先进高强度钢板冲压成形扭曲现象之研究

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國立台灣大學機械工程學系模具設計實驗室 Die Design Lab,Department of Mechanical Engineering,National Taiwan University
等向硬化
等向硬化準則為最基本的加工硬化理論，其理論為材料進入塑性區 後，初始降伏面會均勻擴大而不產生變形或移動現象。 不考慮包辛格效應
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一、前言
1) 研究背景與目的 2) 研究方法與步驟
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研究背景與目的
隨著科技的進步，環保節能的需求，以及產品市場的激 烈競爭，輕量化已是大多數產品開發必須考慮重點之ㄧ。 為了達成車輛減重的目的，偏向使用價格相對低廉的高 強度鋼應用於汽車之結構件，藉由強度的提升以降低對 板材厚度的需求，進而減少汽車車體的重量。 高強度鋼板在沖壓成形製程中，除了成形困難，容易產 生破裂的缺陷之外，另一成形困難點仍是容易產生回彈 （ springback ） 、 側 壁 捲 曲 (side wall curl) 與 扭 曲 (distortion)等幾何形狀與尺寸的變異。
Hill於1948年提出Hill 48降伏準則，為一個二次非等向 性的降伏準則，可描述材料的異向性性質。Hill 48降伏 準則結合等向硬化準則為目前模擬板金沖壓成形中最常 使用的材料模型，其降伏函數下式：
其中F、G及H為Hill 48材料模型中描述非等向性的材料 係數，可用塑性應變指數來表示：
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p
加工硬化準則-混合硬化
Yoshida 材料模型為描述混合等向硬化和動態硬化準則 的硬化準則類型，適合模擬大應變且循環塑性變形時的 受力情形，亦就是有反覆加工硬化之情況。 對於某些材料若有反覆加工硬化之情況，其材料包辛格 效應會比較明顯。
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內容大綱
一、前言 二、降伏準則及加工硬化準則之探討 三、降伏準則Hill 48及Barlat之模擬分析 四、先進高強度鋼扭曲現象之研究 五、S-rail扭曲現象之研究 六、結論
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降伏準則-Barlat’89
Barlat提出非二次式且非等向性的降伏準則，其 Barlat’89降伏函數如下式所示： 其中a，b，c，h，p為材料參數 m為多晶體模型，對於等向性體心立方( B.C.C)(m=6) 和 面心立方(F.C.C)(m=8)金屬。
動態硬化
Prager 1955年提出動態硬化準則，其理論為材料進入塑性區後，初 始降伏面的形狀及大小不變。
f ( ij , k ) F ( ij ) k 0
2 0
動態硬化係數
dX ij Cx X sat d Cx X ij d
p ij
p
dX 、 X ij : 動態硬化張量 ij C、 X sat : 材料降伏面性質參數 x d ：等效應變率 d ijp : 塑性應變率張量
V型彎曲成形 之驗證
(側壁外開) U型帽狀引伸成形 之驗證 (側壁捲曲)
扭 之 曲 探 現 討 象
歸納S-rail 型特徵造型
CAE 模擬
NUMISHEET 1996年 之實驗數據驗證
探討S-rail型之 扭曲現象
(扭曲)
改善扭曲現象之 設計分析
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Hill 48的數學理論式子較為簡略，若要同時正確地模擬 材料的異向性以及降伏應力下的受力行為甚為困難，需 要更複雜且完整的降伏函數方能較佳的表現材料真實的 受力情況。
先進高強度鋼板沖壓成形扭曲現象之研究
國立台灣大學機械工程學研究所 指導教授： 陳復國 博士 報 告 者： 蔡恒光
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研究方法與步驟
降 之 伏 探 準 討 則
Hill 48
降伏準則之 整理與探討 Barlat 材料性質 實驗 CAE 模擬
二、降伏準則及加工硬化準則之探討
1) 降伏準則之探討 2) 加工硬化準則之探討
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降伏準則-Hill48
F ( ij ) k ( )
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F ( ij )為降伏應力函數
k 為硬化係數
k 2 為降伏面大小

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