JPH065203B2 - 帯状金属板の成形性試験方法及び装置 - Google Patents

帯状金属板の成形性試験方法及び装置

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JPH065203B2
JPH065203B2 JP63327919A JP32791988A JPH065203B2 JP H065203 B2 JPH065203 B2 JP H065203B2 JP 63327919 A JP63327919 A JP 63327919A JP 32791988 A JP32791988 A JP 32791988A JP H065203 B2 JPH065203 B2 JP H065203B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、帯状金属板のプレス加工等の塑性加工におけ
る変形挙動を、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、縮みフ
ランジ変形の2つ以上の挙動に分離してシミュレーショ
ンすることにより、該金属板の成形性を試験する成形性
試験方法及び装置に関する。
[従来の技術] 従来、プレス加工に好適な金属板の機械的性質として、
例えば降伏応力が小さいこと、r値、n値、及び伸びが
大きいことが挙げられている。これらの機械的性質はい
わゆるJIS5号或は13号等の試験片による単軸引張試
験によって評価されていた。
又、プレス加工性を評価するために、上述の機械的性質
の把握とともに、実物のプレス加工に近い形態による立
体形状のプレス試験も従来から行なわれている。即ち、
例えば第5図に示す如く、円盤状の金属薄板1を円筒状
のポンチ2とダイ3の間でカップ状に深絞り成形し、破
断なく絞り抜けるまで加工可能な限界状態でのカップ径
と加工前の円盤状の金属薄板1の直径Dとの比D
/Dを求めることにて、プレス加工の難易性を評価
している。このD/DをLDRと称し、この値の大
きいものがプレス成形に良好なものとされていた。
然るに、近年になって種々の表面処理鋼板や、例えば特
開昭63-132701号公報に記載の高密度レーザーにより粗
面化されたロールでスキンパス圧延された鋼板等が実用
化されるに及び、従来の上述した如くの試験方法だけで
は実際のプレス加工に適した鋼板の評価を必ずしも十分
に行えないことが認識されるに至った。その理由は鋼板
の素地の持つ機械的性質の把握のみでは、各種鋼板のプ
レス加工性を評価することが不十分であり、鋼板の表面
と工具間の摩擦現象を解明する必要が生じたことにあ
る。即ち、鋼板に加えられる塑性変形、工具との摩擦等
により、例えば鋼板表面のZnメッキが脱落するとか、
鋼板上の微細な凹凸が工具との間の摩擦状態を支配し、
プレス加工性に影響を与える等のことが知られるように
なり、鋼板の表面と工具間の摩擦状態等を解明する必要
が生じたものである。
そこで従来、鋼板の表面と工具間の現象を解明するた
め、第6図、第7図に示す如く、帯状の鋼板4を先端が
一定の曲率を有する直方体状の工具5又は先端が一定の
球面を有する棒状の工具6を用い、これらの工具5、6
によって鋼板4を一定圧力Pで挟圧しながら該鋼板4を
引き抜く試験が行なわれている。
[発明が解決しようとする課題] 然しながら、上記従来の成形性試験方法は限られた成形
条件下での試験であり、複雑な形状をしたポンチ、ダイ
を用いて成形される、例えば自動車用のパネル等の成形
材料については現実の多様な変形挙動のうちのごく一部
の情報を与えるにすぎない。
本発明は、帯状金属板を引張るだけで、該金属板の塑性
加工における複雑なシミレーションを行なえるようにす
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 請求項1に記載の本発明は、帯状金属板に加える1回の
引張ストロークの間に、該金属板に対し、曲げ、曲げ戻
し、引抜き、摺動、縮みフランジ変形のうちの少なくと
も2つ以上の塑性加工を施し、同時に該塑性加工中の荷
重及び変位量をそれぞれ検知し、その検知結果に基づき
所望の荷重及び変位量を該金属板に付加するように制御
するようにしたものである。
請求項2に記載の本発明は、帯状金属板をその長手方向
に引張る引張装置と、引張装置が上記金属板に加える1
回の引張ストロークの間に、該金属板に対し、曲げ、曲
げ戻し、引抜き、摺動、縮みフランジ変形のうちの少な
くとも2つ以上の塑性加工を相互に分担して施す複数の
加工装置と、各加工装置のそれぞれに付帯して設けら
れ、各加工装置の荷重及び変位量を検知する複数組の検
知装置と、各検知装置の検知結果に基づいて、各加工装
置の作動状態を制御する制御装置と、を有してなるよう
にしたものである。
[作用] 請求項1に記載の本発明によれば、帯状金属板を1スト
ローク引張るだけで、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、
縮みフランジ変形のうちの少なくとも2つ以上の塑性加
工を施し、同時に該塑性加工中の荷重及び変位量をそれ
ぞれ検知し、その検知結果に基づき所望の荷重及び変位
量を該金属板に付加することになり、結果として該金属
板の塑性加工における複雑なシミレーションを行なえる
ことができる。
請求項2に記載の本発明によれば、引張装置と加工装置
と検知装置と制御装置とを有して構成される成形性試験
装置を用いることにより、帯状金属板を1ストローク引
張るだけで、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、縮みフラ
ンジ変形のうちの少なくとも2つ以上の塑性加工を該金
属板に付加することになり、結果として該金属板の塑性
加工における複雑なシミレーションを高い実験精度で行
なうことができる。
尚、上述の、加工装置は、今回シミレーションに適合す
る塑性加工用工具を装着して今回の成形性試験を行なう
ことになる。従って、各塑性加工用工具に対応する個々
独立の加工装置を設備する必要がなく、コンパクトな装
置構成により、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、縮みフ
ランジ変形の各変形の組合わせを自在に選定し、現実の
塑性加工に忠実な各種シミレーションを実施可能とな
る。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例に係る成形性試験装置を示す
模式図、第2図はプレス加工された自動車用ドアを示す
模式図、第3図はカップ成形中の材料の変形状態図、第
4図は縮みフランジを与える工具の一例を示す模式図で
ある。
成形性試験装置10は、以下に詳述する(A)引張装
置、(B)加工装置、(C)検知装置、(D)制御装置
を有して構成され、帯状金属板11に加える1回の引張
ストロークの間に、該金属板11に対し、曲げ、曲げ戻
し、引抜き、摺動、縮みフランジ変形のうちの少なくと
も2つ以上と塑性加工を施すことができる。以下、成形
性試験装置10の構成要素について説明する。
(A)引張装置 成形性試験装置10は、左右一対の第1引張シリンダ1
2A及び第2引張シリンダ12Bを有し、各引張シリン
ダ12A、12Bに設けられるチャック13A、13B
に金属板11の両端部のそれぞれを把み、金属板11に
一定張力を加えながら該金属板11をその長手方向に移
動可能としている。第1図の例では、金属板11は左か
ら右へ移動する。
(B)加工装置 試験装置10は、第1加工部14と第2加工部15を、
上記両引張シリンダ12A、12Bの間に並設してい
る。各加工部14、15は、加工用シリンダ16、17
にて駆動されるラム18、19、及びこのラム18、1
9に対向するベッド20、21のそれぞれに加工用工具
を装着して構成される。これにより、第1加工部14と
第2加工部15は、引張シリンダ12A、12Bが金属
板11に加える1回の引張ストロークの間に、該金属板
11に対し、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、縮みフラ
ンジ変形のうちの少なくとも2つ以上の塑性加工を相互
に分担して施す。
この時、各加工部14、15は、曲げ、曲げ戻し、引抜
き、摺動、縮みフランジ変形の各塑性加工に対応する加
工用工具を交換的に着脱できる。
例えば、第1図の例では、第1加工部14がローラタイ
プの回転可能な曲げ工具22を備えることにて金属板1
1に曲げを与え、第2加工部15が摺動を伴う曲げ曲げ
戻し工具23を備えることにて金属板11に繰り返し曲
げ変形と摺動の複合変形を与える。尚、第1引張シリン
ダ12Aは、第1加工部14が金属板11に曲げ変形を
与える時、鎖線で示す位置に移動できる。
(C)検知装置 試験装置10は、各引張シリンダ12A、12B、及び
各加工用シリンダ16、17のそれぞれに、ロードセル
24又は不図示の圧力セルを設けるとともに、位置セン
サ25を設けている。ロードセル24は、各引張シリン
ダ12A、12B、及び各加工用シリンダ16、17の
荷重を検知し、位置センサ25は、各引張シリンダ12
A、12B、及び各加工用シリンダ16、17の変位量
を検知する。
(D)制御装置 上記検知装置の各ロードセル24、位置センサ25の検
知データは制御装置26に転送される。制御装置26
は、その検知結果に基づいて、各引張シリンダ12A、
12B、及び各加工用シリンダ16、17の作動状態を
制御する。即ち、制御装置26の制御情報は油圧装置2
7にフィードバックされ、各引張シリンダ12A、12
B、及び各加工用シリンダ16、17が所望の荷重、所
望の変位を実現するように油圧装置27を制御する。
以下、実際のプレス加工による塑性変形をシミレートし
た本発明装置の実施例について説明する。
プレス加工における金属薄板の基本的な成形性は深絞り
性、張出し性、曲げ性、伸びフランジ性に大別され、こ
れに工具と材料間の摩擦特性(摺動性)が加わる。例え
ば、第2図に示す自動車用ドアのプレス加工において、
材料の第2図(A)におけるB−B線に沿う断面(第2
図(B)参照)の部位33は、部位31で3回の曲げ曲
げ戻しと摺動を受け、続いて部位32で1回の曲げ曲げ
戻しと摺動を受ける。この時、部位33で割れを発生す
るおそれがある。この変形挙動をシュミレートするため
に上記試験装置10を用い、その第2加工部15に第2
図に部位31に相当する加工用工具を装着し、さらにそ
の第1加工部14に第2図の部位32に相当する加工用
工具を装着し、金属板11を第1図の右から左に引張り
それら第1加工部14、第2加工部15による塑性加工
を該金属板11に施した。その結果、実際のプレス状況
が1回の引張ストロークで、然も小さな試験片(0.7×50
×700mm)で忠実に再現でき、その結果を利用して逆に破
断が危惧された部位33で破断の生じない材料を選択す
ることが可能になった。
第3図には深絞り性を評価する深絞り試験のカップ形状
を示す。
工具は第5図に示すような配置になっており、初期に円
盤状の金属薄板1をダイ3としわ押さえ間で一定しわ押
さえ荷重Pで挟み、ポンチ2が下降して第3図のような
容器を成形する。この時しわ押さえ荷重Pを高くすると
材料の流入が不十分となり、ポンチ2の肩部に相当する
個所で破断する。この時の破断に至る限界しわ押さえ荷
重Pで深絞り性を評価する。その他前述したLDRでも
評価できる。さて成形中の第3図の場合、平坦な部分
(フランジ部)34は円周方向に縮み、かつ半径方向に
は伸ばされる、いわゆる縮みフランジ変形を受ける。然
も板厚方向に工具で挟まれているため、工具と材料間に
は摩擦が加わる。このような変形を受けた材料は引き続
いてダイ3の肩部(第3図では)で曲げ変形と摩擦を受
ける。これをシミレートするために上記試験装置10を
用い、その第2加工部15に第3図に示す如く試験片3
6(Znメッキ鋼板)の幅が次第に狭まっていく縮みフ
ランジ工具37を装着し、さらにその第1加工部14に
固定曲げ工具を装着し、試験片36を第1図の右から左
に引張りそれら第1加工部14、第2加工部15による
塑性加工を試験片36に施した。尚、この時の試験片3
6はZnメッキ鋼板であり、縮みフランジ変形時のZn
メッキの剥離状況ならびに曲げによる変形が極めて良好
にシュミレートできた。
以上のように上記実施例によれば、引張装置と加工装置
と検知装置と制御装置とを有して構成される成形性試験
装置10を用いることにより、帯状金属板11を1スト
ローク引張るだけで、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、
縮みフランジ変形のうちの少なくとも2つ以上の塑性加
工を施し、同時に該塑性加工中の荷重及び変位量をそれ
ぞれ検知し、その検知結果に基づき所望の荷重及び変位
量を該金属板11に付加することになり、結果として該
金属板11の塑性加工における複雑なシミレーションを
行なうことができる。即ち、各加工装置が付与する変形
のいくつかを組合わせることで、実際のプレス加工を行
なわなくても、現実のプレス加工における材料に生ずる
ほとんどすべての変形挙動をわずか1回の引張りにてシ
ミレートでき、プレス加工に好適な材料を極めて容易に
選定しこれを供給することが可能になる。
又上記実施例によれば、加工装置の各加工部14、15
は、今回シュミレーションに適合する塑性加工用工具を
装着して今回の成形性試験を行なうことになる。従っ
て、各塑性加工用工具に対応する個々独立の加工装置を
設備する必要がなく、コンパクトな装置構成により、曲
げ、曲げ戻し、引抜き、摺動、縮みフランジ変形の各変
形の組合わせを自在に選定し、現実の塑性加工に忠実な
各種シミレーションを実施可能となる。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、帯状金属板を引張るだけ
で、該金属板の塑性加工における複雑なシミレーション
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る成形性試験装置を示す
模式図、第2図はプレス加工された自動車用ドアを示す
模式図、第3図はカップ成形中の材料の変形状態図、第
4図は縮みフランジを与える工具の一例を示す模式図、
第5図は円筒深絞り状態を示す模式図、第6図は平行圧
子による摺動試験状態を示す模式図、第7図は棒状圧子
による摺動試験状態を示す模式図である。 10…成形性試験装置、 11…帯状金属板、 12A、12B…引張シリンダ(引張装置)、 14、15…加工部(加工装置)、 22、23…工具、 24…ロードセル(検知装置)、 25…位置センサ(検知装置)、 26…制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 英夫 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭60−122356(JP,A) 特公 昭51−47069(JP,B1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】帯状金属板に加える1回の引張ストローク
    の間に、該金属板に対し、曲げ、曲げ戻し、引抜き、摺
    動、縮みフランジ変形のうちの少なくとも2つ以上の塑
    性加工を施し、同時に該塑性加工中の荷重及び変位量を
    それぞれ検知し、その検知結果に基づき所望の荷重及び
    変位量を該金属板に付加するように制御することを特徴
    とする帯状金属板の成形性試験方法。
  2. 【請求項2】帯状金属板をその長手方向に引張る引張装
    置と、引張装置が上記金属板に加える1回の引張ストロ
    ークの間に、該金属板に対し、曲げ、曲げ戻し、引抜
    き、摺動、縮みフランジ変形のうちの少なくとも2つ以
    上の塑性加工を相互に分担して施す複数の加工装置と、
    各加工装置のそれぞれに付帯して設けられ、各加工装置
    の荷重及び変位量を検知する複数組の検知装置と、各検
    知装置の検知結果に基づいて、各加工装置の作動状態を
    制御する制御装置と、を有してなることを特徴とする帯
    状金属板の成形性試験装置。
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KR20020051073A (ko) * 2000-12-22 2002-06-28 이구택 강판의 가공 취성 특성 평가방법
CN110186779A (zh) * 2019-06-28 2019-08-30 河北工业大学 一种层状岩体悬臂弯曲断裂蠕变试验装置及测试方法
CN111633116B (zh) * 2020-06-05 2021-03-05 湖南大学 一种测量测试板料拉延高度或胀形高度的装置及试验方法

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