JP6748382B1 - 自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および設備 - Google Patents

Abstract

実際に発生している複雑な現象を、プレス成形と衝突の両方の変形履歴を考慮した単純な方法で再現することができ、結果のばらつきが少ない、高精度の衝突性能評価試験を行うことができるようにすることを目的とし、自動車車体用金属板材の耐衝突性能を評価する試験方法において、先ずプレス加工装置によって、試験対象の金属板材からなる平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形し、次いで曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させ、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価することを特徴とする。

Description

本発明は、自動車車体用金属板材の衝突性能の評価試験を行う方法および設備に関するものである。

自動車の車体に必要な性能の１つとして衝突性能があり、衝突時には車体の損傷を軽減させつつ乗員を保護することが求められる。近年の車体軽量化のニーズにより、衝突特性および軽量化に有利な高強度鋼板等の高強度金属板材の適用が進んでいるが、材料の高強度化に伴い材料の延性が低下することで、衝突時に破断や亀裂進展が発生する危険性が高くなる。

特に、車体の前後部に配置するフロントサイドメンバーやリアサイドメンバーには、車体が衝突したときに材料が塑性変形することにより衝突エネルギーを吸収して乗員に与える衝撃力を低減する機能が求められている。衝突エネルギーの吸収においては、部品が蛇腹状に変形する軸方向圧縮変形が最もエネルギー吸収効率に効果的であるが、軸方向圧縮変形では、局所的に変形が発生するため、材料に発生する塑性ひずみ量が非常に高くなり、材料の延性限界を超えて破断が発生してしまうことが多い。特に、強度が９８０ＭＰａを超えるような高強度鋼板においては破滅的な破断が発生し、衝突エネルギーを吸収できないことがあり、このことが車体への高強度鋼板の適用の大きな課題となっている。

一般的に金属板材の延性は、引張り試験により得られる均一伸びや局部伸びなどの指標によって評価される。しかしながら、これらの指標が高くても衝突時の破断が発生してしまうことが多く、より的確な材料開発および材料選定のために、衝突時の破断発生の有無を判断できる各種の材料試験方法が提案されてきた。

例えば、ドイツ自動車工業会規格（Ｖｅｒｂａｎｄ ｄｅｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｉｎｄｕｓｔｒｅｉｅ：ＶＤＡ）で規格化されているＶＤＡ２３８−１００曲げ試験方法では、並置した２つの支点ロール上に板材を掛け渡し、その板材を上部から鋭利なパンチで加圧して曲げ成形し、板材の限界曲げ半径を評価する方法が提案されており、この方法により得られた限界曲げ半径は、衝突時の局所的な変形に対応することが報告されている。

また、特許文献１では、上記のＶＤＡ規格曲げ試験方法を改良し、実験によって得られた荷重ストローク曲線から限界曲げ半径以降の亀裂発生状況を評価することで、部品衝突時の耐割れ性を予測することが提案されている。

特開２０１６−０８０４６４号公報

ところで材料試験方法は、実際に発生している複雑な現象を単純な方法で再現でき、結果のばらつきが少ない、高精度の方法が求められており、従来の方法よりも単純化された試験方法が試みられてきたが、実際の現象を十分に再現できていないという問題があった。

これらの課題を解決すべく本発明者らは、部品の軸方向圧壊時に発生している変形状態および破断発生状況を詳細に実験・解析することを行った。すなわち本発明者らは後述の如く、高強度鋼板で形成した裏板付きハット形部品の軸方向圧壊試験を行い、実際に破断が発生している部位を分類した。その結果、破断の多くは局所的な曲げ変形部で発生する確率が高いことを見出した。

次いで、数値シミュレーション技術により、この実験での変形を再現できる数値モデルを構築し、破断部の変形状態を詳細に解析した。具体的には、先ず図７に示すように、ハット形部品のプレス加工による発生ひずみを解析し、次に図８に示すように、裏板付きハット形部品の軸方向圧壊挙動を解析する高度な計算を行った。なお、符号Ｓはひずみ部位、ＣＳはひずみ集中部位を示す。

実験で割れが発生した部位の変形を時系列的に解析すると、図９に部分的に拡大して示すように、先ず、プレス加工時に曲げ成形で与えられたコーナー部（フィレット部）が軸方向圧壊時に平坦化し（図９（ａ）〜（ｃ））、さらにはひずみ方向に対する交差方向かつ反転方向に曲げ変形が発生し、局所的な曲げ部で破断に至ること（図９（ｄ）〜（ｆ））が判明した。この検討により本発明者らは、衝突時の破断を評価するためにはプレス加工時の変形と衝突時の変形履歴を考慮することが重要であることを見出した。

自動車車体用の金属板材、特に鋼板は、素材のまま使用されることがほとんどなく、必ずプレス加工などの２次成形で部品形状に成形されてから使用されるのに対し、従来提案されてきた試験方法では、このようなプレス成形と衝突の変形履歴を考慮していなかったため、衝突時の破断評価として不十分なものであった。

それゆえ本発明は、上述の如き従来の試験方法の課題を有利に解決する自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法は、
自動車車体用金属板材の耐衝突性能を評価する試験方法であって、
先ずプレス加工装置によって、試験対象の金属板材からなる平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形し、
次いで曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させ、
その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価することを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備は、
試験対象の金属板材からなる平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形するプレス加工装置と、
その１次曲げ成形された試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させるとともに、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを出力する曲げ試験装置と、
を具えることを特徴としている。

本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備によれば、先ずプレス加工装置によって、平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形し、次いで曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させ、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価するので、実際に発生している複雑な現象を、プレス成形と衝突の両方の変形履歴を考慮した単純な方法で再現することができ、結果のばらつきが少ない、高精度の衝突性能評価試験を行うことができる。

なお、本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備においては、曲げ試験装置によって、前記１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向かつ反転方向に２次曲げ変形させ、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価してもよい。

さらに、本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備においては、試験対象の金属板材は、鋼板、好ましくは９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であってもよく、また、曲げ試験装置は、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される曲げ試験方法に用いるものであってもよい。

さらに、本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法においては、２次曲げ変形中の試験片の変形状態をカメラで連続的に撮影し、その撮影した画像から破断発生過程を解析してもよく、また、本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備においては、曲げ試験装置は、２次曲げ変形中の試験片の変形状態を連続的に撮影し、その撮影した画像を出力するカメラを有してもよい。

本発明の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に用いられる、本発明の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片の１次曲げ成形過程を順次に示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片の２次曲げ変形過程を順次に示す説明図である。 上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片の２次曲げ変形過程で測定したパンチ荷重とパンチストロークとの関係の一例を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備で試験を行ったものと同じ材料で製造した自動車車体用裏板付きハット形部品の形状を示す端面図および平面図である。 図５に示す自動車車体用裏板付きハット形部品の軸方向圧壊試験後の状態を斜め上方から見て示す説明写真である。 上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備の検討のために行った、図５（ａ）に示すと同様の自動車車体用裏板付きハット形部品の１次曲げ成形過程のＦＥＭシミュレーションにおける１次曲げ成形後の部品形状を示す、裏板を省略した斜視図である。 図５（ａ）に示すと同様の自動車車体用裏板付きハット形部品の２次曲げ変形過程のＦＥＭシミュレーションにおける２次曲げ変形後の部品形状を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図８に示す自動車車体用裏板付きハット形部品の２次曲げ変形過程のＦＥＭシミュレーションにおけるコーナー部の平坦化変形状態を拡大して順次に示す説明図であり、（ｄ）〜（ｆ）は、その後のコーナー部の反転曲げ変形状態を拡大して順次に示す説明図である。 (ａ)，（ｂ）は、図１および図３に示す曲げ角度９０°の場合の曲げ変形前後の試験片の状態、(ｃ)，（ｄ）は、曲げ角度７０°の場合の曲げ変形前後の試験片の状態、(ｅ)，（ｆ）は、曲げ角度６０°の場合の曲げ変形前後の試験片の状態をそれぞれ示す説明図である。 本発明の他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に用いられる、本発明の他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片の２次曲げ変形過程をカメラで連続的に撮影し、その一部を抜粋して順次に示す説明図である。 上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片の２次曲げ変形過程で測定したパンチ荷重とパンチストロークとの関係の一例を示すグラフである。 本発明のさらに他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に用いられる、本発明のさらに他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に用いられる、本発明の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置を示す斜視図である。

この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置は、自動車車体用の部品を形成する金属板材としての高強度鋼板の２次曲げ試験を、ＶＤＡ規格２３８−１００曲げ試験方法に準拠して、但し平坦な試験片でなく後述の如くＶ字状に１次曲げ成形した試験片を用いて行うためのものであり、図１に示すように、基台１上に向かい合わせに配置固定された２対の軸受け２でそれぞれの軸端部を回転可能に支持されて水平にかつ互いに隙間を空けて並置された２本の支点ロール３と、先端部４ａがそれら２本の支点ロール３の軸線間の中央の位置で２本の支点ロール３の軸線に対し平行に延在するように支持されたパンチとしての曲げ歯４と、その曲げ歯４を垂直に延在させて支持する曲げ歯ホルダ５と、その曲げ歯ホルダ５に設けられ、曲げ歯４から下向きに試験片Ｔに加える曲げ変形荷重の、試験片Ｔからの反力を検出して出力するロードセル６と、試験片Ｔの縁部に当接して２本の支点ロール３上の所定位置に、１次曲げ成形での曲げ部が上向きになるように試験片Ｔを位置決めする図示しない位置決め治具と、を具えている。

ＶＤＡ規格２３８−１００曲げ試験方法の規定に従うこの曲げ試験装置は、図示しない通常の圧縮試験機あるいはプレス装置の架台に基台１を取り付けるとともに、その圧縮試験機の例えば油圧シリンダ駆動のスライドに曲げ歯ホルダ５を取り付けて、架台に対するスライドの昇降作動により、曲げ歯４を、先端部４ａが２本の支点ロール３の上方に位置する待機位置と、先端部４ａが２本の支点ロール３間の隙間に位置する下降位置との間で昇降移動させることで、後述する試験片の２次曲げ変形を行わせることができる。

すなわちこの実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法は、平坦な状態から予めプレス装置でのプレス加工によりＶ字形に１次曲げ成形された鋼板からなる試験片Ｔを、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される上記曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形の曲げ方向に対する交差方向、好ましくは直交方向で、かつ反転方向に２次曲げ変形させ、その２次曲げ変形中の試験片Ｔの曲げ荷重を試験片Ｔからの反力としてロードセル６で検出するとともに、その２次曲げ変形中の曲げ歯４の曲げストロークを上記圧縮試験機でスライドの昇降移動量として検出して、それら曲げ荷重と曲げストロークとのデータを経時的に記録することを特徴とするものである。

この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法によれば、プレス加工工程を模擬する１次曲げ成形により、試験片に破断のダメージとなる塑性ひずみを簡単な方法で与えることができる。次に、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される曲げ試験装置を用いて上記のＶ字形の試験片に２次曲げ変形を与えることにより、１次曲げ成形で与えられたコーナー部が平坦化し、次いでそのコーナー部に交差方向かつ反転方向の曲げ変形が発生し、実際の部品の局所的な曲げ部で破断する現象を試験片で再現することができる。

この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法は、通常の曲げ金型と、ＶＤＡ規格２３８−１００で用いられる曲げ試験装置とからなる設備を用いており、その曲げ試験装置を作動させる試験機も一般的な圧縮試験機で対応可能であるので、経済合理性も高い。試験片も５０ｍｍ四方程度の小さい面積のもので試験が可能で、実験室レベルで試作した開発材料の評価も可能である。従って、この実施形態の衝突性能評価試験方法によれば、鋼板の耐衝突特性を簡便な方法で高精度に予測することが可能となる。

具体的には、この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法では、第一ステップとして、平坦な鋼板からなる試験片Ｔに対し自動車車体部品のプレス加工に相当する１次曲げ成形を行う。１次曲げ成形には、一般的なＶ曲げ金型を用いることができる。試験片Ｔは５０ｍｍ×５０ｍｍにせん断加工して準備する。

図２（ａ）〜図２（ｄ）は、試験片Ｔの１次曲げ成形過程を、Ｖ曲げ金型を透視状態として順次に示しており、図２（ａ）〜（ｄ）中、符号７はＶ曲げパンチ、８はＶ曲げダイ、Ｓはひずみ部を示す。曲げＲは、実際の自動車車体部品に対応して調整することができ、一般的にはＲ５〜Ｒ１０（曲げ半径５ｍｍ〜１０ｍｍ）の範囲に調整される。曲げ角度についても実際の自動車車体部品の形状に合わせることが望ましいが、一般的には６０°〜９０°の範囲に設定される。１次曲げ成形された試験片Ｔには、曲げＲ部の周方向に向けて、曲げの外側は引張りひずみ、曲げの内側は圧縮ひずみが導入される。

第二ステップでは，上記第一ステップでＶ字形に１次曲げ成形された試験片Ｔに２次曲げ変形を加える。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片の２次曲げ変形過程を、曲げ試験装置を透視状態として順次に示しており、図３（ａ）〜（ｄ）中、符号３は支点ロール、４は曲げ歯、Ｓはひずみ部、ＣＳはひずみ集中部を示す。２次曲げ変形には、上記曲げ試験装置を用いたＶＤＡ規格２３８−１００に規定される曲げ試験が推奨されるが、そのほかの曲げ試験でも可能である。図示例では上記第一ステップで成形された曲げ稜線が曲げ歯４の先端部４ａと直交するように試験片Ｔを支点ロール３上に設置し、試験片Ｔの曲げ部の上部から曲げ成形を行う。

先にＶ字形に成形された試験片Ｔは、この第二ステップにおいて、先ず、図３（ａ），（ｂ）に示すように曲げ部が平坦化する変形が与えられ、その後、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、パンチとなる曲げ歯４が支点ロール３間に押し込まれると、試験片Ｔは前の第一ステップで導入されたひずみ方向に対する直交方向かつ反転方向に曲げ加工され、その後さらに変形が進み、試験片Ｔの中央部にひずみが集中してそのひずみ集中部ＣＳが破断に至る。

この過程におけるパンチ荷重（Ｆｏｒｃｅ）とパンチストローク（Ｓｔｒｏｋｅ）との関係を示すデータが、例えばパーソナルコンピュータ等で構成される図示しない記録装置に記録され、その記録装置が、図４に例示する如きストローク−荷重曲線を出力する。このストローク−荷重曲線でパンチ荷重がピーク値を迎えた点Ｐが試験片Ｔの破断発生ポイントであり、破断発生後に急激にパンチ荷重が低下する。なお、上記記録装置は、パンチ荷重の微分値からパンチ荷重が上昇から下降に変曲する破断ストローク値（点Ｐのストローク値）を求めて出力するように構成してもよく、さらには、その破断ストローク値を所定の基準値と比較し、対象部品への鋼板材料の適否を判断して出力するように構成してもよい。

上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に基づき、各種特性の鋼板の破断ストロークを評価した。先ず、コイル材から材料をせん断し、試験片Ｔを６０ｍｍ×６０ｍｍの寸法にそろえた。試験片Ｔの端面は機械加工してバリやせん断面を除去した。

第一ステップでは、Ｖ曲げ金型を用いて、上部のＶ曲げパンチ７と下部のＶ曲げダイス８とで上記の試験片Ｔを挟み、能力５０トンのプレス加工装置（プレス機）で加圧して曲げ成形した。Ｖ曲げパンチ７の曲げＲ（半径）は５ｍｍと８ｍｍの条件とした。

第二ステップでは、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される上記曲げ試験装置を用いて曲げ成形を行った。曲げ変形した試験片Ｔが２本の支点ロール３の隙間に入るように、板厚毎に支点ロール３の間隔を、板厚×２＋０．５ｍｍに調整した。曲げ歯４の先端部の半径（パンチＲ）は、ＶＤＡ規格に従い０．２ｍｍとした。この実験の結果を表１に示す。第二ステップで計測される荷重−ストローク曲線から荷重ピーク値を破断発生点と定義した。

また、検証のために上記の実験と同じ材料の鋼板を用いて、図５（ａ）の端面図および図５（ｂ）の平面図で示すように４０ｍｍ×４０ｍｍ、長さ２００ｍｍの自動車車体用ハット形部品を製作し、それと同じ材料の裏板をフランジ部へのスポット溶接で固着して閉断面構造の裏板付きハット形部品とした。裏板の固着前のハット形部品の成形にはプレスブレーキ方式の曲げ成形を採用した。そしてこの裏板付きハット形部品を、油圧式高速変形試験機を用いて速度１０ｍ／ｓでストローク１００ｍｍまで圧壊する軸方向圧壊試験を行った。図６は、図５に示すハット形部品の軸方向圧壊試験後の状態を斜め上方から見て示す説明写真であり、このハット形部品が軸方向圧壊するときの局所的な変形部での破断発生の有無について確認し、その結果を整理した。

上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法による破断ストロークと、上記軸方向圧壊試験時の割れ発生の有無との関係を表１に示す。裏板付きハット形部品の軸方向圧壊試験では、ほとんどの材料で破断が発生したが、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．１４の材料については破断が発生せずに裏板付きハット形軸方向圧壊した。これら破断が発生せずに裏板付きハット形部品が軸方向圧壊した材料のそれぞれについての試験片の破断ストローク値は、概ね３４ｍｍ以上を示しており、本実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における評価指標としての破断ストローク値とハット形部品の破断発生の有無とは相関が高いことが確認された。

図１０（ａ），（ｂ）は、図１および図３に示す交差角度９０°の場合の曲げ変形前後の試験片の状態、図１０(ｃ)，（ｄ）は、交差角度７０°の場合の曲げ変形前後の試験片の状態、図１０(ｅ)，（ｆ）は、交差角度６０°の場合の曲げ変形前後の試験片の状態をそれぞれ示す説明図である。これらの図に例示するように、この発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法では、曲げ試験装置によって、Ｖ字形に１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向かつ反転方向に２次曲げ変形させる際に、試験片の１次曲げ成形方向（稜線の延在方向）に対する曲げ歯４の交差角度は９０°に限られず、例えば衝突性能評価試験を行う材料で形成する部品の自動車車体での配置や衝突時の変形状況等に応じて適宜設定することで、より適切な評価を行うことができる。

図１１は、本発明の他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に用いられる、本発明の他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置を示す斜視図である。

この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置は、図１に示す曲げ試験装置と同様に、基台１上に向かい合わせに配置固定された２対の軸受け２でそれぞれの軸端部を回転可能に支持されて水平にかつ互いに隙間を空けて並置された２本の支点ロール３と、先端部４ａがそれら２本の支点ロール３の軸線間の中央の位置で２本の支点ロール３の軸線に対し平行に延在するように支持されたパンチとしての曲げ歯４と、その曲げ歯４を垂直に延在させて支持する曲げ歯ホルダ５と、その曲げ歯ホルダ５に設けられ、曲げ歯４から下向きに試験片Ｔに加える曲げ変形荷重の、試験片Ｔからの反力を検出して出力するロードセル６と、試験片Ｔの縁部に当接して２本の支点ロール３上の所定位置に試験片Ｔを位置決めする図示しない位置決め治具と、を具えている。

さらにこの曲げ試験装置は、先の実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法と同様に第一ステップでＶ字形に１次曲げ成形された試験片Ｔに第二ステップで２次曲げ変形を加える際に、その２次曲げ変形中の試験片Ｔの変形状態を２本の支点ロール３の間から連続的に撮影するために、基台１の中央部に貫通孔が形成され、その貫通孔の軸線上に撮影光学系が位置するように、基台１の下側に連続撮影型のカメラとして例えば動画撮影用のデジタルビデオカメラ９が配置されており、そのビデオカメラ９が、２次曲げ変形中の試験片Ｔを撮影して出力した画像データが、図１に示す曲げ試験装置におけると同様、例えばパーソナルコンピュータ等で構成される記録装置に記録され、その記録装置が、図１２および図１３に例示するように、試験片Ｔの画像を２次曲げ変形中の試験片Ｔのストローク−荷重曲線と同期させて、例えば図示しないディスプレイ装置の画面上に出力する。

図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、上記実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法における試験片Ｔの２次曲げ変形過程をビデオカメラ９で連続的に撮影し、その一部を抜粋して順次に示す説明図、また、図１３は、図１２に示す試験片Ｔの２次曲げ変形過程で測定したパンチ荷重とパンチストロークとの関係の一例を示すグラフである。試験片Ｔの材料は、自動車車体用の部品を形成する金属板材としての９８０ＭＰａ高強度鋼板で、板厚１．２ｍｍｔのものである。

図１２（ａ）に示すとともに図１３に矢印Ａで示す段階では、試験片Ｔの裏面に未だ亀裂は発生していないが、図１２（ｂ）に示すとともに図１３に矢印Ｂで示す段階では、試験片Ｔの裏面に未だ亀裂は発生していないものの表面側の曲げ歯４の先端に沿ってくびれが発生しており、図１２（ｃ）に示すとともに図１３に矢印Ｃで示す段階では、試験片Ｔの裏面に表面側の曲げ歯４の先端に沿って亀裂が僅かに発生しており、図１２（ｄ）に示すとともに図１３に矢印Ｄで示す段階では、試験片Ｔの裏面の亀裂が進展している。

従って、この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を用いたこの実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法によれば、試験片Ｔの２次曲げ変形過程におけるパンチ荷重（Ｆｏｒｃｅ）とパンチストローク（Ｓｔｒｏｋｅ）との関係を示すグラフのデータ（図１３）と、ビデオカメラ９により曲げ変形部の状態を連続撮影した画像のデータ（図１２）とを突き合わせることにより、試験片Ｔの２次曲げ変形過程における材料の伸び、くびれ、亀裂発生および亀裂進展を含む破断発生過程を詳細に解析して、破断限界ストロークをより高精度に評価することができる。

図１４は、本発明のさらに他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法に用いられる、本発明のさらに他の一実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置を示す斜視図であり、この図１４中、先の実施形態におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。

すなわち、この実施形態における曲げ試験装置も、基台１上に向かい合わせに配置固定された２対の軸受け２でそれぞれの軸端部を回転可能に支持されて水平にかつ互いに隙間を空けて並置された２本の支点ロール３と、先端部４ａがそれら２本の支点ロール３の軸線間の中央の位置で２本の支点ロール３の軸線に対し平行に延在するように支持されたパンチとしての曲げ歯４と、その曲げ歯４を垂直に延在させて支持する曲げ歯ホルダ５と、その曲げ歯ホルダ５に設けられ、曲げ歯４から下向きに試験片Ｔに加える曲げ変形荷重の、試験片Ｔからの反力を検出して出力するロードセル６と、試験片Ｔの縁部に当接して２本の支点ロール３上の所定位置に試験片Ｔを、先の実施形態と異なり１次曲げ成形での曲げ部が下向きになるように位置決めする図示しない位置決め治具と、を具えている。

そして、この実施形態における曲げ試験装置では、平坦な状態から予めプレス装置でのプレス加工によりＶ字形に１次曲げ成形された鋼板からなる試験片Ｔを、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される上記曲げ試験装置の支点ロール３上に、１次曲げ成形での曲げ部が下向きになるように設置し、上記曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形の曲げ方向に対する交差方向、好ましくは直交方向で、かつ先の実施形態と異なり、１次曲げ成形の曲げ方向に対する反転方向でなく同一方向に、試験片Ｔの裾部の上部から２次曲げ変形させ、その２次曲げ変形中の試験片Ｔの曲げ荷重を試験片Ｔからの反力としてロードセル６で検出するとともに、その２次曲げ変形中の曲げ歯４の曲げストロークを上記圧縮試験機でスライドの昇降移動量として検出して、それら曲げ荷重と曲げストロークとのデータを、例えばパーソナルコンピュータ等で構成される図示しない記録装置で経時的に記録し、評価のためにグラフ等として出力する。

この実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を用いたこの実施形態の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法によっても、先の実施形態と同様、実際に発生している複雑な現象を、プレス成形と衝突の両方の変形履歴を考慮した単純な方法で再現することができ、結果のばらつきが少ない、高精度の衝突性能評価試験を行うことができる。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば上記実施形態では試験対象の金属板を高強度鋼板としたが、これに代えて通常の鋼板や他の板材、例えばアルミ板等とすることもできる。

また、上記実施形態では試験片を１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させる曲げ試験装置としてＶＤＡ規格２３８−１００に規定される曲げ試験装置を用いたが、これに代えて他の構成、例えばプレス機に通常の曲げ成形金型を取り付けたものを用いることもできる。

さらに、連続撮影型のカメラとして、ビデオカメラ９に替えて例えば高速連写可能なデジタルスチルカメラ等を用いることで、より高精細度の画像を得るようにしてもよい。

また、図１４に示す自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備を構成する曲げ試験装置に、図１１に示すようにカメラを組み合わせて設備を構成してもよい。

かくして本発明の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法および衝突性能評価試験設備によれば、先ずプレス加工装置によって、平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形し、次いで曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させ、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価するので、実際に発生している複雑な現象を、プレス成形と衝突の両方の変形履歴を考慮した単純な方法で再現することができ、結果のばらつきが少ない、高精度の衝突性能評価試験を行うことができる。

１ 基台
２ 軸受け
３ 支点ロール
４ 曲げ歯
４ａ 先端部
５ 曲げ歯ホルダ
６ ロードセル
７ Ｖ曲げパンチ
８ Ｖ曲げダイ
９ ビデオカメラ
Ｔ 試験片
ＣＳ ひずみ集中部
Ｓ ひずみ部

Claims (10)

1. 自動車車体用金属板材の耐衝突性能を評価する試験方法において、
   先ずプレス加工装置によって、試験対象の金属板材からなる平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形し、
   次いで曲げ試験装置によって、その１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させ、
   その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価することを特徴とする自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法。
2. 前記曲げ試験装置によって、前記１次曲げ成形した試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向かつ反転方向に２次曲げ変形させ、
   その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを記録して評価することを特徴とする請求項１記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法。
3. 前記試験対象の金属板材は、９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることを特徴とする請求項１または２記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法。
4. 前記曲げ試験装置は、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される曲げ試験方法に用いるものであることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法。
5. 前記２次曲げ変形中の試験片の変形状態をカメラで連続的に撮影し、その撮影した画像から破断発生過程を解析することを特徴とする請求項１から４までの何れか１項記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験方法。
6. 試験対象の金属板材からなる平坦な試験片をＶ字形に１次曲げ成形するプレス加工装置と、
   その１次曲げ成形された試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向に２次曲げ変形させるとともに、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを出力する曲げ試験装置と、
   を具えることを特徴とする自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備。
7. 前記曲げ試験装置は、前記１次曲げ成形された試験片をその１次曲げ成形方向に対する交差方向かつ反転方向に２次曲げ変形させるとともに、その２次曲げ変形中の試験片の曲げ荷重および曲げストロークを出力することを特徴とする請求項６記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備。
8. 前記試験対象の金属板材は、９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることを特徴とする請求項６または７記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備。
9. 前記曲げ試験装置は、ＶＤＡ規格２３８−１００に規定される曲げ試験方法に用いるものであることを特徴とする請求項６から８までの何れか１項記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備。
10. 前記曲げ試験装置は、前記２次曲げ変形中の試験片の変形状態を連続的に撮影し、その撮影した画像を出力するカメラを有することを特徴とする請求項６から９までの何れか１項記載の自動車車体用金属板材の衝突性能評価試験設備。
    

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