KR20130087573A - 냉간 후방 압출 단조용 펀치, 냉간 후방 압출 단조 장치, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법, 브레이크 피스톤의 제조 방법 및 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 펀치(1)는 펀치 축(7)과 평행하게 형성된 성형 랜드부(2)와, 성형 랜드부(2)보다도 선단측에 성형 랜드부(2)와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부(3)와, 성형 랜드부(2)보다도 기단부측에 형성되고 또한 성형 랜드부(2)보다도 소직경인 릴리프부(5)를 갖는다. 소재(20)의 록웰 경도 HRF는 65 내지 105의 범위 내이다. 펀치(1)의 성형 R부(3)의 곡률 반경(R)은 단조품(25)의 원통 형상 주벽부(21)의 두께(L)보다도 크다. 펀치(1)의 성형 랜드부(2)의 길이(B)는 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내이다. 펀치(1)의 릴리프부(5)의 성형 랜드부(2)에 대한 릴리프 폭(C)은 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내이다.

Description

냉간 후방 압출 단조용 펀치{PUNCH FOR COLD BACKWARD EXTRUSION FORGING}

본 발명은 냉간 후방 압출 단조용 펀치, 냉간 후방 압출 단조 장치, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법, 브레이크 피스톤의 제조 방법 및 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법에 관한 것이다.

금속 소재로부터 단조품을 성형하는 방법으로서, 펀치 및 성형 다이를 사용한 냉간 후방 압출 단조법이 알려져 있다(예를 들어 비특허문헌 1 참조). 이 냉간 후방 압출 단조법에 의하면, 브레이크 피스톤용 소형재 등의 바닥이 있는 원통 형상의 단조품을 성형할 수 있다.

그때 사용되는 펀치(101)는 도 9에 도시한 바와 같이, 펀치 축(107)과 평행하게 형성된 성형 랜드부(102)와, 성형 랜드부(102)보다도 선단측에 성형 랜드부(102)와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부(103)와, 성형 R부(103)보다도 선단측에 성형 랜드부(102)와 이어져 형성되고 또한 펀치 축(107)에 수직인 평탄면을 포함하여 이루어지는 성형 선단면(104)과, 성형 랜드부(102)보다도 기단부측에 형성된 릴리프부(105)를 갖고 있다. 릴리프부(105)는 성형 랜드부(102)보다도 소직경이며 펀치 축(107)과 평행하게 형성되어 있다. 도면 부호 (106)은 성형 R부(103)의 곡률 중심이다. 성형 다이(108)의 성형 캐비티(109) 내에는 금속 소재(120)가 배치되어 있다. 이 소재(120)의 표면에는 인산염 처리 등의 윤활 처리가 실시되어 있다. 그리고, 이 소재(120)가 성형 캐비티(109) 내에서 펀치(101)로 가압됨으로써, 소재(120)의 재료가 펀치(101)의 성형 R부(103) 및 성형 랜드부(102)를 따라 후방으로 흘러 원통 형상 주벽부(121)가 형성된다.

일반적으로, 이 냉간 후방 압출 단조법에 의하면, 냉간 단조는 상온 성형이므로, 온간 단조나 열간 단조에 비하여 가열 비용의 점, 생산성의 점에서 유리하다.

야마모토 히로카즈 저, 「알고 싶은 압축 가공 금형」, 제2판, (주)저팬 머시니스트 사, 1980년 3월 10일, p85-92

비특허문헌 1의 86 내지 87 페이지에는, 본 비특허문헌 1 중의 도 6. 12의 설명으로서, 선단이 구상인 펀치(소위 구상 펀치)를 사용한 냉간 후방 압출 단조에서는, 단조의 단면 감소율이 커지면 가공 하중이 급상승하는 점, 구상 펀치는, 어느 쪽인가 하면 얕은 구멍의 성형에 적합한 점, 등이 기재되어 있다. 따라서, 구상 펀치를 사용하여, 두께가 얇은 주벽부(121)를 갖는 단조품(125)을 성형하는 것은 곤란하다.

또한, 단조품(125)이 동 도면에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 원통 형상인 경우에는, 그 소재(120)를 냉간 후방 압출 단조할 때 소재(120)(단조품(125))의 내주면(121a)의 펀치(101)와의 눌어붙는 현상이 발생한다는 난점이 있었다. 이 눌어붙는 현상은, 펀치(101)의 성형 R부(103)의 곡률 반경(R)이 단조품(125)(소재(120))의 원통 형상 주벽부(121)의 두께(L)보다도 큰 경우, 바꾸어 말하면 단조품(125)의 주벽부(121)의 두께(L)가 펀치(101)의 성형 R부(103)의 곡률 반경(R) 이하인 경우, 즉 주벽부(121)가 얇은 경우에 특히 발생하기 쉬웠다.

본 발명은 상술한 기술 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 펀치의 성형 R부의 곡률 반경이 큰 경우에도 눌어붙는 현상의 발생을 방지할 수 있고, 또한, 높은 치수 정밀도를 갖는 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 성형할 수 있는 냉간 후방 압출 단조용 펀치, 상기 펀치를 구비한 냉간 후방 압출 단조 장치, 상기 펀치를 사용한 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법, 상기 브레이크 피스톤용 소형재를 사용한 브레이크 피스톤의 제조 방법 및 상기 펀치를 사용한 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은, 이하의 바람직한 실시 형태로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 이하의 수단을 제공한다.

[1] 펀치 축과 평행하게 형성된 성형 랜드부와, 상기 성형 랜드부보다도 선단측에 상기 성형 랜드부와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부와, 상기 성형 랜드부보다도 기단부측에 형성되고 또한 상기 성형 랜드부보다도 소직경인 릴리프부를 갖고,

금속 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 성형할 때 사용되는 냉간 후방 압출 단조용 펀치이며,

상기 소재는, 록웰 경도(rockwell hardness) HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이고,

상기 성형 R부의 곡률 반경은, 상기 단조품의 원통 형상 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있으며,

상기 성형 랜드부의 길이는, 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정되고,

상기 릴리프부의 상기 성형 랜드부에 대한 릴리프 폭은, 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정되어 있는 냉간 후방 압출 단조용 펀치.

[2] 전항 1에 기재된 펀치를 구비하는 냉간 후방 압출 단조 장치.

[3] 펀치 축과 평행하게 형성된 성형 랜드부와, 상기 성형 랜드부보다도 선단측에 상기 성형 랜드부와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부와, 상기 성형 랜드부보다도 기단부측에 형성되고 또한 상기 성형 랜드부보다도 소직경인 릴리프부를 갖는 냉간 후방 압출 단조용 펀치를 사용하고,

금속 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 바닥이 있는 원통 형상 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법이며,

상기 소재는, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이고,

상기 펀치의 성형 R부의 곡률 반경은, 상기 소형재의 원통 형상 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있으며,

상기 펀치의 성형 랜드부의 길이는, 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정되고,

상기 펀치의 릴리프부의 성형 랜드부에 대한 릴리프 폭은, 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정되어 있는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[4] 상기 소재는, 상기 펀치에 대응하는 성형 다이의 성형 캐비티 내에서 냉간 후방 압출 단조되는 것이고,

상기 성형 다이의 성형 캐비티의 저면의 외주연부에 성형 캐비티의 둘레면과 연접하여 오목부가 형성되어 있으며,

상기 오목부는, 그 내부에 소재의 단조 시에 소재의 재료가 유입됨으로써, 상기 성형 캐비티 내에 있어서의 그 저면과 그 둘레면 사이의 코너부 근방에서 재료가 체류하는 것을 억제하는 것인 전항 3에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[5] 상기 오목부의 개구 폭은, 상기 소형재의 주벽부의 두께 이상으로 설정되어 있는 전항 4에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[6] 상기 성형 캐비티의 중심측에 배치된 상기 오목부의 측면은, 상기 오목부의 개구 폭이 넓어지도록 경사져 있는 전항 4 또는 5에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[7] 상기 소재의 상면의 표면 조도 Ra를 상기 소재의 외주면의 표면 조도 Ra로 나눈 값과, 상기 소재의 상면의 표면 조도 Rz를 상기 소재의 외주면의 표면 조도 Rz로 나눈 값과, 상기 소재의 상면의 굴곡 Wa를 상기 소재의 외주면의 굴곡 Wz로 나눈 값과, 상기 소재의 상면의 굴곡 Wz를 상기 소재의 외주면의 굴곡 Wz로 나눈 값 중 적어도 하나가 0.5 내지 1.5의 범위 내로 설정되어 있는 전항 3 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[8] 상기 소재의 재질은, O 처리가 실시되지 않고 용체화 처리가 실시된 알루미늄 합금인 전항 3 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[9] 전항 3 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의해 얻어진 브레이크 피스톤용 소형재를 인공 시효 처리하는 브레이크 피스톤의 제조 방법.

[10] 펀치 축과 평행하게 형성된 성형 랜드부와, 상기 성형 랜드부보다도 선단측에 상기 성형 랜드부와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부와, 상기 성형 랜드부보다도 기단부측에 형성되고 또한 상기 성형 랜드부보다도 소직경인 릴리프부를 갖는 냉간 후방 압출 단조용 펀치를 사용하고,

금속 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 성형하는 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법이며,

상기 소재는, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이고,

상기 펀치의 성형 R부의 곡률 반경은, 상기 단조품의 원통 형상 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있으며,

상기 펀치의 성형 랜드부의 길이는, 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정되고,

상기 펀치의 릴리프부의 성형 랜드부에 대한 릴리프 폭은, 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정되어 있는 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법.

본 발명은 이하의 효과를 발휘한다.

전항 [1]에 기재된 냉간 후방 압출 단조용 펀치에 의하면, 펀치의 성형 R부의 곡률 반경이 단조품의 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있는 경우, 바꾸어 말하면 단조품의 주벽부의 두께가 펀치의 성형 R부의 곡률 반경 이하인 경우에도, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 소재에 대해서, 상기 소재의 내주면의 펀치와의 눌어붙는 현상을 방지할 수 있고, 높은 치수 정밀도를 갖는 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 얻을 수 있다.

전항 [2]에 기재된 냉간 후방 압출 단조 장치에 의하면, 전항 [1]에 기재된 펀치와 같은 효과를 발휘한다.

전항 [3]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 펀치의 성형 R부의 곡률 반경이 브레이크 피스톤용 소형재의 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있는 경우, 바꾸어 말하면 소형재의 주벽부의 두께가 펀치의 성형 R부의 곡률 반경 이하인 경우에도, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 소재에 대하여, 상기 소재의 내주면의 펀치와의 눌어붙는 현상을 방지할 수 있고, 높은 치수 정밀도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 얻을 수 있다.

전항 [4]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 재료의 체류 상태(데드 메탈 상태)가 개선되고, 이것에 의해, 눌어붙는 현상을 확실하게 방지할 수 있으며, 또한 재료의 체류(데드 메탈)에 기인하는 표피 인입 흠집의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 고품질의 브레이크 피스톤용 소형재를 얻을 수 있다.

전항 [5]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 눌어붙는 현상을 더 확실하게 방지할 수 있고, 또한 재료의 체류에 기인하는 표피 인입 흠집의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

전항 [6]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 눌어붙는 현상을 한층 더 확실하게 방지할 수 있고, 또한 재료의 체류에 기인하는 표피 인입 흠집의 발생을 더 확실하게 방지할 수 있다.

전항 [7]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 눌어붙는 현상을 한층 더 확실하게 방지할 수 있다.

전항 [8]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 소재의 재질은 O 처리가 실시되지 않고 용체화 처리가 실시된 알루미늄 합금이므로, 다음과 같은 효과를 발휘한다.

즉, 종래의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에서는, 소재의 경도를 내리고 단조성을 향상시키기 위하여, 단조에 앞서 소재에 O 처리를 실시할 필요가 있었다. 또한, 이렇게 소재에 O 처리가 실시되면, 당해 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 성형된 브레이크 피스톤용 소형재는 경도가 낮다. 그로 인해, 단조 후에 소형재에 용체화 처리를 실시할 필요가 있었다. 즉, 종래의 제조 방법에서는, 적어도 2번의 열처리 공정(O 처리와 용체화 처리)을 실시할 필요가 있었다. 이에 비해, 본 발명의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에서는, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 단단한 소재를 단조해도 높은 치수 정밀도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 성형할 수 있고, 그로 인해 단조에 앞서 소재에 O 처리를 실시할 필요가 없다. 게다가, 단조에 앞서 소재에 O 처리를 실시할 필요가 없기 때문에, 단조 후에 소형재에 용체화 처리를 실시할 필요도 없다. 따라서, 브레이크 피스톤의 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 그것에 의해 브레이크 피스톤의 제조 비용을 내릴 수 있다.

전항 [9]에 기재된 브레이크 피스톤의 제조 방법에 의하면, 브레이크 피스톤에 적합한 경도로 조정된 브레이크 피스톤을 얻을 수 있다.

전항 [10]에 기재된 단조품의 제조 방법에 의하면, 소재의 내주면의 펀치와의 눌어붙는 현상을 방지할 수 있고, 높은 치수 정밀도를 갖는 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조 장치의 펀치로 금속 소재를 가압하기 전의 상태의 단면도이다.
도 2는, 상기 펀치로 소재를 가압한 상태의 단면도이다.
도 3은, 도 2의 확대도이다.
도 4는, 소재로부터 브레이크 피스톤을 제조하는 공정을 도시한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공정도이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조 장치의 펀치로 금속 소재를 가압한 상태의 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조 장치의 펀치로 금속 소재를 가압한 상태의 단면도이다.
도 7은, 상기 제1 실시 형태의 냉간 후방 압출 단조 장치의 펀치의 성형 R부를 설명하기 위한 도 3에 대응하는 도면이다.
도 8은, 소재로부터 브레이크 피스톤을 제조하는 공정을 도시한, 참고예에 따른 공정도이다.
도 9는 본 발명의 배경 기술을 설명하기 위하여 사용한 펀치로 금속 소재를 가압한 상태의 단면도이다.

이어서, 본 발명의 몇 가지 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1에 있어서, 도면 부호 "15"는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조 장치이다. 이 단조 장치(15)는 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 금속 소재(20)로부터 바닥이 있는 원통 형상 단조품(25)으로서 예를 들어 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하기 위한 것이며, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조용 펀치(1), 펀치(1)에 대응하는 성형 다이(8) 등을 구비하고 있다. 성형 다이(8)는 성형 캐비티(9)를 갖고 있다.

단조품(25)(브레이크 피스톤용 소형재)은 금속제이며, 도 2에 도시한 바와 같이, 원판 형상 저벽부(22)와, 상기 저벽부(22)의 외주연부에 일체 형성된 원통 형상 주벽부(21)를 갖고 있다. 이 단조품(25)에서는, 저벽부(22)가 브레이크 피스톤의 크라운부에 대응하고, 주벽부(21)가 브레이크 피스톤의 스커트부에 대응한다.

단조품(25)의 제조에 사용되는 금속 소재(20)는 도 1에 도시한 바와 같이, 원판 형상 또는 원기둥 형상이며, 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9) 내에 배치되어 있다. 그리고, 이 소재(20)가 성형 캐비티(9) 내에서 펀치(1)로 가압됨으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 원통 형상 단조품(25)이 성형된다. 본 제1 실시 형태에서는, 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 저면(9b)은 평탄한 원형이다. 성형 캐비티(9)의 둘레면(9a)의 반경은, 성형 캐비티(9)의 중심축 방향에 있어서 일정해져 있다.

소재(20)는 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이다. 여기서, 록웰 경도는, JIS(일본 공업 규격) Z2245: 2005의 「록웰 경도 시험-시험 방법」에 준거하여 측정된 값이며, 그 측정에 사용한 스케일은 F, 압자는 강구 1.5875㎜, 시험 하중은 588.4N이다. 또한 본 제1 실시 형태에서는, 압자로서 강구 압자가 사용되고 있으므로, 정식 경도 기호는 HRFS이다.

또한, 소재(20)의 표면(즉 소재(20)의 상면(20a), 하면 및 외주면(20b))에는 그 전체면에 걸쳐 인산염 처리 등의 윤활 처리가 실시되어 있다.

펀치(1)는 도시하지 않은 펀치 구동 수단(예: 유압 실린더)에 의해 펀치 축(7)을 따라 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9) 내에 진출하여 소재(20)를 가압하는 것이다. 이 펀치(1)의 형상은 다음과 같다.

도 3에 도시한 바와 같이, 펀치(1)는 그 가압 성형부가 대략 반구 형상으로 형성된 것이며, 즉 소위 구상 펀치의 범주에 들어가는 것이다. 상세하게 설명하자면, 펀치(1)는 성형 랜드부(2)와 단면 원호 형상의 성형 R부(3)와 성형 선단면(4)을 가압 성형부로서 갖고 있으며, 또한 릴리프부(5)를 갖고 있다. 또한, 릴리프부(5)는 펀치(1)의 스템부라고도 부르고 있다. 도면 부호 "6"은 성형 R부(3)의 곡률 중심이다.

성형 랜드부(2)는 펀치 축(7)과 평행하게 형성되어 있다. 성형 R부(3)는 성형 랜드부(2)보다도 선단측에 성형 랜드부(2)와 이어져 형성되어 있다. 성형 선단면(4)은 성형 R부(3)보다도 선단측에 성형 R부(3)와 이어져 형성되고 또한 펀치 축(7)에 수직인 평탄면을 포함하여 이루어지는 것이다. 릴리프부(5)는 성형 랜드부(2)보다도 소직경이며 또한 펀치 축(7)과 평행하게 형성되어 있다. 그로 인해, 성형 랜드부(2)와 릴리프부(5) 사이에는, 성형 랜드부(2)의 반경과 릴리프부(5)의 반경의 차에 대응한 단차가 발생되어 있다.

또한 본 제1 실시 형태에서는, 성형 R부(3)는 성형 랜드부(2)와 매끄럽게 이어져 형성되어 있다. 그로 인해, 성형 R부(3)와 성형 랜드부(2)의 경계에는 코너부는 발생되어 있지 않다. 또한, 성형 선단면(4)은 성형 R부(3)와 매끄럽게 이어져 형성되어 있다. 그로 인해, 성형 선단면(4)과 성형 R부(3)의 경계에는 코너부는 발생되어 있지 않다.

여기서, 설명의 편의상, 성형 R부(3)의 곡률 반경을 R, 성형 랜드부(2)의 길이를 B, 릴리프부(5)의 성형 랜드부(2)에 대한 릴리프 폭, 즉 성형 랜드부(2)와 릴리프부(5) 사이의 단차를 C라고 한다. 또한, 단조품(25)(소재(20))의 원통 형상 주벽부(21)의 두께를 L이라고 한다. L은, 성형 랜드부(2)와 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 둘레면(9a) 사이의 간극 치수와 같은 치수이다. R, B, C 및 L은 모두 0보다도 크다. 즉, R>0, B>0, C>0, L>0이다.

본 제1 실시 형태의 펀치(1)에서는, 성형 R부(3)의 곡률 반경(R)은, 단조품(25)의 주벽부(21)의 두께(L)보다도 크게 설정되어 있다. 즉, R>L, 즉 R/L>1이다.

종래에는, 이렇게 성형 R부(3)의 곡률 반경(R)이 L보다도 큰 펀치(1)를 사용하여, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 단단한 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하면, 소재(20)(단조품(25))의 내주면(21a)의 펀치(1)와의 눌어붙는 현상이 발생하기 쉬웠다. 그 원인에 대하여 본 발명자는 다음과 같이 생각하였다. 즉, 펀치(1)의 성형 R부(3)의 곡률 반경(R)이 크면, R이 작은 경우에 비하여, 펀치(1)로 가압된 소재(20)의 재료는 펀치(1)의 성형 R부(3)를 따라 원활하게 흐르므로, 재료가 성형 R부(3)와 성형 랜드부(2)의 경계 위치에 집중된다. 그로 인해, 당해 경계 위치에서 소재(20)에 신생면이 발생하기 쉽고, 주벽부(21)의 내주면(21a)에서 윤활제 부족을 발생시킨다. 그 결과, 눌어붙는 현상이 발생하는 것으로 생각된다.

따라서, 상기 난점을 해소하기 위하여 본 발명자는 펀치(1)의 형상에 대하여 예의 검토한 결과, 성형 랜드부(2)의 길이(B)를 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정하고, 또한, 릴리프부(5)의 성형 랜드부(2)에 대한 릴리프 폭(C)을 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정함으로써, 상기 난점을 해소할 수 있음을 발견하였다.

성형 랜드부(2)의 길이(B)가 0.05㎜ 미만인 경우, 주벽부(21)의 성장이 불안정해지고, 주벽부(21)의 내경 치수 정밀도가 저하된다. 한편, B가 0.15㎜을 초과하는 경우, B가 너무 길기 때문에, 주벽부(21)의 내주면(21a)에서 눌어붙는 현상이 발생한다.

릴리프 폭(C)이 0.15㎜ 미만인 경우, C가 너무 작기 때문에, 주벽부(21)의 내주면(21a)의 릴리프부(5)와의 눌어붙는 현상이 발생한다. 따라서, 눌어붙는 현상을 방지하기 위해서는 릴리프 폭(C)은 0.15㎜ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, C가 1.0㎜를 초과하는 경우, 펀치(1)의 릴리프부(5)에 있어서의 강성이 작아지고 단조품(25)의 치수 정밀도가 저하될 우려가 있다.

또한, 단조 시에 있어서의 펀치(1)의 온도는, 한정되는 것은 아니지만, 120 내지 190℃의 범위 내로 설정되는 것이 특히 바람직하다.

펀치(1)의 재질은 한정되는 것은 아니지만, 특히 초경합금인 것이 바람직하다. 펀치(1)의 경도(비커스 경도)는 한정되는 것은 아니지만, 특히 HV1400±200인 것이 바람직하다.

또한, 본 제1 실시 형태의 제조 방법은, 다음과 같은 형상의 단조품(25)을 제조하는 경우에 특히 적합하다. 그 형상이란, 도 2에 도시한 바와 같이, 단조품(25)의 외경을 D, 단조품(25)의 중공부의 깊이를 F라고 할 때, L/D=0.038 내지 0.25, L=1.5 내지 5㎜, F/D=0.25 내지 3 및 F=10 내지 60㎜이라는 치수 조건을 만족하는 형상이다. 이 형상의 단조품(25)을 종래의 펀치를 사용하여 제조했을 경우에는, 눌어붙는 현상이 발생하기 쉽고, 단조품(25)의 치수 정밀도가 낮다는 문제가 발생한다. 이에 비해, 이 형상의 단조품(25)을 본 제1 실시 형태의 펀치(1)를 사용하여 제조하는 경우에는, 그러한 문제는 발생하지 않으며, 즉, 눌어붙는 현상의 발생을 방지할 수 있고, 단조품(25)의 치수 정밀도를 높게 할 수 있다.

도 4는 소재(20)로부터 바닥이 있는 원통 형상 단조품(25)으로서 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하고, 계속하여 상기 소형재로부터 브레이크 피스톤을 제조하는 바람직한 공정을 도시한 공정도이다. 소재(20)의 재질은 알루미늄 합금이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 스텝 S1에서는, 막대 형상의 알루미늄 연속 주조재, 알루미늄 합금 압출재, 알루미늄 인발재 등을 절단함으로써 소정 형상(즉 원판 형상 또는 원기둥 형상) 및 소정 치수의 소재(20)를 얻는다. 스텝 S2에서는, 소재(20)를 배치로(batch furnace) 등에 의해 495 내지 530℃×2.5 내지 5.0h의 조건에서 열처리하고 그 후 수냉한다는 용체화 처리를 소재(20)에 실시한다. 스텝 S3에서는, 소재(20)의 표면을 그 전체면에 걸쳐 윤활 처리로서 인산염 처리한다. 즉, 소재(20)의 표면을 탈지 처리하고, 이어서 소재(20)의 표면에 인산염 피막(예: 인산 아연 피막)을 형성하며, 그 후, 스테아르산 소다를 사용한 금속 비누 윤활 처리를 실시하고, 이것에 의해 인산염 피막과 스테아르산 소다를 반응시켜 윤활 피막(예: 스테아르산 아연 피막)을 형성한다. 윤활 피막의 두께는 예를 들어 2 내지 6㎛이다. 스텝 S4에서는, 소재(20)의 무게를 선별하여, 단조에 사용하는 소재(20)를 선출한다. 또한 이 스텝 S4는, 필요에 따라 행해지는 것이며, 생략 가능하다. 스텝 S5에서는, 소재(20)를 본 제1 실시 형태의 냉간 후방 압출 단조 장치(15)에 의해 냉간 후방 압출 단조하여, 브레이크 피스톤용 소형재(단조품(25))를 성형한다. 스텝 S6에서는, 필요에 따라 소형재를 연속로 등에 의해 인공 시효 처리한다. 그 시효 처리의 바람직한 조건은 170 내지 180℃×1.5 내지 2.5h이다. 스텝 S7에서는, 소형재를 원하는 브레이크 피스톤의 형상으로 절삭 가공한다. 스텝 S8에서는, 소형재의 표면에 알루마이트 처리를 실시한다. 이상의 공정을 거침으로써, 원하는 바닥이 있는 원통 형상 브레이크 피스톤이 얻어진다.

또한, 본 제1 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의하면, 소재(20)의 재질은 O 처리가 실시되지 않고 용체화 처리가 실시된 알루미늄 합금이므로, 다음과 같은 효과를 발휘한다.

즉, 종래의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에서는, 소재(20)의 경도를 내리고 단조성을 향상시키기 위하여, 단조에 앞서 소재(20)에 O 처리를 실시할 필요가 있었다(후술하는 도 8 참조). 또한, 이렇게 소재(20)에 O 처리가 실시되면, 당해 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하여 성형된 브레이크 피스톤용 소형재는 경도가 낮다. 그로 인해, 단조 후에 소형재에 용체화 처리를 실시할 필요가 있었다. 즉, 종래의 제조 방법에서는, 적어도 2번의 열처리 공정(O 처리와 용체화 처리)을 실시할 필요가 있었다. 이에 비해, 본 제1 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에서는, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 단단한 소재(20)를 단조해도 높은 치수 정밀도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 성형할 수 있으며, 그로 인해 단조에 앞서 소재(20)에 O 처리를 실시할 필요가 없다. 게다가, 단조에 앞서 소재(20)에 O 처리를 실시할 필요가 없기 때문에, 단조 후에 소형재에 용체화 처리를 실시할 필요도 없다. 따라서, 브레이크 피스톤의 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 그것에 의해 브레이크 피스톤의 제조 비용을 내릴 수 있다.

소재(20)의 재질은, 다음의 조성의 알루미늄 합금인 것이 바람직하다. 즉, 소재(20)의 재질은, Si: 9.0 내지 11.0질량％, Fe: 0.50질량％ 이하, Cu: 0.70 내지 1.1질량％, Mn: 0.15질량％ 이하, Mg: 0.3 내지 0.7질량％, Zn: 0.25질량％ 이하, 잔량부가 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금인 것이 바람직하다. 이 조성의 알루미늄 합금에서는, A6061에 비하여 Si를 많이 포함하고 있으므로, 공정 Si도 많이 포함하고 있다. 그로 인해, 스텝 S8에 있어서, 균열이 없거나 거의 없는 경질 알루마이트 처리를 소형재(단조품(25))의 표면에 실시할 수 있다. 한편, 이 조성의 알루미늄 합금의 소재(20)는 단단하므로(록웰 경도 HRF: 65 내지 105), 브레이크 피스톤에 적합한 반면, 냉간 후방 압출 단조 시에 코너부 형상이 나오기 어렵고, 치수 정밀도가 낮아진다는 난점이 있다. 그러나, 본 제1 실시 형태의 펀치(1)를 사용하여 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하면, 높은 치수 정밀도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 성형할 수 있다.

또한, 본 제1 실시 형태의 제조 방법에서는, 소재(20)의 상면(20a)의 표면 조도 Ra를 소재(20)의 외주면(20b)의 표면 조도 Ra로 나눈 값과, 소재(20)의 상면(20a)의 표면 조도 Rz를 소재(20)의 외주면(20b)의 표면 조도 Rz로 나눈 값과, 소재(20)의 상면(20a)의 굴곡 Wa를 소재(20)의 외주면(20b)의 굴곡 Wa로 나눈 값과, 소재(20)의 상면(20a)의 굴곡 Wz를 소재(20)의 외주면(20b)의 굴곡 Wz로 나눈 값 중 적어도 하나가 0.5 내지 1.5의 범위 내로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 설정됨으로써, 소재(20)(단조품(25))의 내주면(21a)의 펀치(1)와의 눌어붙는 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

여기서, 소재(20)의 상면(20a)이란, 소재(20)의 펀치(1)와의 접촉면이다. 표면 조도 Ra, Rz, 굴곡 Wa, Wz는, 모두 JIS B0601: 2001에 준거하여 측정된 값이다. 또한 JIS B0601: 2001은, IS04287: 1997에 준거하고 있다. 표면 조도 Ra란 조도 곡선의 산술 평균 조도이다. 표면 조도 Rz란 조도 곡선의 최대 높이이다. 굴곡 Wa란 굴곡 곡선의 산술 평균 굴곡이다. 굴곡 Wz란 굴곡 곡선의 최대 높이이다. 소재(20)의 상면(20a) 및 외주면(20b)의 표면 성상을 이러한 범위로 조정하는 방법으로서는, 예를 들어, 이들 면(20a, 20b)에 상술한 인산염 처리를 실시하는 것을 들 수 있다. 또한, 소재(20)의 하면은 상면(20a)와 같은 표면 성상으로 조정되어 있는 것이 특히 바람직하다.

도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조 장치(15)에서는, 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 저면(9b)의 외주연부에, 그 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 연장된 원환상의 오목부(10)가 성형 캐비티(9)의 둘레면(9a)과 연접하여 형성되어 있다. 이 오목부(10)는 그 내부에 소재(20)의 단조 시에 소재(20)의 재료가 유입됨으로써, 성형 캐비티(9) 내에 있어서의 그 저면(9b)과 그 둘레면(9a) 사이의 코너부 근방(9z)에서 재료가 체류하는 것을 억제하는 작용을 발휘하는 것이다.

즉, 소재(20)의 단조 시에 있어서, 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9) 내에 있어서의 그 저면(9b)과 그 둘레면(9a) 사이의 코너부 근방(9z)에서는, 소재(20)의 재료의 체류가 발생하기 쉽다. 일반적으로 소재(20)의 재료의 체류는 「데드 메탈」이라고 부르고 있다. 만약 소재(20)의 단조 시에 코너부 근방(9z)에서 재료의 체류(데드 메탈)가 발생하면, 소재(20)(단조품(25))의 내주면(21a)의 펀치(1)와의 눌어붙는 현상이 발생하기 쉽고, 또한, 단조품(25)에 표피 인입 흠집이 발생하기 쉽다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 제2 실시 형태의 성형 다이(8)에는, 그 성형 캐비티(9)의 저면(9b)의 외주연부에 오목부(10)가 형성되어 있다. 이것에 의해, 소재(20)의 단조 시에 있어서, 소재(20)의 재료가 펀치(1)의 선단측으로부터 오목부(10) 내에 유입되고 그리고 펀치(1)의 성형 랜드부(2)와 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 둘레면(9a) 사이의 간극측을 향하여 유출되게 된다. 즉, 코너부 근방(9z)에서 재료가 원활하게 흐르게 된다. 그 결과, 코너부 근방(9z)에서의 재료의 체류 상태(데드 메탈 상태)가 개선된다. 이것에 의해, 눌어붙는 현상을 확실하게 방지할 수 있고, 재료의 체류에 기인하는 표피 인입 흠집의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 단조품(25)을 얻을 수 있다.

오목부(10)의 개구 폭(W)은, 단조품(25)의 주벽부(21)의 두께(L) 이상으로 설정되어 있다(즉, W≥L). 이것에 의해, 코너부 근방(9z)에서 소재(20)의 재료가 더 원활하게 흐르게 되며, 그로 인해, 눌어붙는 현상을 더 확실하게 방지할 수 있고, 재료의 체류에 기인하는 표피 인입 흠집의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 오목부(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 측면(10a, 10b) 중 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 중심측에 배치된 측면(10a)은 오목부(10)의 개구 폭(W)이 넓어지도록 경사져 있다. 상세하게 설명하자면, 당해 측면(10a)은 오목부(10)의 저부로부터 오목부(10)의 개구부측을 향함에 따라 오목부(10)의 개구 폭(W)이 점차 넓어지도록 경사져 있다. 이것에 의해, 코너부 근방(9z)에서 소재(20)의 재료가 한층 더 원활하게 흐르게 되고, 이것에 의해, 눌어붙는 현상을 한층 더 확실하게 방지할 수 있으며, 재료의 체류에 기인하는 표피 인입 흠집의 발생을 더 확실하게 방지할 수 있다. 오목부(10)의 다른 쪽 측면(10b)은 성형 캐비티(9)의 둘레면(9a)과 편평하게 이어져 있다.

도 6에 도시한 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 냉간 후방 압출 단조 장치(15)에서는, 상기 제2 실시 형태와 동일하도록 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 저면(9b)의 외주연부에, 그 주방향의 전체 둘레에 걸쳐 연장된 원환상의 오목부(10)가 성형 캐비티(9)의 둘레면(9a)과 연접하여 형성되어 있다. 이 오목부(10)는 상기 제2 실시 형태의 오목부와 같은 작용을 발휘하는 것이다. 이 성형 다이(8)에서는, 오목부(10)의 한 쌍의 측면(10a, 10b) 중 성형 다이(8)의 성형 캐비티(9)의 중심측에 배치된 측면(10a)에 인접하는 성형 캐비티(9)의 저면(9b)의 인접부가, 성형 캐비티(9)의 내측으로 융기되어 있다. 성형 캐비티(9)의 저면(9b) 및 오목부(10)가 이러한 형상이어도, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.

이상에서 본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경 가능하다.

또한 본 발명에서는, 만약 펀치(1)의 성형 R부(3)의 단면 형상이 단순한 원호 형상이 아닌 경우(예를 들어, 성형 R부(3)의 단면 형상이 복합 R, 포물선의 일부, 타원의 일부인 경우)에는, 성형 R부(3)의 곡률 반경(R)이란, 성형 랜드부(2)와 접하는 직전 근방을 원호 근사한 것으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 펀치(1)의 종단면(즉 펀치(1)의 펀치 축(7)을 포함하는 단면)에 있어서, 성형 랜드부(2)를 따르는 선을 성형 랜드부(2)와 성형 R부(3)의 경계(X1)로부터 펀치(1)의 선단측으로 연장한 연장선(E1)과, 펀치(1)의 선단으로부터 펀치 축(7)과 수직으로 반경외 방향으로 연장한 반경선(E2)의 교점을 X0으로 하고, 당해 교점(X0)을 중심으로 하여 연장선(E1)으로부터 성형 R부(3)측으로 45° 경사진 경사선(파선으로 나타냄)(E3)이 성형 R부(3)와 교차하는 교점을 X2라고 할 때, 성형 R부(3)에 있어서의 X1 내지 X2의 영역의 곡선의 곡률 반경의 평균값을 R로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 펀치(1)는 성형 선단면(4)을 갖지 않는 것이어도 되며, 즉 펀치(1)의 성형 랜드부(2)보다도 선단측의 부분 전체가 성형 R부(3)만으로 반구 형상으로 형성되어 있어도 된다.

또한, 본 발명에서는, 바닥이 있는 원통 형상 단조품(25)은 브레이크 피스톤용 소형재인 것이 특히 바람직하지만, 그 밖에, 예를 들어 카 컴프레서 피스톤 컵용 소형재이어도 되고, 컵 모양 제품 등이어도 된다.

실시예

이어서, 본 발명의 구체적 실시예를 이하에 나타내었다. 단 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명문에서는, 실시예, 비교예 및 참고예를 이해하기 쉽게 하기 위하여, 상기 실시 형태에서 사용한 부호와 동일 부호가 사용되어 있다.

<실시예 1 내지 9, 비교예 1 내지 14, 참고예 1 내지 6>

상기 표 1 및 2에 나타낸 5종류 M1 내지 M5의 소재(20)를 준비하였다. 이들 소재(20)는 모두 브레이크 피스톤용 소형재의 제조에 사용되는 것이며, 그 재질은 모두 알루미늄 합금이다. 표 1은 각 소재(20)의 재질의 조성의 성분을 나타내고 있다. 표 2는 소재(20)에의 열처리 및 소재(20)의 특성을 나타내고 있다.

이들 소재(20) 중 종류 M1, M2 및 M4의 소재(20)는 표 2 중의 「소재에의 열처리」란의 기재로부터 알 수 있는 바와 같이 도 4에 도시한 공정도 중의 스텝 S1 내지 S4를 따라 제조된 것으로, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이며 즉 비교적 단단한 것이다. 한편, 종류 M3 및 M5의 소재(20)는 본 발명의 참고예로서 사용한 것으로, 록웰 경도 HRF가 65 미만이며 즉 비교적 연한 것이다.

종류 M3 및 M5의 소재(20)는 도 8에 도시한 공정도 중의 스텝 S11 내지 S14를 따라 제조된 것이다. 이 공정은 종래의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 공정이다. 이 공정도에 대하여 이하에 설명한다. 스텝 S11에서는, 막대 형상의 알루미늄 연속 주조재, 알루미늄 합금 압출재, 알루미늄 인발재 등을 절단함으로써 소정 형상 및 치수의 소재(20)를 얻는다. 스텝 S12에서는, 소재(20)의 경도를 내리고 단조성을 향상시키기 위하여, 소재(20)에 O 처리(어닐링)을 실시한다. 스텝 S13에서는, 소재(20)의 표면을 그 전체면에 걸쳐 윤활 처리로서 인산염 처리한다. 스텝 S14에서는, 소재(20)의 무게를 선별하여, 단조에 사용하는 소재(20)를 선출한다. 스텝 S15에서는, 선출된 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하여, 브레이크 피스톤용 소형재(단조품(25))를 성형한다. 스텝 S16에서는, 소재(20)의 경도를 높이기 위하여, 소형재에 용체화 처리를 실시한다. 스텝 S17에서는, 소형재를 인공 시효 처리한다. 스텝 S18에서는, 소형재를 원하는 브레이크 피스톤의 형상으로 절삭 가공한다. 스텝 S19에서는, 소형재의 표면에 알루마이트 처리를 실시한다. 이상의 공정을 거침으로써, 바닥이 있는 원통 형상 브레이크 피스톤이 얻어진다.

이러한 5종류(M1 내지 M5)의 소재(20)를 단조 조건을 다양하게 바꾸어, 상기 제1 실시 형태의 냉간 후방 압출 단조 장치(15)를 사용하여 냉간 후방 압출 단조하고, 이것에 의해 바닥이 있는 원통 형상 단조품(25)으로서 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하였다. 단조품(25)(브레이크 피스톤용 소형재)의 형상에 있어서, D는 28㎜이며, F는 30㎜이다. 그리고, 단조품(25)에 대하여 내경 치수 정밀도와 내주면(21a)에서의 눌어붙는 현상과 흠집의 유무를 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 이 단조 시에 사용한 펀치(1)에서는, 성형 R부(3)는 성형 랜드부(2)와 매끄럽게 이어져 형성되어 있다. 펀치(1)의 재질은 초경합금이며, 펀치(1)의 경도는 HV1400이다.

표 3 중의 「단조 조건」란에 있어서, R, L, B 및 C는 다음의 것을 의미하고 있다.

R: 펀치(1)의 성형 R부(3)의 곡률 반경

L: 단조품(25)의 주벽부(21)의 두께

B: 펀치(1)의 성형 랜드부(2)의 길이

C: 펀치(1)의 릴리프부(5)의 성형 랜드부(2)에 대한 릴리프 폭.

또한, 「평가」란에 있어서, 「치수 정밀도」란 중의 부호의 의미는 다음과 같다.

○: 내경 치수 정밀도가 높다

×: 내경 치수 정밀도가 낮다

또한, 「평가」란에 있어서, 「눌어붙는 현상」란 중의 부호의 의미는 다음과 같다.

◎: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생되어 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 높다

○: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생되어 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 낮다

×: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상이 발생하였다.

또한, 「평가」란에 있어서, 「흠집」란 중의 부호의 의미는 다음과 같다.

○: 내주면(21a)에 흠집이 없다

×: 내주면(21a)에 흠집이 있다

표 3 중의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105(상세하게 설명하자면 72 내지 97)의 범위 내인 비교적 단단한 소재(종류: M1, M2, M4)를 냉간 후방 압출 단조하는 경우에 있어서, 그때 사용하는 펀치(1)의 R이 L보다도 크더라도, B를 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내 및 C를 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 각각 설정함으로써, 소재(20)의 내주면(21a)의 펀치(1)와의 눌어붙는 현상을 방지할 수 있고, 높은 치수 정밀도를 가지며 또한 흠집이 없는 바닥이 있는 원통 형상 단조품(25)(브레이크 피스톤용 소형재)을 얻을 수 있었다. 한편, 비교예로부터 알 수 있는 바와 같이, B 및 C가 소정의 범위 밖인 경우에는, 그러한 고품질의 단조품을 얻을 수 없었다.

또한, 참고예 1, 2 및 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교적 단단한 소재(종류: M1, M2, M4)를 냉간 후방 압출 단조하는 경우에는, 그때 사용하는 펀치(1)의 R이 L보다도 작으면, B 및 C가 소정의 범위 밖이어도 고품질의 단조품을 얻을 수 있었다. 또한, 참고예 3, 4 및 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교적 연한 소재(종류: M3, M5)를 냉간 후방 압출 단조하는 경우에는, B 및 C가 소정의 범위 밖이어도 고품질의 단조품을 얻을 수 있었다. 따라서, R이 L보다도 큰 펀치(1)를 사용하여 단단한 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하는 경우에는, 펀치(1)의 B 및 C를 각각 소정의 범위 내로 설정하는 것이, 고품질의 단조품(25)을 얻기 위한 바람직한 조건임을 알았다.

<실시예 21 내지 24>

상기 표 1 및 2에 나타낸 종류 M2의 소재(20)를 준비하였다. 그리고, 상기 제1 실시 형태의 냉간 후방 압출 단조 장치(15)의 성형 다이(8)와 같이 성형 캐비티(9)의 저면(9b)의 외주연부에 오목부(10)가 형성되어 있지 않은 성형 다이(8)와, 상기 제2 실시 형태의 냉간 후방 압출 단조 장치(15)의 성형 다이(8)와 같이 성형 캐비티(9)의 저면(9b)의 외주연부에 오목부(10)가 형성된 성형 다이(8)를 사용하고, 또한, 오목부(10)의 개구 폭(W)을 다양하게 바꾸어, 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하여 단조품(25)으로서 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하였다. 이어서, 단조품(25)에 대하여 표피 인입 흠집의 발생률과 내주면(21a)에서의 눌어붙는 현상을 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.

실시예 21은 오목부(10)가 형성되어 있지 않은 성형 다이(8)를 사용하여 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조했을 경우이며, 실시예 22 내지 24는 오목부(10)가 형성된 성형 다이(8)를 사용하여 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조했을 경우이다. 이 단조에서 적용한 R는 10㎜이며, L은 3㎜이다. 단조품(25)의 형상에 있어서, D는 28㎜이며, F는 33㎜이다. 또한, 이 단조 시에 사용한 펀치(1)에서는, 성형 R부(3)는 성형 랜드부(2)와 매끄럽게 이어져 형성되어 있다. 펀치(1)의 재질은 초경합금이며, 펀치(1)의 경도는 HV1400이다. 동 표 4 중의 「오목부의 치수 」란, 오목부(10)의 개구 폭(W)의 치수와 R 및 L의 대소 관계를 나타내고 있다. 「표피인입 발생률」이란, 단조를 20회 행했을 때 단조품(25)에 표피 인입 흠집이 발생한 횟수를 나타내고 있다. 「눌어붙는 현상」란 중의 부호의 의미는 다음과 같다.

◎: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생하고 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 높다

○: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생하고 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 낮다

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 오목부(10)가 형성된 성형 다이(8)를 사용하여 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조했을 경우(실시예 22 내지 24)에는 눌어붙는 현상이 없고 또한 내주면(21a)의 광택성이 높은 소형재를 얻을 수 있었다. 특히, 오목부(10)의 개구 폭(W)이 L보다도 큰 경우(실시예 22, 23)에는 표피 인입 발생률이 매우 적고, 따라서 고품질의 단조품(25)을 얻을 수 있었다. 가장 바람직한 조건은, 오목부(10)의 개구 폭(W)이 R 이상인 것이다(실시예 22).

<실시예 31 내지 35>

상기 표 1 및 2에 나타낸 종류 M2의 소재(20)를 준비하였다. 그리고, 상기 제1 실시 형태의 냉간 후방 압출 단조 장치(15)를 사용하고, 소재(20)의 상면(20a) 및 외주면(20b)의 표면 조도 Ra, Rz 및 굴곡 Wa, Wz를 다양하게 바꾸어, 소재(20)를 냉간 후방 압출 단조하여 단조품(25)으로서 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하였다. 이 단조에서 적용한 R는 10㎜이며, L은 3㎜이다. 단조품(25)의 형상에 있어서, D는 28㎜이며, F는 30㎜이다. 또한, 이 단조 시에 사용한 펀치(1)에서는, 성형 R부(3)는 성형 랜드부(2)와 매끄럽게 이어져 형성되어 있다. 펀치(1)의 재질은 초경합금이며, 펀치(1)의 경도는 HV1400이다. 이이서, 단조품(25)에 대하여 내주면(21a)에서의 눌어붙는 현상을 평가하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.

동 표 5 중의 「소재의 측정면」란에 있어서, 「상면」이란 소재(20)의 상면(20a)을 의미하고, 「외주면」이란 소재(20)의 외주면(20b)을 의미하며, 「비율」이란 소재(20)의 상면(20a)의 각 측정값(Ra, Rz, Wa, Wz)을 소재(20)의 외주면(20b)의 각 측정값(Ra, Rz, Wa, Wz)으로 나눈 값을 나타내고 있다. Ra, Rz, Wa 및 Wz는 모두 JIS B0601: 2001에 준거하여 측정된 값이다. 또한, 소재(20)의 하면은 상면(20a)와 같은 표면 성상으로 조정되어 있다. 「눌어붙는 현상」란 중의 부호의 의미는 다음과 같다.

◎: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생하고 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 높다

○: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생하고 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 약간 높다

△: 내주면(21a)에 눌어붙는 현상은 발생하고 있지 않고, 또한 내주면(21a)의 광택성이 약간 낮다

표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 소재(20)의 상면(20a)의 표면 조도 Ra를 소재(20)의 외주면(20b)의 표면 조도 Ra로 나눈 값과, 소재(20)의 상면(20a)의 표면 조도 Rz를 소재(20)의 외주면(20b)의 표면 조도 Rz로 나눈 값과, 소재(20)의 상면(20a)의 굴곡 Wa를 소재(20)의 외주면(20b)의 굴곡 Wa로 나눈 값과, 소재(20)의 상면(20a)의 굴곡 Wz를 소재(20)의 외주면(20b)의 굴곡 Wz로 나눈 값 중 적어도 하나가 0.5 내지 1.5(보다 바람직하게는 0.85 내지 1.2)의 범위 내로 설정되어 있는 경우(실시예 33 내지 35)에는, 소재(20)(단조품(25))의 내주면(21a)의 펀치(1)와의 눌어붙는 현상을 확실하게 방지할 수 있었다. 특히, 이들 값이 모두 0.5 내지 1.5(보다 바람직하게는 0.85 내지 1.2)의 범위 내로 설정되어 있는 경우에는, 눌어붙는 현상을 더 확실하게 방지할 수 있었다.

또한, 소재(20)의 외주면(20b)의 표면 조도 Ra가 0.6 내지 1.5㎛의 범위 내이며, 또한, 소재(20)의 외주면(20b)의 표면 조도 Rz가 5 내지 15㎛의 범위 내인 것이, 눌어붙는 현상의 발생을 방지하기 위하여 특히 바람직함을 알 수 있었다. 또한, 소재(20)의 외주면(20b)의 굴곡 Wa가 0.7 내지 1.5㎛의 범위 내이며, 또한, 소재(20)의 외주면(20b)의 굴곡 Wz가 5 내지 15㎛의 범위 내인 것이, 눌어붙는 현상의 발생을 방지하기 위하여 특히 바람직함을 알 수 있었다. 따라서, 눌어붙는 현상의 발생을 방지하기 위해서는, 소재(20)의 표면 조도를 작게 할 것이 아니라 적당한 조도로 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

본원은, 2010년 12월 20일 자로 출원된 일본 특허 출원인 일본 특허 출원 제2010-283491호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.

여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위하여 사용된 것으로서 한정적으로 해석하기 위하여 사용된 것이 아니고, 여기에 나타내고 또한 설명된 특징 사항이 어떤 균등물도 배제하는 것이 아니며, 본 발명의 클레임된 범위 내에 있어서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되지 않으면 안 된다.

본 발명은 많은 상이한 형태에서 구현화될 수 있는 것이지만, 이 개시는 본 발명의 원리의 실시예를 제공하는 것으로 간주되어야 하며, 그들 실시예는, 본 발명을 여기에 기재하고 또한/또는 도시한 바람직한 실시 형태에 한정하는 것을 의도하는 것이 아니라는 이해 하에, 많은 도시 실시 형태가 여기에 기재되어 있다.

본 발명의 도시 실시 형태를 몇 가지 여기에 기재했지만, 본 발명은 여기에 기재한 각종 바람직한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 이 개시에 기초하여 소위 당업자에 의해 인식될 수 있는, 균등한 요소, 수정, 삭제, 조합(예를 들어, 각종 실시 형태에 걸친 특징의 조합), 개량 및/또는 변경을 갖는 모든 실시 형태도 포함하는 것이다. 클레임의 한정 사항은 그 클레임에서 사용된 용어에 기초하여 넓게 해석되어야 하고, 본 명세서 또는 본원의 프로시큐션 중에 기재된 실시예에 한정되어서는 안 되며, 그러한 실시예는 비배타적이라고 해석되어야 한다. 예를 들어, 이 개시에 있어서, 「preferably」라는 용어는 비배타적인 것으로, 「바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다」라는 것을 의미하는 것이다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 민즈 플러스 펑션 또는 스텝 플러스 펑션의 한정 사항은, 특정 클레임의 한정 사항에 관하여, a) 「means for」 또는 「step for」이라고 명확하게 기재되고 있고, 또한 b) 그에 대응하는 기능이 명확하게 기재되고 있고, 또한 c) 그 구성을 뒷받침하는 구성, 재료 또는 행위가 언급되어 있지 않다는 조건 모두가 그 한정 사항에 존재하는 경우에만 적용된다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 「present invention」 또는 「invention」이라는 용어는, 이 개시 범위 내에 있어서의 하나 또는 복수의 측면에 언급하는 것으로서 사용되고 있는 경우가 있다. 이 present invention 또는 invention이라는 용어는, 임계를 식별하는 것으로서 부적절하게 해석되어서는 안 되고, 모든 측면 즉 모든 실시 형태에 걸쳐 적용하는 것으로서 부적절하게 해석되어서는 안 되며(즉, 본 발명은 다수의 측면 및 실시 형태를 갖고 있다고 이해되지 않으면 안 됨), 본원 또는 클레임의 범위를 한정하도록 부적절하게 해석되어서는 안 된다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 「embodiment」라는 용어는, 임의의 측면, 특징, 프로세스 또는 스텝, 그들의 임의의 조합, 및/또는 그러한 임의의 부분 등을 기재하는 경우에도 사용된다. 몇 가지 실시예에 있어서는, 각종 실시 형태는 중복되는 특징을 포함하는 경우가 있다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 「e.g., 」, 「NB」라는 약자를 사용하는 경우가 있으며, 각각 「예를 들어」, 「주의하라」를 의미하는 것이다.

본 발명은 냉간 후방 압출 단조용 펀치, 냉간 후방 압출 단조 장치, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법, 브레이크 피스톤의 제조 방법 및 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법에 이용 가능하다.

1: 펀치
2: 성형 랜드부
3: 성형 R부
4: 성형 선단면
5: 릴리프부
7: 펀치 축
8: 성형 다이
9: 성형 캐비티
10: 오목부
15: 냉간 후방 압출 단조 장치
20: 소재
20a: 소재의 상면
20b: 소재의 외주면
25: 단조품(브레이크 피스톤용 소형재)

Claims (10)

1. 펀치 축과 평행하게 형성된 성형 랜드부와, 상기 성형 랜드부보다도 선단측에 상기 성형 랜드부와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부와, 상기 성형 랜드부보다도 기단부측에 형성되고 또한 상기 성형 랜드부보다도 소직경인 릴리프부를 갖고,
   금속 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 성형할 때 사용되는 냉간 후방 압출 단조용 펀치이며,
   상기 소재는, 록웰 경도(rockwell hardness) HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이고,
   상기 성형 R부의 곡률 반경은, 상기 단조품의 원통 형상 주벽부(周壁部)의 두께보다도 크게 설정되어 있으며,
   상기 성형 랜드부의 길이는, 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정되고,
   상기 릴리프부의 상기 성형 랜드부에 대한 릴리프 폭은, 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정되어 있는 냉간 후방 압출 단조용 펀치.
2. 제1항에 기재된 펀치를 구비하는 냉간 후방 압출 단조 장치.
3. 펀치 축과 평행하게 형성된 성형 랜드부와, 상기 성형 랜드부보다도 선단측에 상기 성형 랜드부와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부와, 상기 성형 랜드부보다도 기단부측에 형성되고 또한 상기 성형 랜드부보다도 소직경인 릴리프부를 갖는 냉간 후방 압출 단조용 펀치를 사용하고,
   금속 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 바닥이 있는 원통 형상 브레이크 피스톤용 소형재를 성형하는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법이며,
   상기 소재는, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이고,
   상기 펀치의 성형 R부의 곡률 반경은, 상기 소형재의 원통 형상 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있으며,
   상기 펀치의 성형 랜드부의 길이는, 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정되고,
   상기 펀치의 릴리프부의 성형 랜드부에 대한 릴리프 폭은, 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정되어 있는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 소재는, 상기 펀치에 대응하는 성형 다이의 성형 캐비티 내에서 냉간 후방 압출 단조되는 것이고,
   상기 성형 다이의 성형 캐비티의 저면의 외주연부에 성형 캐비티의 둘레면과 연접하여 오목부가 형성되어 있으며,
   상기 오목부는, 그 내부에 소재의 단조 시에 소재의 재료가 유입됨으로써, 상기 성형 캐비티 내에 있어서의 그 저면과 그 둘레면 사이의 코너부 근방에서 재료가 체류하는 것을 억제하는 것인 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 오목부의 개구 폭은, 상기 소형재의 주벽부의 두께 이상으로 설정되어 있는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 성형 캐비티의 중심측에 배치된 상기 오목부의 측면은, 상기 오목부의 개구 폭이 넓어지도록 경사져 있는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소재의 상면의 표면 조도 Ra를 상기 소재의 외주면의 표면 조도 Ra로 나눈 값과, 상기 소재의 상면의 표면 조도 Rz를 상기 소재의 외주면의 표면 조도 Rz로 나눈 값과, 상기 소재의 상면의 굴곡 Wa를 상기 소재의 외주면의 굴곡 Wz로 나눈 값과, 상기 소재의 상면의 굴곡 Wz를 상기 소재의 외주면의 굴곡 Wz로 나눈 값 중 적어도 하나가 0.5 내지 1.5의 범위 내로 설정되어 있는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소재의 재질은, O 처리가 실시되지 않고 용체화 처리가 실시된 알루미늄 합금인 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의해 얻어진 브레이크 피스톤용 소형재를 인공 시효 처리하는 브레이크 피스톤의 제조 방법.
10. 펀치 축과 평행하게 형성된 성형 랜드부와, 상기 성형 랜드부보다도 선단측에 상기 성형 랜드부와 이어져 형성된 단면 원호 형상의 성형 R부와, 상기 성형 랜드부보다도 기단부측에 형성되고 또한 상기 성형 랜드부보다도 소직경인 릴리프부를 갖는 냉간 후방 압출 단조용 펀치를 사용하고,
    금속 소재를 냉간 후방 압출 단조하여 바닥이 있는 원통 형상 단조품을 성형하는 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법이며,
    상기 소재는, 록웰 경도 HRF가 65 내지 105의 범위 내인 것이고,
    상기 펀치의 성형 R부의 곡률 반경은, 상기 단조품의 원통 형상 주벽부의 두께보다도 크게 설정되어 있으며,
    상기 펀치의 성형 랜드부의 길이는, 0.05 내지 0.15㎜의 범위 내로 설정되고,
    상기 펀치의 릴리프부의 성형 랜드부에 대한 릴리프 폭은, 0.15 내지 1.0㎜의 범위 내로 설정되어 있는 바닥이 있는 원통 형상 단조품의 제조 방법.

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