KR20210072912A - 프레스 성형 장치 및 프레스 성형품 - Google Patents

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KR20210072912A
KR20210072912A KR1020190163231A KR20190163231A KR20210072912A KR 20210072912 A KR20210072912 A KR 20210072912A KR 1020190163231 A KR1020190163231 A KR 1020190163231A KR 20190163231 A KR20190163231 A KR 20190163231A KR 20210072912 A KR20210072912 A KR 20210072912A
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복현호
박재헌
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치는 프레스에 연결되는 제1 금형;과, 상기 제1 금형에 연결되고, 상기 제1 금형에 의해 이동하여 소재의 일면을 가압하는 제1 보조금형;과, 상기 소재의 타면이 놓이고, 상기 소재의 단부가 유입되는 소재유입영역을 포함하는 제2 금형; 및 상기 제1 금형에 의해 가압되어 상기 제1 보조금형에서 회전 이동되고, 회전 이동함으로써 상기 소재를 상기 소재유입영역으로 유입시키는 가동금형;을 포함하고, 상기 소재유입영역은, 곡선부를 포함하고, 상기 소재는, 상기 가동금형과 접촉한 상태에서 상기 곡선부를 따라 이동할 수 있다.

Description

프레스 성형 장치 및 프레스 성형품{APPARATUS FOR PRESS FORMING AND PRESS PRODUCT}
본 발명은 프레스 성형 장치 및 프레스 성형품에 관한 것이다.
측벽부에 임의의 형상을 가지는 제품이나 측벽부의 굽힘각이 90°미만인 제품을 프레스 성형하는 과정에는 가공의 사각지대인 언더컷(undercut)을 가공하기 위한 어려움이 있다.
언더컷은 초기의 주가공 공정에서 성형이 어려우므로 캠(CAM) 등의 기구를 활용한 추가 공정을 통해 성형해야 하는 어려움이 있다.
한편 프레스 금형에 의해 굽힘 또는 드로잉 성형된 소재의 측벽부에는 잔류응력으로 인한 스프링 백(spring back)이 발생한다.
스프링 백은 소성 재료의 굽힘 가공에서 재료를 굽힌 다음에 압력을 제거하면 원상으로 회복되려는 탄력 작용으로 굽힘량이 감소되는 현상을 말하는 것으로서 가공 후 소재에 잔류하는 응력과 연관이 있다.
이러한 스프링 백을 최소화하기 위한 공정들은 대부분 소재를 여유있게 준비하여 소재의 특정 부분으로 스프링 백을 집중시킨 뒤, 후가공에서 그 부분을 잘라내는 방식으로 이루어진다.
이러한 방식은 후속 공정인 트리밍(trimming) 공정이 필수로 요구되므로 공정의 효율성이 떨어지고, 소재의 실수율이 떨어진다는 문제가 있다.
KR 10-2017-0106517 A (2017.09.20)
본 발명은 소재의 언더컷 가공의 효율성 및 편의성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한 성형 제품의 형상 동결성 및 치수 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치는 프레스에 연결되는 제1 금형;과, 상기 제1 금형에 연결되고, 상기 제1 금형에 의해 이동하여 소재의 일면을 가압하는 제1 보조금형;과, 상기 소재의 타면이 놓이고, 상기 소재의 단부가 유입되는 소재유입영역을 포함하는 제2 금형; 및 상기 제1 금형에 의해 가압되어 상기 제1 보조금형에서 회전 이동되고, 회전 이동함으로써 상기 소재를 상기 소재유입영역으로 유입시키는 가동금형;을 포함하고, 상기 소재유입영역은, 곡선부를 포함하고, 상기 소재는, 상기 가동금형과 접촉한 상태에서 상기 곡선부를 따라 이동할 수 있다.
또한 상기 가동금형은, 단부에서 돌출되어 상기 소재의 단부에 접촉하는 돌기부;와, 상기 돌기부에 이어진 평탄부;와, 상기 평탄부에 이어진 제1 반경부;와, 상기 제1 반경부에 이어지고, 상기 소재의 측벽을 가압하는 측벽부; 및 상기 측벽부에 이어진 제2 반경부;를 포함하고, 상기 제1 반경부가 상기 소재를 가압하여 굽힌 후, 상기 돌기부가 상기 소재의 단부를 가압하여 상기 소재의 단부를 상기 소재의 중심방향으로 압축시킬 수 있다.
또한 상기 돌기부는, 상기 소재가 상기 소재유입영역의 상기 곡선부를 따라 이동하는 동안 상기 소재와 접촉하며, 상기 소재의 단부를 가압할 수 있다.
또한 상기 소재는, 상기 돌기부 및 상기 제1 반경부와 접촉하여 상기 곡선부를 따라 이동하다가 상기 측벽부 및 상기 제2 금형의 모서리에 접촉할 수 있다.
또한 상기 소재는, 상기 측벽부 및 상기 제2 금형의 모서리에 접촉 완료 후 상기 제2 반경부 및 상기 평탄부에 접촉할 수 있다.
또한 상기 소재는, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 제2 반경부에 접촉 완료 후 상기 평탄부에 접촉할 수 있다.
또한 상기 소재는, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 곡선부의 외부에 놓일 수 있다.
또한 상기 돌기부는, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 소재유입영역의 상기 곡선부에 놓일 수 있다.
또한 상기 제2 금형은, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 돌기부 및 상기 소재가 접촉하는 걸림부;를 더 포함하고, 상기 가동금형은, 상기 돌기부가 상기 걸림부에 접촉 시 또는 접촉 완료 후 회전 이동을 정지할 수 있다.
또한 상기 돌기부는, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 걸림부의 제1 걸림면에 접촉하고, 상기 소재는, 상기 돌기부가 상기 걸림부의 상기 제1 걸림면에 접촉 시 또는 접촉 완료 후 상기 걸림부의 제2 걸림면에 접촉할 수 있다.
또한 상기 제1 보조금형은, 상기 제1 금형에 탄성부재로 연결될 수 있다.
또한 상기 제1 금형은, 상기 가동금형을 가압하는 절곡부; 및 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 제1 보조금형과 상기 가동금형이 유입되는 금형유입영역;을 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 금형은, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 제2 반경부와 마주보는 위치에서 상기 소재를 가압하는 어깨부;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 가동금형의 상기 측벽부는 굴곡지고, 상기 제2 금형의 상기 가동금형의 상기 측벽부와 마주보는 영역은 상기 측벽부에 대응되게 굴곡질 수 있다.
또한 상기 제1 금형의 상기 절곡부는 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 소재유입영역의 상기 곡선부에 접촉하는 절곡부단부;와, 상기 절곡부단부에 이어지고, 상기 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 가동금형에 접촉하는 제1 측부; 및 상기 절곡부단부에 상기 제1 측부와 다른 방향으로 이어지고, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 소재유입영역의 상기 곡선부에 비접촉하는 제2 측부;를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 측부는, 라운드지게 구비되고, 상기 제2 측부는, 경사진 직선으로 구비될 수 있다.
한편 다른 측면으로서의 본 발명은 프레스 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품은 소재를 제1 방향으로 굽혀 형성한 제1 굽힘부;와, 상기 제1 굽힘부에서 연장된 제1 연장부;와, 상기 제1 연장부에 이어지고, 제2 방향으로 굽혀 형성한 제2 굽힘부; 및 상기 제2 굽힘부에서 연장된 제2 연장부;를 포함하고, 상기 제1 굽힘부는, 상기 소재의 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제1 영역, 상기 소재의 제2 면에서 상기 소재의 상기 중심까지 위치하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 제1 압축응력을 가지고, 상기 제2 영역은 제2 압축응력 및 제1 인장응력을 가지고, 상기 제2 굽힘부는, 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제3 영역, 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제4 영역을 포함하고, 상기 제3 영역은 제3 압축응력 및 제2 인장응력을 가지고, 상기 제4 영역은 제4 압축응력을 가지고, 상기 제1 영역에서 상기 제1 면에 상기 제1 압축응력이 존재하고, 상기 제4 영역에서 상기 제2 면에 상기 제4 압축응력이 존재할 수 있다.
또한 상기 제1 굽힘부에서 상기 제1 연장부가 연장된 방향과 다른 방향으로 연장된 제3 연장부;와, 상기 제3 연장부에 이어지고, 제3 방향으로 굽혀 형성한 제3 굽힘부;와, 상기 제3 굽힘부에서 연장된 제4 연장부;와, 상기 제4 연장부에 이어지고, 제4 방향으로 굽혀 형성한 제4 굽힘부; 및 상기 제4 굽힘부에서 연장된 제5 연장부;를 더 포함하고, 상기 제3 굽힘부는, 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제5 영역, 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제6 영역을 포함하고, 상기 제5 영역은 제5 압축응력을 가지고, 상기 제6 영역은 제3 인장응력 및 제6 압축응력을 가지고, 상기 제4 굽힘부는, 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제7 영역, 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제8 영역을 포함하고, 상기 제7 영역은 제4 인장응력 및 제7 압축응력을 가지고, 상기 제8 영역은 제8 압축응력을 가지고, 상기 제5 영역에서 상기 제1 면에 상기 제5 압축응력이 존재하고, 상기 제8 영역에서 상기 제2 면에 상기 제8 압축응력이 존재할 수 있다.
또한 상기 제1 압축응력의 세기는 상기 제2 압축응력의 세기보다 세고, 상기 제4 압축응력의 세기는 상기 제3 압축응력의 세기보다 셀 수 있다.
또한 상기 제5 압축응력의 세기는 상기 제6 압축응력의 세기보다 세고, 상기 제8 압축응력의 세기는 상기 제7 압축응력의 세기보다 셀 수 있다.
또한 소재를 제1 방향으로 굽혀 형성한 제1 굽힘부;와, 상기 제1 굽힘부에서 연장된 제1 연장부;와, 상기 제1 연장부에 이어지고, 제2 방향으로 굽혀 형성한 제2 굽힘부; 및 상기 제2 굽힘부에서 연장된 제2 연장부;를 포함하고, 상기 제1 굽힘부는, 상기 소재의 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제1 영역, 상기 소재의 제2 면에서 상기 소재의 상기 중심까지 위치하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 제1 압축응력을 가지고, 상기 제2 영역은 제2 압축응력 및 제1 인장응력을 가지고, 상기 제2 굽힘부는, 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제3 영역, 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제4 영역을 포함하고, 상기 제3 영역은 제3 압축응력 및 제2 인장응력을 가지고, 상기 제4 영역은 제4 압축응력을 가지고, 상기 제1 영역은 제1 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제2 영역은 제2 회절 피크 각도 및 제3 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제3 영역은 제4 회절 피크 각도 및 제5 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제4 영역은 제6 회절 피크 각도를 가질 수 있다.
또한 상기 제1 굽힘부에서 상기 제1 연장부가 연장된 방향과 다른 방향으로 연장된 제3 연장부;와, 상기 제3 연장부에 이어지고, 제3 방향으로 굽혀 형성한 제3 굽힘부;와, 상기 제3 굽힘부에서 연장된 제4 연장부;와, 상기 제4 연장부에 이어지고, 제4 방향으로 굽혀 형성한 제4 굽힘부; 및 상기 제4 굽힘부에서 연장된 제5 연장부;를 더 포함하고, 상기 제3 굽힘부는, 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제5 영역, 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제6 영역을 포함하고, 상기 제5 영역은 제5 압축응력을 가지고, 상기 제6 영역은 제3 인장응력 및 제6 압축응력을 가지고, 상기 제4 굽힘부는, 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제7 영역, 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제8 영역을 포함하고, 상기 제7 영역은 제4 인장응력 및 제7 압축응력을 가지고, 상기 제8 영역은 제8 압축응력을 가지고, 상기 제5 영역은 제7 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제6 영역은 제8 회절 피크 각도 및 제9 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제7 영역은 제10 회절 피크 각도 및 제11 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제8 영역은 제12 회절 피크 각도를 가질 수 있다.
또한 상기 제1 회절 피크 각도는 상기 제1 면에서 가장 작고, 상기 제2 회절 피크 각도는 상기 제3 회절 피크 각도 보다 작고, 상기 제4 회절 피크 각도는 상기 제5 회절 피크 각도 보다 작고, 상기 제6 회절 피크 각도는 상기 제2 면에서 가장 작을 수 있다.
또한 상기 제7 회절 피크 각도는 상기 제1 면에서 가장 작고, 상기 제8 회절 피크 각도는 상기 제9 회절 피크 각도보다 크고, 상기 제10 회절 피크 각도는 상기 제11 회절 피크 각도보다 크고, 상기 제12 회절 피크 각도는 상기 제2 면에서 가장 작을 수 있다.
본 발명에 따르면 소재의 언더컷 가공의 효율성 및 편의성을 향상된다.
또한 성형 제품의 형상 동결성 및 치수 정밀도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 가동금형을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 소재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 A이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 제2 금형을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치의 제1 금형을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치에 의해 성형된 소재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치에 의해 성형된 소재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 개략적으로 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 부분적으로 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 개략적으로 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 부분적으로 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품의 두께방향 응력 분포를 도시한 것이다.
도 20은 통상의 프레스 성형품의 두께방향 응력 분포를 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품과 통상의 프레스 성형품을 성형 장치에서 추출한 후의 상태를 도시한 것이다.
도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 개략적으로 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 부분적으로 도시한 것이다.
도 24는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 개략적으로 도시한 것이다.
도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품을 부분적으로 도시한 것이다.
본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 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.
이하 첨부된 도면에 도시된 X축은 소재의 길이방향이고, Y축은 소재의 두께방향이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치(100)이다.
실시 예에 따른 프레스 성형 장치(100)는 제1 금형(110), 제1 보조금형(120), 제2 금형(130) 및 가동금형(140)을 포함할 수 있다.
상기 제1 금형(110)은 프레스기(미도시)에 연결되어 이동할 수 있다.
상기 제1 보조금형(120)은 상기 제1 금형(110)에 연결될 수 있다.
상기 제1 보조금형(120)은 상기 제1 금형(110)에 의해 이동할 수 있다.
상기 제1 보조금형(120)은 소재(101)의 일면을 가압할 수 있다.
상기 제2 금형(130)은 상기 소재(101)의 타면에 놓일 수 있다.
상기 제2 금형(130)은 상기 소재의 단부(102)가 유입되는 소재유입영역(131)을 포함할 수 있다.
상기 가동금형(140)은 상기 제1 금형(110)에 의해 가압될 수 있다.
상기 가동금형(140)은 상기 제1 보조금형(120)과 연결될 수 있다.
상기 가동금형(140)은 상기 제1 보조금형(120)을 기준으로 회전 이동할 수 있다.
상기 가동금형(140)은 상기 제1 금형(110)에 의하여 회전 이동하여 상기 소재(101)를 상기 소재유입영역(131)으로 유입시킬 수 있다.
상기 제1 보조금형(120)은 상기 제1 금형(110)에 탄성부재(121)로 연결될 수 있다.
상기 가동금형(140)은 제1 보조금형(120)에 대하여 회전 이동이 가능하도록 제1 보조금형(120)에 힌지(H) 결합될 수 있다.
상기 가동금형(140)은 제1 보조금형(120)의 일측 및 타측에 각각 구비될 수 있다.
상기 가동금형(140)은 소재(101)를 상기 소재(101)의 중심방향으로 모으는 방향으로 회전되도록 상기 제1 보조금형(120)에 힌지(H) 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 제1 금형(110)이 제2 금형(130)에 대해 이동하며, 소재(101)는 제2 금형(130)에 안착될 수 있다.
제2 금형(130)에 마련된 상기 소재유입영역(131)은 소재의 하부에 존재하며, 가동금형(140)에 의해 가압된 소재(101)가 삽입되는 영역이다.
상기 소재유입영역(131)은 곡선부(132)를 포함하고, 상기 소재는 상기 가동금형(140)과 접촉한 상태에서 상기 곡선부(132)를 따라 이동할 수 있다.
소재(101)의 단부(102)는 가동금형(140) 및 제2 금형(130)의 곡선부(132)와 접촉한 상태에서 곡선부(132)를 따라 이동한다. 이 과정에서 소재(101)는 중심방향으로 압축되며, 소재(101)의 단부(102)는 상기 가동금형(140)에 의해 중심방향으로 수축될 수 있다.
이처럼 소재(101)의 단부(102)가 중심방향으로 압축되는 과정에서 소재(101)의 굽힘부에 압축응력이 전달되므로 소재(101)의 굽힘부에 존재하게 되는 굽힘모멘트가 제거되며, 스프링 백 발생이 억제된다.
따라서 소재(101)의 일부를 잘라내는 후공정인 트리밍 공정이 불필요하게 되며, 소재(101)의 굽힘 성형을 실시하는 중에 소재(101)의 스프링 백을 제거할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가동금형(140)이다.
상기 가동금형(140)은 돌기부(141), 평탄부(142), 제1 반경부(143), 측벽부(144) 및 제2 반경부(145)를 포함할 수 있다.
상기 돌기부(141)는 가동금형(140)에서 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 평탄부(142)는 상기 돌기부(141)와 이어질 수 있다.
상기 제1 반경부(143)는 상기 평탄부(142)와 이어질 수 있다.
상기 측벽부(144)는 상기 반경부(143)와 이어질 수 있다. 상기 측벽부(144)는 상기 소재(101)의 측벽을 가압할 수 있다.
상기 제2 반경부(145)는 상기 측벽부(144)와 이어질 수 있다.
돌기부(141)는 가동금형(140)의 단부(102)가 돌출되어 형성되며, 돌기부(141)의 돌출 높이는 성형 소재(101)의 특성, 완성 제품의 특성 등을 고려하여 설정할 수 있다.
측벽부(144)는 제1 반경부에서 제2 반경부(145) 방향으로 경사지되, 가동금형(140)의 두께가 제2 반경부(145)로 갈수록 감소하도록 경사질 수 있다.
이러한 측벽부(144)를 가지는 가동금형(도 1의 140)에 의해 측면이 굽혀진 소재(도 1의 101)는 성형 완료 후에 상기 제1 반경부에 의해 굽혀진 영역의 외측 굽힘각도가 90°미만이 될 수 있고, 제2 반경부에 의해 굽혀진 영역의 내측 굽힘 각도가 90°미만이 될 수 있다.
도 3에서 보이듯, 성형 초기에는 프레스기(미도시)에 장착된 제1 금형(110)이 제2 금형(130) 방향으로 하강할 수 있다. 상기 제1 금형(110)에 탄성부재(121)로 연결된 제1 보조금형(120)도 제2 금형(130) 방향으로 하강할 수 있다.
제1 보조금형(120)이 소재(101)의 일면에 접촉하고, 제1 금형(110)이 계속해서 하강할 수 있다. 그러면 상기 제1 금형(110)은 상기 제1 보조금형(120)의 양쪽에 마련된 가동금형(140)을 가압할 수 있다.
가동금형(140)이 제1 금형(110)에 의해 가압되면 가동금형(140)의 상기 제1 반경부(도 2의 143)가 상기 소재(101)를 가압하여 상기 소재(101)를 굽힐 수 있다.
도 4에서 보이듯, 제1 금형(110)이 계속해서 하강하면 가동금형(140)의 돌기부(도 3의 141)가 상기 소재(101)의 단부(102)를 가압하여 상기 소재(101)의 단부(102)를 소재유입영역(131)으로 유입시킬 수 있다. 이때 가동금형(140)의 제1 반경부(도 2의 143)도 소재(101)에 계속해서 접촉하고 있을 수 있다.
제1 금형(110)과 제1 보조금형(120)은 탄성부재(121)로 연결되어 있으므로 제1 보조금형(120)이 소재(101)에 접촉한 상태에서도 제1 금형(110)이 계속해서 하강할 수 있다. 또한, 제1 금형(110)이 하강하는 동안 탄성부재(121)는 수축될 수 있다.
탄성부재(121)는 제1 보조금형(120)이 소재(101)에 접촉한 상태에서 제1 금형(110)의 하강이 가능하게 한다. 또한, 제1 금형(110)이 하강하는 과정에 발생하는 반력에 의하여 제1 금형(110) 및 제1 보조금형(120)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 금형(110) 및 제1 보조금형(120)의 완충작용을 할 수 있다.
돌기부(141)는 소재(101)가 곡선부(132)를 따라 이동하는 동안 소재(101)의 단부(102)와 접촉을 유지할 수 있다. 이 과정에서 소재(101)의 단부(102)는 상기 돌기부(141)에 의해 중심방향으로 압축될 수 있다.
도 5에서 보이듯, 소재(101)는 프레스 성형 장치(도 1의 100)에 유입되기 이전에 블랭크(blank) 상태일 수 있다. 블랭크 상태의 소재(101)는 양측의 단부(102)로부터 중심방향으로 일정거리까지인 여유영역(103)을 가질 수 있다.
여유영역(103)은 프레스 성형 장치(도 1의 100)에 의해 성형되는 과정에서 수축되는 영역으로서, 소재(101)의 단부가 돌기부(도 4의 141)와 접촉하여 소재유입영역(도 4의 131)의 곡선부(도 4의 132)를 따라 이동하는 동안 소재(101)의 중심방향으로 수축될 수 있다.
소재(101)의 여유영역(103)은 소재(101)가 성형되는 과정에서 수축됨으로써, 소재(101)의 굽힘부에 압축응력이 가해지는 것에 기여할 수 있다.
소재(101)의 여유영역은 소재(101)의 성형 중에 소재(101)의 굽힘부에 압축응력을 가할 수 있게 한다. 따라서 소재(101)의 굽힘 성형 후, 후공정이 불필요하게 한다.
소재(101)의 여유영역은 소재(101)의 성형 완료 후에 완전히 수축되므로 소재(101)로 하여금 원하는 제품의 치수를 가질 수 있게 한다.
따라서 소재(101)가 블랭크 상태일 때에는 상기 여유영역 때문에 성형하고자 하는 제품의 치수보다 큰 치수를 가지게 된다.
도 6에서 보이듯, 제1 금형(110)이 계속해서 하강하고, 가동금형(140)이 회전 이동을 계속하면 소재(101)는 가동금형(도 2의 140)의 돌기부(도 2의 141) 및 제1 반경부(도 2의 143)와 접촉한 상태를 유지할 수 있다.
소재(101)는 가동금형(도 2의 140)의 돌기부(도 2의 141) 및 제1 반경부(도 2의 143)와 접촉한 상태에서 소재유입영역(131)의 곡선부(132)를 따라 이동하다가 가동금형의 측벽부(도 2의 144) 및 제2 금형(130)의 모서리에 접촉할 수 있다.
이때 소재에는 4개의 굽힘부가 형성되는데 이러한 과정에서도 소재(101)의 단부(도 4의 102)는 가동금형(140)의 돌기부(도 4의 141)에 의해 계속해서 압축되어 중심방향으로 수축될 수 있다.
소재(101)의 단부(도 4의 102)가 중심방향으로 수축되는 과정에서 전술한 바와 같이 소재(101)의 굽힘부에는 압축응력이 가해지므로 소재(101)의 굽힘부에 잔존할 수 있는 굽힘모멘트가 제거될 수 있다.
따라서 소재(101)가 프레스 성형 장치(도 1의 100)에서 추출된 후, 스프링 백이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 소재(101)의 형상 동결성 및 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 7에서 보이듯, 측벽부(도 2의 144) 및 제2 금형(130)의 모서리에 접촉 완료한 소재(101)는 가동금형(140)의 제2 반경부(도 2의 145) 및 평탄부(도 2의 142)에 접촉할 수 있다.
이 과정에서 소재(101)는 더욱 압축되며, 성형하고자 하는 굽힘 각도에 가깝게 굽혀질 수 있다.
도 8에서 보이듯, 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후제1 금형(110)은 더 이상의 하강을 정지하며, 탄성부재(121)는 최대치로 수축될 수 있다.
이때 소재(101)는 제1 보조금형(120), 제2 금형(130) 및 가동금형(140)에 의해 더욱 압축될 수 있다.
프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 가동금형(140)의 돌기부(도 2의 141)는 제2 금형(130)의 소재유입영역(131)의 상기 곡선부(132)에 존재할 수 있다.
반면, 소재는 제2 금형(130)의 소재유입영역(131)의 상기 곡선부(132)에 존재하지 않으며, 가동금형(140)의 돌기부(도 2의 141)의 연장선(L1) 및 소재(101)의 단부(도 2의 102)의 연장선(L2)은 중력방향으로 서로 어긋나게 위치할 수 있다.
도 9에서 보이듯, 가동금형(140)의 돌기부(도 2의 141)는 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후에도 소재의 단부(도 2의 102)를 가압하여 소재의 단부(도 2의 102)를 소재의 중심방향으로 압축시키며, 소재의 단부(도 2의 102)를 압축함에 의하여 소재(101)의 굽힘부에 압축응력을 가하는 역할을 할 수 있다.
프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후의 소재는 성형을 목적하는 치수와 적어도 동일한 치수를 가질 수 있다.
도 10에서 보이듯, 제2 금형(130)은 소재(도 1의 102)가 유입되는 영역인 소재유입영역(131), 상기 소재유입영역(131)의 곡선부(132), 상기 소재에 접촉하는 모서리에 해당하는 어깨부(136)를 포함할 수 있다.
어깨부(136)는 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후 제2 반경부(도 2의 145)와 마주보는 위치에서 소재(도 1의 102)를 가압하는 역할을 한다.
소재유입영역(131)은 가동금형(도 1의 140)에 대응되도록 소재(도 1의 102)의 양쪽 하부에 각각 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제2 금형(130)은 소재유입영역(131)에 존재하며, 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후 상기 가동금형(도 1의 140)의 돌기부(도 2의 141) 및 소재(도 1의 101)가 접촉하는 걸림부(133)를 더 포함할 수 있다.
걸림부(133)는 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후 돌기부(도 2의 141)가 접촉하는 제1 걸림면(134) 및 소재(도 1의 101)가 놓이는 제2 걸림면(135)을 포함할 수 있다.
제1 걸림면은 가동금형(도 1의 140)의 회전 이동의 한계치를 정하는 역할을 하며, 돌기부(도 2의 141)가 제1 걸림면에 접촉 시 또는 접촉 완료 후, 상기 가동금형(도 1의 140)은 회전 이동을 정지한다.
가동금형(도 1의 140)이 회전 이동을 정지하는 시점이 프레스기(미도시)가 하사점에 도달한 시점이며, 이 시점에 상기 가동금형(도 1의 140)의 돌기부(도 2의 141)는 상기 제1 걸림면에 접촉할 수 있고, 소재(도 1의 101)는 제2 걸림면에 접촉할 수 있다.
도 11에서 보이듯, 제1 금형(110)은 상기 가동금형(도 1의 140)을 가압하는 절곡부(111) 및 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 제1 보조금형(도 1의 120)과 상기 가동금형(도 1의 140)이 유입되는 금형유입영역(112)을 포함할 수 있다.
절곡부(111)는 금형유입영역(112)을 사이에 두도록 상기 금형유입영역(112)의 양측에 마련될 수 있고, 일정 높이 돌출될 수 있다. 절곡부(111)의 돌출 높이는 금형유입영역(112)의 깊이를 정할 수 있다.
상기 제1 금형(110)의 상기 절곡부(111)는 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 소재유입영역(도 1의 131)의 상기 곡선부(도 1의 132)에 접촉하는 절곡부단부(113)를 포함할 수 있다.
상기 제1 금형(110)의 상기 절곡부(111)는 상기 절곡부단부(113)에 이어지고, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 가동금형(도 1의 140)에 접촉하는 제1 측부(114)를 포함할 수 있다.
상기 제1 금형(110)의 상기 절곡부(111)는 상기 절곡부단부(113)에 상기 제1 측부(114)와 다른 방향으로 이어지고, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 소재유입영역(도 1의 131)의 상기 곡선부(도 1의 132)에 비접촉하는 제2 측부(115)를 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 측부(114)는 라운드지게 구비될 수 있고, 상기 제2 측부(115)는 경사진 직선으로 구비될 수 있다.
이에 따르면 제1 측부(114)가 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후에 가동금형(도 1의 140)을 계속해서 가압할 수 있고, 소재(도 1의 101)에 압축응력을 계속해서 가할 수 있다.
반면, 프레스기(미도시)의 하사점 도달 시 또는 도달 후 소재유입영역(도 1의 131)의 곡선부(도 1의 132)와 대면하는 제2 측부(115)는 제2 금형(도 1의 130)과 비접촉하므로 제1 금형(110)과 제2 금형(도 1의 130)이 상호 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 제1 금형(110)은 금형유입영역(112)과 통하는 결합홈(110a)을 포함할 수 있다. 상기 결합홈(110a)에는 탄성부재(121)가 삽입되어 지지될 수 있다.
이와 같은 프레스 성형 장치(도 1의 100)에 의해 성형 완료된 소재는 도 12에서 보이는 형상을 가질 수 있다.
소재(101)는 드로잉부(105) 및 상기 드로잉부(105)의 양 측으로 이어지는 소재측벽부(106)를 가질 수 있고, 상기 소재측벽부(106)에 이어지는 플랜지부(104)를 가질 수 있다.
소재의 단부(102)는 성형되는 과정에서 가동금형(도 1의 140)의 돌기부(도 2의 141)에 의해 수축되며, 단부(102)의 수축에 의해 소재의 굽힘부에 가해진 압축응력은 소재측벽부(106)의 스프링 백을 억제하여 형상 동결성을 높이고, 치수 정밀도를 높이는 역할을 할 수 있다.
도 13에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에서 가동금형(140)의 측벽부(도 2의 144)는 굴곡질 수 있다. 또한, 상기 제2 금형(130)의 상기 가동금형(140)의 상기 측벽부(도 2의 144)와 마주보는 영역은 상기 측벽부(도 2의 144)에 대응되게 굴곡질 수 있다.
굴곡진 가동금형(140) 및 제2 금형(130)은 소재의 언더컷 성형을 용이하게 하는 역할을 한다. 즉, 소재와 접촉하는 영역이 굴곡진 가동금형(140)이 회전 이동하면서 소재의 측면으로 곧바로 진입할 수 있고, 소재의 측면에서 소재를 직접 가압하게 되므로 소재에 존재하는 언더컷을 별다른 장치없이도 용이하게 형성할 수 있게 되는 것이다.
이에 따르면 별도의 캠(CAM) 성형 없이도 소재의 굽힘부를 형성함과 동시에 소재의 언더컷을 성형할 수 있어서 공정의 효율성이 향상되고, 언더컷 가공의 효율성 및 편의성이 향상되는 효과가 있다.
도 14에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치에 의해 성형된 소재(101)가 도시되어 있고, 상기 소재(101)는 소재측벽부(106)가 굴곡진 형태를 가질 수 있다.
굴곡진 소재측벽부(106)는 드로잉부(105)의 양측에 존재하며, 상기 소재측벽부(106)에는 소재(101)의 단부(102)를 포함하는 플랜지부(104)가 존재한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형 장치에 의해 성형된 소재(101)는 단부(102)가 수축되면서 굽힘부에 가해진 압축응력이 스프링 백을 억제하는 역할을 하므로 형상 동결성 및 치수 정밀도가 높고, 굴곡진 언더컷 가공의 효율성 및 편의성이 높다.
한편 다른 측면으로서의 본 발명은 도 15에서 보이듯, 제1 굽힘부(210), 제1 연장부(220), 제2 굽힘부(230) 및 제2 연장부(240)를 포함하는 프레스 성형품(200)을 제공한다.
상기 제1 굽힘부(210)는 소재(201)를 제1 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제1 연장부(220)는 상기 제1 굽힘부에서 연장될 수 있다.
상기 제2 굽힘부(230)는 상기 제1 연장부(220)에 이어지고, 상기 소재(201)를 제2 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제2 연장부(240)는 상기 제2 굽힘부(230)에서 연장될 수 있다.
도 16에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품(200)의 상기 제1 굽힘부는 상기 소재의 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제1 영역(211), 상기 소재의 제2 면(203)에서 상기 소재의 상기 중심(0)까지 위치하는 제2 영역(212)을 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 영역은 제1 압축응력을 가지고, 상기 제2 영역(212)은 제2 압축응력 및 제1 인장응력을 가질 수 있다.
한편 상기 제2 굽힘부(230)는 상기 소재의 상기 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제3 영역(231), 상기 소재의 상기 제2 면(203)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제4 영역(232)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제3 영역(231)은 제3 압축응력 및 제2 인장응력을 가지고, 상기 제4 영역(232)은 제4 압축응력을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품(도 15의 200)은 제1 굽힘부(210)에서 수축된 면인 제1 면(202)에는 제1 압축응력이 존재하고, 상기 제1 면(202)을 포함한 제1 영역(211)에는 Y축 방향으로 제1 압축응력만이 존재할 수 있다.
수축된 제1 면(202)을 포함하는 제1 영역(211)에 제1 압축응력만이 존재하므로 프레스 성형품(도 15의 200)의 스프링 백을 억제할 수 있고, 형상 동결성 및 치수 정밀도가 향상될 수 있다.
또한 제2 굽힘부(230)에서 수축된 면인 제2 면(203)에 상기 제4 압축응력이 존재하고, 상기 제2 면(203)을 포함하는 제4 영역(232)에 Y축 방향으로 제4 압축응력만이 존재하므로 프레스 성형품(도 15의 200)의 스프링 백을 억제할 수 있고, 형상 동결성 및 치수 정밀도가 향상될 수 있다.
도 17에서 보이듯, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 프레스 성형품(200)은 제3 연장부(270), 제3 굽힘부(250), 제4 연장부(280), 제4 굽힘부(260) 및 제5 연장부(290)를 포함할 수 있다.
제3 연장부(270)는 상기 제1 굽힘부에서 상기 제1 연장부(220)가 연장된 방향과 다른 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제3 굽힘부(250)는 상기 제3 연장부(270)에 이어지고, 소재(201)를 제3 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제4 연장부(280)는 상기 제3 굽힘부(250)에서 연장될 수 있다.
상기 제4 굽힘부(260)는 상기 제4 연장부(280)에 이어지고, 상기 소재(201)를 제4 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제5 연장부(290)는 제4 굽힘부(260)에서 연장될 수 있다.
도 18에서 보이듯, 상기 제3 굽힘부(250)는 상기 소재의 상기 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제5 영역(251), 상기 소재의 상기 제2 면(203)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제6 영역(252)을 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 면(202)을 포함하는 제5 영역(251)은 제5 압축응력을 가지고, 상기 제2 면(203)을 포함하는 제6 영역(252)은 제3 인장응력 및 제6 압축응력을 가질 수 있다.
압축된 영역인 제5 영역(251)은 제1 면(202)에 상기 제5 압축응력이 존재하고, 상기 제1 면(202)부터 Y축 방향으로 소재의 중심(0)까지 제5 압축응력만이 존재한다.
제5 압축응력은 제3 굽힘부(250)의 스프링 백을 억제하고, 형상 동결성 및 치수 정밀도를 향상시키는 역할을 한다.
한편 도 17 및 도 18에서 보이듯, 상기 제4 굽힘부(260)는 상기 소재의 상기 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제7 영역(261), 상기 소재의 상기 제2 면(203)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제8 영역(262)을 포함할 수 있다.
제4 굽힘부(260)에서 인장된 면인 제1 면(202)을 포함하여 상기 제1 면으로부터 소재의 중심(0)까지에는 제4 인장응력 및 제7 압축응력이 존재하고, 제4 굽힘부(260)에서 수축된 면인 제2 면(202)에는 제8 압축응력이 존재한다.
제8 영역(262)에서는 제2 면(202) 뿐만 아니라 제2 면(202)으로부터 Y축 방향으로 소재의 중심(0)까지 제8 압축응력만이 존재하므로 소재의 스프링 백이 억제되고, 형상 동결성 및 치수 정밀도가 향상될 수 있다.
제1 굽힘부(210)에서 상기 제1 압축응력의 세기는 상기 제2 압축응력의 세기보다 세고, 제1 압축응력은 제1 굽힘부의 제1 면(202)에서 그 크기가 가장 세다.
제2 굽힘부(230)에서 상기 제4 압축응력의 세기는 상기 제3 압축응력의 세고, 제4 압축응력은 제2 굽힘부(230)의 제2 면(203)에서 그 크기가 가장 세다.
제3 굽힘부(250)에서 상기 제5 압축응력의 세기는 상기 제6 압축응력의 세기보다 세고, 제5 압축응력은 제3 굽힘부(250)의 제1 면(202)에서 그 크기가 가장 세다.
또한, 제4 굽힘부(260)에서 상기 제8 압축응력의 세기는 상기 제7 압축응력의 세기보다 세며, 제8 압축응력은 제4 굽힘부(260)의 제2 면(203)에서 그 크기가 가장 세다.
도 19에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레스 성형품(도 17의 200)은 소재(도 17의 201)에서 압축된 영역인 t/2에서 0까지 해당하는 영역에는 압축응력(-σx)만이 존재하고, 인장된 영역인 -t/2에서 0까지 해당하는 영역에는 중심인 0에서부터 일부 영역에는 압축응력(-σx)이 존재하고, 나머지 영역에는 인장응력(σx)이 존재한다.
이러한 응력 분포를 도 20에 도시된 통상의 프레스 성형품의 응력 분포와 대비하면, 도 20에 도시된 통상의 프레스 성형품에 존재하는 잔류응력은 성형 종료 직후 즉, 금형 안에 소재가 존재할 때에는 압축된 영역에는 압축응력(-σx)만이 존재하고, 인장된 영역에는 인장응력(σx)만 존재한다. 이러한 응력분포는 본 발명에 따른 프레스 성형품과 동일하다.
그러나 통상의 프레스 성형품은 금형에서 추출된 직후부터 스프링 백이 발생하기 시작한다.
스프링 백이 발생한 상태에서 프레스 성형품의 압축된 영역에는 압축응력(-σx) 및 인장응력(σx)이 존재하고, 인장된 영역에도 인장응력(σx) 및 압축응력(-σx)이 존재한다.
이와 같이 통상의 프레스 성형품은 압축된 영역에도 압축응력(-σx) 및 인장응력(σx)이 존재하기 때문에 스프링 백이 발생하는 것이며, 잔존하는 압축응력 및 인장응력의 세기 또한 본 발명에 따른 프레스 성형품에 비해 세기 때문에 스프링 백 발생량 또한 큰 것이다.
따라서 본 발명에 따른 프레스 성형품(도 21의 200)은 도 21의 점선으로 나타낸 바와 같이 굽힘부의 스프링 백 발생이 최소화되어 형상 동결성이 높은 반면, 통상의 프레스 성형품은 도 21의 실선으로 나타낸 바와 같이 굽힘부의 스프링 백 발생량이 최대화되어 형상 동결성이 떨어지는 것을 알 수 있다.
도 22에서 보이듯 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 프레스 성형품(200)은 제1 굽힘부(210), 제1 연장부(220), 제2 굽힘부(230) 및 제2 연장부(240)를 포함할 수 있다.
상기 제1 굽힘부(210)는 소재(201)를 제1 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제1 연장부(220)는 상기 제1 굽힘부에서 연장될 수 있다.
제2 굽힘부(230)는 상기 제1 연장부(220)에 이어지고, 상기 소재(201)를 제2 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제2 연장부(240)는 상기 제2 굽힘부(230)에서 연장될 수 있다.
도 22 및 도 23에서 보이듯, 상기 제1 굽힘부는 상기 소재의 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제1 영역(211), 상기 소재의 제2 면에서 상기 소재의 상기 중심(0)까지 위치하는 제2 영역(212)을 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 영역(211)은 제1 압축응력을 가지고, 상기 제2 영역(212)은 제2 압축응력 및 제1 인장응력을 가질 수 있다.
한편 상기 제2 굽힘부(230)는 상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제3 영역(231), 상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제4 영역(232)을 포함할 수 있다.
상기 제3 영역(231)은 제3 압축응력 및 제2 인장응력을 가지고, 상기 제4 영역(232)은 제4 압축응력을 가질 수 있다.
이러한 프레스 성형품(200)을 X선 회절법(X-ray diffraction)을 통해 회절 피크 각도를 측정해보면 프레스 성형품(200)에 잔존하는 응력의 형태 및 세기를 알 수 있다.
X선 회절법은 결정체 물질 분자에 X선을 조사하여 산란된 X선 양상을 분석함으로써 결정체의 구조를 알아내는 방법인데 X선 회절법을 통해 회절 피크 각도를 측정하면 프레스 성형품(200)에 잔존하는 응력의 형태 및 세기를 알 수 있다.
회절 피크 각도가 상대적으로 작을수록 소재는 많이 압축된 것이고, 회절 피크 각도가 상대적으로 클수록 소재는 덜 압축된 것이다.
이를 참조로 하여 제1,2,3,4 영역(211,212,231,232)의 회절 피크 각도를 측정하면 상기 제1 영역(211)은 제1 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제2 영역(212)은 제2 회절 피크 각도 및 제3 회절 피크 각도를 가지며, 상기 제3 영역(231)은 제4 회절 피크 각도 및 제5 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제4 영역(232)은 제6 회절 피크 각도를 가진다.
이때 상기 제1 회절 피크 각도는 상기 제1 면에서 가장 작고, 상기 제2 회절 피크 각도는 상기 제3 회절 피크 각도 보다 작으며, 상기 제4 회절 피크 각도는 상기 제5 회절 피크 각도 보다 작고, 상기 제6 회절 피크 각도는 상기 제2 면에서 가장 작다.
이를 통해 제1 영역(211)에는 압축응력만이 존재하고, 제1 영역(211)에서는 제1 면의 압축응력의 세기가 가장 큰 것을 알 수 있고, 제2 영역(212) 및 제3 영역(231)에는 압축응력 및 인장응력이 공존하는 것을 알 수 있으며, 제4 영역(232)에도 압축응력만이 존재하되, 제2 면에서 가장 큰 세기의 압축응력이 존재하는 것을 알 수 있다.
이러한 응력 분포는 프레스 성형품의 스프링 백을 억제하고, 형상 동결성 및 치수 정밀도를 향상시키는 것에 기여할 수 있다.
도 24에서 보이듯, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 프레스 성형품(200)은 제3 연장부(270), 제3 굽힘부(250), 제4 연장부(280), 제4 굽힘부(260) 및 제5 연장부(290)를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 연장부(270)는 상기 제1 굽힘부에서 상기 제1 연장부(220)가 연장된 방향과 다른 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제3 굽힘부(250)는 상기 제3 연장부(270)에 이어지고, 소재(201)를 제3 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제4 연장부(280)는 상기 제3 굽힘부(250)에서 연장될 수 있다.
상기 제4 굽힘부(260)는 상기 제4 연장부(280)에 이어지고, 상기 소재(201)를 제4 방향으로 굽혀 형성할 수 있다.
상기 제5 연장부(290)는 상기 제4 굽힘부에서 연장된 제5 연장부(290)를 더 포함할 수 있다.
도 25에서 보이듯, 상기 제3 굽힘부(250)는 상기 소재의 상기 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제5 영역(251), 상기 소재의 상기 제2 면(203)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제6 영역(252)을 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 면(202)을 포함하는 제5 영역은 제5 압축응력을 가지고, 상기 제2 면(203)을 포함하는 제6 영역(252)은 제3 인장응력 및 제6 압축응력을 가질 수 있다.
압축된 영역인 제5 영역(251)은 제1 면(202)에 상기 제5 압축응력이 존재하고, 상기 제1 면(202)부터 Y축 방향으로 소재의 중심(0)까지 제5 압축응력만이 존재한다.
제5 압축응력은 제3 굽힘부(250)의 스프링 백을 억제하고, 형상 동결성 및 치수 정밀도를 향상시키는 역할을 한다.
한편 도 24 및 도 25에서 보이듯, 상기 제4 굽힘부(260)는 상기 소재의 상기 제1 면(202)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제7 영역(261), 상기 소재의 상기 제2 면(203)에서 상기 소재의 중심(0)까지 위치하는 제8 영역(262)을 포함할 수 있다.
제4 굽힘부(260)에서 인장된 면인 제1 면(202)을 포함하여 상기 제1 면으로부터 소재의 중심(0)까지에는 제4 인장응력 및 제7 압축응력이 존재하고, 제4 굽힘부(260)에서 수축된 면인 제2 면(202)에는 제8 압축응력이 존재한다.
제8 영역(262)에서는 제2 면(202) 뿐만 아니라 제2 면(202)으로부터 Y축 방향으로 소재의 중심(0)까지 제8 압축응력만이 존재하므로 소재의 스프링 백이 억제되고, 형상 동결성 및 치수 정밀도가 향상될 수 있다.
제1 굽힘부(210)에서 상기 제1 압축응력의 세기는 상기 제2 압축응력의 세기보다 세고, 제1 압축응력은 제1 굽힘부의 제1 면(202)에서 그 크기가 가장 세다.
제2 굽힘부(230)에서 상기 제4 압축응력의 세기는 상기 제3 압축응력의 세고, 제4 압축응력은 제2 굽힘부(230)의 제2 면(203)에서 그 크기가 가장 세다.
제3 굽힘부(250)에서 상기 제5 압축응력의 세기는 상기 제6 압축응력의 세기보다 세고, 제5 압축응력은 제3 굽힘부(250)의 제1 면(202)에서 그 크기가 가장 세다.
또한, 제4 굽힘부(260)에서 상기 제8 압축응력의 세기는 상기 제7 압축응력의 세기보다 세며, 제8 압축응력은 제4 굽힘부(260)의 제2 면(203)에서 그 크기가 가장 세다.
이러한 프레스 성형품(200)을 X선 회절법을 통해 잔류 응력을 측정하면 상기 제5 영역(251)은 제7 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제6 영역(252)은 제8 회절 피크 각도 및 제9 회절 피크 각도를 가지며, 상기 제7 영역(261)은 제10 회절 피크 각도 및 제11 회절 피크 각도를 가지고, 상기 제8 영역(262)은 제12 회절 피크 각도를 가짐을 알 수 있다.
이때 상기 제7 회절 피크 각도는 상기 제1 면에서 가장 작고, 상기 제8 회절 피크 각도는 상기 제9 회절 피크 각도보다 크며, 상기 제10 회절 피크 각도는 상기 제11 회절 피크 각도보다 크고, 상기 제12 회절 피크 각도는 상기 제2 면에서 가장 작은 거동을 보인다.
이러한 잔류응력의 분포는 프레스 성형품의 스프링 백을 억제하고, 형상 동결성 및 치수 정밀도를 향상시키는 것에 기여할 수 있다.
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 금형
111 : 절곡부 112 : 금형유입영역
113 : 절곡부단부 114 : 제1 측부
115 : 제2 측부 120 : 제1 보조금형
121 : 탄성부재 130 : 제2 금형
131 : 소재유입영역 132 : 곡선부
133 : 걸림부 140 : 가동금형
141 : 돌기부 142 : 평탄부
143 : 제1 반경부 144 : 측벽부
145 : 제2 반경부 200 : 프레스 성형품
201 : 소재 202 : 제1 면
203 : 제2 면

Claims (24)

  1. 프레스기에 연결되는 제1 금형;
    상기 제1 금형에 연결되고, 상기 제1 금형에 의해 이동하여 소재의 일면을 가압하는 제1 보조금형;
    상기 소재의 타면이 놓이고, 상기 소재의 단부가 유입되는 소재유입영역을 포함하는 제2 금형; 및
    상기 제1 금형에 의해 가압되어 상기 제1 보조금형에서 회전 이동되고, 회전 이동함으로써 상기 소재를 상기 소재유입영역으로 유입시키는 가동금형;을 포함하고,
    상기 소재유입영역은,
    곡선부를 포함하고,
    상기 소재는,
    상기 가동금형과 접촉한 상태에서 상기 곡선부를 따라 이동하는 프레스 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동금형은,
    단부에서 돌출되어 상기 소재의 단부에 접촉하는 돌기부;
    상기 돌기부에 이어진 평탄부;
    상기 평탄부에 이어진 제1 반경부;
    상기 제1 반경부에 이어지고, 상기 소재의 측벽을 가압하는 측벽부; 및
    상기 측벽부에 이어진 제2 반경부;를 포함하고,
    상기 제1 반경부가 상기 소재를 가압하여 굽힌 후, 상기 돌기부가 상기 소재의 단부를 가압하여 상기 소재의 단부를 상기 소재의 중심방향으로 압축시키는 프레스 성형 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부는,
    상기 소재가 상기 소재유입영역의 상기 곡선부를 따라 이동하는 동안 상기 소재와 접촉하며, 상기 소재의 단부를 가압하는 프레스 성형 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소재는,
    상기 돌기부 및 상기 제1 반경부와 접촉하여 상기 곡선부를 따라 이동하다가 상기 측벽부 및 상기 제2 금형의 모서리에 접촉하는 프레스 성형 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소재는,
    상기 측벽부 및 상기 제2 금형의 모서리에 접촉 완료 후 상기 제2 반경부 및 상기 평탄부에 접촉하는 프레스 성형 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소재는,
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 제2 반경부에 접촉 완료 후 상기 평탄부에 접촉하는 프레스 성형 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소재는,
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 곡선부의 외부에 놓이는 프레스 성형 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌기부는,
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 소재유입영역의 상기 곡선부에 놓이는 프레스 성형 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 금형은,
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후, 상기 돌기부 및 상기 소재가 접촉하는 걸림부;를 더 포함하고,
    상기 가동금형은,
    상기 돌기부가 상기 걸림부에 접촉 시 또는 접촉 완료 후 회전 이동을 정지하는 프레스 성형 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 돌기부는,
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 걸림부의 제1 걸림면에 접촉하고,
    상기 소재는,
    상기 돌기부가 상기 걸림부의 상기 제1 걸림면에 접촉 시 또는 접촉 완료 후 상기 걸림부의 제2 걸림면에 접촉하는 프레스 성형 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 보조금형은,
    상기 제1 금형에 탄성부재로 연결되는 프레스 성형 장치.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금형은,
    상기 가동금형을 가압하는 절곡부; 및
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 제1 보조금형과 상기 가동금형이 유입되는 금형유입영역;
    을 포함하는 프레스 성형 장치.
  13. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 금형은,
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 제2 반경부와 마주보는 위치에서 상기 소재를 가압하는 어깨부;
    를 더 포함하는 프레스 성형 장치.
  14. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동금형의 상기 측벽부는 굴곡지고,
    상기 제2 금형의 상기 가동금형의 상기 측벽부와 마주보는 영역은 상기 측벽부에 대응되게 굴곡진 프레스 성형 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 금형의 상기 절곡부는
    프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 소재유입영역의 상기 곡선부에 접촉하는 절곡부단부;
    상기 절곡부단부에 이어지고, 상기 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 가동금형에 접촉하는 제1 측부; 및
    상기 절곡부단부에 상기 제1 측부와 다른 방향으로 이어지고, 프레스기의 하사점 도달 시 또는 하사점 도달 후 상기 소재유입영역의 상기 곡선부에 비접촉하는 제2 측부;
    를 포함하는 프레스 성형 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 측부는,
    라운드지게 구비되고,
    상기 제2 측부는,
    경사진 직선으로 구비된 프레스 성형 장치.
  17. 소재를 제1 방향으로 굽혀 형성한 제1 굽힘부;
    상기 제1 굽힘부에서 연장된 제1 연장부;
    상기 제1 연장부에 이어지고, 제2 방향으로 굽혀 형성한 제2 굽힘부; 및
    상기 제2 굽힘부에서 연장된 제2 연장부;를 포함하고,
    상기 제1 굽힘부는,
    상기 소재의 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제1 영역,
    상기 소재의 제2 면에서 상기 소재의 상기 중심까지 위치하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 제1 압축응력을 가지고,
    상기 제2 영역은 제2 압축응력 및 제1 인장응력을 가지고,
    상기 제2 굽힘부는,
    상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제3 영역,
    상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제4 영역을 포함하고,
    상기 제3 영역은 제3 압축응력 및 제2 인장응력을 가지고,
    상기 제4 영역은 제4 압축응력을 가지고,
    상기 제1 영역에서 상기 제1 면에 상기 제1 압축응력이 존재하고,
    상기 제4 영역에서 상기 제2 면에 상기 제4 압축응력이 존재하는 프레스 성형품.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 굽힘부에서 상기 제1 연장부가 연장된 방향과 다른 방향으로 연장된 제3 연장부;
    상기 제3 연장부에 이어지고, 제3 방향으로 굽혀 형성한 제3 굽힘부;
    상기 제3 굽힘부에서 연장된 제4 연장부;
    상기 제4 연장부에 이어지고, 제4 방향으로 굽혀 형성한 제4 굽힘부; 및
    상기 제4 굽힘부에서 연장된 제5 연장부;를 더 포함하고,
    상기 제3 굽힘부는,
    상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제5 영역,
    상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제6 영역을 포함하고,
    상기 제5 영역은 제5 압축응력을 가지고,
    상기 제6 영역은 제3 인장응력 및 제6 압축응력을 가지고,
    상기 제4 굽힘부는,
    상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제7 영역,
    상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제8 영역을 포함하고,
    상기 제7 영역은 제4 인장응력 및 제7 압축응력을 가지고,
    상기 제8 영역은 제8 압축응력을 가지고,
    상기 제5 영역에서 상기 제1 면에 상기 제5 압축응력이 존재하고,
    상기 제8 영역에서 상기 제2 면에 상기 제8 압축응력이 존재하는 프레스 성형품.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 제1 압축응력의 세기는 상기 제2 압축응력의 세기보다 세고,
    상기 제4 압축응력의 세기는 상기 제3 압축응력의 세기보다 센 프레스 성형품.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제5 압축응력의 세기는 상기 제6 압축응력의 세기보다 세고,
    상기 제8 압축응력의 세기는 상기 제7 압축응력의 세기보다 센 프레스 성형품.
  21. 소재를 제1 방향으로 굽혀 형성한 제1 굽힘부;
    상기 제1 굽힘부에서 연장된 제1 연장부;
    상기 제1 연장부에 이어지고, 제2 방향으로 굽혀 형성한 제2 굽힘부; 및
    상기 제2 굽힘부에서 연장된 제2 연장부;를 포함하고,
    상기 제1 굽힘부는,
    상기 소재의 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제1 영역,
    상기 소재의 제2 면에서 상기 소재의 상기 중심까지 위치하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 제1 압축응력을 가지고,
    상기 제2 영역은 제2 압축응력 및 제1 인장응력을 가지고,
    상기 제2 굽힘부는,
    상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제3 영역,
    상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제4 영역을 포함하고,
    상기 제3 영역은 제3 압축응력 및 제2 인장응력을 가지고,
    상기 제4 영역은 제4 압축응력을 가지고,
    상기 제1 영역은 제1 회절 피크 각도를 가지고,
    상기 제2 영역은 제2 회절 피크 각도 및 제3 회절 피크 각도를 가지고,
    상기 제3 영역은 제4 회절 피크 각도 및 제5 회절 피크 각도를 가지고,
    상기 제4 영역은 제6 회절 피크 각도를 가지는 프레스 성형품.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 굽힘부에서 상기 제1 연장부가 연장된 방향과 다른 방향으로 연장된 제3 연장부;
    상기 제3 연장부에 이어지고, 제3 방향으로 굽혀 형성한 제3 굽힘부;
    상기 제3 굽힘부에서 연장된 제4 연장부;
    상기 제4 연장부에 이어지고, 제4 방향으로 굽혀 형성한 제4 굽힘부; 및
    상기 제4 굽힘부에서 연장된 제5 연장부;를 더 포함하고,
    상기 제3 굽힘부는,
    상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제5 영역,
    상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제6 영역을 포함하고,
    상기 제5 영역은 제5 압축응력을 가지고,
    상기 제6 영역은 제3 인장응력 및 제6 압축응력을 가지고,
    상기 제4 굽힘부는,
    상기 소재의 상기 제1 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제7 영역,
    상기 소재의 상기 제2 면에서 상기 소재의 중심까지 위치하는 제8 영역을 포함하고,
    상기 제7 영역은 제4 인장응력 및 제7 압축응력을 가지고,
    상기 제8 영역은 제8 압축응력을 가지고,
    상기 제5 영역은 제7 회절 피크 각도를 가지고,
    상기 제6 영역은 제8 회절 피크 각도 및 제9 회절 피크 각도를 가지고,
    상기 제7 영역은 제10 회절 피크 각도 및 제11 회절 피크 각도를 가지고,
    상기 제8 영역은 제12 회절 피크 각도를 가지는 프레스 성형품.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 제1 회절 피크 각도는 상기 제1 면에서 가장 작고,
    상기 제2 회절 피크 각도는 상기 제3 회절 피크 각도 보다 작고,
    상기 제4 회절 피크 각도는 상기 제5 회절 피크 각도 보다 작고,
    상기 제6 회절 피크 각도는 상기 제2 면에서 가장 작은 프레스 성형품.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제7 회절 피크 각도는 상기 제1 면에서 가장 작고,
    상기 제8 회절 피크 각도는 상기 제9 회절 피크 각도보다 크고,
    상기 제10 회절 피크 각도는 상기 제11 회절 피크 각도보다 크고,
    상기 제12 회절 피크 각도는 상기 제2 면에서 가장 작은 프레스 성형품.
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