KR101914980B1 - 프레스 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 홈 저부측으로 볼록 또는 오목해지도록 만곡하는 플랜지를 갖는 성형품을 성형할 때, 제1 금형을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 제2 금형을 이용하여 제2 성형 공정을 행하는 것으로서, 제1 금형의 제1 홈 형상 성형부(9)에 있어서의 종벽 성형부와 제1 플랜지 성형부(11)가 이루는 각도가, 제2 금형의 제2 홈 형상 성형부(17)에 있어서의 종벽 성형부와 제2 플랜지 성형부(19)가 이루는 각도보다도 크게 설정되어 있고, 제1 성형 공정에 있어서 성형품의 플랜지부(125)에 발생한 길이 방향의 선 길이를 변화시키는 잔류 변형(residual strain)을, 제2 성형 공정에 있어서 선 길이를 반대로 변형시킴으로써 되돌리도록, 성형품을 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

프레스 성형 방법{PRESS FORMING METHOD}

본 발명은, 홈 형상부(channel-shaped portion)를 갖고, 당해 홈 형상부를 형성하는 한 쌍의 종벽부(side wall portion)의 적어도 한쪽의 종벽부에, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부(channel bottom portion)측으로 볼록 또는 오목하게 되도록 만곡(curve)하는 플랜지부(flange portion)를 갖는 성형품(press forming part)을 성형하는 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

프레스 성형이란, 그 대상물인 재료(steel sheet)(블랭크(blank))에 금형(tool of press forming)을 가압함으로써, 금형의 형상을 블랭크로 전사하여 블랭크의 가공을 행하는 방법이다. 프레스 성형에 있어서는, 프레스 성형품을 금형으로부터 취출한 후에, 그 프레스 성형품 내의 잔류 응력(residual stress)이 탄성 회복(elastic recovery)함으로써 일어나는 형상 불량(defect of shape), 소위 스프링 백(spring back)이 발생한다. 이에 기인하여, 프레스 성형품의 형상이 소망하는 형상과는 상이해져 버린다는 문제가 자주 발생한다.

스프링 백이 어느 정도 발생하는지에 대해서는, 주로 재료의 강도(strength)에 크게 영향을 받는다. 최근에는, 특히 자동차 업계를 중심으로, 자동차 차체(automotive body)의 경량화(weight reduction of automotive body)의 관점으로부터 차체 부품(automotive part)에 고강도의 강판(high-strength steel sheet)을 사용하는 경향이 강해지고 있다. 이러한 재료의 고강도화에 수반하여, 스프링 백이 발생하는 정도가 커지고 있다. 이 때문에, 스프링 백 후의 프레스 성형품의 형상을 설계 형상에 근접시키기 위하여, 생산 현장에서는, 숙련자가, 금형을 몇번이고 수정하여, 트라이얼＆에러를 거듭하지 않으면 안된다. 그 결과, 차체 부품 등의 프레스 성형품의 생산 기간이 장기화되어 버린다. 따라서, 스프링 백을 효과적으로 저감할 수 있는 방법을 개발하는 것은, 자동차의 개발 기간이나 비용을 삭감하는데 있어서도 더욱 중요한 과제라고 할 수 있다.

스프링 백의 저감에는, 그 발생 원인인 응력(stress)의 컨트롤이 필수 불가결하다. 응력을 컨트롤하여 스프링 백을 저감하는 종래 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 「박강판(steel sheet)의 프레스 성형용 금형 장치」가 있다. 특허문헌 1에는, 햇 단면 부품(hat-shaped section part)을 폼 성형(crash forming)할 때에, 플랜지부에 볼록 비드(bead)를 형성한 금형으로 블랭크를 프레스 성형하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법은, 하사점(bottom dead center) 직전에 블랭크가 볼록 비드에 록(lock)되어 블랭크의 종벽부에 인장 변형(tensile deformation)이 부여되어, 종벽부의 휨(curl)의 원인인 판 두께 방향의 응력차가 해소된다고 하는 것이다.

또한, 다른 예로서, 펀치(punch)의 외주에 설치된 블랭크 홀더(blank holder)에 패임을 형성한 금형으로 블랭크를 프레스 성형하는 방법이 특허문헌 2에 제안되어 있다. 이 방법에서는, 프레스 성형 중, 블랭크 홀더의 패임에 블랭크 단부가 들어가, 추가로 프레스 성형이 진행되면, 블랭크 단부가 패임 내벽에 걸려 구속된 상태로 된다. 이 때문에, 블랭크가 외부로 유출되지 않게 된다. 따라서, 이 방법에서는, 하사점 직전에 블랭크의 종벽부에 면 내 압축 응력(in-plane compressive stress)을 부여할 수 있고, 이에 따라, 판 두께 방향의 응력차가 해소된다.

또한, 다른 예로서, 특허문헌 3에 있어서, 「종벽부와 플랜지부의 교차부와 만곡부의 곡률(curvature) 중심을 연결하는 수평선을 포함하여 고강도 강판과 수직인 평면 내에서, 상기 수평선에 대한 플랜지부의 각도가 α₁이 될 때까지 플랜지부를 교차부에서 절곡 가공하는 제1 성형 공정과, 상기 평면 내에서, 상기 수평선에 대한 플랜지부의 각도가 α₂가 될 때까지, 상기 제1 성형 공정 후의 플랜지부를 교차부에서 추가 절곡 가공하는 제2 성형 공정을 갖고, α₁-α₂로 나타나는 추가 굽힘각 β를 소정의 범위(특허문헌 3의 단락［0016］∼［0017］참조)로 하는」 프레스 성형 방법이 제안되어 있다.

일본특허공보 제4090028호 일본공개특허공보 2010-99700호 일본특허공보 제5382281호

특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 성형된 부품의 플랜지부에 비드 형상이 남아 버리기 때문에, 조립 공정에 있어서 타부품과의 용접시에 문제가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 성형된 부품 중 비드 형상이 잔존하는 부분을 컷하거나, 혹은 제품 내에 비드 형상이 들어가지 않도록 블랭크 길이를 길게 취할 필요가 있다.

또한, 특허문헌 1, 2에 기재된 종래 기술은, 스프링 백에 의해서 특정 단면에 발생하는 형상 변화만에 대한 대책으로서 유효하다. 그러나, 프레스 성형된 실제의 부품에서는, 비틀림(torsion)이나 구부러짐(bending)과 같은 부품 전체에 발생하는 3차원적인 스프링 백이 문제가 되는 경우도 많다. 그러므로, 특허문헌 1, 2에 기재된 종래 기술은, 이러한 문제에 대한 충분한 대책은 될 수 없다.

한편, 특허문헌 3에 기재된 프레스 성형 방법에서는, 성형 부품에 비드 형상이 남지 않고, 또한 성형 부품 전체의 비틀림이나 휨을 저감할 수 있다고 하는 효과가 기대된다. 그러나, 특허문헌 3에 개시된 것은, 제1 성형 공정에 있어서 「종벽부와 플랜지부의 교차부와 만곡부의 곡률 중심을 연결하는 수평선을 포함하여 고강도 강판과 수직인 평면 내에서, 상기 수평선에 대한 플랜지부의 각도가 α₁이 될 때까지 플랜지부를 교차부에서 절곡 가공한다」고 하고 있다. 즉, 특허문헌 3에 기재된 프레스 성형 방법을 적용 가능한 성형 부품은, 특허문헌 3의 도 1, 도 3 등에 나타나는 바와 같은 수평면 내에서 만곡하는 부품에 한정된다. 그 때문에, 본원 발명이 대상으로 하고 있는 「홈 형상부를 갖고, 당해 홈 형상부를 형성하는 종벽부의 적어도 한쪽의 종벽부에, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부측에 볼록 또는 오목하게 되도록 만곡하는, 소위 상방 휨(upward camber), 하방 휨(downward camber)의 만곡 플랜지부를 갖는 성형품」에 대해서는, 특허문헌 3에 기재된 프레스 성형 방법을 적용할 수 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 상기와 같은 플랜지부가 상방 휨, 또는 하방 휨의 만곡 플랜지부를 갖는 성형품에 대해서, 제품 형상을 바꾸는 일 없이, 비틀림이나 구부러짐과 같은 3차원적인 스프링 백을 저감할 수 있는 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명자 들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 도 33 및 도 34에 나타내는 바와 같은 성형품(상(上)볼록 성형품(121), 하(下)볼록 성형품(127))을 성형했을 때에 발생하는 스프링 백에 대해서, 그 발생 메카니즘 등을 검토했다.

상볼록 성형품(121), 하볼록 성형품(127)은, 모두 홈 저부(123a)와 종벽부(123b)로 이루어지는 홈 형상부(123) 및 면 외(out-of-plane direction)로 만곡하는 플랜지부(125)를 갖고 있다. 또한, 면 외로 만곡하는 플랜지부(125)는, 도 33에 나타내는 상볼록 성형품(121)의 경우에는, 플랜지부(125)가 홈 저부(123a)측으로 볼록(상볼록)해지도록 만곡하는 형상으로 된다. 한편, 면 외로 만곡하는 플랜지부(125)는, 도 34에 나타내는 하볼록 성형품(127)의 경우에는, 플랜지부(125)가 홈 저부(123a)측으로 오목(하볼록)해지도록 만곡하는 형상으로 된다.

종래, 상볼록 성형품(121)을 폼 성형하는 경우, 예를 들면 도 35에 나타내는 다이(die)(143)와 펀치(145)를 이용하여, 도 37에 나타내는 바와 같이 블랭크(21)를 사이에 끼워넣음으로써, 블랭크(21)를 상볼록 성형품(121)으로 프레스 성형하고 있다. 또한, 하볼록 성형품(127)을 폼 성형하는 경우에는, 예를 들면 도 36에 나타내는 다이(149)와 펀치(151)를 이용하여, 도 37에 나타내는 프레스 성형과 동일하게 블랭크(21)를 사이에 끼워넣음으로써, 블랭크(21)를 하볼록 성형품(127)으로 프레스 성형하고 있다.

도 38a, 도 38b 및 도 39a, 도 39b는, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 성형품의 스프링 백의 발생 메카니즘을 설명하는 도면이다. 도 38a 및 도 38b는, 상볼록 성형품(121)을 종래 방법으로 성형한 경우의 블랭크단(플랜지단)의 선 길이의 변화를 설명하는 설명도이다. 도 39a 및 도 39b는, 하볼록 성형품(127)을 성형하는 경우에 대한 동일한 설명도이다. 도 38a 및 도 39a는, 각각 성형 후(하사점)에서의 상볼록 성형품(121) 및 하볼록 성형품(127)의 단면도이다. 도 38b 및 도 39b는, 블랭크(21)(도 37 참조)를 측면에서 보았을 때의 성형 전후의 블랭크단(플랜지단)의 선 길이 변화를 설명하는 도면이다. 또한, 도 38b 및 도 39b에 있어서, 성형 전에 있어서의 블랭크단의 선 길이는 가는 선으로 나타나고, 성형 후에 있어서의 플랜지(125)의 단부 즉 플랜지단의 선 길이는 굵은 선으로 나타나 있다. 또한, 도 38a, 도 38b 및 도 39a, 도 39b에 있어서, 흑점(O)은 상볼록 성형품(121) 및 하볼록 성형품(127)의 만곡 중심이다.

상볼록 성형품(121)의 경우, 도 38a, 도 38b에 나타내는 바와 같이, 성형 후의 플랜지단의 곡률 반경(radius of curvature)은 성형 전의 블랭크에 비해 작아진다. 이에 수반하여, 플랜지단의 축선 방향의 선 길이가 짧아진다(A₀B₀→A₁B₁). 즉, 플랜지부(125)는 수축 플랜지 변형(shrink flange deformation)으로 되고, 하사점에서는 플랜지부(125)에 길이 방향의 압축 응력(compressive stress)이 잔존한다.

한편, 하볼록 성형품(127)의 경우, 도 39a, 도 39b에 나타내는 바와 같이, 성형 후의 플랜지단의 곡률 반경은, 성형 전의 블랭크에 비해 커진다. 이에 수반하여, 플랜지단의 축선 방향의 선 길이가 길어진다(C₀D₀→C₁D₁). 즉, 플랜지부(125)는 신장 플랜지 변형(stretch flange deformation)이 되고, 하사점에서는 플랜지부(125)에 길이 방향의 인장 응력(tensile stress)이 잔존한다.

플랜지부(125)의 응력은 이형(die release)시에 해방되고, 응력 해방 후, 상볼록 성형품(121)의 플랜지부(125)에서는 신장 변형(stretch deformation)이 발생하고, 하볼록 성형품(127)의 플랜지부(125)에서는 수축 변형(shrink deformation)이 발생한다. 그 결과, 상볼록 성형품(121)의 경우(도 40a 참조), 하볼록 성형품(127)의 경우(도 40b 참조)의 어느 경우나, 목표로 하는 제품 형상에 비해 만곡 곡률이 작아지는(곡률 반경이 커지는) 바와 같은 캠버 변형(camber springback)이 발생한다.

또한, 도 40a는, 이형 후의 상볼록 성형품(121)을 3차원 형상 측정기로 측정하고, 그 후, CAD(computer aided design) 소프트웨어 상에서 측정 형상의 길이 방향 중앙의 단면이, 목표로 하는 제품 형상의 동 단면과 일치하도록 위치 맞춤을 행하여 도시한 것이다. 도 40b는, 도 40a에 나타내는 상볼록 성형품(121)의 경우와 동일한 처리를 행하여 이형 후의 하볼록 성형품(127)을 도시한 것이다. 도 40a 및 도 40b에 있어서, 실선은, 상볼록 성형품(121) 또는 하볼록 성형품(127)의 목표로 하는 제품 형상(목표 제품 형상)을 나타내고, 점선은, 상볼록 성형품(121) 또는 하볼록 성형품(127)의 측정 형상을 나타내고 있다.

또한, 플랜지부가 편측에만 있는 제품 형상, 종벽의 좌우 양측의 각도가 상이한 제품 형상, 종벽의 좌우의 높이가 상이한 제품 형상, 좌우의 플랜지폭이 상이한 제품 형상 등의 성형품을 프레스 성형하는 경우 등에서는, 이형시의 응력 해방(stress release)에 의해서 성형품에 비틀림이 발생해 버린다(도 16 참조).

이상과 같이, 면 외로 만곡한 플랜지부를 갖는 성형품에서는, 플랜지부에 있어서의 잔류 응력이 이형시에 해방되고, 이에 따라서, 성형품 전체에 캠버(camber springback)나 비틀림을 부여하는 스프링 백이 발생한다. 이로부터, 이러한 성형품에서는, 플랜지부의 잔류 응력의 저감이 성형품의 스프링 백 저감에 매우 중요하다고 할 수 있다.

여기서, 본 발명자 들은, 플랜지부의 잔류 응력을 저감하는 방법에 대해서 검토하고, 프레스 성형 과정에 있어서, 블랭크재를 제품 형상으로 성형할 때에 플랜지부에 발생하는 선 길이 변화보다도 큰 변화를 플랜지부에 부여하고, 그 후에 플랜지부의 선 길이를 제품 형상으로 되돌리는 바와 같은 성형을 하는 것이 유효하다는 인식을 얻었다. 본 발명은 이러한 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 구체적으로는 이하의 구성으로 이루어지는 것이다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 홈 형상부를 갖고, 당해 홈 형상부를 형성하는 한 쌍의 종벽부 중 적어도 한쪽의 종벽부에, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부측으로 볼록해지도록 만곡하는 플랜지부를 갖는 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 상기 홈 형상부를 성형하는 제1 홈 형상 성형부와 상기 플랜지부를 성형하는 제1 플랜지 성형부를 갖는 제1 금형을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 경사 각도가 상기 제1 홈 형상 성형부와 동일한 제2 홈 형상 성형부와 제2 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여 제2 성형 공정을 행하는 것으로서, 상기 제1 금형의 상기 제1 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부(side wall forming portion)와 상기 제1 플랜지 성형부(flange forming portion)의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제1 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₁과, 상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제2 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₂의 관계가, 상기 만곡면을 기준으로 하여 당해 만곡면으로부터 상기 홈 저부측을 부(負), 그 반대측을 정(正)으로 했을 때에, α₂＜α₁로 설정되어 있고, 상기 제1 성형 공정에서 발생한 상기 플랜지부의 길이 방향의 선 길이를 축소하는 압축 변형(compressive strain)을, 상기 제2 성형 공정에 있어서 상기 선 길이를 늘리는 변형을 부여함으로써 되돌리도록 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기에 기재된 발명으로서, 상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 상기 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부의 곡률 반경을 ρ₀[mm], 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 플랜지폭을 L[mm], 스프링 백을 변화시키는 효과가 얻어지고, 또한 주름(wrinkles)을 억제할 수 있는 변형(strain)의 되돌림량(recovery amount) Δε(Δε＞0)의 상한값을 Δε_max로 하면, 상기 α₁과 상기 α₂가 하식(1)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 홈 형상부를 갖고, 당해 홈 형상부를 형성하는 한 쌍의 종벽부 중 적어도 한쪽의 종벽부에, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부측으로 오목해지도록 만곡하는 플랜지부를 갖는 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서, 상기 홈 형상부를 성형하는 제1 홈 형상 성형부(channel-shape forming portion)와 상기 플랜지부를 성형하는 제1 플랜지 성형부를 갖는 제1 금형을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 경사 각도가 상기 제1 홈 형상 성형부와 동일한 제2 홈 형상 성형부와 제2 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여 제2 성형 공정을 행하는 것으로서, 상기 제1 금형의 상기 제1 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제1 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제1 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₁과, 상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제2 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₂의 관계가, 상기 만곡면을 기준으로 하여 당해 만곡면으로부터 상기 홈 저부측을 부, 그 반대측을 정으로 했을 때에, α₂＜α₁로 설정되어 있고, 상기 제1 성형 공정에서 발생한 상기 플랜지부의 길이 방향의 선 길이를 늘리는 인장 변형(tensile strain)을, 상기 제2 성형 공정에 있어서 상기 선 길이를 축소하는 변형을 부여함으로써 되돌리도록 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기에 기재된 발명으로서, 상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 상기 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부의 곡률 반경을 ρ₀[mm], 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 플랜지폭을 L[mm], 스프링 백을 변화시키는 효과가 얻어지고, 또한 주름을 억제할 수 있는 변형의 되돌림량 Δε(Δε＞0)의 상한값을 Δε_max로 하면, 상기 α₁과 상기 α₂가 하식(2)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 상기 제1 성형 공정을 폼 성형으로 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 상기 제1 성형 공정을 드로우 성형(draw forming)으로 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부에 펀치 저부를 갖는 성형품을 성형하는 경우로서, 상기 제1 성형 공정은 블랭크에 있어서의 상기 펀치 저부에 상당하는 부위를 패드(pad)로 눌러 프레스 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 상기 한 쌍의 종벽부 중 어느 한쪽의 플랜지부에 상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 상기 한 쌍의 종벽부의 양쪽의 플랜지부에 상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있는 경우로서, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 금형축 방향의 일부에 있어서 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있는 경우로서, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형의 전체 길이에 걸쳐서 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향의 일부에 형성되어 있는 경우로서, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 만곡하는 상기 플랜지부를 성형하는 부위에만 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 발명으로서, 만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향의 일부에 형성되어 있는 경우로서, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형의 전체 길이에 걸쳐서 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 상방 휨 또는 하방 휨의 만곡 형태의 플랜지부를 갖는 성형품에 대해서, 제품 형상을 바꾸는 일 없이, 비틀림이나 구부러짐과 같은 3차원적인 스프링 백을 저감할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법(상볼록 형상, 폼 성형)의 설명도이다.
도 2a는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 제1 금형(상볼록 형상, 폼 성형)의 사시도이다.
도 2b는, 도 2a에 나타내는 제1 금형의 A-A 화살표에서 본 단면도이다.
도 3a는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 제2 금형(상볼록 형상, 폼 성형)의 사시도이다.
도 3b는, 도 3a에 나타내는 제2 금형의 B-B 화살표에서 본 단면도이다.
도 4a는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 제1 하사점 및 제2 하사점에서의 상볼록 성형품의 단면도이다.
도 4b는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 플랜지단의 선 길이 변화를 나타내는 도면이다.
도 5a는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 성형 중의 플랜지부에 발생하는 응력과 변형의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5b는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 도 5a에 나타내는 그래프의 기울기를 나타내는 도면이다.
도 6a는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법의 다른 실시 형태에 관한 메카니즘의 설명도이다.
도 6b는, 도 6a에 나타내는 플랜지단의 선 길이 변화를 나타내는 도면이다.
도 7a는, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 대한 비교예에 관한 메카니즘의 설명도이다.
도 7b는, 도 7a에 나타내는 플랜지단의 선 길이 변화를 나타내는 도면이다.
도 8a는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 제1 금형 사시도(하볼록 형상, 폼 성형)이다.
도 8b는, 도 8a에 나타내는 제1 금형의 C-C 화살표에서 본 단면도이다.
도 9a는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 제2 금형의 사시도(하볼록 형상, 폼 성형)이다.
도 9b는, 도 9a에 나타내는 제2 금형의 D-D 화살표에서 본 단면도이다.
도 10a는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 제1 하사점 및 제2 하사점에서의 하볼록 성형품의 단면도이다.
도 10b는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 플랜지단의 선 길이 변화를 나타내는 도면이다.
도 11a는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 성형 중의 플랜지부에 발생하는 응력과 변형의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11b는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도로서, 도 11a에 나타내는 그래프의 기울기를 나타내는 도면이다.
도 12a는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 다른 실시 형태에 관한 메카니즘의 설명도이다.
도 12b는, 도 12a에 나타내는 플랜지단의 선 길이 변화를 나타내는 도면이다.
도 13a는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 비교예에 관한 메카니즘의 설명도이다.
도 13b는, 도 13a에 나타내는 플랜지단의 선 길이 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 실시의 형태 3에 따른 프레스 성형 방법(상볼록 형상, 폼 성형, 패드 있음)의 설명도이다.
도 15는, 본 발명의 실시의 형태 4의 성형 대상인 성형품(플랜지폭이 상이한 것)의 설명도이다.
도 16은, 본 발명의 실시의 형태 4에서 해결하고자 하는 과제의 설명도이다.
도 17은, 본 발명의 실시의 형태 4에 따른 제1 금형(상볼록 형상, 폼 성형, 편측만 적용)의 사시도이다.
도 18은, 본 발명의 실시의 형태 4에 따른 프레스 성형 방법(상볼록 형상, 폼 성형, 편측만 적용)의 설명도이다.
도 19는, 본 발명의 실시의 형태 5에 따른 제1 금형(상볼록 형상, 드로우 성형)의 사시도이다.
도 20은, 본 발명의 실시의 형태 5에 따른 프레스 성형 방법(상볼록 형상, 드로우 성형)의 설명도이다.
도 21은, 본 발명을 적용 가능한 제품 형상의 성형품의 예를 나타내는 단면도이다.
도 22a는, 본 발명을 적용 가능한 제품 형상의 성형품의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 22b는, 본 발명을 적용 가능한 제품 형상의 성형품의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 23a는, 본 발명의 실시예 1에 따른 성형 대상의 성형품(상볼록 형상)의 설명도이다.
도 23b는, 도 23a에 나타내는 성형품의 단면도이다.
도 24a는, 본 발명의 실시예 2에 따른 성형 대상의 성형품(하볼록 형상)의 설명도이다.
도 24b는, 도 24a에 나타내는 성형품의 단면도이다.
도 25는, 본 발명의 실시예 3에 따른 프레스 성형 방법(상볼록 형상, 드로우 성형, 패드 부착)의 설명도이다.
도 26은, 본 발명의 실시예 3에 따른 종래의 프레스 금형(상볼록 형상, 드로우 성형)의 설명도이다.
도 27은, 본 발명의 실시예 3에 따른 종래의 프레스 성형 방법(상볼록 형상, 드로우 성형)의 설명도이다.
도 28은, 본 발명의 실시예 4에 따른 제1 금형(하볼록 형상, 드로우 성형)의 사시도이다.
도 29는, 본 발명의 실시예 4에 따른 종래의 프레스 금형(하볼록 형상, 드로우 성형)의 설명도이다.
도 30은, 본 발명의 실시예 5에 따른 성형 대상의 성형품(플랜지부가 경사져 있는 것)의 설명도이다.
도 31은, 본 발명의 실시예 6에 따른 성형 대상의 성형품(플랜지폭이 상이한 것)의 설명도이다.
도 32는, 본 발명의 실시예 7에 따른 제1 금형(상볼록 형상, 드로우 성형, 중앙부만 적용)의 사시도이다.
도 33은, 본 발명의 성형 대상인 상볼록 성형품의 사시도이다.
도 34는, 본 발명의 성형 대상인 하볼록 성형품의 사시도이다.
도 35는, 본 발명의 해결하고자 하는 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 금형(상볼록 형상)의 사시도이다.
도 36은, 본 발명의 해결하고자 하는 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 금형(하볼록 형상)의 사시도이다.
도 37은, 본 발명의 해결하고자 하는 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법의 설명도이다.
도 38a는, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 상볼록 성형품의 단면도이다.
도 38b는, 종래의 프레스 성형 방법에 의한 상볼록 성형품의 성형 전후에 있어서의 플랜지단의 선 길이 변화의 설명도이다.
도 39a는, 종래의 프레스 성형 방법에 의해 성형되는 하볼록 성형품의 단면도이다.
도 39b는, 종래의 프레스 성형 방법에 의한 하볼록 성형품의 성형 전후에 있어서의 플랜지단의 선 길이 변화의 설명도이다.
도 40a는, 본 발명의 해결하고자 하는 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법에 의한 상볼록 성형품의 스프링 백의 설명도이다.
도 40b는, 본 발명의 해결하고자 하는 과제의 설명도로서, 종래의 프레스 성형 방법에 의한 하볼록 성형품의 스프링 백의 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

［실시의 형태 1］

본 발명의 일 실시의 형태에 따른 프레스 성형 방법에 대해서 설명하기 전에, 본 발명 방법이 성형 대상으로 하고 있는 성형품에 대해서, 도 33에 기초하여 설명한다. 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법이 대상으로 하고 있는 성형품은, 도 33에 나타내는 바와 같이, 길이 방향으로 연장되는 홈 형상부(123)와, 홈 형상부(123)의 양측에 형성되는 플랜지부(125)를 갖고, 축 방향의 중앙부가 홈 저부(123a)측으로 볼록(상볼록)해지도록 만곡한 상볼록 성형품(121)이다. 또한, 홈 형상부(123)는, 홈 저부(123a)와, 홈 저부(123a)의 양측에 형성된 한 쌍의 종벽부(123b)로 형성되어 있다.

상기와 같은 상볼록 성형품(121)은, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 의해 성형된다. 이 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법은, 제품 형상으로 성형하는 경우보다도 큰 선 길이 변화가 플랜지부(125)에 발생하는 중간 형상(preformed shape)을 갖는 중간품(preformed part)을 성형하는 제1 성형 공정과, 제1 성형 공정에서 성형된 중간품을 제품 형상인 상볼록 성형품(121)으로 성형하는 제2 성형 공정을 포함하고 있다. 상기의 제1 성형 공정 및 제2 성형 공정은 각각 개별 금형(제1 금형(1) 및 제2 금형(3))을 이용하여 프레스 성형을 행하기 때문에, 우선 제1 금형(1) 및 제2 금형(3)에 대해서, 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 기초하여 설명한다.

〔금형의 설명〕

<제1 금형>

제1 금형(1)은, 제1 성형 공정에 이용하는 금형으로, 도 2a에 나타내는 대로 제1 다이(die)(5)와 제1 펀치(7)를 구비하고 있다.

제1 다이(5)는, 상볼록 성형품(121)(도 33 참조)의 홈 형상부(123)를 성형하는 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)와, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)의 양측에 형성되고, 상볼록 성형품(121)의 플랜지부(125)를 성형하는 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)를 구비하고 있다.

제1 펀치(7)는, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)와 협동하여 상볼록 성형품(121)의 홈 형상부(123)를 형성하는 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)와, 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)와 협동하여 상볼록 성형품(121)의 플랜지부(125)를 성형하는 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)를 구비하고 있다.

제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)와 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)가 제1 금형(1)의 제1 홈 형상 성형부(9)이다. 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)와 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)가 제1 금형(1)의 제1 플랜지 성형부(11)이다. 도 2a 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 제1 홈 형상 성형부(9)에 있어서의 종벽 성형부와 제1 플랜지 성형부(11)의 교차부(10)를 통과하고 또한 교차부(10)에 있어서의 플랜지부(125)의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면(12)과, 제1 플랜지 성형부(11)가 이루는 각도(이하, 「 제1 경사 각도 α₁」이라고 함)는, 소정의 크기로 설정되어 있다.

<제2 금형>

제2 금형(3)은, 제2 성형 공정에 이용하는 금형으로, 도 3a에 나타내는 대로 제2 다이(13)와 제2 펀치(15)를 구비하고 있다.

제2 다이(13)는, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)와 동 형상의 제2 다이측의 홈 형상 성형부(13a)와, 제2 다이측의 홈 형상 성형부(13a)의 양측에 형성되고, 플랜지부(125)를 제품 형상으로 성형하는 제2 다이측의 플랜지 성형부(13b)를 구비하고 있다.

제2 펀치(15)는, 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)와 동 형상의 제2 펀치측의 홈 형상 성형부(15a)와, 제2 다이측의 플랜지 성형부(13b)와 협동하여 플랜지부(125)를 제품 형상으로 성형하는 제2 펀치측의 플랜지 성형부(15b)를 구비하고 있다.

제2 다이측의 홈 형상 성형부(13a)와 제2 펀치측의 홈 형상 성형부(15a)가 제2 금형(3)의 제2 홈 형상 성형부(17)이다. 제2 다이측의 플랜지 성형부(13b)와 제2 펀치측의 플랜지 성형부(15b)가 제2 금형(3)의 제2 플랜지 성형부(19)이다. 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 제2 홈 형상 성형부(17)에 있어서의 종벽 성형부와 제2 플랜지 성형부(19)의 교차부(18)를 통과하고 또한 교차부(18)에 있어서의 플랜지부(125)의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면(20)과, 제2 플랜지 성형부(19)가 이루는 각도(이하, 「제2 경사 각도 α₂」라고 함)는, 소정의 크기로 설정되어 있다. 전술한 바와 같이, 제1 홈 형상 성형부(9)와 제2 홈 형상 성형부(17)는 동 형상이기 때문에, 제1 금형(1)에 있어서의 만곡면(12)과, 제2 금형(3)에 있어서의 만곡면(20)은, 동일한 만곡면이다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂는, 전술한 만곡면(만곡면(12) 및 만곡면(20))을 기준으로 하여, 당해 만곡면으로부터 홈 저부측을 부로 하고, 그 반대측을 정으로 한다. 도 2b, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 제2 경사 각도 α₂는, 제1 경사 각도 α₁보다도 작아지도록(제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂) 설정되어 있다. 이와 같이 설정함으로써, 제1 금형(1)에 의해서, 큰 선 길이 변화가 플랜지부(125)에 발생하는 중간 형상의 중간품을 블랭크로부터 성형하고, 제2 금형(3)에 의해서, 중간 형상의 중간품을 제품 형상인 상볼록 성형품(121)으로 성형할 수 있다. 또한, 이 점에 대해서는, 이하에 있어서 상세하게 설명한다.

〔프레스 성형 방법〕

이상과 같이 구성된 제1 금형(1) 및 제2 금형(3)을 이용한 본 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법을, 제1 금형(1) 및 제2 금형(3)의 동작과 함께 도 1에 기초하여 설명한다.

<제1 성형 공정>

제1 성형 공정은, 제1 금형(1)을 이용하여, 상볼록 성형품(121)의 블랭크(21)를 중간 형상의 중간품으로 프레스 성형하는 공정이다. 이 제1 성형 공정에서는, 도 1에 나타내는 단계 a와 같이, 우선, 제1 금형(1)은, 제1 다이(5)와 제1 펀치(7)의 사이에 블랭크(21)를 수용한다. 이 단계 a에 있어서, 제1 펀치(7)에는 블랭크(21)가 올려 놓여진다. 제1 다이(5)는, 제1 펀치(7)를 향하여 이동하여, 이 블랭크(21)에 근접한다.

다음으로, 제1 금형(1)은, 도 1에 나타내는 단계 b와 같이, 제1 다이(5)와 제1 펀치(7)에 의해서 블랭크(21)를 중간 형상의 중간품으로 프레스 성형한다. 이 단계 b에 있어서, 제1 홈 형상 성형부(9)는, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)와 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)에서 블랭크(21)를 프레스 성형함으로써, 이 블랭크(21)에 홈 형상부(123)를 형성한다. 이와 함께, 제1 플랜지 성형부(11)는, 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)와 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)에서 블랭크(21)를 프레스 성형함으로써, 이 블랭크(21)에 플랜지부(125)를 형성한다.

이러한 제1 성형 공정에 의해, 블랭크(21)는, 상기의 홈 형상부(123)와 플랜지부(125)를 갖는 중간 형상의 중간품으로 성형된다. 이 때, 홈 형상부(123)가 제1 홈 형상 성형부(9)에 의해서 제품 형상과 동 형상으로 성형됨과 함께, 플랜지부(125)의 만곡면(12)(도 2a, 도 2b 참조)에 대한 경사 각도가 제1 플랜지 성형부(11)에 의해서 제1 경사 각도 α₁로 성형된다.

<제2 성형 공정>

제2 성형 공정은, 제2 금형(3)을 이용하여, 전술한 제1 성형 공정에 의한 중간 형상의 중간품을 제품 형상의 상볼록 성형품(121)으로 프레스 성형하는 공정이다. 이 제2 성형 공정에서는, 도 1에 나타내는 단계 c와 같이, 제2 금형(3)은, 제2 다이(13)와 제2 펀치(15)의 사이에, 전술한 제1 성형 공정에 의한 중간품 즉 중간 형상 상볼록 성형품(121)을 수용한다. 이 단계 c에 있어서, 제2 펀치(15)에는 중간 형상의 상볼록 성형품(121)이 올려 놓여진다. 제2 다이(13)는, 제2 펀치(15)를 향하여 이동하고, 이 중간 형상 상볼록 성형품(121)에 근접한다.

다음으로, 제2 금형(3)은, 도 1에 나타내는 단계 d와 같이, 제2 다이(13)와 제2 펀치(15)에 의해서 중간 형상의 상볼록 성형품(121)을 제품 형상의 상볼록 성형품(121)으로 프레스 성형한다. 이 단계 d에 있어서, 제2 홈 형상 성형부(17)는, 제2 다이측의 홈 형상 성형부(13a)와 제2 펀치측의 홈 형상 성형부(15a)에서 중간 형상의 상볼록 성형품(121)을 프레스 성형함으로써, 이 상볼록 성형품(121)의 홈 형상부(123)를, 홈 저부(123a)와 종벽부(123b)를 갖는 제품 형상의 홈 형상부(123)로 성형한다. 이와 함께, 제2 플랜지 성형부(19)는, 제2 다이측의 플랜지 성형부(13b)와 제2 펀치측의 플랜지 성형부(15b)에서 중간 형상의 상볼록 성형품(121)을 프레스 성형함으로써, 이 상볼록 성형품(121)의 플랜지부(125)를, 제2 경사 각도 α₂를 갖는 플랜지부(125)로 성형한다.

이러한 제2 성형 공정에 의해, 상볼록 성형품(121)은, 전술한 중간 형상으로부터 제품 형상으로 성형된다. 이 때, 홈 형상부(123)가 제2 홈 형상 성형부(17)로 끼워 지지됨과 함께, 플랜지부(125)의 만곡면(20)(도 3a, 도 3b 참조)에 대한 경사 각도가 제2 플랜지 성형부(19)에 의해서 제2 경사 각도 α₂와 동일한 경사 각도로 성형된다.

이상과 같은 본 발명 방법의 메카니즘에 대하여, 성형 중의 플랜지부(125)의 단부(즉 플랜지 단부)의 선 길이 변화에 주목하여, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 기초하여 설명한다.

도 4a는, 제1 성형 공정의 하사점(제1 하사점) 및 제2 성형 공정의 하사점(제2 하사점)에서의 상볼록 성형품(121)의 단면도이다. 도 4b는, 블랭크(21)(상볼록 성형품(121))를 측면에서 보았을 때의 블랭크단(플랜지단)의 선 길이 변화를 나타내는 도이다.

도 4a에 있어서, 제1 하사점에 있어서의 플랜지부(125)는 파선으로 나타내고, 제2 하사점에 있어서의 플랜지부(125)는 실선으로 나타내고 있고, 제1 하사점에 있어서의 플랜지부(125)는 편측만 도시하고 있다. 도 4a에 있어서, 제1 하사점에 있어서의 플랜지부(125)의 경사 각도는 제1 경사 각도 α₁로 되어 있고, 제2 하사점에 있어서의 플랜지부(125)의 경사 각도는 제2 경사 각도 α₂로 되어 있다. 도 4a에 있어서, 종벽부(123b)와 플랜지부(125)의 교차부의 곡률 중심은 O₀으로 하고, 곡률 반경은 ρ₀[mm]으로 한다. 제1 하사점에서의 플랜지단의 곡률 중심은 O₁로 하고, 곡률 반경은 ρ₁[mm]로 한다. 제2 하사점에서의 플랜지단의 곡률 중심은 O₂로 하고, 곡률 반경은 ρ₂[mm]로 하고, 제품 형상의 플랜지폭은 L[mm]로 한다. 한편, 도 4b에 있어서, 성형전의 블랭크단의 선 길이는 가는 실선으로 나타내고, 제1 하사점에 있어서의 플랜지단의 선 길이는 파선으로 나타내고, 제2 하사점에 있어서의 플랜지단의 선 길이는 굵은 실선으로 나타내고 있다.

도 5a는, 성형 중에 플랜지부(125)에 발생하는 응력과 변형의 관계를 나타낸 응력-변형선도(stress-strain curve)이다. 이 응력-변형선도에서는, 세로축이 응력 σ를 나타내고, 가로축이 변형 ε를 나타내고 있다. 또한, 도 5a에 있어서, 응력값이 정(正)인 경우는 인장 응력인 것을 의미하고, 응력값이 부(負)인 경우는 압축 응력인 것을 의미하고 있다. 도 5b는, 도 5a의 그래프의 기울기(변형의 변화량과 당해 변형의 변화량에 대한 응력의 구배(gradient)dσ/dε)를 나타내는 그래프이다. 도 5b에 나타내는 그래프에서는, 가로축이 변형 ε을 나타내고, 세로축이 변형에 대한 응력의 구배 dσ/dε를 나타내고 있다.

성형 중의 플랜지부(125)의 선 길이 변화의 양태는, 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂의 경우와, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂의 경우에서 상이하기 때문에, 우선 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂의 경우에 있어서의 프레스 성형 방법의 메카니즘에 대해서 설명한다.

제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂의 경우, 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는, 제1 성형 공정에 있어서, 도 4b에 나타내는 바와 같이 짧아진다(A₀B₀→A₁B₁). 이에 따라서, 플랜지부(125)는, 도 5a에 나타내는 바와 같이 압축 변형을 받는다. 그 후, 제2 성형 공정에 있어서, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는 약간 길어진다(A₁B₁→A₂B₂). 이에 따라서, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)가 받은 압축 변형은, 인장측으로(제1 하사점으로부터의) 변형 되돌림량 Δε만큼 되돌려진다. 이 결과, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 부여된 압축 응력은, 크게 저감한다. 이 예에서는, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(125)에 잔류하는 응력 σ은, 압축 응력으로부터 인장 응력으로 전환되어 있다.

이와 같이, 본 발명은, 약간의 변형의 되돌림에 대하여 응력이 민감하게 크게 변화하는 특징을 이용한 것이다. 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법은, 제품 형상의 상볼록 성형품(121)을 성형할 때, 제1 성형 공정에 있어서, 일단, 제품 형상보다도 플랜지 선 길이가 짧아지는 성형을 행하고, 그 후, 제2 성형 공정에 있어서 약간 플랜지 선 길이를 길게 하는 성형을 행한다. 이에 따라, 플랜지부(125)에 있어서, 제1 성형 공정에서 발생한 길이 방향의 선 길이를 축소하는 압축 변형이, 선 길이를 약간 늘리는 변형을 부여하는 제2 성형 공정에 의해서 되돌려지게 된다. 이에 수반하여, 플랜지부(125)의 압축 응력이 저감된다. 결과로서, 플랜지부(125)의 잔류 응력이 저감되고, 이에 따라 스프링 백이 저감된다.

도 4a에 나타내는 제1 하사점에서의 플랜지단의 곡률 반경 ρ₁ 및 제2 하사점에서의 플랜지단의 곡률 반경 ρ₂는, 하식(3) 및 식(4)로 나타난다. 전술한 변형 되돌림량 Δε은, 이들의 곡률 반경 ρ₁, ρ₂와, 곡률 반경의 변화량 Δρ(＝ρ₂－ρ₁)를 이용하여, 하식(5)로 나타난다.

또한, 식(5)를 제1 경사 각도 α₁로 정리하면, 제1 경사 각도 α₁은 하식(6)으로 나타난다.

상기는, 도 4a에 나타내는 바와 같이 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂가 모두 정(正)인 경우의 프레스 성형 방법의 메카니즘에 대해서 설명했다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 도 6a에 나타내는 바와 같이 제1 경사 각도 α₁이 정이고 제2 경사 각도 α₂가 부인 경우나, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂ 모두 부인 경우라도, 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂이면, 플랜지부(125)의 선 길이 변화는, 예를 들면 도 6b에 나타내는 바와 같이, 전술한 대로이다. 따라서, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 프레스 성형 방법에 의하면, 플랜지부(125)의 압축 응력의 저감 효과가 얻어진다. 또한, 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂이면, 제1 경사 각도 α₁＝0[°]이라도 좋고, 제2 경사 각도 α₂＝0[°](제품 형상의 플랜지부(125)가 만곡면(20)에 대하여 경사 없음)이라도 좋다.

한편, 본 발명에 대한 비교예로서의 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂의 경우, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정에서는 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는 짧아진다(A₀B₀→A₁B₁). 이에 따라, 플랜지부(125)는 압축 변형을 받는다. 그 후, 제2 성형 공정에서 플랜지부(125)가 제품 형상으로 성형될 때, 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 더욱 짧아진다(A₁B₁→A₂B₂). 따라서, 이와 같이 성형되는 플랜지부(125)에, 변형 ε의 되돌림은 없고, 따라서, 플랜지부(125)에 잔류하는 압축 응력의 저감 효과는 얻어지지 않는다. 이 결과, 스프링 백이 저감되지 않는다.

상기 비교예는, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 제1 경사 각도 α₁이 부이고 제2 경사 각도 α₂가 정인 경우의 프레스 성형 방법의 메카니즘에 대해서 설명했다. 그러나, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂의 정부에 상관없이, 예를 들면 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂가 모두 정인 경우라도, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂이면, 플랜지부(125)의 잔류 응력이 저감되지 않기 때문에 스프링 백이 저감되지 않는다고 하는 결과는 동일하다.

또한, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b에 나타내는 각 구성 및 각 요소는, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂의 각 크기나 대소 관계가 상이한 것 이외, 도 4a, 도 4b에 나타내는 것과 동일하다. 이들 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호가 붙여져 있다.

다음으로, 제1 경사 각도 α₁의 적합한 범위에 대해서, 구배 dσ/dε를 나타내는 도 5b에 기초하여 검토했기 때문에, 이하, 이에 대해서 설명한다.

도 5b에 나타내는 바와 같이, 제1 하사점으로부터의 변형 되돌림량 Δε이 작은 영역에서는 구배 dσ/dε는 크지만, 변형 되돌림량 Δε이 큰 영역에서는 구배 dσ/dε는 작아지고 있다. 이 점에서, 변형 되돌림량 Δε이 작은 영역에서는, 변형 ε의 변화량에 대한 응력 σ의 변화량은 커지고, 변형 되돌림량 Δε이 큰 영역에서는, 변형 ε의 변화량에 대한 응력 σ의 변화량이 작아지는 것을 알 수 있다. 변형 되돌림량 Δε이 큰 영역에서는, 변형 ε을 변화시켜도 그 변화량에 대한 응력 σ의 변화량은 작고, 그러므로, 스프링 백을 변화시키는 효과는 작아진다.

한편, 제1 경사 각도 α₁을 크게 하면, 플랜지부(125)를 제품 형상으로 되돌리기 위한 제2 경사 각도 α₂도 커지고, 이에 수반하여, 변형 되돌림량 Δε이 커진다. 변형 되돌림량 Δε이 큰 경우, 제1 성형 공정에서의 플랜지부(125)의 압축 변형량이 증가하는 점에서, 플랜지부(125)에 주름이 발생해 버릴 우려가 있다. 따라서, 스프링 백을 변화시키는데 효과적으로, 또한 플랜지부(125)의 주름을 억제할 수 있는 변형 되돌림량 Δε에는 상한값이 존재한다. 이 상한값을 Δε_max로 하면, 변형 되돌림량 Δε의 범위는 하식(7)로 나타난다.

식(7)을 식(6)에 대입하여 제1 경사 각도 α₁에 대해서 정리한 후, 플랜지부(125)의 압축 응력의 저감 효과를 얻기 위해서는 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂인 것을 고려하면, 제1 경사 각도 α₁의 범위는 하식(1)로 나타난다.

변형 되돌림량 Δε의 상한값 Δε_max는, 예를 들면, 실험적으로 플랜지부(125)의 주름 발생 한계를 구하면, 블랭크(21)의 영률(Young＇s　modulus)을 E[MPa]로 하고, 블랭크(21)의 인장 강도를 σ_TS[MPa]로 하여, 4σ_TS/E로 주어진다.

이상과 같이, 본 실시의 형태 1에서는, 상볼록 성형품(121)을 성형하는데 있어서, 제1 성형 공정에 있어서, 일단, 제품 형상보다도 플랜지 선 길이가 짧아지는 성형을 행하고, 제2 성형 공정에 있어서 약간 플랜지 선 길이를 길게 하는 성형을 행한다. 이에 따라, 플랜지부(125)에 있어서 제1 성형 공정에서 발생한 변형이 제2 성형 공정에서 약간 되돌려지게 되고, 이에 수반하여, 플랜지부(125)의 압축 응력이 저감되는 점에서, 결과적으로 플랜지부(125)의 잔류 응력이 저감되고, 이에 따라서 스프링 백이 저감된다. 또한, 제1 경사 각도 α₁을 식(1)의 범위 내에서 조정함으로써, 주름을 플랜지부(125)에 발생시키는 일 없이, 스프링 백량을 컨트롤할 수 있다.

［실시의 형태 2］

다음으로, 본 발명의 실시의 형태 2에 대해서 설명한다. 전술한 실시의 형태 1에서는 축 방향의 중앙부가 홈 저부(123a)측으로 볼록(상볼록) 형상인 상볼록 성형품(121)(도 33 참조)의 프레스 성형에 대해서 설명했지만, 본 실시의 형태 2에서는 도 34에 나타내는 바와 같은 축 방향의 중앙부가 홈 저부(123a)측으로 오목(하볼록) 형상인 하볼록 성형품(127)의 프레스 성형에 대해서 설명한다.

하볼록 성형품(127)은, 제1 다이(25)와 제1 펀치(27)로 이루어지는 제1 금형(23)(도 8a 참조) 및, 제2 다이(31)와 제2 펀치(33)로 이루어지는 제2 금형(29)(도 9a 참조)을 이용하여 프레스 성형된다. 제1 금형(23) 및 제2 금형(29)은, 실시의 형태 1의 제1 금형(1) 및 제2 금형(3)(도 2a 및 도 3a 참조)과, 만곡의 방향이 상이한 것 이외는 동일하다. 구체적으로는, 제1 다이(25)에 있어서, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(25a) 및 제1 다이측의 플랜지 성형부(25b)는, 만곡의 방향이 상이한 것 이외, 실시의 형태 1에 있어서의 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a) 및 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)와 각각 동일하다. 제1 펀치(27)에 있어서, 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(27a) 및 제1 펀치측의 플랜지 성형부(27b)는, 만곡의 방향이 상이한 것 이외, 실시의 형태 1에 있어서의 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a) 및 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)와 각각 동일하다. 또한, 제2 다이(31)에 있어서, 제2 다이측의 홈 형상 성형부(31a) 및 제2 다이측의 플랜지 성형부(31b)는, 만곡의 방향이 상이한 것 이외, 실시의 형태 1에 있어서의 제2 다이측의 홈 형상 성형부(13a) 및 제2 다이측의 플랜지 성형부(13b)와 각각 동일하다. 제2 펀치(33)에 있어서, 제2 펀치측의 홈 형상 성형부(33a) 및 제2 펀치측의 플랜지 성형부(33b)는, 만곡의 방향이 상이한 것 이외, 실시의 형태 1에 있어서의 제2 펀치측의 홈 형상 성형부(15a) 및 제2 펀치측의 플랜지 성형부(15b)와 각각 동일하다. 도 8a 및 도 9a에 있어서, 도 2a 및 도 3a와 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 도 8a에 나타내는 제1 금형(23)의 단면도인 도 8b와 도 9a에 나타내는 제2 금형(29)의 단면도인 도 9b에 있어서, 도 2b 및 도 3b와 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.

하볼록 성형품(127)은, 실시의 형태 1의 상볼록 성형품(121)의 경우와 플랜지부(125)의 선 길이 변화의 양태가 상이하기 때문에, 이 점에 주목하여, 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘에 대해서, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b에 기초하여 설명한다. 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법의 메카니즘의 설명도이다. 도 10a 및 도 10b에 있어서, 도 4a 및 도 4b와 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.

성형 중의 플랜지부(125)의 선 길이 변화의 양태는, 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂의 경우와, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂의 경우에서 상이하기 때문에, 우선 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂의 경우에 있어서의 프레스 성형 방법의 메카니즘에 대해서 설명한다.

제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂의 경우, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정에 있어서, 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는 길어진다(C₀D₀→C₁D₁). 이에 따라, 플랜지부(125)는, 도 11a에 나타내는 바와 같이 인장 변형이 발생한다. 그 후, 제2 성형 공정에 있어서는, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는 약간 짧아진다(C₁D₁→C₂D₂). 이에 따라, 도 11a에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 발생한 인장 변형은, 압축측으로(제1 하사점으로부터의) 변형 되돌림량 Δε만큼 되돌려진다. 이 결과, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 부여된 인장 응력이 저감한다. 도 11a에 나타내는 예에서는, 플랜지부(125)에 잔류하는 응력 σ는, 인장 응력으로부터 압축 응력으로 전환되고 있다.

이러한 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법에 있어서, 도 10a에 나타내는 제1 하사점에서의 플랜지단의 곡률 반경 ρ₁ 및 제2 하사점에서의 플랜지단의 곡률 반경 ρ₂는, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂를 이용하여 나타내면, 하식(8) 및 식(9)과 같이 된다.

제2 성형 공정에서 플랜지부(125)에 부여되는 변형 되돌림량 Δε은, 곡률 반경의 변화량 Δρ(＝ρ₁－ρ₂)를 이용하여, 하식(10)으로 나타난다.

따라서, 제1 경사 각도 α₁은 하식(11)로 나타난다.

또한, 상기는, 도 10a에 나타내는 바와 같이 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂가 모두 정인 경우의 프레스 성형 방법의 메카니즘에 대해서 설명했다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 도 12a에 나타내는 바와 같이 제1 경사 각도 α₁이 정이고 제2 경사 각도 α₂가 부인 경우나, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂ 모두 부인 경우라도, 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂이면, 플랜지부(125)의 선 길이 변화의 양태는, 예를 들면 도 12b에 나타내는 바와 같이, 동일하다. 따라서, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 프레스 성형 방법에 의하면, 플랜지부(125)의 인장 응력의 저감 효과가 얻어진다. 또한, 실시의 형태 1의 경우와 동일하게, 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂이면, 제1 경사 각도 α₁＝0[°]이라도 좋고, 제2 경사 각도 α₂＝0[°] (제품 형상의 플랜지부(125)가 만곡면(20)에 대하여 경사 없음)이라도 좋다.

한편, 본 발명에 대한 비교예로서의 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂의 경우, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정에서는 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는 길어진다(C₀D₀→C₁D₁). 이에 따라, 플랜지부(125)는 인장 변형을 받는다. 그 후, 제2 성형 공정에서 플랜지부(125)가 제품 형상으로 성형될 때, 플랜지부(125)의 길이 방향의 선 길이는, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 더욱 길어진다(C₁D₁→C₂D₂). 따라서, 이와 같이 성형되는 플랜지부(125)에, 변형 ε의 되돌려짐은 없고, 따라서, 플랜지부(125)에 잔류하는 인장 응력의 저감 효과는 얻어지지 않는다. 이 결과, 스프링 백의 저감 효과도 얻어지지 않는다. 이 점은, 도 13a에 나타낸 바와 같이 제1 경사 각도 α₁이 부이고 제2 경사 각도 α₂가 정인 경우뿐만 아니라, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂가 모두 정인 경우, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂가 모두 부인 경우라도, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂이면 동일하다.

또한, 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b에 나타내는 각 구성 및 각 요소는, 제1 경사 각도 α₁ 및 제2 경사 각도 α₂의 각 크기나 대소 관계가 상이한 것 이외,도 10a, 도 10b에 나타내는 것과 동일하다. 이들 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호가 붙여져 있다.

다음으로, 실시의 형태 1의 경우와 동일하게, 제1 경사 각도 α₁의 적합한 범위에 대해서, 응력-변형선도의 구배 dσ/dε(도 11b 참조)에 기초하여 검토했기 때문에, 이하, 이에 대해서 설명한다.

도 11b에 나타내는 바와 같이, 구배 dσ/dε는, 실시의 형태 1의 경우와 동일하게, 제1 하사점으로부터의 변형 되돌림량 Δε이 작은 영역에서는 크지만, 변형 되돌림량 Δε이 큰 영역에서는 작아진다. 즉, 변형 되돌림량 Δε이 작은 영역에서는, 변형 Δε변화에 대한 응력 σ의 변화량은 커지고, 변형 되돌림량 Δε이 큰 영역에서는, 변형 ε의 변화에 대한 응력 변화량은 작아진다. 변형 되돌림량 Δε이 큰 영역에서는, 변형 ε을 변화시켜도 그 변화량에 대한 응력 σ의 변화량은 작고, 그러므로, 스프링 백을 변화시키는 효과는 작아진다.

한편, 제1 경사 각도 α₁을 크게 함으로써, 플랜지부(125)를 제품 형상으로 되돌리기 위한 제2 경사 각도 α₂도 커지고, 이에 수반하여, 변형 되돌림량 Δε이 커진다. 변형 되돌림량 Δε이 큰 경우, 제1 성형 공정에서의 플랜지부(125)의 인장 변형량이 증가하는 점에서, 플랜지부(125)에 균열(fracture)이 발생해 버릴 우려가 있다. 또한, 변형 되돌림량 Δε이 큰 경우, 제2 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생할 우려가 있다. 따라서, 스프링 백을 변화시키는데 효과적이고, 또한 플랜지부(125)의 균열이나 주름을 억제할 수 있는 변형 되돌림량 Δε에는 상한값이 존재한다. 이 상한값을 Δε_max로 하면, 변형 되돌림량 Δε의 범위는, 실시의 형태 1의 경우와 동일하게 하식(7)로 나타난다.

전술한 바와 같이, 플랜지부(125)의 인장 응력의 저감 효과를 얻기 위해서는 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂인 것이 전제이며, 이 전제와 상식(7) 및 식(11)에 의해, 제1 경사 각도 α₁의 범위는 하식(2)로 나타난다.

또한, 제1 경사 각도 α₁을 크게 하면, 플랜지부(125)를 제품 형상으로 되돌리기 위한 제2 경사 각도 α₂도 커지고, 이에 수반하여, 변형 되돌림량 Δε이 커진다. 변형 되돌림량 Δε이 큰 경우, 제2 성형 공정에서의 플랜지부(125)의 압축 변형량이 증가하여, 플랜지부(125)에 주름이 발생해 버릴 우려가 있다. 이러한 플랜지부(125)의 주름을 억제할 수 있는 변형 되돌림량 Δε의 상한값 Δε_max는, 예를 들면, 실험적으로 플랜지부(125)의 주름 발생 한계를 구하면, 블랭크(21)의 영률을 E[MPa]로 하고, 블랭크(21)의 인장 강도를 σ_TS[MPa]로 하여, 4σ_TS/E로 주어진다.

이상과 같이, 본 실시의 형태 2에서는, 하볼록 성형품(127)을 성형하는데 있어서, 제1 성형 공정에 있어서, 일단, 제품 형상보다도 플랜지부(125)의 선 길이가 길어지는 성형을 행하고, 제2 성형 공정에 있어서 그 선 길이를 약간 짧게 하는 성형을 행한다. 이에 따라, 플랜지부(125)에 있어서, 제1 성형 공정에서 발생한 인장 변형이, 제2 성형 공정에서 약간 되돌려지게 되고, 이에 수반하여, 플랜지부(125)의 인장 응력이 저감된다. 이 결과, 플랜지부(125)의 잔류 응력이 저감되고, 이에 따라 스프링 백이 저감된다. 또한, 제1 경사 각도 α₁을 식(2)의 범위 내에서 조정함으로써, 플랜지부(125)에 균열이나 주름을 발생시키는 일 없이, 스프링 백량을 컨트롤할 수 있다.

［실시의 형태 3］

다음으로, 본 발명의 실시의 형태 3에 대해서 설명한다. 전술한 실시의 형태 1 및 실시의 형태 2에서는, 제1 금형은 제1 다이와 제1 펀치로 이루어지는 것을 예로 들어 설명했지만, 본 실시의 형태 3에 예시하는 바와 같이, 제1 성형 공정 개시시부터 블랭크를 패드로 누르도록 해도 좋다. 이렇게 함으로써, 제1 성형 공정에 있어서 블랭크가 어긋나 버리는 것을 확실히 방지할 수 있다.

이러한 패드를 이용하는 금형의 일 예로서, 본 실시의 형태 3에 따른 제1 금형(35)이, 도 14에 나타내는 프레스 성형 방법의 단계 a, b에 도시되어 있다. 제1 금형(35)의 제1 다이(37)는, 패드(39)를 갖는 점 이외, 도 1에 나타내는 프레스 성형 방법의 단계 a, b 및 도 2a에 도시되는 제1 금형(1)의 제1 다이(5)와 동일한 것이다. 그 때문에, 도 14 중의 단계 a, b에 있어서, 제1 금형(35)의 패드(39) 이외의 부분에는, 도 1 중의 단계 a, b 및 도 2a와 동일한 부호를 붙이고 있다. 패드(39)는, 제1 다이(37)에 대하여 출몰 가능하게 형성되어 있고, 제1 펀치(7)와 협동하여 블랭크(21)의 홈 저부에 상당하는 부위를 끼워 지지한다. 또한, 본 실시의 형태 3에 있어서의 제2 성형 공정의 단계 c, d(도 14 참조)에서는, 실시의 형태 1과 동일하게, 도 3a에 나타내는 것과 동일한 제2 금형(3)을 사용하여, 중간 형상의 상볼록 성형품(121)(중간품)이 제품 형상으로 프레스 성형된다.

또한, 상기에서는 상볼록 성형품(121)의 프레스 성형에 대해서 설명했지만, 본 실시의 형태 3에서는, 하볼록 성형품(127)의 프레스 성형에 대해서도 동일하게 패드 부착의 제1 금형을 이용할 수 있다.

［실시의 형태 4］

다음으로, 본 발명의 실시의 형태 4에 대해서 설명한다. 전술한 실시의 형태 1∼실시의 형태 3에서는 한 쌍의 종벽부(123b)의 양쪽의 플랜지부(125)에 있어서 변형의 되돌림을 부여하는 예를 설명했지만, 본 실시의 형태 4에 예시하는 바와 같이, 한쪽의 플랜지부(125)에 대해서만 변형의 되돌림을 부여하는 바와 같은 성형을 행하도록 해도 좋다.

본 실시의 형태 4에 따른 프레스 성형 방법은, 예를 들면, 도 15의 단면도에서 나타낸 성형품(41)과 같이, 양쪽의 플랜지부(125)의 폭이 상이한 것을 성형하는 경우에 유효하다. 성형품(41)을 통상의 폼 성형으로 성형한 경우, 양쪽의 플랜지부(125)의 폭이 상이하기 때문에, 하사점에 있어서 플랜지부(125)에 축적되는 잔류 응력(성형품(41)이 상볼록 형상인 경우, 압축 응력)이 양 플랜지(125)간에서 상이하다. 이에 기인하여, 성형품(41)에 작용하는 모멘트(moment)의 밸런스가 무너져, 이 결과, 이형 후에는 도 16에 나타내는 바와 같은 비틀림 변형이 성형품(41)에 발생해 버린다. 또한, 도 16에 있어서, 성형품(41)의 이형 전의 형상은 파선으로 나타내고, 이형 후의 형상은 실선으로 나타내고 있다. 여기서, 본 실시의 형태 4에 따른 프레스 성형 방법은, 양쪽의 플랜지부(125)에 있어서의 잔류 응력의 밸런스를 취하기 위해서, 한쪽의 플랜지부(125)에 대해서, 본 발명에서 제안하고 있는 변형의 되돌림을 부여하는 바와 같은 성형을 행하는 것으로 한다.

이러한 성형을 행하기 위해서 본 실시의 형태 4에 있어서의 제1 성형 공정에서 이용하는 금형의 일 예가 도 17에 나타난다. 도 17에 나타내는 제1 금형(43)은, 도 1에 나타내는 프레스 성형 방법의 단계 a, b 및 도 2a에 나타내는 제1 금형(1)의 일부를 변경한 예로서, 도 17에 있어서 제1 금형(1)과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 제1 금형(43)은, 제1 하사점에 있어서, 성형품(41)에 있어서의 양쪽의 플랜지부(125)(도 15 참조) 중 플랜지폭이 긴 쪽의 플랜지부(125)만을 제1 경사 각도 α₁로 성형할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 제1 금형(43)은, 도 17에 나타내는 바와 같이, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)의 편측에만 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)가 형성된 제1 다이(45)와, 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)의 편측에만 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)가 형성된 제1 펀치(47)를 구비한다. 또한, 본 실시의 형태 4에 있어서의 제2 성형 공정에서는, 실시의 형태 1과 동일한 제2 금형(3)(도 1 중의 단계 c, d 및 도 3a 참조)을 이용하여, 중간 형상의 상볼록 성형품(121)(중간품)이 제품 형상으로 프레스 성형된다.

상기의 제1 금형(43) 및 제2 금형(3)을 이용한 프레스 성형 방법, 즉, 본 실시의 형태 4에 따른 프레스 성형 방법에 대해서, 도 18에 기초하여 설명한다. 본 실시의 형태 4에 따른 프레스 성형 방법은, 도 18에 나타내는 바와 같이, 제1 성형 공정(단계 a, b)과 제2 성형 공정(단계 c, d)을 순차적으로 행하여, 블랭크(21)를 제품 형상의 상볼록 성형품(121)으로 성형하는 것이다.

즉, 제1 성형 공정에서는, 도 18에 나타내는 단계 a, b와 같이, 제1 금형(43)은, 제1 다이(45)와 제1 펀치(47)의 사이에 블랭크(21)를 수용하고, 이 블랭크(21)를, 제1 다이(45)와 제1 펀치(47)에 의해서 중간 형상의 상볼록 성형품(121)(중간품)으로 프레스 성형한다. 이 때, 제1 홈 형상 성형부(9)는, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)와 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)에서 블랭크(21)를 프레스 성형함으로써, 이 블랭크(21)에 홈 형상부(123)(도 15 참조)를 형성한다. 이와 함께, 제1 플랜지 성형부(11)는, 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)와 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)에서 블랭크(21)를 프레스 성형함으로써, 이 블랭크(21)에, 플랜지폭이 상이한 한 쌍의 플랜지부(125)(도 15 참조)를 형성한다.

이러한 제1 성형 공정에 의해, 블랭크(21)는, 전술한 홈 형상부(123)와 플랜지폭이 상이한 한 쌍의 플랜지부(125)를 갖는 중간 형상의 상볼록 성형품(121)(중간품)으로 성형된다. 이 때, 제1 금형(43)은, 편측의 제1 플랜지 성형부(11)를 이용하여, 한 쌍의 플랜지부(125) 중 플랜지폭이 넓은 쪽의 플랜지부(125)만을 그 경사 각도가 제1 경사 각도 α₁과 동일 각도가 되도록 성형한다.

그 후, 제2 성형 공정에서는, 도 18에 나타내는 단계 c, d와 같이, 제2 금형(3)이, 전술한 제1 성형 공정에 의한 중간 형상의 상볼록 성형품(121)을 제품 형상의 것으로 성형한다. 이 때, 제2 플랜지 성형부(19)는, 전술한 플랜지폭이 넓은 플랜지부(125)를 제품 형상으로 성형한다.

이 제2 성형 공정의 하사점, 즉, 제2 하사점에 있어서, 플랜지폭이 넓은 플랜지부(125)의 변형이 되돌려지고, 이 결과, 플랜지폭이 넓은 플랜지부(125)에 잔류하는 압축 응력이 저감한다. 이 때, 종래 방법으로 행한 경우에는, 플랜지폭이 넓은 플랜지부(125)에 많이 축적되는 잔류 응력을, 본 실시의 형태 4에 있어서의 제2 성형 공정에 의해서 저감할 수 있다. 이에 따라, 이 플랜지폭이 넓은 플랜지부(125)의 잔류 응력과, 플랜지폭이 좁은 플랜지부(125)에 축적되는 잔류 응력의 밸런스를 취하는 것이 가능해진다. 이 결과, 제2 하사점에서의 성형품(41)에 작용하는 모멘트의 밸런스를 취할 수 있는 점에서, 이형 후의 성형품(41)(도 18에서는 상볼록 성형품(121))의 비틀림 변형을 저감할 수 있다.

또한, 상기에서는, 플랜지폭이 넓은 쪽의 플랜지부(125)에 변형의 되돌림을 부여하는 바와 같은 성형을 실시한 예를 나타냈지만, 본 실시의 형태 4에서는, 양쪽의 플랜지부(125)에서 모멘트의 밸런스가 취해져 있으면 좋다. 즉, 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 프레스 성형은, 경우에 따라서는, 플랜지폭이 좁은 쪽에 실시해도 좋고, 양쪽의 플랜지부(125)에 실시해도 좋다. 또한, 본 실시의 형태 4에 따른 프레스 성형 방법은, 성형품이 상볼록 형상 또는 하볼록 형상의 어느 것에 상관없이 적용할 수 있다.

［실시의 형태 5］

다음으로, 본 발명의 실시의 형태 5에 대해서 설명한다. 전술한 실시의 형태 1∼실시의 형태 4에서는 제1 성형 공정을 폼 성형으로 행하는 예를 나타냈지만, 본 실시의 형태 5에 예시하는 바와 같이, 제1 성형 공정을 드로우 성형으로 행해도 좋다.

본 실시의 형태 5에 있어서의 제1 성형 공정에서는, 드로우 성형을 행하기 위하여, 예를 들면 도 19에 나타내는 제1 금형(49)이 이용된다. 도 19에 나타내는 제1 금형(49)은, 도 1에 나타내는 프레스 성형 방법의 단계 a, b 및 도 2a에 나타내는 제1 금형(1)의 일부를 변경한 것으로, 도 19에 있어서, 제1 금형(1)과 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

제1 금형(49)은, 상볼록 성형품(121)을 성형하기 위한 것이고, 도 19에 나타내는 바와 같이, 다이(51)와 펀치(53)와 블랭크 홀더(55)로 이루어진다. 본 실시의 형태 5에 있어서, 제1 홈 형상 성형부(9)는, 다이(51)의 홈 형상 성형부(제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a))와, 펀치(53)의 홈 형상 성형부(제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a))에 의해서 실현된다. 제1 플랜지 성형부(11)는, 다이(51)의 플랜지 성형부(제1 다이측의 플랜지 성형부(5b))와, 블랭크 홀더(55)의 플랜지 성형부(제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b))에 의해서 실현된다. 본 실시의 형태 5에 있어서의 제1 플랜지 성형부(11)의 제1 경사 각도 α₁은, 도 2b에 나타내는 실시의 형태 1에 있어서의 제1 금형(1)의 제1 경사 각도 α₁과 동일 각도로 설정되어 있다.

다이(51)는, 실시의 형태 1에 있어서의 제1 금형(1)의 제1 다이(5)(도 2a 참조)와 동 형상의 것을 이용할 수 있다. 펀치(53)는, 블랭크 홀더(55)에 대하여 개별로 동작 가능하게 형성되어 있다. 펀치(53)의 상부는, 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)를 구성하고, 다이(51)의 홈 형상 성형부(제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a))에 삽입됨으로써, 상볼록 성형품(121)의 홈 형상부(123)를 성형한다. 블랭크 홀더(55)는, 펀치(53)의 양측에 형성되고, 다이(51)와 협동하여 블랭크(21)를 끼워 지지함과 함께, 상볼록 성형품(121)의 플랜지부(125)를 성형한다.

또한, 본 실시의 형태 5에 따른 프레스 성형 방법의 제1 성형 공정 및 제2 성형 공정 중, 제2 성형 공정에서는, 실시의 형태 1과 동일한 제2 금형(3)(도 1 중의 단계 c, d 및 도 3a 참조)을 이용하여, 중간 형상의 상볼록 성형품(121)이 제품 형상으로 프레스 성형된다.

이하에서는, 본 실시의 형태 5에 따른 프레스 성형 방법 중, 전술한 실시의 형태 1과 상이한 제1 성형 공정, 즉, 제1 금형(49)을 이용한 제1 성형 공정에 대해서, 도 20에 기초하여 설명한다.

본 실시의 형태 5에 있어서의 제1 성형 공정에서는, 도 20에 나타내는 단계 a와 같이, 우선, 제1 금형(49)은, 다이(51)와 블랭크 홀더(55)의 사이에 블랭크(21)를 수용한다. 이 단계 a에 있어서, 펀치(53)의 상면에는 블랭크(21)가 올려 놓여진다. 계속하여, 제1 금형(49)은, 도 20에 나타내는 단계 b와 같이, 다이(51)와 블랭크 홀더(55)에 의해서 블랭크(21)를 끼워 지지한다. 이 단계 b에 있어서, 블랭크 홀더(55)는, 제1 다이측의 플랜지 성형부(5b)와 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b)의 사이에 블랭크(21)를 사이에 끼우도록, 다이(51)와 협동하여 블랭크(21)를 끼워 지지한다.

다음으로, 제1 금형(49)은, 도 20에 나타내는 단계 c와 같이, 다이(51)와 블랭크 홀더(55)로 끼워 지지한 상태의 블랭크(21)를 펀치(53)에 의해서 프레스 성형한다. 이 단계 c에 있어서, 펀치(53)는, 이 끼워 지지된 상태의 블랭크(21)를, 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)를 향하여 상동(上動)하면서 프레스 성형한다. 계속하여, 제1 금형(49)은, 도 20에 나타내는 단계 d와 같이, 다이(51)와 펀치(53)와 블랭크 홀더(55)에 의해서, 블랭크(21)를 중간 형상 상볼록 성형품(121)으로 성형한다. 이 단계 d에 있어서, 펀치(53)는, 제1 펀치측의 홈 형상 성형부(7a)를 제1 다이측의 홈 형상 성형부(5a)에 근접시키는 상동을 계속하면서, 제1 홈 형상 성형부(9)에 의해서 블랭크(21)를 프레스 성형하고, 이에 따라, 중간 형상의 상볼록 성형품(121) 중 홈 형상부(123)(도 33 참조)를 성형한다. 이와 동시에, 다이(51) 및 블랭크 홀더(55)는, 제1 플랜지 성형부(11)(제1 다이측의 플랜지 성형부(5b) 및 제1 펀치측의 플랜지 성형부(7b))에 의해서 블랭크(21)를 끼워 지지한 상태를 유지하고, 이에 따라, 중간 형상 상볼록 성형품(121) 중 양측의 플랜지부(125)(도 33 참조)를 성형한다.

이와 같이 제1 금형(49)을 이용하여 드로우 성형된 경우의 상볼록 성형품(121)의 중간 형상과, 제1 금형(1)을 이용하여 폼 성형으로 성형된 경우(도 1 참조)의 상볼록 성형품(121)의 중간 형상에는, 약간의 차이는 있다. 그러나, 제1 금형(49)의 제1 플랜지 성형부(11)의 제1 경사 각도 α₁이 제1 금형(1)인 것과 동일 각도로 설정되어 있기 때문에, 제1 금형(1)을 이용하여 상볼록 성형품(121)이 성형된 경우와 동일하게, 제2 성형 공정에서의 플랜지부(125)의 변형의 되돌림 효과는, 본 실시의 형태 5에 있어서도 얻어진다.

또한, 본 발명의 효과가 얻어지는 성형품의 제품 형상으로서는, 상볼록 또는 하볼록이 되도록 만곡하는 플랜지부를 갖고, 또한 홈 형상부를 형성하는 한 쌍의 종벽부의 적어도 한쪽에 상기 플랜지부를 갖는 형상이면 좋다. 도 21에, 본 발명을 적용 가능한 성형품의 제품 형상의 단면의 예를 복수 나타내고, 각 단면에 대해서 이하에 설명한다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 본 발명을 적용 가능한 성형품의 제품 형상(단면 형상)은, 성형품의 플랜지부 및 종벽부의 각 구성별로, 9개의 타입 T1∼T9로 나뉘어진다. 이들 타입 T1∼T9 중, 타입 T1∼T6은, 종벽부의 양쪽에 플랜지부를 갖는 성형품의 제품 형상이다. 이들 타입 T1∼T6 중, 타입 T1, T4는, 종벽부가 수직으로 되어 있는 성형품의 제품 형상이다. 타입 T2, T5는, 전술한 성형품(상볼록 성형품(121), 하볼록 성형품(127))과 동일하게 종벽부가 경사져 있는 제품 형상이다. 타입 T3, T6은, 양 종벽부가 경사져 정상부에 평탄부(flat portion)가 없는 형을 형성하고 있는 성형품의 제품 형상이다. 타입 T3, T6의 제품 형상의 단면을 성형하기 위해서는, 선단이 곡면으로 되어 있는 펀치를 사용하면 좋다. 한편, 도 21에 나타내는 9개의 타입 T1∼T9 중, 타입 T7∼T9는, 홈 형상부를 구성하는 한 쌍의 종벽부 중 어느 하나가 편면에만 플랜지부를 갖는 성형품의 제품 형상이다.

또한, 본 발명을 적용 가능한 성형품의 제품 형상은, 도 22a 및 도 22b에 예를 나타내는 바와 같이, 플랜지부만이 상볼록 방향으로 만곡하는 성형품(61)의 제품 형상이라도 좋고, 플랜지부만이 하볼록 방향으로 만곡하는 성형품(63)의 제품 형상이라도 좋다. 또한, 도 21, 도 22a 및 도 22b 중 어느 것에 나타내는 성형품의 제품 형상, 즉, 본 발명을 적용 가능한 성형품의 제품 형상에는, 플랜지부의 폭, 길이, 높이 위치에 대하여 제한은 없다. 또한, 좌우의 플랜지부끼리에서 폭, 길이가 상이해도 좋다.

상기에서는, 제2 성형 공정은, 제2 다이를 하동(下動)시켜 제2 펀치에 근접시키는 것을 예로 들었지만, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서의 제2 성형 공정에서는, 제2 펀치와 제2 다이가 상대적으로 근접하면 어느 쪽을 움직여도 좋고, 제2 펀치를 제2 다이에 근접하도록 해도 좋다.

또한, 상기에 있어서, 제1 금형의 제1 다이와 제1 펀치의 상하를 바꿔넣거나, 또는 제2 금형의 제2 다이와 제2 펀치의 상하를 바꿔넣거나, 또는 제1 금형의 제1 다이와 제1 펀치의 상하를 바꿔넣고 또한 제2 금형의 제2 다이와 제2 펀치의 상하를 바꿔넣도록 해도 좋다. 이들 중 어느 것에 있어서나 동일하게 본 발명의 효과가 얻어진다.

또한, 상기에서는, 다이가 상하동 가능한 금형을 예로 들었지만, 금형의 이동 방향은 상하 방향에 한정되지 않고, 예를 들면, 다이 및 펀치를 가로 방향으로 하고, 이들 다이 및 펀치 중 적어도 한쪽을 가로 방향으로 이동시키도록 해도 좋다.

또한, 상기에서는, 제1 홈 형상 성형부와 제2 홈 형상 성형부가 동 형상인 경우를 예로 들어 설명했지만, 제1 홈 형상 성형부와 제2 홈 형상 성형부는 상이한 형상이라도 좋다. 혹은, 제1 홈 형상 성형부에 비드를 형성하고, 이 비드를 제2 홈 형상 성형부에서 눌러 찌부러지도록(crushed) 해도 좋다.

또한, 상기 설명은, 만곡하는 플랜지부가 성형품의 축 방향의 일부에 형성되어 있는 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법에 대한 설명이며, 또한, 제1 금형과 제2 금형에 있어서의 제1 경사 각도 α₁과 제2 경사 각도 α₂의 관계가, 제1 금형과 제2 금형의 전체 길이에 걸쳐서 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂로 설정되어 있는 프레스 성형 방법에 대한 설명이었다. 그러나, 본 발명은 이러한 것에 한정되지 않고, 전술한 제1 경사 각도 α₁과 제2 경사 각도 α₂의 관계가, 제1 금형 및 제2 금형 중, 만곡하는 플랜지부를 성형하는 부위에만 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 설정되어 있어도 좋다(후술의 실시예 7 및 도 32 참조).

또한, 상기의 설명은, 만곡하는 플랜지부가 성형품의 축 방향의 일부에 형성되어 있는 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 방법에 대한 설명이었지만, 이에 한정되지 않고, 만곡하는 플랜지부가 성형품의 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있는 성형품을 프레스 성형하는 경우에 대해서도, 본 발명은 적용할 수 있다. 이 경우, 제1 경사 각도 α₁과 제2 경사 각도 α₂의 관계가, 제1 금형 및 제2 금형 중, 만곡하는 플랜지부를 성형하는 부위에만 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 설정되어 있어도 좋고, 혹은 전체 길이에 걸쳐서 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 설정되어 있어도 좋다.

실시예 1

다음으로, 본 발명의 실시예 1에 대해서 설명한다. 실시예 1에서는, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의한 작용 효과에 대해서 확인하기 위한 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.

우선, 실험 방법에 대해서 개략 설명한다. 실험은, 제1 경사 각도 α₁의 영향을 확인하기 위해, 제1 금형(1)(도 2a 참조)의 제1 경사 각도 α₁(도 2b 참조)을 바꾸어 제1 성형 공정을 행하고(도 1 중의 단계 a, b 참조), 제2 금형(3)(도 3a 참조)으로 제2 성형 공정을 행하고(도 1 중의 단계 c, d 참조), 성형된 상볼록 성형품(121)의 스프링 백(springback)량을 비교한다고 하는 것이다.

성형 대상이 되는 상볼록 성형품(121)의 치수로서는, 도 23a 및 도 23b에 나타내는 바와 같이, 제품 길이가 1000[mm]이고, 만곡 방향의 높이가 30[mm]이고, 홈 저부(123a)의 폭이 20[mm]이고, 플랜지부(125)의 폭이 25[mm]이고, 종벽부(123b)와 플랜지부(125)의 교차부의 곡률 반경이 1000[mm]이다. 블랭크는, 590MPa급재(인장 강도(tensile strength) σ_TS＝590[MPa])와 1180MPa급재(인장 강도 σ_TS＝1180[MPa])를 사용했다. 이들 블랭크의 양쪽 모두, 판 두께는 1.2[mm]이고, 영률은 210000[MPa]로 했다. 프레스기(press forming machine)에는 1000tonf 유압 프레스기를 이용했다. 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 식(1)의 Δε_max가 4σ_TS/E로 주어지는 것으로서 계산한 결과, 590MPa급재를 이용한 경우에서 26.4[°]이고, 1180MPa급재를 이용한 경우에서 61.6[°]였다.

실험은, 4개의 프레스 성형 조건의 그룹(그룹 1∼그룹 4)에 대하여 행했다. 우선, 각 그룹에 대해서 상세하게 설명한다.

그룹 1은, 590MPa급재를 패드 없이 프레스 성형한 그룹이다. 그룹 1의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 1, 본 발명예 2, 종래예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 프레스 성형을 행했다. 본 발명예 1 및 본 발명예 2는, 제1 경사 각도 α₁의 범위를, 식(1)을 충족시키도록 한 경우의 프레스 성형이다. 종래예 1은, 도 35에 나타내는 프레스 금형(141)(제1 경사 각도 α₁＝0[°])을 이용하여 1 공정의 폼 성형(도 37 참조)으로 행하는 프레스 성형이다. 비교예 1은, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우의 프레스 성형이다. 비교예 2는, 제1 경사 각도 α₁의 상한값(26.4[°])을 초과한 경우의 프레스 성형이다.

그룹 2는, 590MPa급재를 패드 있음으로 프레스 성형한 그룹이다. 그룹 2의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 3 및 종래예 2의 프레스 성형을 행했다. 본 발명예 3은, 패드를 이용한 것 이외는 본 발명예 2와 동일하다. 종래예 2는, 패드를 이용한 것 이외는 종래예 1과 동일하다. 본 발명예 3은, 제1 금형(35)을 이용하여 제1 성형 공정(도 14 중의 단계 a, b 참조)을 행하고, 제2 금형(3)의 제2 경사 각도 α₂를 0[°]로 하여 제2 성형 공정을 행했다. 종래예 2는, 통상의 펀치(제1 경사 각도 α₁＝0[°]) 및 패드 부착 다이를 이용하여 폼 성형을 행했다.

그룹 3은, 1180MPa급재를 이용한 것 이외는 그룹 1과 동일하다. 즉, 그룹 3으로서 행하는 본 발명예 4, 본 발명예 5, 종래예 3, 비교예 3 및 비교예 4의 각 프레스 성형은, 1180MPa급재를 이용한 것 이외, 본 발명예 1, 본 발명예 2, 종래예 1, 비교예 1 및 비교예 2와 각각 동일하다. 그룹 4는, 1180MPa급재를 이용한 것 이외는 그룹 2와 동일하다. 즉, 그룹 4로서 행하는 본 발명예 6 및 종래예 4의 각 프레스 성형은, 1180MPa급재를 이용한 것 이외, 본 발명예 3 및 종래예 2와 각각 동일하다.

성형된 상볼록 성형품(121)은 3차원 형상 측정기로 측정했다. 그 후, 도 40a에 나타내는 바와 같이, CAD 소프트웨어상에서 측정 형상의 길이 방향 중앙의 단면이, 제품 형상의 동 단면과 일치하도록 위치 맞춤을 행한 후, 상볼록 성형품(121)의 부품단에 있어서의 측정 형상과 제품 형상의 Z좌표 차이로서, 캠버량 Δz를 산출했다. 실시예 1에 있어서, 이 캠버량 Δz는, 상볼록 성형품(121)의 스프링 백에 의한 캠버 변형의 지표로 했다. 캠버량 Δz는, 정(正)이라면 부품이 상방으로 캠버 변형한 것을 의미하고, 부(負)라면 부품이 하방으로 캠버 변형한 것을 의미하고, 절대값이 작으면 스프링 백이 적은 것을 의미한다.

표 1에, 본 실시예 1에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁의 상한값 및 각 프레스 성형 조건으로 성형된 상볼록 성형품(121)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 상볼록 성형품(121)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 캠버량 Δz[mm]가 표 1에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 1에 나타내는 대로, 그룹 1∼그룹 4에 있어서의 본 발명예 1∼6에서는, 모두, 주름은 발생하지 않았다. 또한, 이들 본 발명예 1∼6의 어디에 있어서나, 캠버량 Δz는 각 본 발명예가 속하는 그룹의 종래예보다 작아져, 스프링 백에 의한 캠버 변형을 저감할 수 있었다.

한편, 비교예 1과 같이 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 캠버량 Δz는 종래예 1의 캠버량 Δz와 거의 변하지 않는 결과로 되어, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 이 점은 비교예 3에 대해서도 동일하고, 비교예 3과 종래예 3은, 거의 변하지 않는 결과이다. 또한, 비교예 2 및 비교예 4에서는, 제1 경사 각도 α₁이 상한값을 초과했기 때문에, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다.

이상과 같이, 상볼록 성형품(121)에 대해서 본 발명 방법을 적용하여 제1 경사 각도 α₁을 식(1)의 범위 내로 하여 프레스 성형함으로써, 상볼록 성형품(121)에 주름을 발생시키는 일 없이, 상볼록 성형품(121)의 스프링 백을 저감할 수 있었다. 또한, 종래예 2와 본 발명예 3의 비교 및 종래예 4와 본 발명예 6의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 패드를 이용한 경우에도 본 발명의 프레스 성형 방법을 실시함으로써 상볼록 성형품(121)의 스프링 백을 저감할 수 있었다.

실시예 2

다음으로, 본 발명의 실시예 2에 대하여 설명한다. 전술한 실시예 1은 상볼록 성형품(121)을 성형하는 경우에 대한 설명이었지만, 본 실시예 2에서는, 하볼록 성형품(127)을 성형하는 경우의 효과를 확인하는 구체적인 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대하여 이하에 설명한다.

성형 대상으로 되는 하볼록 성형품(127)의 형상은, 도 24a 및 도 24b에 나타내는 바와 같이, 하볼록인 것 이외는, 도 23a 및 도 23b에 나타내는 상볼록 성형품(121)의 형상과 동일하다. 또한, 본 실시예 2에 있어서 이용하는 블랭크나 프레스기는, 상기 실시예 1과 동일한 것으로 했다.

본 실시예 2에 있어서 행하는 실험의 프레스 성형 조건은, 실시예 1의 그룹 1∼그룹 4에 대응하는 그룹 5∼그룹 8로 했다. 그룹 5∼그룹 8의 각 프레스 성형 조건은, 하볼록 성형품(127)이 성형 대상이 되는 것 이외, 그룹 1∼그룹 4와 각각 대략 동일하다. 그룹 5의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 7, 본 발명예 8, 종래예 5, 비교예 5 및 비교예 6의 프레스 성형을 행했다. 그룹 6의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 9 및 종래예 6의 프레스 성형을 행했다. 그룹 7의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 10, 본 발명예 11, 종래예 7, 비교예 7 및 비교예 8의 프레스 성형을 행했다. 그룹 8의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 12 및 종래예 8의 프레스 성형을 행했다.

본 발명예 7, 본 발명예 8, 본 발명예 10, 본 발명예 11 및 비교예 5∼비교예 8은, 도 8a에 나타내는 제1 금형(23)을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 도 9a에 나타내는 제2 금형(29)의 제2 경사 각도 α₂(도 9b 참조)를 0[°]로 하여 제2 성형 공정을 행했다. 비교예 5∼비교예 8은, 제1 경사 각도 α₁을 식(2)로 나타나는 제1 경사 각도 α₁의 범위 외로 하여 프레스 성형한 것이다. 한편, 본 발명예 9, 본 발명예 12 및 종래예 5∼종래예 8은, 하볼록 성형품(127)이 성형 대상이 되는 것 이외, 실시예 1의 본 발명예 3, 본 발명예 6 및 종래예 1∼종래예 4와 각각 동일하다.

또한, 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 상식(2)에서 Δε_max가 4σ_TS/E로 주어지는 것으로서 계산한 결과, 590MPa급재를 이용한 경우에 28.5[°]이고, 1180MPa급재를 이용한 경우에 75.2[°]였다. 또한, 본 실시예 2에 있어서의 스프링 백의 평가 방법은, 상기 실시예 1과 동일하다.

표 2에, 본 실시예 2에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁의 상한값 및 각 프레스 성형 조건으로 성형된 하볼록 성형품(127)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 하볼록 성형품(127)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 캠버량 Δz[mm]가 표 2에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 2에 나타내는 대로, 그룹 5∼그룹 8에 있어서의 본 발명예 7∼12에서는, 모두, 주름은 발생하지 않았다. 또한, 이들 본 발명예 7∼12의 어느 것에 있어서나, 캠버량 Δz는 각 본 발명예가 속하는 그룹의 종래예보다 작아져, 스프링 백에 의한 캠버 변형을 저감할 수 있었다.

한편, 비교예 5와 같이 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 캠버량 Δz는 종래예 5의 캠버량 Δz와 거의 변하지 않는 결과가 되어, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 이 점은 비교예 7에 대해서도 동일하고, 비교예 7과 종래예 7은, 변하지 않는 결과이다. 또한, 비교예 6 및 비교예 8에서는, 제1 경사 각도 α₁이 상한값을 초과했기 때문에, 제2 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다. 또한, 비교예 8에서는, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 균열이 발생했다.

이상과 같이, 하볼록 성형품(127)에 대하여 본 발명 방법을 적용하여 제1 경사 각도 α₁을 식(2)의 범위 내로 하여 프레스 성형함으로써, 하볼록 성형품(127)에 주름을 발생시키는 일 없이, 하볼록 성형품(127)의 스프링 백을 저감할 수 있었다. 또한, 종래예 6과 본 발명예 9의 비교 및 종래예 8과 본 발명예 12의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 패드를 이용한 경우에도 본 발명의 프레스 성형에 의해 하볼록 성형품(127)의 스프링 백을 저감할 수 있었다.

실시예 3

다음으로, 본 발명의 실시예 3에 대해서 설명한다. 전술한 실시예 1 및 실시예 2는, 제1 성형 공정을 폼 성형에 의해서 행한 경우에 대한 설명이었지만, 본 실시예 3에서는, 제1 성형 공정을 드로우 성형에 의해서 행한 경우의 효과에 대하여 확인하는 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대하여 설명한다.

성형 대상이 되는 제품 형상은, 상기 실시예 1(도 23a 및 도 23b 참조)과 동일하게 상볼록 성형품(121)이다. 또한, 본 실시예 3에 있어서 이용하는 블랭크 및 프레스기는, 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 것으로 했다.

본 실시예 3에 있어서 행하는 실험의 프레스 성형 조건은, 실시예 1의 그룹 1∼그룹 4에 대응하는 그룹 9∼그룹 12로 했다. 그룹 9∼그룹 12의 각 프레스 성형 조건은, 제1 성형 공정을 드로우 성형에 의해서 행하는 것 이외, 그룹 1∼그룹 4와 각각 동일하다. 그룹 9의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 13, 본 발명예 14, 종래예 9, 비교예 9 및 비교예 10의 프레스 성형을 행했다. 그룹 10의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 15 및 종래예 10의 프레스 성형을 행했다. 그룹 11의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 16, 본 발명예 17, 종래예 11, 비교예 11 및 비교예 12의 프레스 성형을 행했다. 그룹 12의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 18 및 종래예 12의 프레스 성형을 행했다.

본 발명예 13, 본 발명예 14, 본 발명예 16, 본 발명예 17 및 비교예 9∼비교예 12는, 도 19에 나타내는 제1 금형(49)을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 도 3a에 나타내는 제2 금형(3)의 제2 경사 각도 α₂를 0[°]로 하여 제2 성형 공정을 행했다. 단, 비교예 9∼비교예 12는, 제1 경사 각도 α₁이 식(1)로 규정되는 범위 외가 되도록 프레스 성형한 것이다. 본 발명예 15 및 본 발명예 18은, 도 25에 나타내는 패드(39) 부착의 제1 다이(77)와 펀치(53)와 한 쌍의 블랭크 홀더(55)를 갖는 제1 금형(75)을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 도 3a에 나타내는 제2 금형(3)의 제2 경사 각도 α₂를 0[°]로 하여 제2 성형 공정을 행했다. 한편, 종래예 9 및 종래예 11은, 도 26에 나타내는 다이(81)와 펀치(83)와 한 쌍의 블랭크 홀더(85)를 갖는 프레스 금형(79)을 이용하여 1공정의 드로우 성형으로 상볼록 성형품(121)의 성형을 행했다(도 27 참조). 종래예 10 및 종래예 12는, 제1 성형 공정을 드로우 성형에 의해서 행하는 것 이외, 실시예 1의 종래예 2 및 종래예 4와 각각 동일하다.

또한, 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 실시예 1과 동일하고, 590MPa급재를 이용한 경우에 26.4[°]이고, 1180MPa급재를 이용한 경우에 61.6[°]였다. 또한, 본 실시예 3에 있어서의 스프링 백의 평가 방법은, 상기 실시예 1 및 실시예 2와 동일하다.

표 3에, 본 실시예 3에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁의 상한값 및 각 프레스 성형 조건으로 성형된 상볼록 성형품(121)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 상볼록 성형품(121)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 캠버량 Δz[mm]가 표 3에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 3에 나타내는 대로, 그룹 9∼그룹 12에 있어서의 본 발명예 13∼18에서는, 모두, 주름은 발생하지 않았다. 또한, 이들 본 발명예 13∼18의 어느 것에 있어서나, 캠버량 Δz는 각 본 발명예가 속하는 그룹의 종래예보다 작아져, 스프링 백에 의한 캠버 변형을 저감할 수 있었다.

한편, 비교예 9와 같이 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 캠버량 Δz는 종래예 9의 캠버량 Δz와 거의 변하지 않는 결과가 되어, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 이 점은 비교예 11에 대해서도 동일하다. 또한, 비교예 10 및 비교예 12에서는, 제1 경사 각도 α₁이 상한값을 초과했기 때문에, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다.

이상과 같이, 상볼록 성형품(121)에 대해서 본 발명 방법을 적용하여, 제1 성형 공정을 드로우 성형으로 행하는 것으로 하고 또한 제1 경사 각도 α₁을 식(1)의 범위 내로 하여 프레스 성형함으로써, 상볼록 성형품(121)에 주름을 발생시키는 일 없이, 상볼록 성형품(121)의 스프링 백을 저감할 수 있었다. 또한, 종래예 10과 본 발명예 15의 비교 및 종래예 12와 본 발명예 18의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 패드를 이용한 경우에도 본 발명의 프레스 성형에 의해 상볼록 성형품(121)의 스프링 백을 저감할 수 있었다.

실시예 4

다음으로, 본 발명의 실시예 4에 대해서 설명한다. 상기 실시예 3에서는 상볼록 성형품(121)의 드로우 성형에 대해서 설명했지만, 본 실시예 4에서는, 하볼록 성형품(127)의 드로우 성형에 대해서 실시예 3과 동일한 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.

성형 대상이 되는 제품 형상은, 상기 실시예 2(도 24a 및 도 24b 참조)와 동일하게 하볼록 성형품(127)이다. 또한, 본 실시예 4에 있어서 이용하는 블랭크 및 프레스기는, 상기 실시예 1∼실시예 3과 동일한 것으로 했다.

본 실시예 4에 있어서 행하는 실험의 프레스 성형 조건은, 실시예 2의 그룹 5∼그룹 8에 대응하는 그룹 13∼그룹 16으로 했다. 그룹 13∼그룹 16의 각 프레스 성형 조건은, 제1 성형 공정을 드로우 성형에 의해서 행하는 것 이외, 그룹 5∼그룹 8과 각각 동일하다. 그룹 13의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 19, 본 발명예 20, 종래예 13, 비교예 13 및 비교예 14의 프레스 성형을 행했다. 그룹 14의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 21 및 종래예 14의 프레스 성형을 행했다. 그룹 15의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 22, 본 발명예 23, 종래예 15, 비교예 15 및 비교예 16의 프레스 성형을 행했다. 그룹 16의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 24 및 종래예 16의 프레스 성형을 행했다.

본 발명예 19, 본 발명예 20, 본 발명예 22, 본 발명예 23 및 비교예 13∼비교예 16은, 도 28에 나타내는 다이(89)와 펀치(91)와 한 쌍의 블랭크 홀더(93)를 갖는 제1 금형(87)을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 도 9a에 나타내는 제2 금형(29)의 제2 경사 각도 α₂(도 9b 참조)를 0[°]로 하여 제2 성형 공정을 행했다. 단, 비교예 13∼비교예 16은, 식(2)로 나타나는 제1 경사 각도 α₁의 범위 외의 프레스 성형이다. 한편, 종래예 13 및 종래예 15는, 도 29에 나타내는 다이(97)와 펀치(99)와 블랭크 홀더(101)를 갖는 프레스 금형(95)을 이용하여 1 공정의 드로우 성형으로 하볼록 성형품(127)의 성형을 행했다. 종래예 14 및 종래예 16은, 제1 성형 공정을 드로우 성형에 의해서 행하는 것 이외, 실시예 2의 종래예 6 및 종래예 8과 각각 동일하다.

또한, 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 실시예 2와 동일하고, 590MPa급재를 이용한 경우의 상식(2)에서 28.5[°]였다. 1180MPa급재를 이용한 경우의 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 75.2[°]였다. 또한, 본 실시예 4에 있어서의 스프링 백의 평가 방법은, 상기 실시예 1∼실시예 3과 동일하다.

표 4에, 본 실시예 4에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁의 상한값 및 각 프레스 성형 조건으로 성형된 하볼록 성형품(127)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 하볼록 성형품(127)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 캠버량 Δz[mm]이 표 4에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 4에 나타내는 대로, 그룹 13∼그룹 16에 있어서의 본 발명예 19∼24에서는, 모두, 주름은 발생하지 않았다. 또한, 이들 본 발명예 19∼24 중 어느 것에 있어서나, 캠버량 Δz는 각 본 발명예가 속하는 그룹의 종래예보다 작아져, 스프링 백에 의한 캠버 변형을 저감할 수 있었다.

한편, 비교예 13과 같이 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 종래예 13의 캠버량 Δz는 변하지 않는 결과가 되어, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 이 점은 비교예 15에 대해서도 동일하고, 비교예 15와 종래예 15는, 거의 변하지 않는 결과이다. 또한, 비교예 14 및 비교예 16에서는, 제1 경사 각도 α₁이 상한값을 초과했기 때문에, 제2 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다.

이상과 같이, 하볼록 성형품(127)에 대해서 본 발명 방법을 적용하여, 제1 성형 공정을 드로우 성형으로 행하는 것으로 하고 또한 제1 경사 각도 α₁을 식(2)의 범위 내로 하여 프레스 성형함으로써, 하볼록 성형품(127)에 주름을 발생시키는 일 없이, 하볼록 성형품(127)의 스프링 백을 저감할 수 있었다. 또한, 종래예 14와 본 발명예 21의 비교, 그리고 종래예 16과 본 발명예 24의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 패드를 이용한 경우에도 본 발명의 프레스 성형에 의해 하볼록 성형품(127)의 스프링 백을 저감할 수 있었다.

실시예 5

다음으로, 본 발명의 실시예 5에 대해서 설명한다. 상기 실시예 1∼실시예 4는, 제품 형상의 플랜지부가 경사져 있지 않은 것을 프레스 성형하는 경우에 대한 설명이었지만, 본 실시예 5에서는, 제품 형상의 플랜지부가 경사진 것을 프레스 성형하는 경우에 대해서 구체적인 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 설명한다.

도 30은, 본 실시예 5에 있어서 성형 대상이 되는 성형품(103)의 단면도이다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 성형품(103)은, 폭 25[㎜]의 플랜지부(125)를 갖는다. 성형품(103)의 플랜지부(125)는, 도 30에 나타내는 바와 같이, 수평선에 대하여 정의 방향(종벽부(123b)와 금형의 플랜지 성형부(도시하지 않음)가 이루는 각도가 커지는 방향)으로 ＋5[°] 경사져 있다. 성형품(103)은, 이와 같이 플랜지부(125)가 경사져 있는 것 이외, 상기 실시예 1 및 실시예 3의 상볼록 성형품(121)(도 23a 참조)과 동일하다. 도 30에 있어서, 이 상볼록 성형품(121)과 동일한 것에는, 도 23b와 동일하게 부호를 붙이고 있다.

본 실시예 5에 있어서의 실험 방법은, 상기 실시예 3과 동일하다. 구체적으로는, 본 실시예 5에 있어서의 실험에서는, 제1 금형(49)(도 19 참조)을 이용하여 드로우 성형에 의해 제1 성형 공정을 행하고, 제2 경사 각도 α₂＝5[°]의 폼 성형용의 프레스 금형을 이용하여 제2 성형 공정을 행하고, 이들 2 공정에 의해, 블랭크를 제품 형상의 성형품(103)으로 성형했다. 이 때, 블랭크는 1180MPa급재를 이용하고, 프레스기는 상기 실시예 1∼실시예 4와 동일한 것을 이용했다. 또한, 본 실시예 5에 있어서, 제1 경사 각도 α₁의 상한값은 74.7[°]였다.

본 실시예 5에 있어서의 프레스 성형 조건의 그룹 17에는, 본 발명예 25, 본 발명예 26, 종래예 17, 비교예 17 및 비교예 18이 포함된다. 본 발명예 25 및 본 발명예 26은, 제1 경사 각도 α₁의 범위를 식(1)을 충족시키도록 한 경우의 프레스 성형이다. 종래예 17은, 플랜지 성형부가 5[°] 경사진 프레스 금형(제1 경사 각도 α₁＝5[°])을 이용하여 1 공정의 드로우 성형으로 행하는 프레스 성형이다. 비교예 17은, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우의 프레스 성형이다. 비교예 18은, 제1 경사 각도 α₁의 상한값(74.7[°])을 초과한 경우의 프레스 성형이다. 또한, 본 실시예 5에 있어서의 스프링 백의 평가 방법은, 상기 실시예 1∼실시예 4와 동일하다.

표 5에, 본 실시예 5에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁의 상한값 및, 각 프레스 성형 조건으로 성형된 성형품(103)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 성형품(103)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 캠버량 Δz[mm]가 표 5에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 5에 나타내는 대로, 본 발명예 25 및 본 발명예 26의 어느 것에 있어서나, 주름은 발생하지 않았다. 또한, 이들 본 발명예 25 및 본 발명예 26의 어느 것에 있어서나, 캠버량 Δz는 종래예 17보다 작아져, 스프링 백에 의한 캠버 변형을 저감할 수 있었다.

한편, 비교예 17과 같이, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 캠버량 Δz는 종래예 17의 캠버량 Δz와 거의 변하지 않는 결과가 되어, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 또한, 제1 경사 각도 α₁을 80[°]로 한 비교예 18에서는, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다.

이들 결과에서, 경사진 플랜지부(125)를 갖는 성형품(103)에 있어서도, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 의해, 스프링 백의 저감 등의 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 6

다음으로, 본 발명의 실시예 6에 대해서 설명한다. 상기 실시예 1∼실시예 5는, 플랜지폭이 양측에서 동일한 것을 성형하는 경우의 설명이었지만, 본 실시예 6에서는, 플랜지폭이 양측에서 상이한 것을 성형하는 경우의 효과에 대해서 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 설명한다.

도 31은, 본 실시예 6에 있어서 성형 대상이 되는 성형품(41)의 단면도이다. 성형품(41)은, 상볼록 형상이고, 도 31에 나타내는 바와 같이, 서로 폭이 상이한 한쌍의 플랜지부(125)를 갖는다. 이 성형품(41)에서는, 도 31에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 플랜지부(125)의 폭이 30[㎜]이고, 다른 한쪽의 플랜지부(125)의 폭이 20[㎜]이다. 그 외의 형상은 상기 실시예 1 및 실시예 3의 상볼록 성형품(121)(도 23a 및 도 23b 참조)과 동일하다. 도 31에 있어서, 이 상볼록 성형품(121)과 동일한 것에는, 도 23b와 동일하게 부호를 붙이고 있다.

본 실시예 6에 있어서의 프레스 성형 조건으로서, 블랭크는 상기 1180MPa급재를 이용했다. 프레스기는 상기 실시예 1∼실시예 5와 동일한 것을 이용했다. 또한, 변형의 되돌림은, 플랜지폭이 30[㎜]인 쪽의 플랜지부(125)에 적용하는 것으로 했다. 또한, 제1 경사 각도 α₁의 상한값은 47.1[°]였다.

본 실시예 6에 있어서의 프레스 성형 조건의 그룹 18에는, 본 발명예 27, 본 발명예 28, 본 발명예 29, 본 발명예 30, 종래예 18, 비교예 19 및 비교예 20이 포함된다. 본 발명예 27∼본 발명예 30, 비교예 19 및 비교예 20은, 도 18에 나타내는 제1 금형(43)을 이용하여 플랜지폭이 긴 플랜지부(125)가 제1 경사 각도 α₁과 동일 각도가 되도록 제1 성형 공정을 행하고(도 18 중의 단계 a, b 참조), 도 3a에 나타내는 제2 금형(3)을 이용하여 제2 성형 공정을 행했다(도 18 중의 단계 c, d 참조). 단, 이 제2 성형 공정에 있어서, 제2 경사 각도 α₂는 0[°]로 했다. 또한, 비교예 19 및 비교예 20은, 모두, 제1 경사 각도 α₁이 식(1)로 나타나는 제1 경사 각도 α₁의 범위 외의 프레스 성형이다. 비교예 19는, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우의 프레스 성형이다. 비교예 20은, 제1 경사 각도 α₁의 상한값을 초과한 경우의 프레스 성형이다. 종래예 18은, 도 35에 나타내는 프레스 금형(141)을 이용하여 1 공정의 폼 성형을 행했다.

성형품(41)에서는, 양쪽의 플랜지폭이 상이하기 때문에 하사점에서의 성형품(41)의 양쪽의 플랜지부(125)의 모멘트의 밸런스가 무너진다. 이에 기인하여, 성형품(41)에는, 그 이형시에, 캠버에 추가하여 비틀림 변형을 부여하는 스프링 백이 발생한다. 여기서, 본 실시예 6에서는, 비틀림의 평가를 위해서, 성형품(41)의 단부에 있어서의 측정 형상과 제품 형상의 홈 저부(123a)의 경사 각도 차이로서, 비틀림 각도 θ[°](도 16 참조)를 산출했다.

표 6에, 본 실시예 6에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁의 상한값 및, 각 프레스 성형 조건으로 성형된 성형품(41)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 성형품(41)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 비틀림 각도 θ[°]가 표 6에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 6에 나타내는 대로, 본 발명예 27∼본 발명예 30의 어느 것에 있어서나, 주름의 발생은 볼 수 없었다. 비틀림 각도 θ는, 제1 경사 각도 α₁의 증가에 수반하여 변화하고, 제1 경사 각도 α₁＝40[°]에서 역방향의 비틀림 각도가 되었다. 또한, 비틀림 각도 θ는 제1 경사 각도 α₁＝30[°]의 경우에 최소로 되었다.

한편, 비교예 19와 같이, 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 비틀림 각도 θ는, 종래예 18의 비틀림 각도 θ와 거의 변하지 않는 결과가 되어, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 또한, 비교예 20에서는, 제1 경사 각도 α₁이 상한값을 초과했기 때문에, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다.

이들 결과에서, 플랜지폭이 양측에서 상이한 성형품(41)의 프레스 성형에 있어서도, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법에 의해, 스프링 백의 저감 등의 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 이에 추가하여 비틀림의 저감에도 본 발명은 유효하다는 것이 나타났다.

실시예 7

다음으로, 본 발명의 실시예 7에 대하여 설명한다. 상기 실시예 1∼실시예 6은, 성형품의 축 방향의 중앙부에 만곡하는 플랜지부가 형성되고, 또한 제1 금형과 제2 금형에 있어서의 플랜지 성형부의 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 한 제1 금형과 제2 금형을 이용하여 프레스 성형하는 경우에 대한 것이었다. 본 실시예 7은, 성형품의 축 방향의 중앙부에만 만곡하는 플랜지부가 형성되고, 중앙부의 축 방향 양측에는 경사지지만 만곡은 하고 있지 않은 플랜지부가 형성되어 있는 성형품을 프레스 성형하는 경우이며, 제1 금형과 제2 금형에 있어서의 만곡하는 플랜지부를 성형하는 부위에만 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 구성한 제1 금형과 제2 금형을 이용한 실험을 나타내는 것이다.

본 실시예 7의 프레스 성형에 있어서, 제1 성형 공정에서는, 도 32에 나타내는 제1 금형(105)을 이용하고, 제2 성형 공정에서는, 도 3에 나타내는 제2 금형(3)의 제2 경사 각도 α₂를 0[°]로 설정한 후에, 이 제2 금형(3)을 이용했다. 제1 금형(105)은, 실시예 3에서 이용한 제1 금형(49)(도 19 참조)의 일부를 변경한 것이다. 구체적으로는, 도 32에 나타내는 바와 같이, 제1 금형(105)은, 다이(107)와, 펀치(109)와, 펀치(109)의 양측에 형성되는 블랭크 홀더(111)를 구비하고, 축 방향의 중앙부에만 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 구성되어 있다. 또한, 도 32에 있어서, 제1 금형(49)과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

본 실시예 7에 있어서, 성형 대상이 되는 제품 형상, 블랭크, 프레스기 및 프레스 성형 조건은, 상기 실시예 3과 동일하다. 본 실시예 7에 있어서 행하는 실험의 프레스 성형 조건은, 실시예 3의 그룹 9∼그룹 12에 대응하는 그룹 19∼그룹 22로 했다. 그룹 19∼그룹 22의 각 프레스 성형 조건은, 전술한 구조를 갖는 제1 금형(105)을 이용하여 제1 성형 공정의 프레스 성형을 행하는 것 이외, 그룹 9∼그룹 12와 각각 동일하다. 그룹 19의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 33, 본 발명예 34, 종래예 19, 비교예 21 및 비교예 22의 프레스 성형을 행했다. 그룹 20의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 35 및 종래예 20의 프레스 성형을 행했다. 그룹 21의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 36, 본 발명예 37, 종래예 21, 비교예 23 및 비교예 24의 프레스 성형을 행했다. 그룹 22의 프레스 성형으로서는, 본 발명예 38 및 종래예 22의 프레스 성형을 행했다.

본 발명예 33, 본 발명예 34, 본 발명예 36, 본 발명예 37 및 비교예 21∼비교예 24는, 도 32에 나타내는 제1 금형(105)을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 도 3a에 나타내는 제2 금형(3)을 이용하여 제2 성형 공정을 행했다. 단, 비교예 21∼비교예 24는, 제1 경사 각도 α₁이 식(1)로 규정되는 제1 경사 각도 α₁의 범위 외가 되도록 프레스 성형한 것이다. 본 발명예 35 및 본 발명예 38은, 전술한 구조를 갖는 제1 금형(105)을 이용하여 제1 성형 공정의 프레스 성형을 행하는 것 이외, 실시예 3의 본 발명예 15 및 본 발명예 18과 각각 동일하다. 한편, 종래예 19및 종래예 21은, 도 26에 나타내는 프레스 금형(79)을 이용하여 1 공정의 드로우 성형으로 상볼록 성형품(121)의 성형을 행했다. 종래예 20 및 종래예 22는, 전술한 구조를 갖는 제1 금형(105)을 이용하여 제1 성형 공정의 프레스 성형을 행하는 것 이외, 실시예 3의 종래예 10 및 종래예 12와 각각 동일하다.

또한, 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 실시예 1 및 실시예 3과 동일하고, 590MPa급재를 이용한 경우의 상식(1)에서 26.4[°]였다. 1180MPa급재를 이용한 경우의 제1 경사 각도 α₁의 상한값은, 61.6[°]였다. 또한, 본 실시예 7에 있어서의 스프링 백의 평가 방법은, 상기 실시예 1∼실시예 5와 동일하다.

표 7에, 본 실시예 7에 있어서의 각 프레스 성형 조건, 제1 경사 각도 α₁을 취할 수 있는 상한값 및, 당해 각 프레스 성형 조건으로 성형된 상볼록 성형품(121)의 형상 평가 결과를 정리한 것을 나타낸다. 이 형상 평가 결과로서, 상볼록 성형품(121)의 주름의 발생 유무(○, ×)와 캠버량 Δz[㎜]가 표 7에 나타난다. ○ 표시는 「주름 없음」을 의미하고, × 표시는 「주름 있음」을 의미한다.

표 7에 나타내는 대로, 그룹 19∼그룹 22에 있어서의 본 발명예 33∼38에서는, 모두, 주름은 발생하지 않았다. 또한, 이들 본 발명예 33∼38의 어느 것에 있어서나, 캠버량 Δz는 각 본 발명예가 속하는 그룹의 종래예보다 작아져, 스프링 백에 의한 캠버 변형을 저감할 수 있었다.

한편, 비교예 21과 같이 제1 경사 각도 α₁＜제2 경사 각도 α₂로 한 경우, 캠버량 Δz는 종래예 19의 캠버량 Δz와 거의 변하지 않는 결과로 되고, 스프링 백의 저감 효과는 얻어지지 않았다. 이 점은 비교예 23에 대해서도 동일하고, 비교예 23과 종래예 21은, 거의 변하지 않는 결과이다. 또한, 비교예 22 및 비교예 24에서는, 제1 경사 각도 α₁이 상한값을 초과했기 때문에, 제1 성형 공정에서 플랜지부(125)에 주름이 발생했다.

이상과 같이, 축 방향 중앙부에만 만곡하는 플랜지부가 형성된 상볼록 성형품에 대해서, 축 방향의 중앙부만 제1 경사 각도 α₁＞제2 경사 각도 α₂가 되도록 한 경우라도, 제1 경사 각도 α₁을 식(1)의 범위 내로 하여 프레스 성형함으로써, 상볼록 성형품에 주름을 발생시키는 일 없이, 상볼록 성형품의 스프링 백을 저감할 수 있었다. 또한, 종래예 20과 본 발명예 35의 비교 및, 종래예 22와 본 발명예 38의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 패드를 이용한 경우라도 본 발명의 프레스 성형 방법에 의해 상볼록 성형품의 스프링 백을 저감할 수 있었다.

(산업상의 이용 가능성)

이상과 같이, 본 발명에 따른 프레스 성형 방법은, 홈 형상부의 종벽부에 상부 휨 또는 하부 휨의 만곡 플랜지부를 갖는 성형품의 프레스 성형에 유용하고, 특히, 제품 형상을 바꾸는 일 없이, 성형품의 비틀림이나 구부러짐과 같은 3차원적인 스프링 백을 저감할 수 있는 프레스 성형에 적합하다.

1 : 제1 금형(실시의 형태 1)
3 : 제2 금형(실시의 형태 1)
5 : 제1 다이
5a : 제1 다이측의 홈 형상 성형부
5b : 제1 다이측의 플랜지 성형부
7 : 제1 펀치
7a : 제1 펀치측의 홈 형상 성형부
7b : 제1 펀치측의 플랜지 성형부
9 : 제1 홈 형상 성형부
10 : 교차부
11 : 제1 플랜지 성형부
12 : 만곡면
13 : 제2 다이
13a : 제2 다이측의 홈 형상 성형부
13b : 제2 다이측의 플랜지 성형부
15 : 제2 펀치
15a : 제2 펀치측의 홈 형상 성형부
15b : 제2 펀치측의 플랜지 성형부
17 : 제2 홈 형상 성형부
18 : 교차부
19 : 제2 플랜지 성형부
20 : 만곡면
21 : 블랭크
23 : 제1 금형(실시의 형태 2)
25 : 제1 다이
25a : 제1 다이측의 홈 형상 성형부
25b : 제1 다이측의 플랜지 성형부
27 : 제1 펀치
27a : 제1 펀치측의 홈 형상 성형부
27b : 제1 펀치측의 플랜지 성형부
29 : 제2 금형(실시의 형태 2)
31 : 제2 다이
31a : 제2 다이측의 홈 형상 성형부
31b : 제2 다이측의 플랜지 성형부
33 : 제2 펀치
33a : 제2 펀치측의 홈 형상 성형부
33b : 제2 펀치측의 플랜지 성형부
35 : 제1 금형(실시의 형태 3)
37 : 제1 다이
39 : 패드
41 : 성형품(플랜지폭이 상이한 것)
43 : 제1 금형(실시의 형태 4)
45 : 제1 다이
47 : 제1 펀치
49 : 제1 금형(실시의 형태 5)
51 : 다이
53 : 펀치
55 : 블랭크 홀더
61 : 성형품(플랜지부만 상볼록)
63 : 성형품(플랜지부만 하볼록)
75 : 제1 금형(실시예 3)
77 : 제1 다이
79 : 프레스 금형(실시예 3, 종래예)
81 : 다이
83 : 펀치
85 : 블랭크 홀더
87 : 제1 금형(실시예 4)
89 : 다이
91 : 펀치
93 : 블랭크 홀더
95 : 프레스 금형(실시예 4, 종래예)
97 : 다이
99 : 펀치
101 : 블랭크 홀더
103 : 성형품(플랜지부가 경사져 있는 것)
105 : 제1 금형(실시예 7)
107 : 다이
109 : 펀치
111 : 블랭크 홀더
121 : 상볼록 성형품
123 : 홈 형상부
123a : 홈 저부
123b : 종벽부
125 : 플랜지부
127 : 하볼록 성형품
141 : 프레스 금형(종래예 그 1)
143 : 다이
145 : 펀치
147 : 프레스 금형(종래예 그 2)
149 : 다이
151 : 펀치

Claims (13)

1. 홈 형상부를 갖고, 당해 홈 형상부를 형성하는 한 쌍의 종벽부 중 적어도 한쪽의 종벽부에, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부측으로 볼록해지도록 만곡하는 플랜지부를 갖는 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
   상기 홈 형상부를 성형하는 제1 홈 형상 성형부와 상기 플랜지부를 성형하는 제1 플랜지 성형부를 갖는 제1 금형을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 경사 각도가 상기 제1 홈 형상 성형부와 동일한 제2 홈 형상 성형부와 제2 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여 제2 성형 공정을 행하는 것으로서,
   상기 제1 금형의 상기 제1 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제1 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제1 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₁과, 상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제2 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₂의 관계가, 상기 만곡면을 기준으로 하여 당해 만곡면으로부터 상기 홈 저부측을 부(負), 그 반대측을 정(正)으로 했을 때에, α₂＜α₁로 설정되어 있고,
   상기 제1 성형 공정에서 발생한 상기 플랜지부의 길이 방향의 선 길이를 축소하는 압축 변형을, 상기 제2 성형 공정에 있어서 상기 선 길이를 늘리는 변형을 부여함으로써 되돌리도록 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 상기 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부의 곡률 반경을 ρ₀[㎜], 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 플랜지폭을 L[㎜], 스프링 백을 변화시키는 효과가 얻어지고, 또한 주름을 억제할 수 있는 변형의 되돌림량 Δε(Δε＞0)의 상한값을 Δε_max로 하면, 상기 α₁과 상기 α₂가 하식(1)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
   

   
3. 홈 형상부를 갖고, 당해 홈 형상부를 형성하는 한 쌍의 종벽부 중 적어도 한쪽의 종벽부에, 상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부측으로 오목해지도록 만곡하는 플랜지부를 갖는 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법으로서,
   상기 홈 형상부를 성형하는 제1 홈 형상 성형부와 상기 플랜지부를 성형하는 제1 플랜지 성형부를 갖는 제1 금형을 이용하여 제1 성형 공정을 행하고, 경사 각도가 상기 제1 홈 형상 성형부와 동일한 제2 홈 형상 성형부와 제2 플랜지 성형부를 갖는 제2 금형을 이용하여 제2 성형 공정을 행하는 것으로서,
   상기 제1 금형의 상기 제1 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제1 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제1 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₁과, 상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부를 통과하여 당해 교차부에 있어서의 상기 플랜지부의 곡률과 동일 곡률을 갖는 만곡면과 상기 제2 플랜지 성형부가 이루는 각도 α₂의 관계가, 상기 만곡면을 기준으로 하여 당해 만곡면으로부터 상기 홈 저부측을 부, 그 반대측을 정으로 했을 때에, α₂＜α₁로 설정되어 있고,
   상기 제1 성형 공정에서 발생한 상기 플랜지부의 길이 방향의 선 길이를 늘리는 인장 변형을, 상기 제2 성형 공정에 있어서 상기 선 길이를 축소하는 변형을 부여함으로써 되돌리도록 성형하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 금형의 상기 제2 홈 형상 성형부에 있어서의 상기 종벽 성형부와 상기 제2 플랜지 성형부의 교차부의 곡률 반경을 ρ₀[㎜], 상기 제2 성형 공정에서 성형되는 플랜지폭을 L[㎜], 스프링 백을 변화시키는 효과가 얻어지고, 또한 주름을 억제할 수 있는 변형의 되돌림량 Δε(Δε＞0)의 상한값을 Δε_max로 하면, 상기 α₁과 상기 α₂가 하식(2)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
   

   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 성형 공정을 폼 성형으로 행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 성형 공정을 드로우 성형으로 행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 홈 형상부에 있어서의 홈 저부에 펀치 저부를 갖는 성형품을 성형하는 경우로서, 상기 제1 성형 공정은 블랭크에 있어서의 상기 펀치 저부에 상당하는 부위를 패드로 눌러 프레스 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 종벽부 중 어느 한쪽의 플랜지부에 상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 종벽부의 양쪽의 플랜지부에 상기 제1 성형 공정과 상기 제2 성형 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있는 경우로서,
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 금형 축 방향의 일부에 있어서 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있는 경우로서,
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형의 전체 길이에 걸쳐서 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향의 일부에 형성되어 있는 경우로서,
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 만곡하는 상기 플랜지부를 성형하는 부위에만 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    만곡하는 상기 플랜지부가 상기 성형품의 축 방향의 일부에 형성되어 있는 경우로서,
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형에 있어서의 상기 α₁과 상기 α₂의 관계가, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형의 전체 길이에 걸쳐서 α₂＜α₁로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.

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