KR102255626B1 - 전단 가공 방법, 전단 가공 장치 및 전단 가공 설비 - Google Patents

Abstract

판상의 피가공재(6)의 두께 방향으로 전단력을 작용시켜서 피가공재(6)를 파단하는 전단 가공 방법은, 피가공재(6)의 두께 방향에 수직인 면 방향으로 작용점(21, 31)의 클리어런스(C)를 가지고, 피가공재(6)에 전단력을 작용시키는 것을 개시하는 공정과, 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재(6)에 파단면이 발생할 때까지 전단력을 작용시키는 공정과, 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재(6)에 파단면이 발생할 때까지 사이에, 피가공재(6)의 두께 방향의 변형에 따라서, 클리어런스(C)를 증가시키는 공정을 포함한다.

Description

전단 가공 방법, 전단 가공 장치 및 전단 가공 설비

본 발명은, 전단 가공 방법, 전단 가공 장치 및 전단 가공 설비에 관한 것이다.

전단 가공은, 예를 들어 자동차, 철도 차량, 건재, 선박, 가전 제품 등에 사용되는 금속 부품의 제조에 있어서, 금속 부재의 절단, 블랭킹, 피어싱, 셰이핑, 트리밍 등을 위하여 실시된다. 일반적으로, 전단 가공은, 부재에 맞닿은 하측 날에 대하여 상측으로부터 상측 날을 압입함으로써 실행된다. 이때, 부재는 상측 날과 하측 날 사이에서 소성 변형하고, 최종적으로는 파단한다. 이러한 전단 가공에서는, 파단 후의 부재 단부면에 소성 변형에 수반하는 가공 경화의 영향을 받은 부분이 남는다는 것이 알려져 있다. 후 공정으로서 플랜지 업 등을 실시하는 경우, 가공 경화의 영향을 받은 부분에는 균열이 발생하는 경우가 있다.

그래서, 전단 가공 시의 부재의 가공 경화를 억제하여 신장 플랜지 가공성이 우수한 전단 가공면을 얻기 위한 기술이, 여러가지 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 수치 시뮬레이션을 이용하여 펀치 날의 경사 각도를 적절하게 설정함으로써, 신장 플랜지 가공성이 우수한 전단 가공면을 얻는 기술이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 후 공정에 있어서의 신장 플랜지 균열의 시뮬레이션에 기초하여 판정된 위험 부위로부터 벗어남에 따라서 클리어런스를 점차 크게 함으로써, 신장 플랜지 가공성이 우수한 전단 가공면을 얻는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2011-88152호 공보 일본 특허 공개 제2016-87642호 공보

그러나, 전단 가공이 부재를 소성 변형시키는 이상, 가공 경화 자체는 피하기 어렵다. 또한, 상측 날과 하측 날을 연결하는 면을 따라 발생하는 부재의 파단면은, 가공 경화가 집중적으로 발생하고 있는 영역을 가로지르게 된다. 따라서, 예를 들어 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 기술을 채용해도, 여전히 파단 후의 부재 단부면에는 가공 경화의 영향을 받은 부분이 남고, 신장 플랜지성 등의 특성에는 여전히 개선의 여지가 있다.

그래서, 본 발명은, 파단 후의 부재 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향을 저감시키는 것을 가능하게 하는, 신규이면서도 개량된 전단 가공 방법, 전단 가공 장치 및 전단 가공 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 몇 가지의 관점에 의하면, 이하가 제공된다.

[1] 판상의 피가공재의 두께 방향으로 전단력을 작용시켜서 피가공재를 파단하는 전단 가공 방법이며,

피가공재의 두께 방향에 수직인 면 방향으로 작용점의 클리어런스를 가지고, 피가공재에 전단력을 작용시키는 것을 개시하는 공정과,

전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 전단력을 작용시키는 공정과,

전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 사이에, 피가공재의 두께 방향의 변형에 따라, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정

을 포함하는, 전단 가공 방법.

[2] 하측 날과, 상기 하측 날과 피가공재의 두께 방향으로 상대적으로 이동 가능한 상측 날을 구비하고, 피가공재의 면 방향에 따른 하측 날 및 상측 날의 클리어런스가 상이한 복수의 전단 가공 장치에 의해 실시되고,

클리어런스를 증가시키는 공정은, 복수의 전단 가공 장치 중, 클리어런스가 작은 전단 가공 장치로부터, 클리어런스가 큰 전단 가공 장치의 순으로, 피가공재에 전단력을 작용시켜 가는,

[1]에 기재된 전단 가공 방법.

[3] 피가공재의 하면에 맞닿는 하측 날과, 피가공재의 두께 방향에서는 하측 날에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상측 날을 구비한 1대의 전단 가공 장치에 의해 실시되고,

하측 날을 피가공재의 하면에 맞닿게 하는 공정과,

피가공재의 면 방향을 따라서 하측 날과 클리어런스를 가지고 상측 날을 피가공재의 상면에 맞닿을 때까지 상기 두께 방향으로 이동시키는 공정과,

피가공재의 상면에 맞닿은 상측 날을, 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 추가로 피가공재의 두께 방향으로 이동시키는 공정과,

상측 날이 상기 피가공재의 상면에 맞닿은 후, 파단면이 발생할 때까지 사이에, 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상측 날 및 하측 날의 상대 이동량에 따라서 클리어런스를 증가시키는 공정

을 포함하는, [1]에 기재된 전단 가공 방법.

[4] 하측 날은, 피가공재의 면 방향으로 상측 날에 대하여 상대적으로 이동 가능하고,

클리어런스를 증가시키는 공정은, 상측 날의 이동량에 따라서 상기 하측 날을 상기 상측 날로부터 이격시키는 공정을 포함하는, [3]에 기재된 전단 가공 방법.

[5] 클리어런스를 증가시키는 공정은, 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상측 날 및 하측 날의 상대 이동량에 따라서 클리어런스를 연속적으로 증가시키는 공정을 포함하는, [3] 또는 [4]에 기재된 전단 가공 방법.

[6] 클리어런스를 증가시키는 공정은, 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상측 날 및 하측 날의 상대 이동량에 따라서 클리어런스를 단계적으로 증가시키는 공정을 포함하는, [3] 또는 [4]에 기재된 전단 가공 방법.

[7] 클리어런스를 증가시키는 공정은, 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상측 날 및 하측 날의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 클리어런스를 증가시키는 공정을 포함하는, [3] 또는 [4]에 기재된 전단 가공 방법.

[8] 클리어런스를 증가시키는 공정은, 클리어런스가 소정값으로 고정되었을 경우에, 상측 날이 피가공재의 상면에 맞닿고 나서 파단면이 발생할 때까지의 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상측 날 및 하측 날의 상대 이동량에 대응하는 기준 이동량의 20％ 이상의 이동량의 범위에서 실행되는, [3] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

[9] 피가공재는, 인장 강도 270MPa 이상의 강판인, [1] 내지 [8] 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

[10] 피가공재는, 판 두께가 0.2mm 이상, 2mm 이하의 강판인, [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

[11] 하측 날과,

하측 날에 대하여 접근 이격 방향으로 이동 가능하고, 접근 이격 방향에 수직인 방향으로는, 클리어런스를 가지고 하측 날에 대향하는 상측 날과,

상측 날의 접근 방향의 이동량에 따라, 클리어런스를 증가시키는 클리어런스 조절 기구

를 구비하는 전단 가공 장치.

[12] 하측 날은, 상측 날의 접근 이격 방향에 수직인 방향으로 상대적으로 이동 가능하고,

클리어런스 조절 기구는, 상측 날 및 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 하측 날을 상측 날로부터 이격시키는, [11]에 기재된 전단 가공 장치.

[13] 클리어런스 조절 기구는, 클리어런스를 상측 날 및 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 연속적으로 증가시키는, [11] 또는 [12]에 기재된 전단 가공 장치.

[14] 클리어런스 조절 기구는,

상측 날 및 하측 날의 상대 이동 방향으로, 상측 날과 함께 일체로 이동 가능한 제1 경사면과,

제1 경사면에 미끄럼 접촉하고, 상측 날 및 하측 날의 상대 이동 방향과는 수직인 방향으로, 하측 날과 함께 일체로 이동 가능한 제2 경사면

을 포함하고,

전단 가공 장치는, 제1 경사면과 제2 경사면이 미끄럼 접촉하지 않는 상태에 있어서, 클리어런스를 보유 지지하는 클리어런스 보유 지지 기구를 추가로 구비하는, [13]에 기재된 전단 가공 장치.

[15] 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날의 접근 방향의 이동에 수반하여, 상기 상측 날의 접근 방향에 수직인 방향으로부터 상기 하측 날이 받는 압박력에 대항하는 탄성력을 하측 날에 부여하는 탄성 수단을 포함하는, [13]에 기재된 전단 가공 장치.

[16] 클리어런스 조절 기구는, 상측 날 및 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 클리어런스를 단계적으로 증가시키는, [11] 또는 [12]에 기재된 전단 가공 장치.

[17] 클리어런스 조절 기구는, 상측 날 및 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 클리어런스를 증가시키는, [11] 또는 [12]에 기재된 전단 가공 장치.

[18] 클리어런스 조절 기구는, 가공 개시로부터 가공 종료까지의 상측 날 및 하측 날의 상대 이동량에 대응하는 기준 이동량의 20％ 이상의 이동량의 범위에서 클리어런스를 증가시키는, [11] 내지 [17] 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 장치.

[19] 피가공재를 반송하는 반송 장치와, 반송 장치의 반송 경로를 따라서 배치되고, 피가공재에 대한 전단 가공을 분담하여 행하는 복수의 전단 가공 장치를 구비한 전단 가공 설비이며,

복수의 전단 가공 장치 각각은, 하측 날과, 하측 날에 대하여 접근 이격 방향으로 이동 가능하고, 접근 이격 방향에 수직인 방향으로는, 클리어런스를 가지고 하측 날에 대향하는 상측 날을 구비하고,

복수의 전단 가공 장치는, 반송 경로의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 클리어런스가 커져 가도록 배치되는

전단 가공 설비.

본 발명에 따르면, 전단 가공 중에, 클리어런스를 크게 하는 방향으로 변화시킴으로써, 파단 후의 부재 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향을 저감시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전단 가공 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2a는, 도 1에 도시하는 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 2b는, 도 1에 도시하는 전단 가공 장치 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 2c는, 도 1에 도시하는 전단 가공 장치 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 3a는, 도 2a와 대비하여, 종래의 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 3b는, 도 2b와 대비하여, 종래의 전단 가공 장치 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 3c는, 도 2c와 대비하여, 종래의 전단 가공 장치 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조절 기구의 다른 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5a는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조절 기구의 또 다른 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5b는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조절 기구의 또 다른 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조정 기구의 또 다른 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조정의 또 다른 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 8은, 클리어런스를 연속적으로 증가시킨 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는, 클리어런스를 단계적으로 증가시킨 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 10a는, 본 발명의 실시예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 단부면 형상을 도시하는 사진이다.
도 10b는, 비교예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 단부면 형상을 도시하는 사진이다.
도 11은, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 단부면의 평균 비커스 경도를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 구멍 확장성을 나타내는 그래프이다.
도 13은, 클리어런스를 단계적으로 증가시킨 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는, 도 13에 나타난 실시예 및 비교예에 있어서의 사이드 벤드 시험의 개구율을 나타내는 그래프이다.
도 15는, 클리어런스를 이동량에 따라서 결정되는 타이밍에 일괄하여 증가시킨 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은, 도 15에 나타난 실시예 및 비교예에 있어서의 사이드 벤드 시험의 개구율을 나타내는 그래프이다.
도 17a는, 클리어런스를 이동량에 따라서 결정되는 타이밍에 일괄하여 증가시킨 경우의 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 17b는, 클리어런스를 이동량에 따라서 결정되는 타이밍에 일괄하여 증가시킨 경우의 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 17c는, 클리어런스를 이동량에 따라서 결정되는 타이밍에 일괄하여 증가시킨 경우의 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.
도 17d는, 클리어런스를 이동량에 따라서 결정되는 타이밍에 일괄하여 증가시킨 경우의 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전단 가공 장치(1)를 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 전단 가공 장치(1)는, 다이(2)와, 펀치(3)와, 홀더(4)와, 액추에이터(5a)를 포함한다. 다이(2)에는, 판상의 피가공재(6)의 하면에 맞닿는 하측 날(21)이 형성된다. 펀치(3)에는, 상측 날(31)이 형성된다. 펀치(3)는, 도시하지 않은 전동기 또는 액압 기구 등에 의해 구동되고, 피가공재(6)의 두께 방향(상측 날(31) 및 하측 날(21)의 접근 이격 방향)에 대하여 다이(2)에 대하여 상대 이동 가능하다. 펀치(3)가 이동함으로써, 상측 날(31)은 피가공재(6)의 상방에 위치한 상태로부터, 도시되어 있는 것처럼 피가공재(6)의 상면에 맞닿고, 또한 피가공재(6)에 압입된다. 상측 날(31)이 피가공재(6)에 압입되는 과정에서, 하측 날(21)과 상측 날(31) 사이에 파단면이 발생하고, 이에 의해 펀치(3)가 압입된 부분의 피가공재(6)가 잘라 떨어뜨려진다. 홀더(4)는, 피가공재(6)의 상면에 맞닿아, 다이(2)와의 사이에서 피가공재(6)를 끼움 지지한다. 액추에이터(5a)는, 예를 들어 전동기 또는 액압 기구 등이다. 액추에이터(5a)는 다이(2)에 연결되어, 다이(2)를 피가공재(6)의 면 방향, 즉 피가공재(6)의 두께 방향에 대하여 수직인 방향으로 이동시킨다.

또한, 상기 설명에서는, 하측 날(21)에 대하여 상측 날(31)이 접근 이격 방향으로 상대 이동하는 것으로서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상측 날(31)이 고정되고, 하측 날(21)이 상대 이동해도 되고, 상측 날(31) 및 하측 날(21)이 서로 상대 이동해도 된다.

여기서, 피가공재(6)의 면 방향(상측 날(31)의 접근 이격 방향에 수직인 방향)에 대해서, 상측 날(31)은 클리어런스 C를 가지고 하측 날(21)에 대향하고 있다. 액추에이터(5a)가 다이(2)를 피가공재(6)의 면 방향으로 이동시킴으로써, 하측 날(21)을 상측 날(31)에 대하여 접근 또는 이격시킬 수 있다. 하측 날(21)이 상측 날(31)에 접근하면 클리어런스 C는 축소되고, 하측 날(21)이 상측 날(31)로부터 이격되면 클리어런스 C는 확대된다. 액추에이터(5a)는, 상측 날(31)이 피가공재(6)의 상면에 맞닿은 후, 피가공재(6)에 파단면이 발생할 때까지 사이에, 상측 날(31)의 이동량에 따라서 클리어런스 C를 증가시킨다. 구체적으로는, 액추에이터(5a)는, 상측 날(31)의 피가공재(6)의 두께 방향의 이동량에 따라서 하측 날(21)을 상측 날(31)로부터 이격시킨다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 있어서, 액추에이터(5a)는 클리어런스 조절 기구로서 기능한다. 또한, 액추에이터(5a)는, 상측 날(31)의 이동량에 따라서 하측 날(21)을 연속적으로 상측 날(31)로부터 이격시켜도 되고, 혹은 상측 날(31)의 이동량에 따라서 하측 날(21)을 단계적으로 상측 날(31)로부터 이격시켜도 된다. 또한, 액추에이터(5a)는, 상측 날(31)의 두께 방향의 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 하측 날(21)을 소정의 거리만큼 상측 날(31)로부터 이격시켜도 된다.

도 2a 내지 도 2c는, 도 1에 도시하는 전단 가공 장치(1)의 동작 및 피가공재(6)의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다.

도 2a에는, 상측 날(31)이 피가공재(6)의 상면에 맞닿은 상태가 도시되어 있다. 이때, 클리어런스 C는 c₀으로 설정되어 있다. 이하의 설명에서는, 이때의 상측 날(31)의 이동량 H(피가공재(6)의 두께 방향의 이동량)를 0으로 한다. 도 2a에 나타내는 상태로부터, 상측 날(31)이 추가로 이동하여 피가공재(6)에 압입되기 시작함으로써, 피가공재(6)의 내부에서는 재료의 소성 변형과, 거기에 수반하는 가공 경화가 시작된다. 이때, 재료의 가공 경화는, 하측 날(21)과 상측 날(31)을 연결하는 면을 따른 영역 R_1A에 집중된다.

본 실시 형태에서는, 도 2a의 상태가, 피가공재(6)의 두께 방향에 수직인 면 방향으로 작용점의 클리어런스를 가지고, 피가공재(6)에 전단력을 작용하는 것을 개시하는 공정(가공 개시)에 상당한다.

도 2b에는, 도 2a에 나타내는 상태로부터 상측 날(31)이 추가로 이동하여 피가공재(6)에 압입된 상태가 도시되어 있다. 이때, 상측 날(31)의 이동량 H는 h₁이다. 도 2a에 나타내는 상태 후, 액추에이터(5a)가 다이(2)를 이동시키고, 하측 날(21)이 상측 날(31)로부터 이격됨으로써, 클리어런스 C는 c₀으로부터 c₁까지 증가하고 있다. 피가공재(6)의 내부에 있어서의 재료의 가공 경화는, 영역 R_1B에서 발생하고 있다. 영역 R_1B는, 영역 R_1A와 비교하여, 피가공재(6)의 하면측에 있어서 넓어진 형상을 갖는다.

도 2c에는, 도 2b에 도시하는 상태로부터 상측 날(31)이 추가로 이동하여, 보다 깊이 피가공재(6)에 압입된 상태가 도시되어 있다. 상측 날(31)의 이동량 H는 h₁보다도 큰 h₂이다. 이때, 피가공재(6)에는 파단면(61)이 발생한다. 도 2b에 도시하는 상태 후에, 액추에이터(5a)가 다이(2)를 추가로 이동시키고, 하측 날(21)이 상측 날(31)로부터 추가로 이격됨으로써, 클리어런스 C는 c₁로부터 c₂까지, 더욱 증가하고 있다. 피가공재(6)의 내부에 있어서의 재료의 가공 경화는, 영역 R_1C에서 발생하고 있다. 영역 R_1C는, 영역 R_1A와 비교하여, 피가공재(6)의 하면측에 있어서 더욱 넓어진 형상을 갖는다.

본 실시 형태에서는, 도 2b 및 도 2c의 상태가, 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재(6)에 파단면이 발생할 때까지 전단력을 작용시키는 공정(가공 종료)과, 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재(6)에 파단면(61)이 발생할 때까지 사이에, 피가공재(6)의 두께 방향의 변형에 따라, 클리어런스를 증가시키는 공정에 상당한다.

여기서, 도 2c에 도시되어 있는 바와 같이, 피가공재(6)의 파단면(61)은, 가공 경화가 발생한 영역 R_1C를 가로질러서 발생한다. 따라서, 파단 후의 피가공재(6)의 단부면에는, 가공 경화의 영향을 받은 영역이 남게 된다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 전단 가공 중에 상측 날(31)의 이동량 H에 따라서 클리어런스 C가 증가함으로써, 가공 경화가 종래보다도 넓은 영역에 분산하여 발생하고 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 파단 후의 피가공재(6)의 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향이 종래보다도 저감되어 있다.

도 3a 내지 도 3c는, 도 2a 내지 도 2c와 대비하여, 종래의 전단 가공 장치의 동작 및 피가공재(6)의 거동을 모식적으로 도시하는 도이다. 도시된 종래의 예에서는, 전단 가공 사이를 통해서, 클리어런스 C가 c₂(도 2c에 있어서의 클리어런스 C와 동일함)로 고정되어 있다.

도 3a에 도시하는 상태에 있어서, 피가공재(6)의 내부에 있어서의 재료의 가공 경화는 영역 R_2A에서 발생하고 있다. 도 2a에 도시된 영역 R_1A와 마찬가지로, 영역 R_2A는 하측 날(21)과 상측 날(31)을 연결하는 면을 따른 영역이다.

도 3b에 도시하는 상태에 있어서, 피가공재(6)의 내부에 있어서의 재료의 가공 경화는 영역 R_2B에서 발생하고 있다. 또한, 도 2b에 도시된 영역 R_1B는 피가공재(6)의 하면측에 있어서 넓어진 형상을 갖고 있었지만, 도 3b에 도시된 영역 R_2B에는 그러한 확장이 없다.

도 3c에 도시하는 상태에 있어서, 피가공재(6)의 내부에 있어서의 재료의 가공 경화는, 영역 R_2C에서 발생하고 있다. 또한, 도 2c에 도시된 영역 R_1C는 피가공재(6)의 하면측에 있어서 더욱 넓어진 형상을 갖고 있었지만, 도 3c에 도시된 영역 R_2C에는 그러한 확장이 없고, 영역 R_2C는 하측 날(21)과 상측 날(31)을 연결하는 면을 따른 비교적 좁은 영역이다.

여기서, 도 2c에 도시되는 본 실시 형태와, 도 3c에 도시되는 종래의 예 사이에서는, 피가공재(6)에 파단면(61)이 발생할 때의 클리어런스 C가 동일(c₂)하기 때문에 파단 후의 피가공재(6)의 단부면 형상에 큰 차이는 없다. 또한, 파단 후의 피가공재(6)의 단부면에 가공 경화의 영향을 받은 영역이 남는 점도 동일하다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서 파단 시에 가공 경화가 발생한 영역 R_1C는, 종래의 경우의 영역 R_2C보다도 넓다. 즉, 본 실시 형태에서는, 가공 경화가 종래보다도 넓은 영역에 분산하여 발생하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 파단 후의 피가공재(6)의 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향을 종래보다도 저감시킬 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조절 기구의 다른 예를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, 이 예에 있어서, 전단 가공 장치(1)는, 클리어런스 조절 기구로서 리니어 캠 기구(5b)를 구비한다. 리니어 캠 기구(5b)는, 펀치(3)로 형성되는 제1 경사면(51)과, 다이(2)에 형성되는 제2 경사면(52)을 포함한다. 제1 경사면(51)은, 펀치(3)로 형성된 상측 날(31)과 함께 일체로 피가공재(6)의 두께 방향으로 이동 가능하다. 또한, 제2 경사면(52)은, 제1 경사면(51)에 미끄럼 접촉하고, 다이(2)에 형성된 하측 날(21)과 함께 일체로 피가공재(6)의 면 방향으로 이동 가능하다. 전단 가공 장치(1)에는, 추가로, 피가공재(6)의 면 방향으로 다이(2)를 펀치(3)를 향하여 가압하는 스프링(22)이 마련된다. 스프링(22)은, 제1 경사면(51)과 제2 경사면(52)이 미끄럼 접촉하고 있지 않을 때 클리어런스 C를 보유 지지하는, 클리어런스 보유 지지 기구로서 기능한다.

상기 예에서는, 펀치(3)가 피가공재(6)의 두께 방향으로 이동함으로써 제1 경사면(51)이 제2 경사면(52)에 접촉한 시점에, 다이(2)가 피가공재(6)의 면 방향으로 이동하고, 하측 날(21)이 상측 날(31)로부터 이격되기 시작한다. 그 후, 제1 경사면(51)과 제2 경사면이 미끄럼 접촉한 상태로 펀치(3)이 피가공재(6)의 두께 방향으로의 이동을 계속하면, 그것에 수반하여 연속적으로 하측 날(21)은 상측 날(31)로부터 이격되어 간다. 이와 같이 하여, 상기 예에서는, 리니어 캠 기구(5b)가 상측 날(31)의 이동량에 따라서 하측 날(21)을 연속적으로 상측 날(31)로부터 이격시킨다.

클리어런스 조절 기구로서 리니어 캠 기구(5b)를 사용한 경우, 펀치(3)의 구동력을 이용하여 클리어런스 C를 변화시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 설비의 간략화나 공정의 고속화를 실현할 수 있다. 이에 비해, 클리어런스 조절 기구로서 상술한 액추에이터(5a)를 사용한 경우, 펀치(3)의 구동과는 독립된 동작으로서 클리어런스 C를 변화시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 클리어런스 C를 변화시키는 방법(변화량, 변화의 비율, 변화의 개시 시점 및 종료 시점 등)을 임의로 조절할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조절 기구의 또 다른 예를 도시하는 개략적인 단면도이다.

도 4에서 설명한 예에서는, 하측 날(21)이 마련된 강성이 높은 다이(2)를, 리니어 캠 기구(5b)에 의해, 클리어런스가 변화하는 방향으로 강제적으로 이동시킴으로써, 클리어런스 C를 변화시키고 있었다.

이에 비해, 본 예에서는, 도 5a를 참조하면, 전단 가공 장치(1)의 다이(2)는, 다이 본체(2a)와, 탄성체(5c)를 구비하고, 강성이 낮은 다이 본체(2a)의 하측 날(21)을 탄성체(5c)로 지지함으로써, 클리어런스가 변화하는 방향의 하측 날(21)의 후퇴 방식을 제어하는 것이다.

다이 본체(2a)의 클리어런스의 변화 방향의 이동을 허용하는 상태로, 탄성체(5c)가 다이 본체(2a)를 지지한다.

다이 본체(2a)는, 하측 날(21)을 포함하는 상측 부분에 있어서의, 클리어런스가 변화하는 방향에서의 두께가, 상하 방향에서의 다른 부분보다 얇은 박육 부분을 구비하고 있다.

탄성체(5c)는, 펀치(3)가 피가공재(6)에 접촉하고 있는 상태로, 적어도 다이 본체(2a)의 박육 부분을 지지한다.

다이 본체(2a) 및 탄성체(5c)는, 반드시 접합되어 있을 필요는 없고, 전단력의 비작용 시에 이격되어 있어도 된다. 또한, 박육 부분의 두께는 상하 방향으로 상이해도 된다.

탄성체(5c)는, 하측 날(21)의 연장 방향을 따라서 연속되는 상태로 배치되어 있으면 된다.

탄성체(5c)의 상하 방향의 길이 및 클리어런스 변화 방향의 길이는, 예를 들어 홀더(4)의 배치와의 관계나 탄성체(5c)의 탄성률 등에 기초하여 적절히 설정된다.

탄성체(5c)는, 다이 본체(2a)와는 반대측에서 도시하지 않은 벽면 등에 설치되어 있다. 하측 날(21)이 받는 피가공재(6)의 면 방향의 압박력에 의해, 탄성 변형한 하측 날(21)의 상측 부분은, 클리어런스가 변화하는 방향으로 탄성 변형한다. 탄성체(5c)는, 피가공재(6)의 면 방향에 수직인 방향으로부터 하측 날(21)이 받는 압박력에 대항하는 탄성력을, 하측 날(21)을 포함하는 다이 본체(2a)에 부여한다. 이에 의해, 하측 날(21)에 작용하는 피가공재(6)의 면 방향의 압박력이 점차 증대함에 수반하여, 탄성 변형한 다이 본체(2a)의 상측 부분이 탄성 변형한 탄성체(5c)에 지지된 상태로 점차 피가공재(6)의 면 방향의 압박력의 방향으로 이동한다.

또한, 다이 본체(2a)가 박육 부분을 구비하지 않는 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 다이 본체(2a)의 전체를, 피가공재(6)의 면 방향을 따라서 이동 가능하게 설치하고, 탄성체(5c)가 다이(2)의 이동을 허용하는 상태로 지지하게 된다. 하측 날(21)에 작용하는 피가공재(6)의 면 방향의 압박력이 점차 증대함에 수반하여, 다이 본체(2a)의 전체가 피가공재(6)의 면 방향을 따라서 이동함으로써, 하측 날(21)이 점차 피가공재(6)의 면 방향의 압박력의 방향으로 이동한다.

전단 가공 장치(1)에서는, 상측 날(31)을 포함하는 펀치(3)가 피가공재(6)의 상면에 맞닿은 후, 추가로 피가공재(6)의 두께 방향으로 이동함에 수반하여, 하측 날(21)을 포함하는 다이(2)에 피가공재(6)의 면 방향의 압박력, 구체적으로는 하측 날(21)이 상측 날(31)로부터 이격하는 방향의 압박력이 작용하는 경우가 있다. 압박력은, 상측 날(31)의 이동에 따라 점차 증대한다. 이 경우, 상기와 같이 탄성체(5c)가 압박력에 대항하는 탄성력을 다이 본체(2a)에 부여함으로써, 상측 날(31)의 이동량에 따라서 클리어런스 C를 연속적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 이 예에 있어서, 탄성체(5c)의 초기 두께(피가공재(6)가 없는 경우, 또는 상측 날(31)이 피가공재(6)에 맞닿지 않은 경우의 두께)나, 탄성체(5c)의 특성은, 클리어런스 C의 초기값 c₀에 따라서 결정된다. 또한, 탄성체(5c)의 탄성률(영률) 등의 특성은, 상측 날(31)의 이동량 H에 대한 클리어런스 C의 적절한 증가 비율에 따라 결정된다.

또한, 탄성체(5c) 대신에, 코일 스프링이나 공기 스프링을 이용한 기계적인 탄성 수단을 사용해도 된다. 예를 들어, 하측 날(21)의 이면에 하측 날(21)을 지지하는 지지부를 마련하고, 추가로 지지부의 이동과 함께 구동하는 캠 기구, 링크 기구 등을 마련하여, 캠 기구 및 링크 기구가 소정량만큼 구동되면, 코일 스프링, 공기 스프링에 압축력을 작용시켜, 하측 날(21)의 압박력에 대항하는 탄성력을 다이 본체(2a)에 부여해도 된다.

도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조정 기구의 또 다른 예를 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 6을 참조하면, 이 예에 있어서, 대기 상태의 펀치(3)는, 도 6의 실선으로 나타내지는 위치에 배치되어 있다. 펀치(3)가, 도 6의 실선으로 나타내는 위치에 있으면, 피가공재(6)의 법선 방향으로부터 보았을 때, 펀치(3)의 상측 날(31)이 다이(2)의 존재 영역에 위치하고 있다.

이어서, 펀치(3)이 하강을 개시하기 전, 하강을 개시함과 동시, 또는, 하강을 개시한 후의 어느 타이밍에 다이(2)에 대하여 펀치(3)가 후퇴하고, 펀치(3)가 피가공재(6)의 면에 도달하면, 펀치(3)는 도 6의 이점 쇄선으로 나타내는 위치에 위치한다. 펀치(3)가 도 6의 이점 쇄선으로 나타내는 위치에 있으면, 펀치(3)가 클리어런스 C=c₀을 가진 상태로 피가공재(6)의 상면과 맞닿아 있다.

즉, 대기 상태로는, 펀치(3)는 어느 위치에서 대기하고 있어도 되고, 펀치(3)가 구동하고, 피가공재(6)의 면에 도달할 때까지 또는 도달함과 동시에, 펀치(3) 및 다이(2)가 클리어런스 C=c₀을 확보할 수 있는 위치로 되도록 대기 상태로부터의 펀치(3)의 이동이 완료되면 된다.

또한, 도 6에서는, 다이(2)에 대하여, 펀치(3)가 이동하는 형태로 설명을 하고 있지만, 다이(2) 및 펀치(3)의 이동은, 상대 이동하는 경우를 포함하는 것이면 된다. 예를 들어, 펀치(3)에 대하여 다이(2)가 이동하는 경우여도, 다이(2) 및 펀치(3)의 양자가 이동하는 경우여도 된다.

도 7은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조정의 또 다른 예를 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 7을 참조하면, 이 예에 있어서는, 전단 가공 설비(7)는, 반송 장치(8) 및 전단 가공 장치(1A)로부터 전단 가공 장치(1C)를 구비하고, 반송 장치(8)를 따라 배치된 전단 가공 장치(1A), 전단 가공 장치(1B), 전단 가공 장치(1C)에서 분담하여, 피가공재(6)의 가공을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 각각의 전단 가공 장치(1A, 1B, 1C)에는, 클리어런스 조절 기구는 마련되어 있지는 않다.

반송 장치(8)는, 로봇 암이나, 벨트 컨베이어 등으로 구성되고, 전단 가공 장치(1A)로부터 전단 가공 장치(1C)의 순서로 피가공재(6)를 상류로부터 하류를 향하여 반송한다.

전단 가공 장치(1A)에서는, 클리어런스가 C=c₀으로 설정되어 있다. 전단 가공 장치(1B)에서는, 전단 가공 장치(1A)의 클리어런스보다도 큰 클리어런스 C=c₁로 설정되어 있다. 전단 가공 장치(1C)에서는, 전단 가공 장치(1B)의 클리어런스보다도 큰 클리어런스가 C=c₂로 설정되어 있다.

그리고, 전단 가공 장치(1A)에 의해, 피가공재(6)를 클리어런스 C=c₀, 압입량(피가공재(6)의 두께 방향에 있어서의 상측 날(31) 및 하측 날(21)의 이동량) H=0의 상태로 압박력을 작용시킨다. 이 상태로 도 2a에 도시하는 가공 경화 영역 R_1A가 발생하면, 반송 장치(8)에 의해, 피가공재(6)를 전단 가공 장치(1B)로 이동하고, 전단 가공 장치(1B)에 의해, 피가공재(6)를, 도 2b에 도시하는 클리어런스 C=c₁, 압입량 H=h₁까지 가공한다. 마지막으로, 반송 장치(8)에 의해, 피가공재(6)를 전단 가공 장치(1C)로 이동시키고, 전단 가공 장치(1C)에 의해, 피가공재(6)를 도 2c에 도시하는 클리어런스 C=c₂, 압입량 H=h₂까지 가공한다. 즉, 본 예에 있어서는, 복수의 전단 가공 장치(1A, 1B, 1C)는, 반송 경로의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 클리어런스가 커져 가게 배치된다.

상기 예에서는, 전단 가공 설비가, 3대의 전단 가공 장치(1A, 1B, 1C)를 구비하는 것을 예시했지만, 전단 가공 설비가 전단 가공 장치를 2대 또는 4대 이상 구비하고 있어도 된다. 또한, 전단 가공 장치를 3대 이상 구비하는 경우, 전단 가공 장치(1A)에 설정된 클리어런스 C=c₀, 전단 가공 장치(1B)에 설정된 클리어런스 C=c₁, 전단 가공 장치(1C)에 설정된 클리어런스 C=c₀을 유지한 상태로, 피가공재(6)에 있어서의 다른 부위의 가공을 행해도 된다.

이렇게 복수의 전단 가공 장치(1A)로부터 전단 가공 장치(1C)를 사용해도, 피가공재(6)의 두께 방향에 수직인 면 방향으로 작용점의 클리어런스를 가지고, 피가공재(6)에 전단력을 작용시키는 것을 개시하는 공정과, 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재(6)에 파단면(61)이 발생할 때까지 전단력을 작용시키는 공정과, 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 상기 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 사이에, 피가공재(6)의 두께 방향의 변형에 따라, 클리어런스를 증가시키는 공정을 실시할 수 있다. 따라서, 전술과 마찬가지의 작용 및 효과를 향수할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 클리어런스 조절 기구의 예는, 상기 예에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 클리어런스 조절 기구로서, 전단 가공 중에 교환 가능한 복수의 다이(2)를 사용해도 된다. 이 경우, 다른 클리어런스 C에 대응하는 복수의 다이(2)를 상측 날(31)의 이동량 H에 따라서 순차 교환하여 사용함으로써, 클리어런스 C를 단계적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 클리어런스 C의 초기값(도 2a에 도시된 클리어런스 c₀) 및 종료값(도 2c에 도시된 클리어런스 c₂)에 대응하는 2종류의 다이(2)를 상측 날(31)의 이동량 H에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 교환하여 사용함으로써, 클리어런스 C를 증가시켜도 된다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명하였다. 또한, 도 1의 단면도에 도시된 것과 같은 전단 가공 장치의 구성은, 반드시 전단 가공 장치의 전체에 대하여 공통이 아니어도 된다. 즉, 본 실시 형태에 따른 전단 가공 장치는, 전단 가공 부분의 일부에 있어서, 상술한 바와 같은 클리어런스 조절 기구(액추에이터(5a), 리니어 캠 기구(5b) 등)가 마련되는 한편, 전단 가공 부분의 다른 부분에는 클리어런스 조절 기구가 마련되지 않고, 따라서 클리어런스가 고정되는 것이어도 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 신장 플랜지 균열이 발생하기 쉬운 곡선 부분에 한정하여 클리어런스 조절 기구가 배치되어도 된다.

실시예

계속해서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 실시예에 공통되어, 피가공재는 인장 강도 615MPa의 강판이고, 판 두께는 1mm이다. 또한, 전단 가공은 직경 10mm의 펀치를 사용한 천공이다. 다이에 대해서는, 구멍 부분의 내경이 10.1mm로부터 10.4mm까지 0.025mm 간격으로 변화하는 12종류를 준비하고, 이하에서 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하는 바에 따라서 순차 교환하면서 전단 가공을 실시하였다.

도 8은, 클리어런스를 연속적으로 증가시킨 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다. 도 8에 나타내는 그래프에서는, 실시예 1 내지 실시예 7에 있어서의 클리어런스 C와, 상측 날의 이동량 H의 관계가 나타나 있다. 또한, 이하의 실시예의 설명에 있어서, 클리어런스 C는 판 두께 t에 대한 비율(C/t)로 기술된다. 각 실시예에서는, 다이의 교환에 의해 클리어런스 C가 0.05mm로부터 0.2mm까지 0.0125mm 간격으로 증가하지만, 이 경우 C/t는 5％로부터 20％까지, 1.25％ 간격으로 증가하게 된다. 또한, 이하의 실시예의 설명에 있어서, 이동량 H는, 기준 이동량 H_{_ref}에 대한 비율(H/H_{_ref})로 기술된다. 여기서, 기준 이동량 H_{_ref}는, 실시예와 마찬가지인 피가공재를, 클리어런스를 최댓값(C/t=20％)으로 고정하여 전단한 경우에, 파단면이 발생하는 이동량 H에 대응한다. 기준 이동량 H_{_ref}는 미리 행하여진 시험에 의해 측정되고, 각 실시예에 공통되게 클리어런스 C의 제어를 위한 지표로서 사용되고 있다.

도시되어 있는 각 실시예에서는, H/H_{_ref}가 0으로부터 소정값(실시예 1에서는 10％, 실시예 2에서는 20％, 실시예 3에서는 40％, 실시예 4에서는 60％, 실시예 5에서는 80％, 실시예 6에서는 90％, 실시예 7에서는 100％)에 도달할 때까지 사이에, 상기 12종류의 다이를 순차 교환함으로써, C/t가 5％로부터 20％까지 의사 연속적으로 증가되고 있다. H/H_{_ref}가 소정값으로 도달한 후에는 C/t를 20％로 유지한 채, 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 상측 날의 이동을 계속하였다.

도 9는, 클리어런스를 단계적으로 증가시킨 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다. 도 9에 나타내는 그래프에서는, 실시예 4 및 실시예 4s에 있어서의 클리어런스 C(C/t)와, 상측 날의 이동량 H(H/H_ref)의 관계가 나타나 있다. 또한, 실시예 4의 그래프는, 도 8에 나타낸 것과 동일하다. 실시예 4s에서는, 실시예 4와 동일 정도의 이동량 H의 범위에서, 다이를 순차 교환함으로써 C/t가 5％로부터 20％까지 증가되고 있다. 단, 실시예 4s에서는, 상기 12종류의 다이 중 4종류만을 사용함으로써, 클리어런스 C가 0.0375mm 간격으로(즉, C/t가 3.75％ 간격으로) 단계적으로 변화되도록 하고 있다.

도 10a 및 도 10b는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 단부면 형상을 도시하는 사진이다. 도 10a에는, 상기에서 도 8에 도시한 실시예 6에 있어서의 파단 후의 피가공재의 단부면 형상이 도시되어 있다. 도 10b에는, 각 실시예와 마찬가지인 피가공재를, 클리어런스를 최댓값(C/t=20％)으로 고정하여 전단한 비교예(비교예 1)에 있어서의, 파단 후의 피가공재의 단부면 형상이 도시되어 있다. 이들의 사진에 도시되어 있는 바와 같이, 실시예 6과 비교예 1 사이에서, 파단 후의 피가공재의 단부면 형상에 큰 차이는 없었다. 실시예 2 내지 실시예 5 및 실시예 7에 대해서도 마찬가지로, 비교예 1과의 사이에서 파단 후의 피가공재의 단부면 형상에 큰 차이는 없었다. 실시예 1만, 비교예 1에 비하여 약간의 단부면 형상의 변화가 보였지만, 이 점에 대해서는 후술한다.

도 11은, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 단부면의 평균 비커스 경도를 나타내는 그래프이다. 각각의 예에 있어서, 경도는, 파단 후의 피가공재를 단부면에 교차하는 방향으로 절단하고, 단부면으로부터 80㎛의 위치에서 피가공재의 두께 방향으로 배열된 14점의 측정점에서, 비커스 경도 시험(JIS Z 2244)을 실시함으로써 측정되었다. 또한, 도 10a 및 도 10b에 있어서 관찰되는 피가공재의 단부면 부근의 점은, 비커스 경도 시험의 측정점이다. 도 11의 그래프에는, 각각의 예에 있어서의 비커스 경도 시험의 측정값의 전체 측정점에서의 평균값(Hv_{_ave})이 나타나 있다.

그래프를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 7 및 실시예 4s의 모두에 있어서, Hv_{_ave}의 값은 비교예 1을 하회하고 있고, 각 실시예에 있어서 파단 후의 피가공재의 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향이 저감되었음을 알 수 있다. 한편, 각 실시예를 비교하면, Hv_{_ave}의 값이 특히 작은 것은, 클리어런스 C가 연속적으로 증가하고, 또한 클리어런스 C의 증가가 H_{_ref}의 20％ 내지 80％에 맞는 이동량 H의 범위에서 실행되는 경우(실시예 2 내지 실시예 5)였다. 또한, 실시예 1에 대해서는, 상술한 바와 같이 비교예 1 및 다른 실시예에 비하여 약간의 단부면 형상의 변화가 발생했기 때문에, 경도가 다른 실시예보다도 약간 컸던 것으로 생각된다.

도 12는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 파단 후의 피가공재의 구멍 확장성을 나타내는 그래프이다. 각각의 예에 있어서, 구멍 확장성은, 상기와 같이 직경 10mm의 펀치를 사용하여 천공 가공된 피가공재에 대하여, 구멍 확장 시험(JIS Z 2256)을 실시함으로써 측정되었다. 도 12의 그래프에는, 각각의 예에 있어서의 구멍 확장 시험에 의해 측정된 구멍 확장률(λ)이 나타나 있다.

그래프를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 7, 및 실시예 4s의 모두에 있어서, λ의 값은 비교예 1을 상회하고 있고, 각 실시예에 있어서 파단 후의 피가공재의 구멍 확장성이 개선되었음을 알 수 있다. 한편, 각 실시예를 비교하면, λ의 값이 특히 큰 것은, 클리어런스 C가 연속적으로 증가하고, 또한 클리어런스 C의 증가가 H_{_ref}의 20％ 내지 80％에 맞는 이동량 H의 범위에서 실행되는 경우(실시예 2 내지 실시예 5)였다. 또한, 실시예 1에 대해서는, 상술한 바와 같이 비교예 및 다른 실시예에 비하여 약간의 단부면 형상의 변화가 발생했기 때문에, 구멍 확장성이 다른 실시예보다도 약간 저하된 것으로 생각된다.

도 13은, 클리어런스를 단계적으로 증가시킨 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다. 도 13에 나타내는 그래프에서는, 실시예 8 및 실시예 9에 있어서의 클리어런스 C(C/t)와, 상측 날의 이동량 H(H/H_ref)의 관계가 나타나 있다. 실시예 8은, 클리어런스 C를 단계적으로 증가시킨 예이고, C/t의 초기값을 5％로 하여 전단 가공을 개시한 후, H/H_ref가 16％, 32％ 및 48％일 때 각각 C/t가 3.75％ 간격으로 증가하도록 다이를 교환하고 있다. 이에 의해, C/t는, 초기값의 5％로부터 최댓값의 20％까지 4단계로 증가한다. 실시예 9는, 실시예 8과 마찬가지로 클리어런스 C를 단계적으로 증가시킨 예이지만, H/H_ref가 32％, 64％ 및 96％일 때 다이를 교환함으로써, C/t를 보다 완만하게 증가시키고 있다.

도 14는, 도 13에 나타낸 실시예 및 비교예에 있어서의 사이드 벤드 시험의 개구율을 나타내는 그래프이다. 또한, 사이드 벤드 시험에 대해서는, 요시다, 외 5명, 「신장 플랜지 성형성의 평가 방법과 대책 기술」, 신닛테츠 기보, 신닛본 세이테츠 가부시키가이샤, 2012년, 제393호, p.18-24에 상세하게 기재되어 있다. 도 12에는, 도 11에 도시된 실시예 8 및 실시예 9, 및 클리어런스를 최댓값(C/t=20％)에 고정하여 전단한 비교예 1에 있어서의, 사이드 벤드 시험의 개구율이 나타나 있다. 그래프를 참조하면, 실시예 8 및 실시예 9의 어떤 경우든 개구율은 비교예 1을 상회하고 있고, 양쪽 실시예에 있어서 신장 플랜지성이 향상되었음을 알 수 있다. 한편, 실시예 8과 실시예 9를 비교하면, 개구율이 보다 큰 것은, C/t를 보다 완만하게 증가시킨 실시예 9였다.

여기서, 상술한 실시예 1 내지 실시예 7에서는, 클리어런스 C의 증가가 H_{_ref}의 80％를 초과하는 이동량 H의 범위에서 실행되는 실시예 6 및 실시예 7에 있어서, 비커스 경도 시험의 측정값이나 구멍 확장률의 개선이 보이기는 하지만, 개선 폭은 실시예 2 내지 실시예 5에 비하여 약간 작다는 결과가 보였다. 이에 비해, 실시예 8과 실시예 9 사이에서는, 클리어런스 C의 증가가 H/H_{_ref}=48％로 종료된 실시예 8보다도, 클리어런스 C의 증가가 H/H_{_ref}=96％로 종료된 실시예 9쪽이 개구율의 개선 폭이 크다는 것이 나타났다. 이 결과에 의해, 전단 가공 후의 피가공재에 요구되는 특성에 따라서는, 클리어런스 C를 증가시키는 공정을 H_{_ref}의 80％ 이하의 이동량 H의 범위에서 실행하는 것이 좋은 것만은 아니며, 오히려 H_ref의 80％를 초과하는 이동량 H의 범위까지 실행한 쪽이 좋은 경우도 있음이 나타났다고 할 수 있다.

도 15는, 클리어런스의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 증가시킨 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 위한 그래프이다. 도 15에 나타내는 그래프에서는, 비교예 2, 실시예 10, 실시예 11 및 실시예 12에 있어서의 클리어런스 C(C/t)와, 상측 날의 이동량 H(H/H_ref)의 관계가 나타나 있다.

비교예 2에서는, 처음부터 C/t가 최댓값의 20％로 증가하도록 다이를 고정하고 있다.

실시예 10에서는, H/H_ref가 32％인 타이밍에, C/t가 최댓값의 20％까지 증가하도록 다이를 교환하고 있다.

한편, 실시예 11에서는, H/H_ref가 64％인 타이밍에, C/t가 5％로부터 20％까지 증가하도록 다이를 교환하고 있다.

또한, 실시예 12에서는, H/H_{_ref}가 96％인 타이밍에, C/t가 5％로부터 20％까지 증가하도록 다이를 교환하고 있다.

도 16은, 도 15에 도시된 실시예 10으로부터 실시예 12 및 비교예 2에 있어서의 사이드 벤드 시험의 개구율을 나타내는 그래프이다. 도 16에는, 도 15에 도시된 비교예 2 및 실시예 10으로부터 실시예 12에 있어서의, 사이드 벤드 시험의 개구율이 나타나 있다. 도 16을 참조하면, 비교예 2에서는, 개구율이 46％로 낮게 되어 있지만, 다이의 교환 타이밍에 되는 H/H_{_ref}를 크게 하면, 개구율이 점차 커졌고, 실시예 12에서는, 개구율이 대폭으로 향상되었다.

실시예 10으로부터 실시예 12에 도시하는 바와 같이, 사이드 벤드 시험의 개구율이 향상된 것은, 이하의 지견에 의한 것으로 추측된다.

먼저, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 펀치(3)의 상측 날(31)에 의한 가공 당초는, 클리어런스 C=c₀인 상태로 피가공재(6)의 가공이 개시되고, 상측 날(31) 및 하측 날(21) 사이에서 가공 경화 영역(R_3A)이 발생한다. 그대로, 상측 날(31)이 하강하면, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 피가공재(6)에 가공 경화 영역(R_3B)이 확대된다.

또한, 상측 날(31)이 하강하면, 도 17c에 도시하는 바와 같이, 가장 가공 경화가 진행한 영역(R_3C)으로 되고, 파단면이 발생하기 직전으로 된다. 이때, 다이(2)의 하측 날(21)을 후퇴시키면, 도 17d에 도시하는 바와 같이, 상측 날(31) 및 하측 날(21) 사이를 연결하는 파단면(61)은, 가공 경화가 발생한 영역(R_3C)이 아닌, 가공 경화가 발생하지 않은 영역에 도달한다.

이에 의해, 피가공재(6)의 단부에 가공 경화의 영역이 거의 발생하지 않게 되기 때문에, 가공 후의 피가공재(6)는, 가공 경화의 영향을 받지 않는 영역이 파단면으로 되어, 개구율이 커진다.

상기 결과에 의해, 이동량 H에 따라서 클리어런스 C를 증가시키는 예로서, 이동량 H에 따라서 클리어런스 C를 연속적으로, 또는 단계적으로 증가시키는 예뿐만 아니라, 이동량 H에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 클리어런스 C를 증가시키는 예도, 파단 후의 부재 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향을 저감시키기 위하여 유효하다는 것이 나타났다고 할 수 있다. 단, 클리어런스 C를 증가시키는 타이밍에 따라서는, 실시예 10 및 실시예 11과 같이 충분한 효과를 얻지 못하는 경우도 있을 수 있기 때문에, 시험 등에 의해 이동량 H에 따른 적절한 타이밍을 미리 결정하여 둘 필요가 있다.

또한, 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 다이 교환으로 되는 타이밍 H/H_{_ref}가, 파단면(61)이 발생하기 직전에 가까우면 가까울수록 개구율이 향상되고 있다. 따라서, 가장 좋은 타이밍은, 파단면(61)이 발생하기 직전의 타이밍에, 클리어런스 C를 증가시키는 것이 좋다고 추정된다.

이상에서 설명한 것과 같은 실시예에 의해, 본 발명이, 파단 후의 피가공재의 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향을 저감시키고, 후처리에 있어서의 구멍 확장 등의 가공성을 향상시키기 위하여 유효하다는 것이 나타났다.

또한, 상기 실시예에서는, 클리어런스 C를 증가시키는 공정이 이동량 H가 0인 시점, 즉 상측 날이 피가공재의 상면에 맞닿은 직후로부터 개시되었지만, 당해 공정을 이동량 H가 0보다도 큰 소정의 값이 된 시점부터, 즉 상측 날이 피가공재에 어느 정도 압입된 도중의 시점부터 개시해도 된다.

또한, 상기 실시예에서는, 인장 강도 615MPa의 강판을 피가공재로서 전단 가공을 실시했지만, 본 발명자들의 지견에 의하면, 본 발명을 보다 효과적으로 실시할 수 있는 피가공재는, 인장 강도 270MPa 이상의, 비교적 강도가 높은 강판이다. 그 이유는, 상기에서 본 발명의 일 실시 형태로서 설명한 바와 같은 피가공재의 거동은, 전단 가공 시에 연성 파괴 균열이 발생하는 것을 전제로 한 것이지만, 강도가 낮은 강판에서는 국부 변형능이 우수하기 때문에, 그러한 연성 파괴 균열이 발생하기 어렵기 때문이다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 예를 들어 인장 강도 980MPa 이상의 고강도 강판이라면, 전단 가공 중에 연성 파괴 균열이 안정되게 발생하기 때문에, 본 발명은 효과적으로 실시할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 판 두께가 1mm의 강판을 피가공재로 하여 전단 가공을 실시했지만, 본 발명자들의 지견에 의하면, 본 발명을 더 효과적으로 실시할 수 있는 피가공재는, 판 두께가 0.2mm 이상, 2mm 이하인 강판이다. 그 이유는, 판 두께가 너무 작으면, 그것에 수반하여 클리어런스 C의 값도 작아지고, 클리어런스 조절 기구에 의한 클리어런스 C의 안정적인 제어가 곤란해지기 때문이다. 한편, 판 두께가 너무 크면, 클리어런스 C가 변화함에 따라 단부면 형상의 변화가 발생하는 경우가 많고, 피가공재의 단부면에 있어서의 가공 경화의 영향을 저감시키는 효과가 얻어지기 어렵기 때문이다. 또한, 피가공재의 재질 및 전단 가공 부분의 형상 등에 따라서는, 판 두께가 0.1mm 이상, 4mm 이하, 혹은 판 두께가 0.05mm 이상, 8mm 이하인 경우도, 본 발명의 효과적인 실시가 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서의 피가공재는 반드시 강판에 한정되는 것은 아니며, 다른 금속 재료, 예를 들어 알루미늄 합금 등의 판이어도 된다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

1, 1A, 1B, 1C: 전단 가공 장치
2: 다이
21: 하측 날
22: 스프링
3: 펀치
31: 상측 날
4: 홀더
5a: 액추에이터
5b: 리니어 캠 기구
5c: 탄성체
51: 제1 경사면
52: 제2 경사면
6: 피가공재
61: 파단면
7: 전단 가공 설비
8: 반송 장치.

Claims (31)

1. 판상의 피가공재의 두께 방향으로 전단력을 작용시켜서 상기 피가공재를 파단하는 전단 가공 방법이며,
   상기 피가공재의 두께 방향에 수직인 면 방향으로 작용점의 클리어런스를 가지고, 피가공재에 전단력을 작용시키는 것을 개시하는 공정과,
   상기 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 전단력을 작용시키는 공정과,
   상기 전단력을 작용시키는 것을 개시한 후, 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 사이에, 상기 피가공재의 두께 방향의 변형에 따라, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정을 포함하고,
   상기 클리어런스를 C로 하고, 상기 피가공재의 판 두께를 t로 한 경우에, C/t가 5％ 이상인, 전단 가공 방법.
2. 제1항에 있어서, 하측 날과, 상기 하측 날과 상기 피가공재의 두께 방향으로 상대적으로 이동 가능한 상측 날을 구비하고, 상기 피가공재의 면 방향에 따른 상기 하측 날 및 상기 상측 날의 클리어런스가 상이한 복수의 전단 가공 장치에 의해 실시되고,
   상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 복수의 전단 가공 장치 중, 클리어런스가 작은 전단 가공 장치로부터, 클리어런스가 큰 전단 가공 장치의 순으로, 상기 피가공재에 전단력을 작용시켜 가는,
   전단 가공 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 피가공재의 하면에 맞닿는 하측 날과, 상기 피가공재의 두께 방향에서는 상기 하측 날에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상측 날을 구비한 1대의 전단 가공 장치에 의해 실시되고,
   상기 하측 날을 상기 피가공재의 하면에 맞닿게 하는 공정과,
   상기 피가공재의 면 방향을 따라서 상기 하측 날과 클리어런스를 가져서 상기 상측 날을 상기 피가공재의 상면에 맞닿을 때까지 상기 두께 방향으로 이동시키는 공정과,
   상기 피가공재의 상면에 맞닿은 상기 상측 날을, 상기 피가공재에 파단면이 발생할 때까지 추가로 상기 피가공재의 두께 방향으로 이동시키는 공정과,
   상기 상측 날이 상기 피가공재의 상면에 맞닿은 후, 상기 파단면이 발생할 때까지 사이에, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서 상기 클리어런스를 증가시키는 공정
   을 포함하는, 전단 가공 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 하측 날은, 상기 피가공재의 면 방향으로 상기 상측 날에 대하여 상대적으로 이동 가능하고,
   상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서 상기 하측 날 및 상기 상측 날을 상대적으로 이격시키는 공정을
   포함하는, 전단 가공 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서, 상기 클리어런스를 연속적으로 증가시키는 공정을
   포함하는, 전단 가공 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서, 상기 클리어런스를 연속적으로 증가시키는 공정을
   포함하는, 전단 가공 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서, 상기 클리어런스를 복수의 타이밍에 단계적으로 증가시키는 공정을
   포함하는, 전단 가공 방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서, 상기 클리어런스를 복수의 타이밍에 단계적으로 증가시키는 공정을
   포함하는, 전단 가공 방법.
9. 제3항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 상기 클리어런스를 증가시키는 공정을 포함하는, 전단 가공 방법.
10. 제4항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 상기 클리어런스를 증가시키는 공정을 포함하는, 전단 가공 방법.
11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클리어런스를 증가시키는 공정은, 상기 클리어런스가 소정값으로 고정되었을 경우에, 상기 상측 날이 상기 피가공재의 상면에 맞닿고 나서 상기 파단면이 발생할 때까지의 상기 피가공재의 두께 방향에 있어서의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 대응하는 기준 이동량의 20％ 이상의 이동량의 범위에서 실행되는, 전단 가공 방법.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가공재는, 인장 강도가 270MPa 이상의 강판인, 전단 가공 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 피가공재는, 인장 강도가 270MPa 이상의 강판인, 전단 가공 방법.
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가공재는, 판 두께가 0.2mm 이상, 2mm 이하의 강판인, 전단 가공 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 피가공재는, 판 두께가 0.2mm 이상, 2mm 이하의 강판인, 전단 가공 방법.
16. 제12항에 있어서, 상기 피가공재는, 판 두께가 0.2mm 이상, 2mm 이하의 강판인, 전단 가공 방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 피가공재는, 판 두께가 0.2mm 이상, 2mm 이하의 강판인, 전단 가공 방법.
18. 하측 날과,
    상기 하측 날에 대하여 접근 이격 방향으로 이동 가능하고, 상기 접근 이격 방향에 수직인 방향으로는, 클리어런스를 가지고 상기 하측 날에 대향하는 상측 날과,
    상기 상측 날의 접근 방향의 이동량에 따라, 상기 클리어런스를 증가시키는 클리어런스 조절 기구를 구비하고,
    상기 클리어런스를 C로 하고, 피가공재의 판 두께를 t로 한 경우에, C/t가 5％ 이상인, 전단 가공 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 하측 날은, 상기 상측 날의 접근 이격 방향에 수직인 방향으로 상대적으로 이동 가능하고,
    상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 상기 하측 날을 상기 상측 날로부터 이격시키는, 전단 가공 장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 클리어런스를 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 연속적으로 증가시키는, 전단 가공 장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 클리어런스를 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 연속적으로 증가시키는, 전단 가공 장치.
22. 제20항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는,
    상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동 방향으로, 상기 상측 날과 함께 일체로 이동 가능한 제1 경사면과,
    상기 제1 경사면에 미끄럼 접촉하고, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동 방향과는 수직인 방향으로, 상기 하측 날과 함께 일체로 이동 가능한 제2 경사면
    을 포함하고,
    상기 전단 가공 장치는, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면이 미끄럼 접촉하지 않는 상태에 있어서, 상기 클리어런스를 보유 지지하는 클리어런스 보유 지지 기구를 추가로 구비하는, 전단 가공 장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는,
    상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동 방향으로, 상기 상측 날과 함께 일체로 이동 가능한 제1 경사면과,
    상기 제1 경사면에 미끄럼 접촉하고, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동 방향과는 수직인 방향으로, 상기 하측 날과 함께 일체로 이동 가능한 제2 경사면
    을 포함하고,
    상기 전단 가공 장치는, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면이 미끄럼 접촉하지 않는 상태에 있어서, 상기 클리어런스를 보유 지지하는 클리어런스 보유 지지 기구를 추가로 구비하는, 전단 가공 장치.
24. 제20항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날의 접근 방향의 이동에 수반하여, 상기 상측 날의 접근 방향에 수직인 방향으로부터 상기 하측 날이 받는 압박력에 대항하는 탄성력을 상기 하측 날에 부여하는 탄성 수단을 포함하는, 전단 가공 장치.
25. 제21항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날의 접근 방향의 이동에 수반하여, 상기 상측 날의 접근 방향에 수직인 방향으로부터 상기 하측 날이 받는 압박력에 대항하는 탄성력을 상기 하측 날에 부여하는 탄성 수단을 포함하는, 전단 가공 장치.
26. 제18항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 상기 클리어런스를 복수의 타이밍에 단계적으로 증가시키는, 전단 가공 장치.
27. 제19항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 상기 클리어런스를 복수의 타이밍에 단계적으로 증가시키는, 전단 가공 장치.
28. 제18항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 상기 클리어런스를 증가시키는, 전단 가공 장치.
29. 제19항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 접근 방향의 상대 이동량에 따라서 결정되는 단일의 타이밍에 상기 클리어런스를 증가시키는, 전단 가공 장치.
30. 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클리어런스 조절 기구는, 가공 개시로부터 가공 종료까지의 상기 상측 날 및 상기 하측 날의 상대 이동량에 대응하는 기준 이동량의 20％ 이상의 이동량의 범위에서 상기 클리어런스를 증가시키는, 전단 가공 장치.
31. 피가공재를 반송하는 반송 장치와, 상기 반송 장치의 반송 경로를 따라서 배치되고, 상기 피가공재에 대한 전단 가공을 분담하여 행하는 복수의 전단 가공 장치를 구비한 전단 가공 설비이며,
    상기 복수의 전단 가공 장치 각각은, 하측 날과, 상기 하측 날에 대하여 접근 이격 방향으로 이동 가능하고, 상기 접근 이격 방향에 수직인 방향으로는, 클리어런스를 가지고 상기 하측 날에 대향하는 상측 날을 구비하고,
    상기 복수의 전단 가공 장치는, 상기 반송 경로의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 상기 클리어런스가 커져 가도록 배치되고,
    상기 클리어런스를 C로 하고, 상기 피가공재의 판 두께를 t로 한 경우에, C/t가 5％ 이상인, 전단 가공 설비.

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