JP2019034312A - Moldability evaluation method, program and recording medium - Google Patents

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Abstract

To avoid in advance flange fracture which is one of molding problems at the time of application of a high strength steel sheet, and to achieve press molding of a component having a high strength and a light weight.SOLUTION: A method for evaluating possibility of press molding of a material includes: a first step at which a hole expansion rate, which is obtained from a test for expansion of two or more conical holes having different apical angles, is inputted; a second step at which from data concerning two or more different hole expansion rates, a fracture limit strain and a radial strain gradient of each plate end part are calculated according to a peripheral length difference of a plate thickness of a hole edge; a third step at which a fracture criteria is calculated from a relationship of two or more fracture limit strains and strain gradients; and a fourth step at which it is evaluated that fracture occurs when a maximum main strain, which is obtained from a numerical analysis by a finite-element method, and a strain gradient between adjacent elements reach said criteria. Moldability of a material is evaluated on the basis of an analysis result which is obtained by execution of the first to fourth steps as a series of processes.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、成形性評価方法、プログラム及び記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a formability evaluation method, a program, and a recording medium.

近年、衝突安全性と軽量化の要請から、自動車車体への高強度鋼板の適用が急速に進展しつつある。これら高強度鋼板は板厚を増加させることなく、衝突時の吸収エネルギーや強度を高めることができる。しかしながら、鋼板の高強度化に伴う延性の低下は、プレス成形時の破断の危険性を高めるため、有限要素法による材料の破断予測とその高精度化のニーズは高まってきている。   In recent years, the application of high-strength steel sheets to automobile bodies has been progressing rapidly due to demands for collision safety and weight reduction. These high-strength steel plates can increase the absorbed energy and strength at the time of collision without increasing the plate thickness. However, since the reduction in ductility accompanying the increase in strength of steel sheets increases the risk of fracture during press forming, there is an increasing need for fracture prediction of materials by the finite element method and higher accuracy.

成形時の破断に対する余裕度は、一般に、板厚減少率や成形限界線図(FLD)を用いて判断される。FLDは破断限界を与える最大主歪みを最小主歪みごとに示した図であり、成形解析や衝突解析での破断評価に用いられている。実験によるFLDの測定方法は、一般に、予め金属板の表面にエッチング等によりサークル状或いは格子状の模様を描いておき、液圧成形や剛体工具での張出し成形で破断させた後に、サークルの変形量から破断限界歪みを測定する。破断限界線は、様々な面内歪み比について金属板を比例負荷し、それぞれの歪み比での破断限界歪みを主歪み軸上にプロットして線で結ぶことで得られる(図1)。   The margin for breakage during forming is generally determined using a plate thickness reduction rate or a forming limit diagram (FLD). FLD is a diagram showing the maximum principal strain that gives the fracture limit for each minimum principal strain, and is used for fracture evaluation in molding analysis and collision analysis. The FLD measurement method by experiment is generally such that a circle or lattice pattern is drawn on the surface of a metal plate in advance by etching or the like and fractured by hydroforming or overhanging with a rigid tool, and then the deformation of the circle. The fracture limit strain is measured from the amount. The fracture limit line is obtained by proportionally loading a metal plate for various in-plane strain ratios, plotting the fracture limit strain at each strain ratio on the main strain axis, and connecting them with a line (FIG. 1).

一方、FLDの理論予測としては、Hillの局部くびれモデルとSwiftの拡散くびれモデルの併用、Marciniak-Kuczynski法、Storen-Riceモデルなど、種々がある。材料の延性破壊は局部くびれにより変形が局所化した位置で発生する。この局部くびれが発生すると極めて短時間で破断に至るため、実用上、破断限界は局部くびれ発生限界と考えることが多く、破断限界予測は塑性不安定の枠組みで取り扱うことが多い。このようにして得た破断限界線と有限要素法による数値シミュレーションの結果から得られる各部位の歪み状態との位置関係を比較することで破断の危険性を評価し、変形過程の歪みがこの限界歪みに達したときに破断、若しくはその危険性が高いと判断する。   On the other hand, there are various FLD theoretical predictions such as the combined use of Hill's local constriction model and Swift's diffusion constriction model, the Marciniak-Kuczynski method, and the Storen-Rice model. Ductile fracture of the material occurs at the location where deformation is localized due to local constriction. When this local constriction occurs, it breaks in a very short time. Therefore, in practice, the fracture limit is often considered as the local constriction limit, and the fracture limit prediction is often handled in the framework of plastic instability. The risk of fracture is evaluated by comparing the positional relationship between the fracture limit line obtained in this way and the strain state of each part obtained from the result of numerical simulation by the finite element method. When strain is reached, it is determined that the fracture or the risk is high.

特願2014−137185号Japanese Patent Application No. 2014-137185 特開2011−140046号公報JP 2011-140046 A

実験や理論予測から得られるFLDは、一様な応力状態のもとで材料が分離するとき、若しくは局部くびれが生じるときを対象にしたものである(図2)。しかしながら、鋼板の端部から亀裂が生じる伸びフランジ成形では、フランジ端部から内側に向けて歪みが小さくなるため、材料端部は内側の拘束を受け、くびれの発生が抑制される(図3)。即ち、伸びフランジ端部が一様分布における破断条件を満足しても内側ではまだその条件に達していないので、内側の支持効果により全体としては塑性不安定状態とはなり得ず破断に至らない。この点が単軸引張りや張出しや深絞りのような一様応力場での局所くびれ発生と異なる点であり、伸びフランジ破断のようにフランジ端部から内側に向けて歪み勾配が存在する場合の不安定くびれの発生条件はまだ解明されていない。また、せん断加工時の鋼板端部に導入される微視的損傷の影響により破断機構は複雑であり、これと前述した歪み勾配の影響により従来のFLDによる破断予測では予測精度を確保することができない。   The FLD obtained from experiments and theoretical predictions is intended for the case where materials are separated under a uniform stress state or when local constriction occurs (FIG. 2). However, in stretch flange forming in which a crack occurs from the end of the steel plate, strain decreases from the flange end toward the inside, so that the material end is constrained on the inside and the occurrence of constriction is suppressed (FIG. 3). . That is, even if the stretch flange end portion satisfies the fracture condition in the uniform distribution, the condition has not yet been reached on the inside, so the inner support effect cannot be a plastic unstable state as a whole, and the fracture does not occur. . This is different from local necking in a uniform stress field such as uniaxial tension, overhang, or deep drawing, and when there is a strain gradient from the flange end to the inside, such as stretch flange breakage. The conditions for the occurrence of unstable neck have not been clarified yet. In addition, the fracture mechanism is complicated due to the influence of microscopic damage introduced into the end of the steel plate during shearing, and due to this and the influence of the strain gradient described above, the prediction accuracy can be ensured in the conventional fracture prediction by FLD. Can not.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高強度鋼板適用時の成形課題の一つである伸びフランジ破断を未然に回避し、高強度で軽量な部品のプレス成形を実現することができる成形性評価方法、プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and avoids stretch flange breakage, which is one of the forming problems when applying high-strength steel sheets, and realizes press forming of high-strength and lightweight parts. It is an object of the present invention to provide a moldability evaluation method, a program, and a recording medium.

上記の課題を解決するため、本発明者らは、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸様態に想到した。本発明の要旨は、次の通りである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have devised various aspects of the invention shown below as a result of intensive studies. The gist of the present invention is as follows.

1.材料のプレス成形の可否を評価する方法であって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率を入力する第1のステップと、
前記2つ以上の異なる穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界歪み及び前記2つ以上の異なる半径方向の歪み勾配を穴縁における板厚分の周長差に応じて算出する第2のステップと、
前記2つ以上の破断限界歪みと前記2つ以上の歪み勾配との関係から破断クライテリアを計算する第3のステップと、
有限要素法による数値解析から得られる最大主歪み及び隣接する要素間における歪み勾配が前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第4のステップと
を含み、
前記第1のステップ〜前記第4のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記材料の成形性を評価することを特徴とする成形性評価方法。
1. A method for evaluating whether a material can be press-molded,
A first step of inputting two or more different hole expansion rates obtained from the hole expansion test;
The two or more different fracture limit strains and the two or more different radial strain gradients are calculated from the data of the two or more different hole expansion ratios according to the circumferential length difference of the plate thickness at the hole edge. A second step;
A third step of calculating a fracture criterion from a relationship between the two or more fracture limit strains and the two or more strain gradients;
A fourth step of evaluating that the maximum principal strain obtained from the numerical analysis by the finite element method and the strain gradient between the adjacent elements have broken when reaching the fracture criteria;
A formability evaluation method characterized by evaluating formability of the material based on an analysis result obtained by executing the first step to the fourth step as a series of steps.

2.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を入力することを特徴とする1.に記載の成形性評価方法。   2. In the first step, the respective hole expansion rates obtained from the conical hole expansion test of the two or more different apex angles are input. The formability evaluation method as described in 2.

3.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする1.に記載の成形性評価方法。   3. In the first step, the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cone tool with a single apex angle using the material having the two or more different initial hole diameters is input. 1. The formability evaluation method as described in 2.

4.前記第2のステップにおいて、前記穴広げ率をλ(%)、前記板端部の破断限界歪みを(εθr=0、前記歪み勾配をdεθ/dr、円錐工具の円錐面の法線と鉛直方向とのなす角をφ(deg.)、素板の穴直径をd0(mm)、変形後の位置を表す半径座標をr(mm)、前記材料の板端部で破断が生じたときの穴の直径dは、(1+λ/100)d0として得られ、 4). In the second step, the hole expansion ratio is λ (%), the fracture limit strain of the plate end is (ε θ ) r = 0 , the strain gradient is dε θ / dr, and the conical surface method of the conical tool is used. The angle between the line and the vertical direction is φ (deg.), The hole diameter of the base plate is d 0 (mm), the radial coordinate indicating the position after deformation is r (mm), and the material is broken at the end of the plate. The resulting hole diameter d is obtained as (1 + λ / 100) d 0 ,

Figure 2019034312
Figure 2019034312

Figure 2019034312
Figure 2019034312

として計算し、素板の初期の板厚をt0(mm)として、成形後の穴縁の板厚tは、 Assuming that the initial plate thickness of the base plate is t 0 (mm), the plate thickness t of the hole edge after molding is

Figure 2019034312
Figure 2019034312

として得られ、変形後の板厚方向の位置をx(mm)として板厚方向に分布する歪みを、   Obtained, and the distortion distributed in the plate thickness direction with the position in the plate thickness direction after deformation as x (mm),

Figure 2019034312
Figure 2019034312

として計算することを特徴とする1.〜4.のいずれか1項に記載の成形性評価方法。   It is characterized by calculating as 1. ~ 4. The moldability evaluation method according to any one of the above.

5.前記歪み勾配であるdεθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする1.〜4.のいずれか1項に記載の成形性評価方法。 5. 1. When calculating the strain gradient dε θ / dr, the element size used for the analysis of the finite element method is set as a reference length dr. ~ 4. The moldability evaluation method according to any one of the above.

6.前記2つ以上の破断限界歪み及び歪み勾配から前記破断クライテリアεcr=f(dεθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から、隣接する要素間での前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11を求め、前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11が前記破断クライテリアに達しているか否かの指標としてε11/εcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする1.〜5.のいずれか1項に記載の成形性評価方法。 6). The fracture criterion ε cr = f (dε θ / dr) is calculated from the two or more fracture limit strains and strain gradients, and dε 11, which is the strain gradient between adjacent elements, is obtained from numerical analysis by a finite element method. / dr and seek epsilon 11 is the maximum main strain, said a strain gradient d? 11 / dr and the maximum principal strain in which epsilon 11 is ε 11 / ε cr as an indicator of whether or not reached the breaking criterion And the result is contour-displayed. ~ 5. The moldability evaluation method according to any one of the above.

7.材料のプレス成形の可否を評価するためのプログラムであって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率を入力する第1のステップと、
前記2つ以上の異なる穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界歪み及び前記2つ以上の異なる半径方向の歪み勾配を穴縁における板厚分の周長差に応じて算出する第2のステップと、
前記2つ以上の破断限界歪みと前記2つ以上の歪み勾配との関係から破断クライテリアを計算する第3のステップと、
有限要素法による数値解析から得られる最大主歪み及び隣接する要素間における歪み勾配が前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第4のステップと
をコンピュータに実行させ、
前記第1のステップ〜前記第4のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記材料の成形性を評価することを特徴とする成形性評価プログラム。
7). A program for evaluating whether or not a material can be press formed,
A first step of inputting two or more different hole expansion rates obtained from the hole expansion test;
The two or more different fracture limit strains and the two or more different radial strain gradients are calculated from the data of the two or more different hole expansion ratios according to the circumferential length difference of the plate thickness at the hole edge. A second step;
A third step of calculating a fracture criterion from a relationship between the two or more fracture limit strains and the two or more strain gradients;
And causing the computer to execute a fourth step of evaluating that the maximum principal strain obtained from the numerical analysis by the finite element method and the strain gradient between adjacent elements have broken when reaching the fracture criteria,
A formability evaluation program for evaluating formability of the material based on an analysis result obtained by executing the first step to the fourth step as a series of steps.

8.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を入力することを特徴とする7.に記載の成形性評価プログラム。   8). 6. In the first step, the respective hole expansion ratios obtained from the conical hole expansion test of the two or more different apex angles are input. Formability evaluation program described in 1.

9.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする7.に記載の成形性評価プログラム。   9. In the first step, the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cone tool with a single apex angle using the material having the two or more different initial hole diameters is input. 7). Formability evaluation program described in 1.

10.前記第2のステップにおいて、前記穴広げ率をλ(%)、前記板端部の破断限界歪みを(εθr=0、前記歪み勾配をdεθ/dr、円錐工具の円錐面の法線と鉛直方向とのなす角をφ(deg.)、素板の穴直径をd0(mm)、変形後の位置を表す半径座標をr(mm)とすると、
前記材料の板端部で破断が生じたときの穴の直径dは、(1+λ/100)d0として得られ、
10. In the second step, the hole expansion ratio is λ (%), the fracture limit strain of the plate end is (ε θ ) r = 0 , the strain gradient is dε θ / dr, and the conical surface method of the conical tool is used. If the angle between the line and the vertical direction is φ (deg.), The hole diameter of the base plate is d 0 (mm), and the radius coordinate indicating the position after deformation is r (mm),
The hole diameter d when fracture occurs at the end of the plate of the material is obtained as (1 + λ / 100) d 0 ,

Figure 2019034312
Figure 2019034312

Figure 2019034312
Figure 2019034312

として計算し、素板の初期の板厚をt0(mm)として、成形後の穴縁の板厚tは、 Assuming that the initial plate thickness of the base plate is t 0 (mm), the plate thickness t of the hole edge after molding is

Figure 2019034312
Figure 2019034312

として得られ、変形後の板厚方向の位置をx(mm)として板厚方向に分布する歪みを、 Obtained, and the distortion distributed in the plate thickness direction with the position in the plate thickness direction after deformation as x (mm),

Figure 2019034312
Figure 2019034312

として計算することを特徴とする7.〜9.のいずれか1項に記載の成形性評価プログラム。   It is characterized by calculating as 7. ~ 9. The moldability evaluation program according to any one of the above.

11.前記歪み勾配であるdεθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする7.〜10.のいずれか1項に記載の成形性評価プログラム。 11. 6. When calculating the strain gradient dε θ / dr, the element size used for the analysis of the finite element method is set as the reference length dr. -10. The moldability evaluation program according to any one of the above.

12.前記2つ以上の破断限界歪み及び歪み勾配から前記破断クライテリアεcr=f(dεθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から、隣接する要素間での前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11を求め、前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11が前記破断クライテリアに達しているか否かの指標としてε11/εcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする7.〜11.のいずれか1項に記載の成形性評価プログラム。 12 The fracture criterion ε cr = f (dε θ / dr) is calculated from the two or more fracture limit strains and strain gradients, and dε 11, which is the strain gradient between adjacent elements, is obtained from numerical analysis by a finite element method. / dr and seek epsilon 11 is the maximum main strain, said a strain gradient d? 11 / dr and the maximum principal strain in which epsilon 11 is ε 11 / ε cr as an indicator of whether or not reached the breaking criterion And the result is contour-displayed. ~ 11. The moldability evaluation program according to any one of the above.

13.7.〜12.のいずれか1項に記載の成形性評価プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   13.7. -12. A computer-readable recording medium in which the formability evaluation program according to any one of the above is recorded.

本発明によれば、板端部からの歪み勾配の影響と打抜き状態と成形後の板厚方向歪み分布とを考慮した伸びフランジ破断のクライテリアを推定することができ、これを成形シミュレーションに適用することで伸びフランジ破断の危険性を定量評価することができる。これにより、高強度鋼板適用時の成形課題の一つである伸びフランジ破断を未然に回避し、高強度で軽量な部品のプレス成形を実現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to estimate the stretch flange fracture criteria in consideration of the influence of the strain gradient from the plate edge, the punched state, and the thickness direction strain distribution after molding, and this is applied to the molding simulation. Thus, the risk of stretch flange breakage can be quantitatively evaluated. As a result, it is possible to avoid stretch flange breakage, which is one of the forming problems when applying high-strength steel sheets, and to realize press forming of high-strength and lightweight parts.

従来技術の説明に用いる成形限界線図(FLD)を示す特性図である。It is a characteristic view which shows a shaping | molding limit diagram (FLD) used for description of a prior art. 一様応力状態における局部くびれを説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the local constriction in a uniform stress state. 伸びフランジ部の板端部から内側に向けた歪み勾配を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the distortion gradient toward the inner side from the board edge part of the stretch flange part. 穴広げ試験を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a hole expansion test. 穴広げ試験における穴縁の歪み及び歪み勾配を板厚に応じた穴縁の周長差を補正して求めるための模式図である。It is a schematic diagram for calculating | requiring the distortion and distortion gradient of a hole edge in a hole expansion test by correct | amending the circumferential length difference of a hole edge according to board thickness. 穴広げ試験における穴縁の歪み及び歪み勾配を、板厚に応じた穴縁の周長差を補正して計算した値と補正しないで計算した値とで、実験を基準に比較した結果を示す特性図である。The results of comparing the distortion and strain gradient of the hole edge in the hole expansion test with the value calculated by correcting the difference in the peripheral length of the hole edge according to the plate thickness and the value calculated without correction are shown. FIG. 破断クライテリアである歪み勾配と破断限界歪みとの関係を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the relationship between the strain gradient which is a fracture criteria, and a fracture limit strain. 本実施形態の一つであり、異なる穴径の素材を円錐工具により試験したときの穴広げ率から穴縁の歪み及び歪み勾配を計算した結果とこれを用いた破断クライテリアを説明する特性図である。It is one of the embodiments, and is a characteristic diagram explaining the fracture criteria using the result of calculating the distortion and strain gradient of the hole edge from the hole expansion rate when materials with different hole diameters are tested with a conical tool. is there. 本実施形態の破断予測方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fracture | rupture prediction method of this embodiment. 本実施形態により、破断危険性を評価した結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result of having evaluated fracture | rupture risk by this embodiment. パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal structure of a personal user terminal device.

以下、図面を用いて、本実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

(破断予測方法の基本骨子)
鋼板の端部から亀裂が生じる伸びフランジ成形では、フランジ端部から内側に向けて歪みが小さくなるため、材料端部は内側の拘束を受け、くびれの発生が抑制される。また、せん断加工時の鋼板端部に導入される微視的損傷の影響により、破断機構は複雑であり、従来のFLDによる破断予測では予測精度を確保することができない。そこで、板端部からの歪み勾配と端部の打抜き状態と成形後の板厚方向歪み分布とを考慮した穴広げ試験の結果を活用した伸びフランジ破断予測技術を想到した。
(Basic outline of fracture prediction method)
In stretch flange forming in which a crack is generated from the end of the steel plate, strain is reduced from the flange end toward the inside, so that the material end is constrained on the inside and the occurrence of constriction is suppressed. Moreover, the fracture mechanism is complicated due to the influence of microscopic damage introduced into the end of the steel plate during shearing, and prediction accuracy cannot be ensured by conventional fracture prediction by FLD. In view of this, an extension flange fracture prediction technique has been devised that utilizes the results of a hole expansion test that takes into account the strain gradient from the end of the plate, the punched state of the end, and the thickness direction strain distribution after forming.

エッジ部の成形限界はフランジ端の周方向の伸び歪みが限界値に達したときに発生するため、フランジ端の周方向伸び歪みが成形難易度を示す指標として考えられ、通常、円錐パンチ穴広げ試験により得られる穴広げ率λで評価される。穴広げ試験は、一般に、素材に例えば直径10mmの円形の穴をあけ、例えば頂角60゜の円錐パンチにより穴径を広げ、穴縁端部で亀裂が生じて板厚を貫通したときを破断限界とする。その時の直径d及び初期径d0から、穴広げ率{(d−d0)/d0}×100を計算することで得られる(図4)。このときの穴は、一般に、パンチとダイスとの間のクリアランスが例えば板厚の12%になるように設定してせん断される。このため、フランジ端の破断面にはディンプル、亀裂、ボイド等の微視的損傷が観察される。従って、穴広げ試験は、せん断加工時に導入される微視的損傷を考慮した試験方法でもある。 Since the edge forming limit occurs when the circumferential elongation strain at the flange end reaches the limit value, the circumferential elongation strain at the flange end can be considered as an index indicating the degree of molding difficulty. The hole expansion rate λ obtained by the test is evaluated. In the hole expansion test, generally, a circular hole with a diameter of 10 mm, for example, is drilled in a material, the diameter of the hole is expanded by, for example, a conical punch with an apex angle of 60 °, and a fracture occurs when a crack occurs at the edge of the hole Limit. It is obtained by calculating the hole expansion ratio {(d−d 0 ) / d 0 } × 100 from the diameter d and the initial diameter d 0 at that time (FIG. 4). The hole at this time is generally sheared by setting the clearance between the punch and the die to be, for example, 12% of the plate thickness. For this reason, microscopic damage such as dimples, cracks and voids is observed on the fracture surface of the flange end. Therefore, the hole expansion test is also a test method in consideration of microscopic damage introduced at the time of shearing.

この穴広げ率は、穴径、パンチ径等の試験寸法やパンチ底形状によって大きく変化することが知られている。これは、伸びフランジ成形限界が、フランジ端部から内側へ向けて小さくなる歪み勾配の影響を強く受けることによる。従って、実部品の伸びフランジ成形で導入される歪み状態(板端部から内側への歪み勾配)と穴広げ試験での歪み勾配とを合わせた評価試験で破断限界を評価する必要がある。しかしながら、実部品で問題となる伸びフランジ破断では、歪み分布は部品形状やブランクの形状によって大きく変化することが多い。実験から得られる穴広げ率を用いて破断を評価する場合、歪み勾配に応じて穴径やパンチ径等を無数に変化させ破断限界を準備せざるを得ない。   It is known that the hole expansion rate varies greatly depending on test dimensions such as a hole diameter and a punch diameter and a punch bottom shape. This is because the stretch flange forming limit is strongly influenced by a strain gradient that decreases inward from the flange end. Therefore, it is necessary to evaluate the fracture limit by an evaluation test that combines the strain state (strain gradient from the plate end portion to the inside) introduced in the stretch flange molding of the actual part and the strain gradient in the hole expansion test. However, in the stretch flange fracture, which is a problem in actual parts, the strain distribution often varies greatly depending on the part shape and the blank shape. When evaluating breakage using the hole expansion rate obtained from the experiment, it is necessary to prepare a breakage limit by changing innumerably the hole diameter and punch diameter according to the strain gradient.

一方、実部品の伸びフランジ成形で導入される歪み状態(板端部から内側への歪み勾配、端部に沿った歪み勾配)と破断限界の関係を検討する方法として、サイドベンド試験法が提案されている(例えば、特許文献1,2を参照)。その特徴は、歪みの計測に画像処理システムを導入すると共に、端面の亀裂発生の挙動を観察するためのカメラを備えているところにある。この方法から得られた破断限界歪みと歪み分布の関係から破断限界曲面を定義し、伸びフランジ破断の予測に活用する方法が提案されている。   On the other hand, the side bend test method is proposed as a method for examining the relationship between the strain state (strain gradient from the plate edge to the inside, strain gradient along the edge) and the fracture limit introduced in the stretch flange molding of actual parts. (For example, see Patent Documents 1 and 2). The feature is that an image processing system is introduced to measure distortion and a camera for observing the behavior of crack generation at the end face is provided. A method has been proposed in which a fracture limit curved surface is defined from the relationship between the fracture limit strain obtained from this method and the strain distribution and used for prediction of stretch flange fracture.

しかしながら、この方法により端部から半径方向の歪み勾配を得るためには、予め素材の表面にエッチング等によりサークル状或いは格子状の模様を描いておき、変形後にサークルの変形量から歪み勾配を測定する必要がある。他には、数値シミュレーションにより種々の歪み勾配の破断限界を得る方法もあるが、実部品で問題となる歪み分布に対応した無数の試験片形状に対して破断限界を得るには煩雑であり、実用上難しい。   However, in order to obtain a radial strain gradient from the edge by this method, a circle or lattice pattern is drawn in advance on the surface of the material by etching or the like, and the strain gradient is measured from the deformation amount of the circle after deformation. There is a need to. In addition, there is a method of obtaining the fracture limit of various strain gradients by numerical simulation, but it is complicated to obtain the fracture limit for an infinite number of test piece shapes corresponding to the strain distribution which is a problem in actual parts, Practically difficult.

本実施形態では、穴広げ試験、具体的には円錐穴広げ試験から得られる穴広げ率の試験値から板端部の破断限界歪みと半径方向の歪み勾配を成形後の板厚に応じた穴縁の周長差を補正して容易に得られる方法を検討する。円錐ポンチによる穴広げ試験の概要と穴縁の歪み及び歪み勾配を板厚に応じた穴縁の周長差を補正して求めるための模式図を図5に示す。ここで、円錐工具の円錐面の法線と鉛直方向(z軸とのなす角をφ(円錐工具の半頂角は90°−φとなる)とする。すると、軸対称に変形中の材料の要素のつりあい方程式は以下で与えられる。   In the present embodiment, a hole according to the plate thickness after forming the fracture limit strain and radial strain gradient at the end of the plate from the hole expansion test, specifically, the test value of the hole expansion rate obtained from the conical hole expansion test. Consider a method that can be easily obtained by correcting the peripheral length difference of the edge. FIG. 5 shows a schematic diagram for obtaining an outline of a hole expanding test using a conical punch and a distortion and distortion gradient of the hole edge by correcting the peripheral length difference according to the plate thickness. Here, the normal to the conical surface of the conical tool and the vertical direction (the angle formed with the z-axis is φ (the half apex angle of the conical tool is 90 ° −φ). The balance equation for the elements of is given by

Figure 2019034312
Figure 2019034312

ここで、rは変形後の要素の位置を示す半径座標、tは変形後の板厚、σθ及びσφはそれぞれ円周方向及び半径方向の応力、μは摩擦係数を表す。 Here, r is a radial coordinate indicating the position of the element after deformation, t is a thickness after deformation, σ θ and σ φ are stresses in the circumferential direction and radial direction, and μ is a friction coefficient.

続いて、円周方向の歪みεφは、半径方向の歪みεθは、それぞれ以下で与えられる。 Subsequently, the circumferential strain ε φ and the radial strain ε θ are respectively given as follows.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

但し、sは板の要素の変形前の半径座標を表す。これらから次式の歪みの適合条件式が得られる。   Here, s represents a radius coordinate before deformation of the plate element. From these, the following conditional expression for distortion is obtained.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

更に、変形は全歪み理論によるものとし、材料の加工硬化特性はn乗硬化則で近似すると仮定する。   Further, it is assumed that the deformation is based on the total strain theory, and the work hardening characteristics of the material are approximated by the n-th power hardening law.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

すると、円周方向、半径方向の歪み分布はそれぞれ次式で与えられる。   Then, the circumferential and radial strain distributions are respectively given by the following equations.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

ここで、1次の微係数(歪み勾配)、2次の微係数はそれぞれ次式で与えられる。   Here, the first derivative (distortion gradient) and the second derivative are given by the following equations, respectively.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

ここで、例えば、初期穴径d0の素板が穴広げ試験により直径dとなったとき端部の歪みは次式により得られ、 Here, for example, when the base plate having the initial hole diameter d 0 becomes the diameter d by the hole expansion test, the distortion of the end portion is obtained by the following equation:

Figure 2019034312
Figure 2019034312

これと式(6),(9)〜(13)から半径方向歪み分布εθが計算できる。 This and Equation (6), (9) can be calculated radial strain distribution epsilon theta From (13).

また、素板の初期の板厚をt0(mm)として、成形後の穴縁の板厚tは次式で得られる。 Further, assuming that the initial plate thickness of the base plate is t 0 (mm), the plate thickness t of the hole edge after molding is obtained by the following equation.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

更に、変形後の板厚方向の位置をx(mm)として板厚方向に分布する端部の歪みは次式により得られる。   Further, the distortion of the end portion distributed in the plate thickness direction with the position in the plate thickness direction after deformation as x (mm) is obtained by the following equation.

Figure 2019034312
Figure 2019034312

式(6),(9)〜(15)から、板厚分の周長差を考慮した半径方向歪み分布εθ *が計算できる。 From the equations (6) and (9) to (15), the radial strain distribution ε θ * in consideration of the circumferential length difference corresponding to the plate thickness can be calculated.

以下、1.4mm厚で980MPa級の高強度鋼板を例に採り、破断限界のクライテリアを計算する方法を説明する。
先ず、オフラインで異なる頂角の円錐穴広げ試験を行う。ここでは、その例として30゜円錐及び60゜円錐のパンチを用いた。このときのダイスとパンチとの間のクリアランスを板厚の12%に設定し、素板中央に直径10mmの穴を打抜いた。この素板を穴広げ試験に供し、穴縁端部で亀裂が板厚を貫通したときを破断限界とし、その時の直径d及び初期径d0から穴広げ率{(d−d0)/d0}×100を計算した。その結果、30゜円錐及び60゜円錐の穴広げ率は、それぞれ20%及び14%であった。
In the following, a method of calculating the fracture limit criteria will be described using a 1.4 mm thick high strength steel sheet of 980 MPa as an example.
First, a conical hole expansion test with different apex angles is performed off-line. Here, as an example, punches of 30 ° cone and 60 ° cone were used. The clearance between the die and the punch at this time was set to 12% of the plate thickness, and a hole with a diameter of 10 mm was punched in the center of the base plate. The base plate is subjected to a hole expansion test, and when the crack penetrates the plate thickness at the edge of the hole, the fracture limit is set, and the hole expansion rate {(d−d 0 ) / d from the diameter d and the initial diameter d 0 at that time. 0 } × 100 was calculated. As a result, the hole expansion ratios of the 30 ° cone and the 60 ° cone were 20% and 14%, respectively.

この結果及び式(6),(9)〜(15)から、それぞれの円錐パンチを用いたときの成形後の穴縁の板厚分の周長差に応じた半径方向歪み分布εθ *を計算することができる。式(13)と式(15)より、成形後の板厚分の周長差の補正の有無を比較した結果を図6に示す。実験値は、評点間距離0.5mmの格子状のスクライブドサークルを素材にエッチングし、試験後のサークルの変形量から求めた。その結果、成形後の板厚分の周長差を考慮し補正した半径方向歪み分布の計算結果は、補正をしていない結果と比較して、実験を良好な精度で再現することを確認した。即ち、30゜円錐、60゜円錐いずれの結果も、穴縁で周方向歪みεθは最大値を観測し、穴縁から半径方向の内側に向けて単調に減少していることが判る。更に、穴縁の板厚方向においては板厚分の周長差により穴縁の外側で最大値を観測し、板厚方向の内側に向けて減少していることが判る。 From this result and the equations (6) and (9) to (15), the radial strain distribution ε θ * corresponding to the circumferential length difference of the plate thickness of the hole edge after forming when each conical punch is used is Can be calculated. FIG. 6 shows the result of comparing the presence / absence of correction of the difference in the circumferential length corresponding to the thickness of the sheet after forming from Expression (13) and Expression (15). The experimental value was obtained from the amount of deformation of the circle after the test by etching a grid-like scribed circle with a distance of 0.5 mm between the grades on the material. As a result, it was confirmed that the calculation result of the radial strain distribution corrected in consideration of the circumferential length difference of the plate thickness after forming reproduced the experiment with good accuracy compared to the result without correction. . That is, in both the 30 ° cone and the 60 ° cone, the maximum value of the circumferential strain ε θ is observed at the hole edge, and it can be seen that it decreases monotonously from the hole edge toward the inside in the radial direction. Furthermore, in the plate thickness direction of the hole edge, the maximum value is observed on the outside of the hole edge due to the difference in the circumferential length corresponding to the plate thickness, and it can be seen that it decreases toward the inside of the plate thickness direction.

続いて、上記の計算結果から、歪み勾配に対応した周方向破断歪みを計算する。周方向歪み分布は穴縁から離れると共に緩やかに減少しているため、基準となる大きさdrにより歪み勾配は変化する。そのため、歪み勾配dεθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることで破断予測の精度が高まる。なお、それほど高い精度での評価が必要なければ、式(9)の1次微係数を用いても良い。 Subsequently, the circumferential rupture strain corresponding to the strain gradient is calculated from the above calculation result. Since the circumferential strain distribution is gradually reduced as it moves away from the hole edge, the strain gradient changes depending on the reference size dr. Therefore, when calculating the strain gradient dε θ / dr, the accuracy of fracture prediction is improved by setting the element size used for the analysis of the finite element method to the reference length dr. If evaluation with such high accuracy is not necessary, the first derivative of equation (9) may be used.

このようにして得られた2つ以上の歪み勾配|dε/dr|と穴縁での破断限界歪みεcr=(εθr=0との関係から、直線近似又はそれらを結ぶ多直線データを破断クライテリアεcr=f(dεθ/dr)とする(図7)。 From the relationship between the two or more strain gradients | dε / dr | obtained in this way and the fracture limit strain ε cr = (ε θ ) r = 0 at the hole edge, linear approximation or multi-line data connecting them Is the fracture criterion ε cr = f (dε θ / dr) (FIG. 7).

続いて、成形性を評価する部品の成形解析を有限要素法による数値解析により行い、その結果の歪み分布から隣接する要素間での歪み勾配dε11/dr及び最大主歪みε11を求め、これらが破断クライテリアに達していれば破断の危険性が高いと判断する。更に、破断の危険性を定量評価するための指標としてε11/εcrを計算し(図7中のOR/OAの大きさに相当する。)、その結果をコンター表示する。 Subsequently, the forming analysis of the part to be evaluated for formability is performed by numerical analysis by the finite element method, and the strain gradient dε 11 / dr and the maximum principal strain ε 11 between adjacent elements are obtained from the resulting strain distribution. If it reaches the fracture criteria, it is judged that the risk of fracture is high. Further, ε 11 / ε cr is calculated as an index for quantitatively evaluating the risk of fracture (corresponding to the size of OR / OA in FIG. 7), and the result is displayed in a contour.

(破断予測方法のその他の例)
破断クライテリアを求めるときの穴広げ試験としては、2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げの他に、異なる穴径の素材を単一形状の円錐パンチにより拡大する穴広げ試験を行うようにしても良い。異なる穴径の場合には、式(13),(15)の初期穴径d0をそれぞれの穴径とすれば良い。
(Other examples of fracture prediction methods)
As a hole expansion test for determining fracture criteria, in addition to conical hole expansion of two or more different apex angles, a hole expansion test is performed in which materials of different hole diameters are expanded by a single-shaped conical punch. Also good. In the case of different hole diameters, the initial hole diameters d 0 in equations (13) and (15) may be used as the respective hole diameters.

[1]円錐パンチを用いた穴広げ試験
円錐パンチを用いた穴広げ試験の例として、60゜の円錐パンチを用い、素板中央に直径10mmの穴と直径50mmの穴を打抜いた素材を穴広げ試験に供した。その結果、直径10mmの穴及び直径50mmの素材を用いた穴広げ率は、それぞれ42%及び18%であった。この結果及び式(6),(9)〜(15)から、それぞれの初期穴径を用いたときの半径方向歪み分布を計算することができる。その結果を図8(a)に示す。実験値は、標点間距離0.5mmの同心円のスクライブドサークルを素材にエッチングし、試験のサークルの変形量から求めた。その結果、計算値は実験を良好な精度で再現できることを確認した。ここで得られた2つ以上の歪み勾配と穴縁での破断限界歪みとの関係から決定した破断クライテリアを図8(b)に示す。
[1] Hole expansion test using a conical punch As an example of a hole expansion test using a conical punch, a material obtained by punching a 10 mm diameter hole and a 50 mm diameter hole in the center of a base plate using a 60 ° conical punch. It used for the hole expansion test. As a result, the hole expansion rates using the 10 mm diameter hole and the 50 mm diameter material were 42% and 18%, respectively. From this result and the equations (6) and (9) to (15), the radial strain distribution when the respective initial hole diameters are used can be calculated. The result is shown in FIG. The experimental value was obtained from the amount of deformation of the test circle by etching a concentric scribed circle having a distance between the gauge points of 0.5 mm. As a result, it was confirmed that the calculated value can reproduce the experiment with good accuracy. FIG. 8B shows the fracture criteria determined from the relationship between the two or more strain gradients obtained here and the fracture limit strain at the hole edge.

(本実施形態の具体的構成)
図9を用いて、自動車部品の成形性を評価する例として、本実施形態の具体的構成を説明する。
(Specific configuration of this embodiment)
A specific configuration of the present embodiment will be described as an example of evaluating the moldability of an automobile part with reference to FIG.

自動車部品の成形性を評価するにあたり、先ず当該自動車の構造を設定した後(ステップS1)、CADを用いて自動車部品の形状を設定し(ステップS2)、3次元の部品形状をコンピュータ上に記録する(ステップS3)。ここで、金型を用いてプレス加工ができるかどうか評価するために、金型CADにて金型を設計し(ステップS4)、目的に応じてソフトを選択してコンピュータ上に記録する。次に、成形解析により成形性の評価を行う(ステップS8)。そのために先ず、成形性評価に供する部品の材料パラメータ、板厚、成形条件を設定する(ステップS5)。   In evaluating the formability of automobile parts, first, the structure of the automobile is set (step S1), then the shape of the automobile part is set using CAD (step S2), and the three-dimensional part shape is recorded on the computer. (Step S3). Here, in order to evaluate whether or not press working can be performed using a mold, the mold is designed with a mold CAD (step S4), and software is selected according to the purpose and recorded on the computer. Next, the moldability is evaluated by molding analysis (step S8). For this purpose, first, the material parameters, plate thickness, and molding conditions of the parts used for the moldability evaluation are set (step S5).

続いて、オフラインで試験した2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験の結果を入力する(ステップS6)。ここで、2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験の代わりに、2つ以上の異なる初期穴径の素材を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験を行う場合には、その試験から得られた穴広げ率をステップS6において入力する。また、2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験の代わりに、2つ以上の異なる初期穴径の素材を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験を行う場合には、その試験から得られた穴広げ率をステップS6において入力する。   Then, the result of the conical hole expansion test of two or more different apex angles tested offline is input (step S6). When performing a hole expansion test with a single-shaped apex angle conical tool using two or more different initial hole diameter materials instead of two or more different apex angle conical hole expansion tests In step S6, the hole expansion rate obtained from the test is input. When performing a hole expansion test with a single-shaped apex angle conical tool using two or more different initial hole diameter materials instead of two or more different apex angle conical hole expansion tests, The hole expansion rate obtained from the test is input in step S6.

続いて、この2つ以上の穴広げ率の値を用いて前述した方法で破断クライテリアεcr=f(dεθ/dr)を計算する(ステップS7)。更に、破断の評価は、このようにして求めた破断クライテリアと変形過程の有限要素法によるシミュレーションの結果から得られる各要素の最大主歪み、隣接する歪み勾配との位置関係を比較することで評価する。この歪みが破断クライテリアに達したときに破断、若しくは、その危険性が高いと判断する(ステップS8〜S10)。具体的には、図7に記載の歪み勾配−破断限界歪みの関係において、有限要素法により得られた要素の歪み状態をR、歪み0の状態OとRを結ぶ直線とクライテリアとの交点をAとしたとき、破断危険率はOR/OAとして定量化することができる。 Subsequently, the fracture criterion ε cr = f (dε θ / dr) is calculated by the method described above using the two or more hole expansion ratio values (step S7). Furthermore, the evaluation of the fracture is evaluated by comparing the positional relationship between the fracture criteria obtained in this way and the maximum principal strain of each element and the adjacent strain gradient obtained from the result of the finite element simulation of the deformation process. To do. When this strain reaches the fracture criteria, it is determined that the fracture or the risk thereof is high (steps S8 to S10). Specifically, in the relationship between the strain gradient and the fracture limit strain shown in FIG. 7, the strain state of the element obtained by the finite element method is R, and the intersection of the straight line connecting the straight lines connecting the states O and R of the strain 0 with the criteria. When A is assumed, the risk of breakage can be quantified as OR / OA.

最後に、破断危険率をコンター表示し(ステップS11)、成形可否を判断する。具体的な実施として、フランジ高さH=30mm、コーナーR=30mm、開き角120°の鞍型形状部品を、1.4mm厚の980MPa級高強度鋼板により成形したときの破断危険性を評価した結果を図10に示す。   Finally, the fracture risk rate is contour-displayed (step S11), and whether or not molding is possible is determined. As a specific implementation, the risk of fracture when a bowl-shaped part having a flange height H = 30 mm, a corner R = 30 mm, and an opening angle of 120 ° was formed from a 1.4 mm-thick 980 MPa class high-strength steel sheet was evaluated. The results are shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態によれば、板端部からの歪み勾配の影響と打抜き状態と板厚方向歪み分布を考慮した伸びフランジ破断のクライテリアを推定することができ、これを成形シミュレーションに適用することで伸びフランジ破断の危険性を定量評価することができる。これにより、高強度鋼板適用時の成形課題の一つである伸びフランジ破断を未然に回避し、高強度で軽量な部品のプレス成形を実現することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to estimate the stretch flange fracture criteria in consideration of the influence of the strain gradient from the plate end, the punched state, and the strain distribution in the plate thickness direction, and this can be estimated as a molding simulation. By applying to, the risk of stretch flange breakage can be quantitatively evaluated. As a result, it is possible to avoid stretch flange breakage, which is one of the forming problems when applying high-strength steel sheets, and to realize press forming of high-strength and lightweight parts.

(その他の実施形態)
上述した本実施形態による成形性予測評価方法の各ステップ(図9のステップS1〜S11等)は、コンピュータのRAMやROM等に記録されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本実施形態に含まれる。
(Other embodiments)
Each step (steps S1 to S11 in FIG. 9 and the like) of the formability prediction evaluation method according to the present embodiment described above can be realized by operating a program recorded in a RAM or ROM of a computer. This program and a computer-readable recording medium on which the program is recorded are included in this embodiment.

具体的に、上記のプログラムは、例えばCD−ROMのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。上記のプログラムを記録する記録媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、上記のプログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワークシステムにおける通信媒体を用いることができる。ここで、コンピュータネットワークとは、LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等であり、通信媒体とは、光ファイバ等の有線回線や無線回線等である。   Specifically, the above program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media. As a recording medium for recording the program, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, and the like can be used in addition to the CD-ROM. On the other hand, a communication medium in a computer network system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used as the program transmission medium. Here, the computer network is a WAN such as a LAN or the Internet, a wireless communication network, or the like, and the communication medium is a wired line such as an optical fiber or a wireless line.

また、本実施形態に含まれるプログラムとしては、供給されたプログラムをコンピュータが実行することにより本実施形態の機能が実現されるようなもののみではない。例えば、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。また、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。   Further, the program included in the present embodiment is not limited to the one in which the functions of the present embodiment are realized by the computer executing the supplied program. For example, when the function of the present embodiment is realized in cooperation with an OS (operating system) running on a computer or other application software, the program is included in the present embodiment. Further, when all or part of the processing of the supplied program is performed by a function expansion board or a function expansion unit of the computer and the functions of the present embodiment are realized, the program is included in the present embodiment.

例えば、図11は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図11において、1200はCPU1201を備えたパーソナルコンピュータ(PC)である。PC1200は、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶された、又はフレキシブルディスクドライブ(FD)1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行する。このPC1200は、システムバス1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。   For example, FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of a personal user terminal device. In FIG. 11, reference numeral 1200 denotes a personal computer (PC) having a CPU 1201. The PC 1200 executes device control software stored in the ROM 1202 or the hard disk (HD) 1211 or supplied from the flexible disk drive (FD) 1212. The PC 1200 generally controls each device connected to the system bus 1204.

PC1200のCPU1201、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶されたプログラムにより、本実施形態の図11におけるステップS1〜S11の手順等が実現される。   By the program stored in the CPU 1201, the ROM 1202, or the hard disk (HD) 1211 of the PC 1200, the procedure of steps S1 to S11 in FIG.

1203はRAMであり、CPU1201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。1205はキーボードコントローラ(KBC)であり、キーボード(KB)1209や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。   Reference numeral 1203 denotes a RAM which functions as a main memory, work area, and the like for the CPU 1201. A keyboard controller (KBC) 1205 controls instruction input from a keyboard (KB) 1209, a device (not shown), or the like.

1206はCRTコントローラ(CRTC)であり、CRTディスプレイ(CRT)1210の表示を制御する。1207はディスクコントローラ(DKC)である。DKC1207は、ブートプログラム、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク(HD)1211、及びフレキシブルディスク(FD)1212とのアクセスを制御する。ここで、ブートプログラムとは、パソコンのハードやソフトの実行(動作)を開始する起動プログラムである。   Reference numeral 1206 denotes a CRT controller (CRTC), which controls display on a CRT display (CRT) 1210. Reference numeral 1207 denotes a disk controller (DKC). The DKC 1207 controls access to a hard disk (HD) 1211 and a flexible disk (FD) 1212 that store a boot program, a plurality of applications, an edit file, a user file, a network management program, and the like. Here, the boot program is a startup program that starts execution (operation) of hardware and software of a personal computer.

1208はネットワーク・インターフェースカード(NIC)であり、LAN1220を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、或いは他のPCと双方向のデータのやり取りを行う。
なお、パーソナルユーザ端末装置を用いる代わりに、成形性予測評価方法に特化された所定の計算機等を用いても良い。
Reference numeral 1208 denotes a network interface card (NIC) which performs bidirectional data exchange with a network printer, another network device, or another PC via the LAN 1220.
Instead of using the personal user terminal device, a predetermined computer specialized for the formability prediction evaluation method may be used.

Claims (13)

材料のプレス成形の可否を評価する方法であって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率を入力する第1のステップと、
前記2つ以上の異なる穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界歪み及び前記2つ以上の異なる半径方向の歪み勾配を穴縁における板厚分の周長差に応じて算出する第2のステップと、
前記2つ以上の破断限界歪みと前記2つ以上の歪み勾配との関係から破断クライテリアを計算する第3のステップと、
有限要素法による数値解析から得られる最大主歪み及び隣接する要素間における歪み勾配が前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第4のステップと
を含み、
前記第1のステップ〜前記第4のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記材料の成形性を評価することを特徴とする成形性評価方法。
A method for evaluating whether a material can be press-molded,
A first step of inputting two or more different hole expansion rates obtained from the hole expansion test;
The two or more different fracture limit strains and the two or more different radial strain gradients are calculated from the data of the two or more different hole expansion ratios according to the circumferential length difference of the plate thickness at the hole edge. A second step;
A third step of calculating a fracture criterion from a relationship between the two or more fracture limit strains and the two or more strain gradients;
A fourth step of evaluating that the maximum principal strain obtained from the numerical analysis by the finite element method and the strain gradient between the adjacent elements have broken when reaching the fracture criteria;
A formability evaluation method characterized by evaluating formability of the material based on an analysis result obtained by executing the first step to the fourth step as a series of steps.
前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項1に記載の成形性評価方法。   2. The formability evaluation method according to claim 1, wherein in the first step, each of the hole expansion ratios obtained from the conical hole expansion test of the two or more different apex angles is input. 前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項1に記載の成形性評価方法。   In the first step, the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cone tool with a single apex angle using the material having the two or more different initial hole diameters is input. The moldability evaluation method according to claim 1. 前記第2のステップにおいて、前記穴広げ率をλ(%)、前記板端部の破断限界歪みを(εθr=0、前記歪み勾配をdεθ/dr、円錐工具の円錐面の法線と鉛直方向とのなす角をφ(deg.)、素板の穴直径をd0(mm)、変形後の位置を表す半径座標をr(mm)とすると、
前記材料の板端部で破断が生じたときの穴の直径dは、(1+λ/100)d0として得られ、
Figure 2019034312

Figure 2019034312
として計算し、素板の初期の板厚をt0(mm)として、成形後の穴縁の板厚tは、
Figure 2019034312

として得られ、変形後の板厚方向の位置をx(mm)として板厚方向に分布する歪みを、
Figure 2019034312
として計算することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の成形性評価方法。
In the second step, the hole expansion ratio is λ (%), the fracture limit strain of the plate end is (ε θ ) r = 0 , the strain gradient is dε θ / dr, and the conical surface method of the conical tool is used. If the angle between the line and the vertical direction is φ (deg.), The hole diameter of the base plate is d 0 (mm), and the radius coordinate indicating the position after deformation is r (mm),
The hole diameter d when fracture occurs at the end of the plate of the material is obtained as (1 + λ / 100) d 0 ,
Figure 2019034312

Figure 2019034312
Assuming that the initial plate thickness of the base plate is t 0 (mm), the plate thickness t of the hole edge after molding is
Figure 2019034312

Obtained, and the distortion distributed in the plate thickness direction with the position in the plate thickness direction after deformation as x (mm),
Figure 2019034312
The formability evaluation method according to claim 1, wherein the moldability is calculated as follows.
前記歪み勾配であるdεθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の成形性評価方法。 5. The molding according to claim 1, wherein when calculating the strain gradient dε θ / dr, an element size used for analysis of the finite element method is set as a reference length dr. Sex assessment method. 前記2つ以上の破断限界歪み及び歪み勾配から前記破断クライテリアεcr=f(dεθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から、隣接する要素間での前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11を求め、前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11が前記破断クライテリアに達しているか否かの指標としてε11/εcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形性評価方法。 The fracture criterion ε cr = f (dε θ / dr) is calculated from the two or more fracture limit strains and strain gradients, and dε 11, which is the strain gradient between adjacent elements, is obtained from numerical analysis by a finite element method. / dr and seek epsilon 11 is the maximum main strain, said a strain gradient d? 11 / dr and the maximum principal strain in which epsilon 11 is ε 11 / ε cr as an indicator of whether or not reached the breaking criterion The formability evaluation method according to any one of claims 1 to 5, wherein the result is contour-displayed. 材料のプレス成形の可否を評価するためのプログラムであって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率を入力する第1のステップと、
前記2つ以上の異なる穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界歪み及び前記2つ以上の異なる半径方向の歪み勾配を穴縁における板厚分の周長差に応じて算出する第2のステップと、
前記2つ以上の破断限界歪みと前記2つ以上の歪み勾配との関係から破断クライテリアを計算する第3のステップと、
有限要素法による数値解析から得られる最大主歪み及び隣接する要素間における歪み勾配が前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第4のステップと
をコンピュータに実行させ、
前記第1のステップ〜前記第4のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記材料の成形性を評価することを特徴とする成形性評価プログラム。
A program for evaluating whether or not a material can be press formed,
A first step of inputting two or more different hole expansion rates obtained from the hole expansion test;
The two or more different fracture limit strains and the two or more different radial strain gradients are calculated from the data of the two or more different hole expansion ratios according to the circumferential length difference of the plate thickness at the hole edge. A second step;
A third step of calculating a fracture criterion from a relationship between the two or more fracture limit strains and the two or more strain gradients;
And causing the computer to execute a fourth step of evaluating that the maximum principal strain obtained from the numerical analysis by the finite element method and the strain gradient between adjacent elements have broken when reaching the fracture criteria,
A formability evaluation program for evaluating formability of the material based on an analysis result obtained by executing the first step to the fourth step as a series of steps.
前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項7に記載の成形性評価プログラム。   The formability evaluation program according to claim 7, wherein in the first step, the hole expansion ratios obtained from the conical hole expansion test of the two or more different apex angles are input. 前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項7に記載の成形性評価プログラム。   In the first step, the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cone tool with a single apex angle using the material having the two or more different initial hole diameters is input. The moldability evaluation program according to claim 7. 前記第2のステップにおいて、前記穴広げ率をλ(%)、前記板端部の破断限界歪みを(εθr=0、前記歪み勾配をdεθ/dr、円錐工具の円錐面の法線と鉛直方向とのなす角をφ(deg.)、素板の穴直径をd0(mm)、変形後の位置を表す半径座標をr(mm)とすると、
前記材料の板端部で破断が生じたときの穴の直径dは、(1+λ/100)d0として得られ、
Figure 2019034312

Figure 2019034312
として計算し、素板の初期の板厚をt0(mm)として、成形後の穴縁の板厚tは、
Figure 2019034312

として得られ、変形後の板厚方向の位置をx(mm)として板厚方向に分布する歪みを、
Figure 2019034312
として計算することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の成形性評価プログラム。
In the second step, the hole expansion ratio is λ (%), the fracture limit strain of the plate end is (ε θ ) r = 0 , the strain gradient is dε θ / dr, and the conical surface method of the conical tool is used. If the angle between the line and the vertical direction is φ (deg.), The hole diameter of the base plate is d 0 (mm), and the radius coordinate indicating the position after deformation is r (mm),
The hole diameter d when fracture occurs at the end of the plate of the material is obtained as (1 + λ / 100) d 0 ,
Figure 2019034312

Figure 2019034312
Assuming that the initial plate thickness of the base plate is t 0 (mm), the plate thickness t of the hole edge after molding is
Figure 2019034312

Obtained, and the distortion distributed in the plate thickness direction with the position in the plate thickness direction after deformation as x (mm),
Figure 2019034312
The formability evaluation program according to claim 7, wherein the moldability evaluation program is calculated as follows.
前記歪み勾配であるdεθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の成形性評価プログラム。 11. The molding according to claim 7, wherein when calculating the strain gradient dε θ / dr, an element size used for analysis of the finite element method is set as a reference length dr. Sex assessment program. 前記2つ以上の破断限界歪み及び歪み勾配から前記破断クライテリアεcr=f(dεθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から、隣接する要素間での前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11を求め、前記歪み勾配であるdε11/dr及び前記最大主歪みであるε11が前記破断クライテリアに達しているか否かの指標としてε11/εcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の成形性評価プログラム。 The fracture criterion ε cr = f (dε θ / dr) is calculated from the two or more fracture limit strains and strain gradients, and dε 11, which is the strain gradient between adjacent elements, is obtained from numerical analysis by a finite element method. / dr and seek epsilon 11 is the maximum main strain, said a strain gradient d? 11 / dr and the maximum principal strain in which epsilon 11 is ε 11 / ε cr as an indicator of whether or not reached the breaking criterion The formability evaluation program according to any one of claims 7 to 11, wherein the result is calculated and contoured. 請求項7〜12のいずれか1項に記載の成形性評価プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium in which the formability evaluation program according to any one of claims 7 to 12 is recorded.
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