JPH01148402A - 加工歪の測定容易な絞り用鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 薄鋼板のプレス加工などに際し、これに伴って生じた加
工歪を容易に計測することができる絞り用鋼板を与えよ
うとするものである。

（従来の技術） 薄鋼板の塑性加工による、実物成形あるいはモデル成形
において、変形状態や変形経路を調査したり、素材の破
断限界歪やしわ限界歪を測定するにはこれまでいわゆる
スクライブドサークル試験が知られている。

スクライブドサークル試験では、あらかじめ素仮に円形
や格子状の模様（以下「円模様等」という）を描いてお
き、板成形前後での、これらの形状の変化によって、変
形の調査および歪の計測を行う。

この素板の円模様等を付与する一般的手法は、鋼板表面
にスクリーンを置いて行う、電解エツチング模様付けで
ある。しかし、この電解エツチング模様付けは、文字通
り、鋼板表面を、エツチングしなければならず、手間が
かかる上に鋼板をエツチングするための装置が必要であ
る。

何れにしてもスクライブドサークル試験を行うためには
、プレス加工などを行うに先立って、あらかじめそれら
のエツチングを行っておく必要があってこのような時間
的なデメリットに加えて、電解液中の濃度が不均一の場
合など、円模様等を板面に均一に出現させにくいだけで
なく、サークル径は通常最小でも５ｍｍ程度であるので
、微小部の精度の高い測定ではできないし、さらには広
い面積の大板は、エツチングしにくいことなども欠点に
数えられる。

さらにあらかじめ鋼板にエツチングを施しておかなけれ
ばならないがこれは時として、致命的短所となる。すな
わちエツチング処理が鋼板に施されることによって鋼板
表面の性状、とくに摩擦抵抗が大きく変化してしまい、
本来測定しようとした鋼板の変形挙動とは異なるからで
ある。

（発明が解決しようとする問題点） このような電解エツチング法の欠点、すなわち、あらか
じめエツチングしなければならないこと、エツチングす
るための設備その他の準備が必要なこと、微小部の高精
度の歪測定ができずと（に工程材ではもちろん行えない
こと、そしてさらに表面状態が大きく変化してしまうこ
となどの欠点に関し、この発明は、鋼板表面に規則的に
配列された粗度パターンを付与し、その鋼板による実物
成形又はモデル成形に伴う歪の直接測定を行うことによ
って解決しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明は調質圧延によって表面に付与された粗度パタ
ーンとして、鋼板の圧延方向に列状をなして並ぶ微小な
凹部又は凸部の列内における隣接相互のピーク間隔精度
が５％以内で、かつ、圧延方向に並んだ微小な凹部の列
又は凸部の列の隣接相互のピーク間隔精度が５％以内で
ある規則パターンを有することを特徴とする加工歪の計
測定容易な絞り用鋼板である。

この鋼板は板面の任意の場所にて隣接する、微小な凹部
又は凸部相互の位置精度が５％未満であること、規則パ
ターンが長方形もしくはだ円形の凹部又は凸部よりなり
、それらの真円度の誤差が短軸と長軸の長さの比で１０
％以内であること及び規則パターンがレーザービーム、
フォトエツチング又は電子ビームによってダル加工した
調質圧延ロールにて圧延転写したものであることなどが
実施態様として好適である。

発明者らは、鋼板表面に粗度パターンを規則的に配列す
ることにより、圧延方向に並んだ微小な凹部あるいは凸
部の間隔精度と、圧延方向に並んだ微小な凹部あるいは
凸部の列の間隔精度とを向上させた鋼板を用いて、引張
変形あるいは圧縮変形によって生じた鋼板の加工歪を測
定することが可能であることを知見しこの発明の完成を
導いたものである。

歪測定用サンプルへのエツチングの実施は、規則的な粗
度パターンそのものを用いることによって不要となる。

ここで、第１図に、典型的なパターンを示した。

同図（ａ）は、縦方向には規則的で、横方向には不規則
なパターンを付与した鋼板に平面歪引張を加えた前後で
の、パターンの変化を示したものである。同図ら）は、
縦方向、横方向ともに規則的なパターンを付与した鋼板
に２軸引張を加えた前後での、パターンの変化を示した
ものである。

さらに、同図（Ｃ）は、規則的なパターンの凹部または
凸部の１個１個をとくに真円として粗さを付与した鋼板
に引張を加えた前後での、真円からの変化を示したもの
である。

このように、付与する粗度パターンを変化させることに
より、様々な変形状態を把握することが可能となる。

（作　用） 何れの場合もエツチング装置の必要性は、粗度パターン
の付与が従来の調質圧延で可能であることから解消し、
またエツチングの際の時間的デメリットの解消のほかに
、工程材にも使用でき、測定用サンプルと工程材の表面
性状（摩擦抵抗）が全く同一であることから、両者の区
別はなくなり、どれでも測定でき、その後はどれでもそ
のまま製品として使いうるという最大の利点がある。そ
して、工程材においてたまたまプレス不良等が発生した
場合、その不良サンプルをただちに、事後に、測定する
だけでプレス不良の原因が推定可能となる。さらに凹部
または凸部の直径は５０μｍ程度まで小さくすることが
可能なので、微小部での歪測定が高精度で行なえるとい
う長所も有する。

なお従来のショットダル加工あるいは放電加工ロールを
用いた場合には、第１図の（ａ）、（ハ）のように測定
が可能な規則的パターンを薄鋼板に付与することはでき
ず、この発明の目的は達成できない。

なお、ある程度周期的な粗度パターンをつける方法が特
公昭６２−１１９２２号公報に開示されているが、同公
報の第５，６図に示されている写真を見れば明らかな如
くその粗度パターンの周期性は低く、この発明の目的は
とうてい達し得ない。

また同号公報では当然この発明のような歪測定技術に関
する記述は全くなく、単純に粗度をつける方法として提
案されているにすぎない。

いずれにせよ、従来の加工歪測定技術はすべてあらかじ
め測定用のスケールを鋼板に印づける方法のみであり、
また一方で鋼板の粗度は、プレス成形用に必ず必要とさ
れるもので、プレス成形性あるいは表面外観とくに塗装
後の鮮映性を最高の状態にするべく調整されるのが常で
あった。

本発明は従来の表面ダル加工処理を加工歪測定可能な状
態に加工を施しておくこと、そしてそれが通常工程で行
なえることに最大の特徴を有するものである。

すでに明らかなように、鋼板表面に単なる粗度パターン
を付与するだけでは、変形後の鋼板の歪を認識できない
。そこで、この発明では、変形中の鋼板の歪状態を測定
できるように、粗度パターンを規則的にしたものである
。

次に圧延方向に並んだ微小な凹部あるいは凸部の間隔精
度および、圧延方向に並んだ微小な凹部あるいは凸部の
列の間隔精度を５％以内と限定している。精度が５％を
こえると引張変形および圧縮変形によって生じた鋼板表
面の歪を精度良く測定できないので、５％以内とした。

任意の場所における隣接する微小な凹部あるいは凸部相
互の位置精度を５％以内と限定している。

精度が５％をこえるとせん断変形を受けた鋼板表面の歪
を、高精度で測定できないので、５％以内とした。

さらに鋼板表面に微小な凹部あるいは凸部からなる円形
の粗度パターンを付与するに際し、凹部あるいは凸部の
真円度の誤差が短軸と長軸の長さの比で１０％以内と限
定している。誤差が１０％をこえると引張変形、圧縮変
形およびせん断変形によって生じた鋼板表面の微小部分
での歪を、高い精度で測定できないので、１０％以内と
した。もちろんこれらの誤差は小さければ小さいほど良
い。上に説明した値は上限である。

以下、本発明における凹部および凸部ピーク間距離精度
の限定理由について説明する。

本発明のように、本来不規則であった鋼板表面粗度に規
則性を付与し、スクライブドサークルとして利用可能と
するためには、成形前後での鋼板位置関係の指標となる
、凹部あるいは凸部ピーク位置の間隔が、少なくとも１
方向について、成形前の鋼板では、既知のある一定値と
なっていなければならない。発明者らは、鋼板表面に付
与する、規則的な凹凸のピーク間距離を一定値とするた
めの粗度付与方法を種々検討し、たとえば、レーザーの
様な高密度エネルギー源を用いて、ロール表面に規則的
な粗度凹凸を付与する技術を開発した。

しかし、工業化する場合には、ロール寸法の増大ととも
に、粗度付与装置の大形化は避けられず、この結果、規
則的な粗度のピーク間隔にも多少の寸法誤差が生じるこ
とがわかった。発明者らは、表面の凹凸をスクライブド
サークルとして使用する場合に、この凹凸の間隔の誤差
を障害とならない程度におさえることによって、実用化
を実現した。この発明の精度に関する限定理由は、以上
の考え方に基づいて決定された。

凹部、凸部のピーク間距離の設定値（シ）は、スクライ
ブドサークルとして使用する場合に、どこまで、鋼板の
局所的な変形ひずみを分離して測定するかによって定め
られる値である。Ｌを小さくすると、１つのピーク間隔
内での、ひずみ分布の不均一度は低下するが、個々のピ
ーク間隔の、ひずみによる変化量（変形後のピーク間隔
をし。とすると、△Ｌ＝Ｌ、−Ｌ）の測定値に占める、
誤差値（△Ｘ）　の割合が、相対的に上昇するため、得
られる結果、すなわち、ひずみ量の測定結果の信頼性も
低下する。

誤差値へＸの内容は、ピーク間隔の測定誤差Δｍと、ピ
ーク間隔の加工誤差△ｐに分類される。ピーク間隔の測
定は、目視による方法、あるいは、画像処理を応用した
方法等、種々考えられるが、この発明においては規定し
ないので、測定時の誤差Δｍの低下は考えていない。ピ
ーク間隔の加工時の誤差△ｐの範囲は、この発明の本質
的な技術であり、限定を加えている。以下、その限定方
法および理由を述べる。

ピーク間隔の加工時および測定時の誤差の合計を、トー
タルの誤差△Ｘとすると、この結果、成形前後でのピー
ク間隔の変化量△し′は、ΔＬ’＝Δしく真の変化量）
＋へＸとなる。

この結果、最終的なひずみ量εは、 である。個々のピーク間距離をｙｌ　とすると、ｙｔ＝
Ｌ＋ＡＰＩ である。

ここで、 −Ｅ△ｐ１＝Ｏ であるため、 Ｌ＝二Σｈ　”Ｊ となる。個々の加工誤差を△ｐｔとすると、△ＩＩＩ　
＝’ｌ　−ｙｉ で表わされる。

この発明において、１例として誤差△ｐｔの代表値とし
て、個々の誤差△ｐ１の二乗平均△ｐを利用した。すな
わち、 となる。ここで、 とした場合、このＸの値と、実際の測定値のバラツキの
関係を調べた。鋼板に一様伸びを加え、この時の個々の
εの値を、Ｘの値が異なる数種の鋼板について調べた。

この結果を第２図に示した。

Ｘの値が小さくなると、測定値εのバラツキの範囲は小
さくなるが、０．０５以下となると、それよりＸの値を
小さくしてもバラツキの範囲はせばまらΔｍ ない。これは△εの成分の中の□の影響が大し きくなるためと考えられる。したがって、Ｘの値は０．
０５を上限として、それ以下であれば、十分歪測定方法
として使用可能である。もちろんそれ以上の精度があれ
ばそれにこしたことはない。

鋼板を成形したときの、鋼板表面のひずみ分布は等二軸
ひすみ、平面ひずみ、右よび単純引張ひずみの３種類に
大別される（第３図参照）。Ｘ。

ｙ方向のひずみをそれぞれε８．ε、とすると、等二軸
ひずみはε、＝ε８、平面ひずみはε、・０、さらに、
単純引張ひすみはε、・−６８に相当する。実際の試験
例では、等二軸ひすみは、液圧バルジの破断部のひずみ
に、平面ひずみは、エリクセリンの破断部のひずみに、
単純引張ひすみは、コニカルカップのフランジ部のひず
みに相当する。この発明の必要性は、平面ひずみの存在
にある。

鋼板に粗度パターンを付与する手段としては、ダル目を
付けた圧延ロールで圧延するわけである。

ダル目をロールに付与する手段としては、レーザー加工
がもっとも適当である。その他に電子ビーム加工などで
も、すでにのべたような精度が得られればどれによって
もよい。

なお、１個の凹部（または凸部）の径の大きさは、５〜
１０００μｍ程度が望ましい。凹凸の径の大きさが１０
００μｍすなわち、ｌ　ｍｍより大きくなると、圧延ロ
ールによる鋼板加工の不均一が目立ったり、鋼板の内部
にまで加工歪が加わり、材質が劣化しやすくなるからで
ある。また、上記範囲をはずれると、塗装後の鮮映性お
よび微小部での測定の精度上好ましくないからである。

また、凹部（または凸部）の深さは、０．２〜５０μｍ
程度が望ましい。０．２　μｍより浅いと規則的な粗度
パターンとしては不鮮明であり、逆に５０μｍより深く
なると、プレス性および塗装後の鮮映性に不都合を生ず
るので、深さは、０．２〜５０μｍとした。

なお、上記粗度パターンはあくまで従来のショツトブラ
ストダル加工による粗度の範囲であることを標準とする
。なぜなら、従来の通常の鋼板と全く同様にプレス加工
できることがこの発明の最大の前提だからである。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。

まず通常のスキンパス圧延機のワークロール表面をレー
ザービームで加工するレーザーダル加工を施した。リン
グの径は１００　μｍとしリングの間隔は２００μｍと
した。板厚０．８ｍｍの冷延鋼板（ＪＩＳ規格５ｐｃｃ
）　に上述の圧延ロールを用いて圧下率０．８ｍｍで調
質圧延を施した。

この鋼板を自動車用ドア内側材にプレス伸び歪の変化を
調べた。とくに割れが発生しやすい深絞り部の変化に注
目して調べた。

結果を第４図に示す。この発明での測定はこの場合１．
５ｍｍおきに測定した。測定は読み取り顕微鏡を用いて
行なった。同時に測定した板厚減少率の変化も示した。

また従来法による変化も示した。

尚、他の測定からこの部位の歪はほぼ平面歪であること
が確認されている。この発明による測定結果は非常に小
さい歪の変化を測定できているが、従来法（１０ｍｍ直
径のスフライドサークル法）では十分な測定精度が得ら
れなかった。またこの発明による測定値は板厚の減少率
測定結果とも非常に良い対応をしていることがわかる。

第５図に平面伸び歪の変化と板厚減少率の対応を示す。

非常に良好な対応が得られていることがわかる。

（発明の効果） この発明により、鋼板の歪測定が、従来の電解エツチン
グによるスクライブドサークル法に比べて容易になり、
また工程材への適用ができることから、本発明は非常に
有効である。

従来はプレス不良等の問題が生じてから改めてスクライ
ブドサークルを転写した鋼板を準備して歪分布を測定し
なければならなかった。それに対し本発明に右いてはプ
レス不良が生じたら直ちにその鋼板を詳細に測定するこ
とにより歪測定が可能である。したがってプレス型の修
正あるいは原因追求の容易さは従来法に較べるべくもな
い。またこの考え方はプレス型設計、修正に対し格段の
精度向上をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、典型的な凹凸パターンの説明図、第２図は各
Ｘの値における、真のひずみに対するバラツキの度数を
示すグラフ、 第３図は成形区分の説明図であり、 第４図は、実際のプレス品の測定例についての成績比較
グラフ 第５図はレーザーダル・リング間隔の変化率と板厚減少
率の関係グラフである。 第１り１ 第２図 ０．０５　　　　０．ｆ　　　　　　Ｏ，ｆ５第３図 第５図 けがき円順間隔増ｈａ孝（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、調質圧延によって表面に付与された粗度パターンと
   して、鋼板の圧延方向に列状をなして並ぶ微小な凹部又
   は凸部の列内における隣接相互のピーク間隔精度が５％
   以内で、かつ、圧延方向に並んだ微小な凹部の列又は凸
   部の列の隣接相互のピーク間隔精度が５％以内である規
   則パターンを有することを特徴とする加工歪の測定容易
   な絞り用鋼板。 ２、板面の任意の場所にて隣接する、微小な凹部又は凸
   部相互の位置精度が５％未満であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載した鋼板。 ３、規則パターンが長方形もしくはだ円形の凹部又は凸
   部よりなり、それらの真円度の誤差が短軸と長軸の長さ
   の比が１０％以内であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載した鋼板。 ４、規則パターンが、レーザービーム、フォトエッチン
   グ又は電子ビームによってダル加工した調質圧延ロール
   にて圧延転写したものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１ないし第３項の何れか一に記載した鋼板。