JP7156467B1 - プレス成形品しわ発生判定指標取得方法及びプレス成形品しわ発生判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定する指標を求め、該求めた指標に基づいてしわ発生の有無を判定するプレス成形品しわ発生判定指標取得方法及びプレス成形品しわ発生判定方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形品しわ発生判定方法は、十字形状の板状試験片１００に面内二軸方向の荷重を作用させて測定部１０１に面外座屈を誘発させる二軸応力試験において、面内二軸方向の荷重比ごとに、測定部１０１に面外座屈を誘発させる過程で生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得し（Ｓ１）、荷重比ごとに、圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみの一次微分が極大となる点における面内二軸方向のひずみを安定挙動限界ひずみとして取得し（Ｓ３）、荷重比ごとに取得した安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、二軸応力状態でのしわ発生の指標となる安定挙動限界線を求める（Ｓ５）、ものである。【選択図】 図１
Description
本発明は、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるプレス成形品しわ発生判定指標取得方法及び該指標に基づいてプレス成形品のしわ発生の有無を判定するプレス成形品しわ発生判定方法に関する。
従来より、金属材料の材料試験として、金属薄板を破断させずにプレス成形可能な領域を測定するFLD（Forming Limit Diagram；成形限界線図）試験が行われている（非特許文献１等）。そして、当該FLD試験により得られた成形限界線図を用いることで、金属薄板のプレス成形時に発生する張り出し割れや絞り割れ等の発生の危険性を客観的かつ定量的に評価することが可能となる。
また、金属材料の材料試験として、金属薄板に圧縮荷重を作用させる材料試験も行われている（特許文献１、特許文献２、特許文献３等）。
例えば、特許文献３に開示されている材料試験においては、金属薄板の薄板試験片に対して面内二軸方向の圧縮荷重を作用させることで、二軸圧縮応力状態における金属薄板の材料特性を精度よく測定することができるとされている。そして、これらの金属薄板に圧縮荷重を作用させる材料試験により圧縮応力状態における金属薄板の材料特性を測定することで、プレス成形過程のCAE解析（プレス成形シミュレーション）の予測精度向上に寄与することが期待されている。
例えば、特許文献３に開示されている材料試験においては、金属薄板の薄板試験片に対して面内二軸方向の圧縮荷重を作用させることで、二軸圧縮応力状態における金属薄板の材料特性を精度よく測定することができるとされている。そして、これらの金属薄板に圧縮荷重を作用させる材料試験により圧縮応力状態における金属薄板の材料特性を測定することで、プレス成形過程のCAE解析（プレス成形シミュレーション）の予測精度向上に寄与することが期待されている。
一般に、プレス成形中に金属薄板が圧縮荷重を受けると、金属薄板がプレス成形品の目標形状から急に面外変形してはみ出す現象（面外座屈）が生じ、該プレス成形品にしわ（以下、「プレスしわ」と称する場合あり）が発生することがある。このようなプレスしわの発生メカニズムは、(1)金属薄板の弾性的あるいは塑性的座屈現象、(2)金属薄板の過剰な又は不均一な材料流入による肉余り又は肉寄りに分類される。
このうち、(1)の弾性的あるいは塑性的座屈現象については、例えば、天板部と縦壁部とフランジ部とを有してハット断面形状をなすプレス成形品のプレス成形過程における縮みフランジ変形によって、フランジ部に発生する圧縮応力等に起因する場合と、不均一荷重や非軸対称荷重等による金属薄板の不均一変形に起因する場合とがある。
一方、(2)の肉余り又は肉寄りについては、プレス成形品の形状が急激に変化する部位に発生するとされている（非特許文献２参照）。
一方、(2)の肉余り又は肉寄りについては、プレス成形品の形状が急激に変化する部位に発生するとされている（非特許文献２参照）。
また、プレスしわは、金属薄板の板厚が薄く、強度が低いほど生じやすい。張り出し成形においては、加工部へその周辺から材料が流入することによる張り出し成形面の材料余りが直接的な要因となりやすいため、プレスしわの発生を防ぎつつ目標形状のプレス成形品を得ることが難しいという問題があった。
そこで、プレスしわの発生を防いだプレス成形品を得るためには、プレス成形過程におけるしわ発生の要因を明らかにし、金属薄板の材料特性やプレス成形品の目標形状等に応じてプレス成形条件を決定する必要がある。
プレスしわの発生を予測する方法としては、弾塑性有限要素解析法等によるプレス成形シミュレーションを行い、該プレス成形シミュレーションにより求められた成形途中や成形終了後のプレス成形品をコンピュータ画面上に表示する際に、圧縮応力や圧縮ひずみの度合いに応じて陰影をつけ（シェーディング）、目視でしわ発生の有無を判断する技術がある。
さらに、プレス成形シミュレーションにより算出されるひずみや応力等により、しわ発生のメカニズムを推定するとともに、しわ発生の有無を定量的に判断する指標を求める技術がいくつか提案されている。
例えば、特許文献４には、弾塑性有限要素法に基づく板状素材のプレス成形シミュレーションによりプレス成形過程における各要素の相当応力および相当歪を求め、該求めた相当歪に対し板状素材の加工硬化曲線から得られる相当応力とプレス成形シミュレーションにより求めた相当応力との差が大きい場合には、当該要素の位置に座屈が発生していると考え、その差をしわ評価パラメータとして求めてしわ発生の有無を評価する技術が開示されている。
また、特許文献５には、天板部と外方に向かって湾曲する縦壁部とを備えたプレス成形品をフォーム（曲げ）成形により縮みフランジ成形をするに際し、縦壁部の先端に生じる圧縮ひずみがしわ発生限界ひずみを超えるか否かにより、プレス成形品のしわの発生の有無を予め判定する技術が開示されている。
さらに、特許文献６には、プレス成形における下死点での被成形材の厚み方向断面における曲げ応力に基づいて、除荷（離型）した後の曲率半径又は曲率を推定し、該推定した曲率半径又は曲率に応じてプレス成形における被成形材のしわの発生の有無を予測する技術が開示されている。
例えば、特許文献４には、弾塑性有限要素法に基づく板状素材のプレス成形シミュレーションによりプレス成形過程における各要素の相当応力および相当歪を求め、該求めた相当歪に対し板状素材の加工硬化曲線から得られる相当応力とプレス成形シミュレーションにより求めた相当応力との差が大きい場合には、当該要素の位置に座屈が発生していると考え、その差をしわ評価パラメータとして求めてしわ発生の有無を評価する技術が開示されている。
また、特許文献５には、天板部と外方に向かって湾曲する縦壁部とを備えたプレス成形品をフォーム（曲げ）成形により縮みフランジ成形をするに際し、縦壁部の先端に生じる圧縮ひずみがしわ発生限界ひずみを超えるか否かにより、プレス成形品のしわの発生の有無を予め判定する技術が開示されている。
さらに、特許文献６には、プレス成形における下死点での被成形材の厚み方向断面における曲げ応力に基づいて、除荷（離型）した後の曲率半径又は曲率を推定し、該推定した曲率半径又は曲率に応じてプレス成形における被成形材のしわの発生の有無を予測する技術が開示されている。
ISO 12004-2:2008, "Metallic materials - Sheet and strip - Determination of forming-limit curves - Part 2: Determination of forming-limit curves in the laboratory", 2008.
薄鋼板成形技術研究会編、プレス成形難易ハンドブック第４版、p.226、日刊工業新聞社、（２０１７）
特許文献４～特許文献６に開示されている技術はいずれも、しわ発生のメカニズムを予め想定し、該メカニズムに基づいてしわ発生の有無に関する判断指標を求めるものである。しかしながら、しわ発生の有無に対する判断指標の境界値（臨界値）は、実験又はプレス成形シミュレーションによるプレス成形品のしわ発生の有無について目視による官能的な判断により決定するので、客観性に欠けることが問題であった。
さらに、特許文献４～特許文献６に開示されている技術は、特定のプレス成形方式（フォーム成形など）や特定の形状のプレス成形品を対象としたものであり、プレス成形方式やプレス成形品の形状が異なるとひずみや応力の状態も異なるため、これらの技術で求められるしわ発生の有無に係る判断指標は汎用性がないことが問題であった。
さらに、特許文献４～特許文献６に開示されている技術は、特定のプレス成形方式（フォーム成形など）や特定の形状のプレス成形品を対象としたものであり、プレス成形方式やプレス成形品の形状が異なるとひずみや応力の状態も異なるため、これらの技術で求められるしわ発生の有無に係る判断指標は汎用性がないことが問題であった。
そこで、前述した破断に関するFLD試験と同様に、しわ発生の有無について客観的かつ定量的に判断することが容易に可能であり、プレス成形方式やプレス成形品の形状によらず汎用的にしわ発生を判定することが可能な指標を求めることができる材料試験方法が求められていた。
しかしながら、FLD試験は、プレス成形過程において金属薄板に破断（割れ）が発生する起点（限界ひずみ等）を求めるものであり、プレス成形過程において金属薄板に圧縮荷重が作用して生じる面外座屈に起因するしわ発生の指標を求めることはできなかった。
しかしながら、FLD試験は、プレス成形過程において金属薄板に破断（割れ）が発生する起点（限界ひずみ等）を求めるものであり、プレス成形過程において金属薄板に圧縮荷重が作用して生じる面外座屈に起因するしわ発生の指標を求めることはできなかった。
さらに、金属薄板を素材（ブランク）とするプレス成形時にブランクが受ける変形は、面内二軸方向の少なくとも面内一軸方向に圧縮荷重が作用する二軸応力状態で生じるものがほとんどである。そのため、プレス成形におけるしわ発生の有無を判定するためには、少なくとも面内一軸方向に圧縮荷重が作用した二軸応力状態におけるしわ発生の判定指標を求めることが必要であった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、十字形状の板状試験片に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を作用させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めることができ、さらに、該求めた指標に基づいて二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定することができるプレス成形品しわ発生判定指標取得方法及びプレス成形品しわ発生判定方法を提供することを目的とする。
（１）本発明に係るプレス成形品しわ発生判定指標取得方法は、十字形状の板状試験片における十字形状が交差する測定部に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を含む面内二軸方向の荷重を作用させて前記測定部に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるものであって、
前記二軸応力試験において前記測定部に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、該荷重比ごとに、前記測定部に面外座屈を誘発させる過程で該測定部に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得する面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程と、
前記荷重比ごとに、大きい方の圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみの一次微分を算出し、該算出したひずみの一次微分が極大となる点を面外座屈の起点となる安定挙動限界点として求め、該安定挙動限界点における前記測定部の面内二軸方向のひずみを安定挙動限界ひずみとして取得する安定挙動限界ひずみ取得工程と、
前記荷重比ごとに取得した面内二軸方向の安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、該プロットした前記安定挙動限界ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生の指標となる安定挙動限界線を求める安定挙動限界線取得工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記二軸応力試験において前記測定部に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、該荷重比ごとに、前記測定部に面外座屈を誘発させる過程で該測定部に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得する面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程と、
前記荷重比ごとに、大きい方の圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみの一次微分を算出し、該算出したひずみの一次微分が極大となる点を面外座屈の起点となる安定挙動限界点として求め、該安定挙動限界点における前記測定部の面内二軸方向のひずみを安定挙動限界ひずみとして取得する安定挙動限界ひずみ取得工程と、
前記荷重比ごとに取得した面内二軸方向の安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、該プロットした前記安定挙動限界ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生の指標となる安定挙動限界線を求める安定挙動限界線取得工程と、を含むことを特徴とするものである。
（２）本発明に係るプレス成形品しわ発生判定指標取得方法は、十字形状の板状試験片における十字形状が交差する測定部に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を含む面内二軸方向の荷重を作用させて前記測定部に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるものであって、
前記二軸応力試験において前記測定部に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、該荷重比ごとに、前記測定部に面外座屈を誘発させる過程で該測定部に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得する面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程と、
前記荷重比ごとに、大きい方の圧縮荷重が作用する面内一軸方向におけるひずみと荷重との関係において圧縮荷重の増分に対するひずみの増分の極性が反転する点をしわ発生開始点として求め、該しわ発生開始点における前記測定部の面内二軸方向のひずみをしわ発生開始ひずみとして取得するしわ発生開始ひずみ取得工程と、
前記荷重比ごとに取得した面内二軸方向の前記しわ発生開始ひずみを二次元座標上にプロットし、該プロットしたしわ発生開始ひずみを結ぶことで二軸応力状態における前記しわ発生開始線を求めるしわ発生開始線取得工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記二軸応力試験において前記測定部に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、該荷重比ごとに、前記測定部に面外座屈を誘発させる過程で該測定部に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得する面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程と、
前記荷重比ごとに、大きい方の圧縮荷重が作用する面内一軸方向におけるひずみと荷重との関係において圧縮荷重の増分に対するひずみの増分の極性が反転する点をしわ発生開始点として求め、該しわ発生開始点における前記測定部の面内二軸方向のひずみをしわ発生開始ひずみとして取得するしわ発生開始ひずみ取得工程と、
前記荷重比ごとに取得した面内二軸方向の前記しわ発生開始ひずみを二次元座標上にプロットし、該プロットしたしわ発生開始ひずみを結ぶことで二軸応力状態における前記しわ発生開始線を求めるしわ発生開始線取得工程と、を含むことを特徴とするものである。
（３）本発明に係るプレス成形品しわ発生判定方法は、上記（１）に記載の方法により求められた前記安定挙動限界線と、上記（２）に記載の方法により求められた前記しわ発生開始線と、を用いて、プレス成形品のプレス成形過程におけるしわ発生の有無を判定するものであって、
前記プレス成形品のプレス成形シミュレーションを行い、該プレス成形品のプレス成形過程における面内二軸方向のひずみを求めるプレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程と、
面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に前記安定挙動限界線と前記しわ発生開始線とを表示したしわ発生判定マップを取得するしわ発生判定マップ取得工程と、
取得した前記しわ発生判定マップに前記プレス成形品の所定部位における面内二軸方向のひずみをプロットし、該プロットが前記安定挙動限界線と前記しわ発生開始線との間の領域に位置する場合、前記プレス成形品の所定部位でしわが発生する危険性が高いと判定し、前記プロットが、前記しわ発生開始線よりも圧縮側に位置する場合、前記プレス成形品の所定部位でしわが発生すると判定するプレス成形品しわ発生判定工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記プレス成形品のプレス成形シミュレーションを行い、該プレス成形品のプレス成形過程における面内二軸方向のひずみを求めるプレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程と、
面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に前記安定挙動限界線と前記しわ発生開始線とを表示したしわ発生判定マップを取得するしわ発生判定マップ取得工程と、
取得した前記しわ発生判定マップに前記プレス成形品の所定部位における面内二軸方向のひずみをプロットし、該プロットが前記安定挙動限界線と前記しわ発生開始線との間の領域に位置する場合、前記プレス成形品の所定部位でしわが発生する危険性が高いと判定し、前記プロットが、前記しわ発生開始線よりも圧縮側に位置する場合、前記プレス成形品の所定部位でしわが発生すると判定するプレス成形品しわ発生判定工程と、を含むことを特徴とするものである。
本発明においては、十字形状の板状試験片に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を作用させる二軸応力試験により、面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得し、該取得したひずみと荷重との関係から、面外座屈の発生の起点となる安定挙動限界ひずみを求め、該求めた安定挙動限界ひずみを面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上にプロットし、該プロットした安定挙動限界ひずみを結んで安定挙動限界線を求めることにより、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態での軽微なしわ発生の有無を判定するための指標を求めることができる。
また、本発明においては、前記二軸応力試験において圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみと荷重との関係から、面外座屈が急激に発生するしわ発生開始ひずみを求め、該求めたしわ発生開始ひずみを面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上にプロットし、該プロットしたしわ発生開始ひずみを結んでしわ発生開始線を求めることにより、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態での明瞭なしわ発生の有無を判定するための指標を求めることができる。
さらに、本発明においては、二軸応力状態での軽微なしわ発生の有無を判定する指標として求めた安定挙動限界線と、二軸応力状態での明瞭なしわ発生の有無を判定する指標として求めたしわ発生開始線と、に基づいて、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を客観的かつ良好に判定できる。
以下、本発明の実施の形態１及び２について説明するのに先立ち、本発明での二軸応力試験の対象として用いる板状試験片について説明する。
＜板状試験片＞
板状試験片１００は、図２に一例として示すように、面内二軸方向に十字形状であって、十字形状の中央となる矩形の測定部１０１と、測定部１０１の四辺から面内二軸方向に延出する４つの片部１０３と、を有してなるものである。
板状試験片１００は、図２に一例として示すように、面内二軸方向に十字形状であって、十字形状の中央となる矩形の測定部１０１と、測定部１０１の四辺から面内二軸方向に延出する４つの片部１０３と、を有してなるものである。
測定部１０１は、二軸応力試験において後述する中央金型１１ａの中央部１３ａに設けられた開口部１７に面する部位に面外座屈を誘発させて、ひずみや応力等の測定対象となる部位である。なお、図２は、矩形の測定部１０１が正方形のものを例示しているが、本発明において、測定部は長方形であってもよい。
片部１０３は、測定部１０１を挟んで対向する一対の片部１０３ａと一対の片部１０３ｂとからなり、測定部１０１を挟んで一対の片部１０３ａが延出する方向（図２中のx軸方向）と一対の片部１０３ｂが延出する方向（図２中のy軸方向）とが測定部１０１において直交し、これらの方向が、板状試験片１００の測定部１０１に対して所定の荷重を作用させる面内二軸方向に対応する。
すなわち、一対の片部１０３ａ及び一対の片部１０３ｂを介して測定部１０１に面内二軸方向の圧縮荷重を作用させることにより、測定部１０１を二軸圧縮状態とする二軸圧縮試験を行うことができる。
または、一方の片部１０３ａを介して測定部１０１に向かって圧縮荷重を作用させ、他方の片部１０３ｂを介して測定部１０１に対して引張荷重を作用させることにより、測定部１０１を一軸圧縮・他軸引張状態とする一軸圧縮・他軸引張試験を行うことができる。
さらに、一対の片部１０３ａ（又は一対の片部１０３ｂ）に荷重を作用させず、他方の片部１０３ｂ（又は一対の片部１０３ａ）に圧縮荷重を作用させることにより、測定部を単軸圧縮状態とする単軸圧縮試験を行うことができる。
そして、測定部１０１にひずみゲージを貼付することで、二軸応力状態（二軸圧縮状態、一軸圧縮・他軸引張状態、単軸圧縮状態）における測定部１０１のひずみを測定することができる。
なお、図２に示す板状試験片１００は、以下の参考文献に記載のように、十字形状の各角部を円形状に切り欠いた円形切欠部１０５と、測定部１０１を囲って隣り合う円形切欠部１０５の中心を結ぶ各線上に複数個設けられた孔形状部１０７と、を有するものである。
（参考文献：特開２０１９－３５６０３号公報）
（参考文献：特開２０１９－３５６０３号公報）
円形切欠部１０５は、片部１０３ａと片部１０３ｂのそれぞれを介して測定部１０１に面内二軸方向の圧縮荷重を作用させる際に、片部１０３ａと片部１０３ｂとが膨らんで角部が折り重なるのを防止するものであり、材料特性の測定に要求される圧縮ひずみを測定部１０１に生じさせることを可能とする。
孔形状部１０７は、測定部１０１における局所的な応力集中を分散して応力のばらつきを小さくするためのものである。
もっとも、本発明での二軸応力試験は、図２に示す形状の板状試験片１００を用いることに限定されるものではなく、円形切欠部１０５や孔形状部１０７の有無は問わず、二軸応力試験の条件（荷重比等）に応じて板状試験片の形状や寸法を適宜変更すればよい。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るプレス成形品しわ発生判定指標取得方法は、一例として図２に示すような、面内二軸方向に十字形状の板状試験片１００における十字形状が交差する測定部１０１に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を含む面内二軸方向の荷重を作用させて測定部１０１に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるものであって、図１に示すように、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１と、安定挙動限界ひずみ取得工程Ｓ３と、安定挙動限界線取得工程Ｓ５と、を含むものである。以下、上記の各工程について説明する。
本発明の実施の形態１に係るプレス成形品しわ発生判定指標取得方法は、一例として図２に示すような、面内二軸方向に十字形状の板状試験片１００における十字形状が交差する測定部１０１に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を含む面内二軸方向の荷重を作用させて測定部１０１に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるものであって、図１に示すように、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１と、安定挙動限界ひずみ取得工程Ｓ３と、安定挙動限界線取得工程Ｓ５と、を含むものである。以下、上記の各工程について説明する。
≪面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程≫
面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１は、二軸応力試験において測定部１０１に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、荷重比ごとに、測定部１０１に面外座屈を誘発させる過程で測定部１０１に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得するものである。
面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１は、二軸応力試験において測定部１０１に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、荷重比ごとに、測定部１０１に面外座屈を誘発させる過程で測定部１０１に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得するものである。
面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１においては、一例として図３及び図４に示すような、中央金型１１と、側部金型２１と、押さえ機構３１と、を備えた二軸応力試験装置１を用いて板状試験片１００の二軸応力試験を行うとよい。
中央金型１１は、図３に示すように、板状試験片１００の十字形状が交差する測定部１０１に面する矩形の中央部１３と、中央部１３の四辺の縁部に形成された櫛歯状の第１櫛歯部１５と、を有し、板状試験片１００の両面を挟み込む一対の中央金型１１ａ及び中央金型１１ｂからなる。
第１櫛歯部１５は、矩形の中央金型１１における対向する二辺の縁部に形成された一対の第１櫛歯部１５ａと一対の第１櫛歯部１５ｂとからなる。
対向する一対の第１櫛歯部１５ａが配設される方向と、対向する一対の第１櫛歯部１５ｂが配設される方向とは、中央部１３において直交する。そして、これらの方向は、図２に示すように、板状試験片１００の一対の片部１０３ａ又は一対の片部１０３ｂを介して測定部１０１に圧縮荷重又は引張荷重を作用させる面内二軸方向（図２中のx軸方向及びy軸方向）に対応する。
対向する一対の第１櫛歯部１５ａが配設される方向と、対向する一対の第１櫛歯部１５ｂが配設される方向とは、中央部１３において直交する。そして、これらの方向は、図２に示すように、板状試験片１００の一対の片部１０３ａ又は一対の片部１０３ｂを介して測定部１０１に圧縮荷重又は引張荷重を作用させる面内二軸方向（図２中のx軸方向及びy軸方向）に対応する。
さらに、一対の中央金型１１のうち一方の中央金型１１ａの中央部１３ａには測定部１０１の形状変形の自由度を与えて面外座屈を誘発させることができるようにする開口部１７が形成されている。
また、中央金型１１は、板状試験片１００の面内方向への移動を防止するため、図３に示すように、その四隅がボルト１９により押さえ機構３１（図４）のベース部３３に固定される。
また、中央金型１１は、板状試験片１００の面内方向への移動を防止するため、図３に示すように、その四隅がボルト１９により押さえ機構３１（図４）のベース部３３に固定される。
側部金型２１は、図３に示すように、中央金型１１の四辺の側方に配設されて第１櫛歯部１５に噛合する櫛歯状の第２櫛歯部２３と、板状試験片１００の十字形状の片部１０３を保持する保持部２５と、を有するものであり、中央金型１１を挟んで配設される一対の側部金型２１ａと一対の側部金型２１ｂとからなる。
側部金型２１ａは、中央金型１１の第１櫛歯部１５ａに抜き差し可能に噛合する第２櫛歯部２３ａと、板状試験片１００の片部１０３ａを保持する保持部２５ａと、を有する。
側部金型２１ｂは、中央金型１１の第１櫛歯部１５ｂに抜き差し可能に噛合する第２櫛歯部２３ｂと、板状試験片１００の片部１０３ｂを保持する保持部２５ｂと、を有する。
このように、第２櫛歯部２３が第１櫛歯部１５に噛合しながら側部金型２１が移動することで、片部１０３を介して板状試験片１００に圧縮荷重を作用させる過程において片部１０３における座屈を抑制することができる。
なお、本実施の形態１において、側部金型２１ａ及び側部金型２１ｂは、図４に示すように、押さえ機構３１のベース部３３の上面に設けられたコロ２７ａ及び２７ｂ上にそれぞれ設置され、第２櫛歯部２３ａ及び２３ｂそれぞれが、中央金型１１の第１櫛歯部１５ａ及び１５ｂに噛合した状態で、面内一軸方向に移動することができる。
押さえ機構３１は、挟持力付与手段として、第１櫛歯部１５ａに噛合している第２櫛歯部２３ａと第１櫛歯部１５ｂに噛合している第２櫛歯部２３ｂとを抜き差し可能に板状試験片１００の板厚方向に所定の挟持力を付与するものであり、図４に示すように、ベース部３３と、天板部３５と、ガイドピン３７と、を備えてなる。
押さえ機構３１においては、天板部３５の上方よりベース部３３に対して四隅をガイドピン３７により押付力を与えることにより、噛合している第１櫛歯部１５と第２櫛歯部２３とが抜き差し可能に板状試験片１００の板厚方向に所定の挟持力を付与することができ、片部１０３における座屈変形を確実に防ぐことができて好ましい。なお、ボルト１９により、板厚方向の挟持力と、天板部３５による板厚方向の挟持力の少なくとも片方でもよい。
図５に、二軸応力試験装置１を用いて板状試験片１００の測定部１０１に面内二軸方向（図２中のx軸方向及びy軸方向）の荷重比を-1：-1とした二軸応力試験を行い、測定部１０１に面外座屈を誘発させる過程で測定部１０１に生じた面内二軸方向のひずみと荷重の関係を示すグラフの一例を示す。
≪安定挙動限界ひずみ取得工程≫
安定挙動限界ひずみ取得工程Ｓ３は、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１において荷重比ごとに取得した面内二軸方向のひずみと荷重との関係から、荷重比ごとに、圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみの一次微分を算出し、算出したひずみの一次微分が極大となる点を面外座屈の起点となる安定挙動限界点として求め、安定挙動限界点における測定部１０１の面内二軸方向のひずみを安定挙動限界ひずみとして取得するものである。
安定挙動限界ひずみ取得工程Ｓ３は、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１において荷重比ごとに取得した面内二軸方向のひずみと荷重との関係から、荷重比ごとに、圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみの一次微分を算出し、算出したひずみの一次微分が極大となる点を面外座屈の起点となる安定挙動限界点として求め、安定挙動限界点における測定部１０１の面内二軸方向のひずみを安定挙動限界ひずみとして取得するものである。
図６に、面内二軸方向（図２（ａ）中のx軸方向及びy軸方向）の荷重比-1：-1とした二軸応力試験において、圧縮荷重が作用する面内一軸方向（y軸方向）のひずみの一次微分を算出し、算出したひずみの一次微分が極大となる点を安定挙動限界点として求めた結果の一例を示す。図６において、横軸は板状試験片１００に作用させた荷重（プラスは引張荷重、マイナスは圧縮荷重）を表し、左縦軸はひずみゲージによる測定ひずみ（プラスは引張ひずみ、マイナスは圧縮ひずみ）及びひずみの圧縮荷重に対する一次微分を表し、右縦軸は測定部１０１の板厚方向（面外方向）の変形量であるしわ高さを表している。
二軸応力試験において、板状試験片１００の測定部１０１に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を徐々に負荷していくと、測定部１０１においては圧縮ひずみが蓄積されていくが、やがて圧縮負荷に対する圧縮ひずみの蓄積が鈍くなり、測定部１０１に面外変形が生じる。
安定挙動限界点は、この圧縮荷重の負荷に対する圧縮ひずみの蓄積が鈍くなり始める時点を示すものであり、測定部１０１に面外座屈の最初に現れる予兆を示す起点としてとらえることができる。
すなわち、板状試験片１００の測定部１０１に圧縮荷重を作用させて測定部１０１のひずみが安定挙動限界点に達すると、測定部１０１においては明確には視認できないが触診によりしわの発生が確認できる程度の軽微なしわが発生する。
安定挙動限界点は、この圧縮荷重の負荷に対する圧縮ひずみの蓄積が鈍くなり始める時点を示すものであり、測定部１０１に面外座屈の最初に現れる予兆を示す起点としてとらえることができる。
すなわち、板状試験片１００の測定部１０１に圧縮荷重を作用させて測定部１０１のひずみが安定挙動限界点に達すると、測定部１０１においては明確には視認できないが触診によりしわの発生が確認できる程度の軽微なしわが発生する。
なお、図５に示すように、二軸応力試験において測定部１０１に面内二軸方向の圧縮荷重を作用させた場合は、面内二軸方向のひずみと荷重との関係において、より小さいひずみの絶対値でひずみの一次微分が極大となった点を安定挙動限界点として求めてもよいし、面内二軸方向のひずみと荷重をそれぞれ平均又は合算した値により安定挙動限界点を求めてもよい。
≪安定挙動限界線取得工程≫
安定挙動限界線取得工程Ｓ５は、安定挙動限界ひずみ取得工程Ｓ３において荷重比ごとに取得した面内二軸方向の安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、プロットした安定挙動限界ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生の指標となる前記安定挙動限界線を求めるものである。
安定挙動限界線取得工程Ｓ５は、安定挙動限界ひずみ取得工程Ｓ３において荷重比ごとに取得した面内二軸方向の安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、プロットした安定挙動限界ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生の指標となる前記安定挙動限界線を求めるものである。
図７に、板状試験片１００を用いた二軸応力試験により荷重比ごとに取得した面内二軸方向の安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、安定挙動限界線を求めた結果の一例を示す。
図７において、原点は、二軸応力試験開始時における測定部１０１のひずみ（εx＝0、εy＝0）を示し、εx及びεyは、負の値が圧縮ひずみを表し、正の値が引張ひずみを表す。
そして、図７に示す二次元座標において、横軸上の負の領域（εx<0、εy＝0）及び縦軸上の負の領域（εx＝0、εy<0）は単軸圧縮状態、第一象限（εx>0、εy>0）は引張-引張状態、第三象限（εx<0、εy<0）は二軸圧縮状態、第二象限（εx<0、εy>0）及び第四象限（εx>0、εy<0）は引張-圧縮状態を示している。
さらに、図７において、破線は、二軸応力試験において荷重比一定で板状試験片１００に面内二軸方向の荷重を負荷したときの、各荷重比におけるひずみ比一定の直線経路（ひずみ経路）を示している。
そして、図７に示す二次元座標において、横軸上の負の領域（εx<0、εy＝0）及び縦軸上の負の領域（εx＝0、εy<0）は単軸圧縮状態、第一象限（εx>0、εy>0）は引張-引張状態、第三象限（εx<0、εy<0）は二軸圧縮状態、第二象限（εx<0、εy>0）及び第四象限（εx>0、εy<0）は引張-圧縮状態を示している。
さらに、図７において、破線は、二軸応力試験において荷重比一定で板状試験片１００に面内二軸方向の荷重を負荷したときの、各荷重比におけるひずみ比一定の直線経路（ひずみ経路）を示している。
ここで、安定挙動限界ひずみと荷重比との関係をみると、測定部１０１の面外座屈は、面内二軸方向のひずみが第二象限から第四象限にわたる領域、すなわち、εxもしくはεyの少なくとも一方が圧縮ひずみである場合に発生し、第一象限、すなわち、εx及びεyの双方とも引張ひずみの場合には発生しない。
そして、図７に示す安定挙動限界線と各荷重比におけるひずみ経路との関係から、二軸圧縮状態（第三象限）では、単軸圧縮状態（横軸上（εx）、縦軸上（εy））よりも低い圧縮ひずみで面外座屈が発生する。また、引張－圧縮状態（第二象限、第四象限）では、単軸圧縮状態よりも高い圧縮ひずみまで面外座屈は発生しない。
このように、面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標に、二軸応力試験の結果により求めた面内二軸方向の安定挙動限界ひずみをプロットし、安定挙動限界ひずみを結ぶことで、様々な二軸応力状態及び単軸圧縮状態において面外座屈の起点の指標となる安定挙動限界線を得ることができる。
このように、面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標に、二軸応力試験の結果により求めた面内二軸方向の安定挙動限界ひずみをプロットし、安定挙動限界ひずみを結ぶことで、様々な二軸応力状態及び単軸圧縮状態において面外座屈の起点の指標となる安定挙動限界線を得ることができる。
なお、上記の説明は、十字形状の板状試験片１００を用いた二軸応力試験により、測定部１０１における面外座屈の発生の起点となる安定挙動限界ひずみに基づいて、しわ発生の指標となる安定挙動限界線を求めるものであった。
もっとも、測定部１０１におけるひずみが安定挙動限界点を超えてもなお測定部１０１に圧縮荷重を作用させると、図６に示すように、測定部１０１に蓄積された圧縮ひずみは一気に開放されて面外座屈が発生し、測定部１０１の圧縮ひずみは引張ひずみへと転じる。
もっとも、測定部１０１におけるひずみが安定挙動限界点を超えてもなお測定部１０１に圧縮荷重を作用させると、図６に示すように、測定部１０１に蓄積された圧縮ひずみは一気に開放されて面外座屈が発生し、測定部１０１の圧縮ひずみは引張ひずみへと転じる。
そこで、本実施の形態の他の態様として、測定部１０１に蓄積された圧縮ひずみが一気に解放されて測定部１０１に面外座屈が発生するときの面内二軸方向のひずみを、明瞭なしわ発生の有無を判定する指標として求めてもよい。
本実施の形態１の他の態様に係るプレス成形品しわ発生判定指標取得方法は、実施の形態１と同様に、図２に示す十字形状の板状試験片１００の測定部１０１に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるものであって、図８に示すように、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１と、しわ発生開始ひずみ取得工程Ｓ１３と、しわ発生開始線取得工程Ｓ１５と、を含むものである。
ここで、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１は、前述した実施の形態１と同じであるため、以下、しわ発生開始ひずみ取得工程Ｓ１３及びしわ発生開始線取得工程Ｓ１５について説明する。
ここで、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１は、前述した実施の形態１と同じであるため、以下、しわ発生開始ひずみ取得工程Ｓ１３及びしわ発生開始線取得工程Ｓ１５について説明する。
≪しわ発生開始ひずみ取得工程≫
しわ発生開始ひずみ取得工程Ｓ１３は、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１において荷重比ごとに取得した面内二軸方向のひずみと荷重との関係から、荷重比ごとに、圧縮荷重が作用する面内一軸方向におけるひずみと荷重との関係において圧縮荷重の増分に対するひずみの増分の極性が反転する点をしわ発生開始点として求め、しわ発生開始点における測定部１０１の面内二軸方向のひずみをしわ発生開始ひずみとして取得するものである。
しわ発生開始ひずみ取得工程Ｓ１３は、面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程Ｓ１において荷重比ごとに取得した面内二軸方向のひずみと荷重との関係から、荷重比ごとに、圧縮荷重が作用する面内一軸方向におけるひずみと荷重との関係において圧縮荷重の増分に対するひずみの増分の極性が反転する点をしわ発生開始点として求め、しわ発生開始点における測定部１０１の面内二軸方向のひずみをしわ発生開始ひずみとして取得するものである。
図９に、荷重比-1：-1とした二軸応力試験により板状試験片１００の測定部１０１におけるひずみと荷重との関係からしわ発生開始点を求めた一例を示す。
しわ発生開始点は、触診により認識できる程度の軽微なしわが、急激に変化して、明瞭なしわに転じるタイミングに相当する。
しわ発生開始点は、触診により認識できる程度の軽微なしわが、急激に変化して、明瞭なしわに転じるタイミングに相当する。
≪しわ発生開始線取得工程≫
しわ発生開始線取得工程Ｓ１５は、荷重比ごとに取得した面内二軸方向のしわ発生開始ひずみを二次元座標上にプロットし、プロットしたしわ発生開始ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生開始線を求めるものである。
しわ発生開始線取得工程Ｓ１５は、荷重比ごとに取得した面内二軸方向のしわ発生開始ひずみを二次元座標上にプロットし、プロットしたしわ発生開始ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生開始線を求めるものである。
前掲した図７に、荷重比ごとに求めた面内二軸方向のしわ発生開始ひずみを二次元座標上にプロットしてしわ発生開始線を求めた結果を示す。
前述したように、十字形状の板状試験片１００の測定部１０１に対して面内二軸方向の荷重の負荷を開始すると、測定部１０１におけるひずみは、ひずみ比一定の直線経路（ひず経路）を辿って安定挙動限界線へと到達する。ここで、原点から安定限界線に到達するまでのひずみ経路においては、面外座屈の発生は観測されず、安定挙動限界線に到達した時点で測定部１０１においては面外座屈が最初に現れる予兆を示す。
安定挙動限界線に到達した後も測定部１０１に対して面内二軸方向の荷重を作用させると、測定部１０１におけるひずみは、ひずみ経路を辿って安定挙動限界線を越えてしわ発生開始線へと到達する。ここで、安定挙動限界線としわ発生開始線との間に挟まれる範囲内では、測定部に圧縮ひずみが蓄積され、目視での判定は困難であるが触診により確認できる程度の軽微な面外座屈（しわ）が測定部１０１に発生する。
そして、しわ発生開始線に到達した時点で、測定部１０１に蓄積された圧縮ひずみが一気に開放され、測定部１０１に発生した軽微なしわが明瞭なしわに転じる。
このように、本実施の形態１に係るプレス成形品しわ発生判定指標取得方法によれば、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標として、面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に表示した安定挙動限界線及びしわ発生開始線を求めることができる。
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係るプレス成形品しわ発生判定方法は、上記の本実施の形態１の方法により求められた安定挙動限界線と、上記の本実施の形態１の他の態様の方法により求められたしわ発生開始線と、を用いて、プレス成形品のプレス成形過程におけるしわ発生の有無を判定するものであって、図１０に示すように、プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程Ｓ２１と、しわ発生判定マップ取得工程Ｓ２３と、プレス成形品しわ発生判定工程Ｓ２５と、を含む。以下、これらの各工程について説明する。
本発明の実施の形態２に係るプレス成形品しわ発生判定方法は、上記の本実施の形態１の方法により求められた安定挙動限界線と、上記の本実施の形態１の他の態様の方法により求められたしわ発生開始線と、を用いて、プレス成形品のプレス成形過程におけるしわ発生の有無を判定するものであって、図１０に示すように、プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程Ｓ２１と、しわ発生判定マップ取得工程Ｓ２３と、プレス成形品しわ発生判定工程Ｓ２５と、を含む。以下、これらの各工程について説明する。
≪プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程≫
プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程Ｓ２１は、プレス成形品のプレス成形シミュレーションを行い、プレス成形品の所定部位のプレス成形過程における面内二軸方向のひずみを求めるものである。
プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程Ｓ２１は、プレス成形品のプレス成形シミュレーションを行い、プレス成形品の所定部位のプレス成形過程における面内二軸方向のひずみを求めるものである。
面内二軸方向のひずみを取得するプレス成形品の所定部位は、特に限定されるものではないが、プレス成形過程においてしわの発生が懸念される部位を選択するとよい。
≪しわ発生判定マップ取得工程≫
しわ発生判定マップ取得工程Ｓ２３は、実施の形態１に記載の方法により求めた安定挙動限界線としわ発生開始線とを面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に表示され、二軸応力状態におけるしわ発生の有無を判定するしわ発生判定マップを取得するものである。
しわ発生判定マップ取得工程Ｓ２３は、実施の形態１に記載の方法により求めた安定挙動限界線としわ発生開始線とを面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に表示され、二軸応力状態におけるしわ発生の有無を判定するしわ発生判定マップを取得するものである。
図１１に、面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に安定挙動限界線としわ発生開始線とを表示したしわ発生判定マップの一例を示す。
図１１において、安定挙動限界線よりも面内二軸方向のひずみが引張側となる領域は、面外座屈が発生しない二軸ひずみの領域を示す（図中の「しわ発生なし」）。
また、図１１において、安定挙動限界線としわ発生開始線に挟まれる領域は、視認できない程度の軽微なしわの発生する領域を示す（図中の「しわ懸念」）。
さらに、図１１において、しわ発生開始線よりも面内二軸方向のひずみが圧縮側となる領域は、明瞭なしわの発生する領域を示す（図中の「しわ発生」）。
図１１において、安定挙動限界線よりも面内二軸方向のひずみが引張側となる領域は、面外座屈が発生しない二軸ひずみの領域を示す（図中の「しわ発生なし」）。
また、図１１において、安定挙動限界線としわ発生開始線に挟まれる領域は、視認できない程度の軽微なしわの発生する領域を示す（図中の「しわ懸念」）。
さらに、図１１において、しわ発生開始線よりも面内二軸方向のひずみが圧縮側となる領域は、明瞭なしわの発生する領域を示す（図中の「しわ発生」）。
≪プレス成形品しわ発生判定工程≫
プレス成形品しわ発生判定工程Ｓ２５は、しわ発生判定マップ取得工程Ｓ２３において取得したしわ発生判定マップに、プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程Ｓ２１において求めたプレス成形品の所定部位における面内二軸方向のひずみをプロットし、しわ発生判定マップ上におけるプロットが、安定挙動限界線としわ発生開始線との間の領域に位置する場合、プレス成形品の所定部位でしわが発生する危険性が高いと判定し、プロットが、しわ発生開始線よりも圧縮側に位置する場合、プレス成形品の所定部位でしわが発生すると判定するものである。
プレス成形品しわ発生判定工程Ｓ２５は、しわ発生判定マップ取得工程Ｓ２３において取得したしわ発生判定マップに、プレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程Ｓ２１において求めたプレス成形品の所定部位における面内二軸方向のひずみをプロットし、しわ発生判定マップ上におけるプロットが、安定挙動限界線としわ発生開始線との間の領域に位置する場合、プレス成形品の所定部位でしわが発生する危険性が高いと判定し、プロットが、しわ発生開始線よりも圧縮側に位置する場合、プレス成形品の所定部位でしわが発生すると判定するものである。
なお、本実施の形態２に係るプレス成形品しわ発生判定方法の作用効果については、後述する実施例にて実証する。
本発明に係るプレス成形品しわ発生判定方法の作用効果を検証する実験及び解析を行ったので、以下、これについて説明する。
本実施例では、十字形状の板状試験片に面内二軸方向の圧縮荷重を作用させる二軸応力試験により求めた安定挙動限界線及びしわ発生開始線に基づいて、図１２に示すプレス成形品２００のプレス成形シミュレーションによるしわ発生の判定を検証した。
本実施例では、まず、前述した実施の形態１で述べたように、図２に示す十字形状の板状試験片１００の測定部１０１に対して、図３及び図４に示す二軸応力試験装置１を用いて測定部１０１に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、二軸応力状態における安定挙動限界線及びしわ発生開始線を求めた。そして、求めた安定挙動限界線としわ発生開始線とにより、前述した図１１に示すしわ発生判定マップを作成した。
なお、二軸応力試験において、板状試験片１００には、供試材として引張強度270MPa級、板厚1.2mmの鋼板を用い、測定部のサイズを30mm×30mmとし、二軸応力試験装置１の中央金型１１ａに形成された開口部１７はφ25mmの円形とした。また、測定部１０１に作用させる二軸応力状態は、単軸圧縮状態、二軸圧縮状態及び引張－圧縮状態とした。
次に、図１２に示す張り出し成形面部２０１と側面部２０３とを有するプレス成形品２００のFEM解析によるプレス成形シミュレーションを行い、プレス成形品２００におけるしわ発生の有無を判定した。なお、図１２ではパンチ２１１の状態がわかるように、プレス成形品２００の左半分のみを示した。プレス成形シミュレーションでは、プレス成形品２００はダイ２１３の全周にわたっている。
プレス成形品２００は、図１２に示すように、パンチ２１１とダイ２１３とホルダー２１５とを備えた金型２１０を用いて張り出し成形したものであり、ブランクには引張強度270MPa、板厚1.2mmの円形の鋼板を用いた。
さらに、プレス成形品２００の成形高さを20mm～50mmの範囲内で変更し、各成形高さのプレス成形品２００の側面部２０３におけるしわ発生の有無を、図１１に示すしわ発生判定マップに基づいて判定した。
表１に、ブランクの材料、金型条件及びFEM解析条件を示す。
さらに、プレス成形品２００の成形高さを20mm～50mmの範囲内で変更し、各成形高さのプレス成形品２００の側面部２０３におけるしわ発生の有無を、図１１に示すしわ発生判定マップに基づいて判定した。
表１に、ブランクの材料、金型条件及びFEM解析条件を示す。
図１３～図１６に、成形高さ20mm、30mm、40mm及び50mmのプレス成形品２００のプレス成形シミュレーションにより求めた側面部２０３における面内二軸方向のひずみをしわ発生判定マップにプロットした図と、プレス成形品２００のシェーディング図を示す。図１３～図１６において、○及び●は、側面部２０３においてしわ発生の判定の有無を評価した位置と、当該位置における面内二軸方向のひずみのプロットを示す。
成形高さ25mm（図１３）及び30mm（図１４）のプレス成形品２００においては、側面部２０３におけるしわ発生は目視で確認できなかった。
一方、しわ発生判定マップにおいても、側面部２０３における面内二軸方向のひずみは安定挙動限界線よりも右上（面内二軸方向のひずみが引張側）の領域に位置しており、しわが発生しないと判定された。
これより、成形高さ25mm及び30mmのプレス成形品２００においては、しわ発生の有無を判定できたことがわかる。
一方、しわ発生判定マップにおいても、側面部２０３における面内二軸方向のひずみは安定挙動限界線よりも右上（面内二軸方向のひずみが引張側）の領域に位置しており、しわが発生しないと判定された。
これより、成形高さ25mm及び30mmのプレス成形品２００においては、しわ発生の有無を判定できたことがわかる。
なお、上記の判定は、側面部２０３の〇及び●の位置におけるしわの発生の有無についてのものであったが、側面部２０３の全体における面内二軸方向のひずみをプロットした範囲を示したものが図１３（ａ）及び図１４（ａ）に示すしわ発生判定マップにおいてグレーで示した領域である。この結果より、成形高さ25mm及び30mmのプレス成形品２００の側面部においては、いずれの位置においてもしわが発生しないと判定され、目視によるしわ発生の判定と一致した。
成形高さ40mm(図１５)のプレス成形品２００においては、側面部２０３の〇及び●の位置におけるしわの発生は目視で確認できなかった。
一方、しわ発生判定マップにおいても、側面部２０３の〇及び●の位置における面内二軸方向のひずみは安定挙動限界線よりも右上の領域に位置しており、しわが発生しないと判定され、目視によるしわ発生の判定と一致した。
一方、しわ発生判定マップにおいても、側面部２０３の〇及び●の位置における面内二軸方向のひずみは安定挙動限界線よりも右上の領域に位置しており、しわが発生しないと判定され、目視によるしわ発生の判定と一致した。
もっとも、プレス成形シミュレーションにより求めた側面部２０３の全体における面内二軸方向のひずみをプロットした範囲は、図１５（ａ）に示すしわ発生判定マップにおけるグレーで示した領域であり、当該領域は、安定挙動限界線及びしわ発生開始線を越えた範囲に位置している。これより、側面部２０３の下部においてはしわが発生すると判定され、図１５（ａ）に示すプレス成形品２００のシェーディング図においても、側面部２０３の下部にしわを示す陰影が確認できた。
成形高さ50mm(図１６)のプレス成形品２００においては、側面部２０３の〇の位置においてはしわの発生は見られなかったのに対し、●の位置においてはしわの発生が確認できた。
しわ発生判定マップにおいても、〇の位置における面内二軸方向のひずみのプロットは安定挙動限界線よりも右上に位置していていることからしわの発生は無いと判定されるのに対し、●の位置における面内二軸方向のひずみのプロットはしわ発生開始線よりも左下（面内二軸方向のひずみが圧縮側）に位置していることから明瞭なしわの発生が有ると判定され、目視によるしわ発生の判定と一致した。
しわ発生判定マップにおいても、〇の位置における面内二軸方向のひずみのプロットは安定挙動限界線よりも右上に位置していていることからしわの発生は無いと判定されるのに対し、●の位置における面内二軸方向のひずみのプロットはしわ発生開始線よりも左下（面内二軸方向のひずみが圧縮側）に位置していることから明瞭なしわの発生が有ると判定され、目視によるしわ発生の判定と一致した。
そして、プレス成形シミュレーションにより求めた側面部２０３の全体における面内二軸方向のひずみをプロットした範囲は、図１６（ａ）に示すしわ発生判定マップにおけるグレーで示した領域であり、当該領域は、成形高さ40mmの場合（図１５（ａ））よりも、安定挙動限界線及びしわ発生開始線を跨いで広く分布してる。これより、成形高さを40mmから50mmへと高くすることで、側面部２０３においてしわが発生すると判定される範囲が広くなり、図１６（ｂ）に示すプレス成形品２００のシェーディング図において側面部２０３に発生するしわの広範囲内であることと一致した。
図１７に、プレス成形品２００の成形高さを25mm、30mm、40mm及び50mmとした場合の側面部２０３の全体における面内二軸方向のひずみをプロットした範囲と安定挙動限界線との位置関係を示す。
図１７より、成形高さを高くすることで、面内二軸方向のひずみの範囲が広くなり、成形高さ40mm及び50mmにおいては安定挙動限界線を越えた領域まで広がっていることが分かる。そして、成形高さ50mmの方が、側面部のより広い範囲に軽微なしわが発生すると判定される。
図１７より、成形高さを高くすることで、面内二軸方向のひずみの範囲が広くなり、成形高さ40mm及び50mmにおいては安定挙動限界線を越えた領域まで広がっていることが分かる。そして、成形高さ50mmの方が、側面部のより広い範囲に軽微なしわが発生すると判定される。
図１８に、プレス成形品２００の成形高さを25mm、30mm、40mm及び50mmとした場合の側面部２０３の全体における面内二軸方向のひずみをプロットした範囲としわ発生開始線との位置関係を示す。
図１８より、成形高さを高くすることで、面内二軸方向のひずみの範囲が広くなり、成形高さ40mm及び50mmにおいてはしわ発生線を越えた領域まで広がっていることが分かる。そして、成形高さ50mmの方が、側面部のより広い範囲に明瞭なしわが発生すると判定される。
図１８より、成形高さを高くすることで、面内二軸方向のひずみの範囲が広くなり、成形高さ40mm及び50mmにおいてはしわ発生線を越えた領域まで広がっていることが分かる。そして、成形高さ50mmの方が、側面部のより広い範囲に明瞭なしわが発生すると判定される。
表２に、成形高さを20mm～50mmの範囲で変更したプレス成形品２００について、目視によりしわ発生を判定した結果と、本発明に係る方法において安定挙動限界線及びしわ発生開始線によりしわ発生の有無を判定した結果と、あわせて示す。
目視によるしわ発生の判定は、プレス成形品２００の側面部２０３に様々な方向から光を当てて詳細に目視観察を行って、軽微なしわの有無を判定したものであり、本発明に係る安定挙動限界線によるしわ発生の有無を判定した結果と一致した。
また、目視によるしわ発生の判定は、軽微なしわと明瞭なしわとを区別していないが、本発明に係るしわ発生開始線により判定した結果においては、安定挙動限界線により微小なしわが発生したと判定されたプレス成形品の成形高さよりも大きい43mm以上において、明瞭なしわが発生していると判定された。
また、目視によるしわ発生の判定は、軽微なしわと明瞭なしわとを区別していないが、本発明に係るしわ発生開始線により判定した結果においては、安定挙動限界線により微小なしわが発生したと判定されたプレス成形品の成形高さよりも大きい43mm以上において、明瞭なしわが発生していると判定された。
以上、本発明に係るプレス成形品しわ発生判定方法によれば、客観的な指標に基づいて、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を良好に判定できることが示された。さらに、本発明によれば、軽微なしわと明瞭なしわとを区別して判定することができる。
なお、上記の実施例は、270MPa級冷延鋼板に対する結果を示したが、本発明は270MPa級鋼板に限るものでも、冷延鋼板に限るものでなく、1180MPa級鋼板のような超ハイテン材や熱延鋼板、その他の材料であってもよい。
１ 二軸応力試験装置
１１ 中央金型
１１ａ 中央金型
１１ｂ 中央金型
１３ 中央部
１３ａ 中央部
１５ 第１櫛歯部
１５ａ 第１櫛歯部
１５ｂ 第１櫛歯部
１７ 開口部
１９ ボルト
２１ 側部金型
２１ａ 側部金型
２１ｂ 側部金型
２３ 第２櫛歯部
２３ａ 第２櫛歯部
２３ｂ 第２櫛歯部
２５ 保持部
２５ａ 保持部
２５ｂ 保持部
２７ａ コロ
２７ｂ コロ
３１ 押さえ機構
３３ ベース部
３５ 天板部
３７ ガイドピン
１００ 板状試験片
１０１ 測定部
１０３ 片部
１０３ａ 片部
１０３ｂ 片部
１０５ 円形切欠部
１０７ 孔形状部
２００ プレス成形品
２０１ 張り出し成形面部
２０３ 側面部
２１０ 金型
２１１ パンチ
２１３ ダイ
２１５ ホルダー
１１ 中央金型
１１ａ 中央金型
１１ｂ 中央金型
１３ 中央部
１３ａ 中央部
１５ 第１櫛歯部
１５ａ 第１櫛歯部
１５ｂ 第１櫛歯部
１７ 開口部
１９ ボルト
２１ 側部金型
２１ａ 側部金型
２１ｂ 側部金型
２３ 第２櫛歯部
２３ａ 第２櫛歯部
２３ｂ 第２櫛歯部
２５ 保持部
２５ａ 保持部
２５ｂ 保持部
２７ａ コロ
２７ｂ コロ
３１ 押さえ機構
３３ ベース部
３５ 天板部
３７ ガイドピン
１００ 板状試験片
１０１ 測定部
１０３ 片部
１０３ａ 片部
１０３ｂ 片部
１０５ 円形切欠部
１０７ 孔形状部
２００ プレス成形品
２０１ 張り出し成形面部
２０３ 側面部
２１０ 金型
２１１ パンチ
２１３ ダイ
２１５ ホルダー
Claims (3)
- 十字形状の板状試験片における十字形状が交差する測定部に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を含む面内二軸方向の荷重を作用させて前記測定部に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるプレス成形品しわ発生判定指標取得方法であって、
前記二軸応力試験において前記測定部に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、該荷重比ごとに、前記測定部に面外座屈を誘発させる過程で該測定部に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得する面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程と、
前記荷重比ごとに、大きい方の圧縮荷重が作用する面内一軸方向のひずみの一次微分を算出し、該算出したひずみの一次微分が極大となる点を面外座屈の起点となる安定挙動限界点として求め、該安定挙動限界点における前記測定部の面内二軸方向のひずみを安定挙動限界ひずみとして取得する安定挙動限界ひずみ取得工程と、
前記荷重比ごとに取得した面内二軸方向の安定挙動限界ひずみを二次元座標上にプロットし、該プロットした前記安定挙動限界ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生の指標となる安定挙動限界線を求める安定挙動限界線取得工程と、を含むことを特徴とするプレス成形品しわ発生判定指標取得方法。 - 十字形状の板状試験片における十字形状が交差する測定部に少なくとも面内一軸方向の圧縮荷重を含む面内二軸方向の荷重を作用させて前記測定部に面外座屈を誘発させる二軸応力試験により、プレス成形品のプレス成形過程における二軸応力状態でのしわ発生の有無を判定するための指標を求めるプレス成形品しわ発生判定指標取得方法であって、
前記二軸応力試験において前記測定部に作用させる面内二軸方向の荷重比を変更し、該荷重比ごとに、前記測定部に面外座屈を誘発させる過程で該測定部に生じる面内二軸方向のひずみと荷重との関係を取得する面内二軸方向ひずみ－荷重関係取得工程と、
前記荷重比ごとに、大きい方の圧縮荷重が作用する面内一軸方向におけるひずみと荷重との関係において圧縮荷重の増分に対するひずみの増分の極性が反転する点をしわ発生開始点として求め、該しわ発生開始点における前記測定部の面内二軸方向のひずみをしわ発生開始ひずみとして取得するしわ発生開始ひずみ取得工程と、
前記荷重比ごとに取得した面内二軸方向の前記しわ発生開始ひずみを二次元座標上にプロットし、該プロットしたしわ発生開始ひずみを結ぶことで二軸応力状態におけるしわ発生開始線を求めるしわ発生開始線取得工程と、を含むことを特徴とするプレス成形品しわ発生判定指標取得方法。 - 請求項１に記載のプレス成形品しわ発生判定指標取得方法により求められた前記安定挙動限界線と、請求項２に記載のプレス成形品しわ発生判定指標取得方法により求められた前記しわ発生開始線と、を用いて、プレス成形品のプレス成形過程におけるしわ発生の有無を判定するプレス成形品しわ発生判定方法であって、
前記プレス成形品のプレス成形シミュレーションを行い、該プレス成形品のプレス成形過程における面内二軸方向のひずみを求めるプレス成形品面内二軸方向ひずみ算出工程と、
面内二軸方向のひずみを座標軸とする二次元座標上に前記安定挙動限界線と前記しわ発生開始線とを表示したしわ発生判定マップを取得するしわ発生判定マップ取得工程と、
取得した前記しわ発生判定マップに前記プレス成形品の所定部位における面内二軸方向のひずみをプロットし、該プロットが前記安定挙動限界線と前記しわ発生開始線との間の領域に位置する場合、前記プレス成形品の所定部位でしわが発生する危険性が高いと判定し、前記プロットが、前記しわ発生開始線よりも圧縮側に位置する場合、前記プレス成形品の所定部位でしわが発生すると判定するプレス成形品しわ発生判定工程と、を含むことを特徴とするプレス成形品しわ発生判定方法。
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