(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状材料の塑性加工において、試作用材料として鋼／銅積層体を用い、未加工部の鋼層の厚さと塑性加工品の加工部の鋼層の厚さから板厚ひずみを求めることを特徴とする板厚ひずみの測定方法。
【請求項２】
板状材料の塑性加工において、試作用材料として鋼／銅積層体を用い、未加工部の鋼層の厚さと、塑性加工品の各部の鋼層の厚さから各部ごとに板厚ひずみを求めることにより、板厚ひずみの分布を求めることを特徴とする板厚ひずみ分布の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工をはじめとする板状材料の塑性加工において試作用の材料として用いて、ＦＥＭ解析等の数値解析によらず、加工後の板厚方向の歪みを可視化して、塑性加工条件の最適化が容易となるプレス加工用試作材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
板状材料に対してプレス加工等の塑性加工を行う場合、材料に大きな歪みが加わると、板厚減少を伴うことが多い。板厚減少の程度が大きいと材料の破断にいたることがある。そのため、加工条件を変更しつつ、板厚方向のひずみが小さくなるよう、試作を何回か繰返し行って材料の破断を起こさないような加工条件の最適化が行われる。
【０００３】
塑性加工の例として、板状材料に対するプレス加工を例にとって背景技術を説明する。
板厚方向のひずみを定量化する最も簡便な方法は、破断が懸念される箇所の板厚を、マイクロメータ等の測定器により、加工前と加工後とで測定することである。その他に、プラスティシン（ｐｌａｓｔｉｃｉｎｅ）と呼ばれる試験片材料も市販されている。これは、例えば、まず白色プラスティシンと黒色プラスティシンを交互に積層して圧着したあとスライスし、これを組み替えて再び圧着、スライスを繰返して、黒白が千鳥状に配列するように組み立てて試作用材料するものである。プラスティシンは、主に熱間加工における材料流動のシミュレーション材料として用いられる。加工後の黒白の配列状況を観察し、加工前の状況と比較することによって、ひずみ量を把握できるものである（特許文献１）。
【０００４】
その他、プレス加工のひずみ量を把握する方法として、スクライブド法が知られている。  プレス加工前の板状材料の表面に、所定の大きさの円や四角形を罫書く（けがく）、またはゴムローラーで印刷する等によりマーキングしておき、プレス加工後にゆがんだ円や四角形の大きさを測定して、大きさの変化からひずみ量を把握できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２４７２２７号公報
【特許文献２】特開２００９−９６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、板状材料のプレス加工においてひずみを定量化する方法としてプラスティシンやスクライブド法は、次のような問題点がある。
プラスティシンは、素材が金属材料ではなく粘土であるため、変形抵抗や表面の摩擦係数がプレス加工の素材である板状材料とは異なるものである。そのため、加工後の黒白の配列状況の変化から材料流動のおおまかな様子を可視化、把握することはできるが、板厚方向のひずみが変形抵抗や表面の摩擦係数に大きな影響を受けることが多い板状材料のプレス成形において、プレス加工条件の最適化のために板厚ひずみの定量化が必要な場合には、プラスティシンでは精度が十分でない。
また、特許文献１に開示されている材料流動シミュレーション用試験片は、プラスティシンどうしの接合材としてＮｉインサート材を用いている。  Ｎｉは接合材としては好適であるが高温下で拡散しやすい性質を有する。そのため、この試験片を高温に長時間保持するとＮｉが拡散してしまい、接合材としての機能が失われて接合部が剥離してしまう。  すなわちＮｉが拡散してしまう高温環境を経たあとにひずみを測定したい場合には、この試験片は適用できない。
【０００７】
スクライブド法は、板状材料の表面のひずみ量を大まかに可視化、把握することはできるが、板厚方向のひずみ量はまったく把握できない方法である。
前述のプレス加工の前後における板厚の変化を測定する方法は、簡便な方法ではあるが、板厚方向全体のひずみ量しか分からない。  せん断加工のように板厚内部の一部にだけ大きなひずみが加わるような加工には、板厚測定法では加工条件の最適化には適用できない。
【０００８】
本発明者らは、以前に開発した板状の鋼／銅の積層体を用いることにより、板厚方向ひずみの可視化、定量化を簡便に可能とする板状材料のプレス加工試作用材料と、そのプレス加工試作用材料による板厚ひずみの測定方法を提供するものである。
なお、本発明のプレス加工試作用材料は、板状材料の板厚変化を伴う塑性加工全般において試作用材料として用いることができる。曲げ加工、張出し加工、絞り加工だけでなく、しごき加工（へら絞り、スピニング加工）、抜き、転造、鍛造、フローフォーミング、さらにはパイプの曲げ加工などにも適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鋼／銅積層体によるプレス加工試作用材料は、次のような点から、従来の問題点を一挙に解決したものである。
１）    鋼／銅積層体は、例えば、ある板厚Ａの鋼板と、ある板厚Ｂの銅板を交互に積層して拡散接合により一体化させて製造する。そのため、その積層体の断面には、鋼板の厚さを隔てて等間隔に銅層が埋め込まれている。  この材料を素材としてプレス加工を行い、板厚減少や破断が懸念される部位の断面を観察すれば、この銅層の間隔が広いところは板厚方向ひずみが小さく、間隔が狭いところは板厚ひずみが大きいことが明らかに理解できる。すなわち、板厚方向ひずみの可視化ができる。
２）    本発明のプレス加工試作用材料を鋼／銅積層体の両最外層を鋼板として製造すれば、表面が鋼であるから、表面の摩擦係数の点でプレス加工用素材と同一であり、摩擦係数の違いによりひずみ量の精度が狂うことがない。
３）    本発明のプレス加工試作用材料は、その体積の大部分が鋼層である。そのため、材料の変形抵抗の点で本試作用材料とプレス加工用素材は大差なく、変形抵抗の違いによりひずみ量の精度が狂うことがない。
４）    本発明のプレス加工試作用材料は、鋼層と鋼層を接合する材料として銅層を用いている。鋼と銅は、固体状態では互いに固溶しないので、Ｎｉでは拡散してしまう高温環境でも銅層はマーカーとして使える。  加工度の大きいプレス加工製品を製造する場合、プレス加工後に焼鈍を行って材料を軟化させ、再度プレス成形を行うことがある。そのような場合に、Ｎｉインサートを用いた試験片では接合界面から剥離を起こしてしまうことがあり、加工途中で剥離してしまうと最終製品の板厚ひずみを測ることは難しい。しかし、本発明のプレス加工試作用材料は、銅層が拡散しにくいため最終製品でも銅層が健全であり、板厚ひずみの測定が可能である。
【発明の効果】
【００１０】
鋼／銅積層体をプレス加工の試作用材料として使うことにより、簡便な方法で板厚方向ひずみの可視化、定量化が可能であり、健全なプレス加工製品を製造するための加工条件の最適化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鋼１１層と銅層１０からなる鋼／銅積層体を試作用材料とし、半抜き加工を施した加工部の断面
【図２】図１の断面写真から、板厚ひずみの算出方法を説明する図
【図３】図２の断面写真において、ｔ２の測定方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
板厚１．１ｍｍのＳ５５Ｃ材鋼板の両面に、電気めっきにより厚さ１０μｍ（片面あたり）の無光沢銅めっきを施した銅めっき鋼板を用意した。これから１００×５０ｍｍの切り板を採取し、その切り板１１枚を積み重ねて真空炉に挿入して、真空中で９００℃、２時間保持して接合処理をした。真空炉内では、１１枚の切り板の上下をそれぞれ１５０×１５０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの黒鉛板で挟み込み、２Ｎ/mm２程度の面圧をかけながら接合した。真空炉から取り出した接合体の厚さは１２．０ｍｍであった。
【００１３】
この接合体を試作用材料として、その中央部に深さ４．０ｍｍの半抜き加工を施した。このとき、ポンチ径１０．０ｍｍ、ダイス径１１．２ｍｍ、ポンチとダイスの材質はＳＫＤ１１である。
半抜き加工により得られた抜き穴を横断するように接合体を切断し、埋めこんで断面を観察した（図１）。断面内に見える１０本の縞状の模様が銅めっき層である。
【００１４】
半抜き加工前の積層体では、積層体表面と平行に１０本の縞が互いに等間隔に走っている。しかし、半抜き加工部では、縞の間隔が等間隔ではない。特に、ポンチ外周部のせん断面近傍は、縞の間隔が密になっており、この近傍は板厚ひずみが大であることが明瞭である。  縞と縞の間隔の粗密が、板厚ひずみの小大に対応しているので、板厚ひずみが可視化されていることになる。
【００１５】
この断面写真から板厚ひずみを求める方法を図２で説明する。
加工前の縞と縞の間隔（鋼層の厚み）をｔ１とする。このｔ１は、加工前の試作用材料の一部を切り出して図１と同様に断面を観察して測定してもよいし、図２中に示しているように、未加工部で測定しても構わない。  一方、板厚ひずみを測定したい箇所について縞と縞の間隔（鋼層の厚み）を測定し、これをｔ２とする。このようにして求めたｔ１とｔ２から、次の式で板厚ひずみεを算出できる。このひずみは、公称ひずみである。
ε  ＝（ｔ１−ｔ２）／ｔ１  ×  １００（％）
【００１６】
塑性加工品の複数の部位についてｔ２を測定し、上式により各部ごとの板厚ひずみεを求めることで、塑性加工品の板厚ひずみ分布を求めることも可能である。
【図１】
0005892834.tif 000002
【図２】
0005892834.tif 000003
【図３】
0005892834.tif 000004