KR101581652B1 - 성형재 제조 방법 - Google Patents

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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

소재 금속판(3)에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써, 통형상의 몸통부(10)와 해당 몸통부(10)의 단부에 형성된 플랜지부(11)를 갖는 성형재(1)를 제조한다. 다단 드로잉에는 몸통부 소체(20a)를 갖는 예비체(20)를 소재 금속판(2)으로 형성하는 예비 드로잉과, 예비 드로잉의 후에 실행되고, 압축력을 몸통부 소체(20a)에 부가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉함으로써 몸통부(10)를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉이 포함되어 있다. 적어도 1회의 압축 드로잉은 가압 수단의 패드부가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행되고, 몸통부 소체의 드로잉이 실행될 때에 패드부를 지지하는 지지력이 압축력으로서 몸통부 소체에 작용한다.

Description

성형재 제조 방법{FORMED MATERIAL MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 통형상의 몸통부와 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하기 위한 성형재 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 하기의 비특허문헌 1 등에 나타나 있는 바와 같이, 드로잉 가공을 실행함으로써, 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것이 실행되고 있다. 드로잉 가공에서는 소재 금속판을 연신함으로써 몸통부가 형성되므로, 통상, 몸통부의 둘레벽의 판 두께는 소재 판 두께보다 얇아진다. 한편, 금속판의 플랜지부에 상당하는 영역은 몸통부의 형성에 따라 전체적으로 줄어들므로, 플랜지부의 판 두께는 소재 판 두께보다 두꺼워진다.
예를 들면, 하기의 특허문헌 1 등에 나타나 있는 모터 케이스로서 상기와 같은 성형재를 이용하는 경우가 있다. 이 경우, 몸통부의 둘레벽에는 모터 케이스 밖으로의 자기 누설을 방지하는 실드재로서의 성능이 기대된다. 또, 모터의 구조에 따라서는 스테이터의 백 요크로서의 성능도 둘레벽에 기대된다. 실드재 또는 백 요크로서의 성능은 둘레벽이 두꺼울수록 양호하게 된다. 이 때문에, 상기와 같이 드로잉 가공에 의해 성형재를 제조할 때에는 드로잉 가공에 의한 판 두께의 감소량을 고려하여, 둘레벽의 필요 판 두께보다 두꺼운 소재 금속판이 선정된다. 한편, 플랜지부는 모터 케이스를 부착 대상에 부착하기 위해 이용되는 경우가 많다. 이 때문에, 플랜지부에는 일정량의 강도를 갖는 것이 기대된다.
상기와 같은 종래의 성형재 제조 방법에서는 드로잉 가공을 실행함으로써 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하고 있으므로, 플랜지부의 판 두께는 소재 판 두께보다 두꺼워진다. 이 때문에, 플랜지부에 기대되는 성능을 만족시키는 판 두께를 넘어, 플랜지부가 불필요하게 두꺼워지는 경우가 있다. 또, 몸통부의 둘레벽의 필요 판 두께보다 두꺼운 소재 금속판을 선정하는 것에 의해서, 모터 성능에의 기여가 적은 몸통부의 천정벽의 판 두께까지 불필요하게 두껍게 된다. 이들은 성형재가 불필요하게 무거워져 있는 것을 의미하며, 모터 케이스 등의 경량화가 요구되는 적용 대상에 있어서 무시할 수 없다. 또, 종래 방법에서는 비교적 두꺼운 소재 금속판을 이용하는 것에 의해, 소재 코스트가 증가하고 있다.
그래서, 하기의 특허문헌 2 등에 나타나 있는 바와 같이, 드로잉 가공 부재의 몸통부의 박육화를 방지하는 방식으로서, 다단 드로잉 공정에 있어서 압축 드로잉을 실행하는 금형이 개시되어 있다.
이 압축 드로잉 금형에서는 전(前) 공정에서 성형된 원통 부재를, 그 개구 플랜지부를 아래로 한 상태에서, 하부 틀에 마련된 변형 저지 부재에 끼우고, 개구 플랜지부를 하부 틀에 마련된 플레이트의 오목부에 위치시키고, 그 외주를 오목부에 걸어 맞춘다. 그리고, 상부 틀을 하강시켜, 이 상부 틀에 마련된 다이의 구멍에 원통 부재의 원통부를 압입해 가는 것에 의해서 압축력이 작용하여 압축 드로잉 가공이 실행된다.
이 때, 변형 저지 부재는 플레이트에 대해 상하동 가능하기 때문에, 원통 부재의 측벽은 대부분 인장력을 받지 않으며, 박육화가 방지된다.
또한, 이 때, 몸통부 소체(素體; prefrom)에 가해지는 압축력은 다이의 구멍에 압입될 때의 몸통부 소체의 변형 저항과 동등하다. 즉, 두께 증가에 기여하는 것은 주로 변형 저항에 관계가 있는 다이와 펀치의 금형 클리어런스, 다이 어깨 반경, 몸통부 소체의 재료 강도(내력×단면적)이다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2013-51765호 특허문헌 2: 일본국 실용신안공개공보 평성4-43415호
비특허문헌 1: 무라카와 마사오, 외 3 명 저 「소성 가공의 기초」, 초판, 산업 도서 주식회사, 1990년 1월 16일, p.104∼107
그러나, 상기와 같은 압축 드로잉 방법에서는 원통 부재는 하부 틀에 고정된 플레이트상에 탑재되어 있고, 위쪽으로부터 하강해 온 다이스와 플레이트간에 원통 부재가 배치되며, 소위 바닥 찌름(bottomed)의 상태에서 압축력이 작동하여 판 두께를 증가시키고 있다. 이 때문에, 몸통부 소체에 가해지는 압축력은 다이의 구멍에 압입될 때에 발생하는 몸통부 소체의 변형 저항과 동등하다.
두께 증가에 기여하는 것은 주로 변형 저항에 관계가 있는 다이와 펀치의 금형 클리어런스, 다이 어깨 반경, 몸통부 소체의 재료 강도(내력×단면적) 등이며, 다이의 구멍에 압입되기 어려운 조건일수록 몸통부 소체에 발생하는 변형 저항은 증대한다. 예를 들면, 금형 클리어런스를 예로 들면, 두꺼운 몸통부 소체 판 두께를 얻기 위해 금형 클리어런스를 넓게 한 경우, 다이의 구멍에 압입되기 쉬워져 버리고 반대로 두께 증가 효과를 내리는 결과를 초래하게 된다. 이와 같이, 종래부터 제안되고 있는 바와 같은 바닥 찌름에 의한 압축 드로잉 방법에서는 금형 클리어런스와 동등한 두께까지 두께 증가하는 것은 불가능하였다. 또, 상술한 두께 증가에 기여하는 조건은 일단 정해져 버리면 변경이 곤란하기 때문에, 조업 중에 두께 증가 정도를 컨트롤하는 것은 사실상 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 플랜지부 및 천정벽이 불필요하게 두꺼워지는 것을 회피할 수 있고, 가공 조건이나 소재 금속판의 판 두께의 변동에 플렉시블하게 대응할 수 있으며, 효율적으로 성형재의 경량화 및 소재 코스트의 저감을 도모할 수 있는 성형재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 성형재 제조 방법은 소재 금속판에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써, 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조 방법으로서, 다단 드로잉에는 몸통부 소체를 갖는 예비체를 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과, 압입 구멍을 갖는 다이와, 몸통부 소체의 내부에 삽입되어 몸통부 소체를 압입 구멍에 압입하는 펀치와, 몸통부 소체의 깊이 방향을 따르는 압축력을 몸통부 소체에 부가하는 가압 수단을 포함하는 금형을 이용해서 예비 드로잉의 후에 실행되고, 압축력을 몸통부 소체에 부가하면서 몸통부 소체를 드로잉함으로써 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉이 포함되어 있고, 가압 수단은 다이에 대향하도록 펀치의 외주 위치에 배치되어 몸통부 소체가 탑재되는 패드부와, 패드부를 아래쪽으로부터 지지하는 동시에 패드부를 지지하는 지지력을 조절할 수 있도록 구성된 지지부를 갖는 리프터 패드이고, 적어도 1회의 압축 드로잉은 패드부가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행되고, 몸통부 소체의 드로잉이 실행될 때에 지지력이 압축력으로서 몸통부 소체에 작용한다.
본 발명의 성형재 제조 방법에 따르면, 몸통부 소체의 깊이 방향을 따르는 압축력을 몸통부 소체에 부가하면서 몸통부 소체를 드로잉하는 것에 의해 몸통부가 형성되므로, 드로잉 가공에 의해 몸통부의 둘레벽의 판 두께가 얇아지는 것을 회피할 수 있으며, 종래보다 얇은 소재 금속판을 이용해도 둘레벽의 필요 판 두께를 확보할 수 있다. 또, 적어도 1회의 압축 드로잉은 패드부가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행되고, 몸통부 소체의 드로잉이 실행될 때에 지지부의 조절 가능한 지지력이 압축력으로서 몸통부 소체에 작용하므로, 가공 조건의 변동이나 소재 금속판의 판 두께의 변동이 있어도, 그들에 플렉시블하게 대응할 수 있다. 이것에 의해, 플랜지부 및 천정벽이 불필요하게 두꺼워지는 것을 회피할 수 있고, 가공 조건이나 소재 금속판의 판 두께의 변동에 플렉시블하게 대응할 수 있으며, 효율적으로 성형재의 경량화 및 소재 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조 방법에 의해 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 제 1 압축 드로잉에 이용하는 금형을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 5의 금형에 의한 제 1 압축 드로잉을 나타내는 설명도이다.
도 7은 제 1 압축 드로잉에 있어서의 지지부의 지지력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제 2 압축 드로잉에 있어서의 지지부의 지지력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 압축 드로잉시의 압축 압력의 크기와, 다이 어깨 반경 및 몸통부 소체의 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해 제조된 성형재의 판 두께를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 10의 판 두께 측정 위치를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조해서 설명한다.
<실시형태 1>.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조 방법에 의해서 제조되는 성형재(1)를 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해서 제조되는 성형재(1)는 몸통부(10)와 플랜지부(11)를 갖는 것이다. 몸통부(10)는 천정벽(100)과, 천정벽(100)의 바깥 가장자리로부터 연장된 둘레벽(101)을 갖는 통형상의 부분이다. 천정벽(100)은 성형재(1)를 이용하는 방향에 따라서는 저벽 등과 같이 달리 부르는 경우도 있다. 도 1에서는 몸통부(10)는 단면 진원형을 갖도록 나타내고 있지만, 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 또한 가공을 부가할 수도 있다. 플랜지부(11)는 몸통부(10)의 단부(둘레벽(101)의 단부)에 형성된 판부이다.
다음에, 도 2는 도 1의 성형재(1)를 제조하는 성형재 제조 방법을 나타내는 설명도이다. 본 발명의 성형재 제조 방법은 평판형상의 소재 금속판(2)에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써 성형재(1)를 제조한다. 다단 드로잉에는 예비 드로잉과, 이 예비 드로잉의 후에 실행되는 적어도 1회의 압축 드로잉이 포함되어 있다. 본 실시형태의 성형재 제조 방법에서는 3회의 압축 드로잉(제 1∼제 3 압축 드로잉)이 실행된다. 소재 금속판(2)으로서는 냉연 강판, 스테인리스 강판 및 도금 강판 등의 다양한 금속판을 이용할 수 있다.
예비 드로잉은 소재 금속판(2)에 드로잉 가공을 실시함으로써, 몸통부 소체(20a)를 갖는 예비체(20)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)는 도 1의 몸통부(10)보다 직경이 넓고, 또한 깊이가 얕은 통형상체이다. 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향은 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 연장 방향에 의해서 규정된다. 본 실시형태에서는 예비체(20)의 전체가 몸통부 소체(20a)를 구성하고 있다. 단, 예비체(20)로서, 플랜지부를 갖는 것을 형성해도 좋다. 이 경우, 플랜지부는 몸통부 소체(20a)를 구성하지 않는다.
제 1∼제 3 압축 드로잉은 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)(도 5 참조)을 몸통부 소체(20a)에 부가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉함으로써 몸통부(10)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다는 것은 몸통부 소체(20a)의 직경을 줄이는 동시에, 몸통부 소체(20a)의 깊이를 더욱 깊게 하는 것을 의미한다.
다음에, 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 나타내는 바와 같이, 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 나타내는 바와 같이, 예비 드로잉에서는 다이(30) 및 쿠션 패드(32)에 의해 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부를 완전히는 구속하지 않고, 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 어긋나는 곳까지 드로잉한다. 소재 금속판(2)의 전부를 펀치(31)와 함께 압입 구멍(30a)에 압입해서 드로잉해도 좋다. 상술한 바와 같이 플랜지부를 갖는 예비체(20)를 형성하는 경우에는 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 어긋나지 않는 깊이에서 드로잉을 멈추면 좋다.
다음에, 도 5는 도 2의 제 1 압축 드로잉에 이용하는 금형(4)을 나타내는 설명도이고, 도 6은 도 5의 금형(4)에 의한 제 1 압축 드로잉을 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 압축 드로잉에 이용하는 금형(4)에는 다이(40), 펀치(41) 및 리프터 패드(42)가 포함되어 있다. 다이(40)는 압입 구멍(40a)을 갖는 부재이다. 펀치(41)는 몸통부 소체(20a)의 내부에 삽입되어 몸통부 소체(20a)를 압입 구멍(40a)에 압입하는 원주체이다.
리프터 패드(42)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치되어 있다. 구체적으로 리프터 패드(42)는 패드부(420) 및 지지부(421)를 갖고 있다.패드부(420)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치된 환상 부재이다. 지지부(421)는 패드부(420)의 하부에 배치되어 있으며, 패드부(420)를 지지하고 있다. 이 지지부(421)는 예를 들면 유압 실린더 및 에어 실린더 등에 의해 구성되는 것이며, 패드부(420)를 지지하는 지지력(리프터압)을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
패드부(420)의 위에는 몸통부 소체(20a)가 탑재된다. 몸통부 소체(20a)의 둘레벽은 다이(40)가 강하했을 때에 다이(40) 및 패드부(420)에 의해서 협지된다. 지지부(421)의 지지력은 몸통부 소체(20a)의 드로잉이 실행될 때에 다이(40)의 강하에 대한 저항력으로 되며, 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)으로서 몸통부 소체(20a)에 작용한다. 즉, 리프터 패드(42)는 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 부가하는 가압 수단을 구성한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 압축 드로잉에서는 다이(40)가 강하하는 것에 의해 펀치(41)와 함께 몸통부 소체(20a)가 압입 구멍(40a)에 압입되어, 몸통부 소체(20a)가 드로잉된다. 이 제 1 압축 드로잉은 패드부(420)가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행된다. 패드부(420)의 하사점은 기계적으로 패드부(420)의 강하가 제한되는 위치를 의미하며, 지지부(421)의 구조 또는 패드부(420)의 강하를 규제하는 부재의 위치 등에 의해 규정된다. 환언하면, 제 1 압축 드로잉은 패드부(420)가 바닥을 찌르지 않도록 실행된다. 패드부(420)가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 제 1 압축 드로잉이 실행됨으로써, 제 1 압축 드로잉의 동안, 지지부(421)의 지지력이 압축력(42a)으로서 몸통부 소체(20a)에 작용된다. 즉, 제 1 압축 드로잉에서는 압축력(42a)을 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다. 상술한 바와 같이 지지력을 조절할 수 있도록 지지부(421)가 구성되어 있으므로, 이 지지력을 조절함으로써 압축력(42a)이 조절된다. 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 압축력(42a)이 소정의 조건을 만족시키는 경우, 좌굴 및 두께 감소를 몸통부 소체(20a)에 발생시키는 일 없이, 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 압축 드로잉을 거친 몸통부 소체(20a)의 판 두께는 제 1 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 판 두께 이상으로 된다.
또한, 가령 패드부(420)가 하사점에 도달한 후에 제 1 압축 드로잉이 실행된다고 하면, 몸통부 소체(20a)가 압입 구멍(40a)에 압입될 때에 발생하는 몸통부 소체(20a)의 변형 저항이 압축력으로서 몸통부 소체(20a)에 작용된다. 이 압축력은 금형 클리어런스, 다이 어깨 반경, 몸통부 소체(20a)의 재료 강도 등에 의해 규정되는 것이며, 조절하는 것이 곤란하다. 즉, 본 실시형태와 같이 패드부(420)가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 드로잉을 완료시키는 구성을 취함으로써, 지지부(421)의 지지력을 조절하는 것에 의해 압축력(42a)을 용이하게 조절할 수 있고, 압축력(42a)에 의해 몸통부 소체(20a)의 판 두께의 증감을 용이하게 컨트롤하는 것이 가능하게 된다.
도 2의 제 2 및 제 3 압축 드로잉은 도 5 및 도 6에 나타내는 금형(4)과 마찬가지의 구성을 갖는 금형을 이용해서 실행된다. 단, 다이(40)나 펀치(41)의 치수는 적절히 변경된다. 제 2 압축 드로잉에서는 압축력(42a)을 부가하면서, 제 1 압축 드로잉 후의 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다. 또, 제 3 압축 드로잉에서는 압축력(42a)을 부가하면서, 제 2 압축 드로잉 후의 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다. 제 2 및 제 3 압축 드로잉도 패드부(420)가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행된다.
이들 제 1∼제 3 압축 드로잉을 경유함으로써, 몸통부 소체(20a)가 몸통부(10)로 된다. 몸통부(10)의 둘레벽(101)의 판 두께는 몸통부(10)의 천정벽(100)의 최대 판 두께 및 소재 금속판(2)의 판 두께의 적어도 한쪽 이상으로 되는 것이 바람직하다.
다음에, 실시예를 나타낸다. 본 발명자들은 보통 강의 냉연 강판에 Zn-Al-Mg도금이 실시된 두께 1.6, 1.8, 2.0㎜, 직경 116㎜의 원형판을 소재 금속판(2)으로 해서, 압축 드로잉시의 지지부(421)의 지지력(압축력(42a))의 크기와, 몸통부 소체(20a)의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께(㎜)의 관계를 조사하였다. 또, 압축 드로잉시의 압축력(42a)의 크기와, 다이 어깨 반경(㎜) 및 몸통부 소체(20a)의 판 두께(㎜)의 관계를 조사하였다. 그 때의 가공 조건은 이하와 같다. 결과를 도 7∼도 9에 나타낸다.
·다이 어깨부의 곡률반경：3∼10㎜
·펀치의 직경：예비 드로잉 66㎜, 제 1 압축 드로잉 54㎜, 제 2 압축 드로잉 43㎜, 제 3 압축 드로잉 36㎜
·지지부(421)의 지지력：0∼100kN
·프레스유：TN-20N
도 7은 제 1 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에서는 제 1 압축 드로잉 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 종축으로 하고, 제 1 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력(kN)을 횡축으로 하고 있다. 또한, 몸통부 둘레벽 평균 판 두께는 펀치 어깨 반경의 플랜지측의 R정지에서 다이 어깨 반경의 천정벽측의 R정지까지의 둘레벽의 판 두께를 평균화한 것이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력이 커짐에 따라, 몸통부 둘레벽 평균 판 두께가 직선적으로 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 제 1 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력을 대략 15 kN이상으로 함으로써, 전(前) 공정의 예비 드로잉 공정의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 두께가 증가하는 것을 알 수 있다.
도 8은 제 2 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8에서는 제 2 압축 드로잉 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 종축으로 하고, 제 2 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력(kN)을 횡축으로 하고 있다. 제 2 압축 드로잉에 있어서도, 제 1 압축 드로잉과 마찬가지로, 지지부(421)의 지지력이 커짐에 따라, 몸통부 둘레벽 평균 판 두께가 직선적으로 증가하고 있는 것을 알 수 있다.
단, 제 1 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력이 50kN으로 성형한 몸통부 소체(20a)에 대해서는 제 2 압축 드로잉에 있어서의 지지부(421)의 지지력이 대략 30kN일 때에 금형 간극과 대략 동등한 판 두께까지 두께 증가하고 있었다.그리고, 더 이상 지지력을 크게 해도 판 두께는 일정값을 나타내었다. 이것은 지지부(421)의 지지력을 조정(증가)하는 것에 의해서 금형 간극과 동등한 판 두께까지 몸통부 소체(20a)의 판 두께를 두께 증가시키는 것이 가능한 것을 나타내고 있다. 제 2 압축 드로잉에서는 지지부(421)의 지지력을 대략 15kN이상으로 함으로써, 전 공정의 제 1 압축 드로잉 공정의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 두께 증가하는 것을 알 수 있다.
도 9는 압축 드로잉시의 압축 압력의 크기와, 다이 어깨 반경 및 몸통부 소체(20a)의 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에서는 압축 압력(몸통부 소체(20a)에 부가되는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 단면적으로 나눈 값)(N/㎟)을 종축으로 하고, 다이 어깨 반경(㎜)을 몸통부 소체(20a)의 판 두께(㎜)로 나눈 값(다이 어깨 반경(㎜)/압축력을 부가해서 드로잉하기 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께(㎜))를 횡축으로 하고 있다.
또한, 압축력(42a)을 나누는 둘레벽의 단면적은 둘레벽에서 가장 판 두께가 얇은 부분(둘레벽의 최소 판 두께 부분)의 단면적을 의미한다. 이것은 둘레벽의 최소 판 두께 부분이 압축력(42a)에 의한 좌굴의 영향을 가장 받는 부분이기 때문이다. 둘레벽의 최소 판 두께 부분은 깊이 방향을 따르는 둘레벽의 중앙 또는 그 주변에 위치하는 경우가 있다. 천정벽으로부터 둘레벽에 들어간 부분에서 둘레벽의 중앙 부근까지는 드로잉 가공 중에 인장력이 작용해서 판 두께가 감소하고, 둘레벽의 중앙 부근에서 플랜지 단부에 걸쳐서는 축소 플랜지 변형에 의한 압축력이 작용해서 판 두께가 증가하기 때문이다. 마찬가지로, 다이 어깨 반경을 나누는 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께도 둘레벽의 최소 판 두께를 의미한다.
압축 압력을 P로 하고, 다이 어깨 반경(㎜)/몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께(㎜)를 x로 했을 때, 압축 압력이 P=130x0.3으로 나타나는 곡선보다 높은 값을 취하면, 몸통부 소체(20a)에 좌굴이 생겨, 건전한 성형재(1)를 얻을 수 없었다. 또, 압축 압력이 P=163x-1.2로 나타나는 곡선보다 낮은 값을 취하면, 드로잉 가공에 의한 몸통부 소체(20a)의 두께 감소를 억제할 수 없었다.
즉, 각 압축 드로잉에 있어서 163x-1.2≤P≤130x0.3을 만족시킬 때에 좌굴 및 두께 감소를 몸통부 소체(20a)에 발생시키는 일 없이, 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, 각 압축 드로잉시의 압축 압력이 163x-1.2≤P≤130x0.3을 만족시키는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한 「압축력을 부가해서 드로잉하기 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께」는 제 1 압축 드로잉의 압축 압력을 결정하는 경우에는 예비 드로잉 후 또한 제 1 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께를 의미하고, 제 2 압축 드로잉의 압축 압력을 결정하는 경우에는 제 1 압축 드로잉 후 또한 제 2 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께를 의미하며, 제 3 압축 드로잉의 압축 압력을 결정하는 경우에는 제 2 압축 드로잉 후 또한 제 3 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께를 의미한다.
압축 압력이 P=130x0.3 또는 P=163x-1.2로 나타나는 곡선상의 값을 취할 때, 압축 드로잉 후의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께는 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께와 동등 정도이었다. 또, 압축 압력이 163x-1.2＜P＜130x0.3을 만족시킬 때, 압축 드로잉 후의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께는 압축 드로잉 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께보다 두껍게 되어 있었다.
또한, x(=다이 어깨 반경(㎜)/몸통부 소체(20a)의 판 두께(㎜))가 작은 영역에서 성형 불가가 되는 것은 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께에 비해 다이 어깨 반경이 작은 것은 것에 의해, 다이 어깨를 재료가 통과할 때의 구부림 되구부림 변형의 저항이 크고, 판 두께 감소가 진행하기 쉽기 때문에, 두께 감소 영역이 넓다고 고려된다.
다음에, 도 10은 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해 제조된 성형재의 판 두께를 나타내는 그래프이고, 도 11은 도 10의 판 두께 측정 위치를 나타내는 설명도이다. 본 발명자들은 보통 강의 냉연강판에 Zn-Al-Mg도금이 실시된 두께 1.6㎜, 직경 116㎜의 원형판을 소재 금속판(2)으로 해서, 몸통부(10)의 둘레벽(101)의 판 두께가 1.6㎜인 성형재의 제조를 시도하였다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성형재 제조 방법을 이용함으로써, 두께 1.6㎜의 소재 금속판(2)을 이용해서, 둘레벽(101)의 판 두께(측정 위치=30∼80㎜의 판 두께)가 1.6㎜인 성형재를 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 둘레벽(101)(측정 위치=30∼80㎜의 판 두께)이 천정벽(100)의 최대 판 두께(측정 위치=0∼29㎜의 최대 판 두께)보다 두꺼운 성형재를 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 종래 방법(압축력(42a)을 부가하지 않는 통상의 다단 드로잉)에 의해, 둘레벽(101)의 판 두께가 1.6㎜인 성형재를 제조하기 위해서는 두께 2.0㎜의 소재 금속판(2)이 필요하게 되었다. 종래 방법에 의해 제조된 성형재(종래예)의 플랜지부의 판 두께는 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해 제조된 성형재(발명예)의 플랜지부의 판 두께보다 두껍다. 또, 종래예의 천정벽의 판 두께도 발명예의 천정벽(100)의 판 두께보다 두껍다. 이들은 사용되는 소재 금속판(2)의 판 두께의 차이에 기인한다. 즉, 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해 성형재를 제조함으로써, 플랜지부의 판 두께가 불필요하게 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다. 발명예의 중량은 비교예의 중량보다 10%정도 가벼웠다.
이러한 성형재 제조 방법에서는 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 부가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉하는 것에 의해 몸통부(10)가 형성되므로, 드로잉 가공에 의해 몸통부(10)의 판 두께가 얇아지는 것을 회피할 수 있으며, 종래보다 얇은 소재 금속판(2)을 이용해도 몸통부(10)의 필요 판 두께를 확보할 수 있다. 또, 제 1∼제 3 압축 드로잉은 패드부(420)가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행되며, 몸통부 소체(20a)의 드로잉이 실행될 때에 지지부(421)의 조절 가능한 지지력이 압축력(42a)으로서 몸통부 소체(20a)에 작용하므로, 가공 조건의 변동이나 소재 금속판의 판 두께의 변동이 있어도, 그들에게 플렉시블하게 대응할 수 있다. 이것에 의해, 플랜지부(11)가 불필요하게 두꺼워지는 것을 회피할 수 있고, 가공 조건이나 소재 금속판(2)의 판 두께의 변동에 플렉시블하게 대응할 수 있으며, 효율적으로 성형재(1)의 경량화를 도모할 수 있다. 본 구성은 모터 케이스 등의 성형재의 경량화가 요구되는 적용 대상에 있어서 특히 유용하다. 또, 성형재(1)의 경량화와 동시에, 소재 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
또, 압축력(42a)을 P로 하고, 다이 어깨 반경(㎜)/압축력(42a)을 부가해서 드로잉하기 전의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께(㎜)를 x로 한 경우에, 163x-1.2≤P≤130x0.3을 만족시키므로, 좌굴 및 두께 감소를 몸통부 소체(20a)에 발생시키는 일 없이, 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있다.
또, 둘레벽(101)의 판 두께가 소재 금속판(2)의 판 두께 및 천정벽(100)의 최대 판 두께의 적어도 한쪽 이상으로 되어 있으므로, 얇은 소재 금속판(2)을 이용해도, 천정벽(100) 및 플랜지부(11)가 필요 이상으로 두꺼워지는 것을 회피하면서, 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있다.
또한, 실시형태에서는 압축 드로잉을 3회 실행하도록 설명하고 있지만, 압축 드로잉의 회수는 성형재(1)의 크기나 요구되는 치수 정밀도에 따라 적절히 변경해도 좋다.
1; 성형재 2; 소재 금속판
3; 금형 10; 몸통부
11; 플랜지부 20a; 몸통부 소체
42; 리프터 패드 42a; 지지력
100; 천정벽 101; 둘레벽
420; 패드부 421; 지지부

Claims (3)

  1. 소재 금속판에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써, 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조 방법으로서,
    상기 다단 드로잉에는
    몸통부 소체를 갖는 예비체를 상기 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과,
    압입 구멍을 갖는 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 부가하는 가압 수단을 포함하는 금형을 이용해서 상기 예비 드로잉의 후에 실행되고, 상기 압축력을 상기 몸통부 소체의 둘레벽에 부가하면서 상기 몸통부 소체를 드로잉함으로써 상기 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉이 포함되어 있고,
    상기 가압 수단은 상기 다이에 대향하도록 상기 펀치의 외주 위치에 배치되어 상기 몸통부 소체의 둘레벽의 하단이 탑재되는 패드부와, 상기 패드부를 아래쪽으로부터 지지하는 동시에 상기 패드부를 지지하는 지지력을 조절할 수 있도록 구성된 지지부를 갖는 리프터 패드이고,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉은 상기 패드부가 하사점에 도달할 때까지의 동안에 완료하도록 실행되고,
    상기 몸통부 소체의 드로잉이 실행될 때에 상기 지지력이 상기 압축력으로서 상기 몸통부 소체의 둘레벽에 작용하는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸통부 소체의 둘레벽에 부가되는 상기 압축력을 상기 몸통부 소체의 둘레벽의 단면적으로 나눈 값(N/㎟)을 P로 하고, 상기 다이 어깨 반경(㎜)/상기 압축력을 부가하여 드로잉하기 전의 상기 몸통부 소체의 둘레벽의 판 두께(㎜)를 x로 했을 때에,
    163x-1.2≤P≤130x0.3을 만족시키는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 몸통부는 천정벽과 상기 천정벽의 바깥 가장자리로부터 연장된 둘레벽을 포함하고 있고,
    상기 몸통부의 둘레벽의 판 두께는 상기 몸통부의 천정벽의 최대 판 두께 및 상기 소재 금속판의 판 두께의 적어도 한쪽 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
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