KR20130034224A - 프레스 성형방법 - Google Patents

Abstract

프레스 성형시에 발생하는 스프링 백(Spring back)을 저감하기 위한 프레스 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 성형 모션을 통해 스프링 백을 개선할 수 있는 프레스 성형방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 상부금형과 하부금형 사이에 블랭크 소재를 개재하고, 상부금형과 하부금형을 압착하여 소재의 형상을 가공하는 프레스 성형 방법에 있어서, 상부금형의 하강도중 미리설정된 구속성형 시작점부터 하사점(Bottom Dead Center)까지 상부금형을 일시적으로 정지시키며 스트로크를 진행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법을 제공한다.

Description

프레스 성형방법 {PRESS FORMING METHOD}

본 발명은 프레스 성형시에 발생하는 스프링 백(Spring back)을 저감하기 위한 프레스 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 성형 모션(motion)을 통해 스프링 백을 개선할 수 있는 프레스 성형방법에 관한 것이다.

스프링 백 현상이란 프레스 성형 후 소재가 탄성적으로 복원하면서 발생하는 것으로 형상 동결성과 관련된 문제이다.

스프링 백 현상에 영향을 미치는 인자로는 항복강도, 가공경화지수, 탄성계수 등이 있다.

자동차 부품은 경량화와 안전성을 동시에 고려해야 하기 때문에, 고장력강의 사용이 증가하고 있는데, 고장력강의 경우 스프링 백 현상이 더욱 큰 문제가 된다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 제10-2005-0067978호 (공개일자 2005년 7월 5일)가 있다.

본 발명의 목적은 스프링 백 발생을 저감하여 부품의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있는 프레스 성형 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 금형을 그대로 사용하되 금형의 성형 모션을 제어함으로써 스프링 백 발생을 저감 할 수 있는 프레스 성형 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부금형과 하부금형 사이에 블랭크 소재를 개재하고, 상부금형과 하부금형을 압착하여 소재의 형상을 가공하는 프레스 성형 방법에 있어서, 상부금형의 하강도중 미리 설정된 구속성형 시작점부터 하사점(Bottom Dead Center)까지 상부금형을 일시적으로 정지시키며 스트로크를 진행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법을 제공한다.

상기 구속성형 시작점은 하사점 이전 4~8mm 사이 구간에 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 일시 정지시간은 0.3~0.8초 범위인 것이 바람직하다.

상기 일시적 정지는 0.6~1.2mm 스트로크 간격으로 이루어지면 더욱 바람직하다.

아울러, 상기 일시 정지시간은 하사점에 근접할수록 증가하도록 설정될 수 있다.

그리고, 상기 상부금형의 스트로크 진행속도는 하사점으로 접근할수록 느려지면 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은 상부 금형의 성형 모션에 변화를 주어 스프링 백 현상을 저감 할 수 있는 것으로, 종래의 금형들을 그대로 사용하면서 스프링 백 발생을 저감 할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 스프링 백 현상을 설명하기 위한 개념도,
도 2 및 도 3은 상사점과 하사점에서의 프레스 금형의 상태를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은 시간에 따른 스트로크 진행을 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 구속성형 시작점 이후 구간의 스트로그 진행을 나타낸 그래프임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 스프링 백 개선을 위한 프레스 성형방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 스프링 백 현상을 설명하기 위한 개념도이다.

프레스 성형은 상부금형(10)과 하부금형(20)의 사이에 블랭크 소재(30)를 로딩하고, 상부금형(10)과 하부금형(20)을 압착하여 블랭크 소재(30)를 원하는 형상으로 성형하는 것이다.

배경기술에서 살펴본 바와 같이, 블랭크 소재의 강도, 가공경화지수, 탄성계 등에 따라서, 금형의 구속을 해제한 후 소재가 원래의 현상으로 복원되는 스프링 백 현상이 발생한다.

도 1의 좌측에 도시한 바와 같이, 상부금형(10)과 하부금형(20)으로 블랭크 소재(30)를 압착하였다 하더라도, 금형의 구속을 해제하게 되면, 우측에 도시한 바와 같이 성형 제품(40)은 점선으로 도시한 목표 형상과는 차이를 가지게 된다.

도 2는 프레스 장치에서 상부금형이 상사점(Top Deasd Center, TDC)에 위치한 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 프레스 장치(100)는 베이스 플레이트(110)에 고정되는 하부금형(120)과, 상기 하부금형(120)과 대면하여 상기 하부금형(120)에 대하여 승하강 가능하게 형성되는 상부금형(130)과, 상기 하부금형(120)의 주변에 배치되어 블랭크 소재(10)의 가장자리를 구속하는 블랭크 홀더(150)를 포함한다.

하부금형(120)은 성형과정에서 베이스 플레이트(110)에 고정된 상태를 유지하게 되며, 상부금형(130)은 유압 등에 의하여 능동적으로 승하강하게 된다.

블랭크 홀더(150)는 능동적으로 승하강하는 것은 아니고, 상부금형(130)의 하강시에 상부금형(130)과 함께 하강하게 되는데, 이 때 블랭크 홀더(150)와 상부금형(130)의 사이에 블랭크 소재가 끼어 구속된다.

도 2는 블랭크 소재 로딩 상태를 나타낸 것으로, 상부금형(130)은 상사점(Top dead center, TDC)에 위치하고 있으며, 블랭크 홀더(150)는 외압이 없으므로 최대로 상승한 상태를 유지하고 있다. 이러한 상태에서 도시한 바와 같이 블랭크 소재(10)를 로딩한다. 로딩된 블랭크 소재(10)는 하부금형(120)에 접촉하지 않으며 블랭크 홀더(150)의 위에 올려진 상태가 된다.

이러한 상태에서 상부금형(130)이 하강하기 시작한다.

도 3은 프레스 장치에서 상부금형이 하사점에 위치한 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 상부금형이 하사점에 위치한 상태인 성형완료 상태에서는 상부금형(150)과 하부금형(120)이 소재를 사이에 두고 밀착된다. 성형완료 직전에는 가능한 소성변형이 이루어지도록 하여 형상 동결성을 확보해야 스프링 백 형상을 저감할 수 있다. 이하 본 발명의 형상 동결성 확보를 위한 방법에 관하여 살펴본다.

도 4는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은 시간에 따른 스트로크 진행을 나타낸 그래프이다.

상부금형의 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)까지의 이동을 스트로크(stroke)라 한다. 상부금형의 그래프에 도시된 바와 같이, 하강시의 이동속도와 상승시의 이동속도가 다르다.

상부금형의 하강시에는 블랭크 소재의 성형이 이루어지지만, 상부금형의 상승은 다음 공정을 진행하기 위한 준비단계이므로, 상승속도는 빠를수록 좋다.

그런데, 상부금형의 하강속도는 성형 제품의 형상 동결성과 관련되는 사항이기 때문에, 속도를 무조건 빠르게 할 수는 없다. 그렇다고 형성 동결성을 위해서 하강 속도를 지나치게 느리게 가져가면 제품의 생산성이 저하되는 문제점을 가져온다.

전체적인 상부금형의 스트로크 진행속도는 하사점으로 접근할수록 느려지도록 하는 것이 바람직하다. 스프링 백 현상은 상사점(TDC) 부근의 성형초기 보다는 하사점(BDC) 부근의 성형말기와 밀접한 관련이 있기 때문이다.

본 발명은 스프링 백 현상을 결정하는 것이, 하사점 근방이라는 점에 착안하여 상부금형의 스트로크 속도를 하사점 부근에서 지연시킴으로써 전체적인 공정 싸이클 속도의 저하를 최소화하면서 스프링 백 현상을 저감할 수 있는 방법을 제시한다.

본 발명에 따른 프레스 성형방법은 하사점에 근접한 지점에 구속성형 시작점을 설정하고, 구속성형 시작점 이후의 스트로크를 계단식으로 진행하는 것을 특징으로 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 스트로크가 계단식으로 멈추었다 진행하도록 함으로써 형상 동결성을 확보하는 것이다.

여기서 구속성형 시작점은 하사점 이전 4~8mm 사이 구간에 설정되는 것이 바람직하다.

구속성형 시작점이 하사점 이전 8mm 보다 위쪽에서 설정되면, 공정시간 지연이 커져 생산성이 저하되며, 구속성형 시작점이 하사점 전 4mm 아래쪽에서 설정되면 충분한 형상 동결성을 확보할 수 없다.

계단식 스트로크 진행에 있어서, 스트로크가 진행하지 않는 일시 정지시간은 0.3~0.8 초 범위인 것이 바람직하다.

일시정지 시간이 0.3초 미만이면 형상 동결성을 확보하기 곤란하며, 0.8초를 초과하면 형상 동결성 확보라는 장점 보다는 공정 사이클 지연이라는 단점이 커진다.

계단식 스트로크 진행에 있어서 일시적 정지 간격은, 0.6~1.2mm 스트로크 간격으로 이루어지는 것이 바람직하다.

일시적 정지 간격이 0.6mm 스트로크 미만이면, 일시정지 시간이 길어져 공정 싸이클이 지연되며, 일시적 정지 간격이 1.2mm 스트로크를 초과하면 충분한 형상 동결성을 확보할 수 없다.

도 5는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 구속성형 시작점 이후 구간의 스트로크 진행을 나타낸 그래프이다.

도시된 실시예는 하사점 전 5mm 지점을 구속성형 시작점으로 설정하고, 1mm 스트로크 진행시마다 일시 정지 후 진행하는 스트로크를 나타낸 것이다.

도시된 실시예의 경우 각각의 일시정지 시간(t1, t2, t3, t4, t5)이 동일한 것으로 도시하였으나, 스트로크가 진행할 수록 일시정시 시간이 길어지도록(t1< t2< t3< t4< t5) 설정할 수도 있다. 하사점에 근접할수록 형상 동결성의 확보가 중요하기 때문에 하사점에 근접할수록 정지시간을 길게 가져가는 것이 유리할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110 : 베에스 플레이트
120 : 하부금형
130 : 상부금형
150 : 블랭크 홀더

Claims (6)

1. 상부금형과 하부금형 사이에 블랭크 소재를 개재하고, 상부금형과 하부금형을 압착하여 소재의 형상을 가공하는 프레스 성형 방법에 있어서,
   상부금형의 하강도중 미리설정된 구속성형 시작점부터 하사점(Bottom Dead Center)까지 상부금형을 일시적으로 정지시키며 스트로크를 진행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구속성형 시작점은
   하사점 이전 4~8mm 사이 구간에 설정되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 일시 정지시간은 0.3~0.8 초 범위인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 일시적 정지는
   0.6~1.2mm 스트로크 간격으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 일시적 정지 시간은
   하사점에 근접할수록 증가하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부금형의 스트로크 진행속도는
   하사점으로 접근할수록 느려지는 것을 특징으로 프레스 성형방법.

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