KR20200099579A - 프레스 성형 방법, 강성 향상 위치 특정 방법, 프레스 성형 시스템 및 프레스 성형품 - Google Patents

Abstract

스프링백을 효율적으로 억제할 수 있고, 또한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과의 큰 위치를 간편하게 특정할 수 있는 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고, 판상 재료에 의해 소정 형상의 성형품을 프레스 성형할 때에 이용되는 프레스 성형 방법은 상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하여 실행하는 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행하고, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 제 1 공정과, 상기 성형품 모델의 상기 제 1 공정에서 특정한 위치에 대응하는 상기 판상 재료의 위치에 강성 향상 대책을 실시하는 제 2 공정과, 상기 강성 향상 대책을 실시한 상기 판상 재료에 의해 상기 프레스 성형품을 프레스 성형하는 제 3 공정을 포함하고 있다.

Description

프레스 성형 방법, 강성 향상 위치 특정 방법, 프레스 성형 시스템 및 프레스 성형품

본 발명은 복수의 프레스 성형 공정을 포함하는 판상 재료의 프레스 성형에 있어서 발생하는 스프링백을 저감하고, 프레스 성형품의 치수 정밀도를 높이는 프레스 성형 방법, 판상 재료의 강성 향상 위치 특정 방법, 프레스 성형 시스템, 및 그 프레스 성형 방법으로 성형한 프레스 성형품에 관한 것이다.

근래, 연비의 향상을 목적으로 한 자동차 차체의 경량화를 위해, 고강도 강판의 적용 확대가 진행되고 있다. 고강도 강판을 적용하는 것에 의해서, 판 두께를 크게 하는 일 없이, 자동차 차체의 강도, 강성이나 충돌시의 흡수 에너지를 높일 수 있다.

그러나, 일반적으로 차체 부품의 가공에 다용되고 있는 프레스 성형에 있어서는 스프링백이라고 불리는 형상 동결 불량이 문제로 된다. 스프링백은 판상 재료로서의 강판으로부터 프레스 성형한 프레스 성형품을 금형에서 이형했을 때에 생기며, 강판의 재료 강도의 증가에 수반하여 커진다. 스프링백은 외관 품질을 손상시킬 뿐만 아니라 조립시의 용접 불량의 원인으로도 되기 때문에, 고강도 강판의 적용 확대에는 스프링백 대책이 필요 불가결하다.

스프링백의 원인은 잔류 응력의 불균일에 의해서 생기는 구부림 모멘트가 프레스 성형품의 이형시에 해방되는 것에 의한 탄성 회복이다. 이 때문에 종래부터, 스프링백 대책으로서 잔류 응력의 불균일을 완화시키는 방법 등이 제안되고 있다.

특허문헌 1에서는 신장 플랜지부에 엠보스를 배치하고, 수축 플랜지부에 잉여 비드를 배치한 중간품을 성형하고, 최종 성형품의 성형에 있어서, 신장 플랜지부에는 엠보스를 밀어넣음으로써 압축 응력을 부가하고, 수축 플랜지부에는 잉여 비드에 의해서 인장 응력을 부여함으로써, 프레스 성형품의 잔류 응력 분포를 평준화하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 2에서는 유한 요소법에 의한 프레스 성형 해석을 실행하여, 프레스 성형품의 형상을 복수 영역으로 분할한 각 영역에 있어서의 이형 전의 잔류 응력을 구하고, 그 잔류 응력을 소거한 데이터에 의거하는 스프링백 해석과 잔류 응력을 소거하기 전의 데이터에 의거하는 스프링백 해석의 결과를 비교하여, 스프링백에 대한 각 영역에서의 잔류 응력의 기여도를 산출하고, 기여도가 높은 영역에 관해 성형 금형의 펀치 바닥에 대응하는 부분에 요철부를 설정하여, 프레스 성형 도중의 하사점 부근에서 플랜지부의 재료를 펀치측에 유입시키고, 그 요철부로의 재료 이동에 의해, 플랜지부의 긴쪽 방향 외측으로의 인장 응력에 대항하는 압축 응력을 발생시킴으로써, 플랜지부의 인장 응력을 완화시키는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 3에서는 프레스 성형품의 형상을 복수 영역으로 분할한 것 중의 임의의 영역을 선택하고, 그 선택 영역의 X, Y, Z방향 중의 어느 하나의 영률을 변경하고, 그 영률 변경 후의 프레스 성형품의 스프링백 해석을 실행하고, 영률 변경 전의 프레스 성형품의 스프링백량과 영률 변경 후의 프레스 성형품의 스프링백량의 차를 취득한다는 처리를 선택 영역마다 또한 지정 방향마다 실행함으로써, 스프링백 대책에 유효한 응력 영역과 응력 방향을 특정하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 4에서는 프레스 성형품의 해석 모델에 대해 토폴로지 최적화 해석 등의 형상 최적화 해석을 실행하여 강성으로의 기여가 높은 위치를 검출하고, 블랭크재의 그 위치에, 판 두께가 큰 재료나 고강성 재료를 끼워 맞춤 혹은 중합하거나. 동일한 재료를 중합하는 등의 강성 향상 수단을 강구함으로써, 효율적으로 스프링백을 억제하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공보 제5380890호 특허문헌 2: 일본국 특허공보 제5794025호 특허문헌 3: 일본국 특허공보 제6060591호 특허문헌 4: 일본국 특허공보 제6064447호

잔류 응력을 평준화시키는 방법으로서, 특허문헌 1에서는 신장 플랜지부에 엠보스를 형성하는 동시에 수축 플랜지부에 잉여 비드를 형성하는 방법을 제안하고 있지만, 복잡한 형상의 성형품에서는 대책 형상을 부여하는 위치의 특정이 용이하지 않다.

또, 잔류 응력을 완화시키는 방법으로서, 특허문헌 2에서는 요철 형상을 부여하는 방법을 제안하고, 특허문헌 3에서는 특정 방향의 영률을 변경함으로써 스프링백에 유효한 응력 영역과 방향을 특정하는 방법을 제안하고 있지만, 저강성 부품에 있어서는 낮은 잔류 응력이라도 스프링백이 생기기 때문에, 특정한 위치의 잔류 응력을 저감시켜도 다른 위치의 잔류 응력으로 스프링백이 잔존하는 경우가 있으며, 또, 특정한 위치에 형상을 부여한 결과 생기는 새로운 응력으로 스프링백이 생기는 경우도 있으므로, 이들에서는 스프링백 대책으로서 불충분하다.

특허문헌 4의 강성 기여 위치의 검출 방법은 토폴로지 해석 등의 형상 최적화 해석을 이용하고 있고, 설계 초기 단계에서 도입함으로써 자유도가 높은 설계가 가능하게 되지만, 형상 최적화 해석은 고도의 지식을 필요로 하는데다, 실용상 불가능한 형상인 매우 복잡한 형상이 요구되는 경우가 있어, 반드시 간편하게 최적인 성형품 형상이 얻어진다고는 할 수 없다는 문제가 있다.

즉, 종래 기술의 해결해야 할 과제를 열거하면 이하와 같이 된다.

(1) 강성이 낮은 형상의 부품에도 유효한 스프링백 대책일 것.

(2) 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 부품 형상에 관계없이 특정할 수 있을 것.

(3) 상기 (2)에서 나타내는 강성 향상의 대책을 강구하는 위치의 특정을 간편하게 실행할 수 있을 것.

본 발명은 상기 과제를 감안해서 이루어진 것이며, 강성 향상에 의한 스프링백 억제에 효과적인 위치를 특정하고, 프레스 성형 후의 스프링백량이 작고, 형상 동결성이 우수한 프레스 성형품을 프레스 성형하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 프레스 성형 방법은 판상 재료에 의해 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용되는 프레스 성형 방법으로서, 상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하여 실행하는 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행하고, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 제 1 공정과, 상기 성형품 모델의 상기 제 1 공정에서 특정한 위치에 대응하는 상기 판상 재료의 위치에 강성 향상 대책을 실시하는 제 2 공정과, 상기 강성 향상 대책을 실시한 상기 판상 재료에 의해 상기 프레스 성형품을 프레스 성형하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 강성 향상 위치 특정 방법은 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용하는 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 방법으로서, 상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하고, 그 구속하는 위치를 변경하여 스프링백 해석을 반복 실행하여, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 구하고, 상기 성형품 모델의, 상기 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치와의 대응에 의해, 상기 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 프레스 성형 시스템은 판상 재료에 의해 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용되는 프레스 성형 시스템에 있어서, 상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하여 실행하는 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행하여, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 구하고, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치와의 대응 관계에 의해, 상기 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 강성 향상 위치 특정 장치와, 상기 강성 향상 위치 특정 장치가 특정한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치에 강성 향상 대책이 실시된 상기 판상 재료에 의해 상기 프레스 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 장치를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 프레스 성형품은 본 발명의 프레스 성형 방법에 의해 프레스 성형되는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 프레스 성형 방법에서는 프레스 성형품의 강성을 향상시킨 경우의 스프링백 저감 효과를 평가하기 위해, 프레스 성형품의 형상을 갖는 성형품 모델에 부분적으로 강체화 처리를 실시하고, 스프링백 해석을 실행한다. 본 발명에 있어서의 강체화 처리는 성형 하사점의 프레스 성형품에 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용한다는 변형 조건을 부여함으로써, 가상적으로 강성을 향상시키는 수법이다.

본 발명의 프레스 성형 방법에 따르면, 상기의 강체화 처리를 실시하는 위치를 다양하게 변경하여 스프링백 해석을 실행함으로써, 성형품 모델에 있어서 강성 향상에 의한 스프링백 억제 효과가 높은 위치를 특정하고, 성형품 모델의 그 특정한 강성 향상 위치에 대응하는 판상 재료의 위치에 강성 향상 대책을 실시함으로써, 판상 재료가 효율적으로 스프링백을 억제할 수 있는 것으로 되고, 그 판상 재료에 의해 프레스 성형품을 프레스 성형하므로, 프레스 성형품의 스프링백을 효율적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형 방법에 따르면, 최적인 강성 향상 위치를 특정함에 있어서, 토폴로지 해석과 같은 고도의 지식이나 기능을 요하는 최적화 해석을 실행할 필요가 없고, 강체화 처리를 실시하는 위치를 변경하여 반복 스프링백 해석을 실행하는 것만으로 좋으므로, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 간편하게 특정할 수 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형 방법에 있어서는 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행할 때에, 우선, 상기 성형품 모델 전체를 분할하여 복수의 첫회 분할 위치를 설정하고, 그들 첫회 분할 위치를 순차 상기 구속하는 위치로 해서 상기 스프링백 해석을 실행하여, 그들 첫회 분할 위치 중에서 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정한다는 처리를 실행하고, 그 후, 전회 특정한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 분할하여 복수의 세분할 위치를 설정하고, 그들 세분할 위치를 순차 상기 구속하는 위치로 해서 상기 스프링백 해석을 실행하여, 그들 세분할 위치 중에서 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 더욱 좁혀 특정한다는 처리를 1회 혹은 반복 실행하는 것으로 해도 좋다.

이와 같이 하면, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 효율적으로 또한 고정밀도로 특정할 수 있다.

또, 본 발명의 강성 향상 위치 특정 방법에 의하면, 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용하는 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정할 때에, 상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하고, 그 구속하는 위치를 변경하여 스프링백 해석을 반복 실행하여, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 구하고, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치와의 대응 관계에 의해, 상기 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하므로, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 간편하게 특정할 수 있다.

한편, 본 발명의 프레스 성형 시스템에 있어서는 강성 향상 위치 특정 장치는 상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형만을 구속함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하여 실행하는 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행하여, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 구하고, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치와의 대응 관계에 의해, 상기 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하고, 프레스 성형 장치 즉 프레스 금형이 상기 강성 향상 위치 특정 장치가 특정한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치에 강성 향상 대책이 실시된 상기 판상 재료에 의해 상기 프레스 성형품을 프레스 성형한다.

따라서, 본 발명의 프레스 성형 시스템에 따르면, 프레스 성형품의 스프링백을 효율적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 프레스 성형품에 따르면, 본 발명의 프레스 성형 방법에 의해 프레스 성형되는 것이므로, 스프링백을 효율적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태의 프레스 성형 시스템이 실시하는 본 발명의 1실시형태의 프레스 성형 방법 및 그것에 있어서의 본 발명의 1실시형태의 강성 향상 위치 특정 방법의 실시 수순을 흐름도로 나타내는 공정도이다.
도 2는 상기 실시형태의 프레스 성형 시스템이 실시하는 상기 실시형태의 프레스 성형 방법에 있어서의 프레스 성형품 및 그 프레스 성형품의 형상을 갖는 성형품 모델의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 상기 예의 성형품 모델을 크게 3개의 영역으로 분할하는 분할예를 나타내는 설명도이다.
도 4는 상기 예의 성형품 모델의 3개의 영역 중 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 크다고 판명된 중앙의 영역을 또한 9개로 세분할하는 분할예를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 1실시형태의 프레스 성형 방법은 우선, 판상 재료로 이루어지는 블랭크를 프레스 성형에 의해 소정 형상의 프레스 성형품으로 성형할 때에 본 실시형태의 프레스 성형 방법을 적용할 수 있는지의 여부를 프레스 성형품의 재료나 형상 등의 정보에 의거하여 판단한다. 본 실시형태의 프레스 성형 방법이 적용 가능하다고 판단한 경우에는 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하고(제 1 공정), 그 성형품 모델의 제 1 공정에서 특정한 위치에 대응하는 블랭크의 위치에 강성을 향상시키는 대책을 실시하고(제 2 공정), 그 블랭크에 대해 프레스 성형을 실행한다.

본 실시형태의 프레스 성형 방법이 적용 가능한 프레스 성형품의 판상 재료는 소재 강도가 인장 강도 440MPa이상의 강판이 바람직하고, 더욱 이상적으로는 인장 강도 780MPa이상의 강판인 것이 바람직하다. 이것은 다른 프레스 성형 방법에서의 프레스 성형이 곤란하기 때문이다. 또, 본 실시형태의 프레스 성형 방법이 적용 가능한 프레스 성형품의 형상은 프레스 성형 후의 짧은쪽 방향(도 4 중의 X축 방향) 길이가 판 두께의 300배 이상, 또한 프레스 성형품의 높이의 10배 이상인 것이고, 예를 들면 강판제의 자동차 차체 부품이 그러한 프레스 성형품의 형상을 갖고 있는 경우가 많다. 또한, 프레스 성형품의 형상에 관한 본 실시형태의 프레스 성형 방법의 적용 가부의 판단은 프레스 성형품의 단면 형상으로부터 단면 2차 모멘트를 산출하고, 그것을 임계값으로서 이용해도 좋다.

이하, 도 1에 나타내는 흐름도 및 도 2에 나타내는 프레스 성형품예를 이용하여, 본 실시형태의 프레스 성형 시스템 및 본 실시형태의 프레스 성형 방법과 본 실시형태의 강성 향상 위치 특정 방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 1실시형태의 프레스 성형 시스템이 실시하는 본 발명의 1실시형태의 프레스 성형 방법 및 그것에 있어서의 본 발명의 1실시형태의 강성 향상 위치 특정 방법의 실시 수순을 흐름도로 나타내는 공정도이고, 도 2는 상기 실시형태의 프레스 성형 시스템이 실시하는 상기 실시형태의 프레스 성형 방법에 있어서의 프레스 성형품 및 그 프레스 성형품의 형상을 갖는 성형품 모델의 일예를 비스듬히 위쪽에서 보아 모식적으로 나타내는 사시도이다.

본 실시형태의 프레스 성형 방법은 도 1의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형 해석 공정 S1에서 프레스 성형 공정 S4까지의 전체 4개의 공정으로 이루어지고, 최초의 프레스 성형 해석 공정 S1에서는 우선, 프레스 금형 형상, 블랭크 형상 및 블랭크 재질 등에 의거하여, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같은 프레스 성형품 M의 성형품 모델(편의상 프레스 성형품과 동일한 부호 M을 이용함)을 작성하고, 그 성형품 모델 M을 이용하여, 통상의 컴퓨터에 의한 유한 요소법을 이용한 수치계산에 의해 프레스 성형을 시뮬레이션(모의)하고, 프레스 금형의 성형 하사점에서의 프레스 성형품 M의 성형 형상 및 그 성형 형상의 각 부의 잔류 응력을 얻는다.

다음의 강성 향상 위치 결정 공정 S2는 상기 통상의 컴퓨터가 실행하는 강체화 처리 공정 S2-1 및 스프링백 해석 공정 S2-2로 이루어지고, 강체화 처리 공정 S2-1에서는 상기 성형 하사점에서의 프레스 성형품 M을 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역에 대해, 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용하는 강체화 처리를 실행하고, 해석 모델을 작성한다. 그리고, 스프링백 해석 공정 S2-2에서는 프레스 금형의 성형 하사점에서의 해석 모델의 각 부의 잔류 응력이 해방된 후의 최종 형상의 해석을 실행한다.

즉, 강성 향상 위치 결정 공정 S2에서는 강체화 처리 공정 S2-1 및 스프링백 해석 공정 S2-2에 있어서, 상기 실시형태의 강성 향상 위치 특정 방법을 실시하여, 강체화 처리를 실행하지 않는 경우의 스프링백량과 각 영역에서 강체화 처리를 실행한 경우의 스프링백량을 비교하고, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과를 평가한다. 이 평가시에는 스프링백량으로서 후술하는 바와 같이 해석 모델의 단부의 「꺼짐」 혹은 「튀어오름」과 「뒤틀림」을 각각 비교한다. 그 때, 프레스 성형품 M의 분할 영역을 서서히 좁히면서 스프링백 해석을 반복 실행함으로써, 강성 향상의 효과가 큰 위치를 특정할 수 있다.

예를 들면, 도 3은 상기 예의 성형품 모델 M의 전체를 크게 3개의 영역으로 분할하는 첫회 분할예를, 성형품 모델 M을 비스듬히 위쪽에서 보아 나타내는 설명도이고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 프레스 금형의 성형 하사점에서의 성형품 모델 M의 전체를 그 긴쪽 방향으로 3분할하고, 3개의 첫회 분할 영역(첫회 분할 위치) R11, R12, R13을 설정한다. 그리고, 성형품 모델 M의 R11∼R13의 각 첫회 분할 영역에 대해 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 구속하지 않는 강체화 처리를 실행하여 각각 해석 모델을 작성하고, 스프링백 해석을 실행한다.

도 4는 상기 예의 성형품 모델 M의 3개의 첫회 분할 영역 R11, R12, R13 중 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 크다고 판명된 중앙의 첫회 분할 영역 R12를 9개로 더욱 세분할하는 세분할예를, 성형품 모델 M을 비스듬히 위쪽에서 보아 나타내는 설명도이고, 도 4 중의 좌표계로 나타내는 바와 같이, 성형품 모델 M의 짧은쪽 방향을 X방향, 긴쪽 방향을 Y방향, 높이 방향을 Z방향으로 하는 동시에, Y방향 플러스측을 지면 우측 방향, 마이너스측을 지면 좌측 방향, Z방향 플러스측을 지면 바로앞쪽 방향, 마이너스측을 지면 안쪽 방향으로 하고 있다. 「꺼짐」은 스프링백에 의해 Z방향 마이너스측으로 변위되는 현상, 「튀어오름」은 스프링백에 의해 Z방향 플러스측으로 변위되는 현상, 「뒤틀림」은 Z방향 변위량이 장소에 따라 다르기 때문에 성형품 모델 M이 뒤틀리는 현상이다.

강성 향상 위치 결정 공정 S2에서는 어느 첫회 분할 영역에도 강체화 처리를 실행하지 않는 경우의 성형품 모델 M의 스프링백량과, R11∼R13의 각 첫회 분할 영역을 강체화 처리한 경우의 성형품 모델 M의 스프링백량을 꺼짐량 혹은 튀어오름량과, 뒤틀림각에 대해 각각 비교하고, 예를 들면 첫회 분할 영역 R12의 스프링백 저감 효과가 가장 크면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 첫회 분할 영역 R12를 더욱 세분할하여 9개의 세분할 영역(세분할 위치) R21∼R29를 설정하고, 각 세분할 영역에 대해 첫회 분할 영역과 마찬가지로 강체화 처리를 실행하여 각각 해석 모델을 작성하고, 스프링백 해석을 실행하여, 스프링백량으로서의 꺼짐량 혹은 튀어오름량과, 뒤틀림각에 대해 각각 비교한다. 이상과 같은 세분할 및 스프링백 해석의 프로세스를 첫회 분할 및 스프링백 해석 후에 1회, 혹은 2회 이상 반복 실행하여, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 영역(위치)을 더욱 좁히는 것에 의해, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 가장 큰 위치를 효율적으로 또한 고정밀도로 특정할 수 있다.

강성 향상 대책 공정 S3에서는 강성 향상 위치 결정 공정 S2에서 특정한 성형품 모델 M의 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치에 대응하는 실제의 블랭크 위치에 부분적으로 강성 향상 대책을 실시한다. 블랭크의 강성을 부분적으로 향상시키는 대책 방법으로서는 블랭크의 해당 위치의 판 두께를 크게 하는 방법, 블랭크의 해당 위치에 해당 블랭크와 동일한 재료 혹은 그보다 강성이 높은 재료를 붙이는 방법, 블랭크의 해당 위치의 재료를 강성이 높은 별도의 재료로 치환하는 방법, 해당 위치에 요철 형상을 부여하는 방법 등으로부터, 프레스 성형품의 형상이나 금형 구조 등에 따라 적절히 선택하여 적용할 수 있다.

그리고, 프레스 성형 공정 S4에서는 이전 공정까지 결정된 프레스 금형 및 강성 향상 대책이 실시된 블랭크를 이용하여, 프레스 성형품 M의 프레스 성형을 실행한다.

따라서, 상기 프레스 성형 해석 공정 S1 및 강성 향상 위치 결정 공정 S2는 본 발명의 프레스 성형 방법에 있어서의 제 1 공정에 대응하고, 상기 강성 향상 대책 공정 S3 및 상기 프레스 성형 공정 S4는 본 발명의 프레스 성형 방법에 있어서의 제 2 공정 및 제 3 공정에 각각 대응한다. 또, 미리 주어진 프로그램에 의거하여 상기 프레스 성형 해석 공정 S1 및 강성 향상 위치 결정 공정 S2를 실행하는 상기 컴퓨터는 본 발명의 프레스 성형 시스템에 있어서의 강성 향상 위치 특정 장치에 상당하고, 상기 프레스 성형 공정 S4에서 프레스 성형품 M의 프레스 성형을 실행하는 상기 프레스 금형은 본 발명의 프레스 성형 시스템에 있어서의 프레스 성형 장치에 상당한다. 또한, 상기 강성 향상 위치 결정 공정 S2는 상기 실시형태의 강성 향상 위치 특정 방법을 실시하는 것이다.

(실시예)

본 실시형태의 실시예에 대해 이하에 설명한다. 이 실시예의 프레스 성형 방법은 저강성의 차체 부품의 스프링백 대책으로서, 차체 부품으로서의 프론트 필라 로어 이너재의 프레스 성형에 적용하였다. 적용한 명세 및 기계 특성값은 이하와 같다.

·적용 명세: 980MPa급 고장력 강판/판 두께 0.9㎜/프런트 필라 로어 이너

·기계 특성값: YP:620MPa, TS:1030MPa, El:15%

상기 적용 명세의 프레스 성형품 M의 형상을 도 2에 나타낸다. 상기 실시형태에서 설명한 바와 같이, 우선, 프레스 성형 해석을 실시하고, 프레스 금형의 하사점에서의 차체 부품의 부품 형상 및 응력 상태를 얻었다. 그 후, 도 3에 나타내는 바와 같이, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치인 강성 유효 위치를 특정하기 위해 프레스 성형품 M의 형상을 3분할하고, 서로 다른 첫회 분할 영역에 대해 강체화 처리를 실시한 3개의 해석 모델에 대해 각각 스프링백 해석을 실행하였다.

상기의 스프링백 해석의 결과, 부품 중앙부의 첫회 분할 영역(위치) R12가 가장 효과가 컸기 때문에, 이 실시예에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 첫회 분할 영역(위치) R12를 9개로 또한 세분할하고, 서로 다른 세분할 영역에 대해 강체화 처리를 실시한 9개의 해석 모델에 대해 각각 스프링백 해석을 실행하고, 그 결과, 세분할 영역(위치) R23이 가장 효과가 컸기 때문에, 먼저 강성 유효 위치로서 특정한 첫회 분할 영역(위치) R12를 더욱 좁힌 세분할 영역(위치) R23을 강성 유효 위치로서 특정(갱신)하였다.

상기 실시예에서는 스프링백으로서 꺼짐과 뒤틀림이 발생하였다. 이하의 표 1은 상기 실시예에 있어서의 강체화 위치와 스프링백량(꺼짐량, 뒤틀림각)의 해석 결과를 나타낸다. 또한, 표 1 중, 강체화 위치 R0은 강체화 조치를 실행하지 않는 경우를 나타낸다. 또, 굵은 글씨는 도 3의 해석 모델과 도 4의 세분할 해석 모델의 각각에 대해, 강체화 처리의 효과가 가장 컸던 영역(위치)을 나타낸다.

[표 1]

이 실시예에 의해서 특정한 블랭크의 위치 R23에 강체화 처리를 실시하고 나서, 그 블랭크를 이용하여 상기 적용 명세의 프레스 성형품 M을 실제로 프레스 성형함으로써, 프레스 성형 후의 스프링백량이 작고, 형상 동결성이 우수한 프레스 성형품을 프레스 성형할 수 있다.

이상, 도시예에 의거하여 설명했지만, 본 발명의 프레스 성형 방법, 강성 향상 위치 특정 방법, 프레스 성형 시스템 및 프레스 성형품은 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 청구범위의 기재 범위내에서 적절히 변경할 수 있는 것이고, 예를 들면, 프레스 성형품의 형상은 도 2에 나타내는 것 이외라도 좋고, 또 성형품 모델의 분할 형태는 도 3, 4에 나타내는 형태 이외라도 좋다.

[산업상의 이용 가능성]

그리하여 본 발명의 프레스 성형 방법, 프레스 성형 시스템 및 프레스 성형품에 의하면, 스프링백을 효율적으로 억제할 수 있고, 또한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 간편하게 특정할 수 있다.

또, 본 발명의 강성 향상 위치 특정 방법에 의하면, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 간편하게 특정할 수 있다.

M; 프레스 성형품(성형품 모델)
R11∼R13; 첫회 분할 영역
R21∼29; 세분할 영역
S1; 프레스 성형 해석 공정
S2; 강성 향상 위치 결정 공정
S2-1; 강체화 처리 공정
S2-2; 스프링백 해석 공정
S3; 강성 향상 대책 공정
S4; 프레스 성형 공정

Claims (5)

1. 판상 재료에 의해 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용되는 프레스 성형 방법에 있어서,
   상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하여 실행하는 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행하고, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 제 1 공정과,
   상기 성형품 모델의 상기 제 1 공정에서 특정한 위치에 대응하는 상기 판상 재료의 위치에 강성 향상 대책을 실시하는 제 2 공정과,
   상기 강성 향상 대책을 실시한 상기 판상 재료에 의해 상기 프레스 성형품을 프레스 성형하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 공정에 있어서, 상기 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행할 때에,
   우선, 상기 성형품 모델 전체를 분할하여 복수의 첫회 분할 위치를 설정하고, 그들 첫회 분할 위치를 순차 상기 구속하는 위치로 해서 상기 스프링백 해석을 실행하여, 그들 첫회 분할 위치 중에서 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정한다는 처리를 실행하고,
   그 후, 전회 특정한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 분할하여 복수의 세분할 위치를 설정하고, 그들 세분할 위치를 순차 상기 구속하는 위치로 해서 상기 스프링백 해석을 실행하여, 그들 세분할 위치 중에서 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 더욱 좁혀 특정한다는 처리를 1회 혹은 반복 실행하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
3. 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용하는 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 방법으로서,
   상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하고, 그 구속하는 위치를 변경하여 스프링백 해석을 반복 실행하여, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 구하고,
   상기 성형품 모델의, 상기 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치와의 대응에 의해, 상기 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 강성 향상 위치 특정 방법.
4. 판상 재료에 의해 소정 형상의 프레스 성형품을 프레스 성형할 때에 이용되는 프레스 성형 시스템에 있어서,
   상기 소정 형상을 갖는 성형품 모델의 특정 위치의 신장 수축 변형을 구속하는 한편 회전은 허용함으로써 가상적으로 강성을 향상시키는 처리를 실시한 해석 모델을 이용하여 실행하는 스프링백 해석을, 구속하는 위치를 변경하여 반복 실행하여, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 구하고, 상기 성형품 모델의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치와의 대응 관계에 의해, 상기 판상 재료의, 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치를 특정하는 강성 향상 위치 특정 장치와,
   상기 강성 향상 위치 특정 장치가 특정한 강성 향상에 의한 스프링백 저감 효과가 큰 위치에 강성 향상 대책이 실시된 상기 판상 재료에 의해 상기 프레스 성형품을 프레스 성형하는 프레스 성형 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 프레스 성형 방법에 의해 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형품.

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