KR101473948B1 - 플랜지 구조체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

외경 방향으로 돌출한 플랜지부를 갖는 양축 형상의 플랜지 구조체를 효율적으로 제조한다. 외경 방향으로 연장되는 플랜지부(35)의 양측에 축부(3, 7)를 형성해 이루어지는 앵커 블록(D1)을 성형하는 방법으로서, 냉간 또는 온간 단조에 의해, 기둥 형상을 한 소재(1)를 축 방향으로 연신시킴으로써 상기 소재(1)의 양단에 축부(3, 7)를 형성해 이루어지는 1차 성형체(1A)를 성형하는 A 단계와, 냉간 또는 온간 단조에 의해, 상기 1차 성형체(1A)의 중앙부를 바깥쪽으로 돌출시킴으로써 플랜지부(35)보다 두꺼운 형상의 1차 돌출부(15)를 형성해 이루어지는 2차 성형부(1B)를 성형하는 B 단계와, 냉간 또는 온간 단조에 의해, 상기 1차 돌출부(15)를 압축함으로써 상기 플랜지부(35)보다 외형이 큰 2차 돌출부(25)를 형성해 이루어지는 3차 성형체(1C)를 성형하는 C 단계로서, 상기 1차 돌출부(15)를 압축하여 상기 2차 돌출부를 성형할 때, 상기 1차 돌출부(15) 외주의 적어도 일부가 다이스와 펀치에 의해 구속되지 않도록 하는 C 단계와, 상기 플랜지부(35)의 외형보다 바깥쪽으로 돌출한 가공 여유부(27)를 상기 2차 돌출부(25)로부터 잘라냄으로써 상기 플랜지부(35)의 윤곽을 형성하는 D 단계를 포함한다.

Description

플랜지 구조체의 제조 방법{Method for manufacturing flange structure}

본 발명은 플랜지 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 자동차의 주차 브레이크용 앵커 블록은 축부의 외주에 타원상으로 크게 돌출된 플랜지부를 갖는 부품이다. 이와 같은 부품의 제조에서, 플랜지부의 성형은 소재의 변형량이 크다는 이유에서 열간 단조(熱間鍛造)에 의해 행해지는 경우가 많다.

그러나, 열간 단조는 대형 장치가 필요해 비용 증대로 이어지는 점, 생산 속도가 느린 점, 숙련을 필요로 하는 점, 표면 상태가 양호한 제품을 얻기 힘들어 높은 치수 정밀도가 필요한 부품에 대해서는 절삭·연마 등의 후공정이 필요한 점 등에서 불리하다.

이 때문에, 모든 공정을 냉간 단조로 행하는 것도 검토되어 왔지만, 플랜지부의 돌출이 큰 부품인 경우, 성형시의 가공 압력이 너무 커져 현실적이지 않다.

또한, 플랜지부의 돌출 형상이 타원형 등의 비원형인 것에서는, 업셋팅(upsetting)에 의해 원형으로 돌출시킨 다음, 원하는 플랜지부의 형상에 맞게 절삭이나 버(burr) 제거를 행하게 되기 때문에, 재료 수율이 낮아지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 하기 특허 문헌 1에서는, 플랜지 구조체의 제조 방법으로서, 제1 단조 공정 및 제2 단조 공정의 2단계 단조 공정을 거치도록 한 것이 개시되어 있다. 제1 단조 공정에서는, 앵커 블록에서의 플랜지부보다 두꺼운 형상의 헤드부를 갖는 성형체를 형성한다. 그리고, 이어지는 제2 단조 공정에서는, 제1 단조 공정에서 성형한 성형체의 헤드부를 다이스와 펀치의 사이에서 프레싱할 때, 이 헤드부 외주의 적어도 일부가 다이스와 펀치에 의해 구속되지 않도록 함으로써, 플랜지부보다 한층 큰 칼라부를 갖는 성형체를 형성한다. 그리고, 칼라부로부터 바깥쪽으로 돌출한 가공 여유 부분을 펀칭하여 플랜지부의 윤곽을 형성한다.

상기와 같이 2단계로 단조를 행함으로써, 제2 단조 공정에서 칼라부를 플랜지부의 최종 형상에 가까운 형상으로 형성할 수 있으므로, 제거할 가공 여유 부분이 작아도 되어 재료 수율이 향상된다. 또한, 제2 단조 공정에서 헤드부를 프레싱할 때, 측면의 일부를 성형틀에 의해 구속하지 않고, 여분의 재료를 펀치와 다이스 사이에서 버(burr)로서 비어져 나오게 한다. 이에 따라, 각 공정에서 성형에 필요한 압축 하중을 작게 할 수 있으므로, 열간 단조에 의하지 않아도 돌출 면적이 큰 플랜지부를 형성할 수 있다.

그러나, 특허 문헌 1에서는, 제조 대상이 되는 앵커 블록의 제품 형상이 한쪽에만 축부가 있는 편축 형상(도 24의 실선 형상)이었다. 그러나, 앵커 블록(G)에는 축부를 양측에 갖는 양축 형상(도 24의 실선으로 나타낸 축부(7) 외에 이점쇄선의 축부(3)를 포함하는 형상)이 있다. 특허 문헌 1에 개시된 방법으로 양축 형상의 앵커 블록(G)을 제조하는 경우, 도 25, 도 26에 나타내는 바와 같이, 제2 단조 공정에 사용되는 펀치(P)측에 축 형성공(500)을 형성해 두고, 제2 단조 공정에서 다이(D)의 다이스공(510)에 세팅한 성형체의 헤드부(H)를 펀치(P)로 프레싱하여 칼라부(I)를 형성함과 동시에, 축부(3)를 형성하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 특허 문헌 1에서는, 성형시의 압축 하중을 작게 하기 위해, 헤드부(H)를 프레싱할 때, 측면의 일부를 성형틀에 의해 구속하지 않는 구조를 채용하고 있으므로, 헤드부(H)를 프레싱함과 동시에 축부(3)를 형성하고자 해도, 소재의 대부분이 바깥쪽으로 흘러버려 축부(3)를 형성하기 힘들다.

일본 특허 제4920756호 공보

본 발명은 상기와 같은 사정에 기초하여 완성된 것으로서, 외경 방향으로 돌출된 플랜지부를 갖는 양축 형상의 플랜지 구조체를 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 외경 방향으로 연장되는 플랜지부의 양측에 축부를 형성해 이루어지는 플랜지 구조체를 성형하는 방법으로서, 냉간 또는 온간 단조에 의해, 기둥 형상을 한 소재를 축 방향으로 연신함으로써, 상기 소재의 양단에 축부를 형성해 이루어지는 1차 성형체를 성형하는 단계와, 냉간 또는 온간 단조에 의해 상기 1차 성형체의 중앙부를 바깥쪽으로 돌출시킴으로써, 플랜지부보다 두꺼운 형상의 1차 돌출부를 형성해 이루어지는 2차 성형부를 성형하는 단계와, 냉간 또는 온간 단조에 의해 상기 1차 돌출부를 프레싱함으로써 상기 플랜지부보다 외형이 큰 2차 돌출부를 형성해 이루어지는 3차 성형체를 성형하는 단계로서, 상기 1차 돌출부를 프레싱하여 상기 2차 돌출부를 성형할 때, 상기 1차 돌출부 외주의 적어도 일부를 다이스와 펀치에 의해 구속되지 않도록 하는 단계와, 상기 플랜지부의 외형보다 바깥쪽으로 돌출된 가공 여유부를 상기 2차 돌출부로부터 잘라냄으로써 상기 플랜지부의 윤곽을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 외경 방향으로 돌출된 플랜지부의 양측에 축부를 갖는 양축 형상의 플랜지 구조체를 효율적으로 제조할 수 있다.

도 1은 실시 형태에서의 앵커 블록 성형 순서를 나타내는 도면이다.
도 2는 다단 단조 금형 장치의 구조를 나타내는 측단면도이다.
도 3은 이동 장치의 구조를 나타내는 측단면도이다.
도 4는 소재의 반전 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 성형 스테이지(S1)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 6은 성형 스테이지(S1)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 7은 성형 스테이지(S2)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 8은 성형 스테이지(S2)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 9는 성형 스테이지(S3)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 10은 성형 스테이지(S3)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 11은 성형 스테이지(S4)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 12는 성형 스테이지(S4)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 13은 성형 스테이지(S5)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 14는 성형 스테이지(S5)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 15은 성형 스테이지(S6)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 16는 성형 스테이지(S6)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 17은 성형 스테이지(S7)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 18은 성형 스테이지(S7)에서의 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 19는 단발 단조 금형 장치의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 20은 단발 단조 금형 장치의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).
도 21은 펀칭 장치의 측단면도이다.
도 22는 앵커 블록 및 앵커 블록으로부터 잘라낸 가공 여유부를 나타내는 사시도이다.
도 23은 축부를 펀치측에서 성형한 경우의 다이스와 펀치의 측단면도이다.
도 24는 양축 형상을 한 앵커 볼트의 정면도이다.
도 25는 축부의 성형 동작을 나타내는 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 개방 상태).
도 26은 축부의 성형 동작을 나타내는 펀치와 다이스의 측단면도이다(성형틀 체결 상태).

본 발명의 실시 형태를 도 1 내지 도 23에 의해 설명한다.

본 실시 형태에서 제조되는 플랜지 구조체는, 자동차의 주차 브레이크용 앵커 블록(1D)(이하, '앵커 블록(1D)'이라고 한다)이다. 이것은 외경 방향으로 연장되는 대략 타원상의 플랜지부(35)의 양측에 축부(3, 7)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 원주형을 한 소재(1)를, 이하에 설명하는 A 내지 D의 4단계를 거쳐, 앵커 블록(1D)으로 성형한다. 한편, 소재(1)의 재질은, 예를 들면 합금강이다.

(1) 냉간 단조 또는 온간 단조에 의해, 소재(1)로부터 양단측에 축부(3, 7)를 형성한 1차 성형체(1A)를 성형하는 A 단계.

(2) 냉간 단조 또는 온간 단조에 의해, 1차 성형체(1A)로부터 플랜지부(35)보다 두꺼운 형상의 1차 돌출부(15)를 갖는 2차 성형체(1B)를 성형하는 B 단계.

(3) 냉간 단조 또는 온간 단조에 의해, 2차 성형체(1B)로부터 플랜지부(35)보다 큰 2차 돌출부(25)를 갖는 3차 성형체(1C)를 성형하는 C 단계.

(4) 플랜지부(35)의 외경보다 바깥쪽으로 돌출한 가공 여유부(37)를 2차 돌출부(25)로부터 잘라냄으로써 플랜지부(35)의 윤곽을 형성하는 D 단계.

한편, 냉간 단조는 소재(1)를 상온(실온)에서 압축 성형하는 것을 의미하고, 온간 단조는 소재(1)를 가열(예를 들면 550 내지 800도)하여 압축 성형하는 것을 의미한다.

이하, A 단계 내지 D 단계를 차례로 설명한다. 본 실시 형태에서는, A 단계와 B 단계를 한 대의 다단 단조 금형 장치(50)를 이용하여 행한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 다단 단조 금형 장치(50)는 7단의 다이스(D)와 펀치(P)의 쌍을 갖는 7개의 성형 스테이지(S1~S7)를 갖는다. 다이스(D)와 펀치(P)는, 도시하지 않은 성형틀 체결 장치에 의해, 7단이 일괄적으로 동시에 체결된다. 그리고, 다단 단조 금형 장치(50)는 소재(1)를 각 성형 스테이지(S)에 피치 이송하는 이동 장치(140)를 구비하고, 각 성형 스테이지(S)에서 동시에 성형된 각 소재(1)를 다음 단의 성형 스테이지(S)로 차례로 이송하면서, 각 성형 스테이지(S)에서 소재(1)의 성형을 행하는 구성이다. 한편, 이하의 설명에서, 성형틀 체결이란 다이스(D)에 펀치(P)를 접근시키는 것을 의미하고, 성형틀 개방이란 다이스(D)로부터 펀치(P)를 이간시키는 것을 의미한다.

이동 장치(140)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 성형 스테이지(S1~S7)의 나열 방향(도 3의 상하 방향)으로 왕복 이동 가능한 가동판(141)을 갖는다. 가동판(141)에는 한 쌍의 날부(142, 143)로 이루어지는 지지부(145)가 각 성형 스테이지(S1~S7)에 대응해 7세트 마련되어, 각 다이스(D1~D7)의 각 다이스공으로부터 압출된 소재(1)나 1차 성형체(1A)를 지지하는 구성이다. 이 때문에, 각 다이스공으로부터 압출된 소재(1)나 1차 성형체(1A)를, 각 지지부(145)에 의해 지지한 후, 가동판(141)을 도 3의 상하 방향으로 이동시킴으로써, 각 소재(1)나 1차 성형체(1A)를 다음 단의 성형 스테이지(S1~S7)로 반송할 수 있다. 가동판(141)은 반송 후에는 원래의 위치로 되돌아가 다음 반송을 위해 대기한다.

또한, 가동판(141)에 마련된 제2 지지부(제2 성형 스테이지(S2)로부터 제3 성형 스테이지(S3)에 소재(1)를 반송한다)(145R)는 힌지(H)를 중심으로 전체가 회전하는 구성이다. 지지부(145R)는 제2 성형 스테이지(S2)로부터 제3 성형 스테이지(S3)로 소재(1)를 반송할 때, 힌지(H)를 중심으로 180° 회전하여, 소재(1)의 방향을 180° 반전시키는 구성이다(도 4 참조). 한편, 도 3은 다이스(D)와 이동 장치(140)만을 나타내고, 펀치(P)를 생략한 도면이다. 또한, 도 4는 다이스(D)와 지지부(145R)만을 나타내고, 펀치(P)나 가동판(141)을 생략한 도면이다.

1. 1차 성형체(1A)를 성형하는 A 단계

A 단계는 S1~S5 5개의 성형 스테이지에서 5개의 공정을 거쳐 행해진다.

〈제1, 제2 성형 스테이지〉

제1 성형 스테이지(S1)를 구성하는 제1 다이스(D1)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(제1 펀치(P1)와의 대향면)(Zd)에는 다이스공(51)이 마련되어 있다(도 5 참조). 다이스공(51)은 소재(1)를 전방으로부터 수용할 수 있는 크기가 된다. 다이스공(51)의 깊이는 소재(1)의 전체 길이보다 길어, 소재(1) 전체를 내부에 수용 가능하게 되어 있다. 또한, 다이스공(51)의 내부(도 5의 우측)에는 안쪽을 향해 선단이 좁아지는 원추면 형태의 테이퍼 형성부(53)가 마련된다.

제1 다이스(D1)의 상대가 되는 제1 펀치(P1)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(제1 다이스(D1)와의 대향면)(Zp)에는 펀치핀(55)이 마련된다. 펀치핀(55)은 다이스공(51)과 서로 마주보고, 다이스공(51)에 틈새 없이 결합하는 구성이다.

상기의 성형 스테이지(S1)에서는, 성형틀 체결에 의해 펀치핀(55)이 다이스공(51)에 압입되어, 다이스공(51)에 삽입된 소재(1)의 선단을 안쪽으로 민다. 이에 따라, 소재(1)가 테이퍼 형성부(53)를 메우도록 변형하여, 소재(1)의 일단부(도 6의 우측 단부)에 테이퍼부(2)가 성형된다(도 6 참조). 성형된 소재(1)는 제1 다이스(D1)에 마련된 녹아웃핀(Knock-out pin)(57)에 의해 다이스공(51)으로부터 압출되어, 다이스공(51)의 입구에서 대기하는 지지부(145)에 의해 지지된다. 그 후, 소재(1)는 이동 장치(140)에 의해 다음 성형 스테이지(S2)로 반송된다.

제2 성형 스테이지(S2)를 구성하는 제2 다이스(D2)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(펀치(P2)와의 대향면)(Zd)에는 다이스공(61)이 마련된다(도 7 참조). 다이스공(61)은 소재(1)를 틈새 없이 수용할 수 있는 크기가 된다. 다이스공(61)의 깊이는 소재(1)의 전체 길이보다 길어, 소재(1) 전체를 내부에 수용 가능하게 되어 있다. 또한, 다이스공(61)의 안쪽면에는 축공부(63)가 마련되어 있다. 축공부(63)는 다이스공(61)보다 공경이 작고, 소재(1)의 단부에 축부(3)를 형성하는 역할을 한다.

제2 다이스(D2)의 상대가 되는 제2 펀치(P2)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(제2 다이스(D2)와의 대향면)(Zp)에는 펀치핀(65)이 마련된다. 펀치핀(65)은 다이스공(61)과 서로 마주보고, 다이스공(61)에 틈새 없이 결합하는 구성이다(도 7 참조).

상기의 성형 스테이지(S2)에서는, 성형틀 체결에 의해 펀치핀(65)이 다이스공(61)에 압입되어, 다이스공(61)에 삽입된 소재(1)를 민다. 이에 따라, 소재(1)의 일단부가 축 방향(도 7의 오른쪽 방향)으로 압출되어, 축공부(63)를 메우도록 변형된다(도 8 참조). 이에 의해, 소재(1)는 축 방향으로 연신되어, 소재(1)의 일단부(도 7의 우측단부)에 소재(1)의 외형보다 직경이 작은 축부(3)가 성형된다(도 8 참조). 한편, 제2 성형 스테이지(S2)에서 행해지는 공정이 본 발명의 '일측 축부 성형 공정'에 상당한다.

성형된 소재(1)는 녹아웃핀(67)에 의해 다이스공(61)으로부터 압출되어, 다이스공(61) 입구에서 대기하는 지지부(145R)에 의해 지지된다. 그 다음, 소재(1)는 이동 장치(140)에 의해 다음 성형 스테이지(S3)로 반송된다.

제2 성형 스테이지(S2)로부터 제3 성형 스테이지(S3)로의 이동 중, 지지부(145R)의 회전에 의해 소재(1)는 180° 회전해 반전되어, 다음에 설명하는 제3 성형 스테이지(S3)의 다이스공(81)에 대해 미성형의 타단부(축부(3)와 반대쪽 단부)로부터 삽입된다. 한편, 스테이지 사이에서의 이동시, 지지부(145R)의 회전에 의해 소재(1)를 반전시키는 것이 본 발명의 '반전시키는 공정'에 상당한다.

〈제3, 제4 성형 스테이지〉

제3, 제4 성형 스테이지(S3, S4)를 구성하는 제3 다이스(D3), 제4 다이스(D4)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(Zd)에는 다이스공(81, 91)이 각각 마련된다(도 9, 도 11 참조). 다이스공(81, 91)은 소재(1)를 수용할 수 있는 크기가 된다. 다이스공(81, 91)의 깊이는 소재(1)의 전체 길이보다 짧아, 소재(1)를 다이스공(81, 91)에 삽입하면, 다이스(D3, D4)측 가공면(Zd)으로부터 축부(3)가 형성된 소재(1)의 선단부가 돌출하는 구성이 되어 있다. 또한, 각 다이스공(81, 91)의 안쪽단에는 각각 축공부(83, 93)가 형성된다. 축공부(83, 93)는 다이스공(81, 91)보다도 공경이 작고, 소재(1)의 단부에 축부(7)를 형성하는 역할을 한다.

제3 다이스(D3), 제4 다이스(D4)의 상대가 되는 제3 펀치(P3), 제4 펀치(P4)는 모두 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(Zd)에는 각각 펀치공(85, 95)이 형성되어 있다. 펀치공(85, 95)의 형상은 소재(1)의 선단 형상, 즉 축부(3)의 형상에 대응하여, 다이스(D3, D4)측의 가공면(Zd)으로부터 돌출하는 축부(3)를 수용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 각 펀치공(85, 95)에는 각각 펀치핀(86, 96)이 마련된다. 펀치핀(86, 96)은 성형틀 체결시, 핀 선단이 펀치공(85, 95)에 삽입된 축부(3)의 선단에 맞닿도록 위치 결정되어 있다.

상기 성형 스테이지(S3, S4)에서는, 성형틀 체결에 의해 펀치(P3, P4)가 다이스공(81, 91)에 수용된 소재(1)를 다이스공(81, 91)의 안쪽으로 민다. 이에 따라, 소재(1)의 타단부(도 9, 도 11의 우측단부)가 축 방향(도 9, 도 11의 오른쪽 방향)으로 압출되어, 소재(1)의 타단부가 축공부(83, 93)를 메우도록 변형된다(도 10, 도 12).

각 다이스(D3, D4)에 형성된 축공부(83, 93)는 스테이지를 지나면서 공경이 작아지고, 2개의 공정을 거쳐 소재(1)는 축 방향으로 단계적으로 연신되어 소재(1)의 타단부에 축부(7)가 성형된다. 이로써 소재(1)의 양단에 축부(3, 7)가 성형된 상태가 되고(도 12 참조), 1차 성형체(1A)가 성형된다. 그 다음, 1차 성형체(1A)는 녹아웃핀(97)에 의해 다이스공(91)으로부터 압출되어, 다이스공(91)의 입구에서 대기하는 지지부(145)에 의해 지지된다. 그 다음, 소재(1)는 이동 장치(140)에 의해, 다음 성형 스테이지(S5)로 반송된다. 한편, 제3 성형 스테이지(S3), 제4 성형 스테이지(S4)에서 행해지는 공정이 본 발명의 '타측 축부 성형 공정'에 상당한다.

〈제5 성형 스테이지〉

제5 성형 스테이지(S5)를 구성하는 제5 다이스(D5)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(제5 펀치(P5)와의 대향면)(Zd)에는 다이스공(101)이 마련된다(도 13 참조). 다이스공(101)은 1차 성형체(1A)를 수용할 수 있는 크기가 된다. 다이스공(101)의 중앙부에는 평면 성형부(103)가 마련된다.

제5 다이스(D5)의 상대가 되는 제5 펀치(P5)는, 제5 다이스(D5)와 마찬가지로, 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(제5 다이스(D5)와의 대향면)(Zp)에는 펀치공(105)이 형성된다. 펀치공(105)의 형상은 1차 성형체(1A)의 선단 형상, 즉 축부(3)의 형상에 대응하여, 제5 다이스(D5)의 가공면(Zd)으로부터 돌출하는 축부(3)를 수용할 수 있게 되어 있다. 또한, 펀치공(105)에는 펀치핀(106)이 마련된다. 펀치핀(106)은 성형틀 체결시, 핀 선단이 펀치공(105)에 삽입된 축부(3)의 선단에 맞닿도록 구성된다.

상기 성형 스테이지(S5)에서는, 성형틀 체결에 의해 다이스공(101)에 수용된 1차 성형체(1A)를 펀치(P5)가 다이스공(101)의 안쪽으로 민다. 이에 따라, 1차 성형체(1A)가 다이스공(101) 안에서 변형하여, 1차 성형체(1A) 외주면에 평면부(8)가 성형된다(도 14 참조). 그 다음, 1차 성형체(1A)는 녹아웃핀(107)에 의해 다이스공(101)으로부터 압출되어, 다이스공(101) 입구에서 대기하는 지지부(145)에 의해 지지된다. 그 다음, 1차 성형체(1A)는 이동 장치(140)에 의해 다음 성형 단계(S6)로 반송된다. 한편, 도 14에는 평면부(8)를 흰 부분으로 나타내고 있다.

2. 2차 성형체(1B)를 성형하는 B 단계

B 단계는 S6~S7 2개의 성형 스테이지에서 2개의 공정을 거쳐 행해진다.

성형 스테이지(S6)를 구성하는 제6 다이스(D6)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(Zd)에는 다이스공(111)이 마련된다(도 15 참조). 다이스공(111)은 1차 성형체(1A)를 수용할 수 있는 크기가 된다. 다이스공(111)의 깊이는 1차 성형체(1A)의 전체 길이보다 짧아, 1차 성형체(1A)의 대략 오른쪽 절반의 영역을 내부에 수용할 수 있게 된다. 다이스공(111)의 입구에는 다이스측 확경공부(112)가 마련되어, 입구를 향할수록 개구가 넓어지게 되어 있다. 또한, 중앙에는 1차 성형체(1A)의 외형보다 직경이 큰 성형공(113)이 마련된다. 성형공(113)은 1차 성형체(1A)의 중앙부(축 방향의 중앙부)에 단차부(13)를 형성하기 위한 것이다.

제6 다이스(D6)의 상대가 되는 제6 펀치(P6)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(Zp)에는 펀치공(115)이 마련된다(도 15 참조). 펀치공(115)의 입구에는, 펀치측 확경공부(116)가 마련된다. 펀치측 확경공부(116)는 다이스측 확경공부(112)와 마찬가지로, 입구를 향할수록 개구가 넓어진다. 펀치측 확경공부(116)는 다이스측 확경공부(112)와 대응하여 세트를 이루고, 1차 성형체(1A)의 중앙부(축 방향의 중앙부)에 바깥쪽을 향해 돌출되는 1차 돌출부(15)를 형성하는 역할을 한다. 또한, 펀치공(115)에는 펀치핀(117)이 마련된다. 펀치핀(117)은, 성형틀 체결시, 핀 선단이 펀치공(115)에 삽입된 축부(3)의 선단에 맞닿도록 구성된다.

상기 성형 스테이지(S6)에서는, 성형틀 체결에 의해 다이스공(111)에 수용된 1차 성형체(1A)를 펀치(P6)가 다이스공(111)의 안쪽으로 민다. 1차 성형체(1A)는 펀치(P6)에 의해 밀림으로써 전체 길이가 짧아지도록 압축되면서, 중앙부가 확경공부(112, 116)나 성형공(113)을 메우도록 변형된다(도 16 참조).

성형 스테이지(S7)를 구성하는 제7 다이스(D7)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(Zd)에는 다이스공(121)이 마련된다(도 17 참조). 다이스공(121)은 1차 성형체(1A)를 수용할 수 있는 크기가 된다. 다이스공(121)의 깊이는 1차 성형체(1A)의 전체 길이보다 짧아, 1차 성형체(1A)의 대략 오른쪽 절반의 영역을 내부에 수용할 수 있게 된다. 다이스공(121)의 입구측에는 다이스측 확경공부(122)가 마련된다. 또한, 중앙에는 1차 성형체(1A)의 외형보다 직경이 큰 성형공(123)이 형성된다. 성형공(123)은 1차 성형체(1A)의 외주에 단차부(13)를 형성하기 위한 것이다.

제7 다이스(D7)의 상대가 되는 제7 펀치(P7)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 가공면(Zp)에는 펀치공(125)이 마련된다(도 17 참조). 펀치공(125)의 입구에는, 펀치측 확경공부(126)가 마련된다. 펀치측 확경공부(126)는 다이스측 확경공부(122)와 대응하여 세트를 이루고, 1차 성형체(1A)의 중앙부에 바깥쪽을 향해 돌출되는 1차 돌출부(15)를 형성하는 역할을 한다. 또한, 펀치공(125)에는 펀치핀(127)이 마련된다. 펀치핀(127)은, 성형틀 체결시, 핀 선단이 펀치공(125)에 삽입된 축부(3)의 선단에 맞닿도록 구성된다.

상기 성형 스테이지(S7)에서는, 성형틀 체결에 의해 다이스공(121)에 수용된 1차 성형체(1A)를 펀치(P7)가 다이스공(121)의 안쪽으로 민다. 1차 성형체(1A)는 펀치(P7)에 의해 밀림으로써 전체 길이가 짧아지도록 압축되면서, 중앙부가 확경공부(122, 126)나 성형공(123)을 메우도록 변형된다(도 18 참조).

확경공부의 형상은 스테이지를 지나면서 단계적으로 얇고 큰 형상이 되어, 2개의 공정을 거쳐 1차 성형체(1A)의 중앙부에 외경 방향으로 연신되는 1차 돌출부(15)가 형성된다. 한편, 외경 방향으로 '연신된다'는 외경 방향으로 '돌출된다'라는 의미이다. 또한, 성형공도 마찬가지로, 스테이지를 지나면서 단계적으로 얇고 큰 형상이 되어, 2개의 공정을 거쳐 1차 성형체(1A)의 중앙부에 단차부(13)가 성형된다. 이상에 의해, 1차 성형체(1A)로부터 2차 성형체(1B)가 성형된다(도 18 참조).

한편, 1차 돌출부(15)의 형상은 목적으로 하는 앵커 블록(1D)의 플랜지부(35)의 형상과 마찬가지로, 축 방향에서 보아 외경 방향으로 연신되는 대략 타원상이며, 그 장축 방향 및 단축 방향의 돌출 길이는 플랜지부(35)의 돌출 길이보다 짧고, 두께(t)는 플랜지부(35)의 두께보다 두껍다(도 1 참조).

그리고, 성형된 2차 성형체(1B)는 녹아웃핀(129)에 의해 다이스공(121)으로부터 압출된다. 압출된 2차 성형체(1B)는 불순물 제거, 표면 처리 등의 공정을 거쳐 단발 단조 금형 장치(200)로 반송된다.

3. 3차 성형체(1C)를 성형하는 C 단계

C 단계는 이하에 설명하는 단발 단조 금형 장치(200)에서 1단계의 공정에 의해 행해진다.

단발 단조 금형 장치(200)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 다이스(210) 및 펀치(250)를 구비한다. 다이스(210)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 그 상면(펀치(250)와의 대향면)에는 다이스측 오목부(211)가 마련된다. 다이스측 오목부(211)는 위에서 본 외형이 앵커 블록(1D)에서의 플랜지부(35)를 축 방향에서 본 외형과 같다. 또한, 다이스측 오목부(211)의 바닥면 중심 위치에는, 2차 성형체(1B)의 축부(7)를 수용하는 축공부(213)가 세로 방향으로 마련된다. 다이스(210)에는, 축부(7)를 축공부(213)에 삽입하도록 하여 2차 성형체(1B)가 세팅된다.

한편, 펀치(250)는 금속에 의해 원주상으로 형성되고, 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 펀치(250)의 하면(다이스(210)와의 대향면)에는 펀치측 오목부(251)가 마련된다. 펀치측 오목부(251)는 밑에서 본 외형이 앵커 블록(1D)에서의 플랜지부(35)를 축 방향에서 본 외형과 같다. 또한, 펀치측 오목부(251)의 상면 중심 위치에는, 2차 성형체(1B)의 축부를 수용하는 축공부(253)가 세로 방향으로 마련된다. 펀치(250)는 가공 장치(미도시)에 고정된다. 한편, 다이스측 오목부(211)의 깊이와 펀치측 오목부(251)의 깊이의 합계는 원하는 플랜지부(35)의 두께보다 작다.

상기 단발 단조 금형 장치(200)는 가공 장치를 조작해 펀치(250)를 하강시킴으로써 성형틀을 체결한다. 성형틀 체결에 의해, 다이스(210)에 세팅된 2차 성형체(1B)의 1차 돌출부(15)가 다이스(210)와 펀치(250) 사이에서 압축되어 평면 방향으로 넓어져, 2차 돌출부(25)가 형성된다(도 20 참조).

그리고, 펀치(250)의 하강은 다이스측 오목부(211)의 바닥면에서 펀치측 오목부(251)의 천장면까지의 거리가 원하는 플랜지부(35)의 두께와 거의 같아지는 위치까지 펀치(250)가 하강한 시점에서 멈춘다.

한편, 다이스측 오목부(211)의 깊이와 펀치측 오목부(251)의 깊이의 합계는, 플랜지부(35)의 두께보다 작다. 이 때문에, 성형틀 체결에 의한 성형시, 다이스(210)와 펀치(250)와의 틈새에서 넓어지는 1차 돌출부(15)의 상하면 및 외주(측면)의 일부는, 다이스측 오목부(211) 및 펀치측 오목부(251)에 의해 구속되지만, 외주의 대부분은 구속되지 않는 상태가 된다.

따라서, 1차 돌출부(15)의 일부는 다이스측 오목부(211) 및 펀치측 오목부(251)에서 비어져 나와 외측 방향(평면 방향)으로 자유롭게 흐른다. 이와 같이 1차 돌출부(15) 외주의 일부를 성형틀에 의해 구속하지 않고, 여분의 재료를 펀치(250)와 다이스(210) 사이에서 바깥쪽으로 마진(이하, 가공 여유부(27))으로서 돌출시킴으로써, 과대 가공 압력을 필요로 하지 않고 단조를 행할 수 있다. 이와 같이 하여, 2차 돌출부(25)를 갖는 3차 성형체(1C)를 얻을 수 있다. 2차 돌출부(25)의 두께는 목적으로 하는 앵커 블록(1D)의 블랜지부(35)의 두께와 같다. 또한, 2차 돌출부(25)의 형상은 축 방향에서 보아, 앵커 블록(1D)의 플랜지부(35)의 외형(윤곽)에 대해, 바깥쪽으로 돌출된 가공 여유부(27)만큼 큰 대략 타원형이다.

4. 플랜지부(35)의 윤곽을 형성하는 D 단계

얻어진 3차 성형체(1C)는 다음 펀칭 공정에 공급된다. 펀칭 공정에서는, 2차 돌출부(25)로부터 가공 여유부(27)를 잘라내 플랜지부(35)의 윤곽 형상을 만든다. 한편, 펀칭 공정은 3차 성형체(1C)를 형성한 후, 바로 행하는 것이 바람직하다. 시간이 경과한 후 처리하면, 가공 경화가 진행됨으로써 펀칭시 제품에 균열이 생기기 쉬워지기 때문이다.

펀칭 공정에서 사용되는 펀칭 장치(300)는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 펀칭 다이스(310) 및 펀칭 펀치(350)를 구비한다. 펀칭 다이스(310)는 금속제로서, 그 중심 위치에는 상하 방향으로 관통하는 펀칭공(320)이 마련된다. 펀칭공(320)은 상하 방향(판두께 방향)에서 본 외형이 앵커 블록(1D)에서의 플랜지부(35)를 축 방향에서 본 외형과 같다. 한편, 펀칭 펀치(350)는 금속에 의해 펀칭공(320)을 거의 긴밀하게 삽입 가능한 형상으로 형성된다. 또한 펀칭 펀치(350)의 하면에는 3차 성형체(1C)의 축부(3)를 수용하는 수용공(360)이 세로 방향으로 마련된다. 펀치(350)는 가공 장치(미도시)에 고정된다.

이와 같이 펀칭 장치(300)를 이용하여 펀칭 공정을 행하기 위해, 우선, 3차 성형체(1C)를, 축부(7)가 아래로 향하게 하여 펀칭공(320)에 장착한다. 구체적으로는, 펀칭공(320)의 구멍 둘레에 가공 여유부(27)를 올리고, 2차 돌출부(가공 여유부(27)를 제외한 부분)(25)를 펀칭공(320)의 내주에 끼워 맞춘다. 다음으로, 가공 장치를 조작하여 펀칭 펀치(350)를 하강시킨다. 이에 따라, 2차 돌출부(25)에서 펀칭공(320)의 개구 둘레보다 안쪽 부분이 펀칭된다. 그리고, 펀칭된 제품 부분은 펀칭공(320)을 통과하여 밑으로 떨어지고, 가공 여유부(27)가 펀칭 다이스(310) 상에 남는다. 이와 같이 하여, 가공 여유부(27)가 2차 돌출부(25)로부터 떨어져, 플랜지부(35)의 윤곽 형상이 형성된다. 이상에 의해, 플랜지부(35)의 양측에 축부(3, 7)를 갖는 양축 형상의 앵커 블록(1D)이 제조된다.

5. 효과 설명

이상과 같이 본 실시 형태의 플랜지 구조체의 제조 방법은, B 단계에서 1차 성형체(1A)의 중앙부에 플랜지부(35)보다 두꺼운 형상의 1차 돌출부(15)를 형성하고, C 단계에서는 1차 돌출부(15)를 더 눌러 플랜지부(35)보다 외주 방향으로 한층 큰 2차 돌출부(25)를 형성한다.

이와 같이, 2차 돌출부(25)를 2개의 단계를 거쳐 성형하므로, 플랜지부(35)의 최종 형상에 가까운 형상으로 형성할 수 있으므로, 제거되는 가공 여유부(27)가 작아져 재료 수율이 향상된다. 또한, B 단계에서 1차 성형체(1A)의 중앙부에 플랜지부(35)보다 두꺼운 형상의 1차 돌출부(15)를 형성해두고, 다시 C 단계에서 1차 돌출부(15)를 압축할 때, 외주(측면)의 일부를 성형틀에 의해 구속하지 않고, 여분의 재료를 펀치(250)와 다이스(210) 사이에서 마진으로서 돌출시킨다. 이에 따라, 각 공정에서 성형에 필요한 압축 하중을 작게 할 수 있으므로, 열간 단조에 의하지 않아도 돌출 면적이 큰 플랜지부(35)를 형성할 수 있다.

이들로부터, 각 단계를 냉간 또는 온간 단조로 형성할 수 있게 되어, 대형 열간 단조 장치가 불필요하게 된다. 또한, 표면 상태가 좋은 제품을 얻기 쉽다는 점, 정밀한 가공이 가능하다는 점 등의 냉간·온간 단조의 특성을 살릴 수 있어, 절삭·연마 등의 후공정을 줄일 수 있다. 이에 따라 비용 저감을 도모할 수 있다. 또한, 냉간·온간 단조에 의한 생산 속도가 빨라 온도 관리 등에 관한 숙련이 열간 단조만큼 요구되지 않기 때문에, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는 A 단계에서 소재(1)의 양단에 축부(3, 7)를 형성한다. 만일 B 단계나 C 단계에서 1차 돌출부(15)나 2차 돌출부(25)를 성형함과 동시에 축부(7)를 성형하면 돌출부(15, 25)를 성형하기 위한 소재(1)를 업셋팅함과 동시에 축부(7)를 성형하기 위한 소재(1)를 연신할 필요가 있어, 압축 하중을 높일 수밖에 없다. 특히, C 단계에서는 1차 돌출부(15)를 압축하여 2차 돌출부(25)를 성형할 때, 외주의 일부를 성형틀에 의해 구속되지 않도록 하여 압축 하중을 낮추는 구조를 취하고 있으므로, C 단계에서 2차 돌출부(25)의 성형과 동시에 축부(7)를 성형하는 것은 비구속을 폐지하여 압축 하중을 높이지 않는 한 곤란하다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같이, A 단계에서 소재(1)의 양단에 축부(3, 7)를 형성하므로, 그 이후의 B 단계나 C 단계에서 1차 돌출부(15)나 2차 돌출부(25)를 형성함과 동시에 축부(3, 7)를 가공할 필요가 없다.

따라서, B 단계나 C 단계에서 성형에 필요한 압축 하중을 편축 형상의 앵커 블록(도 24에 나타내는 실선 형상의 앵커 블록)을 형성하는 경우와 같은 정도로 억제할 수 있기 때문에, 양축 형상의 앵커 블록(1D)에 대해서도 A~C의 각 단계를 냉간 또는 온간 단조로 형성할 수 있게 된다.

게다가, 본 실시 형태에서는, 일측 축부(3)를 제2 성형 스테이지(S2)의 다이스공(61)에서 성형한다. 그 다음, 소재(1)를 반전시켜 제3 성형 스테이지(S3)로 반송해, 타측 축부(7)도 일측 축부(3)와 마찬가지로, 제3, 제4 성형 스테이지(S3, S4)의 다이스공(81, 91)에서 성형한다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 양측의 축부(3, 7)를 다이스(D)측 다이스공(61, 81, 91)을 이용하여 성형한다. 이 때문에, 일측 축부(3)와 타측 축부(7)를 다이스(D)측과 펀치측으로 나누어 성형하는 경우에 비해, 축부(3, 7)의 성형에 필요한 공정수를 적게 할 수 있다.

그 이유는, 펀치(P)측의 녹아웃량(가공한 소재를 압출하는 스트로크의 길이)은, 통상적으로 다이스(D)측에 비해 짧고, 펀치공(410)은 다이스공(61, 81, 91)에 비해 아무래도 얕아진다. 이 때문에, 일측 축부(3)를 다이스(D)측에서 성형한 다음, 타측 축부(7)를 펀치(P)측에서 성형하는 경우, 도 23에 나타내는 바와 같이, 소재(1) 중 가공단(7a)의 주변부(7b)가 펀치공(410)에서 나오게 된다. 즉, 가공단(7a)의 주변부(7b)가 구속되지 않은 상태에서 단부(7)를 성형할 수밖에 없다. 한편, 가공단(7a)의 주변부(7b)가 구속되지 않은 상태에서 성형을 행하는 경우, 소재 직경을 늘리지 않고 성형 가능한 한계치는 감면율(減面率)(성형 전후의 외경비) 30% 이하이다.

이 때문에, 축부(7)를 성형할 때 감면율이 한계치를 초과하는 경우에는, 감면율이 한계치를 초과하지 않도록, 복수의 성형 스테이지(S)를 사용하여 축부(7)를 단계적으로 성형할 필요가 있다. 따라서, 성형 스테이지(S)의 단수가 정해져 있는 경우에는, 축부(7)의 성형에 공정수를 빼앗기고, 그 결과 그 이외의 공정이 이루어질 수 없어, 공정이 성립되지 않는다.

본 실시 형태에서는 양측의 축부(3, 7)를 모두 다이스(D)측의 다이스공(61, 81, 91)을 이용해 성형한다. 다이스공은 펀치공에 비해 깊기 때문에, 가공단(7a)의 주변부(7b)를 구속한 상태에서 축부(7)를 성형할 수 있어, 소재 직경이 늘어나지 않는다(도 9 내지 도 12 참조). 따라서, 감면율이 30%를 초과하는 경우에도, 축부(7)를 1회나 2회의 공정으로 성형할 수 있다(본 실시예에서는 2회). 이 때문에, 축부(7)의 성형에 공정수를 빼앗기지 않으므로, 성형 스테이지(S)의 단수가 정해져 있는 경우에도, 그 이외의 공정을 행하는 것이 가능하여 공정이 무리 없이 성립된다.

〈다른 실시 형태〉

본 발명은 상기 기술 및 도면에 의해 설명한 실시 형태로 한정되지 않고, 예를 들면 다음과 같은 실시 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(1) 상기 실시 형태에서는 플랜지부가 타원형인 것에 대해 예시하였지만, 플랜지부의 형상이 반드시 타원형일 필요는 없고, 예를 들면, 십자형, 직사각형 등, 비원형의 것에도 본 발명을 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우, 2차 성형체에서의 1차 돌출부의 형상도 플랜지부의 형상에 정합시켜 성형한다.

1: 소재
1A: 1차 성형체
1B: 2차 성형체
1C: 3차 성형체
1D: 주차 브레이크용 앵커 블록(플랜지 구조체)
3, 7: 축부
15: 1차 돌출부
25: 2차 돌출부
35: 플랜지부
50: 다단 단조 금형 장치
140: 이동 장치
145: 지지부
200: 단발 단조 금형 장치
300: 펀칭 장치

Claims (2)

1. 외경 방향으로 연장되는 플랜지부의 양측에 축부를 형성해 이루어지는 플랜지 구조체를 성형하는 방법으로서,
   냉간 또는 온간 단조에 의해, 기둥 형상을 갖는 소재를 축 방향으로 연신시킴으로써 상기 소재의 양단에 상기 소재의 외형보다 소경의 축부를 형성해 이루어지는 1차 성형체를 성형하는 단계와,
   냉간 또는 온간 단조에 의해, 상기 1차 성형체의 중앙부를 바깥쪽으로 돌출시킴으로써 플랜지부보다 두꺼운 형상의 1차 돌출부를 형성해 이루어지는 2차 성형체를 성형하는 단계와,
   냉간 또는 온간 단조에 의해, 상기 1차 돌출부를 압축함으로써 상기 플랜지부보다 외형이 큰 2차 돌출부를 형성해 이루어지는 3차 성형체를 성형하는 단계로서,
   상기 1차 돌출부를 압축하여 상기 2차 돌출부를 성형할 때, 상기 1차 돌출부의 외주에서의 적어도 일부가 다이스와 펀치에 의해 구속되지 않도록 하는 단계와,
   상기 플랜지부의 외형보다 바깥쪽으로 돌출한 가공 여유부를 상기 2차 돌출부로부터 잘라냄으로써 상기 플랜지부의 윤곽을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 1차 성형체를 성형하는 단계는,
   상기 소재의 한쪽에 축부를 형성하기 위한 축공부를 갖는 다이스공이 마련된 다이스에 대해 장착된 소재를, 펀치로 가압함으로써 상기 소재의 한쪽에 축부를 형성하는 일측 축부 성형 공정과,
   상기 일측 축부 성형 공정 후, 다이스공으로부터 압출된 소재의 방향을 반전시키는 공정과,
   상기 소재의 다른 쪽에 축부를 형성하기 위한 축공부를 갖는 다이스공이 마련된 다이스에 대해 장착된 소재를, 펀치로 가압함으로써 상기 소재의 다른 쪽에 축부를 형성하는 타측 축부 성형 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜지 구조체의 제조 방법.
2. 삭제

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