KR20160138275A - 가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법 - Google Patents

가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160138275A
KR20160138275A KR1020167030313A KR20167030313A KR20160138275A KR 20160138275 A KR20160138275 A KR 20160138275A KR 1020167030313 A KR1020167030313 A KR 1020167030313A KR 20167030313 A KR20167030313 A KR 20167030313A KR 20160138275 A KR20160138275 A KR 20160138275A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
deformation
stress
curve data
plate
shearing
Prior art date
Application number
KR1020167030313A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101809398B1 (ko
Inventor
사토시 시라카미
노부오 요시카와
도오루 요시다
히로시 요시다
Original Assignee
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 filed Critical 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Publication of KR20160138275A publication Critical patent/KR20160138275A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101809398B1 publication Critical patent/KR101809398B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
    • G06F17/50—
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D19/00—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes
    • B21D19/08—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0025—Shearing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations
    • G01N2203/0216—Finite elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/0278—Thin specimens
    • G01N2203/0282—Two dimensional, e.g. tapes, webs, sheets, strips, disks or membranes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Software Systems (AREA)

Abstract

이 가소성 재료의 평가 방법은, 제1 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제1 전단 공정과, 제2 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제2 전단 공정과, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과, 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비한다.

Description

가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법{PLASTIC MATERIAL EVALUATION METHOD AND METHOD FOR EVALUATING PLASTIC WORKING OF PLASTIC MATERIAL}
본 발명은 가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에 관한 것이다.
본원은, 2014년 5월 8일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2014-097227호, 2014년 5월 8일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2014-097228호 및 2014년 5월 8일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2014-097229호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
금속 재료 등의 가소성 재료의 소성 가공에 있어서, 균열, 주름, 스프링백, 두께 증가 불량 등의 성형 불량과 성형 하중 등의 성형 조건을 예측하기 위해, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 유한 요소법을 사용한 성형 해석이 행해지고 있다. 일반적인 성형 해석에서는, 가소성 재료의 소성 변형과 응력의 관계를 규정하는 재료 특성 파라미터인 응력 변형 곡선 데이터를 컴퓨터에 입력하고, 당해 컴퓨터에 있어서 유한 요소 해석을 실행하고 있다. 종래, 단축 인장 시험으로부터 얻어진 응력 변형 곡선 데이터를 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 Swift식 등의 가공 경화칙에 의해 근사하고, 이 근사한 가공 경화칙의 파라미터를, 응력 변형 곡선 데이터로서 컴퓨터에 입력하고 있다.
단축 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터에 있어서, 인장 강도에 도달할 때까지의 균일 연신의 변형 영역에서는, 가공 경화의 영향을 받으면서 변형의 증가에 따라 유동 응력이 상승한다. 한편, 인장 강도를 초과하여 시험편이 파단될 때까지의 국부 연신의 변형 영역에서는, 소성 불안정이 일어나, 시험편에 네킹이 발생하고, 변형의 증가에 따라 유동 응력이 저하된다. 유한 요소 해석을 이용한 프레스 성형의 성형 해석에서는, 응력 변형 곡선 데이터 중, 주로 균일 연신의 변형 영역까지의 응력 변형 곡선 데이터가 이용된다.
또한, 비특허문헌 2나 비특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같은 액압 벌지 시험, 또한, 원기둥 업세팅 시험, 단순 전단 시험 등에 의하면, 항복점으로부터 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 비교적 변동이 적어 안정된 응력 변형 곡선 데이터가 얻어진다.
그러나, 예를 들어 실제의 금속판의 프레스 성형에 있어서는, 균일 연신의 변형 영역보다도 훨씬 큰 변형이 금속판의 일부에 가해지는 경우가 있다.
또한, 자동차 분야에 있어서는, 프레스 성형, 냉간 단조, 롤 포밍, 축차 성형(스웨이징 등) 등과 함께, 판 단조라 불리는 성형 가공 방법이 이용되고 있다. 판 단조는, 프레스 성형과 냉간 단조를 조합한 방법이다. 판 단조의 일례로서, 다이와 펀치를 사용하여 금속판을 컵 형상으로 프레스 성형하는 공정과, 컵의 저면을 패드로 압박한 상태에서, 컵의 단부를 다른 펀치로 압입하여 업세팅 가공하는 공정을 순차적으로 행하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 프레스 성형 시에 박육화된 부분을, 업세팅 가공에 의해 압축 두께 증가시키고 있다. 이와 같이, 판 단조에서는, 프레스 성형에 냉간 단조가 가해지기 때문에, 프레스 성형보다도 더욱 큰 변형이 금속판에 가해지게 된다.
따라서, 유한 요소법을 사용하여 프레스 성형, 판 단조, 냉간 단조 등의 성형 해석을 실행하는 경우에는, 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선 데이터를, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 외삽(Extrapolation)함으로써, 가공 경화의 영향을 고려한 응력 변형 곡선 데이터를 근사하고, 이 근사 곡선 데이터를 사용하여 유한 요소 해석을 실행해야 한다.
균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 응력 변형 곡선 데이터를 외삽하는 수단으로서는, 예를 들어 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선의 평균적인 기울기를 구하고, 그 평균 기울기를 갖는 직선을, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 외삽하는 수단이 있다. 또한, 다른 수단으로서, 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선의 부분적인 기울기를 구하고, 그 기울기를 갖는 직선을, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 외삽하는 수단이 있다. 그러나, 응력 변형 곡선 데이터를 외삽하여 응력 변형 곡선 데이터를 근사하고, 그 근사 곡선 데이터에 기초하여 소성 가공의 성형 해석을 행하였다고 해도, 근사 곡선 데이터의 정밀도가 낮은 경우에는, 소성 가공 시의 성형 해석의 정밀도가 저하될 우려가 있었다.
또한, 응력 변형 곡선 데이터를 외삽하여 얻은 근사 곡선 데이터는, 변형량이 높을수록 오차가 증대되기 쉬운 경향이 있다. 따라서 종래의 판 단조나 냉간 단조의 성형 해석에서는, 오차가 비교적 큰 고변형 영역의 근사 곡선 데이터를 해석에 사용하여야 하여, 프레스 성형에 비해 성형 해석 결과의 정밀도의 저하가 우려되었다.
또한, 단축 인장 시험 등에 의해 얻어지는 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선 데이터로부터 Swift식 등에 의해 근사하여, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지의 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 경우, 모든 변형 영역에 걸쳐 고정밀도의 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것이 곤란하다. 따라서, 유한 요소법의 목적에 따라서 응력과 변형의 관계를 근사하는 변형 영역을 선택할 필요가 있다.
그러나, 유한 요소법의 목적에 따라서 변형 영역을 선택하고, 응력과 변형의 관계를 근사하고, 그 근사 곡선 데이터에 기초하여 프레스 성형, 판 단조, 냉간 단조 등의 성형 해석을 행하였다고 해도, 선택한 변형 영역 이외의 근사 정밀도가 현저하게 낮은 경우에는, 프레스 성형, 판 단조, 냉간 단조 등에 있어서의 성형 불량의 발생을 정확하게 해석할 수 없을 우려가 있었다.
또한, Swift식 이외의 가공 경화칙으로서, 비특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같은 Voce식이 알려져 있다. 그러나, Voce식은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 항복점으로부터 균일 연신까지의 변형 영역의 응력 변형 곡선 데이터의 근사 정밀도 향상을 목적으로 한 것이며, Swift식과 마찬가지로, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지를 포함한 근사 정밀도에는 과제가 있다.
또한, Swift식 이외의 가공 경화칙으로서 Lemaitre-Chaboche에 의한 복합 경화칙도 알려져 있다. 그러나, Lemaitre-Chaboche에 의한 복합 경화칙은, 반전 부하 시에 있어서의 항복 응력의 저하 현상인 바우싱거 효과의 근사 정밀도가 우수하지만, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지를 포함한 응력 변형 곡선 데이터의 근사 정밀도는 양호하지 않다.
일본 특허 공고 평8-16644호 공보
요시다, 이토, 「판 성형 시뮬레이션에 있어서의 재료 모델」, 소성과 가공, 제40권, 제460호, 34-39 요시다, 요시이, 코모리다, 우수다, 「경화 강도의 변형 양식 의존성(경화 이방성 X)과 그들의 성형성 평가에의 응용」, 소성과 가공, vol.11, no.114, 513-521 요시다, 요시이, 우수다, 와타나베, 「등이축 인장의 n과 c 및 그들의 성형성 평가에의 응용」, 소성과 가공, vol.11, no.116, 670-675 B. K. Choudhary, et. al, "Tensile stress-strain and work hardening behaviour of 316LN austenitic stainless steel", materials Science and Technology, February 2001, Vol.17, P223-231
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 균일 연신을 초과하는 변형 영역에 이르기까지의 고정밀도의 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것이 가능한 가소성 재료의 평가 방법, 및, 그 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 소성 가공의 성형 해석을 고정밀도로 행하는 것이 가능한 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 개요는 하기와 같다.
(1) 본 발명의 제1 형태는, 0을 포함하는 제1 변형량을 갖는 제1 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제1 가소성판에 인가하여 상기 제1 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제1 전단 공정과, 상기 제1 변형량과 상이하고, 또한, 0을 포함하는 제2 변형량을 갖는 제2 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제2 가소성판에 인가하여 상기 제2 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제2 전단 공정과, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과, 상기 제2 전단 공정에서 상기 제2 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제2 전단 공정에서 상기 제2 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제2 전단 공정에서 상기 제2 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제2 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비하는 가소성 재료의 평가 방법이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 전단 공정에 있어서 인가된 상기 전단 응력을 제하한 후에, 상기 제1 가소성판의 외형 부분을 제거함으로써 상기 제2 가소성판을 얻는 외형 제거 공정을 더 구비해도 된다.
(3) 상기 (2)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 외형 제거 공정에 있어서, 상기 가상 단면과 상기 제1 가소성판의 평면에 수직으로 교차하는 면방향을 따라서 상기 제1 가소성판의 상기 2개의 영역에 걸쳐 상기 외형 부분을 제거해도 된다.
(4) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 가소성판과 상기 제2 가소성판은, 서로 다른 별개의 가소성판이어도 된다.
(5) 상기 (4)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제2 변형량이, 상기 제1 변형량보다 크고, 또한, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 변형량 이하이어도 된다.
(6) 상기 (4)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 및 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 중, 교차 효과의 영향을 받은 부분을 제외한 변형 영역의 곡선 데이터를 서로 연결시켜 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻어도 된다.
(7) 상기 (4)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 가소성판에 있어서의, 상기 단순 전단 변형에 의해 형성된 외형 부분을 제거함으로써 상기 제1 변형량 및 상기 제2 변형량과 상이한 제3 변형량을 갖는 제3 가소성판을 얻는 외형 제거 공정과, 상기 제3 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제3 가소성판에 인가하여, 상기 제3 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제3 전단 공정과, 상기 제3 전단 공정에서 상기 제3 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제3 전단 공정에서 상기 제3 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제3 전단 공정에서 상기 제3 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제3 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비하고, 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
(8) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 가공 경화칙에 기초하여 근사함으로써 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
(9) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 하기 식(A)에 나타내어지는 관계식에 의해 근사함으로써 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
Figure pct00001
단, 식(A)에 있어서, σ는 상당 응력이고, K(㎫) 및 a는 상기 가소성 재료의 재료 계수이고, εp는 상당 소성 변형이고, m은 상기 식(B)에 나타내는 바와 같고, 식(B)에 있어서의 n*는 가공 경화 지수의 수렴값이고, b는 가공 경화 지수의 수렴 속도를 나타내는 파라미터이고, c는 가공 경화 지수의 발달 속도를 나타내는 파라미터이다.
(10) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 전단 공정에 있어서의 전단 응력의 인가 방향과, 상기 제2 전단 공정에 있어서의 전단 응력의 인가 방향이, 서로 반대 방향이어도 된다.
(11) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 전단 공정에 있어서, 전단 응력의 인가 방향을 도중에서 반전시켜도 된다.
(12) 상기 (10) 또는 (11)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 이동 경화칙에 기초하여 근사함으로써 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
(13) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 가소성판 및 상기 제2 가소성판이 직사각형의 평면 형상을 가져도 된다.
(14) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 전단 공정 및 상기 제2 전단 공정에 있어서, 상기 제1 가소성판 및 상기 제2 가소성판의 판 두께의 최대 변화량이, 판 두께의 1％ 이하이어도 된다.
(15) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 전단 공정 및 상기 제2 전단 공정 각각에서 인가되는 전단 변형이 0.4∼1.2의 범위이어도 된다.
(16) 상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에서는, 상기 제1 가소성판 및 상기 제2 가소성판이 강판이어도 된다.
(17) 본 발명의 제2 형태는, 가소성 재료의 소성 가공의 성형 해석을 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고, 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 상기 컴퓨터의 상기 해석 수단에 입력하고, 상기 컴퓨터에 의해 상기 해석 수단을 실행시키는 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법이다.
(18) 상기 (17)에 기재된 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에서는, 상기 성형 해석이, 상기 가소성 재료를 소성 가공한 경우의 상기 가소성 재료의 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 구하는 것이어도 된다.
(19) 본 발명의 제3 형태는, 0을 포함하는 제1 변형량을 갖는 제1 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제1 가소성판에 인가하여 상기 제1 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제1 전단 공정과, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 하기 식(C)에 나타내어지는 관계식에 의해 근사함으로써 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비하는 가소성 재료의 평가 방법이다.
Figure pct00002
단, 식(C)에 있어서, σ는 상당 응력이고, K(㎫) 및 a는 상기 가소성 재료의 재료 계수이고, εp는 상당 소성 변형이고, m은 상기 식(D)에 나타내는 바와 같고, 식(D)에 있어서의 n*는 가공 경화 지수의 수렴값이고, b는 가공 경화 지수의 수렴 속도를 나타내는 파라미터이고, c는 가공 경화 지수의 발달 속도를 나타내는 파라미터이다.
(20) 본 발명의 제4 형태는, 가소성 재료의 소성 가공의 성형 해석을 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고, 상기 (19)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 상기 컴퓨터의 상기 해석 수단에 입력하고, 상기 컴퓨터에 의해 상기 해석 수단을 실행시키는 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법이다.
(21) 상기 (20)에 기재된 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에서는, 상기 성형 해석이, 상기 가소성 재료를 소성 가공한 경우의 상기 가소성 재료의 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 구하는 것이어도 된다.
상기 (1)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 적어도 2회의 전단 공정을 변형량이 상이한 제1 가소성판 및 제2 가소성판에 대하여 행함으로써, 서로 변형 영역이 상이한 적어도 2개의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득할 수 있다. 이들 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득함으로써, 예를 들어 종래의 인장 시험에 있어서의 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지의 전단 응력과 전단 변형의 관계를 고정밀도로 구할 수 있다.
상기 (2)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 제1 가소성판에 대하여 제1 전단 공정을 행한 후에 외형 제거 공정을 행함으로써, 파단의 기점으로 되는 크랙이 제거된 제2 가소성판을 얻을 수 있다. 따라서, 1매의 가소성판에 대하여 반복하여 전단 공정을 행할 수 있기 때문에, 미리 준비하는 가소성판의 매수를 적게 할 수 있다. 또한, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역이 중복 또는 괴리되지 않기 때문에, 적은 시험 횟수로 광범위한 변형 영역의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
상기 (3)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 가상 단면과 제1 가소성판의 평면에 수직으로 교차하는 면방향을 따라서 제1 가소성판의 2개의 영역에 걸쳐 제거하기 때문에, 파단의 기점으로 되는 크랙을 보다 확실하게 제거할 수 있다.
상기 (4)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 서로 변형량이 상이한 복수의 가소성판을 각각 단순 전단 변형시켜 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 실측에 의해 얻을 수 있다. 따라서, 이들 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 광범위한 변형 영역의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (5)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역과 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역이 중복되기 때문에, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역이 괴리되는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 광범위한 변형 영역의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
상기 (6)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서, 각 부분 응력 변형 곡선 데이터 중, 교차 효과의 영향을 받은 부분을 제외한 변형 영역의 곡선 데이터를 서로 연결시키기 때문에, 오차가 작은 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (7)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 제1 가소성판에 대하여 제1 전단 공정을 행한 후에 외형 제거 공정을 행함으로써, 파단의 기점으로 되는 크랙이 제거된 제3 가소성판을 얻을 수 있다. 따라서, 1매의 가소성판에 대하여 반복하여 전단 공정을 행할 수 있기 때문에, 미리 준비하는 가소성판의 매수를 적게 할 수 있다. 또한, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역이 중복 또는 괴리되지 않기 때문에, 적은 시험 횟수로 광범위한 변형 영역의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
상기 (8)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 가공 경화칙에 기초하여 근사하기 때문에, 보다 넓은 범위의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (9)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 상기의 식(A)에 기초하여 근사하기 때문에, 보다 넓은 범위의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
상기 (10)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 반전 부하 시에 있어서의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다. 따라서, 반전 부하 시의 항복 응력의 저하 현상인 바우싱거 효과를 평가할 수 있다.
상기 (11)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 반전 부하 시에 있어서의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다. 따라서, 반전 부하 시의 항복 응력의 저하 현상인 바우싱거 효과를 평가할 수 있다. 특히, 원하는 변형량이 부하된 시점에서 부하 방향을 반전시킬 수 있기 때문에, 보다 실용성이 높은 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (12)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 상기 (10) 또는 (11)에서 구해지는 부분 응력 변형 곡선 데이터를 이동 경화칙에 기초하여 근사하기 때문에, 보다 넓은 범위의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (13)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 각각의 가소성판이 직사각형의 평면 형상을 갖기 때문에, 전단 가공 시의 파단의 기점으로 될 수 있는 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
상기 (14)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 각 전단 공정에 있어서의 가소성판의 판 두께 감소량이 제한되기 때문에, 판 두께 방향으로 네킹이 발생하지 않는다. 그 때문에, 단축 인장 시험보다도 넓은 변형 영역에서 부분 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것이 가능하다. 따라서, 전단 공정의 횟수를 증대시키지 않고, 또한, 전단 공정에 있어서 금속판을 파단시키는 일이 없이, 광범위한 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (15)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 각 전단 공정에서의 1회당의 전단 변형이 0.4∼1.2의 범위이므로, 전단 공정의 횟수를 증대시키지 않고, 또한, 전단 공정에 있어서 금속판을 파단시키는 일이 없이, 광범위한 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (16)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 가소성판으로서 강판을 사용하기 때문에, 강재의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
상기 (17)에 기재된 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 컴퓨터에 입력함으로써, 가소성 재료를 높은 변형량으로 소성 가공하는 경우의 성형 해석을 높은 정밀도로 행할 수 있다.
상기 (18)에 기재된 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 가소성 재료를 소성 가공할 때의 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 정확하게 예측할 수 있다. 예를 들어, 소성 가공으로서 프레스 성형을 적용한 경우에는, 프레스 성형에 있어서의 가소성판의 변형 분포 및 최대 변형을 예측하여, 균열의 발생을 정확하게 해석할 수 있다. 또한, 소성 가공으로서 판 단조나 냉간 단조를 적용한 경우에는, 예를 들어 금형에 의한 가소성 재료에의 성형 하중을 구함으로써, 가공에 필요한 성형 하중을 정확하게 예측할 수 있다.
상기 (19)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 따르면, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 상기의 식(C)에 기초하여 근사하기 때문에, 넓은 범위의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
상기 (20)에 기재된 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 상기 (19)에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 컴퓨터에 입력함으로써, 가소성 재료를 높은 변형량으로 소성 가공하는 경우의 성형 해석을 높은 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 상기 (21)에 기재된 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 가소성 재료를 소성 가공할 때의 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 정확하게 예측할 수 있다. 예를 들어, 소성 가공으로서 프레스 성형을 적용한 경우에는, 프레스 성형에 있어서의 가소성판의 변형 분포 및 최대 변형을 예측하여, 균열의 발생을 정확하게 해석할 수 있다. 또한, 소성 가공으로서 판 단조나 냉간 단조를 적용한 경우에는, 예를 들어 금형에 의한 가소성 재료에의 성형 하중을 구함으로써, 가공에 필요한 성형 하중을 정확하게 예측할 수 있다.
도 1은 단축 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터와, 응력 변형 곡선 데이터를 외삽하여 얻어진 외삽 곡선 데이터의 예를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에서 사용하는 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 3은 전단 응력이 인가된 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 4는 제1 강판의 외형 부분을 제거하여 얻어지는 제2 강판을 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터와, 종래의 방법에 의해 얻어진 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터와, 종래의 방법에 의해 얻어진 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 Swift식에 기초하여 외삽한 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 7은 순간 n값과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 강판에 예비 변형을 부여하는 방법을 설명하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에서 사용하는 제1 강판(또는 제2 강판)을 도시하는 평면도이다.
도 10은 전단 응력이 인가된 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 있어서의 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정의 일례를 설명하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태의 강판의 평가 방법에 의해 얻어진 각 강재의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 14에 도시한 부분 응력 변형 곡선 데이터로부터 구한 순간 가공 경화율과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 관한 강재의 평가 방법에서 사용하는 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 17은 전단 응력이 인가된 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 18은 제1 강판의 외형 부분을 제거하여 얻어지는 제3 강판을 도시하는 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 각 강판의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 20은 도 19에 도시한 부분 응력 변형 곡선 데이터로부터 구한 순간 가공 경화율과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 각종 방법에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터를 비교하는 그래프이다.
도 22는 각종 방법에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터를 비교하는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에서 사용하는 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 24는 전단 응력이 인가된 제1 강판을 도시하는 평면도이다.
도 25는 단순 전단 변형 시험에 의해 얻어진 부분 응력 변형 곡선 데이터와, Swift식에 의해 근사한 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 26은 도 25에 도시한 부분 응력 변형 곡선 데이터로부터 구한 순간 n값과, 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 28은 도 27에 도시한 합성 응력 변형 곡선 데이터로부터 구한 순간 n값과, 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 29는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 30은 원통 구멍 확장 가공의 가공 방법을 도시하는 부분 사시도이다.
도 31a는 종래의 Swift식에 의해 얻어진 재료 파라미터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다.
도 31b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다.
도 32는 강판의 원통 구멍 확장 가공 후의 구멍의 테두리에 있어서의 최대 변형량의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 33a는 강판의 판 단조를 설명하는 제1 공정도이다.
도 33b는 강판의 판 단조를 설명하는 제2 공정도이다.
도 33c는 강판의 판 단조를 설명하는 제3 공정도이다.
도 34는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 35a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 강판의 판 단조의 해석을 행한 결과를 도시하는 도면이다.
도 35b는 단축 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 강판의 판 단조의 해석을 행한 결과를 도시하는 도면이다.
도 36은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 37은 원통 구멍 확장 가공의 가공 방법을 도시하는 부분 사시도이다.
도 38a는 종래의 Swift식에 의해 얻어진 재료 파라미터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다.
도 38b는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다.
도 39는 강판의 원통 구멍 확장 가공 후의 구멍의 테두리에 있어서의 최대 주변형량의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 40은 1회째에 행하는 전단 공정의 도중으로부터, 전단 응력의 인가 방향을 반전시킨 경우의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 41은 3회째에 행하는 전단 공정으로부터, 전단 응력의 인가 방향을 반전시킨 경우의 강성 응력 변형 곡선 데이터를 나타내는 그래프이다.
유한 요소 해석을 이용한 가소성 재료 가공의 성형 해석에서는, 응력 변형 곡선 데이터 중, 단축 인장 시험의 균일 연신의 변형 영역까지의 응력 변형 곡선 데이터가 이용된다. 그러나, 예를 들어 실제의 가소성 재료의 프레스 성형, 판 단조, 냉간 단조 등에 있어서는, 균일 연신의 변형 영역보다도 훨씬 큰 변형이 가소성 재료에 가해진다. 따라서, 종래, 유한 요소법을 사용하여 프레스 성형, 판 단조, 냉간 단조 등의 성형 해석을 실행하는 경우에는, 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선 데이터를, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 외삽함으로써, 가공 경화의 영향을 고려한 응력 변형 곡선 데이터를 근사하고, 이들 근사 곡선 데이터를 사용하여 유한 요소 해석을 실행하였다.
균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 응력 변형 곡선 데이터를 외삽하는 수단으로서는, 예를 들어 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선의 평균적인 기울기를 구하고, 그 평균 기울기를 갖는 직선을, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 외삽하는 수단이 있었다. 또한, 다른 수단으로서, 균일 연신의 변형 영역의 응력 변형 곡선의 부분적인 기울기를 구하고, 그 기울기를 갖는 직선을, 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지 외삽하는 수단이 있었다. 이들 근사 곡선 데이터의 예를, 도 1에 도시하고 있다.
도 1에는, 단축 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터와, 단축 인장 시험의 응력 변형 곡선 데이터로부터 외삽한 외삽 곡선 데이터를 도시하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 외삽 곡선 데이터는, 그 계산 방법에 따라 변동이 발생하고, 변형량이 커질수록 변동이 커진다. 특히, 판 단조의 변형 영역에서는, 유동 응력이 10％ 이상의 폭으로 변동되는 경우가 있다.
응력 변형 곡선 데이터는, 최대 인장 강도를 지나고 나서 하강한다. 이 원인은, 최대 인장 강도에 대응하는 변형보다도 큰 변형이 가해지면, 소성 불안정이 발생하여, 시험편에 국부 네킹이 발생하기 때문이다. 단축 인장 시험 대신에, 액압 벌지 시험에 의해 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 수단도 있지만, 이 방법에 의해서도 균일 연신의 변형 영역의 2배 정도의 변형 영역의 응력 변형 곡선 데이터가 얻어지는 것에 지나지 않는다. 또한, 원기둥 업세팅 시험에 의해 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 수단도 있지만, 이 방법에 의해 예를 들어 강판의 응력 변형 곡선 데이터를 얻고자 하면, 시험체로서 직경이 강판의 두께 정도의 치수로 되는 원기둥체를 준비할 필요가 있어, 시험체의 조정에 엄청난 수고와 비용을 필요로 한다.
또한, 예를 들어 강판을 소성 가공하는 경우에 있어서, 강판에 균열이 발생하는 경우가 있다. 특히, 고강도 강판의 프레스 성형에 있어서 균열이 발생하기 쉽다. 프레스 성형 시에 있어서 균열의 발생 개소에 가해지는 변형량은, 단축 인장 시험에 의해 얻어지는 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역의 4배 정도까지 달하는 경우가 있다. 따라서, 강판을 프레스 성형하는 경우의 성형 해석을 유한 요소법 등에 의해 실행하는 경우에는, 응력 변형 곡선 데이터를 외삽한 것을 사용하지만, 어디까지나 외삽한 것이며 실측한 것은 아니므로, 오차가 발생할 우려가 있었다.
따라서, 본 발명자들은, 넓은 변형 영역에 있어서 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 방법을 검토한 바, 단순 전단 시험을 이용하는 것이, 종래의 단축 인장 시험을 이용하는 것보다도 유리한 것을 발견하였다. 단순 전단 시험은, 가소성판에 면내 전단 응력을 인가하는 것이며, 최대 인장 강도에 대응하는 변형보다 큰 변형을 가하였다고 해도, 판 두께 방향으로 네킹이 발생하지 않기 때문이다.
또한 본 발명자들은,
(a) 서로 다른 변형량을 갖는 복수의 동종의 가소성판을 준비하고, 이들 가소성판에 대하여 단순 전단 시험을 행하는 것, 또는,
(b) 단일의 가소성판에 대해, 단순 전단 시험을 행한 후에 변형된 외형 부분을 제거하고, 다시 단순 전단 변형을 행하는 것을 반복하는 것
에 의해 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하고, 이들 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 하나의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻음으로써, 외삽 등의 근사를 행하지 않고, 넓은 변형 영역에 걸쳐 고정밀도의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것을 발견하였다.
또한 본 발명자들은, 상술한 방법에 의해 실제로 취득한 고정밀도의 합성 응력 변형 곡선 데이터에 대하여 해석한 결과, Swift식 등의 종래의 근사식보다도 높은 정밀도의 근사식을 발견하기에 이르렀다.
본 발명은 상술한 발견에 기초하여 이루어진 것이다.
이하, 본 발명의 상세에 대하여 제1 실시 형태∼제6 실시 형태에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 어느 실시 형태에 있어서도, 가소성 재료로서 강재(즉, 가소성판으로서 강판)를 사용하고 있지만, 가소성 재료로서는, 알루미늄이나 티타늄 등의 금속 재료, FRP나 FRTP 등의 유리 섬유 강화 수지 재료, 또한 이들의 복합 재료를 사용할 수 있다.
또한, 이 명세서에 있어서, 「부분 응력 변형 곡선 데이터」란, 1회의 전단 공정에 의해 얻어지는, 응력과 변형의 관계를 나타내는 데이터를 의미한다. 또한, 「합성 응력 변형 곡선 데이터」란, 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 서로 연결시키는 것이나, 적어도 하나의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 근사식을 적용하는 것 등에 의해 얻어지는 넓은 변형 영역의 응력 변형 곡선 데이터를 의미한다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 대하여 도 2∼도 7을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법은,
[1-1] 제1 강판(101)을 전단 변형시키는 제1 전단 공정과,
[1-2] 제1 전단 공정의 측정 결과로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
[1-3] 전단 변형 후의 제1 강판(101)의 외형 부분을 제거하고, 제2 강판(102)을 취득하는 외형 제거 공정과,
[1-4] 제2 강판(102)을 전단 변형시키는 제2 전단 공정과,
[1-5] 제2 전단 공정의 측정 결과로부터 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
[1-6] 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비한다. 이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
[1-1] 제1 전단 공정
제1 강판(101)은 도 2에 도시한 바와 같이 직사각형의 평면 형상을 갖는 강판이다. 제1 강판(101)에는 필요에 따라서 예비 변형을 부여해도 된다. 즉, 제1 강판(101)은 제1 변형량(0을 포함함)을 갖는다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 강판(101)의 한쪽의 변(101a)과 다른 쪽의 변(101b) 사이에, 제1 강판(101)을 2개의 영역으로 구분하는 가상 단면(101c)을 설정한다. 가상 단면(101c)은 제1 강판(101)의 표면에 수직으로 설정된다. 그리고, 가상 단면(101c)을 경계로 한 경우에, 제1 강판(101)의 한쪽의 변(101a)을 포함하는 부분과, 다른 쪽의 변(101b)을 포함하는 부분을 각각, 도시하지 않은 고정 수단에 의해 구속한다. 고정 수단으로서는, 제1 강판(101)을 파지하여 고정하는 척킹 장치를 예시할 수 있다.
다음에, 도 3에 도시한 바와 같이, 가상 단면(101c)에 의해 구분된 제1 강판(101)의 2개의 영역을, 가상 단면(101c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록(즉, 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록) 전단 응력을 인가하여, 제1 강판(101)을 단순 전단 변형시킨다.
구체적으로는, 가상 단면(101c)에 의해 구분된 제1 강판(101)의 2개의 영역을 각각, 척킹 장치에 의해 구속한 상태에서, 척킹 장치를 가상 단면(101c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록 이동시킨다. 이에 의해, 가상 단면(101c)의 근방에 전단 변형부(101d)가 형성된다. 가상 단면(101c)을 따라서 판 폭 방향으로 전단 응력을 인가하므로, 전단 변형부(101d)에 있어서의 판 두께는 응력 인가 전과 변함이 없다. 또한, 재질에 따라서는 판 두께가 감소하는 경우도 있을 수 있지만, 그 판 두께의 최대 변화량은, 커도 1％ 이하이다. 따라서, 단축 인장 시험과 같이 시험편에 국부 네킹이 발생하는 일이 없다.
단, 제1 강판(101)의 한쪽의 변(101a) 및 다른 쪽의 변(101b)에 접속하는 측변(101e, 101e)은, 제1 강판(101)에의 전단 응력의 인가에 의해 그 형상이 크게 변형되게 된다.
1회의 전단 공정에 의해 제1 강판(101)에 인가하는 전단 변형은, 0.4∼1.2의 범위인 것이 바람직하고, 0.5∼1.0의 범위인 것이 더욱 바람직한다. 1회의 전단 변형의 인가량을 0.4 이상으로 하면, 1회의 전단 변형에 의한 변형량이 과소해지지 않고, 전단 공정과 외형 제거 공정의 반복 횟수가 증대되는 일이 없다. 또한, 1회당의 전단 변형의 인가량을 1.2 이하로 하면, 이른 단계에서의 강판의 파단을 방지할 수 있다.
[1-2] 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 전단 공정에서 제1 강판(101)에 인가되는 전단 응력과 전단 변형을 측정한다. 그리고, (1) 제1 전단 공정에서 제1 강판(101)에 인가되는 전단 응력과, (2) 제1 전단 공정에서 제1 강판(101)에 인가되는 전단 변형량 및 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
[1-3] 외형 제거 공정
외형 제거 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전단 응력을 일단 제하하고 나서, 전단 응력의 인가에 의해 변형된 외형 부분을 제거하여, 직사각형의 평면 형상을 갖는 제2 강판(102)을 얻는다. 구체적으로는, 제1 전단 공정을 거친 제1 강판에 있어서의, 측변(101e, 101e)을 포함하는 부분을 절제하여, 제1 강판(101)의 평면에서 본 형상을 직사각형 형상으로 한다.
제1 전단 공정에 있어서의 전단 응력의 인가에 의해 변형된 측변(101e, 101e) 중, 특히 변형이 큰 개소에는 균열이 생길 가능성이 있다. 이 크랙을 남긴 상태 그대로는, 후술하는 제2 전단 공정에 있어서, 제2 강판(102)이 크랙을 기점으로 하여 파단할 우려가 있다. 그러나, 이 외형 제거 공정을 행함으로써, 파단의 기점으로 되는 크랙이 제거된 제2 강판(102)을 얻을 수 있기 때문에, 상술한 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 외형 제거 공정에서는, 가상 단면(101c)과 제1 강판(101)의 평면에 수직으로 교차하는 면방향을 따라서 제1 강판(101)의 2개의 영역에 걸쳐 외형 부분을 제거해도 된다. 환언하면, 도 4에 있어서의 2개의 선 A를 따라서 외형 부분을 제거해도 된다. 이에 의해, 파단의 기점으로 되는 크랙을 보다 확실하게 제거할 수 있다.
[1-4] 제2 전단 공정
제2 전단 공정에서는, 외형 제거 공정에 의해 얻어진 제2 강판(102)에 대하여 상기 [1-1]에서 설명한 방법과 마찬가지의 방법에 의해, 전단 응력을 인가한다.
제2 강판(102)은 제1 전단 공정에 있어서 인가된 변형에 기인하는 제2 변형량을 갖는다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 강판(101)이 갖는 제1 변형량보다도 제2 강판(102)이 갖는 제2 변형량쪽이 크다.
[1-5] 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제2 전단 공정에서 제2 강판(102)에 인가되는 전단 응력과 전단 변형을 측정한다. 그리고, (1) 제2 전단 공정에서 제2 강판(102)에 인가되는 전단 응력과, (2) 제2 전단 공정에서 제2 강판(102)에 인가되는 전단 변형량 및 제2 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터, 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
[1-6] 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 적어도 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
상술한 설명에서는, 외형 제거 공정을 사이에 넣고 2회의 전단 공정을 행함으로써 얻어진 2개의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하였지만, 본 실시 형태에 따르면, 1매의 강판에 대하여 전단 공정과 외형 제거 공정을 복수회 반복하는 것이 가능하다. 반복 횟수의 상한은 특별히 정할 필요는 없고, 전단 응력의 인가 중에 강판이 깨질 때까지 계속해도 된다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 따르면, 미리 준비하는 가소성판의 매수를 적게 할 수 있다. 또한, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역이 중복 또는 괴리되지 않기 때문에, 적은 시험 횟수로 광범위한 변형 영역의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
도 5에, 2회의 외형 제거 공정을 사이에 넣고 3회의 전단 공정을 반복한 경우(본 실시 형태의 방법)와, 단순 인장 시험을 행한 경우(종래 방법)에 대하여, 얻어진 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 도시한다. 시험에 제공한 강판은, 인장 강도 600㎫, 항복 강도 400㎫, 판 두께 1.6㎜이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 종래의 방법에서는, 상당 소성 변형 0.19까지의 응력 변형 곡선 데이터가 얻어졌지만, 본 실시 형태의 방법에 따르면, 그 4배의 0.7 정도까지의 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것이 가능하다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 상세하게 검토하였다. 도 6에 그 검토 결과를 나타낸다. 도 6에는, 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터와, 종래의 방법에 의해 얻어진 상당 소성 변형 0.19까지의 응력 변형 곡선 데이터를 Swift식에 기초하여 소성 변형 0.7 이상까지 외삽한 응력 변형 곡선 데이터를 나타낸다.
본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터는, 실제로 측정된 전단 응력과 전단 변형으로부터 얻어진 상당 응력과 상당 소성 변형을 플롯한 것이다. 또한, 외삽한 응력 변형 곡선 데이터는, 종래의 방법에 의해 얻어진 소성 변형 0.1까지의 응력 변형 곡선 데이터를, 하기 식(1)의 Swift식에 적용시켜 산출한 것이다.
Figure pct00003
단, 식(1)에 있어서 σ는 상당 응력이고, α 및 β는 강판마다 정해지는 상수이며, εp는 상당 소성 변형이고, n은 가공 경화 지수이다.
도 6에 도시한 바와 같이, Swift식에 기초하여 외삽한 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터는, 본 실시 형태의 방법에 의해 얻은 합성 응력 변형 곡선 데이터에 대하여, 높은 변형 영역으로 될수록 괴리되어 있는 것을 알 수 있다.
2개의 곡선 데이터의 괴리의 원인에 대하여 검토하기 위해, 순간 n값과, 상당 소성 변형의 관계를 조사하였다. 결과를 도 7에 나타낸다. 순간 n값이란, 도 6에 도시한 응력 변형 곡선 데이터를 양쪽 대수 그래프에 플롯한 곡선 데이터에 있어서의 순간 구배이다. 도 7에 도시한 바와 같이, Swift식에 기초하여 외삽한 응력 변형 곡선 데이터는, 변형량이 커짐에 따라서 거의 일정 값에 수렴하고 있다. 한편, 본 실시 형태의 방법에 의해 얻은 응력 변형 곡선 데이터의 순간 n값은, 변형량이 커짐에 따라서 수렴하는 경향이 있지만, 일정 값에는 수렴하지 않고 계속해서 변화하고 있다. Swift식은, n값이 일정해지는 것을 전제로 한 식이지만, 실제의 강재에서는, 특히 변형량이 큰 영역에서는 Swift식으로부터 벗어나는 것을 알 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법은, 예비 변형량이 서로 다른 2매 이상의 강판을 준비하고, 이들 강판을 각각 단순 전단 변형시킴으로써 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하고, 또한 이들 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 강재의 평가 방법이다.
또한, 변형예로서, 전단 공정에 있어서, 제1 실시 형태와 같이, 단순 전단 변형에 의해 변형된 강판의 외형 부분을 제거한 강판에 대하여 다시 단순 전단 변형시키는 것을 1회 이상 반복해도 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 달리, 성분 및 조직이 동일 종인 강판을 2매 이상 준비한다. 준비하는 강판 중, 1매는 변형량이 부여되어 있지 않은 강판이어도 된다. 강판에 예비 변형을 부여하는 방법으로서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 압연 방향을 예를 들어 전단 방향과는 비평행 방향으로 해도 되고, 압연 방향을 전단 방향과 평행 방향으로 해도 된다.
n매의 강판을 준비하는 경우에는, 단계적으로 예비 변형 εp 1, εp 2, εp 3, …εp n을 가한 복수의 강판을 준비한다. 준비하는 강판의 매수는, 목적으로 하는 상당 변형의 크기에 따라서 정하면 된다. 특히, 높은 상당 변형의 영역까지의 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 경우에는, 예비 변형을 부여한 복수의 강판을 준비한 편이 좋다.
또한, 냉간 압연에 의해 강판에 부여된 예비 변형 εp는, 압연 전의 판 두께를 h0이라 하고, 압연 후의 판 두께를 h라 하였을 경우, 다음 식(2)에 의해 부여된다.
Figure pct00004
강판에 예비 변형을 부여하는 수단으로서는, 냉간 압연에 한하지 않고, 예비 변형량을 제어할 수 있는 수단이면 특별히 제한은 없고, 단축 인장 시험, 평면 변형 인장 시험을 이용한 인장 응력을 부가하는 가공 등을 예시할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 대하여 도 9∼도 22를 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법은,
[2-1] 제1 강판(201)을 전단 변형시키는 제1 전단 공정과,
[2-2] 제1 전단 공정의 측정 결과로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
[2-3] 제1 강판(201)과는 별개로 준비한 제2 강판(202)을 전단 변형시키는 제2 전단 공정과,
[2-4] 제2 전단 공정의 측정 결과로부터 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
[2-5] 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비한다. 이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
[2-1] 제1 전단 공정
제1 강판(201)은 도 9에 도시한 바와 같이 직사각형의 평면 형상을 갖는 강판이다. 제1 강판(201)에는 필요에 따라서 예비 변형을 부여해도 된다. 즉, 제1 강판(201)은 제1 변형량(0을 포함함)을 갖는다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제1 강판(201)의 한쪽의 변(201a)과 다른 쪽의 변(201b) 사이에, 제1 강판(201)을 2개의 영역으로 구분하는 가상 단면(201c)을 설정한다. 가상 단면(201c)은 제1 강판(201)의 표면에 수직으로 설정된다. 그리고, 가상 단면(201c)을 경계로 한 경우에, 제1 강판(201)의 한쪽의 변(201a)을 포함하는 부분과, 다른 쪽의 변(201b)을 포함하는 부분을 각각, 도시하지 않은 고정 수단에 의해 구속한다. 고정 수단으로서는, 제1 강판(201)을 파지하여 고정하는 척킹 장치를 예시할 수 있다.
다음에, 도 10에 도시한 바와 같이, 가상 단면(201c)에 의해 구분된 제1 강판(201)의 2개의 영역을, 가상 단면(201c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록(즉, 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록) 전단 응력을 인가하여, 제1 강판(201)을 단순 전단 변형시킨다.
구체적으로는, 가상 단면(201c)에 의해 구분된 제1 강판(201)의 2개의 영역을 각각, 척킹 장치로 구속한 상태에서, 척킹 장치를 가상 단면(201c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록 이동시킨다. 이에 의해, 가상 단면(201c)의 근방에 전단 변형부(201d)가 형성된다. 가상 단면(201c)을 따라서 판 폭 방향으로 전단 응력을 인가하므로, 전단 변형부(201d)에 있어서의 판 두께는 응력 인가 전과 변함이 없다. 또한, 재질에 따라서는 판 두께가 감소하는 경우도 있을 수 있지만, 그 판 두께의 최대 변화량은, 커도 1％ 이하이다. 따라서, 단축 인장 시험과 같이 시험편에 국부 네킹이 발생하는 일이 없다.
단, 제1 강판(201)의 한쪽의 변(201a) 및 다른 쪽의 변(201b)에 접속하는 측변(201e, 201e)은, 제1 강판(201)에의 전단 응력의 인가에 의해 그 형상이 크게 변형되게 된다.
1회의 전단 공정에 의해 제1 강판(201)에 인가하는 전단 변형은, 0.4 이상으로 하는 것이 바람직하다. 1회의 전단 변형의 인가량을 0.4 이상으로 하면, 1회의 전단 변형에 의한 변형량이 과소해지지 않고, 사용하는 강판의 수를 저감시킬 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 전단 변형의 인가량의 상한은 특별히 규정할 필요는 없고, 제1 강판(201)이 파단할 때까지 전단 응력을 인가해도 된다.
[2-2] 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 전단 공정에서 제1 강판(201)에 인가되는 전단 응력과 전단 변형을 측정한다. 그리고, (1) 제1 전단 공정에서 제1 강판(201)에 인가되는 전단 응력과, (2) 제1 전단 공정에서 제1 강판(201)에 인가되는 전단 변형량 및 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
[2-3] 제2 전단 공정
제2 전단 공정에서는, 제1 강판(201)과는 별개로 준비한 제2 강판(202)에 대해, 상기 [2-1]에서 설명한 방법과 마찬가지의 방법에 의해, 전단 응력을 인가한다.
제2 강판(202)은 제1 강판이 갖는 제1 변형량과는 상이한 제2 변형량을 가지면 된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 변형량은 제2 변형량보다도 커도 되고, 작아도 된다.
단, 예를 들어 제2 변형량이 제1 변형량보다 큰 경우, 제2 변형량은, 제1 전단 공정에서 제1 가소성판에 인가되는 변형량 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터의 변형 영역이 괴리되는 것을 회피할 수 있어, 광범위한 변형 영역의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
[2-4] 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제2 전단 공정에서 제2 강판(202)에 인가되는 전단 응력과 전단 변형을 측정한다. 그리고, (1) 제2 전단 공정에서 제2 강판(202)에 인가되는 전단 응력과, (2) 제2 전단 공정에서 제2 강판(202)에 인가되는 전단 변형량 및 제2 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터, 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
[2-5] 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 적어도 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
이하, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 서로 연결시켜, 하나의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 방법에 대하여, 구체예를 나타내어 설명한다.
도 11은 서로 다른 예비 변형량(0, εp 1, εp 2, εp 3, εp 4)을 갖는 5매의 강판에 대하여 전단 공정을 행함으로써 얻어진 5개의 부분 응력 변형 곡선 데이터(상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터)를 도시한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 예비 변형을 부여하지 않은 강판의 부분 응력 변형 곡선은, 상당 변형이 0인 위치로부터 곡선이 상승하고, 상당 응력이 상승을 계속하고, 그 후, 강판이 파단한 것에 수반하여 응력이 0으로 복귀되어 있다.
또한, 예비 변형 εp 1을 부여한 강판의 부분 응력 변형 곡선은, 상당 변형이 εp 1인 위치로부터 곡선이 상승하고, 상당 응력이 상승을 계속하고, 그 후, 강판이 파단한 것에 수반하여 응력이 0으로 복귀되어 있다.
마찬가지로, 예비 변형 εp 2∼εp 4를 부여한 강판의 응력 변형 곡선은, 상당 변형이 εp 2∼εp 4인 위치에서 각각 곡선이 상승하고, 상당 응력이 상승을 계속하고, 그 후, 강판이 파단한 것에 수반하여 응력이 0으로 복귀되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 예비 변형εp를 부여한 강판의 응력 변형 곡선의 개시 위치를 상당 변형 εp로 하고 있다. 강판에 대하여 미리 예비 변형 εp를 가한 경우, 강판에 인가되는 변형은 예비 변형 εp와 전단 변형을 합계한 변형이 된다. 그리고 예비 변형 εp가 부여된 강판에 대하여 단축 전단 시험을 행함으로써, 예비 변형과 전단 변형을 합계한 합계 변형과, 이 합계 변형에 대응하는 상당 응력의 응력 변형 곡선 데이터가 얻어지게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 예비 변형 εp를 부여한 강판의 응력 변형 곡선의 개시 위치를 상당 변형 εp로 하고 있다.
다음에, 도 12에 도시한 바와 같이, 각 부분 응력 변형 곡선 데이터 중, 탄성 변형을 제외한 균일 연신의 범위에 상당하는 곡선 데이터를 서로 연결시켜, 하나의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻는다.
이때, 각 곡선 데이터가 거의 겹쳐 있는 경우에는, 그대로 각 곡선 데이터를 서로 연결시켜 하나의 합성 응력 변형 곡선 데이터로 하면 된다.
또한, 각 곡선 데이터가 겹치지 않고, 어긋남이 발생한 경우에는, 도 13에 도시한 바와 같이, 예비 변형이 작은 강판의 곡선 데이터 a에 대하여 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b1 또는 b2가 겹치도록, 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b1 또는 b2를 상당 응력의 축을 따라서 상하 방향으로 시프트시킨다. 예를 들어, 도 13의 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 예비 변형이 작은 강판의 곡선 데이터 a에 대해, 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b1의 상당 응력이 높은 경우에는, 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b1을 하방으로 시프트시켜 예비 변형이 작은 강판의 곡선 데이터에 중첩한다. 또한, 도 13의 점선으로 나타내는 바와 같이, 예비 변형이 작은 강판의 곡선 데이터 a에 대해, 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b2의 상당 응력이 낮은 경우에는, 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b2를 상방으로 시프트시켜 예비 변형이 작은 강판의 곡선 데이터 a에 중첩한다. 중첩 후의 곡선 데이터 c는, 원래의 곡선 데이터 a와, 시프트 후의 곡선 데이터가 겹친 곡선 데이터로 된다.
합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서의 상기의 취급이 가능한 이유로서는, 후술하는 바와 같이, 예비 변형을 부여한 강판의 응력 변형 곡선 데이터로부터 구한 순간 가공 경화율과, 예비 변형을 부여하지 않은 강판의 응력 변형 곡선 데이터로부터 구한 순간 가공 경화율이, 거의 일치하는 것에 의한다.
또한, 예비 변형이 작은 강판의 곡선 데이터 a와 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b1, b2 중, 예비 변형이 높은 강판의 곡선 데이터 b1, b2를 시프트시키는 이유는, 예비 변형이 보다 작은 강판의 응력 변형 곡선 데이터를 기준으로 하여, 다른 곡선 데이터를 순차적으로 겹치기 위해서이다. 또한, 예비 변형이 작은 강판의 응력 변형 곡선 데이터를 기준으로 하는 이유로서는, 예비 변형을 부여한 강판에서는, 예비 변형에 의해 상당 응력에 영향을 주는 경우가 있어, 이 영향을 가능한 한 제거하기 위해서이다.
다음에, 예비 변형을 부여한 강판에 대하여 단순 전단 시험을 행한 경우, 예비 변형과 전단 변형이 가해진 것에 의해 교차 효과가 발생할 가능성이 있다. 도 14에는, 교차 효과가 발생한 부분 응력 변형 곡선 데이터를 나타내고 있고, 도 14에 도시한 응력 변형 곡선 데이터는, 예비 변형을 0.1∼1.0까지 가한 강판의 부분 응력 변형 곡선 데이터이지만, 각 곡선 데이터의 항복 직후에, 곡선 데이터가 일단 높은 상당 응력을 나타내고 나서, 서서히 상당 응력이 낮아지고 있는 개소가 있다. 이 곡선 데이터의 흐트러짐이 교차 효과라 불리는 것이며, 변형이 부여되는 경로의 차이에 의해 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 교차 효과가 발생한 경우에는, 그 부분을 제거하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하면 된다. 제거하는 범위는, 각 강판에 부여한 예비 변형εp의 0.5배∼1.5배 정도로 하면 된다. 또한, 도 14에 있어서 사용한 강판은, JSC270재(일본 철강 연맹 규격)이다.
다음에, 도 14의 응력 변형 곡선 데이터를 상세하게 검토하였다. 도 15에 그 검토 결과를 도시한다. 도 15에는, 0.1, 0.3, 0.5 및 1.0의 예비 변형을 각각 부여한 강판에 대하여, 순간 가공 경화율(dσ/dε)과, 상당 소성 변형의 관계를 플롯한 것이다. 순간 가공 경화율이란, 도 14에 도시한 4개의 부분 응력 변형 곡선의 순간 구배이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 상당 변형이 높아짐에 따라서, 순간 가공 경화율이 서서히 저하되고 있지만, 각 강판의 순간 가공 경화율의 곡선 데이터는, 부분적으로 겹쳐 연속하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 15 중, ○ 표시를 한 부분은, 도 14에 도시한 교차 효과의 영향을 받은 곡선 데이터에 대응하는 것이고, 이 부분을 제외하면, 각 강판의 순간 가공 경화율의 곡선 데이터가 거의 겹치는 것을 알 수 있다. 또한, 도 15에는 도시되어 있지 않지만, 이들 예비 변형을 부여한 강판의 응력 변형 곡선 데이터는, 예비 변형을 부여하지 않은 강판의 응력 변형 곡선 데이터와도 잘 일치하고 있다. 이들 결과로부터, 단계적으로 예비 변형을 부여한 복수의 강판의 각각의 부분 응력 변형 곡선 데이터를, 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서 일체화하였다고 해도, 오차의 범위를 최소한으로 할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 실시 형태의 변형예로서, 제1 전단 공정(및/또는 제2 전단 공정) 후에, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같은 외형 제거 공정을 행함으로써 제3 강판을 취득하고, 이 제3 강판을 단순 전단 변형시킴으로써 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
이 변형예에 관한 강재의 평가 방법에 있어서도, 예비 변형이 상이한 2매 이상의 강판[제1 강판(201) 및 제2 강판(202)]을 준비한다.
다음에, 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 강판(201)의 한쪽의 변(201a)과 다른 쪽의 변(201b) 사이에, 제1 강판(201)을 2개의 영역으로 구분하는 가상 단면(201c)을 설정하고, 제1 강판(201)의 한쪽의 변(201a)을 포함하는 부분과, 다른 쪽의 변(201b)을 포함하는 부분을 각각, 도시하지 않은 고정 수단에 의해 구속한다.
다음에, 도 17에 도시한 바와 같이, 가상 단면(201c)에 의해 구분된 제1 강판(201)의 2개의 영역을, 가상 단면(201c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록(즉, 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록) 전단 응력을 인가하여, 제1 강판(201)을 단순 전단 변형시킨다.
구체적으로는, 가상 단면(201c)에 의해 구분된 제1 강판(201)의 2개의 영역을 각각, 척킹 장치로 구속한 상태에서, 척킹 장치를 가상 단면(201c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록 이동시킨다. 이에 의해, 가상 단면(201c)의 근방에 전단 변형부(201d)가 형성된다. 가상 단면(201c)을 따라서 판 폭 방향으로 전단 응력을 인가하므로, 전단 변형부(201d)에 있어서의 판 두께는 응력 인가 전과 변함이 없다. 또한, 재질에 따라서는 판 두께가 감소하는 경우도 있을 수 있지만, 그 판 두께의 최대 변화량은, 커도 1％ 이하이다. 따라서, 단축 인장 시험과 같이 시험편에 국부 네킹이 발생하는 일이 없다.
단, 제1 강판(201)의 한쪽의 변(201a) 및 다른 쪽의 변(201b)에 접속하는 측변(201e, 201e)은, 제1 강판(201)에의 전단 응력의 인가에 의해 그 형상이 크게 변형되게 된다.
이 변형예에 있어서는, 1회의 전단 공정에 의해 강판에 인가하는 전단 변형은, 0.4∼1.2의 범위인 것이 바람직하고, 0.5∼1.0의 범위인 것이 더욱 바람직한다. 1회당의 전단 변형의 인가량을 0.4 이상으로 하면, 1회의 전단 변형에 의한 변형량이 과소해지지 않고, 전단 공정과 외형 제거 공정의 반복 횟수가 증대되는 일이 없다. 또한, 1회당의 전단 변형의 인가량을 1.2 이하로 하면, 이른 단계에서의 강판의 파단을 방지할 수 있다.
외형 제거 공정에서는, 도 18에 도시한 바와 같이, 전단 응력을 일단 제하하고 나서, 전단 응력의 인가에 의해 변형된 외형 부분을 제거하여, 직사각형의 평면 형상을 갖는 제3 강판(203)을 얻는다. 구체적으로는, 제1 전단 공정을 거친 제1 강판에 있어서의, 측변(201e, 201e)을 포함하는 부분을 절제하여, 제1 강판(201)의 평면에서 본 형상을 직사각형 형상으로 한다.
제1 전단 공정에 있어서의 전단 응력의 인가에 의해 변형된 측변(201e, 201e) 중, 특히 변형이 큰 개소에는 균열이 생길 가능성이 있다. 이 크랙을 남긴 상태 그대로는, 후술하는 제3 전단 공정에 있어서, 제3 강판(203)이 크랙을 기점으로 하여 파단할 우려가 있다. 그러나, 이 외형 제거 공정을 행함으로써, 파단의 기점으로 되는 크랙이 제거된 제3 강판(203)을 얻을 수 있기 때문에, 상술한 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 도 18에 도시한 예에서는, 가상 단면(201c)에 의해 구분된 2개의 영역 중, 한쪽의 영역만을 각각 제거하고 있다. 그러나, 외형 제거 공정에서는, 가상 단면(201c)과 제1 강판(201)의 평면에 수직으로 교차하는 면방향을 따라서 제1 강판(201)의 2개의 영역에 걸쳐 외형 부분을 제거해도 된다. 환언하면, 도 18에 있어서의 2개의 선 A를 따라서 외형 부분을 제거해도 된다. 이에 의해, 파단의 기점으로 되는 크랙을 보다 확실하게 제거할 수 있다.
외형 제거 공정에 의해 얻어진 제3 강판(203)에, 상기의 제1 전단 공정과 마찬가지의 방법에 의해 단순 전단을 행한다(제3 전단 공정). 즉, 이 변형예에 따르면, 1매의 강판에 대하여 외형 제거 공정을 사이에 넣고 복수회의 전단 공정을 반복할 수 있다. 이들 공정의 반복 횟수는, 1회 이상이면 된다. 반복 횟수의 상한은 특별히 정할 필요는 없고, 전단 응력의 인가 중에 강판이 균열될 때까지 계속해도 된다.
또한, 제3 강판은 제1 강판에 대한 제1 전단 공정을 거쳐 얻어지므로, 제1 강판보다도 큰 제3 변형량 3을 갖는다. 또한, 후술하는 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터는, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 및 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터와 합성하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하게 되기 때문에, 제1 변형량, 제2 변형량 및 제3 변형량은, 모두 상이한 것이 바람직하다.
그리고, 제3 강판(203)에 대하여 제3 전단 공정에서 인가되는 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, (1) 제3 전단 공정에서 제3 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, (2) 제3 전단 공정에서 제3 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 제3 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
다음에, 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정으로서, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터, 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 및 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 하나의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻는다.
이때의 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정은, 앞서 설명한 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과 마찬가지로 행하면 된다.
도 19에는, 복수의 강판으로부터 얻어진 부분 응력 변형 곡선 데이터를 도시한다. 또한, 도 20에는, 순간 가공 경화율(dσ/dε)과, 상당 소성 변형의 관계를 도시한다.
도 19에 도시한 부분 응력 변형 곡선 데이터는, 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 행하기 전의 상태이지만, 각 곡선 데이터가 거의 겹쳐 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 19에 도시한 바와 같이, 예를 들어 예비 변형 1.0을 가한 강판의 곡선 데이터는, 복수의 선으로 분단되어 있지만, 이 복수의 선이 각각, 상기 변형예와 같이 1매의 금속판에 대해 전단 공정을 반복하여 행한 결과에 대응하고 있다.
또한 도 20에 도시한 바와 같이, 예비 변형을 부여한 강판의 순간 가공 경화율(dσ/dε)과 상당 변형의 관계를 나타내는 곡선 데이터와, 예비 변형을 부여하지 않은 강판의 순간 가공 경화율(dσ/dε)과 상당 변형의 관계를 나타내는 곡선 데이터가 잘 일치하고 있다. 이 결과로부터, 전단 응력의 인가를 반복하여 행한 경우라도, 각 강판의 응력 변형 곡선 데이터간의 오차를 최소한으로 할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 21에는, 각종 응력 변형 곡선 데이터를 도시한다. 도 21에는,
(a) 액압 벌지 시험에 의해 취득한 응력 변형 곡선 데이터와,
(b) 예비 변형을 부여한 강판에 인장 응력을 인가하여 취득한 응력 변형 곡선 데이터와,
(c) 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 취득한 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터 및 합성 응력 변형 곡선 데이터
를 나타낸다. 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터는, 전단 공정을 반복하여 측정한 것에 의해, 액압 벌지 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터보다도 넓은 변형 영역에까지 신장되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 압연에 의해 예비 변형을 부여한 강판에 인장 응력을 인가한 경우에는, 항복점에 상당하는 인장 응력이 가해진 시점에서 파단하였다. 이것은, 예비 변형이 가해진 것에 의해 강판에 미리 상당 응력이 가해진 상태에 있고, 그 상태에서 인장 하중이 가해진 것에 의해 판 두께 방향으로 국부 네킹이 바로 발생하여, 파단에 이른 것으로 추측된다. 본 실시 형태와 같이 단순 전단 시험을 행하는 경우에는, 판 두께 방향으로 국부 네킹이 발생하지 않으므로, 예비 변형을 부여한 강판이라도 바로 파단하는 일이 없어, 각각의 부분 응력 변형 곡선 데이터가 얻어지고 있다.
또한, 도 22에는,
(d) 단축 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터를 고변형 영역까지 외삽한 근사 곡선 데이터와,
(e) 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 취득한 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터 및 합성 응력 변형 곡선 데이터
를 나타낸다. 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터는, 근사 곡선 데이터에 대해, 상당 변형이 2.0 부근에 있어서 10％ 정도의 차가 있는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 따르면, 변형량이 상이한 복수의 강판을 각각 단순 전단 변형시켜, 각 강판마다 부분 응력 변형 곡선 데이터를 구하고, 각 강판의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 하나의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻으므로, 높은 변형 영역까지 응력 변형 곡선 데이터를 실측에 의해 구할 수 있다.
또한, 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에 있어서, 각 강판의 탄성 변형을 제외한 응력 변형 곡선 데이터 중, 교차 효과의 영향을 받은 부분을 제외한 변형 영역의 곡선 데이터를 서로 연결시킴으로써, 오차가 작은 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 변형예와 같이, 1매의 강판에 대하여 외형 제거 공정을 사이에 넣고 복수의 전단 공정을 행하는 경우에는, 1매의 강판으로부터 변형 영역이 상이한 복수의 응력 변형 곡선 데이터가 얻어진다. 그 결과, 1매의 강판으로 커버할 수 있는 변형 영역이 확대되므로, 예를 들어 2, 3매 정도의 강판에 의해, 넓은 범위의 변형 영역을 커버하는 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에서는, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 설명한 전단 공정에 의해 얻어지는 하나의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 대해, 종래의 Swift식과 같은 근사식을 대체하는 새로운 근사식을 적용하여 고정밀도의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
또한, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 설명한 전단 공정에 의해 얻어지는 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 대해, 새로운 근사식을 적용하여 고정밀도의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 대하여 도 23∼도 28을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법은,
[3-1] 제1 강판(301)을 전단 변형시키는 제1 전단 공정과,
[3-2] 제1 전단 공정의 측정 결과로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
[3-3] 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비한다. 이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
[3-1] 제1 전단 공정
제1 강판(301)은 도 23에 도시한 바와 같이 직사각형의 평면 형상을 갖는 강판이다. 제1 강판(301)에는 필요에 따라서 예비 변형을 부여해도 된다. 즉, 제1 강판(301)은 제1 변형량(0을 포함함)을 갖는다.
도 23에 도시한 바와 같이, 제1 강판(301)의 한쪽의 변(301a)과 다른 쪽의 변(301b) 사이에, 제1 강판(301)을 2개의 영역으로 구분하는 가상 단면(301c)을 설정한다. 가상 단면(301c)은 제1 강판(301)의 표면에 수직으로 설정된다. 그리고, 가상 단면(301c)을 경계로 한 경우에, 제1 강판(301)의 한쪽의 변(301a)을 포함하는 부분과, 다른 쪽의 변(301b)을 포함하는 부분을 각각, 도시하지 않은 고정 수단에 의해 구속한다. 고정 수단으로서는, 제1 강판(301)을 파지하여 고정하는 척킹 장치를 예시할 수 있다.
다음에, 도 24에 도시한 바와 같이, 가상 단면(301c)에 의해 구분된 제1 강판(301)의 2개의 영역을, 가상 단면(301c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록(즉, 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록) 전단 응력을 인가하여, 제1 강판(301)을 단순 전단 변형시킨다.
구체적으로는, 가상 단면(301c)에 의해 구분된 제1 강판(301)의 2개의 영역을 각각, 척킹 장치로 구속한 상태에서, 척킹 장치를 가상 단면(301c)을 따라서 판 폭 방향으로 서로 어긋나게 하도록 이동시킨다. 이에 의해, 가상 단면(301c)의 근방에 전단 변형부(301d)가 형성된다. 가상 단면(301c)을 따라서 판 폭 방향으로 전단 응력을 인가하므로, 전단 변형부(301d)에 있어서의 판 두께는 응력 인가 전과 변함이 없다. 또한, 재질에 따라서는 판 두께가 감소하는 경우도 있을 수 있지만, 그 판 두께의 최대 변화량은, 커도 1％ 이하이다. 따라서, 단축 인장 시험과 같이 시험편에 국부 네킹이 발생하는 일이 없다.
단, 제1 강판(301)의 한쪽의 변(301a) 및 다른 쪽의 변(301b)에 접속하는 측변(301e, 301e)은, 제1 강판(301)에의 전단 응력의 인가에 의해 그 형상이 크게 변형되게 된다. 전단 공정은, 전단 응력의 인가 중에 강판이 균열될 때까지 계속해도 된다.
[3-2] 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 전단 공정에서 제1 강판(301)에 인가되는 전단 응력과 전단 변형을 측정한다. 그리고, (1) 제1 전단 공정에서 제1 강판(301)에 인가되는 전단 응력과, (2) 제1 전단 공정에서 제1 강판(301)에 인가되는 전단 변형량 및 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
[3-3] 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정
응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 적어도 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
구체적으로는, 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 하기 식(3)에 나타내어지는 관계식에 의해 근사함으로써 응력 변형 곡선 데이터를 취득한다.
Figure pct00005
Figure pct00006
단, 식(3)에 있어서,
σ는 상당 응력이고,
K(㎫) 및 a는 상기 가소성 재료의 재료 계수이고,
εp는 상당 소성 변형이고,
m은 상기 식(4)에 나타내는 바와 같고,
식(4)에 있어서의 n*는 가공 경화 지수의 수렴값이고,
b는 가공 경화 지수의 수렴 속도를 나타내는 파라미터이고,
c는 가공 경화 지수의 발달 속도를 나타내는 파라미터이다.
일례로서, 도 25에, 본 실시 형태의 단순 전단 시험의 결과로부터 구한 상당 응력(전단 응력)과 상당 소성 변형(전단 변형)의 관계를 흰색 동그라미 표시의 플롯으로 나타낸다. 이 예에 있어서는, 제1 강판(301)의 예비 변형량은 0으로 하고 있다.
또한, 도 25에는, Swift식에 의해 근사한 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 아울러 도시한다. 도 25에 도시한 곡선 데이터 중, 곡선 데이터 1은 종래의 단축 인장 시험 방법에 의해 얻어진 상당 응력과 상당 소성 변형의 관계로부터, 하기 식(5)에 나타내는 Swift식에 의해 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 근사하여 얻어진 것이다. 또한, 도 25에 도시한 곡선 데이터 2는 본 실시 형태의 단순 전단 시험 방법에 의해 얻어진 상당 응력과 상당 소성 변형의 관계로부터, 하기 식(5)에 나타내는 Swift식에 의해 상당 응력 상당 소성 변형 곡선 데이터를 근사하여 얻어진 것이다. 또한, 종래의 단축 인장 시험 방법에서는, 항복으로부터 균일 연신까지의 변형 영역에까지 측정 가능하고, 단순 전단 시험 방법에서는, 종래의 단축 인장 시험 방법에 있어서의 응력 변형 곡선 데이터의 균일 연신을 초과한 범위의 변형 영역까지 측정 가능하였다. 시험에 제공한 강재는, 인장 강도 1051㎫, 항복 강도 750㎫, 판 두께 1.6㎜의 강판이다.
Figure pct00007
단, 식(5)에 있어서 σ는 상당 응력이고, α 및 β는 강판마다 정해지는 상수이며, εp는 소성 변형이고, n은 가공 경화 지수이다.
도 25에 도시한 바와 같이, 곡선 데이터 1은 곡선 데이터 2에 비해 근사 정밀도가 낮아져 있는 것을 알 수 있다.
2개의 곡선 데이터의 괴리의 원인에 대하여 검토하기 위해, 순간 n값과, 소성 변형의 관계를 조사하였다. 결과를 도 26에 도시한다. 순간 n값이란, 도 25에 도시한 응력 변형 곡선 데이터(곡선 데이터 1, 곡선 데이터 2)에 있어서의 순간 구배이다. 구체적으로는, 응력 변형 곡선 데이터를 양쪽 대수 그래프에 플롯하고, 상당 변형 증분 0.025마다의 구간에서 직선 근사하고, 그 기울기를 순간 n값으로 하였다. 결과를 도 26에 도시한다. 도 26에 도시한 바와 같이, 실제의 강판에서는 변형량이 0.1 정도로 될 때까지 순간 n값이 감소하고, 그 후, 0.07∼0.08 정도에 수렴하고 있다.
또한, 곡선 데이터 1에 기초하여 구한 순간 n값은, 변형량이 0.05 근처로 될 때까지 저하되고, 변형량이 0.05 초과의 변형 영역에서 순간 n값이 0.12 정도에 수렴하고 있다. 이와 같이, 곡선 데이터 1은 저변형 영역에서의 순간 n값의 감소 거동이, 실측값과 크게 괴리되어 있고, 또한, 고변형 영역에서의 순간 n값 자체가, 실측값과 크게 괴리되어 있다.
한편, 곡선 데이터 2에 기초하여 구한 순간 n값은, 변형량이 0.025 근처로 될 때까지 감소하고, 변형량이 0.025 초과에서는 0.07∼0.08의 일정 값에 수렴하고 있다. 곡선 데이터 2는 고변형 영역에서는, 순간 n값과 실측값의 괴리가 작지만, 저변형 영역에서의 순간 n값의 감소의 거동은, 곡선 데이터 1과 마찬가지로, 실측값과 크게 괴리되어 있다.
도 25, 도 26의 곡선 데이터 1 및 2에 나타내어지는 바와 같이, Swift식은, n값이 저변형 영역에서 일정 값에 수렴하는 것을 전제로 한 식이기 때문에, 실제의 강판의 n값의 변화를 재현할 수는 없다. 재료의 가공 경화능을 나타내는 n값은, 성형 해석에 있어서의 변형 분포나 응력 분포뿐만 아니라, 주름이나 균열 등의 성형 불량 예측에 있어서도 중요한 인자가 되므로, 그 근사 정밀도는 해석 결과에 크게 영향을 미친다.
따라서, 본 발명자들이 예의 검토한 바, 하기 식(6)이 실제의 응력 변형 곡선 데이터에 잘 합치하는 것을 발견하였다. 이 식은, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 고정밀도의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 해석함으로써 얻어진 근사식이다.
Figure pct00008
단, 식(6)에 있어서 σ는 상당 응력이고, K(㎫) 및 a는 강판마다의 재료 계수이며, εp는 상당 소성 변형이고, m은 상기 식(7)에 나타내는 바와 같고, 식(7)에 있어서의 n*는 가공 경화 지수의 수렴값이며, b는 가공 경화 지수의 수렴 속도를 나타내는 파라미터이고, c는 가공 경화 지수의 발달 속도를 나타내는 파라미터이다. b는 -5000∼5000의 범위이며, c는 0 초과∼1 미만의 범위이다.
상기 식(6)은 순간 n값이 저변형 영역에서는 변형의 진전과 함께 변화되고, 고변형 영역에서는 일정 값에 수렴하도록 하는 새로운 가공 경화의 함수를 창출하기 위해, 검토함으로써 얻어진 것이다.
먼저, 함수의 형식으로서는 고변형 영역에 있어서 일정 값에 수렴한다고 하는 실험 사실로부터 지수형으로 하고, 현재 널리 사용되고 있는 Swift식을 베이스로 하는 것으로 하였다.
다음에, 저변형 영역에 있어서의 순간 n값은, 실험 결과로부터 항복 직후는 높은 값을 나타내고, 변형의 진전과 함께 서서히 또는 급격하게 저하되어 수렴하는 경향을 나타내기 때문에, Swift식의 지수 부분을 상수항과, 변형의 진전과 함께 감소하는 변형 의존항(상당 소성 변형을 분모에 갖는 항)의 합으로 하였다.
변형 의존항의 계수는, 순간 n값의 수렴의 속도를 나타내는 b와, 순간 n값의 발달의 속도를 나타내는 c의 2개로 하였다. 계수 b는 -5000∼5000의 범위이고, 보다 바람직하게는 -1000∼4000의 범위이다. 계수 b의 부호가 정인 경우에는, 연신에 우수한 재료에 많이 보이는 순간 n값의 거동을 재현할 수 있다. 또한, 계수 b의 부호가 부인 경우에는, 구멍 확장성이 우수한 재료에 많이 보이는 순간 n값의 거동을 재현할 수 있다. 또한, 계수 c는, 0<c<1의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.01≤c<0.05의 범위이다. 계수 c를 삽입함으로써, 상당 소성 변형이 0인 경우를 m값이 무한대로 되어 수치 해석상 계산이 불가능해지는 것을 방지하는 역할도 있다.
식(6)은 상기의 사고 방식에 기초하여, 실제로 40종류 이상의 강판에 대하여 본 실시 형태의 강재 평가 방법에 의해 응력 변형 곡선 데이터를 측정하고, 이들 측정 결과로부터 도출한 것이며, 소성 변형량이 0 내지 1.0 이상의 범위에서, 응력 변형 곡선 데이터의 실측값에 잘 합치하는 것으로 된다. 도 27에는, 식(6)에 기초하여 그린 곡선 데이터를 도시하고, 도 28에는, 식(6)에 기초하여 그린 순간 n값과 변형의 관계를 나타내는 곡선 데이터를 도시하고 있다. 어느 쪽도, 단순 전단 시험에 의해 얻어진 결과와 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 27, 도 28의 실험 결과는, 도 25, 도 26에 있어서의 강판의 측정 결과와 동일한 것이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 하나의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 근사식을 적용하여 응력 변형 곡선 데이터를 취득하고 있지만, 상기의 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에서 설명한 방법에 의해 얻어지는 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터에 근사식을 적용하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다.
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태∼제3 실시 형태에서 설명한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 소성 가공의 해석에 이용하는 방법에 대하여, 제4 실시 형태∼제6 실시 형태에 기초하여 설명한다.
(제4 실시 형태)
강재 소성 가공의 해석에는, 유한 요소법이 이용되고 있다. 종래의 유한 요소법에서는, Swift식 등의 가공 경화칙의 파라미터를 사용하는 경우가 많다. 그러나, Swift식은, 특히 고변형 영역에서 실측값으로부터 벗어나는 경우가 본 발명자들에 의해 밝혀졌다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 상기의 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 유한 요소법에 활용한다.
구체적으로는 예를 들어, 강판을 프레스 성형한 경우의 변형 분포 및 최대 변형을 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고, 상기의 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터의 측정값을 컴퓨터의 해석 수단에 입력하고, 컴퓨터에 의해 해석 수단을 실행시키면 된다. 컴퓨터에 구비된 해석 수단은, 도 29에 도시한 각 스텝 101∼106을 실행하기 위한 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)의 각 기능으로서 실현된다.
이하, 본 실시 형태의 강재 소성 가공의 해석 방법으로서, 강판에 대하여 프레스 성형의 1종인 구멍 확장 가공을 행할 때의 변형 분포를 유한 요소법에 의해 해석하는 수순을 설명한다.
먼저, 구멍 확장 가공의 공정을 도 30을 참조하여 설명한다. 도 30은 강판 및 펀치 및 다이의 전체의 1/4를 잘라낸 사시도이다. 도 30에 도시한 바와 같이, 구멍(111a)이 형성된 블랭크(111)(강판)를 준비하고, 이 강판(111)의 하방에 구멍 확장용의 펀치(112)를 배치하고, 강판(111) 상에는 다이(113)를 배치한다. 그리고, 펀치(112)를 상승시킴으로써, 강판(111)에 형성한 구멍(111a)을 확장하는 구멍 확장 가공을 행한다.
구멍 확장 가공 후의 강판의 구멍의 테두리부에 균열이 발생하지 않으면 성형 불량으로는 되지 않고, 균열이 발생하면 성형 불량으로 된다. 구멍의 테두리부에 대하여 부분적으로 과잉된 응력이 집중되면, 균열이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서, 유한 요소법을 이용한 성형 해석에 의해, 구멍 확장 가공 후의 강판의 구멍의 테두리부의 응력의 분포를 예측한다.
도 29에 도시한 바와 같이, 먼저 스텝 101에 있어서, 해석 대상으로 되는 강판의 형상 데이터를 작성한다.
계속해서, 스텝 102에 있어서, 스텝 101에서 작성한 형상 데이터를 유한 요소로 분할하여 메쉬를 생성한다. 메쉬의 생성은, 예를 들어 시판되는 유한 요소법의 해석 패키지 등에 포함되는 메쉬 생성 프로그램을 사용할 수 있다. 유한 요소의 형상으로서는, 삼각형, 사각형 중 어느 것이어도 된다. 유한 요소의 크기는, 해석 대상으로 되는 강판의 크기, 형상, 두께, 경계 조건에 따라서 적절히 설정하면 된다.
계속해서, 스텝 103에 있어서, 강판의 재료 특성 및 경계 조건을 설정한다. 또한, 이 스텝 103에 있어서, 단순 전단 시험에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 입력한다.
재료 특성은, 블랭크인 강판(111)의 판 두께, 탄성률 등이며, 강판(111)의 물성값을 그대로 사용하면 된다. 예를 들어, 인장 강도 600㎫, 항복 강도 400㎫, 판 두께 1.6㎜의 강판을 사용한 경우에는, 각 물성값을 입력한다.
또한, 경계 조건은, 강판(111)을 원통 구멍 확장 가공할 때의 강판(111)의 구속 위치, 하중 위치 및 하중량이다. 구속 위치는, 원통 구멍 확장 가공을 행할 때에, 강판(111)이 펀치(112) 및 다이(113)에 의해 구속되는 위치로 하면 된다. 또한, 하중 위치는, 강판(111)에 원통 구멍 확장 가공에 의한 하중이 가해진 경우에 있어서, 강판(111)에 그 하중이 전달되는 위치로 하면 된다.
또한, 스텝 103에 있어서 입력된 합성 응력 변형 곡선 데이터는, 종래의 Swift식 등의 가공 경화칙의 파라미터 대신에, 유한 요소 해석에 사용된다. 이 합성 응력 변형 곡선은, 단순 전단 시험을 실시하는 스텝 103-1과, 단순 전단 시험의 결과에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 작성하는 스텝 103-2를 순차적으로 실행함으로써 얻어진다. 각 스텝 103-1 및 103-2는, 상기의 강재의 평가 방법을 실행하면 된다.
계속해서, 스텝 104에 있어서, 메쉬, 재료 특성 및 경계 조건에 기초하여 유한 요소 해석을 행한다. 예를 들어, 해석 소프트웨어로서, 정적 음해법의 범용 구조 해석 유한 요소법 코드인, MSC 소프트웨어(주)제의 NASTRAN, Dassault Systemes S.A.사제의 ABAQUS/Standard 등을 사용할 수 있다.
다음에, 스텝 105에 있어서, 유한 요소 해석에 있어서 얻어진 결과를 추출한다. 그리고, 스텝 106에 있어서, 컴퓨터의 출력 장치에 해석 결과를 화상으로 하여 출력시킨다. 도 31a, 도 31b에, 해석 결과의 일례를 도시한다.
도 31a, 도 31b에는, 강판의 원통 구멍 확장 해석 결과를 도시한다. 도 31a는, 종래의 Swift식에 의해 얻어진 재료 파라미터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다. 또한, 도 31b는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다. 도 31a 및 도 31b는, 실제로 구멍 확장 가공을 행하여 균열이 발생하는 스트로크량에 도달하였을 때의 변형 분포를 나타내고 있다. 또한, 도 32에는, 강판의 원통 구멍 확장 가공 후의 구멍의 테두리에 있어서의 최대 변형량의 분포를 나타내고 있다.
도 31a에서는, 구멍의 테두리의 부분에 있어서의 최대 변형량이 0.88 정도를 나타내고, 변형량의 분포도 비교적 균일하다. 한편, 도 31b에서는, 구멍의 테두리의 부분에 있어서의 최대 변형량이 0.90 정도를 나타내고, 또한, 변형이 국부적으로 높아져 있다.
도 31a에 따르면, 변형량이 비교적 작고 또한 균일하게 분포되어 있으므로, 균열이 발생할 위험성은 낮다고 판단된다. 도 31b에 따르면, 변형이 국부적으로 높아져 있는 개소에서 균열이 발생할 위험성이 있다고 판단된다. 따라서, 실제로 상기의 강판을 사용하여 원통 구멍 확장 가공을 실시한 바, 구멍의 테두리 부근에서 균열이 발생하여, 도 31b에 도시한 바와 같이 되었다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법은, 종래에 비해 고정밀도로 성형 해석할 수 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 강재 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 상기의 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 전단 응력과 전단 변형으로부터 합성 응력 변형 곡선 데이터를 구하고, 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 컴퓨터에 입력하여 강판을 프레스 성형하여 원통 구멍 확장 가공을 행한 경우의 최대 변형 분포를 구하므로, 프레스 성형에 있어서의 강판의 균열의 발생을 정확하게 해석할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법은, 소성 가공으로서 판 단조나 냉간 단조에도 적용할 수 있고, 예를 들어 가공에 필요한 성형 하중을 정확하게 예측할 수 있다.
(제5 실시 형태)
소성 가공의 성형 해석에는, 유한 요소법이 이용되고 있다. 종래의 유한 요소법에서는, Swift식 등의 가공 경화칙의 파라미터를 사용하는 경우나, 단순 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터를 고변형 영역까지 외삽하여 근사한 곡선 데이터를 사용하는 경우가 많다. 그러나, Swift식에 의한 근사 곡선 데이터나 외삽 곡선 데이터는, 특히 고변형 영역에서 오차가 큰 것을 알고 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 상기의 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 유한 요소법에 활용한다.
구체적으로는 예를 들어, 강재 소성 가공의 성형 해석을 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고, 상기의 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 컴퓨터의 해석 수단에 입력하고, 컴퓨터에 의해 해석 수단을 실행시키면 된다. 컴퓨터에 구비된 해석 수단은, 도 33a, 도 33b, 도 33c에 도시한 각 스텝 201∼206을 실행하기 위한 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)의 각 기능으로서 실현된다. 또한, 컴퓨터에서 실시하는 성형 해석으로서는, 강재를 소성 가공한 경우의 강재 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 구하는 것으로 할 수 있다.
이하, 본 실시 형태의 강재 소성 가공의 해석 방법의 적용예로서, 판 단조에 의해 평면에서 본 원형의 강판으로부터 컵 형상의 부재를 작성할 때의 성형 해석 방법을 설명한다.
먼저, 판 단조의 공정을 도 33a, 도 33b, 도 33c를 참조하여 설명한다. 도 33a, 도 33b, 도 33c의 일점쇄선은 대칭축이다. 먼저 도 33a에 도시한 바와 같이, 원형으로 펀칭한 강판(211)을 준비하고, 이 강판(211)을 원기둥 형상의 펀치(212)와 쿠션(213) 사이에 끼워 고정한다. 또한, 쿠션(213)의 주위에, 펀치(212)가 침입 가능한 개구부를 갖는 다이(214)를 배치한다.
그리고, 다이(214)를 고정한 채로, 펀치(212)를 다이(214)의 개구부를 향하여 하강시킴으로써 프레스 성형을 행하여, 강판(211)을 컵(221)으로 성형한다. 강판(211)에는, 펀치(212)와 다이(214)에 의해 부분적으로 굽힘 가공이 이루어진다. 굽힘 가공이 이루어진 부분의 판 두께는, 원래의 강판의 판 두께로부터 감소하게 된다.
다음에, 도 33b에 도시한 바와 같이, 펀치(212)를 패드(215)로 치환하고, 쿠션(213)을 다른 다이(216)로 치환하고, 또한, 다이(214)를 다른 쿠션(217)으로 치환한다. 그리고, 패드(215)를 컵(221)의 내측에 삽입하고, 다이(216)를 컵(221)의 하방측으로부터 접촉하고, 또한 쿠션(217)을 컵(221)의 외주면에 배치한다. 그리고, 컵(221)의 단부(221a)에 다른 펀치(218)를 압박 접촉하여, 업세팅 가공을 행한다.
도 33c에는 성형 종료 후의 상태를 도시한다. 최초의 프레스 성형에 의해 두께 감소된 부분은, 업세팅 가공에 의해 두께 증가된다. 이와 같이 하여, 판 단조에 의해, 굽힘 부분이 두께 증가된 컵이 얻어진다.
여기서, 성형 불량이 없는 컵을 얻기 위해서는, 쿠션(217)과 펀치(218)의 성형 하중의 밸런스가 중요해진다. 쿠션(217)의 성형 하중이 부족하면, 쿠션(217)이 다이(216)의 하방으로 압입되고, 그 결과, 컵(221)의 형상이 무너져 버린다. 또한, 펀치(218)의 성형 하중이 부족하면, 업세팅 가공이 불충분해져, 두께 증가가 충분히 행해지지 않게 된다. 따라서, 쿠션(217)과 펀치(218)의 적정한 성형 하중의 밸런스를 얻기 위해, 유한 요소법에 의한 성형 해석을 행한다.
성형 해석에서는, 도 34에 도시한 바와 같이, 먼저 스텝 201에 있어서, 해석 대상으로 되는 평면에서 본 원형의 강판의 형상 데이터를 작성한다.
계속해서, 스텝 202에 있어서, 스텝 201에서 작성한 형상 데이터를 유한 요소로 분할하여 메쉬를 생성한다. 메쉬의 생성은, 예를 들어 시판되는 유한 요소법의 해석 패키지 등에 포함되는 메쉬 생성 프로그램을 사용할 수 있다. 유한 요소의 형상으로서는, 삼각형, 사각형 중 어느 것이어도 된다. 유한 요소의 크기는, 해석 대상으로 되는 강판의 크기, 형상, 판 두께, 경계 조건에 따라서 적절히 설정하면 된다.
계속해서, 스텝 203에 있어서, 강판의 재료 특성 및 경계 조건을 설정한다. 또한, 이 스텝 203에 있어서, 단순 전단 시험에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터를 입력한다.
재료 특성은, 강판의 판 두께, 탄성률 등이며, 강판의 물성값을 그대로 사용하면 된다.
또한, 경계 조건은, 강판을 판 단조할 때의 강판의 구속 위치, 하중 위치 및 하중량이다. 구속 위치는, 판 단조를 행할 때에, 강판이 패드(215), 다이(216), 쿠션(217) 및 펀치(218)에 의해 구속되는 위치로 하면 된다. 또한, 하중 위치는, 강판에 대하여 쿠션(217) 및 펀치(218)로부터 하중이 가해진 경우에 있어서, 강판에 그 하중이 전달되는 위치로 하면 된다.
또한, 스텝 203에 있어서 입력된 합성 응력 변형 곡선 데이터가 유한 요소 해석에 사용된다. 이 합성 응력 변형 곡선 데이터는, 단순 전단 시험을 실시하는 전단 공정(스텝 203-1)과, 단순 전단 시험의 결과에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 작성하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정(스텝 203-2)을 순차적으로 실행함으로써 얻어진다. 각 스텝 203-1 및 203-2는, 상기의 강재의 평가 방법을 실행하면 된다.
계속해서, 스텝 204에 있어서, 메쉬, 재료 특성 및 경계 조건에 기초하여 유한 요소 해석을 행한다. 예를 들어, 해석 소프트웨어로서, 정적 음해법의 범용 구조 해석 유한 요소법 코드인 NASTRAN을 사용할 수 있다.
다음에, 스텝 205에 있어서, 유한 요소 해석에 있어서 얻어진 결과를 추출한다. 그리고, 스텝 206에 있어서, 컴퓨터의 출력 장치에 해석 결과를 화상으로 하여 출력시킨다. 도 35a, 도 35b에, 해석 결과의 일례를 도시한다.
도 35a, 도 35b에는, 판 단조에 의해 컵(221)을 성형한 경우의 해석 결과를 도시한다.
도 35a는, 제2 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 도 22에 도시한 합성 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 성형 해석을 행한 결과이며, 업세팅 가공 시의 쿠션 하중과, 펀치 하중과, 컵 단면의 상당 소성 변형 분포를 나타내고 있다.
또한, 도 35b는, 단축 인장 시험에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 작성한 도 22에 도시한 근사 곡선 데이터에 기초하여 성형 해석을 행한 결과이며, 도 35a와 마찬가지로, 업세팅 가공 시의 쿠션 하중과, 펀치 하중과, 컵 단면의 응력 분포를 나타내고 있다.
도 35a에서는, 펀치 하중이 104톤, 쿠션 하중이 17톤으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 35b에서는, 펀치 하중이 115톤, 쿠션 하중이 22톤으로 되어 있어, 도 35a에 비해 펀치 하중, 쿠션 하중 모두가 높은 값을 나타내고 있다. 또한, 컵 단면의 변형 분포에 주목하면, 상당 소성 변형이 1 이상으로 되는 영역이, 도 35b보다도 도 35a쪽이 적어져 있는 것을 알 수 있다. 도 35b의 해석 결과에 기초하여 판 단조를 행하면, 쿠션 하중 및 펀치 하중이 과잉이기 때문에, 어떠한 성형 불량을 일으킬 가능성이 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 상기의 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터의 측정 데이터를 컴퓨터에 입력함으로써, 강판을 높은 변형량으로 소성 가공하는 경우의 성형 해석의 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들어, 소성 가공으로서 프레스 성형을 적용한 경우에는, 프레스 성형에 있어서의 강판의 변형 분포 및 최대 변형을 예측하여, 균열의 발생을 정확하게 해석할 수 있다. 또한, 소성 가공으로서 판 단조나 냉간 단조에 적용한 경우에는, 금형에 의한 강재에의 성형 하중량을 구함으로써, 가공에 필요한 성형 하중을 정확하게 예측할 수 있다.
(제6 실시 형태)
소성 가공의 해석에는, 유한 요소법이 이용되고 있다. 종래의 유한 요소법에서는, Swift식 등의 가공 경화칙의 파라미터를 사용하는 경우가 많다. 그러나, Swift식에서는, 항복으로부터 균일 연신을 초과하는 변형 영역까지의 응력 변형 선도와 순간 n값을 재현할 수 없는 것이 본 발명자들에 의해 밝혀졌다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제3 실시 형태에서 설명한 식(6)을 유한 요소법에 활용하여, 강재 소성 가공의 성형 해석을 행한다.
구체적으로는, 예를 들어 강판을 프레스 성형한 경우의 최대 변형 분포를 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고, 상기 식(6)에 있어서의 재료 파라미터인 K(㎫), a, b, c 및 n*를 컴퓨터의 해석 수단에 입력하고, 컴퓨터에 의해 해석 수단을 실행시키면 된다. 컴퓨터에 구비된 해석 수단은, 도 36에 도시한 각 스텝 301∼306을 실행하기 위한 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)의 각 기능으로서 실현된다. 또한, 이 컴퓨터에는, 상당 소성 응력과 소성 변형의 관계 근사식으로서 식(6)에 나타내어지는 관계식을 입력하는 스텝과, 관계식(6)에 기초하여 강판을 소성 가공한 경우의 변형 분포 및 최대 변형을 유한 요소법에 의해 구하는 스텝을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램이 구비된다. 각 스텝은 해석 수단에 의해 실현된다.
이하, 본 실시 형태의 강재 소성 가공의 해석 방법으로서, 강판에 대하여 프레스 성형의 1종인 구멍 확장 가공을 행할 때의 변형 분포를 유한 요소법에 의해 해석하는 수순을 설명한다.
먼저, 구멍 확장 가공의 공정을 도 37을 참조하여 설명한다. 도 37은 강판 및 펀치 및 다이의 전체의 1/4를 잘라낸 사시도이다. 도 37에 도시한 바와 같이, 구멍(311a)이 형성된 블랭크(311)(강판)를 준비하고, 이 블랭크(311)의 하방에 구멍 확장용의 펀치(312)를 배치하고, 블랭크(311) 상에는 다이(313)를 배치한다. 그리고, 펀치(312)를 상승시킴으로써, 블랭크(311)에 형성한 구멍(311a)을 확장하는 구멍 확장 가공을 행한다.
구멍 확장 가공 후의 블랭크(311)의 구멍의 테두리부에 균열이 발생하지 않으면 성형 불량으로는 되지 않고, 균열이 발생하면 성형 불량으로 된다. 구멍의 테두리부에 대하여 부분적으로 과잉된 응력이 집중되면, 균열이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서, 유한 요소법을 이용한 성형 해석에 의해, 구멍 확장 가공 후의 블랭크(311)의 구멍의 테두리부의 응력의 분포를 예측한다.
도 36에 도시한 바와 같이, 먼저 스텝 301에 있어서, 해석 대상으로 되는 강판(블랭크)의 형상 데이터를 작성한다.
계속해서, 스텝 302에 있어서, 스텝 301에서 작성한 형상 데이터를 유한 요소로 분할하여 메쉬를 생성한다. 메쉬의 생성은, 예를 들어 시판되는 유한 요소법의 해석 패키지 등에 포함되는 메쉬 생성 프로그램을 사용할 수 있다. 유한 요소의 형상으로서는, 삼각형, 사각형 중 어느 것이어도 된다. 유한 요소의 크기는, 해석 대상으로 되는 강판의 크기, 형상, 두께, 경계 조건에 따라서 적절히 설정하면 된다.
계속해서, 스텝 303에 있어서, 강판의 재료 특성 및 경계 조건을 설정한다. 또한, 이 스텝 303에 있어서, 상기 식(6)에 있어서의 재료 파라미터인 K(㎫), a, b, c 및 n*를 컴퓨터의 해석 수단에 입력한다. 구체적인 파라미터는 강종마다 상이하지만, 예를 들어 하기 표 1에 예시된다.
Figure pct00009
재료 특성은, 블랭크(311)인 강판의 판 두께, 탄성률 등이며, 강판의 물성값을 그대로 사용하면 된다. 예를 들어, 인장 강도 1050㎫, 항복 강도 730㎫, 판 두께 1.6㎜의 강판을 사용한 경우에는, 각 물성값을 입력한다.
또한, 경계 조건은, 블랭크(311)를 원통 구멍 확장 가공할 때의 블랭크(311)의 구속 위치, 하중 위치 및 하중량이다. 구속 위치는, 원통 구멍 확장 가공을 행할 때에, 블랭크(311)가 펀치(312) 및 다이(313)에 의해 구속되는 위치로 하면 된다. 또한, 하중 위치는, 블랭크(311)에 원통 구멍 확장 가공에 의한 하중이 가해진 경우에 있어서, 블랭크(311)에 그 하중이 전달되는 위치로 하면 된다.
또한, 스텝 303에 있어서 입력된 K(㎫), a, b, c 및 n*의 재료 파라미터는, 종래의 Swift식 등의 가공 경화칙의 파라미터 대신에, 유한 요소 해석에 사용한다. 각 재료 파라미터는, 강종마다 미리 구해 둔 것을 사용해도 된다. 또한, 각 재료 파라미터는, 단순 전단 시험을 실시하는 스텝 303-1과, 단순 전단 시험의 결과에 기초하여 합성 응력 변형 곡선 데이터를 작성하는 스텝 303-2를 순차적으로 실행하고, 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터로부터 구해도 된다.
계속해서, 스텝 304에 있어서, 메쉬, 재료 특성 및 경계 조건에 기초하여 유한 요소 해석을 행한다. 예를 들어, 해석 소프트웨어로서, 정적 음해법의 범용 구조 해석 유한 요소법 코드인 NASTRAN 또는 ABAQUS나, 양해법에 의한 비선형 동해석인 LS-Dyna 등을 사용할 수 있다.
다음에, 스텝 305에 있어서, 유한 요소 해석에 있어서 얻어진 결과를 추출한다. 그리고, 스텝 306에 있어서, 컴퓨터의 출력 장치에 해석 결과를 화상으로서 출력시킨다. 도 38a, 도 38b 및 도 39에, 해석 결과의 일례를 나타낸다.
도 38a, 도 38b에는, 강판의 원통 구멍 확장 해석 결과를 도시한다. 도 38a는, 종래의 Swift식에 의해 얻어진 재료 파라미터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다. 또한, 도 38b는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 강재의 평가 방법에 의해 얻어진 합성 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 강판의 원통 구멍 확장 가공의 해석을 행한 결과를 나타내는 등고선도이다. 도 38a 및 도 38b는, 실제로 구멍 확장 가공을 행하여 균열이 발생하는 스트로크량에 도달하였을 때의 변형 분포를 나타내고 있다. 또한, 도 39에는, 강판의 원통 구멍 확장 가공 후의 구멍의 테두리에 있어서의 최대 주변형량의 분포를 나타내고 있다. 도 39의 개발법이란, 도 38b에 대응하는 본 실시 형태의 성형 해석 결과이고, 도 39의 종래법이란, 도 38a에 대응하는 종래의 성형 해석 결과이다. 또한, 도 39의 실험 결과란, 실제로 구멍 확장 가공을 행하여 얻은 결과이다.
도 38a 및 도 39에 도시한 바와 같이, 종래법에서는, 구멍의 테두리의 부분에 있어서의 최대 변형량이 0.39 정도를 나타내고, 또한, 구멍 테두리의 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이, 변형량의 분포도 비교적 균일하다. 따라서, 종래법에서는, 균열이 발생할 위험성은 낮다고 판단된다. 한편, 도 38b 및 도 39에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 평가 방법에서는, 구멍의 테두리의 부분에 있어서의 최대 변형량이 0.42 정도를 나타내고, 또한, 변형이 국부적으로 높아져 있다. 이 경향은, 강판을 실제로 원통 구멍 확장 가공하여 얻어진 결과와 잘 일치하였다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법은, 종래에 비해 고정밀도로 성형 해석할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 실시 형태에 관한 강재의 소성 가공의 평가 방법에 따르면, 상당 소성 응력과 소성 변형의 관계 근사식으로서 상기 식(6)에 나타내어지는 관계식을 사용하여, 강재를 소성 가공한 경우의 최대 변형 분포를 유한 요소법에 의해 구하므로, 강재를 소성 가공한 경우의 최대 변형 분포를 정확하게 구할 수 있다. 예를 들어, 소성 가공으로서 강판의 프레스 성형을 적용한 경우에는, 프레스 성형에 있어서의 강판의 균열의 발생을 정확하게 해석할 수 있다.
이상, 제1 실시 형태∼제6 실시 형태에 기초하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만, 상기 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시할 때의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들만에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 각 실시 형태에 기재된 내용에 대해서는 다른 실시 형태에 있어서 적절히 채용할 수 있다.
합성 응력 변형 곡선 데이터를 이용하는 해석 수단으로서는, 시판하고 있는 유한 요소법의 해석 프로그램을 사용해도 되고, 일본 특허 공개 제2007-232715호 공보에 있어서의 파단 예측 방법에 있어서의 해석 수단을 적용해도 되고, 일본 특허 공개 제2007-285832호 공보에 있어서의 파단 예측 방법에 있어서의 해석 수단을 적용해도 되고, 일본 특허 공개 제2012-33039호 공보에 있어서의 재료의 굽힘 파단 예측 방법에 있어서의 해석 수단을 적용해도 된다.
상술한 설명에 있어서는, 가소성 재료로서 강재(즉, 가소성판으로서 강판)를 사용하고 있지만, 가소성 재료로서는, 알루미늄이나 티타늄 등의 금속 재료, FRP나 FRTP 등의 유리 섬유 강화 수지 재료, 또한 이들의 복합 재료를 사용해도 된다.
상술한 설명에 있어서는 전단 공정에 있어서 전단 응력을 부하하는 방향을 일정 방향으로 하여 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하고 있지만, 도 40에 도시한 바와 같이, 예를 들어 1회째의 전단 공정의 도중으로부터, 전단 응력의 인가 방향을 반전시켜, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다. 이 경우, 반전 부하 시에 있어서의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있기 때문에, 항복 응력의 저하 현상인 바우싱거 효과를 평가할 수 있다.
또한, 도 41에 도시한 바와 같이, 예를 들어 3회째의 전단 공정으로부터, 전단 응력의 인가 방향을 반전시켜, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득해도 된다. 이 경우도, 반전 부하 시에 있어서의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있기 때문에, 항복 응력의 저하 현상인 바우싱거 효과를 평가할 수 있다. 특히, 원하는 변형량이 부하된 시점에서 부하 방향을 반전시킬 수 있기 때문에, 보다 실용성이 높은 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 도 41, 도 42에 도시한 바와 같이 전단 응력의 인가 방향을 반전시켜 복수의 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 경우에는, 이들 부분 응력 변형 곡선 데이터를 Lemaitre-Chaboche 모델이나 Yoshida-Uemori 모델 등의 이동 경화칙에 기초하여 근사함으로써, 보다 넓은 범위의 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 균일 연신을 초과하는 변형 영역에 이르기까지의 고정밀도의 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것이 가능한 가소성 재료의 평가 방법 및 그 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 소성 가공의 성형 해석을 고정밀도로 행하는 것이 가능한 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법을 제공할 수 있다.
101, 201, 301 : 제1 강판(제1 가소성판)
101a, 201a, 301a : 한쪽의 변
101b, 201b, 301b : 다른 쪽의 변
101c, 201c, 301c : 가상 단면
101d, 201d, 301d : 전단 변형부
101e, 201e, 301e : 측변(외형 부분)
102, 202 : 제2 강판(제2 가소성판)
203 : 제3 강판(제3 가소성판)

Claims (21)

  1. 0을 포함하는 제1 변형량을 갖는 제1 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제1 가소성판에 인가하여 상기 제1 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제1 전단 공정과,
    상기 제1 변형량과 상이하고, 또한, 0을 포함하는 제2 변형량을 갖는 제2 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제2 가소성판에 인가하여 상기 제2 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제2 전단 공정과,
    상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
    상기 제2 전단 공정에서 상기 제2 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제2 전단 공정에서 상기 제2 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제2 전단 공정에서 상기 제2 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제2 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
    상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여, 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전단 공정에 있어서 인가된 상기 전단 응력을 제하한 후에, 상기 제1 가소성판의 외형 부분을 제거함으로써 상기 제2 가소성판을 얻는 외형 제거 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외형 제거 공정에서는, 상기 가상 단면과 상기 제1 가소성판의 평면에 수직으로 교차하는 면방향을 따라서 상기 제1 가소성판의 상기 2개의 영역에 걸쳐 상기 외형 부분을 제거하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가소성판과 상기 제2 가소성판은, 서로 다른 별개의 가소성판인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 변형량이, 상기 제1 변형량보다 크고, 또한, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 변형량 이하인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 및 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터 중, 교차 효과의 영향을 받은 부분을 제외한 변형 영역의 곡선 데이터를 서로 연결시켜 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 가소성판에 있어서의, 상기 단순 전단 변형에 의해 형성된 외형 부분을 제거함으로써 상기 제1 변형량 및 상기 제2 변형량과 상이한 제3 변형량을 갖는 제3 가소성판을 얻는 외형 제거 공정과, 상기 제3 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제3 가소성판에 인가하여, 상기 제3 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제3 전단 공정과,
    상기 제3 전단 공정에서 상기 제3 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제3 전단 공정에서 상기 제3 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제3 전단 공정에서 상기 제3 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제3 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비하고,
    상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제3 부분 응력 변형 곡선 데이터에 기초하여 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 가공 경화칙에 기초하여 근사함으로써 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 하기 식(1)에 나타내어지는 관계식에 의해 근사함으로써 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
    Figure pct00010

    단, 식(1)에 있어서,
    σ는 상당 응력이고,
    K(㎫) 및 a는 상기 가소성 재료의 재료 계수이고,
    εp는 상당 소성 변형이고,
    m은 상기 식(2)에 나타내는 바와 같고,
    식(2)에 있어서의 n*는 가공 경화 지수의 수렴값이고,
    b는 가공 경화 지수의 수렴 속도를 나타내는 파라미터이고,
    c는 가공 경화 지수의 발달 속도를 나타내는 파라미터이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전단 공정에 있어서의 전단 응력의 인가 방향과, 상기 제2 전단 공정에 있어서의 전단 응력의 인가 방향이 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전단 공정에 있어서, 전단 응력의 인가 방향을 도중에서 반전시키는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정에서는, 상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터와 상기 제2 부분 응력 변형 곡선 데이터를 이동 경화칙에 기초하여 근사함으로써 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가소성판 및 상기 제2 가소성판이 직사각형의 평면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전단 공정 및 상기 제2 전단 공정에 있어서, 상기 제1 가소성판 및 상기 제2 가소성판의 판 두께의 최대 변화량이, 판 두께의 1％ 이하인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전단 공정 및 상기 제2 전단 공정 각각에서 인가되는 전단 변형이 0.4∼1.2의 범위인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가소성판 및 상기 제2 가소성판이 강판인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
  17. 가소성 재료의 소성 가공의 성형 해석을 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고,
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 상기 컴퓨터의 상기 해석 수단에 입력하고,
    상기 컴퓨터에 의해 상기 해석 수단을 실행시키는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 성형 해석이, 상기 가소성 재료를 소성 가공한 경우의 상기 가소성 재료의 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 구하는 것인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법.
  19. 0을 포함하는 제1 변형량을 갖는 제1 가소성판을, 그 표면에 수직인 가상 단면에 의해 2개의 영역으로 구분하고, 상기 가상 단면을 따라서 상기 2개의 영역의 상대 위치가 동일 면내에서 어긋나도록 전단 응력을 상기 제1 가소성판에 인가하여 상기 제1 가소성판을 단순 전단 변형시키는 제1 전단 공정과,
    상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과 전단 변형을 측정하여, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 상기 전단 응력과, 상기 제1 전단 공정에서 상기 제1 가소성판에 인가되는 전단 변형량 및 상기 제1 변형량의 합계인 합계 변형량의 관계로부터 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정과,
    상기 제1 부분 응력 변형 곡선 데이터를 하기 식(3)에 나타내어지는 관계식에 의해 근사함으로써 합성 응력 변형 곡선 데이터를 취득하는 합성 응력 변형 곡선 데이터 취득 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 평가 방법.
    Figure pct00011

    단, 식(3)에 있어서,
    σ는 상당 응력이고,
    K(㎫) 및 a는 상기 가소성 재료의 재료 계수이고,
    εp는 상당 소성 변형이고,
    m은 상기 식(4)에 나타내는 바와 같고,
    식(4)에 있어서의 n*는 가공 경화 지수의 수렴값이고,
    b는 가공 경화 지수의 수렴 속도를 나타내는 파라미터이고,
    c는 가공 경화 지수의 발달 속도를 나타내는 파라미터이다.
  20. 가소성 재료의 소성 가공의 성형 해석을 유한 요소법에 의해 구하는 해석 수단이 구비된 컴퓨터를 사용하고,
    제19항에 기재된 가소성 재료의 평가 방법에 의해 얻어진 상기 합성 응력 변형 곡선 데이터를 상기 컴퓨터의 상기 해석 수단에 입력하고,
    상기 컴퓨터에 의해 상기 해석 수단을 실행시키는 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 성형 해석이, 상기 가소성 재료를 소성 가공한 경우의 상기 가소성 재료의 변형 분포, 최대 변형 및 성형 하중 중 적어도 하나를 구하는 것인 것을 특징으로 하는, 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법.
KR1020167030313A 2014-05-08 2015-05-08 가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법 KR101809398B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2014-097228 2014-05-08
JP2014097227 2014-05-08
JP2014097229 2014-05-08
JP2014097228 2014-05-08
JPJP-P-2014-097227 2014-05-08
JPJP-P-2014-097229 2014-05-08
PCT/JP2015/063314 WO2015170742A1 (ja) 2014-05-08 2015-05-08 可塑性材料の評価方法及び可塑性材料の塑性加工の評価方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160138275A true KR20160138275A (ko) 2016-12-02
KR101809398B1 KR101809398B1 (ko) 2017-12-14

Family

ID=54392590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167030313A KR101809398B1 (ko) 2014-05-08 2015-05-08 가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10352836B2 (ko)
JP (1) JP5910803B2 (ko)
KR (1) KR101809398B1 (ko)
CN (1) CN106461522B (ko)
WO (1) WO2015170742A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066628A (ko) * 2016-10-26 2019-06-13 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 소부 처리 성형품의 강도 추정 방법
KR20200033910A (ko) * 2017-08-23 2020-03-30 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 금속판의 전단 가공면에서의 변형 한계의 평가 방법, 균열 예측 방법 및 프레스 금형의 설계 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109284515B (zh) * 2017-07-21 2023-05-12 上海梅山钢铁股份有限公司 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法
CN108256159B (zh) * 2017-12-21 2021-07-13 北京卫星制造厂 一种网格筋球形壁板单点渐进模压成形控制方法、装置及系统
JP6687064B2 (ja) * 2018-07-17 2020-04-22 ダイキン工業株式会社 溶融加工性フッ素樹脂射出成型品の検査方法及び溶融加工性フッ素樹脂射出成型品の製造方法
JP7110144B2 (ja) * 2019-03-15 2022-08-01 本田技研工業株式会社 車体フレームの製造方法
CN110287622B (zh) * 2019-06-28 2020-09-01 北京航空航天大学 一种加工表面广义微观应力集中现象的建模及分析方法
CN111680438A (zh) * 2020-05-15 2020-09-18 中国第一汽车股份有限公司 一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法
JP7211461B1 (ja) * 2021-09-03 2023-01-24 Ｊｆｅスチール株式会社 金属材料の引張圧縮反転負荷挙動予測方法
CN115326504B (zh) * 2022-07-26 2024-06-04 燕山大学 用于薄钢板边缘拉伸开裂极限的评价方法及其评价装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0816644A (ja) 1994-06-30 1996-01-19 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 製版システム

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0231816B2 (ja) * 1983-04-18 1990-07-17 Rikagaku Kenkyusho Itamensendantokuseinosokuteiho
JPH0816644B2 (ja) 1992-07-30 1996-02-21 日本金属工業株式会社 材料の変形抵抗測定方法
JP4138300B2 (ja) 2001-11-19 2008-08-27 富士重工業株式会社 成形治具形状の導出方法
RU2402010C2 (ru) 2006-02-01 2010-10-20 Ниппон Стил Корпорейшн Способ прогнозирования разрушения
KR100948035B1 (ko) 2006-06-30 2010-03-19 경상대학교산학협력단 인장시험과 유한요소법을 이용한 고 변형률에 대한 진변형률-진응력 곡선의 획득 방법 및 이를 이용한 인장 시험기
JP5131212B2 (ja) * 2009-01-21 2013-01-30 Ｊｆｅスチール株式会社 材料状態推定方法
ES2637038T3 (es) 2010-04-07 2017-10-10 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Método de evaluación de fracturas, aparato de evaluación de fracturas, programa y medio de registro legible por ordenador
JP5445381B2 (ja) * 2010-07-30 2014-03-19 新日鐵住金株式会社 材料の曲げ破断予測方法および装置、ならびにプログラムおよび記録媒体
JP5983527B2 (ja) * 2013-05-13 2016-08-31 Ｊｆｅスチール株式会社 鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0816644A (ja) 1994-06-30 1996-01-19 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 製版システム

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. K. Choudhary, et. al, "Tensile stress-strain and work hardening behaviour of 316LN austenitic stainless steel", materials Science and Technology, February 2001, Vol.17, P223-231
요시다, 요시이, 우수다, 와타나베, 「등이축 인장의 n과 c 및 그들의 성형성 평가에의 응용」, 소성과 가공, vol.11, no.116, 670-675
요시다, 요시이, 코모리다, 우수다, 「경화 강도의 변형 양식 의존성(경화 이방성 X)과 그들의 성형성 평가에의 응용」, 소성과 가공, vol.11, no.114, 513-521
요시다, 이토, 「판 성형 시뮬레이션에 있어서의 재료 모델」, 소성과 가공, 제40권, 제460호, 34-39

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066628A (ko) * 2016-10-26 2019-06-13 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 소부 처리 성형품의 강도 추정 방법
KR20200033910A (ko) * 2017-08-23 2020-03-30 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 금속판의 전단 가공면에서의 변형 한계의 평가 방법, 균열 예측 방법 및 프레스 금형의 설계 방법
CN110997172A (zh) * 2017-08-23 2020-04-10 杰富意钢铁株式会社 金属板的剪切加工面上的变形极限的评价方法、裂纹预测方法以及压制模具的设计方法
US11609166B2 (en) 2017-08-23 2023-03-21 Jfe Steel Corporation Deformation limit evaluation method for sheared surface of metal sheet, crack prediction method, and press die designing method

Also Published As

Publication number Publication date
CN106461522B (zh) 2019-05-28
US20170191915A1 (en) 2017-07-06
WO2015170742A1 (ja) 2015-11-12
CN106461522A (zh) 2017-02-22
KR101809398B1 (ko) 2017-12-14
US10352836B2 (en) 2019-07-16
JP5910803B2 (ja) 2016-04-27
JPWO2015170742A1 (ja) 2017-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101809398B1 (ko) 가소성 재료의 평가 방법 및 가소성 재료의 소성 가공의 평가 방법
KR101167764B1 (ko) 파단 예측 방법, 연산 처리 장치 및 기록 매체
JP6958521B2 (ja) 応力−ひずみ関係推定方法
JP6669290B1 (ja) 応力−ひずみ関係推定方法
KR101886556B1 (ko) 신장 플랜지 균열 예측 방법, 신장 플랜지 균열 예측 장치, 컴퓨터 프로그램, 및 기록 매체
EP2921841A1 (en) Method for determining stretch flange limit strain and method for assessing press forming feasibility
KR20200044903A (ko) 변형 한계의 평가 방법, 균열 예측 방법 및 프레스 금형의 설계 방법
US20220187175A1 (en) Stretch flange crack evaluation method, metal sheet selection method, press die design method, component shape design method, and pressed component manufacturing method
Cheng et al. True stress–strain analysis on weldment of heterogeneous tailor-welded blanks—a novel approach for forming simulation
Kong et al. Deep drawing and bulging forming limit of dual-phase steel under different mechanical properties
Björklund et al. Prediction of fracture in a dual-phase steel subjected to non-linear straining
Li et al. Predicting edge fracture in dual-phase steels: Significance of anisotropy-induced localization
JP7219682B2 (ja) せん断応力－せん断ひずみ曲線の作製方法、およびそのせん断応力－せん断ひずみ曲線を変換して、高ひずみ領域の応力－ひずみ曲線を作製する方法
Kitting et al. Application of a “concave-side rule” approach for assessing formability of stretch-bent steel sheets
Nguyen et al. Effects of cold roll dimpling process on mechanical properties of dimpled steel
JP6773255B1 (ja) 曲げ割れ評価方法、曲げ割れ評価システム、及びプレス成形部品の製造方法
Zhao et al. Investigation of SPR mechanical performance with aluminum alloy sheet
Panich et al. Formability prediction of advanced high-strength steel sheets by means of combined experimental and numerical approaches
Noma et al. Material Modeling and Springback Analysis Considering Tension/Compression Asymmetry of Flow Stresses
Groseclose et al. Determination of biaxial flow stress using frictionless dome test
Mishra et al. Investigation of Ductile Damage in DP980 Steel Sheets Using Mechanical Tests and X‐ray Micro‐Tomography
KR20220146642A (ko) 금속판의 네킹 한계 왜곡 특정 방법
Hortigona et al. Characterization of the mechanical behaviour of Tempcore 500C rebar steel during tensile test necking: experimentation and simulation
Niamchaona et al. Ability of multiaxial fatigue criteria accounting for stress gradient effect for surface defective material
Aydin et al. On the study of constitutive parameter identification of advanced yield criteria

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant