JP7807655B2 - 試験装置及び試験方法 - Google Patents

Description

本開示は、試験装置及び試験方法に関する。より詳細には、本開示は、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する試験装置及び試験方法に関する。

自動車部品の多くは、鋼板をプレスすることによって成形される。プレス成形のとき、鋼板は、曲げられたり、絞られたりする。このため、事前に、有限要素法などの数値解析により成形解析が行われ、適切な製品形状及び適正な成形条件が検討される。成形解析では、プレス成形時に発生し得る割れを高精度に判定する必要があり、判定基準のデータとして、成形限界線図（Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｌｉｍｉｔ Ｄｉａｇｒａｍ：以下、ＦＬＤと称する場合がある。）が用いられる。

一般に、ＦＬＤの測定には、中島法又はマルシニアック法が用いられる（例えば、特開２０１３－１２１６０７号公報（特許文献１）参照）。中島法では、半球状の先端部を有するパンチが使用される。以下、このパンチを球頭パンチと称する場合がある。マルシニアック法では、平坦な先端面を有する円柱状のパンチが使用される。以下、このパンチを円柱パンチと称する場合がある。マルシニアック法では、円柱パンチと試験材（鋼板）との間に駆動板が配置される。駆動板には、円柱パンチの中心軸の位置に孔が形成されている。

近年、製品の高強度化が進み、高強度鋼板をプレス成形することが多い。冷間でプレス成形が行われると、成形荷重の増加及び成形性の低下が課題となる。この課題の解決策として、高強度鋼板を温熱間でプレス成形する手法、具体的にはホットスタンプが適用される。ホットスタンプのような高温プレス成形においても、成形解析で割れを高精度に判定する必要がある。このため、判定基準のデータとして、温熱間の張出し成形試験で測定したＦＬＤを用いることが望ましい。

特開２０１３－１２１６０７号公報

しかしながら、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを測定するために、試験材である鋼板を加熱して、中島法又はマルシニアック法に従って温熱間で張出し成形試験を行った場合、下記の問題が発生する。

中島法では、球頭パンチが使用され、球頭パンチと試験材との間に駆動板は無い。この場合、成形荷重は比較的小さい。しかしながら、張出し成形の進行により、試験材は、球頭パンチの先端部全域、具体的には半球面全域と接触する。試験材と球頭パンチとが広範囲で接触することにより、試験材の温度が著しく低下する。このため、測定されるＦＬＤにおいて、精度とひずみ比の範囲が制限される。

マルシニアック法では、円柱パンチと試験材との間に駆動板があり、駆動板に孔が形成されている。この場合、試験材は、駆動板の孔の領域では円柱パンチと接触せず、駆動板の孔の周囲で駆動板を介して円柱パンチと接触する。そうすると、試験材は、温度低下の比較的小さい状態で張出し成形されるため、測定されるＦＬＤにおける精度とひずみ比の範囲は、中島法より広い。しかしながら、駆動板の孔の周囲が円柱パンチと広範囲に接触した状態で、駆動板が試験材と共に張出し成形されるため、成形荷重は、中島法より大きくなる。また、円柱パンチの先端面が駆動板の孔の周囲と広範囲に接触し、この広範囲な接触領域で駆動板及び試験材の温度低下が進む。このため、円柱パンチの肩から側壁の範囲において、試験材及び駆動板の温度が著しく低下し、試験材又は駆動板が割れることがある。試験材は、パンチの中心軸上で割れるのが理想的であるが、マルシニアック法では、円柱パンチの肩から側壁の範囲において割れることがあるため、測定されるＦＬＤが不安定になる。

本開示の目的は、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を安定して測定することができる試験装置及び試験方法を提供することである。

本開示に係る試験装置は、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する試験装置である。当該試験装置は、ダイスと、パンチと、を備える。ダイスには、横断面が円形のダイス穴が設けられている。パンチは、ダイス穴と共有する軸を有し、その軸に沿ってダイスに向かって移動可能である。パンチは、上記軸を中心軸として有するパンチ本体部と、パンチ本体部のダイス側に位置し、上記軸を中心軸としたリング状のパンチ先端部と、を備える。

本開示に係る試験方法は、上記試験装置を用いて、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する。

本開示に係る試験装置及び試験方法によれば、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を安定して測定することができる。

図１は、第１実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図２は、第２実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図３は、第３実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図４は、第４実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図５は、第５実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図６は、第６実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図７は、第７実施形態に係る試験装置の概略構成図である。 図８は、第８実施形態に係る試験装置の概略構成図である。

本開示の実施形態に係る試験装置は、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する試験装置である。当該試験装置は、ダイスと、パンチと、を備える。ダイスには、横断面が円形のダイス穴が設けられている。パンチは、ダイス穴と共有する軸を有し、その軸に沿ってダイスに向かって移動可能である。パンチは、上記軸を中心軸として有するパンチ本体部と、パンチ本体部のダイス側に位置し、上記軸を中心軸としたリング状のパンチ先端部と、を備える（第１の構成）。

第１の構成の試験装置によれば、加熱された試験材である鋼板が、ダイスとパンチとの間に配置され、パンチがダイスに向かって移動する。パンチの移動により、リング状のパンチ先端部が鋼板に接触する。パンチのさらなる移動により、パンチ先端部がパンチ本体部と共にダイス穴に進入し、鋼板を張出し成形する。

第１の構成の試験装置による張出し成形の際、鋼板は、リング状のパンチ先端部と接触する。この場合、パンチと鋼板との接触面積は、従来の中島法の場合と比較して、遥かに小さい。このため、鋼板の温度低下が小さい。また、鋼板は、パンチ先端部と接触する領域で温度低下が進むが、パンチと鋼板との接触面積が小さい。これにより、従来のマルシニアック法の場合と比較しても、パンチの肩から側壁の範囲において、鋼板の温度低下が抑制され、鋼板の割れを抑制することができる。さらに、鋼板においてパンチ先端部の内側の領域は、パンチと接触していないため、温度低下が極めて小さい。これにより、鋼板は、パンチの中心軸上又はその近辺で割れやすい。したがって、測定されるＦＬＤが安定する。よって、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを安定して測定することができる。

上記試験装置は、好ましくは、下記の構成を備える。パンチ先端部は、ダイスに最も近い位置にある最先端であって、上記軸を中心軸とした円状の最先端と、最先端の径方向外側に隣接する外縁面であって、上記軸を中心としたリング状で、凸に湾曲した外縁面と、を含む（第２の構成）。

第２の構成では、張出し成形の際、鋼板は、先ずパンチ先端部の最先端と接触し、続いてパンチ先端部の外縁面と次第に接触する。外縁面が凸に湾曲しているため、鋼板は外縁面に沿って滑らかに変形する。したがって、測定されるＦＬＤがより安定する。

上記試験装置において、好ましくは、パンチ本体部の横断面が円形であり、ダイス穴の直径とパンチ本体部の直径との差が、鋼板の板厚の２倍以上である（第３の構成）。

第３の構成では、ダイス穴の直径とパンチ本体部の直径との差が、鋼板の板厚の２倍以上であるため、ダイス穴の内周面とパンチ本体部の外周面との隙間が、鋼板の板厚の１倍以上となる。この場合、張出し成形の際、鋼板とダイス穴の内周面との接触が抑制されるとともに、鋼板とパンチ本体部の外周面との接触が抑制される。したがって、熱伝導で鋼板の温度が不意に低下するのを抑制することができ、摩擦で鋼板が不意に破断するのを抑制することができる。

上記試験装置において、好ましくは、パンチ先端部の表面、及び鋼板のパンチ側の表面の少なくとも一方に、潤滑材の被膜が形成されている（第４の構成）。

第４の構成では、相互に接触するパンチ先端部と鋼板との間の摩擦係数が、潤滑材の被膜によって、低減される。これにより、円滑に張出し成形を行うことができる。

第１の構成の試験装置は、好ましくは、さらに、駆動板を備える。駆動板は、鋼板のパンチ側の表面に積み重ねられる。駆動板は、上記軸を中心として有する孔が形成されている（第５の構成）。

第５の構成の試験装置によれば、試験材である鋼板のパンチ側の表面上に、駆動板が積み重ねられる。駆動板と共に加熱された鋼板が、ダイスとパンチとの間に配置され、パンチがダイスに向かって移動する。パンチの移動により、リング状のパンチ先端部が駆動板に接触する。パンチのさらなる移動により、パンチ先端部がパンチ本体部と共に、ダイス穴に進入し、鋼板及び駆動板を張出し成形する。

第５の構成の試験装置による張出し成形の際、駆動板は、リング状のパンチ先端部と接触する。この場合、パンチと駆動板との接触面積は、従来のマルシニアック法の場合と比較して、遥かに小さい。また、パンチ先端部が駆動板と狭い範囲で接触し、この狭い範囲の接触領域で駆動板及び鋼板の温度低下が進む。このため、駆動板及び鋼板の温度低下が小さい。これにより、従来のマルシニアック法の場合と比較しても、パンチの肩から側壁の範囲において、鋼板及び駆動板の温度低下が抑制され、鋼板の割れ又は駆動板の割れを抑制することができる。さらに、鋼板においてパンチ先端部の内側の領域は、パンチと接触していないため、温度低下が極めて小さい。これにより、鋼板は、パンチの中心軸上又はその近辺で割れやすい。したがって、測定されるＦＬＤが安定する。よって、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを安定して測定することができる。

第５の構成の試験装置は、好ましくは、下記の構成を備える。パンチ先端部は、ダイスに最も近い位置にある最先端であって、上記軸を中心軸とした円状の最先端と、最先端の径方向外側に隣接する外縁面であって、上記軸を中心としたリング状で、凸に湾曲した外縁面と、を含む（第６の構成）。

第６の構成では、張出し成形の際、駆動板は、先ずパンチ先端部の最先端と接触し、続いてパンチ先端部の外縁面と次第に接触する。外縁面が凸に湾曲しているため、鋼板は駆動板と共に、外縁面に沿って滑らかに変形する。したがって、測定されるＦＬＤがより安定する。

第６の構成の試験装置において、好ましくは、駆動板の孔の直径は、パンチ先端部の最先端の直径よりも小さい（第７の構成）。

第７の構成では、張出し成形の開始から終了までの間、パンチ先端部が駆動板の孔内に抜けることはなく、パンチ先端部が不意に鋼板と接触するのを抑制することができる。

第５～第７の構成のいずれか一つの試験装置において、駆動板の縁に凸条が形成されていてもよい（第８の構成）。

第８の構成では、駆動板の縁に凸条が設けられているため、駆動板の縁の剛性が高まる。この場合、張出し成形の際、駆動板の不定形な変形が抑制される。これにより、駆動板及び鋼板の変形が均一になる。

第５～第７の構成のいずれか一つの試験装置において、駆動板の縁が曲げ起こされていてもよい（第９の構成）。

第９の構成では、駆動板の縁が曲げ起こされて、駆動板の縁に曲げ起こし部が設けられているため、駆動板の縁の剛性が高まる。この場合、張出し成形の際、駆動板の不定形な変形が抑制される。これにより、駆動板及び鋼板の変形が均一になる。

第５～第９の構成のいずれか一つの試験装置において、好ましくは、パンチ本体部の横断面が円形であり、ダイス穴の直径とパンチ本体部の直径との差が、鋼板と駆動板の合計板厚の２倍以上である（第１０の構成）。

第１０の構成では、ダイス穴の直径とパンチ本体部の直径との差が、鋼板と駆動板の合計板厚の２倍以上であるため、ダイス穴の内周面とパンチ本体部の外周面との隙間が、鋼板と駆動板の合計板厚の１倍以上となる。この場合、張出し成形の際、鋼板とダイス穴の内周面との接触が抑制されるとともに、駆動板とパンチ本体部の外周面との接触が抑制される。したがって、熱伝導で鋼板及び駆動板の温度が不意に低下するのを抑制することができ、摩擦で鋼板及び駆動板が不意に破断するのを抑制することができる。

第５～第１０の構成のいずれか一つの試験装置において、好ましくは、パンチ先端部の表面、及び駆動板のパンチ側の表面の少なくとも一方に、潤滑材の被膜が形成されている（第１１の構成）。

第１１の構成では、相互に接触するパンチ先端部と駆動板との間の摩擦係数が、潤滑材の被膜によって、低減される。これにより、円滑に張出し成形を行うことができる。

本開示の実施形態に係る試験方法は、上記試験装置を用いて、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する（第１２の構成）。第１２の構成の試験方法によれば、上記試験装置を用いるため、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを安定して測定することができる。

以下、本開示の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、重複する説明を繰り返さない。

＜第１実施形態＞
［試験装置］
図１は、第１実施形態に係る試験装置１の概略構成を示す図である。試験装置１は、鉛直方向に延びる軸Ａを有する。図１には、軸Ａを含む縦断面が示される。試験装置１は、鋼板を試験材Ｓとし、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを測定するのに用いられる。

図１を参照して、試験装置１は、ダイス２と、パンチ３と、を備える。試験装置１は、スライド４と、加熱装置５と、をさらに備える。

ダイス２は、試験装置１の下部に配置され、ベッド（図示略）に固定されている。ダイス２は、ダイス穴２１を含む。ダイス穴２１は、ダイス２の上面に開口する。ダイス穴２１の横断面は、円形である。本明細書において、横断面は、軸Ａに垂直な断面を意味する。ダイス穴２１の中心軸は、試験装置１の軸Ａと一致している。

パンチ３は、試験装置１の上部に配置され、スライド４に取り付けられている。パンチ３は、試験装置１の軸Ａに沿って延びている。パンチ３は、試験装置１の軸Ａと一致する軸を有する。つまり、パンチ３は、ダイス穴２１と共有する軸を有する。この軸は、試験装置１の軸Ａに相当する。スライド４の下降により、パンチ３は、軸Ａに沿って下降し、ダイス穴２１に進入する。つまり、パンチ３は、軸Ａに沿ってダイス２に向かって移動可能である。

パンチ３は、パンチ本体部３１と、パンチ先端部３２と、を含む。パンチ本体部３１は、試験装置１の軸Ａを中心軸として有する。パンチ本体部３１の中心軸は、ダイス穴２１の中心軸と実質的に一致する。パンチ本体部３１の横断面は、円形である。パンチ先端部３２は、パンチ本体部３１の下端につながっている。つまり、パンチ先端部３２は、パンチ本体部３１のダイス２側に位置する。パンチ先端部３２は、試験装置１の軸Ａを中心軸としたリング状である。リング状のパンチ先端部３２の中心軸は、ダイス穴２１の中心軸と実質的に一致する。

本実施形態では、パンチ先端部３２は、最先端３２１と、外縁面３２２と、を含む。パンチ先端部３２は、内縁面３２３をさらに含む。

パンチ先端部３２において、最先端３２１は、ダイス２に最も近い位置にあり、軸Ａを中心とした円状である。円状の最先端３２１の中心は、実質的にダイス穴２１の中心軸上に存在する。外縁面３２２は、最先端３２１の径方向外側に隣接している。外縁面３２２は、軸Ａを中心としたリング状であり、凸に湾曲している。リング状の外縁面３２２の中心軸は、ダイス穴２１の中心軸と実質的に一致する。外縁面３２２は、パンチ本体部３１の外周面と滑らかにつながっている。内縁面３２３は、最先端３２１の径方向内側に隣接している。内縁面３２３は、軸Ａを中心としたリング状であり、凸に湾曲している。リング状の内縁面３２３の中心軸は、ダイス穴２１の中心軸と実質的に一致する。内縁面３２３は、パンチ本体部３１の先端面につながっている。

より具体的には、パンチ先端部３２の縦断面視において、外縁面３２２は、四分円の円弧である。同様に、内縁面３２３は、四分円の円弧である。内縁面３２３の円弧の半径は、外縁面３２２の円弧の半径と同じである。ただし、内縁面３２３の円弧の半径は、最先端３２１を介して外縁面３２２と滑らかにつながる限り、外縁面３２２の円弧の半径と異なっていてもよい。また、外縁面３２２は、円弧に限定されず、他の曲線（例：楕円弧）であってもよい。内縁面３２３は、円弧に限定されず、他の曲線（例：楕円弧）であってもよいし、円弧又は曲線と直線を組み合わせたものであってもよい。

加熱装置５は、試験装置１の上下方向中央部に配置されている。加熱装置５は、通電加熱装置であり、試験材Ｓを加熱する。試験材Ｓは、温熱間のプレス成形に適用される鋼板、例えばホットスタンプ用の鋼板である。試験材Ｓの平面形状は、矩形である。試験材Ｓの表面には、ひずみ測定用の規則的なパターン（円形パターン、格子パターンなど）が描かれている。

加熱装置５は、２つの電極５１，５２と、各電極５１，５２に接続された電源（図示略）と、を含む。２つの電極５１，５２は、試験装置１の軸Ａを挟むように、相互に間隔をあけて配置されている。各電極５１，５２は、試験材Ｓの側縁を挟持する。電極５１，５２間に電流が印加されることにより、試験材Ｓが加熱される。

本実施形態では、ダイス穴２１の直径とパンチ本体部３１の直径との差が、試験材Ｓの板厚の２倍以上である。つまり、ダイス穴２１の内周面とパンチ本体部３１の外周面との隙間が、試験材Ｓの板厚の１倍以上である。ダイス穴２１の直径とパンチ本体部３１の直径との差の上限は、特に限定されない。ただし、荷重及びストロークに関して試験装置の能力が小さい場合、その能力に応じて当該差の上限は制限される。この場合、当該差の実用的な上限は、例えば、試験材Ｓの板厚の４．２倍である。

［試験方法］
上述した試験装置１による試験方法では、試験材Ｓが、ダイス２とパンチ３との間に配置される。試験材Ｓは、加熱装置５の各電極５１，５２によって把持され、所定の温度（例：８００℃）に加熱される。試験材Ｓが所定の温度に達した後、各電極５１，５２による把持が解除される。

各電極５１，５２による把持が解除された後、スライド４が下降する。スライド４の下降により、パンチ３は、軸Ａに沿ってダイス２に向かって下降する。パンチ３の下降により、リング状のパンチ先端部３２が、加熱された試験材Ｓに接触する。具体的には、パンチ先端部３２のうち最先端３２１が試験材Ｓに接触する。パンチ３のさらなる下降により、パンチ先端部３２がダイス穴２１に進入し、さらにパンチ本体部３１がダイス穴２１に進入する。ダイス穴２１と、ダイス穴２１に進入したパンチ３とによって、試験材Ｓが張出し成形される。その際、パンチ先端部３２のうち最先端３２１及び外縁面３２２が試験材Ｓに接触する。試験材Ｓは、パンチ先端部３２の外縁面３２２に沿って流動し、滑らかに変形する。

そして、張出し成形された試験材Ｓにおいて、変形したひずみ測定用のパターンに基づいて、割れが発生したときの最大主ひずみと最小主ひずみを測定する。このような測定を様々なサイズの試験材Ｓで実施する。測定結果より、ＦＬＤが得られる。

［効果］
第１実施形態に係る試験装置１において、パンチ３は、リング状のパンチ先端部３２を含む。張出し成形の際、試験材Ｓは、パンチ先端部３２の内側の領域ではパンチ３と接触せず、リング状のパンチ先端部３２と接触する。この場合、パンチ３と試験材Ｓとの接触面積は、従来の中島法の場合と比較して、遥かに小さい。このため、試験材Ｓの温度低下が小さい。また、試験材Ｓは、パンチ先端部３２と接触する領域で温度低下が進むが、パンチ３と試験材Ｓとの接触面積が小さい。これにより、従来のマルシニアック法の場合と比較しても、パンチ３の肩から側壁の範囲において、試験材Ｓの温度低下が抑制され、試験材Ｓの割れを抑制することができる。さらに、試験材Ｓにおいてパンチ先端部３２の内側の領域は、パンチ３と接触していないため、温度低下が極めて小さい。これにより、試験材Ｓは、パンチ３の中心軸上又はその近辺で割れやすい。したがって、測定されるＦＬＤが安定する。よって、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを安定して測定することができる。

第１実施形態において、パンチ先端部３２は、円状の最先端３２１と、最先端３２１の径方向外側に隣接する外縁面３２２と、を含む。この場合、張出し成形の際、試験材Ｓは、先ずパンチ先端部３２の最先端３２１と接触し、続いてパンチ先端部３２の外縁面３２２と次第に接触する。外縁面３２２が凸に湾曲しているため、試験材Ｓは外縁面３２２に沿って滑らかに変形する。したがって、測定されるＦＬＤがより安定する。

第１実施形態では、ダイス穴２１の直径とパンチ本体部３１の直径との差が、試験材Ｓの板厚の２倍以上であるため、ダイス穴２１の内周面とパンチ本体部３１の外周面との隙間が、試験材Ｓの板厚の１倍以上となる。この場合、張出し成形の際、試験材Ｓとダイス穴２１の内周面との接触が抑制されるとともに、試験材Ｓとパンチ本体部３１の外周面との接触が抑制される。これにより、張出し成形の際、試験材Ｓとダイス穴２１の内周面との間の非接触が実質的に確保されるとともに、試験材Ｓとパンチ本体部３１の外周面との間の非接触が実質的に確保される。したがって、熱伝導で試験材Ｓの温度が不意に低下するのを抑制することができ、摩擦で試験材Ｓが不意に破断するのを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態に係る試験装置１Ａの概略構成を示す図である。試験装置１Ａは、しわ押さえ６を備える点で、第１実施形態に係る試験装置１と異なる。

図２を参照して、試験装置１Ａは、しわ押さえ６をさらに備える。しわ押さえ６は、ダイス２とパンチ３との間に配置される。しわ押さえ６は、試験装置１Ａの軸Ａを中心とした環状である。環状のしわ押さえ６の中心は、実質的にダイス穴２１の中心軸上に存在する。しわ押さえ６の内周面の直径は、ダイス穴２１の直径と実質的に同じである。しわ押さえ６の外周形状は、平面視で円形である。ただし、しわ押さえ６の外周形状は、平面視で円形に限定されず、例えば矩形であってもよい。

しわ押さえ６は、複数のガイド棒６１によってスライド４から吊り下げられている。各ガイド棒６１は、スライド４に対して、軸Ａの延びる方向に移動可能である。このため、しわ押さえ６は、ガイド棒６１と一体で、スライド４に対して、軸Ａの延びる方向に移動可能である。

しわ押さえ６とスライド４との間には、複数の圧縮コイルばね６２が設けられている。各圧縮コイルばね６２は、しわ押さえ６をダイス２に向けて付勢している。圧縮コイルばね６２に代えて、油圧シリンダなどのクッションが設けられてもよい。

第２実施形態に係る試験装置１Ａによれば、張出し成形の際、試験材Ｓは、しわ押さえ６とダイス２との間に挟み込まれる。この場合、試験材Ｓの不定形な変形が抑制される。これにより、試験材Ｓの変形が均一になる。

＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態に係る試験装置１Ｂの概略構成を示す図である。試験装置１Ｂは、潤滑材の被膜７を備える点で、第１実施形態に係る試験装置１と異なる。

図３を参照して、試験装置１Ｂでは、パンチ先端部３２の表面に、潤滑材の被膜７が形成されている。被膜７は、パンチ先端部３２のみならず、パンチ３の表面全域に形成されていてもよい。被膜７の形成方法は、例えば、ホットスタンプ用の潤滑剤の塗布である。その方法は、亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきなどの表面処理であってもよい。

第３実施形態に係る試験装置１Ｂによれば、相互に接触するパンチ先端部３２と試験材Ｓとの間の摩擦係数が、潤滑材の被膜７によって、低減される。これにより、円滑に張出し成形を行うことができる。

図３に示す試験装置１Ｂでは、潤滑材の被膜７は、パンチ先端部３２の表面に形成されている。ただし、潤滑材の被膜７は、試験材Ｓのパンチ３側の表面に形成されていてもよい。被膜７は、パンチ先端部３２の表面、及び試験材Ｓのパンチ３側の表面の両方に形成されていてもよい。いずれの場合であっても、相互に接触するパンチ先端部３２と試験材Ｓとの間の摩擦係数が低減される。

本実施形態の潤滑材の被膜７は、第２実施形態に係る試験装置１Ａに適用することも可能である。

＜第４実施形態＞
図４は、第４実施形態に係る試験装置１Ｃの概略構成を示す図である。試験装置１Ｃは、駆動板８を備える点で、第１実施形態に係る試験装置１と異なる。

図４を参照して、試験装置１Ｃは、駆動板８をさらに備える。駆動板８は、試験材Ｓ上に積み重ねられる。つまり、駆動板８は、試験材Ｓのパンチ３側の表面に積み重ねられる。駆動板８の平面形状は、矩形である。駆動板８の中央には、孔８１が形成されている。孔８１の横断面は、円形である。孔８１の中心は、試験装置１Ｃの軸Ａと一致している。孔８１の中心は、実質的にダイス穴２１の中心軸上に存在する。本実施形態では、駆動板８の孔８１の直径は、パンチ先端部３２の最先端３２１の直径よりも小さい。ただし、孔８１の横断面は、円形に限定されず、実質的に円形であればよい。

駆動板８の材質は、特に限定されず、試験材Ｓの材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。駆動板８の引張強さは、特に限定されず、試験材Ｓの引張強さと同じであってもよいし、異なっていてもよい。駆動板８の引張強さは、試験材Ｓの引張強さより低くてもよいし、高くてもよい。駆動板８の板厚は、特に限定されず、試験材の板厚と同じであってもよいし、異なっていてもよい。駆動板８の板厚は、試験材Ｓの板厚より小さくてもよいし、大きくてもよい。ただし、試験材Ｓは駆動板８よりも早く破断することが好ましい。駆動板８が試験材Ｓより早く破断し始めると、その影響により、試験材Ｓが所望の箇所以外で割れる可能性があるからである。このため、駆動板８の破断限界が試験材Ｓよりも高ければ、駆動板８と試験材Ｓとの材質及び板厚に関する組合せは任意である。

本実施形態では、ダイス穴２１の直径とパンチ本体部３１の直径との差が、試験材Ｓと駆動板８の合計板厚の２倍以上である。つまり、ダイス穴２１の内周面とパンチ本体部３１の外周面との隙間が、試験材Ｓと駆動板８の合計板厚の１倍以上である。ダイス穴２１の直径とパンチ本体部３１の直径との差の上限は、特に限定されない。ただし、荷重及びストロークに関して試験装置の能力が小さい場合、その能力に応じて当該差の上限は制限される。この場合、当該差の実用的な上限は、例えば、試験材Ｓと駆動板８の合計板厚の４．２倍である。

試験装置１Ｃによる試験方法では、試験材Ｓが駆動板８と共に、ダイス２とパンチ３との間に配置される。試験材Ｓは、加熱装置５の各電極５１，５２によって把持され、駆動板８と共に、所定の温度（例：８００℃）に加熱される。試験材Ｓ及び駆動板８が所定の温度に達した後、各電極５１，５２による把持が解除される。

各電極５１，５２による把持が解除された後、スライド４が下降する。スライド４の下降により、パンチ３は、軸Ａに沿ってダイス２に向かって下降する。パンチ３の下降により、リング状のパンチ先端部３２が、加熱された駆動板８に接触する。具体的には、パンチ先端部３２のうち最先端３２１が駆動板８に接触する。パンチ３のさらなる下降により、パンチ先端部３２がダイス穴２１に進入し、さらにパンチ本体部３１がダイス穴２１に進入する。ダイス穴２１と、ダイス穴２１に進入したパンチ３とによって、試験材Ｓ及び駆動板８が張出し成形される。その際、パンチ先端部３２のうち最先端３２１及び外縁面３２２が駆動板８に接触する。試験材Ｓは駆動板８と共に、パンチ先端部３２の外縁面３２２に沿って流動し、滑らかに変形する。

第４実施形態に係る試験装置１Ｃにおいて、パンチ３は、リング状のパンチ先端部３２を含む。張出し成形の際、駆動板８は、パンチ先端部３２の内側の領域ではパンチ３と接触しないし、孔８１の領域でもパンチ３と接触せず、リング状のパンチ先端部３２と接触する。この場合、パンチ３と駆動板８との接触面積は、従来のマルシニアック法の場合と比較して、遥かに小さい。また、パンチ先端部３２が駆動板８と狭い範囲で接触し、この狭い範囲の接触領域で駆動板８及び試験材Ｓの温度低下が進む。このため、駆動板８及び試験材Ｓの温度低下が小さい。これにより、従来のマルシニアック法の場合と比較しても、パンチ３の肩から側壁の範囲において、試験材Ｓ及び駆動板８の温度低下が抑制され、試験材Ｓの割れ又は駆動板８の割れを抑制することができる。さらに、試験材Ｓにおいてパンチ先端部３２の内側の領域は、パンチ３と接触していないため、温度低下が極めて小さい。これにより、試験材Ｓは、パンチ３の中心軸上又はその近辺で割れやすい。したがって、測定されるＦＬＤが安定する。よって、高温プレス成形時の鋼板のＦＬＤを安定して測定することができる。

第４実施形態において、パンチ先端部３２は、円状の最先端３２１と、最先端３２１の径方向外側に隣接する外縁面３２２と、を含む。この場合、張出し成形の際、駆動板８は、先ずパンチ先端部３２の最先端３２１と接触し、続いてパンチ先端部３２の外縁面３２２と次第に接触する。外縁面３２２が凸に湾曲しているため、試験材Ｓは駆動板８と共に、外縁面３２２に沿って滑らかに変形する。したがって、測定されるＦＬＤがより安定する。

第４実施形態では、ダイス穴２１の直径とパンチ本体部３１の直径との差が、試験材Ｓと駆動板８の合計板厚の２倍以上であるため、ダイス穴２１の内周面とパンチ本体部３１の外周面との隙間が、試験材Ｓと駆動板８の合計板厚の１倍以上となる。この場合、張出し成形の際、試験材Ｓとダイス穴２１の内周面との接触が抑制されるとともに、駆動板８とパンチ本体部３１の外周面との接触が抑制される。これにより、張出し成形の際、試験材Ｓとダイス穴２１の内周面との間の非接触が実質的に確保されるとともに、駆動板８とパンチ本体部３１の外周面との間の非接触が実質的に確保される。したがって、熱伝導で試験材Ｓ及び駆動板８の温度が不意に低下するのを抑制することができ、摩擦で試験材Ｓ及び駆動板８が不意に破断するのを抑制することができる。

第４実施形態では、駆動板８の孔８１の直径が、パンチ先端部３２の最先端３２１の直径よりも小さい。この場合、張出し成形の開始から終了までの間、駆動板８の孔８１が拡大するように変形しても、パンチ先端部３２が駆動板８の孔８１内に抜けることはない。これにより、パンチ先端部３２が不意に試験材Ｓと接触するのを抑制することができる。駆動板８の孔８１の直径に対するパンチ先端部３２の最先端３２１の直径は、好ましくは、１．６以上２．０以下である。

＜第５実施形態＞
図５は、第５実施形態に係る試験装置１Ｄの概略構成を示す図である。試験装置１Ｄは、第２実施形態と同様のしわ押さえ６Ａを備える点で、第４実施形態に係る試験装置１Ｃと異なる。

図５を参照して、試験装置１Ｄは、第２実施形態と同様に、しわ押さえ６Ａをさらに備える。しわ押さえ６Ａは、第２実施形態と同様に、複数のガイド棒６１Ａによってスライド４から吊り下げられている。しわ押さえ６Ａとスライド４との間には、第２実施形態と同様に、複数の圧縮コイルばね６２Ａが設けられている。

第５実施形態に係る試験装置１Ｄによれば、張出し成形の際、試験材Ｓ及び駆動板８は、しわ押さえ６Ａとダイス２との間に挟み込まれる。この場合、試験材Ｓ及び駆動板８の不定形な変形が抑制される。これにより、試験材Ｓの変形が均一になる。

＜第６実施形態＞
図６は、第６実施形態に係る試験装置１Ｅの概略構成を示す図である。試験装置１Ｅは、第３実施形態と同様の潤滑材の被膜７Ａを備える点で、第４実施形態に係る試験装置１Ｃと異なる。

図６を参照して、試験装置１Ｅでは、パンチ先端部３２の表面に、潤滑材の被膜７Ａが形成されている。被膜７Ａは、パンチ先端部３２のみならず、パンチ３の表面全域に被膜を形成していてもよい。被膜７Ａは、第３実施形態で用いた潤滑材の被膜７と同種である。

第６実施形態に係る試験装置１Ｅによれば、相互に接触するパンチ先端部３２と駆動板８との間の摩擦係数が、潤滑材の被膜７Ａによって、低減される。これにより、円滑に張出し成形を行うことができる。

図６に示す試験装置１Ｅでは、潤滑材の被膜７Ａは、パンチ先端部３２の表面に形成されている。ただし、潤滑材の被膜７Ａは、駆動板８のパンチ３側の表面に形成されていてもよい。被膜７Ａは、パンチ先端部３２の表面、及び駆動板８のパンチ３側の表面の両方に形成されていてもよい。いずれの場合であっても、相互に接触するパンチ先端部３２と駆動板８との間の摩擦係数が低減される。

本実施形態の潤滑材の被膜７Ａは、第５実施形態に係る試験装置１Ｄに適用することも可能である。

＜第７実施形態＞
図７は、第７実施形態に係る試験装置１Ｆの概略構成を示す図である。試験装置１Ｆは、駆動板８Ａの構成において、第４実施形態に係る試験装置１Ｃと異なる。

図７を参照して、試験装置１Ｆでは、駆動板８Ａの縁に凸条８２が形成されている。凸条８２は、駆動板８のうちパンチ３側に突出している部分である。凸条８２は、駆動板８Ａの縁に沿って延びている。

駆動板８Ａの平面形状が矩形である場合、凸条８２は、駆動板８Ａの４つの縁のうち、全ての縁に設けられてもよいし、対向する２つの縁に設けられてもよい。ただし、凸条８２は、駆動板８Ａの１つ以上の縁に設けられていればよい。

第７実施形態に係る試験装置１Ｆでは、駆動板８Ａの縁に凸条８２が設けられているため、駆動板８Ａの縁の剛性が高まる。この場合、張出し成形の際、駆動板８Ａの縁の形状が維持され、駆動板８Ａの不定形な変形が抑制される。これにより、駆動板８Ａ及び試験材Ｓの変形が均一になる。

本実施形態の駆動板８Ａは、第５実施形態に係る試験装置１Ｄに適用することも可能である。この場合、しわ押さえ６Ａの下面（具体的には、駆動板８Ａ側の面）に、凸条８２に対応する溝が形成されている。張出し成形の際、その溝が凸条８２に係合する。これにより、駆動板８Ａの縁の形状がより維持され、駆動板８Ａの不定形な変形がより抑制される。

また、本実施形態の駆動板８Ａは、第６実施形態に係る試験装置１Ｅに適用することも可能である。

＜第８実施形態＞
図８は、第８実施形態に係る試験装置１Ｇの概略構成を示す図である。試験装置１Ｇは、駆動板８Ｂの構成において、第４実施形態に係る試験装置１Ｃと異なる。

図８を参照して、試験装置１Ｇでは、駆動板８Ｂの縁が曲げ起こされている。この曲げ起こし部８３は、駆動板８Ｂのうちパンチ３側に向けて曲げ起こされた部分である。曲げ起こし部８３は、駆動板８Ｂの縁に沿って延びている。

駆動板８Ｂの平面形状が矩形である場合、曲げ起こし部８３は、駆動板８Ｂの４つの縁のうち、全ての縁に設けられてもよいし、対向する２つの縁に設けられてもよい。ただし、曲げ起こし部８３は、駆動板８Ｂの１つ以上の縁に設けられていればよい。

第８実施形態に係る試験装置１Ｇでは、駆動板８Ｂの縁が曲げ起こされて、駆動板８Ｂの縁に曲げ起こし部８３が設けられているため、駆動板８Ｂの縁の剛性が高まる。この場合、張出し成形の際、駆動板８Ｂの縁の形状が維持され、駆動板８Ｂの不定形な変形が抑制される。これにより、駆動板８Ｂ及び試験材Ｓの変形が均一になる。

本実施形態の駆動板８Ｂは、第５実施形態に係る試験装置１Ｄに適用することも可能である。この場合、張出し成形の際、しわ押さえ６Ａが駆動板８Ｂに接触した後、曲げ起こし部８３がしわ押さえ６Ａの外周面に当接する。これにより、駆動板８Ｂの縁の形状がより維持され、駆動板８Ｂの不定形な変形がより抑制される。

また、本実施形態の駆動板８Ｂは、第６実施形態に係る試験装置１Ｅに適用することも可能である。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記各実施形態では、試験材Ｓを加熱する加熱装置５として、通電加熱装置が用いられる。しかしながら、加熱装置５は、他の方式の加熱装置であってもよい。また、試験材Ｓは、試験装置１の外部で加熱されてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ：試験装置
Ａ：軸
Ｓ：試験材
２：ダイス
２１：ダイス穴
３：パンチ
３１：パンチ本体部
３２：パンチ先端部
３２１：最先端
３２２：外縁面
４：スライド
５：加熱装置
５１，５２：電極
６，６Ａ：しわ押さえ
７，７Ａ：潤滑材の被膜
８，８Ａ，８Ｂ：駆動板
８１：孔

Claims (12)

1. 高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する試験装置であって、
   横断面が円形のダイス穴が設けられたダイスと、
   前記ダイス穴と共有する軸を有し、前記軸に沿って前記ダイスに向かって移動可能なパンチと、
   前記パンチの移動開始前に前記鋼板を加熱する加熱装置と、を備え、
   前記パンチは、
   前記軸を中心軸として有するパンチ本体部と、
   前記パンチ本体部の前記ダイス側に位置し、前記軸を中心軸としたリング状のパンチ先端部と、を備える、試験装置。
2. 請求項１に記載の試験装置であって、
   前記パンチ先端部は、
   前記ダイスに最も近い位置にある最先端であって、前記軸を中心軸とした円状の前記最先端と、
   前記最先端の径方向外側に隣接する外縁面であって、前記軸を中心としたリング状で、凸に湾曲した前記外縁面と、を含む、試験装置。
3. 請求項１又は２に記載の試験装置であって、
   前記パンチ本体部の横断面が円形であり、
   前記ダイス穴の直径と前記パンチ本体部の直径との差が、前記鋼板の板厚の２倍以上である、試験装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の試験装置であって、
   前記パンチ先端部の表面、及び前記鋼板の前記パンチ側の表面の少なくとも一方に、潤滑材の被膜が形成されている、試験装置。
5. 請求項１に記載の試験装置であって、さらに、
   前記鋼板の前記パンチ側の表面に積み重ねられる駆動板であって、前記軸を中心として有する孔が形成された前記駆動板を備え、
   前記加熱装置は、前記鋼板を前記駆動板と共に加熱する、試験装置。
6. 請求項５に記載の試験装置であって、
   前記パンチ先端部は、
   前記ダイスに最も近い位置にある最先端であって、前記軸を中心軸とした円状の前記最先端と、
   前記最先端の径方向外側に隣接する外縁面であって、前記軸を中心としたリング状で、凸に湾曲した前記外縁面と、を含む、試験装置。
7. 請求項６に記載の試験装置であって、
   前記駆動板の前記孔の直径は、前記パンチ先端部の前記最先端の直径よりも小さい、試験装置。
8. 請求項５～７のいずれか１項に記載の試験装置であって、
   前記駆動板の縁に凸条が形成されている、試験装置。
9. 請求項５～７のいずれか１項に記載の試験装置であって、
   前記駆動板の縁が曲げ起こされている、試験装置。
10. 請求項５～９のいずれか１項に記載の試験装置であって、
    前記パンチ本体部の横断面が円形であり、
    前記ダイス穴の直径と前記パンチ本体部の直径との差が、前記鋼板と前記駆動板の合計板厚の２倍以上である、試験装置。
11. 請求項５～１０のいずれか１項に記載の試験装置であって、
    前記パンチ先端部の表面、及び前記駆動板の前記パンチ側の表面の少なくとも一方に、潤滑材の被膜が形成されている、試験装置。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の試験装置を用いて、高温プレス成形時の鋼板の成形限界線図を測定する試験方法。