KR102047857B1 - 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은 제1 금속판과 제2 금속판이 용접부에서 접합됨과 함께 해당 용접부의 주위에 열 영향부가 있는 피가공재를, 펀치를 사용하여 절단하는 방법이다. 펀치는 평탄부와, 이 평탄부보다도 상기 피가공재측을 향해 돌출된 돌출부를 갖고, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부에 의한 상기 열 영향부 또는 상기 용접부의 적어도 한쪽의 전단이 개시되는 위치에 상기 피가공재를 상기 펀치에 대하여 위치 결정하고, 이 위치 결정 상태에서 상기 펀치와 다이를 상대 이동하고, 상기 피가공재에 있어서의 상기 용접부를 횡단하도록 전단하고 절단한다.
Description
본 개시는 제1 금속판과 제2 금속판이 용접부에서 접합되어 이루어지는 피가공재를, 용접부를 횡단하도록 전단하고 절단하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법에 관한 것이다.
프레스에 의한 금속 박판의 펀칭이나 천공 등의 전단 가공은 생산 효율이 높고, 또한 가공 비용이 저렴한 점에서, 전자 기기나 자동차용 부품 등의 가공에 널리 사용되고 있다. 단, 상기 전단 가공을 사용하면, 인장 강도가 1000㎫을 초과하는 고강도의 강판에서는 펀칭 단부의 잔류 응력이 높아지고, 수소 취화 균열(시효 균열 또는 지연 파괴라고도 칭해짐)이 발생하기 쉬워지고, 또한 피로 특성이 저하된다는 문제가 있다.
또한, 동종 또는 이종의 강판을 용접에 의해 접합한 피가공재를 전단 가공하는 경우, 용접부 및 열 영향부(이하 「HAZ부」라고 하는 경우가 있음)의 전단 가공면에서는 내수소 취화 특성 및 피로 특성이 저하되는 것이 알려져 있다.
펀칭 가공이 실시된 후의 피가공재의 펀칭 단부면은 피가공재가 펀치에 의해 압입되어 형성되는 늘어짐이나, 펀치와 다이 사이의 공간(이하, 간단히 「클리어런스」라고 하는 경우가 있음) 내에 피가공재가 인입되어 국소적으로 잡아 늘여져 형성되는 전단면이나, 전단면 형성 도중에 피가공재가 파단하여 형성되는 파단면이나, 피가공재의 펀칭 이면에 발생하는 버가 존재한다.
통상, 상술한 펀칭 단부면에 있어서의 늘어짐이나 전단면이나 파단면이나 버의 발생량을 필요한 값으로 하거나, 혹은 신장 플랜지성이나 피로 특성이나 내수소 취화 특성 등의 가공 후의 단부면 특성을 향상시키는 것을 목표로 하여 클리어런스나 공구 형상의 조정을 행한다.
예를 들어, 일본 특허 출원 공개 2006-224151호 공보(이하, 특허문헌 1이라고 함)에는 펀치 및/또는 다이의 절삭날부의 선단부에 볼록부의 형상을 갖는 굽힘 날을 갖고, 또한 소정의 곡률 반경, 날 견부 각도를 갖는 공구를 사용하여, 클리어런스를 25％ 이하로 함으로써, 가공 후의 단부면에 있어서의 가공 경화 및 인장 잔류 응력을 저감할 수 있는 것이 개시되어 있다.
또한, 「제63회 소성 가공 연합 강연회 강연 논문집, 338페이지」(이하, 비특허문헌 1이라고 함)에는 클리어런스를, 두께비로 1％ 이하로 하고, 높은 압축 응력 하에서 전단 가공을 행하고, 천공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 저감하는 것이 보고되어 있다. 일본 특허 출원 공개 2014-111283호 공보(이하, 특허문헌 2라고 함)에는 연성이 우수한 방향과, 웨지 형상의 펀치의 날끝 방향을 10도 이하로 하여, 버링성이 우수한 천공 가공을 행하는 방법이 소개되어 있다.
전단 가공을 제어하여, 전단 가공면의 잔류 응력을 저감할 수 있으면, 수소 취화 특성이나 피로 특성을 향상시킬 수 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1 참조). 그러나, 특허문헌 1의 방법으로 형성한 균일한 단부면 성상을 갖는 천공면에는 난점이 있다. 즉, 펀치 형상을 절단 능선 방향으로 균일하게 한 경우, 전단 단부면의 잔류 응력이 높고 연성이나 인성이 낮은 용접부나 열 영향부에서 균열이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
그러나, 비특허문헌 1의 방법과 같이, 클리어런스를, 두께비로 1％ 이하로 한 경우, 펀치의 약간의 어긋남에 의해, 스커핑이 발생한다. 또한, 펀치나 다이의 측면의 마모에 의해 클리어런스가 변화되었을 때, 전단 가공면의 잔류 응력이 높고 피로 특성의 향상 효과나 내수소 취화 특성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다는 문제점이 있다.
본 개시는 피가공재의 용접부 및 열 영향부의 적어도 한쪽에 있어서의 전단 가공면의 잔류 응력을 저감할 수 있는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 금속판과 제2 금속판이 용접부에서 접합됨과 함께 해당 용접부의 주위에 열 영향부가 있는 피가공재를, 평탄부보다 상기 피가공재측을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 펀치에 대하여, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부에 의한 상기 열 영향부 및 상기 용접부의 적어도 한쪽의 절단이 개시되는 위치에 위치 결정하고, 이 위치 결정 위치에서 상기 펀치와 다이를 상대 이동하고, 상기 피가공재에 있어서의 상기 용접부를 횡단하도록 전단하고 상기 피가공재를 절단한다.
본 개시에 의하면, 피가공재의 용접부 또는 열 영향부의 전단 가공면에 있어서, 잔류 응력을 저감할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 개략 사시도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 도 1의 Z방향에서 본 개략 정면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 도 1의 Y방향에서 본 개략 측면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 도 1의 X방향에서 본 개략 상면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 펀치를 도시하는 도 1의 Z방향에서 본 개략 정면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부와 피가공재의 관계를 설명하는 도 5의 확대도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 돌출부를 설명하는 도 6의 확대도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 돌출부를 설명하는 도 1의 Y방향에서 본 개략 측면도이다.
도 9a는 펀치에 대하여 피가공재의 제2 금속판측을 위치 결정할 때의 설명에 사용하는 도 6과 동일한 도면이다.
도 9b는 펀치에 대하여 피가공재의 제1 금속판측을 위치 결정할 때의 설명에 사용하는 도 6과 동일한 도면이다.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부가 제1 열 영향부의 일부와 용접부와 제2 열 영향부의 일부를 전단하고 있는 상태를 설명하는 개략 정면도이다.
도 11은 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부가 용접부의 일부와 제2 열 영향부를 전단하고 있는 상태를 설명하는 개략 정면도이다.
도 12는 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부의 제2 열 영향부의 일부를 전단하고 있는 상태를 설명하는 개략 정면도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 14는 제3 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 15는 제4 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 16은 제5 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 17은 제6 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 18은 제7 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 측면도이다.
도 19는 제8 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 측면도이다.
도 20은 돌출부의 날끝부의 중심으로부터 제2 경계선까지의 이격 거리에 대한 제2 경계선에서의 잔류 응력을 나타내는 선도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 도 1의 Z방향에서 본 개략 정면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 도 1의 Y방향에서 본 개략 측면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 절단 가공 장치를 도시하는 도 1의 X방향에서 본 개략 상면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 펀치를 도시하는 도 1의 Z방향에서 본 개략 정면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부와 피가공재의 관계를 설명하는 도 5의 확대도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 돌출부를 설명하는 도 6의 확대도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 돌출부를 설명하는 도 1의 Y방향에서 본 개략 측면도이다.
도 9a는 펀치에 대하여 피가공재의 제2 금속판측을 위치 결정할 때의 설명에 사용하는 도 6과 동일한 도면이다.
도 9b는 펀치에 대하여 피가공재의 제1 금속판측을 위치 결정할 때의 설명에 사용하는 도 6과 동일한 도면이다.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부가 제1 열 영향부의 일부와 용접부와 제2 열 영향부의 일부를 전단하고 있는 상태를 설명하는 개략 정면도이다.
도 11은 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부가 용접부의 일부와 제2 열 영향부를 전단하고 있는 상태를 설명하는 개략 정면도이다.
도 12는 제1 실시 형태에 관한 펀치의 돌출부의 제2 열 영향부의 일부를 전단하고 있는 상태를 설명하는 개략 정면도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 14는 제3 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 15는 제4 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 16은 제5 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 17은 제6 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 정면도이다.
도 18은 제7 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 측면도이다.
도 19는 제8 실시 형태에 관한 돌출부의 형상을 설명하는 개략 측면도이다.
도 20은 돌출부의 날끝부의 중심으로부터 제2 경계선까지의 이격 거리에 대한 제2 경계선에서의 잔류 응력을 나타내는 선도이다.
처음에, 본 발명자들은, 압연한 2종류의 금속판을 용접하여 접합한 피가공재를 평탄한 펀치와 다이로 전단 가공하고, 전단 가공면의 잔류 응력에 대하여 조사했다. 그 결과, 용접부나 열 영향부에서는, 다른 부분(일반부)과 동등, 혹은 그 이상의 인장 잔류 응력이 잔류하는 것을 알 수 있었다.
용접부 및 열 영향부에 있어서는, 용접 시에는 입열로 결정립이 조대화되고, 연성 및 인성이 저하되어 있다. 이로 인해, 전단 가공에 의해, 전단 가공면(펀칭 단부면)에 인장 응력이 잔류하면, 당해 전단 가공면에 있어서, 균열이 용이하게 발생할 우려가 있다. 따라서, 용접부 또는 열 영향부의 적어도 일부의 전단 가공면에 잔류하는 인장 응력을 저감하면, 전단 가공면에 있어서의 균열의 발생 및 수소 취화 균열을 억제할 수 있다.
그리고, 본 발명자들은 펀치에 돌출 형성된 돌출부를 마련하고, 평탄부에 선행하여 피가공재의 용접부 또는 열 영향부의 적어도 일부의 영역 내에 이 돌출부를 삽입하여 피가공재를 전단 가공하면, 균열의 발생 및 수소 취화 균열의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 발견했다. 이것을 실시하기 위한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법에 대하여 이하에 설명한다.
(제1 실시 형태)
이하, 제1 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법을 실시하기 위해 절단 가공 장치(10)를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시한 절단 가공 장치(10)의 정면을 도시하고, 도 3은 도 1에 도시한 절단 가공 장치(10)의 측면을 도시하고 있다. 또한, 도 4는 도 1에 도시한 절단 가공 장치(10)의 상면을 도시하고, 도 5는 펀치(24)의 정면을 도시하고 있다. 각 도면 중, X축, Y축 및 Z축은 서로 직교하는 3축을 나타내고 있다.
절단 가공 장치(10)는, 예를 들어 도 1 내지 5에 도시한 바와 같이, 판상의 피가공재(12)를 펀치(24)와 다이(20)로 전단하고 절단하는 장치이다. 또한, 절단 가공 장치(10)의 구성의 상세에 대해서는, 설명의 편의상 후술한다. 절단 대상이 되는 피가공재(12)는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 압연으로 판상으로 성형된 제1 금속판(14)과 제2 금속판(16)이 맞댐 부분에서 용접되어 접합된 금속판이다. 맞댐 부분인 제1 금속판(14)과 제2 금속판(16) 사이의 부분에는 용접부(18)가 형성되어 있다. 이 용접부(18)의 주위[용접부(18)의 Y방향 양측]에는 열 영향부(30, 32)가 형성되어 있다. 용접부(18) 및 열 영향부(30, 32)의 상세한 구성에 대해서는 설명의 편의상 후술한다.
맞댐 부분의 용접으로서는, 예를 들어 아크 용접 등의 융접, 업셋 용접이나 플래시 용접을 포함하는 저항 용접 등의 압접을 사용할 수 있다.
이 피가공재(12)는 맞댐 부분의 용접에 한정되지 않고, 예를 들어 제1 금속판(14)과 제2 금속판(16)이 매시 심 용접이나 마찰 교반 접합 등 각종 접합 방법에 의해 접합된 금속판이어도 된다.
또한, 용접 방법에 관계없이 제1 금속판(14)과 제2 금속판(16)은 동종의 금속판이어도 되고, 이종의 금속판이어도 된다. 이종의 금속판을 용접에 의해 접합한 「테일러드 웰디드 블랭크」(TWB: Tailored Welded Blanks)에서는, 강도나 방청 등의 목적에 적합한 프레스 소재가 된다.
피가공재(12)의 소재로서는, 강판에 한정되지 않고, 예를 들어 철, 구리, 아연, 주석, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 또는 그것들을 기초로 하는 합금을 들 수 있다. 피가공재(12)의 두께 치수 T12는 전단 가공이 가능한 두께이면 되고, 특정한 두께에 한정되지 않는다. 또한, 제1 금속판(14)과 제2 금속판(16)에서 두께가 달라도 된다.
또한, 냉간의 전단 가공에 있어서는, 제품의 치수 정밀도를 유지하는 관점에서, 피가공재(12)의 두께 치수 T12는 6.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 특히, 제품의 치수 정밀도가 높게 요구되는 경우, 피가공재(12)의 두께 치수 T12는 3.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 피가공재(12)의 두께 치수 T12가 지나치게 얇아지면 용접에 의한 접합이 불안정해지기 때문에, 피가공재(12)의 두께 치수 T12는 0.1㎜ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 두께 치수 T12는 0.5㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
이 피가공재(12)는, 예를 들어 자동차, 가전 제품, 건축 구조물, 선박, 교량, 건설 기계, 각종 플랜트 등에서 사용된다.
또한, 이 피가공재(12)로서는, 프레스에 의한 펀칭 또는 천공의 전단 가공을 행한 후, 그 전단부의 구멍 확장 가공 또는 플랜지 업 가공의 대상이 되는, 냉간 압연판 등을 들 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 피가공재(12)에는 상술한 용접부(18)와 열 영향부(30, 32)가 형성되어 있다. 용접부(18)란, 용융된 제1 금속판(14)과 제2 금속판(16)이 다시 응고된 부분이다. 열 영향부(heat-affected zone)(30, 32)는 피가공재(12) 중, 용접부(18)가 형성될 때에 가해진 열에 의해, 용융되지 않았지만 조직, 야금적 성질, 기계적 성질 등에 변화가 생긴 부분을 말한다[JIS 규격 용접 용어(JIS Z 3001 번호 11202 참조)].
본 실시 형태에 있어서는 설명의 편의상, 용접부(18)의 한쪽 S1측인 제1 금속판(14)의 열 영향부를 제1 열 영향부(30)라고 하고, 다른 쪽 S2측인 제2 금속판(16)의 열 영향부를 제2 열 영향부(32)라고 한다.
이 피가공재(12)에 있어서, Y축 방향의 한쪽 S1의 에지(12A)의 좌표를 X0이라고 하고, X0으로부터 제1 열 영향부(30)와 용접부(18)의 제1 경계선(34)까지의 거리를 X1이라고 한다. 또한, X0으로부터 용접부(18)와 제2 열 영향부(32)의 제2 경계선(36)까지의 거리를 X2라고 한다.
계속해서, 절단 가공 장치(10)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 절단 가공 장치(10)는, 예를 들어 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 다이(20)를 구비하고 있다. 다이(20)의 상면에는 피가공재(12)가 적재된다. 이 다이(20)의 상부에는 스토퍼(22)가 배치되어 있다. 이 스토퍼(22)도 다이(20)와 대략 동일한 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 스토퍼(22)는 그 Z축 방향측의 면인 전방면(22A)이 다이(20)의 전방면(20A)과, Z축 방향에 있어서 동일한 평면상에 위치하도록 배치되어 있다. 이 스토퍼(22)는, 예를 들어 도시하지 않은 승강 기구에 의해 승강되고, 다이(20)의 상면에 세트된 피가공재(12)를 위에서부터 눌러 고정한다.
스토퍼(22)의 전방면(22A)측에는 펀치(24)가 설치되어 있다. 펀치(24)는 직육면체 형상으로 형성되어 있고, Y축 방향의 폭 치수가 스토퍼(22) 및 다이(20)의 폭 치수와 대략 동치수로 설정되어 있다. 이 펀치(24)는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 스토퍼(22)의 전방면(22A) 및 다이(20)의 전방면(20A)을 따라 X축 방향인 상하 방향으로 구동된다. 이에 의해 펀치(24)는 피가공재(12)가 다이(20)와 스토퍼(22)로 끼움 지지된 상태에 있어서, 다이(20)로부터 연장된 피가공재(12)의 연장 부분을, 펀치(24)와 다이(20)로 전단하고 절단할 수 있도록 구성되어 있다.
펀치(24)의 X축 방향 하면은, 도 5에 도시한 바와 같이 평탄하게 형성되어 있다. 이 평탄한 하면을 평탄부(26)라고 한다. 평탄부(26)의 Y축 방향인 폭 방향의 중앙(이 실시 형태에서는 도 7에 있어서 펀치 중심선 PC로 도시)에는 피가공재(12)측을 향해 돌출된 돌출부(28)가 형성되어 있다. 이 피가공재(12)는, 예를 들어 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 평탄부(26)에 대하여 X축 방향 하방으로 배치되고, 후술하는 다이(20)에 세트된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 돌출부(28)는 Z축 방향인 전후 방향으로 연장되는 돌조를 이루고 있다. 또한, 이 돌출부(28)는 펀치(24)에 복수 설치되어 있어도 된다.
이 돌출부(28)는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, X축 방향 상측인 평탄부(26)측의 기단 Xa, Xc로부터 X축 방향 하방인 돌출 방향을 향함에 따라 Y축 방향의 폭 치수 W28'이 좁아지는 웨지 형상으로 형성되어 있다. 즉, 이 돌출부(28)는 펀치(24)의 이동 방향(X축 방향)에 대하여 직교 방향에서 절단했을 때의 단면적이 평탄부(26)측의 기단부로부터 선단의 날끝부(28A)를 향함에 따라 작아진다.
여기서 웨지 형상이란, 일단이 두껍고, 타단을 향해 얇아지는 날형을 말한다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 날형의 날끝은 뾰족해도 되고 평탄해도 된다.
웨지 형상으로 형성된 돌출부(28)는 Y축 방향 한쪽의 측면을 형성하는 일면(28B)과, 다른 쪽의 측면을 형성하는 타면(28C)을 갖고 있다. 일면(28B) 및 타면(28C)은 평탄면으로 구성되어 있고, 평탄부(26)로부터 선단부 Xb측을 향함에 따라, 펀치 중심선 PC측으로 경사져 있다. 여기서 「펀치 중심선 PC」란, 펀치(24)의 Y축 방향의 중심을 지나, X축 방향으로 연장되는 가상선이다. 또한 「선단부 Xb」는 날끝부(28A)의 Y축 방향 중심의 개소이고, 펀치 중심선 PC 상에 위치하고 있다. 일면(28B)과 타면(28C)은 돌출부(28)의 선단부 Xb측에서 평탄한 날끝부(28A)를 통해 연결되어 있다.
돌출부(28)의 전방 단부면(28D)은, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이 펀치(24)의 전방면(24A)에 X축 방향 하방으로 연속해서 형성되어 있다. 이 전방 단부면(28D)은 Z축 방향에서 볼 때, X축 방향 하방을 향해 돌출된 이등변 삼각 형상(도 7 참조)이다. 또한, 돌출부(28)의 후단부면(28E)도 마찬가지로, 펀치(24)의 후방면(24B)에 연속해서 형성되어 있다. 또한, Z축 방향에서 본 형상은 X축 방향 하방을 향해 돌출된 이등변 삼각 형상이다.
돌출부(28)는 평탄부(26)로부터 X축 방향 하방으로 조금이라도 돌출되어 있으면 된다. 그와 같은 구성에 의해, 후술하는 바와 같이 평탄부(26)에 의한 피가공재(12)의 절단에 선행하여, 돌출부(28)에 의해 피가공재(12)의 절단이 개시된다. 본 발명은 이와 같은 구성을 가짐으로써, 전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과를 얻을 수 있다.
전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과를 더 얻기 위해서는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이 평탄부(26)로부터의 돌출부(28)의 돌출 치수 H를, 절단 대상이 되는 피가공재(12)의 두께 치수 T12(도 6 참조)의 10％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 돌출 치수 H를 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 50％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 이 돌출 치수 H는 클수록 전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과는 얻어지지만, 펀치(24)가 상승 위치에 있을 때에, 세트되는 피가공재(12)와의 간섭을 방지하는 사정상, 그 상한은 저절로 제한된다.
또한, 날끝부(28A)의 결손을 방지하기 위해서는, 다음에 나타내는 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 즉, 돌출부(28)의 일면(28B)과 타면(28C)이 이루는 각도 α는 10도 이상인 것이 바람직하다. 10도 미만이면 날끝부(28A)에 응력이 집중하여, 날끝부(28A)의 결손의 우려가 있기 때문이다.
또한, 각도 α는 전단 응력을 집중시키는 면으로부터는 170도 이하로 하는 것이 바람직하고, 120도 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 각도 α는 80도 이하인 것이 한층 더 바람직하다.
피가공재(12)와 돌출부(28)의 위치 관계 및 돌출부(28)의 평탄부(26)측에 있어서의 기단부 Xa와 기단부 Xc 사이의 폭 치수 W28에 대해서는, 이하에 나타내는 바와 같이 정해지는 것으로 한다.
선단부 Xb를 용접부(18)의 Y축 방향 중심에 맞닿게 하여 전단할 때, 피가공재(12)와 돌출부(28)의 위치 관계를 이하의 조건으로 함으로써, 전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과를 용접부(18) 및 열 영향부(30, 32)에 있어서 얻을 수 있다.
폭 치수 W28에 대해서는 용접부(18)의 폭 치수 W18에 기초하여 정해진다. 먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 돌출부(28)의 일면(28B)과 평탄부(26)가 서로 교차하는 기단부 Xa를 제1 기단부 Xa라고 하고, 돌출부(28)의 타면(28C)과 평탄부(26)가 서로 교차하는 기단부 Xc를 제2 기단부 Xc라고 한다. 또한, 제1 기단부 Xa로부터 펀치 중심선 PC까지의 거리를 제1 폭 치수 W1이라고 하고, 제2 기단부 Xc로부터 펀치 중심선 PC까지의 거리를 제2 폭 치수 W2라고 한다. 이 제1 폭 치수 W1과 제2 폭 치수 W2를 가산한 폭 치수를 폭 치수 W28이라고 한다. 본 실시 형태에 있어서의 폭 치수 W28은, 예를 들어 도 6에 도시한 용접부(18)의 폭 치수 W18보다 크게 하는 것으로 한다[W28＝(W1＋W2)>W18].
여기서, 용접부(18) 이외의 전단면의 단부면 성상을 유지하고, 전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과를 얻기 위해서는, α<170도, 또한 W28＝(W1＋W2)<5×T12[피가공재(12)의 두께 치수 T12]가 되는 범위에서 설정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 α<120도, 또한 W28＝(W1＋W2)<5×T12[피가공재(12)의 두께 치수 T12]가 되는 범위에서 돌출부(28)의 기단부에서의 폭 치수 W28을 설정한다.
웨지 형상의 날끝부(28A)는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이 평탄하게 형성되어 있다. 이 날끝부(28A)를 X축 방향 하측에서 본 면은 직사각형이다. 날끝부(28A)의 선단이 예각이면, 날끝부(28A)에 응력이 집중함으로써 칩핑이 발생하여 파손될 우려가 있다. 그래서, 날끝부(28A)를 평탄하게 함으로써, 날끝부(28A)의 파손을 방지하여 펀치(24)를 보호할 수 있다.
이 날끝부(28A)의 Y축 방향의 폭 치수 H28은 피가공재(12)의 두께 치수 T12(도 6 참조)의 1％ 이상인 것이 바람직하다. 폭 치수 H28이 두께 치수 T12의 1％ 이상인 것에 의해, 날끝부(28A)로의 과도한 응력 집중이 방지된다. 이로 인해, 날끝부(28A)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 돌출부(28)의 기단부에 있어서의 폭 치수 W28은 폭 치수 W18과 폭 치수 W30과 폭 치수 W32의 합계 폭보다 작은 것이 바람직하다. 폭 치수 W28이 그와 같은 값인 것에 의해, 돌출부(28)는 피가공재(12)의 전단 시에, 용접부(18)와 열 영향부(30, 32)의 폭 방향 모든 영역에 겹치는 경우가 없다. 이로 인해, 전단면에 있어서의 잔류 응력 저감 효과를 용접부(18) 및 열 영향부(30, 32)에 적어도 어느 하나의 영역에 있어서 확실하게 얻을 수 있다.
또한, 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 형상은 도 15, 16을 사용하여 후술하는 바와 같이 만곡한 형상(R형상)이어도 된다. 날끝부(28A)를 만곡한 형상으로 함으로써 응력의 집중을 방지하고, 날끝부(28A)의 파손을 방지할 수 있다.
그리고, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 펀치(24)의 후방면(24B)과 다이(20)의 전방면(20A)의 간극을 형성하는 클리어런스(38)는 이하에 나타내는 바와 같이 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 0.5％ 이상 25％ 이하의 치수로 하는 것이 바람직하다.
클리어런스(38)가, 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 0.5％ 미만이면, 돌출부(28)의 선단부에 칩핑이 발생하여 파손될 우려가 있으므로, 클리어런스(38)는 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 0.5％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 클리어런스(38)는 1.0％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 클리어런스(38)가, 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 25％를 초과하면, 피가공재(12)의 만곡이 커지고, 버가 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 클리어런스(38)는 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 25％ 이하로 한다. 이 클리어런스(38)는 15％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
이 절단 가공 장치(10)를 사용하여 본 실시 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법을 실시할 때에는, 다이(20)의 상면(20B)에 피가공재(12)를 세트하고, 피가공재(12)를 Z축 방향으로 슬라이드하고 전단 부분을 다이(20)로부터 돌출됨과 함께 전단 위치를 다이(20)의 전방 에지(20C)에 맞춘다(세트 공정).
이때, 처음에 도 9a에 도시한 바와 같이, 돌출부(28)의 제1 기단부 Xa가 제2 금속판(16)의 제2 열 영향부(32)와 일반부(16A)의 경계(32A)보다도 제1 금속판(14)측에 위치하도록, 피가공재(12)를 펀치(24)에 대하여 위치 결정한다. 본 실시 형태에 있어서의 「일반부」란, 피가공재(12) 중, 용접의 영향을 받고 있지 않은 부분, 즉 열 영향부의 Y축 방향 외측의 부분을 나타낸다. 이에 의해, 펀치(24)의 평탄부(26)에 의한 피가공재(12)의 절단에 선행하고, 돌출부(28)에 의해, 피가공재(12)의 적어도 용접부(18) 및 열 영향부(30, 32)의 적어도 한쪽의 절단이 개시된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 「절단의 개시」란, 펀치(24)와 피가공재(12)의 접촉을 의미한다(늘어짐의 발생).
마찬가지로, 도 9b에 도시한 바와 같이, 펀치(24)의 제2 기단부 Xc가 제1 열 영향부(30)와 일반부(14A)의 경계(30A)보다도 제2 금속판(16)측에 위치되도록, 피가공재(12)를 펀치(24)에 대하여 위치 결정한다. 즉, 제1 기단부 Xa 또는 제2 기단부 Xc의 어느 한쪽이 피가공재(12)의 경계(30A)로부터 경계(32A)의 범위 내에 위치하도록 피가공재(12)를 펀치(24)에 대하여 위치 결정하면 된다.
여기서, 소재의 조합이 동일한 금속판(14, 16)을 각각 동일 조건에서 용접하여 피가공재(12)를 복수 형성한 경우, 그 용접부(18)나 각 열 영향부(30, 32)의 폭 치수는 다른 피가공재(12) 사이에서 거의 동치수가 되는 것을 알 수 있다.
이로 인해, 절단 대상이 되는 피가공재(12)의 표준 샘플에 있어서, 용접부(18)나 각 열 영향부(30, 32)의 Y축 방향에 있어서의 위치나 폭 치수를 미리 계측해 두면 된다. 그리고, 이 계측 결과를 사용하여 펀치(24)의 돌출부(28)와 피가공재(12)의 Y축 방향의 위치 정렬을 행한다.
이 위치 결정 상태에 있어서, 구동 기구를 작동하여 펀치(24)를 하강시켜 펀치(24)를 다이(20)에 대하여 상대 이동한다. 그리고, 피가공재(12)에 있어서의 용접부(18)를 횡단하도록 당해 피가공재(12)를 전단하고 절단한다(절단 공정). 또한, 펀치(24)에 대하여 다이(20)를 이동해도 된다.
이 절단 공정에서는, 돌출부(28)의 날끝부(28A)가 다이(20) 및 스토퍼(22)로 고정된 피가공재(12)에 맞닿는다. 이때, 미리 제1 기단부 Xa 또는 제2 기단부 Xc의 어느 한쪽이 피가공재(12)의 경계(30A)로부터 경계(32A) 사이에 위치하도록 피가공재(12)가 위치 결정되어 있음으로써, 펀치(24)가 하강하면, 돌출부(28)는 열 영향부(30, 32) 및 용접부(18)의 적어도 1개소에 삽입된다. 그리고 돌출부(28)는 열 영향부(30, 32) 및 용접부(18)의 적어도 1개소에 응력을 작용시키면서 피가공재(12)를 전단해 간다. 이때, 돌출부(28)의 날끝부(28A)에 응력이 집중하기 때문에, 날끝부(28A)는 X축 방향 하방으로 피가공재(12)에 압력을 가하면서 피가공재(12)에 삽입되어 간다. 피가공재(12)의 돌출부(28)로 접촉하는 영역은 돌출부(28)를 통해 X축 방향 하측으로 작용하는 응력에 의해 전단되지만, 그 전단되는 개소 주변에서는 작용하는 응력이 한정되어 있고, 소성 변형이 작다. 이로 인해, 피가공재(12)의 돌출부(28)에 전단되는 영역은 그 주위의 피가공재(12)에 의해 구속된 상태에서 전단이 진행된다. 이로 인해, 돌출부(28)에 접촉하는 영역에서는, 연성 파괴 균열의 생성이 지연되기 때문에 전단면 영역이 확대되고, 인장 잔류 응력이 경감된다. 이와 같이, 펀치(24)의 평탄부(26)에 의한 피가공재(12)의 절단에 선행하여, 돌출부(28)는 피가공재(12)를 전단해 간다.
그리고, 펀치(24)의 하강에 수반하여 평탄부(26)는 피가공재(12)에 맞닿고, 피가공재(12)를 압박한다. 이에 의해, 피가공재(12)는 압박으로 발생하는 응력에 의해 하방으로 변형되어 만곡함과 함께, 만곡 상태에서 펀치(24)의 평탄부(26)와 다이(20)에 의한 전단 작용을 받아 절단된다.
이때, 피가공재(12)의 일부는 평탄부(26)에 의한 피가공재(12) 전체의 절단에 선행하여 돌출부(28)에 의해 전단되고, 전단면 영역이 확대된다. 이로 인해, 펀치(24)의 평탄부(26)만으로 피가공재(12)를 절단하는 경우와 비교하여, 전단 가공 시, 열 영향부(30, 32) 및 용접부(18)의 적어도 1개소에 잔류하는 인장 응력을 대폭으로 저감할 수 있다. 그 결과, 전단 가공 후의 전단 가공면에 있어서, 수소 취화 균열의 발생 및 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 예를 들어 1000㎫을 초과하는 전단 가공면의 잔류 응력이 높아지기 쉬운 고강도의 강판이나, 「테일러드 웰디드 블랭크」(TWB)라도, 수소 취화 균열의 발생이나 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 예를 들어 펀치(24)와 다이(20) 사이의 클리어런스(38)가, 예를 들어 10％ 이상인 등, 어느 정도 큰 경우라도, 인장 특성, 피로 특성 및 내수소 취화 특성이 우수한 전단 가공면을 형성할 수 있다.
여기서, 돌출부(28)의 기단부에서의 폭 치수 W28은 용접부(18)의 폭 치수 W18보다 크게 설정되어 있다. 이로 인해, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 평탄부(26)에 의한 피가공재(12)의 절단에 선행하여 돌출부(28)에서 용접부(18)와 용접부(18)에 인접한 제1 열 영향부(30)의 적어도 일부 및 제2 열 영향부(32)의 적어도 일부를 절단할 수 있다. 이에 의해, 용접부(18), 제1 열 영향부(30) 및 제2 열 영향부(32)에서의 전단 가공면에 잔류하는 인장 응력을 저감할 수 있고, 수소 취화 균열의 발생 및 피로 균열의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 용접부(18) 또는 제1 열 영향부(30) 또는 제2 열 영향부(32)의 적어도 어느 하나의 일부를 돌출부(28)가 평탄부(26)에 의한 절단에 선행하여 절단하면, 전단 가공면의 잔류 응력을 저감할 수 있고, 수소 취화 균열의 발생 및 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이, 돌출부(28)의 날끝부(28A) 중심과, 용접부(18) 및 제2 열 영향부(32) 사이의 제2 경계선(36)이 일치하도록 피가공재(12)를 위치 결정해 두면, 확실하게 용접부(18)와 제2 열 영향부(32)를 선행하여 전단할 수 있다. 이에 의해, 전단 가공면에 있어서의 잔류 응력을 저감하여 제2 경계선(36)에서의 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 펀치(24)의 돌출부(28)가, 예를 들어 제2 열 영향부(32)의 일부를 평탄부(26)에 의한 절단에 선행하여 전단하면, 전단 가공면에 있어서, 제2 열 영향부(32)에서의 잔류 응력을 저감시켜 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 평탄부(26)로부터의 돌출부(28)의 돌출 치수 H는 절단 대상이 되는 피가공재(12)의 두께 치수 T12의 50％ 이상으로 되어 있다. 이에 의해, 돌출부(28)에서의 전단에 의한 효과가 높아진다.
또한, 본 실시 형태 및 이하에 설명하는 제2 실시 형태 내지 제8 실시 형태에서는 돌출 치수 H를 두께 치수 T12의 50％ 이상으로 했지만, 돌출 치수 H를 두께 치수 T12의 10％ 이상으로 하면, 돌출부(28)에 의한 전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과가 얻어진다.
또한, 돌출부(28)의 일면(28B)과 타면(28C)이 이루는 각도 α는 10도 이상으로 되어 있고, 날끝부(28A)의 결손이 방지된다. 또한, 이 각도 α는 10도 이상 80도 이하로 되어 있다. 이에 의해, 날끝부(28A)의 결손을 억제하면서, 돌출부(28)의 기단부에서의 폭 치수 W28을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 및 이하에 설명하는 제2 실시 형태 내지 제8 실시 형태에서는, 이 각도 α를 10도 이상 80도 이하로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각도 α의 상한은 120도 이하로 하거나, 170도 이하로 하거나 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 및 이하에 설명하는 제2 실시 형태 내지 제8 실시 형태에서는, 돌출부(28)를 쐐기 형상으로 함으로써, 날끝부(28A)의 피가공재(12)로의 삽입을 용이하게 했지만, 이 형상으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 직사각 형상의 돌출부(28)라도 전단 가공면의 잔류 응력 저감 효과를 얻을 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 13은 본 개시의 제2 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 일면(28B)과 평탄부(26)가 서로 교차하는 제1 기단부 Xa로부터 펀치 중심선 PC까지의 제1 폭 치수 W1이, 펀치 중심선 PC로부터 타면(28C)과 평탄부(26)가 서로 교차하는 제2 기단부 Xc까지의 제2 폭 치수 W2보다 짧아지도록 설정되어 있다(W1<W2).
이 경우, 수소 취화 균열을 억제하고 싶은 목적의 위치(가장 수소 취화 균열이 심할 것으로 예상되는 위치)에 돌출부(28)의 날끝부(28A) 중심을 배치하여 전단하고 절단하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제1 폭 치수 W1과 제2 폭 치수 W2가 다른 경우라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 14는 본 개시의 제3 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 일면(28B) 및 타면(28C)이 내측으로 후퇴한 만곡면으로 구성되어 있고, 날끝부(28A)가 예각을 이루고 있다.
본 실시 형태라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 돌출부(28)에서는 날끝부(28A)의 선단에 가까운 위치에서, 잔류 응력을 저하시켜 수소 취화 균열의 발생 및 피로 균열의 발생을 더 효과적으로 억제할 수 있지만, 선단으로부터 이격된 위치에서의 효과의 저하가 크다.
(제4 실시 형태)
도 15는 본 개시의 제4 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 일면(28B) 및 타면(28C)이 외측으로 팽출된 만곡면으로 구성되어 있고, 돌출부(28)의 선단의 날끝부(28A)가 곡면으로 구성되어 있다.
본 실시 형태라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 날끝부(28A)에서의 파손 방지 효과를 높일 수 있다. 또한, 돌출부(28)의 기단부에서의 폭 치수 W28(W28＝W1＋W2)의 범위 내에서 더 균일한 인장 잔류 응력의 저감 효과가 얻어진다.
(제5 실시 형태)
도 16은 본 개시의 제5 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 선단의 날끝부(28A)가 선단측으로 돌출된 곡면으로 구성되어 있고, R모따기되어 있다.
본 실시 형태라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 날끝부(28A)의 곡률 반경(R)이 클수록 날끝부(28A)의 손상을 경감시킬 수 있다. 한편, 곡률 반경(R)이 작을수록 인장 잔류 응력의 저감 효과가 얻어진다.
(제6 실시 형태)
도 17은 본 개시의 제6 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 날끝부(28A)에 모따기가 실시되어 있고, 날끝부(28A)의 단부면이 평탄부(26)에 평행한 평행선(26A)에 대하여 각도 β 경사져 있다.
본 실시 형태라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 단부면의 각도 β에 관계없이, 날끝부(28A)의 손상의 억제 효과가 얻어진다. 또한, 제5 실시 형태와 같이 날끝부(28A)를 곡면으로 구성하는 R모따기와 조합하여 실시해도 된다.
(제7 실시 형태)
도 18은 본 개시의 제7 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 돌출 치수 H가 다이(20)로부터 Z축 방향으로 이격됨에 따라 작아지도록 경사져 있고, 평탄부(26)에 평행한 평행선(26A)에 대한 돌출부(28)의 능선의 경사 각도는 경각 γ로 설정되어 있다.
본 실시 형태라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 돌출부(28)의 능선의 경각 γ가 클수록, 잔류 응력의 저감 효과가 높아지지만, 날끝부(28A)의 손상의 리스크가 높아진다.
(제8 실시 형태)
도 19는 본 개시의 제8 실시 형태를 도시하는 도면이고, 제1 실시 형태와 동일 또는 동등 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 돌출부(28)의 형상이 다르다. 본 실시 형태에 관한 돌출부(28)는 돌출 치수 H가 다이(20)로부터 Z축 방향으로 이격됨에 따라 작아지도록 구성되어 있다. 돌출부(28)의 돌출 치수 H의 감소량은 다이(20)로부터 이격되는 방향을 향함에 따라 작아지고, 돌출부(28)의 능선은 Z축 방향인 길이 방향에서 만곡되어 있다.
본 실시 형태라도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있음과 함께, 제7 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1 내지 제8 실시 형태에서는 피가공재(12)를 절단하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다이(20)의 상면(20B)에 개구부를 형성함과 함께 펀치(24)를 개구부로 삽입 가능한 형상으로 함으로써, 펀치(24)와 다이(20)의 전단력에 의해 피가공재(12)에 구멍을 뚫을 수 있다. 이때, 피가공재(12)를 제품으로 해도 되고, 펀칭된 부재를 제품으로 해도 된다.
실시예
이어서, 본 개시의 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예)
피가공재(12)로서, 780㎫급 강판과, 1180㎫급 강판을 용접한 강판(이하, 「780-1180재」라고 함)을 사용했다. 피가공재(12)의 두께 치수 T12는 1.6㎜로 했다.
전단에는 제1 실시 형태의 도 1 내지 도 4에 도시한 절단 가공 장치(10)를 사용했다. 절단 가공 장치(10)의 프레스 기구로서는, 서보 프레스기를 사용하여, 펀치(24)의 하강 속도를 100㎜/초로 했다. 펀치(24)의 돌출부(28)의 형상은 제6 실시 형태에서 도 16에 도시한 바와 같이, 날끝부(28A)를 곡면으로 구성하는 R모따기 형상으로 했다. 돌출부(28)는 W1＝2㎜, W2＝2㎜, H＝2㎜로 하고, 클리어런스(38)는 피가공재(12)의 두께 치수(1.6㎜)의 10％로 했다. 또한, 피가공재(12)에 대해서는, 도 6에 부여한 부호를 사용하여 설명한다.
돌출부(28)의 날끝부(28A) 중심에 피가공재(12)의 제2 경계선(36)을 합친 위치(a＝0)로부터 날끝부(28A) 중심에 대하여 제2 경계선(36)이 3㎜ 어긋난 위치(a＝3)까지의 범위에 있어서, 날끝부(28A) 중심에 대하여 피가공재(12)를 한쪽 S1측으로 0.3㎜ 어긋나게 할 때마다 전단 가공하여 전단 가공재를 취득했다.
전단 가공 후, 각 전단 가공재의 전단 가공면의 용접부(18)에 있어서의 잔류 응력을 측정했다. 또한, 전단 가공 후의 수소 취화 특성을 조사하기 위해 1g/L 내지 100g/L의 농도의 티오시안산액에 침지하는 침지 시험을 행하였다.
도 20에 전단 가공 후의 전단 가공면의 잔류 응력 측정 결과를 나타낸다. 횡축은 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 중심의 위치와, 용접부(18) 및 제2 열 영향부(32)의 제2 경계선(36)의 피가공재(12)의 폭 방향(Y축 방향)을 따른 이격 거리를 나타낸다. 종축은 전단 가공면에 있어서의 제2 경계선(36)에서의 잔류 응력의 측정값을 나타내고 있다.
여기서 잔류 응력은 전단 가공면에 대하여 X선 회절법에 의해 격자간 거리의 변화를 측정함으로써 구했다.
그 결과, 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 중심의 위치를 제2 경계선(36)에 일치시켜 전단했을 때의 잔류 응력이 가장 작았다. 또한, 제2 경계선(36)이 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 중심의 위치로부터 이격됨에 따라 잔류 응력이 커지고, a＝2㎜까지는 잔류 응력의 저감 효과가 현저하게 나타났다.
표 1에 티오시안산암모늄에 의한 침지 시험의 결과를 나타낸다.
돌출부(28)를 구비하지 않고 평탄부(26)만의 펀치(24)로 전단을 행한 시험에서는, 1g/L 이상의 농도의 티오시안산암모늄에 72시간 침지한 후, 용접부(18)와 제2 열 영향부(32)의 제2 경계선(36)에 있어서 수소 취화 균열이 보였다. 한편, 펀치(24)에 돌출부(28)를 마련함으로써 수소 취화 균열의 발생이 억제되었다.
이때, 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 중심의 위치와 제2 경계선(36)의 이격 거리에 따라 돌출부(28)에 의한 효과가 다르다. 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 중심의 위치와 제2 경계선(36)의 이격 거리가 작을수록 수소 취화 균열의 억제 효과가 크고, 더 높은 농도의 티오시안산암모늄에 침지해도 수소 취화 균열이 발생하지 않았다.
또한, 이 티오시안산암모늄에서의 침지 시험에 의한 돌출부(28)의 효과는 제2 경계선(36)에서의 수소 취화 균열의 유무에 따라서만 행하였다. 이 시험 결과에서는 돌출부(28)의 날끝부(28A)의 중심의 위치와 제2 경계선(36)의 이격 거리가 0㎜ 이상 2㎜ 이하의 범위에서 그 효과가 확인되었다.
이하에 부호의 설명을 기재한다.
12 : 피가공재
14 : 제1 금속판
16 : 제2 금속판(16)
18 : 용접부
20 : 다이
24 : 펀치
26 : 평탄부
28 : 돌출부
28A : 날끝부
28B : 일면
28C : 타면
30 : 제1 열 영향부
32 : 제2 열 영향부
α : 각도
T12 : 두께 치수
《부기》
본 명세서로부터는, 이하의 형태가 개념화된다.
즉, 제1 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 금속판과 제2 금속판이 용접부에서 접합됨과 함께 해당 용접부의 주위에 열 영향부가 있는 피가공재를, 평탄부보다 상기 피가공재측을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 펀치에 대하여, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부에 의한 상기 열 영향부 및 상기 용접부의 적어도 한쪽의 절단이 개시되는 위치에 위치 결정하고, 이 위치 결정 위치에서 상기 펀치와 다이를 상대 이동하고, 상기 피가공재에 있어서의 상기 용접부를 횡단하도록 전단하고 상기 피가공재를 절단한다.
제2 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 형태에 있어서, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부가 서로 인접하는 상기 열 영향부 및 상기 용접부의 전단을 개시하는 위치에 상기 피가공재를 상기 펀치에 대하여 위치 결정하여 전단하고 절단한다.
제3 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부가 상기 용접부 및 해당 용접부의 양측에 형성된 열 영향부의 전단을 개시하는 위치에 상기 피가공재를 상기 펀치에 대하여 위치 결정하여 전단하고 절단한다.
제4 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 형태 내지 제3 형태의 어느 것에 있어서, 상기 평탄부로부터의 상기 돌출부의 돌출 치수가 상기 피가공재의 두께 치수의 10％ 이상인 상기 펀치를 사용한다.
제5 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 형태 내지 제4 형태의 어느 것에 있어서, 상기 평탄부로부터의 상기 돌출부의 돌출 치수가 상기 피가공재의 두께 치수의 50％ 이상인 상기 펀치를 사용한다.
제6 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 형태 내지 제5 형태의 어느 것에 있어서, 상기 돌출부를 돌출 방향을 향함에 따라 폭 치수가 좁아지는 웨지 형상으로 하고, 당해 돌출부의 폭 방향 일방측의 일면과 타방측의 타면이 이루는 각도가 10도 이상 170도 이하인 상기 펀치를 사용하여, 상기 폭 방향을 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판의 나열 방향으로 정렬시켜 절단한다.
제7 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제6 형태에 있어서, 상기 일면과 상기 타면이 이루는 각도가 120도 이하인 상기 펀치를 사용한다.
제8 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제6 형태 또는 제7 형태에 있어서, 상기 돌출부의 선단이 곡면으로 구성된 상기 펀치를 사용한다.
제9 형태에 관한 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법은, 제1 형태 내지 제8 형태의 어느 것에 있어서, 상기 돌출부는 상기 평탄부를 따라 연장되는 돌조가 되고, 당해 돌출부의 돌출 치수가, 상기 다이로부터 이격되는 방향을 향함에 따라 낮아지는 상기 펀치를 사용한다.
또한, 본 명세서로부터는 이하의 다른 형태가 개념화된다.
제1 다른 형태란, 「날끝에 쐐기 형상의 돌기부를 갖는 펀치와, 해당 펀치가 삽입되는 다이를 사용하여, 용접부를 갖는 피가공재를 전단 가공하는 방법이며, 상기 돌기부를 피가공재의 용접부에 맞닿게 하고, 피가공재를 분단하는 것을 특징으로 하는 금속판의 전단 가공 방법.」
제2 다른 형태란, 「제1 다른 형태에 있어서, 상기 돌기부는 기단부로부터 날끝부를 향하고, 상기 펀치의 길이 방향의 중심축을 향해 접근하는 한 쌍의 테이퍼면을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속판의 전단 가공 방법.」
제3 다른 형태란, 「제1 또는 제2 다른 형태에 있어서, 상기 한 쌍의 테이퍼면이 이루는 각도 α가 10° 이상 80° 이하이다.」
제4 다른 형태란, 「제1 내지 제3 다른 형태의 어느 것에 있어서, 상기 펀치와 다이의 클리어런스가, 상기 피가공재의 두께의 0.5 내지 20％인 것을 특징으로 하는 금속판의 전단 가공 방법.」
제5 다른 형태란, 「제1 내지 제4 다른 형태의 어느 것에 있어서, 상기 날끝부는 상기 천공 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 평탄부인 것을 특징으로 하는 금속판의 전단 가공 방법.」
제5 다른 형태란, 「제1 내지 제5 다른 형태의 어느 것에 있어서, 상기 날끝부의 형상이 R형상인 것을 특징으로 하는 금속판의 전단 가공 방법.」
2015년 9월 28일에 출원된 일본 특허 출원 2015-189830호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 도입된다. 또한, 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 도입되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.
Claims (9)
- 제1 금속판과 제2 금속판이 용접부에서 접합됨과 함께 해당 용접부의 주위에 열 영향부가 있는 피가공재를, 평탄부보다 상기 피가공재측을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 펀치에 대하여, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부에 의한 상기 열 영향부 및 상기 용접부의 적어도 한쪽의 절단이 개시되는 위치에 위치 결정하고,
이 위치 결정 위치에서 상기 펀치와 다이를 상대 이동하고, 상기 피가공재에 있어서의 상기 용접부를 횡단하도록 전단하고 상기 피가공재를 절단하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법이며,
상기 돌출부를 돌출 방향을 향함에 따라 폭 치수가 좁아지는 웨지 형상으로 하고, 당해 돌출부의 폭 방향 일방측의 일면과 타방측의 타면이 이루는 각도가 10도 이상 170도 이하인 상기 펀치를 사용하고,
상기 폭 방향을 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판의 나열 방향으로 정렬시켜 절단하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법. - 제1항에 있어서, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부가 서로 인접하는 상기 열 영향부 및 상기 용접부의 전단을 개시하는 위치에 상기 피가공재를 상기 펀치에 대하여 위치 결정하여 전단하고 절단하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평탄부에 의한 상기 피가공재의 절단에 선행하여 상기 돌출부가 상기 용접부 및 해당 용접부의 양측에 형성된 열 영향부의 전단을 개시하는 위치에 상기 피가공재를 상기 펀치에 대하여 위치 결정하여 전단하고 절단하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평탄부로부터의 상기 돌출부의 돌출 치수가 상기 피가공재의 두께 치수의 10％ 이상인 상기 펀치를 사용하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평탄부로부터의 상기 돌출부의 돌출 치수가 상기 피가공재의 두께 치수의 50％ 이상인 상기 펀치를 사용하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 일면과 상기 타면이 이루는 각도가 120도 이하인 상기 펀치를 사용하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부의 선단이 곡면으로 구성된 상기 펀치를 사용하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 평탄부를 따라 연장되는 돌조가 되고, 당해 돌출부의 돌출 치수가, 상기 다이로부터 이격되는 방향을 향함에 따라 낮아지는 상기 펀치를 사용하는 프레스 금형에 의한 절단 가공 방법.
- 삭제
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