KR102291185B1 - 프레스 성형품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

하이텐재를 사용한 경우에도, 금형을 복잡하게 하지 않고, 측면에서 볼 때의 스프링 백, 즉 캠버 백을 크게 저감시킬 수 있는 프레스 제조 방법을 제공한다. 천판부 (1) 와 플랜지부 (2) 가 측벽부 (3) 를 개재하여 폭 방향에서 연속되어 있음과 함께, 상기 천판부 (1) 및 상기 플랜지부 (2) 가 길이 방향을 따라 상기 천판부 (1) 측으로 볼록 혹은 오목하게 만곡된 해트형 단면을 갖는 제품 형상으로 금속판을 프레스 성형하여 제조할 때에, 상기 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 에 대해서, 각각 길이 방향을 따른 만곡을 상기 제품 형상에서의 곡률 반경보다 작은 제 2 곡률 반경의 해트형 단면을 갖는 부품 형상으로 프레스 성형하여 중간 부품을 제조하는 제 1 공정 (10A) 과, 상기 중간 부품을 상기 제품 형상으로 프레스 성형하는 제 2 공정 (10B) 을 갖는다.

Description

프레스 성형품의 제조 방법

본 발명은, 천판부 및 플랜지부가 길이 방향을 따라 천판부측의 볼록 또는 오목하게 만곡된 천판부 및 플랜지부를 갖는 해트형 단면 부품으로 금속판을 성형하는 프레스 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차 차체의 충돌 안전성 향상과 경량화를 양립시키기 위해서, 차체 구조 부품에 대한 하이텐재의 적용이 진행되고 있다. 하이텐재는 항복 강도, 인장 강도가 높기 때문에, 프레스 성형을 실시함에 있어서, 스프링 백 등의 성형 불량이 과제가 된다.

차체 구조 부품에 사용되는 프레스 성형품의 하나로서, 예를 들어 B 필러 아우터와 같은, 길이 방향을 따라 소정의 곡률 반경으로 만곡된 천판부 및 플랜지부를 갖는 해트형 단면 부품을 들 수 있다. 이와 같은 부품으로 프레스 성형한 경우, 성형 하사점에서 천판부에 인장 응력이 발생함과 함께 플랜지부에 압축 응력이 발생하고, 이들 응력 차이에 따라 스프링 백 (캠버 백) 이 발생한다. 이와 같은 부품에 대하여 하이텐재를 적용한 경우, 전술한 하사점에서의 응력 차이가 커져, 스프링 백이 증가된다와 같은 과제가 발생한다. 또한, 하이텐재에서는 재료 강도의 편차가 커지기 때문에, 치수 정밀도의 편차도 커지는, 즉 재료 강도 감수성이 크다.

상기 과제에 대한 종래 기술로서 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 프레스 성형 방법이 있다.

특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 길이 방향으로 만곡된 천판부와, 천판부의 길이 방향을 따른 양 단 (端) 으로부터 만곡 내측을 향하여 연장되는 두 개의 측벽부를 갖는 성형 부품에 대하여 전 (前) 공정에서의 천판부의 곡률과, 천판부와 측면부가 이루는 각도를 변경한다. 이로써, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 후 (後) 공정에서 발생하는 응력을 저감시켜, 스프링 백을 억제시킨다.

특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 복수 회의 프레스 성형 공정을 거쳐 최종 프레스 성형품 형상에 이르는 금속판 프레스 성형 공정에 있어서, 성형 후의 형상으로 소정의 곡률을 갖는 능선 부근에서 잔류 인장 응력이 발생하는 부위를, 전공정에서 최종 형상보다 작은 곡률 반경으로 성형하고, 잔류 압축 응력이 발생하는 부위를, 전공정에서 최종 형상보다 큰 곡률 반경으로 성형한다. 이로써 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 잔류 응력을 없애, 스프링 백을 저감시킨다.

특허문헌 3 에 기재된 방법은, 프레스 성형시에 발생하는 휨을 예상한 금형을 생성하는 방법으로, 이 예상 형상을 사용하여 프레스 성형함으로써 스프링 백을 저감시킨다.

일본 공개특허공보 2011-206789호 일본 공개특허공보 2007-190588호 일본 공개특허공보 2007-286841호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 측면에서 볼 때에 천판부의 곡률 반경만을 변경하고 있기 때문에, 플랜지부에 발생하는 응력이 개선되지 않는다. 특히, 스프링 백량이 커지는 하이텐재에 대해서는, 충분히 스프링 백이 억제되지 않아, 재료 강도 감수성을 저감시킬 수는 없다.

특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 압축 응력 또는 인장 응력이 발생하는 영역에 따라, 변경되는 곡률의 대소 경향이 변화되기 때문에, 금형의 설계가 복잡해진다.

특허문헌 3 에 기재된 방법은, 프레스 하사점에서의 잔류 응력을 0 으로 할 수는 없기 때문에, 재료 강도 감수성은 저감되지 않는다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 하이텐재를 사용한 경우에도, 금형을 복잡하게 하지 않고, 측면에서 볼 때의 스프링 백, 즉 캠버 백과 캠버 백의 재료 강도 감수성을 크게 저감시킬 수 있는 프레스 성형품의 제조 방법을 제공한다.

과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 천판부와 플랜지부가 측벽부를 개재하여 폭 방향에서 연속되어 있음과 함께, 상기 천판부 및 상기 플랜지부가 길이 방향을 따라 상기 천판부측으로 볼록 혹은 오목하게 만곡된 해트형 단면을 갖는 제품 형상으로 금속판을 프레스 성형하여 제조할 때에, 상기 천판부 및 플랜지부에 대해서, 각각 길이 방향을 따른 만곡을 상기 제품 형상에서의 곡률 반경보다 작은 제 2 곡률 반경의 해트형 단면을 갖는 부품 형상으로 프레스 성형하여 중간 부품을 제조하는 제 1 공정과, 상기 중간 부품의 길이 방향을 따른 만곡을, 상기 제품 형상보다 큰 곡률 반경으로 프레스 성형하는 제 2 공정을 갖는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 금속판에 하이텐재를 사용한 경우에도, 금형을 복잡화하지 않고, 측면에서 볼 때의 스프링 백, 즉 캠버 백과 캠버 백의 재료 강도 감수성을 크게 저감시킬 수 있다. 이로써, 목표로 하는 제품 형상에 가까운 고정밀한 해트형 단면 만곡 형상의 부품을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 양태에 따르면, 형상 동결성 및 재료 강도 감수성이 우수한 프레스 성형품의 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.

이 결과, 본 발명의 일 양태에 따르면, 재료 강도가 편중된 경우에도, 치수 정밀도가 높은 부품이 얻어져, 수율의 향상으로 이어진다. 또한, 해트형 단면 형상의 부품을 사용하여 차체 구조 부품으로 할 때에, 부품의 조립을 용이하게 실시할 수 있게 된다.

도 1 은, 해트형 단면 부품에 있어서의 스프링 백을 설명하는 개략도이다.
도 2 는, 본 발명에 의거하는 실시형태에 관련된 제품 형상을 나타내는 모식도로, (a) 가 사시도이고, (b) 가 측면도이다.
도 3 은, 측면에서 볼 때에, 길이 방향을 따라 만곡된 실제 부품 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명에 의거하는 실시형태에 관련된 프레스 성형품의 제조 방법의 공정을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조 등이 하기의 것에 특정되는 것이 아니다. 본 발명의 기술적 사상은, 특허 청구 범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에서 여러 가지 변경을 부가할 수 있다.

천판부 (1) 의 폭 방향 양측이 측벽부 (3) 를 개재하여 플랜지부 (2) 에 연속되어 있는 해트형 단면 부품으로서, 길이 방향을 따라 천판부 (1) 측으로 볼록해지도록 만곡된 해트형 단면 부품으로 블랭크재로 이루어지는 금속판을 프레스 성형하면, 도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 잔류 응력으로서 만곡 부분의 천판부 (1) 에 있어서 인장 응력이 발생함과 함께, 플랜지부 (2) 에 있어서 압축 응력이 발생한다. 그리고, 프레스 금형으로부터 부품을 떼어내어, 이들 응력이 개방됨으로써, 도 1(b) 에 나타내는 바와 같은 스프링 백이 발생한다. 이 때, 금속판의 재료 강도의 증가에 수반되어 이 잔류 응력이 증가하여, 스프링 백량이 커지는 경향이 있다. 즉, 590 MPa 이상인 하이텐재를 채용하면 스프링 백이 커진다.

여기서, 본 실시형태가 목적으로 하는 프레스 성형에 의한 제품 형상은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 천판부 (1) 의 폭 방향 양측이 측벽부 (3) 를 개재하여 플랜지부 (2) 에 연속되어 있는 해트형 단면 부재로서, 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 가 길이 방향을 따라 천판부 (1) 측으로 볼록해지도록 만곡된 해트형 단면 부재로 되어 있다. 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 에 각각 형성되는, 길이 방향을 따른 만곡의 곡률은 상이해도 된다. 본 실시형태에서는, 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 의 각 만곡의 곡률은 동일한 것으로 한다.

또한, 본 실시형태의 제품 형상의 기본 형상은, 도 2 에 나타내는 바와 같은 단순한 만곡 형상이지만, 실제 부품 형상이어도 적용 가능하다. 실제 부품 형상의 일례로서, 도 3 에 B 필러 R/F 를 모의한 만곡 부품을 나타낸다. 이 만곡 부품은, 천판부 (1) 의 길이 방향 양 단부에 각각 장출부 (張出部) (5) 가 연속되어 있다. 각 장출부 (5) 의 폭은, 천판부 (1) 의 폭보다 폭 방향의 치수가 크므로, 상면에서 볼 때에 제품 형상의 길이 방향 단부측의 천판면이 L 자 형상 혹은 T 자 형상으로 되어 있다. 도 3 에서는, T 자 형상을 예시하고 있다. 또한 플랜지부 (2) 의 길이 방향 단부에 세로벽부 (6) 의 하단부가 연속되어 있다. 그 세로벽부 (6) 는, 천판부 (1) 측에 세워져 형성되고, 그 상단이 상기 장출부 (5) 에 연속된다. 상기 형상에 의해 세로벽부 (6) 에 대하여 만곡 단 부분을 갖는 본체부 (4) 가 수직 방향측으로 연장된다. 즉, 본체부 (4) 의 길이 방향에 대향되도록 세로벽부 (6) 가 세워져 형성된 형상으로 되어 있다. 길이 방향 편측에만 세로벽부 (6) 가 존재하는 형상이어도 된다.

단, 본 발명에 의한 프레스 성형품의 제조 방법에서는, 장출부 (5) 및 세로벽부 (6) 가 없는 제품 형상이어도 적용 가능하다. 또한, 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 가 길이 방향을 따라 천판부 (1) 측으로 오목한 만곡 형상이어도 적용할 수 있다.

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 평판 형상의 금속판을 상기 제품 형상으로 성형하기 위한 가공으로서, 도 4 에 나타내는 바와 같이 제 1 공정 (10A) 과 제 2 공정 (10B) 을 갖는다. 프레스 성형품의 제조를 위한 프레스 공정을 2 단계 이상의 다 (多) 공정으로 함으로써, 제품의 스프링 백 억제 등의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다.

여기서, 플랜지 외주를 트림하는 트림 가공 (도시 생략) 을 갖는다. 트림 가공은, 제 1 공정 (10A) 이전에 실시해도 되고, 제 1 공정 (10A) 과 제 2 공정 (10B) 의 사이에서 실시해도 되며, 제 2 공정 (10B) 이후에 실시해도 된다. 본 실시형태에서는, 트림 가공을 제 1 공정 (10A) 에서의 프레스 가공 후에 실시하는 경우에 설명한다. 이 경우, 중간 부품은, 플랜지 외주의 트림 가공이 실시된 상태의 부품이 된다.

제 1 공정 (10A) 은, 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 에 대해서, 각각 길이 방향을 따른 만곡을 상기 제품 형상에서의 곡률 반경보다 작은 제 2 곡률 반경의 해트형 단면을 갖는 부품 형상으로 평판 형상의 금속판 (블랭크재) 을 프레스 성형하여 중간 부품을 제조하는 공정이다. 금속판의 재료 강도가 590 MPa 이상인 강판이어도 적용 가능하다.

천판부 (1) 의 제 2 곡률 반경과 플랜지부 (2) 의 제 2 곡률 반경은 크기가 상이하게 설정되는 경우가 많다.

또한, 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 의 각 제 2 곡률 반경은 각각, 제 1 공정 (10A) 에서 성형한 후에 중간 부품에 발생하는 스프링 백 후의 곡률 반경이, 제품 형상에서의 곡률 반경 이하, 바람직하게는 제품 형상에서의 곡률 반경 미만이 되는 값으로 각각 설정된 금형에서 성형하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제품 형상에 있어서의 천판부 (1) 의 길이 방향을 따른 천판부 (1) 의 곡률 반경을 R1o 로 정의한 경우, 중간 부품에 있어서의 스프링 백 후의 천판부 (1) 의 길이 방향을 따른 곡률 반경 R1' 가 하기 (1) 식을 만족시키는 값이 되도록, 천판부 (1) 에서의 제 2 곡률 반경의 값을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 스프링 백 후의 중간 부품에서는, 제품 형상과 비교하여 스프링 고측이 되는 곡률 반경이 되도록 설정한다.

0.70 ≤ (R1'/R1o) ＜ 1.00····(1)

또한, 제품 형상에 있어서의 플랜지부 (2) 의 길이 방향을 따른 곡률 반경을 R2o 로 정의한 경우, 중간 부품에 있어서의 스프링 백 후의 플랜지부 (2) 의 길이 방향을 따른 곡률 반경 R2' 가 하기 (2) 식을 만족시키는 값이 되도록 플랜지부 (2) 에서의 상기 제 2 곡률 반경의 값을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 스프링 백 후의 중간 부품에서는, 제품 형상과 비교하여 스프링 고측이 되는 곡률 반경이 되도록 설정한다.

0.70 ≤ (R2'/R2o) ＜ 1.00····(2)

여기서, 제 1 공정 (10A) 의 성형에는, 드로 성형 또는 폼 성형을 적용하면 된다.

상기 각 중간 부품에 발생하는 스프링 백 후의 각 곡률 반경은, CAE 해석 기타 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시함으로써 계산에 의해 구해도 되고, 실제로 시험품을 제작하여 실측에 의해 구해도 된다.

또한 본 실시형태에서는, 제 1 공정 (10A) 에서의 상기 프레스 성형 후에 플랜지 외주의 트림 가공을 실시한다. 트림 가공에는, 전단 가공이나 레이저 절단 가공 등의 공지된 가공 방법을 채용하면 된다.

제 2 공정 (10B) 은, 예를 들어 제 1 공정 (10A) 에서 제조한 중간 부품을 목표로 하는 제품 형상으로 성형하는 공정이다. 이 때, 제 2 공정 (10B) 에서는, 중간 부품의 길이 방향을 따른 만곡을, 제품 형상보다 큰 곡률 반경으로 프레스 성형한다. 중간 부품의 길이 방향을 따른 만곡을 제품 형상보다 큰 곡률 반경으로 프레스 성형할 때의 당해 곡률 반경은, 제 2 공정 (10B) 에서의 금형으로부터의 형 (型) 분리 후의 성형 형상에 있어서의 길이 방향을 따른 만곡의 곡률 반경이, 중간 부품에서의 곡률 반경보다 제품 형상에서의 목표로 하는 곡률 반경에 가까워지는 값으로 설정한다. 이 곡률 반경은, FEM 해석이나 실험에 의해 구하면 된다.

예를 들어, 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 에 있어서, 제 1 공정 (10A) 에서 발생하는 인장 응력 혹은 압축 응력과 제 2 공정 (10B) 에서 발생하는 압축 응력 혹은 인장 응력이 상쇄되어, 길이 방향을 따른 응력이 제로에 가까워지도록, 제 2 공정 (10B) 에서 사용하는 금형의 제품 형상 길이 방향을 따른 곡률 반경을, 제품 형상의 길이 방향을 따른 만곡의 곡률 반경보다 큰 값으로 설계한다.

예를 들어, 제품 형상에 있어서의 천판부 (1) 의 길이 방향을 따른 천판부 (1) 의 곡률 반경을 R3o 로 정의한 경우, 제 2 공정 (10B) 에 있어서의 금형의 천판부의 길이 방향을 따른 곡률 반경 R3o' 가 하기 (3) 식을 만족시키는 값이 되도록, 제 2 공정 (10B) 의 천판부 (1) 에서의 곡률 반경의 값을 설정하는 것이 바람직하다.

1.00 ＜ (R3o'/R3o) ≤ 3.00····(3)

또한, 예를 들어 제품 형상에 있어서의 플랜지부 (2) 의 길이 방향을 따른 플랜지부 (2) 의 곡률 반경을 R4o 로 정의한 경우, 제 2 공정 (10B) 에 있어서의 금형의 플랜지부 (2) 의 길이 방향을 따른 곡률 반경 R4o' 가 하기 (4) 식을 만족시키는 값이 되도록, 제 2 공정 (10B) 의 플랜지부 (2) 에서의 곡률 반경의 값을 설정하는 것이 바람직하다.

1.00 ＜ (R4o'/R4o) ≤ 3.00····(4)

여기서, (R3o'/R3o) 및 (R4o'/R4o) 가 1.0 보다 작은 경우, 제 2 공정 (10B) 의 금형 하사점에 있어서 천판부 (1) 에 인장 응력이, 플랜지부 (2) 에 압축 응력이 남아, 스프링 백이 충분히 억제되지 않을 가능성이 있다. 또한, 응력이 반전된 경우에도 제 2 공정 (10B) 의 금형 분리 후에 곡률 반경이 작아지도록 스프링 백 (스프링 고) 이 발생하기 때문에, 제품 형상보다 작은 곡률 반경이 될 가능성이 있다. 반대로, (R3o'/R3o) 및 (R4o'/R4o) 가 3.00 보다 큰 경우, 제 2 공정 (10B) 에서의 성형 하사점에 있어서 천판부 (1) 에 과도한 압축 응력이, 플랜지부 (2) 에 과도한 인장 응력이 발생하여, 성형 부품에 과도한 스프링 고가 발생할 우려가 있다.

여기서, 제 2 공정 (10B) 의 성형에는 리스트라이크 가공을 적용하면 된다.

(동작 기타)

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법에서는, 스프링 백을 저감시키기 위해서, 제 1 공정 (10A) 에서, 천판부 (1) 와 플랜지부 (2) 의 곡률 반경을 각각, 제품 형상의 곡률 반경보다 작아지도록 프레스 성형하고, 제 2 공정 (10B) 에서, 제 1 공정 (10A) 에서 얻어진 중간 부품을, 제품 형상보다 큰 곡률 반경으로 프레스 성형하여 목표하는 성형 형상의 부품을 얻는다.

여기서, 제 1 공정 (10A) 에 있어서, 형 (型) 으로부터 개방된 후의 중간 부품의 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 의 곡률 반경은, 제 2 곡률 반경의 값에 따라서는, 스프링 백에 의해 제 1 공정 (10A) 에서 사용하는 금형의 곡률 반경보다 약간 커져 있는 경우도 상정된다. 이 제 1 공정 (10A) 에서 성형된 중간 부품의 스프링 백 후의 천판부 (1) 및 플랜지부 (2) 의 곡률 반경은, 제품 형상에서의 곡률 반경 이하, 바람직하게는 제품 형상에서의 곡률 반경보다 작아지도록, 제 1 공정 (10A) 의 금형을 설계하는 것이 바람직하다.

프레스 가공하는 금속판으로는 하이텐재를 대상으로 하지만, 강판이나 알루미늄판 등을 사용해도 된다. 또한, 길이 방향을 따른 제품 형상에서의 천판부 (1) 의 곡률 반경과 플랜지부의 곡률 반경은 상이해도 된다.

제 1 공정 (10A) 의 성형에 있어서, 스프링 백 후의 중간 부품의 천판부 (1) 와 플랜지부 (2) 의 각 곡률 반경을, 제품 형상에서의 곡률 반경 이하가 되도록 성형함으로써, 제 2 공정 (10B) 에서의 리스트라이크 성형에 있어서 천판부 (1) 에 작은 압축 응력, 플랜지부 (2) 에 작은 인장 응력을 발생시킨다. 이로써, 천판부 (1) 에 있어서는, 작은 압축 응력이 잔류하거나, 제 1 공정 (10A) 에 있어서 발생한 인장 응력과 제 2 공정 (10B) 에 있어서 발생한 압축 응력이 상쇄됨으로써, 길이 방향의 응력이 제로에 가까워진다. 마찬가지로, 플랜지부 (2) 에 있어서는, 작은 인장 응력이 잔류하거나, 제 1 공정 (10A) 에 있어서 발생한 압축 응력과 제 2 공정 (10B) 에 있어서 발생한 인장 응력이 상쇄됨으로써, 길이 방향의 잔류 응력이 제로에 가까워진다. 이로써 응력 차이가 저감 혹은 제로가 되어, 제품 형상에서의 스프링 백량이 저감됨과 함께, 재료 강도가 편중된 경우에, 재료 강도의 감수성을 저감시킬 수 있게 된다.

무엇보다 제품 형상에 대한 중간 부품의 곡률 변경량을 결정할 때에, 제 1 공정 (10A) 에 있어서, 제품 형상에서의 곡률 반경으로 만곡된 해트형 단면 부재의 스프링 백 계산을 실시하고, 스프링 백 후의 천판부 (1) 의 곡률 반경을 R1' 로 했을 때에, 제품 형상에서의 천판부 (1) 의 곡률 반경 R1o 와의 비를 0.70 ≤ (R1'/R1o) ＜ 1.00 의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 제품 형상에 대한 중간 부품의 플랜지부 (2) 곡률 반경을 R2' 로 했을 때에, 제품에서의 플랜지부 (2) 의 곡률 반경 R2o 와의 비를 0.70 ≤ (R2'/R2o) ＜ 1.00 의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.

여기서, (R1'/R1o) 및 (R2'/R2o) 가 0.7 보다 작은 경우, 제 2 공정 (10B) 에서의 금형 하사점에 있어서 천판부 (1) 에 과도한 압축 응력이, 플랜지부 (2) 에 과도한 인장 응력이 발생하여, 프레스 성형품에 큰 스프링 고가 발생할 우려가 있다. 반대로, (R1'/R1o) 및 (R2'/R2o) 가 1 보다 큰 경우, 제 2 공정 (10B) 의 금형 하사점에 있어서 천판부 (1) 에 인장 응력이, 플랜지부 (2) 에 압축 응력이 남아, 스프링 백이 충분히 억제되지 않을 가능성이 있다.

이상과 같이 본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법에 따르면, 금속판에 하이텐재를 사용한 경우에도, 금형을 복잡하게 하지 않고, 측면에서 볼 때의 스프링 백, 즉 캠버 백과 캠버 백의 재료 강도 감수성을 크게 저감시킬 수 있다. 이로써, 목표로 하는 제품 형상에 가까운 고정밀한 해트형 단면이며 또한 길이 방향으로 만곡을 갖는 형상의 프레스 성형품을 얻을 수 있다. 이와 같이 본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 형상 동결성 및 재료 강도 감수성이 우수하다.

이 결과, 본 실시형태에 따르면, 재료 강도가 편중된 경우에도, 치수 정밀도가 높은 부품이 얻어져, 수율의 향상으로 이어진다. 또한, 해트형 단면 형상의 부품을 사용하여 차체 구조 부품으로 할 때에, 부품의 조립을 용이하게 실시할 수 있게 된다.

실시예

본 발명에 관련된 프레스 성형품의 제조 방법에 의한 스프링 백 억제 효과를 확인하기 위해, 유한 요소법 (FEM) 에 의한 프레스 성형 해석 및 스프링 백 해석을 실시하였다. 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.

본 실시예에서는 도 2(a), (b) 에 나타내는 길이 방향으로 만곡된 해트형 단면 부품을 프레스 성형하는 경우를 대상으로 하였다.

본 실시예에서는 도 2(a), (b) 에 나타내는 길이 방향으로 만곡된 해트형 단면 부재를 프레스 성형하는 경우를 대상으로 하였다. 측면에서 볼 때의 펀치 바닥 제품 곡률 반경은 R1600 으로 일정 곡률로 되어 있고, 전공정의 금형 형상과 후공정의 금형 형상을 변경하였다.

표 1 에 프레스 조건 및 평가 결과를 정리해서 나타낸다.

또, 프레스 성형에 사용하는 금속판은, 판두께 t＝1.4 mm 이고, 인장 강도(재료 강도) 가 590 MPa 급 ∼ 1180 MPa 급인 강판으로 하였다.

(No.1 ∼ No.3)

No.1 ∼ No.3 (종래 공법) 은, 제품의 펀치 바닥 곡률 R1600 의 금형을 사용하며 1 공정에서만 성형한 결과이다. No.1 ∼ No.3 (종래 공법) 에서는, 프레스 성형 해석과 스프링 백 해석을 실시하여, 스프링 백 전후의 천판부 (1) 의 스프링 백량 (곡률 반경) 을 측정하였다.

이 때, 각 재료 강도의 스프링 백 후의 곡률 반경은 제품 형상보다 커지고, 또한 재료 강도의 증가에 수반되어 곡률 반경이 커진다. 또한, 하한의 590 MPa 재와 1180 MPa 재의 곡률 반경의 차이를 구한 바, 206 [mm] 의 차이가 발생하였다.

(No.4 ∼ No.6)

No.4 ∼ No.6 에서는, 제 1 공정 (10A) 의 스프링 백 후의 곡률 반경이 제품 곡률 R1600 보다 작아지도록 R1100 의 금형에서 성형하고, 제 2 공정 (10B) 은 제품 곡률 R1600 에서 리스트라이크를 하는 조건으로 프레스 성형 해석을 실시하였다.

이 경우에는, 제 1 공정 (10A) 의 스프링 백 후의 곡률 반경은, 모든 재료 강도에서 제품 곡률 R1600 보다 작아졌다. 이 형상을 제 2 공정 (10B) 에 있어서, 제품 곡률 R1600 에서 리스트라이크하면, 모든 재료 강도에서 R1600 보다 작은 곡률 반경이 되지만, 모든 재료 강도에서 거의 동일한 곡률 반경이 된다. 또한, 하한의 590 MPa 재와 1180 MPa 재의 곡률 반경의 차이를 구한 바, －16 [mm] 의 차이가 되어, 종래 공법과 비교해서 대폭적으로 곡률 반경의 차이가 저감되었다.

(No.7 ∼ No.9)

본 발명에 의거한 No.7 ∼ No.9 에서는, 제 1 공정 (10A) 의 스프링 백 후의 곡률 반경이 제품 곡률 R1600 보다 작아지도록 R1200 의 금형에서 성형하고, 제 2 공정 (10B) 은 제품 곡률 R1600 보다 큰 R1700 에서 성형하는 프레스 성형 해석을 실시하였다.

이 경우에는, 제 1 공정 (10A) 의 스프링 백 후의 곡률 반경은, 모든 재료 강도에서 제품 곡률 R1600 보다 작아졌다. 이 형상을 제 2 공정 (10B) 에 있어서, R1700 에서 성형하면, 모든 재료 강도에서 제품 곡률 R1600 과 동일한 곡률이 되어, 모든 재료 강도에서 거의 동일한 곡률 반경이 된다. 또한, 하한의 590 MPa 재와 1180 MPa 재의 곡률 반경의 차이를 구한 바, 2 [mm] 의 차이가 되어, 종래 공법과 비교해서 대폭적으로 곡률 반경의 차이가 저감되었다. 또한, No.4 ∼ No.6 과 비교해도, 곡률 반경의 차이가 저감되었다.

이상, 본원이 우선권을 주장하는, 일본 특허출원 제2017-150070호 (2017년 8월 2일 출원) 의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다.

여기서는, 한정된 수의 실시형태를 참조하면서 설명했지만, 권리 범위는 그것들에 한정되는 것이 아니라, 상기 개시에 기초하는 각 실시형태의 개변은 당업자에게 있어서 자명한 것이다.

1 : 천판부
2 : 플랜지부
3 : 측벽부
4 : 본체부
5 : 장출부
6 : 세로벽부
10A : 제 1 공정
10B : 제 2 공정

Claims (10)

1. 천판부와 플랜지부가 측벽부를 개재하여 폭 방향에서 연속되어 있음과 함께, 상기 천판부 및 상기 플랜지부가 길이 방향을 따라 상기 천판부측으로 볼록 또는 오목하게 만곡된 해트형 단면을 갖는 제품 형상으로 금속판을 프레스 성형하여 제조할 때에,
   상기 천판부 및 플랜지부에 대해서, 각각 길이 방향을 따른 만곡을 상기 제품 형상에서의 곡률 반경보다 작은 제 2 곡률 반경의 해트형 단면을 갖는 부품 형상으로 프레스 성형하여 중간 부품을 제조하는 제 1 공정과,
   상기 중간 부품의 길이 방향을 따른 만곡을, 상기 제품 형상보다 큰 곡률 반경으로 프레스 성형하는 제 2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 천판부 및 플랜지부의 상기 각 제 2 곡률 반경은, 각각 상기 제 1 공정에서 성형한 후에 상기 중간 부품에 발생하는 스프링 백 후의 곡률 반경이, 상기 제품 형상에서의 곡률 반경 이하가 되는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제품 형상에 있어서의 천판부의 길이 방향을 따른 천판부의 곡률 반경을 R1o 로 정의한 경우, 상기 중간 부품에 있어서의 스프링 백 후의 천판부의 길이 방향을 따른 곡률 반경 R1' 가 하기 (1) 식을 만족시키는 값이 되도록, 상기 천판부에서의 상기 제 2 곡률 반경의 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
   0.70 ≤ (R1'/R1o) ＜ 1.00····(1)
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 제품 형상에 있어서의 플랜지부의 길이 방향을 따른 곡률 반경을 R2o 로 정의한 경우, 상기 중간 부품에 있어서의 스프링 백 후의 플랜지부의 길이 방향을 따른 곡률 반경 R2' 가 하기 (2) 식을 만족시키는 값이 되도록, 상기 플랜지부에서의 상기 제 2 곡률 반경의 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
   0.70 ≤ (R2'/R2o) ＜ 1.00····(2)
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제 1 공정의 성형에 드로우 성형 또는 폼 (form) 성형을 적용하고, 제 2 공정의 성형에 리스트라이크 가공을 적용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   제 1 공정의 성형에 드로우 성형 또는 폼 (form) 성형을 적용하고, 제 2 공정의 성형에 리스트라이크 가공을 적용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 MPa 이상인 강판으로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 MPa 이상인 강판으로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 MPa 이상인 강판으로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속판의 재료 강도가 590 MPa 이상인 강판으로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.

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