KR20200134303A

KR20200134303A - 펀치 홀 형성 방법 및 펀치 홀 형성 장치

Info

Publication number: KR20200134303A
Application number: KR1020207030623A
Authority: KR
Inventors: 노리히사 신케; 미쓰아키 에치고; 유지 쓰다
Original assignee: 오사까 가스 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-12-01
Also published as: EP3785819A1; JP7129807B2; JP2019177417A; EP3785819A4; US20210154723A1; WO2019189910A1; CN111902225A; CA3107619A1

Abstract

본 발명은, 피가공물을 가공구에 의해 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 가공구에 의해 피가공물의 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있는 펀치 홀 형성 방법 및 펀치 홀 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 펀치 홀 형성 방법에서는, 0.01㎜ 이상 1㎜ 이하의 두께의 판형 부재인 피가공물(O)을 다이스(10)에 탑재하고, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)을 두께 방향으로 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 적어도 구멍이 형성되고 있는 동안의 피가공물(O)의 온도를, 피가공물(O)을 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다.

Description

펀치 홀 형성 방법 및 펀치 홀 형성 장치

본 발명은, 기판에 대하여 구멍을 뚫는 펀치 홀 형성 방법 및 펀치 홀 형성 장치에 관한 것이다.

구멍의 펀칭 대상인 피가공재에 구멍을 형성하는 경우에는, 일반적으로, 피가공물을 다이스에 올리고, 펀치에 의해 피가공재에 구멍을 형성한다. 특허문헌 1에서는, 피가공물을 가열하고, 피가공재의 변형 저항을 작게 하고, 즉 변형 능력을 높여 구멍의 펀칭을 행하는 열간 단조의 기술이 개시되어 있다. 이와 같이 피가공물을 가열하면, 가열된 피가공물 자체의 온도, 구멍의 펀칭 시의 마찰 등에 의하여, 펀치의 마모 및 소손(燒損) 등이 생기고, 펀치의 수명이 저하된다. 그래서, 특허문헌 1에서는, 펀치 내부에 상시, 냉각 매체를 유동시키고, 펀치 선단부에 냉각 매체를 집중적으로 분사하여, 펀치 선단을 냉각하고 있다.

일본공개특허 평8-309473호 공보

비교적 얇은 피가공물의 경우, 다이스에 탑재하여 펀칭을 할 때 다이스 및 펀치에 의해 피가공물의 온도가 저하되고, 변형 능력이 낮아지므로, 피가공물에 구멍을 뚫는 것이 곤란하다. 특허문헌 1에서는, 상기한 바와 같이, 큰 열을 가지는 피가공물에 의해 펀치가 가열되어 소손되는 것 등을 과제로서, 펀치를 냉각하고 있다. 즉, 다이스 및 펀치 등이 피가공물의 열을 빼앗지 않게 하여, 피가공물에 구멍을 뚫는 방법은 특허문헌 1에는 개시되어 있지 않다.

이에, 본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 피가공물을 가공 구에 의해 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 가공구에 의해 피가공물의 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있는 펀치 홀 형성 방법 및 펀치 홀 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 특징 구성은,

0.01㎜ 이상 1㎜ 이하의 두께의 판형 부재인 피가공물을 다이스에 탑재하고, 펀치에 의해 상기 피가공물을 두께 방향으로 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 적어도 구멍이 형성되고 있는 동안의 상기 피가공물의 온도를, 상기 피가공물의 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지하는 점에 있다.

두께가 0.01㎜ 이상 1㎜ 이하로 비교적 얇은 피가공물이 다이스에 탑재되는 경우, 피가공물의 온도는 다이스와의 접촉에 의해 저하될 가능성이 있다. 한편, 피가공물이 비교적 박판(薄板)이므로, 피가공물은 가열의 정도가 지나치게 크면, 피가공물이 판형을 유지할 수 없어 뒤집히는 등 변형될 가능성이 있다.

이러한 점들을 가미하고, 본 특징 구성에 의하면, 다이스에 비교적 박판인 피가공물이 탑재되어 있는 상태에서, 피가공물의 온도를 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다. 따라서, 피가공물의 온도의 저하를 억제하고, 변형 저항(장력 강도)을 작게 유지할 수 있다. 즉, 피가공물의 변형 저항을 작게 유지하여 변형 능력을 높인 채, 펀치에 의해 용이하게 피가공물을 펀칭하여 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 구멍을 형성할 때의 저항이 작으므로, 비교적 박판인 피가공물 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 온도 TO는 피가공물을 펀칭 가능한 온도이며, 피가공물 그 자체의 형상을 변형시키는 온도가 아닌 것으로부터도, 피가공물 그 자체의 형상의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 피가공물의 변형 저항이 작으므로, 펀치의 좌굴의 우려도 회피 가능하다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 펀치가, 상기 온도 TO의 상기 피가공물을 펀칭할 때 상기 피가공물에 가하는 하중은, 소정값 이하인 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 피가공물이 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지됨으로써, 피가공물의 변형 저항이 저하된다. 그리고, 피가공물의 변형 저항이 저하됨으로써, 펀치에 의해 피가공물을 펀칭할 때의 하중(펀치의 펀칭날에 작용하는 압축 응력)이 소정값 이하로 된다. 여기에서, 큰 하중을 걸어서 피가공물을 펀칭하면, 펀칭 시에, 구멍의 형성 위치 및 그 주위도 포함하여, 피가공물이 펀칭 방향으로 잡아 당겨져, 피가공물이 변형할 가능성이 있다. 피가공물을 온도 TO로 유지하여 구멍을 형성할 때의 하중(압축 응력)을 소정값 이하로 할 수 있음으로써, 비교적 박판의 피가공물 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.

상기 펀치가 피가공물에 구멍을 형성할 때 상기 온도 TO로 유지된 피가공물에 가하는 하중은, 상기 펀치가 실온의 피가공물에 구멍을 형성할 때 필요한 하중의 10% 이상 30% 이하인 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 피가공물을 온도 TO로 유지한 상태에서, 구멍을 형성할 때 필요한 하중을, 실온에서 피가공물에 구멍을 형성할 때 필요한 하중보다 충분히 작게 할 수 있다. 따라서, 비교적 박판의 피가공물 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 온도 TO는 300℃ 이상 950℃ 이하인 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 300℃ 이상 950℃ 이하로 피가공물의 온도 TO를 유지함으로써, 박판의 피가공물 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 온도 TD로 가열된 다이스에 상기 피가공물이 탑재됨으로써 상기 피가공물이 온도 TO로 유지되는 점에 있다.

종래부터, 다이스 및 펀치는, 가열에 의해 소손 등이 생기고 수명이 저하되는 것이 문제로서 거론되고 있다. 그러므로, 다이스 등을 가열한 후에 피가공물을 펀칭한다는 발상 자체가 다루어져 오지 않았다. 본 특징 구성에 의하면, 피가공물의 두께가 비교적으로 얇으므로, 예열이 되어 있지 않은 다이스에 피가공물을 탑재하면 즉석에서 온도가 저하되어 버리는 것에 착안하여, 지금까지의 방법과는 전혀 다른 방법으로서, 다이스를 온도 TD로 가열한다. 그리고, 이 가열된 다이스에 피가공물을 탑재함으로써, 이 가열된 다이스로부터의 열전도 및 복사 등에 의한 전열에 의하여, 피가공물이 온도 TO로 유지된다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 온도 TP로 가열된 펀치에 의해 상기 피가공물이 펀칭됨으로써 상기 피가공물이 온도 TO로 유지되는 점에 있다.

종래는 펀치의 수명을 고려하여 펀치를 가열하는 경우는 없었지만, 본 특징 구성에 의하면, 피가공물의 두께가 비교적 얇은 것에 착안하여, 펀치를 온도 TP로 가열한다. 그리고, 이 가열된 펀치에 의하여, 다이스에 탑재된 피가공물이 펀칭된다. 피가공물은, 다이스로부터의 전열뿐만 아니라, 펀칭되어 구멍이 형성될 때 펀치와 접촉하고, 가열된 펀치로부터의 열전도 및 복사 등에 의한 전열에 의해서도 온도 TO로 유지된다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 구멍 직경에 대한 상기 피가공물의 두께의 비(두께/구멍 직경)인 아스펙트비를 종래의 펀치 홀 형성 방법의 한계값보다 크게 하는 점에 있다. 아스펙트비를 크게 하는 것은, 피가공물을 예를 들면 필터에 사용할 경우, 그 강도가 증가하기 때문에 사용 범위가 넓어져 유리하게 되므로, 아스펙트비는 2 이상이 바람직하고, 3 이상이 보다 바람직하고, 5 이상이 더욱 바람직하다. 그리고, 아스펙트비가 너무 크면 펀치나 다이스의 강도나 내구성에 과제가 생기므로, 30 이하가 바람직하고, 20 이하이면 보다 바람직하고, 15 이하이면 더욱 바람직하다.

비교적 박판의 피가공물은, 펀칭 시에, 펀치에 의해 용이하게 피가공물을 펀칭하는 것이 가능한 온도 TO로 유지되어 있고, 변형 저항이 작게 유지되어 있다. 따라서, 피가공물의 변형 저항을 작게 유지하여 변형 능력을 높인 채, 또한, 피가공물 그 자체의 형상의 변형을 억제하면서, 펀치에 의해 용이하게 피가공물을 펀칭할 수 있다. 그러므로, 본 특징 구성과 같이 아스펙트비가 2 이상 30 이하인 구멍을, 비교적 박판의 피가공물 펀칭에 의해 형성할 수 있다. 상기 박판의 두께의 범위는 가공의 경제성에 의하여, 하한에 대해서는 0.01㎜ 이상이 바람직하고, 0.05㎜ 이상이 보다 바람직하고, 0.1㎜ 이상이 더욱 바람직하다. 그리고, 상한에 대해서는 1㎜ 이하가 바람직하고, 0.75㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.5㎜ 이하가 더욱 바람직하다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 구멍 직경의 범위가 상한에 대해서는, 종래의 펀치 형성 방법에서는 곤란하게 되는 1㎜ 이하인 점에 있다. 그리고, 펀치나 다이스의 제조에서의 난도(難度)와 비용의 관점에서, 하한에 대해서는 0.005㎜ 이상이 바람직하고, 0.01㎜ 이상이 보다 바람직하고, 0.02㎜ 이상이 더욱 바람직하다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 피가공물에 상기 구멍을 복수 형성하는 점에 있다. 피가공물을 필터 등의 여과 목적으로 사용하는 경우 등은, 상기 구멍이 많을수록 필터의 압력 손실이 저감하므로 유리하다. 한편, 펀치 홀 형성의 원리가, 펀치에 의한 전단력에 의해 피가공물에 상기 구멍을 형성하므로, 인접하는 상기 구멍의 간격이 지나치게 좁은 경우에는 피가공물의 상기 구멍 사이에 현저한 변형이나 깨짐 등의 문제점이 발생하는 경우가 있다. 이러한 점으로부터, 인접하는 상기 구멍의 간격은 펀치 홀 직경의 2배 이상이면 바람직하고, 3배 이상이면 보다 바람직하고, 4배 이상이면 더욱 바람직하다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 피가공물은, 내열 금속 재료로서의 페라이트계 스테인레스, 오스테나이트계 스테인레스 및 마르텐사이트계 스테인레스 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 형성되고, 한편, 펀치나 다이스의 가공 재료가 가공 온도에서 피가공재보다 10배 이상의 강도를 가지는 재료에 의해 형성되어 있는 점에 있다.

피가공물이 본 특징 구성과 같은 재료로 형성되어 있음으로써, 예를 들면, 내열성, 내산화성 및 저비용 중 적어도 어느 하나를 만족시키는 피가공물에 원하는 구멍을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 이와 같은 피가공물을, 예를 들면 연료전지 셀의 각종 전극 및 전해질을 적층하기 위한 기판 및 복수의 세공을 가지는 필터 등에 호적하게 사용할 수 있다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 펀치 및 상기 다이스 중 적어도 어느 하나는, 세라믹스 및 텅스텐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 초경합금 재료로 형성되어 있는 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 펀치 및 다이스 중 적어도 어느 하나가, 경도가 비교적 높은 소정의 재료로 형성된다. 따라서, 피가공물을 펀칭하여 구멍이 형성될 때, 펀치 및 다이스가 가열되어도, 가열에 의해 변형 등을 하지 않고, 펀칭 시의 하중에 의해서도 변형 등을 하지 않으므로 바람직하다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 펀치에 의해 상기 피가공물에 펀칭한 후, 상기 펀치에 냉각용 기체(氣體)를 분사하는 점에 있다.

펀치에 의해 피가공물을 펀칭하면 마찰에 의해 펀치의 온도가 상승한다. 본 특징 구성에 의하면, 펀치에 냉각용 기체를 분사함으로써, 펀치의 과도한 온도 상승을 억제한다. 이에 의해, 펀치의 소손이나 산화에 의한 수명의 저하를 억제한다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은, 상기 냉각용 기체는, 산소를 포함하지 않는 탄산가스, 질소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나인 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 냉각용 기체가 탄산가스, 질소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나이므로, 펀치의 부식을 억제할 수 있다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 방법의 가일층의 특징 구성은,

상기 펀치는,

소정의 두께를 가지는 판형의 펀치 본체와,

상기 펀치 본체의 상기 피가공물과 대향하는 대향면으로부터 돌출하여 연장되고, 상기 피가공물에 구멍을 내는 펀칭날과,

상기 펀치 본체의 대향하는 두 면 중, 상기 펀칭날의 돌출 방향과는 반대측의 면에 위치하는 기부(基部)와, 상기 기부로부터 상기 펀칭날의 돌출 방향으로 상기 펀치 본체를 관통하고, 상기 펀치 본체의 두께보다 길게 연장되는 스트리퍼(stripper) 핀을 가지는 스트리퍼 부재를 포함하고,

상기 펀치에 의해 상기 피가공물에 펀칭할 때에는, 상기 스트리퍼 핀이 상기 대향면으로부터 돌출되지 않도록 퇴피되어 있고,

상기 펀치에 의해 상기 피가공물에 펀칭한 후, 상기 스트리퍼 핀의 선단이 상기 대향면으로부터 돌출하여 상기 피가공물을 압압(押壓)함으로써, 상기 펀치 본체와 함께 상기 펀칭날이 상기 피가공물로부터 뽑히는 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 박판의 피가공물에 펀칭한 경우, 스트리퍼 핀에 의해 피가공물을 누름으로써, 피가공물로부터 펀칭날을 용이하게 뽑아낼 수 있다.

본 발명에 관한 펀치 홀 형성 장치의 특징 구성은,

상기의 펀치 홀 형성 방법을 이용하여, 상기 피가공물에 구멍을 형성하는 펀치 홀 형성 장치로서,

상기 피가공물이 탑재되는 다이스와,

상기 다이스에 탑재된 피가공물을, 상기 피가공물을 두께 방향으로 펀칭하여 구멍을 형성하는 펀치와,

구멍이 형성되고 있는 동안의 상기 피가공물의 온도를, 상기 피가공물의 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지하는 제어를 행하는 제어부를 구비하는 점에 있다.

본 특징 구성에 의하면, 다이스에 비교적 박판인 피가공물이 탑재되어 있는 상태에서, 피가공물의 온도를 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다. 따라서, 피가공물의 온도 저하를 억제하고, 변형 저항(인장 강도)을 작게 유지할 수 있다. 즉, 피가공물의 변형 저항을 작게 유지하여 변형 능력을 높인 채, 펀치에 의해 용이하게 피가공물을 펀칭하여 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 구멍을 형성할 때의 저항이 작으므로, 비교적 박판의 피가공물 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 온도 TO는, 피가공물을 펀칭 가능한 온도이며, 피가공물 그 자체의 형상을 변형시키는 온도가 아닌 것으로부터도, 피가공물 그 자체의 형상의 변형을 억제할 수 있다.

[도 1] 펀치 홀 형성 장치의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
[도 2] 다이스에 탑재된 피가공물에 펀치를 적용하고 있는 모양을 나타내는 모식도이다.
[도 3] 펀치 홀 형성 장치에 의해 피가공물에 구멍을 형성하는 모양을 나타내는 일부의 확대 모식도이다.

[실시형태]

이하에, 도 1∼도 3을 이용하여, 본 실시형태에 관한 펀치 홀 형성 장치 및 펀치 홀 형성 방법에 대하여 설명한다.

(1) 펀치 홀 형성 장치

먼저, 펀치 홀 형성 장치(100)에 대하여 이하에 설명한다.

펀치 홀 형성 장치(100)는, 구멍을 형성하는 대상인 피가공물(O)이 탑재되는 다이스(10)와, 다이스(10)에 탑재되어 있는 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성하는 펀치(20)와, 피가공물(O)로부터의 펀칭날(23)의 뽑기를 용이하게 하기 위한 스트리퍼 부재(50)과, 펀치(20)의 펀칭날(23)을 냉각시키기 위한 냉각 장치(60)와, 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성할 때의 각종 제어를 행하는 제어부(30)를 구비하고 있다.

본 실시형태의 피가공물(O)은, 0.01㎜ 이상 약 1㎜ 이하의 두께를 가지는, 비교적 얇은 판형 부재이다. 그리고, 피가공물(O)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 펀치 홀 형성 장치(100)에 세팅되어 펀칭됨으로써, 피가공물(O)을 관통하는 복수의 구멍이 한번에 형성된다. 이들 복수의 구멍은, 본 실시형태에서는, 아스펙트비가 2 이상으로 크다.

그리고, 아스펙트비는, 구멍 직경에 대한 피가공물(O)의 두께의 비(두께/구멍 직경)이다. 본 실시형태에서는, 구멍 직경은 예를 들면 0.005㎜ 이상 0.5㎜ 이하이며, 구멍의 피치는 펀치 홀 직경의 4배 이상이다.

또한, 피가공물(O)은 이것에 한정되지 않지만, 예를 들면, 내열 금속 재료로서의 페라이트계 스테인레스, 오스테나이트계 스테인레스 및 마르텐사이트계 스테인레스 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 형성되어 있다. 피가공물(O)이 이와 같은 재료로 형성되어 있음으로써, 예를 들면, 내열성, 내산화성 및 저비용 중 적어도 어느 하나를 만족시키는 피가공물(O)에 원하는 구멍을 형성할 수 있다. 따라서, 이와 같은 피가공물(O)을, 예를 들면 연료전지 셀의 각종 전극 및 전해질을 적층하기 위한 기판 및 복수의 세공을 가지는 필터 등에 호적하게 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 아스펙트비가 2 이상으로 큰 복수의 구멍을 피가공물(O)에 한번에 형성하기 위하여, 본 실시형태에서는, 제어부(30)는, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지한 상태에서, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)을 펀치(20)에 의해 펀칭하여 구멍을 형성하도록 제어한다. 이 경우, 제어부(30)는, 다이스(10) 및 펀치(20)를 가열함으로써, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지하도록 제어한다.

그리고, 다이스(10)은 소정 위치에 고정되어 있고, 이동 가능한 펀치(20)가, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)을 향하여 하강 이동됨으로써, 펀치(20)에 의해 다이스(10) 상의 피가공물(O)에 구멍이 형성된다.

펀치(20)는, 대략 판형인 펀치 본체(21)와, 펀치 본체(21)로부터 돌출하는 복수의 펀칭날(23)을 구비하고 있다. 펀치 본체(21)는, 다이스(10)와 대향하는 쪽에 판형면인 펀치 하면(대향면)(21a)과, 반대측의 펀치 상면(21b)을 가지고 있다. 복수의 펀칭날(23)은, 펀치 하면(21a)으로부터 다이스(10) 측의 아래쪽으로 돌출되도록 형성되어 있다.

펀칭날(23)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 원통형의 본체 부분(23a)과, 본체 부분(23a)으로부터 선단으로 갈수록 좁아지는 선단 부분(23b)을 가지고 있다. 펀칭날(23)의 본체 부분(23a)의 직경은, 피가공물(O)의 0.005㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 구멍 직경에 대응하여, 구멍 직경과 대략 같은 정도이다. 또한, 펀치 본체(21)에 형성되어 있는 복수의 펀칭날(23)의 피치는, 구멍의 피치인 펀치 홀 직경의 4배 이상이다. 이와 같은 구멍 직경 및 피치의 복수의 펀칭날(23)이, 예를 들면 행 및 열을 따라 정방격자의 격자점에 배치되어 있다.

이 복수의 펀칭날(23)은, 펀치(20)가 다이스(10)를 향하여 가까워지면, 도 2, 도 3 등에 나타낸 바와 같이 다이스(10)에 형성된 삽입공(13)에 삽입된다.

또한, 펀치(20)는, 펀치 본체(21)를 소정의 온도 TP로 가열하는 펀치용 히터(25)를 구비하고 있다. 펀치용 히터(25)는, 예를 들면 펀치 본체(21)의 내부에 형성되어 있고, 펀치 본체(21) 및 펀칭날(23)을 온도 TP로 가열한다. 이 경우, 펀치용 히터(25)는, 피가공물(O)과 접촉하는 펀치 하면(21a)과 펀칭날(23)을 가열해도 된다. 혹은, 펀치용 히터(25)는 적어도, 피가공물(O)에 구멍을 뚫을 때 접촉하는 펀칭날(23)을 온도 TP로 가열해도 된다.

이하에서는, 펀치(20)에 있어서, 펀치 본체(21) 전체, 펀치 본체(21) 중 펀치 하면(21a) 및 펀칭날(23) 중 적어도 어느 하나의 가열을, 펀치(20)의 가열이라고 하는 것으로 한다.

다이스(10)는, 피가공물(O)이 탑재되는 대략 판형인 다이스 본체(11)를 구비하고 있다. 다이스 본체(11)는, 다이스(10)와 대향하는 쪽에 판형면인 다이스 상면(11a)과, 반대측의 다이스 하면(11b)을 가지고 있다. 또한, 다이스 본체(11)에는, 다이스 상면(11a)으로부터 다이스 하면(11b)까지 관통하는 복수의 삽입공(13)이 형성되어 있다. 복수의 삽입공(13) 각각은, 복수의 펀칭날(23)에 대응한 위치에 형성되어 있고, 복수의 펀칭날(23)이 삽입된다.

또한, 다이스(10)는, 다이스 본체(11)를 소정의 온도 TD로 가열하는 다이스용 히터(15)를 구비하고 있다. 다이스용 히터(15)는, 예를 들면 다이스 본체(11)의 내부에 설치되어 있고, 다이스 본체(11)를 온도 TD로 가열한다. 이 경우, 다이스 본체(11)의 가열에 의해 삽입공(13)의 내부의 내표면도 또한 온도 TD로 가열된다. 혹은, 다이스용 히터(15)는, 피가공물(O)이 탑재되는 다이스 상면(11a) 및 삽입공(13)의 내표면 중 적어도 어느 하나를 가열해도 된다.

이하에서는, 다이스(10)에 있어서, 다이스 본체(11) 전체, 다이스 본체(11) 중 다이스 상면(11a) 및 삽입공(13)의 내표면 중 적어도 어느 하나의 가열을, 다이스(10)의 가열이라고 하는 것으로 한다.

또한, 다이스 상면(11a) 상에는, 소돌기(17)(도 3)가 형성되어 있다. 소돌기(17)는, 다이스 상면(11a)으로부터 위쪽으로 돌출되도록 형성되어 있다. 그 돌출의 정도는, 다이스 상면(11a)에 탑재된 피가공물(O)이 소정 위치로부터 어긋나지 않도록, 또한 피가공물(O)에 손상을 주지 않는 정도의 높이다. 또한, 소돌기(17)의 형상은, 피가공물(O)에 손상을 주지 않는 형상이 바람직하다. 소돌기(17)의 형성 위치는, 예를 들면 도 1 등에 나타낸 바와 같이, 삽입공(13)에 인접하는 부위이다. 소돌기(17)는, 피가공물(O)을 다이스 상면(11a)의 소정 위치로부터 벗어나지 않는 정도로 형성되어 있으면 되고, 삽입공(13) 전부에 대응하여 형성되어 있을 필요는 없다.

이와 같은 다이스(10) 및 펀치(20) 중 적어도 어느 하나는, 이것에 한정되지 않지만, 세라믹스 및 텅스텐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 초경합금 재료로 형성되어 있다. 펀치(20) 및 다이스(10) 중 적어도 어느 하나가, 경도가 비교적 높은 소정의 재료로 형성된다. 따라서, 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍이 형성될 때에, 펀치(20) 및 다이스(10)가 가열되어도, 가열에 의해 변형 등 되지 않고, 펀칭 시의 하중에 의해서도 변형 등이 되지 않으므로 바람직하다.

또한, 피가공물(O)의 재료로서 페라이트계 스테인레스, 오스테나이트계 스테인레스, 마르텐사이트계 스테인레스 등의 내열 금속 재료의 재료가 선택된 경우에도, 다이스(10) 및 펀치(20)는, 전술한 재료로 형성되는 것에 의하여, 피가공물(O)을 펀칭하기 위한 적절한 하중을 부하할 수 있는 강도가 있다.

제어부(30)는, 피가공물(O)의 온도를, 아스펙트비가 2 이상 30 이하인 구멍의 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지하도록 제어한다. 보다 구체적으로는, 제어부(30)는, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)을, 판형 부재의 두께 방향으로 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 적어도 구멍이 형성되고 있는 동안, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지한다.

이 경우, 제어부(30)는, 피가공물(O)을 펀칭하기 전에, 다이스용 히터(15)를 ON으로 하고, 다이스(10)를 온도 TD로 가열한다. 여기에서, 온도 TD는, 피가공물(O)이 다이스(10)에 탑재된 경우에, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지 가능한 온도이다. 온도 TO<온도 TD의 관계에 있으면, 보다 고온의 다이스(10)에 의해 피가공물을 온도 TO로 유지하기 쉬워 바람직하다.

또한, 제어부(30)는, 피가공물(O)을 펀칭하기 전에, 펀치용 히터(25)를 ON으로 하고, 펀치(20)를 온도 TP로 가열한다. 여기에서, 온도 TP는, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)을 펀치(20)에 의해 펀칭하는 경우에, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지 가능한 온도이다. 온도 TO<온도 TP의 관계에 있으면, 보다 고온의 펀치(20)에 의해 피가공물(O)을 온도 TO로 유지하기 쉬워 바람직하다.

그리고, 다이스(10)의 온도 TD, 펀치(20)의 온도 TP 및 피가공물(O)의 온도 TO는, 어떤 한 점의 온도여도 되고, 폭을 가지고 있어도 된다. 또한, 온도 TD, 온도 TP 및 온도 TO는 이들 재료에 의하지만, 피가공물(O)이 예를 들면 연료전지를 형성할 때 사용하는 기판인 경우 등은, 300℃ 이상 950℃ 이하의 범위 내에 있다. 이 범위 내에서 각종 온도를 설정함으로써, 박판의 피가공물(O) 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.

이상과 같이 다이스(10) 및 펀치(20)의 가열에 의해 피가공물(O)의 온도가 온도 TO로 유지된다. 이에 의해, 펀치(20)가 피가공물(O)을 펀칭할 때, 펀치(20)가 온도 TO의 피가공물(O)에 거는 하중이 소정값 이하로 된다. 펀치(20)가 온도 TO의 피가공물(O)을 펀칭하는 데에 필요한 하중은, 펀치(20)가 실온의 피가공물(O)을 펀칭하는 데에 필요한 하중의 예를 들면, 10% 이상 30% 이하이다.

냉각 장치(60)는, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)이 펀칭날(23)에 의해 펀칭되어 구멍이 형성된 후, 펀칭날(23)이 피가공물(O)로부터 뽑히면, 펀칭날(23)에 냉각용 기체를 분사한다. 냉각용 기체는 이것에 한정되지 않지만, 예를 들면 탄산가스, 질소 및 아르곤 등을 들 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 스트리퍼 부재(50)는, 펀치 본체(21)의 펀치 상면(21b) 측에 위치하는 기부(51)와, 기부(51)로부터 펀칭날(23)의 돌출 방향으로 연장하여 펀치 본체(21)를 관통하고 있고, 펀치 본체(21)의 두께보다 길게 연장되어 있는 스트리퍼 핀(53)을 가진다. 그리고, 스트리퍼 핀(53)의 길이는, 펀치 본체(21)의 두께와, 펀칭날(23)의 돌출 방향의 길이를 더한 길이 정도이면 바람직하다. 또한, 스트리퍼 핀(53)은, 펀칭날(23)을 대략 중앙에 끼워, 한 쌍의 스트리퍼 핀(53a)과 스트리퍼 핀(53b)를 가진다. 스트리퍼 핀(53)은, 그것이 연장되는 방향을 따라, 펀치 본체(21) 내로 슬라이딩 가능하다. 스트리퍼 부재(50)의 사용예에 대해서는 후술한다.

(2) 펀치 홀 형성 방법

다음으로, 상기 펀치 홀 형성 장치(100)를 이용한 펀치 홀 형성 방법에 대하여 주로 도 3을 이용하여 설명한다.

먼저, 0.01㎜ 이상 1㎜ 이하의 두께를 가지는, 비교적 얇은 판형 부재인 피가공물(O)을 준비한다. 피가공물(O)에 형성되는 구멍은, 구멍 직경이 0.005㎜ 이상 0.5㎜ 이하이며, 피치가 펀치 홀 직경의 4배 이상이다. 그리고, 구멍의 아스펙트비는 2 이상 30 이하이다.

(2-1) 도 3의 (i)

피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성함에 있어서, 제어부(30)는, 피가공물(O)을 펀칭하기 전에, 다이스용 히터(15)를 ON으로 하고 다이스(10)를 온도 TD로 가열하고, 펀치용 히터(25)를 ON으로 하여 펀치(20)를 온도 TP로 가열한다.

예를 들면, 제어부(30)는, 피가공물(O)로의 구멍의 펀칭 작업을 개시하는 취지의 명령을 작업자 및 별도의 장치로부터 수취하면, 다이스(10) 및 펀치(20)를 가열해도 된다.

그리고, 제어부(30)는, 다이스(10) 및 펀치(20)가 소정의 온도에 도달하면, 예를 들면 음이나 영상 등으로 통지하여, 작업자에게 피가공물(O)을 다이스(10)에 실을 준비가 된 것을 알린다. 통지를 받고, 작업자는 다이스(10)에 피가공물(O)을 탑재한다.

혹은, 제어부(30)는, 다이스(10) 및 펀치(20)가 소정의 온도에 도달하면, 소정 위치에 준비되어 있는 피가공물(O)을 로봇 암 등으로 다이스(10)에 탑재해도 된다.

도 3의 (i)에서는, 소정 위치에 고정된 다이스(10)의 다이스 상면(11a)에, 소정의 구멍의 형성 위치에 따라 피가공물(O)이 탑재되어 있다. 그리고, 다이스 상면(11a)에 탑재된 피가공물(O)에 대향하여, 펀치 하면(21a)이 대향하도록 펀치(20)가 배치되어 있다. 이 경우, 펀치 하면(21a)으로부터 돌출하는 펀칭날(23)과, 다이스(10)의 삽입공(13)이 대향하도록 배치되어 있다.

펀치(20)에 의해 피가공물(O)의 펀칭을 개시하기 전의 단계인 도 3의 (i)와, 다음으로, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)에 구멍을 뚫고 있는 단계인 도 3의 (ii)에서는, 스트리퍼 부재(50)는 퇴피 위치에 위치 부여되어 있다. 즉, 스트리퍼 부재(50)는, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)을 펀칭할 때는, 한 쌍의 스트리퍼 핀(53a)과 스트리퍼 핀(53b)은, 기부(51)가 펀치 상면(21b)의 위쪽으로 끌어 올려짐에 따라, 펀치 하면(21a)으로부터 돌출되지 않도록 펀치 본체(21) 내에 퇴피되어 있다. 따라서, 펀치 하면(21a)로부터는, 펀칭날(23)만이 돌출되어 있다.

(2-2) 도 3의 (i)부터 (ii)

도 3의 (i)의 상태에 있어서, 고정 위치의 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)에 펀치(20)를 접근해 가고, 도 3의 (ii)에 나타낸 바와 같이, 펀칭날(23)에 의해 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성한다. 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 펀칭날(23)에 의해 피가공물(O)에는 복수의 구멍이 동시에 형성된다. 구멍의 펀칭에 의해 생긴 펀칭 부스러기(Oa)는 펀치(20)에 압출되어 피가공물(O)과 분리된다.

이 피가공물(O)의 펀칭의 개시로부터 펀칭 종료까지의 사이에, 다이스(10)가 온도 TD로 가열되고 있고, 펀치(20)가 온도 TP로 가열되고 있는 것으로부터, 피가공물(O)이 온도 TO로 유지되고 있다. 그리고, 온도 TO는 피가공물(O)의 펀칭이 가능 또는 용이한 온도이다.

여기에서, 두께가 0.01㎜ 이상 1㎜ 이하로 비교적 얇은 피가공물(O)이 다이스(10)에 탑재되는 경우, 피가공물(O)의 온도는 다이스(10)와의 접촉에 의해 저하될 가능성이 있다. 한편, 피가공물(O)이 비교적 박판이므로, 피가공물(O)은 가열의 정도가 지나치게 크면, 판형을 유지할 수 없어 뒤집히는 등 변형될 가능성이 있다.

이러한 점들을 가미하여, 상기한 바와 같이, 다이스(10)에 비교적 박판인 피가공물(O)이 탑재되어 있는 상태에서, 피가공물(O)의 온도를 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다. 따라서, 피가공물(O)의 온도의 저하를 억제하고, 변형 저항(인장 강도)을 작게 유지할 수 있다. 즉, 피가공물(O)의 변형 저항을 작게 유지하여 변형 능력을 높인 채, 펀치(20)에 의해 용이하게 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 구멍을 형성할 때의 저항이 작으므로, 비교적 박판의 피가공물(O) 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 온도 TO는 피가공물(O)의 펀칭 가능한 온도이며, 피가공물(O) 그 자체의 형상을 변형시키는 온도가 아닌 것으로부터도, 피가공물(O) 그 자체의 형상의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 피가공물(O)의 변형 저항이 작으므로, 펀치(20)의 좌굴의 우려도 회피 가능하다.

그리고, 종래부터, 다이스(10) 및 펀치(20)는, 가열에 의해 소손 등이 생기고 수명이 저하되는 것이 문제로서 거론되고 있다. 그러므로, 다이스(10) 등을 가열한 후에 피가공물(O)에 구멍을 뚫는다는 발상 자체가 다루어져 오지 않았다. 상기 구성에 의하면, 피가공물(O)의 두께가 비교적 얇으므로, 예열이 되어 있지 않은 다이스(10)에 피가공물(O)을 탑재하면 즉석에서 온도가 저하되어 버리는 것에 착안하여, 지금까지의 방법과는 전혀 다른 방법으로서, 다이스(10)를 온도 TD로 가열한다. 그리고, 이 가열된 다이스(10)에 피가공물(O)을 탑재함으로써, 이 가열된 다이스(10)로부터의 열전도 및 복사 등에 의한 전열에 의하여, 피가공물(O)이 온도 TO로 유지된다.

전술한 바와 같이, 종래는 펀치(20)의 수명을 고려하여 펀치(20)를 가열하는 경우는 없었지만, 상기 구성에 의하면, 피가공물(O)의 두께가 비교적 얇은 것에 착안하여, 펀치(20)를 온도 TP로 가열한다. 그리고, 이 가열된 펀치(20)에 의하여, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)에 구멍이 뚫린다. 피가공물(O)은, 다이스(10)로부터의 전열뿐만 아니라, 펀칭되어 구멍이 형성될 때에 펀치(20)와 접촉하고, 가열된 펀치(20)로부터의 열전도 및 복사 등에 의한 전열에 의해서도 온도 TO로 유지된다.

또한, 드릴 등의 회전날을 사용한 천공 공법 및 레이저 조사(照射)에 의한 용융 관통 등에 의해 피가공물(O)에 구멍을 형성하는 방법에서는, 1개씩 구멍을 형성하고 있다. 그러므로, 복수의 구멍을 형성하면 가공 시간이 장대하게 되고, 대량 생산의 폐해가 된다. 그러나, 상기 구성에 의하면, 피가공물(O)의 온도가 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지되므로, 즉, 피가공물(O)의 대략 전체가 펀칭이 용이한 상태로 유지되므로, 피가공물(O)의 소정 범위의 가공 영역에 대하여 복수의 구멍을 동시에 형성 가능하다. 따라서, 피가공물(O)에 단시간으로 복수의 구멍을 형성할 수 있다. 예를 들면, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)에, 복수의 펀치(20)에 의해 복수의 구멍을 동시에 펀칭하는 것이 가능하다. 따라서, 복수의 구멍을 가지는 피가공물(O)을 단시간에 대량 생산할 수 있고, 처리 후의 피가공물(O)의 저비용화를 도모할 수 있다.

그리고, 레이저 조사에 의한 용융 관통 등으로 피가공물(O)에 구멍을 형성하는 방법에서는, 피가공물(O)의 일부를 용융할 필요가 있으므로, 용융에 의해 생기는 산화물 등의 드로스(dross)가 구멍 내에 부착되어 폐색하는 과제, 또한, 부착된 드로스의 제거 등의 별도의 처리가 필요하게 되는 과제가 생긴다. 그러나, 상기 구성에 의하면, 피가공물(O)을 펀치(20)에 의해 펀칭하여 구멍을 형성하므로, 구멍의 펀칭에 의해 생긴 펀칭 부스러기(Oa)는 펀치(20)에 압출되어 피가공물(O)과 분리된다. 따라서, 레이저 조사 등에 의한 구멍의 폐쇄 등의 문제는 발생하기 어렵다.

그리고, 피가공물(O)이 온도 TO로 유지됨으로써, 펀치(20)가 온도 TO의 피가공물(O)을 펀칭하는 데에 필요한 하중(펀치(20)의 펀칭날(23)에 작용하는 압축 응력)이, 펀치(20)가 실온의 피가공물(O)을 펀칭하는 데에 필요한 하중의 예를 들면, 10% 이상 30% 이하가 된다.

여기에서, 큰 하중을 걸어서 피가공물(O)을 펀칭하면, 펀칭 시에, 구멍의 형성 위치 및 그 주위도 포함하여, 피가공물(O)이 펀칭 방향으로 잡아 당겨져, 피가공물(O)이 변형될 가능성이 있다. 피가공물(O)을 온도 TO로 유지하여 구멍을 형성할 때의 하중을 소정값 이하로 할 수 있는 것에 의해, 비교적 박판의 피가공물(O) 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.

또한, 피가공물(O)의 펀칭에 의해 형성되는 구멍의 아스펙트비는, 2 이상 30 이하이다. 상기한 바와 같이, 피가공물(O)은 펀칭 시에, 펀치(20)에 의해 용이하게 피가공물(O)을 펀칭하는 것이 가능한 온도 TO로 유지되어 있고, 변형 저항(인장 강도)이 작게 유지되고 있다. 따라서, 피가공물(O)의 변형 저항을 작게 유지하여 변형 능력을 높인 채, 또한, 피가공물(O) 그 자체의 형상의 변형을 억제하면서, 펀치(20)에 의해 용이하게 피가공물(O)을 펀칭할 수 있다. 그러므로, 아스펙트비가 2 이상 30 이하로 큰 구멍을, 비교적 박판의 피가공물(O)의 펀칭에 의해 형성할 수 있다. 동일한 이유에 의하여, 아스펙트비가 2 이상 30 이하로 크고, 또한, 구멍 직경이 0.005㎜ 이상 0.5㎜ 이하이며, 피치가 펀치 홀 직경의 4배 이상인 구멍을, 비교적 박판의 피가공물(O)의 펀칭에 의해 형성할 수 있다.

여기에서, 피가공물(O)을 가열하지 않고 실온 등에서 행해지는 냉간 단조에 있어서, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)에 아스펙트비가 2 이상인 구멍을 형성하는 경우, 펀칭 시에 펀치(20)에 걸리는 하중(펀치(20)의 펀칭날(23)에 작용하는 압축 응력)이 크다. 또한, 비교적 얇은 피가공물(O)을 펀칭하는 경우, 피가공물(O)을 가열한 상태에서 다이스(10)에 탑재해도, 그 두께의 얇기 때문에 피가공물(O)이 냉각되어 버린다. 결과로서, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)에 아스펙트비가 2 이상인 구멍을 형성할 때 펀치(20)에 걸리는 압축 응력이 크다. 이 경우, 펀치(20)에 걸리는 압축 응력 및 좌굴 응력이 한계값을 상회해 버려, 아스펙트비가 2 이상인 구멍을 형성하는 것이 곤란하다.

그러나, 상기 구성에 의하면, 다이스(10) 및 펀치(20)를 가열함으로써 피가공물(O)을 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다. 따라서, 펀치(20)에 관련된 압축 응력이 비교적 작아지고, 아스펙트비가 2 이상인 구멍을 용이하게 형성할 수 있다.

(2-3) 도 3의 (ii)로부터 (iii)

도 3의 (ii)에 나타낸 바와 같이, 펀칭날(23)에 의해 피가공물(O)이 펀칭되어 구멍이 형성되면, 도 3의 (iii)에 나타낸 바와 같이, 피가공물(O)로부터 펀칭날(23)이 뽑힌다.

펀칭날(23)이 뽑힐 때, 스트리퍼 부재(50)가 피가공물(O) 측으로 이동하도록 눌리고, 또한 펀치(20)가 다이스(10)로부터 멀어지는 위쪽으로 이동된다. 이에 의해, 한 쌍의 스트리퍼 핀(53a)과 스트리퍼 핀(53b)의 선단이 펀치 하면(21a)으로부터 돌출되고, 피가공물(O)의 상면을 압압한다. 따라서, 펀치 본체(21)와 함께 펀칭날(23)이 피가공물(O)로부터 용이하게 뽑힌다.

그리고, 스트리퍼 부재(50)의 이동은, 작업자의 수작업에 의해 행해져도 된다. 혹은, 제어부(30)가, 펀칭날(23)에 의해 피가공물(O)의 펀칭이 완료될 때까지는 스트리퍼 부재(50)를 퇴피 위치에 제어하고, 펀칭이 완료된 후에 스트리퍼 부재(50)를 피가공물(O) 측으로 이동시키고, 피가공물(O)을 압압한 후에 펀칭날(23)이 뽑히도록 제어해도 된다.

피가공물(O)로부터 펀칭날(23)이 뽑히면, 예를 들면 작업자에 의한 수작업, 혹은, 제어부(30)가 제어하여, 냉각 장치(60)로부터 냉각용 기체를 내뿜고, 펀칭날(23)에 분사한다. 펀치(20)에 의해 피가공물(O)을 펀칭하면 마찰에 의해 펀칭날(23)의 온도가 상승한다. 상기한 바와 같이 펀칭날(23)에 냉각용 기체를 분사함으로써, 펀칭날(23)의 온도 상승을 억제한다. 이에 의해, 펀치(20)의 소손에 의한 수명의 저하를 억제한다.

냉각용 기체로서, 탄산가스 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 사용하면, 펀치(20)의 부식을 억제할 수 있다. 그리고, 펀치(20)의 부식을 억제할 수 있는 것이면, 냉각용 기체는 이 기체에 한정되지 않는다.

(3) 피가공물에 구멍을 형성할 때의 시뮬레이션

상기한 바와 같이, 피가공물(O)에 구멍을 형성함에 있어서, 제어부(30)는, 다이스(10)를 온도 TD로 가열하고, 또한, 펀치(20)를 온도 TP로 가열한다. 이에 의해, 다이스(10)에 탑재되고, 펀칭되는 피가공물(O)을 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다.

이와 같은 펀치 홀 형성 방법을 이용하여 구멍을 형성하는 경우에, 아스펙트비가 2 이상 30 이하인 구멍을 형성할 수 있는지의 여부에 대한 시뮬레이션을 이하에 설명한다.

피가공물(O)로서, SUS430(페라이트계 스테인레스)으로 이루어지는, 두께가 0.3㎜인 판형 부재를 이용했다. 펀칭으로 형성되는 구멍 직경은 0.025㎜이며, 아스펙트비는 12이다. 또한, 펀치 및 다이스는 700℃로 유지된다. 또한, 펀치(20)에는, 원통형의 펀칭날(23)이 사용된다.

SUS430의 700℃에서의 인장 강도 σ₇₀₀은, 실온 20℃의 인장 강도 σ₂₀의 약 1/5이며, 약 100MPa(10.2kgf/㎟)이다. 그리고, 이 값은, 기쿠치 마사오 논문 「스테인레스강의 고온 특성」을 참조했다.

다음으로, 펀치(20)에 의한 펀칭에 필요한 펀칭력 P(kgf)는, 다음 식(1)로 산출된다.

P=LH×t×S×k … (1)

여기에서, LH는, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)에 형성되는 구멍의 전체 주위길이(㎜)이다. 또한, t는 피가공물(O)의 두께(㎜)이고, S는 전단 응력(kgf/㎟)이며, k는 안전율이다.

그리고, S는, 일반적으로 인장 강도의 0.8배이므로, 인장 강도 σ₇₀₀에 0.8을 곱하여 구했다.

k는, 일반적으로 1.2이지만, 후술하는 압괴 안전율 K를 보다 안전하게 산출하기 위하여, 여기서는 k=1.0로 했다.

식(1)에, LH로서 0.025㎜×3.142를, t로서 0.3㎜을, S로서 0.8×10.2kgf/㎟를, k로서 1.0을 입력하고, 이하의 0.1923(kgf)을 얻었다.

P=(0.025×3.14)×(0.3)×(0.8×10.2)×(1.0)

=0.1923(kgf)=1.886(N)

따라서, 하나의 구멍을 펀칭하기 위해 필요한 펀칭력 P는, 0.1923(kgf)=1.886(N)이다.

하나의 구멍을 펀칭하는 펀치(20)의 원통형의 펀칭날(23)에 작용하는 압축 응력 σp는, 원통형의 펀칭날(23)의 단면 면적을 A(㎟)로 하면, 다음 식(2)에 의해 구해진다.

σp=P÷A … (2)

여기에서, 원통형의 펀칭날(23)의 직경이 구멍 직경과 동일하다고 하면, 단면 면적 A는 다음과 같이 구해진다.

A=(0.025/2)×(0.025/2)×3.142

따라서, 식(2)에 맞춤으로써, 압축 응력 σp를 하기와 같이 구해진다.

σp=(0.1923)÷(0.025/2)×(0.025/2)×3.142)

=391.7(kgf/㎟)

여기에서, 펀치(20)의 재료로서 M78(가부시키가이샤 엔 제이 에스사 제조)을 사용했다. M78의 압축 강도 σn은, 700℃에 있어서 8.120MPa(828.0kgf/㎟)를 가진다.

따라서, 원통형의 펀칭날(23)의 압축 파괴에 대한 압괴 안전율 K는, K=σ_n/σ_p=2.1이 된다. 이 값으로부터, 펀칭날(23)은, 700℃에 있어서 압축 파괴하지 않는 것을 알 수 있다.

그리고, 구멍의 아스펙트비가 12이며 크기 때문에, 펀칭날(23)의 좌굴에 대해서도 검토가 필요하다. 여기에서, 펀칭날(23)의 길이 LP는, 피가공물(O)의 두께 0.3㎜보다 긴 0.35㎜로 하고, 펀칭날(23)의 직경은 구멍 직경과 같은 0.025㎜로 했다.

이 경우, 펀칭날(23)의 세장비(細長比)는 14.0(0.35㎜/0.025㎜)이다. 일반적으로, 세장비 15 이상에서는 좌굴의 고려가 필요하므로, 오일러의 좌굴하중 Pcr(N)과 펀칭력 P를 비교한다. 오일러의 좌굴하중 Pcr(N)은 다음 식(3)으로부터 구한다.

좌굴하중 Pcr(N)=m×((3.142)²×E×I)÷LP² …(3)

여기에서, m은 편단(片端) 고정의 조건에서는 0.25이며, LP는 0.35㎜이다.

E는 영률(Pa)이며, I는 단면 2차 모멘트(㎜⁴)이다. 그리고, E×I는 굽힘 모멘트이며, 금형 가공에서는 통상 항절력에 해당한다. M78의 항절력은 공칭값 1500(MPa)(1500(N/㎟))이다.

이상으로부터, 식(3)에 수치를 맞추어 좌굴하중 Pcr(N)이 다음과 같이 구해진다.

좌굴하중 Pcr=0.25×(3.142)²×1500÷(0.35)²=3.022×10⁴(N)

펀칭력 P(kgf)는 1.886(N)이며, 좌굴하중 Pcr의 3.022×10⁴(N)보다 작다 (Pcr>>P). 따라서, 펀칭력 P는 좌굴하중 Pcr보다 충분히 작고, 피가공물(O)을 펀칭하기 위해 펀치(20)에 펀칭력 P를 걸어도 좌굴하지 않는 것을 알 수 있다.

예를 들면, 한번에 100만개의 구멍을 1회의 펀칭으로 형성하는 경우에 필요한 전체 하중 PP는, 다음 식(4)으로부터 구해진다.

전체 하중 PP=펀칭력 P×구멍의 개수 … (4)

따라서, 전체 하중 PP는, 0.1973(kgf)×1000000(개)=197300(kgf)=198(ton)으로 구해진다. 종래의 방법으로 펀칭하는 경우에는, 하중 능력이 5배 필요하므로, 1000ton 클래스의 대형의 프레스기가 필요하게 되지만, 본 발명에 의하면 200ton 클래스의 소형의 프레스기를 이용하여, 펀칭을 행할 수 있는 것을 알 수 있다.

[다른 실시형태]

그리고, 전술한 실시형태(다른 실시형태를 포함함, 이하 동일)에서 개시되는 구성은 모순이 생기지 않는 한, 다른 실시형태에서 개시되는 구성과 조합하여 적용하는 것이 가능하며, 또한, 본 명세서에 있어서 개시된 실시형태는 예시로서, 본 발명의 실시형태는 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 개변하는 것이 가능하다.

(1) 상기 실시형태에서는, 피가공물(O)에 아스펙트비가 2 이상으로 큰 복수의 구멍이 형성된다. 그러므로, 제어부(30)는, 다이스(10)를 온도 TD로 가열하고, 또한, 펀치(20)를 온도 TP로 가열함으로써, 피가공물(O)을 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지한다.

그러나, 상기 실시형태와 같이 피가공물(O)을 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지하기 위하여, 다이스(10)를 가열하고, 펀치(20)를 가열하는 제어는, 피가공물(O)에 아스펙트비가 2 미만으로 작은 복수의 구멍을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.

아스펙트비가 2 미만과 작은 복수의 구멍을 형성하는 경우라도, 피가공물(O)이 온도 TO로 유지됨으로써, 상기 실시형태와 마찬가지로, 피가공물의 변형 저항을 작게 유지하여 변형 능력을 높인 채, 펀치에 의해 용이하게 피가공물을 펀칭하여 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 구멍을 형성할 때의 저항이 작으므로, 비교적 박판인 피가공물 그 자체의 변형을 억제하면서, 원하는 구멍 직경의 구멍을 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.

(2) 상기 실시형태에서는, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성한 후, 스트리퍼 부재(50)를 이용하여, 피가공물(O)로부터 펀칭날(23)이 뽑히고 있다. 그러나, 스트리퍼 부재(50)는 생략되어도 된다.

(3) 상기 실시형태에서는, 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지한다. 그리고, 피가공물(O)의 온도를 온도 TO로 유지하기 위하여, 다이스(10)를 다이스용 히터(15)에 의해 가열하고, 또한 펀치(20)를 펀치용 히터(25)에 의해 가열하고 있다. 그러나, 피가공물(O)의 온도를 온도 TO로 유지하기 위하여, 펀치(20)를 가열하지 않고, 다이스(10)를 다이스용 히터(15)에 의해 가열하기만 해도 된다.

또한, 피가공물(O)을 미리 가열하여 두고, 가열된 다이스(10)에 탑재해도 된다.

또한, 피가공물(O)을 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 피가공물(O)을 온도 TO로 유지하는 방법은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 예를 들면, 피가공물(O)을 펀칭하는 분위기를 온도 TO로 유지함으로써 피가공물(O)을 온도 TO로 유지할 수도 있다. 또한, 피가공물(O)에 전압을 거는 것 등으로 피가공물(O)을 온도 TO로 유지할 수도 있다.

(4) 상기 실시형태에서는, 펀치(20)의 펀칭날(23)은, 원통형의 본체 부분(23a)과, 끝이 가늘어지는 선단 부분(23b)을 가지고 있다. 펀치(20)에 걸리는 하중 압력을 고려하고, 선단 부분의 끝이 가늘어지는 형상을 적절히 변경 가능하다. 또한, 펀칭날(23)은, 선단 부분(23b)을 가지지 않고, 본체 부분(23a)로 구성되어 있어도 된다.

(5) 상기 실시형태에서는, 펀치(20)에 의해 피가공물(O)에 펀칭한 후에, 펀치(20)의 펀칭날(23)을 냉각시키기 위하여, 냉각 장치(60)로부터 냉각용 기체를 펀칭날(23)에 분사하고 있다. 그러나, 펀칭날(23)로의 냉각용 기체의 분사는 필수가 아니며, 냉각 장치(60)는 생략되어도 된다.

(6) 상기 실시형태에서는, 피가공물(O)은 도 2 등에 나타낸 바와 같이, 다이스(10)의 상부로부터 다이스(10)의 다이스 상면(11a)에 탑재되어 있다. 그러나, 피가공물(O)은, 다이스(10)에 형성된 홈형의 가이드(도시하지 않음)를 따라 다이스 상면(11a)에 슬라이딩하도록 탑재되어도 된다. 혹은, 펀치 홀 형성 장치(100)에는, 다이스 상면(11a)에 탑재된 피가공물(O)을 상부에서 꽉 누르는 가압 부재(도시하지 않음)가 설치되어 있어도 된다.

(7) 상기 실시형태에서는, 다이스(10)가 소정 위치에 고정되어 있고, 펀치(20)가 다이스(10)를 향하여 이동한다. 그러나, 펀치(20)가 소정 위치에 고정되어 있고, 다이스(10)이 펀치(20)를 향하여 이동해도 된다.

(8) 상기 실시형태에서는, 다이스(10)에 탑재된 피가공물(O)의 위치 어긋남을 방지하기 위해 소돌기(17)가 형성되어 있다. 그러나, 소돌기(17)는 생략되어도 된다.

10 : 다이스
20 : 펀치
23 : 펀칭날
O : 피가공물

Claims

0.01㎜ 이상 1㎜ 이하의 두께의 판형 부재인 피가공물을 다이스에 탑재하고, 펀치에 의해 상기 피가공물을 두께 방향으로 펀칭하여 구멍을 형성할 때, 적어도 구멍이 형성되고 있는 동안의 상기 피가공물의 온도를, 상기 피가공물의 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지하는, 펀치 홀 형성 방법.
제1항에 있어서,
상기 펀치가, 상기 온도 TO의 상기 피가공물을 펀칭할 때 상기 피가공물에 가하는 하중은, 소정값 이하인, 펀치 홀 형성 방법.
제2항에 있어서,
상기 펀치가 피가공물에 구멍을 형성할 때 상기 온도 TO로 유지된 피가공물에 가하는 하중은, 상기 펀치가 실온의 피가공물에 구멍을 형성할 때 필요한 하중의 10% 이상 30% 이하인, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 TO는 300℃ 이상 950℃ 이하인, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
온도 TD로 가열된 다이스에 상기 피가공물이 탑재됨으로써 상기 피가공물이 온도 TO로 유지되는, 펀치 홀 형성 방법.
제5항에 있어서,
온도 TP로 가열된 펀치에 의해 상기 피가공물이 펀칭됨으로써 상기 피가공물이 온도 TO로 유지되는, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
구멍 직경에 대한 상기 피가공물의 두께의 비(두께/구멍 직경)인 아스펙트비가 2 이상 30 이하인, 펀치 홀 형성 방법.
제7항에 있어서,
상기 구멍 직경은 1㎜ 이하인, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피가공물에 상기 구멍을 복수 형성하는, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피가공물은, 내열 금속 재료로서의 페라이트계 스테인레스, 오스테나이트계 스테인레스 및 마르텐사이트계 스테인레스 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 형성되어 있는, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀치 및 상기 다이스 중 적어도 어느 하나는, 세라믹스 및 텅스텐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 초경합금 재료로 형성되어 있는, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀치에 의해 상기 피가공물을 펀칭한 후, 상기 펀치에 냉각용 기체를 분사하는, 펀치 홀 형성 방법.
제12항에 있어서,
상기 냉각용 기체는, 탄산가스, 질소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나인, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀치는,
소정의 두께를 가지는 판형의 펀치 본체;
상기 펀치 본체의 상기 피가공물과 대향하는 대향면으로부터 돌출하여 연장되고, 상기 피가공물에 구멍을 내는 펀칭날; 및
상기 펀치 본체의 대향하는 두 면 중, 상기 펀칭날의 돌출 방향과는 반대측의 면에 위치하는 기부(基部)와, 상기 기부로부터 상기 펀칭날의 돌출 방향으로 상기 펀치 본체를 관통하고, 상기 펀치 본체의 두께보다 길게 연장되는 스트리퍼(stripper) 핀을 가지는 스트리퍼 부재를 포함하고,
상기 펀치에 의해 상기 피가공물을 펀칭할 때는, 상기 스트리퍼 핀이 상기 대향면으로부터 돌출되지 않도록 퇴피되어 있고,
상기 펀치에 의해 상기 피가공물을 펀칭한 후, 상기 스트리퍼 핀의 선단이 상기 대향면으로부터 돌출하여 상기 피가공물을 압압(押壓)함으로써, 상기 펀치 본체와 함께 상기 펀칭날이 상기 피가공물로부터 뽑히는, 펀치 홀 형성 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 펀치 홀 형성 방법을 이용하여, 상기 피가공물에 구멍을 형성하는 펀치 홀 형성 장치로서,
상기 피가공물이 탑재되는 다이스;
상기 다이스에 탑재된 피가공물을, 상기 피가공물을 두께 방향으로 펀칭하여 구멍을 형성하는 펀치; 및
구멍이 형성되고 있는 동안의 상기 피가공물의 온도를, 상기 피가공물의 펀칭이 가능한 온도 TO로 유지하는 제어를 행하는 제어부
를 구비하는, 펀치 홀 형성 장치.