KR20220127665A - 고장력 강판의 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형 후 스프링백 현상의 발생을 억제할 수 있는 고장력 강판의 성형방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 고장력 강판의 성형방법은 최종 형상에 굽힘영역이 형성되는 부품을 제조하기 위하여 고장력 강판을 성형하는 방법으로서, 부품의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역을 최종 형상에서 절곡되는 방향의 역방향으로 절곡되도록 강판을 가압하여 예비 성형품을 성형하는 리버스 포밍단계와; 굽힘영역이 역방향으로 구부러진 예비 성형품의 굽힘영역을 최종 형상에서 절곡되는 방향으로 가압하여 최종 형상의 성형품으로 성형하는 메인 포밍단계를 포함한다.

Description

고장력 강판의 성형방법{METHOD FOR FORMING OF HIGH TENSILE STRENGTH STEEL SHEET}

본 발명은 고장력 강판의 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형 후 스프링백 현상의 발생을 억제할 수 있는 고장력 강판의 성형방법에 관한 것이다.

차량에는 다양한 형상의 부품이 사용되고, 이러한 부품을 제조하는 공정 중 대표적으로 사용되는 공정이 프레스 장치를 이용한 프레스 성형방법이다.

프레스 성형방법은 판형의 강판을 상형과 하형으로 가압하여 원하는 형상으로 절곡시킴으로써 원하는 최종 형상으로 부품을 성형하는 것이다.

한편, 최근에는 차량을 경량화시키면서 원가 경쟁력을 확보하기 위하여 고강도를 갖는 소재를 사용하는 경향이 늘어나고 있는 추세이다.

하지만, 이러한 고강도를 갖는 소재는 항복강도 및 인장강도가 커서 소재를 원하는 형상으로 프레스 성형하여 형성하더라도 성형 후에 스프링백(Spring Back) 현상이 심하게 발생하였다.

여기서, 스프링백 현상이란 소재를 성형하는 과정에서 탄성한계 이하의 힘을 가하거나 그 이상의 힘으로 가하여도 소재의 탄성을 완전히 제거하기 어렵기 때문에 성형 후 소재가 원상태로 회복되는 현상을 의미한다.

이러한 스프링백 현상으로 인하여 강판을 성형하여 형성되는 부품의 치수 품질 문제를 극복하기 어려웠다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 부품의 성형 후 여러 단계의 성형 공정을 추가적으로 실시하여야 하는 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

등록특허공보 제10-1277939호 (2013.06.17)

본 발명은 성형시 굽힘영역에 압축과 인장 효과가 순차적으로 발생하게 하여 성형 후 스프링백 현상의 발생을 억제할 수 있는 고장력 강판의 성형방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 고장력 강판의 성형방법은 최종 형상에 굽힘영역이 형성되는 부품을 제조하기 위하여 고장력 강판을 성형하는 방법으로서, 부품의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역을 최종 형상에서 절곡되는 방향의 역방향으로 절곡되도록 강판을 가압하여 예비 성형품을 성형하는 리버스 포밍단계와; 굽힘영역이 역방향으로 구부러진 예비 성형품의 굽힘영역을 최종 형상에서 절곡되는 방향으로 가압하여 최종 형상의 성형품으로 성형하는 메인 포밍단계를 포함한다.

상기 리버스 포밍단계에서는, 상기 예비 성형품에 형성되는 굽힘영역에서 소정 간격 이격된 지점에 강판을 소정 길이만큼 신장시킨 형상동결용 폼부를 형성시키는 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계에서, 상기 예비 성형품에 형성되는 형상동결용 폼부는 강판의 해당 영역 길이가 10 ~ 30% 범위로 신장되도록 형성시키는 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계에서, 상기 예비 성형품에 형성되는 형상동결용 폼부는 3 ~ 10㎜ 범위의 깊이로 형성시키는 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계에서, 상기 예비 성형품에 형성되는 형상동결용 폼부는 부품의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역이 절곡되는 방향과 대응되는 방향으로 인입되는 요홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계와 메인 포밍단계는 순차적으로 이어서 실시되는 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계에서 성형되는 강판은 미세 조직이 균일한 방향성을 갖도록 준비된 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계에서 성형되는 강판은 미세 조직이 [111]의 방향성을 갖도록 준비된 것을 특징으로 한다.

상기 리버스 포밍단계에서 성형되는 강판은 100 ~ 150K급 강도를 갖는 강판인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고장력 강판을 성형하더라도 성형시 굽힘영역에서 압축과 인장 효과가 순차적으로 이루어지도록 하여 굽힘영역의 항복 강도를 줄어들게 함으로써, 성형 후 굽힘영역에서 스프링백 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

이렇게 성형 후 스프링백 현상의 발생을 억제함에 따라 부품의 치수 품질을 우수하게 유지할 수 있고, 추가 공정을 생략할 수 있기 때문에 부품의 성형 공정수를 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 강판의 리버스 포밍단계에서 강판의 일부 영역에 길이를 신장시킨 형상동결용 폼부를 형성함에 따라 메인 포밍단계를 실시한 후 가공 경화로 인한 형상 동결 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법에 의해 성형된 부품을 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법을 통하여 단계별로 강판에 작용되는 응력을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법에 의해 성형된 강판을 보여주는 도면이고,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법을 단계별로 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법에 의해 성형된 부품을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법을 통하여 단계별로 강판에 작용되는 응력을 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법에 의해 성형된 강판을 보여주는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법은 100 ~ 150K급 강도를 갖는 고장력 강판(S1)을 프레스 성형하는 방법에 대한 기술로서, 최종 형상에 굽힘영역(B)이 형성되는 부품을 제조하기 위하여 고장력 강판(S1)을 성형하는 방법이다. 여기서 굽힘영역(B)이라 함은 평판 형태의 강판(S1)을 절곡시켜서 구부러지는 지점을 의미한다.

그리고, 본 발명에 적용되는 고장력 강판(S1)은 성형성의 확보를 위하여 미세 조직이 균일한 방향성을 갖도록 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 고장력 강판(S1)의 미세 조직은 [111]의 방향성을 갖는 것이 바람직하다.

그래서, 이러한 [111]의 방향성을 갖는 고장력 강판(S1)을 마련하기 위하여 고장력 강판(S1)을 제조하는 과정 중 열간 압연으로 열연 코일의 생산할 때 열간 압연 후 코일의 권취 온도를 600 ~ 700℃로 유지하면서 권취를 함으로써 TiC 또는 NbC와 같은 석출물의 성장을 유도하는 것이 바람직하다. 이렇게 석출물의 성장을 유도함으로써 냉간 압연 후 냉연 강판의 미세 조직에서 성형성이 유리한 [111]의 방향성을 가지도록 할 수 있다.

한편, 상기와 같이 미세 조직이 균일한 방향성을 갖는 강판(S1)을 이용하여 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법은 도면에 도시된 바와 같이 부품의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역(B)을 최종 형상에서 절곡되는 방향의 역방향으로 절곡되도록 강판(S1)을 가압하여 예비 성형품(S2)을 성형하는 리버스 포밍단계와; 굽힘영역(B)이 역방향으로 구부러진 예비 성형품(S2)의 굽힘영역(B)을 최종 형상에서 절곡되는 방향으로 가압하여 최종 형상의 성형품(S3)으로 성형하는 메인 포밍단계를 포함한다.

리버스 포밍단계는 강판(S1)을 절곡하여 굽힘영역(B)이 형성되는 부품을 최종 형상으로 성형하기 전에 굽힘영역(B)을 역방향으로 미리 절곡시키는 성형을 수행하는 단계이다. 그래서, 리버스 포밍단계에서는 굽힘영역(B)에 해당되는 강판(S1)의 일면과 타면에 메인 포밍단계에서 부여되는 응력과 반대 성향의 응력을 부여한다.

메인 포밍단계는 리버스 포밍된 예비 성형품(S2)을 원하는 최종 형상으로 절곡시키는 성형을 수행하는 단계이다. 그래서, 메인 포밍단계에서는 굽힘영역(B)에 해당되는 강판(S1)의 일면과 타면에 리버스 포밍단계에서 부여되는 응력과 반대 성향의 응력을 부여하여 굽힘영역(B)에서의 항복강도를 낮춤으로써 굽힘영역(B)에서 메인 포밍단계 후 발생될 수 있는 스프링백 현상을 억제시킨다.

예를 들어 도 1 및 도 2에서와 같이 강판(S1)을 성형하여 형성되는 부품의 최종 형상 중 굽힘영역(B)이 하부로 절곡되는 형상인 경우에 대하여 설명한다.

도 2의 (A)에 도시된 바와같이 평판 형상의 강판(S1)을 절곡시켜서 도 2의 (C)에 도시된 바와같이 강판(S1)의 최종 형상에서 굽힘영역(B)이 하부로 절곡되는 형상인 경우에, 리버스 포밍단계에서는 도 2의 (B)에 도시된 바와같이 굽힘영역(B)을 상부로 먼저 절곡하여 강판(S1) 중 굽힘영역(B)의 상면에는 압축 응력을 부여하고, 하면에는 인장 응력을 부여한다.

그리고, 메인 포밍단계에서는 도 2의 (C)에 도시된 바와같이 굽힘영역(B)을 하부로 절곡하여 강판(S1) 중 굽힘영역(B)의 상면에는 인장 응력을 부여하고, 하면에는 압축 응력을 부여한다.

이렇게 강판(S1)에서 굽힘영역(B)의 상면에는 먼저 압축 응력을 부여한 다음 인장 응력이 부여되도록 하고, 강판(S1)에서 굽힘영역(B)의 하면에는 먼저 인장 응력을 부여한 다음 압축 응력이 부여되도록 함으로써, 강판(S1)에서 굽힘영역(B)의 상면에서는 압축 응력과 인장 응력이 순차적으로 부여되고, 하면에서는 인장 응력과 압축 응력이 순차적으로 부여됨으로써, 굽힘영역(B)의 항복강도가 낮춰지면서 소성변형되어 스프링백 현상이 발생하는 것을 억제하는 것이다.

그래서, 굽힘영역(B)의 상면과 하면에서 서로 반대 성향의 인장 응력과 압축 응력이 순차적으로 부여되도록 리버스 포밍단계와 메인 포밍단계는 순차적으로 이어서 실시되는 것이 바람직하다.

한편, 리버스 포밍단계에서는, 예비 성형품(S2)에 형성되는 굽힘영역(B)에서 소정 간격 이격된 지점에 강판(S1)을 소정 길이만큼 신장시킨 형상동결용 폼부(F)를 형성시킨다. 그래서, 형상동결용 폼부(F)에 의해 메인 포밍단계에서 굽힘영역(B)으로 다른 영역의 강판(S1)이 유입되는 것을 억제하면서 굽힘영역(B)의 상면에 인장 응력이 추가로 부여되도록 함으로써, 굽힘영역(B)에 가공 경화를 촉진시켜 형상 동결성을 확보할 수 있고, 최종 성형품(S3)에서 길이 방향으로 발생하는 비틀림 현상의 발생도 억제할 수 있다.

이때 예비 성형품(S2)에 형성되는 형상동결용 폼부(F)는 강판(S1)의 해당 영역 길이가 10 ~ 30% 범위로 신장되도록 형성시키는 것이 바람직하다.(ℓ→ℓ') 또한, 형상동결용 폼부(F)는 3 ~ 10㎜ 범위의 깊이(W)로 형성시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 예비 성형품(S2)에 형성되는 형상동결용 폼부(F)는 강판(S1)의 해당 영역 길이(ℓ')가 18% 정도로 신장되도록 형성시키는 것이 좋고, 5㎜ 정도의 깊이(W)로 형성시키는 것이 좋다.

그리고, 형상동결용 폼부(F)는 도 1에 도시된 바와 같이 성형품(S3)의 길이방향을 따라 굽힘영역(B)에 인접되도록 길게 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에서는 형상동결용 폼부(F)가 형성되는 위치를 폼부 라인(L)으로 표시하였다. 그래서 성형품(S3)에서 길이 방향으로 발생하는 비틀림 현상의 발생을 억제할 수 있는 것이다.

만약, 형상동결용 폼부(F)의 신장 길이와 깊이가 제시된 범위보다 작도록 신장되는 경우에는 형상동결용 폼부(F)의 형성에 따른 비틀림 현상의 발생 억제 효과 및 굽힘영역(B)의 상면에 추가로 부여되는 인장 응력의 추가 효과가 미비하다. 그리고, 형상동결용 폼부(F)의 신장 길이와 깊이가 제시된 범위보다 크도록 신장되는 경우에는 오히려 굽힘영역(B)에 부여되는 압축 응력 및 인장 응력보다 형상동결용 폼부(F)의 부여되는 압축 응력 및 인장 응력이 커져서 원하는 형상으로 부품을 성형할 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다.

특히, 예비 성형품(S2)에 형성되는 형상동결용 폼부(F)는 성형품(S3)의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역(B)이 절곡되는 방향과 대응되는 방향으로 인입되는 요홈 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법을 프레스 장치에 적용하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 성형방법을 단계별로 보여주는 도면이다. 이때 도 4a는 성형 전 준비단계를 나타내는 도면으로서, 도 2의 (A)에 해당되고, 도 4b는 리버스 포밍단계를 나타내는 도면으로서 도 2의 (B)에 해당되며, 도 4c는 메인 포밍단계를 나타내는 도면으로서, 도 2의 (C)에 해당된다.

먼저, 도 4a와 같이 프레스 장치의 상부에는 승하강되는 패드(11)를 포함하는 상형(10)이 구비되고, 패드(11)와 대향 배치되는 펀치(21)와 상형(10)에 대향 배치되어 승하강되는 한 쌍의 브랭크 홀더(22)를 포함하는 하형(20)이 구비된다.

이렇게 프레스 장치가 준비되면, 한 쌍의 브랭크 홀더(22)를 펀치(21)보다 상부 위치로 상승시켜 배치한 다음 브랭크 홀더(22)의 상면에 평판 형태의 강판(S1)을 배치한다.

그런 다음 도 4b와 같이 하형(20)을 하강시켜서 패드(11)가 펀치(21)에 밀착되도록 하여 리버스 포밍단계를 실시한다. 그러면 굽힘영역(B)이 상부 방향으로 절곡되면서 도 2의 (B)와 같은 응력이 굽힘영역(B)의 상면과 하면에 각각 부여된다. 이때 패드(11)와 펀치(21)에는 형상동결용 폼부(F)에 대응되는 돌기(미도시)와 홈(미도시)이 형성된다. 부연하자면 패드(11)의 하면에는 형상동결용 폼부(F)를 형성할 수 있는 돌기가 형성되고, 펀치(21)의 상면에는 형상동결용 폼부(F)를 형성할 수 있는 홈이 형성된다. 그래서 패드(11)와 펀치(21)가 밀착되면서 돌기와 홈에 의해 강판(S1)에 형상동결용 폼부(F)가 형성된다.

이렇게 리버스 포밍단계가 완료되면 이어서 메인 포밍단계를 실시한다.

도 4c와 같이 하형(20)의 브랭크 홀더(22)를 하강시키면서 상형(10)을 전체적으로 하강시킨다. 이때 상형(10)의 패드(11)는 이미 펀치(21)에 밀착된 상태이기 때문에 패드(11)는 그 위치를 유지하게 된다. 그러면 굽힘영역(B)이 하부 방향으로 절곡되면서 도 2의 (C)와 같은 응력이 굽힘영역(B)의 상면과 하면에 각각 부여되면서 최종 형상으로 성형이 완료된다.

이렇게 메인 포밍단계가 완료되면, 상형(10)을 상승시켜 성형이 완료된 성형품(S3)을 하형(20)으로부터 취출시킨다.

이렇게 취출된 성형품(S3)은 이어서 트리밍과 피어싱 공정을 실시할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

S1: 강판 S2: 예비 성형품
S3: 성형품 B: 굽힘영역
F: 형상동결용 폼부 L: 폼부 라인
10: 상형 11: 패드
20: 하형 21: 펀치
22: 브랭크 홀더

Claims (9)

1. 최종 형상에 굽힘영역이 형성되는 부품을 제조하기 위하여 고장력 강판을 성형하는 방법으로서,
   부품의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역을 최종 형상에서 절곡되는 방향의 역방향으로 절곡되도록 강판을 가압하여 예비 성형품을 성형하는 리버스 포밍단계와;
   굽힘영역이 역방향으로 구부러진 예비 성형품의 굽힘영역을 최종 형상에서 절곡되는 방향으로 가압하여 최종 형상의 성형품으로 성형하는 메인 포밍단계를 포함하는 고장력 강판의 성형방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서는,
   상기 예비 성형품에 형성되는 굽힘영역에서 소정 간격 이격된 지점에 강판을 소정 길이만큼 신장시킨 형상동결용 폼부를 형성시키는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서, 상기 예비 성형품에 형성되는 형상동결용 폼부는 강판의 해당 영역 길이가 10 ~ 30% 범위로 신장되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서, 상기 예비 성형품에 형성되는 형상동결용 폼부는 3 ~ 10㎜ 범위의 깊이로 형성시키는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서, 상기 예비 성형품에 형성되는 형상동결용 폼부는 부품의 최종 형상에 형성되는 굽힘영역이 절곡되는 방향과 대응되는 방향으로 인입되는 요홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계와 메인 포밍단계는 순차적으로 이어서 실시되는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서 성형되는 강판은 미세 조직이 균일한 방향성을 갖도록 준비된 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서 성형되는 강판은 미세 조직이 [111]의 방향성을 갖도록 준비된 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 리버스 포밍단계에서 성형되는 강판은 100 ~ 150K급 강도를 갖는 강판인 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 성형방법.
   

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