KR20240046543A - 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법, 블랭크재의 제조 방법, 프레스 성형품의 제조 방법 및, 프레스 성형품 - Google Patents

Abstract

간이한 방법에 의해 성형 후의 전단 단면으로부터의 지연 파괴를 억제하기 위해, 고강도 강판으로 이루어지는 금속판의 지연 파괴 특성을 개선하는 방법을 제공한다. 판 단부의 적어도 일부에 전단 단면(10A)을 갖고 또한 고강도 강판으로 이루어지는 금속판(10)의 지연 파괴 특성을 개선하는 지연 파괴 특성 개선 방법이다. 상기 금속판(10)의 상기 전단 단면(10A)이 적어도 일부에 대하여, 소성 변형을 부여한다.

Description

금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법, 블랭크재의 제조 방법, 프레스 성형품의 제조 방법 및, 프레스 성형품

본 발명은, 프레스 성형으로 성형품을 제조할 때에 사용되는, 블랭크(blank)재로서의 금속판의 지연 파괴(delayed fracture) 특성을 개선하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 전단 단면(sheared-end face)에서의 지연 파괴 특성을 개선하는 기술이다. 또한, 본 발명은, 고강도 강판으로 이루어지는 금속판을 프레스 성형하여, 지연 파괴 특성이 양호한 성형품을 제조하기 위한 기술에 관한 것이다.

여기에서, 본 명세서에서는, 금속판에 전단 가공을 실시한 단면을 전단 단면이라고 칭한다. 또한, 본 명세서에서는, 인장 강도 1470㎫ 이상의 강판을 초고강도 강판이라고 칭한다. 본 발명은, 인장 강도 980㎫ 이상의 고강도 강판에 적합하다.

현재, 자동차에는 경량화에 의한 연비 향상과 충돌 안전성의 향상이 요구되고 있다. 차체에는, 경량화와 충돌 시의 탑승자 보호를 양립하는 목적으로, 고강도 강판이 사용되고 있다. 특히 최근에는, 인장 강도 1470㎫ 이상의 초고강도 강판이 차체에 적용되어 오고 있다. 고강도 강판, 특히 초고강도 강판의 차체 적용 시에 있어서의 과제 중 하나에 지연 파괴가 있다. 그리고, 인장 강도 980㎫ 이상의 고강도 강판에서는, 전단 가공 후의 단면인 전단 단면으로부터 발생하는, 지연 파괴와 신장 플랜지 깨짐으로의 대책이 중요한 과제가 되고 있다.

여기에서, 전단 단면에는, 큰 인장 응력이 잔류하는 것이 알려져 있다. 그리고, 전단 단면을 갖는 금속판을 이용한 프레스 부품에 있어서, 전단 단면에서의 지연 파괴의 발생이 우려되고 있다. 이 우려는, 특히 초고강도 강판에서 현저해진다. 그리고, 이 전단 단면에서의 상기 파괴를 억제하기 위해서는, 전단 단면의 인장 잔류 응력을 저감시킬 필요가 있다.

여기에서, 전단 단면의 인장 잔류 응력을 저감하는 간이한 방법으로서는, 예를 들면, 구멍 뚫기 가공 시에 단(段)이 있는 상날을 이용하여 전단하는 방법(비특허문헌 1)이 있다. 또한, 다른 방법으로서는, 전단 공정을 2회로 나누고, 2회째의 전단의 절단 여유분을 작게 하는 방법(비특허문헌 2)이 있다. 그러나, 이러한 전단에 관한 공법에서는, 초고강도 강판과 같이 재료 강도가 높아질수록, 전단용의 날의 마모나 전단 조건의 관리에 과제가 있었다. 즉, 이들 방법은, 실용상의 난점이 있었다.

또한, 전단 후의 소성 가공에 의해 전단 단면의 인장 잔류 응력을 저감하는 방법으로서는, 특허문헌 1에 기재된 방법이 있다. 이 방법은, 전단 후의 스크랩을 펀칭 펀치에 대한 대향 펀치에 의해 밀어 올려, 전단 단면을 밀어 펼치는 방법이다. 그러나, 이러한 소성 가공 방법은, 대향 펀치 등의 특별한 설비 구성이 필요하고, 전단 공정의 리드 타임도 증가한다. 이 때문에, 이 방법은, 반드시 적용이 용이한 수법은 아니었다.

그리고, 종래에 있어서는, 고강도 강판, 특히 초고강도 강판을 이용한 성형품에 있어서, 판의 전단 단면으로부터 발생하는 지연 파괴가 우려되고 있다.

일본특허 제6562070호 공보

타카하시 유조 등: 돌기가 있는 펀치를 이용한 장력하의 펀칭에 의한 고강도 박강판의 펀칭 구멍 확장성의 개선, 소성과 가공,　54-627(2013), 343-347 나카가와 타케오, 요시다 키요타: 절삭 펀칭법-전단면의 신장 변형능의 향상책-, 소성과 가공, 10-104(1969), 665-671

본 발명은, 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 간이한 방법에 의해 성형 후의 전단 단면으로부터의 지연 파괴를 억제하는 것을 목적으로 한다. 이 때문에, 본 발명은, 고강도 강판으로 이루어지는 금속판의 지연 파괴 특성을 개선하여, 지연 파괴 특성이 양호한 성형품을 제공 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 개시는, 초고강도 강판 등의 고강도 강판이라도, 적용이 용이한 전단 후의 소성 가공에 의해, 금속판의 지연 파괴 특성을 개선하는 기술이다.

즉, 과제 해결을 위해, 본 발명의 일 태양은, 판 단부의 적어도 일부에 전단 단면을 갖고 또한 고강도 강판으로 이루어지는 금속판의 지연 파괴 특성을 개선하는 지연 파괴 특성 개선 방법으로서, 상기 금속판의 상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 소성 변형을 부여하는 것을 요지로 한다.

상기 소성 변형은, 적어도 전단 단면, 예를 들면 전단 단면을 포함하는 단부에 부여되면 좋다.

또한, 상기의 소성 변형은, 전단 단면의 전부에 대하여 반드시 부여할 필요는 없다. 본 개시는, 예를 들면, 전단 단면 중, 적어도 소정 이상의 지연 파괴가 발생한다고 추정되는 개소에 대하여, 상기의 소성 변형이 부여되면 좋다.

본 발명의 태양에 의하면, 고강도 강판이라도 날의 마모나 전단 조건의 관리가 반드시 필요하지는 않다. 또한, 본 발명의 태양에 의하면, 간이한 방법에 의해, 전단 가공 시에 발생하는 강판의 전단 단면의 인장 잔류 응력을 저감할 수 있다. 이 결과, 본 발명의 태양에 의하면, 자동차의 패널 부품, 구조·골격 부품 등의 각종 부품에 고강도 강판을 적용할 때에 지연 파괴 특성을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명에 기초하는 실시 형태에 따른 성형품의 제조 공정의 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 전단 단면의 개략도로서, (a)는 단면도, (b)는 단면 방향으로부터 본 평면도이다.
도 3은 전단 단면을 갖는 단부에서의 응력 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 가공에 의한 전단 단면 부근의 응력의 완화 기구를 설명하는 도면이다.
도 5는 프레스 성형에 의한 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 나타내는 도면이다.
도 6은 레벨러를 이용한 레벨링에 의한 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 나타내는 도면이다.
도 7은 전단 단면의 윤곽선(단면의 연재 방향)과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 각도(θ)(굽힘의 각도)를 나타내는 도면이다.
도 8은 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의, 최종적인 굽힘 가공 후의, 굽힘 내외에 생기는 잔류 응력의 예를 나타내는 도면이다. (a)가 굽힘 가공을 실시한 상태를 나타내는 도면이다. (b)는 금형으로부터 금속판을 해방한 상태(스프링 백 발생)를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음으로, 본 발명의 태양에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

(구성)

본 실시 형태의 성형품 제조의 방법은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 블랭크재 제조 공정(1)과, 프레스 성형 공정(2)을 구비한다.

본 발명은, 대상으로 하는 금속판이, 고강도 강판, 특히 인장 강도가 980㎫ 이상의 고강도 강판인 경우에 적합하다.

(블랭크재 제조 공정(1))

블랭크재 제조 공정(1)은, 성형품의 형상으로 프레스 성형하는 프레스 성형 공정(2)에서 사용하는 블랭크재(금속판)를 제조하는 공정이다. 그 블랭크재 제조 공정(1)은, 전단 공정(1A)과, 단면 개선 공정(1B)을 구비한다.

<전단 공정(1A)>

전단 공정(1A)은, 성형품 제조를 위해 적합한 블랭크 형상으로, 금속판을 절단하는 공정이다.

<단면 개선 공정(1B)>

단면 개선 공정(1B)은, 전단 공정(1A) 후의 금속판에 있어서의, 전단 단면의 적어도 일부의 단면에 대하여, 소성 변형을 부여하는 공정이다. 소성 변형은, 단면의 연재 방향을 따라 왜곡이 입력되는 변형으로 한다.

이 때, 예를 들면, CAE 등의 구조 해석 등에서, 전단에 의해, 미리 설정한 잔류 응력이 발생한다고 추정되는 단면의 개소를 포함하는 영역에만, 소성 변형을 부여해도 좋다.

또한, 상기의 소성 변형에서, 단면의 연재 방향을 따른 방향의, 0보다 큰 소성 변형을 부여한다. 부여하는 소성 변형의 상한에 대해서 규정은 없지만, 깨짐이 발생하지 않을만큼의 소성 변형을 부여한다.

소성 변형의 부여는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공으로 행하는 것이 바람직하다.

이 때, 각 굽힘 및 굽힘 되돌림 시에 있어서의, 소성 변형을 부여하는 각 단면 위치에 있어서의 굽힘의 각도가, 90도 미만이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 「굽힘의 각도를 90도 미만」에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 이 굽힘의 각도는, 소성 변형이 부가되는 전단 단면의 개소에서, 전단 단면의 연재 방향을 따른 직선(접선 방향)과, 굽힘 굽힘 되돌림의 각 굽힘 방향이 이루는 각을 가리킨다. 단, 상기의 굽힘은, 단면의 연재 방향을 따른 방향으로, 0보다 큰 소성 변형이 부여되는 굽힘인 것을 전제로 한다.

굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 예를 들면 프레스 성형에 의한 굽힘 가공에 의해 행한다(도 5 참조). 또한, 굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 예를 들면, 판의 반송 방향으로 나열된 복수의 롤을 갖는 레벨러를 이용한 레벨링 가공에 의해 행한다(도 6 참조). 레벨링 가공은, 판을 평탄화할 때에 사용되는 가공 방법이다.

굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 동일한 전단 단면에 대하여, 판두께 방향을 향하여, 굽힘과, 굽힘 되돌림에 의한 굽힘(역굽힘)을 복수회 실행한다. 그 때에, 그 최후의 굽힘에 대해서, 굽힘 외측이, 전단 단면의 버어(burr)측이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 버어측이란, 판두께 방향에 있어서의, 전단에 의해 버어가 형성되는 측이다.

여기에서, 상기의 소성 변형이, 대상으로 하는 전단 단면을 포함하는 단부(예를 들면 단면으로부터 1㎜의 범위를 포함하는 범위)에 부여되도록 하여, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 행하면 좋다.

또한, 단면 개선 공정(1B)에서 소성 변형을 부여한 후의 판 단부가, 평탄해지도록, 당해 소성 변형의 부여를 설정하는 것이 바람직하다.

(프레스 성형 공정(2))

프레스 성형 공정(2)은, 블랭크재 제조 공정(1)에서 제조한 금속판으로 이루어지는 블랭크재를, 목적의 부품 형상으로 프레스 성형하는 공정이다. 프레스 성형은, 1회의 프레스 가공, 또는 다단계의 프레스 가공으로 실행된다.

(프레스 성형품)

본 실시 형태의 제조 방법으로 제조된 프레스 성형품(제품)은, 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 단면의 연재 방향을 따른 방향의, 0보다 큰 소성 변형이 부여되어 있다.

이에 따라, 본 실시 형태의 프레스 성형품은, 지연 파괴 특성이 개선된 프레스 성형품이 된다.

(변형예)

이상의 실시 형태는, 금속판을 목적의 제품 형상으로 프레스 가공하는 공정의 전의 블랭크재의 제조에 대하여, 본 개시를 적용한 예이다. 즉, 상기의 실시 형태에서는, 프레스 가공의 전처리로서, 본 개시의 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법(단면 개선 공정(1B))을 적용한 경우를 예시했다.

본 개시의 단면 개선 공정(1B)을, 목적의 제품 형상으로 성형하는 프레스 가공의 도중이나 프레스 가공 후에 적용해도 좋다. 구체적으로는, 본 개시의 단면 개선 공정(1B)을, 판 외주의 정형(整形)을 위한 단부의 전단 가공으로 생긴 전단 단면에 대하여 적용해도 좋다.

예를 들면, 목적의 제품 형상으로 성형한 후에, 부품 형상의 정형을 위해 판 단부를 전단한 경우에, 그 전단 단면에 대하여, 상기의 단면 개선 공정(1B)의 처리를 적용해도 좋다.

단, 단면 개선 공정(1B)에서의 소성 변형은, 판을 목적의 제품 형상으로 성형하기 위한 프레스 성형과는 상이하다. 제품 형상으로 성형하기 위한 프레스 성형으로의 영향을 고려하면, 다음과 같이 실행하는 것이 바람직하다. 즉, 전단 단면을 갖는 단부에만(예를 들면 플랜지부만), 단면 개선 공정(1B)에서의 소성 변형을 부여하는 처리를 실행하는 것이 바람직하다.

(효과)

본 실시 형태에서는, 전단 단면에 소성 가공에 의한 소성 변형을 실시한다. 바람직하게는, 본 개시의 소성 가공은 굽힘 굽힘 되돌림 가공으로 실시한다. 이에 따라, 금속판(블랭크재)이 초고강도 강판 등의 고강도 강판이라도, 간이한 방법에 의해, 전단 단면의 잔류 응력을 저감시킬 수 있다. 게다가, 본 실시 형태에서는, 판의 형상을 전단 후와 마찬가지의 평탄한 상태로 유지하면서 상기 효과를 얻는 것이 가능하다.

또한, 전단 단면의 잔류 응력의 저감에 의해, 지연 파괴의 발생이 억제된다. 즉, 금속판의 전단 단면에서의 지연 파괴 특성이 개선된다.

여기에서, 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의 각 전단 단면의 개소에서의 각 굽힘의 각도를 90도 미만으로 함으로써, 전단 단면에 대하여 충분한 소성 변형이 도입 가능해진다.

또한, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을, 프레스 성형에 의한 굽힘 변형이나, 판을 평탄화하는 레벨링 가공에 의해 행함으로써, 판의 단면에 대하여 간이하게 소성 변형을 부여할 수 있다.

이 때, 최종적인 굽힘 가공에 의한 굽힘 외측은, 전단 단면의 버어측이 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 판두께 방향에 있어서의 버어측은, 버어나 표면 성상의 거침의 영향으로 지연 파괴가 생기기 쉬운 부위이다. 이 경우, 버어를 기점으로 하는 지연 파괴를 보다 억제 가능해진다.

(작용(기서(機序)) 그 외에 대해서)

<소성 변형에 의한 응력의 완화에 대해서>

이하, 본 개시의 적용에 의해 발생하는, 전단 단면의 소성 변형에 의한 응력의 완화에 대해서 설명한다.

도 2는, 판의 단부를, 상측으로부터 하측을 향하여 전단날을 이동하여 절단한 경우의 판 단부의 상태를 나타내는 도면이다. 도 2의 경우, 버어측이 하방으로 되어 있다.

이 경우, 전단 단면(10A) 및 그 전단 단면(10A)을 포함하는 단부에서는, 전단 단면(10A)의 연재 방향을 따른 방향에서의 잔류 응력은, 도 3과 같이 되어 있다. 이 때, 전단 단면(10A)의 연재 방향을 따른 방향은, 판폭 방향(도 2(b) 참조)이다. 도 3은, 도 2(a)의 화살표와 같이, 전단 단면(10A)으로부터 떨어지는 방향(단면(10A)에 직교하는 방향)의 응력 분포의 일 예를 나타내고 있다.

이 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전단 단면(10A)으로부터 내측을 향하여, 제1∼제3 영역(ARA1, ARA2, ARA3)이 존재한다. 제1 영역(ARA1)은, 전단 단면 표면의 강한 인장 잔류 응력을 갖는 영역이다. 제2 영역(ARA2)은, 그 인장 잔류 응력에 어울리도록 압축 잔류 응력을 갖는 영역이다. 제3 영역(ARA3)은, 제2 영역(ARA2)보다도 내부인 잔류 응력이 존재하지 않는 영역이다.

이 3개의 영역(ARA1∼3) 중, 제1 및 제2 영역(ARA1, 2)을 중심으로, 버어측을 굽힘 외로 하는 굽힘 가공이나 인장 가공에 의한 일률적인 인장 변형에 의한 소성 변형을 도입한다. 그 후, 소성 변형을 도입한 판을 일률적으로 스프링 백시키면, 도 4의 (a) 내지 (c)와 같이 된다. 즉, 제1 영역(ARA1)에서는, 응력-변형 이력에 의해 초기에 존재한 인장 잔류 응력이 완화한다. 그리고, 표면측의 제1 영역(ARA1)에서의 응력과, 내부의 제2 영역(ARA2)에서의 응력의 차가 감소한다. 이는, 전단으로 도입되는 소성 변형이 압축 변형인 경우도 마찬가지이다.

이상의 점에서, 충분한 인장 또는 압축의 소성 변형을, 전단 단면(10A)에 도입할 수 있으면, 전단 단면(10A) 표면의 잔류 응력을 완화하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

특히, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 소성 변형의 도입 방법으로서 채용하면, 여러가지 판의 형상을 전단 후와 마찬가지의 평탄한 상태로 유지하면서, 응력을 완화하는 것이 가능하다.

단, 본 개시에 있어서 염두에 두고 있는 전단 단면(10A)이란, 예를 들면, 전단에 의해 제작된 임의의 형상의 금속판(10)의 전단 단면이다. 그리고, 본 개시에서는, 전단 단면(10A)으로서, 구멍 뚫기부의 단면(10A)이나 블랭크재의 외형을 규정하는 윤곽선을 구성하는 단면(10A)을 의도하고 있다.

여기에서, 도 3은, 인장 강도 980㎫의 고강도 강판으로 이루어지는 시료편을 이용한 경우이다. 이 경우, 단면(10A)에서 상기 제2 영역(ARA2)과 제3 영역(ARA3)의 경계까지의 깊이 d는, 1㎜였다. 이 때문에, 소성 변형을 부여하는 영역은, 전단에 의해 제작된 단면(10A) 표면으로부터 깊이 d＝1㎜ 이내의, 전단에 의한 변형과 응력이 존재하는 영역으로 하면 좋다. 즉, 적어도 전단 단면(10A)으로부터 1㎜의 영역의 단부에 대하여 전단 변형을 부여하도록 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 실시하면 좋다. 또한, 제1 영역(ARA1)의 깊이 d는, 예를 들면 100㎛이다.

<소성 변형 부여의 방법에 대해서>

여기에서, 가령 1축 인장이나 1축 압축으로 소성 변형을 도입한 경우를 생각한다. 이 경우, 소성 변형의 도입에 의해, 판의 두께가 변화해 버린다. 또한, 복잡한 형상의 블랭크에서는 인장축에 대하여 수직인 방향의 폭이 좁은 부분에 변형이 집중되기 때문에, 일률적으로 변형시킬 수 없다. 또한, 단순한 굽힘 성형으로 소성 변형을 도입한 경우, 블랭크 전체가 성형 후에 크게 굽혀져 버린다. 따라서, 금속판(10)이 전단 후와 마찬가지의 평탄한 상태를 유지하는 것이 불가능하다.

이러한 점에서, 소성 변형의 부여는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공으로 행하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 단면(10A)이 연재 방향의 윤곽 형상이, 단면(10A)에 직교하는 방향으로 변화하는 바와 같은 곡선 형상인 경우, 다음과 같이 행하면 좋다. 즉, 가장 패여 있는 개소의 전단 단면(10A)의 단부에서 상기 단면(10A) 표면으로부터 깊이 1㎜ 이내를 확보할 수 있도록 하여 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 행하면 좋다.

또한, 단순한 1회의 굽힘 가공만으로도 좋지만, 원래의 평탄 등의 형상으로 되돌리는 것을 고려하여, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 채용한다.

굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 도 5에 나타내는 바와 같은 프레스 성형에 의한 굽힘 가공이나, 도 6에 나타내는 바와 같은 레벨링에 의한 가공을 실시한다. 이 경우, 굽힘 굽힘 되돌림 변형을 전단 단면(10A) 표면에 생기게 하여, 전단 단면(10A)의 잔류 응력을 완화하여, 지연 파괴를 억제한다.

도 5에서 나타나는, 굽힘 가공용의 다이(20)와 펀치(21), 굽힘 되돌림을 행하는 역굽힘 가공용의 다이(22)와 펀치(23)는, 동일한 금형을 가져도 좋고, 다른 금형을 사용해도 좋다.

또한, 레벨러용의 롤(30)의 각 지름도 동일하지 않아도 좋다.

여기에서, 굽힘 굽힘 되돌림 가공은 프레스 성형에 의한 굽힘 변형에 의해 행하는 것도 가능하다. 그러나, 블랭킹 공정과 그 후의 성형 공정의 사이에, 적어도 2공정의 프레스 공정과 성형용의 금형의 추가가 필요해진다.

한편으로, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 레벨링 가공에 의해 행함으로써, 전단에 의한 블랭킹 공정과 그 후의 성형 공정의 사이에서 레벨러만을 이용하여 비교적 용이하게 행할 수 있다. 단, 본 개시에 있어서는, 인장 강도 980㎫급 이상의 강판에 대해서도 소성 변형을 도입 가능한 만큼의, 충분히 강력한 레벨러를 사용하지 않으면 안 된다.

<굽힘각(θ)에 대해서>

전단 단면(10A)의 잔류 응력의 완화에 의한 지연 파괴 특성의 개선을 위해서는, 소성 변형이 충분히 들어가는 정도의 굽힘 굽힘 되돌림 변형이 바람직하다. 그 효과를 얻기 위해서는, 전단 단면(10A)에 대한 인장 또는 압축의 소성 변형이 0.003 이상이 되는 것이 필요하다. 바람직하게는, 소성 변형이 0.005 이상이면 전단 단면(10A)의 잔류 응력을 현저하게 완화하는 것이 가능하다.

또한, 이 소성 변형이 도입되는 가공 공정은, 굽힘 굽힘 되돌림 변형 중, 굽힘과 굽힘 되돌림 변형의 어느 것이라도 상관 없고, 한 번이라도 충분한 소성 변형이 도입되면 잔류 응력은 완화된다.

여기에서 도 7에 나타내는 바와 같은, 전단 단면(10A)의 윤곽선(단면(10A)의 연재 방향)과, 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 굽힘각(θ)은, 예를 들면 0도 이상 75도 이하의 범위로 한다. 굽힘각(θ)은, 바람직하게는 0도 이상 45도 이하의 범위인 것이 바람직하다. 이는, 굽힘 방향과 전단 단면(10A)의 윤곽선이 90도에 가까운 경우, 전단 단면(10A) 표면에 변형을 도입하는 것이 곤란해지기 때문이다. 그 이유는, 굽힘에 의한 단면(10A)을 따른 방향의 인장·압축의 변형 방향에 대하여, 전단 단면(10A) 표면은 개방되어 있기 때문이다. 또한, 도 7에서는, 전단 단면(10A)의 굽힘 전의 윤곽선은 직선으로 나타나 있지만, 이 단면(10A)의 윤곽선은 곡선이나 부분적으로 불연속인 선이라도 좋다.

<최종적인 굽힘 방향>

최종적인 굽힘 가공에 의해, 도 8의 (a)→(b)와 같이, 인장부에는 인장 변형이 들어간다. 또한, 도 8은, 최종적인 굽힘이 하방인 경우이다. 이 때문에, 프레스의 구속을 해제했을 때의 스프링 백 후에는, 그 만큼의 잔류 응력이 압축측에 의한다. 그 때문에, 최종적인 굽힘 가공에 의한 굽힘 외측(도 8에서는 하측)은, 전단 단면(10A)의 버어측이 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 버어측은, 버어나 표면 성상의 거침의 영향으로 지연 파괴가 생기기 쉬운 부위이다. 버어측을 굽힘 외측으로 함으로써, 전단 단면(10A)의 버어측에 있어서의 잔류 응력이, 성형에 의한 압축의 잔류 응력분만큼 감소된다.

(그 외)

본 개시는, 다음의 구성도 취할 수 있다.

(1) 판 단부의 적어도 일부에 선단 단면을 갖고 또한 고강도 강판으로 이루어지는 금속판의 지연 파괴 특성을 개선하는 지연 파괴 특성 개선 방법으로서, 상기 금속판의 상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 소성 변형을 부여한다.

(2) 상기 소성 변형에서, 상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 단면의 연재 방향을 따른 방향의, 0보다 큰 소성 변형을 부여한다.

(3) 상기 소성 변형의 부여는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공으로 행해진다.

(4) 상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의, 각 굽힘의 각도를 90도 미만으로 한다.

(5) 상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 프레스 성형에 의한 굽힘 가공에 의해 행한다.

(6) 상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 복수의 롤을 이용한 레벨링 가공에 의해 행한다.

(7) 상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의 최후의 굽힘에 대해서, 굽힘 외측이, 전단 단면의 버어측이 되도록 설정했다.

(8) 상기 금속판은, 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판이다.

(9) 프레스 성형용의 블랭크재의 제조 방법으로서, 고강도 강판으로 이루어지는 금속판에 전단 가공을 실시하는 공정과, 상기 전단 가공을 실시하는 공정의 후의 공정으로서, 상기 기재의 본 개시의 지연 파괴 특성 개선 방법에 의해, 전단 단면에 소성 변형을 부여하는 공정을 구비한다.

(10) 고강도 강판으로 이루어지는 금속판을 프레스 성형하여 성형품을 제조하는 방법으로서, 고강도 강판으로 이루어지는 금속판에 전단 가공을 실시하는 공정과, 상기 전단 가공을 실시하는 공정의 후의 공정으로서, 상기 기재의 본 개시의 지연 파괴 특성 개선 방법에 의해, 전단 단면에 소성 변형을 부여하는 공정을 구비한다.

(11) 판 단부의 적어도 일부에 전단 단면을 갖고 또한 고강도 강판으로 이루어지는 금속판을 가공하여 이루어지는 프레스 성형품으로서, 상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 단면의 연재 방향을 따른 방향의, 0보다 큰 소성 변형이 부여되어 있다.

실시예

다음으로, 본 실시 형태에 기초하는 실시예에 대해서 설명한다.

여기에서는, 판두께 1.4㎜의 인장 강도 1470㎫의 강판을 이용한 공시재 A를 대상으로 실시예를 설명한다. 또한, 본 개시는, 인장 강도 1470㎫의 강판에 한정하는 것은 아니다. 본 개시는, 전단 단면에 지연 파괴가 발생하는 바와 같은, 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판을 비롯한, 금속 재료에 대하여 적용이 가능하다.

(전단 가공에 대해서)

본 실시예에서는, 맨 처음에, 공시재 A를 전단하여, 평가의 대상으로 하는 길이 500㎜의 직선 형상의 전단 단면을 제작했다. 또한, 전단 가공 시의 클리어런스는 판두께에 대하여 12％로 했다.

(굽힘 굽힘 되돌림 가공)

제작한 전단 단면에 대하여, 도 5에 나타내는 바와 같은 프레스 성형, 또는 도 6에 나타내는 바와 같은 레벨링에 의한, 굽힘 되돌림을, 각 공정에서의 최대의 소성 변형이 변화하도록 행했다.

여기에서, 도 7에 정의하는 전단 단면의 윤곽선과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 각도 변화시키고, 각각 실행하여, 굽힘 굽힘 되돌림 가공 후의 각 샘플을 제작했다.

또한, 레벨링에 있어서는 통상 실시되는 바와 같이, 최초의 쪽의 롤로 큰 변형을 부여했다. 이 때, 최후의 쪽의 롤을 향하여 서서히 부여하는 변형이 줄어들어가도록, 각 롤의 압입량을 조정했다.

(평가)

샘플 제작 후, X선에 의한 절단 후의 전단 단면의 잔류 응력 측정을 실시했다. 또한, 각 샘플을 PH1의 염산의 욕에 96시간 침지하여, 샘플의 깨짐의 유무와 깨짐의 발생 시간을 확인했다. 이 때, 전단 단면의 지연 파괴에 의한 표면 균열의 판두께 관통으로, 지연 파괴가 발생했다고 판정했다. 또한, X선에 의한 측정은 측정 범위를 직경 500㎛로 했다. 그리고, 판두께의 중앙부에 대해서, 전단 가공 후의 전단 단면과 평행 방향에 대하여, 판두께 중앙의 응력을 측정했다.

(실시예 1)

실시예 1에 있어서의, 샘플 형성 조건과 그 평가 결과를 표 1 및 표 2에 각각 나타낸다. 표 1에 나타내는 실시예에서는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 프레스 성형으로 실행했다.

표 1에는, 프레스 성형에 있어서, 전단 단면의 윤곽선과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 각을 0도로 했을 때의 결과를 나타냈다. 구체적으로는, 표 1에, 굽힘-굽힘 되돌림으로 도입한 최대의 소성 변형량과, 지연 파괴의 발생의 유무, 그리고 지연 파괴의 발생 시간, 잔류 응력의 관계를 나타냈다.

또한, 표 2에서는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 프레스 성형으로 실행했다.

표 2에는, 레벨링에 있어서, 전단 단면의 윤곽선과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 각을 0도로 했을 때의 결과를 나타냈다. 구체적으로는, 표 2에, 굽힘-굽힘 되돌림으로 도입한 최대의 소성 변형량과, 지연 파괴의 발생의 유무, 그리고 지연 파괴의 발생 시간, 잔류 응력의 관계를 나타냈다.

여기에서, 표 1, 표 2의 예의 어느 것에서도, 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의 최종적인 굽힘 외측은 전단 단면에 있어서의 처짐측이 되도록 했다.

표 1, 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 0.003 이하의 소성 변형에서, 지연 파괴 발생까지의 시간이 연장되었다. 또한, 소성 변형 0.005 이상에서는, 지연 파괴가 발생하지 않게 되었다. 또한, 지연 파괴의 발생 시간 또는 지연 파괴의 발생의 유무는, 잔류 응력과 상관이 보였다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공의 각(各) 굽힘각을 변화시킨 경우의, 굽힘-굽힘 되돌림으로 도입한 최대의 소성 변형량과, 지연 파괴의 발생의 유무, 그리고 지연 파괴의 발생 시간의 관계를 조사한 예이다.

표 3은, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 레벨링으로 행한 경우의 예이다.

단, 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의 최종적인 굽힘 외측은 전단 단면에 있어서의 처짐측이 되도록 했다. 또한, 최대의 소성 변형량은 0.005로 했다.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전단 단면의 윤곽선과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 각이 0도 내지 85도에서, 90도의 경우에 비해, 지연 파괴의 발생이 억제되는 것이 확인되었다. 즉, 90도보다 작은 경우, 90도의 경우에 비해, 지연 파괴의 발생이 억제되는 것이 확인되었다. 특히 전단 단면의 윤곽선과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 굽힘각이 0도 내지 75도인 경우, 현저한 효과가 얻어졌다.

또한, 표 3에 나타내는 실시예에 있어서는, 레벨링의 경우에 있어서, 전단 단면의 윤곽선과 굽힘 굽힘 되돌림의 굽힘 방향이 이루는 각의 영향에 대해서 설명했다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되는 것이 아니다. 프레스 성형에 의한 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서도, 또한 소성 변형량이 0.005와 상이한 경우에서도 상기 각도 범위에 있어서 양호한 결과가 얻어진다.

(실시예 3)

실시예 3에서는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공을 프레스 성형, 레벨링으로 행하는 경우에 있어서, 각각, 상기 지연 파괴의 발생 시간 또는 지연 파괴의 발생의 유무와, 잔류 응력을 나타내고 있다. 이 실시예 3에서는, 굽힘 굽힘 되돌림의 최종적인 굽힘 외측이 버어측이 되는 경우와, 최종적인 굽힘 외측이 처짐측이 되는 경우에 대해서 기재했다. 단 최대의 소성 변형량은 0.003으로 했다. 또한, 굽힘 방향과 전단 단면(10A)이 이루는 각은 0도로 했다.

그 결과를 표 4에 나타낸다.

여기에서, 표 4에서는, X선에 의한 측정은 측정 범위를 직경 250㎛로 하고, 판두께의 버어측과 처짐측의 각각에 대해서, 판 표면으로부터 0.25㎜의 위치에 대해서 측정했다. 그 측정은, 전단 가공 후의 전단 단면(10A)과 평행 방향에 대하여 측정했다. 전자를 버어측 잔류 응력으로 하고, 후자를 처짐측 잔류 응력으로 했다.

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 굽힘 굽힘 되돌림의 최종적인 굽힘 내측에서는 잔류 응력이 증가하여 인장측을 향하는 경향이 있다. 한편으로, 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 최종적인 굽힘 외측에는 잔류 응력이 감소하여 압축측을 향하는 경향이 있었다.

그 차이는 프레스 가공에 의한 굽힘 굽힘 되돌림의 경우의 쪽이, 레벨링 가공보다도 컸다. 그 이유는, 레벨링 가공에 있어서는, 가공의 개시에서 종료에 걸쳐, 서서히 굽힘 굽힘 되돌림의 변형량이 줄어가기 때문에, 판두께 방향의 응력의 차이가 평준화되어 있었기 때문이다.

또한, 지연 파괴의 발생까지의 시간에 대해서는, 버어측의 잔류 응력이 낮을수록 길어졌다. 이는 버어측의 쪽이 원래의 잔류 응력이 높은 것에 더하여, 버어나 표면 성상의 거침의 영향으로 지연 파괴가 생기기 쉬운 부위이기 때문이다.

따라서, 굽힘 굽힘 되돌림의 최종적인 굽힘 외측이 전단 단면의 버어측이 되도록 함으로써, 더 한층의 지연 파괴의 억제를 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다.

여기에서, 본원이 우선권을 주장하는, 일본특허출원 2021-146245(2021년 09월 08일 출원)의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다. 여기에서는, 한정된 수의 실시 형태를 참조하면서 설명했지만, 권리 범위는 그들에 한정되는 것이 아니고, 상기의 개시에 기초하는 각 실시 형태의 개변은 통상의 기술자에게 있어서 자명한 것이다.

1 : 블랭크재 제조 공정
1A : 전단 공정
1B : 단면 개선 공정(지연 파괴 특성 개선 방법)
2 : 프레스 성형 공정
10 : 금속판
10A : 전단 단면
θ : 굽힘의 각도

Claims (11)

1. 판 단부의 적어도 일부에 전단 단면을 갖고 또한 고강도 강판으로 이루어지는 금속판의 지연 파괴 특성을 개선하는 지연 파괴 특성 개선 방법으로서,
   상기 금속판의 상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 소성 변형을 부여하는
   것을 특징으로 하는 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소성 변형에서, 상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 단면의 연재 방향을 따른 방향의, 0보다 큰 소성 변형을 부여하는
   것을 특징으로 하는 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 소성 변형의 부여는, 굽힘 굽힘 되돌림 가공으로 행해지는 것을 특징으로 하는
   금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의, 각 굽힘의 각도를 90도 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 프레스 성형에 의한 굽힘 가공에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공은, 복수의 롤을 이용한 레벨링 가공에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 굽힘 굽힘 되돌림 가공에 있어서의 최후의 굽힘에 대해서, 굽힘 외측이, 전단 단면의 버어측이 되도록 설정한, 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판은, 인장 강도가 980㎫ 이상의 강판인, 금속판의 지연 파괴 특성 개선 방법.
9. 프레스 성형용의 블랭크재의 제조 방법으로서,
   금속판에 전단 가공을 실시하는 공정과,
   상기 전단 가공을 실시하는 공정의 후의 공정으로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 지연 파괴 특성 개선 방법에 의해, 전단 단면에 소성 변형을 부여하는 공정
   을 구비하는 블랭크재의 제조 방법.
10. 고강도 강판으로 이루어지는 금속판을 프레스 성형하여 성형품을 제조하는 방법으로서,
    금속판에 전단 가공을 실시하는 공정과,
    상기 전단 가공을 실시하는 공정의 후의 공정으로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 지연 파괴 특성 개선 방법에 의해, 전단 단면에 소성 변형을 부여하는 공정
    을 구비하는 프레스 성형품의 제조 방법.
11. 판 단부의 적어도 일부에 전단 단면을 갖고 또한 고강도 강판으로 이루어지는 금속판을 가공하여 이루어지는 프레스 성형품으로서,
    상기 전단 단면의 적어도 일부에 대하여, 단면의 연재 방향을 따른 방향의, 0보다 큰 소성 변형이 부여되어 있는
    것을 특징으로 하는 프레스 성형품.