KR20190113779A - 시트 금속 구성요소를 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

고도로 치수적으로 정확한 시트 금속 구성요소를 제조하는 방법이 설명되며, 이 방법은: 블랭크를 예비 성형 부품(10, 10')으로 성형하는 단계로서, 예비 성형 부품(10, 10')은 단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는, 단계; 적어도 영역별로 예비 성형 부품(10, 10')의 단면의 과잉 전개 길이를 사용하면서 예비 성형 부품(10, 10')을 캘리브레이팅 부품(50)으로 적어도 영역별로 캘리브레이팅하는 단계로서, 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품(10, 10')의 예비 성형 에지는 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 상태로 배치되는, 단계; 및 시트 금속 구성요소(60)를 제조하기 위해 캘리브레이팅 후 캘리브레이팅 부품(50)을 적어도 영역별로 트리밍하는 단계;를 포함한다. 고도로 치수적으로 정확한 시트 금속 구성요소를 제조하기 위한 장치가 또한 기재되어 있다.

Description

시트 금속 구성요소를 제조하는 방법 및 장치

본 발명은 시트 금속 구성요소를 제조하는 방법 및 시트 금속 구성요소를 제조하기 위한, 특히 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 시트 금속 구성요소를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

입증된 성형 방법으로 딥 드로잉(deep-drawing)은 일반적으로 복잡한 기하형상을 갖는 시트 금속 구성요소를 제조하는 데 사용된다. 여기서 대부분 평탄한 시트 금속은 블랭크 홀더 또는 시트 금속 홀더 각각과 드로우 링(draw ring) 또는 다이 각각 사이에 끼여지고(jammed) 램에 의해 다이 안으로 드로잉된다. 또한, 흔히 이 경우에 복수의 도구를 사용하여 복수의 형상 부여 작업에서 시트 금속 구성요소를 제조한다.

이러한 종래의 딥 드로잉 방법에서, 드로잉 후에 비균일 응력 상태의 결과로서 시트 금속 구성요소가 반동하는(spring back) 경향 및 회분(batch) 사이의 변동에 관한 민감도는 특히 불리하다. 예상되는 반동은 이미 성형 도구의 설계시에, 예상되는 반동이 고전적 보상 조치에 의해 도구 내로 반대 방향으로 통합되는 방식으로 감안되고, 그래서, 이에 따라 비균일 응력 상태가 이완된 이후 가능한 한 치수적으로 정확한 구성요소가 획득된다.

그러나 도구에 대한 이러한 보상 조치는 통상적으로 특정 반동 상태를 감안하여만 설계될 수 있다. 상기 보상 조치는 또한 구현의 측면에서 비교적 시간 소모적이고 복잡하며, 대부분의 경우에 복수의 반복 또는 보정 도구 연삭 작업 각각에 의해 원하는 결과에 적응되어야 한다.

그러나, 여기서 시트 금속 구성요소의 치수 정밀도가 재료 회분의 변경 후에(특히 금속 시트 또는 블랭크가 제조되는 코일의 변경 후에) 더 이상 유지될 수 없다는 점에서 문제가 있으며, 그 이유는 이 경우 반동이 흔히 일탈적으로 변하기 때문이다.

반동 및 불충분한 프로세스 안정성은 따라서 예를 들어 차체 프레스 가공체 부품 같은 치수적으로 정확한 시트 금속 구성요소의 제조를 위해 고강도 강철 또는 알루미늄 재료를 사용하는 데 가장 큰 장애물을 형성하고 성형 산업에 큰 과제를 나타낸다.

종래 기술로부터, 가소화를 초래하는 압축 응력을 시트 금속 구성요소에 주입하여(impinging) 바람직하지 않은 반동을 효과적으로 상쇄시키는 것이 알려져 있다.

예를 들어, 독일 최초 미심사 공개 공보 DE 10 2007 059 251 A1, 독일 최초 미심사 공개 공보 DE 10 2008 037 612 A1, 독일 최초 미심사 공개 공보 DE 10 2009 059 197 A1, 독일 최초 미심사 공개 공보 DE 10 2013 103 612 A1 및 독일 최초 미심사 공개 공보 DE 10 2013 103 751 A1은 이에 따라 치수적으로 정확한 구성요소를 생산하는 데 재료 과잉이 사용되는 방법을 설명한다.

구성요소의 최종 형상에 가능한 많이 근접하지만 규정된 재료 과잉이 특정 구성요소 부분에 포함된다는 차이점을 갖는 예비 성형 부품이 통상적으로 하나의 방법 단계에서 또는 선택적으로 복수의 방법 단계에서 생성된다. 압축 응력은 후속 방법 단계에서 전체 구성요소를 특수 압축하여 재료에서 목표된 방식으로 생성된다. 여기서 구성요소 에지는 캘리브레이팅 도구 상에서 형상-결합 방식으로 적어도 영역별로 지지되며, 특히 더 큰 전개 길이의 형태로 제공되는 재료 과잉은 바람직하게는 압축 프로세스에서 시트 금속 두께의 방향으로만 변위된다. 이 방법은 실제로 위에 언급된 단점을 없애고, 최소의 재료 사용을 제공하지만 그 자체로 별도의 바람직하지 않은 부수적인 영향이 있다.

따라서, 특히, 예비 성형 부품의 제조를 위해, 예비 성형 부품의 구성요소 주연부, 그리고, 따라서, 후속 캘리브레이팅에 중요한 예비 성형 에지의 정밀하게 반복되는 위치가 보증되는 조치가 필요하다는 것이 입증되었다. 제조된 예비 성형 부품의 예비 성형 에지의 정밀하게 반복되는 공간적 위치를 보장함으로써, 후속 캘리브레이팅 단계를 위해 예상된 재료 과잉이 예비 성형 부품의 각각의 단면에 가능한 한 존재하는 것이 원론적으로 달성된다. 예를 들어, 본원에서 이렇게 고려되는 국소 단면의 전개 길이는 시트 금속 구성요소의 최종 기하형상에 대해 요구되는 것보다 약 1.0 내지 3.0% 더 크다. 예비 성형 부품의 생산시 프로세스 관리의 결과로 단면의 전개 길이가 과도하게 변화하는 경우, 길이가 불충분한 경우, 후속 캘리브레이팅 단계를 위해 충분한 재료 과잉을 얻을 수 없을 것이며, 이로 인해, 시트 금속 구성요소의 치수 정밀도가 저하될 것이다. 대조적으로, 예비 성형 부품의 관찰된 단면의 전개 길이가 과도할 경우, 이에 따라 과도한 치수의 재료 과잉이 접혀져 후속 캘리브레이팅 프로세스 동안 기복을 형성할 것이며, 이는 외관적 결함 및/또는 치수적 결함을 의미할 수 있다. 또한 캘리브레이팅 도구는 신뢰할 수 없는 방식으로 응력부여될 것이다. 예비 성형체의 국소 단면의 전개 길이가 과도하게 변화하는 경우에, 압축 프로세스 동안 캘리브레이팅 도구 상에서의 이전에 설명한 예비 성형체의 구성요소 에지의 형상-결합 지지는 따라서 신뢰할 수 있는 프로세스의 측면에서 구현 불가능하다.

앞서 설명한 단점은 따라서 캘리브레이팅 효과가 예비 성형 에지를 가로질러 적용되고, 최적의 캘리브레이팅 효과를 설정하기 위한 목적으로 상기 예비 성형 에지가 실제 압축 및/또는 캘리브레이팅 프로세스가 시작되기 직전에 캘리브레이팅 도구에서 충분히 정밀하게 반복되고 재현 가능한 방식으로 존재하여야 한다는 사실과 관련된다.

예비 성형 에지의 공간적 위치와 재료 과잉의 국소 분포가, 캘리브레이팅에 필요한 조건에 대응하는 것을 보장하기 위해, 예비 성형 부품의 생산시 특수한 조치가 취해질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 이격된 시트 금속 홀더가 사용되고, 이에 따라, 단면의 전개 길이에 대한 마찰의 영향, 그리고, 이에 따른, 회분 사이의 변동의 영향을 가능한 낮게 유지할 수 있다. 예비 성형체 단면의 국소 전개 길이 및 이에 따른 캘리브레이팅 도구에 배치된 예비 성형체의 예비 성형 에지의 위치는 종종 시트 금속 홀더 또는 이격된 시트 금속 홀더 없이 딥 드로잉에 의해 정밀하게 반복되도록 생성될 수 있다.

그러나, 특정한 시트 금속 구성요소에 대한 예비 성형 에지의 정확한 위치는 그 기하형상으로 인해 현재까지 취해진 조치에 의해서는 신뢰성 있게 생성될 수 없다는 것이 입증되었다. 따라서, 제조될 기하형상에 따라, 드로잉시의 재료 유동이 바람직하지 않은 주름의 형성이 발생하지 않는 방식으로 시트 금속 홀더에 의해 적어도 영역별로 감속되는 것이 매우 바람직할 수 있다. 이때, 이러한 방식으로 제조된 예비 성형 부품이 실제로 요구되는 기하형상을 충족시키지만, 그러나, 이 경우 단면의 전개 길이는 이렇게 제조된 예비 성형 부품이 다음의 캘리브레이팅 도구에서 처리될 수 없거나, 캘리브레이팅 도구에서 제한된 범위로만 처리될 수 있는 방식으로 변한다.

이로부터 나아가, 본 발명의 목적은 설명된 단점이 감소되거나 제거될 수 있게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

시트 금속 구성요소를 제조하기 위한 일반적인 방법의 경우, 이 목적은 하기 단계를 포함하는 방법으로 달성된다:

- 블랭크를 예비 성형 부품으로 성형하는 단계로서, 예비 성형 부품은 단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는, 단계;

- 특히 추가적인 압축 응력을 형성하기 위해, 적어도 부분적으로 예비 성형 부품의 단면의 과잉 전개 길이를 사용하면서, 예비 성형 부품을 캘리브레이팅 부품으로 적어도 영역별로 캘리브레이팅하는 단계로서, 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품의 예비 성형 에지는 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 상태로 배치되는, 단계; 및

- 시트 금속 구성요소를 제조하기 위해 캘리브레이팅 후 캘리브레이팅 부품을 적어도 영역별로 트리밍하는 단계.

종래 기술과 대조적으로, 제안된 방법의 경우, 한편으로는 단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는 예비 성형 부품이 제안된다. 동시에, 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품의 예비 성형 에지는 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없도록 배치된다. 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 배치는 예비 성형 에지의 특정 영역이 또한 형상-결합 방식으로 배치될 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다. 어떠한 형상-결합도 없는 배치는 특히, 단면에서 보았을 때 예비 성형 에지의 외향 이동이 형상-결합 방식으로 방지되지 않는다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 달리 말하면, 예비 성형 에지는 적어도 영역별로 형상-결합 방식으로 항복이 방지되지 않는다. 따라서, 상기 예비 성형 에지가 도구에서 형상-결합 방식으로 지탱되지 않기 때문에 더 이상 예비 성형 에지가 캘리브레이팅 도구에 정확하게 위치될 필요가 없다. 예비 성형체의 제조를 위해, 예를 들어, 힘-주입(force-impinged) 시트 금속 홀더와 다이 사이에서의 블랭크의 끼임에 의해 재료 유동에 영향을 주는 것이 이에 따라 가능해진다. 기복이나 열극의 형성과 같은 단면에서의 예비 성형 부품의 전개 길이의 측면에서의 불규칙성의 전형적인 부정적인 영향이 감소되거나 회피될 수 있다. 결과적으로, 다음 캘리브레이팅에서 예비 성형 에지의 요구되는 정확한 위치로 인해, 현재까지 사용될 수 없었던 성형 방법이 예비 성형 부품을 형성할 때 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 시트 금속 홀더, 드로우 비드 또는 복수의 드로잉 스테이지를 사용하여 드로잉이 작업될 수 있다. 이에 의해 생성된, 단면에서의 예비 성형 부품의 불규칙한 전개 길이는, 회분 및 마찰학에 따른, 캘리브레이팅 도구의 예비 성형 에지에서의 (다른 경우에는 일반적인) 형상-결합이 이제 적어도 영역별로 존재하지 않으므로 문제가 되지 않는다. 최종적으로, 시트 금속 구성요소는 캘리브레이팅 이후 수행되는 캘리브레이팅 부품의 에지-트리밍에 의해 최종 기하형상(최종 치수)을 갖도록 달성될 수 있다(특히, 단면에서 시트 금속 구성요소의 원하는 길이). 여기서 트리밍 도구는 유리하게는 공칭 기하형상에 가깝게 구현될 수 있고, 현재의 관행과 같이 반동되는 예비 성형 부품에 적응될 필요가 없다.

시트 금속 구성요소는 바람직하게는 베이스 영역, 벽 영역 및/또는 선택적인 플랜지 영역을 갖는다. 따라서, 캘리브레이팅 부품은 바람직하게는 이미 베이스 영역, 벽 영역 및/또는 선택적인 플랜지 영역을 갖는다. 예비 성형 부품은 또한 바람직하게는 이미 베이스 영역, 벽 영역 및/또는 선택된 플랜지 영역을 갖는다. 예비 성형 부품은 예를 들어 이미 최종 기하형상에 가까운 기하형상을 가지고 있지만 바람직하지 않은 반동에 노출된다. 이에 관하여, 예비 성형 부품은 반동된 성형된 부품으로 고려될 수 있다.

단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는 예비 성형 부품은 특히 예비 성형 부품의 전개된 또는 신장된 길이가 단면에서 적어도 영역별로 시트 금속 구성요소의 최종 기하형상에 요구되는 것보다 큰 것을 의미하는 것으로 이해된다. 예비 성형 부품은 국소 단면에서 적어도 영역별로, 바람직하게는 후속하는 캘리브레이팅을 위해 요구되는 것보다 큰 전개 길이를 갖는다. 예를 들어, 예비 성형 부품의 전개 길이는 단면에서 적어도 영역별로 시트 금속 구성요소의 최종 기하형상에 대해 요구되는 것보다 3% 초과, 바람직하게는 5% 초과로 더 크다.

성형, 예를 들어, 드로잉 또는 바람직하게는 딥 드로잉은 예를 들어 드로잉 도구에서 수행된다. 국소 단면의 전개 길이의 정밀하게 반복된 길이는 캘리브레이팅에서 중요하지 않기 때문에, 제안된 방법에서 드로우 비드, 드로우 숄더(draw shoulder) 및/또는 다단계 딥 드로잉을 사용하는 딥 드로잉이 유리하게 사용될 수 있다. 성형은 특히 아이어닝(ironing)을 포함할 수 있다.

캘리브레이팅은 예를 들어 캘리브레이팅 도구에서 수행된다. 예비 성형 부품의 캘리브레이팅 부품으로의 캘리브레이팅은 바람직하게는 적어도 영역별로 예비 성형 부품의 압축을 포함한다.

캘리브레이팅 부품의 트리밍은 예를 들어 트리밍 도구에서 수행된다. 캘리브레이팅 부품의 트리밍은 예를 들어, (특히, 절단 블레이드를 사용하거나 레이저 빔 절단에 의해) 수행된다. 예를 들어 트리밍과 관련하여 마찬가지로 필요한 돌출부 및/또는 천공부가 캘리브레이팅 부품에 제공된다.

일 예에서, 캘리브레이팅 이후 캘리브레이팅 부품의 트리밍은 별도의 도구에서 수행된다. 그러나, 예를 들어 캘리브레이팅 램의 말단 위치에 도달한 후에 트리밍을 캘리브레이팅 도구에서 수행하는 것도 마찬가지로 가능하다.

원론적으로 성형, 캘리브레이팅 및/또는 트리밍은 별도의 장치에서 수행될 수 있다. 그러나, 성형, 캘리브레이팅 및/또는 트리밍이 조합된 장치에서 적어도 부분적으로 수행될 수도 있다.

블랭크, 따라서 예비 성형 부품, 캘리브레이팅 부품 및 최종 기하형상을 갖는 시트 금속 구성요소는 바람직하게는 알루미늄 재료 또는 강철 재료로 제조된다. 예를 들어, 예로서 다상 강철(multiphase steel)과 같은 고강도 강철이 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 캘리브레이팅 부품은 플랜지 영역을 가지며, 캘리브레이팅 부품의 트리밍은 플랜지 영역의 부분적인 제거를 포함한다. 또한 예비 성형 부품은 특히 바람직하게는 이미 플랜지 영역을 갖는다. 이 경우에 단면에서 적어도 영역별로, 예비 성형 부품의 하나의 과잉 전개 길이는 특히 플랜지 영역에 의해 달성된다. 플랜지 영역은 바람직하게는 예비 성형 부품의 캘리브레이팅에 의해 적어도 부분적으로 캘리브레이팅, 특히 압축된다. 캘리브레이팅 부품의 플랜지 영역 또는 전체 플랜지 영역이 그후 트리밍에 의해 제거된다. 플랜지 영역의 캘리브레이팅되지 않은 부품은 예를 들어 트리밍으로 제거될 수 있다. 플랜지 영역의 적어도 부분적으로 캘리브레이팅된 영역은 마찬가지로 예를 들어 트리밍에 의해 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 캘리브레이팅 중에 예비 성형 부품의 예비 성형 에지의 방향으로의 바람직하지 않은 재료 유동은 특히, 시트 금속 상부측 및/또는 시트 금속 하부측 상에서 특히 마찰, 힘-결합 및/또는 형상-결합에 의한 감속 효과에 의해 적어도 영역별로 감소되거나 억제된다. 이렇게 하면 과잉 재료가 외향 유동하는 것이 방지되고, 추후, 캘리브레이팅에 기여할 수 없게 된다. 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는, 캘리브레이팅 동안의 예비 성형 부품의 예비 성형 에지의 배치의 경우에, 이는 특히, 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품의 시트 금속 상부측 및/또는 시트 금속 하부측 상에 감속 효과가 작용한다는 점에서 달성될 수 있다. 바람직하지 않은 외향 재료 유동은 바람직하게는 전적으로 이러한 방식으로 상쇄된다. 예비 성형 부품, 특히 예비 성형 부품의 플랜지 영역은 예를 들어 캘리브레이팅 도구에 끼여진다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 블랭크를 예비 성형 부품으로 성형할 때의 재료 유동은 적어도 영역별로 특히 형상-결합 및/또는 힘-결합에 의해 감속된다. 성형, 특히 딥 드로잉시의 재료 유동이 적어도 영역별로 예를 들어 시트 금속 홀더를 사용하여 감속된다는 점에서, 예를 들어, 바람직하지 못한 주름 형성이 감소되거나 회피될 수 있고, 예비 성형체는 복잡한 기하형상의 경우에도 특히 유리하게, 특히 대부분, 기복이 없도록 제조될 수 있다. 그 때문에, 예비 성형 부품의 국소 단면의 전개 길이의 길이는 실제로 회분에 따라 환경에 맞게 수정된다. 그러나 이는 캘리브레이팅 동안 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 예비 성형 에지의 배치에 의해 문제가 되지 않는다.

제어된 재료 유동 및 이에 따른 열극 및 주름이 없는 시트 금속 구성요소의 유리한 기하형상을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 하나 또는 복수의 드로우 비드, 하나 또는 복수의 드로우 숄더 및/또는 다단계 성형이 블랭크를 예비 성형 부품으로 성형, 특히, 딥 드로잉할 때 사용된다. 이러한 방식으로 적절한 예비 성형 부품의 제조시의 이전에 존재하던 한계를 상당히 확장할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 이 방법은 블랭크를 성형하는 것부터 캘리브레이팅 이후 캘리브레이팅 부품을 트리밍할 때까지 어떠한 트리밍도 없이 수행된다. 따라서, 블랭크의 제조와는 별도로, 특히 캘리브레이팅 이전에 개입하는 트리밍 절차가 없다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 영역별로 캘리브레이팅된 영역은 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품의 트리밍에 의해 제거된다. 적어도 영역별로 캘리브레이팅된 선택적인 플랜지 영역은 바람직하게는 캘리브레이팅 후에 트리밍에 의해 제거된다. 단면에서 예비 성형 부품의 추가적인 전개 길이가 성형 중에, 특히 딥 드로잉 절차 중에 생성되는 경우에도, 이로 인해 구성요소의 원하는 최종 기하형상은 신뢰성 있는 프로세스를 통해 달성될 수 있다. 더욱이, 최종 시트 금속 구성요소가 실질적으로 완전히 평탄한 방식으로 캘리브레이팅되는 것이 보장될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 블랭크의 예비 성형 부품으로의 성형은 특히 최종 기하형상에 근접한 예비 성형 부품의 기하형상을 생성하는 것을 목표로 하는 보상 조치를 이미 포함한다. 예를 들어, 예비 성형 부품의 성형[예를 들어, 벽 영역의 초과-굽힘(over-bending)]은, 예를 들어 딥 드로잉 도구의 대응하는 설계를 통해 딥 드로잉시 예상되는 반동과 반대로 수행된다. 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 예비 성형 에지의 배치에 의해 예비 성형 부품의 반동의 변동 또는 회분 변경, 예비 성형 도구의 마모 또는 마찰학적 특성의 변동은 캘리브레이팅에 의해 균등화될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 예비 성형 부품은 예비 성형 부품의 베이스 영역, 예비 성형 부품의 벽 영역, 예비 성형 부품의 선택적인 플랜지 영역 및/또는 그 사이의 하나 또는 복수의 전이 영역에서 재료 과잉을 갖는다. 재료 과잉이 상기 영역에 제공될 수 있고 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 캘리브레이팅의 배치에도 불구하고 캘리브레이팅 중에 활용될 수 있다는 것이 입증되었다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 단면에서 보았을 때 시트 금속 구성요소는 적어도 섹션별로 실질적으로 모자 형상이 되도록 구성된다. 그 주요 범위를 따른 시트 금속 구성요소는 마찬가지로 단면 변동을 가질 수 있다. 생산시 종종 발생하는 얇은 스팟, 기복 및 열극은 특히, 단면에서 보았을 때 특히, 단면 변동과 조합하여 모자 형상인 시트 금속 구성요소의 경우에 설명된 방법으로 감소 또는 회피될 수 있다.

시트 금속 구성요소를 제조하기 위한 일반적인 장치의 경우, 목적은 다음을 갖는 장치에 의해 달성된다:

- 예비 성형 부품이 단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는 방식으로 블랭크를 예비 성형 부품으로 성형하기 위한 성형 수단;

- 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품의 예비 성형 에지가 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없도록 배치되는 방식으로 특히 추가적인 압축 응력을 형성하기 위해 적어도 부분적으로 예비 성형 부품의 단면의 과잉 전개 길이를 사용하면서 예비 성형 부품을 캘리브레이팅 부품으로 적어도 영역별로 캘리브레이팅하기 위한 캘리브레이팅 수단; 및

- 시트 금속 구성요소가 제조되도록 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품을 적어도 영역별로 트리밍하기 위한 트리밍 수단.

본원의 장치는 상이한 단계를 수행하기 위한 하나 또는 복수의 도구를 포함할 수 있다. 장치는 이에 관하여, 특히 복수의 도구를 갖는 도구 시스템을 포함할 수 있다. 설명된 방법의 맥락에서 이미 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치의 경우에, 종래 기술과 대비하여, 캘리브레이팅시에 특히 적어도 영역별로 예비 성형체의 에지의 형상-결합 고정이 제공되지 않는다. 따라서, 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는 단면에서 예비 성형 부품은 캘리브레이팅에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 필요하지 않은 재료, 예를 들어, 선택적인 플랜지 영역의 일부가 트리밍 수단으로 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 성형 수단은 예비 성형 램, 예비 성형 다이 및 선택적으로 시트 금속 홀더를 포함하는 예비 성형 도구를 포함하며, 바람직하게는 하나 또는 복수의 드로우 비드 및/또는 하나 또는 복수의 드로우 숄더를 포함한다. 성형 수단은 다단계 성형에 대해서도 마찬가지로 규정될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 예비 성형체의 국소 단면의 전개 길이는 성형시 정밀하게 반복된 방식으로 달성될 필요가 없다. 특히, 드로우 비드와 같은 보조 수단이 이로 인해 고려될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 캘리브레이팅 수단은 하나 또는 복수의 캘리브레이팅 램 및 하나 또는 복수의 캘리브레이팅 다이를 갖는 하나 또는 복수의 캘리브레이팅 도구를 포함한다. 예비 성형 부품의 충분히 정확한 위치설정은 램 또는 다이의 반경에 의해 이미 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 트리밍 수단은 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품을 적어도 영역별로 트리밍하는 하나 또는 복수의 트리밍 도구를 포함한다. 예를 들어, 트리밍 도구는 하나 또는 복수의 절단 블레이드를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 트리밍 도구는 레이저 빔 절단을 수행하도록 특정될 수 있다. 트리밍 도구는 마찬가지로 임의의 필요한 돌출가공 및/또는 천공을 수행하도록 구체화될 수 있다.

장치의 또 다른 유리한 설계 실시예와 관련하여, 본 방법 및 그 이점에 대한 설명을 참조한다.

방법의 바람직한 실시예에 따른 방법 단계에 대한 앞선, 그리고, 이하의 설명에 의해, 장치의 바람직한 실시예에 의해 방법 단계를 수행하기 위한 대응 수단도 또한 개시된다. 방법 단계를 수행하기 위한 수단의 개시는 마찬가지로 각각의 방법 단계를 개시한다.

본 발명은 도면과 함께 예시적인 실시예에 의해 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다:
도 1은 성형 단계를 수행하기 위한 예비 성형 도구의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 예비 성형 후에 반동된 예비 성형 부품의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 캘리브레이팅 단계를 수행하기 위한 캘리브레이팅 도구의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 캘리브레이팅 단계를 수행하기 위한 캘리브레이팅 도구의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 5는 캘리브레이팅 부품의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6은 트리밍 이후의 시트 금속 구성요소의 예시적인 실시예를 도시한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 방법의 하나의 예시적인 실시예에 따른 성형 단계를 수행하기 위한 예비 성형 도구(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 예비 성형 도구(1)는 예비 성형 램(2) 및 예비 성형 다이(4)를 포함한다. 또한, 예를 들어 활주 쿠션 또는 스프링 상에 배치될 수 있는 선택적인 블랭크 홀더(6)가 도시되어 있다. 예비 성형 도구(1)는 또한 드로우 비드(8a)를 갖는 시트 금속 홀더(8)를 갖는다. 또한, 드로우 숄더(9)가 제공된다. 도 1에서 블랭크는 딥 드로잉에 의해 예비 성형 부품(10)으로 이미 성형되어 있다.

여기서 블랭크는 베이스 영역 및/또는 벽 영역 및/또는 플랜지 영역 및/또는 베이스 영역과 벽 영역 그리고/또는 벽 영역과 플랜지 영역 사이의 전이 영역에 포함된 재료 예비분을 갖는 예비 성형 부품(10)의 기하형상이 적어도 후속 캘리브레이팅 단계에 요구되는 기하형상에 대응하는 방식으로 형성된다.

이렇게 정립된 예비 성형 부품(10)은 단면에서 적어도 영역별로 예비 성형 부품(10)의 전개 길이가 후속 캘리브레이팅을 위해 요구되는 것보다 더 크다는 점에서 구별된다. 따라서, 예비 성형 부품(10)의 제조시에 드로우 비드(8a) 또는 드로우 숄더(9)와 같은 통상의 보조 수단이 또한 가능하다. 특히 중요한 구성요소의 경우, 예비 성형 부품(10)이 복수의 성형 단계에서 구현되는 것도 고려할 수 있다. 적절한 예비 성형 부품(10)의 제조시 이전에 존재하는 한계는 이러한 방식으로 상당히 확장된다. 예비 성형 부품이 드로잉, 굽힘, 엠보싱, 에지 굽힘(edge-bending) 등의 상이한 조합의 복수의 성형 단계에서 제조되는 것도 고려할 수 있다.

비균일 응력 상태의 결과로서 예비 성형 부품(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 예비 성형 도구(1)로부터 회수될 때 반동될 것이다. 이어서, 회수된 예비 성형 부품(10)(성형된 부품)은 캘리브레이팅 도구(20)에 수용되고, 이 도구는 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이 예비 성형 에지의 영역에서 원하는 최종 기하형상과 재료 첨가의 합을 재현한다. 캘리브레이팅 도구(20)는 캘리브레이팅 램(22), 캘리브레이팅 다이(24), 및 위로부터 현수된 블랭크 홀더 또는 시트 금속 홀더(26) 각각을 포함한다.

캘리브레이팅 단계를 수행하기 위한 캘리브레이팅 도구(30, 40)의 대안적인 예시적인 실시예가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다. 캘리브레이팅 도구(30)는 캘리브레이팅 램(32) 및 캘리브레이팅 다이(34)를 갖는 2-부분 도구로서 구현된다. 이 경우 블랭크 홀더가 제거될 수 있다. 캘리브레이팅 도구(40)는 캘리브레이팅 램(42), 캘리브레이팅 다이(44) 및 위에 현수된 블랭크 홀더(46)를 포함한다. 이 경우 예비 성형 부품(10')의 플랜지 영역은 숄더 없이 형성된다.

캘리브레이팅 절차 동안 예비 성형 부품(10, 10')(성형된 부품)은 예비 성형 에지의 방향으로 재료의 유동이 캘리브레이팅 중에 억제되도록 설명된 캘리브레이팅 도구(20, 30, 40)에 고정된다. 그러나, 상기 도구(20, 30, 40)에서, 예비 성형 부품(10, 10')의 예비 성형 에지는 적어도 영역별로 캘리브레이팅 중에 어떠한 형상-결합도 없도록 배치된다. 따라서 예비 성형 부품(10, 10')은 예비 성형 에지가 형상-결합 방식으로 항복하는 것이 방지되지 않고 완전히 또는 적어도 부분적으로 캘리브레이팅된다. 본원에서 예비 성형 에지 방향으로의 바람직하지 않은 외향 재료 유동은 시트 금속 상부측 및 시트 금속 하부측에 대한 감속 효과에 의해서만 달성되고, 예비 성형 에지에 대한 감속 효과에 의해서는 달성되지 않는다.

예비 성형 부품(10, 10') 또는 캘리브레이팅 부품 각각의 트리밍은 이 시점까지 이루어지지 않는다. 캘리브레이팅 부품이 생성되는 경우, 이는 트리밍에 의해(예를 들어, 에지-트리밍에 의해) 나중에 제거될 트리밍 폐기물이 먼저 캘리브레이팅 도구(20, 30, 40)에서 적어도 부분적으로 공동으로 캘리브레이팅됨을 의미한다. 이렇게 최종 시트 금속 구성요소를 달성하기 위해 추후 최종적으로 트리밍되는 치수적으로 정확한 캘리브레이팅 부품이 이러한 방식으로 얻어진다.

예를 들어, 벽의 초과-굽힘과 같은 보상 수단은 예비 성형 도구(1)의 설계에서 이미 취해질 수 있으므로, 이미 최종 기하형상에 가능한 잘 대응하는 예비 성형 부품(10, 10')을 얻을 수 있다. 예비 성형 부품(10, 10')의 반동의 변동은 캘리브레이팅시 크게 균등화되어, 여기서 복잡한 보정 루프가 전혀 요구되지 않는다. 이는 회분 변경 및/또는 예비 성형 도구의 마모 및/또는 도구 및 재료의 마찰학적 특성에 기인한 변동에도 적용된다.

예비 성형 부품(10)으로부터 제조된 캘리브레이팅 부품(50)의 예시적인 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 절단될 영역은 점선(52)에 의해 예시적인 방식으로 표시된다. 캘리브레이팅 후에 수행되는 트리밍은 하나 또는 복수의 단계로 수행될 수 있으며, 특히 트리밍 도구가 현재의 관행과 같이 반동된 구성요소에 적응될 필요가 없고 대신 공칭 기하형상에 근접하도록 구현될 수 있다는 이점을 갖는다. 그러나 원론적으로, 더 낮은 말단 위치에 도달할 때 에지-트리밍을 캘리브레이팅 도구(20, 30, 40)에 통합하는 것도 마찬가지로 고려할 수 있다(여기서는 도시되지 않음).

에지-트리밍에 의해 캘리브레이팅 부품(50)으로부터 제조된 최종 치수를 갖는 시트 금속 구성요소(60)가 도 6에 도시되어 있다.

요약하면, 다음의 이점은 특히 설명된 방법 및 설명된 장치의 다양한 예시적인 설계 실시예로부터 도출될 수 있다.

초기에 제공될 블랭크의 관점에서, 절단 블레이드의 단순화된 윤곽 및 더 적은 마모가 얻어질 수 있다. 또한 일반적으로 단 하나의 블레이드 윤곽만 필요하므로 단순화된 포갬이 가능하다.

예비 성형 부품(10, 10')의 성형의 관점에서, 특히 다소 시트 금속 홀더(8), 드로우 비드(8a), 드로우 숄더(9) 및/또는 다단계 성형 같은 보조 수단에 의한 성형에 의해서만 구현될 수 있는 복잡한 구성요소가 제조될 수 있다. 더욱이, 현대의 다상 강철의 고형화가 여기에서 이용될 수 있다. 이는 차례로 비교되는 부품 성능에서 특히 엠보싱 및 상승(raising)을 이용한 프로세스 관리와 비교할 때 시트 금속 두께를 감소시켜 구성요소 중량을 감소시킬 수 있다. 마지막으로, 에지 열극의 위험이 있는 영역이 감소 또는 회피될 수 있다.

캘리브레이팅의 관점에서, 특히 회분에 독립적으로, 신뢰성 있는 프로세스에 의해, 압축 및/또는 캘리브레이팅 프로세스의 시작 직전까지 근접한 캘리브레이팅 도구(20, 30, 40) 내의 예비 성형 에지의 위치가 캘리브레이팅 효과에 어떠한 영향도 갖지 않는다는 것이 유리하게 달성될 수 있다. 이는 예비 성형 부품(10, 10')이 캘리브레이팅 단계를 위한 최종 시트 금속 구성요소 에지를 고려하지 않고 최적의 방식으로 설계될 수 있음을 의미한다. 초과-굽힘 또는 트루잉(truing)에 의한 고전적인 보상은 마찬가지로 생략될 수 있으며, 고전적인 보상은 원론적으로 설명된 방법과 조합될 수도 있다. 마찬가지로, 이는 도구 상에 지지된 예비 성형 에지의 영역에서의 높은 표면 압력은 압축 및/또는 캘리브레이팅 프로세스 동안 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 캘리브레이팅 도구 내의 예비 성형 에지의 배치에 의해 더 이상 형성될 수 없고, 캘리브레이팅 도구의 서비스 수명이 따라서 증가된다는 점에서 유리할 수 있다.

최종 치수에 대한 캘리브레이팅 부품(50)의 에지-트리밍의 관점에서, 대량 생산시 테스트된 공지된 트리밍 방법이 사용될 수 있고 필요한 돌출가공 및/또는 천공과 선택적으로 조합될 수 있다.

Claims (15)

1. 시트 금속 구성요소를 제조하는 방법이며,
   - 블랭크를 예비 성형 부품(10, 10')으로 성형하는 단계로서, 예비 성형 부품(10, 10')은 단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는, 단계;
   - 특히 추가적인 압축 응력을 형성하기 위해, 적어도 부분적으로 예비 성형 부품(10, 10')의 단면의 과잉 전개 길이를 사용하면서 예비 성형 부품(10, 10')을 캘리브레이팅 부품(50)으로 적어도 영역별로 캘리브레이팅하는 단계로서, 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품(10, 10')의 예비 성형 에지는 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없는 상태로 배치되는, 단계; 및
   - 시트 금속 구성요소(60)를 제조하기 위해 캘리브레이팅 후 캘리브레이팅 부품(50)을 적어도 영역별로 트리밍하는 단계;를 포함하는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 캘리브레이팅 부품(50)은 플랜지 영역을 가지며, 캘리브레이팅 부품(50)의 트리밍은 플랜지 영역의 부분적 제거를 포함하는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품(10, 10')의 예비 성형 에지 방향으로의 바람직하지 않은 재료 유동은 특히 시트 금속 상부측 및/또는 시트 금속 하부측에 대한 감속 효과에 의해 적어도 영역별로 감소되거나 억제되는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크를 예비 성형 부품(10, 10')으로 성형할 때의 재료 유동은 적어도 영역별로 감속되는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 블랭크를 예비 성형 부품(10, 10')으로 성형할 때 하나 또는 복수의 드로우 비드(8a), 하나 또는 복수의 드로우 숄더(9) 및/또는 다단계 성형이 사용되는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크 성형으로부터 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품(50)을 트리밍할 때까지 어떠한 트리밍도 없이 수행되는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 영역별로 캘리브레이팅된 영역은 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품(50)의 트리밍에 의해 제거되는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크를 예비 성형 부품(10, 10')으로 성형하는 단계는 최종 기하형상에 특히 근접한 예비 성형 부품의 기하형상을 생성하는 것을 목표로 하는 보상 조치를 이미 포함하는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 예비 성형 부품(10, 10')은 예비 성형 부품(10, 10')의 베이스 영역에서, 예비 성형 부품(10, 10')의 벽 영역에서, 예비 성형 부품(10, 10')의 선택적 플랜지 영역에서 및/또는 이들 사이의 하나 또는 복수의 전이 영역에서 재료 과잉을 갖는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단면에서 보았을 때 시트 금속 구성요소(60)는 적어도 부분적으로 실질적으로 모자 형상이 되도록 구성된, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 금속 구성요소(60)는 그 주요 연장부를 따라 단면 변동을 갖는, 시트 금속 구성요소의 제조 방법.
12. 시트 금속 구성요소를 제조하기 위한, 특히 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 장치이며,
    - 예비 성형 부품(10, 10')이 단면에서 적어도 영역별로 과잉 전개 길이를 갖는 방식으로 블랭크를 예비 성형 부품(10, 10')으로 성형하기 위한 성형 수단(1);
    - 캘리브레이팅 동안 예비 성형 부품(10, 10')의 예비 성형 에지가 적어도 영역별로 어떠한 형상-결합도 없도록 배치되는 방식으로 특히 추가적인 압축 응력을 형성하기 위해 적어도 부분적으로 예비 성형 부품(10, 10')의 단면의 과잉 전개 길이를 사용하면서 예비 성형 부품(10, 10')을 캘리브레이팅 부품(50)으로 적어도 영역별로 캘리브레이팅하기 위한 캘리브레이팅 수단(20, 30, 40); 및
    - 시트 금속 구성요소(60)가 제조되도록 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품(50)을 적어도 영역별로 트리밍하기 위한 트리밍 수단;을 갖는, 시트 금속 구성요소의 제조 장치.
13. 제12항에 있어서, 성형 수단은 예비 성형 램(2), 예비 성형 다이(4) 및 선택적으로 시트 금속 홀더(8)를 포함하는 예비 성형 도구(1)를 포함하며, 바람직하게는 하나 또는 복수의 드로우 비드(8a) 및/또는 하나 또는 복수의 드로우 숄더(9)를 포함하는, 시트 금속 구성요소의 제조 장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 캘리브레이팅 수단은 하나 또는 복수의 캘리브레이팅 램(22, 32, 42) 및 하나 또는 복수의 캘리브레이팅 다이(24, 34, 44)를 갖는 하나 또는 복수의 캘리브레이팅 도구(20, 30, 40)를 포함하는, 시트 금속 구성요소의 제조 장치.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 트리밍 수단은 캘리브레이팅 후에 캘리브레이팅 부품(50)을 트리밍하기 위한 하나 또는 복수의 트리밍 도구를 포함하는, 시트 금속 구성요소의 제조 장치.

Images