KR20230003551A - 프레스 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 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 성형품의 성형 방법으로서, 볼록변부(11a)에 형성된 플랜지부(5)와, 플랜지부(5)에 연속하여 연결변부(11c)에 형성되고 오목변부(11b)를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부(17)를 갖는 중간 성형품(15)을 성형하는 제1 성형 공정 S1과, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 성형품(15)을, 비틀림 형상부(17)를 플랜지부(5)로 성형함과 함께 오목변부(11b)에 플랜지부(5)를 형성하여, 목표 형상으로 성형하는 제2 성형 공정 S3을 포함한다.

Description

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 방법에 관한 것으로, 특히, 면내 방향(in-plane direction)에 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 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/crack)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 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 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 방법으로서, 상기 볼록변부에 형성된 플랜지부와, 당해 플랜지부에 연속하여 상기 연결변부에 형성되고 상기 오목변부를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부(torsional deformation part)를 갖는 중간 성형품(preformed part)을 성형하는 제1 성형 공정과, 당해 제1 성형 공정에서 성형된 중간 성형품을, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께 상기 오목변부에 플랜지부를 형성하여, 목표 형상(target shape)으로 성형하는 제2 성형 공정을 포함한다.

상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 다른 금형(tool of press forming)으로 성형하면 좋다.

상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 하나의 금형으로 행하면 좋다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 의하면, 제1 성형 공정에서는, 축소 플랜지 변형(shrink flange forming)에 의한 주름 발생이 억제되고, 제2 성형 공정에서는 신장 플랜지 변형(stretch flange forming)에 의한 균열 발생이 억제되어, 전체 공정을 통하여 주름과 균열의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 2는, 도 1에 있어서의 제1 성형 공정에 있어서의 중간 성형품의 AA부의 확대도이다.
도 3은, 제1 성형 공정에 있어서 주름의 발생이 억제되는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 4는, 도 1에 있어서의 제2 성형 공정에 있어서의 목표 형상의 BB부의 확대도이다.
도 5는, 제2 성형 공정에 있어서 균열의 발생이 억제되는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.
도 6은, 실시 형태에 있어서의 목표 형상과, 당해 목표 형상의 성형 과정에서 발생하는 과제를 설명하는 설명도이다.
도 7은, 도 6에 나타낸 목표 형상의 성형 과정에서 주름과 균열이 발생하는 메커니즘을 설명하는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법의 설명에 앞서, 본 발명이 성형 대상으로 하고 있는 프레스 성형품의 일 예에 대해서, 도 6, 도 7에 기초하여 그 형상과 과제에 대해서 설명한다. 도 6에 나타내는 프레스 성형품(1)은, 자동차 부품인 슬라이드 도어 레일(slide door rail)의 사시도이고, 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(9)(concave part)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 6에 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 변형이 되고(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 변형이 되고(도면 중의 둥근 파선으로 둘러싼 b부), 재료 부족(metal shortage)에 의한 균열을 일으키기 쉽다.

이 주름과 균열이 발생하는 메커니즘을 도 7에 기초하여 설명한다. 도 7은, 도 6의 파선으로 둘러싼 EE부에 있어서의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름(metal flow)을 설명하는 도면으로서, 도 6을 상면시(도 7(a)) 및 측면시(도 7(b))한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 7에 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 7(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 성형품을 성형 도중에 개재시킴으로써, 각각의 부위로의 압축 변형(compressive strain) 및 인장 변형(tensile strain)의 집중을 회피할 수 있는 프레스 성형 방법을 고안했다. 구체적으로는, 프레스 성형 방법은 이하의 구성으로 이루어진다.

본 실시 형태에 따른 프레스 성형 방법은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 금속판(metal sheet)(13)으로 이루어지는 블랭크(blank)를 중간 성형품(15)으로 성형하는 제1 성형 공정 S1과, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 성형품(15)을 목표 형상으로 성형하는 제2 성형 공정 S3을 포함한다. 이하, 각 공정을 설명한다. 또한, 도 1에 있어서, 목표 형상을 나타낸 도 6과 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

<제1 성형 공정>

제1 성형 공정 S1은 블랭크로부터 중간 성형품(15)을 성형하는 공정이다. 중간 성형품(15)은, 볼록변부(11a)에 형성된 플랜지부(5)와, 플랜지부(5)에 연속하여 목표 형상의 연결변부(11c)에 형성된 비틀림 형상부(17)를 갖고 있다.

제1 성형 공정 S1에 있어서의 중간 성형품 성형 과정에서는, 천판부(3)의 볼록변부(11a)에는 플랜지부(5)를 성형하지만, 오목변부(11b)에는 플랜지부(5)를 형성하지 않고 비틀림 형상부(17)가 성형된다. 이 비틀림 형상부(17)는, 도 2에 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(17)의 성형 시에는, 도 2의 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 3에 기초하여 설명한다. 도 3은, 도 2의 파선으로 둘러싼 CC부에 있어서의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름을 설명하는 도면이고, 도 2를 상면시 및 측면시한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 3에 있어서, 눈이 촘촘한 파선이 성형 전의 블랭크의 단변(outer edge)이고, 눈이 성긴 파선이 중간 성형품(15)의 단변이고, 실선이 목표 형상에 있어서의 플랜지부(5)의 단변이다. 도면 중의 A∼E점 및 A'∼E'점은, 도 7에 나타낸 것과 동일한 점이다. 즉, 도면 중 A점은, 블랭크에 있어서의 만곡부(curved portion)의 R 끝이고, 비틀림 형상부(17)의 선단 위치가 된다. B점은, 종래의 축소 플랜지 변형을 일으키는 블랭크 부위의 한쪽의 R 끝에 대응하는 점이고, B'점은 상면도에 있어서 B점으로부터 비틀림 형상부(17)의 단변에 대하여 수직으로 향하는 선과 비틀림 형상부(17)의 단변의 교점이다. D점은 블랭크에 있어서의 만곡부의 R 끝, 상면도에 있어서 D'점은 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 7의 주름 발생 영역에서의 화살표의 재료 흐름에 비해, A점 근방의 도 3의 화살표로 나타내는 재료 흐름이 생기고, 이 재료 흐름에 의해, 제1 성형 공정 S1에서 성형되는 축소 플랜지 변형에서의 재료 과잉이 완화되어, 주름의 발생이 억제된다.

<제2 성형 공정>

제2 성형 공정 S3은, 제1 성형 공정 S1에서 성형된 중간 성형품(15)의, 비틀림 형상부(17)를 플랜지부(5)로 성형함과 함께, 오목변부(11b)에 플랜지부(5)를 형성하여, 목표 형상으로 성형하는 공정이다. 제2 성형 공정 S3의 성형 과정에서는, 도 4의 화살표로 나타내는 바와 같이, 도 2의 재료 과잉을 흡수한 비틀림 형상부(17)의 비틀림을 되돌림으로써, 과잉된 재료에 의해 신장 플랜지 변형부로 재료 유입이 생기기 때문에, 신장 플랜지 변형부의 재료 부족이 완화되어, 균열의 발생이 억제된다.

이 재료 흐름이 발생하는 메커니즘을 도 5에 기초하여 설명한다. 도 5는, 도 4의 파선으로 둘러싼 DD부의 성형 과정에 있어서의 재료 흐름을 설명하는 도면으로, 도 4를 상면시 및 측면시한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 5에 있어서, 눈이 촘촘한 파선이 성형 전의 블랭크의 단변, 눈이 성긴 파선이 비틀림 형상부(17)의 단변, 실선이 목표 형상에 있어서의 플랜지부(5)의 단변이다.

또한, 도면 중의 A∼E점 및 A'∼E'점은, 도 7, 도 3에 나타낸 것과 동일한 점이다. 즉, 도면 중 A'점은, 상면도에 있어서 A점으로부터 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 거리보다 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 7의 균열 발생 영역에서의 화살표의 재료 흐름에 비해 A'점 근방의 도 5의 화살표로 나타내는 재료 흐름이 생기고, 이 재료 흐름에 의해, 제2 성형 공정 S3에서 성형되는 신장 플랜지 변형에서의 재료 부족이 완화되어, 균열의 발생이 억제된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 성형 공정 S1에 있어서, 축소 플랜지 변형이 되는 부위만을 먼저 성형함으로써, 당해 성형에 있어서는 신장 플랜지 변형이 되는 부위측으로의 재료 흐름을 촉진하는 바와 같은 비틀림 형상부(17)를 형성한다. 그리고, 제2 성형 공정 S3에 있어서, 신장 플랜지 변형이 되는 부위를 성형함으로써, 비틀림 형상부(17)로부터의 재료 흐름에 의해, 신장 플랜지 변형에서의 재료 부족을 억제하여 목표 형상을 성형한다.

이와 같이, 신장 플랜지 균열이 발생하는 위험 부위 및 축소 플랜지 주름이 발생하는 위험 부위의 변형(strain)을 분산시킴으로써, 제1 성형 공정 S1에서는, 축소 플랜지 변형에 의한 주름 발생이 억제되고, 제2 성형 공정 S3에서는 신장 플랜지 변형에 의한 균열 발생이 억제되어, 전체 공정을 통하여 주름과 균열의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 성형 공정과 제2 성형 공정은, 다른 금형으로 성형하도록 해도 좋다. 혹은, 제1 성형 공정과 제2 성형 공정을 하나의 금형으로 행할 수도 있다.

실시예

본 발명의 효과 확인을 위해, 도 6에 나타내는 슬라이드 도어 레일 부재를 목표 형상으로 하여 프레스 성형을 행했다. 재료는, 인장 강도(tensile strength)가 1180㎫급, 판두께 1.4㎜의 강판으로 했다. 우선, 비교예로서, 중간 성형품(15)을 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 실시예로서, 실시 형태에서 설명한 축소 플랜지 변형부만을 성형하는 중간 성형품(15)을 성형하는 제1 성형 공정 S1과, 중간 성형품(15)을 목표 형상으로 성형하는 제2 성형 공정 S3을 포함하여, 어느 성형 공정도 천판부를 패드로 누르는 패드 폼 성형으로 한 프레스 성형을 행했다.

비교예의 경우에는, 도 6에 나타내는 a부에 주름이, b부에 균열이 생겨, 목적의 형상을 얻을 수 없었다. 다른 한편, 본 발명의 실시예에서는, 플랜지부(5)의 균열·주름 모두 발생하지 않아, 고품질인 프레스 성형품을 얻을 수 있었다. 이상에 의해, 천판부(3)에 면내 방향에 요철을 갖는 프레스 성형 부품의 성형 시에 있어서, 신장 플랜지 균열 및 축소 플랜지 주름을 억제하기 위해 본 발명이 유효한 것이 나타났다.

본 발명에 의하면, 플랜지 그 자체에 주름이나 균열이 발생하는 프레스 성형품에도 적용할 수 있고, 플랜지에 발생하는 주름과 균열을 동시에 억제할 수 있는 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 : 금속판
15 : 중간 성형품
17 : 비틀림 형상부

Claims (3)

1. 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 방법으로서,
   상기 볼록변부에 형성된 플랜지부와, 당해 플랜지부에 연속하여 상기 연결변부에 형성된 상기 오목변부를 향하여 비틀린 형상의 비틀림 형상부를 갖는 중간 성형품을 성형하는 제1 성형 공정과,
   당해 제1 성형 공정에서 성형된 중간 성형품을, 상기 비틀림 형상부를 플랜지부로 성형함과 함께 상기 오목변부에 플랜지부를 형성하여, 목표 형상으로 성형하는 제2 성형 공정을 포함하는, 프레스 성형 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 다른 금형으로 성형하는, 프레스 성형 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 하나의 금형으로 행하는, 프레스 성형 방법.

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