KR20230145173A

KR20230145173A - 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법

Info

Publication number: KR20230145173A
Application number: KR1020237031323A
Authority: KR
Inventors: 히로토 미야케
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-10-17
Also published as: US20240123700A1; JPWO2022196385A1; MX2023010416A; CN116981523A; WO2022196385A1; EP4275810A1; EP4275810A4

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치는, 금속 재료를 프레스 성형하는 프레스기 내에 설치된 평가 금형과, 평가 금형을 구성하는 금형용 강재 및 표면 피막의 손상 거동을 관찰하는 관찰 장치를 구비하고, 평가 금형은, 금속 재료에 구멍부를 형성하는 천공 수단과, 구멍부가 형성된 금속 재료를 임의의 금속 부품 형상으로 전단하는 제1 전단 수단과, 금속 재료로부터 금속 부품을 잘라 떼어내는 제2 전단 수단을 구비하고, 천공 수단, 제1 전단 수단 및, 제2 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고 있다.

Description

프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법

본 발명은, 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법에 관한 것이다.

최근, 차량의 차체 골격 부품에는, 차체 경량화나 충돌 안전성 향상의 관점에서 강도가 높은 고장력 강판(high-tensile steel sheet)의 적용이 진행되고 있다. 일반적으로, 차체 골격 부품은 금형을 이용한 프레스 성형에 의해 양산되고 있다. 그런데, 고장력 강판은 연성이 부족하고 강도가 높기 때문에, 프레스 성형에 의해 균열(cracks)이나 주름(wrinkles), 스프링 백(spring back)(치수 정밀도 불량)이 현저하게 발생한다. 이 때문에, 이러한 성형 불량에 대한 대책이 필요하다. 또한, 고장력 강판을 프레스 성형할 때에는, 전술과 같은 성형 불량뿐만 아니라 금형 손상도 큰 과제의 하나이다.

일반적으로, 재료의 강도가 증가하면, 재료를 절단하는 전단 가공에 필요로 하는 하중이 증가하여, 금형을 이용한 프레스 성형에서는, 금형으로의 접촉면압이 높아진다. 이 때문에, 금형용 강재의 이빠짐(chipping)이나 마모, 재료의 소부(燒付:seizure) 등이 발생하기 쉽다. 또한, 금형이 손상된 상태에서 프레스 성형을 계속하면, 프레스 성형품의 표면 외관이 손상될 뿐만 아니라, 전단면의 품질이 저하하여, 다음의 프레스 성형 공정에서의 성형성이나 제품이 된 후의 내수소 취화(hydrogen embrittlement resistance) 등에 크게 영향을 미칠 가능성이 있다. 이러한 배경으로부터, 금형용 강재나 표면 피막의 이빠짐이나 마모, 소부 등의 금형 손상에 대한 대책이 제안되어 있다.

구체적으로는, 특허문헌 1에는, 프레스 성형 시의 소부를 방지하기 위해, 강판에 접촉하는 성형면에 PVD(Physical Vapor Deposition)법에 의한 피막 처리를 실시하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2, 3에는, 성분을 최적화함으로써 금형 손상을 일어나기 어렵게 한 금형용 강재가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 대향하는 블록 강재로 띠형상의 강판을 사이에 끼우고, 그대로 강판을 인발한 후, 블록 강재의 표면 등을 관찰함으로써 형 골링성(die galling properties)을 평가하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 5에는, 프레스 방향 평행에서 볼 때 외주에 3개 이상의 복수의 오목부를 갖는 펀치와, 프레스 방향으로 상대 이동한 펀치가 소정의 클리어런스로 끼워넣어지는 감합부(fitting part)를 갖는 다이를 구비한 금형에 의한 프레스 성형을 행함으로써 형 골링성을 평가하는 평가 금형이 기재되어 있다.

일본특허 제5135479호 공보 일본공개특허공보 2011-189419호 일본특허 제4737606호 공보 일본특허 제4677804호 공보 일본공개특허공보 2010-167437호

특허문헌 1∼3에 기재되어 있는 바와 같이, 금형 손상 대책으로서는, 내구성이 우수한 금형용 강재나 피막 처리를 행하는 것이 유효하다. 그러나, 최근 여러 메이커로부터 금형용 강재나 피막 처리가 제공되고 있고, 어느 금형용 강재나 피막 처리가 효과적인지를 선정하는 것은 곤란하다. 한편, 특허문헌 4, 5에 기재된 방법으로 실시되는 슬라이딩 시험이나 프레스 성형 시험의 횟수는 수십∼수백회 정도가 한계이다. 이 때문에, 실제의 양산 프레스 성형에서 행해지는 수천∼수만회의 프레스 성형에서 발생하는 금형 손상의 평가에는 불충분하고, 몇회 프레스 성형되면 금형 손상이 발생한다는 금형 수명의 정량적인 평가가 곤란하다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 임의의 금형용 강재 및 피막 처리에 대해서 금형 손상을 정량적으로 평가 가능한 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치는, 금속 재료를 프레스 성형하는 프레스기 내에 설치된 평가 금형과, 상기 평가 금형을 구성하는 금형용 강재 및 표면 피막의 손상 거동을 관찰하는 관찰 장치를 구비하고, 상기 평가 금형은, 상기 금속 재료에 구멍부를 형성하는 천공 수단과, 상기 구멍부가 형성된 금속 재료를 임의의 금속 부품 형상으로 전단하는 제1 전단 수단과, 상기 금속 재료로부터 금속 부품을 잘라 떼어내는 제2 전단 수단을 구비하고, 상기 천공 수단, 상기 제1 전단 수단 및, 상기 제2 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고 있다.

상기 평가 금형은, 상기 제1 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료를, 천판면과, 당해 천판면에 연속하는 종벽부 및 당해 종벽부에 연속하는 플랜지부를 갖는 햇형 단면 형상(hat-shaped cross-section)으로 프레스 성형하는 프레스 성형 수단과, 상기 플랜지부의 일부를 전단하는 제3 전단 수단을 구비하고, 상기 프레스 성형 수단 및 상기 제3 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고, 상기 제2 전단 수단은, 제3 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료로부터 햇형 단면 형상의 금속 부품을 잘라 떼어내면 좋다.

상기 햇형 단면 형상은, 상기 종벽부의 한쪽에 장출 형상(protruding shape)을 가지면 좋다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형의 손상 평가 방법은, 프레스기 내에 설치된 평가 금형을 이용하여 금속 재료에 대하여 임의의 횟수 프레스 성형을 반복한 후의 상기 평가 금형을 구성하는 금형용 강재 및 표면 피막의 손상 거동을 관찰하는 스텝을 포함하고, 상기 평가 금형은, 상기 금속 재료에 구멍부를 형성하는 천공 수단과, 상기 구멍부가 형성된 금속 재료를 임의의 금속 부품 형상으로 전단하는 제1 전단 수단과, 상기 금속 재료로부터 금속 부품을 잘라 떼어내는 제2 전단 수단을 구비하고, 상기 천공 수단, 상기 제1 전단 수단 및, 상기 제2 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고 있다.

상기 평가 금형은, 상기 제1 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료를, 천판면과, 당해 천판면에 연속하는 종벽부 및 당해 종벽부에 연속하는 플랜지부를 갖는 햇형 단면 형상으로 프레스 성형하는 프레스 성형 수단과, 상기 플랜지부의 일부를 전단하는 제3 전단 수단을 구비하고, 상기 프레스 성형 수단 및 상기 제3 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고, 상기 제2 전단 수단은, 제3 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료로부터 햇형 단면 형상의 금속 부품을 잘라 떼어내면 좋다.

상기 햇형 단면 형상은, 상기 종벽부의 한쪽에 장출 형상을 가지면 좋다.

본 발명에 따른 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법에 의하면, 임의의 금형용 강재 및 피막 처리에 대해서 금형 손상을 정량적으로 평가할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 햇형 단면 부품의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 평가 금형의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 4는, 도 3에 나타내는 평가 금형에 의해 프레스 성형된 코일 재료의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는, 플랜지 트림 공정(flange trimming step)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 플랜지 트림 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 세퍼레이트 트림 공정(separate trimming step)을 설명하기 위한 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법에 대해서 설명한다.

〔전체 구성〕

우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치의 전체 구성에 대해서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치(1)는, 페이오프 릴(pay-off reel:2), 언코일러 레벨러(3), 프레스 장치(4), 반송 장치(5), 스크랩 백(scrap bag:6) 및, 관찰 장치(100)를 구비하고 있다. 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치(1)에서는, 프레스 성형하는 코일 형상의 금속 재료(이하, 코일 재료라고 표기)(S)(주로 고장력 강판)는 페이오프 릴(2)에 세트되고, 우선, 감아 풀어진 코일 재료(S)가 언코일러 레벨러(3)에 공급된다. 다음으로, 언코일러 레벨러(3)에 의해 감김 습성이 제거된 코일 재료(S)는 프레스 장치(4)에 부착된 평가 금형(10)의 내부로 이송된다. 다음으로, 평가 금형(10)을 이용하여 코일 재료(S)를 프레스 성형한 후, 소정의 피치만큼 코일 재료(S)를 순송(順送) 방향(forward feeding direction)으로 이송하고, 동일한 프레스 성형을 반복한다. 다음으로, 평가 금형(10)의 내부에 이송된 코일 재료(S)는 연결되어 있지만, 평가 금형(10)의 최종 공정에서 부품 단위로 잘라 떼어내고, 반송 장치(5)에 의해 프레스 장치(4) 외로 반출된 후, 스크랩 백(6) 등에 이송된다. 그리고, 관찰 장치(100)를 이용하여 평가 금형(10)을 구성하는 금형용 강재 및 표면 피막의 손상 거동을 관찰한다.

〔평가 금형〕

다음으로, 도 2∼도 7을 참조하여, 평가 금형(10)의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 2(a)∼(c)에 나타내는 바와 같은 햇형 단면 부품(30)을 연속적으로 프레스 성형하는 평가 금형을 예로서 설명한다. 도 2(a)∼(c)에 나타내는 바와 같이, 햇형 단면 부품(30)은, 천판면(30a)과, 천판면(30a)에 대하여 연속적으로 형성된 종벽부(30b) 및 플랜지부(30c)와, 한쪽의 종벽부(30b)에 부여된 조글(joggle) 형상(30d)을 구비하고 있다. 이 햇형 단면 부품(30)을 프레스 성형하는 경우, 코일 재료(S)로서는 기본적으로는 금형 손상이 현저하게 발생하는 인장 강도 980㎫ 이상의 고장력 강판이 이용되지만, 임의의 재료를 사용해도 좋다. 또한, 코일 재료(S)의 폭은, 예를 들면 천판면 폭이 50㎜, 종벽 높이가 50㎜, 플랜지 길이가 30㎜ 정도이면 약 200㎜ 정도이고, 프레스 성형하는 부품의 크기로부터 결정하면 좋다. 또한, 코일 재료(S)의 표면은 비도금재 및 도금재의 어느쪽이라도 좋다. 비도금재의 경우, 프레스 성형에 의해 금형에 재료가 소부함으로써 금형 손상이 발생하는 거동을 평가할 수 있다. 한편, 도금재의 경우에는, 용융 아연 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판, 전기 아연 도금 강판 등을 평가에 이용할 수 있고, 도금 종별마다 금형으로의 도금 부착 거동 등을 평가할 수 있다.

도 3(a)∼(f)는, 평가 금형(10)의 구성예를 나타내는 개략도이다. 도 4는, 도 3에 나타내는 평가 금형(10)에 의해 프레스 성형된 코일 재료(S)의 형상을 나타내는 도면이다. 도 3(a)∼(f)에 나타내는 바와 같이, 평가 금형(10)은, 6개의 프레스 성형 공정을 행하는 금형에 의해 구성되고, 코일 재료(S)의 순송 방향으로부터 순서대로, 제1 피어스 공정(first piercing step), 블랭킹 공정(blanking step), 제2 피어스 공정, 굽힘 공정, 플랜지 트림 공정 및, 세퍼레이트 트림 공정을 위한 금형을 구비하고 있다. 각 금형은 일직선상에 나란히 배치되어 있고, 평가 금형(10) 내에 집약되어 있다. 각 금형은, 피어스 펀치(11), 블랭킹 상날(blanking upper blades:12), 굽힘날(13), 트림 상날(14) 등의 상날, 버튼 다이(15), 블랭킹 하날(blanking lower blade:16), 펀치(17), 트림 하날(18) 등의 하날 및, 판누름(sheet holder:19)을 구비하고 있다.

또한, 판누름(19)에는 프레스 성형 중에 큰 힘이 부가되지 않기 때문에, 판누름(19)은 S45C 등의 일반 탄소강 등으로 제작해도 좋다. 또한, 도 3(a)∼(f)에서는 각 금형의 판누름(19)은 분리되어 나타나 있지만, 각 금형의 판누름(19)을 평가 금형(10) 내에서 연결한 일체물로서 제작해도 좋다. 또한, 상날 및 하날에는 프레스 성형 중에 큰 힘이 부가되어, 금형 손상이 발생하는 평가 대상이 되기 때문에, 각각의 금형용 강재를 교환 가능한 구조로 하고, 주물 등으로 제작한 평가 금형(10) 본체에 볼트 등으로 고정 가능하게 한다. 이들 금형용 강재는, 예를 들면 냉간 금형용 강의 SKD11이나 고속도 강의 SKH51 등, 평가 목적에 따라 임의로 교환할 수 있다. 또한, 금형용 강재의 피막 처리에 대해서도, 각각의 금형용 강재에 대하여 피막 처리를 하지 않거나 또는 임의의 PVD 피막 등의 피막 처리를 행하여 금형 손상 거동을 평가할 수 있다.

또한, 금형용 강재의 교환 가능한 구조로서는, 노크 핀(knock pin) 등의 위치 결정 부품에 의해 전단 수단의 금형의 전단 클리어런스가 항상 동일해지도록 교환 가능한 구조를 예시할 수 있다. 또한, 각 프레스 성형 공정에 있어서의 금형의 재질 및 표면 피막은 반드시 동일한 필요는 없다. 또한, 금형이 좌우 대칭인 형상이면, 평가 효율을 향상시키기 위해 좌우로 상이한 금형의 재질 및 표면 피막의 조합으로 해도 좋다.

이하, 각 프레스 성형 공정에 대해서 설명한다.

(제1, 제2 피어스 공정)

도 3(a), (c)에 나타내는 바와 같이, 제1, 제2 피어스 공정에서는, 피어스 펀치(11)를 이용하여 코일 재료(S)에 구멍부(20)(도 4 참조)를 형성하는 피어스 가공을 행한다. 단, 도 3(a)에 나타내는 금형에 의해 형성하는 구멍부(20)는, 후속의 공정에서의 코일 재료(S)의 위치 결정을 행하는 파일럿 핀을 삽입하기 위해 형성한 쪽이 바람직하지만, 도 3(c)에 나타내는 금형에 의한 구멍부(20)의 형성은 임의이다.

(블랭킹 공정)

도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 블랭킹 공정에서는, 블랭킹 상날(12) 및 블랭킹 하날(16)을 이용하여 코일 재료(S)로부터 햇형 단면 부품(30)의 외주부(21)(도 4 참조)를 ㄷ자 형상으로 전단한다. 전단하는 코일 재료(S)의 길이나 형상은 프레스 성형하는 햇형 단면 부품(30)의 형상에 따라서 결정하면 좋다. 또한, ㄷ자 형상으로 전단하는 각부(corner portion)는 핀각(right angle)이라도, R 형상이라도 좋다.

(굽힘 공정)

도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 굽힘 공정에서는, 굽힘날(13)을 이용하여, 천판면(30a)과, 천판면(30a)에 연속하는 종벽부(30b) 및 플랜지부(30c)를 갖는 햇형 단면 형상으로 코일 재료(S)를 프레스 성형한다. 구체적으로는, 코일 재료(S)의 천판면 부분을 판누름(19)에 의해 보존유지 후, 굽힘날(13)에 의해 종벽부(30b) 및 플랜지부(30c)를 프레스 성형한다. 또한, 햇형 단면 형상은 임의로 결정할 수 있다. 예를 들면, 천판면(30a)과 종벽부(30b)가 이루는 각도는 통상 90∼150도 정도이고, 90도에 가까울수록 금형 손상이 발생하기 쉽다. 또한, 캠 기구 등을 이용하여 90도 이하의 굽힘 각도로 굽혀도 좋다.

본 실시 형태에서는, 종벽부(30b)에는 조글 형상(30d)(도 2, 도 4 참조)이 부여되어 있다. 조글 형상부를 굽힘 성형함으로써, 굽힘날(13)에 매우 높은 접촉면압이 발생하기 때문에, 금형 손상이 발생하기 쉽다. 도 2(a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 종벽부(30b)에만 조글 형상(30d)을 형성함으로써, 조글 형상 유무에 의한 금형 손상의 발생 거동의 차이를 한 번의 프레스 성형으로 평가할 수 있다. 또한, 조글 형상(30d)은 임의의 형상으로 좋고, 삼각형 형상이라도 장방형 형상이라도 좋다. 조글 형상(30d)이 장방형 형상에 가까울수록 금형 손상이 발생하기 쉽다. 또한, 조글 형상(30d)의 장출 높이는 임의로 설정해도 좋다. 장출 높이가 높을수록 금형 손상이 발생하기 쉽다.

(플랜지 트림 공정)

도 3(e)에 나타내는 바와 같이, 플랜지 트림 공정에서는, 굽힘 공정에 의해 프레스 성형된 햇형 단면 부품(30)의 플랜지부(30c)의 일부를 트림 상날(14)에 의해 전단 가공한다. 구체적으로는, 햇형 단면 부품(30)과 동(同) 형상의 판누름(19)에 의해 햇형 단면 부품(30)을 보존유지 후, 판누름(19)으로부터 빠져나온 플랜지부(30c)를 트림 상날(14)에 의해 전단한다. 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 트림 상날(14)은, 플랜지부(30c)의 폭방향을 동일한 타이밍에 전단해도 좋고, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 트림 상날(14)에 시어각(shearing angle:θ1)을 부여함으로써, 플랜지부(30c)를 전단하는 타이밍을 폭방향에서 변화시켜도 좋다. 또한, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(30c)를 프레스 방향에 대하여 평행으로 전단해도 좋고, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 캠 기구 등을 이용하여 임의의 전단각(θ2)을 부여하여 전단해도 좋다. 이와 같이 플랜지 트림 공정은 상정되는 양산 프레스 공정에 맞추어 임의로 설계할 수 있다.

(세퍼레이트 트림 공정)

도 4에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이트 트림 공정에서 바로 앞의 프레스 성형 공정까지는 코일 재료(S)는 연결되어 있지만, 이 세퍼레이트 트림 공정에 있어서 연결된 코일 재료(S)로부터 1체분(體分)의 햇형 단면 부품(30)이 도 3(f)에 나타내는 트림 상날(14)에 의해서 잘라 떼어낸다. 또한, 세퍼레이트 트림 공정에서는, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 후속하는 햇형 단면 부품(30)과의 연결 부분에서 직선적으로 코일 재료(S)를 전단하는 평면 절단으로 해도 좋고, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 천판면(30a), 종벽부(30b) 및, 플랜지부(30c)를 한 번에 전단하는 세로 절단으로 해도 좋다. 일반적으로, 세로 절단에서는 평면 절단보다도 금형 손상이 발생하기 쉽다.

〔평가 방법〕

다음으로, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 방법에서는, 본 발명의 일 실시 형태인 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치(1)를 이용하여 연속 프레스 성형을 실시한다. 사용하는 프레스 장치의 사양에도 의하지만, 예를 들면 1분간에 20회 프레스 성형을 행하는 20spm(Shots Per Minute)으로 연속 프레스 성형을 실시한 경우, 1000회 프레스 성형하기 위해 필요로 하는 시간은 약 50분 정도이고, 금형 손상의 평가 방법인 슬라이딩 시험이나 프레스 성형 시험과 비교하여, 많은 프레스 성형 횟수를 단시간에 실시할 수 있다.

또한, 연속 프레스 성형 중은 목표의 프레스 성형 횟수까지 프레스 성형을 멈추지 않고 행해도 좋고, 예를 들면 100회, 1000회, 2000회, 5000회 등의 임의의 프레스 성형 횟수에서 프레스 성형을 멈추고, 평가 금형(10)을 취출하여 각 프레스 성형 공정의 금형용 강재의 손상 거동을 관찰해도 좋다. 관찰 장치(100)에 의한 관찰 방법으로서는, 예를 들면 사진 촬영에 의한 외관 관찰이나, 운반형의 소형 현미경에 의한 상세 관찰, 경화 수지에 의해 금형 형상을 모방함으로써 마모량을 조사하는 등, 평가 목적에 따라서 임의로 결정하면 좋다.

또한, 프레스 성형 횟수에 따른 금형용 강재의 손상 거동의 관찰 이외에, 예를 들면 금형용 강재의 재질, 표면 피막의 유무나 종류 등의 적어도 2개 이상의 조건을 변경하여 변경 전후의 손상 거동을 비교함으로써 금형용 강재의 재질이나 표면 피막의 유효성을 평가해도 좋다.

(실시예)

본 실시예에서는, 평가 금형에 의해 성형하는 햇형 단면 부품은, 천판면 폭 50㎜, 종벽 높이 50㎜, 플랜지 길이 30㎜, 단면 수직 방향 길이 50㎜의 형상으로 하고, 천판면과 종벽부 및 종벽부와 플랜지의 경계는 굽힘 반경 10㎜로 했다. 천판면에는, 전후의 햇형 단면 부품과 연결시키기 위해 10㎜씩 연결부를 형성했다. 햇형 단면 부품의 종벽부의 한쪽에는, 저변 길이 40㎜, 높이 40㎜, 장출 높이 5㎜의 삼각형의 조글 형상을 부여했다. 조글 형상부의 굽힘 반경은 5㎜로 했다. 다른 한쪽의 종벽부에는 조글 형상을 부여하지 않았다. 천판면과 종벽부가 이루는 각도 및 종벽부와 플랜지부가 이루는 각도는 모두 90도로 했다. 대상으로 한 코일 재료는, 인장 강도 1470㎫ 및 980㎫의 비도금의 고장력 강판이고, 판두께는 1.4㎜로 했다. 코일 재료의 폭은 성형하는 햇 단면 형상으로부터 200㎜로 했다.

평가 금형은, 코일 재료의 순송 방향으로부터 순서대로, 제1 피어스 공정, 블랭킹 공정, 제2 피어스 공정, 굽힘 공정, 플랜지 트림 공정 및, 세퍼레이트 트림 공정의 6개의 프레스 성형 공정을 갖는 것으로 했다. 제1 피어스 공정은, 햇형 단면 부품의 연결부의 중앙에 직경 12㎜의 원형의 구멍부를 펀칭하는 것으로 하고, 후속 공정의 위치 결정용의 파일럿 핀을 삽입할 수 있도록 했다. 제2 피어스 공정은, 햇형 단면 부품의 천판면의 중앙에 직경 7㎜의 원형의 구멍부를 펀칭하는 것으로 했다. 제1 및 제2 피어스 공정에서는, 피어스 펀치와 버튼 다이의 극간(클리어런스)은 코일 재료의 판두께의 12.5％로 했다.

블랭킹 공정에서는, 코일 재료의 중심으로부터 좌우 대칭으로 길이 85㎜, 폭 20㎜의 ㄷ자 형상의 외주부를 전단했다. 각부는 반경 10㎜의 R 형상으로 했다. 블랭킹날과 하날의 간극(클리어런스)은 코일 재료의 판두께의 12.5％로 했다. 굽힘 공정에서는, 천판면을 판누름으로 누른 후, 굽힘날로 햇형 단면 부품을 성형했다. 판누름력은 5톤으로 했다. 플랜지 트림 공정에서는, 판누름으로 햇형 단면 부품을 누른 후, 양측의 플랜지부를 플랜지 단부로부터 약 4㎜ 전단했다. 판누름력은 5톤으로 했다. 시어각 및 전단 각도는 0도로 했다. 트림날과 하날의 간극은 코일 재료의 판두께의 12.5％로 했다. 세퍼레이트 트림 공정은, 햇형 단면 부품의 연결부의 중앙을 직선적으로 전단하는 공정으로 했다. 트림날과 하날의 간극은 코일 재료의 판두께의 12.5％로 했다.

평가 금형에서 연속 프레스 시험을 실시했을 때의 코일 재료 및 6개의 프레스 성형 공정의 금형용 강재 및 피막 처리의 조합을 표 1에 나타낸다. No.1과 No.2의 연속 프레스 조건을 비교함으로써, 금형용 강재의 차이가 금형 손상 거동에 부여하는 영향을 조사할 수 있다. No.1과 No.3의 연속 프레스 조건을 비교함으로써, 코일 재료의 재료 강도의 차이가 금형 손상에 주는 영향을 조사할 수 있다. No.1과 No.5 또는 No.2와 No.4의 연속 프레스 조건을 비교함으로써, 표면 피막의 유무가 금형 손상에 주는 영향을 조사할 수 있다. No.5와 No.6의 연속 프레스 조건을 비교함으로써, 표면 피막의 종류의 차이가 금형 손상에 주는 영향을 조사할 수 있다. 또한, 굽힘 공정의 금형용 강재에 대해서는, 표면 피막 없음의 경우, 몇회의 프레스 성형으로 코일 재료의 소부가 발생하기 때문에, 모든 연속 프레스 조건에 대해서 표면 피막 처리를 실시했다.

상기의 평가 금형을 이용하여 연속 프레스 시험을 실시했다. 사용한 프레스 장치는 가압 능력 250톤의 메카니컬 프레스기로 30spm의 성형 속도로 연속 프레스 성형을 행했다. 1회의 프레스 성형 후에, 언코일러 레벨러에 의해 70㎜의 피치로 코일 재료를 평가 금형에 투입했다. 코일 재료의 윤활은 코일 수용 시의 방청유인 채로 했다. 연속 프레스 시험을 실시하여, 프레스 횟수가 100, 1000, 2000, 5000, 8000, 10000회에 도달한 후, 평가 금형을 프레스 장치로부터 취출하여 금형용 강재의 손상 거동을 관찰했다. 각 관찰 시에 있어서의 금형용 강재의 손상 거동을 표 2∼8에 나타낸다. 표 2는 제1 피어스 공정에 있어서의 금형용 강재의 손상 거동, 표 3은 블랭킹 공정에 있어서의 금형용 강재의 손상 거동, 표 4는 제3 피어스 공정에 있어서의 금형용 강재의 손상 거동, 표 5, 6은 굽힘 공정에 있어서의 조글 형상이 있는 경우와 없는 경우에 있어서의 금형용 강재의 손상 거동, 표 7, 8은 플랜지 트림 공정에 있어서의 조글 형상이 있는 경우와 없는 경우에 있어서의 금형용 강재의 손상 거동을 나타낸다. 손상이 거의 보여지지 않는 경우는 ○, 손상 길이가 1㎜ 미만의 미소한 손상인 경우는 △, 손상 길이가 1㎜ 이상의 큰 손상인 경우는 ×로서 평가했다.

이상의 결과에서, 양산 프레스와 동등의 프레스 성형 횟수에서, 각 프레스 성형 공정에 있어서의 금형 손상을 정량적으로 평가할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 각 프레스 성형 공정의 금형용 강재 및 표면 피막의 조합을 변경한 연속 프레스 시험에 의해, 코일 재료의 재료 강도가 고강도일수록 조기에 금형 손상이 발생하는 것이 확인되었다. 또한, 금형용 강재 B의 쪽이 금형용 강재 A보다도 내구성이 우수하고, 표면 피막 처리가 있는 쪽이 손상이 발생하기 어려운 것이 확인되었다. 또한, 동일한 코일 재료 및 금형용 강재의 경우에는, 표면 피막 A의 쪽이 표면 피막 B보다도 내구성이 우수한 것이 확인되었다. 성형 조건에 착안하면, 조글 형상이 없는 굽힘날보다도, 조글 형상이 있는 굽힘날의 쪽이 조기에 금형이 손상되었다. 이것은, 조글 형상이 있는 쪽이, 성형 시의 재료와 금형 간의 접촉면압이 높기 때문이고, 표면 피막 및 금형용 강재가 손상을 받기 쉬워지기 때문이다. 또한, 전단 조건에 착안하면, 플랜지 트림 공정에 있어서, 조글 형상이 없는 측의 트림날의 쪽이, 조글 형상이 있는 측의 트림날보다도 조기에 금형이 손상되었다. 조글 형상이 없는 측에는 아무런 형상이 부여되어 있지 않고, 종벽의 강성이 낮기 때문에, 조글 형상이 있는 측보다도 단면의 스프링 백이 커진다. 그 때문에, 플랜지 트림 시의 판누름이 충분하지 않아, 플랜지단이 어긋나는 등, 불안정한 전단이 되기 때문이다. 이에 따라, 본 발명에 의하면, 고장력 강판을 적용한 자동차 차체 골격 부품 등의 양산 프레스 성형에서 발생하는 금형 손상을 임의의 금형용 강재 및 표면 피막 처리에 대하여 정량적으로 평가하고, 양산 프레스 성형에 이용하는 금형용 강재 및 표면 피막 처리의 선정 기준을 제공할 수 있는 것이 확인되었다.

이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 본 실시 형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시 형태에 기초하여 통상의 기술자 등에 의해 이루어지는 다른 실시의 형태, 실시예 및, 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

(산업상 이용가능성)

본 발명에 의하면, 임의의 금형용 강재 및 피막 처리에 대해서 금형 손상을 정량적으로 평가 가능한 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치 및 손상 평가 방법을 제공할 수 있다.

1 : 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치
2 : 페이오프 릴
3 : 언코일러 레벨러
4 : 프레스 장치
5 : 반송 장치
6 : 스크랩 백
10 : 평가 금형
11 : 피어스 펀치
12 : 블랭킹 상날
13 : 굽힘날
14 : 트림 상날
15 : 버튼 다이
16 : 블랭킹 하날
17 : 펀치
18 : 트림 하날
19 : 판누름
20 : 구멍부
21 : 외주부
30 : 햇형 단면 부품
30a : 천판면
30b : 종벽부
30c : 플랜지부
30d : 조글 형상
100 : 관찰 장치
S : 코일 재료

Claims

금속 재료를 프레스 성형하는 프레스기 내에 설치된 평가 금형과,
상기 평가 금형을 구성하는 금형용 강재 및 표면 피막의 손상 거동을 관찰하는 관찰 장치
를 구비하고,
상기 평가 금형은,
상기 금속 재료에 구멍부를 형성하는 천공 수단과,
상기 구멍부가 형성된 금속 재료를 임의의 금속 부품 형상으로 전단하는 제1 전단 수단과,
상기 금속 재료로부터 금속 부품을 잘라 떼어내는 제2 전단 수단
을 구비하고,
상기 천공 수단, 상기 제1 전단 수단 및, 상기 제2 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고 있는, 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 평가 금형은, 상기 제1 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료를, 천판면과, 당해 천판면에 연속하는 종벽부 및 당해 종벽부에 연속하는 플랜지부를 갖는 햇형(hat-shaped) 단면 형상으로 프레스 성형하는 프레스 성형 수단과,
상기 플랜지부의 일부를 전단하는 제3 전단 수단을 구비하고,
상기 프레스 성형 수단 및 상기 제3 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고,
상기 제2 전단 수단은, 제3 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료로부터 햇형 단면 형상의 금속 부품을 잘라 떼어내는, 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치.
제2항에 있어서,
상기 햇형 단면 형상은, 상기 종벽부의 한쪽에 장출 형상을 갖는, 프레스 성형 금형의 손상 평가 장치.
프레스기 내에 설치된 평가 금형을 이용하여 금속 재료에 대하여 임의의 횟수 프레스 성형을 반복한 후의 상기 평가 금형을 구성하는 금형용 강재 및 표면 피막의 손상 거동을 관찰하는 스텝을 포함하고,
상기 평가 금형은,
상기 금속 재료에 구멍부를 형성하는 천공 수단과,
상기 구멍부가 형성된 금속 재료를 임의의 금속 부품 형상으로 전단하는 제1 전단 수단과,
상기 금속 재료로부터 금속 부품을 잘라 떼어내는 제2 전단 수단
을 구비하고,
상기 천공 수단, 상기 제1 전단 수단 및, 상기 제2 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고 있는, 프레스 성형 금형의 손상 평가 방법.
제4항에 있어서,
상기 평가 금형은, 상기 제1 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료를, 천판면과, 당해 천판면에 연속하는 종벽부 및 당해 종벽부에 연속하는 플랜지부를 갖는 햇형 단면 형상으로 프레스 성형하는 프레스 성형 수단과,
상기 플랜지부의 일부를 전단하는 제3 전단 수단을 구비하고,
상기 프레스 성형 수단 및 상기 제3 전단 수단의 금형은, 금형용 강재에 의해 형성되어 있음과 함께, 임의의 재질을 갖고, 또한, 임의의 표면 피막 처리가 실시된 다른 금형으로 교체가 가능한 구조를 갖고,
상기 제2 전단 수단은, 제3 전단 수단에 의한 전단 후의 금속 재료로부터 햇형 단면 형상의 금속 부품을 잘라 떼어내는, 프레스 성형 금형의 손상 평가 방법.
제5항에 있어서,
상기 햇형 단면 형상은, 상기 종벽부의 한쪽에 장출 형상을 갖는, 프레스 성형 금형의 손상 평가 방법.