KR100650357B1

KR100650357B1 - 프레스 성형 방법과 성형 장치

Info

Publication number: KR100650357B1
Application number: KR1020050125559A
Authority: KR
Inventors: 히데모토 고다카; 나오히사 아다치
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2006-11-28
Also published as: CN1796018A; EP1674168B1; JP2007090426A; US7322222B2; KR20060074836A; JP4853007B2; EP1674168A1; CN100429014C; DE602005012917D1; US20060137422A1

Abstract

프레스 성형용의 시트 소재는 제품부(W1)와 그 주위에 위치하는 주름 그립부(W2)로 이루어진다. 프레스 장치는 주름 그립부(W2)를 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 유지하면서, 제품(W1)의 프레스 성형을 행한다. 상부 다이(11)에 형성한 볼록형 코너(2, 4)와 오목형 코너(7, 9)에 대해서, 하부 다이(12)에 형성한 오목형 코너(6, 8)와 볼록형 코너(3, 5)가 맞물림으로써, 주름 그립부(W2)에, 교대로 형성된 오목부(A, C)와 볼록부(B, D)로 이루어지는 비드(W3)를, 미리 프레스 성형한다. 상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 맞물림에 의해 비드(W3)를 유지하면서 제품부(W1)의 프레스 성형을 행함으로써, 비드(W3)의 오목부(A, C)와 볼록부(B, D)의 반경을 작게 하지 않고, 즉, 소재(W)의 표면의 도금을 박리시키지 않고, 바람직한 소재 구속력을 얻을 수 있다.

Description

프레스 성형 방법과 성형 장치{METHOD OF PRESS MOLDING AND MOLDING DEVICE}

도 1은, 본 발명에 의한 프레스 성형 다이에 의해서 성형된, 프레스 성형용 금속판의 주름 그립부의 횡단면도,

도 2(a)와 2(b)는, 프레스 성형 다이의 개략 횡단면도,

도 3(a)와 3(b)는, 본 발명에 의한 주름 그립부의 하에서 프레스 성형을 행한 경우와, 종래 기술에 의한 비교예의 주름 그립부의 하에서 프레스 성형을 행한 경우의 소재 유입량의 계측점을 규정하기 위한, 프레스 성형품으로서의 차량용 엔진 후드의 평면도,

도 4는, 비교예에 의한 성형 다이의 비드 형성부의 치수와 형상을 설명하는 횡단면도,

도 5는, 본 발명에 의한 성형 다이가 형성하는 비드의 소재 구속력의 계산 모델을 설명하는 다이어그램,

도 6은, 본 발명에 의한 프레스 성형의 공정을 설명하는 블록 다이어그램,

도 7은, 본 발명에 의한 드로우 성형전의 엔진 후드용의 금속판 소재의 횡단면도,

도 8은, 본 발명에 의한, 트리밍 성형에 의해 주름 그립부를 절단한 엔진 후 드의 횡단면도,

도 9는, 트리밍 성형에 의해 주름 그립부를 절단한 엔진 후드와 절단된 주름 그립부의 코너부의 사시도,

도 10은, 트리밍 성형에 의해 절단된 주름 그립부의 직선부의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 평탄부 2 : 제1 볼록형 코너

3 : 제2 볼록형 코너 4 : 제3 볼록형 코너

5 : 제4 볼록형 코너 6 : 제1 오목형 코너

7 : 제2 오목형 코너 8 : 제3 오목형 코너

9 : 제4 오목형 코너 11 : 상부 다이

12 : 하부 다이 13, 14 : 평탄부

W : 소재 W1 : 제품부

W2 : 주름 그립부 W3 : 비드

A, C : 오목부 B, D : 볼록부

본 발명은, 금속판 소재를 프레스 성형할 때에 소재에 형성하는 비드(bead)의 소재 구속력의 조정에 관한 것이다.

금속판의 프레스 성형은, 금속판의 프레스 성형 대상부의 외주에 주름 그립 부를 설정하고, 주름 그립부를 상하의 성형 다이로 협지(挾持)하면서 프레스 대상부의 프레스 성형을 행한다. 성형후는, 프레스 대상부의 주위의 주름 그립부를 절단함으로써 프레스 제품을 얻는다.

프레스 성형, 특히 드로우(draw) 성형 혹은 드로우 몰딩에서는, 프레스에 따라서 주위의 금속판이 프레스 부분으로 이동한다. 이 현상을 소재의 유입이라고 칭한다. 소재의 유입량을 컨트롤하기 위해서는, 프레스에 수반되어 주름 그립부의 금속판에 작용하는 중심 방향으로 인발력에 저항하여, 성형 다이가 적절한 유지력의 하에서 주름 그립부를 유지할 필요가 있다.

성형 다이의 주름 그립부의 유지력을 얻기 위해서, 상하의 성형 다이에 설치한 비드 성형부에 의해서, 주름 그립부에 비드라고 불리는 요철을 형성하고, 상하의 성형 다이가 비드를 협지한 상태로, 프레스 대상부의 프레스를 행한다.

일본국 특허청이 1998년에 발행한 JP10-005889A는, 주름 그립부로의 비드의 성형에 관한 제안을 행하고 있다. 이 제안에 의하면, 각을 둥글게 한 사다리꼴 단면의 비드를 주름 그립부에 형성한다. 그 때문에 상하의 성형 다이의 비드 성형부에 형성하는 볼록부 및 오목부에 관해서, 이 종래 기술은 성형 다이가 비드의 성형과 유지를 행할 때에, 성형 다이의 볼록부만이 금속판에 접촉하고, 성형 다이의 오목부를 포함하는 볼록부 이외의 부분이 금속판과 접촉하지 않도록 하고 있다. 코어 어긋남 등의 이유로 상하의 성형 다이의 클리어런스(clearance)가 불균일하게 되어도, 클리어런스 조정을 행하지 않고 안정한 소재 유입량 혹은 소재의 비드 통과에 대한 저항력을 얻기 위해서이다.

종래 기술이 개시하는 바와 같이, 드로우 성형에서의 소재의 비드 통과에 대한 저항력은 비드의 형상에 따라 컨트롤 가능하지만, 비드의 형상에 따라서는 하기에 나타내는 바와 같은 문제가 발생한다.

즉, 비드의 소재 구속력을 증가시키기 위해서, 비드의 굴곡 반경을 작게 하면, 비드의 굴곡부로 재료 표면이 긁히기 쉬워진다. 표면을 도금 처리한 금속판이, 굴곡 반경의 작은 비드를 통과하면, 도금이 박리하기 쉽다. 벗겨진 도금층의 가루는, 성형 다이나 금속판에 부착하여, 성형후의 면 불량의 요인이 된다.

한편, 도금의 박리를 방지하기 위해서, 비드의 굴곡 반경을 크게 하면, 비드의 바람직한 소재 구속력를 얻을 수 없게 된다. 바람직한 소재 구속력을 얻기 위해서, 비드를 2라인으로 하면, 비드의 연장이 길어져서, 소재의 수율이 악화한다.

본 발명의 목적은, 따라서, 금속판의 표면 도금의 박리나 비드 총 연장의 증가를 초래하지 않고, 비드의 바람직한 소재 구속력을 얻는 것이다.

도면의 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 성형 다이는 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 이루어진다. 이 도면에서는 다이 체결 종료 상태의 상부 다이(11)와 하부 다이(12)가, 금속판의 소재(W)의 주름 그립부(W2)를 협지하고 있다. 상부 다이(11)와 하부 다이(12)는, 소재(W)의 판 두께(t)에 상당하는 클리어런스를 갖고 대치하고 있다. 성형 다이는 차량의 엔진 후드를 프레스 성형하기 위한 성형 다이이다.

도 7을 참조하면, 소재(W)는 프레스 성형의 대상이 되는 제품부(W1)와, 그 외주에 설정된 주름 그립부(W2)로 이루어진다. 도 1은, 도 7의 좌측의 주름 그립부(W2)의 확대도에 상당한다.

도 1에서는, 따라서, 도면의 우측에 제품부(W1)가 위치하고, 도면의 좌측이 소재(W)의 외주에 상당한다.

주름 그립부(W2)는 비드(W3)와, 그 양측에 위치하는 수평부(W4 및 W5)로 이루어진다. 비드(W3)는 연속하는 2개의 S자의 형태를 이루도록 교대로 형성된 오목부(A), 볼록부(B), 오목부(C) 및 볼록부(D)로 이루어진다. 오목부(A)와 오목부(A), 볼록부(B)는 평탄부(13)를 통해서 결합한다. 볼록부(B)와 오목부(C)는 평탄부(15)를 통해서 결합한다. 오목부(C)와 볼록부(D)는 평탄부(14)를 통해서 결합한다. 중앙의 평탄부(15)는 그 양측의 평탄부(13) 및 평탄부(14)보다 길다.

소재(W)에 이상의 형상의 주름 그립부(W2)를 형성하기 위해서, 성형 다이의 상부 다이(11)는, 수평부(W5)를 가압하는 수평면(11A), 오목부(A)를 성형하기 위한 제1 볼록형 코너(2), 볼록부(B)를 형성하기 위한 제2 오목형 코너(7), 오목부(C)를 형성하기 위한 제3 볼록형 코너(4), 볼록부(D)를 형성하기 위한 제4 오목형 코너(9) 및 수평부(W4)를 가압하는 수평면(11B)을 구비한다.

한편, 성형 다이의 하부 다이(12)는, 수평부(W5)를 가압하는 수평면(12A), 오목부(A)를 성형하기 위한 제1 오목형 코너(6), 볼록부(B)를 형성하기 위한 제2 볼록형 코너(3), 오목부(C)를 형성하기 위한 제3 오목형 코너(8), 볼록부(D)를 형성하기 위한 제4 볼록형 코너(5) 및 수평부(W4)를 가압하는 수평면(12B)을 구비한 다. 하부 다이(12)의 가장 낮은 위치에 있는 수평면(12A)으로부터 가장 높은 위치에 있는 수평면(12B)까지의 높이를 h로 한다. 상부 다이(11)의 수평면(11A)으로부터 수평면(11B)까지의 높이도 동일하게 h이다. 비드(W3)는 따라서, 이 높이 h의 범위에 형성된다.

상부 다이(11)에 형성하는 제1 볼록형 코너(2)와 제2 오목형 코너(7)의 사이에는, 소재(W)의 평탄부(13)에 대응하는 평면(13A)이 형성된다. 제2 오목형 코너(7)와 제3 볼록형 코너(4)의 사이에는, 소재(W)의 평탄부(15)에 대응하는 평면(15A)이 형성된다. 제3 볼록형 코너(4)와 제4 오목형 코너(9)의 사이에는, 소재(W)의 평탄부(14)에 대응하는 평면(14A)이 형성된다.

동일하게, 하부 다이(12)에 형성하는 제1 오목형 코너(6)와 제2 볼록형 코너(3)의 사이에는, 소재(W)의 평탄부(13)에 대응하는 평면(13B)이 형성된다. 제2 볼록형 코너(3)와 제3 오목형 코너(8)의 사이에는, 소재(W)의 평탄부(15)에 대응하는 평면(15B)이 형성된다. 제3 오목형 코너(8)와 제4 볼록형 코너(5)의 사이에는, 소재(W)의 평탄부(14)에 대응하는 평면(14B)이 형성된다.

평탄부(13)와 평면(13A, 13B)의 경사는 동일하게 한다. 평탄면(14)과 평면(14A, 14B)의 경사도 동일하게 한다. 평탄부(15)와 평면(15A, 15B)의 경사도 동일하게 한다.

제1 볼록형 코너(2)의 반경을 Ra, 제2 볼록형 코너(3)의 반경을 Rb, 제3 볼록형 코너(4)의 반경을 Rc, 제4 볼록형 코너(5)의 반경을 Rd로 한다.

하부 다이(12)의 평면(13B)과 수평면(12A)의 교각은 90도 이상으로 한다. 하부 다이(12)의 평면(14B)과 수평면(12B)의 교각도 90도 이상으로 한다.

이하의 설명에서는, 평탄부(13)의 경사를 평탄부(13)와 도면의 법선이 이루는 각도(θc)로 나타낸다. 평탄부(14)의 경사를 평탄부(14)와 법선이 이루는 각도(θd)로 나타낸다. 각도(θc)는 제1 볼록형 코너(2)의 끼인각을 나타내는 수치로서도 이용된다. 각도(θd)는 제4 볼록형 코너(5)의 끼인각을 나타내는 수치로서도 이용된다.

하부 다이(12)에 형성하는 제2 볼록형 코너(3)에 관해서, 평탄부(13)에 대응하는 평면(13B)과 평탄부(15)에 대응하는 평면(15B)의 교각(θa)은 90도보다 작다. 하부 다이(12)에 형성하는 제3 오목형 코너(8)에 관해서, 평탄부(15)에 대응하는 평면(15B)과 평탄부(14)에 대응하는 평면(14B)의 교각(θb)도 90도보다 작다.

이상의 상부 다이(11)와 하부 다이(12)는, 도 2(a)에 도시하는 싱글 액션 드로우 성형 다이(single-action draw forming die, 20A) 혹은 도 2(b)에 도시하는 더블 액션 드로우 성형 다이(double-action draw forming die, 20B)에 적용된다. 즉, 도 2(a)의 싱글 액션 드로우 성형 다이(20A)에 관해서는, 상부 다이(11)가 상부 다이(21)에 적용되고, 하부 다이(12)가 쿠션 링(22)에 적용된다. 또, 도 2(b)의 더블 액션 드로우 성형 다이(20B)에 관해서는, 상부 다이(11)가 블랭크 홀더(24)에 적용되고, 하부 다이(12)가 하부 다이(23)에 적용된다. 도 2(a)와 2(b)에서, 부재(25)는 펀치를 나타낸다.

이상과 같이 구성된 상부 다이(11)와 하부 다이(12)를 구비하는 프레스기로 평평한 금속판의 소재(W)를 프레스 성형하는 순서를 다음에 설명한다.

우선, 하부 다이(12)의 소정 위치에 소재(W)를 올려 놓는다. 이 때, 소재(W)의 수평부(W4)가 가장 높은 수평면(12B)에 지지되어, 수평면(12A), 제1 오목형 코너(6), 제2 볼록형 코너(3), 제3 오목형 코너(8) 및 제4 볼록형 코너(5)를 덮고 있다.

이어서, 상부 다이(11)를 하강시켜, 수평면(11A)에서 소재(W)의 수평부(W5)를 누른다. 이 상태로부터 상부 다이(11)를 아래로 누르면, 처음에 수평부(W5)가 수평면(11A)에 눌러지고, 이어서, 상부 다이(11)의 제1 볼록형 코너(2)와 제3 볼록형 코너(4), 하부 다이(12)의 제2 볼록형 코너(3)와 제4 볼록형 코너(5)가 각각 소재(W)에 접촉하여 소재(W)에 굴곡 변형을 가져온다. 또한 상부 다이(11)를 도 1에 도시하는 상태로 아래로 누름으로써 비드(W3)의 성형이 완료한다. 이와 같이 하여 성형된 비드(W3)는, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)에 교대로 형성한 복수의 볼록형 코너(2-5)에 의해 교대로 역방향으로 굴곡 변형하고 있다. 즉, 비드(W3)는 가장 내주에 위치하는 제4 볼록형 코너(5)에 감겨진 굴곡 변형부, 그 외측의 제3 볼록형 코너(4)에 감겨진 굴곡 변형부, 그 외측의 제2 볼록형 코너(3)에 감겨진 굴곡 변형부, 및 가장 외주에 위치하는 제1 볼록형 코너(2)에 감겨진 굴곡 변형부를 구비한다.

이 상태에서의, 각 볼록형 코너(2-5)와 대응하는 오목형 코너(6-9)의 클리어런스는 반드시 소재(W)의 판 두께(t)에 일치하지 않아도 된다. 예를 들면 클리어런스가 판 두께(t)보다 커도, 각 볼록형 코너(2-5)에 감겨져 굴곡 변형하고 있기 때문에, 결과적으로, 비드(W3)는 상부 다이(11)와 하부 다이(12)에 의해서 구속된 다. 오히려 클리어런스를 판 두께(t)보다 약간 크게 설정하는 것도 바람직하다.

이와 같이 하여, 도 7에 도시하는 소재(W)의 우측을 포함하는 전체 둘레의 주름 그립부(W2)에 대해서, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)에 의한 비드(W3)의 형성과 구속이 행해진다.

다음에, 제품부(W1)의 외주의 비드(W3)를 상부 다이(11)와 하부 다이(12)에 의해 구속한 상태로, 제품부(W1)의 프레스를 펀치(25)를 이용하여 실행하고, 도 8에 도시하는 바와 같은 엔진 후드의 성형품(W1A)을 얻는다. 또한, 도 8은 주름 그립부(W2)를 절단한 후의 성형품(W1A)을 도시한다. 도 9는 절단후의 주름 그립부(W2)의 코너부의 형상을, 도 10은 동일하게 직선부의 형상을 도시한다.

제품부(W1)의 프레스를 행하면, 금속판의 소재(W)가 중심 방향으로 인입된다. 한편, 제품부(W1)의 주위의 주름 그립부(W2)에서는, 볼록형 코너(2-5)에 감겨진 소재(W)가 굴곡에 의한 구속력을 받는 한편, 인입력의 작용으로, 내측의 제품부(W1)를 향해서, 즉 도 1의 오른쪽 방향으로, 볼록형 코너(2-5)를 넘으면서 이동한다.

발명자들은, 본 발명에 의한 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 비드(W3)를 형성, 유지한 소재(W)를 이용하여 엔진 후드를 성형한 경우와, 종래 기술에 상당하는 비드(200)를 형성한 비교예의 소재를 이용하여 엔진 후드를 성형한 경우를 비교하였다. 비드(200)의 형상과 치수는 도 4에 도시된다. 각 케이스의 소재 유입량을 계측하기 위해서 도 3(a)와 3(b)에 도시하는 바와 같이, 10개의 계측점(M1-M10)을 각 소재에 설치하였다.

양자의 계측점(M1-M10)에서의 소재 유입량의 계측 결과를 표-1에 나타낸다다.

표-1이 나타내는 바와 같이, 대부분의 계측점에서, 본 발명에 의한 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 비드(W3)를 형성, 유지한 소재(W)를 이용한 경우의 소재의 유입량은, 종래 기술에 상당하는 상부 다이와 하부 다이로 도 4에 도시하는 형상과 치수의 비드(200)를 형성, 유지한 소재를 이용한 경우의 소재의 유입량을 하회하고 있다. 요컨대, 본 발명에 의한 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 비드(W3)를 형성, 유지한 소재(W)는, 소재(W)의 구속력이 큰 것이 증명되었다. 또한, 소재(W)의 구속력을 상회하는 인발력이 소재(W)에 작용한 경우에는, 소재(W)가 이동하기 때문에, 소재 구속력은 소재 인발력이라고 바꿔 말할 수 있다.

비드(W3) 및 비드(200)의 각 구속력에 대해서는, 도 5에 도시하는 모델의 볼록형 코너의 각 반경(R1-Rn)과 굴곡각(θ1-θn)으로부터 이론적으로 계산할 수 있다. 계산 결과는 비드(W3)에 대해서는 415뉴튼/밀리미터(N/㎜), 비드(200)에 대해서는 363(N/㎜)이었다.

이 실시예에서는, 비드(W3)에 오목부(A), 볼록부(B), 오목부(C) 및 볼록부(D)를 교대로 형성하고 있지만, 종래 기술에 상당하는 도 4의 비드(200)는 오목부(E), 볼록부(F), 볼록부(G) 및 오목부(H)라고 하는 순번으로 형성되어 있다. 요컨대, 비드(200)에서는, 오목부와 볼록부가 교대로 형성되어 있지 않다. 본 발명은, 오목부와 볼록부를 교대로 갖는 비드(W3)를 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 형성하고, 제품부(W1)의 프레스시에 상부 다이(11)와 하부 다이(12)가 비드(W3)를 유지 함으로써, 높은 소재 구속력과 작은 소재 유입량을 가능하게 하였다.

도 3(a)와 3(b)에 도시하는 엔진 후드(W1A)의 프레스 가공은, 드로우 성형 가공, 벌징(bulging) 가공, 벤딩 가공을 포함하는 제품의 전체 형상을 성형하는 드로우 성형이다.

도 6을 참조하면, 이러한 프레스 성형품은 상기의 드로우 성형에 상당하는 드로우 공정(30)의 후에, 제품으로서 이용되지 않은 외주부를 도 8에 도시하는 바와 같이 절단하는 트리밍(trimming) 공정(31)과, 드로우 공정(30)으로 완전히 성형되지 않은 부분이나, 주변 둘레부의 플랜지 성형을 포함하는 작은 굴곡부를 최종 형상으로 성형하는 리스트라이크(re-strike) 공정(32)을 행하여 완성한다. 엔진 후드(W1A)에 관해서는, 완성품은 엔진 후드의 서브 조립 라인으로 반송되어, 보강 부재인 인너 후드와 조합하여 엔진 후드로서 조립된다. 또, 트리밍 공정(31)과 리스트라이크 공정(32)에서 발생하는 스크랩(scrap)은 컨베이어(33)에서 반출된다.

드로우 공정(30)에서, 비드(W3)의 소재 구속력이 과대해지면, 소재의 유입량이 너무 작아져, 주름 그립부(W2)의 내측의 수평부(W4)나 제품부(W1)에 파단이 생길 우려가 있다. 한편, 소재 구속력이 부족하면, 소재의 유입량이 과대해져, 주름 그립부(W2)에 압축 주름이 생기기 쉬워진다.

트리밍 공정(31)에서 생기는 주름 그립부(W2)의 스크랩에는, 상부 다이(11)와 비드(W3)의 마찰 및 미끄러짐, 및 하부 다이(12)와 비드(W3)의 마찰 및 미끄러짐에 의해, 드로우 공정(30)에서의 소재의 거동이 흔적으로서 기록된다. 트리밍 공정(31)에서 생기는 주름 그립부(W2)의 스크랩의 비드(W3)의 상태를 전체 둘레에 걸쳐서 관찰하여, 드로우 공정(30)에서 상부 다이(11)와 하부 다이(12)가 제공하는 프레스 환경이 적절한지의 여부를 판정할 수 있다.

발명자들은, 상부 다이(11)에 형성하는 제1 볼록형 코너(2)와 제3 볼록형 코너(4), 및 하부 다이(12)에 형성하는 제2 볼록형 코너(3)와 제4 볼록형 코너(5)에 대해서, 그들의 끼인각(θa-θd)과 반경(Ra-Rd)과, 비드(W3)의 소재 구속력의 관계를 시뮬레이션에 의해 분석하였다. 그 결과를 표-2로부터 표-5에 나타낸다.

표-2는, 제2 볼록형 코너(3)의 끼인각(θa)과 제3 볼록형 코너(4)의 끼인각(θb)의 변화가, 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)와, 소재 구속력(N/㎜)에 미치는 영향을 나타낸다. 구체적으로는, 도 1에서, 끼인각(θc와 θd), 반경(Ra-Rd), 및 높이(h)를 고정하고, 끼인각(θa)과 끼인각(θb)을 30도로부터 10도씩 증가시킨 경우의, 비드(W3)의 소재의 길이(㎜), 소재 구속력(N/㎜), 및 소재(W)의 평탄부(15)의 길이(㎜)를 나타낸다. 단, 끼인각(θc와 θb)은 같은 값으로 한다.

표-2에 의하면, 끼인각(θa와 θb)이 30도로부터 60도까지의 범위에서는, 소재 길이와 인발력은, 각각이 양호한 값을 취하지만, 평탄부(15)의 길이가 마이너스의 값이 되어, 평탄부(15)의 길이를 확보할 수 없다. 즉, 반경(Rb)의 곡선과 반경(Rc)의 곡선을 접속할 수 없고, 도 1의 상황은 기하학적으로 성립할 수 없다. 끼인각(θa와 θb)이 70도가 되면 겨우 평탄부(15)의 길이를 확보할 수 있다. 이 조건에서는, 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)와 소재 구속력(N/㎜)도 최적의 값을 취한다. 단, 반경(Rc와 Rd), 높이(h) 등의 값에 의해서, 끼인각(θa 및 θb)의 최적값도 변화한다. 평탄부(15)의 확보와 도 1의 기하학적 상황을 성립시키기 위해서는, 반경(Rc와 Rd), 높이(h) 등의 값을 어떻게 설정한 경우에도, 끼인각(θa 및 θb)이 취할 수 있는 하한값은 30도 정도이다. 끼인각(θa 및 θb)이 90도를 넘으면, 각도의 증가와 함께 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)가 마이너스값이 되어, 소재 구속력(N/㎜)도 현저한 저하를 나타낸다. 이 경우의 소재 구속력(N/㎜)은 비교예의 비드와 같은 정도가 되는 것이 예상된다.

이상의 점에서, 끼인각(θa와 θb)은 반경(Ra와 Rb)을 비교적 크게 설정해도, 충분한 소재 구속력를 얻을 수 있도록, 30도-90도의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이 범위에서는 끼인각(θa와 θb)은 예각이 되기 때문에, 반경(Ra와 Rb)을 크게 해도, 소재 구속력은 크고, 또한 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)도 바람직한 값이 된다. 반경(Ra와 Rb)을 크게 하는 것은, 소재(W)가 표면을 도금 처리한 금속판인 경우에, 도금의 박리를 방지하는 효과가 있다.

표-3은, 제1 볼록형 코너(2)의 반경(Ra), 제2 볼록형 코너(3)의 반경(Rb), 제3 볼록형 코너(4)의 반경(Rc), 및 제4 볼록형 코너(5)의 반경(Rd)의 변화가 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)와, 소재 구속력(N/㎜)에 미치는 영향을 나타낸다. 구체적으로는, 도 1에서, 끼인각(θa-θd)과 높이(h)를 고정하고, 반경(Ra-Rd)을 0㎜에서 0.5㎜씩 증가시킨 경우의 비드(W3)의 소재의 길이(㎜), 소재 구속력(N/㎜), 및 소재(W)의 평탄부(15)의 길이(㎜)를 나타낸다. 단, 끼인각(θa-θd)은 같은 값으로 한다.

표-3에서, 반경(Ra-Rd)이 0㎜에서 1.0㎜까지의 범위에서는 우수한 소재 구속력(N/㎜)을 얻을 수 있는 한편, 비드(W3)에 크랙이 발생하는 것을 생각할 수 있다. 금속판 소재는 굽힘을 받을 때의 곡률 반경에 따라서 기계적 특성이 대폭으로 열화하고, 곡률 반경이 작으면 바람직한 성형 특성를 얻을 수 없게 된다는 성질을 갖는다. 표-3에서는, 반경(R)의 하한값은 1㎜이고, 상한값은 5㎜, 보다 바람직한 범위는 2-4㎜라고 볼 수 있다.

이상의 분석으로부터, 각 볼록형 코너(2-5)의 굴곡 반경(Ra-Rd)은, 금속판 소재의 종류와 성형 조건에 따라서 다르지만, 최적의 굴곡 반경은, 1㎜에서 5㎜의 범위라고 생각된다. 도 8의 수치를 도출한 시뮬레이션에서는, 굴곡 반경(Ra-Rd)을 모두 같은 값으로 설정하였지만, 굴곡 반경(Ra-Rd)을 다른 값으로 설정하는 것도 가능하다. 굴곡 반경(Ra-Rd)을 적절한 값으로 설정하는 것은, 소재(W)가 표면을 도금 처리한 금속판인 경우에, 도금의 박리를 방지하는 효과가 있다. 한편, 굴곡 반경(Ra-Rd)의 선택에 의해, 바람직한 소재 구속력을 실현할 수 있다.

표-4는, 제1 볼록형 코너(2)의 끼인각(θc)과, 제4 볼록형 코너(5)의 끼인각(θd)의 변화가 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)와, 소재 구속력(N/㎜)에 미치는 영향을 나타낸다. 구체적으로는, 도 1에서, 끼인각(θa와 θb), 반경(Ra-Rd) 및 높이(h)를 고정하고, 끼인각(θc와 θd)을 0도에서 3도씩 증가시킨 경우의, 비드(W3)의 소재의 길이(㎜), 소재 구속력(N/㎜), 및 소재(W)의 평탄부(15)의 길이(㎜)를 나타낸다. 단, 끼인각(θc와 θd)은 같은 값으로 한다.

끼인각(θc)은 도 1에 도시하는 바와 같이 평탄부(13)와 법선이 이루는 각도이고, 제1 볼록형 코너(2)의 실제의 끼인각은 끼인각(θc)에 90도를 더한 값이다. 끼인각(θd)은 도 1에 도시하는 바와 같이 평탄부(14)와 법선이 이루는 각도이고, 제4 볼록형 코너(5)의 실제의 끼인각은 끼인각(θd)에 90도를 더한 값이다. 이들의 일정한 관계로부터, 여기에서는, 각도(θc)를 제1 볼록형 코너(2)의 끼인각을 대표값으로서, 각도(θd)를 제4 볼록형 코너(5)의 끼인각을 대표값으로서, 각각 이용하고 있다.

표-4에 의하면, 끼인각(θc)과 끼인각(θd)을 0도로부터 증가시킴에 따라서, 비드(W3)의 소재의 길이는 짧아지는 한편, 소재 구속력은 감소한다. 표-4로부터, 끼인각(θc)과 끼인각(θd)이 30도를 넘으면, 소재 구속력이 크게 저하하는 것이 예측된다. 실무적으로는, 끼인각(θc)과 끼인각(θd)의 상한값은 30도로 볼 수 있다. 이것은, 제1 볼록형 코너(2)와 제4 볼록형 코너(5)의 실제의 끼인각으로 환산하면 90-120도에 상당한다. 또한, 끼인각(θc)과 끼인각(θd)의 바람직한 범위는 0도에서 10도의 범위로 볼 수 있다. 단, 끼인각(θc)과 끼인각(θd)은 필요한 소재 구속력에 따라서 설정한다.

표-5는, 비드(W3)의 높이(h)의 변화가 비드(W3)의 소재의 길이(㎜) 및 평탄부(15)의 길이(㎜)에 미치는 영향을 나타낸다. 구체적으로는, 도 1에서, 높이(h)를 1㎜에서 1㎜씩 증가시킨 경우의 비드(W3)의 소재의 길이(㎜) 및 평탄부(15)의 길이(㎜)를 나타낸다. 높이(h)는 소재 구속력에 영향을 주지만, 높이(h)로부터 직접 소재 구속력을 계산할 수는 없다.

표-5에 의하면, 높이(h)의 증가에 따라서, 비드(W3)의 소재의 길이(㎜) 및 평탄부(15)의 길이(㎜)는 함께 증가한다. 따라서, 높이(h)를 억제함으로써, 비드(W3)에 이용하는 재료, 즉 비드(W3)의 소재의 길이(㎜)를 작게 억제할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비드(W3)에 볼록부와 오목부를 교대로 형성하고 있기 때문에, 이들을 형성하기 위한 상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 볼록형 코너(2-5)의 반경(Ra-Rd)과 끼인각(θa-θd)의 설정에 따라서, 비드(W3)의 소재 구속력을 충분히 확보하면서, 표면을 도금 처리한 소재(W)로부터의 도금의 박리를 방지할 수 있다. 구체적으로는, 반경(Ra-Rd)을 크게 설정함으로써, 도금의 박리를 방지하는 동시에, 끼인각(θa-θd)을 기하학적으로 가능한 범위로 작게 설정함으로써, 충분한 소재 구속력을 얻을 수 있다. 특히, 제2 볼록형 코너(3)의 끼인각(θa)과 제3 볼록형 코너(4)의 끼인각(θb)을 30도-90도의 범위로 설정함으로써, 반경(Ra와 Rb)을 비교적 크게 설정해도, 충분한 소재 구속력을 얻을 수 있다. 또, 볼록형 코너(2-5)의 굴곡 반경(Ra-Rd)을 1㎜에서 5㎜의 범위로 함으로써, 소재 구속력을 확보하면서, 비드(W3)의 크랙을 방지할 수 있다. 또, 필요한 소재 구속력을 얻기 위해서, 제1 볼록형 코너(2)의 끼인각과 제4 볼록형 코너(5)의 끼인각을 바람직하게는 90-120도의 범위로 조정함으로써, 소재 구속력을 폭넓게 조정할 수 있다. 또한, 내주의 수평부(W4)의 외주의 수평부(W5)에 대한 높이(h)를 선택함으로써, 싱글 액션 드로우 성형 다이(20A)에도 더블 액션 드로우 성형 다이(20B)에도 대응 가능하다.

이상의 실시예에서, 비드(W3)는, 교대로 배치한 각 2개의 오목부(A, C)와 볼록부(B, D)로 구성되지만, 본 발명은 오목부와 볼록부의 수에 한정되지 않는다. 즉, 오목부와 볼록부의 수가 실시예와 다른 케이스에 대해서도 적용 가능하다.

본 발명에 의하면, 금속판의 표면 도금의 박리나 비드 총 연장의 증가를 초래하지 않고, 비드의 바람직한 소재 구속력을 얻는다.

Claims

제품부(W1)와 그 주위에 위치하는 주름 그립부(W2)로 이루어지는 시트 소재(W)의 주름 그립부(W2)를 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 유지하면서, 제품부(W1)의 프레스 성형을 행하는 프레스 성형 방법에 있어서 :

교대로 배치한 볼록형 코너(2, 4)와 오목형 코너(7, 9)를 구비하는 상부 다이(11)와, 상부 다이(11)와 맞물리도록 교대로 배치한 오목형 코너(6, 8)와 볼록형 코너(3, 5)를 구비하는 하부 다이(12)의 맞물림에 의해, 주름 그립부(W2)에, 교대로 위치하는 오목부(A, C)와 볼록부(B, D)로 이루어지는 비드(W3)를 프레스 성형하고 ;

성형한 비드(W3)를 맞물린 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 유지하면서, 제품부(W1)의 프레스 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제1항에 있어서, 제품부(W1)의 프레스 성형에 수반되어, 소재(W)는 굴곡 변형하면서, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 사이를 통과하여 제품부(W1)로 유입되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 주름 그립부(W2)는 제품부(W1)의 프레스 성형후에 제품부(W1)로부터 절단 분리되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제3항에 있어서, 주름 그립부(W2)는 비드(W3)와 평행하게 설정된 절단선을 따라서 제품부(W1)로부터 절단 분리되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제품부(W1)와 그 주위에 위치하는 주름 그립부(W2)로 이루어지는 시트 소재(W)의 주름 그립부(W2)를 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 유지하면서, 제품부(W1)의 프레스 성형을 행하는 프레스 성형 장치에 있어서 :

상부 다이(11)는 교대로 배치된 볼록형 코너(2, 4)와 오목형 코너(7, 9)를 구비하고, 하부 다이(12)는 상부 다이(11)와 맞물리도록 교대로 배치된 오목형 코너(6, 8)와 볼록형 코너(3, 5)를 구비하고 ;

프레스 성형 장치는 :

상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 맞물림에 의해, 주름 그립부(W3)에 교대로 위치하는 오목부(A, C)와 볼록부(B, D)로 이루어지는 비드(W3)를 프레스 성형하고 ;

성형한 비드(W3)를 맞물린 상부 다이(11)와 하부 다이(12)로 유지하면서, 제품부(W1)의 프레스 성형을 행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제5항에 있어서, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)는, 시트 소재(W1)에 관해서 외주로부터 내주를 향해서 배치된 제1 볼록형 코너(2), 제2 볼록형 코너(3), 제3 볼록형 코너(4) 및 제4 볼록형 코너(5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성 형 장치.
제6항에 있어서, 상부 다이(11)는 주름 그립부(W2)에 접촉하여 오목부(A, C)를 형성하는 제1 볼록형 코너(2)와 제3 볼록형 코너(4)를 구비하고, 하부 다이(12)는 주름 그립부(W2)에 접촉하여 볼록부(B, D)를 형성하는 제2 볼록형 코너(3)와 제4 볼록형 코너(5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제7항에 있어서, 하부 다이(12)는 제1 볼록형 코너(2)에 대응하는 제1 오목형 코너(6)와, 제3 볼록형 코너(4)에 대응하는 제3 오목형 코너(8)를 구비하고, 상부 다이(11)는 제2 볼록형 코너(3)에 대응하는 제2 오목형 코너(7)와 제3 볼록형 코너(5)에 대응하는 제4 오목형 코너(9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제8항에 있어서, 상부 다이(11)는 제1 볼록형 코너(2)와 제2 오목형 코너(7)를 접속하는 평탄부(13A)와, 제2 오목형 코너(7)와 제3 볼록형 코너(4)를 접속하는 평탄부(15A)와, 제3 볼록형 코너(5)와 제4 오목형 코너(9)를 접속하는 평탄부(14A)를 구비하고, 하부 다이(12)는 제1 오목형 코너(6)와 제2 볼록형 코너(3)를 접속하는 평탄부(13B)와, 제2 볼록형 코너(3)와 제3 오목형 코너(8)를 접속하는 평탄부(15B)와, 제3 오목형 코너(8)와 제4 볼록형 코너(5)를 접속하는 평탄부(14B)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 볼록형 코너(3)의 끼인각(θa)과, 제3 볼록형 코너(4)의 끼인각(θb)은 모두 30도 이상이고 90도 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 볼록형 코너(2), 제2 볼록형 코너(3), 제3 볼록형 코너(4) 및 제4 볼록형 코너(5)의 각 반경(Ra-Rd)은 1밀리미터 이상이고 5밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 볼록형 코너(2)의 끼인각과, 제4 볼록형 코너(5)의 끼인각은 모두 90도 이상이고 120도 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주름 그립부(W2)는 비드(W3)의 외측과 내측에 수평부(W4, W5)를 각각 구비하고, 상부 다이(11)는 제1 볼록형 코너(2)에 연속하여 형성된 수평면(11A)과, 제4 오목형 코너(9)에 연속하여 형성된 수평면(11B)을 구비하며, 하부 다이(12)는 제1 오목형 코너(6)에 연속하여 형성되고, 제1 볼록형 코너(2)에 연속하여 형성된 수평면(11A)에 대응하는 수평면(12A)과, 제4 볼록형 코너(5)에 연속하여 형성되고, 제4 오목형 코너(9)에 연속하여 형성된 수평면(11B)에 대응하는 수평면(12B)을 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장 치.
제13항에 있어서, 제1 볼록형 코너(2)에 연속하여 형성된 수평면(11A)은 제4 오목형 코너(9)에 연속하여 형성된 수평면(11B)보다 낮은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.