KR20170041871A - 성형품의 제조 방법, 금형 및 관상 성형품 - Google Patents

Abstract

성형 불량의 발생을 억제하는 것이 가능한 성형품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 금속판(1a)을 U자형으로 프레스 성형하여, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부(2)를 갖는 U 성형품(1b)을 얻는 제1 공정과, 프레스 성형에 의해 상기 U 성형품(1b)의 저부(2)가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품(1c)을 얻는 제2 공정을 포함하는 성형품의 제조 방법.

Description

성형품의 제조 방법, 금형 및 관상 성형품{METHOD FOR MANUFACTURING MOLDED ARTICLE, MOLD, AND TUBULAR MOLDED ARTICLE}

본 발명은, 금속판을 사용한 성형품의 제조 방법, 당해 제조 방법에 사용되는 금형 및 당해 제조 방법에 의해 제조되는 관상 성형품에 관한 것이다.

자동차 부품이나 가정용 전기 제품을 비롯하여, 차량, 건축재, 선박 등에는, 구부러짐 형상을 갖는 곡관이나, 길이 방향으로 외경이 상이한 이경관 및 길이 방향으로 단면 형상이 상이한 이형 단면관 등의 관상 부품이 다용되고 있다. 이로 인해, 이러한 관상 부품을 제조하는 기술의 개발이 추진되고 있다.

종래, 관상 부품의 제조에 있어서는, 스트레이트 형상의 후육 대직경관을 중심으로 UO 성형이 행하여져 왔다. 예를 들어 일본 특허 공개(소) 58-32010호 공보에는, C 프레스, U 프레스, O 프레스를 순서대로 행하고, 스트레이트 형상의 강관을 성형하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 UO 성형에서는, 곡관이나 이경관, 이형 단면관을 성형하는 것은 곤란하다.

최근 들어 UO 성형을 발전시켜, 곡관이나 이경관, 이형 단면관 등의 3차원 형상을 갖는 관상 부품을 성형하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어 국제 공개 제2005/002753호 팸플릿에는, 세로 방향 단부용 가이드 블레이드를 구비하는 금형을 사용하여 UO 성형을 행하여, 스트레이트 형상의 이경관을 제조하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 제3114918호 공보 및 일본 특허 공개 제2008-80381호 공보에는, U 성형 시에 길이 방향의 굽힘 가공을 행하는 방법이며, U 성형 공정을 드로잉 가공을 포함하는 공정으로 하는, 만곡 중공 파이프의 제조 방법이 제안되어 있다.

그러나, 국제 공개 제2005/002753호 팸플릿에 기재된 방법은, 스트레이트 형상의 이경관의 제조 방법이며, 곡관을 성형하는 것은 곤란하다. 또한, 일본 특허 제3114918호 공보 및 일본 특허 공개 제2008-80381호 공보에 기재된 방법은, 현실적으로는 공정수가 많아，수율이 낮다는 문제가 있다.

일본 특허 제3114918호 공보 및 일본 특허 공개 제2008-80381호 공보에 기재되어 있는 바와 같은, U 성형 시에 길이 방향의 굽힘 가공을 행하는 방법에서는, 성형품의 형상이나 소재에 따라서는 U 성형 중에 균열이나 주름, 종벽의 절입 등의 성형 불량이 발생한다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 길이 방향으로 굽힘 가공하여 성형품을 제조할 때, 성형 불량의 발생을 억제하는 것이 가능한, 성형품의 제조 방법, 당해 제조 방법에 사용되는 금형 및 당해 제조 방법에 얻어지는 관상 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들이 완성한 발명의 요지는, 이하와 같다.

[1] 금속판을 U자형으로 프레스 성형하고, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부를 갖는 U 성형품을 얻는 제1 공정과, 프레스 성형에 의해 상기 U 성형품의 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품의 제조 방법.

[2] 상기 제2 공정에 있어서, 상기 굽힘 가공과 동시에, 상기 U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부에, 단부와 저부를 연결하는 방향의 외력을 가하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 성형품의 제조 방법.

[3] 상기 외력을, 상기 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부를 상기 U 성형품의 저부의 외측을 향하여 면 내 방향으로 압축함으로써 가하는, 상기 [2]에 기재된 성형품의 제조 방법.

[4] 상기 U 단면 굽힘 가공품을 폐단면에 성형하여, 관상 성형품을 얻는 제3 공정을 더 포함하는, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 성형품의 제조 방법.

[5] U 성형품을 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻기 위한 금형이며, 다이 및, 펀치와, 상기 펀치의 측면에 배치되고, 상기 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 상기 U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를, 면 내 방향으로 압축하는 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 금형.

[6] 금속판으로 이루어지고, 축방향으로 연장되는 맞댐부를 1개만 갖는 관상 성형품이며, 상기 맞댐부와는 주위 방향 반대측에 위치하는 저부가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부를 갖고, 상기 구부러짐부의 상기 맞댐부에 있어서의 판 두께 H1과 상기 구부러짐부의 상기 저부에 있어서의 판 두께 H2의 비율 H1/H2가 하기 식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 관상 성형품.

(상기 식 (1) 중 Ri는 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경이며, D는 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면의 구부러짐부의 폭임)

본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에 있어서는, U 성형 및 길이 방향의 굽힘 가공을 각각 행하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에 의하면, U 단면 굽힘 가공품의 성형 불량의 발생을 억제할 수 있고, 나아가서는 성형품에 대해서도 성형 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 금형 의하면, 상기 제조 방법을 효율적으로 실시할 수 있고, 나아가서는 본 발명에 따른 관상 성형품을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제1 공정 및 제2 공정의 일례를 도시하는 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제3 공정의 일례를 도시하는 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에 사용되는 금속판의 일례를 나타내는 개략 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 관상 성형품의 일례를 나타내는 개략 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제1 공정의 일례를 도시하는 공정도.
도 6은 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제2 공정의 일례를 도시하는 공정도.
도 7은 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제1 공정의 다른 예를 도시하는 공정도.
도 8은 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제2 공정의 다른 예를 도시하는 공정도.
도 9는 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법에서의 제3 공정의 일례를 도시하는 공정도.
도 10은 본 발명에 따른 관상 성형품의 다른 예를 나타내는 개략 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 관상 성형품의 다른 예를 도시하는 개략 정면도, 측면도, 상면도 및 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 관상 성형품의 다른 예를 도시하는 개략 정면도, 측면도, 상면도 및 단면도.
도 13은 실시예 3의 굽힘 중심의 단면에 있어서의 두께 감소율을 나타내는 그래프.
도 14는 실시예 2, 3의 비율(H1/H2)의 조사 결과를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법, 금형 및 관상 성형품에 대하여 상세하게 설명한다.

A. 성형품의 제조 방법

<기본 형태>

기본 형태의 성형품 제조 방법은, 금속판을 U자형으로 프레스 성형하고, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부를 갖는 U 성형품을 얻는 제1 공정과, 프레스 성형에 의해 상기 U 성형품의 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻는 제2 공정을 포함한다. 그리고, 기본 형태의 성형품 제조 방법에서는, 상기 제2 공정 종료 후에, 예를 들어 상기 U 단면 굽힘 가공품을 폐단면에 성형하여, 관상 성형품을 얻는 제3 공정을 더 행할 수 있다. 또한, 제3 공정 대신에, 피어싱(펀칭)이나 버링, 트리밍(관단부 절단) 등을 행할 수 있다. 또한, 피어싱 등은, 제1 공정 전, 제2 공정 전, 또는 제3 공정 전에 행할 수도 있다.

기본 형태의 성형품 제조 방법에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1의 (a) 내지 (f) 및 도 2의 (a) 내지 (c)는 기본 형태의 성형품 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도이다. 도 1의 (a), (d)는 정면도, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A선 단면도, 도 1의 (e)는 도 1의 (d)의 A-A선 단면도, 도 1의 (c), (f)는 사시도, 도 2의 (a)는 정면도, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A-A선 단면도, 도 2의 (c)는 사시도이다.

먼저, 제1 공정에서는, 도 1의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, U 성형용 제1 금형을 준비한다. U 성형용 제1 금형은, 다이(11) 및 펀치(12)를 갖고 있으며, 다이(11)의 오목부의 저부(11a) 및 펀치(12)의 저부(12a)는 모두 길이 방향으로 직선상으로 연장되어 있다. 이 U 성형용 제1 금형의 다이(11) 및 펀치(12) 사이에 금속판(1a)을 적재하고, 금속판(1a)을 U 성형한다. 이에 의해, 도 1의 (c)에 도시하는 바와 같이, 길이 방향 x로 직선상으로 연장되는 저부(2)를 갖는 U 성형품(1b)이 얻어진다.

이어서, 제2 공정에서는, 도 1의 (d), (e)에 도시하는 바와 같이, 굽힘 가공용 제2 금형을 준비한다. 굽힘 가공용 제2 금형은, 다이(21) 및 펀치(22)를 갖고 있으며, 다이(21)의 오목부의 저부(21a)는 길이 방향으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 펀치(22)의 저부(22a)는 길이 방향으로 오목하게 만곡되어 형성되어 있다. 이 굽힘 가공용 제2 금형의 다이(21) 및 펀치(22) 사이에 U 성형품(1b)을 적재하고, U 성형품(1b)을 길이 방향 x로 굽힘 가공한다. 이에 의해, 도 1의 (f)에 도시하는 바와 같이, U 단면 굽힘 가공품(1c)이 얻어진다. U 단면 굽힘 가공품(1c)은, 저부(3)가 길이 방향에 내측으로 볼록하게 만곡되어 형성되어 있고, 저부(3)가 길이 방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부(3)를 갖고, U 단면에 있어서의 U자의 전체 길이가 중심선을 따라 동등한 스트레이트부(10b)를 갖고 있다.

이어서, 제3 공정에서는, 도 2의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, O 성형용 제3 금형을 준비한다. O 성형용 제3 금형은, 다이(31) 및 펀치(32)를 갖고 있으며, 다이(31)의 오목부의 저부(31a)는 길이 방향으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 펀치(32)의 오목부의 저부(32a)는 길이 방향으로 오목하게 만곡되어 형성되고, 다이(31)의 오목부 및 펀치(32)의 오목부는 모두 반원형의 단면 형상을 갖고 있다. 이 O 성형용 제3 금형의 다이(31) 및 펀치(32) 사이에 U 단면 굽힘 가공품(1c)을 적재하고, U 단면 굽힘 가공품(1c)을 O 성형한다. 이에 의해, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 관상 성형품(1d)을 얻을 수 있다. 관상 성형품(1d)은, 맞댐부(4)가 외측으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 맞댐부(4)의 주위 방향 반대측에 위치하는 저부(5)가 축방향에 내측으로 볼록하게 만곡되어 형성되어 있고, 저부(5)가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 축방향에 직선상으로 연장되는 저부(5)를 갖고, 주위 방향의 길이가 중심선을 따라 동등한 스트레이트부(10b)를 갖고 있다.

종래와 같이 U 성형 및 길이 방향의 굽힘 가공을 동시에 행하는 경우에는, 종벽(측면에서 보아 가공 대상물의 U자의 양단의 직선 부분)에 면외 방향의 힘이 작용하기 쉽고, 단부(당해 직선 부분의 특히 종단부 부근)에 절입이 발생하기 쉽다. 또한, 이 경우, 금속판을 판 폭 방향으로 구부림과 함께 길이 방향으로도 구부리기 때문에, 거의 평탄에 가까운 상태의 저부에 압축력이 발생하여, 주름이 생기기 쉽다.

이에 반하여, 본 발명에 따른 기본 형태에 있어서는, U 성형(제1 공정) 및 길이 방향의 굽힘 가공(제2 공정)을 별도의 공정으로 행하기 위하여, 제2 공정에서의 굽힘 가공 시에 종벽(측면에서 보아 U 성형품의 U자의 양단의 직선 부분)에 대하여 면외 방향으로 작용하는 힘을 저감시킬 수 있고, 나아가서는, 단부(당해 직선 부분의 특히 종단부 부근)에서의 절입의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 기본 형태에 있어서는, 종래와 같이 금속판을 판 폭 방향 및 길이 방향으로 동시에 구부리는 것이 아니고, 금속판을 일단 판 폭 방향으로 구부려서 얻어진 U 성형품을 길이 방향으로 굽힘 가공하므로, 길이 방향으로 굽힘 가공할 때에는, 저부(U자의 저부분)의 강성을 높은 상태로 유지할 수 있다. 이로 인해, 길이 방향에 있어서의 안정된 굽힘 가공이 가능해져, 구부러짐부의 저부에서의 주름의 발생을 억제할 수 있고, 게다가, 성형 불량이 없는 U 단면 굽힘 가공품, 나아가서는 관상 성형품을 얻을 수 있다.

이하, 기본 형태의 성형품 제조 방법에서의 각 공정을 보다 상세하게 설명한다.

(1) 제1 공정

제1 공정에서는, 금속판을 U자형으로 프레스 성형하고, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부를 갖는 U 성형품을 얻는다. U 성형 방법으로서는, 프레스 성형, 롤 포밍을 채용할 수 있다.

금속판으로서는, 성형 가능한 것이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 열간 압연 강판, 냉간 압연 강판, 도금 강판 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속판에는, 복수의 금속판을 서로 연결시킨 것, 소위 테일러드 블랭크를 사용해도 된다. 또한, 차후 강판을 사용할 수도 있다. 또한, 복수의 금속판을 중첩한 것이나 금속판에 비금속 소재를 중첩한 것, 즉 소위 적층판을 사용해도 된다.

금속판의 재료로서는, 성형 가능한 것이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 Fe계(예를 들어, 탄소강, 스테인리스강 등), Al계(예를 들어, Al, 또는 Al과 Cu, Mn, Si, Mg, Zn 등의 적어도 어느 한쪽을 포함하는 합금), Cu계(예를 들어, Cu, 또는 Cu와 Al, Ag, As, Be, Co, Cr, Fe, Mn, Ni, P, Pb, S, Se, Sd, Sn, Si, Te, Zn, Zr 등의 적어도 어느 한쪽을 포함하는 합금), Ti계(예를 들어, Ti, 또는 Ti와 N, C, H, Fe, O, Al, V 등의 적어도 어느 한쪽을 포함하는 합금) 등의 재료를 들 수 있다.

금속판의 판 두께로서는, 성형 가능한 정도이면 되고, 재료나 성형품의 형상 등에 따라 상이하지만, 예를 들어 0.5㎜ 내지 30㎜의 범위 내로 할 수 있다. 단, 판 두께가 너무 작으면, 굽힘 가공 시에 구부러짐부에 주름이나 균열이 발생할 우려가 있는 한편, 판 두께가 너무 크면, 성형에 과대한 하중을 요하는 경우가 있기 때문에, 판 두께는 1.0㎜ 내지 5.0㎜로 하는 것이 바람직하다.

금속판의 형상으로서는, 성형품의 형상에 따라 적절히 조정된다. 예를 들어, 굽힘 가공 시에는 구부러짐부의 U 단면에 있어서의 U자의 전체 길이가 감소하기 때문에, 금속판의 구부러짐부가 되는 영역의 판 폭을, 목적으로 하는 U 단면 굽힘 가공품의 U 단면의 길이보다도 커지도록 설계하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 1의 (f)에 도시하는 바와 같은 구부러짐부(10a) 및 스트레이트부(10b)를 갖는 U 단면 굽힘 가공품(1c)을 제작하는 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이 금속판(1a)의 구부러짐부가 되는 영역의 판 폭 d2를, 스트레이트부가 되는 영역의 판 폭 d1보다도 넓게 설계하는 것이 바람직하다.

제1 공정에서 얻을 수 있는 U 성형품은, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부를 갖는 것이며, U 성형품의 길이 방향 단면에 있어서 저부가 직선상으로 형성되어 있다.

(2) 제2 공정

제2 공정에서는, 프레스 성형에 의해 상기 U 성형품을 상기 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻는다. 본 공정에 있어서의 굽힘 가공 방법으로서는, 프레스 성형을 채용할 수 있다.

굽힘 가공에서의 곡률 반경은, 재료나 성형품의 형상 등에 따라 상이하지만, 예를 들어 U 단면의 폭 0.5배 내지 10배의 범위 내에서 설정할 수 있다. 곡률 반경이 작으면, 굽힘 가공 시에 구부러짐부에 주름이나 균열이 발생할 우려가 있다. 또한, 곡률 반경이 크면, U 성형 및 길이 방향의 굽힘 가공을 별도의 공정으로 행하는 것의 효과(즉, 성형 불량의 발생을 억제)를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다. 여기서, U 단면의 폭이란, 예를 들어 도 1의 (e)에 도시하는 바와 같은 폭 w를 가리킨다.

(3) 제3 공정

제3 공정에서는, U 단면 굽힘 가공품을 폐단면에 프레스 성형하여, 관상 성형품을 얻는다. 여기서, 폐단면이란, 완전히 폐쇄한 단면뿐만 아니라, 맞대어진 단부의 사이에 간극이 존재하는 경우도 포함되는 개념이다. 즉, 관상 성형품의 맞댐부에서는, 단부끼리 밀착하고 있어도 되고 이격되어 있어도 된다. 즉, 맞댐부에는 간극이 있어도 된다.

폐단면에 성형하는 방법으로서는, 프레스 성형을 채용할 수 있다. 또한, 폐단면에 성형할 때에는, 필요에 따라 코어를 사용해도 된다. 코어를 사용함으로써, 주위 방향의 단면 형상이 복잡한 형상이라도 안정되게 관상 성형품을 성형할 수 있다.

제3 공정에서 얻어지는 관상 성형품은, 맞댐부의 주위 방향 반대측에 위치하는 저부가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부를 갖는 것이며, 축방향의 단면에 있어서 저부가 내측으로 볼록해지도록 만곡되어 형성되어 있다. 맞댐부는, 예를 들어 외측으로 볼록해지도록 만곡되어 형성되어 있어도 되고, 직선상으로 형성되어 있어도 된다.

관상 성형품의 주위 방향의 단면 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 원형, 타원형, 사각형이나, 상하 비대칭의 형상 등, 다양한 형상으로 할 수 있다.

(4) 그 밖의 공정

기본 형태에 있어서, 제3 공정 후에, 관상 성형품의 맞댐부를 용접하는 용접 공정을 행해도 된다. 용접 방법으로서는, 예를 들어 아크 용접, 레이저 용접 등을 들 수 있다. 또한, 기본 형태에 있어서는, 제1 공정 전에, 금속판의 단 굽힘, 소위 C 성형 등의 가공을 행해도 된다.

(5) 성형품

기본 형태에 의해 제조되는 성형품은, 관상 성형품이다. 또한, 관상 성형품의 형상으로서는, 기본 형태의 방법에 보다 양호하게 성형 가능한 것이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같은 주위 방향의 단면 형상이 원 형상인 곡관이나, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 주위 방향의 단면 형상이 상하 비대칭의 형상인 곡관, 도시하지 않지만 이경관이나 이형 단면관 등을 예시할 수 있다.

이상에 의해, 도 1 및 도 2에 도시하는 성형품의 제조 방법(기본 형태)에 의하면, 특히, 제2 공정에 있어서, U 성형 및 길이 방향의 굽힘 가공을 각각 행함으로써, 성형 불량의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

<응용 형태>

이어서, 상술한 기본 형태를 개량한 응용 형태 1, 2에 대하여 상세하게 설명한다.

(응용 형태 1: U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부에, 단부와 저부를 연결하는 방향의 외력을 가하는 것에 관한 변형예)

응용 형태 1의 성형품 제조 방법에서는, 기본 형태에 있어서 설명한 제2 공정에 있어서, 굽힘 가공과 동시에, U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부에, 단부와 저부를 연결하는 방향의 외력을 가한다. 여기서, U 성형품의 구부러짐 예정부란, 제2 공정 종료 시에 얻어지는 U 단면 굽힘 가공품 중 구부러짐부가 되어 있는 영역에 대응하는 영역을 의미한다. 또한, 저부의 외측이란, 굽힘 가공 시의 펀치의 이동 방향 측을 의미한다.

이러한, 「굽힘 가공과 동시에, U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부에, 단부와 저부를 연결하는 방향의 외력을 가한다」 예로서는, 「당해 외력을, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부를 U 성형품의 저부의 외측을 향하여 면 내 방향으로 압축함으로써 가한다」 타입과, 「당해 외력을, U 성형품의 종벽을 U 성형품의 저부의 내측(굽힘 가공 시의 펀치의 이동 방향의 역방향)을 향하여 면 내 방향으로 잡아 당기는 것에 의해 가한다」 타입을 들 수 있다.

응용 형태 1의 성형품 제조 방법에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는, 제2 공정에서의 외력을, 「U 성형품의 길이 방향을 따른 단부를, U 성형품의 저부의 외측을 향하여 면 내 방향으로 압축함으로써 가한다」 타입에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5의 (a) 내지 (d) 및 도 6의 (a) 내지 (e)는 본 실시 형태의 성형품 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도이다. 도 5의 (a)는 상면도, 도 5의 (b)는 정면도, 도 5의 (c)는 도 5의 (b)의 A-A선 단면도, 도 5의 (d)는 사시도이다. 또한, 도 6의 (a), (c)는 정면도, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 A-A선 단면도, 도 6의 (d)는 도 6의 (c)의 A-A선 단면도, 도 6의 (e)는 사시도이다.

먼저, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 구부러짐 예정부(구부러짐부가 되는 영역)의 판 폭 d2가, 스트레이트부가 되는 영역의 판 폭 d1보다도 넓은 금속판(1a)을 준비한다.

이어서, 제1 공정에서는, 도 5의 (b), (c)에 도시하는 바와 같이, U 성형용 제1 금형을 준비한다. U 성형용 제1 금형은, 다이(11) 및 펀치(12)를 갖고 있으며, 다이(11)의 오목부의 저부(11a) 및 펀치(12)의 저부(12a)는 모두 길이 방향으로 직선상으로 연장되어 있다. 이 U 성형용 제1 금형의 다이(11) 및 펀치(12) 사이에 금속판(1a)을 적재하고, 금속판(1a)을 U 성형한다. 이에 의해, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 길이 방향 x로 직선상으로 연장되는 저부(2)를 갖는 U 성형품(1b)을 얻을 수 있다.

또한, 제2 공정에서는, 도 6의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 굽힘 가공용 제2 금형을 준비한다. 굽힘 가공용 제2 금형은, 다이(21)와, 펀치(22)와, 펀치(22)의 양측면에 배치된 패드(23)를 갖고 있으며, 다이(21)의 오목부의 저부(21a)는 길이 방향으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 펀치(22)의 저부(22a)는 길이 방향으로 오목하게 만곡되어 형성되어 있다.

패드(23)는, U 성형품(1b)의 길이 방향 x를 따른 단부(6)의, U 성형품(1b)의 구부러짐 예정부(U 단면 굽힘 가공품에 있어서 구부러짐부가 되는 영역)(7)의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축하는 것이며, 상하로 이동 가능하다. 도 6에 나타내는 예에서는, 패드(23)는 구부러짐 예정부(7)의 전부를 압축하는 타입인 것이지만, 본 발명에 따른 패드는 이러한 타입에 한정되지 않고, 구부러짐 예정부(7)의 일부를 압축하는 타입이어도 된다.

계속해서, 도 6의 (a) 내지 (d)에 도시하는 바와 같이, 굽힘 가공용 제2 금형의 다이(21) 및 펀치(22) 사이에 U 성형품(1b)을 적재하고, U 성형품(1b)을 길이 방향 x로 굽힘 가공한다. 이때, U 성형품(1b)의 길이 방향 x로 따른 단부(6)의, U 단면 굽힘 가공품의 구부러짐 예정부(7)의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축한다. 이에 의해, 도 6의 (e)에 도시하는 바와 같이, U 단면 굽힘 가공품(1c)을 얻을 수 있다. U 단면 굽힘 가공품(1c)은, 저부(3)가 길이 방향에 내측으로 볼록하게 만곡되어 형성되어 있고, 저부(3)가 길이 방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부(3)를 갖고, U 단면의 길이가 중심선을 따라 동등한 스트레이트부(10b)를 갖고 있다.

이상에 의해, 도 5 및 도 6에 나타내는 성형품의 제조 방법(응용 형태 1)에 의하면, 상술한 기본 형태에 있어서 발휘되는 효과 「성형 불량의 발생을 억제」 뿐만 아니라, 특히, 제2 공정에 있어서, U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를, U 성형품의 저부의 외측을 향하여 외력을 가함으로써, U 단면 굽힘 가공품에 대하여, 국소적인 판 두께의 변화, 즉 두께 감소와 증육을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 구부러짐부의 저부에서의 주름의 발생을 더 억제할 수 있다. 그리고, 기본 형태와 마찬가지로 제3 공정을 거쳐, 원하는 관상 성형품을 얻을 수 있다.

여기서, 도 6의 (e)에 도시하는 가공품(1c)에 대하여, 국소적인 판 두께의 변화, 즉 두께 감소와 증육을 억제할 수 있는 구체적 근거는, 이하와 같다. 즉, 응용 형태 1에서는, 제2 공정에 있어서 패드(23)에 의한 구부러짐 예정부(7)의 적어도 일부의 면 내 방향으로의 압축에 의해, 구부러짐 예정부의 저부의 적어도 일부가 금형에 꽉 눌러짐과 함께, 굽힘 가공의 중립축(길이 방향으로 신축하지 않는 위치)이, 면 내 방향으로 압축하지 않는 경우에 비하여 저부 측으로 이동한다. 이로 인해, 도 6의 (e)에 도시하는 가공품(1c)에서는, 구부러짐부(10a)에서, 저부(3)측의 판 두께 증가를 억제할 수 있을 뿐 아니라, 길이 방향을 따른 단부(8) 측에 대해서는 압축에 의해 재료가 공급되기 때문에 판 두께 감소를 억제할 수 있다. 따라서, 구부러짐부(10a)의 길이 방향을 따른 단부에서의 균열이나 저부에서의 주름의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, U 단면 굽힘 가공품의 U 단면의 판 두께 분포를 균일하게 할 수 있다.

이와 같이, 응용 형태 1에 있어서는, 판 두께 분포의 균일화를 도모할 수 있기 때문에, U 단면 굽힘 가공품(1c)의 길이 방향에 있어서의 구부러짐부의 성형 가능 범위를 기본 형태에 비하여 확대시킬 수 있다. 이로 인해, 예를 들어 곡률 반경이 비교적 작은 구부러짐부를 갖는 U 단면 굽힘 가공품이나 테이퍼부를 갖는 U 단면 굽힘 가공품도, 주름이나 균열의 발생을 억제하면서, 안정되어 성형 가능하다.

또한, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 구부러짐 예정부(U 단면 굽힘 가공품의 구부러짐부가 되는 영역)의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축할 때에는, 굽힘 가공 중에 항상 압축하지 않고 있어도 되고, 적어도 굽힘 가공 중 어느 하나의 시점에서 압축하면 된다.

그 외에 추가로, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 구부러짐 예정부의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축할 때의 압력으로서는, 구부러짐부의 길이 방향을 따른 단부에서의 판 두께 감소 및 저부에서의 판 두께 증가를 억제할 수 있을 정도이면 되고, 성형품의 형상, 굽힘 가공용 제2 금형의 패드 형상, 금속판의 판 두께나 재료 등에 따라 적절히 조정할 수 있다.

(응용 형태 2: 관상 성형품의 형상에 관한 변형예)

응용 형태 2의 성형품 제조 방법은, 기본 형태 및 응용 형태 1에 있어서 얻어지는 성형품의 형상으로 개량을 더한 제조 방법이다.

도 7의 (a) 내지 (f) 및 도 8의 (a) 내지 (f)는 응용 형태 2의 성형품 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도이다. 도 7의 (a)는 상면도, 도 7의 (b)는 사시도, 도 7의 (c)는 정면도, 도 7의 (d)는 도 7의 (c)의 좌측면도, 도 7의 (e)는 도 7의 (c)의 우측면도, 도 7의 (f)는 도 7의 (c)의 상면도이다. 또한, 도 8의 (a)는 사시도, 도 8의 (b)는 정면도, 도 8의 (c)는 정면도, 도 8의 (d)는 도 8의 (c)의 좌측면도, 도 8의 (e)는 도 8의 (c)의 우측면도, 도 8의 (f)는 도 8의 (c)의 상면도이다.

먼저, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같은 금속판(1a)을 준비한다.

이어서, 제1 공정에서는, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, U 성형용 제1 금형을 준비한다. U 성형용 제1 금형은, 다이(11) 및 펀치(12)를 갖고 있으며, 다이(11)의 오목부의 저부(11a) 및 펀치(12)의 저부(12a)는 모두 길이 방향으로 직선상으로 연장되어 있다. 이 U 성형용 제1 금형의 다이(11) 및 펀치(12) 사이에 금속판(1a)을 적재하고, 금속판(1a)을 U 성형한다. 이에 의해, 도 7의 (c) 내지 (f)에 도시하는 바와 같이, 길이 방향 x로 직선상으로 연장되는 저부(2)를 갖는 U 성형품(1b)을 얻을 수 있다.

또한, 제2 공정에서는, 도 8의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 굽힘 가공용 제2 금형을 준비한다. 굽힘 가공용 제2 금형은, 다이(21)와, 펀치(22)와, 펀치(22)의 양측면에 배치된 패드(23)를 갖고 있으며, 다이(21)의 오목부의 저부(21a)는 길이 방향으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 펀치(22)의 저부(22a)는 길이 방향으로 오목하게 만곡되어 형성되어 있다. 패드(23)는 U 성형품(1b)의 길이 방향 x를 따른 단부(6)의, U 단면 굽힘 가공품의 구부러짐부가 되는 영역(7)을 면 내 방향으로 압축하는 것이며, 상하로 이동 가능하다.

계속해서, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 굽힘 가공용 제2 금형의 다이(21) 및 펀치(22) 사이에 U 성형품(1b)을 적재하고, U 성형품(1b)을 길이 방향 x로 굽힘 가공한다. 이 때, U 성형품(1b)의 길이 방향 x로 따른 단부(6)의, U 단면 굽힘 가공품의 구부러짐부가 되는 영역(7)을 면 내 방향으로 압축한다. 이에 의해, 도 8의 (c) 내지 (f)에 도시하는 바와 같이, U 단면 굽힘 가공품(1c)을 얻을 수 있다. U 단면 굽힘 가공품(1c)은, 저부(3)가 길이 방향에 내측으로 볼록하게 만곡되어 형성되어 있고, 저부(3)가 길이 방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부(3)를 갖고, U 단면의 길이가 중심선을 따라 동등한 스트레이트부(10b)와, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부(3)를 갖고, U 단면의 길이가 중심선을 따라 증가하는 테이퍼부(10c)를 갖고 있다.

응용 형태 2에 있어서는, 응용 형태 1과 마찬가지로, 제2 공정에서 U 성형품을 굽힘 가공하여 U 단면 굽힘 가공품을 얻을 때에, U 성형품을 굽힘 가공함과 함께, 상기와 같은 U 단면 굽힘 가공품의 구부러짐 예정부(구부러짐부가 되는 영역)의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축한다.

이상에 의해, 도 7, 도 8에 나타내는 성형품의 제조 방법(응용 형태 2)에 의하면, 응용 형태 1과 마찬가지로, 기본 형태에 있어서 발휘되는 효과 「성형 불량의 발생을 억제」뿐만 아니라, 특히, 제2 공정에 있어서, U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를, U 성형품의 저부의 외측을 향하여 외력을 가함으로써, U 단면 굽힘 가공품에 대하여, 국소적인 판 두께의 변화, 즉 두께 감소를 억제할 수 있다. 그리고, 기본 형태 및 응용 형태 1과 마찬가지로 제3 공정을 거쳐, 원하는 관상 성형품을 얻을 수 있다.

여기서, 응용 형태 2에 있어서의 제3 공정에 대하여, 상세하게 설명한다. 즉, 상기와 같이 형성된 U 단면 굽힘 가공품(도 8의 (c) 내지 도 8의 (f))에 대해서는, 또한 도 9에 도시하는 바와 같이, U 단면 굽힘 가공품을 폐단면에 성형한다.

도 9의 (a)는 사시도, 도 9의 (b)는 정면도, 도 9의 (c)는 정면도, 도 9의 (d)는 도 9의 (c)의 좌측면도, 도 9의 (e)는 도 9의 (c)의 우측면도이다.

제3 공정에서는, 도 9의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, O 성형용 제3 금형을 준비한다. O 성형용 제3 금형은, 다이(31) 및 펀치(32)를 갖고 있으며, 다이(31)의 오목부의 저부(31a)는 길이 방향으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 펀치(32)의 오목부의 저부(32a)는 길이 방향으로 오목하게 만곡되어 형성되고, 다이(31)의 오목부 및 펀치(32)의 오목부는 모두 반원형의 단면 형상을 갖고 있다.

이 O 성형용 제3 금형의 다이(31) 및 펀치(32) 사이에 U 단면 굽힘 가공품(1c)을 적재하고, U 단면 굽힘 가공품(1c)을 O 성형한다. 이에 의해, 도 9의 (c) 내지 (e)에 도시하는 바와 같이, 관상 성형품(1d)이 얻어진다. 관상 성형품(1d)은, 맞댐부(4)가 내측으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 맞댐부(4)의 주위 방향 반대측에 위치하는 저부(5)가 축방향에 내측으로 볼록하게 만곡되어 형성되어 있고, 저부(5)가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 축방향에 직선상으로 연장되는 저부(5)를 갖고, 주위 방향의 길이가 중심선을 따라 동등한 스트레이트부(10b)와, 축방향에 직선상으로 연장되는 저부(5)를 갖고, 주위 방향의 길이가 중심선을 따라 증가하는 테이퍼부(10c)를 갖고 있다.

이상으로 나타낸, 기본 형태 및 응용 형태 1, 2에 의해, 다양한 성형품을 얻을 수 있다. 즉, 얻을 수 있는 성형품으로는, 다양한 형상의 U 단면 굽힘 가공품을 개재하여 얻어진 다양한 형상의 관상 성형품이며, 이들은, 제3 공정이나 용접 공정의 유무 등에 따라 적절히 선택된다.

또한, 성형품의 형상으로서는, 예를 들어 관상 성형품(1d)의 경우, 도 10의 (a), (b)에 도시하는 바와 같은 주위 방향의 단면 형상이 원 형상이며, 구부러짐부(10a)와 스트레이트부(10b)를 갖는 곡관이나, 도 10의 (c)에 도시하는 바와 같은 주위 방향의 단면 형상이 원 형상이며, 구부러짐부(10a)와 스트레이트부(10b)와 테이퍼부(10c)를 갖는 나팔 형상의 이경관, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같은 주위 방향의 단면 형상이 원 형상부터 사각 형상으로 변화하고, 구부러짐부(10a)와 스트레이트부(10b)와 테이퍼부(10c)를 갖는 나팔 형상의 이경관, 도 10의 (e)에 도시하는 바와 같은 주위 방향의 단면 형상이 상하 비대칭의 형상이며, 구부러짐부(10a)와 스트레이트부(10b)를 갖는 곡관, 그리고 도 10의 (f)에 도시하는 바와 같은 구부러짐부(10a), 스트레이트부(10b) 및 테이퍼부(10c)를 각각 복수개 갖는 이경관 등을 예시할 수 있다.

B. 금형

본 발명에 따른 금형은, U 성형품을 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻기 위한 것으로서, 다이와, 펀치와, 상기 펀치의 측면에 배치되고, 상기 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 상기 U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를, 면 내 방향으로 압축하는 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 금형은, 상술한 응용 형태 1, 2에 있어서, 성형품의 제조 방법에서의 제2 공정에서 사용되는 것이다.

도 6의 (a), (b)에 본 발명에 따른 금형의 일례를 나타내고, 도 8의 (a), (b)에 본 발명에 따른 금형의 다른 예를 나타낸다. 도 6의 (a), (b)(도 8의 (a), (b))에 도시하는 바와 같이, 금형은, 다이(21)와, 펀치(22)와, 펀치(22)의 양측면에 배치된 패드(23)를 갖고 있다. 다이(21)의 오목부의 저부(21a)는 길이 방향으로 볼록하게 만곡되어 형성되고, 펀치(22)의 저부(22a)는 길이 방향으로 오목하게 만곡되어 형성되어 있다. 패드(23)는, U 성형품(1b)의 길이 방향 x로 따른 단부(6)의, U 성형품의 구부러짐 예정부(7)의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축하는 것이며, 상하로 이동 가능하다.

본 발명에 따른 금형에서는, 상기와 같은 소정의 패드를 가짐으로써, 금형을 사용한 굽힘 가공 시에, 패드에 의해, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 구부러짐 예정부의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축할 수 있다. 그로 인해, 도 6의 (e)나 도 8의 (c) 내지 (f)에 도시하는 바와 같은 U 단면 굽힘 가공품(1c)에 있어서, 구부러짐부(10a)에서, 길이 방향을 따른 단부(8)에서의 판 두께 감소나 저부(3)에서의 판 두께 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금형을 사용함으로써, 구부러짐부의 저부에서의 주름이나 길이 방향을 따른 단부에서의 균열의 발생을 높은 레벨에서 억제할 수 있을 뿐만 아니라, U 단면 굽힘 가공품의 U 단면의 판 두께 분포를 균일하게 할 수 있다. 이상에 의해, 본 발명에 따른 금형을 사용함으로써, U 단면 굽힘 가공품(1c)의 길이 방향에 있어서의 구부러짐부의 성형 가능 범위(성형 가능한 부품의 형상 종류 수나 복잡함의 정도)를 종래 기술에 비하여 적절히 확대시킬 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 곡률 반경이 비교적 작은 구부러짐부를 갖는 U 단면 굽힘 가공품이나 테이퍼부를 갖는 U 단면 굽힘 가공품이여도, 주름이나 균열의 발생을 억제할 수 있고, 나아가서는, 성형 불량의 발생을 높은 레벨에서 억제할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 금형에 있어서의 각 구성에 대하여 설명한다.

1. 패드

패드는, 펀치의 양측면에 배치되어, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 구부러짐 예정부의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축하는 것이다.

패드와 U 성형품이 맞닿는 부분은, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 구부러짐 예정부(즉, U 단면 굽힘 가공품에 있어서 구부러짐부가 되는 영역)의 적어도 일부로 한다. 구부러짐 예정부가 너무 넓으면, 목적으로 하지 않는 영역도 면 내 방향으로 압축되어 버리게 되어, 성형 불량이 발생할 우려가 있다. 또한, 구부러짐 예정부가 너무 좁으면, 구부러짐부의 길이 방향을 따른 단부에서의 판 두께 감소나 저부에서의 판 두께 증가를 충분히 억제하지 못하고, 성형 불량의 억제가 높은 레벨에서 실현되지 않을 뿐만 아니라, U 단면의 판 두께 분포의 균일화가 곤란하게 될 우려가 있다.

패드의 성형품에 맞닿는 부분의 형상은, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축할 수 있는 형상이면 되고, U 성형품의 형상 등에 따라 적절히 설계할 수 있다. U 성형품을 굽힘 가공함에 따라, U 성형품의 형상은 변화하고, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의 형상도 변화한다. 그로 인해, 예를 들어 굽힘 가공의 초기, 중기, 후기의 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의 형상을 가정한 경우, 패드의 U 성형품에 맞닿는 부분의 형상은, 굽힘 가공의 초기 또는 중기의 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의 형상에 대응하는 형상인 것이 바람직하다. 패드의 U 성형품에 맞닿는 부분의 형상이, 굽힘 가공의 후기 성형품 길이 방향을 따른 단부의 형상에 대응하는 형상이면, 패드에 의해, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.

또한, 패드는, 패드의 진행 방향을 따라 복수의 블록으로 분할된 것이어도 된다. 이 경우, 패드를 구성하는 각 블록을 개별적으로 상하로 이동시킴으로써, 굽힘 가공 중의 U 성형품의 단부 형상 변화에 수반하여, 패드의 U 성형품에 맞닿는 부분의 형상을 변화시킬 수 있다.

또한, 패드의 U 성형품과 맞닿는 부분에는, 탄성 부재가 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 굽힘 가공 중의 U 성형품의 단부 형상 변화에 수반하여, 탄성 부재를 탄성 변형시킬 수 있다. 탄성 부재의 재료로서는, 예를 들어 경질의 고무, 우레탄, 수지 재료 등을 들 수 있다.

패드는, 펀치의 양측면에 각각 배치된다. 패드는, 펀치와 일체화되어 있어도 되고, 펀치와 독립적으로 배치되어 있어도 된다. 패드가 펀치와 일체화되고, 펀치에 고정되어 있는 경우라도, 패드에 의해, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를 면 내 방향으로 압축할 수 있기 때문에, U 단면 굽힘 가공품의 길이 방향을 따른 단부의 판 두께 감소나 저부의 판 두께 증가를 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 패드가 펀치와 독립적으로 배치되어 있고, 또한, 패드 및 펀치가 개별적으로 상하로 이동 가능한 것이, 길이 방향의 굽힘과 단부 압축과의 타이밍을 자유롭게 제어할 수 있다는 관점에서 바람직하다.

또한, 패드는 펀치에 대하여 상대적으로 상하 가동이 되도록, 스프링 등을 개재하여 펀치 또는 프레스 장치(다이 및 펀치의 상대 위치를 제어하는 장치)에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

패드의 재료로서는, 일반적인 금형의 재료와 동일하게 할 수 있다.

2. 다이 및 펀치

다이 및 펀치는, U 성형품을 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻을 수 있는 것이면 되고, 성형품의 형상 등에 따라 적절히 설계할 수 있다.

C. 관상 성형품

본 발명에 따른 관상 성형품은, 금속판으로 이루어지고, 축방향으로 연장되는 맞댐부를 하나만 갖는 것으로서, 상기 맞댐부와는 주위 방향 반대측에 위치하는 저부가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부를 갖고, 상기 구부러짐부의 상기 맞댐부에 있어서의 판 두께 H1과 상기 구부러짐부의 상기 저부에 있어서의 판 두께 H2의 비율 H1/H2가 하기 식 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

(상기 식 (2) 중 Ri는 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경이며, D는 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면의 구부러짐부의 폭임)

도 11의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 관상 성형품의 일례를 도시하는 도면이며, 도 11의 (a)는 정면도, 도 11의 (b)는 좌측면도, 도 11의 (c)는 우측면도, 도 11의 (d)는 상면도, 도 11의 (e)는 도 11의 (a)의 C-C선 단면도이다. 도 11의 (a) 내지 (e)에 나타내는 관상 성형품(1d)은, 금속판으로 이루어지고, 축방향으로 연장되는 맞댐부(4)를 1개만 갖고 있으며, 1매의 금속판을 관상으로 성형한 것이다. 관상 성형품(1d)은, 맞댐부(4)와는 주위 방향 반대측에 위치하는 저부(5)가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 축방향에 직선상으로 연장되는 저부(5)를 갖고, 주위 방향의 길이가 중심선 S를 따라 동등한 스트레이트부(10b)를 갖고 있다. 또한, 구부러짐부(10a)의 맞댐부(4)에 있어서의 판 두께 H1과 구부러짐부(10a)의 저부(5)에 있어서의 판 두께 H2의 비율 H1/H2가 소정의 범위가 되어 있다.

도 12의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 관상 성형품의 다른 예를 나타내는 도이며, 도 12의 (a)는 정면도, 도 12의 (b)는 좌측면도, 도 12의 (c)는 우측면도, 도 12의 (d)는 상면도, 도 12의 (e)는 도 12의 (a)의 C-C선 단면도이다. 도 12의 (a) 내지 (e)에 도시하는 관상 성형품(1d)은, 금속판으로 이루어지고, 축방향으로 연장되는 맞댐부(4)를 하나만 갖고 있으며, 1매의 금속판을 관상으로 성형한 것이다. 관상 성형품(1d)은, 맞댐부(4)와는 주위 방향 반대측에 위치하는 저부(5)가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부(10a)와, 축방향에 직선상으로 연장되는 저부(5)를 갖고, 주위 방향의 길이가 중심선 S를 따라 동등한 스트레이트부(10b)와, 축방향에 직선상으로 연장되는 저부(5)를 갖고, 주위 방향의 길이가 중심선 S를 따라 증가하는 테이퍼부(10c)를 갖고 있으며, 구부러짐부(10a), 스트레이트부(10b) 및 테이퍼부(10c)를 각각 복수개 갖고 있다. 또한, 구부러짐부(10a)에서는 모두, 구부러짐부(10a)의 맞댐부(4)에 있어서의 판 두께 H1과 구부러짐부(10a)의 저부(5)에 있어서의 판 두께 H2의 비율 H1/H2가 소정의 범위가 되어 있다.

여기서, U 성형품을 굽힘 가공할 때, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 구부러짐 예정부를 면 내 방향으로 완전히 압축하지 않고 얻어진 관상 성형품에서는, 통상 H1/H2는 Ri/(Ri+D) 미만이 되어, 상기 식 (2)를 만족하지 않는다. 이것은, 일반적으로, 굽힘 가공 시에, 구부러짐부의 맞댐부(굽힘 외측)에서는 인장 응력이 작용하기 때문에 판 두께가 감소하기 쉽고, 구부러짐부의 저부(굽힘 내측)에서는 압축 응력이 작용하기 때문에 판 두께가 증가되기 쉽기 때문이다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 관상 성형품에 있어서는, H1/H2가 상기 식 (2)를 만족하기 위하여, 구부러짐부에서는 균일한 판 두께 분포로 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 관상 성형품에 의하면, 구부러짐부의 맞댐부에서의 균열이나 저부에서의 주름의 발생을 높은 레벨에서 억제하여 성형 불량을 없앨 수 있을 뿐 아니라, 주위 방향의 판 두께 분포를 균일하게 할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 관상 성형품에 있어서의 각 구성 등에 대하여 설명한다.

1. 맞댐부

본 발명에 따른 관상 성형품은, 축방향으로 연장되는 맞댐부를 하나만 갖는다. 여기서, 관상 성형품이 축방향으로 연장되는 맞댐부를 하나만 갖는다는 것은, 1매의 금속판이 관상으로 성형된 것을 의미한다. 따라서, 미리 금속판을 관상으로 성형하여 복수의 관상 부재를 제작하고, 관상 부재끼리를 용접하여 이루어지는 관상 성형품은, 그 길이 방향에 있어서 맞댐부를 복수개 가질 뿐만 아니라, 주위 방향으로도 맞댐부를 갖기 때문에, 본 발명에 따른 관상 성형품에는 포함되지 않는다.

맞댐부에서는, 단부끼리 밀착하고 있어도 잘 이격되어 있어도 된다. 즉, 맞댐부에는 간극이 있어도 된다. 또한, 맞댐부는 용접되어 있어도 된다. 맞댐부의 단부끼리 이격하고 있는 경우, 그 이격의 정도는, 단부끼리의(최단) 거리가, 1㎜로부터 단면 U자의 전체 길이 100％로 할 수 있다.

관상 성형품을 맞댐부가 바로 위에 위치하도록 보았을 때에, 맞댐부 및 중심선은 직선 형상이 되어 있는 것이, 성형 불량이 발생하기 어렵기 때문에 바람직하지만, 조금 만곡하고 있어도 상관없다.

또한, 관상 성형품은, 1매의 금속판이 관상으로 성형된 것이면 되고, 예를 들어 1매의 테일러드 블랭크를 관상으로 성형한 것이어도 된다.

2. 구부러짐부

구부러짐부는, 상기 맞댐부와는 주위 방향 반대측에 위치하는 저부가 축방향에 내측으로 볼록해지는 부분이다. 여기서, 관상 성형품의 저부란, 맞댐부 및 중심선을 포함하는 단면에 있어서, 맞댐부와는 반대측에 위치하는 부분을 의미한다. 관상 성형품은, 구부러짐부를 하나 갖고 있어도 되고 복수개 갖고 있어도 된다.

구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께 H1과, 구부러짐부의 저부에 있어서의 판 두께 H2의 비율 H1/H2는 하기 식 (3)을 만족시킨다.

(상기 식 (3) 중 Ri는 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경이며, D는 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면의 구부러짐부의 폭임)

구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께 H1 및 구부러짐부의 저부에 있어서의 판 두께 H2는, 길이 방향이나 주위 방향으로 분포가 있어도 되지만, 길이 방향이나 주위 방향으로 균일한 것이 바람직하다. 여기서, 구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께 H1은, 관상 성형품의 길이 방향에 있어서의 굽힘 중심에서의 맞댐부의 판 두께로 한다. 마찬가지로, 구부러짐부의 저부에 있어서의 판 두께 H2는, 관상 성형품의 길이 방향에 있어서의 굽힘 중심에서의 저부의 판 두께로 한다.

또한, 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면에 있어서의, 구부러짐부의 폭 D(예를 들어, 도 11 참조)는, 굽힘 중심에 있어서의 폭으로 한다. 마찬가지로, 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경 Ri(예를 들어, 동 도면 참조)는, 구부러짐부의 저부와, 맞댐부 및 굽힘 중심선을 포함하는 면과의 교선의 곡률 반경으로 한다.

이어서, 구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께 감소율 T는, 하기 식 (4)를 만족시키는 것이 바람직하다.

(상기 식 (4) 중 Ri는 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경이며, D는 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면의 구부러짐부의 폭임)

여기서, 구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께 감소율 T는, 하기 식 (5)로 구할 수 있다.

(상기 식 (5) 중 H0은 금속판의 구부러짐부가 되는 영역의 판 두께이며, H1은 구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께임)

본 발명에 따른 관상 성형품에 있어서는, 상술한 바와 같이, 구부러짐부에서는 균일한 판 두께 분포로 할 수 있고, 국소적인 판 두께 감소를 억제할 수 있기 때문에, 구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께 감소율 T가 상기 식 (5)를 만족하게 된다.

예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 맞댐부(4) 및 관상 성형품(1d)의 중심선 S를 포함하는 단면의 구부러짐부(10a)의 폭을 D, 구부러짐부(10a)의 저부(5)측의 곡률 반경을 Ri로 한 경우에는, 구부러짐부(10a)의 맞댐부(4)에 있어서의 판 두께 감소율이 D/2(Ri+D) 미만인 것이 바람직하다.

마찬가지로, 예를 들어 도 12에 도시하는 바와 같이, 맞댐부(4) 및 관상 성형품(1d)의 중심선 S를 포함하는 단면의 구부러짐부(10a)의 폭을 각각 D1, D2, 구부러짐부(10a)의 저부(5)측의 곡률 반경을 각각 Ri1, Ri2로 했을 때, 구부러짐부(10a)의 맞댐부(4)에 있어서의 판 두께 감소율은 각각 D1/2(Ri1+D1) 미만, D2/2(Ri2+D2) 미만인 것이 바람직하다.

3. 스트레이트부 및 테이퍼부

본 발명에 따른 관상 성형품은, 스트레이트부나 테이퍼부를 갖고 있어도 된다. 또한, 스트레이트부 및 테이퍼부의 수는 하나이어도 되고 복수이어도 된다.

4. 관상 성형품의 형상

관상 성형품의 형상으로서는, 전술한 바와 같이, 도 2의 (c), 도 4의 (a), (b), 도 9의 (c) 내지 (e) 및 도 10의 (a) 내지 (f) 중 어디에 기재되어 있는 타입이어도 된다.

이상에서 나타낸, 본 발명에 따른 성형품의 제조 방법, 금형 및 관상 성형품은, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이들 실시 형태는 예시이며, 본 발명에 따른 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 것이면, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

이하, 실시예에 의해, 본 발명의 효과를 실증한다.

<관상 성형품의 제작>

[실시예 1]

도 11에 도시하는 바와 같은 구부러짐 환관(관상 성형품)을 제작했다. 관상 성형품의 구부러짐부의 곡률 반경은 215㎜, 굽힘 각도(한쪽 스트레이트부(10b)에 있어서의 중심선 S의 연장선과, 다른 쪽 스트레이트부(10b)에 있어서의 중심선 S가 이루는 예각을 의미한다. 이하 동일)는 40°, 구부러짐 환관의 외경은 65㎜, 스트레이트부의 길이는 각각 150㎜로 했다.

금속판에는, 도 3에 도시하는 바와 같은, 길이 방향 양단의 폭보다도 구부림 중심(길이 방향 중심)의 폭이 넓은 형상을 갖고, 인장 강도(TS)가 440㎫이며, 판 두께가 2.6㎜인 열간 압연 강판을 사용했다. 그리고, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같은 금형을 사용하여, U 성형, 굽힘 가공 및 O 성형을 순서대로 행하여, 실시예 1의 관상 성형품을 얻었다.

[비교예 1]

U 성형 및 굽힘 가공을 동시에 행한 것 외는, 실시예 1의 관상 성형품의 제작과 완전히 동일한 방법으로, 비교예 1의 성형체를 얻었다. 단, 비교예 1의 경우, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 제2 공정까지를 행하고, 제3 공정(폐단면화)은 행하지 않는다.

[실시예 2]

도 1에 도시하는 금형 대신에 도 5, 6에 나타내는 금형을 사용한 것 외는, 실시예 1의 관상 성형품의 제작과 완전히 동일한 방법으로, 실시예 2의 관상 성형품을 얻었다.

[실시예 3]

관상 성형품의 구부러짐부의 곡률 반경을 65㎜로 한 것 외는 실시예 2의 관상 성형품의 제작과 완전히 동일한 방법으로, 실시예 3의 관상 성형품을 얻었다.

[비교예 2]

U 성형 및 굽힘 가공을 동시에 행한 것 외는, 실시예 2의 관상 성형품의 제작과 완전히 동일한 방법으로, 비교예 2의 성형체를 얻었다. 단, 비교예 2의 경우, 비교예 1의 경우와 마찬가지로, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 제2 공정까지 행하고, 제3 공정(폐단면화)은 행하지 않는다.

[실시예 4]

도 9의 (c) 내지 (e)에 도시하는 바와 같은 나팔 형상의 이경관(관상 성형품)을 제작했다. 관상 성형품의 구부러짐부의 곡률 반경은 80㎜, 굽힘 각도는 10°, 스트레이트부의 외경은 40㎜, 스트레이트부의 길이는 각각 150㎜로 했다.

금속판에는, 인장 강도(TS)가 390㎫이며, 판 두께가 2.0㎜인 냉간 압연 강판을 사용했다. 그리고, 도 7, 도 8 및 도 9에 도시하는 바와 같은 금형을 사용하여, U 성형, 굽힘 가공 및 O 성형을 순서대로 행하고, 실시예 4의 관상 성형품을 얻었다.

[비교예 3]

U 성형 및 굽힘 가공을 동시에 행한 것 외는, 실시예 4의 관상 성형품의 제작과 완전히 동일한 방법으로, 비교예 3의 성형체를 얻었다. 단, 비교예 3의 경우, 비교예 1, 2의 경우와 마찬가지로, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 제2 공정까지를 행하고, 제3 공정(폐단면화)은 행하지 않는다.

<평가>

[성형 불량에 관한 평가]

이와 같이 하여 얻어진 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 관상 성형품(또는 성형체) 각각에 대하여, 성형 도중(U 단면 굽힘 가공품)에 있어서의 종벽의 절입의 발생, 주위 방향 단부의 균열 발생 및 저부의 주름 발생을 조사했다. 또한, 상기한 관상 성형품의 각각에 대하여, 성형 완료 시에 있어서의 용접 불량에 대하여 조사했다. 이 결과를 이하에 병기한다. 또한, 「종벽의 절입의 발생」이 있는 예(구체적으로는, 비교예 1, 2)나, 「주위 방향 단부의 균열 발생」이 있는 예(구체적으로는, 비교예 3)에 대해서는, 그 이후의 성형이 불가능하게 되기 때문에, 본 발명의 제3 공정은 행하지 않는다. 이로 인해, 「종벽의 절입의 발생」이 있는 예에서는 「균열」 「주름」 「용접 불량」이 발생할지 여부를 판단할 수 없고, 「주위 방향 단부의 균열 발생」이 있는 예에서는 「주름」 「용접 불량」이 발생할지 여부를 판단할 수 없었다.

표 1에 의하면, 본원 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 실시예 1 내지 4에 대해서는, 어느 것도, 모든 항목에서 「없다」라는 양호한 결과가 나와 있는 것을 알 수 있다. 이에 반하여, 본원 발명의 기술적 사상의 범위 밖인 비교예 1 내지 3에 대해서는, 어느 것도, 적어도 어느 한 항목에 있어서 원하지 않는 결과가 나와 있는 것을 알 수 있다. 각 시험예에 대하여, 이하에 그것들의 결과를 분석한다.

실시예 1에 대해서는, 관상 성형품을 제작할 때에, 구부러짐부에 균열이나 주름이 발생하지 않고 굽힘 가공을 행하는 것이 가능했다. 또한, O 성형에서는, 맞댐부가 양호한 상태이며, 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해 접합 가능했다. 이것은, U 성형과 굽힘 가공을 별도의 공정에 있어서 행했기 때문이라고 생각된다.

비교예 1, 비교예 2에 대해서는, 성형체를 제작할 때에, U 단면 굽힘 가공품의 제작 시에 종벽의 절입이 발생했기 때문에, U 단면 굽힘 가공품의 단계에서 성형 불량이 발생했다. 이것은, U 성형과 굽힘 가공을 동일 공정에 있어서 행했기 때문이라고 생각된다.

실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4에 대해서는, 관상 성형품을 제작할 때에, 구부러짐부에 균열이나 주름이 발생하지 않고 굽힘 가공을 행하는 것이 가능했다. 또한, O 성형에서는, 맞댐부가 양호한 상태이며, 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해 접합 가능했다. 또한, O 성형 후의 맞댐부의 판 두께 감소율은 대략 제로였다. 이것은, U 성형과 굽힘 가공을 별도의 공정에 있어서 행하고, 게다가 굽힘 공정 중에 패드를 사용하여 U 성형품의 굴곡 예정부의 적어도 일부에, 저부의 외측을 향하여 외력을 가했기 때문이라고 생각된다.

비교예 3에 대해서는, 관상 성형품을 제작할 때에, U 단면 굽힘 가공품의 제작 시에 주위 방향 단부에 균열이 발생했기 때문에, U 단면 굽힘 가공품의 단계에서 성형 불량이 발생하고, O 성형을 시도했지만 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해서도 접합을 할 수 없었다. 이것은, U 성형과 굽힘 가공을 동일 공정에서 행했기 때문이라고 생각된다.

[두께 감소율에 관한 평가]

또한, 실시예 3에 대해서는, 관상 성형품의 길이 방향에 있어서의 굽힘 중심의 단면에 있어서의 두께 감소율을 측정했다. 여기서, 두께 감소율이란, 굽힘 가공 전후에 있어서의, 각 부위의 두께 감소율을 의미한다. 본 평가에서는, 저부의 위치를 0도로 하고 그 주위 방향 반대측인 맞댐부의 위치를 180도로 한 경우의, 두께 감소율에 대하여 조사했다. 그 결과를 도 13에 나타낸다. 또한, 표 13 중 실선은 실시예 3의 결과를 나타내고, 점선은, 실시예 3과 동일 치수의 관상 성형품을, 강관을 소재로 하는 균등 굽힘에서 제작한 경우의 계산값이다.

도 13에 의하면, 실시예 3에 있어서는, 두께 감소율이 약 -5％ 내지 약 -15％의 사이에 수용되어 있으며, 전혀 두께 감소하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 이것은, 굽힘 가공 시에 패드를 사용하여, U 성형품의 길이 방향을 따른 단부를 U 성형품의 저부의 외측을 향하여 면 내 방향으로 압축했기 때문이라고 생각된다.

[비율 H1/H2에 관한 평가]

또한, 실시예 2, 실시예 3 등에 대하여, 하기 식 (6)을 만족시키는지 여부를 조사했다. 그 결과를 도 14에 도시한다.

(상기 식 (6) 중 H1은 구부러짐부의 맞댐부에 있어서의 판 두께이며, H2는 구부러짐부의 저부에 있어서의 판 두께 H2이며, Ri는 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경이며, D는 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면의 구부러짐부의 폭임)

또한, 도 14 중, 실시예 1A는, 실시예 1과 동일 치수의 관상 성형품을, 강관을 소재로 하는 회전 당김 굽힘에 의해 제작한 경우의 측정값이다. 또한, 막대 그래프가 나타내는 값은 상기 식 (6)의 좌변(H1/H2)에 상당하고, 점선은 상기 식 (6)의 우변에 상당한다.

도 14에 의하면, 실시예 2, 3에 대해서는, 모두, 상기 식 (6)을 만족시키는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 2, 3에 대해서는, 구부러짐부에 있어서 균일한 판 두께 분포로 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

1a: 금속판
1b: U 성형품
1c: U 단면 굽힘 가공품
1d: 관상 성형품
2, 3, 5: 저부
4: 맞댐부
6: U 성형품의 길이 방향을 따른 단부
7: 구부러짐 예정부(구부러짐부가 되는 영역)
8: U 단면 굽힘 가공품의 길이 방향을 따른 단부
10a: 구부러짐부
10b: 스트레이트부
10c: 테이퍼부
11, 21, 31: 다이
12, 22, 32: 펀치
11a, 21a, 31a: 다이의 오목부의 저부
12a, 22a, 32a: 펀치의 저부
23: 패드
x: 길이 방향

Claims (6)

1. 금속판을 U자형으로 프레스 성형하고, 길이 방향에 직선상으로 연장되는 저부를 갖는 U 성형품을 얻는 제1 공정과,
   프레스 성형에 의해 상기 U 성형품의 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정에 있어서, 상기 굽힘 가공과 동시에, 상기 U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부에, 단부와 저부를 연결하는 방향의 외력을 가하는 것을 특징으로 하는, 성형품의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 외력을, 상기 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부를 상기 U 성형품의 저부의 외측을 향하여 면 내 방향으로 압축함으로써 가하는, 성형품의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 U 단면 굽힘 가공품을 폐단면에 성형하여, 관상 성형품을 얻는 제3 공정을 더 포함하는, 성형품의 제조 방법.
5. U 성형품을 저부가 내측으로 볼록해지도록 길이 방향으로 굽힘 가공하여, U 단면 굽힘 가공품을 얻기 위한 금형이며,
   다이와,
   펀치와,
   상기 펀치의 측면에 배치되고, 상기 U 성형품의 길이 방향을 따른 단부의, 상기 U 성형품의 구부러짐 예정부의 적어도 일부를, 면 내 방향으로 압축하는 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 금형.
6. 금속판으로 이루어지고, 축방향으로 연장되는 맞댐부를 1개만 갖는 관상 성형품이며,
   상기 맞댐부와는 주위 방향 반대측에 위치하는 저부가 축방향에 내측으로 볼록해지는 구부러짐부를 갖고,
   상기 구부러짐부의 상기 맞댐부에 있어서의 판 두께 H1과 상기 구부러짐부의 상기 저부에 있어서의 판 두께 H2의 비율 H1/H2가 하기 식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 관상 성형품.
   

   

   
   (상기 식 (1) 중 Ri는 구부러짐부의 저부측의 곡률 반경이며, D는 맞댐부 및 관상 성형품의 중심선을 포함하는 단면의 구부러짐부의 폭임)

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