KR20170116256A

KR20170116256A - 자동차 차체용 구조 부재

Info

Publication number: KR20170116256A
Application number: KR1020177028959A
Authority: KR
Inventors: 류이치 니시무라; 겐이치로 오츠카; 야스히로 이토; 요시아키 나카자와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2017-10-18
Also published as: MX2016002743A; CN105593109B; EP3037327B1; US9902435B2; JP6075463B2; KR101817022B1; RU2639362C2; EP3037327A4; EP3037327B9; RU2016112332A; CN105593109A; BR112016006394A2; TW201529196A; JPWO2015053125A1; CA2920757C; KR20160041989A; EP3037327A1; MX368829B; TR201905186T4; ES2717505T3

Abstract

천장판부에 홈부를 갖는 대략 홈형 단면의 구조 부재에 있어서, 홈부를 형성하는 것에 의한 흡수 에너지 효율의 향상 효과가 유효하게 발휘되어, 하중 전달 특성이나 강성이 우수한 자동차 차체용 구조 부재를 제공한다. 소정 방향으로 연장되어 형성되고, 천장판부(4), 상기 천장판부(4)에 연속되는 능선부(4a, 4b) 및 상기 능선부(4a, 4b)에 연속되는 종벽부(5a, 5b)를 갖고, 상기 소정 방향에 대해 교차하는 단면이 대략 홈형 단면을 이루는, 강판제의 프레스 성형체로 이루어지는 자동차 차체용 구조 부재에 있어서, 상기 천장판부(4)에 상기 소정 방향으로 연장되어 형성된 적어도 하나의 홈부(8)와, 상기 소정 방향의 단부에 있어서의 적어도 상기 능선부(4a, 4b)의 범위에 형성된 외향 플랜지(9a, 9b)를 구비하고, 상기 홈부(8)의 깊이를, 상기 홈부(8)의 폭 및 상기 강판의 판 두께에 따라서 설정한다.

Description

자동차 차체용 구조 부재 {STRUCTURAL MEMBER FOR AUTOMOBILE BODY}

본 발명은, 자동차 차체용 구조 부재에 관한 것으로, 특히 강판제의 성형 소재를 프레스 성형하여 얻어지는 자동차 차체용 구조 부재에 관한 것이다.

자동차의 차체는, 주로, 차체의 전후 방향을 따라 배치되는 차 길이 부재와, 차체의 폭 방향을 따라 배치되는 차 폭 부재를 주요한 구조 부재로서 구비한다. 이들 차 길이 부재 및 차 폭 부재는, 통상 어느 한쪽의 부재의 단부에 형성되는 플랜지를 통해 다른 쪽의 부재에 접합되어, 차체에 필요한 강성의 확보나 충돌 시의 하중 부담을 지고 있다.

이들 차 길이 부재 및 차 폭 부재 등의 구조 부재에는, 축 방향으로의 하중 전달 특성이나, 굽힘 강성, 비틀림 강성이 높은 것 등이 요구된다. 축 방향으로의 하중 전달 특성이 높다고 하는 것은, 즉, 부재의 축 방향으로 작용하는 하중에 의한 변형이 작은 것을 말한다. 굽힘 강성 또는 비틀림 강성이 높다고 하는 것은, 즉, 부재의 길이 방향 축을 구부리는 굽힘 모멘트에 대한 변형이 작은 것, 혹은 부재의 길이 방향 축의 축 주위의 비틀림 모멘트에 대한 비틀림 각이 작은 것을 말한다. 최근, 차체의 경량화나 충돌 안전성의 향상을 도모하는 관점에서, 구조 부재의 소재로서, 인장 강도가 390㎫ 이상인 고장력 강판(고강도 강판 또는 하이텐)이 사용되는 경향에 있다.

예를 들어, 차체의 플로어의 보강에 사용되는 플로어 크로스 멤버는, 대략 홈형의 횡단면 형상을 갖고, 양단부에 형성되는 외향 플랜지를 통해 사이드 실 등의 차 길이 부재에 접합된다. 이러한 플로어 크로스 멤버에 있어서는, 다른 부재와의 접합 강도나 강성을 높여, 차체의 강성이나 충격 하중 부하 시의 하중 전달 성능을 확보하는 것이 중요하다. 이로 인해, 단순히 재료 강도를 높일 뿐만 아니라, 부재의 형상을 고안함으로써, 충격 하중 부하 시의 하중 전달 특성이나 강성을 향상시키는 것이 필요해지고 있다.

여기서, 특허문헌 1에는, 프레스 성형에 의해 제조되는 자동차 차체용 구조 부재이며, 전체적으로 대략 홈형의 횡단면 형상을 갖고, 횡단면 중 홈 저부에 상당하는 햇형 헤드부에 홈 형상의 단차를 갖는 구조 부재가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2004－181502호 공보

특허문헌 1에 개시된 자동차 차체용 구조 부재와 같이, 햇형 헤드부에 홈 형상의 단차(이하, 단순히 「홈부」라고 함)를 형성한 경우에는, 하중을 부담하는 능선이 증가하여, 프레스 성형체에 의한 흡수 에너지가 증가한다고 생각된다. 그러나, 대략 홈형의 횡단면 형상을 갖는 구조 부재에 있어서, 천장판부에 단순히 홈부를 형성하는 것만으로는, 흡수 에너지 효율의 향상 효과를 볼 수 없는 경우가 있었다.

도 24는, 천장판부에 홈부가 형성된 대략 홈형 단면을 갖는 구조 부재가 축 방향으로 충돌 하중을 받아 변형되는 상태를 도시하고 있다. 도 24는, 변형 스트로크마다, 구조 부재가 변형되는 상태를 나타내고 있다. 이러한 구조 부재는, 도 15의 (c)에 도시하는 바와 같이, 천장판부에 홈부를 갖는 한편, 길이 방향의 단부에 있어서의 능선부를 따르는 범위에 외향 플랜지를 갖고 있지 않다. 이러한 도 24에 도시하는 바와 같이, 구조 부재가 홈부를 갖고 있는 경우라도, 높은 충돌 하중을 받아 변형 스트로크가 커짐에 따라, 상대적으로 형상 강성이 낮은 하방측, 즉, 대략 홈형의 단면의 개구측을 향해 구조 부재가 절곡되는 경우가 있었다. 구조 부재가 절곡되면, 흡수 에너지의 증대 효과를 볼 수 없게 된다.

본 발명의 목적은, 천장판부에 홈부를 갖는 대략 홈형 단면의 구조 부재에 있어서, 홈부를 형성하는 것에 의한 흡수 에너지 효율의 향상 효과를 유효하게 발휘하여, 하중 전달 특성이나 강성이 우수한 자동차 차체용 구조 부재를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 관점에 의하면, 소정 방향으로 연장되어 형성되고, 천장판부, 상기 천장판부에 연속되는 능선부 및 상기 능선부에 연속되는 종벽부를 갖고, 상기 소정 방향에 대해 교차하는 단면이 대략 홈형 단면을 이루는, 강판제의 프레스 성형체로 이루어지는 자동차 차체용 구조 부재에 있어서, 상기 천장판부에 상기 소정 방향으로 연장되어 형성된 적어도 하나의 홈부와, 상기 소정 방향의 단부에 있어서의 적어도 상기 능선부의 범위에 형성된 외향 플랜지를 구비하고, 상기 홈부의 깊이를, 상기 홈부의 폭 및 상기 강판의 판 두께에 따라서 설정한, 자동차 차체용 구조 부재가 제공된다.

또한, 상기 소정 방향의 단부에 있어서의, 상기 홈부의 깊이(h)와, 상기 홈부의 폭(w)과, 상기 강판의 판 두께(t)가 이하의 관계를 충족시켜도 된다.

단, H₀＝(0.037t－0.25)×w－5.7t＋29.2

또한, 상기 강판이, 인장 강도가 390㎫ 이상인 고장력 강판이어도 된다.

또한, 상기 강판이, 인장 강도가 590㎫ 이상인 고장력 강판이어도 된다.

또한, 상기 강판이, 인장 강도가 980㎫ 이상인 고장력 강판이어도 된다.

또한, 상기 외향 플랜지가, 상기 소정 방향의 단부에 있어서, 상기 능선부와, 상기 천장판부 및 상기 종벽부의 각각 적어도 일부에 걸치는 범위에 연속하여 형성된 외향 연속 플랜지여도 된다.

또한, 상기 소정 방향의 단부에 있어서, 상기 홈부의 범위에 외향 플랜지를 가져도 된다.

또한, 상기 자동차 차체용 구조 부재는, 상기 외향 플랜지를 통해, 저항 스폿 용접, 레이저 관통 용접, 필렛 아크 용접 또는 접착제에 의한 접착, 혹은 이들이 병용된 접합에 의해, 다른 부재에 접합되어도 된다.

본 발명에 따르면, 구조 부재가, 적어도 능선부의 단부에 외향 플랜지를 가짐으로써, 충돌 초기의 흡수 에너지가 향상된다. 또한, 구조 부재가, 천장판부에 홈부를 갖고, 또한 적어도 능선부의 단부에 외향 플랜지를 가지므로, 충돌 중기 이후에서의 구조 부재의 절곡이 억제되어, 홈부를 형성하는 것에 의한 흡수 에너지 효과가 유효하게 발휘된다.

또한, 본 발명에 관한 구조 부재가, 적어도 능선부의 단부에 외향 플랜지를 가짐으로써, 홈부의 폭 및 판 두께에 따른 유효한 깊이로 홈부를 형성할 수 있다. 따라서, 비교적 프레스 성형이 곤란한 고장력 강판을 프레스 성형하는 경우라도, 흡수 에너지 효율을 향상 가능한 원하는 깊이의 홈부를 형성하기 쉬워져, 하중 전달 특성 및 강성이 우수한 구조 부재가 높은 수율로 얻어진다.

또한, 본 발명에 관한 구조 부재는, 단부에 있어서의 적어도 능선부의 범위에 외향 플랜지를 가지므로, 당해 외향 플랜지 또는 그 근방의 플랜지를 통해 다른 부재와의 접합이 가능해진다. 따라서, 하중 전달 특성 및 강성이 더욱 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 구조 부재의 형상을 도시하는 사시도이다.
도 2의 (a)는 본 실시 형태에 관한 구조 부재를 축 방향으로 본 도면이고, 도 2의 (b)는 구조 부재의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
도 3은 구조 부재를 제조하기 위한 프레스 성형 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4의 (a)는 다이를 도시하는 사시도이고, 도 4의 (b)는 능선 패드를 도시하는 사시도이고, 도 4의 (c)는 펀치를 도시하는 사시도이다.
도 5의 (a)는 종래의 패드를 구비한 프레스 성형 장치를 도시하는 단면도이고, 도 5의 (b)는 종래의 패드에 의해 성형 소재를 구속하는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 6은 능선 패드에 의해 성형 소재를 구속하는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 7의 (a)는 해석 1에서 사용한 전개 블랭크의 형상을 도시하는 전체 평면도이고, 도 7의 (b)는 전개 블랭크의 길이 방향의 단부의 확대 평면도이다.
도 8의 (a)∼(b)는 각각 해석 1에서 사용한 구조 부재의 평면도 및 축 방향 상방측으로부터 본 도면이다.
도 9는 해석 1에서 사용한 구조 부재의 치수를 도시하는 설명도이다.
도 10은 해석 1에 있어서의 제1 프레스 성형에서 사용한 프레스 성형 장치를 도시하는 사시도이다.
도 11은 해석 1에 있어서의 제1 프레스 성형을 도시하는 설명도이다.
도 12는 해석 1에 있어서의 제2 프레스 성형에서 사용한 프레스 성형 장치를 도시하는 사시도이다.
도 13은 해석 1에 있어서의 제2 프레스 성형을 도시하는 설명도이다.
도 14의 (a)∼(b)는 각각 중간 성형체 및 구조 부재에 있어서의, 능선부 플랜지의 에지 근방의 판 두께 감소율의 최대값, 및 능선부 플랜지의 근원 부근의 판 두께 감소율의 최소값을 도시하는 설명도이다.
도 15의 (a)는 해석 2에 사용한 본 실시 형태에 관한 구조 부재의 해석 모델을 도시하는 정면도이고, 도 15의 (b)는 비교예 1의 해석 모델을 도시하는 정면도이고, 도 15의 (c)는 비교예 2의 해석 모델을 도시하는 정면도이다.
도 16은 해석 2에서 사용한 각 해석 모델의 형상을 도시하는 측면도이다.
도 17은 해석 2에서 얻어진 축 방향 하중－스트로크 특성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 해석 2에서 얻어진 에너지 흡수량－스트로크 특성을 나타내는 그래프이다.
도 19의 (a)는 해석 3에서 강판(340HR)을 사용하여 얻어진 비교예 2의 해석 모델의 에너지 흡수량－스트로크 특성을 나타내는 그래프이고, 도 19의 (b)는 해석 3에서 강판(340HR)을 사용하여 얻어진 본 실시 형태에 관한 구조 부재의 해석 모델의 에너지 흡수량－스트로크 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 해석 3에서 강판(340HR)을 사용하여 얻어진 에너지 흡수량－홈 깊이 특성을 나타내는 그래프이다.
도 21의 (a)는 해석 3에서 강판(980Y)을 사용하여 얻어진 비교예 2의 해석 모델의 에너지 흡수량－스트로크 특성을 나타내는 그래프이고, 도 21의 (b)는 해석 3에서 강판(980Y)을 사용하여 얻어진 본 실시 형태에 관한 구조 부재의 해석 모델의 에너지 흡수량－스트로크 특성을 나타내는 그래프이다.
도 22는 해석 3에서 강판(980Y)을 사용하여 얻어진 에너지 흡수량－홈 깊이 특성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 해석 3에서 얻어진 에너지 흡수량의 무차원화 값－홈 깊이 특성을 나타내는 그래프이다.
도 24의 (a)∼(e)는 비교예 2의 해석 모델이 변형되는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 25의 (a)∼(e)는 본 실시 형태에 관한 구조 부재의 해석 모델이 변형되는 상태를 도시하는 설명도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

<1. 자동차 차체용 구조 부재>

(1－1. 구성예)

도 1은, 본 실시 형태에 관한 자동차 차체용의 구조 부재(제1 부재)(2)의 일례를 도시하는 설명도이다. 또한, 도 2의 (a)는 본 실시 형태에 관한 구조 부재(제1 부재)(2)를 축 방향으로 본 도면이며, 도 1의 A 화살표도를 도시하고 있다.

제1 부재(2)는, 제2 부재(3)와 접합되어, 접합 구조체(1)를 구성한다. 제1 부재(2)는, 강판제의 프레스 성형체이고, 도 1 중에 화살표 X로 나타내는 소정 방향(축 방향이라고도 함)으로 연장되어 형성되어 있다. 제1 부재(2)는, 축 방향의 단부에 있어서, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 통해, 예를 들어 마찬가지로 강판제의 프레스 성형체인 제2 부재(3)에 대해 스폿 용접 등에 의해 접합되어 있다. 예를 들어, 제1 부재(2)는 저항 스폿 용접, 레이저에 의한 관통 용접, 또는 아크에 의한 필렛 용접, 또는 그들의 조합에 의해 제2 부재(3)에 접합된다. 제1 부재(1)와 제2 부재(3)의 접합은, 접착제에 의한 접착이어도 되고, 상기 용접과 접착이 병용되어도 된다. 이러한 제1 부재(2)는, 예를 들어 길이가 100㎜ 이상, 바람직하게는 200㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 300㎜ 이상의 길이 방향을 갖는 장척체이다. 도 1에 도시하는 제1 부재(2)는, 길이 방향이 소정 방향과 일치하고 있지만, 소정 방향은 제1 부재(2)의 길이 방향에 한정되지 않는다.

제1 부재(2)의 성형 소재로서는, 예를 들어 판 두께가 0.5∼6.0㎜의 범위 내이고, JIS Z 2241에 준거한 인장 시험에 의해 측정되는 인장 강도가 390㎫ 이상인 고장력 강판을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 제1 부재(2)의 성형 소재로서, 판 두께가 2.0㎜ 이하, 인장 강도가 440㎫ 이상인 고장력 강판을 사용할 수 있다. 또한, 인장 강도의 상한은, 특별히 규정되지 않지만 1770㎫ 정도이고, 통상 1470㎫ 정도인 것이 예시된다. 제2 부재(3)의 판 두께나 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 판 두께가 0.5∼6.0㎜, 인장 강도가 390㎫ 이상인 강판을 사용할 수 있다.

도 1에 도시하는 제1 부재(2)는, 자동차의 바디 쉘 접합 구조체(1)를 구성하는 부재로서 사용할 수 있다. 접합 구조체(1)로서는, 예를 들어 플로어 크로스 멤버, 사이드 실, 프론트 사이드 멤버, 혹은 플로어 터널 브레이스가 예시된다. 접합 구조체(1)가, 플로어 크로스 멤버, 사이드 실, 프론트 사이드 멤버 또는 플로어 터널 등으로서 사용되는 경우, 바람직하게는 590㎫ 이상, 더욱 바람직하게는 780㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 고강도 강판이 성형 소재로서 사용된다.

제1 부재(2)는, 천장판부(4)와, 천장판부(4)에 연속되는 능선부(4a, 4b)와, 능선부(4a, 4b)에 연속되는 종벽부(5a, 5b)와, 종벽부(5a, 5b)에 연속되는 곡선부(6a, 6b)와, 곡선부(6a, 6b)에 연속되는 플랜지부(7a, 7b)를 갖는 대략 햇형의 횡단면 형상을 갖는다. 대략 햇형의 횡단면 형상은, 대략 홈형의 횡단면 형상의 일 양태이다. 본 실시 형태에 관한 구조 부재(제1 부재)(2)는, 적어도, 천장판부(4)와, 능선부(4a, 4b)와, 종벽부(5a, 5b)를 갖는 대략 홈형의 횡단면 형상을 갖고 있으면 되고, 곡선부(6a, 6b)나 플랜지부(7a, 7b)는 생략되어 있어도 된다. 예를 들어, U자형의 횡단면 형상도 대략 홈형의 횡단면 형상에 포함된다.

제1 부재(2)의 축 방향의 단부의 외주에는, 천장판부(4), 능선부(4a, 4b) 및 종벽부(5a, 5b)를 따르는 범위에, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)가 형성되어 있다. 외향 연속 플랜지(9a, 9b)는, 홈부(8)를 따르는 범위를 제외한 천장판부(4)의 일부와, 능선부(4a, 4b) 및 종벽부(5a, 5b)를 따르는 범위에 연속해서 형성된, 절결을 갖지 않는 외향의 플랜지이다. 제1 부재(2)는, 축 방향의 단부에 있어서, 능선부(4a, 4b)를 따르는 범위에 외향 플랜지를 갖지 않는 종래의 구조 부재와는 달리, 적어도 능선부(4a, 4b)를 따르는 범위에 능선부 플랜지(50a, 50b)를 갖는 부재이다.

제1 부재(2)가 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 가짐으로써, 축 방향의 하중을 부담하는 능선부(4a, 4b)가, 제2 부재(3)와의 접합면까지 연속된다. 그로 인해, 축 방향으로 충돌 하중을 받은 충돌 초기(예를 들어, 변형 스트로크량이 0∼40㎜)에 있어서 능선부(4a, 4b)가 부담하는 하중이 커진다. 따라서, 제1 부재(2)는 하중 전달 특성에 유리해진다.

외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 폭은, 후술하는 홈부(8)를 형성하는 것에 의한 흡수 에너지 효율 향상의 효과를 발휘시키기 위해서는, 적어도 1㎜ 이상 있으면 된다. 단, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 폭은, 레이저 용접이나 아크 필렛 용접 등의 용접 여유를 확보하는 관점에서는 3㎜ 이상인 것이 바람직하고, 스폿 용접의 용접 여유를 확보하는 관점에서는 10㎜ 이상인 것이 바람직하다. 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 폭은, 전체 영역에 걸쳐 일정하지 않아도 된다. 프레스 성형성을 고려하여, 예를 들어 능선부 플랜지(50a, 50b)의 폭을, 다른 부분의 외향 플랜지 폭보다도 작게 해도 된다. 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 폭은, 제1 부재(2)를 평탄 형상으로 전개한 블랭크(전개 블랭크)의 형상을 조정함으로써, 조정 가능하다.

또한, 본 명세서에 있어서, 대략 홈형 단면을 갖는 프레스 성형체의 단부를, 홈 형상의 외측으로 절곡한 플랜지를 「외향 플랜지」라고 한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 프레스 성형체의 단부의 능선부의 범위를 따라 형성되는 플랜지를 「능선부 플랜지」라고 한다. 또한, 프레스 성형체의 단부 중, 능선부와, 홈 저부 및 종벽부의 각각 적어도 일부에 걸쳐 연속해서 형성된 외향 플랜지를 「외향 연속 플랜지」라고 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「플랜지에 절결을 형성한다」라 함은, 절결이 플랜지의 폭 방향의 전체에 걸쳐 형성되어, 플랜지가 불연속으로 되는 것을 말한다. 또한, 플랜지 폭은, 플랜지의 높이와 동일한 의미로 사용된다. 따라서, 플랜지 폭이 부분적으로 작아져, 일부의 플랜지가 남겨지는 경우에는, 플랜지에 절결을 형성하고 있지 않은 것으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「플랜지의 폭」이라 함은, 천장판부(4)나 능선부(4a, 4b), 종벽부(5a, 5b)와 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 접속하는 상승 곡면을 포함하지 않는 평탄 부분의 상승 치수를 가리킨다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 제1 부재(2)는, 축 방향의 단부의 외주, 즉, 홈부(8)의 범위를 제외한 천장판부(4)의 일부, 능선부(4a, 4b) 및 종벽부(5a, 5b)를 따르는 범위에 연속된 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 갖고 있다. 단, 제1 부재(2)는 적어도 능선부(4a, 4b)를 따르는 범위에 능선부 플랜지(50a, 50b)를 갖고 있으면 된다. 또한, 천장판부(4)나 종벽부(5a, 5b)를 따르는 범위에 형성된 절결을 통해 능선부 플랜지(50a, 50b)에 비연속으로 된 외향 플랜지가 형성되어 있어도 된다.

또한, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 천장판부(4)에 형성된 홈부(8)를 따르는 범위를 포함하는 외향 연속 플랜지(9c)로 해도 된다. 외향 연속 플랜지(9c)가 홈부(8)를 따르는 범위에도 형성되어 있으면, 홈부(8)의 주위의 능선 부분에도 축 방향 하중이 전달되기 쉬워져, 당해 능선 부분도 효율적으로 하중을 부담할 수 있게 된다.

또한, 제1 부재(2)의 천장판부(4)에는, 축 방향을 따라 홈부(8)가 형성되어 있다. 홈부(8)의 형상은, 예를 들어 대략 사다리꼴 형상이나 V자 형상으로 할 수 있다. 도 1에 도시하는 제1 부재(2)는, 대략 사다리꼴 형상의 홈부(8)를 갖는다. 제1 부재(2)가 홈부(8)를 가짐으로써, 축 방향의 하중을 부담하는 능선이 증가하므로, 충돌 에너지의 흡수량이 증가한다. 따라서, 예를 들어 판 두께를 작게 하여 경량화를 도모하면서, 충돌 안전 특성의 저하가 억제된다.

홈부(8)의 상부에 있어서의 폭 w는, 예를 들어 50㎜ 이하 정도로 할 수 있다. 단, 프레스 성형성을 고려하면, 홈부(8)의 상부에 있어서의 폭 w는, 5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 홈부(8)의 깊이 h는, 홈부(8)의 폭 w 및 강판의 판 두께 t에 따라서 설정된다. 구체적으로, 본 실시 형태에 있어서, 홈부(8)의 깊이 h, 홈부(8)의 폭 w 및 강판의 판 두께 t가 이하의 관계를 충족시키도록, 홈부(8)의 깊이 h가 설정된다.

상기 식(2)는, 제1 부재(2)가 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 갖고 있는 경우에 있어서, 변형 스트로크가 100㎜일 때, 제1 부재(2)의 횡단면에 있어서의 단위 면적당 에너지 흡수량(kJ/㎟)이 극대값 부근의 값을 나타내는 홈 깊이 H₀을 나타내고 있다. 여기서 말하는 제1 부재(2)의 횡단면이라 함은, 제1 부재(2)의 단부의 횡단면이며, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)에 연속되는 상승 곡면과의 경계 부분을 따른 천장판부(4), 능선부(4a, 4b), 종벽부(5a, 5b)의 단부의 횡단면을 가리킨다.

그리고, 상기 식(1)에 나타내는 바와 같이, 홈 깊이 h가, 단위 면적당 에너지 흡수량이 극대값 부근을 나타내는 홈 깊이 H₀에 대해 20∼300％의 범위 내이면, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 갖지 않는 외향 플랜지만의 구조 부재와 비교하여, 흡수 에너지 효율이 향상된다.

예를 들어, 판 두께 t를 1.4㎜, 홈부(8)의 폭 w를 10㎜로 하면, 단위 면적당 에너지 흡수량이 극대값 부근을 나타내는 홈 깊이 H₀은, 20㎜가 된다. 이 경우, 홈부(8)의 깊이 h는, 4∼60㎜로 설정된다. 또한, 판 두께 t를 1.4㎜, 홈부(8)의 폭 w를 40㎜로 하면, 단위 면적당 에너지 흡수량이 극대값 부근을 나타내는 홈 깊이 H₀은, 12㎜가 된다. 이 경우, 홈부(8)의 깊이 h는, 2.4∼36㎜로 설정된다.

또한, 판 두께 t를 2.0㎜, 홈부(8)의 폭 w를 10㎜로 하면, 단위 면적당 에너지 흡수량이 극대값 부근을 나타내는 홈 깊이 H₀은, 17㎜가 된다. 이 경우, 홈부(8)의 깊이 h는, 3.4∼51㎜로 설정된다. 또한, 판 두께 t를 2.0㎜, 홈부(8)의 폭 w를 40㎜로 하면, 단위 면적당 에너지 흡수량이 극대값 부근을 나타내는 홈 깊이 H₀은, 10㎜가 된다. 이 경우, 홈부(8)의 깊이 h는, 2.0∼30㎜로 설정된다.

이러한 구성을 갖는 제1 부재(2)는, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 통해, 제2 부재(3)에 대해 용접에 의해 접합된다. 그로 인해, 충돌 하중을 받은 충돌 초기(변형 스트로크가, 예를 들어 40㎜ 이하)에 있어서의 에너지 흡수량이 증가하고 있다. 또한, 제1 부재(2)가, 천장판부(4)에 홈부(8)를 가짐과 함께, 축 방향의 단부에 능선부 플랜지(50a, 50b)를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 갖고 있다. 그로 인해, 충돌 중기 이후(변형 스트로크가 예를 들어 40㎜ 초과)에 있어서의 제1 부재(2)의 절곡 거동이 안정되어, 에너지 흡수량이 증가한다.

또한, 예를 들어 제1 부재(2)의 축 방향에 대해 경사 방향으로부터 충돌 하중을 받는 경우에 있어서도, 마찬가지로, 충돌 시의 제1 부재(2)의 절곡 거동이 안정되므로, 본 실시 형태에 관한 제1 부재(2)는, 하중의 입력에 대한 로버스트성이 향상되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(제1 부재)(2)는, 하중 전달 특성이 우수하다.

또한, 상술한 제1 부재(2)는, 횡단면 형상이 개단면 형상으로 되어 있었지만, 본 실시 형태에 관한 구조 부재는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 구조 부재는, 플랜지부(7a, 7b)를 통해 다른 부재가 접합된, 폐단면 형상을 갖는 형태여도 된다. 또한, 제1 부재(2)는, 천장판부(4)에 하나의 홈부(8)를 갖고 있지만, 홈부는 복수 형성되어 있어도 된다.

<2. 자동차 차체용 구조 부재의 제조 방법의 예>

다음으로, 본 실시 형태에 관한 자동차 차체용 구조 부재(제1 부재)(2)의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)는, 예를 들어 판 두께가 0.5∼6.0㎜의 범위 내이고, 인장 강도가 390㎫ 이상인 고장력 강판을 프레스 성형하여 제조되는 것이므로, 일반적으로는, 주름이나 깨짐 등의 성형 불량을 발생하기 쉽다.

예를 들어, 구조 부재(2)의 축 방향의 단부의 전체 둘레에, 어느 정도의 플랜지 폭을 갖는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 형성하려고 하면, 프레스 성형 시에, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지에서의 신장 플랜지 깨짐이나, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근에서의 주름과 같은 성형 불량이 발생하기 쉽다. 이러한 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 깨짐이나, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근의 주름은, 일반적으로 재료 강도가 높아질수록 발생하기 쉽다.

따라서, 성형 소재로서 고장력 강판을 사용한 경우, 종래의 프레스 성형법에서는, 프레스 성형상의 제약에 의해, 능선부 플랜지를 포함하는 외향 연속 플랜지를 갖는 구조 부재를 제조하는 것이 곤란하다. 그로 인해, 종래는, 구조 부재의 축 방향의 단부에 형성하는 외향 플랜지에 있어서의, 능선부를 따르는 범위에 절결을 형성하여, 성형성의 부족을 보충할 수밖에 없었다. 이 절결의 존재는, 하중 전달 특성이나 굽힘 강성, 비틀림 강성 등의 성능을 저하시키는 요인이 된다.

이에 대해, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)는, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 갖는 경우라도, 이하의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 이하, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)의 제조에 사용 가능한 프레스 성형 장치의 일례를 설명한 후, 제조 방법의 구체예에 대해 설명한다.

(2－1. 프레스 성형 장치)

도 3 및 도 4는, 구조 부재(2)의 제조에 사용되는 프레스 성형 장치(10)를 도시하는 설명도이다. 도 3은, 프레스 성형 장치(10) 중, 성형하는 구조 부재(2)의 단부에 상당하는 부분의 단면도이다. 도 4의 (a)는, 다이(12)를 도시하는 사시도이고, 도 4의 (b)는 패드(13)를 도시하는 사시도이고, 도 4의 (c)는 펀치(11)를 도시하는 사시도이다. 도 4의 (a)∼(c)는, 각각, 다이(12), 패드(13) 및 펀치(11)를 좌측 경사 상측으로부터 본 사시도이고, 지면의 안쪽측이, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 성형하는 부분이다.

프레스 성형 장치(10)는, 펀치(11)와, 다이(12)와, 펀치(11)로 성형 소재(14)를 압박 접촉시켜 성형 소재(14)를 구속하는 패드(13)를 구비한다. 펀치(11)는, 그 상면(11a)에 형성된, 길이 방향으로 연장되는 홈 성형부(11b)와, 길이 방향의 단부에 형성된 측벽(11c)을 갖는다. 측벽(11c)의 상승 각도 θ는, 예를 들어 50∼90°이다.

홈 성형부(11b)의 형상은, 구조 부재(2)에 형성되는 홈부(8)의 형상에 대응한다. 예를 들어, 홈 성형부(11b)는, 사다리꼴 형상이나 V자 형상(도 3의 (b)에서는 사다리꼴 형상)의 단면 형상을 갖는다. 또한, 홈 성형부(11b)의 상부 개구에 있어서의, 축 방향에 교차하는 방향의 폭은 50㎜ 이하 정도이다. 또한, 홈 성형부(11b)의 깊이는, 상기 식(1) 및 (2)의 관계를 충족시켜 설정되는 구조 부재(2)의 홈부(8)의 형상에 대응하여 설계된다.

패드(13)는, 돌기부(13a)를 갖는 천장판 압박부(13b)와, 능선 압박부(13c)와, 측벽(13d)을 갖는다. 돌기부(13a)는, 펀치(11)에 형성된 홈 성형부(11b)에 대향하여, 길이 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 이러한 돌기부(13a)를 갖는 천장판 압박부(13b)는 성형 소재(14)에 있어서의 천장판부(4)로 성형되는 부분을 펀치(11)의 상면(11a)에 압박 접촉하여 구속한다. 이러한 패드(13)에 의해, 성형 소재(14)가 펀치(11)의 상면(11a)에 압박 접촉되어, 홈부(8)를 갖는 천장판부(4)가 성형된다.

능선 압박부(13c)는, 성형 소재(14)에 있어서의 외향 연속 플랜지(9a, 9b)로 성형되는 부분의 근방에서, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부를 펀치(11)에 압박 접촉하여 구속한다. 이후의 설명에서는, 이러한 패드(13)를 능선 패드라고도 한다.

즉, 능선 패드(13)는, 성형 소재(14)에 있어서의, 천장판부(4)로 성형되는 부분과, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)로 성형되는 부분의 근방의 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부를 구속한다. 단, 능선 패드(13)는, 적어도 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부를 구속하면 되고, 그 밖의 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분이나, 천장판부(4)로 성형되는 부분, 종벽부(5a, 5b)에 형성되는 부분은 구속하지 않아도 된다.

도 5는, 종래의 패드(15)의 형상을 도시하는 설명도이다. 도 5의 (a)는 종래의 패드(15)를 구비한 프레스 성형 장치(10')의 단면도이고, 도 5의 (b)는 종래의 패드(15)에 의해 성형 소재(14)를 압박하는 상태를 도시하는 사시도이다. 도 5의 (a)는 도 3에 도시하는 프레스 성형 장치(10)와 동일한 부분의 단면도를 도시한다. 이와 같이 종래의 패드(15)는, 성형 소재(14)에 있어서의 천장판부(4)로 성형되는 부분을 구속하지만, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분은 구속하지 않는다.

프레스 성형 장치(10)는, 능선 패드(13)에 의해, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부를 압박하여, 대략 그 근방의 강판 재료만을 돌출시킨다. 이에 의해, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 근방의 능선부(4a, 4b)가 형성된다. 따라서, 능선 패드(13)가 접촉하는 부분의 주변의 재료의 이동이 억제되어, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 단부에 있어서의 신장 플랜지 깨짐이나, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근에서의 주름의 발생이 억제된다.

능선 패드(13)는, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부의 강판 재료를 돌출시켜 당해 능선부(4a, 4b)의 단부를 성형함으로써, 주변의 강판 재료의 이동을 억제하는 효과를 노리는 것이다. 따라서, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)로 성형되는 부분의 근방에 있어서, 능선 패드(13)에 의해 구속되는 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 범위는, 적어도 능선부(4a, 4b)와 천장판부(4)의 경계 부분으로부터 능선부(4a, 4b)의 단면 둘레 길이의 1/3 이상의 길이의 부분으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 근방에 있어서, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분 중, 능선 패드(13)에 의해 구속되는 축 방향의 범위는, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 근원으로부터 축 방향을 따라, 예를 들어 5∼100㎜로 할 수 있다. 이러한 구속 범위가 5㎜ 미만이 되면, 프레스 성형 시의 변형 억제 효과가 얻어지기 어려워지거나, 강판에 흠집이 발생할 우려가 있다. 또한, 능선부(4a, 4b)에 형성되는 부분은, 축 방향 전체 길이에 걸쳐 구속되어도 되지만, 상기한 구속 범위가 100㎜를 초과하면, 능선 패드(13)에 의해 성형 소재(14)를 압박하기 위한 필요 하중이 증대될 우려가 있다.

다이(12)는, 펀치(11)에 대향하여 배치되고, 길이 방향의 단부에 형성된 상승부(12a)를 갖는다. 다이(12)는, 구조 부재(2)의 천장판부(4)로 성형되는 부분에는 압박면을 갖고 있지 않고, 프레스 방향을 따라, 패드(13)에 겹치지 않도록 배치되어 있다. 다이(12)는, 능선 패드(13)에 의해, 성형 소재(14) 중 천장판부(4)로 성형되는 부분과, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부가 구속된 상태에서, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분을 따라 성형 소재(14)를 굽힘 가공한다.

또한, 다이(12)에 의한 성형 소재(14)의 굽힘 가공은, 다이(12)에 의해 성형 소재(14)를 압박하여 절곡하는 굽힘 성형이어도 되고, 도시하지 않은 블랭크 홀더와 다이(12)에 의해 성형 소재(14)를 끼움 지지하여 절곡하는 드로잉 성형이어도 된다.

(2－2. 제조 방법)

다음으로, 도 3 및 도 4와 함께, 도 6을 참조하면서, 프레스 성형 장치(10)를 사용한 구조 부재(2)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 6은, 능선 패드(13)에 의해 성형 소재(14)가 구속된 상태를 도시하는 사시도이다.

먼저, 성형할 구조 부재(2)를 평탄 형상으로 전개한 형상을 갖는 전개 블랭크로 이루어지는 성형 소재(14)가 프레스 성형 장치(10)에 있어서의 펀치(11) 상에 설치된다. 이어서, 도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 능선 패드(13)에 의해 성형 소재(14)가 압박되어, 성형 소재(14)가 펀치(11)에 압박 접촉된다. 이때, 성형 소재(14)에 있어서의, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)로 성형되는 부분의 일부가, 펀치(11)의 측벽(11c) 및 능선 패드(13)의 측벽(13d)에 의해 프레스의 방향과는 반대 방향으로 상승된다.

또한, 성형 소재(14)에 있어서의, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)로 성형되는 부분의 근방의, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부가, 능선 패드(13)의 능선 압박부(13c)에 의해 프레스의 방향으로 절곡되어, 능선 압박부(13c)와 펀치(11)에 의해 구속된다. 또한, 성형 소재(14)에 있어서의 천장판부(4)로 성형되는 부분은, 능선 패드(13)의 천장판 압박부(13b)에 의해 압박되고, 돌기부(13a)에 의해 성형 소재(14)의 일부가 펀치(11)의 홈 성형부(11b)에 압입됨과 함께, 천장판 압박부(13b)와 펀치(11)에 의해 구속된다.

이와 같이 성형 소재(14)가 능선 패드(13) 및 펀치(11)에 구속된 상태에서, 다이(12)와 펀치(11)에 의해 제1 프레스 성형이 행해진다. 제1 프레스 성형에서는, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 깨짐이나, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근의 주름의 원인이 되는, 판 두께 감소 혹은 판 두께 증가가 억제된다. 이러한 제1 프레스 성형에 의해, 능선부(4a, 4b)와, 종벽부(5a, 5b)와, 길이 방향으로 연장되는 홈부(8)를 갖는 천장판부(4)를 갖는 대략 홈형의 횡단면 형상의 중간 성형체가 얻어진다. 이러한 중간 성형체는, 길이 방향의 단부에 있어서의, 능선부(4a, 4b), 천장판부(4)의 일부 및 종벽부(5a, 5b)를 따르는 범위에 형성된 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 갖는다.

또한, 도 6에서는, 능선부(4a, 4b)와, 홈부(8)를 따르는 범위를 제외한 천장판부(4)의 일부와, 종벽부(5a, 5b)를 따르는 범위에 외향 연속 플랜지(9a, 9b)가 형성되는 상태가 도시되지만, 외향의 플랜지는, 적어도 능선부(4a, 4b)를 따르는 범위에 형성되면 된다. 또한, 외향 플랜지는, 홈부(8)를 따르는 범위를 포함하는 외향 연속 플랜지(9c)여도 된다(도 2의 (b) 참조). 외향 플랜지의 형태나 외향 플랜지의 폭은, 성형 소재(14)인 전개 블랭크의 형상에 의해 조정 가능하다.

또한, 상술한 예에서는, 성형 소재(14)에 있어서의, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분의 단부와, 천장판부(4)로 성형되는 부분을 능선 패드(13)에 의해 구속하면서, 중간 성형체를 프레스 성형하는 예가 나타내어져 있지만, 구조 부재(2)의 제조 방법은 이 예에 한정되지 않는다. 능선 패드(13)의 능선 압박부(13c)의 구속 범위는, 능선부(4a, 4b)로 성형되는 부분 중 적어도, 능선부(4a, 4b)와 천장판부(4)의 경계 부분으로부터 능선부(4a, 4b)의 단면 둘레 길이의 1/3 이상의 길이의 부분으로 해도 된다. 능선 패드(13)에 의한 성형 소재(14)의 구속 범위가 상기한 범위보다도 작은 경우에는, 능선 패드(13)에 의한 깨짐이나 주름의 발생의 억제 효과가 작아질 우려가 있다.

이상과 같이 제1 프레스 성형이 행해진 후, 이어서, 제1 프레스 성형에서는 성형할 수 없는 부분을 성형하므로, 중간 성형체에 대해 제2 프레스 성형이 행해진다. 제2 프레스 성형에서는, 능선 패드(13) 및 다이(12)에 의해 성형되지 않은 부분이 프레스 성형되고, 최종 형상으로서의 구조 부재(2)가 형성된다. 구체적으로는, 제1 프레스 성형에서는, 종벽부(5a, 5b) 중, 프레스 방향을 따라 능선 패드(13)의 바로 아래에 위치하는 부분에 대해서는, 완전히 프레스 성형되지 않는다. 따라서, 제2 프레스 성형에서는, 당해 부분을 서로 다른 프레스 성형 장치를 사용하여 프레스 성형한다.

또한, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)의 형상이나 플랜지의 상승 각도에 따라서는, 제1 프레스 성형에 의해 외향 연속 플랜지(9a, 9b)가 최종 제품의 각도까지 상승되지 않는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)는, 제1 프레스 성형에서 소정 정도, 예를 들어 60°까지 상승되고, 제2 혹은 그 이후의 프레스 성형에 의해, 최종 제품의 각도까지 상승되어도 된다.

제2 프레스 성형에서 사용되는 프레스 성형 장치는, 제1 프레스 성형에서 완전히 성형되지 않는 부분을 프레스 성형할 수 있는 것이면 된다. 이러한 프레스 성형 장치는, 다이 및 펀치를 구비한 공지의 프레스 성형 장치에 의해 구성할 수 있다. 또한, 제2 프레스 성형에 의해 구조 부재(2)로서의 최종 형상으로 성형할 수 없는 경우에는, 또 다른 프레스 성형이 행해져도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 프레스 성형에 있어서, 능선 패드(13)에 의해 천장판부(4)에 홈부(8)가 형성되는 예를 설명하였지만, 다이(12)에 의해 홈부(8)가 형성되어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 프레스 성형에 있어서, 천장판부(4)에 홈부(8)가 형성되는 예를 설명하였지만, 홈부(8)는 제2 프레스 성형에 있어서 형성되어도 된다.

이상과 같이, 능선 압박부(13c)와, 돌기부(13a)를 갖는 천장판 압박부(13b)를 구비한 능선부 패드(13)를 사용하여 프레스 성형을 행함으로써, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 깨짐이나, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근의 주름이 억제된 구조 부재(2)가 성형된다. 이러한 구조 부재(제1 부재)(2)를, 그 길이 방향의 단부에 형성된 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 통해 제2 부재(3)에 접합함으로써, 제1 부재(2)와 제2 부재(3)를 구비하는 접합 구조체(1)가 얻어진다.

또한, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같은, 길이 방향의 단부에 있어서의, 홈부(8)를 따르는 범위에도 외향 플랜지가 형성된 구조 부재는, 예를 들어 이하의 순서로 제조할 수 있다. 즉, 제1 단계에서, 능선 압박부(13c)를 갖는 한편, 돌기부(13a)를 갖지 않는 패드를 사용하여, 천장판부의 전체 범위를 따라 형성된 외향 플랜지를 포함하는 외향 연속 플랜지를 구비한 중간 성형체를 성형한다. 그 후, 제2 단계에서, 홈부(8)를 형성하기 위한 돌기부(13a)를 갖는 패드 또는 펀치를 사용하여 중간 성형체를 프레스 성형하여, 천장판부(4)에 홈부(8)를 형성한다. 이에 의해, 홈부(8)의 범위에도 외향 플랜지를 갖는 구조 부재가 얻어진다.

특히, 본 실시 형태에 관한 구조 부재는, 능선부(4a, 4b)의 범위에도 외향 연속 플랜지(9a, 9b)가 형성됨으로써, 홈부(8)의 깊이가 비교적 작은 경우라도, 흡수 에너지 효율이 향상된다. 따라서, 상술한 제2 단계에서의 프레스 성형에 의해, 구조 부재에 대해, 홈부(8)를 따르는 범위에도 원하는 외향 플랜지가 설치된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)는, 길이 방향의 단부에, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 구비하므로, 충돌 초기의 에너지 흡수량이 높아져 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)는, 천장판부(4)에 홈부(8)를 가짐과 함께, 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 갖고, 당해 홈부(8)가 소정의 범위로 설정되어 있으므로, 충돌 중기 이후의 흡수 에너지 효율이 높아져 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)는 하중 전달 특성이나 굽힘 강성, 비틀림 강성이 우수하여, 자동차 차체용 구조 부재로서 적합한 구조 부재이다.

또한, 본 실시 형태에 관한 구조 부재(2)가, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)를 가짐으로써, 홈부(8)의 폭 w 및 판 두께 t에 따른 유효한 깊이 h의 홈부(8)를 갖는 구조 부재(2)가 얻어진다. 따라서, 비교적 프레스 성형이 곤란한 고장력 강판을 프레스 성형하는 경우라도, 흡수 에너지 효율을 향상 가능한 원하는 깊이의 홈부(8)가 형성되기 쉬워져, 하중 전달 특성 및 강성이 우수한 구조 부재가 높은 수율로 얻어진다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이면, 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

(해석 1)

먼저, 해석 1에서는, 실시예에 관한 구조 부재(2)에 있어서의 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지 및 근원 부근에 있어서의 판 두께 감소율(판 두께 증가율)을 평가하였다. 도 7은 해석 1에서 사용한 구조 부재(2)의 성형 소재(14)로서의 전개 블랭크의 형상을 도시하는 평면도이다. 도 7의 (a)는, 성형 소재(14)의 길이 방향의 단부를 포함하는 전체 평면도이고, 도 7의 (b)는 길이 방향의 단부의 확대 평면도이다.

이러한 성형 소재(14)는, 판 두께가 1.4㎜이고, JIS Z 2241에 준거한 인장 시험에 의해 측정되는 인장 강도가 980㎫급인 듀얼 페이즈(DP) 강제이다. 성형 소재(14)에 있어서의, 능선부 플랜지(50a, 50b)로 성형되는 부분 G는, 변형 분산을 노린 형상(곡률 반경 60㎜)을 갖고 있다. 또한, 단부에 있어서의 홈부(8)로 성형되는 부분을 따르는 범위에도 외향 플랜지(50c)가 형성되지만, 홈부(8)를 따르는 범위 내의 능선의 단부에는 절결(59)이 형성되어 있다.

도 8 및 도 9는, 도 7에 도시한 성형 소재(14)로부터 성형되는 구조 부재(제1 부재)(2)를 나타낸다. 도 8의 (a)는, 구조 부재(2)를 천장판부(4)측으로부터 본 상면도이고, 도 8의 (b)는 구조 부재(2)를 길이 방향의 경사 상방으로부터 본 모식도이다. 또한, 도 9는 구조 부재(2)의 횡단면도이다. 구조 부재(2)의 높이는 100㎜, 능선부(4a, 4b)의 단면 곡률 반경은 12㎜, 홈부(8)의 깊이는 7.5㎜이다. 그 밖의 치수 제원은 도 8의 (b) 및 도 9에 나타내는 바와 같다.

도 10 및 도 11은, 실시예의 구조 부재(2)를 제조할 때에 제1 프레스 성형에서 사용한 프레스 성형 장치(10)를 도시하는 설명도이다. 도 10은, 프레스 성형 장치(10)의 사시도이고, 도 11의 (a)∼(c)는, 각각 도 10의 횡단면 1, 2, 종단면을 도시하는 모식도이다. 또한, 도 12 및 도 13은 실시예의 구조 부재(2)를 제조할 때에 제2 프레스 성형에서 사용한 프레스 성형 장치(20)를 도시하는 설명도이다. 도 12는 프레스 성형 장치(20)의 사시도이고, 도 13의 (a)∼(b)는 각각 도 12의 횡단면, 종단면을 도시하는 모식도이다. 도 10 및 도 12에서는, 각각, 구조 부재(2)의 일단부 측을 성형하는 부분만이 도시되어 있다.

이러한 제1 및 제2 프레스 성형 장치(10, 20)를 사용하여, 성형 소재(14)로부터 구조 부재(2)를 프레스 성형할 때의 성형 소재(14)의 변형 거동을, 유한 요소법에 의해 해석하였다. 제1 프레스 성형에서는, 길이 방향의 단부의 능선부(4a, 4b)를 따르는 범위에 형성되는 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 깨짐이나, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근의 주름의 저감 대책으로서, 실시예에 관한 능선 패드(13)를 사용하여 중간 성형체를 형성하였다. 이러한 제1 프레스 성형에서는, 먼저 능선 패드(13)로 성형 소재(14)를 압박한 후, 하강해 오는 다이(12)와, 펀치(11)에 의해 프레스 성형을 행하였다.

도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 프레스 성형에서는, 능선 패드(13)에 의해 압박된 능선부(4a, 4b)의 프레스 방향 하측의 영역의 형상이 성형되지 않는다. 따라서, 제1 프레스 성형에서 성형할 수 없는 부분에 대해서는, 제2 프레스 성형에서 성형하였다. 제2 프레스 성형에서는, 제1 프레스 성형에서는 성형할 수 없는 부분의 성형을 행하면서, 굽힘 성형에 의해 리스트 라이크를 행하였다. 제2 프레스 성형 공정에서는, 먼저 홈부(8)에 대응하는 돌기부(23a)를 갖는 형상의 패드(23)에 의해 중간 성형체(40)의 정상부(41)를 구속하였다. 그 후, 하강해 오는 다이(22)와, 펀치(21)에 의해 굽힘 성형을 행하여, 구조 부재(2)를 형성하였다.

도 14의 (a)∼(b)는, 각각 얻어진 중간 성형체(40) 및 구조 부재(2)의 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지 및 근원 부근의 판 두께 감소율의 해석 결과이다. 도 14에는, 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 깨짐이 발생하기 쉬운 부분 A 근방의 판 두께 감소율의 최대값 및 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근의 주름이 발생하기 쉬운 부분 B 근방의 판 두께 감소율의 최소값이 나타내어져 있다. 판 두께 감소율이 마이너스인 경우에는, 즉, 판 두께 증가율을 의미한다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 깨짐이 발생하기 쉬운 부분인 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 근방(A의 부분)의 판 두께 감소율은, 제1 프레스 성형 및 제2 프레스 성형이 진행됨에 따라서 증가한다. 단, 얻어진 구조 부재(2)에 있어서, 깨짐이 발생하기 쉬운 부분인 능선부 플랜지(50a, 50b)의 에지의 근방(A 부분)의 판 두께 감소율은 약 14％이며, 깨짐이 회피 가능하다.

또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 주름이 발생하기 쉬운 부분인 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근(B 부분)의 판 두께 증가율은, 제1 프레스 성형 및 제2 프레스 성형이 진행됨에 따라서 증가한다. 단, 얻어진 구조 부재(2)에 있어서, 주름이 발생하기 쉬운 부분인 능선부 플랜지(50a, 50b)의 근원 부근(B의 부분)의 판 두께 증가율은 약 12％이며, 주름의 발생도 억제된다.

(해석 2)

다음으로, 해석 2에서는, 능선부 플랜지를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)와, 천장판부(4)의 홈부(8)를 모두 구비하는, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 흡수 에너지 효율을 평가하였다. 해석 2에서는, 구조 부재(제1 부재)(2)를 제2 부재(3)에 대해 스폿 용접에 의해 접합한 접합 구조체(1)(도 1을 참조)를 상정하고, 구조 부재(2)를, 그 길이 방향을 따라 제2 부재(3)측으로부터 압입하였을 때의 축 방향 하중 및 에너지 흡수량을 평가하였다. 해석 2에서는, 변형 억제의 관점에서 충돌 안전 성능을 평가하기 위해, 변형 스트로크는, 충돌 초기인 40㎜까지로 하였다.

도 15는, 해석 2에서 사용한 해석 모델을 도시하는 설명도이다. 도 15의 (a)는, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)이고, 도 15의 (b)는 능선부 플랜지 및 홈부를 모두 갖지 않는 비교예 1의 해석 모델(31)이고, 도 15의 (c)는 홈부(8)를 갖는 한편 능선부 플랜지를 갖지 않는 비교예 2의 해석 모델(32)이다. 도 15의 (a)∼(c)는, 각 해석 모델(30, 31, 32)을 길이 방향의 경사 상방으로부터 본 모식도이다. 또한, 도 16은 해석 모델(30, 31, 32)을 길이 방향에 대한 가로 방향으로부터 본 전체도이다.

비교예 1의 해석 모델(31)은, 제1 부재(2)의 천장판부(4)에 홈부가 형성되어 있지 않고, 능선부(4a, 4b)의 길이 방향의 단부에서 외향 플랜지에 절결(55)이 형성된 형상인 것 이외에는, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)과 동일한 형상이다. 또한, 비교예 2의 해석 모델(32)은, 능선부(4a, 4b)의 길이 방향의 단부에서 외향 플랜지에 절결(55)이 형성된 형상인 것 이외에는, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)과 동일하다.

해석 2에서는, 각 해석 모델(30, 31, 32)의 플랜지부(7a, 7b)를 통해, 판 두께가 0.6㎜, 인장 강도가 270㎫급인 강판을 클로징 플레이트(45)로서 스폿 용접에 의해 접합하였다. 각 해석 모델(30, 31, 32)은, 클로징 플레이트(45)가 접합되어 있는 점, 및 홈부의 유무 혹은 능선부 플랜지의 유무를 제외하고, 상술한 도 8 및 도 9에 도시하는 구조 부재(2)와 동일한 형상으로 하였다. 또한, 각 해석 모델(30, 31, 32)에는, 해석 1과 동일하고, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 980㎫급인 강판을 성형 소재(14)로서 사용하였다. 여기서는, 충돌 안전 성능에 미치는 부재 결합부의 형상 및 구조의 영향을 검토하기 위해, 강체 벽을 제2 부재(3)로서 상정하였다.

도 17은, 축 방향 하중－스트로크 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 18은 에너지 흡수량－스트로크 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이다. 이러한 도 17에 나타내는 바와 같이, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은 비교예 1의 해석 모델(31)에 비해 축 방향 하중(kN)의 피크값이 높다. 또한, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 비교예 1, 2의 해석 모델(31, 32)에 비해, 충돌 초기의 축 방향 하중(kN)의 피크값이, 저스트로크측, 즉, 더욱 이른 타이밍에 나타나 있다.

또한, 이러한 축 방향 하중의 피크의 차이에 수반하여, 에너지 흡수량(kJ)에 대해서도, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은 비교예 1의 해석 모델(31)에 비해 높게 되어 있다. 실시예에 관한 구조 부재(2)의 에너지 흡수량(kJ)은 홈부(8)를 갖는 한편, 외향 플랜지에 절결이 형성된 비교예 2의 해석 모델(32)에 비해서도 높다.

이상의 결과는, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)의 하중 전달을 부담하는 능선 부분이, 비교예 1의 해석 모델(31)의 능선 부분보다도 많이 존재하는 것에 기인하고 있다고 할 수 있다. 또한, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)에서는, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 포함하는 외향 연속 플랜지(9a, 9b)가, 충돌 초기부터 능선 부분에 높은 축 방향 응력을 발생시켜, 축 방향 하중을 고효율로 전파 가능하게 구속할 수 있는 것이 요인이라고 할 수 있다. 이상의 해석 2의 결과로부터, 실시예에 관한 구조 부재(2)는, 충돌 시의 변형 억제 부재로서, 비교예 1, 2보다도 우수한 성능을 갖는다.

(해석 3)

다음으로, 해석 3에서는, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 충돌 중기 이후까지의 흡수 에너지 효율을 평가하였다. 해석 3에서는, 해석 2에서 사용한 해석 모델 중, 도 15의 (a)에 도시하는 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)과, 도 15의 (c)에 도시하는 비교예 2에 관한 해석 모델(32)을 사용하였다. 즉, 2개의 해석 모델(30, 32)의 형상의 차이는, 외향 플랜지에 있어서의 절결(55)의 유무 뿐이다. 클로징 플레이트(45)가 접합되어 있는 점도 포함하여, 해석 모델(30, 32)의 기본적인 형상, 구성은 해석 2의 경우와 동일하다.

단, 해석 3에서는, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 340㎫급인 강판과, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 980㎫급인 강판의 2종류의 강판을 사용하여, 각각 해석 모델(30, 32)을 형성하였다. 또한, 해석 3에서는, 강판의 종류 각각의 해석 모델(30, 32)마다, 홈부(8)의 깊이를 7.5㎜, 15㎜, 30㎜, 40㎜의 4 패턴으로 하여, 각각 해석을 행하였다. 해석 3에서는, 변형 스트로크는, 충돌 중기 이후까지 포함하도록 100㎜까지로 하였다.

도 19 및 도 20은, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 340㎫급인 강판을 사용한 해석 모델(30, 32)의 해석 결과를 나타내고 있다. 도 19의 (a)는, 비교예 2에 관한 해석 모델(32)의 에너지 흡수량－스트로크 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 19의 (b)는 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)의 에너지 흡수량－스트로크 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 20은 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30) 및 비교예 2의 해석 모델(32) 각각의, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 에너지 흡수량―홈 깊이 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이다.

도 19에 나타내는 바와 같이, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 340㎫급인 강판을 사용한 경우, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 비교예 2의 해석 모델(32)에 비해, 변형 스트로크가 100㎜까지의 기간에 걸쳐 에너지 흡수량(kJ)이 높다. 단, 에너지 흡수량의 상승 효과는 한정적이다. 또한, 도 20에 나타내는 바와 같이, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 비교예 2의 해석 모델(32)에 비해, 모든 홈 깊이 h에 있어서, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 에너지 흡수량(kJ)이 높다.

또한, 도 21∼도 23은, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 980㎫급인 강판을 사용한 해석 모델(30, 32)의 해석 결과를 나타내고 있다. 도 21의 (a)는, 비교예 2에 관한 해석 모델(32)의 에너지 흡수량－스트로크 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 21의 (b)는 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)의 에너지 흡수량－스트로크 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 22는 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30) 및 비교예 2의 해석 모델(32) 각각의, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 에너지 흡수량－홈 깊이 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이다.

또한, 도 23은 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30) 및 비교예 2의 해석 모델(32) 각각의, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 단위 단면적당 에너지 흡수량의 무차원화 값－홈 깊이 특성의 해석 결과를 나타내는 그래프이다. 이러한 무차원화 값은, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 단위 단면적당 에너지 흡수량을, 비교예 2의 해석 모델(32)의 홈 깊이 7.5㎜의 경우에 있어서의, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 단위 단면적당 에너지 흡수량으로 나누어 100배 한 값을 나타낸다. 또한, 도 24 및 도 25는 각각 비교예 2의 해석 모델(32), 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)이 변형 스트로크(10∼50㎜)에 따라서 변형되는 상태를 도시하는 설명도이다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 980㎫급인 강판을 사용한 경우에 있어서도, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은 비교예 2의 해석 모델(32)에 비해, 변형 스트로크가 100㎜까지의 기간에 걸쳐 에너지 흡수량(kJ)이 높다. 또한, 에너지 흡수량의 상승 효과는, 판 두께가 1.4㎜, 인장 강도가 340㎫급인 강판에 비해 크게 나타나 있다. 따라서, 실시예에 관한 구조 부재(2)는, 성형 소재(14)의 강도가 높을수록, 흡수 에너지 효율의 향상 효과가 높다.

또한, 도 22에 나타내는 바와 같이, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 비교예 2의 해석 모델(32)에 비해, 모든 홈 깊이 h에 있어서, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 에너지 흡수량(kJ)이 높다. 또한, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 홈 깊이 h가 얕은 상태로부터, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 에너지 흡수량(kJ)이 높게 되어 있다.

또한, 해석 모델(30, 32)의 단면 둘레 길이의 영향을 배제한 도 23의 그래프에 나타내는 바와 같이, 비교예 2의 해석 모델(32)은, 홈부(8)의 깊이 h가 작은 경우에는, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 흡수 에너지 효율(％)이 증가하고 있지 않다. 또한, 비교예 2의 해석 모델(32)은, 홈부(8)의 깊이 h를 크게 한 경우라도, 흡수 에너지 효율의 상승 효과가 현저하게 증가하는 일은 없다. 이것은, 도 24에 도시하는 바와 같이, 비교예 2의 해석 모델(32)은 능선부 플랜지(50a, 50b)를 갖지 않으므로, 변형 스트로크가 40㎜를 초과하는 충돌 중기에 있어서 홈부(8)의 주위의 능선 부분이 강하게 돌출된 경우에, 단부의 구속이 완화되어 구조 부재가 절곡되는 것에 기인한다.

이에 대해, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 홈 깊이 h에 관계없이, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 흡수 에너지 효율(％)이 증가한다. 또한, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 비교예 2의 해석 모델(32)에 비해, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 흡수 에너지 효율이 최대값이 되는 홈 깊이 h가 작게 되어 있다. 이것은, 도 25에 도시하는 바와 같이, 실시예에 관한 구조 부재(2)의 해석 모델(30)은, 능선부 플랜지(50a, 50b)를 가지므로, 변형 스트로크가 40㎜를 초과하는 충돌 중기에 있어서 구조 부재(2)의 절곡되어 거동이 안정되는 것에 기인한다.

또한, 도 23에 도시하는, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 흡수 에너지 효율이 극대값이 되는 홈 깊이 H₀은, 상기 식(2)로 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 식(1)로 나타내어지는 바와 같이, 당해 홈 깊이 H₀에 대해, 홈 깊이 h가 0.2×H₀∼3.0×H₀의 범위 내로 되어 있으면, 비교예 2에 관한 해석 모델(32)에 비해, 변형 스트로크가 100㎜일 때의 흡수 에너지 효율이 커진다.

1 : 접합 구조체
2 : 구조 부재(제1 부재)
3 : 제2 부재
4 : 천장판부
4a, 4b : 능선부
5a, 5b : 종벽부
6a, 6b : 곡선부
7a, 7b : 플랜지부
8 : 홈부
9a, 9b, 9c : 외향 연속 플랜지
10 : 프레스 성형 장치
11 : 펀치
11b : 홈 성형부
12 : 다이
13 : 패드(능선 패드)
13a : 돌기부
13b : 천장판 압박부
13c : 능선 압박부
14 : 성형 소재
15 : 종래의 패드
20 : 프레스 성형 장치
30, 31, 32 : 해석 모델
40 : 중간 성형체
45 : 클로징 플레이트
50a, 50b : 능선부 플랜지
50c : 외향 플랜지(홈 저부 플랜지)
55 : 절결
h : 홈부의 깊이
w : 홈부의 폭

Claims

소정 방향으로 연장되어 형성되고, 천장판부, 상기 천장판부에 연속되는 능선부 및 상기 능선부에 연속되는 종벽부를 갖고, 상기 소정 방향에 대해 교차하는 단면이 대략 홈형 단면을 이루는, 강판제의 프레스 성형체로 이루어지는 자동차 차체용 구조 부재에 있어서,
상기 천장판부에 상기 소정 방향으로 연장되어 형성된 적어도 하나의 홈부와,
상기 소정 방향의 단부에 있어서의 적어도 상기 능선부의 범위에 형성된 외향 플랜지를 구비하고,
상기 홈부의 깊이를, 상기 홈부의 폭 및 상기 강판의 판 두께에 따라서 설정한, 자동차 차체용 구조 부재.
제1항에 있어서,
상기 소정 방향의 단부에 있어서의, 상기 홈부의 깊이(h)와, 상기 홈부의 폭(w)과, 상기 강판의 판 두께(t)가 이하의 관계를 충족시키는, 자동차 차체용 구조 부재.

단, H₀＝(0.037t－0.25)×w－5.7t＋29.2
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강판이, 인장 강도가 390㎫ 이상의 고장력 강판인, 자동차 차체용 구조 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강판이, 인장 강도가 590㎫ 이상의 고장력 강판인, 자동차 차체용 구조 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강판이, 인장 강도가 980㎫ 이상의 고장력 강판인, 자동차 차체용 구조 부재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외향 플랜지가, 상기 소정 방향의 단부에 있어서, 상기 능선부와, 상기 천장판부 및 상기 종벽부 각각의 적어도 일부에 걸치는 범위에 연속해서 형성된 외향 연속 플랜지인, 자동차 차체용 구조 부재.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소정 방향의 단부에 있어서, 상기 홈부의 범위에 외향 플랜지를 갖는, 자동차 차체용 구조 부재.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동차 차체용 구조 부재는, 상기 외향 플랜지를 통해, 저항 스폿 용접, 레이저 관통 용접, 필렛 아크 용접 또는 접착제에 의한 접착, 혹은 이들의 병용한 접합에 의해, 다른 부재에 접합되는, 자동차 차체용 구조 부재.