JP6919742B1 - 金属板のくびれ限界ひずみ特定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に開示されている方法は、初期穴径と穴広げポンチ形状を変えて金属材料のせん断縁での伸びフランジ限界ひずみを求める穴広げ試験と、穴縁の破断限界ひずみ(伸びフランジ限界ひずみ)と穴縁から径方向及び板厚方向のひずみ勾配を算出するFEM解析とを行い、穴広げ試験から求めた伸びフランジ限界ひずみとFEM解析により算出したひずみ勾配との関係から伸びフランジ限界ひずみを特定し、これを破断限界の指標にするものである。
板縁の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状を有し、該切欠き形状の切欠き底に引張変形を付与したときの引張方向に直交する引張直交方向のひずみ勾配が異なる2種類以上の板状試験片について、前記切欠き底の引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するひずみ分布測定ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ分布測定ステップにおいて測定した前記ひずみの引張直交方向の分布から引張変形過程における前記切欠き底のひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ増分比に基づいて前記切欠き底にくびれが発生する時点のひずみであるくびれ限界ひずみを求めるくびれ限界ひずみ取得ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて求めたくびれ限界ひずみと、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ勾配のうち前記くびれ限界ひずみとなる時点のひずみ勾配との関係から、前記くびれ限界ひずみを前記ひずみ勾配の関数として特定するくびれ限界ひずみ特定ステップと、を含むことを特徴とするものである。
前記ひずみ分布測定ステップは、前記板状試験片に一軸方向の引張荷重を印加することにより前記切欠き底に引張変形を付与することを特徴とするものである。
前記ひずみ分布測定ステップは、画像相関法により前記ひずみの引張直交方向の分布を測定することを特徴とするものである。
さらに、本発明によれば、プレス成形シミュレーションにより、伸びフランジ成形を伴うプレス成形品のプレス成形過程において破断に至る前のくびれ発生を正確に予測することができ、量産段階における外乱に起因する前記プレス成形品の破断を防ぐことが可能となる。
以下、上記の各工程について説明する。
ひずみ分布測定ステップS1は、図2に示すように、板縁3の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状5を有し、引張変形を付与したときの引張方向(図2のy方向)に直交する引張直交方向(図2のx方向)の切欠き底5aのひずみ勾配が異なる2種類以上の板状試験片1のそれぞれについて、引張変形を付与して切欠き底5aにくびれを発生させる引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するステップである。
ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップS3は、2種類以上の板状試験片1のそれぞれについて、ひずみ分布測定ステップS1において測定したひずみの分布から引張変形過程における切欠き底5aのひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるステップである。
くびれ限界ひずみ取得ステップS5は、2種類以上の板状試験片1のそれぞれについて、ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップS3において求めたひずみ増分比redgeに基づいて切欠き底5aにくびれが発生する時点のひずみをくびれ限界ひずみとして求めるステップである。
板状試験片1に面内一軸方向(図2中のy方向)の引張荷重を付与した場合、板縁3の変形は幅方向(図2中のx方向)の拘束がないため単軸引張状態となる。このため、ひずみ増分比redgeは、板縁3にくびれが発生する以前では引張方向のr値と一致する。すなわち、板状試験片1の板厚方向の対数ひずみε3から、r=ε2/ε3=−ε2/(ε1+ε2)の関係があり、(1)式のredgeと一致する。しかしながら、くびれ発生以降では、切欠き底5aに発生したくびれに引張変形が集中するため、(1)式に示す最大主ひずみε1がより大きくなり最小ひずみε2がより減少してくびれ発生位置におけるひずみ増分比redgeはr値よりも減少する。
くびれ限界ひずみ特定ステップS7は、2種類以上の板状試験片1について求めたくびれ限界ひずみと、引張変形過程においてくびれ限界ひずみとなる時点におけるひずみ勾配との関係から、くびれ限界ひずみをひずみ勾配の関数として特定するステップである。
実施例では、まず、金属板として引張強度の異なる2つの鋼板(鋼種α:板厚1.2mm、引張強度590MPa級、鋼種β:板厚1.2mm、引張強度1180MPa級)から作製した板状試験片1を用い、鋼種α及び鋼種βそれぞれについてくびれ限界ひずみを特定した。
表1に鋼種αより作製した5種類の板状試験片1のそれぞれについて求めたひずみ勾配とくびれ限界ひずみの結果を、表2に鋼種βより作製した3種類の板状試験片1のそれぞれについて求めたひずみ勾配とくびれ限界ひずみの結果を示す。なお、表1及び表2に示すひずみ勾配は、切欠き形状5の切欠き底5aにおけるひずみと、切欠き底5aから内側の引張直交方向に5mmの距離の位置におけるひずみとの差を、それらの距離で割ることにより算出した。
次に、図10に示すプレス成形品11の伸びフランジ成形部(同図中の部位P及び部位Q)について本発明によりくびれ限界ひずみを特定し、該特定したくびれ限界ひずみに基づいてプレス成形可否を判定した。なお、実際のプレス成形において、部位Pは破断が発生し、部位Qは正常に成形できている。
また、表3に、部位P及び部位Qにおける最大主ひずみεFEMと、切欠き底5aにおけるひずみと切欠き底5aから内側の引張方向に5mmの位置におけるひずみの差を用いて算出したひずみ勾配dε/dXFEMと、ひずみ勾配dε/dXFEMを与えて算出したくびれ限界ひずみf(dε/dXFEM)と、該求めたくびれ限界ひずみによりプレス成形可否を判定した結果をまとめて示す。
一方、部位Q(ひずみ勾配0.0219)においては、プレス成形品11のFEM解析により求めた最大主ひずみ(εFEM=0.24)は、くびれ限界ひずみ(f(dε/dxFEM)=0.36)よりも小さい値であったため、成形可の判定となった。
3 板縁
5 切欠き形状
5a 切欠き底
7 ひずみ集中部
11 プレス成形品
Claims (3)
- 金属板の板縁に引張変形を付与してくびれが発生するくびれ限界ひずみとひずみ勾配との関係を特定する金属板のくびれ限界ひずみ特定方法であって、
板縁の一部が内側に向かって切り欠かれた切欠き形状を有し、該切欠き形状の切欠き底に引張変形を付与したときの引張方向に直交する引張直交方向のひずみ勾配が異なる2種類以上の板状試験片について、前記切欠き底の引張変形過程におけるひずみの引張直交方向の分布を測定するひずみ分布測定ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ分布測定ステップにおいて測定した前記ひずみの引張直交方向の分布から引張変形過程における前記切欠き底のひずみ増分比と引張直交方向のひずみ勾配とを求めるひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ増分比に基づいて前記切欠き底にくびれが発生する時点のひずみであるくびれ限界ひずみを求めるくびれ限界ひずみ取得ステップと、
前記板状試験片のそれぞれについて求めたくびれ限界ひずみと、前記ひずみ増分比・ひずみ勾配取得ステップにおいて求めた引張変形過程における前記ひずみ勾配のうち前記くびれ限界ひずみとなる時点のひずみ勾配との関係から、前記くびれ限界ひずみを前記ひずみ勾配の関数として特定するくびれ限界ひずみ特定ステップと、を含むことを特徴とする金属板のくびれ限界ひずみ特定方法。 - 前記ひずみ分布測定ステップは、前記板状試験片に一軸方向の引張荷重を印加することにより前記切欠き底に引張変形を付与することを特徴とする請求項1記載の金属板のくびれ限界ひずみ特定方法。
- 前記ひずみ分布測定ステップは、画像相関法により前記ひずみの引張直交方向の分布を測定することを特徴とする請求項1又は2に記載の金属板のくびれ限界ひずみ特定方法。
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