KR20220082896A

KR20220082896A - 프레스 성형 금형

Info

Publication number: KR20220082896A
Application number: KR1020227016497A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 기시가미
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-06-17
Also published as: EP4063037A4; EP4063037A1; US20220274151A1; JP7207276B2; JP2021079407A; WO2021100276A1; MX2022005542A; CN114728323A

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 금형(1)은, 펀치(3)와 다이(5)를 구비하여 이루어지고, 펀치 저부(13)와 펀치 저부(13)에 깊이가 얕은 오목 형상부(15)를 갖는 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 것으로서, 펀치(3)는, 펀치 저부(13)를 성형하는 펀치저 성형면부(3a)와, 펀치저 성형면부(3a)에 형성되어 오목 형상부(15)를 형성하는 오목 형상 형성부(3b)와, 펀치저 성형면부(3a)의 하방에 펀치저 성형면부(3a)보다도 영률이 낮은 저영률 부재(3c)가 설치된 저영률 부재 설치 영역부(3d)를 갖고, 저영률 부재 설치 영역부(3d)는, 오목 형상 형성부(3b)의 직하의 범위를 포함하고, 또한 프레스 성형 방향의 투영 면적(A1)이 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적(A2)의 110％ 이상이다.

Description

프레스 성형 금형

본 발명은, 프레스 성형 금형(tool of press forming)에 관한 것으로, 특히, 블랭크(blank)를 펀치(punch) 저부(bottom)와 당해 펀치 저부에 깊이가 얕은 오목 형상부 또는 높이가 낮은 볼록 형상부를 갖는 프레스 성형품(press forming product)으로 프레스 성형하는 프레스 성형 금형에 관한 것이다. 본원에 있어서, 블랭크란, 열연 강판(hot rolled steel sheet), 냉연 강판(cold rolled steel sheet), 혹은 강판에 표면 처리(surface treatment)(전기 아연 도금(electro galvanizing), 용융 아연 도금(Hot-dip galvanizing), 유기 피막 처리(organic film treatment) 등)를 실시한 표면 처리 강판(surface treated steel sheet)을 비롯하여, 스테인리스(stainless steel sheet), 알루미늄(aluminum sheet), 마그네슘(magnesium sheet) 등, 각종 금속류(metals)로 구성되는 금속판(metal sheet)인 것을 말한다. 또한, 본원에 있어서, 펀치 저부란, 펀치와 다이(die)로 성형되는 프레스 성형품에 있어서 펀치가 다이측으로 압입되어 바닥으로 된 부위인 것을 가리킨다. 또한, 본원에 있어서, 「직하」, 「하방」 및 「상방」 등의 방향을 나타내는 어구는, 프레스 성형 방향에 있어서의 펀치와 다이의 상대적인 상하 방향을 나타내는 것으로, 예를 들면, 다이가 펀치의 상측에 있는 경우, 펀치에 대하여 「직하」 및 「하방」이란, 프레스 성형 방향에 있어서 다이와 반대측의 방향을 의미하고, 펀치에 대하여 「상방」이란, 프레스 성형 방향에 있어서 다이측의 방향을 의미한다.

자동차의 경량화(weight reduction of automotive body)에 의한 연비(fuel efficiency) 향상, 충돌 안전성(collision safety) 향상의 니즈의 고조로부터, 자동차 차체(automotive body)에 있어서의 고장력 강판(high-tensile steel sheet)의 적용이 확대되고 있다. 그러나, 고장력 강판을 이용하여 자동차 차체의 부품을 프레스 성형에 의해 제조하는 경우, 고장력 강판의 연성(ductility)의 낮음에 의한 성형성(formability)의 저하나, 높은 재료 강도(material strength)에 기인하는 치수 정밀도(accuracy of dimension)의 악화가 과제로 되어 있다. 이에 더하여, 부품의 성형에 필요로 하는 성형 하중(forming load)의 증가도 큰 문제가 되고 있어, 프레스 라인(press line)의 변경이나 부품의 분할이 필요해지는 등, 고장력 강판을 적용하는데 있어서의 저해 요인이 되고 있다.

그래서, 고장력 강판을 이용한 프레스 성형에 있어서 성형 하중을 저감하기 위한 기술이 지금까지 몇 가지 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 다이와 펀치로 금속판을 성형함에 있어서, 펀치가 금속판에 접촉하여 당해 펀치의 스트로크(stroke) 종단에 이르기까지의 사이에, 펀치를 정지시켜, 소정 시간 경과 후에 금속판의 성형을 재개하는 동작을 행함으로써, 금속판의 응력(stress)을 완화하여, 성형 하중을 저감하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 다이와 펀치에 의한 블랭크재(blank material)의 프레스 가공에 있어서, 당해 펀치를 분할 가동시킴으로써 블랭크재를 소정 영역마다 순차 성형(sequential forming)함으로써, 프레스 가공 시의 성형 하중을 저감하는 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2011-245525호 일본공개특허공보 2010-207907호

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 방법에 있어서는, 성형 중에 펀치를 정지하기 위해 서보 프레스(servo press)가 필요해져, 설비의 제약을 받는다. 또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 방법에서는, 금형 구조가 복잡하게 되어 고가로 되는데다, 성형성이 낮은 고장력 강판에서는 성형 시에 균열(fracture)이나 주름(wrinkles)과 같은 문제를 일으키는 경우가 있었다.

또한, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 펀치 저부(13)에 프레스 성형 방향으로 오목 형상(concave shape)인 오목 형상부(15)를 갖는 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 경우에 있어서는, 판두께(thickness)에 가까운 깊이의 오목 형상이기 때문에, 판두께를 프레스로 얇게 하는 성형에 유사하고, 그 성형 하사점(bottom dead center) 부근에 있어서 성형 하중의 증대가 현저하게 보여져, 성형 하중을 저감하는 것이 중요한 과제였다. 그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재시키고 있는 방법은, 이러한 프레스 성형품(11)을 성형 대상으로 하는 것이 아니라, 판두께에 가까운 깊이의 오목 형상이나 볼록 형상(convex shape)으로 프레스 성형할 때의 성형 하중을 충분히 저감시키는 것이 곤란했다. 그 때문에, 펀치 저부(13)에 깊이가 얕은 오목 형상부(15)(또는 프레스 성형 방향으로 높이가 낮은 볼록 형상의 볼록 형상부)를 갖는 프레스 성형품(11)의 프레스 성형 과정에 있어서의 성형 하중을 저감하는 기술이 요망되고 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 복잡한 기구나 구조를 필요로 하지 않고, 프레스 성형 방향으로 오목 형상의 오목 형상부 또는 볼록 형상의 볼록 형상부가 펀치 저부에 형성된 프레스 성형품의 프레스 성형 과정에 있어서의 성형 하중을 저감할 수 있는 프레스 성형 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형은, 펀치와 다이를 구비하여 이루어지고, 펀치 저부와 당해 펀치 저부에 깊이가 얕은 오목 형상부 또는 높이가 낮은 볼록 형상부를 갖는 프레스 성형품을 프레스 성형하는 것으로서, 상기 펀치는, 상기 펀치 저부를 성형하는 펀치저(底) 성형면부(punch bottom forming surface)와, 당해 펀치저 성형면부에 형성되어 상기 오목 형상부를 형성하는 오목 형상 형성부(concave shape forming part) 또는 상기 볼록 형상부를 형성하는 볼록 형상 형성부(convex shape forming part)와, 상기 펀치저 성형면부의 하방에 당해 펀치저 성형면부보다도 영률(Young's modulus)이 낮은 저(低)영률 부재가 설치된 저영률 부재 설치 영역부(low Young's modulus member installation area)를 갖고, 당해 저영률 부재 설치 영역부는, 상기 펀치에 있어서의 상기 오목 형상 형성부 또는 볼록 형상 형성부의 직하의 범위를 포함하고, 또한 프레스 성형 방향의 투영 면적(projected area)이 상기 오목 형상 형성부 또는 볼록 형상 형성부의 투영 면적의 110％ 이상이다.

본 발명에 의하면, 펀치 저부와 당해 펀치 저부에 깊이가 얕은 오목 형상부 또는 높이가 낮은 볼록 형상부를 갖는 프레스 성형품을 프레스 성형함에 있어서, 펀치의 펀치저 성형면부의 하방에 영률이 낮은 저영률 부재 설치 영역부가 형성되고, 프레스 성형 과정에 있어서 상기 펀치저 성형면부가 상기 저영률 부재 설치 영역부측으로 휘도록 함으로써, 상기 펀치저 성형면부에 있어서의 오목 형상 형성부 또는 볼록 형상 형성부와 블랭크의 접근(closeness)을 용이하게 함으로써, 성형 하사점 부근에 있어서의 성형 하중의 증가를 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는, 본 발명에 있어서 성형 대상으로 하는, 펀치 저부에 프레스 성형 방향으로 오목 형상으로 형성된 오목 형상부를 갖는 프레스 성형품의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 종래의 프레스 성형 금형의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는, 종래의 프레스 성형 금형을 이용한 경우의 성형 하사점 부근에서의 프레스 성형 금형의 변형을 나타내는 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형을 이용한 경우의 성형 하사점 부근에서의 프레스 성형 금형의 변형(deformation)과 휨(flection)을 나타내는 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형의 다른 태양의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은, 실시예에 있어서, 종래예에 따른 프레스 성형 금형의 성형 하사점 부근에 있어서의 변형량의 프레스 성형 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시예에 있어서, 발명예에 따른 프레스 성형 금형의 성형 하사점 부근에 있어서의 변형량의 프레스 성형 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시예에 있어서, 프레스 성형 해석에 의해 구한 프레스 성형 과정에 있어서의 성형 스트로크(forming stroke)와 성형 하중의 관계를 나타내는 그래프이다((a) 성형 개시∼성형 하사점, (b) 성형 하사점 부근의 확대도).
도 10은, 실시예에 있어서, 성형 하사점에 있어서의 성형 하중의 종래예와 발명예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 실시예에 있어서, 저영률 부재 설치 영역부의 프레스 성형 방향의 투영 면적(A1)과 오목 형상 형성부의 투영 면적(A2)의 비와, 성형 하중의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형(1)은, 도 1에 일 예로서 나타내는 바와 같이, 펀치(3)와 다이(5)와 블랭크 홀더(blank holder)(7)를 구비하여 이루어지고, 도 2에 예시하는 바와 같이, 펀치 저부(13)와, 펀치 저부(13)에 오목 형상으로 형성된 오목 형상부(15)를 갖고 오목 형상부(15)의 깊이가 얕은 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 것이다. 여기에서, 오목 형상부(15)의 깊이가 얕다는 것은, 적어도 프레스 성형품(11)의 성형 높이보다도 작은 것을 말하고, 예를 들면, 오목 형상부(15)의 프레스 성형 방향에 있어서의 깊이가 10㎜ 이하로 판두께에 가까운 깊이의 것인 것으로 한다. 이하, 본 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형(1)의 각 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 동일한 기능을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 설명을 할애했다.

펀치(3)는, 프레스 성형품(11)의 펀치 저부(13)를 형성하는 펀치저 성형면부(3a)와, 펀치 저부(13)에 오목 형상부(15)를 형성하는 오목 형상 형성부(3b)와, 펀치(3)의 내부에 있어서의 펀치저 성형면부(3a)의 하방(프레스 성형 방향에 있어서 다이(5)와 반대측)에 형성되고, 펀치저 성형면부(3a)보다도 영률이 낮은 저영률 부재(3c)가 설치된 저영률 부재 설치 영역부(3d)를 갖고 이루어진다.

저영률 부재(3c)는, 일반적으로 펀치(3)나 다이(5)를 구성하는 부재로서 사용되는 주물(casting)이나 강재(steel material)보다도 영률이 낮은 재질의 것으로, 예를 들면, 고무재(rubber material)나 우레탄재(urethane material) 등의 수지류(resins)나, 알루미늄이나 마그네슘 등의 금속류를 예시할 수 있다.

저영률 부재 설치 영역부(3d)는, 오목 형상 형성부(3b)의 직하의 범위를 포함하고, 또한 프레스 성형 방향의 투영 면적(A1)이 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적(A2)의 110％ 이상이다.

또한, 도 1에 나타내는 프레스 성형 금형(1)에 있어서는, 저영률 부재 설치 영역부(3d)의 전체에 저영률 부재(3c)가 설치되어 있다. 그리고, 저영률 부재 설치 영역부(3d)에 저영률 부재(3c)를 설치하는 방법으로서는, 펀치(3)의 내부를 저영률 부재(3c)와 동 형상으로 가공하여 끼워넣는 것이나, 볼트(bolt)에 의한 체결(tightening), 접착재(adhesive)로의 고정(fixation) 등을 들 수 있다.

다이(5)는, 블랭크(9)를 사이에 끼고 펀치(3)에 대향하여 배치되고, 펀치(3)측으로 상대 이동하여 펀치(3)와 협동하여 프레스 성형품(11)을 성형하는 것으로, 프레스 성형품(11)의 펀치 저부(13)를 성형하는 펀치저 성형면부(5a)와, 펀치 저부(13)에 오목 형상부(15)를 형성하는 오목 형상 형성부(5b)를 갖는다.

블랭크 홀더(7)는, 블랭크(9)를 사이에 끼고 다이(5)에 대향하여 펀치(3)측에 배치되고, 다이(5)와 협동하여 블랭크(9)의 단부를 협지하여 펀치(3)측으로 상대 이동하는 것이다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 본 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형(1)을 이용하여 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 경우에 있어서의 프레스 성형 금형(1)의 동작과 그의 작용 효과에 대해서, 도 3에 나타내는 종래의 프레스 성형 금형(21)을 이용한 경우와 대비하여 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같은, 펀치(23)와 다이(5)와 블랭크 홀더(7)를 구비한 종래의 프레스 성형 금형(21)을 이용하여 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 경우, 우선, 펀치(23)와 다이(5)의 사이에 블랭크(9)를 배치하고, 블랭크(9)의 양 단부를 다이(5)와 블랭크 홀더(7)로 협지한다. 계속하여, 다이(5)와 블랭크 홀더(7)로 블랭크(9)를 협지한 상태인 채, 다이(5)와 블랭크 홀더(7)를 펀치(23)측으로 상대 이동시킴으로써, 펀치 저부(13)가 성형된다. 그리고, 성형 하사점 부근에 있어서 프레스 성형품(11)이 보터밍(bottoming)될 때에, 다이(5)의 오목 형상 형성부(5b)가 블랭크(9)를 펀치(23)의 오목 형상 형성부(23b)측으로 밀어 넣음으로써, 펀치 저부(13)에 오목 형상부(15)가 형성된다.

이 때, 성형 하사점 부근에 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 펀치(23) 및 다이(5) 각각은 표면이 탄성 변형(elastic deformation)하여 도 4 중의 화살표의 방향으로 압궤된다. 또한, 도 4 중의 파선은, 펀치(23) 및 다이(5)의 변형 전의 표면 형상을 나타내고, 사선으로 해칭된 영역은, 성형 하사점 부근에 있어서 펀치(23) 및 다이(5)가 압궤된 영역을 나타낸 것이다.

그러나, 펀치(23) 및 다이(5)는 탄성 변형하기 어렵기 때문에 그의 변형량은 작고, 블랭크(9)를 펀치(23)의 오목 형상 형성부(23b)에 근접시켜 오목 형상부(15)를 형성하기 위해서는, 성형 하사점 부근에 있어서 다이(5)에 판두께를 프레스 성형하여 얇게 하는 바와 같은 큰 성형 하중을 작용시켜 블랭크(9)를 펀치(23)측으로 압입하는 것을 필요로 한다.

이에 대하여, 본 실시의 형태에 따른 펀치(3)와 다이(5)를 구비한 프레스 성형 금형(1)을 이용하여 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 경우에 있어서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 성형 하사점 부근에 있어서는, 펀치(3) 및 다이(5)의 표면이 압궤된다. 여기에서, 도 5 중의 파선은, 펀치(3) 및 다이(5)의 변형 전의 표면 형상을 나타낸다.

이 때, 다이(5)에 있어서는, 종래의 프레스 성형 금형(21)과 마찬가지로, 성형 하사점 부근에 있어서 다이(5)의 표면이 탄성 변형에 의해 압궤된다(도 5 중의 다이(5)에 있어서의 사선으로 해칭된 영역). 한편, 펀치저 성형면부(3a)의 하방은 오목 형상 형성부(3b)의 직하를 포함하는 범위에 저영률 부재 설치 영역부(3d)가 형성되어 있기 때문에, 성형 하사점 부근에 있어서의 펀치저 성형면부(3a)가 저영률 부재 설치 영역부(3d)측으로 휘어, 펀치(3)의 표면의 변형을 유발한다(도 5 중의 펀치(3)에 있어서의 해칭된 영역).

그리고, 펀치저 성형면부(3a)의 휨에 의한 펀치(3)의 변형량은, 종래의 프레스 성형 금형(21)에 있어서의 펀치(23)의 탄성 변형에 의한 변형량에 비하여 크기 때문에, 펀치(3)의 오목 형상 형성부(3b)와 블랭크(9)가 용이하게 근접한다. 그 결과, 본 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형(1)에 의하면, 성형 하사점 부근에 있어서의 성형 하중의 증가를 억제하여, 오목 형상부(15)가 형성된 프레스 성형품(11)을 프레스 성형할 수 있다.

특히, 본 발명은, 590㎫급(㎫ class) 이상의 고장력 강판을 블랭크(9)로서 이용하여 프레스 성형하는 경우에, 성형 하사점 부근에 있어서의 성형 하중의 증가를 효과적으로 억제한다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 금형(1)은, 펀치(3)의 내부에 저영률 부재(3c)가 설치된 것에 의해, 구조적으로 내부를 공동(空洞)으로 하는 것이 곤란한 경우라도(예를 들면, 프레스 성형 금형(1)이 작아서 펀치(3)의 내부를 공동으로 하면 펀치(3)의 충분한 강도를 확보할 수 없는, 등), 펀치(3)의 내부에 저영률 부재(3c)를 설치함으로써 강도를 확보하면서, 성형 과정에 있어서 펀치(3)에 휨을 일으켜 성형 하중을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이, 펀치(3)의 저영률 부재 설치 영역부(3d)의 프레스 성형 방향의 투영 면적을, 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적의 110％ 이상으로 함으로써, 프레스 성형 과정에 있어서 펀치저 성형면부(3a)를 휘게 하는 것을 가능하게 하는 것이지만, 펀치저 성형면부(3a)의 프레스 성형 방향에 있어서의 두께에 관해서는, 펀치저 성형면부(3a)를 휘게 하는 것을 가능해지도록 적절히 설정하면 좋다. 또한, 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적이란, 펀치저 성형면부(3a)의 오목 형상 형성부(3b)의 바닥의 부분으로부터 투영한 면적이다.

상기의 설명에 있어서, 펀치(3)는, 저영률 부재 설치 영역부(3d)의 전체에 저영률 부재(3c)가 설치된 것이었다. 무엇보다, 본 발명은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 펀치(33)에 형성된 저영률 부재 설치 영역부(33d)의 일부에 저영률 부재(33c)가 설치된 프레스 성형 금형(31)이라도 좋다.

그리고, 저영률 부재(33c)가, 펀치(33)의 펀치저 성형면부(33a)보다도 영률이 낮고, 저영률 부재 설치 영역부(33d)가, 오목 형상 형성부(33b)의 직하의 범위를 포함하고, 또한 프레스 성형 방향의 투영 면적(A1)이 오목 형상 형성부(33b)의 투영 면적(A2)의 110％ 이상이면, 저영률 부재(33c)가 설치되는 위치나 범위에 대해서는, 특별히 한정은 없다.

또한, 상기의 설명은, 프레스 성형 방향으로 오목 형상이 되는 오목 형상부(15)가 펀치 저부(13)에 형성된 프레스 성형품(11)을 성형하는 경우에 대한 것이었지만, 본 발명에 따른 프레스 성형 금형(1, 31)은, 프레스 성형 방향으로 볼록 형상이 되는 볼록 형상부가 펀치 저부에 형성되고, 볼록 형상부의 높이가 낮은 프레스 성형품(도시 없음)을 프레스 성형하는 것이라도 좋다.

여기에서, 볼록 형상부의 높이가 낮다는 것은, 적어도 프레스 성형품의 성형 높이보다도 낮은 것을 의미하는 것으로, 예를 들면, 볼록 형상부의 높이가 10㎜ 이하이고, 판두께에 가까운 높이의 프레스 성형품에 대해서, 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다.

그리고, 볼록 형상부가 펀치 저부에 형성된 프레스 성형품을 본 발명에 따른 프레스 성형 금형을 이용하여 프레스 성형하는 경우라도, 성형 하사점 부근에 있어서 볼록 형상부를 형성할 때에, 다이가 펀치측으로 압입됨으로써, 펀치의 펀치저 성형면부가 하방의 저영률 부재 설치 영역부측으로 휘어, 블랭크가 펀치의 볼록 형상 형성부에 근접하기 쉬워져, 성형 하사점 부근에 있어서의 프레스 성형 하중의 증가를 억제하여 볼록 형상부를 형성할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에 따른 프레스 성형 금형(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 펀치(3)의 상방에 다이(5)가 배치되고, 다이(5)를 펀치(3)측으로 하강시키는 방향을 프레스 성형 방향으로 하는 것이었지만, 본 발명은, 펀치(3)를 다이(5)측으로 상승시키는 방향을 프레스 성형 방향으로 하는 것이라도 좋다. 또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 금형은, 펀치의 하방에 다이가 배치되고(도시 없음), 펀치를 다이측으로 하강시키는 것이나, 다이를 펀치측으로 상승시키는 것 등이라도 좋고, 펀치와 다이의 위치 관계나 프레스 성형 방향을 특별히 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기의 설명에 있어서, 도 1에 나타내는 프레스 성형 금형(1)은, 블랭크 홀더(7)를 구비하고, 다이(5)와 블랭크 홀더(7)에 의해 블랭크(9)의 양 단부를 협지하여 드로우 성형(draw forming)에 의해 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 것이었지만, 본 발명은, 블랭크 홀더를 구비하지 않고, 펀치(3)와 다이(5)를 구비하여 이루어지고, 폼 성형(crash forming)에 의해 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 프레스 성형 금형이라도 좋다.

(실시예)

본 발명에 따른 프레스 성형 금형의 작용 효과를 검증하는 실험을 행했기 때문에, 이하, 이에 대해서 설명한다.

실험에서는, 도 1에 나타내는 본 발명에 따른 프레스 성형 금형(1)을 이용하여, 도 2에 나타내는 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행하여, 당해 프레스 성형하는 과정에 있어서의 펀치(3)의 변형과 성형 하중을 평가했다.

프레스 성형 해석에서는, 블랭크(9)로서 인장 강도 1180㎫급, 판두께 1.2㎜의 고장력 강판을 이용했다. 성형 대상으로 하는 프레스 성형품(11)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 펀치 저부(13)와, 펀치 저부(13)에 프레스 성형 방향으로 오목 형상의 오목 형상부(15)를 갖는 단면 햇 형상(hat cross section shape)이고, 각 부위의 치수는 도 2에 나타내는 바와 같다. 또한, 펀치 저부(13)에 형성하는 오목 형상부(15)의 깊이는 3㎜로 하고, 프레스 성형품(11)의 성형 높이(＝20㎜)에 비하여 작고 판두께에 가까운 것으로 했다.

실험에서는, 도 1에 나타내는 펀치(3)와 다이(5)와 블랭크 홀더(7)를 구비하여 이루어지는 프레스 성형 금형(1)을 이용하여 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행한 것을 발명예로 했다. 발명예에 있어서, 프레스 성형 금형(1)의 펀치(3)는, 펀치저 성형면부(3a)와, 오목 형상 형성부(3b)와, 펀치저 성형면부의 하방에 펀치저 성형면부(3a)보다도 영률이 낮은 저영률 부재(3c)가 설치된 저영률 부재 설치 영역부(3d)를 갖는다.

프레스 성형 해석에 있어서, 펀치(3)의 재질은 FC250(회주철(gray cast iron))로 하고, 그의 영률은 115㎬로 했다. 한편, 저영률 부재(3c)의 영률은 0.1㎬로 하고, 펀치(3)의 펀치저 성형면부(3a)의 영률보다도 낮은 값으로 했다. 또한, 저영률 부재 설치 영역부(3d)는, 오목 형상 형성부(3b)의 직하의 범위를 포함하고, 또한 프레스 성형 방향의 투영 면적(A1)이 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적(A2)의 110％로 했다.

또한, 비교 대상으로서, 도 3에 나타내는 펀치(23)와 다이(5)와 블랭크 홀더(7)를 구비하여 이루어지는 종래의 프레스 성형 금형(21)을 이용하여 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행한 것을 종래예로 했다.

도 7 및 도 8에, 성형 하사점 부근에 있어서의 펀치(3, 23) 및 다이(5)의 프레스 성형 방향의 변형량의 종래예 및 발명예의 결과를 나타낸다. 도 7에 나타내는 종래예에 있어서는, 펀치(23)의 오목 형상 형성부(23b) 및 다이(5)의 오목 형상 형성부(5b)의 단연(端緣) 근방에 프레스 성형 방향의 변형이 보여지고, 변형량의 최대값은 약 0.02㎜였다. 한편, 도 8에 나타내는 발명예에 있어서는, 펀치(3)의 오목 형상 형성부(3b)의 하방과, 다이(5)의 오목 형상 형성부(5b)의 상방 각각의 넓은 범위에 프레스 성형 방향의 변형이 보여지고, 변형량의 최대값은 약 0.05㎜로, 종래예에 비하여 크게 증가했다.

도 9에, 프레스 성형 과정에 있어서의 성형 스트로크와 성형 하중의 관계를 나타낸다. 도 9에서, 종래예 및 발명예에 있어서의 성형 하중은 모두, 성형 개시(성형 스트로크 0㎜)와 함께 서서히 증가하고, 성형 하사점 부근(성형 스트로크 약 21∼23㎜)에 있어서 급격하게 증가했다. 그리고, 도 9(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 성형 개시에서 성형 하사점 부근(성형 스트로크 22.7㎜)까지의 종래예와 발명예의 성형 하중은 거의 동일한 결과였다. 그러나, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 성형 하사점 부근에 있어서는, 종래예에 비하여 발명예는 성형 하중이 저하되어 있는 것을 알 수 있다.

도 10에, 성형 하사점(성형 스트로크 23㎜)에 있어서의 종래예와 발명예의 성형 하중을 비교한 그래프를 나타낸다. 도 10에서, 발명예에 있어서는, 종래예에 비하여 성형 하중이 약 2.0tonf 저하하는 결과가 되었다.

다음으로, 펀치(3)에 있어서의 오목 형상 형성부(3b)의 크기를 바꾸어, 오목 형상 형성부(3b)의 직하의 범위를 포함하는 저영률 부재 설치 영역부(3d)의 투영 면적(A1)과 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적(A2)의 비를 바꾸어, 성형 하사점에 있어서의 성형 하중을 비교하여, 결과를 도 11에 나타냈다.

도 11에서, 본 발명의 범위인 저영률 부재 설치 영역부(3d)의 투영 면적(A1)과 오목 형상 형성부(3b)의 투영 면적(A2)의 비가 110％ 이상에서, 성형 하중이 현저하게 저하하는 것을 알 수 있다. 또한, 저영률 부재 설치 영역부(3d)가 오목 형상 형성부(3b)의 직하로부터 벗어난 경우는, 도 11에 나타내는 투영 면적(A1과 A2)의 비가 100％ 미만의 결과와 동등하게 되어, 성형 하중을 충분히 저감할 수 없었다.

또한, 본 실시예는, 프레스 성형 방향으로 오목 형상의 오목 형상부가 펀치 저부에 형성된 프레스 성형품을 성형 대상으로 하는 것이었지만, 프레스 성형 방향으로 볼록 형상의 볼록 형상부가 펀치 저부에 형성된 프레스 성형품을 성형 대상으로 하는 경우도 마찬가지로, 성형 하사점 부근에 있어서 성형 하중이 저감하는 효과가 얻어지는 것도 확인했다.

이상에서, 본 발명에 따른 프레스 성형 금형(1)에 의하면, 펀치 저부(13)에 프레스 성형 방향으로 오목 형상의 오목 형상부(15) 또는 볼록 형상의 볼록 형상부가 형성된 프레스 성형품(11)을 프레스 성형하는 경우에 있어서, 펀치(3)의 펀치저 성형면부(3a)를 당해 펀치저 성형면부(3a)의 하방의 저영률 부재 설치 영역부(3d)측으로 휘게 함으로써, 성형 하사점 부근에 있어서의 성형 하중을 저감할 수 있는 것이 실증되었다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 복잡한 기구나 구조를 필요로 하지 않고, 프레스 성형 방향으로 오목 형상의 오목 형상부 또는 볼록 형상의 볼록 형상부가 펀치 저부에 형성된 프레스 성형품의 프레스 성형 과정에 있어서의 성형 하중을 저감할 수 있는 프레스 성형 금형을 제공할 수 있다.

1 : 프레스 성형 금형
3 : 펀치
3a : 펀치저 성형면부
3b : 오목 형상 형성부
3c : 저영률 부재
3d : 저영률 부재 설치 영역부
5 : 다이
5a : 펀치저 성형면부
5b : 오목 형상 형성부
7 : 블랭크 홀더
9 : 블랭크
11 : 프레스 성형품
13 : 펀치 저부
15 : 오목 형상부
21 : 프레스 성형 금형(종래 구조)
23 : 펀치
23a : 펀치저 성형면부
23b : 오목 형상 형성부
31 : 프레스 성형 금형
33 : 펀치
33a : 펀치저 성형면부
33b : 오목 형상 형성부
33c : 저영률 부재
33d : 저영률 부재 설치 영역부

Claims

펀치와 다이를 구비하여 이루어지고, 펀치 저부와 당해 펀치 저부에 깊이가 얕은 오목 형상부 또는 높이가 낮은 볼록 형상부를 갖는 프레스 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 금형으로서,
상기 펀치는, 상기 펀치 저부를 성형하는 펀치저(底) 성형면부와, 당해 펀치저 성형면부에 형성되어 상기 오목 형상부를 형성하는 오목 형상 형성부 또는 상기 볼록 형상부를 형성하는 볼록 형상 형성부와, 상기 펀치저 성형면부의 하방에 당해 펀치저 성형면부보다도 영률이 낮은 저영률 부재가 설치된 저영률 부재 설치 영역부를 갖고,
당해 저영률 부재 설치 영역부는, 상기 펀치에 있어서의 상기 오목 형상 형성부 또는 볼록 형상 형성부의 직하의 범위를 포함하고, 또한 프레스 성형 방향의 투영 면적이 상기 오목 형상 형성부 또는 볼록 형상 형성부의 투영 면적의 110％ 이상인, 프레스 성형 금형.