(57)【要約】  プレス成形によるせん断端面の割れの発生を防ぐために、金属板のせん断端面の割れ限界を評価・予測し、プレス成形条件を決定する技術を提供する。せん断加工された金属板（１）をプレス成形で変形する際における、上記金属板（１）のせん断端面での変形限界を評価する変形限界の評価方法であって、上記プレス成形によって上記金属板（１）のせん断端面近傍に発生する応力分布のうち、評価位置における、板厚方向Ｘの応力勾配とせん断端面から離れる方向の応力勾配との２つの応力勾配から求めた指標値によって、変形限界を評価する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断加工された金属板をプレス成形で変形する際における、上記金属板のせん断加工面での変形限界を評価する変形限界の評価方法であって、
上記プレス成形によって上記金属板のせん断加工面近傍に発生する応力分布のうち、評価位置における、板厚方向の表面応力分布の勾配とせん断加工面から離れる方向の表面応力分布の勾配との２つの表面応力分布の勾配から求めた指標値によって、変形限界を評価することを特徴とする変形限界の評価方法。
【請求項２】
上記プレス成形は、曲げ変形を含み、その曲げ変形で上記せん断加工面から離れる方向に向かう曲げ稜線が形成されるプレス成形であり、
上記せん断加工面から離れる方向の表面応力分布の勾配は、金属板の曲げ外側表面における曲げ稜線方向と平行な方向の表面応力分布の勾配であることを特徴とする請求項１に記載した変形限界の評価方法。
【請求項３】
上記せん断加工面から離れる方向に向かう曲げ稜線を第１の曲げ稜線と記載したとき、
上記第１の曲げ稜線と平行な方向の表面応力分布の勾配を評価する範囲内に、上記第１の曲げ稜線とは異なる他の曲げ稜線が１つ以上存在する場合、上記第１の曲げ稜線と平行な方向と上記他の曲げ稜線との交点の内、上記せん断加工面に最も近い交点未満までの距離において上記表面応力分布の勾配を算出することを特徴とする請求項２に記載した変形限界の評価方法。
【請求項４】
評価位置での上記指標値とせん断加工面での変形限界ひずみとの関係から、せん断加工面での変形限界を評価することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した変形限界の評価方法。
【請求項５】
上記指標値は、上記２つの表面応力分布の勾配の自乗平均であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した変形限界の評価方法。
【請求項６】
上記指標値は、上記２つの表面応力分布の勾配の和であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した変形限界の評価方法。
【請求項７】
板厚方向とせん断加工面から離れる方向の２つの表面ひずみを成形シミュレーションにより算出し、算出した各表面ひずみから上記２つの表面応力分布の勾配を求めることを特徴する請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載した変形限界の評価方法。
【請求項８】
上記評価位置を、端面の変形時に亀裂が発生すると推定される位置とすることを特徴とした請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載した変形限界の評価方法。
【請求項９】
せん断加工された金属板をプレス成形で変形した場合の割れの有無を予測する割れ予測方法であって、
上記プレス成形によって上記金属板のせん断加工面近傍に発生する応力分布のうち、板厚方向の表面応力分布の勾配とせん断加工面から離れる方向の表面応力分布の勾配との２つの表面応力分布の勾配を変数とした指標値と、せん断加工面での限界ひずみとの関係を、予め求めておき、
上記関係と、評価位置での上記２つの表面応力分布の勾配から求めた指標値とから、せん断加工面での割れを予測することを特徴とする割れ予測方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載した変形限界の評価方法、若しくは請求項９に記載した割れ予測方法を用いて、金属板端面での割れ発生を抑制したプレス金型の形状を設計することを特徴とするプレス金型の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、せん断加工した後の金属板をプレス成形で成形して加工する際における、曲げ変形、引張り変形、又は引っ張り変形と曲げ変形の複合の変形が生じるせん断加工面（せん断端面）に発生する割れを評価・予測する技術に関する。また、本発明は、その技術に基づき金属板の割れを抑制可能な金型形状の設計方法（決定方法）に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
現在、自動車には軽量化による燃費向上と衝突安全性の向上が求められている。このため、車体の軽量化と衝突時の搭乗者保護とを両立する目的で、自動車部品に対し、高強度鋼板が使用される傾向にある。高強度鋼板におけるプレス成形時の成形不良の一つに割れがある。特にせん断加工後のせん断加工面からなる端面（以下、せん断端面とも呼ぶ）の割れが重要な課題の一つとなっている。【０００３】
せん断端面の割れは、大きく分けると伸びフランジ変形による割れと曲げ変形による割れに分類される。伸びフランジ割れには、例えば特許文献１〜３に記載されている予測方法がある。特許文献１には、板面内方向のひずみ勾配を考慮した予測手法や、板面内の応力勾配を考慮した予測手法が提案されている。特許文献２には、伸びフランジ変形におけるひずみ勾配とひずみ集中と破断ひずみの関係を用いる方法が提案されている。特許文献３には、成形限界ひずみと板面内方向及び板厚方向のひずみ勾配の関係を用いた割れ予測手法が提案されている。
一方で、せん断端面の曲げ割れに関する割れの予測手法は開発されておらず、この曲げ割れを含むせん断端面での割れの予測手法の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６９５３３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４００４６号公報
【特許文献３】特開２０１４−１１５２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プレス成形する金属板として高強度鋼板を採用することで、プレス成形時に、伸びフランジ変形や曲げ変形によるせん断端面の割れが顕在化してきた。
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、プレス成形によるせん断端面の割れの発生を防ぐために、金属板のせん断端面の割れ限界を評価・予測し、プレス成形条件を決定する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そして、課題を解決するために、本発明の一態様は、せん断加工された金属板をプレス成形で変形する際における、上記金属板のせん断加工面での変形限界を評価する変形限界の評価方法であって、上記プレス成形によって上記金属板のせん断加工面近傍に発生する応力分布のうち、評価位置における、板厚方向の表面応力分布の勾配とせん断加工面から離れる方向の表面応力分布の勾配との２つの表面応力分布の勾配から求めた指標値によって、変形限界を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、対象となる金属板をプレス成形するために必要となる金属板のせん断端面の変形限界を精度良く評価・予測することが可能となる。
この結果、本発明の一態様によれば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板の選定が適切であるか否かを精度良く予測できるようになり、プレス成形を安定して行うことができるとともに、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。また、本発明の一態様によれば、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】曲げ加工を含むプレス成形で成形した成形品の一例を示す図である。
【図２】曲げ加工時に型からの浮きが発生した状態の一例を示す図である。
【図３】変形限界線及びせん断端面での割れの発生しない領域の例を示す図である。
【図４】Ｖ曲げ試験の試験片形状を示す図である。
【図５】切欠き引張り試験の試験片形状を示す図である。
【図６】Ｖ曲げ試験での亀裂長さと曲げ半径の関係を示す図である。
【図７】切欠き引張り試験での亀裂長さとストローク量の関係を示す図である。
【図８】Ｖ曲げ試験のＦＥＭ解析で取得した亀裂発生部の最大主ひずみと曲げ半径の関係を示す図である。
【図９】切欠き引張り試験のＦＥＭ解析で取得した亀裂発生部の最大主ひずみと曲げ半径の関係を示す図である。
【図１０】Ｖ曲げ試験と切欠き引張り試験から求めた亀裂発生部の変形限界ひずみと組み合わせ応力勾配（本発明に基づく指標値）との関係を示す図である。
【図１１】各成形試験における亀裂発生部の変形限界ひずみと組み合わせ応力勾配（本発明に基づく指標値）との関係を示す図である。
【図１２】各成形試験における亀裂発生部の変形限界ひずみと面内方向のひずみ勾配との関係を示す図である。
【図１３】各成形試験における亀裂発生部の変形限界ひずみと面内方向の応力勾配との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
以下に示す本実施形態の方法は、プレス成形で曲げ変形が発生しない位置にも適用可能である。金属板１を曲げ加工を含むプレス成形で成形した成形品１０の例を、図１に示す。図１は、金属板１を鞍状形状にプレス成形した場合の例である。この図１において、符号１Ｂは、金属板１を曲げる際の曲げ線位置となる曲げ稜線を示す。符号１０Ａは端面（せん断端面）を示す。また符号Ｚが、曲げ外側表面とせん断端面の境界近傍のうちの、亀裂が発生しやすい箇所の例である。
図１のように、上記の曲げ稜線は、曲げ加工(曲げ変形)でせん断端面（せん断加工面）から離れる方向に向かう曲げ稜線である。以下、この曲げ稜線を第１の曲げ稜線とも記載する。
【００１０】
なお、図１における、平板状の部分に記載されている符号Ｚは、曲げ部以外のせん断端面に評価位置を設定した場合の例を併記したものである。
曲げ加工を含むプレス成形について、発明者らが種々の検討をした結果、金属板１をプレス成形した際に、図２に示すように、金属板１の端面は曲げ加工時に反りが発生して、金属板１の端面側が金型の曲げ部から浮く。このため、金属板１の中央部側（図１の符号１Ｂａ参照）では金型の曲げ半径Ｒに近い曲げ半径で曲げ変形を受けるが、金属板１の端面側（図１の１Ｂｂ参照）では、金型の曲げ半径Ｒとは異なる曲げ半径で曲げ変形を受ける。
【００１１】
このとき、曲げ変形と引張り変形との複合変形の場合、引張り変形を強めていくと、金型に対する金属板１端面の浮きは減少する傾向がある。しかし、金属板１の強度が５９０ＭＰａ以上または板厚が１．０ｍｍ以上となると、金属板１の端面１０Ａでの浮きが無くなる前に割れが発生してしまうことが分かった。したがって、従来のように、金型の曲げ半径Ｒを用いた割れの予測手法では、端面１０Ａからの割れを精度よく予測できないことが分かった。
また、曲げ変形時には金属板１の板厚方向Ｘに非常に大きな応力勾配が発生するため、金属板１の端面１０Ａに沿った方向の応力勾配や端面１０Ａと直交する面内方向の応力勾配は相対的に影響が小さくなる。そのため、それらを用いた従来の予測手法では、曲げ変形が含まれるプレス成形の場合、端面１０Ａの割れを予測することが困難であることが分かった。
【００１２】
更に、発明者らは、評価するプレス変形位置を拡張して、上述の曲げ加工を含むプレス成形での曲げ変形位置（曲げ変形、引張り変形と曲げ変形との複合変形）と、曲げ変形が無く引張り変形を受ける変形位置とにおける、せん断端面１０Ａの割れの発生に関して種々の検討を重ねた。その結果、金属板１のせん断端面１０Ａに割れが発生する成形条件におけるせん断端面１０Ａの最大主ひずみを限界ひずみεｌｉｍｉｔ、割れ発生部近傍の応力勾配をΔσと定めた場合、発明者らは、限界ひずみεｌｉｍｉｔと割れ発生部近傍の応力勾配Δσの相関が強いことを見出した。さらに、発明者らは、プレス成形時のせん断端面１０Ａのひずみと、応力勾配によって定まる限界ひずみεｌｉｍｉｔを比較することで、せん断端面１０Ａの割れの発生を予測できるという知見を得た。
【００１３】
発明者らは、上記のような知見に基づいて、亀裂発生部の近傍Ｚの板厚方向Ｘの表面応力分布の勾配と、せん断端面１０Ａから離れる方向Ｙ（曲げ変形の近傍では、曲げ稜線方向に平行な方向）の表面応力分布の勾配との２つの表面応力分布の勾配から求めた指標値から、金属板１のせん断端面１０Ａでの変形限界を評価する評価方法、それに基づいた端面割れの予測方法を考案した。
すなわち、本実施形態の方法では、プレス成形によって金属板１のせん断端面１０Ａ近傍に発生する応力分布のうち、評価位置における、板厚方向Ｘの表面応力分布の勾配とせん断端面１０Ａから離れる方向の表面応力分布の勾配との２つの表面応力分布の勾配から求めた指標値によって、変形限界を評価する。例えば、評価位置での指標値と成形限界ひずみとの関係から、せん断端面１０Ａでの変形限界を評価したり、割れを予測したりする。
【００１４】
このとき、対象とするプレス成形が曲げ変形を含む場合には、せん断端面１０Ａから離れる方向の表面応力分布の勾配を、金属板１の曲げ外側表面における曲げ稜線方向と平行な方向の表面応力分布の勾配とすると良い。
ここで、本実施形態の方法は、プレス加工における、金属板１のせん断端面１０Ａでの単純曲げ変形、引張り変形と曲げ変形が複合した変形、及び引張り変形のいずれでもあっても、せん断端面１０Ａ（せん断によって形成された端面１０Ａ）での変形限界の評価や割れの予測を、一つの指標値で統一的に且つ精度良く評価可能とするための技術を提供するものである。本実施形態の方法は、曲げ変形を有しないプレス加工位置のせん断端面１０Ａも対象とするものである。
【００１５】
（指標値について）
本実施形態で使用する金属板１のせん断端面１０Ａでの変形限界を評価する評価、それに基づいた端面割れの予測で用いる指標値について説明する。
本実施形態の指標値は、亀裂発生部の近傍Ｚの板厚方向Ｘの表面応力分布の勾配と、せん断端面１０Ａから離れる方向の表面応力分布の勾配との、２つの表面応力分布の勾配を変数とした値である。
なお、表面応力分布の勾配を単に応力勾配とも呼称し、せん断端面１０Ａから離れる方向Ｙの応力勾配を面内方向の応力勾配とも呼称する。
【００１６】
せん断端面１０Ａから離れる方向は、例えば、せん断端面１０Ａの法線方向や端面の縁線に直交する方向とする（図１参照）。せん断端面１０Ａから離れる方向は、一番近い曲げ稜線方向に平行な方向でも良い。
曲げ変形が加えられる変形位置における、せん断端面１０Ａから離れる方向への応力勾配は、曲げ加工を受ける金属板１の曲げ外側表面とせん断端面１０Ａの境界近傍に発生する応力分布であって、一番近い曲げ稜線方向に平行な方向の応力勾配である。曲げ外側表面とは、曲げ加工によって凸に変形する側の表面である。
【００１７】
指標値は、板厚方向Ｘの応力勾配△σthicknessと面内方向の応力勾配△σin-planeとの２つを変数とした、下記(１)式の関数で表される。
本実施形態では、組み合わせ応力△σcombineが指標値となる。
△σcombine＝  Ｆ（△σthickness、△σin-plane）  ・・・（１）
指標値は、例えば、下記（２）式のような、上記２つの応力勾配の平均値とする。
△σcombine＝  （△σthickness＋△σin-plane）／２  
・・・（２）
【００１８】
端面１０Ａから発生する亀裂は、亀裂発生部の近傍Ｚの板厚方向Ｘと面内方向との２つの応力勾配と相関があると知見を得ているが、（３）式のように、それら２方向の勾配の自乗平均からなる指標値△σｃｏｍｂｉｎｅは、さらに端面１０Ａでの亀裂と相関が高い。このため、（３）式で算出した評価値を用いることで、せん断端面１０Ａでの変形限界の評価や端面割れの予測を、高い精度で行うことが可能となる。
△σcombine＝  √（（△σthickness）２  ＋（△σin-plane）２）
・・・（３）
【００１９】
また簡便な方法として、（４）式のように、板厚方向Ｘと面内方向Ｙの２つの応力勾配の和を指標値としても良い。
△σcombine＝  △σthickness  ＋△σin-plane      ・・・（４）
【００２０】
ここで、上述の（２）式は、２つの応力勾配から指標値を求める際に、２つの応力勾配を単純平均で平均化した場合の例である。曲げ加工では板厚方向Ｘの応力勾配の方が割れの評価への寄与度が高いという観点から、曲げ変形に応じて、（５）式のように、各応力勾配に重み付けを付けて指標値を求めても良い。
△σcombine＝  （ａ×△σthickness  ＋ｂ×△σin-plane）  
・・・（５）
【００２１】
ここで、ａ，ｂは重み係数であり、曲げ加工の場合には、ａ＞ｂの関係に設定する。例えば、ａ＝１．３、ｂ＝０．７のように設定する。単純引張り変形の場合には、例えば、ａ＜ｂの関係に設定する。例えば、ａ＝０．７、ｂ＝１．３のように設定する。
同様に、（３）式や（４）式においても、２つの応力勾配に対して、上述のような重み付けを行うようにしても良い。
【００２２】
（亀裂発生部近傍の応力勾配の算出方法について）
各応力勾配は、例えば次のようにして算出する。
例えば、亀裂発生部の応力勾配は、割れ判定における成形条件のＦＥＭ解析結果より求める。亀裂発生部の応力勾配は、変形限界ひずみを取得した有限要素から、試験片の有限要素モデルの板厚方向Ｘ及びせん断端面１０Ａの法線方向となる面内方向の２方向の応力勾配を取得する。応力勾配を取得する範囲は、割れ判定基準となる亀裂長さとする。なお、勾配の算出範囲は１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。
【００２３】
ここで、プレス成形が、曲げ変形を含み、その曲げ変形でせん断端面１０Ａから離れる方向に向かう曲げ稜線（第１の曲げ稜線）が形成されるプレス成形である場合、例えば、せん断加工面から離れる方向の表面応力分布の勾配は、金属板の曲げ外側表面における第１の曲げ稜線の方向と平行な方向の表面応力分布の勾配としてもよい。この場合、第１の曲げ稜線と平行な方向の表面応力分布の勾配を評価する範囲内に、第１の曲げ稜線とは異なる他の曲げ稜線が１つ以上存在する場合、第１の曲げ稜線と平行な方向と他の曲げ稜線との交点の内、せん断加工面に最も近い交点未満までの距離において上記表面応力分布の勾配を算出することが好ましい。その理由は、２つの曲げ稜線の交点は張出し変形により変形することで高い応力を示し、せん断端面に対し、この交点以遠の部分がせん断端面の変形限界に与える影響は非常に小さいためである。また、第１の曲げ稜線と平行な方向（第１の曲げ稜線方向を除く）と他の曲げ稜線との交点は、当該交点未満の位置に比べ局所的に高い応力となるため、第１の曲げ稜線と平行な方向（第１の曲げ稜線方向を除く）であっても、交点未満までの距離の範囲において表面応力分布の勾配を算出することが好ましい。
【００２４】
応力勾配は、ＦＥＭ解析結果より、相当塑性ひずみを取得し、金属板１の相当応力−相当塑性ひずみ関係を用いて相当応力を算出し、これらの平均勾配とするのが望ましい。これにより、変形限界ひずみの取得位置を基準に、板厚方向Ｘの応力勾配と面内方向の応力勾配を算出する。
このように、板厚方向Ｘとせん断端面から離れる方向の２つの表面ひずみを成形シミュレーションにより算出し、算出した各表面ひずみから、板厚方向Ｘの応力勾配とせん断端面から離れる方向の応力勾配を求める。
【００２５】
ここで、応力勾配を求めるための表面ひずみは、実際に成形試験を行って取得しても良い。
そして、板厚方向Ｘと面内方向の応力勾配を同時に考慮した組み合わせ応力勾配からなる上記の指標値を算出する。
ここで、成形条件のＦＥＭ解析結果などに基づき、評価位置として、端面の変形時に亀裂が発生すると推定される位置を設定する。
【００２６】
（変形限界ひずみの算出方法）
せん断端面１０Ａの変形限界を決定するには、せん断端面１０Ａを有する試験片を用意し、変形中に発生する応力勾配が異なる２種類以上の試験を実施する必要がある。
試験方法としては、変形中のせん断端面１０Ａ近傍の応力勾配が大きいＶ曲げ試験と、変形中のせん断端面１０Ａ近傍の応力勾配が小さい切欠き引張り試験が望ましい。しかしながら、同一の条件で作製したせん断端面１０Ａを有する試験片に応力勾配が異なる変形を与えることができ、かつ後述のＦＥＭ解析で試験を再現できれば、どのような試験方法でも構わない。
【００２７】
試験開始前に、各成形試験における割れ判定基準を決定しておく。割れ判定基準の決定方法は、特に限定されず、いずれの判定基準を用いても構わない。決定方法としては、例えば、割れ判定とする亀裂長さを規定しておく方法や、板厚に対する亀裂長さの割合で規定しておく方法や、板厚方向Ｘへの亀裂貫通で割れと判定する方法などが例示できる。
各種成形試験を実施後、せん断端面１０Ａに発生した亀裂長さを測定し、亀裂長さと成形条件の関係を取得する。
次に、同条件のＦＥＭ解析を実施する。解析結果から、せん断端面１０Ａの亀裂発生部の有限要素から最大主ひずみを取得し、せん断端面１０Ａの割れ発生部の最大主ひずみと成形条件の関係を取得する。前述の割れ判定における成形条件での最大主ひずみを求め、これを変形限界ひずみと定義する。このようにして、変形限界ひずみを算出する。
【００２８】
（変形限界ひずみと亀裂発生部近傍の応力勾配の関係）
前述の方法により、各成形試験の変形限界ひずみと亀裂発生部近傍の応力勾配の関係が求まる。そして、２種類以上の試験結果から、（６）式に示す線形近似の関係式を求め、これを、図３に示すような、せん断端面１０Ａの変形限界線とする。
εlim  ＝  Ａ×△σcombine＋Ｂ  、Ｂ≧０    ・・・（６）
ここで、Ａ、Ｂは材料定数である。
なお、この実施形態は、縦軸に変形限界ひずみを採用した例であるが、指標値と相関のある変数であれば、他の変数を縦軸に設定しても良い。他の変数として、例えば張力などが例示できる。また、変形限界ひずみは、上述のような最大主ひずみで定義されたものに限定されない。例えば、変形限界ひずみは、相当塑性ひずみで定義したものであっても良い。
【００２９】
（プレス成形時のせん断端面１０Ａの割れ判定方法）
プレス成形のＦＥＭ解析を実施し、割れを判定したい評価位置のせん断端面１０Ａの最大主ひずみεedge及び板厚方向Ｘの応力勾配△σthicknessと面内方向の応力勾配△σin-planeを算出する。また、上述のように指標値△σcombineにおける変形限界ひずみεlimを計算し、割れを判定したい評価位置のせん断端面１０Ａの最大主ひずみεedgeと変形限界ひずみεlimを比較することで割れを判定する。具体的には、（７）式の条件を満たす時に割れが発生すると予測（判定）する。
εedge  ≧εlim      ・・・（７）
【００３０】
（せん断加工によるせん断端面１０Ａについて）
ここで、せん断加工後によるせん断端面１０Ａについて説明する。
せん断加工は、一対のパンチとダイを用いて金属板１にせん断変形を与え、割れを生じさせることで、金属板１を２個以上に分離する方法である。
本実施形態では、一般的なせん断加工により所定輪郭形状にせん断を行って、せん断端面１０Ａを有する金属板１が作製される。
【００３１】
せん断加工されたせん断端面１０Ａの性状は、パンチとダイスの間隔であるクリアランスにより変化するが、本実施形態は端面の性状に限定されない。ただし、クリアランスは加工荷重が低く、パンチとダイの損傷が少なくなる金属板１の板厚の５〜２０％の範囲にすると良い。特に、引張り強度５９０ＭＰａ以上の鋼板に対しては８〜１５％とすることが好ましい。なお、クリアランスを５％以下にしてせん断加工をすることでせん断端面１０Ａを広く作成する方法もあるが、どのような方法でせん断加工をして、評価する試験片（金属板１）を作製しても良い。
【００３２】
（作用その他）
本実施形態によれば、対象となる金属板１をプレス成形するために必要となる金属板１のせん断端面１０Ａの変形限界を精度良く評価・予測することが可能となる。
この結果、本実施形態によれば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板１の選定が適切であるか否かを精度良く予測できるようになる。そして、本実施形態によれば、プレス成形を安定して行うことができるとともに、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。また、本実施形態によれば、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
【００３３】
強度が高い金属板１は一般的に延性が低いため、金属板１のせん断端面１０Ａを変形させることで割れが容易に起きやすい。そのため、本発明は強度が高い金属板１を用いるほど有効である。具体的には、引張り強度５９０ＭＰａ以上の金属板１を対象とすることが好ましく、引張り曲げ強度９８０ＭＰａ以上の金属板１はさらに好ましい。また、金属板１の種類としては、プレス成形のように大量生産をする金属板１を対象とするとコスト面で秀でており、金属板１や特に鋼板を対象とすることが好ましい。
【実施例１】
【００３４】
次に、本発明に基づく実施例について説明する。
試験片として、表１に示す３種類の供試材Ａ、Ｂ及びＣを使用した。表１に各供試材の材料特性を示す。【００３５】
【表１】
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【００３６】
各供試材に対し、打ち抜き穴を作製した後に、所定の試験片形状に切断して作製した。打ち抜きクリアランスは板厚の５％以上２０％以下が好ましい。５％未満となると２次せん断面が発生するおそれがあり、２０％より大きいと顕著なバリが発生するおそれがある。そして、２次せん断面や顕著なバリは、それらが亀裂発生の起点となり、端面の成形性を不安定かつ低下させるため好ましくない。これは部品量産時のクリアランスとしても好ましくない。クリアランスはより狭い範囲の１０％以上１５％以下とする方が、成形性が安定するためより好ましい。【００３７】
図４にＶ曲げ試験用の試験片形状を、図５に切欠き引張り試験用の試験片形状を示す。なお、各図に示す寸法の単位はｍｍである。
図４及び図５の試験片に対してＶ曲げ試験及び切欠き引張り試験を行うことで、図６及び図７のようなせん断端面１０Ａの亀裂長さと成形条件の関係を取得した。
本実施例では、亀裂長さ２００μｍ以上の試験結果を割れと判定した。しかし前述の通り判定基準は任意に決めることができ、亀裂長さによる制約はない。判定基準の亀裂長さは板厚の１００％としても良いし、板厚の５０％としてもよい。なお、対象とするプレス部品の不良率を下げるには、亀裂長さがより短いときに割れと判定する方が良い。その場合、板厚の５０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。【００３８】
この割れ判定より、各試験における割れ判定時の成形条件を決定した。
次いで試験を再現したＦＥＭ解析により、図８及び図９のような表面ひずみと成形条件の関係を取得した。この取得した結果から、Ｖ曲げ試験及び切欠き引張り試験の割れ判定条件における変形限界ひずみは表２のようになった。【００３９】
【表２】
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【００４０】
更に割れ判定時の成形条件におけるＦＥＭ解析結果より、亀裂発生部近傍の板厚方向Ｘ及びせん断端面１０Ａの法線方向となる面内方向の応力勾配を取得し、変形限界ひずみと亀裂発生部近傍の指標値としての組み合わせ応力勾配（（３）式を使用）の関係を求めると、図１０となった。
この図１０の結果から、他の成形条件をＦＥＭ解析で再現し、せん断端面１０Ａのひずみと応力勾配を求めれば、せん断端面１０Ａの割れ発生の有無を予測することができる。
一例として、円錐穴広げ試験とハット絞り試験の変形限界ひずみ及び変形限界時の亀裂発生部近傍の応力勾配の関係を、図１０に重ねた結果を図１１に示す。
図１１から分かるように、各試験の変形限界は、変形限界ひずみと応力勾配の関係の近傍に位置しており、高精度に割れ限界が予測できることを表している。【００４１】
（実施例の有用性の検証）
＜比較例１＞
図１２に、変形限界ひずみと板面内方向のひずみ勾配Δεin-planeの関係を整理した結果を示す。
図１２から、特許文献１の板面内方向のひずみ勾配Δεin-planeを用いた手法をそのまま用いると予測精度が悪いことが分かる。
＜比較例２＞
図１３に、変形限界ひずみと板面内方向の応力勾配Δσin-planeの関係を整理した結果を示す。
図１３から、特許文献１の板面内方向の応力勾配Δσin-planeを用いた手法をそのまま用いると予測精度が悪いことが分かる。【００４２】
この比較例１，２に比べ、上述のように本発明に基づく変形限界の評価・割れの予測方法の方が、精度が高いことが分かる。
本実施例では、引張強さが９８０ＭＰａ級以上の鋼板に適用した例を示しており、このような高強度鋼板のプレス成形に適用することが好ましいが、上記の材料に限られるものではない。本発明は、引張強さが５９０ＭＰａ級以上の鋼板や、アルミ板などの金属板１に広く適用することもできる。【００４３】
以上、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１７−１８４７０６（２０１７年９月２６日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
【符号の説明】
【００４４】
１ 金属板
１Ｂ  曲げ稜線（第１の曲げ稜線）
１０  成形品
１０Ａ せん断端面（せん断加工面）
Ｘ 板厚方向
Ｙ せん断端面から離れる方向（面内方向）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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