The sheet metal forming is an effective process which is widely used in many industries. In sheet metal forming processes, the quality of deformed parts are influenced by many process parameters, such as the shape of the die, the shape and thickness of the initial blank, the material properties, the blank holding force, the friction, and so on. The main concern of many industries is to satisfy good formability at the high speed. The sheet metal forming process becomes simple and fast for the improvement of productivity.
The deformation of steel sheets generally involves strain rate effects during the forming process. When the deformation of steel sheets is accelerated, the strain rate effect becomes significant. Therefore, it is essential to calculate the final shape and deformation history of a product considering the strain rate effect in the forming process. In the previous researches, it was demonstrated that material properties can be changed by the strain rate effect. However, the change of material properties has not been considered in the forming analysis since it is difficult to measure the change of the material properties with an experimental method. Among a number of material properties, especially, the r-value and the yield stress have a significant effect on the initial anisotropic state of auto-body steel sheets. The initial anisotropic state has an effect on the amount of spring-back since it calculates the different residual stress and strain distribution after the forming process. Hill48 quadratic yield criterion has been widely used for simulations of forming process of auto-body steel sheets due to the simplicity of its numerical formula and the low computing cost. It shows good performance to approximate anisotropy of auto-body steel sheets.
This paper deals with the anisotropic material properties and the initial yield state considering the strain rate. Specimens of SPCC and DP590 were extracted at interval of $15\deg$ from $0\deg$ (RD; rolling direction) to $90\deg$ (TD; transverse direction). Uniaxial tensile tests were performed according to the strain rate and the loading angle from RD to TD in order to obtain flow stress curves and tensile properties. The r-values were measured with high speed camera by analyzing the deformation history during the tensile test. To obtain reliable r-values, the measuring range is limited to the necking instability strain of steel sheets. Anisotropy of auto-body steel sheets is described by using Hill48 and Yld89(Barlat89) yield functions according to the strain rates ranged from 0.001/sec to 100/sec. Hill48 and Yld89 yield loci of auto-body steel sheets with respect to the strain rate are constructed in order to visualize initial yield state. The performance of two yield criteria is evaluated by comparing yield loci constructed in the principal stress plane. It shows that the initial yield states are different when the strain rate is considered to describe anisotropy of steel sheets. Anisotropic yield function is modified to describe anisotropic yield state of steel sheets according to the strain rate effectively by approximating r-value and yield stress with respect to the strain rate.
박판 성형공정은 금속 판재를 이용하여 복잡한 형상의 제품을 만드는 것으로 대량 생산성과 제품의 높은 비강도 및 양호한 표면 등의 장점으로 현대 산업의 많은 분야에 폭넓게 사용되고 있다. 박판 성형공정은 합리적인 가공설계와 축적된 경험이 필수적이며 이를 바탕으로 성형공정의 최적화, 즉 박판의 물성 특성, 금형의 기하학적인 형상, 금형과 재료간의 마찰, 스탬핑 순서 등의 공정변수의 최적화가 필요하다. 많은 산업 현장에서의 성형공정에 대한 주요 관심사는 높은 성형속도에서 우수한 성형성을 만족시키는 것이다. 따라서 금속 판재 성형공정은 생산성의 향상을 위해 점점 절차가 간소해지고, 빨라지고 있는 추세이다.
박판의 물성 특성 중, 항복강도와 r-값은 실제 박판 성형에서 초기 응력상태를 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다. 그러나 지금까지의 금속판재의 성형공정에 관한 연구에서 금속판재의 물성이 상온에서 변형률속도에 거의 영향을 받지 않는 것으로 취급해왔기 때문에, 수에서 수백/s의 높은 변형률 속도에서 성형되는 실제의 성형공정에 있어서는 변형률속도 효과를 반드시 고려해야 한다. 변형률속도 효과로 인한 서로 다른 초기 항복상태는 서로 다른 잔류 응력과 변형률 분포를 유발하게 되고, 이는 더 나아가 스프링 백의 양, 최종적으로는 성형품의 최종 형상에까지 영향을 미친다.
본 연구에서는 변형률속도에 따른 초기 항복상태와 이방성 물성을 다루고 있으며, 차체용 강재들(SPCC, DP590)의 변형률속도에 따른 각도 별 단축인장 시험을 통하여 유동응력 곡선과 인장 물성을 얻었다. 변형률속도에 따른 r-값은 인장시험을 하는 동안 고속카메라를 사용하여, 시편의 변형 영상분석을 바탕으로 측정되었다. 차체강판들의 변형률속도(0.001/s~100/s)에 따른 이방성은 Hill48과 Yld89 항복식을 이용하여 묘사하였으며, 주응력 평면에 항복곡면을 구성하여 두 이방성 항복식의 성능을 비교, 평가하였다. 이를 통하여 변형률속도를 고려한 경우에는 그렇지 않은 경우와 서로 다른 초기 항복 상태를 보이는 것을 관찰하였으며, 최종적으로 변형률속도에 따른 실험결과를 바탕으로 변형률속도에 따른 차체강판의 항복강도와 r-값의 경향을 근사하여 이방성 항복식을 수정하였다.
