KR20120130263A

KR20120130263A - 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체

Info

Publication number: KR20120130263A
Application number: KR1020127027142A
Authority: KR
Inventors: 다까히로 오따; 다이스께 오구라; 아쯔시 스가이; 겐 이시이
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-11-29
Also published as: EP2548667B1; CA2793530C; CN102802829B; WO2011115244A1; EP2548667A1; BR112012023546A2; EP2548667A4; CA2793530A1; US9616479B2; US20130008222A1; CN102802829A

Abstract

본 발명의 판 형상 워크의 성형 방법은, 판 형상 워크(1)의 한쪽의 면(1a)에 오목부(11)를 형성하고, 그 후, 오목부(11)를 형성한 판 형상 워크(1)를, 한쪽의 면(1a)이 오목면을 이루고, 그 이면(1b)이 볼록면을 이루도록 굽힘 가공한다.

Description

판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체{MOLDING METHOD FOR PLATE-SHAPED WORKPIECE, AND MOLDED ARTICLE}

본 발명은, 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체에 관한 것이다.

본원은, 2010년 3월 18일에 일본에 출원된 특허 출원 제2010-62625호, 및 특허 출원 제2010-62626호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 민간 항공기의 동체부에 적용되는 외판 등은 알루미늄 합금판이 사용되어 경량화가 도모되고 있으며, 한층 더한 경량화를 위해서 판재를 부분적으로 얇게 하는 가공, 즉 두께 감소(wall thinning)가 실시되고 있다. 그리고, 항공기의 동체 형상으로 되는 외판은, 일정한 곡률로 만곡한 형상으로 성형되어 있어, 일반적으로는 평판을 프레스 굽힘한 후, 케미컬 밀링에 의해 두께 감소되어 있다. 또한, 다른 성형 방법으로서, 예를 들어, 하기의 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 방법이 있다.

특허문헌 1은, 외판을 평판의 상태에서 성형한 후에, 기계 가공에 의해 두께 감소를 실시하는 방법에 대하여 기재한 것이다.

특허문헌 2에는, 판 형상 워크에 쇼트재를 투사하여 소정의 곡률을 부여하는 판 형상 워크의 성형 방법이며, 소정의 곡률을 부여하는 성형을 행하기 전의 판 형상 워크에, 그 판 형상 워크가 성형 후에 제품으로서 기능하기 위해서 필요로 되는 판 두께를 조정하는 전공정과, 그 전공정을 거친 판 형상 워크에 쇼트재를 투사하여 소정의 곡률을 부여하는 공정을 포함하는 성형 방법에 대하여 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공표 제2007-508952호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-25021호 공보

그러나, 종래의 일반적인 성형 방법에 있어서는, 평판을 프레스 굽힘한 후의 케미컬 밀링은 처리 시간이 길어, 용액 등의 산업 폐기물이 발생하는 경우가 있다.

또한, 특허문헌 1에서는, 일정한 곡률로 만곡한 외판에 기계 가공을 실시하기 위해서, 볼 엔드 밀을 사용할 필요가 있어, 제조 효율이 저하되는 경우가 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 쇼트재를 투사하여 성형하는 방법이며, 정밀도에 재현성을 갖게 하는 것이 곤란하여, 수정이 필요로 되는 경우가 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 문제가 없는 성형 방법이 요구되고 있으며, 그 점에서 개량의 여지가 있었다.

본 발명은, 상술하는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 제조 효율의 향상을 도모함과 동시에, 산업 폐기물의 발생을 억제할 수 있는 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 성형 정밀도에 우수한 재현성을 갖게 할 수 있는 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법은, 판 형상 워크의 한쪽의 면에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 판 형상 워크에 형 부재를 압박하여 굽힘 가공하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 성형 방법의 제1 형태는, 판 형상 워크의 오목면(어느 오목면으로 성형되어야 할 면) 측에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 판 형상 워크를, 프레스 또는 롤 굽힘에 의해 한쪽의 면으로부터 다른 쪽의 면의 측으로 구부리는 공정을 갖는다. 여기서, 본 발명에 있어서의 오목면이란, 판 형상 워크의 2개의 플랫한 측면 중, 굽힘에 의해 오목면으로 성형되어야 할 한쪽의 면(제1 면)을 가리키고, 볼록면이란, 굽힘에 의해 볼록면으로 성형되어야 할 다른 쪽의 면(제2 면)을 가리킨다. 즉, 본 발명의 성형 방법의 제1 형태는, 판 형상 워크의 제1 면에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 판 형상 워크를, 상기 제1 면이 오목면을 이루고 상기 제2 면이 볼록면을 이루도록, 프레스 또는 롤 굽힘에 의해 굽힘 가공하는 공정을 갖는다.

본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법의 제2 형태는, 판 형상 워크의 오목면측에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 판 형상 워크의 오목면측에 볼록 형상의 지그를 접촉시키면서 인장력을 작용시키는 공정을 갖는다. 즉, 본 발명의 성형 방법의 제2 형태는, 판 형상 워크의 제1 면에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 판 형상 워크의 상기 제1 면에 볼록 형상의 형 부재를 접촉시킨 상태를 유지하면서 상기 판 형상 워크에 인장력을 작용시킴으로써, 상기 판 형상 워크를, 상기 제1 면이 오목면을 이루고 상기 제2 면이 볼록면을 이루도록 굽힘 가공하는 공정을 갖는다.

또한, 본 발명에 관한 성형체는, 상술한 판 형상 워크의 성형 방법에 의해 제조된 것이다.

본 발명에 따르면, 판 형상 워크에 대한 두께 감소를, 판 형상 워크를 굽힘 가공하기 전에 평판의 상태에서 행하므로, 통상의 3축 기계 가공 장치에서 엔드밀을 사용한 기계 가공이 가능해진다. 또한, 대경의 엔드밀을 사용할 수 있으므로, 두께 감소에 필요로 하는 시간의 단축이 도모되어, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 기계 가공에 의한 두께 감소이므로, 케미컬 밀링을 사용하는 경우와 같이 폐액이 발생하지 않고, 또한 엔드밀의 절삭에 의해 발생하는 절삭 칩이 스크랩으로서 재이용도 가능하기 때문에, 산업 폐기물의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 두께 감소 공정을 거친 판 형상 워크를, 프레스기, 혹은 롤 굽힘기를 사용하여 굽힘 가공하거나, 판 형상 워크에 대하여 인장력을 부여하여 스트레치 형성하거나 함으로써, 쇼트재를 투사하는 종래의 방법에 비해, 성형 정밀도의 재현성이 우수하여, 판재에 대한 수정이 불필요하게 되므로, 성형 시간의 단축을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법에 있어서는, 복수의 오목부를, 판 형상 워크의 한쪽의 면에, 소정의 간격을 두고 형성해도 된다.

본 발명에 따르면, 판 형상 워크의 한쪽의 측면에, 복수의 오목부를 소정의 간격을 두고 형성함으로써, 판 형상 워크를, 일정한 곡률로 굽힘 가공할 수 있다.

본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법에 있어서는, 오목부에 대응하는 형상을 갖고, 또한 판 형상 워크보다 영률이 작은 재료로 이루어지는 심을, 오목부에 삽입하는 공정을 갖고 있어도 된다.

본 발명에 따르면, 판 형상 워크에 형성한 오목부에 판 형상 워크보다 영률이 작은 심을 삽입함으로써, 굽힘 가공 시에 심이 판 형상 워크의 굽힘에 추종하여 탄성 변형에 의해 만곡하기 때문에, 판 형상 워크의 성형 후의 굽힘 반경을 크게 하는 것이 가능해진다. 그로 인해, 오목부가 형성된 두께 감소부에서의 굽힘 반경이, 오목부가 형성되어 있지 않은 정규부의 굽힘 반경에 가까워지므로, 두께 감소부와 정규부의 굽힘 형상에 차가 없어져, 다각형 형상으로 만곡하는 일이 없어, 매끄러운 오목면 형상을 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법에 있어서는, 심은, 오목부에 대하여 헐겁게 끼워져 있어도 된다.

본 발명에 따르면, 판 형상 워크를 구부렸을 때에, 오목부에 대한 심의 마이너스 공차에 의해, 심의 탄성 변형이 흡수되므로, 심과 오목부의 밀착성이 높여지고, 그로 인해, 굽힘 가공 시라도 오목부로부터 심이 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법에 있어서는, 심은, 가공 대상물보다도 영률이 낮은 재료로 이루어지고, 영률이 7 내지 10㎬의 베이크라이트이어도 된다.

본 발명에 따르면, 영률이 7 내지 10㎬의 베이크라이트로 이루어지는 심을 사용함으로써 오목부에 대하여 보다 우수한 밀착 성능을 얻을 수 있다. 즉, 심의 구부러짐이 적어 오목부에 대한 추종성이 나빠져 밀착성이 저하되거나, 반대로 심이 지나치게 구부러져 오목부로부터 빠져 나가거나 하는 등의 문제를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법에 있어서는, 오목부는, 계단 형상으로 형성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 심에도 오목부의 계단 형상의 단차부에 대응하는 단차부를 형성함으로써, 이 단차 부분에서의 밀착성을 보다 한층 더 높일 수 있어, 추종성을 높일 수 있어, 판 형상 워크를 매끄럽게 구부릴 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 판 형상 워크의 성형 방법에서는, 오목부를 형성한 판 형상 워크는, 인장 방향의 수직 단면의 최대 단면적/최소 단면적의 제1 비율이, 재료의 인장 강도/내력의 제2 비율과 동등 또는 작아도 된다.

본 발명에서는, 제1 비율이 제2 비율보다도 큰 경우와 같이, 최소 단면부에 인장 강도 이상의 응력이 발생하여, 파단이나 국부 두께 감소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 판 형상 워크의 성형 방법에 따르면, 판 형상 워크에 대한 두께 감소를, 판 형상 워크를 굽힘 가공하기 전에 평판의 상태에서 행하므로, 통상의 3축 기계 가공 장치에서 엔드밀을 사용한 기계 가공이 가능해진다. 이에 의해, 제조 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 케미컬 밀링에 의한 두께 감소에 비해, 산업 폐기물의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 판 형상 워크의 성형 방법의 제1 형태에 따르면, 판 형상 워크에 대한 굽힘 가공을, 프레스기, 롤 굽힘기 등의 가공 기계를 사용하여 행하므로, 성형 정밀도에 우수한 재현성을 갖게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 판 형상 워크의 성형 방법의 제2 형태에 따르면, 판 형상 워크에 대한 굽힘 가공을, 판 형상 워크에 인장력을 작용시키는 스트레치 성형기를 사용하여 행하므로, 성형 정밀도에 우수한 재현성을 갖게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 두께 감소된 판 형상 워크를 도시하는 단면도이다.
도 2는 두께 감소된 판 형상 워크에 굽힘 가공을 실시한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 프레스기에 의한 굽힘 공정을 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 있어서 두께 감소되고, 오목부에 심이 삽입된 판 형상 워크를 도시하는 단면도이다.
도 5는 심이 삽입된 판 형상 워크에 굽힘 가공을 실시한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 제3 실시 형태에 있어서 판 형상 워크의 굽힘 공정을 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 판 형상 워크의 오목부 주변의 부분 확대 단면도이다.
도 8은 제4 실시 형태에 있어서 판 형상 워크의 스트레치 성형을 도시하는 측단면도이다.
도 9는 제5 실시 형태에 있어서 두께 감소되고, 오목부에 심이 삽입된 판 형상 워크를 도시하는 단면도이다.
도 10은 심이 삽입된 판 형상 워크에 굽힘 가공을 실시한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 11은 심의 영률과 곡률의 관계를 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다. 이러한 실시 형태는, 본 발명의 일 형태를 나타내는 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 임의로 변경 가능하다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 각 구성을 알기 쉽게 하기 위해서, 실제의 구조와 각 구조에 있어서의 축척이나 수 등이 상이하다.

(제1 실시 형태)

도 1 및 도 2에 도시한 판 형상 워크(1)는, 예를 들어 항공기의 동체 부분에 사용되는 원통형의 외판의 일부이며, 본 제1 실시 형태의 성형 방법에 의해 소정의 곡률로 굽힘 가공된다. 판 형상 워크(1)에는 알루미늄 합금이 사용된다. 또한, 판 형상 워크(1)는, 본 발명의 「성형체」에 상당한다.

여기서, 도 1 내지 도 3에 도시한 제1 실시 형태에 있어서는, 판 형상 워크(1)의 상측면을, 어느 오목면으로 성형되어야 할 제1 면(오목면)(1a)으로 하고, 판 형상 워크(1)의 하측면을, 어느 볼록면으로 성형되어야 할 제2 면(볼록면)(1b)으로 한다.

본 제1 실시 형태에 있어서의 판 형상 워크(1)의 성형 방법은, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a) 측의 면방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 포켓(11)(오목부)을 형성하는 두께 감소 공정과, 프레스기에 의해 판 형상 워크(1)를 한쪽의 면으로부터 다른 쪽의 면측으로, 즉 제2 면(1b)으로부터 제1 면(1a) 측으로 구부리는 굽힘 가공을 행하는 굽힘 공정을 갖고 있다.

즉, 본 제1 실시 형태의 성형 방법은, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 복수의 포켓(11)을 형성하는 두께 감소 공정과, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)이 오목하게, 제2 면(1b)이 볼록하게 되도록, 판 형상 워크(1)를 프레스기를 사용하여 만곡시키는 굽힘 공정을 갖는다.

포켓(11)은, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)의 소정 위치에 배치되고, 예를 들어 평면에서 보아 거의 사각 형상을 이루고, 상술한 두께 감소 공정에 의해 적당한 두께 치수로 되도록 형성되어 있다.

다음에, 판 형상 워크(1)의 성형 방법에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

우선, 두께 감소 공정에 있어서, 도 1에 도시한 평판 상태의 판 형상 워크(1)에 대하여 예를 들어 엔드밀을 구비한 통상의 3축 기계 가공 장치를 사용하여, 미리 설정한 개소를 소정 깊이(두께 치수)에 걸쳐 절삭하여, 복수의 포켓(11)을 형성한다.

계속해서, 굽힘 공정에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 프레스기(2)의 하부 금형(21) 상에 두께 감소 공정을 거친 판 형상 워크(1)를 적재한다. 여기서, 프레스기(2)는, 상하 한 쌍의 금형[하부 금형(21), 상부 금형(22)]을 갖고, 고정되는 하부 금형(21)에 대하여 상부 금형(22)이 상하 이동하는 구조로 되어 있다. 하부 금형(21) 및 상부 금형(22)의 폭 치수는, 각각 판 형상 워크(1)의 폭 치수보다도 큰 치수로 되어 있다. 그리고, 하부 금형(21)에는, 상부 금형(22)에 대응하는 위치에 개구 오목부(21a)가 형성되어 있다.

그리고, 판 형상 워크(1)에 대하여, 상부 금형(22)을 하부 금형(21) 측으로 압입하여, 하부 금형(21) 상에 적재시킨 판 형상 워크(1)를 국부적으로 압박함으로써 만곡시킨다. 그리고, 판 형상 워크(1)를 만곡시키는 둘레 방향(도 3에서는 화살표 X 방향)으로 이송하면서, 상부 금형(22)에 의한 압박하는 동작을 순차적으로 반복함으로써 평판 형상의 판 형상 워크(1)에 원통 굽힘을 실시할 수 있어, 제1 면(1a)을 매끄러운 오목 형상으로 형성하는 것, 즉 판 형상 워크(1)에 오목면(1a)을 형성할 수 있다.

이와 같은 성형 방법의 구체예로서, 판 형상 워크(1)로서 폭 치수 2m, 길이 치수 6m, 판 두께 치수 t1이 약 4㎜의 형상이며, 2024-T3의 알루미늄 합금의 것을 사용하고, 국부적으로 판 두께 치수 t2가 2㎜로 되도록, 공구 직경 50㎜의 엔드밀을 사용하여 기계 가공에 의한 두께 감소를 행하고, 계속해서 프레스기(2)를 사용하여 곡률 반경이 약 3m의 원통 형상으로 굽힘 가공을 행한다.

상술한 본 제1 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체에서는, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 포켓(11)을 형성하는 두께 감소를, 판 형상 워크(1)를 굽힘 가공하기 전에 평판의 상태에서 행하므로, 통상의 3축 기계 가공 장치에서 엔드밀을 사용한 기계 가공이 가능해진다. 또한, 대경의 엔드밀을 사용할 수 있으므로, 두께 감소에 필요로 하는 시간의 단축이 도모되어, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 두께 감소된 판 형상 워크(1)에 대하여 프레스기(2)를 사용하여 굽힘 가공을 행하기 때문에, 쇼트재를 투사하는 종래의 방법에 비해, 성형 정밀도의 재현성이 우수하여, 판재에 대한 수정이 불필요하게 되므로, 성형 시간의 단축을 도모할 수 있다.

또한, 기계 가공에 의해 두께 감소를 행하므로, 케미컬 밀링을 사용하는 경우와 같이 폐액이 발생하지 않고, 또한 엔드밀의 절삭에 의해 발생하는 절삭 칩이 스크랩으로서 재이용도 가능하기 때문에, 산업 폐기물의 발생을 억제할 수 있다.

다음에, 본 발명의 판 형상 워크의 성형 방법에 의한 다른 실시 형태에 대하여, 첨부 도면에 기초하여 설명하지만, 상술한 제1 실시 형태와 동일 또는 마찬가지의 부재, 부분에는 동일한 부호를 사용하여 설명을 생략하고, 실시 형태와 다른 구성에 대하여 설명한다.

(제2 실시 형태)

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법은, 상술한 제1 실시 형태에 있어서의 두께 감소 공정 후, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 형성된 포켓(11)에 대응하는 형상을 이루고, 또한 판 형상 워크(1)보다 영률이 작은 재료로 이루어지는 심(3)을 삽입하는 공정을 갖는다. 또한, 굽힘 공정에 있어서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 프레스기(2)(도 3 참조)를 사용하므로, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.

심(3)으로서는, 끼워 맞추어지는 포켓(11)에 대하여 밀착성이 높고, 융합성이 좋은 재료가 좋고, 또한 영률이 5 내지 25㎬인 부재가 바람직하고, 보다 바람직하게는 7 내지 10㎬의 베이크라이트가 좋다.

그리고, 심(3)은, 포켓(11)의 내공 치수보다 약간 작은 마이너스 공차로 형성되어, 포켓(11)에 대하여 헐겁게 끼워져 있다. 즉, 포켓(11) 내에 끼워 맞추어진 심(3)은, 포켓(11)에 대하여 밀착하면서, 외부로부터 받는 힘에 따라서 탄성 변형에 의해 미끄럼이 발생하는 상태로 되어 있다.

본 제2 실시 형태에서는, 심(3)을 채용함으로써, 포켓(11)이 형성되어 있지 않은 정규부의 제1 판 두께 치수 t1(도 4 참조)과, 포켓(11)을 형성한 두께 감소 부분의 제2 판 두께 치수 t2(도 4 참조)의 차(판 두께 치수차 Δt)를 없앤 상태에서, 굽힘 공정을 행할 수 있다.

구체적으로는, 판 형상 워크(1)에 형성한 포켓(11)에 판 형상 워크(1)보다 영률(예를 들어 상술한 바와 같이 5 내지 25㎬)이 작은 재료로 이루어지는 심(3)을 삽입함으로써, 굽힘 가공 시에 심(3)이 판 형상 워크(1)의 굽힘에 추종하여 탄성 변형에 의해 만곡하기 때문에, 판 형상 워크(1)의 성형 후의 굽힘 반경을 크게 하는 것이 가능해진다.

그로 인해, 포켓(11)이 형성된 두께 감소부에서의 굽힘 반경이, 정규부의 굽힘 반경에 가까워지므로, 두께 감소부와 정규부의 굽힘 형상에 차가 없어져, 다각 형상(판 두께 치수가 큰 정규부를 정점으로 한 다각형을 형성하는 굽힘)으로 만곡하는 일이 없어, 곡률이 일정한 매끄러운 오목면 형상을 얻을 수 있다.

또한, 심(3)이 포켓(11)에 대하여 헐겁게 끼워져 있으므로, 판 형상 워크(1)를 구부렸을 때에, 포켓(11)에 대한 심(3)의 마이너스 공차에 의해, 심(3)의 탄성 변형이 흡수되므로, 심(3)과 포켓(11)의 밀착성이 높여지고, 그로 인해, 굽힘 가공 시라도 포켓(11)으로부터 심(3)이 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 영률이 7 내지 10㎬를 나타내는 재료로서 베이크라이트를 사용함으로써, 보다 우수한 밀착 성능을 얻을 수 있다.

또한, 심(3)의 영률이 25㎬ 이상의 경우에는, 심(3)의 탄성 변형량이 작아 변형되기 어렵다. 따라서, 포켓(11)의 구부러짐에 대하여 심(3)의 추종성이 나빠져, 양자간에 간극이 발생하여, 밀착성이 낮아진다. 한편, 심(3)의 영률이 5㎬ 미만의 경우에는, 심(3)의 탄성 변형량이 크게 변형되기 쉬우므로, 판 형상 워크(1)를 일정한 곡률로 만곡시키는 것이 어렵다.

(제3 실시 형태)

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법에서는, 상술한 제2 실시 형태에 의한 성형 방법의 포켓(11) 및 심(3)의 형상을 바꾼 방법이며, 판 형상 워크(1)의 포켓(11)에 코너부에 계단 형상(본 실시 형태에서는 일단)의 단차부(11a)를 형성하는 두께 감소를 행하고, 이 단차부(11a)에 대응하는 단차부(3a)를 갖는 심(3)을 포켓(11)에 끼워 맞춘다. 또한, 포켓(11)에 심(3)을 끼워 맞춘 상태에서, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 우레탄 고무 등으로 이루어지는 시트 형상의 보호재(4)를 배치한다.

또한, 굽힘 공정에 있어서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 프레스기(2)(도 3 참조)를 사용하므로, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.

이 경우, 포켓(11)의 단차부(11a)에서 심(3)의 단차부(3a)의 추종성이 높아져, 이 단차 부분에서의 밀착성을 보다 한층 더 향상시킬 수 있어, 판 형상 워크(1)를 일정한 곡률로 매끄럽게 구부릴 수 있다.

또한, 보호재(4)는, 제1 면(1a)에 얹어 놓기만 하는 것이며, 굽힘 가공 시에 구부러지는 심(3)이 포켓(11)으로부터 돌출되는 것을 억제하는 돌출 억제의 기능을 갖게 하고 있다.

(제4 실시 형태)

도 8에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법에서는, 굽힘 공정에 있어서, 상술한 제1 실시 형태의 프레스기에 의한 굽힘 가공 대신에, 판 형상 워크에 인장력을 작용시키는 스트레치 성형을 행한다.

본 제4 실시 형태에 있어서의 판 형상 워크(1)의 성형 방법은, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a) 측의 면 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 포켓(11)(오목부)을 형성하는 두께 감소 공정과, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a) 측에, 하부 금형(121)(형 부재)의 볼록부를 접촉시키면서 인장력을 작용시키는 스트레치 성형을 행하는 굽힘 공정을 갖고 있다.

즉, 본 제4 실시 형태의 성형 방법은, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 복수의 포켓(11)을 형성하는 두께 감소 공정과, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 하부 금형(21)의 볼록부를 접촉시킨 상태를 유지하면서, 판 형상 워크(1)에 인장력을 작용시키는 굽힘 공정을 갖는다. 또한, 두께 감소 공정에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 가공을 행하므로, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 포켓(11)을 갖는 판 형상 워크(1)는, 스트레치 성형이 가능한 강도를 가질 필요가 있다. 따라서, 판 형상 워크(1)에는, 두께 감소 후의 인장 방향의 수직 단면의 최대 단면적/최소 단면적의 제1 비율 e1이 재료의 인장 강도/내력의 제2 비율 e2와 동등 혹은 작아지는 성형 부재를 사용한다.

이에 의해, 제1 비율 e1이 제2 비율 e2보다도 큰 경우(e1>e2)와 같이, 최소 단면부에 인장 강도 이상의 응력이 작용하여, 파단이나 국부 두께 감소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

포켓(11)은, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)의 소정 위치에 배치되며, 예를 들어 평면에서 보아 대략 사각 형상을 이루고, 상술한 두께 감소에 의해 적당한 두께 치수로 되도록 형성되어 있다.

우선, 두께 감소 공정에 있어서, 평판 상태의 판 형상 워크(1)에 대하여 예를 들어 엔드밀을 구비한 통상의 3축 기계 가공 장치를 사용하여, 미리 설정한 개소를 소정 깊이(두께 치수)에 의해 두께 감소 가공을 실시하여, 복수의 포켓(11)을 형성한다(도 1 참조).

예를 들어, 판 형상 워크(1)로서 폭 치수 2m, 길이 치수 6m, 판 두께 치수 t1이 약 4㎜의 형상이며, 2024-T3의 알루미늄 합금의 부재를 사용하고, 국부적으로 판 두께 치수 t2가 2㎜로 되도록, 공구 직경 50㎜의 엔드밀을 사용하여 기계 가공에 의해 두께 감소를 행할 수 있다.

계속해서, 굽힘 공정에 의한 스트레치 성형에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 하부 금형(121) 상에 두께 감소 공정을 거친 판 형상 워크(1)를 적재한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 스트레치 성형을 행하기 위한 스트레치 성형기(102)는, 상면에 적당한 곡률의 볼록 곡면(121a)을 갖는 상기 하부 금형(121)과, 하부 금형(121) 상에 배치한 판 형상 워크(1)를 양단부(1c, 1c)를 파지하여 볼록 곡면(121a)을 따라서 인장력 F를 부여하는 한 쌍의 인장기(122, 123)를 구비하고 있다. 인장기(122, 123)는, 각각 하부 금형(121)을 사이에 두고 서로 마주 보며, 하부 금형(121)의 볼록 곡면(121a)의 만곡 방향(접선 방향)의 양측에 배치되어 있어, 하부 금형(121) 상에 세트된 판 형상 워크(1)의 단부(1c)를 파지 가능하다. 또한, 인장기(122, 123)는 서로 근접 이격하도록 하여 상기 접선 방향으로 왕복 이동 가능하다.

그리고, 하부 금형(121) 상에 적재한 판 형상 워크(1)의 양단부(1c, 1c)를 인장기(122, 123)에 의해 파지한 후, 인장기(122, 123)를 서로 이격하는 방향으로 이동시켜 판 형상 워크(1)에 인장력 F를 부여함으로써, 판 형상 워크(1)가 상기 접선 방향으로 신장하면서 볼록 곡면(121a)을 따라서 만곡한다. 이에 의해, 평판 형상의 판 형상 워크(1)에 원통 굽힘을 실시할 수 있어, 제1 면(1a)을 매끄러운 오목 형상으로 형성하는 것, 즉 판 형상 워크(1)에 오목면(1a)을 형성할 수 있다.

여기서, 판 형상 워크(1)에는, 스트레치 성형기(102)에 의한 인장력 F에 의한 장력이 전체면에 걸쳐서 균등하게 작용하므로, 두께 감소된 두께가 얇은 부분(두께 감소부)에서는 큰 응력이 가해지고, 두께가 큰 부분(포켓이 형성되어 있지 않은 정규부)에서는 작은 응력밖에 가해지지 않는다. 그로 인해, 판 형상 워크(1)로서는, 정규부의 단면의 응력을 부재의 내력 이상, 또한 항복 응력 이상으로 하고, 두께 감소부의 응력을 인장 강도 이하로 할 필요가 있다.

이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 두께 감소 공정을 거친 판 형상 워크(1)의 인장 방향의 수직 단면의 최대 단면적/최소 단면적의 제1 비율 e1이 재료의 인장 강도/내력의 제2 비율 e2와 동등 혹은 작아지는 성형 부재를 사용함으로써, 국부 두께 감소나 균열 등이 발생하지 않는 적합한 스트레치 성형을 행할 수 있다.

상술한 본 제1 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체에서는, 두께 감소 공정을 거친 판 형상 워크(1)에 대하여 스트레치 성형기(102)를 사용하여 인장력을 부여한 스트레치 성형을 행하기 때문에, 쇼트재를 투사하는 종래의 방법에 비해, 성형 정밀도의 재현성이 우수하여, 수정이 불필요하게 되어, 성형 시간의 단축을 도모할 수 있다.

(제5 실시 형태)

도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 제5 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법은, 상술한 제4 실시 형태에 있어서의 두께 감소 공정의 후, 판 형상 워크(1)의 제1 면(1a)에 형성된 포켓(11)에 대응하는 형상을 이루고, 또한 판 형상 워크(1)보다 영률이 작은 재료로 이루어지는 심(3)을 삽입하는 공정을 갖는다. 또한, 굽힘 공정에 있어서는, 제4 실시 형태와 마찬가지의 스트레치 성형기(102)(도 8 참조)를 사용한다.

본 제5 실시 형태에서는, 심(3)을 채용함으로써, 포켓(11)이 형성되어 있지 않은 정규부의 제1 판 두께 치수 t1(도 9 참조)과, 포켓(11)을 형성한 두께 감소 부분의 제2 판 두께 치수 t2(도 9 참조)의 차(판 두께 치수차 Δt)를 없앤 상태에서, 굽힘 공정을 행할 수 있다.

실시예

다음에, 상술한 제2 및 제3 실시 형태에 의한 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체에 의한 효과를 뒷받침하기 위해서 행한 시험예에 대하여 이하 설명한다.

본 실시예에서는, 베이크라이트로 이루어지는 심을 포켓에 끼워 맞추었을 때의, 판 형상 워크의 굽힘 가공에 의한 곡률을 확인하였다. 구체적으로는, FEM 해석을 사용하여, 판 형상 워크와 심의 모델을 작성하고, 소정의 형상, 크기의 포켓에 심을 끼워 맞춘 상태에서, 판 형상 워크를 하기의 조건에서 구부려 해석을 하고, 심마다 영률을 변화시켜 판 형상 워크의 곡률을 구하였다.

또한, 해석에 의해 얻어지는 곡률이 큰 값일수록 효율적으로 구부릴 수 있다.

해석 조건으로서는, 판 형상 워크(1)의 제1 판 두께 치수 t1을 6.87㎜, 제2 판 두께 치수 t2를 2.51㎜로 하고, 판 형상 워크(1)는, 영률을 72㎩, 포와송비를 0.33으로 하고, 밀도 2.77g/㎤, 항복 응력을 324㎫로 한 탄소성체로 하였다. 심(3)의 밀도는 1.32g/㎤로 하였다. 또한 굽힘 가공의 조건으로서는, 금형과 소재, 소재끼리의 마찰 계수를 0.2로 하고, 성형 속도(이송 속도)를 10㎜/sec, 이송 스트로크를 약 8.9㎜로 하였다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 해석 결과에 따르면, 심의 영률이 7 내지 10㎬에서 곡률이 커져 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교하기 위해서, 두께 감소가 이루어지지 않는 경우(중실재)도 나타내고 있다.

이상, 본 발명에 의한 판 형상 워크의 성형 방법 및 성형체의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경 가능하다.

예를 들어, 제1, 제2, 제3 실시 형태에서는, 굽힘 공정에 프레스기(2)를 채용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 롤 굽힘기를 사용한 굽힘 가공이어도 된다. 또한, 제4 실시 형태에서 굽힘 공정에 사용한 스트레치 성형기(102)는, 본 실시 형태에서 설명한 구조에 한정되는 것은 아니다.

제2, 제3, 제5 실시 형태에서는, 심(3)으로서 베이크라이트를 채용하고 있지만, 이 소재인 것에 제한되는 것은 아니고, 다른 소재로서 예를 들어 에폭시 수지, 불포화폴리에스테르 등을 사용해도 되고, 이들 소재에 유리 섬유를 충전한 부재이어도 상관없다.

심(3)은 포켓(11)에 대하여 탈락 방지를 목적으로 하여 양면 테이프 등으로 임시 고정하도록 해도 된다. 요컨대, 포켓(11)에 헐겁게 끼워진 심(3)이 그 공차의 범위 내에서 미끄럼이 발생하여 굽힘에 의한 탄성 변형이 가능한 상태로 되면 된다.

제3 실시 형태에서는 본 실시 형태에서는 포켓(11)에 일단의 단차부(11a)를 형성하고 있지만, 단차의 수는 임의로 설정하는 것이 가능하고, 단차부(11a)에 2개 이상의 단차를 형성해도 된다. 예를 들어, 판 형상 워크(1)의 판 두께 치수가 큰 경우에는 다단의 단차부로 하고, 판 두께 치수가 작은 경우에는 일단, 혹은 단차없음으로 할 수 있다.

그 밖에, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기한 실시 형태에 있어서의 구성 요소를 주지의 구성 요소로 치환하는 것은 적절하게 가능하며, 또한, 상기한 실시 형태를 적절하게 조합해도 된다.

본 발명은, 판 형상 워크의 성형 방법 및 그 방법에 의해 제조된 성형체에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 만곡한 판 형상 워크의 제조 효율을 향상시킴과 동시에, 산업 폐기물의 발생을 억제할 수 있다.

1 : 판 형상 워크(성형체)
1a : 오목면(제1 면)
2 : 프레스기
3 : 심
3a : 단차부
4 : 보호재
11 : 포켓(오목부)
11a : 단차부
21 : 하부 금형
22 : 상부 금형
102 : 스트레치 성형기
121 : 하부 금형

Claims

판 형상 워크의 한쪽의 면에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 판 형상 워크에 형 부재를 압박하여 굽힘 가공하는 공정을 갖는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 판 형상 워크를, 상기 한쪽의 면이 오목면을 이루고, 그 이면이 볼록면을 이루도록, 프레스 또는 롤 굽힘에 의해 굽힘 가공하는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 상기 오목부가, 상기 판 형상 워크의 한쪽의 면에, 소정의 간격을 두고 형성되는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부에 대응하는 형상을 갖고, 또한 상기 판 형상 워크보다 영률이 작은 재료로 이루어지는 심을, 상기 오목부에 삽입하는 공정을 더 갖는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제4항에 있어서,
상기 심은, 상기 오목부에 대하여 헐겁게 끼워져 있는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 심은, 영률이 7 내지 10㎬의 베이크라이트인, 판 형상 워크의 성형 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부는, 계단 형상으로 형성되어 있는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 판 형상 워크의 상기 한쪽의 면에 상기 형 부재를 접촉시킨 상태를 유지하면서 상기 판 형상 워크에 인장력을 작용시킴으로써, 상기 판 형상 워크를, 상기 한쪽의 면이 오목면을 이루고, 그 이면이 볼록면을 이루도록 굽힘 가공하는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제8항에 있어서,
복수의 상기 오목부가, 상기 판 형상 워크의 한쪽의 면에, 소정의 간격을 두고 형성되는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 오목부에 대응하는 형상을 갖고, 또한 상기 판 형상 워크보다 영률이 작은 재료로 이루어지는 심을, 상기 오목부에 삽입하는 공정을 더 갖는, 판 형상 워크의 성형 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부를 형성한 상기 판 형상 워크는, 인장 방향의 수직 단면의 최대 단면적/최소 단면적의 제1 비율이, 재료의 인장 강도/내력의 제2 비율과 동등 또는 작은, 판 형상 워크의 성형 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 판 형상 워크의 성형 방법에 의해 제조된 성형체.