KR20120055616A

KR20120055616A - 굽힘 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120055616A
Application number: KR20127005931A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 후타츠카; 가즈히코 히가이; 요시키요 다마이; 다카아키 히라; 다케시 후지타; 유지 야마사키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-05-31
Also published as: CN102574192A; KR101443990B1; US20120171506A1; EP2484461A4; CN102574192B; WO2011040623A1; EP2484461A1; JP5515566B2; CA2772925C; CA2772925A1; EP2484461B1; JP2011073010A

Abstract

굽힘 부재 (30) 의 길이 방향의 굽힘에 대응하는 굽힘 윤곽 형상으로 한 블랭크 (1, 2) 를, 상기 굽힘 부재의 단면 형상의 분할 부분에 대응하는 단면 형상으로 구부리는 굽힘 공정과, 상기 굽힘 공정에 의해 얻어진 2 개 (혹은 3 개 이상) 의 부재 (10, 20) 를 접합하는 접합 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 굽힘 부재 성형 방법을 제공한다. 종래의 성형 방법에서는, 고강도 강판의 단판을 소재로 하는 경우, 일체 프레스 성형으로 원하는 굽힘 부재로의 성형을 할 수 없거나, 혹은 저강도 강판의 단판을 소재로 하는 경우, 굽힘 부재로의 성형은 가능하지만, 부재 강도의 부족을 초래하기 때문에 부품 강도가 충분하지 않아, 보강 부품의 증가에 의한 중량의 증가를 초래한다.

Description

굽힘 부재 및 그 제조 방법{BENT MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 평판을 굽힘 부재 (상세하게는, 굽힘 형상을 갖는 프레임 부재) 로 성형하는 방법에 관한 것으로, 특히 인장 강도 (TS) 가 590 ㎫ 이상인 고강도 강판으로부터 굽힘 부재로의 성형을 가능하게 하는 성형 방법 및 굽힘 부재 그리고 굽힘 부재 제조 방법에 관한 것이다.

굽힘 부재를 얻는 수단으로서, 종래에는 금속 단판을 드로잉, 스트레치, 연신 플랜지 및 굽힘의 각종 성형 양식을 복합한 프레스 성형 (이후, 종래 프레스 성형이라고 한다) 이 실시되고 있다. 나아가서는 통상 부재를 굽힘 성형하는 방법 (특허문헌 1) 이나, 롤포밍 기술 (특허문헌 2) 이나, 중공 부재를 사용한 굽힘 성형 (특허문헌 3, 4) 이 제안되어 있다. 또 굽힘 부재를 보강하는 예로서, 발포 수지를 충전하는 방법 (특허문헌 5) 이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평9-30345호 일본 공개특허공보 평11-129045호 일본 공개특허공보 평8-174047호 일본 공개특허공보 2005-1490호 일본 공개특허공보 평11-348813호

경량화의 요청에 따른 강판의 고강도화는, 동시에 강판의 드로잉?스트레치?연신 플랜지 성형성의 저하를 초래하기 때문에, 종래 프레스 성형에서는 균열이나 주름 등의 문제가 발생하고, 특히 형상이 복잡해짐에 따라 굽힘 부재가 얻어지지 않는 경우가 발생되어 왔다. 예를 들어, TS 로 590 ㎫ 이상의 고강도 강판의 단판을, 종래 프레스 성형에 의해 도 11 에 나타내는 바와 같은 굽힘 부재 (50) 를 구성하는 부재 (50A, 50B) (XY 평면에서 봤을 때 및 Z 축 방향의 굽힘을 갖는다) 로 성형하면, 평면부에 주름 (예를 들어 도면 중의 「주름」부에 발생), 측면 종벽부나 플랜지부에 균열 (예를 들어 도면 중의 「균열」부에 발생) 이 발생한다. 이 때, 주름 억제 등의 성형 조건의 최적화 혹은 부품 형상 변경에 의해, 어느 정도까지 균열?주름의 발생 억제를 도모하는 것이 가능하지만, 그와 같은 방법에서는, 경량화 니즈에 응하기 위한 TS 로 980 ㎫ 이상의 추가적인 고강도화에 대응하기에는 한계가 있다고 할 수 있다.

또, 통상의 부재를 굽힘 성형하거나, 혹은 롤포밍에 의해 고강도의 굽힘 부재를 얻는 방법이 개시되어 있는데 (특허문헌 1 ? 4), 공정상의 제약이나 소재의 성형성의 관점에서, 복잡한 굽힘 형상을 얻는 것이 곤란하고, 또한 공정수의 증가 등 생산면에서 큰 과제가 있다. 예를 들어, 저강도의 소재를 사용하는 경우, 복잡한 형상이 용이하게 얻어지는 반면, 부재 강도가 부족하기 때문에, 발포 수지의 충전에 의해 보강 효과를 얻는 기술 등이 있는데 (특허문헌 5), 비용면, 생산면, 혹은 리사이클의 관점에서 반드시 유용한 기술이라고는 하기 어려운 것이 현상황이다.

즉, 종래의 성형 방법에서는, 고강도 강판의 단판을 소재로 하는 경우, 일체 프레스 성형으로 원하는 굽힘 부재로의 성형을 할 수 없거나, 혹은 저강도 강판의 단판을 소재로 하는 경우, 굽힘 부재로의 성형은 가능하지만, 부재 강도가 충분하지 않고, 보강 효과가 있는 부품의 증가 등이 필요해져, 중량 증가를 초래한다는 과제가 있었다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 다음과 같다.

(1) 금속 단판으로 이루어지는 블랭크를 성형하여 굽힘 부재를 얻는 굽힘 부재 성형 방법으로서, 상기 굽힘 부재의 길이 방향의 굽힘에 대응하는 굽힘 윤곽 형상으로 한 블랭크를, 상기 굽힘 부재의 단면 형상의 분할 부분에 대응하는 단면 형상으로 구부리는 굽힘 공정과, 상기 굽힘 공정에 의해 얻어진 2 개 이상의 부재를 접합하는 접합 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 굽힘 부재 성형 방법.

(2) 상기 굽힘 공정 전에, 상기 블랭크에 접음선을 넣거나, 혹은 추가로 커팅을 넣는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 굽힘 부재 성형 방법.

(3) (1) 또는 (2) 에 기재된 굽힘 부재 성형 방법을 사용하여 제조되어 이루어지는 굽힘 부재.

(4) (1) 또는 (2) 에 기재된 굽힘 부재 성형 방법을 사용하여 굽힘 부재를 제조하는 것을 특징으로 하는 굽힘 부재 제조 방법.

본 발명에 의하면, 재료는 드로잉?스트레치?연신 플랜지의 각 변형은 거의 하지 않고 굽힘 변형을 하기 때문에, 고강도 강판의 단판으로부터 굽힘 부재를 구성하는 부재로의 일체 프레스 성형이 가능해진다. 또한, 성형 목표로 하는 굽힘 부재 형상을 블랭크의 윤곽 형상에 반영시킴으로써, 종래에는 얻어지지 않았던 부재 강도가 높고 또한 복잡한 굽힘 형상을 갖는 부재를 용이하게 얻을 수 있어, 부품 단면의 축소에 의한 스페이스 확대나, 판두께의 감소 혹은 보강 부재의 폐지 등에 의한 높은 경량화 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 7 은, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태의 일례 (기출예와는 다른 예) 를 나타내는 개략도이다.
도 9 는, 여러 가지 굽힘 부재 단면 형상의 예를 나타내는 단면도이다.
도 10 은, 접음선을 넣는 방법의 예를 나타내는 개략도이다.
도 11 은, 종래 프레스 성형에 의한 굽힘 부재의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 1 ? 도 8 은, 각각 본 발명의 실시형태의 상이한 예를 나타내는 개략도이다. 도 1, 도 2 는 모두 굽힘 부재 (30) 의 길이 방향의 굽힘이 상반되는 2 방향 중 어느 1 방향만의 접음선상 굽힘인 경우의 예이고, 또한, 도 1 에서는 단면 사이즈가 부재 길이 방향으로 일정하며, 도 2 에서는 단면 사이즈가 부재 길이 방향으로 변화하고 있다. 또, 도 3, 도 4 는 모두 굽힘 부재 (30) 의 길이 방향의 굽힘이 상반되는 2 방향 중 어느 1 방향에서 타방향으로 변화하는 굽힘선상 굽힘인 경우의 예이고, 또한, 도 3 에서는 단면 사이즈가 부재 길이 방향으로 일정하며, 도 4 에서는 단면 사이즈가 부재 길이 방향으로 변화하고 있다. 또, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8 은 모두 굽힘 부재 (30) 의 길이 방향의 굽힘이 상반되는 2 방향 중 어느 1 방향만의 연속 곡선상 굽힘인 경우의 예이고 (도 7, 8 : 길이 방향에 있어서, 비틀어진 굽힘 단면 형상을 갖는 예), 또한, 도 5 에서는 단면 사이즈가 부재 길이 방향으로 일정하며, 도 6, 도 7, 도 8 에서는 단면 사이즈가 부재 길이 방향으로 변화하고 있다.

이들 예에 있어서, 2 장의 블랭크 (1, 2) 는 서로 동일한 평면 형상을 갖고, 이 평면 형상은, 성형 목표인 굽힘 부재 (30) 의 길이 방향의 굽힘에 대응하는 측 굽힘 윤곽 형상으로 되어 있다. 또한, 블랭크 (1, 2) 에는, 작업용 구멍이나 비드 등의 형상을 미리 부여해도 되는 것은 말할 것도 없다. 블랭크 (1, 2) 는, 굽힘 공정에 있어서, 굽힘 부재 (30) 의 단면 형상의 분할 부분에 대응하는 단면 형상으로 구부러지고, 각각, 굽힘 부재 (30) 를 구성하는 부재 (10, 20) 가 된다. 또한, 1F, 2F 는 각각 블랭크 (1, 2) 의 플랜지 대응 지점, 혹은 부재 (10, 20) 의 플랜지이다. 또, 도 1 ? 도 8 에 있어서, 블랭크 (1, 2) 의 형상 영역 내에 그려진 파선, 점선은 각각 산접기, 골접기이며, 이들은 굽힘 공정에 있어서의 구부림에 의해 형성되는 굽힘부 (볼록 능선부, 오목 능선부) 에 대응하는 지점을 나타내고 있다. 본 발명에 있어서의 굽힘 공정에서는, 금형을 사용하여 블랭크의 성형 부위가 목표 부재의 대응 굽힘부가 되도록 프레스 굽힘 가공함으로써, 피성형재는 굽힘 성형 주체의 변형을 하여 목표 형상으로 성형된다.

이어서, 접합 공정에 있어서 부재 (10, 20) 가 접합되어 굽힘 부재 (30) 가 얻어진다. 접합의 방법으로는, 용접, 코킹, 리벳, 접착제 등 중 어느 방법을 사용해도 된다.

또, 도 1 ? 도 6 에 예시한 예는, 도 9 의 (a) 에 나타내는 부재 단면 형상으로의 성형예이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도 9 의 (b) 와 같이, 도 9 의 (a) 를 좌우 반전시킨 부재 단면 형상으로의 성형이나, 도 9 의 (c) 와 같이, 구성 부재 (20) 만 플랜지 (2F) 를 구부린 부재 단면 형상으로의 성형 등에 대해서도 자명하게 적용할 수 있다. 또한, 도 7, 도 8 에 예시한 예는, 도 9 의 (d) 에 나타내는 부재 단면 형상으로의 성형예이다.

또, 도 1 ? 도 6, 도 8 에 예시한 예는, 1 개의 굽힘 부재에 대해 동일 평면 형상의 블랭크를 2 개 사용한 예이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 1 개의 굽힘 부재에 대해 블랭크를 3 개 이상 사용하여, 그 중 적어도 어느 1 개의 블랭크를 다른 것과 상이한 평면 형상으로 한 경우에 있어서도 자명하게 적용할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 굽힘 가공시에 상기 굽힘부의 위치 정밀도를 향상시키기 위해, 블랭크에 있어서의 상기 산접기, 골접기의 지점에 미리 접음선을 넣는 것이 바람직하다. 또한, 접음선은, 굽힘 가공부에 대응하는 지점의 전체부에 걸쳐 (연속적으로) 넣는 것에만 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 당해 지점의 일부에만 (단속적으로) 넣어도 된다. 이 접음선을 넣는 가공 방법에는, 코이닝 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또, 롤 표면에 넣은 요철 형상을 연속적으로 재료의 표면에 전사해 가는 방법도 들 수 있다. 이러한 접음선의 적합 형태로서, 도 10 의 (d) 에 나타내는 바와 같은 V 홈을, 선상 (a), 파선상 (b) 또는 점선상 (c), 혹은 이들을 조합한 복합선상으로 형성한 형태를 들 수 있다. 여기서, V 홈의 깊이는 금속판 두께 (약칭하여 판두께) 의 20 ％ 이하가 바람직하다. V 홈의 깊이가 판두께의 20 ％ 를 초과하는 경우에는, 자동차 골격 부재 등에서 필요로 되는 부재 강도의 저하, 혹은 굽힘부에 균열을 발생시킬 가능성이 있고, 또한 고강도의 금속 재료에 있어서는, 홈을 깊게 하는 것 자체가 용이하지 않아, 생산면이나 비용면에 큰 문제가 있기 때문이다.

또한, 홈의 형태는 V 자 형상에 한정되지 않으며 (도 10 의 (d) 에 예시한 V 홈에 한정되지 않으며), U 자 등 각종 오목 형상이어도 된다. 또, 굽힘부의 곡률 반경을 크게 취하는 경우에는, 홈을 복수조 평행하게 형성해도 된다.

또, 굽힘시에 국부적으로 과대한 연신 또는 압축 변형 가공이 가해져 균열 또는 주름이 발생할 위험성이 높다고 예상되는 국소 (예를 들어 블랭크의 플랜지 대응 지점에 있어서 과대한 연신 또는 압축 플랜지 가공을 받을 것 같은 복수의 국소) 가 존재하는 경우, 이러한 국소에 커팅을 넣어 두면, 균열 또는 주름의 발생을 더욱 확실하게 예방할 수 있어 바람직하다.

실시예 1

표 1 에 나타내는 판두께 및 인장 특성 (항복 강도 YS, 인장 강도 TS, 연신 El) 을 갖는 얇은 강판 (재료 기호 A, B, C) 으로 이루어지는 블랭크를, 표 2 에 나타내는 성형 방법에 의해 굽힘 부재로 성형하고, 얻어진 굽힘 부재 형상을 육안 관찰하여 성형 방법을 평가하였다. 그 결과, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 종래 프레스 성형에 의한 비교예에서는, 도 11 에 예시한 「주름」부에는 주름이, 「균열」부에는 균열이 각각 발생한 것에 반해, 본 발명예에서는 균열, 주름의 발생은 없고, 거의 목표 형상과 같은 굽힘 부재가 얻어졌다.

실시예 2

표 1 에 나타내는 판두께 및 인장 특성 (항복 강도 YS, 인장 강도 TS, 연신 El) 을 갖는 얇은 강판 (재료 기호 A, B, C) 으로 이루어지는 블랭크를, 이것에 미리 도 10 에 나타내는 바와 같은 선상, 파선상 혹은 점선상의 V 홈 (V 홈의 깊이를 표 3 에 나타낸다) 으로 이루어지는 접음선을 넣은 후, 표 3 에 나타내는 성형 방법에 의해 굽힘 부재로 성형하고, 얻어진 굽힘 부재 형상을 육안 관찰하여 성형 방법을 평가하였다. 그 결과, 표 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명예에서는 균열, 주름의 발생은 없고, 또한, 실시예 1 에서의 본 발명예와 비교하여 목표 형상과의 일치 정도가 더욱 양호한 (치수 정밀도가 ○ 인) 굽힘 부재가 얻어졌다.

1, 2 : 블랭크
1F, 2F : 플랜지 또는 플랜지 대응 지점
10, 20 : 본 발명에 관련된 굽힘 부재를 구성하는 부재
30 : 본 발명에 관련된 굽힘 부재 (성형 목표)
50 : 종래 프레스 성형에 의한 굽힘 부재 (첨부 부호 A, B 는 굽힘 부재 (50) 를 구성하는 부재)

Claims

금속 단판으로 이루어지는 블랭크를 성형하여 굽힘 부재를 얻는 굽힘 부재 성형 방법으로서, 상기 굽힘 부재의 길이 방향의 굽힘에 대응하는 굽힘 윤곽 형상으로 한 블랭크를, 상기 굽힘 부재의 단면 형상의 분할 부분에 대응하는 단면 형상으로 구부리는 굽힘 공정과, 상기 굽힘 공정에 의해 얻어진 2 개 이상의 부재를 접합하는 접합 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 굽힘 부재 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 굽힘 공정 전에, 상기 블랭크에 접음선을 넣거나, 혹은 추가로 커팅을 넣는 것을 특징으로 하는 굽힘 부재 성형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 굽힘 부재 성형 방법을 사용하여 제조되어 이루어지는 굽힘 부재.