JP6819832B1 - 伸びフランジ割れ評価方法、金属板の選定方法、プレス金型の設計方法、部品形状の設計方法、及びプレス部品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

評価用金属板のせん断端面の伸びフランジ割れをより簡便に評価する技術を提供する。任意に選択した第２の金属板に所定の成形条件で穴広げ試験の成形解析を実施し穴広げ率を真ひずみからなる穴端縁のひずみに換算してなる、穴端縁のひずみと半径方向に沿ったひずみ勾配との関係である基準ひずみ勾配情報（１０ｃ）を、成形条件を変えて２以上有す。少なくとも２つの基準ひずみ勾配情報（１０ｃ）に対応する各成形条件と同じ成形条件で評価用金属板に穴広げ成形を行って、評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を少なくとも２つ求め、少なくとも２つの基準ひずみ勾配情報（１０ｃ）と、求めた少なくとも２つの穴広げ限界における限界穴広げ率とから評価用金属板の成形可能領域（ＡＲＡ）を求める。求めた成形可能領域（ＡＲＡ）によって、評価用金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価する。

Description

本発明は、プレス成形における金属板のせん断端面での伸びフランジ割れを評価する方法、金属板の選定方法、プレス金型の設計方法、部品形状の設計方法、及びプレス部品の製造方法に関する。
自動車部品に使用される鋼板の高強度化が進んでおり、その鋼板のプレス成形における課題の一つに伸びフランジ割れがある。しかし、せん断端面での伸びフランジ割れは、ＦＬＤなどの割れ予測手法では予測が困難であった。
ここで、非特許文献１に記載のように、伸びフランジ割れの破断限界には、破断部近傍のひずみ勾配が大きく影響していることが分かっている。このことから、例えば特許文献１〜３に記載の方法では、種々の材料の穴広げ試験に代表される、せん断端面の伸びフランジ変形限界を評価するための実際の試験と、その成形解析とにより、伸びフランジ割れ限界とひずみ勾配の関係を求める。そして、その求めた伸びフランジ割れ限界とひずみ勾配の関係と、プレス成形解析結果とに基づき伸びフランジ割れを予測する。
特開２００９−２０４４２７号公報 特開２０１７−１４０６５３号公報 国際公開第２０１６／００２８８０号
飯塚栄治他: 塑性と加工、51-594(2007)、700-705
高強度鋼板のプレス成形時における伸びフランジ成形におけるせん断端面の割れが顕在化している。このため、伸びフランジ割れの発生を防ぐために、金属板、特に高強度鋼板のせん断端面の伸びフランジ割れを評価することは重要である。
しかし、特許文献１〜３に記載の方法では、評価する金属板が変わる度に、実試験に応じた成形解析を実施する必要があるため、伸びフランジ割れ限界の解析データ取得に時間が掛かる。
特許文献３に記載のように、材料試験から直接、ひずみ勾配を計算する方法もある。しかし、この方法は、材料試験におけるひずみ分布を測定する特別な装置が必要となる。また、円錐穴広げ成形の際に金属板が反るために、ひずみの測定が困難あり実用的ではない。
以上のように、従来の評価方法では、加工に使用する金属板を選定する際に、伸びフランジ割れ予測に必要なひずみ勾配を計算する成形解析の工程を、評価する金属板毎に行う必要がある。したがって、伸びフランジ割れの成形限界を評価する指標（評価する金属板に対応したひずみ勾配の情報）の決定に時間が掛かるといった課題がある。
本発明は、上記課題を解決すべく考案したものであり、金属板のせん断端面の伸びフランジ割れをより簡便に評価して、プレス成形条件を決定可能とする技術を提供することを目的とする。
なお、プレス成形条件としては、プレス成形に使用する金属板の選定の他、プレス部品形状の決定などがある。
発明者らは、せん断端面の伸びフランジ割れについて種々の検討を重ねた結果、任意に選定した１種類の金属板についての２種類以上の穴広げ成形解析を実施して解析した穴広げ率を、真ひずみに換算した穴端縁のひずみとして求めた、「穴端縁のひずみと穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配との関係」が、評価する金属板の材料条件（板条件）に関係なく、ひずみ勾配を評価する際の解析データとして使用できるとの知見を得た。
すなわち、発明者らは、上記穴広げ成形解析における成形中の穴広げ率を真ひずみ換算した、穴端縁のひずみとその穴広げ成形中の穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配との関係は、金属板の初期穴径と穴広げ試験を実施する成形工具形状により決まり、材料強度や板厚、ｒ値といった機械的特性に影響されないとの知見を得た。このため、発明者らは、ある一つの機械的特性を有した金属板について穴広げ成形解析を実施し、上記穴広げ成形解析における成形中の穴広げ率を真ひずみ換算した穴端縁のひずみとその穴広げ成形中の穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係を取得すれば、異なる材料からなる金属板毎に成形解析をその都度実施しなくても、簡便に伸びフランジ割れ予測に必要な穴広げ限界における穴端縁のひずみと、穴広げ限界における穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配との関係を取得できることを見出した。
そして、課題を解決するため、本発明の一態様は、せん断端面を有する金属板からなる評価用金属板の伸びフランジ割れを評価する伸びフランジ割れ評価方法であって、上記評価用金属板とは関係無く選定した金属板であって、任意に選定した板条件を有する第２の金属板に対し、設定した成形条件での穴広げ試験の成形解析を実施すると共に穴広げ率を真ひずみからなる穴端縁のひずみに換算して取得した、穴端縁のひずみと、穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係で表される基準ひずみ勾配情報を、上記成形条件を変えて２以上有し、上記２以上の基準ひずみ勾配情報のうちの少なくとも２つの上記基準ひずみ勾配情報に対応する各成形条件と同じ成形条件でそれぞれ、上記評価用金属板に対し穴広げ成形を行って、上記評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を少なくとも２つ求め、上記少なくとも２つの上記基準ひずみ勾配情報と、上記求めた少なくとも２つの穴広げ限界における限界穴広げ率とから、上記評価用金属板の成形可能領域を求め、求めた上記成形可能領域によって、上記評価用金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価することを要旨とする。
また、本発明の他の実施形態は、プレス部品に成形する金属板の選定方法であって、上記一態様の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記プレス部品に成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れが発生しない金属板を選定する、ことを要旨とする。
また、本発明の他の態様は、金属板をプレス成形するプレス金型の設計方法であって、上記一態様の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板をプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れを抑えることが可能なプレス金型を求める、ことを要旨とする。
また、本発明の他の態様は、金属板をプレス成形して得られるプレス部品の部品形状の設計方法であって、上記一態様の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板をプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れを抑えた部品形状を求める、ことを要旨とする。
また、本発明の他の態様は、金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、上記一態様の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板を上記プレス部品にプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価する、ことを要旨とする。
また、本発明の他の態様は、金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、上記一態様の伸びフランジ割れ評価方法によってプレス成形条件を決定する、ことを要旨とする。
本発明の態様によれば、より簡便にせん断端面の伸びフランジ割れ評価（予測）のためのデータを取得可能となる。
すなわち、本発明の態様によれば、例えば金属板のせん断端面の伸びフランジ割れ予測のためのデータを簡便に取得することが可能となる。したがって、例えば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板やプレス金型、部品形状などのプレス成形条件の選定が適切であるか否かを迅速かつ精度良く予測できるようになる。
この結果、本発明の態様によれば、プレス成形によるプレス部品の製造を安定して行うことができると共に、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。また、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
本発明に基づく実施形態に係る伸びフランジ割れ評価方法の処理を説明する図である。 予備情報のデータ例を示す図である。 伸びフランジ割れ評価方法の処理を説明する図である。 基準ひずみ勾配情報の例を示す図である。 成形工具の例を説明する図である。 可能領域設定工程の処理を説明する図である。 可能領域設定工程の処理を説明する図である。 実施例におけるプレス部品Ｒの形状を示す図である。 実施例による評価を説明する図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の伸びフランジ割れ評価方法は、プレス成形による、せん断端面を有する金属板からなる評価用金属板の伸びフランジ割れを評価する工程として、図１に示すように、実試験工程３と、限界ひずみ勾配算出工程４と、可能領域設定工程５と、評価判定工程６とを有する。本明細書では、「評価用金属板」を、「評価する金属板」とも記載する。
また、伸びフランジ割れ評価のための予備情報１０が、予めデータベース２（記憶部）に格納されている。上記予備情報１０は、予備情報取得工程１の実施にて予め取得され、データベース２に格納される。
＜予備情報取得工程１＞
予備情報取得工程１は、評価用金属板と同一又は異なる板条件を有する第２の金属板、具体的には、評価用金属板とは関係無く任意に選定した板条件を有する第２の金属板に対し、処理を実行する。予備情報取得工程１は、任意に選択した第２の金属板に対し、設定した成形条件（以下、穴広げ試験条件とも呼ぶ）での穴広げ試験の成形解析を実施する。
板条件とは、通常、金属板を解析する際に設定する金属板の特性条件である。板条件は、例えば、材料強度、板の機械的特性、板厚などである。成形解析される第２の金属板の板条件については、特に限定は無いが、例えば、評価用金属板として想定される複数種類の金属板の板条件のうちから、任意に選定した板条件を採用すればよい。すなわち、上記成形解析される第２の金属板の板条件は、評価用金属板の板条件（機械的特性や板厚等）とは関係無く、任意に選定して用いることが出来る。このため、上記成形解析される第２の金属板の板条件は、通常、評価用金属板の板条件とは異なる条件となる。
この成形解析にて、穴広げ率と穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係が求められる。また、予備情報取得工程１は、成形解析中の穴広げ率を真ひずみに換算して穴端縁のひずみとする。予備情報取得工程１は、上記の処理によって、上記穴広げ試験に設定した成形条件に対応する、穴端縁のひずみとひずみ勾配との関係からなる、基準ひずみ勾配情報を求める処理を実行する。予備情報取得工程１での処理を、穴広げ試験条件を変更して２回以上実施する。成形解析される第２の金属板の板条件は、穴広げ試験条件毎に異なっていても良いし、同じであって良い。第２の金属板の板条件として、成形解析しやすい板条件を適宜、設定すればよい。
これによって、成形条件（穴広げ試験条件）と、基準ひずみ勾配情報とからなる、２つ以上の予備情報１０のデータが取得され、その取得された２つ以上の予備情報１０のデータを、データベース２に格納しておく。
なお、成形条件は、金属板に形成する初期穴径と、穴広げ試験を実施する成形工具形状（パンチ形状）との、２種類の変数で表現される。初期穴径及び成形工具形状の少なくとも一方を変更した２以上の成形条件を、穴広げ試験条件とする。
データベース２に格納されている予備情報１０のデータは、例えば、図２のようなデータ形式となっている。図２に示す例では、予備情報１０のデータは、データ番号１０ａ、穴広げ試験条件を特定する成形条件１０ｂ、その成形条件に対応する基準ひずみ勾配情報１０ｃからなる。基準ひずみ勾配情報１０ｃは、図３や図４に示すようなグラフ１１で表される、「穴広げ率と穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係」の情報である。基準ひずみ勾配情報１０ｃは、例えば、上記関係を表現する換算式や、（穴広げ率、穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配）の各データからなる２以上の表情報などから構成される。
ここで、伸びフランジ変形限界には前述のひずみ勾配が影響しているため、幅広いひずみ勾配における伸びフランジ変形限界を取得することが好ましい。このためには、金属板に対する初期穴径と成形工具の寸法を種々変更して、基準ひずみ勾配情報１０ｃを求める方が良い。通常、種々の穴広げ試験では、同一形状の成形工具（パンチ）を使用した穴広げ試験の成形の場合、金属板の初期穴径が小さいほど、種々の穴広げ試験の同一の穴広げ率における成形時の穴端縁から穴の半径方向へのひずみ勾配が大きくなる。また、成形工具形状もひずみ勾配に影響しており、同一の金属板の初期穴径に対し、成形工具の形状が円錐形状（図５（ａ）参照）だとひずみ勾配が大きく、成形工具の形状が円筒形状（図５（ｂ）参照）だとひずみ勾配が小さくなる傾向にある。
本実施形態における、せん断端面の伸びフランジ割れ予測の精度を上げるためには、なるべく多くの種類の成形条件で成形解析及び成形試験を実施することが好ましい。ただし、実試験で用いる金属板を考慮すると、金属板に形成する初期穴径は、５ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。初期穴径が５ｍｍ未満だと、後述の金属板の打ち抜き加工の際に、打ち抜き成形工具が容易に変形するため均一なせん断加工状態の穴端縁が得られなくなり、実験精度が落ちる。また、初期穴径が１００ｍｍより大きいと、穴径が打ち抜き用の通常の成形工具も大きくなり、これに応じて打ち抜き成形工具を使用する設備も大きくなるため実用的でない。より好ましくは、金属板の初期穴径は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が良い。
成形工具の形状には、円錐形状、円筒形状、球頭形状などが考えられる。もっとも、成形工具の形状は、種々のひずみ勾配の成形状態が成形解析上で再現でき、かつ同一成形条件での実試験が実施できればどのような形状でも構わない。成形工具の形状は、好ましくは、日本工業規格ＪＩＳＺ２２５６で記載されている、パンチ先端の角度が６０°の円錐形状の成形工具を用いるのがよい。
予備情報取得工程１での穴広げの成形解析は、上記を考慮して決定した成形条件を再現した解析を実施する。
成形解析の手法としては、広く採用されている有限要素法を用いるのが好ましい。ただし、成形解析の手法は、成形条件を解析上で再現でき、かつ成形中の金属板のひずみを取得できればどのような成形解析方法を採用しても構わない。以下では有限要素解析を用いた場合を例に説明する。
穴広げ試験の成形解析によって、任意の成形状態において、穴端縁で最も大きく、穴端縁から半径方向に離れるにつれて小さくなるようなひずみ分布が取得される。そして、このひずみ分布からひずみ勾配を計算する。このひずみについては様々な定義があるが、使用するひずみとして、穴の周方向ひずみを強く反映するひずみが良い。そのようなひずみとしては、例えば最大主ひずみや相当塑性ひずみがあるが、好ましくは最大主ひずみが良い。
穴広げ率を真ひずみ換算した穴端縁のひずみに変換して用いることで、穴端縁のひずみとひずみ勾配との関係からなる基準ひずみ勾配情報１０ｃは、金属板の材料特性の依存性が抑制されている。
すなわち、本発明者が得た知見によれば、穴広げ成形解析における成形中の穴広げ率から真ひずみ換算される穴端縁のひずみと、その穴広げ成形中の穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配との関係は、金属板の初期穴径と穴広げ試験を実施する成形工具形状によって決まり、材料強度や板厚、ｒ値といった材料の機械的特性に影響されない。そして、本発明者が得た知見によれば、ある一つの機械的特性を有した金属板について穴広げ成形解析を実施し、その穴広げ成形解析における、成形中の穴広げ率から真ひずみ換算される穴端縁のひずみと、その穴広げ成形中の穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係を取得することで、異なる材料の成形解析を都度実施しなくても、簡便に伸びフランジ割れ予測に必要な穴広げ限界における穴端縁のひずみと穴広げ限界における穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係を取得できる。
基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフ１１の例を、図４に示す。この例で適用した初期穴径と、成形工具形状２１としてのパンチ形状を表１、表２、及び図５に示す。図５中、符号２０は金属板を示す。なお、基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフを、マスターカーブとも記載する。
Figure 0006819832
Figure 0006819832
図４（ａ）は、初期穴径１０ｍｍΦで、成形工具形状２１が円錐形状の穴広げ試験条件で解析した場合の基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフである。図４（ｂ）は、初期穴径２５ｍｍΦで、成形工具形状２１が円錐形状の穴広げ試験条件で解析した場合の基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフである。図４（ｃ）は、初期穴径５０ｍｍΦで、成形工具形状２１が円錐形状の穴広げ試験条件で解析した場合の基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフである。図４（ｄ）は、初期穴径２５ｍｍΦで、成形工具形状２１が円筒形状の穴広げ試験条件で解析した場合の基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフである。図４（ｅ）は、初期穴径５０ｍｍΦで、成形工具形状２１が円筒形状の穴広げ試験条件で解析した場合の基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフである。
このように、初期穴径や成形工具形状の少なくとも一方の成形条件を変更することで、異なるグラフ１１で表現される、基準ひずみ勾配情報１０ｃが得られる。
ここで、発明者は、金属板として引張強度が２７０ＭＰａ、５９０ＭＰａ、９８０ＭＰａ、１４７０ＭＰａの４種類の鋼種を使用し、各金属板に対し、初期穴径１０ｍｍΦで、成形工具形状が円錐形状の穴広げ試験条件で解析した場合の基準ひずみ勾配情報１０ｃを求めてみた。この場合、少なくとも、ひずみ勾配が０．１ｍｍ−１以下では、基準ひずみ勾配情報１０ｃが同一のカーブになることを確認した。また、ｒ値だけを異ならせて解析した場合でも、ひずみ勾配が０．１ｍｍ−１以下では、基準ひずみ勾配情報１０ｃがほぼ同一のカーブ（マスターカーブ）になることを確認した。更に、板厚を０．５ｍｍ〜４．０ｍｍの間で変更して確認した場合も、ひずみ勾配が０．１ｍｍ−１以下では、基準ひずみ勾配情報１０ｃがほぼ同一のカーブになることを確認した。
ここで、有限要素解析の際に、有限要素の一部分に過大変形がないようにして基準ひずみ勾配情報１０ｃを求めることが好ましい。
このような観点から、基準ひずみ勾配情報１０ｃを求める際に、穴広げ試験の成形解析に使用する第２の金属板の相当応力−相当塑性ひずみ関係は、均一伸びが７．５％以上の金属板の単軸引張試験より得られるものなど、材料特性が軟らかい条件で解析することが好ましい。そして、第２の金属板の単軸引張試験より得られた相当応力−相当塑性ひずみ又はその近似式を成形解析に使用することが好ましい。
＜実試験工程３＞
実試験工程３では、データベース２に格納されている複数の基準ひずみ勾配情報１０ｃから選択した第１の基準ひずみ勾配情報に対応する成形条件（穴広げ試験条件）と同じ成形条件で、実際に、評価用金属板と同じ材料からなる金属板に対し穴広げ成形を行って、評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を求める。
＜限界ひずみ勾配算出工程４＞
限界ひずみ勾配算出工程４では、データベース２に格納されている第１の基準ひずみ勾配情報と、実試験工程３で求めた限界穴広げ率に対応する穴広げ限界における穴端縁のひずみである限界ひずみとに基づき、限界ひずみに対応する穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配を算出する。すなわち、限界ひずみ勾配算出工程４では、実試験工程３で採用した穴広げ試験条件に対応する基準ひずみ勾配情報１０ｃを参照して、図３のように、実試験工程３で求めた限界穴広げ率を換算した穴端縁のひずみに対応するひずみ勾配を求め、限界ひずみでの（穴端縁のひずみ、ひずみ勾配）のデータを取得する。図３の例では、限界ひずみでの穴広げ率７９％を穴端縁のひずみ０．５８に変更し、対応する基準ひずみ勾配情報１０ｃのグラフ１１から、穴端縁のひずみ０．５８に対応するひずみ勾配として０．０９５を求めた例である。
以上の実試験工程３の処理と限界ひずみ勾配算出工程４とを、データベース２に格納されている穴広げ試験条件を変えて２回以上実施する。これによって、限界ひずみに対応する（穴端縁のひずみ、ひずみ勾配）のデータを２以上取得する。
＜可能領域設定工程５＞
可能領域設定工程５では、（穴広げ試験条件、基準ひずみ勾配情報１０ｃ）のデータを変えて２度以上実施して得られた、２組以上の限界ひずみでの（穴端縁のひずみ、ひずみ勾配）のデータの組（図６参照）から、図７のような成形可能領域ＡＲＡを求める。穴端縁のひずみが限界ひずみのデータに対応する。
例えば、限界ひずみ勾配算出工程４で求めた２組以上の（穴端縁のひずみ、ひずみ勾配）の位置を成形可能領域ＡＲＡの境界値として、その２組以上の（穴端縁のひずみ、ひずみ勾配）を通過するラインを成形限界線Ｌとし、その下側の領域を成形可能領域ＡＲＡとする。
＜評価判定工程６＞
評価判定工程６では、可能領域設定工程５が求めた成形可能領域ＡＲＡによって、評価する金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価する。評価判定工程６では、例えば、評価すべきプレス成形を模擬した成形解析を実施し、そのプレス成形解析における評価する金属板での端縁のひずみと、端縁より評価する金属板内側の方向のひずみ勾配との関係が、上記成形可能領域ＡＲＡ内に存在するか否かによって評価する。成形可能領域ＡＲＡ内のデータの場合には、せん断端面での伸びフランジ割れは発生しないと予測する。
＜作用その他＞
非特許文献１にあるように、伸びフランジ成形における変形限界は、端縁近傍のひずみ勾配の影響を受ける。これは、ひずみ勾配が大きくなると、端縁がひずみ局所化条件に達してもその内部ではその条件に達していないことにより、ひずみの局所化抑制効果が働くことや、ひずみの少ない領域のくびれ成長抑制効果が大きくなるためである。すなわち、素材の変形限界が拡大することと穴端縁のひずみ分布の均一性が高まることの２つの理由から、ひずみ勾配が大きくなると、伸びフランジ成形の変形限界が大きくなる。
本実施形態によれば、任意に選択した１種類の金属板について穴広げ成形解析を実施し、成形解析上で成形中の穴広げ率から真ひずみ換算された穴端縁のひずみとその穴広げ率における穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係をあらかじめ取得しておく。そして、本実施形態では、成形解析と同一の初期穴径、及び同一の成形工具を用いて、実際の穴広げ試験を実施することで穴広げ限界における限界穴広げ率を取得し、成形中の穴端縁のひずみとその成形時の穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係より、穴広げ限界におけるひずみ勾配の値を算出する。同様の方法で、少なくとも２種類以上の穴広げ試験における、穴広げ限界における穴端縁のひずみと穴広げ限界における穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係から、伸びフランジ成形の成形可能領域ＡＲＡを決定する。
そして、求めた伸びフランジ成形の成形可能領域ＡＲＡと、プレス成形を模擬した成形解析を実施し、プレス成形解析における評価用金属板の端縁のひずみと、評価用金属板における端縁から内側方向へのひずみ勾配との関係を比較し、プレス成形解析における端縁の変形状態が、上記成形可能領域ＡＲＡ内であれば、伸びフランジ割れは抑制されると予測する。すなわち、評価用金属板についてプレス成形時の成形可否を判定することができる。
基準ひずみ勾配情報１０ｃを求める際に、穴広げ率から真ひずみ換算される穴端縁のひずみを使用することで、穴端縁のひずみと穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係は、金属板の初期穴径と穴広げ試験を実施する成形工具形状より決まり、材料強度や板厚、ｒ値といった機械的特性に影響されない。この結果、本実施形態では、評価用金属板毎に異なる材料の成形解析をその都度実施することなく、より簡便に伸びフランジ割れ予測に必要な穴広げ限界における穴端縁のひずみと穴広げ限界における穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配の関係を取得できる。
以上のことから、本実施形態では、簡便にせん断端面の伸びフランジ割れ予測のためのデータを取得可能となる。
このように、本実施形態によれば、評価する金属板のせん断端面の伸びフランジ割れ予測のためのデータを簡便に取得することが可能となるので、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板の選定が適切であるかを迅速かつ精度良く予測できるようになる。この結果、本実施形態によれば、プレス成形を安定して行うことができると共に、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。また、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態で説明した伸びフランジ割れ評価方法により、伸びフランジ割れを簡便に評価し、その評価に基づき、プレス成形条件の選定や設計変更を実行する。
プレス成形条件としては、例えば、プレス成形に使用する金属板の選定、プレス成形に使用する金型の成形面の選定、製造するプレス部品の決定などがある。
例えば、本実施形態では、プレス部品に成形する金属板の選定の際に、第１実施形態で説明した伸びフランジ割れ評価方法によって、上記プレス部品に成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れが発生しない金属板を選定する、ことを実行する。
また、本実施形態では、例えば、金属板をプレス成形するプレス金型の設計の際に、第１実施形態で説明した伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板をプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れを抑えることが可能なプレス金型を求めることを実行する。
また、本実施形態では、例えば、金属板をプレス成形して得られるプレス部品の部品形状の設計の際に、第１実施形態で説明した伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板をプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れを抑えた部品形状を求める、ことを実行する。
また、本実施形態では、例えば、金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造の際に、第１実施形態で説明した伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板を上記プレス部品にプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価する、ことを実行する。
また、本実施形態では、例えば、金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造の際に、第１実施形態で説明した伸びフランジ割れ評価方法によってプレス成形条件を決定する、ことを実行する。
本実施形態によれば、例えば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板やプレス金型、部品形状などのプレス成形条件の選定が適切であるか否かを迅速かつ精度良く予測できるようになる。
この結果、本発明の態様によれば、プレス成形によるプレス部品の製造を安定して行うことができると共に、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。また、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
表３に示す板材料からなる金属板をプレス成形して、図８に示すような湾曲したプレス部品Ｒを得る場合について、評価してみた。
Figure 0006819832
表３に示す板材料からなる金属板に対し、表１及び表２に示す初期穴径、プレス工具の条件で穴広げ試験を実施し、表４に示すような限界穴広げ率を取得した。この限界穴広げ率から真ひずみ換算した穴縁のひずみを求め、図４に示すグラフ（マスターカーブ）から本実施形態で説明した方法によってひずみ勾配を取得した。その結果を表４に示す。
Figure 0006819832
表４に示した穴縁のひずみとひずみ勾配から、成形限界線Ｌ及び成形可能領域ＡＲＡを求めたところ、図９のようになった。
プレス部品Ｒの長手方向に沿った湾曲の曲率半径を変えた部品形状毎に、プレス成形を模擬した成形解析を実施した。そして、プレス成形解析における評価する金属板での端縁のひずみと、評価する金属板における端縁から内側方向へのひずみ勾配とを求め、図９で示される成形可能領域ＡＲＡ内に位置するか否かを確認した。その確認した結果から、曲率半径が３００ｍｍ、４００ｍｍでは伸びフランジ割れが発生せず、曲率半径が２００ｍｍ以下では伸びフランジ割れが発生すると、成形解析からは予測された。
一方、実際に、プレス部品Ｒの長手方向に沿った湾曲の曲率半径を変えて、プレス成形の試験を実施したところ、曲率半径が３００ｍｍ、４００ｍｍでは伸びフランジ割れが発生せず、曲率半径が２００ｍｍ以下では伸びフランジ割れが発生していた。
この実施例の評価結果からは、プレス部品Ｒの長手方向に沿った湾曲の曲率半径を３００ｍｍ以上とする必要があると評価できる。
このように、本発明に基づく伸びフランジ割れの評価が、実際のプレス成形での結果と合致しており、本発明に基づく伸びフランジ割れの評価方法で、伸びフランジ割れの予測を精度良く評価できることを確認できた。
ここで、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１９−０４７３６３（２０１９年 ３月１４日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
１ 予備情報取得工程
２ データベース
３ 実試験工程
４ 限界ひずみ勾配算出工程
５ 可能領域設定工程
６ 評価判定工程
１０ 予備情報
１０ａ データ番号
１０ｂ 成形条件
１０ｃ 基準ひずみ勾配情報
ＡＲＡ 成形可能領域
Ｌ 成形限界線

Claims (12)

  1. せん断端面を有する金属板からなる評価用金属板の伸びフランジ割れを評価する伸びフランジ割れ評価方法であって、
    上記評価用金属板の板条件とは異なる板条件を有する第２の金属板に対し、設定した成形条件での穴広げ試験の成形解析を実施すると共に穴広げ率を真ひずみからなる穴端縁のひずみに換算して取得した、穴端縁のひずみと、穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係で表される基準ひずみ勾配情報を、上記成形条件を変えて２以上有し、
    上記２以上の基準ひずみ勾配情報のうちの少なくとも２つの上記基準ひずみ勾配情報に対応する各成形条件と同じ成形条件でそれぞれ、上記評価用金属板に対し穴広げ成形を行って、上記評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を少なくとも２つ求め、
    上記少なくとも２つの上記基準ひずみ勾配情報と、上記求めた少なくとも２つの穴広げ限界における限界穴広げ率とから、上記評価用金属板の成形可能領域を求め、
    求めた上記成形可能領域によって、上記評価用金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価することを特徴とする伸びフランジ割れ評価方法。
  2. せん断端面を有する金属板からなる複数種類の評価用金属板の伸びフランジ割れをそれぞれ評価する伸びフランジ割れ評価方法であって、
    上記複数種類の評価用金属板から選定した１の評価用金属板と同じ板条件を有する第２の金属板に対し、設定した成形条件での穴広げ試験の成形解析を実施すると共に穴広げ率を真ひずみからなる穴端縁のひずみに換算して取得した、穴端縁のひずみと、穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係で表される基準ひずみ勾配情報を、上記成形条件を変えて２以上、予め求めておき、
    上記評価する複数種類の評価用金属板毎に、
    上記２以上の基準ひずみ勾配情報のうちの少なくとも２つの上記基準ひずみ勾配情報に対応する各成形条件と同じ成形条件でそれぞれ、上記評価用金属板に対し穴広げ成形を行って、上記評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を少なくとも２つ求めて、上記少なくとも２つの上記基準ひずみ勾配情報と、上記求めた少なくとも２つの穴広げ限界における限界穴広げ率とから、上記評価用金属板の成形可能領域を求め、求めた上記成形可能領域によって、上記評価用金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価する、
    ことを特徴とする伸びフランジ割れ評価方法。
  3. せん断端面を有する金属板からなる評価用金属板の伸びフランジ割れを評価する伸びフランジ割れ評価方法であって、
    上記評価用金属板の板条件とは異なる板条件を有する第２の金属板に対し、設定した成形条件での穴広げ試験の成形解析を実施すると共に穴広げ率を真ひずみからなる穴端縁のひずみに換算して取得した、穴端縁のひずみと穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係で表される基準ひずみ勾配情報を上記成形条件に紐付けて格納した記憶部を有し、
    上記記憶部には、上記成形条件が異なる２以上の上記基準ひずみ勾配情報が格納され、
    上記評価用金属板の伸びフランジ割れを評価する工程として、
    上記記憶部に格納されている複数の上記基準ひずみ勾配情報から選択した第１の基準ひずみ勾配情報に対応する成形条件と同じ成形条件で、上記評価用金属板に対し穴広げ成形を行って、上記評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を求める実試験工程と、
    上記第１の基準ひずみ勾配情報と、上記実試験工程で求めた限界穴広げ率に対応する穴広げ限界における穴端縁のひずみである限界ひずみとに基づき、上記限界ひずみに対応する穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配を算出する限界ひずみ勾配算出工程と、
    上記実試験工程及び上記限界ひずみ勾配算出工程を、上記基準ひずみ勾配情報を変えて２度以上実施して得られた、２組以上の（上記限界ひずみと上記ひずみ勾配）のデータの組から成形可能領域を求める可能領域設定工程と、
    を備え、
    上記可能領域設定工程が求めた成形可能領域によって、上記評価用金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価することを特徴とする伸びフランジ割れ評価方法。
  4. せん断端面を有する金属板からなる複数種類の評価用金属板の伸びフランジ割れをそれぞれ評価する伸びフランジ割れ評価方法であって、
    上記複数種類の評価用金属板から選定した１の評価用金属板と同じ板条件を有する第２の金属板に対し、設定した成形条件での穴広げ試験の成形解析を実施すると共に穴広げ率を真ひずみからなる穴端縁のひずみに換算して取得した、穴端縁のひずみと穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配との関係で表される基準ひずみ勾配情報を上記成形条件に紐付けて格納した記憶部を有し、
    上記記憶部には、上記成形条件が異なる２以上の上記基準ひずみ勾配情報が格納され、
    上記評価用金属板の伸びフランジ割れを評価する工程として、
    上記記憶部に格納されている複数の上記基準ひずみ勾配情報から選択した第１の基準ひずみ勾配情報に対応する成形条件と同じ成形条件で、上記評価用金属板に対し穴広げ成形を行って、上記評価用金属板の穴広げ限界における限界穴広げ率を求める実試験工程と、
    上記第１の基準ひずみ勾配情報と、上記実試験工程で求めた限界穴広げ率に対応する穴広げ限界における穴端縁のひずみである限界ひずみとに基づき、上記限界ひずみに対応する穴端縁から半径方向に沿ったひずみ勾配を算出する限界ひずみ勾配算出工程と、
    上記実試験工程及び上記限界ひずみ勾配算出工程を、上記基準ひずみ勾配情報を変えて２度以上実施して得られた、２組以上の（上記限界ひずみと上記ひずみ勾配）のデータの組から成形可能領域を求める可能領域設定工程と、
    を備え、
    上記可能領域設定工程が求めた成形可能領域によって、上記評価用金属板におけるせん断端面での伸びフランジ割れを評価することを特徴とする伸びフランジ割れ評価方法。
  5. 上記板条件とは、第２の金属板の機械的特性及び板厚の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した伸びフランジ割れ評価方法。
  6. 上記成形可能領域による評価は、プレス成形を模擬した成形解析を実施し、その成形解析における上記評価用金属板の端縁のひずみと、上記評価用金属板における端縁から内側方向へのひずみ勾配との関係が、上記成形可能領域内に存在するか否かによって判定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載した伸びフランジ割れ評価方法。
  7. 上記基準ひずみ勾配情報を求める際に、上記穴広げ試験の成形解析に使用する上記第２の金属板の相当応力−相当塑性ひずみ関係は、均一伸びが７．５％以上の金属板の単軸引張試験から得られるものであって、上記第２の金属板の単軸引張試験から得られた相当応力−相当塑性ひずみ又はその近似式を成形解析に使用することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載した伸びフランジ割れ評価方法。
  8. プレス部品に成形する金属板の選定方法であって、
    請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記プレス部品に成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れが発生しない金属板を選定する、ことを特徴とする金属板の選定方法。
  9. 金属板をプレス成形するプレス金型の設計方法であって、
    請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板をプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れを抑えることが可能なプレス金型を求める、ことを特徴とするプレス金型の設計方法。
  10. 金属板をプレス成形して得られるプレス部品の部品形状の設計方法であって、
    請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板をプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価し、その評価に基づき、せん断端面での伸びフランジ割れを抑えた部品形状を求める、ことを特徴とする部品形状の設計方法。
  11. 金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、
    請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の伸びフランジ割れ評価方法によって、上記金属板を上記プレス部品にプレス成形した際における、せん断端面での伸びフランジ割れを評価する、ことを特徴とするプレス部品の製造方法。
  12. 金属板をプレス成形してプレス部品を製造するプレス部品の製造方法であって、
    請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の伸びフランジ割れ評価方法によってプレス成形条件を決定する、ことを特徴とするプレス部品の製造方法。
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