KR102022835B1 - 성형재 제조방법 및 그 성형재 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 성형재 제조방법은 소재 금속판에 대해서 다단 인발 및 마무리 아이어닝을 행함으로써, 통형상의 몸통부와, 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조방법이며, 다단 인발은 몸통부 소체를 갖는 예비체를 소재 금속판으로부터 형성하는 예비 인발과, 예비 인발 후에 행해지고 몸통부 소체의 깊이방향에 따른 압축력을 몸통부 소체의 둘레벽에 가하면서 몸통부 소체를 인발하는 복수회의 압축 인발을 포함하며, 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스를 몸통부 소체의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 한다.

Description

성형재 제조방법 및 그 성형재

본 발명은 통형상의 몸통부와 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하기 위한 성형재 제조방법에 관한 것이다.

예컨대, 하기 비특허문헌 1에 도시된 바와 같이 인발 가공을 행함으로써 통형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것이 행해진다. 인발 가공에서는 소재 금속판을 잡아 늘림으로써 몸통부가 형성되므로, 통상적으로 몸통부의 둘레벽의 판 두께는 소재 판 두께보다 얇아진다.

예컨대, 하기 특허문헌 1 등에 도시된 모터 케이스로서, 상기와 같은 인발 가공에 의해 성형된 성형재를 이용하는 경우가 있다. 이 경우, 몸통부의 둘레벽에는 모터 케이스 밖으로의 자기 누설을 방지하는 쉴드재로서의 성능이 기대된다. 또한, 모터의 구조에 따라서는 스테이터의 백 요크로서의 성능도 둘레벽에 기대된다.

쉴드재 또는 백 요크로서의 성능은 둘레벽이 두꺼울수록 양호해진다. 그렇기 때문에, 상기와 같이 인발 가공에 의해 성형재를 제조할 때에는 몸통부의 판 두께 감소를 예상하여, 소정의 몸통부 둘레벽의 판 두께가 얻어지도록 소재 금속판의 판 두께는 소정의 몸통부 둘레벽의 판 두께보다 두껍게 선정한다. 그러나, 소재 금속판의 판 두께는 항상 일정하지 않으며 판 두께 공차라고 불리워지는 판 두께의 허용 범위 내에서 변동된다. 또한, 금형 상태의 변화나 재료 특성의 불균일 등에 의해 인발 가공에서의 판 두께 감소량이 변동될 수도 있다.

한편, 모터의 진동이나 소음을 저감시키기 위해서 모터 케이스의 내경에는 고정밀도의 내경 정밀도가 요구되어질 수 있다. 그렇기 때문에, 통상적으로는 인발 가공을 종료한 후에 몸통부에 마무리 아이어닝을 행하여 내경의 정밀도를 향상시킨다. 마무리 아이어닝은 2개의 금형(펀치 및 다이)을 이용하여 몸통부의 재료를 내측과 외측의 양측으로부터 끼워서 아이어닝을 행하는 것이며, 그들 2개의 금형의 틈(클리어런스)은 몸통부의 재료 판 두께 미만으로 설정된다. 클리어런스를 몸통부의 재료 판 두께 미만으로 설정하는 것은 마이너스 클리어런스라고 불리워진다.

아이어닝 가공을 행할 때에 아이어닝 가공 전의 몸통부의 판 두께가 예정했던 판 두께보다 얇으면, 미리 준비했던 아이어닝 가공 금형에서는 아이어닝 가공량이 부족하게 되고 내경 정밀도가 저하된다. 반대로, 아이어닝 가공 전의 몸통부의 판 두께가 예정했던 판 두께보다 두꺼우면, 마무리 아이어닝 후의 내경 정밀도는 만족스럽지만, 소재 금속판이 그 표면에 도금을 갖는 표면 처리 강판인 경우에 도금 부스러기가 발생되어 성형품의 표면으로부터 탈락되는 등의 다른 문제가 생긴다. 이들 문제는 소재 금속판의 판 두께 변동이나 인발 가공에서의 판 두께 감소율의 변동에 기인하여 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께는 변동되는 반면, 마무리 아이어닝을 행하는 금형의 클리어런스가 고정되어 있어, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께의 변동을 마무리 아이어닝에서 흡수할 수 없는 것에 의한다.

이에, 하기 특허문헌 2에서는 몸통부 소체에 인발 가공을 시행할 때에 몸통부 소체의 둘레벽에 조절 가능한 압축력을 가함으로써, 몸통부 소체의 둘레벽의 판 두께의 증감을 제어하는 압축 인발 가공방법이 제안되고 있다.

[특허문헌 1] 특개2013-51765호 공보 [특허문헌 2] 특허 제5697787호 공보

[비특허문헌 1] 무라카와 마사오 외 3명 저 "소성 가공의 기초", 초판, 산업도서 주식회사, 1990년 1월 16일, p.104 내지 p.107

특허문헌 2의 압축 인발 가공방법으로 성형재를 제조하는 경우에도 높이와 직경의 비(높이/직경)가 큰 성형재는 1회의 인발 가공으로 성형하기 어려우며, 복수회의 인발 가공에 의해 성형할 필요가 있다. 복수회의 인발 가공에서는 몸통부 소체의 높이가 서서히 높아진다. 즉, 최종적인 성형재의 몸통부의 상부 재료는 적어도 초기 인발 가공에서 몸통부 소체의 상부 벽 부근에 위치하고 있어서 충분한 압축력을 받지 않는다. 그렇기 때문에, 최종적인 성형재의 몸통부의 상부는 충분한 두께 증가 효과를 얻을 수 없으며, 그 상부에서 아이어닝 가공량이 부족하게 됨으로 인해 내경 정밀도가 악화될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 성형재의 몸통부 전역에 걸쳐서 양호한 내경 정밀도를 얻을 수 있는 성형재 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 성형재 제조방법은 소재 금속판에 대해서 다단 인발 및 마무리 아이어닝을 행함으로써, 통형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조방법이며, 다단 인발은 몸통부 소체를 갖는 예비체를 소재 금속판으로부터 형성하는 예비 인발과, 예비 인발 후에 행해지고 몸통부 소체의 깊이방향에 따른 압축력을 몸통부 소체의 둘레벽에 가하면서 몸통부 소체를 인발하는 복수회의 압축 인발을 포함하며, 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스를 몸통부 소체의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 한다.

본 발명의 성형재 제조방법 및 그 성형재에 의하면, 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스를 몸통부 소체의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 하므로, 압축 인발에서 몸통부 소체의 상부 두께가 충분히 증가되지 않은 경우에도 그 상부에서 아이어닝 가공량이 부족하게 되는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해, 성형재의 몸통부 전역에 걸쳐서 양호한 내경 정밀도를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조방법에 의해 제조되는 성형재(1)를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 성형재를 제조하는 성형재 제조방법을 도시하는 설명도이다.
도 3은 도 2의 예비 인발에 이용하는 금형을 도시하는 설명도이다.
도 4는 도 3의 금형에 의한 예비 인발을 도시하는 설명도이다.
도 5는 도 2의 제1 압축 인발에 이용하는 금형을 도시하는 설명도이다.
도 6은 도 5의 금형에 의한 제1 압축 인발을 도시하는 설명도이다.
도 7은 제3 압축 인발이 종료된 후의 예비체에서의 몸통부 소체의 판 두께 분포를 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 7의 판 두께 측정위치를 도시하는 설명도이다.
도 9는 도 2의 제1 내지 제3 압축 인발에서의 재료의 이동을 도시하는 설명도이다.
도 10은 도 2의 마무리 아이어닝 공정에서 사용하는 마무리 아이어닝용 금형을 도시하는 설명도이다.
도 11은 제1 압축 인발에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 12는 제2 압축 인발에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 13은 도 10의 (a)에 도시하는 스트레이트 타입의 금형을 이용하여 마무리 아이어닝을 행한 성형재에서의 마무리 아이어닝 전의 둘레벽 판 두께와 각 측정위치에서의 제품 내경의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 14는 도 10의 (b)에 도시하는 클리어런스 변화 타입의 금형을 이용하여 마무리 아이어닝을 행한 성형재에서의 마무리 아이어닝 전의 둘레벽 판 두께와 각 측정위치에서의 제품 내경의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 15는 도 13 및 도 14의 내경 치수 측정위치를 도시하는 설명도이다.
도 16은 예비 실험에서 제작된 성형재(1)의 측정 내경과 규격 치수 등의 관계의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 17은 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스를 변경했을 때의 성형재(1)의 상부 내경 변화를 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

실시형태 1

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조방법에 의해 제조되는 성형재(1)를 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 성형재 제조방법에 의해 제조되는 성형재(1)는 몸통부(10) 및 플랜지부(11)을 갖는다. 몸통부(10)는 상부 벽(100), 상부 벽(100)의 바깥 가장자리로부터 연장된 둘레벽(101), 및 상부 벽(100)과 둘레벽(101)을 연결하는 곡면으로 이루어지는 어깨부(102)를 갖는 통형상의 부분이다. 상부 벽(100)은 성형재(1)를 이용하는 방향에 따라서는 바닥 벽 등 다르게 불리는 경우도 있다. 도 1에서는 몸통부(10)는 단면 진원형을 갖도록 도시하고 있으나, 몸통부(10)는 예컨대, 단면 타원형이나 각통형 등의 다른 형상으로 이루어져도 된다. 예컨대, 상부 벽(100)으로부터 더 돌출된 돌출부를 형성하는 것과 같이 상부 벽(100)에 가공을 더 가할 수도 있다. 플랜지부(11)는 몸통부(10)의 단부(둘레벽(101)의 단부)에 형성된 판부이다.

본 실시형태 1의 성형재(1)에서는 몸통부(10)의 둘레벽(101)과 어깨부(102)의 경계 위치에 선형 모양(103)이 형성된다. 이 선형 모양(103)은 후술하는 마무리 아이어닝에 기인하는 것이다.

다음에, 도 2는 도 1의 성형재(1)를 제조하는 성형재 제조방법을 도시하는 설명도이다. 본 발명의 성형재 제조방법은 평판 형상의 소재 금속판(2)에 대해서 다단 인발과 마무리 아이어닝을 행함으로써 성형재(1)를 제조한다. 다단 인발에는 예비 인발과, 이 예비 인발 후에 행해지는 적어도 1회의 압축 인발이 포함된다. 본 실시형태의 성형재 제조방법에서는 3회의 압축(제1 내지 제3 압축)이 행해진다. 소재 금속판(2)으로서는 다양한 도금 강판의 금속판을 이용할 수 있다.

예비 인발은 소재 금속판(2)에 가공을 시행함으로써, 몸통부 소체(20a)를 갖는 예비체(20)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)는 도 1의 몸통부(10)보다 직경이 넓으면서 깊이가 얇은 통형체이다. 몸통부 소체(20a)의 깊이방향은 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 연장방향에 의해 규정된다. 본 실시형태에서는 예비체(20) 전체가 몸통부 소체(20a)를 구성한다. 단, 예비체(20)로서 플랜지부를 갖는 것을 형성해도 된다. 이 경우, 플랜지부는 몸통부 소체(20a)를 구성하지 않는다.

제1 내지 제3 압축 인발은 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 몸통부 소체(20a)의 깊이방향에 따른 압축력(42a)(도 5 참조)을 몸통부 소체(20a)에 가하면서 몸통부 소체(20a)를 인발하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)를 인발한다는 것은 몸통부 소체(20a)의 직경을 줄임과 동시에 몸통부 소체(20a)의 깊이를 보다 깊게 하는 것을 의미한다.

마무리 아이어닝은 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 다단 인발을 거친 예비체(20)의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽을 펀치 및 다이에 의해 내측 및 외측의 양측으로부터 끼워서 아이어닝(두께 감소)를 행하고, 몸통부 소체(20a)의 내경 및 외경을 펀치의 외경 및 다이의 내경에 일치시키는 것이다. 이 마무리 아이어닝을 거침으로써 예비체(20)가 성형재(1)가 된다.

다음에, 도 3은 도 2의 예비 인발에 이용하는 금형(3)을 도시하는 설명도이며, 도 4는 도 3의 금형(3)에 의한 예비 인발을 도시하는 설명도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 예비 인발에 이용하는 금형(3)에는 다이(30), 펀치(31) 및 쿠션 패드(32)가 포함된다. 다이(30)에는 펀치(31)와 함께 소재 금속판(2)이 밀어 넣어지는 압입공(30a)이 설치된다. 쿠션 패드(32)는 다이(30)의 끝면에 대향하도록 펀치(31)의 외주 위치에 배치된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 예비 인발에서는 다이(30) 및 쿠션 패드(32)에 의해 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부를 완전히 구속하지는 않고, 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 벗어나는 곳까지 뺀다. 소재 금속판(2) 전부를 펀치(31)와 함께 압입공(30a)에 밀어 넣어서 빼도 된다. 상술한 바와 같이 플랜지부를 갖는 예비체(20)를 형성하는 경우에는 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 벗어나지 않는 깊이에서 정지시키면 된다.

다음으로, 도 5는 도 2의 제1 압축 인발에 이용하는 금형(4)을 도시하는 설명도이며, 도 6은 도 5의 금형(4)에 의한 제1 압축 인발을 도시하는 설명도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 압축 인발에 이용하는 금형(4)에는 다이(40), 펀치(41), 리프터 패드(42) 및 펀치 홀더(43)가 포함된다. 다이(40)는 압입공(40a)을 갖는 부재이다. 펀치(41)는 몸통부 소체(20a)의 내부에 삽입되어 몸통부 소체(20a)를 압입공(40a)에 밀어 넣는 원주체이며 펀치 홀더(43)에 지지된다.

리프터 패드(42)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치된다. 구체적으로, 리프터 패드(42)는 패드부(420) 및 편향부(421)를 갖는다. 패드부(420)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치된 환형 부재이다. 편향부(421)는 패드부(420)의 하부에 배치되며 패드부(420)를 편향 지지한다. 또한, 편향부(421)는 펀치 홀더(43)에 지지된다. 패드부(420) 위에는 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 하단이 얹어 놓아진다. 몸통부 소체(20a)의 둘레벽은 다이(40)가 내려갔을 때에 다이(40) 및 패드부(420)에 의해 끼워진다. 이와 같이 다이(40) 및 패드부(420)에 의해 몸통부 소체(20a)의 둘레벽이 끼워짐으로써, 편향부(421)의 편향력(리프터 패드력)이 몸통부 소체(20a)의 깊이방향에 따른 압축력(42a)으로서 몸통부 소체(20a)에 가해진다. 즉, 리프터 패드(42)는 몸통부 소체(20a)의 깊이방향에 따른 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 가하는 가압수단을 구성한다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 압축 인발에서는 다이(40)가 내려감으로써 펀치(41)와 함께 몸통부 소체(20a)가 압입공(40a)에 밀어 넣어지고 몸통부 소체(20a)가 인발된다. 이때, 몸통부 소체(20a)에는 다이(40) 및 패드부(420)에 의해 몸통부 소체(20a)의 둘레벽이 끼워진 후에 몸통부 소체(20a)의 깊이방향에 따른 압축력(42a)이 계속적으로 가해진다. 즉, 제1 압축에서는 압축력(42a)을 가하면서 몸통부 소체(20a)를 인발한다. 나중에 상세히 설명하는 바와 같이, 압축력(42a)이 소정 조건을 만족하는 경우, 몸통부 소체(20a)에 두께 감소를 발생시키지 않고 몸통부 소체(20a)를 인발할 수 있다. 이에 의해, 제1 압축을 거친 몸통부 소체(20a)의 판 두께는 제1 압축 인발 전의 몸통부 소체(20a)의 판 두께 이상이 된다.

가공 중에 리프터 패드(42)의 하면은 펀치 홀더(43)의 상면에 맞닿지 않고 상하로 이동 가능한 상태에 있다. 이것은 이른바 바닥을 치지 않고, 가공 중에 하강된 다이(40)와 편향부(421)의 편향력(리프터 패드력)에 의해 상승하려고 하는 리프터 패드(42)가 몸통부 소체(20a)를 통해서 균형 잡혀 있는 상태이다.

또한, 리프터 패드(42)가 바닥을 치는 구조라는 것은 몸통부 소체(20a)가 변형을 받아서 지름이 감소될 때의 변형 저항력보다 편향부(421)의 편향력(리프터 패드력)이 작은 구성을 의미한다. 이 구성에서는 하강된 다이(40)와 펀치 홀더(43) 사이에서 성형력이 균형을 잡게 되므로, 몸통부 소체(20a)에 걸리는 편향력(리프터 패드력)의 주체는 몸통부 소체(20a)가 지름 감소에 의해 다이(40) 내로 압입될 때의 변형 저항뿐이다. 따라서, 두께 증가에 기여하는 것은 주로 변형 저항과 관계가 있는 다이(40)와 펀치의 금형 클리어런스, 다이(R), 몸통부 소체(20a)의 재료 강도(내력×단면적)이며, 이들 조건은 일단 결정되면 쉽게 변경될 수 없다. 즉, 바닥을 치는 구조의 압축 금형에서는 소재 금속판의 판 두께 변동에 대응하여 판 두께의 증감을 제어하는 것이 어렵다고 말할 수 있다.

도 2의 제2 및 제3 압축 인발은 도 5 및 도 6에 도시하는 금형(4)과 동일한 구성을 갖는 금형을 이용하여 행해진다. 단, 다이(40)나 펀치(41)의 치수는 적절히 변경된다. 제2 압축 인발에서는 압축력(42a)을 가하면서 제1 압축 인발 후의 몸통부 소체(20a)를 인발한다. 또한, 제3 압축 인발에서는 압축력(42a)을 가하면서 제2 압축 인발 후의 몸통부 소체(20a)를 인발한다. 이들 제1 내지 제3 압축 인발 후에 마무리 아이어닝을 행함으로써 몸통부 소체(20a)는 몸통부(10)가 된다.

제1 내지 제3 압축 인발의 압축력은 제3 압축 인발이 종료된 후의 몸통부 소체(20a)의 판 두께(마무리 아이어닝 직전의 판 두께)가 소정 두께가 되도록 조정된다. 그 결과, 마무리 아이어닝에서는 내경 정밀도를 만족하면서 도금 부스러기의 발생이 없는 적절한 금형 클리어런스로 가공이 행해지게 된다.

다음으로, 도 7은 제3 압축 인발이 종료된 후의 예비체에서의 몸통부 소체(20a)의 판 두께 분포를 도시하는 그래프이며, 도 8은 도 7의 판 두께 측정위치를 도시하는 설명도이다. 보통강의 냉연 강판에 Zn-Al-Mg 도금이 시행된 두께 1.8 ㎜, 도금 부착량 90 g/㎡, 직경 116 ㎜의 원형판을 소재 금속판(2)으로 하고, 도 2의 예비 인발 및 제1 내지 제3 압축 인발을 행했다. 또한 가공 조건은 후술한 실시예와 동일하다. 도 7에서 ■로 도시하는 바와 같이, 제3 압축 인발이 종료된 후의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께는 상부(어깨부 근방, 측정위치 : 5 ㎜ 위치)를 제외하고 소재 판 두께보다 두꺼워진다. 한편으로 상부(어깨부 근방, 측정위치 : 5 ㎜ 위치)는 다른 부분의 판 두께보다 얇아진다.

다음으로, 도 9는 도 2의 제1 내지 제3 압축 인발에서의 재료의 이동을 도시하는 설명도이다. 도 9에서는 제3 압축 인발이 종료된 후의 예비체에서의 몸통부 소체(20a)의 상부에 위치하는 재료, 보다 구체적으로는 어깨부 근방에 위치하는 재료를 원으로 표시하고 있다. 또한, 각 압축 인발에서 압축력(42a)(도 6 참조)의 작용에 의해 두께 증가 효과가 미치는 영역을 검은 색으로 표시하고 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 제3 압축 인발이 종료된 후의 몸통부 소체(20a)의 상부에 위치하는 재료는 제1 및 제2 압축 인발에서는 상부 벽(100) 또는 상부 벽(100) 부근에 위치한다. 그렇기 때문에, 몸통부 소체(20a)의 상부는 제1 및 제2 압축 인발에서 충분한 두께 증가 효과를 얻을 수 없으며, 도 7에 도시하는 바와 같이 몸통부 소체(20a)의 상부의 판 두께가 국소적으로 얇아지는 판 두께 분포가 된 것으로 생각되어진다.

또한 도 7에서 ▲로 도시하는 바와 같이, 압축력(42a)을 부여하지 않고 인발 가공을 행한 경우, 몸통부 소체(20a)의 판 두께는 소재 판 두께보다 얇아지지만, 몸통부 소체(20a)의 판 두께 분포는 거의 균일해진다. 몸통부 소체(20a)의 상부의 판 두께가 국소적으로 얇아지는 것은 복수회의 압축 인발을 행했을 때의 특유의 현상으로 생각되어진다.

다음으로, 도 10은 도 2의 마무리 아이어닝 공정에서 사용하는 마무리 아이어닝용 금형을 도시하는 설명도이며, 도 10의 (a)는 비교 대상이 되는 일반적인 마무리 아이어닝용 금형을 도시하고, 도 10의 (b)는 본 실시형태의 성형재 제조방법에서 사용하는 마무리 아이어닝용 금형을 도시한다.

도 10의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 마무리 아이어닝용 금형에는 펀치(50) 및 다이(51)가 배치된다. 펀치(50)에 예비체(20)가 덮여진 상태에서 다이(51)의 압입공에 펀치(50)와 함께 예비체(20)가 삽입된다.

도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 일반적인 마무리 아이어닝용 금형에서는 다이(51)의 내벽이 몸통부 소체(20a)의 깊이방향에 대해서 평행하게 연장되며, 또한 펀치(50)와 다이(51) 사이의 금형 클리어런스가 몸통부 소체(20a)의 깊이방향 전역에 걸쳐서 일정해진다. 이와 같은 일반적인 마무리 아이어닝용 금형을 이용하여 몸통부 소체(20a)의 상부의 판 두께가 국소적으로 얇은 예비체(20)의 아이어닝 가공을 행한 경우, 몸통부 소체(20a)의 상부에서 아이어닝 가공량이 불충분해질 우려가 있다. 이하, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같은 금형을 스트레이트 타입이라고 칭한다.

도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 성형재 제조방법에서 사용하는 마무리 아이어닝용 금형에서는 다이(51)가 제1 분할 다이(51a) 및 제2 분할 다이(51b)에 의해 구성된다. 제1 분할 다이(51a)는 몸통부 소체(20a)의 상부의 아이어닝 가공을 행하도록 제2 분할 다이(51b)의 상방에 배치된다. 제2 분할 다이(51b)는 몸통부 소체(20a)의 하부의 아이어닝 가공을 행하도록 제1 분할 다이(51a)의 하방에 배치된다. 바꾸어 말하면, 도 10의 (b)의 금형에서는 예비체(20)의 어깨부 근방을 경계로 하여 몸통부 소체(20a)의 깊이방향으로 다이(51)가 2분할 된다. 상부의 아이어닝 가공을 행하는 제1 분할 다이(51a)의 압입공의 내경은 하부의 아이어닝 가공을 행하는 제2 분할 다이(51b)의 압입공의 내경보다 좁아진다. 즉, 본 실시형태의 성형재 제조방법에서 사용하는 금형에서는 몸통부 소체(20a)의 상부의 금형 클리어런스가 몸통부 소체(20a)의 하부의 금형 클리어런스보다 좁아진다. 이와 같은 금형을 이용함으로써, 몸통부 소체(20a)의 상부의 판 두께가 국소적으로 얇은 경우에도 몸통부 소체(20a)의 상부에서 충분한 아이어닝 가공량을 확보할 수 있다. 이하 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같은 금형을 클리어런스 변화 타입이라고 칭한다.

또한, 도 1에 도시하는 선형 모양(103)은 제1 분할 다이(51a)의 하단이 몸통부 소체(20a)의 외주면에 눌러짐으로써 형성되는 것이며, 클리어런스 변화 타입의 금형을 사용하여 제조된 성형재(1)의 특징 사항이라고 말할 수 있다.

다음으로, 실시예를 도시한다. 본 발명자들은 보통강의 냉연 강판에 Zn-Al-Mg 도금이 시행된 두께 1.8 ㎜, 도금 부착량 90 g/㎡, 직경 116 ㎜의 원형판을 소재 금속판(2)으로 하고, 압축 시의 리프터 패드의 지지력(리프터 패드력)의 크기와 몸통부 소체(20a)의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께(㎜)의 관계를 조사했다(도 11 및 도 12).

또한, 압축 공정의 리프터 패드력을 변화시켜서 제작한 다양한 몸통부 둘레벽 판 두께를 갖는 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체(20a)를 이용하여, 마무리 아이어닝 후의 성형재에서의 내경 치수와의 관계를 조사했다(도 13 및 도 14). 마무리 아이어닝 가공에서는 스트레이트 타입과 클리어런스 변화 타입의 2종류의 금형을 이용했다.

우선, 가공 조건은 이하와 같다.

·다이 어깨부의 곡률 반경 : 0.45 ㎜ 내지 10 ㎜

·펀치의 직경 :

예비 인발 66 ㎜

제1 압축 인발 54 ㎜

제2 압축 인발 43 ㎜

제3 압축 인발 36.16 ㎜

마무리 아이어닝 36.16 ㎜

·다이와 펀치의 금형 클리어런스(한쪽) :

예비 인발 2.00 ㎜

제1 압축 인발 1.95 ㎜

제2 압축 인발 1.95 ㎜

제3 압축 인발 1.95 ㎜

마무리 아이어닝 1.85 ㎜

·리프터 패드의 지지력 : 0 kN 내지 100 kN

·프레스유 : TN-20N

도 11은 제1 압축 인발에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 11에서는 제1 압축 인발 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 세로축으로 하고, 제1 압축 인발 리프터 패드력(kN)을 가로축으로 한다. 또한 몸통부 둘레벽 평균 판 두께란 펀치 어깨 반경의 플랜지 측의 R 정지로부터 다이 어깨 반경의 상부 벽 측의 R 정지까지의 둘레벽의 판 두께를 평균한 것이다. 몸통부 둘레벽 평균 판 두께는 제1 압축 인발 시의 리프터 패드력이 높아짐에 따라서 거의 직선적으로 증가되는 것을 알 수 있다. 또한, 제1 압축 인발 시의 리프터 패드력을 대략 15 kN 이상으로 함으로써 예비 인발의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 두께 증가가 가능한 것을 알 수 있다.

도 12는 제2 압축 인발에서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 12에서는 제2 압축 인발 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 세로축으로 하고, 제2 압축 인발 후의 리프터 패드력(kN)을 가로축으로 한다. 여기서도, 제1 압축 인발과 마찬가지로 제2 압축 인발 시의 리프터 패드력이 높아짐에 따라서 직선적으로 몸통부 둘레벽 평균 판 두께가 증가되는 것을 알 수 있다. 단, 제1 압축 인발 시의 리프터 패드력을 50 kN으로 한 몸통부 소체에 대해서는 제2 압축 인발 시의 리프터 패드력이 대략 30 kN으로 거의 금형 클리어런스와 동등한 판 두께까지 두께 증가가 이루어지며, 그 이상 리프터 패드력을 올려도 판 두께는 일정 값을 나타냈다. 이것은 리프터 패드력을 조정(증가)함으로써 금형 클리어런스와 동등한 판 두께까지 몸통부 소체의 판 두께의 두께 증가가 가능한 것을 나타낸다. 제2 압축 인발에서는 리프터 패드력을 대략 10 kN 이상으로 함으로써 제1 압축 인발의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 두께 증가가 가능한 것을 알 수 있다.

도 13은 도 10의 (a)에 도시하는 스트레이트 타입의 금형을 이용하여 마무리 아이어닝을 행한 성형재에서의 마무리 아이어닝 전의 둘레벽 판 두께와 각 측정위치에서의 제품 내경의 관계를 도시하는 그래프(비교예)이고, 도 14는 도 10의 (b)에 도시하는 클리어런스 변화 타입의 금형을 이용하여 마무리 아이어닝을 행한 성형재에서의 마무리 아이어닝 전의 둘레벽 판 두께와 각 측정위치에서의 제품 내경의 관계를 도시하는 그래프(본 발명 예)이며, 도 15는 도 13 및 도 14의 내경 치수 측정위치를 도시하는 설명도이다.

스트레이트 타입의 금형을 이용한 성형재와 클리어런스 변화 타입의 금형을 이용한 성형재에 대해서, 도 15에 도시하는 바와 같이 상부 벽(100)의 꼭대기부로부터 몸통부(10)의 깊이방향으로 5 ㎜의 위치, 30 ㎜의 위치 및 55 ㎜의 위치의 3부분에서 내경 측정을 실시했다. 도 7에서 도시한 바와 같이 제품 어깨부 근방(H=5)은 판 두께가 국부적으로 얇아짐으로 인해, 스트레이트 타입의 금형을 이용한 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이 H=5 ㎜ 위치에서 아이어닝 가공량이 부족하게 되어 내경이 커지고, 내경 규격의 상한값을 벗어나기 쉬운 경향이 인정된다.

한편, 클리어런스 변화 타입의 금형의 경우, 국부적으로 얇아진 어깨부 근방의 다이(51)의 내경(금형 클리어런스)을 작게 하고 있으므로, 도 14에 도시하는 바와 같이 H=5 ㎜ 위치의 내경이 작아져서 몸통부 둘레벽 중앙부의 H=30 ㎜와 거의 동등한 레벨까지 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 압축 인발의 리프터 패드력을 강하게 할수록(아이어닝 전의 둘레벽 판 두께가 두꺼울수록) 높이방향의 내경 치수 정밀도가 향상되고, 본 발명의 효과가 현저하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이것은 리프터 패드력을 강하게 할수록 아이어닝 전의 둘레벽 판 두께가 두꺼워져서 재료가 펀치에 보다 쉽게 눌러지는 것, 또한 분할 다이스로 하여 둘레벽 판 두께에 따라서 금형 클리어런스값을 적정화함으로 인해 제품 내경이 기준인 펀지 지름에 근접하는 것에 의한다.

이어서, 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스(어깨부 근방을 아이어닝 가공하는 다이의 내경 치수)의 설정방법에 대해서 설명한다. 금형 클리어런스의 설정은 스트레이트 타입의 금형(도 10의 (a) 참조)을 이용하여 제작한 성형재(1)의 상부 내경(H=5 ㎜ 위치의 내경)을 측정하고, 그 측정 상부 내경과, 내경의 규격 상한값, 규격 하한값 및 펀치 지름과의 관계로부터 적정값을 결정한다.

이상의 설명에서는, 스트레이트 타입의 금형(도 10의 (a) 참조)을 이용하여 성형재(1)를 제작하는 것을 예비 실험이라고 부르고, 이 예비 실험의 금형 클리어런스를 표준값이라고 부르고, 제품 내경과 규격 상한값의 차이를 상한값 일탈량이라고 부르고, 제품 내경과 규격 하한값의 차를 하한값 일탈량이라고 부르고, 마무리 아이어닝 금형의 펀치(50)(도 10 참조)의 직경을 펀치 지름이라고 부르고, 제품 내경과 펀치 지름의 차를 펀치 지름 일탈량이라고 부른다. 도 16은 예비 실험에서 제작된 성형재(1)의 제품 내경과 규격 치수 등의 관계의 일례를 도시하는 설명도이다.

도 17은 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스를 변경했을 때의 성형재(1)의 상부 내경 변화를 도시하는 그래프이다. 도 17의 실시예 1 내지 실시예 5는 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스를 이하와 같이 설정했을 때의 성형재(1)의 측정 상부 내경을 나타낸다.

실시예 1 : 표준값-(상한값 일탈량/2)

실시예 2 : 표준값-(상한값 일탈량+펀치 지름 일탈량)/4

실시예 3 : 표준값-(펀치 지름 일탈량/2)

실시예 4 : 표준값-(펀치 지름 일탈량+하한값 일탈량)/4

실시예 5 : 표준값-(하한값 일탈량/2)

도 17에 도시하는 실시예 1에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스의 크기는 제품 내경이 규격 상한값과 동일해지는 설정이다. 그러나, 실제로는 마무리 아이어닝 가공 후의 성형재를 마무리 금형으로부터 떼어낸 후의 제품 내경은 스프링 백으로 인해 커져서 규격 상한값을 웃돌게 되었다. 한편 실시예 5에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스의 크기는 제품 내경이 규격 하한값과 동일해지는 설정이다. 그러나, 마무리 아이어닝 가공 후의 성형재를 마무리 아이어닝 가공의 금형으로부터 떼어낸 후의 제품 내경은 스프링 고로 인해 커져서 규격 하한값을 웃돌게 되었다.

또한, 실시예 3에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스의 크기는 제품 내경이 펀치 지름과 동일해지는 설정이다. 그러나, 마무리 아이어닝 가공 후의 성형재를 마무리 금형으로부터 떼어낸 후의 제품 내경은 스프링 고로 인해 커져서, 펀치 지름인 36.16 ㎜보다 작은 내경으로 마무리된다. 펀치 지름보다 작은 내경으로 마무리되었으나, 치수 규격 내에 들어가 있다.

도 17에 도시하는 바와 같이, 실시예 2 내지 실시예 4에서 성형재(1)의 제품 상부 내경이 치수 규격 내에 들어갔다. 이로 인해, 예비 실험(이때의 금형 클리어런스를 표준값으로 함)으로 제작한 제품의 내경을 측정하고, 표준값-(상한값 일탈량+펀치 지름 일탈량)/4 이하, 또한 표준값-(펀치 지름 일탈량+하한값 일탈량)/4 이상의 범위 내에 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스를 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 즉, 실시예 2와 실시예 4에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스의 설정은 스프링 백 또는 스프링 고에 의해 제품 내경이 목표로 하는 내경으로부터 벗어나는 양을 예상하여 작은 클리어런스로 설정함으로써, 마무리 아이어닝 가공의 금형으로부터 떼어낸 후의 제품 내경을 규격 상한값 또는 규격 하한값과 동일하게 할 수 있었다.

또한, 이 예비 실험에서는 H=5 ㎜ 위치의 상부 내경이 각 규격값(규격 상한값, 펀치 지름, 규격 하한값)을 각각 웃도는 것을 전제로 한다. 만약 상부 내경의 측정결과가 어떠한 규격값을 밑돌거나 또는 동일한 경우에도 전술한 관계식의 일탈량으로서 마이너스 값 또는 0을 사용하면 된다.

여기서, 각 일탈량을 구하는 방법에 대해서 구체예를 이용하여 설명한다. 도 16에 도시한 바와 같이 각 규격값은 다음과 같다.

규격 상한값 : 36.35 ㎜

펀치 지름 : 36.16 ㎜

규격 하한값 : 36.05 ㎜

스트레이트 타입의 금형(도 10의 (a))을 이용하여 제작한 성형재(1)의 상부 내경이 36.45 ㎜였던 경우, 즉 상부 내경이 각 규격값을 각각 웃도는 경우 각 일탈량은 다음과 같다.

상한값 일탈량 : 36.45-36.35(규격 상한값)=0.10 ㎜

펀치 지름 일탈량 : 36.45-36.16(펀치 지름)=0.29 ㎜

하한값 일탈량 : 36.45-36.05(규격 하한값)=0.40 ㎜

따라서, 상부 내경이 각 규격값(규격 상한값, 펀치 지름, 규격 하한값)을 각각 웃도는 경우, 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스를 설정할 때에 상술한 관계식의 각 일탈량으로서 플러스 값이 사용된다.

한편, 상부 내경이 36.16 ㎜였던 경우, 즉 상부 내경이 규격 상한값을 밑돌고, 펀치 지름과 동일한 경우 각 일탈량은 다음과 같다.

상한값 일탈량 : 36.16-36.35(규격 상한값)=-0.29 ㎜

펀치 지름 일탈량 : 36.16-36.16(펀치 지름)=0 ㎜

하한값 일탈량 : 36.16-36.05(규격 하한값)=0.11 ㎜

따라서, 상부 내경이 규격 상한값을 밑돌고, 펀치 지름과 동일한 경우에는 클리어런스 변화 타입의 금형에서의 몸통부 소체 상부의 금형 클리어런스를 설정할 때에 상술한 관계식의 상한값 일탈량 및 펀치 지름 일탈량으로서 마이너스 값 및 0이 사용된다.

이와 같은 성형재 제조방법에 의하면, 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 몸통부 소체(20a)의 상부의 금형 클리어런스를 몸통부 소체(20a)의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 하므로, 압축 인발에서 몸통부 소체(20a)의 상부 두께가 충분히 증가되지 않은 경우라 해도 그 상부에서 아이어닝 가공량이 부족해지는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해, 성형재(1)의 몸통부(10) 전역에 걸쳐서 양호한 내경 정밀도를 얻을 수 있다. 본 구성은 모터 케이스 등의 성형재의 고정밀도의 내경 정밀도가 요구되어지는 적용 대상에서 특히 유용하다.

또한, 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 몸통부 소체(20a)의 인발 방향에 따라서 서로 다른 내경을 갖는 적어도 2개의 분할 다이(51a, 51b)를 포함하는 다이를 이용하여 몸통부 소체(20a)의 상부의 금형 클리어런스를 몸통부 소체(20a)의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 하므로, 금형 클리어런스의 변경 및 조정을 용이하게 행할 수 있으며, 보다 확실하게 양호한 내경 정밀도를 얻을 수 있다.

또한, 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스는 예비 실험(이때의 금형 클리어런스를 표준값으로 함)으로 제작한 제품의 내경을 측정하고, 표준값-(상한값 일탈량+펀치 지름 일탈량)/4 이하, 또한 표준값-(펀치 지름 일탈량+하한값 일탈량)/4 이상의 범위 내로 설정하므로 보다 확실하게 양호한 내경 정밀도를 얻을 수 있다.

또한, 복수회의 압축 인발에서의 압축력(42a)은 조정 가능하므로, 소재 금속판의 판 두께 등의 조건이 불균일한 경우에도 압축 인발 후의 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 판 두께를 보다 확실하게 목표값에 근접시킬 수 있으며, 보다 확실하게 양호한 내경 정밀도를 얻을 수 있다.

또한, 실시형태에서는 다이(51)가 2개의 분할 다이(51a, 51b)로 분할되는 경우를 설명했으나, 다이(51)가 3 이상의 분할 다이로 분할되어도 된다. 또한 몸통부 소체(20a)의 상부의 금형 클리어런스가 몸통부 소체(20a)의 하부의 금형 클리어런스보다 좁아지면, 예컨대, 제1 분할 다이(51a) 및 제2 분할 다이(51b)가 일체화되는 비분할의 다이를 이용해도 된다. 금형 클리어런스가 변화되는 부분을 단차가 아닌 경사면에 의해 구성해도 된다.

또한, 실시형태에서는 압축을 3회 행하도록 설명하고 있으나, 압축 회수는 성형재(1)의 크기나 요구되는 치수 정밀도에 따라서 적절히 변경해도 된다.

Claims (5)

1. 소재 금속판에 대해서 다단 인발 및 마무리 아이어닝을 행함으로써, 통형상의 몸통부와 상기 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조방법이며,
   상기 다단 인발은,
   몸통부 소체를 갖는 예비체를 상기 소재 금속판으로부터 형성하는 예비 인발과,
   상기 예비 인발 후에 행해지고 상기 몸통부 소체의 깊이방향에 따른 압축력을 상기 몸통부 소체의 둘레벽에 가하면서 상기 몸통부 소체를 인발하는 복수회의 압축 인발을 포함하며,
   상기 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 상기 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스를 상기 몸통부 소체의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 하는 성형재 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 1회의 마무리 아이어닝에서는 상기 몸통부 소체의 인발 방향에 따라서 서로 다른 내경을 갖는 적어도 2개의 분할 다이를 포함하는 다이를 이용하여 상기 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스를 상기 몸통부 소체의 하부의 금형 클리어런스보다 좁게 하는 성형재 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몸통부 소체의 상부의 금형 클리어런스는 예비 실험(이때의 금형 클리어런스를 표준값으로 함)으로 제작한 제품의 내경을 측정하고, 표준값-(상한값 일탈량+펀치 지름 일탈량)/4 이하, 또한 표준값-(펀치 지름 일탈량+하한값 일탈량)/4 이상의 범위 내로 설정하는 성형재 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수회의 압축 인발에서의 상기 압축력은 조정 가능한 성형재 제조방법.
5. 삭제

Images