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KR20180115327A - 성형재 제조 방법 - Google Patents

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KR20180115327A
KR20180115327A KR1020187028379A KR20187028379A KR20180115327A KR 20180115327 A KR20180115327 A KR 20180115327A KR 1020187028379 A KR1020187028379 A KR 1020187028379A KR 20187028379 A KR20187028379 A KR 20187028379A KR 20180115327 A KR20180115327 A KR 20180115327A
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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 소재 금속판의 판 두께가 변동해도 튜브 형상 몸통부의 내경 진원도를 고정밀도로 유지하고, 또한 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생도 방지할 수 있는 성형재 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 소재 금속판에 대해서 다단 드로잉을 실시함으로써, 튜브 형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 가지는 성형재를 제조한다. 다단 드로잉에는, 몸통부 소체를 가지는 예비체를 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과, 예비 드로잉 후에 실시되어 압력 조정이 가능한 압축력을 몸통부 소체에 가하면서 몸통부 소체를 드로잉 함으로써 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉과, 계속해서 치수 정밀도를 확보하기 위한 적어도 1회의 마무리 아이어닝이 포함되어 있다.

Description

성형재 제조 방법
본 발명은, 튜브 형상의 몸통부와 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 가지는 성형재를 제조하기 위한 성형재 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 하기 비특허문헌 1 등에 나타나 있듯이, 드로잉 가공을 실시함으로써 튜브 형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 가지는 성형재가 제조되고 있다. 드로잉 가공에서는 소재 금속판을 연신하여 몸통부가 형성되므로, 통상 몸통부 둘레벽의 판 두께는 소재 금속판의 판 두께보다 얇아진다.
예를 들면, 하기 특허문헌 1 등에 나타나 있는 모터 케이스로서 상기와 같은 드로잉 가공에 의해 성형된 성형재를 이용하는 경우가 있다. 이 경우, 몸통부의 둘레벽에는 모터 케이스 밖으로 자기가 누설되는 것을 방지하는 실드재로서의 성능이 기대된다. 또, 모터의 구조에 따라서는, 고정자의 백 요크로서의 성능도 둘레벽에 기대된다.
실드재 또는 백 요크로서의 성능은 둘레벽이 두꺼울 수록 양호해진다. 이 때문에, 상기와 같이 드로잉 가공에 의해 성형재를 제조할 때는, 몸통부의 판 두께 감소를 예상해서 소정의 몸통부 둘레벽의 판 두께를 얻을 수 있도록, 소재 금속판의 판 두께는 소정의 몸통부 둘레벽의 판 두께보다 두껍게 선정한다. 그러나 소재 금속판의 판 두께는 항상 일정한 것은 아니고, 판 두께 공차(公差)로 불리는 판 두께의 허용 범위 내에서 변동하는 것이다. 또, 금형 상태의 변화나 재료 특성의 불균일 등에 의해서, 드로잉 가공에서의 판 두께 감소량이 변동하는 경우도 있다.
한편, 모터의 진동이나 소음을 저감하기 위해서, 모터 케이스의 내경에는 고정밀 내경 진원도가 요구되는 경우가 있다. 그렇기 때문에, 통상, 다단 드로잉 가공을 끝낸 후의 공정에서, 몸통부에 마무리 아이어닝을 실시하여 내경의 진원도를 향상시키게 된다. 이 마무리 아이어닝은, 2개의 금형을 이용해서 몸통부의 재료를 내측과 외측의 양측으로부터 사이에 두고 아이어닝을 실시하는 데 있어서, 2개 금형의 틈새의 간격(클리어런스)을 몸통부의 재료 판 두께 미만으로 설정한 금형을 이용하여 실시된다. 이 클리어런스를 몸통부의 재료 판 두께 미만으로 설정하는 것을 마이너스 클리어런스라고 부른다.
이 때, 소재 금속판의 판 두께가 예정되어 있던 판 두께보다 얇거나, 또한, 소재 금속판의 재료 특성의 불균일이나 드로잉 가공 공정에서의 금형 상태의 변화에 의해서 판 두께 감소율이 증대하면, 아이어닝 가공 전의 몸통부의 판 두께는 예정하고 있던 판 두께 이하로 되어 버린다. 그렇게 되면, 미리 준비하고 있던 아이어닝 가공 금형에서는 아이어닝 가공량이 부족하게 되어, 내경 진원도의 정밀도가 저하하는 경우가 있다. 반대로, 소재 금속판의 판 두께가 예정되어 있던 판 두께보다 두껍거나, 소재 금속판의 재료 특성의 불균일이나 드로잉 가공 공정에서의 금형 상태의 변화 등에 의해서, 마무리 아이어닝 전의 몸통부의 판 두께가 예정되어 있던 판 두께보다 너무 큰 경우도 있다. 이러한 경우는, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도는 만족시키지만, 소재 금속판이 마무리 아이어닝 다이에 응착하거나 타버리는 등의 다른 문제가 발생한다.
소재 금속판의 판 두께 변동이나 드로잉 가공에서의 판 두께 감소율의 변동에 의해서, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께는 변동하는 것이다. 한편, 이에 대해서, 마무리 아이어닝을 실시하는 금형 클리어런스는 고정이기 때문에, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께가 변동해도, 이것을 드로잉 가공의 조건 변경으로는 흡수할 수 없기 때문에, 상기 문제가 생긴다.
이와 같이, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께가 얇아도 두꺼워도 문제가 되는 점에서, 다단 드로잉 가공에 제공하는 소재 금속판의 판 두께 공차에 대한 요구는 어려워지고 있다.
여기서, 하기 특허문헌 2 등에 나타나 있듯이, 드로잉 가공 부재의 몸통부의 박육화를 방지하는 방식으로써, 다단 드로잉 공정에서 압축 드로잉을 실시하는 금형이 개시되어 있다.
이 압축 드로잉 금형에서는, 전공정에서 성형된 원통 부재를 그 개구 플랜지부를 아래로 한 상태에서, 하형(下型)에 마련된 변형 저지 부재에 끼워 맞추고, 개구 플랜지부를 하형에 마련된 플레이트의 오목부에 위치시켜서 그 외주를 오목부에 걸어 맞춘다. 그리고 상형을 하강시켜서 이 상형에 형성된 다이의 구멍에 원통 부재의 원통부를 압입함에 따라 압축력이 작용하여 압축 드로잉 가공을 한다.
이때 변형 저지 부재는 플레이트에 대해 상하 이동이 가능하기 때문에, 원통 부재의 측벽은 거의 인장력을 받지 않고, 판 두께 감소가 억제되며, 오히려 판 두께를 증가시키는(두께 증가) 것도 가능하다.
또한, 이 때 몸통부 소체에 걸리는 압축력은, 다이의 구멍에 압입될 때의 몸통부 소체의 변형 저항과 동일하다. 즉, 판 두께 증가에 기여하는 것은, 주로 변형 저항에 관계있는 다이와 펀치의 금형 클리어런스, 다이의 견부의 곡률반경, 몸통부 소체의 재료 강도(내력·단면적)이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2013-51765호 특허문헌 2: 일본 실용신안공개특허 평4-43415호 특허문헌 3: 일본 특허 제5395301호
비특허문헌 1: 무라카와 마사오 외 3명 저술 「소성가공의 기초」, 초판, 산업도서 주식회사, 1990년 1월 16일, p. 104∼107
그러나 상기 압축 드로잉 방법에서는, 원통 부재는 하형에 고정된 플레이트상에 재치(載置)되어 있고, 위쪽으로부터 하강해 온 다이스와 플레이트의 사이에 원통 부재가 끼워진다. 즉, 이른바 바닥까지 떨어지는 상태에서 원통 부재에 압축력을 작용시켜서 판 두께를 증가시키고 있기 때문에, 판 두께를 증가시키는 것은 가능하지만, 소재 금속판의 판 두께 변동에 대응하여 압축력을 조절해서 판 두께의 증감을 조절하는 것은 곤란했다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 소재 금속판의 판 두께가 변동하거나 금형 조건이 변동해도, 판 두께의 증감을 조절해서 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 판 두께를 조절함으로써, 몸통부의 내경 진원도를 고정밀도로 유지할 수 있는 성형재 제조 방법이다.
또, 마무리 아이어닝에 이용하는 금형 클리어런스를 규정함에 따라서, 소재 금속판의 마무리 아이어닝 다이에 대한 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 방지할 수 있는 성형재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명과 관련되는 성형재 제조 방법은, 소재 금속판에 대해서 다단 드로잉을 실시하여, 튜브 형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 가지는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조 방법으로써, 다단 드로잉에는 몸통부 소체를 가지는 예비체를 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과, 압입 구멍을 가지는 다이와, 몸통부 소체의 내부에 삽입되어 몸통부 소체를 압입 구멍에 압입하는 펀치와, 몸통부 소체의 깊이 방향을 따르는 압축력을 몸통부 소체의 둘레벽에 가하는 가압 수단을 포함하는 금형을 이용하여 예비 드로잉의 후에 실시되고, 압축력을 몸통부 소체에 가하면서 몸통부 소체를 드로잉 함으로써 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉과, 적어도 1회의 압축 드로잉 후에 실시되는 적어도 1회의 마무리 아이어닝이 포함되어 있으며, 가압 수단은 다이에 대향하도록 펀치의 외주 위치에 배치되어 몸통부 소체의 둘레벽의 하단이 재치되는 패드부와, 패드부를 아래쪽으로부터 지지하는 동시에 패드부를 지지하는 지지력을 조절할 수 있도록 구성된 부세(付勢)부를 가지는 리프터 패드를 가지고, 적어도 1회의 압축 드로잉은 패드부가 하사점(下死点)에 도달할 때까지의 사이에 완료하도록 실시되며, 몸통부 소체의 압축 드로잉이 실시될 때에 지지력이 압축력으로써 몸통부 소체에 작용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형재 제조 방법에 따르면, 소재 금속판의 판 두께에 따라서 압축력을 조정하고, 압축력을 몸통부 소체의 깊이 방향을 따라서 몸통부 소체에 가하면서 몸통부 소체를 드로잉하여 몸통부가 형성된다. 따라서, 소재 금속판의 판 두께가 상정한 것보다 얇게 변동했다고 해도, 압축력을 증가시킴으로써 마무리 아이어닝에서 아이어닝이 부족하여 내경 진원도가 악화되는 것을 회피할 수 있다. 또, 반대로 소재 금속판의 판 두께가 상정한 것보다 두껍게 변동했다고 해도 압축력을 감소함으로써 내경 진원도를 만족하면서, 소재 금속판의 마무리 아이어닝 다이에 대한 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 종래보다 넓은 판 두께 공차의 소재 금속판의 사용이 가능해져서, 재료의 조달성이 향상한다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조 방법에 따라서 제조되는 성형재(1)를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 성형재를 제조하는 성형재 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 2의 예비 드로잉에 이용하는 금형을 나타내는 설명도이다.
도 4는 도 3의 금형에 의한 예비 드로잉을 나타내는 설명도이다.
도 5는 도 2의 제1 압축 드로잉에 이용하는 금형을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 6의 일점 쇄선보다 좌측에는, 도 5의 금형에 의한 제1 압축 드로잉을 나타냄과 함께, 일점 쇄선보다 우측에는, 리프터 패드의 패드부가 바닥까지 떨어지는 상태를 비교예로서 나타내는 설명도이다.
도 7은 제1 압축 드로잉 공정에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제2 압축 드로잉 공정에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 마무리 아이어닝에서의 금형 클리어런스와 마무리 아이어닝 후의 몸통부 둘레벽의 내경 진원도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 보통강 냉연강판에서의 아이어닝률 Y와 X(=r/tre)와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 마무리 아이어닝 가공에서의, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께(tre)와, 마무리 아이어닝에서의 금형 클리어런스(cre)의 관계를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
실시형태 1.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조 방법에 따라서 제조되는 성형재(1)를 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타내듯이, 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 따라서 제조되는 성형재(1)는 몸통부(10)와 플랜지부(11)를 가지는 것이다. 몸통부(10)는 천정벽(100)과, 천정벽(100)의 바깥 가장자리로부터 연장된 둘레벽(101)을 가지는 튜브 형상의 부분이다. 천정벽(100)은 성형재(1)를 이용하는 방향에 따라서는 저벽 등으로 달리 부르는 경우도 있다. 도 1에서는 몸통부(10)는 단면 진원형을 가지도록 나타내지만, 몸통부(10)는, 예를 들면 단면 타원형이나 각통형 등의 다른 형상으로 되어 있어도 좋다. 예를 들면, 천정벽(100)으로부터 더욱 돌출된 돌출부를 형성하는 등, 천정벽(100)에 추가로 가공할 수도 있다. 플랜지부(11)는 몸통부(10)의 단부(둘레벽(101)의 단부)에 형성된 판부이다.
다음으로, 도 2는 도 1의 성형재(1)를 제조하는 성형재 제조 방법을 나타내는 설명도이다. 본 발명의 성형재 제조 방법은, 평판 모양의 소재 금속판(2)에 대해서 다단 드로잉과 마무리 아이어닝을 실시하여 성형재(1)를 제조한다. 다단 드로잉에는, 예비 드로잉과, 이 예비 드로잉 후에 실시되는 적어도 1회의 압축 드로잉이 포함되어 있다. 본 실시형태의 성형재 제조 방법에서는, 3회의 압축(제1∼제3 압축)이 실시된다. 소재 금속판(2)로는 표면에 도금이 실시되지 않은 금속판을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 스테인리스 강판, 보통강 냉연강판, 보통강 열연 강판 등의 철계 재료나 알루미늄 등의 비철계 재료 등을 이용할 수 있다.
예비 드로잉은, 소재 금속판(2)에 가공을 함으로써 몸통부 소체(20a)를 가지는 예비체(20)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)는 도 1의 몸통부(10)보다 직경이 넓고, 또한 깊이가 얕은 튜브 형상체이다. 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향은 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 연장 방향에 따라서 규정된다. 본 실시형태에서는, 예비체(20) 전체가 몸통부 소체(20a)를 구성한다. 단, 예비체(20)로서 플랜지부를 가지는 것을 형성해도 좋다. 이 경우, 플랜지부는 몸통부 소체(20a)를 구성하지 않는다.
제1∼제3 압축 드로잉은, 뒤에 자세하게 설명하듯이, 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)(도 5 참조)을 몸통부 소체(20a)에 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉 하여 몸통부(10)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)를 드로잉 한다는 것은, 몸통부 소체(20a)의 직경을 줄이는 동시에, 몸통부 소체(20a)의 깊이를 더욱 깊게 하는 것을 의미한다.
다음으로, 도 3은 도 2의 예비 드로잉에 이용하는 금형(3)을 나타내는 설명도이고, 도 4는 도 3의 금형(3)에 의한 예비 드로잉을 나타내는 설명도이다. 도 3에 나타내듯이, 예비 드로잉에 이용하는 금형(3)에는, 다이(30), 펀치(31) 및 쿠션 패드(32)가 포함되어 있다. 다이(30)에는 펀치(31)와 함께 소재 금속판(2)이 압입되는 압입 구멍(30a)이 마련되어 있다. 쿠션 패드(32)는 다이(30)의 단면에 대향하도록 펀치(31)의 외주 위치에 배치되어 있다.　도 4에 나타내듯이, 예비 드로잉에서는 다이(30) 및 쿠션 패드(32)에 의해서 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부를 완전히 구속하지는 않고, 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 벗어날 때까지 드로잉 아웃한다. 소재 금속판(2) 전부를 펀치(31)와 함께 압입 구멍(30a)에 압입해서 드로잉 아웃해도 좋다. 상술한 바와 같이 플랜지부를 가지는 예비체(20)을 형성하는 경우에는, 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 벗어나지 않는 깊이에서 멈추면 좋다.
다음으로, 도 5는 도 2의 제1 압축 드로잉에 이용하는 금형(4)을 나타내는 설명도이고, 도 6은 도 5의 금형(4)에 의한 제1 압축 드로잉을 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타내듯이, 제1 압축 드로잉에 이용하는 금형(4)에는 다이(40), 펀치(41) 및 리프터 패드(42)가 포함되어 있다. 다이(40)는 압입 구멍(40a)을 가지는 부재이다. 펀치(41)는 몸통부 소체(20a)의 내부에 삽입되어 몸통부 소체(20a)를 압입 구멍(40a)에 압입하는 원기둥체이다.
리프터 패드(42)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 리프터 패드(42)는 패드부(420) 및 부세부(421)를 가지고 있다. 패드부(420)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치된 환상 부재이다. 부세부(421)는 패드부(420)의 하부에 배치되어 패드부(420)를 부세 지지한다. 패드부(420) 위에는 몸통부 소체(20a)가 재치된다. 몸통부 소체(20a)의 둘레벽은 다이(40)가 강하했을 때에 다이(40) 및 패드부(420)에 의해 사이에 끼워진다. 이와 같이 다이(40) 및 패드부(420)에 의해 몸통부 소체(20a)의 둘레벽이 끼워짐으로써, 부세부(421)의 부 세력(리프터 패드력)이 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)으로 몸통부 소체(20a)에 더해진다. 즉, 리프터 패드(42)는 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 가하는 가압 수단을 구성한다.
도 6의 일점 쇄선보다 좌측에 나타내듯이, 제1 압축 드로잉에서는 다이(40)가 강하함에 따라 펀치(41)와 함께 몸통부 소체(20a)가 압입 구멍(40a)에 압입되어, 몸통부 소체(20a)가 드로잉 된다. 이 때, 몸통부 소체(20a)에는 다이(40) 및 패드부(420)에 의해 몸통부 소체(20a)의 둘레벽이 사이에 끼워진 후에, 패드부(420)에 의해 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)이 계속 가해진다. 즉, 제1 압축 드로잉에서는, 압축력(42a)를 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉 한다. 뒤에 자세하게 설명하듯이, 압축력(42a)이 소정의 조건을 만족하는 경우, 몸통부 소체(20a)에 두께가 감소되지 않도록 하여, 몸통부 소체(20a)를 드로잉 할 수 있다. 이에 따라, 제1 압축 드로잉을 거친 몸통부 소체(20a)의 판 두께는, 제1 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 판 두께 이상이 된다.
가공 중에는 리프터 패드(42)의 패드부(420)가 하사점에 달하지 않고, 즉, 바닥까지 떨어지는 상태가 되지 않고 제1 압축 드로잉을 한다. 이 때, 패드부(420)는 상하 방향에 대해서 자유롭게 이동 가능한 상태에 있다. 그리고 패드부(420)에는 다이(40)의 가공력(P)이 아래쪽으로 가해지는 동시에, 부세부(421)의 지지력(42a)이 위쪽으로 가해진다. 위쪽으로의 지지력(42a)은 몸통부 소체(20a)에 대해서 압축력으로 작용하고, 압입 구멍(40a)의 내측, 즉 다이(40)와 펀치(41)의 사이에 몸통부 소체(20a)를 압입하듯이 작용한다. 이에 따라, 제1 압축 드로잉에서는 몸통부 소체(20a)의 두께를 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 다이(40)의 가공력(P)이란, 몸통부 소체(20a)의 변형 저항 및 부세부(421)의 지지력(42a)에 저항하여 다이(40)를 하강시키는 아래쪽을 향하는 힘을 말한다. 다이(40)의 가공력(P)은 몸통부 소체(20a)의 변형 저항 및 부세부(421)의 지지력(42a)의 합계, 즉 위쪽으로의 힘보다 약간 크기 때문에, 다이(40)는 몸통부 소체(20a)에 압축 드로잉을 실시하면서 서서히 하강해 간다.
또한, 도 6의 일점 쇄선보다 우측에 나타내듯이, 몸통부 소체(20a)의 가공 중에 패드부(420)가 하사점에 도달한 상태, 즉, 패드부(420)가 바닥까지 떨어지는 상태가 된 경우, 부세부(421)의 위쪽으로의 지지력은 발생하지 않는다. 따라서, 다이(40)와 패드부(420) 사이의 몸통부 소체(20a)에는, 부세부(421)의 지지력이 압축력으로 작용하지 않기 때문에, 몸통부 소체(20a)에는 압축 가공이 되지 않고, 단순히 드로잉 가공을 하는 상태가 된다. 따라서, 이와 같이, 몸통부 소체(20a)의 압축 드로잉이 완료하기 전에 패드부(420)가 바닥까지 떨어지는 상태가 되어 버린 경우, 몸통부 소체(20a)의 두께가 증가하는 효과를 얻을 수 없다. 또, 부세부(421)의 지지력 외에 두께가 증가하는 효과에 기여하는 것은, 주로 변형 저항에 관계가 있는 다이(40)와 펀치(41)와의 금형 클리어런스, 다이(40)의 견부의 곡률반경(r), 및 몸통부 소체(20a)의 재료 강도(내력·단면적)이지만, 이들 조건은 쉽게 변경되지는 않는다. 그 때문에, 몸통부 소체(20a)의 가공 중에 패드부(420)가 바닥까지 떨어지는 상태가 되어 버리면, 소재 금속판의 판 두께 변동에 대응하여 판 두께의 증감을 조절하기가 곤란하다.
도 2의 제2 압축 드로잉 및 제3 압축 드로잉은, 도 5및 도 6에 나타내는 금형(4)과 동일한 구성을 가지는 금형을 이용해서 실시된다. 단, 다이(40)와 펀치(41)의 치수는 적절하게 변경된다. 제2 압축 드로잉에서는, 압축력(42a)을 가하면서 제1 압축 드로잉 후의 몸통부 소체(20a)를 드로잉 한다. 또, 제3 압축 드로잉에서는, 압축력(42a)을 가하면서 제2 압축 드로잉 후의 몸통부 소체(20a)를 드로잉 한다. 이들 제1∼제3 압축 드로잉을 거쳐서, 그 후에 계속되는 마무리 아이어닝을 실시함에 따라, 몸통부 소체(20a)가 몸통부(10)로 된다. 여기서 본 발명에서 중요한 것은, 마무리 아이어닝 전의 공정에 해당하는 제3 압축 드로잉 공정의 몸통부 소체(20a)의 판 두께가 소정의 두께가 되도록 제1 압축 드로잉 공정∼제3 압축 드로잉 공정의 압축력을 조정하는 것이다. 그 결과, 마무리 아이어닝에서는, 내경 진원도를 만족하고, 또한 소재 금속판의 마무리 아이어닝 다이에 대한 응착이나 눌어붙는 등의 발생이 없는 적절한 금형 클리어런스로 가공이 이루어지게 된다.
다음으로, 실시예를 나타낸다. 본 발명자들은, 두께 1.60∼2.00mm의 SUS304, SUS430, 보통강 냉연강판, 보통강 열연강판, 알루미늄판(A5052)을 이용해서, 직경 116mm의 원형판을 소재 금속판(2)으로 하여, 압축시의 리프터 패드력의 크기와, 몸통부 소체(20a)의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께(mm)의 관계를 조사했다. 또, 압축 공정의 리프터 패드력을 변화시켜서 제작한 다양한 몸통부 둘레벽 판 두께의 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체(20a)를 이용하여, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스와 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도의 관계를 조사했다.
또, 몸통부 소체의 깊이 방향에 압축력을 부여하지 않는 통상의 두께를 줄이는 가공(비교예 1)과, 종래의 압축 가공법인 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공(비교예 2)과, 본 발명의 리프터 패드력 제어에 따른 두께 증가 가공에서의 성형 가능 소재 금속판의 판 두께 범위를 조사했다. 또한, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도를 만족하고, 또한 소재 금속판의 마무리 아이어닝 다이에 대한 응착이나 눌어붙는 등의 발생도 인정되지 않는 성형 가능 범위에 미치는, 마무리 아이어닝 공정의 다이 견부의 곡률반경(mm)과 아이어닝률의 관계에 대해서 조사했다.
가공 조건은 이하와 같다. 결과를 도 7에 나타낸다.
·다이 견부의 곡률반경: 0. 45∼10mm
·펀치의 직경: 예비 드로잉　 66mm,
　　　　　　 제1 압축 드로잉　54mm,
　　　　　　 제2 압축 드로잉　43mm,
　　　　　　 제3 압축 드로잉　36mm,
　　　　　　 마무리 아이어닝　36mm
·다이와 펀치의 금형 클리어런스(한쪽): 예비 드로잉　 2.20mm,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　제1 압축 드로잉　1.95mm,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　제2 압축 드로잉　1.95mm,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　제3 압축 드로잉　1.95mm,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　마무리 아이어닝　1.55mm
·리프터 패드력: 0∼100kN
·프레스유: TN-20N
도 7은 소재 금속판으로서 판 두께 1.8mm의 보통강 냉연강판을 이용하고, 제1 압축 드로잉 공정에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에서는, 제1 압축 드로잉 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 세로축으로 하고, 제1 압축 드로잉 리프터 패드력(kN)을 가로축으로 한다. 또한, 몸통부 둘레벽 평균 판 두께란, 펀치(41)의 견부의 플랜지측 R정지로부터 다이(40) 견부의 천정벽 측의 R정지까지의 둘레벽의 판 두께를 평균화한 것이다. 몸통부 둘레벽 평균 판 두께는, 제1 압축 리프터 패드력이 높아짐에 따라서 거의 직선적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 또, 제1 압축 리프터 패드력을 대략 15kN 이상으로 하여, 예비 드로잉의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 두께를 증가시키는 것을 알 수 있다.
도 8은, 제2 압축 드로잉 공정에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 소재 금속판은, 도 7과 같이 판 두께 1.8mm의 보통강 냉연강판을 이용했다. 도 8에서는, 제2 압축 드로잉 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 세로축으로 하고, 제2 압축 드로잉 리프터 패드력(kN)을 가로축으로 하고 있다. 여기에서도, 제1 압축 드로잉 공정과 마찬가지로 제2 압축 드로잉 리프터 패드력이 높아짐에 따라서 직선적으로 몸통부 둘레벽 평균 판 두께가 증가하는 것을 알 수 있다. 다만, 제1 압축 드로잉의 리프터 패드력이 50kN에서 성형한 몸통부 소체에 대해서는, 제2 압축 드로잉 리프터 패드력이 대략 30kN에서 거의 금형 클리어런스와 동등한 판 두께까지 증가하고, 그 이상 리프터 패드력을 높여도 판 두께는 일정한 값을 나타냈다. 이것은 리프터 패드력을 조정(증가) 함으로써 금형 클리어런스와 동등한 판 두께까지 몸통부 소체의 판 두께를 증가시키는 것이 가능하다는 것을 나타내고 있다. 제2 압축 드로잉에서는, 리프터 패드력을 대략 10kN 이상으로 함으로써, 제1 압축 드로잉 공정의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 두께가 증가한다는 것을 알 수 있다.
도 9는 마무리 아이어닝 공정에서의 금형 클리어런스와 마무리 아이어닝 후의 몸통부 둘레벽의 내경 진원도의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는 소재 금속판으로서 판 두께 1.60∼1.95mm의 SUS304, SUS430, 보통강 냉연강판, 보통강 열연강판, 알루미늄판(A5052)을 이용했다. 도 9에서는 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도(mm)를 세로축으로 하고, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스를 가로축으로 하고 있다. 여기서, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스는, 다음의 제1 식과 같다.
[수학식 1]
Figure pct00001
여기서,
cre: 마무리 아이어닝 금형 클리어런스
tre: 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께
이다.
마무리 아이어닝 금형 클리어런스가 커짐에 따라서 내경 진원도가 급격하게 커지는 것을 알 수 있다. 또, 내경 진원도 규격 0.05mm 이하를 만족하려면, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스가 마이너스 영역, 바꾸어 말하면 몸통부 소체의 판 두께를 줄이는 아이어닝 가공을 실시함으로써 실현될 수 있다는 것이 판명되었다.
표 1은 통상 두께를 줄이는 가공(비교예 1)에서의 성형 가능 소재 금속판의 판 두께 범위를 나타내는 실험 결과이다. 표 2는 종래의 두께 증가 압축 가공 방법인 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공(비교예 2)에서의 성형 가능 소재 금속판의 판 두께 범위를 나타내는 실험 결과이다. 표 3은, 리프터 제어 두께 증가 가공(본 발명예)에서의 성형 가능 소재 금속판의 판 두께 범위를 나타내는 실험 결과이다. 모든 실험 결과에서 소재 금속판으로서 보통강 냉연강판을 이용했다. 또, 각각 실험에 제공한 소재 금속판의 판 두께에 대한 마무리 아이어닝 전의 판 두께와 마무리 아이어닝 클리어런스 및 마무리 아이어닝 후의 몸통부 둘레벽의 내경 진원도와 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등이 발생하는 상황, 그리고 내경 진원도와 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생 상황으로부터 평가한 결과를 나타낸다. 또한, 리프터 제어 두께 증가 가공(본 발명예)의 표 3만, 참고로서 제1 압축 드로잉 시의 리프터 패드력 부여의 유무를 표기하고 있다.
[표 1]
Figure pct00002
[표 2]
Figure pct00003
[표 3]
Figure pct00004
표 1에 나타낸 비교예 1의 통상 두께 감소 가공에서는, 몸통부 소체에 압축력이 가해지지 않기 때문에, 마무리 아이어닝 전의 판 두께는 소재 금속판의 판 두께에 의하지 않고, 모두 판 두께가 감소하였다.
소재 금속판의 판 두께 1.60∼1.70mm에서는 마무리 아이어닝 공정의 클리어런스가 플러스가 되는 점에서, 아이어닝 가공이 되지 않고, 내경 진원도가 규격의 0.05mm를 초과하였다. 또, 소재 금속판의 판 두께가 2.00mm에서는, 마무리 아이어닝 공정의 클리어런스가 -13.4%이고, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도를 만족시켰다. 또 마무리 아이어닝 공정에서 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생이 없다는 것이 판명되었다. 이 결과로부터, 통상 두께 감소 가공(비교예 1)에서의 성형 가능한 소재 금속판의 판 두께는 1.75mm∼2.00mm의 범위이며, 그 폭은 0.25mm였다.
표 2에 나타낸 비교예 2의 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공에서는, 몸통부 소체에 압축력이 가해지기 때문에, 마무리 아이어닝 전의 판 두께는 소재 금속판의 판 두께에 의하지 않고, 모두 판 두께가 감소하였지만, 비교예 1(통상 두께 감소 가공)과 비교하면, 그 정도는 작아졌다.
소재 금속판의 판 두께가 1.60mm인 것만 내경 진원도가 규격의 0.05mm를 초과하였다. 또, 소재 금속판의 판 두께가 1.95mm 이상인 경우는, 마무리 아이어닝 공정에서, 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등이 발생한다는 것이 판명되었다.
이 결과로부터, 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공(비교예 2)에서의 성형 가능한 소재 금속판의 판 두께는 1.65mm∼1.90mm이고, 그 폭은 0.25mm였다. 비교예 1의 통상 두께 감소 가공과 비교하여 성형 가능한 소재 금속판의 판 두께는 작아지지만, 그 폭은 변함없다는 것을 알 수 있다.
이것은, 통상 두께 감소 가공(비교예 1)도 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공(비교예 2)도 소재 금속판의 판 두께가 변동한 경우의 성형 여유도가 동일하다는 것을 의미한다.
표 3에 나타낸 본 발명예의 리프터 패드력 제어 두께 증가 가공에서는, 몸통부 소체에 가하는 압축력을 소재 금속판의 판 두께에 따라서 리프터 패드력으로 자유롭게 제어할 수 있기 때문에, 마무리 아이어닝 전 공정의 판 두께의 변동폭을 작게 할 수 있다. 예를 들면, 표 3과 같이, 소재 금속판의 판 두께가 얇은 1.60mm∼1.75mm에서는, 제1 압축 드로잉 가공시에 리프터 패드력을 부여해서 두께를 증가시키고, 소재 금속판의 판 두께가 두꺼운 1.80mm 이상에서는, 리프터 패드력을 부여하지 않고 두께를 감소시켜서 압축 드로잉 가공을 함으로써, 마무리 아이어닝 전의 판 두께의 변동폭을 작게 할 수 있었다. 여기서, 리프터 패드력을 부여하지 않는 조건은, 비교예 1의 통상 두께 감소 가공에 상당하고, 소재 금속판의 판 두께 2.00mm에서도 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생도 없고, 마무리 아이어닝 후의 진원도는 어떤 소재 금속 판 두께에서도 규격의 0.05mm 이하를 만족했다. 이 결과로부터, 리프터 패드력 제어 두께 증가 가공(본 발명)에서의 성형 가능 소재 금속판의 판 두께는 1.60mm∼2.00mm의 범위이며, 그 폭은 0.40mm였다. 이것은, 본 발명예의 리프터 패드력 제어 두께 증가 가공은, 통상 두께 감소 가공(비교예 1)이나 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공(비교예 2)과 비교해서, 소재 금속판의 판 두께가 변동한 경우의 성형 여유도가 넓다는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 성형재 제조 방법은, 비교예 1의 통상 두께 감소 가공이나 비교예 2의 종래의 두께 증가 압축 가공 방법인 바닥까지 떨어지는 두께 증가 가공과 비교하여, 성형 가능한 소재 금속판의 판 두께 범위가 넓은 것을 알 수 있다.
도 10은 소재 금속판으로서 보통강 냉연강판을 이용한 경우의, 아이어닝률 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에서는, 아이어닝률 Y를 세로축으로 하고, 마무리 아이어닝 금형의 다이 견부의 곡률반경(r)과 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께(tre)의 비 X를 가로축으로 했다. 여기서, 아이어닝률 Y의 정의는 상술한 바와 같다.
도면 중의 기호 ○(백색 원형 마크)는 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 억제할 수 있었다는 평가를 나타내고, ·(엑스 마크)는 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 억제할 수 없었다는 평가를 나타내고 있다. 또, 기호 ●(흑색 원형 마크)는 내경 진원도가 0.05mm를 초과하는 것을 나타낸다. 도 10에 나타내듯이, 보통강 냉연강판의 경우, Y=19.8×-5.2로 나타나는 직선의 아래쪽 영역에서 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 억제할 수 있다는 것이 확인되었다.
즉, 리프터 패드력 제어 두께 증가 가공에 의해서, 상술한 제1 식을 만족하도록 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께(tre)를 결정함으로써, 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 하기 조건식(제2 식)에서 0＜Y라고 규정하고 있는 것은, 아이어닝률 Y가 0% 이하인 경우에는 아이어닝 가공이 이루어지지 않기 때문이다.
[수학식 2]
Figure pct00005
또한, 소재 금속판으로서 스테인리스 강판의 SUS304나 SUS430, 그리고 보통강 열연강판, 알루미늄판(A5052)의 재료에 대해서도 동일한 실험을 실시한 결과, 정도의 차이는 있지만, 마무리 아이어닝 공정에서 Y=19.8×-5.2를 초과하는 아이어닝률로 한 경우, 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 억제할 수 없었다. 또 마찬가지로, 아이어닝률이 0% 이하인 경우에는 내경 진원도가 0.05mm를 초과하는 것이 확인되었다.
이 성형재 제조 방법에 의하면, 소재 금속판의 판 두께에 따른 압축력을 몸통부 소체의 깊이 방향을 따라서 몸통부 소체에 가하면서 몸통부 소체를 드로잉 함으로써 몸통부가 형성된다. 따라서, 소재 금속판의 판 두께가 얇게 변동했다고 해도, 리프터 패드력을 증가시킴으로써 마무리 아이어닝 가공에서 아이어닝이 부족하게 되어 내정밀도가 악화되는 것을 피할 수 있다. 또, 반대로 소재 금속판의 판 두께가 두껍게 변동했다고 해도, 리프터 패드력을 감소시킴으로써 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생을 방지하면서, 내경 진원도를 만족할 수 있다. 그 결과, 종래보다 넓은 판 두께 공차의 소재 금속판의 사용이 가능해져서, 재료의 조달성이 향상한다.
본 구성은 모터 케이스 등 성형재의 고정밀 내경 진원도가 요구되는 적용 대상에서 특히 유용하다.
또, 가공 중에 바닥까지 떨어지는 상태가 되지 않는 리프터 패드(42)가 가압 수단을 구성하기 때문에, 보다 확실히 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉 할 수 있다.
소재 금속판의 판 두께에 따라서, 압축 드로잉 공정의 리프터 패드력을 조정할 수 있기 때문에, 소재 금속판의 판 두께에 의하지 않고 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께를 적정 판 두께 범위 내에 맞추어 넣을 수가 있으며, 항상 일정한 아이어닝 가공 클리어런스에서 안정된 아이어닝 가공을 실시할 수 있다.
또, 본 발명의 성형재 제조 방법은, 아이어닝률을 Y로 하고, 마무리 아이어닝 금형의 다이 견부의 곡률반경(r)과 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께(tre)와의 비를 X로 했을 때, 제2 식을 만족하므로, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도를 만족시키며, 또한 마무리 아이어닝 다이에 대한 소재 금속판의 응착이나 눌어붙는 등의 발생이 없이 몸통부 소체(20a)를 드로잉 할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pct00006
또한, 실시형태에서는 압축을 3회 실시하도록 설명하고 있지만, 압축 횟수는 성형재(1)의 크기나 요구되는 치수 정밀도에 따라서 적절히 변경해도 좋다.
1 성형재
10 몸통부
100 천정벽
101 둘레벽
11 플랜지부
2 소재 금속판
20 예비체
20a 몸통부 소체
4 금형
40 다이
40a 압입 구멍
41 펀치
42 리프터 패드
42a 압축력
421 부세부
43 펀치 홀더

Claims (4)

  1. 소재 금속판에 대해서 다단 드로잉을 실시하여, 튜브 형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 가지는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조 방법으로써,
    상기 다단 드로잉에는,
    몸통부 소체를 가지는 예비체를 상기 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과,
    압입 구멍을 가지는 다이와, 상기 몸통부 소체의 내부에 삽입되어 상기 몸통부 소체를 상기 압입 구멍에 압입하는 펀치와, 상기 몸통부 소체의 깊이 방향을 따르는 압축력을 상기 몸통부 소체의 둘레벽에 가하는 가압 수단을 포함하는 금형을 이용해서 상기 예비 드로잉 후에 실시되고, 상기 압축력을 상기 몸통부 소체에 가하면서 상기 몸통부 소체를 드로잉 하여 상기 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉과,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉 후에 실시되는 적어도 1회의 마무리 아이어닝,
    이 포함되어 있으며,
    상기 가압 수단은, 상기 다이에 대향하도록 상기 펀치의 외주 위치에 배치되어 상기 몸통부 소체의 둘레벽의 하단이 재치되는 패드부와, 상기 패드부를 아래쪽으로부터 지지함과 함께 상기 패드부를 지지하는 지지력을 조절할 수 있도록 구성된 부세부를 가지는 리프터 패드를 가지고,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉은, 상기 패드부가 하사점에 도달할 때까지 사이에 완료하도록 실시되며,
    상기 몸통부 소체의 압축 드로잉이 실시될 때에 상기 지지력이 상기 압축력으로써 상기 몸통부 소체에 작용하는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉은, 상기 소재 금속판의 판 두께에 따라서 상기 패드부를 지지하는 지지력을 조절함으로써, 상기 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 1회의 마무리 아이어닝의 아이어닝률 Y는, 상기 마무리 아이어닝에 이용하는 금형의 클리어런스(cre)와, 상기 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께(tre)의 관계에서,
    [수학식 1]
    Figure pct00007

    라고 정의되고,
    상기 마무리 아이어닝에 이용하는 금형의 다이 견부의 곡률반경(r)과 상기 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께(tre)의 비 X는,
    [수학식 2]
    Figure pct00008

    라고 정의되며,
    상기 아이어닝률 Y는, 상기 비 X에 대해서 다음 식의 관계를 만족하도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
    [수 3]
    Figure pct00009
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소재 금속판은, 표면에 도금이 실시되지 않은 금속판인 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
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