KR20230002915A

KR20230002915A - 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법

Info

Publication number: KR20230002915A
Application number: KR1020227040621A
Authority: KR
Inventors: 료 아게바
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2020-05-23
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2023-01-05
Also published as: EP4144455A1; WO2021240942A1; MX2022014624A; CN115666812A; US20230201903A1; JP2021184997A; EP4144455A4; JP6923044B1

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 금형(21)은, 천판부(3)와, 천판부(3)로부터 연속하는 종벽부(5)로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 천판부(3)측으로 패이는 오목부(7)를 갖는 종벽부(5)와, 종벽부(5)의 하단변에 외향으로 형성된 플랜지부를 갖고, 오목부(7)가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11)으로부터 순서대로, 당해 하단변에 연속하는 제1 만곡부(17), 제1 만곡부(17)에 연속하는 경사변부(13), 경사변부(13)에 연속하는 제2 만곡부(19), 벽 깊이가 얕은 오목변부(15)를 갖고, 제1 만곡부(17)에 형성되는 플랜지부(9)가 축소 플랜지이고, 제2 만곡부(19)에 형성되는 플랜지가 신장 플랜지가 되는 프레스 성형품(1)을 성형하는 프레스 성형 금형(21)이다.

Description

프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법

본 발명은, 금속 소판(metal sheet)으로부터 자동차 부품(automotive parts) 등의 부재(member)를 프레스 성형(press forming)하는 프레스 성형 금형(tools of press forming) 및 프레스 성형 방법에 관한 것으로, 특히, 천판부(top portion)와, 측면시에서 벽 높이(wall height)가 변화하는 부위(portion)를 갖는 종벽부(side wall portion)와, 당해 종벽부의 천판부의 반대측의 변부(side portion)인 하단변(bottom　edge)에 형성된 플랜지부(flange portion)를 갖는 프레스 성형품(press forming parts)의 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

최근, 환경 문제에 기인한 자동차 차체의 경량화(weight reduction of automotive body)를 위해, 자동차 부품에 고강도 강판(high-strength steel sheet)이 다용되고 있다. 그러나, 고강도 강판은 강도가 낮은 강판과 비교하여 연성(elongation)이 부족하여, 가공 중에 파단(fracture)을 일으키기 쉽다. 또한, 고강도 강판을 이용한 경우라도, 추가적인 경량화를 위해 박육화(sheet metal 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)와는 별체로 구동하는 주름 억제 패드(pad)를 이용함으로써, 제품 내부의 주름이나 신장 플랜지 균열(stretch flange fracture)을 일으키기 쉬운 자동차 부품을, 성형 문제 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 6032374호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 프레스 성형 방법은, 플랜지로부터 떨어진 제품 내부를 주름 억제 패드를 이용하여 구속하는 것이 필요시 되는 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, 천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 상기 천판부측으로 패이는 오목부(recessed portion)를 갖는 종벽부와, 당해 종벽부의 하단변에 외향(外向)으로 형성된 플랜지부를 갖고, 상기 오목부가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변으로부터 순서대로, 당해 하단변에 연속하는 제1 만곡부(curved portion), 당해 제1 만곡부에 연속하는 경사변부(inclined side), 당해 경사변부에 연속하는 제2 만곡부, 벽 깊이가 얕은 오목변부(recessed side)를 갖고, 상기 제1 만곡부에 형성되는 플랜지부가 축소 플랜지(shrink flange)이고, 상기 제2 만곡부에 형성되는 플랜지가 신장 플랜지가 되는 프레스 성형품을 성형하는 것으로서, 상형(upper die)과, 당해 상형과 협동하여 상기 천판부, 상기 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께, 상기 경사변부에 비틀림 형상부(torsional shape portion)를 형성하는 하(下) 패드와, 당해 하 패드에 인접하여 배치되고, 상기 상형과 협동하여 상기 비틀림 형상부를 플랜지부에 성형함과 함께, 상기 경사변부에 연속하는 제2 만곡부와 상기 오목변부에 플랜지부를 형성하는 하형(lower die)을 갖고, 상기 상형은, 상기 천판부를 성형하는 천판 성형부와, 상기 종벽부를 성형하는 종벽 성형부(side wall forming portion)와, 상기 종벽부의 천판부의 반대측의 변부인 하단변에 플랜지부를 성형하는 하단변 플랜지 성형부(flange forming portion)와, 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 성형하는 제1 만곡부 플랜지 성형부와, 상기 경사변부에 플랜지부를 성형하는 경사변부 플랜지 성형부와, 상기 제2 만곡부에 플랜지부를 성형하는 제2 만곡부 플랜지 성형부와, 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하는 오목변부 플랜지 성형부를 갖고, 상기 하 패드는, 하 패드 천판 성형부와, 하 패드 종벽 성형부와, 하 패드 하단변 플랜지 성형부와, 하 패드 제1 만곡부 플랜지 성형부를 갖고, 상기 하형은, 상기 경사변부에 플랜지부를 성형하는 하형 경사변부 성형부(inclined side forming portion)와, 상기 제2 만곡부에 플랜지부를 성형하는 하형 제2 만곡부 플랜지 성형부와, 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하는 하형 플랜지 성형부를 갖고, 성형 초기에, 상기 상형과 상기 하 패드에 의해, 상기 천판부, 상기 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께, 상기 경사변부에 비틀림 형상부를 형성하고, 성형 후기에, 상기 상형과 상기 하형에 의해, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 제2 만곡부와 상기 오목변부에 플랜지부를 형성하여, 목표 형상으로 성형할 수 있다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 상기 천판부측으로 패이는 오목부를 갖는 종벽부와, 당해 종벽부의 하단변에 외향으로 형성된 플랜지부를 갖고, 상기 오목부가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변으로부터 순서대로, 당해 하단변에 연속하는 제1 만곡부, 당해 제1 만곡부에 연속하는 경사변부, 당해 경사변부에 연속하는 제2 만곡부, 벽 깊이가 얕은 오목변부를 갖고, 상기 제1 만곡부에 형성되는 플랜지부가 축소 플랜지이고, 상기 제2 만곡부에 형성되는 플랜지가 신장 플랜지가 되는 프레스 성형품을, 본 발명에 따른 프레스 성형 금형을 이용하여 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 상기 상형 및 하 패드에 의해, 상기 천판부, 상기 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께, 상기 경사변부에 비틀림 형상부를 형성하는 초기 성형 공정과, 상기 상형과 상기 하 패드로 블랭크(blank)를 협지(挾持)한 상태에서, 상기 하형을 상형에 대하여 상대 이동하고, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 제2 만곡부와 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하여, 목표 형상으로 성형하는 후기 성형 공정을 포함한다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법에 의하면, 성형 초기에, 상형과 하 패드에 의해, 천판부, 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께, 경사변부에 비틀림 형상부를 형성하고, 성형 후기에, 상형과 하형에 의해, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 제2 만곡부와 오목변부에 플랜지부를 형성하여, 목표 형상으로 성형할 수 있기 때문에, 플랜지 그 자체에 주름이나 균열이 발생하는 프레스 성형품에도 적용할 수 있고, 플랜지에 발생하는 주름과 균열을 동시에 억제할 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 금형을 개별로 설명하는 설명도로서, 도 3(a)가 상형, 도 3(b)가 하 패드, 도 3(c)가 하형을 나타내고 있다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 성형 개시 전 공정의 금형의 상태의 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 초기 성형 공정의 금형의 상태의 설명도이다.
도 7은, 도 4의 초기 성형 공정의 성형품에 있어서의 AA부의 확대도이다.
도 8은, 초기 성형 공정에 있어서 주름의 발생이 억제되는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 후기 성형 공정의 금형의 상태의 설명도이다.
도 10은, 도 4의 후기 성형 공정의 목표 형상에 있어서의 BB부의 확대도이다.
도 11은, 후기 성형 공정에 있어서 균열의 발생이 억제되는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 12는, 실시 형태에 있어서의 목표 형상과, 당해 목표 형상의 성형 과정에서 발생하는 과제를 설명하는 설명도이다.
도 13은, 도 12에 나타낸 목표 형상의 성형 과정에서 주름과 균열이 발생하는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 14는, 도 4의 중간 성형품의 다른 예를 나타내는 도면이다.

(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 12, 도 13에 기초하여 그 형상과 과제에 대해서 설명한다. 도 12에 나타내는 프레스 성형품(1)은, 자동차 부품인 프런트 플로어 크로스(floor front cross member)이다. 프레스 성형품(1)은, 천판부(3)와, 천판부(3)로부터 연속하는 종벽부(5)로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 천판부(3)측으로 패이는 오목부(7)를 갖는 종벽부(5)와, 종벽부(5)의 하단변에 외향으로 형성된 플랜지부(9)를 갖는다.

그리고, 오목부(7)가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11)으로부터 연속하는 한 쌍의 경사변부(13)와, 경사변부(13)의 단부를 연결하는 벽 깊이가 얕은 부위의 오목변부(15)를 갖는다. 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11)으로부터 경사변부(13)에 걸쳐 만곡하는 한 쌍의 제1 만곡부(17), 경사변부(13)로부터 벽 깊이가 얕은 부위에 걸쳐 만곡하는 한 쌍의 제2 만곡부(19)가 형성되어 있다. 제1 만곡부(17)에 형성되는 플랜지부(9)는 축소 플랜지 변형이 되고, 제2 만곡부(19)에 형성되는 플랜지부(9)는 신장 플랜지 변형이 된다.

이러한 프레스 성형품(1)을 종래의 프레스 성형 방법으로 성형한 경우, 축소 플랜지 변형이 되는 부위(도면 중의 둥근 파선으로 둘러싼 a부)에서는 재료 과잉(excess metal)에 의해 주름이 생기기 쉽고, 신장 플랜지 변형이 되는 부위(도면 중의 둥근 파선으로 둘러싼 b부)에서는 재료 부족에 의한 균열을 일으키기 쉽다.

이 주름과 균열이 발생하는 메커니즘을 도 13에 기초하여 설명한다. 도 13은, 도 12의 파선으로 둘러싼 EE부에 있어서의 성형 과정의 재료 흐름을 설명하는 도면으로서, 도 12를 상면시(도 13(a)) 및 측면시(도 13(b))한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 13에 있어서, 파선이 성형 전의 블랭크의 선단이고, 실선이 목표 형상으로 성형된 플랜지부(9)의 단변이다. 또한, 도면 중의 D점 및 B점은 성형 전의 블랭크에 있어서의 제1 만곡부(17)의 R 끝에 상당하는 점이고, 이들에 대응하여 측면도에 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 제2 만곡부(19)의 R 끝에 상당하는 점이고, 이들에 대응하여 측면도에 있어서 E점 및 A점으로부터 목표 형상의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 목표 형상의 단변의 교점이, A'점 및 E'점이다. 도 13(b) 측면도에 나타내는 바와 같이, 재료는 능선(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)(20)을 성형 도중에 개재시킴으로써, 각각의 부위로의 압축 변형(compressive strain) 및 인장 변형(tensile strain)의 집중을 회피할 수 있는 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법을 고안했다. 구체적으로는 프레스 성형 금형 및 프레스 성형 방법은 이하의 구성으로 이루어진다.

본 실시 형태에 따른 프레스 성형 금형(21)은, 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같은 프레스 성형품(1)을 성형하는 것이다. 도 12에 나타내는 프레스 성형품(1)은, 천판부(3)와, 천판부(3)로부터 연속하는 종벽부(5)로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 천판부(3)측으로 패이는 오목부(7)를 갖는 종벽부(5)와, 종벽부(5)의 하단변에 외향으로 형성된 플랜지부(9)를 갖는다. 또한, 오목부(7)가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11)으로부터 순서대로, 당해 하단변(11)에 연속하는 제1 만곡부(17), 제1 만곡부(17)에 연속하는 경사변부(13), 경사변부(13)에 연속하는 제2 만곡부(19), 벽 깊이가 얕은 오목변부(15)를 갖는다. 그리고, 제1 만곡부(17)에 형성되는 플랜지부(9)가 축소 플랜지이고, 제2 만곡부(19)에 형성되는 플랜지부(9)가 신장 플랜지가 된다. 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형 금형(21)은, 상형(23)과, 하 패드(27)와, 하형(29)을 구비하고 있다. 하 패드(27)는, 상형(23)과 협동하여 천판부(3), 종벽부(5), 종벽부(5)에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11) 및 제1 만곡부(17)에 플랜지부(9)를 형성함과 함께 경사변부(13)에 비틀림 형상부(25)를 형성한다. 하형(29)은, 하 패드(27)에 인접하여 배치되고, 상형(23)과 협동하여 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(9)로 성형함과 함께, 경사변부(13)에 연속하는 제2 만곡부(19)와 오목변부(15)에 플랜지부(9)를 형성한다. 또한, 상형과 하형의 상과 하란, 상대적인 관계를 나타내는 표현으로서, 반드시 위와 아래에 한정되는 것이 아니고, 쌍의 관계를 나타내고 있다.

상형(23)은, 도 2, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 천판 성형부(23a), 종벽 성형부(23b), 하단변 플랜지 성형부(23c), 제1 만곡부 플랜지 성형부(23d), 경사변부 플랜지 성형부(23e), 제2 만곡부 플랜지 성형부(23f) 및, 오목변부 플랜지 성형부(23g)를 갖고 있다. 천판 성형부(23a)는, 천판부(3)를 성형한다. 종벽 성형부(23b)는, 종벽부(5)를 성형한다. 하단변 플랜지 성형부(23c)는, 종벽부(5)의 하단변(11)에 플랜지부(9)를 성형한다. 제1 만곡부 플랜지 성형부(23d)는, 제1 만곡부(17)에 플랜지부(9)를 성형한다. 경사변부 플랜지 성형부(23e)는, 경사변부(13)에 플랜지부(9)를 성형한다. 제2 만곡부 플랜지 성형부(23f)는, 제2 만곡부(19)에 플랜지부(9)를 성형한다. 오목변부 플랜지 성형부(23g)는, 오목변부(15)에 플랜지부(9)를 성형한다.

하 패드(27)는, 도 1, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 하 패드 천판 성형부(27a), 하 패드 종벽 성형부(27b), 하 패드 하단변 플랜지 성형부(27c) 및, 하 패드 제1 만곡부 플랜지 성형부(27d)를 갖고 있다. 하 패드 천판 성형부(27a)는, 상형(23)의 천판 성형부(23a)에 대응한 형상을 갖는다. 하 패드 종벽 성형부(27b)는, 상형(23)의 종벽 성형부(23b)에 대응한 형상을 갖는다. 하 패드 하단변 플랜지 성형부(27c)는, 상형(23)의 하단변 플랜지 성형부(23c)에 대응한 형상을 갖는다. 하 패드 제1 만곡부 플랜지 성형부(27d)는, 상형(23)의 제1 만곡부 플랜지 성형부(23d)에 대응한 형상을 갖는다. 하 패드(27)에 있어서, 축방향으로 서로 이웃하는 하 패드 제1 만곡부 플랜지 성형부(27d)의 사이, 즉 상형(23)의 제2 만곡부 플랜지 성형부(23f) 및 오목변부 플랜지 성형부(23g)에 대향하는 부분은 공동부(hollow portion)(31)로 되어 있고, 이 공동부(31)에 하형(29)이 배치되어 있이다.

하형(29)은, 도 1, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 하 패드(27)와 독립적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 하형(29)은, 경사변부(13)에 플랜지부(9)를 성형하는 하형 경사변부 플랜지 성형부(29a)와, 제2 만곡부(19)에 플랜지부(9)를 성형하는 하형 제2 만곡부 플랜지 성형부(29b)와, 오목변부에 플랜지부(9)를 성형하는 하형 오목변부 플랜지 성형부(29c)를 갖고 있다.

다음으로, 상기와 같은 본 실시 형태의 프레스 성형 금형(21)을 이용하여, 도 12에 예로서 나타낸 프런트 플로어 크로스를 성형하는 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 프레스 성형 방법은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 블랭크(33)를 프레스 성형 금형(21)에 세트하는 성형 개시 전 공정 S1, 초기 성형 공정 S3, 후기 성형 공정 S5를 포함한다. 이하, 각 공정에 대해서, 도 4∼도 11에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 금형의 움직임을 설명하는 도 5, 도 6, 도 9에 있어서는, 블랭크(33)의 성형 상태를 나타내기 위해, 상형(23)은 투시도로 되어 있다.

<성형 개시 전 공정>

성형 개시 전 공정 S1에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 금속판으로 이루어지는 블랭크(33)를 하 패드(27) 상에 올려놓는다. 이 때, 하형(29)은 하방으로 퇴피하고 있고, 그의 상면 즉 하형 오목변부 플랜지 성형부(29c)가 하 패드(27)의 하 패드 하단변 플랜지 성형부(27c)보다도 하방에 위치하고 있다.

<초기 성형 공정>

초기 성형 공정 S3에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상형(23)을 하 패드(27)를 향하여 성형 하사점(bottom dead center)까지 이동한다. 이에 따라, 상형(23) 및 하 패드(27)에 의해, 천판부(3), 종벽부(5), 종벽부(5)에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11) 및 제1 만곡부(17)에 플랜지부(9)를 형성함과 함께 경사변부(13)에 비틀림 형상부(25)(도 7)가 성형된다. 도 6에 나타낸 상형(23)을 성형 하사점까지 이동한 상태에서는, 상형(23)(도 3)에 있어서의 경사변부 플랜지 성형부(23e), 제2 만곡부 플랜지 성형부(23f) 및 오목변부 플랜지 성형부(23g)에 대응하는 부위에는 블랭크(33)를 사이에 끼우는 하형(29)이 존재하지 않는다. 이 때문에, 도 7에 나타내는 경사변부(13)의 하단측의 제1 만곡부(17)에 플랜지부(9)가 형성되지만, 오목변부(15)에는 플랜지부(9)가 형성되지 않는다. 이에 따라, 비틀림 형상부(25)가 성형된다.

그리고, 이 비틀림 형상부(25)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 일단측이 제1 만곡부(17)에 형성된 플랜지부(9)에 연결되고, 타단측이 성형 전의 블랭크 단부(15a)에 연결됨으로써, 비틀린 형상으로 되어 있다. 비틀림 형상부(25)의 성형 시에는, 도 7의 화살표로 나타내는 바와 같이, 제1 만곡부(17)측으로부터 경사변부(13)로 재료 유입이 발생하여, 축소 플랜지 변형에 있어서의 재료 과잉이 완화되고, 주름의 발생이 억제된다.

이 재료 흐름(material flow)이 발생하는 메커니즘을 도 8에 기초하여 설명한다. 도 8은, 도 7의 파선으로 둘러싼 CC부에 있어서의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름을 설명하는 도면으로서, 도 7의 중간 성형품(20)을 상면시 및 측면시한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 8에 있어서, 눈이 촘촘한 파선이 성형 전의 블랭크(33)의 단변이고, 눈이 성긴 파선이 중간 성형품(20)의 단변이고, 실선이 목표 형상에 있어서의 플랜지부(9)의 단변이다. 도면 중의 A∼E점 및 A'∼E'점은, 도 13에 나타낸 것과 동일한 점이다. 즉, 도면 중 A점은, 블랭크(33)에 있어서의 제2 만곡부(19)의 R 끝(R-finish)이고, 비틀림 형상부(25)의 선단 위치가 된다. B점은, 종래의 축소 플랜지 변형을 일으키는 블랭크 부위의 한쪽의 R 끝(도 13)에 대응하는 점이고, B'점은 측면도에 있어서 B점으로부터 비틀림 형상부(25)의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 비틀림 형상부(25)의 단변의 교점이다. D점은 블랭크(33)에 있어서의 만곡부의 R 끝, D'점은 측면도에 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 짧아(B'D'＜BD), 재료 과잉에 의해 제1 만곡부(17)에는 주름이 발생하려고 한다. 다른 한편, A점에서 B'점까지의 거리는, 3차원적으로 보면, A점에서 B점까지의 거리보다도 길기 때문에(AB'＞AB), 재료는 A점측으로 당겨져 도 13의 a부에 나타내는 「능선에 거의 수직」으로부터 어긋나게 흐른다. 그 때문에, 종래의 도 13의 주름 발생 영역에서의 화살표의 재료 흐름에 비해 A점 근방의 도 8의 화살표로 나타내는 재료 흐름이 생기고, 이 재료 흐름에 의해, 성형 초기에 성형되는 축소 플랜지 변형에서의 재료 과잉이 완화되어, 주름의 발생이 방지된다.

또한, 초기 성형 공정 S3에 있어서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 종벽부(5)의 높이 방향 중간부에 종벽부(5)의 하측이 외측으로 열리는 바와 같은 각도를 부여하는 굽힘부(bending portion)(35)를 형성하도록 해도 좋다. 이와 같이 하는 이유는 이하와 같다. 본 발명을 적용함에 있어서, 종벽부(5)를 수직으로 한 채로 플랜지부(9)를 성형하면, 스프링 백에 의해 종벽부(5)와 플랜지부(9)의 굽힘 각도가 커지고, 또한, 종벽부(5)에 휨(curl)이 생기기 쉽다. 굽힘부(35)를 형성함으로써, 선단이 하향 V자 형상의 금형으로 플랜지부(9)를 성형할 수 있기 때문에, 종벽부(5)와 플랜지부(9)의 굽힘 각도를 예리하게 할 수 있고, 또한, 플랜지부(9)에 인접하는 종벽부(5)의 높이를 낮게 할 수 있어 휨을 억제할 수 있다. 그 결과, 플랜지부(9)의 일부분, 즉 축소 플랜지 변형부(deformed portion)만을 성형하는 것이 용이해진다.

<후기 성형 공정>

후기 성형 공정 S5에서는, 상형(23)과 하 패드(27)로 블랭크(33)를 협지한 상태에서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 하형(29)을 상형(23)을 향하여 이동하고, 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(9)에 성형함과 함께, 제2 만곡부(19)와 오목변부(15)에 플랜지부(9)를 성형하여 목표 형상으로 한다. 후기 성형 공정 S5의 성형 과정에서는, 도 10의 화살표로 나타내는 바와 같이, 도 7의 재료 과잉을 흡수한 비틀림 형상부(25)로부터 비틀림을 되돌림으로써, 과잉된 재료에 의해 신장 플랜지 변형부로 재료 유입이 발생하기 때문에, 신장 플랜지 변형부의 재료 부족(material shortage)이 완화되어, 균열의 발생이 억제된다.

이 재료 흐름이 발생하는 메커니즘을 도 11에 기초하여 설명한다. 도 11은, 도 10의 파선으로 둘러싼 DD부의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름을 설명하는 도면으로서, 도 10을 상면시 및 측면시한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 11에 있어서, 눈이 촘촘한 파선이 성형 전의 블랭크의 단변이고, 눈이 성긴 파선이 비틀림 형상부(25)의 단변, 실선이 목표 형상에 있어서의 플랜지부(9)의 단변이다. 또한, 도면 중의 A∼E점 및 A'∼E'점은, 도 13에 나타낸 것과 동일한 점이다.

신장 플랜지 변형 때문에, A'점에서 E'점까지의 거리는, A점에서 E점까지의 거리보다 길어(A'E'＞AE), 플랜지부(9)의 성형에 의한 재료 부족에 의해 제2 만곡부(19)에서는 균열이 발생하려고 한다. 다른 한편, 3차원적으로 보면, D'점에서 E'점까지의 거리는, D'점에서 E점까지의 거리보다도 짧기 때문에(D'E'＜D'E), 재료는 A'측으로 밀려 도 13의 b부에 나타내는 「능선에 거의 수직」으로부터 어긋나게 흐른다. 그 때문에, 종래의 도 13의 균열 발생 영역에서의 화살표의 재료 흐름에 비해 A점 근방의 도 11의 화살표로 나타내는 재료 흐름이 생기고, 이 재료 흐름에 의해, 후기 성형 공정 S5에서 성형되는 신장 플랜지 변형에서의 재료 부족이 완화되어, 균열의 발생이 방지된다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 프레스 성형 금형(21)이면, 상형(23)과 하 패드(27)에 의해, 종벽부(5)에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11) 및 제1 만곡부(17)에 플랜지부(9)를 형성함과 함께 경사변부(13)에 비틀림 형상부(25)를 형성한다. 그리고, 성형 후기에, 상형(23)과 하형(29)에 의해, 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(9)로 성형함과 함께, 제2 만곡부(19)와 오목변부(15)에 플랜지부(9)를 형성하여, 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 성형된다. 그리고, 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, 축소 플랜지 주름이 발생하는 위험 부위(dangerous portion) 및 신장 플랜지 균열이 발생하는 위험 부위의 변형을 분산시킨다. 이에 따라, 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.

실시예

본 발명의 효과 확인을 위해, 도 12에 나타내는 바와 같은 프런트 플로어 크로스 부품을 목표 형상의 예로서 프레스 성형을 행했다. 재료는, 인장 강도(tensile strength)가 1180㎫급(㎫-class), 판두께(thickness) 1.4㎜의 강판으로 했다. 우선, 비교예로서, 비틀림 형상부(25)를 성형하는 일 없이 일 공정으로 목표 형상을 성형하고, 천판부를 패드로 누르는 패드 폼 성형(crash forming by using pad)에 의한 프레스 성형을 행했다. 다음으로, 본 발명의 실시예로서, 실시 형태에서 설명한 프레스 성형 금형(21)을 이용하여, 초기 성형 공정 S3 및 후기 성형 공정 S5를 포함하는 프레스 성형을 행했다. 초기 성형 공정 S3에서는, 종벽부(5)에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변(11) 및 제1 만곡부(17)에 플랜지부(9)를 형성함과 함께 경사변부(13)에 비틀림 형상부(25)를 성형했다. 후기 성형 공정 S5에서는, 비틀림 형상부(25)를 플랜지부(9)로 성형함과 함께, 제2 만곡부(19)와 오목변부(15)에 플랜지부(9)를 형성하여, 목표 형상으로 성형했다. 또한, 어느 성형 공정도 천판부를 패드로 누르는 패드 폼 성형으로 했다.

비교예의 경우에는, 도 12에 나타내는 a부에 주름이, b부에 균열이 발생하여, 목적의 형상을 얻을 수 없었다. 다른 한편, 본 발명의 실시예에서는, 플랜지부(9)의 균열·주름 모두 발생하지 않아, 고품질인 프레스 성형품(1)을 얻을 수 있었다. 이상에 의해, 플랜지부를 갖고 종벽 깊이가 크게 변화하는 프레스 성형 부품의 성형 시에, 신장 플랜지 균열 및 축소 플랜지 주름을 억제하기 때문에 본 발명이 유효하다는 것이 나타났다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 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 제공할 수 있다.

1 : 프레스 성형품
3 : 천판부
5 : 종벽부
7 : 오목부
9 : 플랜지부
11 : 깊은 부위의 하단변
13 : 경사변부
15 : 오목변부
15a : 블랭크 단부
17 : 제1 만곡부
19 : 제2 만곡부
20 : 중간 성형품
21 : 프레스 성형 금형
23 : 상형
23a : 천판 성형부
23b : 종벽 성형부
23c : 하단변 플랜지 성형부
23d : 제1 만곡부 플랜지 성형부
23e : 경사변부 플랜지 성형부
23f : 제2 만곡부 플랜지 성형부
23g : 오목변부 플랜지 성형부
25 : 비틀림 형상부
27 : 하 패드
27a : 하 패드 천판 성형부
27b : 하 패드 종벽 성형부
27c : 하 패드 하단변 플랜지 성형부
27d : 하 패드 제1 만곡부 플랜지 성형부
29 : 하형
29a : 하형 경사변부 플랜지 성형부
29b : 하형 제2 만곡부 플랜지 성형부
29c : 하형 오목변부 플랜지 성형부
31 : 공동부
33 : 블랭크
35 : 굽힘부

Claims

천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 상기 천판부측으로 패이는 오목부를 갖는 종벽부와, 당해 종벽부의 하단변에 외향(外向)으로 형성된 플랜지부를 갖고,
상기 오목부가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변으로부터 순서대로, 당해 하단변에 연속하는 제1 만곡부, 당해 제1 만곡부에 연속하는 경사변부, 당해 경사변부에 연속하는 제2 만곡부, 벽 깊이가 얕은 오목변부를 갖고, 상기 제1 만곡부에 형성되는 플랜지부가 축소 플랜지이고, 상기 제2 만곡부에 형성되는 플랜지가 신장 플랜지가 되는 프레스 성형품을 성형하는 프레스 성형 금형으로서,
상형과, 당해 상형과 협동하여 상기 천판부, 상기 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께, 상기 경사변부에 비틀림 형상부를 형성하는 하(下) 패드와, 당해 하 패드에 인접하여 배치되고, 상기 상형과 협동하여 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 경사변부에 연속하는 제2 만곡부와 상기 오목변부에 플랜지부를 형성하는 하형을 갖고,
상기 상형은, 상기 천판부를 성형하는 천판 성형부와, 상기 종벽부를 성형하는 종벽 성형부와, 상기 종벽부의 천판부의 반대측의 변부인 하단변에 플랜지부를 성형하는 하단변 플랜지 성형부와, 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 성형하는 제1 만곡부 플랜지 성형부와, 상기 경사변부에 플랜지부를 성형하는 경사변부 플랜지 성형부와, 상기 제2 만곡부에 플랜지부를 성형하는 제2 만곡부 플랜지 성형부와, 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하는 오목변부 플랜지 성형부를 갖고,
상기 하 패드는, 하 패드 천판 성형부와, 하 패드 종벽 성형부와, 하 패드 하단변 플랜지 성형부와, 하 패드 제1 만곡부 플랜지 성형부를 갖고,
상기 하형은, 상기 경사변부에 플랜지부를 성형하는 하형 경사변부 성형부와, 상기 제2 만곡부에 플랜지부를 성형하는 하형 제2 만곡부 플랜지 성형부와, 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하는 하형 플랜지 성형부를 갖고,
성형 초기에, 상기 상형과 상기 하 패드에 의해, 상기 천판부, 상기 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께, 상기 경사변부에 비틀림 형상부를 형성하고,
성형 후기에, 상기 상형과 상기 하형에 의해, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 제2 만곡부와 상기 오목변부에 플랜지부를 형성하여, 목표 형상으로 성형할 수 있는, 프레스 성형 금형.
천판부와, 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부로서 측면시에서 천판부의 반대측의 변부인 하단변이 상기 천판부측으로 패이는 오목부를 갖는 종벽부와, 당해 종벽부의 하단변에 외향으로 형성된 플랜지부를 갖고,
상기 오목부가, 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변으로부터 순서대로 당해 하단변에 연속하는 제1 만곡부, 당해 제1 만곡부에 연속하는 경사변부, 당해 경사변부에 연속하는 제2 만곡부, 벽 깊이가 얕은 오목변부를 갖고, 상기 제1 만곡부에 형성되는 플랜지부가 축소 플랜지이고, 상기 제2 만곡부에 형성되는 플랜지가 신장 플랜지가 되는 프레스 성형품을, 제1항에 기재된 프레스 성형 금형을 이용하여 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
상기 상형 및 하 패드에 의해, 상기 천판부, 상기 종벽부, 상기 종벽부에 있어서의 벽 깊이가 깊은 부위의 하단변 및 상기 제1 만곡부에 플랜지부를 형성함과 함께 상기 경사변부에 비틀림 형상부를 형성하는 초기 성형 공정과,
상기 상형과 상기 하 패드로 블랭크(blank)를 협지한 상태에서, 상기 하형을 상형에 대하여 상대 이동하고, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께, 상기 제2 만곡부와 상기 오목변부에 플랜지부를 성형하여, 목표 형상으로 성형하는 후기 성형 공정을 구비한, 프레스 성형 방법.