JP2021001754A - Formability evaluation method for metal sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレス部品のせん断縁での成形可否を事前に評価する技術に関する。本発明は、せん断縁の少なくとも一部に対し引張り曲げ変形を生じるプレス成形で製造されるプレス部品の成形可否評価に、特に有効な技術である。 The present invention relates to a technique for evaluating in advance whether or not a pressed part can be molded at a sheared edge. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a technique particularly effective for evaluating the formability of a press part manufactured by press molding that causes tensile bending deformation of at least a part of a shear edge.
プレス部品、例えば自動車用プレス部品は、金型を用いたプレス加工により量産成形される。このプレス加工によって、金属板の端縁に伸びフランジ変形が発生することが多い。伸びフランジ変形を受けるフランジ縁は、主にせん断縁となっている。この伸びフランジ成形による不良発生の主因は、フランジ縁がせん断縁であり、かつそのせん断縁に成形途中で割れが発生するためである。そこで、材料特性などに応じて、このような割れが発生しない適正な成形仕様(成形製品形状、あるいはプレス用金型形状など)を選定することが重要である。 Pressed parts, for example, stamped parts for automobiles, are mass-produced by press working with a die. This press working often causes stretch flange deformation at the edge of the metal plate. The flange edge that receives the stretch flange deformation is mainly a shear edge. The main cause of defects caused by this stretch flange molding is that the flange edge is a shear edge and cracks occur in the shear edge during molding. Therefore, it is important to select an appropriate molding specification (molded product shape, press die shape, etc.) that does not cause such cracks, depending on the material characteristics and the like.
また、プレス部品のせん断縁における変形限界は、材料特性だけでなく、せん断縁の加工条件やせん断縁近傍の変形形態にも大きく依存することが知られている。
ここで、プレス部品のせん断縁における変形限界への影響度が大きいせん断縁近傍の変形状態を踏まえた、従来の成形可否の判定方法としては、例えば特許文献1〜3に記載された方法がある。
Further, it is known that the deformation limit at the shear edge of a pressed part depends not only on the material properties but also on the processing conditions of the shear edge and the deformation form in the vicinity of the shear edge.
Here, as a conventional method for determining whether or not molding is possible based on the deformation state in the vicinity of the shear edge, which has a large influence on the deformation limit of the shear edge of the pressed part, for example, there are the methods described in Patent Documents 1 to 3. ..
しかし、特許文献1〜3に記載された方法は、いずれも引張曲げ変形を伴わないせん断縁に関する変形限界を評価するものであり、その評価方法を、引張曲げ変形を受けた後のせん断縁に関する成形可否評価に直接展開した場合、評価の判定精度が悪くなるおそれがある。その理由について、発明者は、引張曲げ変形を伴うせん断縁のひずみ量が板厚中心と表裏両面では大きく異なるからと推定している。 However, all of the methods described in Patent Documents 1 to 3 evaluate the deformation limit of the shear edge without tensile bending deformation, and the evaluation method relates to the shear edge after undergoing tensile bending deformation. If it is directly applied to the formability evaluation, the evaluation judgment accuracy may deteriorate. The inventor presumes that the reason is that the amount of strain of the shear edge accompanied by tensile bending deformation differs greatly between the center of the plate thickness and both the front and back surfaces.
引張曲げ変形を伴うせん断縁における成形可否の判定精度については、従来から問題があり、金型作製後でないと成形可否が不明確になるおそれがあるという課題があった。
なお、せん断縁でない部位における、FEMなどの成形解析による成形可否予測については、特許文献4に記載の方法がある。しかし、この方法は、せん断縁近傍の変形限界に対しての影響度が大きいひずみ勾配は考慮されておらず、上記のようなせん断縁での評価には適さない。
There has been a problem in determining the accuracy of forming a shear edge accompanied by tensile bending deformation, and there is a problem that the forming possibility may become unclear until after the mold is manufactured.
There is a method described in Patent Document 4 for predicting molding possibility by molding analysis such as FEM at a portion other than the shear edge. However, this method does not consider the strain gradient having a large influence on the deformation limit near the shear edge, and is not suitable for the evaluation at the shear edge as described above.
上述のように、従来、プレス部品のせん断縁における成形可否の評価基準は、単純な伸びフランジ部の評価には適用出来るが、引張曲げ変形を伴うような変形が生じるせん断縁に適用した場合、判定精度が悪くなるおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目したもので、単純な伸びフランジ変形での成形可否の評価ばかりでなく、引っ張り曲げ変形を伴うようなフランジ変形が生じるせん断縁についても精度良く、成形可否の評価を可能とすることを目的としている。
As described above, conventionally, the evaluation criteria for formability at the sheared edge of a pressed part can be applied to the evaluation of a simple stretch flange portion, but when applied to a sheared edge where deformation accompanied by tensile bending deformation occurs. Judgment accuracy may deteriorate.
The present invention focuses on the above points, and not only evaluates whether or not molding is possible by simple elongation flange deformation, but also accurately evaluates whether or not shear edges that cause flange deformation accompanied by tensile bending deformation can be formed. The purpose is to enable the evaluation of.
発明者は、変形限界に及ぼすせん断縁の引張曲げ変形量の影響を定量的に解明するための調査を鋭意実施した。その結果、所定以上の引っ張り曲げを伴う場合、引張曲げ変形を伴うせん断縁の変形限界は、曲げ凸側での変形量とひずみ勾配で整理すると精度良く評価できることを突き止め、それに基づき、本願発明をなした。 The inventor has diligently conducted a survey to quantitatively elucidate the effect of the amount of tensile bending deformation of the shear edge on the deformation limit. As a result, it was found that the deformation limit of the shear edge accompanied by tensile bending deformation can be accurately evaluated by arranging it by the amount of deformation on the bending convex side and the strain gradient when the tensile bending is accompanied by a predetermined value or more. I did it.
そして、課題解決のために、本発明の一態様は、せん断縁を有する金属板に対するプレス成形によるせん断縁の成形可否を評価する、金属板の成形可否評価方法であって、金属板に穴広げ試験の実験を行ってせん断縁での変形限界のひずみ量からなる変形限界量を求めると共に、上記穴広げ試験の成形解析を実施してせん断縁での金属板表面に沿った方向のひずみ勾配を求め、上記変形限界量と上記ひずみ勾配とを関連づけて成形可能領域を決定する第1の工程と、上記プレス成形を模擬した成形解析を実施して、上記プレス成形によるせん断縁における、材料縁に沿ったひずみ量と、金属板表面に平行な面に沿った方向のひずみ勾配とを求める第2の工程と、上記第2の工程で求めたひずみ量及びひずみ勾配と上記成形可能領域とから成形可否を評価する評価工程と、上記プレス成形を模擬した成形解析を実施して、成形可否を評価するせん断縁部分における、板表裏両面のひずみ量の差を求める評価基準取得工程と、を備え、上記評価基準取得工程が求めたひずみ量の差が0.1以上の場合には、上記第2の工程で求めるひずみ量及びひずみ勾配として、板表裏面のうちの相対的に上記ひずみ量が大きい側の表面でのひずみ量及びひずみ勾配を用い、上記ひずみ量の差が0.1未満の場合には、板厚方向中央部位置でのひずみ量及びひずみ勾配を用いる、ことを要旨とする。 Then, in order to solve the problem, one aspect of the present invention is a method for evaluating the formability of a metal plate, which evaluates the formability of the shear edge by press forming on the metal plate having the shear edge, and expands holes in the metal plate. The test experiment is performed to obtain the deformation limit amount consisting of the strain amount of the deformation limit at the shear edge, and the molding analysis of the above-mentioned hole expansion test is performed to determine the strain gradient in the direction along the metal plate surface at the shear edge. The first step of determining the formable region by associating the deformation limit amount with the strain gradient and the molding analysis simulating the press molding are carried out to obtain the material edge in the shear edge by the press molding. Molding from the second step of obtaining the amount of strain along and the strain gradient in the direction along the plane parallel to the surface of the metal plate, the amount of strain and the strain gradient obtained in the second step, and the moldable region. It is provided with an evaluation step for evaluating the propriety and an evaluation standard acquisition step for obtaining the difference in the amount of strain on both the front and back surfaces of the sheared edge portion for evaluating the molding feasibility by performing a molding analysis simulating the press molding. When the difference in the strain amount obtained by the evaluation standard acquisition step is 0.1 or more, the strain amount and the strain gradient obtained in the second step are relatively large on the front and back surfaces of the plate. The gist is that the strain amount and strain gradient on the side surface are used, and when the difference between the strain amounts is less than 0.1, the strain amount and strain gradient at the central position in the plate thickness direction are used.
本発明の態様によれば、せん断端縁を有する金属板において、伸びフランジ部での曲げ変形に応じた成形可否を精度良く予測できる。この結果、本発明の態様によれば、割れ発生による不良を早期に予防することが出来る。
本発明の態様によれば、例えば、従来では精度良く予測できなった引張曲げ変形を伴う伸びフランジ部についても、成形可否の評価を精度よく予測できるようになる。
According to the aspect of the present invention, in a metal plate having a sheared edge, it is possible to accurately predict whether or not molding is possible according to bending deformation at the stretch flange portion. As a result, according to the aspect of the present invention, defects due to the occurrence of cracks can be prevented at an early stage.
According to the aspect of the present invention, for example, it becomes possible to accurately predict the evaluation of moldability even for an stretch flange portion accompanied by tensile bending deformation, which could not be predicted accurately in the past.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の、せん断縁を有する金属板の成形可否評価方法(以下、単に成形可否評価方法とも記載する。)は、図1に示すように、第1の工程10と、第2の工程20と、評価工程30と、を備える。
「第1の工程10」
第1の工程10は、穴広げ試験実験部10Aと、穴広げひずみ解析部10Bと、成形可能領域決定部10Cとを備える。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the method for evaluating the formability of a metal plate having a sheared edge (hereinafter, also simply referred to as the method for evaluating the formability) of the present embodiment is the
"
The
<穴広げ試験実験部10A>
穴広げ試験実験部10Aは、穴広げ試験の加工条件を変えて、評価する金属板と同じ材料からなる金属板に穴広げ試験の実験をそれぞれ実施して、各加工条件でのせん断縁での変形限界のひずみ量からなる変形限界量をそれぞれ求める。
上記の加工条件の変数としては、例えば、金属板に形成する初期穴径や、穴広げ用のパンチ形状などがある。そして、これらの条件を変更して、上記穴広げ試験の実験を2以上実施する。
<Hole expansion test experiment unit 10A>
The drilling test experiment unit 10A changes the machining conditions of the drilling test, conducts a drilling test experiment on a metal plate made of the same material as the metal plate to be evaluated, and conducts a drilling test experiment at the shear edge under each machining condition. Obtain the deformation limit amount consisting of the deformation limit strain amount.
Variables of the above processing conditions include, for example, an initial hole diameter formed in a metal plate, a punch shape for expanding holes, and the like. Then, by changing these conditions, two or more experiments of the above-mentioned hole expansion test are carried out.
<穴広げひずみ解析部10B>
穴広げひずみ解析部10Bは、穴広げ試験実験部10Aで使用した金属板と同じ材料条件かつ上記の穴広げ試験実験部10Aで採用した加工条件と同じ条件にて、変形限界の際の穴広げ率で、穴広げ試験の成形解析を実施してせん断縁での板表面に沿ったひずみ勾配とを求める。
ここで、伸びフランジ変形による変形限界にはひずみ勾配が影響しているため、幅広いひずみ勾配における変形限界を取得することが好ましい。このためには、金属板への初期穴径と穴広げ用のパンチの寸法を種々変更して、上記情報を取得することが好ましい。通常、種々の穴広げ試験では、同一形状のパンチを使用した穴広げ試験の成形では、金属板の初期穴径が小さいほど、種々の穴広げ試験の同一の穴広げ率における成形時の穴端縁から穴の半径方向へのひずみ勾配が大きくなる。また、パンチ形状もひずみ勾配に影響しており、同一の金属板の初期穴径に対し、相対的に、パンチ形状が円錐形状だとひずみ勾配が大きく、パンチ形状が円筒形状だとひずみ勾配が小さくなる傾向にある。
<Hole expansion
The hole expanding
Here, since the strain gradient affects the deformation limit due to the elongation flange deformation, it is preferable to obtain the deformation limit in a wide strain gradient. For this purpose, it is preferable to obtain the above information by variously changing the initial hole diameter to the metal plate and the size of the punch for expanding the hole. Usually, in various hole expansion tests, in the molding of the hole expansion test using punches of the same shape, the smaller the initial hole diameter of the metal plate, the more the hole edge at the time of molding at the same hole expansion rate in the various hole expansion tests. The strain gradient from the edge to the radius of the hole increases. In addition, the punch shape also affects the strain gradient. When the punch shape is conical, the strain gradient is large, and when the punch shape is cylindrical, the strain gradient is relatively large with respect to the initial hole diameter of the same metal plate. It tends to be smaller.
せん断縁の成形可否評価の精度を上げるためには、なるべく多くの種類の加工条件で穴広げ試験及び成形解析を実施することが好ましい。ただし、実試験で用いる金属板を考慮すると、金属板に形成する初期穴径は、5mm以上100mm以下が好ましい。初期穴径が5mm未満だと、後述の金属板の打ち抜き加工の際に、打ち抜き成形工具が容易に変形するため均一なせん断加工状態の穴端縁が得られなくなり、実験精度が落ちる。また、初期穴径が100mmより大きいと、穴径が打ち抜き用の通常の成形工具も大きくなり、これに応じて打ち抜き成形工具を使用する設備も大きくなるため実用的でない。より好ましくは、金属板の初期穴径は10mm以上50mm以下が良い。 In order to improve the accuracy of the formability evaluation of the sheared edge, it is preferable to carry out the hole expansion test and the forming analysis under as many kinds of processing conditions as possible. However, considering the metal plate used in the actual test, the initial hole diameter formed in the metal plate is preferably 5 mm or more and 100 mm or less. If the initial hole diameter is less than 5 mm, the punching molding tool is easily deformed during the punching process of the metal plate described later, so that a hole edge in a uniform sheared state cannot be obtained, and the experimental accuracy is lowered. Further, if the initial hole diameter is larger than 100 mm, the normal forming tool for punching the hole diameter becomes large, and the equipment using the punching forming tool also becomes large accordingly, which is not practical. More preferably, the initial hole diameter of the metal plate is 10 mm or more and 50 mm or less.
パンチ形状には、円錐形状、円筒形状、球頭形状などが考えられる。もっとも、パンチ形状は、種々のひずみ勾配の成形状態が成形解析上で再現でき、かつ同一成形条件での実試験が実施できればどのような形状でも構わない。成形工具の形状は、好ましくは、日本工業規格JISZ2256で記載されている、パンチ先端の角度が60°の円錐形状の成形工具を用いるのがよい。
穴広げ試験の成形解析は、上記を考慮して決定した成形条件を再現した解析を実施する。
成形解析の手法としては、広く採用されている有限要素法を用いるのが好ましい。ただし、成形解析の手法は、成形条件を解析上で再現でき、かつ成形中の金属板のひずみを取得できればどのような成形解析方法を採用しても構わない。以下では有限要素解析を用いた場合を例に説明する。
The punch shape may be a conical shape, a cylindrical shape, a spherical head shape, or the like. However, the punch shape may be any shape as long as the molding states of various strain gradients can be reproduced in the molding analysis and the actual test can be carried out under the same molding conditions. As the shape of the forming tool, it is preferable to use a conical forming tool having a punch tip angle of 60 °, which is described in Japanese Industrial Standard JISZ2256.
For the molding analysis of the hole expansion test, an analysis that reproduces the molding conditions determined in consideration of the above is performed.
As a molding analysis method, it is preferable to use the widely adopted finite element method. However, as the molding analysis method, any molding analysis method may be adopted as long as the molding conditions can be reproduced in the analysis and the strain of the metal plate during molding can be obtained. In the following, a case where finite element analysis is used will be described as an example.
穴広げ試験の成形解析によって、任意の成形状態において、穴端縁で最も大きく、穴端縁から半径方向に離れるにつれて小さくなるようなひずみ分布が取得される。そして、このひずみ分布からひずみ勾配を計算する。このひずみについては様々な定義があるが、使用するひずみとして、穴の周方向(端縁に沿った方向)のひずみを強く反映するひずみが良い。そのようなひずみとしては、例えば最大主ひずみ(円周方向の真ひずみ)や相当塑性ひずみがあるが、好ましくは最大主ひずみが良い。 The molding analysis of the hole expansion test obtains a strain distribution that is the largest at the hole edge and decreases radially away from the hole edge in any molding state. Then, the strain gradient is calculated from this strain distribution. There are various definitions for this strain, but as the strain to be used, the strain that strongly reflects the strain in the circumferential direction (direction along the edge) of the hole is preferable. Examples of such strains include maximum principal strain (true strain in the circumferential direction) and equivalent plastic strain, but the maximum principal strain is preferable.
穴広げによる変形量は、例えば穴広げ率で求めることができるが、その穴広げ率を真ひずみ換算した穴端縁のひずみに変換して用いることが好ましい。この場合、金属板の材料特性の依存性を抑制することが可能となる。
穴広げ率λは、抜き穴径をd0、拡径後の穴径をdとした場合、下記式で表すことが出来る。
λ=((d−d0)/d0)×100
The amount of deformation due to hole expansion can be obtained, for example, by the hole expansion rate, but it is preferable to convert the hole expansion rate into the strain at the edge of the hole converted to true strain. In this case, it is possible to suppress the dependence of the material properties of the metal plate.
The hole expansion ratio λ can be expressed by the following equation, where d0 is the hole diameter and d is the hole diameter after the expansion.
λ = ((d−d0) / d0) × 100
本実施形態では、ひずみ勾配を、穴の縁からの半径方向に沿った所定区間(例えば縁から5mmまでの区間)での最大主ひずみの平均勾配で表現する。なお、本実施形態では、ひずみ勾配の値は絶対値で表現する。
ここで、穴広げ成形解析における成形中の穴広げ率から真ひずみ換算される穴端縁のひずみと、その穴広げ成形中の穴端縁から半径方向に沿った方向のひずみ勾配との関係は、金属板の初期穴径と穴広げ試験を実施するパンチ形状によって決まり、材料強度や板厚、r値といった材料の機械的特性に影響されない。
In the present embodiment, the strain gradient is expressed by the average gradient of the maximum principal strain in a predetermined section (for example, a section from the edge to 5 mm) along the radial direction from the edge of the hole. In this embodiment, the strain gradient value is expressed as an absolute value.
Here, the relationship between the strain at the hole edge, which is converted into true strain from the hole expansion rate during molding in the hole expansion molding analysis, and the strain gradient in the radial direction from the hole edge during the hole expansion molding is It is determined by the initial hole diameter of the metal plate and the punch shape on which the hole expansion test is performed, and is not affected by the mechanical properties of the material such as material strength, plate thickness, and r value.
<成形可能領域決定部10C>
成形可能領域決定部10Cは、穴広げ試験実験部10Aが求めた変形限界量と、穴広げひずみ解析部10Bが、穴広げ試験実験部10Aにおける、加工条件及び変形限界時の穴広げ率と同じ条件にて求めたひずみ勾配とから、変形限界量と、それに対応するひずみ勾配の組、つまり変形限界量とひずみ勾配をパラメータとした、(変形限界量、ひずみ勾配)のデータの組を2以上取得する。
<Moldable area determination unit 10C>
The formable region determination unit 10C has the same deformation limit amount obtained by the hole expansion test experiment unit 10A and the hole expansion
そして、成形可能領域決定部10Cは、取得した2以上の(変形限界量、ひずみ勾配)のデータの組から、成形限界線Lを求める。成形限界線Lは、図2のように、成形可否の境界線であり、通常は、変形限界量、ひずみ勾配を変数とした2次元座標において、直線に近似することが可能である。
この成形限界線Lよりも下方の領域が、成形可能領域SAとなる。
「第2の工程20」
第2の工程20は、評価する設計仕様のプレス部品形状を作製するためのプレス成形を模擬した成形解析を実施して、上記プレス成形によるせん断縁での材料縁に沿ったひずみ量と金属板表面に平行な面に沿ったひずみ勾配を求め。
第2の工程20は、成形解析部20A、評価データ取得部20Bを備える。
Then, the moldable region determination unit 10C obtains the molding limit line L from the set of two or more (deformation limit amount, strain gradient) data acquired. As shown in FIG. 2, the molding limit line L is a boundary line of whether or not molding is possible, and it is usually possible to approximate a straight line in two-dimensional coordinates with the deformation limit amount and the strain gradient as variables.
The region below the molding limit line L is the moldable region SA.
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In the
The
<成形解析部20A>
成形解析部20Aは、対象とするプレス部品を得るための評価すべきプレス成形の成形仕様の情報を取得する。そして、成形解析部20Aでは、例えば、評価すべきプレス成形を模擬した成形解析を実施して、ひずみの分布を取得する。
<
The
<評価データ取得部20B>
評価データ取得部20Bは、成形解析部20Aの成形解析に基づき、評価対象の金属板における評価するせん断縁でのひずみと、端縁より金属板内側の方向のひずみ勾配とを求める。
せん断縁でのひずみは、材料縁に沿った方向のひずみである。ひずみ勾配は、材料縁と平行な面に沿ったひずみの勾配である。ひずみ勾配の方向は、端縁から離れる方向、例えば端縁に直交する方向のうち金属板の表面に平行な面に沿った方向に設定する。評価するせん断縁位置若しくはその近傍に板厚方向に曲げ変形が生じ、端縁から離れるような稜線が形成される場合には、ひずみ勾配の方向として、その稜線若しくはその稜線に平行な方向に設定しても良い。端縁に直交とは、端面の延在方向に対し直交する方向を指す。
<Evaluation
Based on the molding analysis of the
The strain at the shear edge is the strain in the direction along the material edge. The strain gradient is the strain gradient along a plane parallel to the material edge. The direction of the strain gradient is set in the direction away from the edge, for example, the direction orthogonal to the edge along the plane parallel to the surface of the metal plate. If bending deformation occurs in the plate thickness direction at or near the shear edge position to be evaluated and a ridge line away from the edge is formed, the strain gradient direction is set to the ridge line or a direction parallel to the ridge line. You may. Orthogonal to the edge refers to a direction orthogonal to the extending direction of the end face.
ひずみ量を求める際の、材料縁に沿った長さは、例えば、1〜10mm、より好ましく5mmに設定する。また、ひずみ勾配を求める際の、端縁から金属板内側の領域は、例えば、せん断縁の端面から1〜10mm、より好ましくは3〜5mmの領域とする。
評価データ取得部20Bでの処理例を、図3の処理フローを参照して説明する。
すなわち評価データ取得部20Bは、せん断縁のうちの評価位置情報を取得すると、ステップS10にて、評価するせん断縁での一方の面側(例えば表面側)のひずみ量と、他方の面側(例えば裏面側の)ひずみ量を求める。
The length along the material edge when determining the amount of strain is set to, for example, 1 to 10 mm, more preferably 5 mm. Further, the region from the edge to the inside of the metal plate when determining the strain gradient is, for example, a region of 1 to 10 mm, more preferably 3 to 5 mm from the end face of the shear edge.
An example of processing in the evaluation
That is, when the evaluation
次に、ステップS20にて、ステップS10で求めた、板両面のひずみ量の差Δεを求める。
次に、ステップS30では、求めたひずみ量の差Δεの絶対値が0.1以上か否かを判定する。ひずみ量の差Δεの絶対値が0.1以上の場合には、ステップS40に移行する。ひずみ量の差Δεの絶対値が0.1未満の場合には、ステップS50に移行する。
ステップS40では、ステップS10にて求めた板両面のひずみ量のうち、ひずみ量が大きい側の面を特定し、その特定した面に対する、ステップS10で求めた材料縁に沿ったひずみ量と、その特定した面に沿った表面ひずみ勾配を、ひずみ勾配として求める。そして、ステップS60に移行する。
ここで、ひずみ量の差Δεの絶対値が0.1以上の場合、そのせん断縁位置では、例えば引っ張り曲げ変形を伴っており、曲げ変形による曲げ凸側の板表面が、相対的にひずみ量が大きくなっている。
Next, in step S20, the difference Δε of the strain amount on both sides of the plate obtained in step S10 is obtained.
Next, in step S30, it is determined whether or not the absolute value of the obtained strain amount difference Δε is 0.1 or more. When the absolute value of the strain amount difference Δε is 0.1 or more, the process proceeds to step S40. If the absolute value of the strain amount difference Δε is less than 0.1, the process proceeds to step S50.
In step S40, of the strain amounts on both sides of the plate obtained in step S10, the surface on the side with the larger strain amount is specified, and the strain amount along the material edge determined in step S10 for the specified surface and the strain amount thereof. The surface strain gradient along the specified surface is obtained as the strain gradient. Then, the process proceeds to step S60.
Here, when the absolute value of the difference Δε of the strain amount is 0.1 or more, for example, tensile bending deformation is accompanied at the shear edge position, and the plate surface on the bending convex side due to the bending deformation is relatively strained. Is getting bigger.
ステップS50では、板厚方向中央部(例えば、板厚中心における板表面に平行な面)での上記材料縁に沿った方向のひずみ量と、その板厚方向中央部での金属板の表面と平行な面に沿った方向のひずみ勾配を求める。ひずみ勾配の向きは、金属板の表面と平行な面に沿った方向のうち、上述のように、例えば、端縁に直交する方向とする。
そして、ステップS60に移行する。
ステップS60では、求めたひずみ量とひずみ勾配からなるデータを、評価位置情報と共に評価工程30に供給する。
次に、せん断縁における評価位置がまだある場合には、新たな評価位置情報を取得して、ステップS10に戻って、上記処理を繰り返し、新たな評価位置が無ければ、処理を終了する。
ここで、ステップS20が評価基準取得工程20Baを構成する。
In step S50, the amount of strain in the direction along the material edge at the central portion in the plate thickness direction (for example, the surface parallel to the plate surface at the center of the plate thickness) and the surface of the metal plate at the central portion in the plate thickness direction. Find the strain gradient in the direction along the parallel planes. The direction of the strain gradient is, for example, a direction orthogonal to the edge, as described above, among the directions along the plane parallel to the surface of the metal plate.
Then, the process proceeds to step S60.
In step S60, data consisting of the obtained strain amount and strain gradient is supplied to the
Next, if there is still an evaluation position on the shear edge, new evaluation position information is acquired, the process returns to step S10, the above process is repeated, and if there is no new evaluation position, the process ends.
Here, step S20 constitutes the evaluation standard acquisition step 20Ba.
「評価工程30」
評価工程30は、第2の工程20から取得したひずみ量とひずみ勾配の関係が、第1の工程10が求めた成形可能領域SA内に位置するか否かで、評価するせん断縁位置での成形可否を判定する。
具体的には、第2の工程20から取得したひずみ量とひずみ勾配のデータの組が、成形可能領域SA内に位置する場合、成形可能と判定する。このとき、第2の工程20から取得したひずみ量とひずみ勾配のデータと成形限界線Lとの距離の大きさから、成形否の危険性又は成形余裕度を評価するようにしてもよい。
そして、評価工程30にて、成形否と判定されたせん断縁がある場合には、評価するプレス成形の方法やプレス部品形状を変更して、再度、常時成形可否の評価を実施すればよい。
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In the
Specifically, when the set of strain amount and strain gradient data acquired from the
Then, if there is a shear edge determined to be molding failure in the
「金属板について」
プレス成形を評価する金属板は、プレス成形の前工程として、金属板にせん断工程が施されて、せん断縁を有する金属板である。この金属板は、平板状の金属板であっても良い。
また金属板は、予成形によって予変形(一次変形)が加えられた後に、せん断変形を加えられた金属板であってもよい。
評価の金属板が予成形で予変形を加えた金属板の場合、第1の工程10での金属板についても予成形を加えた後の金属板に対して、穴広げ試験を行って成形限界線Lを求めることが好ましい。
このときの穴広げ試験は、例えば、対象とする金属板を円錐台形状に一次成形を加えた後に、円錐台の上面を中心に試料とする部分を切り出し、その切り出した試料を平坦化する。その後、試料の中心に抜き穴(せん断に相当)を形成し、パンチによって抜き穴の穴広げを行う試験とする。
これは、予成形を加えることで、金属板の材料特性が変更されていることを考慮したものである。
"About metal plate"
The metal plate for evaluating press molding is a metal plate having a shear edge obtained by subjecting the metal plate to a shearing process as a pre-process of press molding. This metal plate may be a flat metal plate.
Further, the metal plate may be a metal plate that has been subjected to shear deformation after being pre-deformed (primary deformation) by preforming.
When the metal plate to be evaluated is a metal plate that has been preformed by preforming, the metal plate in the
In the hole expansion test at this time, for example, after primary molding the target metal plate into a truncated cone shape, a portion to be sampled is cut out centering on the upper surface of the truncated cone, and the cut out sample is flattened. After that, a punch hole (corresponding to shear) is formed in the center of the sample, and the punch is used to widen the hole.
This is in consideration of the fact that the material properties of the metal plate are changed by adding preforming.
<作用その他>
本実施形態の金属板の成形可否評価方法は、せん断縁を有する金属板に対するプレス成形によるせん断縁の成形可否を精度良く評価する。
せん断縁の評価位置は、金属板のせん断縁に沿って所定間隔毎に設定しても良いが、図4の符号Aに例示するような、プレス成形で伸びフランジ変形が発生するせん断縁に限定しても良い。
この際に、本実施形態では、図4の符号Aのような、プレス形状に単純な伸びフランジ変形となっているせん断縁位置では、図5のように、板の表裏でのひずみ量が同じか近似している。それに基づき、図4の符号Aのような位置では、板厚中央部位置での材料縁に沿ったひずみ量と、端縁から離れる方向のひずみ勾配で評価する。
<Action and others>
The method for evaluating the formability of a metal plate of the present embodiment accurately evaluates the formability of a shear edge by press forming on a metal plate having a shear edge.
The evaluation position of the shear edge may be set at predetermined intervals along the shear edge of the metal plate, but is limited to the shear edge where elongation flange deformation occurs in press molding as illustrated by reference numeral A in FIG. You may.
At this time, in the present embodiment, at the shear edge position where the press shape is a simple extension flange deformation as shown by reference numeral A in FIG. 4, the amount of strain on the front and back surfaces of the plate is the same as shown in FIG. Is similar. Based on this, at positions such as reference numeral A in FIG. 4, the amount of strain along the material edge at the position at the center of the plate thickness and the strain gradient in the direction away from the edge are evaluated.
一方、図6の符号B1、図8の符号B2、図10の符号B3などのように、せん断縁に引っ張り曲げ変形を伴う伸びフランジ変形の場合には、図7、図9、図11に示すように、金属板の表裏面でのひずみ量が異なる。図6、図7に示す引っ張り曲げ変形を伴う伸びフランジ変形は、曲げを伴う伸びフランジ変形の場合であり、図8〜図11に示す引っ張り曲げ変形を伴う伸びフランジ変形は、捻れを伴う伸びフランジ変形の場合である。いずれの場合も、せん断縁に板厚方向への曲げ変形が発生することで、金属板の表裏面でのひずみ量が異なる。具体的には曲げ凸側の面でのひずみ量が大きくなる。 On the other hand, in the case of stretch flange deformation accompanied by tensile bending deformation at the shear edge, as shown by reference numeral B1 in FIG. 6, reference numeral B2 in FIG. 8, reference numeral B3 in FIG. 10, are shown in FIGS. 7, 9, and 11. As described above, the amount of strain on the front and back surfaces of the metal plate is different. The stretch flange deformation accompanied by the tensile bending deformation shown in FIGS. 6 and 7 is the case of the stretch flange deformation accompanied by bending, and the stretch flange deformation accompanied by the tensile bending deformation shown in FIGS. 8 to 11 is the stretch flange deformation accompanied by twisting. This is the case of deformation. In either case, the amount of strain on the front and back surfaces of the metal plate differs due to the bending deformation of the shear edge in the plate thickness direction. Specifically, the amount of strain on the surface on the convex side of bending increases.
このため、引っ張り曲げ変形を伴う伸びフランジ変形が所定以上に大きくなった場合には、板厚中央部位置での材料縁に沿ったひずみ量と、端縁から離れる方向のひずみ勾配で評価すると、成形可否の評価精度が悪くなるおそれがある。
これに鑑み、本実施形態では、プレス成形で、せん断縁に引っ張り曲げ変形を伴う伸びフランジ変形が生じるせん断縁については、曲げ凸側の板表面で材料縁に沿ったひずみ量と端縁から離れる方向のひずみ勾配とで評価する。これによって、本実施形態では、伸びフランジ変形の変形形態に関わらず、伸びフランジ割れを精度良く評価することが可能となる。
Therefore, when the elongation flange deformation accompanied by the tensile bending deformation becomes larger than a predetermined value, the strain amount along the material edge at the center of the plate thickness and the strain gradient in the direction away from the edge are evaluated. There is a risk that the evaluation accuracy of moldability will deteriorate.
In view of this, in the present embodiment, in the press forming, the shear edge in which the shear edge is deformed by tensile bending is separated from the strain amount along the material edge and the edge on the plate surface on the bending convex side. Evaluate with the strain gradient in the direction. Thereby, in the present embodiment, it is possible to accurately evaluate the stretch flange crack regardless of the deformation form of the stretch flange deformation.
これは、引っ張り曲げ変形を伴う伸びフランジ変形で、板両面でのひずみ量の差が大きくなるほど、本実施形態の効果をより奏する。この観点からは、金属板の厚さが厚いほど、本実施形態の効果をより奏する。例えば、板厚が1mm以上の場合により効果を奏するものと推定される。
また、本実施形態の金属板の成形可否評価方法は、後述のように、金属板の引張強度が高いほど、より効果を奏する。この観点からは、金属板が、例えば引張強度980MPa以上のハイテン材の場合により効果を奏する。
This is an extension flange deformation accompanied by a tensile bending deformation, and the larger the difference in the amount of strain on both sides of the plate, the more the effect of the present embodiment is exhibited. From this point of view, the thicker the metal plate, the more effective the present embodiment will be. For example, it is presumed that the effect is more effective when the plate thickness is 1 mm or more.
Further, as described later, the higher the tensile strength of the metal plate, the more effective the method for evaluating the moldability of the metal plate of the present embodiment. From this point of view, the metal plate is more effective when it is a high-tensile material having a tensile strength of 980 MPa or more, for example.
これを確認するために、次のような実験を行った。
まず、板厚の1.2mmで引張強度が590MPa級及び980MPa級の鋼種からなる各金属板に対し、穴広げ試験の実験及び成形解析を行って、図12のように成形限界線L1、L2を求めた。L1は590MPa級の鋼種の場合であり、L2は980MPa級の鋼種の場合であり、板の引張強度が高くなるほど、成形条件が厳しくなることが分かる。
To confirm this, the following experiment was conducted.
First, for each metal plate having a plate thickness of 1.2 mm and a tensile strength of 590 MPa class and 980 MPa class, a hole expansion test experiment and molding analysis were performed, and molding limit lines L1 and L2 were performed as shown in FIG. Asked. L1 is the case of the 590 MPa class steel grade, and L2 is the case of the 980 MPa class steel grade. It can be seen that the higher the tensile strength of the plate, the stricter the forming conditions.
次に、各鋼種からなる金属板に対し、図6のようなプレス部品形状にプレス成形する条件でFEMによる成形解析を行った。そして、図6符号B1のせん断縁における、板厚方向中心位置におけるひずみ量とひずみ勾配のデータP1、P3と曲げ凸側である上面でのひずみ量とひずみ勾配のデータP2、P4を求めた。データP1、P2は、引張強度が590MPa級の鋼種からなる金属板の場合である。データP3、P4は、引張強度が980MPa級の鋼種からなる金属板の場合である。
その各データP1〜P4を、図12にプロットして、各鋼種での成形限界線Lとの関係を図12に示した。
なお、ひずみ勾配は、端面に垂直な方向で5mmまでのひずみ勾配とした。また、ひずみ量として最大主ひずみを採用した。
Next, the metal plate made of each steel type was subjected to molding analysis by FEM under the condition of press forming into the shape of the pressed part as shown in FIG. Then, the strain amount and strain gradient data P1 and P3 at the center position in the plate thickness direction at the shear edge of FIG. 6 reference numeral B1 and the strain amount and strain gradient data P2 and P4 on the upper surface on the bending convex side were obtained. Data P1 and P2 are cases of a metal plate made of a steel grade having a tensile strength of 590 MPa class. Data P3 and P4 are cases of a metal plate made of a steel grade having a tensile strength of 980 MPa class.
The respective data P1 to P4 are plotted in FIG. 12, and the relationship with the forming limit line L for each steel type is shown in FIG.
The strain gradient was set to a strain gradient of up to 5 mm in the direction perpendicular to the end face. In addition, the maximum main strain was adopted as the amount of strain.
図12から分かるように、590MPa級の鋼板の場合でも980MPa級の鋼板の場合でも、板厚中心でのひずみ量とひずみ勾配のデータP1、P3で判定した場合にはともに成形可能となった。一方、上面(曲げ凸側の面)でのひずみ量とひずみ勾配のデータP3、P4で判定すると、590MPa級の鋼板の場合には成形可能と判定されたが、980MPa級の鋼板の場合には成形否と判定された。
実際に、引張強度が590MPa級及び980MPa級の各鋼板を使用して、上記プレス部品形状にプレス成形したところ、590MPa級に鋼板の場合には、伸びフランジ割れが生じずに成形できたが、980MPa級に鋼板の場合には、伸びフランジ割れが発生した。
As can be seen from FIG. 12, both the 590 MPa class steel sheet and the 980 MPa class steel sheet can be formed when judged by the strain amount and strain gradient data P1 and P3 at the center of the plate thickness. On the other hand, judging from the strain amount and strain gradient data P3 and P4 on the upper surface (the surface on the bending convex side), it was judged that the 590 MPa class steel sheet could be formed, but the 980 MPa class steel sheet was determined to be moldable. It was determined that the molding was not possible.
Actually, when each steel sheet having a tensile strength of 590 MPa class and 980 MPa class was press-formed into the shape of the pressed part, in the case of a steel sheet of 590 MPa class, it was possible to form without stretch flange cracking. In the case of a steel plate of 980 MPa class, stretch flange cracking occurred.
以上のことから、本発明に基づく成形評価方法では、伸びフランジ成形の形態に関係無く、精度良く評価出来ることが分かる。
なお、引張強度が590MPa級の場合には、板厚中心での評価でも上面(曲げ外の面)でも、成形可能と判定されるが、上面(曲げ外の面)の方が、成形限界線Lに近く、成形の余裕度が小さいことが分かり、より精度良く評価できることが分かる。
このように、本発明に基づく方法は、板厚方向中心位置でのひずみ量とひずみ勾配で一律評価する場合に比べて、より精度良く成形可否を評価できることが分かる。
From the above, it can be seen that the molding evaluation method based on the present invention can evaluate with high accuracy regardless of the form of stretch flange molding.
When the tensile strength is 590 MPa class, it is judged that molding is possible on both the evaluation at the center of the plate thickness and the upper surface (the surface outside the bending), but the upper surface (the surface outside the bending) is the molding limit line. It can be seen that it is close to L and the molding margin is small, and that it can be evaluated more accurately.
As described above, it can be seen that the method based on the present invention can evaluate the moldability more accurately than the case where the strain amount and the strain gradient at the center position in the plate thickness direction are uniformly evaluated.
そして、本実施形態によれば、金属板のせん断縁の伸びフランジ割れ予測のためのデータを簡便に取得することが可能となるので、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を迅速かつ精度良く予測できるようになる。この結果、本実施形態によれば、プレス成形を安定して行うことができると共に、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。また、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。 Then, according to this embodiment, since it is possible to easily acquire data for predicting elongation and flange cracking of the shear edge of the metal plate, various parts such as automobile panel parts, structural and skeleton parts are pressed. It becomes possible to quickly and accurately predict whether or not the selection of the metal plate used for molding is appropriate. As a result, according to the present embodiment, press molding can be stably performed, and it can greatly contribute to the reduction of the defective rate of the press molded product. In addition, the shape of the press die can be predicted accurately at the design stage, which can contribute to shortening the manufacturing period of the press die.
10 第1の工程
10A 穴広げ試験実験部
10B 穴広げひずみ解析部
10C 成形可能領域決定部
20 第2の工程
20A 成形解析部
20B 評価データ取得部
20Ba 評価基準取得工程
30 評価工程
L、L1、L2 成形限界線
P1〜P4 評価データ
SA 成形可能領域
Δε ひずみ量の差
10 First step 10A Hole expansion
Claims (5)
金属板に穴広げ試験の実験を行ってせん断縁での変形限界のひずみ量からなる変形限界量を求めると共に、上記穴広げ試験の成形解析を実施してせん断縁での金属板表面に沿った方向のひずみ勾配を求め、上記変形限界量と上記ひずみ勾配とを関連づけて成形可能領域を決定する第1の工程と、
上記プレス成形を模擬した成形解析を実施して、上記プレス成形によるせん断縁における、材料縁に沿ったひずみ量と、金属板表面に平行な面に沿った方向のひずみ勾配とを求める第2の工程と、
上記第2の工程で求めたひずみ量及びひずみ勾配と上記成形可能領域とから成形可否を評価する評価工程と、
上記プレス成形を模擬した成形解析を実施して、成形可否を評価するせん断縁部分における、板表裏両面のひずみ量の差を求める評価基準取得工程と、を備え、
上記評価基準取得工程が求めたひずみ量の差が0.1以上の場合には、上記第2の工程で求めるひずみ量及びひずみ勾配として、板表裏面のうちの相対的に上記ひずみ量が大きい側の表面でのひずみ量及びひずみ勾配を用い、上記ひずみ量の差が0.1未満の場合には、板厚方向中央部位置でのひずみ量及びひずみ勾配を用いる、ことを特徴とする金属板の成形可否評価方法。 It is a method for evaluating the formability of a metal plate, which evaluates the formability of the shear edge by press forming on a metal plate having a shear edge.
A hole expansion test experiment was conducted on the metal plate to determine the deformation limit amount consisting of the deformation limit strain amount at the shear edge, and the molding analysis of the hole expansion test was performed along the surface of the metal plate at the shear edge. The first step of obtaining the strain gradient in the direction and determining the moldable region by associating the deformation limit amount with the strain gradient.
A second method of performing a molding analysis simulating the press molding to obtain the amount of strain along the material edge and the strain gradient in the direction along the plane parallel to the surface of the metal plate at the shear edge obtained by the press molding. Process and
An evaluation step for evaluating moldability from the strain amount and strain gradient obtained in the second step and the moldable region, and
It is provided with an evaluation standard acquisition step of obtaining the difference in the amount of strain on both the front and back surfaces of the plate in the sheared edge portion for evaluating the molding possibility by performing a molding analysis simulating the above press molding.
When the difference in the strain amount obtained by the evaluation standard acquisition step is 0.1 or more, the strain amount and the strain gradient obtained in the second step are relatively large on the front and back surfaces of the plate. A metal characterized in that the strain amount and strain gradient on the side surface are used, and when the difference between the strain amounts is less than 0.1, the strain amount and strain gradient at the central position in the plate thickness direction are used. A method for evaluating the formability of a plate.
金属板に穴広げ試験の実験を行ってせん断縁での変形限界のひずみ量からなる変形限界量を求めると共に、上記穴広げ試験の成形解析を実施してせん断縁での金属板表面に平行な面に沿った方向のひずみ勾配を求め、上記変形限界量と上記ひずみ勾配とを関連づけて成形可能領域を決定する第1の工程と、
上記プレス成形を模擬した成形解析を実施して、上記プレス成形によるせん断縁における、材料縁に沿ったひずみ量と、金属板表面に平行な面に沿った方向のひずみ勾配とを求める第2の工程と、
上記第2の工程で求めたひずみ量及びひずみ勾配と上記成形可能領域とから成形可否を評価する評価工程と、を備え、
上記プレス成形で引張り曲げ変形が生じるせん断縁の評価であって、上記引張り曲げ変形が予め設定した値以上の場合には、上記第2の工程で求めるひずみ量及びひずみ勾配として、引張り曲げ変形による曲げ凸側の板表面でのひずみ量及びひずみ勾配を用いることを特徴とする金属板の成形可否評価方法。 A method for evaluating the formability of a metal plate, which evaluates whether or not a metal plate having a shear edge can be formed by press forming in which at least a part of the shear edge is subjected to tensile bending deformation.
A hole expansion test is conducted on a metal plate to determine the deformation limit amount consisting of the strain amount of the deformation limit at the shear edge, and the molding analysis of the hole expansion test is performed to be parallel to the surface of the metal plate at the shear edge. The first step of obtaining the strain gradient in the direction along the surface and determining the moldable region by associating the deformation limit amount with the strain gradient.
A second method of performing a molding analysis simulating the press molding to obtain the amount of strain along the material edge and the strain gradient in the direction along the plane parallel to the surface of the metal plate at the shear edge obtained by the press molding. Process and
It is provided with an evaluation step of evaluating the formability from the strain amount and strain gradient obtained in the second step and the moldable region.
In the evaluation of the shear edge where tensile bending deformation occurs in the press molding, when the tensile bending deformation is equal to or more than a preset value, the strain amount and strain gradient obtained in the second step are based on the tensile bending deformation. A method for evaluating the formability of a metal plate, which comprises using the amount of strain and the strain gradient on the plate surface on the bending convex side.
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