KR102197836B1 - 프레스 금형의 펀치 구조, 프레스 금형, 프레스 성형품의 제조방법 및 프레스 성형품 - Google Patents

Abstract

두께에 비해 폭이 좁은 협폭부를 포함하는 프레스 성형품을 제조하는데 있어서, 그 펀칭 가공에 반복적으로 이용되는 펀치 구조에의 파손 발생을 유효하게 방지할 수 있는 펀치 구조, 프레스 금형, 프레스 성형품의 제조방법 및 프레스 성형품을 제공한다. 본 발명의 펀치 구조는 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부를 포함하는 프레스 성형품을 펀칭하도록 프레스 금형 본체로부터 돌출시켜서 배치되는 펀치 구조(1)이며, 프레스 성형품의 상기 협폭부의 평면 형상에 대응되는 협폭 형상(3, 4)을 적어도 일부에 포함하는 선단면(T)을 구비한 펀치 선단부(2)를 가지고, 펀치 선단부(2)의 측면(S) 일부에 해당 펀치 구조(1)의 돌출 방향으로 연장되는 보강 리브(6)가 배치되어 이루어지는 것이다.

Description

프레스 금형의 펀치 구조, 프레스 금형, 프레스 성형품의 제조방법 및 프레스 성형품{PUNCH STRUCTURE OF PRESS MOLD, PRESS MOLD, MANUFACTURING METHOD OF PRESS MOLD PRODUCT AND PRESS MOLD PRODUCT}

본 발명은 프레스 금형 내에 배치되어 프레스 대상인 금속판으로부터 소정 형상의 프레스 성형품을 펀칭하기 위한 펀치 구조, 프레스 금형, 프레스 성형품의 제조방법 및 프레스 성형품에 관한 것으로, 특히 두께에 비해 폭이 좁은 협폭부를 포함하는 프레스 성형품을 제조함에 있어서 그 펀칭 가공에 반복적으로 이용되는 펀치 구조에서의 파손 발생을 유효하게 방지할 수 있는 기술을 제안하는 것이다.

커넥터나 리드 프레임을 제조함에 있어서 피가공재로서의 구리 합금 등의 금속판을 프레스에 의해 펀칭하는 프레스 성형에 의해 단자 부분을 형성하는 것이 일반적으로 행해지고 있다.

그리고, 최근에는 기기의 소형화에 따라서 그것에 내장되는 커넥터 단자도 미세화되는 경향이 있으며, 프레스 성형에서는 미세하면서도 복잡한 형상으로 펀칭하는 것이 필요로 됨과 동시에 그 프레스 성형품에 엄격한 치수 공차가 요구되고 있다.

이와 같이 프레스 성형품의 미세화 및 복잡화가 진행되는 상황 하에서 프레스 성형품에 따라서는 두께에 비해 폭이 좁은 부분, 그 중에서도 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부가 존재하는 경우가 있다. 이런 경우, 그와 같은 프레스 성형품의 제조 시에, 예컨대 해당 협폭부의 한 쪽과 다른 쪽의 각 측부를 순차적으로 펀칭하는 것과 같이 복수 회로 나누어서 펀칭 가공을 시행하면 이른바 처짐 변형(falling)이 쉽게 발생된다.

이 처짐 변형은 보다 상세하게는 복수회의 펀칭 가공 중 먼저 행해지는 펀칭 가공 시에 한쪽의 측부를 펀칭하고 나중에 행해지는 펀칭 가공 시에 다른 쪽의 측부를 펀칭함에 있어서, 협폭부가 되는 재료 부분의 폭이 좁음으로 인해 펀치와 다이 사이에 끼워진 해당 부분이 나중에 행해지는 펀칭 가공 시의 파면과는 반대쪽으로 변위됨으로써 발생되는 것이다. 처짐 변형이 발생된 경우, 프레스 성형품의 치수가 안정되지 않으며, 엄격한 치수 공차를 충족시키기 어려워진다. 또한, 이런 종류의 문제에 착안한 기술로는 예컨대 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.

[특허문헌 1] 일본 특개 2007-326105호 공보

상술한 처짐 변형에 대해서는 다양한 대책이 고안되고 있는데, 그 중 하나로서 일체 펀칭 또는 양면 펀칭이라는 기술이 유효하다. 이에 의하면, 협폭부의 양측부를 동시에 펀칭함으로 인해 처짐 변형이 발생되지 않으며, 폭/두께의 비가 1.5 이하인 협폭부라 할지라도 안정된 형상으로 형성하는 것이 가능하다.

그러나 이와 같은 일체 펀칭을 행하는 경우, 프레스 금형의 펀치 구조의 선단면의 형상을 협폭부와 동일한 협폭 형상을 포함하는 형상으로 할 필요가 있으므로, 폭이 좁은 해당 협폭 형상이 펀치 구조의 강도를 저하시키고, 그에 기인하여 사용에 따라서 펀치 구조의 소정 부분에 크랙 등의 파손이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것으로, 그 목적은 두께에 비해 폭이 좁은 협폭부를 포함하는 프레스 성형품을 제조함에 있어서, 그 펀칭 가공에 반복적으로 이용되는 펀치 구조의 파손 발생을 유효하게 방지할 수 있는 펀치 구조, 프레스 금형, 프레스 성형품의 제조방법 및 프레스 성형품을 제공하는 것이다.

본 발명의 펀치 구조는 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부를 포함하는 프레스 성형품을 펀칭하도록 프레스 금형 본체로부터 돌출시켜 배치되는 펀치 구조이며, 프레스 성형품의 상기 협폭부의 평면 형상에 대응되는 협폭 형상을 적어도 일부에 포함하는 선단면을 구비한 펀치 선단부를 갖고, 펀치 선단부의 측면 일부에 해당 펀치 구조의 돌출 방향으로 연장되는 보강 리브가 배치된 것이다.

본 발명의 펀치 구조는 서로 이격되어 나란히 위치하는 두 개의 협폭부와 상기 협폭부를 상호 연결하는 연결부를 포함하는 프레스 성형품을 펀칭하는 펀치 구조에 특히 유효하며, 이런 경우, 상기 펀치 선단부가 상기 프레스 성형품의 상기 협폭부 및 상기 연결부의 평면 형상에 대응되는 협폭 형상 및 연결 형상을 적어도 일부에 포함하는 선단면을 구비하는 것이 바람직하다.

또한 이런 경우, 상기 보강 리브는 상기 펀치 선단부의 상기 협폭 형상에 있어서 상기 연결 형상으로부터 이격된 단부에 위치하는 것이 바람직하다.

또한 여기서는 상기 협폭 형상의 적어도 하나의 상기 단부에서 상기 보강 리브가 상기 협폭 형상을 사이에 둔 양측면 각각에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 펀치 구조에서는, 상기 보강 리브가 펀치 선단부의 선단면으로부터 상기 돌출 방향으로 상기 협폭부의 두께(t)의 3배 내지 50배의 길이에 걸쳐서 연이어서 배치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 펀치 구조에서는 상기 보강 리브가 직사각형의 횡단면 형상을 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 바람직하게는 상기 보강 리브의 횡단면에서 상기 보강 리브의 상기 협폭 형상의 측 테두리에 평행한 폭은 협폭부의 폭(w)에 대한 비율이 0.3 내지 4이다.

또한, 여기서 바람직하게는 상기 보강 리브의 횡단면에서 상기 보강 리브의 상기 협폭 형상의 측 테두리에 직교하는 높이는 협폭부의 폭(w)에 대한 비율이 0.3 내지 4이다.

그리고, 본 발명의 펀치 구조에서는 상기 보강 리브가 상기 돌출 방향에서 상기 보강 리브의 전체에 걸쳐서 일정한 횡단 형상을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 프레스 금형은 상술한 어느 하나의 펀치 구조를 갖는 것이다.

본 발명의 프레스 성형품의 제조방법은 상술한 어느 하나의 펀치 구조를 갖는 프레스 금형을 이용하여 금속판을 펀칭하여 프레스 성형품을 제조하는 것이다.

본 발명의 프레스 성형품의 제조방법은 보다 상세하게는 금속판에 대해서 전단 펀칭 가공 및 그 후의 후단 펀칭 가공을 포함하는 복수 단계의 펀칭 가공을 순차적으로 시행하도록 하고, 전단 펀칭 가공 또는 후단 펀칭 가공 중 어느 하나의 펀칭 가공으로 펀치 선단부에 상기 보강 리브를 배치한 상기 펀치 구조를 이용하여 일차 펀칭 부분을 형성하고, 다른 쪽의 펀칭 가공으로 상기 일차 펀칭 부분에 교차시켜서 상기 보강 리브가 관통되는 부분을 포함시켜 펀칭하여 2차 펀칭 부분을 형성할 수 있다.

이 제조방법에서는 2차 펀칭 부분을 형성하는 다른 쪽의 펀칭 가공을 전단 펀칭 가공으로 하고 1차 펀칭 부분을 형성하는 한쪽의 펀칭 가공을 후단 펀칭 가공으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 프레스 성형품은 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부를 포함하고 상기 협폭부 주위의 측면이 프레스의 펀칭면이 되는 프레스 성형품이며, 상기 협폭부의 측면 일부에 1차 펀칭면으로부터 2차 펀칭면을 구획하는 리브용 매칭이 형성되어 이루어지는 것이다.

본 발명의 프레스 성형품에서는 서로 이격되어 나란히 위치하는 두 개의 상기 협폭부와 상기 협폭부를 상호 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 협폭부 및 연결부 주위의 측면이 프레스의 편칭면이 되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 프레스 성형품에서는 상기 2차 펀칭면이 상기 협폭부에 있어서 상기 연결부로부터 이격된 단부의 측면에 위치하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 프레스 성형품에서는 상기 협폭부의 적어도 하나의 상기 단부에서 상기 2차 펀칭면이 상기 협폭부의 양측면 각각에 배치되는 것이 바람직하다.

프레스 성형품의 상기 2차 펀칭면은 1차 펀칭면으로부터 움푹 패여서 형성되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 2차 펀칭면의 패인 양이 상기 협폭부의 폭방향을 따라서 측정했을 때 상기 협폭부의 폭(w)에 대해서 10% 내지 20%인 것이 바람직하다.

본 발명의 프레스 성형품은 상기 2차 펀칭면이 형성된 부분에서 상기 협폭부의 두께(t)에 대한 폭(w1)의 비(w1/t)가 0.5 내지 1.5인 것이 바람직하다.

본 발명의 프레스 성형품은 해당 프레스 성형품이 처짐면과 버(burr)면을 갖고, 횡단면에서 버면에 있어서 처짐면에 대해서 평행하거나 또는 우하향 경사지는 표면 부분 및 우상향 경사지는 표면 부분 중 큰 쪽의 표면 부분의 면적률이 90% 이상인 것이 바람직하다.

이 경우, 횡단면에서 큰 쪽의 상기 표면 부분에 있어서 처짐면에 대한 경사 각도가 0° 내지 20°의 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 펀치 구조의 펀치 선단부의 측면 일부에 해당 펀치 구조의 돌출 방향으로 연장되는 보강 리브를 배치함으로써 펀치 구조의 소정 부분에서의 크랙을 억제할 수 있다. 이에 의해, 이 펀치 구조를 두께에 비해 폭이 좁은 협폭부를 포함하는 프레스 성형품의 펀칭 가공에 반복적으로 이용한 경우라도 펀치 구조의 파손 발생을 유효하게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 펀치 구조의 펀치 선단부를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 펀치 구조를 이용하여 성형하고자 하는 프레스 성형품을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 종래 펀치 구조의 선단면의 파손을 예시하는 부분 평면도이다.
도 4는 펀칭 시의 선단면의 변형 양태와 인장응력의 집중부분을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시하는 펀치 구조의 보강 리브의 다른 배치예를 도시하는 사시도이다.
도 6는 도 1에 도시하는 펀치 구조의 펀치 선단부의 횡단면도이다.
도 7는 도 1에 도시하는 펀치 구조의 보강 리브의 변형예 및 다른 배치예를 도시하는 사시도이다.
도 8은 다른 실시형태의 펀치 구조의 펀치 선단부를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태의 프레스 성형품의 제조방법을 도시하는 평면도이다.
도 10은 다른 실시형태의 프레스 성형품의 제조방법을 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태의 프레스 성형품을 도시하는 평면도 및 측면도이다.
도 12는 도 11에 도시하는 프레스 성형품의 협폭부의 단부의 확대 평면도이다.
도 13은 도 11(a)의 a-a선, b-b선 및 c-c선 각각에 따른 협폭부, 연결부의 횡단면도이다.
도 14는 면적률의 측정방법을 도시하는 평면도 및 연삭 가공 전후의 상태로 도시하는 측면도이다.
도 15는 면적률의 측정방법을 도시하는 프레스 성형품의 횡단면도이다.
도 16은 참고예의 프레스 성형품의 협폭부, 연결부의 횡단면도이다.
도 17은 다른 실시형태의 프레스 성형품을 도시하는 평면도이다.
도 18은 시험예 1의 비교예의 펀치 구조의 펀치 선단부를 도시하는 사시도이다.
도 19는 시험예 5의 니블링에 의한 프레스 성형품의 제조방법을 도시하는 평면도이다.
도 20은 시험예 5의 일체 펀칭과 니블링 각각으로 형성된 프레스 성형품의 단면도이다.
도 21은 시험예 6의 성형품을 수지품에 메워 넣어서 절곡시킨 상태를 도시하는 정면도 및 측면도이다.
도 22는 시험예 7의 T자 형상의 성형품을 도시하는 평면도이다.

이하, 도면에 도시하는 바에 기초하여 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.

(펀치 구조)

본 발명의 일 실시형태의 펀치 구조(1)는 순송 금형 등의 도시하지 않은 프레스 금형 본체의 상형 또는 하형 중 한쪽에 설치되어 프레스 대상인 금속판으로부터 프레스 성형품을 펀칭하도록 해당 프레스 금형 본체로부터 돌출시켜 설치되는 기둥 형상의 것이다.

보다 구체적으로는, 펀치 구조(1)의 펀치 선단부(2)는 도 1에 예시한 바와 같이 프레스 대상인 금속판에 맞닿아서 그것을 관통하는 선단면(T)을 가지며 그 선단면(T)은 프레스 성형품의 소정 평면 형상에 대응되는 형상으로 형성된다.

여기서는 일례로서 최종적으로 제조하고자 하는 대상인 프레스 성형품(21)은 도 2에 개략적으로 도시하는 바와 같이 평면에서 볼 때 서로 이격되어 나란히 위치하고 예컨대 상호 다른 길이로 실질적으로 평행하게 거의 직선 형상으로 연장되는 두 개의 협폭부(22, 23)와, 이들 협폭부(22, 23) 사이에 예컨대 폭이 변화되면서 연장되어 그 연장 방향의 중간 위치에서 협폭부(22 및 23)를 상호 연결하는 연결부(24)로 구성되는 대략 'H'자 형상이다. 그리고, 이 프레스 성형품(21)에서 협폭부(22, 23)의 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하이다.

이에 대응하여, 펀치 선단부(2)의 선단면(T)은 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부(22, 23)의 평면 형상에 따른 협폭 형상, 예컨대 협폭부(22, 23)의 평면 형상과 실질적으로 일치하는 협폭 형상(3, 4)을 적어도 일부에 포함한다. 도시한 실시형태에 대해서 상세히 설명하면, 펀치 선단부(2)의 선단면(T)은 프레스 성형품(21)과 거의 동일하게 서로 이격되어 나란히 위치하는 두 개의 협폭 형상(3, 4)과, 협폭 형상(3, 4)을 상호 연결하는 연결 형상(5)을 포함하는 형상을 갖는다. 협폭 형상(3, 4)은 서로 실질적으로 평행하게 거의 직선 형상으로 연장되는 것이며, 또한 연결 형상(5)은 폭이 변화되면서 연장되어 협폭 형상(3, 4)의 연장 방향의 중간 위치에서 그들을 연결한다.

이 펀치 구조(1)는 상술한 바와 같이 프레스 성형품(21)의 평면 형상과 실질적으로 대응되는 형상의 선단면(T)을 가짐으로써, 금속판으로부터 프레스 성형품(21)을 펀칭할 때 협폭부(22 및 23)의 양측부가 도시하지 않은 다이나 스트리퍼 등으로 눌러져서 협폭부(22 및 23) 및 연결부(24)에 대해서 일체 펀칭이 이루어지므로 전술한 처짐 변형에 의한 치수 안정성의 문제는 발생하기 어렵다.

한편, 상술한 펀치 구조(1)는 미세한 프레스 성형품(21)의 일체 펀칭을 행할 수 있는 것에 기인하여 선단면의 협폭 형상(3, 4)이나 연결 형상(5)의 폭이 극히 좁아진다. 이에 의해, 종래의 펀치 구조를 반복적으로 사용하면, 적은 쇼트 수로 조기에 선단면(T)의 소정 부분에 크랙 등의 균열 및 그 외의 파손이 발생되는 또 다른 문제가 있다.

이런 문제에 대처하기 위해서, 본 실시형태의 펀치 구조(1)는 도 1에 예시하는 바와 같이 펀치 선단부(2)에 예컨대 돌출 방향에 거의 평행한 측면(S) 일부에 펀치 구조(1)의 돌출 방향으로 연장되는 보강 리브(6)를 배치한다.

이에 의하면, 펀치 선단부(2)의 선단면(T)이 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부(22, 23)를 펀칭하기 위한 미세한 협폭 형상(3, 4)을 갖는 펀치 구조(1)라 해도, 펀치 구조(1)에서 펀칭 가공을 행할 때에 펀치 구조(1)가 프레스 대상인 금속판으로부터 받는 힘에 의한 협폭 형상(3, 4)을 갖는 부분의 변위는 보강 리브(6)에 의해 억제되므로 선단면(T)에서의 파손 발생을 유효하게 방지할 수 있다.

발명자는 특별히 도시하는 바와 같은 선단면에 협폭 형상 및 연결 형상을 포함하는 펀치 구조에 있어서 선단면에의 파손 발생 원인 및 펀치 선단부(2)의 보강 리브(6)를 갖는 부분이나 그 형상 및 그 외의 최적의 조건을 찾기 위해서 다음에 언급하는 검토를 행했다.

보강 리브(6)를 갖지 않는 종래의 펀치 구조를 반복적으로 사용한 결과, 적은 쇼트 수로 선단면이 파손되었다. 그 선단면에 발생된 파손을 확인한 결과, 많은 펀치 구조에서 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 협폭 형상 사이의 연결 형상 부분의 크랙(C1)이나, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 긴 쪽의 협폭 형상의 중간부의 외측 테두리측으로부터 내측으로 연장되는 크랙(C2)과 같은 균열이 있는 것을 알 수 있었다.

그리고, 선단면이 파손된 이들 펀치 구조의 측면을 조사한 결과로부터, 펀칭 시에 펀치 선단부의 측면에 작용하는 측방 힘이 선단면의 파손에 영향을 미치고 있다는 가설을 세우고, 이것을 검증하도록 펀칭 하중 외에 해당 측방 힘을 조건으로서 추가한 시뮬레이션을 실시했다.

측방 힘을 추가한 시뮬레이션으로부터, 인장응력이 집중되는 부분은 협폭 형상 사이의 연결 형상의 부분이나 긴 쪽의 협폭 형상의 중간부의 외측 테두리라고 하는 결과가 얻어졌다. 이것은 선단면의 상술한 크랙(C1이나 C2) 등의 파손 부분과 일치됨으로 인해, 선단면의 파손은 펀칭 시의 측방 힘이 크게 영향을 미치고 있는 것을 알 수 있었다.

즉, 펀칭 시에 펀치 구조에는 돌출 방향과 평행한 방향의 펀칭 하중 뿐 아니라, 도 4(a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이 특히 긴 협폭 형상의 연장 부분에 동 도면에 화살표로 도시하는 바와 같이 그 측방 측으로부터 측방 힘이 작용되는 것으로 보인다. 도 4(a)와 같이 측방 힘이 짧은 쪽의 협폭 형상 측인 내측 테두리측으로부터 외측 테두리측을 향해서 작용하면, 동 도면에 파선으로 도시하는 바와 같이 연결 형상에 있어서 긴 협폭 형상의 근처 부분에 인장응력이 집중된다. 한편, 도 4(b)와 같이 측방 힘이 외측 테두리측으로부터 내측 테두리측을 향해서 작용하면, 동 도면에 파선으로 도시하는 바와 같이 연결 형상의 중앙 부분이나 긴 협폭 형상의 중앙 부분의 외측 테두리에 인장응력이 집중된다. 그리고, 이들 응력 집중 부분에 크랙이 발생된다.

따라서, 상술한 바와 같은 측방 힘에 의한 응력 집중을 억제하기 위해 펀치 선단부(2)의 측면(S) 일부에 보강 리브(6)를 측방 힘에 대항하도록 배치하는 것이 파손 방지에 유효하다.

구체적으로, 보강 리브(6)는 도 1에 도시하는 바와 같이 펀치 선단부(2)의 협폭 형상(3, 4)에 있어서 연결 형상(5)으로부터 이격되어 위치하는 단부에 배치되는 것이 바람직하다. 협폭 형상(3, 4)의 단부는 펀칭 시에 측방 힘에 의해 큰 변위가 발생하기 때문에, 여기에 보강 리브(6)를 배치하여 이 변위를 억제함으로써 소정 부분에의 인장응력의 집중, 나아가 크랙 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다. 도 1에 도시하는 바에 의하면, 긴 협폭 형상(3)의 양단부 및 짧은 협폭 형상(4)의 양단부 각각에 보강 리브(6)를 배치한다.

또한, 이 경우, 보강 리브(6)는 협폭 형상(3, 4) 중 적어도 하나의 단부에서 협폭 형상(3, 4)을 사이에 둔 양측면(S) 각각에 배치하는 것, 즉 협폭 형상(3, 4)의 단부를 양측면(S) 측으로부터 끼워서 위치시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 펀칭 시에 크게 변위되는 협폭 형상(3, 4)의 단부를 보강 리브(6)에서 양측으로부터 구속하여 크랙 방지의 효과가 더 높아진다. 단, 보강 리브(6)의 배치 스페이스 상의 제약 및 그 밖의 이유로부터, 도 1에 도시하는 펀치 구조(1)에서는 긴 협폭 형상(3)의 연장 부분의 단부에만 상기 단부를 사이에 둔 양측에 보강 리브(6)를 배치하고, 다른 단부에는 외측 테두리측의 한쪽에만 보강 리브(6)를 배치한다. 또한 도 5에 예시하는 바와 같이, 협폭 형상(3, 4)의 전체 단부에서 한쪽에만 보강 리브(6)를 배치하는 것도 가능하다.

보강 리브(6)의 치수 형상에 관해서 시뮬레이션 결과로부터, 보강 리브(6)는 펀치 선단부(2)의 선단면(T)으로부터 돌출 방향을 따라서 기부 측을 향해서 제조하고자 하는 프레스 성형품(21)의 협폭부(22, 23)의 두께(t)의 3배 내지 50배의 길이에 걸쳐 연이어 배치되는 것이 바람직하다. 보강 리브(7)의 돌출 방향의 길이(Lr)를 협폭부(22, 23)의 두께(t)의 50배보다 크게 하면 칼끝의 강도가 부족(휘어짐, 전복 등)해질 우려가 있다. 또한 후술하는 다른 예와 같이 보강 리브가 기부 측으로부터 선단면에 이르는 바로 앞까지 연장되도록 할 경우, 보강 리브의 정점부(예컨대 펀치 선단부 측면과 삼각 리브 예각부의 이음매)로부터 파손될 가능성이 있다.

또한 시뮬레이션 결과로부터, 보강 리브(6)는 직사각형의 횡단면 형상을 갖는 것, 특히 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이 돌출 방향의 전체에 걸쳐서 일정 면적의 직사각형의 횡단면 형상을 이루는 사각기둥 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 이와 같은 사각기둥 형상의 보강 리브(6)는 후술하는 삼각 리브와 비교했을 때, 도 4에 화살표로 도시하는 방향의 응력에 의한 펀치 선단부(2)의 변형을 보다 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.

그리고, 보강 리브(6)는 도 6에 도시하는 바와 같이 보강 리브(6)의 돌출 방향에 직교하는 횡단면에서, 보강 리브(6)의 협폭 형상(3, 4)의 측 테두리에 평행한 폭(Wr)은 협폭부(22, 23)의 폭(w)에 대한 비율이 0.3 내지 4인 것이 바람직하다. 보강 리브(6)의 폭(Wr)이 협폭부(22, 23)의 폭(w)에 대해서 너무 좁은 경우에는 보강 효과가 감소될 우려가 있으며, 한편으로 보강 리브(6)의 폭(Wr)이 협폭부(22, 23)의 폭(w)에 대해서 너무 넓은 경우에는 보강 리브(6)와 펀치 선단부(2)의 측면(S)의 이음매로부터 파손될 가능성을 부인할 수 없다.

또한 보강 리브(6)는 도 6에 도시하는 바와 같이 보강 리브(6)의 횡단면에서, 보강 리브(6)의 협폭 형상(3, 4)의 측 테두리에 직교하는 높이(Hr)는 협폭부(22, 23)의 폭(w)에 대한 비율이 0.3 내지 4인 것이 바람직하다. 보강 리브(6)의 높이(Hr)가 협폭부(22, 23)의 폭(w)에 대해서 너무 낮은 경우에는 보강 효과가 감소될 우려가 있으며, 또한 보강 리브(6)의 높이(Hr)가 협폭부(22, 23)의 폭(w)에 대해서 너무 높은 경우에는 보강 리브(6)와 펀치 선단부(2)의 측면(S)의 이음매로부터 파손될 우려가 있다.

단, 보강 리브는 예컨대 도 7에 도시하는 바와 같은 치수 형상으로 할 수도 있다.

도 7(a)에 도시된 예에서는, 보강 리브(6a)는 측면에서 봤을 때 거의 직각삼각형 형상을 이루는 것이며, 그 횡단면 형상은 펀치 구조(1)의 기부 측으로부터 선단면(T) 측을 향함에 따라서 면적이 점차 감소되는 직사각형 형상(삼각 리브)이다. 그리고, 이와 같은 형상의 보강 리브(6a)를 기부 측으로부터 선단면(T)에 도달하지 않는 돌출 방향 중간 위치까지 연장되도록 배치한다.

도 7(b)에 도시된 예에서는 짧은 협폭 형상(4)의 외측면에 그 협폭 형상(4)의 양단부 위치 각각에 배치한 보강 리브(6a) 사이에도 동일한 형상의 보강 리브(6a)를 배치한 것을 제외하면 도 7(a)에 도시하는 것과 동일하다.

도 7(c)에 도시된 예에서는 도 7(a)의 보강 리브(6a)를 모두 그것보다 길게 선단면(T)까지 연장되는 보강 리브(6b)로 치환시킨 것을 제외하면 도 7(a)에 도시하는 것과 동일하다.

펀치 선단부(2)의 선단면(T)의 형상 및 그 외의 조건에 따라서는 도 7에 예시하는 바와 같은 치수 형상이 바람직한 경우도 있을 수 있다.

상술한 바에 의하면, 도 2에 도시하는 바와 같은 서로 이격되어 나란히 연장되는 두 개의 협폭부(22, 23)와 그 연장 방향의 중간 위치에서 협폭부(22, 23)를 상호 연결하는 연결부(24)를 포함하는 프레스 성형품(21)을 펀칭하기 위해서, 그 평면 형상에 대응되는 협폭 형상(3, 4) 및 연결 형상(5)을 포함하는 선단면(T)의 펀치 구조(1)에 대해서 설명했으나, 이것과는 형상이 다른 프레스 성형품을 펀칭하는 경우에는 그 평면 형상에 따라서 펀치 구조의 형상을 적절히 변경할 수 있다.

예컨대, 도 8(a)에 도시하는 펀치 구조(31)는 그 선단면이 직선 형상으로 연장되는 협폭 형상(33)과, 협폭 형상(33)의 일 단부에 연이어지고 협폭 형상(33)에 실질적으로 직교하는 방향으로 협폭 형상(33)보다 짧은 길이로 직선 형상으로 연장되는 협폭 형상(34)을 가지며, 대략 'L'자 형상의 평면 형상을 이룬다. 여기서는 긴 협폭 형상(33)의 타 단부의 양측에 보강 리브(36)를 배치한다.

도 8(b)에 도시하는 펀치 구조(41)는 서로 평행하게 직선 형상으로 연장되는 길고 짧은 두 개의 협폭 형상(43, 44)과, 두 개의 협폭 형상(43, 44) 사이에서 그들과 거의 직교하는 방향으로 연장되어 긴 협폭 형상(43)의 중간부를 짧은 협폭 형상(44)의 일 단부에 연결하는 연결 형상(45)을 포함하는 선단면(T)을 갖는다. 이 펀치 구조(41)는 긴 협폭 형상(43)에는 일 단부의 양측에 보강 리브(46)를 배치함과 동시에, 긴 협폭 형상(43)의 타 단부 및 짧은 협폭 형상(44)의 타 단부에는 한쪽의 외측에만 보강 리브(46)를 배치한다.

도 8(c)에 도시하는 펀치 구조(51)는 긴 협폭 형상(53)에 있어서 연결 형상(55)으로부터 타단 측의 부분을 제거하고, 긴 협폭 형상(53)의 타 단부와 짧은 협폭 형상(54)의 일 단부가 연결 형상(55)에 연결되어 있는 것을 제외하면 도 8(b)의 펀치 구조(41)와 거의 동일한 구성을 갖는다.

(프레스 성형품의 제조방법)

상술한 바와 같은 펀치 구조(1, 31, 41 또는 51) 등을 갖는 프레스 금형을 이용하여 금속판을 펀칭함으로써 소정의 프레스 성형품을 제조할 수 있다. 프레스 금형은 순송 금형 등에 통합되고 펀치 구조 및 그에 관련되는 구조 이외에는 기존의 것을 이용할 수 있으므로 여기서의 상세한 설명 및 도시는 생략한다.

이하, 일례로서 펀치 구조(1)를 이용한 제조방법에 대해서 설명하는데, 다른 펀치 구조(31, 41 또는 51) 등을 이용한 방법도 거의 동일하게 하여 행할 수 있다.

펀치 구조(1)는 보강 리브(6)를 배치함으로써, 보강 리브(6)의 배치 양태에 따라서는 이 펀치 구조(1)를 이용하여 금속판을 펀칭하면 금속판에 있어서 보강 리브(6)가 관통되는 부분도 펀칭되고, 이에 의해 형성되는 성형품의 측면에 있어서 보강 리브(6)와 대응되는 부분에 보강 리브(6)의 횡단면 형상에 따른 볼록부가 필연적으로 형성되는 경우가 있다.

이에 대처하기 위해서, 금속판에 대해서 전단 펀칭 가공 및 그 후의 후단 펀칭 가공을 포함하는 복수 단계의 펀칭 가공을 순차적으로 시행하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 예컨대, 우선 도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 보강 리브(6)를 배치한 펀치 구조(1)를 이용하여 금속판(61)에 펀칭 가공을 시행한다. 이에 의해, 금속판(61)으로부터 도 9(b)에 도시하는 바와 같은 반제품(62)을 펀칭하여 성형할 수 있다. 이 반제품(62)은 상기 펀치 구조(1)를 이용하여 형성된 결과로서, 도 9(b)에 도시하는 바와 같이 그 측면에 있어서 펀치 구조(1)의 보강 리브(6)와 대응되는 부분(이 예에서는 협폭 형상의 양단부의 측방과 대응되는 부분)에 상기 측면으로부터 돌출되어 보강 리브(6)의 횡단면 형상과 대응되는 직사각형 등의 형상을 갖는 볼록부(63)가 형성되어 있다. 반제품(62)의 해당 볼록부(63)를 포함하는 측면 전체가 1차 펀칭 부분(Sp1)이 된다. 또한, 여기서는 펀치 구조(1)를 이용한 이 펀칭 가공이 다음에 언급하는 펀칭 가공에 앞서 행하는 전단 펀칭 가공이 된다.

이어서, 반제품(62)의 상기 볼록부(63)를 제거하기 위해서, 도 9(c)에 도시하는 바와 같이 펀치 구조(1)와는 별도의 펀치 구조(1a~1e)를 이용하여 반제품(62)의 1차 펀칭 부분(Sp1)에 교차시킴과 동시에, 전술한 보강 리브(6)가 관통되어 볼록부(63)가 형성된 부분을 포함시켜서 펀칭 가공을 시행한다. 이 펀칭 가공에 의해, 도 9(d)에 도시하는 바와 같이 볼록부(63)가 존재하고 있던 부분에 2차 펀칭 부분(Sp2)이 형성된 프레스 성형품(71)을 얻을 수 있다. 이런 경우, 펀치 구조(1a~1e)에 의한 이 펀칭 가공은 상기 전단 펀칭 가공에 대해서 그것보다 시간적으로 나중이 되므로 후단 펀칭 가공이 된다.

또한, 모든 펀치 구조(1a~1e)에서 동시에 반제품(62)에 펀칭 가공을 시행할 수 있는데, 펀치 구조(1a~1e) 중 적어도 하나를 나머지 펀치 구조에 비해서 시간적으로 늦춰서 이용하여 그들에 의해 순차적으로 펀칭 가공을 시행하는 것도 가능하다. 즉, 후단 펀칭 가공을 복수 단계로 더 나누어도 된다.

본 실시형태에서는 각 펀치 구조(1a~1e)에 의해, 각 볼록부(63)보다 약간 넓은 폭으로 평면에서 볼 때 반제품(62)의 협폭부에 조금 파고 들게 하여 펀칭함으로써 프레스 성형품(71)에는 측면의 볼록부(63)가 존재하던 부분이 약간 움푹 패임과 동시에, 해당 부분의 양측 근방에 1차 펀칭 부분(Sp1)과 2차 펀칭 부분(Sp2)의 경계가 되는 매칭이 형성된다. 단, 도시는 생략하나, 반제품(62)의 협폭부로부터 약간 이격시켜서 펀치 구조(1a~1e)에서 볼록부(63)를 펀칭하는 것도 가능하며, 이런 경우 프레스 성형품에는 볼록부(63)의 나머지 부분에 의한 측면으로부터의 돌기가 형성된다. 프레스 성형품(71)의 상세한 내용에 대해서는 나중에 설명한다.

이와 같이 펀치 구조(1)를 이용하여 프레스 성형품(71)을 제조함으로써, 전술한 바와 같이 보강 리브(6)를 배치함으로 인해 펀치 구조(1)의 선단면의 파손을 방지하면서, 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부가 존재하는 프레스 성형품(71)을 유효하게 제조할 수 있다.

대안으로, 도 10에 도시하는 바와 같이 프레스 성형품(71)을 제조하는 것도 가능하다.

본 실시형태에서는 우선 도 10(a)에 도시하는 바와 같이 전단 펀칭 가공으로서 펀치 구조(1a~1e)를 이용하여 금속판(61)에 대해서 펀칭 가공을 시행하고, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이 금속판(61)에 각 펀치 구조(1a~1e)에 대응되는 빈 부분이 되는 2차 펀칭 부분(Sp2)을 형성한다. 이때, 펀치 구조(1a~1e)에 의한 펀칭 가공은 후술하는 후단 펀칭 가공에서 후단 펀칭 가공에 의한 1차 펀칭 부분(Sp1)이 해당 2차 펀칭 부분(Sp2)에 교차되고, 또한 후단 펀칭 가공에서 이용하는 펀치 구조(1)의 보강 리브(6)가 관통되는 부분을 포함하는 위치에서 행한다.

또한, 펀치 구조(1a~1e)에 의한 펀칭 가공은 그들 모두를 동시에 행할 수도 있고, 그들 중 적어도 하나를 시간적으로 늦춰서 나누어서 행할 수도 있다.

그후, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이 후단 펀칭 가공으로서 2차 펀칭 부분(Sp2)이 형성된 금속판(61)에 보강 리브(6)를 배치한 펀치 구조(1)를 이용하여 펀칭 가공을 시행한다. 이에 의해, 도 10(c)에 도시하는 바와 같이 1차 펀칭 부분(Sp1) 및 2차 펀칭 부분(Sp2)에서 표리에 관통되는 빈 부분이 형성된 스크랩인 금속판(61)과, 도 10(d)에 도시하는 바와 같이 앞서 언급한 것과 실질적으로 동일한 프레스 성형품(71)을 얻을 수 있다.

도 10에 도시하는 제조방법에서는 펀치 구조(1a~1e)에 의해 2차 펀칭 부분(Sp2)을 형성하는 펀칭 가공을 전단 펀칭 가공으로 하고, 보강 리브(6)를 배치한 펀치 구조(1)에 의해 1차 펀칭 부분(Sp1)을 형성하는 펀칭 가공을 후단 펀칭 가공으로 함으로 인해, 도 9에 도시하는 제조방법에 비해서 스크랩의 잔여물 발생을 억제할 수 있는 이점이 있다. 도 9에 도시하는 제조방법에서는 도 9(c)의 단계에 있어서 펀칭 형상의 크기가 작음으로 인해 스크랩의 잔여물이 발생되기 쉬울 가능성이 부정될 수 없다. 그렇기 때문에, 도 10에 도시하는 제조방법은 도 9에 도시하는 것에 비해서 바람직하다.

도 9 또는 도 10에 도시하는 제조방법은 그 일부를 부분적으로 변경하여 실시할 수도 있다.

그 변경예로서는, 예컨대 도시는 생략하나, 펀치 구조(1a~1e) 중 적어도 하나에 의한 펀칭 가공을 펀치 구조(1)에 의한 펀칭 가공 전 또는 후에 행하는 것을 고혀할 수 있다. 즉, 이 변경예에서는 우선 펀치 구조(1a~1e) 중 적어도 하나에 의한 펀칭 가공을 행하고, 이어서 펀치 구조(1)에 의한 펀칭 가공을 행하고, 그 후에 펀치 구조(1a~1e)의 나머지 펀칭 가공을 행한다.

또한, 펀치 구조(1a~1e)의 평면 형상은 도시한 실시 형태에서는 대략 'L'자 형상으로 하고 있는데, 직사각형, 정사각형 또는 그 외의 형상으로 변경하는 것도 가능하다.

이와 같은 다양한 변경 및 개량은 제조하고자 하는 프레스 성형품의 형상이나 금형의 양태 및 그 외의 조건에 따라서 적절히 행할 수 있다.

또한, 상술한 바에 있어서, 1차 펀칭 부분(Sp1) 및 2차 펀칭 부분(Sp2)의 '1차' 및 '2차'와 같은 용어는 단순히 다른 펀치 구조(1), 펀치 구조(1a~1e)를 이용하여 형성된 부분인 것만을 의미한다. 후술하는 프레스 성형품의 1차 펀칭면 및 2차 펀칭면에 대해서도 동일하다.

(프레스 성형품)

이상으로 언급한 바와 같이 하여 제조되는 프레스 성형품(71)은 도 11(a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부(72, 73)를 가지며, 협폭부(72, 73)의 측면을 포함하는 프레스 성형품(71)의 측면 전체가 프레스의 펀칭면이 되는 것이다. 특히, 협폭부(72, 73)의 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.0 이하, 나아가 0.8 이하인 경우에는 그것을 성형하기 위한 펀치 구조(1)의 협폭 형상(3, 4)이 미세하게 되어, 펀칭 시에 변위되기 쉬워져서 파손 문제가 현저해지므로 본 발명을 적용하는 것이 보다 한층 유효하다. 또한, 통상적으로는 협폭부(72, 73)의 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)는 1.0 이상이 되는 경우가 많다.

또한, 프레스의 펀칭면은 일반적으로 도 11(b)에 도시하는 바와 같이 측면의 연장 방향(동 도면에서는 좌우방향)으로 나란히 연장되는 각각 하나 이상의 전단면(剪斷面) 영역 및 파단면 영역을 포함하여 구성된다. 전단면 영역은 펀칭 가공에 의해 금속판이 두께 방향으로 연신될 때 펀치 또는 다이에 스침으로써 형성되는 것으로 생각되어지며, 두께 방향으로 약간의 선형 모양이 들어간 평활면이 된다. 한편, 파단면 영역은 펀칭 가공으로 연신된 후에 배출되는 스크랩으로부터 찢겨짐으로써 발생되는 것으로 생각되어지며, 명확하게 전단면 영역과는 달리 요철이 존재하는 딤플 형상의 면이 된다.

본 실시형태의 프레스 성형품(71)은 평면에서 볼 때 서로 이격되어 나란히 위치하는 두 개의 협폭부(72, 73)와, 협폭부(72, 73)를 상호 연결하는 연결부(74)로 구성되어 있으며, 한쪽의 협폭부(72)는 그 일단 측에서 다른 쪽의 협폭부(73)보다 길게 연장되는 연장부분을 갖는다.

그리고 이 프레스 성형품(71)은 전술한 방법으로 제조됨으로써, 협폭부(72, 73) 및 연결부(74)의 측면 전체가 1차 펀칭면(Fp1)과 2차 편칭면(Fp2)으로 이루어지고, 나아가 협폭부(72, 73)의 측면 일부에 두께 방향을 따라서 연장되어 1차 펀칭면(Fp1)으로부터 2차 펀칭면(Fp2)을 구획하는 리브용 매칭(Mr)이 형성된다.

리브용 매칭(Mr)은 보강 리브(6)를 갖는 펀치 구조(1)에 의해 형성된 1차 펀칭면(Fp1)과, 펀치 구조(1a~1e)에 의해 형성되어 상기 1차 펀칭면(Fp1)과는 전단면 영역 및 파단면 영역의 표면 성상이 다른 2차 펀칭면(Fp2) 사이의 천이 위치에 존재하며, 많은 경우에는 도시한 실시형태와 같이 잘라서 연결한 형상으로서 외측으로 볼록한 코너부 형상이 된다.

또한 본 실시형태에서는 리브용 매칭(Mr)에서 구획되는 1차 펀칭면(Fp1)과 2차 펀칭면(Fp2)에서 전단면 영역 및 파단면 영역의 형성 위치가 도 11(b)에 도시하는 바와 같이 프레스 성형품(71)의 두께 방향으로 상호 상하로 반전되어 서로 반대된 위치이다. 이것은 1차 펀칭면(Fp1)이 형성되는 펀칭 가공과, 2차 펀칭면(Fp2)이 형성되는 펀칭 가공에 있어서 펀치 및 다이의 배치 위치가 상하 반대인 것에 의한 것이다.

측면의 연장 방향에서 리브용 매칭(Mr)에 의해 끼워지는 2차 펀칭면(Fp2)은 전술한 바와 같이 펀치 구조(1)의 선단면(T)의 파손을 보다 유효하게 방지하도록 보강 리브(6)를 협폭 형상(3, 4)의 단부에 배치한 것에 기인하여, 도시한 실시형태에서는 협폭부(72, 73)에 있어서 연결부(74)로부터 이격된 단부 각각의 측면에 위치한다.

또한, 본 실시형태에서는 전술한 바와 같이 펀치 구조(1)에의 보강 리브(6)의 배치 위치에 대응하여, 프레스 성형품(71)의 긴 협폭부(72)의 연장 부분의 단부에 형성되는 2차 펀칭면(Fp2)은 그 협폭부(72)를 사이에 둔 양측면 각각에 위치한다.

그리고 여기서는 이것도 전술한 바와 같이 펀치 구조(1a~1e)를 약간 협폭부에 파고 들게 하여 펀칭 가공을 행함으로 인해, 프레스 성형품(71)에서는 어떠한 2차 펀칭면(Fp2)도 1차 펀칭면(Fp1)으로부터 움푹 패여서 형성된다.

이런 경우, 2차 펀칭면(Fp2)의 패인 양(D)은 도 12에 도시하는 바와 같이 협폭부(72, 73)의 폭방향(동 도면에서는 상하방향)을 따라서 측정했을 때 협폭부(72, 73)의 폭(w)에 대해서 10%~20%의 범위 내인 것이 바람직하다. 이것은 즉, 2차 펀칭면(Fp2)의 패인 양(D)이 협폭부(72, 73)의 폭(w)의 10% 미만인 경우에는 펀칭 위치의 어긋남이 발생된 경우에 문제(버 등)가 발생될 우려가 있으며, 한편 2차 펀칭면(Fp2)의 패인 양(D)이 협폭부(72, 73)의 폭(w)의 20%를 초과하는 경우에는 협폭부(72, 73)의 폭(w)으로부터 패인 양(D)을 제외한 폭(w1)이 작아져서 협폭부가 변형될 우려가 있기 때문이다.

단, 도시는 생략하나, 펀치 구조(1a~1e)에 의한 펀칭 양태 등에 따라서 2차 펀칭면의 적어도 하나를 1차 펀칭면으로부터 돌출되는 돌기 형상으로 할 수도 있다.

상술한 바와 같이 2차 펀칭면(Fp2)이 움푹 패인 형상 또는 돌기 형상이 되는 경우, 거기서 협폭부(72, 73)의 폭은 약간 변화되는 바, 2차 편칭면(Fp2)이 형성된 부분에서의 협폭부(72, 73)의 두께(t)에 대한 폭(w1)의 비(w1/t)는 0.5 내지 1.5인 것이 바람직하다. 2차 펀칭면(Fp2)이 존재하는 부분에서의 협폭부(72, 73)의 폭(w1)이 너무 좁아져서, 이 비(w1/t)가 0.5 미만이 되는 경우에는 협폭부 변형(처짐 변형)의 우려가 있다. 따라서, 이 비(w1/t)는 1.0 내지 1.5인 것이 보다 바람직하다.

그런데, 프레스 성형품(71)은 도 13에 협폭부(72, 73), 연결부(74)의 횡단면도에서 도시하는 바와 같이 프레스 성형품(71)의 두께를 점차 감소시키는 방향으로 만곡되는 곡면 형상의 처짐이 존재할 수 있는 처짐면(75)과, 표면으로부터 돌출되는 버가 형성될 수 있는 버면(76)을 갖는다. 일반적으로는, 측면의 전단면 영역 및 파단면 영역 중 전단면 영역 측에 인접하는 표면이 처짐면(75)이 되고, 그것과는 안쪽에 있어서 측면의 파단면 영역 측에 인접하는 표면이 버면(76)이 된다.

그리고, 상기 프레스 성형품(71)은 일체 펀칭으로 제조된 것에 기인하여, 횡단면에서 볼 때에 버면(76)의 대부분의 경사 방향이 처짐면(75)의 경사 방향과 동일해진다. 또한, 이런 경우, 버면(76)의 해당 대부분은 단일한 다이 내지 펀치와 접촉됨으로 인해 단일한 다이 내지 펀치의 선단면의 연마 마크가 전사되어 단일한 표면 조도를 가질 수 있다.

구체적으로, 횡단면에서 버면(76)의 처짐면(75)에 대해서 평행하거나 우하향 경사지는 표면 부분 및 우상향 경사지는 표면 부분 중 큰 쪽의 표면 부분의 면적률(AR)은 90% 이상인 것이 바람직하다. 즉, 버면(76)의 90% 이상의 표면 부분이 처짐면(75)에 대해서 동일한 경사 방향이면, 일체 펀칭에 의해 제조되어 치수가 안정되어 있으므로 바람직하다고 말할 수 있다. 보다 바람직하게는, 버면(76)의 해당 큰 쪽의 표면 부분의 면적률(AR)은 95% 이상이다.

여기서 면적률(AR)은 다음과 같이 하여 측정한다.

우선, 도 14에 도시하는 바와 같이, 프레스 성형품(71)을 클립(151)으로 고정하고, 그 상태에서 프레스 성형품(71)의 주위 전체를 수지재(152)로 굳힌다. 이어서, 도 14(b)에 화살표로 나타내는 바와 같이, 관찰하고자 하는 단면 위치에 도달할 때까지 수지재(152)를 절단 내지 연마 가공한다. 나아가, 그것에 의해 노출된 프레스 성형품(71)의 해당 단면을 포함하는 연마면에 대해서 버프 연마에 의해 마무리를 행한다. 그후, 마이크로스코프 등의 관찰기기로 단면 형상을 촬영하고 면적률(AR)을 측정한다.

관찰기기로 촬영한 단면 형상에 대해서, 도 15에 예시하는 바와 같이 우선 처짐면(75)의 양단의 처짐의 부분(비정상부)을 제외하고 각 처짐과의 2점의 경계점(Bp1, Bp2)을 통하는 직선을 기준선(RL)으로 한다. 그리고, 이 기준선(RL)을 도 15에 화살표로 도시하는 바와 같이 버면(76) 측으로 평행으로 이동시켜, 버면(76)(코너에 버가 발생되어 있는 경우에는 버 부분을 제거한 부분)과 비교한다. 여기서, 해당 단면의 폭방향에서 버면(76)에 있어서 기준선(RL)에 대해서 평행한 표면 부분 또는 우하향 경사지는 표면 부분과, 해당 표면 부분과 천이점(Tp)에서 경사 방향이 변화되어 우상향 경사지는 표면 부분의 길이를 측정하고, 그들 중 긴 쪽의 길이를 면적률(AR)로 한다. 도 15(a)에 도시하는 바에 의하면, 버면(76)의 거의 전체가 기준선(RL)과 평행으로 일치되므로 면적률(AR)은 100%에 가까운 값이 된다. 한편, 도 15(b)에 도시하는 바와 같은 일그러진 단면 형상인 경우에는 기준선(RL)과 거의 평행한 표면 부분의 길이(L1)를 측정함과 동시에 기준선(RL)에 대해서 우상향 경사지는 표면 부분의 길이(L2)도 측정하여, 그들 길이(L1, L2) 중 긴 쪽의 길이(L2)를 면적률(AR)로 한다.

또한, 버면(76)의 상술한 큰 쪽의 표면 부분에 있어서 처짐면(75)에 대한 경사 각도는 0°내지 20°의 범위 내인 것이 바람직하다. 해당 경사 각도가 20°를 초과하는 경우에는 핀이 되는 협폭부(72, 73)가 다음 공정의 가공 시에 흔들리는 것(핀 분산)이 우려된다. 버면(76)의 큰 쪽의 표면 부분에 있어서 처짐면(75)에 대한 경사 각도는 0° 내지 10°인 것이 보다 바람직하다.

버면(76)의 큰 쪽의 표면 부분에 있어서 처짐면(75)에 대한 경사 각도는 전술한 바와 같이 횡단면에서 볼 때에 처짐면(75)의 기준선(RL)을 버면(76) 측으로 평행으로 이동시켜서, 해당 표면 부분의 윤곽선의 최소제곱법에 의한 근사 직선에 있어서 기준선(RL)에 대한 경사를 구함으로써 측정한다.

한편, 도 16에 도시하는 참고예의 프레스 성형품은 일체 펀칭이 아니라, 배경 기술의 항목에서 언급한 바와 같이 협폭부의 한쪽과 다른 쪽의 각 측부를 순차적으로 펀칭함으로써 형성되어 처짐 변형이 발생한 것이다. 도 16의 프레스 성형품에서는 동 도면에 도시하는 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 버면(동 도면의 하측 표면)이 주로 처짐면(상측 표면)에 대해서 우상향 경사진 표면 부분과, 상기 표면 부분과 동일한 정도의 영역을 차지하는 우하향 경사진 표면 부분으로 구성되어 있으며, 먼저 언급한 면적률이 낮아진다. 또한 이들 표면 부분은 각각 다른 2종류 이상의 다이 내지 펀치의 선단면의 연마 마트가 전사됨으로 인해 그 표면 조도에 큰 차이가 있는 경우가 있다.

이상으로 언급한 바에 의하면, 길이가 다른 두 개의 협폭부(72, 73)와 그들을 중간 위치에서 연결하는 연결부(74)를 갖는 프레스 성형품(71)을 예로서 설명했으나, 본 발명은 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부를 포함하는 프레스 성형품이면 다양한 형상의 것에 적용할 수 있다.

그 구체예로서는, 예컨대 도 17(a), (b) 및 (c)에 각각 도시하는 바와 같은 협폭부(82 및 83)가 상호 대략 'L'자 형상으로 연결된 형상의 프레스 성형품(81)이나, 길고 짧은 두 개의 협폭부(92 및 93)가 짧은 협폭부(93)의 단부 위치와 긴 협폭부(92)의 중간 위치에서 그들과 직교하는 연결부(94)에서 상호 연결된 형상의 프레스 성형품(91), 길이 방향으로 상호 어긋나게 위치하는 길고 짧은 두 개의 협폭부(102 및 103)가 짧은 협폭부(103)의 단부 위치와 긴 협폭부(102)의 단부 위치에서 그들과 직교하는 연결부(104)에서 상호 연결된 형상의 프레스 성형품(101) 등을 들 수 있다.

[실시예]

본 발명의 펀치 구조를 시험 제작하여 그 효과를 확인했으며, 이하 이를 설명한다. 단, 여기서의 설명은 단순한 예시를 목적으로 한 것이며, 그것에 한정되도록 의도하는 것은 아니다.

(시험예 1)

비교예로서, 도 18에 도시하는 바와 같이 보강 리브를 갖지 않는 펀치 구조를 이용하여 폭이 8.0 mm이며 두께가 0.12 mm인 금속판에 대해서 펀칭 가공을 반복적으로 행했다. 제조하는 프레스 성형품의 연결부의 최소폭은 0.07 mm이며, 또한 펀칭 가공에서는 스트로크를 13 mm로 하고, 1분간에 프레스 가공할 수 있는 수량인 연속 스트로크량을 시작부터 20만 쇼트까지는 500 spm, 20만 쇼트에서 300만 쇼트까지는 800 spm, 300만 쇼트에서 500만 쇼트까지는 1,000 spm으로 했다.

비교예의 펀치 구조에서는 200만 쇼트에서 펀치 선단부의 선단면에 있어서 연결 형상에 파손이 확인되었다.

실시예로서, 도 1, 도 5, 도 7(a)~(c) 각각에 도시하는 펀치 구조를 이용하여 상기 비교예와 동일한 조건으로 펀칭 가공을 반복적으로 행했다. 그 결과, 펀치 선단부의 선단면에 파손이 확인될 때까지의 쇼트 수는 도 1에 도시하는 펀치 구조에서는 400만 쇼트, 도 5에 도시하는 펀치 구조에서는 300만 쇼트, 도 7(a)에 도시하는 펀치 구조에서는 150만 쇼트, 도 7(b)에 도시하는 펀치 구조에서는 200만 쇼트, 도 7(c)에 도시하는 펀치 구조에서는 250만 쇼트였다.

(시험예 2)

도 1에 도시하는 펀치 구조에서, 보강 리브의 길이(Lr)에 있어서 협폭부의 두께(t)에 대한 배율을 표 1에 도시하는 바와 같이 변화시킨 것을 이용하여 시험예 1과 동일한 조건으로 펀칭 가공을 반복적으로 행했다. 보강 리브는 선단면으로부터 연장되도록 했다. 그 결과, 고찰 및 평가도 표 1에 도시한다.

표 1에 의해, 특히 보강 리브의 길이의 배율이 3 내지 50의 범위 내이면 파손이 발생할 때까지의 쇼트 수가 크게 증가되는 것을 알 수 있다.

리브 길이의 배율	펀치 파손 쇼트 수	고찰·결과	평가
2	-	칼끝이 너무 짧기 때문에 다른 부품의 강도 부족 발생. 부품 가공 불가	×
3	150만	상기와 동일하게 다른 부품의 강도 UP이 필요⇒리브 길이를 길게 함.	△
20	400만	최장의 쇼트 수. 양산을 고려하면 배율을 조금 늘리는 것이 좋음.	◎
40	250만	양산에 적합한 칼끝 길이이지만, 20배에 비해서 쇼트 수가 감소되었음.	○
50	350만	리브 길이를 조금 짧게 하면 효과 UP이 예상됨.	○
55	50만	리브가 너무 길기 때문에 펀치의 휘어짐·전복이 발생됨.	×

(시험예 3)

도 1에 도시하는 펀치 구조에서, 보강 리브(6)의 폭(Wr)에 있어서 협폭부의 폭(w)에 대한 비율을 표 2에 도시하는 바와 같이 변화시킨 것을 이용하여 시험예 1과 동일한 조건으로 펀칭 가공을 반복적으로 행했다. 그 결과, 고찰 및 평가도 표 2에 도시한다.

표 2에 도시하는 바에 의하면, 보강 리브(6)의 폭(Wr)의 비율이 0.3에서 4의 범위 내이면 파손을 보다 한층 유효하게 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

리브 폭의 비율	펀치 파손 쇼트 수	고찰·결과		평가
0.2	10만	폭이 너무 작음. 도 10a의 펀칭 잔여물가 작고 부품이 파손됨.		×
0.3	100만	상기 부품 강도 UP이 필요⇒리브 폭 비율을 높임.		△
1	350만	실시예로서는 최장의 쇼트 수. Hr과의 밸런스가 중요해짐.		◎
3.8	150만	이음매에 균열. 쇼트 수가 1에 비해서 반감됨.		○
4.5	20만	이음매로부터 파손⇒폭이 지나치게 커서 부하가 걸렸음.		×

(시험예 4)

도 1에 도시하는 펀치 구조에서, 협폭부의 폭(w)에 대한 보강 리브(6)의 높이(Hr)의 비율을 표 3에 도시하는 바와 같이 변화시킨 것을 이용하여 시험예 1과 동일한 조건으로 펀칭 가공을 반복적으로 행했다. 그 결과, 고찰 및 평가도 표 3에 도시한다.

표 3으로부터, 보강 리브(6)의 높이(Hr)의 비율이 0.3에서 4의 범위 내이면 파손이 더 억제되고, 보다 많은 쇼트가 가능해지는 것을 알 수 있다.

리브 높이의 비율	펀치 파손 쇼트 수	고찰·결과	평가
0.2	10만	두께가 적기 때문에 보강 효과 부족	×
0.3	100만	0.2에 비해 보강 UP이 되었으나, 더 두껍게 하면 좋음.	△
1	350만	실시예로서는 최장의 쇼트 수. Wr과의 밸런스가 중요해짐.	◎
3.8	100만	이음매에 균열. 쇼트 수가 1에 비해서 반감됨.	○
4.5	5만	이음매로부터 파손⇒폭이 지나치게 커서 부하가 걸렸음.	×

(시험예 5)

일체 펀칭 가공과 니블링 가공에 의한 프레스 성형품의 단면 형상의 차이를 확인하기 위해서, 일체 펀칭가공으로서 도 10(a) 및 (b)에 도시하는 가공을 행하여 형성한 프레스 성형품과, 니블링 가공으로서 도 19에 도시하는 가공을 행하여 형성한 프레스 성형품을 각각 시험 제작했다.

그 결과, 표 4에도 기재했으나, 일체 펀칭 가공으로 형성된 프레스 성형품의 단면은 도 20(a)에 도시하는 바와 같이 면적률이 거의 100%가 되고, 좌우 균등하며 아름다운 형상이었다. 이에 반해, 니블링 가공으로 형성된 프레스 성형품의 단면은 도 20(b)에 도시하는 바와 같이 면적률이 낮고 처짐 변형이 발생되었으며, 일그러진 형상이 되었다.

펀칭 수법	가공 절차	결과(브릿지부 면적률, 형상)	평가
일체 펀칭 가공	도 10((a)→(b))	면적률은 거의 100%. 좌우 균등하며 아름다운 형상	◎
니블링 가공	도 18(①→②→③)	면적률이 낮고 처짐 변형이 발생되고 있음. 일그러진 형상→치수 분산 큼.	×

(시험예 6)

상기 시험예 5와 같이 제조되어, 버면의 단일한 표면 조도로 이루어지는 표면 부분에 있어서 처짐면에 대한 경사 각도가 0° 내지 20°의 범위 내였던 프레스 성형품과, 해당 경사 각도가 30° 이상이었던 프레스 성형품 각각에 대해서 그 후의 다음 공정에서 도 21에 도시하는 바와 같이 협폭부의 일 단부를 수지품에 매워 넣어서 90° 절곡시키는 가공을 행했다. 그 결과, 표 5에 기재한 바와 같이 경사 각도가 0°~20°의 범위 내였던 것은 치수 규격 내에서 분산이 작고, 측면의 90° 절곡시킨 부분도 안정되어 있었다. 한편, 경사 각도가 30° 이상이었던 것은 흔들림이 크고, 측면의 90° 절곡시킨 부분도 분산이 커졌다.

경사 각도	절곡 후 흔들림 규격 ±0.1	결과	평가
0°~20°	0.02~0.05	치수 규격 내에서 분산이 작음. 측면의 90° 절곡도 안정되어 있음	◎
30° 이상	0.12~0.15	흔들림이 큼. 측면방향의 90° 절곡도 분산이 큼.	×

(시험예 7)

도 22에 도시하는 바와 같이, 두께(t)가 0.2 mm이며 폭(w)이 0.14와 0.32의 다른 2종류의 성형품을 보강 리브가 없는 펀치로 반복해서 제조했다. 그 결과를 표 6에 도시한다.

w/t가 1.6인 경우에는 연속적으로 300만 쇼트의 펀칭에서도 펀치가 파손되지 않았으나, w/t가 0.7인 경우에는 연속 운전 직후에 펀치가 파손되었다.

w/t	펀치 구조	결과	평가
0.7	보강 리브 없음	연속 운전 직후에 펀치 파손	×
1.6	보강 리브 없음	연속 300만 쇼트에서도 펀치 파손 없음	◎

1, 1a~1e, 31, 41, 51 : 펀치 구조 2, 32, 42, 52 : 펀치 선단부
3, 4, 33, 34, 43, 44, 53, 54 : 협폭 형상 5, 35, 45, 55 : 연결 형상
6, 6a, 6b, 36, 46, 56 : 보강 리브 21, 71, 81, 91, 101 : 프레스 성형품
22, 23, 72, 73, 82, 83, 92, 93, 102, 103 : 협폭부
24, 74, 94, 104 : 연결부 75 : 처짐면
76 : 버면 61 : 금속판
62 : 반제품 63 : 볼록부
T : 펀치 구조의 선단면 S : 펀치 구조의 측면
w : 협폭부의 폭 w1 : 2차 펀칭면이 존재하는 부분에서의 협폭부의 폭
t : 협폭부의 두께 C1, C2 : 크랙
Lr : 보강 리브의 길이 Wr : 보강 리브의 폭
Hr : 보강 리브의 높이 Sp1 : 1차 펀칭 부분
Sp2 : 2차 펀칭 부분 Fp1 : 1차 펀칭면
Fp2 : 2차 펀칭면 Mr : 리브용 매칭
AR : 버면의 큰 쪽의 표면 부분의 면적률 RL : 기준선
Bp1, Bp2 : 경계점

Claims (22)

1. 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부를 포함하는 프레스 성형품을 펀칭하도록 프레스 금형 본체로부터 돌출시켜서 배치되는 펀치 구조로서,
   프레스 성형품의 상기 협폭부의 평면 형상에 대응되는 협폭 형상을 적어도 일부에 포함하는 선단면을 구비한 펀치 선단부를 가지고,
   펀치 선단부의 폭방향의 측면 일부에 해당 펀치 구조의 돌출 방향으로 연장되는 보강 리브가 배치되어서 이루어지는 프레스 금형의 펀치 구조.
2. 제1항에 있어서, 서로 이격되어 나란히 위치하는 두 개의 협폭부와 상기 협폭부를 상호 연결하는 연결부를 포함하는 프레스 성형품을 펀칭하는 펀치 구조이며, 상기 펀치 선단부가 상기 프레스 성형품의 상기 협폭부 및 상기 연결부의 평면 형상에 대응되는 협폭 형상 및 연결 형상을 적어도 일부에 포함하는 선단면을 구비하여 이루어지는 펀치 구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 보강 리브가 상기 펀치 선단부의 상기 협폭 형상에 있어서 상기 연결 형상으로부터 이격된 단부에 위치되어 이루어지는 펀치 구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 협폭 형상의 적어도 하나의 상기 단부에서 상기 보강 리브가 상기 협폭 형상을 사이에 둔 양측면 각각에 배치되어 이루어지는 펀치 구조.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 리브가 펀치 선단부의 선단면으로부터 상기 돌출 방향으로 상기 협폭부의 두께(t)의 3배 내지 50배의 길이에 걸쳐서 연이어 배치되어 이루어지는 펀치 구조.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 리브가 직사각형의 횡단면 형상을 가지고 이루어지는 펀치 구조.
7. 제6항에 있어서, 상기 보강 리브의 횡단면에서 상기 보강 리브의 상기 협폭 형상의 측 테두리에 평행한 폭은 협폭부의 폭(w)에 대한 비율이 0.3 내지 4인 펀치 구조.
8. 제6항에 있어서, 상기 보강 리브의 횡단면에서 상기 보강 리브의 상기 협폭 형상의 측 테두리에 직교하는 높이는 협폭부의 폭(w)에 대한 비율이 0.3 내지 4인 펀치 구조.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 리브가 상기 돌출 방향에서 상기 보강 리브 전체에 걸쳐서 일정한 횡단 형상을 가지고 이루어지는 펀치 구조.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 펀치 구조를 갖는 프레스 금형.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 펀치 구조를 갖는 프레스 금형을 이용하여 금속판을 펀칭하여 프레스 성형품을 제조하는 프레스 성형품의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 금속판에 대해서 전단 펀칭 가공 및 그 후의 후단 펀칭 가공을 포함하는 복수 단계의 펀칭 가공을 순차적으로 시행하고,
    전단 펀칭 가공 또는 후단 펀칭 가공 중 어느 한쪽의 펀칭 가공으로 펀치 선단부에 상기 보강 리브를 배치한 상기 펀치 구조를 이용하여 1차 펀칭 부분을 형성하고, 다른 쪽의 펀칭 가공으로 상기 1차 펀칭 부분에 교차시켜서 상기 보강 리브가 관통되는 부분을 포함시켜서 펀칭하여 2차 펀칭 부분을 형성하는 프레스 성형품의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 2차 펀칭 부분을 형성하는 다른 쪽의 펀칭 가공을 전단 펀칭 가공으로 하고, 1차 펀칭 부분을 형성하는 한쪽의 펀칭 가공을 후단 펀칭 가공으로 하는 프레스 성형품의 제조방법.
14. 두께(t)에 대한 폭(w)의 비(w/t)가 1.5 이하인 협폭부를 포함하고 상기 협폭부 주위의 측면이 프레스의 펀칭면이 되는 프레스 성형품으로서,
    상기 협폭부의 폭방향 측면 일부에 1차 펀칭에 의해 형성되는 1차 펀칭면으로부터 2차 펀칭에 의해 형성되는 2차 펀칭면을 구획하는 리브용 매칭이 형성되어 이루어지는 프레스 성형품.
15. 제14항에 있어서, 서로 이격되어 나란히 위치하는 두 개의 상기 협폭부와 상기 협폭부를 상호 연결하는 연결부를 포함하고 상기 협폭부 및 연결부 주위의 측면이 프레스의 펀칭면이 되는 프레스 성형품.
16. 제15항에 있어서, 상기 2차 펀칭면이 상기 협폭부에 있어서 상기 연결부로부터 이격된 단부의 측면에 위치되어 이루어지는 프레스 성형품.
17. 제16항에 있어서, 상기 협폭부의 적어도 하나의 상기 단부에서 상기 2차 펀칭면이 상기 협폭부의 양측면 각각에 배치되어 이루어지는 프레스 성형품.
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 펀칭면은 상기 협폭부의 폭방향을 따라서 측정했을 때 상기 협폭부의 폭(w)에 대해서 10% 내지 20%로 패이는 프레스 성형품.
19. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 펀칭면이 형성된 부분에서 상기 협폭부의 두께(t)에 대한 폭(w1)의 비(w1/t)가 0.5 내지 1.5인 프레스 성형품.
    
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