JP7418008B2

JP7418008B2 - 方法およびパンチ

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Publication number: JP7418008B2
Application number: JP2020097952A
Authority: JP
Inventors: 紘明窪田; 大輔今井
Original assignee: Tokai University Educational Systems
Current assignee: Tokai University Educational Systems
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2040-06-04
Also published as: JP2021189144A

Description

本開示は、管材の成形性評価に用いられる方法およびパンチに関する。

自動車構造部品の形状の複雑化および高強度化に伴い、自動車用の素材にはより高度な成形性が求められている。素材に求められる成形性として、穴広げ性や伸びフランジ性が存在する。

穴広げ性の評価としては、例えば、ＪＩＳＺ２２５６２０１０に規定される穴広げ試験が存在する。エリクセン試験機を用いて、板材に形成された所定の径の丸穴を広げ、破断が発生した時点での穴径を評価するものである。また、特許文献１には、切り欠きが形成された板材を両側から引っ張ることで穴広げ性を評価するサイドベンド試験方法が開示されている。また、特許文献２には、管材の破壊靭性を３点曲げにより評価する方法が開示されている。

特開２００９－１４５１３８号公報特開２０１１－１７４８０８号公報

しかしながら、ＪＩＳ規定や特許文献１に開示された技術は板材の穴広げ性を評価するものであり、管材の穴広げ性を評価するものではない。また、特許文献２に開示された技術は、管材の破壊靭性を評価することはできるが、いわゆる脆性破壊に対する抵抗を評価するものであり、穴広げ性のような延性破壊を評価するものとは異なる。また、上記文献に開示された試験法においては専用の治具が必要であり、破壊のタイミングを目視で確認する等熟練されたスキルが求められる。

そこで、本開示は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、管材の穴広げ性の評価を容易に行うことが可能な方法およびパンチを提供することである。

本開示によれば、管材の成形性評価のための方法であって、前記管材を母材とする円環材の一方の端面において、前記円環材の中心軸を基準に対称となる位置にそれぞれ切り欠き部が設けられる試験片を設けることと、前記試験片の周側面の周方向に引張ひずみを生じさせるモーメントを、試験荷重の変化量が所定の条件を満たすか、または、前記試験片が破断するかのいずれかが発生するまで、少なくとも付加することと、を含む、方法が提供される。

本開示によれば、管材の穴広げ性の評価を容易に行うことができる。

本開示の一実施形態に係る管材の成形性の評価のための穴広げ試験方法の構成例を示す図である。同実施形態に係るパンチ１の構成例を示す図である。同実施形態に係る試験片２の構成例を示す図である。同実施形態に係る試験片２の作成例を示す概要図である。同実施形態に係る切り欠き部２３の形状の例を示す図である。図１に示した同実施形態に係る管材の穴広げ試験方法の構成例を側方から見た模式図である。ＳＴＫＭ１４Ｂを素材とする試験片に対する本実施形態に係る試験方法により得られる荷重－ストローク曲線の一例である。ＳＴＫＭ１３Ａを素材とする試験片に対する本実施形態に係る試験方法により得られる荷重－ストローク曲線の一例である。同実施形態に係る試験片２の変形量の例を示すための図である。同実施形態に係る試験片２の変形量の例を示すための図である。同実施形態の第１の変形例に係る管材の穴広げ試験方法の構成例を示す図である。図９のＩＸ－ＩＸ’断面線により示されるパンチ１００および試験片２の断面図である。同実施形態の第２の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ａおよび試験片２の断面図である。同実施形態の第３の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ｂおよび試験片２の断面図である。同実施形態の第３の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ｃおよび試験片２の断面図である。同実施形態の第５の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ｄおよび試験片２の断面図である。本実施形態の第１の実施例に係る管材の応力－相当塑性ひずみ曲線を示すグラフである。同変形例における試験片モデルの変形の様子を示す図である。同変形例におけるストロークと相当塑性ひずみとの関係を示すグラフである。本変形例に係る破断および極限変形能を考慮したＦＥＭによる試験により得られる荷重－ストローク線図である。本実施形態の第２の実施例で用いた試験片の寸法を示す図である。同実施例で用いたパンチの寸法を示す図である。同実施例における実験の状況を示す図である。同実施例における実験から得られたストロークと荷重の関係を示すグラフである。同実施例における実験から得られたストロークと荷重の関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本開示の一実施形態に係る管材の成形性の評価のための穴広げ試験方法の構成例を示す図である。なお、本実施形態に係る管材の「成形性」とは、例えば管材に穴広げ加工を行う際に求められる穴広げ性でありうる。また、「成形性」とは、管材に設ける穴の打ち抜き後の穴広げ性も含みうる。打ち抜き後の穴広げ性とは、所定の打ち抜き条件で穴を打ち抜いた際の穴広げ性への影響を示す指標である。打ち抜きの際には穴縁に大きな塑性変形が加わり、場合によってはバリが生じることもある。そのため、同一の穴を打ち抜き加工により設ける場合であっても、打ち抜き条件によって穴広げ性が異なりうる。かかる打ち抜き条件を決めるのに、打ち抜き後の穴広げ性が評価され得る。図示するように、本実施形態に係る管材の穴広げ試験方法においては、支持台３、３の上に円環状の試験片２を載せ、試験片２の上部からパンチ１を押し込むことにより、試験片２に試験荷重が印加される。なお、印加される試験荷重は、パンチ１によるものに限定されず、例えば、試験片２を折り曲げることにより与えられる試験荷重等であってもよい。支持台３に載せられた試験片２は、支持台３により拘束されてもよいし、拘束されなくてもよい。また、試験片２が支持台３に拘束される場合、支持台３による試験片２の拘束方向は特に限定されない。また、支持台３は、箱状に限らず、任意の支持構造を取ることができる。

図２は、本実施形態に係るパンチ１の構成例を示す図である。図２に示すように、例えばパンチ１は、Ｘ方向およびＺ方向に伸びる板状の部材であり得る。パンチ１の下端（Ｚ方向のマイナス方向における端部）には押圧面１１が設けられる。押圧面１１は、例えば図２に示すように、Ｘ軸方向に直交する断面において、一部分に曲率を有する形状であってもよい。かかる形状は特に限定されない。パンチ１の変形例については後述する。

図３は、本実施形態に係る試験片２の構成例を示す図である。試験片２は、下端面２１と、上端面２２とを有する。また、試験片２においては、管材を母材とする円環材の一方の端面において、円環材の中心軸を基準に対称となる位置にそれぞれ切り欠き部２３が設けられる。具体的には、試験片２は、径方向において中心からみて外側の面である外側面と、内側の面である内側面を有する。試験片２の下端面２１には、２つの切り欠き部２３が設けられる。

図４は、本実施形態に係る試験片２の作成例を示す概要図である。試験片２は、例えば、図４に示すような手順により作成される。まず、成形性の評価対象である管材に、穴を打ち抜いて穴部を設ける。かかる穴部は、管材の中心軸を基準に対象となる位置においてそれぞれ設けられる。次に、管材の長手方向に直交する方向に、前記穴部を含むように所定の間隔を空けて切り出して、円環材２０を得る。そして、円環材の穴部が通過するように、円環材の周方向に沿って切断する。これにより、切り欠き部２３を有する試験片２が設けられる。

かかる切り欠き部２３は、例えば、伸びフランジ成形や穴広げ成形、バーリング成形等における穴部の縁の部分に相当する。切り欠き部２３の形状は特に限定されない。図５は、本実施形態に係る切り欠き部２３の形状の例を示す図である。例えば、切り欠き部２３ａは半円弧形状である。切り欠き部２３ｂは、円弧の一部分の形状である。切り欠き部２３ｃは、底が円弧状であり、該円弧状の端部から下端面２１に向けて平行に直線状に形成される。切り欠き部２３ｄは、底を交点とする２つの線分により形成される。切り欠き部２３ｅは、底部が円弧状であり、該円弧状の端部から下端面２１に向けて広がるように直線状に形成される。かかる形状は、実際に管材に対して伸びフランジ成形等を施すために設けられる穴の形状に対応するものであってもよいし、標準的な試験のために規格化された形状であってもよい。

図３に戻ると、試験片２のサイズは特に限定されない。試験片２の外径をＤ、肉厚をｔとした際に、ｈ＜０．７Ｄであり、かつ０．００５Ｄ＜ｔ＜０．４Ｄの寸法である試験片２である場合に、本実施形態に係る試験において特に有効である。例えば、ｈ＜０．７Ｄであれば、試験片２の所望の曲げモードを得ることができる。また、０．００５Ｄ＜ｔ＜０．４Ｄであれば、所望の曲げモードを得ることができる。なお、リガメント長ｈ’（切り欠き部２３の底から上端面２２までの距離）は、２つの切り欠き部２３において同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、リガメント長ｈ’が大きい方の切り欠き部２３を狙って破断させたい（リガメント長が大きいほどひずみが入りやすく、破断しやすい）場合に、２つのリガメント長ｈ’を異ならせることができる。

図６は、図１に示した本実施形態に係る管材の穴広げ試験方法の構成例を側方から見た模式図である。ここでは、支持台３は、箱状ではなく簡略化して記載する。図６に示すように、本試験方法は、いわゆる板材における３点曲げ試験を模したものである。パンチ１は、試験開始時においては、試験片２の切り欠き部２３がそれぞれ設けられる位置に対応する上端面２２の２箇所の部分に接する。そして、パンチ１を負のＺ方向に移動させ、荷重を試験片２に付加する。荷重の付加は、例えばロードセルにより行われる。

パンチ１により荷重が試験片２に付加されると、三点曲げのように、試験片２の周側面の周方向に引張ひずみを生じさせるモーメントが付加される。このとき、特に切り欠き部２３の穴縁に対して、より大きな引張ひずみが生じ得る。パンチ１のストロークが増加するにつれて、モーメントの負荷量も増大し、該ひずみが増加する。ひずみが限界に達すると（すなわち極限変形能に達すると）、切り欠き部２３において破断が生じ得る。この破断が生じたタイミングは、実際の破断等により生じ得るような、試験荷重の変化量が所定の条件を満たすタイミング、より具体的には、荷重（モーメント）の変化（低下）により判断することができる。すなわち、従来の穴広げ試験におけるような目視による判断ではなく、試験荷重の低下による判断が可能となる。ここでいう所定の条件は、例えば、荷重－ストローク曲線における荷重２回微分Ｆ’’が、マイナス方向に最大となったときを意味する。すなわち破断が生じたタイミングとして、荷重が急激に低下したタイミングであるとすることができる。荷重の付加は、荷重の変化や試験片の破断が生じるまで行われてもよいし、これらの現象が発生したあとも継続的に行われてもよい。

図７および図８は、ＳＴＫＭ１４ＢおよびＳＴＫＭ１３Ａを素材とする試験片に対する本実施形態に係る試験方法により得られる荷重－ストローク曲線の一例である。各グラフにおいて、それぞれストロークに対する試験荷重Ｆおよび試験荷重の２回微分Ｆ’’がプロットされている。各図に示すように、試験荷重Ｆが急激に変化している点において、２回微分Ｆ’’の値もマイナスにおいて最大となっていることがわかる。このようなピークが破断のタイミングとして定量的に評価することができる。

なお、２回微分Ｆ’’のピークに着目すると、本発明者らは、亀裂が発生したあとの、亀裂伝播停止性と関連することを突き止めた。すなわち、２回微分Ｆ’’のピーク値から、試験片２の材料の亀裂伝播停止性を評価することができる。亀裂伝播停止性は、例えば、自動車の衝突時において、穴縁から亀裂が発生し始めた際の部材の破壊挙動に影響を与えるパラメータである。図７と図８の例を比較すると、ＳＴＫＭ１３Ａの方が、ＳＴＫＭ１４Ｂよりも、ピークの絶対値が小さい。このことから、ＳＴＫＭ１３Ａの方が、ＳＴＫＭ１４Ｂよりも亀裂伝播停止性に優れていると評価することができる。

成形性の評価は、試験片２の破断時における試験片２の変形量を測定することにより行われる。「試験片２の変形量」は、複数の例が存在する。図９および図１０は、本実施形態に係る試験片２の変形量の例を示すための図である。まず、図９を参照すると、試験片２を不図示のパンチ１により荷重を印加させ、破断が生じた状態が示されている。試験片２’は切り欠き部２３を中心に、内方へ折れ曲がった形状となる。

例えば、「試験片２の変形量」は、パンチのストロークＳｔであってもよい。ストロークＳｔは、試験開始時（パンチ１と試験片２が初期位置で接触している状態）から、破断時または荷重低下時までのパンチの移動量である。ストロークＳｔを変形量することで、試験片２が破断等した場合の荷重の低下のタイミングにおいて直接的に評価することが可能である。

また、「試験片２の変形量」は、試験後の試験片２’を切り欠き部２３が正面となる方向から見たときの、試験片２’の上端面２２の曲げ角度θであってもよい。かかる曲げ角度θは、試験後の試験片２’を切り欠き部２３が正面となる方向から見たときに、切り欠き部２３を中心として左右に折れ曲がる上端面２２に対応する２つの直線の交差する角度である。曲げ角度θは、例えば、試験片２’を切り欠き部２３が正面となる方から撮影し、得られた画像から上端面２２に対応する２つの直線を描画し、その交差角度を求めることで得られる。曲げ角度θを変形量とすることで、ストロークＳｔの変化に対して曲げ角度θの変化が大きい領域における評価が可能となる。

また、「試験片２の変形量」は、試験片２（２’）を切り欠き部２３が正面となる方向から見たときの、切り欠き部２３の２つの端点２３－１、２３－２間の距離の、試験前と試験後との変化に基づく値であってもよい。すなわち、ここでいう変形量とは、試験前の端点の距離ａ０と、試験後（破断時）の端点の距離ａ１との差であってもよい。

また、図１０に示すように、試験片２の切り欠き部２３の周囲には格子状の模様２５が設けられ、「試験片２の変形量」は、格子状の模様の格子間距離の、試験前と試験後との変化に基づく値であってもよい。例えば、変形量に対応する格子間距離は、図１０に示すような破断により生じた亀裂２６が生じた部分での格子間距離であってもよい。かかる格子間距離を用いることにより、より精度高い評価が可能となる。また、各格子間距離の変化に基づく値を取得することで、切り欠き部２３の周囲におけるひずみの分布を得ることができる。かかる格子状の模様は、筆記具等により付されても良いし、ケガキ等により付されてもよい。

以上示したように、本実施形態に係る試験方法によれば、管材を輪切りにした円環状の試験片に切り欠き部を設け、該切り欠き部から見た場合に三点曲げとなるように試験片を支持しながら、切り欠き部を下端面側として該切り欠き部に対応する位置にパンチを押し込む。かかる押し込みにより、管材に対する穴広げ加工が模擬され、切り欠き部の底部付近にはひずみが生じる。かかるひずみが限界に到達すると、切り欠き部において破断が生じる。この破断した際の「変形量」を上記の手段等で計測することにより、試験片における破断特性を評価することができる。この試験片における破断特性の評価が、管材の穴広げ性の評価となる。かかる方法により、特殊な装置を用いなくても、管材の穴広げ性を簡単に、かつ精度高く評価することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。図１、図２に示したパンチ１の押圧面１１は平坦であったが、本技術はかかる例に限定されない。図１１は、本実施形態の第１の変形例に係る管材の穴広げ試験方法の構成例を示す図である。また、図１２は、図１１のＸＩ－ＸＩ’断面線により示されるパンチ１００および試験片２の断面図である。図１１および図１２に示すように、本変形例に係るパンチ１００は、基材１０’の下端における押圧面１１に、溝部１２が二箇所に向けられる。かかる溝部１２は、Ｙ方向に横切るように、それぞれが略並行となるように設けられる。

図１２に示すように、溝部１２の幅（Ｘ方向の長さ）は、試験片２の肉厚ｔに対応する長さである。すなわち、パンチ１００と試験片２が接触するとき、試験片２の上端部が溝部１２に嵌ることとなる。この状態では、試験片２の上端部の径方向への動きが拘束される。これにより、パンチ１００による荷重の印加において、試験片２の上端部におけるＸＹ方向の変形（逃げ）が生じにくくなる。そうすると、切り欠き部２３に対して、より適切に引張の応力を生じさせることができる。

図１３は、本実施形態の第２の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ａおよび試験片２の断面図である。図１３に示すパンチ１００Ａおよび試験片２の断面図は、図１１のＸＩ－ＸＩ’断面線により示される断面図である。本変形例では、基部１３の中央に近い側の溝部１２の壁部１４は、基部１３の中央から遠い側の溝部１２の壁部１５よりも、溝部１２の開口する方向において長く設けられている。すなわち、基部１３の中央部分は、Ｘ方向において２つの溝部１２を境に、下方に突出している。パンチ１００Ａと試験片２が荷重の印加において接触するとき、試験片２の上端部が溝部１２に嵌る。そして、壁部１４は、試験片２の切り欠き部２３の上部の内側面と、その内側面の上方から下方にかけて接触する。この状態では、試験片２の切り欠き部２３の上部の内壁の中心方向への動きが拘束され得る。これにより、パンチ１００Ａによる荷重の印加において、試験片２の上端部における径外側方向への変形に伴う切り欠き部２３の上部の径中心方向への変形（逃げ）が生じにくくなる。そうすると、切り欠き部２３に対して、より適切に引張の応力を生じさせることができる。このように、試験片２の径方向への移動を拘束しながら荷重を印加させることで、試験片２の変形に伴う荷重の逃げを抑制し、より精度高く試験を行うことが可能となる。

図１４は、本実施形態の第３の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ｂおよび試験片２の断面図である。図１４に示すパンチ１００Ｂおよび試験片２の断面図は、図１１のＸＩ－ＸＩ’断面線により示される断面図である。本変形例では、パンチ１００Ｂの基部１３から下方に延びる壁部１５が、試験片２の外側と接して拘束する。パンチ１００Ｂと試験片２が荷重の印加において接触するとき、壁部１５は、試験片２の切り欠き部２３の外側面と接触する。この状態では、試験片２の切り欠き部２３の径外側方向への動きが拘束され得る。これにより、パンチ１００Ｂによる荷重の印加において、試験片２の上端部における径外側方向への変形に伴う切り欠き部２３の上部の径中心方向への変形（逃げ）が生じにくくなる。そうすると、切り欠き部２３に対して、より適切に引張の応力を生じさせることができる。このように、試験片２の径方向への移動を拘束しながら荷重を印加させることで、試験片２の変形に伴う荷重の逃げを抑制し、より精度高く試験を行うことが可能となる。なお、本変形例にしめした１００Ｂには、上記の変形例で示した溝部１２が設けられていてもよい。

図１５は、本実施形態の第４の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ｃおよび試験片２の断面図である。図１５に示すパンチ１００Ｃおよび試験片２の断面図は、図１１のＸＩ－ＸＩ’断面線により示される断面図である。本変形例は、第２の変形例と同様に、基部１７の押圧面１１に溝部１２が設けられ、溝部１２の壁部１４が試験片２の内側面と接触するが、かかる基部１７は分離して設けられている。２つの基部１７は、アジャスタ１８により接続されており、アジャスタ１８により溝部１２が並設する方向（すなわちＸ方向）に沿って基部１７が可動する。これにより、試験片２の外径に応じてパンチ１００Ｃの溝部１２の位置を調整することができる。すなわち、試験片２の外径によらず、一つのパンチ１００Ｃを使用して試験を実施することができる。

図１６は、本実施形態の第５の変形例に係る管材の穴広げ試験方法に用いられるパンチ１００Ｄおよび試験片２の断面図である。図１６に示すパンチ１００Ｃおよび試験片２の断面図は、図１１のＸＩ－ＸＩ’断面線により示される断面図である。本変形例は、第４の変形例と同様の構造であるが、さらに、基部１７の径方向外側において他の基部１９がアジャスタ１８Ａにより接続される。かかるアジャスタ１８Ａにより、溝部１２の幅方向の大きさを調整することができる。

次に、本実施形態に係る管材の穴広げ試験方法の実施例について説明する。

（１）有限要素法解析
まず、有限要素法（ＦＥＭ：ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ）解析を用いて、本実施形態に係る管材の穴広げ試験方法の妥当性を評価するとともに、ＦＥＭ解析による成形破断予測の実施可能性について検討した。

本実施例では、ＳｉｍｕｆａｃｔＦｏｒｍｉｎｇを用いて、材料がＳＴＫＭ１３Ａである管材を模擬して生成される試験片のモデルに対して、ＦＥＭ解析を行った。管材のヤング率は２００ＧＰａ、ポアソン比は０．２９、降伏応力は２６０ＭＰａであった。該管材の応力－相当塑性ひずみ曲線は、図１７に示すとおりである。試験片モデルの外径は５０．８ｍｍ、高さは１２．５ｍｍ、肉厚は３．２ｍｍであった。また、切り欠きは半円弧状とし、その切り欠き半径は５ｍｍ、リガメント長は７．５ｍｍであった。かかるＦＥＭ解析は、例えば、ＣＰＵまたはＧＰＵ等のプロセッサを搭載するコンピュータにおいて行われる。すなわち、ストレージから読みだしたＦＥＭ解析アプリケーションをメモリに展開し、該プロセッサがメモリにアクセスすることで、ＦＥＭ解析の機能をコンピュータにおいて発揮させることができる。

図１８は、本変形例における試験片モデルの変形の様子を示す図である。本変形例における解析では、１のパンチ接触部においてパンチを接触させて押下する方法を模擬した。パンチ接触部および切り欠き部の近傍は変形しないように固定している。ここでは、パンチ接触部の変形量（すなわちストローク）と、パンチ接触部にかかる荷重と、切り欠き部の底部（ひずみ計測点）の相当塑性ひずみを測定した。

図１８に示すように、変形量が大きくなるにつれ、切り欠き部の底部における相当塑性ひずみが増加していることが、コンター図を比較して明らかである。図１９は、ストロークと相当塑性ひずみとの相関を示すグラフである。図１９に示すように、ストロークに対して相当塑性ひずみが線形的に上昇することが示されている。このことから、相当塑性ひずみとストローク等との関係を規定することが可能であり、破断時の相当塑性ひずみを推定することが可能となる。すなわち、管材の穴広げ性（延性）の優劣を、ストローク等の変形量から推定することが可能である。また、破断時のストローク等の結果から極限変形能（相当塑性ひずみの上限値であるしきい値）を推定することができるので、成形シミュレーションにおける成形破断の予測も可能となる。従って、部品の実際の試作回数を低減させることも可能となる。

図２０は、本変形例に係る破断および極限変形能を考慮したＦＥＭによる試験により得られる荷重－ストローク線図である。破断および極限変形能を考慮したＦＥＭによる試験とは、相当塑性ひずみが極限変形能に達したメッシュにおいて、そのメッシュを削除する（つまり破断する）ようなアルゴリズムを導入した試験である。なお、ＦＥＭにおける試験の各種条件は、上述のとおりである。図２０に示すように、相当塑性ひずみが極限変形能ＦＰに達した際に破断することを考慮したＦＥＭによる試験では、破断による荷重の急激な低下が反映されていることがわかる。また、最初に破断が生じた後に亀裂が伝播していく様子も再現することができている。このように、上述した極限変形能を考慮することで、成形破断の予測も可能となる。

（２）実験による検証
次に、実際の実験による実施例について説明する。図２１は、本実施例で用いた試験片の寸法を示す図である。試験片として、外径が５０．８ｍｍ、板厚が３．２ｍｍ、高さが１０ｍｍ、切り欠きの径が５ｍｍのＳＴＫＭ１４Ｂからなる試験片を用意した。ＳＴＫＭ１４Ｂの引張強度は５００ＭＰａ（以上）、降伏応力は３５５ＭＰａ（以上）、全伸び（ＥＬ）は１５％（以上）である。また、図２２は、本実施例で用いたパンチの寸法を示す図である。パンチの押圧面における曲率半径は３ｍｍである。

図２３は、本実施例における実験の状況を示す図である。図２３に示すように、パンチ１は、ロードセル３０により下方に荷重を試験片２に対して印加する。試験片２は、２つの支持台３により支持されている。２つの支持台３の間の距離は４０ｍｍである。

図２４は、本実施例における実験から得られたストロークと荷重の関係を示すグラフである。図２４に示すように、破断の発生時において荷重が急激に低下している。このことから、破断発生のタイミングを荷重の低下により特定することができる。

図２５は、本実施例における実験により破断した試験片の様子を示す図である。図２５に示すとおり、破断時の試験片２’の切り欠き部２３’の底において、くびれを伴う破断が発生していることがわかる。すなわち、切り欠き部２３’の底において、延性破壊が生じていることがわかる。かかる試験方法により、管材に設けられた穴広げ加工等がなされる穴の縁における延性破壊の様子を再現することが可能である。かかる方法によって、管材の穴広げ性を評価可能であることが示された。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（項目１）
管材の成形性評価のための方法であって、
前記管材の長手方向に直交する方向に所定の間隔を空けて切断して切り出されて得られる円環材の一方の端面において、前記円環材の中心軸を基準に対称となる位置にそれぞれ切り欠き部が設けられる試験片を設けることと、
前記試験片の周側面の周方向に引張ひずみを生じさせるモーメントを、試験荷重の変化量が所定の条件を満たすか、または、前記試験片が破断するかのいずれかが発生するまで、少なくとも付加することと、
を含む、方法。
（項目２）
前記切り欠き部が設けられた側の端面であって、前記試験片の周方向において前記切り欠き部が設けられていない部分の端面を支持し、
前記試験片の前記周方向において前記試験片の前記切り欠き部の各々が設けられる部分であって、前記切り欠き部が設けられた側とは反対側の端面の部分に荷重をパンチにより印加することにより、前記モーメントを付加する、
項目１に記載の方法。
（項目３）
前記試験荷重の変化量が所定の条件を満たす場合において、前記試験荷重の変化量が所定の条件を満たした時点における前記試験片の変形量を測定する、
項目１または２に記載の方法。
（項目４）
前記試験片が破断した場合において、前記試験片の破断時における前記試験片の変形量を測定する、
項目１または２に記載の方法。
（項目５）
前記試験荷重は、前記試験片の前記周方向において前記試験片の前記切り欠き部の各々が設けられる部分であって、前記切り欠き部が設けられた側とは反対側の端面の部分にパンチにより印加され、
前記試験片の変形量は、前記パンチのストロークである、項目３または４に記載の方法。
（項目６）
前記試験片の変形量は、試験後の前記試験片を前記切り欠き部が正面となる方向から見たときの、前記試験片の前記切り欠き部が設けられた側とは反対側の端面の曲げ角度である、項目３～５のいずれか１項に記載の方法。
（項目７）
前記試験片の変形量は、前記試験片を前記切り欠き部が正面となる方向から見たときの、前記切り欠き部の２つの端点間の距離の、試験前と試験後との変化に基づく値である、項目３～６のいずれか１項に記載の方法。
（項目８）
前記試験片の周側面における前記切り欠き部の周囲には、格子状の模様が付せられ、
前記試験片の変形量は、前記格子状の模様の格子間距離の、試験前と試験後との変化に基づく値である、項目３～７のいずれか１項に記載の方法。
（項目９）
前記試験荷重の印加は、前記試験片の径方向への移動を拘束しながら行う、項目２～８のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０）
前記試験片の少なくとも上端面の径方向への移動を拘束した状態で、前記試験荷重の印加を行う、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記試験片の内側面の中心方向への移動を拘束した状態で、前記試験荷重の印加を行う、項目９または１０に記載の方法。
（項目１２）
前記切り欠き部の形状は、少なくとも円弧状を含む、項目１～１１のいずれか１項に記載の方法。
（項目１３）
前記切り欠き部の底部と、前記切り欠き部と設けられた側とは反対側の端面との距離は、前記切り欠き部の各々で異なる、項目１～１２のいずれか１項に記載の方法。
（項目１４）
前記方法は、有限要素法による解析による方法を含み、
前記試験片は、前記有限要素法の解析において生成されるモデルであり、
前記試験荷重の変化量が所定の条件を満たすか、または、前記試験片が破断するかのいずれかが発生するまでかのタイミングは、前記切り欠き部に生じる相当塑性ひずみが所定のしきい値を超えたタイミングを含む、
項目１～１３のいずれか１項に記載の方法。
（項目１５）
前記試験荷重の変化量に係る所定の条件は、ストロークに対する試験荷重の２回微分の値がマイナスにおいて最大となったときを含む、項目１～１４のいずれか１項に記載の方法。
（項目１６）
前記試験荷重の２回微分がマイナスにおいて最大となったときの値に基づいて、前記試験片の材料の亀裂伝播停止性を評価する、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
管材の成形性評価のための方法に用いられるパンチであって、
下端に押圧面を有する基部を有し、
前記押圧面には、二箇所の溝部が、略並行に設けられる、パンチ。
（項目１８）
前記基部の中央に近い側の前記溝部の壁部は、前記基部の中央から遠い側の前記溝部の壁部よりも、前記溝部の開口する方向において長く設けられる、項目１７に記載のパンチ。
（項目１９）
前記基部は、前記二箇所の溝部が並設される方向に沿って可動である、項目１７または１８に記載のパンチ。

１、１００パンチ
２試験片
３支持台
１１基部
１２溝部
２１下端面
２２上端面
２３切り欠き部

Claims

管材の成形性評価のための方法であって、
前記管材を母材とする円環材の一方の端面において、前記円環材の中心軸を基準に対称となる位置にそれぞれ切り欠き部が設けられる試験片を設けることと、
前記試験片の周側面の周方向に引張ひずみを生じさせるモーメントを、試験荷重の変化量が所定の条件を満たすか、または、前記試験片が破断するかのいずれかが発生するまで、少なくとも付加することと、
を含む、方法。
前記切り欠き部が設けられた側の端面であって、前記試験片の周方向において前記切り欠き部が設けられていない部分の端面を支持し、
前記試験片の前記周方向において前記試験片の前記切り欠き部の各々が設けられる部分であって、前記切り欠き部が設けられた側とは反対側の端面の部分に荷重をパンチにより印加することにより、前記モーメントを付加する、
請求項１に記載の方法。
前記試験荷重の変化量が所定の条件を満たす場合において、前記試験荷重の変化量が所定の条件を満たした時点における前記試験片の変形量を測定する、
請求項１または２に記載の方法。
前記試験片が破断した場合において、前記試験片の破断時における前記試験片の変形量を測定する、
請求項１または２に記載の方法。
前記試験荷重は、前記試験片の前記周方向において前記試験片の前記切り欠き部の各々が設けられる部分であって、前記切り欠き部が設けられた側とは反対側の端面の部分にパンチにより印加され、
前記試験片の変形量は、前記パンチのストロークである、請求項３または４に記載の方法。
前記試験片の変形量は、試験後の前記試験片を前記切り欠き部が正面となる方向から見たときの、前記試験片の前記切り欠き部が設けられた側とは反対側の端面の曲げ角度である、請求項３または４に記載の方法。
前記試験片の変形量は、前記試験片を前記切り欠き部が正面となる方向から見たときの、前記切り欠き部の２つの端点間の距離の、試験前と試験後との変化に基づく値である、請求項３または４に記載の方法。
前記試験片の周側面における前記切り欠き部の周囲には、格子状の模様が付せられ、
前記試験片の変形量は、前記格子状の模様の格子間距離の、試験前と試験後との変化に基づく値である、請求項３または４に記載の方法。
前記試験荷重の印加は、前記試験片の径方向への移動を拘束しながら行う、請求項２～８のいずれか１項に記載の方法。
前記試験片の少なくとも上端面の径方向への移動を拘束した状態で、前記試験荷重の印加を行う、請求項９に記載の方法。
前記試験片の内側面の中心方向への移動を拘束した状態で、前記試験荷重の印加を行う、請求項９または１０に記載の方法。
前記切り欠き部の形状は、少なくとも円弧状を含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
前記切り欠き部の底部と、前記切り欠き部と設けられた側とは反対側の端面との距離は、前記切り欠き部の各々で異なる、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
前記方法は、有限要素法による解析による方法を含み、
前記試験片は、前記有限要素法の解析において生成されるモデルであり、
前記試験荷重の変化量が所定の条件を満たすか、または、前記試験片が破断するかのいずれかが発生するまでかのタイミングは、前記切り欠き部に生じる相当塑性ひずみが所定のしきい値を超えたタイミングを含む、
請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
前記試験荷重の変化量に係る所定の条件は、ストロークに対する試験荷重の２回微分の値がマイナスにおいて最大となったときを含む、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
前記試験荷重の２回微分がマイナスにおいて最大となったときの値に基づいて、前記試験片の材料の亀裂伝播停止性を評価する、請求項１５に記載の方法。
請求項１に記載の管材の成形性評価のための方法に用いられるパンチであって、
下端に押圧面を有する基部を有し、
前記押圧面には、二箇所の溝部が、略並行に設けられる、パンチ。
前記基部の中央に近い側の前記溝部の壁部は、前記基部の中央から遠い側の前記溝部の壁部よりも、前記溝部の開口する方向において長く設けられる、請求項１７に記載のパンチ。
前記基部は、前記二箇所の溝部が並設される方向に沿って可動である、請求項１７または１８に記載のパンチ。