JP5831191B2 - 高温プレス成形での成形限界線測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高温プレス成形での成形限界線測定方法に関し、詳しくは、例えば自動車用鋼板、自動車骨格部品、自動車足回り部品等の用途材料とされる高強度鋼板を対象とした高温プレス成形性の評価に資する成形限界線を正確に測定する為の、高温プレス成形での成形限界線測定方法に関する。
高強度鋼板をプレス成形する際の課題として、成形荷重の増加や成形性の低下が挙げられている。その対策として、成形荷重低減や成形性の向上が期待できる温間成形技術の適用がある。温間成形でも、通常の室温成形と同じように有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ；略号ＦＥＭ。以下、ＦＥＭとも記す）による成形解析で、成形時の割れ判定が可能な事が望ましい。室温でのＦＥＭによる成形解析で割れ判定をする際は、一般に成形限界線図（Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｌｉｍｉｔ Ｄｉａｇｒａｍ；略号ＦＬＤ。以下、ＦＬＤとも記す）が使われている。このＦＬＤは、非特許文献１記載の中島法やマルシニアック（Ｍａｒｃｉｎｉａｋ）法により測定されている。
前記ＦＬＤは、横軸を最小主歪み、縦軸を最大主歪みとした直交座標図中に、プレス成形試験で測定した、成形中の割れ発生時における試験材の最小主歪みと最大主歪みのデータから、両者の関係曲線として推定される成形限界線を描いた線図であり、この成形限界線より下側の領域が、割れの生じない成形条件範囲であると判定される。
そこで、高温でのＦＥＭによる成形解析で割れ判定をする際にも、ＦＬＤを基準とする事が望ましい。これまで、高温で成形限界線を測定（詳しくは、上述のように成形試験で測定したデータから推定）する場合、所定の温度まで昇温させた金型を用いて、中島法により測定されている。
そこで、高温でのＦＥＭによる成形解析で割れ判定をする際にも、ＦＬＤを基準とする事が望ましい。これまで、高温で成形限界線を測定（詳しくは、上述のように成形試験で測定したデータから推定）する場合、所定の温度まで昇温させた金型を用いて、中島法により測定されている。
プレス成形難易ハンドブック第３版（２００７），p.136〜138
然しながら、高温での成形限界線を測定する場合に適用されている中島法には次の問題がある。即ち、中島法では、金型を所定の温度に昇温・保持する必要があり、装置が複雑且つ高価になる。試験材を金型と同じ温度まで昇温する為、試験時間が長くかかる。高温では金型と試験材間の摩擦係数が極めて大きく且つ不安定となる為、試験材そのものの変形限界が的確に把握できない。
一方、高温での変形限界線をマルシニアック法（非特許文献１のp.138参照）で測定した事例は未だ嘗て見当たらない。この理由として、以下の課題が挙げられる。即ち、高温では金型と駆動板（ドライビングシート）との間の摩擦係数が極端に大きい事から、金型と接触した駆動板部位は相対的に温度低下が大きく試験材の強度が上昇する為、その部分の変形が抑制される。その為、試験材が目的とするポンチの底で破断する以前に、駆動板がポンチの肩で破断する問題がある。この事から、試験材の破断限界が不明となり、成形限界線の測定ができなかった。
つまり、ＦＬＤを求める手法としては、試験装置が簡素なものでよくて、然も金型と駆動板との間の摩擦抵抗の影響を受けないとされているマルシニアック法が望ましいのであるが、従来は、マルシニアック法で高温での成形限界線を測定しようとすると、駆動板の方が先に破断する為、試験材の成形限界線の測定ができないという課題があった。
発明者らは前記課題を解決する為に鋭意検討し、その結果、マルシニアック法によって高温でのＦＬＤを求めるに当たり、以下の条件を満たす事により、駆動板の破断を抑止でき、試験材の成形限界線が的確に測定可能となる事を突き止めた。
(a)成形中の被加工材の金型接触部の温度低下を小さくする為、成形速度を１５０ｍｍ/ｓ以上にする。ここで、成形速度とは、ダイスを移動させて駆動板をポンチに接触させた成形開始時点ｔ０（ｓ）からダイスの移動を停止させた成形終了時点ｔ１（ｓ）までの間のダイスの移動距離Ｌ（ｍｍ）を用いて、成形速度（ｍｍ/ｓ）＝Ｌ/（ｔ１−ｔ０）、なる式で定義される。
(b)駆動板として変形能に優れる軟鋼板を適用する。
(c)駆動板には、高温でも金型との摩擦係数が小さいＺｎ系めっき材を適用する事が好ましい。
(a)成形中の被加工材の金型接触部の温度低下を小さくする為、成形速度を１５０ｍｍ/ｓ以上にする。ここで、成形速度とは、ダイスを移動させて駆動板をポンチに接触させた成形開始時点ｔ０（ｓ）からダイスの移動を停止させた成形終了時点ｔ１（ｓ）までの間のダイスの移動距離Ｌ（ｍｍ）を用いて、成形速度（ｍｍ/ｓ）＝Ｌ/（ｔ１−ｔ０）、なる式で定義される。
(b)駆動板として変形能に優れる軟鋼板を適用する。
(c)駆動板には、高温でも金型との摩擦係数が小さいＺｎ系めっき材を適用する事が好ましい。
本発明は上記検討結果に基づいて成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）マルシニアック法に従って鋼板の高温プレス成形での成形限界線を測定する方法であって、駆動板としてＹＳ：２５０ＭＰａ以下の軟鋼板にＺｎめっき又はＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を適用し、成形前に駆動板及び試験材を加熱して成形開始温度：５００℃以上とし、成形速度：１５０ｍｍ/ｓ以上で成形を行うことを特徴とする、高温プレス成形での成形限界線測定方法。
（１）マルシニアック法に従って鋼板の高温プレス成形での成形限界線を測定する方法であって、駆動板としてＹＳ：２５０ＭＰａ以下の軟鋼板にＺｎめっき又はＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を適用し、成形前に駆動板及び試験材を加熱して成形開始温度：５００℃以上とし、成形速度：１５０ｍｍ/ｓ以上で成形を行うことを特徴とする、高温プレス成形での成形限界線測定方法。
本発明によれば、温間成形のＦＥＭ成形解析に有用な高温でのＦＬＤを的確且つ容易に求める事ができる。
図１は、本発明の実施に用いられる成形試験方法の一例を示す概略図である。マルシニアック法に従い、図１(a)に示す様に、下穴を開けた板である駆動板２の上面（ポンチ３とは反対側の面）に試験材１を重ねて被加工材と成し、これをダイス４としわ押さえ５とで挟圧し、ダイス４を更に下降させて被加工材をダイス４とポンチ３との隙間に押込んでいく事で張出し成形を行う。試験材１の表面には予めスクライブドサークル等の歪測定用パターンがマーキングされている。試験材１の形状を種々変える事で最大主歪と最小主歪の比を変え、試験片１のポンチ底に割れが発生した時の最小主歪と最大主歪を、変形した歪測定用パターンから測定して、成形限界線を得る。尚、図１(b)には、成形後の被加工材の外観の一例を示した。以上に述べたところまでの実施形態は従来と同様である。
本発明では、駆動板２として常温引張試験での降伏強度であるＹＳが２５０ＭＰａ（＝σＹＣ）以下の軟鋼板を適用する。駆動板２がＹＳ＞σＹＣでは駆動板２の変形能が不足し、成形中に試験材１よりも先に駆動板２に割れが発生するのに対し、駆動板２がＹＳ≦σＹＣでは駆動板２の変形能が十分となり、成形中に駆動板２よりも先に試験材１に割れが発生する。
又、成形前に被加工材（駆動板２及び試験材１）を加熱して成形開始温度を５００℃（＝ＴＣ）以上とする。成形開始温度がＴＣ未満のプレス成形は高温プレス成形に該当しないからである。尚、成形開始温度は，放射温度計６で計測される。
又、成形速度は１５０ｍｍ/ｓ（＝ＶＦＣ）以上とする。成形速度＜ＶＦＣでは成形中に駆動板２の金型（ポンチ３及びダイス４）接触部の温度が下がりすぎて変形能が過度に低下し、その部位で試験材１よりも先に割れが発生するのに対し、成形速度≧ＶＦＣでは成形中の駆動板２の金型接触部の温度低下が小さくて変形能の低下が小さく、試験材１に割れが発生するまで駆動板２は割れ発生の無い状態を維持し得る。
又、成形速度は１５０ｍｍ/ｓ（＝ＶＦＣ）以上とする。成形速度＜ＶＦＣでは成形中に駆動板２の金型（ポンチ３及びダイス４）接触部の温度が下がりすぎて変形能が過度に低下し、その部位で試験材１よりも先に割れが発生するのに対し、成形速度≧ＶＦＣでは成形中の駆動板２の金型接触部の温度低下が小さくて変形能の低下が小さく、試験材１に割れが発生するまで駆動板２は割れ発生の無い状態を維持し得る。
更に、駆動板２として、軟鋼板（めっき無しの裸板）に代えて、軟鋼板にＺｎめっき又はＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を適用すると、高温での金型との摩擦抵抗が低下し、成形中の駆動板２の割れ発生が更に抑制される為、好ましい。
図１に示した実施形態に則り、以下の成形条件下で高温プレス成形を行い、成形中の割れ発生時における割れ発生部位を調査した。
＜成形条件＞
・被加工材加熱温度：６８０℃（但し、被加工材とは、試験材及び駆動板を指す）
・成形開始温度：６００℃
・ポンチ径：１８０ｍｍφ、ポンチ肩半径Ｒ８ｍｍ
・ダイス径：１９０ｍｍφ、ダイス片半径Ｒ８ｍｍ
・しわ押さえ荷重：３０トン
・駆動板穴径：１２０ｍｍφ
試験材１として、表１に示す引張特性を有する板厚１．２ｍｍのＴＳ９８０ＭＰａ級ＮＡＮＯハイテン（http://www.jfe-steel.co.jp/products/car/products/sheets/nanohiten/index.html参照）を適用し、又、駆動板２及び成形速度を表２に示す通り種々変えた。
＜成形条件＞
・被加工材加熱温度：６８０℃（但し、被加工材とは、試験材及び駆動板を指す）
・成形開始温度：６００℃
・ポンチ径：１８０ｍｍφ、ポンチ肩半径Ｒ８ｍｍ
・ダイス径：１９０ｍｍφ、ダイス片半径Ｒ８ｍｍ
・しわ押さえ荷重：３０トン
・駆動板穴径：１２０ｍｍφ
試験材１として、表１に示す引張特性を有する板厚１．２ｍｍのＴＳ９８０ＭＰａ級ＮＡＮＯハイテン（http://www.jfe-steel.co.jp/products/car/products/sheets/nanohiten/index.html参照）を適用し、又、駆動板２及び成形速度を表２に示す通り種々変えた。
前記調査の結果を表２に示す。表２より、比較例は何れも割れ発生部位が駆動板２のポンチの肩部であり、成形限界線の測定が不可能であるのに対し、本発明例は何れも割れ発生部位が試験材１のポンチの底部であり、成形限界線の測定が可能である事が分る。
１ 試験材
２ 駆動板
３ ポンチ（円筒ポンチ）
４ ダイス
５ しわ押さえ
６ 放射温度計
２ 駆動板
３ ポンチ（円筒ポンチ）
４ ダイス
５ しわ押さえ
６ 放射温度計
Claims (1)
- マルシニアック法に従って鋼板の高温プレス成形での成形限界線を測定する方法であって、駆動板としてＹＳ：２５０ＭＰａ以下の軟鋼板にＺｎめっき又はＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を適用し、成形前に駆動板及び試験材を加熱して成形開始温度：５００℃以上とし、成形速度：１５０ｍｍ/ｓ以上で成形を行うことを特徴とする、高温プレス成形での成形限界線測定方法。
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