KR101576425B1 - 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법에 관한 것으로, 하부판재에 경사진 형상의 개구부를 가공한 후 상부판재에 펀치를 가압하여 하부소재의 경사진 개구부(Tapered-Hole) 체적만큼 구속시킴으로써 접합이 형성되는 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching, THC) 접합 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 제안하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법은 (a) 소정 두께를 가지며 개구부가 형성되어 있는 하부 판재를 다이 상부에 안착시키는 단계; (b) 하부 판재 상부에 상부 판재를 안착시키는 단계; (c) 개구부에 대응하는 형상을 갖는 펀치로 개구부에 대응하는 상부 판재 부위를 펀칭하여 하부 판재와 상부 판재를 상호 클린칭시키는 단계로 이루어지며, 개구부는 하부 판재의 상부면에서 하부면으로 관통하며, 상부면에서 하부면으로 갈수록 개구부의 내경 사이즈가 증가하도록 경사지는 내측 경사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

테이퍼 홀 클린칭 접합 방법{Tapered-Hole Clinching joint method}

본 발명은 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법에 관한 것으로, 하부판재에 경사진(tapered) 형상의 개구부를 가공한 후 상부판재에 펀치를 가압하여 하부판재의 경사진 개구부(Tapered-Hole) 체적만큼 구속시킴으로써 접합성이 향상되게 하기 위한 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching, THC) 접합 방법에 관한 것이다.

판재를 가공하여 물품을 제조하는 과정에서 중첩된 시트를 접합시키는 작업은 매우 빈번하게 발생하는 작업이다. 그러한 접합방법으로는 용접이나 리벳팅이 주로 사용되지만, 물성상 용접이 불가능하거나 용접에 따른 물성변화를 용인할 수 없거나 리벳 구멍에서의 누설이나 응력집중이 문제로 되는 것 등의 이유로 인하여 용접이나 리벳팅 이외의 방법이 채택되기도 한다.

그 중에서도 유력하게 채택되는 것은 맞대어진 판재를 변형시켜 서로에 대한 결합상태를 유지하는 접합구조를 형성하는 것이다.

판재를 변형시켜 서로 접합시키는 방법으로 대표적인 것은 클린칭이며, 이러한 클린칭을 행하기 위한 다양한 장치들이 개발되고 있다.

그러한 공구들은 제각기 독특한 특성을 가지며, 그러한 특성은 경우에 따라 장점 또는 단점으로 작용한다.

Schleicher Louis C에 의한 미국특허 5,490,310호에는 클린치조인트를 형성하기 위한 장치 및 방법(Apparatus and method for forming a clinch joint)이 제시되어 있다.

도 11에는 미국 특허공보에 의해 공개된 클린칭장치의 구성을 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 클린칭장치(500)는 판재의 국소적인 부분에 압력을 가하여 둥지(nest)모양으로 변형시키는 펀치(520)를 포함하는 펀치어셈블리(510) 및, 그러한 펀치(520)에 의해 가압되는 판재를 지탱하는 다이어셈블리(530)를 포함한다.

다이어셈블리(530)는 펀치(520)에 의해 가압되는 판재의 국소적인 부분의 둘레, 즉 둥지의 외곽부분을 지탱하는 다이버튼(540) 및 둥지의 하부를 지탱하는 모루(550)를 포함한다.

다이버튼(540)은 분할된 여러 섹터로 구성되어 있으며, 둥지형성시마다 각각의 섹터는 외팔보(cantilever)처럼 반경 방향의 외향으로 변형되어 벌어진다.

펀치어셈블리(510)는 둥지를 형성한 후에 둥지로부터 펀치(520)를 빼내는 역할을 하는 스프링을 포함하며, 다이어셈블리(530)는 둥지를 다이버튼(540)의 외부로 밀어내기 위한 스프링을 포함한다.

펀치(520)의 단부형상은 원형 또는 대략적인 타원형의 형상을 갖는다.

클린칭장치(500)에서는 둥지형성시마다 변형되는 다이버튼(540)에 피로하중이 누적되기 때문에 주기적인 교환이 요구된다.

겹쳐진 판재가 강하게 접합되기 위해서는 둥지의 입구의 직경보다 둥지의 바닥의 직경이 크게 확장될 것이 요구되는데, 이 클린칭장치(500)를 이용한 클린칭에서는 그러한 확장을 거의 기대할 수 없다.

Blacket Stuart Edmund 등에 의한 미국특허 5,884,386호에는 판재클린칭 방법 및 장치(Panel clinching methods and apparatus)가 제시되어 있다.

도 12에는 미국 특허공보에 의해 공개된 클린칭장치의 구성을 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 클린칭장치(600)는 판재의 국소적인 부분에 압력을 가하여 둥지(nest)모양으로 변형시키면서 리벳(660)을 밀어넣는 슬리브(670)를 포함하는 펀치(620) 및, 그러한 슬리브(670)에 의해 가압되는 판재를 지탱하는 다이어셈블리(630)를 포함한다.

다이어셈블리(630)는 둥지의 외곽부분을 지탱하는 다수의 콜릿(collets:680) 및 둥지의 하부를 지탱하는 모루(650)를 포함한다.

콜릿(680)은 팽창 및 수축할 수 있으며, 둥지의 입구로부터 바닥으로 가면서 직경이 확대되는 내부공간을 형성하고 있다.

클린칭장치(600)에서는 둥지형성시마다 변형되는 콜릿(680)에 피로하중이 누적되기 때문에 주기적인 교환이 요구된다. 또한, 콜릿(680)의 내부공간의 형상에도 불구하고, 콜릿(680)의 벽이 쉽사리 팽창되어야 하는 것을 감안할 때, 이러한 콜릿에 의해 둥지의 입구의 직경보다 둥지의 바닥의 직경이 크게 확장되거나, 반대로 둥지의 입구 근처가 핀칭될 것으로 기대되지는 않는다.

또한, 원형 단면을 갖는 리벳을 둥지 속에 삽입하는 방식으로, 리벳이라는 소모성 부자재로 인해 비용도 많이 든다.

Kuehne Timm에 의한 미국특허 5,992,206호에는 금속제 복구부재를 갖는 클린칭다이(Clinching die having metallic restoring member)가 제시되어 있다.

도 13에는 미국 특허공보에 의해 공개된 클린칭다이(700)의 구성을 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 클린칭다이(700)는 원통형 공간을 가짐으로 둥지의 외곽부분을 지탱하는 성형부재(shaping element:780) 및 둥지의 하부를 지탱하는 모루(750)를 포함한다.

성형부재(780)는 각각 반원통형 공간을 형성하는 2개의 부재로 구성되어 있으며, 둥지형성시마다 2개의 부재가 서로로부터 멀어진다. 멀어진 부재들은 탄성복원부재(790)에 의해 복원된다. 이러한 클린칭다이(700)에서도 둥지의 입구의 직경보다 둥지의 바닥의 직경이 크게 확장되는 것이 거의 기대되지 않는다.

한편, 섬유강화 복합재료를 항공기 구조물에 사용하는 경우에 비행 중 조류와의 충돌 또는 이착륙시 작은 돌이나 파편 등 여러 종류의 외부 충돌체에 의한 저속 충격손상을 받게 되며, 이러한 결점은 섬유강화 복합재료가 항공기 주구조물(Primary structure)에 적용되는데 결정적인 단점이 되어 왔다.

복합재료와 관련된 이러한 문제점을 해결하기 위하여 하이브리드 복합재료의 일종인 섬유금속적층판(Fiber Metal Laminates, FMLs)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

섬유금속적층판(FML)은 알루미늄 합금과 섬유 강화 복합재료를 적층하여 제작되며, 내부식성, 내충격성, 내피로성 등이 종래의 금속재료에 비하여 월등히 향상된 특성이 있는 것으로 알려지고 있으며, 이러한 장점들로 인하여 최근 A380의 상부 동체 등에 적용되어 일부 실용화가 이루어졌다.

그러나 여러 가지 장점과 더불어 층간 분리 현상과 같은 문제점 등도 내포하고 있기 때문에 섬유금속적층판(FML)에 대한 다양한 연구가 요구된다.

특히, 섬유금속적층판(FML)과 이종소재간의 접합시 기계적 성능 저하, 적층소재 간의 층간 분리 현상 등 많은 문제가 발생할 수 있기 때문에 섬유금속적층판(FML)과 금속간의 접합에 대한 연구가 필요하다.

일반적으로 섬유금속적층판(FML)과 금속간의 접합에는 SPR(Self-Piercing Rivet)접합, 접착제(adhesive bonding) 접합 방법이 널리 쓰이고 있으나, SPR접합의 경우에는 불필요한 리벳의 추가로 인해 무게 증가를 초래하는 단점이 있으며, 접착제 접합의 경우에는 결합 시간이 길고 환경적 문제가 발생할 수 있으므로, 종래의 접합 방법을 대체할 효과적 접합방법이 요구되고 있다.

이러한 문제점의 대안으로 기계적 접합방법인 클린칭 접합(clinched joint)이 주목을 받고 있다.

클린칭 접합 방법은 SPR접합과는 달리 추가적인 리벳이 필요 없어 비용적인 측면에서 유리하고, 펀치와 다이의 제작비용이 비용이 비싸지만 수명이 길기 때문에 타 접합 방법에 비해 생산 원가가 낮아지는 장점을 가지고 있어서, 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

그러나 섬유금속적층판(FML)과 같이 적층된 소재와 금속의 클린칭 접합을 시도할 경우, 종래에는 도 1과 같이 내부에 적층된 복합소재가 수직하중을 견디지 못하고 파손되어 사실상 복합재료의 기능을 상실하였음을 관찰할 수 있었다.

그러므로 클린칭 접합 수행시 하부소재인 섬유금속적층판(FML) 또는 금속에 최소한의 영향을 주면서 높은 접합강도를 도출하기 위한 기술이 절실히 필요하였다.

한국 특허등록 제10-0431640호, "중첩판재를 클린칭하는 장치 및 방법" (등록일자 2004.05.04) 한국 특허등록 제10-1304897호, "판재 클린칭 장치 및 방법" (등록일자 2013.09.02) 미국 특허등록 제5,490,310호, "APPARATUS AND METHOD FOR FORMING A CLINCH JOINT" (등록일자 1996.02.13) 미국 특허등록 제5,884,386호, "PANEL CLINCHING METHODS AND APPARATUS" (등록일자 1999.03.23) 미국 특허등록 제5,992,206호, "CLINCHING DIE HAVING METALLIC RESTORING MEMBER" (등록일자 1999.11.30)

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본 발명은 상기한 필요성에 의해서 안출된 것으로, 하부판재에 경사진 개구부(Tapered-Hole)를 가공한 후 상부판재에 펀치를 가압하여 하부판재의 경사진 개구부(Tapered-Hole) 체적만큼 구속시킴으로써 접합이 형성되는 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching, THC) 접합 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서 제안하는 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching) 접합 방법은 (a) 소정 두께를 가지며 개구부가 형성되어 있는 하부 판재를 다이 상부에 안착시키는 단계; (b) 하부 판재 상부에 상부 판재를 안착시키는 단계; (c) 개구부에 대응하는 형상을 갖는 펀치로 개구부에 대응하는 상부 판재 부위를 펀칭하여 하부 판재와 상부 판재를 상호 클린칭시키는 단계로 이루어지며, 개구부는 하부 판재의 상부면에서 하부면으로 관통하며, 상부면에서 하부면으로 갈수록 개구부의 내경 사이즈가 증가하도록 경사지는 내측 경사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭(THC) 접합 방법에 따르면, FML내부에 적층된 복합소재의 파단이나 적층된 소재간의 층간 분리 발생에 대한 위험을 사전에 예측할 수 있다.

또한, 평평한 다이를 사용할 수 있으므로 접합 후 외관상의 이점을 가질 수 있다.

또한, 종래의 일반적인 클린칭 접합에 비하여 성형깊이가 짧아지는 이점이 있다.

또한, 종래의 일반적인 클린칭 접합 결합부의 형상 특성은 다이의 형상에 의해 결정되는 단점에서 벗어날 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 클린칭 접합 방법에 의해서 발생되는 층간 분리 현상을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 형상을 나타내는 단면도이다.
도 3은 수직 하중에 의한 접합 단면도이다.
도 4는 설계 파라미터에 따른 S/N 비 도면이다.
도 5는 목 두께(t_N)에 대한 파라미터별 평균 효과를 나타내는 도면이다.
도 6은 언터컷(t_U)에 대한 파라미터별 평균 효과를 나타내는 도면이다.
도 7은 최적의 조건에 대한 유한요소 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에서 제안하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 장치를 나타내는 구성도이다.
도 9는 도 8의 A부분을 나타내는 단면 개략도(a), (b)이다.
도 10은 본 발명에서 제안하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법을 나타내는 블록도이다.
도 11은 종래의 한 예에 따른 클린칭 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 종래의 다른 예에 따른 클린칭 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 종래의 또 다른 예에 따른 클린칭 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

본 발명은 다음과 같은 연구 결과에 의해서 도출되었다.

1. THC 접합공정 개요 및 설계적용 해석 모델 정의

본 발명에서는 섬유금속적층판(Fiber Metal Laminate, FML) 등의 하부판재에 테이퍼(Tapered) 형상의 관통 개구부를 가공한 후 상부판재에 펀치를 가압하여 하부판재의 경사진 개구부(Tapered-Hole) 체적만큼 구속시킴으로써 접합이 형성되는 방법(Tapered-Hole Clinching, THC)을 제안한다.

제안된 접합방법의 분리하중을 증가시키는 요인들의 특성을 파악하기 위해 주요 설계변수를 정립하였고, 다구찌(Taguchi) 기법을 적용하여 직교배열표를 작성하였으며 S/N 비를 계산하였다.

계산된 S/N 비로 분리하중에 영향을 미치는 변수들의 기여도를 산출하였으며, 최대 분리하중을 도출하는 조합으로 유한요소 해석을 수행하여 분리 하중이 향상되었음을 검증하였다.

본 발명의 일실시 예에서는 도 2와 같이 상부에 Al 5052 소재를 위치시키고, 접합공정 이전에 경사진(Tapered) 형상의 개구부가 형성된 낮은 연신율 특성의 섬유금속적층판(FML)을 하부 판재에 위치시켜 접합시키는 공정을 제안한다.

이와 같은 THC(Tapered-Hole Clinching) 접합공정은 펀치를 가압하여 상부판재가 소성변형이 발생하는 동안 하부판재의 변형을 최소화하고, 경사진 개구부(Tapered-Hole) 체적만큼 구속시킴으로써, 상부판재와 하부판재 사이에 강한 결합력이 발생하여 접합되는 방법이다.

이로 인해 FML내부에 적층된 복합소재의 파단이나 적층된 소재간의 층간 분리 발생에 대한 위험을 사전에 예방할 수 있으며, 평평한 다이(die)를 사용하므로 접합 후 외관상의 장점, 및 종래의 일반적인 클린칭 접합에 비하여 성형깊이가 짧아지는 장점이 있다.

종래의 일반적인 클린칭 접합 결합부의 형상특성은 다이의 형상에 의해 결정되며, 다이의 형상은 이종소재 간의 결합력을 결정짓는 중요한 설계인자이다.

특히, 다이의 깊이와 접합소재의 두께에 따라 상부판재의 성형깊이가 결정되며, 그 깊이는 접합 후 상부판재와 하부판재 두께 합의 40 ~ 50 % 수준으로 설정된다.

또한, 비특허문헌[9] Ahn 등은 개구부 클린칭 접합의 기하학적 조건을 바탕으로 상부판재의 파단이 발생하지 않고 충분한 언더컷(t_U)을 형성하는 성형 깊이를 80% 이상의 수준으로 설정하였다. 성형 깊이가 부족하면 충분한 언더컷(t_U)을 형성하지 못하고, 필요 이상으로 클 경우에는 상부판재의 파단이 발생할 수 있다.

THC 접합의 경우, 성형 깊이가 일반적인 클린칭 접합에 비하여 작으나 펀치 압입시 테이퍼(Tapered) 경사로 인해 하부판재의 처짐이 발생할 수 있으므로 적절한 값을 선택하여야 한다.

2. 유한요소 해석 모델

THC 접합공정에 대한 유한요소 모델은 도 2와 같이 1.2mm 두께의 Al 5052, 1.66mm 두께의 FML, 펀치(punch), 홀더(holder) 그리고 다이(die)로 구성된다.

유한요소 해석은 상용프로그램인 DEFORM 2-D를 이용하여 수행하였으며, 효율적인 해석 수행을 위하여 축 대칭 모델로 가정하였다.

클린칭 접합에 대한 해석을 수행한 후 접합부의 최대 인장하중을 평가하기 위하여 도 3과 같이 하부판재를 구속시키고 상부판재를 접합 면에 수직 방향으로 하중을 인가하였다.

이 과정에서 수직 방향으로 하중이 가해지면서 상부판재와 하부판재의 분리가 발생하는데, 이때 하중을 최대 인장강도로 고려하였다.

THC 접합공정에서 금형과 판재 간의 마찰계수는 0.12, 그리고 판재 상호 간에는 0.4로 설정하였으며, 해석에 적용된 판재는 아래의 [표 1]의 물성치를 적용하여 해석을 수행하였다.

Mechanical properties of the SRPP and Al 5052

Material Properties	SRPP	Al 5052
Young's modulus[GPa]	4.04	68.92
Yield strength[MPa]	18.76	188
Ultimate strength[MPa]	157.8	270
Strength coefficient[MPa]	1177.456	364.09
Work-hardening exponent[-]	0.9825	0.1327

3. 다구찌 기법을 이용한 THC 접합공정 설계

3.1 다구찌 기법 개요

본 발명에서는 THC 접합의 접합력의 영향을 미치는 요인들의 특성을 평가하고, 접합력을 향상시키기 위해 다구찌 기법을 적용하였다. 다구찌 기법은 직교배열표를 이용한 일부실시법을 사용하고 있어 실험의 크기를 작게 할 수 있으며, 손실함수와 S/N 비(Signal-to-Noise)를 도입하여 품질을 일정하게 유지할 수 있는 인자를 찾아가는 최적공정설계가 가능하다.

분리하중은 높을수록 좋은 특성을 나타내므로 다구찌 기법의 망대특성(larger-the-better type character ristic) 손실함수를 적용하여 S/N 비를 분석하였다. 다구찌 기법에서는 목표치에 대한 평균제곱편차(Mean Square Deviation, MSD) 값을 통하여 설계 또는 공정목표에 대하여 최적화를 수행한다.

MSD는 식(1)과 같이 표현된다.

------------ (1)

여기서 n은 실험 횟수, y_i는 i번째 실험값이다. 손실함수를 망대특성으로 설정하였을 경우, S/N 비는 식(2)로 표현된다.

S/N=-10ㆍlog(MSD) --------------- (2)

3.2 설계변수와 직교배열표

클린칭 접합력에 영향을 미치는 중요한 요인은 목 두께(t_N)와 언더컷(t_U)으로, 목 두께(t_N)는 다이 깊이와 펀치코너반경(R), 언더컷(t_U)은 펀치코너반경(R), 간극(C), 다이의 밑변각도 등과 밀접한 관련이 있다.

접합력을 향상시키기 위해서 다이와 펀치의 적절한 설계가 필요하고, THC 접합에서는 다이의 역할을 하부판재가 대신하므로, 하부판재의 형상에 대한 설계가 필요하다. 따라서 본 발명에서는 도 2에 나타낸 것처럼 펀치코너반경(R), 간극(C), 테이퍼 길이(H) 그리고 행정거리(S)를 설계변수로 설정하였다.

설정된 4개의 요인(R, C, H, S)에 대한 3개 수준(Level)을 아래와 같이 [표 2]에 나타내었으며, 각 인자들 간의 교호작용은 없는 것으로 간주하여 독립적인 영향만을 분석하였다. 설정된 펀치코너 반경(R)은 충분한 언더컷(t_U)을 형성할 수 있는 범위로 설정하였고, 간극(C)은 최소 목 두께(t_N) 치수를 1수준으로 설정하였으며, 테이퍼(tapered) 길이(H)는 1:1 두께 비를 가지는 치수를 2수준으로 설정하였으며 펀치 행정거리(S)는 접합판재 두께의 합의 80%를 1수준으로 설정하였다. 이렇게 설정된 치수의 L₉(3⁴) 직교배열표를 아래와 같이 [표 3]에 나타내었다.

Design variables and levels

Design Variables	R [mm]	C [mm]	H [mm]	S [mm]
Level 1	0.5	0.5	0.56	2.3
Level 2	1.0	0.6	0.66	2.37
Level 3	1.5	0.7	0.76	2.43

Orthogonal array of Taguchi L₉(3⁴)

No.	Variables				Experiment Condition
	R	C	H	S
1	1	1	1	1	R1C1H1S1
2	1	2	2	2	R1C2H2S2
3	1	3	3	3	R1C3H3S3
4	2	1	2	3	R2C1H2S3
5	2	2	3	1	R2C2H3S1
6	2	3	1	2	R2C3H1S2
7	3	1	3	2	R3C1H3S2
8	3	2	1	3	R3C2H1S3
9	3	3	2	1	R3C3H2S1

3.3 유한요소 해석 분석 결과

직교배열표에 따른 각 변수 조합에 대하여 목 두께(t_N), 언더컷(t_U) 그리고 분리하중에 대한 유한요소해석결과를 아래와 같이 [표 4]에 나타내었다. 다구찌 기법을 적용하여 수준별 S/N 비 평균값과 설계변수가 S/N 비에 영향을 미치는 순위를 아래와 같이 [표 5]에 나타내었으며, 이 반응 표로부터 R > C > S > H 순으로 S/N 비에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 도 4는 각 요인에 대한 수준별 영향도를 나타내었으며, 이 결과로부터 펀치코너반경(R) 1.0mm, 간극(C) 0.5mm, 테이퍼 길이(H) 0.76mm, 펀치 행정거리(S)가 2.43mm가 되는 경우 분리 하중에 대한 S/N 비가 최대가 될 것이라고 판단된다.

또한, 각 요인의 기여율은 펀치코너반경(R)이 36%, 간극(C)이 25%, 펀치 행정거리(S)가 22%, 테이퍼 길이(H)가 10%로 도출된 것을 확인할 수 있었으며, 최적조건에서 S/N 비에 대한 예측 값을 식(3)을 통하여 구할 수 있다.

μ_SN = R₂ + C₁ + H₃ + S₃ - 3T ----------- (3)

위 식에서 R₂ , C₁ , H₃ 그리고 S₃는 아래의 [표 5]에서의 최적수준 S/N 비이며 T는 [표 4]에서 도출된 모든 실험조건들의 S/N 비의 산술 평균값이다.

위 식으로 계산된 최적수준의 S/N 비 예측값은 62.23이 된다.

그리고 최적수준의 S/N 비 값을 식(1), (2), (3)을 이용하여 최대 인장하중으로 환산 했을 시 1,288N이 됨을 알 수 있다.

The results for FEA

No.	Experimental Condition	Neck Thickness (tN)[mm]	Undercut (tU)[mm]	Maximum Tensile Load [N]	S/N Ratio [db]
1	R1C1H1S1	0.47	0.479	988	59.9
2	R1C2H2S2	0.557	0.485	1008	60.07
3	R1C3H3S3	0.654	0.51	1126	61.03
4	R2C1H2S3	0.473	0.624	1175	61.4
5	R2C2H3S1	0.565	0.343	1064	60.54
6	R2C3H1S2	0.676	0.274	921	59.29
7	R3C1H3S2	0.557	0.316	989	59.9
8	R3C2H1S3	0.654	0.245	924	59.31
9	R3C3H2S1	0.77	0.06	698	56.88

Response table for S/N Ratio

Factor		R	C	H	S
S/N Ratio	1	60.19	60.39	59.47	59.03
	2	60.32	59.90	59.45	59.73
	3	58.69	58.90	60.28	60.44
Rank		1	2	4	3
Contribution[%]		36.72	25.91	10.19	22.09

4. THC접합공정 공정 설계인자 영향성 평가

4.1 목 두께 영향 분석

도 5는 각 수준별 인자들이 목 두께(t_N)에 미치는 영향도를 나타내고 있다. 목 두께(t_N)에 크게 영향을 미치는 인자는 펀치코너 반경(R)과 간극(C)으로, 두 인자 모두 치수가 증가할수록 목 두께(t_N)가 증가되었다.

펀치코너 반경(R)의 경우, 1수준에서 0.56mm의 목 두께(t_N)를 3수준에서는 0.67mm의 목 두께(t_N)를 형성하였으며, 이러한 현상은 펀치 압입시 상부소재는 전단 변형을 수반하게 되어 펀치코너 반경(R)이 감소할수록 전단 응력이 커짐에 따른 결과라고 할 수 있다.

그리고 간극(C)의 경우, 각 수준별 간극의 치수와 거의 동일하게 측정되었다.

일반적인 클린칭 접합에서는 다이 깊이만큼 펀치 행정거리(S)가 증가되고 펀치 압입시 상부판재가 다이 밑면에 닿기 직전까지 전단변형을 수반하게 되는데, 이때 극심한 소성변형으로 인하여 상부판재의 목 부분의 치수가 줄어들게 된다. 하지만 THC 접합의 경우에는 평평한 다이를 사용하므로 펀치 행정거리(S)가 비교적 짧아 상부판재에 부하되는 전단응력의 크기가 상대적으로 작으므로 펀치 행정거리가 목 두께(t_N)에 미치는 영향이 미비한 것으로 판단된다.

4.2 언더컷 영향 분석

도 6은 각 수준별 인자들이 언더컷(t_U)에 미치는 영향도를 나타내고 있으며, 테이퍼 길이(H)를 제외한 나머지 인자들이 언더컷(t_U) 형성에 크게 관여한다는 것을 알 수 있다.

펀치코너 반경(R)의 경우, 치수가 증가할수록 언더컷(t_U)이 감소하는 것을 알 수 있고, 펀치코너 반경(R)이 줄어들수록 상부판재와 펀치가 맞닿는 면적이 커져 압축응력이 증가되므로 언더컷(t_U)이 증가하는 것으로 판단된다.

간극(C) 또한 펀치코너 반경(R)과 마찬가지로 치수가 증가할수록 언더컷(t_U)이 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 간극이 증가할수록 경사진 개구부(Tapered-Hole) 공간으로 압입 가능한 상부판재의 체적이 감소하여 언더컷(t_U)이 감소되는 것으로 판단된다.

펀치 행정거리(S)의 경우에는 치수가 증가할수록 언더컷(t_U)이 증가되었으며, 이는 펀치 행정거리가 증가할수록 상부판재에 가하는 압축응력의 증가로 인하여 압축되는 체적만큼 상부판재가 개구부 공간으로 유입되어 언더컷(t_U)이 증가되는 것으로 판단된다.

펀치코너 반경(R)과 간극(C)의 치수가 적을수록 언더컷(t_U)이 증가되지만, 과도하게 적은 치수로 설계할 경우 언더컷(t_U)을 형성할 수 있는 경사진 개구부(Tapered-hole)의 체적을 초과하여 더 이상 언더컷(t_U)을 형성할 수 없을 뿐만아니라 목 부분에 과도한 소성변형으로 인한 파단이 발생할 수 있다. 또한, 펀치 행정거리(S)를 과도한 치수로 설계할 경우에는 접합 후 상부판재의 두께가 아주 얇아지게 되며, 이는 코이닝(coining) 효과에 의한 하중 증가가 예상되므로, 각 변수들의 적절한 치수를 선정하여 설계하여야 한다.

4.3 도출된 설계조건의 유한요소 해석

최적화된 설계조건의 타당성을 검증하기 위하여 THC 접합 해석을 최적 변수값을 적용하여 수행하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

유한요소 해석 결과, 목 두께(t_N)는 0.452mm, 언더컷(t_U)은 0.66mm로 예측되었으며, 최대 인장하중은 1,233N으로 도출되었다. 유한요소 해석으로 도출된 값들을 [표 4]에서 가장 높은 측정치가 도출된 N0.4와 비교하였을 때 목 두께(t_N)는 0.021mm감소하였고, 언더컷(t_U)은 0.036mm증가 하였으며, 최대 인장하중은 약 5.0% 증가 되었다.

이 결과를 통하여 다구찌 기법을 이용한 최적조건의 신뢰성을 확인할 수 있었다.

상기 연구 결과를 종합하면, 본 발명에서는 다구찌 기법과 유한요소 해석을 통하여 경사진 개구부(Tapered-Hole)가 형성된 섬유금속적층판과 Al 5052의 접합력을 향상시키기 위하여 설계인자들의 영향성을 분석하였다.

(1) 접합력을 향상시키기 위한 적합 조건은 펀치 코너반경이 1.0mm, 간극이 0.5mm, 테이퍼 길이 0.76mm 그리고 펀치 행정거리가 2.43mm일 경우로 나타났으며, 접합력에 영향을 미치는 기여도는 펀치 코너반경이 36%, 간극이 25%, 펀치 행정거리가 22%, 테이퍼 길이가 10%로 나타났다.

(2) 목 두께(t_N) 치수에는 펀치코너 반경(R)과 간극(C)이 주된 영향을 미치는 요인으로 평가되었으며, 언더컷(t_U)의 형성에는 펀치코너 반경(R), 간극(C) 그리고 펀치 행정거리(S)가 주된 영향을 미치는 요인으로 평가되었다. 또한, 분리하중에 기여도가 높은 요인과 언더컷(t_U) 형성에 영향을 미치는 주된 요인이 동일함을 알 수 있었다.

(3) 최적 수준에 대한 유한요소해석과 No. 4과 비교하였을 때 목 두께(t_N)는 0.021mm 감소하였고, 언더컷(t_U)은 0.36mm 증가하였으며, 분리하중은 약 5% 향상 되었다.

본 발명을 위한 연구 결과에서는 수치해석을 통하여 다구찌 기법으로 설계된 접합공정에 대하여 섬유금속적층판과 Al 5052의 접합력이 향상되었음을 확인하였으나, 향후 수치해석의 정확성 및 신뢰성을 높이기 위해 추가적인 실험을 통한 실험결과와 비교 분석을 수행할 필요가 있다.

도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching, THC) 접합 장치의 구성도이고, 도 9는 도 8의 A부분 확대 개념도이다.

본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭(THC) 접합 장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 다이(110), 다이(110) 상에 안착되는 경사진(tapered) 개구부(120h)가 형성된 하부 판재(120), 하부 판재(120) 상에 안착되는 상부 판재(130) 및 다이(110)와 일정 간격 이격되며 다이(110)의 상부에 설치되는 펀치(140)를 포함한다.

다이(Die, 110)는 하부 판재(120)가 안착되는 상부면에 평평하게 형성되어 상부 판재(130)와 하부 판재(120)가 다이(110)의 상부면에서 서로 클린칭될 수 있게 지지한다. 다만, 다이(110)의 상부면은 평평한 면으로 한정되지 않으며 완만한 곡률을 가지게 라운드(round)질 수도 있다. 또한, 다이(110)의 상부면은 자동차, 선박 등 생산 공정에서 다양한 판재를 지지하는 데 적용될 수 있도록 여러 가지 다른 형상을 취할 수 있다.

이때, 하부 판재(120)는 소정 두께를 가지며 개구부(120h)가 형성되어, 다이(110) 상부에 안착된다. 개구부(120h)는 하부 판재의 상부면에서 하부면으로 관통되어 형성된다.

또한, 하부 판재(120)는 상부면에서 하부면으로 갈수록 개구부(120h)의 내경 사이즈가 증가되어 경사진 내측 경사부가 형성된다.

여기서, 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)는 금속 또는 섬유금속적층판(FML)의 금속-금속 간 이종 소재 또는 동종 소재로 이루어지거나, 금속-비금속 간 이종 소재로 이루어질 수도 있다.

펀치(140)는 상부 판재(130)와 하부 판재(120)를 클린칭 접합(Clinching Joint)이 되도록 상부 판재(130)를 펀칭(punching)하는 역할을 한다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)를 잡아 주는 홀더(150)를 더 포함하여 구성할 수도 있다.

펀치(140)는 프레스 장치(160)의 하부에 설치되며 프레스 장치(160)의 기계적인 힘을 전달받아 수직 하강하여 펀칭(punching)할 수 있다.

펀치(140)는 프레스 장치(160)로부터 힘을 전달받아 수직 하강한 후, 평평하게 형성된 다이(110)의 상부면 상에서 상부 판재(130)를 펀칭하여 상부 판재(130)가 하부 판재(120)의 경사진 개구부(120h)로 밀려 들어가 상부 판재(130)와 하부 판재(120)를 클린칭시킬 수 있게 한다.

특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 다이(110), 하부판재(120), 상부판재(130), 펀치(140), 홀더(150), 펀치코너반경(R), 간극(C), 테이퍼 길이(H), 목 두께(t_N) 및 언더컷(t_U)를 나타내고 있다.

또한, 도 9의 (a)와 같이 경사진 개구부(120h)가 형성된 하부 판재(120)에 상부 판재(130)가 적층되고, 도 9의 (b)와 같이 상부에 위치한 펀치(140)가 하강하여 펀칭(punching)하므로 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)가 클린칭 접합(Clinching joint)이 된다.

즉, 하부 판재(120)에 테이퍼 형상의 홀(hole)인 개구부(120h)가 가공된 후, 다이(110)에 하부 판재(120)를 안착시킨다. 안착된 하부 판재(120)에 상부 판재(130)를 적층시키고 상부 판재(130)에 펀치(140)를 가압하여 하부 판재(120)의 경사진 개구부(120h) 체적만큼 구속시킴으로써 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)의 접합이 형성된다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭 장치는 펀치(140)가 수직 하강하여 상부 판재(130)와 하부 판재(120)를 클린칭한 경우, 펀치(140)를 원위치로 복원시키기 위한 위치 이동 부재(미도시)를 포함할 수 있는데, 여기서 위치 이동 부재(미도시)는 프레스 장치(160) 내부로 작동압을 인가하여 펀치(140)를 수직 상승시키거나, 모터와 같이 펀치(140)에 수직 이동력을 공급하여 펀치(140)를 수직 상승시킬 수 있는 구성 등일 수 있다.

홀더(holder, 150)는 펀치(140)를 감싸며 설치되어 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)를 잡아주는 역할을 한다.

홀더(150)는 내부에 펀치(140)가 수직 이동되는 중공부가 형성될 수 있는데, 여기서 중공부는 펀치(140)의 수평 이동을 차단하면서 펀치(140)의 수직 이동을 가이드하여 펀치(140)가 상부 판재(130)를 정확히 수직으로 가압하도록 유도할 수 있다.

이때, 홀더(150)는 프레스 장치(160)에 의해서 힘이 가해진 채로 상부판재(130)의 표면과 밀착된 상태를 유지하며, 그럼으로써 펀치(140)에 의해 힘이 가해진 상부판재(130)의 국소부분이 인장 변형되어 오목부를 형성하는 동안에 그 주변의 판재가 우그러지거나 주름짐이 없이 평면상태를 유지하게 한다.

위와 같은 주름방지역할을 하기 위해서는 상부판재(130)의 표면에 밀착되는 홀더(150)의 하부면의 면적이 넓은 것이 좋으므로, 본 일실시 예에 따른 홀더(150)는 그 하부면의 면적을 확대하는 플랜지를 가질 수도 있다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭 접합 장치(100)는 펀치(140)를 감싸며 설치되어 펀치(140)를 가이드하고 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)를 잡아주는 홀더(150)와, 펀치(140)가 수직 하강하여 상부 판재(130)와, 하부 판재(120)를 클린칭한 경우, 펀치(140)를 원위치로 복원시키기 위한 위치 이동 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching, THC) 접합 방법의 블록도이다.

본 발명에 따른 테이퍼 홀 클린칭 방법은 도 10에 도시된 바와 같이, 하부 판재 경사진 개구부(120h) 형성단계(S100), 다이 상부에 하부 판재 안착 단계(S200), 하부 판재에 상부 판재 안착 단계(S300), 상부 판재 펀칭 단계(S400) 및 하부 판재 및 상부 판재 클린칭 단계(S500)를 포함한다.

1) 하부 판재(120) 경사진 개구부 형성단계(S100)

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭(THC) 접합 방법은 다이(110), 하부판재(120), 상부판재(130) 및 펀치(140)가 기본으로 구성되고, THC 접합 과정을 통하여 펀치코너반경(R), 간극(C), 테이퍼 길이(H), 목 두께(t_N) 및 언더컷(t_U)의 주요 인자들이 형성된다.

특히, 하부 판재(120)는 상부면에서 하부면을 관통하는 개구부(120h)가 형성되는 데, 개구부(120h)는 상부면에서 하부면으로 갈수록 그 크기가 경사지게(tapered) 커진다. 이렇게 형성된 테어퍼 홀(Tapered-Hole)인 개구부(120h)는 상부 판재(130)가 펀치(140)에 의해서 펀칭될 때, 상부 판재(130)가 밀려들어 와서 클린칭(clinching) 할 수 있는 공간이 된다.

이로써, 하부 판재(120)의 개구부(120h)로 상부 판재(130)가 밀려들어 와서 조인(joint)하는 언더컷(t_U) 부분이 형성된다.

언더컷(t_U) 부분은 상기에 상세히 설명하였듯이, 펀치코너반경(R), 간극(C), 테이퍼(tapered) 길이(H) 등 여러 인자에 의해서 결정된다.

또한, 종래에는 경사진 개구부가 없는 하부 판재와 다이에 인위적으로 함몰하는 공간을 형성시켜 상부 판재 및 하부 판재를 함께 함몰하게 하여 결합(Joint)하므로 층간 분리 형상이 자주 발생하는 문제가 있었다.

그러나 본 발명에 제안하는 경사진 개구부(120h)가 형성된 하부 판재(120)를 이용한 THC 결합 방법을 통하여 종래 문제를 해결할 수 있었다.

또한, 다이(110)에 함몰 공간이 없으므로 다이(110) 형상이 복잡할 필요가 없고, 상부 부재(130)가 하부 부재(120)에 형성된 개구부(120h) 내측의 경사부로 용이하게 밀착하여 밀려들어 갈 수 있도록 평평한 다이(110)가 지지작용도 겸한다.

2) 다이(110) 상부에 하부 판재 안착 단계(S200)

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 다이(110) 상부에 개구부(120h)가 형성된 하부 판재(120)를 안착시키는 단계이다.

개구부(120h)를 통하여 상부 판재(130)와 펀칭에 의해서 결합하고자 하는 것이므로 가능한 다이(110)의 중심에 하부 판재(120)의 개구부(120h)가 위치하도록 안착시킬 수 있다.

3) 하부 판재에 상부 판재 안착 단계(S300)

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 하부 판재(120) 상부에 상부 판재(130)를 안착시키는 단계이다.

즉, 다이(110) 상부면에 개구부(120h)가 형성된 하부 판재(120)를 안착시키고, 안착된 하부 판재(120) 상부면에 상부 판재(130)를 안착시키게 된다.

다이(110) 상에 하부 판재(120)가 적층되고, 하부 판재(120) 상부에 상부 판재(130)가 적층하게 되는 것이다.

4) 상부 판재 펀칭 단계(S400)

도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 다이(110) 상에 하부 판재(120) 및 상부 판재(130)가 적층된 상태에서 펀치(140)가 상부 판재(130)를 펀칭하는 단계이다.

특히, 펀치(140)는 다이(110) 상부에 일정 간격 이격되게 위치하되, 하부 판재(120)의 개구부(120h)에 대응하는 형상을 갖는다.

또한, 개구부(120h)에 대응하는 형상의 펀치(140)는 개구부(120h)에 대응하는 상부 판재(130) 부위를 펀칭하게 된다.

이때, 펀치(140)는 프레스 장치(160) 등에 의해서 힘을 받아 상부 판재(130)를 펀칭(punching)한다.

5) 하부 판재 및 상부 판재 클린칭 단계(S500)

도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 펀치(140)에 의해서 펀칭된 상부 판재(130)는 하부 판재(120)의 개구부(120h)에 형성된 경사진 공간으로 밀려들어 하부판재(120)와 결합하여 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)가 상호 클린칭 결합(clinching joint)되는 단계이다.

즉, 펀치(140)가 상부 판재(130)를 펀칭(punching)하여 상부 판재(130)와 하부 판재(120)를 국부적으로 클린칭시키는 단계로, 펀치(140)가 평평하게 형성된 다이(110)의 상부면 상에서 상부 판재(130)와 하부 판재(120)를 국부적으로 클린칭시킨다.

구체적으로, 펀치(140)는 하부에 프레스 장치(160)에 의한 힘을 국부적으로 집중시킬 수 있는데, 펀치(140)는 도 9에 도시된 바와 같이, 평평하게 형성된 다이(110)의 상부면 상에서 상부 판재(130)를 직접 가압하여 상부 판재(130)와 개구부가 형성된 하부 판재(120)를 국부적으로 클린칭시킬 수 있다.

특히, 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)의 결합력은 펀치코너반경(R), 간극(C), 테이퍼 길이(H) 그리고 행정거리(S) 등의 인자들에 의해 영향을 받는다.

또한, 펀치코너반경(R), 간극(C), 테이퍼 길이(H) 그리고 행정거리(S) 등에 따라 형성된 목 두께(t_N) 및 언더컷(t_U) 등이 최적값이 될 수 있도록 하부 판재(120)의 개구부(120h)를 설정한다.

참고로, 종래 클린칭 접합에서는 다이 깊이만큼 펀치 행정거리가 증가되고 펀치 압입시 상부판재가 다이 밑면에 닿기 직전까지 전단변형을 수반하게 되는데, 이때 극심한 소성변형으로 인하여 상부판재의 목 부분의 치수가 줄어들게 된다.

그러나 본 발명에서 제안하는 THC 접합의 경우에는 평평한 다이를 사용하므로 펀치 행정거리가 비교적 짧아 상부판재에 부하되는 전단응력의 크기가 상대적으로 작으므로 펀치 행정거리가 목 두께(t_N)에 미치는 영향이 미비한 것으로 판단된다.

따라서, 본 발명에서 제안하는 테이퍼 홀 클린칭(THC) 접합 방법은 (a) 소정 두께를 가지며 개구부(120h)가 형성되어 있는 하부 판재(120)를 다이(110) 상부에 안착시키는 단계; (b) 하부 판재(120) 상부에 상부 판재(130)를 안착시키는 단계; (c) 개구부(120h)에 대응하는 형상을 갖는 펀치(140)로 개구부(120h)에 대응하는 상부 판재(130) 부위를 펀칭하여 하부 판재(120)와 상부 판재(130)를 상호 클린칭(clinching)시키는 단계로 이루어지며,

개구부(120h)는 하부 판재(120)의 상부면에서 하부면으로 관통하며, 상부면에서 하부면으로 갈수록 개구부(120h)의 내경 사이즈가 증가하도록 경사지는 내측 경사부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 단계 (c)에서 수행되는 하부 판재(120)와 상부 판재(130)를 상호 클린칭시 개구부(120h)의 가장자리에 대응하는 상부 판재(130)는 내측 경사부 쪽으로 밀려 들어가 하부 판재(120)와 상호 클린칭될 수 있다.

또한, 펀치(140)의 하단부의 모서리는 펀치코너반경(R)을 가지도록 라운드(round)될 수 있다.

또한, 상부판재(130)의 하방으로 이동되는 성형깊이는 접합 후 상부 판재(130)와 하부 판재(120) 두께 합의 40 ~ 50 % 범위 내일 수 있다.

또한, 홀더(150)는 펀치(140)를 감싸며 설치되어 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)를 잡아줄 수 있다.

또한, 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)는 서로 이종 소재일 수 있다.

또한, 상부 판재(130) 및 하부 판재(120)는 서로 동종 소재일 수 있다.

또한, 다이(110)는 상부면이 평평하게 형성될 수 있다.

또한, 하부 판재(120)는 섬유금속적층판(FML)일 수 있다.

또한, 상부 판재(130)는 펀치(140)에 의해서 하부 판재(120)와 클린칭되는 오목부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 테이퍼 홀 클린칭(Tapered-Hole Clinching, THC) 접합 방법은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

FML내부에 적층된 복합소재의 파단이나 적층된 소재간의 층간 분리 발생에 대한 위험을 사전에 예측할 수 있다.

평평한 다이를 사용할 수 있으므로 접합 후 외관상의 이점을 가질 수 있다.

종래의 일반적인 클린칭 접합에 비하여 성형깊이가 짧아지는 이점이 있다.

종래의 일반적인 클린칭 접합 결합부의 형상 특성은 다이의 형상에 의해 결정되는 단점에서 벗어날 수 있는 이점이 있다.

본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시 예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

110 : 다이
120 : 하부 판재
130 : 상부 판재
140 : 펀치

Claims (10)

1. (a) 소정 두께를 가지며 개구부가 형성되어 있는 하부 판재를 다이 상부에 안착시키는 단계;
   (b) 상기 하부 판재 상부에 상부 판재를 안착시키는 단계;
   (c) 상기 개구부에 대응하는 형상을 갖는 펀치로 상기 개구부에 대응하는 상기 상부 판재 부위를 펀칭하여 상기 하부 판재와 상기 상부 판재를 상호 클린칭시키는 단계로 이루어지며,
   상기 개구부는 상기 하부 판재의 상부면에서 하부면으로 관통하며,
   상기 상부면에서 상기 하부면으로 갈수록 상기 개구부의 내경 사이즈가 증가하도록 경사지는 내측 경사부가 형성되어 있으며,
   상기 하부 판재는 섬유금속적층판(FML)일 수 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단계 (c)에서 수행되는 상기 하부 판재와 상기 상부 판재를 상호 클린칭시 상기 개구부의 가장자리에 대응하는 상기 상부 판재는 상기 내측 경사부 쪽으로 밀려 들어가 상기 하부 판재와 상호 클린칭되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 펀치의 하단부의 모서리는 펀치코너반경을 가지도록 라운드(round)될 수 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 판재의 성형깊이는 상부 판재와 하부 판재 두께 합의 40 ~ 50 % 범위 내인 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 펀치를 감싸며 설치되어 상기 상부 판재와 하부 판재를 잡아주는 홀더를 더 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 다이의 상부면은 평평하게 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 판재 및 하부 판재는 서로 이종 소재일 수 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 판재 및 하부 판재는 서로 동종 소재일 수 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 판재는 상기 펀치에 의해서 하부 판재와 클린칭되는 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 홀 클린칭 접합 방법.

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