KR20170132812A - 성형재 제조 방법 - Google Patents

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유다이 야먀모토
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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

소재 금속판에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써, 통형상의 몸통부(10)와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부(11)를 갖는 성형재(1)를 제조한다. 다단 드로잉에는 몸통부 소체(20a)를 갖는 예비체(20)를 소재 금속판(2)으로 형성하는 예비 드로잉과, 예비 드로잉의 후에 실행되고, 압력 조정 가능한 압축력을 몸통부 소체(20a)에 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉함으로써 몸통부(10)를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉과, 그것에 계속되는 치수 정밀도를 확보하기 위한 적어도 1회의 마무리 아이어닝이 포함되어 있다.

Description

성형재 제조 방법
본 발명은 통형상의 몸통부와 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하기 위한 성형재 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 하기 비특허문헌 1 등에 나타나 있는 바와 같이, 드로잉 가공을 실행함으로써, 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것이 실행되고 있다. 드로잉 가공에서는 소재 금속판을 잡아 늘림으로써 몸통부가 형성되므로, 통상, 몸통부의 둘레벽의 판 두께는 소재 판 두께보다 얇아진다.
예를 들면, 하기의 특허문헌 1 등에 나타나 있는 모터 케이스로서, 상기와 같은 드로잉 가공에 의해 성형된 성형재를 이용하는 경우가 있다. 이 경우, 몸통부의 둘레벽에는 모터 케이스 밖으로의 자기 누설을 방지하는 실드재로서의 성능이 기대된다. 또, 모터의 구조에 따라서는 스테이터의 백 요크로서의 성능도 둘레벽에 기대된다.
실드재 또는 백 요크로서의 성능은 둘레벽이 두꺼울수록 양호하게 된다. 이 때문에, 상기와 같이 드로잉 가공에 의해 성형재를 제조할 때에는 몸통부의 판 두께 감소를 가늠하여, 소정의 몸통부 둘레벽의 판 두께가 얻어지도록, 소재 금속판의 판 두께는 소정의 몸통부 둘레벽의 판 두께보다 두껍게 선정한다. 그러나, 소재 금속판의 판 두께는 항상 일정하지는 않으며, 판 두께 공차라 불리는 판 두께의 허용 범위내에서 변동하는 것이다. 또, 금형 상태의 변화나 재료 특성의 편차 등에 의해, 드로잉 가공에 있어서의 판 두께 감소량이 변동하는 경우도 있다.
한편, 모터의 진동이나 소음을 저감하기 위해, 모터 케이스의 내경에는 고정밀도의 내경 진원도가 요구되는 경우가 있다. 그 때문에, 통상은 다단 드로잉 가공을 종료한 후의 공정에 있어서, 몸통부에 마무리 아이어닝을 실행하여 내경의 진원도를 향상시키는 것이 실행된다. 이 마무리 아이어닝은 2개의 금형을 이용해서 몸통부의 재료를 내측과 외측의 양측으로부터 사이에 두는 것에 의해 아이어닝을 가함에 있어서, 2개의 금형의 간극(클리어런스)을 몸통부의 재료 판 두께 미만으로 설정한 금형을 이용해서 실행된다. 이 클리어런스를 몸통부의 재료 판 두께 미만으로 설정하는 것을 마이너스 클리어런스라 부른다.
이 때, 소재 금속판의 판 두께가 예정되어 있던 판 두께보다 얇거나, 소재 금속판의 재료 특성의 편차나 드로잉 가공의 공정에 있어서의 금형 상태의 변화에 의해서 판 두께 감소율이 증대하면, 아이어닝 가공 전의 몸통부의 판 두께는 예정하고 있던 판 두께 이하로 되어 버린다. 그러면, 미리 준비하고 있던 아이어닝 가공 금형에서는 아이어닝 가공량 부족으로 되고, 내경 진원도가 저하하는 경우가 있다. 반대로, 소재 금속판의 판 두께가 예정되어 있던 판 두께보다 두껍거나, 드로잉 가공의 공정에서 금형 상태의 변화나 재료 특성의 편차 등에 의해, 마무리 아이어닝 전의 몸통부의 판 두께가 예정하고 있던 판 두께보다 너무 크면, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도는 만족시키지만, 소재 금속판이 그 표면에 도금을 갖는 표면 처리 강판인 경우에는 도금 찌꺼기가 발생하여 성형품의 표면으로부터 탈락하는 등, 별도의 문제를 야기시킨다.
이들 문제는 소재 금속판의 판 두께 변동이나 드로잉 가공에 있어서의 판 두께 감소율의 변동에 의해, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께는 변동하는 것인데 반해, 마무리 아이어닝을 실행하는 금형의 클리어런스는 고정이기 때문에, 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께가 변동해도, 이것을 드로잉 가공의 조건 변경에서는 흡수할 수 없는 것에 의한다.
이와 같이, 소재 금속판에 표면 처리 강판을 이용하는 경우에는 마무리 아이어닝 전의 몸통부 둘레벽의 판 두께가 얇아도 두꺼워도 문제가 되기 때문에, 다단 드로잉 가공에 제공하는 소재 금속판의 판 두께 공차에 대한 요구는 엄격한 것으로 되어 있다.
그래서, 하기의 특허문헌 2 등에 나타나 있는 바와 같이, 드로잉 가공 부재의 몸통부의 박육화를 방지하는 방식으로서, 다단 드로잉 공정에 있어서 압축 드로잉을 실행하는 금형이 개시되어 있다.
이 압축 드로잉 금형에서는 전(前)공정에서 성형된 원통 부재를 그 개구 플랜지부를 아래로 한 상태에서, 하부틀에 마련된 변형 저지 부재에 피감하고, 개구 플랜지부를 하부틀에 마련된 플레이트의 오목부에 위치시켜, 그 외주를 오목부에 걸어 맞춘다. 그리고, 상부틀을 하강시켜, 이 상부틀에 마련된 다이의 구멍에 원통 부재의 원통부를 압입해 가는 것에 의해서 압축력이 작용하여 압축 드로잉 가공이 실행된다.
이 때, 변형 저지 부재는 플레이트에 대해 상하동 가능하기 때문에, 원통 부재의 측벽은 거의 인장력을 받지 않고, 판 두께 감소가 억제되며, 오히려 판 두께를 증가시키는(증육) 것도 가능하다.
또한, 이 때 몸통부 소체에 가하는 압축력은 다이의 구멍에 압입될 때의 몸통부 소체의 변형 저항과 동등하다. 즉, 판 두께 증가에 기여하는 것은 주로 변형 저항에 관계가 있는 다이와 펀치의 금형 클리어런스, 다이 어깨 반경, 몸통부 소체의 재료 강도(내력×단면적)이다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2013-51765호 특허문헌 2: 일본국 실용신안공개공보 평성4-43415호 특허문헌 3: 일본국 특허공보 제5395301호
비특허문헌 1: 무라카와 마사오, 외 3 명저 「소성 가공의 기초」 초판, 산업 도서 주식회사, 1990년 1월 16일 p.104-107
그러나, 상기의 압축 드로잉 방법에서는 원통 부재는 하부틀에 고정된 플레이트상에 탑재되어 있고, 위쪽으로부터 하강해 온 다이스와 플레이트의 사이에 원통 부재가 배치된다. 즉, 소위 바닥 치기(bottomed-out)의 상태에서 원통 부재에 압축력을 작용시켜 판 두께를 증가시키고 있기 때문에, 판 두께를 증가시키는 것은 가능하지만, 소재 금속판의 판 두께 변동에 대응하여 압축력을 조절해서 판 두께의 증감을 컨트롤하는 것은 곤란하였다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 소재 금속판의 판 두께가 변동하거나, 금형 조건이 변동해도, 판 두께의 증감을 컨트롤하여 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 판 두께를 조절하는 것에 의해, 몸통부의 내경 진원도를 고정밀도로 유지하는 것이 가능한 성형재 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 마무리 아이어닝에 이용하는 금형의 클리어런스를 규정하는 것에 의해, 소재 금속판으로서 강판의 표면에 도금이 실시된 표면 처리 강판을 이용한 경우에도, 도금 피막의 찌꺼기의 발생을 방지하는 것이 가능한 성형재 제조 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명에 관한 성형재 제조 방법은 소재 금속판에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써, 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조 방법으로서, 상기 다단 드로잉에는, 몸통부 소체를 갖는 예비체를 상기 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과, 압입 구멍을 갖는 다이와, 상기 몸통부 소체의 내부에 삽입되어 상기 몸통부 소체를 상기 압입 구멍에 밀어넣는 펀치와, 상기 몸통부 소체의 깊이 방향을 따르는 압축력을 상기 몸통부 소체의 둘레벽에 가하는 가압 수단을 포함하는 금형을 이용해서 상기 예비 드로잉 후에 실행되고, 상기 압축력을 상기 몸통부 소체에 가하면서 상기 몸통부 소체를 드로잉함으로써 상기 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉과, 상기 적어도 1회의 압축 드로잉 후에 실행되는 적어도 1회의 마무리 아이어닝이 포함되어 있고, 상기 가압 수단은 상기 다이에 대향하도록 상기 펀치의 외주 위치에 배치되어 상기 몸통부 소체의 둘레벽의 하단이 탑재되는 패드부와, 상기 패드부를 아래쪽으로부터 지지하는 동시에 상기 패드부를 지지하는 지지력을 조절할 수 있도록 구성된 지지부를 갖는 리프터 패드이고, 상기 적어도 1회의 압축 드로잉은 상기 패드부가 하사점에 도달할 때까지의 사이에 완료하도록 실행되고, 상기 몸통부 소체의 드로잉이 실행될 때에 상기 지지력이 상기 압축력으로서 상기 몸통부 소체에 작용하는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법이다.
본 발명의 성형재 제조 방법에 따르면, 소재 금속판의 판 두께에 따라 압축력을 조정하고, 압축력을 몸통부 소체의 깊이 방향을 따라 몸통부 소체에 가하면서 몸통부 소체를 드로잉하는 것에 의해 몸통부가 형성되므로, 소재 금속판의 판 두께가 상정보다 얇은 측으로 변동했다고 해도, 압축력을 증가시키는 것에 의해, 마무리 아이어닝에 있어서 아이어닝 부족으로 되고 내경 진원도가 악화되는 것을 회피할 수 있고, 또, 반대로 소재 금속판의 판 두께가 상정보다 두꺼운 측으로 변동했다고 해도 압축력을 감소하는 것에 의해 내경 진원도를 만족시키면서, 도금 찌꺼기의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 종래보다 넓은 판 두께 공차의 소재 금속판의 사용이 가능하게 되고, 재료의 조달성이 향상한다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조 방법에 의해서 제조되는 성형재(1)를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 성형재를 제조하는 성형재 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 2의 예비 드로잉에 이용하는 금형을 나타내는 설명도이다.
도 4는 도 3의 금형에 의한 예비 드로잉을 나타내는 설명도이다.
도 5는 도 2의 제 1 압축 드로잉에 이용하는 금형을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 5의 금형에 의한 제 1 압축 드로잉을 나타내는 설명도이다.
도 7은 제 1 압축 드로잉 공정에 있어서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제 2 압축 드로잉 공정에 있어서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 마무리 아이어닝에 있어서의 금형 클리어런스와 마무리 아이어닝 후의 몸통부 둘레벽의 내경 진원도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 통상 감육 가공(비교예 1)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 나타내는 설명도이다.
도 11은 바닥 치기 증육 가공(비교예 2)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 나타내는 설명도이다.
도 12는 리프터 제어 증육 가공(본 발명예)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 나타내는 설명도이다.
도 13은 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판에 있어서의 아이어닝율 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 마무리 아이어닝 가공에 있어서의 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께 tre와, 마무리 아이어닝 금형 간극 cre의 관계를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
실시형태 1.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 성형재 제조 방법에 의해서 제조되는 성형재(1)를 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해서 제조되는 성형재(1)는 몸통부(10)와 플랜지부(11)를 갖는 것이다. 몸통부(10)는 꼭대기벽(100)과, 꼭대기벽(100)의 바깥 가장자리로부터 연장 돌출된 둘레벽(101)을 갖는 통형상의 부분이다. 꼭대기벽(100)은 성형재(1)를 이용하는 방향에 따라서는 저벽 등으로 다르게 부르는 경우도 있다. 도 1에서는 몸통부(10)는 단면 진원형을 갖도록 나타내고 있지만, 몸통부(10)는 예를 들면 단면 타원형이나 각통형 등의 다른 형상으로 되어 있어도 좋다. 예를 들면 꼭대기벽(100)으로부터 또한 돌출된 돌기부를 형성하는 등, 꼭대기벽(100)에 또한 가공을 가할 수도 수 있다. 플랜지부(11)는 몸통부(10)의 단부(둘레벽(101)의 단부)에 형성된 판부이다.
다음에, 도 2는 도 1의 성형재(1)를 제조하는 성형재 제조 방법을 나타내는 설명도이다. 본 발명의 성형재 제조 방법은 평판형상의 소재 금속판(2)에 대해 다단 드로잉과 마무리 아이어닝을 실행함으로써 성형재(1)를 제조한다. 다단 드로잉에는 예비 드로잉과, 이 예비 드로잉 후에 실행되는 적어도 1회의 압축 드로잉이 포함되어 있다. 본 실시형태의 성형재 제조 방법에서는 3회의 압축(제 1∼제 3 압축)이 실행된다. 소재 금속판(2)으로서는 다양한 도금 강판의 금속판을 이용할 수 있다.
예비 드로잉은 소재 금속판(2)에 가공을 실시함으로써, 몸통부 소체(20a)를 갖는 예비체(20)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)는 도 1의 몸통부(10)보다 직경이 넓고, 또한 깊이가 얕은 통형상체이다. 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향은 몸통부 소체(20a)의 둘레벽의 연장 방향에 의해서 규정된다. 본 실시형태에서는 예비체(20)의 전체가 몸통부 소체(20a)를 구성하고 있다. 단, 예비체(20)로서, 플랜지부를 갖는 것을 형성해도 좋다. 이 경우, 플랜지부는 몸통부 소체(20a)를 구성하지 않는다.
제 1∼제 3 압축 드로잉은 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)(도 5 참조)을 몸통부 소체(20a)에 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉함로써 몸통부(10)를 형성하는 공정이다. 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다고 하는 것은 몸통부 소체(20a)의 직경을 줄이는 동시에, 몸통부 소체(20a)의 깊이를 더욱 깊게 하는 것을 의미한다.
다음에, 도 3은 도 2의 예비 드로잉에 이용하는 금형(3)을 나타내는 설명도이고, 도 4는 도 3의 금형(3)에 의한 예비 드로잉을 나타내는 설명도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 예비 드로잉에 이용하는 금형(3)에는 다이(30), 펀치(31) 및 쿠션 패드(32)가 포함되어 있다. 다이(30)에는 펀치(31)와 함께 소재 금속판(2)이 밀어 넣어지는 압입 구멍(30a)이 마련되어 있다. 쿠션 패드(32)는 다이(30)의 단면에 대향하도록 펀치(31)의 외주 위치에 배치되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 예비에서는 다이(30) 및 쿠션 패드(32)에 의해 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부를 완전히는 구속하지 않고, 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 어긋나는 곳까지 뺀다. 소재 금속판(2)의 전부를 펀치(31)와 함께 압입 구멍(30a)에 밀어넣음으로써 빼도 좋다. 상술한 바와 같이 플랜지부를 갖는 예비체(20)를 형성하는 경우에는 소재 금속판(2)의 바깥 가장자리부가 다이(30) 및 쿠션 패드(32)의 구속으로부터 어긋나지 않는 깊이에서 멈추면 좋다.
다음에, 도 5는 도 2의 제 1 압축 드로잉에 이용하는 금형(4)을 나타내는 설명도이고, 도 6은 도 5의 금형(4)에 의한 제 1 압축 드로잉을 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 압축 드로잉에 이용하는 금형(4)에는 다이(40), 펀치(41) 및 리프터 패드(42)가 포함되어 있다. 다이(40)는 압입 구멍(40a)을 갖는 부재이다. 펀치(41)는 몸통부 소체(20a)의 내부에 삽입되어 몸통부 소체(20a)를 압입 구멍(40a)에 밀어넣는 원주체이다.
리프터 패드(42)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는 리프터 패드(42)는 패드부(420) 및 부세부(421)를 갖고 있다. 패드부(420)는 다이(40)에 대향하도록 펀치(41)의 외주 위치에 배치된 환상 부재이다. 부세부(421)는 패드부(420)의 하부에 배치되어 있고, 패드부(420)를 부세 지지하고 있다. 패드부(420)의 위에는 몸통부 소체(20a)가 탑재된다. 몸통부 소체(20a)의 둘레벽은 다이(40)가 강하했을 때에 다이(40) 및 패드부(420)에 의해서 협지된다. 이와 같이 다이(40) 및 패드부(420)에 의해서 몸통부 소체(20a)의 둘레벽이 협지됨으로써, 부세부(421)의 부세력(리프터 패드력)이 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)으로서 몸통부 소체(20a)에 가해진다. 즉, 리프터 패드(42)는 몸통부 소체(20a) 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 가하는 가압 수단을 구성한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 압축 드로잉에서는 다이(40)가 강하하는 것에 의해 펀치(41)와 함께 몸통부 소체(20a)가 압입 구멍(40a)에 밀어 넣어져, 몸통부 소체(20a)가 드로잉된다. 이 때, 몸통부 소체(20a)에는 다이(40) 및 패드부(420)에 의해서 몸통부 소체(20a)의 둘레벽이 협지된 후에, 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)이 계속해서 가해진다. 즉, 제 1 압축에서는 압축력(42a)을 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다. 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 압축력(42a)이 소정의 조건을 만족시키는 경우, 몸통부 소체(20a)에 감육을 발생시키는 일 없이, 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 압축을 거친 몸통부 소체(20a)의 판 두께는 제 1 압축 드로잉의 전의 몸통부 소체(20a)의 판 두께 이상으로 된다.
가공 중 리프터 패드(42)의 하면은 펀치 홀더(43)의 상면에 맞닿지 않고, 방향에 대해 상하 자유롭게 이동 가능한 상태에 있다. 이것은 소위 바닥 치기하고 있지 않고, 가공 중, 하강해 온 다이(40)와 부세부(421)의 부세력(리프터 패드력)에 의해 상승하려고 하는 리프터 패드(42)가 몸통부 소체(20a)를 통해 밸런스하고 있는 상태이다.
또한, 리프터 패드(42)가 바닥 치기하는 구조라고 하는 것은 즉 부세부(421)의 부세력(리프터 패드력)이 몸통부 소체(20a)가 변형을 받아 직경축소할 때의 변형 저항력보다 작은 것을 의미하고 있고, 이 경우, 몸통부 소체(20a)는 하강해 온 다이(40)와 리프터 패드(42)를 통해 펀치 홀더(43)의 사이에서 성형력이 밸런스하고 있게 되기 때문에, 몸통부 소체(20a)에 가해지는 부세력(리프터 패드력)의 주체는 몸통부 소체(20a)가 직경축소되어 다이(40)내에 압입될 때의 변형 저항으로만 된다. 따라서, 증육에 기여하는 것은 주로 변형 저항에 관계가 있는 다이(40)와 펀치의 금형 클리어런스, 다이 R, 몸통부 소체(20a)의 재료 강도(내력×단면적)이며, 이들 조건은 일단 정해져 버리면 용이하게는 변경할 수 없기 때문에, 바닥 치기 구조의 압축 금형에서는 소재 금속판의 판 두께 변동에 대응하여 판 두께의 증감을 컨트롤하는 것이 곤란하다고 할 수 있다.
도 2의 제 2 및 제 3 압축은 도 5 및 도 6에 나타내는 금형(4)과 마찬가지의 구성을 갖는 금형을 이용해서 실행된다. 단, 다이(40)나 펀치(41)의 치수는 적절히 변경된다. 제 2 압축에서는 압축력(42a)을 가하면서, 제 1 압축 후의 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다. 또, 제 3 압축에서는 압축력(42a)을 가하면서, 제 2 압축 후의 몸통부 소체(20a)를 드로잉한다. 이들 제 1∼제 3 압축을 거쳐, 그 후에 계속되는 마무리 아이어닝을 함으로써, 몸통부 소체(20a)가 몸통부(10)로 된다. 여기서 본 발명에 있어서 중요한 것은 마무리 아이어닝의 전공정에 해당하는 제 3 압축 공정의 몸통부 소체(20a)의 판 두께가 소정의 두께가 되도록 제 1 압축 공정∼제 3 압축 공정의 압축력을 조정하는 것이다. 그 결과, 마무리 아이어닝에서는 내경 진원도를 만족시키고 또한 도금 찌꺼기의 발생이 없는 적절한 금형 클리어런스에서 가공이 실행되게 된다.
다음에, 실시예를 나타낸다. 본 발명자들은 보통 강의 냉연강판에 Zn-Al-Mg 도금이 실시된 두께 1.60∼1.95㎜, 도금 부착량 90g/㎡, 직경 116㎜의 원형판을 소재 금속판(2)로 하여, 압축시의 리프터 패드력의 크기와, 몸통부 소체(20a)의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께(㎜)의 관계를 조사하였다. 또, 압축 공정의 리프터 패드력을 변화시켜 제작한 각종 몸통부 둘레벽 판 두께의 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체(20a)를 이용하여, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스와 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도의 관계를 조사하였다. 또, 방향에 압축력을 주지 않는 통상 감육 가공(비교예 1)과, 종래의 압축 가공법인 바닥 치기 증육 가공(비교예 2)과, 본 발명의 리프터 패드력 제어 증육 가공에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 조사하였다. 또한, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도를 만족시키고, 또한 도금 찌꺼기의 발생도 보이지 않는 성형 가능 범위에 미치는 마무리 아이어닝 공정의 다이 어깨 반경(㎜)과 아이어닝율의 관계에 대해 조사하였다. 그 때의 가공 조건은 이하와 같다. 결과를 도 7에 나타낸다.
·다이 어깨부의 곡률 반경: 0.45∼10㎜
·펀치의 직경: 예비 드로잉 66㎜, 제 1 압축 드로잉 54㎜, 제 2 압축 드로잉 43㎜, 제 3 드로잉 압축 36㎜, 마무리 아이어닝 36㎜
·다이와 펀치의 금형 간극(편측): 예비 드로잉 2.00㎜, 제 1 압축 드로잉 1.95㎜, 제 2 드로잉 압축 1.95㎜, 제 3 압축 드로잉 1.95㎜, 마무리 아이어닝 1.55㎜
·리프터 패드력: 0∼100kN
·프레스유: TN-20N
도 7은 소재 금속판으로서, 판 두께 1.8㎜의 Zn-Al-Mg 도금 강판을 이용하고, 제 1 압축 드로잉 공정에 있어서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에서는 제 1 압축 드로잉 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 종축으로 하고, 제 1 압축 드로잉 리프터 패드력(kN)을 횡축으로 하고 있다. 또한, 몸통부 둘레벽 평균 판 두께는 펀치 어깨 반경의 플랜지측의 R엔드에서 다이 어깨 반경의 꼭대기벽측의 R엔드까지의 둘레벽의 판 두께를 평균화한 것이다. 몸통부 둘레벽 평균 판 두께는 제 1 압축 리프터 패드력이 높아짐에 따라 대략 직선적으로 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 제 1 압축 리프터 패드력을 대략 15kN이상으로 함으로써, 예비 드로잉의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 증육하는 것을 알 수 있다.
도 8은 제 2 압축 드로잉 공정에 있어서의 리프터 패드력과 몸통부 둘레벽 평균 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 소재 금속판은 도 7과 마찬가지로 판 두께 1.8㎜의 Zn-Al-Mg 도금 강판을 이용하였다. 도 8에서는 제 2 압축 드로잉 후의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께를 종축으로 하고, 제 2 압축 드로잉 리프터 패드력(kN)을 횡축으로 하고 있다. 여기서도, 제 1 압축 드로잉 공정과 마찬가지로 제 2 압축 드로잉 리프터 패드력이 높아짐에 따라 직선적으로 몸통부 둘레벽 평균 판 두께가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 단, 제 1 압축 드로잉의 리프터 패드력이 50kN에서 성형한 몸통부 소체에 대해서는 제 2 압축 드로잉 리프터 패드력이 대략 30kN에서 대략 금형 간극과 동등한 판 두께까지 증육하고 있고, 그 이상 리프터 패드력을 올려도 판 두께는 일정값을 나타내었다. 이것은 리프터 패드력을 조정(증가)하는 것에 의해서 금형 간극과 마찬가지의 판 두께까지 몸통부 소체의 판 두께를 증육시키는 것이 가능한 것을 나타내고 있다. 제 2 압축 드로잉에서는 리프터 패드력을 대략 10kN이상으로 함으로써, 제 1 압축 드로잉 공정의 몸통부 둘레벽 평균 판 두께보다 증육하는 것을 알 수 있다.
도 9는 마무리 아이어닝 공정에 있어서의 금형 클리어런스와 마무리 아이어닝 후의 몸통부 둘레벽의 내경 진원도의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는 소재 금속판으로서, 판 두께 1.60∼1.95㎜의 Zn-Al-Mg 도금 강판을 이용하였다. 도 9에서는 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도(㎜)를 종축으로 하고, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스를 횡축으로 하고 있다. 여기서, 마무리 아이어닝 금형 클리어런스는 다음과 같다.
마무리 아이어닝 금형 클리어런스={(cre-tre)/tre}×100
여기서,
cre: 마무리 아이어닝 금형 간극
tre: 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께
마무리 아이어닝 금형 클리어런스가 커짐에 따라 내경 진원도가 급격히 커지는 것을 알 수 있다. 또, 내경 진원도 규격 0.05㎜이하를 만족시키기 위해서는 마무리 아이어닝 금형 클리어런스가 마이너스의 영역, 바꾸어 말하면 몸통부 소체의 판 두께를 줄이는 아이어닝 가공을 실행하는 것에 의해서 실현할 수 있는 것이 판명되었다.
도 10은 통상 감육 가공(비교예 1)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 나타내는 실험 결과이다. 도 11은 종래의 증육 압축 가공 방법인 바닥 치기 증육 가공(비교예 2)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 나타내는 실험 결과이다. 도 12는 리프터 제어 증육 가공(본 발명예)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께 범위를 나타내는 실험 결과이다. 각각 실험에 제공한 소재 금속판의 판 두께에 대한 마무리 아이어닝 전 판 두께와 마무리 아이어닝 클리어런스 및 마무리 아이어닝 후의 몸통부 둘레벽의 내경 진원도와 도금 찌꺼기의 발생 상황, 그리고 내경 진원도와 도금 찌꺼기의 발생 상황으로부터 평가한 결과를 나타내고 있다. 또한, 리프터 제어 증육 가공(본 발명예)의 도 12만이 참고로서 제 1 압축 드로잉시의 리프터 패드력을 부여했는지 어떤지 그 유무를 표기하고 있다.
도 10에 나타낸 비교예 1의 통상 감육 가공에서는 몸통부 소체에 압축력이 가해지지 않기 때문에, 마무리 아이어닝 전의 판 두께는 소재 금속판의 판 두께에 대해 일률적으로 판 두께가 감소하고 있었다.
소재 금속판의 판 두께 1.60∼1.75㎜에서는 마무리 아이어닝 공정의 클리어런스가 플러스로 되기 때문에, 아이어닝 가공으로 되지 않고, 내경 진원도가 규격의 0.05㎜를 넘고 있었다. 또, 소재 금속판의 판 두께가 1.95㎜에서는 마무리 아이어닝 공정의 클리어런스가 -10.9%로 되고, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도는 만족시키지만, 마무리 아이어닝 공정에서 다이스와 슬라이딩한 부위로부터 도금 찌꺼기가 발생하는 것이 판명되었다. 이 결과로부터, 통상 감육 가공(비교예 1)에 있어서의 성형 가능한 소재 판 두께는 1.75㎜∼1.90㎜의 범위이고, 그 폭은 0.15㎜이었다.
도 11에 나타낸 비교예 2의 바닥 치기 증육 가공에서는 몸통부 소체에 압축력이 가해지기 때문에, 마무리 아이어닝 전의 판 두께는 소재 금속판의 판 두께에 대해 일률적으로 판 두께가 감소하고 있었지만, 비교예 1(통상 감육 가공)에 비하면, 그 정도는 작게 되어 있었다.
소재 금속판의 판 두께가 1.60㎜의 것만, 내경 진원도가 규격의 0.05㎜를 넘고 있었다. 또, 소재 금속판의 판 두께가 1.85㎜이상의 경우에는 마무리 아이어닝 공정에서 다이스와 슬라이딩한 부위로부터 도금 찌꺼기가 발생하는 것이 판명되었다.
이 결과로부터, 바닥 치기 증육 가공(비교예 2)에 있어서의 성형 가능한 소재 판 두께는 1.65㎜∼1.80㎜이고, 그 폭은 0.15㎜이었다. 비교예 1의 통상 감육 가공에 비해 성형 가능한 소재 판 두께는 박판측으로 시프트하지만, 그 폭은 바뀌지 않는 것을 알 수 있다. 이것은 통상 감육 가공(비교예 1)도 바닥 치기 증육 가공(비교예 2)도 소재 금속판의 판 두께가 변동한 경우의 성형 여유도가 동일한 것을 의미하고 있다.
도 12에 나타낸 본 발명예의 리프터 패드력 제어 증육 가공에서는 몸통부 소체에 가해지는 압축력을 소재 금속판의 판 두께에 따라 리프터 패드력으로 자유롭게 제어할 수 있기 때문에, 마무리 아이어닝 전 공정의 판 두께의 변동 폭을 작게 할 수 있다. 예를 들면, 도 12와 같이, 소재 금속판의 판 두께가 얇은 1.60㎜∼1.75㎜에서는 제 1 압축 드로잉시에 리프터 패드력을 부여하여 증육시키고, 소재 금속판의 판 두께가 두꺼운 1.80㎜이상에서는 리프터 패드력을 부여하지 않고 감육시켜 압축 드로잉 가공하는 것에 의해서, 마무리 아이어닝 전에 있어서의 판 두께의 변동 폭을 작게 할 수 있었다. 여기서, 리프터 패드력을 부여하지 않는 조건은 비교예 1의 통상 감육 가공에 상당하고 있고, 소재 금속판의 판 두께가 1.95㎜의 경우만 마무리 아이어닝 공정에서 다이스와 슬라이딩한 부위로부터 도금 찌꺼기가 발생했지만, 마무리 아이어닝 후의 진원도는 소재 금속판 판 두께가 어느 경우에 있어서도 규격의 0.05㎜이하를 만족시켰다. 이 결과로부터, 리프터 패드력 제어 증육 가공(본 발명)에 있어서의 성형 가능 소재 판 두께는 1.60㎜∼1.90㎜의 범위이고, 그 폭은 0.30㎜이었다. 이것은 본 발명예의 리프터 패드력 제어 증육 가공은 통상 감육 가공(비교예 1)이나 바닥 치기 증육 가공(비교예 2)에 비해, 소재 금속판의 판 두께가 변동한 경우의 성형 여유도가 넓은 것을 의미하고 있다. 즉, 본 발명의 성형재 제조 방법은 비교예 1의 통상 감육 가공이나 비교예 2의 종래의 증육 압축 가공 방법인 바닥 치기 증육 가공에 비해 성형 가능한 소재 금속판의 판 두께 범위가 넓은 것을 알 수 있다.
도 13은 소재 금속판으로서 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판을 이용한 경우의 아이어닝율 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13에서는 아이어닝율 Y를 종축으로 하고, 마무리 아이어닝 금형의 다이 어깨부의 곡률 반경 r과 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께 tre의 비 X를 횡축으로 하였다.
아이어닝율 Y의 정의는 다음과 같이 한다.
Y(%)={(tre-cre)/tre}×100
여기서,
cre: 마무리 아이어닝 금형 간극
tre: 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께
도면 중의 ○는 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있었다는 평가를 나타내고, ×는 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 없었다는 평가를 나타내고 있다. 또, ●는 내경 진원도가 0.05㎜를 넘고 있는 것을 나타내고 있다. 도 13에 나타내는 바와 같이, Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판의 경우, Y=11.7X-3.1로 나타나는 직선의 아래쪽의 영역에서 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 즉, 리프터 패드력 제어 증육 가공에 의해, 0<Y≤11.7X-3.1을 만족시키도록 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께 tre를 결정함으로써, 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 상기의 조건식에 있어서, 0<Y로 규정하고 있는 것은 아이어닝율 Y가 0%이하인 경우에는 아이어닝 가공으로 되지 않기 때문이다.
이 성형재 제조 방법에 의하면, 소재 금속판의 판 두께에 따른 압축력을 몸통부 소체의 깊이 방향을 따라 몸통부 소체에 가하면서 몸통부 소체를 드로잉하는 것에 의해 몸통부가 형성되므로, 소재 금속판의 판 두께가 종래보다 얇은 측으로 변동했다고 해도, 리프터 패드력을 증가시키는 것에 의해, 마무리 아이어닝 가공에 있어서 아이어닝 부족으로 되고 내정밀도가 악화되는 것을 회피할 수 있고, 또, 반대로 소재 금속판의 판 두께가 종래보다 두꺼운 측으로 변동했다고 해도 리프터 패드력을 감소하는 것에 의해 도금 찌꺼기의 발생을 방지하면서, 내경 진원도를 만족시킬 수 있다. 그 결과, 종래보다 넓은 판 두께 공차의 소재 금속판의 사용이 가능하게 되고, 재료의 조달성이 향상한다.
본 구성은 모터 케이스 등의 성형재의 고정밀도의 내경 진원도가 요구되는 적용 대상에 있어서 특히 유용하다.
또, 가공 중 바닥 치기하지 않는 리프터 패드(42)가 가압 수단을 구성하므로, 더욱 확실하게 몸통부 소체(20a)의 깊이 방향을 따르는 압축력(42a)을 몸통부 소체(20a)에 가하면서 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있다.
소재 금속판의 판 두께에 따라, 압축 드로잉 공정의 리프터 패드력을 조정할 수 있으므로, 소재 금속판의 판 두께에 관계없이 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께를 적정 판 두께 범위내에 맞출 수 있고, 항상 일정한 아이어닝 가공 클리어런스에서 안정된 아이어닝 가공을 실행할 수 있다.
또, 본 발명의 성형재의 제조 방법은 아이어닝율을 Y로 하고, 마무리 아이어닝 금형의 다이 어깨부의 곡률 반경 r과 마무리 아이어닝 전 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께 tre의 비를 X로 했을 때에, 0<Y≤11.7X-3.1을 만족시키므로, 마무리 아이어닝 후의 내경 진원도를 만족시키고, 또한 도금 찌꺼기를 발생시키지 않고 몸통부 소체(20a)를 드로잉할 수 있다.
또한, 실시형태에서는 압축을 3회 실행하도록 설명하고 있지만, 압축의 회수는 성형재(1)의 크기나 요구되는 치수 정밀도에 따라 적절히 변경해도 좋다.
1; 성형재 2; 소재 금속판
3; 금형 10; 몸통부
11; 플랜지부 20; 예비체
20a; 몸통부 소체 30; 다이
31; 펀치 32; 쿠션 패드
42a; 압축력 100; 꼭대기벽
101; 둘레벽

Claims (4)

  1. 소재 금속판에 대해 다단 드로잉을 실행함으로써, 통형상의 몸통부와 해당 몸통부의 단부에 형성된 플랜지부를 갖는 성형재를 제조하는 것을 포함하는 성형재 제조 방법으로서,
    상기 다단 드로잉에는,
    몸통부 소체를 갖는 예비체를 상기 소재 금속판으로 형성하는 예비 드로잉과,
    압입 구멍을 갖는 다이와, 상기 몸통부 소체의 내부에 삽입되어 상기 몸통부 소체를 상기 압입 구멍에 밀어넣는 펀치와, 상기 몸통부 소체의 깊이 방향을 따르는 압축력을 상기 몸통부 소체의 둘레벽에 가하는 가압 수단을 포함하는 금형을 이용해서 상기 예비 드로잉 후에 실행되고, 상기 압축력을 상기 몸통부 소체에 가하면서 상기 몸통부 소체를 드로잉함으로써 상기 몸통부를 형성하는 적어도 1회의 압축 드로잉과,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉의 후에 실행되는 적어도 1회의 마무리 아이어링이 포함되어 있고,
    상기 가압 수단은 상기 다이에 대향하도록 상기 펀치의 외주 위치에 배치되어 상기 몸통부 소체의 둘레벽의 하단이 탑재되는 패드부와, 상기 패드부를 아래쪽으로부터 지지하는 동시에 상기 패드부를 지지하는 지지력을 조절할 수 있도록 구성된 지지부를 갖는 리프터 패드이고,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉은 상기 패드부가 하사점에 도달할 때까지의 사이에 완료하도록 실행되고,
    상기 몸통부 소체의 압축 드로잉이 실행될 때에 상기 지지력이 상기 압축력으로서 상기 몸통부 소체에 작용하는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1회의 압축 드로잉은 상기 소재 금속판의 판 두께에 따라 상기 패드부를 지지하는 지지력을 조절하는 것에 의해, 상기 마무리 아이어닝의 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 1회의 마무리 아이어닝은 해당 마무리 아이어닝에 이용하는 금형의 클리어런스 cre가 마무리 아이어닝에 이용하는 금형의 다이 어깨부의 곡률 반경 r과 상기 마무리 아이어닝 전의 몸통부 소체의 둘레벽 평균 판 두께 tre의 비를 X로 하고, {(tre-cre)/tre}×100으로 나타나는 아이어닝율을 Y로 한 경우에, 하기의 식(1)의 관계를 만족시키도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
    0<Y≤11.7X-3.1…식 (1)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소재 금속판은 강판의 표면에 Zn계 도금이 실시된 Zn계 도금 강판인 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
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