KR20070014797A - 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차체 판재의 프레스 가공 전에 선변형을 줌으로써 차체 외판의 내덴트성 및 프레스 성형성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 자동차의 외판용 판재의 프레스 가공 공정에 있어서,

코일형태로 감겨진 외판용 소재를 제공하는 단계; 코일형태의 소재를 연속 이송시켜 블랭킹 장비에서 소정의 길이로 절단하는 단계; 프레스 첫 드로잉 공정에 인장장치를 장착하고, 소정의 길이로 절단된 소재에 일축인장력을 제공하여 소재의 선변형(Pre-Strain)이 소정 범위 안에서 이루어 짐과 동시에, 선변형된 소재를 프레스 가공하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법을 제공한다.

내덴트성, 선변형, 프레스, 블랭킹, 자동차용 외판

Description

자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법{Method for improving dent-resistance of steel sheets}

도 1은 일축 인장 후 성형성의 증가를 보여주는 성형한계도(Forming limit diagram).

도 2은 본 발명에 따른 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법으로서, 선변형 공정에 있어 기존 공정과 개선공정의 차이점을 설명하기 위한 공정도.

도 3은 본 발명에 따른 내덴트성 향상 방법시 선변형율과 성형한계도의 관계를 보여주는 그래프.

본 발명은 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차체 판재의 프레스 가공 전에 선변형을 줌으로써 차체 외판의 내덴트성 및 프레스 성형성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법에 관한 것이다.

자동차의 외판용 강판의 경우 우수한 성형성, 패널 성형후의 형상성 및 내덴트성(국부적인 함몰 또는 변형에 견디는 성질)이 요구된다.

프레스 성형성은 강판 소재의 항복강도, 신장율, n값(가공경화지수) 등의 지표로 평가될 수 있다.

또한, 패널 형상성 및 내덴트성은 소재의 항복강도, 가공 및 도장 베이킹 처리후의 항복강도로 평가될 수 있다.

강판의 항복강도가 낮아지면 프레스 성형성이 양호해지는 반면에 패널 성형후의 내덴트성에는 불리하다.

반대로, 항복강도가 높아지면 내덴트성에는 유리하지만, 주름, 균열 등 프레스 성형상의 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 차량의 외판용 강판으로서는 프레스 성형시에는 저항복점을 가지며, 패널의 성형 및 도장 베이킨 후에는 높은 항복강도를 갖는 강판이 요구되어 왔다.

이러한 관점을 감안하여, 냉간압연강판으로서 강중에 탄소의 변형시효현상을 이용한 냉간압연 강판 즉, BH(Bake Hardening)강이 개발되어 적용되고 있다.

그러나, 차체 외판의 경우 내덴트성 문제는 지속적으로 제기되는 문제로서, 이를 개선하기 위하여 소재 자체의 성분 및 소재의 제조 방법에 역점을 두고 내덴트성을 개선하여 왔지만, 소재를 차체 외판으로 가공(프레스 등)하는 공정 자체를 이용하는 점은 간과하여 왔던 것이 사실이다.

현재, 상기한 소재를 이용한 프레스 성형 방법은 상기한 특성을 갖는 판재(코일 타입)를 먼저 블랭킹(blanking: 코일형태의 소재를 원하는 길이로 절단하는 작업)한 다음, 곧바로 프레스(press)로 이송하여 소정의 형상으로 프레스 가공을 하는 단계로 진행되고 있다.

이와 같은 종래의 프레스 성형 방법을 개선하여, 소재의 항복강도를 상승시켜 내덴트성을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하고자 본 출원인은 2004년 8월 16일에 특허출원(출원번호 2004-0064141)한 바 있다.

그러나, 코일형태의 소재를 블랭킹 한 다음 프레스 가공 전에 선변형 공정을 추가하여 공정 추가에 따른 생산성을 저하시키고, 현장설치에 많은 추가 면적을 차지하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 개발된 것으로서, 기존의 추가 선변형 공정을 프레스 첫 드로잉 공정에 간단한 인장장치로 대치하여 프레스 공정과 동시에 함으로써, 추가 공정의 면적과 생산성을 높일 수 있도록 한 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차의 외판용 판재의 프레스 가공 공정에 있어서,

1) 코일형태로 감겨진 외판용 소재를 제공하는 단계;

2) 코일형태의 소재를 연속 이송시켜 블랭킹 장비에서 소정의 길이로 절단하 는 단계;

3) 프레스 첫 드로잉 공정에 선변형(인장)장치를 장착하고, 소정의 길이로 절단된 소재에 일축인장력을 제공하여 소재의 선변형(Pre-Strain)이 소정 범위 안에서 이루어 짐과 동시에, 선변형된 소재를 프레스 가공하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예로서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 기존의 추가 선변형 공정을 프레스 첫 드로잉 공정에 간단한 인장장치로 대치하여 프레스 공정과 동시에 함으로써, 추가 공정의 면적과 생산성을 높일 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

근래 차체외판의 내덴트성 문제가 대두되고 있다. 이를 개선하는 방법 중 하나가 프레스 가공 전 소재에 Pre-Strain을 주어서 가공경화량을 높여주어 항복강도를 상승시키는 것이다.

소재에 선변형을 적용한다는 것은 소재의 프레스 가공 전에 선변형을 주는 것인데, 보통 5% 범위 안에서 이루어진다. 성형성 및 항복강도를 향상시키기 위해서 보통 소재의 두께에 변화를 주지 않는 딥 드로잉(Deep Drawing)이나 일축 인장 상태에서 선변형을 실시한다.

선변형의 방법에는 여러가지가 있을 수 있다. 가장 간단한 방법은 프레스 공정 직전 소재에 일축 인장을 주는 것이다.

항복강도 상승이 인장시험 연신율 저하를 가져와 성형성을 저하한다는 믿음때문에 프레스 공정에 높은 항복강도를 갖는 소재 사용을 제한하였다.

그러나, 일축 인장의 선변형 후 연신율은 약간 저하되나 성형성은 오히려 증가한다는 사실이 많은 논문에 발표되어 있다.

도 1은 일축 인장 후 성형성의 증가를 보여주는 성형한계도(Forming Limit Diagram)이다.

그동안 이 선변형을 주는 여러 방법들이 연구되었다. 우선 강판생산시 조질압연 중 압하율을 상승시켜 항복강도를 상승시키는 방법이 연구되었으나, 조질압연 압하율의 한계(보통 2% 이하)와 생산성 저하의 원인이 되어 현장 적용에 많은 어려움이 있었다.

그 다음 방법은 코일을 브랭킹 한 후 프레스 전 공정을 추가하여 선변형을 하는 방법이 있었다. 이 방법은 공정을 추가하는 단점이 있고, 현장설치에 많은 추가 면적을 차지하고 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

여기서, 본 발명에 따른 소재의 내덴트성 향상을 위한 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 코일형태로 감겨진 외판용 소재를 제공하고, 이 코일형태의 소재를 연속 이송시켜 블랭킹 장비에서 외판 성형에 알맞은 설계 길이로 절단하게 된다.

다음으로, 소정의 길이로 절단된 외판용 소재에 대하여 일축인장력을 제공하여 소재의 선변형(Pre-Strain)이 0.3∼5%로 일어나게 하는 바, 선변형율이 0.3% 이하이면 선변형이 너무 적어 항복강도의 상승을 기대하기 어렵고 5% 이상이면 소재의 두께 변화가 일어날 가능성이 있으므로, 선변형의 범위는 0.3∼5%로 한정하는 것이 바람직하다.

도 2은 본 발명에 따른 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법으로서, 선변형 공정에 있어 기존 공정과 개선공정의 차이점을 설명하기 위한 공정도이다.

기존 방법은 코일 블랭킹과 프레스 공정 사이에 선변형을 주는 공정이 추가 되어 있으나, 본 발명에서는 이 공정이 프레스 공정과 동시에 이루어 진다는 점이 다르다.

본 발명은 기존 방법에서 추가 선변형 공정을 프레스 첫 드로잉 공정에 간단한 인장장치로 대치하여 즉 선변형 장치를 프레스 장비에 장착하여 프레스 공정과 동시에 함으로써, 추가 공정의 면적을 절약하고 생산성을 향상시킬 수 있다.

미설명된 도면부호 10은 선변형 (인장)장치이고, 12은 다이이며, 14은 강판이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 및 비교예

실시예로서, 상술한 바와 같이 코일형태의 외판 소재(SPRC 340E-BH)를 알맞은 크기로 블랭킹한 다음, 일축인장력을 제공하여 소재에 0.7%의 선변형이 일어나도록 한 후, 소정의 형상으로 프레스 가공하여 외판 제품을 제작하였다.

비교예로서, 코일형태의 외판 소재(SPRC 340E-BH)를 알맞은 크기로 블랭킹한 다음, 선변형없이 곧바로 소정의 형상으로 프레스 가공하여 외판 제품을 제작하였다.

시험예

실시예 및 비교예의 시편에 대하여 항복강도 및 인장강도, 그리고 신율 등을 통상의 측정장비를 이용하여 측정하였다.

즉, 소재에 0.7%의 인장 선변형을 주었을 때의 외판 제품과, 선변형을 주지 않고 곧바로 프레스 가공된 외판 제품에 대한 항복강도 및 인장강도, 그리고 신율을 통상의 측정장비를 이용하여 측정하였는 바, 그 결과는 다음의 표 1에 나타낸 바와 같다.

위의 표 1에서 보는 바와 같이, 0.7%의 선변형이 가해진 외판 제품은 그 신율이 42.4%로서, 선변형없이 제작된 외판 제품의 신율 43%에 비하여 약 0.6% 떨어지지만, 항복강도/인장강도비는 약 8% 상승하였음을 알 수 있었고, 이는 프레스 가공전에 이미 항복강도/인장강도비가 70% 를 상회하고 있음을 의미하며, 결국 항복강도가 31Mpa 증가하여 외판제품의 내덴트성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에서 말하는 선변형은 BH(Bake-Hardening) 강에서 소부효과를 주기 위하여 가공(선변형) 후 도장 시 소부하는 선변형과 다른 가공(프레스) 전의 선변형이다.

선변형은 가공 전 소재 자체에 가공경화를 주어 전위 밀도를 높여 주는 효과를 준다. 이는 가공 전 이미 소재의 항복강도를 향상시키고 또한 성형성 마저 올려 주는 효과를 가져온다.

그리고 가공경화를 높이기 위해서 블랭크 홀딩력을 높이는 방법이 성형성 저하를 가져 오는데 반하여 본 발명에서는 성형성이 향상된다는 점에서 다르다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 내덴트성 향상 방법시 선변형율과 성형한계도의 관계를 보여주는 그래프이다.

소재의 선변형 후 각기 다른 응력상태에서의 성형성 시험은 성형한계도로 나타내는 데, 그 결과는 도 3에 도시한 바와 같이 신율은 떨어졌으나 성형성은 오히려 상승했음을 보여준다. 이때, y축 방향으로 높아질 수록 성형성이 상승함을 의미한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법에 의하면, 차량용 외판 소재를 블랭킹 한 다음, 곧바로 프레스 가공을 하지 않고, 먼저 선변형 단계를 거치게 함으로써, 소재에 가해진 선변형(Pre-Strain)에 의거 소재의 가공경화량을 높이는 동시에 항복강도를 상승시켜, 외판 소재의 내덴트성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 자동차의 외판용 판재의 프레스 가공 공정에 있어서,

   코일형태로 감겨진 외판용 소재를 제공하는 단계;

   코일형태의 소재를 연속 이송시켜 블랭킹 장비에서 소정의 길이로 절단하는 단계;

   프레스 첫 드로잉 공정에 선변형(인장)장치를 장착하고, 소정의 길이로 절단된 소재에 일축인장력을 제공하여 소재의 선변형(Pre-Strain)이 소정 범위 안에서 이루어 짐과 동시에, 선변형된 소재를 프레스 가공하는 단계;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 판재의 내덴트성 향상 방법.

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