KR20230104943A - 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법은, 천판부(3)와 한 쌍의 종벽부(5)를 갖는 ㄷ자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품(1)에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 것으로서, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 공정(S1)과, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 적어도 한 쌍의 종벽부(5)의 어느 한쪽에 대하여, 스프링백 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소한 응력의 값을 설정하는 공정(S3)과, 완화 감소한 응력의 값을 설정한 프레스 성형품(1)에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 공정(S5)을 포함한다.

Description

프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법

본 발명은, 프레스 성형품(press formed part)의 형상 변화 예측(shape change prediction) 방법에 관한 것으로, 특히, ㄷ자형(U-shaped) 단면 형상(cross-sectional shape) 또는 Z자형(Z-shaped) 단면 형상이고, 상면에서 보아(top view) 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형(tool of press forming)으로부터 이형(die release)하여 스프링백(springback)한 후의 시간 경과에 수반하여 발생하는 형상 변화를 예측하는 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법에 관한 것이다.

프레스 성형은 금속 부품(metal parts)을 저비용 또한 단시간에 제조할 수 있는 제조 방법으로서, 대부분의 자동차 부품(automotive parts)의 제조에 이용되고 있다. 최근에는, 자동차의 충돌 안전성(collision safety)과 차체의 경량화(weight reduction of automotive body)를 양립하기 위해, 보다 고강도(high-strength)의 금속판(metal sheet)이 자동차 부품의 프레스 성형에 이용되고 있다.

고강도의 금속판을 프레스 성형하는 경우의 주요 과제의 하나로 스프링백에 의한 치수 정밀도(dimensional accuracy)의 저하가 있다. 프레스 성형에 의해 금속판을 변형(deform)시킬 때에 프레스 성형품에 발생한 잔류 응력(residual stress)이 구동력(driving force)이 되어, 금형으로부터 이형한 프레스 성형품이 프레스 성형 전의 금속판의 형상으로 용수철과 같이 순간적으로 되돌아오려고 하는 현상을 스프링백이라고 부른다.

프레스 성형 시에 발생하는 잔류 응력은 고강도의 금속판(예를 들면, 고장력 강판(high-strength steel sheet))일수록 커지기 때문에, 스프링백에 의한 형상 변화도 커진다. 따라서, 고강도인 금속판일수록 스프링백 후의 형상을 규정의 치수 내에 들어가게 하는 것이 어려워진다. 그래서, 스프링백에 의한 프레스 성형품의 형상 변화를 정밀도 좋게 예측하는 기술이 중요해진다.

스프링백에 의한 형상 변화의 예측에는, 유한 요소법(finite element method)에 의한 프레스 성형 시뮬레이션의 이용이 일반적이다. 당해 프레스 성형 시뮬레이션의 순서는, 우선, 금속판을 성형 하사점(bottom dead center)까지 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석(press forming analysis)을 행하고, 프레스 성형 하사점에서의 잔류 응력을 예측하는 제1 단계(예를 들면 특허문헌 1)와, 금형으로부터 이형한(취출한) 프레스 성형품의 형상이 스프링백에 의해 변화하는 과정의 스프링백 해석을 행하고, 이형한 프레스 성형품에 있어서의 힘의 모멘트(moment of force)와 잔류 응력의 균형을 취할 수 있는 형상을 예측하는 제2 단계(예를 들면 특허문헌 2)로 나뉘어진다.

일본특허 5795151호 공보 일본특허 5866892호 공보 일본공개특허공보 2013-113144호

지금까지, 전술한 제1 단계의 프레스 성형 해석과 제2 단계의 스프링백 해석을 통합한 프레스 성형 시뮬레이션을 행함으로써, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 직후의 프레스 성형품의 형상이 예측되어 왔다. 그러나, 발명자들은, 프레스 성형 시뮬레이션에 의해 예측된 프레스 성형품의 형상과 실제로 프레스 성형된 프레스 성형품의 형상을 비교했을 때, 프레스 성형 시뮬레이션에 의한 형상 예측 정밀도가 낮아지는 프레스 성형품이 있는 것을 알게 되었다.

그래서, 프레스 성형 시뮬레이션에 의한 형상 예측 정밀도가 낮아지는 프레스 성형품에 관해서 조사한 결과, 도 2에 일 예로서 나타내는 바와 같은, 천판부(top portion)(3)와 한 쌍의 종벽부(side wall portion)(5)를 갖는 ㄷ자형 단면 형상이고, 상면에서 보아(천판부 방향으로부터 본 경우) 길이 방향을 따라 만곡한 프레스 성형품(1)이나, 도 5에 일 예로서 나타내는 바와 같은, 천판부(13)와 종벽부(15)와 플랜지부(flange portion)(17)를 갖는 Z자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 프레스 성형품(11)에 있어서는, 이형하여 몇일 경과한 후에는, 길이 방향 중앙부(middle portion)에 대하여 길이 방향 단부측(end side)이 비틀리는(twist) 바와 같은 변형이 생겨 버려, 프레스 성형 직후와 몇일 경과 후에서는 형상이 상이한 것을 발견했다.

이러한 프레스 성형품의 시간 단위의 경과에 수반하는 형상 변화는, 크리프 현상(creep phenomenon)과 같이 외부로부터 높은 하중(press load)을 계속 받는 구조 부재(structural members)가 서서히 변형하는 현상(예를 들면, 특허문헌 3)과 유사한 것처럼 생각되지만, 외부로부터 하중을 받고 있지 않은 프레스 성형품에 일어나는 형상의 변화는 지금까지 알려져 있지 않았다.

또한, 종래의 프레스 성형 시뮬레이션에 있어서의 제2 단계(스프링백 해석)는, 금형으로부터 취출한 순간에 스프링백한 직후의 프레스 성형품의 형상을 예측하는 것이다. 그 때문에, 본원이 목적으로 하는 스프링백한 프레스 성형품에 대해서, 예를 들면 몇일 경과한 후의 형상 변화를 예측하는 것에 관해서는, 지금까지 전혀 검토되고 있지 않았다. 게다가, 스프링백한 프레스 성형품의 시간 단위(time unit)의 경과에 의한 형상 변화는, 전술한 바와 같이, 외부로부터의 하중을 받지 않고 발생하는 것이다. 그 때문에, 프레스 성형품의 시간 단위의 경과에 의한 형상 변화의 예측을 시도했다고 해도, 크리프 현상에 의한 형상 변화를 취급하는 해석 수법을 적용할 수 없었다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적은, ㄷ자형 단면 형상 또는 Z자형 단면 형상이고 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 시간 단위의 경과에 의한 프레스 성형품의 형상 변화를 예측하는 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1의 태양에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법은, 천판부와 당해 천판부로부터 연속하는 한 쌍의 종벽부를 갖는 ㄷ자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 것으로서, 상기 프레스 성형품의 스프링백 해석에 의해, 스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정(shape/residual stress acquisition step)과, 스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 적어도 상기 한 쌍의 종벽부의 어느 한쪽에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소(relax and reduce)한 응력의 값을 설정하는 잔류 응력 완화 감소 설정 공정(residual stress relaxation and reduction setting step)과, 완화 감소한 응력의 값을 설정한 상기 프레스 성형품에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 잔류 응력 완화 형상 해석 공정(residual stress relaxation shape analysis step)을 포함한다.

본 발명의 제2의 태양에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법은, 천판부와 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 Z자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 것으로서, 상기 프레스 성형품의 스프링백 해석에 의해, 스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정과, 스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 적어도 상기 천판부 및/또는 상기 플랜지부에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소한 응력의 값을 설정하는 잔류 응력 완화 감소 설정 공정과, 완화 감소한 응력의 값을 설정한 상기 프레스 성형품에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 잔류 응력 완화 형상 해석 공정을 포함한다.

상기 잔류 응력 완화 감소 설정 공정에 있어서, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 5％ 이상 완화 감소한 응력의 값을 설정하면 좋다.

상기 프레스 성형품의 프레스 성형에 제공하는 블랭크는, 인장 강도(tensile strength)가 150㎫급(㎫-grade) 이상 2000㎫급 이하의 금속판이면 좋다.

본 발명에 의하면, ㄷ자형 단면 형상 또는 Z자형 단면 형상이고 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 상기 프레스 성형품의 길이 방향 단부가 비틀리는 형상 변화를 정밀도 좋게 예측할 수 있다. 그 결과, 자동차 부품이나 차체(automotive body) 등의 제조 공정에 있어서, 종래보다도 한층 더 치수 정밀도가 우수한 프레스 성형품을 얻어, 제조 능률을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법의 처리의 흐름을 나타내는 플로우도이다.
도 2는, 본 발명의 실시의 형태 1에서 대상으로 한, ㄷ자형 단면 형상이고 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상의 프레스 성형품의 일 예를 나타내는 도면이다((a) 사시도, (b) 상면도).
도 3은, 왜곡(strain)을 부여한 후에 일정하게 유지한 상태에서 시간의 경과와 함께 응력이 완화하여 감소하는 응력 완화 현상(stress relaxation phenomenon)을 설명하는 도면이다.
도 4는, 도 2에 나타낸 ㄷ자형 단면 형상의 프레스 성형품의 한 쌍의 종벽부에 있어서의 응력 완화에 의한 형상 변화를 설명하는 도면이다((a) 프레스 성형 직후의 성형 하사점, (b) 스프링백 직후, (c) 시간 경과 후).
도 5는, 본 발명의 실시의 형태 2에서 대상으로 한, Z자형 단면 형상이고 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상의 프레스 성형품의 일 예를 나타내는 도면이다((a) 사시도, (b) 상면도).
도 6은, 도 5에 나타낸 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품의 천판부 및 플랜지부에 있어서의 응력 완화에 의한 형상 변화를 설명하는 도면이다((a) 프레스 성형 직후의 성형 하사점, (b) 스프링백 직후, (c) 시간 경과 후).
도 7은, 본 발명의 실시의 형태 2에서 대상으로 한, Z자형 단면 형상이고 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상의 프레스 성형품의 다른 예를 나타내는 도면이다((a) 사시도, (b) 상면도).
도 8은, 도 7에 나타낸 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품의 플랜지부 및 천판부에 있어서의 응력 완화에 의한 형상 변화를 설명하는 도면이다((a) 프레스 성형 직후의 성형 하사점, (b) 스프링백 직후, (c) 시간 경과 후).

(발명을 실시하기 위한 형태)

[실시의 형태 1]

본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법은, 일 예로서 도 2에 나타내는 바와 같이, ㄷ자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품(1)에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 것으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정 S1과, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3과, 잔류 응력 완화 형상 해석 공정 S5를 포함한다.

이들 각 공정에 대해서 설명하기에 앞서, 실시의 형태 1에 있어서 형상 예측의 대상으로 하는 프레스 성형품(1)에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 추가적인 시간 경과에 수반하여 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화가 생기는 이유를 설명한다.

＜ㄷ자형 단면 형상의 프레스 성형품의 시간 경과에 수반하는 형상 변화＞

본 실시의 형태 1에서 대상으로 한 프레스 성형품(1)은, 도 2에 일 예로서 나타내는 바와 같이, 천판부(3)와, 천판부(3)로부터 연속하는 한 쌍의 종벽부(5)를 갖는 ㄷ자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함한다. 또한, 천판부(3)와 종벽부(5)는 펀치 숄더 R부(punch shoulder R portion)(7)를 개재하여 연속한다. 또한, 한 쌍의 종벽부(5)는, 만곡의 내측에 위치하는 종벽부(5a)와, 만곡의 외측에 위치하는 종벽부(5b)로 이루어진다. 또한, 만곡의 내측이란, 상면에서 보아 만곡의 곡률 중심(center of curvature)과 동일한 측으로 하고, 만곡의 외측이란, 상면에서 보아 만곡의 곡률 중심과 반대측으로 한다(이하, 동일).

이러한 프레스 성형품(1)에 대해서 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 형상 변화를 검토한 결과, 발명자들은, 도 3의 응력-왜곡선도(stress-strain diagram)에 나타내는 바와 같이, 왜곡을 부여한 후에 일정하게 유지한 채로 시간의 경과와 함께 응력이 서서히 완화하는 응력 완화 현상에 주목했다. 그리고, 스프링백한 후의 프레스 성형품(1)에 있어서도, 만곡 내측의 종벽부(5a)와 만곡 외측의 종벽부(5b)의 잔류 응력이 시간의 경과와 함께 서서히 완화함으로써, 프레스 성형품(1)의 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상이 변화하는 것을 밝혀냈다.

프레스 성형품(1)에 있어서의 잔류 응력의 완화에 의한 형상 변화에 대해서, 도 4에 나타내는 개략도를 이용하여 설명한다. 또한, 도 4(b)(ⅱ) 및 도 4(c)(ⅱ)에 있어서, 실선은 프레스 성형품(1)의 길이 방향 단부에 있어서의 A1-A1' 단면의 형상, 파선은 프레스 성형품(1)의 길이 방향 중앙부에 있어서의 A0-A0' 단면의 형상을 나타낸다.

프레스 성형품(1)의 프레스 성형에 있어서, 금속판(블랭크)은 도 2에 나타내는 바와 같이 상면에서 보아 만곡한 형상으로 굽혀진다. 이 때문에, 성형 하사점에서는, 도 4(a)(i)에 나타내는 바와 같이, 만곡 내측의 종벽부(5a)에서는 블랭크 단부의 선 길이가 늘어나는 신장 플랜지 변형(stretch flange deformation)이 발생하여 인장 응력이 발생하고, 만곡 외측의 종벽부(5b)에서는 블랭크 단부의 선 길이가 줄어드는 축소 플랜지 변형(shrink flange deformation)이 발생하여 압축 응력이 발생한다.

다음으로, 금형으로부터 프레스 성형품(1)을 떼어내면, 프레스 성형 시에 발생한 잔류 응력을 구동력으로 하여 스프링백이 발생한다. 이 스프링백에 있어서, 만곡 내측의 종벽부(5a)는 줄어들려고 하고, 만곡 외측의 종벽부(5b)는 늘어나려고 한다. 그러나, 종벽부(5a)의 축소(shrinkage)나 종벽부(5b)의 신장(stretch)과 같은 면 내(in-plane)에서의 변형은 강성(stiffness)이 커 발생하기 어렵기 때문에, 도 4(b)(ⅱ)에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(1)의 길이 방향 중앙부에 대하여 길이 방향 단부측에 비틀림이 생긴다. 그리고, 성형 하사점에 있어서 만곡 내측의 종벽부(5a) 및 만곡 외측의 종벽부(5b)에 발생한 잔류 응력(도 4(a)(i)에 나타내는 인장 응력(tensile stress) 및 압축 응력(compressive stress))은, 절대값이 작아지거나, 경우에 따라서는 도 4(b)(i)에 나타내는 바와 같이 성형 하사점과는 잔류 응력이 반전한 상태가 되어, 모멘트가 균형을 이루는 형상이 된다.

그 후, 스프링백한 직후의 만곡 내측의 종벽부(5a)에 있어서의 잔류 응력(도 4(b)(i)에 있어서는 압축 응력)과 만곡 외측의 종벽부(5b)에 있어서의 잔류 응력(도 4(b)(i)에 있어서는 인장 응력)은, 시간 경과와 함께 외부로부터의 강제를 받지 않은 채 완화하여 감소한다. 이에 따라, 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상이 변화하기 때문에, 도 4(c)(ⅱ)에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(1)의 길이 방향 단부에 있어서는 추가로 비틀림이 발생한다.

이와 같이, ㄷ자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 만곡한 형상의 프레스 성형품(1)에 있어서는, 프레스 성형하여 스프링백한 후의 추가적인 시간의 경과에 수반하여 만곡 내측의 종벽부(5a)와 만곡 외측의 종벽부(5b)의 잔류 응력이 완화하는 것에 기인하여, 길이 방향 단부측에 비틀림이 발생하여, 성형 하사점 형상(도 4(a)(ⅱ))으로부터 추가로 괴리된 형상이 된다는 인식이 얻어졌다.

그래서, 발명자들은, 상기의 새로운 인식에 기초하여, 프레스 성형품(1)에 대해서 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 형상 변화를 예측하는 방법에 대해서 검토를 진행했다. 그 결과, 전술한 프레스 성형 시뮬레이션의 제2 단계(스프링백 해석)에서 얻어지는 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 적어도 만곡 내측의 종벽부(5a) 및/또는 만곡 외측의 종벽부(5b)의 잔류 응력을 완화시켜, 프레스 성형품(1)의 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상을 구하는 제3 단계의 해석을 추가로 행함으로써, 전술한 바와 같은 프레스 성형품(1)의 시간 경과에 수반하는 형상 변화(길이 방향 단부측의 비틀림)를 예측할 수 있는 것을 발견했다.

＜프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법＞

다음으로, 본 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법(도 1)에 있어서의 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정 S1과, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3과, 잔류 응력 완화 형상 해석 공정 S5에 대해서 설명한다.

≪스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정≫

스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정 S1은, 프레스 성형품(1)의 스프링백 해석에 의해, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 공정이다.

스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 구체적인 처리의 일 예로서는, 실제의 프레스 성형품(1)의 프레스 성형에 이용하는 금형을 모델화한 금형 모델을 이용하여, 금속판을 성형 하사점까지 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 구하는 제1 단계와, 당해 구한 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(1)을 금형 모델로부터 이형한 후의 프레스 성형품(1)의 힘의 모멘트의 균형을 취할 수 있는 형상 및 잔류 응력을 구하는 스프링백 해석을 행하는 제2 단계를 갖는 유한 요소법에 의한 프레스 성형 시뮬레이션을 들 수 있다.

≪잔류 응력 완화 감소 설정 공정≫

잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3은, 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정 S1에 있어서 취득한 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 적어도 한 쌍의 종벽부(5)의 어느 한쪽에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하는 공정이다.

여기에서, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3에 있어서의 잔류 응력이란, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)에 잔류하는 인장 응력 및 압축 응력을 말한다. 또한, 한 쌍의 종벽부(5)는, 전술한 바와 같이, 만곡 내측의 종벽부(5a)와 만곡 외측의 종벽부(5b)를 말한다. 또한, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3에 있어서 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값이란, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)에 있어서, 만곡 내측의 종벽부(5a)에 잔류하는 압축 응력(부(負)의 값)이나 만곡 외측의 종벽부(5b)에 잔류하는 인장 응력(정(正)의 값)의 절대값을 각각 완화 감소시킨 값을 말한다.

≪잔류 응력 완화 형상 해석 공정≫

잔류 응력 완화 형상 해석 공정 S5는, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3에 있어서 완화 감소한 응력의 값을 설정한 프레스 성형품(1)에 대해서, 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하는 공정이다.

잔류 응력 완화 형상 해석 공정 S5에 있어서의 해석에는, 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정 S1에 있어서의 스프링백 해석과 마찬가지의 해석 수법을 적용함으로써, 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 후의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법에 의하면, 스프링백 해석에 의해 취득한, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 적어도 만곡 내측의 종벽부(5a) 또는 만곡 외측의 종벽부(5b)의 어느 한쪽에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소한 응력의 값을 설정하고, 완화 감소한 응력의 값을 설정한 프레스 성형품(1)에 대한 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행한다. 이에 따라, 실제의 프레스 성형품(1)에 있어서의 시간 경과에 의한 응력 완화와 형상 변화를 모의하여, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 프레스 성형품(1)의 시간 경과에 수반하는 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측할 수 있다.

또한, 상기의 설명에 있어서, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3은, 프레스 성형품(1)에 있어서의 적어도 만곡 내측의 종벽부(5a) 또는 만곡 외측의 종벽부(5b)의 어느 한쪽, 즉, 적어도 종벽부(5a) 및/또는 종벽부(5b)에 대하여, 그들 각 부위의 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하는 것이었다.

단, 본 실시의 형태 1에 있어서, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3은, 프레스 성형품(1)에 있어서의 만곡 내측의 종벽부(5a)나 만곡 외측의 종벽부(5b) 이외의 다른 부위에 대해서는, 스프링백한 직후의 잔류 응력을 그대로 설정해도 좋고, 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정해도 좋다. 또한, 프레스 성형품(1) 전체에 대하여 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정해도 좋다. 또한, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정 S3은, 만곡 내측의 종벽부(5a)나 만곡 외측의 종벽부(5b) 등의 부위마다 잔류 응력을 완화 감소시키는 비율이나 값을 바꾸어도 좋다.

[실시의 형태 2]

본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법은, 일 예로서 도 5에 나타내는 바와 같이, Z자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품(11)에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 것으로서, 전술한 실시의 형태 1과 마찬가지로(도 1 참조), 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정과, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정과, 잔류 응력 완화 형상 해석 공정을 포함한다.

이들 각 공정에 대해서 설명하기에 앞서, 본 실시의 형태 2에 있어서 형상 예측의 대상으로 하는 프레스 성형품(11)에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 추가적인 시간 경과에 수반하여 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화가 생기는 이유를 설명한다.

＜Z자형 단면 형상의 프레스 성형품의 시간 경과에 수반하는 형상 변화(그의 1)＞

본 실시의 형태 2에서 대상으로 한 프레스 성형품(11)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 천판부(13)와, 천판부(13)로부터 연속하는 종벽부(15)와, 종벽부(15)로부터 연속하는 플랜지부(17)를 갖는 Z자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함한다. 또한, 천판부(13)와 종벽부(15)는 펀치 숄더 R부(19)를 개재하여 연속하고, 종벽부(15)와 플랜지부(17)는 다이 숄더 R부(die shoulder R portion)(21)를 개재하여 연속한다. 또한, 플랜지부(17)는 만곡 내측에 위치하고, 천판부(13)는 만곡 외측에 위치한다.

이러한 프레스 성형품(11)에 대해서도, 전술한 실시의 형태 1과 마찬가지로 도 3에 나타내는 응력 완화 현상에 착안하여, 시간 경과에 수반하여 형상 변화가 생기는 이유를 검토했다. 그 결과, 스프링백한 후의 프레스 성형품(11)에 있어서도, 만곡 내측의 플랜지부(17)와 만곡 외측의 천판부(13)의 잔류 응력이 시간의 경과와 함께 서서히 완화함으로써, 프레스 성형품(11)의 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상이 변화하는 것을 밝혀냈다.

프레스 성형품(11)에 있어서의 잔류 응력의 완화에 의한 형상 변화에 대해서, 도 6에 나타내는 개략도를 이용하여 설명한다. 또한, 도 6(b)(ⅱ) 및 도 6(c)(ⅱ)에 있어서, 실선은 프레스 성형품(11)의 길이 방향 단부에 있어서의 B1-B1' 단면의 형상, 파선은 프레스 성형품(11)의 길이 방향 중앙부에 있어서의 B0-B0' 단면의 형상 나타낸다.

프레스 성형품(11)의 프레스 성형에 있어서, 금속판(블랭크)은 도 5에 나타내는 바와 같이 상면에서 보아 만곡한 형상으로 굽혀진다. 이 때문에, 성형 하사점에서는, 도 6(a)(i)에 나타내는 바와 같이, 만곡 내측의 플랜지부(17)에서는 블랭크 단부의 선 길이가 늘어나는 신장 플랜지 변형이 생겨 인장 응력이 발생하고, 만곡 외측의 천판부(13)에서는 블랭크 단부의 선 길이가 줄어드는 축소 플랜지 변형이 생겨 압축 응력이 발생한다.

다음으로, 금형으로부터 프레스 성형품(11)을 떼어내면, 프레스 성형 시에 발생한 잔류 응력을 구동력으로 하여 스프링백이 발생한다. 이 스프링백에 있어서, 만곡 내측의 플랜지부(17)는 줄어들려고 하고, 만곡 외측의 천판부(13)는 늘어나려고 한다. 그러나, 플랜지부(17)의 축소나 천판부(13)의 신장과 같은 면 내에서의 변형은 강성이 커 생기기 어렵기 때문에, 도 6(b)(ⅱ)에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(11)의 길이 방향 중앙부에 대하여 길이 방향 단부측에 비틀림이 생긴다. 그리고, 성형 하사점에 있어서 만곡 내측의 플랜지부(17) 및 만곡 외측의 천판부(13)에 발생한 잔류 응력(도 6(a)(i)에 나타내는 인장 응력 및 압축 응력)은, 절대값이 작아지거나, 경우에 따라서는 도 6(b)(i)에 나타내는 바와 같이 성형 하사점과는 잔류 응력이 반전한 상태가 되어, 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상이 된다.

그 후, 스프링백한 직후의 만곡 내측의 플랜지부(17)에 있어서의 잔류 응력(도 6(b)(i)에 있어서는 압축 응력)과 만곡 외측의 천판부(13)에 있어서의 잔류 응력(도 6(b)(i)에 있어서는 인장 응력)은, 시간 경과와 함께 외부로부터의 강제를 받지 않은 채 완화하여 감소한다. 이에 따라, 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상이 변화하기 때문에, 도 6(c)(ⅱ)에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(11)의 길이 방향 단부에 있어서는 추가로 비틀림이 발생한다.

이와 같이, 상면에서 보아 만곡한 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(11)에 있어서는, 프레스 성형하여 스프링백한 후의 추가적인 시간의 경과에 수반하여 만곡 내측의 플랜지부(17)와 만곡 외측의 천판부(13)의 잔류 응력이 완화하는 것에 기인하여, 길이 방향 단부측에 비틀림이 발생하고, 성형 하사점 형상(도 6(a)(ⅱ))으로부터 추가로 괴리한 형상이 된다.

그래서, 발명자들은, 전술한 실시의 형태 1과 마찬가지로, 프레스 성형 시뮬레이션의 제2 단계(스프링백 해석)에서 얻어지는 스프링백한 직후의 프레스 성형품(11)의 적어도 만곡 내측의 플랜지부(17) 및/또는 만곡 외측의 천판부(13)의 잔류 응력을 완화시켜, 프레스 성형품(11)의 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상을 구하는 제3 단계의 해석을 추가로 행함으로써, 전술한 바와 같은 프레스 성형품(11)의 시간 경과에 수반하는 형상 변화(길이 방향 단부의 비틀림)를 예측할 수 있는 것을 발견했다.

＜프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법＞

다음으로, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법에 있어서의 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정과, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정과, 잔류 응력 완화 형상 해석 공정에 대해서 설명한다.

≪스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정≫

스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정은, 프레스 성형품(11)의 스프링백 해석에 의해, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(11)의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 공정이다.

≪잔류 응력 완화 감소 설정 공정≫

잔류 응력 완화 감소 설정 공정은, 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정에 있어서 취득한 스프링백한 직후의 프레스 성형품(11)의 적어도 플랜지부(17) 및/또는 천판부(13)에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하는 공정이다.

≪잔류 응력 완화 형상 해석 공정≫

잔류 응력 완화 형상 해석 공정은, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정에서 완화 감소한 응력의 값을 설정한 프레스 성형품(11)에 대해서, 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하는 공정이다.

이와 같이, 본 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법에 의하면, 스프링백 해석에 의해 취득한, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(11)의 적어도 플랜지부(17) 및/또는 천판부(13)에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소한 응력의 값을 설정하고, 완화 감소한 응력의 값을 설정한 프레스 성형품(11)에 대한 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행한다. 이에 따라, 실제의 프레스 성형품(11)에 있어서의 시간 경과에 의한 응력 완화와 형상 변화를 모의하여, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 프레스 성형품(11)의 시간 경과에 수반하는 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측할 수 있다.

본 실시의 형태 2에 따른 상기의 설명은, Z자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 만곡한 프레스 성형품으로서, 도 5에 일 예로서 나타낸 바와 같이, 만곡 내측에 위치하는 플랜지부(17)와 만곡 외측에 위치하는 천판부(13)를 갖는 프레스 성형품(11)을 대상으로 하는 것이었다.

단, 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법은, Z자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 만곡한 프레스 성형품을 대상으로 하는 것이면 좋고, 도 7에 다른 예로서 나타내는 바와 같이, 만곡 내측의 천판부(33)와 만곡 외측의 플랜지부(37)를 갖는 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(31)을 대상으로 할 수 있다.

＜Z자형 단면 형상의 프레스 성형품의 시간 경과에 수반하는 형상 변화(그의 2)＞

프레스 성형품(31)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 천판부(33)와, 천판부(33)로부터 연속하는 종벽부(35)와, 종벽부(35)로부터 연속하는 플랜지부(37)를 갖는 Z자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함한다. 또한, 천판부(33)와 종벽부(35)는 펀치 숄더 R부(39)를 개재하여 연속하고, 종벽부(35)와 플랜지부(37)는 다이 숄더 R부(41)를 개재하여 연속한다. 그리고, 천판부(33) 및 플랜지부(37)는, 도 5에 나타내는 프레스 성형품(11)의 천판부(13) 및 플랜지부(17)와, 만곡 내측과 만곡 외측의 위치 관계가 반대이다.

그리고, 이러한 프레스 성형품(31)에 대해서도, 전술한 도 3에 나타내는 응력 완화 현상과 같이, 만곡 내측의 천판부(33)와 만곡 외측의 플랜지부(37)의 잔류 응력이 시간의 경과와 함께 서서히 완화함으로써, 도 8에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(31)의 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화가 생기는 것을 설명할 수 있다. 또한, 도 8(b)(ⅱ) 및 도 8(c)(ⅱ)에 있어서, 실선은 프레스 성형품(31)의 길이 방향 단부에 있어서의 C1-C1' 단면의 형상, 파선은 프레스 성형품(31)의 길이 방향 중앙부에 있어서의 C0-C0' 단면의 형상을 나타낸다.

도 8(a)(i)에 나타내는 바와 같이 성형 하사점까지 성형한 프레스 성형품(31)을 금형으로부터 이형하면 스프링백이 발생하여, 만곡 내측의 천판부(33) 및 만곡 외측의 플랜지부(37)의 잔류 응력(도 8(a)(i)에 나타내는 압축 응력 및 인장 응력)은, 절대값이 작아지거나, 경우에 따라서는 도 8(b)(i)에 나타내는 바와 같이 성형 하사점과는 잔류 응력이 반전한 상태가 되어, 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상이 된다. 이에 따라, 도 8(b)(ⅱ)에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(31)의 길이 방향 중앙부에 대하여 길이 방향 단부측에 비틀림이 발생한다.

그 후, 스프링백한 직후의 만곡 내측의 천판부(33)에 있어서의 잔류 응력(도 8(b)(i)에 있어서는 압축 응력)과 만곡 외측의 플랜지부(37)에 있어서의 잔류 응력(도 8(b)(i)에 있어서는 인장 응력)은, 시간 경과와 함께 외부로부터의 강제(强制)를 받지 않은 채 완화 감소한다. 이에 따라, 힘의 모멘트와 균형을 이루는 형상이 변화하기 때문에, 도 8(c)(ⅱ)에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형품(31)의 길이 방향 단부에 있어서는 추가로 비틀림이 발생한다.

이와 같이, 만곡 내측의 천판부(33)와 만곡 외측의 플랜지부(37)를 갖는 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(31)에 있어서도, 프레스 성형하여 스프링백한 후의 추가적인 시간 경과에 수반하여 천판부(33)와 플랜지부(37)의 잔류 응력이 완화하는 것에 기인하여, 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화가 발생하여, 성형 하사점 형상(도 8(a)(ⅱ))으로부터 추가로 괴리한 형상이 된다.

그 때문에, 프레스 성형품(31)의 시간 경과에 수반하는 형상 변화를 예측하는 경우에 있어서도, 프레스 성형품(31)을 대상으로 하여 상기의 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정과, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정과, 잔류 응력 완화 형상 해석 공정을 실시함으로써, 프레스 성형품(31)에 대하여, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측할 수 있다. 여기에서, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정은, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(31)의 적어도 플랜지부(37) 및/또는 천판부(33)에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한다.

또한, 본 실시의 형태 2에 있어서, 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정에 있어서의 스프링백 해석과, 잔류 응력 완화 형상 해석 공정에 있어서의 해석은, 실시의 형태 1에서 서술한 수법을 적용하면 좋다.

또한, 본 실시의 형태 2에 있어서, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정은, 예를 들면 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(11)을 대상으로 하는 경우, 플랜지부(17)나 천판부(13) 이외의 다른 부위에 대해서는, 스프링백한 직후의 잔류 응력을 그대로 설정해도 좋고, 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정해도 좋다. 또한, 프레스 성형품(11)의 전체에 대하여 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정해도 좋다. 또한, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정은, 플랜지부나 천판부 등의 부위마다 잔류 응력을 완화 감소시키는 비율이나 값을 바꾸어도 좋다.

또한, 본 발명은, ㄷ자형 단면 형상의 프레스 성형품(도 2) 또는 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(도 5 및 도 7)의 어느 경우도, 잔류 응력 완화 감소 설정 공정에 있어서는, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 5％ 이상 완화 감소시킨 응력의 값을 설정함으로써, 시간 경과한 후의 형상 변화를 양호하게 예측할 수 있어 바람직하다.

또한, 상기의 설명은, 단면 형상이 상이하기는 하지만, 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐서 상면에서 보아 만곡한 형상의 프레스 성형품을 대상으로 하는 것이었다. 단, 본 발명은, 길이 방향에 있어서의 일부의 부위가 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상의 프레스 성형품이면 좋고, 예를 들면, 만곡한 만곡부와, 당해 만곡부의 만곡의 단으로부터 길이 방향의 외방의 양측 또는 편측에 직선상으로 연출(延出)하는 변부(side portion)를 포함하는 프레스 성형품을 대상으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법에 있어서, 프레스 성형에 제공하는 블랭크(blank)(금속판)나, 프레스 성형품의 형상, 종류에는 특별히 제한은 없지만, 프레스 성형품의 잔류 응력이 높아지는 금속판을 이용하여 프레스 성형한 자동차 부품에 대하여 보다 효과가 있다.

구체적으로는, 블랭크의 판두께에 대해서는, 0.5㎜ 이상 4.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 블랭크의 인장 강도에 대해서는, 150㎫급 이상 2000㎫급 이하인 것이 바람직하고, 440㎫급 이상 1470㎫급 이하인 것이 보다 바람직하다.

인장 강도가 150㎫급 미만의 금속판은, 프레스 성형품에 이용되는 일이 적기 때문에, 본 발명에 따른 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법을 이용하는 이점이 적다. 인장 강도 150㎫급 이상의 금속판을 이용한 자동차의 외판 부품 등의 강성이 낮은 것에 대해서는, 잔류 응력의 변화에 의한 형상 변화를 받기 쉬워, 본 발명을 적용하는 이점이 많아지기 때문에 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다.

한편, 인장 강도가 2000㎫급을 초과하는 금속판은 연성(ductility)이 부족하기 때문에, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같은 ㄷ자형 단면 형상의 프레스 성형품(1)의 펀치 숄더 R부(7)나, 도 5에 나타내는 Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(11)의 펀치 숄더 R부(19) 및 다이 숄더 R부(21)에서는, 그들의 프레스 성형 과정에서 균열(fracture)이 발생하기 쉬워, 프레스 성형할 수 없는 경우가 있다.

또한, 프레스 성형품의 종류로서는, 루프 사이드 레일(roof side rail)이나 프론트 필러 어퍼(front pillar upper) 등의 상면에서 보아 만곡한 ㄷ자형 단면 형상 또는 Z자형 단면 형상의 골격 부품(structural part)을 대상으로 하는 것이 바람직하고, ㄷ자형 단면 형상 또는 Z자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 만곡한 형상을 포함하고, 프레스 성형한 후의 시간 경과에 의해 길이 방향 단부측의 비틀림이 발생하여 치수 정밀도가 저하하는 자동차 부품에 본 발명을 폭넓게 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 대상으로 하는 프레스 성형품의 프레스 성형 방법에 대해서도, 굽힘 성형(bending forming), 폼 성형(crash forming) 또는 드로우 성형(deep drawing) 등, 특별히 따지지 않는다.

실시예 1

＜ㄷ자형 단면 형상의 프레스 성형품＞

실시예 1에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, ㄷ자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 프레스 성형품(1)에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 형상 변화를 예측하고, 그의 타당성을 검증했다.

프레스 성형품(1)은, 천판부(3)와 한 쌍의 종벽부(5)를 갖고, 상면에서 보아, 종벽부(5a)가 만곡 내측에 위치하고, 종벽부(5b)가 만곡 외측에 위치한다. 그리고, 프레스 성형품(1)의 성형 하사점 형상은, 종벽부(5b)와 펀치 숄더 R부(7)의 경계에 있어서의 만곡의 곡률 반경(curvature radius)을 만곡 외측이 540㎜, 만곡 내측이 490㎜로 하고, 프레스 성형 방향에 있어서의 종벽부(5)의 종벽 높이를 50㎜로 했다.

실시예 1에서는, 우선, 금속판의 일 예로서, 이하의 표 1에 일 예를 나타내는 기계적 특성(mechanical properties)을 갖는 강판(steel sheet) A를 이용하여, 프레스 성형품(1)을 프레스 성형했다.

그리고, 성형 하사점까지 프레스 성형한 후에 금형으로부터 이형하여 스프링백한 직후와, 스프링백하여 3일 경과한 후에 있어서, 프레스 성형품(1)의 형상을 측정하여, 길이 방향 중앙의 천판부(3)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(3)의 기울기를 비틀림각으로서 실측했다.

다음으로, 프레스 성형품(1)의 시간 경과에 의한 길이 방향 단부의 비틀림을 예측하는 해석을 행했다. 해석에서는, 우선, 프레스 성형에 이용하는 금형을 모델화한 금형 모델을 이용하여, 강판 A를 성형 하사점까지 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 구했다.

계속하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(1)을 금형 모델로부터 이형한 직후의 프레스 성형품(1)의 형상 및 잔류 응력을 구하는 스프링백 해석을 행했다.

또한, 스프링백 해석에 의해 구한, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(1)의 만곡 내측의 종벽부(5a) 및/또는 만곡 외측의 종벽부(5b)에 대하여, 잔류 응력의 절대값을 소정의 비율로 저하시킨 응력의 값을 설정했다. 그리고, 잔류 응력을 저하시킨 프레스 성형품(1)에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하여, 길이 방향 중앙의 천판부(3)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(3)의 기울기인 비틀림각의 예측값을 구했다.

실시예 1에서는, 스프링백 해석에 의해 취득한 프레스 성형품(1)의 만곡 외측의 종벽부(5b)만, 또는, 만곡 내측의 종벽부(5a) 및 만곡 외측의 종벽부(5b)의 쌍방에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력을 소정의 비율(응력 완화 감소율)로 완화 감소시켜 응력의 값을 설정한 것을 발명예 1∼발명예 3으로 했다.

또한, 비교 대상으로서, 발명예 1∼발명예 3과 마찬가지로 프레스 성형품(1)의 프레스 성형 해석 및 스프링백 해석을 행하기는 했지만, 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하여 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하지 않은 것을 비교예 1로 했다.

표 2에, 발명예 1∼발명예 3 및 비교예 1에 있어서의 잔류 응력의 완화 감소율과, 실측값으로부터의 천판부(3)의 길이 방향 단부에 있어서의 비틀림각(torsional angle)의 괴리량(amount of deviation)의 결과를 정리하여 나타낸다. 여기에서, 길이 방향 중앙의 천판부(3)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(3)의 기울기인 비틀림각의 실측값은 5.8°였다.

표 2에 있어서, 예측값은, 길이 방향 중앙의 천판부(3)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(3)의 기울기인 비틀림각의 예측값이다. 또한, 실측값과 예측값의 차분 및 실측값에 대한 예측값의 오차를 산출하여, 함께 기재했다.

비교예 1에 있어서는, 비틀림각의 예측값은 4.6°이고, 실측값과 예측값의 차분은 1.2°이고, 예측값의 오차는 20.7％였다.

발명예 1은, 만곡 외측의 종벽부(5b)만에 대하여 잔류 응력을 5％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 5.2°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 0.6°, 예측값의 오차는 10.3％로 되어, 비교예 1보다도 실측값에 가까워지는 결과가 되었다.

발명예 2는, 만곡 내측의 종벽부(5a)와 만곡 외측의 종벽부(5b)의 쌍방에 대하여 잔류 응력을 5％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 5.6°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 0.2°, 예측값의 오차는 3.4％로 되어, 비교예 1 및 발명예 1보다도 실측값에 가까워지는 결과로 되어, 양호했다.

발명예 3은, 만곡 내측의 종벽부(5a)와 만곡 외측의 종벽부(5b)의 쌍방에 대하여 잔류 응력을 10％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 6.1°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 －0.3°, 예측값의 오차는 －5.2％로 되어, 모두 부의 값이지만, 절대값으로 비교하면 비교예 1 및 발명예 1보다도 개선되어, 양호했다.

실시예 2

＜Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(그의 1)＞

실시예 2에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, Z자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 프레스 성형품(11)에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 형상 변화를 예측하여, 그의 타당성을 검증했다.

프레스 성형품(11)은, 천판부(13)와 종벽부(15)와 플랜지부(17)를 갖고, 상면에서 보아, 플랜지부(17)가 만곡 내측에 위치하고, 천판부(13)가 만곡 외측에 위치한다. 그리고, 프레스 성형품(11)의 성형 하사점 형상은, 종벽부(15)와 펀치 숄더 R부(19)의 경계에 있어서의 만곡의 곡률 반경을 600㎜, 프레스 성형 방향에 있어서의 종벽부(5)의 종벽 높이를 80㎜로 했다.

실시예 2에서는, 우선, 금속판의 일 예로서, 전술한 표 1에 일 예를 나타내는 기계적 특성을 갖는 강판 A를 이용하여, 프레스 성형품(11)을 프레스 성형했다.

그리고, 프레스 성형품(11)을 성형 하사점까지 프레스 성형한 후, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 직후와, 스프링백하여 3일 경과한 후에 있어서, 프레스 성형품(11)의 형상을 측정하여, 길이 방향 중앙의 천판부(13)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(13)의 기울기를 비틀림각으로서 실측했다.

다음으로, 프레스 성형품(11)의 시간 경과에 의한 길이 방향 단부의 비틀림을 예측하는 해석을 행했다. 해석에서는, 우선, 프레스 성형에 이용하는 금형을 모델화한 금형 모델을 이용하여, 강판 A를 성형 하사점까지 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(11)의 형상 및 잔류 응력을 구했다.

계속하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(11)을 금형 모델로부터 이형한 직후의 프레스 성형품(11)의 형상 및 잔류 응력을 구하는 스프링백 해석을 행했다.

추가로, 스프링백 해석에 의해 구한, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(11)의 만곡 내측의 플랜지부(17) 및/또는 만곡 외측의 천판부(13)에 대하여, 잔류 응력의 절대값을 소정의 비율로 완화 감소시킨 응력의 값을 설정했다. 그리고, 잔류 응력을 완화 감소시킨 프레스 성형품(11)에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하여, 길이 방향 중앙의 천판부(13)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(13)의 기울기인 비틀림각의 예측값을 구했다.

실시예 2에서는, 스프링백 해석에 의해 취득한 프레스 성형품(11)의 만곡 내측의 플랜지부(17)만, 또는, 만곡 외측의 천판부(13) 및 만곡 내측의 플랜지부(17)의 쌍방에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력을 소정의 비율(응력 완화 감소율)로 완화 감소시켜 응력의 값을 설정한 것을 발명예 4∼발명예 6으로 했다.

또한, 비교 대상으로서, 발명예 4∼발명예 6과 마찬가지로 프레스 성형품(11)의 프레스 성형 해석 및 스프링백 해석을 행하기는 했지만, 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하여 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하지 않은 것을 비교예 2로 했다.

표 3에, 발명예 4∼발명예 6 및 비교예 2에 있어서의 잔류 응력의 완화 감소율과, 실측값으로부터의 천판부(13)의 길이 방향 단부에 있어서의 비틀림각의 괴리량의 결과를 정리하여 나타낸다. 여기에서, 길이 방향 중앙의 천판부(13)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(13)의 기울기인 비틀림각의 실측값은 7.7°였다.

표 3에 있어서, 예측값은, 길이 방향 중앙의 천판부(13)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(13)의 기울기인 비틀림각을 예측한 값이다. 또한, 실측값과 예측값의 차분 및 실측값에 대한 예측값의 오차를 산출하여, 함께 기재했다.

비교예 2에 있어서는, 비틀림각의 예측값은 6.8°이고, 실측값과 예측값의 차분은 0.9°이고, 예측값의 오차는 11.7％였다.

발명예 4는, 만곡 내측의 플랜지부(17)만에 대하여 잔류 응력을 10％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 7.0°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 0.7°, 예측값의 오차는 9.1％로 되어, 비교예 2보다도 실측값에 가까워지는 결과가 되었다.

발명예 5는, 만곡 외측의 천판부(13)와 만곡 내측의 플랜지부(17)의 쌍방에 대하여 잔류 응력을 10％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 7.4°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 0.3°, 예측값의 오차는 3.9％로 되어, 비교예 2 및 발명예 4보다도 실측값에 가까워지는 결과가 되어, 양호했다.

발명예 6은, 만곡 외측의 천판부(13)와 만곡 내측의 플랜지부(17)의 쌍방에 대하여 잔류 응력을 20％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 8.0°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 －0.3°, 예측값의 오차는 －3.9％로 되어, 모두 부의 값이지만, 절대값으로 비교하면 비교예 2 및 발명예 4보다도 개선되어, 발명예 5와 동등하게 양호했다.

실시예 3

＜Z자형 단면 형상의 프레스 성형품(그의 2)＞

실시예 3에서는, 도 7에 나타내는, Z자형 단면 형상으로서 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 프레스 성형품(31)에 대해서, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 형상 변화를 예측하여, 그의 타당성을 검증했다.

프레스 성형품(31)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 천판부(33)와 종벽부(35)와 플랜지부(37)를 갖고, 상면에서 보아, 천판부(33)가 만곡 내측에 위치하고, 플랜지부(37)가 만곡 외측에 위치한다. 그리고, 프레스 성형품(31)의 성형 하사점 형상은, 종벽부(35)와 펀치 숄더 R부(39)의 경계에 있어서의 만곡의 곡률 반경을 800㎜, 프레스 성형 방향에 있어서의 종벽부(5)의 종벽 높이를 60㎜로 했다.

실시예 3에서는, 우선, 금속판의 일 예로서, 전술에 게재한 표 1에 일 예를 나타내는 기계적 특성을 갖는 강판 A를 이용하여, 프레스 성형품(31)을 프레스 성형했다.

그리고, 프레스 성형품(31)을 성형 하사점까지 프레스 성형한 후, 금형으로부터 이형하여 스프링백한 직후와, 스프링백하여 3일 경과한 후에 있어서, 프레스 성형품(31)의 형상을 측정하여, 길이 방향 중앙의 천판부(33)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(33)의 기울기를 비틀림각으로서 실측했다.

다음으로, 프레스 성형품(31)의 시간 경과에 의한 길이 방향 단부의 비틀림을 예측하는 해석을 행했다. 해석에서는, 우선, 프레스 성형에 이용하는 금형을 모델화한 금형 모델을 이용하여, 강판 A를 성형 하사점까지 프레스 성형하는 과정의 프레스 성형 해석을 행하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(31)의 형상 및 잔류 응력을 구했다.

계속하여, 성형 하사점에 있어서의 프레스 성형품(31)을 금형 모델로부터 이형한 직후의 프레스 성형품(31)의 형상 및 잔류 응력을 구하는 스프링백 해석을 행했다.

또한, 스프링백 해석에 의해 구한, 스프링백한 직후의 프레스 성형품(31)의 만곡 내측의 천판부(33) 및/또는 만곡 외측의 플랜지부(37)에 대하여, 잔류 응력의 절대값을 소정의 비율로 완화 감소시킨 응력의 값을 설정했다. 그리고, 잔류 응력을 완화시킨 프레스 성형품(31)에 대한 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하여, 길이 방향 중앙의 천판부(33)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(33)의 기울기인 비틀림각의 예측값을 구했다.

실시예 3에서는, 스프링백 해석에 의해 취득한 프레스 성형품(31)의 만곡 외측의 플랜지부(37)만, 또는, 만곡 외측의 플랜지부(37) 및 만곡 내측의 천판부(33)의 쌍방에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력을 소정의 비율(응력 완화 감소율)로 완화 감소시켜 응력의 값을 설정한 것을 발명예 7∼발명예 9로 했다.

또한, 비교 대상으로서, 발명예 7∼발명예 9와 마찬가지로 프레스 성형품(31)의 프레스 성형 해석 및 스프링백 해석을 행하기는 했지만, 잔류 응력을 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하여 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 해석을 행하지 않은 것을 비교예 3으로 했다.

표 4에, 발명예 7∼발명예 9 및 비교예 3에 있어서의 잔류 응력의 완화 감소율과, 실측값으로부터의 천판부(33)의 길이 방향 단부에 있어서의 비틀림각의 괴리량의 결과를 정리하여 나타낸다. 여기에서, 길이 방향 중앙의 천판부(33)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(33)의 기울기인 비틀림각의 실측값은 7.8°였다.

표 4에 있어서, 예측값은, 길이 방향 중앙의 천판부(33)를 기준으로 하는 길이 방향 단부의 천판부(33)의 기울기인 비틀림각을 예측한 값이다. 또한, 실측값과 예측값의 차분 및 실측값에 대한 예측값의 오차를 산출하여, 함께 기재했다.

비교예 3에 있어서는, 비틀림각의 예측값은 7.2°이고, 실측값과 예측값의 차분은 0.6°이고, 예측값의 오차는 7.7％였다.

발명예 7은, 만곡 외측의 플랜지부(37)만에 대하여 잔류 응력을 10％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 7.6°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 0.2°, 예측값의 오차는 2.6％로 되어, 비교예 3보다도 실측값에 가까워지는 결과가 되었다.

발명예 8은, 만곡 외측의 플랜지부(37)에 대하여 잔류 응력을 10％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하고, 또한 만곡 내측의 천판부(33)에 대하여 잔류 응력을 5％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 7.9°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 －0.1°, 예측값의 오차는 －1.3％로 되어, 모두 부의 값이지만, 절대값으로 비교하면 비교예 3 및 발명예 7보다도 개선되어, 양호했다.

발명예 9는, 만곡 외측의 플랜지부(37)에 대하여 잔류 응력을 20％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정하고, 또한 만곡 내측의 천판부(33)에 대하여 잔류 응력을 10％ 완화 감소시킨 응력의 값을 설정한 것이다. 예측값은 8.2°로 증가하여, 실측값과 예측값의 차분은 －0.4°, 예측값의 오차는 －5.1％로 되어, 모두 부의 값이지만, 절대값으로 비교하면 비교예 3보다도 개선되어, 양호했다.

본 발명에 의하면, ㄷ자형 단면 형상 또는 Z자형 단면 형상이고 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 시간 단위의 경과에 의한 프레스 성형품의 형상 변화를 예측하는 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법을 제공할 수 있다.

1 : 프레스 성형품
3 : 천판부
5 : 종벽부
5a : 종벽부(만곡 내측)
5b : 종벽부(만곡 외측)
7 : 펀치 숄더 R부
11 : 프레스 성형품
13 : 천판부(만곡 외측)
15 : 종벽부
17 : 플랜지부(만곡 내측)
19 : 펀치 숄더 R부
21 : 다이 숄더 R부
31 : 프레스 성형품
33 : 천판부(만곡 내측)
35 : 종벽부
37 : 플랜지부(만곡 외측)
39 : 펀치 숄더 R부
41 : 다이 숄더 R부

Claims (4)

1. 천판부와 당해 천판부로부터 연속하는 한 쌍의 종벽부를 갖는 ㄷ자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법으로서,
   상기 프레스 성형품의 스프링백 해석에 의해, 스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정과,
   스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 적어도 상기 한 쌍의 종벽부의 어느 한쪽에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소한 응력의 값을 설정하는 잔류 응력 완화 감소 설정 공정과,
   완화 감소한 응력의 값을 설정한 상기 프레스 성형품에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 잔류 응력 완화 형상 해석 공정
   을 포함하는, 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법.
2. 천판부와 당해 천판부로부터 연속하는 종벽부와 당해 종벽부로부터 연속하는 플랜지부를 갖는 Z자형 단면 형상이고, 상면에서 보아 길이 방향을 따라 만곡한 형상을 포함하는 프레스 성형품에 대해서, 금형으로부터 이형한 순간에 스프링백한 후의 시간 경과에 수반하는 응력 완화에 의한 길이 방향 단부측이 비틀리는 형상 변화를 예측하는 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법으로서,
   상기 프레스 성형품의 스프링백 해석에 의해, 스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 형상 및 잔류 응력을 취득하는 스프링백 직후의 형상·잔류 응력 취득 공정과,
   스프링백한 직후의 상기 프레스 성형품의 적어도 상기 천판부 및/또는 상기 플랜지부에 대하여, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 완화 감소한 응력의 값을 설정하는 잔류 응력 완화 감소 설정 공정과,
   완화 감소한 응력의 값을 설정한 상기 프레스 성형품에 대해서 힘의 모멘트가 균형을 이루는 형상을 구하는 잔류 응력 완화 형상 해석 공정
   을 포함하는, 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 잔류 응력 완화 감소 설정 공정에 있어서, 스프링백한 직후의 잔류 응력보다도 5％ 이상 완화 감소한 응력의 값을 설정하는, 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프레스 성형품의 프레스 성형에 제공하는 블랭크는, 인장 강도가 150㎫급 이상 2000㎫급 이하의 금속판인, 프레스 성형품의 형상 변화 예측 방법.

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