KR20150080572A

KR20150080572A - 프레스 성형 방법

Info

Publication number: KR20150080572A
Application number: KR1020157013909A
Authority: KR
Inventors: 마사키 우라베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: EP2933034A4; US9937546B2; CN104870117A; US20150298193A1; JP2014117728A; EP2933034A1; CN104870117B; KR101652877B1; JP5510533B1; EP2933034B1; WO2014097745A1

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 외주연(外周緣)의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상 외주연(3)을 갖는 천판부(5)와, 천판부(5)에 있어서의 오목 형상 외주연(3)을 따라 굽힘 성형된 플랜지부(7)를 갖는 성형 부품(1)을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 블랭크재(材)(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 종벽부(11)로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께 천판부(5)측으로 볼록해지는 산형부(13)를 포함하는 중간 형상 부품(15)을 성형하는 제1 성형 공정(S1)과, 제1 성형 공정(S1)으로 성형된 중간 형상 부품(15)의 산형부(13)를 포함하는 부위를 종벽부(11)와의 경계가 되는 절곡선을 따라 굽힘 성형하여 플랜지부(7)를 성형하는 제2 성형 공정(S2)을 포함한다.

Description

프레스 성형 방법{PRESS FORMING METHOD}

본 발명은, 금속판을 프레스 성형하여 신장 플랜지(stretch flange)를 성형하는 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

금속판을 금형(die of press forming)으로 사이에 끼워 프레스 성형을 함으로써 플랜지부를 성형할 때, 금속판에 있어서의 플랜지부의 굴곡 단부(端部)가 인장력을 받아 신장 변형(stretch deformation;신장 플랜지)이 발생하는 경우가 있다. 이러한 성형을 신장 플랜지 성형(stretch flange forming)이라고 한다. 신장 플랜지 성형에 있어서는, 신장 변형이 금속판의 변형 한계(deformation limit)를 초과하면 균열(crack)이 발생한다. 이 균열을 신장 플랜지 균열이라고 한다. 신장 플랜지 균열은, 예를 들면 자동차(automobile)의 프레스 성형 부품 등의 특히 고장력 강판(high-strength steel sheet)의 성형 부품에 있어서 발생하기 쉽다. 신장 플랜지 균열이 발생하면, 소정의 부품 형상이 얻어지지 않는 경우가 있다.

이러한 신장 플랜지 균열을 회피하는 방법에 대해서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 균열이 발생하기 쉬운 부위의 단면(end face)의 상태를 개선함으로써, 신장 플랜지 균열의 발생을 억제하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2 및 비특허문헌 1에는, 프레스 금형에 의해 초과 두께(excess metal)를 부여하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 신장 플랜지 균열이 발생하기 어려운 블랭크(blank) 형상을 이용하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 비특허문헌 2 및 비특허문헌 3에는, 순차 접촉 펀치(sequential contacting punch)를 이용하여 성형을 행함으로써, 변형을 분산시켜 신장 플랜지 부위로의 변형의 집중을 억제하여, 신장 플랜지 균열의 발생을 회피하는 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2009-255167호 일본공개특허공보 2008-119736호 일본공개특허공보 2009-214118호 일본공개특허공보 2009-160655호

박강판 성형 기술 연구회 편 「프레스 성형 난이 핸드북 제3판(Third Edition of Press Forming Difficulty Hand book)」, 일간 공업 신문사, 2007년 3월 30일, p.234 표 4. 23 재료와 프로세스, 21(2008), p.321 소성과 가공 제52권 604호 p.569-573 (2011년)

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 균열이 발생하기 쉬운 부위의 단면의 상태를 개선하는 방법에서는, 그 효과는 한정적이며, 신장 플랜지 균열이 발생하는 문제의 근본적인 해결에는 이르지 않는다. 또한, 특허문헌 2나 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 프레스 금형에 의해 초과 두께를 부여하는 방법에 대해서도, 상기와 동일하게 효과가 한정적이며, 신장 플랜지 균열이 발생하는 문제의 근본적인 해결이라고는 말할 수 없다. 또한, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 개시되어 있는 바와 같이, 신장 플랜지 균열이 발생하기 어려운 블랭크 형상을 이용하는 방법의 경우, 블랭크 형상이 제약을 받기 때문에 제품 형상의 자유도가 저하된다. 또한, 최종적으로 목표 형상으로 하기 위해 해당 부위의 형상을 갖추기 위한 가공이 필요해져, 비용 증대의 원인이 되기도 한다. 또한, 비특허문헌 2 및 비특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 순차 접촉 펀치를 이용하는 경우, 천판부(top portion)의 형상 악화가 지적되고 있어, 천판부의 형상에 대한 정밀도가 요구되는 경우에는 적용하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기와 같은 여러 가지의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 제품 형상의 자유도를 저하시키는 일 없이, 신장 플랜지 균열이 발생하는 문제를 근본적으로 해결하고, 나아가서는 천판부의 형상에 대한 정밀도도 우수한 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 외주연(外周緣;outer edge)의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상 외주연을 갖는 천판부와, 당해 천판부에 있어서의 오목 형상 외주연을 따라 굽힘 성형된 플랜지부를 갖는 성형 부품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 블랭크재(材)에 있어서의 상기 플랜지부가 형성되는 부위에, 플랜지부의 일부가 되는 종벽부(vertical wall portion)와, 당해 종벽부로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께 상기 천판부측으로 볼록해지는 산형부(mountain shaped portion)를 포함하는 중간 형상 부품을 성형하는 제1 성형 공정과, 당해 제1 성형 공정으로 성형된 중간 형상 부품의 상기 산형부를 포함하는 부위를 종벽부와의 경계가 되는 절곡선을 따라 굽힘 성형하여 플랜지부를 성형하는 제2 성형 공정을 포함한다.

상기의 본 발명에 따른 프레스 성형 방법으로서, 상기 제1 성형 공정은, 블랭크재에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제1 다이로 끼워 지지(holding) 하여, 상기 블랭크재에 있어서의 플랜지부가 되는 부위를 제1 펀치에 의해 성형하고, 상기 제2 성형 공정은, 중간 형상 부품에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제2 다이로 끼워 지지하여, 상기 중간 형상 부품에 있어서의 산형부를 포함하는 형상을 따르는 제2 펀치에 의해 성형한다.

본 발명에 의하면, 제품 형상의 자유도를 저하시키는 일 없이, 신장 플랜지 균열이 발생하는 문제를 근본적으로 해결하고, 나아가서는 천판부의 형상에 대한 정밀도도 우수한(천판부의 변형이 거의 없는) 프레스 성형 방법을 제공할 수 있다.

도 1a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정을 설명하는 설명도이다.
도 1b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정을 설명하는 설명도이다.
도 1c는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정을 설명하는 설명도이다.
도 1d는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정을 설명하는 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 성형 부품의 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 의해 성형되는 중간 형상 부품의 설명도이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 이용하는 제1 펀치의 설명도이다.
도 4b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 이용하는 제1 펀치의 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 있어서 발생하는 전단 변형(전단력에 의해 발생하는 소성 변형) 발생의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 있어서의 전단력에 의해 발생하는 소성 변형을 분포도(distribution map)로 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정에 있어서의 판두께 감소율을 분포도로 나타내는 도면이다.
도 8a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 이용하는 제2 펀치의 설명도이다.
도 8b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 이용하는 제2 펀치의 설명도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 있어서의 전단력에 의해 발생하는 소성 변형을 분포도로 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 제2 성형 공정에 있어서의 판두께 감소율을 분포도로 나타내는 도면이다.
도 11은, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 발생하는 소성 변형을 분포도로 나타내는 도면이다.
도 12는, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형한 경우의 판두께 감소율을 분포도로 나타내는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 실시예에 있어서의 성형 부품의 설명도이다.
도 14는, 본 발명의 실시예에 있어서의 제1 펀치의 설명도이다.
도 15는, 본 발명의 실시예에 있어서의 제2 펀치의 설명도이다.
도 16은, 본 발명의 실시예의 효과를 설명하는 그래프이다.
도 17은, 본 발명의 실시예의 효과를 설명하는 그래프이다.
도 18은, 본 발명의 실시예의 효과를 설명하는 설명도로서, 성형 부품에 있어서의 응력 분포를 분포도로 나타내는 도면이다.
도 19는, 본 발명의 프레스 성형 방법에 있어서의 제1 성형 공정에서 이용하는 제1 펀치의 다른 실시 형태의 설명도이다.
도 20은, 본 발명의 프레스 성형 방법에 있어서의 제1 성형 공정에서 이용하는 제1 펀치의 다른 실시 형태의 설명도이다.
도 21a는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 21b는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 22는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 23a는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 23b는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 24는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 25는, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법의 메커니즘을 설명하는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

발명자는, 신장 플랜지 성형에 있어서, 플랜지부의 굴곡 단부에 신장(stretch)이 집중되는 것을 완화하는 근본적인 해결 방법을 예의 검토했다. 그 결과, 플랜지부를 성형할 때, 플랜지부에 있어서의 굴곡 단부에 신장과 수축(shrinkage)이 동시에 발생하면, 이들이 상쇄되어 굴곡 단부에 신장이 집중되는 일 없이 당해 부위에 균열이 발생하는 일도 없어지는 것은 아닌가 하고 생각했다. 그리고, 플랜지부에 있어서의 굴곡 단부에 신장과 수축이 동시에 발생하는 바와 같은 프레스 성형 방법에 대해서 검토했다. 이 검토 내용을 도 21∼도 25에 기초하여 이하에 설명한다.

도 21a는, 평판 형상의 제1 블랭크(50)를 나타내는 도면이다. 파선은 제1 플랜지부(51)(도 21a 참조)를 성형하기 위한 제1 절곡선(53)을 나타내고, 중앙의 굵은 실선은 판에 들어간 제1 절입(incision)(55)을 나타낸다. 이러한 제1 블랭크(50)가 제1 절곡선(53)을 따라 구부러져 제1 플랜지부(51)가 성형되면, 도 21b에 나타내는 바와 같이, 제1 플랜지부(51)에 있어서의 제1 절입(55)의 부분이 벌어진다. 따라서, 판에 제1 절입(55)이 없이 판이 연결되어 있는 경우, 제1 플랜지부(51)에 있어서, 도 22에 사선으로 나타낸 부위에 신장이 발생한다. 이것이 신장 플랜지 성형이다.

도 23a는, 직사각형 형상의 판이 그 중앙에서 산형으로 된 제2 블랭크(57)를 나타내는 도면이다. 파선은 제2 플랜지부(59)를 성형하기 위한 제2 절곡선(61)을 나타내고, 중앙의 굵은 실선은 판에 들어간 제2 절입(63)을 나타낸다. 이러한 제2 블랭크(57)가 제2 절곡선(61)을 따라 구부러져 제2 플랜지부(59)가 성형되면, 도 23b에 나타내는 바와 같이, 제2 플랜지부(59)의 중앙부에서 블랭크의 일부가 서로 겹쳐진다. 따라서, 판에 제2 절입(63)이 없이 판이 연결되어 있는 경우, 제2 플랜지부(59)에 있어서, 도 24에 사선으로 나타낸 부위에 수축이 발생하고, 당해 수축이 판두께 증가로 흡수되지 않는 경우에는 주름(wrinkles)이 발생한다. 이것이 수축 플랜지 성형(shrinkage flange forming)이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 도 22에 나타내는 바와 같이, 평판 형상의 제1 블랭크(50)가, 외주연(outer edge)의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상의 제1 절곡선(53)을 따라 구부러져 제1 플랜지부(51)가 성형되면, 제1 플랜지부(51)에 있어서의 굴곡 단부에 신장이 발생한다. 또한, 도 24에 나타내는 바와 같이, 산형 형상의 제2 블랭크(57)가, 산형에 따른 절곡선(61)을 따라 구부러져 제2 플랜지부(59)가 성형되면, 제2 플랜지부(59)에 있어서의 굴곡 단부에 수축이 발생한다.

그래서, 이러한 플랜지부의 동일 부분에 신장과 수축이 동시에 발생하는 성형을 행함으로써, 신장과 수축이 상쇄된다. 그러기 위해서는, 플랜지부는, 도 22에 나타내는 안쪽으로 오목한 오목 형상인 제1 절곡선(53)과, 도 24에 나타내는 산형을 따르는 제2 절곡선(61)의, 2개의 특질(characteristics)을 구비한 절곡선을 따라 구부러져 성형되면 좋다.

이러한 성형이 행해지기 위해서는, 2개의 특질을 구비한 절곡선이 실현되는 예비적인 중간 형상(preformed shape)이, 목표 형상의 플랜지부를 성형하는 전단계(previous stage)에서 만들어져 있으면 좋다. 도 25는, 이러한 중간 형상의 일 예를 나타내는 도면이다. 이 중간 형상(65)은, 천판부(69)와 종벽부(vertical wall portion)와 산형부(73)를 포함하는 형상이다. 천판부(69)는, 외주연의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상 외주연(67)을 갖는다. 종벽부(71)는, 당해 천판부(69)에 있어서의 오목 형상 외주연(67)을 따라 굽힘 성형되어 플랜지부의 일부가 된다. 산형부(73)는, 당해 종벽부(71)로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께, 천판부(69)측으로 볼록해져 있다. 도 25에 나타내는 중간 형상(65)에 있어서, 종벽부(71)에 형성된 제3 절곡선(75)이, 전술한 2개의 특질을 갖는 절곡선이 되어 있다. 즉, 중간 형상(65)은, 위에서 보면 안쪽으로 오목하게 되어 있는 점에서, 제3 절곡선(75)은, 도 22의 제1 절곡선(53)과 동일한 형상이 되어 있다. 또한, 중간 형상(65)은, 전방에서 보면 산형이 되어 있는 점에서, 제3 절곡선(75)은, 도 24의 제2 절곡선(61)과 동일한 형상이 되어 있다.

중간 형상(65)이 성형되어, 도 25의 화살표 A로 나타내는 바와 같이, 이 중간 형상(65)에 나타난 종벽부(71)의 제3 절곡선(75)을 따라 산형부(73)가 성형되면, 산형부(73)의 중앙 선단의 X부에는, 도 22에 나타낸 신장과 도 24에 나타낸 수축이 동시에 발생한다. 그 결과, 신장과 수축이 상쇄되어, 신장에 기인하는 균열이나, 수축에 기인하는 주름 등이 발생하지 않는다. 또한, 중간 형상(65)이 성형될 때에 종벽부(71)의 중앙(오목 형상의 오목부)에 신장이 발생하지만, 당해 부위에서는 천판부(69)로부터의 수하 거리(hung down distance)가 짧기 때문에, 큰 신장으로는 되지 않아 균열 등의 문제는 없다. 본 발명은 상기와 같은 인식에 기초하여 이루어진 것이며, 구체적으로는 이하의 구성으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법은, 도 2에 나타내는 성형 부품(1)을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법이다. 이 성형 부품(1)은, 외주연의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상 외주연(3)을 갖는 천판부(5)와, 당해 천판부(5)에 있어서의 오목 형상 외주연(3)을 따라 굽힘 성형된 플랜지부(7)를 갖는다.

본 실시 형태의 프레스 성형 방법은, 제1 성형 공정(S1)과, 제2 성형 공정(S2)을 포함한다. 제1 성형 공정(S1)에서는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 블랭크재(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 당해 종벽부(11)로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께 상방으로 볼록해지는 산형부(13)를 포함하는 중간 형상 부품(15)(도 1b 및 도 3 참조)이 성형된다. 제2 성형 공정(S2)에서는, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정(S1)으로 성형된 중간 형상 부품(15)의 산형부(13)를 포함하는 형상을 따르는 제2 펀치(35)가, 산형부(13)를 포함하는 부위를 종벽부(11)와의 경계선(19)을 따라 굽힘 성형하여 플랜지부(7)를 성형한다(도 1d 참조). 이하, 본 실시 형태의 프레스 성형 방법의 목표 형상인 성형 부품(1), 제1 성형 공정(S1), 제2 성형 공정(S2)에 대해서 상세하게 설명한다.

<성형 부품>

본 실시 형태에 있어서의 프레스 성형의 목표 형상인 성형 부품(1)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 외주연의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상 외주연(3)을 갖는 천판부(5)와, 당해 천판부(5)에 있어서의 상기 오목 형상 외주연(3)을 따라 굽힘 성형된 플랜지부(7)를 갖는다. 이러한 형상의 성형 부품(1)에서는, 플랜지부(7)에 있어서의 굴곡 단부(21)에 신장이 집중되어, 당해 부위에 균열이 발생하기 쉽다.

<제1 성형 공정>

본 실시 형태의 제1 성형 공정(S1)은, 중간 형상 부품(15)(도 3 참조)이 성형되는 공정이다. 중간 형상 부품(15)에는, 블랭크재(9)에 있어서의 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 당해 종벽으로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께 상방 즉 천판부(5)측으로 볼록해지는 산형부(13)가 포함된다.

제1 성형 공정(S1)의 프레스 성형에는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 하금형(下金型)이 되는 제1 다이(die)(23)와, 다이의 상방으로부터 하강하는 제1 펀치(punch)(17)와, 블랭크재(9)를 누르는 패드(pad)(25)가 사용된다.

제1 펀치(17)는, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 평탄부(27)와 종벽 성형부(29)와 산형 성형부(31)를 구비한다. 평탄부(27)는, 성형 부품(1)의 천판부(5)에 상당하는 부위에 위치한다. 종벽 성형부(29)는, 중간 형상 부품(15)의 오목 형상 외주연(3)을 따라 하방으로 연이어 나가는 종벽부(11)를 성형한다. 산형 성형부(31)는, 종벽 성형부(29)로부터 수평 방향으로 연이어 나가는 상방으로 볼록해지는 산형을 성형한다. 또한, 산형 성형부(31)에는, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 산형 자락 평탄부(mountanin shape base flat portion;32)가 있어도 좋다.

제1 다이(23)는, 제1 펀치(17)의 각 성형부의 형상에 대응한 형상을 갖고 있다. 패드(25)가 블랭크재(9)를 제1 다이(23)로 압압하는 압압력은, 제1 펀치(17)의 하강에 의한 성형시에 있어서 천판부(5)에 변형이 발생하지 않는 바와 같은 충분히 강한 압력인 것이 바람직하다.

제1 성형 공정(S1)을 보다 구체적으로 설명한다. 제1 성형 공정(S1)에서는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 블랭크재(9)를 제1 다이(23)와 패드(25)가 끼워 지지한 상태에서, 제1 펀치(17)가 제1 다이(23)측으로 하강한다. 제1 펀치(17)가 하강하면, 우선 제1 펀치(17)의 산형 성형부(31)(도 4 참조)에 있어서의 양단이 블랭크재(9)에 맞닿는다. 제1 펀치(17)가 더욱 하강하면, 블랭크재(9)의 자락으로부터 순서대로 산형부(13)의 성형과 종벽부(11)의 성형이 동시에 행해진다.

이때, 도 5에 화살표로 나타내는 바와 같이, 종벽부(11)는 하방으로 인장되고, 산형부(13)는 상방을 향해 밀어올려지기 때문에, 종벽부(11)와 산형부(13)와의 사이에 전단력(sheared stress)이 작용한다. 도 6은, 이 제1 성형 공정(S1)에 있어서의 전단력에 의해 발생하는 소성 변형(plastic strain)을 나타내는 분포도(distribution map)이다. 도 6에 있어서는, 부호 A로 나타내는 부위는 소성 변형이 제로(0)인 부위이며, BCDEF의 순서로 소성 변형이 커지고 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 산형부(13)뿐만 아니라 종벽부(11)의 넓은 범위에 걸쳐 소성 변형이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이 점에서, 제1 성형 공정(S1)에 있어서, 종벽부(11)의 넓은 범위의 재료가 산형부(13)의 성형에 기여하고 있으며, 산형부(13)의 성형시에 있어서 소성 변형이 집중되는 일 없이 분산되어 있는 것을 알 수 있다.

도 7은, 제1 성형 공정(S1)이 실시된 후의 판두께 변화를 나타내는 분포도이다. 도 7에 있어서는, 부호 A로 나타내는 부위는 판두께 감소율이 제로인 부위이며, BCDEF의 순서로 판두께 감소율(thickness reduction ratio)이 커지고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 판두께 감소율은, 가장 큰 산형부(13)의 정상 부근에서도 16％였다.

이와 같이, 제1 성형 공정(S1)에 의해, 소성 변형이 집중되는 일 없이 산형부(13)가 성형되고, 종벽부(11)에는 산형부(13)와의 경계선(19)이 형성된다(도 3 참조). 이 경계선(19)이, 도 25에서 나타낸 제3 절곡선(75)과 동일한 성질, 즉 플랜지부(7)의 굴곡 단부(21)에 신장과 수축을 당시에 발생시키는 성질을 갖는다.

또한, 제1 성형 공정(S1)에서는, 플랜지부(7)가 되는 부위에 있어서 전단 변형(sheared strain)(전단력에 의해 발생하는 소성 변형)이 발생하는 점에서, 천판부(5)로의 영향이 적고, 천판부(5)에 응력이 발생하지 않는다. 그 때문에, 천판부(5)의 평탄도의 형상 정밀도가 높게 유지된다.

<제2 성형 공정>

제2 성형 공정(S2)에서는, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 제2 다이(33)와 패드(25)가, 제1 성형 공정(S1)으로 성형된 중간 형상 부품(15)을 사이에 끼우고, 산형부(13)를 포함하는 형상을 따르는 제2 펀치(35)가, 산형부(13)를 포함하는 부위를 경계선(19)을 따라 하방으로 절곡하여 플랜지부(7)를 성형한다.

제2 성형 공정(S2)에서 사용되는 제2 펀치(35)는, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정(S1)에서 성형된 산형부(13)를 따르는 오목 형상과 종벽부(11)를 따르는 형상을 갖고 있다. 제2 펀치(35)에 있어서 제1 펀치(17)와 상이한 점은, 종벽 성형부(29)의 길이가 긴 점뿐이다. 제2 다이(33)는, 제2 펀치(35)의 각 성형부의 형상에 대응한 형상을 갖고 있다.

도 8a에 나타내는 바와 같은 제2 펀치(35)가, 제1 성형 공정(S1)에서 성형된 종벽부(11)를 따라 하강하면, 제2 펀치(35)가 산형부(13)를 포함하는 형상에 맞닿는다. 제2 펀치(35)가 더욱 하강하면, 산형부(13)를 포함하는 형상이 종벽부(11)와의 경계선(19)으로부터 수직 하방으로 굽힘 성형되어, 도 1d에 나타내는 바와 같이 목표 형상이 성형된다. 또한, 제2 펀치(35)에는, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 산형 자락 평탄부(32)가 있어도 좋다. 또한, 도 8a 또는 도 8b의 제2 펀치(35)와, 도 4a 또는 도 4b의 제1 펀치(17)와의 조합은 어느 것이라도 좋다.

이 제2 성형 공정(S2)에서는, 제1 성형 공정(S1)에서 성형된 산형부(13)를 포함하는 형상이 경계선(19)을 따라 하방을 향해 굽힘 성형된다. 이때 플랜지부(7)의 중앙 하단부에는 신장과 수축의 양방이 작용하고, 이들이 상쇄되기 때문에, 이 굽힘 성형에 의해 큰 신장이 발생하는 일은 없고, 하물며 균열이 발생하는 일도 없다.

도 9는, 제2 성형 공정(S2) 후에 있어서의 소성 변형의 분포를 나타내는 분포도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 넓은 범위에 소성 변형이 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 소성 변형이 집중되지 않고 분산됨으로써, 균열의 발생이 방지되는 것이다. 또한, 도 9의 분포도에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해서도 플랜지부(7)의 굴곡 단부에 소성 변형이 발생하는 것은, 당해 부위에 발생하는 신장과 수축이 완전하게 일치하고 있는 것은 아니기 때문이다.

도 10은, 제2 성형 공정(S2) 후의 판두께의 분포를 나타내는 분포도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 판두께의 변화가 광범위하게 분산되어 있으며, 가장 판두께 감소율이 큰 부위에서도 판두께 감소율은 20％였다. 이 점은, 신장과 수축의 상쇄 작용에 의해 판두께 감소율의 최대값이 작아져, 균열의 발생이 확실하게 방지되는 것을 의미하고 있다.

도 11은, 신장 플랜지 성형이 일 공정에서 행해지는 종래의 프레스 성형 방법으로 프레스 성형된 경우의 소성 변형 분포를 나타내는 분포도이다. 또한, 도 12는 동일하게 신장 플랜지 성형이 하나의 공정에서 행해지는 종래의 프레스 성형 방법으로 프레스 성형된 경우의 판두께의 분포를 나타내는 분포도이다. 도 11을 도 9와 비교하면, 종래 방법(도 11)에서는, 소성 변형이 발생하고 있는 부위가, 도 9(본 발명)와 같이 분산되지 않고, 플랜지부(7)의 중앙 하단의 굴곡부에 집중되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12를 도 10과 비교하면, 종래 방법(도 12)에서는, 판두께 변화가 발생하고 있는 부위가, 도 10(본 발명)과 같이 플랜지부(7)의 넓은 범위에 분산되지 않고, 중앙에 집중되어 있는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타내는 종래 방법에서의 최대의 판두께 감소율은 41％로서, 도 10에 나타내는 본 발명에서의 20％보다도 크게 되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 블랭크재에 있어서의 상기 플랜지부(7)가 형성되는 부위에, 제1 성형 공정(S1)에서, 플랜지부(7)의 일부가 되는 종벽부(11)와, 종벽부(11)로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께 천판부(5)측으로 볼록해지는 산형부(13)를 포함하는 중간 형상 부품(15)이 성형된다. 다음으로, 제2 성형 공정(S2)에 있어서, 제1 성형 공정(S1)에서 성형된 중간 형상 부품(15)의 산형부(13)를 포함하는 부위가 종벽부(11)와의 경계선(19)을 따라 굽힘 성형되어 최종 형상의 성형 부품(1)의 플랜지부(7)가 성형된다. 이에 따라, 제1 성형 공정(S1)에서는, 성형 부품(1)에 있어서의 플랜지부(7)의 넓은 범위에 소성 변형이 발생하여 산형부(13)가 형성되고, 그에 따라 신장의 집중이 방지되어 플랜지부(7)의 굴곡 단부에 요구되는 신장 변형이 미리 성형된다. 또한, 제2 성형 공정(S2)에서는, 주로 굽힘 성형이 되어, 플랜지부(7)의 굴곡 단부에 신장과 수축이 동시에 발생하여 신장이 집중되지 않기 때문에, 균열의 발생을 효과적으로 방지하여 신장 플랜지 성형을 행할 수 있다.

또한, 제1 성형 공정(S1)에 있어서의 산형부(13)를 성형할 때의 소성 변형은, 플랜지부(7)가 되는 종벽부(11)와 산형부(13)의 사이에서 발생하기 때문에, 천판부(5)에는 거의 응력이 발생하지 않고, 천판부(5)의 형상 정밀도도 우수하다(천판부(5)의 변형이 거의 없음).

[실시예]

본 발명의 효과를 검증하기 위해, 종래 방법과 본 발명의 방법이 유한 요소법에 의한 해석으로 검증되었다. 해석에 이용한 소프트웨어는 LSTC사 제조의 LS-DYNA 버전 971로서, 동적 양해법(dynamic explicit method)이 이용되었다. 도 13은, 대상으로 하는 성형 부품의 형상을 나타낸 도면이다. 또한, 표 1은, 도 13에 나타낸 성형 부품의 각 부의 치수 등을 나타내는 표이다. 성형 부품의 형상은, 플랜지부의 종벽부의 높이 H가 30㎜인 것(성형 부품 형상 1)과, 종벽부의 높이 H가 40㎜인 것(성형 부품 형상 2)의 2종류로 했다. 또한, 표 1에 있어서, W, L, H, R의 단위는 ㎜이며, θ, φ의 단위는 degree(도)이다.

또한, 도 14는, 본 발명의 제1 성형 공정에서 이용된 제1 펀치를 나타내는 도면이다. 또한, 도 15는, 제2 성형 공정에서 이용한 제2 펀치를 나타내는 도면이다. 또한, 표 2는, 도 13∼15에 나타낸 각 부의 치수를 나타내는 표이다. 또한, 표 2에 있어서, Wp, Lp, Ha, Hb, W1, L1, R, Rp1, Rt, Rb의 단위는 ㎜이며, θ1, θ2, φ1의 단위는 degree(도)이다. 또한, 표 2에 있어서, R, Rp1, Rt, Rb는 라운드 가공부의 반경을 나타낸다.

도 16은, 플랜지부의 종벽부의 높이 H가 30㎜인 경우에 있어서의 최대 판두께 감소율을, 본 발명과 종래예(일 공정에서 신장 플랜지 성형을 행하는 종래의 프레스 성형 방법)로 비교하여 그래프 표시한 것이다. 또한, 도 17은, 플랜지부의 종벽부의 높이 H가 40㎜인 경우에 있어서의 최대 판두께 감소율을, 본 발명과 종래예로 비교하여 그래프 표시한 것이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 종벽부의 높이 H가 30㎜인 경우, 종래예에서의 최대 판두께 감소율은 41％였던 것에 대하여, 본 발명의 최대 판두께 감소율은 20％였다. 또한, 도 17에 나타내는 바와 같이, 종벽부의 높이 H가 40㎜인 경우, 종래예에서의 최대 판두께 감소율은 58％였던 것에 대하여, 본 발명의 최대 판두께 감소율은 31％였다. 이와 같이, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의하면, 종래 방법보다 최대 판두께 감소율이 저감되는 것이 실증되었다. 이 점은, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의한 신장 플랜지 성형에 의해, 균열의 발생이 효과적으로 방지되는 것을 의미하고 있다.

도 18은, 본 발명의 제2 성형 공정의 실시 후의 이형(die release) 전의 블랭크의 응력 분포를 나타내는 분포도이다. 도 18에 있어서는, 응력이 제로인 부위가 부호 A로 나타나고, 압축 응력이 커짐에 따라 -B, …, -C로 나타나고, 반대로 인장 응력이 커짐에 따라 ＋B, …, ＋C로 나타난다. 도 18에 나타나는 바와 같이, 천판부(5)에는 거의 응력이 발생하고 있지 않고, 이형 후에도 천판부(5)의 변형이 거의 없는 것을 알 수 있다. 이것은, 제1 성형 공정(S1) 및 제2 성형 공정(S2)의 어느 성형 공정에서도, 소성 변형이 발생하고 있는 것은 플랜지부(7)뿐이기 때문이라고 추찰된다. 이 때문에, 천판부(5)의 형상의 정밀도가 요구되는 바와 같은 경우에도 본 발명의 프레스 성형 방법은 매우 유용하다는 것이 실증되었다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 성형 부품 형상으로서 천판부(5)가 평탄한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 성형 부품의 천판부는 평탄할 필요는 없다. 예를 들면, 천판부가 중앙을 향해 하향으로 경사지는 경사면을 갖는 오목 형상의 것이라도 좋고, 반대로 천판부가 중앙을 향해 상향으로 경사지는 경사면을 갖는 볼록 형상의 것이라도 좋다.

천판부가 오목 형상인 경우에 있어서의 제1 펀치(37)의 천판 성형부(39)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 중앙을 향해 하향으로 경사지는 경사면으로 이루어지는 오목 형상이며, 산형 성형부(31)의 경사 각도(θ3)는, 천판부가 평탄한 경우의 경사 각도(θ2)보다도 큰 것이 바람직하다. 또한, 천판부가 볼록 형상인 경우에 있어서의 제1 펀치(41)의 천판 성형부(43)는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 중앙을 향해 상향으로 경사지는 경사면으로 이루어지는 볼록 형상이며, 산형 성형부(31)의 경사 각도(θ4)는, 천판부가 평탄한 경우의 경사 각도(θ2)보다도 작은 것이 바람직하다.

본 발명은, 금속판을 프레스 성형하여 신장 플랜지를 성형하는 처리에 적용할 수 있다. 이에 따라, 제품 형상의 자유도를 저하시키는 일 없이, 신장 플랜지 균열이 발생하는 문제를 근본적으로 해결하고, 나아가서는 천판부의 형상에 대한 정밀도도 우수한 프레스 성형 처리가 가능해진다.

S1 : 제1 성형 공정
S2 : 제2 성형 공정
1 : 성형 부품
3 : 오목 형상 외주연
5 : 천판부
7 : 플랜지부
9 : 블랭크재
11 : 종벽부
13 : 산형부
15 : 중간 형상 부품
17 : 제1 펀치
19 : 경계선
21 : 굴곡 단부(플랜지 중앙 하단부)
23 : 제1 다이
25 : 패드
27 : 평탄부
29 : 종벽 성형부
31 : 산형 성형부
32 : 산형 자락 평탄부
33 : 제2 다이
35 : 제2 펀치
37 : 제1 펀치
39 : 천판 성형부
41 : 제1 펀치
43 : 천판 성형부
50 : 제1 블랭크
51 : 제1 플랜지부
53 : 제1 절곡선
55 : 제1 절입
57 : 제2 블랭크
59 : 제2 플랜지부
61 : 제2 절곡선
63 : 제2 절입 형상
67 : 오목 형상 외주연
69 : 천판부
71 : 종벽부
73 : 산형부
75 : 제3 절곡선

Claims

외주연(外周緣)의 일부가 안쪽으로 오목한 오목 형상 외주연을 갖는 천판부와, 당해 천판부에 있어서의 오목 형상 외주연을 따라 굽힘 성형된 플랜지부를 갖는 성형 부품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
블랭크재(材)에 있어서의 상기 플랜지부가 형성되는 부위에, 플랜지부의 일부가 되는 종벽부와, 당해 종벽부로부터 바깥쪽을 향해 절곡됨과 함께 상기 천판부측으로 볼록해지는 산형부를 포함하는 중간 형상 부품을 성형하는 제1 성형 공정과,
당해 제1 성형 공정으로 성형된 중간 형상 부품의 상기 산형부를 포함하는 부위를 종벽부와의 경계가 되는 절곡선을 따라 굽힘 성형하여 플랜지부를 성형하는 제2 성형 공정을 포함하는 프레스 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 성형 공정은, 블랭크재에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제1 다이로 끼워 지지하여, 상기 블랭크재에 있어서의 플랜지부가 되는 부위를 제1 펀치에 의해 성형하고,
상기 제2 성형 공정은, 중간 형상 부품에 있어서의 천판부가 되는 부위를 패드와 제2 다이로 끼워 지지하여, 상기 중간 형상 부품에 있어서의 산형부를 포함하는 형상을 따르는 제2 펀치에 의해 성형하는 프레스 성형 방법.