KR102295122B1 - 프레스 성형품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금형이 복잡해지지 않으면서, 길이 방향을 따른 폭 방향으로의 스프링백을 저감할 수 있는 프레스 성형품의 제조 방법을 제공한다.
천판부 (1A) 의 폭 방향 양측으로 측벽부 (1B) 가 연속된 단면 형상을 가짐과 함께 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 만곡부를 갖는 제품 형상 (1) 으로, 금속판을 프레스 성형하여 제조하는 제조 방법이다. 만곡부에 대해, 만곡 볼록측 (WA) 의 길이 방향을 따른 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 짧게 성형함과 함께, 만곡 오목측 (WB) 의 길이 방향을 따른 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 길게 성형하여 중간 부품을 제조하는 제 1 공정 (10B) 과, 중간 부품에 대해, 만곡 볼록측 (WA) 의 선길이를 제 1 공정 (10B) 에서의 선길이보다 길게 성형함과 함께, 만곡 오목측 (WB) 의 선길이를 제 1 공정 (10B) 에서의 선길이보다 짧게 성형하는 제 2 공정 (10C) 을 갖는다.

Description

프레스 성형품의 제조 방법

본 발명은, 해트형 단면이나 コ 자형 단면 등과 같이 천판부의 폭 방향 양측으로 측벽부가 연속된 단면 형상을 가짐과 함께, 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 만곡부를 갖는 제품 형상의 부품으로, 하이텐재 그 밖의 금속판을 성형하는 프레스 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 길이 방향을 따라 만곡부는 2 이상 존재하고 있어도 된다. 그 경우, 이웃하는 만곡부 사이에 직선부가 존재하고 있어도 된다.

최근, 자동차 차체의 충돌 안전성 향상과 경량화를 양립시키기 위해, 차체 구조 부품에 대한 하이텐재의 적용이 진행되고 있다. 그러나 하이텐재는 항복 강도, 인장 강도가 높기 때문에, 프레스 성형을 실시함에 있어서, 스프링백 등의 성형 불량이 커다란 과제의 하나로 되고 있다.

차체 구조 부품에 사용되는 프레스 성형품의 하나로서, 예를 들어 A 필러 어퍼와 같은, 평면에서 보아, 길이 방향을 따라 소정의 곡률 반경으로 제품 폭 방향으로 만곡한 천판부 및 플랜지부를 갖는 해트형 단면 부품을 들 수 있다. 이와 같은 부품으로 프레스 성형한 경우, 성형 하사점에서, 만곡 볼록측 (만곡의 볼록측) 에 압축 응력이 발생함과 함께 만곡 오목측 (만곡의 오목측) 에 인장 응력이 발생하여, 이들 응력의 차이에 의해 제품 폭 방향으로의 스프링백이 발생한다. 이와 같은 부품 형상으로, 하이텐재로 이루어지는 금속판을 프레스 성형에 의해 제작한 경우, 전술한 하사점에서의 응력차가 커져, 상기 스프링백이 증가하는 등의 과제가 발생한다. 또한, 하이텐재에서는 재료 강도의 편차가 커지기 때문에, 치수 정밀도의 편차도 커지는, 즉 재료 강도 감수성이 나쁘다는 과제가 있다.

상기 과제에 대한 종래 기술로서 특허문헌 1 ∼ 2 에 기재되는 프레스 성형 방법이 있다.

특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 대략 해트형 단면이면서 또한 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 부품에 대해, 전(前)공정에서, 굽힘 가공된 대략 해트형 단면의 선단측 플랜지부만이 잔류 응력을 캔슬하는 방향으로 되굽히는 것이 제안되어 있다. 이로써, 후공정에서 발생하는 응력을 저감하여, 스프링백을 억제한다고 기재되어 있다.

특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, コ 자형 또는 해트형의 단면이고, 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 형상을 갖는 부품을 성형하는 방법으로, 만곡부 중 적어도 1 개의 만곡부에 대해, 만곡부 전체가, 전공정에서, 제품 형상보다 큰 곡률 반경을 갖는 만곡 형상의 중간 부품을 성형하고, 다시 후공정에서, 전공정에 있어서의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경으로 성형하는 것이 제안되어 있다. 이로써 잔류 응력을 없애고, 스프링백을 저감한다고 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2015-174124호 일본 공개특허공보 2010-64138호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 후공정에서 되굽힐 때에 복잡한 기구의 금형이 필요하게 된다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 전공정에 있어서 만곡부 전체의 곡률 반경을 크게 함으로써 응력을 저감시키는데, 굽힘 내측 (만곡부의 오목측) 의 신장 플랜지 성형 부위에서는, 전공정에서 성형 형상의 곡률 반경을 크게 함으로써, 후공정에서 선길이가 남아, 충분히 응력을 없애기가 어렵고, 또 전공정에서의 곡률 반경의 설계를 기계적으로 실시할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 하이텐재를 사용한 경우라도, 금형이 복잡해지지 않으면서, 길이 방향을 따른 폭 방향으로의 스프링백을 크게 저감할 수 있는 프레스 성형품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 천판부의 폭 방향 양측으로 측벽부가 연속된 단면 형상을 가짐과 함께 길이 방향을 따라 상기 폭 방향으로 만곡한 만곡부를 갖는 제품 형상으로, 금속판을 프레스 성형하여 제조할 때에, 상기 만곡부에 대해, 만곡의 볼록측인 만곡 볼록측의 길이 방향을 따른 선길이를 상기 제품 형상에서의 선길이보다 짧게 성형함과 함께, 만곡의 오목측인 만곡 오목측의 길이 방향을 따른 선길이를 상기 제품 형상에서의 선길이보다 길게 성형하여 중간 부품을 제조하는 제 1 공정과, 상기 중간 부품에 대해, 상기 만곡 볼록측의 선길이를 상기 제 1 공정에서의 선길이보다 길게 성형함과 함께, 상기 만곡 오목측의 선길이를 상기 제 1 공정에서의 선길이보다 짧게 성형하는 제 2 공정을 갖는다.

본 발명의 일 양태의 프레스 성형품의 제조 방법에 의하면, 금속판에 하이텐재를 사용한 경우라도, 금형을 복잡화하지 않으면서, 폭 방향으로의 스프링백을 크게 저감하는 것이 가능해진다. 이로써, 본 발명의 일 양태에서는, 목표로 하는 제품 형상에 가까운 고정밀도의 해트 단면 만곡 형상 등의 천판부 및 측벽부를 갖는 부품을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 양태에 의하면, 형상 동결성 및 재료 강도 감수성이 우수한 프레스 성형품의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.

이 결과, 본 발명의 일 양태에 의하면, 재료 강도에 편차가 있는 경우라도, 치수 정밀도가 높은 부품이 얻어지고, 수율의 향상으로 이어진다. 또한, 예를 들어 해트 단면 형상의 부품을 사용하여 차체 구조 부품으로 할 때에, 부품의 조립을 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.

도 1 은 제품 형상의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 해트형 단면이면서 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 부품의 예와, 그 때의 스프링백을 나타내는, 상방에서부터 본 모식도이다.
도 3 은 스프링백 상태를 나타내는 천판부를 상방에서부터 본 모식도이다.
도 4 는 본 발명에 근거한 실시형태에 관련된 제품 형상을 나타내는 도면으로서, (a) 는 사시도, (b) 는 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 근거한 실시형태에 관련된 프레스 성형의 공정을 설명하는 도면이다.
도 6 은 제품 형상의 다른 예를 나타내는 도면으로서, (a) 는 상면도, (b) 는 (a) 의 A-A 단면도이다.
도 7 은 제품 형상의 다른 예를 나타내는 도면으로서, (a) 는 상면도, (b) 는 (a) 의 A-A 단면도이다.

이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조 등이 하기한 것으로 특정되는 것이 아니다. 본 발명의 기술적 사상은, 특허청구범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 여러 가지 변경을 가할 수 있다.

본 실시형태가 대상으로 하는 프레스 성형에 의해 성형되는 제품 형상 (1) 은, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같은, 천판부 (1A) 의 폭 방향 양측으로 측벽부 (1B) 가 연속된 단면 형상을 가짐과 함께 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 만곡부를 갖는 제품 형상 (1) 이다. 천판부 (1A) 의 폭 방향 양측으로 측벽부 (1B) 가 연속된 단면 형상의 대표예로서, 해트형 단면이나 コ 자형 단면이 있다. コ 자형 단면의 경우, 측벽부 (1B) 가 플랜지가 된다.

천판부 (1A) 와 플랜지부 (1C) 가 측벽부 (1B) 를 개재하여 폭 방향으로 연속된 해트 단면 형상을 가짐과 함께 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 제품 형상 (1) 인 경우 (도 1 참조), 상면에서부터 볼 때, 천판부 (1A) 및 플랜지부 (1C) 가 길이 방향을 따라서 만곡한 형상이 된다.

그러한 제품 형상 (1) 으로, 평판상의 블랭크재로 이루어지는 금속판을 프레스 성형하면, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 만곡 볼록측 (WA) 에 압축 응력이 발생함과 함께 만곡 오목측 (WB) 에 인장 응력이 발생하여, 이들 응력의 차이에 의해 제품 폭 방향으로의 스프링백이 발생한다.

그리고, 프레스 금형으로부터 부품을 제거해서, 이들 응력이 개방됨으로써, 도 2 중, 화살표 S 방향으로 나타내는 바와 같은, 제품 폭 방향으로의 스프링백이 발생하여, 도 3 에 나타내는 바와 같이 길이 방향 양단부측이 제품 폭 방향으로 변위된다. 또한, 알기 쉽게 하기 위해서, 도 3 에서는, 천판부 (1A) 만 도시하고, 실선이 스프링백 전을, 일점쇄선이 스프링백 후의 예를 나타낸다.

이 때, 금속판의 재료 강도의 증가에 수반하여, 이 잔류 응력이 증가해서, 폭 방향으로의 스프링백량이 커지는 경향이 있다. 즉, 590 ㎫ 이상의 하이텐재를 채용하면 스프링백이 커진다.

여기서, 본 실시형태의 프레스 성형에 의해 제조하는 제품 형상 (1) 으로서, 도 4 에 나타내는 바와 같은 형상을 상정한다. 이 제품 형상 (1) 은, 천판부 (1A) 와 플랜지부 (1C) 가 측벽부 (1B) 를 개재하여 폭 방향으로 연속하여 대략 해트형 단면의 부품으로 되어 있음과 함께, 천판부 (1A) 및 플랜지부 (1C) 가 상면에서부터 볼 때 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 해트형 단면 부품인 경우의 예이다. 길이 방향을 따른 만곡의 곡률은 동일해도 되지만, 본 실시형태에서는 다르게 되어 있는 것으로 한다.

또, 도 4 에 나타내는 제품 형상의 예는, 만곡 볼록측 (WA) 에는, 측벽부 (1B) 에 연속되는 플랜지부를 형성하지 않고, 또, 만곡 오목측 (WB) 의 측벽부 (1B) 에 길이 방향으로 연장되는 단차를 형성하여, 만곡 오목측 (WB) 의 강성이 높아지도록 하고 있다.

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 프레스 성형에 의해 중간 부품을 제조하는 제 1 공정과, 프레스 성형에 의해 중간 부품을 제품 형상 (1) 으로 성형하는 제 2 공정을 구비한다.

또한, 플랜지 외주를 트림하는 트림 가공 (도시 생략) 을 갖는다. 트림 가공은, 제 1 공정 전에 실시해도 되고, 제 1 공정과 제 2 공정의 사이에 실시해도 되며, 제 2 공정 후에 실시해도 된다. 본 실시형태에서는, 트림 가공을 제 1 공정에서의 프레스 가공 전에 실시하는 경우로 설명한다. 이 경우, 중간 부품은, 플랜지 외주의 트림 가공이 이루어진 상태의 부품이 된다.

제 1 공정은, 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 만곡부에 대해, 만곡의 볼록측인 만곡 볼록측 (WA) 의 길이 방향을 따른 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 짧게 성형함과 함께, 만곡의 오목측인 만곡 오목측 (WB) 의 길이 방향을 따른 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 길게 성형하여 중간 부품을 제조하는 공정이다. 제 1 공정에서 성형하는 중간 부품의 형상은, 상기 선길이 이외에는 제품 형상 (1) 을 따른 형상으로 성형하는 것으로 한다. 제 1 공정에서 가공되는 금속판의 재료 강도가 590 ㎫ 이상인 강판이라도 적용 가능하다.

제 2 공정은, 중간 부품에 대해, 만곡 볼록측 (WA) 의 선길이를 제 1 공정에서의 선길이보다 길게 성형함과 함께, 상기 만곡 오목측 (WB) 의 선길이를 상기 제 1 공정에서의 선길이보다 짧게 성형하는 공정이다.

상기 선길이의 조정은, 예를 들어, 천판부 (1A) 와 측벽부 (1B) 의 사이의 휨선 위치 (1a) 나, 측벽부 (1B) 와 플랜지부 (1C) 와의 휨선 위치 (1b) 에서의 선길이를 대표적으로 실시하면 된다 (도 1 참조).

본 실시형태의 제조 방법은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 평판상의 금속판을 상기한 제품 형상 (1) 으로 성형하기 위한 가공으로서, 제품 형상 (1) 으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시하여, 제 1 공정 (10B) 후의 프레스 형상을 설계하는 설계 공정 (10A) 과, 설계한 프레스 형상에 대응하는 금형으로 금속판을 성형하는 제 1 공정 (10B) 과, 제 1 공정 (10B) 후에 실시하는 제 2 공정 (10C) 을 갖는다.

설계 공정 (10A) 은, 컴퓨터에 의한 시뮬레이션 해석에 의해, 상기 서술한 바와 같이 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 만곡부에 대해, 만곡의 볼록측인 만곡 볼록측 (WA) 의 길이 방향을 따른 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 짧게 성형함과 함께, 만곡의 오목측인 만곡 오목측 (WB) 의 길이 방향을 따른 선길이를 상기 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 긴 형상을 연산하여 설계하는 공정이다. 그리고, 설계한 형상으로 프레스 성형하기 위한 제 1 공정 (10B) 용의 금형 형상을 결정한다.

설계 공정 (10A) 에서는, 후술하는 바와 같이, 만곡부에 발생하는 응력 영역에서의 길이 방향의 선길이과 길이 방향 평균 변형량에 근거하여 프레스 형상을 설계하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 설계 공정 (10A) 은, 금속판을 1 회의 프레스 성형에 의해 제품 형상 (1) 으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시함으로써, 만곡부에 있어서의 만곡 볼록측 (WA) 에 발생하는 길이 방향 압축 응력 영역에서의 길이 방향의 선길이 (L1) 와 길이 방향 평균 변형량 (ε1) 을 구한다. 그리고, 설계 공정 (10A) 은, 만곡 볼록측 (WA) 의 제 1 공정 (10B) 후의 선길이를 L2 로 정의한 경우, 하기 (1) 식을 만족하도록, 제 1 공정 (10B) 의 선길이를 설정한다.

0 ＜ L1－L2 ≤ 2×｜L1×ε1｜····· (1)

또 예를 들어, 설계 공정 (10A) 은, 금속판을 1 회의 프레스 성형에 의해 제품 형상 (1) 으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시함으로써, 만곡부에 있어서의 만곡 오목측 (WB) 에 발생하는 길이 방향 인장 응력 영역에서의 길이 방향의 선길이 (L1') 와 길이 방향 평균 변형량 (ε1') 을 구한다. 그리고, 설계 공정 (10A) 은, 만곡 오목측의 제 1 공정 (10B) 후의 선길이를 L2' 로 정의한 경우, 하기 (2) 식을 만족하도록 제 1 공정 (10B) 의 선길이를 설정한다.

0 ＜ L2'－L1' ≤ 2×｜L1'×ε1'｜ ···· (2)

여기서, (L1－L2) 가 2×｜L1×ε1｜보다 커진 경우, 제 2 성형 공정의 성형 하사점에 있어서, 만곡 볼록측에 과도한 인장 응력이 발생하여, 역방향의 스프링백이 발생할 우려가 있다. 또, (L2'－L1') 가 2×｜L1'×ε1'｜보다 커진 경우, 제 2 성형 공정의 성형 하사점에 있어서, 만곡 오목측에 과도한 압축 응력이 발생하여, 역방향의 스프링백이 발생할 우려가 있다.

제 1 공정 (10B) 에서는, 설계 공정 (10A) 에서 결정한 금형 형상을 사용하여, 금속판을 프레스 성형하고, 중간 부품을 제조한다.

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

제 2 공정 (10C) 은, 상기 서술한 바와 같이, 중간 부품에 대해, 만곡부에 있어서의, 만곡 볼록측 (WA) 의 선길이를, 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 길게 성형하고, 만곡 오목측 (WB) 의 선길이를 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 짧게 성형하는 공정이다.

여기서, 제 1 공정 (10B) 에 있어서의 만곡 볼록측의 선길이를 L2 로 정의한 경우, 제 2 공정 (10C) 에 있어서의 금형의 만곡 볼록측 (WA) 의 선길이 (L3) 가 하기 (3) 식을 만족하는 값이 되도록, 제 2 공정 (10C) 의 만곡 볼록측 (WA) 의 선길이를 설정하는 것이 바람직하다.

L2 ＜ L3 ≤ 1.01×L2 ···· (3)

또, 제 1 공정 (10B) 에 있어서의 만곡 오목측 (WB) 의 선길이를 L2' 로 정의한 경우, 제 2 공정 (10C) 에 있어서의 금형의 만곡 오목측 (WB) 의 선길이 (L3') 가 하기 (4) 식을 만족하는 값이 되도록, 제 2 공정 (10C) 의 만곡 오목측 (WB) 의 선길이를 설정하는 것이 바람직하다.

L2' ＞ L3' ≥ 0.99×L2'···· (4)

여기서, L3 이 L2 이하가 되었을 경우, 제 2 성형 공정의 성형 하사점에 있어서, 만곡 볼록측 (WA) 에서 응력이 반전되지 않아, 스프링백이 충분히 억제되지 않는다. 또 L3 이 1.01×L2 보다 커진 경우, 제 2 성형 공정의 성형 하사점에 있어서, 만곡 볼록측 (WA) 에 과도한 인장 응력이 발생하여, 역방향의 스프링백이 발생할 우려가 있다.

그리고, L3' 가 L2' 이상이 된 경우, 제 2 성형 공정의 성형 하사점에 있어서, 만곡 오목측 (WB) 에서 응력 반전되지 않아, 스프링백이 충분히 억제되지 않는다. 또 L3' 가 0.99×L2' 보다 작아진 경우, 제 2 성형 공정의 성형 하사점에 있어서, 만곡 오목측 (WB) 에 과도한 인장 응력이 발생하여, 역방향의 스프링백이 발생할 우려가 있다.

상기 제 2 공정 (10C) 에서 사용하는 금형의 형상에 대해서도, 설계 공정 (10A) 에서, 금속판을 프레스 성형에 의해 제품 형상 (1) 으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시하여 설계하면 된다.

(동작 그 외)

본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법에서는, 스프링백을 저감하기 위해서, 제 1 공정 (10B) 에서는, 만곡부에 대해, 만곡 볼록측 (WA) 에 대해서는, 길이 방향을 따른 만곡부의 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 짧게 성형하고, 만곡 오목측 (WB) 에 대해서는, 길이 방향을 따른 만곡부의 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 길게 성형하여 중간 부품을 제조하고, 제 2 공정 (10C) 에서, 중간 부품의 만곡부에 대해, 만곡 볼록측 (WA) 에 대해서는, 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 길게 성형하고, 만곡 오목측 (WB) 에 대해서는, 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 짧게 성형하여 목표하는 제조 부품을 얻는다.

프레스 가공하는 금속판으로는 하이텐재를 대상으로 하지만, 강판이나 알루미늄판 등을 사용해도 된다.

본 실시형태에서는, 제 1 공정 (10B) 의 성형에 있어서, 만곡 볼록측 (WA) 에 대해서는, 길이 방향을 따른 만곡부의 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 짧게 성형하고, 만곡 오목측 (WB) 에 대해서는, 길이 방향을 따른 만곡부의 선길이를 제품 형상 (1) 에서의 선길이보다 길게 성형한다. 또한, 제 2 공정 (10C) 의 성형에 있어서, 제조한 중간 부품을 만곡 볼록측 (WA) 에 대해서는, 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 길게 성형하고, 만곡 오목측 (WB) 에 대해서는, 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 짧게 성형함으로써, 제 2 공정 (10C) 에서의 프레스 성형 하사점에 있어서 만곡 볼록측에 작은 인장 응력, 만곡 오목측에 작은 압축 응력을 발생시킨다.

이로써, 응력의 차이가 저감되어, 제품 폭 방향으로의 스프링백량이 저감됨과 함께, 재료 강도에 편차가 있는 경우라도, 재료 강도의 감수성을 저감시키는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법에 의하면, 하이텐재를 사용한 경우라도, 금형을 복잡하게 하지 않고서, 제품 폭 방향으로의 스프링백을 크게 저감할 수 있다. 이로써, 목표로 하는 제품 형상 (1) 에 가까운 고정밀도의 해트 단면 만곡 형상 등의 부품을 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법은, 형상 동결성 및 재료 강도 감수성이 우수하다.

이 결과, 본 실시형태에 의하면, 재료 강도에 편차가 있는 경우에도, 치수 정밀도가 높은 부품이 얻어지고, 수율의 향상으로 이어진다. 또한, 해트 단면 형상의 부품을 사용하여 차체 구조 부품으로 할 때에, 부품의 조립을 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.

여기서, 제품 형상 (1) 이 길이 방향을 따라 전체적으로 폭 방향으로 만곡한 형상을 예시했지만, 길이 방향의 일부에 폭 방향으로 만곡한 만곡부를 1 또는 2 이상 갖는 제품 형상이라도, 본 실시형태의 제조 방법은 적용 가능하다. 또, 제품 형상 (1) 의 단면 형상은, 단면 해트형으로 한정되지 않고 단면 コ 자 형상 등의 단면 형상이라도 본 실시형태는 적용 가능하다.

도 6 에, 제품 형상 (1) 이, 길이 방향을 따라 1 개의 직선부 (K) 와 1 개의 만곡부 (Q) 로 이루어지는 경우의 일례를 나타낸다.

도 7 에, 제품 형상 (1) 이, 길이 방향을 따라 2 개의 만곡부 (Q1, Q2) 로 이루어지는 경우를 예시한다. 또한, 이 경우에는, 각 만곡부 (Q1, Q2) 마다 개별적으로 상기 선길이를 구하여 실시하면 된다.

실시예

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

본 실시예에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같은, 상면에서부터 볼 때 길이 방향을 따라 폭 방향으로 만곡한 대략 해트형 단면 부품을 프레스 성형하는 경우를 대상으로 하였다. 프레스 성형품의 치수 (단위는 ㎜) 는, 도 4 에 기재한 바와 같다.

표 1 에, 비교예 (No.1 ∼ No.3) 및 발명예 (No.4 ∼ No.6) 에 있어서의, 성형 조건 및 발생한 스프링백량에 대해서 기재한다.

(비교예)

비교예 (No.1 ∼ No.3) 에서는, 1 회의 프레스 성형에 의해 제품 형상 (1) 으로 성형하는 조건으로서, 제품 형상 (1) 금형에서의 프레스 성형 해석과 스프링백 해석을 실시하여, 상면에서부터 볼 때의 폭 방향으로의 스프링백량 (Y 방향 변위) 을 측정하였다.

여기서, 프레스 성형에 사용하는 금속판은, 판두께 t = 1.6 mm 의 강판으로 하였다. 이 때, No.1 에서는 재료 강도 (인장 강도) 가 590 ㎫ 인 강판으로 하고, No.2 에서는 재료 강도가 980 ㎫ 인 강판으로 하고, No.3 에서는 재료 강도가 1180 ㎫ 인 강판으로 하였다.

표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, No.1 의 샘플에서는, 스프링백량이 -9.2 ㎜, No.2 의 샘플에서는, 스프링백량이 -12.7 ㎜, No.3 의 샘플에서는, 스프링백량이 -16.1 ㎜ 로, 재료 강도의 증가에 수반하여 스프링백량이 커지고 있었다.

(발명예)

상기한 비교예의 결과에 기초하여, 본 발명에 근거한 예 (No.4 ∼ No.6) 에서는, 제 1 공정 (10B) 의 만곡 볼록측 (WA) 은 제품보다 짧은 선길이로, 만곡 오목측 (WB) 은 제품보다 긴 선길이로 성형하고, 제 2 공정 (10C) 의 만곡 볼록측 (WA) 은 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 긴 선길이로, 만곡 오목측 (WB) 은 제 1 공정 (10B) 의 선길이보다 짧은 선길이로 성형하는 프레스 성형 해석을 실시하였다.

구체적으로는, 각 금속판을 1 회의 프레스 성형에 의해 상기 제품 형상 (1) 으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시함으로써, 실제로는 상기한 비교예의 해석 결과로부터, 만곡 볼록측 (WA) 에 발생하는 길이 방향 압축 응력 영역에서의 상기 길이 방향의 선길이 (L1) 와 길이 방향 평균 변형량 (ε1) 과, 만곡 오목측 (WB) 에 발생하는 길이 방향 인장 응력 영역에서의 상기 길이 방향의 선길이 (L1') 와 길이 방향 평균 변형량 (ε1') 을 구하였다.

그리고,

L1－L2 = 0.7×｜L1×ε1｜

L2'－L1'= 0.3×｜L1'×ε1'｜

가 되도록, 제 1 공정 (10B) 에서의 만곡 볼록측 (WA) 및 만곡 오목측 (WB) 의 선길이를 설정하였다.

여기서,

L2 : 만곡 볼록측 (WA) 의 제 1 공정 (10B) 후의 선길이

L2' : 만곡 오목측 (WB) 의 제 1 공정 (10B) 후의 선길이

이다.

또, 제 2 공정 (10C) 에서의 만곡 볼록측 (WA) 의 선길이 (L3) 를 1.00×L2 로, 만곡 오목측 (WB) 의 선길이 (L3') 를 0.998×L2' 로 설정하였다.

여기서, 프레스 성형에 사용하는 금속판은, 비교예와 동일하게, 판두께 t = 1.6 mm 의 강판으로 하였다. 즉, No.4 에서는 재료 강도 (인장 강도) 가 590 ㎫ 인 강판으로 하고, No.5 에서는 재료 강도가 980 ㎫ 인 강판으로 하고, No.6 에서는 재료 강도가 1180 ㎫ 인 강판으로 하였다.

그리고 상기 조건으로, 제 1 공정 (10B) 의 금형 모델을 사용하여 프레스 성형 해석을 실시하고, 성형 하사점까지 성형된 프레스 성형품의 이형 후에 있어서의 스프링백 해석을 실시하였다. 그 후, 스프링백 후의 성형품을 제 2 공정 (10C) 에서 리스트라이크 성형하는 성형 해석을 실시하고, 성형 하사점까지 성형된 프레스 성형품의 이형 후에 있어서의 스프링백 해석을 실시하였다.

본 발명의 제조 방법을 적용한 경우, 표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, No.4 의 샘플에서는, 스프링백량이 -3.1 ㎜, No.5 의 샘플에서는, 스프링백량이 -4.8 ㎜, No.6 의 샘플에서는, 스프링백량이 -6.5 ㎜ 였다.

즉, 본 발명예에서는, 비교예와 비교하여 스프링백량이 저감되었다. 그리고 590 ㎫ 재 (材) 와 1180 ㎫ 재의 치수 정밀도 차이를 비교하면, 비교예에서는 치수 정밀도 차이가 6.9 ㎜ 였는 데 반해, 본 발명예에서는 치수 정밀도 차이가 3.4 ㎜ 가 되어, 치수 정밀도 변동이 저감되었다.

이와 같이 본 발명을 적용함으로써, 재료 강도에 편차가 있는 경우라도, 치수 정밀도가 높은 부품이 얻어지는 것을 알 수 있다.

이상, 본원이 우선권을 주장하는, 일본 특허출원 2017-152412 (2017년 8월 7일 출원) 의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다.

여기서는 한정된 수의 실시형태를 참조하면서 설명했지만, 권리 범위가 그것들로 한정되는 것은 아니고, 상기한 개시에 근거하는 각 실시형태의 개변은 당업자에게 있어서 자명한 것이다.

1 : 제품 형상
1A : 천판부
1B : 측벽부
1C : 플랜지부
1a, 1b : 휨선 위치
10A : 설계 공정
10B : 제 1 공정
10C : 제 2 공정
K : 직선부
Q, Q1, Q2 : 만곡부
WA : 만곡 볼록측
WB : 만곡 오목측

Claims (9)

1. 천판부의 폭 방향 양측으로 측벽부가 연속된 단면 형상을 가짐과 함께 길이 방향을 따라 상기 폭 방향으로 만곡한 만곡부를 갖는 제품 형상으로, 금속판을 프레스 성형하여 제조할 때에,
   상기 만곡부에 대해, 만곡의 볼록측인 만곡 볼록측의 길이 방향을 따른 선길이를 상기 제품 형상에서의 선길이보다 짧게 성형함과 함께, 만곡의 오목측인 만곡 오목측의 길이 방향을 따른 선길이를 상기 제품 형상에서의 선길이보다 길게 성형하여 중간 부품을 제조하는 제 1 공정과,
   상기 중간 부품에 대해, 상기 만곡 볼록측의 선길이를 상기 제 1 공정에서의 선길이보다 길게 성형함과 함께, 상기 만곡 오목측의 선길이를 상기 제 1 공정에서의 선길이보다 짧게 성형하는 제 2 공정을 갖고,
   상기 선길이들은 상기 천판부와 상기 측벽부 사이의 휨선 위치 또는 상기 측벽부의 폭 방향 단부 위치에서의 상기 길이 방향에 따른 선길이들로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속판을 1 회의 프레스 성형에 의해 상기 제품 형상으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시함으로써, 상기 만곡 볼록측에 발생하는 길이 방향 압축 응력 영역에서의 상기 길이 방향의 선길이 (L1) 와 길이 방향 평균 변형량 (ε1) 을 구하고,
   상기 만곡 볼록측의 상기 제 1 공정 후의 선길이를 L2 로 정의한 경우, 하기 (1) 식을 만족하도록 제 1 공정에 있어서의 상기 만곡 볼록측의 선길이를 설정하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
   0 ＜ L1－L2 ≤ 2×｜L1×ε1｜ ···· (1)
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 금속판을 1 회의 프레스에 의해 상기 제품 형상으로 하는 시뮬레이션 해석을 컴퓨터로 실시함으로써, 상기 만곡 오목측에 발생하는 길이 방향 인장 응력 영역에서의 상기 길이 방향의 선길이 (L1') 와 길이 방향 평균 변형량 (ε1') 을 구하고,
   상기 만곡 오목측의 상기 제 1 공정 후의 선길이를 L2' 로 정의한 경우, 하기 (2) 식을 만족하도록 제 1 공정에 있어서의 상기 만곡 오목측의 선길이를 설정하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
   0 ＜ L2'－L1' ≤ 2×｜L1'×ε1'｜ ···· (2)
4. 제 1 항 또는 제 2 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.
5. 제 3 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 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 ㎫ 이상의 강판인 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 ㎫ 이상의 강판인 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 ㎫ 이상의 강판인 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 금속판의 재료 강도가 590 ㎫ 이상의 강판인 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.

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