KR101863469B1

KR101863469B1 - 강판 소재, 그 제조 방법 및 제조 장치, 및 그 강판 소재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101863469B1
Application number: KR1020167014949A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 이토; 요시아키 나카자와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2018-05-31
Also published as: US20160288186A1; CN105813773B; JP6146480B2; CN105813773A; US10239105B2; WO2015079644A1; MX2016006940A; JPWO2015079644A1; KR20160083081A

Abstract

강판 소재(11)는 평판형상이며, 굴곡부를 포함하는 개단면을 갖는 프레스 성형품의 제조에 이용된다. 강판 소재(11)는, 전역에 걸쳐서 단일하며, 두께가 증가한 띠형상의 후육 영역(12)과, 후육 영역(12)의 양측에 각각 인접하고 후육 영역(12)보다도 두께가 얇은 박육 영역(13A, 13B)을 구비한다. 강판 소재(11)의 표면(11a) 및 이면(11b) 중, 표면(11a)에, 후육 영역(12)의 양측부 중 한쪽의 측부를 따라서 두꺼운 단차(12a)가 형성되고, 이면(11b)에, 후육 영역(12)의 양측부 중 다른쪽의 측부를 따라서 두꺼운 단차(12b)가 형성되어 있다. 이 강판 소재(11)를 프레스 성형품의 제조에 이용함으로써, 프레스 성형품의 강도의 적정화가 가능하고, 제조 비용의 억제가 가능하다.

Description

강판 소재, 그 제조 방법 및 제조 장치, 및 그 강판 소재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법{STEEL PLATE MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING SAME AND DEVICE FOR PRODUCING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING PRESS MOLDED ARTICLE USING SAID STEEL PLATE MATERIAL}

본 발명은, 자동차의 차체를 구성하는 구조 부재에 적합한 프레스 성형품에 관한 것이며, 특히, 프레스 성형품의 제조에 이용되는 강판 소재, 그 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 그 강판 소재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차의 차체는, 각종의 구조 부재(예:프런트 사이드 멤버, 리어 사이드 멤버, 센터 필러 보강재(reinforcement) 등)을 포함한다. 구조 부재에는 프레스 성형품이 다용되며, 구조 부재는, 단독의 프레스 성형품으로 구성되거나, 복수의 프레스 성형품이 접합되어 구성된다. 구조 부재에 이용되는 프레스 성형품은, 굴곡부를 포함하는 개단면을 갖고, 그 단면 형상은 모자형 또는 홈형이다. 이하, 모자형 또는 홈형의 단면 형상을 총칭하여 모자형이라고도 한다. 모자형의 프레스 성형품에 있어서, 단면의 굴곡부는 외관상으로 능선부를 형성한다. 이와 같은 프레스 성형품은, 평판형상의 강판을 소재로 하고, 이 강판 소재에 프레스 가공을 실시함으로써 제조된다.

근년, 자동차에는, 지구 온난화 문제에 대한 대책의 하나로서 연비 절약화가 추진된다. 그 때문에, 자동차 차체에 대해서는, 중량을 경감함과 동시에 충돌 안전성을 확보하는 것이 요청된다. 이 요청에 응하기 위해서, 구조 부재의 강도는, 차체중의 구조 부재의 설치 개소에 따라 적절하게 설정된다. 또한, 하나의 구조 부재 중에서도, 부위에 따라 강도의 적정화가 도모된다.

종래, 구조 부재중의 강도의 적정화를 도모하기 위해서, 강판 소재로서, 테일러 웰드 블랭크(Tailor Welded Blanks)(이하, 「TWB」라고 한다), 테일러 롤드 블랭크(Tailor Rolled Blanks)(이하, 「TRB」라고 한다) 등이 채용된다. TWB는, 복수종의 강판이 레이저 용접 등에 의해서 접합된 것이며, 강도차, 또한 두께차를 갖는다. TRB는, 강판의 제조시에 압연롤의 축 간격이 조정되어 압연이 실시된 것이며, 두께차를 갖고, 이에 수반하여 실질적으로 강도차를 갖는다. TWB 또는 TRB로부터 제조된 구조 부재는, 강도가 적소에서 강화되면서, 중량이 경감된 것이 된다.

또, 모자형의 프레스 성형품을 이용한 구조 부재에 있어서, 능선부의 두께, 즉, 굴곡부의 두께가 다른 부분보다도 두꺼우면, 구조 부재의 강도가 향상되어, 충격 흡수 성능 등이 향상된다. 이러한 이점으로부터, 구조 부재의 능선부에 육성 용접이 실시되는 일이 있다.

강판 소재에 TWB 혹은 TRB를 채용하는 기술, 또는 프레스 성형품에 육성 용접을 실시하는 기술은, 구조 부재의 중량의 경감과 충돌 안전성의 확보를 도모하기 위해서 유용하다. 그러나, 강판 소재에 TWB를 채용하는 기술, 또는 프레스 성형품에 육성 용접을 실시하는 기술에서는, 대규모 용접 설비를 추가해야 하며, 번잡한 용접 공정의 증가가 필요해진다. 강판 소재에 TRB를 채용하는 기술에서는, 대규모 압연 설비를 추가해야 한다. 따라서, 어느 종래 기술에서도 제조 비용의 현저한 상승은 피할 수 없다.

대규모 용접 설비 또는 압연 설비의 추가를 필요로 하는 상기 종래 기술에 대해, 프레스 설비에 의한 프레스 가공은 범용성이 뛰어나다. 이 때문에, 프레스 가공에 의해서 구조 부재의 두께를 부분적으로 증가시켜, 이에 수반해 구조 부재의 강도를 부분적으로 강화하는 것이 가능하게 되면, 구조 부재의 제조 비용을 억제할 수 있을 것이다. 프레스 가공에 의해서 구조 부재의 두께를 부분적으로 증가시키는 기술은, 하기 문헌에 나타난다.

일본국 특허 공개 2010-120061호 공보(특허 문헌 1)는, 프레스 성형품 및 그 제조 방법을 개시한다. 이 특허 문헌 1에 기재된 프레스 성형품은, 굴곡부를 포함하는 개단면을 갖고, 그 단면 형상이 모자형이다. 프레스 성형품은, 한 쌍의 종벽부와, 천판부를 구비하고, 평면에서 봤을 때 완만한 L자형상으로 만곡한 것이다. 이 프레스 성형품에 있어서, 각 종벽부와 천판부를 각각 연결하는 능선부가 단면의 굴곡부에 상당한다. 또한, 만곡 내측의 종벽부, 및 이 만곡 내측의 종벽부에 인접하는 천판부의 일부(능선부를 포함함)의 두께는, 그 이외의 부분의 두께보다도 증가되어 있다.

특허 문헌 1에 기재된 프레스 성형품은, 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 두께가 일정한 강판 소재에 프레스 가공에 의한 굽힘 성형을 실시하고, 모자형의 예비 성형체를 성형한다. 이 예비 성형체는, 전역에 걸쳐서 두께가 거의 일정하고, 최종 제품인 프레스 성형품과 비교해, 천판부의 만곡 내측이 종벽부와 일체로 만곡 내향으로 폭이 넓어져 있다. 그리고, 다른 금형을 이용한 프레스 가공에 의해, 천판부의 만곡 내측의 종벽부를 만곡 외향으로 밀어넣는다. 그 때, 만곡 내측의 종벽부에 인접하는 천판부의 일부가 압축되어 부풀어올라, 그 두께가 증가한다. 그 결과적으로, 만곡 내측의 능선부에서 두께가 증가한 프레스 성형품이 얻어진다.

일본국 특허 공개 2008-296252호 공보(특허 문헌 2)는, 모자형의 프레스 성형품 및 그 제조 방법을 개시한다. 이 특허 문헌 2에 기재된 프레스 성형품은, 한 쌍의 종벽부와, 천판부를 구비한다. 또한, 길이 방향의 특정 범위에 있어서, 종벽부 및 천판부(능선부를 포함함)의 두께가 증가되어 있다.

특허 문헌 2에 기재된 프레스 성형품은, 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 두께가 일정한 강판 소재에 프레스 가공에 의한 굽힘 성형을 실시해, 모자형의 예비 성형체를 성형한다. 이 예비 성형체는, 전역에 걸쳐서 두께가 거의 일정하며, 최종 제품인 프레스 성형품과 비교해, 길이 방향의 특정 범위에서 종벽부가 연장되어 있다. 그리고, 다른 금형을 이용한 프레스 가공에 의해, 천판부를 밀어넣는다. 그 때, 종벽부가 압축되어 휘면서 부풀어오르고, 이와 동시에 천판부가 휘면서 찌그러져 부풀어올라, 그들의 두께가 증가한다. 그 결과적으로, 길이 방향의 특정 범위에서 종벽부 및 천판부(능선부를 포함함)의 두께가 증가한 프레스 성형품이 얻어진다.

일본국 특허 공개 2007-14978호 공보(특허 문헌 3)는, 모자형의 프레스 성형품 및 그 제조 방법을 개시한다. 이 특허 문헌 3에 기재된 프레스 성형품은, 한 쌍의 종벽부와, 천판부를 구비한다. 또한, 각 종벽부와 천판부를 각각 연결하는 능선부로 한정하여, 그 두께가 증가하고 있다.

특허 문헌 3에 기재된 프레스 성형품은, 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 두께가 일정한 강판을 상하로 한 쌍의 단조형 사이에 끼워넣는다. 이들 각 단조형의 대향면에는, 프레스 성형품의 능선부에 대응하는 위치에, 오목부가 형성되어 있다. 또한, 각 단조형에는, 오목부의 근방에 히터가 매입되어 있다. 단조형 사이에 강판을 끼워넣은 상태로, 히터에 의해서 강판을 국부적으로 가열한다. 가열 후에, 상기 단조형의 좌우에 배치된 업 세트형을 작동시켜, 강판을 두께 방향과는 직각인 방향으로 압축한다. 그 때, 강판은, 단조형의 오목부 근방에서 좌굴하여, 단조형 오목부에 유입된다. 이에 의해, 단조형 오목부에 대응하는 영역에서 부분적으로 두께가 증가한 평판형상의 강판 소재를 얻을 수 있다.

계속해서, 이와 같이 부분적으로 두께가 증가한 평판형상의 강판 소재(이하, 「부분 증육 블랭크」라고도 한다)에, 다른 금형을 이용하여, 프레스 가공에 의한 굽힘 성형을 실시한다. 그 때, 부분 증육 블랭크의 증육 영역이 프레스 성형품의 능선부(단면의 굴곡부)를 구성하도록, 프레스 가공을 실시한다. 그 결과적으로, 능선부로 한정하여 두께가 증가한 프레스 성형품을 얻을 수 있다.

일본국 특허 공개 2010-120061호 공보 일본국 특허 공개 2008-296252호 공보 일본국 특허 공개 2007-14978호 공보

특허 문헌 1 및 2에 개시된 기술에서는, 최종 제품인 프레스 성형품의 프레스 가공을 행할 때, 먼저, 모자형의 예비 성형체를 성형해야 하기 때문에, 그 예비 성형체의 형상에 따른 특별한 금형이 불가결하다. 또한, 전역에 걸쳐서 두께가 거의 일정한 예비 성형체를, 부분적으로 두께가 증가한 모자형의 프레스 성형품으로 성형하기 위해서, 경우에 따라서는, 각별한 기구를 갖는 프레스 설비가 필요하게 된다. 이에 따라, 제조 비용의 상승은 부정할 수 없다.

또, 특허 문헌 1 및 2에 개시된 기술에서는, 최종적인 프레스 가공시에, 천판부, 종벽부 등에 좌굴이 발생할 우려가 있다. 좌굴이 발생하면, 원하는 형상의 프레스 성형품을 얻을 수 없다. 특히, 자동차 차체의 구조 부재와 같은 고장력 강판으로 이루어지는 프레스 성형품의 제조에 있어서, 좌굴은 발생하기 쉽다.

따라서, 최종 제품인 프레스 성형품의 프레스 가공에 이용되는 강판 소재는, 평판형상인 것이 바람직하다.

특허 문헌 3에 개시된 기술에서는, 최종 제품인 프레스 성형품의 프레스 가공에 이용되는 강판 소재는, 평판형상의 부분 증육 블랭크이다. 그러나, 이 부분 증육 블랭크를 성형하려면, 단조형과 업ㄴ세트형의 조합에 의한 특수한 단조 설비가 불가결하다. 이에 따라, 제조 비용의 상승은 부정할 수 없다.

또, 특허 문헌 3의 부분 증육 블랭크는, 증육 영역이 강판의 표면 및 이면의 양면으로 돌출한다. 이 때문에, 두꺼운 단차가 증육 영역의 양측을 따라서 나타나고, 또한 그들 두꺼운 단차가 강판의 표면 및 이면의 양면에 나타난다. 그러면, 이 부분 증육 블랭크로부터 제조된 프레스 성형품의 표면측 및 이면측에, 두꺼운 단차의 흔적이 2줄씩 남아, 프레스 성형품의 외관 품질을 현저하게 저하시킨다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 자동차 차체의 구조 부재에 적합한 모자형의 프레스 성형품에 관한 것이고, 하기 특성을 갖는, 프레스 성형품의 제조에 이용되는 강판 소재, 그 제조 방법 및 제조 장치, 및 그 강판 소재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법을 제공하는 것이다:

·프레스 성형품의 강도의 적정화가 가능한 것;

·제조 비용의 억제가 가능한 것.

본 발명의 일 실시형태에 의한 강판 소재는, 굴곡부를 포함하는 개단면을 갖는 프레스 성형품의 제조에 이용되는 평판형상의 강판 소재이다.

상기 강판 소재는,

전역에 걸쳐서 단일하며,

두께가 증가한 띠형상의 후육 영역과, 상기 후육 영역의 양측에 각각 인접하고 상기 후육 영역보다도 두께가 얇은 박육 영역을 구비한다.

표면 및 이면 중 한쪽의 면에, 상기 후육 영역의 양측부 중 한쪽의 측부를 따라서 두꺼운 단차가 형성되고,

표면 및 이면 중 다른쪽의 면에, 상기 후육 영역의 양측부 중 다른쪽의 측부를 따라서 두꺼운 단차가 형성되어 있다.

상기 강판 소재에 있어서, 상기 후육 영역의 두께 중심에서의 경도가 상기 박육 영역의 두께 중심에서의 경도보다도 높은 것이 바람직하다.

상기 강판 소재에 있어서, 상기 박육 영역의 두께에 대한 상기 후육 영역의 두께의 증가율이 20%배 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 의한 강판 소재의 제조 방법은, 상기한 강판 소재를 제조하기 위한 방법이다.

상기 강판 소재의 제조 방법은,

출발 소재로서 두께가 일정하며 상기 박육 영역과 동일한 두께의 강판을 준비하는 준비 공정과,

상기 출발 소재를 프레스 가공에 의해서 상기 강판 소재로 성형하는 성형 공정을 포함한다.

상기 성형 공정은, 제1 단계와, 제2 단계를 포함한다.

제1 단계는, 상기 출발 소재를, 상기 후육 영역보다도 폭이 넓은 띠형상의 제1 영역과, 상기 제1 영역의 양측부에 각각 인접하는 제2 영역으로 구분하고, 상기 제2 영역들을 서로 평행하고 상이한 평면 상에 변위시킴과 더불어, 상기 각 제2 영역에 대해 상기 제1 영역을 경사시킨다.

제2 단계는, 상기 각 제2 영역의 폭방향의 이동을 구속하면서 상기 제2 영역들을 동일 평면 상까지 변위시켜, 상기 제1 영역의 폭을 상기 후육 영역의 폭까지 압축하고, 상기 제1 영역의 두께를 상기 후육 영역의 두께까지 증가시킨다.

상기 강판 소재의 제조 방법에 있어서, 이하의 구성을 채용하는 것이 바람직하다.

상기 성형 공정에서는, 펀치와, 상기 펀치에 인접하여 배치된 블랭크 홀더와, 상기 블랭크 홀더에 대향함과 더불어 상기 펀치의 일부에 대향하여 배치된 다이와, 상기 다이에 인접함과 더불어 상기 펀치에 대향하여 배치된 패드를 구비한 프레스 장치를 이용한다.

상기 제1 단계에서는, 상기 출발 소재의 상기 제2 영역 중 한쪽의 제2 영역을 상기 펀치와 상기 패드 사이에 끼워넣은 상태로, 상기 출발 소재를 상기 블랭크 홀더에 의해서 밀어넣는다. 이 밀어넣음을 계속해서, 상기 출발 소재의 상기 제2 영역 중 다른쪽의 제2 영역을 상기 블랭크 홀더와 상기 다이 사이에 끼워넣는다. 이에 의해, 상기 각 제2 영역에 대해 경사진 상기 제1 영역을 형성한다.

상기 제2 단계에서는, 상기 펀치와 상기 패드에 의해서 상기 한쪽의 제2 영역을 상기 다른쪽의 제2 영역과 동일 평면 상에 도달할 때까지 밀어넣고, 상기 펀치와 상기 다이에 의해서 상기 제1 영역을 압축한다. 이에 의해, 상기 출발 소재의 두께보다도 두께가 증가한 상기 후육 영역을 형성한다.

상기 강판 소재의 제조 방법에 있어서,

상기 제1 단계에서는, 경사진 상기 제1 영역의 폭 L[mm], 상기 출발 소재의 두께 t[mm], 상기 제2 영역에 대한 상기 제1 영역의 경사각 θ[°] 및 상기 출발 소재의 항복 강도 YS[MPa]가 하기 (1)식의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

(L/t)×(1/cosθ)≤-5.1×10^-6×(YS)²+11.5…(1)

본 발명의 일 실시형태에 의한 강판 소재의 제조 장치는, 상기한 강판 소재를 제조하기 위한 장치이다.

상기 강판 소재의 제조 장치는,

두께가 일정하며 상기 박육 영역과 동일한 두께의 강판을 출발 소재로 하고, 상기 출발 소재를 프레스 가공에 의해서 상기 강판 소재에 성형하는 것이며,

펀치와, 상기 펀치에 인접하여 배치된 블랭크 홀더와, 상기 블랭크 홀더에 대향함과 더불어 상기 펀치의 일부에 대향하여 배치된 다이와, 상기 다이에 인접함과 더불어 상기 펀치에 대향하여 배치된 패드를 구비하고,

상기 블랭크 홀더와 상기 패드와의 간격이 상기 강판 소재의 상기 후육 영역의 폭과 동일하다.

상기 강판 소재의 제조 장치에 있어서, 상기 다이의 상기 블랭크 홀더와의 대향면에, 상기 출발 소재의 두께와 동일한 높이 또는 그 두께보다도 낮은 높이를 갖는 볼록부가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 의한 프레스 성형품의 제조 방법은, 굴곡부를 포함하는 개단면을 갖는 프레스 성형품의 제조 방법이다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법은,

상기한 강판 소재를 이용하여, 상기 강판 소재의 상기 후육 영역이 상기 굴곡부를 구성하도록 상기 강판 소재에 프레스 가공을 실시한다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서,

상기 프레스 성형품의 형상이 조형된 형 조각부를 가짐과 동시에 상기 굴곡부에 대응하는 어깨부를 갖는 펀치와, 서로 인접하며 상기 펀치에 대향하여 배치된 패드 및 다이를 구비한 프레스 장치를 이용하고,

상기 펀치의 상기 어깨부의 위치에 상기 강판 소재의 상기 후육 영역을 일치시킨 상태로 프레스 가공을 행하는 것이 바람직하다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 프레스 가공은 냉간 또는 온간으로 행해지는 것이 바람직하다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 굴곡부의 두께 중심에서의 경도가 상기 굴곡부에 인접하는 평판부의 두께 중심에서의 경도보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 굴곡부의 상기 경도가 비커스 경도로 상기 평판부의 상기 경도의 1.2배 이상인 것이 바람직하다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 굴곡부의 두께가 상기 굴곡부에 인접하는 평판부의 두께의 1.2배 이상인 것이 바람직하다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 강판 소재의 인장 강도가 440MPa 이상인 것이 바람직하다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 프레스 성형품의 개단면의 형상이 모자형 또는 홈형인 것이 바람직하다.

상기 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 프레스 성형품이 자동차의 차체의 구조 부재인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 구조 부재는, 범퍼 보강재, 도어 임펙트 빔, 프런트 사이드 멤버, 리어 사이드 멤버, 센터 필러 아우터 보강재, 플로어 크로스 멤버, 벌크 헤드, 또는 로커 보강재이다.

본 발명의 강판 소재, 그 제조 방법 및 제조 장치, 및 그 강판 소재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법은, 하기와 같은 현저한 효과를 갖는다:

·프레스 성형품의 강도의 적정화가 가능한 것;

·제조 비용의 억제가 가능한 것.

도 1a는, 본 실시형태에 의한 제1예의 프레스 성형품의 사시도이다.
도 1b는, 본 실시형태에 의한 제2예의 프레스 성형품의 사시도이다.
도 1c는, 본 실시형태에 의한 제3예의 프레스 성형품의 측면도이다.
도 1d는, 본 실시형태에 의한 제4예의 프레스 성형품의 측면도이다.
도 1e는, 도 1c 및 도 1d에 나타내는 프레스 성형품의 A-A 단면도이다.
도 2a는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 능선부 부근의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2b는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 능선부 부근의 별례를 나타내는 단면도이다.
도 3a는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이며, 전체를 나타내는 사시도이다.
도 3b는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이며, 후육 영역의 근방을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 4a는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 성형 개시시의 상태를 나타낸다.
도 4b는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 성형 초기의 상태를 나타낸다.
도 4c는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 성형 중기의 상태를 나타낸다.
도 4d는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 성형 완료시의 상태를 나타낸다.
도 5는, 부분 증육 블랭크의 제조 공정에서의 증육 가능 범위를 나타내는 도면이다.
도 6a는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 성형 개시시의 상태를 나타낸다.
도 6b는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 성형 완료시의 상태를 나타낸다.
도 7은, 실시예 1의 3점 굽힘 압괴 시험에 이용한 구조 부재의 단면 형상을 나타내는 모식도이다.
도 8은, 3점 굽힘 압괴 시험의 개략을 나타내는 모식도이다.
도 9는, 실시예 2의 축압괴 시험에 이용한 구조 부재의 단면 형상을 나타내는 모식도이다.

상기한 바와 같이, 최종 제품인 프레스 성형품의 프레스 가공에 이용되는 강판 소재는, 평판형상인 것이 바람직하다. 또한, 프레스 성형품의 강도의 적정화를 가능하게 하기 위해서는, 강판 소재로서 부분 증육 블랭크를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제조 비용의 억제를 가능하게 하기 위해서는, 용접, 압연, 단조 등에 의하지 않고, 간이한 프레스 가공에 의해서, 단일의 강판으로부터 부분 증육 블랭크를 제조하는 것이 바람직하다.

또, 개단면을 갖는 모자형의 프레스 성형품을 이용한 구조 부재에 있어서, 능선부의 두께, 즉 굴곡부의 두께가 다른 평판부(예:천판부, 종벽부)보다도 두꺼우면, 구조 부재의 강도가 향상되어 충격 흡수 성능 등이 향상된다. 이와 같은 프레스 성형품의 제조에는, 부분 증육 블랭크가 바람직하다. 특히, 부분 증육 블랭크에 있어서, 두께가 증가한 영역의 경도를 다른 영역의 경도보다도 높게 할 수 있으면, 보다 한층, 구조 부재(프레스 성형품)의 강도의 향상을 기대할 수 있다. 프레스 성형품의 경도는 부분 증육 블랭크의 경도에 의존하기 때문이다. 부분 증육 블랭크의 경도의 증가는, 프레스 가공에 의해서 부분 증육 블랭크를 성형할 때에 가공 경화를 활용하면 실현될 수 있다.

본 발명자들은, 이상의 내용을 통해 예의 검토를 거듭하여, 본 발명을 완성했다. 이하에, 본 발명의 강판 소재(부분 증육 블랭크), 그 제조 방법 및 제조 장치, 및 그 강판 소재를 이용한 프레스 성형품의 제조 방법으로 대해서, 그 실시형태를 상세하게 기술한다.

[프레스 성형품]

도 1a~도 1e는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 대표예를 나타내는 도면이다. 이들 도면 중, 도 1a는 제1예의 프레스 성형품의 사시도이다. 도 1b는 제2예의 프레스 성형품의 사시도이다. 도 1c는 제3예의 프레스 성형품의 측면도이다. 도 1d는 제4예의 프레스 성형품의 측면도이다. 도 1e는 도 1c 및 도 1d에 나타내는 프레스 성형품의 A-A 단면도이다.

도 1a~도 1e에 예시하는 프레스 성형품(1)은, 모두 모자형이며, 굴곡부(5, 6)를 포함하는 개단면을 갖는다. 즉, 이들 프레스 성형품(1)은, 천판부(2)와, 좌우에 한 쌍의 종벽부(3)와, 좌우에 한 쌍의 플랜지부(4)를 구비한다. 각 종벽부(3)는, 천판부(2)의 양측부 각각에 굴곡부(5)를 통해 연결된다. 각 플랜지부(4)는, 각 종벽부(3)의 단부에 굴곡부(6)를 통해 연결된다.

종벽부(3)와 천판부(2)를 연결하는 굴곡부(5)는, 프레스 성형품(1)의 외관상으로 능선부(7)를 형성한다. 종벽부(3)와 플랜지부(4)를 연결하는 굴곡부(6)도, 능선부(8)를 형성한다. 천판부(2), 종벽부(3) 및 플랜지부(4)는, 다소의 만곡, 요철 등을 허용하는 평판부이다. 프레스 성형품(1)은, 단일의 강판으로 이루어진다.

도 1a에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(1)에서는, 천판부(2) 및 종벽부(3)가 평평하게 형성된다. 이에 의해, 제1예의 프레스 성형품(1)은, 측면에서 봤을 때 및 평면에서 봤을 때 직선형으로 연장된 외형을 갖는다.

도 1b에 나타내는 제2예의 프레스 성형품(1)에서는, 천판부(2)가 평평하게 형성되고, 종벽부(3)가 종벽부(3)의 두께 방향으로 완만하게 만곡하여 형성된다. 이에 의해, 제2예의 프레스 성형품(1)은, 측면에서 봤을 때 직선형으로 연장되면서, 평면에서 봤을 때 완만하게 만곡한 외형을 갖는다.

도 1c 및 도 1e에 나타내는 제3예의 프레스 성형품(1)에서는, 천판부(2) 및 종벽부(3)가 천판부(2)의 두께 방향으로 완만하게 만곡하여 형성된다. 이에 의해, 제3예의 프레스 성형품(1)은, 측면에서 봤을 때 완만하게 만곡한 외형을 갖는다.

도 1d 및 도 1e에 나타내는 제4예의 프레스 성형품(1)에서는, 천판부(2) 및 종벽부(3)가 천판부(2)의 두께 방향으로 2개소에서 만곡하여 형성된다. 이에 의해, 제4예의 프레스 성형품(1)은, 측면에서 봤을 때 2개소에서 만곡한 외형을 갖는다.

도 1a~도 1e에 예시하는 프레스 성형품(1)은, 모두, 엄밀하게 말하면 모자형이다. 단, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품은, 굴곡부를 포함하는 개단면을 갖는 한, 예를 들면 홈형이어도 된다. 홈형의 프레스 성형품의 경우, 도 1a~도 1e에 나타내는 플랜지부(4), 및 이들 플랜지부(4)에 연결되는 능선부(8)(굴곡부(6))가 존재하지 않는다. 즉, 홈형의 프레스 성형품은, 도 1a~도 1e에 나타내는 천판부(2), 종벽부(3), 및 이들을 연결하는 능선부(7)(굴곡부(5))로 구성된다.

또한, 본 실시형태에서는, 종벽부(3)와 천판부(2)를 연결하는 능선부(7)(굴곡부(5)), 및 종벽부(3)와 플랜지부(4)를 연결하는 능선부(8)(굴곡부(6)) 중, 도 1a~도 1d에 굵은 선으로 나타내는 부분의 두께가, 그 부분 이외의 능선부, 및 평판부(천판부(2), 종벽부(3) 및 플랜지부(4))의 두께보다도 증가되어 있다. 이와 같은 증육 부분은, 능선부의 일부에 형성되어도 되고, 능선부의 전역에 걸쳐서 형성되어도 된다. 또, 증육 부분은, 프레스 성형품이 구비하는 모든 능선부에 형성되어도 되고, 일부의 능선부에 형성되어도 된다. 증육 부분의 설치 영역은, 설계상에서 적절히 정해진다.

본 실시형태에 의한 프레스 성형품(1)은, 후술하는 부분 증육 블랭크를 이용하여 제조된다. 본 실시형태에 의한 부분 증육 블랭크의 제조는, 종래의 TWB, TRB, 상기 특허 문헌 3에 기재된 부분 증육 블랭크 등과 같이 대규모이고 특수한 설비를 이용하는 것은 아니며, 간이한 프레스 설비를 이용한다. 따라서, 제조 비용의 억제가 가능하다.

도 2a 및 도 2b는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 능선부 부근의 일례를 나타내는 단면도이다. 어느 도면이나, 상기 도 1a~도 1e에 나타내는 프레스 성형품(1)에 있어서의 종벽부(3)와 천판부(2)를 연결하는 능선부(7)(굴곡부(5)) 부근을 예시하고 있다. 굴곡부(5)는, 그 양단의 2개의 만곡 종료 사이의 범위이다. 도 2a 및 도 2b에 있어서, 굴곡부(5) 내의 굵은 선은, 상기 도 1a~도 1d와 같이, 증육 부분을 나타낸다. 도 2a는, 증육 부분이 굴곡부(5)의 전체 범위에 존재하는 상태를 나타낸다. 도 2b는, 증육 부분이 굴곡부(5)의 범위의 일부에 존재하는 경우를 나타낸다.

또, 능선부(7)의 두께 중심에서의 경도는, 능선부(7)에 인접하는 평판부(천판부(2) 및 종벽부(3))의 두께 중심에서의 경도보다도 높은 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 능선부(7)의 증육 부분의 두께 중심에서의 최대 경도는, 천판부(2) 및 종벽부(3)의 두께 중심에서의 최소 경도보다도 높은 것이 바람직하고, 그 최소 경도의 1.2배 이상인 것이 보다 바람직하다. 본 명세서에서 말하는 경도는, 모두 비커스 경도(Hv)이다.

능선부(7)의 두께는, 능선부(7)에 인접하는 평판부(천판부(2) 및 종벽부(3))의 두께의 1.2배 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 능선부(7)의 증육 부분에 있어서 두께 중심에서의 경도가 최대가 되는 위치에 있어서의 두께는, 천판부(2) 및 종벽부(3)에 있어서 두께 중심에서의 경도가 최소가 되는 위치에 있어서의 두께의 1.2배 이상인 것이 바람직하다. 이 조건을 만족시키면, 프레스 성형품(1)의 강도가 유효하게 향상되어, 충격 흡수 성능이 유효하게 향상된다. 이 이유를 이하에 나타낸다.

능선부(7)의 증육 부분에 있어서 두께 중심에서의 경도가 최대가 되는 위치는, 후술하는 부분 증육 블랭크의 후육 영역, 즉 프레스 가공에 의해서 부분 증육 블랭크를 성형할 때에 가공을 받아 두께가 가장 증가한 영역에 상당한다. 이에 대해, 평판부(천판부(2) 및 종벽부(3))에 있어서 두께 중심에서의 경도가 최소가 되는 위치는, 후술하는 부분 증육 블랭크의 박육 영역, 즉 프레스 가공에 의해서 부분 증육 블랭크를 성형할 때에 가공을 받지 않고 출발 소재(강판) 그대로인 영역에 상당한다. 여기서, 두께 중심에서의 경도를 정의하는 이유는, 다음과 같다. 두께가 가장 증가한 영역은, 가공 경화에 의해 경도가 최대가 된다. 한편, 두께가 출발 소재 그대로인 영역은, 경도에 변화가 없고 경도가 최소가 된다. 두께가 일정한 강판 소재의 경도를 기준(1.0)으로 한 각 부의 경도의 비율을 하기의 표 1에 나타낸다.

일반적으로, 두께가 일정한 강판으로부터 프레스 성형품을 성형하는 단순한 굽힘 성형의 경우, 능선부의 두께 방향의 외측 및 내측에서는, 경도가 약간 증대한다. 또, 상기 표 1에 나타내는 바와 같이, 능선부의 두께 중심은 중립축 근방에 위치하기 때문에, 여기에서의 경도는 거의 변화하지 않는다. 이에 대해, 본 실시형태와 같이, 부분적으로 경도가 증가한 부분 증육 블랭크를 성형하고, 이 부분 증육 블랭크로부터 프레스 성형품을 성형하는 굽힘 성형의 경우, 능선부의 두께 중심에서의 경도가 큰 폭으로 상승한다.

본 실시형태에 의한 모자형의 프레스 성형품(1)은, 능선부(7, 8)(굴곡부(5, 6))의 두께가 다른 평판부(천판부(2) 및 종벽부(3))보다도 두껍고, 강도의 적정화가 도모된 것이다. 따라서, 이와 같은 프레스 성형품(1)은, 자동차 차체의 구조 부재에 적합하다. 프레스 성형품(1)의 외형 형상은, 직선형상뿐만 아니라, 많은 자동차 차체의 구조 부재에서 보이는 정도로 만곡한 형상을 포함한다. 예를 들면, 좌우 방향으로 만곡한 형상, 상하 방향으로 만곡한 형상, 및 이들을 조합한 만곡 형상이 예시된다.

본 실시형태에 의한 프레스 성형품(1)이 이용되는 구조 부재로는, 범퍼 보강재, 도어 임팩트 빔, 프런트 사이드 멤버, 리어 사이드 멤버, 센터 필러 아우터 보강재, 플로어 크로스 멤버, 벌크 헤드, 로커 보강재 등을 들 수 있다. 프레스 성형품(1)의 전체 길이는, 범퍼 보강재, 프런트 사이드 멤버, 리어 사이드 멤버 등과 같은 1000mm 정도부터, 입방체형상의 벌크 헤드와 같은 100mm 정도까지이다.

범퍼 보강재, 도어 임팩트 빔 및 센터 필러 아우터 보강재는, 차체의 측면으로부터의 충돌에 의한 3점 굽힘의 압괴(이하, 「3점 굽힘 압괴」라고 한다)가 상정된 구조 부재이다. 이 구조 부재에, 예를 들면 도 1a 및 도 1c에 나타내는 프레스 성형품(1), 즉 차체의 외측에 배치되는 능선부가 증육된 프레스 성형품(1)을 적용하면, 3점 굽힘 압괴에 대한 성능을 향상시킬 수 있다.

프런트 사이드 멤버 및 리어 사이드 멤버는, 차체의 전후로부터의 충돌에 의한 축방향(길이 방향)의 압괴(이하, 「축압괴」라고 한다)가 상정된 구조 부재이다. 이 구조 부재에, 예를 들면 도 1d에 나타내는 프레스 성형품(1), 즉 1개소 또는 2개소 이상으로 만곡한 능선부 중 만곡 내측에 위치하는 능선부가 증육된 프레스 성형품(1)을 적용하면, 축압괴에 대한 성능을 향상시킬 수 있다.

본 실시형태에 의한 프레스 성형품(1)은, 후술하는 부분 증육 블랭크를 이용하여 제조된다. 부분 증육 블랭크를 프레스 가공에 의해서 성형할 때, 출발 소재로서 인장 강도가 440MPa 이상인 고장력 강판을 이용할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의한 부분 증육 블랭크를 이용하여 제조된 프레스 성형품(1)은, 높은 강도를 갖는다.

본 실시형태에 의한 부분 증육 블랭크는, 단일의 강판으로 이루어지고, TWB와 같은 용접부를 갖지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의한 부분 증육 블랭크를 이용하여 제조된 프레스 성형품(1)에는, 용접부가 존재하지 않기 때문에, 충돌시에 용접부에서 파단될 우려가 없다.

본 실시형태에 의한 프레스 성형품(1)에 있어서, 능선부의 증육 부분(도 1a~도 1d, 및 도 2a 및 도 2b 중의 굵은 선 참조)의 조직은, 프레스 가공에 의한 가공 경화 조직으로 되어 있다. 이것은 이하의 이유에 의한다. 능선부의 증육 부분은, 후술하는 부분 증육 블랭크의 후육 영역에 상당한다. 이 후육 영역은, 부분 증육 블랭크를 성형할 때에 프레스 가공에 의해서 큰 변형이 도입되어, 가공 경화된다. 이 때문에, 능선부의 증육 부분의 조직은, 부분 증육 블랭크의 후육 영역의 가공 경화 조직을 인계해, 가공 경화 조직이 된다.

또한, 강판 소재에 TWB, TRB 등을 채용하는 기술의 경우, TWB 및 TRB의 증육 영역은 가공 경화되지 않기 때문에, TWB 및 TRB를 이용하여 성형된 프레스 성형품의 증육 부분은 가공 경화 조직으로 되지 않는다. 프레스 성형품의 능선부에 육 성 용접을 실시하는 기술의 경우에도, 육성 용접된 증육 부분은 가공 경화 조직으로 되지 않는다.

후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 부분 증육 블랭크를 이용하여 냉간 또는 온간으로의 프레스 가공에 의해서 프레스 성형품(1)을 제조한 경우, 부분 증육 블랭크의 후육 영역의 가공 경화 조직은, 프레스 성형품(1)의 능선부의 증육 부분에 유효하게 인계된다. 이 때문에, 프레스 성형품(1)은, 능선부에 있어서의 증육 및 가공 경화의 상승 효과에 의해, 굽힘 강성, 비틀림 강도, 3점 굽힘 압괴에 대한 성능, 축압괴에 대한 성능 등이 보다 뛰어난 것이 된다.

[강판 소재(부분 증육 블랭크)]

도 3a 및 도 3b는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이들 도면 중, 도 3a는 전체를 나타내는 사시도이다. 도 3b는 후육 영역의 근방을 확대하여 나타내는 단면도이다. 도 3a 및 도 3b에 나타내는 강판 소재인 부분 증육 블랭크(11)는, 상기 도 1a에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(1)의 제조에 이용되는 부분 증육 블랭크를 예시하고 있다. 상기 제1예의 프레스 성형품(1)은 모자형이며, 천판부(2)를 사이에 끼고 종벽부(3) 및 플랜지부(4)가 대칭적으로 배치된 것이다. 또한, 도 3b에서는, 부분 증육 블랭크의 폭방향의 중심에서부터 한쪽의 단부까지의 상황을 나타내고 있다. 다른쪽의 단부까지의 상황은 대칭적으로 동일하므로 생략한다.

본 실시형태에 의한 부분 증육 블랭크(11)는, 두께가 증가한 띠형상의 후육 영역(12)과, 후육 영역(12)의 양측에 각각 인접하며 후육 영역보다도 두께가 얇은 박육 영역(13A, 13B)을 구비한다. 도 3b에 나타내는 바와 같이, 후육 영역(12)은, 프레스 성형품(1)의 증육 부분(도 1a의 굵은 선 참조)인 능선부(7)에 대응하는 위치에 설치된다. 박육 영역(13A, 13B)은, 프레스 성형품(1)의 천판부(2), 종벽부(3) 및 플랜지부(4)에 대응하는 위치에 설치된다.

부분 증육 블랭크(11)에 있어서, 표면(11a) 및 이면(11b) 중 한쪽의 면(도 3b에서는 표면(11a))에, 후육 영역(12)의 양측부 중 한쪽의 측부를 따라서 두꺼운 단차(12a)가 형성된다. 또, 표면(11a) 및 이면(11b) 중 다른쪽의 면(도 3b에서는 이면(11b))에, 후육 영역(12)의 양측부 중 다른쪽의 측부를 따라서 두꺼운 단차(12b)가 형성된다.

이와 같은 부분 증육 블랭크(11)는, 후술하는 간이한 프레스 장치를 이용한 프레스 가공에 의해서 제조된다. 이 제조에 이용되는 출발 소재는, 단일의 강판이다. 따라서, 부분 증육 블랭크(11)는, TWB와 같은 용접부를 갖지 않고, 전역에 걸쳐서 단일하다.

부분 증육 블랭크(11)에 있어서, 후육 영역(12)의 두께 중심에서의 경도는, 박육 영역(13A, 13B)의 두께 중심에서의 경도보다도 높다. 후술하는 바와 같이, 후육 영역(12)은, 부분 증육 블랭크를 성형할 때에 프레스 가공에 의해서 큰 변형이 도입되어 가공 경화되기 때문이다.

또, 박육 영역(13A, 13B)의 두께에 대한 후육 영역(12)의 두께의 증가율은 20% 이상이다.

[강판 소재(부분 증육 블랭크)의 제조]

도 4a~도 4d는, 본 실시형태에 의한 강판 소재의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이들 도면 중, 도 4a는 성형 개시시의 상태를 나타낸다. 도 4b는 성형 초기의 상태를 나타낸다. 도 4c는 성형 중기의 상태를 나타낸다. 도 4d는 성형 완료시의 상태를 나타낸다. 도 4a~도 4d에 나타내는 성형 공정은, 상기 도 3a 및 도 3b에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)(상기 도 1a에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(1)의 제조에 이용되는 것)를 성형하는 경우를 예시하고 있다. 또한, 도 4a~도 4d에서는, 강판의 폭방향의 중심에서부터 한쪽의 단부까지의 상황을 나타내고 있다. 다른쪽의 단부까지의 상황은 대칭적으로 동일하므로 생략한다.

부분 증육 블랭크(11)를 성형하기 위한 제조 장치(이하, 「블랭크 제조 장치」라고도 한다)는, 두께가 일정한 강판을 출발 소재(15)로 하고, 이 출발 소재(15)에 프레스 가공을 실시하는 프레스 장치이다. 출발 소재(15)의 두께는, 부분 증육 블랭크(11)의 박육 영역(13A, 13B)과 동일한 두께이다.

도 4a~도 4d에 나타내는 바와 같이, 블랭크 제조 장치는, 상형으로서 펀치(21)와 블랭크 홀더(22)를 구비하고, 하형으로서 다이(23)와 패드(24)를 구비한다. 블랭크 홀더(22)는, 펀치(21)에 인접하여 배치된다. 다이(23)는, 블랭크 홀더(22)에 대향함과 더불어 펀치(21)의 일부에 대향하여 배치된다. 패드(24)는, 다이(23)에 인접함과 더불어 펀치(21)에 대향하여 배치된다.

펀치(21)와 블랭크 홀더(22)는, 서로 독립적으로 승강 이동이 가능하다. 패드(24)는, 펀치(21)를 향해 탄성 가압되어 있고, 패드(24)의 하강에 수반하는 가압에 추종하여 하강하고, 패드(24)의 상승에 수반하는 가압의 해방에 추종하여 상승한다. 다이(23)는 고정이다.

블랭크 홀더(22)와 패드(24)의 수평 방향의 간격은, 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)의 폭과 동일하게 설정된다. 여기서 말하는 후육 영역(12)의 폭이란, 상기 도 3b에 나타내는 바와 같이, 후육 영역(12)의 한쪽의 측부에 형성된 단차(12a)로부터 다른쪽의 측부에 형성된 단차(12b)까지의 폭을 말한다.

또, 다이(23)의 상면, 즉 블랭크 홀더(22)와 대향하는 면에는, 볼록부(23a)가 설치된다. 볼록부(23a)는, 출발 소재(15)의 단부보다도 수평 방향의 중앙쪽에 배치된다.

이와 같은 구성의 블랭크 제조 장치를 이용하여, 부분 증육 블랭크(11)는 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 우선, 출발 소재(15)를 준비한다. 출발 소재(15)인 강판의 종별은 특별히 한정되지 않지만, 인장 강도가 440MPa 이상인 고장력 강판을 이용할 수 있다.

성형 전의 상태에서는, 상형의 펀치(21) 및 블랭크 홀더(22)는 상사점에 있고, 하형의 패드(24) 및 다이(23)로부터 상방으로 퇴피하고 있다. 이 상태일 때, 패드(24)의 상면은, 다이(23)의 상면보다도 높은 위치에 배치된다. 그리고, 패드(24) 상에 출발 소재(15)가 올려놓아진다.

이 상태에서 프레스 가공에 의한 성형이 개시된다. 처음에, 펀치(21) 및 블랭크 홀더(22)가 일체적으로 하강하고, 펀치(21) 및 블랭크 홀더(22) 각각의 하면이 출발 소재(15)에 접촉한다. 이에 의해, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 출발 소재(15)의 일부의 영역(17A)이 펀치(21)와 패드(24) 사이에 끼워넣어지고, 구속된 상태가 된다. 이 출발 소재(15)의 폭방향 중앙의 영역(17A)은, 상기 도 1a에 나타내는 프레스 성형품(1)의 천판부(2)의 영역, 즉 상기 도 3a에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)의 폭방향 중앙의 박육 영역(13A)에 대응한다.

계속해서, 펀치(21)의 하강이 정지되고, 블랭크 홀더(22)의 하강만이 계속된다. 그러면, 출발 소재(15)의 단부가 블랭크 홀더(22)에 의해서 밀어넣어진다. 이에 의해, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 출발 소재(15)는, 펀치(21)와 패드(24)에 의해서 구속된 영역(17A)의 측부에서부터 구부러진다.

또한 블랭크 홀더(22)의 하강에 의한 출발 소재(15)의 밀어넣음이 계속된다.그러면, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 출발 소재(15)의 단부의 영역(17B)이 블랭크 홀더(22)와 다이(23) 사이에 끼워넣어져, 구속된 상태가 된다. 블랭크 홀더(22)는 이 상태로 하사점에 도달한다. 이 출발 소재(15)의 단부의 영역(17B)은, 상기 도 1a에 나타내는 프레스 성형품(1)의 종벽부(3) 및 플랜지부(4)의 영역, 즉 상기 도 3a에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)의 단부의 박육 영역(13B)에 대응한다.

여기까지의 과정(이하, 「제1 단계」라고도 한다)을 거치면, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 출발 소재(15)에 있어서, 펀치(21) 및 패드(24) 사이에 끼워넣어진 영역(17A)과, 블랭크 홀더(22) 및 다이(23) 사이에 끼워넣어진 영역(17B)은, 서로 평행하고 상이한 평면 상에 변위된 상태가 된다. 블랭크 홀더(22)와 패드(24) 사이의 공간에는, 영역(17A)과 영역(17B)으로 연결되어, 양자에 대해 경사진 띠형상의 영역(16)이 형성된다. 이 출발 소재(15)의 경사진 영역(16)은, 상기 도 1a에 나타내는 프레스 성형품(1)의 증육 부분(도 1a의 굵은 선 참조)인 능선부(7)의 영역, 즉 상기 도 3a에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)에 대응한다.

또, 블랭크 홀더(22)와 다이(23) 사이에 끼워넣어진 영역(17B)의 단면은, 다이(23) 상의 볼록부(23a)의 측면에 대해, 접촉하고 있거나, 또는 미소하게 간극을 둔 상태에 있다. 도 4c에서는, 미소하게 간극을 둔 상태를 나타낸다.

출발 소재(15)는, 제1 단계를 거침으로써, 경사진 영역(16)(이하, 「제1 영역」이라고도 한다)과, 이 제1 영역(16)의 양측부에 각각 인접하는 서로 평행한 영역(17A, 17B)(이하, 「제2 영역」이라고도 한다)으로 구분된다. 경사진 제1 영역(16)의 폭 L은, 상기 도 3a에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)의 폭보다도 넓다. 경사진 제1 영역(16)은, 블랭크 홀더(22)와 패드(24) 사이의 공간에 경사져 존재하고, 그 공간의 수평 방향의 간격이 후육 영역(12)의 폭과 동일하게 설정되어 있기 때문이다.

계속해서, 제2 단계로 이행한다. 제2 단계에서는, 펀치(21)의 하강이 재개된다. 그러면, 출발 소재(15)의 폭방향 중앙부의 영역(17A)(제2 영역)은, 펀치(21)와 패드(24) 사이에 끼워넣음으로써 폭방향의 이동이 구속되면서 밀어넣어진다. 그 때, 출발 소재(15)의 단부의 영역(17B)(제2 영역)도 블랭크 홀더(22)와 다이(23) 사이에 끼워넣음으로써 폭방향의 이동이 구속되고 있다. 이 때문에, 블랭크 홀더(22)와 패드(24) 사이의 공간에 존재하는 출발 소재(15)의 경사진 제1 영역(16)은, 압축되어 부풀어오르면서, 경사 각도가 점차 완만해진다. 이에 의해, 제1 영역(16)의 두께도 점차 증가한다.

또, 그 때, 제2 영역(17B)의 단면이 다이(23) 상의 볼록부(23a)의 측면에 접촉함으로써, 제2 영역(17B)의 폭방향의 이동은 확실하게 제한된다. 이 때문에, 블랭크 홀더(22)와 다이(23) 사이에 끼워넣음에 의한 제2 영역(17B)의 구속이 불충분했다고 해도, 지장은 없다.

계속해서, 펀치(21)의 하강에 의한 출발 소재(15)의 밀어넣음이 계속되어, 마지막에는 펀치(21)가 하사점에 도달한다. 즉, 도 4d에 나타내는 바와 같이, 출발 소재(15)에 있어서, 펀치(21)와 패드(24) 사이에 끼워넣어진 영역(17A)(제2 영역)이, 블랭크 홀더(22)와 다이(23) 사이에 끼워넣어진 영역(17B)(제2 영역)과 동일 평면 상에 도달한다. 요컨대, 제2 영역(17A, 17B)들이 동일 평면 상까지 변위된다. 이 상태일 때, 패드(24)의 상면은, 다이(23)의 상면보다도 약간 높은 위치에 배치된다. 펀치(21)의 하면은, 블랭크 홀더(22)의 하면보다 약간 높은 위치에 배치된다.

이에 의해, 제1 영역(16)의 폭은, 블랭크 홀더(22)와 패드(24)의 수평 방향의 간격, 즉 상기 도 3a에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)의 폭까지 압축된 상태가 된다. 또한, 제1 영역(16)은, 압축에 의해서 부풀어오름과 동시에, 서로 대향하는 펀치(21)와 다이(23)에 의해서 평탄면에 찌그러진다. 그 결과, 제1 영역(16)의 두께는 증가해, 출발 소재(15) 그 자체의 두께, 즉 제2 영역(17A, 17B)보다도 두꺼워진다. 제1 영역(16)의 두께는, 펀치(21)의 하면과 다이(23)의 상면의 간격, 즉 펀치(21)의 하사점의 위치에 의해서 정해진다.

도 4d에 나타내는 바와 같이, 이와 같은 프레스 가공에 의해서, 출발 소재(15)로부터, 상기 도 3a 및 도 3b에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)가 성형된다. 두께가 증가한 띠형상의 제1 영역(16)은, 후육 영역(12)이 된다. 이 제1 영역(16)(후육 영역(12))의 양측에 각각 인접하는 제2 영역(17A, 17B)은, 후육 영역(12)보다도 두께가 얇은 박육 영역(13A, 13B)이 된다.

여기서, 상기한 부분 증육 블랭크의 제조 공정 중 제1 단계에 있어서, 경사진 제1 영역(16)을 형성할 때의 적합한 조건은, 이하와 같다.

도 5는, 부분 증육 블랭크의 제조 공정에서의 증육 가능 범위를 나타내는 도면이다. 상기 도 4c에 나타내는 바와 같이, 경사진 제1 영역(16)이 형성된 시점에 있어서, 제1 영역(16)의 폭을 L[mm]로 하고, 출발 소재(15)(제1 영역(16))의 두께를 t[mm]로 하고, 수평한 제2 영역(17A, 17B)에 대한 제1 영역(16)의 경사각을 θ[°]로 하고, 출발 소재(15)의 항복 강도를 YS[MPa]로 한 경우, 이들과 증육 가능 범위 사이에는 상관이 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 하기 (1)식의 조건을 만족하면, 경사진 제1 영역(16)을 압축하여 후육 영역(12)으로 성형하는 과정에서 좌굴이 발생하지 않는다.

(L/t)×(1/cosθ)≤-5.1×10^-6×(YS)²+11.5…(1)

이 (1)식의 조건은, 출발 소재(15)로서, 인장 강도가 440MPa 이상인 강판이 사용되는 경우에 유효하다.

본 발명자들은, 인장 강도가 440~980MPa의 각종의 강판을 이용하여, 상기 (1) 중의 폭 L[mm], 두께 t[mm] 및 경사각 θ[°]을 다양하게 변경하여 부분 증육 블랭크를 성형하는 시험을 행했다. 이 시험에 의거해, 부분 증육의 가부에 미치는 강판 강도의 영향을 검토했다.

여기서, 증육 가공을 할 수 없는 조건이란, 경사진 제1 영역(16)이, 압축 과정에서 좌굴해, 이에 의해 재차 구부러지는 현상(이하, 「중복 좌굴」이라고 한다)이 발생하는 조건으로 했다. 중복 좌굴은 최종적으로 프레스 성형품에 남는다. 이 때문에, 프레스 성형품은, 외관이 나빠져, 불량품이라고 간주된다. 또, 프레스 성형품의 피로 특성 등이 저하될 우려가 있다.

440MPa급 강판을 이용한 경우, 경사진 제1 영역(16)의 기하 형상 인자를 정리한 파라미터 『(L/t)×(1/cosθ)』(이하, 「파라미터 Q」라고도 한다)가 약 10.87 이상이 되면, 중복 좌굴이 발생했다. 파라미터 Q가 약 10.87이 되는 조건은, 예를 들면, t=1.6mm, L=10mm, 및 θ=55°인 경우이다. 이 조건과 비교하여, 두께 t가 얇고, 폭 L이 넓고, 경사각 θ가 큰 경우에는, 중복 좌굴이 더 발생하기 쉬워진다.

동일한 시험을 다른 강종에 대해서도 실시한 바, 이하의 조건일 때에 중복 좌굴이 발생했다.

·590MPa급 강판:파라미터 Q가 약 10.58이 되는 조건(예를 들면, t=1.6mm, L=10mm, 및 θ=54°)

·980MPa급 강판:파라미터 Q가 약 9.17이 되는 조건(예를 들면, t=1.6mm, L=10mm, 및 θ=47°)

여기서, 파라미터 Q와, 좌굴의 발생에 상관이 높은 재료 특성치인 항복 강도 YS의 관계에 대해서 조사했다. 여기서, 각종 강판의 항복 강도 YS는 이하와 같다다.

·440MPa급 강판:항복 강도 YS는 352MPa

·590MPa급 강판:항복 강도 YS는 424MPa

·980MPa급 강판:항복 강도 YS는 676MPa

그 결과, 파라미터 Q와 항복 강도 YS가 상기 (1)식의 조건을 만족하면, 중복 좌굴을 억제할 수 있음을 발견했다.

제2 영역(17A, 17B)의 두께에 대한 제1 영역(16)의 두께의 증가율(이하, 「증육률」이라고도 한다)은, 대체로 『((1/cosθ)-1)×100』%가 된다. 부분 증육 블랭크에 있어서는, 그 증육률은, 박육 영역(13A, 13B)의 두께에 대한 후육 영역(12)의 두께의 증가율이다. 증육률은 20% 이상인 것이 바람직하다.

상기 (1)식의 조건을 만족하는 한, 증육 가공이 가능하다. 가령, 1회의 증육 가공으로 원하는 증육률, 경도 등을 얻을 수 없는 경우에는, 동일한 제1 영역(16)에 복수회의 증육 가공을 반복해도 상관없다.

다이(23)의 상면에 설치된 볼록부(23a)는, 상기한 바와 같이, 출발 소재(15)의 제2 영역(17B)과 접촉함으로써, 제2 영역(17B)의 폭방향의 이동을 제한하는 역할을 담당한다(도 4d 참조). 볼록부(23a)의 높이는, 출발 소재(15)의 두께(부분 증육 블랭크(11)의 박육 영역(13A, 13B)의 두께)와 동일하거나, 또는 그 두께보다도 낮다. 볼록부(23a)의 높이가 출발 소재(15)의 두께보다도 높으면 블랭크 홀더(22)가 하사점에 도달했을 때에, 볼록부(23a)가 블랭크 홀더(22)에 접촉한다. 이에 의해, 블랭크 홀더(22)와 다이(23)에 의한 제2 영역(17B)의 끼워넣음이 불충분해져, 제2 영역(17B)에 주름이 발생한다. 예를 들면, 출발 소재(15)의 두께가 1.6mm인 경우, 볼록부(23a)의 높이는 1.3mm로 설정하면 된다.

또한, 상기한 도 4a~도 4d에 나타내는 블랭크 제조 장치는, 상형으로서, 펀치(21)와 블랭크 홀더(22)를 배치하고, 하형으로서, 다이(23)와 패드(24)를 배치한 구성인데, 상하의 금형의 배치가 상하로 반전된 구성이어도 상관없다. 또, 상하의 각 금형의 통칭에 대해서는, 부호 21의 금형이 펀치 대신에 패드라 불리고, 부호 22의 금형이 블랭크 홀더 대신에 다이라 불리고, 부호 24의 금형이 패드 대신에 펀치라 불리고, 부호 23의 금형이 다이 대신에 블랭크 홀더라 불리기도 한다.

상기 블랭크 제조 장치를 이용한 프레스 가공에 의해, 상기한 부분 증육 블랭크(11)를 제조할 수 있다. 그 블랭크 제조 장치는, 각별한 금형 및 구조를 필요로 하지 않으며 간이한 것이다. 따라서, 부분 증육 블랭크(11)를 제조함에 있어서, 제조 비용의 억제가 가능하다. 또, 이 부분 증육 블랭크(11)는, 평판형상이며, 후육 영역을 갖는 것이다. 이 때문에, 부분 증육 블랭크(11)에 프레스 가공을 행하면, 강도의 적정화가 가능한 프레스 성형품을 얻을 수 있다.

[프레스 성형품의 제조]

도 6a 및 도 6b는, 본 실시형태에 의한 프레스 성형품의 성형 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이들 도면 중, 도 6a는 성형 개시시의 상태를 나타낸다. 도 6b는 성형 완료시의 상태를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b에 나타내는 성형 공정은, 상기 도 3a 및 도 3b에 나타내는 부분 증육 블랭크(11)를 이용하여, 상기 도 1a에 나타내는 제1예의 프레스 성형품(1)을 성형하는 경우를 예시하고 있다. 또한, 도 6a 및 도 6b에서는, 강판의 폭방향의 중심에서부터 한쪽의 단부까지의 상황을 나타내고 있다. 다른쪽의 단부까지의 상황은 대칭적으로 동일하므로 생략한다.

프레스 성형품(1)을 성형하기 위한 제조 장치(이하, 「프레스품 제조 장치」라고도 말한다)는, 부분 증육 블랭크(11)를 이용하여 이 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)이 프레스 성형품(1)의 능선부(7)(굴곡부(5))를 구성하도록 프레스 가공을 실시하는 프레스 장치이다. 도 6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이, 프레스품 제조 장치는, 상형으로서 펀치(31)를 구비하고, 하형으로서 다이(32)와 패드(33)를 구비한다.

펀치(31)는, 프레스 성형품(1)의 형상이 조형된 형 조각부를 갖고, 이 형 조각부의 일부로서, 프레스 성형품(1)의 능선부(7)(굴곡부(5))에 대응하는 어깨부(31a)를 갖는다. 다이(32)와 패드(33)는, 서로 인접하며, 모두 펀치(31)에 대향하여 배치된다. 패드(33)는, 프레스 성형품(1)의 천판부(2)를 성형하기 위한 금형이며, 펀치(31)의 어깨부(31a)로부터 수평 방향의 중앙측에 배치된다. 다이(32)는, 프레스 성형품(1)의 종벽부(3) 및 플랜지부(4)를 성형하기 위한 금형이다.

펀치(31)는, 승강 이동이 가능하다. 패드(33)는, 펀치(31)를 향해서 탄성 가압되어 있고, 패드(33)의 하강에 수반하는 가압에 추종하여 하강하고, 패드(33)의 상승에 수반하는 가압의 해방에 추종하여 상승한다. 다이(32)는 고정이다.

이와 같은 구성의 프레스품 제조 장치를 이용하여, 프레스 성형품(1)은 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 성형 전의 상태에서는, 상형의 펀치(31)는 상사점에 있고, 하형의 패드(33) 및 다이(32)로부터 상방으로 퇴피하고 있다. 이 상태일 때, 패드(33)의 상면과 다이(32)의 상면의 높이는 일치하고 있다. 그리고, 패드(33) 및 다이(32) 위에 상기 부분 증육 블랭크(11)가 올려놓아진다. 이 상태에서, 부분 증육 블랭크(11)의 박육 영역(13A, 13B) 중, 폭방향 중앙의 박육 영역(13A)이 패드(33) 위에 배치되고, 단부의 박육 영역(13B)이 다이(32) 위에 배치된다. 펀치(31)의 어깨부(31a)의 직하의 위치에, 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)이 일치하고 있다.

이 상태에서부터 프레스 가공에 의한 성형이 개시된다. 처음에, 펀치(31)가 하강하고, 부분 증육 블랭크(11)에 접촉한다. 이에 의해, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 부분 증육 블랭크(11)의 폭방향 중앙의 박육 영역(13A)이 펀치(31)와 패드(33) 사이에 끼워넣어져, 구속된 상태가 된다.

계속해서, 펀치(31)의 하강이 계속된다. 그러면, 부분 증육 블랭크(11)의 단부의 박육 영역(13B)이 다이(32)에 의해서 밀어넣어진다. 이에 의해, 부분 증육 블랭크(11)는, 후육 영역(12)에서부터 구부러진다. 그 결과, 후육 영역(12)에 굴곡부(5)(능선부(7))가 형성되고, 이 굴곡부(5)의 형성에 수반해, 펀치(31)와 패드(33) 사이에 끼워넣어진 박육 영역(13A)이 천판부(2)가 된다.

또한, 펀치(31)의 하강에 의한 부분 증육 블랭크(11)의 밀어넣음이 계속되어, 마지막에는 펀치(31)가 하사점에 도달한다. 이에 의해, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 부분 증육 블랭크(11)의 단부의 박육 영역(13B)에 굴곡부(6)(능선부(8))가 형성되고, 이 굴곡부(5)의 형성에 수반해, 종벽부(3) 및 플랜지부(4)가 형성된다.

이와 같은 프레스 가공에 의해서, 상기 부분 증육 블랭크(11)로부터, 상기 도 1a에 나타내는 프레스 성형품(1)이 성형된다.

이와 같이, 상기 프레스품 제조 장치를 이용하여 상기 부분 증육 블랭크(11)에 프레스 가공을 행하면, 부분적으로 두께가 두껍고, 강도의 적정화가 가능한 프레스 성형품(1)을 제조할 수 있다. 그 프레스품 제조 장치도, 상기 블랭크 제조 장치와 동일하게, 각별한 금형 및 구조를 필요로 하지 않으며 간이한 것이다. 따라서, 부분 증육 블랭크(11)뿐만 아니라, 프레스 성형품(1)을 제조함에 있어서, 제조 비용의 억제가 가능하다.

상기 프레스품 제조 장치에 의한 프레스 가공은, 냉간으로 행해져도 되고, 온간으로 행해져도 된다. 온간 프레스 가공이란, 성형 개시시의 부분 증육 블랭크(11)의 온도가 200℃~Ac₃점 미만인 상태에서 프레스 가공을 실시하는 것을 의미한다. 한편, 냉간 프레스 가공이란, 성형 개시시의 부분 증육 블랭크(11)의 온도가 약 200℃ 미만인 상태에서 프레스 가공을 실시하는 것을 의미한다. 냉간 또는 온간으로의 프레스 가공에 의해, 부분 증육 블랭크(11)의 후육 영역(12)의 가공 경화 조직은, 프레스 성형품(1)의 능선부의 증육 부분에 유효하게 인계된다.

또, 상기 부분 증육 블랭크(11)에 있어서, 후육 영역(12)과 각 박육 영역(13A, 13B)의 두꺼운 단차(12a, 12b)는, 표면(11a) 및 이면(11b)에 1줄씩 나타난다. 그러면, 이 부분 증육 블랭크(11)로부터 제조된 프레스 성형품(1)의 능선부(7)에는, 표면측 및 이면측에, 두께 단차의 흔적이 1줄씩밖에 남지 않는다. 따라서, 특허 문헌 3의 부분 증육 블랭크로부터 제조된 프레스 성형품보다도, 외관 품질이 뛰어나다.

또한, 상기한 도 6a 및 도 6b에 나타내는 프레스품 제조 장치는, 상형으로서, 펀치(31)를 배치하고, 하형으로서, 다이(32)와 패드(33)를 배치한 구성인데, 상하의 금형의 배치가 상하로 반전한 구성이어도 상관없다.

실시예

본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 하기 실시예 1 및 2의 시험을 실시했다.

[실시예 1]

실시예 1에서는, 비교예, 종래예, 및 본 발명예의 3종류의 구조 부재를 제작해, 각 구조 부재에 대해서, 3점 굽힘 압괴 시험을 실시했다.

(1) 구조 부재

도 7은, 실시예 1의 3점 굽힘 압괴 시험에 이용한 구조 부재의 단면 형상을 나타내는 모식도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서 이용한 구조 부재(40)는, 모자형의 프레스 성형품(1)과 클로징 플레이트(9)를 조합해, 스폿 용접으로 접합한 것으로 했다. 프레스 성형품(1)은, 천판부(2)와, 한 쌍의 종벽부(3)와, 한 쌍의 플랜지부(4)를 구비하고, 천판부(2)와 종벽부(3)를 연결하는 굴곡부(5)(능선부(7))와, 종벽부(3)와 플랜지부(4)를 연결하는 굴곡부(6)(능선부(8))를 포함하는 것으로 했다. 그 프레스 성형품(1)의 제조 조건을 3종류 선정하고, 각각을 비교예, 종래예, 및 본 발명예로 했다.

스폿 용접은, 프레스 성형품(1)의 플랜지부(4)로 행했다. 스폿 용접의 간격은, 구조 부재(40)의 길이 방향을 따라서 30mm로 했다. 클로징 플레이트(9)에는, 두께가 1.8mm인 440MPa급 강판을 이용했다.

비교예에서는, 통상의 강판 소재를 프레스 가공에 의해서 모자형의 프레스 성형품(1)으로 성형했다. 이 강판 소재에는, 두께가 1.6mm로 일정한 440MPa급 강판을 이용했다. 비교예의 프레스 성형품(1)의 두께는, 능선부(7)를 포함하는 전역에 걸쳐, 거의 강판 소재의 두께 그대로였다. 능선부(7)의 두께 중심에 있어서의 최대 경도(Hv)는, 강판 소재의 경도와 거의 동등했다. 또한, 비교예의 능선부(7)에 있어서의 굴곡 외측의 경도(Hv)는, 프레스 가공시의 가공 경화에 기인하여 강판 소재의 경도의 약 1.23배였다.

종래예에서는, TRB를 프레스 가공에 의해서 모자형의 프레스 성형품(1)으로 성형했다. 이 TRB는, 두께가 2.0mm로 일정한 강판을 부분적으로 압연하여 감육 영역을 형성하고, 이 감육 영역의 형성에 의해 상대적으로 증육 영역을 형성한 것이었다. 이 감육 영역의 두께는 약 1.6mm였다. 증육 영역의 두께는 2.0mm였다. TRB에는 프레스 가공 전에 열처리를 실시해, 증육 영역의 강도를 440MPa급 강판과 동등하게 했다. 프레스 가공은, 그 증육 영역이 능선부(7)를 구성하도록 했다.

종래예의 프레스 성형품(1)의 두께는, TRB의 두께가 거의 인계되어, 능선부(7)에서 최대 2.0mm가 되고, 능선부(7) 이외의 부분에서 대체로 1.6mm가 되었다. 즉, 능선부(7)의 두께는, 능선부(7) 이외의 부분의 두께의 1.25배였다. 능선부(7)의 두께 중심에 있어서의 최대 경도(Hv)는, TRB의 경도와 거의 동등했다. 또한, 종래예의 능선부(7)에 있어서의 굴곡 외측의 경도(Hv)는, 프레스 가공시의 가공 경화에 기인하여 TRB의 경도의 약 1.26배였다.

본 발명예에서는, 상기한 본 실시형태의 부분 증육 블랭크를 프레스 가공에 의해서 모자형의 프레스 성형품(1)으로 성형했다. 이 부분 증육 블랭크는, 두께가 1.6mm로 일정한 440MPa급 강판을 출발 소재로 하고, 상기한 본 실시형태에 의한 부분 증육 가공을 실시한 것이었다. 이 부분 증육한 후육 영역의 두께는 최대 2.0mm였다. 프레스 가공은, 그 후육 영역이 능선부(7)를 구성하도록 했다.

본 발명예의 프레스 성형품(1)의 두께는, 부분 증육 블랭크의 두께가 거의 인계되어, 능선부(7)에서 최대 2.0mm가 되고, 능선부(7) 이외의 부분에서 대체로 1.6mm가 되었다. 즉, 능선부(7)의 두께는, 능선부(7) 이외의 부분의 두께의 1.25배였다. 능선부(7)의 두께 중심에 있어서의 최대 경도(Hv)는, 부분 증육 가공 전의 출발 소재의 경도의 약 1.40배였다. 또한, 본 발명예의 능선부(7)에 있어서의 굴곡 외측의 경도(Hv)도 동일했다.

(2) 3점 굽힘 압괴 시험의 조건

도 8은, 3점 굽힘 압괴 시험의 개략을 나타내는 모식도이다. 구조 부재(40)를 클로징 플레이트(9)측에서부터 2점 지지했다. 구조 부재(40)의 지지점 간격은 1000mm로 했다. 이 구조 부재(40)의 지지점의 중앙에, 프레스 성형품(1)의 천판부(2)측에서부터 임팩터(45)를 충돌시켜, 구조 부재(40)를 압괴했다. 임팩터(45)의 선단부의 곡률 반경은 150mm였다. 임팩터(45)의 충돌 속도는 64km/h였다.

(3) 시험의 평가 및 결과

비교예, 종래예, 및 본 발명예의 각 구조 부재에 대해서, 3점 굽힘 압괴 시험에서의 최대 하중을 측정했다. 평가는, 비교예의 최대 하중을 기준(1.00)으로 하고, 이 비교예의 최대 하중에 대한 비율로 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 종래예에 있어서의 최대 하중비는 약 1.05였다. 이에 대해, 본 발명예에 있어서의 최대 하중비는 1.12였다. 이에 따라, 본 실시형태의 기술을 채용한 본 발명예의 구조 부재는, 부분 증육 및 대폭적인 가공 경화의 영향에 의해, 3점 굽힘 압괴에 대해 높은 성능을 갖는 것이 실증되었다.

[실시예 2]

실시예 2에서는, 비교예, 종래예, 및 본 발명예의 3종류의 구조 부재를 제작하고, 각 구조 부재에 대해서, 축압괴 시험을 실시했다.

(1) 구조 부재

도 9는, 실시예 2의 축압괴 시험에 이용한 구조 부재의 단면 형상을 나타내는 모식도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에서 이용한 구조 부재(40)는, 한 쌍의 홈형의 프레스 성형품(1)을 조합해, 레이저 용접으로 접합한 것으로 했다. 각 프레스 성형품(1)은, 각각, 천판부(2)와, 한 쌍의 종벽부(3)를 구비하고, 천판부(2)와 종벽부(3)를 연결하는 굴곡부(5)(능선부(7))를 포함하는 것으로 했다. 그 프레스 성형품(1)의 제조 조건을 3종류 선정하고, 각각을 비교예, 종래예, 및 본 발명예로 했다. 프레스 성형품(1)의 전체 길이는 150mm로 했다. 레이저 용접은, 한 쌍의 프레스 성형품(1)의 각 종벽부(3)끼리 행했다.

비교예에서는, 통상의 강판 소재를 프레스 가공에 의해서 홈형의 프레스 성형품(1)으로 성형했다. 이 강판 소재에는, 두께가 1.6mm로 일정한 440MPa급 강판을 이용했다. 비교예의 프레스 성형품(1)의 두께는, 능선부(7)를 포함하는 전역에 걸쳐, 거의 강판 소재의 두께 그대로였다. 능선부(7)의 두께 중심에 있어서의 최대 경도(Hv)는, 강판 소재의 경도와 거의 동등했다. 또한, 비교예의 능선부(7)에 있어서의 굴곡 외측의 경도(Hv)는, 강판 소재의 경도의 약 1.23배였다.

종래예에서는, TRB를 프레스 가공에 의해서 홈형의 프레스 성형품(1)으로 성형했다. 이 TRB는, 두께가 2.0mm로 일정한 강판을 부분적으로 압연하여 감육 영역을 형성하고, 이 감육 영역의 형성에 의해 상대적으로 증육 영역을 형성한 것이었다. 이 감육 영역의 두께는 약 1.6mm였다. 증육 영역의 두께는 2.0mm였다. TRB에는 프레스 가공 전에 열처리를 실시하고, 증육 영역의 강도를 440MPa급 강판과 동등하게 했다. 프레스 가공은, 그 증육 영역이 능선부(7)를 구성하도록 했다.

종래예의 프레스 성형품(1)의 두께는, TRB의 두께가 거의 인계되어, 능선부(7)에서 최대 2.0mm가 되고, 능선부(7) 이외의 부분에서 대체로 1.6mm가 되었다. 즉, 능선부(7)의 두께는, 능선부(7) 이외의 부분의 두께의 1.25배였다. 능선부(7)의 두께 중심에 있어서의 최대 경도(Hv)는, TRB의 경도와 거의 동등했다. 또한, 종래예의 능선부(7)에 있어서의 굴곡 외측의 경도(Hv)는, TRB의 경도의 약 1.26배였다.

본 발명예에서는, 상기한 본 실시형태의 부분 증육 블랭크를 프레스 가공에 의해서 홈형의 프레스 성형품(1)으로 성형했다. 이 부분 증육 블랭크는, 두께가 1.6mm로 일정한 440MPa급 강판을 출발 소재로 하고, 상기한 본 실시형태에 의한 부분 증육 가공을 실시한 것이었다. 이 부분 증육한 후육 영역의 두께는 최대 2.0mm였다. 프레스 가공은, 그 후육 영역이 능선부(7)를 구성하도록 했다.

(2) 축압괴 시험의 조건

구조 부재(40)의 길이 방향의 양단부 중, 한쪽의 단부를 고정했다. 이 구조 부재(40)의 양단부 중, 다른쪽의 단부로부터 임팩터를 충돌시켜, 구조 부재(40)를 축방향으로 압괴했다. 임팩터의 충돌 속도는 10km/h였다.

(3) 시험의 평가 및 결과

비교예, 종래예, 및 본 발명예의 각 구조 부재에 대해서, 축압괴 시험으로 임팩터의 스트로크가 100mm에 도달했을 때의 흡수 에너지 EA를 측정했다. 평가는, 비교예의 흡수 에너지 EA를 기준(1.00)으로 하고, 이 비교예의 흡수 에너지 EA에 대한 비율로 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 종래예에 있어서의 EA비는 약 1.10이었다. 이에 대해, 본 발명예에 있어서의 EA비는 1.31이었다. 이에 따라, 본 실시형태의 기술을 채용한 본 발명예의 구조 부재는, 부분 증육 및 대폭적인 가공 경화의 영향에 의해, 높은 EA 성능을 갖는 것이 실증되었다.

1:프레스 성형품
2:천판부
3:종벽부
4:플랜지부
5, 6:굴곡부
7, 8:능선부
9:클로징 플레이트
11:부분 증육 블랭크(강판 소재)
11a:표면
11b:이면
12:후육 영역
12a, 12b:단차
13A, 13B:박육 영역
15:출발 소재
16:제1 영역
17A, 17B:제2 영역
21:펀치
22:블랭크 홀더
23:다이
23a:볼록부
24:패드
31:펀치
31a:어깨부
32:다이
33:패드
40:구조 부재
45:임팩터

Claims

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평판형상의 강판 소재를 제조하기 위한 제조 방법으로서,
상기 강판 소재는, 전역에 걸쳐서 단일하며, 두께가 증가한 띠형상의 후육 영역과, 상기 후육 영역의 양측에 각각 인접하고 상기 후육 영역보다도 두께가 얇은 박육 영역을 구비하고, 표면 및 이면 중 한쪽의 면에, 상기 후육 영역의 양측부 중 한쪽의 측부를 따라서 단차가 형성되고, 표면 및 이면 중 다른쪽의 면에, 상기 후육 영역의 양측부 중 다른쪽의 측부를 따라서 단차가 형성된 강판 소재이고,
상기 강판 소재를 제조하기 위한 상기 제조 방법은,
출발 소재로서 두께가 일정하며 상기 박육 영역과 동일한 두께의 강판을 준비하는 준비 공정과,
상기 출발 소재를 프레스 가공에 의해서 상기 강판 소재로 성형하는 성형 공정을 포함하고,
상기 성형 공정은,
상기 출발 소재를, 상기 후육 영역보다도 폭이 넓은 띠형상의 제1 영역과, 상기 제1 영역의 양측부에 각각 인접하는 제2 영역으로 구분하고, 상기 제2 영역들을 서로 평행하고 상이한 평면 상에 변위시킴과 더불어, 상기 각 제2 영역에 대해 상기 제1 영역을 경사시키는 제1 단계와,
상기 각 제2 영역의 폭방향의 이동을 구속하면서 상기 제2 영역들을 동일 평면 상까지 변위시켜, 상기 제1 영역의 폭을 상기 후육 영역의 폭까지 압축하고, 상기 제1 영역의 두께를 상기 후육 영역의 두께까지 증가시키는 제2 단계를 포함하는, 강판 소재의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 강판 소재는, 상기 후육 영역의 두께 중심에서의 경도가 상기 박육 영역의 두께 중심에서의 경도보다도 높은, 강판 소재의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 강판 소재는, 상기 박육 영역의 두께에 대한 상기 후육 영역의 두께의 증가율이 20%배 이상인, 강판 소재의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 성형 공정에서는, 펀치와, 상기 펀치에 인접하여 배치된 블랭크 홀더와, 상기 블랭크 홀더에 대향함과 더불어 상기 펀치의 일부에 대향하여 배치된 다이와, 상기 다이에 인접함과 더불어 상기 펀치에 대향하여 배치된 패드를 구비한 프레스 장치를 이용하고,
상기 제1 단계에서는, 상기 출발 소재의 상기 제2 영역 중 한쪽의 제2 영역을 상기 펀치와 상기 패드 사이에 끼워넣은 상태로, 상기 출발 소재를 상기 블랭크 홀더에 의해서 밀어넣고, 이 밀어넣음을 계속해서, 상기 출발 소재의 상기 제2 영역 중 다른쪽의 제2 영역을 상기 블랭크 홀더와 상기 다이 사이에 끼워넣음으로써, 상기 각 제2 영역에 대해 경사진 상기 제1 영역을 형성하고,
상기 제2 단계에서는, 상기 펀치와 상기 패드에 의해서 상기 한쪽의 제2 영역을 상기 다른쪽의 제2 영역과 동일 평면 상에 도달할 때까지 밀어넣고, 상기 펀치와 상기 다이에 의해서 상기 제1 영역을 압축함으로써, 상기 출발 소재의 두께보다도 두께가 증가한 상기 후육 영역을 형성하는, 강판 소재의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 단계에서는, 경사진 상기 제1 영역의 폭 L[mm], 상기 출발 소재의 두께 t[mm], 상기 제2 영역에 대한 상기 제1 영역의 경사각 θ[°] 및 상기 출발 소재의 항복 강도 YS[MPa]가 하기 (1)식의 조건을 만족하는, 강판 소재의 제조 방법.
(L/t)×(1/cosθ)≤-5.1×10^-6×(YS)²+11.5…(1)
평판형상의 강판 소재를 제조하기 위한 제조 장치로서,
상기 강판 소재는, 전역에 걸쳐서 단일하며, 두께가 증가한 띠형상의 후육 영역과, 상기 후육 영역의 양측에 각각 인접하고 상기 후육 영역보다도 두께가 얇은 박육 영역을 구비하고, 표면 및 이면 중 한쪽의 면에, 상기 후육 영역의 양측부 중 한쪽의 측부를 따라서 단차가 형성되고, 표면 및 이면 중 다른쪽의 면에, 상기 후육 영역의 양측부 중 다른쪽의 측부를 따라서 단차가 형성된 강판 소재이고,
상기 강판 소재를 제조하기 위한 상기 제조 장치는,
두께가 일정하며 상기 박육 영역과 동일한 두께의 강판을 출발 소재로 하고, 상기 출발 소재를 프레스 가공에 의해서 상기 강판 소재로 성형하는 것이며,
펀치와, 상기 펀치에 인접하여 배치된 블랭크 홀더와, 상기 블랭크 홀더에 대향함과 더불어 상기 펀치의 일부에 대향하여 배치된 다이와, 상기 다이에 인접함과 더불어 상기 펀치에 대향하여 배치된 패드를 구비하고,
상기 블랭크 홀더와 상기 패드의 간격이 상기 강판 소재의 상기 후육 영역의 폭과 동일한, 강판 소재의 제조 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 다이의 상기 블랭크 홀더와의 대향면에, 상기 출발 소재의 두께와 동일한 높이 또는 그 두께보다도 낮은 높이를 갖는 볼록부가 설치되는, 강판 소재의 제조 장치.
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