KR101932639B1 - 비철소재 판재의 성형방법 - Google Patents

Abstract

비철소재 판재의 성형방법이 개시된다. 개시된 비철소재 판재의 성형방법은 (a)비철소재의 시트로부터 절단된 블랭크를 제공하고, 블랭크에 적어도 하나의 블랭크 홀을 가공하는 과정과, (b)블랭크의 블랭크 홀 주변부에 적어도 하나의 크랙유도 라인을 가공하는 과정과, (c)블랭크를 프레스 성형하며, 완제품에 대응하는 난 성형부를 형성하는 과정과, (d)크랙유도 라인을 포함하는 블랭크 홀 주변부를 스크랩 가공하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

비철소재 판재의 성형방법 {FORMING METHOD OF NONFERROUS MATERIALS}

본 발명의 실시 예는 비철소재 판재의 성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재 판재를 성형하는 비철소재 판재의 성형방법에 관한 것이다.

최근 들어 자동차 업계에서는 연비 향상을 위한 차체 경량화의 목적으로 기존의 철강 판재 대신 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재의 판재를 자동차 부품에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 알루미늄 또는 마그네슘 합금소재 등과 같은 비철소재의 판재는 평면이방성이 크고, 평균 소성변형 비가 낮아 철강 판재에 비해 성형성이 나쁜 단점을 가지고 있으며, 이로 인해 자동차용으로 적용하기에는 어려운 점이 많다.

현재까지의 연구로 알루미늄 또는 마그네슘 합금 판재의 강도는 자동차용 철강 판재와 동등한 수준으로 향상되었지만, 평균 소성 변형비 등의 성형성은 여전히 철강 판재에 비해 열등하다.

그러므로, 자동차의 차체 등에 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재의 판재를 적용하기 위해서는 성형성을 좀 더 증가시켜야 할 필요성이 있으며, 현재에는 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재의 성형성을 확보하기 위하여 압연 방법 또는 합금 성분을 조정하는 것이 일반적이다.

특히, 제품의 형상이 보다 다양화되면서 성형 조건도 점차 가혹해지고 있기 때문에, 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재 판재를 자동차에 폭 넓게 적용되기 위해서는 합금의 강화기구에 관계없이 소재 자체의 성형성을 더욱 향상시키거나 제품 성형 시 변형과 응력이 집중되는 부분의 성형성을 국부적으로 향상시키는 것이 필요하다.

이와 같이 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재 판재의 성형성을 개선하기 위한 선행기술로는 한국등록특허공보 제0513750호(2005. 09. 01) 및 한국등록특허공보 제0680183호(2007. 02. 01)를 들 수 있다.

하지만, 전자의 선행기술에서 압연 방법 또는 합금 성분을 조정하여 알루미늄-마그네슘 합금 소재의 성형성을 확보하는 방법은 이와 같은 비철소재의 난 성형재가 사용되는 환경 또는 성형 조건에 따라 그 효과를 기대하기가 어려운 실정이다. 특히, 성형 깊이가 깊은 차체 부품, 예를 들면 도어 인너 패널을 비철소재의 난 성형재로서 성형하는 경우에는 소재 자체의 특성만으로는 한계가 있다.

또한, 후자의 선행기술에서 알루미늄 합금 판재의 국부 영역에 대한 표면 특성을 변화시켜 알루미늄 합금 판재의 성형성을 향상시키는 방법은 알루미늄 합금 판재의 표면을 국부적으로 개질하는데 따른 별도의 설비 및 공정 등이 요구됨에 따라, 사이클 타임이 증가하고, 원 소재의 물성을 상실할 수 있다는 문제를 안고 있다.

더 나아가, 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재의 난 성형재를 프레스 성형하는 공정에서 제일 문제 시 되는 것은 소재의 유입성에 따라 발생하는 크랙과 주름이다. 따라서, 이와 같은 크랙과 주름은 서로 상반된 관계에 있기 때문에, 난 성형재를 프레스 성형하는데 있어 크랙과 주름의 문제를 동시에 해결하면서 품질을 확보하는 것은 제품 경쟁력의 우위를 확보하는데 중요한 요소로 작용한다.

예를 들어, 알루미늄 또는 마그네슘 합금 소재 등과 같은 비철소재의 난 성형재로서 차체의 도어 인너 패널을 프레스 성형하는 경우는 성형 깊이가 깊거나 성형 구간이 급격하게 변경되는 난 성형 부위에 크랙이나 주름이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해 난 성형 부위의 성형성을 위해 성형 인자(R값, 측벽 각도 등)를 변경할 수도 있는데, 이는 제품의 디자인을 변경하는 측면에서 한계 및 제약이 따른다.

상기와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 비철소재 판재의 프레스 성형 시, 난 성형 부위로 진행하는 크랙을 성형 제품의 불필요한 부분으로 유도하여 그 불필요한 부분을 제거함으로써 성형 품질을 향상시킬 수 있도록 한 비철소재 판재의 성형방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법은, (a) 비철소재의 시트로부터 절단된 블랭크를 제공하고, 상기 블랭크에 적어도 하나의 블랭크 홀을 가공하는 과정과, (b) 상기 블랭크의 블랭크 홀 주변부에 적어도 하나의 크랙유도 라인을 가공하는 과정과, (c) 상기 블랭크를 프레스 성형하며, 완제품에 대응하는 난 성형부를 형성하는 과정과, (d) 상기 크랙유도 라인을 포함하는 상기 블랭크 홀 주변부를 스크랩 가공하는 과정을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법에 있어서, 상기 (b) 과정에서는 상기 블랭크 홀의 주변부에 레이저를 조사하여 설정된 간격과 방향성을 갖는 다수 개의 딤플들을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법에 있어서, 상기 (b) 과정에서는 상기 블랭크 홀의 주변부에 레이저를 조사하여 방향성을 갖는 용접 비드를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법에 있어서, 상기 (c) 과정에서는 상기 블랭크 홀에서 시작하는 크랙을 상기 크랙유도 라인을 따라 유도할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서는 완제품의 불필요한 부분으로서 상기 블랭크 홀의 주변부를 트리밍 하여 스크랩부로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법은, 상기 비철소재의 판재를 도어 인너 패널로 성형할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법에 있어서, 상기 비철소재 판재는 알루미늄 합금 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비철소재 판재의 성형방법에 있어서, 상기 비철소재의 판재는 마그네슘 합금 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 블랭크의 프레스 성형 시, 블랭크 홀에서 시작하여 난 성형부로 진행하는 크랙을 크랙유도 라인을 통해 추후 스크랩 처리될 부분으로 유도하고, 그 부분을 스크랩 가공함으로써 성형품의 품질을 확보할 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법을 설명하기 위한 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법은 비철소재의 판재, 예를 들면 알루미늄 합금 소재의 판재 및 마그네슘 합금 소재를 포함하는 비철소재 판재를 프레스 성형하여 차체 부품을 제조하는 차체 조립 공정에 적용될 수 있다.

그러나, 본 발명의 보호범위가 차체 부품들을 성형하는 것에 반드시 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 비철소재 패널 부품들을 성형하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

이하에서는 차체 부품으로서 비철소재의 판재를 프레스 가공하여 도어의 인너 패널을 성형하는 공정을 예로 들어 설명한다. 일례로서, 상기 도어 인너 패널에는 중앙부에 개구를 형성하고, 그 개구의 주변에는 성형 깊이가 깊은 난 성형부를 형성하고 있다. 그리고, 상기 도어 인너 패널의 상측에는 도어 프레임(당 업계에서는 윈도우 프레임이라고도 한다)를 구성하는 다른 개구를 형성하고 있으며, 그 개구 주변의 코너부에는 성형 형상이 매우 급격하게 변경되는 난 성형부를 형성하고 있다. 이러한 도어 인너 패널의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 도어 인너 패널의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예는 비철소재 판재의 프레스 성형 시, 난 성형 부위로 진행하는 크랙을 성형 완제품의 불필요한 부분으로 유도하여 그 불필요한 부분을 제거함으로써 비철소재 판재의 성형 품질을 향상시킬 수 있는 비철소재 판재의 성형방법을 제공한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법을 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 2a를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 원 소재로서 코일 형태로 감겨 있는 비철소재 시트를 프레스 성형이 가능한 크기로 절단한 블랭크(10)를 제공한다(S11 단계).

여기서, 상기 비철소재 시트는 알루미늄 합금 소재 또는 마그네슘 합금 소재의 비철소재로 이루어진다. 그리고 상기 과정에서는 블랭크(10)에 레이저를 조사하여 설정된 크기의 블랭크 홀(11)을 가공한다.

또한, 상기 블랭킹 공정에서는 최종 완제품의 순(net) 중량 보다 상대적으로 큰 설정 중량을 지니도록 블랭크(10)를 준비한다. 상기 블랭크(10)는 설정 중량 보다 작은 범위이면 프레스 설비에 홀딩되는 부분이 부족하여 완전한 성형이 이루어지지 않을 수 있으며, 설정 중량 보다 큰 범위이면 소재의 낭비가 심하여 원가 상승요인으로 작용하게 된다.

상기에서는 최종 완제품의 순 중량을 기준으로 할 때 이 보다 큰 설정 중량으로 블랭크(10)를 제공하는 것으로 설명되었으나, 본 발명에서는 반드시 이에 한정되지 않고 최종 완제품의 크기를 기준으로 그 기준을 초과하는 여유 분을 둔 크기의 블랭크(10)를 제공할 수도 있다.

더 나아가, 상기에서 블랭크 홀(11)은 위에서 언급한 바 있는 도어 인너 패널의 개구를 관통 성형하기 위한 것으로서, 완제품에 구비되는 개구의 동일 형상 전 개구로서, 그 블랭크 홀(11)의 가장자리 주변부는 완제품에서의 개구에 맞게 추후 트리밍 가공(컷팅 가공)될 부분이다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 도 2b 및 도 2c에서와 같이, 상기 블랭크(10)의 블랭크 홀(11) 주변부에 크랙유도 라인(21)을 가공한다(S12 단계). 이 과정에서는 블랭크 홀(11)의 주변부에 그 블랭크 홀(11)의 가장자리를 따라 설정된 방향성을 갖는 적어도 하나의 크랙유도 라인(21)을 가공한다. 본 발명의 실시 예에서는 상기 크랙유도 라인(21)을 도면을 기준으로 위에서 언급한 바 있는 난 성형부와 근접하는 부분(난 성형부의 내측 부분)에 서로 이격되게 형성할 수 있고, 블랭크 홀(11)의 가장자리를 따라 서로 연결되게 형성할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 크랙유도 라인(21)은 블랭크 홀(11)의 주변부에 다양한 레이저 열원을 조사하여 형성될 수 있는데, 가공 속도의 측면에서는 스캐너를 활용하여 레이저를 조사하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 크랙유도 라인(21)은 도 2b에서와 같이, 블랭크 홀(11)의 주변부에 레이저를 조사하여 설정된 간격으로 이격된 방향성을 갖는 다수 개의 딤플(23)들을 포함할 수 있다.

대안으로서, 상기 크랙유도 라인(21)은 도 2c에서와 같이, 블랭크 홀(11)의 주변부에 레이저를 조사하여 서로 연결된 방향성을 갖는 용접 비드(25)를 포함할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기한 바와 같은 블랭크(10)를 프레스 금형을 통해 도 2d 및 도 2e에서와 같이 프레스 성형한다(S13 단계). 이 과정에서는 상기 블랭크(10)를 프레스 가공하며, 그 블랭크(10)에 완제품에 대응하는 난 성형부(31)를 성형한다.

여기서, 상기 난 성형부(31)는 완제품이 도어 인너 패널인 경우, 중앙부 개구 외측에서의 성형 깊이가 깊은 부위일 수 있고, 상측 도어 프레임 개구 외측에서의 성형 형상이 급변하는 코너 부위일 수 있다.

그리고, 상기 크랙유도 라인(21)은 난 성형부(31)와 블랭크 홀(11)의 가장자리 사이에 위치하고 있다. 즉, 상기 크랙유도 라인(21)은 난 성형부(31)의 내측에서 완제품의 개구에 맞게 추후 트리밍 가공(컷팅 가공)될 부분에 위치하고 있다.

한편, 상기한 바와 같은 난 성형부(31)를 성형하는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 블랭크 홀(11)의 난 성형부(31)와 근접한 부분에서 크랙(C)이 발생할 수 있다. 이 크랙(C)은 통상 블랭크 홀(11)에서 시작하여 난 성형부(31) 측으로 진행하게 된다.

그러나, 본 발명의 실시 예에서는 블랭크 홀(11)의 주변부에 크랙유도 라인(21)을 형성하고 있기 때문에, 그 블랭크 홀(11)에서 시작하는 크랙(C)을 크랙유도 라인(21)을 통하여 난 성형부(31)의 내측으로 유도할 수 있다. 즉, 상기한 크랙(C)은 크랙유도 라인(21)을 따라 완제품의 개구에 맞게 추후 트리밍 가공될 부분에서 난 성형부(31)의 내측으로 유도되며 그 난 성형부(31) 측으로 전파하지 않게 된다.

이어서, 본 발명의 실시 예에서는 도 2f 및 도 2g에서와 같이, 상기 크랙유도 라인(21)을 포함하는 블랭크 홀(11)의 주변부를 스크랩 가공한다(S14 단계). 이 과정에서는 완제품의 불필요한 부분으로서 블랭크 홀(11)의 주변부를 트리밍 가공(컷팅 가공)하여 스크랩부(41)로 제거한다.

즉, 상기 과정에서는 블랭크 홀(11)의 주변부를 트리밍 하는데, 난 성형부(31)를 남겨두고 크랙유도 라인(21)을 포함하고 있는 블랭크 홀(11)의 주변부를 완제품의 개구에 맞게 트리밍 가공한다. 이 때 트리밍 가공에 의해 절단된 난 성형부(31)의 내측 부분은 스크랩부(41)로 제거된다.

따라서, 지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 비철소재 판재의 성형방법에 의하면, 블랭크(10)의 프레스 성형 시, 블랭크 홀(11)에서 시작하여 난 성형부(31)로 진행하는 크랙(C)을 크랙유도 라인(21)을 통해 완제품의 불필요한 부분으로 유도하고, 그 불필요한 부분을 스크랩 처리(컷팅 처리)함으로써 성형 완제품의 품질을 확보할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 종래 기술에서와 같이 비철소재 판재의 압연 방법 또는 합금 성분을 조정하거나 판재의 국부 영역에 대한 표면 특성을 변화시키며, 난 성형 부위의 디자인을 변경하지 않고서도 성형품의 양호한 성형 품질을 확보할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10... 블랭크
11... 블랭크 홀
21... 크랙유도 라인
23... 딤플
25... 용접 비드
31... 난 성형부
41... 스크랩부
C... 크랙

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 비철소재 판재의 성형방법에 있어,
   (a) 비철소재의 시트로부터 절단된 블랭크를 제공하고, 상기 블랭크에 적어도 하나의 블랭크 홀을 가공하는 과정;
   (b) 상기 블랭크의 블랭크 홀 주변부에 적어도 하나의 크랙유도 라인을 가공하는 과정;
   (c) 상기 블랭크를 프레스 성형하며, 완제품에 대응하는 난 성형부를 형성하는 과정; 및
   (d) 상기 크랙유도 라인을 포함하는 상기 블랭크 홀 주변부를 스크랩 가공하는 과정;을 포함하며,
   상기 (b) 과정에서는 상기 블랭크 홀의 주변부에 레이저를 조사하여 서로 연결된 방향성을 갖는 용접 비드를 형성하고,
   상기 (c) 과정에서는 상기 블랭크 홀에서 시작하는 크랙을 상기 크랙유도 라인을 따라 유도하며,
   상기 (d) 과정에서는 완제품의 불필요한 부분으로서 상기 블랭크 홀의 주변부를 트리밍 하여 스크랩부로 제거하는 것을 특징으로 하는 비철소재 판재의 성형방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3 항에 있어서,
   상기 비철소재의 판재를 도어 인너 패널로 성형하는 비철소재 판재의 성형방법.
7. 제3 항에 있어서,
   상기 비철소재 판재는 알루미늄 합금 소재로 이루어지는 비철소재 판재의 성형방법.
8. 제3 항에 있어서,
   상기 비철소재의 판재는 마그네슘 합금 소재로 이루어지는 비철소재 판재의 성형방법.

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