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KR101907285B1 - 프레스 성형품의 제조 방법, 및 자동차용 로어 암 - Google Patents

프레스 성형품의 제조 방법, 및 자동차용 로어 암 Download PDF

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KR101907285B1
KR101907285B1 KR1020167031085A KR20167031085A KR101907285B1 KR 101907285 B1 KR101907285 B1 KR 101907285B1 KR 1020167031085 A KR1020167031085 A KR 1020167031085A KR 20167031085 A KR20167031085 A KR 20167031085A KR 101907285 B1 KR101907285 B1 KR 101907285B1
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

프레스 성형품(10)은, 양단에 각각 제1 단부(11a) 및 제2 단부(11b)를 갖는 본체부(11)와, 본체부(11)의 만곡부로부터 만곡의 외측으로 돌출하는 돌기부(12)를 포함한다. 본체부(11)의 천판부(13a)의 표면에는, 돌기부(12)의 근원으로부터 제1 단부(11a)측의 영역에 홈부(15)가 설치된다. 본체부(11)의 제1 단부(11a)로부터 돌기부(12)에 이르는 제1 종벽부(14a)는, 본체부(11)와 돌기부(12)를 연결하는 코너부(16)를 갖는다. 코너부(16)로부터 본체부(11)측이 되는 부분과 코너부(16)로부터 돌기부(12)측이 되는 부분이 이루는 각도가 예각이다. 프레스 성형품(10)의 제조 방법은, 천판부(13a)의 표면 형상 중에서 홈부(15)의 형상을 성형하지 않고, 또한 제1 종벽부(14a)를 성형하는 제1 공정과, 천판부(13a)의 표면 형상 중에서 홈부(15)의 형상을 성형하는 제2 공정을 포함한다.

Description

프레스 성형품의 제조 방법, 및 자동차용 로어 암{PRESS-MOULDED ARTICLE MANUFACTURING METHOD AND VEHICLE LOWER ARM}
본 발명은, 프레스 가공에 의해서 소재 금속판으로부터 프레스 성형품(예: 자동차용 로어 암)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 그 제조 방법에 의해 제조된 자동차용 로어 암(이하, 간단히 「로어 암」이라고도 한다)에 관한 것이다.
자동차에 있어서, 차륜은 현가 장치(서스펜션)를 통해 차체에 부착된다. 이 현가 장치를 구성하는 부재 중 하나가 로어 암이다. 로어 암의 일단부는, 현가 장치의 프레임(구체적으로는 서스펜션 멤버)을 통해 차체에 부착된다. 로어 암의 타단부에는, 차륜(구체적으로는 휠)이 부착된다. 경량화의 관점에서, 로어 암에 프레스 성형품을 채용하는 것이 요망된다.
도 1 및 도 2는, 로어 암으로서 성립되는 프레스 성형품의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이들 도면 중, 도 1은 제1예의 프레스 성형품을 나타내고, 도 2는 제2예의 프레스 성형품을 나타낸다. 도 1 및 도 2에 나타내는 프레스 성형품(10)은, 본체부(11)와, 돌기부(12)를 포함한다. 본체부(11)는, 평면에서 봤을 때 길이 방향을 따라서 L자형 또는 활형으로 만곡하면서 신장된다. 본체부(11)의 양단 중, 한쪽의 단부(이하, 「제1 단부」라고도 함)(11a)는, 자동차 차체에 부착되는 단부이다. 이하, 이 제1 단부(11a)를 「차체 부착용 단부」라고도 한다. 다른쪽의 단부(이하, 「제2 단부」라고도 함)(11b)는, 자동차 차륜에 부착되는 단부이다. 이하, 이 제2 단부(11b)를 「차륜 부착용 단부」라고도 한다. 또한, 도 1 및 도 2에는, 차륜에 연결되는 측을 부호 「W」로 나타내고, 차체에 연결되는 측을 부호 「B」로 나타낸다.
돌기부(12)는, 본체부(11)의 만곡부로부터 만곡의 외측으로 돌출한다. 도 1 및 도 2에는, 본체부(11)의 길이 방향의 거의 중간에 돌기부(12)가 설치된 양태를 나타낸다. 돌기부(12)는, 본체부(11)의 제1 단부(11a)와 함께 자동차 차체에 부착되는 부분이다.
본체부(11) 및 돌기부(12)의 단면 형상은 모두 홈형이다. 즉, 본체부(11) 및 돌기부(12)는, 각각, 천판부(13a 및 13b)와, 종벽부(14a, 14b 및 14c)를 구비한다. 종벽부(14a~14c)는, 천판부(13a 및 13b)의 양측부로부터 각각 신장된다. 본체부(11)의 천판부(13a)의 표면에는, 본체부(11)의 길이 방향을 따른 홈부(15)가 설치된다.
도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)의 경우, 홈부(15)는, 본체부(11)의 천판부(13a)의 표면 중, 돌기부(12)의 근원으로부터 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)측의 영역에 설치된다. 즉, 홈부(15)는, 돌기부(12)의 근원 근방에서부터 제1 단부(11a)의 근방까지 설치된다. 이 홈부(15)는, 제1 단부(11a)에 가까워짐에 따라 깊어진다. 이 때문에, 홈부(15)의 바닥면은 경사면이다. 또한, 홈부의 바닥면을 경사지게 하지 않고, 홈부의 깊이를 일정하게 하는 경우도 있다.
도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)의 경우, 홈부(15)는, 본체부(11)의 천판부(13a)의 표면 중, 돌기부(12)의 근원을 통과하도록, 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)로부터 제2 단부(차륜 부착용 단부)(11b)까지의 영역에 설치된다.
종벽부(14a~14c) 중에서 본체부(11)의 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)로부터 돌기부(12)에 이르는 종벽부(14a)는, 본체부(11)와 돌기부(12)를 연결하는 만곡 형상의 코너부(16)를 갖는다. 이하, 그 종벽부(14a)를 「제1 종벽부」라고도 한다. 이 제1 종벽부(14a)와, 천판부(13a 및 13b)에 의해, 능선부(17)가 형성된다(도 1 및 도 2 중의 굵은 선부 참조). 그 능선부(17) 중에서 코너부(16)에 겹쳐지는 부분은, 원호 형상이다. 능선부(17)에 있어서, 코너부(16)로부터 본체부(11)측이 되는 부분과, 코너부(16)로부터 돌기부(12)측이 되는 부분이 이루는 각도는, 예각이다.
또한, 이하에서는, 본체부(11)의 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)로부터 본체부(11)의 제2 단부(차륜 부착용 단부)(11b)에 이르는 종벽부(14b)를 「제2 종벽부」라고도 한다. 본체부(11)의 제2 단부(차륜 부착용 단부)(11b)로부터 돌기부(12)에 이르는 종벽부(14c)를 「제3 종벽부」라고도 한다.
이러한 형상의 프레스 성형품(10)은, 소재 금속판에 프레스 가공을 실시함으로써 성형된다. 필요에 따라서, 미소한 R부와 같은 프레스 가공으로 성형할 수 없었던 부위에, 리스트라이크 가공이 실시되어, 이에 의해 형상 마무리 또는 형상 동결이 행해진다. 또, 최종 형상으로의 마무리를 위해, 필요에 따라서, 트림 가공, 천공 가공, 용접 가공 등이 실시된다.
프레스 성형품의 로어 암을 제조하는 경우, 소재 금속판에 실시되는 성형 형태의 주체는, 신장 플랜지 성형이다. 신장 플랜지 성형에 관한 종래 기술은 하기의 것이 있다.
일본국 특허 공개 2011-230189호 공보(특허문헌 1)는, 강판을 가열하여 온간으로 프레스 가공하는 기술을 개시한다. 특허문헌 1의 기술에서는, 강판으로서 석출 강화형의 고강도 강판을 이용해, 소정의 온도(T)로 가열한 강판을, 200mm/s 이상의 평균 성형 속도로 프레스 가공한다. 그 때, 강판의 가열 온도(T)와, 강판의 연화 온도(TL)가, TL-100≤T≤TL의 관계를 만족한다. 이에 의해, 프레스 가공이 곤란한 고강도 강판을 소재로 하는 경우여도, 생산 효율을 저하시키지 않고, 프레스 성형품을 제조할 수 있다고 특허문헌 1에는 기재된다.
일본국 특허 공개 2009-160655호 공보(특허문헌 2)는, 플랜지(종벽부)를 갖는 프레스 성형품을 제조하기 위한 기술을 개시한다. 특허문헌 2의 기술에서는, 소재 금속판으로서, 평탄 형상의 기체(基體)에 대응하는 기체용 블랭크부와, 그 기체용 블랭크부의 오목 형상 외주 가장자리에 굽힘 성형되는 오목 형상 플랜지용 블랭크부로 구성되는 블랭크를 이용한다. 오목 형상 블랭크부는, 신장 플랜지 변형이 발생하는 볼록 형상 플랜지용 블랭크부와, 이에 인접하는 인접 플랜지용 블랭크부로 이루어진다. 볼록 형상 플랜지용 블랭크부의 외주 가장자리는, 소정 범위 내에 성형된다. 이에 의해, 프레스 성형품의 볼록 형상 플랜지부에 발생하는 인장 응력 집중을 그 양단부에 분산시킬 수 있어, 신장 플랜지 균열을 억제할 수 있다고 특허문헌 2에는 기재된다.
일본국 특허 공개 평 6-87039호 공보(특허문헌 3)는, 구멍의 둘레 가장자리에 통형상부를 성형하는 버링 가공의 기술을 개시한다. 특허문헌 3의 기술에서는, 제1 공정에 있어서, 드로잉각 반경을 크게 설정하여 드로잉 가공을 행한다. 이어지는 제2 공정에 있어서, 제1 공정에서 성형된 드로잉부에 리스트라이크 가공을 실시하고, 또한, 그 가공 말기에 드로잉부의 바닥부 전체를 펀칭한다. 이에 의해, 바닥부의 펀칭에 의해 남은 드로잉부의 종벽부가 그대로 통형상의 버링부가 되어, 신장 플랜지 성형이 불필요해진다. 이 때문에, 드로잉각 반경을 크게 설정하여 가공 한계까지 드로잉 높이를 확대해도, 균열 등의 성형상의 문제가 발생하지 않는다고 특허문헌 3에는 기재된다.
일본국 특허 공개 2011-230189호 공보 일본국 특허 공개 2009-160655호 공보 일본국 특허 공개 평 6-87039호 공보
종래, 프레스 성형품의 로어 암은, 하기 제1 공정 및 제2 공정을 순서대로 거쳐 제조된다. 제1 공정에서는, 프레스 가공에 의해서 소재 금속판에 드로잉 성형을 실시한다. 제2 공정에서는, 제1 공정에서 드로잉 성형된 금속판에, 프레스 가공에 의해서 굽힘 성형을 실시한다.
도 3a~도 3c, 및 도 4a~도 4c는, 로어 암으로서 성립되는 프레스 성형품에 관한 것이고, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이다. 이들 도면 중, 도 3a~도 3c는, 도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우를 나타내고, 도 4a~도 4c는, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우를 나타낸다. 또, 도 3a 및 도 4a는, 각각의 소재 금속판의 형상을 나타낸다. 도 3b 및 도 4b는, 각각의 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다. 도 3c 및 도 4c는, 각각의 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다. 또한, 도 3c 및 도 4c에 나타내는 형상의 프레스 성형품(10)을 얻기 위해서, 제2 공정의 전 공정 또는 후 공정에서 트림 가공을 행하기도 한다.
도 5 및 도 7은, 종래법의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 6 및 도 8은, 종래법의 제2 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이들 도면 중, 도 5 및 도 6은, 도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품을 제조하는 경우를 나타내고, 도 7 및 도 8은, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품을 제조하는 경우를 나타낸다.
도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우, 제1 공정에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상부 몰드(40a)로서 다이(41a)가 이용된다. 하부 몰드(50a)로는, 상부 몰드(40a)와 쌍이 되는 펀치(51a) 및 블랭크 홀더(52a)가 이용된다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우도 마찬가지이다. 또한, 도 5 및 도 7에는, 구성의 이해를 용이하게 하기 위해, 다이(41a)에 대해서는, 그 선단부(금속판과 접촉하는 면)의 형상을 나타내고, 블랭크 홀더(52a)에 대해서는, 그 선단부(금속판과 접촉하는 면)의 형상을 나타낸다.
도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우, 제2 공정에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상부 몰드(40b)로서 다이(41b) 및 패드(42b)가 이용된다. 하부 몰드(50b)로는, 상부 몰드(40b)와 쌍이 되는 펀치(51b)가 이용된다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우도 동일하다. 또한, 도 6 및 도 8에는, 구성의 이해를 용이하게 하기 위해, 다이(41b)에 대해서는, 그 선단부(금속판과 접촉하는 면)의 형상을 나타내고, 패드(42b)에 대해서는, 그 선단부(금속판과 접촉하는 면)의 형상을 나타낸다.
도 3a, 도 3b 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우, 종래에 의한 제1 공정에서는, 다이(41a), 펀치(51a) 및 블랭크 홀더(52a)를 이용해 소재 금속판(21)에 프레스 가공을 실시함으로써, 천판부의 표면 형상을 전역에 걸쳐서 성형한다. 이에 의해, 홈부(15)가 전부 성형된다. 이와 함께, 종벽부 중에서 본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)로부터 돌기부에 이르는 종벽부(제1 종벽부)(14a)가 성형된다. 그 때, 제1 종벽부(14a)의 외측이 블랭크 홀더(52a) 및 다이(41a)에 의해서 유지된 상태로, 소재 금속판(21)의 가공이 진행된다. 이 제1 공정에서의 성형 양태는 드로잉 성형이 된다. 도 4a, 도 4b 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우도 동일하다.
도 3b, 도 3c 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우, 종래법에 의한 제2 공정에서는, 다이(41b), 패드(42b) 및 펀치(51b)를 이용해, 제1 공정 후의 금속판(22)에 프레스 가공을 실시한다. 이에 의해, 나머지 종벽부, 즉 제2 종벽부(14b) 및 제3 종벽부(14c)가 성형된다. 그 때, 금속판(22)의 위치 어긋남을 방지하기 위해서, 패드(42b) 및 펀치(51b)에 의해서 금속판(22)에 있어서의 천판부의 영역을 유지한 상태로, 금속판(22)의 가공이 진행된다. 이 제2 공정에서의 성형 양태는 굽힘 성형이 된다. 도 4b, 도 4c 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우도 동일하다.
이러한 종래법에 의해 프레스 성형품을 제조하면, 제1 공정 또는 제2 공정에서 파단이 발생하는 경우가 있다. 제1 공정 또는 제2 공정에 있어서, 그 파단은, 신장 플랜지 변형하는 부분(22c)(이하, 「신장 플랜지 변형부」라고도 한다)에서 발생한다. 신장 플랜지 변형부(22c)는, 제1 종벽부(14a) 중에서 본체부와 돌기부를 연결하는 코너부(16), 및 그 코너부(16)의 외측 영역(22h)이다(도 3b 및 도 4b 중의 사선부 참조).
종래법에 의한 제1 공정에서는, 블랭크 홀더(52a)를 이용함으로써, 천판부로부터 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입을 촉진해, 신장 플랜지 변형의 저감을 도모하고 있다. 그러나, 이러한 대책을 적용해도, 신장 플랜지 변형부(22c)에 파단이 발생하는 경우가 있다.
이 점, 상기 특허문헌 1의 기술에서는, 신장 플랜지성을 향상시키기 위해, 강판으로서 석출 강화형의 고강도 강판을 이용해, 온간으로 프레스 가공을 행한다. 그러나, 이 기술에서는, 강판을 가열하는 공정이 필요해지기 때문에, 냉간으로의 프레스 가공과 비교해, 생산성이 저하된다.
상기 특허문헌 2의 기술에서는, 소재 금속판의 형상을 적합화함으로써, 신장 플랜지 변형하는 부위에 발생하는 응력 집중을 분산시켜, 신장 플랜지 균열을 억제한다. 그러나, 소재 형상의 적합화에 의한 응력 집중의 분산에는 한계가 있어, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 파단의 억제는 불충분하다.
상기 특허문헌 3의 기술에서는, 버링 가공을 이용한다. 이 버링 가공에 의해 성형되는 드로잉부는, 축대칭의 원통 형상이다. 한편, 로어 암의 신장 플랜지 변형부는, 축대칭의 형상은 아니다. 이 때문에, 드로잉 가공에 의해서 재료 유입의 촉진을 도모해도, 신장 플랜지 변형부에 파단이 발생하는 경우가 있다.
본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 자동차용 로어 암에 준한 형상의 프레스 성형품을 제조할 때, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 신장 플랜지 변형을 저감해, 신장 플랜지 변형부에서 파단을 억제할 수 있는 프레스 성형품의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 고강도의 자동차용 로어 암을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 프레스 성형품의 제조 방법은, 소재 금속판으로부터 프레스 성형품을 제조하기 위한 방법이다.
상기 프레스 성형품은, 평면에서 봤을 때 길이 방향을 따라서 만곡하고, 양단에 각각 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 본체부와, 상기 본체부의 만곡부로부터 만곡의 외측으로 돌출하는 돌기부를 포함한다.
상기 본체부 및 상기 돌기부는, 각각, 천판부와, 상기 천판부의 양측부로부터 각각 신장되는 종벽부를 구비한다.
상기 본체부의 상기 천판부의 표면에는, 상기 본체부의 길이 방향을 따른 홈부가 설치된다.
상기 종벽부 중에서 상기 본체부의 상기 제1 단부로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부는, 상기 본체부와 상기 돌기부를 연결하는 코너부를 갖는다.
상기 본체부의 상기 제1 단부로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부와, 상기 천판부에 의해서 형성되는 능선부에 있어서, 상기 코너부로부터 상기 본체부측이 되는 부분과 상기 코너부로부터 상기 돌기부측이 되는 부분이 이루는 각도가 예각이다.
상기 프레스 성형품의 제조 방법은, 제1 공정과, 제2 공정을 포함한다.
상기 제1 공정에서는, 상기 소재 금속판에 프레스 가공을 실시함으로써, 상기 천판부의 표면 형상 중에서, 상기 본체부의 상기 만곡부로부터 상기 제2 단부측의 표면 형상을 성형하고, 또한, 상기 본체부의 상기 제1 단부측으로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부를 성형한다.
상기 제2 공정에서는, 상기 제1 공정 후의 상기 소재 금속판에 프레스 가공을 실시함으로써, 상기 천판부의 표면 형상 중에서, 상기 본체부의 상기 만곡부로부터 상기 제1 단부측의 표면 형상을 성형한다.
상기 제조 방법에 있어서, 하기의 구성을 채용할 수 있다.
상기 프레스 성형품의 상기 홈부는, 상기 본체부의 상기 천판부의 표면 중, 상기 돌기부의 근원을 통과하도록, 상기 제1 단부에서부터 상기 제2 단부까지의 영역에 설치된다.
상기 제1 공정에서는, 상기 홈부 중 상기 제2 단부측의 부분을 성형한다.
상기 제2 공정에서는, 상기 홈부 중 상기 제1 단부측의 부분을 성형한다.
이 제조 방법의 경우, 상기 제1 공정에서는, 상기 코너부 중에서 가장 상기 제2 단부측에 위치하는 점을 중심으로 하여, 반경이 상기 본체부의 길이의 35%인 원을 그렸을 때, 상기 원 내에 상기 홈부의 상기 제2 단부측의 부분의 일부 또는 전부가 위치하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제조 방법에 있어서, 하기의 구성을 채용할 수 있다.
상기 프레스 성형품의 상기 홈부는, 상기 본체부의 상기 천판부의 표면 중, 상기 돌기부의 근원으로부터 상기 제1 단부측의 영역에 설치된다.
상기 제1 공정에서는, 상기 홈부를 성형하지 않는다.
상기 제2 공정에서는, 상기 홈부를 성형한다.
상기한 어느 한 제조 방법에 있어서, 하기의 구성을 채용할 수 있다.
상기 프레스 성형품이 자동차용 로어 암이다.
상기 본체부의 상기 제1 단부 및 상기 돌기부가 자동차의 차체에 부착된다.
상기 본체부의 상기 제2 단부가 자동차의 차륜에 부착된다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 자동차용 로어 암은, 프레스 가공에 의해서 소재 금속판으로부터 성형된 것이다.
상기 로어 암은, 평면에서 봤을 때 길이 방향을 따라서 만곡하고, 양단에 각각 차체 부착용 단부 및 차륜 부착용 단부를 갖는 본체부와, 상기 본체부의 만곡부로부터 만곡의 외측으로 돌출하는 차체 부착용 돌기부를 포함한다.
상기 본체부 및 상기 돌기부는, 각각, 천판부와, 상기 천판부의 양측부로부터 각각 신장되는 종벽부를 구비한다.
상기 본체부의 상기 천판부의 표면에는, 상기 본체부의 길이 방향을 따른 홈부가 설치된다.
상기 종벽부 중에서 상기 본체부의 상기 차체 부착용 단부로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부는, 상기 본체부와 상기 돌기부를 연결하는 코너부를 갖는다.
상기 본체부의 상기 차체 부착용 단부로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부와, 상기 천판부에 의해서 형성되는 능선부에 있어서, 상기 코너부로부터 상기 본체부측이 되는 부분과 상기 코너부로부터 상기 돌기부측이 되는 부분이 이루는 각도가 예각이다.
인장 강도(TS)[MPa]가 440MPa 이상이다.
상기 종벽부 중 상기 코너부의 최대 높이(Hmax)[mm]가 하기 식 (1)을 만족한다.
Hmax＞-0.0103×TS+26.051…(1)
본 발명의 프레스 성형품의 제조 방법은, 자동차용 로어 암에 준한 형상의 프레스 성형품을 제조할 때, 제1 공정 및 제2 공정을 거침으로써, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 신장 플랜지 변형을 저감해, 신장 플랜지 변형부에서 파단을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 자동차용 로어 암은 고강도이며, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 것이다.
도 1은, 제1예의 프레스 성형품을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 제2예의 프레스 성형품을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3a는, 제1예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 소재 금속판의 형상을 나타낸다.
도 3b는, 제1예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다.
도 3c는, 제1예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다.
도 4a는, 제2예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 소재 금속판의 형상을 나타낸다.
도 4b는, 제2예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다.
도 4c는, 제2예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다.
도 5는, 제1예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 제1예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제2 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 제2예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 제2예의 프레스 성형품에 관한 것이며, 종래법의 제2 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 9a는, 제1 실시형태의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 소재 금속판의 형상을 나타낸다.
도 9b는, 제1 실시형태의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다.
도 9c는, 제1 실시형태의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다.
도 10은, 제1 실시형태의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 11a는, 제2 실시형태의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 소재 금속판의 형상을 나타낸다.
도 11b는, 제2 실시형태의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다.
도 11c는, 제2 실시형태의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 사시도이며, 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다.
도 12는, 제2 실시형태의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 13a는, 제1 공정에서 신장 플랜지 변형부의 재료의 유동 상태를 나타내는 평면도이며, 종래법에 의한 경우를 나타낸다.
도 13b는, 제1 공정에서 신장 플랜지 변형부의 재료의 유동 상태를 나타내는 평면도이며, 비교법에 의한 경우를 나타낸다.
도 13c는, 제1 공정에서 신장 플랜지 변형부의 재료의 유동 상태를 나타내는 평면도이며, 제2 실시형태에 의한 경우를 나타낸다.
도 14는, 소재 금속판의 인장 강도와 프레스 가공에 의한 한계 성형 높이의 관계를 나타내는 도면이다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 다양한 해석 및 시험을 행하고, 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 하기의 지견을 얻었다. 로어 암에 준한 형상의 프레스 성형품, 즉, 본체부 및 돌기부를 포함하고, 천판부의 표면에 홈부가 설치된 프레스 성형품을, 프레스 가공에 의해서 제조할 때, 제1 공정에 있어서, 금형의 형상을 적정화하면, 신장 플랜지 변형부로의 재료 유입이 한층 촉진된다. 이에 의해, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 신장 플랜지 변형이 저감해, 신장 플랜지 변형부에서의 파단이 억제된다. 그 결과, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 프레스 성형품(로어 암)을 제조하는 것이 가능하게 된다.
구체적으로는, 홈부의 설치 범위에 관계없이, 제1 공정에 있어서, 천판부의 표면 형상 중에서, 본체부의 만곡부로부터 제1 단부측의 표면 형상을 성형하지 않고, 본체부의 만곡부로부터 제2 단부측의 표면 형상을 성형하고, 또한, 본체부의 제1 단부측으로부터 돌기부에 이르는 종벽부를 성형하면 된다. 그리고, 제2 공정에 있어서, 천판부의 표면 형상 중에서, 본체부의 만곡부로부터 제1 단부측의 표면 형상을 성형하면 된다. 프레스 성형품이 로어 암인 경우, 제1 단부는 차체 부착용 단부이며, 제2 단부는 차륜 부착용 단부이다.
예를 들면, 본체부의 만곡부로부터 제1 단부측의 영역에만 홈부가 설치되는 프레스 성형품을 제조하는 경우, 제1 공정에서는 그 홈부를 성형하지 않고, 제2 공정에서 그 홈부를 성형한다. 또, 제1 단부에서부터 제2 단부까지의 영역에 홈부가 설치되는 프레스 성형품을 제조하는 경우, 제1 공정에서는 그 홈부 중 제2 단부측의 부분을 성형하고, 제2 공정에서는 그 홈부 중 나머지 부분(제1 단부측의 부분)을 성형한다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 여기에서는, 프레스 성형품이 로어 암인 경우를 예시한다.
[제1 실시형태]
도 9a~도 9c는, 로어 암으로서 성립되는 프레스 성형품에 관한 것이며, 제1 실시형태의 제조 방법에 의한 제조 공정의 일례를 설명하는 사시도이다. 이들 도면 중, 도 9a는 소재 금속판의 형상을 나타낸다. 도 9b는 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다. 도 9c는 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다. 제1 실시형태의 제조 방법은, 도 1에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우를 대상으로 한다. 이 프레스 성형품(10)의 홈부(15)는, 도 1 및 도 9c에 나타내는 바와 같이, 본체부(11)의 천판부(13a)의 표면 중, 돌기부(12)의 근원으로부터 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)측의 영역에만 설치된다. 또한, 도 9c에 나타내는 형상의 프레스 성형품(10)을 얻기 위해서, 제2 공정의 전 공정 또는 후 공정에서 트림 가공을 행하기도 한다.
도 10은, 제1 실시형태의 제조 방법에 있어서의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 제1 공정에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 상부 몰드(40c)로서 다이(41c)가 이용된다. 하부 몰드(50c)로는, 상부 몰드(40c)와 쌍이 되는 펀치(51c) 및 블랭크 홀더(52c)가 이용된다. 또한, 도 10에는, 구성의 이해를 용이하게 하기 위해서, 다이(41c)에 대해서는, 그 선단부(금속판과 접촉하는 면)의 형상을 나타내고, 블랭크 홀더(52c)에 대해서는, 그 선단부(금속판과 접촉하는 면)의 형상을 나타낸다.
제2 공정에서는, 종래법의 제2 공정과 동일하게, 상기 도 6에 나타내는 금형이 이용된다. 즉, 상기 도 6에 나타내는 바와 같이, 상부 몰드(40b)로서 다이(41b) 및 패드(42b)가 이용된다. 하부 몰드(50b)로는, 상부 몰드(40b)와 쌍이 되는 펀치(51b)가 이용된다.
도 9a, 도 9b 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 공정에서는, 다이(41c), 펀치(51c) 및 블랭크 홀더(52c)를 이용해 소재 금속판(21)에 프레스 가공을 실시함으로써, 천판부의 표면 형상 중에서, 본체부의 만곡부로부터 제2 단부측의 표면 형상을 성형한다. 제1 실시형태에서 대상으로 하는 프레스 성형품(10)에는, 제2 단부(11b)측의 천판부(13a)의 표면에 홈부(15)가 존재하지 않는다(도 1 참조). 이 때문에, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 홈부(15)는 성형되지 않는다. 이와 함께, 종벽부 중에서 본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)로부터 돌기부에 이르는 종벽부(제1 종벽부)(14a)가 성형된다. 그 때, 제1 종벽부(14a)의 외측이 블랭크 홀더(52c) 및 다이(41c)에 의해서 유지된 상태로, 소재 금속판(21)의 가공이 진행된다. 이 제1 공정에서의 성형 양태는 드로잉 성형이 된다.
도 6, 도 9b 및 도 9c에 나타내는 바와 같이, 제2 공정에서는, 종래법의 제2 공정과 동일하게, 다이(41b), 패드(42b) 및 펀치(51b)를 이용해, 제1 공정 후의 금속판(22)에 프레스 가공을 실시함으로써, 천판부의 표면 형상 중에서, 본체부의 만곡부로부터 제1 단부측의 표면 형상을 성형한다. 이에 의해, 도 9c에 나타내는 바와 같이, 홈부(15)가 성형된다. 이와 함께, 나머지 종벽부, 즉 제2 종벽부(14b) 및 제3 종벽부(14c)가 성형된다. 그 때, 금속판(22)의 위치 어긋남을 방지하기 위해서, 패드(42b) 및 펀치(51b)에 의해서 금속판(22)에 있어서의 천판부의 영역을 유지한 상태로, 금속판(22)의 가공이 진행된다. 이 제2 공정에서의 성형 양태는 굽힘 성형이 된다.
여기서, 종래법에서는, 상기한 바와 같이, 제1 공정에 있어서, 홈부(15)와 함께 제1 종벽부(14a)를 성형한다. 그 때, 본체부의 천판부 중에서 돌기부의 근원으로부터 제2 단부(차륜 부착용 단부)측의 영역의 재료는, 홈부(15) 및 신장 플랜지 변형부(22c)의 양방으로 인입(引入)된다(상기 도 3b 중의 파선 화살표 참조). 이 홈부(15)로의 재료의 인입에 의해, 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료의 인입이 저하한다.
이에 대해, 제1 실시형태에서는, 제1 공정에 있어서, 홈부(15)를 성형하지 않고, 제1 종벽부(14a)를 성형한다. 그 때, 본체부의 천판부 중에서 돌기부의 근원으로부터 제2 단부(차륜 부착 단부)측의 영역의 재료는, 신장 플랜지 변형부(22c)로만 인입된다(도 9b 중의 파선 화살표 참조). 이와 같이 홈부(15)로의 재료의 인입이 없기 때문에, 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료의 인입이 한층 촉진된다. 그 결과, 신장 플랜지 변형부(22c)에 있어서의 신장 플랜지 변형이 저감되어, 신장 플랜지 변형부에서의 파단이 억제된다. 따라서, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 프레스 성형품(로어 암)을 제조하는 것이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이, 제1 실시형태의 제조 방법에 의한 신장 플랜지 변형부에서의 파단의 억제는, 제1 공정에 있어서의 재료의 인입에 따른다. 이 파단 억제의 메커니즘은, 제2 공정에 대해서도 동일하다.
제1 실시형태의 제조 방법에 의하면, 상기한 바와 같이, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 신장 플랜지 변형이 저감된다. 이 때문에, 소재 금속판으로서 고장력 강판을 이용하는 경우여도, 신장 플랜지 변형부에서의 파단을 억제할 수 있다. 또, 종벽부, 특히 신장 플랜지 변형부가 되는 제1 종벽부의 코너부의 성형 높이를 보다 높게 하는 것이 가능해져, 프레스 성형품(로어 암)의 설계 자유도가 향상된다.
소재 금속판으로서 고장력 강판을 이용하는 경우, 인장 강도가 440MPa을 초과하면, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 파단의 발생이 현저해진다. 이 점, 제1 실시형태의 제조 방법에 의하면, 예를 들면, 인장 강도가 440MPa 이상인 고장력 강판을 이용하는 경우여도, 신장 플랜지 변형부에서의 파단을 억제할 수 있다. 이 때문에, 제1 실시형태의 제조 방법은, 인장 강도가 440MPa 이상인 고장력 강판을 이용하는 경우에 특히 유용하다. 이에 의해, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 고강도이며 또한 고강성인 프레스 성형품(로어 암)이 얻어진다.
상기한 제1 실시형태의 제조 방법은, 이하와 같이 변경할 수 있다.
본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)로부터 본체부의 제2 단부(차륜 부착용 단부)에 이르는 종벽부(제2 종벽부)(14b)의 성형은, 제1 공정 및 제2 공정 중 어느 공정에서 행해도 된다. 또, 제2 공정에 이어서, 다른 금형을 이용하여 프레스 가공을 실시하는 후 공정을 설치하면, 제2 종벽부(14b)의 성형은 그 후 공정에서 행할 수도 있다. 제1 공정에서 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입을 보다 한층 촉진하는 관점에서, 제2 종벽부(14b)의 성형은 제2 공정 또는 그 후 공정에서 행하는 것이 바람직하다.
본체부의 제2 단부(차륜 부착용 단부)로부터 돌기부에 이르는 종벽부(제3 종벽부)(14c)의 성형은, 제1 공정 및 제2 공정 중 어느 공정에서 행해도 된다. 또, 제2의 공정에 이어서, 다른 금형을 이용하여 프레스 가공을 실시하는 후 공정을 설치하면, 제3 종벽부(14c)의 성형은 그 후 공정에서 행할 수도 있다. 제1 공정에서 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입을 보다 한층 촉진하는 관점에서, 제3 종벽부(14c)의 성형은 제2 공정 또는 그 후 공정에서 행하는 것이 바람직하다.
제2 공정에 있어서, 펀치와 쌍이 되는 상부 몰드로서, 패드는 생략할 수 있다. 이 경우의 프레스 가공은, 다이 및 펀치에 의해서 행해진다. 단, 이 경우에는, 홈부(15)를 성형하기 위해서, 다이에는, 홈부(15)에 대응하는 볼록부를 설치할 필요가 있다. 또, 프레스 가공시에 금속판의 위치가 어긋나는 것을 방지하기 위해서, 가이드 핀을 설치하는 것이 바람직하다.
다만, 제2 공정에 있어서 패드(42b)를 이용하면, 제2 종벽부(14b) 및 제3 종벽부(14c)의 성형보다도, 홈부(15)의 성형이 선행된다. 이에 의해, 제2 종벽부(14b)에 성형되는 부위로부터 홈부(15)를 향하는 재료 유입이 촉진된다. 그 결과, 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출이 보다 저하되는 점에서, 신장 플랜지 변형부(22c)에 있어서의 신장 플랜지 변형이 보다 저감되어, 신장 플랜지 변형부(22c)에서의 파단이 보다 억제된다. 이 때문에, 제2 공정에서는 패드를 이용하는 것이 바람직하다.
제1 공정과 제2 공정은 연속되어도 되고, 필요에 따라서, 제1 공정과 제2 공정 사이에 다른 공정(예: 펀칭 공정, 트림 공정 등)이 추가되어도 된다.
트림 가공은 필수는 아니다. 소재 금속판의 윤곽 형상을 적절히 설정하면, 제1 공정 및 제2 공정을 거쳐 얻어지는 프레스 성형품의 형상을 제품 형상으로 할 수 있기 때문이다.
[제2 실시형태]
도 11a~도 11c는, 로어 암으로서 성립되는 프레스 성형품에 관한 것이며, 제2 실시형태의 제조 방법에 의한 제조 공정의 일례를 설명하는 사시도이다. 이들 도면 중, 도 11a는 소재 금속판의 형상을 나타낸다. 도 11b는 제1 공정 후의 금속판의 형상을 나타낸다. 도 11c는 제2 공정을 거쳐 얻어진 프레스 성형품의 형상을 나타낸다. 도 12는, 제2 실시형태의 제조 방법에 있어서의 제1 공정에서 이용되는 금형의 형상예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 제2 실시형태의 제조 방법은, 도 2에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(10)을 제조하는 경우를 대상으로 한다. 이 프레스 성형품(10)의 홈부(15)는, 도 2 및 도 11c에 나타내는 바와 같이, 본체부(11)의 천판부(13a)의 표면 중, 돌기부(12)의 근원을 통과하도록, 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)에서부터 제2 단부(차륜 부착용 단부)(11b)까지의 광범위한 영역에 설치된다.
제2 실시형태는, 상기 제1 실시형태의 구성을 기본으로 한다. 이하에서는, 제1 실시형태와 중복되는 설명은 적절히 생략한다.
도 11a, 도 11b 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 제1 공정에서는, 다이(41c), 펀치(51c) 및 블랭크 홀더(52c)를 이용하여 소재 금속판(21)에 프레스 가공을 실시함으로써, 천판부의 표면 형상 중에서, 본체부의 만곡부로부터 제2 단부측의 표면 형상을 성형한다. 이에 의해, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 홈부(15) 중 제2 단부(차륜 부착용 단부)(11b)측의 부분(이하, 「제2 단부측 홈 부분」이라고도 함)(22a)이 형성된다. 이와 함께, 종벽부 중에서 본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)로부터 돌기부에 이르는 종벽부(제1 종벽부)(14a)가 성형된다.
제2 공정에서는, 종래법의 제2 공정과 동일하게, 상기 도 8에 나타내는 금형이 이용된다. 도 8, 도 11b 및 도 11c에 나타내는 바와 같이, 제2 공정에서는, 다이(41b), 패드(42b) 및 펀치(51b)를 이용해, 제1 공정 후의 금속판(22)에 프레스 가공을 실시함으로써, 천판부의 표면 형상 중에서, 본체부의 만곡부로부터 제1 단부측의 표면 형상을 성형한다. 이에 의해, 도 11c에 나타내는 바와 같이, 홈부(15)의 나머지 부분(이하, 「제1 단부측 홈 부분」이라고도 함)이 성형된다. 이와 함께, 나머지 종벽부, 즉 제2 종벽부(14b) 및 제3 종벽부(14c)가 성형된다.
여기서, 제2 실시형태의 제조 방법에 의해서 신장 플랜지 변형부(22c)에서의 파단이 억제되는 메커니즘을 설명한다.
도 13a~도 13c는, 제1 공정에서 신장 플랜지 변형부의 재료의 유동 상태를 나타내는 평면도이다. 이들 도면 중, 도 13a는 종래법에 의한 경우를 나타낸다. 도 13b는 비교법에 의한 경우를 나타낸다. 도 13c는 제2 실시형태에 의한 경우를 나타낸다. 이들 도면에는, 제1 공정 후의 금속판(22) 중에서 신장 플랜지 변형부(22c) 및 그 주변의 형상을 나타낸다. 또한, 소재 금속판의 형상을 이점쇄선으로 나타낸다.
종래법에서는, 도 13a에 나타내는 바와 같이, 제1 공정에서 제1 단부에서부터 제2 단부까지의 홈부(15)의 전부가 성형된다. 이 때문에, 제2 공정에서 제3 종벽부에 성형되는 부분의 바깥 가장자리(22f)(도 13a 중의 굵은 선부 참조)가, 홈부(15)측 및 신장 플랜지 변형부(22c)측으로 이동한다. 즉, 종래법의 제1 공정에 있어서는, 도 13a 중의 사선을 그은 화살표로 나타내는 방향으로 재료가 유동하고, 신장 플랜지 변형부(22c)에 재료가 유입된다.
한편, 제1 종벽부의 바깥 가장자리(22g)(도 13a 중의 굵은 선부 참조)는, 홈부(15)측으로 이동한다. 이 때문에, 종래법의 제1 공정에 있어서는, 도 13a 중의 크로스 해칭을 실시한 화살표로 나타내는 방향으로 재료가 유동하고, 신장 플랜지 변형부(22c)로부터 재료가 유출된다. 이 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출에 의해, 신장 플랜지 변형부(22c)에 있어서의 변형이 증대해, 여기서 파단이 발생한다.
비교법은, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 제1 공정에서 홈부(15)를 성형하지 않는 참고의 수법이다. 이 비교법에서는, 신장 플랜지 변형부(22c)로 재료가 유입될 때에, 도 13b 중의 파선으로 둘러싸는 영역에서 전단 변형이 진행된다. 이 전단 변형의 변형 저항은 크기 때문에, 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이 저해된다. 그 결과, 제2 공정에서 제3 종벽부에 성형되는 부분의 바깥 가장자리(22f)(도 13b 중의 굵은 선부 참조)가, 신장 플랜지 변형부(22c)측으로 이동하지만, 그 바깥 가장자리(22f)의 이동량은, 종래법에 비해 감소한다. 즉, 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이 저감된다.
한편, 제1 종벽부의 바깥 가장자리(22g)(도 13b 중의 굵은 선부 참조)는, 내측으로 이동한다. 그러나, 비교법의 제1 공정에 있어서는, 홈부를 성형하지 않는 점에서, 그 바깥 가장자리(22g)의 이동량은, 종래법에 비해 감소한다. 이 때문에, 비교법에 의하면, 종래법에 비해, 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출이 저감된다.
이와 같이, 비교법에서는, 종래법에 비해 도 13b 중의 사선을 그은 화살표로 나타내는 방향의 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이 저감된다. 또한, 도 13b 중의 크로스 해칭을 실시한 화살표로 나타내는 방향의 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출이 저감된다. 그 결과, 신장 플랜지 변형부(22c)에 있어서의 변형이 보다 증대해, 여기서의 파단의 발생이 현저해진다.
이에 대해, 제2 실시형태에서는, 도 13c에 나타내는 바와 같이, 제1 공정에서 홈부 중 제2 단부측 홈 부분(22a)만이 성형된다. 이 경우, 제2 단부측 홈 부분(22a) 및 신장 플랜지 변형부(22c)에 재료가 유입된다. 제2 단부측 홈 부분(22a)에 재료가 유입됨으로써, 비교법과 같은 전단 변형의 발생이 방지되어, 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이 촉진된다. 이 때문에, 제2 공정에서 제3 종벽부에 성형되는 부분의 바깥 가장자리(22f)(도 13c 중의 굵은 선부 참조)가, 종래법과 동일하게, 홈부(15)측 및 신장 플랜지 변형부(22c)측으로 이동한다. 즉, 제2 실시형태의 제1 공정에 있어서는, 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이, 종래예와 동일한 정도로 유지된다.
한편, 제1 종벽부의 바깥 가장자리(22g)(도 13c 중의 굵은 선부 참조)는, 내측으로 이동한다. 그러나, 제2 실시형태의 제1 공정에 있어서는, 제2 단부측 홈 부분(22a)만을 성형하는 점에서, 그 바깥 가장자리(22g)의 이동량이, 종래법에 비해 감소한다. 이 때문에, 제2 실시형태에 의하면, 종래법에 비해, 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출이 저감된다.
이와 같이, 제2 실시형태에서는, 종래법에 비해 도 13c 중의 사선을 그은 화살표로 나타내는 방향의 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이 같은 정도로 유지된다. 또, 도 13c 중의 크로스 해칭을 실시한 화살표로 나타내는 방향의 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출이 저감된다. 그 결과, 신장 플랜지 변형부(22c)에 있어서의 신장 플랜지 변형이 저감되어, 여기서의 파단의 발생이 억제된다.
제2 실시형태의 경우, 제1 공정에서는, 도 13c에 나타내는 바와 같이, 신장 플랜지 변형부가 되는 제1 종벽부의 코너부 중에서 가장 제2 단부(차륜 부착용 단부)측에 위치하는 점(22d)을 중심으로 하여 원(C)을 그렸을 때, 그 원(C) 내에 제2 단부측 홈 부분(22a)의 일부 또는 전부가 위치하는 것이 바람직하다. 여기서, 원(C)의 반경[mm]은, 본체부(11)의 길이[mm]의 35%이다. 본체부(11)의 길이는, 상기 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 단부(차체 부착용 단부)(11a)에서부터 제2 단부(차륜 부착용 단부)(11b)까지의 직선 거리[mm]이다. 본체부(11)의 길이 측정에 있어서, 제1 단부(11a) 및 제2 단부(11b) 각각의 위치로서, 본체부(11)의 천판부(13a)에 있어서의 폭방향의 중앙점(P1 및 P2)을 각각 채용한다.
제2 단부측 홈 부분(22a)의 일부 또는 전부가 원(C) 내에 위치하면, 제1 공정에 있어서, 제2 단부측 홈 부분(22a)을 성형하는 것에 기인한 신장 플랜지 변형부(22c)로의 재료 유입이 보다 효과적으로 촉진된다. 그 결과, 신장 플랜지 변형부(22c)에 있어서의 신장 플랜지 변형이 보다 저감되어, 여기서의 파단의 발생이 보다 억제된다. 그 효과를 보다 증대시키는 관점에서, 원(C)의 반경은, 본체부(11)의 길이의 30%인 것이 바람직하다.
또, 제1 공정에서 성형된 제2 단부측 홈 부분(22a)의 일부 또는 전부를 원(C) 내에 위치시키는 경우, 그 제2 단부측 홈 부분(22a)의 단부(22e)는, 원(C)의 중심점(22d)을 기준으로 하여, 제1 단부측 및 제2 단부측 중 어느 곳에 배치해도 된다. 단, 제2 단부측 홈 부분(22a)의 단부(22e)가 제1 단부(차체 부착용 단부)측에 배치되면, 도 13c 중의 크로스 해칭을 실시한 화살표로 나타내는 방향의 신장 플랜지 변형부(22c)로부터의 재료 유출이 증가할 우려가 있다. 이 때문에, 제2 단부측 홈 부분(22a)의 단부(22e)는, 원(C)의 중심점(22d)보다 제2 단부(차륜 부착용 단부)측에 배치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 제2 실시형태의 제조 방법에 의한 신장 플랜지 변형부에서의 파단의 억제는, 제1 공정에 있어서의 재료의 유동에 따른다. 이 파단 억제의 메커니즘은, 제2 공정에 대해서도 동일하다.
[프레스 성형품]
상기한 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 소재 금속판으로서 인장 강도가 440MPa급의 고장력 강판을 이용한 경우여도, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 프레스 성형품을 얻을 수 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 프레스 성형품은 고강도이며, 신장 플랜지 변형부에서 파단이 억제된 것이 된다. 이 프레스 성형품은, 로어 암에 준한 형상인 이상, 그 용도에 한정은 없다.
또, 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 신장 플랜지 변형부에서 신장 플랜지 변형을 저감할 수 있다. 이 때문에, 프레스 성형품의 종벽부, 특히 신장 플랜지 변형부가 되는 제1 종벽부의 코너부의 성형 높이를 보다 높게 하는 것이 가능해진다.
여기서, 프레스 성형품에 있어서의 제1 종벽부 중 코너부의 높이에 관해, 프레스 가공에 의해서 성형 가능한 한계 높이를 조사한 결과를 나타낸다. 본 실시형태의 제조 방법 및 종래법의 각각에 대해서, 인장 강도가 상이한 다양한 강판 마다, 코너부의 한계 성형 높이를 조사했다. 이 조사에서는, 발명자들이 행한 실가공 시험의 실적값, 및 FEM 해석의 결과를 이용했다.
도 14는, 소재 금속판의 인장 강도와 프레스 가공에 의한 한계 성형 높이와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 14에는, 대표적으로 590MPa급 강판 및 980MPa급 강판을 이용한 경우의 결과를 나타낸다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 코너부의 한계 성형 높이(H)[mm]는, 본 실시형태의 제조 방법 및 종래법 중 어느 경우에도, 강판의 인장 강도(TS)[MPa]에 비례하여 저하된다. 특히, 종래법의 경우, 코너부의 한계 성형 높이(Hlim)[mm]는, 하기 식 (A)로 표시된다.
Hlim=-0.0103×TS+26.051…(A)
한편, 본 실시형태의 제조 방법의 경우, 코너부의 한계 성형 높이(Hlim)[mm]는, 하기 식 (B)로 표시된다.
Hlim=-0.0103×TS+29.051…(B)
상기 식 (A) 및 식 (B)의 관계로부터, 본 실시형태의 제조 방법에 의한 한계 성형 높이는, 종래법에 비해, 3mm 정도 증가한다. 즉, 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 코너부의 성형 높이를, 상기 식 (A)로 표시되는 종래법의 한계 성형 높이보다도 높게 할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 프레스 성형품에 있어서, 신장 플랜지 변형부가 되는 제1 종벽부의 코너부의 최대 높이(Hmax)[mm]는, 상기 식 (A)에 의거하며, 하기 식 (1)을 만족시키는 것으로 할 수도 있다. 물론, 본 실시형태의 프레스 성형품은, 인장 강도가 440MPa 이상인 것으로 할 수도 있다.
Hmax＞-0.0103×TS+26.051…(1)
[실시예]
본 발명의 효과를 확인하기 위해서, FEM 해석에 의한 하기 실시예 1 및 실시예 2의 시험을 실시했다. 실시예 1 및 실시예 2 중 어느 FEM 해석에서도, 소재 금속판을 프레스 가공함으로써, 로어 암으로서 성립되는 프레스 성형품을 제작하고, 그 때의 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율에 의해 신장 플랜지 변형의 정도를 평가했다.
[실시예 1]
실시예 1의 시험에서는, 제1 실시형태의 효과를 확인하기 위해서, 상기 도 1에 나타내는 제1예의 형상의 프레스 성형품을 제작했다. 이 프레스 성형품의 홈부는, 본체부의 천판부의 표면 중, 제1 단부측의 영역에만 설치되었다. 그 때, 소재 금속판은, 판 두께가 2.6mm이고, 인장 강도가 980MPa급인 고장력 강판으로 했다.
본 발명예 1에서는, 상기 도 10 및 도 6에 나타내는 금형을 이용해, 상기 도 9a 및 도 9b에 나타내는 제1 공정, 및 상기 도 9b 및 도 9c에 나타내는 제2 공정에 의해, 소재 금속판에 프레스 가공을 실시했다.
한편, 종래예 1에서는, 상기 도 5 및 도 6에 나타내는 금형을 이용해, 상기 도 3a 및 도 3b에 나타내는 제1 공정, 및 상기 도 3b 및 도 3c에 나타내는 제2 공정에 의해, 소재 금속판에 프레스 가공을 실시했다. 그 이외의 조건은, 본 발명예 1과 동일하게 했다.
본 발명예 1 및 종래예 1 중 어느 것에서도, 제1 공정 및 제2 공정의 각각에 대해서, 공정 전후에 신장 플랜지부의 판 두께를 측정하여, 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율을 구했다. 여기서의 판 두께 감소율은, 신장 플랜지 변형부의 영역에서 가장 판 두께가 감소한 위치에서의 판 두께 감소율, 즉 최대 판 두께 감소율로 했다.
종래예 1에서는, 제1 공정에서 홈부의 전부를 성형했다. 그 결과, 제1 공정 및 제2 공정의 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율은, 각각 11.6% 및 33.5%였다.
이에 대해, 본 발명예 1에서는, 제1 공정에서 홈부를 성형하지 않고, 제2 공정에서 홈부의 전부를 성형했다. 제1 공정 및 제2 공정의 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율은, 각각 8.0% 및 26.3%였다. 즉, 본 발명예 1에서는, 종래예 1에 비해, 신장 플랜지 변형부의 성형성이 향상되었다.
이에 따라, 제1 실시형태에 의하면, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 신장 플랜지 변형을 저감할 수 있어, 신장 플랜지 변형부에서의 파단을 억제할 수 있는 것이 밝혀졌다.
[실시예 2]
실시예 2의 시험에서는, 제2 실시형태의 효과를 확인하기 위해서, 상기 도 2에 나타내는 제2예의 형상의 프레스 성형품을 제작했다. 이 프레스 성형품의 홈부는, 본체부의 천판부의 표면 중, 제1 단부(차체 부착용 단부)에서부터 제2 단부(차륜 부착용 단부)까지의 광범위한 영역에 설치되었다. 그 때, 소재 금속판은, 판 두께가 2.6mm이고, 인장 강도가 980MPa급인 고장력 강판으로 했다. 본체부의 제1 단부에서부터 제2 단부까지의 직선 거리, 즉 본체부의 길이는, 400mm였다.
본 발명예 2에서는, 상기 도 12 및 도 8에 나타내는 금형을 이용해, 상기 도 11a 및 도 11b에 나타내는 제1 공정, 및 상기 도 11b 및 도 11c에 나타내는 제2 공정에 의해, 소재 금속판에 프레스 가공을 실시했다. 얻어진 프레스 성형품에 트림 가공을 실시했다. 제1 공정에서 성형되는 제2 단부측 홈 부분(22a)의 단부(22e)는, 신장 플랜지 변형부가 되는 제1 종벽부의 코너부 중에서 가장 제2 단부측에 위치하는 점(22d)을 기준으로 하고, 그 기준점(22d)보다 제2 단부측에 배치했다. 제2 단부측 홈 부분(22a)과 기준점(22d)의 최단 거리(d)(상기 도 13c 참조)는, 40mm로 했다. 이 때문에, 기준점(22d)을 중심으로 하여, 반경이 본체부의 길이(400mm)의 35%인 원, 즉 반경이 140mm인 원을 그렸을 때, 그 원 내에 제2 단부측 홈 부분(22a)의 일부가 위치하는 상태였다.
한편, 종래예 2에서는, 상기 도 7 및 도 8에 나타내는 금형을 이용해, 상기 도 4a 및 도 4b에 나타내는 제1 공정, 및 상기 도 4b 및 도 4c에 나타내는 제2 공정에 의해, 소재 금속판에 프레스 가공을 실시했다. 또, 참고를 위한 비교예 2에서는, 제1 공정에서 홈부를 성형하지 않고, 제2 공정에서 홈부의 전부를 성형했다. 그 이외의 조건은, 본 발명예 2와 동일하게 했다.
본 발명예 2, 종래예 2 및 비교예 2 중 어느 것에서도, 제1 공정, 제2 공정 및 트림 공정의 각각에 대해서, 공정 전후에서 신장 플랜지부의 판 두께를 측정하고, 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율을 구했다. 여기서의 판 두께 감소율은, 신장 플랜지 변형부의 영역에서 가장 판 두께가 감소한 위치에서의 판 두께 감소율, 즉 최대 판 두께 감소율로 했다. 하기 표 1에 시험 결과를 나타낸다.
Figure 112016108512839-pct00001
표 1로부터, 하기와 같은 점이 나타난다. 종래예 2에서는, 제1 공정에서 홈부의 전부를 성형했다. 그 결과, 제1 공정, 제2 공정 및 트림 공정의 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율은, 각각 17.9%, 33.3% 및 24.9%였다. 이에 대해, 비교예 2에서는, 제1 공정, 제2 공정 및 트림 공정의 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율이, 모두 악화되었다.
본 발명예 2에서는, 제1 공정에서 홈부 중 제2 단부측 홈 부분을 성형하고, 제2 공정에서 나머지 제1 단부측 홈 부분을 성형했다. 그 결과, 제1 공정, 제2 공정 및 트림 공정의 신장 플랜지 변형부의 판 두께 감소율이, 각각 14.7%, 26.5%및 14.7%였다. 즉, 본 발명예 2에서는, 종래예 2에 비해, 신장 플랜지 변형부의 성형성이 향상되었다.
이에 따라, 제2 실시형태에 의하면, 신장 플랜지 변형부에 있어서의 신장 플랜지 변형을 저감할 수 있어, 신장 플랜지 변형부에서의 파단을 억제할 수 있음이 밝혀졌다.
그 외 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 변경이 가능함은 말할 필요도 없다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 프레스 성형품의 제조 방법은, 자동차용 로어 암에 준한 형상의 프레스 성형품의 제조에 유용하다. 특히, 본 발명의 제조 방법은, 고강도이며 또한 고강성인 로어 암의 제조에 유용하다.
10 : 프레스 성형품(로어 암) 11 : 본체부
11a : 본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)
11b : 본체부의 제2 단부(차륜 부착용 단부)
12 : 돌기부 13a : 본체부의 천판부
13b : 돌기부의 천판부
14a : 본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)로부터 돌기부에 이르는 종벽부(제1 종벽부)
14b : 본체부의 제1 단부(차체 부착용 단부)로부터 본체부의 제2 단부(차륜 부착용 단부)에 이르는 종벽부(제2 종벽부)
14c : 본체부의 제2 단부(차륜 부착용 단부)로부터 돌기부에 이르는 종벽부(제3 종벽부)
15 : 홈부 16 : 코너부
17 : 제1 종벽부와 천판부에 의해 형성되는 능선
21 : 소재 금속판 22 : 제1 공정 후의 금속판
22a : 홈부 중 제2 단부(차륜 부착용 단부)측의 부분(제2 단부측 홈 부분)
22c : 신장 플랜지 변형부
22d : 코너부 중에서 가장 제2 단부(차륜 부착용 단부)측에 위치하는 점
22e : 제2 단부측 홈 부분의 단부
22f : 제3 종벽부에 성형되는 부분의 바깥 가장자리
22g : 제1 종벽부의 바깥 가장자리 22h : 코너부의 외측 영역
40a~40c : 상부 몰드 41a~41c : 다이
42b : 패드 50a~50c : 하부 몰드
51a~51c : 펀치 52a, 52c : 블랭크 홀더
B : 차체측 W : 차륜측

Claims (6)

  1. 소재 금속판으로부터 프레스 성형품을 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 프레스 성형품은, 평면에서 봤을 때 길이 방향을 따라서 만곡하고, 양단에 각각 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 본체부와, 상기 본체부의 만곡부로부터 만곡의 외측으로 돌출하는 돌기부를 포함하고,
    상기 본체부 및 상기 돌기부는, 각각, 천판부와, 상기 천판부의 양측부로부터 각각 신장되는 종벽부를 구비하고,
    상기 본체부의 상기 천판부의 표면에는, 상기 본체부의 길이 방향을 따른 홈부가 설치되고,
    상기 종벽부 중에서 상기 본체부의 상기 제1 단부로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부는, 상기 본체부와 상기 돌기부를 연결하는 코너부를 갖고,
    상기 본체부의 상기 제1 단부로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부와, 상기 천판부에 의해서 형성되는 능선부에 있어서, 상기 코너부로부터 상기 본체부측이 되는 부분과 상기 코너부로부터 상기 돌기부측이 되는 부분이 이루는 각도가 예각이며,
    상기 프레스 성형품의 제조 방법은, 제1 공정과, 제2 공정을 포함하고,
    상기 제1 공정에서는, 상기 소재 금속판에 프레스 가공을 실시함으로써, 상기 천판부의 표면 형상 중에서, 상기 본체부의 상기 만곡부로부터 상기 제2 단부측의 표면 형상을 성형하고, 또한, 상기 본체부의 상기 제1 단부측으로부터 상기 돌기부에 이르는 상기 종벽부를 성형하고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 제1 공정 후의 상기 소재 금속판에 프레스 가공을 실시함으로써, 상기 천판부의 표면 형상 중에서, 상기 본체부의 상기 만곡부로부터 상기 제1 단부측의 표면 형상을 성형하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레스 성형품의 상기 홈부는, 상기 본체부의 상기 천판부의 표면 중, 상기 돌기부의 근원을 통과하도록, 상기 제1 단부에서부터 상기 제2 단부까지의 영역에 설치되고,
    상기 제1 공정에서는, 상기 홈부 중 상기 제2 단부측의 부분을 성형하고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 홈부 중 상기 제1 단부측의 부분을 성형하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 코너부 중에서 가장 상기 제2 단부측에 위치하는 점을 중심으로 하여, 반경이 상기 본체부의 길이의 35%인 원을 그렸을 때, 상기 원 내에 상기 홈부의 상기 제2 단부측의 부분의 일부 또는 전부가 위치하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레스 성형품의 상기 홈부는, 상기 본체부의 상기 천판부의 표면 중, 상기 돌기부의 근원으로부터 상기 제1 단부측의 영역에 설치되고,
    상기 제1 공정에서는, 상기 홈부를 성형하지 않고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 홈부를 성형하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레스 성형품이 자동차용 로어 암이며,
    상기 본체부의 상기 제1 단부 및 상기 돌기부가 자동차의 차체에 부착되고,
    상기 본체부의 상기 제2 단부가 자동차의 차륜에 부착되는, 프레스 성형품의 제조 방법.
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