高張力鋼板の穴抜き加工工具形状の最適化

(1)

Title

高張力鋼板の穴抜き加工工具形状の最適化( 内容と審査の要

_{旨(Summary) )}

Author(s)

山田, 智裕

Report No.(Doctoral

Degree)

博士(工学) 甲第465号

Issue Date

2015-03-25

Type

博士論文

Version

ETD

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12099/51023

※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。

(2)

15 別紙様式第１３号（論文内容の要旨及び論文審査の結果の要旨）氏名（本籍）学位の種類学位授与番号学位授与日付専攻学位論文題目学位論文審査委員山田智裕（兵庫県）博士（工学）甲第４６５号平成２７年３月２５日生産開発システム工学専攻高張力鋼板の穴抜き加工工具形状の最適化

（Optimization of tool shape in piercing for high tensile strength steel plate）（主査）教授植松美彦（副査）教授山縣裕教授王志剛論文内容の要旨本研究は，高張力鋼板のプレス成形の高度化を図るために，プレス成形の中で使用頻度の高いせん断加工の高精度化を低コストで実現し得る仕上げ抜き法に着目し，せん断面割合の高い切口面が得られる加工条件と量産をする上で焼付きの発生しにくい加工条件の設定手法を提供することを目的に行われた．研究結果を以下に要約する．第 1 章では，精密せん断加工に関する従来研究の成果と到達点，近年のプレス成形技術の開発動向と仕上げ抜き法の発展性を述べ，本研究の目的を示した．第 2 章では，仕上げ抜き法の重要な加工条件である工具刃先形状とクリアランスがせん断面割合に及ぼす影響を実験によって調べ，せん断面割合が板厚の 80％以上となる加工条件を明らかにした．丸みをもつ刃先形状よりも，面取り形状のほうがバリの抑制効果が大きく，面取りの角度と大きさに許容範囲が存在することを確認した．さらに，有限要素解析法を援用して，せん断面割合を予測する設計手法を提案した．提案した設計手法の概略は以下のようである．従来の有限要素解析法による要素消去法では解析結果は要素形状に依存し，計算が複雑で加工終了まで計算できない問題点がある．提案した手法では，破壊条件式として Ayada の式を用いてクラックの発生位置を予測し，最大主応力が被加工材の引張強さになる等高線方向にクラックが進展すると仮定した．本手法では，慣用のせん断加工を一度行い，クラック発生時のダメージ値を実験で抽出しておけば，有限要素解析法により，所望のせん断面割合を得られる最適条件を決定することができる．第 3 章では，仕上げ抜き法の特長を活かして，せん断面に素材表面の酸化膜を流入させることにより焼付きの発生しにくい量産に適した工具形状の設計手法を提供することを目的とした．工具形状によっては，せん断分離時に破断面であった箇所が，分離後にしごき加工を受けることにより，せん断面の光沢部になり，この酸化膜のない破断面がせん断面光沢部への移行過程において焼付きが発生することを明らかにした．また，第 2 章で提案したせん断面割合の予測手法を発展させ，焼付き防止性の高い加工条件を設定する手法を提案した．本手法では，有限要素解析法により工具刃先のクラックの発生位置を予測し，面取り上部で被加工材が分離して破断面からせん断面光沢部への移行過程が発生しない，全面が酸化膜に覆われたせん断面を得られる条件を量産上最適な工具刃先形状とした．第 4 章は得られた結果の総括であり，本研究により穴抜き加工における所望の製品を得るための加工条件と，大量生産を行う上で焼付きによるトラブルが発生しにくい量産条件の設計手法を示すことができた．

(3)

16 論文審査結果の要旨高張力鋼板は，自動車の軽量化と衝突安全性を同時に達成できるために多く用いられている．高張力鋼板のプレス成形の最大の障害であるスプリングバックについては盛んに研究されているが，プレス成形の高度化をはかる上で不可欠なせん断加工の切口面の高精度化については，鋼板強度が大きいために従来のファインブランキング加工法が適用しにくく，新たな手法が望まれている．また，鋼板強度が大きいために成形圧力が大きく，焼付きが量産の障害となっている．本研究は，せん断加工の高精度化を低コストで実現する手段として仕上げ抜き法に着目し，せん断面割合の高い切口面が得られる加工条件と量産をする上で焼付きの発生しにくい加工条件の設定手法を提供することを目的に行われた．まず，仕上げ抜き法の重要な加工条件である工具刃先形状とクリアランスがせん断面割合に及ぼす影響を実験によって調べ，せん断面割合が板厚の 80％以上となる加工条件を明らかにした．丸みをもつ刃先形状よりも，面取り形状のほうがバリの抑制効果が大きく，面取りの角度と大きさに許容範囲が存在することがわかった．次に有限要素解析法を用いて，仕上げ抜き法の成形過程を検討し，せん断面割合を予測する設計手法を提案した．従来の要素消去法では解析結果は要素形状に依存し，計算が複雑で加工終了まで計算できない問題点がある．提案した手法では，Ayada の式を用いてクラックの発生位置を予測し，最大主応力が被加工材の引張強さになる等高線方向にクラックが進展すると予測する．本手法では慣用のせん断加工を一度行い，クラック発生時のダメージ値を実験で抽出しておけば，有限要素解析によりせん断面割合を算出し，最適な工具形状を決定することができる．本手法は，面取り形状刃先特有の押し伸ばしバリの発生条件を予測することができ，被加工材材質に対応する面取り形状の許容範囲を提供することができる．さらに，仕上げ抜き法の特長を活かして，せん断面に素材表面の酸化膜を流入させることにより焼付きの発生しにくい量産に適した工具形状の設計手法を提案した．パンチ形状によっては，せん断分離時に破断面であった箇所が，分離後にしごき加工を受けることにより，せん断面の光沢部になり，この酸化膜のない破断面がせん断面光沢部への移行過程において焼付きが発生することを明らかにした．また，第 2 章で提案したせん断面割合の予測手法を発展させ，焼付き防止性の高い加工条件を設定する手法を提案した．本手法では，有限要素解析法によりパンチ刃先のクラックの発生位置を予測し，面取り上部で被加工材が分離して破断面からせん断面光沢部への移行過程が発生しない，全面が酸化膜に覆われたせん断面を得られる条件を量産上最適な工具刃先形状とした．最終試験結果の要旨学位論文の内容および関連する専門分野に関する口頭試問を行った結果，学位申請者は学位授与に相応した高い学力を有することが認められたので，最終試験を合格と判定した．発表論文（論文名、著者、掲載誌名、巻号、ページ）

1. Effect of tool shape on galling behavior in plate shearing (Tomohiro Yamada, Zhigang Wang and Takuya Fukao), Advanced materials research, Vol. 853 (2014), pp.460-465.

2. Effect of edge shape of tool in finish blanking (Tomohiro Yamada, Zhigang Wang and Takuya Fukao), Advanced materials research, Vol. 939 (2014), pp.253-259.