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群馬県立産業技術センター研究報告（２０２３）

超ハイテン材プレス解析用パラメータ取得と解析ソフトへの適用
荻野直彦・増田直也＊・新井宏章＊＊Acquisition of press analysis parameters for ultra-high-tensile strength materials and theirapplication to analysis software
OGINO Naohiko, MASUDA Naoya, ARAI Hiroaki
自動車構造用部品では，カーボンニュートラルへの対応で軽量化が求められる中で，非常に厳しい燃費改善と衝突安全性の保障が要求されており，構造材の厚さを薄くしても強度を確保できる高張力鋼板（ハイテン材 ）の使用が主流となる。近年では，引張強さ 1GPa 以上の超ハイテン材の使用も拡大している．超ハイテン材のプレス成形には，複雑な形状プレス成形時に発生するしわや割れ，成形後に発生するスプリングバックなどの寸法誤差などの欠陥が発生しやすく，CAE 解析の必要性がますます高くなる。超ハイテン材の CAE 解析には，材料パラメータの取得が求められるが、特殊な試験方法が必要となるため、高度な材料試験技術が必要となる。本研究では、プレス成形解析用の超ハイテン材の材料パラメータの取得し，プレス成形解析，実機成形を実施したので，その結果について報告する。
キーワード：高張力鋼板，プレス成形解析，材料パラメータ
In the case of automotive structural parts, there is a demand for extremely strict fuel efficiency
improvement and collision safety guarantees amid the need for weight reduction in response tocarbon neutrality, and high-tensile steel sheets (hereinafter referred to as ultra-high-tensile steelmaterials) that can ensure strength even if the thickness of structural materials are reduced. The
press forming of ultra-high-tensile strength materials is prone to defects such as wrinkles and cracks
that occur during complex shape press molding, and dimensional errors such as springback thatoccurs after molding, and the need for CAE analysis is becoming more and more high. In this study,
we obtained the material parameters of ultra-high-tensile strength materials, performed press
analysis, and performed actual machine molding, and reported the results.
Keywords：High Tensile Strength Steel，Press Forming Analysis，Material Parameter１

まえがき

可欠となる。現状，センターの保有する治具では軟鋼に対する材料パラメータの取得

強度試験に 関する群 馬 県産業技術 センターは可能であるが，ニーズの高い超ハイテンの依頼試験業務では， インストロン社製の材材の材料パラメータ取得は困難な状況にあ料試験機により，高度 な試験に対応することる。原因は，現状の治具が座屈強度に耐えが可能となってる。

られないためと考察される。そこで，本研プレス成形 解析用の 材 料パラメー タ取得に

究では，構造解析などを用いて最適化されは、薄い板材に引張と 圧縮を加える特殊な試た試験用治具の開発を行う。評価検証のた

験方法を用いて，引張 圧縮の繰り返し応力歪め，実際に材料試験を行い，パラメータ取み線図を取得し、材料 パラメータ同定ソフト得する。パラメータ取得後に，実際にプレにより，パラメータの取得を行う必要がある。

ス成形解析ソフトにより，取得されたパラ

通常，材料試験におい て，板材に圧縮を加えメータを用いて解析を行い，適用の可否にると座屈が生じるため ，特殊な治具が必要不ついて判断する。

スマートファクトリー推進係
技術係*応用機械係** 電 磁２方法

２．２引張圧縮試験

本研究で用いた引張圧縮試験の方法につ本研究では ，群馬産 業 技術センタ ーの保有する材料試験機（材料 試験システム

いて述べ る。図 .2 に 治 具および 試験片 形状

インスを示す．平板で試験片を押すことで座屈をトロン社）を使用して ，プレス成形解析に用防止する治具構造とした．試験片は平行部いる材料パラメータの取得を行った。の長さは 28.1 mm，幅は 20.0 mm とした。

取得し た材 料パラ メー タは， YU パラメ ー

ひずみは試験片中央分に張り付けたゲージタを選定した ．YU パ ラメータは， 自動車 部

長 1mm のひずみゲージにより測定した。
取得 し た 応力 -ひ ず み曲 線の 応 力

品の寸法精度変動を低 減するために開発された手法である。 1)

この手法は，超ハイテン材のプレス成形において ，湾曲した部品で発生するスプリングバック の変形予測を精度向上するために，バウシン ガー効果を活用した新
しい成形解析手法とし て開発されて，広く活用されているものである。

み， ひず

か ら 真 応 力 、 真 ひ ず み を 次 式 によ り算出した。
=(1 += (1 +))

(1)
(2)

真応力と真ひずみを導いた後、データにYU パ ラメ ータ取 得後 に，取 得し た材料 パ含まれるノイズ成分を削減するために移動ラメータを使用して， 実際に成形解析ソフト平均処理を行った。その後、MatPara を用にて成形解析を行った ．予測確認のため，実いて、Y-U パラメータを導いた。

機でのハット曲げの実 験を行い，その結果を比較検証したのでその結果を報告する。
２．１

材料物性値の取得

本研究で使用した材料試験システム（100kN）（Instron5982 型）を図.1 に示す。
材料の物性値を測定す るための引張試験や圧縮試験，曲げ試験，繰り返し試験，剥離試験、引裂き試験，摩擦試験 など，広範な機械的試験を実施できる強度試験機器である。

図２

図１

試験治具

材料試験システム

今 回の 検証 を 行う 材 料は ，1.0GPa 級の 超ハイテン材を使用した ．本試験機を用いて，図３

試験片材料の材料物性値を測定した。
２．３

プレス成形解析

図.4 にハット曲げ解析の概要を示す．本解３結果

析に用いたソフトウェ アは，協力企業様の所有する㈱J-SOL 製 J-Stamp を使用した。
ブランクの寸法は長さ 100mm 幅 20mm ，３．１

材料物性値取得した応力ひずみ線図を図.6 に示す。

板厚 1mm である。
金型は上型 と下型で 構 成され，板 厚のみを考慮した上下面平行の 形状としている。パンチとダイはホルダで押さえない構造とした。

a.立面図
図６

1.0GPa 級超ハイテン材
応力ひずみ線図取得した材料物性値を表.1 に示す。
b.断面図0°

材料物性値
ヤング率
0. 2
[MPa][GPa]
1023
202

テストプレスに用いた金型を図.5 に示す．

45°

解析条件と同じ形状の金型にて，テストプレ

1022

0.84

90°

10220.71

図４２．４

表１

曲げ形状

テストプレス

スを行い，形状を取得した。
実機によるプレスを想定し，プレス速度はテストプレスに用いた材料試験システムの上限速度である 500mm/min とした。
テストプレスで取得した形状と解析結果を比較して，その妥当性を評価した。

３．２

r値
0.70

材料パラメータ

材料パラメータの取得にあたり，考案した治具の構造解析を行っている．構造解析の結果を図.7 に示す。

上型

試験 片 に応 力が集中パンチ
ダイ治具 へ の応 力集
下型

図５

試験状況

中なし

図７

構造解析の結果

治具の構造解析結果では，治具への応力集中している箇所は見 られないことから，試ブランク

験に影響を及ぼす治具 の変形はないことが確金型面認された。
考案した治 具を用い て ，引張圧縮 試験を行a.YU パラメータなし

い，YU パラメータの同定をした。YU パラメータの同定は，自動で パラメータを同定した
後，手動でパラメータを調整し応力-ひずみ曲線の試験結果と Y-U モデルで算出されたプロファイルが一致するよ うに調整した。調整後の応力-ひずみ曲線を図.8，Y-U パラメータをb.YU パラメータあり

表.2 に示す。黒の実線が引張試験により得られた応力-ひずみ曲線、赤色が Y-U パラメー

図９

解析結果

タの調整後に得られた応力-ひずみ曲線である。
３．４テストプレス結果
テストプレス品を図.１０に示す。

図１０

テストプレス品

プ レス 成 形解 析 結果 と テス ト プレ ス 品の
図８

引張試験と Y-U モデルで算出された

応力-ひずみ曲線
表２１に示す。

同定した Y-U パラメータ

Y[MPa]a0[MPa]

C1

C2b[MPa]

488.9356408.9

272.7113.6mh17.51

Rsat[MPa]
213.2

E0[GPa]200Ea[GPa]160３．３

プレス成形解析結果

0.35

プレス成形解析結果を図.9 に示す。
a.は YU パラメータを使用しない解析結果，b.は YU パラメータを使用した解析結果である。

差異を評 価する ための 寸法測定 箇所を 図 .１

①

図１１②

結果比較のための測定箇所比較結果を表.３に示す。
表３

結果比較
①[mm]
②[mm]
1.639.5
テストプレス39.6(+0.1)
YUパラメータあり 1.4(-0.2)
38.3(-1.2)
YUパラメータなし 0.5(-0.9)
YU パラメータを使用すると，使用していない場合と比較して 4 倍以上予測精度が向上した。今回開発した治具で取得した YU パラメータがプレス成形解 析による形状予測精度に寄与していると考えられる。
４．まとめ
本研究では ，プレス 解 析用の材料 パラメータ取得の可否について評価した。
引張圧縮試 験により ， 圧縮側の応 力ひずみ線図の取得した．取得 した応力ひずみ線図より材料パラメータを同定した。
取得した材 料パラメ ー タをプレス 成形解析ソフトへ適用し，解析 結果とテストプレス品での評価を行った。
テストプレ ス品とプ レ ス成形解析 結果の比較から，有用な材料パ ラメータの取得ができていることを確認でき た．材料パラメータ取得サービス提供が可能 な水準を確保したと考えられる。
謝辞
本研究の進捗に当たり ，鈴木工業株式会社，有限会社永井製作所よりご協力をいただいた．
ここに深く感謝の意を表します。
参考文献
1) 上 森武，藤原賢司，岡田達夫，吉田総仁：塑性と加工，42（2001），64-69．