KR101067047B1 - 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법 및 프레스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 러기지 아우터 패널 등의 자동차 차체 아우터 패널에 있어서, 형성이 어려운 형상의 대형 패널을 성형 가능하게 하는 알루미늄 합금판의 프레스 형성 방법 및 프레스 장치를 제공한다. 패널의 중앙부를 형성하는 펀치와 하사점 부근까지 접촉하지 않는 비접촉 외주 부위(5, 6)를 갖는 형성품 패널에, 알루미늄 합금판(30)을 프레스 성형하는 방법에 있어서, 상기 패널 중앙부(2)를 형성하는 제 1 펀치(11)와, 이 제 1 펀치에 대하여 별개로 변위 가능한 제 2 펀치(15)를 마련하고, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치(15)의 상대적인 위치를, 다이스(22)측으로 변위시켜서, 제 2 펀치(15)를 판의 비접촉 외주 부위(35, 36)와 접촉시키도록 이들의 펀치끼리를 연동시킨다.

Description

알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법 및 프레스 장치{PRESS FORMING METHOD FOR ALUMINUM ALLOY SHEET AND PRESSING DEVICE}

본 발명은, 자동차 차체 아우터 패널 등의, 성형이 어려운 대형 형상의 패널을 성형 가능하게 하는, 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법 및 프레스 장치에 관한 것이다. 이하, 알루미늄을 Al이라고도 칭한다.

자동차의 후드(보닛), 펜더, 도어, 러기지(luggage)(트렁크 리드), 루프 등의 패널 구조체의 아우터 패널(외판)이나 인너 패널(내판) 등에는, 주지와 같이, 강제(강판) 패널을 대신하여, 알루미늄 합금제 패널도 사용되고 있다. 이들 알루미늄 합금제 패널은, 강판과 마찬가지로, 알루미늄 합금판[블랭크(blank), 패널 성형용 소재판]을 금형에 의해 프레스 성형한 패널 성형품(프레스 성형품: 이하, 간단히 패널이라고도 칭함)이 사용되고 있다.

이 중에서도, 후드나 러기지 등의 아우터 패널은, 최근의 자동차(패널) 설계의 다양화에 의해, 특히 프레스 성형이 어려워지고 있다. 그 이유는, 강판에 비해서 알루미늄 합금판의 성형성이 떨어지는 것과, 이들 아우터 패널의 형상 자신에 기인한다.

러기지 아우터 패널의 일예를 도 11에 자동차 차체의 후부의 사시도로 도시한다. 도 11과 같이, 러기지 아우터 패널(1)은, 패널 중앙부(정상부)에, 차체 폭방향으로 연장하는 높은(큰) 능선부(봉우리부)(2)와, 이 능선부(2)를 둘러싸는, 2개 이상의 긴(광대한) 곡면부(혹은 볼록형상 주연부, 윤곽부)(3, 4)를 갖는다. 그리고, 이 능선부(2)는 차체의 디자인상 도 11에 도시하는 바와 같이 평면적으로 반원호형의 (만곡한) 형상의 캐릭터 라인을 갖는 것이 많다. 또한, 도 11에 있어서, 참조부호(9)는 번호판이 장착되는 라이센스 자리(오목부)이다.

이러한 반원호형의 큰 능선부를 갖는 러기지 아우터 패널(1)을, 성형 소재판인 알루미늄 합금판으로부터, 프레스 장치에 의해 장출(張出) 성형해서 제조할 경우, 성형품 패널의 성형면 표면에 특히 주름이 생기기 쉽다. 즉, 후술하는 도 10의 프레스 성형품 패널과 같이, 곡면부(3, 4)로부터 능선부(2)에 걸쳐서 X로 도시하는 부위에 주름이 생기기 쉽다.

이러한 주름의 발생은, 반원호형의 큰 능선부(2)를 갖는 러기지 아우터 패널(1)과 같은 제품 형상을 알루미늄 합금판으로 장출 성형할 경우에 특유의 문제이다. 이것은, 능선부(2)가 소재판을 불균일하게 인장하고, 또한 재료 유입에 의한 여분의 두께가 생기기 쉬워서, 단부의 소재판 부분이 하사점 근방까지 펀치와 접촉하지 않고(이하, 비접촉 외주 부위라고도 칭함), 자유롭게 변형하기 때문이다. 이러한 주름 발생의 문제는 상기 비접촉 외주 부위를 갖는 성형품 패널 특유의 문제이다. 즉, 이러한 비접촉 외주 부위가 없거나, 혹은 능선부(2)나 곡면부(3, 4) 형 상이 없는 통상의 평판형상 패널 성형품에서는, 이러한 주름 발생의 문제는 생기기 어렵다.

이러한 러기지 아우터 패널(1)을 프레스 장치에 의해 장출 성형할 경우의 통상의 방법을 프레스 중의 판 및 프레스 장치의 상태를 도시하는 도 12의 (a), (b)로 설명한다. 도 12(a)는 프레스 도중에 있어서의 알루미늄 합금판의 변형 상태를 나타내는 사시도, 도 12(b)는 도 12(a)의 단면(B)에 있어서의 프레스 장치 및 알루미늄 합금판을 절단하여 본 사시도이다. 통상적으로는, 다이스(22)와 블랭크 홀더(주름 가압 부재)(20)에 의해, 알루미늄 합금판(30)의 주연부(31)를 협지한 후에, 볼스터(bolster)(기대)(21) 상에 고정된 펀치(11)를 향해서, 다이스(22)를 상대적으로 이동(하강)시켜, 알루미늄 합금판(30)을 성형한다.

이때, 성형 중의 알루미늄 합금판(30)에 있어서, 러기지 아우터 패널의 능선부(2)에 해당하는 정상부(32)와, 블랭크 홀더(20)에 의해 협지된 주연부(31) 사이의 판(33, 34)의 부분은 러기지 아우터 패널의 곡면부(3, 4)에 해당한다.

도 12(a)에 도시하는 성형 도상의 패널에 있어서, 제품 중앙부에 있어서의 단면(A)은 패널의 능선이 대략 원호 형상이므로, 제품 중앙으로부터 벗어난 위치에 있는 단면(B)보다도 그 정상부가 높은 형상으로 되어 있다. 바꿔 말하면 단면(A)의 선장(線長)[lA(lA')]은 단면(B)의 선장[lB(lB')]보다도 길고, 양 단면(A, B) 사이에는 선장 차이가 생긴다. 이와 같이 인접하는 2 단면에 선장 차이가 생길 때에는, 상술한 바와 같이 불균일한 인장력이 작용하기 쉽고, 여분의 두께도 생기기 쉽기 때문에, 단부의 소재판 부분이 하사점 근방까지 펀치와 접촉하지 않는 상기 비 접촉 외주 부위가 생긴다. 이러한 비접촉 외주 부위는 자유롭게 변형하기 때문에, 상기한 바와 같이, 도면 중에 도시하는 X 등에 주름이 생기기 쉬워진다.

이에 대한 대책으로서는, 도 13에 프레스 장치의 단면을 부분적으로 도시하는 바와 같이, 블랭크 홀더(20) 보다도 내측에, 여분의 두께 형성부(19, 26)를 마련하고, 판(30)에 대하여 여분의 두께 성형에 수반하는 장력을 작용시키는 방법이 일반적이다. 즉, 판(30)의 주변부에, 이 여분의 두께를 마련하는 것에 의해, 프레스 성형의 초기 단계로부터 판(30)이 여분의 두께부를 형성하는 금형과 접촉하고, 또한, 여분의 두께 형성시에 장력을 가함으로써 상기 주름 발생을 방지하는 방법이 범용되고 있다.

또한, 그 밖에, 큰 절곡 부분을 단부에 갖는 것과 같은 알루미늄 합금 후드 아우터 패널을 프레스 성형할 경우에, 주름 가압 개시전 혹은 주름 가압 개시시에, 주름의 원인이 되는 오목부의 발생이 예상되는 판의 성형면 중심부를 미리 성형하는 것도 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 방법에서는, 펀치의 패널(제품) 성형면의 높이를, 주름 가압 부재의 상면보다도 소정 치수만큼 높게 해서, 판의 성형면 중심부를 미리 성형한다.

더욱이, 큰 절곡 부분을 갖고, 이 절곡 부분과 패널 본체 부분을 연결하는 윤곽선이 패널 본체 전방을 향해서 만곡한 형상을 갖는 자동차 후드 아우터 패널에, 알루미늄 합금판을 프레스 성형하는 방법도 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 즉, 이 방법은, 판 단부의 상기 절곡 부분에 해당하는 부분내의, 프레스 성형시의 주름 가압면에 해당하는 부분이 프레스 성형시의 주름 가압 부재면 형상에 적응하는 형상이 되도록, 상기 알루미늄 합금판 단부를 미리 굽힘 가공해서 굽힘부를 형성한 후, 이 굽힘부의 주름 가압면에 해당하는 부분을 포함해서 주름을 가압하면서, 프레스 성형하는 방법이다. 그리고, 상기 알루미늄 합금판 단부의 예비 굽힘 가공을, 패널 본체의 성형을 위한 펀치 부분과는 독립해서 작용하는, 분할된 펀치에 의해 실행하는 것도 제안되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개 특허 제 2001-58218 호 공보(전문)

특허문헌 2 : 일본 공개 특허 제 2004-188445 호 공보(전문)

(발명이 해결하려고 하는 과제)

상기한 소재판의 주변에 형성된 여분의 두께부를 성형하는 범용적인 주름 발생 방지 방법, 즉 도 13에 있어서, 상기한 판(30)의 주변 부분에 여분의 두께 성형을 실행하는 것에 의해 소재판에 장력을 가하는 방법에서는, 주름 억지 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 즉, 이러한 방법에서는, 여분의 두께 성형에 기여하는 여분의 두께 형성부(19)가 펀치(11)와 일체로 형성되어 있으므로, 펀치(11)가 다이스(22)에 충분히 접근하지 않으면 여분의 두께 성형이 개시되지 않는다. 이 때문에, 이러한 방법으로는, 성형의 비교적 후기가 될 때까지, 제품 단부 근방에 있어서 금형과 소재판이 접촉하지 않고, 주름 발생으로 이어지는 상기 비접촉 외주 부위의 자유로운 변형을 구속할 수 없다. 더욱이, 이 소재판과 금형의 접촉 타이밍이 성형 후기가 되기 때문에, 주름 억지에 있어서 중요한 성형의 초기 단계에서의 장력도 발생하지 않아서, 주름 억지 효과를 충분히 발휘하는 것은 불가능하다.

이에 대하여, 성형의 전반부부터, 여분의 두께 부분의 금형을 소재판과 접촉시키고, 소재판에 대한 변형 구속이나 장력 효과를 얻으려고 하면, 펀치(11) 상에 마련된 여분의 두께 형성부(19)의 볼록부 높이나 다이스에 마련된 여분의 두께 형성부(26)의 오목부 깊이를 극단적으로 크게 할 필요가 있다. 단지, 그렇게 할 경우에는, 성형의 하사점 근처에서는, 판(30)의 주변부에, 극히 깊은 여분의 두께가 성형되어 버려서, 판(30)에는 과대한 장력이 작용하게 된다. 이 때문에, 본 발명이 대상으로 하는 러기지 아우터 패널 등에서는, 러기지 아우터 패널의 능선부(2) 혹은 여분의 두께부(15) 등에 해당하는 부분의 판 두께 감소의 경향이 보다 커지고, 경우에 따라서는 판의 파단을 초래할 우려가 있다.

이와 같이, 본 발명이 대상으로 하는 러기지 아우터 패널 등에서는, 주름을 방지하기 위해서 필요한 여분의 두께를 마련하면, 이 판 두께 감소의 경향이 무시할 수 없을 만큼 커지고, 패널 능선부(2)나, 여분의 두께부(15) 등에서의 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, 소재판의 주변에 형성된 여분의 두께부를 성형하는 범용적인 주름 발생 방지 방법으로는, 주름 발생 방지와 균열 발생 방지를 양립시킬 수 없다.

또한, 특허문헌 1의 방법은, 패널 능선부(2)의 윤곽이, 상기한 반원호 형상(만곡 형상)이 아니라, 대략 직선적인 패널의 경우에는, 주름의 억제에 일단 유효하다. 그러나, 본 발명이 대상으로 하는 것과 같은, 러기지 아우터 패널에 대해서는 역시 주름 발생으로 이어지는 상기 비접촉 외주 부위가 존재하고, 이 비접촉 외주 부위의 자유로운 변형을 구속할 수 없어, 주름 발생 방지 효과가 약하다. 더욱이, 특허문헌 2의 방법은, 러기지 아우터 패널에 있어서의 능선부(2)를, 분할 펀치에 의해, 판의 전후방향(차체 길이방향)으로의 굽힘 가공에 의해 형성하는 점이 특이하다. 그러나, 이러한 판의 전후방향의 굽힘 가공 조건이나 분할 펀치의 설계 조건의 설정이 어려워서, 이 점으로 인해 실용적이지 않은 문제가 있다.

또, 이러한 분할 펀치에 의한 성형 방법으로서는, 그 외에, 균열 방지를 위해 범용되는 「끌어들임 성형 방법」이 있다. 이것은, 펀치측의 패널 본체 성형 부분(예를 들면 중앙 부분)에 국부적(부분적)인 가동 부분을 마련하고, 이 국부적인 가동 펀치 부분에 의해, 블랭크를 밀어 올리고, 주위로부터 금형 내로의 재료의 유입량을 늘려서, 균열을 방지하는 것이다. 그러나, 이 균열 방지 방법으로는, 본 발명이 대상으로 하는 러기지 아우터 패널 등에서는, 주름 발생 방지와 균열 발생 방지를 양립시킬 수 없다. 즉, 상기 국부적인 가동 펀치 부분에 의해 금형 내로의 재료 유입량이 늘기 때문에, 블랭크의 나머지, 즉 상기한 패널의 중앙부를 성형하는 펀치와 하사점 근방까지 접촉하지 않는 비접촉 외주 부위가 반대로 커지고, 성형 패널에 주름이 한층더 생기기 쉬워진다.

한편, 이들의 성형상의 문제가 여전히 존재하는 가운데, 베이크 경화성(bake hardening)이나 리사이클성이 우수하고, 내력이 높은 Al-Mg-Si계(6000계) 등의 알루미늄 합금판의 자동차 차체 아우터 패널에의 적용의 요구는, 지구 환경 보호를 위한 자동차의 경량화나 에너지 흡수성에 의한 차체 안전성 강화의 필요성 때문에, 점점 높아지고 있다.

본 발명은 이러한 사정에 착안하여, 러기지 아우터 패널 등의 자동차 차체 아우터 패널로써, 성형이 어려운 형상의 대형 패널을 성형 가능하게 하는 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법 및 프레스 장치를 제공하려고 하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법의 요지는, 패널의 중앙부를 성형하는 펀치와 하사점 근방까지 접촉하지 않는 비접촉 외주 부위를 갖는 성형품 패널에, 알루미늄 합금판을 프레스 성형하는 방법에 있어서, 상기 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치와, 이 제 1 펀치에 대해서 별개로 변위 가능한 제 2 펀치를 마련하는 동시에, 다이스 외주에 마련된 블랭크 홀더에 의해, 알루미늄 합금판의 외주부를 협지한 후에, 제 1 펀치와 다이스를 상대적으로 이동시키고, 알루미늄 합금판을 프레스 성형할 때에, 이 프레스 성형 개시시로부터 하사점까지 사이의 적어도 한 시점에서, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치를, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 다이스측으로 변위시켜서, 제 2 펀치를 알루미늄 합금판에 있어서의 상기 비접촉 외주 부위와 접촉시키도록 이들 펀치끼리를 연동시키는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법의 바람직한 형태로서는, 상기 제 2 펀치가 접촉하는 상기 비접촉 외주 부위가 상기 성형품 패널의 여분의 두께부인 것으로 한다. 또한, 상기 제 2 펀치가 상기 제 1 펀치의 주위에 배치된 대략 환상의 형상을 갖는 것으로 한다.

또한, 다른 바람직한 형태로서, 상기 알루미늄 합금판의 프레스 성형을 개시할 때에, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치를, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 미리 다이스측으로 변위시키는 것으로 한다. 또한, 상기 제 2 펀치를 상기 비접촉 외주 부위에 접촉시킨 후에, 상기 제 1 펀치에 의해 상기 패널의 중앙부를 성형하는 것으로 한다.

또한, 다른 바람직한 형태로서, 상기 제 2 펀치의 알루미늄 합금판의 접촉면에 요철 혹은 단차를 마련하고, 이것과 대응하는 상기 다이스측의 알루미늄 합금판의 접촉면에도, 상기 요철 혹은 단차에 대응하는 요철 혹은 단차를 마련한 것으로 한다. 또한, 상기 제 2 펀치의 다이스측으로의 상대적인 변위량이 80mm 이하인 것으로 한다.

본 발명이 대상으로 하는 성형품 패널은, 중앙부에 능선을 갖고, 그 능선을 둘러싸는 적어도 2개 이상의 곡면으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 성형품 패널의 능선부가 반원호 형상의 캐릭터 라인을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 성형품 패널로서, 후드, 펜더, 도어, 러기지(트렁크 리드), 루프로부터 선택되는 자동차 차체 아우터 패널인 것이 바람직하다.

한편, 상기 프레스 성형되는 알루미늄 합금판은 0.2% 내력이 130MPa 이상의 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금인 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 알루미늄 합금판의 프레스 장치의 요지는, 상기 요지 또는 상기 바람직한 요지가 후술하는 바람직한 요지의 프레스 성형 방법에 이용되며, 패널의 중앙부를 성형하는 펀치와 하사점 근방까지 접촉하지 않는 비접촉 외주 부위를 갖는 성형품 패널에, 알루미늄 합금판을 프레스 성형하는 프레스 장치로서, 성형품 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치와, 제 1 펀치에 대하여 별개로 변위 가능한 제 2 펀치가 마련되고, 프레스 성형 개시시로부터 하사점까지 사이의 적어도 한 시점에서, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치가, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 다이스측으로 변위하여, 알루미늄 합금판에 있어서의 상기 비접촉 외주 부위에 접촉 가능하도록 이들 펀치끼리가 연동되어 있는 것이다.

(발명의 효과)

본 발명에서는, 상기 요지와 같이, 상기 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치에 대하여, 이것과 별개로 변위 가능한 제 2 펀치를 적어도 하나 이상 이용하여, 성형 패널 중앙부의 보다 외측(외주부)의 상기 비접촉 외주 부위와 접촉시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에서는, 우선 상기 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치와, 상기 비접촉 외주 부위(상기 패널의 하사점 근방까지 제 1 펀치와 접촉하지 않는 부위)와 접촉하는 제 2 펀치를 마련하거나, 혹은 성형용의 펀치를 이들 제 1 과 제 2 펀치로 분할하고, 제 2 펀치는 제 1 펀치에 대하여 별개로 변위 가능한 것으로 구성한다.

또, 본 발명에서는, 제 1 펀치가 성형하는 범위는, 상기 패널의 중앙부뿐만 아니라, 그 중앙부 근방이나 중앙부 주위의 성형 필요 부위를 포함하는 것이면 당연히 좋다. 따라서, 상기 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치라는 표현은, 상기 패널의 중앙부뿐만 아니라, 상기 패널의 중앙부 근방이나 중앙부 주위를 포함해서 성형하는 제 1 펀치라는 의미이다.

이상의 구성을 전제로서, 본 발명에서는, 성형 패널 중앙부를 형성하는 제 1 펀치가, 다이스와의 협동에 의해 알루미늄 합금판을 성형할 때에, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적 위치를, 프레스 성형 개시시로부터 하사점까지 사이의 적어도 한 시점에서, 프레스 하사점에서의 상대적 위치에 비해서 다이스측으로 변위시킨다. 바꿔 말하면, 프레스 성형 개시시로부터 하사점까지 사이의 적어도 한 시점에서, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치가, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 다이스측으로 변위하도록 이들 펀치끼리를 연동시킨다.

이에 의해, 제 1 펀치가 다이스와의 협동에 의해 알루미늄 합금판을 성형할 때에, 제 1 펀치의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 제 2 펀치가, 성형의 초기 단계에서, 상기 비접촉 외주 부위(상기 패널의 하사점 근방까지 제 1 펀치와 접촉하지 않는 부위)와 접촉 혹은 더 나아가서 이 부위를 성형하여, 소재 단부의 주름 변형을 구속하는 동시에 소재판에 가해지는 장력을 제어하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명에서 말하는 상기 비접촉 외주 부위에는 성형품 패널의 비접촉 외주 부위와, 이것에 대응하는 성형 소재인 알루미늄 합금판에 있어서의 비접촉 외주 부위의 양쪽의 의미가 있고, 본 발명에서는 이들을 적절히 구분하여 사용한다.

즉, 본 발명이 대상으로 하는 러기지 아우터 패널 등과 같이, 상기한 도 12에 있어서의 능선의 장출 높이가 높고, 단면(A, B)의 선장 차이가 클 경우에도, 상기 비접촉 외주 부위를 해소하여, 이 판(성형중의 패널)의 영역 전반에 걸쳐서 장력을 작용시킬 수 있다. 이 때문에, 성형의 비교적 초기로부터 발생하는 주름에 대해서도 억제 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 더욱이 복수의 제 2 펀치를 이용하여, 각각 독립적으로 각 비접촉 외주 부위와의 접촉 타이밍을 제어하면, 제품의 형상에 따라, 제품내의 장소마다, 소재판에 가해지는 장력을 미세하게 제어할 수 있다. 이러한 효과를 최대한으로 발휘하기 위해서는, 제 2 펀치는 제품 주위에 마련되는 여분의 두께부에 대응하는 부분에 마련하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는, 이상 설명한 주름 억제의 작용 효과(제 2 펀치에 의한 소재판의 구속과 장력 부여의 기능) 이외에, 제 2 펀치에 의한 제품(성형 패널)의 파단을 방지할 수 있는 효과도 갖고 있다. 즉, 제 1 펀치에 의한 성형 공정의 초기 단계로부터, 제 2 펀치가 소재판(비접촉 외주 부위)과 접촉하므로, 소재판의 변형 구속과 장력 부여를 실행할 수 있다. 한편, 프레스 하사점에서는, 제 2 펀치의 다이스에 대한 상대 위치가 프레스 성형 중에 비해서 펀치측쪽으로 이동한다. 이에 의해, 여분의 두께의 높이가 낮아지고, 파단하기 쉬운 프레스 하사점 근방에 있어서, 장력을 과대하게 증대시키지 않는 효과를 발휘한다.

바꿔 말하면, 본 발명에서는, 주름이 발생할 것인지 여부를 다루는 성형 공정의 전반부부터, 성형되는 패널의 상기 능선을 둘러싸는 곡면부에 해당하는 소재판 부분의 변형을 구속하여, 충분한 장력을 판에 작용시킬 수 있다. 이 결과, 성형 공정의 전반부에서는 주름 발생을 방지하는 동시에, 성형 공정의 후반부에 있어서는, 장력 레벨을 일정값 이하로 제어할 수 있으므로, 하사점 가까이에 있어서, 재료가 극단적으로 판 두께 감소하여, 파단하는 것을 방지할 수 있다.

특히, 프레스 성형 개시 시점에 있어서의, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적 위치를, 프레스 하사점에서의 상대적 위치에 비해, 미리 다이스측으로 변위시켜 둔 형태는 설비상 바람직하다. 이러한 형태에서는, 성형이 진행해서 제 1 펀치가 하사점에 근접하여 감에 따라서, 제 2 펀치의 다이스를 향하는 이동을 정지시키고, 다이스와의 사이에 판을 협지한 상태를 유지하면서 성형한다. 이러한 성형의 형태는, 가동 금형과 다이 쿠션을 조합시키는 것에 의해 가능해서, 비교적 단순한 금형 구성으로 달성 가능하여, 설비상 바람직하다고 할 수 있다.

한편, 이에 대하여, 제 1 펀치에 대해서, 제 2 펀치의 변위를 독립적으로 제어하는 기구를 마련했을 경우, 프레스 장치는 설비적으로 복잡하게 되지만, 보다 적극적으로 소재판과 금형의 접촉 및 장력 부여의 타이밍을 제어 가능해서, 보다 성형이 어려운(주름, 파단이 생기기 쉬운) 제품(성형 패널)을 프레스 성형하는데 적합하다.

이상과 같이, 본 발명에서는, 상기 어려운 성형에 있어서의 주름 발생 방지와 균열 발생 방지를 양립시킬 수 있고, 러기지 아우터 패널 등의 알루미늄 합금제 자동차 차체 아우터 패널에 있어서, 성형이 어려운 형상의 대형 패널이라도, 성형이 가능해진다.

도 1은 본 발명 성형 방법의 일 실시형태를 단계적으로 도시하는 프레스 장 치의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 금형의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 금형의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 펀치의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 분할 펀치의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 판 가압의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 판 가압의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 8은 발명에 따른 분할 펀치의 일 실시형태를 도시하는 사시도,

도 9는 본 발명 성형 방법에 의한 성형품을 도시하는 사시도,

도 10은 종래의 성형 방법에 의한 성형품을 도시하는 사시도,

도 11은 러기지 아우터 패널의 일예를 도시하는 사시도,

도 12는 종래의 성형 방법을 도시하는 프레스 장치의 단면도,

도 13은 종래의 성형 방법을 도시하는 프레스 장치의 부분 단면도.

부호의 설명

L : 러기지 아우터 패널 2 : 능선부

3, 4 : 평면부

5, 6 : 성형품 패널의 비접촉 외주 부위(성형품 패널의 여분의 두께부)

10 : 프레스 장치 11 : 제 1 펀치

12 : 펀치 능선부 13, 14 : 펀치 평면부

15 : 제 2 분할 펀치 16, 17 : 여분의 두께 형성면

18 : 가스 스프링 19, 26 : 여분의 두께 형성부

20 : 블랭크 홀더 21 : 볼스터

22 : 다이스 23, 24 : 주름 가압면

25 : 쿠션 핀 30 : 판

31 : 판의 최주연부 32 : 판의 능선부(2) 상당 부위

33, 34 : 판의 평면부(3, 4) 상당 부위

35, 36 : 판의 비접촉 외주 부위(판의 여분의 두께부)

이하에 본 발명의 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 10을 이용하여 상세하게 설명한다.

(프레스 장치)

우선, 본 발명에서 이용하는 프레스 장치를 도 2 내지 도 8을 이용하여 설명한다. 도 2는 상형(다이스: 도 2에서는 성형품 중앙에 해당하는 중앙부를 제거한 주변부만 표시)(22)과, 하형인 제 1 펀치(11), 제 2 펀치(15), 블랭크 홀더(주름 가압 부재)(20)를 조합한 상태를 도시하고 있다.

(하형)

도 3은, 하형만을 도시하고, 제 1 펀치(본체 펀치)(11)와, 이 제 1 펀치(11)와 분할되고, 독립한 움직임(변위)을 하는 제 2 펀치(분할 펀치)(15)를 조합한 형태를 도시하고 있다. 이들 펀치(11, 15)의 상면에는, 상형인 다이스(22) 중앙의 성형 형성면과 결합되는 제품 형성면을 각각 갖는다.

즉, 제 1 펀치(11)는, 본체 펀치로서, 성형 패널(소재판)의 중앙부를 성형한다. 구체적으로는, 제 1 펀치(11)는, 도 4에 사시도로 부분적으로 도시하는 바와 같이, 제품 형성면으로서, 패널 중앙부의 능선부[도 11의 참조부호(2)]를 형성하는 능선부(12)와, 이 패널의 능선부(12)를 둘러싸는 평면부[도 11의 참조부호(3, 4)]를 형성하는 평면부(13, 14)를 갖는다.

또한, 제 2 펀치(15)는, 분할된 펀치로서, 상기 비접촉 외주 부위[상기 패널의 하사점 근방까지 제 1 펀치(11)와 접촉하지 않는 부위]와 접촉하거나, 더 나아가서, 이 비접촉 외주 부위를 적극적으로 성형한다. 구체적으로는, 제 2 펀치(15)는, 도 5에 사시도로 부분적으로 도시하는 바와 같이, 제품 형성면(후술하는 여분의 두께 형성면)으로서, 제 1 펀치(11)의 주위에 배치된 대략 환상의 형상을 갖고 있다.

단지, 이 제 2 펀치(15)의 주위 형상(윤곽)이나 개수는, 제 1 펀치(11)의 주위 형상(윤곽)에 따라서 결정되어야 하는 것이고, 반드시 도 5와 같은 원환상이나 1개만이 아니어도 좋다. 이 점, 예컨대 제 1 펀치(11)의 주위를 부분적으로 둘러싸는 복수의 펀치 혹은 부품(부분)으로 이루어지는 부분적인 환상 형상이라도 좋다.

이들의 펀치(11, 15)의 설치 상태를, 펀치(11, 15)를 볼스터(bolster) 상에 설치한 상태의 사시도인 도 8로 도시한다. 펀치(11)는, 볼스터 상에 강체적(剛體的)으로 설치된다. 한편, 제 2 펀치(15)는 그 필요 개소에 필요 개수 배치된 가스 스프링(18) 등을 거쳐서 볼스터에 결합되어 있고, 제 2 펀치(15)에 상방으로부터 압축력이 작용하면 하방으로 가라앉는 구조로 되어 있다. 다른 형태로서, 제 2 펀치(15)를 상기한 바와 같이 복수개 마련하고, 각각 별개의 유압 등의 구동 장치를 거쳐서 상형에 대하여 각각 별개로 진퇴 가능(승강 가능)하도록 구성해도 좋다.

도 6에 사시도로 도시하는 바와 같이, 상형의 다이스(22)는, 성형품 중앙에 해당하는 중앙부와, 주름 가압면(23, 23)을 각각 갖고 있다. 또한, 도 7에 사시도로 도시하는 바와 같이 블랭크 홀더(주름 가압 부재)(20)는 주름 가압면(24, 24)을 각각 갖고 있다. 그리고, 블랭크 홀더(20)는, 쿠션 핀(도시하지 않음)에 의해 유지되어 있고, 프레스 장치의 하부의 유압 기구에서 발생하는 상향의 힘이 쿠션 핀을 거쳐서 블랭크 홀더(20)에 전해져, 주름 가압력으로서 블랭크를 유지하는데 사용된다.

(상형)

한편, 상형은, 도 1(a)를 이용하여 설명하면, 다이스(22)는 승강 장치에 연결된 슬라이드(도시하지 않음)에 설치되어 있다. 이 다이스(22)의 하면에는 제품 형성면(22a)이 형성되어 있다. 또한, 다이스(22)의 최외주부에는, 상기 하형의 블랭크 홀더(20)의 주름 가압면(24, 24)과 각각 대향하는 위치에 프레임 형상의 주름 가압면(23, 23)이 형성되어 있다.

그리고, 다이스(22)의, 상기 하형의 제 2 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)에 대응하는 위치에, 제 2 펀치(15)와 협동해서, 판(30)의 평면부(33, 34)의 더욱 외연측의 각 여분의 두께부(35, 36)를 각각 성형하기 위한 여분의 두께 형성면(22b, 22c)이 각각 마련되어 있다.

(성형 방법)

프레스 장치의 단면도인 도 1(a) 내지 도 1(d)를 이용하여, 본 발명의 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법을 설명한다. 또, 이러한 도 1의 프레스 장치는, 전제로서, 하측의 펀치(11)는 볼스터(21)에 고정되어서 움직이지 않고, 성형은 상측의 다이스(22)쪽이 하강해서(하향의 화살표로 도시함) 실행하는 것이다. 이 점, 하방의 펀치(11)측을 상승시키도록 해도 좋고, 요컨대 펀치(11)와 다이스(22)가 상대적으로 이동하는 것이면 좋다.

도 1(a)는 프레스 장치에 알루미늄 합금판(30)을 셋팅한 펀치에 의한 성형 개시전의 상태를 도시한다. 상기 도 1(a)에서는, 판(30)의 최주연부(31)가, 다이스(22)의 주변부에 위치하는 주름 가압면(23, 23)과, 블랭크 홀더(20)의 주름 가압면(24, 24)에 의해, 적당한 주름 가압력으로 협지된다. 이 주름 가압력은, 통상의 알루미늄 합금판의 프레스 성형에서 이용되는 범위이면 좋다. 여기서, 블랭크 홀더(20)는 알루미늄 합금판(30)이 셋팅되기 전에는 각각 쿠션 핀(25)에 의해 상한 위치에 유지되어 있다.

(제 2 펀치의 작용)

도 1(b)는 다이스(22)가 성형의 하사점 위치보다 상방 65mm의 위치까지 하강한 상태를 도시한다. 이 다이스(22)의 하강에 맞추어, 블랭크 홀더(20)는 그 일부인 주름 가압면(24)과, 다이스(22)의 주변에 위치하는 주름 가압면(23)의 협동에 의해 알루미늄 합금판(30)을 협지한 상태인 채로, 가라앉는 움직임을 한다.

이러한 도 1(b)에서는, 제 1 펀치(11)의 성형에 앞서, 제 2 펀치(15)가 상기 비접촉 외주 부위[상기 패널의 하사점 근방까지 제 1 펀치(11)와 접촉하지 않는 부위]인 판의 여분의 두께부(35, 36)[후술하는 성형품 패널의 여분의 두께부(5, 6)에 대응]와의 접촉, 혹은 성형을 개시한 상태를 도시한다.

이러한 상태에서는, 다이스(22)의 여분의 두께 형성면(22b, 22c)이 제 2 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)에 대응하고, 제 2 펀치(15)와 다이스(22)가 협동해서, 판(30)의 각 여분의 두께부(35, 36)[평면부(33, 34)의 더 외연측]에의 접촉, 혹은 더 나아가서 이 부위의 성형을 각각 개시한다.

이를 위해서는, 제 2 펀치(15)를, 제 1 펀치(11)보다도 먼저 판의 여분의 두께부(상기 비접촉 외주 부위)(35, 36)에의 접촉 혹은 성형을 개시해야 하고, 볼스터(21)로부터 가스 스프링(18)에 의해 미리 부유된 상태로 하고 있다. 즉, 제 1 펀치(11)에 대한 제 2 펀치(15)의 상대적인 위치를, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치(11)에 대한 제 2 펀치(15)의 상대적인 위치에 비해서, 다이스(22)측으로 미리 변위시키고 있다.

여기에서, 상기 비접촉 외주 부위를 해소하여, 소재판 단부의 주름 변형을 구속하는 동시에, 소재판에 가해지는 장력을 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있으면, 제 2 펀치(15)를, 판의 여분의 두께부(상기 비접촉 외주 부위)(35, 36)에 간단히 접촉시킬 것인지, 혹은 적극적으로 이 부위를 성형할 것인지는 적절하게 선택된다. 통상의 프레스 성형 조건에서는, 상기 비접촉 외주 부위(상기 패널의 하사점 근방까지 제 1 펀치와 접촉하지 않는 부위)와 접촉할 뿐만 아니라, 더 나아가서 이 부위를 성형하는 쪽이 상기 비접촉 외주 부위를 해소하여, 소재판 단부의 주름 변형을 구속하는 동시에, 소재판에 가해지는 장력을 제어할 수 있는 효과를 발휘하기 쉽다.

(제 1 펀치에 의한 판의 성형)

이러한 도 1(b)의 상태에서는, 제 1 펀치(11)는, 판(30)의 중앙부인 능선부 상당 부위[32(2)]의 성형을 아직 개시하지 않고 있다. 단지, 다이스(22)는 제 1 펀치(11)를 향해서 계속해서 하강하여, 이러한 도 1(b)의 상태 이후, 제 1 펀치(11)가 판(30)의 성형을 개시하고 있다. 즉, 제 1 펀치(11)의 제품 형성면(12, 13, 14)이 다이스의 제품 형성면(22a)과의 협동에 의해, 패널 중앙부의 능선부(2)[판의 상당 부위(32)]와, 이 패널의 능선부(2)를 둘러싸는 평면부(3, 4)[판의 상당 부위(33, 34)]를 성형한다.

이때, 상기한 바와 같이, 이미 판(30)의 각 여분의 두께부(35, 36)의 성형을 개시하고 있는 제 2 펀치(15)와 다이스(22)는, 제 1 펀치(11)에 의해 성형되는 판(30)에 대하여, 제 2 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)과, 다이스(22)의 여분의 두께 형성면(22b, 22c)의 각 접촉점 2개소에서 구속한다. 즉, 제 1 펀치(11)에 의한 성형시에, 판(30)에 있어서의 패널 중앙부의 능선부(2)에 해당하는 부위(32)에 대해서 주위로부터 장력을 가하도록 기능을 한다.

이에 의해, 제 1 펀치(11)가 다이스(22)와의 협동에 의해 알루미늄 합금판(30)을 성형할 때에, 판(30)에 있어서의 패널의 곡면부(3, 4)에 해당하는 부위(32)에 대하여, 주위로부터 장력을 가하여 구속하면서 성형하는 것이 가능해진 다.

더구나, 제 2 펀치(15)에 의한, 판(30)의 각 여분의 두께부(35, 36)의 위치나 성형 정도를 조정하는 것에 의해, 본 발명이 대상으로 하는 러기지 아우터 패널 등과 같이, 상기한 도 12에 있어서의, 상기 장력이 작용해야 할 판(30)의 단면(A, B)의 선장 차이가 크더라도, 패널 전반에 걸쳐서 장력을 작용시킬 수 있다.

이 때문에, 가령 판(30)의 단면(A, B)의 선장 차이가 크더라도, 제 1 펀치(11)나 다이스(22)에 의해 성형될 때에, 상기 비접촉 외주 부위를 해소하여, 러기지 아우터 패널의 평면부(3, 4)에 해당하는 부분에 주름이 생기기 어려워진다.

도 1(b)의 예에서는, 제 2 펀치(15)를, 제 1 펀치(11)보다도 먼저 판의 성형을 개시해야 하고, 볼스터(21)로부터 가스 스프링(18)에 의해 미리 부유된 상태로 하고, 제 1 펀치에서의 성형이 시작되기 전에, 제 2 펀치(15)에서의 접촉, 성형을 개시하도록 하고 있다.

이를 위해서는, 제 2 펀치(15)를, 제 1 펀치(11)보다도 먼저 판 여분의 두께부(상기 비접촉 외주 부위)(35, 36)에의 접촉 혹은 성형을 개시해야 하고, 볼스터(21)로부터 가스 스프링(18)에 의해 미리 부유된 상태로 하고 있다. 즉, 제 1 펀치(11)에 대한 제 2 펀치(15)의 상대적인 위치를, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치(11)에 대한 제 2 펀치(15)의 상대적인 위치에 비해서, 다이스(22)측으로 미리 변위시키고 있다.

여기서, 제 1 펀치(11)가 성형을 개시한 후에, 제 2 펀치(15)의 성형이 시작되도록, 제 2 펀치(15)의 위치를 설정하여도 좋다. 또한, 성형중의 한 시점에서 제 2 펀치(15)를 제 1 펀치(11)에 비해서 다이스측으로 변위시키는 것에 의해, 소재와 제 2 펀치를 조기에 소재와 접촉시켜도 좋다. 이러한 제 2 펀치와 소재의 접촉 타이밍은 성형하는 제품에 가하는 장력에 따라 적절하게 선택된다. 중요한 것은, 하사점에서의 파단의 방지와, 프레스 성형중의 초기 단계에서 소재의 구속 및 장력 부여의 양립이 가능하도록, 프레스 성형중의 한 시점에 있어서 가동 펀치의 제 1 펀치에 대한 상대적 위치가 프레스 하사점에 있어서의 위치에 비해서 다이스측으로 변위하고 있는 것이다.

도 1(c)는, 상기 도 1(b)의 상태 이후에서, 계속해서 다이스(22)가 제 1 펀치(11)를 향해서, 성형 하사점으로부터 32mm 상방의 위치까지 이동(하강)한 상태를 도시한다. 이 상태에서는, 제 2 펀치(15)에 의한 주름 억제 작용, 즉 제 2 펀치(15)에 의한 판의 여분의 두께부(상기 비접촉 외주 부위)(35, 36)에의 접촉 혹은 성형의 기능은 접촉 혹은 성형의 진행과 함께 증대한다.

그리고, 다이스(22)의 여분의 두께 형성면(22b, 22c)과, 제 2 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)이 알루미늄 합금판(30)에 형성되는 여분의 두께부(상기 비접촉 외주 부위)(35, 36)를 간극없이 협지하는 위치에서 최대가 된다. 그러나, 이러한 기능은, 이것 이후의 성형 공정에서, 더 증대시킬 필요는 없고, 그 이후에는 거의 동일 정도이면 좋다. 즉, 이러한 도 1(c)의 제 1 펀치(11)가, 다이스(22)를 향해서 32mm까지 상대적으로 이동(상승)한 상태보다 이후에는, 동일 정도의 장력을 가하는 것만으로 좋다. 상기한 바와 같이, 러기지 아우터 패널의 평면부(3, 4)에 해당하는 부분에 주름이 발생할 것인지 여부는 제 1 펀치(11)에 의한 도 1(c) 까지의 성형 공정의 전반부에서 결정된다.

(제 2 펀치의 하강)

이 점, 본 발명에서는, 이 성형 공정의 후반부에서는, 성형이 진행하여 다이스(22)가 하사점에 근접함에 따라서, 제 2 펀치(15)를, 다이스(22)와 연동하여, 알루미늄 합금판(30)을 협지한 상태 그대로 하강시킨다. 즉, 도 1(c)의 다이스(22)가, 여분의 두께 형성면(22b, 22c)과 제 2 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)의 협동에 의해, 알루미늄 합금판(30)에 형성되는 여분의 두께부(35, 36)를 협지하는 상기 위치까지 이동(하강)한 상태 이후에, 성형이 진행하여, 다이스(22)가 하사점에 근접함에 따라서, 제 2 펀치(15)를, 다이스(22)와 연동하여, 알루미늄 합금판(30)을 협지한 상태 그대로 하강시킨다. 이러한 하강은, 다이스(22)의 하강에 의해, 제 2 펀치(15)를 지지하는 가스 스프링(18)을 축소시키는 것에 의해 실행한다.

이에 의해, 제 2 펀치(15)와 다이스(22)에 의한, 상기 여분의 두께부(35, 36)의 성형 내지 상기 장력 부여의 (구속) 기능을 일정 레벨로 유지한다. 즉, 성형이 진행해서 제 1 펀치(11)가 하사점에 근접함에 따라서, 제 2 펀치(15)는 다이스(22)를 향하는 이동을 정지시키고, 다이스(22) 사이에 판을 협지한 상태를 유지한다. 이에 의해, 판(33, 34)의 부분에 대한, 성형 후반부의 무용(無用)의 장력 증대를 없애고, 이 상태에서 제 1 펀치(11)에 의한 후반부의 성형을 실행시키고, 도 1(d)과 같이 패널의 장출 성형을 종료시킨다. 이 때문에, 판 두께를 크게 감소시키지 않고, 판 두께 감소율을 통상의 장출 성형과 같은 정도로 억제하는 것이 가 능해진다.

또한, 도 1(c)에서는, 제 2 펀치(15)와 다이스(22)에 의해, 소재를 완전히 협지한 상태로 성형하고 있지만, 반드시 완전히 협지할 필요는 없다. 예를 들면, 제 2 펀치(15)와 다이스(22) 사이에 소정의 틈새(clearance)를 마련한 상태, 즉 제 2 펀치(15)가 단지 판에 접촉한 상태, 혹은 상기 틈새를 마련한 상태에서 제 2 펀치(15)에 의해 판을 성형해도 좋다.

이와 같은, 제 2 펀치(15)가 단지 판에 접촉한 상태, 혹은 상기 틈새를 마련한 상태에서 제 2 펀치(15)에 의해 판을 성형한 상태에서는, 도 1(c)과 같이 완전히 협지할 경우에 비해서 소재판에 가해지는 장력은 작아진다. 그러나, 소재판과 제 2 펀치가 접촉하고 있는 것에 의해, 소재판의 변형 구속 효과와 마찰 저항에 의한 장력 부여 효과는 얻어진다. 이와 같이, 제 2 펀치의 움직임은, 소재판의 파단과 주름의 발생 쌍방을 양립시키기 위해서, 성형 조건에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

가령, 상기와 같은 제 2 펀치의 하강 동작을 사용하지 않고, 성형의 초기부터의 여분의 두께 성형에 의한 상기 장력 부여의 기능을 얻기 위해서는, 도 13과 같은 펀치와 일체로 형성되는 여분의 두께 형성부(19), 다이스의 여분의 두께 형성부(26)에 있어서, 상기한 바와 같이, 특히 여분의 두께의 높이를 높게 하게 된다. 그러나 이러한 방법으로는, 성형의 하사점 가까이에서는, 여분의 두께 형성부(26, 19)에서의 성형 깊이가 극히 깊어지기 때문에, 과대한 장력을 알루미늄 합금판에 작용시켜버리는 것이 된다. 따라서, 이것도 상기한 바와 같이, 판 두께 감소율이 커져, 성형중의 판의 균열의 원인이 된다.

도 1(d)에서는, 장출 성형의 최종 단계(성형 하사점에서의 상황)을 도시하고 있다. 즉, 이러한 도 1(d)에 도시하는 패널 성형품(1)에 있어서, 참조부호(2)가 패널 중앙부의 능선부(2)[판의 상당 부위(32)], 참조부호(3, 4)가 이 능선부(2)를 둘러싸는 평면부[판의 상당 부위(33, 34)]이다. 또한, 참조부호(5, 6)가 분할 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)과, 다이스(22)의 여분의 두께 형성면(22b, 22c)에 의해 성형된 특징적인 여분의 두께부[판의 상당 부위(35, 36): 상기 비접촉 외주 부위]이다.

또, 도 1(d)에서는, 제 2 펀치(15)의 여분의 두께 형성면(16, 17)은 상면이 평탄한 형상으로 되어 있지만, 이 형상은 평탄하지 않아도 좋고, 상면이 대략 반원형의 볼록 형상이어도 좋다. 또한, 제 2 펀치(15)의 알루미늄 합금판의 접촉면에 요철 혹은 단차를 마련해도 좋다. 더욱이, 이것과 대응하는 다이스(22)측의 여분의 두께 형성면(22b, 22c)(알루미늄 합금판의 접촉면)에도, 상기 요철 혹은 단차에 대응하는 요철 혹은 단차를 마련해도 좋다. 이들 요철 혹은 단차 등에 의해, 하사점 근방에서 판 부위를 성형함으로써, 판에 적극적으로 장력이 가해져, 패널 성형품의 면 변형을 없애서, 형상 정밀도를 보다 향상시키는 등의 효과를 기대할 수 있다.

이상과 같이 장출 성형된 패널 성형품은, 또한, 그 후에 번호판이 장착되는 오목부(자리)(5)가 성형되거나, 상기 여분의 두께 부분(5, 6)이나 최주연부 등이 트리밍 가공되어 제거되고, 패널 제품으로서, 상기 도 11에 도시한 러기지 아우터 패널 등의 알루미늄 합금제 자동차 차체 아우터 패널 등으로 마무리된다.

본 발명에서는, 이상 설명한 바와 같이, 패널 장출 성형시의 주름 발생 방지와 균열 발생 방지를 양립시킬 수 있다. 이 결과, 러기지 아우터 패널 등의 알루미늄 합금제 자동차 차체 아우터 패널로서, 상기 패널의 능선부가 반원호 형상의 캐릭터 라인을 갖는 등, 성형이 어려운 형상의 대형 패널이라도, 성형이 가능해진다. 따라서, 본 발명은, 이들 성형이 어려운 형상의 대형 패널의 대표예인 후드, 펜더, 도어, 러기지(트렁크 리드), 루프 등으로부터 선택되는 알루미늄 합금제 자동차 차체 아우터 패널에 적용되기에 적합하다.

(알루미늄 합금)

본 발명에서 이용하는 알루미늄 합금은, 강성, 강도, 성형성, 내식성 등, 패널 용도의 요구 특성에 따른, AA 내지 JIS 규격에 규정 내지 포함되는 3000계, 5000계, 6000계, 7000계 등으로부터 선택되는 알루미늄 합금 재료가 적절하게 선택된다. 단, 이들 중에서도, 알루미늄 합금제 자동차 차체 아우터 패널 등에 범용되고, 베이크 경화성이 우수하기 때문에, 0.2% 내력이 130MPa 이상의 고강도로 장출 성형되고, 상기 성형성 개선의 요구가 높은 Al-Mg-Si계(6000계) 알루미늄 합금판이 적용하기에 적합하다.

[실시예]

이하에, 본 발명의 실시예를 설명한다. 알루미늄 합금 중에서도, 장출 성형이 보다 어려운 AA6061-T4재의 고강도 알루미늄 합금판을 도 11에 도시한 형상의 러기지 아우터 패널(1)로 장출 성형했다. 그리고, 성형품의 주름 발생 상황을 조 사했다. 이 알루미늄 합금판의 0.2% 내력은 150MPa, 판 두께는 1.0mm, 크기는 폭 1840mm×길이 1450mm 였다.

성형한 러기지 아우터 패널(1)은, 패널 중앙부(정상부)에, 차체 폭 방향으로 연장하는 높이 200mm의 큰 능선부(2)와, 이 능선부(2)를 둘러싸는 평면부(3)(길이 380mm), 평면부(4)(길이 420mm)]를 갖는다. 그리고, 이 능선부(2)는, 평면부(3, 4)를 이루는 절곡 각도가 100˚, 평면적으로는, 곡률 반경이 3000mm, 길이 1250mm의 반원호 형상의 캐릭터 라인을 갖고 있다.

발명예로 사용한 프레스 장치는, 도 1, 도 2 내지 도 8에서 설명한, 여분의 두께 성형용의 펀치를 분할한 프레스 장치(10)를 이용하여, 장출 성형 시험했다. 발명예의 하사점 상방 65mm와 32mm에 있어서의 패널 성형품을 도 9(a), (b)에 사시도로 각각 도시한다. 도 9(a), (b)에 도시하는 패널 성형품에 있어서, 참조부호(2)가 패널 중앙부의 능선부(2)[판의 상당 부위(32)], 참조부호(3, 4)가 이 능선부(2)를 둘러싸는 평면부[판의 상당 부위(33, 34)]이다. 또한, 참조부호(5, 6)가 제 2 펀치(15)에 의해 성형된 특징적인 여분의 두께부[판의 상당 부위(35, 36): 상기 비접촉 외주 부위]이다.

도 9(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 발명예에서는, 하사점 상방 65mm와 32mm에 있어서, 또한, 도시는 하지 않았지만, 하사점에 있어서의 성형품 패널에도, 패널 중앙부의 능선부(2)와, 이 능선부(2)를 둘러싸는 평면부(3, 4)에는, 상기 주름이 발생하기 쉬운 부위(X)를 포함해서, 주름, 균열은 생기지 않고 있다. 또한, 최종 패널 성형품 표면의 평활성이나 능선부의 캐릭터 라인을 포함한 형상 정밀도 도 우수하였다.

더욱이, 본 발명예의, 하사점에 있어서의 성형품 패널의 판 두께 감소가 가장 커지는 능선부(2)의 최대 판 두께 감소율(원래 판 두께에 대한 판 두께 감소율)은 후술하는 종래예의 최대 판 두께 감소율보다도 약간 큰 18.7% 정도였다. 이것은, 알루미늄 합금제 러기지 아우터 패널의 장출 성형에 있어서의, 균열이 발생하기 쉬워지는 상한의 판 두께 감소율의 20% 보다도 작고, 허용 범위 내이다.

한편, 종래예는, 도 12에서 설명한, 종래의 통상의 일체형 펀치(11)를 이용한 프레스 장치를 이용하여, 장출 성형 시험했다. 이러한 종래예의 패널 성형품을 도 10(a), (b)에 사시도로 각각 도시한다. 도 10(a), (b)에 도시하는 종래의 패널 성형품에 있어서, 참조부호(2)가 패널 중앙부의 능선부(2)[판의 상당 부위(32)], 참조부호(3, 4)가 이 능선부(2)를 둘러싸는 평면부[판의 상당 부위(33, 34)]이다.

도 10(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 종래예에서는, 하사점 상방 65mm와 32mm에 있어서, 또한, 도시는 하지 않았지만, 하사점에 있어서의 성형품 패널에도, 패널 중앙부의 능선부(2)와, 이 능선부(2)를 둘러싸는 평면부(3, 4)의, 상기 주름이 발생하기 쉬운 부위(X)에 많은 큰 주름이 발생하고 있다. 이 결과, 최종 패널 성형품 표면의 평활성이나 능선부의 캐릭터 라인을 포함한 형상 정밀도도 떨어졌다. 또, 하사점에 있어서의 종래예의 성형품 패널의 능선부(2)의 최대 판 두께 감소율은 16.7%이고, 균열이 발생하기 쉬워지는 상한의 판 두께 감소율 20%에 가까웠다.

이들의 실시예로부터, 어려운 성형 패널을 성형할 때에 있어서 주름을 억제 하는 본 발명의 성형 방법의 효과가 뒷받침된다. 또, 본 실시예에서는, 가장 성형이 곤란한 6000계에 대해서, 성형성 향상 효과를 뒷받침하고 있다. 이 결과, 6000계보다도 성형하기 쉬운 3000계나 5000계의 A1 합금판에 적용했을 경우에도, 성형성은 확실히 향상한다. 이들 A1 합금은 합금 조성이나 조질(열처리) 조건에 의해, 인장 강도, 내력, 신장 등의 기계적 성질은 물론 상이하다. 이 때문에, 상기한 주름 발생의 정도는 다르지만, 주름의 발생 기구 자체는 이들 기계적 성질에 상관없이 공통이며, 이에 대한 본 발명의 주름 억제 기구도 공통이기 때문이다.

본 발명에 의하면, 러기지 아우터 패널 등의 자동차 차체 아우터 패널에 있어서, 상기 비접촉 외주 부위를 갖고, 성형이 어려운 형상의 대형 패널을 성형 가능하게 하는 알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법 및 프레스 장치를 제공할 수 있다. 이 때문에, 자동차 등의 아우터 패널 성형품 용도에, 성형 소재로서의 알루미늄 합금판의 용도를 크게 확대하는 것으로서, 공업적인 가치가 크다.

Claims (12)

1. 패널의 중앙부를 성형하는 펀치와 하사점 근방까지 접촉하지 않는 비접촉 외주 부위를 갖는 성형품 패널로, 알루미늄 합금판을 프레스 성형하는 방법에 있어서,

   상기 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치와, 상기 제 1 펀치에 대해서 별개로 변위 가능한 제 2 펀치를 마련하는 동시에, 다이스 외주에 마련된 블랭크 홀더에 의해, 알루미늄 합금판의 외주부를 협지한 후에, 제 1 펀치와 다이스를 상대적으로 이동시켜서, 알루미늄 합금판을 프레스 성형함에 있어서,

   이 프레스 성형 개시시로부터 하사점까지 사이의 적어도 한 시점에서, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치를, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 다이스측으로 변위시켜서, 제 2 펀치를 알루미늄 합금판에 있어서의 상기 비접촉 외주 부위와 접촉시키도록 이들 펀치끼리를 연동시키는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 펀치가 접촉하는 상기 비접촉 외주 부위가 상기 성형품 패널의 여분의 두께부인 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 펀치가 상기 제 1 펀치의 주위에 배치된 환상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 알루미늄 합금판의 프레스 성형을 개시할 때에, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치를, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 미리 다이스측으로 변위시키고 있는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 펀치를 상기 비접촉 외주 부위에 접촉시킨 후에, 상기 제 1 펀치에 의해 상기 패널의 중앙부를 성형하는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 펀치의 알루미늄 합금판과의 접촉면에 요철 혹은 단차를 마련하고, 이것과 대응하는 상기 다이스측의 알루미늄 합금판과의 접촉면에도, 상기 요철 혹은 단차에 대응하는 요철 혹은 단차를 마련하는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 펀치의 다이스측으로의 상대적인 변위량이 80mm 이하인 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 성형품 패널이, 중앙부에 능선을 갖고, 그 능선을 둘러싸는 적어도 2개 이상의 곡면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 성형품 패널의 능선부가 반원호 형상의 캐릭터 라인을 갖는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 성형품 패널이 후드, 펜더, 도어, 러기지(트렁크 리드), 루프로부터 선 택되는 자동차 차체 아우터 패널인 것을 특징으로 하는

    알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 프레스 성형되는 알루미늄 합금판은, 0.2% 내력이 130MPa 이상의 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는

    알루미늄 합금판의 프레스 성형 방법.
12. 제 1 항의 프레스 성형 방법에 이용되고, 패널의 중앙부를 성형하는 펀치와 하사점 근방까지 접촉하지 않는 비접촉 외주 부위를 갖는 성형품 패널로, 알루미늄 합금판을 프레스 성형하는 프레스 장치에 있어서,

    성형품 패널의 중앙부를 성형하는 제 1 펀치와, 상기 제 1 펀치에 대하여 별개로 변위 가능한 제 2 펀치가 마련되고, 프레스 성형 개시시로부터 하사점까지 사이의 적어도 한 시점에서, 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치가, 프레스 하사점에서의 제 1 펀치에 대한 제 2 펀치의 상대적인 위치에 비해서, 다이스측으로 변위하여, 알루미늄 합금판에 있어서의 상기 비접촉 외주 부위에 접촉할 수 있도록 이들 펀치끼리가 연동되어 있는 것을 특징으로 하는

    알루미늄 합금판의 프레스 장치.

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