KR102017970B1 - 금속판의 성형 방법 및 성형품 - Google Patents

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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

금속판의 성형에 있어서, 금속판의 재질 및 성형 공정을 바꾸는 일 없이, 금속판이 파단되지 않도록 성형하는 성형 방법이며, 성형 전에 금속판의 일부에 보강재를 접합하고, 그 후 금속판을 성형하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속판의 성형 방법 및 성형품
본 발명은 드로잉 성형, 신장 플랜지 성형, 굽힘 성형, 스트레치 성형과 같은 금속판의 성형에 있어서, 파단이 발생하지 않는 성형 방법과, 당해 성형 방법으로 성형한 성형품에 관한 것이다.
통상, 금속판의 성형성은, 금속판의 강도가 상승할수록 저하된다. 그로 인해, 특히 강도가 높은 금속판을 성형할 경우, 성형되는 부위에서 소성 변형을 추종할 수 없으면, 내부 응력이 파단 내력을 초과하여 파단된다.
도 1에, 금속판의 드로잉 성형에 있어서의 펀치의 견부에서의 파단의 형태를 도시한다. 금속판의 블랭크재(1)를 다이스(2) 중에, 블랭크 홀더(4)로 블랭크재(1)의 플랜지부(1')를 가압하면서, 펀치(3)로 압입하여 드로잉 성형을 행한다. 드로잉 성형은, 펀치(3)의 견부(3')에서의 블랭크재(1)의 파단 내력과, 블랭크재(1)의 플랜지부(1')에 작용하는 끌어들이는 힘 사이의 균형을 바탕으로 드로잉 성형이 진행된다.
그리고, 플랜지부(1')의 변형 저항(6)이, 펀치(3)의 견부(3')에 접하는 블랭크재(1)의 파단 내력과 동등해졌을 때, 플랜지부(1')의 변형[다이스(2) 내로의 인입]이 정지되고, 한편, 펀치(3)의 견부(3')에 접하는 블랭크재(1)의 부위에서만 변형이 진행되어 파단된다.
블랭크재의 드로잉 성형에 있어서 파단을 피하기 위해서는, 펀치의 견부에 접하는 부위의 파단 내력이 높은 것이 중요하고, 지금까지, 드로잉 성형 시의 블랭크재의 파단을 방지하는 기술이 몇가지 제안되어 있다.
특허문헌 1에는, 블랭크재를 프레스 성형할 때, 블랭크재의 판 두께 감소가 예상되는 개소에, 용접 비드를 2개 이상 형성하여 프레스 성형하는 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 2에는, 15％ 이상 중심부의 재료보다 강도×판 두께가 낮거나, 또는, 5％ 이상 중심부의 재료보다 연성이 우수한 고장력 강판이, 딥 드로잉 성형 후 제품이 되는 부분 이외에서, 성형 시에 주름 억제력을 부여하는 부분의 드로잉 플랜지부의 전체 주위에 걸쳐, 강판끼리 용접되어 있는 딥 드로잉 성형성이 우수한 프레스 성형용 테일러드 블랭크재가 제안되어 있다.
그러나, 어느 기술에 있어서도, 블랭크재의 용접 입열부에서 재질이 무르게 되고, 블랭크재의 재질은 불균일해지므로, 프레스 성형 시의 블랭크재의 파단을 완전히 피하는 것은 어렵다.
일본 특허 공개 평10-175024호 공보 일본 특허 제4532709호 공보
일반적으로, 금속판의 성형에 있어서 파단을 방지하는 수법으로서는, 크게 나누어, 성형 공정의 개량 및, 금속판의 재질 개선을 생각할 수 있다. 예를 들어, 드로잉 성형 공정의 개량에서는, 금형의 분할법이나, 프레스 공정수의 증가를 생각할 수 있지만, 이 방법들로는, 성형 비용의 상승이나, 생산성의 저하는 피할 수 없다.
특허문헌 1 및 2에는, 고강도 강판의 재질 개선으로서, 부분 ?칭에 의한 재질의 변화(강화)나, 이질재의 접합이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법들도 마찬가지로, 성형 비용의 상승이나, 생산성의 저하는 피할 수 없다.
그래서, 본 발명은 금속판의 성형에 있어서, 금속판의 재질 및, 성형 공정을 바꾸지 않고, 금속판이 파단되지 않도록 성형하는 것을 과제로 하여, 당해 과제를 해결하는 성형 방법과, 당해 성형 방법으로 성형한 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 수법에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 금속판의 성형 시에, 소요의 파단 내력이 필요한 부위에 보강재(Reinforcing material)를 접합하면, 상기 부위에서의 파단 내력이 향상되어, 파단을 방지할 수 있음을 알아내었다.
본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 금속판을 성형하는 방법이며, 성형 전에 상기 금속판의 일부에 보강재를 접합하고, 그 후 상기 금속판을 성형하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형 방법.
(2) 상기 보강재가, 성형에 있어서 상기 금속판의 판 두께가 감소하는 부위에 접합되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 금속판의 성형 방법.
(3) 상기 금속판이 인장 강도가 590㎫ 이상의 고강도 강판인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)의 금속판의 성형 방법.
(4) 상기 보강재가 섬유 강화 플라스틱인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 금속판의 성형 방법.
(5) 상기 섬유 강화 플라스틱의 섬유 방향이, 상기 금속판의 파단 내력이 필요한 방향을 따르도록 접합되는 것을 특징으로 하는 상기 (4)의 금속판의 성형 방법.
(6) 상기 보강재가 고강도 강박인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 금속판의 성형 방법.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 고강도 강판의 성형 방법으로 드로잉 성형한 것을 특징으로 하는 성형품.
본 발명에 따르면, 금속판의 성형에 있어서, 금속판의 재질 및 성형 공정을 바꾸지 않고, 파단 내력이 필요한 부위의 파단 내력을 높여, 금속판의 성형성을 향상시켜서, 드로잉 성형중의 파단을 방지할 수 있다.
도 1은 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서의 펀치의 견부에서의 파단의 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하여 파단을 방지하는 형태를 도시하는 도면이다.
도 3은 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 보강재로서 섬유 강화 플라스틱을 접합한 형태를 도시하는 도면이다. (a)는 파단 내력이 필요한 환상 부위에, 환상의 섬유 강화 플라스틱을 접합한 형태를 도시하고, (b)는 (a)에 나타내는 블랭크재를 드로잉 성형한 성형품의 단면을 도시한다.
도 4는 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 보강재로서 섬유 강화 플라스틱을 접합한 별도의 형태를 도시하는 도면이다. (a)는 파단 내력이 필요한 2중의 환상 부위에, 환상의 섬유 강화 플라스틱을 각각 접합한 형태를 도시하고, (b)는 (a)에 도시하는 블랭크재를 드로잉 성형한 성형품의 단면을 도시한다.
도 5는 파단 내력이 필요한 환상 부위에, 보강재로서 환상의 섬유 강화 플라스틱 패치를 분할하여 접합한 형태를 도시하는 도면이다.
도 6은 딥 드로잉 성형에 있어서, 파단 우려 부위가 될 것이 예상되는 펀치 견부의 위치를 도시하는 도면이다.
도 7은 신장 플랜지 성형에 있어서, 파단 우려 부위가 될 것이 예상되는 플랜지단의 위치를 도시하는 도면이다.
도 8은 굽힘 성형에 있어서, 파단 우려 부위가 될 것이 예상되는 굽힘의 위치를 도시하는 도면이다.
도 9는 스트레치 성형에 있어서, 파단 우려 부위가 될 것이 예상되는 펀치 돌출 부위의 위치를 도시하는 도면이다.
도 10은 파단 내력이 필요한 부위의 예측이 어려운 복잡한 형상의 금속판의 성형에 있어서의, 보강재를 접합하는 위치를 결정하기 위한 플로우를 도시하는 도면이다.
도 11은 고강도 강판의, 파단 내력이 필요한 부위에 섬유 강화 플라스틱 시트를 접합하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 12는 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하지 않고 드로잉 성형한 경우와, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하여 드로잉 성형한 경우를 도시하는 도면이다. (a)는 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하지 않고 드로잉 성형한 경우를 도시하고, (b)는 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하여 드로잉 성형한 경우를 도시한다.
본 발명의 금속판의 성형 방법은, 금속판을 성형하는 성형 방법에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위(이하 「파단 우려 부위」라고 함)에, 미리, 보강재를 접합하여 드로잉 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형품은, 본 발명의 성형 방법으로 성형한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형 방법에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.
도 2에, 본 발명의 일례로서, 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하여 파단을 방지하는 형태를 나타낸다.
고강도 강판의 블랭크재(1)를 다이스(2) 중에, 블랭크 홀더(4)로 블랭크재(1)의 플랜지부(1')를 가압하면서, 펀치(3)로 압입하여 드로잉 성형을 행한다. 드로잉 성형은, 펀치(3)의 견부(3')에서의 블랭크재(1)의 파단 내력과, 블랭크재(1)의 플랜지부(1')에 작용하는 끌어들이는 힘 사이의 균형을 바탕으로 진행된다.
그리고, 상술한 바와 같이, 플랜지부(1')의 변형 저항(6)이 펀치(3)의 견부(3')에 접하는 블랭크재(1)의 파단 내력과 동등해졌을 때, 플랜지부(1')의 변형[다이스(2) 내로의 인입]이 정지되고, 한편, 펀치(3)의 견부(3')에 접하는 블랭크재(1)의 부위에서만 변형이 진행되어 파단된다(도 1, 참조).
한편, 도 2에 도시하는 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서는, 파단 내력이 필요한 부위(7)에, 미리, 보강재로서 섬유 강화 플라스틱 시트(8)를 접합하여 드로잉 성형한다.
블랭크재(1)의 드로잉 성형에 있어서, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 파단 내력이 필요한 부위(7)에 섬유 강화 플라스틱의 시트(8)를 접합하면, 파단 내력이 필요한 부위(7)에 있어서 파단 내력이 향상되어, 드로잉 성형중, 블랭크재(1)는 파단되지 않는다.
도 2는 고강도 강판의 드로잉 성형중, 섬유 강화 플라스틱 시트(8)가 파단 내력이 필요한 부위(7)에 확실하게 접합되어 파단 내력 향상 기능을 충분히 발휘할 수 있도록, 섬유 강화 플라스틱 시트(8)를, 드로잉 성형품의 저부를 둘러싸도록 접합한 형태를 도시하고 있다. 보강재를 파단 내력이 필요한 부위에 접합하는 형태는, 도 2에 도시하는 접합 형태에 한정되지 않고, 보강재를 파단 내력이 필요한 부위에 확실하게 접합하는 한, 다양한 접합 형태를 채용할 수 있다. 이 점에 대해서는, 별도의 접합 형태를 나타내어 후술한다.
성형품에, 성형품의 형상에 맞추어, 별도로, 성형한 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)의 시트 또는 패치를 접착하고, 성형품의 기계 특성 또는 기능성을 높이거나 또는 보강하는 수법은 알려져 있다(예를 들어, 2010년도 전략적 기반 기술 고도화 지원 사업 보고서 「자동차 구조 부재용 CFRP- 금속 하이브리드 부품의 프레스 성형 가공 기술에 관한 연구」 및, 2014년도 소성가공 춘계 강연회에서 발표 「통 상태의 충격 굽힘 변형에 있어서의 CFRP판의 보강 효과에 관한 기초적 검토」, 참조).
그러나, 본 발명의 성형 방법은, 피성형 소재(블랭크재)에 보강재를 성형 전에 접합하여 일체화하여, 당해 시트 또는 패치를 접합한 부위의 성형성을 높이는 것을 기본 사상으로 하는 것이며, 이 점에서, 본 발명 성형 방법은, 성형 후에, 성형품에 섬유 강화 플라스틱의 시트 또는 패치를 접착하여, 성형품의 기계 특성 또는 기능성을 높이거나 또는 보강하는 상기 수법과는 기본적으로 상이한 것이다.
블랭크재(1)의 성형에 있어서, 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 파단 내력이 필요한 부위에 섬유 강화 플라스틱 시트를 접합하면, 파단 내력이 필요한 부위에 있어서 파단 내력이 향상되어, 성형중에 블랭크재가 파단되지 않는 것은, 본 발명자들이 발견한 신규의 지견이며, 본 발명의 성형 방법의 특징이다.
도 3은 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 패치를 접합한 형태를 도시한다. 도 3의 (a)는 파단 내력이 필요한 환상 부위에, 환상의 섬유 강화 플라스틱 패치를 접합한 형태이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시하는 블랭크재를 드로잉 성형한 성형품의 단면을 도시한다.
도 3의 (a)에 도시하는 블랭크재(1)에 있어서는, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 환상의 부위를 덮도록, 보강재로서 환상의 섬유 강화 플라스틱 시트(8a)가 접합되어 있다.
도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 부위를, 드로잉 성형 전에 특정할 수 있으면, 특정한 부위의 폭보다 폭이 넓은 섬유 강화 플라스틱의 시트를, 특정한 부위를 완전히 덮도록 접합하고, 당해 부위에 있어서 파단 내력을 높여서 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 도 3의 (a)에 도시하는 블랭크재를 드로잉 성형한 성형품(1a)에 있어서는, 섬유 강화 플라스틱 시트(8a)를 접합한, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 부위에 있어서, 파단은 발생하지 않는다.
도 4에, 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱 패치를 접합한 다른 형태를 도시한다. 도 4의 (a)에, 파단 내력이 필요한 2중의 환상 부위에, 환상의 섬유 강화 플라스틱 패치를 각각 접합한 형태를 도시하고, 도 4의 (b)에, 도 4의 (a)에 도시하는 블랭크재를 드로잉 성형한 성형품의 단면을 도시한다.
도 4의 (a)에 도시하는 블랭크재(1)에 있어서는, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 2중의 환상 부위를 각각 덮도록, 환상의 섬유 강화 플라스틱 시트(8b 및 8c)가 접합되어 있다.
도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고강도 강판의 드로잉 성형에 있어서, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 부위가 복수 존재해도, 당해 부위의 위치를 특정할 수 있으면, 특정한 부위를 완전히 덮도록 섬유 강화 플라스틱 시트를 접합하고, 상기 특정한 복수의 부위에 있어서 파단 내력을 높여서 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 도 4의 (a)에 도시하는 블랭크재를 드로잉 성형한 성형품(1b)에 있어서는, 섬유 강화 플라스틱의 시트(8b 및 8c)를 접합한, 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 2중의 환상 부위에 있어서, 파단은 발생하지 않는다.
도 3 및 도 4에는, 원형의 블랭크재에 축 대칭의 드로잉 성형을 실시하는 경우를 도시했지만, 블랭크재는 원형의 블랭크재에 한정되지 않고, 또한, 드로잉 성형은 축 대칭의 드로잉 성형에 한정되지 않는다.
본 발명의 성형 방법에 의하면, 파단 내력이 필요한 부위(파단 우려 부위)의 파단 내력이 향상되므로, 블랭크재의 형상의 자유도, 성형 형태의 자유도 및, 성형품의 형상의 자유도가 크게 확대된다.
본 발명의 성형법에 있어서는, 블랭크재의 드로잉 성형중에 파단의 우려가 있는 부위, 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 부위를 특정할 수 있으면, 특정한 부위를 덮도록 보강재를 접합하여, 상기 특정한 부위에 있어서 파단 내력을 높여서 파단을 방지할 수 있다.
도 3 및 도 4에, 파단 내력이 필요한 부위에 보강재로서 환상의 섬유 강화 플라스틱 시트를 접합하는 형태를 도시한다. 보강재의 형상은, 특정한 형상에 한정되지 않고, 특정한 파단 내력이 필요한 부위의 형상, 위치 등에 따라서 적절히 설정하면 된다.
도 3 및 도 4는 파단 내력이 필요한 부위의 외측에, 환상의 섬유 강화 플라스틱 시트를 접합하는 형태를 도시하지만, 보강재를 접합하는 장소는, 파단 내력이 필요한 부위의 외측에 한정되지 않고, 파단 내력이 필요한 부위의 내측, 외측 및 양측 중 어느 것이어도 된다. 보강재를 접합하는 장소는, 파단 내력이 필요한 부위의 형상, 위치 등에 따라서 적절히 정하면 된다.
또한, 보강재를, 파단 내력이 필요한 부위에 접합하는 경우, 적절히 분할하여 접합해도 된다.
도 5에, 파단 내력이 필요한 환상 부위에, 보강재인 환상의 섬유 강화 플라스틱을 분할하여 접합한 형태를 도시한다. 도 5에 있어서는, 환상의 섬유 강화 플라스틱을 4분할하여, 섬유 강화 플라스틱(8a')을 환상으로 배열하여 접합하고 있다.
보강재를 분할하여 접합하는 경우, 분할 형태는, 특정한 파단 내력이 필요한 부위의 형상, 위치 등에 따라서 적절히 설정하면 된다.
이상, 본 발명의 성형 방법을 드로잉 성형을 예로 들어 설명하였다. 본 발명의 성형 방법은, 드로잉 성형에 한정되는 것은 아니며, 도 6 내지 9에 도시하는 바와 같은, 다양한 성형에 있어서도 적용 가능하다. 도 6 내지 9에, 다양한 성형에 있어서의 파단 우려 부위를 나타낸다. 도 6은 딥 드로잉 성형, 도 7은 신장 플랜지 성형, 도 8은 굽힘 성형, 도 9는 스트레치 성형을 나타낸다. 이러한 일반적인 성형이라면, 파단 우려 부위의 예측은 비교적 용이하다.
구체적으로는, 딥 드로잉 성형이라면 펀치 견부(61), 신장 플랜지 성형이라면 플랜지단(71), 굽힘 성형이라면 굽힘 부위(81), 스트레치 성형이라면, 펀치 돌출 부위(91)가 파단 우려 부위가 된다. 따라서, 금속판을 성형하기 전에, 성형 시에 이 부위가 되는 위치를 덮도록 보강재를 접합하여, 성형을 행하면 된다.
파단 내력이 필요한 부위의 예측이 어려운 복잡한 형상의 금속판 성형의 경우에는, 도 10에 도시하는 바와 같이, CAE(computer aided engineering)에 의해 보강재를 사용하지 않는 경우에 판 두께가 감소하는 파단 우려 부위를 예측하고, 파단 우려 부위에 보강재를 접합했을 경우의 성형을 재차 CAE로 해석함으로써, 보강재를 접합하는 위치를 확정하면 된다.
보강재는, 성형 시에, 파단 우려 부위에 가해지는 응력을 부담할 수 있는 것이라면, 특별히 재질은 상관없다. 강도와 취급 용이성을 고려하면, 섬유 강화 플라스틱의 시트나, 고강도 강박을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유 강화 플라스틱은 섬유로 강화된 플라스틱이면 되고, 특정한 섬유나 플라스틱에 한정되지 않는다. 적합한 예로서는, 탄소 섬유 강화 플라스틱을 들 수 있다. 고강도 강박으로서는, 상온에서의 인장 강도가 600㎫ 이상이 되는 강박을 예시할 수 있다.
보강재로서 섬유 강화 플라스틱을 사용하는 경우, 섬유 강화 플라스틱의 섬유 방향이, 파단 내력이 필요한 방향을 따르도록, 구체적으로는, 발생하는 균열을 횡단하도록 접합하는 것이 바람직하다.
보강재는, 파단 내력이 필요한 부위에 있어서 파괴 내력의 향상을 도모하는 것이기 때문에, 소요의 두께가 필요하지만, 특정한 두께에 한정되지 않는다. 보강재의 두께는, 블랭크재의 재질, 드로잉 성형 형태, 성형품의 형상 등을 고려하여 적절히 설정하면 된다.
파단 내력이 필요한 부위에, 보강재를 접합한 블랭크재를 성형한 성형품은, 용도에 따라, 보강재를 제거하여 사용해도 되고, 또한, 보강재를 접합한 채 사용해도 된다.
그로 인해, 파단 내력이 필요한 부위에, 보강재를 접합하는 경우의 접합 강도는, 성형품의 용도에 따라서 적절히 선택하면 된다.
보강재를 파단 내력이 필요한 부위에 접합하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 보강재가 섬유 강화 플라스틱일 경우, 접착제나 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 접착제나 수지의 종류는 특별히 한정되지 않고, 성형품으로부터 보강재를 떼어낼지, 또는, 그대로 할지를 고려하여, 접착제를 적절히 선택하면 된다. 보강재가 고강도 강박이며, 성형품으로부터 보강재를 제거할 필요가 없으면, 확산 접합에 의해 접합해도 상관없다.
여기서, 보강재를 접합함으로써 파단 내력이 향상되어 성형성이 향상되는 기구에 대하여 설명한다.
일반적으로, 블랭크재를 다이스와 펀치로 드로잉 성형할 경우, 펀치의 견부에 맞닿는 블랭크재의 파단 내력: Pbreak는, 하기 식 (1)로 산출할 수 있다[소성 가공 기술 시리즈 13 「프레스 드로잉 가공-공정 설계와 형 설계-」(코로나사), 23 페이지, 참조].
Pbreak=2πRt0F{2(r+1)(r+2)/3(2r+1)}(n+1)/2(n/e)n
…(1)
R: 펀치의 반경
t0: 블랭크재의 두께
r: 랭크 포드값
e: 네이피어 수(자연대수의 밑)
F, n: Swift의 식의 파라미터
블랭크재의 파단 우려 부위(드로잉 성형 중에 파단의 우려가 있는 부위), 즉, 펀치의 견부에 맞닿고, 파단 내력이 필요한 부위를, 보강재로 보강했을 때의 블랭크재의 파단 내력: P'break는, 하기 식 (2)로 정의할 수 있다.
P'break=Pbreak+2πRtfrpTSfrp …(2)
P'break: 펀치의 견부에 맞닿는 블랭크재의 파단 내력
R: 펀치의 반경
tfrp: 보강재의 두께
TSfrp: 보강재의 인장 강도
상기 식 (2)에 나타내는 바와 같이, 블랭크재의 파단 우려 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트 또는 패치를 보강재로서 접합하면, 접합 후의 파괴 내력: P'break는, 블랭크재의 파괴 내력: Pbreak를 초과하므로, 상기 파단 우려 부위에 있어서 성형성의 향상을 예상할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 성형 방법은, 이론적으로도 뒷받침할 수 있다.
본 발명의 성형 방법은 피가공재인 금속판, 성형 내용에 상관없이 효과를 발휘한다. 특히, 성형성이 낮아지는 경향이 있는, 인장 강도가 590㎫ 이상인 고강도 강판의 성형에는 큰 효과를 발휘한다.
[실시예]
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 하나의 조건 예이며, 본 발명은 이 하나의 조건 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
(실시예)
도 11에 도시하는 바와 같이, 두께 1.0㎜, 직경 108㎜의 블랭크재(듀얼 페이즈 강)(112)의 위에 두께 0.7㎜, 직경 58㎜의 접착제 시트(폴리프로필렌 수지 시트)(113)와, 두께 0.23㎜, 직경 58㎜의 탄소 섬유 강화 플라스틱의 시트(111)를, 이 순서로 중첩하고, 온간 압착기(114)로, 180℃에서 1분 가열한 후, 0.049㎫(≒5tonf/㎡)로 1분 가압하고 공랭하여, 탄소 섬유 강화 플라스틱(111)을 블랭크재(112)에 접합하였다.
탄소 섬유 강화 플라스틱(111)을 접합한 블랭크재(112)를, 비교예에서 사용한 펀치와 다이스를 사용하여 드로잉 성형하였다.
(비교예)
판 두께 1.0㎜, 직경 108㎜의 블랭크재(듀얼 페이즈 강)를, 다음의 펀치와 다이스를 사용하여 드로잉 성형하였다.
펀치 견부: R5 펀치 직경: 50㎜
다이스 견부: R5 다이스 직경: 60㎜
블랭크 홀더압: 0.098㎫(≒10tonf/㎡)
결과를, 도 12에 도시한다. (a)가 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하지 않고 드로잉 성형한 비교예이며, (b)가 파단 내력이 필요한 부위에, 섬유 강화 플라스틱의 시트를 접합하여 드로잉 성형한 실시예의 결과이다.
본 발명에 따르면, 금속판의 성형에 있어서, 금속판의 재질 및 성형 공정을 바꾸지 않고, 파단 내력이 필요한 부위의 파단 내력을 높여, 금속판의 성형성을 향상시켜서, 성형중의 파단을 방지할 수 있다. 본 발명은 피가공재인 금속판, 성형 내용에 따르지 않고 효과를 발휘한다. 특히, 성형성이 낮아지는 경향이 있는, 고강도 강판의 드로잉 성형, 스트레치 성형, 신장 플랜지 성형, 굽힘 성형에는 큰 효과를 발휘한다. 본 발명은 금속 제품 제조 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.
1: 블랭크재
1': 플랜지부
1a, 1b: 성형품
2: 다이스
3: 펀치
3': 견부
4: 블랭크 홀더
5: 파단
6: 변형 저항
7: 파단 내력이 필요한 부위
8: 섬유 강화 플라스틱의 시트
8a, 8a': 섬유 강화 플라스틱의 보강재
8b, 8c: 섬유 강화 플라스틱의 보강재
61: 펀치 견부
71: 플랜지단
81: 굽힘 부위
91: 펀치 돌출 부위
111: 탄소 섬유 강화 플라스틱의 시트
112: 블랭크재
113: 접착제 시트
114: 온간 압착기

Claims (7)

  1. 금속판을 성형하는 방법이며,
    성형 전에 상기 금속판의 파단 내력이 필요한 부위를 예측하고,
    상기 파단 내력이 필요한 부위에 섬유 강화 플라스틱을 접합하고,
    그 후 상기 금속판을 성형하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파단 내력이 필요한 부위가, 성형에 있어서 상기 금속판의 판 두께가 감소하는 부위인 것을 특징으로 하는, 금속판의 성형 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속판이 인장 강도가 590㎫ 이상의 고강도 강판인 것을 특징으로 하는, 금속판의 성형 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 섬유 강화 플라스틱의 섬유 방향이, 상기 금속판의 파단 내력이 필요한 방향을 따르도록 접합되는 것을 특징으로 하는, 금속판의 성형 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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