[发明专利]圆筒成形加工用材料的设计方法及圆筒成形加工品

说明书

技术领域

本发明涉及能够使圆筒成形加工时的回弹角为预定值的金属材料的设计方法及圆筒成形加工品。

背景技术

在食品容器、医疗器械、金属容器、装置部件等中，使用对金属材料实施基于弯曲加工的圆筒成形加工(以下，称为圆筒成形加工)而制造出的圆筒状的加工品。例如，在由盖、主体、底构成的三部分罐中，在主体部使用实施了圆筒成形加工的圆筒状的加工品。

一般来说，对金属材料(金属板)实施圆筒成形加工，之后除去载荷后，金属材料因弹性的恢复而引起回弹，其结果是圆筒形状变化。因此，在进行圆筒成形加工的情况下，需要预先考虑该回弹来确定加工条件。

作为最近的趋势，为了实现原材料成本的降低而寻求使金属材料的板厚变薄(以下，称为薄壁化)。然而，存在如下问题：若薄壁化，则回弹角变大而无法确保预定的圆筒形状、即预定的卷宽。这里，所谓回弹角是通过在弯曲加工中从负载时的弯曲角至除去载荷后的弯曲角的变化量来定义的。另外，如图1所示，卷宽被定义为通过圆筒成形加工形成圆筒状的金属板的一端与相反侧的一端的间隔，因此卷宽的值表示为：设两端相接的状态为0，打开的状态为正，重叠的状态为负。

当卷宽因薄壁化而变化时，会妨碍之后的工序(例如焊接端部而形成三部分罐的主体部的工序)，因此即使进行薄壁化也需要使卷宽不变化。因此，在圆筒成形加工工序中，在由板厚较厚的金属材料替换成薄的金属材料的情况下，只有重新设定成形加工条件或者改造成形装置，从而妨碍生产率的提高和成本的降低。

因此，如果能够设计出即使在降低板厚的情况下也能够得到预定的圆筒形状(卷宽)那样的金属材料，则不需要成形加工条件的再设定或成形装置的改造。即，需要设计出即使变更板厚也能够得到与板厚变更前同等的回弹角的金属材料。

然而，假设供加工的金属材料为不产生加工硬化的完全弹塑性体，则能够在理论上通过下述式(2)算出回弹角(参照非专利文献1)。

Δθ/θ＝3(YP·r)/(E·t)-4[(YP·r)/(E·t)]³…(2)

其中，Δθ：回弹角(度)，θ：弯曲角(度)，r：弯曲曲率半径(mm)，t：板厚(mm)，YP：屈服强度(MPa)，E：杨氏模量(MPa)。

因此，利用式(2)根据作为目标的板厚和回弹角算出金属材料所需的机械特性(杨氏模量、屈服强度)，并设计出具有该机械特性的金属材料即可。

然而，根据非专利文献2，报告了由上述式(2)表示的理论式不一定准确地再现实验事实。进而，在非专利文献2中，提出了以不锈钢板为对象的实验式，但金属材料不限定于不锈钢板，不能说适用于多种多样的金属材料，从而在通用性的方面留有课题。

现有技术文献

非专利文献1：马场、桥田：铁和钢日本钢铁协会会志、49(3)(1963)P507

非专利文献2：杉本、福井、三井、渡边、中村：铁和钢、66(1980)S976

发明内容

发明所要解决的课题

本发明正是鉴于上述情况而完成的，本发明新发现了算出对具有多种多样的机械特性和板厚的金属材料进行圆筒成形加工时的回弹角的方法，本发明的目的在于提供利用该算出方法设计具有能够使回弹角为预定值的材质(机械特性)的金属材料的方法以及对通过该方法设计出的金属材料实施圆筒成形加工而制造出的加工品。

用于解决课题的技术方案

本发明的主要内容如下。

【1】圆筒成形加工用材料的设计方法的特征在于，在对实施基于弯曲加工的圆筒成形加工的金属材料进行设计时，基于下述(1)式算出所述金属材料的屈服强度YP、杨氏模量E及板厚t，以便在弯曲曲率半径r为5mm以上、弯曲角θ为90度以上且180度以下的条件下对金属材料实施圆筒成形加工后的回弹角Δθ为预定值，并以具有该算出的屈服强度YP及杨氏模量E的方式设计所述金属材料，

Δθ/θ＝-5.52[(YP·r)/(E·t)]²+4.13(YP·r)/(E·t)…(1)

这里，Δθ：回弹角(度)，θ：弯曲角(度)，YP：屈服强度(MPa)，E：杨氏模量(MPa)，t：板厚(mm)，r：弯曲曲率半径(mm)。

【2】圆筒成形加工品的特征在于，所述圆筒成形加工品是通过对利用权利要求1所述的方法设计出的金属材料实施基于弯曲加工的圆筒成形加工来制造的。

发明效果