KR20210005189A - 돌기부 형성 방법, 돌기부 형성 시스템 및 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

각종 장치의 부품이나 집전 단자 등에 사용되는, 돌기부를 갖는 금속판 또는 금속봉에 있어서, 금속판의 박육화 또는 금속봉의 세경화나 변형을 수반하지 않고, 중실상의 돌기부를 프레스 성형에 의해 간편하게 형성할 수 있는 돌기부 형성 방법, 돌기부 형성 시스템 및 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법을 제공한다. 금속제의 워크를 지지형 및 가압형에 의해 클램프하여 고정시킨 상태에서, 워크의 일면에 형성하고자 하는 돌기부의 직립 방향에 대해 수직 또는/및 경사진 방향으로부터 워크의 외형 주변 단부 단면을, 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 워크의 금속의 연화점 미만의 온도에서 가압을 실시하고, 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부로서, 지지형 및 상기 가압형의 적어도 어느 쪽에 형성된 관통공의 내부에 워크의 금속을 소성 유동시킴으로써 금속의 중실상의 돌기부를 형성한다.

Description

돌기부 형성 방법, 돌기부 형성 시스템 및 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법

본 발명은, 각종 장치의 부품이나 집전 단자 등에 사용되는, 돌기부를 갖는 금속판 또는 금속봉에 있어서, 상기 금속판의 박육화 또는 상기 금속봉의 세경화를 수반하지 않고, 중실상 (中實狀) 의 돌기부를 프레스 성형에 의해 간편하게 형성할 수 있는 돌기부 형성 방법, 돌기부 형성 시스템 및 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

금속 부품에 1 또는 2 이상의 돌기부 (또는 돌출부) 를 형성하는 종래의 방법으로는, 특허문헌 1 에도 기재되어 있는 바와 같이, (1) 금판 소재를 프레스 성형 가공하여 돌기부와 그 이면에 성형 오목부를 형성하는 방법, (2) 단조용의 금속 소재를 단조 성형하는 방법, (3) 금속제의 본체부의 외면에 돌기부를 레이저나 TIG 등에 의한 용접하는 방법, (4) 금속 본체부에 구멍을 형성 후, 그 구멍에 돌기부의 기부에 형성한 끼워 맞춤부를 끼워 맞추고, 그 끼워 맞춤부를 코킹함으로써 본체부에 돌기부를 고착하는 방법 등이 공지이다.

상기 (1) 의 프레스 성형에 의한 돌기부 형성 방법은, 상기 특허문헌 1 에 개시된 HDD 용 이너셔 아암 이외에, 엠보스 성형품, 방열판 및 집전 단자 등에도 적용이 도모되고 있어, 범용성이 높으며, 적용 범위가 넓은 기술이다. 상기 (1) 의 방법은, 프레스 성형에 의한 돌출 가공 후, 금속판의 일방의 면을 평탄하게 하기 위해, 형성된 돌기부의 이면 또 형성면의 절삭 또는 연마를 실시하는 후가공과 조합하여 적용되는 경우가 많다 (특허문헌 2 및 3 을 참조). 또, 상기 (1) 의 방법을, 프레스에 의한 스퀴징의 전공정과 조합함으로써, 선단부의 두께가 외주벽보다 두꺼워지도록 한 원뿔대상 돌기를 형성하는 방법도 제안되어 있다 (특허문헌 4 를 참조).

프레스 성형에 의한 다른 돌기부 형성 방법으로는, 특허문헌 5 에 있어서, 돌기부 형상의 오목부를 갖는 프레스형을 금속판에 눌러 프레스 가공을 실시함으로써, 상기 오목부 내에 금속판의 일부를 압입하여 돌기부를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 6 에는, 돌기부를 갖는 캐비티를 구비하는 제 1 금형에, 상기 캐비티와 활합 (滑合) 하는 제 2 금형을 끼워 넣고, 이 제 2 금형을 이동시키고, 제 1 금형이 구비하는 캐비티와 제 2 금형 사이에 재료를 충전 성형함으로써 돌기부를 형성하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 7 에는, 금속 워크의 일면의 근접한 2 위치를 가압하여, 2 위치 사이에 서로 역방향의 금속 유동부를 형성하고, 금속의 상승부 (돌기부) 를 형성하는 방법이 제안되어 있다.

한편, 금속판 또는 금속봉을 사용하는 대신에, 중공의 금속 소관을 사용하여 돌기부를 형성하는 기술도 개시되어 있고, 예를 들어, 특허문헌 8 에는, 금속 소관의 내부에 가공용 액체를 주입하면서, 상기 금속 소관의 축 방향으로 금형을 슬라이딩시키는 액압 벌지 가공에 의한 돌기가 형성된 중공축의 성형 방법이 제안되어 있다.

또, 상기와 같은 돌기부를 형성하는 대신에, 금속제의 평판 부재에 두꺼운 부위를 형성하기 위한 프레스 성형품의 제조 방법 및 그 성형 장치도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 9 및 10 을 참조). 상기 특허문헌 9 에 개시되는 프레스 성형품의 제조 방법에서는, 상기 평판부의 제 1 단부에 대향하는 제 1 프레스부와, 상기 평판부에 있어서의 상기 제 1 단부와는 반대측에 있는 제 2 단부에 대향하는 제 2 프레스부를 서로 근접하게 함으로써, 상기 평판부를 프레스하는 것이 실시된다. 상기 특허문헌 10 에 기재된 성형품의 제조 방법에서는, 프레스 성형시의 두께 감소를 피하기 위해, 단조형 사이에 협지된 금속판의 두께 방향에 직교하는 방향으로부터 압축력을 작용시켜, 상기 금속판의 소재 판두께보다 두꺼운 두께 증가부를 국부적 또는 연속적으로 형성하는 단조가 실시된다.

일본 공개특허공보 2001-328031호 일본 공개특허공보 2013-66998호 일본 공개특허공보 2004-330334호 일본 공개특허공보 2011-50987호 일본 공개특허공보 2002-143933호 일본 공개특허공보 평9-298056호 일본 공개특허공보 2005-153014호 일본 공개특허공보 2004-17107호 일본 공개특허공보 2017-94341호 일본 공개특허공보 2007-14978호

상기의 (1) 프레스 성형은, (2) 단조법, (3) 용접법, 및 (4) 코킹법에 비해, 고품질의 돌기부의 형성이 가능한 것, 정밀 금속 부품에 대한 적용에 적합한 것, 및 돌기부의 형성 공정을 간략화할 수 있어, 저렴하게 제작할 수 있는 것 등의 이점을 갖는 점에서 돌기부 형성 방법으로서 종래부터 요긴하게 쓰이고 있는 기술이다.

그러나, 상기 특허문헌 1 ∼ 10 에 개시된 종래의 프레스 성형에 의한 돌기부 형성 방법이나 두꺼운 부위의 형성 방법에서는 다음으로 서술하는 바와 같은 기술 과제가 있다. 즉, 상기 특허문헌 1 ∼ 4 에 개시되어 있는 방법은, 중실상의 돌기부를 형성할 수 없는 것, 판두께가 얇은 금속판이나 소직경의 금속봉의 경우에는 돌기부 또는 그 주변부에 크랙이나 균열이 발생하기 쉬워 고품질의 돌기부의 형성이 어려운 것, 절삭이나 연마 등의 후가공이 필요해지기 때문에, 공정이 번잡해진다는 것 등의 문제가 있다.

또, 상기 특허문헌 5 및 6 에 개시되어 있는 방법은, 돌기부 형성 후의 금속판 본체부의 두께가 얇아지기 때문에, 금속판의 판두께가 얇은 경우에는 적용이 곤란한 것, 금속봉의 경우에는 프레스에 의한 균일한 누름이 어려워, 돌기부의 높이에 큰 제한을 받을 뿐만 아니라, 생성 후의 금속봉 본체부에 국소적인 변형이 발생하기 쉬운 것 등의 문제가 있다. 특히, 특허문헌 5 에 개시되어 있는 방법에서는, 누름에 의한 금속의 소성 유동이 수직 하방향 → 수평 방향 → 수직 상방향으로 3 방향에서 변하기 때문에, 돌기부 형상의 오목부에 대한 유동이 원활하게 실시되지 않아, 돌기부의 품질이 떨어질 뿐만 아니라, 형성되는 돌기부의 직경 및 높이에 있어서 큰 제한을 받고 있었다.

또한, 상기 특허문헌 7 에 개시되어 있는 방법은, 형성되는 돌기부가 환상으로 한정되기 때문에, 돌기 형상의 선택의 자유도가 부족할 뿐만 아니라, 가공 후의 금속 본체부의 표면 (돌기부가 형성되는 면) 에 패임이 발생하여, 외관상 문제가 되는 경우가 있다. 또, 돌기부를 높게 형성하려고 하면, 가공 후에 표면에 보이는 패임이 커져, 이것이 돌기부나 금속 본체부의 강도에도 악영향을 주는 경우가 있다. 이상의 점에서, 상기 특허문헌 7 에 개시되어 있는 방법은, 고품질 또는 고정밀도의 돌기부가 요구되는 금속 부품, 예를 들어, 집전 단자에 대한 적용에는 적합하지 않다.

한편, 상기 특허문헌 8 에 기재된 돌기가 형성된 중공축의 성형 방법은, 원래 피가공물의 워크로서 중공의 금속 소관을 대상으로 하는 것으로, 금속판 또는 금속관의 일면에 돌기부를 형성하는 방법에 대해서는 기재나 시사가 전혀 되어 있지 않아, 그러한 방법이 인식된 발명이라고는 할 수 없다.

또, 상기 특허문헌 9 및 10 에 개시되어 있는 방법은, 금속제의 평판 부재에 두꺼운 부위를 형성하기 위한 것으로, 상기 두꺼운 부위 (두께 증가 형성부) 는, 상기 평판 부재로부터의 높이가 상기 평판 부재의 두께보다 작은 치수로 낮은 형상으로 형성되는 것이 일반적이다. 추가로, 상기 특허문헌 9 및 10 에 있어서 두께 증가 형성부의 형성 방법으로서 구체적으로 개시되어 있는 것은, 금속제의 평판 부재를 전체적 또는 국소적으로 가열하여 단조 또는 프레스 성형을 실시하는 열간 또는 온간 가공 (핫 프레스) 뿐으로, 냉간 가공에 대해서는 가능성이 시사되어 있는 것에 불과하다. 그 때문에, 특허문헌 9 및 10 에 개시되어 있는 방법을, 워크 금속의 연화점 미만의 온도에서 프레스 형성에 의해 높은 돌기부를 형성하기 위한 방법으로서, 그대로 적용하는 것은 곤란하였다. 특히, 특허문헌 9 에 개시되는 방법은, 평판부의 제 1 단부에 대향하는 제 1 프레스부와, 상기 평판부에 있어서의 상기 제 1 단부와는 반대측에 있는 제 2 단부에 대향하는 제 2 프레스부를 슬라이드시키는 프레스 성형 방법으로, 슬라이드할 수 있는 거리와 성형시에 부하할 수 있는 프레스압이 제한되기 때문에, 형성할 수 있는 두께 증가부의 높이에는 한계가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 각종 장치의 부품이나 집전 단자 등에 사용되는 돌기부를 갖는 금속판 또는 금속봉에 있어서, 상기 금속판의 박육화 또는 상기 금속봉의 세경화나 변형을 수반하지 않고, 중실상의 돌기부를 프레스 성형에 의해 워크로서 사용하는 금속 재료의 연화점 미만의 온도에서 간편하게 형성할 수 있는 돌기부 형성 방법 및 돌기부 형성 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 돌기부 형성 방법에 의해 형성되는 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 종래의 프레스 성형 가공 방법과는 달리, 피가공물인 금속판 워크의 상하면 또는 금속봉 워크의 길이 방향에 대해 수직 방향으로부터가 아니라, 수평 방향으로부터 상기 각 워크의 외형 주변 단부 단면을 프레스에 의해 가압 성형하고, 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부 내에 상기 워크의 금속을 소성 유동시키는 방법에 의해 상기의 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 구성은 이하와 같다.

[1] 본 발명은, 금속제의 워크의 일면 또는 이면 이상에 1 또는 2 이상의 돌기부를 형성하기 위한 돌기부 형성 방법으로서, 상기 금속제의 워크를 지지형(receiving mold) 및 가압형(presser mold)에 의해 클램프하여 고정시킨 상태에서, 상기 금속제의 워크의 일면에 형성하고자 하는 상기 돌기부의 직립 방향에 대해 수직 또는/및 경사진 방향으로부터 상기 워크의 외형 주변 단부 단면을, 상기 지지형 및 가압형과는 별도로 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 상기 워크로서 사용하는 금속의 연화점 미만의 온도에서 가압을 실시하고, 상기 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부로서 상기 지지형 및 상기 가압형의 적어도 어느 쪽에 형성된 관통공의 내부에 상기 워크의 금속을 소성 유동시킴으로써 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 방법을 제공한다.

[2] 본 발명은, 상기 워크의 외형 주변 단부 단면으로부터의 상기 프레스 성형에 의한 가압이, 상기 돌기부의 바닥면 중심을 대칭 중심으로 할 때에 점 대칭으로 위치하는 2 이상의 방향, 또는 상기 돌기부의 바닥면 원주 방향으로부터 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 에 기재된 돌기부 형성 방법을 제공한다.

[3] 본 발명은, 상기 워크는, 상기 워크의 길이 방향과는 상이한 방향이고, 또한, 상기 점 대칭으로 위치하는 2 이상의 방향, 또는 상기 돌기부의 바닥면 원주 방향으로 신장된 금속 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 [2] 에 기재된 돌기부 형성 방법을 제공한다.

[4] 본 발명은, 상기 프레스 성형에 의한 가압이, 실온에서 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 한 항에 기재된 돌기부 형성 방법을 제공한다.

[5] 본 발명은, 상기 지지형 및 가압형에 의해 상기 워크를 클램프하는 압력을, 상기 프레스 성형에 의한 가압 공정의 전반으로부터 후반을 향하여 연속적 또는 단계적으로 높이는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 한 항에 기재된 돌기부 형성 방법을 제공한다.

[6] 본 발명은, 금속제의 워크의 일면에 중실상의 돌기부를 형성하기 위한 돌기부 형성 시스템으로서, 금속제의 워크를 지지하기 위한 지지형과, 상기 워크의 일면에 형성하고자 하는 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부와, 상기 워크의 들뜸을 억제하기 위한 가압형과, 상기 지지형 및 상기 가압형의 클램프 장치와, 상기 워크의 외형 주변 단부 단면을 가압하기 위해, 상기 지지형 및 가압형과는 별도로 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그와, 상기 워크의 외형 주변 단부 단면을 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 상기 워크로서 사용하는 금속의 연화점 미만의 온도에서 가압하기 위한 프레스 성형기를 갖고, 상기 오목부로서 관통공이 상기 지지형 및 상기 가압형의 적어도 어느 쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 시스템을 제공한다.

[7] 본 발명은, 상기 워크의 외형 주변 단부 단면을 가압하기 위한 프레스 성형기가, 상기 가압형의 클램프면에 대해 수직 방향으로 작용하는 가압력을, 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그를 개재하여 평행 방향으로 작용하는 힘으로 변환하기 위한 캠 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 [6] 에 기재된 돌기부 형성 시스템을 제공한다.

[8] 본 발명은, 상기 [6] 또는 [7] 에 기재된 돌기부 형성 시스템에 있어서, 가열 수단이 구비되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 시스템을 제공한다.

[9] 본 발명은, 금속의 본체부와 그 본체부로부터 돌출되는 돌기부를 일체 형성한 상기 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법으로서, 상기 [1] ∼ [5] 중 어느 한 항에 기재된 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정과, 상기 금속제의 워크로부터, 상기 돌기부가 형성된 본체부를 타발 가공, 또는 절단 가공에 의해 분리하는 공정을 포함하는 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법을 제공한다.

[10] 본 발명은, 상기 [9] 에 기재된 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법이, 추가로, 상기 돌기부의 이면의 프레스 압출 성형 가공, 또는 상기 오목부를 갖는 가압형의 상기 워크의 면에 대한 프레스 누름 성형 가공의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법을 제공한다.

[11] 본 발명은, 상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정 후에, 적어도 상기 돌기부를 포함하는 부분의 이면을 연마 또는 절삭하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 상기 [9] 또는 [10] 에 기재된 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법을 제공한다.

[12] 본 발명은, 상기 [9] ∼ [11] 중 어느 한 항에 기재된 공정에 있어서, 상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정, 및 그 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정과 조합하여 실시되는 공정이, 순송 (順送) 방식 또는 트랜스퍼 방식에 의해 연속적으로 실시되는 공정인 것을 특징으로 하는 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법.

[13] 본 발명은, 상기 금속 부품이, 집전 단자인 것을 특징으로 하는 상기 [9] ∼ [12] 중 어느 한 항에 기재된 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 돌기부 형성 방법에 의하면, 각종 장치의 부품이나 집전 단자 등에 사용되는 돌기부를 갖는 금속판 또는 금속봉의 적어도 일면에, 상기 금속판의 박육화 또는 상기 금속봉의 세경화나 변형을 수반하지 않고, 중실상의 돌기부를 간편하게 형성할 수 있다. 또, 상기 중실상의 돌기부는, 워크로서 사용하는 금속판의 두께 또는 금속봉의 직경보다 높게 형성할 수 있다. 또 그 때 형성된 중실상의 돌기부의 이면에는, 프레스 성형에 의한 금속의 소성 유동의 흔적이 작은 오목부로서 보일 뿐으로, 거의 평탄한 이면을 형성할 수 있기 때문에, 돌기부 이면의 절삭 또는 연마의 공정을 생략할 수 있다. 만일, 상기 금속의 소성 유동의 흔적을 없애 평탄한 이면을 형성하는 경우라도, 종래의 프레스 성형에 의한 압출 방법에 비해, 절삭 또는 연마의 공정을 단시간에 실시할 수 있다는 이점을 갖는다.

본 발명의 돌기부 형성 방법은, 종래의 분말 금속의 압출 성형 방법이나 반용융 금속의 성형 방법에 비해, 형성된 중실상의 돌기부가 높은 균일성과 강도를 갖는 점에서, 고품질의 돌기부를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 2 이상의 돌기부를 금속 워크의 원하는 위치에 형성하는 것이 용이해진다. 예를 들어, 금속 워크가 금속판인 경우에는, 금속판의 상하면 뿐만 아니라, 측면 양측에도 돌기부를 형성할 수 있다. 또한, 금속 워크의 적어도 일면에 대해 수직 방향 뿐만 아니라, 경사 방향으로 돌기부를 형성하거나, 돌기부 형상을 원뿔상 뿐만 아니라, 각뿔상으로 하거나 하는 것도 가능하여, 돌기부를 형성하는 방향 (각도) 이나 돌기부 형상의 선택폭이 넓어진다.

또, 본 발명의 돌기부 형성 방법은, 종래의 반용융 금속의 성형 방법과 비교하면, 돌기부 형성을 실시할 때의 성형 온도를 보다 저온에서 실시할 수 있다. 본 발명의 구체적인 성형 온도로는, 워크로서 사용하는 금속 재료의 연화점 미만의 온도로, 실온하에서의 성형에 있어서도 균일한 형상을 갖는 중실상의 돌기부의 형성이 가능해진다. 또한, 반용융 금속의 성형 방법에서는 금속 사출 성형 장치 등의 특수한 성형 장치를 사용하여 사출 성형 조건 등의 번잡한 관리를 실시할 필요가 있는 데에 반하여, 본 발명에 의한 돌기부 형성 시스템은, 지지형, 가압형, 클램프 장치 및 프레스 성형기를 갖는 간단한 구성으로, 가열 장치 등의 부가적인 장치를 사용할 필요가 없다. 프레스 성형 조건 등에 대해서도, 금속 사출 성형 장치를 사용하는 경우에 비해 제어 및 관리가 용이하다. 따라서, 돌기부 형성시의 제조 비용이, 종래의 반용융 금속의 성형 방법에 비해 대폭 저감될 수 있다.

본 발명에 의한 금속 부품의 제조 방법은, 중실상의 돌기부를 하나 또는 복수로 임의의 위치에 고강도로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 프레스 압출 성형 가공 또는 상기 오목부를 갖는 가압형의 워크면에 대한 프레스 누름 성형 가공과의 조합에 의해 여러 가지 형상과 기능을 갖는 금속 부품을 제공할 수 있다. 예를 들어, 돌기부의 높이를 보다 높게 하거나, 선단부의 두께가 외주벽보다 두꺼워지도록 원뿔대상 돌기부를 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 판두께가 얇은 금속판이나 소직경의 금속봉을 본체부로서 갖는 금속 부품에 대해서도 적용이 가능하기 때문에, 범용 금속 부품에 한정하지 않고, 정밀 금속 부품에도 적용을 확대할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 돌기부 형성 방법의 공정 개략을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는, 돌기부를 지지하는 부분과 가압에 의해 두께 감소되는 부분을 나눈 금속제 워크의 예를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 돌기부 형성 시스템의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 본 발명의 돌기부 형성 시스템의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 돌기부 형성 방법에 의해 형성된 돌기부를 갖는 구리판의 외관과 단면을 나타내는 사진도이다.
도 6 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 돌기부 형성 방법에 의해 형성된 돌기부를 갖는 알루미늄판의 외관과 단면을 나타내는 사진도이다.
도 7 은, 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서 워크로서 금속봉을 사용하여 돌기부를 형성하는 돌기부 형성 방법의 공정 개략을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은, 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서 금속판의 워크에 경사 방향의 돌기부를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 제 5 실시형태에 있어서 금속판의 워크의 일면 또는 양면에 복수의 돌기부를 형성할 때의 프레스 성형에 의한 가압 공정을 나타내는 도면이다.
도 10 은, 본 발명의 제 6 실시형태에 있어서 금속판의 워크의 측면 편측에 복수의 돌기부를 형성할 때의 프레스 성형에 의한 가압 공정을 나타내는 도면이다.
도 11 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 있어서 돌기부 형성 방법과 프레스 압출 성형 가공 방법의 조합에 의한 금속 부품의 제조 방법의 개략 공정을 나타내는 단면도이다.
도 12 는, 본 발명의 제 8 실시형태에 있어서 돌기부 형성 방법과 워크면에 대한 프레스 누름 성형 가공 방법의 조합에 의한 금속 부품의 제조 방법의 개략 공정을 나타내는 단면도이다.

＜돌기부 형성 방법＞

도 1 에, 본 발명의 돌기부 형성 방법의 공정 개략을 나타낸다. 도 1 에 있어서 좌측에는 각 공정의 단면도를, 또, 우측에는 금속제 워크의 일례로서 사용하는 금속판의 사시도를 돌기부 형성 공정의 전후에서 각각 나타내고 있다. 도 1 을 사용하여 본 발명의 돌기부 형성 방법을 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 금속판의 워크 (1) 는, 워크 (1) 를 지지하기 위한 지지형 (2) 과, 워크 (1) 를 누르기 위한 가압형 (3) 사이에 삽입된 후 (도 1 의 (a)), 지지형 (2) 과 가압형 (3) 을 화살표 방향으로 클램프하여 워크 (1) 를 고정시킨다 (도 1 의 (b)). 여기서, 가압형 (3) 은, 형성하고자 하는 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부를 갖는다. 도 1 에는, 상기 오목부의 일례로서 상기 오목부의 개구부와 동일한 직경으로 관통공 (4) 이 형성되어 있다. 본 발명에 있어서는, 가압형 (3) 의 오목부가, 관통공 (4) 에 녹아웃 핀을 삽입하는 형태로 형성되어 있어도 된다. 또, 본 발명의 돌기부 형성 방법에서는, 형성하고자 하는 돌기부의 높이와 동일하거나, 또는 그것보다 긴 형상으로 형성한 미관통부를 오목부로서 형성해도 되지만, 상기 미관통부를 적용할 수 있는 것은 낮은 돌기부를 형성하는 경우에 한정된다.

이어서, 도 1 의 (c) 에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형기에 구비되는 가압용 금형, 또는 가압 펀치 및 가압 플런저 등의 가압용 지그 (도시 생략) 를 사용하여 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 을 프레스 성형에 의해 가압하고, 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 의 양측 2 방향으로부터 관통공 (4) 을 향하여 금속을 소성 유동시킨다. 소성 유동에 의해 관통공 (4) 의 내부에 유동된 금속은 돌기부 (6) 를 형성한다. 여기서, 돌기부 (6) 의 높이는, 프레스 성형에 의한 가압력, 가압 속도 및 가압 시간을 조제함으로써 제어할 수 있다. 이들 조작은, 연속 이송 또는 간헐 이송으로 실시하는 가압 방법 중 어느 적당한 방법을 선택하여 실시된다.

본 발명에 있어서, 프레스 성형은, 프레스 하중 및 프레스 하중 속도를 각각 1 ∼ 50 톤 및 0.1 ∼ 50 ㎜/초의 범위로 설정하여 실시하는 것이 실용적이지만, 프레스 성형기의 성능과 가압의 효율성을 고려하면, 각각 1 ∼ 10 톤 및 1 ∼ 10 ㎜/초의 범위가 보다 바람직하다. 또, 가압형 (3) 은, 프레스 성형에 의한 가압시, 워크 (1) 의 들뜸을 억제하기 위해서 높은 클램프압이 필요해진다. 클램프압은 가압 공정의 처음부터 높은 값으로 설정한 상태에서 일정한 압력을 계속 가해도 되지만, 워크 (1) 의 들뜸이 가압 공정의 후반에 있어서 커지는 경향이 있기 때문에, 가압 공정의 전반으로부터 후반을 향하여 클램프압을 연속적 또는 단계적으로 높이는 방법을 채용하는 것이 실용적이다. 이 방법은, 클램프압을 가압 공정의 처음부터 높이는 경우에 비해, 지지형 (2) 및 가압형 (3) 의 마모 저감이나 프레스 성형기의 수명 향상의 점에서 유리하다. 본 발명에 있어서는, 워크 (1) 의 들뜸을 억제하기 위해 가압형 (3) 의 클램프압이 10 톤 이상이고, 바람직하게는 30 톤 이상이고, 보다 바람직하게는 50 톤 이상이다. 클램프압의 상한값은 특별히 제한은 없지만, 프레스 성형기의 능력 및 가압형과 지지형의 수명의 점에서 200 톤 이하가 실용적이다.

최종적으로, 도 1 의 (d) 에 나타내는 바와 같이, 클램프압을 해방시키고, 가압형 (3) 이 화살표 방향 (↑) 으로 탈형된 후, 돌기부 (6) 를 갖는 워크 (1) 가 취출된다. 형성된 중실상의 돌기부의 이면에는, 프레스 성형에 의한 금속의 소성 유동의 흔적이 작은 오목부로서 보일 뿐으로, 거의 평탄한 이면이 형성된다. 상기 금속의 소성 유동의 흔적을 없애 평탄한 이면을 형성하는 경우에는, 상기 흔적 부분을 슬라이스상으로 절삭하거나, 또는 그 부분만을 연마한다. 이와 같이 하여 돌기부 (6) 가 형성된 워크 (1) 는, 타발 가공 또는 절단 가공 등의 후가공에 의해 본체부로부터 불필요한 부분을 제거하여 원하는 금속 부품으로 가공된다.

이상과 같이 하여, 본 발명의 돌기부 형성 방법은, 금속제의 워크 (1) 에 형성하고자 하는 돌기부 (6) 를 기준 위치로서 볼 때, 돌기부 (6) 의 직립 방향에 대해 수직의 방향으로부터 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 을 프레스 성형에 의해 가압하고, 돌기부 (6) 에 대해 암형이 되는 오목부로서 형성된 관통공의 내부에 워크 (1) 의 금속을 소성 유동시킴으로써 중실상의 돌기부를 형성할 수 있다. 본 발명은, 프레스 성형에 의해 워크 (1) 의 면에 대해 수직인 방향에서 돌기부의 이면으로부터 압출 가공이 실시되는 종래의 방법과는 달리, 워크 (1) 의 면과 평행한 방향으로부터 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 에 대해 가압 가공이 실시되는 점에서 특징을 갖는다. 또, 가압형 (3) 의 오목부로서 관통공이 형성되어 있고, 또한, 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 이, 지지형 (2) 및 가압형 (3) 과는 별도로 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 가압이 실시되는 점에서, 상기 특허문헌 9 또는 10 에 개시된 두꺼운 부위의 형성 방법과도 상이하다.

본 발명에서 사용하는 워크는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 사각형상의 금속판으로 한정되지 않는다. 원반상, 타원상, 및 3 변 이상의 다각 형상의 어느 형상을 갖는 금속판이어도 되고, 원형, 타원형 및 3 변 이상의 다각형의 단면 형상을 갖는 금속봉이나 편평상의 금속봉이어도 된다. 상기 워크로서 금속판을 사용하는 경우에는, 상기 특허문헌 1 에 개시된 발명과는 달리, 금속 본체부와 돌기부의 합계 두께 이상의 판상 소재를 사용할 필요가 특별히 없고, 0.5 ㎜ 미만의 얇은 판조 소재를 사용해도 된다. 또, 수십 ㎜ 이상의 두꺼운 판조 소재를 사용할 수도 있지만, 그 경우에는 사용하는 프레스 성형기의 능력에 따라 적용할 수 있는 금속판의 두께가 정해진다. 한편, 상기 워크로서 금속봉을 사용하는 경우에도, 금속판과 마찬가지로, 0.5 ㎜ 미만의 소직경 내지 수십 ㎜ 이상의 대직경의 봉상 소재를 사용할 수 있다.

본 발명에서는 피가공물인 워크의 금속 재료로서, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 저탄소강, 마그네슘 등의 프레스 성형성이 우수한 금속 재료는 물론, 고탄소강, 인청동, 스테인리스, 티탄 합금 등의 프레스 성형성이 부족한 금속 재료여도 프레스 성형이 가능하면 사용할 수 있다. 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 을 프레스 성형에 의해 가압하는 본 발명은, 소성 유동 가능한 금속이면 성형 조건의 검토와 그 최적화에 의해 대응하는 것이 가능하다.

금속판을 워크로서 사용하는 경우에는, 예로서 도 1 에 나타내는 바와 같이, 금속판을 상하로부터 가압형 및 지지형에 의해 클램프하여 고정시킨 상태에서, 금속판의 주변 단부로부터 프레스 성형기에 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그에 의한 가압으로 금속판의 일면에 돌기부를 형성한다. 이 때, 가압용 금형 또는 가압용 지그는, 상기 지지형 및 가압형과는 상이한 별도의 구성으로서 프레스 성형기에 구비된다. 또, 지지형 및 가압형이 설치되는 위치는 상대적인 것으로, 양자의 형 (型) 이, 각각 반대가 되는 위치에서 설치되어 있어도 된다.

금속봉을 워크로서 사용하는 경우에는, 금속봉과 접촉하는 가압형 및 지지형의 부분을, 상기 금속봉의 외주 형상을 따른 곡선상으로 함과 함께, 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부를 가압형에 형성한다. 금속봉의 경우에는, 금속봉의 외주면 전체를 워크의 일면으로서 생각한다. 여기서, 프레스 성형기에 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그에 의한 가압은, 금속봉의 양 말단부 단면으로부터 실시되는 것이 실용적이다. 금속봉을 클램프하는 지지형 및 가압형의 설치 위치는 상대적인 것으로, 금속판의 경우와 동일하게, 양자의 형을 반대로 배치해도 된다.

본 발명은, 돌기부 (6) 를 워크 (1) 의 금속판에 대해 수직 방향으로 형성할 뿐만 아니라, 경사 방향으로도 형성할 수 있다. 그 경우에는, 오목부에 상당하는 관통공 (4) 을, 가압형 (3) 의 클램프 평면에 대해 경사 방향으로 기울여 형성하기만 해도 된다. 종래의 돌기부 이면으로부터의 압출에 의한 프레스 성형에서는, 금속판에 대해 경사 방향으로 돌기부를 형성할 때, 압출 방향을 경사지게 하여 프레스 성형하거나, 또는 지지형을 경사 방향으로 설치하기 때문에, 미세한 조정을 실시하는 등의 번잡한 공정이 필요해진다. 또, 경사 방향으로의 압출에 의해 형성되는 중공의 돌기부는, 공정 중에 크랙이나 균열이 발생하기 쉬워지는 것, 벽면 두께가 불균일해지기 쉬운 것 등의 품질면에서의 문제가 발생하는 경우가 있다. 그에 반하여, 본 발명은 그러한 번잡한 공정을 실시할 필요가 없고, 간편한 공정으로 경사 방향의 돌기부를 용이하게 형성 가능할 뿐만 아니라, 돌기부의 품질 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 발명의 돌기부 형성 방법은, 형성되는 돌기부의 형상으로서, 원뿔 형상 뿐만 아니라, 각뿔 형상의 것을 포함하여, 여러 가지 형상의 것을 형성할 수 있다. 예를 들어, 각뿔상의 돌기부의 경우, 가압형 (3) 의 오목부의 단면 형상을 다각형으로 하는 것만으로 용이하게 형성할 수 있다. 또, 돌기부의 높이의 조정도 프레스 성형 조건을 바꾸는 것만으로 가능하다. 이와 같이 하여 형성되는 각뿔상의 돌기부는 중실상의 구조이기 때문에, 종래의 압출법에 의한 중공 구조와 비교하여, 균일성이 높은 고강도의 돌기부가 된다.

도 1 에 나타내는 돌기부 형성 방법은, 워크 (1) 가 사각형상의 금속판이고, 프레스 성형에 의한 가압 방향이 2 방향이지만, 본 발명에 있어서는 2 방향으로 한정되지 않고, 3 방향 이상이어도 된다. 예를 들어, 원반상의 금속판인 경우에는, 프레스 성형에 의한 가압 방향이, 형성하고자 하는 돌기부의 바닥면 원주 방향으로부터여도 된다. 본 발명에 있어서는, 형상이 균일하고, 고강도를 갖는 고품질의 돌기부를 형성하기 위해, 가압형 (3) 의 오목부를 향하여 금속을 그 외형 주변 단부로부터 균일하게 소성 유동시킬 필요가 있다. 그 때문에, 프레스 성형에 의한 가압을 2 이상의 방향에서 실시하는 경우, 형성하고자 하는 돌기부의 바닥면 중심을 대칭 중심으로 할 때에 점 대칭의 위치로 가압의 각 방향을 설정하는 것이 바람직하다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면 (5) 을 프레스 성형에 의해 가압할 때, 가압되는 양측 2 방향으로부터의 금속의 소성 유동에 수반하여, 외형 주변의 양 단부 단면 (5) 의 위치가 각각 관통공 (4) 의 방향으로 이동한다는 두께 감소가 보인다. 결과적으로, 돌기부 (6) 의 형성 후의 본 단부의 워크 (1) 는 가압 방향의 길이가 짧아지고, 용도에 따라서는 돌기부 형성 전후에 있어서 워크 (1) 의 형상이나 사이즈가 크게 변화하는 경우가 있다. 이것을 피하기 위해, 본 발명에서는, 돌기부 (6) 를 지지하는 부분과 가압에 의해 두께 감소하는 부분을 나눈 워크를 사용해도 된다.

도 2 는, 돌기부를 지지하는 부분과 가압에 의해 두께 감소하는 부분을 나눈 금속제 워크의 예를 나타내는 도면이다. 도 2 는, 금속제 워크가 판상의 금속판이고, 그 금속판을 이면으로부터 보았을 때의 형상을 나타내고 있으며, 형성하고자 하는 돌기부의 바닥면이, 일례로서 원형의 점선으로 나타나 있다. 도 2 의 (a), (b) 및 (c) 에는, 각각 워크 (7) 의 길이 방향과는 상이한 2 방향, 4 방향, 및 워크 (7) 에 형성되는 돌기부의 바닥면 원주 방향으로부터 프레스 성형에 의해 가압되는 부분을 화살표로 나타내고 있다.

가압되는 방향이 2 방향인 경우에는, 금속판 워크 (7) 가, 형성하고자 하는 돌기부를 지지하는 부분 (8) 과, 프레스 성형에 의해 가압되는 부분 (9) 으로서 9a, 9b 로 구성된다 (도 2 의 (a)). 가압되는 방향이 4 방향인 경우에는, 금속판 워크 (10) 가, 형성하고자 하는 돌기부를 지지하는 부분 (8) 과, 프레스 성형에 의해 가압되는 부분 (11) 으로서 11a, 11b, 11c, 11d 로 구성되어 있다 (도 2 의 (b)). 또, 가압 방향이 원주 방향으로부터인 경우에는, 금속판 워크 (12) 가, 형성하고자 하는 돌기부를 지지하는 부분 (8) 과, 프레스 성형에 의해 가압되는 주변 부분 (13) 으로 구성되어 있다 (도 2 의 (c)).

도 2 에 나타내는 바와 같이, 금속판 워크 (7, 10, 12) 에 있어서, 프레스 성형에 의해 가압되는 부분 (9, 11, 13) 은, 형성하고자 하는 돌기부의 바닥면 중심을 대칭 중심으로 할 때에 점 대칭으로 위치하는 2 이상의 방향으로 신장된 형상으로 하는 것이 바람직하다. 그에 따라, 돌기부 형성 전후에 있어서 워크 (7, 10, 12) 의 사이즈가 돌기 형성 전과 비교하여 크게 변화하는 것을 피할 수 있다. 신장된 금속 부분 (9, 11, 13) 은, 돌기부 형성 후에 원하는 길이로 절단 또는 절삭하여 금속 부품의 본체부로서 사용할 수 있다. 필요하면, 돌기부를 지지하는 부분 (8) 도 동시에 원하는 길이로 절단 또는 절삭해도 된다. 본 발명은, 신장된 금속 부분이, 도 2 에 나타내는 2 방법, 4 방향 및 원주 방향으로 한정되지 않고, 6 이상의 짝수 또는 3 이상의 홀수로 이루어지는 복수 방향으로 형성되어 있어도 된다. 또, 워크가 금속봉인 경우에도, 도 2 에 나타내는 금속판과 기본적으로 동일한 생각에 기초하여, 프레스 성형에 의해 가압되는 부분으로서 2 이상의 방향으로 신장된 형상으로 할 수 있다.

또, 본 발명은, 금속판에 형성되는 돌기부가 금속판의 일면에만 한정되지 않고, 그 측면에 1 또는 2 이상으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 금속판의 상하 양면 또는 측면 양측에 2 이상의 복수의 돌기부를 형성할 수도 있다. 금속봉의 경우에도, 그 외주 일면에 있어서 2 개 지점 이상의 임의의 지점에 복수의 돌기부를 형성할 수 있다. 금속판 또는 금속봉에 복수의 돌기부를 형성하는 방법에 대해서는, 후술하는 실시형태에 있어서 상세하게 설명한다.

본 발명은, 워크의 일면에 중실상의 돌기부를 형성할 때, 프레스 성형에 의한 가압을, 워크로서 사용하는 금속 재료의 연화점 미만의 온도에서 실시할 수 있는 방법이다. 이것은, 중실상의 돌기부를 형성할 때, 가압에 의한 금속의 소성 유동을 이용하기 때문이다. 프레스 성형에 의한 가압은, 온도 제어 등의 번잡한 조작을 생략하기 위해, 실온에서 실시하는 것이 실용적이다. 본 발명과 상이한 중실상의 돌기부의 형성 방법으로서, 예를 들어, 연화점 이상으로 가열한 반용융 상태의 금속을 사출 성형하여 돌기부를 형성하는 방법 등이 종래부터 제안되어 있다. 그러나, 금속 사출 성형 방법은, 특수한 금속 사출 성형 장치를 사용할 필요가 있을 뿐만 아니라, 성형시의 온도 조정과 성형 조건 설정에 번잡한 작업을 수반한다. 이 금속 사출 성형 방법에 비해, 본 발명은, 특수한 성형 장치를 사용할 필요가 없고, 추가로, 성형 온도의 제어 등을 실시하지 않아도 높은 돌기부를 형성할 수 있는 점에서, 공정의 간략화와 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 돌기부 형성 방법이다. 또, 상기 특허문헌 9 및 10 에 개시된 두꺼운 부위의 형성 방법과 비교해도, 높은 돌기부를 실온에 있어서 간편하게 형성할 수 있다는 이점을 갖는다.

＜돌기부 형성 시스템＞

도 3 에, 본 발명의 돌기부 형성 시스템의 개략 구성을 단면도로 나타낸다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 돌기부 형성 시스템 (14) 은, 기본적으로, 금속제의 워크를 지지하기 위한 지지형 (2) 과, 상기 워크 (1) 의 일면에 형성하고자 하는 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부에 상당하는 관통공 (4) 을 갖고, 상기 워크의 들뜸을 억제하기 위한 가압형 (3) 과, 상기 지지형 및 상기 가압형을 클램프하기 위한 클램프판 (15) 을 갖는 클램프 장치 (도시 생략) 와, 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면을 가압하기 위한 프레스 성형기 (16) 를 갖는다. 클램프 장치는, 조작성의 면에서 자동인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 도 3 에 나타내는 프레스 성형기 (16) 는, 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면의 2 방향으로부터 가압하기 때문에, 가압용 금형 또는 가압용 지그의 일례로서 가압용 금형 (17) 을 2 개 구비하는 예이지만, 본 발명에 있어서는, 워크 (1) 의 형상 및 워크 (1) 에 대한 가압 방향에 따라, 가압용 금형 (17) 으로서 3 개 이상을 구비하고 있어도 된다. 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그로는, 도 3 에 나타내는 가압용 금형 (17) 으로는 한정되지 않고, 예를 들어, 가압 펀치 및 가압 플런저 등의 가압용 지그를 사용할 수도 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 상측의 클램프판 (15) 에는, 가압형 (3) 의 관통공 (4) 에 연결되는 소직경의 공기 배출공 (18) 이 형성되어 있다. 이 공기 배출공 (18) 은, 돌기부 형성시에 소성 유동에 의해 금속의 일부가 관통공 (4) 의 내부에 침입할 때에 일어나는 큰 압력 상승을 피하기 위해서 형성되는 것이다. 낮은 돌기부를 형성할 때 등과 같이, 소성 유동에 의해 관통공 (4) 에 내부에 침입하는 금속의 양이 적어도 되는 경우에는, 공기 배출공 (18) 을 형성하지 않아도 된다. 그 경우, 가압형 (3) 에는, 관통공 (4) 대신에, 비관통공의 오목부를 형성해도 된다. 그러나, 돌기부의 높이를, 워크 금속판의 두께 또는 워크 금속봉의 직경보다 높게 할 때에는, 가압형 (3) 에 오목부로서 관통공 (4) 을 형성하는 것이 필수의 구성인 점에서, 본 발명에서는 상기 오목부로는 관통공 (4) 이 바람직하다. 이상과 같은 구성을 갖는 돌기부 형성 시스템 (14) 을 사용하여, 상기 서술한 돌기부 형성 방법의 각 공정에 따라서 금속제의 워크의 일면에 중실상의 돌기부를 형성할 수 있다.

도 4 는, 본 발명의 돌기부 형성 시스템의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 4 에 나타내는 돌기부 형성 시스템 (19) 은, 프레스 성형기 (16) 가, 가압형 (3) 의 클램프면 (15) 에 대해 수직 방향으로 작용하는 가압력을, 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그를 개재하여 평행 방향으로 작용하는 힘으로 변환하기 위한 캠 기구를 갖는 것이다. 캠 기구로는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 캠 드라이브 (20) 및 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그로서 기능하는 캠 슬라이드 (21) 로 이루어지는 가동량 가변의 캠을 사용할 수 있다. 가동량 가변의 캠은, 캠 드라이브 (20) 와 캠 슬라이드 (21) 의 사면이 항상 접하고 있고, 캠 드라이브 (20) 의 수직 방향의 움직임에 비례하여 캠 슬라이드 (21) 도 수평 방향으로 움직이는 방식이다. 본 발명의 돌기부 형성 시스템은, 캠 슬라이드 (21) 를 가압용 금형 또는 가압용 지그로서 기능시킬 뿐만 아니라, 캠 슬라이드 (21) 와 상기 워크의 외형 주변 단부 단면 사이에, 가압용 금형 (예를 들어, 도 3 에 나타내는 가압용 금형 (17)) 또는 가압용 지그를 별도로 배치하여, 캠 슬라이드 (21) 의 구동에 수반하는 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그의 이동에 의해 상기 워크의 외형 주변 단부 단면을 가압하는 구성을 채용해도 된다. 본 발명의 프레스 성형기로는, 가동량 가변의 캠 이외에도, 가동량 일정한 캠을 사용해도 된다. 또, 원기둥상의 캠 드라이브를 캠 슬라이드에 압입하여 캠 슬라이드를 수평으로 이동시키는 방식, 또는 반환 기구를 갖는 캠에 의한 방식을 채용해도 된다.

도 4 에 나타내는 캠 기구를 갖는 돌기부 형성 시스템은, 프레스 성형기의 가압을 일괄로 집중하여 제어할 수 있기 때문에, 가압의 제어가 독립된 프레스 성형기에 의해 분산되어 실시되는 도 3 에 나타내는 돌기부 형성 시스템에 비해, 장치 구성의 간략화와 장치 그 자체의 컴팩트화를 도모할 수 있다. 특히, 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면을 3 이상의 다방향으로부터 가압하는 경우에 있어서 그 효과가 커진다.

또, 도 4 에 나타내는 돌기부 형성 시스템은, 가압형 (3) 의 관통공 (4) 에 삽입하는 녹아웃 핀 (22) 을 구비한다. 본 발명에 있어서는 녹아웃 핀 (22) 을 형성하지 않아도 되지만, 형성하고자 하는 돌기부의 높이를 조제하거나, 형성 후의 중실 돌기부의 헤드부를 치밀한 구조로 하고자 하는 경우, 녹아웃 핀 (22) 을 사용 함으로써 그것들의 제어가 보다 간단해진다.

＜금속 부품의 제조 방법＞

상기와 같이 하여 형성된 중실 돌기부를 갖는 금속제의 워크는, 불필요한 부분이 타발 가공 또는 절단 가공 등의 후가공에 의해 상기 워크의 본체부로부터 제거되어 원하는 금속 부품으로 가공된다. 프레스 성형에 의해 가압된 부분은, 돌기부 형성 후에 있어서 프레스 성형에 의한 가압 후의 흔적이 남기 때문에, 이 부분을 불필요 부분으로서 제거할 필요가 있다. 상기 가압 후의 흔적으로는, 예를 들어, 도 1 의 (c) 에 나타내는 공정 후에, 외형 주변의 양 단부 단면 (5) 의 두께 감소 부분의 주변, 즉, 상기 두께 감소 부분과 지지형 및 가압형의 경계에 남기 쉬운 박상의 금속편이 있다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 워크 (7, 10, 12) 에, 가압되는 부분으로서 금속 신장 부분 (9, 11, 13) 을 형성하는 경우에도, 프레스 성형에 의한 가압 후에 금속 부품의 원하는 사이즈에 들어가지 않고 남은 부분은, 타발 가공 또는 절단 가공 등의 후가공에 의해 제거된다. 최종적으로, 금속 부품으로서 사용할 때에 최적인 부품 사이즈로 하여 타발 가공 또는 절단 가공이 실시된다.

또, 본 발명에 있어서는, 금속제의 워크의 형성된 돌기부의 높이를 보다 높게 한 금속 부품을 제조할 때, 또는 선단부의 두께가 외주벽보다 두꺼워지도록 원뿔대상 돌기부를 형성할 때 등과 같이, 강도, 기능 및 의장성의 관점에서 돌기부의 형상 및 구조를 변경하는 경우에는, 본 발명에 의해 돌기부를 형성한 후, 추가로 상기 중실상의 돌기부의 이면에 프레스 성형에 의한 압출 가공을 실시해도 된다. 또, 상기 특허문헌 5 에 개시된 방법과 동일하게, 돌기부 형상의 오목부를 갖는 별도의 가압형을 사용하여, 그 가압형을 돌기 형성 후의 워크의 면에 프레스 성형에 의한 누름 가공을 실시해도 된다.

본 발명의 금속 부품의 제조 방법은, 상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정 후에, 상기 돌기부를 포함하는 부분의 이면을 연마 또는 절삭하는 공정을 실시해도 된다. 이 공정은, 형성된 중실상의 돌기부의 이면에, 프레스 성형에 의한 금속의 소성 유동의 흔적이 작은 오목부로서 보이는 경우에, 그 흔적을 없애 평탄한 이면을 형성할 때에 실시한다. 그 경우에는, 금속 부품의 전체가 아니라, 상기 흔적 부분만을 슬라이스상으로 절삭하거나, 또는 그 부분만을 연마해도 된다. 이 공정을, 상기의 프레스 압출 성형 가공 또는 프레스 누름 성형 가공과 병용하여 실시하는 경우에는, 그것들의 가공을 실시하기 전이어도 되고, 후여도 된다. 동일하게, 상기한 타발 가공 또는 절단 가공과 병용하는 경우에 있어서도, 그것들의 가공 전후의 어느 쪽에서도 실시할 수 있다. 요점은, 금속 부품의 제조 방법으로서 고효율인 공정을 구축할 수 있도록, 돌기부 이면의 연마 또는 절삭의 공정을, 다른 전가공 또는 후가공의 각 공정과 조합하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 의한 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법은, 필요에 따라, (a) 최적의 부품 사이즈로 가공하기 위한 타발 가공 또는 절단 가공, (b) 돌기부의 형상 및 구조를 변경하기 위한 프레스 압출 성형 가공 또는 프레스 누름 성형 가공, 및 (c) 돌기부 이면을 평탄하게 하기 위한 연마 공정 또는 절삭 공정 등의 적어도 어느 공정이, 상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정과 조합하여 실시된다. 그 때, 상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정, 및 상기 (a), (b) 및 (c) 등 중 적어도 어느 공정은, 각각 독립된 공정으로서 분리하여 실시해도 되고, 연속된 공정으로서 순송 방식 또는 트랜스퍼 방식으로 실시해도 된다. 금속 부품의 제조 라인을 순송 방식 또는 트랜스퍼 방식으로 구축함으로써 라인의 자동화가 용이해져, 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조를 효율적으로, 또한, 안정적인 품질로 실시할 수 있다. 그것에 의해, 저비용이고, 고품질의 금속 부품을 제공할 수 있다.

본 발명의 제조 방법은, 여러 가지 금속 부품에 적용이 가능하지만, 특히, 고강도, 높은 돌기부 형상, 양호한 전기 전도성, 및 복잡한 형상 등 중 적어도 어느 것이 요구되는 집전 단자의 제조에 적용할 때에 큰 효과가 얻어진다. 집전 단자로는, 전기 전자 부품, 자동차 등의 수송 기기, 또는 공작 기계 등의 산업 기기의 용도에 사용되는 축전지, 커넥터, 및 배선 접속 등의 용도에 적용이 가능하다.

본 발명의 돌기부 형성 방법 및 금속 부품의 제조 방법의 실시형태를 이하에 설명하지만, 본 발명은, 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

＜제 1 실시형태＞

본 실시형태에 있어서, 워크 (1) 로서 C1100-1/4 계의 구리로, 두께가 1.5 ㎜ 인 금속판을 사용하여, 도 1 에 나타내는 공정에 따라서 실시한 돌기부 형성 방법에 대해 설명한다.

돌기부를 형성하기 전의 구리판 워크는, 도 2 의 (b) 에 나타내는 형상과 동일하고, 프레스 성형에 의해 가압되는 부분이, 형성하고자 하는 돌기부의 바닥면 중심을 대칭 중심으로 할 때, 돌기부를 지지하는 부분에 대해 점 대칭으로 위치하는 가로 대각선 4 방향으로 신장된 부분을 갖는 구리판을 사용하였다.

본 실시형태에서는, 도 1 에 나타내는 방법과 동일하게, (a) 상기 형상을 갖는 구리판의 워크 (1) 를 지지형 (2) 과 가압형 (3) 사이에 삽입하는 공정, (b) 지지형 (2) 과 가압형 (3) 으로 워크 (1) 를 클램프하는 공정, (c) 프레스 성형기를 사용하여, 가압하고자 하는 4 개 지점의 부분이 신장된 워크 (1) 의 외형 주변 단부 단면을 4 방향으로부터 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 가압하고, 가압형 (3) 의 오목부에 상당하는 관통공 (4) 을 향하여 금속을 소성 유동시킴으로써 돌기부 (6) 를 형성하는 공정, 및 (d) 클램프압을 해방시키고, 가압형을 탈형한 상태에서, 돌기부가 형성된 워크 (1) 를 취출하는 공정을 거쳐 돌기부의 형성을 실시하였다. 여기서, 프레스 형성기는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 가압하고자 하는 4 개 지점에 캠 기구를 구비하고, 캠 슬라이드 (21) 를 가압용 금형 또는 가압용 지그로서 기능시킴으로써 간헐 이송으로 가압을 실시하는 방식의 서보 프레스기를 사용하였다. 프레스 성형에 의한 가압 공정은, 워크 (1) 인 구리판의 가열을 실시하지 않고, 실온에서 실시하였다. 또, 가압형 (3) 의 클램프압은, 프레스 성형 직후에 10 톤으로 하고, 그 후, 가압 시간과 함께 단계적으로 높이는 조작을 실시하여, 프레스 가압 종료 시점에서 80 톤이 되도록 설정하여 실시하였다. 마지막으로, 돌기부가 형성된 워크 (1) 는, 4 방향으로 신장된 부분 및 돌기부의 주변을 원형상으로 절단하였다.

이와 같이 하여 돌기부 (23) 가 형성된 구리판의 외관 및 그 단면을 도 5 에 나타낸다. 도 5 에 있어서, (a) 및 (b) 는 각각 구리판의 외관 및 그 단면을 나타내는 사진도이다. 도 5 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 구리판의 일면에는 높이가 7 ㎜ 이상인 중실상의 돌기부 (23) 가 형성되었다. 또, 도 5 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 중실상의 돌기부 (23) 의 단면에는 크랙 등의 발생은 보이지 않아, 돌기부 형성 방법의 가압 공정 (도 1 의 (c) 에 나타내는 공정) 의 과정에서 가압이 원활하게 실시된 것을 알 수 있다. 중실상의 돌기부 (23) 의 바닥면에도 프레스 성형에 의한 금속의 소성 유동의 흔적이 거의 관측되지 않고, 거의 평탄한 이면이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5 의 (b) 에서는, 돌기의 선단부, 돌기의 상승부 및 돌기 바닥변부에 있어서 초기 입계, 변형대 및 거시적인 조직이 전혀 관찰되지 않고, 본 실시형태에 있어서 금속 결정립의 미세화가 균일한 중실상의 돌기부 (23) 가, 구리판의 두께 (1.5 ㎜) 보다 큰 치수를 갖는 높은 형상으로 형성되는 것이 확인되었다.

＜제 2 실시형태＞

제 1 실시형태에서 워크 (1) 로서 사용한 구리판 대신에, A5052-H32 계의 알루미늄판을 사용하여, 제 1 실시형태와 동일한 방법으로 알루미늄판의 일면에 돌기부의 형성을 실시하였다. 돌기 형성 전의 알루미늄판의 형상도, 제 1 실시형태의 구리판과 동일하다.

도 6 의 (a) 및 (b) 에, 각각 중실상의 돌기부 (24) 가 형성된 알루미늄판의 외관 및 그 단면의 사진도를 나타낸다. 도 6 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄판의 일면에는 높이가 7 ㎜ 이상인 중실상의 돌기부 (24) 가 형성되었다. 또, 도 6 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 돌기부 (24) 의 단면에는 크랙 등의 발생은 보이지 않아, 제 1 실시형태의 구리판과 동일하게, 돌기부 형성 방법의 가압 공정 (도 1 의 (c) 에 나타내는 공정) 의 과정에서 가압이 원활하게 실시된 것을 알 수 있다. 한편, 중실상의 돌기부 (24) 의 바닥면에는 프레스 성형에 의한 금속의 소성 유동의 흔적인 패임 (오목부) (25) 이 약간 관측되었다. 이 요인은 워크판의 금속 재료로서 구리보다 부드러운 알루미늄을 사용했기 때문인데, 이 패임 (25) 은 돌기부의 바닥면으로부터 1.3 ㎜ 의 부분을 연마함으로써 완전히 없어졌다. 또한, 프레스 성형에 의한 가압 조건을 최적화하는 것, 예를 들어, 간헐식에 의한 가압 스피드를 약간 느리게 하는 것 등에 의해 알루미늄의 소성 유동의 흔적인 패임 (25) 의 크기를 작게 할 수 있다.

도 6 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄판의 경우에도, 구리판과 동일하게, 돌기의 선단부, 돌기의 상승부 및 돌기 바닥변부에 있어서 초기 입계, 변형대 및 거시적인 조직이 전혀 관찰되지 않고, 본 실시형태에 있어서 금속 결정립의 미세화가 균일한 중실 돌기부가, 알루미늄판의 두께 (1.5 ㎜) 보다 큰 치수를 갖는 높은 형상으로 형성되는 것이 확인되었다.

＜제 3 실시형태＞

도 7 은, 본 실시형태의 돌기부 형성 방법에 있어서, 원형 단면 형상을 갖는 금속봉을 워크로서 사용하여, 상기 금속봉에 돌기부를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 의 좌측에, 각 공정의 단면도를 나타낸다. 또, 도 7 의 (a) 및 (d) 의 우측에는, 금속제 워크의 일례로서 사용하는 금속봉의 사시도를 돌기부 형성 공정의 전후에서 각각 나타내고, 도 7 의 (b) 및 (c) 에는 각각의 공정의 A-A 단면도 및 B-B 단면도를 나타내고 있다. 도 7 을 사용하여 금속봉의 일면에 돌기부를 형성할 때의 돌기부 형성 방법을 설명한다.

본 실시형태에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, (a) 금속봉의 워크 (26) 를 지지형 (27) 과 가압형 (28) 사이에 삽입하는 공정, (b) 워크 (26) 의 단면 형상을 따른 원형 형상의 단면을 갖는 지지형 (27) 과 가압형 (28) 으로 워크 (26) 를 클램프하는 공정, (c) 프레스 성형기를 사용하여, 가압하고자 하는 워크 (26) 의 양단 2 방향으로부터 워크 (26) 의 외형 주변 단부 단면 (30) 을, 가압용 금형 또는 가압용 지그 (도시 생략) 를 사용하여 프레스 성형에 의해 가압하고, 가압형 (28) 의 오목부에 상당하는 관통공 (29) 을 향하여 금속을 소성 유동시킴으로써 돌기부 (31) 를 형성하는 공정, 및 (d) 클램프압을 해방시키고, 가압형을 탈형한 후, 돌기부가 형성된 금속봉의 워크 (26) 를 취출하는 공정을 거쳐 돌기부의 형성을 실시한다. 이와 같이 하여 금속봉의 워크 (26) 에 크랙이나 결손이 없는 돌기부 (31) 를 형성할 수 있다.

＜제 4 실시형태＞

도 8 은, 본 실시형태의 돌기부 형성 방법에 있어서, 금속판을 워크로서 사용하여, 상기 금속판에 경사 방향의 돌기부를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 8 에 있어서 좌측에는 각 공정의 단면도를, 또, 우측에는 금속제 워크의 일례로서 사용하는 금속판의 사시도를 돌기부 형성 공정의 전후에서 각각 나타내고 있다. 도 8 을 사용하여 금속판의 일면에 대해 돌기부를 경사 방향으로 형성할 때의 돌기부 형성 방법을 설명한다.

본 실시형태에 있어서는, 금속판의 워크 (32) 가, 워크 (32) 를 지지하기 위한 지지형 (33) 과, 워크 (32) 를 누르기 위한 가압형 (34) 사이에 삽입된 후 (도 8 의 (a)), 지지형 (33) 과 가압형 (34) 을 화살표 방향으로 클램프한다 (도 8 의 (b)). 여기서, 가압형 (34) 은, 형성하고자 하는 돌기부의 방향에 맞추어 워크 (32) 의 일면에 대해 경사 방향으로 형성되는 관통공 (35) 과, 관통공 (35) 에 삽입되는 녹아웃 핀 (36) 을 갖는다.

이어서, 도 8 의 (c) 에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형에 의해, 가압하고자 하는 워크 (32) 의 외형 단부의 복수의 방향으로부터 가압용 금형 또는 가압용 지그 (도시 생략) 를 사용하여 워크 (32) 의 외형 주변 단부 단면 (37) 을 가압하고, 가압형 (34) 의 오목부에 상당하는 관통공 (35) 을 향하여 금속을 소성 유동시킴으로써 경사 방향의 돌기부 (38) 를 형성한다. 이 때, 돌기부 (38) 의 형성에 수반하여 관통공 (35) 의 내부 압력이 상승하기 때문에, 녹아웃 핀 (36) 을 가압형 (34) 의 상방으로 서서히 이동시키는 조작을 실시함으로써 급격한 압력 상승을 억제할 수 있다.

그 후, 도 8 의 (d) 에 나타내는 바와 같이, 클램프압을 해방시키고, 녹아웃 핀 (36) 을 가압형 (34) 의 하방으로 이동시킴으로써 돌기부 (38) 의 헤드부를 돌출시키면서 가압형 (34) 을 워크 (32) 로부터 탈형시킨다. 그리고, 돌기부 (38) 가 형성된 금속판 워크 (32) 를 취출한다.

이와 같이 하여 금속봉의 워크 (32) 의 일면에 대해 경사 방향으로 돌기부 (38) 를 형성한다. 본 실시형태에 의해 형성되는 경사 방향의 돌기부 (38) 는, 가압형 (34) 의 오목부에 상당하는 관통공 (35) 에, 소성 유동하는 금속을 충전하는 것만으로 형성할 수 있다. 그 때문에, 내부 금속 조직의 균일성이 양호하고, 외관적으로도 크랙이나 결손이 없는 돌기부 (38) 의 형성이 가능하다.

＜제 5 실시형태＞

본 실시형태에 있어서, 도 9 를 사용하여 워크로서 사용하는 금속판 또는 금속봉에 복수의 돌기부를 형성하는 방법에 대해 설명한다.

워크의 예로서 금속판을 지지형 및 가압형으로 클램프하고, 그 금속판의 외형 주변 단부 단면을 프레스 성형에 의해 가압을 실시하고, 금속판의 일면 또는 양면에, 예로서 2 개의 돌기부를 형성할 때의 일 공정을 발출하여, 도 9 의 각 도면 상단에 단면도로 나타낸다. 도 9 의 (a) 는, 지지형 (39) 및 가압형 (40) 으로 클램프된 금속판의 워크 (41) 의 일면의 상이한 위치에 돌기부 (42, 43) 를 동시에 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 9 의 (b) 는, 지지형 (44) 및 가압형 (45) 으로 클램프된 금속판의 워크 (46) 의 양면의 상이한 위치에 돌기부 (47, 48) 를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 또, 도 9 의 (c) 는, 지지형 (49) 및 가압형 (50) 으로 클램프된 금속판의 워크 (51) 의 양면의 동일한 위치에 돌기부 (52, 53) 를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 9 의 (c) 에 나타내는 공정에서 형성된 돌기부 (52, 53) 의 외관의 사진도를 도 9 의 (d) 에 나타낸다. 도 9 의 (a), (b) 및 (c) 에 있어서 하단에 나타나는 각 도면은, 금속판 워크 (41, 46, 51) 를 이면으로부터 보았을 때의 형상을 나타내고 있고, 형성하고자 하는 돌기부를 지지하는 부분과, 그 부분으로부터 가로 수직 2 방향 또는 가로 대각선 4 방향으로 신장된 부분이 형성된다. 도 9 의 (a), (b) 및 (c) 에는, 각각 4 방향으로부터 프레스 성형에 의해 가압되는 부분을 화살표로 나타내고 있다. 또, 도 9 에 있어서 각 도면의 하단에 나타내는 원형의 점선은, 형성하고자 하는 2 개의 돌기부의 바닥면을 모식적으로 나타낸 것이다.

금속판의 워크 (41, 46, 51) 에 있어서, 상기 가로 수직 2 방향 또는 가로 대각선 4 방향으로 신장된 부분은, 프레스 성형의 가압 방향을 따라 형성된다. 프레스 성형에 의한 가압 공정에 있어서, 상기 신장된 부분의 단부 단면이, 소성 유동에 의해 돌기부의 형성 위치로 이동하기 때문에 가압 방향에서 금속의 두께 감소가 보인다.

도 9 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 돌기부 (42, 43) 는, 돌기부 (42 및 43) 의 위치로부터 각각 가로 수직 2 방향 (도면에서는 상하 2 방향) 으로 신장되는 금속의 소성 유동에 의해 형성된다. 이 때, 가압형 (40) 에 2 개의 관통공이 형성되어 있고, 도 1 에 나타내는 공정과 동일한 방법에 의해 금속판 워크 (41) 의 일면에 2 개의 돌기부를 형성할 수 있다.

도 9 의 (b) 에 나타내는 2 개의 돌기부 (47, 48) 는, 지지형 (44) 및 가압형 (45) 에 각각 하나의 관통공이 형성되어 있고, 돌기부 (47 및 48) 의 위치로부터 각각 가로 수직 2 방향 (도면에서는 상하 2 방향) 으로 신장되는 금속의 소성 유동에 의해 금속판 워크 (46) 의 양면의 각각 상이한 위치에 하나의 돌기부가 형성되어, 합계 2 개의 돌기부가 형성된다.

또, 도 9 의 (c) 에 나타내는 2 개의 돌기부 (52, 53) 는, 지지형 (49) 및 가압형 (50) 에 각각 하나의 관통공이 형성되어 있고, 돌기부 (52 및 53) 가 동일한 위치이기 때문에, 가로 대각선 4 방향 (도면에서는 상하 대각선 4 방향) 으로 신장되는 금속의 소성 유동에 의해 금속판 워크 (51) 의 양면에 각각 하나의 돌기부가 형성된다. 그에 따라, 도 9 의 (d) 에 나타내는 사진도로부터도 확인할 수 있는 바와 같이, 동일한 위치에 대향하는 형태로 합계 2 개의 돌기부 (52, 53) 를, 금속판 (51) 의 두께보다 큰 치수를 갖는 높은 형상으로 형성할 수 있다.

이와 같이 하여 금속판 워크의 일면 또는 양면의 원하는 위치에 복수의 중실상의 돌기부를 형성한다. 또, 본 실시형태에 의해 형성되는 복수의 돌기부는, 가압형 및 지지형의 적어도 어느 것에, 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부 또는 그 오목부에 상당하는 관통공을 형성하고, 그것들의 내부에 소성 유동하는 금속을 충전하는 것만으로 형성할 수 있다. 그에 따라 복수의 돌기부의 형성을 용이하게 실시할 수 있다.

본 실시형태에서는, 예로서 금속판 워크의 일면 또는 양면에 2 개의 돌기부 형성 방법을 설명했지만, 형성하는 돌기의 수가 3 개 이상이어도 된다. 또, 복수의 돌기부의 위치로부터 가로 수직 방향 또는 가로 대각선 방향으로 신장되는 금속을 형성할 때의 배치 각도 및 배치수, 그리고 신장된 금속 부분의 길이와 폭은, 당해 분야의 기술자가 설계 사항의 범위 내에서 최적인 것을 선택할 수 있다. 그에 따라, 복수의 돌기부를 1 열 뿐만 아니라, 2 열 이상으로 2 차원적으로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 워크로서 금속판 대신에 금속봉을 사용하는 경우에도, 가압형 및 지지형의 구조와, 각각의 금형에 형성하는 오목부의 형상과 치수를 최적화함으로써, 금속봉의 임의의 장소에 복수의 돌기부를 형성할 수 있다.

＜제 6 실시형태＞

본 실시형태에 있어서, 워크로서 사용하는 금속판의 측면 편측에 복수의 돌기부를 형성할 때의 프레스 성형에 의한 가압 공정을 도 10 에 의해 설명한다. 도 10 에 있어서, 좌측에 나타내는 도면은, 각 공정 (a), (b), (c) 및 (d) 에 있어서 워크 (54) 의 길이 방향 (도면의 좌우 방향) 의 단면도이다. 또, 도 10 의 우측에 나타내는 도면은, 각 공정에 있어서 워크 (54) 의 길이 방향에 대해 상하 수직 방향의 위치 (C-C), (D-D), (E-E) 및 (F-F) 의 각 단면도이다. 도 10 의 (a) 및 (d) 에는, 돌기부 형성 전후의 워크의 사시도를 함께 나타내고 있다.

워크 (54) 로서 C1100-1/4 계의 구리이고, 두께가 1.5 ㎜ 인 사각형상 구리판을 사용하였다. 도 10 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 구리판 워크 (54) 의 편측 측면에는, 돌기부를 형성하고자 하는 2 개의 위치에 각각 관통공 (55) 을 갖는 지지형 (56) 이 맞닿아 2 개 지점의 돌기부의 형성을 실시하였다.

본 실시형태는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, (a) 오목상의 단차를 갖고, 편측 단차의 성육 (盛肉) 부분에 관통공 (55) 이 2 개 지점에 형성된 지지형 (56) 과 가압형 (57) 사이에 워크 (54) 를 삽입하는 공정, (b) 지지형 (56) 과 가압형 (57) 으로 워크 (54) 를 클램프하는 공정, (c) 프레스 성형기를 사용하여, 워크 (54) 의 외형 주변 단부 단면을 2 방향 (워크 (54) 의 길이 방향에 있어서 화살표로 나타내는 2 방향) 으로부터 각각 프레스 성형에 의해 가압하고, 지지형 (56) 의 오목부에 상당하는 2 개 지점의 관통공 (55) 을 향하여 금속을 소성 유동시킴으로써 돌기부 (58, 59) (도면 중에 있어서, 점선으로 나타내는 부분) 를 형성하는 공정, 및 (d) 클램프압을 해방시키고, 가압형 (57) 을 탈형한 상태에서, 돌기부 (58, 59) 가 형성된 워크 (54) 를 상부로부터 취출하는 공정을 거쳐, 워크 (54) 의 편측 측면에 2 개 지점의 돌기부 (58, 59) 의 형성을 실시하였다. 여기서, 프레스 형성기는, 도 4 에 나타내는 방법과 동일하게, 가압하고자 하는 2 개 지점에 캠 기구를 구비하고, 캠 슬라이드 (21) 를 가압용 금형으로서 기능시킴으로써 간헐 이송으로 가압을 실시하는 방식의 서보 프레스기를 사용하였다. 프레스 성형은, 상기 제 1 실시형태와 동일한 가압 조건에서 실시하였다. 마지막으로, 돌기부 (58, 59) 가 형성된 워크는, 절단 또는 연마에 의해 원하는 형상으로 가공하였다. 필요에 따라, 추가로 워크 (54) 에는 천공 및 절단 등의 후가공을 실시하였다.

도 10 에 나타내는 공정은, 금속판 워크 (54) 의 측면 편측에 2 개의 돌기부를 형성한 것이지만, 본 실시형태에 있어서는, 지지형 (56) 에 형성하는 관통공 (55) 의 수와 위치를 변경함으로써, 돌기부를 1 개 또는 3 개 이상으로 형성할 수 있다. 또, 지지형 (56) 에 형성하는 관통공 (55) 을, 워크 (54) 의 양측 측면에 있어서 돌기부를 형성하고자 하는 위치에 합치하도록 조정하여 형성함으로써, 2 개 이상의 돌기부를 금속판 워크 (54) 의 양측 측면에 형성할 수도 있다.

＜제 7 실시형태＞

본 발명의 돌기부 형성 방법은, 중실상의 돌기부를 하나 또는 복수로 임의의 위치에 고강도로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 프레스 압출 성형 가공 또는 상기 오목부를 갖는 가압형의 워크면에 대한 프레스 누름 성형 가공과의 조합에 의해 여러 가지 형상과 기능을 갖는 돌기부를 갖는 금속 부품을 제조할 수 있다. 도 11 및 후술하는 도 12 를 사용하여, 본 발명의 돌기부 형성 방법과 다른 가공 방법의 조합에 의한 금속 부품의 제조 방법의 예를 설명한다.

도 11 은, 본 발명의 돌기부 형성 방법과 프레스 압출 성형 가공 방법의 조합에 의한 금속 부품의 제조 방법의 개략 공정을 나타내는 단면도이다. 도 11 의 (a) ∼ (d) 에 나타내는 각 공정에 있어서, 도면 좌측에는, 본 발명의 돌기부 형성 방법으로 형성된 중실상의 돌기부를, 그 중실상의 돌기부의 바닥면으로부터 프레스 성형에 의해 압출 가공을 실시하는 공정을 나타낸다. 또, 도면 우측에는, 압출 가공을 도중에 멈추고, (b), (c) 및 (d) 의 각각의 공정 후에 압출 금형을 탈형한 상태에 있는 금속판의 워크를 단면도로 나타내고 있다.

도 11 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의해 형성된 중실상의 돌기부 (60) 를 갖는 금속판 워크 (61) 를, 중실상의 돌기부 (60) 의 바닥면 중심에 위치하는 워크 (61) 의 바닥면으로부터 압출용 프레스형 (62) 을 사용하여 프레스 성형에 의한 압출 가공을 실시한다. 또한, 돌기부 (60) 의 높이를 높게 하기 위해, 도 11 의 (b) ∼ (d) 에 나타내는 바와 같이, 압출 가공을 계속한다.

본 실시형태에 있어서, 프레스 성형에 의한 압출 가공을 도 11 의 (b) 의 공정 후에 중단하고, 그 단계에서 압출용 프레스형 (62) 을 탈형하는 경우, 바닥면 직경이 상이한 형태로 계단상으로 형성된 중공 돌기부 (63) 를 얻을 수 있다. 또, 도 11 의 (b) 의 공정 후에 중단하는 경우에는, 선단부의 두께가 외주벽보다 두꺼워진 원뿔대상의 중공 돌기부 (64) 가 얻어진다. 또한, 도 11 의 (d) 에 나타내는 공정까지 압출 가공을 계속하는 경우에는, 가장 높은 돌기부가 중공 돌기부 (65) 로서 형성된다.

마지막으로, 각각의 공정에서 형성된 중공 돌기부 (63, 64 또는 65) 를 갖는 워크 (61) 는, 타발 가공 또는 절단 가공에 의해 불필요한 부분을 워크 (61) 의 본체부로부터 제거하여 원하는 형상이나 사이즈를 갖는 금속 부품으로 가공된다. 필요에 따라, 형성된 돌기부의 형성면이나 이면의 절삭 또는 연마의 후가공을, 상기 타발 가공 또는 절단 가공 전후의 어느 쪽에서 실시해도 된다.

이와 같이, 본 발명의 돌기부 형성 방법과 프레스 압출 성형 가공 방법의 조합에 의해, 돌기부의 강도, 기능 및 의장성의 관점에서 여러 가지 형상 및 구조를 갖는 돌기부를 형성할 수 있다. 그 때, 본 발명에 의한 돌기 형성 가공 및 프레스 압출 성형 가공을 각각 독립된 공정으로서 분리하여 실시해도 되고, 연속된 공정으로서 순송 방식 또는 트랜스퍼 방식으로 실시해도 된다.

＜제 8 실시형태＞

본 발명의 돌기부 형성 방법과 조합하는 다른 가공 방법의 예로서, 워크면에 대한 프레스 누름 성형 가공 방법과의 조합에 의한 금속 부품의 제조 방법의 개략 공정을 도 12 에 단면도로 나타낸다.

도 12 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 금속 부품의 제조 방법의 공정은, 본 발명에 의해 형성된 중실상의 돌기부 (60) 를 갖는 금속판 워크 (61) 을 지지형 (66) 으로 지지한 후, 중실상의 돌기부 (60) 에 대해 암형이 되는 오목부 (67) 를 갖는 누름용 프레스형 (68) 을 워크 (61) 의 일면을 향하여 화살표 방향으로 하강시키는 공정 (도 12 의 (a)), 누름용 프레스형 (68) 을 워크 (61) 의 일면에 누름 공정 (도 12 의 (b)), 상기 누름에 의해 워크 (61) 의 일부를, 중실상의 돌기부 (60) 와 미관통의 오목부 (67) 사이의 간극으로부터 오목부 (67) 의 내부에 압입함으로써, 워크 (61) 의 박육화를 수반하면서 중실상의 돌기부를 오목부 (67) 의 내부에 형성하는 공정 (도 12 의 (c)), 및 누름용 프레스형 (68) 을 상방의 화살표 방향으로 이동시키고, 탈형하는 공정 (도 12 의 (d)) 을 갖는다.

이와 같이 하여 형성된 중실상의 돌기부를 갖는 워크 (61) 는, 타발 가공 또는 절단 가공에 의해 불필요한 부분을 워크 (61) 의 본체부로부터 제거하여 원하는 형상이나 사이즈를 갖는 금속 부품으로 가공된다. 필요에 따라, 형성된 돌기부의 형성면이나 이면의 절삭 또는 연마의 후가공을, 상기 타발 가공 또는 절단 가공 전후의 어느 쪽에서 실시해도 된다.

본 발명의 돌기부 형성 방법은 워크면에 대한 프레스 누름 성형 가공 방법과 조합함으로써, 워크의 박육화를 수반하지만, 프레스 누름 성형 가공을 단독으로 실시하는 방법에 비해, 높은 중실상의 돌기부 또는 큰 직경을 갖는 돌기부를 형성할 수 있다. 그 때, 본 발명의 돌기부 형성 방법 및 프레스 누름 가공 방법을 각각 독립된 공정으로서 분리하여 실시해도 되고, 연속된 공정으로서 순송 방식 또는 트랜스퍼 방식으로 실시해도 된다.

이상과 같이, 본 발명의 돌기부 형성 방법은, 금속판 또는 금속봉의 워크에, 상기 금속판의 박육화 또는 상기 금속봉의 세경화나 변형을 수반하지 않고, 중실상의 돌기부를 간편하게 형성할 수 있다. 또, 상기 중실상의 돌기부는, 워크로서 사용하는 금속판의 두께 또는 금속봉의 직경보다 높게 형성할 수 있다. 본 발명의 돌기부 형성 방법에 의해 형성되는 중실상의 돌기부는, 동시에 높은 균일성과 강도를 갖는 점에서, 고품질의 돌기부가 얻어질 뿐만 아니라, 2 이상의 복수의 돌기부를 금속 워크의 원하는 위치에 형성할 수 있다. 또한, 금속 워크의 일면에 대해 수직 방향 뿐만 아니라, 경사 방향으로 돌기부를 형성하거나, 돌기부 형상을 원뿔상 뿐만 아니라, 각뿔상으로 하거나 하는 것도 가능하여, 돌기부를 형성하는 방향 (각도) 이나 돌기부 형상의 선택폭이 넓어진다.

또, 본 발명에 의한 금속 부품의 제조 방법은, 본 발명의 돌기부 형성 방법과, 종래의 압출 프레스 성형 가공 방법 또는 상기 오목부를 갖는 가압형의 워크면에 대한 프레스 누름 성형 가공 방법의 조합에 의해 여러 가지 형상과 기능을 갖는 금속 부품을 제공할 수 있다.

산업상 이용 가능성

본 발명에 의한 금속 부품의 제조 방법은, 범용 금속 부품에 한정하지 않고, 정밀 금속 부품에도 적용 범위를 확대할 수 있다.

1, 7, 10, 12, 26, 32, 41, 46, 51, 54, 61 : 워크
2, 27, 33, 39, 44, 49, 56, 66 : 지지형
3, 28, 34, 40, 45, 50, 57 : 가압형
4, 29, 35, 55 : 관통공
5, 30, 37 : 워크의 외형 주변 단부 단면
6, 31, 38, 42, 43, 47, 48, 52, 53, 58, 59, 60 : 돌기부
8 : 돌기부를 지지하는 부분
9, 11, 13 : 프레스 성형에 의해 가압되는 부분
14, 19 : 돌기부 형성 시스템
15 : 클램프판
16 : 프레스 성형기
17 : 가압용 금형
18 : 공기 배출공
20 : 캠 드라이브
21 : 캠 슬라이드
22, 36 : 녹아웃 핀
23, 24, 52 : 중실상의 돌기부
25 : 패임
62 : 압출용 프레스형
63, 64, 65 : 중공 돌기부
67 : 미관통의 오목부
68 : 누름용 프레스형

Claims (13)

1. 금속제의 워크의 일면 또는 이면 이상에 1 또는 2 이상의 돌기부를 형성하기 위한 돌기부 형성 방법으로서,
   상기 금속제의 워크를 지지형(receiving mold) 및 가압형(presser mold)에 의해 클램프하여 고정시킨 상태에서, 상기 금속제의 워크의 일면에 형성하고자 하는 상기 돌기부의 직립 방향에 대해 수직 또는/및 경사진 방향으로부터 상기 워크의 외형 주변 단부 단면을, 상기 지지형 및 가압형과는 별도로 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 상기 워크로서 사용하는 금속의 연화점 미만의 온도에서 가압을 실시하고, 상기 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부로서 상기 지지형 및 상기 가압형의 적어도 어느 쪽에 형성된 관통공의 내부에 상기 워크의 금속을 소성 유동시킴으로써 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 워크의 외형 주변 단부 단면으로부터의 상기 프레스 성형에 의한 가압이, 상기 돌기부의 바닥면 중심을 대칭 중심으로 할 때에 점 대칭으로 위치하는 2 이상의 방향, 또는 상기 돌기부의 바닥면 원주 방향으로부터 실시되는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 워크는, 상기 워크의 길이 방향과는 상이한 방향이고, 또한, 상기 점 대칭으로 위치하는 2 이상의 방향, 또는 상기 돌기부의 바닥면 원주 방향으로 신장된 금속 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프레스 성형에 의한 가압이, 실온에서 실시되는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지형 및 가압형에 의해 상기 워크를 클램프하는 압력을, 상기 프레스 성형에 의한 가압 공정의 전반으로부터 후반을 향하여 연속적 또는 단계적으로 높이는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 방법.
6. 금속제의 워크의 일면에 중실상의 돌기부를 형성하기 위한 돌기부 형성 시스템으로서,
   금속제의 워크를 지지하기 위한 지지형과,
   상기 워크의 일면에 형성하고자 하는 돌기부에 대해 암형이 되는 오목부와,
   상기 워크의 들뜸을 억제하기 위한 가압형과,
   상기 지지형 및 상기 가압형의 클램프 장치와,
   상기 워크의 외형 주변 단부 단면을 가압하기 위해, 상기 지지형 및 가압형과는 별도로 구비되는 가압용 금형 또는 가압용 지그와,
   상기 워크의 외형 주변 단부 단면을, 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그를 사용하여 프레스 성형에 의해 상기 워크로서 사용하는 금속의 연화점 미만의 온도에서 가압하기 위한 프레스 성형기를 갖고,
   상기 오목부로서 관통공이 상기 지지형 및 상기 가압형의 적어도 어느 쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 워크의 외형 주변 단부 단면을 가압하기 위한 프레스 성형기가, 상기 가압형의 클램프면에 대해 수직 방향으로 작용하는 가압력을, 상기 가압용 금형 또는 가압용 지그를 개재하여 평행 방향으로 작용하는 힘으로 변환하기 위한 캠 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 시스템.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 기재된 돌기부 형성 시스템은, 가열 수단이 구비되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 돌기부 형성 시스템.
9. 금속의 본체부와 그 본체부로부터 돌출되는 돌기부를 일체 형성한 상기 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법으로서,
   제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정과,
   상기 금속제의 워크로부터, 상기 돌기부가 형성된 본체부를 타발 가공, 또는 절단 가공에 의해 분리하는 공정을 포함하는 돌기부를 갖는, 금속 부품의 제조 방법.
10. 제 9 항에 기재된 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법이, 추가로, 상기 돌기부의 이면의 프레스 압출 성형 가공, 또는 상기 오목부를 갖는 가압형의 상기 워크의 면에 대한 프레스 누름 성형 가공의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정 후에, 적어도 상기 돌기부를 포함하는 부분의 이면을 연마 또는 절삭하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 공정에 있어서, 상기 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정, 및 그 금속의 중실상의 돌기부를 형성하는 공정과 조합하여 실시되는 공정이, 순송 방식 또는 트랜스퍼 방식에 의해 연속적으로 실시되는 공정인 것을 특징으로 하는, 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 부품이, 집전 단자인 것을 특징으로 하는, 돌기부를 갖는 금속 부품의 제조 방법.

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