KR102018251B1

KR102018251B1 - 기계적 접합 장치 및 기계적 접합 방법

Info

Publication number: KR102018251B1
Application number: KR1020177032307A
Authority: KR
Inventors: 세이지 후루사코; 도오루 오카다; 야스노부 미야자키; 후미노리 와타나베; 요시아키 나카자와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2019-09-05
Also published as: US20180185902A1; MX2017016307A; JP6460235B2; KR20170136580A; EP3318346A1; CN107614146B; TWI597110B; US10722935B2; TW201706050A; WO2017002975A1; JPWO2017002975A1; EP3318346A4; CN107614146A

Abstract

복수매의 금속판의 접합에서 금속판의 변형 저항이 큰 경우에도 안정적으로 리벳 접합할 수 있는 기계적 접합 장치를 제공한다. 복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 장치이며, 펀치 및 다이와 판 프레스와 전원 장치를 구비하고, 펀치 및 다이는 복수매의 금속판을 사이에 끼울 수 있도록 대향하여 배치되고, 판 프레스는 펀치를 내부에 삽입 가능한 통 형상체이며 판 프레스의 한쪽 단부를 복수매의 금속판의 펀치측의 금속판에 접촉시켜서 복수매의 금속판을 압박 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고, 펀치는 리벳을 타입 가능한 재료로 구성되고, 다이는 복수매의 금속판을 지지 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고, 전원 장치는 타입 개시와 동시에 복수매의 금속판을 승온하도록 판 프레스 및 다이에의 통전을 개시하고 타입 종료까지 판 프레스 및 다이를 통전하도록 구성되는, 기계적 접합 장치.

Description

기계적 접합 장치 및 기계적 접합 방법

본 개시는, 복수매의 금속판의 접합에 있어서, 금속판의 변형 저항이 클 때에 사용할 수 있는 기계적 접합 장치에 관한 것으로서, 특히, 복수매의 금속판에 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판을 1매 이상 포함하는 경우, 또는 금속판의 인장 강도가 작더라도 가공 속도가 큰 경우에 사용할 수 있는 기계적 접합 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차 분야에서는, 저연비화나 CO₂ 배출량의 삭감을 위해, 차체를 경량으로 하면서, 충돌 안전성의 향상을 위하여, 차체 부재를 고강도로 할 것이 요구되고 있다. 이들 요구를 만족시키기 위해서는, 차체나 부품 등에 고강도 강판을 사용하는 것이 유효하다. 그 때문에, 고강도 강판에 대한 수요가 높아지고 있다. 차체나 부품 등에 고강도 강판을 사용하기 위해서는, 고강도 강판과 다른 금속판을 접합할 필요가 있는데, 이 접합에 있어서, 이하와 같은 문제가 있다.

종래, 차체의 조립이나 부품의 설치 등은, 주로, 스폿 용접으로 행해지고 있고, 고강도 강판을 포함하는 복수매의 금속판의 접합도, 스폿 용접으로 행해진다. 이러한, 복수매의 금속판을 중첩하고, 스폿 용접하여 형성한 조인트에 있어서, 인장 강도는 중요한 특성이다. 인장 강도에는, 전단 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단 강도(TSS)와, 박리 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장 강도(CTS)가 있다.

270∼600MPa의 인장 강도를 갖는 복수매의 강판에 의해 형성되는 스폿 용접 조인트의 CTS는, 강판의 강도의 증가에 수반하여 증가한다. 따라서, 270∼600MPa의 인장 강도를 갖는 강판에 의해 형성되는 스폿 용접 조인트에서는, 조인트 강도에 관한 문제는 발생하기 어렵다. 그러나, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강판을 1매 이상 포함하는 복수매의 금속판에 의해 형성되는 스폿 용접 조인트에서는, 강판의 인장 강도가 증가해도, CTS가 증가하지 않거나, 또는 감소한다. 이것은, 변형능의 저하에 의해 용접부에의 응력 집중이 높아지는 것 및 합금 원소를 많이 함유하는 것에 기인하여 용접부에 눌어붙음이 생기는 것 및 응고 편석에 의해, 용접부의 인성이 저하되는 것이, 그 이유이다.

이 때문에, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강판을 1매 이상 포함하는 복수매의 금속판의 접합에 있어서, CTS를 향상시키는 기술이 요구되고 있다. 그것을 해결하는 기술의 하나로서, 모재를 용융시키지 않고 접합하는 기계적 접합 기술이 있다. 구체적으로는, 피접합재인 복수매의 금속판끼리를 중첩하고, 펀치의 외주를 금속판의 튀어오름을 방지하는 판 프레스로 누르면서, 펀치로 리벳을 타입하고, 복수의 금속판끼리를 리벳으로 기계적으로 접합하는 기술이 있다.

그러나, 이 기술에서는, 리벳을 타입하기 위해서, 다이측의 강판의 변형이 매우 커지고, 연성 부족 또는 변형 국소화에 의해, 다이측의 강판에서 균열이 발생한다는 문제, 전단 방향 및 박리 방향으로 인장 응력이 가해진 경우, 리벳이 빠져서 파괴가 발생하여, 전단 방향 및 박리 방향의 인장 강도에 대하여 충분한 값이 얻어지지 않는다는 문제, 및 동일한 리벳 타입 방식의 고강도 강판 조인트 및 연강판의 조인트에 대해서, 양자의 피로 강도를 비교하면, 거의 차가 없다는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하는 기술로서, 특허문헌 1에는, 중첩한 인장 강도가 430∼1000MPa인 고강도 강판에, 리벳을 타입하여 관통시키고, 관통시킨 리벳의 선단을 변형시키고, 기계적으로 접합하여, 인장 특성과 피로 특성이 우수한 고강도 강판을 얻는 접합 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 기술은, 인장 강도가 619MPa까지인 고강도 강판에 대하여 검토되어 있어, 복수매의 강판을 접합하는 기술로서 유효하다. 그러나, 특허문헌 1에서는, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강판을 포함하는 복수매의 강판에 대하여 상기 기술의 적용은 검토되어 있지 않았다.

또한, 비특허문헌 1에는, 고강도 강판과 알루미늄 합금판의 접합에 있어서, 리벳을 타입하여 기계적으로 접합할 때에 인장 강도 590MPa 정도의 고강도 강판을 포함하는 복수매의 금속판까지는, 결함 없이 접합할 수 있지만, 인장 강도 980MPa의 고강도 강판을 포함하는 복수매의 금속판에서는, 리벳이 고강도 강판을 관통할 수 없다고 기재되어 있다.

이렇게 금속판에 리벳을 타입하여 기계적으로 접합하는 기술에서는, 통상, 접합 전에 피접합재에 구멍 가공은 하지 않고, 리벳 자체로 피접합재를 펀칭할 필요가 있어, 변형 저항이 큰 강판, 예를 들어, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강판을 1매 이상 포함하는 복수매의 금속판에 리벳을 타입하여 기계적으로 접합하는 것은 곤란하게 되어 있었다.

이에 반해, 특허문헌 2에는, 고강도를 갖는 또는 고가공 경화된 접합 박판을, 리벳을 사용하여 접합하는 방법에 있어서, 접합 프로세스의 개시 또는 그 직전에, 압박 부재 및 다이스, 또는 압박 부재 및 다이스의 옆에 배치된 구성 요소, 또는 앞에 배치된 구성 요소에 의해, 접합 박판의 국소적 또한 시간적으로 제한된 가열을, 전기적인 저항 가열에 의해 행하는 기계적 접합 방법이 개시되어 있다.

이와 같이, 특허문헌 2에서는, 고강도를 갖는 또는 고가공 경화된 강판에 적용할 수 있는 기술이라고 기재되어 있어, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강판을 1매 이상 포함하는 복수매의 금속판에 대해서도 어느 정도는 유효한 기술이라고 생각된다. 그러나, 특허문헌 2에 개시된 기술을 사용하여, 실제로, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강판을 1매 이상 포함하는 복수매의 금속판을 리벳으로 접합을 행했을 때, 리벳 접합할 수 없는 경우가 있어, 더욱, 개선의 여지가 있었다. 또한, 인장 강도가 780MPa 미만인 금속판이어도, 리벳 타입 시의 가공 속도가 커지면, 금속판의 변형 저항이 커져서, 마찬가지로 개선해야 할 여지가 있었다.

일본 특허 공개 제2000-202563호 공보 일본 특허 공표 제2004-516140호 공보 일본 특허 공개 제2007-254775호 공보

페럼, Vol.16(2011) No.9, p.32-38

본 개시는, 상기 종래 기술의 현 상황을 감안하여, 복수매의 금속판의 접합에 있어서, 금속판의 변형 저항이 큰 경우에도, 안정적으로 리벳 접합할 수 있는 기계적 접합 장치 및 기계적 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그래서, 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대하여 예의 검토하였다. 특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 강판의 가열 온도를 35∼250℃로 하고, 강판의 가열을 리벳의 타입 전에 종료하고 있었다. 그래서, 본 발명자들은, 금속판의 변형 저항이 큰 경우에, 리벳 접합할 때에 복수매의 금속판을 가열하면서 리벳을 타입하는 것에 착상하였다.

그 결과, 금속판의 균열, 리벳 파손, 또는 리벳 미관통 등이 발생하지 않는 것을 알아내었다. 그리고, 복수매의 금속판에 리벳을 타입하고 있는 동안, 판 프레스와 다이 간에 통전하여, 복수매의 금속판의 온도를 높이는 것을 착상하였다.

본 개시의 기계적 접합 장치 및 기계적 접합 방법은, 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1) 복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 장치이며,

펀치 및 다이와,

판 프레스와,

제1 전원 장치

를 구비하고,

상기 펀치 및 다이는, 중첩된 복수매의 금속판을 사이에 끼울 수 있도록, 대향하여 배치되고,

상기 판 프레스는, 상기 펀치를 내부에 삽입 가능한 통 형상체이며, 상기 판 프레스의 한쪽 단부를, 상기 복수매의 금속판의 상기 펀치측의 금속판에 접촉시켜서, 상기 복수매의 금속판을 압박 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고,

상기 펀치는, 리벳을 타입 가능한 재료로 구성되고,

상기 다이는, 상기 복수매의 금속판을 지지 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고,

상기 제1 전원 장치는, 상기 펀치에 의한 리벳의 타입 개시와 동시에, 상기 복수매의 금속판의 온도를 높이도록 상기 판 프레스 및 다이에의 통전을 개시하고, 상기 리벳의 타입 종료까지 상기 판 프레스 및 다이를 통전하도록 구성되어 있는,

기계적 접합 장치.

(2) 상기 기계적 접합 장치가 냉각 장치를 더 구비하고, 상기 냉각 장치는, 상기 펀치에 접속되어 있고, 상기 리벳의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안, 상기 리벳을 냉각하도록 구성되어 있는, 상기 (1)에 기재된 기계적 접합 장치.

(3) 상기 펀치, 상기 리벳을 타입 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고, 제2 전원 장치가, 상기 펀치에 의해 상기 리벳을 타입한 후에 상기 리벳을 통전하여 열처리하도록, 상기 펀치 및 다이를 통전하도록 구성되어 있고,

상기 기계적 접합 장치가 냉각 장치를 더 구비하고, 상기 냉각 장치가, 상기 리벳의 열 처리 후에 상기 리벳을 냉각하도록 구성되어 있는,

상기 (1) 또는 (2)에 기재된 기계적 접합 장치.

(4) 상기 다이 중, 적어도 상기 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금인, 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 기계적 접합 장치.

(5) 복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 방법이며,

복수매의 금속판을 준비하는 것,

대향하여 배치된 펀치 및 다이 사이에, 상기 복수매의 금속판을 중첩하여 배치하는 것,

상기 펀치를 내부에 삽입 가능한 통 형상체인 판 프레스의 한쪽 단부를, 상기 복수매의 금속판의 상기 펀치측의 금속판에 압박하게 하는 것,

상기 판 프레스에 의해 눌린 상기 복수매의 금속판에, 상기 펀치에 의해 리벳을 타입하는 것, 및

상기 리벳의 타입 개시와 동시에, 상기 복수매의 금속판의 온도를 높이도록, 상기 판 프레스 및 상기 다이를 통하여, 상기 복수매의 금속판에의 통전 가열을 개시하고, 상기 리벳의 타입 종료까지 상기 복수매의 금속판을 통전 가열하는 것

을 포함하는, 기계적 접합 방법.

(6) 상기 리벳의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안, 상기 펀치를 통하여 상기 리벳을 냉각하는 것을 더 포함하는, 상기 (5)에 기재된 기계적 접합 방법.

(7) 상기 리벳의 타입 후, 상기 펀치 및 상기 다이를 통하여, 상기 리벳을 통전 가열하여 열처리하고, 계속하여 상기 리벳을 냉각하는 것을 포함하는, 상기 (5) 또는 (6)에 기재된 기계적 접합 방법.

(8) 상기 다이 중, 적어도 상기 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금인, 상기 (5)∼(7) 중 어느 한 항에 기재된 기계적 접합 방법.

본 개시의 기계적 접합 장치 및 기계적 접합 방법에 의하면, 금속판의 변형 저항이 큰 경우에도, 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 발생시키지 않고 접합 조인트를 얻을 수 있다.

도 1은, 기계적 접합의 형태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 1의 (a)는 리벳의 타입 개시와 동시에 판조의 통전 가열을 개시하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이며, 도 1의 (b)는 리벳의 타입 후의 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 2는, 기계적 접합의 형태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 2의 (a)는 리벳의 타입 개시와 동시에 판조의 통전 가열을 개시하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이며, 도 2의 (b)는 리벳의 타입 후에 리벳을 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 3은, 다이의 일부에 공구강을 사용한 경우의 기계적 접합의 형태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 3의 (a)는 다이의 일부에 공구강을 사용한 경우에, 리벳의 타입 개시와 동시에 판조를 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이며, 도 3의 (b)는 다이의 일부에 공구강을 사용한 경우에, 리벳의 타입 후에 리벳을 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이다.

본 발명자들은, 특허문헌 2에 개시된 기술을 사용하여, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판(이하, 「고강도 강판」이라고도 한다)을 포함하는 복수매의 금속판(이하, 「판조」라고도 한다)을 사이에 두도록 배치된 판 프레스와 펀치의 반대측에 설치되어 있는 다이 간에 전류를 흐르게 하여 판조를 통전 가열하고, 리벳을 타입한 바, 리벳 접합할 수 없는 경우가 있었다. 또한, 인장 강도가 780MPa 미만인 것만의 금속판을 사용하는 경우에, 리벳 타입 시의 가공 속도를 크게 한 바, 금속판의 변형 저항이 커져서, 리벳 접합할 수 없는 경우가 있었다.

본 발명자들은, 특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 강판의 가열 온도를 35∼250℃로 하고, 강판의 가열을 리벳의 타입 전에 종료하고 있는 것에 착안하여, 리벳 접합할 때, 판조를 가열하면서 리벳을 타입하는 것에 착상하였다.

본 발명자들은, 여러가지 금속판의 조합 판조에 가열하면서 리벳을 타입하고, 리벳 파손 등과의 관계에 대하여 조사하였다. 그 결과, 판조에의 리벳 타입 개시와 동시에, 판조의 온도를 높임으로써, 안정적으로 리벳 접합할 수 있음을 알아내었다. 또한, 판조의 온도를 높이기 위해서, 판 프레스와 다이 간을 통전하는 것을 착상하여, 본 개시의 기계적 접합 장치(이하, 「접합 장치」라고도 한다)를 알아내었다.

본 개시는, 복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 장치이며,

펀치 및 다이와,

판 프레스와,

제1 전원 장치

를 구비하고,

상기 펀치는, 리벳을 타입 가능한 재료로 구성되고,

기계적 접합 장치를 대상으로 한다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 개시의 접합 장치를 설명한다. 설명의 편의상, 펀치측을 상측, 다이측을 하측으로 하고, 펀치측의 금속판을 상측 금속판, 다이측의 금속판을 하측 금속판이라고 하는데, 접합 장치는, 고정할 수 있으면 되고, 세로 배치, 가로 배치 등의 방향은 묻지 않는다.

(실시 형태 1)

도 1에, 본 개시의 기계적 접합 장치를 사용한 기계적 접합의 형태를 도시하는 단면 모식도를 도시한다. 도 1의 (a)는 리벳의 타입 개시와 동시에 판조의 통전 가열을 개시하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이며, 도 1의 (b)는 리벳의 타입 후의 상태를 도시하는 단면 모식도이다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 기계적 접합 장치(1)에 있어서는, 상측 금속판(2) 및 하측 금속판(3)이 겹쳐진 판조(4)를 사이에 끼울 수 있도록, 대향하여 펀치(5) 및 다이(6)가 배치되어 있다. 펀치(5)의 외주에 판 프레스(7)가 배치된다.

기계적 접합 장치(1)는 펀치(5)에 의해 리벳(8)의 타입을 개시하는 것과 동시에, 판조(4)의 온도를 높이도록, 판 프레스(7)와 다이(6)를 통전하는 제1 전원 장치(도시하지 않음)를 구비한다.

리벳(8)의 타입 개시란, 펀치(5)에 의해 타입되는 리벳(8)이 판조(4)의 펀치측의 금속판과 접촉하는 시점을 의미한다.

리벳(8)의 타입을 개시하는 것과 동시에, 판조(4)를 통전 가열함으로써, 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 발생시키지 않고 접합 조인트를 얻을 수 있다. 리벳 타입 개시부터 판조를 가열하므로, 타입 전부터 가열하고 있는 경우에 비하여, 판조의 가열 영역을 접합 영역에 한정하기 쉬워져, 접합 영역 이외의 판조의 연화를 억제할 수 있다. 그로 인해, 판조의 금속 조직의 변질을 방지할 수 있다. 특히, 금속판으로서 780MPa 이상의 고강도 강판을 사용하는 경우에, 강판의 강도 저하를 억제하면서, 접합을 행할 수 있다.

제1 전원 장치는, 판 프레스(7) 및 다이(6)에 접속되고, 판조(4)를 통전 가열하도록 구성되어 있다. 제1 전원 장치는, 판 프레스(7) 및 다이(6)에 통전하는 전기량(전류값 및 통전 시간)을 제어하는 제1 제어 장치(도시하지 않음)를 구비하고, 판조(4)를 가열할 수 있다.

제1 제어 장치는, 리벳(8)의 타입을 개시하는 것과 동시에, 판조(4)의 온도를 높이도록, 판 프레스(7) 및 다이(6)에 통전을 개시하고, 리벳(8)의 타입 종료까지, 판 프레스(7) 및 다이(6)를 통전하여 판조(4)를 원하는 온도로 통전 가열하는 것을 제어한다.

판조(4)의 통전 가열은, 리벳(8)의 타입 개시와 함께 개시한다. 판조(4)의 통전 가열은, 리벳(8)의 타입 종료 후에도 계속하고, 그 후 정지해도 되지만, 바람직하게는, 리벳(8)의 타입 종료와 실질적으로 동시에 정지한다.

리벳(8)의 타입 종료란, 펀치의 타입 방향으로의 이동이 실질적으로 정지한 시점을 말하며, 펀치의 위치를 검지하여 검출할 수 있다. 펀치의 위치 검지 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 비접촉식의 레이저 변위계나 펀치를 압입하는 볼 나사의 회전수로부터 위치를 검지하는 장치를 사용하여 행할 수 있다.

리벳 타입 속도는, 바람직하게는 1mm/초 이상, 보다 바람직하게는 10mm/초이다. 리벳 타입 속도는, 판조의 금속판의 인장 강도 등에 따라서 조절할 수 있다.

리벳(8)의 타입 개시부터 타입 종료까지의 시간은, 판조에 사용하는 금속판의 재료, 두께, 매수 등에 따라 조정하면 되고, 바람직하게는 0.3∼2.0초, 보다 바람직하게는 0.5∼1.4초이다.

판조(4)의 가열 온도는, 판조의 연성이 향상되어, 강판 등의 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 억제하면서, 리벳을 타입할 수 있는 온도 범위이면 된다. 즉, 판조(4)의 가열 온도의 하한은, 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 억제할 수 있는 온도로 하면 된다. 판조(4)의 가열 온도의 상한은, 판조(4) 중 가장 융점이 낮은 금속판의 융점 미만의 온도로 하면 된다.

판조(4)의 가열 온도의 하한은, 바람직하게는 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 500℃ 이상, 더욱 바람직하게는 600℃ 이상이다. 판조(4)의 가열 온도의 상한은, 바람직하게는 900℃ 이하, 보다 바람직하게는 800℃ 이하이다. 판조(4)의 가열 온도는, 타입 종료 시점의 온도이며, 그 측정 개소는, 판 프레스(7)에 둘러싸인 영역 내에 있는 상측 금속판의 표면의 리벳 타입 위치이다. 상측 금속판의 표면 온도는, 예를 들어, 열전대를 사용하여 측정할 수 있다. 상측 금속판의 표면 온도 측정은, 리벳을 준비하기 전에, 사전에 행해도 된다. 사전에 상측 금속판의 표면 온도 측정을 행하는 경우, 펀치에 리벳을 보유시켜서 타입하는 때에, 온도 측정을 생략할 수 있다.

판조(4)를 통전 가열하는 전류값은, 타입 개시부터 종료까지의 시간 내에 판조(4)를 상기 온도 범위 내로 가열하도록, 제1 제어 장치로 제어할 수 있다. 제1 제어 장치는, 판조(4)에 흐르는 전류값을, 예를 들어 8∼14KA 또는 10∼12kA로 제어할 수 있다. 또한, 제1 제어 장치는, 통전 시간을 리벳(8)의 타입 개시부터 타입 종료까지의 시간과 실질적으로 동일하게 제어할 수 있다.

제1 제어 장치는, 리벳(8)이 판조(4)에 접촉한 시간을 검지하고, 판 프레스(7) 및 다이(6)에 통전을 개시하도록 제1 전원 장치를 제어할 수 있다. 리벳(8)이 판조(4)에 접촉한 시간을 검지하기 위해서, 예를 들어, 리벳(8)이 판조(4)에 접촉했을 때에 펀치(5)와 다이(6) 간의 전압의 변화를 검지하는 전압계, 펀치(5)에 내장한 로드셀 등을 사용할 수 있다.

제1 전원 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 종래 사용되고 있는 전원, 예를 들어 직류 전원 장치 또는 교류 전원 장치일 수 있다.

제1 제어 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 온도 조절기를 포함할 수 있다. 제1 제어 장치는, 판조(4)의 온도를 계측하는 온도계를 포함하는 온도 조절기를 사용하여, 판 프레스(7)와 다이(6)를 통전하는 전기량을 제어할 수 있다. 판조(4)의 금속판의 조합에 따라서 원하는 온도가 되는 전류값과 시간의 관계를 미리 구해 두고, 제1 제어 장치가, 당해 전류값 및 시간이 되도록 제어해도 된다.

펀치(5)는 봉상일 수 있고, 펀치(5)의 길이 방향으로 수직 방향의 단면 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 원상, 타원상, 직사각형상 등일 수 있다. 펀치(5)는 길이 방향으로 서로 다른 단면 형상을 가져도 된다.

펀치(5)는 리벳(8)을 타입할 수 있는 강도를 갖는 것이기만 하면, 그 재질은 특별히 한정되지 않고 원하는 기계적 강도를 갖는 재료 중에서 선택할 수 있다. 펀치(5)는 바람직하게는, 비커스 경도 Hv가 300∼510인, 강, 구리, 또는 구리 합금으로 구성된다. 펀치를 전극체로서도 사용하는 경우에는, 펀치(5)는 전기전도율이 높은 구리 또는 구리 합금으로 구성되는 것이 바람직하다.

다이(6)는 복수매의 금속판을 지지할 수 있고 또한 판조(4)를 통전 가열할 수 있는 기계적 강도 및 전기전도율을 갖는 전극체 재료로 구성되는 것이기만 하면, 그 재질은 특별히 한정되지 않고 원하는 재료 중에서 선택할 수 있다. 다이(6)는 바람직하게는, 구리 또는 구리 합금이다.

펀치(5)의 외주에 판 프레스(7)가 배치된다. 판 프레스(7)는 한쪽 단부를 판조(4)의 펀치(5)측의 금속판에 접촉하여 판조(4)를 다이(6)에 압박할 수 있는 부재이며, 펀치(5)의 길이축을 따라 상대적으로 이동할 수 있다. 판 프레스(7)의 형상은, 펀치(4)가 내부에 삽입되는 원통 등의 통 형상체이다.

판 프레스(7)는 다이(6)에 복수매의 금속판을 압박할 수 있고 또한 통전 가열할 수 있는 기계적 강도 및 전기전도율을 갖는 전극체 재료로 구성되는 것이기만 하면, 그 재질은 특별히 한정되지 않고 원하는 재료 중에서 선택할 수 있다. 판 프레스(7)는 바람직하게는 구리 또는 구리 합금이다.

펀치(5), 다이(6), 판 프레스(7), 및 냉각관(9)에 사용될 수 있는 구리 합금의 조성은, 바람직하게는 크롬 구리 합금 또는 알루미나 분산 구리 합금이다. 크롬 구리 합금의 조성은, 바람직하게는 0.4∼1.6％ Cr-Cu, 보다 바람직하게는 0.8∼1.2％ Cr-Cu, 예를 들어 1.0％ Cr-Cu이며, 알루미나 분산 구리 합금의 조성은, 바람직하게는 0.2∼1.0％ Al₂O₃-Cu, 보다 바람직하게는 0.3∼0.7％ Al₂O₃-Cu, 예를 들어 0.5％ Al₂O₃-Cu이다.

펀치(5)의 선단에는, 리벳(8)이 배치된다. 이 리벳(8)은 펀치(5)에 의해 판조(4)에 타입되는 것이며, 범용품의 리벳이면 되고, 풀 튜불러 리벳 등을 사용할 수 있다. 리벳(8)의 재질은, 판조(4)에 타입하여 접합 가능한 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 기계 구조용 강, 고경도 강 등일 수 있다.

타입 전에 있어서, 리벳(8)은 펀치(5)에 지지된 상태 또는 적당한 지지 부재에 의해 지지된 상태에서, 판조(4)의 상방에 배치될 수 있다.

펀치(5)를 리벳(8) 또는 적당한 지지 부재에 지시시키는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 기계적으로 보유 지지해도 되고, 펀치(5) 및 지지 부재를, 자력을 갖는 재료로서 리벳(8)을 자기적으로 부착시켜서 보유 지지해도 된다.

펀치(5)와 대향하여 배치되는 다이(6)는 타입하는 리벳(8)의 다리부의 형상 및 크기에 따른 접시상 또는 오목상의 압박 구속면(11)을 갖고, 그 중앙부에 대략 원뿔대 형상의 돌출부(12)를 가져도 된다. 돌출부(12)의 정상부는, 다이(6)의 상면보다도 조금 낮아도 된다. 돌출부(12)의 근원부측은, 압박 구속면(11)의 저면에 연속하도록 매끄러운 원호상면을 가져도 된다.

본 개시의 장치를 사용하여 리벳이 타입되는 판조(4)는 2매의 상측 금속판(2)과 하측 금속판(3)으로 구성되어도 되고, 3매 이상의 복수의 금속판을 포함해도 된다. 금속판은, 적어도 일부에 판상부를 갖고, 판상부가 서로 적층 가능한 부분을 갖는 것이면 되고, 전체가 판상은 아니어도 된다. 또한, 판조(4)는 따로 따로의 금속판으로 구성되는 것에 한정되지 않고, 1매의 금속판을 관상 등의 소정의 형상으로 성형한 것을 중첩한 것이어도 된다.

복수의 금속판은, 동일 종류의 금속판이어도 되고, 상이한 종류의 금속판이어도 된다. 금속판은, 고강도를 갖는 금속판일 수 있고, 강판, 알루미늄판, 마그네슘 등일 수 있다. 강판은, 바람직하게는 고강도 강판, 보다 바람직하게는 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고강도 강판일 수 있다. 복수의 금속판은, 강판을 1매 이상 포함해도 되고, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고강도 강판을 1매 이상 포함해도 된다. 예를 들어, 판조(4)는 판조(4)의 모든 금속판을 강판으로 하는 판조, 상측 금속판 또는 하측 금속판을 고강도 강판으로 하고, 다른 금속판을 인장 강도가 780MPa 미만인 강판으로 하는 판조, 상측 금속판을 알루미늄판으로 하고, 하측 금속판을 고강도 강판으로 하는 판조, 또는 판조(4)의 모든 금속판을 알루미늄판으로 하는 판조여도 된다. 본 개시의 장치를 사용하면, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고강도 강판을 적어도 1매 이상 포함하는 판조도 양호하게 접합할 수 있다.

금속판의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 0.5∼3.0mm로 할 수 있다. 또한, 판조의 두께도, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 1.0∼6.0mm로 할 수 있다. 또한, 도금의 유무, 성분 조성 등도, 특별히 한정되는 것은 아니다.

도 1에는, 판 프레스(7)로부터 다이(6)로 향하는 전류의 흐름을 점선 화살표로 예시하고 있지만, 판조(4)를 통전 가열할 수 있으면 되고, 다이(6)로부터 판 프레스(7)로 향하는 전류의 흐름으로 해도 된다. 도 2 및 3에 있어서도 마찬가지이다.

(실시 형태 2)

바람직한 실시 형태로서, 실시 형태 2를 설명한다. 본 개시의 접합 장치는, 바람직하게는 냉각 장치(도시하지 않음)를 더 구비한다.

냉각 장치는, 펀치(5)에 접속되어 있고, 펀치(5)를 통하여, 리벳(8)의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안, 리벳(8)을 냉각하도록 구성되어 있다. 판조(4)의 통전 가열을 행하면서, 펀치(5)에 접속된 냉각 장치로 리벳(8)을 냉각하면서, 펀치(5)로 리벳(8)을 타입하여 판조(4)를 접합할 수 있다.

판 프레스(7)와 다이(6) 간에 판조(4)를 통전 가열하면서 리벳(8)을 타입하는 때에, 펀치(5)를 통하여 리벳(8)을 냉각함으로써, 판조(4)의 열에 의한 리벳(8)의 연화를 억제할 수 있어, 보다 안정되게 리벳 접합을 행할 수 있다. 리벳(8)을 냉각함으로써, 특히, 리벳(8)을 타입할 때의 판조(4)의 온도가 높은 경우에도, 리벳(8)의 연화를 억제하여, 리벳(8)이 미관통이 되는 것을 방지하여, 보다 안정되게 접합을 행할 수 있다.

리벳(8)의 냉각은, 리벳(8)의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안에 행하면 된다. 즉, 리벳(8)의 냉각은, 타입 전부터 개시해도 되고, 타입 개시와 동시에 개시해도 되지만, 바람직하게는 리벳(8)의 냉각은, 타입 전부터 개시한다. 리벳(8)의 냉각은, 타입 종료와 동시에 종료해도 되고, 타입 종료 후에도 계속하여 행해도 되지만, 바람직하게는 타입 종료와 실질적으로 동시에 종료한다.

냉각 장치는, 펀치(5)를 통하여 리벳(8)을 냉각할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 펀치(5)는 그 내부에 냉각관(9)을 가져도 된다. 도 1의 (a)에, 펀치(5)의 내부에 배치되고, 냉각 장치에 접속된 냉각관(9)을 예시한다.

냉각관(9)은 예를 들어 화살표로 나타내는 방향으로, 냉매를 공급할 수 있는 관이다. 리벳(8)이 접촉하는 펀치(5)의 단부와는 반대측의 타단부측에, 냉각관(9)에 접속되는 냉각 장치가 설치될 수 있다. 냉각관(9)의 재질은, 냉매를 내부에 유통시켜서, 펀치(5)를 통하여 리벳을 냉각할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 구리 또는 구리 합금일 수 있다. 이 경우, 펀치(5)를 열전도율이 높은 구리 또는 구리 합금으로 하는 것이 바람직하다.

냉매는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 냉매액 또는 냉매 가스로 할 수 있지만, 경제면 및 취급하기 쉬움 등을 고려하여, 물이 바람직하다.

펀치(5)의 내부에 냉각관(9)을 설치하지 않고, 리벳(8)이 접촉하는 펀치(5)의 단부와는 반대측의 타단부에 접하도록 냉각 장치를 배치하고, 펀치(5)를 냉각하여, 펀치(5)의 열전도에 의해 리벳(8)을 냉각해도 된다. 이 경우에도, 펀치(5)를 열전도율이 높은 구리 또는 구리 합금으로 하는 것이 바람직하다.

리벳(8)의 냉각은, 리벳(8)의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안에 행하면 된다. 즉, 리벳(8)의 냉각은, 리벳(8)의 타입 전부터 개시해도 되고, 타입 개시와 동시에 개시해도 되지만, 바람직하게는 리벳(8)의 냉각은, 타입 전부터 개시한다. 리벳(8)의 냉각은, 타입 종료와 동시에 종료해도 되고, 타입 종료 후에도 계속하여 행해도 되지만, 바람직하게는 타입 종료와 실질적으로 동시에 종료한다.

냉각 장치는 제어 장치를 구비하고 있고, 냉각 온도 및 냉각 개시 및 종료의 타이밍을 제어할 수 있다. 제어 장치는, 바람직하게는 타입 종료 시점에 있어서, 보다 바람직하게는 타입 개시부터 타입 종료까지, 리벳(8)의 온도가, 바람직하게는 3∼50℃, 보다 바람직하게는 5∼30℃가 되도록 냉각 장치를 제어할 수 있다. 리벳(8)의 온도는, 예를 들어, 실제로 접합을 행하기 전에, 사전에 리벳의 온도 측정용의 예비 시험을 행하고, 열전대를 사용하여 리벳의 온도를 측정해 둘 수 있다. 냉각 장치에 구비된 제어 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 온도 조절기를 포함할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 2를 참조하면서, 바람직한 실시 형태인 실시 형태 3을 설명한다. 도 2에, 본 개시의 기계적 접합 장치를 사용한 기계적 접합의 형태를 도시하는 단면 모식도를 도시한다. 도 2의 (a)는 리벳의 타입 개시와 동시에 판조를 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이며, 도 2의 (b)는 리벳의 타입 후에 리벳을 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이다.

기계적 접합 장치(1)는 펀치(5)에 의해 타입된 리벳(8)이 열처리되도록, 펀치(5)와 다이(6)를 통전하는 제2 전원 장치(도시하지 않음)를 구비한다. 도 2의 기계적 접합 장치는, 펀치(5) 및 다이(6)가 전극체 재료로 구성되어서 리벳(8)을 통전 가열할 수 있는 것 이외에는, 도 1의 기계적 접합 장치와 동일한 구성을 갖는다.

제2 전원 장치는, 펀치(5) 및 다이(6)에 접속되고, 펀치(5)에 의해 리벳(8)을 타입한 후에, 펀치(5) 및 다이(6)를 통하여 리벳(8)을 통전하여 열처리하도록 구성되어 있다. 제2 전원 장치는, 펀치(5) 및 다이(6)에 통전하는 전기량(전류값 및 통전 시간)을 제어하는 제2 제어 장치(도시하지 않음)를 구비하고, 리벳(8)을 원하는 온도로 가열할 수 있다.

제2 전원 장치 및 펀치(5)에 접속된 냉각 장치를 사용하여, 리벳(8)의 타입 종료 후에, 리벳(8)을 오스테나이트 영역으로 가열하는 열처리를 행하고, 계속하여 냉각할 수 있다. 이에 의해, 리벳(8)이 마르텐사이트 조직을 가질 수 있어, 리벳(8)의 강도 향상을 도모할 수 있다. 실시 형태 3에서 사용되는 냉각 장치는, 실시 형태 2에서 사용되는 냉각 장치와 동일해도 되고 상이해도 된다.

타입 종료 후에 리벳(8)을 열처리하여 고강도화를 도모함으로써, 리벳을 사용하여 얻어진 접합 조인트의, 리벳을 포함하는 주변의 파손을 보다 저감할 수 있다.

특히, 고강도 강판을 포함하는 판조와, 고강도가 아닌 범용품의 리벳을 접합하는 경우에도, 강도가 낮은 리벳에 응력 집중되는 것을 억제하여, 리벳을 사용하여 얻어진 접합 조인트의 파손을 보다 안정적으로 방지할 수 있다.

리벳의 강도를 높게 하기 위해서, 종래, 성분 조성을 조정하여, ?칭 등의 열처리를 실시하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 3). 그러나, 이 기술로는, 리벳의 성분 조성이 제한되어, 열처리를 위한 열처리로가 필요하게 되어, 비용의 상승을 발생시키고, 또한, 열처리로에서의 열처리 공정이 필요하게 되어, 리벳의 생산 시간의 증가를 초래한다는 문제가 있었다.

이에 반해, 리벳을 타입하는 펀치와 다이를 전극체로 하여, 판조에 타입한 후의 리벳에 전류를 흐르게 하여 통전 가열하여, 리벳을 열처리, 즉, 강재제의 범용품의 리벳을 오스테나이트 영역이 되는 온도까지 가열하고, 급랭하여 마르텐사이트 조직을 얻어, 리벳의 고강도화를 도모할 수 있다. 그로 인해, 열처리로 등을 사용하지 않고, 고강도의 리벳을 얻을 수 있다.

리벳(8)의 열처리에 있어서의 가열 온도는, 리벳(8)을 오스테나이트 영역까지 가열할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 A3점∼리벳의 융점 미만의 온도로 가열한다. 리벳(8)의 최고 온도까지의 가열에 있어서의 전류값 및 시간은, 예를 들어, 전류값은 8∼10kA, 시간은 0.1∼1.0초일 수 있다.

리벳(8)의 통전 가열은, 리벳(8)의 타입 종료와 동시에 또는 리벳(8)의 타입 종료로부터 소정 시간 경과 후에 개시할 수 있다. 제2 제어 장치가, 리벳(8)의 타입 종료와 동시에 또는 리벳(8)의 타입 종료로부터 소정 시간 경과 후에, 리벳(8)의 통전 가열을 행하도록, 제2 전원 장치를 제어할 수 있다.

리벳(8)을 오스테나이트 영역으로 가열한 후의 냉각 조건은, 마르텐사이트 조직이 얻어지는 범위라면 특별히 한정되지 않지만, 냉각 장치에 구비된 제어 장치는, 리벳(8)을 오스테나이트 영역으로 가열한 후에, 바람직하게는 10℃/초 이상의 냉각 속도로, 리벳을 구성하는 재료의 마르텐사이트 변태 종료 온도 이하, 일반적으로는 약 200℃ 이하까지 리벳(8)을 냉각하도록 냉각 장치를 제어할 수 있다.

리벳(8)의 타입 시에 펀치(5)를 통한 리벳(8)의 냉각을 행하고 있는 경우에, 리벳(8)의 타입 후에 리벳(8)의 열처리를 행하는 동안, 통전 가열에 의해 리벳(8)이 소정 온도로 가열되는 한, 펀치(5)를 통한 리벳(8)의 냉각을 계속해도 되지만, 바람직하게는 펀치(5)의 냉각을 정지 또한 냉각량을 저감시키고, 리벳(8)의 열 처리 후에, 냉각을 재개 또한 냉각량을 증가시켜서 리벳(8)을 냉각한다.

펀치(5)는 리벳(8)을 타입할 수 있고 또한 통전 가열할 수 있는 기계적 강도 및 전기전도율을 갖는 전극체 재료로 구성되는 것이기만 하면, 그 재질은 특별히 한정되지 않고 원하는 재료 중에서 선택할 수 있다. 펀치(5)는 바람직하게는, 비커스 경도 Hv가 300∼510이며, 전기전도율이 높은 구리 또는 구리 합금으로 구성된다.

다이(6)는 복수매의 금속판을 지지할 수 있고 또한 판조(4) 및 리벳(8)을 통전 가열할 수 있는 기계적 강도 및 전기전도율을 갖는 전극체 재료로 구성되는 것이기만 하면, 그 재질은 특별히 한정되지 않고 원하는 재료 중에서 선택할 수 있다. 다이(6)는 바람직하게는, 구리 또는 구리 합금이다. 다이(6)는 실시 형태 1에서 사용되는 것과 동일한 재료로 구성할 수 있다.

제2 전원 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 종래 사용되고 있는 전원, 예를 들어 직류 전원 장치 또는 교류 전원 장치일 수 있다. 제2 전원 장치는, 제1 전원 장치와 동일한 구성을 가져도 된다.

제2 제어 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 온도 조절기를 포함할 수 있다. 제2 제어 장치는, 리벳(8)의 온도를 계측하는 온도계를 포함하는 온도 조절기를 사용하여, 펀치(5) 및 다이(6)를 통전하는 전기량을 제어할 수 있다. 리벳(8)이 소정의 온도가 되는 전류값과 시간의 관계를 미리 구해 두고, 제2 제어 장치가, 당해 전류값 및 시간이 되도록 제2 전원 장치를 제어해도 된다.

냉각 장치에 구비된 제어 장치는, 온도 조절기를 사용하여, 리벳(8)의 열처리 후의 냉각 속도 및 냉각 온도를 제어할 수 있다.

제1 전원 장치 및 제2 전원 장치는, 서로 다른 전원 장치여도 되고, 일체의 전원 장치여도 되고, 또는 제1 전원 장치가 제2 전원 장치의 기능도 가져도 된다.

제1 전원 장치 및 제2 전원 장치가 일체의 전원 장치인 경우, 또는 제1 전원 장치가 제2 전원 장치의 기능도 갖는 경우, 당해 전원 장치는, 판 프레스(7) 및 다이(6)와, 펀치(5) 및 다이(6)의 양쪽에 접속된다.

(실시 형태 4)

도 3을 참조하면서, 바람직한 실시 형태인 실시 형태 4를 설명한다. 도 3에, 다이의 일부에 공구강을 구비하는 기계적 접합 장치를 사용한 기계적 접합의 형태를 도시하는 단면 모식도를 도시한다. 도 3의 (a)는 다이의 일부에 공구강을 사용한 경우에, 리벳의 타입 전에 판조를 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이며, 도 3의 (b)는 다이의 일부에 공구강을 사용한 경우에, 리벳의 타입 후에 리벳을 통전 가열하고 있는 상태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 3의 기계적 접합 장치는, 다이(6)가 공구강제의 다이(6a)와 구리 또는 구리 합금제의 다이(6b)로 구성되는 것 이외에는, 도 2의 기계적 접합 장치와 동일한 구성을 갖는다.

다이의 변형을 억제하기 위해서는, 다이 중, 판조(4)를 사이에 끼워서 리벳과 대향하는 부분(리벳(8)이 타입되는 부분의 하방 부분)의 강도를 강하게 하는 것이 효과적이다. 그로 인해, 도 3에 도시한 바와 같이, 다이(6) 중, 리벳(8)이 타입됨으로써 변형될 수 있는 하측 금속판(3)을 구속하는 부분을 공구강제의 다이(6a)로 함으로써, 다이(6)의 강도를 크게 할 수 있어, 다이(6)의 변형을 억제할 수 있다.

판조에 리벳을 타입할 때에, 판 프레스와 다이 간에 통전하면, 또는 타입한 리벳을 열처리하기 위하여 펀치와 다이 간에 통전하면, 다이는 가열된다. 이때, 다이의 재질이 모두 공구강이면 다이가 연화되기 쉽다. 그 때문에, 바람직하게는, 공구강제의 다이(6a)의 외주 부분을, 전류가 흐르기 쉽게 하는 관점에서, 구리 또는 구리 합금으로 구성한다.

공구강제의 다이(6a)의 외주 부분을 둘러싸도록, 전기 저항이 낮은 구리 또는 구리 합금제의 다이(6b)를 배치함으로써, 판 프레스(7)와 다이(6) 간에 통전할 때에, 또는 펀치(5)와 다이(6) 간에 통전할 때에, 전류가 전기 저항이 낮은 외주 부분에 우선적으로 흐르므로, 공구강제의 다이(6a)가 가열되기 어려워져, 연화를 방지할 수 있다.

다이(6)의 일부를 공구강으로 구성하는 경우, 다이(6) 중, 적어도 판조(4)를 사이에 끼워서 리벳(8)과 대향하는 부분을 공구강으로 구성하면 되지만, 판조(4)를 사이에 끼워서 판 프레스(7)와 대향하는 부분의 일부를 공구강으로 구성해도 된다. 단, 다이(6) 중, 구리 또는 구리 합금으로 구성되는 부분의 비율이 적어짐에 따라서, 전류가 공구강에 흘러서 공구강이 연화되기 쉬워지기 때문에, 판 프레스(7)와 다이(6) 간 또는 펀치(5)와 다이(6) 간의 통전량에 따라, 공구강으로 구성되는 부분과 구리 또는 구리 합금으로 구성되는 부분의 비율을 조정할 수 있다.

본 개시는 또한, 복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 방법이며,

복수매의 금속판을 준비하는 것,

을 포함하는, 기계적 접합 방법(이하, 접합 방법이라고도 한다)을 대상으로 한다.

본 개시의 접합 방법에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.

복수매의 금속판 판조(4)를 준비한다. 판조(4)는 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판을 적어도 1매 포함해도 되고, 인장 강도가 780MPa 미만인 금속판만을 포함해도 된다.

판조(4)를 다이(6) 상에 적재하고, 통 형상체인 판 프레스(7)의 한쪽 단부를, 판조(4)의 펀치(5)측의 금속판에 압박하게 하고, 판 프레스(7)에 의해 눌린 판조(4)에, 펀치(5)에 의해 리벳(8)을 타입한다.

판조(4)의 온도를 높이도록, 리벳(8)의 타입 개시와 동시에, 판 프레스(7) 및 다이(6)를 통하여, 판조(4)에의 통전을 개시하고, 리벳(8)의 타입 종료까지 판조(4)를 통전한다.

바람직하게는, 리벳(8)의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안, 펀치(5)를 통하여 리벳(8)을 냉각한다.

바람직하게는, 리벳의 타입 후, 펀치 및 다이를 통하여, 리벳을 통전 가열하여 열처리한다.

바람직하게는, 다이 중, 적어도 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금이다.

바람직하게는, 판 프레스가, 펀치를 삽입 가능한 관통 구멍을 갖고, 펀치를, 관통 구멍과 미끄럼 이동시키면서 판 프레스에 대하여 상대적으로 이동시킨다.

바람직하게는, 판 프레스의 다른 쪽 단부에 탄성체를 구비하고, 탄성체가, 판 프레스를 통하여 복수매의 금속판에 압박 압력을 가한다.

펀치(5)를 이동 장치(도시하지 않음)로 이동시킴으로써, 압축 코일 스프링(14)을 통하여 판 프레스(7)가 펀치(5)와 함께 이동하고, 판조(4)에 접촉할 수 있다. 판조(4)의 강판끼리가 밀착하도록, 리벳(8)이 판조(4)에 접촉하지 않는 위치에서 정지할 정도의 가압력으로, 다이(6)에 대하여 판 프레스(7)를 이동시킬 수 있다.

본 개시의 접합 방법의 구성에 대해서, 상기 기계적 접합 장치에서 설명한 구성을 적용할 수 있다.

실시예

(실시예 1)

도 1에 도시하는 기계적 접합 장치(1)를 사용하여, 금속판의 변형 저항이 큰 경우의 접합 시험으로서, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판을 1매 이상 포함하는 판조의 접합 시험을 실시하였다.

인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판으로서 980MPa의 인장 강도를 갖는 두께 1.2mm의 강판을 상측 금속판으로 하고, 인장 강도가 780MPa 미만인 강판으로서 440MPa의 인장 강도를 갖는 두께 1.6mm의 강판을 상측 금속판으로 하는 판조(4)를 준비하였다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 판조(4)를 구리제의 다이(6) 상에 적재하고, 구리제의 판 프레스(7)로 판조(4)를 눌러서 밀착시켰다. 리벳(8)으로서 고경도 강제이며 직경 6mm인 풀 튜불러 리벳을 준비하여 펀치(5)에 보유 지지시켰다.

리벳 타입 속도 10mm/초로, 1.0％ Cr-Cu제의 펀치(5)로 판조(4)에 리벳(8)의 타입을 개시하는 것과 동시에, 판 프레스(7) 및 다이(6)에, 제1 제어 장치를 구비한 제1 전원 장치를 사용해서 10kA의 전류를 1.0초간 흐르게 하고, 판조(4)를 가열하고, 리벳(8)을 타입하였다. 리벳 타입 종료 시의 판조(4)의 온도는 750℃였다. 도 1의 (b)에 도시한 바와 같은 접합부가 얻어져서, 중첩된 강판끼리는 완전히 밀착하고 있어, 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 발생시키지 않고, 판조의 접합을 행할 수 있었다.

(실시예 2)

인장 강도가 780MPa 미만인 금속판으로 구성되는 판조로서, 상측 금속판 및 하측 금속판으로서 각각, 590MPa 및 440MPa의 인장 강도를 갖는 금속판을 준비하고, 리벳 타입 속도를 크게 해서 20mm/초로 하고, 20kA의 전류를 0.5초간으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건에서 접합 시험을 행하였다. 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 발생시키지 않고, 판조의 접합을 행할 수 있었다.

(실시예 3)

온도 조절기를 구비한 냉각 장치에 접속되고 도 1에 도시하는 냉각관(9)을 내부에 구비한 펀치(5)를 사용하여, 펀치(5)를 통하여 리벳(8)을 30℃로 냉각하면서, 펀치(5)로 리벳(8)을 타입한 것, 및 판조(4)를 780℃까지 가열한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건에서 접합 시험을 행하였다. 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 발생시키지 않고, 판조의 접합을 행할 수 있었다.

(실시예 4)

도 2에 도시하는 기계적 접합 장치(1)를 사용하여, 리벳(8)의 타입 후에 리벳(8)을 열처리 및 냉각한 것 이외에는, 실시예 3과 동일한 조건에서 접합 시험을 행하였다.

타입 종료 후, 리벳(8)의 냉각 및 판조(4)의 가열을 정지하고, 펀치(5) 및 다이(6)에, 온도 조절기를 구비한 제2 전원 장치를 사용해서 8kA의 전류를 0.5초간 흐르게 하고, 리벳(8)이 오스테나이트 영역인 900℃가 될 때까지 가열하고, 계속해서 30℃/초의 냉각 속도로 180℃까지, 온도 조절기를 구비한 냉각 장치를 사용하여 급랭하였다.

열처리 후의 리벳을 조사한 바, 마르텐사이트 조직을 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 그리고, 접합 조인트의 조인트 강도 시험을 실시한 바, 리벳을 열처리하지 않는 경우에 비하여, 리벳을 포함하는 주변의 파손이 보다 저감되었음을 알았다.

(실시예 5)

도 3에 도시하는 기계적 접합 장치(1)를 사용하여, 판조(4)를 사이에 끼워서 리벳(8)과 대향하는 부분을 공구강제의 다이(6a)로 하고, 다이(6a)의 외주 부분에 구리제의 다이(6b)를 배치한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건에서 접합 시험을 행하였다. 다이(6)의 변형을 억제할 수 있고, 또한 금속판의 균열, 리벳 파손, 및 리벳 미관통을 발생시키지 않고, 판조의 접합을 행할 수 있었다.

1: 기계적 접합 장치
2: 상측 금속판
3: 하측 금속판
4: 판조
5: 펀치
5a: 펀치의 접촉 부분
5b: 펀치의 미끄럼 이동 부분
6: 다이
6a: 공구강제의 다이
6b: 구리 또는 구리 합금제의 다이
7: 판 프레스
8: 리벳
9: 냉각관
10: 관통 구멍
11: 압박 구속면
12: 돌출부
13: 가동판
14: 홀더
15: 압축 코일 스프링
16: 보유 지지판
17: 수지 성형체
18: 가이드 볼트

Claims

복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 장치이며,
펀치 및 다이와,
판 프레스와,
제1 전원 장치
를 구비하고,
상기 펀치 및 다이는, 중첩된 복수매의 금속판을 사이에 끼울 수 있도록, 대향하여 배치되고,
상기 판 프레스는, 상기 펀치를 내부에 삽입 가능한 통 형상체이며, 상기 판 프레스의 한쪽 단부를, 상기 복수매의 금속판의 상기 펀치측의 금속판에 접촉시켜서, 상기 복수매의 금속판을 압박 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고,
상기 펀치는, 리벳을 타입 가능한 재료로 구성되고,
상기 다이는, 상기 복수매의 금속판을 지지 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고,
상기 제1 전원 장치는, 상기 판 프레스 및 상기 다이에 통전하는 전류값 및 통전 시간을 제어하는 제1 제어 장치를 구비하고,
상기 제1 제어 장치는, 상기 펀치에 의한 리벳의 타입 개시와 동시에, 상기 복수매의 금속판의 온도를 높이도록 상기 판 프레스 및 다이에의 통전을 개시하고, 상기 리벳의 타입 종료까지 상기 판 프레스 및 다이를 통전하고, 상기 리벳의 타입 종료와 동시에 통전을 종료하도록 구성되어 있는,
기계적 접합 장치.
제1항에 있어서, 상기 기계적 접합 장치가 냉각 장치를 더 구비하고, 상기 냉각 장치는, 상기 펀치에 접속되어 있고, 상기 리벳의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안, 상기 리벳을 냉각하도록 구성되어 있는, 기계적 접합 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펀치가, 상기 리벳을 타입 가능 또한 통전 가열 가능한 전극체 재료로 구성되고, 제2 전원 장치가, 상기 펀치에 의해 상기 리벳을 타입한 후에 상기 리벳을 통전하여 열처리하도록, 상기 펀치 및 다이를 통전하도록 구성되어 있고,
상기 기계적 접합 장치가 냉각 장치를 더 구비하고, 상기 냉각 장치가, 상기 리벳의 열 처리 후에 상기 리벳을 냉각하도록 구성되어 있는,
기계적 접합 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이 중, 적어도 상기 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금인, 기계적 접합 장치.
제3항에 있어서, 상기 다이 중, 적어도 상기 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금인, 기계적 접합 장치.
복수매의 금속판에 펀치에 의해 리벳을 타입하는 기계적 접합 방법이며,
복수매의 금속판을 준비하는 것,
대향하여 배치된 펀치 및 다이 사이에, 상기 복수매의 금속판을 중첩하여 배치하는 것,
상기 펀치를 내부에 삽입 가능한 통 형상체인 판 프레스의 한쪽 단부를, 상기 복수매의 금속판의 상기 펀치측의 금속판에 압박하게 하는 것,
상기 판 프레스에 의해 눌린 상기 복수매의 금속판에, 상기 펀치에 의해 리벳을 타입하는 것, 및
상기 리벳의 타입 개시와 동시에, 상기 복수매의 금속판의 온도를 높이도록, 상기 판 프레스 및 상기 다이를 통하여, 상기 복수매의 금속판 통전 가열을 개시하고, 상기 리벳의 타입 종료까지 상기 복수매의 금속판을 통전 가열하고, 상기 리벳의 타입 종료와 동시에 통전 가열을 종료하는 것
을 포함하는, 기계적 접합 방법.
제6항에 있어서, 상기 리벳의 타입 개시부터 타입 종료까지의 동안, 상기 펀치를 통하여 상기 리벳을 냉각하는 것을 더 포함하는, 기계적 접합 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 리벳의 타입 후, 상기 펀치 및 상기 다이를 통하여, 상기 리벳을 통전 가열하여 열처리하고, 계속하여 상기 리벳을 냉각하는 것을 포함하는, 기계적 접합 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 다이 중, 적어도 상기 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금인, 기계적 접합 방법.
제8항에 있어서, 상기 다이 중, 적어도 상기 복수매의 금속판을 사이에 끼워서 상기 리벳과 대향하는 부분의 재질이 공구강이며, 상기 공구강의 외주 부분의 재질이 구리 또는 구리 합금인, 기계적 접합 방법.