JP5630311B2 - プレス成形における割れ予測方法およびプレス部品の製造方法 - Google Patents
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Description
発明者らは、高強度の薄鋼板を対象としたプレス成形の研究を行っていた際、鋼板の引張強さTSが980MPa級あるいは1180MPa級と高強度化、硬質化するのに伴い、プレス成形において、くびれ(ネッキング)を起こすことなく破断に至るケースが多く見られることに気付いた。この現象を、図3を用いて説明すると、例えば、球頭パンチを用いて低強度で軟質な鋼板を張出し成形する場合には、一般に、図3(a)に示したように局部的にくびれが発生し、そのくびれ部の板厚減少量が大きくなって割れに至るのが普通である。しかし、上述した引張強さが980MPa級や1180MPa級のように高強度化、硬質化した鋼板では、図3(b)に示したように、鋼板表面からクラックが発生して、一気に割れに至ることがあることがわかった。
本発明は、上記の新規知見に基づきなされたものである。
図4に、本発明の割れ予測方法の一実施形態のフローを示す。
まず、本発明においては、曲げ性支配の割れ発生予測を行う必要がある。
そのためには、曲げ変形により鋼板の表面に割れが発生する限界表面ひずみを、予め何らかの試験により求めておくことが必要である。ここで、上記試験としては、図5(a)に示したような曲げ試験や、図5(b)に示したような球頭パンチや、図示されていない楕円球頭パンチを用いた張出し試験などがあるが、その他の試験方法を用いてもよい。また、上記曲げ試験は、90度曲げ(V曲げ)や180度曲げ(U曲げ)など、いずれの曲げ角度を用いてもよい。
そのためには、鋼板に割れが発生する際の板厚中心における成形限界(最大主ひずみと最小主ひずみ)を表した成形限界線図(FLD)を予め求めておくことが必要である。このFLDを求める方法には、球頭パンチを用いる中島法や、円頭パンチを用いるMarciniak法等があるが、いずれを用いてもよい。
例えば、図6に示したように、予め被成形材である鋼板の90度曲げ試験を行い、割れが発生する限界曲げ半径を求める。次いで、有限要素法を用いたシミュレーションで、上記90度曲げ試験で割れが発生した位置の表面の最大主ひずみを求め、これを限界表面ひずみとする。次いで、有限要素法を用いて鋼板を所望の部品形状にプレス成形するシミュレーションを行い、分割した各要素の表面の最大主ひずみを求め、各要素の表面の最大主ひずみと上記鋼板の限界表面ひずみとを対比し、いずれかの要素の表面の最大主ひずみが上記限界表面ひずみ以上となるときに、曲げ性支配の割れが発生すると予測する。
その後、上述した延性支配の割れ予測を行い、曲げ性支配の割れ予測と延性支配の割れ予測のうちで、割れに対して厳しい方の予測を用いて、割れの発生を予測する。
また、鋼板Aより曲げ性の良い鋼板Bでは、図12(b)に示すように、FLDによる割れ予測では、下死点から10mmの位置まで金型を下降させたときに割れが発生すると予測され、一方、限界表面ひずみによる割れ予測では、下死点から9mmの位置まで金型を下降させたときに割れが発生すると予測されており、鋼板Aとは逆に、FLDを用いた割れ予測の方が、実際にプレス成形における割れ発生時の金型位置(下死点から11mm)を精度よく予測している。
また、さらに曲げ性の良い鋼板Cでは、図12(c)に示すように、FLDによる割れ予測では、下死点から8mmの位置まで金型を下降させたときに割れが発生すると予測され、一方、限界表面ひずみによる割れ予測では、下死点まで金型を下降させても割れが発生しないと予測されており、やはり鋼板Aとは逆に、FLDを用いた割れ予測の方が、実際にプレス成形における割れ発生時の金型位置(下死点から9mm)を精度よく予測している。
2:プレス金型の下型
3:被成形材(金属板、鋼板)
4:メッシュ分割
5:要素
Claims (4)
- 予めプレス成形する金属板の表面に割れが発生する限界表面ひずみを求めておき、
次いで、有限要素法を用いて上記金属板を所望の部品形状にプレス成形するシミュレーションを行い、いずれかの要素の表面ひずみが上記金属板の限界表面ひずみ以上となるときに割れが発生すると予測する第1の割れ予測と、
予めプレス成形する金属板の成形限界線図を求めておき、
次いで、有限要素法を用いて上記金属板を所望の部品形状にプレス成形するシミュレーションを行い、いずれかの要素の板厚中心における最大主ひずみと最小主ひずみのプロットが上記成形限界線図の成形限界線以上となったときに割れが発生すると予測する第2の割れ予測とを実施し、
上記2種類の割れ予測のうちの判定結果が厳しい方の予測を基に割れの発生を予測することを特徴とするプレス成形における割れ予測方法。 - 上記限界表面ひずみを、曲げ試験を用いて求めることを特徴とする請求項1に記載のプレス成形における割れ予測方法。
- 予めプレス成形する金属板の曲げ試験を行って割れが発生する限界曲げ半径を求めておき、
次いで、有限要素法を用いて上記曲げ試験をシミュレーションして限界曲げ半径に対応する金属板表面の最大主ひずみを求めて、これを限界表面ひずみとし、
次いで、有限要素法を用いて上記金属板を所望の部品形状にプレス成形するシミュレーションを行い、いずれかの要素の表面の最大主ひずみが上記金属板の限界表面ひずみ以上となるときに割れが発生すると予測する第1の割れ予測を実施することを特徴とする請求項1または2に記載のプレス成形における割れ予測方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法でプレス成形における割れ発生の有無を予測し、割れが発生しない条件で金属板をプレス成形することを特徴とするプレス部品の製造方法。
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