KR101532856B1 - 시트 메탈의 굽힘 가공 방법 및 제품 - Google Patents

시트 메탈의 굽힘 가공 방법 및 제품 Download PDF

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Abstract

시트 메탈의 가공 방법이, 시트 메탈의 적어도 일부의 경도를 변화시켜, 고경도 영역(11)과, 고경도 영역(11)보다도 경도가 낮은 저경도 영역(12)을 갖는 블랭크(10)를 형성하는 경도 조정 공정과, 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 구부려 제품(20)을 형성하는 굽힘 가공 공정을 구비한다.

Description

시트 메탈의 굽힘 가공 방법 및 제품{METHOD FOR BENDING SHEET METAL AND PRODUCT OF SHEET METAL}
본 발명은, 주름이나 균열, 스프링백 등의 문제를 발생시키는 일 없이 용이하게 시트 메탈을 굽힘 가공할 수 있는 시트 메탈의 굽힘 가공 방법 및 상기 굽힘 가공 방법에 의해 제조된 제품에 관한 것이다.
종래부터, 철, 알루미늄, 그들의 합금 등으로 이루어지는 시트 메탈을 소정의 형상으로 굽힘 가공함으로써, 자동차 등의 차량이나 부품, 건재, 가구 등에 사용되는 다양한 제품이 제조되어 있다. 굽힘 가공 방법으로서는, 예를 들어, 연속적으로 변형을 가하는 롤 포밍법이나, 프레스 브레이크에 의한 프레스 가공법 등이 있다.
특허문헌 1에는, 시트 메탈의 굽힘 가공 방법으로서, 시트 재료를 이동시키면서 그 굽힘부를 국부적으로 가열해서 연화시키고, 그 후 롤 또는 성형 장치를 통과시킴으로써 연속적으로 제조하는 방법을 개시하고 있다.
일본 특허 출원 공개 소63-1888426호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 코일 형상의 판재를 연속적으로 가공하므로, 생산하는 경우에는 1 코일 전부를 가공할 필요가 있어, 소수의 생산에는 부적합하고, 또한, 라인 위에 레이저 등의 장치를 설치할 필요가 있으므로 스페이스상의 문제도 있다.
또한, 최근, 자동차에 사용되는 제품은 차량을 경량화하기 위해, 예를 들어, 인장 강도 980㎫ 이상의 고강도 강판 등의 고강도 시트 메탈이 사용되고 있다. 그러나, 통상, 강판의 강도를 높게 하면 가공성이 나빠져, 변형부에 주름이나 균열이 발생하거나, 제품에 스프링백이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 인장 강도 980㎫ 이상의 고강도의 시트 메탈이어도, 변형부에 균열을 발생시키는 일 없이 굽힘 가공할 수 있는 굽힘 가공 방법을 제공하는 것이 요구되고 있다.
또한, 고강도의 시트 메탈로 이루어지는 제품은, 사용시에 압축이나 굽힘 하중을 받는다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 자동차의 프론트 사이드 멤버는 정면 충돌시의 축 방향(차체의 전후 방향)의 압축 하중을, 자동차의 사이드 실은 측면 충돌시에 굽힘 하중을, 범퍼는 정면 충돌시의 굽힘 하중을 받는다. 제품의 변형부는, 굽힘 가공시뿐만 아니라, 이와 같은 하중을 받았을 때도 균열이 발생하기 어려운 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하는 것을 기술 과제로 하고 있고, 변형부의 주름이나 균열, 스프링백 등의 문제를 발생시키는 일 없이, 용이하게 시트 메탈을 굽힘 가공할 수 있는 시트 메탈의 굽힘 가공 방법 및 그 굽힘 가공 방법을 사용해서 제조한 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 시트 메탈의 적어도 일부의 경도를 변화시켜, 고경도 영역과, 상기 고경도 영역보다도 경도가 낮은 저경도 영역을 갖는 블랭크를 형성하는 경도 조정 공정과, 상기 블랭크의 상기 저경도 영역을 굽힘 가공을 행함으로써 제품을 형성하는 굽힘 가공 공정을 구비하는 시트 메탈의 굽힘 가공 방법이 제공된다.
상기 경도 조정 공정은, 상기 시트 메탈의 적어도 일부에 있어서, 상기 시트 메탈의 한쪽 측면을 저경도 영역으로 하고, 다른 쪽 측면을 고경도 영역으로 하는 가공 대상 영역을 형성하는 것을 구비하고 있어도 좋다.
본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법은, 블랭크의 저경도 영역에서 굽힘 가공을 행함으로써, 제품의 변형부에 주름이나 균열이 발생하거나, 제품에 스프링백이 발생하거나 하지 않고, 양호하게 굽힘 가공을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법에 따르면, 용이하게 소정의 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법에서는, 예를 들어, 시트 메탈로서, 인장 강도 980㎫ 이상의 고강도의 시트 메탈을 사용한 경우라도, 굽힘 가공 공정에 있어서 변형되는 부분이, 경도 조정 공정에 있어서 저경도 영역이 되므로, 변형부에 균열을 발생시키는 일 없이 굽힘 가공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법은, 고강도의 시트 메탈을 사용하여, 예를 들어, 프론트 사이드 멤버, 사이드 실, 범퍼 등의 자동차의 부품이나, 건재, 가구 등을 제조할 때에 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법은, 시트 메탈의 경도를 변화시켜, 고경도 영역과 상기 고경도 영역보다도 경도가 낮은 저경도 영역을 갖는 블랭크를 형성하는 경도 조정 공정을 구비하고 있으므로, 제품에 필요한 경도 범위와 서로 다른 시트 메탈을 사용할 수 있고, 시트 메탈의 일부만 연화시키는 경우와 비교해서, 제품에 사용 가능한 시트 메탈의 경도의 범위를 넓게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법에서는, 경도 조정 공정에 있어서 미리 준비된 블랭크를 변형시키는 굽힘 가공을 행하므로, 경도 조정 공정과 굽힘 가공 공정을 연속해서 행할 필요는 없어, 소수의 생산을 할 때에도 유리하고, 라인 위에 레이저 등의 장치를 설치할 필요도 없어 스페이스상도 유리하다.
또한, 본 발명의 제품은, 굽힘 가공에 의해 변형된 변형부가, 변형되지 않은 부분과 비교하여 저경도이므로, 제품에 부하하는 굽힘 하중을 서서히 증가시키고 있었던 경우에 변형부에서 균열이 발생하는 일은 없다. 그에 대해서, 전체가 변형되지 않았던 부분과 동일한 경도인 제품의 경우는, 굽힘 하중을 서서히 증가시켜 갔을 때에 변형부에서 균열이 발생하는 경우가 있고, 최대 하중을 경과하고 나서 급격하게 하중이 저하되는 경우가 많다. 그러나, 본 발명품의 경우는 변형부에서 균열이 발생하지 않으므로, 최대 하중을 경과하고 나서도 하중의 저하는 완만한 것이 된다. 이로 인해, 본 발명의 제품은, 전체가 변형되지 않았던 부분과 동일한 경도인 제품과 비교해서, 굽힘 하중의 에너지 흡수량의 합계가 큰 것이 되어, 굽힘 하중의 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 시트 메탈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 시트 메탈로부터 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법에 의해 제조된 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 금형 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 수냉 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법에 의해 제조된 제품의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 제품을 제조하기 위한 블랭크의 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 금형 장치의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 6의 금형 장치에 의해 제조된 블랭크의 개략 단면도이다.
도 8a는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 8b는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 8c는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 8d는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 9는 도 7의 블랭크를 사용하고, 도 8a 내지 도 8d의 공정을 거쳐서 제조된 제품의 개략 단면도이다.
도 10a는 굽힘 시험을 행하는 테스트 피스의 개략 단면도이다.
도 10b는 굽힘 시험 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 시트 메탈의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 11의 시트 메탈로부터 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법에 의해 제조된 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 13은 도 11의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 금형 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 14는 도 11의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 수냉 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 15는 도 11의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 블라스트기의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 16a는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법에 의해 제조된 제품의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 16b는 도 16a의 제품을 제조하기 위한 블랭크의 개략적인 측면도이다.
도 17a는 전체가 가공 대상 영역이 되도록 한 시트 메탈의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 17b는 금형 장치를 사용해서 도 17a의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정을 설명하는 개략도이다.
도 17c는 수냉 장치를 사용해서 도 17a의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정을 설명하는 개략도이다.
도 17d는 레이저 장치를 사용해서 도 17a의 시트 메탈을 제조하는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정을 설명하는 개략도이다.
도 18a는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 굽힘 가공 방법의 경도 조정 공정에서 사용하는 금형 장치의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 18b는 도 18a의 금형 장치에 의해 제조된 블랭크의 개략 단면도이다.
도 19a는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 19b는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 19c는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 19d는 굽힘 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 공정도이다.
도 20은 도 7의 블랭크를 사용하고, 도 19a 내지 도 19d의 공정을 거쳐서 제조된 제품의 개략 단면도이다.
도 21a는 굽힘 시험을 행하는 테스트 피스의 개략 단면도이다.
도 21b는 굽힘 시험 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 22a는 시트 메탈을 성형 가공함으로써 변형되어 이루어지는 변형부에 작용하는 응력을 설명하기 위한 도면이고, 변형부의 내측이 되는 영역의 경도가 변형부의 외측이 되는 영역과 비교하여 낮은 시트 메탈을 변형시켜 이루어지는 변형부의 단면 모식도이다.
도 22b는 시트 메탈을 성형 가공함으로써 변형되어 이루어지는 변형부에 작용하는 응력을 설명하기 위한 도면이고, 변형부의 두께 방향의 경도가 균일한 시트 메탈 B의 변형부의 단면 모식도이다.
도 23a는 시트 메탈을 성형 가공함으로써 변형되어 이루어지는 변형부의 형상을 설명하기 위한 도면이고, 도 22a에 도시하는 시트 메탈 A를 변형시켜 이루어지는 변형부의 단면 모식도이다.
도 23b는 시트 메탈을 성형 가공함으로써 변형되어 이루어지는 변형부의 형상을 설명하기 위한 도면이고, 도 22b에 도시하는 시트 메탈 B를 변형시켜 이루어지는 변형부의 단면 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1에 일례로서 나타내는, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법을 적용하는 블랭크(10)는, 철, 철합금, 알루미늄, 알루미늄 합금의 시트 메탈로부터, 후술하는 경도 조정 공정에 의해 형성된 1 또는 복수의 도 1의 예에서는 2개의 저경도 영역(12)과, 복수의 도 1의 예에서는 3개의 고경도 영역(14)을 갖고 있다. 도 1에 있어서, 블랭크(10)는 직사각형의 시트 재료이지만, 블랭크(10)의 형상, 치수는 제품(20)의 용도 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 또한, 도 1의 예에서는, 블랭크(10)의 저경도 영역(12)은 평행하게 길이 방향으로 연장 설치되어 있지만, 저경도 영역(12)은 제품(20)의 형상이나 용도 등에 따라서 비평행하게 설치할 수 있다. 블랭크(10)는, 예를 들어 롤 포밍법을 사용하는 경우에는 코일 형상의 공급원으로부터 인출되는 연속 웹으로 할 수도 있다.
블랭크(10)는, 롤 포밍법 또는 프레스 브레이크를 사용한 프레스 가공에 의해, 저경도 영역(12)을 따라 구부려지고, 도 2에 도시하는 바와 같이, C자형 또는 컵형의 단면을 가진 채널형의 제품(20)이 된다. 도 2에 있어서, 제품(20)은 저벽(22)과, 상기 저벽(22)의 양측 테두리부를 따라서 연장 설치되고, 저벽(22)에 대하여 수직으로 설치된 대향하는 측벽(24)을 가진, 단면이 대략 C자형의 채널형의 부재이고, 블랭크(10)의 저경도 영역(12)으로 이루어지고 길이 방향으로 연장되는 2개의 변형부 또는 테두리부(26)를 갖고 있다. 변형부 또는 테두리부(26)는 굽힘 반경 R을 갖고 있다.
저경도 영역(12)의 폭 B는 제품(20)의 변형부(26)의 굽힘 반경 R에 따라서 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제품(20)의 변형부(26)가 일정한 굽힘 반경 R로 변형된 띠 형상의 것인 경우, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 저경도 영역(12)의 폭 B는, 바람직하게는, 0.5πR 내지 1.5πR로 할 수 있다. 이 범위의 폭 B의 저경도 영역(12)에 의해, 제품(20)의 충분한 강도를 확보하면서, 굽힘 가공 공정에서의 블랭크(10)의 가공성이 효과적으로 향상된다.
또한, 블랭크(10)는 제품(20)의 충분한 강도를 확보하면서, 우수한 가공성을 갖는 것으로 하기 위해, 바람직하게는, 저경도 영역(12)의 경도가 고경도 영역(14)의 경도의 30％ 내지 70％가 되도록 형성된다. 저경도 영역(12)의 경도가 지나치게 낮으면, 고경도 영역(14)의 강도를 높게 해도 제품(20)의 강도가 불충분하게 되고, 반대로 저경도 영역(12)의 경도가 지나치게 높으면, 고경도 영역(14)의 강도가 높은 것인 경우에, 굽힘 가공에서의 가공성이 불충분하게 되는 경우가 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 경도 조정 공정에 있어서, (1) 시트 메탈 전체의 경도를 변화시키거나, 혹은, (2) 시트 메탈의 일부 영역의 경도를 변화시킴으로써 시트 메탈에 1 또는 복수의 저경도 영역(12)을 형성함으로써서, 블랭크(10)가 형성된다.
시트 메탈 전체의 경도를 변화시켜 블랭크(10)를 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 가열로(도시하지 않음) 그 밖의 가열 장치에 의해 시트 메탈 전체를 가열하는 가열 공정과, 상기 가열된 시트 메탈의 고경도 영역(14)이 되는 영역만을 냉각하는 켄칭 공정을 구비한다. 켄칭 공정은, 예를 들어, 고경도 영역(14)이 되는 영역만을 금형을 사용해서 냉각함으로써 실시할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 켄칭 공정을 실시하는 냉각 장치의 일례로서 금형 장치(30)가 도시되어 있다. 금형 장치(30)는 공장 등의 바닥면에 고정되는 베드(32), 베드(32)의 상면에 고정된 하부 형틀(34), 램 그 밖의 적당한 구동 장치(38)에 의해 하부 형틀(34)에 대하여 연직 방향으로 접근, 이격 가능하게 설치된 상부 형틀(36)을 포함하고 있다. 시트 메탈(11)은 하부 형틀(34)과 상부 형틀(36) 사이에 배치된다. 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)은, 서로 대향하는 작용면(34a, 36a)에, 시트 메탈(11)에 있어서 켄칭 공정 후에 저경도 영역(12)이 되는 부분에 대응시켜 배치된 홈부(34b, 36b)가 형성되어 있다.
우선, 상기 가열 공정에 있어서 가열된 시트 메탈(11)이, 가열로 그 밖의 가열 장치로부터 금형 장치(30)로 이송되고, 하부 형틀(34)과 상부 형틀(36) 사이에 배치된다. 계속해서, 상기 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)의 작용면(34a, 36a)이 시트 메탈(11)에 접촉하도록, 구동 장치(38)에 의해 상부 형틀(36)이 하부 형틀(34)을 향해 구동된다. 시트 메탈(11)은 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)의 작용면(34a, 36a)에 접촉한 부분만이 급격하게 냉각되어 경화된다. 그 때, 시트 메탈(11)에 있어서 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)의 홈부(34b, 36b)에 대면하는 부분은, 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)에 의해서는 급격하게 냉각되지 않는다. 이렇게 해서, 시트 메탈(11)은, 시트 메탈(11)에 있어서 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)의 홈부(34b, 36b)에 대면하는 부분은 완만하게 냉각되어 저경도 영역(12)이 되고, 하부 형틀(34) 및 상부 형틀(36)의 작용면(34a, 36a)에 접촉한 부분은 급격하게 냉각되어 고경도 영역(14)이 되고, 블랭크(10)가 형성된다.
또한, 켄칭 공정은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 바와 같이, 시트 메탈의 고경도 영역(14)이 되는 영역만 선택적으로 수냉하는 공정으로 해도 좋다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 켄칭 공정을 실시하는 냉각 장치의 다른 예로서 수냉 장치(40)가 도시되어 있다. 수냉 장치(40)는 시트 메탈(11)의 한쪽 측면, 도 4에서는 시트 메탈(11)의 하면에 대면하도록 배치된 복수의 제1 노즐 또는 하부 노즐(42)과, 하부 노즐(42)의 반대쪽 측면, 도 4에서는 시트 메탈(11)의 상면에 대면하도록 배치된 복수의 제2 노즐 또는 상부 노즐(44)을 구비하고, 시트 메탈(11)의 측면을 향해 냉각수 CW를 공급하게 되어 있다. 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44)은, 시트 메탈(11)에 있어서 켄칭 공정 후에 고경도 영역(14)이 되는 부분에 대면하도록 배치되어 있다. 또한, 시트 메탈(11)에 있어서 켄칭 공정 후에 저경도 영역(12)이 되는 부분이 냉각수 CW에 의해 젖는 것을 방지하기 위해, 수냉 장치(40)는 시트 메탈(11)에 있어서 켄칭 공정 후에 저경도 영역(12)이 되는 부분을 덮도록 배치된 하측 마스킹 부재(46)와, 상측 마스킹 부재(48)를 구비하고 있어도 좋다. 하측 마스킹 부재(46) 및 상측 마스킹 부재(48)는, 상기 하측 마스킹 부재(46) 및 상측 마스킹 부재(48)를 시트 메탈(11)에 대하여 접근, 이격시키기 위한 유압 실린더와 같은 구동 장치(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 하측 마스킹 부재(46) 및 상측 마스킹 부재(48)는, 또한, 시트 메탈(11)을 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44)에 대하여 정확한 위치에 위치 결정 보유 지지하는 클램퍼로서 작용하도록 해도 좋다. 혹은, 수냉 장치(40)는 시트 메탈(11)을 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44)에 대하여 정확한 위치에 위치 결정 보유 지지하는 클램퍼를 별도 구비하고 있어도 좋다.
우선, 상기 가열 공정에 있어서 가열된 시트 메탈(11)이, 가열로 그 밖의 가열 장치로부터 수냉 장치(40)로 이송되고, 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44) 사이에 배치된다. 이때, 하측 마스킹 부재(46) 및 상측 마스킹 부재(48)를, 시트 메탈(11)을 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44)에 대하여 정확한 위치에 보유 지지하는 클램퍼로서 사용할 수 있다. 혹은, 상술한 바와 같이, 별도 설치된 클램퍼(도시하지 않음)에 의해, 시트 메탈(11)을 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44)에 대하여 정확한 위치에 위치 결정 보유 지지하도록 해도 좋다. 계속해서, 하부 노즐(42) 및 상부 노즐(44)로부터 시트 메탈(11)에 있어서 켄칭 공정 후에 고경도 영역(14)이 되는 부분에 냉각수 CW가 공급되고, 이 부분이 급격하게 냉각되어 경화된다. 그 때, 하측 마스킹 부재(46) 및 상측 마스킹 부재(48)를 사용함으로써, 시트 메탈(11)에 있어서 저경도 영역(12)이 되는 부분에 냉각수 CW가 직접 가해져, 상기 부분이 급냉되어 버리는 것이 방지된다. 이렇게 해서, 시트 메탈(11)은 시트 메탈(11)에 있어서 하측 마스킹 부재(46) 및 상측 마스킹 부재(48)에 대면하는 부분은 완만하게 냉각되어 저경도 영역(12)이 되고, 그 나머지 부분은 급격하게 냉각되어 고경도 영역(14)이 되고, 블랭크(10)가 형성된다.
또한, 경도 조정 공정에 있어서, 시트 메탈의 일부 영역의 경도를 변화시켜 블랭크(10)를 형성하는 방법으로서는, 예를 들어, 고경도 영역(14) 또는 저경도 영역(12)이 되는 영역에, 시트 메탈과 경도가 서로 다른 이경도(異硬度) 시트 메탈을 배치해서 용접하는 용접 공정을 구비하는 방법을 들 수 있다. 이 방법에 의해, 고경도 영역(14)과 저경도 영역(12) 중 어느 한쪽이 시트 메탈과 동일한 재료로 이루어지고, 다른 쪽이 이경도 시트 메탈로 이루어지는 테일러드 블랭크인 블랭크(10)가 얻어진다.
또한, 경도 조정 공정은, 예를 들어, 레이저를 사용해서 저경도 영역(12)이 되는 영역을 가열하는 공정을 포함하고 있다. 이에 의해, 금속판보다도 경도가 낮은 저경도 영역(12)을 갖는 블랭크(10)가 얻어진다.
다음에, 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 변형시키는 굽힘 가공을 행함으로써, 도 2에 도시하는 제품(20)이 형성된다(굽힘 가공 공정). 일례로서, 굽힘 가공 공정은 프레스 브레이크를 사용한 프레스 가공에 의해 행할 수 있다. 프레스 브레이크는, 예를 들어, 도 2에 도시하는 제품(20)의 변형부(26)의 외측 형상에 대응하는 V자 형상의 홈을 갖는 하부 형틀(다이)과, 하부 형틀의 홈에 대응하는 선단 형상을 갖는 상부 형틀(펀치)을 구비하고 있고, 상기 하부 형틀과 상부 형틀 사이에 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 배치하고, 상부 형틀을 하부 형틀을 향해 이동시켜, 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 하부 형틀에 압박함으로써 변형시키게 되어 있다. 프레스 브레이크를 사용함으로써, 블랭크(10)로부터 도 2에 도시하는 단면 C자형의 기둥 형상의 제품(20)을 용이하게 제조 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서, 제품(20)을 형성하기 위해 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 변형시키는 방법은, 프레스 브레이크를 사용한 프레스 가공에 한정되는 것이 아니라, 제품(20)의 형상이나 블랭크(10)의 재료 등에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 롤 포밍법에 의해 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 변형시켜도 좋다.
제품(20)의 변형부(26)는 저경도 영역(12)을 굽힘 가공하고 있지만, 이 굽힘 가공에 의해 가공 경화되어 강도가 높아진다. 예를 들어, 블랭크(10)로서, 저경도 영역(12)의 경도가 고경도 영역(14)의 경도의 30％ 내지 70％인 것을 사용한 경우, 제품(20)의 변형부(26)의 경도는 변형부(26) 이외의 부분, 즉 고경도 영역(14)의 경도의 40％ 내지 80％가 되는 경우도 있다.
본 실시 형태는, 시트 메탈(11)의 경도를 변화시켜, 고경도 영역(14)과 저경도 영역(12)을 갖는 블랭크(10)를 형성하는 경도 조정 공정과, 블랭크(10)의 저경도 영역(12)을 굽힘 가공하여 제품(20)을 형성하는 굽힘 가공 공정을 포함한다. 굽힘 가공 공정에서는 저경도 영역(12)이 변형되므로, 제품(20)의 변형부(26)[저경도 영역(12)]에 주름이나 균열이 발생하거나, 제품(20)에 스프링백이 발생하거나 하는 것이 방지된다.
바람직하게는, 상기 시트 메탈로서, 인장 강도 980㎫(비커스 경도 Hv 310에 상당) 이상의 고강도 강판을 사용하면 좋다. 경제적으로, 소정의 고경도 영역과, 저강도 영역을 형성하는 것을 공업적으로 용이하게 할 수 있기 때문이다.
인장 강도를 980㎫ 이상으로 한정하는 이유는, 인장 강도 980㎫ 미만의 저강도의 강판에서는, 본 발명을 적용하지 않아도, 가공할 수 있는 경우가 있어, 본 발명의 적용 장점이 적기 때문이다. 인장 강도의 상한값은, 사실상, 공업적으로 생산할 수 있는 강판의 최고 강도이고, 특별히 규정하지 않지만, 인장 강도 1700㎫의 강판에도 본 발명이 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 도 2에 도시하는 제품(20)은 저벽(22)과, 상기 저벽(22)의 양측 테두리부를 따라서 연장 설치되고, 저벽(22)에 대하여 수직으로 설치된 대향하는 측벽(24)을 가진, 단면이 대략 C자형의 채널형의 부재이었지만, 본 발명의 제품은, 도 2에 도시하는 형상으로 한정되지 않고, 본 발명의 굽힘 가공 방법을 사용해서 형성된 것이면 어떠한 형상이어도 좋다. 특히, 제품(20)의 변형부(26)의 수나 형상도 도 2의 예에 한정되지 않고, 예를 들어, 도 5a에 도시하는 제품(50)의 형상이어도 좋다.
도 5a에 도시하는 제품(50)은 저벽 또는 연결부(54)에 의해 연결된 한 쌍의 각기둥 부분(52)을 갖고, 상기 각기둥 부분(52)의 사이에 길이 방향으로 연장되는 홈부(50a)가 형성되어 있다. 상기 제품(50)을 형성하기 위한 블랭크(10′)는, 도 1에 도시한 블랭크(10)와 마찬가지로, 철, 철합금, 알루미늄, 알루미늄 합금의 시트 메탈로부터, 상술의 경도 조정 공정에 의해 형성된 1 또는 복수의 도 5b의 예에서는 8개의 저경도 영역(12′)과, 복수의 도 5b의 예에서는 9개의 고경도 영역(14′)을 갖고 있다. 도 5b의 블랭크(10′)는 도 1의 블랭크(10)와 마찬가지로 직사각형의 시트 재료이지만, 블랭크(10′)의 형상, 치수는 제품(50)의 용도 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다.
도 5a에 도시하는 제품(50)은, 도 1에 도시하는 제품(20)과 마찬가지로, 시트 메탈의 경도를 변화시켜, 고경도 영역(14′)과 저경도 영역(12′)을 갖는 블랭크(10′)를 형성(경도 조정 공정)한 후, 블랭크(10′)의 저경도 영역(12′)을 굽힘 가공(굽힘 가공 공정)함으로써 제조할 수 있다. 또한, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 제품(50)에는 소정의 굽힘 반경을 갖는 8개의 변형부(56)가 형성되어 있다. 블랭크(10′)의 저경도 영역(12′)은 제품(50)의 변형부(56)가 되는 영역을 포함하도록, 블랭크(10′)의 길이 방향(도 5b의 지면에 대하여 수직한 방향)으로 연장되는 8개의 띠 형상의 형상이 된다.
(실시예)
이하, 도 6 내지 도 10b를 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
앞서 서술한 방법에 의해, 도 9에 도시하는 제품(60)을 형성하였다. 도 9에 있어서 수치로 나타내어진 길이의 단위는 ㎜이다. 도 9에 도시하는 제품(60)은, 저벽(62)과, 상기 저벽(62)의 양측 테두리부를 따라서 연장 설치되고, 저벽(62)에 대하여 수직으로 설치된 대향하는 측벽(64)과, 상기 측벽(64)으로부터 내측으로 저벽(62)에 평행하게 연장 설치된 한 쌍의 플랜지부(66)를 갖고, 한 쌍의 플랜지부(66)의 사이에 개구부(60a)가 형성된 채널 부재이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 제품(60)은 4개의 변형부(68)를 갖고 있고, 상기 4개의 변형부(68)의 굽힘 반경 R2는 2㎜로 되어 있다.
도 9에 도시하는 제품(60)을 제조하기 위해 폭 220㎜, 길이 1200㎜, 두께 1.2㎜의 직사각 형상의 시트 메탈 SM1, SM2를 준비하였다. 시트 메탈 SM1, SM2는, 표 1에 나타내는 조성을 가진 고강도 강판이다. 계속해서, 시트 메탈 SM1, SM2를 가열로를 사용해서 900℃로 가열(가열 공정)한 후, 블랭크(80)(도 7)의 고경도 영역(84)이 되는 부분을, 도 6에 개략적으로 도시하는 하부 형틀(72)과 상부 형틀(74)을 가진 금형 장치(70)를 사용해서 급냉(켄칭 공정)하고, 블랭크(80)를 형성하였다. 또한, 도 6, 도 7에 수치로 나타내어진 길이의 단위는 ㎜이다. 또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 블랭크(80)의 저경도 영역(82)의 폭 B는 7㎜이고, 따라서, 금형 장치(70)의 하부 형틀(72) 및 상부 형틀(74)의 각각의 홈(76, 78)의 폭은 7㎜로 되어 있다.
Figure 112013079872618-pct00001
이와 같이 하여 얻어진 제1 실시예(시트 메탈 SM1) 및 제2 실시예(시트 메탈 SM2)에 의한 블랭크(80)의 고경도 영역(84)의 평균 경도(Hvh)와, 저경도 영역(82)의 평균 경도(Hvl)를 측정하고, 고경도 영역의 경도에 대한 저경도 영역의 경도의 비율(Hvl)/(Hvh)×100(％)을 산출하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112013079872618-pct00002
또한, 제1, 제2 실시예와 마찬가지의 시트 메탈 SM1, SM2를 준비하고, 가열로를 사용해서 900℃로 가열(가열 공정)한 후, 제1, 제2 실시예의 블랭크(80)의 고경도 영역(84)의 냉각 조건과 동일 조건이 되도록 금형(도시하지 않음)을 사용해서 시트 메탈 전체를 냉각(켄칭 공정)하고, 저경도 영역을 구비하지 않고 전체가 고경도 영역으로 이루어지는 블랭크를 형성하여, 제1, 제2 비교예(시트 메탈 SM1, SM2)로 하였다. 표 2에는, 제1, 제2 비교예의 평균 경도(Hvh)가 나타내어져 있다.
또한, 표 2의 제1 비교예의 블랭크(시트 메탈 SM1) 및 제2 비교예의 블랭크(시트 메탈 SM2)의 인장 강도는, 각각 1360㎫와 1690㎫이었다. 이로부터, 각각 동일한 화학 조성을 갖고, 또한, 평균 경도가 대략 동일한 제1 실시예의 블랭크(시트 메탈 SM1) 및 제2 실시예의 블랭크(시트 메탈 SM2)의 고강도 영역은, 각각, 1360㎫, 1690㎫와 동등한 인장 강도를 갖고 있는 것으로 추정할 수 있다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 제1, 제2 실시예의 블랭크(80)에는, 제1, 제2 비교예의 블랭크와 동등한 평균 경도(Hvh)를 갖는 고경도 영역(84)과, 고경도 영역(84)보다도 낮은 경도(Hvl)의 저경도 영역(82)을 갖고 있다.
또한, 표 2에 나타내는 바와 같이, 경도비(Hvl)/(Hvh)×100(％)는, 제1, 제2 실시예 모두 67％이었다. 또한, 제1, 제2 비교예의 블랭크의 인장 강도를 측정한 결과, 제1 비교예의 블랭크의 인장 강도는 1200㎫ 이상이고, 제2 비교예의 블랭크의 인장 강도는 1500㎫ 이상이었다.
그 후, 도 8a 내지 도 8d에 도시하는 바와 같이, 제1, 제2 실시예의 블랭크(80)의 각 저경도 영역(82)을 프레스 브레이크를 사용해서 굽힘 가공을 행함으로써, 채널형의 제품(60)의 4개의 변형부(68a, 68b, 68c, 68d)(도 9)를 순차 형성하여, 제품 P1, P3으로 하였다(굽힘 가공 공정).
도 8a 내지 도 8d에 있어서, 프레스 브레이크(90)는 제품(60)의 각 변형부(68a, 68b, 68c, 68d)의 외측 형상에 대응하는 V자 형상의 홈(92a)을 갖는 하부 형틀(다이)(92)과, 하부 형틀(92)의 홈(92a)에 대응하는 선단 형상을 갖는 상부 형틀(펀치)(94)을 구비하고 있다. 블랭크(80)의 4개의 저경도 영역(82)으로부터 1개의 저경도 영역을 선택하고, 이를 하부 형틀(92)과 상부 형틀(94) 사이에 배치하고, 상부 형틀(94)을 하부 형틀(92)을 향해 밀어내려, 하부 형틀(92)과 상부 형틀(94)에 의해 저경도 영역(82)을 압박, 굽힘 가공하고, 이를 다른 저경도 영역(82)에 대해서 순차적으로 실시하였다.
또한, 제1, 제2 실시예의 블랭크(80)의 저경도 영역(82)을, 21단의 롤을 구비한 롤 포밍기를 사용해서 굽힘 가공을 행함으로써, 채널형의 제품(60)의 4개의 변형부(68a, 68b, 68c, 68d)(도 9)를 순차 형성하여, 제품 P2 및 P4로 하였다(굽힘 가공 공정).
또한, 제1, 제2 비교예의 블랭크를 사용하고, 상술한 제품 P1 및 P3을 제조한 공정과 마찬가지의 프레스 브레이크를 사용해서 굽힘 가공하고, 채널형의 제품 P5 및 P7을 제조하였다. 또한, 상술한 21단의 롤을 구비한 롤 포밍기를 사용하여, 제1, 제2 비교예의 블랭크로부터 제품 P6 및 P8을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻어진 제품 P1-P8에 대해 이하에 나타내는 굽힘 시험을 행하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112013079872618-pct00003
도 10a에 도시하는 테스트 피스(100)는, 제품(60)과, 상기 제품(60)의 개구부(60a)에 아크 용접에 의해 접합된 강판(102)을 구비한 중공 부재로 이루어진다. 굽힘 시험은 제품(60)으로서 제품 P1-P8을 사용하여 행하였다. 또한, 강판(102)으로서는, 제품 P1-P7을 제조하기 위해 사용한 시트 메탈과 동일한 재료로 이루어지는 폭 60㎜, 길이 1200㎜, 두께 1.2㎜의 시트 메탈을 사용하고, 상기 시트 메탈에 상술한 가열 공정 및 켄칭 공정을 행하고, 고경도 영역(84)과 동등한 경도를 부여하였다.
계속해서, 이와 같이 하여 얻어진 통 형상의 테스트 피스(100)를, 강판(102)을 하측에 배치하고, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 반경 12.5㎜의 반구 형상의 선단을 갖는 지지점(53, 53) 사이에, 테스트 피스(100)로 이루어지는 경간 1000㎜의 빔을 형성하고, 빔의 중앙에 반경 150㎜의 반구 형상의 선단을 갖는 지그(54)를 배치하여, 3점 굽힘 시험을 실시하고, 테스트 피스(100)의 굽힘 하중과 굽힘 변위를 측정하는 동시에, 굽힘 하중의 피크 하중(최대 하중)과, 굽힘 변위 50㎜까지의 흡수 에너지를 구하였다.
또한, 제품 P1-P8에 대해서, 굽힘 가공시 및 굽힘 시험시에서의 변형부(68a, 68b, 68c, 68d)의 균열(코너 균열)의 유무를 육안에 의해 조사하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예 및 제2 실시예의 블랭크(80)를 사용한 제품 P1-P4에서는, 굽힘 가공시 및 굽힘 시험시에서의 코너 균열은 없었다.
또한, 제품 P1-P3 각각의 피크 하중은, 각각 동일한 조성의 시트 메탈을 사용하고, 또한 동일한 방법을 사용해서 제조한 제품 P5-P7과 비교하여 약간 낮아졌지만, 흡수 에너지는 대폭 높았다.
또한, 제1 비교예 및 제2 비교예의 블랭크를 사용한 제품 P5-P7에서는, 굽힘 가공시에 코너 균열은 발생하지 않았지만, 굽힘 시험시에 코너 균열이 발생하였다.
또한, 인장 강도가 1500㎫ 이상인 제2 비교예의 블랭크를 사용한 제품 P8은, 굽힘 가공시에 코너 균열이 발생하여, 굽힘 시험을 행할 수 없었다.
또한, 도 9에 도시하는 제품(60)을 제조하기 위해, 항복점(YP) 742㎫, 인장 강도(TS) ㎫, 전연신율(EL) 2.7％의 폭 220㎜, 길이 1200㎜, 두께 1.2㎜의 평면에서 볼 때 대략 직사각 형상의 시트 메탈을 준비하였다.
계속해서, 시트 메탈의 저경도 영역(82)이 되는 영역을 레이저를 사용해서 가열함으로써, 시트 메탈의 경도를 변화시켜, 도 7에 도시하는 바와 같이, 고경도 영역(84)과 고경도 영역(84)보다도 경도가 낮은 저경도 영역(82)을 갖는 제3 실시예의 블랭크(80)를 형성하였다(경도 조정 공정).
레이저 용접은, 5㎾의 YAG 레이저를 사용해서 실시하였다. 5㎾의 YAG 레이저를 사용해서 용접 속도 15m/min으로 레이저를 조사하면 약 2㎜의 폭이 가열되므로, 2㎜ 피치로 4열 조사하여 7 내지 8㎜ 폭의 저경도 영역(82)을 형성하였다.
이와 같이 하여 얻어진 제3 실시예의 블랭크의 평균 경도(Hv)를, 제1 실시예의 블랭크(80)의 평균 경도(Hv)와 마찬가지로 하여 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure 112013079872618-pct00004
또한, 제3 실시예의 블랭크를 사용하여, 제품 P1을 제조하는 공정과 마찬가지로, 프레스 브레이크를 사용해서 제조하고, 도 9에 도시하는 제품(60)과 마찬가지의 형상을 갖는 채널형의 부재인 제품 P9를 제조하였다.
또한, 제3 실시예의 블랭크를 사용하여, 제품 P2를 제조하는 공정과 마찬가지로, 롤 포밍에 의해 가공하고, 도 9에 도시하는 제품(60)과 마찬가지의 형상을 갖는 채널형의 부재인 제품 P10을 제조하였다.
또한, 제3 실시예의 블랭크를 형성할 때에 사용한 시트 메탈과 동일한 시트 메탈을 제3 비교예의 블랭크로 하고, 제1 실시예의 블랭크의 평균 경도(Hv)와 마찬가지로 하여 평균 경도(Hv)를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
또한, 제3 비교예의 블랭크를 사용하여, 제품 P1을 제조한 공정과 마찬가지로 프레스 브레이크를 사용하고, 도 9에 도시하는 제품(60)과 마찬가지의 형상을 갖는 채널형의 부재인 제품 P11을 제조하였다.
또한, 제3 비교예의 블랭크를 사용하여, 제품 P2를 제조한 공정과 마찬가지로 롤 포밍 가공을 사용해서 성형하고, 도 9에 도시하는 제품(60)과 마찬가지의 형상을 갖는 채널형의 부재인 제품 P12를 제조하였다.
이와 같이 하여 얻어진 제품 P9-P12에 대해, 제품 P1과 마찬가지의 굽힘 시험을 행하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 제품 P9-P12에 대해서, 제품 P1과 마찬가지의 굽힘 가공시 및 굽힘 시험시에서의 변형부(26)의 균열(코너 균열)의 유무를 육안에 의해 조사하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.
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표 5에 나타내는 바와 같이, 제3 실시예의 블랭크를 사용한 제품 P9 및 P10에서는, 굽힘 가공시 및 굽힘 시험시에서의 코너 균열은 없었다. 또한, 제품 P9의 피크 하중은, 동일한 조성의 시트 메탈을 사용하고, 또한 동일한 성형 방법을 사용한 제품 P11과 비교하여 약간 낮아졌지만, 흡수 에너지는 대폭 높았다.
또한, 제품 P10은, 흡수 에너지가 700J 이상으로, 동일한 조성의 시트 메탈을 사용한 제품 P11과 비교하여 매우 높았다.
또한, 제3 비교예의 블랭크를 사용하고, 프레스 브레이크를 사용해서 제조한 제품 P11에서는, 굽힘 가공시에서의 코너 균열은 없었지만, 굽힘 시험시에 코너 균열이 발생하였다. 또한, 제3 비교예의 블랭크를 사용하고, 롤 포밍에 의해 제조한 제품 P12는 굽힘 가공시에 코너 균열이 발생하여, 굽힘 시험을 행할 수 없었다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다.
도 11에 일례로서 도시하는, 본 발명의 시트 메탈의 굽힘 가공 방법을 적용하는 블랭크(110)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 철, 철합금, 알루미늄, 알루미늄 합금의 시트 메탈로부터, 후술하는 경도 조정 공정에 의해 형성된 1 또는 복수의, 도 11의 예에서는 2개의 저경도 영역(112)과, 고경도 영역(114)을 갖고 있다. 저경도 영역(112)은, 제1 실시 형태의 블랭크(10)의 저경도 영역(12)과는 달리, 블랭크(110)의 한쪽 측면으로부터 블랭크(110)의 두께 방향으로 대략 중심까지 연장되어 있고, 반대쪽 측면에는 도달하고 있지 않다. 이렇게 해서, 시트 메탈의 일부에 저경도 영역(112)과, 고경도 영역(114)을 포함하고 표면과 이면에서 경도가 서로 다른 가공 대상 영역(116)이 형성된다. 또한, 블랭크(110)의 고경도 영역(114)은 저경도 영역(112)이 존재하는 측면에서는 복수의 도 11의 예에서는 3개의 영역으로 이루어지지만, 반대쪽 측면에서는 1개의 영역을 형성하고 있다.
가공 대상 영역(116)에서의 저경도 영역(112)의 시트 메탈의 두께 방향의 치수는 시트 메탈의 경도나 두께, 제품(120)의 형상, 가공 방법 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있지만, 표면과 이면의 경도가 서로 다른 가공 대상 영역(116)을 형성함으로써 충분한 효과가 얻어지도록, 시트 메탈의 두께의 35％ 내지 65％의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 도 11의 예에서는, 블랭크(110)의 저경도 영역(112)은 평행하게 길이 방향으로 연장 설치되어 있지만, 저경도 영역(112)은 제품(120)의 형상이나 용도 등에 따라서 비평행하게 설치할 수 있다.
도 11에 있어서, 블랭크(110)는 직사각형의 시트 재료이지만, 블랭크(110)의 형상, 치수는 제품(120)의 용도 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 또한, 블랭크(110)는, 예를 들어 롤 포밍기를 사용하는 경우에는 코일 형상의 공급원으로부터 인출되는 연속 웹으로 할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가공 대상 영역(116)의 이면의 고경도 영역(114)이, 가공 대상 영역(116)을 제외한 전체 영역과 동일한 경도인 경우를 예로 들어 설명하지만, 가공 대상 영역(116)의 이면의 고경도 영역(114)은 저경도 영역(112)보다도 경도가 높으면, 가공 대상 영역(116)을 제외한 다른 영역과 동일한 경도가 아니어도 좋다. 또한, 가공 대상 영역(116)을 제외한 영역의 경도는, 가공 대상 영역(116)의 표면 또는 이면과 동일하여도 좋고, 가공 대상 영역(116)의 양쪽 면과 다르더라도 좋고, 특별히 한정되지 않는다.
블랭크(110)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 롤 포밍기 또는 프레스 브레이크를 사용한 프레스 가공에 의해, 가공 대상 영역(116)을 따라 구부려지고, 도 12에 도시하는 바와 같이, C자형 또는 컵형의 단면을 가진 채널형의 제품(120)이 된다. 도 12에 있어서, 제품(120)은 저벽(122)과, 상기 저벽(122)의 양측 테두리부를 따라서 연장 설치되고, 저벽(122)에 대하여 수직으로 설치된 대향하는 측벽(124)을 가진, 단면이 대략 C자형의 채널형의 부재이며, 블랭크(110)의 가공 대상 영역(116)으로 이루어지고 길이 방향으로 연장되는 2개의 변형부 또는 테두리부(126)를 갖고 있다. 변형부 또는 테두리부(126)는 굽힘 반경 R을 갖고 있다. 또한, 제품(120)에서는 블랭크(110)의 양 테두리부(126)가, 블랭크(110)의 한쪽 면에 대하여 동일한 측(도 11, 도 12에서의 상측)으로 구부려져 있고, 도 12에 도시하는 제품(120)의 변형부(126)의 내측이 되는 영역이, 모두 도 11에 도시하는 가공 대상 영역(116)의 표면으로 되어 있다.
저경도 영역(112)의 폭 B는, 제품(120)의 변형부(126)의 굽힘 반경 R에 따라서 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제품(120)의 변형부(126)가 일정한 굽힘 반경 R로 변형된 띠 형상의 것인 경우, 도 11, 도 12에 도시하는 바와 같이, 저경도 영역(112)의 폭 B는, 바람직하게는, 0.5πR 내지 1.5πR로 할 수 있다. 이 범위의 폭 B의 저경도 영역(112)에 의해, 제품(120)의 충분한 강도를 확보하면서, 굽힘 가공 공정에서의 블랭크(110)의 가공성이 효과적으로 향상된다.
또한, 블랭크(110)는 제품(120)의 충분한 강도를 확보하면서, 우수한 가공성을 갖는 것으로 하기 위해, 바람직하게는, 저경도 영역(112)의 경도가 고경도 영역(114)의 경도의 30％ 내지 80％가 되도록 형성된다. 저경도 영역(112)의 경도가 지나치게 낮으면, 고경도 영역(114)의 강도를 높게 해도 제품(120)의 강도가 불충분하게 되고, 반대로 저경도 영역(112)의 경도가 지나치게 높으면, 고경도 영역(114)의 강도가 높은 것인 경우에, 굽힘 가공에서의 가공성이 불충분하게 되는 경우가 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 경도 조정 공정에 있어서, (1) 시트 메탈 전체의 경도를 변화시켜 가공 대상 영역(116)을 형성함으로써, 혹은, (2) 시트 메탈의 일부 영역에 있어서 두께 방향의 경도를 변화시킴으로써 시트 메탈에 1 또는 복수의 저경도 영역(112)을 형성함으로써, 블랭크(110)가 형성된다.
시트 메탈 전체의 경도를 변화시켜 블랭크(110)를 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 가열로(도시하지 않음) 그 밖의 가열 장치에 의해 시트 메탈 전체를 가열하는 가열 공정과, 상기 가열된 시트 메탈의 고경도 영역(114)이 되는 영역만을 냉각하는 켄칭 공정을 구비한다. 켄칭 공정은, 예를 들어, 고경도 영역(114)이 되는 영역만을 금형을 사용해서 냉각함으로써 실시할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제2 실시 형태에 의한 켄칭 공정을 실시하는 냉각 장치의 일례로서 금형 장치(130)가 도시되어 있다. 금형 장치(130)는 공장 등의 바닥면에 고정되는 베드(132), 베드(132)의 상면에 고정된 하부 형틀(134), 램 그 밖의 적당한 구동 장치(138)에 의해 하부 형틀(134)에 대하여 연직 방향으로 접근, 이격 가능하게 설치된 상부 형틀(136)을 포함하고 있다. 시트 메탈(111)은 하부 형틀(134)과 상부 형틀(136) 사이에 배치된다. 하부 형틀(134) 및 상부 형틀(136)은, 서로 대향하는 작용면(134a, 136a)을 갖고 있다. 하부 형틀(134)의 작용면(134a)에는, 시트 메탈(111)에 있어서 켄칭 공정 후에 저경도 영역(112)이 되는 부분에 대응시켜 배치된 홈부(134b)가 형성되어 있다.
우선, 상기 가열 공정에 있어서 가열된 시트 메탈(111)이, 가열로 그 밖의 가열 장치로부터 금형 장치(130)로 이송되고, 하부 형틀(134)과 상부 형틀(136) 사이에 배치된다. 계속해서, 상기 하부 형틀(134) 및 상부 형틀(136)의 작용면(134a, 136b)이 시트 메탈(111)에 접촉하도록, 구동 장치(138)에 의해 상부 형틀(136)이 하부 형틀(134)을 향해 구동된다. 시트 메탈(111)은 하부 형틀(134) 및 상부 형틀(136)의 작용면(134a, 136a)에 접촉한 부분만이 급격하게 냉각되어 경화된다. 그 때, 시트 메탈(111)에 있어서 하부 형틀(134)의 홈부(134b)에 대면하는 부분은, 하부 형틀(134)에 의해서는 급격하게 냉각되지 않는다. 이렇게 해서, 시트 메탈(111)은 시트 메탈(111)에 있어서 하부 형틀(134)의 홈부(134b)에 대면하는 부분은 완만하게 냉각되어 저경도 영역(112)이 되고, 하부 형틀(134) 및 상부 형틀(136)의 작용면(134a, 136a)에 접촉한 부분은 급격하게 냉각되어 고경도 영역(114)이 되고, 블랭크(110)가 형성된다.
또한, 켄칭 공정은, 예를 들어, 도 14에 도시하는 바와 같이, 시트 메탈의 고경도 영역(114)이 되는 영역만 선택적으로 수냉하는 공정으로 해도 좋다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 켄칭 공정을 실시하는 냉각 장치의 다른 예로서 수냉 장치(140)가 도시되어 있다. 수냉 장치(140)는 시트 메탈(111)의 한쪽 측면, 도 14에서는 시트 메탈(111)의 하면에 대면하도록 배치된 복수의 제1 노즐 또는 하부 노즐(142)과, 하부 노즐(142)의 반대쪽 측면, 도 14에서는 시트 메탈(111)의 상면에 대면하도록 배치된 복수의 제2 노즐 또는 상부 노즐(144)을 구비하고, 시트 메탈(111)의 측면을 향해 냉각수 CW를 공급하게 되어 있다. 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144)은 시트 메탈(111)에 있어서 켄칭 공정 후에 고경도 영역(114)이 되는 부분에 대면하도록 배치되어 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 상부 노즐(144)은 시트 메탈(111)의 전방면에 냉각수 CW를 공급할 수 있게 배치되어 있다. 시트 메탈(111)에 있어서 켄칭 공정 후에 저경도 영역(112)이 되는 부분이 냉각수 CW에 의해 젖는 것을 방지하기 위해, 수냉 장치(140)는 시트 메탈(111)에 있어서 켄칭 공정 후에 저경도 영역(112)이 되는 부분을 덮도록 배치된 하측 마스킹 부재(146)를 구비하고 있어도 좋다. 하측 마스킹 부재(146)는, 상기 하측 마스킹 부재(146)를 시트 메탈(111)에 대하여 접근, 이격시키기 위한 유압 실린더와 같은 구동 장치(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 하측 마스킹 부재(146)는, 또한, 시트 메탈(111)을 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144)에 대하여 정확한 위치에 위치 결정 보유 지지하는 리테이너로서 작용하도록 해도 좋다. 혹은, 수냉 장치(140)는 시트 메탈(111)을 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144)에 대하여 정확한 위치에 위치 결정 보유 지지하는 클램퍼를 별도 구비하고 있어도 좋다.
우선, 상기 가열 공정에 있어서 가열된 시트 메탈(111)이, 가열로 그 밖의 가열 장치로부터 수냉 장치(140)로 이송되고, 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144) 사이에 배치된다. 이때, 시트 메탈(111)을 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144)에 대하여 정확한 위치에 보유 지지하는 리테이너로서 하측 마스킹 부재(146)를 사용할 수 있다. 혹은, 상술한 바와 같이, 별도 설치된 클램퍼(도시하지 않음)에 의해, 시트 메탈(111)을 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144)에 대하여 정확한 위치에 위치 결정 보유 지지하도록 해도 좋다. 계속해서, 하부 노즐(142) 및 상부 노즐(144)로부터 시트 메탈(111)에 있어서 켄칭 공정 후에 고경도 영역(114)이 되는 부분에 냉각수 CW가 공급되고, 이 부분이 급격하게 냉각되어 경화된다. 그 때, 하측 마스킹 부재(146) 및 상측 마스킹 부재(148)를 사용함으로써, 시트 메탈(111)에 있어서 저경도 영역(112)이 되는 부분에 냉각수 CW가 직접 가해져, 상기 부분이 급냉되어 버리는 것이 방지된다. 이렇게 해서, 시트 메탈(111)은 시트 메탈(111)에 있어서 하측 마스킹 부재(146)에 대면하는 부분은 완만하게 냉각되어 저경도 영역(112)이 되고, 그 나머지 부분은 급격하게 냉각되어 고경도 영역(114)이 되고, 블랭크(110)가 형성된다.
또한, 본 실시 형태의 경도 조정 공정은, 시트 메탈(111)에 있어서, 적어도 가공 대상 영역(116)의 저경도 영역(112)의 반대쪽 측면에 쇼트를 충돌시키는 쇼트피닝 공정을 포함할 수 있다. 도 15를 참조하면, 쇼트피닝을 행하는 블라스트기(150)가 도시되어 있다. 블라스트기(150)는 시트 메탈(111)의 한쪽 측면, 도 15에서는 시트 메탈(111)의 하면에 대면하도록 배치된 복수의 제1 노즐 또는 하부 노즐(152)과, 하부 노즐(152)의 반대쪽 측면, 도 15에서는 시트 메탈(111)의 상면에 대면하도록 배치된 복수의 제2 노즐 또는 상부 노즐(154)을 구비하고, 시트 메탈(111)의 측면을 향해 쇼트(강, 글래스, 세라믹 또는 플라스틱제 입자)를 투사하게 되어 있다. 바람직하게는, 블라스트기(150)는 시트 메탈(111)에 있어서 쇼트피닝 공정 후에 저경도 영역(112)이 되는 부분을 덮도록 배치된 마스킹 부재(156)를 구비하고 있어도 좋다. 이에 의해, 시트 메탈(111)에 있어서 고경도 영역(114)이 되는 영역[저경도 영역(112)이 되는 영역을 제외한 영역]만 선택적으로 쇼트를 투사 가능해진다. 이에 의해, 쇼트를 투사한 영역으로 이루어지는 가공 대상 영역(116)의 경도가 높은 측의 면[고경도 영역(114)]이 형성되고, 도 15에 도시하는 바와 같이, 가공 대상 영역(116)의 고경도 영역(114)이 시트 메탈과 동일한 경도인 블랭크(110)가 얻어진다.
여기서, 170 내지 280 메쉬의 주철 쇼트(F-S170 내지 280/JIS G5903)를, 임펠러식 블라스트기를 사용해서 시트 메탈(111)에 투사함으로써, 상기 시트 메탈에 충분한 소성 변형을 부여할 수 있어, 원하는 경도를 얻는 것이 가능해진다. 시트 메탈(111)의 표면에 균열을 발생시키는 일 없이, 또한, 시트 메탈(111)의 깊이 방향으로 충분한 가공 경화를 발생시키기 위해서는, 비커스 경도 Hv 650 이상의 구 형상의 주철 쇼트를 사용하는 것이 바람직하다. 170 메쉬 미만의 주철 쇼트를 사용한 경우, 그 곡률이 작기 때문에 시트 메탈의 표면에 수 내지 수십㎛의 길이의 미세 균열을 발생시키는 경우가 있고, 반대로 280 메쉬보다 큰 주철 쇼트에서는 곡률이 크기 때문에, 시트 메탈을 충분한 소성 변형을 부여할 수 없다. 따라서, 170 내지 280 메쉬의 주철 쇼트를 사용하고, 확실하게 쇼트에 운동 에너지를 부여할 수 있는 기계 임펠러식 블라스트기를 사용해서 투사하는 것이 바람직하다.
또한, 경도 조정 공정은 시트 메탈(111)에 있어서 저경도 영역(112)이 존재하는 측면으로부터 레이저를 사용해서 가열함으로써, 저경도 영역(112)이 되는 영역만 가열하는 공정을 포함하고 있다. 이 경우, 레이저를 사용해서 가열된 영역이 저경도 영역(112)이 되고, 그 나머지 부분이 고경도 영역(114)이 된다.
또한, 경도 조정 공정은 시트 메탈(111)의 일부를 탄화 또는 질화함으로써, 고경도 영역(114)을 형성하는 공정을 포함하고 있다.
다음에, 블랭크(110)의 가공 대상 영역(116)에 있어서 저경도 영역(112)이 내측이 되도록, 블랭크(110)를 굽힘 가공을 행함으로써, 도 12에 도시하는 제품(120)이 형성된다(굽힘 가공 공정). 일례로서, 굽힘 가공 공정은 프레스 브레이크를 사용한 프레스 가공에 의해 행할 수 있다. 프레스 브레이크는, 예를 들어, 도 12에 도시하는 제품(120)의 변형부(126)의 외측 형상에 대응하는 V자 형상의 홈을 갖는 하부 형틀(다이)과, 하부 형틀의 홈에 대응하는 선단 형상을 갖는 상부 형틀(펀치)을 구비하고 있고, 상기 하부 형틀과 상부 형틀 사이에 블랭크(110)의 저경도 영역(112)을 배치하고, 상부 형틀을 하부 형틀을 향해 이동시켜, 블랭크(110)의 저경도 영역(112)을 하부 형틀에 압박함으로써 변형시키게 되어 있다. 프레스 브레이크를 사용함으로써, 블랭크(110)로부터 도 12에 도시하는 단면 C자형의 기둥 형상의 제품(120)을 용이하게 제조 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서, 제품(120)을 형성하기 위해 블랭크(110)의 저경도 영역(112)을 변형시키는 방법은, 프레스 브레이크를 사용한 프레스 가공에 한정되는 것이 아니라, 제품(120)의 형상이나 블랭크(110)의 재료 등에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 롤 포밍기에 의해 블랭크(110)의 저경도 영역(112)을 변형시켜도 좋다.
제품(120)의 변형부(126)는 저경도 영역(112)을 포함하고 있지만, 이 굽힘 가공에 의해 저경도 영역(112)이 가공 경화되어 강도가 높아진다. 예를 들어, 블랭크(110)로서, 저경도 영역(112)의 경도가 고경도 영역(114)의 경도의 30％ 내지 70％인 것을 사용한 경우, 제품(120)의 변형부(126)에서의 저경도 영역(112)의 경도는 변형부(126) 이외의 고경도 영역(114)의 경도의 40％ 내지 85％가 되는 경우도 있다.
본 실시 형태는, 시트 메탈(111)의 두께 방향의 경도를 변화시켜, 상기 시트 메탈(111)의 일부에 표면과 이면의 경도가 서로 다른 가공 대상 영역(116)을 갖는 블랭크(110)를 형성하는 경도 조정 공정과, 가공 대상 영역(116)의 경도가 낮은 측의 면[저경도 영역(112)]이 내측이 되도록, 블랭크(110)를 굽힘 가공함으로써 제품(120)을 형성하는 굽힘 가공 공정을 구비한다. 따라서, 굽힘 가공 공정에서는, 저경도 영역(112)을 포함하는 가공 대상 영역(116)을 변형시키므로, 변형부(126)가 변형되므로, 제품(120)의 변형부(26)[저경도 영역(112)]에 주름이나 균열이 발생하거나, 제품(120)에 스프링백이 발생하거나 하는 것이 방지된다. 또한, 제품(120)은 부하를 받았을 때에 변형부(126)에 균열이 발생하기 어려워, 높은 강도를 갖고 있다.
바람직하게는, 상기 시트 메탈로서, 인장 강도 980㎫(비커스 경도 Hv 310에 상당) 이상의 고강도 강판을 사용하면 좋다. 경제적으로, 소정의 고경도 영역과, 저강도 영역을 형성하는 것을 공업적으로 용이하게 할 수 있기 때문이다.
인장 강도를 980㎫ 이상으로 한정하는 이유는, 인장 강도 980㎫ 미만의 저강도의 강판에서는, 본 발명을 적용하지 않아도, 가공할 수 있는 경우가 있어, 본 발명의 적용 장점이 적기 때문이다. 인장 강도의 상한값은, 사실상, 공업적으로 생산할 수 있는 강판의 최고 강도이고, 특별히 규정하지 않지만, 인장 강도 1700㎫의 강판에도 본 발명이 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 도 12에 도시하는 제품(120)은 저벽(122)과, 상기 저벽(122)의 양측 테두리부를 따라서 연장 설치되고, 저벽(122)에 대하여 수직으로 설치된 대향하는 측벽(124)을 가진, 단면이 대략 C자형의 채널형의 부재이었지만, 본 발명의 제품은, 도 12에 도시하는 형상으로 한정되지 않고, 본 발명의 굽힘 가공 방법을 사용해서 형성된 것이면 어떠한 형상이어도 좋다. 특히, 제품(120)의 변형부(126)의 수나 형상도 도 12의 예에 한정되지 않고, 예를 들어, 도 16a에 도시하는 제품(160)의 형상이어도 좋다.
도 16a에 도시하는 제품(160)은 저벽 또는 연결부(164)에 의해 연결된 한 쌍의 각기둥 부분(162)을 갖고, 상기 각기둥 부분(162)의 사이에 길이 방향으로 연장되는 홈부(160a)가 형성되어 있다. 상기 제품(160)을 형성하기 위한 블랭크(110′)는, 도 11에 도시한 블랭크(110)와 마찬가지로, 철, 철합금, 알루미늄, 알루미늄 합금의 시트 메탈로부터, 상술의 경도 조정 공정에 의해 형성된 1 또는 복수의 도 16b의 예에서는 8개의 저경도 영역(112′)과, 상기 저경도 영역(112′)을 제외한 부분인 고경도 영역(114′)을 갖고 있다. 도 16b의 블랭크(110′)는 도 11의 블랭크(110)와 마찬가지로 직사각형의 시트 재료이지만, 블랭크(110′)의 형상, 치수는 제품(160)의 용도 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 또한, 도 16b에 도시하는 블랭크(110′)에서는, 저경도 영역(112′)은 블랭크(110′)의 한쪽 측면(도 16b에서는 상면)뿐만 아니라 반대쪽 측면(도 16b에서는 하면)에도 배치되어 있다.
도 16a에 도시하는 제품(160)은, 도 12에 도시하는 제품(120)과 마찬가지로, 시트 메탈의 경도를 변화시켜, 고경도 영역(114′)과 저경도 영역(112′)을 갖는 블랭크(110′)를 형성(경도 조정 공정)한 후, 블랭크(110′)의 저경도 영역(112′)과 고경도 영역(114′)을 포함하는 가공 대상 영역(116′)을 굽힘 가공(굽힘 가공 공정)함으로써 제조할 수 있다. 또한, 도 16a에 도시하는 바와 같이, 제품(160)에는, 소정의 굽힘 반경을 갖는 8개의 변형부(166)가 형성되어 있다. 블랭크(110′)의 저경도 영역(112′)은 제품(160)의 변형부(166)가 되는 영역을 포함하도록, 블랭크(110′)의 길이 방향(도 16b의 지면에 대하여 수직한 방향)으로 연장되는 8개의 띠 형상의 형상으로 된다.
도 11, 도 16a에 있어서, 블랭크(110, 110′)는 시트 메탈(111, 111′)의 경도를 두께 방향으로 변화시켜, 시트 메탈의 일부에 저경도 영역(112, 112′)을 형성한, 표면과 이면에서 경도가 서로 다른 가공 대상 영역(116, 116′)을 갖고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 도 17a에 도시하는 바와 같이, 블랭크(110″)의 전체에 걸쳐서 가공 대상 영역(116″)을 형성해도 좋다.
전체에 걸쳐서 확대되는 가공 대상 영역(116″)인 블랭크(110″)를 형성하기 위해, 켄칭 공정은, 예를 들어, 시트 메탈의 한쪽 측면의 전체면을, 금형을 사용해서 냉각하는 공정으로 할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 시트 메탈(111″)의 평면 형상에 대응하는 평면 형상을 갖는 상부 형틀(172)로 이루어지는 금형 장치(170)를 준비하고, 가열로 등에 의해 소정 온도로 가열된 시트 메탈(111″)의 고경도 영역(114″)이 되는 영역인 한쪽 측면의 전체면에, 금형 장치(170)의 상부 형틀(172)을 접촉시켜 냉각함으로써, 상기 상부 형틀(172)에 접촉하는 측면이 고경도 영역(114″)이 되고, 반대쪽 측면이 저경도 영역(112″)이 된다.
또한, 켄칭 공정은, 예를 들어, 도 17c에 도시하는 바와 같이, 시트 메탈(111″)의 한쪽 측면, 도 17c에서는 상면의 전체면을 수냉하는 공정으로 할 수 있다.
또한, 도 17d에 도시하는 바와 같이, 시트 메탈(111″)에 있어서, 저경도 영역(112″)이 되는 측면의 전체만을 레이저를 사용해서 가열하는 공정으로 할 수 있다. 도 17d에 도시하는 방법을 사용함으로써, 시트 메탈(111″)보다도 경도가 낮은 저경도 영역(112″)이 형성되고, 고경도 영역(114″)이 시트 메탈(111″)과 동일한 경도를 가진 블랭크(110″)가 얻어진다.
또한, 블랭크(110″)의 전체면에 걸쳐서 확대되는 가공 대상 영역(116″)을 형성하는 다른 방법은, 예를 들어, 시트 메탈(111″)의 한쪽 측면에 쇼트피닝을 행하는 공정, 혹은, 시트 메탈(111″)의 한쪽 측면을 탄화 또는 질화하는 공정, 혹은, 고경도의 시트 메탈과 저경도의 시트 메탈을 겹쳐서 압연함으로써 복층판(도시하지 않음)을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
(실시예)
이하, 도 18a 내지 도 21b를 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
앞서 서술한 방법에 의해, 도 20에 도시하는 제품(180)을 형성하였다. 도 20에 있어서 수치로 나타내어진 길이의 단위는 ㎜이다. 도 20에 도시하는 제품(180)은 저벽(182)과, 상기 저벽(182)의 양측 테두리부를 따라서 연장 설치되고, 저벽(182)에 대하여 수직으로 설치된 대향하는 측벽(184)과, 상기 측벽(184)으로부터 내측으로 저벽(182)에 평행하게 연장 설치된 한 쌍의 플랜지부(66)를 갖고, 한 쌍의 플랜지부(186)의 사이에 개구부(180a)가 형성된 채널 부재이다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 제품(180)은 4개의 변형부(188)를 갖고 있고, 상기 4개의 변형부(188)의 굽힘 반경 R3은 2㎜로 되어 있다.
도 20에 도시하는 제품(180)을 제조하기 위해, 폭 220㎜, 길이 1200㎜, 두께 1.2㎜의 직사각 형상의 시트 메탈 SM2(표 1 참조)를 준비하였다. 계속해서, 시트 메탈 SM2를 가열로를 사용해서 900℃로 가열(가열 공정)한 후, 블랭크(190)(도 18b)의 고경도 영역(194)이 되는 부분을, 도 18a에 개략적으로 도시하는 하부 형틀(202)과 상부 형틀(204)을 가진 금형 장치(200)를 사용해서 급냉(켄칭 공정)하고, 블랭크(190)를 형성하였다. 금형 장치(200)에 의해 시트 메탈 SM2는 상부 형틀(204)의 홈부(206)에 면한 부분은 상부 형틀(204)에 의해 냉각되지 않고 완만하게 냉각되어 저경도 영역(192)이 되고, 그 나머지 부분은 하부 형틀(202) 및 상부 형틀(204)에 의해 급냉되어 고경도 영역(194)이 된다.
또한, 시트 메탈과 하부 형틀(202) 및 상부 형틀(204)의 접촉 시간이 지나치게 짧으면 켄칭되지 않고, 반대로 지나치게 길면 시트 메탈에 있어서 상부 형틀(204)의 홈부(206)에 면한 비접촉 영역도 켄칭되어 버린다. 제4 실시예에서는, 시트 메탈의 두께나 저경도 영역(192)이 되는 영역의 평면 형상, 저경도 영역(192)의 시트 메탈의 두께 방향의 치수 등을 고려하여, 시트 메탈과 하부 형틀(202) 및 상부 형틀(204)의 접촉 시간을 5초로 하였다.
도 18a, 도 18b에 수치로 나타내어진 길이의 단위는 ㎜이다. 또한, 도 18b에 도시하는 바와 같이, 블랭크(190)의 저경도 영역(192)의 폭 B는 7㎜이고, 따라서, 금형 장치(200)의 상부 형틀(204)의 각각의 홈(206)의 폭은 7㎜로 되어 있다.
이와 같이 하여 얻어진 제4 실시예에 의한 블랭크(190)의 고경도 영역(194)의 평균 경도(Hvh)와, 저경도 영역(192)의 평균 경도(Hvl)를 측정하고, 고경도 영역의 경도에 대한 저경도 영역의 경도의 비율(Hvl)/(Hvh)×100(％)을 산출하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
Figure 112013079872618-pct00006
또한, 제4 실시예와 마찬가지의 시트 메탈 SM2를 준비하고, 가열로를 사용해서 900℃로 가열(가열 공정)한 후, 제4 실시예의 블랭크(190)의 고경도 영역(194)의 냉각 조건과 동일 조건이 되도록 도 18a에 도시하는 금형 장치(200)의 하부 형틀(202)과 마찬가지의 금형(도시하지 않음)을 사용해서 시트 메탈의 한쪽 측면만을 냉각(켄칭 공정)하고, 한쪽 측면의 전체가 고경도 영역이고, 반대쪽 측면의 전체가 저경도 영역이 되고, 전체가 가공 대상 영역으로 이루어지는 블랭크를 형성하여 제5 실시예로 하였다. 또한, 제5 실시예에서는 시트 메탈과 금형 장치(200)의 접촉 시간을 8초로 하였다. 표 6에는, 제5 실시예에 의한 블랭크의 고경도 영역의 평균 경도(Hvh)와, 저경도 영역의 평균 경도(Hvl)가 나타내어져 있다.
또한, 제4 실시예와 마찬가지의 시트 메탈 SM2를 준비하고, 가열로를 사용해서 900℃로 가열(가열 공정)한 후, 제4 실시예의 블랭크(190)의 고경도 영역(194)의 냉각 조건과 동일 조건이 되도록 금형(도시하지 않음)을 사용해서 시트 메탈 전체를 냉각(켄칭 공정)하고, 저경도 영역을 구비하지 않고 전체가 고경도 영역으로 이루어지는 블랭크를 형성하여 제4 비교예로 하였다. 표 6에는, 제4 비교예의 평균 경도(Hvh)가 나타내어져 있다.
또한, 표 6의 제4 비교예의 블랭크의 인장 강도는 1690㎫이었다. 이로부터, 각각 동일한 화학 조성을 갖고, 또한, 평균 경도가 대략 동일한 제4, 제5 실시예의 블랭크(시트 메탈 SM1) 및 제2 실시예의 블랭크(시트 메탈 SM2)의 고경도 영역은, 1690㎫와 동등한 인장 강도를 갖고 있는 것으로 추정할 수 있다.
또한, 표 6에 나타내는 바와 같이, 경도비(Hvl)/(Hvh)×100(％)는, 제4, 제5 실시예 모두 67％이었다. 또한, 제4 비교예의 블랭크의 인장 강도는 1200㎫ 이상이었다.
그 후, 도 19a 내지 도 19d에 도시하는 바와 같이, 제4 실시예의 블랭크(190)의 저경도 영역(192)이 내측이 되도록, 상기 블랭크(190)의 각 가공 대상 영역(196)을, 프레스 브레이크를 사용해서 굽힘 가공을 행함으로써, 채널형의 제품(180)의 4개의 변형부(188a, 188b, 188c, 188d)(도 20)를 순차 형성하여, 제품 PP1로 하였다(굽힘 가공 공정).
도 19a 내지 도 19d에 있어서, 프레스 브레이크(210)는 제품(180)의 각 변형부(188a, 188b, 188c, 188d)의 외측 형상에 대응하는 V자 형상의 홈(212a)을 갖는 하부 형틀(다이)(212)과, 하부 형틀(212)의 홈(212a)에 대응하는 선단 형상을 갖는 상부 형틀(펀치)(214)을 구비하고 있다. 블랭크(190)의 4개의 가공 대상 영역(196)으로부터 1개의 가공 대상 영역을 선택하고, 이를 하부 형틀(212)과 상부 형틀(214) 사이에 배치하고, 상부 형틀(214)을 하부 형틀(212)을 향해 밀어내려, 하부 형틀(212)과 상부 형틀(214)에 의해 가공 대상 영역(196)을 압박, 굽힘 가공하고, 이를 다른 가공 대상 영역(196)에 대해서 순차적으로 실시하였다.
또한, 제4 실시예의 블랭크(190)의 저경도 영역(192)이 내측이 되도록, 상기 블랭크(190)의 가공 대상 영역(196)을, 21단의 롤을 구비한 롤 포밍기를 사용해서 굽힘 가공을 행함으로써, 채널형의 제품(180)의 4개의 변형부(188a, 188b, 188c, 188d)(도 20)를 순차 형성하여, 제품 PP2로 하였다(굽힘 가공 공정).
또한, 제5 실시예의 블랭크를 사용하고, 상술한 제품 PP1을 제조한 공정과 마찬가지의 프레스 브레이크를 사용해서 굽힘 가공하고, 도 20에 도시하는 바와 같은 채널형의 제품을 제조하여 제품 PP3으로 하였다.
또한, 제5 실시예의 블랭크를 사용하고, 상술한 제품 PP2를 제조한 공정과 마찬가지의 21단의 롤을 구비한 롤 포밍기를 사용해서 굽힘 가공을 행함으로써, 도 20에 도시하는 바와 같은 채널형의 제품을 제조하여 제품 PP4로 하였다.
또한, 제4 비교예의 블랭크를 사용하고, 상술한 제품 PP1을 제조한 공정과 마찬가지의 프레스 브레이크를 사용해서 굽힘 가공하고, 도 20에 도시하는 바와 같은 채널형의 제품을 제조하여 제품 PP5로 하였다.
또한, 제4 비교예의 블랭크를 사용하고, 상술한 제품 PP2를 제조한 공정과 마찬가지의 21단의 롤을 구비한 롤 포밍기를 사용해서 굽힘 가공을 행함으로써, 도 20에 도시하는 바와 같은 채널형의 제품을 제조하여 제품 PP6으로 하였다.
이와 같이 하여 얻어진 제품 PP1-PP6에 대해 이하에 도시하는 굽힘 시험을 행하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.
Figure 112013079872618-pct00007
도 21a에 도시하는 테스트 피스(220)는 제품(180)과, 상기 제품(180)의 개구부(180a)에 아크 용접에 의해 접합된 강판(222)을 구비한 중공 부재로 이루어진다. 굽힘 시험은 제품(180)으로서 제품 PP1-PP6을 사용해왔다. 또한, 강판(222)으로서는, 제품 PP1-PP6을 제조하기 위해 사용한 시트 메탈과 동일한 재료로 이루어지는 폭 60㎜, 길이 1200㎜, 두께 1.2㎜의 시트 메탈을 사용하고, 상기 시트 메탈에 상술한 가열 공정 및 켄칭 공정을 행하고, 고경도 영역(194)과 마찬가지의 경도를 부여하였다.
계속해서, 이와 같이 하여 얻어진 통 형상의 테스트 피스(220)를, 강판(222)을 하측에 배치하고, 도 21b에 도시하는 바와 같이, 반경 12.5㎜의 반구 형상의 선단을 갖는 지지점(230, 230) 사이에, 테스트 피스(220)로 이루어지는 스판간 1000㎜의 빔을 형성하고, 빔의 중앙에 반경 150㎜의 반구 형상의 선단을 갖는 지그(232)를 배치하여, 3점 굽힘 시험을 실시하고, 테스트 피스(220)의 굽힘 하중과 굽힘 변위를 측정하는 동시에, 굽힘 하중의 피크 하중(최대 하중)과, 굽힘 변위 50㎜까지의 흡수 에너지를 구하였다.
또한, 제품 PP1-PP6에 대해서, 굽힘 가공시 및 굽힘 시험시에서의 변형부(188a, 188b, 188c, 188d)의 균열(코너 균열)의 유무를 육안에 의해 조사하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.
표 7에 나타내는 바와 같이, 제4 실시예 또는 제5 실시예의 블랭크를 사용한 제품 PP1-PP4에서는, 성형시 및 굽힘 시험시에서의 코너 균열은 없었다.
또한, 제품 PP1의 피크 하중은 동일한 조성의 시트 메탈을 사용하고, 또한 동일한 성형 방법을 사용한 제품 PP5와 비교하여 약간 낮아졌지만, 흡수 에너지는 대폭 높았다.
또한, 제품 PP2-PP4는 흡수 에너지가 1200J 이상으로, 동일한 조성의 시트 메탈을 사용한 제품 PP5와 비교해서, 매우 높았다.
또한, 제3 비교예의 블랭크를 사용하고, 프레스 브레이크를 사용해서 굽힘 가공한 제품 PP5에서는, 성형시에서의 코너 균열은 없었지만, 굽힘 시험시에 코너 균열이 발생하였다.
또한, 제3 비교예의 블랭크를 사용하고, 롤 포밍기에 의해 굽힘 가공한 제품 PP6은 성형시에 코너 균열이 발생하여, 굽힘 시험을 행할 수 없었다.
여기서, 도 22a 내지 도 23b를 참조하여, 변형부의 내측이 되는 영역의 경도가 변형부의 외측이 되는 영역과 비교하여 낮은 시트 메탈 A와, 변형부의 두께 방향의 경도가 균일한 시트 메탈 B에 있어서, 굽힘 가공함으로써 변형부에 작용하는 응력 및 굽힘 가공된 변형부의 형상에 대해서 설명한다. 도 22a에 도시하는 바와 같이, 변형부의 내측(273)이 되는 영역의 경도가 변형부의 외측(274)이 되는 영역과 비교하여 낮은 시트 메탈 A에서는, 시트 메탈 A를 변형시키기 위해 응력을 부여해 가면, 변형부의 내측(273)이 되는 영역에는 압축 응력이 작용하고, 변형부의 외측(274)이 되는 영역에는 인장 응력이 작용한다. 시트 메탈 A에서는, 변형부의 내측(273)이 되는 영역과 변형부의 외측(274)이 되는 영역의 경도가 서로 다르므로, 변형시키기 위한 응력을 부여해 갔을 때에 소성 변형이 개시되는 응력의 크기도 다르다.
구체적으로는, 시트 메탈 A의 변형부의 내측(273)이 되는 영역은 변형부의 외측(274)이 되는 영역과 비교하여 경도가 낮기 때문에, 작은 응력으로 용이하게 소성 변형이 개시된다. 따라서, 시트 메탈 A에서는 시트 메탈 A를 변형시키기 위한 응력에 의해, 변형부의 내측(273)이 되는 영역이, 변형부의 외측(274)이 되는 영역에 선행하여 용이하게 소성 변형된다. 그 후, 변형부의 내측(273)이 되는 영역과 함께 변형부의 외측(274)이 되는 영역이 소성 변형되고, 최종적으로 도 23b에 도시하는 소정의 형상의 변형부가 된다.
이와 같이 하여 변형된 시트 메탈 A의 변형부에서는, 도 22a에 도시하는 바와 같이, 내측(273)의 압축 변형(271a)이 외측(274)의 인장 변형(271b)과 비교하여 커진다. 이로 인해, 시트 메탈 A의 변형부에서는, 도 22a에 도시하는 바와 같이, 내측(273)의 압축 응력과 외측(274)의 인장 응력이 균형이 잡히는 중립축(7a)이, 시트 메탈 A의 두께 방향 중심보다도 외측이 된다.
또한, 도 22b에 도시하는 바와 같이, 변형부의 두께 방향의 경도가 균일한 시트 메탈 B에 있어서도, 시트 메탈 B를 변형시키기 위해 응력을 부여해 가면, 변형부의 내측이 되는 영역에는 압축 응력이 작용하고, 변형부의 외측이 되는 영역에는 인장 응력이 작용한다. 그러나, 시트 메탈 B에서는, 시트 메탈 A와 다르고, 변형부의 내측이 되는 영역과 변형부의 외측이 되는 영역의 경도가 동일하므로, 변형시키기 위한 응력을 부여해 갔을 때에 소성 변형이 개시되는 응력의 크기는 동등해진다.
따라서, 시트 메탈 B에서는, 시트 메탈 B를 변형시키기 위한 응력에 의해, 변형부의 내측이 되는 영역과 변형부의 외측이 되는 영역이 동시에 소성 변형을 개시하고, 최종적으로 도 23b에 도시하는 소정의 형상의 변형부가 된다. 이와 같이 하여 변형된 시트 메탈 B의 변형부에서는, 도 22b에 도시하는 바와 같이, 내측의 압축 변형(272a)과 외측의 인장 변형(272b)이 동등해진다. 또한, 시트 메탈 B의 변형부에서는, 도 22b에 도시하는 바와 같이, 내측의 압축 응력과 외측의 인장 응력이 균형이 잡히는 중립축(27b)이, 시트 메탈 B의 두께 방향 중심이 된다.
이와 같이 시트 메탈 A와 시트 메탈 B에서는, 굽힘 가공에 의해 부여된 응력에 대한 압축 변형(271a, 272a)과 인장 변형(271b, 272b)의 비율이 서로 다르다. 그리고, 시트 메탈 A의 변형부에서는 시트 메탈 B와 달리, 굽힘 가공에 의해 부여된 응력에 대한 내측(273)에서의 압축 변형(271a)이, 외측(274)에서의 인장 변형(271b)과 비교하여 상대적으로 커진다. 그러나, 변형부의 내측(273)은 시트 메탈 A의 경도가 낮은 영역으로 이루어지는 것이므로, 굽힘 가공에 의한 주름이나 균열이 발생하기 어렵고, 도 23a에 도시하는 바와 같이, 변형부의 내측을 향해 팽창하도록 변형된다.
또한, 시트 메탈 A의 변형부에서는 시트 메탈 B와 달리, 굽힘 가공에 의해 부여된 응력에 대한 외측(274)에서의 인장 변형(271b)이 내측(273)에서의 압축 변형(271a)과 비교하여 상대적으로 작아져, 외측(274)에 대한 굽힘 가공에 의한 부하가 경감된다. 이로 인해, 변형부의 외측(274)은 굽힘 가공에 의해 주름이나 균열이 발생하기 쉬운 시트 메탈 A의 경도가 높은 영역으로 이루어지는 것이므로, 이 때문에 굽힘 가공에 의한 문제가 방지된다. 따라서, 시트 메탈 A는 굽힘 가공에 의한 문제가 발생하기 어려워, 용이하게 굽힘 가공할 수 있는 것이다.
또한, 시트 메탈 A의 변형부는, 도 23a에 도시하는 바와 같이, 변형시키기 위한 응력에 의해 부여되는 압축 변형(271a)과 인장 변형(271b)의 차에 따라서, 내측을 향해 팽창하도록 변형된다. 이로 인해, 예를 들어, 시트 메탈 A와 시트 메탈 B가 동일한 두께이며, 굽힘 가공에 의해 외측이 동일한 형상이 되도록 변형된 경우, 시트 메탈 A의 변형부의 최대 두께 치수 d1은, 시트 메탈 B의 변형부의 최대 두께 치수 d2보다도 두꺼워진다.
따라서, 시트 메탈 A를 굽힘 가공하여 이루어지는 굽힘 가공품은 변형부의 두꺼운 최대 두께 치수 d1에 의해 보강된다. 이에 의해, 시트 메탈 A를 굽힘 가공하여 이루어지는 굽힘 가공품은, 변형부의 내측(273)의 경도가 외측(274)과 비교하여 낮은데도 불구하고, 우수한 강도를 갖는 것이 된다. 게다가, 시트 메탈 A를 굽힘 가공하여 이루어지는 굽힘 가공품에서는, 사용시의 부하에 의해서 발생하는 변형이, 굽힘 가공시와 마찬가지로, 내측(273)과 비교하여 경도가 높은 외측(274)에서 작아져, 균열이 발생하기 쉬운 외측(274)에 대한 사용시의 부하가 경감된다. 따라서, 시트 메탈 A를 성형 가공하여 이루어지는 굽힘 가공품은, 예를 들어, 전체가 변형부인 외측(274)의 경도인 시트 메탈 B를 성형 가공하여 이루어지는 굽힘 가공품과 비교해서, 사용시의 부하에 의해 변형부에 균열이 발생하기 어려운 우수한 것이 된다.
10 : 블랭크
12 : 저경도 영역
14 : 고경도 영역
20 : 제품
22 : 저벽
24 : 측벽
26 : 변형부
30 : 금형 장치
32 : 베드
34 : 하부 형틀
36 : 상부 형틀
38 : 구동 장치
40 : 수냉 장치
42 : 하부 노즐
44 : 상부 노즐
46 : 하측 마스킹 부재
48 : 상측 마스킹 부재
50 : 제품
52 : 각기둥 부분
54 : 저벽 또는 연결부
60 : 제품
60a : 개구부
62 : 저벽
64 : 측벽
66 : 한 쌍의 플랜지부
68 : 변형부
70 : 금형 장치
72 : 하부 형틀
74 : 상부 형틀
76 : 홈
78 : 홈
80 : 블랭크
82 : 저경도 영역
84 : 고경도 영역
90 : 프레스 브레이크
92 : 하부 형틀
92a : V자 형상의 홈
94 : 상부 형틀

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  16. 인장 강도 980MPa 이상의 1종류의 고강도 강판 전체를 가열하는 가열 공정과, 고경도 영역이 되는 영역만을 급냉하는 켄칭 공정을 구비하며, 상기 고강도 강판의 적어도 일부의 경도를 변화시켜, 고경도 영역과, 상기 고경도 영역보다도 경도가 낮은 저경도 영역을 갖는 블랭크를 형성하는 경도 조정 공정과,
    상기 블랭크의 상기 저경도 영역을 굽힘 가공을 행함으로써 제품을 형성하는 굽힘 가공 공정을 구비하는 고강도 강판의 굽힘 가공 방법이며,
    상기 경도 조정 공정은, 상기 고강도 강판의 적어도 일부에 있어서, 상기 고강도 강판의 한쪽 측면을 저경도 영역으로 하고, 다른 쪽 측면을 고경도 영역으로 하는 가공 대상 영역을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 가공 대상 영역에서 상기 저경도 영역의 비커스 경도가, 상기 고경도 영역의 비커스 경도의 30% 내지 80%가 되고
    상기 제품의 상기 굽힘 가공을 행함으로써 변형된 변형부에 포함되는 상기 저경도 영역의 비커스 경도가, 상기 변형부에 포함되지 않는 상기 고경도 영역의 비커스 경도의 40% 내지 80%가 되는 것을 특징으로 하는,
    고강도 강판의 굽힘 가공 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 경도 조정 공정이, 적어도 상기 변형부가 되는 상기 고강도 강판의 두께 방향 전체를 가열하는 가열 공정과, 상기 변형부의 경도가 높은 측이 되는 면을 냉각하는 켄칭 공정을 구비하는, 고강도 강판의 굽힘 가공 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 켄칭 공정이, 금형을 사용해서 상기 변형부의 경도가 높은 측이 되는 면을 냉각하는 공정인, 고강도 강판의 굽힘 가공 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 켄칭 공정이, 상기 변형부의 경도가 높은 측이 되는 면을 수냉하는 공정인, 고강도 강판의 굽힘 가공 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 경도 조정 공정이, 적어도 상기 변형부가 되는 상기 고강도 강판을 한쪽 면측으로부터 쇼트를 투사하는 공정인, 고강도 강판의 굽힘 가공 방법.
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  22. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굽힘 가공 공정에 있어서, 상기 블랭크를 롤 포밍 가공에 의해 변형시키는, 고강도 강판의 굽힘 가공 방법.
  23. 삭제
  24. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 고강도 강판의 굽힘 가공 방법을 사용해서 제조된, 제품.
  25. 삭제
  26. 굽힘 가공을 행함으로써 블랭크가 되는 블랭크의 제조 방법이며,
    인장 강도 980MPa 이상의 1종류의 고강도 강판의 두께 방향의 경도를 변화시켜, 상기 고강도 강판의 적어도 일부에 표면과 이면의 경도가 서로 다른 변형부를 갖는 블랭크를 형성하는 공정을 갖고, 상기 굽힘 가공에 의해 변형되는 변형부의 내측이 되는 영역에, 상기 변형부의 경도가 낮은 측의 면을 형성하는, 블랭크의 제조 방법.
  27. 삭제
  28. 제26항에 있어서,
    굽힘 가공을 행함으로써 변형된 변형부 이외의 영역의 경도가 비커스 경도로 310 이상이고, 또한, 상기 변형부의 내측의 비커스 경도가, 상기 변형부 이외의 영역의 비커스 경도의 40％ 내지 85％인, 블랭크의 제조 방법.
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