WO2023121042A1 - 성형부품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모재를 성형하여 제1 상부플랜지와 상기 제1 상부플랜지의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 웨브부재를 포함하는 제1 성형품을 성형하는 제1 성형단계; 및 상기 제1 성형품을 압축시켜 제2 상부플랜지와 제2 상부플랜지의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 웨브부재를 포함하는 제2 성형품을 성형하는 제2 성형단계;를 포함하고, 폭방향단면 상에서 상기 제1 상부플랜지의 길이는 상기 제2 상부플랜지의 길이보다 길고, 상기 제1 웨브부재의 길이는 상기 제2 웨브부재의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 성형부품 제조방법을 제공한다.

Description

성형부품 제조방법

본 발명은 성형부품 제조방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

자동차 구조용 부품은 고강도 형상부재, 고강성부재, 압축충돌부재, 굽힘 충돌부재 등 다양한 목적에 따라 개발된다. 특히 다수의 부품이 부착되고 복합적인 충돌 하중을 지지하는 부품은 단일부품 내에서 서로 다른 충돌 특성을 동시에 보유해야 한다. 사이드 멤버를 예로 보면, 충돌 시에 하중 인접영역은 붕괴하면서 충돌 에너지를 흡수해야 하고, 하중과 떨어진 영역은 충돌 에너지를 지지해야 한다.

단일부품에 서로 다른 충돌 특성을 부여하기 위해서는, 부품을 구성하는 영역별로 단면을 다르게 설계하여 외부 하중에 저항하는 단면모멘트가 다르게 하고, 충돌 시 에너지를 흡수하는 영역의 표면에 국부적인 단차를 부여하여 순차적인 붕괴를 유도하는 것을 고려할 수 있다.

서로 다른 충돌 특성을 동시에 가지는 부품의 제조 방법으로 열간프레스 성형기술이 대표적이다. 열간프레스 성형기술은, 가열설비가 넓은 공간을 차지하고 초기 설비 투자 비용이 높은 단점에도 불구하고, 상대적으로 연성이 높고 흐름 응력이 낮은 고온 조건에서 성형을 하기 때문에, 냉간 대비 성형성 및 형상동결성이 우수하여 다수의 신차 플랫폼에 적용되고 있다.

최근에는 한번의 프레스작업에서 2~4개의 부품을 동시에 성형하는 기술을 적용하면서 원가절감을 도모하고 있지만, 원 소재의 높은 가격은 여전히 차체 원가를 높이는 원인이 되고 있다. 이러한 사유로 글로벌 자동차사 및 부품사는 원가절감을 위해 열간프레스 성형기술이 적용된 차체 부품 중 일부를 냉간프레스 성형공법으로 대체하고자 지속적으로 시도하고 있다.

글로벌 철강사들도 이러한 요구에 대응하여 인장강도 1000MPa급의 고강도(기가스틸)를 가지면서 연성도 우수한 강재와 이러한 강종에 적합한 신성형기술을 개발하고 있다. 하지만 이종의 충돌 특성을 가지는 부품은 깊이가 깊고, 단면이 변하고, 상하좌우로 휘어지는 등 형상이 매우 복잡하기 때문에, 상대적으로 연성이 부족한 기가스틸을 냉간 스탬핑으로 성형하는 경우 네킹, 균열(크랙), 주름, 형상동결성 등의 문제가 심각한 상황이다.

상기의 문제 중에서 형상동결성은 성형 후 부품이 금형에서 이형될 때 탄성회복에 의해 형상이 변하는 스프링백 문제인데, 스프링백의 종류로는 펀치R부 벌어짐, 벽부휨, 단면비틀림 등이 있다. 이러한 스프링백의 크기는 강도가 높을수록 증가하는데, 기가스틸의 냉간 스탬핑으로 만들어진 부품의 적용이 확대되기 위해서는 반드시 해결되어야 할 중요한 문제이다. 스프링백은 두께방향의 응력불균일과 압축 잔류응력이 주요한 원인이므로 알려져 있으며 이를 해소하기 위한 다양한 솔루션의 검토가 필요하다.

(특허문헌 1) KR 10-1995-0003541 B1

본 발명은 일 측면으로서, 형상보정이 가능한 수준으로 스프링백이 해소되어 형상동결성이 우수한 성형부품 제조방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 모재를 성형하여 제1 상부플랜지와 상기 제1 상부플랜지의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 웨브부재를 포함하는 제1 성형품을 성형하는 제1 성형단계; 및 상기 제1 성형품을 압축시켜 제2 상부플랜지와 제2 상부플랜지의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 웨브부재를 포함하는 제2 성형품을 성형하는 제2 성형단계;를 포함하고, 폭방향단면 상에서 상기 제1 상부플랜지의 길이는 상기 제2 상부플랜지의 길이보다 길고, 상기 제1 웨브부재의 길이는 상기 제2 웨브부재의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 성형부품 제조방법을 제공한다.

폭방향단면 상에서 상기 제1 상부플랜지의 길이는 상기 제2 상부플랜지의 길이의 105% 이상 120% 이하이고, 폭방향단면 상에서 상기 제1 웨브부재의 길이는 상기 제2 웨브부재의 길이의 105% 이상 120% 이하일 수 있다.

상기 제2 성형단계는, 상기 제1 상부플랜지와 상기 제1 웨브부재 사이의 제1 경계지점과, 상기 제2 상부플랜지와 상기 제2 웨브부재 사이의 제2 경계지점이 겹쳐진 상태에서 성형이 개시될 수 있다.

상기 제2 성형단계는, 상기 제1 경계지점과 상기 제2 경계지점의 겹쳐진 겹침부분의 양면이 금형에 의해 가압된 상태에서 성형이 진행될 수 있다.

상기 제1 성형품은, 상기 제1 상부플랜지와 상기 제1 웨브부재 사이의 제1 경계지점의 주변이 곡선구간일 수 있다.

상기 제1 성형품은, 상기 제1 상부플랜지와 상기 제1 웨브부재 사이의 제1 경계지점의 주변이 직선구간일 수 있다.

상기 제2 성형단계는, 상기 제2 웨브부재에 전후방향을 따라 돌출면과 내입면이 교번적으로 형성되고, 상기 돌출면과 상기 내입면의 사이는 경사면에 의해 연결되는 세로비드부를 형성할 수 있다.

상기 세로비드부는 상기 제2 웨브부재에 형성되고, 상기 제2 웨브부재가 상기 제2 상부플랜지에서 멀어지는 방향으로 볼록하게 돌출된 외측돌출부분에 형성될 수 있다.

상기 세로비드부는, 상기 제2 웨브부재의 전후방향으로 2 ~ 8 개가 이격 배치될 수 있다.

상기 세로비드부는, 상기 내입면의 전후방향 길이는 상기 모재의 두께의 5배 이상, 상기 모재의 두께의 30배 이하의 범위를 가질 수 있다.

상기 세로비드부는, 상기 돌출면의 연장선과 상기 내입면의 연장선 사이의 이격거리는 상기 모재의 두께의 2배 이상, 상기 모재의 두께의 10배 이하의 범위를 가질 수 있다.

상기 세로비드부는, 상기 돌출면의 전후방향 길이는 상기 모재의 두께의 5배 이상, 상기 모재의 두께의 30배 이하의 범위를 가질 수 있다.

상기 세로비드부는, 상기 돌출면과 상기 내입면의 경계부분에는 호상의 어깨부분이 형성되고, 상기 어깨부분의 곡률반경은 상기 모재의 두께의 4배 이상 10배 이하의 범위를 가질 수 있다.

상기 제2 성형품은 전후방향으로 연장 형성되고, 상기 전후방향 위치에 따라 상기 제2 성형품의 상하방향 및 좌우방향 단면의 위치가 가변될 수 있다.

상기 제2 성형품은 상기 제2 상부플랜지가 상하방향으로 80 ~ 200 mm 범위의 제1 위치가변구간을 가지고, 상기 제2 성형품은 상기 제2 상부플랜지가 좌우방향으로 40 ~ 120 mm 범위의 제2 위치가변구간을 가질 수 있다.

상기 모재의 두께는 1.2 ~ 1.8 mm의 범위를 가지는 강판이고, 상기 모재는 980MPa 이상의 인장강도를 강재일 수 있다.

상기 제1 성형단계와 상기 제2 성형단계에서 냉간성형 방법이 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 형상보정이 가능한 수준으로 스프링백이 해소되어 형상동결성이 우수한 효과가 있다.

도 1a는 제1 성형단계의 제1 성형품은 실선으로 도시하고, 제2 성형단계의 제2 성형품은 점선으로 도시한 도면이다.

도 1b는 제2 성형단계의 제2 성형품은 실선으로 도시하고, 제1 성형단계의 제1 성형품은 점선으로 도시한 도면이다.

도 2a는 본 발명의 제1 성형품과 대비되는 비교예의 제1 성형품을 도시한 도면이다.

도 2b는 도 2a의 비교예와 대비되는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 성형품을 도시한 도면이다.

도 2c는 도 2a의 비교예와 대비되는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 성형품을 도시한 도면이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 의해 제작된 제2 성형품의 사시도이다.

도 3b는 도 3a의 A-A' 방향 및 B-B' 방향 단면도이다.

도 4a는 도 3a의 C-C' 방향의 단면도의 일례이다.

도 4b는 도 3a의 C-C' 방향의 단면도의 다른 일례이다.

도 5a는 제1 성형단계를 거치지 않은 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 5b는 제1 성형단계를 거친 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 6a는 제2 성형단계에서 세로비드부가 형성되지 않은 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 6b는 제2 성형단계에서 세로비드부가 형성된 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 7a는 제2 성형단계에서 형성된 세로비드부의 간격이 과다한 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 7b는 제2 성형단계에서 형성된 세로비드부의 간격이 양호한 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 8은 발명의 성형부품 제조방법이 적용되지 않은 비교예와, 본 발명의 성형부품 제조방법이 적용된 실시예의 다양한 성능개선사항을 비교한 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 도 8의 비교예와 실시예의 펀치R부 벌어짐 각도를 비교한 도면이다.

도 10a 및 도 10b는 도 8의 비교예와 실시예의 벽부휨의 곡률반경을 비교한 도면이다.

도 11a 및 도 11b는 도 8의 비교예와 실시예의 단면비틀림의 각도를 비교한 도면이다.

도 12a는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 의해 제작된 제2 성형품의 측면도이다.

도 12b는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 의해 제작된 제2 성형품의 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제조방법은 제1, 2 성형품 등을 좌우방향, 상하방향, 전후방향으로 도시하고, 발명의 상세한 설명에도 좌우방향, 상하방향, 전후방향의 용어를 사용하여 설명을 하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 본 발명의 제조방법의 기술적 특징이 이러한 방향에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.

이하에서, 첨부된 도면에 도시된 X축은 제1, 2 성형품 등의 전후방향이고, Y축은 제1, 2 성형품 등의 좌우방향이고, Z축은 제1, 2 성형품 등의 상하방향이다. 길이방향 단면은 X-Z 축상의 단면이고, 폭방향단면은 Y-Z축 상의 단면이다.

이하, 도 1a 내지 도 1b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 포함된 구성요소들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1a는 제1 성형단계의 제1 성형품(100)은 실선으로 도시하고, 제2 성형단계의 제2 성형품(200)은 점선으로 도시한 도면이고, 도 1b는 제2 성형단계의 제2 성형품(200)은 실선으로 도시하고, 제1 성형단계의 제1 성형품(100)은 점선으로 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 성형부품 제조방법은 제1 성형단계 및 제2 성형단계를 포함할 수 있다.

제1 성형단계는 모재를 성형하여 제1 상부플랜지(110)와 제1 상부플랜지(110)의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 웨브부재(130)를 포함하는 제1 성형품(100)을 성형할 수 있다.

물론, 제1 성형품(100)에는 제1 웨브부재(130)에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 제1 하부플랜지(150)가 형성될 수 있다. 일례로, 제1 웨브부재(130)는 상하방향 하측의 만곡부분을 포함하고, 제1 하부플랜지(150)는 직선구간만을 포함할 수 있다.

제2 성형단계는 제1 성형품(100)을 압축시켜 제2 상부플랜지(210)와 제2 상부플랜지(210)의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 웨브부재(230)를 포함하는 제2 성형품(200)을 성형할 수 있다.

물론, 제2 성형품(200)에는 제2 웨브부재(230)에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 제2 하부플랜지(250)가 형성될 수 있다. 일례로, 제2 웨브부재(230)는 상하방향 하측의 만곡부분을 포함하고, 제2 하부플랜지(250)는 직선구간만을 포함할 수 있다.

폭방향단면 상에서 제1 상부플랜지(110)의 길이는 제2 상부플랜지(210)의 길이보다 길고, 제1 웨브부재(130)의 길이는 제2 웨브부재(230)의 길이보다 길 수 있다.

제2 성형단계는 제1 성형품(100)을 압축시켜 제2 성형품(200)의 최종단면과 일치시키는 단계일 수 있다. 제2 성형단계가 종료되면 제1 성형품(100)은 최종제품과 최종단면과 일치하는 제2 성형품(200)으로 성형될 수 있다. 즉, 제2 성형품(200)은 최종제품일 수 있다.

본 발명의 성형부품의 성형부품 제조방법은 냉간프레스 성형공법이 적용될 수 있다.

폭방향단면 상에서 제1 상부플랜지(110)의 길이는 제2 상부플랜지(210)의 길이의 105% 이상 120% 이하이고, 폭방향단면 상에서 제1 웨브부재(130)의 길이는 제2 웨브부재(230)의 길이의 105% 이상 120% 이하일 수 있다.

제1 성형품(100)이 압축되어 제2 성형품(200)으로 성형되면서, 제1 상부플랜지(110)는 제2 상부플랜지(210)로 압축되고, 제1 웨브부재(130)는 제2 웨브부재(230)로 압축될 수 있다.

제1 상부플랜지(110)의 길이가 제2 상부플랜지(210)의 길이의 105% 미만일 경우, 인장잔류응력의 유도가 어려워지고, 제1 상부플랜지(110)의 길이가 제2 상부플랜지(210)의 길이의 120% 초과할 경우, 제2 상부플랜지(210)에 주름이 발생되면서 제2 성형품(200)에 하자가 발생될 가능성이 높아지는 문제점이 있다.

제1 웨브부재(130)의 길이가 제2 웨브부재(230)의 길이의 105% 미만일 경우, 인장잔류응력의 유도가 어려워지고, 제1 웨브부재(130)의 길이가 제2 웨브부재(230)의 길이의 120% 초과할 경우, 제2 웨브부재(230)에 주름이 발생되면서 제2 성형품(200)에 하자가 발생될 가능성이 높아지는 문제점이 있다.

도 2a는 본 발명의 제1 성형품(100)과 대비되는 비교예의 제1 성형품(100)을 도시한 도면이고, 도 2b는 도 2a의 비교예와 대비되는 본 발명의 실시예에 따른 제1 성형품(100)을 도시한 도면이며, 도 2c는 도 2a의 비교예와 대비되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 성형품(100)을 도시한 도면이다.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1 성형품(100)과 대비되는 비교예의 제1 성형품(100)의 경우는 제1 상부플랜지(110)와 제1 웨브부재(130) 사이의 제1 경계지점과 제2 상부플랜지(210)와 제2 웨브부재(230) 사이의 제2 경계지점이 겹쳐지지 않는 것을 알 수 있다.

제1 상부플랜지(110)가 제2 상부플랜지(210)로 압축성형되는 제1 압축구간과. 제1 웨브부재(130)가 제2 웨브부재(230)로 압축성형되는 제2 압축구간이 구분되지 않게 됨으로써, 제1 압축구간과 제2 압축구간이 서로 밀리는 등의 현상에 의해 제2 성형품(200)에 주름이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.

도 2b 및 도 2c를 참조하면, 제2 성형단계는, 제1 상부플랜지(110)와 제1 웨브부재(130) 사이의 제1 경계지점과, 제2 상부플랜지(210)와 제2 웨브부재(230) 사이의 제2 경계지점이 겹쳐진 상태에서 성형이 개시될 수 있다.

제1 성형품(100)은 제1 상부플랜지(110)와 제1 웨브부재(130)의 제1 경계지점이 형성되고, 제2 성형품(200)은 제2 상부플랜지(210)와 제2 웨브부재(230)의 제2 경계지점이 형성될 수 있다.

제1 경계지점과 제2 경계지점이 겹쳐진 상태로 성형이 이루어지면서, 제1 상부플랜지(110)가 제2 상부플랜지(210)로 압축성형되는 제1 압축구간과. 제1 웨브부재(130)가 제2 웨브부재(230)로 압축성형되는 제2 압축구간이 구분된 상태에서 압축성형이 진행될 수 있다.

제2 성형단계는, 제1 경계지점과 제2 경계지점의 겹쳐진 겹침부분의 양면이 금형에 의해 가압된 상태에서 성형이 진행될 수 있다.

제2 성형단계는, 제1 경계지점과 제2 경계지점이 겹쳐진 겹침부분의 양면이 금형에 의해 가압된 상태에서 성형이 진행됨으로써, 제1 상부플랜지(110)가 제2 상부플랜지(210)로 압축성형되는 구간과, 제1 웨브부재(130)가 제2 웨브부재(230)로 압축성형되는 구간이 구분된 상태에서 겹침부분이 금형에 의해 견고하게 고정될 수 있다.

따라서, 제1 압축구간 및 제2 압축구간이 견고하게 고정된 상태에서 압축성형이 진행됨으로써, 제1 압축구간이 제2 압축구간으로 밀리는 등의 현상에 의해 제2 성형품(200)에 주름이 빈번하게 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 제1 성형품(100)은, 제1 상부플랜지(110)와 제1 웨브부재(130) 사이의 제1 경계지점의 주변이 곡선구간일 수 있다.

도 2c를 참조하면, 제1 성형품(100)은, 제1 상부플랜지(110)와 제1 웨브부재(130) 사이의 제1 경계지점의 주변이 직선구간일 수 있다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 의해 제작된 제2 성형품(200)의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A' 방향 및 B-B' 방향 단면도이다.

도 4a는 도 3a의 C-C' 방향의 단면도의 일례이고, 도 4b는 도 3a의 C-C' 방향의 단면도의 다른 일례이다.

제2 성형품(200)은 전후방향을 따라 단면의 크기가 가변될 수 있다. 제2 성형품(200)은 성형부품을 구성하는 영역별로 단면을 다르게 설계하여 외부하중에 저항하는 단면모멘트를 다르게 하고, 충돌시 에너지를 흡수하는 영역의 표면에 국부적인 단차를 부여하여 순차적인 붕괴를 유도할 수 있다.

제2 성형단계는, 제2 웨브부재(230)에 전후방향을 따라 돌출면(271)과 내입면(273)이 교번적으로 형성되고, 돌출면(271)과 내입면(273)의 사이는 경사면(275)에 의해 연결되는 세로비드부(270)를 형성할 수 있다.

세로비드부(270)는 제2 웨브부재(230)의 전후방향으로 이격하여 복수 개가 형성되고, 세로비드부(270)는 상하방향으로 내입면(273)이 연장 형성되고, 상하방향으로 돌출면(271)이 연장 형성될 수 있다.

세로비드부(270)는 제2 웨브부재(230)의 전후방향으로 이격하여 복수 개가 형성됨으로써, 제2 웨브부재(230)의 강성을 증가시켜 단면비틀림을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 형상보정이 가능한 수준으로 스프링백이 해소되면서 형상동결성(shape holdability)이 우수한 최종제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

여기서, 스프링백은 성형 후 성형부품이 금형에서 이탈될 때, 탄성회복에 의해 형상이 변하는 현상이고, 스프링백이 감소하면 형상동결성이 우수해질 수 있다.

일례로, 스프링백 등으로 인한 단면비틀림의 각도를 3도 이하로 저감시키는 것이 바람직할 수 있다.

세로비드부(270)는 제2 웨브부재(230)에 형성되고, 제2 웨브부재(230)가 제2 상부플랜지(210)에서 멀어지는 방향으로 볼록하게 돌출된 외측돌출부분(290)에 형성될 수 있다. 외측돌출부분(290)은 제2 웨브부재(230)가 좌우방향으로 외측으로 볼록하게 돌출된 부분이다.

제2 웨브부재(230)에서 좌우방향으로 외측으로 볼록하게 돌출된 외측돌출부분(290)에 형성됨으로써, 세로비드부(270)가 외측돌출부분(290)에서 압축잔류응력을 인장잔류응력으로 바꿔주는 역할을 하여 외측돌출부분(290)에서 스프링백을 안정적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

세로비드부(270)는, 제2 웨브부재(230)의 전후방향으로 2 ~ 8 개가 이격 배치될 수 있다. 세로비드부(270)가 적어도 2개 이상이 연속적으로 배치되어야 인장잔류응력의 유도가 가능하고, 세로비드부(270)가 8개를 초과할 경우, 전단균열의 위험성이 커질 수 있다.

세로비드부(270)는, 내입면의 전후방향 길이(L1)는 모재의 두께의 5배 이상, 모재의 두께의 30배 이하의 범위를 가질 수 있다.

내입면의 전후방향 길이(L1)가 모재의 두께의 5배 미만일 경우, 네킹, 균열의 위험성이 커질 수 있고, 내입면의 전후방향 길이(L1)가 모재의 두께의 30배를 초과할 경우, 인장잔류응력의 유도가 어려워질 수 있다.

세로비드부(270)는, 돌출면(271)의 연장선과 내입면(273)의 연장선 사이의 이격거리(L2)는 모재의 두께의 2배 이상, 모재의 두께의 10배 이하의 범위를 가질 수 있다.

돌출면(271)의 연장선과 내입면(273)의 연장선 사이의 이격거리(L2)는 모재의 두께의 2배 미만의 경우는 단면강성의 증가가 미미하여 강성보강이 효율적이지 못하고, 돌출면(271)의 연장선과 내입면(273)의 연장선 사이의 이격거리(L2)는 모재의 두께의 10배를 초과할 경우, 네킹, 균열의 위험성이 커질 수 있다.

세로비드부(270)는, 돌출면의 전후방향 길이(L3)는 모재의 두께의 5배 이상, 모재의 두께의 30배 이하의 범위를 가질 수 있다.

돌출면의 전후방향 길이(L3)는 모재의 두께의 5배 미만일 경우, 네킹, 균열의 위험성이 커질 수 있고, 돌출면의 전후방향 길이(L3)는 모재의 두께의 30배를 초과할 경우, 재료의 수율이 저하될 수 있다.

도 4a는 도 3a의 C-C' 방향의 단면도의 일례이고, 도 4b는 도 3a의 C-C' 방향의 단면도의 다른 일례이다. 도 4a와 도 4b의 경우는, 돌출면의 전후방향 길이(L3)는 동일하고, 돌출면(271)의 연장선과 내입면(273)의 연장선 사이의 이격거리(L2)는 동일하다. 도 4b의 경우는 도 4a에 비해, 내입면의 전후방향 길이(L1)가 2배 정도 길게 형성되어 있다.

세로비드부(270)는, 돌출면(271)과 내입면(273)의 경계부분에는 호상의 어깨부분(277)이 형성되고, 어깨부분(277)의 곡률반경은 모재의 두께의 4배 이상 10배 이하의 범위를 가질 수 있다.

어깨부분(277)의 곡률반경이 모재의 두께의 4배 미만일 경우, 벤딩균열의 위험성이 커지고, 어깨부분(277)의 곡률반경이 모재의 두께의 10배를 초과할 경우, 인장잔류응력의 유도가 미미해지고, 단면강성의 증가가 미미해질 수 있다.

이하에서는 도 5a 내지 도 7b를 참조하여, 스프링백의 발생의 정도를 비교하여 설명하기로 한다. 도 5a 내지 도 7b에서는 스프링백이 발생하지 않은 상태를 점선으로 도시하고, 스프링백이 발생한 상태를 실선으로 도시하였다.

도 5a는 제1 성형단계를 거치지 않은 비교예(E1)의 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이고, 도 5b는 제1 성형단계를 거친 실시예(E2)의 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 5a, 도 5b를 참조하면, 제1 성형단계를 거치지 않은 비교예(E1)의 경우가 제1 성형단계를 거친 실시예(E2)의 경우에 비해 스프링백이 심하게 발생하면서 최종제품의 형상과 치수오차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.

도 6a는 제2 성형단계에서 세로비드부(270)가 형성되지 않은 비교예(E1)의 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이고, 도 6b는 제2 성형단계에서 세로비드부(270)가 형성된 실시예(E2)의 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 6a, 도 6b를 참조하면, 제2 성형단계에서 세로비드부(270)가 형성되지 않은 비교예(E1)의 경우가 제2 성형단계에서 세로비드부(270)가 형성된 실시예(E2)의 경우에 비해 스프링백이 심하게 발생하면서 최종제품의 형상과 치수오차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.

도 7a는 제2 성형단계에서 형성된 세로비드부(270)의 간격이 과다한 비교예(E1)의 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이고, 도 7b는 제2 성형단계에서 형성된 세로비드부(270)의 간격이 양호한 실시예(E2)의 경우의 스프링백 상태를 도시한 도면이다.

도 7a, 도 7b를 참조하면, 제2 성형단계에서 형성된 세로비드부(270)의 간격이 과다한 비교예(E1)의 경우가 제2 성형단계에서 형성된 세로비드부(270)의 간격이 양호한 실시예(E2)의 경우에 비해 스프링백이 심하게 발생하면서 최종제품의 형상과 치수오차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.

이하에서는 도 8 내지 도 11b를 참조하여, 성형부품 제조방법이 적용되지 않은 비교예(E1)와, 본 발명의 성형부품 제조방법이 적용된 실시예(E2)의 다양한 성능개선사항을 비교하여 설명하기로 한다.

도 8은 발명의 성형부품 제조방법이 적용되지 않은 비교예(E1)와, 본 발명의 성형부품 제조방법이 적용된 실시예(E2)의 다양한 성능개선사항을 비교한 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 도 8의 비교예(E1)와 실시예(E2)의 펀치R부의 벌어짐 각도(S)를 비교한 도면이다. 도 9a 내지 도 9b에서는 펀치R부 벌어짐이 발생하지 않은 상태를 점선으로 도시하고, 펀치R부 벌어짐이 발생한 상태를 실선으로 도시하였다.

도 9a, 도 9b를 참조하면, 비교예(E1)의 경우 펀치R부의 벌어짐 각도(S)가 12도이고, 실시예(E2)의 경우 펀치R부의 벌어짐 각도(S)가 2도이다. 비교예(E1)가 스프링백이 심하게 발생하여 펀치R부의 벌어짐 각도(S)가 커지면서 최종제품의 형상과 치수오차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 도 8의 비교예(E1)와 실시예(E2)의 벽부휨의 곡률반경(T)을 비교한 도면이다. 도 10a 내지 도 10b에서는 벽부휨이 발생하지 않은 상태를 점선으로 도시하고, 벽부휨이 발생한 상태를 실선으로 도시하였다.

도 10a, 도 10b를 참조하면, 비교예(E1)의 경우 벽부휨의 곡률반경(T)이 150mm이고, 실시예(E2)의 경우 벽부휨의 곡률반경(T)이 300mm이다. 비교예(E1)가 스프링백이 심하게 발생하여 벽부휨의 곡률반경(T)이 작아지면서 벽부휨이 크게 발생하여 최종제품의 형상과 치수오차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 도 8의 비교예(E1)와 실시예(E2)의 단면비틀림의 각도(U)를 비교한 도면이다. 도 11a 내지 도 11b에서는 단면비틀림이 발생하지 않은 상태를 점선으로 도시하고, 단면비틀림이 발생한 상태를 실선으로 도시하였다.

도 11a, 도 11b를 참조하면, 비교예(E1)의 단면비틀림의 각도(U)가 9도이고, 실시예(E2)의 경우 단면비틀림의 각도(U)가 2도이다. 비교예(E1)가 스프링백이 심하게 발생하여 단면비틀림 각도가 커지면서 최종제품의 형상과 치수오차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.

도 12a는 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 의해 제작된 제2 성형품(200)의 측면도이다.

도 12b는 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 성형부품 제조방법에 의해 제작된 제2 성형품(200)의 평면도이다.

제2 성형품(200)은 전후방향으로 연장 형성되고, 전후방향 위치에 따라 제2 성형품(200)의 상하방향 및 좌우방향 단면의 위치가 가변될 수 있다.

제2 성형품(200)은 제2 상부플랜지(210)가 상하방향으로 80 ~ 200 mm 범위의 제1 위치가변구간을 가지고, 제2 성형품(200)은 제2 상부플랜지(210)가 좌우방향으로 40 ~ 120 mm 범위의 제2 위치가변구간을 가질 수 있다

일례로, 제2 성형품(200)은 제2 상부플랜지(210)의 좌우방향 중앙부분을 기준으로 상하방향으로 가장 상측부분에서 가장 하측부분의 차이가 80 ~ 200 mm의 범위를 가지고, 제2 성형품(200)은 제2 상부플랜지(210)의 좌우방향 중앙부분을 기준으로 좌우방향으로 가장 좌측부분에서 가장 우측부분의 차이가 40 ~ 120 mm의 범위를 가질 수 있다.

모재의 두께는 1.2 ~ 1.8 mm의 범위를 가지는 강판이고, 모재는 980MPa 이상의 인장강도를 강재일 수 있다.

제1 성형단계와 제2 성형단계에서 냉간성형 방법이 적용될 수 있다. 제1 성형단계와 제2 성형단계가 적용되는 냉간성형 방법으로는 냉간스템핑 성형방법 또는 냉간프레스 성형방법 등의 적용될 수 있다.

본 발명의 성형부품 제조방법은 제1 성형단계, 제2 성형단계에서 냉간성형 방법을 적용하여 설비투자비용이 과도한 열간성형 방법과는 달리 설비투자비용을 절감하고, 동시에 제조된 성형부품이 형상보정이 가능한 수준으로 스프링백이 해소되어 형상동결성이 우수한 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

[부호의 설명]

100: 제1 성형품 110: 제1 상부플랜지

130: 제1 웨브부재 150: 제1 하부플랜지

200: 제2 성형품 210: 제2 상부플랜지

230: 제2 웨브부재 250: 제2 하부플랜지

270: 세로비드부 271: 돌출면

273: 내입면 275: 경사면

277: 어깨부분 290: 외측돌출부분

E1: 비교예 E2: 실시예

L1: 내입면의 전후방향 길이

L2: 돌출면의 연장선과 내입면의 연장선 사이의 이격거리

L3: 돌출면의 전후방향 길이

P1: 제1 경계지점 P2: 제2 경계지점

S: 펀치R부 벌어짐 각도 T: 벽부휨의 곡률반경

U: 단면비틀림의 각도

Claims (17)

1. 모재를 성형하여 제1 상부플랜지와 상기 제1 상부플랜지의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 웨브부재를 포함하는 제1 성형품을 성형하는 제1 성형단계; 및

   상기 제1 성형품을 압축시켜 제2 상부플랜지와 제2 상부플랜지의 좌우방향 양단부에서 교차되는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 웨브부재를 포함하는 제2 성형품을 성형하는 제2 성형단계;를 포함하고,

   폭방향단면 상에서 상기 제1 상부플랜지의 길이는 상기 제2 상부플랜지의 길이보다 길고, 상기 제1 웨브부재의 길이는 상기 제2 웨브부재의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 성형부품 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   폭방향단면 상에서 상기 제1 상부플랜지의 길이는 상기 제2 상부플랜지의 길이의 105% 이상 120% 이하이고,

   폭방향단면 상에서 상기 제1 웨브부재의 길이는 상기 제2 웨브부재의 길이의 105% 이상 120% 이하인 성형부품 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 성형단계는,

   상기 제1 상부플랜지와 상기 제1 웨브부재 사이의 제1 경계지점과, 상기 제2 상부플랜지와 상기 제2 웨브부재 사이의 제2 경계지점이 겹쳐진 상태에서 성형이 개시되는 성형부품 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 성형단계는,

   상기 제1 경계지점과 상기 제2 경계지점의 겹쳐진 겹침부분의 양면이 금형에 의해 가압된 상태에서 성형이 진행되는 성형부품 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 성형품은,

   상기 제1 상부플랜지와 상기 제1 웨브부재 사이의 제1 경계지점의 주변이 곡선구간인 성형부품 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 성형품은,

   상기 제1 상부플랜지와 상기 제1 웨브부재 사이의 제1 경계지점의 주변이 직선구간인 성형부품 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 성형단계는,

   상기 제2 웨브부재에 전후방향을 따라 돌출면과 내입면이 교번적으로 형성되고, 상기 돌출면과 상기 내입면의 사이는 경사면에 의해 연결되는 세로비드부를 형성하는 성형부품 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 세로비드부는 상기 제2 웨브부재에 형성되고, 상기 제2 웨브부재가 상기 제2 상부플랜지에서 멀어지는 방향으로 볼록하게 돌출된 외측돌출부분에 형성되는 성형부품 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 세로비드부는,

   상기 제2 웨브부재의 전후방향으로 2 ~ 8 개가 이격 배치되는 성형부품 제조방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 세로비드부는,

    상기 내입면의 전후방향 길이는 상기 모재의 두께의 5배 이상, 상기 모재의 두께의 30배 이하의 범위를 가지는 성형부품 제조방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 세로비드부는,

    상기 돌출면의 연장선과 상기 내입면의 연장선 사이의 이격거리는 상기 모재의 두께의 2배 이상, 상기 모재의 두께의 10배 이하의 범위를 가지는 성형부품 제조방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 세로비드부는,

    상기 돌출면의 전후방향 길이는 상기 모재의 두께의 5배 이상, 상기 모재의 두께의 30배 이하의 범위를 가지는 성형부품 제조방법.
13. 제7항에 있어서, 상기 세로비드부는,

    상기 돌출면과 상기 내입면의 경계부분에는 호상의 어깨부분이 형성되고,

    상기 어깨부분의 곡률반경은 상기 모재의 두께의 4배 이상 10배 이하의 범위를 가지는 성형부품 제조방법.
14. 제1항에 있어서,

    상기 제2 성형품은 전후방향으로 연장 형성되고, 상기 전후방향 위치에 따라 상기 제2 성형품의 상하방향 및 좌우방향 단면의 위치가 가변되는 성형부품 제조방법.
15. 제1항에 있어서,

    상기 제2 성형품은 상기 제2 상부플랜지가 상하방향으로 80 ~ 200 mm 범위의 제1 위치가변구간을 가지고,

    상기 제2 성형품은 상기 제2 상부플랜지가 좌우방향으로 40 ~ 120 mm 범위의 제2 위치가변구간을 가지는 성형부품 제조방법.
16. 제1항에 있어서,

    상기 모재의 두께는 1.2 ~ 1.8 mm의 범위를 가지는 강판이고, 상기 모재는 980MPa 이상의 인장강도를 강재인 성형부품 제조방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 성형단계와 상기 제2 성형단계에서 냉간성형 방법이 적용된 것을 특징으로 하는 성형부품 제조방법.

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