KR101614755B1 - 프레스 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 외주연(outer edge)의 일부가 외방(外方)으로 돌출된 볼록 형상 외주연(3)을 갖는 천판부(天板部; 5)와, 당해 천판부(5)에 있어서의 볼록 형상 외주연(3)을 따라 굽힘 성형된 플랜지부(7)를 갖는 성형 부품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 블랭크재(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 종벽부(11)로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께 천판부측이 오목해지는 곡형부(谷形部; 13)를 포함하는 중간 형상 부품(15)을 성형하는 제1 성형 공정과, 제1 성형 공정으로 성형된 중간 형상 부품(15)의 곡형부(13)를 포함하는 부위를 굽힘 성형하여 플랜지부를 성형하는 제2 성형 공정을 구비한다.

Description

프레스 성형 방법{PRESS FORMING METHOD}

본 발명은, 금속판(metal sheet)을 프레스 성형(press forming)하여 수축 플랜지(shrink flange)를 성형하는 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

외주연(outer edge)의 일부가 외방(外方)으로 돌출된 볼록 형상 외주연을 따라 프레스 성형에 의해 금속판에 플랜지부를 성형하면, 플랜지부의 볼록 형상부의 단부(端部)에 수축 변형이 발생하는 경우가 있다. 이것을 수축 플랜지 성형이라고 한다. 경도한(minor) 수축 플랜지 성형의 경우에는 판두께가 증가하는 현상에만 그치지만, 수축 플랜지 성형량이 커지면, 성형 도중에 주름(wrinkles)이 발생하고, 성형 후도 그 주름이 남아 버린다.

이 주름은, 성형품의 형상 문제의 원인이나 금형의 손모의 원인이 되기 때문에, 바람직하지 않다. 특히, 수축이 격하여 큰 주름이 발생한 경우에는, 금속판의 성형 균열(crack of press forming)의 원인이 되기도 한다. 이러한 수축 플랜지에 의한 주름 발생을 회피하는 여러 가지 방법이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 수축 플랜지부에 미리 관통구멍을 형성함으로써, 수축 플랜지부의 압축 변형(compressive forming)을 용이하게 하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 피(被)성형품의 수축 플랜지 성형이 행해지는 부분의 단부 부근을, 적어도 성형 초기에 있어서, コ자형(U-shaped) 블록에 의해 사이에 끼운 후 프레스 성형함으로써 주름을 방지하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 굽힘 금형 선단부의 형상을 연구함으로써 변형을 분산시키는 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2007-253173호 일본공개특허공보 평7-39954호 일본공개특허공보 2010-201486호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 수축 플랜지부에 관통구멍을 형성하는 방법에서는, 금속판에 불균일한 예(豫)가공을 행하게 되기 때문에, 최종 제품의 외관, 강도, 밀폐성에 영향이 발생하고, 또한, 소재가 표면 처리 강판(galvanized steel sheet)의 경우에는 방청성(rust prevention)에도 영향이 발생한다. 그 때문에, 적용 부위가 한정된다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 수축 플랜지부 주변을 구속하기 위한 금형(die of press forming) 구조가 복잡해져, 금형 제작 및 유지 비용의 점에서 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 방법에서는, 금형의 번잡한 형상 연구가 필요하다. 또한, 성형시의 금속판의 굽힘 각도가 90°에 가까운 경우가 아니면 굽힘 금형 선단부의 형상이 유효하게 작용하지 않는다고 생각되기 때문에, 금속판의 굽힘 각도가 작은 경우에는 적용할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기와 같은 여러 가지의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 최종 제품으로의 악영향이 없고, 수축 플랜지 성형에 있어서의 주름 발생의 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 외주연의 일부가 외방으로 돌출된 볼록 형상 외주연을 갖는 천판부(天板部;top portion)와, 당해 천판부에 있어서의 볼록 형상 외주연을 따라 굽힘 성형된 플랜지부를 갖는 성형 부품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 블랭크재에 있어서의 상기 플랜지부가 형성되는 부위에, 플랜지부의 일부가 되는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께 상기 천판부측으로 오목해지는 곡형부(谷形部;trough portion)를 포함하는 중간 형상 부품을 성형하는 제1 성형 공정과, 당해 제1 성형 공정으로 성형된 중간 형상 부품의 상기 곡형부를 포함하는 부위를 굽힘 성형하여 플랜지부를 성형하는 제2 성형 공정을 포함한다.

상기의 본 발명에 따른 프레스 성형 방법으로서, 상기 제1 성형 공정은, 블랭크재에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제1 다이로 협지(挾持;clamp)하고, 상기 블랭크재에 있어서의 플랜지부가 되는 부위를 제1 펀치에 의해 성형하고, 상기 제2 성형 공정은, 중간 형상 부품에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제2 다이로 협지하고, 상기 중간 형상 부품에 있어서의 곡형부를 포함하는 형상을 따른 제2 펀치에 의해 성형한다.

본 발명에 의하면, 최종 제품으로의 악영향이 없고, 수축 플랜지 성형에 있어서의 주름 발생의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정을 설명하는 설명도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 의한 중간 형상 부품을 설명하는 설명도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정을 설명하는 설명도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 의한 목표 형상을 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 성형 부품의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 의해 성형되는 중간 형상 부품의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 이용하는 제1 펀치의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 이용하는 제2 펀치의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 있어서의 판두께 증가율을 나타내는 컨투어도이다.
도 7은 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형한 경우의 판두께 증가율을 나타내는 컨투어도(contour diagram)이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 이용하는 제2 펀치의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 있어서의 성형 부품의 설명도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 있어서의 제1 펀치의 설명도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 있어서의 제2 펀치의 설명도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 있어서의 제2 펀치의 설명도이다.
도 13은 본 발명의 실시예의 효과를 설명하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 이용하는 제1 펀치의 설명도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 이용하는 제1 펀치의 설명도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 이용하는 제1 펀치의 설명도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 이용하는 제2 펀치의 설명도이다.
도 18은 폭협(narrow-width)의 블랭크재에 대한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 있어서의 판두께 증가율을 나타내는 컨투어도이다.
도 19는 폭협의 블랭크재에 대한 종래의 프레스 성형 방법에 의한 판두께 증가율을 나타내는 컨투어도이다.
도 20은 플랜지 높이를 높게 한 폭협의 블랭크재에 대한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 있어서의 판두께 증가율을 나타내는 컨투어도이다.
도 21은 플랜지 높이를 높게 한 폭협의 블랭크재에 대한 종래의 프레스 성형 방법에 의한 판두께 증가율을 나타내는 컨투어도이다.
도 22a는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 22b는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 23은 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 24a는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 24b는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 25는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 26은 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

발명자는, 수축 플랜지 성형에 있어서, 플랜지부의 볼록 형상 굴곡 단부에 수축이 집중되는 것을 완화하는 근본적인 해결 방법을 예의 검토했다. 그 결과, 발명자는, 플랜지부를 성형할 때, 플랜지부에 있어서의 볼록 형상 굴곡 단부에 수축과 신장(stretch)이 동시에 발생하여 서로 상쇄되면, 볼록 형상 굴곡 단부에 큰 수축 변형이 발생하는 일 없이 당해 부위에 주름이 발생하는 일도 없어지는 것은 아닌가를 생각했다. 그리고, 발명자는, 플랜지부에 있어서의 볼록 형상 굴곡 단부에 수축과 신장이 동시에 발생하는 바와 같은 프레스 성형 방법에 대해서 검토했다. 이 검토 내용을 도 22a∼도 26에 기초하여 이하에 설명한다.

도 22a는, 평판 형상의 제1 블랭크(a first blank;50)를 나타내는 도면이다. 파선은 제1 플랜지부(51)(도 22b 참조)를 성형하기 위한 제1 절곡선(53)을 나타내고, 중앙의 굵은 실선은 판에 넣어진 제1 절입(a first slit;55)을 나타낸다. 이러한 제1 블랭크(50)가 제1 절곡선(53)을 따라 굽혀져 제1 플랜지부(51)가 성형되면, 도 22b에 나타내는 바와 같이, 제1 플랜지부(51)에 있어서의 제1 절입(55)의 부분이 서로 겹친다. 따라서, 제1 블랭크에 제1 절입(55)이 없이 판이 연결되어 있는 경우, 제1 플랜지부(51)에 있어서, 도 23에 사선으로 나타낸 부위에 수축이 발생하고, 이 수축이 판두께 증가로 흡수되지 않는 경우에는 주름이 발생한다. 이것이 수축 플랜지 성형이다.

도 24a는, 직사각형 형상의 판이 그 중앙에서 곡형으로 성형된 제2 블랭크(57)를 나타내는 도면이다. 파선은 제2 플랜지부(59)를 성형하기 위한 제2 절곡선(61)을 나타내고, 중앙의 굵은 실선은 판에 넣어진 제2 절입(63)을 나타낸다. 이러한 제2 블랭크(57)가 제2 절곡선(61)을 따라 굽혀져 제2 플랜지부(59)가 성형되면, 도 24b에 나타내는 바와 같이, 제2 플랜지부(59)의 중앙부에서 블랭크의 일부가 열린다. 따라서, 제2 블랭크에 제2 절입(63)이 없이 판이 연결되어 있는 경우, 제2 플랜지부(59)에 있어서, 도 25에 사선으로 나타낸 부위에 신장이 발생하고, 이 신장이 큰 경우에는 균열이 발생한다. 이것이 신장 플랜지 성형이다.

이상에 설명한 바와 같이, 도 23에 나타내는 바와 같이, 평판 형상의 제1 블랭크(50)가, 외주연의 일부가 외방으로 돌출된 볼록 형상의 제1 절곡선(53)을 따라 굽혀져 제1 플랜지부(51)가 성형되면, 제1 플랜지부(51)에 있어서의 굴곡 단부에 수축이 발생한다. 또한, 도 25에 나타내는 바와 같이, 곡형 형상의 제2 블랭크(57)가, 곡형을 따라 골짜기를 가로지르는 절곡선(61)을 따라 굽혀져 제2 플랜지부(59)가 성형되면, 제2 플랜지부(59)에 있어서의 굴곡 단부에 신장이 발생한다.

그래서, 이러한 플랜지부의 동일 부분에 수축과 신장이 동시에 발생하는 성형을 행함으로써, 수축과 신장이 상쇄된다. 그러기 위해서는, 플랜지부는, 도 23에 나타내는 외방으로 돌출된 볼록 형상인 제1 절곡선(53)과, 도 25에 나타내는 곡형을 따른 제2 절곡선(61)의, 2가지의 특징을 구비한 절곡선을 따라 굽혀져 성형되면 좋다.

이러한 성형이 행해지기 위해서는, 2가지의 특징을 구비한 절곡선이 실현되는 예비적인 중간 형상(preformed shape)이, 목표 형상의 플랜지부가 성형되기 전(前)단계에서 만들어져 있으면 좋다. 도 26은, 이러한 중간 형상의 일 예를 나타내는 도면이다. 이 중간 형상(65)은, 천판부(top portion)(69)와 종벽부(vertical wall portion)(71)와 곡형부(trough portion)(73)를 포함하는 형상이다. 천판부(69)는, 외주연의 일부가 외방으로 돌출된 볼록 형상 외주연(67)을 갖는다. 종벽부(71)는, 천판부(69)에 있어서의 볼록 형상 외주연(67)을 따라 굽힘 성형되어 플랜지부의 일부가 된다. 곡형부(73)는, 종벽부(71)로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께, 천판부(69)측으로 오목하게 되어 있다. 도 26에 나타내는 중간 형상(65)에 있어서, 종벽부(71)에 형성된 제3 절곡선(75)이, 전술한 2가지의 특징을 갖는 절곡선으로 되어 있다. 즉, 중간 형상(65)은, 위에서 보면 외방으로 돌출되어 있는 점에서, 제3 절곡선(75)은, 도 23의 제1 절곡선(53)과 동일한 형상으로 되어 있다. 또한, 중간 형상(65)은, 전방으로부터 보면 곡형으로 되어 있는 점에서, 제3 절곡선(75)은, 도 25의 제2 절곡선(61)과 동일한 형상으로 되어 있다.

중간 형상(65)이 성형되고, 도 26에 화살표로 나타내는 바와 같이, 이 중간 형상(65)에 나타난 종벽부(71)의 제3 절곡선(75)을 따라 곡형부(73)가 성형되면, 곡형부(73)의 중앙 선단의 X부에는, 도 23에 나타낸 수축과 도 25에 나타낸 신장이 동시에 발생한다. 그 결과, 수축과 신장이 상쇄되어, 수축에 기인하는 주름이나 신장에 기인하는 균열 등이 발생하지 않는다. 또한, 중간 형상(65)이 성형될 때에 종벽부(71)의 중앙(볼록 형상의 볼록부)에 수축이 발생하지만, 당해 부위에서는 천판부(69)로부터의 수하 거리(drooping distance)가 짧기 때문에, 큰 수축은 되지 않아 문제는 없다. 본 발명은 상기와 같은 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 구체적으로는 이하의 구성으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법은, 도 2에 나타내는 성형 부품(1)을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법이다. 이 성형 부품(1)은, 외주연의 일부가 외방으로 돌출된 볼록 형상 외주연(3)을 갖는 천판부(5)와, 당해 천판부(5)에 있어서의 볼록 형상 외주연(3)을 따라 굽힘 성형된 플랜지부(7)를 갖는다.

본 실시 형태의 프레스 성형 방법은, 제1 성형 공정 S1과, 제2 성형 공정 S2를 포함한다. 제1 성형 공정 S1(도 1a 및 도 1b)에서는, 블랭크재(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 당해 종벽부(11)로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께 하방을 향하여 오목해지는 곡형부(13)를 포함하는 중간 형상 부품(15)(도 1b 및 도 3 참조)이 성형된다. 제2 성형 공정 S2(도 1c 및 도 1d)에서는, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 형상 부품(15)의 곡형부(13)를 포함하는 형상을 따른 제2 펀치(35)가, 곡형부(13)를 포함하는 부위를 종벽부(11)와의 경계선(19)(도 3 참조)을 따라 굽힘 성형하여 플랜지부(7)를 성형한다(도 1d 참조). 이하, 본 실시 형태의 프레스 성형 방법의 목표 형상인 성형 부품(part)(1), 제1 성형 공정 S1, 제2 성형 공정 S2에 대해서 상세하게 설명한다.

＜성형 부품＞

본 실시 형태에 있어서의 프레스 성형의 목표 형상인 성형 부품(1)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 외주연의 일부가 외방으로 돌출된 볼록 형상 외주연(3)을 갖는 천판부(5)와, 천판부(5)에 있어서의 볼록 형상 외주연(3)을 따라 굽힘 성형된 플랜지부(7)를 갖는다. 이러한 형상의 성형 부품(1)에서는, 플랜지부(7)에 있어서의 굴곡 단부(21)에 수축이 집중되어, 당해 부위에 주름이 발생하기 쉽다.

＜제1 성형 공정＞

본 실시 형태의 제1 성형 공정 S1은, 중간 형상 부품(15)(도 3 참조)이 성형되는 공정이다. 중간 형상 부품(15)에는, 블랭크재(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 종벽부(11)로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께 천판부(5)측으로 오목해지는 곡형부(13)가 포함된다.

제1 성형 공정 S1의 프레스 성형에는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 하금형이 되는 제1 다이(23)와, 다이의 상방으로부터 하강하는 제1 펀치(punch)(17)와, 블랭크재(9)를 누르는 패드(pad)(25)가 사용된다.

제1 펀치(17)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 평탄부(27)와 종벽 성형부(29)와 곡형 성형부(31)를 구비한다. 평탄부(27)는, 성형 부품(1)의 천판부(5)에 상당하는 부위에 위치한다. 종벽 성형부(29)는, 중간 형상 부품(15)의 볼록 형상 외주연(3)을 따라 하방으로 연출(延出)되는 종벽부(11)를 성형한다. 곡형 성형부(31)는, 종벽 성형부(29)로부터 수평 방향으로 연출되어 상방이 오목해지는 곡형부(13)를 성형한다.

제1 다이(23)는, 제1 펀치(17)의 각 성형부의 형상에 대응한 형상을 갖고 있다. 패드(25)가 블랭크재(9)를 제1 다이(23)에 압압하는 압압력은, 제1 펀치(17)의 하강에 의한 성형시에 있어서 천판부(5)에 변형이 발생하지 않는 바와 같은 충분히 강한 압력인 것이 바람직하다.

제1 성형 공정 S1을 보다 구체적으로 설명한다. 제1 성형 공정 S1에서는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 블랭크재(9)를 제1 다이(23)와 패드(25)가 협지한(clamping) 상태에서, 제1 펀치(17)가 제1 다이(23)측으로 하강한다. 제1 펀치(17)가 하강하면, 우선 제1 펀치(17)의 곡형 성형부(31)에 있어서의 중앙이 블랭크재(9)에 맞닿는다. 제1 펀치(17)가 더욱 하강하면, 블랭크재(9)의 중앙으로부터 순서대로 곡형부(13)의 성형과 종벽부(11)의 성형이 동시에 행해진다.

이와 같이, 제1 성형 공정 S1에 의해, 곡형부(13)가 성형되어, 종벽부(11)에는 곡형부(13)와의 경계선(19)이 형성된다(도 3 참조). 이 경계선(19)이, 도 26에 나타낸 제3 절곡선(75)과 동일한 성질, 즉 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)에 수축과 신장을 동시에 발생시키는 성질을 갖는다.

＜제2 성형 공정＞

제2 성형 공정 S2에서는, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 제2 다이(33)와 패드(25)가, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 형상 부품(15)을 사이에 두고, 제2 펀치(35)가 곡형부(13)를 포함하는 부위를 경계선(19)(도 3)을 따라 하방으로 절곡하여 플랜지부(7)를 성형한다.

제2 성형 공정 S2에서 사용되는 제2 펀치(35)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 종벽부(11)를 따른 종벽 성형부(29)를 갖는다. 제2 다이(33)(도 1c)는, 목표로 하는 플랜지부(7)와 동일한 형상의 종벽부를 갖는다.

도 5에 나타내는 바와 같은 제2 펀치(35)가, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 종벽부(11)를 따라 하강하면, 곡형부(13)를 포함하는 형상이 종벽부(11)와의 경계선(19)으로부터 수직 하방으로 굽힘 성형되어, 도 1d에 나타내는 바와 같이 목표 형상이 성형된다.

이 제2 성형 공정 S2에서는, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 곡형부(13)를 포함하는 형상이 경계선(19)을 따라 하방을 향하여 굽힘 성형된다. 이때 플랜지부(7)의 중앙 하단부에는 수축과 신장의 양쪽이 작용하고, 이들이 상쇄되기 때문에, 이 굽힘 성형에 의해 큰 수축이 발생하는 일은 없으며, 하물며 주름이 발생하는 일도 없다.

도 6은, 제2 성형 공정 S2 후의 판두께의 분포를 나타내는 컨투어도(distribution map)이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 판두께 증가 부위가 플랜지부(7)의 광범위에 분산되어 있으며, 가장 판두께 증가율이 큰 부위에서도 판두께 증가율은 67％였다. 이 점은, 수축과 신장과의 상쇄 작용에 의해 판두께 증가율의 최대값이 작아져, 주름의 발생이 확실하게 방지되는 것을 의미하고 있다. 또한, 본 발명의 방법에 의해서도 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)(도 2)에 판두께 증가가 발생하는 것은, 당해 부위에 발생하는 수축과 신장이 완전하게 일치하고 있는 것은 아니기 때문이다.

도 7은, 수축 플랜지 성형이 일 공정으로 행해지는 종래의 프레스 성형 방법으로 프레스 성형된 경우의 판두께의 분포를 나타내는 컨투어도이다. 도 7을 도 6과 비교하면, 종래 방법(도 7)에서는, 판두께 변화가 발생하고 있는 부위가, 도 6(본 발명)과 같이 플랜지부(7)의 넓은 범위에 분산되지 않고, 중앙의 2개소에 집중되어 있는 것을 알 수 있다. 도 7에 나타내는 종래 방법에서의 최대의 판두께 증가율은 196％로서, 도 6에 나타내는 본 발명에서의 67％보다도 커져 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 블랭크재(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 제1 성형 공정 S1에서, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 종벽부(11)로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께 천판부(5)측으로 오목해지는 곡형부(13)를 포함하는 중간 형상 부품(15)이 성형된다. 다음으로, 제2 성형 공정 S2에 있어서, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 형상 부품(15)의 곡형부(13)를 포함하는 부위가 종벽부(11)와의 경계선(19)을 따라 굽힘 성형되어 최종 형상의 성형 부품(1)의 플랜지부(7)가 성형된다. 이에 따라, 제2 성형 공정에서는, 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)에서는 수축과 신장이 상쇄되어, 큰 수축을 발생시키는 일 없이, 수축 플랜지 성형을 행할 수 있다. 따라서, 형상 정밀도가 우수한 성형 부품(1)을 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 제2 펀치는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 형상 부품(15)의 종벽부(11)를 따른 종벽 성형부(29)에 더하여, 곡형부(13)를 따른 곡형 성형부(31)를 가져도 좋다. 이 제2 펀치(36)가, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 종벽부(11)를 따라 하강하면, 제2 펀치(36)가 곡형부(13)를 포함하는 형상에 맞닿는다. 제2 펀치(36)가 더욱 하강하면, 곡형부(13)를 포함하는 형상이 종벽부(11)와의 경계선(19)으로부터 수직 하방으로 굽힘 성형되어, 목표 형상이 성형된다.

[실시예]

본 발명의 효과를 검증하기 위해, 종래 방법과 본 발명의 방법이 유한 요소법(finite element method)에 의한 해석으로 검증되었다. 해석에 이용된 소프트웨어는 LSTC사 제조의 LS-DYNA 버전 971으로, 동적 양해법(dynamic explicit method) 솔버(solver)가 이용되었다. 가공되는 재료로서, 판두께가 1.2㎜, 인장 강도(tensile strength)가 590㎫급인 고장력 강판(high-strength steel sheet)이 상정되었다. 도 9는, 대상으로 하는 성형 부품의 형상을 나타낸 도면이다. 또한, 표 1은, 도 9에 나타낸 성형 부품의 각 부의 치수 등을 나타내는 표이다.

또한, 도 10은, 본 발명의 제1 성형 공정에서 이용된 제1 펀치를 나타내는 도면이다. 또한, 도 11 및 도 12는, 제2 성형 공정에서 이용된 제2 펀치를 나타내는 도면이다. 또한, 표 2는, 제1 펀치 및 제2 펀치의 각 부의 치수를 나타내는 표이다. 또한, 도 11에 나타낸 제2 펀치를 사용한 경우를 발명예 1, 도 12에 나타낸 제2 펀치를 사용한 경우를 발명예 2로 했다. 또한, 각 패드에 의한 압압력은 196MN, 성형 속도는 2m/초로 했다.

도 13은, 상이한 프레스 성형 방법을 실시한 경우의 프레스 성형의 하사점에 있어서의 최대 판두께 증가율을 나타내는 도면이다. 도 13에 있어서, 종래예는, 일 공정으로 수축 플랜지 성형을 행하는 프레스 성형 방법이며, 비교예는, 도 12에 나타낸 제2 펀치(36)와 동(同)형상의 펀치를 이용하여 일 공정으로 플랜지 성형을 행하는 프레스 성형 방법이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 최대 판두께 증가율은, 종래예에서는 196％, 비교예에서는 87％인 것에 대하여, 본 발명예 1에서는 67％, 본 발명예 2에서는 59％였다. 이와 같이, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의하면, 종래예, 비교예와 비교하여, 최대 판두께 증가율이 저감되는 것이 실증되었다. 이것은, 본 발명의 프레스 성형 방법의 수축 플랜지 성형에 의해 주름의 발생이 효과적으로 방지되는 것을 의미하고 있다. 곡형부(13)의 경사 각도에 대해서는, 성형되는 플랜지부의 볼록 형상부와의 관계에서, 플랜지부의 굴곡 단부에 발생하는 수축과 신장과의 상쇄를 고려하여 변형이 가장 작아지도록 설정하면 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 성형 부품의 천판부(5)가 평탄한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 성형 부품의 천판부(5)는 평탄할 필요는 없다. 예를 들면, 천판부(5)가 중앙을 향하여 하향으로 경사지는 경사면을 갖는 오목 형상의 것이라 좋고, 반대로 천판부(5)가 중앙을 향하여 상향으로 경사지는 경사면을 갖는 볼록 형상의 것이라도 좋다.

천판부(5)가 오목 형상인 경우에 있어서의 제1 펀치(37)의 천판 성형부(39)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 중앙을 향하여 하향으로 경사지는 경사면으로 이루어지는 오목 형상이며, 곡형 성형부(31)의 경사 각도 θ3은, 천판부(5)가 평탄한 경우의 경사 각도 θ2보다도 작은 것이 바람직하다. 또한, 천판부(5)가 위를 향하여 볼록 형상인 경우에 있어서의 제1 펀치(41)의 천판 성형부(43)는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 중앙을 향하여 상향으로 경사지는 경사면으로 이루어지는 볼록 형상이며, 곡형 성형부(31)의 경사 각도 θ4는, 천판부(5)가 평탄한 경우의 경사 각도 θ2보다도 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기의 실시 형태에서는, 중간 형상 부품(15)에 있어서, 곡형부(13)가 블랭크재(9)의 폭방향의 일부에 형성되어 있지만, 블랭크재(9)의 전체 폭에 걸치도록 형성되어도 좋다. 도 16은, 중간 형상 부품(15)에 있어서의 곡형부(13)가 블랭크재(9)의 전체 폭에 걸쳐 형성되는 경우의 제1 펀치(18)를 나타내는 도면이다. 또한, 도 17은, 이 경우의 제2 펀치(35)를 나타내는 도면이다. 블랭크재(9)의 전체 폭에 걸쳐 곡형부(13)가 형성되는 경우, 폭광(wide width)의 블랭크재(9)에는 적용이 어렵기 때문에, 폭협(narrow width)의 블랭크재(9)에 적용하는 것이 바람직하다.

도 18은, 도 16에 나타낸 제1 펀치(18) 및 도 17에 나타낸 제2 펀치(35)를 이용한 프레스 성형에 대해서, 상기 실시예와 동일한 해석을 행한 결과를 나타내는 컨투어도이다. 또한, 도 19는, 종래예의 해석 결과를 나타내는 컨투어도이다. 폭협의 블랭크재(9)의 전체 폭에 걸쳐 곡형부(13)가 형성된 경우, 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)에 발생하는 판두께 증가율은, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의하면, 도 18에 나타내는 바와 같이 20％였던 것에 대하여, 종래예에 의하면, 도 19에 나타내는 바와 같이 34％였다. 이와 같이, 블랭크재(9)의 전체 폭에 걸쳐 곡형부(13)가 형성되는 경우에도, 블랭크재(9)의 폭의 일부에 곡형부(13)가 형성되는 경우와 동일하게, 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)의 판두께 증가율이 저감되는 것이 실증되었다.

또한, 플랜지부(7)의 양단 기부(基部; 22)(천판부(5)와 플랜지부(7)와의 경계의 양단부)에 판두께 증가 부위가 발생하고 있다. 이것은, 블랭크재(9)의 폭이 상기 실시예의 폭의 일부에 곡형부(13)가 형성된 블랭크재(9)의 폭보다도 좁기 때문에, 수축 플랜지 성형을 행했을 때에, 플랜지부(7)의 양단 기부(22)가 변형되기 쉬워, 당해 부위에 판두께 증가가 발생한 것이다. 즉, 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)에 작용하는 응력이, 변형이 용이한 부위에 작용하여 변형(판두께 증가)이 발생한 것이다. 이 경향은, 플랜지부(7)의 높이가 높아질수록 커진다고 생각할 수 있다. 그래서, 플랜지부(7)의 높이를 도 18, 도 19의 실시예(플랜지 높이 25㎜)보다도 5㎜ 높게 하여 30㎜로 한 경우에 대해서 해석을 행했다.

도 20은, 플랜지부(7)의 높이가 30㎜인 경우에 대한 본 발명의 프레스 성형 방법의 해석 결과를 나타내는 컨투어도이고, 도 21은 종래예의 해석 결과를 나타내는 컨투어도이다. 도 20, 도 21에 나타내는 바와 같이, 본 발명예, 종래예 모두 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)에 발생하는 판두께 증가율은 14％였지만, 플랜지부(7)의 양단 기부(22)에 발생하는 판두께 증가율은, 본 발명예에서는 37％인 것에 대하여 종래예에서는 86％였다. 이와 같이, 폭이 좁은 블랭크재(9)에 수축 플랜지 성형을 행한 경우에도, 본 발명예에 의하면, 플랜지부(7)의 양단 기부(22)에는 판두께 증가 부위가 발생하지만, 당해 부위의 판두께 증가율은 저감되는 것이 실증되었다.

본 발명은, 금속판을 프레스 성형하여 수축 플랜지를 성형하는 처리에 적용할 수 있다. 이에 따라, 최종 제품으로의 악영향이 없고, 수축 플랜지 성형에 있어서의 주름 발생의 문제를 근본적으로 해결하는 것이 가능해진다.

S1 : 제1 성형 공정
S2 : 제2 성형 공정
1 : 성형 부품
3 : 볼록 형상 외주연
5 : 천판부
7 : 플랜지부
9 : 블랭크재
11 : 종벽부
13 : 곡형부
15 : 중간 형상 부품
17 : 제1 펀치　
19 : 경계선
21 : 굴곡 단부
22 : 양단 기부
23 : 제1 다이
25 : 패드
27 : 평탄부
29 : 종벽 성형부
31 : 곡형 성형부
33 : 제2 다이
35 : 제2 펀치
37 : 제1 펀치
39 : 천판 성형부
41 : 제1 펀치
43 : 천판 성형부
50 : 제1 블랭크
51 : 제1 플랜지부
53 : 제1 절곡선
55 : 제1 절입
57 : 제2 블랭크
59 : 제2 플랜지부
61 : 제2 절곡선
63 : 제2 절입
65 : 중간 형상
67 : 볼록 형상 외주연
69 : 천판부
71 : 종벽부
73 : 곡형부
75 : 제3 절곡선

Claims (2)

1. 외주연의 일부가 외방(外方)으로 돌출된 볼록 형상 외주연을 갖는 천판부(天板部)와, 당해 천판부에 있어서의 볼록 형상 외주연을 따라 굽힘 성형된 플랜지부를 갖는 성형 부품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
   블랭크재에 있어서의 상기 플랜지부가 형성되는 부위에, 플랜지부의 일부가 되는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 외방을 향하여 절곡됨과 함께 상기 천판부측으로 오목해지는 곡형부(谷形部)를 포함하는 중간 형상 부품을 성형하는 제1 성형 공정과,
   당해 제1 성형 공정에서 성형된 중간 형상 부품의 상기 곡형부를 포함하는 부위를 굽힘 성형하여 플랜지부를 성형하는 제2 성형 공정을 포함하는 프레스 성형 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 성형 공정은, 블랭크재에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제1 다이로 협지(挾持)하고, 상기 블랭크재에 있어서의 플랜지부가 되는 부위를 제1 펀치에 의해 성형하고,
   상기 제2 성형 공정은, 중간 형상 부품에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제2 다이로 협지하고, 상기 중간 형상 부품에 있어서의 곡형부를 포함하는 형상을 따른 제2 펀치에 의해 성형하는 프레스 성형 방법.

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