KR100488097B1 - 금속판의 액압벌징 성형방법, 금형 및 성형품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랭크 결합면 사이로 가압유체를 용이하게, 누설 없이 주입할 수 있는 액압벌징 성형방법, 그 금형 및 성형품, 그리고 내덴트성을 향상시키는 성형방법을 제공한다.

본 발명의 성형방법은 상하 한 쌍의 다이(10,11) 사이에, 중합된 2매의 금속판 소재를 압압하여 끼움지지하고, 금속판 소재의 결합면 사이에 유체를 주입, 가압하고, 다이 구멍(10a,11b) 공간 내에 금속판 소재를 팽창시키는 액압벌징 성형방법에 있어서, 한 쪽의 다이 가압면에 유체를 주입하기 위한 다이 주입공(11d)을 설치하고, 한 쪽의 금속판 소재의 다이 가압면(10a,10b)에 접하는 부분에 설치된 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공을 다이 주입공에 맞추어, 다이 주입공으로부터 소재주입 투과공을 통하여 금속판 소재의 결합면 사이에 가압된 유체를 주입하고, 팽창시키는 방법이다.

Description

금속판의 액압벌징 성형방법, 금형 및 성형품{Metallic Sheet Hydroforming Method, Forming Die, and Formed Part}

본 발명은 금속판을 소재로 한 액압벌징 성형방법, 그 방법에 이용되는 금형 및 성형품에 관한 것이다.

2매의 소재금속 박판(이하,「블랭크」라고도 함)의 가장자리부를 접합하고, 블랭크와 블랭크의 사이에 유체를 주입, 가압하여 팽창시키는 액압벌징 가공방법이 알려져 있다.

도 16은, 일본 특개소47-33864호 공보에 기재된 성형방법을 설명하는 도면이다. 도 16a는, 소재가 되는 원반링 모양의 2매의 블랭크의 사시도이고, 도 16b는 2매의 블랭크의 가장자리부를 접합한 블랭크를 상하 다이 사이에 세팅한 성형가공전의 다이부의 단면도이며, 도 16c는 액압벌징 가공이 종료된 상태의 다이부의 단면도이고, 도 16d는 성형품을 둥글게 잘라 얻은 만곡관 제품의 사시도이다.

도 16a에 도시된 소재 블랭크는, 가장자리를 접합하여 1매의 블랭크로 하기 전의 상태를 도시하는 것으로, 원반링 모양의 블랭크(100,102) 2매로 이루어지며, 블랭크(100)의 평면부에 천공한 관통구멍의 위치에 파이프 모양의 노즐(101)이 용접 등의 방법으로 접합되어 있다. 블랭크(100)와 블랭크(102)를 겹치고, 내외주 전체를 용접 등의 방법으로 접합하여, 가공소재(이하, 「접합 블랭크」라 함)가 되게 한다.

도 16b에 도시된 바와 같이, 먼저 접합 블랭크(103)를 하부 다이(104)에 세팅하고, 위쪽으로부터 도시하지 않은 구동장치로 강하시킨 상부 다이(105)로 접합블랭크의 외주부(103a), 내주부(103b)를 압압하여 끼움지지하고, 상부 다이 관통구멍(105b)을 통하여 노즐과 배관(106)을 연결한다. 하부 다이(104), 상부 다이(105)에는 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍(104a,105a)이 형성되어 있다. 계속해서, 도시되지 않은 펌프로부터 배관에 의해 접합블랭크의 결합면의 사이로 유체를 주입, 가압하여 팽창시킨다.

블랭크(100) 및 블랭크(102)의 전체둘레의 접합은, 블랭크 결합면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하는 것이 목적이다.

도 16c에 도시된 바와 같이, 유체(107)의 압력을 높임으로써 재료가 다이 구멍(104a,105a)의 내벽에 접촉할 때까지 팽창하여 성형이 완료된다. 이 후, 유체내압을 저하시켜 배관을 빼내고, 상부 다이를 상승시켜 도넛 모양 성형품(108)을 채취하고, 내부유체를 노즐로부터 배출한다. 성형품은 목적으로 하는 제품의 크기로 둥글게 잘려 만곡관 제품(109)이 된다.

상기 방법은, 프레스 성형 등의 방법으로 상하 각각 가공한 후, 양자를 용접 등의 방법으로 접합 조립하는 제법과 비교하여 하기와 같은 이점이 있다.

제1의 이점은, 평탄한 블랭크의 상태로 접합하므로, 접합이 용이하게 된다. 상하의 프레스 성형품을 접합하는 경우에는, 탄성 회복된 각각의 성형품의 형상교정과 위치조정을 행하기 위한 지그가 필요하게 되어 공수도 늘어나게 된다.

제2의 이점은, 상하 다이와 유체로 가공이 행하여지므로, 프레스 성형법과 비교하여 공구비용이 저렴해져 경제적이 된다.

제3의 이점은, 팽창부를 유체압력에 의한 인장응력으로 성형하므로, 프레스 성형법에 의할 때 문제가 되는 주름 등의 형상불량이 발생하기 어렵게 된다.

이러한 이점은, 이하에 설명하는 다른 공지예에서도 마찬가지이다.

도 17은, 일본 특개소63-295029호 공보에 개시되어 있는 성형방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 17a는, 성형전의 접합 블랭크의 사시도이고, 도 17b는 성형품의 사시도이다.

이 방법은, 먼저 도 17a에 도시되어 있는 바와 같이, 프레스 블랭크가공 등의 방법에 의해 목표로 하는 제품의 전개형상으로 제작된 2매의 블랭크(110,111)를 겹치고, 결합면 외주 가장자리부(112)를 레이저용접 등의 방법으로 접합한 접합 블랭크(113)로 한다. 이를 상하로 분할된 형(型) 내에 세팅하고, 적절히 설치한 접합블랭크 개구부로부터 결합면 사이에 가압유를 주입하여 팽창시킨다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 성형품은 다기부(114) 및 뿌리부(115)의 단부(端部)를 절단하고, 용접선(116)을 갖는 엔진 매니폴드부품(117)이 된다.

도 18은, 일본 특개평9-29329호 공보에 개시되어 있는 성형방법을 설명하는 도면이다. 도 18a는 접합전의 블랭크(120,121)를 도시하고, 각각에 반원추면 형상의 주입구(120a,121a)가 성형되어 있다. 도 18b는, 블랭크(120,121)를 겹치고, 원추면 형상의 주입구(123a)를 제외하고 연속적인 용접라인(123b)으로 레이저 용접 등에 의해 접합된 접합 블랭크(123)를 도시한다. 도 18c는, 도시되지 않은 프레스 장치에 부착된 상하 2개로 분할된 다이(125,126)로 접합 블랭크(123)의 가장자리부를 끼움지지하고, 이어서 도시되지 않은 구동장치에 의해 주입노즐(127)의 원추형상 헤드부(127b)를 주입구(123a)에 삽입하여, 다이에 형성된 반원추면 형상 오목부(125b,126b)로 가압된 상태를 도시한다. 다음에, 도시되지 않은 펌프로부터 노즐내 유로(127a)를 통하여 가압유체를 블랭크 결합면 사이에 주입하고, 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍(125a,126a) 안으로 팽창시킨다. 다이(125,126)에 끼움 지지되어 있는 플랜지(123c)는, 주입구 근방을 제외하고, 팽창과 동시에 서서히 다이 구멍(125a,126a)을 향하여 이동한다. 도 18d는, 유체(128)의 압력을 증가시킴으로써 재료가 다이 구멍(125a,126a)의 내벽에 접촉한 팽창완료 상태를 도시한다. 이 후, 압력을 저하시킨 유체를 주입구(123a)로부터 배출하여 성형품(129)이 얻어진다. 도 18e는, 용접라인(123b)의 외측 및 팽창부 양단을 절단하여 얻어진 관형상 제품(129)의 예를 도시한다.

상술한 각 액압벌징 가공에 있어서는, 가압유체를 블랭크 결합면 사이에 주입함에 있어서 하기와 같은 문제점이 있다.

도 16에 도시된 성형방법에 있어서는, 팽창과 동시에 노즐이 상부 다이 관통공으로 원활하게 삽입되는 위치를 상정하여 블랭크로의 노즐의 접합을 행할 필요가 있고, 제품단면 형상에 따라서는 적용이 가능하지 않은 경우가 있다. 또한, 노즐과 배관의 착탈에 시간이 많이 걸리므로 생산성이 나빠지고, 자동화도 곤란하게 된다.

도 17의 일본 특개소63-295029호 공보에 개시된 성형방법에는, 가압유체의 주입방법에 대하여 설명이 전혀 되어 있지 않다.

도 18에 도시된 성형방법에 있어서는, 접합 블랭크 주입구와 주입노즐 원추부 사이에서의 가압유체의 밀봉이 문제가 된다.

도 19는, 도 18b에 도시된 화살표(다) 방향으로부터 주입구(123a)를 본 정면도로, 각부(130)에 적어도 판 두께와 동일한 반경의 곡률이 형성되므로, 오목부(131)가 발생된다. 이 오목부로부터의 가압유체의 누설을 방지할 필요가 있으나, 일본 특개평9-29329호 공보에는 이 대책에 대한 설명이 전혀 없다.

이상 설명한 바와 같이, 접합 블랭크의 결합면 사이에 가압유체를 주입하는 액압벌징 가공에 관하여는, 가공방법이 개시되어는 있으나, 실용성이 우수한 구체적인 가압유체의 주입방법은 개시되어 있지 않다.

다음에, 내덴트성에 대하여 설명한다. 자동차의 도어 패널, 보닛(bonnet), 트렁크 리드 등으로 대표되는 금속 박판제의 바닥이 얕은 패널부품(이하「패널부품」이라고도 함)에는, 패널면에 국소적인 외력이 가해진 후에 덴트가 남기 어려운 성질, 즉 내덴트성이 요구된다. 예컨대, 상기 도어패널의 경우에는, 도어의 개폐 시에 손잡이 부근에서 엄지손가락에 의한 압압으로 인해 오목한 흠(이하 「덴트」라 함)이 발생하면 미관이 손상된다.

보닛 또는 트렁크리드에서도 닫을 때 손바닥에 의한 압압으로 인해 생긴 덴트가 미관을 해친다. 손가락에 의한 압압 뿐만 아니라, 주행 중에 날아 드는 작은 돌 등이 이 패널부품에 충돌하여 덴트를 형성하는 경우도 있다. 내덴트성은, 상기의 자동차 패널부품 뿐만 아니라, 냉장고 도어와 같은 가전제품의 패널부품에서도 문제가 된다.

도 20은, 덴트가 발생하기 어려운 성질, 즉 내덴트성을 정량적으로 평가하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다. 도 20a는, 패널부품(201)의 패널면(200)에 반구형상 선단부를 가진 가압부재(150)를 통하여 하중(P)를 부하시킨 상태의 단면도이다. 도 20b는, 하중을 제거한 상태를 도시하며, 하중 부하부(라)에, 도 20c에 도시된 바와 같은 깊이(d)의 덴트(151)가 생긴다.

제품으로서 문제가 되는 깊이(d)(예컨대, 0.02㎜)의 덴트가 생기게 하는 한계하중(P)이 커지면, 내덴트성이 우수해지는 것을 의미하며, 이 한계하중(P)을 내덴트 하중이라 한다. 물론, 내덴트 하중은, 가압부재 선단의 곡률반경이나, 탄성체의 가압부재인 경우는, 그 경도의 영향을 받으므로, 통일된 시험조건으로 측정할 필요가 있는 것은 말할 필요가 없다.

내덴트성은, 패널부품의 판두께와 재료의 항복강도의 영향을 받으며, 판두께 및 항복강도의 감소와 함께 내덴트성이 저하된다. 따라서, 이 패널부품의 경량화를 위해 두께를 박판화할 때는, 내덴트성이 저하되지 않도록, 패널면의 강도를 증가시킬 필요가 있다.

도 21은, 패널면으로부터의 인장시험편의 채취방법을 도시하는 도면이다. 상기의 항복강도라는 것은, 도 21에 도시된 바와 같이, 패널부품(201)의 내덴트성이 문제로 되는 부위로부터 잘라 낸 인장시험편(202)으로 구해지는 항복강도이다.

도 22는, 소재박판의 인장시험, 및 패널부품으로부터 채취한 상기 시험편을 사용하는 인장시험(이하「패널 인장시험」이라 함)에서의 연신변형(e)과 인장응력(σ)(인장하중/시험편 원(原)단면적)의 관계, 즉 응력-변형선도를 모식적으로 도시하는 것이다.

곡선 OAB는 소재박판 인장시험의 결과이고, 점 A가 항복점이다. 또한, 곡선 O'A'B'는, 패널 인장시험에서의 응력-변형선도이고, 점 A'가 항복점이다. 양자의 상위는, 항복점 A 및 A'의 응력으로 나타나고, 패널 인장시험의 항복점 응력(σA')(이하「패널면 항복점 응력」이라 함)은, 소재박판 인장시험의 항복점 응력(σA)(이하「소재 항복점 응력」이라 함)보다도 커지게 된다. 이는, 패널을 제조할 때에, 점 O'의 영구 변형이 가해짐으로 인한 가공경화의 영향이다.

국소적 외력에 의해 패널부품이 약간 소성변형되는 정도로도, 미관상 문제가 되는 덴트가 발생하므로, 패널면 항복점응력(σA')이 커질수록 내덴트성이 향상되는 것을 알 수 있다.

상기 패널부품은, 종래에는, 금속박판을 프레스 성형함으로써 제조하였다.

도 23은, 프레스 성형법에 있어서의 금형과 성형상황 및 성형품의 예를 도시한 도면이다. 도 23a는, 블랭크(203)를 프레스 헤드(211)에 고정된 다이(204)에 세팅하고, 위쪽으로부터 도시하지 않은 구동장치로 강하시킨 프레스 램(212)에 부착된 블랭크 홀더(205)로 블랭크 가장자리부(203b)를 소정의 하중으로 다이면(204b)에 압압한 상태를 도시하는 도면이다.

이 때, 다이 구멍(204e) 주위의 다이면(204a) 및 블랭크 홀더면(205b)에 대향하여 설치된 요철부(208)(이하「비드」라고 함)에 블랭크 가장자리부를 클램프한다. 계속해서, 위쪽으로부터 도시되지 않은 별도의 구동장치로 강하시킨 별도의 프레스램(212)에 부착되어 있는 펀치(206)를 블랭크 홀더의 내측 공간을 관통하여 강하시킨다. 펀치(206)가 다이 구멍 내의 박판재료(203a)에 접촉하면, 블랭크 가장자리부가 다이 및 블랭크 홀더로 가압되므로, 박판재료에는 인장력이 작용한다.

펀치의 강하와 함께 이 인장력은 증가하고, 블랭크 가장자리부가 다이 구멍을 향하여 인입된다.

도 23b는, 펀치가 하사점까지 강하하고, 펀치 저면(206a)과 다이 저면(204b)의 사이에 팽창면(이하 「패널면」이라 함)(207a)이 형성된 상태를 도시하는 도면이다. 이 후, 펀치에 이어 블랭크 홀더를 상승시켜 성형품(207)을 뽑아 낸다.

도 23c는, 성형품을 도시하는 도면이다. 성형품 가장자리부(207b)(이하「플랜지」라 함)에는 비드(208)에 의한 비드 모양(207d)이 남는다. 다음 공정 이후에서 플랜지의 절단 등이 행하여져 패널부품(201)이 된다.

상기 프레스 성형에 있어서는, 인장력에 의해 패널면을 연신변형시키는 것이 중요하다.

제1의 이유는, 패널면이 곡면인 경우는, 연신변형이 극단적으로 작아지면, 탄성회복에 의해 제품에 소정의 곡률반경이 얻어지지 않기 때문이다. 이 경우에는, 패널면의 인장강성(탄성적인 굽힘이 어려운 성질)은 작고, 국부적인 하중을 가할 때에 「오일캐닝(oil canning)」이 발생하는 문제도 있다.

제2의 이유는, 연신변형에 의한 패널면의 항복응력(σA')의 증가가 작으면, 전술한 내덴트성이 불충분하게 되기 때문이다.

패널면의 재료는, 주위로부터 인장력이 작용하는 2축 인장상태에 있고, 패널면의 연신변형량을 증가시키기 위해서는, 프레스 성형 중 패널면에 작용하는 인장력을 증대시킬 필요가 있다. 금속 박판재료의 강도, 판두께 및 패널면의 면적이 커지면 패널면을 늘리는 데 필요한 인장력이 커지게 된다. 이 인장력은, 펀치에 의해 플랜지가 다이 구멍으로 인입될 때의 저항(이하「수축저항」이라 함)에 의해 발생된다. 수축저항은, 블랭크 홀더의 가압력(이하, 「주름 가압력」이라 함), 플랜지의 면적이 클수록 커진다.

그러나, 주름 가압력은, 사용하는 프레스 기계의 능력에 의해 제약되고, 플랜지의 면적은 재료 수율의 관점에서 최소로 되므로, 수축저항을 이러한 수단으로 확보하는 것은 곤란하다. 비드는, 수축저항의 부족을 보충하는 것으로, 플랜지가 비드를 통과할 때의 굽힘 변형에 의해 수축저항을 부여한다. 통상, 비드는 도 23c에 도시된 바와 같이, 다이 구멍 윤곽의 직선 가장자리부 등의 플랜지의 수축저항이 작은 부위에 배치된다.

프레스 성형에 있어서는, 수축저항이 패널면을 변형시키는 힘으로서 직접적으로 전해지기 어렵다는 문제가 있다. 이 요인에는 이하와 같이 2가지가 있다.

제1의 요인은, 펀치 저면 및 펀치 어깨부(206b)와 재료 사이의 마찰로, 이 마찰력이 패널면의 연신변형을 억제한다. 펀치 저면의 면적이 커질수록 마찰의 영향은 커진다.

제2의 요인은, 펀치 어깨부에서의 재료의 굽힘이다. 패널면에서 재료가 늘어나기 위해서는 펀치 어깨부를 통하여 재료가 벽쪽으로 밀려 나오게 할 필요가 있으나, 펀치 어깨부에서의 굽힘과 마찰이 이를 방해한다. 펀치 어깨부의 굽힘 반경이 작을수록 그 영향이 커진다.

이상의 요인에 의해 패널면의 연신변형이 억제되므로, 도 23c에 도시된 성형깊이(H)를 증가시켜도, 패널면의 연신변형을 증가시키는 것은 곤란하다. 프레스성형으로 패널면에 부여할 수 있는 2축 연신변형을 1축 연신변형으로 환산한 값(이하 「패널면 상당변형」이라 함)은 고작해야 2% 정도이고, 인장 강성을 만족하여도 내덴트성의 부족이 문제가 된다.

패널면 상당변형을 더욱 증가시키고, 가공경화로 패널면의 항복응력(σA')을 향상시키는 것은 상기 프레스성형법으로는 곤란하며, 패널면 상당변형이 작아도 내덴트성에 필요한 패널면 항복응력(σA')이 얻어지도록 소재 금속박판의 강도특성을 선정한다고 하는 방안이 제안되어 왔다. 즉, 경량화를 위해 내덴트성이 문제가 되는 패널부품의 판두께를 감소시키는 경우에는, 내덴트성이 저하되지 않도록 고강도의 금속박판으로 변경할 필요가 있고, 이른바 고장력강판 등이 사용되었다.

소재의 항복점 응력이 커지면, 프레스 성형 후의 탄성회복이 커지게 되고, 소정의 제품형상이 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 따라서, 소재 항복응력(σA)에는 상한이 있고, 일반적으로는, 280㎫ 이하의 항복점 응력을 가는 소재가 사용된다.

상기와 같이, 프레스 성형으로 얻어지는 패널면 상당변형은, 고작 2% 정도가 되므로, 패널면 항복점 응력(σA')은 고작해야 320㎫ 정도이다. 따라서, 이 패널면 항복점 응력으로 필요한 내덴트성이 얻어지도록 소재박판의 판두께를 선정할 수밖에 없어, 패널부품의 박판화 및 경량화에는 한계가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 해결하고자 하는 과제는, 2매의 블랭크 결합면 사이에 가압유체를 주입하는 액압벌징 가공에 있어서, 가압유체를 용이하고 누설없이 주입하는 것이 가능한 액압벌징 성형방법, 이를 이용하는 금형 및 성형품, 더욱이는 내덴트성을 향상시킨 성형방법, 금형 및 성형품을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상술한 과제를 달성하기 위해, 상기한 종래기술의 문제점에 대하여 검토를 하고, 이하의 사실을 알게 되었다.

a) 다이에, 다이 가압면으로 통하는 가압유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 형성하고, 겹쳐진 2매의 금속판 소재 중 어느 한 쪽의 금속판 소재의 다이 가압면에 접하는 부분에 형성된, 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공을 상기 다이 주입공에 맞추고, 다이 주입공으로부터 소재주입 투과공을 통하여 금속판 소재의 결합면 사이에 가압유체를 주입하고, 유체통로를 형성하여 팽창 예정부에 가압유체를 도입한다. 이 방법에 의해, 유체를 누설시키지 않으면서 용이하게 금속판 소재의 결합면 사이에 주입할 수 있고, 효율적인 성형이 가능하다.

b) 성형품의 덴트 가중(加重)은, 성형품 팽창면의 상당변형의 증가와 함께 증가하나, 팽창면의 상당변형(이하「패널면 상당변형」이라 함)이 10% 근방에서 포화하고, 그 이상으로 상당변형이 증가하면, 내덴트 하중은 저하한다. 이는, 성형품 팽창면의 가공경화에 의한 내덴트성의 향상보다도, 판두께의 감소에 의한 내덴트성 저하의 영향이 커지게 되는 것에 기인한다.

본 발명은, 상기한 사실에 기하여 완성된 것으로, 그 요지는 하기의 (1)~(10)에 있다.

(1) 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍을 갖는 상하 한 쌍의 다이 가압면 사이에, 겹쳐진 2매의 금속판 소재를 압압하여 끼움지지하고, 2매의 금속판 소재의 결합면 사이에 유체를 주입, 가압하고, 상기 다이 구멍 공간 안으로 금속판 소재를 팽창시키는 액압벌징 성형방법에 있어서, 한 쪽의 다이 가압면에 유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 형성하고, 한 쪽의 금속판 소재의 다이 가압면에 접하는 부분에 형성된 상기 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공을 다이 주입공에 맞추고, 다이 주입공으로부터 소재주입 투과공을 통하여 금속판 소재의 결합면 사이로 가압된 유체를 도입도입하는 동시에, 다이의 가압면에 형성된 다이 주입공 주위에 설치된 링 홈에 O링을 끼워 넣어, 다이 가압면과 금속판 소재 사이에 가압 유체가 누출되지 않도록 씰(Seal)하면서 팽창시키는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.

(2) 겹쳐진 2매의 금속판 소재가, 팽창예정부분 및 소재주입 투과공보다도 바깥쪽 영역의 결합면에서 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 액압벌징 성형방법.

(3) 금속판 소재의 결합면 사이에 가압된 유체를 도입함으로써 팽창시킨 후에, 다이 가압면에 접하는 부분에서 제품으로서 불필요한 부분을 절단 제거하여, 2개의 성형품을 동시에 얻는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 액압벌징 성형방법.

(4) 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍을 갖는 상하 한 쌍의 다이 가압면 사이에, 한 쪽 또는 양쪽의 팽창예정부분이 미리 입체 형상으로 성형된 겹쳐진 2매의 금속판 소재를 압압하여 끼움지지하고, 2매의 금속판 소재의 결합면 사이에 유체를 주입, 가압하고, 상기 다이 구멍 공간 안으로 금속판 소재를 팽창시키는 액압벌징 성형방법에 있어서, 한 쪽의 다이 가압면에 유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 형성하고, 한 쪽의 금속판 소재의 다이 가압면에 접하는 부분에 형성된 상기 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공을 다이 주입공에 맞추고, 다이 주입공으로부터 소재주입 투과공을 통하여 금속판 소재의 결합면 사이로 가압된 유체를 도입함으로써 팽창시키는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.

(5) 금속판 소재를 팽창시켜 성형한 후, 한 쪽 또는 양 쪽의 다이에 조립된 펀치에 의해 한 쪽 또는 양 쪽의 성형품 팽창부를 펀칭하여 구멍을 뚫고, 유체를 상기 구멍으로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는, (1) 또는 (2)에 기재된 액압벌징 성형방법.

(6) 금속판 소재를 팽창시켜 얻은 성형품 팽창면의 상당변형이 2~10%의 범위가 되도록 팽창시키는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 액압벌징 성형방법.

(7) 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍을 갖는 상하 한 쌍의 다이에 있어서, 한 쪽의 다이 가압면에 가압된 유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 구비하고, 다이 가압면에 형성된 다이 주입공 주위에 O링을 끼워넣기 위한 링 홈을 구비하며, 다른 쪽의 다이의 다이 가압면에, 상기 다이 주입공과 대향하는 부위로부터 다이 구멍으로 통하는 유로형성 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형용 금형.

(8) 한 쪽 또는 양 쪽의 다이가, 성형 후의 금속판에 유체 배출공을 개구하기 위한 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (7)에 기재된 액압벌징 성형용 금형.

(9) 겹쳐진 2매의 금속판 소재의 결합면 사이로 유체를 주입, 가압하여 팽창가공한 성형품에 있어서, 팽창부로 통하는 볼록한 모양의 유체유로가 형성되어 있고, 상기 볼록한 모양의 유체유로에 대향하는 부위에 소재주입 투과공을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형품.(10) 상기 (1)에 기재된 액압벌징 성형방법에 의해 팽창가공된 성형품으로서, 상기 성형품의 팽창면의 상당변형이 2~10%인 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형품.

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여기에서, 겹쳐진 2매의 금속판 소재라는 것은, 1매의 금속판 소재와 다른 1매의 금속판을 겹친 것이나, 그 한 쪽 또는 양 쪽의 금속판 소재는, 복수의 금속판의 적층판, 및 금속판과 수지 등의 비금속물질 판의 복합판도 포함하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 이용해 상세히 설명한다.

1) 가공공정

도 1은, 본 발명의 액압벌징 성형방법에 사용되는 블랭크의 예를 도시하는 사시도이다. 도 1a는 블랭크(1), 도 1b는 소정위치에 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공(3)을 펀칭 또는 레이저 절단 등의 방법으로 뚫은 블랭크(2)를 도시한다. 소재주입 투과공(3)의 직경(d)에 대하여는 후술한다. 또한 소재주입 투과공(3)은, 복수개가 형성되어도 좋다. 이하, 2매의 블랭크(1 및 2)로 기술하지만, 블랭크(1 및 2)의 한 쪽 또는 양 쪽이 복수의 금속판의 적층판인 경우나, 금속박판과 수지 등의 비금속물질의 판을 적층한 복합판인 경우에도 적용하는 것이 가능하다.

또한, 블랭크(1 및 2)의 한 쪽 또는 양 쪽이 동일한 재질로 판두께가 다른 복수의 금속판 또는 동일한 판두께로 재질이 다른 복수의 금속판을 에지부 또는 그 근방을 용접 등의 접합방법으로 연결시킨 재단된 블랭크에 있어서도 적용된다.

도 2는, 블랭크(1 및 2)를 겹친 본 발명에 사용되는 적층 블랭크의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 2a는, 단순히 겹치기만 한 적층블랭크(4)를 도시한다. 또한, 취급시 삐뚤어지거나 하는 것을 방지하기 위해, 에지부 근방의 수개소를 스폿용접 등의 방법으로 접합하여도 좋다. 도 2b는, 블랭크(1 및 2)를 겹치고, 레이저 용접 등의 방법으로 전체 둘레를 용접하여 일체화시킨 적층블랭크(5)를 도시한다. 용접선(5b)의 위치에 대해서는 후술한다. 소재주입 투과공(3)은, 접합선의 내측으로, 다이에 세팅된 경우에 후술하는 다이 주입공과 일치하는 부위에 형성된다. 도 2c는 다른 예의 적층블랭크(7)를 도시한다. 블랭크(1 및 2)의 경계면 들은 2점쇄선으로 도시된 폐곡선(7b)(이하 「접합경계선」이라 함) 바깥쪽의 사선으로 도시된 평면영역(이하, 「접합면」이라 함)에서 접착 또는 납땜 등의 방법으로 접합하여 일체화된다. 또한, 사선부은 블랭크(1과 2)의 결합면에서의 접합영역을 도시하고 있다. 블랭크 접합면의 위치에 대해서는 후술한다. 또한, 이 경우에도 소재주입 투과공은 접합면의 내측으로, 그 위치는 도 2b의 적층 블랭크(5)의 용접선(5b)과 동일한 형상으로 설정되는 것이 좋다.

도 3은, 적층 블랭크(4)를 이용한 본 발명의 액압벌징 가공방법의 일 예를 설명하기 위한 다이부의 단면도이다. 이 도면은, 도시되지 않은 프레스기의 헤드(20)에 고정된 하부 다이(11)의 가압면(11a)에 적층블랭크(4)를 세팅하고, 상부 다이(10)를 부착한 상기 프레스기의 슬라이드(21)를 도시하지 않은 구동장치로 강하시켜, 상부 다이 가압면(10a)을 적층블랭크에 맞닿게 하고, 블랭크를 도시하지 않은 가압장치로 압압하여, 적층블랭크 가장자리 평면부(4a)(이하, 「플랜지」라 함)를 끼움 지지한 상태를 도시한다. 상하 다이(10 및 11)에는, 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상을 갖는 다이 구멍(10b 및 11b)이 각각 형성되어 있다.

하부 다이에는, 그 외측면으로부터 하부 다이 가압면으로 통하는 다이 주입공(11d)이 뚫려져 있다. 하부 다이의 측면에는, 커넥터(14a)가 설치되어 있고, 외부배관(14)의 착탈이 자유롭게 되어 있다. 또한, 상부 다이 가압면에는, 다이 주입공에 대향하는 부위로부터 상부 다이 구멍으로 통하는 유로 형성로(10d)가 형성되어 있다.

하부 다이 구멍의 저부에는, 커넥터(15a)에 착탈 자유롭게 접속된 외부배관(15)으로 통하는 드레인 공(11e)이 뚫려 있다. 또한, 다이에는 다이 구멍(10b 및 11b)으로부터 다이 외부로 통하는 에어 방출공(10c,11c)이 뚫려 있다. 또한, 에어 방출공은 성형품에 그 압흔이 남지 않도록, 예컨대 모퉁이 R부(10i,11i)에 형성된다.

도 4는, 도 3의 점선표시부(가)의 확대도이다. 도 4a는, 다이 주입공(11d)의 다이 가압면의 개구부에 있어서의 유체의 밀봉방법을 설명하기 위한 도면으로, 상기 도면에 도시된 바와 같이, 다이 주입공을 둘러싸는 링홈(11f)이 하부 다이 가압면(11a)에 형성되어 있고, 링홈에는 고무 등의 탄성체로 제작된 O링(16)이 끼워 넣어져 있다. 링홈의 내경(D), 폭 및 깊이는, 예컨대 JISB2406에 의거하여, O링의 내경 및 두께에 대응하여 결정하면 좋다.

소재주입 투과공(3)은 다이 주입공과 거의 동일한 위치에 있고, 그 직경(d)은, 링홈의 내경(D)보다도 작게 되어 있다. 유로형성 홈(10d) 외측의 상하 다이 가압면에는 비드산(10g) 및 비드홈(11g)이 형성되고, 플랜지(4a)에 국부적인 요철 모양(25e)(이하, 「비드모양」이라 함)이 형성되어 있다. 또한, 비드산과 비드홈의 상하관계는 뒤바뀌어도 지장이 없다. 비드 모양은, 적층 블랭크를 상하 다이로 압압하여 끼움지지함으로써 성형된다. 비드 모양(25e)의 역할에 관하여는 후술한다.

도 4b는, 도 4a에 있어서의 나-나부를 화살표방향에서 본 단면도이다. 유체유로의 폭(w)은 링홈의 내경(D)과 동일하나, 약간 작게 되어 있다. 그 결과, 상부 다이 가압면이 블랭크(1 및 2)를 가압하는 힘에 의해서는 O링이 링홈의 가운데에서 탄성적으로 눌려져서, 그 면압에 의해 다이 주입공과 블랭크(2)의 사이가 기밀상태로 된다. 외부의 도시되지 않은 탱크로부터 도시되지 않은 펌프에 의해, 외부배관을 경유하여 다이 주입공으로부터 유입되는 유체는, 먼저 소재주입 투과공을 채우고, 그 유체압력에 의해 블랭크가 유로형성 홈을 향하여 국부적으로 밀어 올려지게 된다.

도 4c는 이 상태를 도시하며, 블랭크(1)와 블랭크(2)의 사이에 형성된 틈새로부터 유입된 가압유체(17)에 의해 블랭크(1 및 2)가 상하 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창된다. 물론, 팽창을 능률적으로 행하기 위해서, 소재주입 투과공(3)을 복수개 설치하는 적층 블랭크를 사용하고, 상하 다이의 해당 부위에 도 3의 화살표(가)로 표시된 구조를 같은 개수로 형성해도 좋다.

또한, 유체로서는, 방청을 위한 유지분을 현탁시킨 물(물에멀젼) 등이 비용측면에서는 최적이다.

가공액이 주입된 이후의 공정을 더욱 상세히 설명한다. 도 5는, 성형과정에 있어서 유체에 의한 팽창변형이 개시된 상태를 도시하는 도면이다. 이 단계에서는 다이 구멍 안의 블랭크(1 및 2)는, 그 중앙부가 돔 형상으로 팽창한다. 이 때의 블랭크의 연신변형은, 돔 형상 팽창부의 중앙에서 최대로 커진다. 중앙부의 팽창은 팽창 정상부가 다이 구멍 저부(10h,11h)에 맞닿음될 때까지 선행되고, 그 후는, 다이 구멍 저부와의 접촉영역이 확대된다. 다이 구멍 안의 공기는 팽창 과정에서 에어방출공으로부터 외부로 서서히 방출된다.

도 6은, 다이 구멍 내부에 있어서의 블랭크의 팽창종료 상태를 도시하는 도면이다. 상하의 성형품(25,26)으로 구성된 팽창성형품(30)이 얻어진다. 이 후, 가공액의 압력을 저하시키고, 이어서 상부 다이를 상승시키고, 팽창성형품을 들어 올려 하부 다이 안에서 빼내고, 소재주입 투과공으로부터 가공액을 배출시킨다. 이 때, 하부 다이 구멍으로 흘러 넘친 가공액은, 드레인 공(11e)으로부터 배출되고, 착탈이 자유로운 커넥터(15a)를 통하여 외부배관에 의해 도시되지 않은 탱크로 복귀되어 재사용된다. 소재 주입공을 복수개 형성하면, 가공액의 배출도 능률적으로 행하여 지는 것은 물론이다.

또한, 팽창부에 투공을 형성한 경우에는, 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이, 팽창가공에서 연속해서 펀칭가공을 행하는 것도 가능하다. 이 경우는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 타발펀치(12)를 장착한 가압 실린더(13)를 다이 구멍 안의 소정위치에 내장시키고, 상하 다이 구멍의 내곽부 전역에 재료를 접촉시킨 후에, 가공액 압력을 소정의 값으로 유지시킨 상태에서 가압실린더(13)를 작동시켜 펀치(12)를 전진시키고, 예컨대 도 7b에 도시된 바와 같이 타발을 행한다. 펀치(12)의 헤드 가장자리부에 부분적인 라운드 부분(roundness)(12a)을 형성하면, 펀칭 칩(51)을 분리하지 않고 타발하는 것이 가능하므로, 펀칭 칩의 회수는 불필요하다. 물론, 펀칭 칩의 회수를 전제로 한 분리 펀칭도 가능하다. 펀칭종료 후, 가공액의 압력을 저하시키고, 타발 펀치를 후퇴시키면, 하부 다이 쪽의 펀칭 투공(52)은 가공액의 배출공으로서도 사용될 수 있다. 또한, 상부 다이 쪽에도 펀칭 투공을 형성하면, 가공액 배출시의 공기 취입구로 사용될 수 있으므로, 가공액 배출을 능률적으로 행할 수 있다.

도 8은, 성형품의 사시도이다. 도 8a는, 가공직후의 팽창성형품(30)을 도시한다. 성형품의 팽창부(25a)에 인접하여 유로형성 홈(10d)에 상당하는 볼록부(25b)가 형성되어 있고, 플랜지(4a)에는, 비드 모양(25e)이 폐곡선 모양으로 형성되어 있다. 그 이유에 대해서는 후술한다. 이 후, 예컨대, 비드모양의 내측 폐곡선(25c)(이하「절단라인」이라고도 함)의 위치에서 플랜지를 금형에 의한 전단 또는 레이저 절단 등의 공지된 수단으로 절단한다. 도 8b는, 플랜지 절단 후에 상하로 분리된 패널부품(31,32)이다. 또한, 적층블랭크가 단순히 2매의 블랭크를 겹친 경우에는, 상하 성형품(25,26)을 분리한 후, 플랜지 절단을 행하는 것도 가능하다.

다음에, 도 2b 및 2c의 적층 블랭크(5 및 7)를 사용하여, 도 3에 도시된 방법으로 액압벌징 가공하여 얻은 팽창성형품의 블랭크 절단에 대하여 설명한다.

도 9는, 팽창성형품의 실시예를 도시한 도면으로, 도 9a 및 9b는, 각각 적층블랭크(5 및 7)에 대응하는 팽창성형품(30a 및 30b)의 사시도를 도시한다. 어떤 팽창성형품에 있어서도, 팽창부(25a)에 인접하여 유로형성 홈(10d)에 상당하는 볼록부(25b)가 형성되며, 그 외측에는 부분적인 비드모양(25e)이 형성되어 있다. 그 이유에 대해서는 후술한다. 도 9a에 있어서 플랜지의 용접선(5b1)은, 적층 블랭크(5)의 용접선(5b)의 팽창성형품에서의 위치를, 또는 도 9b에 있어서 플랜지의 접합경계선(7b1)은, 적층블랭크(7)의 접합경계선(7b)의 팽창성형품에서의 위치를 도시한다. 용접선(5b1) 또는 접합경계선(7b1)의 외측의 절단라인(25c)에서 절단함으로써, 용접선 또는 접합면이 남은 상태의 제품이 얻어진다.

도 10은, 전단금형(300)에 의한 성형품(30a)의 플랜지의 절단방법의 일 예를 도시하는 단면도이다. 팽창성형품(30a)을 하형(300a)으로 세팅하고, 플랜지(5a)를 가압판(300c) 및 스프링(300d)으로 압압하여 끼움지지하는 상태로, 상형(300b)을 도시하지 않은 가압구동장치로 강하시켜, 플랜지(5a)를 절단한다. 성형품(30a)의 용접선(5b1)을 절단라인(25c)의 내측에 남도록 하기 위해서는, 도 2b에 있어서 블랭크 용접선(5b)의 위치가, 도 9a에 도시된 바와 같이, 성형품의 팽창부 윤곽(25d)과 절단라인(25c)의 사이에 오도록 설정된다.

또한, 도 2c의 적층블랭크(7)의 경우에는, 도 9b에 도시된 바와 같이, 성형품의 팽창부 윤곽(25d)과 절단라인(25c)의 사이에 접합경계선(7b1)이 남도록, 블랭크(7)의 접합경계선(7b)의 평면형상을 설정한다.

물론, 적층블랭크(5)의 용접선(5b), 및 적층블랭크의 접합면을 제품에 남기지 않도록 블랭크를 절단하는 것도 가능하다.

2) 비드모양의 기능

도 3에 도시된 액압벌징 가공에 있어서, 플랜지에 형성되어 있는 비드모양의 기능을 설명한다. 비드모양에는 하기 3개의 기능이 있다.

제1의 기능은, 도 2a의 적층블랭크(4)를 사용할 때에, 비드산과 비드홈의 사이에 재료를 큰 면압으로 클램프시킴으로써 가압된 가공액이 블랭크의 경계면으로부터 플랜지의 외측으로 누설되는 것을 방지하는 것이다. 누설이 생기면, 가공액의 압력이 저하하고, 소정형상의 제품이 얻어지지 않기 때문이다. 이 기능을 만족시키기 위해서는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 비드모양을 상하 다이 구멍의 주위를 둘러싸도록 전체 둘레에 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 플랜지가 다이 구멍으로 유입과 동시에 플랜지 판두께가 증가하고, 플랜지의 둘레방향 부위에 의해 판두께 증가가 달라지는 경우에는, 블랭크의 결합면으로부터 외부로 가공액이 누출되므로, 플랜지의 이동을 구속할 필요가 있다.

또한, 도 2b에 도시된 적층블랭크(5)의 경우는, 폐곡선(5b)으로 전체 둘레가 용접되므로, 다이 구멍으로의 플랜지의 이동에 의한 플랜지 판두께의 불균일이 생겨도 상하 블랭크의 경계로부터 플랜지의 외측으로 유체가 누설되는 일은 없고, 상기 비드모양의 제1 기능은 불필요하게 된다. 또한, 도 2c의 적층블랭크(7)의 접합면이 유체의 누설을 저지할 수 있는 접합강도를 가지는 경우도 마찬가지이다.

제2의 기능은, 다이 주입공의 근방에서의 플랜지의 이동을 구속하는 것이다. 도 5로부터 도 6의 팽창과정에 있어서는, 상하 다이 구멍을 향하여 플랜지를 인입시키는 힘이 작용하고, 이에 의해 플랜지가 이동하여 다이 주입공을 막게 되면, 팽창을 계속할 수 없게 된다. 따라서, 소재주입 투과공의 근방에서는, 비드모양에 의해 플랜지의 이동을 억제할 필요가 있다.

도 9에 있어서, 적층블랭크(5 및 7)를 사용한 팽창성형품(30a 및 30b)에 있어서, 볼록부(25b)의 근방에 비드모양(25e)을 형성하는 것은, 이러한 이유에 있다.

제3 기능은, 패널면 상당변형을 증가시키기 위한 플랜지의 이동저항의 증가이다. 비드모양 없이 플랜지의 이동저항을 증가시키는 수단으로서는, 슬라이드(21)의 가압력의 증가, 및 플랜지의 면적증가에 의한 플랜지의 수축저항의 증가가 있으나, 전자의 경우에는 가압장치의 대형화로 인해 설비비용이 증대하고, 또한 후자의 경우에는 재료수율이 악화된다는 문제가 있다.

비드모양을 형성하는 것은, 이러한 문제를 발생시키는 일 없이 플랜지의 이동을 억제하여 패널면 상당변형을 증가시키는 유효한 수단이다. 이 목적을 위한 비드모양은, 도 8a와 같이 전체 둘레에 형성되나, 플랜지가 다이 구멍을 향하여 유입되기 쉬운 부위에 형성되면 좋다. 도 11은 그 일 예로서, 팽창부(25a)의 윤곽의 직선 가장자리부를 따라 비드 모양을 설치한 경우를 도시한다.

이상과 같이, 비드모양은, 상기의 3가지 기능을 만족하도록, 적층블랭크의 종류, 및 이하에 기술하는 팽창면이 상당변형에 대응하여 그 단면형상과 다이 가압면 상에서의 위치를 선택하면 좋다.

3) 팽창면의 상당변형

다음에 액압벌징 가공으로 얻어지는 성형품의 패널면(25a 및 26a)의 연신변형에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 액압벌징 가공에 있어서는, 도 5에 도시된 바와 같이 유체에 의한 팽창변형이 패널면의 중앙부로부터 개시된다. 팽창부가 상하 다이 구멍저부에 접촉할 때까지는, 팽창 정상부의 연신변형이 가장 크다. 팽창부가 상하 다이 구멍 저부에 접촉하면, 다이 구멍 저부와의 마찰에 의해 접촉영역의 연신변형은 증가하기 어렵게 되나, 대신에 주위의 비접촉영역의 연신변형이 증가하고, 그 결과 패널면 전역으로 연신변형이 진행된다.

패널면의 연신변형량을 좌우하는 인자는, 상하 다이 깊이(h1 및 h2), 상하 다이 구멍 저면(10h 및 11h)과 금속판 소재 사이의 마찰계수, 및 다이 구멍으로의 플랜지 이동량이다. 상하 다이 깊이의 증가, 마찰계수의 감소, 및 플랜지 이동량의 감소와 함께 패널면의 연신변형량은 증가한다. 따라서, 이들 인자를 조정함으로써 패널면의 연신변형량을 제어하는 것이 가능하다.

상기 패널면의 상당변형은, 예컨대, 도 8a에 있어서 최대의 연신을 일으키는 방향을 화살표 X로 표시하면, X 방향의 변형과, 이에 직교하는 화살표 Y 방향의 변형을 측정하고, 하기 수학식 1에 의해 계산한다.

여기에서, : 패널면 상당변형

εx : X방향 변형(대수변형)

εy : Y방향 변형(대수변형)

또한, 상당변형()은 대수변형으로서 산출되나, 이해를 쉽게 하기 위해, 이하에는 %로 표시하는 관용변형으로 변환하여 기술한다.

본 발명자들은, 도 3의 액압벌징 가공으로 얻어지는 패널 상당변형과 내덴트성의 관계를 조사하였다.

판두께 0.7㎜, 항복점 210㎫, 인장강도 370㎫의 얇은 강판제의 한 변이 600㎜인 정사각형의 블랭크를 2매 겹쳐서 전체 둘레를 용접한 적층 블랭크(5)를 준비한다. 이 적층블랭크를 사용하여, 도 3에 있어서의 상하 다이 구멍(10b 및 11b)이 평면수치로 한 변이 400㎜인 정사각형, 상하 다이 구멍 저부(10h 및 11h)가 곡률반경 2000㎜, 깊이(h1 및 h2)가 20, 30, 40, 50, 및 60㎜로서, 전체 둘레에 비드모양(25c)을 갖는 5세트의 상하 다이(10 및 11)를 이용하여, 팽창성형품을 만들고, 패널면 상당변형을 측정하였다.

또한, 플랜지를 절단하여 상하 성형품으로 분리한 후, 패널면 중앙에 반경 25㎜인 우레탄고무(쇼어경도 Hs=70)제의 반구형상 가압부재를 통하여 집중하중을 부하시키고, 부하제거 후에, 깊이 0.02㎜인 덴트를 발생시키는 하중(내덴트 하중)을 구한다.

도 12는, 패널면 상당변형과 내덴트 하중의 관계를 나타내는 시험결과이다. 패널 상당변형과 내덴트 하중은, 깊이 치수마다 그래프로 나타내져 있다. 도 12의 결과로부터, 패널면 상당변형의 증가와 함께 내덴트 하중은 증가하나, 패널면 상당변형이 10% 부근에 있을 때 내덴트 하중이 포화하고, 그 이상의 패널면 상당변형에서는, 내덴트 하중이 저하되는 것으로 판명되었다. 이는, 성형품 팽창면의 가공경화에 의한 내덴트성의 향상보다도, 판두께의 감소에 의한 내덴트성의 저하의 영향이 커지는 것에 의한다.

패널부품에 있어서는, 내덴트성과는 별도로, 덴트를 전혀 생기지 않게 하는 조건에서의 집중하중에 대한 패널면의 인장강성도 요구된다. 패널면의 판두께 감소와 함께 인장강성이 저하되므로, 내덴트성이 향상되지 않는 크기의 패널면 상당변형을 주어도 아무런 이점은 없다.

상기의 결과로부터, 패널면 상당변형의 상한값을 10%로 한다. 한편, 패널면 상당변형이 2% 미만인 패널은 종래의 프레스 성형법에 의해서도 얻어지므로, 패널면 상당변형의 하한값을 2%로 한다.

4) 다른 실시예에 의한 성형방법

도 13은, 본 발명의 성형방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 도 13a는, 도 3에 도시된 유로형성 홈(10d)의 위치에, 유로형성 홈(10d)에 수납될 수 있는 치수의 볼록부(1a)가 프레스가공 등의 방법으로 미리 형성된 블랭크(1)와, 블랭크(2)의 사시도이다. 도 13b는, 블랭크(1 및 2)를 전체 둘레에서 용접한 적층 블랭크(5)를, 도 3에 도시된 상하 다이(10 및 11)로 압압하여 끼움지지한 상태를 도시하는 다이 가압면 부분의 단면도이다.

상기의 블랭크를 이용함으로써, 팽창가공 개시시에, 블랭크 결합면 사이로 유체를 비교적 저압력으로 원활히 유입시키는 것이 가능하다. 즉, 팽창가공 개시 시에 유체압력에 의한 유로형성 홈(10d) 안에서의 볼록부(1a)의 팽창가공이 불필요하기 때문으로, 다이 주입공(11d)으로부터 이송된 유체는 곧바로 블랭크에 설치된 볼록부(1a)의 내부공간을 채우며, 유체압력의 증가에 의해 블랭크(1 및 2)를 팽창시키는 것이 가능하다. 이 경우는, 유체의 유입을 원활하게 행하기 위해서, 볼록부(1a)는 다이 구멍(10b)에 미치는 길이로 하는 것이 장려된다.

도 14는, 초기의 팽창가공을 용이하게 할 수 있는 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 도 14a는, 블랭크(1)와, 결합면에 역방향으로 돌출된 볼록부(2a)에 형성된 소재주입 투과공(3)을 갖는 블랭크(2)의 사시도이다. 도 14b는, 블랭크(1 및 2)를 전체 둘레에서 용접한 블랭크(5)를, 상부 다이(10)와, 볼록부(2a)의 외곽형상과 대략 동일한 내곽형상의 오목부(11h)를 갖는 하부 다이(11)로 압압하여 끼움지지한 상태를 도시하는 다이 가압부분의 단면도이다.

볼록부(2a)는 입체형상으로 되기 위한 강성이 있고, 상하 다이로 블랭크를 끼움지지할 때의 가압력으로 O링(16)을 찌그러뜨림으로써 밀봉효과를 갖는다. 밀봉효과를 확실하게 하기 위해서는, 상기 오목부의 깊이는 볼록부의 깊이와 동일하거나, 약간 작게 한다. 또한, O링을 상하방향으로 찌그러뜨리는 힘은, 볼록부의 측벽을 통하여 전달되므로, O링이 볼록부의 측벽 근방에 위치하도록 볼록부의 크기를 설정하는 것이 장려된다. 또한, 이 경우에는, O링이 다이 오목부 안으로 수납되므로, 블랭크를 하부 다이 위로 세팅할 때 등에 있어서 O링이 어긋나 손상을 입을 위험이 적어진다는 이점이 있다. 또한, 다이 오목부(11h)와 블랭크의 볼록부(2a)를 합침으로써, 적층 블랭크와 다이의 위치결정이 용이하게 된다는 이점도 있다.

오목부(11h)의 바닥에 형성된 다이 주입공(11d)으로부터 이송된 유체는 곧바로 볼록부(2a)의 내부공간을 채우며, 유체압력에 의해 블랭크(1)를 유로형성 홈(10d)을 향하여 국부적으로 밀어 올려, 블랭크(1 및 2) 사이에 침입한 유체가 블랭크(1 및 2)를 다이 구멍(10b 및 11b) 안에서 팽창시킨다.

또한, 도 13 및 14의 실시예에 있어서는, 블랭크(1 및 2)를 팽창시키기 전에 볼록부(1a 또는 2a)로 주입된 유체의 압력이 O링(16)을 하부 다이(11)로 가압하여 밀봉하는 효과도 있다.

상기의 실시예에서는, 상하 블랭크(1 및 2)를 전체 둘레에서 용접한 적층 블랭크(5)의 예를 도시하였으나, 적층 블랭크(4 및 7)에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 상기 실시예에서는 액압벌징 가공에서의 팽창예정부가 평탄한 2매의 블랭크를 사용하는 경우를 도시하고 있으나, 어느 한 쪽 또는 양 쪽의 블랭크의 팽창 예정부를 미리 입체적으로 성형하는 것도 가능하다.

도 15는, 블랭크를 미리 프레스성형 등의 방법으로 입체적으로 성형하여 전체 둘레에서 용접한 경우의 예를 도시하는 도면이다. 도 15a는, 상부 다이 구멍에 수납된 기성형부(41a)와, 이 기성형부(41a)에 인접하여, 유로형성 홈(10d)에 수납된 볼록부(41b)를 갖는 블랭크(41)(이하, 「기성형 블랭크」라 함), 하부 다이 구멍(11b)에 수납된 기성형부(42a) 및 소재주입 투과공(3)을 갖는 블랭크(42)를 도시한다.

기성형부(41a,42a)의 깊이(H1 및 H2)는, 목표로 하는 액압벌징 성형품의 형상에 맞추어, 각각 적절히 선정하면 좋다. 기성형부(41a,42a)의 내측의 소정위치에, 별도의 부품을 용접, 접착 또는 납땜 등의 방법으로 접합하는 것도 가능하다.

도 15b는, 기성형 블랭크(41,42)를 겹치고, 플랜지(41c,42c)를 라인(5b)에서 레이저용접한 적층블랭크(43)(이하, 「기성형 적층블랭크」라 함)를 도시한다. 또한, 접합은, 도 2c와 같이, 접착 또는 납땜 등의 방법으로 행하여도 좋다. 또한, 겹친 후에, 취급을 용이하게 하기 위해, 에지부 근방을 스폿용접 등으로 부분적으로 접합하여도 좋다.

도 15c는, 도 15b의 일점쇄선(마)에서의 단면도이다. 소재주입 투과공(3)으로부터 내부공간(43a)으로의 유체의 유입은, 유체의 압력이 낮아도 좋고, 단시간에 행하는 것이 가능하므로, 액압벌징 가공시간의 단축이 가능하게 된다. 또한, 깊이를 갖는 기성형품(41a,42a)에 액압벌징 가공에 의한 팽창이 더해지므로, 평판으로부터 액압벌징 가공되는 경우보다도 깊은 성형품을 얻을 수 있게 된다.

실시예 1 :

판두께 0.7㎜, 인장강도 320㎫인 냉간압연강판SPCC(JIS G3141)을 절단하여, 도 1a에 도시된 한 변이 600㎜인 정사각형 모양의 블랭크(1 및 2)를 준비한다.

블랭크(2)에는 직경이 16㎜인 소재주입 투과공(3)을 형성한다. 이를 겹치고, 레이저용접에 의해 도 2b에 도시된 용접선(5b)을 갖는 적층블랭크(5)를 제작한다.

도 3에 도시된 다이 구멍을 구비한, 평면치수 400㎜각, 깊이 h1=h2=30㎜인 다이 구멍(10b 및 11b)을 갖는 상하 다이(10 및 11)을 이용하며, 적층블랭크(5)를 4900kN의 가압력으로 압압하여 끼움지지한다. 외경 30㎜, 내경 D=20.6㎜, 깊이 2.7㎜인 링홈(11f)에 장착된 호칭번호 P24의 O링(JIS B2406)에 의해 소재주입 투과공(3)과 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉한다.

다음에, 다이 주입공(11d)으로부터 소재주입 투과공(3)으로 도입된 유체(물에멀젼)의 압력을 9.8㎫로 높이고, 도 4b에 도시된 바와 같이 폭 w=10㎜, 깊이 h=2㎜인 유로형성 홈(10d) 안으로 블랭크(1)를 국부적으로 밀어올려 블랭크(1 및 2)의 사이로 유체를 주입함으로써 블랭크(1 및 2)를 각각 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창시키고, 유체압력을 최종적으로 29.4㎫로 증가시켜 성형을 마친다. 그 후, 하부 다이(11)에 조립된 펀치(12)에 의해, 도 7b에 도시된 바와 같이 펀칭 칩(51)을 분리시키지 않고 평면치수 30㎜각의 투공(52)을 펀칭하고, 유체를 이 펀칭 투공(52)으로부터 배출시켜 도 9a의 팽창성형품(30a)을 얻은 후, 성형품의 용접선(5b1)의 외측의 절단라인(25c)에서 도 10에 도시된 방법으로 플랜지(5a)를 절단하여 제품화한다.

실시예 2 :

판두께 1㎜, 인장강도 95㎫인 알루미늄판 A1100P(JIS H4000)을 절단하여 도 1a에 도시된 한 변이 600㎜각인 정사각형의 블랭크(1)로 한다. 또한, 상기 알루미늄판으로부터 직경 16㎜인 소재주입 투과공(3)을 갖는 블랭크(1)과 동일한 치수의 블랭크(2)를 절단해 낸다. 블랭크(1)에, 도 2c에 도시된 사선영역에 에폭시계 접착제를 도포한 블랭크(2)를 겹치고, 150℃로 가열압착하여 해당 접착제를 열경화시켜 적층블랭크(7)를 제작한다.

도 3에 도시된 다이 구멍을 구비한, 평면치수 400㎜각, 깊이 h1=h2=30㎜인 다이 구멍(10b 및 11b)을 갖는 상하 다이(10 및 11)를 이용하고, 이 적층블랭크(5)를 2450kN의 가압력으로 압압하여 끼움지지한다.

외경 30㎜, 내경 D=20.6㎜, 깊이 2.7㎜인 링홈(11f)에 장착된 호칭번호 P24인 O링(JIS B2406)에 의해 소재주입 투과공(3)과 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉하고, 다이 주입공(11d)으로부터 소재주입 투과공(3)을 채운 유체(물에멀젼)의 압력을 4.9㎫로 높이고, 도 4b에 도시된 폭 w=10㎜, 깊이 h=2㎜인 유로형성 홈(10d) 안으로 블랭크(1)를 국부적으로 밀어 올려 블랭크(1 및 2)의 결합면 사이로 유체를 주입함으로써 블랭크(1 및 2)를 각각 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창시키고, 유체압력을 최종적으로 14.7㎫로 증가시켜 성형을 마친다. 다음에, 하부 다이(11)에 조립된 펀치(12)에 의해, 도 7b에 도시된 바와 같이, 펀칭 칩(51)을 분리시키지 않고 평면치수 30㎜각의 투공(52)를 펀칭하며, 유체를 해당 펀칭 투공(52)로부터 배출하여 도 9b의 팽창성형품(30b)을 얻은 후, 이 성형품의 플랜지(7a)를 절단라인(25c)에서 도 10에 도시된 방법으로 절단하여 제품화 한다.

실시예 3 :

판두께 0.6㎜, 인장강도 320㎫인 냉간압연강판 SPCC(JIS G3141)를 절단하여, 한 변이 600㎜각인 도 14a에 도시된 정사각형의 블랭크(1)로 한다. 또한, 판두께 0.8㎜, 인장강도 310㎫인 SPCC(JIS G3141)의 냉간압연강판을 절단하여 블랭크(2)로 하고, 직경 30㎜, 깊이 3㎜인 볼록부(2a)의 저부에 직경 16㎜인 소재주입 투과공(3)을 형성한다.

이들 블랭크 1과 2를 겹쳐서 레이저 용접으로 도 2b에 도시된 접합선(5b)을 갖는 적층블랭크(5)를 제작하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 평면치수 400㎜각, 깊이 h1=h2=30㎜인 다이 구멍(10b 및 11b)를 갖는 상하 다이(10 및 11)에 의해 이 적층블랭크를 6860kN의 가압력으로 압압하여 끼움지지한다. 외경 30㎜, 내경 D=20.6㎜, 깊이 2.7㎜인 링홈(11f)에 장착한 호칭번호 P24의 O링(JIS B2406)으로 소재주입 투과공(3)과 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉한다. 다이 주입공(11d)으로부터 소재주입 투과공(3)을 채운 유체(물에멀젼)의 압력을 9.8㎫로 높이고, 도 4b에 도시된 폭 w=10㎜, 깊이 h=2㎜인 유로형성 홈(10d) 안으로 블랭크(1)를 국부적으로 밀어올려 블랭크(1 및 2)의 사이로 유체를 주입함으로써 블랭크(1 및 2)를 각각 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창시키고, 유체압력을 최종적으로 39.2㎫로 증가시켜 성형을 마친다.

그 후, 하부 다이(11)에 조립된 펀치(12)에 의해, 도 7b에 도시된 바와 같이, 펀칭 칩(51)을 분리시키지 않고 평면치수 30㎜각의 투공(52)를 펀칭하고, 유체를 해당 펀칭 투공(52)으로부터 배출하여 도 9a의 팽창성형품(30a)을 얻은 후, 해당 성형품의 용접선(5b1)의 외측의 절단라인(25c)에서 도 10에 도시된 방법으로 플랜지(5a)를 절단하여 제품화 한다.

실시예 4 :

판두께 0.7㎜, 인장강도 320㎫인 냉간압연강판 SPCC(JIS G3141)을 절단하여, 한 변이 600㎜인 도 1a에 도시된 정사각형의 블랭크(1)로 한다. 상기 냉간압연강판으로부터, 블랭크 1과 동일한 치수의 블랭크 2를 절단해 내고, 직경 16㎜인 소재주입 투과공(3)을 형성한다. 이들 블랭크1과 2를 겹치고, 구석 4곳을 스폿용접한 적층블랭크를 제작한다.

도 3에 도시된 다이 구멍을 구비한, 평면치수 400㎜각, 깊이 h1=h2=30㎜인 다이 구멍(10b 및 11b)과 전체 둘레에서 비드산(10g) 및 비드홈(11g)을 갖는 상하 다이(10 및 11)를 이용하여, 이 적층 블랭크(5)를 4900kN의 가압력으로 압압하여 끼움지지한다.

외경 30㎜, 내경 D=20.6㎜, 깊이 2.7㎜인 링홈(11f)에 장착된 호칭번호 P24인 O링(JIS B2406)에 의해 소재주입 투과공(3)과 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉하고, 다이 주입공(11d)으로부터 소재주입 투과공(3)을 채운 유체(물에멀젼)의 압력을 9.8㎫로 높이고, 도 4b에 도시된 폭 w=10㎜, 깊이 h=2㎜인 유로형성 홈(10d) 안으로 블랭크(1)를 국부적으로 밀어 올려 블랭크(1 및 2)의 사이로 유체를 주입함으로써 블랭크(1 및 2)를 각각 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창시키고, 유체압력을 최종적으로 29.4㎫로 증가시켜 성형을 마친다.

그 후, 하부 다이(11)에 조립된 펀치(12)에 의해, 펀칭 칩(51)을 분리시켜 평면치수 30㎜각의 투공(52)을 펀칭하고, 유체를 이 펀칭 투공(52)으로부터 배출하여 도 9a의 팽창성형품(30a)를 얻은 후, 이 성형품의 플랜지(5a)를 절단함으로써 스폿용접부를 절단 분리하고, 상하 2개의 제품이 되도록 한다.

실시예 5 :

판두께 0.7㎜, 인장강도 320㎫인 냉간압연강판 SPCC(JIS G3141)를 절단하여 한 변이 600㎜인 정사각형의 블랭크로 하고, 이를 프레스 성형하여 도 15a에 도시된 바와 같이, H1=20㎜인 기성형품(41a)과 볼록부(41b)를 갖는 기성형 블랭크(41)로 한다. 상기 냉간압연강판으로부터 한 변이 600㎜인 정사각형의 블랭크를 절단해 내고, 도 15a에 도시된 바와 같이, 프레스 성형으로 H2=20㎜인 기성형품(42a)을 형성하고, 더욱이 직경 16㎜인 소재주입 투과공(3)을 형성하여, 기성형블랭크(42)로 한다.

이들 기성형 블랭크 41과 42를 겹치고, 레이저 용접에 의해 도 15b에 도시된 접합선(5b)을 갖는 기성형 적층블랭크(43)를 제작한다.

도 3에 도시된 다이 구멍을 구비한, 평면치수 400㎜각, 깊이 h1=h2=40㎜인 다이 구멍(10b 및 11b)을 갖는 상하 다이(10 및 11)를 이용하여, 이 적층블랭크(5)를 4900kN의 가압력으로 압압하여 끼움지지한다.

외경 30㎜, 내경D=20.6㎜, 깊이2.7㎜인 링홈(11f)에 장착된 호칭번호 P24인 O링(JIS B2406)으로 소재주입 투과공(3)과 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉한다. 다이 주입공(11d)으로부터 주입된 유체(물에멀젼)로 기성형 적층블랭크 내부공간(43a)을 채우고, 해당 유체압력을 29.4㎫로 증가시켜 다이 구멍(10b alc 11b) 안에서의 성형을 마친다.

그 후, 하부 다이(11)에 조립된 펀치(12)에 의해, 도 7b에 도시된 바와 같이 펀칭 칩(51)을 분리시키지 않고 평면치수 30㎜각의 투공(52)을 펀칭하고, 유체를 해당 펀칭 투공(52) 구멍으로부터 배출하여 도 9a의 팽창성형품(30a)을 얻은 후, 이 성형품의 용접선(5b1) 외측의 절단라인(25c)에서 도 10에 도시된 방법으로 플랜지를 절단하여 제품화 한다.

실시예 6 :

도 1a에 도시된 판두께 0.7㎜, 인장강도 320㎫인 냉간압연강판 SPCC(JIS G3141)를 절단한 한 변이 600㎜인 정사각형의 블랭크(1)와, 직경 10㎜인 소재주입 투과공(3)을 갖는 동일 재질, 동일 치수의 블랭크(2)를 겹치고, 취급을 용이하게 하기 위하여 4 모퉁이 끝부분을 스폿용접으로 접합한 도 2a에 도시된 적층블랭크(4)를 제작한다.

도 3에 도시된 다이 구멍(10b 및 11b)이 평면치수 400㎜각, 상하 다이 구멍 저부(10h,11h)가 곡률반경 3000㎜, 깊이 h1=h2=40㎜인 다이 구멍(10b 및 11b)을 가지며, 다이 구멍의 전체 둘레에 비드산(10g), 비드홈(11g)을 갖는 상하 다이(10 및 11)에 의해 상기 적층블랭크(5)의 플랜지(5a)를 압압하여 끼움지지한다.

외경 20㎜, 내경 D=13.6㎜, 깊이 2㎜인 링홈(11f)에 장착된 호칭번호 P16인 O링(JIS B2406)에 의해 소재주입 투과공(3)과 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉하고, 다이 주입공(11d)로부터 소재주입 투과공(3)을 채운 가공액(물에멀젼)의 압력을 9.8㎫로 높이고, 도 4b에 도시된 폭 w=13㎜, 깊이 h=4㎜인 유로형성 홈(10d) 안으로 블랭크(1)를 국부적으로 밀어 올려 블랭크(1 및 2)의 사이로 가공액을 주입함으로써 블랭크(1 및 2)를 각각 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창시킨다.

가공액 압력을 최종적으로 29.4㎫로 증가시켜 다이 구멍 저부(10h,11h) 전역에 접촉시킨다. 이 때의 플랜지(5a)의 다이 구멍으로의 이동량은 최대 3㎜이었다. 그 후, 가공액 압력을 감소시키고, 도 8a에 도시된 팽창성형품(30)을 다이로부터 빼내 가공액을 소재주입 투과공(3)으로부터 배출하고, 해당 성형품(30)의 플랜지(5a)를 비드모양(25e) 내측의 절단라인(25c)에서 절단 제거하고, 도 8b에 도시된 2개의 패널부품(31 및 32)을 얻는다.

패널부품(31 및 32)의 패널면(25a 및 26a)의 상당변형은 4%로, 패널면(25a 및 26a) 중앙의 내덴트성을 상기 방법으로 조사한 바, 내덴트 하중은 196N이었다.

한편, 상기 블랭크(1)를 도 23의 방법으로 상기 패널면(25a 및 26a)과 동일한 형상으로 프레스 성형한다. 성형품(207)의 패널면(207a)의 상당변형은 1.5%이었다. 플랜지(207b)를 상기 패널부품(31 및 32)과 마찬가지로 절단하고, 패널면(107a) 중앙의 내덴트성을 상기 방법으로 조사한 바, 내덴트 하중은 108N이었다. 또한, 동일한 강도의 얇은 강판을 프레스 성형법으로 성형하고, 196N의 내덴트 하중을 얻기 위해서는, 블랭크의 판두께를 1㎜로 할 필요가 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 프레스 성형법과 비교하여, 동일 소재박판에서의 내덴트성을 약 1.8배 향상시킬 수 있으며, 또한 프레스 성형법과 동일한 덴트성을 얻는 데 필요한 블랭크 판두께를 감소시키는 것이 가능하여, 패널부품을 경량화할 수 있는 것이 명백해 진다.

실시예 7 :

도 14a에 도시되어 있는 바와 같이, 판두께 0.8㎜, 인장강도 330㎫의 냉간압연강판 SPCC(JIS G3141)을 절단한 한 변이 600㎜인 정사각형의 블랭크(1)와, 직경 10㎜인 소재주입 투과공(3)을 갖는 직경 20㎜, 깊이 3.2㎜인 블랭크 볼록부(2a)를 2개소에 형성한, 동일 재질, 동일 치수의 블랭크(2)를 겹치고, 도 2b에 도시된 바와 같이 폐곡선으로 레이저 용접하여 블랭크(1 및 2)를 접합한 적층 블랭크(5)를 제작한다.

도 3에 도시된 다이 구멍(10b 및 11b)이 평면치수 400㎜각, 상하 다이 구멍 저부(10h,11h)가 곡률반경 3000㎜, 깊이 h1=h2=60㎜인 상하 다이 구멍(10b 및 11b) 및 해당 상하 다이 구멍의 전체 둘레에 비드산(10g), 비드홈(11g)을 가지며, 또한 하부 다이(11)에 도 14b에 도시된 직경 20.2㎜, 깊이 3㎜인 다이 오목부(11j)를 2개소에 형성한 상하 다이로 상기 적층블랭크(5)의 플랜지를 압압하여 끼움지지한다.

호칭번호 P16인 O링(JIS B2406)에 의해 2개소의 볼록부(2a)와 내경 8㎜인 다이 주입공(11d)의 사이를 밀봉하고, 다이 주입공(11d)으로부터 주입된 가공액(물에먼젼)의 압력을 9.8㎫로 높이고, 도 14c에 도시된 폭 w=13㎜, 깊이 h=4㎜인 다이 홈(10d) 안으로 블랭크(1)를 국부적으로 밀어 올려 블랭크(1 및 2)의 사이로 가공액을 주입함으로써 블랭크(1 및 2)를 각각 다이 구멍(10b 및 11b) 안으로 팽창시킨다.

가공액 압력을 최종적으로 39.2㎫로 증가시켜 다이 구멍 저부(10h 및 11h) 전역에 접촉시킨다. 이 때의 플랜지(6a)의 다이 구멍으로의 이동량은, 소재주입 투과공(3)의 근방에서는 3㎜, 그 이외의 부위에서는 최대 10㎜였다. 그 후, 가공액 압력을 감소시켜, 도 8a에 도시된 성형품(30)을 다이로부터 빼내 가공액을 2개소의 소재주입 투과공(3)으로부터 배출하고, 해당 성형품(30)의 플랜지를 비드모양(25e) 내측의 절단라인(25c)에서 절단 제거하고, 도 8b에 도시된 2개의 패널부품(31 및 32)을 얻는다.

패널부품(31 및 32)의 패널면(25a 및 26a)의 상당변형은 10%로, 패널면(25a 및 26a) 중앙의 내덴트성을 상기 방법으로 조사한 바, 덴트 하중은 304N이었다.

한편, 상기 블랭크(1)를 도 23의 방법으로 상기 패널면(25a 및 26a)과 동일한 형상으로 프레스 성형한다. 성형품(207)의 패널면(207a)의 상당변형은 1.8%이었다. 플랜지(207b)를 상기 패널부품(31 및 32)과 마찬가지로 절단하고, 패널면(207a) 중앙의 내덴트성을 상기 방법으로 조사한 바, 덴트 하중은 147N이었다. 이상과 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 프레스 성형법과 비교하여, 동일한 소재의 박판에서의 내덴트성을 약 2.1배 향상시킬 수 있게 되는 것이 명백하다.

상기 실시예 1~7 중 어느 방법에 있어서도, 성형가공시에 가압유체의 누설은 발생하지 않으며, 효율적으로 액압벌징 가공을 할 수 있고, 목적으로 하는 성형품이 얻어진다.

또한, 2매의 블랭크의 접합방법으로서는, 루프 모양의 접합라인에서 레이저용접 등에 의해 연속적으로 접합하는 방법, 접착 또는 납땜 등에 의해 블랭크 가장자리 영역을 면접합시키는 방법, 스폿용접 등에 의해 불연속적으로 부분접합하는 방법 등이 적용가능하다. 또한, 2매의 블랭크를 접합하지 않고 겹치기만 하여도, 유체의 누설을 발생시키는 일 없이 액압벌징 가공하는 것도 가능하다.

또한, 패널면의 상당변형을 적정범위로 조정함으로써, 내덴트성을 향상시킬 수 있게 되며, 프레스 성형법과 동일한 덴트성을 얻는데 필요한 블랭크 판두께를 감소시키는 것이 가능하므로, 패널부품을 경량화시킬 수 있는 것이 명백해진다.

본 발명의 금형을 이용한 액압벌징 성형방법에 의하면, 2매의 금속판 블랭크를 팽창 성형할 때에, 블랭크의 결합면 사이로의 유체주입을, 유체의 누설을 발생시키는 일 없이 용이하게 행하는 것이 가능하다. 또한, 패널면의 상당변형을 적정범위로 조정함으로써, 내덴트성을 향상시키는 것이 가능하며, 패널부품의 경량화에 기여할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 공업적으로 큰 효과를 발휘한다.

도 1은, 본 발명의 성형방법에 이용되는 블랭크 및 접합 블랭크의 사시도로서, 도 1a는 블랭크, 도 1b는 소재주입 투과공을 뚫은 블랭크를 도시한다.

도 2는, 겹쳐진 적층블랭크의 예를 도시한 사시도로서, 도 2a는 단순히 겹치기만 한 것, 또는 취급이 용이하도록 에지부 근방을 스폿용접 등의 방법으로 부분적으로 접합한 적층 블랭크, 도 2b는 레이저 용접 등의 방법으로 전체 원주를 접합하여 일체화한 접합 블랭크, 도 2c는 평면영역에서 접합된 적층 블랭크를 도시한다.

도 3은, 본 발명의 성형방법을 설명하기 위한 도면으로, 상하 다이부의 단면도이다.

도 4는, 도 3의 점선부(가)의 확대도로서, 도 4a는 다이 주입공의 다이 가압면의 개구부에 있어서의 유체의 밀봉방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4b는 도 4a에 있어서의 나-나부 화살표 방향의 단면도이며, 도 4c는 다이 주입공으로부터 유입된 유체에 의해 블랭크가 국부적으로 위로 밀려 올라간 상태를 도시한 도면이다.

도 5는, 본 발명의 성형방법에 있어서 유체에 의해 팽창변형이 개시된 상태를 도시하는 도면이다.

도 6은, 본 발명의 성형방법에 있어서 다이 구멍 내에서 블랭크의 팽창종료 상태를 도시하는 도면이다.

도 7은, 성형을 마친 성형품의 저부를 펀치로 구멍을 펀칭하는 방법을 도시한 단면도로서, 도 7a는 다이에 조립된 펀치 및 가압실린더, 도 7b는 펀치를 상승시켜 펀칭 칩(51)을 분리시키지 않고 성형품의 저부에 구멍을 펀칭한 상태의 일 예를 도시한다.

도 8은, 성형품의 사시도로서, 도 8a는 도 2a에 도시된 블랭크(4)의 성형품이고, 도 8b는 플랜지를 절단하여 분리시킨 패널부품을 도시한다.

도 9는, 성형품의 다른 실시예의 사시도로서, 도 9a는 도 2b에 도시된 블랭크(5)의 성형품을 도시하며, 도 9b는 도 2c로 도시된 블랭크(7)의 성형품을 도시한다.

도 10은, 전단금형에 의한 플랜지의 절단방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 11은, 팽창부(25a)의 직선 가장자리부를 따라 비드 모양을 설치한 성형품의 사시도이다.

도 12는, 패널면 상당(相當)변형과 내(耐)덴트 하중과의 관계를 나타내는 시험결과이다.

도 13은, 본 발명에 있어서의 블랭크의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 도 13a는 다이의 유로형성 홈에 수납될 수 있는 치수의 볼록부가 미리 형성된 블랭크의 사시도를 도시하고, 도 13b는 접합된 블랭크를 상하 다이로 압압하여 끼움 지지한 상태를 도시한다.

도 14는, 본 발명에 있어서의 블랭크의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 도 14a는 블랭크의 결합면과 역방향으로 돌출된 볼록부에 설치된 소재주입 투과공을 갖는 블랭크의 사시도를 도시하며, 도 14b는 돌출부에 설치된 소재주입 투과공을 갖는 블랭크를 상하 다이로 압압하여 끼움지지한 상태인 도 3에 있어서의 (가)부의 확대도를 도시하고, 도 14c는 나-나부의 화살표 방향에서 본 단면도를 도시한다.

도 15는, 본 발명의 성형방법에 이용되는 기(旣)성형 블랭크의 예를 도시한 도면으로, 도 15a는 각 기성형 블랭크를 도시하고, 도 15b는 기성형 적층블랭크를 도시하며, 도 15c는 도 15b의 단면도를 도시한다.

도 16은, 종래의 적층블랭크의 액압벌징 가공방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 16a는 2매의 블랭크의 사시도를 도시하며, 도 16b는 성형가공전의 다이부의 단면을 도시하고, 도 16c는 액압벌징 가공이 종료된 상태의 단면도를 도시하며, 도 16d는 성형품을 절단하여 얻은 만곡관(灣曲管) 제품의 사시도를 도시한다.

도 17은, 종래의 성형방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 17a는 성형전의 적층용접 블랭크의 사시도를 도시하며, 도 17b는 성형품의 사시도를 도시한다.

도 18은, 종래의 성형방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 18a는 접합전의 블랭크를 도시하며, 도 18b는 적층용접 블랭크를 도시하고, 도 18c는 다이로 적층블랭크를 끼움 지지한 상태를 도시하며, 도 18d는 팽창 완료된 상태를 도시하고, 도 18e는 얻어진 관모양 제품의 예를 도시한다.

도 19는, 도 18b의 화살표(다) 방향에서 본 정면도이다.

도 20은, 내덴트성 시험방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 20a는 패널부품으로의 하중 부하상황, 도 20b는 하중제거 후의 패널부품, 도 20c는 도 20b의 화살표(라) 부분의 확대도를 도시한다.

도 21은, 패널면으로부터의 인장시험편의 채취상황을 설명하기 위한 도면이다.

도 22는, 인장시험에서의 응력과 변형의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.

도 23은, 종래의 프레스 성형법을 설명하기 위한 도면으로, 도 23a는 블랭크 가장자리부를 아래로 압압한 상태를 도시하며, 도 23b는 패널면이 성형된 상태를 도시하고, 도 23c는 성형품을 도시한다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2 : 블랭크,

1a, 25b, 41b : 유로형성 홈에 수납된 볼록부,

2a : 다이 오목부에 수납된 볼록부, 3 : 소재주입 투과공,

4,5,7 : 적층 블랭크, 5a,6a,7a,41c,42c : 플랜지,

5b : 용접선, 7b : 접합 경계선,

10,11 : 상, 하 다이, 10a,11a : 상, 하 다이 가압면,

10b,11b : 상, 하 다이 구멍, 10c,11c : 에어 방출공,

10d : 유로형성 홈, 10g : 비드 산,

10h,11h : 상, 하 다이 저면,

10i,11i : 상, 하 다이 구멍 모퉁이 R부, 11d : 다이 주입공,

11e : 드레인 공, 11f : 링 홈,

11g : 비드 홈, 12 : 타발 펀치,

13 : 가압실린더, 14,15 : 외부배관,

14a,15a : 커넥터, 16 : O 링,

17 : 가공액, 20 : 베드,

21 : 슬라이드, 25,26 : 상하 성형품,

25a,26a : 성형품 팽창부, 25b : 볼록부,

25c : 절단라인, 25d : 팽창부 윤곽,

25e : 비드 모양, 25g : 펀칭공,

30,30a,30b : 팽창 성형품, 300 : 전단금형,

300a,300b : 하형, 상형, 300c : 가압판,

300d : 스프링, 41,42 : 기성형 블랭크,

41a,42a : 기성형부, 43 : 기성형 적층블랭크,

43a : 내부공간, 5b1 : 용접선,

7b1 : 접합 경계선,

100,102,110,111,120,121,203 : 블랭크, 101 : 노즐,

103,113 : 접합 블랭크, 104,105,125,126 : 하,상 다이,

104a,105a : 하, 상 다이 구멍,

103a,103b : 접합블랭크의 외,내주부, 105b : 상부 다이 관통공,

106 : 배관, 108 : 도넛 모양 성형품,

109 : 만곡관 제품, 112 : 결합면 외주 가장자리부,

114 : 다기부, 115 : 뿌리부,

116 : 용접선, 117 : 엔진 매니폴드부품,

120a,121a : 반원추면 형상 주입구, 123 : 접합 블랭크,

123a : 원추면 형상 주입구, 123b : 용접라인,

123c : 플랜지,

125b,126b : 반원추면 형상 오목부, 127 : 주입노즐,

127b : 원추형상 헤드부, 128 : 유체,

129 : 관형상 제품, 130 : 각부(角部),

131 : 오목부, 201 : 패널 부품,

202 : 인장시험편, 203a : 다이 구멍내 박판재료,

203b : 블랭크 가장자리부, 204 : 다이,

204a : 다이면, 204b : 다이 저면,

204e : 다이 구멍, 205 : 블랭크 홀더,

206 : 펀치, 206a : 펀치 저면,

206b : 펀치 어깨부, 207 : 성형품,

207a : 팽창면, 패널면,

207b : 성형품 가장자리부, 플랜지, 207d : 비드 모양,

208 : 비드, 211 : 프레스 헤드,

212 : 프레스 램.

Claims (11)

1. 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍을 갖는 상하 한 쌍의 다이 가압면 사이에, 겹쳐진 2매의 금속판 소재를 압압하여 끼움지지하고, 2매의 금속판 소재의 결합면 사이에 유체를 주입, 가압하고, 상기 다이 구멍 공간 안으로 금속판 소재를 팽창시키는 액압벌징 성형방법에 있어서,

   한 쪽의 다이 가압면에 유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 형성하고, 한 쪽의 금속판 소재의 다이 가압면에 접하는 부분에 형성된 상기 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공을 다이 주입공에 맞추고, 다이 주입공으로부터 소재주입 투과공을 통하여 금속판 소재의 결합면 사이로 가압된 유체를 도입도입하는 동시에, 다이의 가압면에 형성된 다이 주입공 주위에 설치된 링 홈에 O링을 끼워 넣어, 다이 가압면과 금속판 소재 사이에 가압 유체가 누출되지 않도록 씰(Seal)하면서 팽창시키는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.
2. 제1 항에 있어서,

   겹쳐진 2매의 금속판 소재가, 팽창예정부분 및 소재주입 투과공보다도 바깥쪽 영역의 결합면에서 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   금속판 소재의 결합면 사이에 가압된 유체를 도입함으로써 팽창시킨 후에, 다이 가압면에 접하는 부분에서 제품으로서 불필요한 부분을 절단 제거하여, 2개의 성형품을 동시에 얻는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.
4. 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍을 갖는 상하 한 쌍의 다이 가압면 사이에, 한 쪽 또는 양쪽의 팽창예정부분이 미리 입체 형상으로 성형된 겹쳐진 2매의 금속판 소재를 압압하여 끼움지지하고, 2매의 금속판 소재의 결합면 사이에 유체를 주입, 가압하고, 상기 다이 구멍 공간 안으로 금속판 소재를 팽창시키는 액압벌징 성형방법에 있어서,

   한 쪽의 다이 가압면에 유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 형성하고, 한 쪽의 금속판 소재의 다이 가압면에 접하는 부분에 형성된 상기 유체를 주입하기 위한 소재주입 투과공을 다이 주입공에 맞추고, 다이 주입공으로부터 소재주입 투과공을 통하여 금속판 소재의 결합면 사이로 가압된 유체를 도입함으로써 팽창시키는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.
5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   금속판 소재를 팽창시켜 성형한 후, 한 쪽 또는 양 쪽의 다이에 조립된 펀치에 의해 한 쪽 또는 양 쪽의 성형품 팽창부를 펀칭하여 구멍을 뚫고, 유체를 상기 구멍으로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.
6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   금속판 소재를 팽창시켜 얻은 성형품의 팽창면의 상당변형이 2~10%의 범위가 되도록 팽창시키는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.
7. 제품 외곽형상과 동일한 내곽형상의 다이 구멍을 갖는 상하 한 쌍의 다이에 있어서,

   한 쪽의 다이 가압면에 가압된 유체를 주입하기 위한 다이 주입공을 구비하고, 다이 가압면에 형성된 다이 주입공 주위에 O링을 끼워넣기 위한 링 홈을 구비하며, 다른 쪽의 다이의 다이 가압면에, 상기 다이 주입공과 대향하는 부위로부터 다이 구멍으로 통하는 유로형성 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형용 금형.
8. 제7 항에 있어서,

   한 쪽 또는 양 쪽의 다이가, 성형 후의 금속판에 유체배출공을 개구하기 위한 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형용 금형.
9. 삭제
10. 제1 항에 기재된 액압벌징 성형방법에 의해 팽창가공된 성형품으로서, 상기 성형품의 팽창면의 상당변형이 2~10%인 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형품.
11. 제4 항에 있어서,

    겹쳐진 2매의 금속판 소재가, 팽창예정부분 및 소재주입 투과공보다도 바깥쪽 영역의 결합면에서 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 액압벌징 성형방법.