KR101947338B1 - 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 라인 - Google Patents

Abstract

프레스 성형품(1)의 제조 방법은, 제1의 프레스 공정과, 제2의 프레스 공정을 포함한다. 제1의 프레스 공정에서는, 제1의 금형(20)을 이용하여, 중간 성형품(11)을 피가공재(25)로부터 성형한다. 중간 성형품(11)은, 천판부(12)의 단차부(14)와, 능선부(15)를 통해 천판부(12)에 인접한 세로벽부의 적어도 일부의 형상이 성형된 잠정 세로벽부(13)와, 잠정 능선부(17)를 통해 잠정 세로벽부(13)에 인접한 잠정 플랜지부(16)를 갖는다. 제2의 프레스 공정에서는, 제2의 금형(30)을 이용하여, 중간 성형품(11)으로부터 프레스 성형품(1)을 성형한다. 제2의 프레스 공정에서는, 중간 성형품(11)의 천판부(12)가 적어도 일부를 구속한 상태에서 잠정 능선부(17)를 잠정 플랜지부(16)를 향해 이동시키는 성형을 실시한다. 이에 의해, 균열, 주름을 억제한 프레스 성형품을 제조할 수 있다.

Description

프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 라인

본 발명은, 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 라인에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자동차에 이용되는 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 라인에 관한 것이다.

자동차의 프레임 부품(예를 들면, 필러) 등은, 강판 등의 금속판을 프레스 성형하여 얻어진다. 자동차의 프레임 부품 등은, 강도의 확보를 위해 홈형 또는 모자형의 단면 형상을 갖는다. 또, 자동차의 프레임 부품 등은, 천판부에 단차부를 갖는 경우가 있다. 다른 부품의 장착 등을 위함이다. 블랭크를, 천판부에 단차부를 갖는 부품으로 프레스 성형하면, 성형된 부품에 주름이 발생하는 일이 있다. 주름의 발생을 억제하기 위해, 천판부에 단차부를 갖는 부품은, 드로잉 성형에 의해서 성형되는 일이 있다. 단차부란 높이가 상이한 영역을 연결하는 경사진 영역을 의미하고, 경사의 각도는 90°로 한정되지 않는다.

그런데 근년, 자동차에는, 지구 온난화 방지에 기여하는 연비의 향상을 위해서, 차체의 경량화가 요구된다. 또한, 충돌사고 시의 안전성의 향상이 요구된다. 이들 요구로부터, 프레임 부품 등의 소재로서, 인장 강도가 높은 금속판이 이용된다.

그러나, 고강도의 금속판을 드로잉 성형하면 균열이 발생하기 쉽다. 고강도의 금속판의 연성은 낮기 때문이다.

프레스 성형품의 주름을 억제하는 제조 방법은, 일본국 특허 공개 2014-240078호 공보(특허 문헌 1)에 개시된다. 프레스 성형품의 주름 및 균열을 억제하는 제조 방법은, 국제 공개 2011/145679호(특허 문헌 2)에 개시된다.

특허 문헌 1은, 주름의 발생을 억제하여 L자형으로 굴곡진 프레스 성형품을 드로잉 성형에 의해 제조하는 방법을 개시한다. 특허 문헌 1의 제조 방법에서는, L자형으로 굴곡진 영역을 패드로 구속하면서 프레스 성형한다. 이에 의해, L자형으로 굴곡진 영역에 있어서, 주름의 발생을 억제할 수 있다고 특허 문헌 1에는 기재되어 있다.

특허 문헌 2는, L자형 또는 T자형으로 굴곡진 프레스 성형품을 굽힘 성형에 의해 제조하는 방법을 개시한다. 특허 문헌 2의 제조 방법에서는, 프레스 성형품의 천판부의 일부를 패드로 구속한 상태에서, 프레스 성형품의 굴곡진 영역을 성형한다. 이에 의해, L자형 또는 T자형으로 굴곡진 영역에 있어서, 주름의 발생을 억제할 수 있다고 특허 문헌 2에는 기재되어 있다.

일본국 특허 공개 2014-240078호 공보 국제 공개 2011/145679호

그러나, 특허 문헌 1 및 2에 개시된 제조 방법은, L자형 등으로 굴곡진 프레스 성형품의 제조를 대상으로 하고 있다. 그 때문에, 특허 문헌 1 및 2에는, 천판부에 단차부를 갖는 프레스 성형품의 제조에 대해서는 개시되어 있지 않다.

본 발명의 목적은, 고강도의 금속판을 이용하여 천판부에 단차부를 갖는 프레스 성형품을 제조해도, 주름, 균열의 발생을 억제할 수 있는 제조 방법 및 그 제조 라인을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시형태의 제조 방법에 의해 제조되는 프레스 성형품은, 천판부와 세로벽부를 구비한다. 천판부는 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 단차부는, 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지른다. 세로벽부는, 천판부의 단차부가 있는 폭방향의 단부에 있는 능선부를 통해 천판부와 인접한다.

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 제1의 프레스 공정과, 제2의 프레스 공정을 포함한다. 제1의 프레스 공정에서는, 제1의 금형을 이용하여, 중간 성형품을 피가공재로부터 성형한다. 중간 성형품은, 천판부의 단차부와, 능선부를 통해 천판부에 인접한 세로벽부의 적어도 일부의 형상이 성형된 잠정 세로벽부와, 잠정 세로벽부의 능선부와 반대측의 단부에 위치하는 잠정 능선부를 통해 잠정 세로벽부에 인접한 잠정 플랜지부를 갖는다. 제2의 프레스 공정에서는, 제2의 금형을 이용하여, 중간 성형품으로부터 프레스 성형품을 성형한다. 제2의 프레스 공정에서는, 중간 성형품의 천판부의 적어도 일부를 구속한 상태에서 잠정 능선부를 잠정 플랜지부를 향해 이동시키는 성형을 실시한다.

본 실시형태의 제조 라인은, 제1 프레스기와, 제1 프레스기의 하류에 배치된 제2 프레스기를 구비한다. 제1 프레스기는, 제1 펀치, 제1 다이, 제1 패드를 포함한다. 제1 펀치는, 제1 선단부, 제1 펀치 벽부, 및 펀치 평탄부를 갖는다. 제1 선단부는, 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 제1 펀치 벽부는, 제1 선단부의 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨를 통해 제1 선단부와 인접한다. 펀치 평탄부는, 제1 펀치 벽부와 펀치 바닥 어깨를 통해 제1 펀치 벽부에 인접한다. 제1 다이는, 제1 펀치의 제1 펀치 어깨, 제1 펀치 벽부 및 펀치 평탄부에 대향한다. 제1 패드는, 제1 펀치의 제1 선단부와 대향한다. 제2 프레스기는, 제2 펀치, 제2 다이, 제2 패드를 포함한다. 제2 펀치는, 제2 선단부, 제2 펀치 벽부를 갖는다. 제2 선단부는, 제1 선단부와 동일한 형상이다. 제2 펀치 벽부는, 제2 선단부의 단차부가 있는 단부에 있는 제2 펀치 어깨를 통해 제2 선단부와 인접한다. 제2 다이는, 제2 펀치의 제2 펀치 어깨, 및 제2 펀치 벽부에 대향한다. 제2 패드는, 제2 펀치의 제2 선단부와 대향한다. 제2 프레스기의 제2 펀치 벽부의 높이는, 제1 프레스기의 제1 펀치 벽부의 높이보다 크다. 또한, 본 발명에 있어서의 「높이」란, 위치 관계에 언급하지 않는 한 높이 방향의 크기를 의미한다.

본 발명의 제조 방법에 의하면, 고강도의 금속판을 이용하여 천판부에 단차부를 갖는 프레스 성형품을 제조해도, 주름, 균열의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태의 제조 방법에 의해 제조되는 프레스 성형품의 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 프레스 성형품을 1개의 공정으로 굽힘 성형한 경우의 주름의 크기와, 단차부의 형상의 관계성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 1개의 공정으로 프레스 성형한 경우의 프레스 성형 초기의 피가공재의 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는, 1개의 공정으로 프레스 성형한 경우의 프레스 성형 중기의 피가공재의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는, 1개의 공정으로 프레스 성형한 경우의 프레스 성형 완료 시의 피가공재 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은, 단차부(경사부) 직하의 세로벽부에 있어서의 미소 요소에 작용하는 응력을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 2개의 공정으로 프레스 성형한 경우의 1공정째 완료 후의 피가공재의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은, 2개의 공정으로 프레스 성형한 경우의 2공정째의 프레스 성형 중의 피가공재의 형상을 나타내는 도면이다.
도 9는, 2개의 공정으로 프레스 성형한 경우의 2공정째 완료 시의 피가공재의 형상을 나타내는 도면이다.
도 10은, 프레스 성형의 진행에 수반하는 전단 변형의 크기를 나타내는 도면이다.
도 11은, 제1의 프레스 공정에 의해서 얻어지는 중간 성형품의 사시도이다
도 12는, 제1의 프레스 공정의 성형 개시 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은, 제1의 프레스 공정의 성형 초기의 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는, 제1의 프레스 공정의 성형 완료 시의 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는, 제1의 프레스 공정에서 드로잉 성형을 실시하는 경우의 제1의 금형을 나타내는 단면도이다.
도 16은, 제2의 프레스 공정의 성형 개시 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은, 제2의 프레스 공정의 성형 초기의 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은, 제2의 프레스 공정의 성형 완료 시의 상태를 나타내는 도면이다.
도 19는, 본 발명예의 중간 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 20은, 본 발명예 및 비교예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은, 본 실시형태의 프레스 성형품의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 22는, 본 실시형태의 프레스 성형품의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 23은, 본 실시형태의 제조 라인을 나타내는 도면이다.

본 실시형태의 제조 방법에 의해 제조되는 프레스 성형품은, 천판부와, 세로벽부를 구비한다. 천판부는 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 단차부는, 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지른다. 세로벽부는, 천판부의 단차부가 있는 폭방향의 단부에 있는 능선부를 통해 천판부와 인접한다.

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 제1의 프레스 공정과, 제2의 프레스 공정을 포함한다. 제1의 프레스 공정에서는, 제1의 금형을 이용하여, 중간 성형품을 피가공재로부터 성형한다. 중간 성형품은, 천판부의 단차부와, 능선부를 통해 천판부에 인접한 세로벽부의 적어도 일부의 형상이 성형된 잠정 세로벽부와, 잠정 세로벽부의 능선부와 반대측의 단부에 위치하는 잠정 능선부를 통해 잠정 세로벽부에 인접한 잠정 플랜지부를 갖는다. 제2의 프레스 공정에서는, 제2의 금형을 이용하여, 중간 성형품으로부터 프레스 성형품을 성형한다. 제2의 프레스 공정에서는, 중간 성형품의 천판부의 적어도 일부를 구속한 상태에서 잠정 능선부를 잠정 플랜지부를 향해 이동시키는 성형을 실시한다.

본 실시형태의 제조 방법에서는, 상이한 2개의 공정으로 피가공재를 프레스 성형한다. 1공정째에서는, 프레스 성형품(완성품)의 높이의 일부까지 성형된 중간 성형품이 얻어진다. 중간 성형품은 잠정 플랜지부를 구비한다. 중간 성형품에 잠정 플랜지부를 성형하기 위해서, 금형에 피가공재의 잠정 플랜지부에 상당하는 영역을 구속한다. 그 결과, 잠정 플랜지부에 있어서 프레스 성형의 진행에 수반하는 재료의 유동이 억제된다. 그로 인해, 중간 성형품은, 1개의 프레스 공정만으로 성형된 프레스 성형품에 비해, 주름의 원인이 되는 전단 변형이 억제된다. 1공정째에서 얻어진 중간 성형품으로부터, 2공정째에서 나머지 부분을 성형하면, 1개의 프레스 공정만으로 성형한 경우에 비해, 프레스 성형품(완성품)에 발생하는 전단 변형이 억제된다. 중간 성형품에 발생한 전단 변형이 작기 때문이다. 따라서, 프레스 성형품에 주름이 발생하기 어렵다.

중간 성형품의 단차부가 낮은 쪽(단차 하부)의 천판부에 인접한 잠정 세로벽부의 높이는, 프레스 성형품의 세로벽부의 높이의 50% 이하인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 전단 변형은 프레스 성형의 진행에 수반해 증가한다. 따라서, 1공정째의 성형 높이를 2공정째의 성형 높이보다 낮게 하면, 1공정째에서 얻어지는 중간 성형품의 전단 변형을 유효하게 작게 할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제1의 프레스 공정에서는, 프레스 성형품의 능선부의 전체 영역이 성형되고 있다.

인장 강도가 낮은 피가공재는, 소성 변형하기 쉽다. 인장 강도가 높은 피가공재를 금형에 의한 프레스 성형한 경우에 주름이 발생하는 영역이어도, 인장 강도가 낮은 피가공재를 프레스 성형하면 인장 강도가 낮은 피가공재가 소성 변형하여 금형에 조화되기 때문에, 주름이 발생하기 어렵다. 인장 강도가 낮은 피가공재의 프레스 성형에서는 주름은 특히 문제가 되지 않는 경우가 많다. 한편, 인장 강도가 높은 피가공재는, 소성 변형하기 어렵기 때문에 주름이 발생하기 쉽다. 따라서, 본 실시형태의 제조 방법은, 고강도의 피가공재를 성형하는 경우에 특히 유효하다. 구체적으로는, 상기 제조 방법에 있어서, 피가공재의 인장 강도는, 590MPa 이상인 것이 바람직하다. 피가공재의 인장 강도는, 980MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.

프레스 성형품의 단차부의 높이가 클수록, 큰 주름이 발생한다. 상기 제조 방법에 있어서, 프레스 성형품의 단차부의 높이 H가, 프레스 성형품의 능선부의 곡률 반경 R에 대해 이하의 식 (1)을 만족하는 주름이 발생하기 쉬운 조건이어도, 주름없이 성형하는 것이 가능하다.

H≥0.4R (1)

본 실시형태의 제조 라인은, 제1 프레스기와, 제1 프레스기의 하류에 배치된 제2 프레스기를 구비한다.

제1 프레스기는, 이하의 (1) 또는 (2)의 구성을 구비한다.

(1) 제1 프레스기는, 제1 펀치, 제1 다이, 제1 패드를 포함한다. 제1 펀치는, 제1 선단부, 제1 펀치 벽부, 및 펀치 평탄부를 갖는다. 제1 선단부는, 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 제1 펀치 벽부는, 제1 선단부의 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨를 통해 제1 선단부와 인접한다. 펀치 평탄부는, 제1 펀치 벽부와 펀치 바닥 어깨를 통해 제1 펀치 벽부에 인접한다. 제1 다이는, 제1 펀치의 제1 펀치 어깨, 제1 펀치 벽부 및 펀치 평탄부에 대향한다. 제1 패드는, 제1 펀치의 제1 선단부와 대향한다. 제1 패드는 제1 선단부의 요철 형상을 반전시킨 형상이다. 또한, 이후 「대향한다」라는 것은 상기한 바와 같이, 금형의 위치 관계와 더불어 금형의 형상이 반전되어 있는 것을 가리킨다. 즉, 한쪽의 금형의 형상이 볼록하면, 대향하는 다른 쪽의 금형의 형상은 오목하다.

(2) 제1 프레스기는, 제1 펀치, 블랭크 홀더, 제1 다이를 포함한다. 제1 펀치는, 제1 선단부, 및 제1 펀치 벽부를 갖는다. 제1 선단부는, 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 제1 펀치 벽부는, 제1 선단부의 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨를 통해 제1 선단부와 인접한다. 블랭크 홀더는 제1 펀치에 인접한다. 제1 다이는, 제1 펀치 및 블랭크 홀더에 대향한다.

제2 프레스기는, 제2 펀치, 제2 다이, 제2 패드를 포함한다. 제2 펀치는, 제2 선단부, 제2 펀치 벽부를 갖는다. 제2 선단부는, 제1 선단부와 동일한 형상이다. 제2 펀치 벽부는, 제2 선단부의 단차부가 있는 단부에 있는 제2 펀치 어깨를 통해 제2 선단부와 인접한다. 제2 다이는, 제2 펀치의 제2 펀치 어깨, 및 제2 펀치 벽부에 대향한다. 제2 패드는, 제2 펀치의 제2 선단부와 대향한다. 제2 프레스기의 제2 펀치 벽부의 높이는, 제1 프레스기의 제1 펀치 벽부의 높이보다 크다.

[프레스 성형품]

도 1은, 본 실시형태의 제조 방법에 의해 제조되는 프레스 성형품의 사시도이다. 설명을 위해, 천판부(2)가 있는 쪽을 위, 플랜지부(6)가 있는 쪽을 아래로 한다. 프레스 성형품(1)은, 천판부(2)와, 세로벽부(3)를 구비한다. 천판부(2)는 길이 방향으로 단차부(4), 단차 상부의 천판부(2a) 및 단차 하부의 천판부(2c)를 갖는다. 단차 상부의 천판부(2a)는, 단차부(4)와 연결된다. 단차부(4)는, 단차 하부의 천판부(2c)와 연결된다. 단차부(4)는, 천판부(2)의 폭방향의 단부(2d)로부터 신장된다. 도 1에서는, 단차부(4)가 프레스 성형품(1)의 폭방향의 전역에 걸쳐서 존재하는 경우를 나타낸다. 그러나, 단차부(4)는 프레스 성형품(1)의 폭방향의 전역에 존재하고 있지 않아도 된다. 단차부(4)는 적어도 프레스 성형품(1)의 폭방향의 일부를 가로지르면 된다(예를 들면 도 22). 천판부(2)의 단부(2d)에는 능선부(5)가 있다. 능선부(5)의 윤곽은 R형상이다. 또한, 이하에서는 피가공재가 금속판인 경우에 대해서 설명한다.

세로벽부(3)는, 능선부(5)를 통해 천판부(2)와 인접한다. 세로벽부(3)는, 단차 상부 직하의 세로벽부(3a), 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)를 포함한다. 단차 상부 직하의 세로벽부(3a)는, 능선부(5)를 통해 단차 상부의 천판부(2a)와 인접한다. 단차부 직하의 세로벽부(3b)는, 능선부(5)를 통해 천판부(2)의 단차부(4)와 인접한다. 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)는, 능선부(5)를 통해 단차 하부의 천판부(2c)와 인접한다.

도 1에서는, 프레스 성형품(1)의 길이 방향에 수직인 단면 형상이 모자형인 경우를 나타낸다. 따라서, 프레스 성형품(1)은 플랜지부(6)를 구비한다. 그러나, 프레스 성형품(1)의 단면 형상은 모자형이 아니어도 된다. 구체적으로는, 플랜지부(6)를 1개만 구비하는 편모자 형상이나, 플랜지부(6)가 성형 중에 모두 세로벽부가 된 홈 형상이어도 된다. 또, 프레스 성형품(1)은 모자형 등이 아니어도 되고, 상기 형상의 반분할 형상이어도 된다(도 21 참조). 또, 단차부(4)는 천판부(2)를 가로지르고 있지 않아도 된다(도 22 참조). 또한, 프레스 성형품(1)의 단차부(4)는 1개여도 되고, 3개, 4개 있어도 되고, 단차부의 수는 임의의 수여도 된다.

도 1에 나타낸 바와 같은, 천판부(2)에 단차부(4)를 갖는 프레스 성형품을 1개의 공정만으로 굽힘 성형하면 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)에 주름이 발생하기 쉽다. 주름의 발생의 메커니즘에 대해서는 후술한다. 또, 프레스 성형품의 주름의 발생은, 천판부의 단차부의 높이 H 및 프레스 성형품의 능선부의 단면의 곡률 반경 R에 관계한다. 천판부의 단차부의 높이 H가 크면, 큰 주름이 발생한다. 능선부의 단면의 곡률 반경 R이 작으면, 큰 주름이 발생한다.

본 발명자들은, 프레스 성형품의 천판부의 단차부의 높이 H 및 프레스 성형품의 능선부의 곡률 반경 R과 주름의 크기의 관계를, 시뮬레이션에 의해 조사했다.

도 2는, 도 1에 나타낸 바와 같은 프레스 성형품을 1개의 공정만으로 굽힘 성형한 경우의 주름의 크기를 나타내는 도면이다. 도 2의 세로축은, 주 곡률의 최대치와 최소치의 차 △1/ρ를 나타낸다. 도 2의 가로축은, 프레스 성형품의 천판부의 단차부의 높이 H와 프레스 성형품의 능선부의 곡률 반경 R의 비 H/R를 나타낸다. 도 2에 나타낸 시뮬레이션에서는, 도 1에 나타낸 프레스 성형품의 천판부의 단차부의 높이 H와 프레스 성형품의 능선부의 곡률 반경 R의 비 H/R를 다양하게 변경했다. 또, 도 2에 나타낸 시뮬레이션에서는, 피가공재로서, 일본철강연맹 규격으로 규정되는 JAC270DC 및 JSC980Y를 이용했다. 도 2 중의 정방형 표시는 JAC270DC의 결과를 나타내고, 마름모꼴 표시는 JSC980Y의 결과를 나타낸다.

도 2에 나타낸 시뮬레이션에서는, 프레스 성형품의 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)의 임의의 점에 있어서의 주 곡률 1/ρ를 조사했다. 주 곡률 1/ρ의 최대치와 최소치의 차 △1/ρ를 산출하고, 주름의 평가의 지표로 했다. △1/ρ가 클수록, 발생한 주름이 큰 것을 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 비 H/R이 0.4 미만에서는 △1/ρ의 값은 큰 변화는 없었다. 그러나, 비 H/R가 0.4 이상이면, △1/ρ의 값은 커져 주름의 발생이, 비 H/R이 0.4 미만인 경우에 비해, 현저히 보였다. 또한, 주 곡률은, 후술하는 실시예와 동일한 방법에 의해 산출했다.

상술한 바와 같이, 프레스 성형품의 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)에 발생하는 주름을 억제하기 위해서는 드로잉 성형이 적합하다. 그러나, 고강도의 금속판을 드로잉 성형하면 균열이 발생하기 쉽기 때문에, 본 발명에서 대상으로 하는 프레스 성형품 형상을 1회의 드로잉 성형만으로 성형할 수는 없다. 그래서, 본 발명자들은, 고강도의 금속판을 굽힘 성형에 의해 프레스 성형해도, 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)에 발생하는 주름을 억제할 수 있는 제조 방법을 검토했다.

본 발명자들은, 천판부에 단차부를 갖는 프레스 성형품(이하, 단순히 「프레스 성형품」이라고도 한다.)을, 1회의 굽힘 성형만으로 성형한 경우의 주름의 크기에 대해서 조사했다. 구체적으로는, FEM(Finit Element Method)에 의한 시뮬레이션에 의해 프레스 성형중의 피가공재의 형상에 대해서 조사했다.

도 3~도 5는, 굽힘 성형에 의해 1개의 공정으로 도 1에 나타낸 프레스 성형품을 성형한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 3~도 4는, 프레스 성형 중의 피가공재의 형상을 나타낸다. 도 3은 프레스 성형 초기의 단계를 나타낸다. 도 4는 프레스 성형의 중기를 나타낸다. 도 5는 프레스 성형 완료 시의 단계를 나타낸다. 도 3~5에서는, 이해의 용이를 위해서, 각 단계에 있어서의 금형의 단면도를 기재한다.

도 3 및 도 4에 있어서, 잉여 부분이 발생하고, 또한 상하 금형에 의한 구속이 느슨한 영역을 영역 X라고 정의한다. 또, 영역 X는 성형 하사점에서 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)가 되는 영역이다(도 5 참조). 한편, 단차 상부 직하의 세로벽부(3a)는 잉여 부분이 발생하고 있지 않기 때문에 영역 X에는 해당하지 않는다. 또, 판 단부인 플랜지부도 잉여 부분이 발생하지 않기 때문에 영역 X에는 해당하지 않는다. 영역 X에 있어서 잉여 부분이 크면 주름이 발생한다. 특히, 단차부 직하의 세로벽부(3b)는 성형 시에 잉여 부분을 흡수하는 변형(전단 변형)이 발생하기 때문에 주름이 발생하기 쉽다.

도 6은, 본 실시형태의 프레스 성형품에 있어서의 단차부 직하의 세로벽부에 작용하는 응력 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 프레스 성형품의 성형 시, 단차부 직하의 세로벽부(3b)의 미소 요소(A)에는, 영역 X에 발생한 잉여 부분을 흡수하기 위해서, 피가공재의 면내 방향에 전단 응력(T12)이 작용한다. 이 전단 응력(T12)은 주 응력으로 나타내면 압축 응력(S1)과 인장 응력(S2)으로 분해된다. 이러한 응력이 부하되면, 정방형의 미소 요소(A)는 평행 사변형으로 변형한다. 환언하면, 미소 요소(A)는 전단 변형한다. 따라서, 미소 요소(A)에는 전단 변형이 발생한다. 이 전단 변형이 프레스 성형품의 주름을 악화시키는 원인 중 하나이다.

또, 단차부를 갖는 모자 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때의 잉여 부분에 기인한 주름의 정도는, 천판부의 폭에 의존한다. 단차 하부의 천판부의 폭 W2(도 1 참조)가 능선부의 곡률 반경 R의 3배 이하(W2≤3R)인 경우, 프레스 성형품의 폭방향의 인장 응력이 효과적으로 작용하기 때문에 주름은 발생하기 어렵다. 한편, 천판부의 폭 W2가 능선부의 곡률 반경 R의 3배보다 큰(W2＞3R) 경우, 주름이 발생하기 쉽다. 곡률 반경 R은, 단차부의 폭방향 단부에 있는 능선부에 있어서, 길이 방향에 수직인 단면에서의 판두께 중심의 곡률 반경을 의미한다.

또, 단차부를 갖는 모자 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때의 잉여 부분에 기인한 주름의 정도는, 피가공재의 판두께에도 의존한다. 피가공재의 판두께는, 피가공재의 굽힘 강성을 지배하기 때문이다. 판두께가 얇을수록 주름은 발생하기 쉽다.

또한, 단차부를 갖는 모자 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때의 잉여 부분에 기인한 주름의 정도는, 피가공재의 항복 강도에도 의존한다. 프레스 성형 시의 잉여 부분은, 탄성 변형하에서의 면외 변형에 의해 발생하기 때문이다. 피가공재의 항복 강도가 높을수록 주름은 발생하기 쉽다.

본 발명자들은, 프레스 성형품(1)의 성형중에 발생하는 영역 X의 잉여 부분 및 단차부 직하의 세로벽부(3b)에 발생하는 전단 변형을 작게 하고, 프레스 성형품(1)의 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)에 발생하는 주름을 억제하는 방법을 검토해, 다음의 지견을 얻었다.

주름의 발생을 억제하기 위해서는, 면외 변형에 의해 성형되는 단차부의 단부에 있는 능선부를 성형할 때에, 탄성적인 면외 변형을 한없이 작게 하는 것이 필요 불가결하다. 환언하면, 능선부를 적극적으로 소성 변형시켜, 프레스 성형의 진행에 수반해 증대하는 면외 변형을 한없이 작게 하면 된다.

그래서, 본 발명자들은, 프레스 성형품(1)의 프레스 성형 공정을 복수로 나누는 것을 찾아냈다. 본 발명자들은, 1회째의 프레스 공정에서, 프레스 성형품의 단차부와, 단차부에 인접하는 개소의 능선부와, 능선부를 통해 천판부에 인접한 세로벽부의 일부의 형상이 형성된 잠정 세로벽부 중 능선부를 통해 단차부에 인접하는 영역을 성형하는 것을 찾아냈다. 단차부의 성형은, 능선부를 따른 단차부의 모든 영역을 성형하는 것이 바람직하나, 반드시 능선부에 따른 단차부의 모든 영역을 성형할 필요는 없다. 단차부의 일부의 영역을 성형해도 주름의 발생의 억제 효과는 있다. 본 발명자들은, 1회째의 프레스 공정 후, 2회째 이후의 프레스 공정에서 나머지 부분을 성형하는 것을 찾아냈다. 1회째의 프레스 공정 후, 금형이 일단 이형(離型)하므로, 프레스 성형의 진행과 함께 증대하는 면외 변형을 억제할 수 있다. 그 결과, 판두께가 얇고, 및/또는, 고강도의 피가공재를, 단차부를 갖고, 또한, 폭이 넓은 천판부를 갖는 프레스 성형품으로 성형해도, 잉여 부분에 기인한 주름의 발생을 억제할 수 있다.

계속해서, 본 발명자들은 상기 발상의 효과를 확인하기 위해, FEM에 의한 시뮬레이션을 행했다.

도 7~도 9는, 2회의 프레스 성형으로 도 1에 나타낸 프레스 성형품을 성형하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 7~도 9는, 세로벽부의 성형 중에 있어서의 피가공재의 형상을 나타낸다. 도 7~도 9에 나타낸 시뮬레이션에서는, 1공정째에서 도 1에 나타낸 프레스 성형품의 천판부 및 능선부까지 성형하고, 2공정째에서 나머지 부분을 성형했다. 도 7은 1공정째의 프레스 성형이 완료되고, 이형했을 때의 중간 성형품을 나타낸다. 도 8은 2공정째의 프레스 성형 중인 상태를 나타낸다. 도 9는 2공정째의 프레스 성형이 완료되었을 때의 프레스 성형품을 나타낸다. 또, 도 7~도 9의 성형 높이는, 도 3~도 5의 성형 높이와 동일하다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 중간 성형품(11)의 잠정 플랜지부(16)의 영역 Y(도 3 중의 영역 X에 상당)의 피가공재의 잉여 부분은, 도 3에 나타낸 경우에 비해 작았다. 그리고, 1공정째에서 성형된 중간 성형품(11)을 2공정째에서 프레스 성형하여 프레스 성형품(1)을 얻었다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 프레스 성형품(1)의 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)의 주 곡률로부터 파악되는 주름은, 도 5에 나타낸 프레스 성형품에 비해 현저히 억제되었다. 이 점에 대해서 도 10을 이용하여 설명한다.

도 10은, 프레스 성형의 진행에 수반하는 단차부 직하의 세로벽부(3b)의 임의의 점에 있어서의 전단 변형의 크기를 나타내는 도면이다. 도 10의 세로축은 전단 변형의 크기를 나타내고, 가로축은 단차 상부 직하의 세로벽부(3a)의 성형 높이를 나타낸다. 도 10 중의 검은색 동그라미 표시는 1개의 프레스 공정으로 성형한 경우의 결과를 나타낸다. 도 10 중의 흰색 삼각 표시는 2개의 프레스 공정으로 성형한 경우의 결과 중 1공정째의 결과를 나타낸다. 도 10 중의 검은색 삼각 표시는 2개의 프레스 공정으로 성형한 경우의 결과 중 2공정째의 결과를 나타낸다. 도 10 중의 영역 A는, 성형 높이가 약 10mm인 시점을 나타내고, 도 3 및 도 7의 상태에 상당한다. 도 10 중의 영역 B는, 성형 높이가 약 23mm인 시점을 나타내고, 도 4 및 도 8의 상태에 상당한다. 도 10 중의 영역 C는, 도 5 및 도 9 상태에 상당한다.

도 10 중의 영역 A에 있어서, 1개의 프레스 공정으로 성형한 경우(검은색 동그라미 표시)의 전단 변형이 약 0.08인 반면, 2개의 프레스 공정으로 성형한 경우(흰색 삼각 표시)의 전단 변형은 약 0.05이다. 상술한 바와 같이, 2개의 프레스 공정으로 성형한 경우, 잠정 플랜지부를 구비하는 중간 성형품을 성형함으로써, 전단 변형이 억제되었기 때문이다. 영역 A의 시점에서부터 추가로 프레스 성형이 진행되면, 1개의 프레스 공정으로 성형한 경우와 2개의 프레스 공정으로 성형한 경우에, 전단 변형의 크기의 추이는 동일한 경향이 된다. 요컨대, 도 10 중의 영역 A에 나타낸 바와 같이, 잠정 플랜지부를 성형하면, 단차부 직하의 세로벽부(3b)의 전단 변형이 억제된다. 그 결과, 최종 제품의 전단 변형이 억제된다. 즉, 주름의 크기가 억제된다.

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 상술한 지견에 의거해 완성되었다. 이하, 본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 제1의 프레스 공정과, 제2의 프레스 공정을 포함한다. 제1의 프레스 공정에서는, 제1의 금형을 이용하여, 피가공재로부터 중간 성형품을 성형한다. 제2의 프레스 공정에서는, 제2의 금형을 이용하여, 제1의 프레스 공정으로 성형된 중간 성형품을 프레스 성형품으로 성형한다.

[중간 성형품]

도 11은, 제1의 프레스 공정에 의해서 얻어지는 중간 성형품의 사시도이다. 중간 성형품(11)은, 천판부(12)와, 능선부(15)와, 잠정 세로벽부(13)와, 잠정 능선부(17)와, 잠정 플랜지부(16)를 갖는다. 중간 성형품(11)의 천판부(12)는, 도 1에 나타낸 프레스 성형품(1)(완성품)의 천판부(2)와 동일한 형상이다. 따라서, 중간 성형품(11)의 천판부(12)는 단차부(14)를 갖는다. 능선부(15)는 천판부(12)의 폭방향의 단부(12A)에 있다.

잠정 세로벽부(13)는, 프레스 성형품의 세로벽부의 적어도 일부의 형상을 갖는다. 환언하면, 잠정 세로벽부(13)는, 프레스 성형품의 세로벽부의 도중까지의 형상을 갖는다. 잠정 세로벽부(13)는 능선부(15)를 통해 천판부(12)에 인접한다. 잠정 세로벽부(13)와 천판부(12)가 이루는 각은, 통상, 이형하기 위해 직각 혹은 둔각이다. 잠정 세로벽부(13)의 능선부(15)와 반대측의 단부에는 잠정 능선부(17)가 있다. 잠정 플랜지부(16)는, 잠정 능선부(17)를 통해 잠정 세로벽부(13)에 인접한다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 중간 성형품은, 도 1의 프레스 성형품의 단차 하부의 천판부(2c)와, 단차 하부의 천판부(2c)에 인접하는 능선부와, 능선부를 통해 단차 하부의 천판부(2c)에 인접하는 잠정 세로벽부를 갖고 있지 않아도 무방하다.

[제1의 금형]

도 12~도 14는, 제1의 프레스 공정에서 금속판(25)이 단차부(14)에 성형되는 모습을 단계적으로 나타내는 단면도이다. 이들 도면 중, 도 12는 성형 개시 전의 금형과 피가공재의 배치를 나타낸다. 도 13은 성형 초기의 상태를 나타낸다. 도 14는 성형 완료 시의 상태를 나타낸다.

도 12~도 14에 나타낸 바와 같이, 제1의 금형(20)은, 하형으로서 제1 펀치(21)를 구비하고, 상형으로서 제1 다이(22) 및 제1 패드(23)를 구비한다. 즉, 제1 펀치(21)는, 제1 다이(22) 및 제1 패드(23)와 대향한다. 제1의 금형(20)은, 금속판(25)을 도 11에 나타낸 중간 성형품(11)으로 성형한다.

제1 펀치(21)는, 제1 선단부(21a), 제1 펀치 벽부(21b), 및 펀치 평탄부(21c)를 갖는다. 제1 선단부(21a)는, 제1 펀치(21)의 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 제1 펀치(21)의 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 즉, 제1 펀치(21)의 제1 선단부(21a)의 형상은, 중간 성형품의 천판부에 대응한다. 제1 펀치 벽부(21b)는, 제1 선단부(21a)의 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨(21d)를 통해 제1 선단부(21a)와 인접한다. 즉, 제1 펀치 벽부(21b)의 형상은, 중간 성형품의 잠정 세로벽부에 대응한다. 제1 펀치 어깨(21d)는, 중간 성형품의 능선부에 대응하는 형상이다. 펀치 평탄부(21c)는, 제1 펀치 벽부(21b)와 펀치 바닥 어깨(21e)를 통해 제1 펀치 벽부(21b)에 인접한다. 즉, 펀치 평탄부(21c)의 형상은, 중간 성형품의 잠정 플랜지부에 대응한다. 펀치 바닥 어깨(21e)의 형상은, 중간 성형품의 잠정 능선부에 대응한다.

제1 다이(22)는, 제1 펀치(21)의 제1 펀치 어깨(21d), 제1 펀치 벽부(21b) 및 펀치 평탄부(21c)에 대향한다. 제1 다이(22)와 제1 펀치(21)에 의해서, 중간 성형품의 천판부 이외의 영역이 성형된다.

제1 패드(23)는, 제1 펀치(21)의 제1 선단부(21a)와 대향한다. 제1 패드(23)와 제1 펀치(21)에 의해서, 중간 성형품의 천판부가 성형된다. 또, 제1 패드(23)는, 가압 부재(24)를 통해 제1 다이(22)에 장착된다. 가압 부재(24)는, 예를 들면, 스프링, 고무, 유압 실린더 등이다.

제1의 금형(20)은, 제1 프레스기(51)에 설치된다(도 23 참조). 제1 프레스기(51)는, 금속판(25)을 패드 굽힘 성형한다. 이하, 제1의 금형이 설치된 제1 프레스기에 의한 제1의 프레스 공정을 설명한다.

[제1의 프레스 공정]

도 12~도 14에 나타낸 바와 같이, 제1의 프레스 공정에서는, 피가공재(블랭크)로서, 금속판(25)을 이용한다. 금속판(25)으로는, 예를 들면, 인장 강도가 590MPa 이상, 바람직하게는 980MPa 이상의 고강도 강판을 이용한다. 고강도의 피가공재의 항복점은 높기 때문에, 주름이 발생하기 쉽다. 본 실시형태의 제조 방법은, 이러한 고강도의 피가공재의 프레스 성형에 적합하다. 금속판(25)으로서, 도금 강판, 스테인리스 강판, 합금 강판, 알루미늄 합금판, 구리 합금판 등을 이용할 수도 있다. 금속판 뿐만 아니라, 연화시킨 플라스틱 시트에도 본 발명은 적용할 수 있다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 금속판(25)을 제1 펀치(21)의 소정의 위치에 배치한다. 금속판(25)은, 제1 선단부(21a)와 제1 펀치 어깨(21d)에 접하여 배치된다. 또, 금속판(25)은 펀치 평탄부(21c)와 제1 다이(22) 사이에 배치된다. 그 후, 제1 패드(23) 및 제1 다이(22)가 제1 펀치(21)에 접근한다. 그리고, 도 13에 나타낸 상태에 이른다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 제1 패드(23)와 제1 펀치(21)의 제1 선단부(21a) 사이에 금속판(25)을 끼운다. 제1 패드(23)는 금속판(25)의 능선부에 성형되는 개소를 누르지 않는 것이 바람직하다. 즉, 제1 패드(23)와 펀치 어깨 사이에 금속판(25)을 끼우지 않는 것이 바람직하다. 그것이 주름의 발생을 억제할 수 있다. 제1 패드(23)는 금속판(25)의 능선부에 성형되는 개소의 근방까지를 누르는 것이 가장 바람직하다. 제1 다이(22)가 제1 펀치(21)에 더욱 접근하면, 제1 펀치(21)에 의한 금속판(25)의 제1 다이(22)로의 밀어넣음이 개시되고, 금속판(25)의 굽힘 성형이 시작된다. 또한 제1 다이(22)가 제1 펀치(21)에 접근하면, 제1 다이(22)에 대한 제1 펀치(21)의 밀어넣음이 하사점에 도달해, 도 14에 나타낸 상태에 이른다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 성형 하사점에 도달하면, 중간 성형품(11)이 얻어진다.

도 11을 참조하여, 제1의 프레스 공정에서는, 잠정 플랜지부(16)를 성형함으로써, 잠정 세로벽부(13)의 성형 시에 있어서의 영역 X(도 3 참조)의 잉여 부분을 구속함과 동시에, 성형 하사점에서 영역 X의 잉여 부분을 금형으로 찌부러뜨릴 수 있다. 결과적으로, 영역 X의 잉여 부분을 억제할 수 있다. 또한, 제1의 프레스 공정에서는, 중간 성형품을 이형함으로써 피가공재에 탄성 회복이 발생한다. 탄성 회복에 의해서도 단차부 직하의 세로벽부(3b)에 발생하는 전단 변형을 완화할 수 있다.

제1의 프레스 공정에서 성형되는 중간 성형품의 단차 상부 직하의 세로벽부(3a)의 성형 높이는, 최종 성형품인 프레스 성형품의 성형 높이의 50% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 중간 성형품의 잠정 세로벽부의 높이는, 프레스 성형품의 세로벽부의 높이의 50% 이하인 것이 바람직하다. 프레스 성형품의 세로벽부의 높이란, 단차 상부 직하의 세로벽부(3a)의 높이를 의미한다. 특히 바람직하게는, 제1의 프레스 공정에서는, 프레스 성형품의 능선부의 전체 영역이 성형된다. 도 10의 영역 A에 나타낸 바와 같이, 프레스 성형품의 능선부를 성형할 때에 단차 상부 직하의 세로벽부(3a)의 전단 변형이 급격하게 커진다. 제1의 프레스 공정에서 프레스 성형품의 능선부에 상당하는 영역 전부가 성형된 중간 성형품을 성형하면, 전단 변형을 크게 억제할 수 있기 때문이다. 가장 바람직한 것은, 또한, 단차 하부의 천판부(2c)에 인접하는 잠정 세로벽부가 성형되어 있지 않은 것이다.

상술한 제1의 프레스 공정에서는, 피가공재를 굽힘 성형하는 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 제1의 프레스 공정은 굽힘 성형으로 한정되지 않는다. 제1의 프레스 공정에서는, 드로잉 성형에 의해서 중간 성형품을 성형해도 된다.

도 15는, 제1의 프레스 공정에서 드로잉 성형을 실시하는 경우의 제1의 금형을 나타내는 단면도이다. 제1의 금형(40)은, 하형으로서 제1 펀치(41) 및 블랭크 홀더(43)를 구비하고, 상형으로서 제1 다이(42)를 구비한다. 즉, 제1 다이(42)는, 제1 펀치(41) 및 블랭크 홀더(43)와 대향한다. 제1의 금형(40)은, 금속판(25)을 도 11에 나타낸 중간 성형품(11)으로 성형한다.

제1 펀치(41)는, 제1 선단부(41a), 제1 펀치 벽부(41b)를 갖는다. 제1 선단부(41a)는, 제1 펀치(41)의 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 제1 펀치(41)의 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는다. 즉, 제1 펀치(41)의 제1 선단부(41a)의 형상은, 중간 성형품의 천판부의 형상에 대응한다. 제1 펀치 벽부(41b)는, 제1 선단부(41a)의 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨(41d)를 통해 제1 선단부(41a)와 인접한다. 즉, 제1 펀치 벽부(41b)의 형상은, 중간 성형품의 잠정 세로벽부의 형상에 대응한다. 제1 펀치 어깨(41d)의 형상은, 중간 성형품의 능선부의 형상에 대응한다.

블랭크 홀더(43)는, 제1 펀치(41)에 인접하여 배치된다. 블랭크 홀더(43)는, 제1 다이(42)와 대향한다. 블랭크 홀더(43)와 제1 다이(42)에 의해서, 중간 성형품의 잠정 플랜지부가 성형된다. 따라서, 블랭크 홀더(43)의 형상은, 중간 성형품의 잠정 플랜지부의 형상에 대응한다. 또, 블랭크 홀더(43)는, 가압 부재(44)를 통해 도시하지 않은 프레스기에 장착된다. 가압 부재(44)는, 예를 들면, 스프링, 고무, 유압 실린더 등이다.

제1 다이(42)는, 제1 펀치(41)및 블랭크 홀더(43)에 대향한다. 제1 다이(42)와 제1 펀치(41) 및 블랭크 홀더(43)에 의해서, 중간 성형품이 성형된다. 따라서, 제1 다이(42)의 형상은 중간 성형품의 형상에 대응한다.

제1의 프레스 공정이 드로잉 성형인 경우, 우선, 블랭크 홀더(43)와 제1 다이(42) 사이에 금속판(25)을 끼운다. 다음에, 제1 펀치(41)가 제1 다이(42)에 밀어넣어지고 중간 성형품이 얻어진다.

요컨대, 제1의 프레스 공정에서는, 도 12에 나타낸 제1의 금형(20) 또는 도 15에 나타낸 제1의 금형(40)의 어느 금형도 사용할 수 있다.

도 23을 참조하여, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 제1의 프레스 공정 후, 제2의 프레스 공정을 실시한다. 제2의 금형(30)은, 제2 프레스기(52)에 설치된다. 이하, 제2의 프레스 공정에 대해서 설명한다.

[프레스 성형품]

제2의 프레스 공정에 의해서 얻어지는 프레스 성형품은, 도 1에 나타낸 천판부에 단차부를 갖는 프레스 성형품이다.

[제2의 금형]

도 16~도 18은, 제2의 프레스 공정을 단계적으로 나타내는 단면도이다. 이들 도면 중, 도 16은 성형 개시 전의 상태를 나타낸다. 도 17은 성형 초기의 상태를 나타낸다. 도 18은 성형 완료 시의 상태를 나타낸다.

도 16~도 18에 나타낸 바와 같이, 제2의 금형(30)은, 하형으로서 제2 펀치(31)를 구비하고, 상형으로서 제2 다이(32)및 제2 패드(33)를 구비한다. 즉, 제2 펀치(31)는, 제1 다이(32) 및 제1 패드(33)와 대향한다. 제2의 금형(30)은, 제1의 프레스 공정에서 얻어진 중간 성형품(11)을 도 1에 나타낸 프레스 성형품(1)으로 성형한다.

제2 펀치(31)는, 제2 선단부(31a), 및 제2 펀치 벽부(31b)를 갖는다. 제2 선단부(31a)의 형상은, 제1의 금형(20)의 제1 펀치(21)의 제1 선단부(21a)의 형상과 동일하다(도 12 참조). 즉, 제2 선단부(31a)의 형상은, 프레스 성형품의 천판부의 형상에 대응한다. 제2 펀치 벽부(31b)는, 제2 선단부(31a)의 단차부가 있는 단부에 있는 제2 펀치 어깨(31d)를 통해 제2 선단부(31a)와 인접한다. 즉, 제2 펀치 벽부(31b)의 형상은, 프레스 성형품의 세로벽부의 형상에 대응한다. 제2 펀치 어깨(31d)의 형상은, 프레스 성형품의 능선부의 형상에 대응한다.

제2 다이(32)는, 제2 펀치(31)의 제2 펀치 어깨(31d), 제2 펀치 벽부(31b)에 대향한다. 제2 다이(32)와 제2 펀치(31)에 의해서, 프레스 성형품의 천판부 이외의 영역이 성형된다. 따라서, 제2 다이(32)의 형상은, 제2 펀치(31)의 형상에 대응한다.

제2 패드(33)는, 제2 펀치(31)의 제2 선단부(31a)와 대향한다. 제2 패드(33)와 제2 펀치(31) 사이에, 중간 성형품의 천판부를 끼운다. 따라서, 제2 패드(33)의 형상은, 제2 펀치(31)의 제2 선단부(31a)의 형상에 대응한다. 또, 제2 패드(33)는, 가압 부재(34)를 통해 제2 다이(32)에 장착된다. 가압 부재(34)는, 예를 들면, 스프링, 고무, 유압 실린더 등이다.

제2의 금형(30)은, 도시하지 않은 제2 프레스기에 설치된다. 제2 프레스기는, 중간 성형품을 패드 굽힘 성형한다. 이하, 제2의 금형이 설치된 제2 프레스기에 의한 제2의 프레스 공정을 설명한다.

[제2의 프레스 공정]

도 16에 나타낸 바와 같이, 제1의 프레스 공정에서 성형된 중간 성형품(11)을 제2 펀치(31)의 소정의 위치에 배치한다. 그 후, 제2 패드(33) 및 제2 다이(32)가 제2 펀치(31)에 접근한다. 그리고, 도 17에 나타낸 상태에 이른다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 제2 패드(33)와 제2 펀치(31) 사이에 중간 성형품(11)의 천판부를 끼운다. 이에 의해, 중간 성형품(11)은 구속된다. 제2 패드(33) 및 제2 펀치(31)는, 중간 성형품(11)의 천판부의 전체 영역을 구속해도 되고, 일부의 영역이어도 된다. 성형품(11)이 구속되는 영역은, 주름의 발생, 성형품의 치수 정밀도 등을 고려하여 적절히 설정된다.

제2 다이(32)가 제2 펀치(31)에 더욱 접근하면, 제2 펀치(31)에 의한 중간 성형품(11)의 제2 다이(32)로의 밀어넣음이 개시되고, 중간 성형품(11)의 굽힘 성형이 시작된다. 제2의 프레스 공정에서는, 중간 성형품(11)의 잠정 능선부(17)를 잠정 플랜지부(16)를 향해 이동시키는 성형을 행한다. 즉, 잠정 플랜지부(16)가 순차적으로 제2 다이의 다이 어깨에서 굽혀진 후, 제2 다이(32)와 제2 펀치(31) 사이에서 신장되어 간다. 이에 의해, 잠정 플랜지부(16)는 프레스 성형품(1)의 세로벽부(3)로 성형된다. 또한 제2 다이(32)를 제2 펀치(31)에 접근시키면, 제2 다이(32)에 대한 제2 펀치(31)의 밀어넣음이 하사점에 도달해, 도 18에 나타낸 상태에 이른다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 성형 하사점에 도달하면, 프레스 성형품(1)이 얻어진다.

제2의 프레스 공정에서는, 잠정 플랜지부(16)를 세로벽부(3)로 성형하기 위해, 잠정 세로벽부(13)와 잠정 플랜지(16) 사이의 잠정 능선부를 플랜지측으로 이동시킨다. 잠정 능선부의 위치는 천판부의 형상에 관계없이 동일한 높이로 이동하기 때문에, 제2 프레스 공정에서는 잉여 부분은 발생하기 어렵다. 또, 제2의 프레스 공정에서는 잠정 능선부를 이동시킬 때, 잠정 세로벽부(13)에 장력이 발생하기 때문에, 제1의 프레스 공정에서 발생한 잉여 부분은 감소한다. 이상으로부터, 프레스 성형품(1)의 단차부 직하의 세로벽부(3b) 및 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)에 발생하는 주름이 억제된다.

제2 프레스기(제2의 금형(30))의 제2 펀치 벽부(31b)의 높이 H2(도 16 참조)는, 제1 프레스기(제1의 금형(10, 30))의 제1 펀치 벽부(11b, 31b)의 높이 H1(도 12 참조)보다 크다. 환언하면, 제2의 프레스 공정에서의 성형 높이는, 제1의 프레스 공정에서의 성형 높이보다 크다. 제1 프레스기로 성형되는 중간 성형품은 잠정 플랜지부를 갖는다. 이상의 구성에 의해서, 고강도 강판을 도 1에 나타낸 프레스 성형품으로 주름을 억제하여 성형할 수 있다.

제2의 프레스 공정 후, 프레스 성형품에 구멍을 뚫거나, 프레스 성형품의 불필요한 부분을 절제하는 트리밍 공정을 실시해도 된다.

그 외 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 변경이 가능함은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 상기 실시형태의 프레스 성형 장치에서는, 하형으로서 펀치를 구비하고, 상형으로서 다이 및 패드를 구비한 구성인데, 상하의 금형의 배치가 상하로 반전된 구성이어도 무방하다.

실시예

본 실시형태의 제조 방법에 의한 주름을 억제하는 효과를 확인하기 위해서, FEM에 의한 시뮬레이션을 실시했다. 시뮬레이션에서는, 피가공재의 인장 강도를 다양하게 변경했다. 시뮬레이션에서는 도 1에 나타낸 형상의 프레스 성형품을 성형하는 경우를 상정했다. 본 발명예로서, 2개의 프레스 공정으로 프레스 성형품을 성형하는 경우를 상정했다. 비교예로서, 1개의 프레스 공정으로 프레스 성형품을 성형하는 경우를 상정했다. 본 발명예에서는, 평탄한 강판인 피가공재를 제1의 금형을 이용하여 제1의 프레스 공정, 및 제2의 금형을 이용하여 제2의 프레스 공정을 실시했다.

도 19는, 본 발명예의 중간 성형품을 나타내는 사시도이다. 본 발명예의 제1의 프레스 공정에서는, 도 19에 나타낸 중간 성형품(11)을 성형했다. 중간 성형품(11)은, 단차부(14)를 갖는 천판부(12), 잠정 세로벽부(13), 및 잠정 플랜지부(16)를 구비한다. 본 발명예의 제2의 프레스 공정에서는, 중간 성형품(11)을 도 1에 나타낸 프레스 성형품으로 성형했다.

본 발명예에서 성형한 프레스 성형품의 치수를 설명한다. 프레스 성형품의 단차 상부의 천판부의 폭 W1은 90mm로 했다(도 1 참조). 프레스 성형품의 단차 하부의 천판부의 폭 W2는 80mm로 했다. 프레스 성형품의 단차 상부의 천판부의 성형 높이 H1은 40mm로 했다. 프레스 성형품의 단차 하부의 천판부의 성형 높이 H2는 35mm로 했다. 즉, 단차부의 높이 H는 5mm로 했다. 프레스 성형품의 능선부의 곡률 반경 R은 6mm로 했다.

본 실시예의 성형 실험에서 이용한 피가공재는, 일본철강연맹 규격으로 규정되는 JAC270DC, JAC590R, JSC980Y 및 JAC1180Y에 상당하는 강판을 이용했다. 즉, JAC270DC의 인장 강도는 270MPa였다. JAC590R의 인장 강도는 590MPa였다. JSC980Y의 인장 강도는 980MPa였다. JAC1180Y의 인장 강도는 1180MPa였다.

본 발명예 및 비교예에 의해서 성형된 프레스 성형품의 단차 하부 직하의 세로벽부(3c)의 임의의 점에 있어서의 주 곡률 1/ρ를 조사했다. 주 곡률 1/ρ의 최대치와 최소치의 차 △1/ρ를 산출하고, 주름의 평가의 지표로 했다. △1/ρ는 성형품을 3차원 형상 측정기(예를 들면 Steinbichler Optotechnik GmbH사 제조 COMET V 등)를 이용하여 화상 데이터를 채취하고, 화상 처리 소프트(예를 들면 JSOL사 제조 JSTAMP-NV 등)를 이용하여 산출했다.

도 20은, 본 발명예 및 비교예의 결과를 나타내는 도면이다. 도 20의 세로축은, 주 곡률의 최대치와 최소치의 차 △1/ρ를 나타낸다. 도 20에 나타낸 막대 그래프 중, 흰색 막대는 본 발명예의 결과를 나타내고, 사선 막대는 비교예의 결과를 나타낸다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 피가공재의 인장 강도가 590MPa 이상인 경우, 본 발명예는 비교예에 비해 △1/ρ는 현저하게 작았다. 즉, 피가공재의 인장 강도가 590MPa 이상인 경우, 본 발명예는 비교예에 비해 현저하게 주름의 발생은 억제되었다. 또한, 피가공재의 인장 강도가 270MPa의 경우에도, 본 발명예의 △1/ρ는 비교예보다 작았다. 따라서, 피가공재의 인장 강도가 590MPa 미만인 경우에도, 본 발명예는 프레스 성형품의 주름을 억제할 수 있었다.

1:프레스 성형품
2:천판부
3a:단차 상부 직하의 세로벽부
3b:단차부 직하의 세로벽부
3c:단차 하부 직하의 세로벽부
4:단차부
5:능선부
6:플랜지부
11:중간 성형품
12:천판부(중간 성형품)
13:잠정 세로벽부
14:단차부(중간 성형품)
15:능선부(중간 성형품)
16:잠정 플랜지부
17:잠정 능선부
20:제1의 금형
21:제1 펀치
22:제1 다이
23:제1 패드
24:가압 부재
25:피가공재
30:제2의 금형
31:제2 펀치
32:제2 다이
33:제2 패드
51:제1 프레스기
52:제2 프레스기

Claims (8)

1. 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는 천판부와, 상기 천판부의 상기 단차부가 있는 폭방향의 단부에 있는 능선부를 통해 상기 천판부와 인접하는 세로벽부를 구비하는 프레스 성형품의 제조 방법으로서,
   제1의 금형을 이용하여, 상기 천판부의 상기 단차부와, 상기 능선부를 통해 상기 천판부에 인접한 상기 세로벽부의 적어도 일부의 형상이 성형된 잠정 세로벽부와, 상기 잠정 세로벽부의 상기 능선부와 반대측의 단부에 위치하는 잠정 능선부를 통해 상기 잠정 세로벽부에 인접한 잠정 플랜지부를 갖는 중간 성형품을 피가공재로부터 성형하는 제1의 프레스 공정과,
   제2의 금형을 이용하여, 상기 중간 성형품의 상기 천판부의 적어도 일부를 구속한 상태에서 상기 잠정 능선부를 상기 잠정 플랜지부를 향해 이동시키는 성형에 의해 상기 중간 성형품으로부터 상기 프레스 성형품을 성형하는 제2의 프레스 공정을 포함하고,
   상기 중간 성형품의 상기 단차부가 낮은 쪽의 상기 천판부에 인접한 상기 잠정 세로벽부의 높이는, 상기 프레스 성형품의 상기 세로벽부의 높이의 50% 이하인, 프레스 성형품의 제조 방법.
2. 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는 천판부와, 상기 천판부의 상기 단차부가 있는 폭방향의 단부에 있는 능선부를 통해 상기 천판부와 인접하는 세로벽부를 구비하는 프레스 성형품의 제조 방법으로서,
   제1의 금형을 이용하여, 상기 천판부의 상기 단차부와, 상기 능선부를 통해 상기 천판부에 인접한 상기 세로벽부의 적어도 일부의 형상이 성형된 잠정 세로벽부와, 상기 잠정 세로벽부의 상기 능선부와 반대측의 단부에 위치하는 잠정 능선부를 통해 상기 잠정 세로벽부에 인접한 잠정 플랜지부를 갖는 중간 성형품을 피가공재로부터 성형하는 제1의 프레스 공정과,
   제2의 금형을 이용하여, 상기 중간 성형품의 상기 천판부의 적어도 일부를 구속한 상태에서 상기 잠정 능선부를 상기 잠정 플랜지부를 향해 이동시키는 성형에 의해 상기 중간 성형품으로부터 상기 프레스 성형품을 성형하는 제2의 프레스 공정을 포함하고,
   상기 프레스 성형품의 상기 단차부의 높이 H는, 상기 프레스 성형품의 상기 능선부의 곡률 반경 R에 대해 이하의 식 (1)을 만족하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
   H≥0.4R (1)
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 중간 성형품의 상기 단차부가 낮은 쪽의 상기 천판부에 인접한 상기 잠정 세로벽부의 높이는, 상기 프레스 성형품의 상기 세로벽부의 높이의 50% 이하인, 프레스 성형품의 제조 방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1의 프레스 공정에서는, 상기 프레스 성형품의 상기 능선부의 전체 영역이 성형되고 있는, 프레스 성형품의 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피가공재의 인장 강도는 590MPa 이상인, 프레스 성형품의 제조 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피가공재의 인장 강도는 980MPa 이상인, 프레스 성형품의 제조 방법.
7. 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는 제1 선단부, 상기 제1 선단부의 상기 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨를 통해 상기 제1 선단부와 인접하는 제1 펀치 벽부, 및 상기 제1 펀치 벽부와 펀치 바닥 어깨를 통해 상기 제1 펀치 벽부에 인접한 펀치 평탄부를 갖는 제1 펀치,
   상기 제1 펀치의 상기 제1 펀치 어깨, 상기 제1 펀치 벽부 및 상기 펀치 평탄부에 대향하는 제1 다이,
   상기 제1 펀치의 상기 제1 선단부와 대향하는 제1 패드를 포함하는, 제1 프레스기와,
   상기 제1 선단부와 동일한 형상의 제2 선단부, 상기 제2 선단부의 상기 단차부가 있는 단부에 있는 제2 펀치 어깨를 통해 상기 제2 선단부와 인접하는 제2 펀치 벽부를 갖는 제2 펀치,
   상기 제2 펀치의 상기 제2 펀치 어깨, 및 상기 제2 펀치 벽부에 대향하는 제2 다이,
   상기 제2 펀치의 상기 제2 선단부와 대향하는 제2 패드를 포함하고, 상기 제1 프레스기의 하류에 배치된 제2 프레스기를 구비하고,
   상기 제2 프레스기의 상기 제2 펀치 벽부의 높이는, 상기 제1 프레스기의 상기 제1 펀치의 상기 단차부가 낮은 쪽의 상기 제1 선단부에 인접한 상기 제1 펀치 벽부의 높이의 2배 이상 큰, 제조 라인.
8. 폭방향의 단부로부터 신장되고, 적어도 폭방향의 일부를 가로지르도록 길이 방향으로 단차부를 갖는 제1 선단부, 및 상기 제1 선단부의 상기 단차부가 있는 단부에 있는 제1 펀치 어깨를 통해 상기 제1 선단부와 인접하는 제1 펀치 벽부를 갖는 제1 펀치,
   상기 제1 펀치에 인접한 블랭크 홀더,
   상기 제1 펀치 및 상기 블랭크 홀더에 대향하는 제1 다이를 포함하는, 제1 프레스기와,
   상기 제1 선단부와 동일한 형상의 제2 선단부, 상기 제2 선단부의 상기 단차부가 있는 단부에 있는 제2 펀치 어깨를 통해 상기 제2 선단부와 인접하는 제2 펀치 벽부를 갖는 제2 펀치,
   상기 제2 펀치의 상기 제2 펀치 어깨, 및 상기 제2 펀치 벽부에 대향하는 제2 다이,
   상기 제2 펀치의 상기 제2 선단부와 대향하는 패드를 포함하고, 상기 제1 프레스기의 하류에 배치된 제2 프레스기를 구비하고,
   상기 제2 프레스기의 상기 제2 펀치 벽부의 높이는, 상기 제1 프레스기의 상기 제1 펀치의 상기 단차부가 낮은 쪽의 상기 제1 선단부에 인접한 상기 제1 펀치 벽부의 높이의 2배 이상 큰, 제조 라인.

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