KR20190056438A - 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

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Abstract

이 제조 방법은, 패드 홀드 상태로 하는 제1 단계와 제1 단계의 완료 후에 패드 드로잉 성형을 행하는 제2 단계를 포함한다. 패드 홀드 상태에서는, (a) 패드(13) 및 펀치(11)가 블랭크(15)에 있어서의 천판(21)으로 성형되는 부분을 유지하고, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)가 블랭크(15)에 있어서의 플랜지(25)로 성형되는 부분을 유지하고, (b) 블랭크(15)에 있어서의 제1 부분으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 블랭크 홀더(12)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치가, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치보다, 패드(13)와 펀치(11)의 나열 방향에서 펀치(11)가 존재하는 측에 위치하고, (c) 상하 역전 단면 각도가 0° 초과 80° 이하이며, (d) 특정 프레스 방향 단면과는 상이한 프레스 방향 단면에 있어서, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치가, 블랭크 홀더(12)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 나열 방향에서 패드(13)가 존재하는 측에 위치한다.

Description

프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 장치
본 발명은, 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
자동차 차체의 구성 부재 중, 예를 들면 프론트 필러 린포스먼트나 센터 필러 린포스먼트, 프론트 사이드 멤버 리어, 리어 사이드 멤버, 크로스 멤버가, 예를 들면 해트형의 단면 형상을 가지는 강도 부재나 보강 부재로서 알려져 있다.
예를 들면 특허 문헌 1에는, 충돌 성능이 우수한 자동차 차체용의 프레스 성형품을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 금속판에 굽힘 가공을 행함으로써, 천판과, 천판에 연속하는 한 쌍의 능선과, 한 쌍의 능선에 각각 연속하는 한 쌍의 세로벽을 가지는 중간 성형품을 제조한다.
그리고, 펀치측을 향해 천판을 돌출시킨 상태로 중간 성형품을 배치하고, 그 후, 펀치를 다이에 삽입하여 펀치에 의해 천판을 압압하고, 천판을 펀치 삽입 전의 돌출 방향의 반대 방향으로 돌출시키는 프레스 성형을 행한다. 이 제조 방법은, 중간 성형품의 굽힘 가공 부위를 역방향으로 굽히는 역굽힘 가공을 행함으로써, 프레스 성형품의 세로벽을 가공 경화시킨다.
상술한 강도 부재나 보강 부재는, 필요한 강도의 확보, 타부품과의 간섭의 회피, 또한 원하는 공간의 확보와 같은 제약 하에서 설계된다. 이 때문에, 이들 부재는, 단면 형상의 자유도의 확보를 위해, 단면 형상을 구성하는 세로벽의 높이 등의 형상이 다양하게 변화하는 경우가 많다.
그러나, 강판의 강도가 상승함에 따라 강판의 성형성은 저하한다. 이 때문에, 통상의 드로잉 공법(펀치, 다이 및 블랭크 홀더를 이용한다)이나, 통상의 패드 굽힘 공법(펀치, 다이 및 패드를 이용한다)에 의해 고강도 강판에 프레스 성형을 행함으로써, 세로벽의 높이가, 길이 방향에서 변화하는 형상을 가지는 프레스 성형품을 제조하면, 균열이나 주름이 프레스 성형품에 발생한다.
특허 문헌 1에 의해 개시된 발명은, 특허 문헌 1의 단락 0031이나 도 1~3에 나타내는 바와 같이, 길이 방향이 직선 방향이며 세로벽이 길이 방향에서 만곡하지 않는 형상을 가지는 해트 단면을 가지는 프레스 성형품을 대상으로 한다. 이 때문에, 특허 문헌 1에 의해 개시된 발명에서는, 세로벽이 길이 방향에서 만곡하는 프레스 성형품을 제조할 수는 없다.
이 때문에, (a) 프레스 성형된 복수의 분할 부품을 접합하여 조립하는 것, (b) 복수회의 프레스 성형(예를 들면, 얕은 드로잉 성형 후에 딥 드로잉 성형)을 행하는 것, (c) 강판의 강도를 저하시킴과 함께 판두께를 증가시키는 것, 또한, (d) 프레스 성형품의 형상을 프레스 성형 가능한 형상으로 설계 변경하는 것 등의 대책을 강구할 필요가 있다. 그러나, 어느 대책에 의해서도, 프레스 성형품의 제조 비용이 상승한다.
특허 문헌 2에는, 프레스 성형을 2회 행함으로써, 세로벽이 길이 방향에서 만곡하는 센터 필러 린포스먼트에 있어서의 플랜지의 주름이나, 천판의 폭이 길이 방향에서 변화함으로써 상면에서 보았을 때 L자형이나 T자형을 나타내는 프레스 성형품에 있어서의 천판의 주름을 막는 발명이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에 의해 개시된 발명에서는, 제1 프레스 성형에 의해, 만곡부를 얕은 드로잉 성형함으로써 플랜지의 주름이 없는 중간 성형품을 성형한다. 그리고, 제2 프레스 성형에 의해, 중간 성형품의 천판을 패드로 누르면서 패드 굽힘 성형한다. 이것에 의해, 천판 주름의 발생을 막으면서 센터 필러 린포스먼트를 성형한다.
특허 문헌 3에는, 길이 방향에서 만곡하는 프레스 성형품인 센터 필러 린포스먼트에 있어서 발생하는 플랜지의 주름과, 천판의 폭이 길이 방향에서 변화하는 상면에서 보았을 때 L자형이나 T자형의 프레스 성형품에 있어서의 천판의 주름을, 프레스 성형의 회수를 늘리지 않고, 방지하는 발명이 개시되어 있다.
특허 문헌 3에 의해 개시된 발명은, 제1 단계에 있어서 블랭크 홀더에 의한 누름을 행한다. 제2 단계에 있어서 드로잉 성형을 개시한다. 제3 단계에 있어서 드로잉 성형의 도중(성형 깊이 0~50%)에 천판의 패드 누름을 개시한다. 제1~3단계로 이루어지는 1회의 프레스 성형에 의해, 길이 방향에서 만곡하는 부품의 플랜지의 주름과, 길이 방향에서 천판의 폭이 변화하는 부품의 천판의 주름을 막는다.
특허 문헌 3에 의해 개시된 발명에서는, 금형의 배치의 역전이 발생하지 않는다. 즉, 펀치보다 위에 블랭크 홀더를 배치하고, 또한 블랭크 홀더보다 위에 상형 패드를 배치하여 프레스 성형을 개시한다. 그리고, 블랭크를 상형 다이 및 블랭크 홀더에 의해 유지하고 드로잉 성형을 행하는 도중에, 블랭크를 상형 패드 및 펀치에 의해 유지한다. 이것에 의해, 1회의 프레스 성형에서도, 플랜지의 주름과 천판의 주름을 방지할 수 있는 것으로 하고 있다.
일본국 특허 제5728334호 명세서 국제 공개 제2014/050973호 팜플렛 일본국 특허공개 2014-240078호 공보
특허 문헌 2에 의해 개시된 발명은 프레스 성형의 회수가 증가하기 때문에, 프레스 성형품의 제조 비용이 상승한다.
특허 문헌 3에 의해 개시된 발명을 실시하는 경우에, 본 발명자들의 검토에 의해 상정되는 성형 불량을, 도 22, 도 23(a) 및 도 23(b)를 참조하면서 설명한다.
도 22는, 특허 문헌 3에 의해 개시된 발명에서 상정되는, 천판의 주름의 발생 개소를 나타내는 설명도이다. 도 22의 A-A 단면도에 나타내는 바와 같이, 특허 문헌 3에 의해 개시된 발명은, 블랭크 홀더(1)와 상형 다이(2)에 의한 블랭크 홀드 후에 패드(3)와 펀치(4)에 의한 패드 누름을 행한다. 이 때문에, 세로벽의 높이가 길이 방향에서 변화하는 프레스 성형품을 제조하는 경우에, 성형품(5)의 천판(5a)에 천판 주름이 드로잉 성형 시에 발생하는 재료 여분에 의해 발생하는 것이 상정된다.
도 23(a) 및 도 23(b)는, 특허 문헌 3에 의해 개시된 발명에서 상정되는, 세로벽의 주름의 발생 상황을 나타내는 설명도이다. 도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 성형하려고 하는 프레스 성형품의 세로벽의 높이가 길이 방향에서 크게 변화하는 경우(예를 들면, 도 23(a)에 있어서의 각도(θ)가 80° 초과인 경우), 패드(3)와 펀치(4)에 의해 금속판(6)을 유지하는 높이 위치(YA)와, 상형 다이(2)와 블랭크 홀더(1)에 의해 금속판(6)을 유지하는 높이 위치(YB)의 상하 관계가 역전하는 단면 개소(이하, 「상하 역전 단면 개소」라고 한다)가 불가피적으로 발생한다.
그 후에 드로잉 성형을 행하면, 과잉한 재료 여분이, 도 23(a)에 있어서의 수직 방향의 패드(3)와 펀치(4)에 의해 금속판(6)을 유지하는 수평 위치(XA)와, 상형 다이(2)와 블랭크 홀더(1)에 의해 금속판(6)을 유지하는 수평 위치(XB) 사이에서 발생한다. 이 때문에, 금속판(6)의 인장 강도와 상형 다이(2) 및 블랭크 홀더(1)가 금속판(6)을 유지하는 힘의 관계에 따라서는 금속판(6)이 좌굴(挫屈)하여, 도 23(b)에 나타내는 바와 같이 세로벽의 주름이 발생하는 것이 상정된다.
본 발명의 목적은, 인장 강도가 400MPa 이상인, 주로 자동차 차체의 강도 부재용 또는 보강 부재용의 프레스 성형품을, 천판의 주름이나 세로벽의 주름을 발생시키지 않고, 1회의 프레스 성형에 의해 제조할 수 있는, 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제조 대상인 프레스 성형품은, 제1 방향으로 연장되어 존재한다. 이 프레스 성형품은, 프레스 방향을 따라 또한 제1 방향에 교차하는 프레스 방향 단면에 있어서의 형상이, 천판, 이 천판에 연결되는 능선, 이 능선에 연결되는 세로벽 및 이 세로벽에 연결되는 플랜지를 가지는 단면 형상이다.
이 프레스 성형품은, 프레스 방향으로부터 본 상면에서 보았을 때 또는 프레스 방향에 교차하는 방향으로부터 본 측면에서 보았을 때 중 한쪽 또는 쌍방에 있어서 제1 방향에 있어서 만곡하는 만곡 형상부를 적어도 하나 가진다. 이 프레스 성형품은, 만곡 형상부를 포함하는 제1 부분과, 제1 부분에 연속하는 제2 부분을 가진다. 또한, 제2 부분의 세로벽의 최소 높이는 제1 부분의 세로벽의 최대 높이 이상이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하에 열기하는 지견 A, B를 얻고, 본 발명을 완성했다.
(A) 1회의 프레스 성형 중에 단계를 나누어 성형한다. 구체적으로는, 프레스 성형품의 세로벽의 높이가 제1 방향에서 변화하는 경우, 패드 및 펀치에 의해 금속판을 유지하는 타이밍과, 다이 및 블랭크 홀더에 의해 금속판을 유지하는 타이밍에 주목한다. 그리고, 패드 및 펀치에 의해 금속판을 유지하는 높이 위치와, 다이와 블랭크 홀더에 의해 금속판을 유지하는 높이 위치의 관계를 제1 방향의 적어도 하나의 프레스 방향 단면에 있어서 상하 역전시킨다. 이것에 의해, 플랜지 및 천판 각각에 주름을 일으키지 않고, 상기의 프레스 성형품을 제조할 수 있다.
(B) 즉, 1회의 프레스 성형의 제1 단계에서, 길이 방향의 적어도 하나의 성형 단면에 있어서, 프레스 성형품의 천판 및 플랜지에 주름이 발생하지 않도록 금속판에 있어서의 천판으로 성형되는 부분을 패드 및 펀치에 의해 유지하고, 또한, 금속판에 있어서의 플랜지로 성형되는 부분을 다이 및 블랭크 홀더에 의해 유지하여 패드 홀드를 완료한다.
그 후의 제2 단계에서, 제1 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서 금속판에 있어서의 천판으로 성형되는 부분을 패드 및 펀치에 의해 유지함과 함께, 금속판에 있어서의 플랜지로 성형되는 부분을 다이 및 블랭크 홀더에 의해 유지하면서, 패드 드로잉 성형한다.
이것에 의해, 특허 문헌 3에 의해 개시된 발명과는 상이하게, 1회의 프레스 성형의 도중에 제1 방향에 대해서 금형의 배치가 상하로 역전해도, 상기의 프레스 성형품을, 천판의 주름이나 세로벽의 주름을 일으키지 않고, 제조할 수 있다.
본 발명은 이하에 열기한 대로이다.
(1) 펀치 및 블랭크 홀더와, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더에 대향해서 배치되는 패드 및 다이를 이용하여, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와 상기 패드 및 상기 다이 사이에 배치되는, 인장 강도가 400MPa 이상인 강판, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판인 금속판에 프레스 가공을 행함으로써 프레스 성형품을 제조하는 방법으로서,
상기 프레스 성형품은, 제1 방향으로 연장되어 존재하고, 프레스 방향을 따라 또한 제1 방향에 교차하는 프레스 방향 단면에 있어서의 형상이, 천판, 상기 천판에 연결되는 능선, 상기 능선에 연결되는 세로벽 및 상기 세로벽에 연결되는 플랜지를 가지는 단면 형상이며, 상기 프레스 방향으로부터 본 상면에서 보았을 때 또는 상기 프레스 방향에 교차하는 방향으로부터 본 측면에서 보았을 때 중 한쪽 또는 쌍방에 있어서 상기 제1 방향에 있어서 만곡하는 만곡 형상부를 적어도 하나 가지며, 상기 만곡 형상부를 포함하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 연속하는 제2 부분을 가짐과 함께, 상기 제2 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최소 높이는, 상기 제1 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최대 높이 이상이며,
패드 홀드 상태로 하는 제1 단계와, 상기 제1 단계의 완료 후에, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와, 상기 패드 및 상기 다이를 이용하여 패드 드로잉 성형을 행하는 제2 단계를 포함하고,
상기 패드 홀드 상태에서는,
상기 금속판에 있어서의 상기 천판으로 성형되는 부분이 상기 패드 및 상기 펀치에 의해 유지되고, 또한, 상기 금속판에 있어서의 상기 플랜지로 성형되는 부분이 상기 다이 및 상기 블랭크 홀더에 의해 유지되고,
상기 프레스 방향 단면 중 상기 금속판에 있어서의 상기 제1 부분으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 패드와 상기 펀치의 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하고,
상기 패드의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심, 및 상기 블랭크 홀더의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심을 이은 직선과, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 연장선이 이루는 예각인 상하 역전 단면 각도가 0° 초과 80° 이하인 것과 함께,
상기 프레스 방향 단면 중 상기 특정 프레스 방향 단면과는 상이한 상기 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
(2) 상기 제1 단계에 있어서, 상기 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 블랭크 홀더가 상기 세로벽의 최소 높이의 위치 이상의 높이 위치에서 대기하고, 그 후에 상기 다이가 최초로 상기 금속판에 대한 성형을 개시하는, (1)에 기재된 프레스 성형품의 제조 방법.
(3) 상기 제1 방향의 적어도 한 개소의 상기 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 패드가 최초로 상기 금속판에 대한 성형을 개시하는, (1) 또는 (2)에 기재된 프레스 성형품의 제조 방법.
(4) 상기 금속판은, 소재 금속판을 예비 가공한 중간 가공품인, (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 프레스 성형품의 제조 방법.
(5) (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 프레스 성형품에 후 성형을 행하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
(6) 펀치 및 블랭크 홀더와, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더에 대향해서 배치되는 패드 및 다이를 구비하고, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와 상기 패드 및 상기 다이 사이에 배치되는, 인장 강도가 400MPa 이상인 강판, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판인 금속판에 프레스 가공을 행함으로써 프레스 성형품을 제조하는 장치로서,
상기 프레스 성형품은, 제1 방향으로 연장되어 존재하고, 프레스 방향을 따라 또한 제1 방향에 교차하는 프레스 방향 단면에 있어서의 형상이, 천판, 상기 천판에 연결되는 능선, 상기 능선에 연결되는 세로벽 및 상기 세로벽에 연결되는 플랜지를 가지는 단면 형상이며, 상기 프레스 방향으로부터 본 상면에서 보았을 때 또는 상기 프레스 방향에 교차하는 방향으로부터 본 측면에서 보았을 때 중 한쪽 또는 쌍방에 있어서 상기 제1 방향에 있어서 만곡하는 만곡 형상부를 적어도 하나 가지며, 상기 만곡 형상부를 포함하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 연속하는 제2 부분을 가짐과 함께, 상기 제2 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최소 높이는, 상기 제1 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최대 높이 이상이며,
패드 홀드 상태로 하는 제1 단계와, 상기 제1 단계의 완료 후에, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와, 상기 패드 및 상기 다이가 패드 드로잉 성형을 행하는 제2 단계를 거쳐 상기 프레스 성형품을 제조하고,
상기 패드 홀드 상태에서는,
상기 패드 및 상기 펀치가 상기 금속판에 있어서의 상기 천판으로 성형되는 부분을 유지하고, 또한, 상기 다이 및 상기 블랭크 홀더가 상기 금속판에 있어서의 상기 플랜지로 성형되는 부분을 유지하고,
상기 프레스 방향 단면 중 상기 금속판에 있어서의 상기 제1 부분으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 패드와 상기 펀치의 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하고,
상기 패드의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심, 및 상기 블랭크 홀더의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심을 이은 직선과, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 연장선이 이루는 예각인 상하 역전 단면 각도가 0° 초과 80° 이하인 것과 함께,
상기 프레스 방향 단면 중 상기 특정 프레스 방향 단면과는 상이한 상기 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하는, 프레스 성형품의 제조 장치.
본 발명에 의하면, 제1 방향(길이 방향)으로 연장되어 존재하고, 적어도 상기 단면 형상을 가지며, 상기 만곡 형상부를 적어도 하나 가지며, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 가짐과 함께, 인장 강도가 400MPa 이상인 프레스 성형품을, 천판의 주름이나 세로벽의 주름을 발생시키지 않고, 1회의 프레스 성형에 의해 제조할 수 있다.
도 1a는, 실시 형태의 제조 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 1b는, 본 발명의 착안 포인트가 되는 상하 역전 단면 금형의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 1c는, 실시 형태의 제조 장치에 의해 제조되는 프레스 성형품의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2a는, 패드의 맞닿음면에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심, 및 블랭크 홀더의 맞닿음면에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심을 이은 직선과, 패드에 있어서의 블랭크와의 맞닿음면의 연장선이 이루는 예각인 상하 역전 단면 각도(θ)를 나타내는 설명도이다.
도 2b는, 실시 형태에 의한 성형 과정의 개략을 나타내는 설명도이며, 실시 형태에 의한 성형 과정을 나타내는 측면도와, 이 측면도 중의 secA, secB, secC, secD의 단면도이다.
도 2c는, 실시 형태에 의한 성형 과정의 개략을 나타내는 설명도이며, 실시 형태에 의한 성형 과정을 나타내는 측면도와, 이 측면도 중의 secA, secB, secC, secD의 단면도이다.
도 2d는, 실시 형태에 의한 성형 과정의 개략을 나타내는 설명도이며, 실시 형태에 의한 성형 과정을 나타내는 측면도와, 이 측면도 중의 secA, secB, secC, secD의 단면도이다.
도 2e는, 실시 형태에 의한 성형 과정의 개략을 나타내는 설명도이며, 실시 형태에 의한 성형 과정을 나타내는 측면도와, 이 측면도 중의 secA, secB, secC, secD의 단면도이다.
도 3(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치를 나타내는 설명도이며, 도 3(b)는, 제조 장치를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
도 4(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치를 나타내는 설명도이며, 도 4(b)는, 제조 장치를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
도 5(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치를 나타내는 설명도이며, 도 5(b)는, 제조 장치를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
도 6(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치를 나타내는 설명도이며, 도 6(b)는, 제조 장치를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
도 7(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치를 나타내는 설명도이며, 도 7(b)는, 제조 장치를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
도 8(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치를 나타내는 설명도이며, 도 8(b)는, 제조 장치를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
도 9(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20A)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 9(b)는, 프레스 성형품(20A)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 10(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20B)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 10(b)는, 프레스 성형품(20B)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 11(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20C)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 11(b)는, 프레스 성형품(20C)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 12(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20D)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 12(b)는, 프레스 성형품(20D)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 13(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20E)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 13(b)는, 프레스 성형품(20E)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 14(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20F)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 14(b)는, 프레스 성형품(20F)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 15(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20G)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 15(b)는, 프레스 성형품(20G)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 16(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20H)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 16(b)는, 프레스 성형품(20H)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 17(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20I)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 17(b)는, 프레스 성형품(20I)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 18(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20J)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 18(b)는, 프레스 성형품(20J)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 19(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20K)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 19(b)는, 프레스 성형품(20K)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 20(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20L)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 20(b)는, 프레스 성형품(20L)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 21(a)는, 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20M)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 21(b)는, 프레스 성형품(20M)의 이면도(상면도 및 측면도)이다.
도 22는, 특허 문헌 3에 의해 개시된 발명에서 상정되는, 천판의 주름의 발생 개소를 나타내는 설명도이다.
도 23(a) 및 도 23(b)는, 특허 문헌 3에 의해 개시된 발명에서 상정되는, 세로벽의 주름의 발생 상황을 나타내는 설명도이다.
첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
1. 본 발명의 실시 형태에 따른 제조 장치(10)의 구성
도 1a는, 제조 장치(10)의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 1b는, 본 발명의 포인트가 되는 제조 장치(10)에 있어서의 상하 역전 단면 금형의 구조를 나타내는 설명도이며, 본 실시 형태에 있어서의 패드 홀드 상태에 있어서의 단면 및 금형 구조, 및 블랭크(15)를 나타낸다. 또한, 도 1c는, 제조 장치(10)에 의해 제조되는 프레스 성형품(20)의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 1a, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 제조 장치(10)는, 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와, 패드(13) 및 다이(14)를 구비한다. 패드(13) 및 다이(14)는 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)에 대향해서 배치된다.
펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14) 중 어느 하나 또는 모두는, 후술하는 제1 방향에서 복수로 분할되어 있어도 된다. 이 경우, 분할된 펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14) 각각의 구성 요소를, 동기시켜 일체적으로 동작시켜도 되고, 동기시키지 않고 상대 이동을 수반하면서 동작시켜도 된다.
제조 장치(10)는, 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와 패드(13) 및 다이(14) 사이에 배치되는 금속판(이하, 「블랭크」라고 한다)(15)에 프레스 가공을 행함으로써, 프레스 성형품(20)을 제조한다.
블랭크(15)는, 예를 들면, 스탬핑 가공, 드로잉 성형 가공, 굽힘 성형 가공, 블랭킹 가공, 트림 가공, 또한, 펀칭 가공에 의한 좌면, 비드, 능선, 구멍, 절결 등의 예비 가공이 행해져 있어도 된다. 또, 프레스 성형품(20)은, 리스트라이크 및 트림, 피어스 등의 후 가공이 행해져도 된다. 또한, 예비 가공, 후 가공의 종류는, 이들로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.
블랭크(15)는, 특별히 한정되지 않지만 고강도재인 것이 바람직하고, 400~2000MPa의 인장 강도를 가지는 강판, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판이다. 강판제의 블랭크(15)의 인장 강도는, 바람직하게는 440MPa 이상이며, 보다 바람직하게는 590MPa 이상이며, 더 바람직하게는 780MPa 이상이며, 더 한층 바람직하게는 980MPa 이상이며, 가장 바람직하게는 1180MPa 이상이다.
2. 본 실시 형태에 의해 제조되는 프레스 성형품(20)
프레스 성형품(20)은, 제1 방향(도 1c 중의 양쪽 화살표 방향이며 프레스 성형품(20)의 길이 방향)으로 연장되어 존재한다. 프레스 성형품(20)은, 길이 방향의 전역에 있어서, 천판(21)과, 2개의 능선(22)과, 2개의 세로벽(23)과, 2개의 플랜지(25)를 적어도 가지는 단면 형상(프레스 성형품(20)에서는 해트형의 단면 형상)을 가진다. 2개의 능선(22)은 천판(21)에 연결된다. 2개의 세로벽(23)은 2개의 능선(22)에 각각 연결된다. 또한, 2개의 플랜지(25)는 2개의 세로벽(23)에 각각 연결된다. 프레스 성형품(20)은, 천판(21)과, 1개의 능선(22)과, 1개의 세로벽(23)과, 1개의 플랜지(25)를 적어도 가지는 단면 형상을 가지고 있으면 된다.
프레스 성형품(20)의 세로벽(23)의 높이(h)(프레스 방향의 길이)가 제1 방향에서 변화한다. 세로벽(23)의 높이(h)의 차의 최대값이 5mm 미만이면, 본 발명을 실시하지 않아도 성형할 수 있다. 한편, 세로벽(23)의 높이(h)의 차의 최대값이 150mm 초과이면, 본 발명을 실시해도 주름이나 균열이 천판(21)이나 세로벽(23), 또한 플랜지(25)에 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 세로벽(23)의 높이(h)의 차의 최대값은 5~150mm인 것이 바람직하다.
프레스 성형품(20)의 길이 방향의 전체 길이(프레스 방향으로부터의 투영 길이)에 대한, 세로벽(23)의 높이(h)의 차의 최대값의 비{(높이(h)의 차의 최대값)/(전체 길이)}의 값이 0.005 미만이면, 본 발명을 실시하지 않아도 성형할 수 있다. 한편, 이 비의 값이 0.200 초과이면, 본 발명을 실시해도 주름이나 균열이 천판(21)이나 세로벽(23), 또한 플랜지(25)에 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 이 비의 값은 0.005~0.200인 것이 바람직하다.
프레스 성형품(20)은 적어도 하나의 만곡 형상부(24)를 가진다. 만곡 형상부(24)는, 세로벽(23)에 교차하는 방향으로부터의 측면에서 보았을 때(B화살표 방향에서 보았을 때), 제1 방향에 대해서 만곡한다. 만곡 형상부(24)의 곡률반경(R)의 최소값이 30mm 미만이면, 본 발명을 실시해도 주름이나 균열이 천판(21)이나 세로벽(23), 또한 플랜지(25)에 발생할 우려가 있다. 한편, 곡률반경(R)의 최소값이 5000mm 초과이면, 본 발명을 실시하지 않아도 성형할 수 있다. 이 때문에, 만곡 형상부(24)의 곡률반경(R)의 최소값은 30~5000mm인 것이 바람직하다.
프레스 성형품(20)은, 만곡 형상부(24)와 함께, 혹은 만곡 형상부(24) 대신에, 천판(21)에 교차하는 방향으로부터의 상면에서 보았을 때(A화살표 방향에서 보았을 때) 길이 방향에 대해서 만곡하는 적어도 하나의 만곡 형상부를 가지고 있어도 된다.
프레스 성형품(20)은, 제1 부분(26) 및 제2 부분(27)을 가진다. 제1 부분(26) 및 제2 부분(27)은, 제1 부분(26)이 2개의 제2 부분(27) 사이에 위치하는 상태로, 제1 방향으로 늘어서 존재한다. 제1 부분(26)은 만곡 형상부(24)를 포함한다. 2개의 제2 부분(27)의 세로벽(23)의 최소 높이의 쌍방은, 제1 부분(26)의 세로벽(23)의 최대 높이 이상이다.
만곡 형상부(24)는, 제1 방향으로 이격하여 2개 이상 존재해도 되고, 제1 방향으로 인접하여 2개 이상 존재해도 된다.
프레스 성형품(20)은, 이하에 열기하는 치수를 가지는 것이 바람직하다.
판두께: 0.4~6.0mm
천판(21)의 폭: 30~2000mm
세로벽(23)의 높이: 20~500mm
플랜지(25)의 폭: 10~100mm
제1 방향으로의 세로벽(23)의 높이의 차의 최대값: 5~150mm
만곡 형상부(24)의 곡률반경(R)의 최소값: 30~5000mm
프레스 성형품(20)은, 상술한 바와 같이, 400MPa 이상의 높은 인장 강도를 가짐에도 불구하고, 세로벽(23)의 높이가 제1 방향에서 변화함과 함께 만곡 형상부(24)를 적어도 하나 가진다는 복잡한 형상을 가진다. 이 때문에, 프레스 성형품(20)의 단면 형상의 자유도가 충분히 확보된다.
이 때문에, 프레스 성형품(20)은, 자동차 차체의 구성 부재 중 예를 들면 해트형의 단면 형상을 가지는 강도 부재나 보강 부재(예를 들면, 프론트 필러 린포스먼트나 센터 필러 린포스먼트, 프론트 사이드 멤버 리어, 리어 사이드 멤버, 크로스 멤버)로서 매우 적합하다.
3. 제조 장치(10)의 상세 구성
패드(13) 및 펀치(11)는, 블랭크(15)에 있어서의, 프레스 성형품(20)의 천판(21)으로 성형되는 부분을 유지하는 기능을 가진다. 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)는, 블랭크(15)에 있어서의, 프레스 성형품(20)의 플랜지(25)로 성형되는 부분을 유지하는 기능을 가진다. 또한, 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와, 패드(13) 및 다이(14)는, 패드 홀드 완료 후에 블랭크(15)에 패드 드로잉 성형을 행하는 기능을 가진다.
도 2a는, 패드(13)의 블랭크(15)와의 맞닿음면(13a)에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심(13b), 및, 블랭크 홀더(12)의 블랭크(15)와의 맞닿음면(12a)에 있어서의 모서리(R) 단부의 중심(12b)을 이은 직선(m)과, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면(13a)의 연장선(n)이 이루는 예각인 상하 역전 단면 각도(θ)를 나타내는 설명도이다.
패드(13) 및 펀치(11)와, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)는, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 프레스 방향 단면 중 블랭크(15)에 있어서의 제1 부분(26)으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 블랭크 홀더(12)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치가, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치보다, 패드(13)와 펀치(11)의 나열 방향에서 패드(13)가 존재하는 측에 위치한다.
또한, 패드(13) 및 펀치(11)와, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)는, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 상하 역전 단면 각도(θ)를 0°<θ≤80°로 하여 패드 홀드를 완료한다.
그리고, 패드(13) 및 펀치(11)와, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)는, 패드 홀드를 완료한 후에, 패드 드로잉 성형을 행하는 기능을 가진다.
상하 역전 단면 각도(θ)는 0° 초과 80° 이하이다. 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 초과이면, 패드(13), 펀치(11)와 다이(14), 블랭크 홀더(12)가 성형 이동하여 역전할 때에 블랭크(15)가 간섭하여 블랭크(15)가 좌굴하고, 프레스 성형품(20)의 세로벽(23)에 주름이 발생하기 때문에, 성형할 수 없다. 한편, 상하 역전 단면 각도(θ)가 0° 이하이면, 통상의 드로잉 성형이 된다. 이 때문에, 본 발명에서는, 상하 역전 단면 각도(θ)는 0° 초과 80° 이하이다.
상하 역전 단면 각도(θ)의 한계값은, 블랭크(15)의 인장 강도가 상승함에 수반하여 상승한다. 상하 역전 단면 각도(θ)의 값은, 블랭크(15)의 인장 강도가, 980MPa 이상인 경우에는 70° 이하로 하는 것이 바람직하고, 980MPa 미만의 인장 강도인 경우에는 60° 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 2a에 나타내는 바와 같이, 패드(13) 및 펀치(11)에 의해 블랭크(15)를 유지함으로써, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)에 의해 블랭크(15)를 유지하는 것을 완료시키는 단계를, 「패드 홀드 완료 단계」라고 한다.
제조 장치(10) 및 제조 방법에서는, 패드 홀드 완료 단계에 있어서의, 길이 방향의 적어도 1개소의 성형 단면에 있어서, 상하 역전 단면 각도(θ)가 0° 초과 80° 이하가 되는 범위에 있어서, 금형의 단면 형상을 변화시킨다. 이것에 의해, 천판(21)의 주름, 세로벽(22)의 주름, 및 플랜지(24)의 주름을 생성하지 않고, 프레스 성형품(20)을 성형할 수 있다.
도 2b~도 2e는, 모두, 본 실시 형태에 의한 성형 과정의 개략을 나타내는 설명도이며, 본 실시 형태에 의한 성형 과정을 나타내는 측면도와, 이 측면도 중의 secA, B, C, D의 단면도이다. 또한, 도 2b~도 2e는 각 금형의 성형면을 나타내고 있고, 사선부는 다이(14), 펀치(11)의 세로벽부를 나타낸다. 도 2b~도 2e에 있어서 패드(13), 블랭크 홀더(12)가 선(라인)으로서 그려져 있는 이유는, 이 예에서는 각 단면에서 패드(13), 블랭크 홀더(12)가 평탄하기 때문이다.
도 2d의 secD에 나타내는 바와 같이, 프레스 방향 단면 중 블랭크(15)에 있어서의 제1 부분(26)으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 블랭크 홀더(12)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치가, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치보다, 패드(13) 및 펀치(12)의 나열 방향에서 패드(13)가 존재하는 측에 위치한다.
이하, 본 실시 형태에 의한 프레스 성형품(20)의 성형 과정의 개략을 경시적으로 설명한다.
도 2b~도 2d는, 본 실시 형태에 따른 제조 방법의 제1 단계를 나타내고, 도 2e는, 본 실시 형태에 따른 제조 방법의 제2 단계를 나타낸다.
도 2b는, 성형 개시 전의 초기 단계(성형 상사점 위치에서의 펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14)의 배치)를 나타내고, 도 2c는, 패드(13) 및 펀치(11)에 의한 유지가 완료된 단계(패드 완료 상태 위치에서의 펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14)의 배치)를 나타내고, 도 2d는, 패드 홀드가 완료된 단계(패드 홀드 위치에서의 펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14)의 배치)를 나타내고, 또한, 도 2e는, 성형 하사점까지 도달하여, 성형 종료 후의 종료 단계(성형 하사점 위치에서의 펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14)의 배치)를 나타낸다.
도 2b에 나타내는 성형 개시 전의 초기 단계(성형 상사점 위치)에서는, secC에서 패드(13)가 블랭크(15)의 상면에 접촉한다. secA, secB 및 secD에서는 펀치(11), 블랭크 홀더(12), 패드(13), 다이(14) 모두가 블랭크(15)에는 접촉하지 않는다.
도 2c에 나타내는 패드(13) 및 펀치(11)에 의한 유지가 완료된 단계(패드 완료 상태 위치)에서는, secA~secC에 걸쳐 패드(13)가 블랭크(15)를 밀어넣고, 특히 secB 및 secC에서는 패드(13) 및 펀치(11)에 의해 블랭크(15)를 협지한다.
이것에 의해, 블랭크(15)에 있어서의 천판(21)으로 성형되는 부분에 있어서의 주름의 발생이 방지된다. secD에서는, 패드(13) 및 펀치(11)에 의해 블랭크(15)를 유지하지만, 블랭크(15)를 변형시키지 않는다.
길이 방향의 적어도 한 개소에 있어서의 성형 단면에 있어서, (a) 블랭크 홀더(12)가 프레스 성형품(20)의 세로벽(23)의 최소 높이 위치 이상의 높이 위치에서 대기하고 다이(14)가 최초로 블랭크(15)에 대한 성형을 개시하는 것, 또는, (b) 패드(13)가 최초로 블랭크(15)에 대한 성형을 개시하는 것이, 성형 시의 균열이나 주름이 보다 개선되기 때문에 바람직하다.
도 2d에 나타내는, 패드 홀드가 완료된 단계(패드 홀드 위치)에서는, secB에 있어서, 패드(13) 및 펀치(11)가 블랭크(15)에 있어서의 천판(21)으로 성형되는 부분을 유지함과 함께, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)가 블랭크(15)에 있어서의 플랜지(25)로 성형되는 부분을 유지한다.
즉, 패드 홀드 완료 시에는, 블랭크(15)는, secA, B, D에서는 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)에 의해 협지되고, secB~D에서는 펀치(11) 및 패드(13)에 의해 협지된다.
secA에서는, 패드(13)를 상방으로 보냄으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하가 된다. 또, secC에서는, 블랭크 홀더(12)를 하방으로 보냄으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하가 된다.
블랭크(15)는 400~2000MPa의 인장 강도를 가지는 고강도재이다. 이 때문에, secB에서는, 후술하는 제2 단계에서 다이(14)가 하강하면, 블랭크(15)의 플랜지(25)로 성형되는 부분에 작용하는 면방향의 힘이 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)의 압압력을 웃돌기 때문에, 블랭크(15)가 이 부분에서 좌굴하지 않고 다이(14) 및 블랭크 홀더(12) 사이에서 슬라이드 이동하여, 블랭크(15)에 있어서의 플랜지(25)로 성형되는 부분이 금형 외측으로 밀려 나온다.
이것에 의해, 패드(13)와 블랭크 홀더(12) 사이에 존재하는 블랭크(15)에 과잉한 여분이 발생하지 않아, 세로벽 주름의 발생이 방지된다. 즉, 본 발명은, 블랭크(15)의 인장 강도가 높은 것을 이용하여, 세로벽 주름의 발생을 방지한다.
도 2e에 나타내는, 성형 종료 후의 종료 단계(성형 하사점 위치)에서는, 패드 홀드 완료 후에, 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와, 패드(13) 및 다이(14)를 이용하여 패드 드로잉 성형을 행함으로써, 프레스 성형품(20)이 제조된다.
프레스 부품(20)의 실제의 성형에서는, 적어도 길이 방향에 있어서의 1개소 이상의 단면에 있어서, 일부 패드(13)와 펀치(11), 및 다이(14)와 블랭크 홀더(12)에 의해 유지되지 않는 단면 개소가 존재해도 된다.
4. 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하의 달성 수단
도 3(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치(10-1)를 나타내는 설명도이며, 도 3(b)는, 제조 장치(10-1)를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다. 제조 장치(10-1)에서는, 패드(13)의 폭(w)을 작게 설정함으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성한다.
도 4(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치(10-2)를 나타내는 설명도이며, 도 4(b)는, 제조 장치(10-2)를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다. 제조 장치(10-2)에서는, 블랭크 홀더(12)의 폭을 다이(14)의 다이 R부(14a)로부터 멀어지도록 좁게 설정함으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성한다.
도 5(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치(10-3)를 나타내는 설명도이며, 도 5(b)는, 제조 장치(10-3)를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다. 제조 장치(10-3)에서는, 패드(13)를 상방에 배치함으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성한다.
또한, 도 6(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치(10-4)를 나타내는 설명도이며, 도 6(b)는, 제조 장치(10-4)를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다. 제조 장치(10-4)에서는, 블랭크 홀더(12)를 하방에 배치함으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성한다.
도 3~6에 나타내는 이들 수단에 의해 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성할 수 있다.
도 7(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치(10-5)를 나타내는 설명도이며, 도 7(b)는, 제조 장치(10-5)를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다.
제조 장치(10-5)에서는, 펀치(11)의 펀치어깨 R부(11a)의 곡률반경을 크게 설정함으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성한다. 상하 역전 단면 각도(θ): 80° 이하를 유지할 수 있는 범위에서 패드(13)의 폭(w)을 크게 설정해도 된다.
도 8(a)는, 상하 역전 단면 각도(θ)가 80° 이하가 되는 역성형 금형을 가지는 제조 장치(10-6)를 나타내는 설명도이며, 도 8(b)는, 제조 장치(10-6)를 부분적으로 뽑아내어 확대해 나타내는 설명도이다. 제조 장치(10-6)에서는, 다이(14)의 다이 R부(14a)의 곡률반경을 크게 설정함으로써, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성한다. 상하 역전 단면 각도(θ): 80° 이하를 유지할 수 있는 범위에서 블랭크 홀더(12)의 폭을 다이 R부(14a)에 접근하도록 넓게 설정해도 된다.
5. 본 실시 형태에 따른 제조 방법
본 실시 형태에 따른 제조 방법은, 상술한 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와, 패드(13) 및 다이(14)를 이용하여 블랭크(15)에 프레스 가공을 행함으로써, 프레스 성형품(20)을 제조한다. 이 제조 방법은, 패드 홀드 상태로 하는 제1 단계와, 제1 단계의 완료 후에, 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와, 패드(13) 및 다이(14)를 이용하여 패드 드로잉 성형을 행하는 제2 단계를 포함한다.
제1 단계: 패드(13) 및 펀치(11)에 의해 블랭크(15)에 있어서의 천판(21)으로 성형되는 부분을 유지함과 함께, 다이(14) 및 블랭크 홀더(12)에 의해 블랭크(15)에 있어서의 플랜지(25)로 성형되는 부분을 유지하면서, 이하에 규정하는 조건 1~3을 만족하며, 패드 홀드 상태로 한다.
(조건 1) 프레스 방향 단면 중 블랭크(15)에 있어서의 제1 부분(26)으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 블랭크 홀더(12)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치를, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치보다, 패드(13) 및 펀치(11)의 나열 방향에서 패드(13)가 존재하는 측에 위치시킨다.
(조건 2) 예를 들면, 도 3(a) 및 도 3(b), 도 4(a) 및 도 4(b), 도 5(a) 및 도 5(b), 도 6(a) 및 도 6(b), 도 7(a) 및 도 7(b), 또는, 도 8(a) 및 도 8(b)에 의해 나타내는 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하의 달성 수단, 혹은 이들 달성 수단의 조합에 의해, 상하 역전 단면 각도(θ)를 0° 초과 80° 이하로 한다.
(조건 3) 프레스 방향 단면 중 특정 프레스 방향 단면과는 상이한 프레스 방향 단면에 있어서, 패드(13)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치를, 블랭크 홀더(12)에 있어서의 블랭크(15)와의 맞닿음면의 프레스 방향에서의 위치보다, 패드(13) 및 펀치(11)의 나열 방향에서 패드(13)가 존재하는 측에 위치시킨다.
제2 단계: 제1 단계에서 패드 홀드 상태로 한 후에, 펀치(11) 및 블랭크 홀더(12)와, 패드(13) 및 다이(14)를 이용하여 패드 드로잉 성형을 행함으로써, 프레스 성형품(20)을 제조한다.
또한, 제1 단계 및 제2 단계를 거쳐 제조된 프레스 성형품(20)에 후 가공을 행해도 된다.
이와 같이 하여, 본 실시 형태에 의하면 프레스 성형품(20)을, 천판 주름이나 세로벽 주름을 발생시키지 않고, 1회의 프레스 성형에 의해 제조할 수 있다. 또, 본 실시 형태에 의하면, 역전 성형을 행하여 재료 여분을 발생시킴으로써, 균열의 저감을 도모할 수도 있다.
프레스 성형품(20)의 세로벽(23)의 높이(h)의 차가 큰 경우, 측면에서 보았을 때에 있어서 다이(14)의 다이 페이스면과 패드(13)의 패드면의 실루엣을 맞출 필요가 있다. 본 실시 형태의 역전 성형을 행함으로써, 스텝 드로잉 등에 의한 다이 페이스면과 패드면의 높이 맞춤을 필요로 하지 않기 때문에, 재료 수율을 개선할 수 있다.
[실시예]
도 9(a)~도 21(a)는, 본 실시예에서 제조한 프레스 성형품(20A~20M)의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 9(b)~도 21(b)는, 프레스 성형품(20A~20M)의 이면도(상면도 및 측면도)이다. 또한, 도 9(b)~도 21(b)에 기재되어 있는 치수의 단위는 mm이다. 또, 도 9(a)~도 21(a)에 있어서의 파선으로 둘러싸인 범위는, 상하 역단면 성형 범위를 나타낸다.
표 1에 나타내는 재질(소재 금속판 종류, 판두께, 인장 강도)의 소재 금속판에, 패드 및 펀치와, 블랭크 홀더 및 상형 다이를 가지는 금형 유닛을 이용하여 프레스 성형을 행함으로써, 표 1에 나타내는 프레스 성형품(20A~20M) 중 어느 하나의 형상을 가지는 본 발명예 1~17 및 비교예 1~4의 프레스 성형품을 제조했다.
도 9에 나타내는, 본 발명예 1 및 비교예 3의 프레스 성형품(20A)은, 상면에서 보았을 때 한쪽 측으로의 오목 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 1에서는, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 10에 나타내는, 본 발명예 2 및 비교예 4의 프레스 성형품(20B)은, 상면에서 보았을 때 볼록해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 2에서는, 도 3에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 11에 나타내는, 본 발명예 3의 프레스 성형품(20C)은, 상면에서 보았을 때 직선이 됨과 함께 측면에서 보았을 때 볼록해지는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 3에서는, 도 5에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 12에 나타내는, 본 발명예 4의 프레스 성형품(20D)은, 상면에서 보았을 때 직선이 됨과 함께 측면에서 보았을 때 오목해지는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 4에서는, 도 6에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 13에 나타내는, 본 발명예 5, 9~14의 프레스 성형품(20E)은, 상면에서 보았을 때 오목해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 5, 9~14에서는, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 14에 나타내는, 본 발명예 6의 프레스 성형품(20F)은, 상면에서 보았을 때 직선이 됨과 함께 측면에서 보았을 때 볼록해지는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 6에서는, 도 5에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 15에 나타내는, 본 발명예 7의 프레스 성형품(20G)은, 상면에서 보았을 때 직선이 됨과 함께 측면에서 보았을 때 오목해지는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 7에서는, 도 6에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 16에 나타내는, 본 발명예 8의 T형의 프레스 성형품(20H)은, 상면에서 보았을 때 오목해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 8에서는, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 17에 나타내는, 비교예 1의 프레스 성형품(20I)은, 상면에서 보았을 때 한쪽 측으로 오목해지는 만곡 형상부(24)를 가진다. 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용했지만, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성할 수 없었다.
도 18에 나타내는, 비교예 2의 프레스 성형품(20J)은, 상면에서 보았을 때 볼록해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가진다. 도 3에 나타내는 역성형 금형을 이용했지만, 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성할 수 없었다.
도 19에 나타내는, 본 발명예(15)의 프레스 성형품(20K)은, 상면에서 보았을 때 오목해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가짐과 함께, 블랭크에 있어서의 천판(21)으로 성형되는 부분에 좌면을 부여하는 예비 가공이 행해져 있다. 본 발명예(15)에서는, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
도 20에 나타내는, 본 발명예 16의 프레스 성형품(20L)은, 상면에서 보았을 때 오목해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가지며, 후 가공으로서 리스트라이크 성형이 행해진 것이다. 본 발명예 16에서는, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
또한, 도 21에 나타내는, 본 발명예 17의 프레스 성형품(20M)은, 상면에서 보았을 때 오목해짐과 함께 측면에서 보았을 때 직선이 되는 만곡 형상부(24)를 가진다. 본 발명예 17에서는, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여 상하 역전 단면 각도(θ): 0° 초과 80° 이하를 달성했다.
표 1에는, 본 발명예 1~17 및 비교예 1~4의 프레스 성형품의 형상으로서 「길이 방향의 전체 길이, 세로벽 높이 최대값, 세로벽 높이 최소값, 세로벽 높이차, 천판 폭의 최소값, 프레스 성형품 최대폭, 상면에서 보았을 때의 형상, 측면에서 보았을 때의 형상, 만곡 형상부 곡률반경」을 나타내고, 제조 조건으로서 「상하 역전 단면 각도(θ), 역성형 금형(이용한 금형을 나타내는 도면의 번호), 예비 가공 및 후 가공의 유무」를 나타냄과 함께, 성형 후의 평가로서 「플랜지부, 천판부, 세로벽부의 주름 유무 평가, 또, 플랜지부, 천판부, 세로벽부의 균열 유무 평가」를 나타낸다. 또한, 표 1의 밑줄은, 본 발명의 범위 밖인 것, 또는 평가 결과가 좋지 않은 것을 나타낸다.
Figure pct00001
본 발명예 1~4는, 도 4, 3, 5, 6에 나타내는 역성형 금형을 이용하여, 상하 역전 단면 각도를 30°로 하여 패드 홀드를 완료한 후에 패드 드로잉 성형을 행함으로써 제조되었다. 이 때문에, 천판, 세로벽 및 플랜지 중 어느 것에도 균열이나 주름이 발생하지 않고, 양호하게 성형할 수 있었다.
비교예 1, 2는, 세로벽 높이차가 190mm이며, 상하 역전 단면 각도가 85°에서 패드 홀드를 행했다. 이 때문에, 세로벽의 주름이 발생했다.
비교예 3, 4는, 역성형 금형을 사용하지 않고, 상하 역전 단면 각도를 -20°, -30°로 하여 패드 홀드를 행했다. 이 때문에, 천판의 주름이 발생했다.
본 발명예 5~8은, 도 4, 5, 6, 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여, 상하 역전 단면 각도를 50, 45, 45, 50°로 하여 패드 홀드를 완료한 후에 패드 드로잉 성형을 행함으로써 제조되었다. 이 때문에, 천판, 세로벽 및 플랜지 중 어느 것에도 균열이나 주름이 발생하지 않고, 양호하게 성형할 수 있었다.
본 발명예 9~14는, 블랭크의 재질의 변경이나 종류를 변경하고, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여, 상하 역전 단면 각도를 20, 30, 50, 60, 70, 20°로 하여 패드 홀드를 완료한 후에 패드 드로잉 성형을 행함으로써 제조되었다. 이 때문에, 천판, 세로벽 및 플랜지 중 어느 것에도 균열이나 주름이 발생하지 않고, 양호하게 성형할 수 있었다.
본 발명예(15)는, 예비 가공으로서, 상형과, 상형의 성형면으로부터 판두께분 오프셋한 면을 가지는 하형을 이용하여 성형을 행하는 스탬핑 가공에 의해 천판에 좌면을 부여했다. 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여, 상하 역전 단면 각도를 30°로 하여 패드 홀드를 완료한 후에 패드 드로잉 성형을 행함으로써 제조되었다. 이 때문에, 천판, 세로벽 및 플랜지 중 어느 것에도 균열이나 주름이 발생하지 않고, 양호하게 성형할 수 있었다.
본 발명예 16은, 후 가공으로서, 상형과, 상형의 성형면으로부터 판두께분 오프셋한 면을 가지는 하형을 이용하여 성형을 행하는 리스트라이크에 의해 형상 비드를 부여한 경우이다. 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여, 상하 역전 단면 각도를 30°로 하여 패드 홀드를 완료한 후에 패드 드로잉 성형을 행함으로써 제조되었다. 이 때문에, 천판, 세로벽 및 플랜지 중 어느 것에도 균열이나 주름이 발생하지 않고, 양호하게 성형할 수 있었다.
또한, 본 발명예 17은, 도 4에 나타내는 역성형 금형을 이용하여, 상하 역전 단면 각도를 40°로 하여 패드 홀드를 완료한 후에 패드 드로잉 성형을 행함으로써 제조되었다. 이 때문에, 천판, 세로벽 및 플랜지 중 어느 것에도 균열이나 주름이 발생하지 않고, 양호하게 성형할 수 있었다.
10 본 발명에 따른 제조 장치 11 펀치
12 블랭크 홀더 12a 맞닿음면
13 패드 13a 맞닿음면
14 다이 15 블랭크
20, 20A~20M 프레스 성형품 21 천판
22 능선 23 세로벽
24 만곡 형상부 25 플랜지
26 제1 부분 27 제2 부분

Claims (6)

  1. 펀치 및 블랭크 홀더와, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더에 대향해서 배치되는 패드 및 다이를 이용하여, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와 상기 패드 및 상기 다이 사이에 배치되는, 인장 강도가 400MPa 이상인 강판, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판인 금속판에 프레스 가공을 행함으로써 프레스 성형품을 제조하는 방법으로서,
    상기 프레스 성형품은, 제1 방향으로 연장되어 존재하고, 프레스 방향을 따라 또한 제1 방향에 교차하는 프레스 방향 단면에 있어서의 형상이, 천판, 상기 천판에 연결되는 능선, 상기 능선에 연결되는 세로벽 및 상기 세로벽에 연결되는 플랜지를 가지는 단면 형상이며, 상기 프레스 방향으로부터 본 상면에서 보았을 때 또는 상기 프레스 방향에 교차하는 방향으로부터 본 측면에서 보았을 때 중 한쪽 또는 쌍방에 있어서 상기 제1 방향에 있어서 만곡하는 만곡 형상부를 적어도 하나 가지며, 상기 만곡 형상부를 포함하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 연속하는 제2 부분을 가짐과 함께, 상기 제2 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최소 높이는, 상기 제1 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최대 높이 이상이며,
    패드 홀드 상태로 하는 제1 단계와, 상기 제1 단계의 완료 후에, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와, 상기 패드 및 상기 다이를 이용하여 패드 드로잉 성형을 행하는 제2 단계를 포함하고,
    상기 패드 홀드 상태에서는,
    상기 금속판에 있어서의 상기 천판으로 성형되는 부분이 상기 패드 및 상기 펀치에 의해 유지되고, 또한, 상기 금속판에 있어서의 상기 플랜지로 성형되는 부분이 상기 다이 및 상기 블랭크 홀더에 의해 유지되고,
    상기 프레스 방향 단면 중 상기 금속판에 있어서의 상기 제1 부분으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 패드와 상기 펀치의 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하고,
    상기 패드의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리 R 단부의 중심, 및 상기 블랭크 홀더의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리 R 단부의 중심을 이은 직선과, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 연장선이 이루는 예각인 상하 역전 단면 각도가 0° 초과 80° 이하인 것과 함께,
    상기 프레스 방향 단면 중 상기 특정 프레스 방향 단면과는 상이한 상기 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 단계에 있어서, 상기 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 블랭크 홀더가 상기 세로벽의 최소 높이의 위치 이상의 높이 위치에서 대기하고, 그 후에 상기 다이가 최초로 상기 금속판에 대한 성형을 개시하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 방향의 적어도 한 개소의 상기 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 패드가 최초로 상기 금속판에 대한 성형을 개시하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  4. 청구항 1 내치 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속판은, 소재 금속판을 예비 가공한 중간 가공품인, 프레스 성형품의 제조 방법.
  5. 청구항 1 내치 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 프레스 성형품에 후 성형을 행하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  6. 펀치 및 블랭크 홀더와, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더에 대향해서 배치되는 패드 및 다이를 구비하고, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와 상기 패드 및 상기 다이 사이에 배치되는, 인장 강도가 400MPa 이상인 강판, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판인 금속판에 프레스 가공을 행함으로써 프레스 성형품을 제조하는 장치로서,
    상기 프레스 성형품은, 제1 방향으로 연장되어 존재하고, 프레스 방향을 따라 또한 제1 방향에 교차하는 프레스 방향 단면에 있어서의 형상이, 천판, 상기 천판에 연결되는 능선, 상기 능선에 연결되는 세로벽 및 상기 세로벽에 연결되는 플랜지를 가지는 단면 형상이며, 상기 프레스 방향으로부터 본 상면에서 보았을 때 또는 상기 프레스 방향에 교차하는 방향으로부터 본 측면에서 보았을 때 중 한쪽 또는 쌍방에 있어서 상기 제1 방향에 있어서 만곡하는 만곡 형상부를 적어도 하나 가지며, 상기 만곡 형상부를 포함하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 연속하는 제2 부분을 가짐과 함께, 상기 제2 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최소 높이는, 상기 제1 부분에 있어서의 상기 세로벽의 최대 높이 이상이며,
    패드 홀드 상태로 하는 제1 단계와, 상기 제1 단계의 완료 후에, 상기 펀치 및 상기 블랭크 홀더와, 상기 패드 및 상기 다이가 패드 드로잉 성형을 행하는 제2 단계를 거쳐 상기 프레스 성형품을 제조하고,
    상기 패드 홀드 상태에서는,
    상기 패드 및 상기 펀치가 상기 금속판에 있어서의 상기 천판으로 성형되는 부분을 유지하고, 또한, 상기 다이 및 상기 블랭크 홀더가 상기 금속판에 있어서의 상기 플랜지로 성형되는 부분을 유지하고,
    상기 프레스 방향 단면 중 상기 금속판에 있어서의 상기 제1 부분으로 성형되는 부분에 존재하는 특정 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 패드와 상기 펀치의 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하고,
    상기 패드의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리 R 단부의 중심, 및 상기 블랭크 홀더의 상기 맞닿음면에 있어서의 모서리 R 단부의 중심을 이은 직선과, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 연장선이 이루는 예각인 상하 역전 단면 각도가 0° 초과 80° 이하인 것과 함께,
    상기 프레스 방향 단면 중 상기 특정 프레스 방향 단면과는 상이한 상기 프레스 방향 단면에 있어서, 상기 패드에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치가, 상기 블랭크 홀더에 있어서의 상기 금속판과의 맞닿음면의 상기 프레스 방향에서의 위치보다, 상기 나열 방향에서 상기 패드가 존재하는 측에 위치하는, 프레스 성형품의 제조 장치.
KR1020197012722A 2016-10-05 2017-10-05 프레스 성형품의 제조 방법 및 제조 장치 KR102220417B1 (ko)

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