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技術 板材の曲げ限界値判定方法とこれを用いたプレス加工部品の曲げ割れ判定方法

出願人 新日鐵住金株式会社トヨタ自動車株式会社
発明者 吉田博司友清寿雅藤田展弘橋本浩二坂井智哉鈴木孝宜河本剛
出願日 2010年2月23日 (10年6ヶ月経過) 出願番号 2010-037479
公開日 2011年9月8日 (9年0ヶ月経過) 公開番号 2011-173136
状態 特許登録済
技術分野 板・棒・管等の曲げ
主要キーワード プレス加工部品 非金属板 面間角度 設計費 試験箇所 ダイス上面 最大ひずみ 最大主ひずみ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年9月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

板材曲げ限界値を正確に判定することができる板材の曲げ限界値判定方法と、これを用いてプレス加工部品曲げ割れを正確に判定することができるプレス加工部品の曲げ割れ判定方法を提供する。

解決手段

本発明の板材の曲げ限界値判定方法は、V型パンチ1とV型ダイス2とにより厚さtの板材をV曲げし、割れ発生の有無により板材の曲げ限界値を判定する方法であって、V型パンチの先端Rを0.1<R/t<100の範囲で変化させ、かつそれぞれのR/tについてV型ダイスのスパンWを1<W/t<1000の範囲で変化させて割れ発生の有無を観察し、板材の曲げ限界値をRとWの関数として決定する。板材の曲げ限界値としてV曲げされた板材の外側の最大ひずみを用いることが好ましい。この方法で求めた板材の曲げ限界値を用い、プレス加工部品の曲げ加工部分の割れ発生の有無を数値計算により予測することが可能となる。

概要

背景

自動車部品などは金属板プレス加工して成形されるものが多い。鋼板の場合には、低強度鋼板延性に優れているためにプレス加工も行い易いが、最近では軽量化を図るためにハイテンと呼ばれる高強度鋼板が採用されており、この板材は比較的延性に乏しいためにプレス装置によって強い曲げ加工を行ったときに曲げ割れを生ずることがある。またアルミニウム板マグネシウム板等の板材についても同様の傾向がある。このため従来は実物試作を繰り返して曲げ割れの有無を確認していたが、最近では有限要素法などの数値計算により実物を製作することなく割れ発生の有無を事前に判定し、設計期間の短縮と設計費用の削減が図られている。

このような曲げ割れ判定を正確に行うためには、板材自体曲げ限界値を正確に知ることが必要である。このために従来から特許文献1、2に示されるような曲げ試験が行われている。特許文献1の曲げ試験は所定スパン支持体の上面に板材を載せ、先端Rを備えたポンチによって板材の中央を加圧する方法であり、特許文献2の曲げ試験はV型パンチとV型ダイスとにより板材をV曲げする方法である。強い曲げ加工を行うプレス加工部品については、V曲げ試験L曲げ試験などが行われる。

ところが本発明者が実験を繰り返すと、V曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えても実物は割れなかったり、逆にV曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えないのに実物は割れたりする現象が確認され、従来の曲げ試験に基づく曲げ割れ判定の精度に疑問が生じていた。

概要

板材の曲げ限界値を正確に判定することができる板材の曲げ限界値判定方法と、これを用いてプレス加工部品の曲げ割れを正確に判定することができるプレス加工部品の曲げ割れ判定方法を提供する。本発明の板材の曲げ限界値判定方法は、V型パンチ1とV型ダイス2とにより厚さtの板材をV曲げし、割れ発生の有無により板材の曲げ限界値を判定する方法であって、V型パンチの先端Rを0.1<R/t<100の範囲で変化させ、かつそれぞれのR/tについてV型ダイスのスパンWを1<W/t<1000の範囲で変化させて割れ発生の有無を観察し、板材の曲げ限界値をRとWの関数として決定する。板材の曲げ限界値としてV曲げされた板材の外側の最大ひずみを用いることが好ましい。この方法で求めた板材の曲げ限界値を用い、プレス加工部品の曲げ加工部分の割れ発生の有無を数値計算により予測することが可能となる。

目的

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、実験により板材の曲げ限界値を正確に判定することができる板材の曲げ限界値判定方法と、これを用いてプレス加工部品の曲げ割れを数値計算により正確に判定することができるプレス加工部品の曲げ割れ判定方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

V型パンチとV型ダイスとにより厚さtの板材V曲げし、割れ発生の有無により板材の曲げ限界値を判定する方法であって、V型パンチの先端Rを0.1<R/t<100の範囲で変化させ、かつそれぞれのR/tについてV型ダイスのスパンWを1<W/t<1000の範囲で変化させて割れ発生の有無を観察し、板材の曲げ限界値をRとWの関数として決定することを特徴とする板材の曲げ限界値判定方法

請求項2

板材の曲げ限界値として、V曲げされた板材の外側の最大ひずみを用いることを特徴とする請求項1記載のプレス加工部品曲げ割れ判定方法

請求項3

請求項1または2の方法で求めた板材の曲げ限界値を用い、プレス加工部品の曲げ加工部分の割れ発生の有無を数値計算により予測することを特徴とするプレス加工部品の曲げ割れ判定方法。

技術分野

0001

本発明は、鋼板アルミニウム板マグネシウム板のような金属製の板材曲げ限界値判定方法と、これを用いたプレス加工部品曲げ割れ判定方法に関するものである。

背景技術

0002

自動車部品などは金属板プレス加工して成形されるものが多い。鋼板の場合には、低強度鋼板延性に優れているためにプレス加工も行い易いが、最近では軽量化を図るためにハイテンと呼ばれる高強度鋼板が採用されており、この板材は比較的延性に乏しいためにプレス装置によって強い曲げ加工を行ったときに曲げ割れを生ずることがある。またアルミニウム板、マグネシウム板等の板材についても同様の傾向がある。このため従来は実物試作を繰り返して曲げ割れの有無を確認していたが、最近では有限要素法などの数値計算により実物を製作することなく割れ発生の有無を事前に判定し、設計期間の短縮と設計費用の削減が図られている。

0003

このような曲げ割れ判定を正確に行うためには、板材自体の曲げ限界値を正確に知ることが必要である。このために従来から特許文献1、2に示されるような曲げ試験が行われている。特許文献1の曲げ試験は所定スパン支持体の上面に板材を載せ、先端Rを備えたポンチによって板材の中央を加圧する方法であり、特許文献2の曲げ試験はV型パンチとV型ダイスとにより板材をV曲げする方法である。強い曲げ加工を行うプレス加工部品については、V曲げ試験L曲げ試験などが行われる。

0004

ところが本発明者が実験を繰り返すと、V曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えても実物は割れなかったり、逆にV曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えないのに実物は割れたりする現象が確認され、従来の曲げ試験に基づく曲げ割れ判定の精度に疑問が生じていた。

先行技術

0005

特開昭58−168940号公報
特開昭63−238928号公報

発明が解決しようとする課題

0006

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、実験により板材の曲げ限界値を正確に判定することができる板材の曲げ限界値判定方法と、これを用いてプレス加工部品の曲げ割れを数値計算により正確に判定することができるプレス加工部品の曲げ割れ判定方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するためになされた本発明の板材の曲げ限界値判定方法は、V型パンチとV型ダイスとにより厚さtの板材をV曲げし、割れ発生の有無により板材の曲げ限界値を判定する方法であって、V型パンチの先端Rを0.1<R/t<100の範囲で変化させ、かつそれぞれのR/tについてV型ダイスのスパンWを1<W/t<1000の範囲で変化させて割れ発生の有無を観察し、板材の曲げ限界値をRとWの関数として決定することを特徴とするものである。なお請求項2のように、板材の曲げ限界値としてV曲げされた板材の外側の最大ひずみを用いることが好ましい。

0008

また本発明のプレス加工部品の曲げ割れ判定方法は、上記の方法で求めた板材の曲げ限界値を用い、プレス加工部品の曲げ加工部分の割れ発生の有無を数値計算または、プレス加工部品のひずみの実測により予測することを特徴とするものである。

発明の効果

0009

本発明の板材の曲げ限界値判定方法は、従来は無視されていたV型ダイスのスパンの影響を考慮したもので、V曲げの強度を示すV型パンチの先端Rを板厚tで割ったR/tの他に、スパンの影響を示すスパンWを板厚tで割ったW/tの値を取り入れ、板材の曲げ限界値をRとWの関数として決定する。この結果、後述するデータに示されるようにV曲げ加工時の曲げ限界値が正確に求められるようになった。従来は、試験箇所ごとにV型ダイスのスパンWが異なり、同じ材料での割れが発生する曲げRの判定に違いが生じる問題があったが、本発明により解決することが可能になった。すなわち、同じ材料のV曲げ試験では、スパンWを同一にすることにより、試験箇所が異なっても割れが発生する曲げRに違いが生じなくなった。また、スパンWが異なる試験であっても、上記の曲げ限界値をRとWの関数から換算することができるようになった。さらに、このような実験により得られた曲げ限界値を用いればプレス加工部品の曲げ加工部分の割れ発生の有無を数値計算により正確に予測することが可能となり、実物を製作することなく割れ発生の有無を事前に判定することが可能となった。

図面の簡単な説明

0010

V曲げ試験機の説明図である。
V曲げ試験のデータを集約したグラフである。
板厚t=1.4mm、先端R=2mm、スパンW=40mmとした場合の曲げ先端部の拡大図である。
板厚t=1.4mm、先端R=2mm、スパンW=18.4mmとした場合の曲げ先端部の拡大図である。
板厚t=1.4mm、先端R=2mm、スパンW=9.6mmとした場合の曲げ先端部の拡大図である。
各スパンWにおける頂点のひずみの履歴を示すグラフである。
ひずみと先端RとスパンWとの関係をまとめたグラフである。
曲げ試験における先端RとスパンWと割れ発生の有無をまとめたグラフである。

実施例

0011

以下に本発明の実施形態を説明する。図1は本発明において用いられるV曲げ試験機の説明図であり、1はV型パンチ、2はV型ダイスである。図示のようにV型ダイス2の上に厚さtの板材をセットし、V型パンチ1によって中央部を加圧してV型パンチ1とV型ダイス2との間でV曲げを行う。V型パンチ1とV型ダイス2の斜面間角度は何れも90°であり、V型パンチ1の先端には先端Rが形成されている。なおV型ダイス2の下端は丸みのないピン角または、幅1〜4mmの溝となっている。

0012

図1のようなV曲げ試験機を用いて厚さtの板材をV曲げし、割れ発生の有無により板材の曲げ限界値を判定する。このときV型パンチ1の先端Rを変えて曲げ強度を変化させることは従来と同様であり、曲げ強度はV型パンチの先端Rを板厚tで割ったR/tで表わされる。本発明ではV型パンチ1の先端Rを0.1<R/t<100の範囲で変化させる。R/tが0.1よりも小さいV曲げは実際に行われる可能性が小さいためにデータを採取する意味がなく、R/tが100よりも大きいV曲げでは割れ発生の可能性が小さいためにやはりデータを採取する意味がないからである。

0013

従来は上記のようにR/tを変えてV曲げ試験を行い割れ発生の有無を観察していたのであるが、本発明ではそれぞれのR/tについてV型ダイスのスパンWを1<W/t<1000の範囲で変化させて割れ発生の有無を観察し、板材の曲げ限界値をRとWの関数として決定する点に最大の特徴がある。スパンWは図1に示すようにV型ダイス上面の開き幅である。

0014

図2は板厚tが1.4mmの鋼板について上記のV曲げ試験のデータを集約したグラフであり、横軸は曲げR(先端R)、縦軸はV曲げされた板材が割れたときの板材の外側の最大主ひずみである。ここでは板材の曲げ限界値をV曲げされた板材の外側の最大主ひずみとしたが、これと等価な変形量や応力を用いることも可能である。しかし曲げ試験中に局部的な応力値を正確に検出することは必ずしも容易ではないのに対して、歪は予め板材の表面や端面に罫線を入れておくことにより比較的容易かつ正確に測定できるので、ここでは板材の外側の最大主ひずみを用いた。

0015

図2のグラフに示されるように、曲げRが大きくなるほど板材の外側の最大主ひずみが小さくなることは当然であるが、V曲げ試験の結果では曲げRが同一であってもスパンWが大きくなるほど板材の外側の最大主ひずみは減少する傾向(矢印で示す)にある。しかし曲げRが板厚tに近い条件下では、スパンWが大きくなると逆に最大主ひずみが増加する傾向(破線の円で示す)を示す。このようなV曲げ試験におけるスパンWが板材の曲げ限界値に及ぼす影響については従来知られておらず、スパンWの影響を無視した曲げ限界値を採用していたため、V曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えても実物は割れなかったり、逆にV曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えないのに実物は割れたりする現象が生じていたものと考えられる。

0016

以下に、本発明者が究明したスパンWが板材の曲げ限界値に及ぼす影響を説明する。
図3から図5は板厚tを1.4mm、先端Rを2mmの一定値(R/t=1.4)とし、スパンWを40mm(W/t=28.6)、18.4mm(W/t=13.1)、9.6mm(W/t=6.9)とした場合の拡大図である。左右対称のため、右側半分の拡大図のみ示している。まず図3に示すようにスパンWを40mmと大きくした場合には、板材のたわみ量が大きくなるために、曲げ途中において板材とV型ダイス2とは頂点に近い接触点Aで接触する。このためV型パンチ1の先端Oとの距離をスパンとする曲げにシフトし、実質的なスパンは小さくなる。更にV型パンチ1が下降すると板材とV型パンチ1との接触点BはV型パンチ1の肩側に移動し、板材とV型ダイス2とは接触点Aは頂点側(中心側)に移動する。このためにひずみが増大する。

0017

図4に示すようにスパンWを18.4mmとした場合には、曲げ途中における板材のたわみ量は小さく、下死点直前に至るまで板材とV型ダイス2との接触は生じない。このため実質的なスパンの変化は生じにくく、これが下死点直前におけるひずみの増大が抑制される理由と推定される。

0018

図5に示すようにスパンWを9.6mmとした場合には、曲げ途中における板材のたわみ量は無視できるほど小さく、板材とV型ダイス2との接触は生じない。このため速い段階から小スパンとしてV型パンチ1の頂点付近のひずみは高くなるが、その後、V型パンチ1との接触点BはV型パンチ1の肩側に移動してパンチとなじまなくなるので、頂点でのひずみの増加が滞留する。このため、この場合には純曲げと比較してひずみが低くなるものと推定される。

0019

図6は上記の図3から図5についての説明内容をまとめたグラフであり、下死点までの距離によって板材の外側の最大主ひずみが異なる曲線を描いて変化する様子を示している。しかもV型パンチ1が下死点に達したときの最終的な最大主ひずみは、スパンWが18.4mmの場合に小さくなっている。

0020

上記したように、それぞれのR/tについてV型ダイスのスパンWを1<W/t<100の範囲で変化させて得られた板材の曲げ限界値は、先端RのみならずスパンWによっても変化することが確認されたので、これをRとWの関数として決定する。図7はその結果を示したグラフであり、純曲げの場合の板材の外側の最大主ひずみ(理論値)を併せて示した。

0021

図7中に(1)として示すように、先端RとスパンWが大きい領域ではV曲げ試験によって求めた曲げ限界値は純曲げの場合に近づいている。このためこのような領域では従来技術を用いても正確に曲げ割れ判定が可能である。しかし図7中に(2)として示すように、先端Rが板厚tよりも小さい領域では、たわみの発生と関連してV曲げ試験によって求めた曲げ限界値と純曲げの場合のひずみとの差が大きくなるスパンWがある。また図7中に(3)として示すように、先端Rが板厚tよりも小さくかつスパンWが小さくても、パンチとのなじみと関連して純曲げの場合との差がさらに大きくなることがある。さらに図7中に(4)として示すように、板厚tに近い曲げRでは実質スパンの変化に起因して、ひずみの傾向が逆転するスパンWがある。

0022

以上に述べたとおり、本発明の板材の曲げ限界値判定方法によれば、先端RとスパンWとの関係において変化する曲げ限界値を正確に把握することができる。図8は板厚tを1.4mmの一定値とした場合の曲げ試験における先端RとスパンWと割れ発生の有無をまとめたグラフであり、割れ発生が先端RのみならずスパンWの影響を受けることが明確に示されている。

0023

このように本発明によれば先端RとスパンWとの関係において変化する曲げ限界値を正確に把握することができるので、数値計算により求めたプレス加工部品の曲げ加工部分のひずみがこのようにして得られた板材の曲げ限界値(ひずみ)を越えるか否かを判断することによって、割れ発生の有無を従来よりも正確に予測することが可能となる。この結果、従来のようにV曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えても実物は割れなかったり、逆にV曲げ試験によって求めた曲げ限界値を超えないのに実物は割れたりする現象を矛盾なく説明することが可能となり、実物を製作することなく割れ発生の有無を事前に判定することが可能となる。

0024

なお、上記の説明は板厚tを1.4mmの一定値とした場合の実験に基づくものであるが、板厚tが変化しても本発明を同様に適用することができる。また鋼板のみならず、その他の金属板材非金属板材についても適用可能である。

0025

1V型パンチ
2 V型ダイス

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