KR20190026911A - 블랭크재의 제조 방법, 블랭크재, 프레스 성형품의 제조 방법 및, 프레스 성형품 - Google Patents

Abstract

간편한 수단으로 판두께 분포를 갖는 일체물의 두께차 블랭크재를 제공한다. 프레스 성형에 사용되는 목적의 블랭크재 (1)의 치수보다도 큰 치수의 블랭크재인 제1 블랭크재(2)를, 펀치(3)와 다이를 사용하여 드로잉 가공하고, 그 드로잉 가공 후의 제1 블랭크재(2)를 필요 치수로 트리밍을 행하여, 상기 프레스 성형에 사용되는 목적의 블랭크재(1)로 한다. 드로잉 가공 시에, 펀치(3)는, 목적의 블랭크재(1)의 치수보다도 큰 치수의 펀치 바닥을 갖고, 드로잉 가공할 때에 있어서의 제1 블랭크재(2)의 외주의 일부 위치에 대한 구속을 상대적으로 강하게 함으로써, 드로잉 가공 후의 상기 목적의 블랭크재(1)에 있어서의 일부 판두께를 상대적으로 얇게 하여 판두께 분포를 갖는 블랭크재로 한다.

Description

블랭크재의 제조 방법, 블랭크재, 프레스 성형품의 제조 방법 및, 프레스 성형품

본 발명은, 판두께 분포를 갖는, 즉 동일 블랭크재(blank material) 내에서 판두께에 차이가 있는 블랭크재를 제조하는 방법 및, 그의 판두께 분포를 갖는 블랭크재에 관한 기술, 그리고 그러한 블랭크재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법 및 그의 프레스 성형품에 관한 기술이다.

예를 들면 자동차 부품에 있어서, 충돌 안전성, 차량 강성과 차체의 경량화를 양립시킨다는 목적을 위해, 동일 부품 내에서 판두께에 분포를 갖는 부품에 프레스 성형하는 경우가 있다. 이 때, 소정 이상의 판두께차를 갖는 프레스 성형품에 프레스 성형으로 제조하기 위해서는, 프레스 전의 블랭크재의 단계에서, 블랭크재가, 판두께의 분포를 갖는 두께차 블랭크재(blank material with thickness difference)일 필요가 있다. 이러한, 판두께에 분포를 가진 블랭크재로서는, 모재(base material)의 주판재(main sheet material)에 대하여 부분적으로 판재를 용접하여 판두께 분포를 갖게 한 테일러드 웰디드 블랭크재(tailored welded blank material)(이하, TWB)나, 압연에 의해 테이퍼 형상의 판두께 분포를 갖게 한 테일러드 롤드 블랭크재(tailored rolled blank material) (이하, TRB)가 있다. 또한 특허문헌 1과 같은, 모재로 하는 주판재에 대하여 부분적으로 보강 판재를 접착·접합하여 이루어지는 두께차 블랭크재도 있다.

또한, 본 명세서에 있어서, 판두께 분포를 갖는 블랭크재를 두께차 블랭크재라고도 기재한다.

(특허문헌 1) 일본공개특허공보 2002-178170호

상기와 같은 두께차 블랭크재에 있어서, TWB를 제조하기 위해서는 용접 설비를, 또한 TRB를 제조하기 위해서는 압연 설비와 같이, 전용의 설비를 사용할 필요가 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 두께차 블랭크재를 제조하기 위해서는, 모재로 하는 주판재의 위에 보강 판재를 배치하는 작업, 보강 판재에 접착제를 도포하는 작업 등이 발생하여, 공정이 번잡해진다.

또한, TWB나 특허문헌 1에 기재된 두께차 블랭크재에서는, 판두께 부분에 용접선(welded lines)이나 접합선을 갖는 블랭크재가 된다.

한편, TRB는, 용접선을 갖지 않는, 일체물(one-piece)의 두께차 블랭크재를 제공 가능하기는 하지만, 판두께가 얇은 부분과 두꺼운 부분의 판두께차를 그다지 크게 취하기 어렵고, 또한 급준한 판두께차를 갖는 블랭크재로 하는 것이 곤란하다. 또한, TRB는 양산성이 우수하기는 하지만, 테이퍼 형상(tapering shape)마다 고가의 압연 장치가 필요하고, 또한 압연 방향을 따라 테이퍼 형상이 직선 형상으로 성형되는 점에서, 복수의 테이퍼 형상을 간편한 수법으로 생산하는 데에는 적합하지 않다.

본 발명은, 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로, 간편한 수단으로 판두께 분포를 가진 일체물의 두께차 블랭크재 및 그의 두께차 블랭크재로부터 제조된 프레스 성형품을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

발명자들은, 간편하게, 종래의 프레스 성형에서 사용되는 설비를 이용하여, 판두께 분포를 가진 두께차 블랭크재를 제조하기 위한 조사 연구를 행하여, 드로잉 성형(draw forming)과 장출 성형(stretch forming)을 병용함으로써, 간편하게, 블랭크재 내에 판두께 분포를 갖게 하는 것이 가능해지는 것을 인식했다.

이러한 인식에 기초하여, 본 발명의 일 실시 형태는, 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품으로 프레스 성형되는 블랭크재의 제조 방법으로서,

상기 프레스 성형에 사용되는 목적의 블랭크재의 치수보다도 큰 치수의 블랭크재인 제1 블랭크재를, 펀치와 다이를 사용하여 드로잉 가공하고, 그 드로잉 가공 후의 제1 블랭크재를 필요 치수로 트리밍(trimming)을 행하여, 상기 프레스 성형에 사용되는 목적의 블랭크재로 하고,

상기 드로잉 가공 시에, 상기 펀치는, 상기 목적의 블랭크재의 치수보다도 큰 치수의 펀치 바닥을 갖고, 상기 드로잉 가공할 때에 있어서의 제1 블랭크재의 외주의 일부 위치에 대한 구속을 상대적으로 강하게 함으로써, 상기 드로잉 가공 후의 상기 목적의 블랭크재의 일부의 판두께를 상대적으로 얇게 하여 상기 목적의 블랭크재를 판두께 분포를 갖는 블랭크재로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 형태는, 상기의 판두께 분포를 갖는 블랭크재를 프레스 성형하여 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품을 제조하는 프레스 성형품의 제조 방법이다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 프레스 성형 설비로 간편하게 일체물의 두께차 블랭크재를 제작하는 것이 가능해진다.

또한 그러한 일체물의 두께차 블랭크재를 이용하여, 소정 이상의 판두께 분포를 가진 프레스 성형품을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 목적의 블랭크재와 제1 블랭크재의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 2는 목적의 블랭크재의 제조 공정을 예시하는 개념도이다.
도 3은 프레스 성형품의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 목적의 블랭크재의 제조 공정에서 사용하는 프레스 금형의 개념도이다.
도 5는 제1 블랭크재의 상면 개략도이다.
도 6은 제1 블랭크재의 상면 개략도이다.
도 7은 완전 장출 조건의 설정을 설명하는 도면으로, 7(a)는 펀치 형상을 7(b)는 블랭크재와 구속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 최소 판두께와 펀치 숄더 R의 관계를 설명하는 도면이다.
도 9는 중앙 길이 방향에서의 판두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 경계부를 패드로 누르는 조건을 나타내는 개략도이다.
도 11은 패드를 사용한 경우에 있어서의 중앙 길이 방향에서의 판두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 펀치 숄더 R과 면적 비율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 두께차 블랭크재로부터 프레스 성형품을 제조하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

여기에서, 이하에 나타내는 실시 형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조 등이 하기의 것에 특정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상은, 특허 청구의 범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변경을 더할 수 있다.

본 실시 형태의 기술은, 자동차나 가전 등을 구성하는 금속제 블랭크를 이용한 모든 부위에 적용 가능한 기술이지만, 판두께가 강성에 크게 기여하는 부품에 특히 유효한 기술이다. 예를 들면, 단면 형상이 비교적 평탄한 부품은, 사람의 손에 의한 외력으로 간단히 변형되지 않을 만큼의 강성을 그의 평탄한 면에서 확보할 필요가 있어, 그 강성에는 판두께의 기여가 크다. 따라서, 본 실시 형태의 기술은, 루프나 도어, 후드, 백 도어 등의 자동차의 패널 부품이나, 가전의 외관 패널 등의, 부분적으로 판두께차를 갖는 부품의 제조에 특히 적합하다.

이하의 예에서는, 자동차의 패널 부품을 상정하여 설명한다.

블랭크재를 펀치와 다이를 이용하여 드로잉 가공(프레스 가공)으로 프레스 성형하면, 플랜지부와 세로벽과 천판부(펀치 바닥에 압압된 부분)를 갖는 단면 형상으로 성형된다. 이 성형을, 블랭크재의 외주(플랜지부)를 완전히 구속(고정)한 상태에서의 성형인 완전 장출 성형으로 하면, 세로벽의 성형시에 재료는 외주로부터 유입하지 않고, 펀치 숄더 R의 크기에 따라서 천판부(펀치 바닥의 부분)로부터 세로벽으로의 재료 유출이 일어난다. 한편, 성형을 블랭크재의 외주를 구속하지 않거나 구속력이 작은 상태에서의 성형인 드로잉 성형으로 하면, 세로벽의 성형시에 재료는 천판부(펀치 바닥)로부터 세로벽에 거의 유입하지 않고, 외주부(플랜지부)로부터 유입한다. 따라서, 동일한 형상으로 프레스 성형한 경우에, 펀치 바닥과 대향하는 천판부는, 장출 성형에서는 재료의 유출로 판두께가 얇아지기 쉬워짐과 함께, 드로잉 성형에서는 재료의 유출이 작기 때문에 판두께가 얇아지기 어렵다.

본 실시 형태에서는, 이상의 것을 이용하여, 목적의 블랭크재보다도 큰 제1 블랭크재의 외주 전체 둘레 중의, 일부 영역을 둘러싸는 외주 위치만을 구속한 부분 구속의 상태에서 드로잉 가공을 행한다. 이 때, 제1 블랭크재의 천판부에 상당하는 부분에 있어서, 일부 영역의 재료의 유출이 상대적으로 많아지기 때문에, 펀치 바닥에 압압되는 천판부에, 판두께의 분포가 형성된다. 그리고, 그 드로잉 성형 후의 천판부로부터, 목적의 블랭크재로 하는 부분을 트리밍함으로써, 평면에서 보았을 때에 있어서 면을 따라 판두께가 상이한 판두께 분포를 가진 두께차 블랭크재를 얻는다.

보다 구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이, 목적의 블랭크재(1)보다도 큰 제1 블랭크재(2)를 준비한다. 또한, 제1 블랭크재(2)는, 알루미늄 합금이나 스테인리스 등, 프레스 가공이 가능한 금속 재료로 이루어지는 것이면, 본 발명은 적용 가능하다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 목적의 블랭크재(1)보다도 큰 펀치 바닥의 치수를 갖는 펀치(3)를 이용하여 드로잉 가공한다. 그 때에, 제1 블랭크재(2)의 외주의 플랜지 부분의 구속에 대해서, 예를 들면, 상대적으로 판두께를 얇게 하고 싶은 영역을 둘러싸는 외주부만을 비드(bead) 등으로 구속하여, 부분적으로 주요 변형을 장출 성형으로 하고, 다른 부분의 주요 변형을 드로잉 성형이 되는 바와 같은 부분 구속 상태로 하여, 드로잉 가공의 프레스 성형을 행한다(도 2(a)(b)). 도 2(a)에서는 좌측 반분을 비드로 구속하는 경우를 예시하고 있다. 도 2(b)에 나타내는 굵은자(bold)의 화살표는 재료의 이동 방향을 나타내고 있다.

이에 따라, 드로잉 가공 후의 제1 블랭크재(2)에 있어서의 천판부(2A)에 판두께의 분포를 발생시킬 수 있다.

그리고, 그 판두께 분포가 발생한 천판부(2A)로부터, 필요 치수의 부분을 트리밍하여(도 2(c)), 두께차 블랭크재로서의 목적의 블랭크재(1)로 한다(도 2(d)). 도 2(c)에 있어서의 파선이 트리밍 위치(TRM)를 예시하고 있다.

여기에서, 장출 성형시에 있어서의, 펀치 바닥의 위치로부터 세로벽으로의 재료의 유출은, 펀치 숄더 R이 클수록 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 그 유출에 의한 판두께 감소의 효과를 크게 하고 싶다는 관점에서는, 펀치 숄더 R의 곡률 반경은 크면 클수록 좋다.

단, 펀치(3)의 치수가 동일한 경우, 펀치 숄더 R이 커짐에 따라, 펀치 바닥의 면적(평탄부의 면적)이 작아짐과 함께 펀치 숄더 부분의 폭이 넓어진다. 이 때문에, 목적의 블랭크재(1)를 얻기 위해서 필요한 제1 블랭크재(2)의 치수가 커져, 재료의 수율 저하로 이어진다.

이상과 같은 관점에서, 펀치 숄더 R은 50㎜ 이상 200㎜ 이하, 바람직하게는 100㎜ 이상 150㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 펀치 바닥에서 압압되는 천판부(2A)에 있어서, 상대적으로 판두께를 얇게 하고 싶은 부분과 상대적으로 판두께를 두껍게 하고 싶은 부분의 경계(판두께 방향에 단차를 형성하는 위치)를 압압하는 부분에 패드(스프링 등으로 탄성 지지된 가동 펀치)를 대고 천판부(2A)에 있어서의 면 내에서의 재료 이동을 제한한 상태에서, 상기의 드로잉 가공을 실시해도 좋다.

여기에서, 펀치(3)로 압압했을 때에, 상대적으로 판두께가 두꺼워지는 부분으로부터 상대적으로 판두께가 얇아지는 부분을 향하여 재료의 이동도 상정되지만, 그 경계부를 패드(PAD)로 누름으로써, 패드(PAD)의 위치에서 재료의 이동이 억제된다. 이 결과, 상대적으로 판두께가 두꺼워지는 부분과 판두께가 얇아지는 부분의 사이의 판두께차의 급준도를 크게 설정 가능해진다.

본 발명에 기초하는 프레스 성형에 의해 두께차 블랭크재를 제조하는 방법을 채용하면, 상대적으로 판두께가 얇은 부분과 판두께가 두꺼운 부분의 판두께차의, 판두께가 얇은 부분의 판두께에 대한 비율(판두께차의 비율이라고도 부름)을 2％ 이상, 나아가서는 4％ 이상으로 하는 것이 가능해진다(후술의 실시예를 참조). 또한, 판두께차의 비율은, 10％ 이하가 바람직하다. 보다 바람직한 판두께차의 비율은, 4％ 이상 6％ 이하이다. 이 판두께차의 비율은 경계에 형성한 단차 위치에서 규정하면 좋다. 단차 위치가 가장 판두께 변화가 크기 때문이다.

여기에서, 판두께차의 비율이 2％ 미만에서는 판두께차가 작기 때문에, 두께차 블랭크재를 이용하여 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품으로 프레스 성형하여 제조하는 이점이, 두께차 블랭크재의 제조 비용에 비해 적다. 한편, 판두께차의 비율이 10％보다 큰 판두께차를 얻기 위해서는 블랭크의 변형량이 커지기 때문에, 파단의 우려가 있다. 단, 블랭크가 연성이 우수한 경우는 파단의 우려는 적어지기 때문에 그 범위에 들지 않는다.

또한, 도 1 및 도 2에 예시한 두께차 블랭크재는, 편면에만 판두께의 단차가 형성되어 면을 따라 판두께 분포를 갖고 있는 경우의 예이지만, 양면에 판두께 단차를 갖는 두께차 블랭크재라도 좋다. 단, 편면 단차의 두께차 블랭크재의 쪽이 제조 용이함과 함께, 판두께차의 분포를 알기 쉬운 두께차 블랭크재가 된다.

또한, 도 1 및 도 2에 예시한 두께차 블랭크재는, 판폭 방향이 연장되는 직선 형상의 경계 위치를 따라 판두께의 단차가 형성되어 있는 경우이지만, 단차를 형성하는 경계선은 곡선 형상으로 설정해도 좋다.

또한 단차를 형성하는 경계 위치가 2 이상 있어도 좋다. 복수 위치에 경계를 설정한 경우, 각 경계에 형성하는 단차의 높이가 상이하도록 설정해도 좋다.

이하, 본 실시 형태의 일 예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

여기에서는, 최종 부품으로서의 프레스 성형품의 예로서, 도 3에 나타내는 바와 같은, 차량의 루프 부품(10)을 상정한다. 이 루프 부품(10)은 전부(前部)(10A)가 전방(도 3 중 좌측)을 향하여 하방으로 만곡한 만곡 형상으로 되어 있음과 함께, 후부(10B)가 대략 평탄한 형상으로 되어 있다. 전부(10A)는, 만곡 형상으로 함으로써 소정의 강성을 구조에 의해 확보 가능하게 되어 있기 때문에, 상대적으로 판두께를 얇게 하여 부품의 경량화를 도모하고 있다. 한편, 후부(10B)는, 적설(snow accumulation) 강도를 확보하기 위해서 전부(10A)보다도 판두께가 두꺼워지도록 설계되어 있다. 즉, 이 루프 부품(10)은, 전부(10A)의 판두께가 상대적으로 얇은 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품이다.

이 프레스 성형품의 형상으로부터, 상정하고 있는 프레스에 의해 그 프레스 성형품으로 성형 가능한 목적의 블랭크재(1)의 크기나 형상을, CAE 해석 등의 시뮬레이션 해석에 의해 구한다. 본 실시 형태에서는, 목적의 블랭크재(1)가 직사각형 형상의 블랭크재로 한다. 목적의 블랭크재(1)에 있어서의 플랜지 외주를, 프레스 성형품의 제품 형상으로 트리밍하도록 설정해도 좋다.

여기에서, 두께차 블랭크재로서의 목적의 블랭크재(1)를 제조하기 위한 프레스 설비는, 통상의 프레스 설비의 구성으로 구성되고, 적어도, 도 4에 나타내는 바와 같이, 다이(4), 펀치(3) 및, 블랭크 홀더(5)를 구비한다.

그리고, 상기 직사각형 형상의 목적의 블랭크재(1)보다도 치수가 큰, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 직사각형 형상의 펀치 바닥을 갖는 펀치(3)를 선택함과 함께, 그 펀치 바닥보다도 치수가 큰 제1 블랭크재(2)를 선정한다.

또한, 상기 프레스 성형품에서의 판두께 분포로부터, 목적의 블랭크재(1)에 있어서의, 판두께를 얇게 하는 영역(F)을 설정한다. 본 실시 형태에서는, 목적의 블랭크재(1)에 있어서의, 길이 방향 좌측 부분의 영역을, 판두께를 상대적으로 얇게 하는 영역(F)으로서 설정한다(도 4 참조).

다음으로, 제1 블랭크재(2)에 있어서의 펀치 바닥에서 압압되는 부분에, 목적의 블랭크재(1)로서 트리밍하는 영역을 가상하여, 도 5와 같이, 그 가상한 트리밍 영역에 있어서의 상기 영역(F)에 상당하는 부분(F')을 특정한다. 또한, 그 영역(F)에 상당하는 부분(F')을 둘러싸는, 제1 블랭크재(2)에 있어서의 외주 부분을 구속 위치(L)로서 특정한다.

본 실시 형태에서는, 도 5와 같이, 제1 블랭크재(2)에 있어서의 길이 방향 좌측 부분의 영역 내에 영역(F)에 상당하는 부분(F')이 위치하기 때문에, 제1 블랭크재(2)에 있어서의 좌변 및 그의 좌변에 연속하는 상변 및 하변의 일부를, ㄷ자 형상으로 구속 위치(L)로서 설정한다. 그리고 그 구속 위치(L)를 구속하는 블랭크 홀더(5) 부분 및 다이(4) 부분에 대하여, 구속용의 비드(4a, 5a)를 형성한다(도 4 참조). 또한, 비드는, 제1 블랭크재(2)의 외주연을 따라 연속하여 형성해도 좋고, 외주연을 따라 단속적으로 형성해도 좋다.

상기와 같은 구성의 펀치(3), 다이(4), 블랭크 홀더(5)를 준비한다. 그리고, 다이(4)와 블랭크 홀더(5)로 제1 블랭크재(2)의 외주(플랜지부)를 누른다. 이 때, 상기의 구속 위치(L)에 위치하는 제1 블랭크재(2)의 외주 위치에는, 비드(4a, 5a)가 형성됨으로써 구속력이 강하게 설정된다.

이 상태에서, 도 4와 같이, 하측에 배치한 펀치(3)를 상승시킴으로써, 제1 블랭크재(2)에 드로잉 가공을 실시한다. 이 성형으로, 제1 블랭크재(2)의 상측에 볼록하게 천판부(2A)가 대략 직사각형의 형상으로 성형된다. 이 때, 길이 방향 좌측 부분에서는, 외주가 구속되어 있는 점에서 주로 장출 성형이 되고, 천판부(2A)가 되는 부분의 재료가 세로벽측으로 유출됨으로써, 상대적으로 판두께가 얇아진다. 한편, 길이 방향 우측에서는, 외주가 구속되어 있지 않기 때문에 주로 드로잉 성형이 되고, 외주부의 재료가 세로벽측으로 흐르는 점에서, 천판부(2A)가 되는 부분의 판두께 감소가 작게 억제된다(도 2(b) 참조).

즉, 이 드로잉 성형에 의해, 천판부(2A)에 있어서의, 길이 방향 좌측의 판두께가 얇다는 판두께 부분이 부여된다.

다음으로, 펀치(3)를 하강시켜 대기 위치로 되돌리면, 성형으로 형성된 천판부(2A)에 있어서의 목적의 블랭크재(1)로 하는 부분을 트리밍 위치(TRM)를 따라 트리밍함으로써, 두께차 블랭크재로서의 목적의 블랭크재(1)를 얻는다.

상기와 같이 얻은 목적의 블랭크재(1)는, 도 13과 같은 프레스 금형(20, 21)에 의해 프레스 성형함으로써, 상기의 루프 부품의 프레스 성형품을 제조한다.

최종 부품으로서의 프레스 부품은, 루프 부품에 한정되지 않는다. 본 실시 형태는, 판두께 분포를 갖는 패널 형상의 프레스 성형품이면 적합하게 적용 가능하다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 프레스 성형 설비로 간편하게 일체물의 두께차 블랭크재로 이루어지는 목적의 블랭크재(1)를 제조하는 것이 가능해진다. 그리고, 그 일체물의 두께차 블랭크재로 이루어지는 목적의 블랭크재(1)를 사용함으로써, 소정 이상의 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품을, 종래보다도 간이하게 제공 가능해진다.

여기에서, 목적의 블랭크재(1)를 얻기 위한 상기 드로잉 가공을 행할 때에, 도 6과 같이, 상대적으로 판두께를 얇게 하는 부분과 판두께를 두껍게 하는 부분의 경계 위치를, 패드(PAD)로 누른 상태로 하여 드로잉 가공을 행해도 좋다.

패드(PAD)로 누르지 않는 경우, 펀치(3)로 드로잉 가공을 행할 때에, 천판부(2A)의 면 내에 있어서도 우측으로부터 좌측으로의 재료의 이동이 발생함으로써, 상대적으로 판두께를 얇게 하는 부분과 판두께를 두껍게 하는 부분의 경계 및 그의 근방에 판두께 변화의 테이퍼가 형성된다. 이에 대하여, 패드(PAD)로 눌러 프레스함으로써, 상대적으로 판두께를 얇게 하는 부분과 판두께를 두껍게 하는 부분에 단차가 형성되는 바와 같은 판두께 분포로 하는 것이 가능해진다.

여기에서, 펀치(3)는 분할형으로 되어 있어도 좋다. 예를 들면, 상대적으로 판두께를 얇게 하는 부분과 판두께를 두껍게 하는 부분의 경계 위치에서 분리한 펀치를 사용해도 좋다.

<실시예>

상기 실시 형태에 대한 목적의 블랭크재 제조에 대한 CAE 해석을 행했다.

CAE 해석은, 해석 소프트로서 LS-DYNA를 사용하여, 동적 양해법(dynamic explicit method)으로 해석을 행했다.

이 때, 제1 블랭크재(2)로서, 270D의 냉간 압연 강판을 설정하고, 그의 원판두께를 0.7㎜로 설정했다.

또한 최종적인 프레스 성형품으로서, 상기의 루프 부품이며, 전부와 후부의 판두께차가 0.05㎜의 판두께 분포를 갖는 부품을 상정했다.

그리고, 도 7과 같이, 제1 블랭크재(2)에 있어서의 우변을 제외한 외주 전체 둘레를 구속(완전 장출 성형 상태)한다는 조건으로, 또한 트리밍 라인으로부터 펀치 숄더 R을 설정한 펀치(3) 조건으로, 드로잉 가공을 하는 것으로 했다. 도 7(a)의 파선으로 둘러싸이는 부분이 평탄한 펀치 바닥이다. 이 조건에서는, 제1 블랭크재(2)의 치수를, 좌측 부분만의 반분의 크기로 하고 있다. 또한, 당해 펀치 숄더 R 조건으로서, 50㎜, 100㎜, 150㎜, 200㎜로 설정 변경하여, 천판부(2A)의 폭방향 중앙 위치에서의 판두께 최솟값과 펀치 숄더 R의 관계를 구했다. 그 결과를 도 8에 나타낸다.

도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 펀치 바닥 중앙에 맞닿는 위치에서의 최소 판두께는, 펀치 숄더 R이 커질수록 감소해 가는 것을 알 수 있다. 이 이유는, 펀치 숄더 R이 커질수록 재료의 굽힘 저항이 감소하여, 재료가 펀치 바닥으로부터 유출되기 쉬워지는 점, 펀치 숄더 R이 커짐에 따라 펀치(3)가 커져, 넓은 영역의 블랭크재가 성형되기 때문에 변형이 분산하여, 성형 높이가 높아진 점에서 발생했다고 생각된다. 또한, 이들 결과로부터, 펀치 숄더 R을 150㎜ 이상으로 함으로써 펀치 바닥의 판두께를 0.65㎜ 이하로 하는 것이 가능하다고 추측된다. 또한, 세로벽의 높이는 특별히 규정되지 않지만, 수율과의 관계에서는 낮은 쪽이 좋다.

다음으로, 도 2와 같이, 제1 블랭크재(2)의 외주에 있어서의 좌측 부분만을 구속(부분적인 장출 성형 상태)으로 한다는 조건으로, 또한, 트리밍 위치로부터 펀치 숄더 R을 설정한 펀치 조건으로 드로잉 가공을 해석으로 했다. 이 때, 펀치 숄더 R 조건을 1500㎜로 했다. 그리고, 천판부(2A)의 폭방향 중앙 위치에서의 길이 방향을 따른 판두께 분포를 구한 결과, 도 9에 나타내는 결과를 얻었다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 7과 같이 반분의 치수의 제1 블랭크재(2)의 우변을 제외한 외주 전체 둘레를 구속한 경우에 비하여, 도 2와 같이 주로 드로잉 성형이 되는 우측 부분이 있는 제1 블랭크재(2)의 경우의 쪽이, 최소 판두께가 두꺼워져 있다. 즉, 좌우 방향의 판두께차는 0.032㎜가 되어 있었다. 이는, 우측 부분의 구속이 없기 때문에, 성형 중에 펀치 바닥에서 우측으로부터 좌측을 향하여 재료의 이동이 일어났기 때문이라고 생각된다. 펀치 바닥에 이 이상의 판두께차를 내기 위해서는, 성형 중의 펀치 바닥에서의 재료 이동을 억제할 필요가 있다고 추정되었다. 또한, 도 9의 경우, 최소 판두께는 약 0.66㎜이고 판두께차는 0.032㎜이기 때문에, 최소 판두께에 대한 판두께차의 비율은, 4.8％가 되어 있다. 즉, 프레스 성형에 의해, 일체물로 또한 4％ 이상의 판두께차의 판두께 분포를 갖는 두께차 블랭크재를 제공할 수 있는 것을 알 수 있다.

여기에서, 전부와 후부의 경계 위치를 도 10과 같이, 원통형의 패드(PAD)로 좌우 중앙부를 누른 상태에서의 드로잉 가공 조건으로 설정하여, 재료의 이동의 억제 및 판두께차의 증대를 시도했다.

해석 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11로부터 알 수 있듯이, 패드(PAD)로 누른 경계 부분에 급준한 단차가 형성됨과 함께, 판두께차는 0.04㎜가 되어, 판두께차가 증가한 것을 확인했다. 이는, 패드(PAD)로 누름으로써 좌측으로의 이동량이 대폭 감소하고 있기 때문이라고 추정된다. 또한, 이 예에서는, 최소 판두께는 약 0.656㎜이고, 최소 판두께에 대한 판두께차의 비율은 6.1％이다. 따라서, 6.1％까지의 판두께차를 발생시키는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

또한, 도 9의 경우, 판두께차는 약 2300㎜의 거리 내에서 형성되어 있지만, 도 11의 경우는 약 60㎜의 거리 내에서 급준한 단차가 형성되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 패드(PAD)의 유무나 구속 조건을 조정함으로써 판두께차의 변화 거리(이행 영역)를 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 판두께차의 변화 거리(이행 영역)를 굳이 길게 함으로써, 판두께의 얇은 부분과 판두께의 두꺼운 부분의 경계를 눈에 띄지 않게 할 수도 있다. 판두께차의 변화 거리(이행 영역)가 긴 두께차 블랭크재는, 자동차 패널이나 가전의 외판 등의 사람의 눈에 보이는 부품에 적합하다.

또한, 드로잉 가공으로 천판부(2A)에 두께차를 낸 후에 트리밍하여, 목적의 블랭크재(1)로 할 필요가 있다. 이 때 펀치 숄더 R을 크게 하면 발생하는 두께차는 커지지만, 펀치(3)가 커지기 때문에, 제1 블랭크재(2)의 치수를 보다 큰 블랭크재로 할 필요가 있고, 트리밍되어 불필요해지는 부분이 커지기 때문에, 수율이 저하한다. 두께차 블랭크재 성형 전의 블랭크재 사이즈에 대한, 트리밍되어 불필요해지는 부분의 면적 비율을 구했다. 그 결과를 도 12에 나타낸다.

도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 펀치 숄더 R의 값이 커질수록 수율이 저하하는 것을 알 수 있다.

이상, 본원이 우선권을 주장하는, 일본특허출원 2016-160691(2016년 8월 18일 출원)의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시된 일부를 구성한다.

여기에서는, 한정된 수의 실시 형태를 참조하면서 설명했지만, 권리 범위는 그들에 한정되는 것은 아니고, 상기의 개시에 기초하는 각 실시 형태의 개변은 당업자에게 있어 자명한 것이다.

1 : 목적의 블랭크재
2 : 제1 블랭크재
2A : 천판부
3 : 펀치
4 : 다이
5 : 블랭크 홀더
4a, 5a : 비드
10 : 루프 부품
F : 영역
L : 구속 위치
PAD : 패드
TRM : 트리밍 위치

Claims (9)

1. 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품으로 프레스 성형되는 블랭크재의 제조 방법으로서,
   상기 프레스 성형에 사용되는 목적의 블랭크재의 치수보다도 큰 치수의 블랭크재인 제1 블랭크재를, 펀치와 다이를 사용하여 드로잉 가공하고, 그 드로잉 가공 후의 제1 블랭크재를 필요 치수로 트리밍을 행하여, 상기 프레스 성형에 사용되는 목적의 블랭크재로 하고,
   상기 드로잉 가공 시에,
   상기 펀치는, 상기 목적의 블랭크재의 치수보다도 큰 치수의 펀치 바닥을 갖고,
   상기 드로잉 가공할 때에 있어서의 제1 블랭크재의 외주의 일부의 위치에 대한 구속을 상대적으로 강하게 함으로써, 상기 드로잉 가공 후의 상기 목적의 블랭크재의 일부의 판두께를 상대적으로 얇게 하여 상기 목적의 블랭크재를 판두께 분포를 갖는 블랭크재로 하는 것을 특징으로 하는 블랭크재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 블랭크재의 외주의 구속에 대해서, 상대적으로, 판두께를 얇게 하고 싶은 부분의 외주의 구속을 강하게 설정하여 장출 성형을 주로 한 가공으로 함과 함께, 판두께를 두껍게 하고 싶은 부분의 외주의 구속을 약하게 설정 혹은 구속을 해제하여 드로잉 성형을 주로 한 가공으로 하는 것을 특징으로 하는 블랭크재의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 목적의 블랭크재에 발생시키는 판두께차의 경계 부분에 대응하는 상기 제1 블랭크재에서의 위치를 따라 패드를 대어 재료의 이동을 억제한 상태에서, 상기 드로잉 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 블랭크재의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 드로잉 가공 후의 상기 목적의 블랭크재의 판두께에 있어서, 상대적으로 판두께가 얇은 부분과 판두께가 두꺼운 부분의 판두께차의, 상기 판두께가 얇은 부분의 판두께에 대한 비율이 2％ 이상인 것을 특징으로 하는 블랭크재의 제조 방법.
5. 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품으로 프레스 성형되는 블랭크재로서,
   일체물의 블랭크재이며, 상대적으로 판두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분을 가져 판두께 분포를 갖고,
   판두께가 얇은 부분과 판두께가 두꺼운 부분의 판두께차의, 상기 판두께가 얇은 부분의 판두께에 대한 비율이 2％ 이상인 것을 특징으로 하는 블랭크재.
6. 제5항에 있어서,
   상기 판두께차가 블랭크재의 편면측에만 형성되고, 판두께 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크재.
7. 블랭크재를 프레스 성형하여 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품을 제조하는 프레스 성형품의 제조 방법으로서,
   상기 블랭크재로서 제5항 또는 제6항에 기재된 블랭크재를 사용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
8. 블랭크재를 프레스 성형하여 판두께 분포를 갖는 프레스 성형품을 제조하는 프레스 성형품의 제조 방법으로서,
   상기 블랭크재를 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 블랭크재의 제조 방법에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품의 제조 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 기재된 프레스 성형품의 제조 방법으로 제조한 프레스 성형품.
   

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