KR101853573B1

KR101853573B1 - 프레스 성형 방법과 그 방법에 이용되는 예비 성형 형상의 결정 방법

Info

Publication number: KR101853573B1
Application number: KR1020167019549A
Authority: KR
Inventors: 도요히사 신미야; 츠요시 시오자키; 에이지 이이즈카; 유지 야마사키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2018-04-30
Also published as: EP3100797A4; CN105960295B; WO2015115348A1; US10639695B2; MX2016009660A; CN105960295A; EP3100797B1; US20160354825A1; KR20160101126A; EP3100797A1; JPWO2015115348A1; JP6191846B2

Abstract

복잡한 구조의 금형이나 프레스 공정의 증가나 부품 형상의 제약을 수반하지 않고 드로잉 성형이나 벌징 성형에 있어서 깨짐이나 주름의 발생을 억제하고, 효과적으로 수율 및 성형성을 향상시키는 2단계 이상의 프레스 공정을 구비하는 프레스 성형 방법을 제공하는 것에 있다. 천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 제품 형상을 2단계 이상의 프레스 공정에서 성형하는 프레스 성형 방법에 있어서, 평판 형상의 금속판인 소재를 제품 형상으로 성형할 때의 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치의 근방에 상당하는 소재의 위치에 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상을 예비 성형하고, 그 후, 상기 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 제품 형상을 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법이다.

Description

프레스 성형 방법과 그 방법에 이용되는 예비 성형 형상의 결정 방법{PRESS FORMING METHOD, METHOD FOR MANUFACTURING PRESS-FORMED COMPONENT AND METHOD FOR DETERMINING PREFORM SHAPE USED IN THESE METHODS}

본 발명은 2단계 이상의 프레스 공정을 구비하는 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 부품의 제조 방법과, 그들 프레스 성형시에 최종 공정 이전에 성형하는 예비 성형 형상의 결정 방법에 관한 것이다.

자동차의 경량화, 충돌 안전성의 향상을 달성하기 위해, 자동차 부품에 사용되는 강판의 고강도화가 진행되고 있다. 자동차 부품의 대부분은 프레스 성형에 의해, 프레스 제품의 일종인 프레스 성형 부품으로서 제조되지만, 강판의 고강도화에 수반하여 프레스 성형에 있어서 깨짐이나 주름과 같은 성형 불량의 발생이 문제로 되고 있다. 자동차 부품의 주된 성형 방법으로서, 벌징 성형과 드로잉 성형이 있다. 일반적으로, 벌징 성형은 주위의 재료를 구속한 상태에서 성형을 실행하기 때문에, 플랜지부의 주름의 발생 방지에 관해서는 유효하다. 그러나, 깨짐 한계에는 재료의 신장이 크게 영향을 주기 때문에, 신장이 저하하는 고강도재에서는 성형성이 저하한다. 한편, 드로잉 성형은 플랜지부로부터 재료를 유입시키면서 성형을 실행하기 때문에 깨지기 어렵게 되지만, 유입량 차가 발생하는 L자형상 부품 등의 코너부에서는 플랜지부에 주름이 발생하기 쉽다. 주름 억제를 위해 플랜지부의 주름 억제력을 증가시키면, 재료의 유입이 억제되기 때문에 깨짐이 발생한다.

드로잉 성형에 있어서의 성형성 향상 기술로서, 특허문헌 1에는 주름 억제 금형을 분할 구조로 하고, 각 부위에 있어서의 주름 억제력을 적정화함으로써 성형성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는 주름 억제부의 비드를 압압력 가변의 포인트 비드로 함으로써 유입 분포를 제어하고, 성형성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 그리고, 특허문헌 3에는 통상은 드로잉 성형에 의해 성형되는 L자형상 부품의 성형 기술로서, 우선 얕게 드로잉 성형한 후, 별도의 금형으로 더욱 구부림 성형하여 최종 제품 형상으로 하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2011-235356호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 평성09-029349호 특허문헌 3: WO2012-070623호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 주름 억제 금형을 분할하기 때문에, 금형 구조가 복잡하게 되어 금형 제작 코스트가 증가하고, 또, 적정한 주름 억제력도 부품마다 다르기 때문에, 그 제어가 곤란하다. 특허문헌 2에 기재된 기술도, 비드의 압압력을 가변으로 하기 때문에 복잡한 금형 구조가 필요하게 되므로 금형 코스트 상승으로 이어진다. 그리고, 특허문헌 3에 기재된 기술에서는 깨짐이나 주름의 회피는 가능하지만, 다른 부품과 접합되는 L자 구부림부가 천판과 그 천판에 연장해서 마련된 하나의 측벽과 또한 그 측벽에 연결된 하나의 플랜지면을 갖는 형상의 부품 밖에 제작할 수 없기 때문에, 부품의 전체 길이에 걸쳐 해트형 단면 형상으로 되는 L자형상 부품을 제작할 수 없어, 부품 형상이 제약된다.

고로 본 발명은 복잡한 구조의 금형이나 프레스 공정의 증가나 부품 형상의 제약을 수반하지 않고 드로잉 성형이나 벌징 성형에 있어서 깨짐이나 주름의 발생을 억제하고, 효과적으로 수율 및 성형성을 향상시키는 2단계 이상의 프레스 공정을 구비하는 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 부품의 제조 방법과, 그들 방법에 이용되는 최종 공정 이전에 성형하는 예비 성형 형상의 결정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 드로잉 성형 및 벌징 성형에 있어서의 깨짐이나, 드로잉 성형에 있어서의 플랜지 주름을 억제하는 방법을 검토한 결과, 성형품의 깨짐이나 주름이 생기는 위험 부위의 근방과 대응하는 블랭크의 위치에 비드 형상을 예비 성형하고, 그 예비 성형한 블랭크를 이용하여 제품 형상 혹은 그 일종으로서의 프레스 성형 부품 형상을 성형함으로써, 깨짐이나 주름의 억제가 가능하다는 지견을 얻었다.

상기 지견에 의거하여 상기 목적을 달성하는 본 발명의 프레스 성형 방법은 천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부(세로 벽부)와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 제품 형상을 2단계 이상의 프레스 공정에서 성형하는 프레스 성형 방법에 있어서, 평판 형상의 금속판인 소재를 제품 형상으로 성형할 때의 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치의 근방에 상당하는 소재의 위치에 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상을 예비 성형하고, 그 후, 상기 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 제품 형상을 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 상기 지견에 의거하여 상기 목적을 달성하는 본 발명의 프레스 성형 부품의 제조 방법은 천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 프레스 성형 부품 형상을 2단계 이상의 프레스 공정에서 성형하는 프레스 성형 부품의 제조 방법에 있어서, 평판 형상의 금속판인 소재를 프레스 성형 부품 형상으로 성형할 때의 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치의 근방에 상당하는 소재의 위치에 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상을 예비 성형하고, 그 후, 상기 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 상기 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 프레스 성형 방법 및 상기 프레스 성형 부품의 제조 방법에 이용되는 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법은 평판 형상의 금속판의 소재 형상으로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 FEM으로 실행하는 당초 성형 해석 공정과, 당초 성형 해석 공정에 의해 깨짐 또는 플랜지 주름이 발생하는 것이 판명된 경우에, 그 발생 위치에 의거하여, 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를 설정하는 공정과, 비드 형상을 예비 성형한 소재 형상으로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 FEM으로 실행하는 예비 성형 해석 공정과, 예비 성형 해석 공정에 의해 깨짐 또는 플랜지 주름이 발생하는 것이 판명된 경우에, 그 발생 위치에 의거하여, 예비 성형하는 비드 형상 및/또는 그 비드 형상의 도입 위치를 변경하는 공정과, 예비 성형 해석 공정에 의해 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 것이 판명된 경우에, 그 예비 성형 해석시의 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를, 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치로 결정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 프레스 성형 방법에서는 천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 제품 형상을 2단계 이상의 프레스 공정에서 성형하는 프레스 성형 방법에 있어서, 평판 형상의 금속판인 소재를 제품 형상으로 성형할 때의 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치의 근방에 상당하는 소재의 위치에 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상을 예비 성형하고, 그 후, 상기 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 제품 형상을 프레스 성형한다.

또, 본 발명의 프레스 성형 부품의 제조 방법에서는 천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 프레스 성형 부품 형상을 2단계 이상의 프레스 공정에서 성형하는 프레스 성형 부품의 제조 방법에 있어서, 평판 형상의 금속판인 소재를 프레스 성형 부품 형상으로 성형할 때의 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치의 근방에 상당하는 소재의 위치에 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상을 예비 성형하고, 그 후, 상기 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형한다.

고로, 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때에, 평판 형상 소재를 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상으로 성형하는 경우에 깨짐이나 플랜지 주름이 발생하는 위치 부근에, 근방에 위치하는 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상이 찌부러짐으로써 그곳으로부터 재료가 공급되므로, 소재가 너무 늘어나 깨짐이 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 플랜지부로부터의 재료 유입이 너무 많아 플랜지 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 복잡한 구조의 금형이나 프레스 공정의 증가나 부품 형상의 제약을 수반하지 않고, 드로잉 성형이나 벌징 성형에 있어서 깨짐이나 주름의 발생을 억제하고, 효과적으로 수율 및 성형성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 부품의 제조 방법에 있어서는 상기 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치는 FEM(Finite Element Method：유한 요소법)에 의해 소재 형상으로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 실행한 결과에 의거하여 판단하는 것으로 해도 좋고, 이와 같이 하면, 소재판을 실제로 성형하여 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치를 조사하기 위한 금형이 불필요하게 되므로 바람직하다.

또, 본 발명의 프레스 성형 방법 및 프레스 성형 부품의 제조 방법에 있어서는 상기 비드 형상의 예비 성형은 소재의 블랭킹 공정에서 실행하는 것으로 해도 좋고, 이와 같이 하면, 예비 성형 전용의 공정을 추가하지 않아도 좋으므로 바람직하다.

한편, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법은 평판 형상의 금속판의 소재 형상으로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 FEM(Finite Element Method：유한 요소법)으로 실행하는 당초 성형 해석 공정과, 당초 성형 해석 공정에 의해 깨짐 또는 플랜지 주름이 발생하는 것이 판명된 경우에, 그 발생 위치에 의거하여, 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를 설정하는 공정과, 비드 형상을 예비 성형한 소재 형상으로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 FEM으로 실행하는 예비 성형 해석 공정과, 예비 성형 해석 공정에 의해 깨짐 또는 플랜지 주름이 발생하는 것이 판명된 경우에, 그 발생 위치에 의거하여, 예비 성형하는 비드 형상 및/또는 그 비드 형상의 도입 위치를 변경하는 공정과, 예비 성형 해석 공정에 의해 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 것이 판명된 경우에, 그 예비 성형 해석시의 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를, 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치로 결정하는 공정을 구비한다.

고로, 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 것이 판명될 때까지, 예비 성형하는 비드 형상 및/또는 그 비드 형상의 도입 위치를 변경하여 예비 성형 해석을 실행하는 것을 반복하므로, 실제의 프레스 성형시에 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를, 예비 성형한 소재 형상으로부터 최종 공정에서 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때에 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 위치로 정확하게 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서는 깨짐부의 연장 방향과 평행하게 연장하도록 비드 형상을 설정하는 것으로 해도 좋으며, 이와 같이 하면, 깨짐부에 그 연장 방향의 전체 길이에 걸쳐 비드 형상으로부터 재료를 공급할 수 있으므로 바람직하다.

또, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서는 깨짐부의 최대 주왜곡 방향을 구하고, 그 최대 주왜곡 방향과 직교하는 방향으로 연장하도록 비드 형상을 설정하는 것으로 해도 좋으며, 이와 같이 하면, 소재가 연장되는 방향에 비드 형상으로부터 재료를 공급할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서는 깨짐부에 있어서 그 깨짐부의 연장 방향과 직교하는 방향의 단면의 최대 주왜곡 분포를 구하고, 최대 주왜곡의 상승 위치를 예비 성형 위치로 설정하는 것으로 해도 좋으며, 이와 같이 하면, 비드부에서 최대 주왜곡이 너무 커져 깨짐이 생기는 일이 없으므로 바람직하다.

또, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서는 깨짐부에 있어서 그 깨짐부의 연장 방향과 직교하는 방향의 단면 형상으로부터 깨짐부의 소재 신장량 L0을 구하고, 예비 성형하는 비드 형상의 단면 형상으로부터 구해지는 비드부의 소재 신장량 L이 0.1×L0≤L≤1.0×L0으로 되는 단면을 갖는 비드 형상을 설정하는 것으로 해도 좋으며, 이와 같이 하면, 비드부에서의 잉여 재료에 의한 주름의 발생이나 깨짐부에서의 재료 공급 부족에 의한 깨짐의 발생을 방지할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서는 플랜지 주름 발생 위치의 근방의 종벽에 상당하는 소재의 위치에 플랜지부의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장하는 비드 형상을 설정하는 것으로 해도 좋으며, 이와 같이 하면, 플랜지부의 플랜지 주름 발생 위치로부터의 재료 유입을 억제하여 플랜지 주름의 발생을 방지할 수 있으므로 바람직하다.

그리고, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서는 플랜지 주름 발생 위치로부터의 재료 유입량 W와 플랜지 주름 발생 위치에 인접하는 주름 발생이 없는 플랜지부로부터의 재료 유입량 W0의 차 W-W0을 구하고, 예비 성형하는 비드 형상의 단면 형상으로부터 구해지는 비드부의 소재 신장량 L이 0.1×(W-W0)≤L≤(W-W0)로 되는 단면을 갖는 비드 형상을 설정하는 것으로 해도 좋으며, 이와 같이 하면, 비드부에서의 잉여 재료에 의한 주름의 발생이나 플랜지 주름 발생 위치로부터의 재료 유입 과다에 의한 플랜지 주름의 발생을 방지할 수 있으므로 바람직하다.

도 1은 본 발명의 프레스 성형 방법의 적용 대상의 예로서의 2종류의 프레스 성형의 통상의 성형 방법을 금형 단면에서 나타내는 개략 선도이다.
도 2는 본 발명의 프레스 성형 방법의 실시형태를 적용하는 제품 형상의 예를 나타내는 개략 선도이다.
도 3은 도 1의 좌측에 나타내는 벌징 성형에 적용한 본 발명의 실시형태의 성형 방법을 금형 단면에서 나타내는 개략 선도이다.
도 4는 도 1의 우측에 나타내는 드로잉 성형에 적용한 본 발명의 실시형태의 성형 방법을 금형 단면에서 나타내는 개략 선도이다.
도 5는 도 1의 우측에 나타내는 드로잉 성형시의 소재의 위치(부위)와 최대 주왜곡의 크기의 관계를 나타내는 관계 선도이다.
도 6은 도 2에 나타내는 제품 형상으로 예비 성형하는 비드부의 도입 위치의 예를 나타내는 개략 선도이다.
도 7은 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법의 1실시형태에 있어서의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.

이하, 이 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 벌징 성형이나 드로잉 성형의 펀치의 견부에서, 평판 형상의 금속판으로서의 강판으로 이루어지는 소재인 블랭크 B에 발생하는 깨짐은 금형과 소재의 마찰 저항에 의해, 소재의 펀치 정면(꼭대기면)에 위치하는 부위가 왜곡되지 않기(펀치 정면의 위치로부터의 재료 유출이 적기) 때문에, 소재의 펀치 견부에 위치하는 부위에 왜곡이 집중함으로써 발생한다.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 천판부 P1과, 그 천판부 P1에 연속해서 형성된 종벽부 P2와, 그 종벽부 P2에 연속해서 형성된 플랜지부 P3을 갖는 해트형 단면 형상의 예를 들면 평면에서 보아 L자형상의 프레스 성형 부품 P를 프레스 제품으로서 드로잉 성형하여 제조할 때에는 코너부에서는 플랜지부 P3으로부터의 재료 유입이 적고, 코너부에 인접하는 부분의 플랜지부 P3에서는 재료 유입이 크기 때문에, 코너부에 인접하는 부분의 플랜지부 P3에서는 이 유입 차에 기인하여 플랜지 주름이 발생한다.

따라서, 깨짐과 플랜지 주름의 어느 것의 성형 불량도 소재의 특정 부분에의 재료 유입을 촉진시킴으로써 회피가 가능하다.

도 3의 좌우에 최종 성형 전후의 소재의 상태를 나타내는 바와 같이, 벌징 성형에서는 깨짐 발생 위치의 횡의 펀치측에 오목 형상의 비드부(예비 성형부) PF의 예비 성형을 도입한 블랭크 B를 이용하는 것에 의해, 예비 성형된 비드부 PF가 제품 형상의 성형 도중에 찌부러짐으로써, 소재의 비드부 PF로부터, 펀치 견부에 위치하는 왜곡 집중부에의 재료의 유출이 생기고, 즉 왜곡의 분산이 가능하게 되며, 성형성이 향상한다.

또, 도 4의 좌우에 최종 성형 전후의 소재의 상태를 나타내는 바와 같이, 드로잉 성형에서 발생하는 소재의 펀치 견부에 위치하는 부위에서의 깨짐에 대해서도, 마찬가지의 방법으로 비드부 PF의 예비 성형을 도입함으로써, 성형성이 향상한다. 드로잉 성형에 있어서는 펀치 정부(꼭대기부)에 위치하는 천판부 이외에 종벽부에도 비드부 PF의 예비 성형을 도입함으로써, 플랜지부측으로부터의 장력이 완화되기 때문에, 성형성 향상에 효과가 있다.

또, 드로잉 성형에 있어서 코너부 부근 등에 발생하는 플랜지 주름에 관해서도, 종벽부에의 유입이 많은 부분의 펀치 정부에 위치하는 천판부나 종벽부에의 비드부 PF의 예비 성형을 도입함으로써, 천판부나 종벽부의 비드부로부터의 재료 유출에 의해 플랜지부로부터의 유입량이 감소하고, 플랜지 주름이 경감된다.

도 4에 나타내는 드로잉 성형에 있어서의 소재의 단면 방향의 최대 주왜곡 분포를 도 5에 나타낸다. 예비 성형부(비드부 PF)를 도입하는 위치는 최대 주왜곡이 상승하는(증대하는) 부분이 적절하다. 최대 주왜곡이 큰 영역(깨짐 위험부)에 예비 성형부를 도입하면, 최종 성형시의 왜곡에 예비 성형에서 발생한 왜곡도 가해지기 때문에 예비 성형부에서 깨짐이 발생하기 쉬워진다.

종벽부는 왜곡량이 크기 때문에 예비 성형부를 도입하면 깨질 가능성을 부정할 수 없으므로, 종벽부보다는 펀치 정부에 위치하는 왜곡이 더욱 작은 천판부에 예비 성형부를 도입하는 것이 바람직하다. 또, 예비 성형부가 최대 주왜곡의 상승부에서 너무 멀어지면, 예비 성형부로부터 깨짐 위험부에의 재료 유출의 효과가 작아진다. 그리고, 비드 형상의 예비 성형을 도입하는 방향(비드 형상의 연장 방향)은 간이적으로는 깨짐부의 연장 방향과 평행한 방향으로 한다. FEM(Finite Element Method：유한 요소법) 프로그램에 의한 성형 해석이나 스크라이브드 서클의 사용 등에 의해서 깨짐부의 최대 주왜곡 방향을 특정할 수 있는 경우에는 그 최대 주왜곡 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 비드 형상의 예비 성형을 도입함으로써, 더욱 높은 효과를 기대할 수 있다.

예비 성형의 벌징량(신장량) L은 도 5에 나타내는 펀치 견부에 위치하는 깨짐부의 최대 주왜곡으로부터 계산되는 신장량 L0이하로 한다. L0은 벌징부의 선 길이에서 예비 성형 전의 평판 형상 소재의 선 길이를 공제함으로써 구해진다. L은 0.1×L0≤L≤1.0×L0으로 규정한다. L＞1.0×L0의 경우, 선 길이가 과잉으로 되기 때문에 주름의 원인이 되며, L＜0.1×L0의 경우, 예비 성형부로부터의 재료 공급이 불충분하게 되기 때문에 깨짐을 억제할 수 없다. 충분한 깨짐 억제 효과를 얻기 위해서는 0.3×L0≤L≤1.0×L0으로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 플랜지 주름은 L자형상 부품의 드로잉 성형에 있어서 코너부 부근과 같은 플랜지부에서 종벽부에의 재료의 유입량에 차가 발생하는 부분에 발생하기 쉽다. 주름 억제력을 증가시키는 것에 의해 주름의 억제는 가능하지만, 재료 강도가 높아짐에 따라 주름 억제력을 더욱 증가시킬 필요가 있다. 그리고, 주름 억제력을 증가시키면, 재료 유입이 감소하기 때문에 펀치 견부 등에서 깨짐이 발생한다.

플랜지 주름을 억제하기 위해서는 재료의 유입 차를 작게 하는 즉 재료 유입이 큰 부분의 재료 유입을 억제하면 좋다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 도 2에 나타내는 프레스 제품으로서의 프레스 성형 부품 P의 플랜지부 P3의 플랜지 주름 발생 영역에 인접하는 종벽부 P2의 위치에 플랜지부 P3의 연장 방향(도면에서는 상하 방향)과 평행한 방향으로 연장하는 비드 형상 PF의 예비 성형을 도입하면, 최종 성형시에 비드 형상 PF가 평탄화됨으로써 종벽부 P2에서의 재료 흐름이 촉진되고, 플랜지부 P3에 플랜지 주름 억제 효과가 생긴다.

플랜지 주름 발생 위치의 재료 유입량을 W로 하고, 그 부근의 주름 발생이 없는 위치의 재료 유입량을 W0으로 하면, 유입 차는 W-W0으로 된다. 따라서, 예비 성형부에 있어서 W-W0분 이하 선 길이를 늘려 두면 좋고, 여기서는 예비 성형부의 신장량 L을 0.1×(W-W0)≤L≤(W-W0)로 설정한다. L＞(W-W0)로 되면, 예비 성형부로부터의 과잉의 재료 유출이 발생하기 때문에, 플랜지 주름 발생의 요인으로 된다. 한편, L＜0.1×(W-W0)으로 되면, 예비 성형부로부터의 재료 유출 효과가 작기 때문에 플랜지 주름 발생을 충분히 억제할 수 없다. 충분히 플랜지 주름을 억제하기 위해서는 0.3×(W-W0)≤L≤(W-W0)로 하는 것이 바람직하다.

예비 성형부의 단면 형상은 예비 성형부가 찌부러지기 쉬운 점에서 곡선 형상이 바람직하지만, 선 길이를 소정분 확보할 수 있으면 직사각형 단면 등이라도 좋다. 또, 공정수 삭감의 관점에서, 소재를 제품 형상으로 성형하기 전에 직사각형 혹은 띠형상의 소재판으로부터 소정 윤곽 형상의 소재를 금형으로 펀칭하는 블랭킹 공정에 있어서, 펀칭과 동시의 벌징 성형에 의해 비드 형상의 예비 성형을 실행하는 것이 바람직하다.

또, 예비 성형부의 형상이나 도입 위치의 결정은 평판 형상의 블랭크로부터 실제로 프레스 성형한 제품의 깨짐이나 주름을 관찰해서 결정해도 좋지만, 본 발명의 1실시형태의 예비 성형 형상의 결정 방법에서는 도 7의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 컴퓨터가 실행하는 블랭크로부터 제품 형상을 프레스 성형할 때의 통상의 FEM(Finite Element Method：유한 요소법) 프로그램에 의한 성형 해석을 이용해서 결정함으로써, 더욱 효과적으로 실행할 수 있다.

도 7의 흐름도에서는 우선, 스텝 S1에서 블랭크 형상을 적절히 설정하고, 다음의 스텝 S2에서 그 블랭크 형상으로부터 제품 형상(프레스 성형 부품 형상)을 프레스 성형할 때의 FEM에 의한 성형 해석을 실행하고, 계속되는 스텝 S3에서 그 성형 해석의 결과로부터 제품 형상에의 깨짐이나 주름의 발생의 유무를 조사하고, 다음의 스텝 S4에서 그 조사 결과로부터 깨짐이나 주름의 발생의 유무를 판단하여, 깨짐 또는 주름의 발생이 있던 경우에는 스텝 S5에서, 블랭크에 예비 성형하는 비드 형상의 형상이나 높이나 길이 등 및 위치를 설정하고, 이미 설정되어 있는 경우에는 그것을 변경하고, 그 후에 스텝 S2로 되돌려 그 비드 형상을 갖는 블랭크 형상에 대해, 그곳으로부터 제품 형상을 프레스 성형할 때의 FEM에 의한 성형 해석을 실행한다. 한편, 스텝 S4에서 조사 결과로부터 깨짐이나 주름의 발생의 유무를 판단하여, 깨짐 또는 주름의 발생이 없던 경우에는 해당 처리를 종료한다.

따라서, 이 실시형태의 방법에 의하면, 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 것이 판명될 때까지, 예비 성형하는 비드 형상 및/또는 그 비드 형상의 도입 위치를 변경하여 예비 성형 해석을 실행하는 것을 반복하므로, 실제의 프레스 성형시에 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를, 예비 성형한 소재 형상으로부터 최종 공정에서 제품 형상을 프레스 성형할 때에 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 위치로 정확하게 결정할 수 있다.

[실시예]

상기 실시형태의 실시예 및 비교예에 대해 이하에 설명한다. 제품 형상으로서 도 2에 나타내는 프레스 성형 부품 P의 L자 형상의 부품 형상을 이용하여, 도 4에 나타내는 바와 같이, 다이를 갖는 상형과, 상형의 다이와 협동하는 펀치 및 그 주위에서 상형의 다이와의 사이에 블랭크를 협지하는 블랭크 홀더를 갖는 하형으로 구성되는 프레스 금형을 이용한 드로잉 성형의 FEM 해석을 실행하였다. FEM 해석의 조건은 솔버(solver)가 LD-DYNA 버전 971(동적 양해법), 메시 사이즈가 2㎜이다. 블랭크의 재료는 1180MPa급 강판의 1.6㎜두께로 하고, JIS5호 인장 시험으로부터 구해지는 응력-왜곡 곡선을 Swift의 식에 의해 근사한 응력-왜곡 관계를 사용하였다. 블랭크와 금형의 마찰 계수는 0.12로 하였다. 쿠션력(주름 억제력)은 50톤 및 80톤으로 하고, 해석 결과에 이용한 재료의 성형 한계 선도(FLD)를 적용하여, 도 2에 나타내는 깨짐 위험부 및 플랜지 주름 위험부의 판정을 실행하였다.

표 1에 상기 판정의 결과를 나타낸다.

[표 1]

No.1(비교예 1)은 예비 성형 없음의 일반적인 드로잉 성형의 결과이며, 펀치 견부에 대응하는 위치에 깨짐, 플랜지부에 주름이 발생하였다. No.2∼No.4(실시예 1∼3)는 깨짐 대책으로서 펀치 정부에 대응하는 위치에 예비 성형을 도입하였다. 플랜지 주름 대책으로서 쿠션력을 80톤으로 하고 있지만, 펀치 견부에 대응하는 위치의 깨짐은 보이지 않았다. No.5(비교예 2)는 예비 성형의 선 길이가 부족하기 때문에, 펀치 견부에 대응하는 위치에서 깨짐이 발생하였다. No.6(비교예 3)은 펀치 견부에 대응하는 위치에서의 깨짐에 대한 예비 성형의 선 길이는 충분하지만, 선 길이가 너무 길었기 때문에 펀치 바닥부에 대응하는 천판부에 선 길이 여분이 생겨 주름이 발생하였다. No.7∼No.9(실시예 4∼6)는 펀치 정부에 대응하는 천판부와 종벽부에 적정한 예비 성형을 도입한 결과, 펀치 견부에 대응하는 위치에서의 깨짐도 플랜지부에서의 플랜지 주름도 보이지 않았다.

No.10, No.11(비교예 4, 5)은 종벽부에 도입한 예비 성형의 선 길이에 부족이 생겼기 때문에, 플랜지부에 플랜지 주름이 발생하였다. No.12, No.13(실시예 7, 8)은 쿠션력을 30톤으로 낮게 한 것에 의해 펀치 견부에 대응하는 위치에서의 깨짐을 억제하고, 또한 종벽부에 예비 성형을 도입하는 것에 의해 플랜지 주름도 보이지 않았다. No.14(비교예 6)에 나타내는 바와 같이 플랜지 주름을 억제하기 위해 쿠션력을 높이면, 펀치 견부에 대응하는 위치에서 깨짐이 발생하였다. 또, No.15(비교예 7)에 나타내는 바와 같이 예비 성형 형상의 선 길이가 너무 짧은 경우, 플랜지부로부터의 재료 유출이 많아지기 때문에 플랜지 주름이 발생하였다. 한편, No.16(비교예 8)에 나타내는 바와 같이 예비 성형 형상의 선 길이가 너무 긴 경우, 플랜지부로부터의 재료 유출이 너무 적어 재료 여분이 일어나기 때문에 이것도 플랜지 주름이 발생하였다.

이상, 도시예에 의거하여 설명했지만, 이 발명은 상술한 예에 한정되는 것은 아니며, 소요에 따라 청구범위의 기재 범위내에서 적절히 변경할 수 있는 것이며, 예를 들면, 제품 형상 및 프레스 성형 부품 형상은 곡면 형상의 천판부를 갖고 구체 헤드 벌징 성형되는 것이어도 좋고, 또, 평면에서 보아 L자 형상 뿐만 아니라 U자 형상이나 コ자 형상 등의 다른 형상이라도 좋다.

그리고, 프레스 금형은 상기 실시예에서는 다이를 갖는 상형과, 상형의 다이와 협동하는 펀치 및 그 주위에서 상형의 다이와의 사이에 블랭크를 협지하는 블랭크 홀더를 갖는 하형으로 구성되는 것으로 하고 있지만 이것에 한정되지 않으며, 상형이 또한 하형의 펀치와의 사이에서 블랭크의 비드부를 적극적으로 찌부러뜨리는 다이를 갖고 있어도 좋고, 혹은 그들 금형과 상하 반대의 구성을 갖고 있어도 좋다.

[산업상의 이용 가능성]

이와 같이 해서 본 발명의 프레스 성형 방법 및 본 발명의 프레스 성형 부품의 제조 방법에 의하면, 복잡한 구조의 금형이나 프레스 공정의 증가나 부품 형상의 제약을 수반하지 않고, 드로잉 성형이나 벌징 성형에 있어서 깨짐이나 주름의 발생을 억제하고, 효과적으로 수율 및 성형성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 예비 성형 형상의 결정 방법에 의하면, 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 것이 판명될 때까지, 예비 성형하는 비드 형상 및/또는 그 비드 형상의 도입 위치를 변경하여 예비 성형 해석을 실행하는 것을 반복하므로, 실제의 프레스 성형시에 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를, 예비 성형한 소재 형상으로부터 최종 공정에서 제품 형상 혹은 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때에 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 위치로 정확하게 결정할 수 있다.

B; 블랭크 P; 프레스 제품(프레스 성형 부품)
P1; 천판부 P2; 종벽부
P3; 플랜지부 PF; 예비 성형부(비드부)

Claims

천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 제품 형상을 2단계 이상의 프레스 공정에서 성형하는 프레스 성형 방법에 있어서,
평판 형상의 금속판인 소재를 제품 형상으로 성형할 때의 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치의 근방에 상당하는 소재의 위치에 볼록 혹은 오목 형상의 비드 형상을 예비 성형하고,
그 후, 상기 비드 형상을 예비 성형한 소재로부터 상기 제품 형상을 프레스 성형하는 동시에, 상기 깨짐이나 플랜지 주름의 발생위치에 상기 비드 형상으로부터 재료를 공급하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제품 형상으로서, 천판부와, 그 천판부에 연속해서 형성된 종벽부와, 그 종벽부에 연속해서 형성된 플랜지부를 갖는 프레스 성형 부품 형상을 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,　
상기 깨짐이나 플랜지 주름의 발생 위치는 FEM에 의해 소재 형상으로부터 제품 형상 또는 프레스 성형 부품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 실행한 결과에 의거하여 판단하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
상기 비드 형상의 예비 성형은 소재의 블랭킹 공정에서 실행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 프레스 성형 방법에 이용되는 예비 성형 형상의 결정 방법에 있어서,
평판 형상의 금속판의 소재 형상으로부터 상기 제품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 FEM으로 실행하는 당초 성형 해석 공정과,
당초 성형 해석 공정에 의해 깨짐 또는 플랜지 주름이 발생하는 것이 판명된 경우에, 그 발생 위치에 의거하여, 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를 설정하는 공정과,
비드 형상을 예비 성형한 소재 형상으로부터 상기 제품 형상을 프레스 성형할 때의 성형 해석을 FEM으로 실행하는 예비 성형 해석 공정과,
예비 성형 해석 공정에 의해 깨짐 또는 플랜지 주름이 발생하는 것이 판명된 경우에, 그 발생 위치에 의거하여, 예비 성형하는 비드 형상 및/또는 그 비드 형상의 도입 위치를 변경하는 공정과,
예비 성형 해석 공정에 의해 깨짐 및 플랜지 주름이 발생하지 않는 것이 판명된 경우에, 그 예비 성형 해석시의 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치를, 예비 성형하는 비드 형상 및 그 비드 형상의 도입 위치로 결정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.
제 5 항에 있어서,
깨짐부의 연장 방향과 평행하게 연장하도록 비드 형상을 설정하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.
제 5 항에 있어서,
깨짐부의 최대 주왜곡 방향을 구하고, 그 최대 주왜곡 방향과 직교하는 방향으로 연장하도록 비드 형상을 설정하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.
제 5 항에 있어서,
깨짐부에 있어서 그 깨짐부의 연장 방향과 직교하는 방향의 단면의 최대 주왜곡 분포를 구하고, 왜곡의 상승 위치를 예비 성형 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.
제 5 항에 있어서,　
깨짐부에 있어서 그 깨짐부의 연장 방향과 직교하는 방향의 단면 형상으로부터 깨짐부의 소재 신장량 L0을 구하고, 예비 성형하는 비드 형상의 단면 형상으로부터 구해지는 비드부의 소재 신장량 L이 0.1×L0≤L≤1.0×L0으로 되는 단면을 갖는 비드 형상을 설정하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.
제 5 항에 있어서,
플랜지 주름 발생 위치의 근방의 종벽에 상당하는 소재의 위치에 플랜지부의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장하는 비드 형상을 설정하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.
제 5 항에 있어서,
플랜지 주름 발생 위치로부터의 재료 유입량 W와 플랜지 주름 발생 위치에 인접하는 주름 발생이 없는 플랜지부로부터의 재료 유입량 W0의 차 W-W0을 구하고, 예비 성형하는 비드 형상의 단면 형상으로부터 구해지는 비드부의 소재 신장량 L이 0.1×(W-W0)≤L≤(W-W0)로 되는 단면을 갖는 비드 형상을 설정하는 것을 특징으로 하는 예비 성형 형상의 결정 방법.