KR102609315B1 - 프레스 성형 방법 - Google Patents

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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 단면 햇 형상의 프레스 성형품(1)을 목표 형상으로 프레스 성형하는 것으로서, 목표 형상과 동형상의 천판부(13) 및 플랜지부(17)와, 목표 형상과 비교하여 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부(15)를 갖는 중간 성형품(11)을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 중간 성형품(11)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 포함하고, 제1 성형 공정에 있어서의 종벽부(15)는, 천판 측면부(15a)와 플랜지 측면부(15b)와 굴곡부(15c)를 갖고, 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도가, 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 작아지도록 설정되어 있다.

Description

프레스 성형 방법{PRESS FORMING METHOD}
본 발명은, 프레스 성형(press forming) 방법에 관한 것으로, 특히, 천판부(web), 종벽부(side wall) 및 플랜지부(flange)를 갖는 단면 햇 형상(hat-shaped cross section)으로, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 프레스 성형품의 프레스 성형 방법에 관한 것이다.
자동차 부품(automotive parts)에 있어서는, 주로 강판(steel sheet)을 단면 햇 형상으로 프레스 성형한 프레스 성형품의 플랜지부끼리를 접합(joining)하여 폐단면으로 한 것이 적용되는 경우가 많다. 이와 같이, 단면 햇 형상의 프레스 성형품을 다른 부품과 스폿 용접(spot welding) 등에 의해 접합하려면, 다른 부품의 접합면(플랜지부 등)에 대한 당해 프레스 성형품의 플랜지부의 각도를 맞출 필요가 있다. 그 때문에, 단면 햇 형상의 프레스 성형품에 있어서는 플랜지부의 각도의 정밀도를 높여 프레스 성형하는 것이 중요하다. 그러나, 고강도 강판(high-strength steel sheet)을 이용하여 프레스 성형한 경우, 강도가 향상할수록 프레스 성형 후의 스프링백(springback)에 의해 플랜지부의 각도가 변화해 버려, 다른 부품의 접합면과 정밀도 좋게 접합할 수 없는 과제가 있었다.
지금까지, 단면 햇 형상의 프레스 성형품에 대해서 플랜지부의 각도의 정밀도를 향상시키는 기술이 몇 가지 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 천면(天面)(web)과 측벽(side wall)과 플랜지를 구비하여 길이 방향을 따라 만곡하는 햇형 단면 형상의 최종 성형품의 프레스 성형에 있어서, 제1 공정에서 측벽의 하단으로부터 확대되는(expanding) 테이퍼부와, 그 테이퍼부의 하단으로부터 확장되는 플랜지부를 구비한 중간 성형품(preformed part)을 성형하고, 제2 공정에서 당해 중간 성형품의 테이퍼부 및 플랜지를 평탄한 플랜지로 재성형하는 기술이 개시되어 있고, 플랜지의 스프링백을 억제하여 플랜지와 측벽의 각도 및 플랜지의 평탄도를 향상할 수 있다고 되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 천판부와 종벽부와 플랜지부를 갖는 단면 햇 형상의 프레스 성형 부품을 목표 형상으로 성형함에 있어서, 제1 성형 공정에 있어서는 목표 형상과 비교하여 외측으로 볼록한 산 형상의 굴곡부가 형성된 종벽부를 갖는 가(假)성형 부품(preformed part)을 성형하고, 제2 성형 공정에 있어서는 당해 가성형 부품을 목표 형상의 프레스 성형 부품으로 성형하는 기술이 개시되어 있고, 다른 부품과 접합되는 플랜지부의 각도 변화를 억제할 수 있다고 되어 있다.
일본공개특허공보 2006-289480호 일본공개특허공보 2017-196646호
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에 의하면, 종벽과 플랜지의 각도 변화를 억제할 수는 있지만, 프레스 성형 후의 종벽의 벽 휨(wall curl)에 의해 플랜지부의 각도의 정밀도가 저하하는 경우가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술은, 길이 방향으로 곧은 프레스 성형품을 성형 대상으로 하는 것으로서, 길이 방향을 따라 만곡하는 단면 햇 형상의 프레스 성형품을 성형 대상으로 하는 경우, 당해 프레스 성형품의 길이 방향의 중앙과 단부측의 쌍방에 있어서 플랜지부의 각도 변화를 억제할 수 있다고는 할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 단면 햇 형상의 프레스 성형품의 프레스 성형 시에 있어서, 길이 방향의 중앙과 단부측의 쌍방에 있어서 플랜지부의 각도의 정밀도를 향상한 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 햇 형상이고, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 프레스 성형품을 프레스 성형하는 것으로서, 상기 프레스 성형품의 목표 형상과 동(同)형상의 천판부 및 플랜지부와, 상기 프레스 성형품의 목표 형상과 비교하여 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 갖는 중간 성형품을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 당해 중간 성형품을 상기 목표 형상으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 포함하고, 상기 제1 성형 공정에 있어서의 종벽부는, 상기 천판부와 접속하는 천판 측면부(punch shoulder of panel)와, 상기 플랜지부와 접속하는 플랜지 측면부(die shoulder of panel)와, 당해 천판 측면부와 당해 플랜지 측면부의 사이의 굴곡부(bent portion)를 갖고, 상기 천판 측면부와 수평면이 이루는 예각측의 각도가 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 작아지도록 설정되어 있다.
본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 햇 형상이고, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 프레스 성형품을 목표 형상으로 프레스 성형하는 것으로서, 상기 프레스 성형품의 목표 형상과 동형상의 천판부 및 플랜지부와, 상기 프레스 성형품의 목표 형상과 비교하여 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 갖는 중간 성형품을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 당해 중간 성형품을 상기 목표 형상으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 포함하고, 상기 제1 성형 공정에 있어서의 종벽부는, 상기 천판부와 접속하는 천판 측면부와, 상기 플랜지부와 접속하는 플랜지 측면부와, 당해 천판 측면부와 당해 플랜지 측면부의 사이의 굴곡부를 갖고, 상기 프레스 성형 방향에 있어서의 상기 천판부에서 상기 굴곡부까지의 높이가 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 커지도록 설정되어 있다.
본 발명에 의하면, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 프레스 성형품의 스프링백에 의한 종벽부의 벽 휨을 억제하여, 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 벽 휨에 의한 플랜지부의 각도 변화를 작게 할 수 있어, 플랜지부의 각도를 정밀도 좋게 프레스 성형할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 있어서 프레스 성형되는 중간 성형품과, 목표 형상인 프레스 성형품을 설명하는 도면이다((a) 중간 성형품의 사시도, (b) 중간 성형품의 단면도, (c) 프레스 성형품의 사시도).
도 2는, 본 발명에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형품의 스프링백에 의한 플랜지부의 각도 변화를 설명하는 도면이다.
도 3은, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 있어서 프레스 성형되는 중간 성형품의 형상을 규정하는 파라미터를 설명하는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 있어서 중간 성형품을 프레스 성형하는 제1 성형 공정에서 이용하는 금형(tool of press forming)의 일 예를 나타내는 도면이다((a) 사시도, (b) 펀치측에서 본 다이의 평면도).
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 있어서, 중간 성형품의 종벽부의 각도의 차이에 의한 스프링백의 억제 효과를 설명하는 단면도이다((a) 길이 방향의 중앙, (b) 길이 방향의 단부).
도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 프레스 성형 방법에 있어서의 중간 성형품을 설명하는 단면도이다((a) 길이 방향의 중앙, (b) 길이 방향의 단부).
도 7은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 프레스 성형 방법에 있어서, 중간 성형품의 굴곡부의 높이의 차이에 의한 스프링백의 억제 효과를 설명하는 도면이다((a) 길이 방향의 중앙, (b) 길이 방향의 단부, (b') 길이 방향의 단부에 있어서의 스프링백에 의한 벽 휨).
도 8은, 본 실시예에 있어서, 스프링백 후의 프레스 성형품의 단면 형상의 결과를 나타내는 도면이다(그 1).
도 9는, 본 실시예에 있어서, 스프링백 후의 프레스 성형품의 단면 형상의 결과를 나타내는 도면이다(그 2).
도 10은, 본 실시예에 있어서, 스프링백 후의 프레스 성형품의 단면 형상의 결과를 나타내는 도면이다(그 3).
도 11은, 본 실시예에 있어서, 스프링백 후의 프레스 성형품의 단면 형상의 결과를 나타내는 도면이다(그 4).
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법을 설명함에 앞서, 본 발명에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형품에 대해서 설명한다.
<프레스 성형품>
본 발명에서 성형 대상으로 하는 프레스 성형품(1)은, 도 2에 일 예로서 나타내는 바와 같이, 천판부(3)와, 천판부(3)로부터 연속하는 종벽부(5)와, 종벽부(5)로부터 연속하는 플랜지부(7)를 갖고 이루어지는 단면 햇 형상의 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 것이다.
이러한 단면 햇 형상의 프레스 성형품(1)은, 프레스 성형 후에 금형으로부터 이형(die release)하면, 도 2에 나타내는 바와 같이 종벽부(5)에 벽 휨의 스프링백이 생김으로써, 다른 부품의 접합면(플랜지부 등)에 대한 플랜지부(7)의 각도가 변화해 버려(각도 변화: θ), 다른 부품과 접합할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 프레스 성형품(1)에 있어서는, 플랜지부(7)의 각도의 정밀도를 향상하기 위해, 스프링백에 의한 종벽부(5)의 벽 휨을 억제한 프레스 성형이 요구된다.
[실시 형태 1]
본 발명의 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법은, 일 예로서 도 1(c)에 나타내는 바와 같은 프레스 성형품(1)을 프레스 성형하는 것으로서, 일 예로서 도 1(a) 및 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 중간 성형품(11)을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 중간 성형품(11)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 갖는 것이다.
<제1 성형 공정>
제1 성형 공정은, 도 1(a) 및 도 1(b)에 나타내는 바와 같은, 프레스 성형품(1)의 목표 형상과 동형상의 천판부(13) 및 플랜지부(17)와, 프레스 성형품(1)의 목표 형상과 비교하여 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부(15)를 갖는 중간 성형품(11)을 프레스 성형하는 공정이다.
종벽부(15)는, 천판부(13)와 접속하는 천판 측면부(15a)와, 플랜지부(17)와 접속하는 플랜지 측면부(15b)와, 천판 측면부(15a)와 플랜지 측면부(15b)의 사이의 굴곡부(15c)를 갖는다. 여기에서, 종벽부(15)의 형상은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형 방향의 단면에 있어서의 천판부(13)에서 굴곡부(15c)까지의 높이 h, 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 예각측의 각도 φ, 플랜지 측면부(15b)와 수평면이 이루는 각도 γ에 의해 규정한다.
그리고, 본 실시 형태 1에서는, 중간 성형품(11)은, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 예각측의 각도 φ가, 길이 방향의 중앙(각도 φc)으로부터 단부(각도 φs)를 향하여 작아지도록 설정한다.
중간 성형품(11)은, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같은, 다이(111)와 펀치(121)를 갖는 금형(101)을 이용하여 프레스 성형할 수 있다. 여기에서, 다이(111) 및 펀치(121)는, 천판 성형부(tool portion which forms web)(113 및 123)와, 종벽 성형부(tool portion which forms side wall)(115 및 125)와, 플랜지 성형부(tool portion which forms flange)(117 및 127)를 각각 갖는다.
천판 성형부(113 및 123) 그리고 플랜지 성형부(117 및 127)는, 프레스 성형품(1)의 목표 형상과 동형상의 천판부(3) 및 플랜지부(7)를 성형하는 것이다. 이에 대하여, 종벽 성형부(115 및 125)는, 프레스 성형품(1)의 목표 형상과 비교하여, 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부(15)를 성형하는 것이다.
또한, 중간 성형품(11)은, 평면에서 볼 때에 있어서 길이 방향을 따른 만곡의 내측과 외측의 각각에 종벽부(15)가 형성된다. 그리고, 종벽부(15)의 만곡 내측과 만곡의 외측의 어느 것에 있어서도, 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ가 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 작아지도록 설정한다.
또한, 플랜지 측면부(15b)와 수평면이 이루는 각도 γ는, 목표 형상의 프레스 성형품(1)의 종벽부(5)와 수평면이 이루는 각도와 동일한 각도로 설정하면 좋다.
<제2 성형 공정>
제2 성형 공정은, 제1 성형 공정에서 프레스 성형된 중간 성형품(11)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 공정이다. 제2 성형 공정에 의해, 중간 성형품(11)의 종벽부(15)는, 목표 형상과 동형상의 종벽부(5)로 프레스 성형된다.
<각도 φ를 변화시킴으로써 플랜지 각도의 정밀도가 향상하는 이유>
본 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 의해, 스프링백에 의한 프레스 성형품(1)의 플랜지부(7)의 각도 변화(도 2 참조)를 억제할 수 있는 이유를 이하에 설명한다.
전술과 같이, 중간 성형품(11)에 있어서의 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ는, 길이 방향의 중앙에 있어서의 각도 φc에 비해, 길이 방향의 단부에 있어서의 각도 φs가 작아지도록 설정되어 있다(도 1(b)). 즉, 천판 측면부(15a)는, 길이 방향의 중앙에 있어서는 수평면 방향 외측으로의 확대(expanse)가 작고, 길이 방향의 단부에 있어서는 동방향 외측으로의 확대가 크다.
여기에서, 제1 성형 공정에서 성형되는 중간 성형품(11)의 형상을 규정하는 각 파라미터는, 프레스 성형품(1)의 목표 형상(도 1, 도 2 참조)을 기준으로 하여 이하의 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 가정을 충족하는 것으로 한다.
(ⅰ) 중간 성형품(11)의 천판부(13)의 폭 w는, 목표 형상의 프레스 성형품(1)의 천판부(3)의 폭과 동일하다.
(ⅱ) 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서, 중간 성형품(11)의 펀치 숄더 R부(punch shoulder R portion)(14)에서 다이 숄더 R부(16)(die shoulder R portion)에 이르기까지의 능선(ridgeline)의 길이 L(종벽부(15)의 단면 선길이)은, 목표 형상의 프레스 성형품(1)의 펀치 숄더 R부(4)에서 다이 숄더 R부(6)에 이르기까지의 능선의 길이(종벽부(5)의 단면 선길이)와 동일하다.
(ⅲ) 중간 성형품(11)에 있어서의 플랜지 측면부(15b)와 수평면이 이루는 각도 γ는, 목표 형상의 프레스 성형품(1)의 종벽부(5)와 수평면이 이루는 각도와 동일하다.
이들 (ⅰ)∼(ⅲ)의 가정하에서 형상이 규정되는 종벽부(15)에 있어서의 굴곡부(15c)는, 도 2에 나타내는 종래의 스프링백에 의한 벽 휨과는 역방향으로 굴곡(역굽힘(reverse bending))되어 있다. 그 때문에, 제2 성형 공정에 있어서 종벽부(15)를 목표 형상으로 성형함으로써, 종벽부(5)에는 스프링고(spring-go) 성분이 부여된다.
그리고, 제1 성형 공정에서 성형되는 중간 성형품(11)에 있어서의 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ가 작은 것은, 종벽부(15)에 있어서의 천판 측면부(15a)와 플랜지 측면부(15b)의 절곡이 커지는 것을 의미한다(도 1(b) 참조). 그 때문에, 종벽부(15)의 각도 φ가 작을수록, 제2 성형 공정에 있어서 종벽부(15)를 목표 형상으로 성형하는 과정에서 종벽부(5)에 부여되는 스프링고 성분이 커져, 종벽부(5)의 벽 휨이 보다 억제된다. 이에 따라, 플랜지부(7)의 각도 변화를 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법은, 전술과 같이, 중간 성형품(11)에 있어서의 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 길이 방향의 중앙에 있어서의 각도 φc에 비해 단부에 있어서의 각도 φs가 작아지도록 설정하는 것인데, 그 이유는 이하와 같다.
중간 성형품(11)의 길이 방향의 중앙에서는 길이 방향 양측의 재료에 의한 구속(형상에 의한 강성(stiffness))이 강하여, 동일한 스프링백 구동력(잔류 응력(residual stress))이 작용해도 스프링백량은 작다. 그 때문에, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 중간 성형품(11)의 길이 방향의 중앙에 있어서는 각도 φc를 크게 하여, 스프링백 억제 효과를 작게 한다.
한편, 중간 성형품(11)의 길이 방향의 단부에서는 길이 방향 외측에는 재료가 없기 때문에, 구속(형상에 의한 강성)이 약하여, 동일한 스프링백 구동력(잔류 응력)이 작용해도 스프링백량이 크게 생긴다. 그 때문에, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 중간 성형품(11)의 길이 방향의 단부에 있어서는 중앙에 비해 각도 φs를 작게 하여 스프링백 억제 효과를 높인다.
이와 같이, 본 실시 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 있어서는, 중간 성형품(11)의 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 작게 함으로써, 종벽부(5)의 벽 휨을 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 억제하여, 플랜지부(7)의 각도 변화를 작게 할 수 있다.
또한, 각도 φ를 변화시키는 경우, 프레스 성형 방향에 있어서의 천판부(13)에서 굴곡부(15c)까지의 높이 h는 길이 방향의 중앙으로부터 단부에 걸쳐 일정(도 1(b), hc＝hs)해도, 혹은 변화시켜도 좋다.
단, 후술의 실시 형태 2에서 나타내는 바와 같이, 중간 성형품(11)에 있어서는 천판부(13)에서 굴곡부(15c)까지의 높이 h를 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 크게 함으로써, 각도 φ와 높이 h에 의한 종벽부(5)의 벽 휨 억제의 상승 효과가 얻어져, 플랜지부(7)의 각도 변화를 더욱 작게 할 수 있다.
[실시 형태 2]
본 발명의 실시 형태 2에 따른 프레스 성형 방법은, 일 예로서 도 1(c)에 나타내는 바와 같은 프레스 성형품(1)을 프레스 성형하는 것으로서, 일 예로서 도 6에 나타내는 바와 같은 단면 형상을 갖는 중간 성형품(21)을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 중간 성형품(21)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 포함하는 것이다.
<제1 성형 공정>
제1 성형 공정은, 도 6에 나타내는 바와 같은, 프레스 성형품(1)의 목표 형상과 동형상의 천판부(23) 및 플랜지부(27)와, 프레스 성형품(1)의 목표 형상과 비교하여 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부(25)를 갖는 중간 성형품(21)을 프레스 성형하는 공정이다.
종벽부(25)는, 천판부(23)와 접속하는 천판 측면부(25a)와, 플랜지부(27)와 접속하는 플랜지 측면부(25b)와, 천판 측면부(25a)와 플랜지 측면부(25b)의 사이의 굴곡부(25c)를 갖는다. 여기에서, 종벽부(25)의 형상은, 전술의 실시 형태 1에 있어서의 중간 성형품(11)(도 3)과 마찬가지로, 프레스 성형 방향의 단면에 있어서의 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h, 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 예각측의 각도 φ, 플랜지 측면부(25b)와 수평면이 이루는 각도 γ에 의해 규정한다.
그리고, 본 실시 형태 2에서는, 중간 성형품(21)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 중간 성형품(21)의 프레스 성형 방향에 있어서의 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h가, 길이 방향의 중앙(높이 hc)으로부터 단부(높이 hs)를 향하여 커지도록 설정한다.
여기에서, 중간 성형품(21)에 있어서는 평면에서 볼 때에 있어서 길이 방향을 따른 만곡의 내측과 외측의 각각에 종벽부(25)가 형성된다. 그리고, 종벽부(25)의 만곡 내측과 만곡의 외측의 어느 것에 있어서도, 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h가 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 커지도록 설정한다.
또한, 플랜지 측면부(25b)와 수평면이 이루는 각도 γ는, 목표 형상의 종벽부(5)와 수평면이 이루는 각도와 동일한 각도로 설정하면 좋다.
<제2 성형 공정>
제2 성형 공정은, 제1 성형 공정에서 프레스 성형된 중간 성형품(21)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 공정이다. 제2 성형 공정에 의해, 중간 성형품(21)의 종벽부(25)는, 목표 형상과 동형상의 종벽부(5)로 프레스 성형된다.
<높이 h를 변화시킴으로써 플랜지 각도의 정밀도가 향상하는 이유>
본 실시 형태 2에 따른 프레스 성형 방법에 의해, 스프링백에 의한 프레스 성형품(1)의 플랜지부(7)의 각도 변화(도 2 참조)를 억제할 수 있는 이유를 이하에 설명한다.
전술과 같이, 중간 성형품(21)에 있어서의 굴곡부(25c)는, 길이 방향의 중앙에서의 높이 hc는 작고(천판부(23)에 가깝고), 길이 방향의 단부에서의 높이 hs는 크다(천판부(23)로부터 떨어진다).
여기에서, 제1 성형 공정에서 성형되는 중간 성형품(21)의 형상을 규정하는 각 파라미터(도 3 참조)는, 프레스 성형품(1)의 목표 형상을 기준으로 하여 이하의 (ⅰ'), (ⅱ') 및 (ⅲ')의 가정을 충족하는 것으로 한다.
(ⅰ') 중간 성형품(21)의 천판부(23)의 폭 w는, 목표 형상의 프레스 성형품(1)의 천판부(3)의 폭과 동일하다.
(ⅱ') 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서, 중간 성형품(21)의 펀치 숄더 R부(24)에서 다이 숄더 R부(26)에 이르기까지의 능선의 길이 L(종벽부(15)의 단면 선길이)은, 목표 형상의 프레스 성형품(1)의 펀치 숄더 R부(4)에서 다이 숄더 R부(6)에 이르기까지의 능선의 길이(종벽부(5)의 단면 선길이)와 동일하다.
(ⅲ') 중간 성형품(21)에 있어서의 플랜지 측면부(25b)와 수평면이 이루는 각도 γ는, 프레스 성형품(1)의 종벽부(5)와 수평면이 이루는 각도와 동일하다.
이들 (ⅰ')∼(ⅲ')의 가정하에서 형상이 규정되는 종벽부(25)의 굴곡부(25c)는, 도 2에 나타내는 종래의 스프링백에 의한 벽 휨과 역방향으로 굴곡(역굽힘)되어 있다. 그 때문에, 제2 성형 공정에 있어서 종벽부(25)를 목표 형상으로 성형함으로써, 종벽부(5)에는 스프링고 성분이 부여된다.
여기에서, 스프링고 성분의 대소는, 종벽부(25)에 있어서의 천판 측면부(25a)와 플랜지 측면부(25b)의 절곡, 즉, 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 각도 φ에 의존한다. 그 때문에, 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 각도 φ가 동일한 조건으로 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h를 변경해도, 제2 성형 공정에서 종벽부(5)에 부여되는 스프링고 성분의 크기는 동일하다.
그러나, 제1 성형 공정에서 성형되는 중간 성형품(21)에 있어서의 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h가 크면, 플랜지 측면부(25b)의 길이(프레스 성형 방향에 있어서의 높이)는 짧아진다. 또한, 중간 성형품(21)의 천판 측면부(25a)는 벽 휨이 거의 없는 것에 대하여, 플랜지 측면부(25b)에서는 벽 휨이 크다. 그 때문에, 제2 성형 공정에 있어서, 플랜지 측면부(25b)의 길이(프레스 성형 방향에 있어서의 높이)가 짧으면, 종벽부(5)의 벽 휨에 의한 스프링백을 억제할 수 있다. 그 결과, 플랜지부(7)의 각도 변화를 작게 할 수 있다.
이와 같이, 천판부(3)에서 굴곡부(25c)까지의 높이와 스프링백에 의한 플랜지부(7)의 각도 변화의 관계에 기초하여, 본 실시 형태 2에 따른 프레스 성형 방법은, 전술과 같이, 중간 성형품(21)에 있어서의 천판부(3)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h를 길이 방향의 중앙에 있어서의 높이 hc에 비해, 길이 방향의 단부에 있어서의 높이 hs가 커지도록 설정하는 것인데, 그 이유는 이하와 같다.
중간 성형품(21)의 길이 방향의 중앙에서는 길이 방향 양측의 재료에 의한 구속(형상에 의한 강성)이 강하여, 동일한 스프링백 구동력(잔류 응력)이 작용해도 스프링백량은 작다. 그 때문에, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 hc를 작게 하여 플랜지 측면부(25b)의 높이 hbc를 크게 해도, 플랜지 측면부(25b)에 있어서의 벽 휨에 의한 스프링백량은 작은 그대로이다.
한편, 중간 성형품(21)의 길이 방향의 단부에서는 길이 방향 외측에는 재료가 없기 때문에 구속(형상에 의한 강성)이 약하여, 길이 방향의 중앙과 동정도의 스프링백 구동력(잔류 응력)이 작용하면 스프링백량인 벽 휨이 크게 생긴다(도 7(b')). 그 때문에 중간 성형품(21)의 길이 방향의 단부에 있어서는, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 길이 방향의 중앙에 비해 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 hs를 크게 함으로써 플랜지 측면부(25b)의 높이 hbs를 작게 하여, 플랜지 측면부(25b)에 있어서의 벽 휨에 의한 스프링백량을 억제한다.
이와 같이, 본 실시 형태 2에 따른 프레스 성형 방법에 있어서는, 중간 성형품(21)의 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h를 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 크게 함으로써, 종벽부(5)의 벽 휨을 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 억제하여, 플랜지부(7)의 각도 변화를 작게 할 수 있다.
또한, 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h를 변화시키는 경우, 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 각도 φ는, 길이 방향의 중앙으로부터 단부에 걸쳐 일정(도 6, φc＝φs)해도, 혹은 변화시켜도 좋다.
단, 전술의 실시 형태 1에서 나타낸 바와 같이, 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 작게 함으로써, 각도 φ와 높이 h에 의한 종벽부(5)의 벽 휨 저감의 상승 효과가 얻어져, 플랜지부(7)의 각도 변화를 더욱 작게 할 수 있다.
실시예
본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 작용 효과에 대해서 확인하기 위한 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.
실험에서는, 도 1(c)에 나타내는 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 단면 햇 형상의 프레스 성형품(1)을 성형 대상으로 하여, 제1 성형 공정에 있어서, 목표 형상의 종벽부(5)와 비교하여 외측으로 볼록한 산 형상의 종벽부를 갖는 중간 성형품을 프레스 성형하고, 이어지는 제2 성형 공정에 있어서 당해 중간 성형품을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형했다. 그리고, 제2 성형 공정에 있어서 성형 하사점까지 프레스 성형된 프레스 성형품(1)의 이형 후에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화를 구했다.
프레스 성형품(1)의 목표 형상의 치수는, 만곡의 곡률 반경을 500㎜ 또는 1000㎜, 천판부(3)의 폭을 60㎜, 성형 높이를 60㎜, 종벽부(5)와 수평면이 이루는 각도를 85도, 펀치 숄더 R부(4)의 곡률 반경을 5㎜, 다이 숄더 R부(6)의 곡률 반경을 8㎜로 했다. 또한, 프레스 성형품(1)의 프레스 성형에 제공하는 금속판은, 판두께 1.2㎜, 인장 강도 980㎫급의 강판으로 했다.
<실시예 1, 천판 측면부와 수평면이 이루는 각도 φ의 영향>
실시예 1에서는, 제1 성형 공정에 있어서, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 천판부(13)에서 굴곡부(15c)까지의 높이 h를 일정한 그대로(hc＝hs), 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 길이 방향의 중앙(φc)으로부터 단부(φs)를 향하여 작아지도록 설정한 중간 성형품(11)을 프레스 성형했다. 그리고, 이어지는 제2 성형 공정에 있어서 중간 성형품(11)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하고, 목표 형상의 플랜지부(7)의 접합면(수평면)을 기준으로 하여 프레스 성형품(1)의 스프링백에 의한 플랜지부(7)의 각도 변화를 구했다.
여기에서, 중간 성형품(11)에 있어서, 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ는, 표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 길이 방향을 따라 만곡하는 중간 성형품(11)의 만곡 내측 및 만곡 외측의 쌍방에 대해서, 길이 방향의 중앙에 있어서의 각도 φic(만곡 내측) 및 각도 φoc(만곡 외측)에 비해 길이 방향의 단부(중앙으로부터 170㎜의 위치)에 있어서의 각도 φis(만곡 내측) 및 φos(만곡 외측)가 작아지도록 각각 설정했다(φis＜φic, φos＜φoc).
또한, 중간 성형품(11)에 있어서의 천판부(13)에서 굴곡부(15c)까지의 높이 h를 30㎜, 굴곡부(15c)의 곡률 반경(curvature radius) R을 15㎜로 했다. 또한, 중간 성형품(11)의 천판부(13)의 폭과 플랜지부(17)의 폭은, 목표 형상의 프레스 성형품(1)과 동일하게 했다. 또한, 중간 성형품(11)에 있어서의 펀치 숄더 R부(14)로부터 다이 숄더 R부(16)에 이르는 능선의 길이(종벽부(15)의 단면 선길이) 및 수평면에 대한 플랜지 측면부(15b)의 각도는, 각각, 프레스 성형품(1)의 펀치 숄더 R부(4)로부터 다이 숄더 R부(6)에 이르는 능선의 길이(종벽부(5)의 단면 선길이) 및 수평면에 대한 종벽부(5)의 각도와 동일하게 했다.
프레스 성형품(1)의 이형 후에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화는, 목표 형상의 플랜지부(7)의 접합면(수평면)을 기준으로 한 플랜지 각도 θ에 의해 평가했다(도 2 참조).
또한, 비교 대상으로서, 1공정으로 목표 형상의 프레스 성형품(1)을 프레스 성형한 것을 종래예로 하고, 천판 측면부(15a)와 수평면의 각도 φ와 굴곡부(15c)의 높이 h의 쌍방이 길이 방향으로 일정한 종벽부(15)를 갖는 중간 성형품(11)을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 중간 성형품(11)을 프레스 성형하는 제2 성형 공정의 2공정으로 목표 형상의 프레스 성형품(1)을 프레스 성형한 것을 비교예로 하여, 각각에 대해서 스프링백에 의한 플랜지부(7)의 각도 변화를 평가했다.
도 8 및 도 9에, 만곡의 곡률 반경이 각각 500㎜ 및 1000㎜인 프레스 성형품(1)의 스프링백 후의 단면 형상을 나타낸다. 도 8 및 도 9로부터, 어느 만곡의 곡률 반경에 있어서도, 종래예에 비해 2공정으로 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 비교예 및 발명예의 쪽이 종벽부(5)의 벽 휨이 억제되어 있다. 또한, 비교예와 발명예를 비교하면, 발명예의 쪽이 종벽부(5)의 벽 휨이 보다 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
상기한 표 1 및 표 2에, 프레스 성형품(1)의 이형 후에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화의 결과를 나타낸다. 여기에서, 표 1 및 표 2에 나타내는 플랜지부의 각도 변화는, 만곡 내측과 만곡 외측, 추가로 길이 방향의 중앙과 단부의 각각에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화를 평균한 것이다.
표 1 및 표 2로부터, 1공정으로 프레스 성형품(1)을 프레스 성형하는 종래예에 비해, 2공정으로 프레스 성형하는 비교예 및 발명예의 쪽이, 플랜지부(7)의 각도 변화가 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예와 발명예를 비교하면, 만곡 내측과 만곡 외측의 종벽부(15)의 각각에 대해서, 천판 측면부(15a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 길이 방향의 중앙에 비해 단부의 쪽을 작게 설정한 발명예의 쪽이, 플랜지부의 각도 변화가 대폭으로 저하하여 양호한 결과였다.
<실시예 2, 굴곡부의 높이 h의 영향>
실시예 2에서는, 제1 성형 공정에 있어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 일정한 그대로(φc＝φs), 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h를 길이 방향의 중앙(hc)으로부터 단부(hs)를 향하여 커지도록 설정한 중간 성형품(21)을 프레스 성형했다. 그리고, 이어지는 제2 성형 공정에 있어서 중간 성형품(21)을 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하고, 목표 형상의 플랜지부(7)의 접합면(수평면)을 기준으로 하여 프레스 성형품(1)의 스프링백에 의한 플랜지부(7)의 각도 변화를 구했다.
여기에서, 중간 성형품(21)에 있어서, 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h는, 표 3 및 표 4에 나타내는 바와 같이, 길이 방향을 따라 만곡하는 중간 성형품(21)의 만곡 내측과 만곡 외측의 쌍방에 대해서, 길이 방향의 중앙에 있어서의 높이 hic(만곡 내측) 및 hoc(만곡 외측)에 비해 길이 방향의 단부(중앙으로부터 170㎜의 위치)에 있어서의 높이 his(만곡 내측) 및 hos(만곡 외측)가 커지도록 각각 설정했다(his＞hic, hos＞hoc).
또한, 중간 성형품(21)에 있어서의 천판 측면부(25a)와 수평면이 이루는 각도 φ를 60°, 굴곡부(25c)의 곡률 반경 R을 15㎜로 했다. 또한, 중간 성형품(21)의 천판부(23)의 폭과 플랜지부(27)의 폭은, 목표 형상의 프레스 성형품(1)과 동일하게 한다. 또한, 중간 성형품(21)에 있어서의 펀치 숄더 R부(24)로부터 다이 숄더 R부(26)에 이르는 능선의 길이(종벽부(25)의 단면 선길이) 및 수평면에 대한 플랜지 측면부(25b)의 각도는, 각각, 프레스 성형품(1)의 펀치 숄더 R부(4)로부터 다이 숄더 R부(6)에 이르는 능선의 길이(종벽부(5)의 단면 선길이) 및 수평면에 대한 종벽부(5)의 각도와 동일하게 했다.
프레스 성형품(1)의 이형 후에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화는, 전술의 실시예 1과 마찬가지로, 목표 형상의 플랜지부의 접합면(수평면)을 기준으로 한 플랜지 각도 θ에 의해 평가했다(도 2 참조).
또한, 실시예 1과 마찬가지로, 비교 대상으로서, 1공정으로 목표 형상의 프레스 성형품(1)을 프레스 성형한 것을 종래예로 하고, 천판 측면부(25a)와 수평면의 각도 φ와 천판부(23)에서 굴곡부(25c)까지의 높이 h의 쌍방이 길이 방향으로 일정한 종벽부(25)를 갖는 중간 성형품(21)을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과, 중간 성형품(21)을 프레스 성형하는 제2 성형 공정의 2공정으로 목표 형상의 프레스 성형품(1)을 프레스 성형한 것을 비교예로 하여, 각각에 대해서 플랜지부(7)의 각도 변화를 평가했다.
도 10 및 도 11에, 만곡의 곡률 반경이 각각 500㎜ 및 1000㎜인 프레스 성형품(1)의 스프링백 후의 단면 형상을 나타낸다. 도 10 및 도 11로부터, 어느 만곡의 곡률 반경에 있어서도, 종래예에 비해 2공정으로 목표 형상의 프레스 성형품(1)으로 프레스 성형하는 비교예 및 발명예의 쪽이 종벽부(5)의 벽 휨이 억제되어 있다. 또한, 비교예와 발명예를 비교하면, 발명예의 쪽이 종벽부(5)의 벽 휨이 보다 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
상기한 표 3 및 표 4에, 프레스 성형품(1)의 이형 후에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화의 결과를 나타낸다. 여기에서, 표 3 및 표 4에 나타내는 플랜지부의 각도 변화는, 만곡 내측에 있어서의 길이 방향의 중앙과 단부 및, 만곡의 외측에 있어서의 길이 방향의 중앙과 단부의 각각에 있어서의 플랜지부(7)의 각도 변화를 평균한 것이다.
표 3 및 표 4로부터, 1공정으로 프레스 성형품(1)을 프레스 성형하는 종래예에 비해, 2공정으로 프레스 성형하는 비교예 및 발명예의 쪽이, 플랜지부(7)의 각도 변화가 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예와 발명예를 비교하면, 만곡 내측과 만곡 외측의 종벽부(25)의 각각에 대해서, 굴곡부(25c)의 높이 h를 길이 방향의 중앙에 비해 단부의 쪽을 크게 설정한 발명예의 쪽이, 플랜지부의 각도 변화가 대폭으로 저하하여 양호한 결과였다.
이상, 본 발명에 의하면, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡한 단면 햇 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형함에 있어서, 스프링백에 의한 플랜지부의 각도 변화를 억제할 수 있는 것이 실증되었다.
본 발명에 의하면, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 단면 햇 형상의 프레스 성형품의 프레스 성형 시에 있어서, 길이 방향의 중앙과 단부측의 쌍방에 있어서 플랜지부의 각도의 정밀도를 향상한 프레스 성형 방법을 제공할 수 있다.
1 : 프레스 성형품
3 : 천판부
4 : 펀치 숄더 R부
5 : 종벽부
6 : 다이 숄더 R부
7 : 플랜지부
11 : 중간 성형품
13 : 천판부
14 : 펀치 숄더 R부
15 : 종벽부
15a : 천판 측면부
15b : 플랜지 측면부
15c : 굴곡부
16 : 다이 숄더 R부
17 : 플랜지부
21 : 중간 성형품
23 : 천판부
24 : 펀치 숄더 R부
25 : 종벽부
25a : 천판 측면부
25b : 플랜지 측면부
25c : 굴곡부
26 : 다이 숄더 R부
27 : 플랜지부
101 : 금형
111 : 다이
113 : 천판 성형부
115 : 종벽 성형부
115a : 천판 측면 성형부
115b : 플랜지 측면 성형부
115c : 굴곡 성형부
117 : 플랜지 성형부
121 : 펀치
123 : 천판 성형부
125 : 종벽 성형부
125a : 천판 측면 성형부
125b : 플랜지 측면 성형부
125c : 굴곡 성형부
127 : 플랜지 성형부

Claims (2)

  1. 천판부와, 상기 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 상기 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 햇 형상이고, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 프레스 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
    상기 프레스 성형품의 목표 형상과 동(同)형상의 천판부 및 플랜지부와, 상기 프레스 성형품의 목표 형상과 비교하여 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 굴곡부를 갖는 종벽부를 갖는 중간 성형품을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과,
    상기 중간 성형품을 상기 목표 형상으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 포함하고,
    상기 제1 성형 공정에 있어서의 종벽부는, 상기 천판부와 접속하는 천판 측면부와, 상기 플랜지부와 접속하는 플랜지 측면부와, 상기 천판 측면부와 상기 플랜지 측면부의 사이의 굴곡부를 갖고, 상기 천판 측면부와 수평면이 이루는 예각측의 각도가 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 작아지도록 설정되어 있는, 프레스 성형 방법.
  2. 천판부와, 상기 천판부로부터 연속하는 종벽부와, 상기 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 단면 햇 형상이고, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따라 만곡하는 프레스 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
    상기 프레스 성형품의 목표 형상과 동형상의 천판부 및 플랜지부와, 상기 프레스 성형품의 목표 형상과 비교하여 프레스 성형 방향에 있어서의 단면이 외측으로 볼록한 굴곡부를 갖는 종벽부를 갖는 중간 성형품을 프레스 성형하는 제1 성형 공정과,
    상기 중간 성형품을 상기 목표 형상으로 프레스 성형하는 제2 성형 공정을 포함하고,
    상기 제1 성형 공정에 있어서의 종벽부는, 상기 천판부와 접속하는 천판 측면부와, 상기 플랜지부와 접속하는 플랜지 측면부와, 상기 천판 측면부와 상기 플랜지 측면부의 사이의 굴곡부를 갖고, 상기 프레스 성형 방향에 있어서의 상기 천판부에서 상기 굴곡부까지의 높이가 길이 방향의 중앙으로부터 단부를 향하여 커지도록 설정되어 있는, 프레스 성형 방법.
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