KR102499437B1 - 프레스 성형 방법, 판상 재료의 블랭크재, 중간 성형품, 프레스 성형품의 제조 방법 및 프레스 성형품 - Google Patents

Abstract

장출부를 갖는 프레스 성형품을 판상 재료로부터 제조할 때, 프레스 성형품의 전개 형상의 외형에 여육부를 형성하여 판상 재료로부터 타발 가공하는 블랭크 공정과, 여육부를 직변에서 절곡시켜, 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품으로 하는 제 1 프레스 공정과, 중간 성형품에 장출부를 형성하는 장출 가공을 포함하는 프레스 성형을 실시하는 제 2 프레스 공정과, 여육부를 트리밍하는 트리밍 공정을 포함하는 프레스 성형품의 제조 방법을 제안한다. 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형선에 외접하거나, 또는, 이격된 직변에서 절곡시키기 위한 여육부를 갖는 블랭크재 및 여육부에 직변에서 절곡된 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품을 제공한다.

Description

프레스 성형 방법, 판상 재료의 블랭크재, 중간 성형품, 프레스 성형품의 제조 방법 및 프레스 성형품{PRESS-FORMING METHOD, BLANK MEMBER FOR SHEET-SHAPED MATERIAL, INTERMEDIATE FORMED PRODUCT, METHOD FOR MANUFACTURING PRESS-FORMED PRODUCT, AND PRESS-FORMED PRODUCT}

본 발명은, 복수의 프레스 성형 공정을 포함하는 판상 재료의 프레스 성형에 있어서 발생하는 스프링 백을 저감시키고, 프레스 성형품의 치수 정밀도를 높이는 프레스 성형 방법, 그 프레스 성형에 사용하는 블랭크재, 중간 성형품, 프레스 성형품의 제조 방법, 및 그 프레스 성형 방법으로 성형한 프레스 성형품에 관한 것이다.

최근, 에너지 문제나 지구 환경 문제를 계기로, 연비의 향상을 목적으로 한 자동차 차체의 경량화의 요구가 높아지는 한편으로, 충돌시의 탑승자 보호를 위해, 충돌 특성, 예를 들어, 차체 강성의 향상에 대한 요구도 해마다 높아지고 있다. 이 상반되는 2 개의 요구에 대응하기 위해, 고강도 강판의 적용 확대가 진행되고 있다. 고강도 강판을 적용함으로써, 판두께를 크게 하지 않고, 자동차 차체의 강도, 강성이나 충돌시의 흡수 에너지를 높일 수 있다.

그러나, 일반적으로 차체 부품의 가공에 다용되고 있는 프레스 성형에 있어서는, 스프링 백으로 불리는 형상 동결 불량이 문제가 된다. 스프링 백은, 판상 재료로서의 강판으로부터 프레스 성형한 프레스 성형품을 금형으로부터 이형하였을 때에 발생하며, 강판의 재료 강도가 높아짐에 따라서 커진다. 스프링 백은 외관 품질을 저해할 뿐만 아니라 조립시의 용접 불량의 원인이 되기도 하기 때문에, 고강도 강판의 적용 확대에는, 스프링 백 대책이 필요 불가결하다.

스프링 백의 원인은, 잔류 응력의 불균일에 의해 발생하는 굽힘 모멘트가 프레스 성형품의 이형시에 해방되는 것에 의한 탄성 회복이다. 이 때문에 종래부터 스프링 백 대책으로서 잔류 응력의 불균일을 완화시키는 방법 등이 제안되어 있다.

특허문헌 1 에서는, 신장 플랜지부에 엠보스를 배치하고, 수축 플랜지부에 여육 (餘肉) 비드를 배치한 중간품을 성형하고, 최종 성형품의 성형에 있어서, 신장 플랜지부에는 엠보스를 찌부러뜨림으로써 압축 응력을 부여하고, 수축 플랜지부에는 여육 비드에 의해 인장 응력을 부여함으로써, 프레스 성형품의 잔류 응력 분포를 평준화하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 2 에서는, 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 때, 제품 형상에서의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경으로 프레스 성형하여 중간 부품을 제조하고, 제조한 중간 부품을 제품 형상으로 프레스 성형함으로써 천판부와 플랜지부의 응력차에 의해 발생하는 굽힘 모멘트를 저감시켜, 캠버 백을 억제하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 3 에서는, 평면부의 둘레 가장자리의 적어도 일부에 대략 직각으로 절곡된 플랜지부를 갖는 프레스 성형품의 상기 플랜지부의 단가장자리를 따라 복수의 삼각 비드를 형성함으로써 평면도를 교정하는 기술이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-255117호 일본특허공보 제6176430호 일본 공개특허공보 평11-277155호

잔류 응력을 평준화시키는 방법으로서, 특허문헌 1 에서는 신장 플랜지부에 엠보스를 형성함과 함께 수축 플랜지부에 여육 비드를 형성하는 방법을 제안하고 있지만, 본 발명이 주로 대상으로 하고 있는 저강성 부품은, 저응력에서도 스프링 백이 발생하기 때문에, 특정 부분의 응력을 저감시켜도 불충분한 경우가 있다. 또, 특정 부분의 응력을 저감시킨 결과 발생하는 새로운 응력 상태에서, 다른 형태의 스프링 백이 발생할 우려가 있다.

특허문헌 2 에서는, 연속되는 해트 형상이 만곡되어 있는 경우를 취급하지만, 본 발명이 주로 대상으로 하고 있는 저강성 부품은, 성형 깊이가 얕고, 천판부의 장출 (張出) 형상의 유무에 따라 응력 상태가 크게 바뀌기 때문에, 특허문헌 2 의 기술과 같이 일정한 방법으로 응력 저감을 실시할 수는 없다.

특허문헌 3 에서는, 저강성 부품 중에는 굽힘 플랜지를 갖지 않는 에지를 갖는 부품도 있으며, 그러한 부위의 낮은 강성이 패널 전체의 평탄도를 나쁘게 하는 경우도 있기 때문에, 대책으로서 불충분한 경우가 있다.

즉, 종래의 기술의 해결해야 할 과제를 열기 (列記) 하면 이하와 같이 된다.

(1) 형상 강성이 낮은 부품에 대하여, 스프링 백 억제에 유효한 프레스 성형 공법일 것.

(2) 부품의 형상에 상관없이 적용 가능한 프레스 성형 공법일 것.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 부품의 강성 향상에 의한 스프링 백 억제 대책에 있어서, 유효한 중간 성형품 형상이고, 프레스 성형 후의 스프링 백량이 작고, 형상 동결성이 우수한 제품을 간편하게 제조하는 것을 목적으로 하고 있다.

발명자들은 예의 검토한 결과, 저강성 부품의 스프링 백에 의한 성형품 패널의 변형에 대하여, 재료 유입 과다에 의한 재료 여분이 악영향을 미치는 것을 알아내어, 재료 유입을 억제하기 위해, 여육의 플랜지를 직변 (直邊) 에서 절곡시키고, 절입부의 반복 굽힘 저항에 의해 다음 공정인 성형 공정에서의 재료 유입을 억제하는 기술을 개발하였다.

상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 프레스 성형 방법은, 장출부를 갖는 프레스 성형품을 판상 재료로부터 프레스 성형하는 방법에 있어서, 상기 판상 재료가 여육부를 갖고, 상기 여육부를 직변에서 절곡시켜, 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품으로 하는 제 1 프레스 공정과, 상기 중간 성형품에 상기 장출부를 형성하는 장출 가공을 포함하는 프레스 성형을 실시하는 제 2 프레스 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형 방법은,

(a) 상기 제 1 프레스 공정 전에, 미리 특정한 프레스 성형시의 재료 유입량에 따라, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형에 여육부를 형성하는 블랭크 형상을 결정하는 블랭크 형상의 결정 공정을 갖는 것,

(b) 상기 굽힘 플랜지부의 단면을 L 형 또는 Z 형으로 하는 것,

(c) 상기 굽힘 플랜지부의 단면을 Z 형으로 하고, 상기 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 상기 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하는 것,

(d) 상기 평탄 세로벽부의 연신된 높이 Δh 를, 대응하는 굽힘 플랜지부에 접속하는 평판부의 대표 길이 L 의 0.2 ∼ 1.0 ％ 로 하고, 여기서, 평판부의 대표 길이 L 이란, 장출부 중앙으로부터 굽힘 플랜지에 내린 수선을, 평판부를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이인 것,

(e) 상기 제 1 프레스 공정에서는, 상기 여육부를, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형선에 대하여 외접하거나, 또는 이격된 직변에서 절곡시키는 것

등이 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

또, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명에 관련된 판상 재료의 블랭크재는, 상기 프레스 성형 방법에서 사용하는 여육부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에 관련된 판상 재료의 블랭크재는, 상기 여육부가, 이웃하는 상기 직변의 접속부에 절결을 갖는 것이 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

또, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 중간 성형품은, 상기 프레스 성형 방법에 있어서의 상기 중간 성형품으로서, 여육부에 직변에서 절곡된 굽힘 플랜지부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에 관련된 중간 성형품은, 상기 굽힘 플랜지부의 단면이 L 형 또는 Z 형인 것이 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

또, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 프레스 성형품의 제조 방법은, 장출부를 갖는 프레스 성형품을 판상 재료로부터 제조하는 방법으로서, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 외형에 여육부를 형성하여 상기 판상 재료로부터 타발 가공하는 블랭크 공정과, 상기 여육부를 직변에서 절곡시켜, 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품으로 하는 제 1 프레스 공정과, 상기 중간 성형품에 상기 장출부를 형성하는 장출 가공을 포함하는 프레스 성형을 실시하는 제 2 프레스 공정과, 상기 여육부를 트리밍하는 트리밍 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형품의 제조 방법은,

(a) 상기 블랭크 공정 전에, 미리 특정한 프레스 성형시의 재료 유입량에 따라, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형에 여육부를 형성하는 블랭크 형상을 결정하는 블랭크 형상의 결정 공정을 갖는 것,

(b) 상기 굽힘 플랜지부의 단면을 L 형 또는 Z 형으로 하는 것,

(c) 상기 굽힘 플랜지부의 단면을 Z 형으로 하고, 상기 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 상기 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하는 것,

(d) 상기 평탄 세로벽부의 연신된 높이 Δh 를, 대응하는 굽힘 플랜지부에 접속하는 평판부의 대표 길이 L 의 0.2 ∼ 1.0 ％ 로 하고, 여기서, 평판부의 대표 길이 L 이란, 장출부 중앙으로부터 굽힘 플랜지에 내린 수선을, 평판부를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이인 것,

(e) 상기 제 1 프레스 공정에서는, 상기 여육부를, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형선에 대하여 외접하거나, 또는 이격된 직변에서 절곡시키는 것

등이 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

또한, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 프레스 성형품은, 상기 어느 프레스 성형 방법으로 프레스 성형되는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 프레스 성형 방법에 의하면, 여육의 플랜지를 직변에서 절곡시키고, 바람직하게는, 굽힘 변형으로 L 형 혹은 Z 형으로 절입하여, 굽힘 플랜지부를 하형과 상형 혹은 블랭크 홀더 사이에 두고, 반복 굽힘에 의한 저항에 의해, 장출 성형시의 재료 유입을 억제하여, 변형없이 프레스 성형품을 성형할 수 있다.

게다가, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의하면, 절입하는 플랜지 부분만 블랭크를 확장하면 되기 때문에, 통상적인 드로우 성형보다 재료 수율이 높다. 또, 미리 여육부를 형성할 필요가 있는 장소를 결정함으로써, 보다 재료의 낭비없이 프레스 성형을 실시할 수 있다. 그리고, 굽힘 플랜지에 Z 형을 사용하고, 굽힘 플랜지부의 평탄 세로벽부를 연신함으로써, 평판부의 휨을 흡수하면, 보다 높은 정밀도로 프레스 성형품을 성형할 수 있다.

또, 본 발명의 블랭크재는, 본 발명의 프레스 성형 방법에 바람직하게 적용할 수 있고, 본 발명의 중간 성형품은 후속되는 프레스 공정에 있어서, 스프링 백을 저감시켜 가공할 수 있다.

또, 본 발명의 프레스 성형품의 제조 방법에서는, 트리밍 가공에 의해 변형없이 최종 제품 형상으로 가공할 수 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형품에 의하면, 본 발명의 프레스 성형 방법으로 프레스 성형되는 것이므로, 스프링 백을 효율적으로 억제할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 L 형의 플랜지 절곡의 패턴을 나타내는 부분 단면도이다. (a) α ＝ 90°, (b) α ＜ 90° 및 (c) α ＞ 90°를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 관련된 Z 형의 플랜지 절곡의 패턴을 나타내는 부분 단면도이다. (a) α ＝ β ＝ 90°, (b) α ＝ 90°, β ＞ 90°, (c) α ＝ 90°, β ＜ 90°, (d) α ＞ 90°, β ＝ 90°, (e) α ＜ 90°, β ＝ 90°, (f) α ＞ 90°, β ＞ 90°, (g) α ＞ 90°, β ＜ 90°, (h) α ＜ 90°, β ＞ 90° 및 (i) α ＜ 90°, β ＜ 90°를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 프레스 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 4 는 상기 프레스 성형품의 스프링 백 후의 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5 는 상기 실시형태에 관련된 굽힘 절입 후의 중간 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 6 은 상기 실시형태에 관련된 장출 성형 후의 프레스 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 7 은 종래의 프레스 성형 후의 스프링 백량의 일례를 나타내는 등고선도이다.
도 8 은 상기 실시형태에 관련된 프레스 성형 후의 스프링 백량을 나타내는 등고선도이다.
도 9 는 종래의 프레스 성형 후의 X 방향 변위량을 나타내는 등고선도이다.
도 10 은 실시예 3 에 관련된 장출 성형 후의 프레스 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 11 은 실시예 3 에 관련된 각 프레스 공정 후의 Z 형 절곡부의 평탄 세로벽부의 상태를 나타내는 부분 단면 모식도로서, (a) 는 제 1 프레스 공정 후의 부분 단면 모식도, (b) 는 제 2 프레스 공정 후의 부분 단면 모식도를 나타낸다.
도 12 는 실시예 3 에 관련된 프레스 성형 후의 스프링 백량을 나타내는 등고선도이다.
도 13 은 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 프레스 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 14 는 상기 프레스 성형품의 스프링 백 후의 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 15 는 상기 다른 실시형태에 관련된 굽힘 절입 후의 중간 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 16 은 상기 다른 실시형태에 관련된 장출 성형 후의 프레스 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 17 은 종래의 프레스 성형 후의 스프링 백량의 일례를 나타내는 등고선도이다.
도 18 은 상기 다른 실시형태에 관련된 프레스 성형 후의 스프링 백량을 나타내는 등고선도이다.
도 19 는 종래의 프레스 성형 후의 X 방향 변위량을 나타내는 등고선도이다.
도 20 은 종래의 프레스 성형 후의 Y 방향 변위량을 나타내는 등고선도이다.
도 21 은 실시예 6 에 관련된 장출 성형 후의 프레스 성형품을 나타내는 사시도이다.
도 22 는 실시예 6 에 관련된 프레스 성형 후의 스프링 백량을 나타내는 등고선도이다.

본 발명의 일 실시형태의 프레스 성형 방법은, 면직 방향으로 장출부를 갖고, 그 장출부의 주위에 재료의 유입을 억제하는 구조를 갖지 않는 저강성의 프레스 성형품에 바람직하게 사용된다. 본 발명의 일 실시형태의 프레스 성형품의 제조 방법에서는, 먼저, 최종 제품의 전개 형상 (외형) 에 여육부를 형성한 형상을 판상 재료로부터 타발 가공 (블랭킹) 하여 블랭크재로 한다 (블랭크 공정). 그리고, 판상 재료의 여육부를 절곡시켜, 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품을 제조하고 (제 1 프레스 공정), 그 중간 성형품에 상기 장출부를 형성하는 장출 가공을 포함하는 프레스 성형을 실시한다 (제 2 프레스 공정). 마지막으로, 상기 여육부를 트리밍하여 (트리밍 공정), 최종 제품 형상으로 한다. 복잡한 부품 형상에서는, 성형 공정 (제 1 또는 제 2 프레스 공정) 및 트리밍 공정이 복수로 분할되는 경우도 있다. 본 실시형태의 프레스 성형 방법은, 적어도, 상기 제 1 프레스 공정 및 상기 제 2 프레스 공정을 포함하는 것이고, 본 실시형태에 관련된 판상 재료의 블랭크재는, 상기 제 1 프레스 공정에 사용하기 위한 블랭크재이다. 또, 본 실시형태의 중간 성형품은, 상기 제 1 프레스 공정에서 제조되는 것이다.

제 1 프레스 공정에서는, 여육부를 굽힘 성형으로 절입한다. 여육부는, 절입 형상의 선 길이분만큼 블랭크를 연장하여 블랭킹 (외형 타발) 하면 된다. 제품의 전개 형상의 윤곽 외형선이 직선으로 구성되어 있는 경우에는, 윤곽 외형선을 따라 (외접하여), 또는, 평판부를 남기고 그 외형선으로부터 이격시켜, 그 외형선에 평행하게 직변에서 절곡시키는 것이 바람직하다. 또, 제품의 전개 형상의 윤곽 외형선이 상면에서 봤을 때에 곡선인 경우에는, 여육의 일부에 절결을 형성하고, 다각형의 절곡선으로, 윤곽 외형선의 곡선을 근사하는 것이 바람직하다. 이 경우, 절곡선의 다각형은, 제품의 윤곽 외형선에 외접하거나, 또는, 이격된 직변에서 절곡시키도록 여육부를 형성하고, 외형 타발하는 것이 바람직하다. 이웃하는 직변의 접속부에서는, 여육를 잘라내는 것이 바람직하다. 절결을 형성하지 않는 경우에는, 굽힘 플랜지를 절입하는 과정에서, 절곡선의 교점 (직변의 접속부) 이 드로잉 성형이 되어, 수축 변형으로 패널이 크게 변형될 우려가 있다. 여육부에 상기 절결을 구성하는 이유는, 이와 같은 변형을 방지하기 위함이다. 이 절결에 의해, 제 1 프레스 공정을 굽힘 변형만으로 하여, 굽힘 성형의 곡률 반경을 작게 할 수 있음으로써, 반복 굽힘 저항이 커져, 후술하는 제 2 프레스 공정에서의 재료 유입을 억제하는 효과가 높아진다.

제 1 프레스 공정에서 절곡시키는 형상은, 굽힘 플랜지부를 1 개의 능선 (직변) 에서 절곡시킨 L 형, 혹은, 2 개의 능선에서 절곡시킨 Z 형, 또는 그것들을 조합한 형상으로 한다. 플랜지의 절입시에는, 평판부의 만곡을 방지하기 위하여, 쿠션 패드 등으로 평판부가 성형 중에 들뜨지 않도록 누르면서, 굽힘 플랜지부를 절곡시킨다. 절곡 각도는 한정하지 않지만, 제 2 프레스 공정에서 블랭크의 권취 각도가 커질수록 반복 굽힘 저항이 커진다. 위로 굽히는 경우, 절곡 각도는 최대로 90°가 되지만, 캠 기구를 사용하면, 90°이상으로 할 수도 있다.

본 실시형태의 제 1 프레스 공정에서 실시하는 굽힘 플랜지부의 형상으로서, L 형의 예를 부분 단면도로 도 1 에, Z 형의 예를 부분 단면도로 도 2 에 모식적으로 나타낸다. 또한, 도 1 및 2 에 있어서, 굽힘 플랜지부의 곡률 반경을 R 로 하고 있다. 도 1 에 나타내는 L 형의 굽힘 패턴은, 평판부 (3) 와 굽힘 플랜지부 (6) 가 구성하는 각도 α 가 직각 (a), 예각 (b) 및 둔각 (c) 으로 구분되고, 도 2 에 나타내는 Z 형의 굽힘 패턴은, α 및 β 가 모두 직각 (a), α 가 직각 및 β 가 둔각 (b), α 가 직각 및 β 가 예각 (c), α 가 둔각 및 β 가 직각 (d), α 가 예각 및 β 가 직각 (e), α 가 둔각 및 β 가 둔각 (f), α 가 둔각 및 β 가 예각 (g), α 가 예각 및 β 가 둔각 (h), 그리고 α 및 β 가 예각 (i) 으로 구분된다.

제 2 프레스 공정에서는, 절곡시킨 굽힘 플랜지부를 누르면서, 장출 성형을 포함하는 성형에 의해, 제품 형상으로 프레스 가공한다. 이 제 2 프레스 공정에 있어서도, 적절히 쿠션 패드 등으로 평판부 (3) 가 성형 중에 들뜨지 않도록 누르면서 성형한다.

상기 실시형태에 있어서, 블랭크 공정 전에, 먼저, 종래의 프레스 성형에 있어서의 재료 유입이 많은 지점을 특정하고, 프레스 성형품의 전개 형상의 외형에 여육부를 형성한 블랭크 형상을 결정하고 (블랭크 형상의 결정 공정), 결정된 블랭크 형상을 판상 재료로부터 블랭킹하여 블랭크재로 해도 된다 (블랭크 공정). 그렇게 함으로써, 보다 재료 수율이 높고, 가공 정밀도가 높은 프레스 성형을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 블랭크 형상의 결정 공정에서는, 먼저, 프레스 성형에 있어서 재료의 유입이 과다해져 있는 지점을 특정한다. 재료 유입량의 측정은 프레스 성형품에서 재료 유입량을 실측하거나, CAE (Computer Aided Engineering) 로 산출해도 된다. 특정된 재료 유입 지점에 여육부를 형성하여 외형 타발을 위한 판상 재료의 블랭크 형상을 결정한다. 결정된 여육부는, 절곡에 필요한 굽힘 플랜지부의 길이를 포함하고 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 제 1 프레스 공정에서 절곡시키는 형상을, 굽힘 플랜지부를 2 개의 능선 (직변) 에서 절곡시킨 Z 형 또는 Z 형을 복수 조합한 형상으로 하고, 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 보다 가공 정밀도가 높은 프레스 성형을 실시할 수 있다.

본 실시형태에서는, 제 2 프레스 공정에 있어서, 굽힘 플랜지부의 평탄 세로벽부의 굽힘 플랜지에 직교하는 방향의 높이 h2 를 제 1 프레스 공정에 있어서 설계하는 높이 h1 보다 연신한다 (도 11 참조). 그 차 Δh 는, 평판부 대표 길이 L 의 0.2 ∼ 1.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 평판부 대표 길이 L 이란, 장출부 중앙으로부터 굽힘 플랜지에 내린 수선을, 평판부를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이이다 (도 10 및 도 21 참조).

굽힘 플랜지의 평탄 세로벽부를 제 2 프레스 공정에서 연신하는 이유는, 이하와 같다. 제 1 프레스 성형 후의 평판부는 약간 휘어져 있으며, 제 2 프레스 공정의 장출에 의해서는 해소되지 않는 휨이 평판부에 잔존하므로, 평판부를 전체적으로 굽힘 플랜지측으로 유입시킴으로써 이 휨을 해소하는 것이다. 평탄 세로벽부의 연신량 Δh 가 하한 미만에서는, 상기 효과를 발휘하지 않고, 한편, 상한 초과에서는, 장출부에 균열이 발생할 우려가 있다.

트리밍 공정에서는, 굽힘 플랜지부나 제 2 프레스 공정에서 부가한 평탄 세로벽의 연신부를 포함하는 여육부를 제품 외형 형상에 맞춰 트리밍하여, 제거한다.

본 발명은, 고강도 강판에 바람직하게 적용할 수 있다. 특히 780 ㎫ 급 이상의 강판의 경우에는, 스프링 백이 커지므로, 본 발명을 적용하는 효과가 높다.

(실시예 1)

모식적으로, 300 ㎜ × 300 ㎜ 사각형 블랭크의 중앙에, 원뿔대 형상 (높이 3 ㎜) 의 장출 성형을 면직 방향으로 실시하는 부품에 본 실시형태를 적용하였다. 재료는, 980 ㎫ 급 냉간 압연 강판 (하이텐) 이고, 판두께가 0.9 ㎜ 이고, 기계 특성은, 항복점 (YP) 이 620 ㎫, 인장 강도 (TS) 가 1030 ㎫, 연신율 (El) 이 15 ％ 였다.

도 3 에 프레스 성형품 (1) 의 형상을 사시도로 나타낸다. 사각형 형상의 중앙에 원뿔대 형상의 장출부 (2) 를 면직 방향으로 장출 가공하고 있다. 장출부 (2) 의 주위에는 평판부 (3) 가 있고, 장출부의 중앙에 원형의 바닥면 (펀치 바닥) (4), 그 주위에 세로벽 (측벽) (5) 을 갖는다. 사각형 평판의 변을 X, Y 축, 평판부 (3) 에 수직이고 장출부 (2) 가 볼록한 방향을 Z 축의 정 (正) 으로 하는 좌표계로 한다, 이하 동일. 본 부품을 종래법으로 프레스 성형하면 도 4 에 나타내는 바와 같이 스프링 백에 의해, 평판부 (3) 가 변형된다. 도 4 에서는, 스프링 백 후의 프레스 성형품 (101) 은, 성형 하사점의 에지 형상 (102) 으로부터 Z 방향으로 튀어오르거나, 주저앉거나 하여 변형되어 있는 것을 알 수 있다.

도 5 에 본 실시형태를 적용하여, 제 1 프레스 공정에서 여육부에 굽힘 플랜지부 (6) 를 절입한 후의 중간 성형품 (103) 의 사시도를 나타낸다. 절곡선은 제품의 윤곽 외형선에 일치 (외접) 하고 있다. 본 실시예에서는, 절곡 형상을 Z 형으로 하고, 도 2(a) 타입의 α ＝ β ＝ 90°로 하였다. 사각형의 각 코너는 블랭킹 (외형 타발) 시에 잘라내고, 굽힘 성형시에 평판부 (3) 를 변형시키지 않도록 하고 있다.

도 6 에 제 2 프레스 성형에 의해, 장출 성형을 실시하여, 상기 중간 성형품의 중앙부에 원뿔대 형상의 장출부 (2) 를 형성한 프레스 성형품 (104) 의 사시도를 나타낸다. 절곡부 (6) 의 구속에 의해, 장출 성형시의 재료 유입이 억제되고, 평판부 (3) 에는, 종래법과 같은 스프링 백에 의한 비틀림 (도 4 참조) 은 보이지 않는다.

그 후, 트리밍 공정에서, 도 3 의 사각형 형상이 되도록 평판부 (3) 를 트리밍하여, 최종 제품으로 한다.

도 7 에 본 부품을 종래법으로 프레스 성형한 후의 스프링 백량의 일례를 등고선으로 나타낸다. 도 7 에 있어서, Z 축 방향으로 정 (장출부 (2) 의 볼록측) 의 변위를 (＋) 로 부 (負) 의 변위를 (－) 로 나타낸다. 사각형 평판부 (3) 외형선의 변 중앙부에서 튀어오름이나 주저앉음의 양이 커져 있으며, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 이 최대로 1.5 ㎜, 주저앉음량 (－ 의 변위) 이 최대로 1.9 ㎜ 였다.

도 8 에 본 발명을 적용한 프레스 성형품의 스프링 백량의 일례를 등고선으로 나타낸다. Z 축 방향의 변위의 표기는 도 7 과 동일하다. 사각형 평판부 (3) 외형선의 변의 변형은 거의 없고, Z 방향의 변위 등고선은 동심원에 가까워져 있으며, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 은 최대로 0.5 ㎜, 주저앉음량 (－ 의 변위) 은 최대로 0.4 ㎜ 에 들어가 있었다. 종래법에 비해, 본 발명법에서는, 패널의 변형이 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1 과 동일한 프레스 성형품에 본 실시형태를 적용하는 데에 있어서, 미리, 프레스 성형에 있어서의 재료 유입이 많은 지점을 특정하였다. 도 9 에 종래법으로 프레스 성형한 경우의 X 방향 변위량을 등고선도로 나타낸다. 도 9 에 있어서, X 방향의 정 (도 9 의 우측 방향을 향한다) 의 변위를 (＋), 부 (도 9 의 좌측 방향을 향한다) 의 변위를 (－) 로 나타낸다. 이 성형 후의 변위량으로부터 재료 유입량을 평가할 수 있다. 본 부품에서는, 상하 좌우 대칭의 형상이며, 각 방향의 유입량에 차가 거의 없기 때문에, 전체 둘레에 본 실시형태를 적용하였다. 블랭크 공정 이후는 실시예 1 과 동일하다.

(실시예 3)

실시예 1 과 동일한 프레스 성형품에 본 실시형태를 적용하는 데에 있어서, 굽힘 플랜지를 Z 형으로 하고, 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하였다. 도 10 에 제 2 프레스 성형에 의해, 장출 성형을 실시하여, 중간 성형품의 중앙부에 원뿔대 형상의 장출부 (2) 를 형성한 프레스 성형품 (104) 의 사시도를 나타낸다. 절곡부 (6) 의 구속에 의해, 장출 성형시의 재료 유입이 억제되고, 평판부 (3) 에는, 종래법과 같은 스프링 백에 의한 비틀림 (도 4 참조) 은 보이지 않는다. 도 10 에 나타내는 평판부 대표 길이 L 은, 장출부 (2) 중앙으로부터 굽힘 플랜지 (6) 에 내린 수선을, 평판부 (3) 를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이이다.

도 11(a) 에 제 1 프레스 공정 후의 Z 형 절곡부의 평탄 세로벽부 (61) 의 상태를 나타내는 부분 단면 모식도를, 도 11(b) 에 제 2 프레스 공정 후의 Z 형 절곡부의 평탄 세로벽부 (61) 의 상태를 나타내는 부분 단면 모식도를 나타낸다. 제 2 프레스 공정에 있어서, 굽힘 플랜지부의 평탄 세로벽부 (61) 의 굽힘 플랜지 (6) 에 직교하는 방향의 높이 h2 ＝ 3.5 ㎜ 로 하여, 제 1 프레스 공정에 있어서 설계하는 높이 h1 ＝ 3.0 ㎜ 보다 연신하여 설계하였다. 그 차 Δh ＝ 0.5 ㎜ 는, 도 10 에 나타내는 평판부 대표 길이 L ＝ 150 ㎜ 의 0.33 ％ 였다.

그 후, 트리밍 공정에서, 도 3 의 사각형 형상이 되도록 평판부 (3) 를 트리밍하여, 최종 제품으로 한다.

도 12 에 본 실시예에 있어서의 프레스 성형품의 스프링 백량의 일례를 등고선으로 나타낸다. Z 축 방향의 변위의 표기는 도 7 과 동일하다. 사각형 평판부 (3) 외형선의 변의 변형은 거의 없고, Z 방향의 변위 등고선은 동심원에 가까워져 있으며, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 은 최대로 0.3 ㎜ 에 들어가고, 주저앉음량 (－ 의 변위) 은 최대로 0.3 ㎜ 에 들어가 있었다. 종래법에 비해, 본 발명법에서는, 패널의 변형이 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

다음으로, 실부품의 A 필러 로어 이너의 성형에 본 실시형태를 적용하였다. 개략 길이 700 ㎜ × 폭 400 ㎜ 의 부품이다. 재료는, 980 ㎫ 급 냉간 압연 강판 (하이텐) 이고, 판두께가 1.2 ㎜ 이고, 기계 특성은, 항복점 (YP) 이 620 ㎫, 인장 강도 (TS) 가 1030 ㎫, 연신율 (El) 이 15 ％ 였다.

도 13 에 프레스 성형품 (1) 의 형상을 사시도로 나타낸다. 길이 방향 우측의 폭이 크게 되어 있으며, 우측의 폭 중앙 부근에 면직 방향으로의 장출부 (2) 를 갖는다. 평판부 (3) 를 XY 면으로 하고, 길이 방향을 우측향으로 X 축, 폭 방향을 상향으로 Y 축으로 두고, 평판면에 수직이고 장출부 (2) 가 볼록한 방향을 Z 축의 정으로 하는 좌표계로 한다. 이하 동일. 앞쪽 (Y 값이 작은 쪽의 변) 에 단면 Z 형의 스텝부 (7) 를 갖고 있다. 본 부품을 종래법으로 프레스 성형하면 도 14 에 나타내는 바와 같이 스프링 백에 의해, 평판부 (3) 가 변형된다. 도 14 에서는, 스프링 백 후의 프레스 성형품 (101) 은, 성형 하사점의 에지 형상 (102) 으로부터 Z 방향으로 튀어오르거나 (부품의 후방), 주저앉거나 (부품의 상하) 하여 변형되어 있는 것을 알 수 있다.

도 15 에는, 본 부품에 본 발명에 관련된 프레스 성형법을 적용하고, 제 1 프레스 공정에서 Z 형의 절곡 가공 (도 2 의 (a)) 을 실시한 중간 성형품 (103) 의 사시도를 나타낸다. 본 실시예의 부품은 장출 형상 주변의 재료 유입이 크기 때문에, 도 15 에서는, 제품 우측 (X 값이 큰 쪽의 변) 의 직선의 외형선 (9) 에 평행하게 직변으로 이루어지는 절곡선 (8) 을 구성하고, 부품 상부 우측 (Y 값이 큰 쪽의 변에서 X 값이 큰 쪽) 의 곡선의 외형선 (9) 에 대해서는, 직변으로서의 절곡선 (8) 을 3 개의 직선으로 근사하여 구성하고 있다. 각각의 절곡선 (8) 의 교점 (직변의 접속부) 에서는, 여육부를 잘라내고 있다. 따라서, 제품의 윤곽 외형선 (9) 과 절곡선 (8) 사이의 평판부 (3) 에는, 여육부 (10) 가 구성되어 있다. 이 예에서는, 제 1 프레스 성형 전에, 앞쪽 (Y 값이 작은 쪽의 변) 에 사전에 스텝 가공을 실시하고 있다.

도 16 에 제 2 프레스 성형에 의해 상기 중간 성형품에 장출 성형을 실시한 프레스 성형품 (104) 의 사시도를 나타낸다. 이 후, 제품의 윤곽 외형선 (9) 을 따라 여육부 (10) 를 트리밍함으로써, 도 13 에 나타내는 프레스 성형품 (1) 의 제품으로 한다.

실시예 1 과 동일하게, 종래법에 의한 프레스 성형 후의 스프링 백량의 등고선도를 도 17 에, 본 발명에 관련된 프레스 성형법에 의한 프레스 성형 후의 스프링 백량의 등고선도를 도 18 에 나타낸다. 모두 상면도로서, 스프링 백량은 Z 방향의 변위로 평가하고 있다. Z 축 방향의 변위의 표기는 도 7 과 동일하다. 종래법에서의 스프링 백량은, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 이 최대로 3.8 ㎜, 주저앉음량 (－ 의 변위) 이 최대로 7.1 ㎜ 였다. 본 발명에 관련된 프레스 성형법을 적용한 경우, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 이 최대로 3.4 ㎜, 주저앉음량 (－ 의 변위) 이 최대로 3.9 ㎜ 로 개선되었다.

(실시예 5)

실시예 4 와 동일한 프레스 성형품에 본 실시형태를 적용하는 데에 있어서, 미리, 프레스 성형에 있어서의 재료 유입이 많은 지점을 특정하였다. 도 19 에는, 본 부품을 종래법으로 프레스 성형하였을 때의 X 방향 변위량을 등고선도로, 도 20 에는, 동일하게 Y 방향 변위량을 등고선도로 나타낸다. 각각 정의 변위를 (＋), 부의 변위를 (－) 로 나타낸다. 부품 상부 우측 (Y 값이 큰 변의 X 값이 큰 쪽) 과 전방측 (X 값이 큰 변) 의 재료 유입량이 많기 때문에, 부품 상부 우측과 전방측에 본 실시형태를 적용하고, 여육부를 부여하였다. 블랭크 공정 이후는 실시예 1 과 동일하다.

(실시예 6)

실시예 4 와 동일한 프레스 성형품에 본 실시형태를 적용하는 데에 있어서, 굽힘 플랜지를 Z 형으로 하고, 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하였다. 도 21 에 제 2 프레스 성형에 의해 상기 중간 성형품에 장출 성형을 실시한 프레스 성형품 (104) 의 사시도를 나타낸다. 여기서, 평판부 대표 길이 L 은, 장출부 (2) 중앙으로부터 각각 굽힘 플랜지 (6) 에 내린 수선을, 평판부 (3) 를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이이다. 실시예 3 과 동일하게, 제 2 프레스 공정에 있어서, 굽힘 플랜지부의 평탄 세로벽부의 굽힘 플랜지에 직교하는 방향의 높이 h2 ＝ 3.5 ㎜ 로 하여, 제 1 프레스 공정에 있어서 설계하는 높이 h1 ＝ 3.0 ㎜ 보다 연신하여 설계하였다. 그 차 Δh ＝ 0.5 ㎜ 는, 평판부 대표 길이 L ＝ 200 ∼ 250 ㎜ 의 0.20 ∼ 0.25 ％ 였다.

그 후, 제품의 윤곽 외형선 (9) 을 따라 여육부 (10) 를 트리밍함으로써, 도 9 에 나타내는 프레스 성형품 (1) 의 제품으로 한다.

실시예 1 과 동일하게, 본 발명에 관련된 프레스 성형법에 의한 프레스 성형 후의 스프링 백량의 등고선도를 도 22 에 나타낸다. 도 22 는 상면도로서, 스프링 백량은 Z 방향의 변위로 평가하고 있다. Z 축 방향의 변위의 표기는 도 7 과 동일하다. 도 17 에 나타내는 종래법에서의 스프링 백량은, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 이 최대로 3.8 ㎜, 주저앉음량 (－ 의 변위) 이 최대로 7.1 ㎜ 였다. 본 발명에 관련된 프레스 성형법을 적용한 경우, 튀어오름량 (＋ 의 변위) 이 최대로 3.0 ㎜, 주저앉음량 (－ 의 변위) 이 최대로 3.2 ㎜ 로 개선되었다.

이상, 도시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명의 프레스 성형 방법, 판상 재료의 블랭크재, 프레스 성형품의 제조 방법 및 프레스 성형품은 상기 예에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위의 기재 범위 내에서 적절히 변경할 수 있는 것이며, 예를 들어, 프레스 성형품의 형상은, 도 2 나 도 13 에 나타내는 것 이외여도 되고, 굽힘 플랜지부 형상도 도 5 나 도 15 에 나타내는 것 이외여도 된다.

산업상 이용가능성

이렇게 하여 본 발명의 프레스 성형 방법, 판상 재료의 블랭크재, 프레스 성형의 중간 성형품, 프레스 성형품의 제조 방법 및 프레스 성형품에 의하면, 스프링 백을 효율적으로 억제할 수 있다. 본 발명의 기술은, 프레스 성형시의 재료 유입이 성형 정밀도에 영향을 주는 부품에 적용하기에 바람직하다.

1 : 프레스 성형품
2 : 장출부
3 : 평판부
4 : 펀치 바닥 (바닥면)
5 : 세로벽 (측벽)
6 : 굽힘 플랜지부
61 : 평탄 세로벽부
7 : 스텝부
8 : 절곡선
9 : 제품의 윤곽 외형선
10 : 여육부
101 : 스프링 백 후의 프레스 성형품
102 : 성형 하사점의 에지 형상
103 : 굽힘 성형 후의 중간 성형품
104 : 장출 성형 후의 프레스 성형품

Claims (17)

1. 장출부를 갖는 프레스 성형품을 판상 재료로부터 프레스 성형하는 방법에 있어서,
   상기 판상 재료가 여육부를 갖고, 상기 여육부를 곡선을 따라 절곡시키지 않고 직변에서 절곡시켜, 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품으로 하는 제 1 프레스 공정과,
   상기 중간 성형품에 상기 장출부를 형성하는 장출 가공을 포함하는 프레스 성형을 실시하는 제 2 프레스 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 프레스 공정 전에,
   미리 특정한 프레스 성형시의 재료 유입량에 따라, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형에 여육부를 형성하는 블랭크 형상을 결정하는 블랭크 형상의 결정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 굽힘 플랜지부의 단면을 L 형 또는 Z 형으로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 굽힘 플랜지부의 단면을 Z 형으로 하고,
   상기 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 상기 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 평탄 세로벽부의 연신된 높이 Δh 를, 대응하는 굽힘 플랜지부에 접속하는 평판부의 대표 길이 L 의 0.2 ∼ 1.0 ％ 로 하고, 여기서, 평판부의 대표 길이 L 이란, 장출부 중앙으로부터 굽힘 플랜지에 내린 수선을, 평판부를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 프레스 공정에서는, 상기 여육부를, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형선에 대하여 외접하거나, 또는 이격된 직변에서 절곡시키는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 프레스 성형 방법의 여육부를 갖는 판상 재료의 블랭크재.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 여육부가, 이웃하는 상기 직변의 접속부에 절결을 갖는 것을 특징으로 하는 판상 재료의 블랭크재.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 프레스 성형 방법에 있어서의 상기 중간 성형품으로서,
   여육부에 곡선을 따라 절곡시키지 않고 직변에서 절곡된 굽힘 플랜지부를 갖는 것을 특징으로 하는 중간 성형품.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 굽힘 플랜지부의 단면이 L 형 또는 Z 형인 것을 특징으로 하는 중간 성형품.
11. 장출부를 갖는 프레스 성형품을 판상 재료로부터 제조하는 방법으로서,
    상기 프레스 성형품의 전개 형상의 외형에 여육부를 형성하여 상기 판상 재료로부터 타발 가공하는 블랭크 공정과,
    상기 여육부를 곡선을 따라 절곡시키지 않고 직변에서 절곡시켜, 굽힘 플랜지부를 갖는 중간 성형품으로 하는 제 1 프레스 공정과,
    상기 중간 성형품에 상기 장출부를 형성하는 장출 가공을 포함하는 프레스 성형을 실시하는 제 2 프레스 공정과,
    상기 여육부를 트리밍하는 트리밍 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 블랭크 공정 전에,
    미리 특정한 프레스 성형시의 재료 유입량에 따라, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형에 여육부를 형성하는 블랭크 형상을 결정하는 블랭크 형상의 결정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 굽힘 플랜지부의 단면을 L 형 또는 Z 형으로 하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 굽힘 플랜지부의 단면을 Z 형으로 하고,
    상기 제 1 프레스 공정에서 절곡된 평탄 세로벽부를, 상기 제 2 프레스 공정에 있어서 높이 방향으로 연신하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 평탄 세로벽부의 연신된 높이 Δh 를, 대응하는 굽힘 플랜지부에 접속하는 평판부의 대표 길이 L 의 0.2 ∼ 1.0 ％ 로 하고, 여기서, 평판부의 대표 길이 L 이란, 장출부 중앙으로부터 굽힘 플랜지에 내린 수선을, 평판부를 포함하는 평면에 투영하였을 때의 길이인 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
16. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 프레스 공정에서는, 상기 여육부를, 상기 프레스 성형품의 전개 형상의 윤곽 외형선에 대하여 외접하거나, 또는 이격된 직변에서 절곡시키는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
17. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 프레스 성형 방법으로 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품.
    

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