KR20210070630A - 프레스 성형 장치, 성형강판 및 프레스 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치는 소재를 지지하는 제1 성형유닛; 및 상기 소재를 가압하여 상기 소재를 상기 제1 성형유닛으로 유입시키는 제2 성형유닛;을 포함하고, 상기 제1 성형유닛 및 상기 제2 성형유닛은, 상기 소재의 유입 방향에 대하여 반대 방향으로 상기 소재를 가압하여 상기 소재의 두께 방향 단면에 압축잔류응력 및 인장잔류응력을 잔존시키게 제공될 수 있다.

Description

프레스 성형 장치, 성형강판 및 프레스 성형 방법{PRESS FORMING APPARATUS, FORMED STEEL PLATE AND PRESS FORMING METHOD}

본 발명은 프레스 성형 장치, 성형강판 및 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

도 1에서 보이는 프레스 성형 장치는 소재(1)를 지지하는 다이(20) 및 상기 소재(1)를 가압하여 상기 소재(1)를 상기 다이(20)의 내부로 유입시키는 펀치(10)를 포함할 수 있다.

소재(1)는 펀치(10)에 의해 가압되어 상기 다이(20)의 내부로 유입되면서 다이(20)의 곡률 반경을 따라 구부러지며, 프레스기(미도시)의 하사점에 도달하면 펀치(10)의 하강이 완료되고, 소재(1)의 벤딩(bending) 성형이 완료된다.

벤딩 성형이 완료된 소재(1)의 측벽부는 도 2에서 보이듯, 일정 각도(θ)로 원상 복귀되며, 이러한 현상을 스프링백(springback)이라 한다.

도 3에서 보이듯, 성형 완료된 소재(1)의 두께 방향(Y축 방향) 단면에는 압축 잔류 응력이 존재하는 영역(1a) 및 인장 잔류 응력이 존재하는 영역(1b)이 공존한다.

이러한 압축 잔류 응력과 인장 잔류 응력의 불균형이 발생하면 소재(1)에 스프링백이 발생하게 되는데 소재가 고강도강으로 구성될수록 그 발생량은 더욱 커지게 된다는 문제가 있다.

KR 10-2000-0034882 A (2000.06.26)

본 발명은 프레스 성형시 발생하는 스프링백을 저감하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 프레스 장치의 손상을 최소화하고, 프레스 성형에 필요한 힘과 프레스 성형 완료된 제품의 교정을 위한 후공정을 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.

실시 예에 따른 프레스 성형 장치는 소재를 지지하는 제1 성형유닛; 및 상기 소재를 가압하여 상기 소재를 상기 제1 성형유닛으로 유입시키는 제2 성형유닛;을 포함하고, 상기 제1 성형유닛 및 상기 제2 성형유닛은, 상기 소재의 유입 방향에 대하여 반대 방향으로 상기 소재를 가압하여 상기 소재의 두께 방향 단면에 압축잔류응력 및 인장잔류응력을 잔존시키게 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 성형유닛은, 상기 제2 성형유닛 방향으로 돌출되어 상기 소재를 가압하는 가압돌기;를 포함하고, 상기 제2 성형유닛은, 상기 가압돌기의 반대 방향으로 오목하게 형성되어 상기 가압돌기에 의해 가압된 상기 소재가 유입되는 유입홈;을 포함하고, 상기 유입홈의 체적이 상기 가압돌기의 체적보다 크게 구비될 수 있다.

또한, 상기 가압돌기는, 상기 제1,2 성형유닛의 이동 완료 이후에, 상기 소재와의 사이에 빈 공간인 제1 공간;이 형성되도록 상기 제1 성형유닛에 구비되며, 상기 유입홈은, 상기 제1,2 성형유닛의 이동 완료 이후에, 상기 소재와의 사이에 존재하는 빈 공간인 제2 공간;을 포함하도록 상기 제2 성형유닛에 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간은, 상기 유입홈에 존재할 수 있다.

또한, 상기 제1 공간은, 상기 제2 성형유닛의 길이 방향 단면에서 한 쌍의 상기 제2 공간의 사이에 존재할 수 있다.

또한, 상기 가압돌기는, 상기 제2 성형유닛의 길이 방향 단면 형상이 평평한 평탄부; 및 상기 평탄부의 양측에 각각 라운드지게 연결된 복수개의 곡선부;를 포함하고, 상기 유입홈은, 상기 제2 성형유닛의 길이 방향 단면 형상이 각지게 구비될 수 있다.

또한, 상기 소재의 두께(t), 상기 제1 성형유닛의 곡률 반경(R), 상기 유입홈의 너비(K), 상기 가압돌기의 상기 곡선부의 곡률 반경(r)의 값은, C-2R ≤ K ≤ C-3R, L = K-0.2t, 0.4R ≤ r ≤ 0.6R을 모두 만족하게 제공되며, 상기 제1 성형유닛의 곡률 반경(R)의 값은, 상기 유입홈의 깊이와 같은 값을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 성형유닛은, 상기 소재의 단부가 개방되도록 상기 소재를 지지할 수 있다.

실시 예에 따른 성형강판은 제1 측벽부;와, 제2 측벽부; 및 상기 제1 측벽부 및 상기 제2 측벽부와 연결되고, 제1 방향으로 돌출된 돌기부를 포함하는 바닥부;를 포함하고, 상기 돌기부는, 최고점을 기준으로 상기 제1 측벽부 방향에 형성되는 제1 라운드부; 및 상기 최고점을 기준으로 상기 제2 측벽부 방향에 형성되는 제2 라운드부;를 포함하고, 상기 제1 측벽부, 상기 제2 측벽부 및 상기 바닥부는 0.8mm(공차 5% 이내) 또는 1.2mm(공차 5% 이내)의 두께를 가지고, 인장강도가 1GPa 이상일 수 있다.

또한, 상기 제1 측벽부 또는 상기 제2 측벽부의 스프링백 각도는 5°이하일 수 있다.

또한, 상기 바닥부는, 상기 제1 측벽부와 상기 제1 라운드부 사이에 형성되는 제3 라운드부; 및 상기 제2 측벽부와 상기 제2 라운드부 사이에 형성되는 제4 라운드부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 돌기부는, 내면을 형성하는 제1 곡선; 및 외면을 형성하는 제2 곡선;을 포함하고, 상기 제1 곡선 및 상기 제2 곡선의 곡률 반경은 상기 제1 라운드부 또는 상기 제2 라운드부가 비가압된 상태에서 형성될 수 있다.

실시 예에 따른 프레스 성형 방법은 소재를 가압하여 복수개의 측벽부를 형성하는 제1 성형단계;와, 상기 제1 성형단계 중에 상기 소재의 측벽부에 이어지는 바닥부의 외면을 내면 방향으로 가압하여 상기 바닥부에 볼록부를 형성하는 제2 성형단계;와, 상기 제2 성형단계 중에 상기 바닥부의 내면을 상기 측벽부 방향으로 인장시키는 제3 성형단계; 및 상기 제3 성형단계 중에 상기 측벽부와 상기 바닥부의 연결부의 내면 및 외면을 가압하는 제4 성형단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제4 성형단계는, 상기 제2 성형단계에서 상기 소재를 가압하는 방향과 다른 방향으로 상기 소재를 가압하여 실시될 수 있다.

또한, 상기 제4 성형단계 중에 상기 볼록부의 최고점을 가압하는 제5 성형단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 복수개의 상기 측벽부 간의 거리가 상기 측벽부의 길이 방향으로 일정하도록 상기 소재를 가압하여 실시될 수 있다.

실시 예에 따르면 스프링백을 최소화할 수 있다.

또한, 장치의 손상이 최소화되며, 프레스 성형에 필요한 힘과 프레스 성형 완료된 제품의 스프링백 교정을 위한 후공정을 최소화할 수 있다.

도 1은 통상의 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 통상의 성형품의 스프링백 발생량을 도시한 것이다.
도 3은 통상의 성형품에 잔존하는 응력을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 성형유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 성형유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치에 의해 성형 완료된 프레스 성형품에 잔존하는 응력을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 규격에 따른 스프링백 발생 상태를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치와 통상의 프레스 성형 장치의 펀치힘에 따른 스프링백 발생량을 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 개략적으로 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품의 부분 확대도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형강판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형강판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 22는 본 발명에 따른 프레스 성형 방법을 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 프레스 성형 방법을 도시한 것이다.

본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

첨부된 도면에 도시된 X축은 소재의 길이 방향이고, Y축은 소재의 두께 방향이자 제2 성형유닛의 길이 방향이고, Z축은 소재의 폭 방향이다.

이하에서 설명하는 소재는 인장강도가 적어도 1 GPa인 고강도강판일 수 있고, 프레스 성형은 벤딩 성형일 수 있다. 그리고 상기 소재는 그 단부(도 4의 101a, 101b)가 블랭크홀더 등에 의해 구속되지 않은 상태인 비구속 상태에서 성형될 수 있다. 소재의 단부를 블랭크홀더 없이 성형하면 소재를 가압하는 성형수단에 가해지는 하중을 줄일 수 있다.

도 4에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치는 소재를 벤딩하도록 제1 성형유닛(110) 및 제2 성형유닛(120)을 포함할 수 있다.

제1 성형유닛(110)은 소재(101)를 지지할 수 있다.

제2 성형유닛(120)은 소재(101)를 가압하여, 소재(101)를 상기 제1 성형유닛(110)으로 유입시킬 수 있다,

실시 예에 따른 프레스 성형 장치는 상기 소재(101)가 제1 성형유닛(110)으로 유입되는 방향인 유입 방향(Y축 높이가 감소하는 방향)에 대하여 반대 방향(Y축 높이가 증가하는 방향)으로 상기 소재를 가압함으로써, 상기 소재(101)의 두께 방향 단면에 압축잔류응력 및 인장잔류응력을 잔존시키게 제공될 수 있다.

제1 성형유닛(110)은 상기 소재의 하방에서 상기 소재(101)의 단부(101a,101b)를 비구속 상태에서 지지하고, 상기 소재가 유입되는 성형홈(111)을 구비하는 다이일 수 있다.

제2 성형유닛(120)은 상기 소재(101)의 상방에서 상기 소재(101)를 가압하여 상기 소재를 상기 성형홈(111)으로 유입시키는 펀치일 수 있다.

일 실시 예에 따르면 상기 펀치가 상기 소재(101)의 하방에 놓이고, 상기 다이가 상기 소재(101)의 상방에 놓이도록 변경될 수도 있다.

제1 성형유닛(110)은 가압돌기(113)를 포함할 수 있다.

상기 가압돌기(113)는 상기 성형홈(111)에 존재할 수 있고, 상기 유입홈(122)은 상기 제2 성형유닛의 하부에 존재할 수 있다.

도 5에서 보이듯, 제2 성형유닛(120)은 그 단부(121)가 일정 곡률로 라운드지게 구비될 수 있고, 바닥면에는 유입홈(122)이 구비될 수 있다.

도 4에서 보이듯, 상기 가압돌기(113) 및 상기 유입홈(122)은 상기 소재(101)의 유입 방향에 대하여 반대 방향으로 상기 소재(101)를 가압함으로써 상기 소재의 두께 방향 단면에 압축응력 및 인장응력이 동시에 가해지게 할 수 있다.

상기 가압돌기(113) 및 상기 유입홈(122)에 의해 가압된 소재(101)의 두께 방향 단면에는 압축응력 및 인장응력이 동시에 잔류할 수 있다.

성형 완료된 소재의 두께 방향 단면에 존재하는 압축응력을 압축잔류응력이라고 하고, 인장응력을 인장잔류응력이라고 지칭하도록 한다.

상기 가압돌기(113) 및 상기 유입홈(122)은 소재(101)에 압축응력과 인장응력을 가하는데 소재에 잔존하는 압축잔류응력과 인장잔류응력이 균형을 이룰 수 있도록 압축응력과 인장응력을 가할 수 있다.

상기 가압돌기(113) 및 상기 유입홈(122)은 성형 완료된 소재의 단면에 압축잔류응력이 존재할 수 있는 영역에는 인장잔류응력이 존재하도록 하고, 인장잔류응력이 존재할 수 있는 영역에는 압축잔류응력이 존재할 수 있도록 하여 소재의 응력 불균형과 모멘트 불균형을 해소하는 역할을 한다.

일 실시 예에 따른 상기 가압돌기(113) 및 상기 유입홈(122)은 종래의 소재에서 압축잔류응력이 발생하던 영역에는 인장잔류응력이 발생하게 하고, 종래의 소재에서 인장잔류응력이 발생하던 영역에는 압축잔류응력이 발생하게 함으로써 스프링백 발생량을 저감하는 것이다.

일 실시 예에 따르면 소재에 압축응력과 인장응력을 발생시키면 소재를 가압할 때 소모되는 프레스력 즉, 프레스 성형 시 상기 제2 성형유닛(120)이 소재를 가압하는 힘을 최소화할 수 있다.

일 실시 예에 따르면 비교적 적은 양의 힘으로도 상기 소재에 압축응력과 인장응력을 발생시킬 수 있고, 필요한 프레스력이 약해짐에 따라 제1,2 성형유닛(110,120)에 가해지는 힘 또는 충격도 최소화되어 프레스 장치의 손상이 방지되고, 프레스 장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 상기 가압돌기(113)는 상기 제1 성형유닛(110)에서 상기 제2 성형유닛(120) 방향으로 돌출되어 상기 소재(101)를 가압할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 상기 유입홈(122)은 상기 제2 성형유닛(120)에서 상기 가압돌기(113)의 반대 방향으로 오목하게 형성되어 상기 가압돌기(113)에 의해 가압된 상기 소재(101)가 유입되게 제공될 수 있다.

이때, 상기 유입홈(122)의 체적은 상기 가압돌기(113)의 체적보다 크게 마련되며, 성형 완료 즉, 프레스기의 하사점 도달 이후에 상기 가압돌기(113)는 상기 소재와 함께 적어도 일부가 상기 유입홈(122)의 내부에 존재할 수 있다.

상기 유입홈(132)에는 상기 제1 성형유닛(110) 및 제2 성형유닛(120)의 이동 완료 이후에 즉, 프레스기의 하사점 도달 이후에 상기 소재(101)의 외면과 상기 가압돌기(113)가 형성하는 공간인 제1 공간(도 10의 133)과 상기 소재(101)의 내면과 상기 제2 성형유닛(120)이 형성하는 공간인 제2 공간(도 10의 134)이 존재할 수 있다.

상기 유입홈(122)과 상기 가압돌기(113)는 성형 완료 이후에 형성되는 제1 공간(도 10의 133) 및 제2 공간(도 10의 134)이 존재할 수 있도록 그 형상이 채택될 수 있다.

성형 완료 이후에 상기 제1 공간(도 10의 133) 및 상기 제2 공간(도 10의 134)은 유입홈(122)에 존재할 수 있는데 상기 제1,2 공간에 관한 구체적인 사항은 후술하기로 한다.

한편, 도 6에서 보이듯, 제1 성형유닛(110)의 성형홈(111)의 입구는 일정 곡률로 라운드지게 구비되어 제1 성형유닛(110)에 반경부(112)를 형성하고, 제2 성형유닛(도 5의 120)에 의해 가압되는 소재(도 4의 101)는 상기 반경부(112)를 지나 성형홈(111)으로 유입된다.

상기 가압돌기(113)는 상기 제2 성형유닛(도 5의 120)의 길이 방향 단면 즉, Y축 방향으로의 단면 형상이 평평한 평탄부(135) 및 상기 평탄부(135)의 양측에 라운드지게 연결된 한 쌍의 곡선부(136)를 포함할 수 있다.

평탄부(135)는 축 방향으로 상기 곡선부(136)보다 높은 곳에 존재하며, 평평한 직선부일 수 있다.

상기 곡선부(136)는 상기 평탄부(135)의 일측으로 이어지는 제1 곡선부(136a) 및 상기 평탄부(135)의 타측으로 이어지는 제2 곡선부(136b)를 포함할 수 있다.

상기 제1,2 곡선부(136a, 136b)의 곡률 반경은 동일하게 구비될 수 있다.

도 7에서 보이듯, 소재(101)의 양 단부(101a,101b)가 비구속된 상태에서 제2 성형유닛(120)에 의해 성형홈(111)으로 유입된다.

상기 소재(101)는 전술한 바와 같이 제1 성형유닛(110)의 반경부(도 6의 112)를 따라 구부러지며 유입되며, 상기 반경부(도 6의 112)를 지난 소재(101)는 바닥부와 한 쌍의 측벽부를 가지도록 벤딩된다.

이 과정에서 소재(101)의 바닥부는 제2 성형유닛(120)의 단부(도 5의 121)에 접촉하며, 상기 소재(101)의 바닥부와 측벽부의 연결부는 상기 단부(도 5의 121)의 곡률 반경을 따라 구부러진다.

도 8에서 보이듯, 제2 성형유닛(120)이 Y축 높이가 감소하는 방향으로 하강을 계속하고 소재(101)의 단부도 성형홈(111) 내에 존재하게 되면, 소재(101)의 바닥부의 외면이 가압돌기(113)의 평탄부(도 6의 135)에 닿는다.

이때까지 소재(101)의 내면 및 상기 내면으로부터 Y축 높이가 감소하는 방향으로 일정 깊이까지는 압축응력이 가해지게 되고, 상기 소재(101)의 외면 및 상기 외면으로부터 Y축 높이가 증가하는 방향으로 일정깊이까지는 인장응력이 가해지게 된다.

이어 도 9에서 보이듯, 제2 성형유닛(120)이 하강을 계속하면 소재(101)의 일부는 유입홈(122)의 내부로 유입되고, 소재(101)의 또 다른 일부는 가압돌기(113)의 제1,2 곡선부(도 6의 136a, 136b)를 따라 소재(도 4의 101)의 유입 방향에 대하여 반대 방향으로 구부러진다.

이 과정에서 소재(101)의 두께 방향 단면에서 상기 소재(101)의 내면 및 상기 내면으로부터 상기 소재(101)의 두께 방향으로 일정 깊이까지에 인장응력을 가할 수 있다.

종래에는 성형 완료 후에 압축응력 잔존하던 영역에 인장응력을 잔존시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 소재(101)의 두께 방향 단면에서 외면 및 상기 외면으로부터 상기 소재(101)의 두께 방향으로 일정 깊이까지에는 압축응력을 가할 수 있다.

종래에는 성형 완료 후에 인장응력이 잔존하던 영역에 압축응력을 잔존시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 소재(101)의 단면에는 두께방향으로 인장잔류응력과 압축잔류응력이 공존하게 되어 잔류응력의 불균형이 해소되고, 모멘트의 균형을 이루어 소재의 스프링백을 최소화할 수 있게 된다.

도 10에서 보이듯 제2 성형유닛(120)의 하강이 완료되고, 프레스기(미도시)의 하사점에 도달하면 소재(101)의 바닥부와 측벽부의 연결부가 제1 성형유닛(110) 및 제2 성형유닛(120)에 의해 가압된다.

상기 연결부가 가압되는 동안에 상기 소재(101)의 연결부에서 발생하는 응력은 상기 소재(101)의 내면으로부터 두께 방향으로 일정 깊이까지는 압축응력이고, 상기 소재(101)의 외면으로부터 두께 방향으로 일정 깊이까지는 인장응력이다.

상기 소재(101)의 연결부가 제1 성형유닛(110) 및 제2 성형유닛(120)에 의해 가압됨과 동시에 상기 소재의 내면의 일부는 유입홈(132) 내부에 존재하며, 제2 성형유닛(120)에 접촉한다.

위 과정까지가 완료되면 상시 유입홈(132)에는 전술한 제1 공간(133) 및 제2 공간(134)의 형성이 완료되게 된다.

제1 공간(133)은 가압돌기(131)와 소재(101)의 외면에 의해 형성되는 빈 공간이고, 제2 공간(134)은 제2 성형유닛(120)의 길이 방향 단면에서 상기 제1 공간(133)의 양 측에 한 쌍으로 존재하는 빈 공간이며, 소재(101)의 내면과 제2 성형유닛(120)에 의해 형성된다.

따라서 소재는 제2 성형유닛(120)이 Y축 높이가 감소하는 방향으로 하강함에 따라 소재(101)의 외면이 가압돌기(113)의 평탄부(도 6의 135)와 접촉했다가 상기 평탄부(도 6의 135)와 접촉이 해제되면서 곡선부(도 6의 136)에 접촉하면서 외면이 압축되고 내면이 인장되게 된다.

이후, 소재(101)의 내면이 제2 성형유닛(120)과 접촉하면 유입홈(122)의 내부에는 Y축에 평행한 평면에서 상기 소재(101)에 의해 상호 분리되는 한 쌍의 제2 공간(134)이 형성되며, 한 쌍의 상기 제2 공간(134)은 Y축에 평행한 평면에서 상기 제1 공간(133)을 사이에 두도록 위치한다.

따라서, 소재(101)의 내면의 일부는 제2 공간(134)에 의해 제2 성형유닛(120)과 비접촉하게 되므로 제2 성형유닛(120)과 비접촉하는 부분에는 제2 성형유닛(120)의 이동 완료 이후에도 여전히 인장응력이 발생하여 인장잔류응력이 잔존하게 되고, 소재(101)의 외면의 일부는 제2 성형유닛의 하강 완료 이후에, 상기 제1 공간(133)에 의해 가압돌기(131)와 비접촉하게 되므로 상기 소재(101)가 가압돌기(113)와 비접촉하는 부분에는 상기 제2 성형유닛(120)의 이동 완료 이후에도 여전히 압축응력이 발생하여 압축잔류응력이 잔존하게 된다.

이처럼 상기 유입홈(122)의 내부에 제1 공간(133) 및 제2 공간(134)이 존재하도록 상기 소재(101)를 성형하면 도 11에서 보이듯, 성형 완료된 소재(101)의 바닥부 내면 일부와 바닥부와 측벽부의 연결부의 외면 일부에는 인장잔류응력이 존재하는 영역(101d)을 형성할 수 있고, 상기 소재(101)의 바닥부 외면 일부와 상기 바닥부와 상기 측벽부의 연결부의 내면 일부에는 압축잔류응력이 존재하는 영역(101c)을 형성할 수 있다.

이는 종래에 소재에 잔류하던 인장응력과 압축응력에 반대되는 것으로서 본 발명은 상대적으로 약한 성형력으로 인장잔류응력과 압축잔류응력의 불균형을 해소하고, 모멘트의 균형을 이루어 스프링백 발생량을 10%이하로 할 수 있다.

도 10에서 보이듯, 소재(101)의 성형 완료 이후에 상기 제2 성형유닛(120)의 유입홈(122)에 제1 공간(133) 및 제2 공간(134)을 형성하기 위해서 상기 유입홈(122)은 Y축에 평행한 방향의 단면의 형상이 직선으로만 이루어짐으로써 비라운드지게 형성될 수 있다.

한편, 도 12에는 제1 성형유닛(110)의 반경부(도 6의 112)의 곡률 반경(R), 제1 성형유닛(110)의 성형홈(111)의 너비(D), 제2 성형유닛(120)의 유입홈(122)의 너비(K), 상기 유입홈(132)의 깊이(R), 가압돌기(131)의 제1,2 곡선부(136a, 136b)의 곡률 반경(r), 상기 가압돌기(131)의 너비(L), 상기 제2 성형유닛(120)의 너비(C)의 항목들이 표시되어 있다. 이때, 상기 성형홈(111)의 너비(D)는 Y축 방향으로 일정할 수 있다.

상기 소재(101)의 두께(t)와 상기의 항목들의 관계는 아래의 [관계식 1] 내지 [관계식 3]과 같이 정리될 수 있다.

상기 제1 성형유닛(110)의 반경부(도 6의 112)의 곡률 반경(R)과 상기 유입홈(132)의 깊이(R)는 같은 값을 가질 수 있다.

[관계식 1]

C-2R ≤ K ≤ C-3R

[관계식 2]

L = K-0.2t,

[관계식 3]

0.4R ≤ r ≤ 0.6R

상기의 [관계식 1] 내지 [관계식 3]은 도 13 내지 16에서 보이는 실험 결과표에 의해 수립된 것이다.

도 13 내지 도 16에서 'O'는 성형 완료후 소재에 발생한 스프링백 양이 10%이하일 때이고, 'X'는 그렇지 않은 경우이다.

위와 같이 [관계식 1] 내지 [관계식 3]에 의해 제1 성형유닛의 반경부(도 6의 112)의 곡률 반경(R), 제1 성형유닛의 성형홈의 너비(D), 제2 성형유닛의 유입홈의 너비(K), 상기 유입홈의 깊이(R), 가압돌기의 제1,2 곡선부의 곡률 반경(r), 상기 가압돌기의 너비(L), 상기 제2 성형유닛의 너비(C), 소재의 두께(t)의 값을 적용하면 도 17에 도시된 바와 같이, 인장강도 1 GPa 이상의 초고강도강판(두께 1.2mm)을 성형 시에, 20 kN의 펀치힘만으로도 스프링백 발생각도를 5°이하로 할 수 있다.

종래의 성형 장치에 의해 성형했을 때 발생한 스프링백 발생각도가 25°이상이던 것에 비하면 동일한 펀치힘으로 스프링백 발생각도를 현저히 줄인 것임을 알 수 있다.

도 18은 고강도강판인 소재를 가압하여 성형 완료한 프레스 성형품(200)의 일 실시 예이다.

상기 프레스 성형품(200)은 전술한 프레스 성형 장치에 의해 성형 완료된 것일 수 있다.

그리고 상기 프레스 성형품(200)은 그 두께 방향의 단면의 형상이 측벽부(210) 및 상기 측벽부(210)에 이어지는 바닥부(213)를 포함할 수 있다.

상기 측벽부(210)는 제1 측벽부(211) 및 제2 측벽부(212)를 포함할 수 있다.

상기 바닥부(213)는 상기 제1,2 측벽부(211,212)에 이어지고, 상기 제1,2 측벽부(211,212) 방향으로 돌출된 돌기부(214)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 돌기부(214)는 곡선으로 이루어질 수 있다.

상기 돌기부(214)는 최고점(T)의 양측에 각각 라운드지게 이어지는 복수개의 라운드부를 포함할 수 있고, 상기 라운드부는 제1,2 라운드부(215,216)를 포함할 수 있다.

상기 제1,2 라운드부(215,216)는 상기 최고점(T)이 가압된 상태에서 비가압된 영역이며, 상기 제1,2 라운드부(215,216)는 상기 바닥부(213)와 상기 측벽부(210)의 연결부가 가압됨에 의하여 그 곡률 반경이 형성된 것이다.

상기 제1,2 라운드부(215,216)는 돌기부(214)의 최고점(T)과 바닥부(213)가 가압된 상태에서 상기 바닥부(213)와 상기 연결부가 가압완료됨에 의하여 자연스럽게 형성되는 곡률 반경을 가질 수 있다. 따라서 상기 제1,2 라운드부(215,216)의 곡률 반경은 불규칙할 수 있다.

상기 돌기부(214)는 도 19에서 보이듯, 상기 소재를 가압하는 성형펀치(220) 및 성형다이(230)에 의해 형성될 수 있으며, 상기 프레스 성형품(200)은 그 두께 방향 단면에서 그 내면을 형성하는 제1 곡선(217) 및 두께 방향 단면에서 외면을 형성하는 제2 곡선(218)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1,2 라운드부(215,216)는 제1,2 곡선(217,218)의 일부를 이룰 수 있다.

상기 제1 곡선(217)과 제2 곡선(218)의 곡률 반경은 서로 같을 수도 있고, 서로 다를 수도 있는데 다만 전술한 바와 같이 제1,2 곡선(217,218)의 곡률반경은 상기 제1,2 라운드부(215,216)가 비가압된 상태에서 최종 결정될 수 있다.

이처럼 제1,2 라운드부(215,216)가 비가압된 상태에서 최고점(T)이 돌출되고, 제1,2 곡선(217,218)의 곡률 반경이 형성된다. 따라서 프레스 성형품의 제1 곡선(217) 및 상기 제1 곡선(217)으로부터 프레스 성형품(200)의 두께 방향으로 일정 깊이까지는 인장잔류응력이 존재하게 되고, 제2 곡선(218) 및 상기 제2 곡선(218)으로부터 프레스 성형품의 두께 방향으로 일정 깊이까지는 압축잔류응력이 존재하게 된다.

또한, 최고점(T)을 사이에 두는 일측의 제1 라운드부(215) 및 타측의 제2 라운드부(216)의 두께 방향 단면에는 인장잔류응력 및 압축잔류응력이 균형있게 공존하므로 벤딩 완료된 프레스 성형품의 형상 동결성이 향상된다.

한편, 상기 프레스 성형품의 상기 측벽부(211,212)에 이웃하는 바닥부(213)는 상기 돌기부(214)와 반대 방향으로 돌출될 수 있고, 그 내면에 압축응력이 발생하고, 그 외면에 인장응력이 발생하여 성형 완료 이후에도 그 내면에는 압축잔류응력이 잔존하고, 그 외면에는 인장잔류응력이 잔존하게 된다.

이 압축잔류응력과 인장잔류응력은 프레스 성형품(200)의 바닥부(213) 및 측벽부(211,212)에서 상호 균형을 이루어 벤딩 성형 완료된 프레스 성형품(200)의 스프링백 발생량을 10%이하로 유지할 수 있게 한다.

도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형강판(300)을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 성형강판(300)은 제1 측벽부(310), 제2 측벽부(320) 및 상기 제1 측벽부(310) 및 상기 제2 측벽부(320)와 연결되는 바닥부(330)를 포함할 수 있다.

상기 바닥부(330)는 제1 방향으로 돌출된 돌기부(331)를 포함할 수 있다.

상기 돌기부(331)는 최고점(T)을 기준으로 상기 제1 측벽부(310) 방향에 형성되는 제1 라운드부(332) 및 상기 최고점(T)을 기준으로 상기 제2 측벽부(320) 방향에 형성되는 제2 라운드부(333)를 포함할 수 있다.

상기 제1 측벽부(310), 상기 제2 측벽부(320) 및 상기 바닥부(330)는 0.8mm(공차 5% 이내) 또는 1.2mm(공차 5% 이내)의 두께를 가질 수 있다.

상기 성형강판(300)의 인장강도는 1GPa 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 프레스 성형 완료 후, 프레스 성형 장치에서 취출된 성형강판(300)의 상기 제1 측벽부(310) 또는 상기 제2 측벽부(320)의 스프링백 각도는 5°이하일 수 있다.

도 21에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형강판(300)은 상기 바닥부(330)가 제3 라운드부(334) 및 제4 라운드부(335)를 포함할 수 있다.

상기 제3 라운드부(334)는 상기 제1 측벽부(310)와 상기 제1 라운드부(332) 사이에 형성될 수 있다.

상기 제4 라운드부(335)는 상기 제2 측벽부(320)와 상기 제2 라운드부(333) 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 상기 돌기부(331)는 그 내면을 형성하는 제1 곡선(317) 및 그 외면을 형성하는 제2 곡선(318)을 포함할 수 있다.

상기 제1 곡선(317) 및 상기 제2 곡선(318)의 곡률 반경은 상기 제1 라운드부(332) 또는 상기 제2 라운드부(333)가 비가압된 상태에서 형성될 수 있다.

이에 따르면 종래 실시 예에서 압축잔류응력이 발생하던 영역에는 인장잔류응력이 발생하게 하고, 종래의 소재에서 인장잔류응력이 발생하던 영역에는 압축잔류응력이 발생하게 함으로써 스프링백 발생량을 저감할 수 있다.

한편 다른 측면으로서의 본 발명은 도 22에서 보이듯 소재를 가압하여 복수개의 측벽부를 형성하는 제1 성형단계(S310), 상기 제1 성형단계 중에 상기 소재의 측벽부에 이어지는 바닥부의 외면을 내면 방향으로 가압하여 상기 바닥부에 볼록부를 형성하는 제2 성형단계(S320), 상기 제2 성형단계 중에 상기 바닥부의 내면을 상기 측벽부 방향으로 인장시키는 제3 성형단계(S330) 및 상기 제3 성형단계 중에 상기 측벽부와 상기 바닥부의 연결부의 내면 및 외면을 가압하는 제4 성형단계(S340)를 포함하는 프레스 성형 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서 상기 제4 성형단계(S340)는, 상기 제2 성형단계(S320)에서 상기 소재를 가압하는 방향과 다른 방향으로 상기 소재를 가압하여 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은 또 다른 일 실시 예에서 도 23에서 보이듯, 상기 제4 성형단계(S340) 중에 상기 볼록부의 최고점을 가압하는 제5 성형단계(S350)를 더 포함할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은 복수개의 상기 측벽부 간의 이격거리가 상기 측벽부의 길이 방향으로 일정하도록 상기 소재를 가압하여 실시될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면 소재에 발생하는 스프링백 양을 최소화할 수 있고, 성형 시 필요한 힘을 최소화할 수 있다.

따라서, 소재에 발생한 스프링백을 교정하기 위해 수반될 수 있는 후공정을 최소화하고, 제품 성형 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

101 : 소재 110 : 제1 성형유닛
120 : 제2 성형유닛 133 : 제1 공간
134 : 제2 공간 135 : 평탄부
136 : 곡선부 200 : 프레스 성형품
211 : 제1 측벽부 212 : 제2 측벽부
213 : 바닥부 214 : 돌기부
215 : 제1 라운드부 216 : 제2 라운드부
217 : 제1 곡선 218 : 제2 곡선
220 : 성형펀치 230 : 성형다이
300 : 성형강판

Claims (16)

1. 소재를 지지하는 제1 성형유닛; 및
   상기 소재를 가압하여 상기 소재를 상기 제1 성형유닛으로 유입시키는 제2 성형유닛;을 포함하고,
   상기 제1 성형유닛 및 상기 제2 성형유닛은,
   상기 소재의 유입 방향에 대하여 반대 방향으로 상기 소재를 가압하여 상기 소재의 두께 방향 단면에 압축잔류응력 및 인장잔류응력을 잔존시키게 제공되는 프레스 성형 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 성형유닛은,
   상기 제2 성형유닛 방향으로 돌출되어 상기 소재를 가압하는 가압돌기;를 포함하고,
   상기 제2 성형유닛은,
   상기 가압돌기의 반대 방향으로 오목하게 형성되어 상기 가압돌기에 의해 가압된 상기 소재가 유입되는 유입홈;을 포함하고,
   상기 유입홈의 체적이 상기 가압돌기의 체적보다 크게 구비되는 프레스 성형 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가압돌기는,
   상기 제1,2 성형유닛의 이동 완료 이후에, 상기 소재와의 사이에 빈 공간인 제1 공간;이 형성되도록 상기 제1 성형유닛에 구비되며,
   상기 유입홈은,
   상기 제1,2 성형유닛의 이동 완료 이후에, 상기 소재와의 사이에 존재하는 빈 공간인 제2 공간;을 포함하도록 상기 제2 성형유닛에 구비되는 프레스 성형 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 공간 및 상기 제2 공간은,
   상기 유입홈에 존재하는 프레스 성형 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 공간은,
   상기 제2 성형유닛의 길이 방향 단면에서 한 쌍의 상기 제2 공간의 사이에 존재하는 프레스 성형 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 가압돌기는,
   상기 제2 성형유닛의 길이 방향 단면 형상이 평평한 평탄부; 및 상기 평탄부의 양측에 각각 라운드지게 연결된 복수개의 곡선부;를 포함하고,
   상기 유입홈은,
   상기 제2 성형유닛의 길이 방향 단면 형상이 각지게 구비되는 프레스 성형 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 소재의 두께(t), 상기 제1 성형유닛의 곡률 반경(R), 상기 유입홈의 너비(K), 상기 가압돌기의 상기 곡선부의 곡률 반경(r)의 값은,
   C-2R ≤ K ≤ C-3R, L = K-0.2t, 0.4R ≤ r ≤ 0.6R을 모두 만족하게 제공되며,
   상기 제1 성형유닛의 곡률 반경(R)의 값은,
   상기 유입홈의 깊이와 같은 값을 가지는 프레스 성형 장치.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 성형유닛은,
   상기 소재의 단부가 개방되도록 상기 소재를 지지하는 프레스 성형 장치.
   
9. 제1 측벽부;
   제2 측벽부; 및
   상기 제1 측벽부 및 상기 제2 측벽부와 연결되고, 제1 방향으로 돌출된 돌기부를 포함하는 바닥부;를 포함하고,
   상기 돌기부는,
   최고점을 기준으로 상기 제1 측벽부 방향에 형성되는 제1 라운드부; 및
   상기 최고점을 기준으로 상기 제2 측벽부 방향에 형성되는 제2 라운드부;를 포함하고,
   상기 제1 측벽부, 상기 제2 측벽부 및 상기 바닥부는 0.8mm(공차 5% 이내) 또는 1.2mm(공차 5% 이내)의 두께를 가지고,
   인장강도가 1GPa 이상인 성형강판.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 측벽부 또는 상기 제2 측벽부의 스프링백 각도는 5°이하인 성형강판.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 바닥부는,
    상기 제1 측벽부와 상기 제1 라운드부 사이에 형성되는 제3 라운드부; 및
    상기 제2 측벽부와 상기 제2 라운드부 사이에 형성되는 제4 라운드부;를 포함하는 성형강판.
    
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 돌기부는,
    내면을 형성하는 제1 곡선; 및
    외면을 형성하는 제2 곡선;을 포함하고,
    상기 제1 곡선 및 상기 제2 곡선의 곡률 반경은 상기 제1 라운드부 또는 상기 제2 라운드부가 비가압된 상태에서 형성된 프레스 성형품.
    
13. 소재를 가압하여 복수개의 측벽부를 형성하는 제1 성형단계;
    상기 제1 성형단계 중에 상기 소재의 측벽부에 이어지는 바닥부의 외면을 내면 방향으로 가압하여 상기 바닥부에 볼록부를 형성하는 제2 성형단계;
    상기 제2 성형단계 중에 상기 바닥부의 내면을 상기 측벽부 방향으로 인장시키는 제3 성형단계; 및
    상기 제3 성형단계 중에 상기 측벽부와 상기 바닥부의 연결부의 내면 및 외면을 가압하는 제4 성형단계;
    를 포함하는 프레스 성형 방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 제4 성형단계는,
    상기 제2 성형단계에서 상기 소재를 가압하는 방향과 다른 방향으로 상기 소재를 가압하여 실시되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 제4 성형단계 중에 상기 볼록부의 최고점을 가압하는 제5 성형단계;
    를 더 포함하는 프레스 성형 방법.
    
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수개의 상기 측벽부 간의 거리가 상기 측벽부의 길이 방향으로 일정하도록 상기 소재를 가압하여 실시되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.

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