KR20180074746A - 금형 및 타발관의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 금속판을 블랭킹하여 드로잉 가공용 블랭크를 성형하기 위해 이용되는 금형으로서, 표면 처리막의 박리의 진행이 유효하게 억제된 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 의하면, 금속판을 블랭킹하여 드로잉 가공용 블랭크를 성형하기 위해 이용되는 금형에 있어서, 상기 금속판에 접촉하는 천면(天面)과, 해당 천면과 불연속인 둘레상(周狀) 단면을 구비하고 있으며, 적어도 상기 천면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 금형이 제공된다.

Description

금형 및 타발관의 제조 방법

본 발명은 드로잉 가공용 블랭크의 성형에 이용되는 금형에 관한 것이고, 상세하게는, 드로잉 가공용 블랭크의 성형에 이용되며, 천면(天面)과 불연속인 둘레상 단면(端面)이 설치되어 있는 금형에 관한 것이다.

금속 캔은, 일반적으로, 금속판을 적당한 형상으로 블랭킹하여 블랭크로 하고, 이 블랭크에 대하여, 드로잉 가공 등을 실시함으로써 제조된다. 금속판을 블랭킹할 때에는, 블랭크 성형 펀치(수형(雄型))와 블랭크 성형 다이(암형(雌型))를, 원하는 블랭크 형상으로 만들어 두고, 이러한 펀치와 다이의 사이에 금속판을 고정하고, 펀치와 다이 중 적어도 어느 한 쪽을 움직여 펀치를 다이에 통과시킨다.

근래에는, 금형의 메인터넌스 빈도 저감에의 요구, 프레스 품질의 향상에 대한 요구, 환경 부하 저감의 요구, 화학 물질의 규제 등이 한층 강해지고 있다. 그 때문에, 금형에 보다 높은 경도 또는 미끄러짐성을 부여하여, 그것에 의해 프레스 가공 시의 금형 파손을 생기기 어렵게 하거나, 윤활제의 사용량의 삭감이나 불사용으로 하거나 할 필요성이 생기고 있다.

금형의 경도 또는 미끄러짐성을 높이는 수단으로서, 금형 표면을 다이아몬드 등의 표면 처리막으로 덮는 기술이 한창 개발되고 있다. 그러나, 블랭크 성형 펀치나 블랭크 성형 다이 등 금속판의 블랭킹에 사용되는 금형에 있어서, 칼날 끝부에는 강한 충격 하중이 작용한다. 또한, 칼날 끝부는 예리한 형상을 하고 있기 때문에, 표면 처리막이 두꺼워지는 경향이 있다. 이 때문에, 칼날 끝부의 표면 처리막의 밀착성이 저하되기 쉽다. 따라서, 연마 시나 프레스 가공 시에, 표면 처리막의 결손이나 벗겨짐이 발생되기 쉽다. 표면 처리막의 결손이나 벗겨짐이 발생하면, 이들 결손이나 벗겨짐을 기점으로 하여, 그 외의 부분에까지 표면 처리막의 박리가 진행되어 버린다.

표면 처리막의 결손이나 벗겨짐의 문제를 해결하기 위해, 비특허문헌 1은, 모서리부를 모따기한, 금속판의 블랭킹용 블랭크 성형 펀치 및 블랭크 성형 다이에 대하여, 다이아몬드 코팅을 입히는 것을 제안하고 있다. 그러나, 비특허문헌 1에 명기되어 있는 바와 같이, 이러한 모서리부를 모따기한 블랭크 성형 펀치 및 블랭크 성형 다이에서는, 다이아몬드막의 박리를 유효하게 회피할 수 있지는 않았다.

평성 23년(2011년)도 전략적 기반기술 고도화 지원 사업 「드라이 프레스 가공용 붕소 도핑 다이아몬드 코팅 고인성(高靭性) 초경합금 공구의 개발」 연구 개발 성과 등 보고서

따라서, 본 발명의 목적은, 금속판 등의 판상 소재를 블랭킹하여 드로잉 가공용 블랭크를 성형하기 위해 이용되는 금형으로서, 표면 처리막의 박리의 진행이 유효하게 억제된 금형을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 금속판 등의 판상 소재를 블랭킹하여 드로잉 가공용 블랭크를 성형하기 위해 이용되는 금형에 있어서, 상기 판상 소재에 접촉하는 천면과, 해당 천면과 불연속인 둘레상 단면을 구비하고 있고, 적어도 상기 천면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 금형이 제공된다.

본 발명의 금형에 있어서는,

(1) 상기 둘레상 단면이, 상기 천면보다도 낮은 위치에 있음으로써, 상기 천면과 상기 둘레상 단면이 불연속인 것,

(2) 상기 천면의 바깥쪽 가장자리와 상기 둘레상 단면의 안쪽 가장자리의 사이에 홈을 가짐으로써, 상기 천면과 상기 둘레상 단면이 불연속인 것,

(3) 상기 천면과 상기 둘레상 단면의 사이에 둘레벽면이 개재되어 있는 것,

(4) 상기 천면과 상기 둘레상 단면이 별개의 부재로 구성되어 있는 것,

(5) 추가로, 상기 블랭크의 드로잉 가공에도 이용되는 것,

(6) 상기 표면 처리막이 탄소계 경질막인 것,

(7) 상기 천면의 표면 거칠기 Ra가 0.1㎛ 이하인 것,

(8) 상기 천면 및 상기 둘레상 단면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 것,

(9) 상기 천면, 상기 둘레벽면 및 상기 둘레상 단면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 것,

(10) 상기 둘레상 단면 또는 상기 둘레벽면 중 적어도 한쪽에 둘레 방향으로 홈이 설치되어 있는 것,

(11) 상기 둘레상 단면의 바깥쪽 둘레부가 표면 처리막으로 피복되어 있지 않는 것이 적합하다.

또, 본 발명에 의하면, 구멍이 관통한 원환상(圓環狀)을 하고 있고, 판상 소재에 접촉하는 천면과, 해당 천면과 불연속인 둘레상 단면을 구비하고 있으며, 또한, 적어도 상기 천면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 금형을 준비하고,

해당 금형을 펀치로서 사용해 판상 소재를 블랭킹하여, 블랭크를 형성하며,

계속해서, 해당 금형을 다이로서 사용하여, 상기 블랭크의 드로잉 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 타발관(drawn can)의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 금형에는, 천면과는 불연속인 둘레상 단면이 설치되어 있다. 그 때문에, 금속판을 블랭킹할 때에 금형 바깥쪽 가장자리 모서리부에 강한 전단력이 작용하는 등 하여 표면 처리막에 결손이나 박리가 발생해도, 표면 처리막의 박리는 둘레상 단면에만 머무르고, 천면을 피복하는 표면 처리막까지 박리가 진행되지 않는다.

도 1은 본 발명의 금형을 이용한 금속판의 블랭킹 가공을 설명하는 개략도이다.
도 1(a)는 블랭킹 전의 상태를 나타낸다.
도 1(b)는 한창 블랭킹하고 있는 중의 상태를 나타낸다.
도 2(a)는 본 발명의 금형의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2(b)는 도 2(a)의 A부 확대도이다.
도 3(a)는 본 발명의 금형의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3(b)는 도 3(a)의 B부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 금형을 이용한 블랭크-드로잉 가공의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 4(a)는 블랭킹 가공 전을 나타낸다.
도 4(b)는 블랭킹 가공 중을 나타낸다.
도 4(c)는 블랭킹 가공 후 드로잉 가공 전을 나타낸다.
도 4(d)는 드로잉 가공 중을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 금형에 홈을 형성하는 경우의, 홈의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 금형에 있어서의, 칼날 끝의 기울기 각도 θ2를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 금형의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 금형에 홈을 형성하는 경우의, 홈의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 금형에 홈을 형성하는 경우의, 홈의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 금형에 있어서, 천면과 둘레상 단면의 높이가 같은 경우를 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 실험 예 2에 있어서 금속판의 블랭크-드로잉 가공을 행한 후의, 종래의 금형의 둘레상 단면 부근의 사진이다.
도 12는 실험 예 2에 있어서 금속판의 블랭크-드로잉 가공을 행한 후의, 본 발명의 금형의 둘레상 단면 부근의 사진이다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명의 금형을 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 펀치는 수형으로서 이용되는 금형을 의미한다. 다이는 암형으로서 이용되는 금형을 의미한다. 또, 본 발명의 금형의 금속판이 설치되는 측을 위쪽, 그 반대를 아래쪽으로 한다.

도 1은, 본 발명의 금형을 이용한 금속판 등의 판상 소재의 블랭킹 가공을 설명하는 개략도이다. 도 1(a)는 판상 소재를 블랭킹하기 전의 상태를 나타내고, 도 1(b)는 판상 소재를 블랭킹하고 있는 상태를 나타낸다. 도 1로부터 이해되는 바와 같이, 전체로서 1로 나타나는 본 발명의 금형(1)은, 판상 소재를 홀딩하고 또한 드로잉 가공용 블랭크의 형상에 상당하는 개구를 갖는 드로잉 가공용 블랭크 성형 다이(3)(이하, 블랭크 성형 다이(3)로 약칭하는 경우가 있음.)와 조합하여 사용되는 것이며, 드로잉 가공용 블랭크 성형 펀치(이하, 블랭크 성형 펀치로 약칭하는 경우가 있음.)로서 기능한다. 구체적으로는, 본 발명의 금형(1)의 위에 판상 소재(5)를 설치하고{도 1(a)}, 그 후, 블랭크 성형 다이(3)를 아래쪽 방향으로 이동시키거나, 또는 본 발명의 금형(1)을 위쪽 방향으로 이동시켜 판상 소재(5)를 블랭킹한다{도 1(b)}. 이 블랭킹 가공에 의해, 드로잉 가공용 블랭크(7)가 얻어진다.

도 2는 본 발명의 금형의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 본 발명의 금형(1)은, 금속 캔 등의 성형에 이용하는 금속판(예를 들면 알루미늄 판) 등의 판상 소재에 접촉하는 천면(11)과, 금형 바깥쪽 가장자리를 따르고 있고 또한 천면(11)과는 불연속인 둘레상 단면(13)을 구비하고 있다. 도 2에서 나타나는 양태에 있어서는, 둘레상 단면(13)은, 천면(11)보다도 낮은 위치에 있음으로써, 천면(11)과 불연속으로 되어 있고, 천면(11)과 둘레상 단면(13)의 사이에는 둘레벽면(15)이 개재된 구조로 되어 있다. 본 발명에서는, 적어도 천면(11)이 표면 처리막(17)으로 피복되어 있다.

본 발명의 금형(1)의 전체적인 형상으로는, 금형(1)의 바깥쪽 둘레가, 목적으로 하는 드로잉 가공용 블랭크의 형상에 상당하는 형상으로 되어 있으면 되고, 예를 들면, 드로잉 가공용 블랭크를 원형으로 하는 경우이면, 금형(1)의 바깥쪽 둘레도 원형으로 하면 된다. 또한, 나중에 상술하는 바와 같이, 본 발명의 금형(1)을 블랭크 성형 펀치로서 기능시킬 뿐만 아니라, 드로잉 가공 시에 다이로서도 기능시킬 경우, 본 발명의 금형(1)에는, 도너츠와 같이, 드로잉 가공 펀치가 통과할 수 있을 정도의 구멍을 관통시켜도 된다.

적어도 천면(11)을 피복하는 표면 처리막(17)으로는, 다이아몬드 라이크 카본(DLC)막이나 다이아몬드막과 같은 탄소계 경질막 외, 세라믹 코팅막, 불소 수지 코팅막 등 공지의 표면 처리막을 들 수 있지만, 금형 표면으로부터의 박리가 특히 현저하다는 점에서, 본 발명은, 탄소계 경질막에 대하여 유효하고, 그 중에서도 특히 다이아몬드막에 대하여 유효하다. 또한, 다이아몬드 라이크 카본(DLC)이란, 다이아몬드와 카본의 혼합체인 불완전 다이아몬드 구조체를 총칭하고, 그 혼합 비율은 특별히 한정되지 않는다.

표면 처리막(17)의 평균 두께는, 일반적으로는 0.1∼30㎛이고, 그 다수는 5∼15㎛이다. 표면 처리막이 너무 얇으면 금형을 막으로 균일하게 피복하는 것이 곤란해질 우려가 있고, 표면 처리막이 너무 두꺼우면 내(耐)박리성이 손상될 우려가 있다.

표면 처리막(17)의 경도로는, 내구성의 관점에서, 비커스 경도(Vickers hardness) 2000 이상이 바람직하다.

이러한 표면 처리막(17)을 갖는 본 발명의 금형의 천면(11)은, 매끄러운 표면으로 되어 있고, 구체적으로는, 표면 거칠기 Ra가 0.1㎛ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 표면 거칠기 Ra는 JIS B0601-2001에 준하여 측정할 수 있다.

도 2(b)를 참조하면, 천면(11)의 바깥쪽 가장자리로부터 아래쪽을 향하여 둘레벽면(15)이 설치되어 있고, 둘레벽면(15)의 하단은 둘레상 단면(13)에 연결되어 있다. 둘레벽면(15)과 천면(11)으로 형성하는 모서리부(X)는, 성형되는 블랭크에압흔이 생기는 것을 방지하는 것이나, 표면 처리막의 후막화(厚膜化)에 의한 밀착성의 저하를 방지하는 관점에서, 둥그스름한 것이 바람직하고, 구체적으로는, 모서리부(X)의 곡률 반경이 0.1mm 이상인 것이 바람직하다.

한편, 둘레벽면(15)과 둘레상 단면(13)으로 형성하는 모서리부(Y)에 관해서는, 표면 처리막의 벗겨짐의 진행을 확실하게 멈추는 관점에서, 모서리부(Y)의 곡률 반경이 가급적으로 작은 것이 바람직하고, 구체적으로는, 모서리부(Y)의 곡률 반경이 1mm 이하인 것이 바람직하다. 또, 모서리부(Y)의 각도 θ1은, 가공 용이성의 관점 및 천면의 면적을 최대한으로 확보하는 관점에서, 90∼150°가 바람직하다. 또한 도 5에서 나타내는 바와 같이 모서리부(Y)의 형상을 여유 홈으로 해도 된다. 또한, 도 5는, 천면로부터 둘레상 단면에 걸친 영역에 있어서의 금형의 형상을 개념적으로 설명하기 위한 도면이며, 표면 처리막은 생략되어 있다. 또, 도 5에 있어서의 파선은, 본 도면이, 도 2의 A부 확대도나 도 3의 B부 확대도에 상당하는 부분의 도면이라는 의미이다. 도 6 및 도 8∼10도 마찬가지이다.

또한 도 6을 참조하여, 둘레상 단면(13)과 금형(1)의 바깥쪽 가장자리로 형성하는 모서리부(Z)에서는, 날카로움을 감안하면 금형 천면에 대한 칼날 끝의 기울기 각도 θ2가 30° 이하인 것이 바람직하다.

다시 도 2(a), (b)를 참조하여, 둘레상 단면(13)의 둘레 방향 폭은, 금형의 크기 등에 따라 적절히 결정하면 되지만, 평균으로 0.1∼5mm인 것이 바람직하고, 0.3∼2mm인 것이 특히 바람직하다. 폭이 너무 좁으면 금형의 제조가 곤란해질 우려가 있고, 또, 폭이 너무 넓으면 드로잉 가공 시에 주름이 발생할 우려가 있다.

둘레상 단면(13)의 표면과 천면(11)의 높이 차는, 블랭킹 시에 금속판이 구부려져 드로잉 가공 시에 저항이 되거나, 금속판에 압흔이 남아 제품 불량이 되거나 할 우려에서, 0.1∼5mm인 것이 바람직하고, 0.1∼2mm인 것이 특히 바람직하다.

칼날 끝이 되는 둘레상 단면(13) 상의 바깥쪽 둘레부는, 박리를 확실하게 방지하는 관점에서는 도 2에서 나타나 있는 바와 같이 표면 처리막(17)으로 덮여 있지 않는 것이 바람직하고, 금형의 제조 용이성의 관점에서는 도 1에서 나타나 있는 바와 같이 표면 처리막(17)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 둘레벽면(15)은, 표면 처리막으로 덮여 있지 않아도 되지만, 덮여 있는 쪽이 바람직하다. 둘레상 단면(13) 및 둘레벽면(15)에 있어서의 표면 처리막의 두께, 표면 처리막의 경도 및 표면 거칠기는, 각각, 천면(11)에 있어서의 표면 처리막의 두께, 표면 처리막의 경도 및 표면 거칠기의 적합한 수치 범위 내에 포함되는 것이 바람직하다.

도 2에 있어서, 둘레벽면(15)의 하단은, 둘레상 단면(13)과 연결되어 있고, 둘레상 단면(13)은 천면(11)보다도 낮은 위치에 설치되어 있다. 둘레상 단면(13)의 바깥쪽 가장자리는, 본 발명의 금형(1)의 바깥쪽 가장자리와 일치하고 있다.

천면(11)과 둘레상 단면(13)은, 도 1 및 도 2에서 나타내는 바와 같이, 동일 부재로 구성되어 있어도 되지만, 도 7에서 나타내는 바와 같이, 별개의 부재로 구성되어 있어도 된다. 도 7의 경우, 천면(11)을 갖는 부재의 바깥쪽 가장자리부(둘레벽면(15)에 상당하는 부분)는 표면 처리막으로 덮여 있지만, 덮여 있지 않아도 된다.

둘레상 단면(13)은, 금형(1)의 바깥쪽 가장자리의 형상에 대응하는 형상을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들면, 금형 바깥쪽 가장자리가 원형인 경우에는, 둘레상 단면(13)의 형상은 원환상인 것이 바람직하며, 금형 바깥쪽 가장자리가 직사각형인 경우에는, 둘레상 단면(13)의 형상도 직사각형의 환상인 것이 바람직하다. 이와 같은 둘레상 단면이 금형 바깥쪽 가장자리에 설치되어 있는 점은, 본 발명의 중요한 특징이다.

즉, 종래에는, 금형을 탄소계 경질막 등의 표면 처리막으로 피복하고, 이러한 금형을 연마하거나 블랭크 성형 펀치로서 사용하거나 하면, 금형의 바깥쪽 가장자리 모서리부에 전단력이 집중적으로 가해지므로, 표면 처리막 중 금형 바깥쪽 가장자리 모서리부를 피복하는 막에 결손이나 벗겨짐이 발생하고 있었다. 그리고, 이러한 결손이나 벗겨짐을 기점으로 하여, 그 외의 부분을 피복하는 표면 처리막에까지 박리가 넓어져 가고, 그 결과, 금형의 수명이 짧아지고 있었다. 그러나, 본 발명의 금형에 있어서는, 금형 바깥쪽 가장자리 모서리부를 덮는 표면 처리막에 결손이나 벗겨짐이 발생해도, 막의 박리의 진행은 둘레상 단면에만 머무르고, 그 이상 넓어지지 않는다. 게다가 둘레상 단면은 드로잉 가공용 블랭크의 완성에 거의 영향을 미치지 않는 부분이다. 그 때문에, 둘레상 단면을 갖는 본 발명의 금형에 의하면, 표면 처리막의 결손이나 벗겨짐을 걱정하는 일 없이, 양질의 드로잉 가공용 블랭크를 성형할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 금형의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다. 둘레상 단면(13)에 표면 처리막(17)을 설치하는 경우, 둘레상 단면(13)에 홈(19)을 설치하는 것이 바람직하고, 또는 천면(11)의 바깥쪽 가장자리부터 둘레상 단면(13)의 안쪽 가장자리의 사이의 영역, 예를 들면 둘레벽면(15)에 홈(19)을 설치하는 것이 바람직하다. 도 3에서는, 둘레상 단면(13)에, 둘레 방향으로 홈(19)이 설치되어 있다. 홈(19)을 설치하면, 둘레상 단면 바깥쪽 가장자리부터 표면 처리막의 박리가 발생했을 때에, 홈(19)에서도 박리의 진행을 막을 수 있다. 홈(19)은, 금형 제조 용이성과 강도의 관점에서, 둘레상 단면(13)의 바깥쪽 가장자리로부터 0.2mm 이상 떨어진 위치에 설치되는 것이 바람직하고, 또, 0.05mm 이상의 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 홈의 방향은 도 3, 8 및 9에서 나타내는 바와 같이, 수평, 수직, 사선이어도 되고, 도 5에 나타내는 바와 같은 여유 홈이어도 된다. 또, 홈의 형상은 직사각형 홈, R홈, V홈 등 주지의 형상이면 된다. 또한 홈의 수량도 한정하지는 않으며, 1개여도 되고, 금형의 가공 스페이스가 허용하는 범위에서 2개 이상이어도 된다. 또, 홈은 바깥쪽 둘레 형상을 따른 것이 공간절약의 점에서 바람직하지만, 특별히 한정은 없다. 또한, 한 바퀴 줄지어 이어지는 홈이어도 되고, 부분적인 홈이어도 된다.

지금까지 도 1∼도 3 및 도 5∼도 9를 참조하여, 둘레상 단면이 천면보다도 낮은 위치에 설치된 양태에 대해 설명해왔지만, 본 발명의 금형은, 둘레상 단면이 천면과 불연속으로 되어 있는 한, 그 외의 양태를 취할 수도 있다. 구체적으로는, 도 10에 개념적으로 나타나 있는 바와 같이, 둘레상 단면(13)을 천면(11)과 동일 높이로 하고, 천면(11)과 둘레상 단면(13)의 사이에 홈(19)을 설치함으로써, 둘레상 단면을 천면과 불연속으로 해도 된다. 홈(19)의 상세에 대해서는 전술한 바와 같다. 이 경우, 둘레상 단면(13)과 천면(11)이 동일 높이이므로, 프레스 가공 시에 둘레상 단면(13)과 금속판이 접촉한다. 이때, 둘레상 단면의 표면 처리막의 박리가 일어나 있으면, 금속판이 금형 베이스재(基材)와 접촉하여 미끄러짐성이 악화되기 때문에, 드로잉 가공 시에 저항이 될 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해, 둘레상 단면(13)과 천면(11)을 동일 높이로 할 경우, 둘레상 단면(13) 바로 위의 드로우 패드는 놓아주는 등 하여, 둘레상 단면에 금속판을 꽉 누르지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 금형을 사용하고, 판상 소재를 소정의 형상으로 블랭킹함으로써, 드로잉 가공용 블랭크가 얻어진다. 블랭킹하는 판상 소재로는, 금속판, 구체적으로는, 알루미늄, 동, 철 또는 이들 금속을 포함하는 합금의 판, 더 나아가서는 생철 등의 주석 도금 강판 등의 표면 처리 강판을 들 수 있다. 또, 금속판 이외에도, 수지판, 종이, 섬유 시트 등의 복합 판에도 적합하게 사용할 수 있다. 얻어진 드로잉 가공용 블랭크는, 그 후 드로잉 가공에 공급되고, 추가로 필요에 따라, 굽힘 가공, 아이어닝 가공 등에 공급되어 최종 성형품이 된다.

이미 서술한 바와 같이 본 발명의 금형에, 드로잉 가공 펀치가 통과할 수 있는 것과 같은 구멍을 관통시켜 두면, 본 발명의 금형은, 드로잉 가공용 블랭크 성형 펀치 이외에, 드로잉 가공 다이로서도 사용할 수 있다. 이러한 금형에 의하면, 블랭킹 가공과 드로잉 가공을 연속하여 행할(이하, 이것을 블랭크-드로잉 가공이라 부르는 경우가 있음.) 수 있으므로, 공업적으로 유리하다.

도 4는, 본 발명의 금형을 이용한 블랭크-드로잉 가공의 일례를 나타내는 개념도이다. (a)는 블랭킹 가공 전을 나타낸다. (b)는 블랭킹 가공 중을 나타낸다. (c)는 블랭킹 가공 후 드로잉 가공 전을 나타낸다. (d)는 드로잉 가공 중을 나타낸다. 본 발명의 금형을 블랭크 성형 펀치 겸 드로잉 가공 다이로 하는 경우, 블랭크-드로잉 가공은 예를 들면 이하의 공정으로 행하여진다. 즉, 도 4(a)를 참조하여, 본 발명의 금형(1)의 위에 금속판(5)을 설치한다. 또한, 상형(上型)(20)으로서, 블랭크 성형 다이(3), 드로우 패드(21) 및 드로잉 가공 펀치(23)를 준비한다. 상형은, 블랭크 성형 다이의 선단(3')이 가장 아래쪽에 위치하고, 드로우 패드(21)의 블랭크와 접촉하는 저면(底面)이, 블랭크 성형 다이의 선단(3')보다 위쪽에 위치하며, 드로잉 가공 펀치(23)의 블랭크와 접촉하는 저면이, 드로우 패드(21)의 저면보다도 더욱 위쪽에 위치하도록 조립된다. 이러한 상형을 강하시켜 가면, 도 4(b)에 나타나는 바와 같이, 상형(20) 중 블랭크 성형 다이의 선단(3')이 금속판(5)에 도달해 이것을 블랭킹하여, 드로잉 가공용 블랭크(7)가 성형된다. 이때, 본 발명의 금형(1)은 드로잉 가공용 블랭크 성형 펀치로서의 역할을 다하고 있다. 계속해서 상형을 강하시켜, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 금형(1)과 드로우 패드(21)로 블랭크(7)를 확실하게 끼워 넣는다. 그 후, 도 4(d)에서 나타나는 바와 같이, 드로잉 가공 펀치(23)를 더욱 강하시킴으로써 드로잉 가공용 블랭크(7)에 드로잉 가공을 실시하여, 하이트가 낮은 타발관(바닥이 있는 통상체)(30)을 얻는다.

이와 같이, 본 발명의 금형을 드로잉 가공 다이로서도 사용한 경우, 후술하는 실시 예에서 나타나 있는 바와 같이, 얻어지는 타발관에, 본 발명의 금형에 둘레상 단면이 존재하고 있는 것에 기인하는 압흔이나 주름과 같은 제품 불량이 발생하는 일은 없다. 즉, 본 발명의 금형을 블랭크 성형 펀치 겸 드로잉 가공 다이로서 사용하면, 양질의 타발관을 얻을 수 있다.

본 발명의 금형은, 상술한 바와 같이 적어도 천면이 표면 처리막으로 피복되어 있고, 또한, 둘레상 단면을 갖고 있는 한, 종래 공지의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

예를 들면, 우선, 공지의 소재로 이루어지는 베이스재를 준비하고, 이러한 베이스재를 목적으로 하는 형상으로 가공한다. 가공 시에는, 표면 처리막의 두께를 고려한다.

베이스재의 소재로는, 구체적으로는, 텅스텐 카바이드(WC)와 코발트 등의 금속 바인더와의 혼합물을 소결하여 얻어지는 초경합금; 탄화 티탄(TiC) 등의 금속 탄화물이나 탄질화 티탄(TiNC) 등의 티탄 화합물과 니켈이나 코발트 등의 금속 바인더와의 혼합물을 소결하여 얻어지는 서멧; 등을 들 수 있다.

다음으로, 표면 처리막의 조성에 적합한 공지의 성막 방법을 이용하여 성막하고, 필요에 따라 공지의 방법에 의해 막의 표면을 연마한다.

예를 들면 표면 처리막이 다이아몬드막인 경우, 공지의 성막 방법으로는, 마이크로파 플라스마 CVD법, 고주파 플라스마 CVD법 등의 플라스마 CVD법이나 열 필라멘트 CVD법을 들 수 있다. 플라스마 CVD법의 조작은 이하와 같다. 원료 가스로서, 메탄, 에탄, 프로판, 아세틸렌 등의 탄화수소 가스를 수소 가스로 희석한 가스를 준비한다. 이 원료 가스에는, 막질이나 성막 속도의 조정을 위해, 적절히 산소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 소량 혼합해도 된다. 이들 원료 가스를 사용하여, 베이스재를 가열하고, 마이크로파나 고주파 등에 의해 플라스마를 발생시켜 플라스마 중에서 원료 가스를 분해하여 활성종을 생성시키고, 베이스재 상에서 다이아몬드 결정을 성장시킴으로써, 다이아몬드막을 형성할 수 있다.

또, 표면 처리막이 DLC막인 경우, 공지의 성막 방법으로는, 고주파 플라스마 CVD법, ECRCVD법, ICP법, 직류 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, 이온화 증착법, 아크식 증착법, 레이저 증착법, 전자빔 증착법, 저항 가열 증착법 등을 들 수 있다. 예를 들면 고주파 플라스마 CVD법에서는, 고주파에 의해 전극 간에 발생하는 글로(glow) 방전에 의해 원료 가스(메탄 등의 탄화수소 가스)를 분해함으로써, 기판 상에 DLC막을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 둘레벽면을 표면 처리막으로 피복하지 않는 경우는, 미리 둘레벽면 상당 부분을 마스킹하고 나서 상기 성막 조작을 행하면 된다. 또는, 표면 처리막 형성 후에 둘레벽면의 표면 처리막을 제거 가공하면 된다. 둘레상 단면을 표면 처리막으로 피복하지 않는 경우도 마찬가지이다.

표면 처리막 형성 공정 후, 필요에 따라 공지의 방법에 의해 금형 표면을 연마함으로써, 본 발명의 금형은 제조된다.

실시 예

이하, 본 발명을 다음 실험 예에서 설명한다.

실험 예에 있어서, 표면 거칠기 및 파상도(waviness)는 이하의 방법에 의해 측정했다. 즉, 표면 조도계{(주)도쿄 세이미츠사 제조, 서프컴 2000SD3}를 사용하고, JIS-B-0601에 준거하여, 산술 평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 파상도 Wz를 측정했다.

시험을 행하는 금형으로는, 초경합금제의 베이스재에 열 필라멘트 CVD법에 의해 다이아몬드를 코팅한 것을 이용했다.

＜실험 예 1＞

종래의 둘레상 단면을 구비하고 있지 않는 금형(이하, 종래의 금형이라고 약칭하는 경우가 있음.)과, 본 발명의 둘레상 단면을 구비한 금형(이하, 본 발명의 금형이라고 약칭하는 경우가 있음.)에, 저부 이외의 전면(全面)에 다이아몬드막을 입혔다. 금속판과 접촉하는 부분(천면 및 내경부)을, 산술 평균 거칠기 Ra가 0.03㎛가 될 때까지, 다이아몬드 지립을 포함하는 지석에 의해 연마했다.

얻어진 금형의 형상은 이하에 나타내는 바와 같다.

종래의 금형 및 본 발명의 금형;

외경: 140mm

내경: 90mm

　표면 처리막(17)의 평균 두께: 10㎛

본 발명의 금형;

모서리부(X)의 곡률 반경: 0.2mm

모서리부(Y)의 곡률 반경: 0.1mm

모서리부(Y)의 각도: 90°

둘레상 단면(13)의 둘레 방향 폭: 0.5mm

둘레상 단면(13)의 표면과 천면(11)의 높이 차: 0.2mm

홈(19)의 둘레상 단면(13)의 바깥쪽 가장자리로부터의 위치: 0.25mm

홈(19)의 깊이: 0.1mm

둘레상 단면을 구비하고 있지 않는 종래의 금형에서는, 연마 중에 금형의 바깥쪽 가장자리 모서리부에서 결손이 발생하고, 더욱 연마를 계속하면 결손 부분에서부터 다이아몬드막의 박리가 진행되어 갔다. 한편, 둘레상 단면을 구비한 본 발명의 금형에서는 결손이나 박리는 발생하지 않았다.

＜실험 예 2＞

실험 예 1에서 연마를 행한 금형을 이용하여, 금속판의 블랭크-드로잉 가공을 행하였다. 금속판으로는 판 두께 0.27mm의 A3104재를 사용했다. 종래의 금형에서는, 도 11에서 나타내는 바와 같이, 블랭킹 가공 시에 금형의 바깥쪽 가장자리 모서리부에서 결손이나 박리가 발생하고, 더욱 가공을 진행하면 결손이나 박리에서부터 다이아몬드막의 박리가 진행되어 갔다. 또한, 파편이 타발관에 부착하여, 흠집의 발생이 관찰되었다. 한편, 본 발명의 금형에서는, 도 12에서 나타내는 바와 같이, 결손은 발생하기는 했지만, 가공을 진행해도 박리의 진행은 둘레상 단면에 머무르고, 그 이상 넓어지지 않았다. 또, 타발관에의 파편의 부착은 없었다.

＜실험 예 3＞

실험 예 2에서 얻어진 타발관의 주름을 평가하기 위해, 개구단 부근의 최대 높이 파상도 Wz를 측정한바, 종래의 금형, 본 발명의 금형 모두 1.6㎛ 정도이고, 둘레상 단면에 기인하는 주름은 발생하지 않았다.

1: 금형 3: 블랭크 성형 다이
3': 다이의 선단 5: 금속판
7: 블랭크 11: 천면
13: 둘레상 단면 15: 둘레벽면
17: 표면 처리막 19: 홈
20: 상형 21: 드로우 패드
23: 드로잉 가공 펀치 30: 타발관

Claims (13)

1. 판상 소재를 블랭킹하여 드로잉 가공용 블랭크를 성형하기 위해 이용되는 금형에 있어서,
   상기 판상 소재에 접촉하는 천면(天面)과, 상기 천면과 불연속인 둘레상 단면(端面)을 구비하고 있고,
   적어도 상기 천면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 금형.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 둘레상 단면이 상기 천면보다도 낮은 위치에 있는 금형.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 천면의 바깥쪽 가장자리와 상기 둘레상 단면의 안쪽 가장자리의 사이에 홈을 갖는 금형.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 천면과 상기 둘레상 단면의 사이에 둘레벽면이 개재되어 있는 금형.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 천면과 상기 둘레상 단면이 별개의 부재로 구성되어 있는 금형.
6. 제 1 항에 있어서,
   추가로, 상기 블랭크의 드로잉 가공에도 이용되는 금형.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 표면 처리막이 탄소계 경질막인 금형.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 천면의 표면 거칠기 Ra가 0.1㎛ 이하인 금형.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 천면 및 상기 둘레상 단면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 금형.
10. 제 4 항에 있어서,
    상기 천면, 상기 둘레벽면 및 상기 둘레상 단면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 금형.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 둘레상 단면 또는 상기 둘레벽면에 둘레 방향으로 홈이 설치되어 있는 금형.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 둘레상 단면의 바깥쪽 둘레부가 표면 처리막으로 피복되어 있지 않는 금형.
13. 구멍이 관통한 원환상(圓環狀)을 하고 있고, 판상 소재에 접촉하는 천면과, 상기 천면과 불연속인 둘레상 단면을 구비하고 있으며, 또한, 적어도 상기 천면이 표면 처리막으로 피복되어 있는 금형을 준비하고,
    상기 금형을 펀치로서 사용해 판상 소재를 블랭킹하여, 블랭크를 형성하며,
    계속해서, 상기 금형을 다이로서 사용하여, 상기 블랭크의 드로잉 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 타발관의 제조 방법.

Images