KR102105348B1 - 프레스 성형 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 천판부와 종벽부와 플랜지부를 갖는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품(70)을 성형하는 것으로서, 천판 성형부(11, 21)와 종벽 성형부(13, 23)와 플랜지 성형부(15, 25)를 갖고, 종벽 성형부(13, 23)는 프레스 성형 부품(70)의 목표 형상과 비교하여 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 성형하는 제1 금형(1)을 이용하여, 금속 소판(50)을 가성형 부품(60)으로 성형하는 제1 성형 공정과, 프레스 성형 부품(70)의 목표 형상과 동일 형상의 천판 성형부(31, 41)와 종벽 성형부(33, 43)와 플랜지 성형부(35, 45)를 갖는 제2 금형(3)을 이용하여, 가성형 부품(60)을 폼 성형하는 제2 성형 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 단면(斷面) 해트 형상(hat-shaped)의 프레스 성형(press forming) 부품(part)의 프레스 성형 방법에 관한 것으로서, 특히, 스프링 백(springback)을 억제하는 형상 동결성(shape freezing property)이 우수한 프레스 성형 방법에 관한 것이다.
최근, 환경 문제에 기인한 자동차(automobile) 차체(automotive body)의 경량화(weight reduction)를 위해, 자동차 부품에 고강도 강판(high-strength steel sheet)이 많이 이용 되고 있다. 자동차 부품의 제작에는, 제작 비용이 우수한 프레스 성형이 이용되는 경우가 많다. 그러나, 고강도 강판은 저강도인 강판과 비교하여 프레스 성형 후의 탄성 회복(elastic recovery)(스프링 백)이 커, 목표 형상의 부품을 프레스 성형에 의해 얻는 것을 곤란하게 하고 있다. 또한, 차체의 경량화를 목적으로 한 사용 강판의 고강도화는 박육화(sheet thinning)와 같은 의미이지만, 판두께가 얇은 강판일 수록 스프링 백이 큰 것도 상기 문제에 박차를 가한다.
따라서, 스프링 백을 억제하기 위한 프레스 성형의 공법의 개발에는 강한 요구가 있다. 특히, 고강도 강판이 적용되는 자동차 골격 부품(skeletal part)에 많이 보여지는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품에 있어서는, 스프링 백에 의해 프레스 성형 부품의 종벽부(side wall portion)의 개구폭(opening width)이 목표 형상의 개구폭보다도 열리도록 변형하는 벽개(wall opening)가 발생하는 경우가 많아, 스프링 백에 의한 벽개의 억제에는 큰 의미가 있다.
지금까지, 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품의 스프링 백에 의한 벽개를 억제하는 프레스 성형 방법이 몇 가지 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 성형 목표 형상에 있어서의 종벽부의 횡벽부측 단부끼리의 간격이 성형 부재의 성형 목표 형상의 종벽부의 횡벽부측 단부끼리의 간격에 대하여 짧게 형성된 가(假)성형체를 드로우 성형(deep drawing)하고, 그 후, 성형 목표 형상으로 종벽부를 확장하는 기술이 개시되어 있다. 그리고, 이 기술에 의하면, 가성형체의 종벽부를 역굽힘(reverse bending), 굽힘 되돌림(bending back)할 수 있고, 가성형체의 종벽부에 존재한 벽 휨(wall camber)의 원인이 되는 응력(stress)이 해소되어, 성형 금형(tool of press forming)으로부터 이형(die release)한 후의 벽 휨을 저감함으로써 벽개(wall opening)를 억제할 수 있다고 되어 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 특허문헌 1과 동일하게, 성형 목표 형상보다도 펀치(punch) 저부가 작아지는 바와 같은 중간 성형품(intermediate forming part)을 성형하고, 다음 공정에서 목표 형상으로 성형함으로써, 이형 후의 스프링 백에 의한 벽개를 상쇄하는 변형을 잔류시키는 기술이 개시되어 있다.
단면 해트 형상의 프레스 성형 부품의 벽개를 억제하기 위해서는, 예를 들면 드로우 성형(deep drawing)에 있어서 굽힘 되돌림 변형되는 종벽부에 부여되는 휨(camber)에 의해 발생하는 응력을 어떻게 하여 완화, 혹은 상쇄되는 바와 같은 응력이나 변형을 적절한 부위에 부여하는 것이 중요하다.
특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되어 있는 프레스 성형 방법은, 제1 성형 공정에서 종벽부의 내측에 가해지는 압축 응력(compressive stress), 외측에 가해지는 인장 응력(tensile stress)이 작용하지 않도록 벽개의 구동 응력(driving stress)을 상쇄하는 응력이나 변형(deformation)이 부여된 중간 성형체(intermediate forming part)를 성형한 후에, 추가로 제2 성형 공정에서 종벽부를 장출하여 목표 형상의 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품을 성형하는 것이지만, 제2 성형 공정에서 종벽부의 장출에 있어서의 내측의 압축 응력, 외측의 인장 응력이 가해져, 벽 휨을 해소하지 못하고, 또한, 성형된 프레스 성형 부품의 플랜지부(flange portion)와 종벽부의 목표 형상에 대한 각도 변화에 대해서는 고려되고 있지 않기 때문에, 당해 플랜지부를 통하여 다른 부품과 접합시에 있어서 문제가 발생하는 경우가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 단면 해트 형상의 부품을 성형한 경우에 있어서, 스프링 백에 의한 벽개를 억제함과 함께, 다른 부품과 접합(weld)되는 플랜지부의 각도 변화를 억제할 수 있는 프레스 성형 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 천판부(top portion)와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품을 성형하는 것으로서, 천판 성형부와 종벽 성형부와 플랜지 성형부를 갖고, 상기 천판 성형부와 상기 플랜지 성형부는, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 동일 형상의 천판부와 플랜지부를 성형하고, 상기 종벽 성형부는, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 비교하여 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 성형하는 제1 금형을 이용하여, 금속 소판(metal sheet)을 가성형 부품으로 성형하는 제1 성형 공정과, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 동일 형상의 천판부와 종벽부와 플랜지부를 성형하는, 천판 성형부와 종벽 성형부와 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여, 상기 가성형 부품을 폼 성형하는 제2 성형 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 프레스 성형 부품은, 길이 방향으로 직선 형상으로 성형된 것인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 제1 성형 공정은, 폼 성형(crash forming)에 의해 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 제1 성형 공정에서 성형되는 상기 가성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부(shoulder portion)로부터 다이(die) 숄더부에 이르는 능선의 길이를, 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이와 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 있어서는, 천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품을 성형하는 것으로서, 천판 성형부와 종벽 성형부와 플랜지 성형부를 갖고, 상기 천판 성형부와 상기 플랜지 성형부는, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 동일 형상이고, 상기 종벽 성형부는, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 비교하여 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 성형하는 제1 금형을 이용하여 가성형 부품을 성형하는 제1 성형 공정과, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 동일 형상의 천판 성형부, 종벽 성형부 및 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여, 상기 가성형 부품을 성형하는 제2 성형 공정을 가짐으로써, 종벽부에 역 굽힘을 부여한 상기 가성형 부품을 목표 형상으로 폼 성형함으로써, 상기 프레스 성형 부품의 이형 후에 있어서의 상기 종벽부의 변형과 상기 천판부와 상기 종벽부를 접속하는 펀치 숄더부의 각도 변화가 상쇄됨과 함께, 상기 이형 후의 종벽부의 변형과, 상기 종벽부와 상기 플랜지부를 접속하는 다이 숄더부의 각도 변화가 협동됨으로써, 가성형 부품에 부여된 산 형상의 굴곡부의 위치 및 곡률 반경(curvature radius)을 변경함으로써 프레스 성형 부품의 벽개 및 플랜지부의 각도를 조절할 수 있고, 스프링 백에 의한 벽개와 플랜지부의 각도 변화가 억제되어 형상 동결성이 우수한 프레스 성형 부품을 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법을 설명하는 도면이고, 도 1(a)는 제1 성형 공정, 도 1(b)는 제2 성형 공정을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형 부품의 외관도이다.
도 3은, 종래의 프레스 성형에 이용되는 금형을 설명하는 도면이고, 도 3(a)는 드로우 성형에 이용되는 금형, 도 3(b)는 폼 성형에 이용되는 금형을 나타내는 도면이다.
도 4는, 종래의 프레스 성형 방법으로 성형된 프레스 성형 부품에 발생하는 스프링 백을 설명하는 설명도이다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 있어서 성형되는 가성형 부품을 설명하는 도면이다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에서 이용되는 금형의 설명도이다.
도 7은, 본 실시예에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형 부품의 형상을 설명하는 도면이다.
도 8은, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 의해 성형된 프레스 성형 부품의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형 부품의 외관도이다.
도 3은, 종래의 프레스 성형에 이용되는 금형을 설명하는 도면이고, 도 3(a)는 드로우 성형에 이용되는 금형, 도 3(b)는 폼 성형에 이용되는 금형을 나타내는 도면이다.
도 4는, 종래의 프레스 성형 방법으로 성형된 프레스 성형 부품에 발생하는 스프링 백을 설명하는 설명도이다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 있어서 성형되는 가성형 부품을 설명하는 도면이다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에서 이용되는 금형의 설명도이다.
도 7은, 본 실시예에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형 부품의 형상을 설명하는 도면이다.
도 8은, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 의해 성형된 프레스 성형 부품의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법은, 도 2에 나타내는 바와 같은, 천판부(71)와, 천판부(71)로부터 연속하는 종벽부(75)와, 종벽부(75)로부터 연속하는 플랜지부(79)를 갖는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품(70)을 성형하는 것으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 다이(10)와 펀치(20)를 갖는 제1 금형(1)을 이용하여, 금속 소판(50)을 가성형 부품(60)으로 성형하는 제1 성형 공정과, 다이(30)와 펀치(40)를 갖는 제2 금형(3)을 이용하여 가성형 부품(60)을 프레스 성형 부품(70)으로 성형하는 제2 성형 공정을 갖는다.
이하, 본 실시 형태에 있어서 성형 대상으로 하는 프레스 성형 부품(70)에 대해서 설명한 후에, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 각 공정을 상세하게 설명한다.
<프레스 성형 부품>
프레스 성형 부품(70)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 천판부(71)와, 천판부(71)로부터 펀치 숄더부(73)를 통하여 연속하는 종벽부(75)와, 종벽부(75)로부터 다이 숄더부(77)를 통하여 연속하는 플랜지부(79)를 갖는 단면 해트 형상으로서, 길이 방향으로 직선 형상으로 성형된 것이다.
종래, 도 2에 나타내는 바와 같은 프레스 성형 부품(70)은, 도 3(a)에 나타내는 금형(80)을 이용한 드로우 성형(deep drawing), 또는, 도 3(b)에 나타내는 금형(90)을 이용한 폼 성형(굽힘 성형(bending))에 의해 성형되어 있었다.
드로우 성형의 경우, 금형(80)은 다이(81), 펀치(83) 및 블랭크 홀더(blank holder)(85)로 구성되어, 우선 다이(81)와 블랭크 홀더(85)로 금속 소판(블랭크)을 사이에 두고 홀드하여, 나중에 펀치(83)를 다이(81)에 대하여 상대 이동시킴으로써 드로우 성형한다.
한편, 폼 성형의 경우, 금형(90)은 다이(91)와 펀치(93)로 구성되어, 다이(91)와 펀치(93)의 상대 이동에 의해 금속 소판을 사이에 끼워 굽힘 성형한다.
어느 성형 방법에 있어서도, 성형된 프레스 성형 부품(70)은, 펀치 숄더부(73)의 열림(천판부(71)와 종벽부(75)의 열림 각도의 증가)과 종벽부(75)의 벽 휨 쌍방의 스프링 백이 복합함으로써, 좌우의 종벽부(75)의 개구폭이 목표 형상의 개구폭보다도 열리도록 변형하는 벽개가 생긴다.
특히, 사용하는 금속 소판이 고강도 강판이거나, 판두께가 얇은 경우에는, 상기 벽개가 현저하여, 프레스 성형 부품(70)은 목표 형상으로부터 큰폭으로 괴리한다.
또한, 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품(70)을 다른 부품과 스팟 용접(spot welding)에 의해 접합하기 위해서는, 다른 부품의 접합면(플랜지부)에 대한 플랜지부(79)의 위치 및 각도를 합칠 필요가 있지만, 도 4에 나타내는 바와 같은 스프링 백에 의한 벽개가 생긴 프레스 성형 부품(70)에 있어서는, 플랜지부(79)의 위치가 변화해 버리는 것에 더하여 접합면에 대한 각도가 변화하고 있기 때문에, 다른 부품과 접합할 수 없는 경우가 있었다.
그 때문에, 프레스 성형 부품(70)에 있어서는, 벽개에 더하여 플랜지부(79)의 각도 변화를 억제한 프레스 성형이 요구된다.
<제1 성형 공정>
제1 성형 공정은, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 다이(10)와 펀치(20)를 갖는 제1 금형(1)을 이용하고, 예를 들면 패드(pad)(17)에 의해 금속 소판(50)을 눌러, 가성형 부품(60)으로 성형하는 공정이며, 다이(10) 및 펀치(20)는, 천판 성형부(11, 21)와 종벽 성형부(13, 23)와 플랜지 성형부(15, 25)를 각각 갖는다.
천판 성형부(11, 21)와 플랜지 성형부(15, 25)는, 프레스 성형 부품(70)의 목표 형상과 동일 형상의 천판부(61) 및 플랜지부(69)를 성형하는 것이다(도 5 참조).
이에 대하여, 종벽 성형부(13, 23)는, 목표 형상의 프레스 성형 부품(70)과 비교하여, 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부(65)를 성형하는 것이다(도 5 참조).
본 실시 형태에 있어서, 종벽부(65)는, 천판부(61)로부터 펀치 숄더부(63)을 통하여 연속하는 상측 평면부(flat portion)(65)와, 상측 평면부(65a)로부터 연속하는 굴곡부(bent portion)(65b)와, 굴곡부(65b)와 다이 숄더부(67)를 접속하는 하측 평면부(65c)로 이루어지는 것이기 때문에, 제1 금형(1)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상측 평면부(65a)를 성형하는 상측 평면 성형부(13a, 23a)와, 굴곡부(65b)를 성형하는 굴곡 성형부(13b, 23b)와, 하측 평면부(65c)를 성형하는 하측 평면 성형부(13c, 23c)를 갖는다.
종벽 성형부(13, 23)에 의해 성형된 종벽부(65)는, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형했을 때에 보여진 스프링 백에 의한 벽 휨과는 역방향의 굽힘이 부여된 것이다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 펀치 숄더부(63)의 각도(α)는, 목표 형상의 펀치 숄더부보다도 열려 있고, 다이 숄더부(67)의 각도(β)는, 목표 형상의 다이 숄더부보다도 닫혀져 있다.
<제2 성형 공정>
제2 성형 공정은, 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 다이(30)와 펀치(40)를 갖는 제2 금형(3)을 이용하여, 패드(37)에 의해 가성형 부품(60)을 눌러 프레스 성형 부품(70)으로 성형(리스트라이크(restrike))하는 공정으로, 다이(30) 및 펀치(40)는, 천판 성형부(31, 41)와 종벽 성형부(33, 43)와 플랜지 성형부(35, 45)를 각각 갖는다.
천판 성형부(31, 41)와 종벽 성형부(33, 43)와 플랜지 성형부(35, 45)는, 모두 프레스 성형 부품(70)의 목표 형상과 동일 형상이고, 제1 성형 공정에서 성형된 가성형 부품(60)은, 목표 형상과 동일 형상의 천판부(71), 종벽부(75) 및 플랜지부(79)를 갖는 프레스 성형 부품(70)으로 성형된다.
본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 의해, 스프링 백에 의한 프레스 성형 부품(70)의 벽개 및 플랜지부(79)의 각도 변화를 억제할 수 있는 이유를 이하에 설명한다.
전술한 대로, 도 3에 나타내는 바와 같은 종래 형상의 금형(80, 90)을 이용하여 성형하면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이형 후의 스프링 백에 의해, 종벽부(75)에 있어서의 벽 휨과 펀치 숄더부(73)에 있어서의 각도 변화의 쌍방에 기인하는 벽개가 생긴다.
이 스프링 백은, 드로우 성형 또는 폼 성형 중 어느 것에 있어서나, 성형 과정에 있어서 종벽부(75)의 내측과 외측에 발생하는 잔류 응력(residual stress)차(내측: 압축 응력, 외측: 인장 응력)에 기인한다.
그래서, 종벽부(75)에 있어서의 벽 휨에 대해서는, 제1 성형 공정에 있어서 종벽부(65)에 벽 휨과 역방향으로 굽힘 습성(fold remaining)(역굽힘)를 부여하여 가성형 부품(60)을 성형하고, 이어서 제2 성형 공정에 있어서 가성형 부품(60)의 종벽부(65)를 목표 형상의 종벽부(75)로 성형함으로써, 프레스 성형 부품(70)의 종벽부(75)의 내측과 외측에 생기는 잔류 응력의 방향을 반전시킨다(내측: 인장 응력, 외측: 압축 응력). 이에 따라, 이형 후에 있어서 종벽부(75)는, 종래의 벽 휨과는 역방향으로 변형하여, 벽개의 감소에 기여한다.
한편, 펀치 숄더부(73)는, 제1 성형 공정에서 성형된 펀치 숄더부(63)가 제2 성형 공정에 있어서 닫히는(도 5에 나타내는 펀치 숄더부(63)의 각도(α)가 감소하는) 방향으로 더욱 굽혀진 것이기 때문에, 제2 성형 공정에 있어서 가성형 부품(60)을 목표 형상의 프레스 성형 부품(70)으로 성형하면, 스프링 백에 의해 펀치 숄더부(73)는 열리는(각도가 증가하는) 방향으로 변형한다.
이 펀치 숄더부(73)의 각도의 증가는, 제2 성형 공정의 종벽부(75)에 있어서의 제1 성형 공정의 종벽부(65)에 상당하는 부분의 벽개의 증가에 기여하기는 하지만, 종벽부(65)에 상당하는 부분의 변형은 벽개의 감소에 기여하기 때문에, 이들이 상쇄됨으로써 프레스 성형 부품(70)의 벽개가 억제되어, 플랜지부(79)의 위치의 목표 형상과의 차를 저감할 수 있다.
또한, 제1 성형 공정에서 성형된 다이 숄더부(67)는, 하측 평면부(65c)를 제2 성형 공정에 있어서 종벽부(75)로 성형하기 때문에, 열리는(도 5에 나타내는 다이 숄더부(67)의 각도(β)가 증가하는) 방향으로 성형되고, 제2 성형 공정에 있어서 가성형 부품(60)을 목표 형상의 프레스 성형 부품(70)으로 성형하면, 스프링 백에 의해 제2 성형 공정의 다이 숄더부(77)는 닫히는(각도가 작아지는) 방향으로 변형한다.
이러한 다이 숄더부(77)에 있어서의 각도의 감소는, 플랜지부(79)의 접합면으로부터의 각도의 증가에 영향을 주기는 하지만, 전술의 종벽부(75)와 플랜지부(79)의 성형에 의해, 플랜지부(79)의 접합면에 대한 각도를 감소시킨다. 따라서, 다이 숄더부(77)에 있어서의 각도의 감소와 종벽부(75)에 있어서의 변형이 협동함으로써, 플랜지부(79)의 접합면에 대한 각도의 증가가 억제된다.
즉, 본 발명은, 프레스 성형 부품(70)의 종벽부(75)에 역 굽힘을 부여함으로써, 프레스 성형 부품(70)을 이형한 후의 종벽부(75)에 있어서의 스프링 백이 벽개(플랜지부(79)의 위치)와 플랜지부(79)의 각도의 증가의 양자를 억제하는 것이다.
여기에서, 본 실시 형태에 있어서 제1 성형 공정에서 이용되는 제1 금형(1)은, 상측 평면 성형부(13a, 23a)와, 굴곡 성형부(13b, 23b)와, 하측 평면 성형부(13c, 23c)로 이루어지는 종벽 성형부(13, 23)를 갖기 때문에, 가성형 부품(60)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 종벽부(65)의 상측 평면부(65a)와 하측 평면부(65c)가 굴곡부(65b)에서 접속되어 외측으로 볼록한 산 형상으로 한 것이다.
그리고, 프레스 성형 부품(70)의 굴곡부(65b)의 상당 부분에 있어서의 이형 후의 변형량이 동일한 경우, 굴곡부(65b)의 플랜지부(69)로부터 천판부(61) 방향으로의 성형 높이 방향에 있어서의 위치가 높을수록, 제2 성형 공정의 이형 후의 변형에 의한 종벽부(75) 하단(종벽부(75)의 플랜지부(79) 근방)의 위치 변화가 커지기 때문에, 제1 성형 공정에 있어서 부여되는 굴곡부(65b)는, 그 위치가 높을수록 벽개의 억제에는 유리하다고 생각된다.
또한, 굴곡부(65b)의 곡률 반경(R)(필렛 지름(fillet radius))이 클수록, 제2 성형 공정에서 역 굽힘을 수용하는 종벽부(65)의 범위가 넓어지기 때문에, 프레스 성형 부품(70)의 벽개의 억제에는 효과가 높다고 생각된다. 이에 대하여, 굴곡부(65b)의 곡률 반경(R)이 지나치게 작으면, 프레스 성형 부품(70)의 종벽부(75)에 접힘 자국이 남아 버리기 때문에 바람직하지 않다.
따라서, 굴곡부(65b)에 있어서의 플랜지부(69)로부터 천판부(61) 방향으로의 성형 높이 방향의 위치(H) 및 곡률 반경(R)을 적절히 변경함으로써, 제2 성형 공정에 있어서 가성형 부품(60)을 성형한 프레스 성형 부품(70)의 스프링 백에 의한 벽개와 플랜지부(79)의 각도 변화를 조정할 수 있다.
굴곡부(65b)의 성형 높이 방향의 위치(H) 및 곡률 반경(R)을 변경하는 것에 의한 벽개 및 플랜지부(69)의 각도 변화의 억제에 대한 효과에 관해서는, 후술하는 실시예에 있어서 실증한다.
또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 있어서 성형되는 가성형 부품(60)은, 펀치 숄더부(63)와 다이 숄더부(67)를 연결하는 가선(假線)보다 내측으로 오목한 형상으로 성형되는 것이 아니라면, 상측 평면부(65a)나 하측 평면부(65c)와 같은 평면부가 없고, 종벽부(65) 전체가 외측으로 볼록한 산 형상으로 만곡한 것이어도 좋다.
또한, 상기 설명에서 성형 대상으로 한 프레스 성형 부품(70)은, 그 길이 방향으로 직선 형상으로 성형된 것으로서, 가성형 부품(60)의 종벽부(65)에 있어서는 그의 길이 방향으로 걸쳐 외측으로 볼록한 산 형상으로 형성되어 있지만, 본 발명은, 평면에서 볼 때 길이 방향으로 만곡한 형상으로 성형하는 것이나, 제1 성형 공정에 있어서 가성형 부품의 종벽부의 일부만을 외측으로 볼록한 산 형상으로 성형하는 것을 배제하는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법은, 제1 성형 공정을 폼 성형에 의해 성형하는 것이었지만, 제1 성형 공정을 드로우 성형으로 행해도 좋다.
제1 성형 공정에 있어서 폼 성형 또는 드로우 성형에 의해 성형했을 때의 차이에 대해서는, 후술하는 실시예에 있어서 설명한다.
또한, 상기 설명은, 제1 성형 공정에서는 금속 소판(50)을 패드(17)에 의해 눌러 성형하고(도 6 참조), 제2 성형 공정에서는 가성형 부품(60)을 패드(37)에 의해 눌러 성형하는 것이지만, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 패드(17, 37)를 이용하지 않고 제1 성형 공정 및 제2 성형 공정을 행하는 것이어도 좋다.
또한, 상기 설명에 있어서, 제1 성형 공정에서 성형되는 가성형 부품(60)의 성형 높이는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 성형 공정에서 성형되는 목표 형상의 프레스 성형 부품(70)의 성형 높이와 동일하게 설정된 것으로서, 이 경우, 가성형 부품(60)에 있어서의 펀치 숄더부(63)로부터 다이 숄더부(67)(도 5 참조)에 이르는 능선의 길이는, 프레스 성형 부품(70)에 있어서의 펀치 숄더부(73)로부터 다이 숄더부(77)(도 7 참조)에 이르는 능선의 길이보다도 길다.
그러나, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 가성형 부품의 성형 높이와 목표 형상의 프레스 성형 부품의 성형 높이를 동일하게 하는 것에 한정되는 것은 아니고, 제1 성형 공정에서 성형되는 가성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이를, 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품의 목표 형상에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이와 동일해지도록, 가성형 부품의 성형 높이를 프레스 성형 부품의 성형 높이보다도 낮게 설정하여 성형(드로우 성형 또는 폼 성형)하는 것이어도 좋다.
그리고, 가성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이와 프레스 성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이를 동일하게 설정함으로써, 제1 성형 공정에서 성형되는 가성형 부품의 플랜지부와 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품의 플랜지부의 성형 위치(부위)가 일치되기 때문에, 목표로 하는 플랜지부의 각도에 보다 근접한 성형이 가능해져도 좋다.
실시예
본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 작용 효과에 대해서 확인하기 위해, 프레스 성형과 스프링 백의 CAE 해석을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.
본 실시예에서는, 도 7에 나타내는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품(70)을 성형 목표 형상으로 하고, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 제1 금형(1)을 이용하여 금속 소판(50)을 가성형 부품(60)으로 성형하는 제1 성형 공정과, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 제2 금형(3)을 이용하여 가성형 부품(60)을 프레스 성형 부품(70)으로 성형하는 제2 성형 공정의 프레스 성형 해석을 행했다.
그리고, 제2 성형 공정에 있어서 성형 하사점까지 성형된 프레스 성형 부품(70)의 이형 후에 있어서의 스프링 백 해석을 행했다.
프레스 성형 부품(70)의 목표 형상의 치수는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 천판부(71)의 폭을 60㎜, 성형 높이를 D＝60㎜, 종벽 각도를 70°, 펀치 숄더부(73)의 곡률 반경을 R＝5㎜로 했다.
또한, 프레스 성형 부품(70)의 성형에 사용하는 금속 소판(50)은, 판두께 t＝1.2㎜, 인장 강도(tensile strength) 1180㎫급의 강판으로 했다.
본 실시예의 프레스 성형 해석에서는, 제1 성형 공정을 폼 성형 또는 드로우 성형에 의해 성형하는 것으로 했다. 또한, 제1 성형 공정에서 성형되는 가성형 부품(60)의 종벽부(65)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상측 평면부(65a), 굴곡부(65b) 및 하측 평면부(65c)로 이루어지는 외측으로 볼록한 산 형상으로 했다. 그리고, 가성형 부품(60)의 치수는, 다이 숄더부(67)의 각도를 β＝90°, 성형 높이를 D＝60㎜로 하고, 굴곡부(65b)의 성형 높이 방향의 위치(H) 및 곡률 반경(R)(필렛 지름)을 변경하여 해석을 행했다(도 5 참조).
본 실시예에서는, 프레스 성형 부품(70)의 스프링 백에 의한 벽개와 플랜지부(79)의 각도를 구했다. 프레스 성형 부품(70)의 벽개는, 천판부(71)로부터 성형 높이의 하방향으로 55㎜의 위치에 있어서의 좌우의 종벽부(75)간의 거리(Wo)의 변화량(벽개량(ΔW))에 의해 평가했다(도 4, 도 7 참조). 또한, 플랜지부(79)의 각도는, 목표 형상의 플랜지부(79)의 접합면을 기준으로 한 플랜지 각도(θ)에 의해 평가했다(도 4 참조).
도 8에, 제1 성형 공정을 폼 성형으로서 프레스 성형 해석에 의해 성형된 프레스 성형 부품(70)의 스프링 백 해석에 의해 얻어진 단면 형상을 나타낸다.
도 8은, 제1 성형 공정에 있어서 성형되는 가성형 부품(60)의 굴곡부(65b)의 성형 높이 방향의 위치를 H＝30㎜, 굴곡부(65b)의 곡률 반경을 R＝30㎜로 한 경우에 있어서의 프레스 성형 부품(70)의 단면 형상의 해석 결과이다. 프레스 성형 부품(70)의 목표 형상과 비교하면, 종벽부(75)에 있어서는 제1 성형 공정에서 성형된 산 형상이 약간 남아 있기는 하지만, 플랜지부(79)의 위치 및 각도는 목표 형상과 대체로 일치하는 결과가 얻어졌다.
표 1에, 제1 성형 공정을 폼 성형으로 하고, 가성형 부품(60)의 굴곡부(65b)의 성형 높이 방향의 위치(H) 및 곡률 반경(R)을 변경하여 프레스 성형 해석을 행하고, 당해 프레스 성형 해석에 의해 얻어진 프레스 성형 부품(70)의 스프링 백 해석에 의해 구한 벽개량(ΔW) 및 플랜지 각도(θ)의 결과를 나타낸다.
표 1에 있어서, 대책 없음은 종래의 프레스 성형 방법(종래예, 도 3(b) 참조)을 이용한 결과이고, 조건 a∼h는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법(발명예)을 이용한 결과이다.
종래예에 비해, 발명예는 분명하게 벽개량(ΔW) 및 플랜지 각도(θ)(도 4 참조)가 저감되어 있어, 양호했다.
발명예에 있어서, 벽개량(ΔW)으로의 굴곡부(65b)의 높이 방향의 위치(H)의 차이의 영향에 대해서, 곡률 반경 R＝30㎜에 있어서의 위치 H＝15㎜(성형 높이(D)에 대한 상대 위치 H/D＝0.25)의 조건 d, 위치 H＝30㎜(상대 위치 H/D＝0.50)의 조건 g, 위치 H＝45㎜(상대 위치 H/D＝0.75)의 조건 h를 비교하면, 굴곡부(65b)의 위치(H)(상대 위치 H/D)의 증가에 수반하여, 벽개량(ΔW)은 저하하는 것을 알 수 있다.
또한, 굴곡부(65b)의 곡률 반경(R)의 차이에 대해서, 곡률 반경 R＝5㎜의 조건 a, 곡률 반경 R＝10㎜의 조건 b, 곡률 반경 R＝20㎜의 조건 c, 곡률 반경 R＝30㎜의 조건 d를 비교하면, 곡률 반경(R)이 커지면, 벽개량(ΔW)과 플랜지 각도(θ)의 쌍방 모두 저하하여, 목표 형상에 근접하는 것을 알 수 있다. 또한, 곡률 반경 R＝10㎜의 조건 e, 곡률 반경 R＝20㎜의 조건 f, 곡률 반경 R＝30㎜의 조건 g를 비교해도 동일하다.
이러한 결과로부터, 표 1에 나타내는 굴곡부(65b)의 위치(H) 및 곡률 반경(R)의 범위 내에서는, 굴곡부(65b)의 위치 H＝30㎜(상대 위치 H/D＝0.50), 곡률 반경 R＝30㎜로 한 조건 g가, 벽개량(ΔW) 및 플랜지 각도(θ) 모두 목표 형상과 가장 양호하게 일치하는 결과가 되었다.
표 2에, 제1 성형 공정을 드로우 성형으로 하고, 가성형 부품(60)의 굴곡부(65b)의 성형 높이 방향의 위치(H) 및 곡률 반경(R)을 변경하여 프레스 성형 해석을 행하고, 당해 프레스 성형 해석에 의해 얻어진 프레스 성형 부품(70)의 스프링 백 해석에 의해 구한 벽개량(ΔW) 및 플랜지 각도(θ)의 결과를 나타낸다.
표 2에 있어서, 대책 없음은 종래의 프레스 성형 방법(종래예, 도 3(a) 참조)을 이용한 결과이고, 조건 i∼t는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법(발명예)을 이용한 결과이다.
표 2로부터, 종래예에 비해, 발명예는 분명하게 벽개량(ΔW) 및 플랜지 각도(θ)가 저감되어 있고, 양호한 결과인 것을 알 수 있다.
발명예에 있어서, 벽개량(ΔW)으로의 굴곡부(65b)의 높이 방향의 위치(H)의 차이의 영향에 대해서, 곡률 반경 R＝30㎜에 있어서의 H＝15㎜(성형 높이 방향에 있어서의 상대 위치 H/D＝0.25)의 조건 l, H＝30㎜(상대 위치 H/D＝0.50)의 조건 o, H＝45㎜(상대 위치 H/D＝0.75)의 조건 r을 비교하면, 굴곡부(65b)의 위치(H)(상대 위치 H/D)의 증가에 수반하여 벽개량(ΔW)은 저하하는 것을 알 수 있다.
또한, 굴곡부(65b)의 곡률 반경(R)의 차이에 대해서, R＝5㎜의 조건 i, R＝10㎜의 조건 j, R＝20㎜의 조건 k, R＝30㎜의 조건 l을 비교하면, 곡률 반경(R)이 커지면, 벽개량(ΔW)과 플랜지 각도(θ)의 쌍방 모두 저하하여, 목표 형상에 근접하는 것을 알 수 있다. 또한, R＝10㎜의 조건 m, R＝20㎜의 조건 n, R＝30㎜의 조건 o의 비교, R＝10㎜의 조건 p, R＝20㎜의 조건 q, R＝30㎜의 조건 r의 비교에 있어서도 동일하다.
이들 결과로부터, 표 2에 나타내는 굴곡부(65b)의 위치(H) 및 곡률 반경(R)의 범위 내에서는, 굴곡부(65b)의 위치 H＝30㎜, 곡률 반경 R＝30㎜로 한 조건 o가, 벽개량(ΔW) 및 플랜지 각도(θ) 모두 목표 형상과 가장 양호하게 일치하는 결과가 되었다.
또한, 제1 성형 공정을 폼 성형으로 한 경우(표 1)와 드로우 성형한 경우(표 2)에 대해서 비교하면, 굴곡부(65b)의 위치(H) 및 곡률 반경(R)이 동일한 조건에 있어서는, 폼 성형의 쪽이 플랜지 각도(θ) 및 벽개량(ΔW) 모두 드로우 성형의 경우보다도 양호한 결과가 되었다.
이상으로부터, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 있어서, 목표 형상보다도 외측으로 볼록해지는 산 형상의 가성형 부품을 성형하고, 이어서 목표 형상의 프레스 성형 부품으로 성형함으로써, 스프링 백에 의한 벽개 및 플랜지부의 각도 변화를 저감할 수 있음과 함께, 가성형 부품에 부여된 굴곡부의 위치 및 곡률 반경을 적절히 변경함으로써, 벽개 및 프레스 성형 부품의 플랜지부의 각도를 조정할 수 있는 것이 나타났다. 또한, 제1 성형 공정을 폼 성형에 의해 성형함으로써, 스프링 백을 보다 효과적으로 억제할 수 있는 것이 실증되었다.
또한, 제1 성형 공정을 폼 성형으로 하여, 가성형 부품(60)(도 5 참조)을 성형하고, 제2 성형 공정에 있어서, 상기 가성형 부품(60)의 펀치 숄더부(63)로부터 다이 숄더부(67)에 이르는 능선의 길이와 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품(70)(도 7 참조)의 펀치 숄더부(73)로부터 다이 숄더부(77)에 이르는 능선의 길이가 상이한 경우와 동일한 경우에 대해서, 제2 금형을 변경하여 프레스 성형했다. 또한, 가성형 부품(60)의 굴곡부(65b)의 위치는 H＝30㎜, 곡률 반경은 R＝20㎜로 했다.
그 결과, 제1 성형 공정에서 성형되는 가성형 부품(60)에 있어서의 펀치 숄더부(63)로부터 다이 숄더부(67)에 이르는 능선의 길이와, 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품(70)에 있어서의 펀치 숄더부(73)로부터 다이 숄더부(77)에 이르는 능선의 길이가 Δ5㎜의 차를 갖는 경우, 프레스 성형 부품(70)의 플랜지 각도는 3.6°, 벽개량(ΔW)은 1.6㎜였던 것에 대하여, 상기 능선의 길이를 동일하게 한(Δ0㎜의 차) 경우, 플랜지 각도는 3.0°, 벽개량(ΔW)은 1.2㎜였다.
따라서, 제1 성형 공정에서 성형되는 가성형 부품(60)에 있어서의 상기 능선의 길이와 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품(70)의 상기 능선의 길이를 동일하게 함으로써, 벽개 및 플랜지 각도 모두 양호한 결과가 되어, 스프링 백을 더욱 효과적으로 억제할 수 있는 것이 실증되었다.
(산업상 이용가능성)
본 발명에 의하면, 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품을 프레스 성형함에 있어서, 스프링 백에 의한 프레스 성형 부품의 벽개를 억제하는 프레스 성형 방법을 제공할 수 있다.
1 : 제1 금형
3 : 제2 금형
10 : 다이
11 : 천판 성형부
13 : 종벽 성형부
13a : 상측 평면 성형부
13b : 굴곡 성형부
13c : 하측 평면 성형부
15 : 플랜지 성형부
17 : 패드
20 : 펀치
21 : 천판 성형부
23 : 종벽 성형부
23a : 상측 평면 성형부
23b : 굴곡 성형부
23c : 하측 평면 성형부
25 : 플랜지 성형부
30 : 다이
31 : 천판 성형부
33 : 종벽 성형부
35 : 플랜지 성형부
37 : 패드
40 : 펀치
41 : 천판 성형부
43 : 종벽 성형부
45 : 플랜지 성형부
50 : 금속 소판
60 : 가성형 부품
61 : 천판부
63 : 펀치 숄더부
65 : 종벽부
65a : 상측 평면부
65b : 굴곡부
65c : 하측 평면부
67 : 다이 숄더부
69 : 플랜지부
70 : 프레스 성형 부품
71 : 천판부
73 : 펀치 숄더부
75 : 종벽부
77 : 다이 숄더부
79 : 플랜지부
80 : 금형(종래 기술)
81 : 다이
83 : 펀치
85 : 블랭크 홀더
90 : 금형(종래 기술)
91 : 다이
93 : 펀치
3 : 제2 금형
10 : 다이
11 : 천판 성형부
13 : 종벽 성형부
13a : 상측 평면 성형부
13b : 굴곡 성형부
13c : 하측 평면 성형부
15 : 플랜지 성형부
17 : 패드
20 : 펀치
21 : 천판 성형부
23 : 종벽 성형부
23a : 상측 평면 성형부
23b : 굴곡 성형부
23c : 하측 평면 성형부
25 : 플랜지 성형부
30 : 다이
31 : 천판 성형부
33 : 종벽 성형부
35 : 플랜지 성형부
37 : 패드
40 : 펀치
41 : 천판 성형부
43 : 종벽 성형부
45 : 플랜지 성형부
50 : 금속 소판
60 : 가성형 부품
61 : 천판부
63 : 펀치 숄더부
65 : 종벽부
65a : 상측 평면부
65b : 굴곡부
65c : 하측 평면부
67 : 다이 숄더부
69 : 플랜지부
70 : 프레스 성형 부품
71 : 천판부
73 : 펀치 숄더부
75 : 종벽부
77 : 다이 숄더부
79 : 플랜지부
80 : 금형(종래 기술)
81 : 다이
83 : 펀치
85 : 블랭크 홀더
90 : 금형(종래 기술)
91 : 다이
93 : 펀치
Claims (5)
- 천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 해트 형상의 프레스 성형 부품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
천판 성형부와 종벽 성형부와 플랜지 성형부를 갖고, 상기 천판 성형부와 상기 플랜지 성형부는, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 동일 형상의 천판부와 플랜지부를 성형하고, 상기 종벽 성형부는, 상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 비교하여 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 성형하는 제1 금형을 이용하여, 금속 소판을 가성형 부품으로 성형하는 제1 성형 공정과,
상기 프레스 성형 부품의 목표 형상과 동일 형상의 천판부와 종벽부와 플랜지부를 성형하는, 천판 성형부와 종벽 성형부와 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여, 상기 가성형 부품을 폼 성형하는 제2 성형 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법. - 제1항에 있어서,
상기 프레스 성형 부품은, 길이 방향으로 직선 형상으로 성형된 것인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 성형 공정은, 폼 성형에 의해 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 성형 공정에서 성형되는 상기 가성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이를, 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이와 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법. - 제3항에 있어서,
상기 제1 성형 공정에서 성형되는 상기 가성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이를, 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 프레스 성형 부품에 있어서의 펀치 숄더부로부터 다이 숄더부에 이르는 능선의 길이와 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
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