KR102142092B1 - 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법 - Google Patents

Abstract

스프링백 효과로 인한 불량율이 저감되어 생산성이 향상되도록, 본 발명은 고강도 저비중 경량강재를 소재로 구비된 베이스패널이 차량용 판재의 기설정된 3차원 외형정보로부터 2차원으로 전개된 단면 형상에 따라 레이저로 절삭되어 블랭킹 가공되는 제1단계; 상기 블랭킹 가공된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보의 표면 프로파일에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 베이스금형 사이에서 프레스되어 포밍 가공되는 제2단계; 및 상기 포밍 가공된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보로부터 산출된 타공부의 위치정보에 따라 수직 방향 및 측면 방향으로 피어싱 가공되는 제3단계를 포함하는 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 제공한다.

Description

고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법{manufacturing method for panel of vehicle using high strength and low specific gravity}

본 발명은 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스프링백 효과로 인한 불량율이 저감되어 생산성이 향상되는 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차체 하부에는 충격 및 하중으로 인한 변형을 방지하고 탑승자의 안전을 확보하기 위한 차량용 판재가 구비된다.

예를 들어, 상기 차량용 판재는 프런트 사이드 멤버, 리어 사이드 멤버, 크로스 멤버, 플로우 패널, 사이드 멤버 익스텐션 등을 포함하며, 엔진의 위치, 자석 배치, 차량의 크기 등에 따라 다양한 종류로 구비될 수 있다.

이러한, 차량용 판재는 엔진, 서스펜션, 구동장치 등을 안정적으로 지지하고, 충돌이나 하중으로 인한 외력을 차체의 다른 부분으로 분산하는 등 탑승자의 안전이나 차량의 내구성을 위해 중요한 역할을 하게 된다.

한편, 이러한 차량용 판재는 기본이 되는 차체 패널에 비해 두꺼운 두께로 구비된 고강도 강재로 구비되며, 차량의 중량에서 많은 부분을 차지하게 된다. 이때, 상기 차량용 판재는 드로잉 등으로 제조되는데, 고강도 강재의 경우에는 드로잉 성형 과정에서 다량의 주름이 발생되는 문제점이 있었다.

특히, 상기 차량용 판재는 차체 패널에 밀착된 상태에서 용접이나 볼팅 등으로 결합되며, 주름진 표면부로 인해 차체 패널과 차량용 판재 사이가 이격되어 결합력이 저하될 뿐만 아니라 주름 부분으로 인한 강도 저하가 발생되었다.

이에, 차량의 연비 절감 추세에 대응하면서도 성형시 주름 발생으로 인한 결합력 저하 내지는 강도 저하를 방지하고, 탑승객의 안전을 개선하고자 최근에는 높은 연신율을 갖는 저비중의 강재를 이용하여 차량용 판재를 제조하고 있다.

그러나, 높은 연신율을 갖는 저비중 강재의 경우에 최초 설계된 형상으로 성형된 후 일정 시간이 경과하면 성형 전의 형상으로 복원되는 스프링백 효과로 인해 생산된 제품 중 불량품이 다량 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 스프링백 효과를 방지하기 위해 고온에서 강재를 성형하는 열간 성형의 경우에는 900도 이상의 높은 온도 환경이 요구되므로 제조비용의 증가로 제품의 단가가 인상되는 문제점이 있었다.

한국 공개특허 제10-2015-0047043호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 스프링백 효과로 인한 불량율이 저감되어 생산성이 향상되는 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 제공하는 것으로 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고강도 저비중 경량강재를 소재로 구비된 베이스패널이 차량용 판재의 기설정된 3차원 외형정보로부터 2차원으로 전개된 단면 형상에 따라 레이저로 절삭되어 블랭킹 가공되는 제1단계; 상기 블랭킹 가공된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보의 외면 프로파일에 대응되는 요철부를 갖는 한쌍의 베이스금형 사이에서 프레스되어 포밍 가공되는 제2단계; 및 상기 포밍 가공된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보로부터 산출된 타공부의 위치정보에 따라 수직 방향 및 측면 방향으로 피어싱 가공되는 제3단계를 포함하되, 상기 제2단계는, 상기 베이스패널이 급격한 소성 변형으로 인한 국부적인 크랙이나 코팅 계면의 파손이 방지되도록 상기 베이스금형의 표면 프로파일에서 산출된 제1 함몰 깊이로부터 20%~40% 감소된 제3함몰 깊이로 보정된 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 완충금형 사이에서 프레스되어 사전 가공되는 단계와, 상기 블래킹 가공된 베이스패널이 상기 베이스금형 중 하부금형의 상부를 따라 상기 베이스금형 중 상부금형의 하강으로 다운폼 가공되고, 가압점의 변화를 통해 프레스 가공에 따른 소성 변형이 유지되도록 상기 다운폼 가공된 베이스패널이 지그 고정되어 상기 상부금형의 하부를 따라 밀착 배치되되 상기 하부금형의 상승으로 업폼 가공되는 단계와, 상기 베이스패널이 스프링백 이후 최초 설계와 부합되는 형상을 가지도록, 상기 제1함몰 깊이 및 가공온도를 설계 변수로 사용하여 상기 베이스패널을 동일한 가공량으로 가공하여 복원된 후 잔여 가공량에 대한 평균치가 산출된 가공온도별 평균복원비율에 대응되는 변형량을 더하여 증가된 제2함몰 깊이로 보정된 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 리스트라이킹금형 사이에서 프레스되어 순차 가공되는 단계를 포함하며, 상기 제3단계는, 상기 포밍 가공된 베이스패널이 상기 베이스금형으로부터 취출되는 단계와, 상기 취출된 베이스패널이 기설정된 레이저 가공 위치로 이송되어 고정되는 단계와, 상기 고정된 베이스패널의 3차원 위치정보가 검출되되, 상기 검출된 3차원 위치정보에 따라 상기 타공부에 대응되는 가공좌표가 산출되어 레이저 절삭으로 피어싱 가공되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 제공한다.

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상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 베이스패널이 상하방향으로 대향 배치된 베이스금형 사이에서 프레스되어 차량용 판재에 대응되는 3차원 형상으로 가공되므로 종래에 드로잉 공법과 달리 별도의 드로비드가 요구되지 않아 블랭크 가공시 요구면적이 감소되어 제조 원가가 절감될 수 있다.

둘째, 가공시 파단, 주름 등의 결함이 최소화되는 고연신율의 베이스패널로 차량용 판재를 제조하여 생산 품질이 개선됨과 더불어, 베이스금형으로 1차 가공된 베이스패널이 리스트라이킹금형을 통해 증폭된 변형량으로 2차 가공됨에 따라 스프링백 효과가 상쇄되어 제품의 불량율이 저감되고 생산성이 향상될 수 있다.

셋째, 상기 베이스패널이 스프링백 효과를 상쇄할 수 있는 증폭된 변형량으로 가공되기 전단계에서 소정의 완충 가공으로 거치게 되므로 급격한 소성 변형으로 인한 국부적인 크랙이나 코팅 계면의 파손 등의 결함 발생이 최소화되어 제품의 생산성이 현저히 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 차량용 판재의 3차원 외형정보 및 2차원 전개 단면을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 차량용 판재의 3차원 외형정보를 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 베이스금형 및 완충금형의 표면 프로파일을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 평균복원비율을 산출과정을 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 차량용 판재의 3차원 외형정보 및 2차원 전개 단면을 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 차량용 판재의 3차원 외형정보를 나타낸 측면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 베이스금형 및 완충금형의 표면 프로파일을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법에서 평균복원비율을 산출과정을 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법을 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 고강도 저비중 경량강재를 소재로 구비된 베이스패널이 차량용 판재의 기설정된 3차원 외형정보(1)로부터 2차원으로 전개된 단면 형상(2)에 따라 레이저로 절삭되어 블랭킹 가공된다(s10).

여기서, 상기 고강도 저비중 경량강재는 780Mpa 이상의 높은 강도를 가지면서도 가볍고, 높은 연신율을 갖는 합금강을 의미한다.

예를 들어, 상기 고강도 저비중 경량강재는 철(Fe)을 기본으로 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등이 첨가되어 오스테나이트상과 페라이트상이 일정한 면적분율로 동시에 나타나는 소재로 구비될 수 있다.

구분	비중 (kg/㎤)	YS (Mpa)	TS (Mpa)	EL(%)
				U-EL	T-EL
고강도강판	7.85	500	893	19
저비중 경량강재	7.1	475	807.5	35.02	41.62

표 1은 종래의 고강도강판과 본 발명에 사용되는 고강도 저비중 경량강재의 물성을 비교하여 나타낸 것이다.

표 1에서 보는 바와 같이, 고강도 저비중 경량강재는 고강도강판과 동등한 수준의 강도를 보이면서도, 10% 이상 감소된 비중과 2배 이상 개선된 연신율을 나타낸다.

그리고, 상기 차량용 판재는 프런트 사이드 멤버, 리어 사이드 멤버, 크로스 멤버, 플로우 패널, 사이드 멤버 익스텐션 등 다양한 차체 보강용 부품을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하며, 특히, 차체 하면부 양측을 보강하는 익스텐션 리어 플로어 프론트에 적용될 수 있다.

여기서, 상기 베이스패널은 상기 고강도 저비중 경량강재가 시트 형태로 구비된 것을 의미하며, 상기 차량용 판재의 3차원 외형정보(1)는 3차원 벡터 데이터 등으로 구비된 설계 정보를 의미한다.

이때, 도 2를 참조하면, 3차원 외형정보(1)는 플랜지형으로 절곡되는 테두리 부분(2a,2b)을 제외한 내부를 하나의 기준면을 따라 투사한 후, 투사된 단면에 절곡된 테두리 부분(2a,2b)의 면적을 추가하여 2차원으로 전개될 수 있다.

그리고, 상기 베이스패널이 전개된 2차원 단면 형상(2)을 따라 레이저로 절삭되어 블랭킹 가공이 완료될 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 블랭킹 가공(s10)된 베이스패널은 상기 3차원 외형정보의 표면 프로파일(3)에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 베이스금형 사이에 프레스되어 포밍 가공된다(s20).

여기서, 상기 3차원 외형정보의 표면 프로파일(3)은 3차원 외형정보의 하면 프로파일과 상면 프로파일을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 베이스금형은 상부금형과 하부금형으로 구비되며, 상호 접촉된 상부금형 및 하부금형 사이에는 상기 차량용 판재의 3차원 외형정보에 대응되는 성형부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 베이스금형의 표면 프로파일은 상부금형의 하면 프로파일과 하부금형의 상면 프로파일을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.

즉, 상기 상부금형은 상기 3차원 외형정보(1)의 상면 프로파일에 대응되는 하면 프로파일을 갖되, 상기 하부금형은 상기 3차원 외형정보(1)의 하면 프로파일에 대응되는 상면 프로파일을 갖도록 구비된다.

이때, 상부금형 및 하부금형이 밀착된 상태에서, 상기 상부금형의 하면 프로파일과 상기 하부금형의 상면 프로파일 사이는 상기 베이스패널 내지는 차량용 판재의 두께에 대응되도록 이격된다.

그리고, 상기 상부금형 및 하부금형의 표면에는 3차원 외형정보(1)의 표면 프로파일(3)에 대응되는 요철홈 및 요철돌기가 형성될 수 있다.

예를 들어, 하나의 금형에 요철홈이 형성되면 다른 하나의 금형에는 요철홈과 대응되는 부분에 요철돌기가 형성될 수 있으며, 요철홈 및 요철돌기는 차량용 판재에 대한 3차원 외형정보(1)의 표면 프로파일(3)에 대응되도록 함몰 형성되고 돌출 형성될 수 있다.

그리고, 상기 포밍 가공(s20)된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보(1)로부터 산출된 타공부의 위치정보에 따라 수직 방향 및 측면 방향으로 피어싱 가공된다(s30).

즉, 상기 포밍 가공(s20)을 통해 상기 차량용 판재(1)에 대응되는 3차원 형상으로 상기 베이스패널이 가공되면, 가공된 베이스패널에서 볼트 등의 체결수단 내지는 기타 부품이 연결될 타공부가 피어싱 가공되어 차량용 판재의 제조가 완료될 수 있다.

이처럼, 상기 베이스패널이 상하방향으로 대향 배치된 금형 사이에서 프레스되어 차량용 판재에 대응되는 3차원 형상으로 가공됨에 따라 종래에 드로잉 공법과 달리 별도의 드로비드가 요구되지 않으므로 블랭킹 가공시 요구면적이 감소되어 제조 원가가 절감될 수 있다.

한편, 상기 베이스금형 사이에서 상기 베이스패널이 프레스 가공되는 단계(s20)는 다운폼 가공단계와 업폼 가공단계를 포함함이 바람직하다.

즉, 상기 블랭킹 가공된 베이스패널은 상기 베이스금형 중 하부금형의 상부를 따라 배치되어 상기 베이스금형 중 상부금형의 하강으로 다운폼 가공되고, 상기 다운폼 가공된 상기 베이스패널은 상기 상부금형의 하부에 밀착되도록 지그 고정되어 상기 하부금형의 상승에 따라 업폼 가공된다.

상세히, 상기 베이스패널은 포밍 가공 단계(s20)에서 베이스금형을 통해 2회에 걸쳐 가공될 수 있다. 이때, 상기 베이스패널은 블랭킹 가공 후 평탄한 상태에서 테두리부분이 상기 하부금형의 테두리에 정렬되도록 배치된 후 상부금형의 하강에 따라 1차 가공된다.

그리고, 상기 베이스패널은 베이스금형의 표면 프로파일(d)에 따라 1차 가공된 상태에서, 상부금형의 하면 프로파일과 상기 베이스패널의 1차 가공된 상면 프로파일이 형합되도록 상기 상부금형의 하부에 밀착 배치된다.

이때, 상기 베이스패널은 지그장치를 통해 상부금형의 하면부와 밀착 배치된 상태로 유지되고 하부금형의 상승에 따라 2차 가공된다.

이에 따라, 1차 가공 및 2차 가공시 가압점의 미세한 변화를 통해 프레스 가공에 따른 소성 변형이 더욱 안정적으로 유지될 수 있으며, 스프링백으로 인한 가공량 변화의 저감으로 제품의 불량율을 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 포밍 가공 단계(s20)는 상기 포밍 가공(s20)된 베이스패널이 상기 베이스금형의 표면 프로파일로부터 상기 베이스패널에 대해 기산출된 가공온도별 평균복원비율에 대응되도록 증가된 함몰 깊이(b)로 보정된 표면 프로파일(d)을 갖는 한쌍의 리스트라이킹금형 사이에서 프레스되는 단계를 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 리스트라이킹금형의 표면 프로파일은 상부 리스트라이킹금형의 하면 프로파일과, 하부 리스트라이킹금형의 상면 프로파일을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 베이스패널은 온도에 따라 상이한 스프링백 거동량을 보인다.

가공온도	평균복원비율
20℃	78%
100℃	66%
200℃	50%
350℃	33%
450℃	17%

표 2는 평판 형태의 베이스패널을 90도로 절곡 가공한 상태에서 가공된 온도별로 절곡 가공량이 평판 형태로 복원된 비율을 나타낸 것이다.

즉, 20℃에서 90도로 가공된 베이스패널은 일정 시간 경과 후 70도(θ1)가 복원되어 20도로 절곡 가공량이 감소했으며, 100℃에서는 60도(θ2)가 복원되어 30도로 절곡 가곡량이 감소했다.

그리고, 200℃에서는 45도(θ3)가 복원되어 45도로 절곡 가곡량이 감소했으며, 350℃에서는 30도(θ4)가 복원되어 60도로 절곡 가곡량이 감소하고, 450℃에서는 15도(θ5)가 복원되어 75도로 절곡 가공량이 감소되는 것으로 나타났다.

이때, 상기 평균복원비율은 동일한 재질 및 두께로 구비된 복수의 베이스패널을 동일한 가공량으로 가공하여 복원된 후 잔여 가공량에 대한 평균치를 산출한 것이며, 상기 평균복원비율은 가공온도별로 산출될 수 있다.

상세히, 상기 베이스금형의 표면 프로파일은 차량용 판재에 대한 3차원 외형정보(1)의 표면 프로파일(3)에 대응하여 설정되되, 상기 리스트라이킹금형의 표면 프로파일(d)은 상기 베이스금형의 표면 프로파일로부터 가공온도별 평균복원비율에 대응되도록 증폭되어 설정된다.

즉, 상기 3차원 외형정보(1)의 표면 프로파일(3) 내지는 베이스금형의 표면 프로파일에서 기설정된 복수 지점에 대해 제1함몰 깊이(a)를 산출하고, 각 지점에서 산출된 복수의 제1함몰 깊이(a)에 가공온도별 평균복원비율에 대응되는 변형량을 더하여 복수의 제2함몰 깊이(b)가 산출될 수 있다.

여기서, 상기 함몰 깊이(a)는 3차원 외형정보(1)의 표면 프로파일(3) 내지는 베이스금형의 표면 프로파일 중 평면부를 기준면으로 하여 산출될 수 있으며, 상기 평균복원비율은 실제 가공 환경의 온도를 기준으로 한 값을 적용함이 바람직하다.

그리고, 변형량이 합산된 각 지점의 제2함몰 깊이(b)를 3차원 렌더링 기법 등으로 처리하여 보정된 표면 프로파일(d)이 산출될 수 있으며, 보정된 표면 프로파일(d)에 따라 리스트라이킹금형이 설계 및 제조될 수 있다.

예를 들어, 상기 포밍 가공시 가공온도가 200℃인 경우에, 상기 베이스금형이 일지점에서 10mm로 함몰된 홈부를 갖는 경우에, 상기 리스트라이킹금형은 상기 홈부에 대응되는 부분에 15mm로 확장된 홈부를 가지게 된다.

즉, 상기 리스트라이킹금형은 스프링백 효과를 상쇄할 수 있도록 베이스금형의 표면 프로파일로부터 증폭된 가공량을 갖는 표면 프로파일(d)로 설계되며, 증폭된 가공량은 가공온도를 고려한 평균복원비율에 따라 결정된다.

이처럼, 가공시 파단, 주름 등의 결함이 최소화되는 고연신율의 베이스패널로 차량용 판재를 제조하여 생산 품질이 개선됨과 더불어, 베이스금형으로 1차 가공된 베이스패널이 리스트라이킹금형을 통해 증폭된 변형량으로 2차 가공됨에 따라 스프링백 효과가 상쇄되어 제품의 불량율이 저감되고 생산성이 향상될 수 있다.

즉, 베이스금형 및 리스트라이킹금형을 거쳐 제조된 베이스패널은 스프링백 이후 최초 설계와 부합되는 형상을 가지게 된다.

또한, 표면 프로파일(3)의 각 부분에서 측정된 복수의 제1함몰 깊이(a) 및 목표된 가공온도를 설계 변수로 사용하여, 복잡한 연산과정 없이 단순한 3차원 이미지 처리 과정을 통해 다양한 제품에 대한 리스트라이킹금형이 용이하게 설계 및 제조될 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 상기 베이스금형 사이에서 상기 베이스패널이 프레스 가공되는 단계(s20)는 상기 블랭킹 가공된 베이스패널이 상기 베이스금형을 통한 포밍 단계 이전에 상기 베이스금형의 표면 프로파일(d)로부터 20%~40% 감소된 함몰 깊이로 보정된 표면 프로파일(e)을 갖는 한쌍의 완충금형 사이에서 프레스되는 단계를 더 포함함이 바람직하다.

즉, 상기 베이스패널은 완충금형 사이에서 사전 가공된 후 상기 베이스금형을 통해 포밍 가공되고, 상기 리스트라이킹금형을 통해 리스트라이킹 가공될 수 있다.

상세히, 상기 완충금형은 상부완충금형과 하부완충금형으로 구비될 수 있으며, 상부완충금형과 하부완충금형 사이에서 블랭킹 가공된 베이스패널이 프레스 가공될 수 있다.

이때, 상기 완충금형의 표면 프로파일(e)은 상부완충금형의 하면 프로파일과 하부완충금형의 상면 프로파일을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다. 예를 들어, 두 완충금형 중 하나에 완충요철홈이 형성되면, 상기 완충요철홈과 대응되는 다른 완충금형에는 완충요철돌기가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 상부완충금형 및 상기 하부완충금형이 상호 접촉된 상태에서 상기 완충요철홈 및 완충요철돌기 사이는 베이스패널 내지는 차량용 판재의 두께에 대응되도록 이격된다.

여기서, 상기 완충금형의 표면 프로파일(e)은 베이스금형의 표면 프로파일로부터 20%~40% 감소된 함몰 깊이(c)를 갖도록 형성된다.

즉, 상기 베이스금형의 표면 프로파일에서 기설정된 복수 지점에 대해 제1함몰 깊이(a)를 산출하고, 각 지점에서 산출된 복수의 제1함몰 깊이(a)에서 20%~40% 감소된 복수의 제3함몰 깊이(c)가 산출될 수 있다.

그리고, 감소 보정된 복수의 제3함몰 깊이(c)를 3차원 렌더링 기법 등으로 처리하여 보정된 표면 프로파일(e)이 산출될 수 있으며, 보정된 표면 프로파일(e)에 따라 완충금형이 설계 및 제조될 수 있다.

예를 들어, 상기 베이스금형이 일지점에서 10mm로 함몰된 홈부를 갖는 경우에, 상기 완충금형은 상기 홈부에 대응되는 부분에 6~8mm로 축소된 홈부를 가지게 된다.

이때, 상기 베이스패널은 비교적 낮은 가공변형량을 갖는 완충금형을 통해 사전 가공된 후, 비교적 높은 가공변형량을 갖는 베이스금형 및 리스트라이킹금형을 통해 순차 가공될 수 있다.

이처럼, 상기 베이스패널은 스프링백 효과를 상쇄할 수 있는 증폭된 변형량으로 가공되기 전단계에서 소정의 완충 가공으로 거치게 되므로 급격한 소성 변형으로 인한 국부적인 크랙이나 코팅 계면의 파손 등의 결합 발생이 최소화될 수 있다. 이로 인해, 불량품의 생산비율이 감소되고 제품의 생산성이 현저히 향상될 수 있다.

이때, 상기 완충금형에 대한 표면 프로파일(e)의 보정량이 20% 미만이거나 40%를 초과하는 경우에는 완충 가공 효과가 부족할 우려가 있다.

한편, 상기 타공부가 형성되는 피어싱 가공단계(s30)는 상기 포밍 가공(s20)된 베이스패널이 상기 베이스금형으로부터 취출되는 단계와, 상기 취출된 베이스패널이 기설정된 레이저 가공 위치로 이송되어 고정되는 단계와, 상기 고정된 베이스패널의 3차원 위치정보가 검출되되 상기 검출된 3차원 위치정보에 따라 상기 타공부에 대응되는 가공좌표가 산출되어 레이저로 절삭 가공되는 단계를 포함함이 바람직하다.

상세히, 상기 베이스금형을 통한 포밍 가공이 완료되면, 로봇암이나 크레인 등의 이송수단을 통해 베이스패널이 베이스금형으로 취출될 수 있다.

그리고, 상기 취출된 베이스패널은 레이저 가공장치가 구비된 작업 공간으로 이송될 수 있다. 이때, 상기 작업 공간은 베이스패널이 블랭킹 가공(s10)되는 작업 공간과 공유되는 것도 가능하며, 연속적인 가공 공정을 위해서는 별도의 작업 공간이 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 이송된 베이스패널은 흡착판 내지는 자력결합부가 구비되는 지그 장치를 통해 고정되어 상기 작업 공간 내에 일정한 위치에 배치될 수 있다.

이때, 상기 베이스패널이 작업 공간 내의 일정한 위치에 배치되면 작업 공간 내에 구비된 레이저 센서 등을 통해 베이스패널의 3차원 위치정보가 검출될 수 있다.

여기서, 3차원 위치정보는 베이스패널의 표면 프로파일과 차량용 판재의 3차원 외형정보의 표면 프로파일이 상호 정렬/비교될 수 있는 특징점에 대해 검출됨이 바람직하며, 3개소 이상에서 산출되면 베이스패널의 표면 프로파일과 차량용 판재의 3차원 외형정보가 하나의 좌표계에서 정합될 수 있다.

그리고, 상기 검출된 3차원 위치정보에 따라 상기 타공부에 대응되는 가공좌표가 산출되어 레이저로 절삭 가공된다. 즉, 차량용 판재의 3차원 외형정보로부터 산출된 각 타공부의 면적 및 위치가 상기 3차원 위치정보에 따라 작업 공간 내에 배치된 베이스패널에 대한 가공좌표로 산출될 수 있다.

이때, 상기 가공좌표에 대해 레이저 절삭 가공이 수행되어 상기 베이스패널에 타공부가 형성될 수 있다.

이처럼, 베이스패널에 대해 검출된 3차원 위치를 기준으로 3차원 외형정보의 타공부에 대응되는 가공좌표를 산출하여 레이저 절삭을 통해 타공부가 형성되므로 전단 가공시 베이스패널의 고연신율로 인한 결함이 방지되는 정밀한 피어싱 가공이 이루어질 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1: 차량용 판재의 3차원 외형정보 s10: 블랭킹 가공
s20: 포밍 가공 s30: 피어싱 가공

Claims (5)

1. 고강도 저비중 경량강재를 소재로 구비된 베이스패널이 차량용 판재의 기설정된 3차원 외형정보로부터 2차원으로 전개된 단면 형상에 따라 레이저로 절삭되어 블랭킹 가공되는 제1단계;
   상기 블랭킹 가공된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보의 표면 프로파일에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 베이스금형 사이에서 프레스되어 포밍 가공되는 제2단계; 및
   상기 포밍 가공된 베이스패널이 상기 3차원 외형정보로부터 산출된 타공부의 위치정보에 따라 수직 방향 및 측면 방향으로 피어싱 가공되는 제3단계를 포함하되,
   상기 제2단계는, 상기 베이스패널이 급격한 소성 변형으로 인한 국부적인 크랙이나 코팅 계면의 파손이 방지되도록 상기 베이스금형의 표면 프로파일에서 산출된 제1 함몰 깊이로부터 20%~40% 감소된 제3함몰 깊이로 보정된 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 완충금형 사이에서 프레스되어 사전 가공되는 단계와, 상기 블랭킹 가공된 베이스패널이 상기 베이스금형 중 하부금형의 상부를 따라 상기 베이스금형 중 상부금형의 하강으로 다운폼 가공되고, 가압점의 변화를 통해 프레스 가공에 따른 소성 변형이 유지되도록 상기 다운폼 가공된 베이스패널이 지그 고정되어 상기 상부금형의 하부를 따라 밀착 배치되되 상기 하부금형의 상승으로 업폼 가공되는 단계와, 상기 베이스패널이 스프링백 이후 최초 설계와 부합되는 형상을 가지도록, 상기 제1함몰 깊이 및 가공온도를 설계 변수로 사용하여 상기 베이스패널을 동일한 가공량으로 가공하여 복원된 후 잔여 가공량에 대한 평균치가 산출된 가공온도별 평균복원비율에 대응되는 변형량을 더하여 증가된 제2함몰 깊이로 보정된 표면 프로파일을 갖는 한쌍의 리스트라이킹금형 사이에서 프레스되어 순차 가공되는 단계를 포함하며,
   상기 제3단계는, 상기 포밍 가공된 베이스패널이 상기 베이스금형으로부터 취출되는 단계와, 상기 취출된 베이스패널이 기설정된 레이저 가공 위치로 이송되어 고정되는 단계와, 상기 고정된 베이스패널의 3차원 위치정보가 검출되되, 상기 검출된 3차원 위치정보에 따라 상기 타공부에 대응되는 가공좌표가 산출되어 레이저 절삭으로 피어싱 가공되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고강도 저비중 경량강재를 이용한 차량용 판재 제조방법.
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