通过切边的新折弯测试确定先进高强度钢延展性

ISO 16630扩孔和双折弯测试的局限

切边延展性有很多测试。本文首先讨论两种典型测试，即ISO 16630扩孔测试和双折弯测试，然后探讨新的第三种测试。

16630扩孔测试（即冲孔扩孔）可提供几何结果：在出现贯穿式裂纹之前孔可扩展的百分比。也就是说，当钢材边缘已经失效时，测试结束。除了贯穿裂纹之外，冲孔边缘还可能带有微裂纹，如图1所示。

通过双折弯试验（即弯折第二次折弯的切边直到其破裂），我们可以使用数字图像相关（DIC）技术测量切边上的应变：见图2。

然后，我们可以在成形模拟中使用这些应变结果。相比之下，扩孔测试没有提供应变结果。

扩孔测试非常简单。相比之下，做双折弯测试更耗时。您必须首先考虑第一次折弯的半径及其翻边高度。根据翻边高度和样件厚度的大小，必须控制翻边的翘曲。

图1：AHSS 16630扩孔测试在切边开裂点（即测试结束时）的特写。

图2：双折弯测试使用数字图像相关（DIC）技术来测量先进高强度钢样件切边上的应变。

然后，我们可以在成形模拟中使用这些应变结果。相比之下，扩孔测试没有提供应变结果。

扩孔测试非常简单。相比之下，做双折弯测试更耗时。您必须首先考虑第一次折弯的半径及其翻边高度。根据翻边高度和样件厚度的大小，必须控制翻边的翘曲。

通过减少折弯改善双折弯延展性测试

为了改进双折弯测试，我们取消了第一个折弯。这节省了一些时间（少一个弯曲操作），我们不再需要考虑第一次折弯的内半径。相反，我们将以冲切样件切边为底面放置在压力机或折弯机中。尽管稳定这个“翻边”更容易，但我们仍然使用特殊的工具来防止翘曲：见图3。

新测试的参数包括：

凸模半径：我们的折弯半径从3 mm开始，逐渐增加到10 mm。
冲切参数：我们使用剪切工具进行了垂直冲切，但您可以改变冲切角度和间隙。
样件高度：非常重要，因为根据材料的高度不同，材料中的应变分布会有所不同。
轧制方向：沿纵向（L）或横向（T）。
当然，还有要测试的钢种。

我们首先测试了以下热轧钢种，因为它们通常用于对切边要求非常高的底盘应用。

钢材牌号	厚度
HR700MCA	3.8 mm
HR800HER75	3 mm
HR800HER100	3 mm
HR1000CP	2.9 mm

我们在钢表面上布置了实时视觉方案，以便我们可以监测整个成型过程。我们可监测水平应变、垂直应变、断裂点应变和弯折角度，如图 4 所示。

图3：改进的折弯测试：将高强度钢样件以切边为底面放置好，然后进行折弯。

新的先进高强度钢切边折弯测试可用于监测水平应变、垂直应变、断裂点应变和折弯角度。

图4：先进高强度钢以切边为底面进行的新折弯测试可用于监测水平应变、垂直应变、断裂点应变和折弯角度。

在图 5 中，黑色曲线是沿切边的应变，黄色曲线是垂直应变部分。

图5：绘制沿先进高强度钢切边（黑色曲线）和垂直截面（黄色曲线）的应变图。

我们能否使用这些类型的DIC测量来监测最大应变和颈缩应变？您可能熟悉图6的水平应变曲线（灰色曲线），它会让我们想起一些ISO FLD测试截面。

图6：灰色线是水平应变曲线。黄色曲线是应用最终高斯曲线拟合后的曲线。红线是拐点之间的Δ值，而红圈是曲线最大应变（又称CF max值）。感谢SSAB的Bengt Brolund开发此方法。

我们可以进行高斯曲线拟合，然后移除曲线拐点内的一切，然后进行新的曲线拟合，如黄色曲线所示。然后，我们可以计算Δ值（拐点之间的距离）和曲线拟合最大应变（红色圆圈），稍后我们将其称为CF max值。根据我们的原始数据，我们已经获得了材料的最大应变。

对于垂直应变截面，我们得到一个线性系数 (b₀) 和一个指数系数 (b₁) ，因为它们可以部分描述材料在该方向上的应变集中，如图7所示。

图7：部分描述先进高强度钢样件垂直方向上的应变集中。

将计算的折弯深度与AHSS钢的实际折弯深度进行比较

为了验证我们的计算数据可用于预测颈缩，我们需要知道材料在折弯深度方面的表现；见图8。

我们的步骤如下：

找到最大CF值出现的角度。
用下面的公式计算折弯深度：

测试折弯深度，观察颈缩情况
确定：该深度的切边边缘质量是否得到认可？

图9显示了HR800HER75钢（典型扩孔率为75%）的测试结果，我们计算出其折弯深度为14至18mm，其中最大许用折弯深度为18mm。

图10显示了HR700MC钢的相同情形，我们计算出其最大许用折弯深度为10mm。

图8：用于确定折弯深度的半径（r₁）。

图9：测试折弯试验，将计算的最大深度与基于可见颈缩的实际最大深度进行比较。在折弯深度为18mm时，我们开始看到一些轻微的颈缩，在20mm处变得更加明显，在22mm处极其明显。

图10：折弯HR700MC钢 - 计算出的最大许用深度为10mm - 最初在11mm处出现颈缩，在12mm处更为明显。

我们从上述研究得出的结论是，我们似乎可以预测材料的最大折弯深度，超出最大深度时，切边边缘会迅速恶化。我们的计算还提供规定的折弯角度，以确定何时会发生颈缩。

钢样件的切割方式对于延展性折弯测试至关重要

切割过程中样件是否有支撑很重要；参见图11。

如图12所示，母件的折弯程度比子件大得多。

而且母件的切边也更好看，如图13所示。

图11：我们称有支撑的零件为“母件”，而不受支撑的冲切件为“子件” 。

图13：母件比子件具有更好的切边边缘质量。

大多数工业应用可能从母件开始工作；因此，这种考虑更适用于测试实验室。

图 14 显示了不同高度样件的结果，HR800HER75钢的高度为15、20和25 mm。当我们增加高度时，会降低曲线拟合最大值 (CF max)，这意味着最大颈缩应变将会下降。样件高度越高，我们可以应用的折弯角度越小，从而使较大凸缘的折弯变得不那么复杂。样件越高，指数越接近零，这意味着线性应变集中程度越高。

图12：子件的折弯极限低于母件。

图14：15、20和25mm高的样件结果。样件越高，则线性应变集中越大。直径：依据标准偏差计算间隔。

如果在相同的材料 (HR800HER75) 上，我们增加凸模半径，我们就会增加颈缩区域的宽度或Δ值。我们还获得较小的垂直应变曲线（较低指数）。我们减少了CF角度。因此，随着凸模半径的增加，我们可以对AHSS钢进行更大的折弯或更复杂的折弯，如图15所示。

图15：将凸模半径依次为3.5、5、8和10mm的结果。随着凸模半径的增加，我们可以增加AHSS的折弯。半径：依据标准偏差计算间隔。

我们测试了不同的冲切设置，如图16中的1、2、4和5所示。

图16：测试冲切设置的不同间隙和角度。

设置	1	2	4	5
间隙	10%	15%	10%	15%
角度	1.25	1.25	2.25	2.25

四种不同冲切设置的结果，每种设置都在纵向和横向上进行测试，如图17所示。

图17：四种不同冲切设置的结果。L = 纵向，T = 横向。因此1L = 表示沿着纵向，1.25°斜切角，10%的冲切间隙，以此类推。斜切角度：各个标准偏差用于计算间隔。

经统计，冲切变化看起来都不显著。然而，总体而言，冲切设置1看上去略好一些，这意味着折弯角度要小一些：材料可以折弯得更多一点。

我们还对材料进行了2%和4%塑性变形的预应变测试。如需了解关于该测试的更详细说明，请观看该网络研讨会。我们的结论是，预应变会降低可成形性、降低CF max值并增加CF角度。

接下来，我们希望使用我们新的折弯测试来确定不同钢种的切边延展性。样件为20mm高，凸模半径为10mm（使用5mm凸模半径的800钢除外），在小斜切角度下冲切间隙为 10%，并且冲切沿轧制方向的纵向进行。

因为在成形仿真中的可能使用，我们关注CF-Max值，如图18所示。

但是，如果我们的重点是制造大型零件或复杂形状，我们将查看CF角（颈缩角），如图19所示。

如果您的CF角度较低，则意味着您可以对该材料进行更大的复杂折弯。很明显，这里HR800HER100材料比HR800HER75材料更好。

图18：使用新的折弯测试确定四种先进高强度钢的切边延展性，以便在成形模拟中使用。

图19：确定四种先进高强度钢的颈缩角度。

将新的折弯测试结果用于AHSS成形模拟

我们如何将此类测试应用到成形模拟中？例如，确定冲压零件中是否会有边缘开裂？CF-Max值将取决于应变集中参数Δ和指数b_1。Δ和b₁可以根据凸模半径和样件高度变化：因此，我们可以测试很多不同的场景。我们设置正常冲压模拟，检查图 20中零件突出显示的关键区域。

在这些关键区域中，您可以提取与折弯测试中相同类型的截面。在图21和22中，我们可以看到沿着切边和在垂直应变中也具有类似的表现。

图20：使用新的延展性折弯测试检查成型AHSS汽车零件的关键区域。

图21：检查拟定汽车零件的水平和垂直截面。

图22：计算Δ——拐点之间的距离。

通过提取的截面，我们可以计算我们从切边折弯测试中已了解的应力集中系数。一个是Δ值——斜率改变处拐点之间的距离。另一个是指数，我们使用此指数对零件的实际截面进行拟合。另外，在零件中我们确定最大应变为52%。

为了将模拟结果与测试值进行比较，我们必须要问：我们是否已经测试过这些应力集中（Δ和指数b₁）？或者，我们是否需要增加测试矩阵来测试它们？

对于此模拟中的这个零件，我们的Δ值为12，指数为 -0.09，最大应变为52%。根据我们的测试，对于25mm高的样件，我们的Δ值几乎达到12，我们的最低可能指数为－0.2——它并没有一直下降到－0.1。