1 高張力鋼板とアルミニウム合金板の曲げ加工におけるスプリングバック特性およびその低減

塑性加工研究室 秋田啓太

スプリングバック：大形状凍結性：低

Ｖ・Ｕ曲げ速度依存性・決押し率・しごき率

ε

σ 普通鋼板

高張力鋼板

アルミ合金板

高張力鋼板の適用例

アルミニウム合金板の適用例

弾性回復

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

200

400

600

800

1000

1200

0ひずみ ε

変形抵抗

σ /

MP

a

ε=0.2×10-3s-1ε=95.6×10-3s-1SPCC

ε=0.2×10-3s-1SPFC980Y ε=64.5×10-3s-1

ε=0.1×10-3s-1

ε=51.4×10-3s-1A5083

SPFC780Yε=0.2×10-3s-1ε=91.2×10-3s-1

実験材料の変形抵抗曲線

サーボプレスの特徴

下限位置1µm単位で制御

サーボモータ

ボールスクリュ

＋スライド

加工速度最大150mm/s

リニアスケール

金型

実際の板厚にもとづいた高精度で均一な加工条件

800kNサーボプレス

V曲げの金型形状，決押し率の定義

Cbt0

決押し率 a ＝ ×100

Cb

t0

R1.2

R1.2

9.6

90°

9.6

90°

パンチ

ダイス

試験片

試験片形状L=60mm×W=55mm

t=1.2mm(Steel), 1.0mm(Al)

V曲げの変形挙動(v=24mm/s, a=0%)

(a) SPCC (b) SPFC980Y

0 1 2 3 480

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

ストローク / mm

曲げ角度θ

/ °

曲げ角度の変化

θ‒90°=∆θ パンチ先端角度との差

加工後の角度 θ

除荷

負荷

3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1889092949698

ストローク / mm

曲げ角度θ

/ °

0 10 20 30 40 50-2

0

2

4

6

8

加工速度 v / mm/s

パンチ先端角度との差Δθ

/ ° SPFC980Y

A5083

SPCC

SPFC780Y

V曲げにおけるパンチ先端角度との差と加工速度の関係(a=0%)

下限位置一定

下限位置制御

-6 -4 -2 0 2 4 6-2

0

2

4

6

8

決押し率 a / %

パンチ先端角度との差Δθ

/ °

SPCC

SPFC980Y

A5083

SPFC780Y

V曲げにおけるパンチ先端角度との差と決押し率の関係(v=24mm/s)

V曲げの決押しによる除荷前の板幅方向応力分布への影響(SPFC980Y)

-2.0

1.5

σ / GPa

1.0

0.5

0

-0.5

-1.0

-1.5

(a) a=0% (b) a=6%

有限要素法によるV曲げにおけるスプリングバック角度と決押し率の関係

除荷前の角度ー除荷後の角度＝真スプリングバック角度

-6 -4 -2 0 2 4 6-2

0

2

4

6

決押し率 a / %

真スプリングバック角度

/ °

SPCC

SPFC980Y

A5083

U曲げの金型形状，決押し率・しごき率・角度の定義

R2

WD

WP

R1.2

パンチ

ダイス

リフタプレート

ガススプリング

背圧 3.5kN

試験片

Cb

Cw

Cwtしごき率 b ＝ ×100

Cbt0

決押し率 a ＝ ×100

パンチ先端角度との差∆θ

1 2 3 4 5

2

4

6

8

10

0決押し率 a / %

パンチ先端角度との差

Δθ

/ °

SPFC980Y

SPCC

A5083

SPFC780Y

U曲げにおけるパンチ先端角度との差と決押し率の関係(v=1mm/s, b=0%)

U曲げにおけるパンチ先端角度との差としごき率の関係(v=1mm/s, a=0%)

A5083

(a) しごき率 b=0%

(b) b=13%2 4 6 8 10 12 14

2

4

6

8

10

12

14

0しごき率 b / %

パンチ先端角度との差Δθ

/ °

A5083

SPCC

SPFC980Y

SPFC780Y

まとめ

1) V曲げにおいて，実際の板厚に基づいた下死点の制御により，加工精度のばらつきが抑制できる．

2) 高張力鋼板のV曲げは，決押しによって応力分布を均一にさせ，スプリングバックが抑制できる．

3) アルミニウム合金板のU曲げは，適した背圧と，少量のしごきによってスプリングバックが抑制できる．

試験片の種類，初期板厚のばらつき

1.17 1.18 1.19 1.2 1.21 1.220

10

20

30

40

初期板厚 t0 / mm

枚数

SPCC

SPFC440SPFC980Y

1.2

種類

SPFC980Y (二相強化型),

SPFC440 (析出強化型), SPCC

試験片形状

W55mm×L60mm

公称

板厚1.2mm

標本数：各100枚

実験材料の機械的特性

試験片：JIS 5号引張試験片試験速度：1 および 500mm/min

材質 ひずみ速度 耐力 引張強さ 全伸び F値 n値/ s-1 / MPa / MPa / % / MPa

0.2×10-3 209 317 22.1 496 0.166

95.6×10-3 207 344 18.5 500 0.116

0.2×10-3 302 449 18.0 719 0.172

92.9×10-3 350 480 16.3 769 0.165

0.1×10-3 733 1040 9.0 1458 0.100

64.5×10-3 699 1067 8.9 1523 0.106

0.8×10-3 118 275 27.3 571 0.344

253.2×10-3 114 257 25.8 558 0.352A5083

SPCC

SPFC440

SPFC980Y

V曲げの変形挙動

V曲げにおける変形挙動

(a) パンチ先端とダイス肩が接触 (b) パンチ肩が接触

(c) パンチ全面が接触

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01-2

0

2

4

6

8

10

引張強さ/ヤング率

スプリングバック角度

Δθ

/ °

SPFC980Y

SPFC440SPCCA5083

Ti合金

V曲げにおけるスプリングバック角度と引張強さ/ヤング率の関係

有限要素法の計算モデル

パンチ

ダイ

試験片

有限要素法の計算条件

計算ソフト LS-DYNA

加工速度 / mm/s 100

工具と板材の摩擦係数 0.1

解析条件 平面ひずみ

工具 剛体要素

板材 ソリッド要素

板材の板幅方向要素数 85

板材の板厚方向要素数 8

SPFC980Yの下死点の対称軸における板幅方向の応力差と決押し率の関係

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 60

1

2

3

4

決押し率 a / %

板幅方向の応力差

Δσ

/σb

U曲げの金型形状

板厚 / mm しごき率 / % WP / mm WD / mm

0 29.63 29.5413 25.4 27.140 30.05 29.8810 29.76

1.2

1.027.6

27.6

U曲げにおける変形挙動

(a) SPFC980Y (b) A5083

下限位置で内側に引張が発生

スプリングバック低減

パンチになじんだまま成形

スプリングバック増大

1 2 3 4 5

2

4

6

8

10

0決押し率 a / %

パンチ先端角度との差

Δθ

/ °

SPFC980Y

SPCC

A5083

SPFC780Y背圧 1/3

U曲げにおけるパンチ先端角度との差と決押し率の関係(v=1mm/s, b=0%)