CN110997172A - 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 - Google Patents

Abstract

提供经剪切加工的原板的端面上的由弯曲加工导致的裂纹的评价方法与预测技术，提供应反映于压制模具的设计方法的技术。变形极限的评价方法中，对于将经剪切加工的金属板(1)进行压制成型时的、金属板(1)的剪切加工面(10A)上的变形极限进行评价。基于由下述2个表面应变分布的梯度求出的指标值与在剪切加工面产生的张力的关系，评价剪切加工面(10A)上的变形极限或者预测裂纹：经受弯曲加工的金属板(1)的弯曲外侧表面与剪切加工面(10A)的边界附近产生的应变的分布之中的、评价位置的剪切加工面(10A)上的板厚方向X的表面应变分布的梯度、和朝向从上述剪切加工面(10A)离开的方向的由弯曲加工形成的弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度。

Description

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

技术领域

本发明是针对在利用包含弯曲加工的压制成型(press forming)将剪切加工后的金属板(原材料)进行成型而加工之时的、在剪切加工面(端面)产生的裂纹进行评价、预测的技术，以及与能基于该技术而抑制金属板的裂纹的模具形状的设计方法(确定方法)相关的技术。

背景技术

压制成型是金属加工技术中的一种代表性的技术，该技术通过将金属板夹持于一对模具之间进行夹压，将该金属板按照模仿模具的形状的方式进行成型，从而将金属板加工为所期望的制品形状。而且，该压制成型被应用于汽车部件、机械部件、建筑构件、家电制品等广泛的制造领域中。

作为该压制成型中的成型性的主要课题之一，包括裂纹。在该裂纹方面，主要存在有由原材料的拉伸变形导致的裂纹、由弯曲变形导致的裂纹、和由它们的复合变形导致的裂纹。关于由拉伸变形导致的裂纹，其较大地起因于原材料的延展性，通常利用使用了成型极限线图的裂纹预测技术进行评价。另一方面，关于由弯曲变形导致的裂纹，较大地起因于模具的弯曲半径R与原材料的板厚t之比即弯曲性R/t，通常采用通过实验性地求出在原材料的表面不产生龟裂的最小的弯曲半径与板厚t之比从而对裂纹进行预测的方法。关于由拉伸变形与弯曲变形的复合变形导致的裂纹的预测技术，例如，存在有使用了模具的弯曲半径R与金属板中产生的张力的预测技术(专利文献1)。

上述的裂纹都是从金属板的表面产生龟裂并且龟裂在板厚方向上贯穿的情况下的事例。

然而，除上述以外，作为裂纹产生的事例，还存在有因经剪切加工的原材料的端面经受变形，导致从端面产生龟裂而发展成裂纹的事例。原材料的端面具有如下特征：由于已经因剪切加工而经受了强变形，因而缺乏延展性，另外，因应力集中于断裂面、毛刺这样的凹凸，导致容易产生龟裂。由此，对于裂纹的评价方法、预测方法与上述不同。

以往，在该原材料的端面的裂纹方面，关于对于由拉伸变形引起的拉伸翻边(stretch flanging)裂纹的评价方法，进行了许多的研究，例如，提出了一种使用了沿着端面的方向的应变梯度、与端面正交的面内方向的应变分布的梯度的预测技术(专利文献2)等。此处所说的应变分布的梯度(在本说明书中也记载为“应变梯度”)，是指在某个长度中分布的应变的、每单位长度的应变的变化。然而，关于由弯曲变形、拉伸变形与弯曲变形的复合变形引起的原材料的端面的裂纹，有效的预测方法、评价方法少。但是，关于这样的原材料的端面上的裂纹，特别是在拉伸强度590MPa级以上的高强度钢板方面，开始成为显著的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5630312号公报

专利文献2：日本特许第5146395号公报

非专利文献

非专利文献1：风间宏一、永井康友著“板の曲げ加工時に生ずゐ端部反り变形の解析(板的弯曲加工时发生的端部翘曲变形的解析)”，塑性と加工(塑性与加工)、第45卷、第516号、2004年，p.40-44

发明内容

发明所要解决的课题

本发明着眼于上述那样的方面而完成，其目的在于，提供对在经剪切加工的原板(金属板)的端面由弯曲变形、拉伸变形与弯曲变形的复合变形引起的裂纹进行评价、预测的技术，并且提供会反映于压制模具的设计方法的技术。

用于解决课题的手段

为了解决课题，本发明的一个实施方式是一种变形极限的评价方法，其对利用包含弯曲加工的压制成型将经剪切加工的金属板成型时的、在上述金属板的剪切加工面上的变形极限进行评价，在所述变形极限的评价方法中，

根据由下述2个表面应变分布的梯度求出的指标值与在剪切加工面产生的张力的关系，对剪切加工面上的变形极限进行评价，

其中，所述2个表面应变分布的梯度为：经受弯曲加工的金属板的弯曲外侧表面与剪切加工面的边界附近产生的应变的分布之中的、评价位置处的剪切加工面上的板厚方向的表面应变分布的梯度、和由上述弯曲加工形成的弯曲棱线方向的表面应变分布的梯度。

发明的效果

根据本发明的一个实施方式，可评价在将作为对象的金属板(原材料)在剪切加工后进行变形时的、端面的变形极限。其结果，根据本发明的一个实施方式，能够精度良好地预测有无裂纹从端面产生，以及能够设计能抑制裂纹的产生的模具形状。

另外，根据本发明的一个实施方式，能够利用一个指标而评价单纯弯曲、弯曲与拉伸的复合变形、拉伸变形中的多个形态。

附图说明

图1为示出利用包含弯曲加工的压制成型进行成型而得到的成型品的一个例子的图。

图2为示出在弯曲加工时产生了远离模具的浮起的状态的一个例子的图。

图3为示出根据张力与指标值的关系可知的变形极限线、端面上的不产生裂纹的区域的例子的图。

图4是进行单纯弯曲成型的例示的示意图，(a)是侧视图，(b)是表示试验片1与冲头21的关系的俯视图。

图5是进行复合弯曲成型的例示的示意图，(a)是侧视图，(b)是表示试验片1与冲头32的关系的俯视图。

图6是表示张力与、由2个应变梯度的均方根(mean square)形成的指标值的关系的图。

图7是表示张力与、由2个应变梯度之和形成的指标值的关系的图。

图8是表示实施例中的基于弯曲成型而得到的制品形状的图。

图9是表示实施例中的利用复合了拉伸变形与弯曲成型的变形进行成型而得到的制品形状的图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边说明基于本发明的实施方式。

将利用包含弯曲加工的压制成型将金属板进行成型而得到的成型品的例子示于图1。图1为压制成型为鞍状形状的情况下的例子。在该图1中，附图标记1B成为：在将金属板1弯曲之时成为弯曲线位置的弯曲棱线方向。附图标记10A成为端面(剪切加工面)。另外，附图标记Z是弯曲外侧表面与剪切加工面的边界附近之中的、容易产生龟裂的部位的例子。

而且，本申请的发明人进行了各种研究，结果发现，在将原材料1(金属板1)进行了压制成型时，如图2所示，原材料1的端面在弯曲加工时产生翘曲(例如，非专利文献1)，原材料1的端面侧从模具的弯曲部浮起。由此，在原材料1的中央部侧(参照图1的附图标记1Ba)，以接近于模具的弯曲半径R的弯曲半径经受弯曲变形，但是在原材料1的端面侧(参照图1的1Bb)，以与模具的弯曲半径R不同的弯曲半径经受弯曲变形。

此时，在弯曲变形与拉伸变形的复合变形的情况下，将拉伸变形进行加强时，则存在原材料端面相对于模具的浮起减少的倾向，但是已知晓，原材料1的强度变为590MPa以上或者板厚变为1.0mm以上时，则会在消除原材料1的端面10A的浮起之前产生裂纹。因此已知晓，如以往那样，在使用了模具的弯曲半径R的裂纹的预测技术中，无法精度良好地预测源自端面10A的裂纹。

另外，由于在弯曲变形时在原材料1的板厚方向X上产生非常大的应变梯度，因而沿着原材料1的端面10A的方向的应变梯度和/或与端面10A正交的面内方向的应变梯度的影响相对性地变小。因此可知，在使用了它们的以往的预测技术中，在包含弯曲变形的压制成型的情况下，不易预测端面10A的裂纹。

进一步，本申请的发明人对经剪切加工的原材料1的端面10A施加各种各样的变形而研究裂纹的有无，结果获得了下述的见解。

关于源自端面10A的龟裂，其在与赋予至其产生部的最大主应变的方向正交的方向上发展。此时，存在与最大主应变的方向正交的方向的应变梯度越大，则越抑制龟裂的产生与发展的倾向。而且，与最大主应变的方向正交的各个方向之中，应变梯度成为最大的方向的值最发挥抑制效果。然而，关于应变梯度成为最大的方向，根据施加于原材料1的端面10A的变形而无法成为一定，另外，如前所述，由于原材料1的端面10A在弯曲变形时产生翘曲，因而不易对成为最大的方向进行特定。

而且，本实施方式的方法提供用于实现下述情况的技术：在压制加工中的、金属板1的剪切加工面10A上的单纯弯曲变形、以及复合了拉伸变形与弯曲变形的变形中的任一个变形中，都可利用一个指标值而统一地且精度良好地进行剪切加工面10A(通过剪切而形成的端面10A)上的变形极限的评价、裂纹的预测。

本申请的发明人基于上述那样的见解，设计出将由下述2个表面应变分布的梯度求出的指标值、以及在剪切加工面产生的张力这2个数值作为参数而对金属板1的剪切加工面10A的变形极限进行评价的评价方法、基于该评价方法的端面裂纹的预测方法，所述2个表面应变分布的梯度是：龟裂产生部的附近Z上的板厚方向X的表面应变分布的梯度、和弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度。

(关于指标值)

对于在本实施方式中使用的金属板1的剪切加工面10A上的变形极限进行评价的评价、在基于该评价的端面裂纹的预测中使用的指标值进行说明。

本实施方式的指标值是以下述2个表面应变分布的梯度为变量的值，其中，所述2个表面应变分布的梯度为：在经受弯曲加工的金属板1的弯曲外侧表面与剪切加工面10A的边界附近产生的应变的分布之中的、剪切加工面10A上的板厚方向X的表面应变分布的梯度、和朝向从剪切加工面10A离开的方向的由弯曲加工形成的弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度。此处，弯曲外侧表面是指，利用弯曲加工而变形为凸的一侧的表面。

关于指标值，例如，设为下述(1)式那样的、上述2个表面应变分布的梯度的平均值。在此例子中，Δεcombine(Δε复合)成为指标值。需要说明的是，应变梯度通常表示应变的急剧程度。

此处，弯曲棱线方向Y的表面应变是在经受弯曲加工的金属板1的弯曲外侧表面上的从端面10A朝向弯曲棱线方向Y的表面应变，其梯度成为以端面10A作为起点从该端面10A离开的方向的梯度。另外，将板厚方向X的表面应变分布的梯度设为从弯曲外侧表面朝向内表面侧的梯度。

Δεcombine＝(Δεthickness+Δεridgeline)/2 (1)

此处，

Δεthickness(Δε厚度)：板厚方向X的表面应变分布的梯度

Δεridgeline(Δε棱线)：弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度。

对于从端面10A产生的龟裂而言，获得了下述见解，即，其与下述的2个方向的梯度具有相关性，该2个方向的梯度是龟裂产生部的附近Z的板厚方向X的表面应变分布的梯度与弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度；但是如(2)式那样，由这2个方向的梯度的均方根形成的指标值Δεcombine与端面10A上的龟裂的相关性更高。由此，通过使用由(2)式算出的评价值，能够以更高的精度进行剪切加工面10A上的变形极限的评价、端面裂纹的预测。

Δεcombine＝0.5×((Δεthickness)²+(Δεridgeline)²)^0.5 (2)

此处，

Δεthickness：板厚方向X的表面应变分布的梯度

Δεridgeline：弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度。

另外，关于使用了本实施方式的指标值的端面10A上的变形极限的评价、端面裂纹的预测，可利用一个指标值针对多个弯曲变形而进行，此外还具有如下的优点：即使不对应变梯度成为最大的方向进行特定，也可利用简便的方法而求出最大应变梯度的值。另外，本实施方式的指标值也可适用于单纯拉伸变形的裂纹。

需要说明的是，作为简易的评价技术，也可如(3)式那样，仅根据板厚方向X的表面应变分布的梯度Δεthicknesse而算出指标值，从而评价有无裂纹从端面10A产生。

即，也可设为

Δεcombine＝Δεthickness (3)。

这是由于，作为裂纹的评价指标，在弯曲加工方面，板厚方向X的表面应变分布的梯度的值这一方相比于弯曲棱线方向Y的表面应变分布的梯度的值而言贡献度更高。由此，虽然精度下降，但是(3)式具有更简便这样的优点。

另外，作为别的简便的方法，也可如(4)式那样，将板厚方向X与弯曲棱线方向Y中的2个表面应变分布的梯度之和设为指标值。

Δεcombine＝Δεthickness+Δεridgeline (4)

此处，上述的(1)式是在根据2个表面应变分布的梯度而求出指标值之时，利用简单平均将2个表面应变分布的梯度进行了平均化的情况下的例子，但是从在弯曲加工中板厚方向X的表面应变分布的梯度这一方的贡献度更高这样的观点考虑，也可如(5)式那样，通过增大板厚方向X的表面应变分布的梯度侧的权重，通过加权平均而求出指标值。

Δεcombine＝(a×Δεthickness+b×Δεridgeline) (5)

此处，a、b为权重系数，设定为a＞b的关系。例如，如a＝0.7、b＝0.3那样设定。

同样地，在(2)式、(4)式中，也可较大地设定板厚方向X的表面应变分布的梯度侧的权重。

例如，如(4)式那样，在将2个表面应变分布的梯度之和设为指标值之时，也可如(6)式那样，较大地设定板厚方向X的表面应变分布的梯度侧的权重。

Δεcombine＝a·Δεthickness+b·Δεridgeline (6)

此处，a、b为权重系数，设定为a＞b的关系。例如，如a＝1.3、b＝0.7那样设定。

(评价值的正规化)

进一步，也可由金属板1的局部伸长率的倒数将作为上述指标值的Δεcombine进行正规化。

例如，使用原材料1的局部伸长率L-El，如下述(7)式那样，对指标值乘以金属板1的局部伸长率L-El的倒数，从而将指标值进行正规化。

Δεcombine←Δεcombine/L-El (7)

此处，关于局部伸长率L-El，通过将原材料1以预定的形状(例如长方形形状的平板)进行拉伸试验而求出。具体而言，关于局部伸长率L-El，根据直至原材料1断裂为止的伸长率(总伸长率)与拉伸强度成为最大的伸长率(均匀伸长率)之间的差值而求出。在许多的原材料1方面，均匀伸长率与局部伸长率L-El大多成为同等，因而也可采用均匀伸长率、总伸长率的一半的值来替代局部伸长率L-El。其外，存在有求出原材料1的局部伸长率L-El的方法，但是没有特别限定。

(在剪切加工面产生的张力)

在剪切加工面产生的张力设为：沿着剪切加工面(端面)而朝向与原材料表面平行的方向的单位面积的力(以下简称为张力)。

关于弯曲加工部，由于弯曲变形而在比板厚中心靠弯曲外侧与弯曲内侧分别产生拉伸应力与压缩应力，因而由弯曲变形导致的应力与沿着端面而平行地产生的张力的分离是困难的。因此，优选使用弯曲加工部的板厚中心的应力、或者弯曲加工部的板厚整体的平均应力。另外，方便起见，当为相邻于弯曲加工部而没有经受弯曲变形的剪切端面的张力时，其不包含弯曲变形的应力，因而也可采用板厚中心、整体的应力的平均值。

关于张力的算出，通过成型模拟而求出对应部的有限元所产生的拉伸应力，使用该拉伸应力的值作为评价用的张力，这是简便的。

(关于求出指标值以及张力的评价位置)

此处，关于求出指标值Δεcombine的评价位置，优选设为被推定为在通过利用作为对象的压制成型进行弯曲加工而使得端面10A发生变形时产生龟裂的位置。例如是图1中的附图标记Z位置。在剪切加工面，在弯曲变形了的附图标记Z位置，张力的值以及应变梯度变大，在该位置容。易最先产生龟裂

关于被推定为在端面变形时产生龟裂的位置，设为预先由实验、成型模拟求出的、应变变得最大的位置即可。例如，将由于弯曲加工而弯曲的端面部分处的、曲率变化是最大的位置或者其附近设为评价位置。

(关于由剪切加工导致的端面(剪切加工面10A))

对剪切加工后形成的端面10A进行说明。

剪切加工是：通过使用一对的冲头与冲模将剪切变形赋予至原材料1，生成裂纹，从而将原材料1分离为2个以上的方法。

在本实施方式中，通过利用一般的剪切加工而剪切为预定轮廓形状，从而制作具有剪切加工面10A的原材料1。

此处，关于经剪切加工的原材料1的端面10A的性状，根据作为冲头与口模的间隔的间隙(clearance)而变化，但本实施方式不限定于端面10A的性状。但是，从加工载荷低，冲头与冲模的损伤变少的观点考虑，可以将间隙设为原材料1的板厚的5～20％的范围，特别是，对于拉伸强度590MPa以上的钢板而言优选设为8～15％。需要说明的是，也存在通过将间隙设为5％以下而进行剪切加工从而较广地制成剪切加工面10A的方法，但是关于本实施方式，无论是利用何种方法进行剪切加工来制作要评价的试验片(原材料1)，均能够适用。

而且，将剪切加工为预定轮廓形状的原材料1设为试验片，赋予各种变形，求出上述的张力、用于求出指标值的应变的梯度。

(关于单纯弯曲变形的赋予)

关于对经剪切加工的试验片的端面10A赋予弯曲变形的方法，只要是能够确认将试验片1进行弯曲的模具、夹具等的弯曲半径R、和端面10A的龟裂有无的方法，则可以是任何的方法。

方便起见，一边改变V弯曲加工、U弯曲加工的冲头的前端半径R一边将试验片1的端面10A弯曲，从而确认龟裂有无的方法即可。其外还存在有辊成形(roll forming)等弯曲方法。

(关于拉伸变形与弯曲变形的复合变形的赋予)

关于将拉伸变形与弯曲变形的复合变形赋予至试验片的端面10A的方法，只要是可利用垫圈(bead)、夹压原材料1的机构将赋予至试验片1的拉伸应力进行变更，且可确认将原材料1进行弯曲的模具、夹具等的弯曲半径R与端面10A的龟裂有无的方法，则可以是任何的方法。方便起见，通过使用帽子(hat)形状的拉深成型模具，改变冲头的弯曲半径R与液压垫力、以及垫圈的有无而赋予各种复合变形即可。

关于拉伸变形与弯曲变形的复合变形，例如，利用基于拉延成形(draw forming)的压制加工而产生。

(关于由弯曲加工导致的裂纹的评价方法)

通过上述方法而求出在产生了龟裂的位置处的、将要产生龟裂之前的张力和原材料1表面的应变梯度。

具体而言，优选在经受弯曲变形的原材料1的外侧表面与经剪切加工的端面10A的边界求出。这是由于，龟裂容易在上述的边界产生。

关于张力与应变梯度的求出方法，采用公知的技术即可。关于张力与应变梯度的求出方法，例如，存在有在原材料1的表面施加微小的标记(mark)，根据标记的变形而求出应变的实验性的方法，利用基于有限元法的成型模拟而预测应变的方法等，但是不限定于此，应用公知的方法即可。以这样的方式求出表面应变的分布，根据所求出的表面应变的分布而算出应变梯度。

关于标记的形状，只要是环状图案、点式图案、格子图案、同心圆图案等等可在成型后测量应变的形状即可。另外，关于标记方法，存在有电解蚀刻、光刻、基于油墨的转印(压印印刷(stamp print))等，但是可使用任一种方法。但是，划线方法诱发龟裂产生因而不优选。在成型模拟的情况下，无需重现剪切加工，可使用重现了经剪切加工的原材料1的端部的形状的模型、仅将端部的形状制成平坦的模型。

使用基于使用了三维的实体元(solid element)的有限元法的成型模拟时，则可精度良好地算出张力。

关于应变梯度，优选在被推定为产生龟裂的部分的附近算出。板厚方向X的应变梯度的算出范围越狭小越好，优选为原材料1的板厚的90％以下，更优选设为50％以下。这是由于，初期产生的龟裂是微小的，因而评价其的范围也在同样地微小的范围算出时则精度是良好的。弯曲棱线方向Y的应变梯度的算出范围优选为10mm以下，更优选为5mm以下。这是由于，在弯曲变形时在原材料1的端面10A上产生的翘曲处于上述的范围，考虑此翘曲的变形。

(关于变形极限的评价)

接着，对使用了上述的指标值的、金属板1的剪切加工面10A上的变形极限的评价方法的一个例子进行说明。

如上所述，在相同的钢种中，改变上述的单纯弯曲变形、上述的拉伸变形与弯曲变形的复合变形的变形条件，从而取得3组以上的包含取得值(张力、指标值)的组的数据，所述取得值(张力、指标值)包含：剪切加工面10A上的将要产生龟裂之前的张力、与将要产生该龟裂之前的包含弯曲在内的变形中的相同部位处的指标值的组。关于使用的张力，虽然也可设为刚刚产生龟裂之后，但是良好的是，尽可能为龟裂初期的状态之时。但是，在张力的算出中，由于优选尽可能使用龟裂产生小的时候的状态下的张力，因而采用了将要产生龟裂之前的状态的张力。另外，为了在评价中具有裕度(margin)，也可在与将要产生龟裂之前相比而言更早的状态下取得上述的取得值。

而且，如图3那样，将通过于所取得的多个取得值的曲线设为变形极限线。在图3中，例示着使用了5点的取得值的情况。取得值优选为较多，但是只要具有3点以上，则可设定变形极限线。

利用所求出的变形极限线，对在弯曲变形时的剪切加工面10A上的变形的极限进行评价。将变形极限线变换为函数式即可。变形极限线近似于例如2次曲线等。

而且，例如，将此变形极限线的下侧的区域设为在端面不产生裂纹的区域。

即，可以是：以在利用压制成型而成型为制品形状之时的弯曲变形部分的端面10A的弯曲形状落入此变形极限线以下的方式来确定压制成型品。或者，还可以是：对于在利用压制成型而成型为制品形状之时的弯曲变形部分的端面10A而言，以使得落入此变形极限线以下的方式来确定压制模具的形状、或者进行压制加工的工序选定。

(裂纹的预测)

如上述那样操作，预先求出在弯曲加工部的端面产生的张力与指标值的关系，基于该关系，根据是否位于图3的[不产生裂纹的区域]内从而预测是否产生裂纹。

另外，对于预测(评价)为产生裂纹的位置，按照抑制该金属板端面10A上的裂纹产生的方式，实施在压制成型中使用的压制模具的设计变形。

(效果)

如以上那样，根据本实施方式，能精度良好地评价在将作为对象的原材料1在剪切加工后使其变形之时有无裂纹从端面10A产生。

此评价方法也可有效利用作为预测裂纹的产生的方法。例如，可精度良好地预测在将汽车的面板(panel)部件、结构·骨架部件等各种部件进行压制成型时使用的模具的形状是否适当。另外，由于可稳定地进行压制成型，因而可降低压制成型品的不合格率，也可对压制模具的制造期间的缩短作出贡献。

强度高的原材料1的延展性通常低，因而通过使得原材料1的剪切加工面10A发生变形而易于引起裂纹。因此，越是强度高的原材料1则本发明越有效。具体而言，优选将拉伸强度为590MPa以上的原材料1设为对象，进一步优选为拉伸弯曲强度为980MPa以上的原材料1。另外，关于原材料1的种类，以如压制成型那样进行大量生产的原材料1为对象时则在成本上优秀，优选将金属板1、特别是钢板设为对象。

实施例

下面，对基于本发明的实施例进行说明。

以表1中所示的3种原材料A、B以及C为对象而进行了本发明的验证。对于各原材料1进行剪切加工，制作出矩形形状的试验片。

在该剪切加工中，使用了10×20mm的矩形的冲头、和10.3×20.3mm的矩形的口模(未图示)。模具的间隙根据原材料1的板厚而变更，在原材料A的情况下设为板厚的15％，在原材料1B的情况下设为板厚的10.7％，在原材料1C的情况下设为板厚的8.3％。

[表1]

对试验片实施单纯弯曲变形、以及拉伸变形与弯曲变形的复合变形这2种形态的弯曲加工，从而尝试求出各形态下的弯曲加工中的张力与应变梯度的关系。一并地，尝试求出单纯拉伸变形时的张力与应变梯度的关系。

关于单纯弯曲变形，利用图4中所示的顶角90°的V弯曲模具对试验片1的端面10A赋予弯曲。按照剪切加工部的塌陷(日文：ダレ)侧与冲头21的顶点的弯曲R部相接触的方式设置试验片。而后，将冲头21的前端的弯曲半径R以0.5mm的间距(pitch)进行变化而实施变形试验，求出了在试验片的端面10A不产生龟裂的最小的弯曲半径。附图标记20表示冲模。

其后，利用成型模拟来算出以最小弯曲半径进行了弯曲时的端面10A上的张力与应变梯度。

需要说明的是，板厚方向X的应变梯度的算出范围设为各原材料1的板厚的50％，弯曲棱线方向Y的应变梯度的算出范围设为5mm。

关于拉伸变形与弯曲变形的复合变形，利用图5中所示的帽子形状的拉深成型模具而赋予给原材料1的端面10A。按照试验片1的剪切加工部的塌陷侧与冲头32的弯曲R部相接触的方式设置试验片1。附图标记30表示冲模，附图标记31表示褶皱抑制板。

冲头32的肩部的弯曲半径R使用5mm与10mm这2种，将褶皱抑制力以2.5吨的间距进行变化而进行试验，以各个弯曲半径而求出在试验片的端面10A不产生龟裂的最小的褶皱抑制力。其后，利用成型模拟来算出在相同条件下赋予了复合变形时的端面10A上的张力与应变梯度。板厚方向X的应变梯度与弯曲棱线方向Y的应变梯度的算出范围与上述的弯曲变形的情况相同。

一并地，对试验片实施拉伸试验，从而求出在试验片的端面10A不产生龟裂的最小的拉伸力。其后，利用成型模拟来算出在相同条件下赋予拉伸变形时的端面10A的张力与应变梯度。在此情况下，作为弯曲棱线方向Y的应变梯度，使用起始于端面10A的与拉伸方向和板厚方向正交的方向的应变梯度，从而算出了端面10A上的张力以及各种应变梯度。

而后，取得多个数据，该数据包含如上述那样操作而求出的张力与由各种应变梯度求出的指标值的组。

<实施例1>

实施例1是：基于本实施方式，基于(2)式而以均方值的形式算出作为指标值的Δεcombine，将张力与评价值的关系进行整理而得到的结果。该整理得到的结果示于图6。在张力的算出中，利用成型模拟，根据位于弯曲变形部的板厚中心的有限元所产生的拉伸应力而算出。

<实施例2>

实施例2是：基于本实施方式，基于(4)式而以2个应变梯度之和的形式算出作为指标值的Δεcombine，将张力与评价值的关系进行整理而得到的结果。该整理得到的结果示于图7。在张力的算出中，利用成型模拟，根据在弯曲变形部的板厚方向上分布的有限元中产生的应力的平均值而算出。

(验证)

<验证1>

通过利用包含上模以及下模的模具，将由上述表1中所示的3种原材料之中的原材料A形成的钢板进行压制，从而施加包含弯曲加工的变形，变形为图8中所示的制品形状。通过改变模具的弯曲R的条件而实施了各种变形。

而后，分别将由图8的附图标记Z表示的位置设为评价位置，取得了在各评价位置Z处产生了裂纹的情况下、以及不产生裂纹的情况下的弯曲加工条件。

而后，在上述压制成型以外，另行对于在上述各加工条件下成型的情况使用有限元法而进行三维压制成型模拟，取得了在各个条件下进行压制成型的情况下的评价数据，该评价数据包含在评价位置(Z位置)处的沿着剪切加工面的张力与由上述(2)式求出的指标值的组。

对于该多个评价数据是位于由实施例1求出了的变形极限线(参见图6)的哪个位置进行了确认，结果确认到，产生了裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的上侧，没有产生裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的下侧。

<验证2>

同样地操作，将变形后的制品形状设定为图9中所示的形状，进行了与上述验证1同样的验证。此处，对于向图9中所示的形状的加工而言，利用拉延成形而进行。关于基于拉延成形的压制成型，在弯曲变形位置产生复合了弯曲变形与拉伸变形的变形。

在此情况下也确认到，产生了裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的上侧，没有产生裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的下侧。

<验证3>

另外，关于上述2个验证1以及验证2，利用上述(4)式而求出指标值，对于使用了由实施例2(图7)求出的变形极限线的情况也进行了验证。在此情况下也确认到，产生了裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的上侧，没有产生裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的下侧。

<验证4>

进一步，将钢板的原材料变更为B以及C，也实施了与上述同样的验证。在此情况下，在使用实施例1以及实施例2中的任一者的情况下都确认到，产生了裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的上侧，没有产生裂纹的情况下的评价数据全都位于变形极限线的下侧。

由此可知，能够基于本发明来精度良好地评价在进行包含弯曲的压制加工之时的剪切加工面上的变形极限。

而且可知，在基于本发明的方法中，能够利用一个评价基准来评价单纯弯曲变形的变形极限、和复合了弯曲变形与拉伸变形的变形的变形极限。

此处，为了比较，使用沿着端面的应变梯度作为指标值，与上述验证1以及验证2同样地操作而求出变形极限线从而进行了评价、验证后可知，产生了裂纹的情况下的评价数据的一部分位于变形极限线的下侧。

本申请所要求优先权的日本国专利申请2017-160055(2017年8月23日申请)的全部内容以参照方式形成本申请的一部分。

此处，参照有限数量的实施方式进行了说明，但是权利范围不受限于它们，基于上述的记载而对各实施方式实施的改变对于本领域技术人员而言不言自明。

附图标记说明

1 原材料(金属板)

10A 剪切加工面(端面)

X 板厚方向

Y 棱线方向

Claims (9)

1.变形极限的评价方法，其对利用包含弯曲加工的压制成型将经剪切加工的金属板成型时的、在所述金属板的剪切加工面上的变形极限进行评价，所述变形极限的评价方法的特征在于，

根据由下述2个表面应变分布的梯度求出的指标值与在剪切加工面产生的张力的关系，对剪切加工面上的变形极限进行评价，其中，所述2个表面应变分布的梯度为：经受弯曲加工的金属板的弯曲外侧表面与剪切加工面的边界附近产生的应变的分布之中的、评价位置处的剪切加工面上的板厚方向的表面应变分布的梯度、和由所述弯曲加工形成的弯曲棱线方向的表面应变分布的梯度。

2.根据权利要求1所述的变形极限的评价方法，其特征在于，所述指标值是2个表面应变分布的梯度的均方根。

3.根据权利要求1所述的变形极限的评价方法，其特征在于，所述指标值是2个表面应变分布的梯度之和。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的变形极限的评价方法，其特征在于，利用弯曲加工的成型模拟来算出所述张力、并将该张力设为弯曲加工部处的于沿板厚中心的有限元所产生的拉伸应力。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的变形极限的评价方法，其特征在于，利用弯曲加工的成型模拟来算出所述张力、并将该张力设为弯曲加工部处的分布于板厚方向的有限元的应力的平均值。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的变形极限的评价方法，其特征在于，利用弯曲加工的成型模拟来算出用于求出所述2个表面应变分布的、板厚方向与弯曲棱线方向的各表面应变。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的变形极限的评价方法，其特征在于，将所述评价位置设为被推定为在利用作为对象的弯曲加工而使端面发生变形时产生龟裂的位置。

8.裂纹预测方法，其对利用包含弯曲加工的压制成型将经剪切加工的金属板进行成型的情况下的裂纹的有无进行预测，所述裂纹预测方法的特征在于，

预先求出以下述2个表面应变分布的梯度为变量的指标值、与在剪切加工面产生的张力的关系，其中，所述2个表面应变分布的梯度为：经受弯曲加工的所述金属板的弯曲外侧表面与剪切加工面的边界附近产生的应变的分布之中的、剪切加工面上的板厚方向的表面应变分布的梯度、和由所述弯曲加工形成的弯曲棱线方向的表面应变分布的梯度，

根据所述关系、和评价位置处的由所述2个表面应变分布的梯度求出的指标值来对剪切加工面上的裂纹进行预测。

9.压制模具的设计方法，其特征在于，使用权利要求1～7中任一项所述的变形极限的评价方法或者使用权利要求8所述的裂纹预测方法来设计抑制金属板端面上的裂纹产生的、压制模具的形状。

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