CN117957074A - 冲压成形裂纹判定方法、冲压成形裂纹判定装置和冲压成形裂纹判定程序、及冲压成形裂纹抑制方法 - Google Patents

冲压成形裂纹判定方法、冲压成形裂纹判定装置和冲压成形裂纹判定程序、及冲压成形裂纹抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明所涉及的冲压成形裂纹判定方法对在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，包括：步骤(S10)，基于使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验和其FEM解析，导出与金属板的裂纹产生相关的成形极限条件；及步骤(S20)，基于所导出的成形极限条件，判定在金属板的冲压成形中变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。

Description

冲压成形裂纹判定方法、冲压成形裂纹判定装置和冲压成形 裂纹判定程序、及冲压成形裂纹抑制方法
技术领域
本发明涉及对在金属板(metal sheet)的冲压成形(press forming)中金属板的变形路径(deformation path)从压缩变形(compressive deformation)变化为拉伸变形(tensile deformation)的部位的裂纹(fracture)产生的有无进行判定的冲压成形裂纹判定方法、冲压成形裂纹判定装置和冲压成形裂纹判定程序。另外，本发明涉及基于上述判定的结果来抑制上述裂纹产生的冲压成形裂纹抑制方法。
背景技术
作为近年来对能源、地球环境问题的应对，对以改善汽车的燃效为目的的车身(automotive body)的轻量化(weight reduction)和碰撞安全性(collision safety)的提升的要求提高。为了应对这些要求，以车身的轻量化为目的的高强度钢板(high-strengthsteel sheet)的应用不断扩大。并且，为了兼顾碰撞性能(crash worthiness)和车身的轻量化，进一步要求将高张力钢板冲压成形为各种形状的汽车部件的技术的开发。另外，发达国家提出了汽油车的废弃目标等，动力的转换也迅速发展，特别是向电动汽车的转换变显著。电动汽车需要将蓄电池装载于车身。因此，今后，如蓄电池壳体那样的对金属板进行深拉深加工(deep drawing)而成的汽车部件的需求有可能激增，急需开发应对这种需求的冲压成形技术。
作为冲压成形技术的最大的课题，可举出在冲压成形过程中产生的裂纹。一般而言，在冲压成形时产生裂纹的冲压成形的形态可以分为弯曲变形(bending deformation)、拉伸翻边变形(stretch flanging deformation)、拉伸变形(drawing deformation)和鼓胀变形(bulging deformation)这四种。并且，提出了几种在这些冲压成形的形态中，预先判定裂纹产生的有无的技术。例如，作为判定弯曲变形中的裂纹产生的方法，公开了根据V弯曲试验(V-bending test)的裂纹产生时的弯曲外侧表面应变(strain)量来判定弯曲裂纹的方法(专利文献1)。另外，作为判定拉伸翻边变形中的裂纹产生的方法，公开了根据扩孔试验(hole expansion test)后的剪切边缘(sheared edge)附近的应变梯度，计算拉伸翻边(stretch flange)部的板边缘(sheet edge)裂纹的成形极限(forming limit)的方法(专利文献2)。
而且，拉伸变形和鼓胀变形中的裂纹产生的判定广泛利用成形极限线图(FormingLimit Diagram)(FLD)(非专利文献1)。FLD可以通过简单的成形试验得到。另外，在使用印刷有划线圆(scribed circle)、各种点图案的金属板(坯料(blank))的冲压成形品的冲压成形中，通过基于印刷形状的变化测定金属板的应变分布，能够容易地应用于实际的冲压成形品中的裂纹产生的有无的判定。另外，在许多商用的CAE(Computer AidedEngineering：计算机辅助工程)求解器(solver)中，也安装有使用通过冲压成形模拟(press forming simulation)而求出的结果，利用FLD判定裂纹产生的有无的功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-128956号公报
专利文献2：日本特开2009-204427号公报
非专利文献
非专利文献1：ISO 12004-2：2008，“Metallic materials-Sheet and strip-Determination of forming-limit curves-Part 2：Determination of forming-limitcurves in the laboratory”，2008.
发明内容
发明所要解决的课题
但是，能够利用FLD判定裂纹产生的有无的是在拉伸成形、鼓胀成形中以一定的变形路径产生的裂纹。在冲压成形期间变形路径从压缩变形向拉伸变形变化的情况下，成形极限与以一定的变形路径变形的情况不同，因此无法应用利用FLD来判定裂纹产生的有无。另外，在变形路径从一次路径向二次路径变化的情况下，根据一次路径和二次路径各自的变形模式(压缩变形、拉伸变形)的组合、从一次路径向二次路径变化的应变分配比的不同，可考虑无数的变形路径。因此，使用基于变形路径为一定的简易的成形试验制成的FLD来判定裂纹产生的有无是有限制的。而且，如果在冲压成形中在金属板的压缩变形期间产生褶皱，则产生褶皱(wrinles)的部位及其周围的应力(stress)发生变化。因此，也需要考虑所产生的褶皱对成形极限的影响，但在FLD中无法考虑这样的影响。
特别是，在如实际的汽车车身部件(automotive part)那样复杂的形状的冲压成形的基于拉伸加工(drawing)的冲压成形中变形路径从压缩变形转变为拉伸变形的情况下，有时会发生如以下的不良情况。即，若一次路径中的压缩变形时的压缩变形量大，则即使在之后的二次路径中的拉伸变形量小的情况下，也容易产生裂纹，有时无法使用FLD适当地判定裂纹产生的有无。而且，要求在变形路径从一次路径向二次路径变化的冲压成形中抑制裂纹的产生的技术。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种对在金属板的冲压成形过程中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹的产生的有无进行判定的冲压成形裂纹判定方法、冲压成形裂纹判定装置和冲压成形裂纹判定程序。另外，本发明的另一目的在于提供一种能够基于上述裂纹的产生的有无的判定来抑制裂纹产生的冲压成形裂纹抑制方法。
用于解决课题的技术方案
本发明所涉及的冲压成形裂纹判定方法对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，所述冲压成形裂纹判定方法包括成形极限条件导出步骤和冲压成形极限判定步骤，所述成形极限条件导出步骤具有：基础成形试验工序，在各种成形条件下进行使所述金属板以所述变形路径变形的基础成形试验(basic forming test)，并针对所述各种成形条件，取得所述金属板中的所述变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无；基础成形试验FEM解析工序，针对所述各种成形条件(forming condition)进行以所述金属板的所述基础成形试验为解析对象的FEM解析(finite element analysis)，计算所述金属板的板厚的变化；基础成形试验裂纹判定参数(forming crack estimation parameter)计算工序，基于在所述基础成形试验FEM解析工序中计算出的所述金属板的板厚的变化，针对所述各种成形条件，求出最大板厚增加量(maximum thickness increment)和相对板厚减少量(relative thickness decrement)作为基础成形试验裂纹判定参数，所述最大板厚增加量是在所述变形路径的压缩变形中所述金属板达到最大板厚的板厚的变化量，所述相对板厚减少量是在所述变形路径中从压缩变形变化为拉伸变形而所述金属板从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量；基础成形试验裂纹判定参数标绘工序，将在所述基础成形试验工序中针对所述各种成形条件所取得的裂纹产生的有无与在所述基础成形试验裂纹判定参数计算工序中针对所述各种成形条件求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联，并标绘在以所述最大板厚增加量和所述相对板厚减少量为各轴的二维坐标(two-dimensionalcoordinate)上；及成形极限条件取得工序，基于标绘到所述二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，求出成形极限线(forming limit diagram)作为成形极限条件，所述成形极限线对所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分，所述冲压成形极限判定步骤具有：冲压成形FEM解析工序，进行以所述金属板为对象的冲压成形的FEM解析；冲压成形裂纹判定区域设定工序，基于所述冲压成形FEM解析工序的FEM解析结果，将所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域；冲压成形裂纹判定参数计算工序，针对在所述冲压成形裂纹判定区域设定工序中所设定的所述裂纹产生判定区域，计算所述金属板的冲压成形中的压缩变形中的最大板厚增加量和所述冲压成形中的拉伸变形中的相对板厚减少量，作为冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数；及冲压成形裂纹产生有无判定工序，将在所述冲压成形裂纹判定参数计算工序中计算出的冲压成形裂纹判定参数与在所述成形极限条件取得工序中所取得的所述成形极限条件进行比较，判定所述裂纹产生判定区域中的裂纹产生的有无。
本发明所涉及的冲压成形裂纹判定装置对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，所述冲压成形裂纹判定装置具备成形极限条件导出单元和冲压成形极限判定单元，所述成形极限条件导出单元具有：基础成形试验结果取入部，取入试验结果，所述试验结果与针对基础成形试验的各种成形条件所取得的所述金属板中的所述变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关，所述基础成形试验使所述金属板以所述变形路径变形；基础成形试验FEM解析部，针对所述各种成形条件进行以所述金属板的所述基础成形试验为解析对象的FEM解析，计算所述金属板的板厚的变化；基础成形试验裂纹判定参数计算部，基于由所述基础成形试验FEM解析部计算出的所述金属板的板厚的变化，针对所述各种成形条件，求出最大板厚增加量和相对板厚减少量作为基础成形试验裂纹判定参数，所述最大板厚增加量是在所述变形路径的压缩变形中所述金属板达到最大板厚的板厚的变化量，所述相对板厚减少量是在所述变形路径中从压缩变形变化为拉伸变形而所述金属板从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量；基础成形试验裂纹判定参数标绘部，将由所述基础成形试验结果取入部所取入的裂纹产生的有无与由所述基础成形试验裂纹判定参数计算部求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联，并标绘在以所述最大板厚增加量和所述相对板厚减少量为各轴的二维坐标上；及成形极限条件取得部，基于标绘到所述二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，求出成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分，所述冲压成形极限判定单元具有：冲压成形FEM解析部，进行以所述金属板为对象的冲压成形的FEM解析；冲压成形裂纹判定区域设定部，基于由所述冲压成形FEM解析部进行的FEM解析结果，将所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域；冲压成形裂纹判定参数计算部，针对在所述冲压成形裂纹判定区域设定部中所设定的所述裂纹产生判定区域，求出所述金属板的冲压成形中的压缩变形中的最大板厚增加量和所述冲压成形中的拉伸变形中的相对板厚减少量，作为冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数；及冲压成形裂纹产生有无判定部，将由所述冲压成形裂纹判定参数计算部计算出的冲压成形裂纹判定参数与由所述成形极限条件取得部所取得的所述成形极限条件进行比较，判定所述裂纹产生判定区域中的裂纹产生的有无。
本发明所涉及的冲压成形裂纹判定程序对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，所述冲压成形裂纹判定程序具备使计算机作为成形极限条件导出单元和冲压成形极限判定单元而执行的功能，所述冲压成形裂纹判定程序具有使所述成形极限条件导出单元作为如下各部而执行的功能：基础成形试验结果取入部，取入试验结果，所述试验结果与针对基础成形试验的各种成形条件所取得的所述金属板中的所述变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关，所述基础成形试验使所述金属板以所述变形路径变形；基础成形试验FEM解析部，针对所述各种成形条件进行以所述金属板的所述基础成形试验为解析对象的FEM解析，计算所述金属板的板厚的变化；基础成形试验裂纹判定参数计算部，基于由所述基础成形试验FEM解析部计算出的所述金属板的板厚的变化，针对所述各种成形条件，求出最大板厚增加量和相对板厚减少量作为基础成形试验裂纹判定参数，所述最大板厚增加量是在所述变形路径的压缩变形中所述金属板达到最大板厚的板厚的变化量，所述相对板厚减少量是在所述变形路径中从压缩变形变化为拉伸变形而所述金属板从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量；基础成形试验裂纹判定参数标绘部，将由所述基础成形试验结果取入部所取入的各种成形条件下的金属板的裂纹产生的有无与由所述基础成形试验裂纹判定参数计算部求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联，并标绘在以所述最大板厚增加量和所述相对板厚减少量为各轴的二维坐标上；及成形极限条件取得部，基于标绘到所述二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，求出成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分，所述冲压成形裂纹判定程序具有使所述冲压成形极限判定单元作为如下各部而执行的功能：成形极限条件取得部，作为与所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件而求出；冲压成形FEM解析部，进行以所述金属板为对象的冲压成形的FEM解析；冲压成形裂纹判定区域设定部，基于由所述冲压成形FEM解析部进行的FEM解析结果，将所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域；冲压成形裂纹判定参数计算部，针对在所述冲压成形裂纹判定区域设定部中所设定的所述裂纹产生判定区域，求出所述金属板的冲压成形中的压缩变形中的最大板厚增加量和所述冲压成形中的拉伸变形中的相对板厚减少量，作为冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数；及冲压成形裂纹产生有无判定部，将由所述冲压成形裂纹判定参数计算部计算出的冲压成形裂纹判定参数与由所述成形极限条件取得部所取得的所述成形极限条件进行比较，判定所述裂纹产生判定区域中的裂纹产生的有无。
本发明所涉及的冲压成形裂纹抑制方法通过本发明所涉及的冲压成形裂纹判定方法，对在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，并基于该判定的结果，求出抑制冲压成形中的裂纹产生的成形条件，其中，在所述冲压成形裂纹产生有无判定工序中判定为在所述裂纹产生判定区域中有裂纹产生的情况下，变更所述冲压成形FEM解析工序中的成形条件，反复进行所述冲压成形FEM解析工序、所述冲压成形裂纹判定区域设定工序、所述冲压成形裂纹判定参数计算工序和所述冲压成形裂纹产生有无判定工序，直到判定为在所述裂纹产生判定区域中没有裂纹产生。
发明效果
在本发明中，进行使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验，导出与金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件。然后，能够基于所导出的成形极限条件，判定在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。
根据本发明，能够对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生进行判定，并且能够基于该判定，对金属板的形状变更、模具(tool of press forming)的修正等成形条件进行变更。另外，能够大幅缩短用于决定在实际的冲压成形中能够抑制裂纹的产生的成形条件的期间。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法的处理的流程的流程图。
图2是说明在本发明的实施方式1和实施方式2中，金属板的变形路径从压缩变形变为拉伸变形的部位处的金属板的板厚的变化、和作为判定裂纹产生的有无的裂纹判定参数而求出的最大板厚增加量和相对板厚减少量的图表。
图3是说明在本发明的实施方式1和实施方式2中，作为基础成形试验，将金属板拉伸加工成方筒状的有底容器的模具的一例的图((a)立体图，(b)与成形方向(formingdirection)平行的剖视图，(c)与成形方向正交的剖视图)。
图4是说明对金属板进行拉伸加工而成的方筒状的有底柱状容器和在该拉伸加工中变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的图。
图5是说明在本发明的实施方式1和实施方式2中所使用的金属板的形状和尺寸的图。
图6是表示在本发明的实施方式1中，将通过将金属板拉伸加工成方筒状的基础成形试验而求出的裂纹产生的有无与通过基础成形试验的FEM要素解析作为基础成形试验裂纹判定参数而求出的最大板厚增加量和相对板厚减少量相关联地标绘到二维坐标上的结果、和基于所标绘的裂纹产生的有无的分布制成的成形极限线的图表。
图7是本发明的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定装置的框图。
图8是说明本发明的实施方式2所涉及的冲压成形裂纹抑制方法的处理的流程的流程图。
图9是说明在实施例中用于拉伸加工的模具的图((a)立体图、(b)与成形方向平行的A-A剖视图、(c)与成形方向正交的剖视图、(d)与成形方向平行的B-B剖视图)。
图10是说明在实施例中作为基于拉伸加工的成形对象的方筒状的有底柱状容器的图。
图11是说明在实施例中用于拉伸加工的金属板的图。
图12是表示在实施例中裂纹判定的结果的图表(其1)。
图13是表示在实施例中基于裂纹判定结果求出的裂纹危险度(fracture risk)的图(其1)。
图14是表示在实施例中裂纹判定的结果的图表(其2)。
图15是表示在实施例中基于裂纹判定结果求出的裂纹危险度的图(其2)。
具体实施方式
<达成发明的原委>
在对本发明的实施方式1和实施方式2进行说明之前，对想到本发明的原委进行说明。
发明人们对在冲压成形过程中金属板的变形路径从压缩变形向拉伸变形变化的情况下，成形极限与以一定的变形路径变形的情况不同的原因进行了深入研究。发明人们着眼于如下情况：如果一次路径中的由压缩变形引起的变形量大，则即使之后的二次路径中的由拉伸变形引起的变形量小，也容易产生材料裂纹(crack)(断裂(fracture))。并且，发明人们推测出如下的机理：在一次路径中由压缩变形引起的加工硬化(work hardening)产生影响，材料的延展性(ductility)等变形特性降低(受到损伤)，由于之后的二次路径中的拉伸变形而容易产生裂纹。因此，发明人们想到了用金属板的板厚方向的真应变(truestrain)(板厚变化量)分别表示一次路径中的由压缩变形引起的压缩变形量和二次路径中的由拉伸变形引起的拉伸变形量。
图2是示意性地表示使金属板以从压缩变形向拉伸变形变化的变形路径发生了变形的情况下的板厚的变化的图。在图2中，纵轴是由从压缩变形向拉伸变形变化的变形路径中的金属板的板厚方向的真应变(＝-ln(变形后板厚/变形前板厚))赋予的板厚减少率(thickness reduction ratio)，横轴是从金属板的变形开始起的经过时间。此时，(i)一次路径中的由压缩变形引起的板厚方向的真应变εcompression和(ii)二次路径中的由拉伸变形引起的板厚方向的真应变εtension after compression分别由式(1)和式(2)赋予。
[公式1]
εcompression＝-ln(hc/h0)…(1)
εtension after compression＝-ln((hc-ht)/hc)…(2)
其中，h0为金属薄板的初始板厚，
hc为压缩变形中的最大板厚(maximum thickness)，
ht为拉伸变形中的最小板厚(minimum thickness)。
发明人们想到了将压缩变形和拉伸变形各自的真应变作为压缩变形量和拉伸变形量求出，并基于这些变形量来判定使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径发生了变形时的该金属板中的裂纹产生的有无。另外，由压缩变形引起的加工硬化与之后的延展性等变形特性的降低之间的关系被认为是用于冲压成形的金属板所固有的特性。因此，发明人们想到了代替实际的冲压成形，通过使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的成形试验，求出金属板中裂纹产生的有无。
但是，即使能够通过使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的成形试验求出裂纹产生的有无，也难以直接实测变形路径中的金属板的因压缩变形而产生的最大板厚hc和因拉伸变形而产生的最小板厚ht。
因此，发明人们进行了再现从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径中的金属板的变形的FEM(Finite Element Method：有限元法)解析。并且，发明人们计算相当于金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的要素的板厚的变化，并根据该计算出的板厚的变化求出最大板厚(maximum thickness)和最小板厚(minimum thickness)。
本发明是基于上述研究而完成的，以下，对本发明的实施方式1和实施方式2进行说明。
[实施方式1]
<冲压成形裂纹判定方法>
本发明的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法对在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定。如图1所示，冲压成形裂纹判定方法包括成形极限条件导出步骤S10和冲压成形极限判定步骤S20。
《成形极限条件导出步骤》
成形极限条件导出步骤S10是如下步骤：进行使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验，导出与金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件。如图1所示，成形极限条件导出步骤S10具有基础成形试验工序S11、基础成形试验FEM解析工序S13、基础成形试验裂纹判定参数计算工序S15、基础成形试验裂纹判定参数标绘工序S17和成形极限条件取得工序S19。
(基础成形试验工序)
基础成形试验工序S11是如下工序：在各种成形条件下进行使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验，并针对各种成形条件取得金属板中的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。
在本实施方式1中，使用图3所例示的具备冲头(punch)33、冲模(die)35和压边圈(blank holder)37的模具31，进行将金属板(未图示)拉伸加工成图4所示的方筒状的有底柱状容器41的基础成形试验。如图4所示，有底柱状容器41具有底部(bottom portion)43、纵壁部(side wall portion)45和凸缘部(flange portion)47。图4示出了有底柱状容器41的以拐角部(corner portion)41a为中心的1/4的区域。
在有底柱状容器41的拉伸加工中，通过一边利用冲模35和压边圈37夹持金属板的端部一边将冲头33压入到冲模35的冲模孔部(die hole portion)35a，由此金属板被冲头33朝向冲模孔部35a拉入。由此，金属板朝向冲模孔部35a流动，沿着冲模孔部35a的外缘周向受到压缩变形。并且，金属板中的受到了压缩变形的部位通过与冲头肩部33a接触而被压入到冲模孔部35a，由此受到拉伸变形，在被拉入到冲模孔部35a后也受到拉伸变形。其结果是，有底柱状容器41的角部41a及其周边的纵壁部45以从压缩变形向拉伸变形变化的变形路径成形。
基础成形试验中的各种成形条件只要变更金属板的形状和尺寸、压边圈对金属板的压边力(blank holder pressure)、金属板中的由冲模和压边圈夹持的部位的润滑条件(lubricated condition)、对金属板赋予的焊道形状(bead-shape)等而适当设定即可。润滑条件包括润滑油(lubricating oil)的种类、粘度(viscosity coefficient)、供给量、极压添加剂(extreme pressure additive)的添加等。
特别是，在使用图3所示的模具进行拉伸加工的基础成形试验中，通过变更金属板的形状或由压边圈37对金属板赋予的压边力，能够容易地变更成形条件。
在本实施方式1中，将冲头肩部(shoulder part of a punch)33a的冲头肩半径(radius of shoulder part)设为R12mm，将冲模肩部(shoulder part of a die)35b的冲模肩半径(radius of die part)设为R5mm，将拐角部41a的拐角半径设为R25mm。并且，对于金属板，将板厚1.4mm、980MPa级(MPa-class)的钢板(steel sheet)作为供试材料，使用图5所示的形状和尺寸的金属板51。另外，由压边圈37产生的压边力在5～20tonf的范围内变更，设定基础成形试验中的各种成形条件。
表1示出将金属板51(图5)拉伸加工成方筒状的有底柱状容器41(图4)的基础成形试验中的成形条件(金属板的形状、尺寸和压边力)和裂纹产生的有无。
[表1]
(基础成形试验FEM解析工序(以下简称为第一解析工序))
第一解析工序S13是如下工序：针对各种成形条件进行以金属板的基础成形试验为解析对象的FEM解析，并计算金属板的板厚的变化。
在本实施方式1中，第一解析工序S13中的FEM解析以使用模具31(图3)将金属板51(图5)拉伸加工成方筒状的有底柱状容器41(图4)的基础成形试验为解析对象。并且，第一解析工序S13中的成形条件为与基础成形试验工序S11中的基础成形试验相同的成形条件。
图2表示通过FEM解析计算出金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的板厚的变化的一例。如图2所示，金属板在压缩变形的过程中板厚增加而达到最大板厚hc，在压缩变形后拉伸变形的过程中板厚减少。将拉伸变形中的板厚的最小值表述为最小板厚ht。
在第一解析工序S13中，计算与在基础成形试验工序S11中取得了裂纹的产生的有无的金属板的部位相当的要素的板厚的变化。
(基础成形试验裂纹判定参数计算工序(以下简称为第一计算工序))
第一计算工序S15是如下工序：基于在第一解析工序S13中计算出的金属板的板厚的变化，针对各种成形条件计算基础成形试验裂纹判定参数。基础成形试验裂纹判定参数中包括最大板厚增加量和相对板厚减少量。所谓最大板厚增加量，是在变形路径的压缩变形中金属板达到最大板厚hc的板厚的变化量。所谓相对板厚减少量，是在变形路径中从压缩变形向拉伸变形变化而金属板从最大板厚hc达到最小板厚ht的板厚的变化量。
在第一解析工序S13中如图2所示那样计算出金属板的板厚的变化的情况下，第一计算工序S15使用金属板的初始的板厚h0和压缩变形下的最大板厚hc，计算压缩变形下的真应变εcompression作为最大板厚增加量。压缩变形下的真应变εcompression由上述的式(1)赋予。另外，在第一计算工序S15中，使用最大板厚hc和拉伸变形下的最小板厚ht，计算由上述式(2)赋予的压缩变形后的拉伸变形下的真应变εtension after compression作为相对板厚减少量。然后，在第一计算工序S15中，取得这样计算出的最大板厚增加量和相对板厚减少量作为基础成形试验裂纹判定参数。
在上述表1中，示出通过将金属板51(图5)拉伸加工成方筒状的有底柱状容器41(图4)的基础成形试验的FEM解析，针对各成形条件作为基础成形试验裂纹判定参数计算出的最大板厚增加量和相对板厚减少量的结果。
(基础成形试验裂纹判定参数标绘工序(以下简称为标绘工序))
在标绘工序S17中，如图6中作为一例所示，将在基础成形试验工序S11中针对各种成形条件所取得的裂纹的产生的有无与在第一计算工序S15中针对各种成形条件求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联。并且，标绘工序S17是在以最大板厚增加量和相对板厚减少量为各轴的二维坐标上进行标绘的工序。
在图6中，○标记的标绘表示在基础成形试验工序S11中无裂纹产生，×标记的标绘表示在基础成形试验工序S11中有裂纹产生。
(成形极限条件取得工序(以下简称为取得工序))
取得工序S19是如下工序：基于在标绘工序S17中标绘到二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，取得成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分。
图6表示作为成形极限条件而取得的成形极限线的一例。图6所示的成形极限线是基于在标绘工序S17中标绘到二维坐标上的基础成形试验裂纹判定参数的分布而制成的。成形极限线例如只要通过拟合求出对在基础成形试验裂纹判定参数中有裂纹产生与无裂纹产生的边界进行近似的函数式而制成即可。
对于作为本发明的对象的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的成形形态中的裂纹，在最大板厚增加量大的情况下，相对板厚减少量的极限值变低，相反，在最大板厚增加量小的情况下，相对板厚减少量的极限值变大。因此，成形极限线可以公式化为高次(high dimension)(例如三次)反函数(inverse function)。
具体而言，提取在标绘工序S17中所标绘的裂纹判定参数中的有裂纹产生的裂纹判定参数，并假定高次反函数作为平滑地连结所提取的裂纹判定参数的成形极限线。然后，只要决定反函数的系数，以使所提取的裂纹判定参数与所假定的反函数的误差平方和(sumof squared error)成为最小，由此制成成形极限线即可。
标绘到比成形极限线靠上的区域的裂纹判定参数必须全部为有裂纹产生。因此，提取有裂纹产生与无裂纹产生的边界附近即有裂纹产生的裂纹判定参数中的、各最大板厚增加量中的最小的相对板厚减少量的裂纹判定参数的标绘。
图6所示的成形极限线是假定式(3)所示的三次反函数而制成的，式(3)中的各系数的值为a＝2.1×10-10、b＝8.9×10-12、c＝2.0、d＝0、e＝0.01。
[公式2]
《冲压成形极限判定步骤》
冲压成形极限判定步骤S20是如下步骤：基于在成形极限条件导出步骤S10中所导出的成形极限条件，判定在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。如图1所示，冲压成形极限判定步骤S20具有冲压成形FEM解析工序S21、冲压成形裂纹判定区域设定工序S23、冲压成形裂纹判定参数计算工序S25和冲压成形裂纹产生有无判定工序S27。
(冲压成形FEM解析工序(以下简称为第二解析工序))
第二解析工序S21是进行以金属板为对象的冲压成形的FEM解析的工序。通过第二解析工序S21中的FEM解析，能够按照用于FEM解析的每个要素求出在冲压成形中在金属板产生的应变、应力和板厚等的变化。
(冲压成形裂纹判定区域设定工序(以下简称为设定工序))
设定工序S23是如下工序：基于第二解析工序S21中的FEM解析结果，将金属板的冲压成形中的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域。
在设定工序S23中，基于针对每个要素求出的应变，将冲压成形过程中的最小主应变(minimum principal strain)除以最大主应变(maximum principal strain)而得到的应变比从负(压缩)变化为正(拉伸)的要素设定为判定冲压成形中的裂纹产生的有无的裂纹判定区域。
(冲压成形裂纹判定参数计算工序(以下，简称为第二计算工序))
第二计算工序S25是如下工序：针对基于FEM解析结果在设定工序S23中所设定的裂纹产生判定区域，求出冲压成形裂纹判定参数。冲压成形裂纹判定参数中包括最大板厚增加量和相对板厚减少量，该最大板厚增加量是在压缩变形中达到最大板厚的板厚的变化量，该相对板厚减少量是从压缩变形向拉伸变形变化而从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量。在本实施方式中，使用金属板的初始的板厚h0和压缩变形下的最大板厚hc，计算由上述的式(1)赋予的压缩变形下的真应变εcompression作为最大板厚增加量。然后，使用最大板厚hc和拉伸变形下的最小板厚ht，计算由上述式(2)赋予的压缩变形后的拉伸变形下的真应变εtension after compression作为相对板厚减少量。
(冲压成形裂纹产生有无判定工序(以下简称为判定工序))
判定工序S27是如下工序：将在第二计算工序S25中计算出的冲压成形裂纹判定参数与在取得工序S19中所取得的成形极限条件进行比较，判定裂纹产生判定区域的裂纹产生的有无。
在判定工序S27中，裂纹产生判定区域的裂纹产生的有无具体如下进行。首先，将在第二计算工序S25中求出的冲压成形裂纹判定参数标绘在以最大板厚增加量和相对板厚减少量为纵轴和横轴的二维坐标上。
接着，在标绘了冲压成形裂纹判定参数的二维坐标上，描绘在成形极限条件导出步骤S10的取得工序S19中作为成形极限条件而取得的成形极限线。
然后，如果所标绘的冲压成形裂纹判定参数不超过成形极限线，即，冲压成形的相对板厚减少量比与冲压成形的最大板厚增加量对应的成形极限条件的相对板厚减少量小，则判定为无裂纹的产生。与此相对，如果冲压成形裂纹判定参数超过成形极限线，即，冲压成形的相对板厚减少量比与冲压成形的最大板厚增加量对应的成形极限条件的相对板厚减少量大，则判定为有裂纹。
以上，在本实施方式的冲压成形裂纹判定方法中，通过使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验及其FEM解析，导出与金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件。然后，能够基于所导出的成形极限条件，判定在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。
在本实施方式的冲压成形裂纹判定方法中，作为金属板的基础成形试验，使用图3所示的模具31，将金属板拉伸加工成图4所示的方筒状的有底柱状容器41。在这样的金属板的拉伸加工中，在沿着冲模孔部35a的外缘的方向上压缩变形，然后，在金属板被压入冲模孔部35a的方向上拉伸变形，因此，一次路径中的压缩变形的方向与二次路径中的拉伸变形的方向不一致。
金属板中的以从压缩变形向拉伸变形变化的变形路径变形的部位的裂纹被认为与一次路径中的由压缩变形引起的加工硬化和之后的二次路径中的拉伸变形有关。因此，本发明所涉及的冲压成形极限线取得方法中的基础成形试验如上述的拉伸加工那样，不必使一次路径中的压缩方向与二次路径中的拉伸方向一致。
因此，基础成形试验工序S11中的基础成形试验并不限于压缩方向与拉伸方向一致的单轴压缩拉伸试验(uniaxial compression-tension test)，如本实施方式所述，也可以是压缩方向与拉伸方向不一致的拉伸加工。
但是，在金属板的面内从压缩变形反转为拉伸变形的单轴压缩拉伸试验中，由于在金属板的压缩变形过程中发生压曲(buckling)，因此能够赋予金属板的压缩变形量停留在狭窄的范围。与此相对，在拉伸加工中，在使金属板压缩变形的一次路径中能够赋予大的压缩变形量，另外，在之后的二次路径中也能够赋予大的拉伸变形。由此，在基于拉伸加工的基础成形试验中，能够在较宽的范围内求出压缩变形中的最大板厚增加量和压缩变形后的拉伸变形中的相对板厚减少量。因此，能够在较宽的范围内制成对裂纹产生的有无进行划分的成形极限线，由此能够提高成形极限线的精度并且将能够应用的成形极限条件设为宽范围。
在基于拉伸加工的基础成形试验中，通过变更金属板的朝向冲模孔部35a(参照图3)的材料流动(metal flow)的流入阻力(inflow resistance)，能够变更成形条件。并且，通过变更基础成形试验中的成形条件，能够变更由压缩变形引起的最大板厚增加量和由拉伸变形引起的相对板厚减少量。
例如，在使用模具31对金属板进行拉伸加工的基础成形试验中，作为提高金属板的朝向冲模孔部35a的材料流动的流入阻力的成形条件，能够例示以下的条件。即，只要进行增大金属板的尺寸、增大由压边圈37产生的压边力、设为金属板与冲模35和压边圈37的摩擦系数(friction coefficient)高的润滑条件、对金属板赋予焊道形状等即可。
在提高材料流动的流入阻力的成形条件下，通过抑制金属板的朝向冲模孔部35a的流动，金属板的冲模孔部35a的外缘周向的压缩变形被缓和，因此最大板厚增加量变小。而且，由于被拉入到冲模孔部35a的材料流动减少，因此由拉伸加工引起的金属板的拉伸变形变大，相对板厚减少量变大。
在金属板的拉伸加工中，若在凸缘部产生了褶皱，则存在该产生的褶皱诱发过剩的拉伸力(drawing force)而成为金属板的断裂(裂纹)的原因的可能。这样的金属板的裂纹与本发明中作为对象的变形路径从压缩变形向拉伸变形变化的部位处的裂纹不同，因此无法适当地判定裂纹产生的有无。因此，在通过金属板的拉伸加工进行基础成形试验的情况下，如图3所示，优选使用压边圈37防止褶皱的产生。
在利用图3所示的模具31进行拉伸加工的情况下，如果冲模肩部35b的冲模肩半径比金属板的板厚小，则压缩变形后的拉伸变形下的板厚减少(thickness reduction)被急剧地促进而导致裂纹，因此不能进行裂纹产生的有无的适当的判定。因此，冲模35的冲模肩半径优选为金属板的板厚的几倍以上。
在基于拉伸加工的基础成形试验中，并不限于上述的使用图3所示的模具31成形方筒的有底柱状容器41，也可以拉伸加工圆筒状的有底柱状容器(未图示)。
在上述说明中，在第一计算工序S15中，作为一例，求出由式(1)赋予的压缩变形下的真应变εcompression作为最大板厚增加量，并求出由式(2)赋予的真应变εtension after compression作为相对板厚减少量。在本发明中，作为基础成形试验裂纹判定参数或冲压成形裂纹判定参数而求出的最大板厚增加量和相对板厚减少量也可以是以下的量。即，最大板厚增加量和相对板厚减少量也可以是从压缩变形和压缩变形后的拉伸变形中的真应变转换的公称应变(nominal strain)、以压缩变形下的板厚方向的真应变为正且以拉伸变形下的板厚方向的真应变为负而计算出的值。
在本发明所涉及的冲压成形裂纹判断方法中，即使在以两个工序以上的多个工序对金属板进行冲压成形的情况下，也能够判定在多个工序的冲压成形中变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。在该情况下，针对多个工序中的全部工序或任一工序执行冲压成形极限判定步骤。
例如，在第一工序中将金属板冲压成形为中间成形品，在接下来的第二工序中将中间成形品冲压成形为目标形状的冲压成形品的情况下，针对第二工序的冲压成形极限判定步骤可以使中间成形品代替金属板成为对象。即，只要以中间成形品为对象，执行冲压成形FEM解析工序、冲压成形裂纹判定区域设定工序、冲压成形裂纹判定参数计算工序和冲压成形裂纹产生有无判定工序即可。
<冲压成形裂纹判定装置>
本发明的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定装置1对在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定。如图7所示，冲压成形裂纹判定装置1具备成形极限条件导出单元10和冲压成形极限判定单元20。冲压成形裂纹判定装置1也可以由计算机(PC等)的CPU(中央运算处理装置(centralprocessing unit))构成。在该情况下，上述各单元通过计算机的CPU执行规定的程序而发挥作用。
《成形极限条件导出单元》
成形极限条件导出单元10进行使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验，导出与金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件。如图7所示，成形极限条件导出单元10具有基础成形试验结果取入部11、基础成形试验FEM解析部13、基础成形试验裂纹判定参数计算部15、基础成形试验裂纹判定参数标绘部17和成形极限条件取得部19。
(基础成形试验结果取入部)
基础成形试验结果取入部11取入试验结果，所述试验结果与针对基础成形试验的各种成形条件所取得的金属板中的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关，所述基础成形试验使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形。
金属板中的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无例如以与上述的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法的基础成形试验工序S11同样的步骤预先进行金属板的基础成形试验而取得。
(基础成形试验FEM解析部(以下简称为第一解析部))
第一解析部13针对各种成形条件进行以金属板的基础成形试验为解析对象的FEM解析，并计算金属板的板厚的变化。
在由第一解析部13进行的FEM解析中，设为与取得了由基础成形试验结果取入部11所取入的裂纹产生的有无的基础成形试验的各种成形条件相同的成形条件。
(基础成形试验裂纹判定参数计算部(以下简称为第一计算部))
第一计算部15基于第一解析部13计算出的金属板的板厚的变化，针对各种成形条件计算基础成形试验裂纹判定参数。基础成形试验裂纹判定参数中包括最大板厚增加量和相对板厚减少量。所谓最大板厚增加量，是在变形路径的压缩变形中金属板达到最大板厚hc的板厚的变化量。所谓相对板厚减少量，是在变形路径中从压缩变形向拉伸变形变化而金属板从最大板厚hc达到最小板厚ht的板厚的变化量。
(基础成形试验裂纹判定参数标绘部(以下简称为标绘部))
标绘部17如图6中作为一例所示，将由基础成形试验结果取入部11所取入的各种成形条件下的金属板的裂纹产生的有无与由第一计算部15针对各种成形条件求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联。并且，标绘部17在以最大板厚增加量和相对板厚减少量为各轴的二维坐标上进行标绘。
(成形极限条件取得部(以下简称为取得部))
取得部19基于由标绘部17标绘到二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，取得成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分。
《冲压成形极限判定单元》
冲压成形极限判定单元20基于由成形极限条件导出单元10所导出的成形极限条件，判定在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。如图7所示，冲压成形极限判定单元20具有冲压成形FEM解析部21、冲压成形裂纹判定区域设定部23、冲压成形裂纹判定参数计算部25和冲压成形裂纹产生有无判定部27。
(冲压成形FEM解析部(以下简称为第二解析部))
第二解析部21进行以金属板为对象的冲压成形的FEM解析。第二解析部21中的FEM解析与上述实施方式1的第二解析工序S21同样地，按照用于FEM解析的每个要素求出在冲压成形中在金属板产生的应变、应力和板厚等的变化。
(冲压成形裂纹判定区域设定部(以下简称为设定部))
设定部23基于由第二解析部21进行的FEM解析结果，将金属板的冲压成形中的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域。
设定部23例如能够基于针对每个要素求出的应变，将最小主应变除以最大主应变而得到的应变比从负(压缩)变化为正(拉伸)的要素设定为判定冲压成形中的裂纹产生的有无的裂纹判定区域。
(冲压成形裂纹判定参数计算部(以下，简记为第二计算部))
第二计算部25基于由第二解析部21进行的FEM解析结果，针对由设定部23所设定的裂纹产生判定区域，求出冲压成形裂纹判定参数。冲压成形裂纹判定参数中包括最大板厚增加量和相对板厚减少量，该最大板厚增加量是在压缩变形中达到最大板厚的板厚的变化量，该相对板厚减少量是从压缩变形向拉伸变形变化而从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量。
(冲压成形裂纹产生有无判定部(以下简称为判定部))
判定部27将由第二计算部25计算出的冲压成形裂纹判定参数与由成形极限条件导出单元10导出的成形极限条件进行比较，判定裂纹产生判定区域的裂纹产生的有无。
<冲压成形裂纹判定程序>
本发明的实施方式1能够作为使由计算机构成的冲压成形裂纹判定装置1的各部发挥作用的冲压成形裂纹判定程序而构成。即，本发明的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定程序对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定。并且，冲压成形裂纹判定程序具有使计算机作为图7中作为一例所示的成形极限条件导出单元10和冲压成形极限判定单元20而执行的功能。
冲压成形裂纹判定程序如图7所示，具有使成形极限条件导出单元10作为基础成形试验结果取入部11、第一解析部13、第一计算部15、标绘部17、取得部19而执行的功能。另外，冲压成形裂纹判定程序具有使冲压成形极限判定单元20作为第二解析部21、设定部23、第二计算部25、判定部27而执行的功能。
以上，本发明的实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定装置和冲压成形裂纹判定程序取得与金属板中的从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件。然后，能够基于所取得的成形极限条件，判定在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无。
[实施方式2]
<冲压成形裂纹抑制方法>
本发明的实施方式2所涉及的冲压成形裂纹抑制方法通过上述的本发明的实施方式1所记载的冲压成形裂纹判定方法，对在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定。然后，基于该判定出的结果，求出抑制冲压成形中的裂纹产生的成形条件。以下，基于图8对本实施方式2所涉及的冲压成形裂纹抑制方法进行说明。
在本实施方式2中，首先，与实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法的基础成形试验工序S11(图1)同样地，在各种成形条件下进行使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验。然后，针对各种成形条件，通过取得金属板中的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无，调查金属板的成形极限(S31)。
接着，与实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法的第一解析工序S13(图1)同样地，进行以金属板的基础成形试验为对象的FEM解析，计算基础成形试验裂纹判定参数(S33)。基础成形试验裂纹判定参数只要与上述实施方式1的第一计算工序S15(图1)同样地计算即可。
接着，执行与实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法的标绘工序S17和取得工序S19的步骤(图1)同样的处理。即，根据通过金属板的基础成形试验求出的成形极限与通过基础成形试验的FEM解析计算出的基础成形试验裂纹判定参数的关系，制成成形极限线(S35)。
然后，根据所制成的成形限度线，决定可成形区域(S37)。所谓可成形区域，是在图6中作为一例示出的二维坐标上，相对板厚减少量比成形极限线小的区域。
接着，设定基于金属板的冲压成形的冲压成形品的暂定成形规格(S41)。接着，进行所设定的暂定成形规格下的冲压成形品的冲压成形的FEM解析，计算冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数(S43)。冲压成形裂纹判定参数的计算按照与实施方式1所涉及的冲压成形裂纹判定方法的第二解析工序S21、设定工序S23和第二计算工序S25同样(图1)的步骤进行。
然后，判定通过暂定成形规格下的冲压成形的FEM解析而计算出的冲压成形品的冲压成形裂纹判定参数是否处于通过金属板的基础成形试验而决定的可成形区域内(S51)。
在判定为不在可成形区域内的情况下，变更暂定成形规格(S53)，并再次计算变更后的暂定成形规格下的冲压成形品的冲压成形裂纹判定参数(S43)。暂定成形规格的变更例如使坯料形状、成形条件变化。作为成形条件，例如，在进行拉伸加工的情况下，当使压边圈的压边力增加时，来自金属板中的相当于凸缘部的部位的材料流入阻力增加。其结果是，压缩变形下的最大板厚增加量减少，拉伸变形下的相对板厚减少量增加。并且，最大板厚增加量小时，相对板厚减少量的极限值增加，因此对裂纹抑制是有效的。
然后，在判定为处于可成形区域内的情况下，将判定为处于可成形区域内时的冲压成形品的暂定成形规格决定为成形规格(S61)。
以上，根据本实施方式2所涉及的冲压成形裂纹抑制方法，对在金属板的冲压成形中，所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生进行判定。由此，能够基于该判定，对金属板的形状变更、模具的修正等成形条件进行变更，由此能够大幅缩短通过试行错误来决定实际的冲压加工的成形条件的期间。
上述的本发明的实施方式1和实施方式2所涉及的说明是将980MPa级钢板作为金属板的供试材料的情况下的结果，但本发明并不限定金属板的材料强度(materialstrength)、板厚，金属板的材质也不限于钢板，也可以是其他金属材料。
实施例
进行了验证本发明所涉及的冲压成形裂纹判定方法和冲压成形裂纹抑制方法的作用效果的实验和解析，以下对其进行说明。
在本实施例中，基于通过使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的基础成形试验及其FEM解析而导出的成形极限条件，对通过拉伸加工冲压成形出的部件的裂纹产生的判定及其抑制进行了验证。
首先，如在实施方式1中所述那样，进行使用图3将金属板拉伸加工成方筒状的有底柱状容器41的基础成形试验及其FEM解析。并且，如图6所示，作为与金属板中的以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的部位处的裂纹产生相关的成形极限条件，取得成形极限线。金属板将抗拉强度980MPa级、板厚1.4mm的钢板作为供试材料。
在本实施例中，取得由在实施方式1中所说明的式(3)表示的三次反函数表示的成形极限线，式(3)中的系数a～e为上述的值。
接着，使用图9所示的模具61，进行拉伸加工具有图10所示的底部73、纵壁部75和凸缘部77的模仿汽车的蓄电池壳体的部件71的冲压成形过程的FEM解析，并判定部件71中的裂纹产生的有无。进行了FEM解析的部件71如图10所示，根据部件形状的对称性，将在俯视下以拐角部71a为中心的1/4的区域作为解析对象。
在部件71的拉伸加工中，使用图11所示的形状的金属板81，与基础成形试验同样，将抗拉强度980MPa级、板厚1.4mm的钢板作为供试材料。
模具61具备冲头63、冲模65和压边圈67，将冲头肩部63a的冲头肩半径设为R15mm，将冲模65的冲模肩部65b的冲模肩半径设为R8mm。另外，压边圈67对金属板81(图11)的压边力为5tonf。
在部件71的拉伸加工中，拐角部71a中的纵壁部75是以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形而成形的部位，因此成为作为裂纹产生有无的判定对象的区域。
图12一并示出通过使用模具61拉伸加工部件71的FEM解析而针对纵壁部75的每个要素计算出的冲压成形裂纹判定参数和通过基础成形试验求出的成形极限线。
图13表示计算所计算出的冲压成形裂纹判定参数相对于成形极限的比率(以下称为“裂纹危险度”)并显示在部件71上的等值线图(contour diagram)。所谓裂纹危险度，是针对纵壁部75的各要素计算出的冲压成形裂纹判定参数的相对板厚减少量相对于与冲压成形裂纹判定参数的最大板厚增加量对应的成形极限线的相对板厚减少量的值的比。若裂纹危险度超过1.0，则冲压成形的相对板厚减少量比与冲压成形的最大板厚增加量相对的成形极限条件的相对板厚减少量大，因此表示判定为产生裂纹。另外，即使裂纹危险度的值低于1.0，如果高到0.8～1.0的范围，则表示容易产生裂纹。
根据图12，在针对部件71的纵壁部75计算出的冲压成形裂纹判定参数中，存在标绘到相对板厚减少量比成形极限线大的区域的参数，因此判定为在纵壁部75中存在产生裂纹的部位。另外，根据图13可知，在拐角部71a中的纵壁部75彼此的棱线(ridge line)的凸缘部77侧(图13的P部)，裂纹危险度的值高到超过0.8，容易产生裂纹。
接着，基于如图12和图13所示那样被判定的裂纹参数，为了在部件71的拉伸加工中不产生裂纹而将由压边圈67产生的压边力从5tonf变更为20tonf并进行了FEM解析。然后，计算冲压成形裂纹判定参数。图14表示将计算出的冲压成形裂纹判定参数标绘到最大板厚增加量和相对板厚减少量的二维坐标上的图表。而且，图15表示将使用计算出的裂纹判定参数求出的裂纹危险度显示于部件71的等值线图。
如图14所示，由于冲压成形裂纹判定参数被标绘于相对板厚减少量比成形极限线小的区域，因此可以说能够抑制纵壁部75中的裂纹。而且，如图15所示，在图13中纵壁部75中的裂纹危险度高的P部的裂纹危险度降低，与图14所示的结果同样，表示能够抑制纵壁部75中的裂纹。
这样，当增大了压边圈67对金属板81的压边力时，从金属板81中的相当于凸缘部77的部位向冲模孔部65a(图12)的材料流入阻力增加。由此，金属板81的压缩变形下的最大板厚增加量减少，压缩变形后的拉伸变形下的相对板厚减少量增加。并且，认为最大板厚增加量的绝对值小时，板厚极限线处的相对板厚减少量的值大，因此能够抑制冲压成形过程中的裂纹的产生。
以上，根据本发明所涉及的冲压成形裂纹判定方法，能够对在金属板的冲压成形中使金属板以从压缩变形变化为拉伸变形的变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行判定。而且，根据本发明所涉及的冲压成形裂纹抑制方法，对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生进行判定，并基于该判定来变更成形条件。由此，表示能够决定能够抑制冲压成形中的裂纹的产生的成形条件。
工业实用性
根据本发明，能够提供一种对在金属板的冲压成形过程中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹的产生的有无进行判定的冲压成形裂纹判定方法、冲压成形裂纹判定装置和冲压成形裂纹判定程序。另外，根据本发明，能够提供一种能够基于上述裂纹的产生的有无的判定来抑制裂纹产生的冲压成形裂纹抑制方法。
标号说明
1冲压成形裂纹判定装置
10成形极限条件导出单元
11基础成形试验结果取入部
13基础成形试验FEM解析部(第一解析部)
15基础成形试验裂纹判定参数计算部(第一计算部)
17基础成形试验裂纹判定参数标绘部(标绘部)
19成形极限条件取得部(取得部)
20冲压成形极限判定单元
21冲压成形FEM解析部(第二解析部)
23冲压成形裂纹判定区域设定部(设定部)
25冲压成形裂纹判定参数计算部(第二计算部)
27冲压成形裂纹产生有无判定部(判定部)
31模具
33冲头
33a冲头肩部
35冲模
35a冲模孔部
35b冲模肩部
37压边圈
41有底柱状容器
41a拐角部
43底部
45纵壁部
47凸缘部
51金属板
61模具
63冲头
63a冲头肩部
65冲模
65a冲模孔部
65b冲模肩部
67压边圈
71部件
71a拐角部
73底部
75纵壁部
77凸缘部
81金属板。

Claims (4)

1.一种冲压成形裂纹判定方法，对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，
所述冲压成形裂纹判定方法包括成形极限条件导出步骤和冲压成形极限判定步骤，
所述成形极限条件导出步骤具有：
基础成形试验工序，在各种成形条件下进行使所述金属板以所述变形路径变形的基础成形试验，并针对所述各种成形条件，取得所述金属板中的所述变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无；
基础成形试验FEM解析工序，针对所述各种成形条件进行以所述金属板的所述基础成形试验为解析对象的FEM解析，计算所述金属板的板厚的变化；
基础成形试验裂纹判定参数计算工序，基于在所述基础成形试验FEM解析工序中计算出的所述金属板的板厚的变化，针对所述各种成形条件，求出最大板厚增加量和相对板厚减少量作为基础成形试验裂纹判定参数，所述最大板厚增加量是在所述变形路径的压缩变形中所述金属板达到最大板厚的板厚的变化量，所述相对板厚减少量是在所述变形路径中从压缩变形变化为拉伸变形而所述金属板从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量；
基础成形试验裂纹判定参数标绘工序，将在所述基础成形试验工序中针对所述各种成形条件所取得的裂纹产生的有无与在所述基础成形试验裂纹判定参数计算工序中针对所述各种成形条件求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联，并标绘在以所述最大板厚增加量和所述相对板厚减少量为各轴的二维坐标上；及
成形极限条件取得工序，基于标绘到所述二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，求出成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分，
所述冲压成形极限判定步骤具有：
冲压成形FEM解析工序，进行以所述金属板为对象的冲压成形的FEM解析；
冲压成形裂纹判定区域设定工序，基于所述冲压成形FEM解析工序的FEM解析结果，将所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域；
冲压成形裂纹判定参数计算工序，针对在所述冲压成形裂纹判定区域设定工序中所设定的所述裂纹产生判定区域，计算所述金属板的冲压成形中的压缩变形中的最大板厚增加量和所述冲压成形中的拉伸变形中的相对板厚减少量，作为冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数；及
冲压成形裂纹产生有无判定工序，将在所述冲压成形裂纹判定参数计算工序中计算出的冲压成形裂纹判定参数与在所述成形极限条件取得工序中所取得的所述成形极限条件进行比较，判定所述裂纹产生判定区域中的裂纹产生的有无。
2.一种冲压成形裂纹判定装置，对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，
所述冲压成形裂纹判定装置具备成形极限条件导出单元和冲压成形极限判定单元，
所述成形极限条件导出单元具有：
基础成形试验结果取入部，取入试验结果，所述试验结果与针对基础成形试验的各种成形条件所取得的所述金属板中的所述变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关，所述基础成形试验使所述金属板以所述变形路径变形；
基础成形试验FEM解析部，针对所述各种成形条件进行以所述金属板的所述基础成形试验为解析对象的FEM解析，计算所述金属板的板厚的变化；
基础成形试验裂纹判定参数计算部，基于由所述基础成形试验FEM解析部计算出的所述金属板的板厚的变化，针对所述各种成形条件，求出最大板厚增加量和相对板厚减少量作为基础成形试验裂纹判定参数，所述最大板厚增加量是在所述变形路径的压缩变形中所述金属板达到最大板厚的板厚的变化量，所述相对板厚减少量是在所述变形路径中从压缩变形变化为拉伸变形而所述金属板从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量；
基础成形试验裂纹判定参数标绘部，将由所述基础成形试验结果取入部所取入的裂纹产生的有无与由所述基础成形试验裂纹判定参数计算部求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联，并标绘在以所述最大板厚增加量和所述相对板厚减少量为各轴的二维坐标上；及
成形极限条件取得部，基于标绘到所述二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，求出成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分，
所述冲压成形极限判定单元具有：
冲压成形FEM解析部，进行以所述金属板为对象的冲压成形的FEM解析；
冲压成形裂纹判定区域设定部，基于由所述冲压成形FEM解析部进行的FEM解析结果，将所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域；
冲压成形裂纹判定参数计算部，针对在所述冲压成形裂纹判定区域设定部中所设定的所述裂纹产生判定区域，求出所述金属板的冲压成形中的压缩变形中的最大板厚增加量和所述冲压成形中的拉伸变形中的相对板厚减少量，作为冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数；及
冲压成形裂纹产生有无判定部，将由所述冲压成形裂纹判定参数计算部计算出的冲压成形裂纹判定参数与由所述成形极限条件取得部所取得的所述成形极限条件进行比较，判定所述裂纹产生判定区域中的裂纹产生的有无。
3.一种冲压成形裂纹判定程序，对在金属板的冲压成形中所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，其中，
所述冲压成形裂纹判定程序具备使计算机作为成形极限条件导出单元和冲压成形极限判定单元而执行的功能，
所述冲压成形裂纹判定程序具有使所述成形极限条件导出单元作为如下各部而执行的功能：
基础成形试验结果取入部，取入试验结果，所述试验结果与针对基础成形试验的各种成形条件所取得的所述金属板中的所述变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无相关，所述基础成形试验使所述金属板以所述变形路径变形；
基础成形试验FEM解析部，针对所述各种成形条件进行以所述金属板的所述基础成形试验为解析对象的FEM解析，计算所述金属板的板厚的变化；
基础成形试验裂纹判定参数计算部，基于由所述基础成形试验FEM解析部计算出的所述金属板的板厚的变化，针对所述各种成形条件，求出最大板厚增加量和相对板厚减少量作为基础成形试验裂纹判定参数，所述最大板厚增加量是在所述变形路径的压缩变形中所述金属板达到最大板厚的板厚的变化量，所述相对板厚减少量是在所述变形路径中从压缩变形变化为拉伸变形而所述金属板从最大板厚达到最小板厚的板厚的变化量；
基础成形试验裂纹判定参数标绘部，将由所述基础成形试验结果取入部所取入的各种成形条件下的金属板的裂纹产生的有无与由所述基础成形试验裂纹判定参数计算部求出的基础成形试验裂纹判定参数建立关联，并标绘在以所述最大板厚增加量和所述相对板厚减少量为各轴的二维坐标上；及
成形极限条件取得部，基于标绘到所述二维坐标上的裂纹产生的有无的分布，求出成形极限线作为成形极限条件，所述成形极限线对所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无进行划分，
所述冲压成形裂纹判定程序具有使所述冲压成形极限判定单元作为如下各部而执行的功能：
成形极限条件取得部，作为与所述金属板以所述变形路径变形的部位的裂纹产生的有无相关的成形极限条件而求出；
冲压成形FEM解析部，进行以所述金属板为对象的冲压成形的FEM解析；
冲压成形裂纹判定区域设定部，基于由所述冲压成形FEM解析部进行的FEM解析结果，将所述金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的区域设定为判定裂纹产生的有无的裂纹产生判定区域；
冲压成形裂纹判定参数计算部，针对在所述冲压成形裂纹判定区域设定部中所设定的所述裂纹产生判定区域，求出所述金属板的冲压成形中的压缩变形中的最大板厚增加量和所述冲压成形中的拉伸变形中的相对板厚减少量，作为冲压成形中的冲压成形裂纹判定参数；及
冲压成形裂纹产生有无判定部，将由所述冲压成形裂纹判定参数计算部计算出的冲压成形裂纹判定参数与由所述成形极限条件取得部所取得的所述成形极限条件进行比较，判定所述裂纹产生判定区域中的裂纹产生的有无。
4.一种冲压成形裂纹抑制方法，通过权利要求1所述的冲压成形裂纹判定方法，对在金属板的冲压成形中金属板的变形路径从压缩变形变化为拉伸变形的部位的裂纹产生的有无进行判定，并基于该判定的结果，求出抑制冲压成形中的裂纹产生的成形条件，其中，
在所述冲压成形裂纹产生有无判定工序中判定为在所述裂纹产生判定区域中有裂纹产生的情况下，变更所述冲压成形FEM解析工序中的成形条件，反复进行所述冲压成形FEM解析工序、所述冲压成形裂纹判定区域设定工序、所述冲压成形裂纹判定参数计算工序和所述冲压成形裂纹产生有无判定工序，直到判定为在所述裂纹产生判定区域中没有裂纹产生。
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