KR20230002914A

KR20230002914A - 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법

Info

Publication number: KR20230002914A
Application number: KR1020227040620A
Authority: KR
Inventors: 료 아게바
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2020-05-23
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2023-01-05
Also published as: US20230182189A1; MX2022014334A; JP6981502B2; CN115666811A; EP4137245A4; EP4137245A1; WO2021241025A1; JP2021184998A

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 금형(13)은, 면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록변부(11a)와 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목변부(11b)가 연결변부(11c)를 통하여 연속하는 요철변부(11)를 갖는 천판부(3)와, 천판부(3)에 있어서의 요철변부(11)에 연속하여 형성된 플랜지부(5)를 갖는 프레스 성형품(1)을 성형하는 것으로서, 상형(15) 및 하형(17)과, 상형(15) 및 하형(17)과 협동하여 블랭크(19)를 협지하는 하 패드(21) 및 상 패드(23)를 구비하고, 성형 초기에, 볼록변부(11a)에 플랜지부(5)를 성형함과 함께, 플랜지부(5)에 연속하여 오목변부(11b)를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부(25)를 성형하고, 성형 후기에, 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(5)로 성형함과 함께, 오목변부(11b)에 플랜지부(5)를 성형하여, 목표 형상으로 성형할 수 있다.

Description

프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법

본 발명은, 금속 소판(metal sheet)으로부터 자동차 부품(automotive part) 등의 부재(part)를 프레스 성형(press forming)하는 프레스 성형 금형(press forming dies) 및 프레스 성형 방법에 관한 것으로, 특히, 면내 방향(in-plane direction)으로 요철부(convex and concave part)를 갖는 천판부(top portion)와, 당해 천판부에 연속하여 형성된 플랜지부(flange portion)를 갖는 프레스 성형품(press formed part)의 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

최근, 환경 문제에 기인한 자동차 차체(automotive body)의 경량화(weight reduction)를 위해, 자동차 부품에 고강도 강판(high-strength steel sheet)이 다용되고 있다. 그러나, 고강도 강판은, 강도가 낮은 강판과 비교하여 연성(ductility)이 부족하여, 가공 중에 파단(fracture)을 일으키기 쉽다. 또한, 고강도 강판을 이용한 경우, 추가적인 경량화를 위해 박육화(thinning)도 동시에 행하기 때문에, 강판의 좌굴(buckling)이 생기기 쉬워 프레스 성형 중에 주름(wrinkles)이 발생하기 쉽다는 문제도 있다. 그 때문에, 파단이나 주름을 억제하기 위한 프레스 성형 방법의 개발이 강하게 요구되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 펀치(punch) 및 다이(die for press)와는 별체로 구동하는 주름 억제 패드(blank holder)를 이용함으로써, 제품 내부의 주름이나 신장 플랜지(stretch flange) 균열(fracture)을 일으키기 쉬운 자동차 부품을, 성형 문제(forming defectiveness) 없이 제조하는 프레스 성형 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 방법에 의하면, 제품 내부의 주름이나 균열을 일으키기 쉬운 자동차 부품을, 성형 문제 없이 제조할 수 있다고 되어 있다.

일본특허 제6032374호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 프레스 성형 방법은, 플랜지로부터 떨어진 제품 내부를 주름 억제 패드를 이용하여 구속(hold down)하는 것이 필요시되는 방법이다. 그 때문에, 플랜지부 그 자체에 주름이나 균열을 일으키는 형상에는 적용할 수 없다는 과제가 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 플랜지 그 자체에 주름이나 균열이 발생하는 프레스 성형품에도 적용할 수 있고, 플랜지에 발생하는 주름과 균열을 동시에 억제할 수 있는 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형은, 면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록변부(convex outer edge part)와 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목변부(concave outer edge part)가 연결변부(connecting outer edge part)를 통하여 연속하는 요철변부(convex and concave outer edge part)를 갖는 천판부와, 당해 천판부에 있어서의 상기 요철변부에 형성되고 연속한 플랜지부를 갖는 프레스 성형품을 성형하는 것으로서, 상기 요철변부를 따라 플랜지부를 굽힘 성형(bend-forming)하는 상형(upper stage pressing die) 및 하형(lower stage pressing die)과, 상기 상형 및 하형과 협동하여 블랭크(blank)를 협지하는 하 패드(lower blank holder) 및 상 패드(upper blank holder)를 구비하고, 상기 상형은, 상기 볼록변부에 플랜지부를 성형하는 볼록변 플랜지 성형부와, 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하는 오목변 플랜지 성형부와, 상기 연결변부에 플랜지부를 성형하는 연결변 플랜지 성형부를 갖고, 상기 볼록변 플랜지 성형부가 상기 오목변 플랜지 성형부보다도 프레스 성형 방향(press forming direction)으로 돌출함과 함께, 상기 연결변 플랜지 성형부가 상기 볼록변 플랜지 성형부로부터 상기 오목변 플랜지 성형부를 향하여 경사지고, 상기 하 패드는, 상기 상형에 형성된 상기 볼록변 플랜지 성형부, 상기 오목변 플랜지 성형부 및 상기 연결변 플랜지 성형부에 각각 대응한 형상을 갖고, 성형 초기에, 상기 볼록변부에 상기 볼록변 플랜지 성형부에 의해 플랜지부를 성형함과 함께, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 당해 플랜지부에 연속하여 상기 오목변부를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부(torsional deformation part)를 성형하고, 성형 후기에, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 오목변 플랜지 성형부에 의해 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하여, 목표 형상(target shape)으로 성형할 수 있다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록변부와 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목변부가 연결변부를 통하여 연속하는 요철변부를 갖는 천판부와, 당해 천판부에 있어서의 상기 요철변부에 형성되고 연속한 플랜지부를 갖는 프레스 성형품을, 본 발명에 따른 프레스 성형 금형을 이용하여 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 상기 상 패드 및 하형에 의해 블랭크의 일부를 협지(挾持)함과 함께, 상기 하 패드로 블랭크의 일부를 지지하여, 상기 상형을 프레스 성형 방향으로 이동함으로써, 상기 볼록변 플랜지 성형부에 의해 상기 볼록변부에 플랜지부를 성형함과 함께, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 상기 오목변부를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부를 당해 플랜지부에 연속하여 성형하는 초기 성형 공정과, 상기 상형 및 상기 하 패드를 프레스 성형 방향으로 이동하여, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 오목변 플랜지 성형부에 의해 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하여, 목표 형상으로 성형하는 후기 성형 공정을 포함한다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형에 의하면, 플랜지 그 자체에 주름이나 균열이 발생하는 프레스 성형품에 적용할 수 있어, 플랜지에 발생하는 주름과 균열을 동시에 억제할 수 있다. 게다가, 금형을 동일 방향의 움직임인 원 액션에 의해 프레스 성형할 수 있어, 효율 좋게 프레스 성형할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형의 설명도이다(그 1).
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형의 설명도이다(그 2).
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형의 설명도이다(그 3).
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형의 설명도이다(그 4).
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 성형 개시 전 공정의 금형의 상태의 설명도이다(그 1).
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 성형 개시 전 공정의 금형의 상태의 설명도이다(그 2).
도 8은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 초기 성형 공정의 금형의 상태의 설명도이다.
도 9는, 도 5의 초기 성형 공정의 성형품에 있어서의 AA부의 굵은 화살표의 방향으로부터 본 확대도이다.
도 10은, 초기 성형 공정에 있어서 주름의 발생이 억제되는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 후기 성형 공정의 금형의 상태의 설명도이다.
도 12는, 도 5의 후기 성형 공정의 목표 형상에 있어서의 BB부의 굵은 화살표의 방향으로부터 본 확대도이다.
도 13은, 후기 성형 공정에 있어서 균열의 발생이 억제되는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 14는, 실시 형태에 있어서의 목표 형상과, 당해 목표 형상의 성형 과정에서 발생하는 과제를 설명하는 설명도이다.
도 15는, 도 14에 나타낸 목표 형상의 성형 과정에서 주름과 균열이 발생하는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법의 설명에 앞서, 본 발명이 성형 대상으로 하고 있는 프레스 성형품의 일 예에 대해서, 도 14, 도 15에 기초하여 그 형상과 과제에 대해서 설명한다. 도 14에 나타내는 프레스 성형품(1)은, 자동차 부품인 슬라이드 도어 레일(slide door rail)의 사시도로서, 천판부(3)와, 플랜지부(5)를 갖고 있다. 천판부(3)는, 면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록부(convex part)(7)와 볼록부(7)에 인접하여 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목부(concave part)(9)를 갖고 있다. 천판부(3)의 외주변은, 볼록부(7)의 외주변인 볼록변부(11a)와, 오목부(9)의 외주변인 오목변부(11b)와, 볼록변부(11a)와 오목변부(11b)를 연결하는 연결변부(11c)에 의해 구성된 요철변부(11)로 되어 있다. 그리고, 요철변부(11)에 플랜지부(5)가 형성되어 있다. 또한, 실제의 슬라이드 도어 레일의 경우에는, 천판부(3)에 있어서의 플랜지부(5)가 형성된 요철변부(11)에 대향하는 변부에 굴곡부가 형성되지만, 도 14에 있어서는, 당해 굴곡부의 도시를 생략하고 있다.

이러한 프레스 성형품(1)을 종래의 프레스 성형 방법으로 성형한 경우, 볼록변부(11a)에 형성하는 플랜지부(5)에서는 축소 플랜지 변형(shrink flange forming)이 되어(도면 중의 둥근 파선으로 둘러싼 a부), 재료 과잉(excess metal)에 의해 주름이 생기기 쉽다. 한편, 오목변부(11b)에 형성하는 플랜지부(5)에서는 신장 플랜지 변형(stretch flange forming)이 되어(도면 중의 둥근 파선으로 둘러싼 b부), 재료 부족(metal shortage)에 의한 균열이 생기기 쉽다.

이 주름과 균열이 발생하는 메커니즘을 도 15에 기초하여 설명한다. 도 15는, 도 14의 파선으로 둘러싼 EE부에 있어서의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름(metal flow)을 설명하는 도면으로서, 도 14를 상면시(도 15(a)) 및 측면시(도 15(b))한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 15에 있어서, 파선이 성형 전의 블랭크의 선단이고, 실선이 목표 형상으로 성형된 플랜지부(5)의 단변이다. 또한, 도면 중의 D점 및 B점은 성형 전의 블랭크에 있어서의 볼록변부(11a)의 R 끝(the boundary between a curve and a straight line)에 상당하는 점이고, 이들에 대응하여 상면도에 있어서 D점 및 B점으로부터 목표 형상의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 목표 형상의 단변의 교점이, D'점 및 B'점이다. 마찬가지로, 도면 중의 A점 및 E점은 성형 전의 블랭크에 있어서의 오목변부(11b)의 R 끝에 상당하는 점이고, 이들에 대응하여 상면도에 있어서 E점 및 A점으로부터 목표 형상의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 목표 형상의 단변의 교점이, A'점 및 E'점이다. 도 15(a) 상면도에 나타내는 바와 같이, 재료는 능선(ridge line)(굽힘의 선)에 거의 수직으로 흐르기 때문에, a부에서는 재료가 가까워지는 방향으로 흐르고, b부에서는 재료가 떨어지는 방향으로 흐른다. 그 때문에, a부에서는 주름이 발생하기 쉽고, b부에서는 균열이 발생하기 쉽다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 발명자는, 축소 플랜지 변형을 일으키는 부위로부터 신장 플랜지 변형을 일으키는 부위로 재료를 유입하기 쉽게 하는 중간 성형품(preformed part)을 성형 도중에 개재시킴으로써, 각각의 부위로의 압축 변형(compressive strain) 및 인장 변형(tensile strain)의 집중을 회피할 수 있다고 생각하여, 이러한 프레스 성형 방법을 실현할 수 있는 프레스 성형 금형을 고안했다. 구체적으로는, 프레스 성형 금형은 이하의 구성을 갖는다.

본 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형(13)은, 예를 들면 도 14에 나타내는 바와 같이, 면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록변부(11a)와 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목변부(11b)가 연결변부(11c)를 통하여 연속하는 요철변부(11)를 갖는 천판부(3)와, 천판부(3)에 있어서의 요철변부(11)에 형성되고 연속한 플랜지부(5)를 갖는 프레스 성형품(1)을 성형하는 것이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형(13)은, 도 1∼도 4에 나타내는 바와 같이, 요철변부(11)(도 5)를 따라 플랜지부(5)를 굽힘 성형하는 상형(15) 및 하형(17)과, 상형(15) 및 하형(17)과 협동하여 블랭크(19)를 협지하는 하 패드(21) 및 상 패드(23)를 구비하고 있다. 또한, 상형, 하형의 상하는 상대적인 관계를 나타내는 것으로서, 반드시 위 또는 아래에 있는 것은 아니고, 쌍의 관계만을 나타내고 있다. 본 실시 형태의 프레스 성형 금형(13)은, 하형(17) 상에 블랭크(19)(도 6)를 올려놓아 상 패드(23)로 협지하고, 상형(15) 및 하 패드(21)를 이동함으로써, 블랭크(19)의 연부(outer edge)에 플랜지부(5)를 굽힘 성형하는 것이다. 상형(15) 및 하형(17)에 있어서의 굽힘 날(bending edge) 부분에는, 천판부(3)의 요철변부(11)와 동일하게 올려놓여지는 블랭크(19)의 면내 방향으로 요철하는 요철면이 형성되어 있다.

상형(15)은, 볼록변부(11a)에 플랜지부(5)를 성형하는 볼록변 플랜지 성형부(15a)와, 오목변부(11b)에 플랜지부(5)를 성형하는 오목변 플랜지 성형부(15b)와, 연결변부(11c)에 플랜지부(5)를 성형하는 연결변 플랜지 성형부(15c)를 갖고 있다(도 4 참조). 그리고, 볼록변 플랜지 성형부(15a)가 오목변 플랜지 성형부(15b)보다도 프레스 성형 방향(올려놓여지는 블랭크(19)의 면외 방향으로 도 1∼도 4에서는 하 방향)으로 돌출함과 함께, 연결변 플랜지 성형부(15c)가 볼록변 플랜지 성형부(15a)로부터 오목변 플랜지 성형부(15b)를 향하여 경사져 있다(도 2, 도 4 참조).

또한, 하 패드(21)는, 상형(15)에 형성된 볼록변 플랜지 성형부(15a), 오목변 플랜지 성형부(15b) 및 연결변 플랜지 성형부(15c)에 각각 대응한 형상을 갖고 있다. 즉, 하 패드(21)에 있어서의 상형(15)의 볼록변 플랜지 성형부(15a)에 대응하는 부위(하 패드 볼록변 플랜지 성형부(21a))는, 상형(15)의 오목변 플랜지 성형부(15b)에 대응하는 부위(하 패드 오목변 플랜지 성형부(21b))보다도 프레스 성형 방향으로 패여 있다. 또한, 상형(15)의 연결변 플랜지 성형부(15c)에 대응하는 부위(하 패드 연결변 플랜지 성형부(21c))가, 하 패드 오목변 플랜지 성형부(21b)로부터 하 패드 볼록변 플랜지 성형부(21a)를 향하여 경사져 있다(도 1, 도 3 참조).

다음으로, 상기와 같은 본 실시 형태의 프레스 성형 금형(13)을 이용하여, 도 14에 나타낸 슬라이드 도어 레일 부재를 성형하는 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 프레스 성형 방법은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 블랭크(19)를 프레스 성형 금형(13)에 세트하는 성형 개시 전 공정 S1, 초기 성형 공정 S3, 후기 성형 공정 S5를 포함한다. 이하, 각 공정에 대해서, 도 5∼도 13에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 금형의 움직임을 설명하는 도 7, 도 8, 도 11에 있어서는, 블랭크(19)의 성형 상태를 나타내기 위해, 상형(15) 및 상 패드(23)는 투시도로 하고 있다.

<성형 개시 전 공정>

성형 개시 전 공정 S1에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 금속판(metal sheet)으로 이루어지는 블랭크(19)를 하형(17) 상에 올려놓고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 블랭크(19)의 일부를 상 패드(23)로 사이에 끼운다. 이 때, 하 패드(21)의 최상면(예를 들면, 하 패드 오목변 플랜지 성형부(21b))은, 하형(17)의 상면과 면일하게 되어 있다. 그리고, 블랭크(19)에 있어서의 천판부(3)에 상당하는 부위가 하형(17) 상에 배치되고, 블랭크(19)에 있어서의 플랜지부(5)에 대응하는 부위가 하 패드(21)에 있어서의 하 패드 오목변 플랜지 성형부(21b) 상에 배치되어 있다.

<초기 성형 공정>

초기 성형 공정 S3에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상 패드(23) 및 하형(17)에 의해 블랭크(19)의 일부를 협지한 상태로, 하 패드(21)로 블랭크(19)의 일부를 지지하고, 상형(15)을 프레스 성형 방향으로 상대적으로 이동한다. 이에 따라, 볼록변 플랜지 성형부(15a)에 의해 볼록변부(11a)에 플랜지부(5)가 성형됨과 함께, 연결변 플랜지 성형부(15c)에 의해 오목변부(11b)를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부(25)가 플랜지부(5)에 연속하여 성형된다.

초기 성형 공정 S3에서는, 천판부(3)의 볼록변부(11a)에는 플랜지부(5)가 성형되지만, 오목변부(11b)는 하 패드 오목변 플랜지 성형부(21b)에 지지되어 있기 때문에, 플랜지부(5)가 성형되지 않는다. 이 때문에, 볼록변부(11a)로부터 오목변부(11b)에 이르는 연결변부(11c)에는 플랜지부(5)가 아니라 비틀림 형상부(25)가 성형된다. 이 비틀림 형상부(25)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 일단측이 볼록변부(11a)에 형성된 플랜지부(5)에 연결되고, 타단측이 평탄한 천판부(3)에 연결되어 있는 점에서, 비틀린 형상으로 되어 있다. 비틀림 형상부(25)의 성형 시에는, 도 9의 화살표로 나타내는 바와 같이, 형성되는 플랜지부(5)측으로부터 평탄한 방향을 향하여 재료 유입(metal inflow)이 생기고, 축소 플랜지 변형에 있어서의 재료 과잉이 완화되어, 주름의 발생이 억제된다.

이 재료 흐름이 발생하는 메커니즘을 도 10에 기초하여 설명한다. 도 10은, 도 9의 파선으로 둘러싼 CC부의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름을 설명하는 도면으로서, 도 9를 상면시 및 측면시한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 10에 있어서, 눈이 촘촘한 파선이 성형 전의 블랭크의 단변(outer edge)이고, 눈이 성긴 파선이 비틀림 형상부(25)의 단변이고, 실선이 목표 형상의 단변이다. 도면 중의 A∼E점 및 A'∼E'점은, 도 15에 나타낸 것과 동일한 점이다. 즉, 도면 중 A점은, 블랭크(19)에 있어서의 만곡부(curved portion)의 R 끝이고, 변형이 거의 없는 비틀림 형상부(25)의 선단 위치가 된다. B점은, 종래의 축소 플랜지 변형을 일으키는 블랭크 부위의 한쪽의 R 끝에 대응하는 점이고, B'점은 상면도에 있어서 B점으로부터 비틀림 형상부(25)의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 비틀림 형상부(25)의 단변의 교점이다. D점은 블랭크(19)에 있어서의 만곡부의 R 끝, D'점은 상면도에 있어서 D점으로부터 목표 형상의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 목표 형상의 단변의 교점이다.

축소 플랜지 변형 때문에, B'점에서 D'점까지의 거리는 B점에서 D점까지의 거리보다도 짧기(B'D'＜BD) 때문에, 재료 과잉에 의해 볼록변부(11a)에 형성되는 플랜지부(5)에는 주름이 발생하려고 한다. 다른 한편, A점에서 B'점까지의 거리는, 3차원적으로 보면, A점에서 B점까지의 거리보다도 길기(AB'＞AB) 때문에, 재료는 A점측으로 당겨져 「능선에 거의 수직」으로부터 어긋나게 흐른다. 그 때문에, 종래의 도 15의 주름 발생 영역에서의 화살표의 재료 흐름에 비해 A점 근방의 도 10의 화살표로 나타내는 재료 흐름이 생기고, 이 재료 흐름에 의해, 초기 성형 공정에서 성형되는 축소 플랜지 변형에서의 재료 과잉이 완화되어, 주름의 발생이 억제된다.

<후기 성형 공정>

후기 성형 공정 S5에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상형(15) 및 하 패드(21)를 프레스 성형 방향으로 이동한다. 이에 따라, 연결변 플랜지 성형부(15c)에 의해 비틀림 형상부(25)가 플랜지부(5)로 성형됨과 함께, 오목변 플랜지 성형부(15b)에 의해 오목변부(11b)에 플랜지부(5)가 성형되어, 목표 형상이 성형된다. 후기 성형 공정 S5의 성형 과정에서는, 도 12의 굵은 화살표로 나타내는 바와 같이, 비틀림 형상부(25)로부터 신장 플랜지 변형부로 재료 유입이 생기기 때문에, 신장 플랜지 변형부의 재료 부족이 완화되어, 균열의 발생이 억제된다.

이 재료 흐름이 발생하는 메커니즘을 도 13에 기초하여 설명한다. 도 13은, 도 12의 파선으로 둘러싼 DD부의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름을 설명하는 도면으로서, 도 12를 상면시 및 측면시한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 13에 있어서, 눈이 촘촘한 파선이 성형 전의 블랭크의 단변, 눈이 성긴 파선이 비틀림 형상부(25)의 단변, 실선이 목표 형상에 있어서의 플랜지부(5)의 단변이다.

또한, 도면 중의 A∼E점 및 A'∼E'점은, 도 15, 도 10에 나타낸 것과 동일한 점이다. 즉, 도면 중 A'점은, A점으로부터 상면도에 있어서 목표 형상의 능선에 대하여 수직으로 향하는 선과 목표 형상의 교점이다. E점은, 종래의 신장 플랜지 변형을 일으키는 블랭크 부위의 한쪽의 R 끝에 대응하는 점이고, E'점은 상면도에 있어서 E점으로부터 목표 형상의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 목표 형상의 단변의 교점이다. 신장 플랜지 변형 때문에, A'점에서 E'점까지의 거리는, A점에서 E점까지의 거리보다도 길고(A'E'＞AE), 재료 부족에 의해 오목변부(11b)에 형성되는 플랜지부(5)에서는 균열이 발생하려고 한다. 다른 한편, 3차원적으로 보면, D'점에서 E'점까지의 거리는, D'점에서 E점까지의 거리보다도 짧기(D'E'＜D'E) 때문에, 재료는 A'측으로 밀려 「능선에 거의 수직」으로부터 어긋나게 흐른다. 그 때문에, 종래의 도 15의 균열 발생 영역에서의 화살표의 재료 흐름에 비해 A점 근방의 도 13의 화살표로 나타내는 재료 흐름이 생기고, 이 재료 흐름에 의해, 후기 성형 공정 S5에서 성형되는 신장 플랜지 변형에서의 재료 부족이 완화되어, 균열의 발생이 억제된다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 프레스 성형 금형(13)이면, 성형 초기에, 볼록변부(11a)에 볼록변 플랜지 성형부(15a)에 의해 플랜지부(5)를 성형함과 함께, 연결변 플랜지 성형부(15c)에 의해 플랜지부(5)에 연속하여 오목변부(11b)를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부(25)를 성형하고, 성형 후기에, 연결변 플랜지 성형부(15c)에 의해 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(5)로 성형함과 함께, 오목변 플랜지 성형부(15b)에 의해 오목변부(11b)에 플랜지부(5)를 성형하여, 목표 형상으로 성형할 수 있다. 이 때문에, 성형 초기에 있어서, 축소 플랜지 변형이 되는 부위만을 먼저 성형함으로써, 신장 플랜지 변형이 되는 부위측으로의 재료 흐름을 촉진하는 바와 같은 비틀림 형상부(25)가 성형되고, 성형 후기에 있어서, 신장 플랜지 변형이 되는 부위를 성형함으로써, 비틀림 형상부(25)로부터의 재료 흐름에 의해, 신장 플랜지 변형에서의 재료 부족을 억제하여 목표 형상을 성형할 수 있다.

이와 같이, 신장 플랜지 균열이 발생하는 위험 부위 및 축소 플랜지 주름이 발생하는 위험 부위의 변형(strain)을 분산시킴으로써, 초기 성형 공정 S3에서는, 축소 플랜지 변형에 의한 주름 발생이 억제되고, 후기 성형 공정 S5에서는 신장 플랜지 변형에 의한 균열 발생이 억제되어, 전체 공정을 통하여 주름과 균열의 발생을 억제할 수 있다. 게다가, 금형을 동일 방향의 움직임인 원 액션에 의해 프레스 성형할 수 있어, 효율 좋게 프레스 성형할 수 있다.

실시예

본 발명의 효과 확인을 위해, 도 14에 나타내는 바와 같은, 슬라이드 도어 레일 부재의 예를 목표 형상으로 하여 프레스 성형을 행했다. 재료는, 인장 강도(tensile strength)가 1180㎫급, 판두께 1.4㎜의 강판으로 했다. 우선, 비교예로서, 비틀림 형상부(25)를 성형하는 일 없이 일 공정으로 목표 형상을 성형하고, 천판부를 패드(pressure pad)로 누르는 패드 폼 성형(pad forming)에 의한 프레스 성형을 행했다. 다음으로, 본 발명의 실시예로서는, 실시 형태에서 설명한 프레스 성형 금형(13)을 이용하여, 볼록변부(11a)에 플랜지부(5)를, 연결변부(11c)에 비틀림 형상부(25)를 성형하는 초기 성형 공정 S3과, 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(5)로 성형함과 함께 오목변부(11b)에 플랜지부(5)를 성형하는 후기 성형 공정 S5를 포함하여, 어느 성형 공정도 천판부를 패드로 누르는 패드 폼 성형으로 한 프레스 성형을 행했다.

비교예의 경우에는, 도 14에 나타내는 a부에 주름이, b부에 균열이 생겨, 목적의 형상을 얻을 수 없었다. 한편, 본 발명의 실시예에서는, 플랜지부(5)의 균열·주름 모두 발생하지 않아, 고품질인 프레스 성형품을 얻을 수 있었다. 이상에 의해, 천판부(3)에 면내 방향으로 요철을 갖는 프레스 성형 부품의 성형 시에 있어서, 신장 플랜지 균열 및 축소 플랜지 주름을 억제하기 위해 본 발명이 유효하다는 것이 나타났다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 플랜지 그 자체에 주름이나 균열이 발생하는 프레스 성형품에도 적용할 수 있어, 플랜지에 발생하는 주름과 균열을 동시에 억제할 수 있는 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법을 제공할 수 있다.

1 : 프레스 성형품
3 : 천판부
5 : 플랜지부
7 : 볼록부
9 : 오목부
11 : 요철변부
11a : 볼록변부
11b : 오목변부
11c : 연결변부
13 : 프레스 성형 금형
15 : 상형
15a : 볼록변 플랜지 성형부
15b : 오목변 플랜지 성형부
15c : 연결변 플랜지 성형부
17 : 하형
19 : 블랭크
21 : 하 패드
21a : 하 패드 볼록변 플랜지 성형부
21b : 하 패드 오목변 플랜지 성형부
21c : 하 패드 연결변 플랜지 성형부
23 : 상 패드
25 : 비틀림 형상부

Claims

면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록변부와 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목변부가 연결변부를 통하여 연속하는 요철변부를 갖는 천판부와, 당해 천판부에 있어서의 상기 요철변부에 형성되고 연속한 플랜지부를 갖는 프레스 성형품을 성형하는 프레스 성형 금형으로서,
상기 요철변부를 따라 플랜지부를 굽힘 성형하는 상형 및 하형과, 상기 상형 및 하형과 협동하여 블랭크를 협지하는 하 패드 및 상 패드를 구비하고,
상기 상형은, 상기 볼록변부에 플랜지부를 성형하는 볼록변 플랜지 성형부와, 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하는 오목변 플랜지 성형부와, 상기 연결변부에 플랜지부를 성형하는 연결변 플랜지 성형부를 갖고, 상기 볼록변 플랜지 성형부가 상기 오목변 플랜지 성형부보다도 프레스 성형 방향으로 돌출함과 함께, 상기 연결변 플랜지 성형부가 상기 볼록변 플랜지 성형부로부터 상기 오목변 플랜지 성형부를 향하여 경사지고,
상기 하 패드는, 상기 상형에 형성된 상기 볼록변 플랜지 성형부, 상기 오목변 플랜지 성형부 및 상기 연결변 플랜지 성형부에 각각 대응한 형상을 갖고,
성형 초기에, 상기 볼록변부에 상기 볼록변 플랜지 성형부에 의해 플랜지부를 성형함과 함께, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 당해 플랜지부에 연속하여 상기 오목변부를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부를 성형하고,
성형 후기에, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 오목변 플랜지 성형부에 의해 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하여, 목표 형상으로 성형할 수 있는, 프레스 성형 금형.
면내 방향에서 외측으로 돌출하는 볼록변부와 면내 방향에서 내측으로 패이는 오목변부가 연결변부를 통하여 연속하는 요철변부를 갖는 천판부와, 당해 천판부에 있어서의 상기 요철변부에 형성되고 연속한 플랜지부를 갖는 프레스 성형품을, 제1항에 기재된 프레스 성형 금형을 이용하여 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
상기 상 패드 및 하형에 의해 블랭크의 일부를 협지함과 함께, 상기 하 패드로 블랭크의 일부를 지지하고, 상기 상형을 프레스 성형 방향으로 이동함으로써, 상기 볼록변 플랜지 성형부에 의해 상기 볼록변부에 플랜지부를 성형함과 함께, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 상기 오목변부를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부를 당해 플랜지부에 연속하여 성형하는 초기 성형 공정과,
상기 상형 및 상기 하 패드를 프레스 성형 방향으로 이동하여, 상기 연결변 플랜지 성형부에 의해 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 오목변 플랜지 성형부에 의해 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하여, 목표 형상으로 성형하는 후기 성형 공정을 포함하는, 프레스 성형 방법.