KR101277939B1 - 고장력 강판의 프레스 성형방법 - Google Patents

Abstract

고장력 강판의 프레스 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고장력 강판에서 프레스 성형시 발생하는 스프링백 현상을 감소시킬 수 있는 고장력 강판의 프레스 성형방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 강판 소재를 가압하여 최종형상의 높이보다 큰 높이를 가지는 예비형상으로 성형하는 드로잉(drawing) 단계; 및 예비형상으로 성형된 소재를 가압하여 최종형상으로 성형하는 포밍(forming) 단계;를 포함하는 프레스 성형방법을 제공한다.

Description

고장력 강판의 프레스 성형방법{PRESS FORMING METHOD FOR HIGH STRENGTH STEEL PLATE}

본 발명은 고장력 강판의 프레스 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고장력 강판에서 프레스 성형시 발생하는 스프링백 현상을 감소시킬 수 있는 고장력 강판의 프레스 성형방법에 관한 것이다.

프레스 성형방법은 강판을 상형과 하형으로 가압하여 소정의 형상으로 가공하는 것이다. 그런데 고장력 강판의 경우 스프링 백 현상이 발생하여 원하는 형상으로 정확하게 가공하기가 어려운 문제점을 가지고 있었다.

일반적으로는 고장력 강판의 프레스 성형시에 발생하는 스프링 백을 저감하기 위하여 후 공정에 캠 리스트라이킹 공정을 추가하고 있는 실정이었다.

관련선행기술로는 대한민국 등록특허 등록번호 10-0774703호(발명의 명칭 '프레스 금형장치', 공고일자 2007년 11월 8일)가 있다.

본 발명의 목적은 고장력 강판의 스프링 백 현상을 저감할 수 있는 프레스 성형방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 고장력 강판을 정확한 형상으로 가공할 수 있는 프레스 성형방법을 제공함에 있다.

본 발명은 강판 소재를 가압하여 최종형상의 높이보다 큰 높이를 가지는 예비형상으로 성형하는 드로잉(drawing) 단계; 및 예비형상으로 성형된 소재를 가압하여 최종형상으로 성형하는 포밍(forming) 단계;를 포함하는 프레스 성형방법을 제공한다.

이 때, 상기 예비형상의 높이는 최종형상의 높이의 105~120% 범위인 것이 바람직하다.

상기 드로잉 단계에서 인장 가공된 부위는 상기 포밍 단계에서 압축 가공되면 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 최종형상은 곡률부를 포함하면, 상기 최종형상의 곡률부에 대응하는 상기 예비형상의 곡률부의 곡률반경은 상기 최종형상의 곡률부의 곡률반경보다 큰 것이 바람직하다. 이 때, 상기 예비형상의 곡률부의 곡률반경은 상기 최종형상의 곡률부의 곡률반경의 105~120% 범위이면 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 드로잉 단계는 상기 예비형상에 대응하는 예비성형용 금형에서 이루어지고, 상기 포밍 단계는 상기 최종형상에 대응하는 최종성형용 금형에서 이루어진다.

본 발명은 고장력 강판을 프레스 성형할 때 발생하는 스프링 백 현상을 저감할 수 있는 프레스 성형방법을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 프레스 성형방법은 고장력 강판의 성형정밀도를 향상시키는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 따른 고장력 강판의 프레스 성형방법의 드로잉 단계를 개략적으로 나타낸 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 고장력 강판의 프레스 성형방법의 포밍 단계를 개략적으로 나타낸 공정도,
도 3은 본 발명에 따른 고장력 강판의 프레스 성형방법의 예비형상과 최종형상의 단면을 나타낸 것이다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 프레스 성형방법은 강판 소재를 프레스 금형을 이용하여 소정의 형상으로 성형하기 위한 방법으로, 스프링 백(spring back) 현상을 저감할 수 있는 프레스 성형방법이다.

스프링 백이란 소성 재료의 굽힘 가공에서 하중을 가하여 재료를 굽힌 다음 하중을 제거하면 원래의 형상으로 회복되려는 탄력 작용으로 굽힘량이 감소되는 현상을 말한다.

차량의 제조에 사용되는 많은 부품들 중 구조재의 경우 프레스 성형방법을 이용하여 제조되는 경우가 많다. 최근 자동차 산업에서는 환경오염 방지를 위한 배기가스 저감과, 에너지 절약을 위한 고연비화가 추구되고 있다. 이를 위한 방법으로 많은 자동차 회사들은 박형의 고장력 강판 사용을 늘리고 있다. 50kg급 이상의 고강도 강판의 사용량이 급격하게 증가하고 있으며, 100kg급 이상의 초 고강도 강판의 사용도 점차 증가하고 있다.

그런데, 이러한 고장력 강판들을 프레스 가공 방법으로 성형하는 경우 스프링 백 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 스프링 백 현상의 저감을 위하여 1차적으로 예비형상으로 성형한 후, 예비형상으로 성형된 소재를 다시 최종형상으로 성형하는 방법을 제안한다.

이 때, 예비형상으로의 성형과 최종형상으로의 성형은 개별적인 프레스 금형을 통해 이루어진다.

구체적으로, 본 발명은 강판소재를 가압하여 최종 형상보다 큰 드로잉 깊이를 가지는 예비형상으로 성형하는 드로잉 단계와, 예비형상으로 성형된 소재를 가압하여 최종형상으로 성형하는 포밍단계를 포함한다.

즉, 예비형상은 최종형상보다 큰 높이를 가지도록 결정된다. 예비형상의 높이가 최종형상의 높이가 크게 되면, 강판소재를 예비형상으로 가공하는 과정에서 인장력을 받는 면이, 예비형상을 최종형상으로 가공하는 과정에서는 압축력을 받게할 수 있다. 이러한 방법으로 가공하면 스프링 백 발생이 예상되는 부위가 양면에서 순차적으로 가압되며 가공되기 때문에, 스프링 백 발생을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고장력 강판의 프레스 성형방법의 드로잉 단계를 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도시된 바와 같이, 드로잉 단계는 강판 소재를 예비성형용 금형(110, 120)으로 가압하여 예비형상으로 성형하는 공정이다.

예비성형용 금형은 예비성형용 펀치(punch) 금형(110)과 예비성형용 다이(die) 금형(120)으로 이루어지며, 최종형상의 높이 보다 높은 드로잉 높이를 가진다. 여기서 드로잉 높이라고 함은 평판 상태의 강판소재가 가공과정에서 이동한 깊이를 의미하는 것으로, 이후 예비형상의 높이 및 최종형상의 높이도 변형되지 않은 부분과 가장 많이 변형된 부분의 거리를 의미한다.

이 때, 예비형상 높이(h1)는 최종형상의 높이(도 2의 h2)의 105~120% 범위인 것이 바람직히다. 예비형상 높이(h1)는 예비성형용 금형(110, 120)에서 이루어지는 드로잉 높이와 동일하다.

예비형상 높이(h1)가 최종형상 높이(h2)의 105% 미만이면 포밍 단계의 가공량이 너무 작아 충분한 스프링 백 저감 효과를 가져올 수 없으며,

예비형상 높이(h1)가 최종형상 높이(h2)의 120% 초과이면 포밍 단계의 가공량이 지나치게 많아져 성형정밀도에 악영향을 미치게 된다.

강판소재(10)는 예비성형용 금형(110, 120)에 의하여 가압되며 예비형상으로 성형되는 데, 이 과정에서 강판소재(10)는 저면(12)에 주로 가압력을 받게 된다. 즉 드로잉 단계에서는 강판소재는 예비성형용 펀치 금형(110)에서 예비성형용 다이 금형(120)으로 가압된다.

도 2는 본 발명에 따른 고장력 강판의 프레스 성형방법의 포밍 단계를 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도시된 바와 같이, 포밍 단계는 예비형상으로 성형된 소재를 가압하여 최종형상으로 성형하는 공정이다.

포밍 단계는 최종형상에 대응하는 최종성형용 펀치 금형(210)과 최종성형용 다이 금형(220)에 의하여 이루어진다. 드로잉 단계를 수행하는 최종성형용 금형(210, 220)과 포밍 단계를 수행하는 예비성형용 금형(110,120)은 별개의 금형이다.

예비형상으로 성형된 소재는 최종형상 보다 높은 높이를 가지고 있기 때문에 포밍 단계에서 소재는 최종성형용 다이 금형(220)에서 최종성형용 펀치 금형(210)으로 가압력을 받게된다. 즉 예비형상의 소재(10-1)는 상면(14)에 저면(12) 방향으로 가압력을 받게된다.

즉, 강판소재는 도 1에서 설명한 드로잉 단계에서는 저면(12)에서 상면(14) 방향으로 가압력을 받게되고, 포밍 단계에서는 상면(14)에서 저면(12) 방향으로 가압력을 받게되는 것이다. 이러한 과정을 거쳐 성형을 하게 되면 소성변형이 이루어지는 부분이 인장력을 받은 후 압축력을 받거나, 반대로 압축력을 받은 후 인장력을 받게 되어 스프링 백 현상의 발생을 저감 할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 고장력 강판의 프레스 성형방법의 예비형상과 최종형상의 단면을 나타낸 것이다.

예비형상과 최종형상을 비교해보면, 예비형상(10-1)의 높이(h1)는 최종형상(10-2)의 높이(h2)보다 크다. 또한 최종형상(10-2)이 곡률부(16-2)를 포함하는 경우 예비형상(10-1)도 곡률부(16-1)를 포함한다. 그런데 이때 예비형상(10-1)의 곡률부(16-1)의 곡률반경(R1)은 최종형상(10-2)의 곡률부(16-2)의 곡률반경(R2)보다 크게 형성된다. 이는 드로잉 단계에서 예비형상(10-1)의 가공시에는 곡률부의 내측에서 외측으로 가압력이 이루어지게 되므로, 포밍 단계에서 곡률부를 외측에서 내측으로 가압할 수 있도록 하기 위한 것이다.

구체적으로, 예비형상(10-1)의 곡률부(16-1)의 곡률반경(R1)은 최종형상(10-2)의 곡률부(16-2)의 곡률반경(R2)의 105~120% 범위인 것이 바람직하다.

예비형상(10-1)의 곡률부(16-1)의 곡률반경(R1)이 최종형상(10-2)의 곡률부(16-2)의 곡률반경(R2)의 105% 미만이면 포밍 단계의 압축 가공량이 너무 작아 충분한 스프링 백 저감 효과를 가져올 수 없으며, 예비형상(10-1)의 곡률부(16-1)의 곡률반경(R1)이 최종형상(10-2)의 곡률부(16-2)의 곡률반경(R2)의 120% 초과이면 포밍 단계의 가공량이 지나치게 많아져 성형정밀도에 악영향을 미치게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 별명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 강판소재
10-1 : 예비형상
10-2 : 최종형상
12 : 저면
14 : 상면
110 : 예비성형용 펀치 금형
120 : 예비성형용 다이 금형
210 : 최종성형용 펀치 금형
220 : 최종성형용 다이 금형

Claims (6)

1. 강판 소재를 가압하여 최종형상의 높이보다 큰 높이를 가지는 예비형상으로 성형하는 드로잉(drawing) 단계; 및
   예비형상으로 성형된 소재를 가압하여 최종형상으로 성형하는 포밍(forming) 단계;를 포함하며,
   상기 예비형상과 상기 최종형상은 곡률부를 포함하며, 상기 최종형상의 곡률부에 대응하는 상기 예비형상의 곡률부의 곡률반경은 상기 최종형상의 곡률부의 곡률반경보다 큰 것을 특징으로 하는 프레스 성형방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 예비형상의 높이는 최종형상의 높이의 105~120% 범위인 것을 특징으로 하는 프레스 성형방법.
   
3. 제 1 항에 있어서
   상기 드로잉 단계에서 인장 가공된 부위는 상기 포밍 단계에서 압축 가공되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형방법.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 예비형상의 곡률부의 곡률반경은
   상기 최종형상의 곡률부의 곡률반경의 105~120% 범위인 것을 특징으로 하는 프레스 성형방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 드로잉 단계는 상기 예비형상에 대응하는 예비성형용 금형에서 이루어지고,
   상기 포밍 단계는 상기 최종형상에 대응하는 최종성형용 금형에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 프레스 성형방법.

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