩擦、第３項と第４項は工具金型表面の接触抵抗である。

図５は、材料抵抗（第１項）、絞りビード摩擦（第２項）及び工具金型表面の接触抵抗（第３項と第４項）それぞれの関係を示すグラフである。なお、図５において、引抜抵抗及び押付荷重は、絞りビード単位長さあたりとする。

引抜き抵抗Ｆは、数１より、第１項〜第４項の和であり、また、図５の点Ｔにおける引抜き抵抗の値である。そして、図５の点Ｔにおける引抜き抵抗の値は、図２の点Ａにおける引抜荷重を、絞りビード長さで除した値に相当する。したがって、引抜き抵抗Ｆは、本発明の絞りビード試験結果から算出することができる。

第１項の絞りビード単位長さあたりの材料抵抗の値は、図２に示すように、本発明の絞りビード試験における、押付荷重と引抜荷重との関係を表す直線の式で、押付荷重が０のときの引抜荷重の値を絞りビードの長さで除した値に相当する。したがって、第１項は、本発明の絞りビード試験結果から算出することができる。

金型摩擦係数μ_Ｔは、図２の点Ｂから点Ｃの区間における直線の傾きの１／２に相当することから、本発明の絞りビード試験から算出することができる。

工具金型表面の接触抵抗は、第３項のビード凹型１２と金属板との摩擦、及び、第４項のビード凸型１１と金属板との摩擦に分けられる。

第３項のビード凸型と金属板との摩擦は、点Ｔにおける押付荷重から、絞りビード単位長さあたりリフトアップ力と点Ｔにおける供試体の幅（例えば、図２において、鋼板２０の幅である３０．０ｍｍ）との積を引いた値に金型摩擦係数μ_Ｔを乗じたもので、すべて、本発明の絞りビード試験結果から算出することができ、物理的には、ビード凸型１１の平坦部１１ｆと金属板との摩擦抵抗（金型表面との摩擦抵抗）を意味する値である。

第４項のビード凹型との摩擦は、点Ｔにおける押付荷重に金型摩擦係数μ_Ｔを乗じたもので、本発明の絞りビード試験結果から算出することができ、物理的には、ビード凹型１２の平坦部１２ｆと金属板との摩擦抵抗（金型表面との摩擦抵抗）を意味する値である。

第１項から第４項までの和（引抜き抵抗Ｆ）、第１項、第３項及び第４項は、上述したように、本発明の絞りビード試験結果から算出することができることから、第２項の絞りビード摩擦は、引抜き抵抗Ｆから、第１項、第３項及び第４項の和を引くことで算出することができる。ここで、絞りビード摩擦は、プレス成形解析上の補正項である。

第２項の絞りビード摩擦が、絞りビード摩擦係数と絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力と点Ｔにおける供試体の幅（例えば、図２において、鋼板２０の幅である３０．０ｍｍ）との積であることから逆算して、絞りビード摩擦を絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力と点Ｔにおける供試体の幅（例えば、図２において、鋼板２０の幅である３０．０ｍｍ）で除して、絞りビード摩擦係数を算出することができる。

このようにして算出された、金型摩擦係数、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力、絞りビード単位長さあたりの材料抵抗、絞りビード摩擦係数は、図４に示すように、ステップＳ３において、本発明のプレス成形解析の絞り加工条件として設定される。

そして、ステップＳ４において、プレス成形解析の計算が実行される。

本発明を実施例でさらに説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
図１に示した一対の工具金型１０を用いて、本発明例として、本発明の絞りビード試験を行った。表１に、鋼板２０の機械的性質を示す。

また、比較例として、所定の押付荷重（固定値）及び所定の引抜荷重（固定値）で従来の絞りビード試験を行った。

なお、表１の各鋼板とも、本発明例については２回ずつ、比較例については、押付荷重（固定値）及び引抜荷重（固定値）を変えて４回ずつ試験を行った。

結果を図６に示す。図６（ａ）は表１の鋼板Ａの絞りビード試験結果を、図６（ｂ）は鋼板Ｂの絞りビード試験結果を示すグラフである。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）中、曲線は本発明例を、丸印及び四角印のプロットは比較例を示す。

図６（ａ）及び図６（ｂ）から明らかなように、比較例の試験結果は、本発明例の試験結果を示す曲線上にあることが確認できた。つまり、図２の点Ｂと点Ｃの間における、押付荷重と引抜荷重との関係を表す直線の式を、本発明例では、１回の絞りビード試験で得られることを確認できた。

また、図６（ａ）及び図６（ｂ）のグラフから、本発明の絞りビード試験による、絞りビード単位長さあたりの材料抵抗、絞りビード摩擦係数、金型摩擦係数、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力を算出した。結果を表２に示す。なお、表２中には、参考値として、市販のソルバーに付属している絞りビード単位長さあたりの材料抵抗、絞りビード摩擦係数、金型摩擦係数、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力を示した。

図１に示した一対の工具金型１０と鋼板２０の有限要素法モデルを作成し、絞りビード試験を数値解析し、実際の絞りビード試験で得られる結果（実験値）と比較した。なお、作成した有限要素法のモデルの形状は、図１に示す一対の工具金型１０と同一の形状とした。また、鋼板２０の板厚は０．７ｍｍである。

結果を図７に示す。図７（ａ）は本発明の絞りビード試験を実際に行った結果と、本発明の絞りビード試験を数値解析により再現した結果を示すグラフである。図７（ｂ）は図７（ａ）のグラフから絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力を算出した結果をまとめたグラフである。

図７（ａ）及び図７（ｂ）から明らかなように、表２の本発明例の値を境界条件として使用し、等価ビードモデルで数値解析した結果は、実験値と良く整合していることが確認できた。

これに対し、絞りビードを忠実に再現した形状ビードモデルを用いて数値解析した結果は、引抜荷重及びリフトアップ力を忠実に再現することができず、実験値とやや異なる結果となることを確認できた。

また、等価ビードモデルで数値解析した場合で、表２の参考値を境界条件として使用した場合には、引抜荷重の再現性は良いものの、リフトアップ力は実験値と大幅に異なることを確認できた。

（実施例２）
本発明の絞りビード試験で得られた、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力及び材料抵抗、並びに、前記金型摩擦係数を用いて、角筒深絞り加工を有限要素法で数値解析した。

図８は角筒絞り加工を行うプレス成形工具５０と鋼板２０を示す斜視図である。図９は角筒絞り加工を行うプレス成形工具５０に配設する絞りビードの形状を示す縦断面図である。

本発明例については、図９に示した形状の絞りビードを有する一対の工具金型１０を再現した有限要素法モデルで本発明の絞りビード試験を再現した数値解析を行い、絞りビード単位長さあたりの材料抵抗、絞りビード摩擦係数、金型摩擦係数、絞りビード単位長さあたりのリフトアップ力を算出し、有限要素法の境界条件として使用して等価ビードモデルで角筒深絞り加工の数値解析を行った。

また、図８に示したプレス成形工具５０を忠実に再現した形状ビードモデルも作成し、角筒深絞り加工の数値解析を行った。

そして、参考例として、表２の参考値を有限要素法の境界条件として使用して、等価ビードモデルで角筒深絞り加工の数値解析を行った。

なお、数値解析における諸条件は次のとおりである。
ソルバー：ＬＳ−Ｄｙｎａ
鋼板２０：ＳＳ材、１８０ｍｍ×１８０ｍｍ、Ｃカット４２．３ｍｍ
要素：シェル
プレス成形工具：剛体
しわ押さえ圧力：２０ｋＮ
絞り加工速度：５０００ｍｍ／秒

結果を図１０及び図１１に示す。図１０は、パンチストローク８．７５ｍｍにおける鋼板２０のコーナー部流入量を示すフラフである。図１１はパンチストロークに対する鋼板２０のコーナー部流入量の変化を示す。

図１０から明らかなように、本発明例は、形状絞りビードモデルと整合していることが確認できた。これに対し、参考例は形状絞りモデルと大幅に異なる解析結果となっていることを確認できた。

図１１から明らかなように、参考例と比較して、本発明例は、形状ビードモデルと良く整合していることを確認できた。

なお、上述したところは、本発明の実施形態を例示したものにすぎず、本発明は、特許請求の範囲の記載範囲内において種々変更を加えることができる。

前述したように、本発明によれば、金属板が絞りビードを通過するときの材料抵抗によって、金属板をプレス成形金型で絞り加工するときにプレス成形金型を開こうとするリフトアップ力を測定することができるため、絞り加工する金属板の材質によって大きく異なるリフトアップ力を考慮して絞りビードの形状や配置を決定することにより、プレス成形品にしわ、破損を発生させないプレス成形金型を合理的に設計することができ、工業上、顕著な効果を奏する。

また、本発明によれば、絞りビードの形状を忠実に再現しないモデルであっても、精度の高い有限要素法による解析結果を得ることができるので、プレス成形金型の設計時間を大幅に短縮することができる。本発明は、工業上、利用価値の高いものである。

１０ 一対の工具金型
１１ ビード凸型
１１ｆ 平坦部
１２ ビード凹型
１２ｆ 平坦部
１３ａ ビード凸部
１３ｂ ビード凹部
１４ 絞りビード
２０ 鋼板（金属板）
２１ 一端
３１ 押付荷重と引抜荷重との関係
３２ 押付荷重と工具金型間隔Ｌとの関係
３５ 隙間
４１ 押付荷重
４２ 材料抵抗
４３ 引抜荷重
５０ プレス成形工具
Ｌ 工具金型間隔（金属板を挟んだ一対の工具金型の間隔）

Claims (3)

1. 金属板を、絞りビードを有する一対の工具金型で挟み込んで、一定速度で引き抜く絞りビード試験方法において、前記一対の工具金型に加える押付荷重を変化させた際の、前記金属板の一端に加える引抜荷重の変化と、前記金属板を挟んだ一対の工具金型の間隔の変化とを連続的に測定し、前記間隔が急激に増加し始めるときの押付荷重を、金属板が工具金型を押し開くリフトアップ力として求めることを特徴とする絞りビード試験方法。
2. 前記リフトアップ力を、前記絞りビードの長さで除して絞りビード単位長さあたりのリ
   フトアップ力とし、前記間隔が所定範囲内であるときの前記押付荷重及び前記引抜荷重の
   変化を直線の式で表し、該直線の式の傾きの１／２を前記工具金型と前記金属板との間の
   金型摩擦係数として求め、前記直線の式で前記押付荷重が０のときの前記引抜荷重を、前
   記絞りビードの長さで除して絞りビード単位長さあたりの材料抵抗として求めることを特
   徴とする請求項１に記載の絞りビード試験方法。
3. 請求項１又は２に記載の絞りビード試験方法で求めた、前記絞りビード単位長さあたり
   のリフトアップ力及び材料抵抗、並びに、前記金型摩擦係数を用いて、前記絞りビードと
   同一断面形状の絞りビードを有するプレス成形金型での絞り加工に有限要素法を適用して
   数値解析することを特徴とするプレス成形解析方法。

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