KR102393026B1 - 절단 단면을 가지는 표면 처리 강판의 부품 및 그 절단 가공 방법 - Google Patents

절단 단면을 가지는 표면 처리 강판의 부품 및 그 절단 가공 방법 Download PDF

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닛테츠 닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

표면 처리 강판을 소재로서 절단 가공된 단면을 가지는 부품에 관한 것이고, 절단 단면의 내식성에 우수한 부품과, 그 절단 가공 방법을 제공한다.
절단 가공된 표면 처리 강판의 절단 단면을 포함하는 부품이며, 상기 절단 단면의 형상은, 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면의 길이가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0. 10 배 이상이고, 또한, 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면의 길이가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0.45 배 이상인 부품.
또한, 절단 가공함에 있어서, 다이와 펀치 사이의 클리어런스가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 1 ~ 20 %이고, 또한, 다이 또는 펀치 중 적어도 어느 한쪽의 어깨부에, 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0.12 배 이상의 곡률 반경이 부여된 금형을 사용하여 절단 가공한다.

Description

절단 단면을 가지는 표면 처리 강판의 부품 및 그 절단 가공 방법
본 발명은 자동차나 가전제품 등의 부품으로 사용되는, 표면 처리 강판을 소재로서 절단 가공된 단면을 가지는 부품에 관한 것이고, 절단 단면의 내식성이 우수한 부품 및 그 절단 가공 방법에 관한 것이다.
종래, 자동차나 가전 등에 사용되는 부품으로, 냉연 강판으로 이루어진 소재를 절단 및 소성 가공하여 소정의 형상으로 하고, 그 후에 표면 처리를 한 것이 사용되고 있었지만, 최근에는, 부품의 내식성의 향상이나 공정 생략에 의한 비용 절감 등을 목적으로, 미리 표면 처리를 한 강판을 소재로 사용하고, 이를 절단 및 소성 가공하는 것으로, 소성 가공 후의 표면 처리를 생략하는 부품이 많아지고 있다. 여기서, 절단 및 소성 가공 후에 표면 처리를 하는 경우, 절단 단면도 동시에 표면 처리되기 때문에, 절단 단면에서의 내식성은 평면부와 동등해진다. 한편, 표면 처리 강판을 소재로 사용하고, 절단 및 소성 가공 후의 표면 처리 공정을 생략하는 경우, 절단 단면은 절단 가공된 채로 강소지(鋼素地)가 노출된 상태가 되기 때문에, 그 부품이 놓인 환경에 따라서는 절단 단면에 있어서 붉은 녹이 발생하는 경우가 있다. 절단 단면의 붉은 녹은, 외관상의 불량이 될 뿐만 아니라, 시간의 경과와 함께 붉은 녹 발생 영역이 표면 처리된 평면부에까지 퍼지기 때문에, 부품의 강도 저하가 우려되고, 또한 특히 가전 제품의 경우에는, 녹 결여에 의한 전기적 단락 등도 우려된다.
타발 가공된 단면의 방청 능력을 향상시키는 방법으로, 예를 들면 특허 문헌 1에서는, 판 두께 2mm 이하의 Zn계 도금 강판에 있어서, 펀치 또는 다이의 어느 하나의 어깨부에 상기 Zn계 도금 강판의 판 두께의 0.1 ~ 0.5 배의 곡률 반경을 가지는 금형을 사용하여 타발 가공을 실시하는 것으로, 타발 가공 후의 타발 단면의 전단면(剪斷面) 비율을 90 % 이상으로 하고, 또한, 전단면의 아연 피복률을 50 % 이상으로 하는 방법이 제안되고 있다. 또한, 특허 문헌 2에서는, 절단 단면의 형상을 이하에 표시되는 식 (1)을 만족하도록 하는 방법이 제안되고 있다.
t 2 / (M · Rs) ≤ 0.2 ... (1)
여기에서 t : 판 두께, M : Zn 중량, Rs : 전단면 비율이다.
일본특허등록공보 제5272518호 일본특허공개공보 특개평10-280116호
그럼에도, 특허 문헌 1 이나 특허 문헌 2에서 제안되고 있는 방법에서는, 판 두께가 2.0mm 이하까지를 대상으로 하고 있으며, 판 두께가 2.0mm를 초과하는 재료에 적용하려고 해도 전단면에 대한 아연 피복이 불충분해져서 붉은 녹이 발생하기 때문에, 적용할 수 없는 경우가 나온다.
이를 위해, 본 발명에서는 주로 판 두께가 2.0mm를 초과하는 표면 처리 강판을 소재로서 사용한 경우라도, 절단 가공된 단면에서의 붉은 녹 발생을 억제할 수 있는 부품을 제공하는 것을 목표으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 실현하기 위해 실험, 검토를 실시한 결과, 절단 가공 후의 초기에서의 절단 가공된 단면(이하 "절단 단면" 이라고 하는 경우가있다.)에 대한 붉은 녹의 발생이, 절단 단면의 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면(shear drop)의 길이와 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면의 길이에 따라 크게 영향을 받는 것을 발견하였다. 그리고, 이러한 값을 일정 범위 내로 제어하는 것으로, 절단 단면에서의 붉은 녹 발생을 억제할 수 있기 때문에, 내식성을 현격하게 향상시킬 수 있다는 결론에 도달하였다. 그 요지는 이하와 같다.
(1) 절단 가공된 표면 처리 강판의 절단 단면을 포함하는 부품이며, 상기 절단 단면의 형상은, 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면의 길이가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0. 10 배 이상이고, 또한, 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면의 길이가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0.45 배 이상이고, 상기 절단 단면의 표면은 당해 표면 처리 강판의 표면에 피복된 도금 금속층이 유동된 당해 도금 금속층에 의해 피복된, 절단 단면의 내식성에 우수한 부품.
(2) 다이와 펀치로 이루어진 금형을 사용하여 표면 처리 강판을 절단 가공하는 방법이며, 다이와 펀치 사이의 클리어런스(clearance)가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 1 ~ 20 %이고, 다이 또는 펀치의 적어도 어느 한쪽의 어깨부에, 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0.12 배 이상의 곡률 반경이 부여된 금형을 사용하여 절단하고, 절단 가공한 절단 단면의 형상이, 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면의 길이가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0.10 배 이상이고, 또한, 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면의 길이가 상기 표면 처리 강판의 판 두께의 0.45 배 이상이 되도록 절단하는, 절단 가공 방법.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 표면 처리 강판을 소재로서 사용한 경우라도, 절단 가공을 실시한 절단 단면에 있어서 내식성에 우수한 부품을 제공할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 따른 절단 가공의 실시의 한 형태이고, (a)는, 다이 어깨에 곡률 반경을 부여한 절단 가공 방법을 설명하는 모식도이고, (b)는, 펀치 어깨에 곡률 반경을 부여한 절단 가공 방법을 설명하는 모식도이다.
[도 2] 절단 단면에서의 눌린면 Z 및 눌린면 X를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
[도 3] 도금 금속이 절단 단면으로 유동되는 길이(L)을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
본 발명자들은 표면 처리 강판의 판 두께, 절단 가공 조건, 표면 처리 조건 등을 다양한 범위에서 변화시킨 실험을 실시하여, 절단 단면에서의 붉은 녹 발생 상황과 절단 단면의 형상 등의 관계를 조사하였다. 그 결과, 절단 단면의 눌린면의 길이가, 제 1의 눌린면에 대해서는 판 두께의 0.10 배 이상의 범위에, 제 2의 눌린면에 대해서는 판 두께의 0.45 배 이상의 범위에 들어가도록 절단 가공을 실시하면, 절단 가공 후의 시간 경과와 함께 절단 단면에서의 붉은 녹 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
여기서, 절단 가공은 전단 수단을 이용하여 절단, 타공, 천공 등이 실시된다. 도 2는, 절단 가공된 강판의 단면 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 절단 가공을 실시한 후의 절단 단면에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1의 눌린면(9), 제 2의 눌린면(10), 전단면(11), 파단면(12)이 형성된다. 이 중 제 1의 눌린면(9), 제 2의 눌린면(10)은, 강판에 대한 펀치의 진행과 함께 강판의 표면에 인장력이 작용하여 강판의 표면이 변형해서 형성되는 것이다. 본 명세서에서는, 강판의 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면(9)을 "눌린면 Z"라 하고, 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면 (10)을 "눌린면 X"라 한다.
이러한 조건으로 표면 처리 강판이 전단 가공되는 것으로, 강판에 걸리는 인장력과 전단력을 함께 높일 수 있어, 소지 강판의 표면에 피복된 도금 금속층이 절단 단면으로 유동되게 된다. 그러한 도금 금속층의 유동으로 인해, 절단 단면 중 전단면의 적어도 일부가 피복되고, 이 피복된 도금 금속층이 희생 방식 작용을 초래하기 때문에, 절단 단면에서의 붉은 녹 발생이 억제된다.
이 때의 도금 금속층(8)이 절단 단면으로 유동된 길이(L)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 표면 처리 강판의 두께 방향에 따라 도금 금속층(8)의 두께를 포함하는 눌린면 Z9의 두께와, 전단면(11)으로 유동된 도금 금속층의 길이의 합계로 정의된다.
도 2에 나타낸 바와 같은 눌린면 Z9 및 눌린면 X10의 길이의 상한은, 강판의 판 두께(T)나 전단 가공 조건에 따라 적절하게 설정된다. 이 중, 눌린면 Z의 길이의 상한은 판 두께의 0.40 배 이하가 바람직하고, 판 두께의 0.25 배 이하가 보다 바람직하다. 또한, 눌린면 X의 길이의 상한은 판 두께의 1.50 배 이하가 바람직하고, 판 두께의 1.00 배 이하가 보다 바람직하다.
본 발명에 따라 눌린면의 길이가 전술한 범위가 되도록 절단 단면의 형상을 제어하는 것으로, 인장력에 의해 도금 금속의 변형, 이동이 촉진되어, 절단 단면에 대한 도금 금속의 유동량이 많아지기 때문에, 절단 단면이 도금 금속을 피복하는 영역도 넓어진다. 이로 인해, 절단 단면에서의 초기 내식성이 향상된다. 눌린면의 길이가 더욱 작은 경우는, 도금 금속의 변형, 이동이 줄어들기 때문에, 절단 단면에 대한 도금 금속의 유동이 불충분하게 된다.
여기서, 눌린면의 길이의 제어는 절단 공구의 클리어런스나 공구의 금형 어깨부의 곡률 반경에서 이루어지는 것이 용이하지만, 금형을 움직이는 절단 속도(타발 속도) 등의 조건의 변경 등으로 이루어질 수도 있다.
(표면 처리 강판)
본 발명에 있어서 사용되는 표면 처리 강판으로는, 표면에 도금이 되어있는 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 도금으로는 Zn 계, Zn-Al 계, Zn-Al-Mg 계, Zn-Al-Mg-Si 계의 금속 도금 또는 합금 도금을 들 수 있다. 그 중에서도 Zn-Al-Mg 계 합금 도금이 되어있는 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 합금 도금으로는, 도금의 전체 몰수에 대해 Zn을 80 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 90 질량% 이상 함유하는 것이 보다 바람직하다.
여기서, 표면 처리 강판에서의 도금 부착량은 바람직하게는 60g / m2, 보다 바람직하게는 90g / m2을 하한으로 하고, 또한, 바람직하게는 450g / m2, 보다 바람직하게는 190g / m2을 상한으로 한다. 특히, 표면 처리 강판에 대한 도금 부착량을 90g / m2 이상으로 하는 것으로, 절단 단면에 도금 금속이 유동되기 쉬워지기 때문에, 전단 가공 후의 내식성을 향상할 수 있다.
본 발명은 판 두께가 큰 표면 처리 강판을 사용해도, 절단 단면의 내식성에 우수한 부품을 얻을 수 있다. 절단 가공에 제공되는 표면 처리 강판의 판 두께는 제작되는 부품의 형상, 기계적 강도, 중량 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들면, 2.0mm 를 초과하는 판 두께의 표면 처리 강판을 사용해도, 절단 단면에 도금 금속이 충분하게 유동되어, 절단 단면을 피복하기 때문에, 절단 가공 후의 내식성이 향상된다.
(절단 가공)
표면 처리 강판에 대한 절단 가공에는, 다이와 펀치로 이루어진 금형이 사용된다. 여기서, 도 1의 (a), (b)는 금형 2, 3에 의해 표면 처리 강판(1)이 절단 가공되는 형태를 나타내고 있다. 도 1 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 다이(3)와 압력판(pressure pad, 5)으로 협지된 표면 처리 강판(1)은, 펀치(2)가 밀어 넣어지는 것으로 전단되어, 분리된 부품(7)을 얻을 수 있다. 다이(3)의 어깨부(도 1 (a)) 또는 펀치(2)의 어깨부(도 1 (b)) 중의 적어도 어느 한쪽에는, 곡률 반경을 부여하여 곡선 형상으로 하는 것이 바람직하다.
금형에서의 다이(3) 또는 펀치(2)의 적어도 한쪽의 어깨부가, 표면 처리 강판에 접하는 부위에 있어서 만곡된 형상이면, 절단 가공을 실시할 때, 다이(3)의 어깨부 또는 펀치(2)의 어깨부에 따라 강판이 변형되기 때문에, 강판이 평면 방향으로 당겨지기 쉬워져서, 눌린면 X 및 눌린면 Z의 증대에 기여한다. 그렇기 때문에, 금형에 부여되는 곡률 반경은 표면 처리 강판의 판 두께의 0.12 배 이상이 바람직하다. 예를 들면, 도 1 (b)의 실시형태는 펀치(2)의 어깨부가 만곡 형상인 금형을 사용한 예이다. 다이(3)와 압력판(5)으로 협지된 측의 표면 처리 강판은, 당해 펀치(2)가 밀어 넣어지면서, 상술한 강판 표면의 변형이 생기기 쉬워져, 그 절단 단면에 있어서 도금 금속의 유동이 촉진되어, 절단 단면의 내식성이 양호한 부품(7)을 얻을 수 있다. 도 2에 나타낸 모식도는, 도 1 (b)의 우측에 위치하는 부품(7)의 절단 단면에 상당한다. 도 1 (a)에 나타낸 바와 같은 다이(3)의 어깨부가 만곡 형상인 금형을 사용하는 경우는, 다이(3)의 구멍 측으로 떨어지는 부품(7)의 절단 단면에 있어서, 상술한 강판 표면의 변화가 일어나기 쉬워져, 도금 금속의 유동이 촉진되어 절단 단면의 내식성이 양호한 부품(7)을 얻을 수 있다.
또한, 금형에 부여하는 곡률 반경의 상한은 표면 처리 강판의 판 두께의 0.50 배 이하가 바람직하고, 0.30 배 이하가 보다 바람직하다.
금형에서의 다이와 펀치 사이의 클리어런스는, 표면 처리 강판의 판 두께의 20 % 이하가 바람직하다. 이로 인해, 펀치(2)에 의한 강판에 대한 전단력을 크게 할 수 있기 때문에, 눌린면 Z를 크게하기 쉬워진다. 한편, 다이와 펀치 사이의 클리어런스는 강판을 평면 방향으로 당기기 쉽게하는 것으로, 눌린면 X 를 크게하기 쉬워진다는 관점에서, 표면 처리 강판의 판 두께의 1 % 이상이 바람직하고, 3 % 이상이 보다 바람직하다.
금형에 의한 표면 처리 강판의 타발 속도는, 다이와 펀치 사이의 클리어런스에 따라 설정할 수 있고, 바람직하게는 10mm / s, 보다 바람직하게는 20mm / s 이상을 하한으로 해도 된다. 한편, 금형에 의한 표면 처리 강판의 타발 속도의 상한은 바람직하게는 200mm / s, 보다 바람직하게는 120mm / s 이하로 해도 된다.
[실시예]
표면 처리 강판으로, 판 두께가 0.8, 1.2, 2.3, 3.2, 4.5, 6.0 (mm)이고, 도금 부착량 90,190 (g / m2)인 Zn-6 % Al-3 % Mg (질량비) 합금 도금 강판을 사용하였다. 절단 가공은 1 변의 길이가 40mm의 각형 다이(3)와, 클리어런스에 따라 변의 길이를 변경한 펀치(2)를 사용하고, 압력판(5)에 의해 표면 처리 강판(1)을 가지고 실시하였다. 이 때, 다이(3)의 어깨부 또는 펀치(2)의 어깨부의 적어도 어느 한쪽에 곡률 반경(4)을 부여하여 만곡 형상으로 하였다.
전단 가공해서 얻어진 부품의 형상에 대해, 눌린면 Z와 눌린면 X의 길이를 측정하였다. 또한, 절단 단면에 대한 도금 유동에 대해, 부품의 직변부의 중앙 부분의 단면을 현미경으로 관찰하여, 표면 처리 강판의 두께 방향에 대한 도금 금속이 단면에 유동되는 길이(L)를 측정하였다. 또한, 측정된 샘플은 도 1 (a), (b)의 부품(7)에 나타낸 것과 같이, 곡률을 부여한 다이 또는 펀치와 서로 대응하는 측에 위치하고, 절단 가공에 의해 분리된 표면 처리 강판이다.
절단 가공해서 얻어진 부품을 옥외에서 대기 노출 시험을 실시하여, 절단 단면에 눈에 띄는 붉은 녹이 발생하기까지의 일수를 15 일마다 관찰하였다. 그 결과를 표 1에 표시한다. 표 1에는 각 부품에 사용한 표면 처리 강판이나 절단 가공 조건도 함께 표시하고 있다. 여기서, 금형의 곡률 반경(판 두께비)는, 다이(3)의 어깨부 또는 펀치(2)의 어깨부에 부여된 둥그스름함을 판 두께에서 제거한 것이다. 의도적으로 둥그스름함을 부여하지 않은 것은, 이 란에 "< 0.01"로 표기하는 것과 함께 "곡률을 부여한 금형" 란에 "무(없음)" 이라고 표시하였다. 또한, 본 발명예 13에서는 다이, 펀치의 양쪽에 판 두께비의 곡률 반경이 0.14 가 되는 둥그스름함을 부여하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 상당하는 본 발명예 1 ~ 15는, 판두께 방향으로 나타나는 눌린면 Z의 길이가 표면 처리 강판의 판 두께의 0.10 배 이상이고, 또한, 평면 방향으로 나타나는 눌린면 X 길이가 표면 처리 강판의 판 두께의 0.45 배 이상이었다. 그 절단 단면은, 붉은 녹 발생까지 90 일 이상의 양호한 내식성을 나타냈다. 또한, 본 발명예 1 ~ 15는, 판 두께([A])에 대한 도금의 유동 길이(L([B]))의 비율을 나타내는 [B] / [A] 값이 0.30 이상의 높은 범위에 있었다.
그에 비해, 비교예 1, 2, 4, 5는 눌린면 Z가 0.10 미만이었기 때문에, 절단 단면의 붉은 녹 발생까지의 일수는 90 일을 밑돌고 있고, 본 발명예에 비해 내식성이 떨어진다. 이러한 비교예는, 금형에 곡률을 설정하지 않기 때문에, 눌린면 Z가 저감된 것으로 추정된다.
비교예 3은 눌린면 X가 0.45 미만이었기 때문에, 절단 단면의 붉은 녹 발생까지의 일수가 90 일을 밑돌고 있고, 본 발명예에 비해 내식성이 떨어진다. 또한, 비교예 1 ~ 5는, 판 두께에 대한 도금의 유동 길이(L)의 비율 ([B] / [A])가 0.30 미만의 범위에 있었다.
이상에 의하면, 절단 단면의 형상에 관하여, 눌린면 Z 및 눌린면 X의 두 길이를 소정 이상의 범위로 하는 것으로, 양호한 내식성을 가지는 절단 단면을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[표 1]
Figure 112019072597835-pct00001
1 : 표면처리강판 2 : 펀치
3 : 다이 4 : 금형의 어깨에 부여한 곡률 반경
5 : 압력판 6 : 클리어런스
7 : 부품 8 : 도금 금속층
9 : 눌린면 Z(제 1의 눌린면) 10 : 눌린면 X(제 2의 눌린면)
11 : 전단면 12 : 파단면
L : 도금 금속의 유동 길이 T : 판 두께널

Claims (4)

  1. 절단 가공된 표면 처리 강판(1)의 절단 단면을 포함하는 부품(7)이며,
    상기 절단 단면의 형상은, 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면(9)의 길이가 상기 표면 처리 강판(1)의 판 두께(T)의 0. 10 배 이상이고, 또한, 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면(10)의 길이가 상기 표면 처리 강판(1)의 판 두께(T)의 0.45 배 이상이고,
    상기 절단 단면의 표면은 상기 표면 처리 강판(1)의 표면에 피복된 도금 금속층(8)이 유동된 상기 도금 금속층에 의해 피복되어 있으며,
    상기 판 두께([A])에 대한 도금의 유동 길이 L([B])의 비율을 나타내는 [B] / [A] 값이 0.30 이상이고, 상기 도금의 유동 길이는, 상기 표면 처리 강판의 두께 방향에 따라 상기 도금 금속층의 두께를 포함하는 상기 제 1의 눌린면의 두께와, 전단면으로 유동된 상기 도금 금속층의 길이의 합계로 정의되는,
    것을 특징으로 하는, 절단 단면의 내식성에 우수한 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 처리 강판(1)이, Zn 계 도금 강판인 것을 특징으로 하는 절단 단면 의 내식성에 우수한 부품.
  3. 다이(3)와 펀치(2)로 이루어진 금형을 사용하여 표면 처리 강판(1)을 절단 가공하는 방법이며,
    다이(3)와 펀치(2) 사이의 클리어런스(6)가 상기 표면 처리 강판(1)의 판 두께(T)의 1~20 %이고,
    다이(3) 또는 펀치(2)의 적어도 어느 한쪽의 어깨부에, 상기 표면 처리 강판(1)의 판 두께(T)의 0.12 배 이상의 곡률 반경이 부여된 금형을 사용하여 절단하고,
    절단 가공한 절단 단면의 형상이, 판 두께 방향으로 나타나는 제 1의 눌린면(9)의 길이가 상기 표면 처리 강판(1)의 판 두께(T)의 0.10 배 이상이고, 또한, 평면 방향으로 나타나는 제 2의 눌린면(10)의 길이가 상기 표면 처리 강판(1)의 판 두께(T)의 0.45 배 이상이 되도록 절단하는, 절단 가공 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 표면 처리 강판(1)이, Zn 계 도금 강판인 것을 특징으로 하는 절단 가공 방법.
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