KR20200108069A

KR20200108069A - 프레스 성형용의 금속판, 프레스 성형 장치 및 프레스 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200108069A
Application number: KR1020207024097A
Authority: KR
Inventors: 히로토 미야케; 토요히사 신미야; 유지 야마사키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-09-16
Also published as: CN111867747B; US20210114075A1; WO2019167791A1; MX2020008961A; CN111867747A; KR102339921B1; EP3760330A4; EP3760330A1; JP6590129B1; US11383286B2; JPWO2019167791A1

Abstract

평면에서 보아 만곡부를 1 또는 2 이상 갖는 해트형 단면 형상의 프레스 부품에 대해서, 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감 가능한 기술을 제공한다. 프레스 성형용의 금속판(10)은, 만곡부(1A)에 대응하는 영역에 있어서, 프레스 부품 형상(1)에서의 천판부(2)와 종벽부(3)와의 사이의 능선의 선 길이에, 능선에 대응하는 위치의 선 길이가 동일해지도록 하여, 프레스 부품 형상을 평면으로 전개한 전개 형상에 대하여, 만곡부(1A)에 대응하는 영역에 대해서, 만곡 볼록측의 플랜지부(4)가 되는 위치의 외연의 선 길이가, 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4) 외연의 선 길이에 근접하는 방향으로, 만곡부(1A)에 대응하는 영역과 다른 영역과의 경계 위치를, 천판부(2)와 만곡 오목측의 종벽부(3)와의 사이의 능선에 대응하는 위치보다도 만곡 오목측의 위치에 회전 중심(P)을 설정하여 면 내에서 회전 변위시킨 형상으로 했다.

Description

프레스 성형용의 금속판, 프레스 성형 장치 및 프레스 부품의 제조 방법

본 발명은, 천판부의 좌우 폭 방향으로 각각 연속하는 종벽부 및 플랜지부를 갖는 단면 해트형(hat-shaped) 형상이고, 또한 천판부의 길이 방향을 따라, 평면에서 보아 천판부의 폭 방향의 한쪽으로 만곡한 만곡부를 1 또는 2 이상 갖는 형상의 프레스 부품의 제조에 관한 기술이다. 특히, 본 발명은, 차량 골격 부품이 되는 프레스 부품의 제조에 적합한 기술이다.

자동차 골격 부품은, 예를 들면, 천판부의 폭 방향 양측으로 연속하는 종벽부 및 플랜지부를 가진 단면 해트형 형상으로 되어 있음과 함께, 천판부의 길이 방향의 적어도 일부에, 평면에서 보았을 때에 천판부 폭 방향의 한쪽으로 볼록해지도록 만곡한 만곡부를 1 이상 갖는 부품 형상으로 되어 있다. 이러한 부품 형상의 자동차 골격 부품을 금속판으로부터 프레스 성형하는 경우, 성형한 부품의 일부에 균열이나 주름이 생겨, 성형 불량을 일으킬 가능성이 있다. 또한, 상기와 같은 부품 형상으로 프레스 성형했을 때에, 이형 후의 성형품에 소정 이상의 스프링 백 등이 발생하기 쉽고, 치수 정밀도가 저하하는 등의 문제도 발생한다.

특히 최근의 자동차 골격 부품은, 차체 경량화와 충돌 안전성을 함께 달성하기 위해, 박육(薄肉)의 고장력 강판으로 이루어지는 금속판의 사용이 증가하고 있다. 그러나, 금속판의 재료 강도(인장 강도)가 증가함에 따라 금속판의 연성은 저하하고, 스프링 백이 커진다. 이 때문에, 고장력 강판을 단순하게 목적의 부품 형상으로 프레스 성형하면, 프레스 부품에, 균열이나 주름, 허용 이상의 스프링 백이 발생한다는 문제가 현재화한다.

예를 들면, 상기와 같은, 평면에서 볼 때 길이 방향을 따른 소정 개소에 천판부 폭 방향으로 만곡한 형상을 갖는 부품 형상으로 금속판을 프레스 성형한 경우, 평면에서 보아 만곡한 내측(만곡 오목측)의 플랜지부에서, 재료의 연성 부족에 의한 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 평면에서 보아 만곡한 외측(만곡 볼록측)의 플랜지부에서는, 재료의 여분에 의해 주름이 발생하기 쉽다. 또한, 스프링 백에 수반하는 단면의 벌어짐과 함께, 천판부와 플랜지부에 발생하는 길이 방향의 응력의 차에 기인하여, 성형한 프레스 부품이 3차원적으로 비틀어진다는, 치수 정밀도의 불량도 발생하기 쉽다. 이들 성형 불량 발생의 현상에 대하여, 종래, 몇 가지의 대책 기술이 제안되어 있다.

평면에서 볼 때 만곡한 프레스 부품 형상에 있어서의 만곡 내측의 플랜지부의 균열에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 대책 방법이 있다. 특허문헌 1에서는, 프레스 성형 시에 변형이 집중되지 않도록, 균열 위험부의 외연부에 대하여 만곡 오목측 방향을 향하여 돌출시킨 장출부를 갖는 금속판을 사용하는 것이 제안되어 있다.

또한, 평면에서 볼 때 만곡한 외측의 플랜지부의 주름에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 2에 기재된 대책 방법이 있다. 특허문헌 2에서는, 재료의 여분이 생기는 부분에 비드 형상을 부여함으로써 남은 선 길이를 없애, 주름을 억제하는 것이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 3∼5에서는, 제1 성형 공정에서 길이 방향을 따라 천판부 폭 방향으로 만곡한 중간 성형 부품에 프레스 성형할 때에, 천판부의 폭이 최종 제품 형상과 상이한 형상으로 이루어지는 중간 성형 부품으로 하고, 계속하여, 제2 성형 공정에서 중간 성형 부품의 형상이 최종 제품 형상이 되도록 프레스 성형한다. 이에 따라, 특허문헌 3∼5에서는, 스프링 백의 발생 요인이 되는 응력을 완화시키는 것이 제안되어 있다.

일본특허 제6119848호 공보 일본특허 제5217928호 공보 일본특허 제4920649호 공보 일본특허 제5031702호 공보 일본특허 제5031703호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 목적으로 하는 프레스 부품 형상으로 프레스 성형하는 프레스 공정의 다음 공정으로서, 불필요한 부분을 절단하는 후(後) 공정이 필요하다.

특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 재료의 여분을 없애기 위해 비드 형상을 붙이면, 부품 형상이 크게 바뀔 가능성이 있기 때문에, 부여할 수 있는 비드 형상에 한계가 있다.

또한, 특허문헌 3∼5에 기재된 방법에서는, 1공정째인 제1 성형 공정의 프레스 성형으로 중간 성형 부품을 성형할 때에 균열이나 주름이 발생해 버리는 경우에는, 프레스 성형으로의 적용이 어렵다. 또한 특허문헌 3∼5에 기재된 방법에서는, 제1 성형 공정의 성형에 드로잉 성형을 채용한 경우, 종벽부에 큰 휨이 발생하여, 다음 공정 이후에서의 대책이 곤란해진다.

본 발명은, 상기와 같은 과제에 착목해서 이루어진 것으로서, 길이 방향을 따라 평면에서 볼 때 천판부 폭 방향의 한쪽으로 만곡한 만곡부를 1 또는 2 이상 갖는 해트형 단면 형상의 프레스 부품을 프레스 성형으로 제조할 때에, 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 천판부와, 그에 연속하는 종벽부 및 플랜지부를 갖는 해트형 단면 형상이고, 또한, 평면에서 보았을 때에, 천판부의 길이 방향의 적어도 1개소 이상에 만곡부를 갖는 프레스 부품 형상(최종 부품 형상)을 균열이나 주름 없이 성형할 수 있고, 또한, 스프링 백을 억제 가능한 프레스 성형의 방법에 대해서 예의 검토를 행했다. 그 검토의 결과, 본 발명자는, 균열이나 주름, 스프링 백이 발생하는 요인이 되는 플랜지부의 재료의 과부족은, 금속판으로부터 프레스 부품 형상으로 성형할 때에 재료의 일부를 회전 변위시키면서 성형함으로써 저감 가능이라는 인식을 얻었다. 또한, 본 발명자는, 스프링 백의 발생 요인이 되는 천판부의 재료의 부족은, 프레스 부품 형상으로 성형하는 공정의 전(前) 공정에 있어서, 소정의 장소에 미리 장출 성형을 행하여 부족이 상정되는 선 길이를 벌어둠으로써, 대폭으로 저감 가능하다는 인식을 얻었다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여 이루어진 것이다.

그리고, 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양의 프레스 성형용의 금속판은, 천판부의 폭 방향 양측으로 종벽부 및 플랜지부를 갖는 단면 해트형 형상이고, 또한, 상기 천판부의 길이 방향을 따른 1 또는 2 이상의 개소에, 평면에서 보아 상기 천판부의 폭 방향의 한쪽으로 볼록해지도록 만곡한 만곡부를 갖는 프레스 부품 형상으로 프레스 성형되는, 프레스 성형용의 금속판으로서, 상기 만곡부에 대응하는 영역에 있어서, 상기 프레스 부품 형상에서의 상기 천판부와 상기 종벽부와의 사이의 능선의 선 길이에, 상기 능선에 대응하는 위치의 선 길이가 동일해지도록 하여, 상기 프레스 부품 형상을 평면으로 전개한 전개 형상에 대해서, 상기 전개 형상의 만곡 볼록측의 플랜지부가 되는 위치의 외연의 선 길이가, 상기 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부 외연의 선 길이에 근접하는 방향으로, 상기 전개 형상의 상기 만곡부에 대응하는 영역과 다른 영역과의 경계를, 상기 천판부와 만곡 오목측의 상기 종벽부와의 사이의 능선에 대응하는 위치보다도 만곡 오목측의 위치에 회전 중심을 설정하여 면 내에서 회전 변위시킨 형상인 것을 요지로 한다.

또한, 본 발명의 일 태양인 프레스 성형 장치는, 본 발명의 일 태양의 프레스 성형용의 금속판을, 천판부의 폭 방향 양측으로 종벽부 및 플랜지부를 갖는 단면 해트형 형상이고, 또한, 상기 천판부의 길이 방향을 따른 1 또는 2 이상의 개소에, 평면에서 볼 때 상기 천판부의 폭 방향의 한쪽으로 볼록하게 만곡한 만곡부를 갖는 프레스 부품 형상으로 프레스 성형하기 위한 프레스 성형 장치로서, 다이, 패드 및 굽힘날을 갖는 상형(上型)과 상기 패드에 프레스 방향에서 대향하는 펀치를 갖는 하형(下型)을 갖고, 상기 패드는, 상기 천판부에 있어서의 만곡부에 대응하는 영역을 가압하는 제1 패드와, 상기 천판부에 있어서의 만곡부 이외의 직선부의 영역을 가압하는 제2 패드로 분할되고, 또한, 상기 굽힘날로 상기 종벽부 및 상기 플랜지부를 굽힘 가공 가능한 구조로 되어 있는 것을 요지로 한다.

또한, 본 발명의 일 태양인 프레스 부품의 제조 방법은, 본 발명의 일 태양의 프레스 성형용의 금속판을 펀치 상에 설치한 후, 상형을 하형을 향하여 하강시킴으로써, 상형의 패드와 상기 펀치로 천판부의 위치를 협압(挾壓)하고, 추가로 상형을 하강시킴으로써, 상형의 굽힘날에 의해 종벽부 및 플랜지부를 굽힘 가공하고, 상기 패드에 의한 상기 천판부의 가압력에 대해서, 만곡부 이외의 직선부 위치에서의 가압력을, 만곡부 위치에서의 가압력보다도 상대적으로 크게 하여, 상기 굽힘 가공을 행함으로써 프레스 부품을 제조하는 것을 요지로 한다.

본 발명의 일 태양에 의하면, 천판부의 길이 방향을 따라 평면에서 볼 때 천판부 폭 방향의 한쪽으로 만곡한 만곡부를 1 또는 2 이상 갖는 해트형 단면 형상의 프레스 부품을, 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감하여 프레스 성형하는 것이 가능해진다.

능한 기술을 제공한다

도 1은 프레스 부품 형상의 일 예를 나타내는 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는 단면도, (c)는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 적용이 가능한 프레스 부품 형상의 일 예를 열거한 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 프레스 부품 형상을 평면으로 전개한 금속판의 전개 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 전개 형상에 있어서의 만곡부의 영역과 다른 영역과의 경계를 회전 변위시킨 후의 금속판(프레스 성형되는 금속판)의 판 형상(회전 변위 후의 전개 형상)의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 장출부 및 비드 형상을 부여한 금속판의 판 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 장출부 및 비드 형상을 부여하는 장출부 성형 공정에서 사용하는 금형의 예를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 성형 공정에서 사용하는 굽힘 성형 금형의 예를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 성형 공정에 있어서의 굽힘 성형 금형의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 성형 공정에 있어서, 굽힘 가공 시에 있어서의, 굽힘날의 이동 방향의 예를 화살표로 예시한 도면이다.
도 10은 본 성형에서의 재료의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 성형 공정에 의해 성형된 프레스 부품 형상의 일 형태를 나타내는 사시도이다.
도 12는 실시예에 있어서, 본 개발 수법에 의한, β와 설계 변수의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 횡축이 β이고, 종축이 f(β)이다.
도 13은 실시예에 있어서, 본 발명에 기초하여 설계된 금속판을 나타낸다.
도 14는 실시예에 있어서의, 종래의 드로잉 성형에 있어서의 금형의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예에 있어서의, 종래의 드로잉 성형에 의해 성형한 하사점(bottom dead center)에 있어서의 판두께 감소율을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예에 있어서의, 본 발명에 기초하여 성형한 하사점에 있어서의 판두께 감소율을 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예에 있어서의, 종래의 드로잉 성형에 의해 성형한 하사점에 있어서의 길이 방향의 축력(axial force) 분포를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예에 있어서의, 본 발명에 기초하여 성형한 하사점에 있어서의 길이 방향의 축력 분포를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예에 있어서의, 종래의 드로잉 성형에 의해 성형한 하사점에 있어서의 폭 방향의 판두께 표리 응력차 분포를 나타내는 도면이다.
도 20은 실시예에 있어서의, 본 발명에 기초하여 성형한 하사점에 있어서의 폭 방향의 판두께 표리 응력차 분포를 나타내는 도면이다.
도 21은 실시예에 있어서의, 종래의 드로잉 성형으로 성형한 이형 후의 프레스 부품 형상으로부터의 괴리량 분포를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예에 있어서의, 본 발명에 기초하여 성형한 이형 후의 프레스 부품 형상으로부터의 괴리량 분포를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

이하의 실시 형태의 설명에서는, 도 1에 나타내는 바와 같은 프레스 부품 형상(1)으로, 금속판을 프레스 성형하여 최종 부품을 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 1에 나타내는 프레스 부품 형상(1)은, 천판부(2)와, 천판부(2)의 폭 방향 양측으로 각각 연속하는 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 갖는 단면 해트형 형상으로서, 천판부(2)의 길이 방향을 따른 도중 위치에, 평면에서 보아, 천판부(2)의 폭 방향의 한쪽을 향하여 볼록해지도록 만곡한 만곡부(1A)를 갖는다. 도 1 중, 부호 2A는, 만곡부(1A)에서의 천판부를 나타낸다. 부호 3Aa는, 만곡부(1A)에서의 만곡 볼록측의 종벽부를 나타낸다. 부호 4Aa는, 만곡부(1A)에서의 만곡 볼록측의 플랜지부를 나타낸다. 부호 3Ab는, 만곡부(1A)에서의 만곡 오목측의 종벽부를 나타낸다. 부호 4Ab는, 만곡부(1A)에서의 만곡 오목측의 플랜지부를 나타낸다.

본 실시 형태의 프레스 부품의 제조에서 사용되는 금속판(10)은, 인장 강도가 590㎫ 이상의 재료로 구성되는 등, 금속판(10)이 하이텐재인 경우에 특히 적합하게 효과를 가져온다.

단, 본 발명은, 평면에서 보아 길이 방향을 따라 복수 개소에 만곡부(1A)를 갖는 형상의 프레스 부품의 제조라도 적용 가능하다. 복수 개소의 만곡부(1A)를 갖는 경우, 평면에서 보아, 서로 이웃하는 만곡부(1A)의 만곡 방향이 동(同)방향이라도 반대 방향이라도 상관없다. 본 발명의 대상이 되는 프레스 부품 형상(1)의 예를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 대상으로 하는 프레스 부품 형상(1)은, 천판부(2)의 길이 방향을 따른 도중 위치에, 평면에서 볼 때, 천판부(2)의 폭 방향의 한쪽을 향하여 볼록해지도록 만곡한 만곡부(1A)를 갖는 프레스 부품 형상(1)이면 대상이 된다. 프레스 부품 형상(1)은, 평면에서 볼 때, 서로 이웃하는 만곡부(1A)가 연속하여 형성되고, 서로 이웃하는 만곡부(1A)의 사이에 직선적으로 연재(延在)하는 부분이 존재하고 있지 않아도 좋다. 또한 프레스 부품 형상(1)은, 측면에서 보아, 길이 방향을 따라 상하로 만곡하고 있는 부분을 갖고 있어도 좋다. 또한 프레스 부품 형상(1)은, 서로 이웃하는 만곡부(1A) 간에 직선부(1B)가 존재하고 있지 않아도 좋다.

여기에서, 도 1에 나타내는 프레스 부품 형상(1)에서는, 만곡부(1A)는, 도 1(c)에 있어서는, 지면 상측으로 볼록(지면 하측으로 오목)해지도록 만곡한 경우가 예시되어 있다. 또한, 본 명세서에서는, 만곡 볼록측을 만곡 외측이라고도, 만곡 오목측을 만곡 내측이라고도 부른다.

<프레스 성형용의 금속판(10)에 대하여서>

도 1에 나타내는 프레스 부품 형상(1)의 부품을 프레스 성형으로 제작하는 경우, 예를 들면, 이용되는 금속판(10)으로서는, 도 3에 나타내는 바와 같은, 목적으로 하는 프레스 부품 형상(1)을 평면으로 전개한 전개 형상으로 블랭킹된 금속판(10)이 이용된다. 본 예의 경우, 프레스 부품 형상(1)이 1개의 만곡부(1A)와 그의 좌우의 직선부(1B)로 이루어지기 때문에, 전개 형상도, 1개의 만곡부(10A)와 그의 좌우의 직선부(10B)로 구성된다.

상기의 전개 형상에 있어서, 좌우의 직선부(10B)에 대해서는, 프레스 부품 형상(1)의 치수대로 전개한 형상으로 되어 있다. 한편, 만곡부(10A)에 대해서는, 천판부(2)와 종벽부(3)와의 능선(m3)(특히 만곡 볼록측)에 대응하는 위치(n3)의 선 길이가, 프레스 부품 형상(1)에서의 선 길이와 동일하고, 또한 평면에서 볼 때 프레스 부품 형상(1)의 만곡 오목측의 플랜지부(4Ab)가 이루는 각도 2α와, 전개 형상에 있어서의 만곡 오목측의 플랜지부(4)가 이루는 각도(만곡 내측에서의 좌우의 직선부(1B) 간이 이루는 각도)가 동일해지도록 하여 전개하는 것이 일반적이다. 또한, 도 1에서는, 만곡 오목측의 외연(m2)의 윤곽이 2개의 직선을 조합한 형상으로 한 예 때문에, 전개 형상도 2개의 직선으로 이루어지는 곡선(n2)에서의 선 길이가 되도록 도시하고 있다. 그러나, 만곡 오목측의 외연(m2)의 윤곽이 원호 형상이면, 전개 형상의 만곡 오목측의 외연(n2)의 윤곽도 원호 형상이 된다.

상기와 같은 전개 형상의 금속판(10)은, 만곡부(10A)에 있어서, 프레스 부품 형상(1)에서의 만곡 외측의 플랜지부(4Aa)의 외연(m1)의 길이(도 1 참조)에 대응하는 금속판(10)의 만곡 볼록측의 외연(n1)의 길이가, 「m1의 선 길이＜n1의 선 길이」의 관계로 되어 있다. 또한, 프레스 부품 형상(1)에서의 만곡 내측의 플랜지부(4Ab)의 외연(m2)의 길이(도 1 참조)에 대응하는 금속판(10)의 만곡 내측 외연(n2)의 길이가 「m2의 선 길이＞n2의 선 길이」로 되어 있다. 이 때문에, 상기 전개 형상으로 이루어지는 금속판(10)(도 3 참조)을 도 1의 프레스 부품 형상(1)으로 프레스 성형하면, 만곡 외측에서는 재료가 남아 주름의 원인이 되고, 만곡 내측에서는 재료가 부족하여 균열의 원인이 된다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 상기 단순하게 전개한 전개 형상에 대해서, 만곡부(10A)와 직선부(10B)와의 경계(h2)를, 천판부(2)와 만곡 오목측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m4)에 대응하는 위치(n4)보다도 만곡 오목측의 위치의 영역 내(도 3에서 햇칭으로 나타내는 범위)로 설정한 회전 중심(P)을 중심으로 하여 면 내에서 회전 변위시킨 형상으로 변경하여 이루어지는, 도 4에 나타내는 바와 같은 판 형상을 프레스 성형용의 금속판(10)으로 했다. 또한, 회전 변위 후의 전개 형상(회전 변위시킨 형상의 금속판)을 변형 전개 형상이라고도 기재한다.

상기 면 내에서의 회전 변위의 방향은, 상기의 단순하게 전개한 전개 형상에 있어서의 부채꼴 형상의 만곡부(10A)의 영역에 대해서, 만곡 볼록측의 플랜지부(14Aa)의 외연이 되는 위치(n1)의 선 길이가, 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4Aa)의 외연(m1)의 선 길이에 근접하는 방향으로(즉 n1의 선 길이가 짧아지는 방향으로), 또한 만곡 오목측의 플랜지부(4Ab)가 되는 위치(14Ab)의 외연(n2)의 선 길이가, 상기 프레스 부품 형상에서의 만곡 오목측의 플랜지부(4Ab)의 외연이 되는 위치(m2)의 선 길이에 근접하는 방향으로(즉 n2의 선 길이가 길어지는 방향으로) 설정했다.

또한, 도 4의 예에서는, 편측의 경계(h2)만큼을 회전 변위시키고 있다.

회전 변위량은, 변형 전개 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4Aa)가 되는 위치의 외연(q1)의 선 길이와, 프레스 부품에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4Aa)의 외연(m1)의 선 길이와의 차가, 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4Aa)의 외연(m1)의 선 길이의 1할 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 변형 전개 형상에 대해서, 만곡부(1A)에 대응하는 영역에 있어서의, 천판부(2A) 및 만곡 볼록측의 종벽부(3Aa)에 대응하는 영역(12A, 13Aa)의 부분에, 면 외 방향으로 장출한 장출부(20)가 형성되어 있는 것이 바람직하다(도 5 참조). 이때, 장출부(20)에 의해, 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이와, 프레스 부품 형상에서의 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)의 선 길이와의 차가, 프레스 부품 형상에서의 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)의 선 길이의 1할 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 장출부(20)의 장출 방향은 하방이라도 좋다.

또한 만곡부(1A)에 대응하는 영역(10A)(금속판(10)에 있어서의 만곡부) 이외의 직선부(10B)의 영역에 있어서, 천판부(2)와 종벽부(3)와의 사이의 능선에 대응하는 위치, 또는, 종벽부(3)와 상기 플랜지부(4)의 사이의 능선에 대응하는 위치의 적어도 한쪽의 위치에, 능선을 따른 방향으로 연장되는 비드 형상(21) 혹은 절목(折目) 형상을, 적어도 1개소 이상 갖는 것이 바람직하다(도 5 참조). 도 5에서는, 비드 형상(21)을 형성한 경우를 예시하고 있다.

이하에, 본 실시 형태의 프레스 성형용의 금속판(10)의 형상에 대한 구체적인 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 단순하게 전개한 전개 형상으로부터 변형 전개 형상으로의 만곡부(10A)의 형상의 설계 변경예에 대해서 설명한다.

전개 형상의 만곡 오목측의 외연(n2)의 중앙 위치(도 3 참조)에, 상기의 회전 중심(P)을 설정한 경우를 예로 들어 설명한다(도 4 참조).

금속판(10)의 만곡 볼록측의 외연부(q1)의 길이가, 「m1의 선 길이＝q1의 선 길이」가 되도록, 프레스 부품 형상(1)을 단순하게 전개한 금속판(10)에 있어서의 만곡 내측의 외연의 중앙 위치(플랜지부(4Ab)의 모서리)를 회전 중심(P)으로 하여, 만곡부(10A)와 직선부(10B)와의 경계(h2)를, 2β(deg)만큼 만곡 오목측이 이루는 각도(프레스 부품 형상(1)의 만곡부(1A) 내측의 플랜지부(4)가 이루는 각도)가 커지는 방향으로 회전 변위시킨 형상(변형 전개 형상)이 되도록, 프레스용의 금속판(10)의 형상을 설계한다. 여기에서, 도 4 중, 파선이 회전 전의 전개 형상을 나타낸다.

여기에서, 상기 회전 중심(P)을 중심으로, 면 내에서, 금속판(10)의 만곡 볼록측의 외연의 선 길이가 짧아지는 방향으로 회전 변위시키면, 만곡 오목측의 외연부(n2)의 선 길이는 길어지는 방향으로 변화한다. 도 4에서는, 만곡부(1A)에 대응하는 영역에 있어서의, 우측의 직선부(1B)와의 경계(h1)를 고정하고, 좌측의 직선부(1B)와의 경계(h2)를 회전 변위함으로써, 상기의 선 길이를 변경하고 있는 경우를 예시하고 있다. 양측의 경계(h1, h2)를 각각 회전 변위시켜도 좋다. 예를 들면, 양측의 경계(h1, h2)를 각각 β씩 회전 변위시킨다.

또한, m2의 선 길이＝q2의 선 길이가 되도록, 회전 중심(P)의 위치를 조정해도 좋다.

이 예에서는, 상기 회전 변위시킨 금속판(10)의 판 형상(변형 전개 형상)과, 프레스 부품 형상(1)의 기하학적 관계로부터, m1의 선 길이＝q1의 선 길이가 되는 2β의 값을 구하고 있다.

구체적인 구하는 방법은, 다음과 같다.

여기에서, 도 1과 같이, 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)의 곡률 반경을 R(㎜), 천판부(2)의 폭을 W(㎜), 종벽부(3)의 수직 높이를 H(㎜), 천판부(2)의 수직면과 종벽부(3)가 이루는 각도를 θ(deg), 플랜지부(4)의 폭을 f(㎜)로 한다.

이 경우, 아래 식의 f(β)의 식에 있어서, f(β)＝0을 만족하는 β의 경우에, m1의 선 길이＝q1의 선 길이가 된다.

단, 여유분을 갖게 하여, f(β)＝0을 만족하는 β를 β'로 한 경우에, 회전 변위에 적용하는 각도 β를, 하기 식을 만족하도록 설계해도 좋다.

0.9×β'≤β≤1.1×β'

또한, q1의 선 길이가, 하기 식을 만족하도록 설정해도 좋다.

0.9×m1의 선 길이≤q1의 선 길이≤1.1×m1의 선 길이

<장출부(20)>

변경 후의 판 형상(변형 전개 형상)에 있어서는, 천판부(12)와 만곡 볼록측의 종벽부(13Aa)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이가, 프레스 부품 형상(1)에서의 능선(m3)의 선 길이보다도 짧아진다.

이를 고려하여, 상기의 판 형상(변형 전개 형상)에 대하여, 만곡부(1A)에 대응하는 영역(10A) 중, 천판부(12A) 및 만곡 볼록측의 종벽부(13Aa)가 되는 영역에 대하여, 면 외 방향으로 장출한 장출부(20)를 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 금속판(10)에 있어서의 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이가, 프레스 부품 형상(1)에서의 선 길이에 근접하도록 설계된다.

본 예의 경우, 이 장출부(20)의 설계는, 금속판(10)에 있어서의 천판부(12)와 만곡 볼록측의 종벽부(13Aa)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이의 증가량 ΔL이, 하기 식을 만족하도록 설계한다.

이 식을 만족시키도록 설계함으로써, 금속판(10)에 있어서의 천판부(12)와 만곡 볼록측의 종벽부(13Aa)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이가, 프레스 부품 형상(1)에서의 대응하는 능선(m3)의 선 길이에 근접한다. 구체적으로는, 1할 이하의 선 길이차로 설정 가능해진다.

또한, 장출부(20)는, 장출부 형성에 의한 길이 방향의 선 길이의 증가량에 대해서, 금속판(10)에 있어서의 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선의 선 길이 위치의 증가량이 가장 많아지는, 볼록 형상으로 설계하는 것이 바람직하다.

<비드 형상(21) 및 꺾임선에 대해서>

아울러, 도 5에 나타내는 바와 같이, 직선부(10B)의 능선에 대응하는 위치의 적어도 1개에 대해서, 능선을 따라 연재하는 비드 형상(21)을 형성해 두는 것이 바람직하다. 도 5에서는, 천판부(2) 양측의 능선에 대응하는 위치에 비드 형상(21)을 형성한 경우의 예이지만, 이에 한정되지 않는다. 종벽부(3)와 플랜지부(4)와의 사이의 능선에 대응하는 위치에도 비드 형상(21)을 형성해도 좋고, 그들 능선 위치 중 일부의 능선에만 비드 형상(21)을 형성해도 좋다. 또한, 1개의 능선의 전체 길이에 걸쳐 비드 형상(21)을 형성할 필요는 없고, 비드 형상(21)을 능선을 따라 단속적으로 형성해도 좋다. 능선의 전체 길이의 일부에 비드 형상(21)을 형성하는 경우에는, 예를 들면 합산한 비드 형상(21)의 길이가, 대응하는 능선의 전체 길이의 1/3 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 비드 형상(21) 대신에, 꺾임선을 형성해도 좋다. 또한, 일부에 비드 형상(21)을 형성하고, 다른 부분에 꺾임선을 형성하도록, 비드 형상(21)과 꺾임선을 병용해도 좋다.

<장출부 성형 공정>

다음으로, 상기의 평판 형상의 금속판(10)에 대하여, 장출부(20)를 프레스 성형으로 형성하는 방법에 대해서 설명한다. 장출부 성형 공정은, 금속판(10)에 대하여 장출 성형을 행함으로써, 상기의 장출부(20)를 형성하는 공정이다. 장출부(20)는, 드로잉 성형이나 폼 성형으로 형성하면 좋다. 하기 설명에서는 드로잉 성형으로 형성하는 경우를 예시한다.

여기에서, 전술과 같이 전개 형상에 있어서의 만곡부(10A)의 형상을 변경한, 도 4와 같은 판 형상에서는, 금속판(10)의 만곡 볼록측의 천판부(2)의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 길이를, 상기 회전 중심(P)을 중심으로 면 내에서 2β만큼 회전 변위하여 설계했다. 이 때문에, 위치(q3)의 길이는, 프레스 부품 형상(1)에 있어서의 만곡 볼록측의 천판부(2)의 능선(m3)의 선 길이보다도 짧아진다. 이 결과, 그대로 프레스 성형하면, 그만큼, 성형한 프레스 부품에 인장 변형이 작용한다. 인장 변형이 작용하면, 스프링 백의 발생 요인이 된다. 이 때문에, 장출부 성형 공정에서 금속판(10)에 장출부(20)를 형성하여, 프레스 부품 형상(1)에 있어서의, 만곡 볼록측의 천판부(2)의 능선(m3)의 길이와 동정도까지 선 길이를 벌어 두는 것이 바람직하다.

이러한 관점에서, 본 실시 형태의 장출부 성형 공정에서는, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은 다이(30)로 구성되는 상형과, 펀치(31) 및 주름 누름(32)으로 구성되는 하형을 갖는 드로잉 성형 금형을 준비하고, 그 드로잉 성형 금형으로 장출부(20)를 성형하는 장출 성형을 행한다. 다이(30)에는, 펀치(31)와 대향하는 부분에 장출부(20)의 형상에 대응하는 오목부(30A)가 형성되어 있다.

상기의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)에서의 장출부(20)의 길이를, 장출부(20)를 성형하기 전의 길이보다도 ΔL만큼 길어지도록 설계한다. 여기에서, ΔL은, 전술에 기초하여 설정하면 좋다.

본 실시 형태에서의 장출부(20)의 형상은, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 만곡부(10A)의 천판부(12A) 및 만곡 볼록측의 종벽부(13Aa)에 대응하는 위치 에 걸쳐 장출하도록 설계한다. 또한, 장출부(20)의 형상은, 필요한 선 길이 ΔL을 버는 위치(q3)에서 최대 장출 높이가 되도록 하고, 천판부(2)의 폭 방향을 향함에 따라 서서히 장출 높이가 감소해 가는 돔형과 같은 형상으로 설계하는 것이 바람직하다. 단, 장출부(20)의 형상은, 선 길이를 벌 수 있으면, 다른 윤곽 형상이라도 좋다.

또한, 도 6에 나타내는 금형에는, 장출부(20)의 성형 위치를 제외하고, 프레스 부품 형상(1)에 있어서의 천판부(2)에 인접하는 능선에 대응하는 위치에, 장출부 성형 공정에서 미리 비드 형상(21)이 부여되도록 설정하고 있다. 비드 형상(21)을 부여한 금속판(10)으로 함으로써, 목적의 프레스 부품 형상(1)으로의 굽힘 성형이 안정화한다. 도 5에서는, 비드 형상(21)을 부여하는 경우를 예시하고 있지만, 비드 형상(21)에 대신하여 절목을 부여해도 좋다. 또한, 일부의 능선 위치에 비드 형상(21)을, 다른 능선 위치에 절목 등, 혼합하여 부여해도 좋다.

<프레스 부품 형상(1)으로의 본 성형 공정>

본 실시 형태에서는, 본 성형 공정에서 성형되는 금속판(10)의 형상으로서, 장출부 성형 공정에서 장출부(20) 및 비드 형상(21)을 성형한 금속판(10)을 이용하는 경우로 예시한다(도 5 참조). 단, 약간, 가공 정밀도가 떨어지지만, 도 4 등과 같은, 장출부(20) 및 비드 형상(21) 중, 양쪽 또는 한쪽이 형성되어 있지 않은 금속판(10)을 본 성형 공정용의 금속판(10)으로 해도 좋다.

본 성형 공정에 의해, 전술의 금속판(10)을 프레스 성형함으로써, 균열이나 주름, 스프링 백을 억제한 프레스 부품 형상(1)을 취득하는 것은 가능하다. 또한 치수 정밀도를 높이고 싶은 경우나, 부품에 필요한 형상을 부여하고 싶은 경우에는, 본 성형 공정 후의 공정으로서, 리스트라이크를 목적으로 한 성형 공정을 추가해도 상관없다.

본 성형 공정은, 금속판(10)을 굽힘 성형하여, 최종의 프레스 부품 형상(1)으로 가공하는 공정이다.

본 성형 공정에서 사용하는 굽힘 성형 금형은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 상형(40)과 하형(44)을 갖는다. 상형(40)은, 부품의 능선을 굽힘 가공하는 굽힘날(43) 및, 천판부(2)를 압압하는 패드(41)를 구비한다. 하형(44)은 펀치(45)를 구비한다.

본 실시 형태에 있어서의 천판부(2)를 가압하는 패드(41)는, 만곡부(10A)의 천판부(12A)를 가압하는 패드(41a)와, 만곡부(1A) 이외의 직선부(10B)의 천판부를 가압하는 패드(41b)로 분할되어 있다. 패드(41b)는, 만곡부(1A)를 사이에 두고 양측에 위치하는 직선부(1B) 중 한쪽의 천판부만을 가압하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 성형 공정에 있어서의 굽힘 성형 금형의 움직임의 예를, 도 8을 참조하여 나타낸다.

장출부 성형 공정에서 장출부(20)가 형성된 금속판(10)이 펀치(45)의 위에 설치된다(도 8(a) 참조).

그 상태에서 상형(40)이 하강한다. 상형(40)이 하강하면, 우선 패드(41)와 펀치(45)에 의해, 금속판(10)의 천판부에 대응하는 위치(12)가 협압된다(도 8(b) 참조). 또한 상형(40)이 하강하면, 굽힘날(43)이 금속판(10)과 접촉하여(도 8(c) 참조), 능선의 굽힘 가공이 실시되고, 하사점(도 8(d) 참조)에서 프레스 부품 형상(1)으로 성형된다.

이때, 굽힘날(43)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 천판부에 대응하는 위치(12)의 판두께 방향(수직 방향)을 프레스 방향으로 했을 때, 프레스 방향에 대하여 어느 일정한 각도 θ만큼 기운 방향으로부터 펀치(45)를 향하여 이동하는 바와 같은 공지의 캠 기구를 갖고 있어도 좋다.

마지막으로, 상형(40)을 상승시키고, 이형시킴으로써 성형 종료가 된다.

각도 θ는, 프레스 방향에 대하여, 종벽부(3)로부터 떨어지는 방향으로, 0도 이상 90도 이하 기운 각도로 하면 좋다.

이 본 성형 공정에 있어서의 재료의 움직임을, 도 10을 참조하여 설명한다.

전개 형상 중 만곡부(10A) 위치를 면 내에서 회전 변위시킨 도 4와 같은 판 형상에 있어서는, 그의 회전 변위에 의해, 평면에서 보아, 상대적으로, 우측의 직선부(10B)와 좌측의 직선부(10B)가 이루는 각도가, 프레스 부품 형상(1)에서의 최종적인 각도보다도 커지고 있다.

이 때문에, 상형(40)이 하강하여, 천판부에 대응하는 위치(12)가 부분적으로 패드(41)와 펀치(45)에 의해 협압된 상태로, 굽힘날(43)에 의해 능선이 굽혀져 종벽부(3) 및 플랜지부(4)의 굽힘 성형이 행해질 때에, 재료는 도 10에 나타내는 바와 같이, 패드(41b)로 협압되어 있는 우측의 직선부(1B)에 대하여, 좌측의 직선부(1B)가 2β만큼 회전 변위하면서 굽힘 성형된다. 즉, 만곡부(1A)가, 천판부(2)의 만곡 오목측의 위치를 중심으로 회전하면서 성형된다.

이때, 회전 변위의 회전 중심(P)측의 천판부(2) 및 종벽부(3)에는 재료가 모여, 압축 변형이 작용한다. 이를 고려하여, 도 7에서 나타낸 바와 같이, 본 성형하는 금속판(10)의 천판부(12A)에 있어서의 만곡 오목측에 엠보스 형상을 부여해 둔다. 요철을 가진 엠보스 형상(50, 51)을, 패드(41a) 및 펀치(45)의 대향면에 형성해 둠으로써, 보다 성형성이 개선된다.

또한, 패드(41b)가 맞닿는 우측의 직선부(10B)에 대하여, 상대적으로, 평면에서 보아, 만곡부(1A)에 대응하는 위치의 재료가 회전 변위하기 쉽도록, 직선부(10B)를 누르는 패드(41b)와 만곡부(10A)를 누르는 패드(41a)를 독립적인 구조로 하고 있다. 이때, 추가로, 만곡부(10A)에 대응하는 위치의 재료가 회전 변위하기 쉽도록, 만곡부(10A)를 누르는 패드(41a)의 가압력과 우측의 직선부(10B)를 누르는 패드(41b)의 가압력과의 관계가, 다음에 나타내는 관계로 설정해 두는 것이 바람직하다.

패드(41a)에 의한 패드 가압력＜패드(41b)에 의한 패드 가압력

상기의 패드(41)의 가압력의 설정은, 실제의 각 패드(41a, 41b)가 부여하는 압압력(쿠션압)을 조정하여 설정을 행해도 좋다. 또한, 상기의 패드(41)의 가압력의 설정은, 각각의 패드의 스트로크를 조정하여, 굽힘 성형 시에 있어서의 패드(41a)의 높이가, 상대적으로 패드(41b)의 높이보다도 높게 설정함으로써 실현해도 좋다.

도 11에, 본 성형 공정 후의 프레스 성형 부품의 형상의 예를 나타낸다. 부호 9는, 부여된 엠보스 형상이다.

(작용 그 외에 대해서)

(1) 천판부(2)의 폭 방향 양측으로 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 갖는 단면 해트형 형상이고, 또한, 길이 방향을 따른 1 또는 2 이상의 개소에, 평면에서 볼 때 상기 천판부(2)의 폭 방향의 한쪽으로 볼록해지도록 만곡한 만곡부(1A)를 갖는 프레스 부품 형상(1)으로 프레스 성형되는, 프레스 성형용의 금속판(10)으로서, 다음의 판 형상을 채용한다.

즉, 만곡부(1A)에 대응하는 영역(10A)에 있어서, 프레스 부품 형상(1)에서의 천판부(2)와 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)의 선 길이에, 능선(m3)에 대응하는 위치(n3)의 선 길이가 동일해지도록 하여, 프레스 부품 형상(1)을 평면으로 단순하게 전개한 전개 형상에 대하여, 만곡부(1A)에 대응하는 영역(10A)에 대해서는, 만곡 볼록측의 플랜지부(4Aa)의 외연(m1)이 되는 위치(q1)의 선 길이가, 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4Aa)의 외연(m1)의 선 길이에 근접하는 방향으로, 만곡부(1A)에 대응하는 영역(10A)과 다른 영역(10B)의 경계(h2)를, 상기 천판부(2)와 만곡 오목측의 상기 종벽부(3Ab)와의 사이의 능선에 대응하는 위치(q4)보다도 만곡 오목측의 위치를 회전 중심(P)으로 하여 면 내에서 회전 변위시킨 형상으로 변경한 판 형상을, 프레스 성형용의 금속판(10)으로 한다.

이 금속판(10)을 이용하면, 만곡부(1A)에 있어서의 만곡 볼록측 및 만곡 오목측의 플랜지부(4)의 선 길이가, 프레스 부품에서의 선 길이에 근접한다. 이 결과, 길이 방향을 따라 평면에서 볼 때 천판부(2) 폭 방향의 한쪽으로 만곡한 만곡부(1A)를 1 또는 2 이상 갖는 해트형 단면 형상의 프레스 부품을, 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감하여 프레스 성형하는 것이 가능해진다.

(2) 이때, 변형 전개 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4)의 외연이 되는 위치(q1)의 선 길이와, 프레스 부품에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4) 외연(m1)의 선 길이와의 차가, 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부(4)의 외연(m1)의 선 길이의 1할 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 보다 확실하게 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감하여 프레스 성형하는 것이 가능해진다.

(3) 금속판(10)에 있어서, 만곡부(1A)에 대응하는 영역에 있어서의, 천판부(2) 및 만곡 볼록측의 종벽부(3)에 대응하는 영역에, 면 외 방향으로 장출한 장출부(20)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이때, 그 장출부(20)에 의해, 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이와, 프레스 부품 형상에서의 상기 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)의 선 길이와의 차가, 프레스 부품 형상에서의 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)의 선 길이의 1할 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 상기 전개 형상의 변경에 의한, 천판부(2)와 만곡 볼록측의 종벽부(3)와의 사이의 능선(m3)에 대응하는 위치(q3)의 선 길이의 감소가 해소되어 선 길이차가 작아진다. 이 결과, 보다 확실하게 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감하여 프레스 성형하는 것이 가능해진다.

(4) 만곡부(10A)에 대응하는 영역 이외의 직선부(10B)의 영역에 있어서, 능선이 되는 위치의 적어도 1개의 능선 위치에, 능선을 따른 방향으로 연장되는 비드 형상(21) 혹은 절목 형상을, 적어도 1개소 이상 갖는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 상기 구성의 금속판(10)을 굽힘 성형할 때에, 보다 확실하게 능선 위치에서 굽힘 가공하는 것이 가능해져, 보다 정밀도 좋게 프레스 성형하는 것이 가능해진다.

(5) 본 실시 형태는, 프레스 성형용의 금속판(10)의 인장 강도가 590㎫ 이상의 재료로 이루어지는 경우에 효과가 크다.

(6) 프레스 성형용의 금속판(10)으로의 장출부(20)의 성형은, 예를 들면 드로잉 성형 혹은 폼 성형으로 형성하면 좋다.

드로잉 성형 혹은 폼 성형을 채용함으로써, 확실하게 상기 장출부(20)를 형성할 수 있다.

(7) 상기 금속판(10)을 목적의 프레스 부품 형상(1)으로 프레스 성형하기 위한 프레스 성형 장치는, 다이(42), 패드 및 굽힘날(43)을 갖는 상형(40)과, 상기 패드에 프레스 방향에서 대향하는 펀치(45)를 갖는 하형을 갖고, 패드(41)는, 상기 천판부(2)에 있어서의 만곡부(1A)에 대응하는 영역을 가압하는 패드(41a)와, 상기 천판부(2)에 있어서의 만곡부(1A) 이외의 직선부(1B)의 영역을 가압하는 패드(41b)로 분할되고, 또한, 상기 굽힘날(43)로 상기 종벽부(3) 및 상기 플랜지부(4)를 굽힘 가공하는 구조로 되어 있고, 상기 굽힘 가공 시에 있어서의, 상기 천판부(2)로의 상기 패드(41a)에 의한 가압력을 P1, 상기 천판부(2)로의 상기 패드(41b)에 의한 가압력을 P2로 한 경우, P1＜P2가 되도록 설정한 구성인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 패드(41)에 의한 만곡부(1A)의 구속이 상대적으로 약하게 설정되는 결과, 만곡부(10A)의 위치의 재료가 상대적으로 이동하기 쉬워진다. 이 결과, 만곡부(10A) 위치에서의 회전 변위를 허용하면서, 보다 확실하게 금속판(10)을 목적의 프레스 부품 형상(1)으로 굽힘 성형시키는 것이 가능해진다.

(8) 본 실시 형태의 프레스 성형 장치는, 천판부(2)의 판두께 방향을 프레스 방향으로 했을 때에, 굽힘날(43)의 적어도 한쪽은, 상기 프레스 방향에 대하여 0도 이상 90도 이하의 각도, 바람직하게는 상기 프레스 방향에 대하여 0도 이상 45도 이하의 각도로 이동함으로써 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 굽힘 가공하도록 설정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5도 이상 40도 이하의 각도이다.

(9) 프레스 성형 장치는, 패드(41a)에는, 천판부(2)에 있어서의 만곡 오목측의 영역에 맞닿는 면에 엠보스 형상(50)이 형성되고, 펀치(45)에 있어서의 엠보스 형상의 형성 영역과 대향하는 위치에도 엠보스 형상(51)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

(10) 본 실시 형태의 프레스 부품의 제조 방법은, 상기의 금속판(10)을 펀치(45) 상에 설치한 후, 상형(40)을 하강시켜 상형(40)을 하형(44)에 접근시키고, 상형(40)의 패드(41)와 펀치(45)로 천판부(2)의 위치를 협압하고, 추가로 상형(40)을 하강시킨다. 이에 따라, 상형(40)의 굽힘날(43)에 의해 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 굽힘 가공하고, 굽힘 가공 시에, 패드(41)에 의한 천판부(12)의 가압력에 대해서, 만곡부(10A) 이외의 직선부(10B)에서의 가압력을, 만곡부(1A) 위치에서의 가압력보다도 상대적으로 커지도록 설정한다.

이 구성에 의하면, 길이 방향을 따라 평면에서 볼 때 천판부(2) 폭 방향의 한쪽으로 만곡한 만곡부(1A)를 1 또는 2 이상 갖는 해트형 단면 형상의 프레스 부품을, 균열이나 주름, 치수 정밀도 저하와 같은 성형 불량을 보다 저감하여 프레스 성형하는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 천판부(2)와, 그에 연속하는 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 갖고, 또한, 평면에서 보았을 때에 길이 방향으로 만곡한 형상을 적어도 1개소 이상 갖는 프레스 부품 형상(1)을, 균열, 주름 없이 성형하고, 또한, 천판부(2)와 플랜지부(4)의 길이 방향의 응력차에 기인하는 스프링 백을 억제하는 것이 가능해진다.

실시예

다음으로 본 발명에 기초하는 실시예에 대해서 설명한다.

인장력이 1180㎫급의 냉연 강판(판두께 1.4㎜)을 상정하고, 도 1에 나타내는 바와 같은 프레스 부품 형상(1)을 갖는 프레스 부품의 프레스 성형 해석을 행했다. 본 실시예에 있어서, 프레스 부품 형상(1)을 규정하는 만곡부(1A)에서의 형상 파라미터는, 이하와 같이 설정했다.

<단면 형상 파라미터>

천판부(2) 폭 W: 100㎜

종벽 높이 H: 100㎜

종벽 각도 θ: 10deg

플랜지 길이 f: 30㎜

<평면에서 볼 때 굽힘 파라미터>

굽힘 각도 α: 80deg

천판부(2)의 외주 반경 R: 500㎜

상기의 프레스 부품 형상(1)에서 사용하는 금속판(10)의 형상을 설계함에 있어서, 도 3과 같은 단순하게 전개한 전개 형상에 대하여, 만곡 오목측의 플랜지부(4Ab)의 외연(m2)에 대응하는 위치(n2)의 중앙 위치를 회전 중심(P)으로 하여, 만곡 오목측의 플랜지부(14Ab)의 모서리를 중심으로 회전시키는 각도 2β를 전술의 식으로부터 산출했다.

β가 변화할 때의 β와 계산값 f(β)의 관계를 도 12에 나타낸다. 도 12는, 횡축에 β를, 종축에 f(β)의 함수값을 설정한 경우이다.

도 12에 있어서, 회전 변위에 있어서의, f(β)＝0일 때의 2β가 최적의 회전 각도가 된다. 그리고, 본 실시예에 있어서는 β＝3.5일 때에 f(β)＝0이 되었다. 그 때문에, 회전 각도인 2β는 7deg가 된다. 도 13에, 단순하게 전개한 전개 형상에 대하여 본 발명에 기초하여 회전 변위한 금속판(10)의 형상을 나타낸다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 장출부 성형 공정에서, 금속판(10)에 장출부(20)를 형성했다.

우선, 만곡 볼록측의 천판부(2)의 능선(m3)에서 벌 필요가 있는 선 길이 ΔL을 산출했다. 전술의 식에 부품 형상(1) 파라미터 및, 먼저 구한 β의 값을 대입함으로써, ΔL＝13㎜가 되었다.

이상과 같은 설계 방법을 취함으로써, 도 13에 나타내는 바와 같은, 본 실시예의 금속판(10)의 형상 및, 장출부 성형 공정에서 사용하는 장출 성형용 금형을 설계했다.

또한 본 실시예에서는 본 성형 공정에서 성형을 안정적으로 행하기 위해, 직선부(10B)에 있어서의 천판부(12)에 인접하는 폭 방향 양측의 능선에 대응하는 위치에 높이 3㎜ 폭 5㎜의 비드 형상(21)을 금속판(10)에 부여했다. 장출부 성형 공정에서는, 주름 누름력을 50ton으로 설정하고, 하사점까지 상형을 하강시켜, 장출부(20)를 갖는 금속판(10)을 성형하는 해석을 실시했다.

다음으로, 도 7에 나타내는 굽힘 성형용 금형을 사용하여, 장출부(20)를 갖는 금속판(10)을 목적의 프레스 부품 형상(1)으로 성형하는 본 성형 공정의 해석을 행했다. 본 성형 공정에서는, 능선의 형성 위치를 굽히는 굽힘날(43)은, 프레스 방향에 대하여 30도만큼 기울인 각도로 이동하여 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 굽히는 캠 기구를 이용하여 성형했다.

또한, 천판부(12)를 협압하는 패드는, 천판부(12)에 있어서의 만곡부(1A)와 그 이외의 좌우 직선부(1B)의 한쪽의 영역을 독립적으로 누르도록, 2분할한 패드(41a) 및 패드(41b)를 이용했다. 이때, 패드(41a)의 스트로크량은 100㎜, 압력은 2ton, 패드(41b)의 스트로크는 125㎜, 압력은 10ton으로 했다. 또한, 패드(41a) 및 패드(41b)의 초기 위치에서의 높이는 동일하다고 했다.

또한, 본 발명의 실시예에 대한 비교예로서, 종래부터 행해지고 있는 드로잉 성형을 이용한 해석도 아울러 실시했다. 이 드로잉 성형에서 사용한 금형을 도 14에 나타낸다. 드로잉 성형 금형은 다이(61)로 구성되는 상형과, 펀치(63) 및 플랜지부(4)를 누르는 주름 누름(62)으로 구성되는 하형으로 이루어지는 것이고, 주름 누름력은 50ton으로 했다.

또한, 비교예에서는, 프레스 성형용의 금속판(60)의 형상으로서, 프레스 부품 형상(1)을 단순하게 전개한 전개 형상의 판을 사용했다(도 3 참조).

도 15에 종래의 경우에서의, 목적으로 하는 프레스 부품 형상(1)으로 성형했을 때의 성형 하사점에 있어서의 판두께 감소율 분포를 나타낸다. 또한 도 16에 본 발명에 기초하여 목적으로 하는 프레스 부품 형상(1)으로 성형했을 때의 성형 하사점에 있어서의 판두께 감소율 분포를 나타낸다.

종래의 드로잉 성형으로 성형된 프레스 부품에서는, 플랜지부(4)를 다이(42)와 주름 누름으로 협압하고 있기 때문에, 길이 방향으로 만곡한 외측의 플랜지부(4)에서는 판두께 증가 없이 성형이 가능했다.

또한, 본 발명에 기초하는 공법으로 성형된 프레스 부품은, 금속판(10)을 굽힘 가공에 의해 성형하여 제작되었음에도 불구하고, 만곡 볼록측의 플랜지부(4)의 판두께 증가는 거의 확인되지 않았다.

그러나, 종래의 드로잉 성형으로 성형된 만곡 오목측의 플랜지부(4)에서는, 재료가 부족함으로써, 플랜지단에서 인장 변형이 작용하고, 판두께 감소가 보였다.

한편, 본 발명에 기초하는 공법에 있어서의, 만곡 오목측의 플랜지에서는, 재료가 회전함으로써 재료가 공급되었기 때문에 인장 변형은 거의 작용하지 않고, 판두께 감소도 일어나지 않았다.

도 17에, 종래의 공법으로 프레스 부품 형상(1)으로 성형했을 때의 성형 하사점에 있어서의 길이 방향(x방향)의 판두께 중심의 응력 분포(길이 방향 축력 분포)를 나타낸다. 또한, 도 18에, 본 발명에 기초하는 공법으로 프레스 부품 형상(1)으로 성형했을 때의 성형 하사점에 있어서의 길이 방향(x방향)의 판두께 중심의 응력 분포(길이 방향 축력 분포)를 나타낸다.

또한, 도 19에, 종래의 공법으로 프레스 부품 형상(1)으로 성형했을 때의 성형 하사점에 있어서의 단면 방향(단면을 따른 방향)의 판두께 표리 응력차의 분포를 나타낸다. 도 20에, 본 발명에 기초하는 공법으로 프레스 부품 형상(1)으로 성형했을 때의 성형 하사점에 있어서의 단면 방향(단면을 따른 방향)의 판두께 표리 응력차의 분포를 나타낸다.

종래의 드로잉 성형으로 성형된 프레스 부품에서는, 만곡 볼록측의 천판부(2)에서 인장 응력, 플랜지부(4)에서 압축 응력이 작용하고 있고, 만곡 오목측의 천판부(2)에서 압축 응력, 플랜지부(4)에서 인장 응력이 작용하고 있었다. 이때, 천판부(2)와 플랜지부(4)에서 발생하는 응력차는, 프레스 부품의 3차원적인 비틀림을 일으키는 스프링 백 모멘트의 발생원이 된다.

한편으로, 본 발명에 기초하는 공법은, 만곡 볼록측의 플랜지에 인장 변형이 작용하고, 압축 응력이 저감했다. 또한 만곡 오목측의 플랜지부(4)에서는, 반대로 재료가 모여 오기 때문에 인장 변형이 저감했다. 또한, 만곡 볼록측의 천판부(2)에서는, 장출부 형성 공정에서 장출 성형을 행하고, 예상되는 재료의 부족분을 미리 보충하고 있기 때문에, 인장 응력이 저감했다. 만곡 오목측의 천판부(2)에서는 재료가 모여, 압축 응력이 작용하기 때문에, 본 실시예와 같이 비드 형상(21)을 부여함으로써 압축 응력의 발생을 억제했다.

다음으로, 종래의 드로잉 성형으로 성형된 부품의 단면 방향의 판두께 방향의 표리 응력차 분포를 보면, 부품 종벽부(3)에 큰 판두께 표리 응력차가 확인되었다. 이 종벽부(3)의 표리 응력차는, 종벽부(3)가 휘도록 스프링 백하는 요인이 되는 응력이 된다.

한편으로, 본 발명에 기초하는 공법으로 성형된 부품의 폭 방향의 판두께 표리 응력차 분포를 확인하면, 종래 공법에서 보인 종벽부(3)의 판두께 방향 표리 응력차 분포가 거의 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 이는, 본 성형 공정에서 굽힘 주체의 성형을 행함으로써, 재료가 종벽 휨 발생의 요인이 되는 응력을 발생시키는, 굽힘 굽힘되돌림 변형을 받지 않았던 것에 의한 것이다.

다음으로, 도 21에, 종래의 공법으로 프레스 부품 형상(1)으로 성형하고, 스프링 백한 후의 정규 형상과의 괴리량 분포를 나타낸다. 도 22에, 본 발명에 기초하는 공법으로 프레스 부품 형상(1)으로 성형하고, 스프링 백한 후의 정규 형상과의 괴리량 분포를 나타낸다.

전술과 같이, 종래의 공법에서는, 길이 방향 만곡부(1A)의 천판부(2)와 플랜지부(4)에 있어서의 길이 방향(x방향)의 판두께 중심 응력에 차가 있음으로써, 3차원적인 스프링 백이 발생하여, 비틀림을 확인할 수 있었다. 또한, 종벽부(3)에 있어서도 휨의 발생 요인이 되는 스프링 백 모멘트에 의해, 종벽부(3)가 크게 휘어, 단면이 열리는 방향으로 크게 괴리하고 있었다.

한편으로 본 발명에 기초하는 공법에 있어서는, 상기의 스프링 백의 발생 요인이 되는 길이 방향(x방향)의 판두께 중심 응력 및, 폭 방향의 판두께 표리 응력차를 저감시키는 성형 방법이기 때문에, 종래의 드로잉 공법과 비교하여, 스프링 백을 크게 억제하는 것이 가능했다.

여기에서, 본원이 우선권을 주장하는, 일본국 특허출원 2018-034569(2018년 2월 28일 출원)의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다. 여기에서는, 한정된 수의 실시 형태를 참조하면서 설명했지만, 권리 범위는 그들에 한정되는 것이 아니라, 상기의 개시에 기초하는 각 실시 형태의 개변은 당업자에 있어서 자명한 것이다.

1 : 프레스 부품 형상
1A : 만곡부
1B : 직선부
2, 2A : 천판부
3, 3Aa, 3Ab : 종벽부
4, 4Aa, 4Ab : 플랜지부
10 : 금속판
10A : 만곡부
10B : 직선부
12, 12A : 천판부
13Aa : 종벽부
14Aa, 14Ab : 플랜지부
20 : 장출부
21 : 비드 형상
30 : 다이
30A : 오목부
31 : 펀치
40 : 상형
41 : 패드
41a : 패드(제1 패드)
41b : 패드(제2 패드)
42 : 다이
43 : 굽힘날
44 : 하형
44 : 펀치
50, 51 : 엠보스 형상
h1, h2 : 경계
2α : 각도
P : 회전 중심

Claims

천판부의 폭 방향 양측으로 종벽부 및 플랜지부를 갖는 단면 해트형(hat-shaped) 형상이고, 또한, 상기 천판부의 길이 방향을 따른 1 또는 2 이상의 개소에, 평면에서 보아 상기 천판부의 폭 방향의 한쪽으로 볼록해지도록 만곡한 만곡부를 갖는 프레스 부품 형상으로 프레스 성형되는, 프레스 성형용의 금속판으로서,
상기 만곡부에 대응하는 영역에 있어서, 상기 프레스 부품 형상에서의 상기 천판부와 상기 종벽부와의 사이의 능선의 선 길이에, 상기 능선에 대응하는 위치의 선 길이가 동일해지도록 하여, 상기 프레스 부품 형상을 평면으로 전개한 전개 형상에 대해서,
상기 전개 형상의 만곡 볼록측의 플랜지부가 되는 위치의 외연의 선 길이가, 상기 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부 외연의 선 길이에 근접하는 방향으로, 상기 전개 형상의 상기 만곡부에 대응하는 영역과 다른 영역과의 경계를, 상기 천판부와 만곡 오목측의 상기 종벽부와의 사이의 능선에 대응하는 위치보다도 만곡 오목측의 위치에 회전 중심을 설정하여 면 내에서 회전 변위시킨 형상의 프레스 성형용의 금속판.
제1항에 있어서,
상기 회전 변위시킨 형상의 금속판에서의 만곡 볼록측의 플랜지부가 되는 위치의 외연의 선 길이와, 상기 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부 외연의 선 길이와의 차가, 상기 프레스 부품 형상에서의 만곡 볼록측의 플랜지부 외연의 선 길이의 1할 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형용의 금속판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 만곡부에 대응하는 영역에 있어서의, 상기 천판부 및 만곡 볼록측의 상기 종벽부에 대응하는 영역에, 면 외 방향으로 장출한 장출부를 갖고, 그 장출부에 의해, 상기 회전 변위시킨 형상의 금속판에서의 상기 천판부와 만곡 볼록측의 상기 종벽부와의 사이의 능선에 대응하는 위치의 선 길이와, 상기 프레스 부품 형상에서의 상기 천판부와 만곡 볼록측의 종벽부와의 사이의 능선의 선 길이와의 차가, 상기 프레스 부품 형상에서의 상기 천판부와 만곡 볼록측의 종벽부와의 사이의 능선의 선 길이의 1할 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형용의 금속판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 만곡부에 대응하는 영역 이외의 직선부의 영역에 있어서, 상기 천판부와 상기 종벽부와의 사이의 능선에 대응하는 위치 및 상기 종벽부와 상기 플랜지부의 사이의 능선에 대응하는 위치의 적어도 1개의 위치에 대하여, 대응하는 능선을 따른 방향으로 연장되는 비드 형상 혹은 절목(折目) 형상을, 적어도 1개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 성형용의 금속판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
인장 강도가 590㎫ 이상의 재료로 이루어지는 프레스 성형용의 금속판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 금속판을, 천판부의 폭 방향 양측으로 종벽부 및 플랜지부를 갖는 단면 해트형 형상이고, 또한, 상기 천판부의 길이 방향을 따른 1 또는 2 이상의 개소에, 평면에서 볼 때 상기 천판부의 폭 방향의 한쪽으로 볼록하게 만곡한 만곡부를 갖는 프레스 부품 형상으로 프레스 성형하기 위한 프레스 성형 장치로서,
다이, 패드 및 굽힘날을 갖는 상형(上型)과, 상기 패드에 프레스 방향에서 대향하는 펀치를 갖는 하형(下型)을 갖고,
상기 패드는, 상기 천판부에 있어서의 상기 만곡부에 대응하는 영역을 가압하는 제1 패드와, 상기 천판부에 있어서의 상기 만곡부 이외의 직선부의 영역을 가압하는 제2 패드로 분할되고,
또한, 상기 굽힘날로 상기 종벽부 및 상기 플랜지부를 굽힘 가공 가능한 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제6항에 있어서,
상기 굽힘 가공 시에 있어서의, 상기 천판부로의 상기 제1 패드에 의한 가압력을 P1, 상기 천판부로의 상기 제2 패드에 의한 가압력을 P2로 한 경우, P1＜P2가 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 천판부의 판두께 방향을 프레스 방향으로 했을 때에, 상기 굽힘날의 적어도 한쪽은, 상기 프레스 방향에 대하여 0도 이상 90도 이하의 각도로 이동함으로써 상기 종벽부 및 상기 플랜지부를 굽힘 가공하는 구성인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 패드 및, 제1 패드와 대향하는 상기 펀치 부분에는, 상기 만곡부의 천판부에 있어서의 만곡 오목측의 영역에 맞닿는 면에 엠보스 형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 금속판을 펀치 상에 설치한 후, 상형을 하형을 향하여 하강시킴으로써, 상형의 패드와 상기 펀치로 천판부의 위치를 협압하고, 추가로 상형을 하강시킴으로써, 상형의 굽힘날에 의해 종벽부 및 플랜지부를 굽힘 가공하고, 상기 패드에 의한 상기 천판부의 가압력에 대해서, 만곡부 이외의 직선부 위치에서의 가압력을, 만곡부 위치에서의 가압력보다도 상대적으로 크게 하여, 상기 굽힘 가공을 행함으로써 프레스 부품을 제조하는 것을 특징으로 하는 프레스 부품의 제조 방법.