35 高強度鋼板の穴抜き加工における増肉および熱処理による疲労強度の向上極限成形システム研究室小坂良太自動車の軽量化高強度鋼板の適用超高張力鋼板の適用超高張力鋼板熱処理による高強度化成形炭素鋼板せん断された穴への応力集中成形熱処理疲労強度の低下目的穴縁の増肉穴縁の増肉形状最適化による疲労強度の向上焼入れ鋼板の穴抜き条件最適化による疲労強度の向上 35 高強度鋼板の穴抜き加工における増肉および熱処理による疲労強度の向上 1）超高張力鋼板の増肉による疲労強度の向上 2）焼入れ鋼板の穴抜き条件最適化による疲労強度の向上超高張力鋼板の増肉穴抜き加工条件 ∅10 テーパパンチ d =8,9mm 2 1.4 板押え ∅10.02 b d = 8,9mm b 段付きダイス h h 板材(JSC980Y) h =0.3～0.9mm b =0.75,1,1.25mm (1) 加工前 (2) 穴抜き (3) 増肉増肉穴抜き加工における穴縁面だれせん断面 (Ra 0.23) 破断面 (Ra 0.81) (a) 穴抜きだれ平滑面 (Ra 0.06) 1mm だれ平滑面 (Ra 0.10) 破断面 (b) d =8mm,h =0.9mm,b =1mm だれ平滑面 (Ra 0.07) (c) d =9mm,h =0.3mm,b =0.75mm (d) d =9mm,h =0.3mm,b =1.25mm 増肉穴抜き加工における穴縁面構成だれ d =8mm 0 b 上面からの距離 x /mm d x d =9mm だれせ 0.5 ん断面破断 1.0 面平滑面 1.5 破断面 2.0 2.5 穴抜き h =0.3mm 0.5mm 0.7mm 0.9mm b =1mm 曲げおよび引張疲労試験結果破断までの繰返し数/×10⁴ 回 50 b =0.75mm 40 30 20 b =1mm b =1mm b =1.25mm b =1mm b =1.25mm b =1mm b =0.75mm 10 0 穴抜き 0.5 増肉高さ h /mm (a) 曲げ疲労試験結果穴抜き 1 0 0.5 増肉高さ h /mm (b) 引張疲労試験結果 1 疲労強度におよぼす剛性の影響引張荷重曲げ荷重曲げ荷重[kN] 中央部たわみ量[mm] 50 h =0.9mm， b =1mm 40 h =0.7mm 30 20 10 0 h =0.5mm h =0.3mm， b =0.75mm 穴抜き 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 曲げ剛性 /kN・mm-1 破断までの繰返し数/×10⁴ 回破断までの繰返し数/×10⁴ 回曲げ剛性＝ 30 40 50 40 引張荷重[kN] 引張剛性＝伸び量[mm] h =0.3mm， b =0.75mm 30 20 10 h =0.9mm， b =1mm h =0.7mm h =0.5mm 穴抜き 0 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 引張剛性 /kN・mm-1 10 35 高強度鋼板の穴抜き加工における増肉および熱処理による疲労強度の向上 1）超高張力鋼板の増肉による疲労強度の向上 2）焼入れ鋼板の穴抜き条件最適化による疲労強度の向上穴抜き加工条件と使用した鋼材 ∅10.5 4.5 パンチ ∅10.00 板押え熱処理条件温度時間冷却方法 [℃] [min] 焼入れ 870 40 油冷焼戻し 300 60 空冷板材(S35C) ∅ 10.09 ∅ 10.63 ∅ 11.35 ダイスクリアランス比 c ＝1，7，15% 機械的特性引張強さ [MPa] 熱処理なし 465 熱処理あり 1610 硬さ [HV] 138 502 熱処理あり・なしの穴縁面と穴縁面構成 0 1mm 熱処理なしだれ上面からの距離 /mm 1 熱処理あり 2 3 4 c =1% 7% 15% せん断面 5 破断面 c =1% 7% 15% 熱処理された鋼板の疲労強度に及ぼす穴抜きクリアランス比の影響亀裂発生 ∅10 20 破断面せん断面 c =1% c =1% 7% 15% 104 105 7% 15% 106 (a)熱処理あり（引張強さ1610MPa） 104 105 106 (b) 熱処理なし（引張強さ465MPa）増肉穴抜き加工方法・加工条件 ∅10.5 ∅10 テーパパンチ 1 板材 ∅10.09 2.5 4.5 ∅7 5 板押え段付きダイス (1) 加工前 (2) 穴抜き (3) 増肉増肉穴抜き加工結果 0 だれ穴抜き c =1% せん断面破断面だれ増肉穴抜き上面からの距離 /mm 1mm 1 だれせん断面 2 3 4 平滑面 5 破断面 6 平滑面破断面穴抜き増肉 c =1% 穴抜き増肉穴抜き加工による疲労強度の向上穴縁面表面粗さの向上 1mm Ra 0.13 Ra 0.28 増肉穴抜き Ra 0.70 c =1% 104 105 熱処理ありの疲労試験結果 106 引張剛性 / kN・mm-1 c =1% 20 16 増肉穴抜き引張剛性の向上 17.9 18.8 12 8 4 0 c =1% 増肉穴抜きまとめ • 超高張力鋼薄板材において増肉高さの大きい増肉穴抜き加工を行うことで，曲げ疲労試験の破断までの繰返し数を穴抜きと比べて5.3倍増加できた． • だれの小さい増肉穴抜き加工を行うことで，引張疲労試験の破断までの繰返し数を穴抜きと比べて16.4倍増加できた． • 熱処理用厚板材において熱処理なしでは，1%のクリアランス比で穴抜き加工すると疲労限の応力は15%より約1.1 倍高くなった．熱処理ありでは約1.5倍高くなった． • 熱処理用厚板材において増肉穴抜き加工を行うことで穴抜きと比べて疲労限の応力を1.3倍向上できた．