JP2020040111A - Deformation limit evaluation method, crack prediction method and press metal mold design method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、せん断加工した後の金属板(素材)を、曲げ変形を含むプレス成形で成形して加工する際における、せん断加工面(せん断端面)での割れを評価・予測する技術、及びその技術に基づき金属板の割れを事前に抑制可能な金型形状の設計に関する技術である。 The present invention relates to a technology for evaluating and predicting cracks on a sheared surface (shear end surface) when a metal plate (material) after being subjected to shearing is formed by press forming including bending deformation and processed. This is a technique relating to the design of a mold shape capable of suppressing cracks in a metal plate in advance based on the technique.
現在、自動車には軽量化による燃費向上と衝突安全性の向上との両方の性能が求められている。この2つの性能を両立する目的で、自動車の構造部品に対し高強度鋼板が使用される傾向にある。高強度鋼板におけるプレス成形時の成形不良の一つに割れがある。そして、プレス成形のよる割れ防止、特にせん断加工後の端面(せん断加工面)での割れの防止が重要な課題の一つとなっている。 Currently, automobiles are required to have both performance of improving fuel efficiency and improving collision safety by reducing weight. For the purpose of balancing these two performances, there is a tendency to use high-strength steel sheets for structural parts of automobiles. Cracks are one of the forming defects during press forming of high-strength steel sheets. One of the important issues is the prevention of cracking by press molding, particularly the prevention of cracking at the end face (sheared surface) after shearing.
せん断加工面の割れは、大きく分けると伸びフランジ変形による割れと曲げ変形による割れに分類される。伸びフランジ割れの予測については、例えば特許文献1〜3に記載の方法がある。特許文献1には、板面内方向のひずみ勾配を考慮した予測手法や、板面内の応力勾配を考慮した予測手法が記載されている。特許文献2には、伸びフランジ変形におけるひずみ勾配とひずみ集中と破断ひずみの関係を用いる方法が記載されている。特許文献3には、成形限界ひずみと板面内方向及び板厚方向のひずみ勾配の関係を用いた割れ予測方法が記載されている。
Cracks on the sheared surface are roughly classified into cracks due to stretch flange deformation and cracks due to bending deformation. For prediction of stretch flange cracks, there are methods described in
しかしながら、せん断加工面の曲げ割れに関する割れの予測方法については好適な手法は開発されておらず、この曲げ変形によるせん断加工面の割れを予測する手法の開発が求められている。
特に、金属板として、引張強度が590MPa以上の高強度鋼板を採用した場合、プレス成形時に、せん断加工面の曲げ割れが顕在化してきている。
本発明は、上記のような課題に着目したもので、せん断加工面の曲げ割れの発生を防ぐために金属板のせん断加工面の曲げ割れ限界を予測し、プレス成形条件を決定するための技術を提供することを目的とする。
However, no suitable method has been developed for predicting cracks related to bending cracks on the sheared surface, and a method for predicting cracks on the sheared surface due to this bending deformation has been required.
In particular, when a high-strength steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more is used as a metal plate, bending cracks on a sheared surface have become apparent during press forming.
The present invention focuses on the above problems, and proposes a technique for predicting a bending crack limit of a sheared surface of a metal plate in order to prevent occurrence of bending cracks on a sheared surface and determining press forming conditions. The purpose is to provide.
発明者は、せん断加工面での曲げ割れについて、曲げ試験によりせん断加工面の曲げ割れが発生する成形条件を求め、更に曲げ試験と同一成形条件の成形シミュレーションにより、曲げ割れの変形限界ひずみεlimitを求めてみた。そして、発明者は、求めた曲げ割れの変形限界ひずみεlimitとプレス成形時のせん断加工面のひずみを比較することで、せん断加工面の割れの発生を予測できるとの知見を得た。
本発明は、金属板に必要となる曲げ性の予測方法と、それを用いた金属板に発生する割れの予測方法である。また、対象とする金属板に割れを発生させることなくプレス成形するための変形限界の評価・予測方法と、金型形状の設計方法を提供する。
The inventor obtained a bending condition on the sheared surface by bending test to determine a forming condition at which a bending crack on the sheared surface occurs, and further formed a deformation limit strain εlimit of bending crack by a forming simulation under the same forming condition as the bending test. I asked for it. The inventor has obtained a finding that the occurrence of cracks in the sheared surface can be predicted by comparing the obtained deformation limit strain εlimit of bending crack with the strain of the sheared surface during press forming.
The present invention relates to a method for predicting the bending property required for a metal plate and a method for predicting cracks generated in the metal plate using the same. Further, the present invention provides a method of evaluating and predicting a deformation limit and a method of designing a mold shape for press-forming without causing cracks in a target metal plate.
すなわち、本発明の一態様は、せん断加工された金属板に曲げ変形を含むプレス成形を行う際における、上記金属板のせん断加工面での変形限界を評価する変形限界の評価方法であって、金属板のせん断加工面を含む部分に曲げ変形を与えることによる、曲げ変形による曲げ部の曲げ半径とせん断加工面に発生する亀裂長さとの関係を求め、その求めた曲げ半径と亀裂長さとの関係から、せん断加工面での金属板の曲げ変形の限界を評価することを要旨とする。 That is, one embodiment of the present invention is a method for evaluating a deformation limit for evaluating a deformation limit on a sheared surface of the metal plate when performing press forming including bending deformation on the sheared metal plate, The relationship between the bending radius of the bent part due to bending deformation and the crack length generated on the sheared surface by applying bending deformation to the part including the sheared surface of the metal plate was determined, and the relationship between the calculated bending radius and the crack length was calculated. From the relationship, the gist is to evaluate the limit of the bending deformation of the metal plate on the sheared surface.
また、本発明の一態様は、せん断加工された金属板に曲げ変形を含むプレス成形を行う際における、上記金属板のせん断加工面での変形限界を評価する変形限界の評価方法であって、金属板のせん断加工面を含む部分に曲げ変形を与えることによる、曲げ変形による曲げ部の曲げ半径とせん断加工面に発生する亀裂長さとの関係を求め、求めた上記関係から、せん断加工面で割れが発生する曲げ割れの変形限界ひずみを求め、求めた変形限界ひずみでせん断加工面での金属板の曲げ変形の限界を評価することを要旨とする。 Another aspect of the present invention is a method of evaluating a deformation limit for evaluating a deformation limit of a sheared surface of the metal plate when performing press forming including bending deformation on the sheared metal plate, By giving bending deformation to the part including the sheared surface of the metal plate, the relationship between the bending radius of the bent part due to bending deformation and the crack length generated on the sheared surface was obtained, and from the obtained relationship, The gist is to determine the deformation limit strain of a bending crack in which a crack occurs, and to evaluate the limit of bending deformation of the metal plate on the sheared surface using the obtained deformation limit strain.
本発明の一態様によれば、せん断加工後の金属板をプレス成形する際に、曲げ変形による金属板のせん断加工面での変形限界を精度良く評価することができる。この結果、例えば、端面からの割れ発生の有無を精度良く予測したり、割れの発生を抑えたりすることができる金型形状の設計が可能となる。
そして、本発明の一態様によれば、例えば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に、用いる金属板の選定が適切であるか精度良く予測できるようになり、プレス成形を安定して行うことができる。また、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。更に、本発明の一態様によれば、例えば、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
According to one embodiment of the present invention, when press-forming a metal plate after a shearing process, it is possible to accurately evaluate a deformation limit of the metal plate on a sheared surface due to bending deformation. As a result, for example, it is possible to design a mold shape capable of accurately predicting the occurrence of cracks from the end face and suppressing the occurrence of cracks.
According to one aspect of the present invention, for example, when press-forming various parts such as panel parts of automobiles, structural / framework parts, etc., it is possible to accurately predict whether a metal plate to be used is appropriate or not. Press molding can be performed stably. Further, it can greatly contribute to the reduction of the defective rate of the press-formed product. Further, according to one aspect of the present invention, for example, the shape of the press die can be accurately predicted at the design stage, which can contribute to shortening the manufacturing period of the press die.
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1(b)に、金属板1を曲げ加工を含むプレス成形で成形したプレス部品2の一例を、示す。図1は、金属板1を断面コ字状に曲げ成形した例である。
この例は、図1(a)の形状にせん断加工された金属板1を、図1(b)、図1(c)のプレス部品2の形状にプレス成形した例であり、符号2Aの位置がせん断加工面10を含む部分に曲げ変形を施すことで生じた曲げ部である。図1(a)中、符号1Aが曲げ変形を加えられる位置である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1B shows an example of a pressed
This example is an example in which a
この図1では、符号Xの位置が、端面において、曲げ変形時にひずみが一番大きく、亀裂が発生すると推定される部分である。曲げによる亀裂が発生しやすい位置は、曲げ部2A又はその近傍位置のせん断加工面10の位置である。
本実施形態では、このような、せん断加工された金属板1に曲げ変形を含むプレス成形を行う際における、金属板1のせん断加工面10での変形限界を評価する評価方法である。
なお、本発明の適用は、断面コ字状への曲げ成形に限定されず、せん断加工された金属板に曲げ変形を含むプレス成形を有するものであれば、特にプレス部品の形状に制限はない。
In FIG. 1, the position indicated by the symbol X is a portion on the end face where it is estimated that the largest strain occurs during bending deformation and a crack is generated. The position where cracks due to bending are likely to occur is the position of the
The present embodiment is an evaluation method for evaluating a deformation limit on the
The application of the present invention is not limited to bending into a U-shaped cross section, and there is no particular limitation on the shape of the pressed part as long as it has press forming including bending deformation in a sheared metal plate. .
次に、本実施形態における変形限界の評価方法について説明する。
図2に、本実施形態での金属板1のせん断加工面10での変形限界を評価する手順の例を示す。本実施形態での変形限界の評価は、図2に示すように、例えば曲げ試験3A、曲げ半径と亀裂長さの関係を取得3B、限界曲げ半径の決定3C、変形限界ひずみを取得3D、せん断加工面での割れ判定3Eの順番に実施される。
Next, a method of evaluating the deformation limit in the present embodiment will be described.
FIG. 2 shows an example of a procedure for evaluating the deformation limit on the
<曲げ試験3A>
本実施形態の評価方法では、せん断加工を施した金属板1からなる試験片を複数用意する。
ここで、試験片の材質は、評価対象の金属板1と同じ材質とする。
また、試験片における曲げ変形が行われる位置における、平面視でみた、せん断加工面10の端面形状(輪郭形状)での曲率半径は、評価対象の金属板1にせん断加工する際の輪郭形状での曲率半径R0以下となっていることが好ましい。また、金属板1の板厚も、評価対象の金属板1の板厚と等しい厚さか又は近似した厚さであることが好ましい。
<Bending
In the evaluation method of the present embodiment, a plurality of test pieces made of the
Here, the material of the test piece is the same as that of the
Further, the radius of curvature of the end face shape (contour shape) of the
そして、各試験片に対し、曲げ変形による曲げ部がせん断加工面10を通過するように設定し、曲げ試験を行う。このとき、曲げ部での曲げ半径が異なるようにして曲げ試験を複数実施する。具体的には、曲げ試験に使用するパンチとして、曲げ半径の異なるパンチを順次使用することで実現する。
ここで、曲げ試験にはU曲げ試験、V曲げ試験など様々な種類がある。自動車の車体構造部材の評価には、図3に示すようなV曲げ試験が好ましい。但し、試験片20のせん断加工面10に曲げ変形を与えることができ、かつ後述の成形シミュレーションで曲げ試験を再現できれば、どのような曲げ試験の方法でも構わない。図3中、符号21がダイを、符号22がパンチ22を示す。
Then, a bending test is performed on each test piece so that a bent portion due to bending deformation passes through the shearing
Here, there are various types of bending tests such as a U bending test and a V bending test. A V-bending test as shown in FIG. 3 is preferable for evaluating a vehicle body structural member. However, any bending test method may be used as long as bending deformation can be applied to the sheared
曲げ試験は、例えば曲げ半径Rが0.5mm〜10mmの範囲であって、互いの曲げ半径Rが異なる複数のパンチ22を使用して行う。パンチ22の曲げ半径Rとして、6mm以上で2つ以上、4mm以下で2つ以上異なるパンチ22を用いることが好ましい。
各パンチ22の曲げ半径Rのピッチ(隣り合う曲げ半径Rの差)は、パンチ22の曲げ半径Rが5mm未満でのピッチに比べて、相対的にパンチ22の曲げ半径Rが5mm以上でのピッチを大きく設定するとよい。なお、ピッチは等間隔にする必要はない。
The bending test is performed using, for example, a plurality of
The pitch of the bending radius R of each punch 22 (difference between adjacent bending radii R) is relatively larger when the bending radius R of the
例えば、パンチ22の曲げ半径Rが5mm以上では、曲げ半径Rを6.0mm、7.0mm、8.0mm…と、ピッチを1mm以上で変えて曲げ試験を行うとよい。但し、ピッチの最大値は例えば3mm以下とする。曲げ半径Rは、より小さいピッチで変えるほど試験の精度は高まる。しかし、曲げ半径Rが5mmより大きい場合、試験数が増える割に精度はほとんど変わらない。これはKirchhoff-Loveの仮説に基づいた曲げ理論から計算される曲げ変形に伴うひずみからも分かるように、曲げ変形における最大ひずみの発生位置である曲げ外側表面のひずみにおいて、曲げ半径Rが大きいと、曲げ半径Rの変化における曲げ外側表面ひずみの変化量が小さいためである。
For example, when the bending radius R of the
一方、パンチ22の曲げ半径Rが5mm未満では、ピッチが大きくなるほど試験の精度が落ちるため、1mm未満のピッチで曲げ半径Rを変えるのが好ましい。ピッチが細かいほど精度は上がるが、余り細かくても、精度向上が見込めないため、ピッチの下限値は例えば0.2mmとする。例えば、パンチ22の曲げ半径Rが5mm未満では、パンチ22の曲げ半径Rを4.5mm、4.0mm、3.5mm…と、0.5mmピッチで変化させるとよい。
On the other hand, if the bending radius R of the
<曲げ半径Rと亀裂長さの関係取得3B>
次に、曲げ試験を実施後、各試験片20における、せん断加工面10に発生した亀裂長さを測定する。なお、亀裂は、せん断加工面10に対して垂直方向に伸展しているとは限らない。
亀裂長さLの測定方法は、例えば図4に示すように、亀裂先端k1からせん断加工面10の曲げ外表面までの最小距離で定義するのが良い。他にも図5に示すように、亀裂長さLとして、亀裂先端k1と曲げ外表面における亀裂の口開き部の中点Nとの距離で測定する方法や、亀裂に沿った長さを測定する方法などがある。亀裂長さLの測定方法は、同一の亀裂長さLの測定条件で評価すれば良く、いずれの亀裂長さLの測定方法でも構わない。
<Acquisition of relationship between bending radius R and crack
Next, after performing the bending test, the length of the crack generated in the sheared
The method of measuring the crack length L is preferably defined by the minimum distance from the crack tip k1 to the outer bending surface of the
これによって、(パンチ22の曲げ半径R、亀裂長さL)の組からなる評価データを複数取得できる。なお、パンチ22の曲げ半径Rは、曲げ部の曲げ半径と同等の値となる。
上記複数の(パンチ22の曲げ半径R、亀裂長さL)の組からなる評価データによって、曲げ変形による曲げ部の曲げ半径Rとせん断加工面10に発生する亀裂長さLとの関係は表現できる。その関係は、例えば図6に示すような関係となっている。図6から分かるように、所定の曲げ半径Rから急に亀裂が伸展していることが分かる。
As a result, a plurality of pieces of evaluation data including a set of (bending radius R of
The relationship between the bending radius R of the bent portion due to bending deformation and the crack length L generated on the
<限界曲げ半径の決定3C>
上記の複数の(パンチ22の曲げ半径R、亀裂長さL)の組からなる評価データについて、回帰分析などの統計処理を行って、図7のような、パンチ22の曲げ半径Rの変化に対する亀裂長さLの変化からなる変化率L/Rを求める。そして、変化率L/Rが急激に変化する変化位置CHに対応する曲げ半径Rを、評価したせん断加工面10での曲げ変形の成形限界(変形限界)である限界曲げ半径RXとする。ここで、成形限界は成形可能な限界を表す。
<Determination of
Statistical processing such as regression analysis is performed on the evaluation data composed of a plurality of sets (the bending radius R of the
より具体的には、図8に示すような、パンチ22の曲げ半径Rの変化に対する亀裂長さLの変化の割合である変化率L/Rが、0.03以上、好ましくは0.05以上となる曲げ半径の境界位置を限界曲げ半径RXとすることが好ましい。その限界曲げ半径RXは、変化率L/Rが急激に変化する曲げ半径のうちの最大の曲げ半径Rである。この値を採用する理由は、変化率L/Rが0.03未満だと成形条件であるパンチ22の曲げ半径Rの変化に伴うせん断加工面10の曲げひずみ変化が及ぼす亀裂長さLの急激な変化への影響が確認できないおそれがあるためである。なお、せん断加工によってせん断加工面10には微小な亀裂が発生している。そして、変化率L/Rが0.03以上と変化率が変化する変化位置で亀裂が急に伸展し、そのときの曲げ半径Rの最大値が限界曲げ半径RXとなる。
More specifically, as shown in FIG. 8, the rate of change L / R, which is the ratio of the change in the crack length L to the change in the bending radius R of the
ここで、上記の曲げ試験及び亀裂の測定による(パンチ22の曲げ半径R、亀裂長さL)の組からなる評価データは、順次、鋼種などをキーとしてデータベースに登録しておくと良い。そして、評価対象の金属板1の条件と同一又は近似の評価データがデータベースに既に存在していれば、曲げ試験を行うことなく、データベース中の評価データを使用すればよい。同一の鋼材等の成形条件の評価データがデータベースになくても、データベース中の近似の評価データに補間処理を施して、複数の(パンチ22の曲げ半径R、亀裂長さL)の組からなる評価データを取得するようにしても良い。
Here, the evaluation data composed of a set of (the bending radius R of the
<変形限界ひずみの算出(取得)3D>
次に、限界曲げ半径RXを決定した曲げ試験の試験方法を再現した成形シミュレーションを実施する。この成形シミュレーションで、曲げ半径Rに対するせん断加工面10での亀裂発生部の表面ひずみを推定する。表面ひずみとしては、例えば最大主ひずみを採用する。
成形シミュレーションの手法としては、プレス成形時のせん断加工面10の曲げ割れを判断する上で、プレス成形シミュレーションとして広く用いられているFEM解析が良い。解析結果より、せん断加工面10の亀裂発生部での最大主ひずみを取得し、せん断加工面10の割れ発生部の最大主ひずみと成形条件であるパンチ22の曲げ半径Rの関係を取得する。FEM解析では有限要素により最大主ひずみを取得する。
<Calculation (acquisition) 3D of deformation limit strain>
Next, a forming simulation that reproduces the test method of the bending test in which the critical bending radius RX is determined is performed. In this forming simulation, the surface strain of the crack generating portion on the sheared
As a method of the forming simulation, an FEM analysis widely used as a press forming simulation for determining a bending crack of the sheared
そして、前述の割れ限界の限界曲げ半径RXの成形条件での最大主ひずみを求め、これを変形限界ひずみεlimitと定義する。このようにして、変形限界ひずみを算出する。
また、割れ限界の成形条件の成形シミュレーションを実施し、割れ限界のひずみを測定して変形限界ひずみとしても良い。なお、ひずみの評価位置としては、簡易的には曲げ外側の最表面の有限要素から取得してもよい。
また、曲げ試験時に金属板1の表面にスクライブドサークル等のマーキングをし、曲げ加工前後のマーキング位置の変化からせん断加工面10近傍の最大主ひずみを実験的に取得することで変形限界ひずみを取得してもよい。すなわち、試験片20の表面に微小なマークをつけてマークの変形からひずみを求めても良い。
Then, the maximum principal strain under the forming conditions of the above-mentioned limit bending radius RX of the crack limit is determined, and this is defined as the deformation limit strain εlimit. In this way, the deformation limit strain is calculated.
Also, a forming simulation under the forming conditions at the crack limit may be performed, and the strain at the crack limit may be measured and used as the deformation limit strain. The strain evaluation position may be simply obtained from the outermost finite element on the outer side of the bend.
In addition, a marking such as a scribed circle is marked on the surface of the
マークの形状は、サークルパターン、ドットパターン、グリッドパターン、同心円パターン等、成形後にひずみを計測できる形状であればよい。また、マーク方法は、電解エッチング、フォトエッチング、インクによる転写(スタンプ印刷)等があるが、いずれの方法を用いてもよい。但し、けがきは亀裂発生を誘発するため好ましくない。成形シミュレーションの場合は、せん断加工を再現する必要はなく、せん断加工された試験片20の端面形状を再現したモデルや、端面形状を単に平坦としたモデルを用いればよい。
3次元のソリッド要素を用いた有限要素法を用いると精度良く割れひずみが算出できる。
The shape of the mark may be any shape such as a circle pattern, a dot pattern, a grid pattern, a concentric pattern, or the like, which can measure the strain after molding. The mark method includes electrolytic etching, photoetching, transfer with ink (stamp printing), and the like, and any method may be used. However, scribing is not preferable because it induces cracks. In the case of the forming simulation, it is not necessary to reproduce the shearing processing, and a model reproducing the end face shape of the
If the finite element method using a three-dimensional solid element is used, the crack strain can be calculated with high accuracy.
<プレス成形時のせん断加工面での割れ判定3E>
プレス成形のFEM解析を実施し、割れを判定したい部分のせん断加工面10の割れ発生懸念部位の最大主ひずみεedgeを算出する。そして、割れを判定したい部分のせん断加工面10の最大主ひずみεedgeと、上記求めた変形限界ひずみεlimitを比較することで、割れ発生の有無を判定する。
ここで、割れを判定したい部分のせん断加工面の位置と、限界曲げ半径RXで割れが発生するせん断加工面の評価位置は一致している必要はない。
具体的には、以下の条件(1)を満たすときに割れ発生と判定する。
εedge ≧ εlimit ・・・(1)
ここで、せん断加工面10の割れ判定は、割れを判定したい部分のせん断加工面10の割れ発生懸念部位の曲げ成形時の曲げ半径Rが限界曲げ半径RX以上か否かで判定しても良い。
<Determination of crack on sheared surface during
The FEM analysis of the press forming is performed to calculate the maximum principal strain εedge of the portion where the crack is likely to occur on the sheared
Here, the position of the sheared surface where the crack is to be determined and the evaluation position of the sheared surface where the crack occurs at the critical bending radius RX need not coincide.
Specifically, when the following condition (1) is satisfied, it is determined that a crack has occurred.
εedge ≧ εlimit (1)
Here, the cracking of the sheared
<プレス金型の設計について>
使用する金型形状における曲げ半径Rが、上記のようにして評価・予測した限界曲げ半径RXよりも大きな半径となるように、プレス成形で使用するプレス金型の設計、若しくは設計変更を行う。
<Press die design>
The design or change of the design of the press die used in the press forming is performed so that the bending radius R in the shape of the die to be used is larger than the critical bending radius RX evaluated and predicted as described above.
(作用その他)
本実施形態では、対象となる金属板1をせん断加工後にプレス成形される際に、金属板1のせん断加工面10の変形限界を精度良く評価することができる。この結果、端面からの割れ発生の有無を精度良く予測したり、割れの発生を抑えたりすることができる金型形状の設計が可能となる。
例えば、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品をプレス成形する際に用いる金属板1の選定が適切であるか精度良く予測できるようになる。また、プレス成形を安定して行うことができるとともに、プレス成形品の不良率の低減にも大きく寄与することができる。更に、本実施形態によれば、例えば、プレス金型の形状を設計段階で精度良く予測できるようになり、プレス金型の製造期間の短縮に貢献できる。
(Action and others)
In the present embodiment, when the
For example, it is possible to accurately predict whether or not the selection of the
次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
表1に示す3種類の供試材A、B及びCからなる金属板1を対象として、実施例を説明する。表1に各供試材の材料特性を示す。
Next, an example based on the present embodiment will be described.
An example will be described for a
各供試材に対し、直径10mmの打ち抜き穴を作製後、各供試材について、打ち抜き穴の中央位置を通過するようにして切断し、図9に示すような試験片20を作製した。打ち抜きには、パンチ22の直径10mm、ダイス直径10.3mmのハイス製工具を使用して、クランクプレス機を用いて打ち抜いて、打ち抜き穴を形成した。この打ち抜き穴がせん断加工面10を構成する。
After making a punched hole having a diameter of 10 mm for each test material, each test material was cut so as to pass through the center position of the punched hole, and a
本実施例では、せん断加工面10を直径10mmの丸穴としたが、せん断加工面10であればどのような端面形状の打ち抜き穴であっても構わない。但し、せん断加工面10の曲率半径は1mm以上とすることが好ましい。曲率半径が1mm未満となると、曲げ変形時に応力集中が起きやすくなるため、曲げ変形以外の影響がせん断加工面10に加わる可能性がある。更に、曲率半径が1mm未満の打ち抜き径となると、せん断加工時に工具の剛性が低いことから、せん断加工面10が所定の形状で形成できない可能性がある。このため、せん断加工面10の曲率半径は1mm以上として行うことが好ましい。但し、目的の製品形状における曲げ成形が加えられる位置のせん断加工面10の曲率半径以下に設定することが好ましい。なお、曲げ成形が加えられるせん断加工面10位置及びその近傍が、亀裂が発生しやすいと推定される位置となる。
In the present embodiment, the sheared
本実施例では各試験片20にV曲げ試験を行った。
V曲げ試験は、試験片20の中央線(打ち抜き穴の中央を通過する位置)と、V曲げ用のパンチ22の稜線が一致するように試験片20を設置し、パンチ22の移動速度を3mm/s、決め押し荷重を100kNとして曲げ試験を実施した。このとき、曲げ半径Rが異なるV曲げ用のパンチ22でそれぞれ実施した。
そして、パンチ22で曲げられた各試験片20におけるせん断加工面10に発生している亀裂のうちの、最大長さの亀裂長さLを、せん断加工面10での亀裂長さLとして測定した。
In this example, a V-bending test was performed on each
In the V-bending test, the
Then, of the cracks generated on the sheared
せん断加工面10の亀裂長さLの測定方法としては、上述(図4参照)のように、亀裂先端k1からせん断加工面10の曲げ外表面までの最小距離を亀裂長さLとして測定した。亀裂長さLの測定にはKeyence社製のデジタルマイクロスコープVHX−6000を使用し、観察倍率100倍でせん断加工面10を観察して、せん断加工面10の亀裂長さLの距離を測定した。
図10に、V曲げ試験によるせん断加工面10の亀裂長さLとパンチ22の曲げ半径Rの関係を示す。
図10から分かるように、亀裂長さLは、所定の曲げ半径Rを境に急激に変化し、その変化位置は、各供試材によって異なることが分かる。
本実施例では、亀裂長さLが急激に変化する試験結果を割れと判定した。この割れ判定より割れ限界の曲げ半径Rを決定した。例えば、供試材Aでは、5mmが割れ限界の曲げ半径Rと決定された。
As a method of measuring the crack length L of the sheared
FIG. 10 shows the relationship between the crack length L of the sheared
As can be seen from FIG. 10, it can be seen that the crack length L changes abruptly at a predetermined bending radius R, and the change position differs depending on each test material.
In the present example, a test result in which the crack length L rapidly changed was determined to be a crack. The bending radius R at the crack limit was determined from the crack determination. For example, in the test material A, 5 mm was determined as the bending radius R at the crack limit.
ここで、割れ限界の曲げ半径Rよりも大きな曲げ半径Rでは、亀裂長さLが略等しい長さとなっている。また曲げ成形する前であって、せん断加工によってせん断加工面10には微小の亀裂が存在する。例えば、高強度鋼板からなる供試材Aでは、せん断加工によってせん断加工面10に約50μmの亀裂が発生している。材料の引張強度が低い方が、通常、せん断加工による亀裂は小さい。
次いで、上記のV曲げ試験を再現したFEM解析により、最大主ひずみからなる表面ひずみと割れ限界の曲げ半径Rとの関係を取得した。その結果を図11に示す。
Here, at a bending radius R larger than the bending radius R at the crack limit, the crack lengths L are substantially equal. Before the bending process, a small crack is present on the sheared
Next, the relationship between the surface strain consisting of the maximum principal strain and the bending radius R at the crack limit was obtained by FEM analysis reproducing the above-mentioned V bending test. The result is shown in FIG.
FEM解析のソルバーには汎用有限要素法ソフトLS−DYNA ver.800を用い、解法には動的陽解法を使用した。試験片20の要素は1次完全積分8節点6面体ソリッド要素とし、面内方向の最小メッシュサイズを0.16mmとし、板厚方向にメッシュを10分割した。材料モデルは等方硬化モデルとし、材料の応力−ひずみ関係として単軸引張り試験より得られた真応力−真ひずみ関係をSwiftの式で近似し、これを相当応力−相当塑性ひずみ関係として与えた。パンチ22、ダイスは剛体とし、要素は4節点1次低減積分シェル要素を用いた。
この図11に示すような結果から、V曲げ試験の割れ判定条件における変形限界ひずεlimitは表2のようになった。この結果から、他の成形条件をFEM解析で再現し、せん断加工面10のひずみを求めれば、せん断加工面10の割れ発生の有無を予測することができる。
The general-purpose finite element method software LS-DYNA ver. 800, and a dynamic explicit solution was used for the solution. The element of the
From the results shown in FIG. 11, the deformation limit strain εlimit under the crack determination conditions in the V-bending test was as shown in Table 2. From this result, if the other forming conditions are reproduced by FEM analysis and the strain of the sheared
一例として、表1の供試材Cの材料を用いたプレス成形品による実施例を示す。
なお、供試材Cの限界曲げ半径RXは6.0mmであった。
図12にプレス成形品におけるせん断加工面10の曲げ割れ評価部を示す。
図12中の評価部を含む部品稜線の曲げ半径Rを4mm、6mm、8mmと変化させてFEM解析及び実部品試作による検証を行った。表3に、割れ予測及び実部品試作による割れ判定結果を示す。
As an example, an example using a press-formed product using the material of the test material C in Table 1 will be described.
The critical bending radius RX of the test material C was 6.0 mm.
FIG. 12 shows a bending crack evaluation section of the sheared
The bending radius R of the ridge line of the part including the evaluation part in FIG. 12 was changed to 4 mm, 6 mm, and 8 mm, and verification was performed by FEM analysis and actual part trial production. Table 3 shows the results of crack prediction and crack determination based on trial production of actual parts.
本結果より、曲げ半径Rと亀裂長さLに基づく割れ予測が実部品試作においても有効であることを確認した。これは本手法により高精度に割れ限界が予測できることを表している。
ここで、本発明は、上記に説明した内容に限られるものではなく、例えば、上記実施例では、引張強さが980MPa級以上の鋼板(1180MPa級の鋼板)に適用した例を示している。本発明は、このような高強度鋼板のプレス成形に適用することが好ましいが、引張強さが980MPa級未満の鋼板や、鋼板以外の金属板1に適用することもできる。
From these results, it was confirmed that the crack prediction based on the bending radius R and the crack length L was also effective in actual part trial production. This indicates that the crack limit can be predicted with high accuracy by this method.
Here, the present invention is not limited to the contents described above. For example, in the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a steel plate having a tensile strength of 980 MPa class or more (a steel plate of 1180 MPa class). The present invention is preferably applied to press forming of such a high-strength steel sheet, but can also be applied to a steel sheet having a tensile strength of less than 980 MPa or a
1 金属板
2 プレス部品
2A 曲げ部
3A 曲げ試験
3B 曲げ半径と亀裂長さの関係取得
3C 限界曲げ半径の決定
3D 変形限界ひずみの取得
3E せん断加工面での割れ判定
10 せん断加工面
20 試験片
22 パンチ
CH 変化位置
L 亀裂長さ
L/R 変化率
R パンチの曲げ半径
RX 限界曲げ半径
DESCRIPTION OF
Claims (8)
金属板のせん断加工面を含む部分に曲げ変形を与えることによる、曲げ変形による曲げ部の曲げ半径とせん断加工面に発生する亀裂長さとの関係を求め、その求めた曲げ半径と亀裂長さとの関係から、せん断加工面での金属板の曲げ変形の限界を評価することを特徴とする変形限界の評価方法。 When performing press forming including bending deformation on the sheared metal plate, a deformation limit evaluation method for evaluating the deformation limit on the sheared surface of the metal plate,
The relationship between the bending radius of the bent portion due to bending deformation and the crack length generated on the sheared surface by applying bending deformation to the portion including the sheared surface of the metal plate was determined, and the relationship between the calculated bending radius and the crack length was calculated. A method of evaluating a deformation limit, comprising evaluating a limit of bending deformation of a metal plate on a sheared surface from a relationship.
金属板のせん断加工面を含む部分に曲げ変形を与えることによる、曲げ変形による曲げ部の曲げ半径とせん断加工面に発生する亀裂長さとの関係を求め、求めた上記関係から、せん断加工面で割れが発生する曲げ割れの変形限界ひずみを求め、求めた変形限界ひずみでせん断加工面での金属板の曲げ変形の限界を評価することを特徴とする変形限界の評価方法。 When performing press forming including bending deformation on the sheared metal plate, a deformation limit evaluation method for evaluating the deformation limit on the sheared surface of the metal plate,
By giving bending deformation to the part including the sheared surface of the metal plate, the relationship between the bending radius of the bent part due to bending deformation and the crack length generated on the sheared surface was obtained, and from the obtained relationship, A method for evaluating a deformation limit, comprising: determining a deformation limit strain of a bending crack in which a crack occurs, and evaluating a bending deformation limit of a metal sheet on a sheared surface using the obtained deformation limit strain.
Using one of the evaluation method according to any one of claims 1 to 6 and the prediction method according to claim 7, a press die that suppresses the occurrence of cracks at the end face of the metal plate is designed. A method for designing a press die, characterized in that:
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