KR101779688B1

KR101779688B1 - 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 장치

Info

Publication number: KR101779688B1
Application number: KR1020157035903A
Authority: KR
Inventors: 사토시 스미카와; 아키노부 이시와타리; 지로 히라모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2017-09-18
Also published as: KR20160010599A; EP3015185B1; WO2014208181A1; EP3015185A4; US10286436B2; MX2015017646A; CN105358269A; US20160121384A1; MX370005B; JP5664810B1; CN105358269B; EP3015185A1; JP2015027698A

Abstract

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 다이 (3) 와 펀치 (5) 에 의해 펀치 바닥부 (31a) 및 종벽부 (31b) 를 제품 형상으로 제 1 하사점까지 성형함과 함께, 외측 플랜지부 (31c) 및 내측 플랜지부 (31d) 에 대하여, 외측 플랜지부 (31c) 에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 제품 형상의 플랜지부의 선 길이보다 짧고, 내측 플랜지부 (31d) 에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 제품 형상의 플랜지부의 선 길이보다 길어지도록 성형하는 제 1 성형 공정과, 다이와 플랜지 성형용 다이 (7) 에 의해 제 1 성형 공정에서 성형된 외측 플랜지부 (31c) 및 내측 플랜지부 (31d) 를 제품 형상으로 제 2 하사점까지 성형하는 제 2 성형 공정을 구비하고, 제 1 성형 공정과 제 2 성형 공정을 한 번의 프레스 성형으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

Description

프레스 성형 방법 및 프레스 성형 장치{PRESS FORMING METHOD AND PRESS FORMING DEVICE}

본 발명은 길이 방향으로 연장되는 홈 형상부 (trench shaped portion) 를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부 (side wall portion) 의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 (press forming) 방법 및 프레스 성형 장치에 관한 것이다.

프레스 성형이란, 그 대상물인 재료 (블랭크 (blank)) 에 금형 (tool of press forming) 을 누름으로써, 금형의 형상을 블랭크에 전사하여 가공하는 (form) 방법이다. 프레스 성형에 있어서는, 프레스 성형품을 금형으로부터 꺼낸 후에, 그 프레스 성형품 내의 잔류 응력 (residual stress) 이 탄성 회복 (elastic recovery) 됨으로써 일어나는 형상 불량, 이른바 스프링백 (springback) 이 발생하여, 프레스 성형품의 형상 (shape of press formed part) 이 원하는 형상과는 상이해지는 문제가 자주 발생한다.

스프링백이 어느 정도 발생할지는, 주로 재료의 강도 (strength) 에 크게 영향을 받는다. 요즈음에는, 특히 자동차 업계를 중심으로, 자동차 차체의 경량화 (weight reduction of automotive body) 의 관점에서 차체 부품 (automotive body parts) 에 고강도의 강판 (high-strength steel sheet) 을 사용하는 경향이 강해지고 있어, 이와 같은 재료의 고강도화에 수반하여 스프링백이 발생하는 정도가 커지고 있다. 이 때문에, 스프링백 후의 형상을 설계 형상에 가까워지도록 하기 위해, 생산 현장에서는 숙련자에 의해 금형을 몇 번이나 수정하여, 트라이얼 ＆ 에러를 거듭해야 하고, 그 결과, 생산 기간이 장기화된다. 따라서, 스프링백을 효과적으로 저감시킬 수 있는 방법을 개발하는 것은, 자동차의 개발 기간이나 비용을 삭감하는 데에 있어서도 더욱더 중요한 과제라고 할 수 있다.

스프링백의 저감에는, 그 발생 원인인 응력 (stress) 의 컨트롤이 필요 불가결하다. 응력을 컨트롤하여 스프링백을 저감시키는 것으로서, 예를 들어 특허문헌 1 에 기재된「박강판의 프레스 성형용 금형 장치」가 있다. 특허문헌 1 에 기재된 방법은, 하트 단면 부품 (hat-shaped section part) 을 폼 성형 (crash forming) 할 때, 플랜지부 (flange portion) 에 볼록 비드 (bead) 를 형성한 금형으로 프레스 성형하는 방법이다. 이 방법으로는, 하사점 (bottom dead center) 직전에 블랭크가 볼록 비드에 로크되어 블랭크의 종벽부에 인장 변형 (tensile deformation) 이 부여됨으로써, 종벽부의 휨 (curl) 의 원인이었던 판두께 방향의 응력차 (stress difference) 를 해소할 수 있다.

또, 다른 예로서, 펀치의 외주에 설치된 블랭크 홀더에 함몰을 형성한 금형으로 성형하는 방법이 특허문헌 2 에 제안되어 있다. 이 방법은, 성형 중, 블랭크 홀더의 함몰에 블랭크 단부가 들어가, 더욱 성형이 진행되면 블랭크 단부가 함몰 내벽에 걸려 구속된 상태가 된다. 이 때문에, 블랭크가 밖으로 유출되지 않게 되기 때문에, 하사점 직전에 블랭크의 종벽부에 면내 압축 응력 (in-plane compressive stress) 을 부여할 수 있어, 판두께 방향의 응력차를 해소할 수 있다.

일본 특허 제4090028호 일본 공개특허공보 2010-99700호

특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 성형된 부품의 플랜지부에 비드 형상이 남기 때문에, 조립 공정에 있어서 다른 부품과의 용접시에 문제가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 비드 형상이 잔존하는 부분을 컷하거나, 혹은 제품 내에 비드 형상이 들어가지 않도록 블랭크 길이를 길게 할 필요가 있다.

또, 특허문헌 1, 2 에 기재된 방법은, 스프링백에 의해 어느 단면에 발생하는 형상 변화에 대한 대책이다. 그러나, 실제의 부품에서는 비틀림 (torsion) 이나 굽힘 (bending) 과 같은 부품 전체에 발생하는 3 차원적인 스프링백이 문제가 되는 경우도 많아, 특허문헌 1, 2 에 기재된 방법은 이와 같은 문제에 대한 충분한 대책은 될 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 제품 형상을 바꾸지 않고, 비틀림이나 굽힘과 같은 3 차원적인 스프링백을 저감시키는 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 길이 방향으로 연장되는 홈 형상부를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 다이 (die) 와 펀치에 의해 상기 홈 형상부를 상기 제품 형상으로 제 1 하사점까지 성형함과 함께, 수축 플랜지 변형을 받는 플랜지부 또는 연신 플랜지 변형을 받는 플랜지부의 적어도 일방에 대하여, 수축 플랜지 변형을 받는 플랜지부에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 상기 제품 형상의 플랜지부의 선 길이보다 짧고, 연신 플랜지 변형을 받는 플랜지부에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 상기 제품 형상의 플랜지부의 선 길이보다 길어지도록 성형하는 제 1 성형 공정과, 상기 다이와 플랜지 성형용 다이에 의해 상기 제 1 성형 공정에서 성형된 상기 플랜지부를 제품 형상으로 제 2 하사점까지 성형하는 제 2 성형 공정을 구비하고, 상기 제 1 성형 공정과 상기 제 2 성형 공정을 한 번의 프레스 성형으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 2 성형 공정은, 상기 플랜지 성형용 다이에 상기 플랜지부의 일부가 맞닿은 상태에서, 상기 다이와 상기 펀치를 상기 홈 형상부를 상기 제 1 하사점에서 유지한 채 상기 플랜지 성형용 다이에 가까워지도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 2 성형 공정은, 상기 다이와 상기 펀치를 상기 홈 형상부를 상기 제 1 하사점에서 유지한 채 정지시켜, 상기 플랜지 성형용 다이를 상기 다이측에 가까워지도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 1 쌍의 종벽 중 어느 일방의 플랜지부에 제 1 성형 공정과 제 2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 1 쌍의 종벽의 양방의 플랜지부에 제 1 성형 공정과 제 2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 펀치 바닥부를 갖는 성형품을 성형하는 경우에 있어서, 상기 블랭크에 있어서의 상기 펀치 바닥부에 상당하는 부위를 패드로 눌러 상기 제 1 성형 공정 및 제 2 성형 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 방법은, 길이 방향으로 연장되는 홈 형상부를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 장치로서, 요함부 (recessed portion) 와 그 요함부의 양측에 플랜지 성형부를 갖는 다이와, 그 다이의 상기 요함부에 상부가 삽입되는 펀치와, 상기 다이의 상기 플랜지 성형부와 협동하여 상기 플랜지부를 성형하는 플랜지 성형용 다이를 갖고, 상기 펀치는 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 상대 이동 가능하게 설치됨과 함께 소정의 압력이 작용했을 때 상대 이동하도록 지지 장치에 지지되어 있어, 상기 펀치를 상기 지지 장치에 의해 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 소정 높이로 지지하고, 이 상태에서 상기 펀치의 상부를 상기 다이의 상기 요함부에 삽입시켜, 상기 홈 형상부를 성형하고, 상기 다이와 상기 펀치로 상기 홈 형상부를 유지한 채, 상기 지지 장치에 의한 펀치를 지지하는 지지력보다 큰 힘으로 상기 다이를 이동시켜, 상기 다이와 상기 플랜지 성형용 다이로 상기 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 장치는, 길이 방향으로 연장되는 홈 형상부를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 장치로서, 요함부와 그 요함부의 양측에 플랜지 성형부를 갖는 다이와, 그 다이의 상기 요함부에 상부가 삽입되는 펀치와, 상기 다이의 상기 플랜지 성형부와 협동하여 상기 플랜지부를 성형하는 플랜지 성형용 다이를 갖고, 상기 펀치는 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 상대 이동 가능하게 설치됨과 함께 소정의 압력이 작용했을 때 상대 이동하도록 지지 장치에 지지되어 있어, 상기 펀치를 상기 지지 장치에 의해 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 소정 높이로 지지하고, 이 상태에서 상기 펀치의 상부를 상기 다이의 상기 요함부에 삽입시켜, 상기 홈 형상부를 성형하고, 상기 다이와 상기 펀치로 상기 홈 형상부를 유지한 채, 상기 플랜지 성형용 다이를 이동시켜, 상기 다이와 상기 플랜지 성형용 다이로 상기 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 플랜지 성형용 다이에 대한 상기 펀치의 상대 이동 거리를 h, 상기 제품 형상의 플랜지 폭을 L 로 했을 때, 0.05 ＜ h/L ＜ 1.0 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 플랜지 성형용 다이는 상기 1 쌍의 종벽 중 어느 일방에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 플랜지 성형용 다이는 상기 1 쌍의 종벽의 양방에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 프레스 성형 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 블랭크의 일부를 상기 펀치와 협동하여 사이에 끼워지는 패드를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 플랜지부에 발생하는 잔류 응력을 작게 할 수 있기 때문에, 제품 형상을 바꾸지 않고, 비틀림이나 굽힘과 같은 3 차원적인 스프링백을 저감시킬 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 장치의 요부의 사시도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 장치의 요부의 종단면도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법의 효과의 메커니즘의 설명도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법의 효과의 메커니즘의 설명도이다.
도 6 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 7 은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 프레스 성형 장치의 요부의 설명도이다.
도 8 은, 도 7 의 프레스 성형 장치를 사용한 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 9 는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 프레스 성형 장치의 요부의 설명도이다.
도 10 은, 본 발명을 적용 가능한 프레스 성형품의 형상의 양태를 설명하는 설명도이다.
도 11 은, 본 발명의 실시예 1 에 관련된 프레스 성형품의 제품 형상의 설명도이다.
도 12 는, 본 발명의 실시예 1 에 관련된 프레스 성형품의 제품 형상의 설명도이다.
도 13 은, 본 발명의 실시예 1 에 관련된 스프링백량의 평가 방법의 설명도이다.
도 14 는, 본 발명의 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 프레스 성형품의 사시도이다.
도 15 는, 본 발명의 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 장치의 금형의 사시도이다.
도 16 은, 본 발명의 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 17 은, 본 발명의 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형된 성형품에 있어서의 스프링백의 발생 메커니즘의 설명도이다.
도 18 은, 본 발명의 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형된 성형품에 있어서의 스프링백의 설명도이다.
도 19 는, 본 발명을 적용 가능한 제품 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20 은, 본 발명을 적용 가능한 제품 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21 은, 본 발명을 적용 가능한 제품 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22 는, 본 발명의 실시예 3 에 관련된 프레스 성형품의 제품 형상의 설명도이다.
도 23 은, 본 발명의 실시예 3 에 관련된 프레스 성형 장치의 요부의 사시도이다.
도 24 는, 본 발명의 실시예 3 에 관련된 비교예로서의 종래의 프레스 성형 장치의 금형의 사시도이다.
도 25 는, 본 발명의 실시예 3 에 관련된 스프링백량의 평가 방법의 설명도이다.

본 발명의 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 도 14 에 나타낸 바와 같은 펀치 (punch) 바닥부 (31a) 및 종벽부 (31b) 로 이루어지는 홈 형상부 (31e) 와 플랜지부 (외측 플랜지 (31c) 및 내측 플랜지 (31d)) 에 의해 형성되고, 또한 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지를 갖는 성형품 (31) 을 폼 성형했을 때 성형품 (31) 에 발생하는 스프링백의 형태에 대하여 검토하였다.

종래의 폼 성형에서는, 도 15 의 사시도, 도 16 의 단면도에 나타내는 바와 같이, 다이 (103) 와 펀치 (105) 사이에 블랭크 (23) 를 끼워 넣음으로써 블랭크 (23) 를 성형한다. 도 17 은 성형 전후의 블랭크 외형선을 나타낸 도면이다. 만곡 곡률이 큰 쪽 (곡률 반경이 작은 쪽) 의 플랜지 (이하, 내측 플랜지 (31d)) 에 해당하는 외형선의 곡률 (curvature) 은 성형에 의해 블랭크가 유입됨으로써 작아지고 (곡률 반경은 커지고), 선 길이가 길어진다 (A₀B₀ → A₁B₁). 요컨대, 내측 플랜지 (31d) 는 연신 플랜지 변형 (stretch flange deformation) 이 되고, 하사점에서는 길이 방향에 인장 응력 (tensile stress) 이 잔존한다.

한편, 만곡 곡률이 작은 쪽 (곡률 반경이 큰 쪽) 의 플랜지 (이하, 외측 플랜지 (31c)) 에서는 그 반대로, 외형선의 곡률은 성형에 의해 블랭크가 유입됨으로써 커지고 (곡률 반경은 작아지고), 선 길이가 짧아진다 (C₀D₀ → C₁D₁). 요컨대, 외측 플랜지 (31c) 는 수축 플랜지 변형 (shrink flange deformation) 이 되고, 하사점에서는 길이 방향에 압축 응력 (compressive stress) 이 잔류한다.

이들 잔류 응력은 이형 (die release) 시에 탄성 회복되고, 내측 플랜지 (31d) 에서는 수축 변형 (shrink deformation), 외측 플랜지 (31c) 는 연신 변형 (stretch deformation) 이 된다. 그 결과, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 성형품 (31) 에는 만곡 곡률이 커 (곡률 반경이 작아) 지는 굽힘 변형 (bending deformation) 이 되는 스프링백이 발생한다. 또한, 도 18 에 있어서, 파선이 스프링백 전의 형상을 나타내고, 실선이 스프링백 후의 형상을 나타내고 있다.

이상과 같이, 길이 방향으로 만곡된 플랜지부를 갖는 성형품에서는, 플랜지부에 있어서의 잔류 응력이 이형시에 해방되기 때문에, 성형품 전체에 굽힘 변형을 부여하는 스프링백이 발생한다. 이것으로부터, 이와 같은 성형품에서는, 플랜지부의 잔류 응력의 저감이 성형품의 스프링백 저감에 매우 중요하다고 할 수 있다. 그래서, 본 발명의 발명자들은, 플랜지부의 잔류 응력을 저감시키는 방법으로서, 프레스 성형 과정에 있어서 플랜지부의 선 길이를 제품 형상보다 크게 변화시키고, 그 후에 플랜지부의 선 길이를 제품 형상으로 복귀시키는 성형을 하는 것을 생각하였다.

이하, 상기의 지견으로부터 상도된 본 발명의 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법에 대하여 설명한다.

[제 1 실시형태]

본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법은, 도 14 에 나타내는 제품 형상을 갖는 성형품 (31) 을 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 다이 (3) 와 펀치 (5) 에 의해 펀치 바닥부 (31a) 및 종벽부 (31b) 를 성형품 (31) 의 제품 형상으로 제 1 하사점까지 성형함과 함께, 외측 플랜지부 (31c) 및 내측 플랜지부 (31d) 에 대하여, 외측 플랜지부 (31c) 에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 성형품 (31) 의 플랜지부의 선 길이보다 짧고, 내측 플랜지부 (31d) 에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 성형품 (31) 의 플랜지부의 선 길이보다 길어지도록 성형하는 제 1 성형 공정 (도 1 의 (a) ∼ 도 1 의 (c) 참조) 과, 다이 (3) 와 플랜지 성형용 다이 (7) 에 의해 제 1 성형 공정에서 성형된 외측 플랜지부 (31c) 및 내측 플랜지부 (31d) 를 성형품 (31) 의 제품 형상으로 제 2 하사점까지 성형하는 제 2 성형 공정 (도 1 의 (d) 참조) 을 구비하고, 제 1 성형 공정과 제 2 성형 공정을 한 번의 프레스 성형으로 실시하는 것을 특징으로 한다. 또한, 성형품 (31) 은 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지를 갖고 있기 때문에, 만곡되는 원호의 외측 플랜지부 (31c) 의 만곡 곡률이 작아지고, 내측 플랜지부 (31d) 의 만곡 곡률이 커져 있다. 따라서, 외측 플랜지부 (31c) 가 본 발명의 수축 플랜지 변형을 받는 플랜지부에 대응하고, 내측 플랜지부 (31d) 가 본 발명의 연신 플랜지 변형을 받는 플랜지부에 대응하고 있다.

상기 프레스 성형 방법에 대하여 상세하게 설명하기에 앞서, 상기 프레스 성형 방법을 실시하기 위한 프레스 성형 장치 (1) 에 대하여 도 1 ∼ 도 3 에 기초하여 개설한다. 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 장치 (1) 는, 길이 방향을 따라 만곡되는 요함부 (3a) 를 갖는 다이 (3) 와, 다이 (3) 의 요함부 (3a) 에 상부가 삽입됨으로써 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 를 성형하는 펀치 (5) 와, 다이 (3) 의 플랜지 성형부 (3b) 와 협동하여 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 를 성형하는 플랜지 성형용 다이 (7) 를 갖고 있다. 이하, 각 구성에 대하여 설명한다.

＜다이＞

다이 (3) 의 요함부 (3a) 는, 펀치 (5) 의 상부와 함께 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 로 이루어지는 홈 형상부 (31e) (도 14) 를 성형한다. 다이 (3) 의 플랜지 성형부 (3b) 는, 플랜지 성형용 다이 (7) 로 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 를 성형한다.

＜플랜지 성형용 다이＞

플랜지 성형용 다이 (7) 는, 펀치 (5) 의 하부가 상하동 가능하게 설치되는 펀치 설치홈 (7a) 을 갖고 있다. 펀치 설치홈 (7a) 에는, 펀치 (5) 를 압축 (押縮) 가능한 지지 기구 (8) 가 형성되어 있다. 또한, 지지 기구 (8) 는, 다이 (3) 와 펀치 (5) 로 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 를 성형할 때 (제 1 성형 공정) 펀치 (5) 에 작용하는 가압력에 의해서는 압축되지 않도록 설정되어 있다. 또한, 지지 기구 (8) 는 스프링, 고무 등의 탄성체 (elastic body) 나, 압력 유체압 (fluid pressure) 실린더 등을 적용할 수 있다.

＜펀치＞

펀치 (5) 는 볼록조로 이루어진다. 상기 서술한 바와 같이, 펀치 (5) 의 하부는 플랜지 성형용 다이 (7) 의 펀치 설치홈 (7a) 에 상하동 가능하게 설치되어 있다. 펀치 (5) 의 하면이 펀치 설치홈 (7a) 에 맞닿으면, 도 1 의 (d) 에 나타내는 바와 같이, 펀치 (5) 의 종벽부 성형면 최하단 (5a) 이 플랜지 성형용 다이 (7) 의 펀치 설치홈 (7a) 의 홈벽 상단 (6) 에 연속되도록 되어 있다. 프레스 성형 개시시에 있어서는, 펀치 (5) 의 종벽부 성형면 최하단 (5a) 이 플랜지 성형용 다이 (7) 의 펀치 설치홈 (7a) 의 홈벽 상단 (6) 으로부터 소정의 높이가 되도록 지지 기구 (8) 에 의해 지지되어 있고, 이 높이가 펀치 (5) 의 상대 이동 거리 (h) 에 상당한다. 상대 이동 거리 (h) 는 지지 기구 (8) 의 길이를 바꿈으로써 용이하게 변경 가능하다.

이상과 같이 구성된 프레스 성형 장치 (1) 를 사용한 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 프레스 성형 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 특징은, 프레스 성형 중에 있어서, 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 의 길이 방향의 선 길이를 약간 변화시킴으로써 스프링백을 완화시킨다는 점에 있다. 이 점에 주목하면서 도 1 및 도 4 에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 4 는, 내측 플랜지 (31d) 와 외측 플랜지부 (31c) 에 있어서의 프레스 성형 개시 전부터 제 1 하사점 나아가 제 2 하사점까지의 선 길이의 변화를 설명하는 설명도이다. 도 4 에서는, 만곡된 내측 및 외측에 대하여, 파선의 동그라미로 둘러싼 부분을 확대하여 나타내고 있다. 각 확대도에 있어서, 파선이 프레스 성형 전의 블랭크 (23) 의 내측단 (23a) 및 외측단 (23b), 점선이 제 1 하사점에 있어서의 내측단 (23a) 및 외측단 (23b), 그리고 실선이 제 2 하사점에 있어서의 내측단 (23a) 및 외측단 (23b) 을 각각 나타내고 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 프레스 성형 개시 전의 점 A₀, 점 B₀ 은 각각, 제 1 하사점에서는 점 A₁, 점 B₁ 이 되고, 제 2 하사점에서는 점 A₂, 점 B₂ 가 되고, 선 길이는 A₀B₀ → A₁B₁ → A₂B₂ 로 변화한다.

블랭크 (23) 는, 도 1 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 펀치 (5) 의 상면에 재치 (載置) 재치한다. 펀치 (5) 는 플랜지 성형용 다이 (7) 로부터의 높이가 h 가 되도록 지지 기구 (8) 에 의해 지지되어 있다.

＜제 1 성형 공정＞

먼저, 다이 (3) 를 이동시켜 (도 1 의 (b) 참조) 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 를 제품 형상으로 성형한다 (제 1 하사점, 도 1 의 (c) 참조) (제 1 성형 공정). 상기 서술한 바와 같이, 이 동안, 펀치 (5) 는 이동하지 않도록 지지 기구 (8) 에 의해 지지되어 있다. 종벽부 (31b) 가 성형될 때 블랭크 (23) 가 안쪽으로 유입됨으로써, 블랭크 (23) 의 내측단 (23a) 및 외측단 (23b) 은, 도 1 의 (b) 및 도 1 의 (c) 의 굵은 화살표로 나타내는 바와 같이 펀치 (5) 측으로 이동한다.

도 4 의 만곡의 내측의 확대도를 보면, 성형 개시부터 제 1 하사점까지의 사이 (제 1 성형 공정), 블랭크 (23) 의 유입에 의해 내측단 (23a) 에 있어서의 선 길이 A₀B₀ 은 선 길이 A₁B₁ 이 되고, 내측단 (23a) 의 선 길이는 길게 늘어나 길어진다 (연신 플랜지 변형). 한편, 만곡의 외측에서는, 도 4 의 확대도에 나타내는 바와 같이, 블랭크 (23) 의 유입에 의해 외측단 (23b) 에 있어서의 선 길이 C₀D₀ 은 선 길이 C₁D₁ 이 되고, 외측단 (23b) 의 선 길이는 줄어들어 짧아진다 (수축 플랜지 변형).

＜제 2 성형 공정＞

다음으로, 지지 기구 (8) 에 의한 펀치 (5) 의 지지력보다 다이 (3) 의 압하력을 강하게 하여 다이 (3) 및 펀치 (5) 를 일체로 하고, 펀치 바닥부 (31a) 및 종벽부 (31b) 를 유지시킨 채 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 다이 (3) 의 플랜지 성형부 (3b) 와 플랜지 성형용 다이 (7) 에 의해 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 가 제품 형상으로 성형된다 (제 2 하사점, 도 1 의 (d) 참조) (제 2 성형 공정). 이 때 블랭크 (23) 의 내측단 (23a) 및 외측단 (23b) 은, 도 1 의 (d) 중의 굵은 화살표로 나타내는 바와 같이 바깥쪽으로 이동한다.

도 4 의 만곡된 내측의 확대도를 보면, 제 2 하사점에 있어서, 내측단 (23a) 은 외측으로 밀려 나오는 (유출되는) 변형을 하기 때문에, 내측단 (23a) 의 선 길이는 약간 짧아져 (A₁B₁ → A₂B₂), 성형품 (31) 의 제품 형상에 있어서의 내측 플랜지부 (31d) 의 선 길이가 된다. 한편, 만곡된 외측에서는, 외측단 (23b) 의 선 길이가 약간 길어진다 (C₁D₁ → C₂D₂).

이와 같이, 내측 플랜지부 (31d) 에 있어서는, 제 1 성형 공정에 있어서, 일단, 성형품 (31) 의 제품 형상보다 선 길이가 길어지는 성형을 실시하고, 제 2 성형 공정에 있어서 성형품 (31) 의 제품 형상의 선 길이로 복귀시키는 성형을 실시한다. 한편, 외측 플랜지부 (31c) 에 있어서는, 제 1 성형 공정에 있어서, 일단 성형품 (31) 의 제품 형상보다 선 길이가 짧아지는 성형을 실시하고, 제 2 성형 공정에 있어서 성형품 (31) 의 제품 형상의 선 길이로 복귀시키는 성형을 실시한다. 이 때문에, 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 에 있어서, 제 1 성형 공정에서 발생한 스트레인 (strain) 이 제 2 성형 공정에서 약간 복귀되게 되고, 이에 수반하여 잔류 응력이 대폭 저감된다. 이 점에 대하여, 도 5 에 기초하여 설명한다. 도 5 는, 플랜지부의 성형 개시부터 제 2 하사점까지의 길이 방향의 응력-스트레인 선도이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 성형 공정에 의해 제 1 하사점의 플랜지부에는 큰 잔류 응력이 축적되어 있다. 그러나, 제 1 하사점으로부터 제 2 하사점까지 스트레인을 약간 복귀시키는 것에 의해 잔류 응력은 대폭 저감된다. 이와 같이, 본 발명은 약간의 스트레인의 복귀에 대해 잔류 응력이 민감하게 크게 변화하는 특징을 이용한 것이다.

스트레인의 복귀량은, 펀치 (5) 의 상대 이동 거리 (h) 와 플랜지 폭에 의해 결정된다. 플랜지 폭이 동일하면, 상대 이동 거리 (h) 가 클수록 스트레인의 복귀량은 커져 잔류 응력의 저감 효과는 크다. 요컨대, 본 발명에 있어서, 플랜지 성형용 다이 (7) 에 대한 펀치 (5) 의 상대 이동 거리 (h) 가 스프링백량에 큰 영향을 주고 있어, 상대 이동 거리 (h) 를 조절함으로써 프레스 성형의 현장에서 스프링백을 컨트롤할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 종래 금형을 수정함으로써 트라이얼 ＆ 에러에 의해 스프링백을 저감시키고 있던 수단에 비해 훨씬 저렴하고 또한 단기간에 스프링백을 저감시킬 수 있다. 또한, 스트레인의 복귀량이 지나치게 크면, 역방향의 잔류 응력을 축적시키기 때문에 적절한 복귀량이 필요하다.

그래서, 성형품 (31) 의 플랜지 폭을 L (도 14 참조) 로 하면, 플랜지 폭 (L) 과 상대 이동 거리 (h) 의 비 (h/L) 는, 0.05 ＜ h/L ＜ 1.0 의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 이 점은 후술하는 실시예에 있어서 실증되어 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 있어서는, 성형 과정에 있어서 일단 성형품의 내측으로 들어간 플랜지부의 재료를 성형품의 외측으로 되밀어내 길이 방향의 스트레인을 약간 복귀시킴으로써 잔류 응력을 저감시킨다. 이로써, 제품 형상을 바꾸지 않고, 또, 균열 (fracture) 이나 주름 (wrinkles) 등의 성형 불량을 발생시키지 않고, 스프링백을 저감시킬 수 있다.

[제 2 실시형태]

제 1 실시형태에서는, 프레스 성형 장치 (1) 는, 다이 (3), 펀치 (5), 및 플랜지 성형용 다이 (7) 를 갖고 있는 예를 들어 설명했지만, 도 6 에 나타내는 프레스 성형 장치 (10) 와 같이, 블랭크 (23) 의 펀치 바닥부 (31a) 에 상당하는 부위를, 펀치 (5) 와 협동하여 사이에 끼워지는 패드 (pad) (9) 를 형성하여, 제 1 성형 공정 개시시부터 블랭크 (23) 를 사이에 끼워지도록 해도 된다. 이렇게 함으로써, 제 1 성형 공정에 있어서 블랭크 (23) 가 어긋나는 것을 확실히 방지할 수 있다. 또한, 도 6 의 프레스 성형 장치 (10) 에 있어서, 도 1 의 프레스 성형 장치 (1) 와 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

[제 3 실시형태]

제 1, 제 2 실시형태에서는 내측 플랜지 (31d) 및 외측 플랜지 (31c) 의 양방에 있어서 스트레인의 복귀를 부여하는 예를 설명했지만, 내측 플랜지 (31d) 와 외측 플랜지 (31c) 로 잔류 응력의 밸런스를 잡는 것에 의해 성형품 (31) 전체로서 스프링백이 완화되면 되고, 내측 플랜지부 (31d) 또는 외측 플랜지부 (31c) 의 일방에 대해서만, 스트레인의 복귀를 부여하는 성형을 실시하도록 해도 된다. 예를 들어, 내측 플랜지부 (31d) 에만 스트레인의 복귀를 부여하는 경우, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 외측 플랜지 성형부 (11a) 를 갖는 펀치 (11) 와, 내측 플랜지 성형용 다이 (13) 를 갖는 프레스 성형 장치 (15) 를 이용하여 프레스 성형을 실시한다.

펀치 (11) 는, 다이 (3) 와 함께 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 와 외측 플랜지부 (31c) 를 성형한다. 프레스 성형 장치 (15) 의 다른 구성은 프레스 성형 장치 (1) 와 동일하므로, 도 7 에 있어서, 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

프레스 성형 장치 (15) 를 사용한 프레스 성형 방법에 대하여 도 8 에 기초하여 설명한다. 먼저, 도 8 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 블랭크 (23) 를 재치하고, 다이 (3) 를 이동시킨다 (도 8 의 (b) 참조). 제 1 하사점 (도 8 의 (c) 참조) 에 있어서는, 내측단 (23a) 에서는 연신 플랜지 변형이 되고, 외측단 (23b) 에서는 수축 플랜지 변형이 된다. 그리고, 제 2 하사점 (도 8 의 (d) 참조) 에 있어서 내측단 (23a) 의 길이 방향의 선 길이가 약간 짧아지고, 연신 플랜지 변형이 완화되어 인장 응력이 대폭 감소한다. 이와 같이 하여, 내측 플랜지부 (31d) 와 외측 플랜지부 (31c) 에서의 잔류 응력이 밸런스되어, 성형품 (31) 전체로서 스프링백에 의한 변형이 완화된다.

[제 4 실시형태]

제 3 실시형태에 나타낸 것과는 반대로, 외측 플랜지부 (31c) 에만 스트레인의 복귀를 부여하도록 해도 된다. 이 경우, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 내측 플랜지 성형부 (17a) 를 갖는 펀치 (17) 와, 외측 플랜지 성형용 다이 (19) 를 갖는 프레스 성형 장치 (21) 을 사용한다. 펀치 (17) 는, 다이 (3) 와 함께 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 와 내측 플랜지부 (31d) 를 성형한다. 프레스 성형 장치 (21) 의 다른 구성은 프레스 성형 장치 (1) 와 동일하므로, 도 9 에 있어서, 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

이 경우, 제 1 하사점에 있어서는, 내측 플랜지부 (31d) 에서는 연신 플랜지 변형이 되고, 외측 플랜지부 (31c) 에서는 수축 플랜지 변형이 되는 점은, 상기 제 3 실시형태와 동일하다. 그 후에 성형이 진행되면, 제 2 하사점에 있어서 외측 플랜지부 (31c) 에 있어서는 선 길이가 약간 길어지고, 수축 플랜지 변형이 완화되어 압축 응력이 대폭 감소한다. 이와 같이 하여, 내측 플랜지부 (31d) 와 외측 플랜지부 (31c) 에서의 잔류 응력이 밸런스되어, 성형품 (31) 전체로서 스프링백 변형이 완화된다.

또한, 상기 제 2 성형 공정에서는, 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 를 성형하는 방법의 일례로서, 다이 (3) 와 펀치 (5) 를 플랜지 성형용 다이 (7) 에 가까워지게 하는 것에 대하여 설명했지만, 다이 (3) 와 펀치 (5) 를 제 1 하사점에서 정지시켜, 플랜지 성형용 다이 (7) 를 다이 (3) 측에 가까워지도록 해도 된다.

또, 본 발명에서 효과가 얻어지는 성형품의 제품 형상으로는 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖고, 또한 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽 중 적어도 일방에 플랜지부를 갖는 형상이면 된다. 도 10 에, 본 발명을 적용 가능한 성형품의 제품 형상의 단면의 예를 복수 나타내고, 각 단면에 대하여 이하에 설명한다. 도 10 의 (a) ∼ 도 10 의 (f) 는, 내측 및 외측의 양방에 만곡된 플랜지부를 갖는 성형품의 제품 형상의 단면이다. 도 10 의 (a), (d) 는 종벽이 수직으로 되어 있는 성형품의 제품 형상의 단면이다. 도 10 의 (b), (e) 는, 상기 서술한 성형품 (31) 의 제품 형상의 단면과 동일하고, 종벽이 경사져 있는 성형품의 제품 형상의 단면이다. 도 10 의 (c), (f) 는 양 종벽부가 경사져 삼각형을 형성하고 있는 성형품의 제품 형상의 단면이다. 도 10 의 (c), (f) 의 단면을 성형하려면, 선단이 R 이 되어 있는 펀치를 사용하면 된다. 또, 도 10 의 (g) ∼ 도 10 의 (i) 에 나타내는 바와 같이, 도 10 의 (a) ∼ 도 10 의 (c) 의 내측 또는 외측의 어느 일방에만 만곡된 플랜지부를 갖는 것이어도 된다. 플랜지부의 길이, 높이 위치나 각도에 대하여 제한은 없다. 또, 도 19 의 (a) 의 성형품 (41) 및 도 19 의 (b) 의 성형품 (43) 에 나타내는 바와 같이, 내측 또는 외측의 어느 일방에 만곡된 플랜지부를 갖고, 타방은 만곡되지 않은 플랜지부를 갖는 것이어도 되고, 성형품의 제품 형상 전체가 만곡되어 있지 않아도 된다.

또, 성형품의 길이 방향을 x 방향, 폭 방향을 y 방향, 높이 방향을 z 방향 (도 19 참조) 으로 하면, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시형태 및 도 19 의 설명에서는, 성형품은 xy 평면 내에 있어서의 만곡이었지만, 본 발명이 대상으로 하는 성형품은 이와 같은 만곡되는 성형품에만 한정되지 않고, 도 20 및 도 21 에 나타내는 바와 같이, 플랜지부가 z 방향으로 만곡되는 것도 포함한다. 도 20 의 (a) 는, 성형품 전체가 길이 방향 중앙에서 아래로 볼록해지도록 만곡된 형상의 일례 (성형품 (71)) 를 나타내고, 도 20 의 (b) 는 길이 방향 중앙에서 아래로 볼록해지도록 만곡된 형상의 일례 (성형품 (73)) 를 나타낸다. 또, 도 21 의 (a) 는, 성형품의 플랜지부만이 길이 방향 중앙에서 위로 볼록해지도록 만곡된 형상의 일례 (성형품 (81)) 를 나타내고, 도 21 의 (b) 는 성형품의 플랜지부만이 길이 방향 중앙에서 아래로 볼록해지도록 만곡된 형상의 일례 (성형품 (83)) 를 나타낸다.

실시예 1

본 발명의 프레스 성형 방법에 의한 작용 효과에 대하여 구체적인 실험을 실시했으므로, 그 결과에 대하여 도 11 ∼ 도 13 에 기초하여, 다른 도면을 적절히 참조하여 이하에 설명한다. 먼저, 실험 방법에 대하여 개설한다. 실험은, 프레스 성형 장치 (1) 를 사용하여 복수의 프레스 성형 조건으로 성형을 실시하고, 성형된 성형품의 스프링백량을 비교한다는 것이다. 성형 대상이 되는 성형품 (31) 은, 도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 하트 단면을 갖는 길이 방향을 따라 만곡된 형상이며, 길이는 1000 ㎜, 단면의 높이는 30 ㎜, 펀치 바닥부 (31a) 의 폭은 20 ㎜, 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 의 폭은 모두 25 ㎜, 부품폭 중앙의 길이 방향 만곡 곡률 반경 (radius of curvature) 은 1000 ㎜ 이다. 블랭크 (23) 는 두께 1.2 ㎜ 의 980 ㎫ 급 강판을 사용하였다. 프레스기에는 1000 tonf 유압 프레스기를 사용하였다.

프레스 성형 조건에 대하여 이하에 상세히 설명한다. 본 발명예 1 ∼ 본 발명예 7 은, 펀치 (5) 의 상대 이동 거리 (h) 의 영향을 확인하기 위해, 상대 이동 거리 (h) 를 각각 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30 ㎜ 의 7 수준으로 하였다. 본 발명예 1 ∼ 본 발명예 7 은, 제 2 성형 공정에서는, 플랜지 성형용 다이 (7) 을 고정시켜, 다이 (3) 와 펀치 (5) 가 펀치 바닥부 (31a) 및 종벽부 (31b) 를 하사점에서 유지한 채 하동시키는 것으로 하였다. 또, 본 발명예 8 은, 다이 (3) 와 펀치 (5) 가 펀치 바닥부 (31a) 및 종벽부 (31b) 를 하사점에서 유지한 채 정지된 상태에서, 플랜지 성형용 다이 (7) 가 상동하는 성형 방법으로 하였다. 본 발명예 1 ∼ 본 발명예 8 에 있어서는, 도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 프레스 성형 장치 (1) 를 사용하였다.

비교예 1 은, 프레스 성형 장치 (101) (도 15 참조) 를 이용하여, 펀치 바닥부 (31a) 와 종벽부 (31b) 와 플랜지부 (내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c)) 를 성형하는 통상적인 펀치 (105) (상대 이동 거리 (h) = 0 ㎜) 를 사용하여 종래의 폼 성형 (도 16 참조) 을 실시하였다. 또, 패드 (9) 로 천판부를 누르는 경우의 효과를 확인하기 위해, 본 발명예 9 로서 도 6 으로 나타낸 프레스 성형 장치 (10) 를 사용한 본 발명에 관련된 패드가 부착된 폼 성형 (상대 이동 거리 (h) = 10 ㎜) 과, 비교예 2 로서 통상적인 펀치 (105) (상대 이동 거리 (h) = 0 ㎜) 및 패드가 부착된 다이를 사용한 폼 성형을 실시하였다. 패드압은 50 tonf 로 하였다.

성형된 성형품의 제품 형상은 3 차원 형상 측정으로 측정하였다. 그 후, CAD (Computer-Aided Design) 소프트웨어 상에서 길이 방향 중앙의 만곡부가 설계 형상과 맞도록 측정 데이터의 위치 맞춤을 실시한 후, 부품단에 있어서의 측정 형상 데이터와 설계 형상 데이터의 Y 좌표 차이 (굽힘량 (Δy), 도 13 참조) 를 산출하여, 이 굽힙량 (Δy) 을 스프링백에 의한 굽힘 변형의 지표로 하였다. 굽힘량 (Δy) 은, 정 (正) 이라면 만곡 곡률이 커지는 (곡률 반경이 작아지는) 방향으로 굽힘 변형된 것을, 부 (負) 라면 만곡 곡률이 작아지는 (곡률 반경이 커지는) 방향으로 굽힘 변형된 것을 의미한다. 그리고, 절대값이 작으면 스프링백량이 적은 것을 의미한다. 표 1 에 각 프레스 성형 조건 {상대 이동 거리 (h) (㎜), h/L, 패드의 유무, 플랜지부 성형 방법 (다이 (3) 및 펀치 (5) 하동 또는 플랜지 성형용 다이 (7) 상동)} 과 각 프레스 조건으로 성형된 성형품 (31) 의 굽힘량 (Δy) (㎜) 을 나타낸다.

표 1 의 본 발명예 1 ∼ 본 발명예 7 을 보면, 상대 이동 거리 (h) 가 커지면 굽힘량 (Δy) 은 비교예 1 보다 작아지는 것을 알 수 있다. 또, h = 15 ㎜ 로 굽힘량 (Δy) 의 정부가 역전되었다. 굽힘량 (Δy) 이 가장 작은 성형 조건은 본 발명예 3 (패드가 없는 h = 10 ㎜) 에서 Δy = 1.2 ㎜ 가 되고, 비교예 1 의 종래의 폼 성형에 비해 대폭 스프링백이 저감되었다.

또, 본 발명예 8 에 나타내는 바와 같이, 플랜지 성형용 다이 (7) 를 상동시킨 경우에도, 펀치 (5) 를 하동시킨 경우 (본 발명예 3 을 참조) 와 동일하게, 스프링백의 대폭적인 개선을 확인할 수 있었다. 또, 비교예 2 및 본 발명예 9 로부터 알 수 있는 바와 같이, 패드 9 를 사용한 경우에도 스프링백을 저감시킬 수 있었다.

실시예 2

상기 실시예 1 은, 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 의 양방에 스트레인을 복귀시키는 성형을 적용한 것이었다. 실시예 2 에서는, 내측 플랜지부 (31d) 또는 외측의 플랜지의 어느 일방에 대해 스트레인을 복귀시키는 성형을 적용한 경우의 효과에 대하여 구체적인 실험을 실시했으므로, 그 결과에 대하여 설명한다.

먼저, 실험 방법에 대하여 개설한다. 스트레인을 복귀시키는 성형은, 본 발명예 10 ∼ 본 발명예 14 에서는 내측 플랜지부 (31d) 에만, 본 발명예 15 ∼ 본 발명예 19 에서는 외측 플랜지부 (31c) 에만 적용하였다. 본 발명예 10 ∼ 본 발명예 14 에서는, 도 7 및 도 8 에 나타내는 프레스 성형 장치 (15), 본 발명예 15 ∼ 본 발명예 19 에서는, 도 9 에 나타내는 프레스 성형 장치 (21) 를 사용하였다. 상대 이동 거리 (h) 는, 본 발명예 10 ∼ 본 발명예 14 에서는 각각 5, 10, 15, 20, 25 ㎜ 로 하고, 본 발명예 15 ∼ 본 발명예 19 에서도 동일하게 각각 5, 10, 15, 20, 25 ㎜ 로 하였다. 또, 비교예 3 으로서, 프레스 성형 장치 (101) {통상적인 펀치 (105) (상대 이동 거리 (h) = 0 ㎜)} (도 15 참조) 를 사용한 종래의 폼 성형 (도 16 참조) 을 실시하였다. 성형 대상, 유압 프레스기, 및 스프링백의 평가 방법은, 실시예 1 과 동일하다.

표 2 에 각 프레스 성형 조건 {적용 플랜지, 상대 이동 거리 (h) (㎜), h/L} 과 각 프레스 조건으로 성형된 성형품 (31) 의 굽힘량 (Δy) (㎜) 을 나타낸다.

스프링백량이 가장 작은 (굽힘량 (Δy) 의 절대값이 가장 작은) 성형 조건은, 내측 플랜지부 (31d) 에 적용한 예에서는 본 발명예 12 (h = 15 ㎜) 에서 Δy = 0.5 ㎜, 외측 플랜지부 (31c) 에 적용한 예에서는 본 발명예 17 (h = 15 ㎜) 에서 Δy = 1.1 ㎜ 이고, 비교예 3 의 Δy = 7.3 ㎜ 에 비해 대폭 스프링백은 저감되었다. 이상과 같이, 스트레인을 복귀시키는 본 발명을 적용하는 것이 내측 플랜지부 (31d) 및 외측 플랜지부 (31c) 의 어느 일방뿐이라도, 높은 스프링백 억제 효과가 확인되었다.

실시예 3

상기 실시예 1 및 실시예 2 에서는, xy 평면 내에서 만곡된 제품에 대한 실험이었지만, 본 실시예에서는, z 방향 (프레스 방향) 으로 만곡된 제품에 대한 실험을 실시했으므로, 그 결과에 대하여 설명한다. 먼저, 실험 방법에 대하여 개설한다.

본 발명예 20 ∼ 본 발명예 24 는, 도 22(a) 에 나타내는 바와 같이 성형품 전체가 길이 방향 중앙에서 위로 볼록해지도록 만곡된 성형품 (71) 에 대해, 본 발명예 25 ∼ 본 발명예 29 는 도 22(b) 에 나타내는 바와 같이 길이 방향 중앙에서 아래로 볼록해지도록 만곡된 성형품 (73) 에 대해, 각각 본 발명을 적용한 것이다. 성형품 (71) 및 성형품 (73) 은, 길이는 1000 ㎜, 길이 방향 곡률 반경은 1000 ㎜, 단면 형상은 실시예 1 및 실시예 2 와 동일하다 (도 12 참조). 스트레인을 복귀시키는 성형은, 양측의 플랜지부에 적용하였다. 블랭크재 및 유압 프레스 기는 실시예 1 및 실시예 2 와 동일한 것을 사용하였다.

본 발명예 20 ∼ 본 발명예 24 에서는 도 23 의 (a) 에 나타내는 프레스 성형 장치 (51), 본 발명예 25 ∼ 본 발명예 29 에서는 도 23 의 (b) 에 나타내는 프레스 성형 장치 (55) 를 사용하였다. 상대 이동 거리 (h) 는, 본 발명예 20 ∼ 본 발명예 24 에서는 각각 5, 10, 15, 20, 25 ㎜ 로 하고, 본 발명예 25 ∼ 본 발명예 29 에서는 각각 5, 10, 15, 20, 25 ㎜ 로 하였다. 또, 비교예 4 및 비교예 5 로서, 도 24 의 (a) 에 나타내는 프레스 성형 장치 (111) (상대 이동 거리 (h) = 0 ㎜) 와 도 24 의 (b) 에 나타내는 프레스 성형 장치 (113) (상대 이동 거리 (h) = 0 ㎜) 를 사용한 통상적인 폼 성형을 실시하였다.

스프링백의 형태로서, 도 22 의 (a) 에 나타내는 성형품 (71) 에는 도 25 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 +z 방향의 캠버 변형 (camber springback) 이, 도 22 의 (b) 에 나타내는 성형품 (73) 에는 도 25 의 (b) 에 나타내는 바와 같이 -z 방향의 캠버 변형이 발생한다. 부품단에 있어서의 측정 형상 데이터와 설계 형상 데이터의 z 방향 차이 (캠버 (camber) 량 (Δz)) 를 산출하여, 이 캠버량을 스프링백에 의한 캠버 변형의 지표로 하였다. 캠버량 (Δz) 은, 정이라면 부품단이 상방 (플랜지부와 반대측) 으로 캠버 변형된 것을, 부이면 부품단이 하방 (플랜지부와 동일한 측) 으로 캠버 변형된 것을 의미한다. 그리고, 절대값이 작으면 스프링백이 적은 것을 의미한다. 표 3 에 제품 볼록 방향과 각 프레스 성형 조건 {상대 이동 거리 (h)(㎜), h/L} 과 각 프레스 조건으로 성형된 성형품 (71) 및 성형품 (73) 의 캠버량 (Δz) (㎜) 을 나타낸다.

성형품 (71) (위로 볼록한 제품) 에 대하여 검토한 예에서 스프링백량이 가장 작은 (캠버량 (Δz) 의 절대값이 가장 작은) 성형 조건은, 본 발명예 23 (h = 20 ㎜) 에서 Δz = 0.2 ㎜ 로, 비교예 4 의 Δz = 13.5 ㎜ 에 비해 스프링백이 대폭 저감되었다. 한편, 성형품 (73) (아래로 볼록한 제품) 에 대하여 검토한 예에서 스프링백량이 가장 작은 성형 조건은, 본 발명예 28 (h = 20 ㎜) 에서 Δz = -0.4 ㎜ 로, 비교예 5 의 Δz = -15.0 ㎜ 에 비해 스프링백이 대폭 저감되었다.

이상과 같이, xy 평면 내에서 만곡된 제품뿐만 아니라, z 방향 (프레스 방향) 으로 만곡된 제품에 대해 본 발명을 적용한 경우라도, 높은 스프링백 억제 효과가 확인되었다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술에 의해 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시형태에 기초하여 당업자들에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 제품 형상을 바꾸지 않고, 비틀림이나 굽힘과 같은 3 차원적인 스프링백을 저감시키는 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 장치를 제공할 수 있다.

1 : 프레스 성형 장치
3 : 다이
3a : 요함부
3b : 플랜지 성형부
5 : 펀치
5a : 종벽 성형면 최하단
6 : 홈벽 상단
7 : 플랜지 성형용 다이
7a : 펀치 설치홈
8 : 지지 기구
9 : 패드
10 : 프레스 성형 장치
11 : 외측 플랜지 성형부를 갖는 펀치
13 : 내측 플랜지 성형용 다이
15 : 프레스 성형 장치
17 : 내측 플랜지 성형부를 갖는 펀치
19 : 외측 플랜지 성형용 다이
21 : 프레스 성형 장치
23 : 블랭크
23a : 내측단
23b : 외측단
31 : 성형품
31a : 펀치 바닥부
31b : 종벽부
31c : 외측 플랜지부
31d : 내측 플랜지부
41 : 내측에 만곡 플랜지를 갖는 성형품
43 : 외측에 만곡 플랜지를 갖는 성형품
51 : 본 발명의 프레스 성형 장치
52 : 다이
53 : 플랜지용 성형 다이
54 : 펀치
55 : 본 발명의 프레스 성형 장치
56 : 다이
57 : 플랜지용 성형 다이
58 : 펀치
71 : 위로 볼록해지는 만곡 형상의 성형품
73 : 아래로 볼록해지는 만곡 형상의 성형품
81 : 플랜지부만이 위로 볼록해지는 만곡 형상의 성형품
83 : 플랜지부만이 아래로 볼록해지는 만곡 형상의 성형품
101 : 프레스 성형 금형
103 : 다이
105 : 펀치
111 : 프레스 성형 금형
112 : 펀치
113 : 프레스 성형 금형
114 : 펀치

Claims

길이 방향으로 연장되는 홈 형상부를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
다이와 펀치에 의해 상기 홈 형상부를 상기 제품 형상으로 제 1 하사점까지 성형함과 함께, 수축 플랜지 변형을 받는 플랜지부 또는 연신 플랜지 변형을 받는 플랜지부의 적어도 일방에 대하여, 수축 플랜지 변형을 받는 플랜지부에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 상기 제품 형상의 플랜지부의 선 길이보다 짧고, 연신 플랜지 변형을 받는 플랜지부에 대해서는 길이 방향의 선 길이가 상기 제품 형상의 플랜지부의 선 길이보다 길어지도록 성형하는 제 1 성형 공정과,
상기 다이와 플랜지 성형용 다이에 의해 상기 제 1 성형 공정에서 성형된 상기 플랜지부를 제품 형상으로 제 2 하사점까지 성형하는 제 2 성형 공정을 구비하고,
상기 제 1 성형 공정과 상기 제 2 성형 공정을 한 번의 프레스 성형으로 실시하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 성형 공정은, 상기 플랜지 성형용 다이에 상기 플랜지부의 일부가 맞닿은 상태에서, 상기 다이와 상기 펀치를 상기 홈 형상부를 상기 제 1 하사점에서 유지한 채 상기 플랜지 성형용 다이에 가까워지도록 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 성형 공정은, 상기 다이와 상기 펀치를 상기 홈 형상부를 상기 제 1 하사점에서 유지한 채 정지시켜, 상기 플랜지 성형용 다이를 상기 다이측에 가까워지도록 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1 쌍의 종벽 중 어느 일방의 플랜지부에 제 1 성형 공정과 제 2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1 쌍의 종벽의 양방의 플랜지부에 제 1 성형 공정과 제 2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
펀치 바닥부를 갖는 성형품을 성형하는 경우에 있어서, 상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 상기 펀치 바닥부에 상당하는 부위를 패드로 눌러 상기 제 1 성형 공정 및 제 2 성형 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
길이 방향으로 연장되는 홈 형상부를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 장치로서,
요함부와 그 요함부의 양측에 플랜지 성형부를 갖는 다이와, 그 다이의 상기 요함부에 상부가 삽입되는 펀치와, 상기 다이의 상기 플랜지 성형부와 협동하여 상기 플랜지부를 성형하는 플랜지 성형용 다이를 갖고,
상기 펀치는 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 상대 이동 가능하게 설치됨과 함께 소정의 압력이 작용했을 때 상대 이동하도록 지지 장치에 지지되어 있어,
상기 펀치를 상기 지지 장치에 의해 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 소정 높이로 지지하고, 이 상태에서 상기 펀치의 상부를 상기 다이의 상기 요함부에 삽입시켜, 상기 홈 형상부를 성형하고,
상기 다이와 상기 펀치로 상기 홈 형상부를 유지한 채, 상기 지지 장치에 의한 펀치를 지지하는 지지력보다 큰 힘으로 상기 다이를 이동시켜, 상기 다이와 상기 플랜지 성형용 다이로 상기 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
길이 방향으로 연장되는 홈 형상부를 갖고, 그 홈 형상부를 형성하는 1 쌍의 종벽부의 적어도 일방에 길이 방향을 따라 만곡되는 플랜지부를 갖는 제품 형상의 성형품을 성형하는 프레스 성형 장치로서,
요함부와 그 요함부의 양측에 플랜지 성형부를 갖는 다이와, 그 다이의 상기 요함부에 상부가 삽입되는 펀치와, 상기 다이의 상기 플랜지 성형부와 협동하여 상기 플랜지부를 성형하는 플랜지 성형용 다이를 갖고,
상기 펀치는 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 상대 이동 가능하게 설치됨과 함께 소정의 압력이 작용했을 때 상대 이동하도록 지지 장치에 지지되어 있어,
상기 펀치를 상기 지지 장치에 의해 상기 플랜지 성형용 다이에 대해 소정 높이로 지지하고, 이 상태에서 상기 펀치의 상부를 상기 다이의 상기 요함부에 삽입시켜, 상기 홈 형상부를 성형하고,
상기 다이와 상기 펀치로 상기 홈 형상부를 유지한 채, 상기 플랜지 성형용 다이를 이동시켜, 상기 다이와 상기 플랜지 성형용 다이로 상기 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 플랜지 성형용 다이에 대한 상기 펀치의 상대 이동 거리를 h, 상기 제품 형상의 플랜지 폭을 L 로 했을 때, 0.05 ＜ h/L ＜ 1.0 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 플랜지 성형용 다이는 상기 1 쌍의 종벽 중 어느 일방에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 플랜지 성형용 다이는 상기 1 쌍의 종벽의 양방에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 일부를 상기 펀치와 협동하여 사이에 끼어지는 패드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 4 항에 있어서,
펀치 바닥부를 갖는 성형품을 성형하는 경우에 있어서, 상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 상기 펀치 바닥부에 상당하는 부위를 패드로 눌러 상기 제 1 성형 공정 및 제 2 성형 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 5 항에 있어서,
펀치 바닥부를 갖는 성형품을 성형하는 경우에 있어서, 상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 상기 펀치 바닥부에 상당하는 부위를 패드로 눌러 상기 제 1 성형 공정 및 제 2 성형 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 플랜지 성형용 다이는 상기 1 쌍의 종벽 중 어느 일방에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 플랜지 성형용 다이는 상기 1 쌍의 종벽의 양방에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 일부를 상기 펀치와 협동하여 사이에 끼어지는 패드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 일부를 상기 펀치와 협동하여 사이에 끼어지는 패드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 프레스 성형의 대상물인 블랭크의 일부를 상기 펀치와 협동하여 사이에 끼어지는 패드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.