KR20170094286A - 블랭크, 성형품, 금형 및 블랭크의 제조 방법 - Google Patents

블랭크, 성형품, 금형 및 블랭크의 제조 방법 Download PDF

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KR20170094286A
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Abstract

금속판(30)을 전단 가공함으로써 제조되는 프레스 성형용 판형 블랭크(10)이다. 블랭크(10)는, 판두께 방향으로 전단면(14b) 및 파단면(14c)을 가지며 또한 평면에서 볼 때 환상으로 형성되는 전단 가공면(14)을 갖는다. 평면에서 볼 때, 전단 가공면(14)의 가장자리는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부(20)를 갖는다. 만곡부(20)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치보다 크다.

Description

블랭크, 성형품, 금형 및 블랭크의 제조 방법{BLANK, MOLDED ARTICLE, MOLD AND METHOD FOR PRODUCING BLANK}
본 발명은, 프레스 성형용 블랭크, 상기 블랭크로 제조된 성형품, 상기 블랭크를 제조하기 위한 금형, 및 상기 블랭크의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차, 가전제품, 및 건축 구조물 등에서 이용되는 부재의 제조에 있어서는, 블랭크(소재)를 프레스 성형 등의 소성 가공에 의해 소정의 형상으로 성형하고 있다. 상기 블랭크를 대량 생산하는 경우에는, 예를 들면, 전단 가공에 의해 금속판을 소정의 형상으로 절단한다.
도 1에, 금속판을 전단 가공에 의해 절단할 때의 형상을 모식적으로 나타낸다. 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 금속판(1)을 전단 가공할 때, 우선, 다이(2) 위에 금속판(1)을 올려놓는다. 그 후, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 펀치(3)를 금속판(1)의 표면에 대해서 대략 수직인 방향(화살표 D로 나타내는 방향)으로 이동시키고, 금속판(1)을 절단한다.
도 2는, 전단 가공에 의해 절단된 금속판의 전단 가공면의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속판(1)의 전단 가공면(4)은, 예를 들면, 함몰부(4a), 전단면(4b) 및 파단면(4c)을 포함한다. 전단면은, 전단 가공에 의해 크게 소성 변형하고 있다. 또한, 도 2에 나타낸 예에서는, 전단 가공에 의해, 금속판(1)의 이면측에 버(5)가 발생하고 있다.
상기와 같이, 전단 가공면은, 전단 가공에 의해 크게 소성 변형한 전단면을 갖고 있다. 그 때문에, 전단 가공면은, 절삭 가공 및 연삭 가공에 의해 형성된 가공면에 비해, 신장 변형하기 어렵고, 신장 플랜지 크랙(전단 가공 및 절삭 가공 등의 가공 후의 프레스 가공에 있어서, 가공면이 신장됨으로써 상기 가공면에서 발생하는 크랙)이 생기기 쉽다. 이하, 신장 플랜지 크랙에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
도 3은, 신장 플랜지 성형을 설명하기 위한 도면이며, (a)는 신장 플랜지 성형 전의 금속판을 나타내는 사시도이며, (b) 및 (c)는 신장 플랜지 성형 후의 금속판을 나타내는 사시도이다.
도 3(a)를 참조하여, 금속판(6)은 전단 가공에 의해 절단되어 있고, 외주연에 전단 가공면(6a)이 형성되어 있다. 또, 금속판(6)의 외주연에는, 평면에서 볼 때 대략 L자형 둘레 가장자리를 갖는 오목부(6b)가 설치되어 있다. 오목부(6b)의 둘레 가장자리는, 직선부(6c), 만곡부(6d) 및 직선부(6e)를 포함한다. 도 3(a)에 있어서, 길이 X1, 길이 Y1 및 길이 Z1은 각각, 직선부(6c), 만곡부(6d) 및 직선부(6e)의 길이를 나타낸다.
도 3(a) 및 (b)를 참조하여, 오목부(6b)의 둘레 가장자리부분에 대해서 면외 변형이 생기도록 신장 플랜지 성형을 실시한 경우에는, 직선부(6c) 및 직선부(6e)의 길이 X1, Z1은 변화하지 않지만, 만곡부(6d)의 길이는, 길이 Y1보다 큰 길이 Y2가 된다. 즉, 만곡부(6d)에 있어서 전단 가공면(6a)이 신장 변형한다. 이로 인해, 만곡부(6d)에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 경우가 있다.
도 3(a) 및 (c)를 참조하여, 오목부(6b)의 둘레 가장자리부분에 대해서 면내 변형이 생기도록 신장 플랜지 성형을 실시한 경우에는, 직선부(6c) 및 직선부(6e)의 길이 X1, Z1는 변화하지 않지만(또는, 거의 변화하지 않지만), 만곡부(6d)의 길이는, 길이 Y1보다 큰 길이 Y3이 된다. 즉, 만곡부(6d)에 있어서 전단 가공면(6a)이 신장 변형한다. 이로 인해, 만곡부(6d)에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 경우가 있다.
상기와 같은 신장 플랜지 크랙의 발생은, 특히, 가전용 및 자동차용의 여러 가지 부품을 프레스 성형에 의해 제조할 때에 문제가 되고 있다. 근래, 상기와 같은 부품의 한층 더한 경량화가 요구되고 있고, 780MPa급 강판 이상의 강도를 갖는 박강판이 많이 이용되고 있다. 이 때문에, 특히, 상기와 같은 고강도 강판을 프레스 성형할 때에 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 신장 플랜지 크랙은 저강도의 강판에 있어서도 발생하는 것이 알려져 있고, 강판의 강도에 관계없이 신장 플랜지 크랙을 방지할 필요가 있다. 그 때문에, 전단 가공면에 있어서의 신장 플랜지 크랙의 발생을 억제하는 기술이, 지금까지 많이 제안되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 블랭킹 공구에서는, 펀치의 절삭날부의 선단부에, 볼록 형상의 굽은 날이 설치되어 있다. 상기의 구성을 갖는 펀치에 의해 피가공재를 절단할 때에는, 절삭날부에 의해 절단되는 부분에, 굽은 날에 의해 인장 응력을 부여할 수 있다. 이 경우, 절삭날부 및 다이 어깨에 의해 피가공재에 발생한 균열의 진전을, 상기 인장 응력에 의해 촉진할 수 있다. 이로 인해, 피가공재가 압축되지 않고 절삭날부에 의해 절단되므로, 블랭킹 구멍의 구멍 확장성을 개선할 수 있다. 그 결과, 전단 가공면에 있어서의 신장 플랜지 크랙의 발생을 억제할 수 있다고 생각된다.
특허문헌 2에 개시되어 있는 전단날은, 주 전단날과 주 전단날보다 날의 진행 방향으로 돌출하는 선단부 돌기를 갖고 있다. 상기의 구성을 갖는 전단날에 의해 피가공판을 절단할 때에는, 주 전단날에 의해 절단되는 부분에, 선단부 돌기에 의해 장력을 부여할 수 있다. 이로 인해, 특허문헌 2의 전단날에 있어서도, 상기 특허문헌 1의 펀치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
일본국 특허공개 2005-095980호 공보 일본국 특허공개 2006-231425호 공보
상술과 같이, 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술은, 신장 플랜지 크랙의 억제에 유효하다. 그러나, 본 발명자들의 여러 가지의 검토의 결과, 특허문헌 1 및 2의 기술을 이용하여 절단한 피가공재에서는, 신장 플랜지 성형이 실시되는 부분 이외의 부분을 기점으로 하여 피로 파괴가 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1 및 2의 기술을 이용하여 절단한 피가공재에서는, 전단 가공면에 있어서의 파단면의 비율이 커진다. 파단면은, 일반적으로, 다수의 균열을 갖고 있다. 본 발명자들의 여러 가지의 검토의 결과, 파단면에 형성되는 상기의 균열을 기점으로 하여, 피로 파괴가 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 특허문헌 1 및 2의 기술에 의해 절단한 피가공재에서는, 피로 강도가 저하한다는 문제가 있다.
본 발명은, 프레스 성형시에 신장 플랜지 크랙의 발생을 억제할 수 있고, 또한, 피로 강도의 저하를 억제할 수 있는 블랭크, 상기 블랭크를 프레스 성형하여 얻어지는 프레스 성형품, 상기 블랭크 제조용의 금형, 및 상기 블랭크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1)본 발명의 한 실시 형태에 따른 블랭크는, 금속판을 전단 가공함으로써 제조된 프레스 성형용 판형 블랭크로서, 판두께 방향에 전단면 및 파단면을 갖고 또한 평면에서 볼 때 환상으로 형성되는 전단 가공면을 가지며, 평면에서 볼 때 상기 전단 가공면의 가장자리는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부를 가져, 상기 만곡부에 있어서의 상기 파단면의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 상기 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치보다 크다.
상기의 블랭크에서는, 만곡부에 있어서 파단면의 판두께 방향의 길이가 커진다. 바꾸어 말하면, 프레스 성형시에 신장 변형하기 쉬운 부분에 있어서, 전단면의 비율을 작게 할 수 있다. 이로 인해, 만곡부가 신장 변형하기 쉬워지므로, 만곡부가 신장 플랜지 성형되어도, 만곡부에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 만곡부 이외의 부분에 대해서는, 만곡부에 비해 파단면의 비율을 작게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 가공 경화된 전단면의 비율을 크게 할 수 있다. 이로 인해, 만곡부 이외의 부분에 있어서는, 충분한 피로 강도를 얻을 수 있다. 한편, 만곡부에 대해서는, 파단면의 비율이 크다. 이 때문에, 프레스 성형전의 상태에서는 만곡부의 피로 강도가 저하한다. 그러나, 프레스 성형시에 신장 플랜지 성형에 의한 가공 경화가 발생하고, 만곡부의 피로 강도가 높아진다. 이들의 결과, 피로 강도를 저하시키지 않고, 신장 플랜지 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
(2)상기 만곡부의 상기 전단 가공면의 둘레 방향에 있어서의 중심점 또는 평면에서 볼 때 상기 만곡부의 곡률이 최대가 되는 점을 상기 만곡부의 기준점으로 한 경우에, 상기 기준점을 중심으로 하여 상기 둘레 방향의 소정의 길이의 범위에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치가, 상기 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치보다 커도 된다.
이 경우, 만곡부의 중심부(위치적인 중심부 또는 곡률이 커지는 부분)에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(3)상기 소정의 길이의 범위에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치는, 상기 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치보다, 상기 판두께의 10% 이상 커도 된다.
이 경우, 만곡부의 중심부에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 충분히 억제할 수 있다.
(4)상기 전단 가공면은, 상기 판두께 방향에 있어서 상기 전단면을 사이에 끼고 상기 파단면과는 반대측에 위치하는 함몰부를 더 포함하고, 상기 소정의 길이의 범위에 있어서의 상기 함몰부의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치는, 상기 판두께의 20% 이하여도 된다.
함몰부의 길이를 짧게 함으로써, 신장 플랜지 크랙의 발생을 보다 확실히 억제할 수 있다.
(5)상기 소정의 길이는, 상기 블랭크의 판두께의 50%의 길이여도 된다.
이 경우, 만곡부의 중심부에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
(6)상기 소정의 길이는, 상기 판두께의 2000%의 길이여도 된다.
이 경우, 만곡부 내의 충분한 범위에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(7)상기 소정의 길이의 범위는, 곡률이 5m-1 이상이 되는 부분이어도 된다.
이 경우, 프레스 성형시에 신장 플랜지 변형이 커지는 만곡부에 있어서도, 신장 플랜지 크랙의 발생을 충분히 방지할 수 있다.
(8)상기 금속판은, 펀칭 가공에 의해 형성된 구멍을 가지며, 상기 전단 가공면은, 상기 구멍의 가장자리에 형성되어도 된다.
이 경우, 펀칭 가공에 의해 형성된 구멍의 주변부를 신장 플랜지 성형하는 경우라도, 구멍의 가장자리에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 구멍의 주변에 있어서 피로 강도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
(9)상기 금속판은, 블랭킹 가공에 의해 형성된 외주연를 가지며, 상기 전단 가공면은 상기 외주연에 형성되어도 된다.
이 경우, 블랭킹 가공에 의해 블랭크의 외주연를 신장 플랜지 성형하는 경우라도, 상기 외주연에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 상기 외주연의 주변에 있어서 피로 강도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
(10)상기 만곡부는 프레스 성형시에 신장 변형하는 부분이어도 된다.
이 경우, 신장 변형하는 부분에 있어서 신장 플랜지 크랙의 발생을 방지할 수 있음과 더불어, 다른 부분에 있어서는, 피로 강도의 저하를 확실히 방지할 수 있다.
(11)본 발명의 다른 실시 형태에 따른 성형품은, 상기의 블랭크에 프레스 성형을 실시한 성형품이다.
상기의 성형품은, 신장 플랜지 크랙이 방지되고 또한 충분한 피로 강도를 갖는다.
(12)본 발명의 그 외의 실시 형태에 따른 금형은, 기둥 형상의 펀치 및 상기 펀치를 삽입 가능한 중공 형상의 다이를 가지며, 상기 펀치를 소정 방향으로 이동시켜 다이 상에 올려진 금속판을 전단 가공하는 금형으로서, 상기 펀치는, 외주연이 절단날이 되는 바닥면과, 상기 외주연로부터 상기 소정 방향과 평행한 방향으로 연장되는 외주면을 가지며, 상기 외주연는, 평면에서 볼 때 볼록 형상 또는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부를 포함하고, 상기 바닥면은, 평면부와, 상기 평면부로부터 상기 소정 방향으로 오목하고 또한 평면에서 볼 때 상기 만곡부를 포함하도록 설치되는 절결부를 포함한다.
상기의 금형을 이용하여 금속판을 전단 가공(펀칭 가공 또는 블랭킹 가공)하는 경우에는, 예를 들면, 다이 상에 올려진 금속판에 대해서 펀치의 바닥면을 밀어 넣는다. 이로 인해, 우선, 평면부의 바깥 가장자리와 금속판의 표면이 접촉하고, 상기 접촉부에 있어서 금속판에 전단면이 형성된다. 또, 다이와 금속판의 이면의 접촉부 중, 평면부의 바깥 가장자리에 대향하는 부분에 있어서, 금속판에 전단면이 형성된다. 펀치의 압입량이 작은 시점에서는, 금속판의 표면 중 절결부에 대향하는 부분은 펀치에 접촉하고 있지 않고, 상기 부분에서는 전단면이 형성되어 있지 않다. 또, 다이와 금속판의 이면의 접촉부 중, 절결부의 하방에 위치하는 부분에는 큰 힘이 가해져 있지 않기 때문에, 상기 부분에 있어서도 전단면이 형성되어 있지 않다.
펀치를 더 밀어 넣음으로써, 금속판의 표면에 있어서 평면부의 바깥 가장자리와의 접촉부에 균열이 생긴다. 이 균열이 판두께 방향으로 진전하고, 금속판의 표면측에 파단면이 형성된다. 또, 다이와 금속판의 이면의 접촉부 중, 평면부의 바깥 가장자리에 대향하는 부분에 있어서 금속판에 균열이 생긴다. 이 균열이 판두께 방향으로 진전하고, 금속판의 이면측에 파단면이 형성된다. 한편, 절결부도 금속판의 표면에 접촉하고, 상기 접촉부에 있어서 전단면이 형성된다. 또, 다이와 금속판의 이면의 접촉부 중 절결부의 하방에 위치하는 부분에 있어서도, 금속판에 전단면이 형성된다.
펀치를 더 밀어 넣음으로써, 금속판의 표면측 및 이면측에 생긴 상기 균열은, 판두께 방향뿐만 아니라, 금속판 중 절결부의 하방에 위치하는 부분을 향해서도 진전한다. 이로 인해, 금속판 중 절결부의 하방에 위치하는 부분에도 파단면이 형성된다. 즉, 절결부가 금속판에 크게 밀어 넣어지기 전에, 절결부의 하방에 위치하는 부분에 있어서 파단면이 형성되게 된다. 이 때문에, 절결부의 하방의 위치의 파단면의 판두께 방향의 길이를, 다른 부분의 파단면의 판두께 방향의 길이보다 크게 할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 펀치에 의해 전단 가공된 금속판 중, 절결부에 의해 절단 된 부분에 대해서는, 파단면의 판두께 방향의 길이를 크게 할 수 있다. 따라서, 프레스 성형시에 신장 플랜지 변형하는 부분을 절결부에 의해 절단함으로써, 신장 플랜지 크랙을 방지할 수 있다. 또, 평면부에 의해 절단된 부분에 대해서는, 파단면의 판두께 방향의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 피로 강도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.
(13)본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 금형은, 기둥 형상의 펀치 및 상기 펀치를 삽입 가능한 중공 형상의 다이를 가지며, 상기 펀치를 소정 방향으로 이동시켜 다이 상에 올려진 금속판을 전단 가공하는 금형으로서, 상기 다이는, 상기 금속판을 지지하고 또한 내주연이 절단날이 되는 중공 형상의 지지면과, 상기 내주연으로부터 상기 소정 방향과 평행한 방향으로 연장되는 내주면을 가지며, 상기 내주연은, 평면에서 볼 때 볼록 형상 또는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부를 포함하고, 상기 지지면은, 평면부와 상기 평면부로부터 상기 소정 방향으로 오목하고 또한 평면에서 볼 때 상기 만곡부를 포함하도록 설치되는 절결부를 포함한다.
상기의 금형에서는, 다이에 절결부가 설치되어 있다. 이 경우도, 펀치에 절결부가 설치된 상술의 금형과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(14)상기 절결부의 상기 소정 방향과 평행한 방향에 있어서의 절결 깊이는, 상기 금속판의 판두께의 0.1배 이상 또한 0.7배 이하여도 된다.
이 경우, 절결부가 금속판을 밀어 넣는 타이밍을 평면부가 금속판을 밀어 넣는 타이밍에 대해서 적절히 늦출 수 있다. 이로 인해, 절결부에 의해 절단된 부분에 있어서, 파단면의 판두께 방향의 길이를 적절한 크기로 할 수 있다.
(15)본 발명의 그 외의 실시 형태에 따른 블랭크의 제조 방법은, 상술의 금형을 이용하여 프레스 성형용 블랭크를 제조하는 방법으로서, 상기 금형의 다이 상에 금속판을 올려놓는 공정과, 상기 다이 상에 올려진 금속판을 상기 금형의 펀치를 이용하여 전단 가공하는 공정을 구비한다.
상기의 제조 방법에 의해 제조된 블랭크에서는, 펀치 또는 다이의 절결부에 의해 절단된 부분에 대해서는, 파단면의 판두께 방향의 길이를 크게 할 수 있다. 따라서, 프레스 성형시에 신장 플랜지 변형하는 부분을 절결부에 의해 절단함으로써, 신장 플랜지 크랙을 방지할 수 있다. 또, 펀치 또는 다이의 평면부에 의해 절단된 부분에 대해서는, 파단면의 판두께 방향의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 피로 강도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.
(16)본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 블랭크의 제조 방법은, 상술의 금형을 이용하여 본 발명의 실시 형태에 따른 블랭크를 제조하는 방법으로서, 상기 금형의 다이 상에 금속판을 올려놓는 공정과, 상기 다이 상에 올려진 금속판을 상기 금형의 펀치를 이용하여 전단 가공하는 공정을 구비하고, 상기 전단 가공하는 공정에서는, 상기 펀치 또는 상기 다이의 상기 절결부에 의해 상기 금속판의 일부를 절단함으로써, 상기 블랭크의 만곡부의 적어도 일부가 형성된다.
상술의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 블랭크를 적절히 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 프레스 성형 후의 피로 강도를 저하시키지 않고 프레스 성형시에 신장 플랜지 크랙의 발생을 억제할 수 있는 블랭크를 얻을 수 있다.
도 1은, 전단 가공을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 전단 가공에 의해 절단된 금속판의 전단 가공면의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은, 신장 플랜지 성형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 따른 블랭크를 나타내는 개략 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 따른 성형품을 나타내는 개략 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 따른 블랭크를 나타내는 도면이다.
도 7은, 블랭크의 만곡부를 나타내는 확대 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태에 따른 금형을 나타내는 개략 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태에 따른 금형을 나타내는 개략 사시도이다.
도 10은, 펀치를 나타내는 개략도이다.
도 11은, 블랭크의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 블랭크의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 블랭크의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 블랭크의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는, 블랭크의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은, 절결부의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 금형을 나타내는 개략 사시도이다.
도 18은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 블랭크를 나타내는 개략 사시도이다.
도 19는, 도 18의 블랭크를 제조하기 위한 금형의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
도 20은, 시험편을 나타내는 평면도이다.
도 21은, 비교예 1의 신장 플랜지부에 있어서의 전단 가공면의 사진이다.
도 22는, 실시예 5의 신장 플랜지부에 있어서의 전단 가공면의 사진이다.
도 23은, 신장 플랜지 시험을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 블랭크, 성형품, 금형 및 블랭크의 제조 방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명에 따른 블랭크는, 특정의 재료로 한정되지 않는다. 블랭크의 재료로서는, 예를 들면, 강 등의 금속재료를 이용할 수 있다. 블랭크의 재료로서 강을 이용하는 경우에는, 강의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 블랭크의 두께 및 강도에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 전단 가공이 가능한 두께 및 강도이면 된다.
(블랭크 및 성형품의 구성)
도 4는, 본 발명의 한 실시 형태에 따른 블랭크(10)를 나타내는 개략 사시도이다. 도 4를 참조하고, 판형 블랭크(10)는 평면에서 볼 때 대략 직사각형 형상을 가지며, 중앙부에 구멍(10a)을 갖는다. 구멍(10a)은, 전단 가공(예를 들면, 펀칭 가공)에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 블랭크(10)의 중앙부에, 평면에서 볼 때 환 형상을 갖는 전단 가공면이 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 환상의 전단 가공면에 의해 구멍(10a)이 형성되어 있다. 블랭크(10)의 제조 방법에 대해서는 후술한다.
블랭크(10)는, 예를 들면, 자동차용 또는 가전용 등의 부품으로 하기 위해서 프레스 성형(버링 가공 또는 ‹K 드로잉 가공 등)된다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 4 및 도 5를 참조하여, 구멍(10a)을 중심으로 하여 블랭크(10)에 신장 플랜지 성형을 실시함으로써, 플랜지부(12a)를 갖는 성형품(12)이 제조된다. 이하, 블랭크(10)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 6(a)는, 블랭크(10)를 나타내는 평면도이며, 도 6(b)는, 도 6(a)의 A-A선확대 단면도이다. 도 6(b)에 있어서는, 블랭크(10)의 판두께 방향을 화살표 X로 나타내고 있다. 이하의 설명에 있어서는, 블랭크(10)의 판두께 방향을 블랭크(10)의 상하 방향으로 한다.
도 6을 참조하여, 블랭크(10)는, 서로 대략 평행하고 또한 판두께 방향에 대해서 수직으로 연장되는 표면(10b) 및 이면(10c)을 갖는다. 전단 가공면(14)은, 블랭크(10)의 표면(10b)측으로부터 판두께 방향으로 순서대로, 함몰부(14a), 전단면(14b) 및 파단면(14c)을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 블랭크(10)의 이면(10c)측에는, 버(16)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 블랭크(10)의 이면(10c)으로부터 하방으로 돌출하는 부분을 버(16)로 한다. 또, 본 실시 형태에서는, 구멍(10a)의 표면(10b)측의 둘레 가장자리로부터 버(16)의 상단까지의 부분을 전단 가공면(14)으로 한다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 전단 가공면(14)의 판두께 방향의 길이는, 블랭크(10)의 판두께(t)(표면(10b)과 이면(10c)의 상하 방향의 거리)와 동일하다.
도 6(a)를 참조하여, 평면에서 볼 때, 구멍(10a)의 둘레 가장자리(전단 가공면(14)의 안쪽 가장자리)는, 복수의 직선부(18) 및 복수의 만곡부(20)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 구멍(10a)의 둘레 가장자리(전단 가공면(14)의 안쪽 가장자리)는, 4개의 직선부(18) 및 4개의 만곡부(20)를 갖는다. 평면에서 볼 때 만곡부(20)는, 직선부(18)와 직선부(18)의 사이에 있어서, 오목 형상으로 만곡하고 있다. 본 실시 형태에서는, 만곡부(20)는, 원호 형상으로 오목하도록 만곡하고 있다. 도 5 및 도 6(a)를 참조하여, 각 만곡부(20)는, 신장 플랜지 성형시에 신장 변형하는 부분이다. 또한, 만곡부의 곡률의 부호가 바뀌는 부위 또는 곡률이 제로가 되는 부위를 경계로 하여 만곡부의 범위를 정의한다. 즉, 오목 형상으로 만곡하는 만곡부의 양단은, 평면에서 볼 때 전단 가공면(14)의 안쪽 가장자리의 곡률을 구한 경우에, 곡률의 부호가 바뀌는 점, 또는 곡률이 제로가 되는 점이다.
도 7은, 블랭크(10)의 만곡부(20)(도 6(a)에 있어서 일점쇄선으로 둘러싼 부분)를 나타내는 확대 평면도이다. 또한, 도 7에 있어서는, 전단 가공면(14)의 둘레 방향을 화살표 Y로 나타내고 있다.
도 6(b) 및 도 7을 참조하여, 블랭크(10)에서는, 만곡부(20)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치는, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치보다 크다.
만곡부(20)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치는, 이하와 같이 하여 구한다. 우선, 만곡부(20)를 전단 가공면(14)의 둘레 방향으로 5개의 영역으로 등분할한다. 그리고, 서로 이웃하는 영역의 경계부에 있어서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 측정한다. 즉, 만곡부(20)에 있어서, 전단 가공면(14)의 둘레 방향으로 위치가 다른 4개소에서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 측정한다. 그 후, 측정한 4개소의 길이의 평균치를 산출하여, 만곡부(20)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치로 한다. 만곡부(20)에 있어서의 함몰부(14a) 및 전단면(14b)의 판두께 방향의 길이의 평균치에 대해서도와 동일하게 구할 수 있다.
또, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치는, 이하와 같이 하여 구한다. 우선, 전단 가공면(14)을 둘레 방향으로 소정의 폭으로 복수의 영역으로 등분할한다. 그리고, 서로 이웃하는 영역의 경계부에 있어서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 측정한다. 즉, 전단 가공면(14)의 둘레 방향으로 위치가 다른 복수의 개소에서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 측정한다. 그 후, 측정한 복수의 개소의 길이의 평균치를 산출하여, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치로 한다. 또한, 상기 소정의 폭은, 만곡부(20)를 상기 둘레 방향으로 5개의 영역으로 등분할한 경우의 폭에 가장 가까운 길이가 되도록 설정한다. 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 함몰부(14a) 및 전단면(14b)의 판두께 방향의 길이의 평균치에 대해서도 동일하게 구할 수 있다.
도 7을 참조하여, 하기와 같이 하여 정의되는 기준점(22)을 중심으로 하여, 전단 가공면(14)의 둘레 방향의 소정의 길이의 범위(R)에 있어서의 파단면(14c)(도 6(b) 참조)의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치보다 큰 것이 바람직하다. 기준점(22)은, 전단 가공면(14)의 둘레 방향에 있어서의 만곡부(20)의 중심점, 또는 평면에서 볼 때 만곡부(20)의 곡률이 최대가 되는 점으로서 정의된다. 범위(R)의 상기 소정의 길이는, 예를 들면, 블랭크(10)의 판두께의 50%의 길이, 100%의 길이, 1000%의 길이, 또는 2000%의 길이이다. 또, 예를 들면, 만곡부(20)에 있어서 곡률이 5m-1 이상이 되는 부분이 계속되는 범위를, 상기 소정의 길이의 범위(R)로서 정의해도 된다. 이 경우의 범위(R)는, 만곡부(20)의 곡률을 R 게이지로 측정함으로써 결정할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 범위(R)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치는, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치보다, 블랭크(10)의 판두께의 10% 이상 크다. 또, 본 실시 형태에서는, 범위(R)에 있어서의 함몰부(14a)의 판두께 방향의 길이의 평균치는, 블랭크(10)의 판두께의 20% 이하이다. 또한, 범위(R)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치는, 이하와 같이 하여 구한다. 우선, 범위(R) 내의 전단 가공면(14)을 둘레 방향으로 5개의 영역으로 등분할한다. 그리고, 서로 이웃하는 영역의 경계부에 있어서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 측정한다. 즉, 범위(R)에 있어서, 전단 가공면(14)의 둘레 방향으로 위치가 다른 4개소에서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 측정한다. 그 후, 측정한 4개소의 길이의 평균치를 산출하여, 범위(R)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치로 한다. 범위(R)에 있어서의 함몰부(14a) 및 전단면(14b)의 판두께 방향의 길이의 평균치에 대해서도와 동일하게 구할 수 있다.
(블랭크 및 성형품의 효과)
블랭크(10)에서는, 만곡부(20)에 있어서 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이가 커진다. 바꾸어 말하면, 프레스 성형시에 신장 변형하기 쉬운 부분에 있어서, 전단면(14b)의 비율을 작게 할 수 있다. 이로 인해, 만곡부(20)가 신장 변형하기 쉬워지므로, 만곡부(20)가 신장 플랜지 성형되어도, 만곡부(20)에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 만곡부(20) 이외의 부분에 대해서는, 만곡부(20)에 비해 파단면(14c)의 비율을 작게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 가공 경화된 전단면(14b)의 비율을 크게 할 수 있다. 이로 인해, 만곡부(20) 이외의 부분에 있어서는, 충분한 피로 강도를 얻을 수 있다. 한편, 만곡부(20)에 대해서는, 파단면(14c)의 비율이 크다. 이 때문에, 프레스 성형 전의 상태에서는 만곡부(20)의 피로 강도가 저하한다. 그러나, 프레스 성형시에 신장 플랜지 성형에 의한 가공 경화가 발생하고, 만곡부(20)의 피로 강도가 높아진다. 그 결과, 프레스 성형 후의 성형품(12)에 있어서 충분한 피로 강도를 얻을 수 있다. 이들의 결과, 성형품(12)의 피로 강도가 저하하는 것을 억제하면서, 블랭크(10)로부터 성형품(12)을 제조할 때에 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
블랭크(10)에서는, 예를 들면, 범위(R)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치보다 크게 설정된다. 이 경우, 만곡부(20)의 중심부(위치적인 중심부 또는 곡률이 커지는 부분)에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
블랭크(10)에서는, 범위(R)에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 전단 가공면(14)의 전체 둘레에 있어서의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이의 평균치보다, 블랭크(10)의 판두께의 10% 이상 크다. 이로 인해, 만곡부(20)의 중심부에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 충분히 억제할 수 있다.
블랭크(10)에서는, 범위(R)에 있어서의 함몰부(14a)의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 블랭크(10)의 판두께의 20% 이하이다. 이로 인해, 신장 플랜지 크랙의 발생을 보다 확실히 억제할 수 있다.
블랭크(10)에서는, 범위(R)의 상기 소정의 길이는, 예를 들면, 블랭크(10)의 판두께의 50%의 길이로 설정된다. 이 경우, 만곡부(20)의 중심부에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다. 또, 범위(R)의 상기 소정의 길이가, 예를 들면, 블랭크(10)의 판두께의 2000%의 길이로 설정되어도 된다. 이 경우, 만곡부(20) 내의 충분한 범위에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 범위(R)는, 예를 들면, 곡률이 5m-1 이상이 되는 부분이어도 된다. 이 경우, 프레스 성형시에 신장 플랜지 변형이 커지는 만곡부(20)에 있어서도, 신장 플랜지 크랙의 발생을 충분히 방지할 수 있다.
또한, 블랭크(10)에서는, 복수의 만곡부(20)가 설치되어 있지만, 어느 하나의 만곡부(20)에 있어서 본 발명의 요건을 만족하고 있으면 된다. 따라서, 복수의 만곡부(20) 중 몇 개의 만곡부(20)가 본 발명의 요건을 만족하고 있지 않아도 된다.
(블랭크 제조용의 금형 및 블랭크의 제조 방법)
이하, 상술의 블랭크(10)를 제조하기 위한 금형 및 상기 금형을 이용한 블랭크(10)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 8 및 도 9는, 본 발명의 한 실시 형태에 따른 금형(24)을 나타내는 개략 사시도이다. 도 8을 참조하여, 금형(24)은, 기둥 형상의 펀치(26) 및 펀치(26)를 삽입 가능한 구멍(28a)을 갖는 중공 형상의 다이(28)를 포함한다. 상세한 것은 후술 하지만, 도 8을 참조하여, 상술의 블랭크(10)를 제조할 때에는, 우선, 다이(28) 상에 평면에서 볼 때 직사각형 형상의 금속판(30)을 올려놓는다. 그 후, 도 8 및 도 9를 참조하여, 펀치(26)를 금속판(30)의 판두께 방향(도 8에 있어서 화살표 Z로 나타내는 방법)으로 이동시켜, 펀치(26)의 하단부가 구멍(28a)에 삽입되도록, 펀치(26)에 의해 금속판(30)의 중앙부를 밀어 넣는다. 이로 인해, 금속판(30)의 중앙부가 절단(전단 가공)되고, 구멍(10a)(도 4 참조)이 형성된다. 즉, 상술의 블랭크(10)(도 4 참조)가 제조된다. 이하, 펀치(26) 및 다이(28)에 대해서, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 금속판(30)을 전단 가공할 때의 펀치(26)의 이동 방향(화살표 Z로 나타내는 방향)을 상하 방향으로 한다. 또, 상기 상하 방향에 대해서 수직인 방향을 측방으로 한다.
도 10은, 펀치(26)를 나타내는 개략도이며, (a)는 펀치(26)의 측면도이며, (b)는 펀치(26)의 저면도이다.
도 10을 참조하여, 펀치(26)는, 바닥면(32)과, 바닥면(32)의 외주연(32a)으로부터 상방으로 연장되는 외주면(34)을 갖는다. 펀치(26)에 있어서는, 바닥면(32)의 외주연(32a)이 절단날이 된다. 이 때문에, 외주연(32a)은, 구멍(10a)(도 4 참조)을 형성할 수 있도록, 구멍(10a)과 동일하게 평면에서 볼 때 대략 직사각형 형상을 갖는다.
도 10(b)를 참조하여, 바닥면(32)의 외주연(32a)은, 바닥면(평면)에서 볼 때 볼록 형상으로 만곡하는 복수(본 실시 형태에서는 4개)의 만곡부(36)를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 대략 직사각형 형상의 외주연(32a)의 4개의 모서리부에 각각, 만곡부(36)가 설치되어 있다.
도 10(a), (b)를 참조하여, 바닥면(32)은, 평면부(38)와, 평면부(38)로부터 상방(펀치(26)의 이동 방향과 평행한 방향)으로 오목한 복수의 절결부(40)를 포함한다. 도 10(a)를 참조하여, 각 절결부(40)는, 측면에서 볼 때 직사각형 형상을 갖는다. 보다 구체적으로는, 도 10(a), (b)를 참조하여, 각 절결부(40)는, 평면부(38)로부터 상방으로 신장하는 측벽부(40a, 40b, 40c)와, 측벽부(40a, 40b, 40c)의 위쪽 가장자리를 접속하도록 설치되는 천정부(40d)를 갖는다. 측벽부(40a, 40b, 40c)는, 바닥면에서 볼 때 대략 U자 형상을 형성하도록 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 측벽부(40a)와 측벽부(40b)가 서로 대향하도록 설치되고, 측벽부(40a)의 일단부와 측벽부(40b)의 일단부를 접속하도록 측벽부(40c)가 설치되어 있다. 천정부(40d)는, 평면부(38)와 대략 평행하게 설치되어 있다. 도 10(b)를 참조하여, 각 절결부(40)는, 바닥면(평면)에서 볼 때, 만곡부(36)의 중심(정점)을 포함하도록 형성된다.
도 10(a)를 참조하여, 절결부(40)의 절결 깊이(d)는, 금속판(30)(도 9 참조)의 판두께의 0.1배 이상 또한 0.7배 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 도 10(b)를 참조하여, 절결부(40)의 폭(w)은, 블랭크(10)(도 6 참조)의 만곡부(20)(도 6 참조)의 치수에 따라 적절히 설정되지만, 금속판(30)의 판두께의 50~2000%의 크기로 설정하는 것이 바람직하고, 100~1000%의 크기로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또, 금속판(30)을 절단할 때에 절결부(40)의 폭방향에 있어서의 중심선이 블랭크(10)의 만곡부(20)의 기준점(22) 상에 위치하도록, 금형(24)을 구성하는 것이 바람직하다. 절결부(40)의 길이(L)는, 금속판(30)의 판두께 이상인 것이 바람직하다.
도 8을 참조하여, 다이(28)는, 금속판(30)을 지지하는 중공 형상의 지지면(42)과, 지지면(42)의 내주연(42a)으로부터 하방으로 연장되는 내주면(44)을 갖는다. 다이(28)에 있어서는, 지지면(42)의 내주연(42a)이 절단날이 된다. 지지면(42)의 내주연(42a)은, 바닥면(32)의 외주연(32a)에 대해서 상사한 형상을 가지며, 외주연(32a)의 복수의 만곡부(36)에 대응하는 복수의 만곡부(46)를 갖는다. 만곡부(46)는, 만곡부(36)의 형상에 대응하도록 오목 형상으로 만곡한 형상을 갖는다. 펀치(26)와 다이(28)의 클리어런스(즉, 외주연(32a)과 내주연(42a)의 클리어런스)는, 예를 들면, 금속판(30)의 판두께의 약 10%의 크기로 설정된다.
이하, 상술의 금형(24)에 의한 블랭크(10)의 제조 방법에 대해 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 11~15는, 블랭크(10)를 제조할 때의, 펀치(26), 다이(28) 및 금속판(30)의 관계를 나타내는 개념도이다. 구체적으로는, 도 11~15에 있어서 (a)는, 펀치(26)의 만곡부(36)(도 8 참조) 근방의 외주면(34)(도 8 참조), 다이(28)의 만곡부(46)(도 8 참조) 근방의 내주면(44)(도 8 참조), 및 만곡부(36)(도 8 참조)와 만곡부(46)(도 8 참조) 사이에 위치하는 금속판(30)의 관계를 나타내는 개념도이다. 도 11~15에 있어서 (b)는, 펀치(26)의 평면부(38), 다이(28)의 지지면(42), 및 평면부(38)와 지지면(42)의 사이에 위치하는 금속판(30)의 관계를 나타내는 개념도(도 11(a)의 b-b선으로 나타내는 부분에 상당하는 개념도)이다. 도 11~15에 있어서 (c)는, 펀치(26)의 절결부(40), 다이(28)의 지지면(42) 및 절결부(40)와 지지면(42)의 사이에 위치하는 금속판(30)의 관계를 나타내는 개념도(도 11(a)의 c-c선으로 나타내는 부분에 상당하는 개념도)이다. 또한, 도 11~15의 (a)에서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위해, 금속판(30)에 해칭을 부여하고 있다.
도 8을 참조하여, 상술한 바와 같이, 블랭크(10)를 제조할 때에는, 우선, 다이(28)의 지지면(42) 상에 금속판(30)을 올려놓는다. 그 후, 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 펀치(26)를 이동시켜, 펀치(26)의 평면부(38)를 금속판(30)에 밀어 넣는다. 이로 인해, 평면부(38)의 바깥 가장자리에 의해, 금속판(30)의 표면측에 전단면(48)(도 12 참조)이 형성된다. 또, 다이(28)와 금속판(30)의 이면의 접촉부 중 평면부(38)의 바깥 가장자리에 대향하는 부분에 있어서, 다이(28)의 지지면(42)의 내주연(42a)에 의해 전단면(50)이 형성된다. 도 12(a), (c)에 나타내는 바와 같이, 펀치(26)의 압입량이 작은 시점에서는, 절결부(40)의 천정부(40d)는, 금속판(30)에 접촉되어 있지 않다. 이 때문에, 금속판(30) 중, 절결부(40)에 대향하는 부분에서는 전단면이 형성되어 있지 않다. 또, 다이(28)와 금속판(30)의 접촉부 중, 절결부(40)의 하방에 위치하는 부분에는 큰 힘이 가해져 있지 않기 때문에, 상기 부분에 있어서도 전단면이 형성되어 있지 않다.
도 13(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 펀치(26)를 더 밀어 넣음으로써, 금속판(30)의 표면에 있어서, 평면부(38)의 바깥 가장자리와의 접촉부에 균열(52)이 생긴다. 또, 도 13(a), (c)에 나타내는 바와 같이, 절결부(40)의 천정부(40d)도 금속판(30)의 표면에 접촉한다. 이로 인해, 천정부(40d)와 금속판(30)의 접촉부에 있어서, 금속판(30)에 전단면(54)이 형성된다. 또한, 도 13(a)~(c)에 나타내는 바와 같이, 다이(28)의 지지면(42)의 내주연(42a)과 금속판(30)의 접촉부에 있어서, 금속판(30)에 균열(56)이 생긴다.
펀치(26)를 더 밀어 넣음으로써, 균열(52, 56)이 금속판(30)의 판두께 방향으로 진전하고, 도 14(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 금속판(30)의 표면측 및 이면측에 파단면(58, 60)이 형성된다. 도 14(a), (c)에 나타내는 바와 같이, 균열(52, 56)(도 13 참조)은, 판두께 방향뿐만 아니라 금속판(30)과 절결부(40)의 접촉부의 쪽을 향해 진전한다. 이로 인해, 절결부(40)의 하방에도, 파단면(58, 60)이 형성된다. 즉, 절결부(40)가 금속판(30)에 크게 밀어 넣어지기 전에, 금속판(30) 중 절결부(40)의 하방에 위치하는 부분에 있어서 충분한 크기의 파단면(14c)(도 6 참조)을 형성할 수 있다. 마지막으로, 도 15에 나타내는 바와 같이 펀치(26)를 더 밀어 넣음으로써, 파단면(58, 60)이 더 진전하고, 금속판(30)의 일부가 절단된다. 이로 인해, 블랭크(10)가 완성된다.
(금형 및 상기 금형을 이용한 제조 방법의 효과)
금형(24)을 이용한 상술의 제조 방법에 의해 블랭크(10)를 제조하는 경우에는, 절결부(40)가 금속판(30)에 크게 밀어 넣어지기 전에, 금속판(30) 중 절결부(40)의 하방에 위치하는 부분에 있어서 충분한 크기의 파단면(14c)을 형성할 수 있다. 이로 인해, 절결부(40)의 하방의 위치의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를, 다른 부분의 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이보다 크게 할 수 있다. 따라서, 프레스 성형시에 신장 플랜지 변형하는 부분을 절결부(40)에 의해 절단함으로써, 신장 플랜지 크랙을 방지할 수 있다. 또, 평면부(38)에 의해 절단된 부분에 대해서는, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 피로 강도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.
금형(24)에서는, 절결부(40)의 절결 깊이는, 예를 들면, 금속판(30)의 판두께의 0.1배 이상 또한 0.7배 이하로 설정된다. 이 경우, 절결부(40)가 금속판(30)을 밀어 넣는 타이밍을 평면부(38)가 금속판(30)을 밀어 넣는 타이밍에 대해서 적절히 늦출 수 있다. 이로 인해, 절결부(40)에 의해 절단된 부분에 있어서, 파단면(14c)의 판두께 방향의 길이를 적절한 크기로 할 수 있다.
본 발명에 따른 금형(24)은, 종래의 펀치의 절단날(바닥면(32)의 외주연(32a)에 상당하는 부분)의 형상을 국부적으로 변경하는 것만으로 제조할 수 있다. 이 때문에, 펀치에 돌출부를 설치하는 경우(예를 들면, 상술의 특허문헌 1 참조)에 비해, 금형의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또, 여러가지 형상의 전단 가공 공구에 있어서도, 전체의 공구 형상을 고려하지 않아도 되기 때문에, 대량 생산 현장에 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 프레스 성형에서 신장 플랜지 크랙이 발생했을 때에, 펀치에 있어서, 블랭크의 상기 분열이 발생한 위치에 대응하는 부분에 엔드 밀 등으로 새로운 절결부(40)를 더할 수 있다. 이로 인해, 현장 대응에서 신장 플랜지 크랙을 해결할 수 있다. 이 점에서도, 대량 생산 현장에 용이하게 적용할 수 있다. 후술의 다른 펀치 및 절결부를 갖는 후술의 다이에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 블랭크의 전단 가공면에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하기 쉬운 부위를, 미리, 수치계산 또는 신장 플랜지 시험을 행하여 특정해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 특정한 부위를 절결부에 의해 절단하도록, 금형을 구성해도 된다. 이 경우, 금형의 제조 비용 및 블랭크의 가공 비용을 저감할 수 있다.
(금형의 다른 예)
상술의 실시 형태에서는, 펀치(26)가 측면에서 볼 때 직사각형 형상의 절결부(40)를 갖는 경우에 대해 설명했지만, 절결부의 형상은 상술의 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 측면에서 볼 때 사다리꼴 형상을 갖는 절결부(62)를 펀치에 설치해도 된다. 또한, 절결부(62)는, 절결부(40)와 마찬가지로, 측벽부(62a, 62b, 62c) 및 천정부(62d)를 갖는다. 측벽부(62a, 62b)는, 측면에서 볼 때 상측을 향할수록 서서히 간격이 좁아지도록 경사져 있다. 또한, 본 발명자들의 여러 가지의 검토의 결과, 절결부(62)에 의해 균열을 효율적으로 진전시키기 위해서는, 연직면에 대한 측벽부(62a, 62b)의 경사 각도가 30° 이하인 것이 바람직하다.
또, 예를 들면, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 측면에서 볼 때 반원 형상을 갖는 절결부(64)를 펀치에 설치해도 된다. 또, 예를 들면, 도 16(c)에 나타내는 바와 같이, 평면부(38)와 측벽부(66a, 66b)의 경계부에 R부(66c, 66d)를 갖는 절결부(66)를 펀치에 설치해도 된다. 이 경우, 절결부(66)와 평면부(38)의 경계부의 손상을 방지할 수 있다. 또한, R부(66c, 66d)의 곡률 반경은, 0.01~0.1㎜인 것이 바람직하다. 또, 예를 들면, 도 16(d)에 나타내는 바와 같이, 평면부(38)와 측벽부(68a, 68b)의 경계부에 면취부(68c, 68d)를 갖는 절결부(68)를 펀치에 설치해도 된다. 이 경우도, 절결부(68)와 평면부(38)의 경계부의 손상을 방지할 수 있다.
상술의 실시 형태에서는, 복수의 절결부(40)를 갖는 펀치(26)에 대해 설명했지만, 펀치에 절결부를 설치하는 대신, 다이에 절결부를 설치해도 된다.
도 17은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 금형(24a)을 나타내는 개략 사시도이다. 도 17에 나타내는 금형(24a)이 도 8에 나타내는 금형(24)과 다른 것은, 펀치(26) 대신에 펀치(70)를 갖는 점 및 다이(28) 대신에 다이(72)를 갖는 점이다.
펀치(70)가 펀치(26)와 다른 것은, 복수의 절결부(40)(도 8 참조)를 갖고 있지 않은 점이다. 다이(72)가 다이(28)와 다른 것은, 각 만곡부(46)에, 절결부(40)와 동일한 형상을 갖는 절결부(74)를 갖고 있는 점이다. 상세한 설명은 생략하지만, 금형(24a)을 이용하여 블랭크(10)를 제조하는 경우에도, 상술의 금형(24)을 이용하여 블랭크(10)를 제조하는 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(블랭크의 다른 예)
상술의 실시 형태에서는, 펀칭 가공에 의해 형성된 구멍(10a)을 갖는 블랭크(10)에 대해 설명했지만, 블랭크의 형상은 상술의 예로 한정되지 않는다. 본 발명은, 외주연에 선단 가공면이 형성된 블랭크, 예를 들면, 블랭킹 가공에 의해 형성된 전단 가공면을 외주연에 갖는 블랭크에도 적용할 수 있다.
도 18은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 블랭크를 나타내는 개략 사시도이다. 도 18을 참조하여, 판형이고 긴 형상인 블랭크(76)는, 길이 방향의 중앙부가, 길이 방향의 양단부보다 가늘어진 형상을 갖는다. 블랭크(76)는, 예를 들면, 블랭킹 가공에 의해 제조되고, 평면에서 볼 때 환형상을 갖는 전단 가공면(78)을 외주연에 갖는다. 평면에서 볼 때, 전단 가공면(78)의 바깥 가장자리는, 오목 형상으로 만곡하는 복수의 만곡부(80)를 갖는다. 상세한 설명은 생략하지만, 전단 가공면(78)은, 블랭크(10)의 전단 가공면(14)과 동일한 구성을 가지며, 만곡부(80)는, 블랭크(10)의 만곡부(20)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 블랭크(76)에 있어서도, 상술의 블랭크(10)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 상술의 블랭크(76)를 제조하기 위한 금형에 대해 설명한다.
도 19는, 블랭크(76)를 제조하기 위한 금형의 일례를 나타내는 개략 사시도이다. 도 19를 참조하여, 금형(82)은, 기둥 형상의 펀치(84) 및 펀치(84)를 삽입 가능한 구멍(86a)을 갖는 다이(86)를 포함한다.
도 19를 참조하여, 펀치(84)는, 바닥면(88)과, 바닥면(88)의 외주연(88a)으로부터 상방으로 연장되는 외주면(90)을 갖는다. 펀치(84)에 있어서는, 바닥면(88)의 외주연(88a)이 절단날이 된다. 이 때문에, 외주연(88a)은, 블랭크(76)와 동일한 형상을 갖는다.
바닥면(88)의 외주연(88a)은, 바닥면(평면)에서 볼 때 오목 형상으로 만곡하는 복수(본 실시 형태에서는 2개:도 19에 있어서는 1개의 만곡부(92)만 도시.)의 만곡부(92)를 포함한다. 바닥면(88)은, 상술의 바닥면(32)(도 10 참조)과 마찬가지로, 평면부(94)와, 평면부(94)로부터 상방(펀치(84)의 이동 방향과 평행한 방향)으로 오목한 복수(본 실시 형태에서는 2개.)의 절결부(96)를 포함한다. 상세한 설명은 생략하지만, 절결부(96)는, 상술의 절결부(40, 62, 64, 66 또는 68)와 동일한 구성을 갖는다. 절결부(96)는, 바닥면(평면)에서 볼 때, 만곡부(92)의 중심(정점)을 포함하도록 형성된다.
다이(86)는, 금속판(도시 생략)을 지지하는 중공 형상의 지지면(98)과, 지지면(98)의 내주연(98a)으로부터 하방으로 연장되는 내주면(100)을 갖는다. 다이(86)에 있어서는, 지지면(98)의 내주연(98a)이 절단날이 된다. 지지면(98)의 내주연(98a)은, 바닥면(88)의 외주연(88a)에 대해서 상사한 형상을 가지며, 외주연(88a)의 복수의 만곡부(92)에 대응하는 복수의 만곡부(102)를 갖는다. 만곡부(102)는, 만곡부(92)의 형상에 대응하도록 볼록 형상으로 만곡한 형상을 갖는다. 펀치(84)와 다이(86)의 클리어런스는, 예를 들면, 금속판의 판두께의 약 10%의 크기로 설정된다.
금형(82)에 있어서도, 펀치(84)가 상술의 펀치(26)와 마찬가지로, 절결부(96)를 갖고 있다. 이로 인해, 금형(82)에 있어서도, 상술의 금형(24)과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 17의 금형(24a)과 마찬가지로, 펀치(84)에 절결부(96)를 설치하는 대신, 다이(86)의 만곡부(102)에 각각 절결부를 설치해도 된다. 이 경우도, 금형(82)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예로 한정되지 않는다.
(제1 실시예)
판두께 1.6㎜의 780MPa급의 냉연강판(피가공재)에, 도 4에 나타내는 구멍(10a)과 동일한 형상의 구멍(30㎜×30㎜, 만곡부(R부)의 곡률 반경은 5㎜)을, 도 8에 나타내는 펀치(절결부의 형상은 직사각형. 개구 폭:0~15㎜, 절결부 길이:0~펀치바닥 전역, 날끝과 절결부의 경계인 모서리부는 R1.0의 둥글기)로 형성하고, 실시예 1~12의 블랭크를 제작했다. 또한, 절결부를 갖고 있지 않은 점을 제외하고 도 8의 펀치와 같은 구성을 갖는 펀치를 이용하여, 비교예 1의 블랭크를 제작했다. 또, 특허문헌 2에 기재된 펀치로 비교예 2의 블랭크를 제작했다. 다이와 펀치의 클리어런스는, 피가공재의 판두께의 10%로 설정했다.
상기와 같이 하여 제작한 블랭크에 대해서, 능선이 만곡하고 있는 각뿔대 형상의 버링용 펀치(도시 생략)를 이용하여 버링 가공을 행하고, 도 5에 나타내는 플랜지부(버링부)를 형성했다(버링 시험). 버링 시험에서는, 전단 가공면에 크랙이 생기는 한계의 버링 높이를 측정하고, 신장 플랜지성을 평가했다.
전단 가공부의 피로 강도를 조사하기 위해, 도 20에 나타내는 바와 같이 시험편을 잘라 내어 평면 휨 피로 시험을 실시했다. 피로 시험편은, 절삭 가공에 의해 잘라 냈다. 절삭 가공부에는 연마 가공을 실시하여, 평탄도를 더했다. 전단 가공부(펀치에 의해 형성된 구멍에 상당하는 부분)에는, 연마 가공은 실시하지 않았다. 시험편 표층에 더해지는 응력의 최대치(휨 모멘트로부터 산출)를 평가치로 하고, 응력비를 -1로 설정했다. 피로 강도는, 1000만회 수명을 달성한 시점에서의 파단 한계의 응력을 피로 한도로서 평가했다.
펀칭 가공에 이용한 펀치의 절결부의 구성 및 버링 시험의 결과를 표 1에 나타낸다. 또, 표 2에는, 신장 플랜지부에 상당하는 위치 및 상당히 하지 않는 위치의 전단 가공면에 있어서의 함몰률, 전단면율, 및 파단면율을 나타낸다. 여기서, 신장 플랜지부는, 도 7에서 설명한 만곡부(20)에 상당하는 부분(4개의 모서리부)으로 했다. 또한, 참고를 위해서 도 21 및 도 22에 비교예 1 및 실시예 5의 신장 플랜지부에 있어서의 전단 가공면의 외관 사진을 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
버링 시험의 결과, 블랭크의 판두께에 대한 절결부의 절결 깊이의 비율(%)이 10~70%의 범위 내에 있는 실시예 2~12의 블랭크에서는, 비교예 1의 블랭크에 비해, 버링 높이가 높아졌다. 또, 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서 파단면율을 향상시킨 비교예 2의 블랭크에서는, 신장 플랜지 성형부 외의 전단 가공면에 있어서 균열이 발생하고, 피로 강도가 저하했다. 한편, 실시예 1~12의 블랭크에서는, 신장 플랜지 성형부 이외에 있어서도 균열은 발생하지 않고, 피로 강도도 저하하지 않았다.
본 실시예에서는, 판두께 1.6㎜의 780MPa급의 냉연강판을 이용했지만, 다른 판두께 및 강도의 강판을 이용해도, 동일한 효과를 얻을 수 있는 것을, 본 발명자들은, 실험적으로 확인했다.
(제2 실시예)
판두께 1.6㎜의 590MPa급의 냉연강판(피가공재)을, 도 19에 나타내는 펀치(84)를 이용하여 전단 가공하고, 도 18에 나타내는 블랭크(76)와 동일한 형상을 갖는 실시예 1~12의 블랭크를 제작했다. 또한, 절결부를 갖고 있지 않은 점을 제외하고 도 19의 펀치(84)와 동일한 구성을 갖는 펀치를 이용하여, 비교예 1의 블랭크를 제작했다. 다이와 펀치의 클리어런스는, 피가공재의 판두께의 10%로 설정했다.
도 23(a)에 신장 플랜지 시험의 형태를 나타내고, 도 23(b)에 신장 플랜지 가공품의 형상을 나타낸다. 도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 신장 플랜지 시험에서는, 패드(104)에 지지된 다이(106)에 블랭크(108)를 올려놓았다. 그리고, 펀치(110)에 의해 블랭크(108)를 가압하여, 플랜지 성형을 행하고, 도 23(b)에 나타내는 신장 플랜지 가공품(112)을 제작했다.
신장 플랜지 시험은, 신장 플랜지 높이(h1)가 다른 여러 가지의 조건(5㎜, 10㎜, 15㎜, 20㎜ 및 25㎜), 즉, 신장 플랜지 시험에 따른 전단 가공면에 있어서의 소성 변형량이 다른 5개의 조건으로 행했다.
전단 가공에서 이용한 펀치의 절결부의 구성 및 신장 플랜지 시험의 결과를 표 3에 나타낸다. 또, 표 4에는, 신장 플랜지부에 상당하는 위치 및 상당히 하지 않는 위치의 전단 가공면에 있어서의 함몰률, 전단면율, 및 파단면율을 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00003
[표 4]
Figure pct00004
신장 플랜지 시험의 결과, 실시예 1~12의 블랭크에서는, 전단 가공면에 있어서 신장 플랜지 크랙이 발생하지 않았다. 한편, 비교예 1의 블랭크에서는, 신장 플랜지 크랙이 발생했다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 공구 제작 비용이 낮고, 대량 생산 현장에 용이하게 적용이 가능하고, 전단 가공면에 있어서 신장 플랜지 크랙을 억제할 수 있는 전단 가공 방법을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 강재 가공 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

Claims (16)

  1. 금속판을 전단 가공함으로써 제조된 프레스 성형용 판형 블랭크로서,
    판두께 방향으로 전단면 및 파단면을 갖고, 또한 평면에서 볼 때 환상으로 형성되는 전단 가공면을 가지며,
    평면에서 볼 때 상기 전단 가공면의 가장자리는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부를 가지며,
    상기 만곡부에 있어서의 상기 파단면의 판두께 방향의 길이의 평균치가, 상기 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치보다 큰, 블랭크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 만곡부의 상기 전단 가공면의 둘레 방향에 있어서의 중심점 또는 평면에서 볼 때 상기 만곡부의 곡률이 최대가 되는 점을 상기 만곡부의 기준점으로 한 경우에, 상기 기준점을 중심으로 하여 상기 둘레 방향의 소정의 길이의 범위에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치가, 상기 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치보다 큰, 블랭크.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 소정의 길이의 범위에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치는, 상기 전단 가공면의 전체 둘레에 있어서의 상기 파단면의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치보다, 상기 판두께의 10% 이상 큰, 블랭크.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 전단 가공면은, 상기 판두께 방향에 있어서 상기 전단면을 사이에 끼고 상기 파단면과는 반대측에 위치하는 함몰부를 더 포함하고,
    상기 소정의 길이의 범위에 있어서의 상기 함몰부의 상기 판두께 방향의 길이의 평균치는, 상기 판두께의 20% 이하인, 블랭크.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 길이는, 상기 블랭크의 판두께의 50%의 길이인, 블랭크.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 길이는, 상기 판두께의 2000%의 길이인, 블랭크.
  7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 길이의 범위는, 곡률이 5m-1 이상이 되는 부분인, 블랭크.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속판은, 펀칭 가공에 의해 형성된 구멍을 가지며,
    상기 전단 가공면은, 상기 구멍의 가장자리에 형성되는, 블랭크.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속판은, 블랭킹 가공에 의해 형성된 외주연을 가지며,
    상기 전단 가공면은 상기 외주연에 형성되는, 블랭크.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만곡부는 프레스 성형시에 신장 변형하는 부분인, 블랭크.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나에 기재된 블랭크에 프레스 성형을 실시한, 성형품.
  12. 기둥 형상의 펀치 및 상기 펀치를 삽입 가능한 중공 형상의 다이를 가지며, 상기 펀치를 소정 방향으로 이동시켜 다이 상에 올려진 금속판을 전단 가공하는 금형으로서,
    상기 펀치는, 외주연이 절단날이 되는 바닥면과, 상기 외주연으로부터 상기 소정 방향과 평행한 방향으로 연장되는 외주면을 가지며,
    상기 외주연은, 평면에서 볼 때 볼록 형상 또는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부를 포함하고,
    상기 바닥면은, 평면부와, 상기 평면부로부터 상기 소정 방향으로 오목하고 또한 평면에서 볼 때 상기 만곡부를 포함하도록 설치되는 절결부를 포함하는, 금형.
  13. 기둥 형상의 펀치 및 상기 펀치를 삽입 가능한 중공 형상의 다이를 가지며, 상기 펀치를 소정 방향으로 이동시켜 다이 상에 올려진 금속판을 전단 가공하는 금형으로서,
    상기 다이는, 상기 금속판을 지지하고 또한 내주연이 절단날이 되는 중공 형상의 지지면과, 상기 내주연으로부터 상기 소정 방향과 평행한 방향으로 연장되는 내주면을 가지며,
    상기 내주연은, 평면에서 볼 때 볼록 형상 또는 오목 형상으로 만곡하는 만곡부를 포함하고,
    상기 지지면은, 평면부와, 상기 평면부로부터 상기 소정 방향으로 오목하고 또한 평면에서 볼 때 상기 만곡부를 포함하도록 설치되는 절결부를 포함하는, 금형.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 절결부의 상기 소정 방향과 평행한 방향에 있어서의 절결 깊이는, 상기 금속판의 판두께의 0.1배 이상 또한 0.7배 이하인, 금형.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 금형을 이용하여 프레스 성형용 블랭크를 제조하는 방법으로서,
    상기 금형의 다이 상에 금속판을 올려놓는 공정과,
    상기 다이 상에 올려진 금속판을 상기 금형의 펀치를 이용하여 전단 가공하는 공정을 구비하는, 블랭크의 제조 방법.
  16. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 금형을 이용하여 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 블랭크를 제조하는 방법으로서,
    상기 금형의 다이 상에 금속판을 올려놓는 공정과,
    상기 다이 상에 올려진 금속판을 상기 금형의 펀치를 이용하여 전단 가공하는 공정을 구비하고,
    상기 전단 가공하는 공정에서는, 상기 펀치 또는 상기 다이의 상기 절결부에 의해 상기 금속판의 일부를 절단함으로써, 상기 블랭크의 만곡부의 적어도 일부가 형성되는, 블랭크의 제조 방법.
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