초고장력강의 인장 플랜지성을 설명하기 위한 ISO 16630 홀 확장 테스트의 한계는 잘 알려져 있습니다. 이 기사는 사용자 신청 웨비나를 기반으로 에지 성형 시 네킹을 예측하기 위한 컷 엣지 연성에 대한 새로운 테스트 방법을 제시합니다. 이러한 결과를 성형 시뮬레이션에 사용하려는 시도뿐만 아니라, 전체적인 에지 성형 한계를 평가하기 위한 이러한 접근 방식의 유용성에 대해서도 논의합니다.
컷 엣지 연성에 대한 많은 테스트가 있습니다. 이 기사에서는 먼저 두 가지 일반적인 테스트인 ISO 16630 홀 확장 테스트와 더블 벤딩 테스트에 대해 설명한 다음 새로운 세 번째 테스트를 살펴봅니다.
16630 홀 확장 테스트(즉, 펀칭된 홀 확장)는 기하학적 결과를 제공합니다: 두께 전체에 걸친 균열이 발생하기 전에 구멍이 확장될 수 있는 비율. 즉, 강재 가장자리가 파손되면 테스트가 종료됩니다. 그리고 관통 균열 이외에도 그림 1에서 볼 수 있듯이 펀칭된 엣지도 미세 균열로 덮일 수 있습니다.
더블 벤딩 테스트(즉 균열이 발생할 때까지 두 번째 절곡의 컷 엣지를 굽힘)를 통해 디지털 이미지 상관법(DIC) 기법으로 컷 엣지의 변형을 측정할 수 있습니다: 그림 2 참조.
그런 다음 성형 시뮬레이션에서 변형 결과를 사용할 수 있습니다. 이에 비해 홀 확장 테스트는 변형 결과를 제공하지 않습니다.
홀 확장 테스트는 매우 간단합니다. 이에 비해 더블 벤딩 테스트에는 더 많은 시간이 소요됩니다. 먼저 첫 번째 절곡 반경과 이때의 플랜지 높이를 고려해야 합니다. 샘플의 플랜지 높이와 두께에 따라 플랜지를 따라 나타나는 좌굴을 제어해야 합니다.
그림 1: 컷 엣지 파손 지점, 즉 테스트 종료 시점의 AHSS 16630 홀 확장 테스트 확대 사진.
그림 2: 더블 벤딩 테스트는 디지털 이미지 상관법(DIC)을 사용하여 초고장력강 샘플의 단면에서 변형률을 측정합니다.
그런 다음 성형 시뮬레이션에서 변형 결과를 사용할 수 있습니다. 이에 비해 홀 확장 테스트는 변형 결과를 제공하지 않습니다.
홀 확장 테스트는 매우 간단합니다. 이에 비해 더블 벤딩 테스트에는 더 많은 시간이 소요됩니다. 먼저 첫 번째 절곡 반경과 이때의 플랜지 높이를 고려해야 합니다. 샘플의 플랜지 높이와 두께에 따라 플랜지를 따라 나타나는 좌굴을 제어해야 합니다.
더블 벤딩 테스트를 개선하기 위해, 우리는 첫번째 절곡을 생략했습니다. 이를 통해 시간을 절약할 수 있으며(한 번의 절곡 작업 감소) 더 이상 첫 번째 절곡의 내부 반경을 고려할 필요가 없습니다. 대신, 절단된 샘플을 프레스 또는 프레스 브레이크의 가장자리에 놓습니다. 그리고 이 "플랜지"를 안정화하는 것이 쉽지만, 우리는 여전히 좌굴을 방지하기 위해 특별한 공구를 사용합니다: 그림 3 참조.
이 새로운 테스트의 파라미터는 다음과 같습니다:
당사는 먼저 다음의 열간압연 강종을 테스트했습니다. 이 강종들은 일반적으로 컷 엣지에 대한 요구사항이 매우 까다로운 섀시 분야에 사용되기 때문입니다.
| 강종 | 제품 두께 |
| HR700MCA | 3.8 mm |
| HR800HER75 | 3 mm |
| HR800HER100 | 3 mm |
| HR1000CP | 2.9 mm |
우리는 전체 성형 순서를 모니터링하기 위해 강재 표면에 임의의 시각적 패턴을 적용했습니다. 그림 4와 같이 수평 변형, 수직 변형, 파손점 변형 및 절곡각을 모니터링할 수 있습니다.
그림 3: 개선된 절곡 테스트: AHSS 샘플을 가장자리에 놓은 다음 굽힙니다.
그림 4: 새로운 AHSS 컷 엣지 절곡 테스트를 통해 수평 변형, 수직 변형, 파손점 변형 및 절곡각을 모니터링할 수 있습니다.
그림 5에서 검은색 곡선은 컷 엣지를 따라 나타나는 변형이며 노란색 곡선은 수직 변형 섹션입니다.
그림 5: AHSS 컷 엣지(검은색 곡선) 및 수직 섹션(노란색 곡선)을 따라 스트레인을 매핑합니다.
이러한 종류의 DIC 측정을 사용하여 최대 변형뿐만 아니라 네킹 변형도 모니터링 할 수 있습니까? 아마도 그림 6의 수평 변형 곡선인 회색 곡선에 익숙할 것입니다. 이 곡선은 ISO FLD 테스트 섹션을 연상시킵니다.
가우스 곡선 피팅을 만든 다음 곡선 변곡점 내부의 모든 것을 제거하고, 노란색 곡선으로 표시된 대로 새 곡선 피팅을 만들 수 있습니다. 그런 다음 변곡점 간의 거리인 델타값과 곡선 피팅 최대 변형률(빨간색 원)을 계산할 수 있으며, 나중에 이를 CF 최대값이라고 합니다. 원본 데이터에서 이미 재료의 최대 변형률이 있습니다.
수직 변형 섹션을 위해, 한 개의 선형 계수(b0) 및 한 개의 지수 계수(b1)를 모읍니다, 그 이유는 그림 7에서 볼 수 있듯이 이 방향의 재료에서 변형 농도를 부분적으로 설명할 수 있기 때문입니다.
그림 7: AHSS 샘플 방향의 수직 변형 농도를 부분적으로 설명합니다.
네킹을 예측하는 데 사용할 수 있는 것을 계산하고 있는지 확인하려면 재료가 절곡 깊이에서 어떻게 보이는지 알아야 합니다; 그림 8 참조.
당사가 거치는 단계는 다음과 같습니다:
그림 9는 HR800HER75 강재(일반적인 홀 확장율 75%)를 테스트한 결과를 보여 줍니다. 이 강재의 절곡 깊이는 14 ~ 18 mm로 계산되었고, 승인된 최대 절곡 깊이는 18 mm입니다.
그림 10은 HR700MCA 강재에 대한 동일한 조사 결과를 보여 주며, 승인된 최대 절곡 깊이는 10 mm로 계산되었습니다.
그림 8: 절곡 깊이를 결정하는 데 사용되는 반경(r1 ).
그림 9: 가시적인 네킹을 기준으로 계산된 실제 최대 깊이와 계산된 최대 깊이를 비교하기 위한 벤딩 테스트. 18 mm의 절곡 깊이에서 약간의 경미한 네킹이 보이기 시작하고, 20 mm에서는 좀더 뚜렷해지며, 22 mm에서는 확연해집니다.
그림 10: 계산에 따른 승인된 최대 깊이가 10 mm인 HR700MCA 강재를 절곡하면 네킹은 초기에는 11 mm에서 나타나며, 12 mm에서는 보다 뚜렷하게 나타납니다.
위의 조사에서 얻은 결론은 재료의 최대 절곡 깊이를 예측할 수 있으며, 최대 깊이를 초과하면 컷 엣지가 급격하게 악화된다는 것입니다. 또한 당사의 계산은 네킹이 발생할 때 정의된 절곡 각도로 제공합니다.
샘플이 절단되는 동안 지지되었는지 여부가 중요합니다, 그림 11 참조.
그림 12에서 볼 수 있듯이 어머니 부분은 딸 부분보다 훨씬 더 많이 구부릴 수 있습니다.
또한 그림 13.에서 볼 수 있듯이 어머니 부분의 컷 엣지가 훨씬 더 보기 좋습니다.
그림 11: 우리는 지지된 부분을 "어머니"라고 부르고, 지지되지 않은 잘린 부분을 “딸”이라고 불렀습니다.
그림 13: 어머니 부분은 딸 부분보다 컷 엣지가 좋습니다.
대부분의 산업 응용 분야는 마더 피스에서 작업할 가능성이 높습니다. 따라서 이 고려 사항은 테스트 실험실에 더 적합합니다.
그림 14는 HR800HER75 강재를 15, 20 및 25 mm 높이로 사용하는 다양한 샘플 높이의 결과를 보여줍니다. 높이를 늘리면 곡선 피팅 최대값(CF max)이 낮아지므로, 최대 네킹 변형이 낮아집니다. 샘플 높이가 클수록 적용할 수 있는 절곡 각도가 작아져 더 큰 플랜지를 보다 간단하게 절곡할 수 있습니다. 높이가 큰 샘플은 지수를 0에 가깝게 하여 선형 변형 농도를 증가시킵니다.
그림 12: 딸 부분은 어머니 부분보다 절곡 한계가 더 낮습니다.
그림 14: 높이가 15, 20 및 25 mm인 샘플의 결과. 샘플이 높을수록 선형 변형 농도가 증가합니다. 직경: 개별 표준 편차를 사용하여 간격을 계산합니다.
동일한 재료(HR800HER75)에서 나이프 반경을 늘리면 네킹 영역의 폭 또는 델타 값을 늘립니다. 또한 수직 변형 곡선(낮은 지수)도 줄어듭니다. 그리고 CF 각도를 줄입니다. 따라서 나이프 반경을 늘리면, 그림 15와 같이 AHSS의 절곡을 더 크게, 또는 더 복잡하게 만들 수 있습니다.
그림 15: 나이프 반경을 3.5, 5, 8 및 10 mm로 증가시켰을 때의 결과. 나이프 반경을 늘릴수록 AHSS 절곡을 늘릴 수 있습니다. 반경: 개별 표준 편차를 사용하여 간격을 계산합니다.
그림 16.에서와 같이 1, 2, 4 및 5로 표시된 다양한 절단 설정을 테스트했습니다.
그림 16: 절단 설정을 위한 다양한 간극 및 각도 테스트.
| 설정 | 1 | 2 | 4 | 5 |
| 간극 | 10% | 15% | 10% | 15% |
| 각도 | 1.25 | 1.25 | 2.25 | 2.25 |
그림 17과 같이 세로 방향과 가로 방향 모두에서 각각 시험한 네 가지 절단 설정의 결과.
그림 17: 네 가지 절단 설정의 결과. L = 세로 방향 및 T = 가로 방향. 따라서 1L = 세로 방향으로 1.25° 각도로 10%의 절단 간극을 의미합니다. Cut: 개별 표준편차를 사용하여 간격을 계산합니다.
어떠한 절단 변형도 통계적으로 유의미한 것으로 보이지 않습니다. 그러나 전반적으로 절단 설정 1은 약간 더 나은 것으로 보이며, 이는 절곡 각도가 약간 더 낮다는 것을 의미하며, 이로써 재료를 조금 더 많이 구부릴 수 있습니다.
또한 재료를 2% 및 4% 소성 변형으로 사전 변형하는 테스트도 수행했습니다. 시험에 대한 자세한 설명을 보려면 사용자 신청 웨비나를 시청하십시오. 우리의 결론은 사전 변형이 성형성을 감소시켜 CF 최대치를 낮추고 CF 각도를 증가시킨다는 것이었습니다.
다음으로, 우리는 새로운 절곡 테스트를 사용하여 다양한 강종의 컷 엣지 연성을 측정하고자 했습니다. 샘플 높이는 20 mm였고, 나이프 반경은 10 mm(5mm 펀치를 사용한 800 철강 제외), 절단 간극은 낮은 절단각에서는 10%였으며, 절단은 압연 방향으로 실시했습니다.
성형 시뮬레이션에서 사용할 수 있도록 그림 18과 같이 CF-Max 값에 중점을 둡니다.
그러나 큰 부품이나 복잡한 모양을 만드는 데 중점을 둘 경우, 그림 19에서 볼 수 있듯이 네킹 각도인 CF 각도를 살펴보겠습니다.
CF 각도가 낮으면, 이는 재료의 복잡한 굴곡을 만들 수 있다는 것을 뜻합니다. 따라서 HR800HER100 소재가 HR800HER75 소재보다 더 우수하다는 것은 분명합니다.
그림 18: 성형 시뮬레이션에 사용될 수 있는 새로운 절곡 테스트를 사용하여 4가지 AHSS 강종의 절단 엣지 연성을 측정합니다.
그림 19: 4개의 AHSS 강종의 네킹 각도 측정.
이러한 종류의 테스트를 성형 시뮬레이션에 어떻게 구현할 수 있습니까? 예를 들어, 스탬핑된 부품에 분할 엣지가 발생할지 여부를 평가하려면? CF-Max 값은 변형 농도 파라미터 델타 및 지수 b1에 따라 다릅니다. 그리고 델타 및 b1 은 나이프 반경 및 샘플 높이에 따라 달라질 수 있습니다: 다양한 시나리오를 테스트할 수 있습니다. 일반 스탬핑 시뮬레이션을 설정하여 그림 20에 강조 표시된 중요 영역에서 부품을 검사했습니다.
이러한 중요한 영역에서 절곡 테스트에서 수행하는 것과 동일한 유형의 섹션을 추출할 수 있습니다. 그림 21과 22에서 컷 에지와 수직 변형에서도 유사한 모습이 나타난다는 것을 확인할 수 있습니다.
그림 20: 새로운 연성 절곡 테스트를 사용하여 성형된 AHSS 자동차 부품의 중요한 영역을 검사합니다.
그림 21: 제안된 자동차 부품의 수평 및 수직 섹션 점검.
그림 22: 델타 계산 - 변곡점 사이의 거리.
추출된 섹션에서 절단면 벤딩 테스트에서 배운 농도 계수를 계산할 수 있습니다. 하나는 델타값으로, 이는 기울기가 부호를 변경하는 변곡점 사이의 거리입니다. 다른 하나는 지수이며, 이 지수 함수를 부품의 실제 섹션에 맞춥니다. 그런 다음 부품 자체에서 최대 변형률을 52%로 정합니다.
시뮬레이션 결과를 테스트 값과 비교하려면 다음과 같은 질문을 해야 합니다: 이러한 종류의 변형 농도, 델타 및 지수 b1를 이미 테스트했습니까? 아니면 테스트를 위해 테스트 매트릭스를 늘려야 합니까?
이 시뮬레이션의 이 부품의 경우 델타는 12이고 지수는 -0.09이며 최대 변형률은 52%입니다. 테스트 결과 높이가 25 mm인 샘플에서 델타값은 거의 12에 달하고, 가장 낮은 지수는 -0.2이며, 이는 우리가 찾고 있는 값인 0.1까지 내려가지 않습니다.
그림 23: 필요한 지수 및 델타 찾기. 직경: 개별 표준 편차를 사용하여 간격을 계산합니다.
하지만 경향은 다음고 같습니다: 일반적으로 지수를 줄이면 CF 최대값도 줄어듭니다. 테스트의 CF 최대값은 대략 42%에서 52% 사이이며, 부품 변형은 이 경우 52%입니다. 이는 이러한 종류의 성형 시퀀스를 수락할 경우 재료에 네킹이 발생할 위험이 매우 높다는 것을 나타냅니다.
이 새로운 절곡 테스트는 고장 변형이 아닌 경부 변형을 계산하여 최대 변형을 사용하는 것에 비해 안전 마진이 약간 더 높은 실제 AHSS 부품으로 구현될 수 있다고 생각합니다.
컷 엣지 연성 테스트가 필요한 프로젝트가 있으신가요? 연성을 측정하는 방법에 대해 검토해 보시겠습니까? 연락처.
