KR20140013091A

KR20140013091A - 프레스 성형 방법

Info

Publication number: KR20140013091A
Application number: KR1020137033972A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 와다; 슈우지 야마모토
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-02-04
Also published as: WO2013002363A1; JPWO2013002363A1; TW201313353A; CN103619503A; CN103619503B; JP5304958B2; KR101555121B1; TWI494177B

Abstract

이 프레스 성형 방법은, 복수의 축을 독립하여 작동시키는 다축 프레스 장치를 사용하여, 오목부가 형성된 소재의 상기 오목부의 저부를 압출하여 중공축으로 연신 가공하는 프레스 성형 방법이며, 상기 소재를 오목 금형에 세트하는 제1 공정과, 제1 공구에 의해, 상기 소재의 상기 오목부를 구획 형성하여 원통 형상을 이루는 측벽의 단부면을 상기 제1 공구의 축방향으로 제1 속도 Vi로 압입함과 동시에, 제2 공구에 의해, 상기 소재의 상기 저부를 상기 제2 공구의 축방향으로 제2 속도 Vb로 압출하여 성형하는 제2 공정을 구비하고, 상기 제2 공정에서, 상기 제1 속도 Vi에 대한 상기 제2 속도 Vb의 비인 Vb/Vi를 0.7 내지 1.5의 범위로 제어한다.

Description

프레스 성형 방법{PRESS-FORMING METHOD}

본 발명은, 소재의 프레스 성형법에 관한 것이다.

본원은, 2011년 6월 30일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-145903호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

바닥을 갖는 직경이 일정한 원통 형상의 용기나, 도중에 직경이 상이한 단차부를 갖는 다단 원통 형상의 제품을 성형하는 방법으로서, 컵 형상의 중간 소재를 다시 드로잉 성형하는 방법이 널리 일반적으로 사용되고 있다. 예를 들면, 비특허 문헌 1에, 제1 공정에서 원반 형상의 소재로부터 컵 형상으로 성형한 중간 소재를 제2 공정에서 다시 드로잉 가공하는 재드로잉 가공법이 개시되어 있다.

이 가공법에서는, 제1 공정에서 성형된 컵 형상 중간 소재를 그 내면에 삽입된 원통 형상 공구인 블랭크 홀더와 다이 사이에서 끼움 지지하면서, 블랭크 홀더의 내부를 관통시킨 펀치를 다이의 원환 형상의 내면에 삽입하도록 압입하여, 컵 형상 중간 소재의 저부에 원통 형상의 돌기부를 성형한다. 이와 같은 성형법에 있어서는, 컵 형상의 중간 소재로부터 펀치와 다이의 원통 형상 내면 사이로의 재료의 유입이 불충분해져, 펀치 선단 코너부에서의 재료 파단 등의 성형 불량이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

이와 같은 문제에 대하여, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 있어서는, 분할한 다이스를 사용하여 컵을 다이의 원통 형상 내면에 적극적으로 압입함으로써 재료 파단 등에 수반되는 성형 불량을 방지하는 방법이 제시되어 있다. 또한, 관련이 있는 기술로서, 특허 문헌 3, 4가 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 평8-150426호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-113528호 공보 일본 특허 출원 공개 평8-141662호 공보 일본 특허 출원 공개 평6-210363호 공보

나가타 슈지, 야나기모토 준 : 기초부터 알 수 있는 소성 가공, (1999), p.195, 코로나사

그러나, 상술한 드로잉 성형법 중, 특허 문헌 1에 개시된 방법에서는, 액압을 사용한 성형법이기 때문에, 금형의 구조가 복잡해진다. 또한, 컵을 다이 내면에 압입하는 방향이 펀치의 압입 방향과는 반대의 방향으로 되기 때문에, 충분히 압입할 수 없는 경우가 많다.

특허 문헌 2에 개시된 방법에서는, 컵 형상으로 성형된 중간 소재의 저부를 가동식의 펀치로 드로잉 성형할 때에, 측벽을 협압(挾壓)하도록 배치된, 측벽면의 내면에 삽입된 공구와 외벽면의 외측에 배치된 가동형의 공구를, 가동식의 펀치에 맞추어 중간 소재와의 사이에서 미끄럼 접촉시킨다. 이에 의해, 중간 소재의 측벽의 재료를 다이의 내면에 적극적으로 반송하여, 성형품의 펀치 선단 코너부에서의 재료 파단을 방지하려고 하고 있다. 그러나, 실제의 컵 형상의 중간 소재의 측벽면과, 그 측벽을 내외면으로부터 협압시키고자 하는 공구 사이에는 간극이 형성되어 있는 것이 일반적이기 때문에, 목적으로 하는 중간 소재의 측벽의 다이의 내면으로의 재료의 반송을 충분히 행할 수 없는 경우가 많다. 또한, 다이를 분할하고 있기 때문에, 다이의 재료와의 접촉면 단부의 각 형상 부분에서 깨짐이 발생하기 쉬운 등의 문제가 있다.

특허 문헌 3에는, 드로잉 성형 후의 제품 두께를 보다 균일하게 하는 것을 목적으로, 코이닝 가공이나 축압축 가공 등을 사용한 두께 증가 공정을 성형 공정의 도중에 추가하여, 드로잉 성형에 의해 박육화되는 부분을 두께 증가시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 단순히 두께 증가만을 행하는 공정이 일 공정 증가하기 때문에, 생산성이 저하됨과 함께, 제조 비용이 증가하는 등의 문제가 있다. 또한, 이 방법은, 성형된 제품의 두께 정밀도 향상을 목적으로 드로잉 가공 후에 두께 증가 성형을 행하는 방법이다. 즉, 이 방법에 의해, 본 발명이 목적으로 하고 있는 드로잉 가공에 있어서의 재료 파단 등에 의한 성형 불량을 방지하는 것은 어렵다.

예를 들면 특허 문헌 4에는, 미리 성형 후 두께가 얇아지는 부분과 소재의 위치의 대응을 조사한 후에, 드로잉 성형 후에 두께가 얇아지는 부분에 대응하는 소재 부위가 다른 부위와 비교하여 상대적으로 두께가 두꺼워지도록 기계 가공한 소재를 드로잉 가공하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서는, 성형되는 모든 소재를 절삭 가공이나 연삭 가공 등의 기계 가공에 의해 미리 소정의 치수, 형상으로 가공할 필요가 있어, 비용의 증가 및 생산 효율의 저하를 초래한다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 문제에 대하여, 다이의 깨짐을 발생하기 쉽게 하는 분할 다이나 금형 구조를 복잡하게 하는 액압을 사용하지 않고, 성형 중의 소재의 깨짐이 발생하기 어려운 드로잉 성형법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 프레스 성형 방법은, 복수의 축을 독립하여 작동시키는 다축 프레스 장치를 사용하여, 오목부가 형성된 소재의 상기 오목부의 저부를 압출하여 중공축으로 연신 가공하는 프레스 성형 방법이며, 상기 소재를 오목 금형에 세트하는 제1 공정과, 제1 공구에 의해, 상기 소재의 상기 오목부를 구획 형성하여 원통 형상을 이루는 측벽의 단부면을 상기 제1 공구의 축방향으로 제1 속도 Vi로 압입함과 동시에, 제2 공구에 의해, 상기 소재의 상기 저부를 상기 제2 공구의 축방향으로 제2 속도 Vb로 압출하여 성형하는 제2 공정을 구비하고, 상기 제2 공정에서, 상기 제1 속도 Vi에 대한 상기 제2 속도 Vb의 비인 Vb/Vi를 0.7 내지 1.5의 범위로 제어한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 프레스 성형 방법에서는, 상기 제2 공정에서, 또한, 상기 제1 공구 및 상기 제2 공구 사이에 설치된 제3 공구에 의해 상기 소재의 주름 억제도 동시에 행하고, 상기 제2 공정 전에서의, 상기 소재의 판 두께를 t, 상기 소재의 외주면과 상기 오목 금형의 내주면의 간극 s1 및 상기 소재의 내주면과 상기 제3 공구의 외주면의 간극 s2의 총합을 s로 하였을 때에, 이하의 조건식 (a)를 만족시켜도 된다.

본 발명을 적용함으로써, 소재를, 깨짐이 발생하지 않고, 안정적으로 드로잉 성형하는 것이 가능해진다.

도 1a는 본 실시 형태에 사용되는 금형의 예를 도시한 단면도이다.
도 1b는 본 실시 형태에 사용되는 금형의 예를 도시한 단면도이다.
도 1c는 본 실시 형태에 사용되는 금형의 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태가 개선하고자 하는 문제점인 펀치 선단 코너부에서의 깨짐을 설명하는 모식도이다.
도 3a는 본 실시 형태의 금형 내부에 소재가 충만되기 전의 상태를 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 실시 형태의 금형 내부에 소재가 충만된 후의 상태를 도시하는 도면이다.

이하에 도면을 사용하여, 본 실시 형태에 관한 프레스 성형 방법의 상세에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 오목부가 형성된 소재로서, 컵 형상의 소재(6)를 사용하고, 이 컵 형상의 소재(6)에 대하여 성형을 행한다. 도 1a 내지 도 1c에, 본 실시 형태에 사용하는 다축 프레스 장치의 금형(프레스 금형)(100)의 개략도를 도시한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시하는 금형(100)은, 전술한 독립하여 작동시키는 것이 가능한 복수의 축을 구비한 다축 프레스 장치의 소정의 위치에 설치되어 사용되고, 또한 컵 형상의 소재(6)의 내측 저부를 압출하는 원기둥 형상의 펀치(1)와, 펀치(1)의 주위를 덮는 통 형상이며 성형 과정에 그 외주면에서 컵 형상의 소재(6)의 내면을 압박하는 블랭크 홀더(2)를 갖는다. 펀치(1)는, 다이(4)(후술)의 세트측[지면(紙面) 상방]에 배치되는 컵 형상의 소재(6)의 내측 저부를, 다이(4)의 소재 배출측(지면 하방)으로 압출하는 막대 형상의 펀치이다. 본 실시 형태에 관한 프레스 성형 방법에서는, 상술한 다축 프레스 장치에 의해, 컵 형상의 소재(6)의 저부를 압출하여, 중공축으로 연신 가공한다.

또한, 사용하는 소재의 외경은 20㎜ 내지 300㎜인 것이 바람직하다. 외경이 20㎜ 미만이면, 컵 형상의 소재(6)의 저부를 압출하여, 중공축으로 연신 가공하는 것이 곤란해진다. 또한, 외경이 300㎜ 초과이면, 금형이 대형으로 됨과 함께 성형 하중도 증가하여, 대형의 프레스기가 필요로 되는 등, 실용상의 성형이 곤란해진다. 보다 바람직하게는, 50㎜ 내지 120㎜이다.

또한, 소재의 판 두께 치수(두께)는, 1.5㎜ 내지 15㎜로 하는 것이 바람직하다. 1.5㎜ 미만에서는, 소재의 측벽 단부면의 압입이 곤란해지고, 15㎜ 초과에서는, 컵 형상의 중간 소재의 성형이 곤란해진다. 보다 바람직하게는, 2㎜ 내지 12㎜이다.

또한, 본 실시 형태에서 사용한 금형(100)은, 블랭크 홀더(2)의 주위를 둘러싸는 환상의 통 형상의 축인 외주 펀치(3)를 갖는다. 이 외주 펀치(3)는, 다이(4)의 소재 세트측에 배치되어 있는 컵 형상의 소재(6)의 개구부의 상부 테두리를 다이(4)의 소재 배출측으로 압입하는 돌기부(3a)를 갖는다. 또한, 본 실시 형태의 금형(100)은, 컵 형상의 소재(6)의 저부를 압박하면서 강하하는 펀치(1)와의 사이에서 소재(6)를 압박하여, 소정의 치수 형상으로 마무리하는 대략 원환 형상의 다이(4) 및 원통 형상의 다이(4) 내면에 삽입되어 펀치(1)와의 사이에서 소재 저면을 압박하는 카운터 펀치(5)를 갖는다.

또한, 금형(100)은, 볼록 금형과 오목 금형을 포함한다. 볼록 금형은, 펀치(1), 블랭크 홀더(2) 및 외주 펀치(3)를 포함하고, 오목 금형은, 다이(4) 및 카운터 펀치(5)를 포함한다.

또한 본 실시 형태의 다축 프레스 장치는, 펀치(1), 블랭크 홀더(2), 외주 펀치(3), 카운터 펀치(5)의 이동을 개별 독립하여 제어하는 것이 가능한 구동 기구(도시 생략)를 갖는다. 이들 금형(100)의 각 부는, 본 실시 형태에는 도시되어 있지 않은 프레스기에 의해, 소재(6)를 소정의 치수 형상으로 성형하도록 그 이동이 제어된다.

다음에, 도 1a 내지 도 1c에 도시한 금형(100)을 사용한 프레스 성형 방법에 있어서의 각 부의 거동에 대하여 설명한다. 우선, 프레스기의 구동 기구의 제어에 의해, 펀치(1), 블랭크 홀더(2), 외주 펀치(3)는, 다이(4)와의 사이에, 컵 형상의 소재(6)를 삽입하는 데 충분한 높이까지 상승한다. 이 상태에서, 다이(4) 상면에 다이(4) 내주의 중심축과 그 중심축이 대략 일치하도록, 컵 형상의 소재(6)를 설치(세트)한다. 그 후, 펀치(1), 블랭크 홀더(2), 외주 펀치(3)가 일체로 되어, 프레스기의 구동 기구에 의해 제어되면서 강하한다. 블랭크 홀더(2)와 펀치(1)가 소재(6)의 저면에 접촉하고, 외주 펀치(3)가 컵 형상의 소재(6)의 상부 테두리면에 접촉하면, 전술한 강하 동작이 정지한다(도 1a 참조).

또한 이때, 이들 공구의 이동과 동시에, 카운터 펀치(5)가 원통 형상의 다이(4) 내면을 따르도록 상승한다. 카운터 펀치(5)가, 소재(6)의 저면에 접촉하면, 전술한 상승 동작이 정지한다(도 1a 참조). 여기까지의 금형 각 부의 동작이 완료된 상태에서, 컵 형상의 소재(6)는, 블랭크 홀더(2)와 다이(4), 펀치(1)와 카운터 펀치(5) 사이에서 압박되어 다이(4) 내에 고정된다.

상술한 바와 같이 다이(4) 내에 컵 형상의 소재(6)가 고정된 상태로부터, 또한, 블랭크 홀더(2)를 정지시킨 상태에서, 펀치(1)가 강하하면서 소재(6)의 저부를 압출한다. 또한, 펀치(1)의 움직임에 맞추어 카운터 펀치(5)가 강하한다. 이 동작에 의해, 컵 형상의 소재(6)의 저부에, 소재(6)의 외경보다도 작은 직경의 통 형상의 돌기가 성형된다(도 1b 참조). 이 성형 중에, 펀치(1)의 강하에 대응하여 외주 펀치(3)가 강하함으로써, 소재(6)의 개구부의 상부 테두리면을 압박하여 소재(6)의 금형(100)의 내부로의 유입, 즉, 다이(4) 및 카운터 펀치(5)와, 펀치(1), 블랭크 홀더(2) 및 외주 펀치(3) 사이의 영역이며, 또한, 소재 배출측으로의 유입을 촉진시킨다(도 1b, 도 1c 참조). 이 동작에 의해, 도 2에 도시한 바와 같은, 상술한 펀치 선단 코너부에 있어서의 소재의 파단을 방지한다.

외주 펀치(3)를 강하시킬 때, 펀치 선단 코너부에 있어서의 소재의 파단을 방지하기 위해서, 그 강하 속도 Vi를, 펀치(1)의 강하 속도 Vb와의 비가, Vb/Vi=0.7 내지 1.5의 범위로 되도록 제어한다. 성형 중인 소재(6)의 펀치 선단 견부에 있어서의 소재의 파단 방지에 대하여, 펀치(1)의 강하 속도 Vb에 대한 외주 펀치(3)의 강하 속도 Vi가 중요해지는 것은, 이하의 이유에 의한다. 본 실시 형태에 관한 프레스 성형 방법에서는, 성형 중에 외주 펀치(3)를 사용하여 컵 형상의 소재(6)의 상부 테두리를 압박하여 소재의 금형(100) 내부로의 유입을 촉진함으로써, 소재에 파단을 발생시키지 않고, 안정적으로 성형을 행한다. 그 때문에, 이 외주 펀치(3)와 펀치(1)의 강하 속도비가 적절하지 않은 경우, 소재(6)의 금형(100) 내부로의 충분한 유입 효과가 얻어지지 않아, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같은 파단이 발생하는 경우가 있다. 소재(6)의 금형(100) 내부로의 충분한 유입 효과가 얻어지지 않는 원인으로서는, 성형 전에 다이(4)의 소정의 위치에 설치된 컵 형상의 소재(6)와 다이(4) 사이 및 소재(6)와 블랭크 홀더(2) 사이에 형성되는 간극의 영향이 생각된다.

도 3a, 도 3b를 참조하면서, 상술한 유입 효과가 얻어지지 않는 원인에 대하여 설명한다. 도 3a는 다이(4)의 소재 세트측에 세트된 소재(6)에 대하여, 펀치(1), 블랭크 홀더(2) 및 외주 펀치(3)가 접촉한 순간의 상태[단, 소재(6)에 가해지는 압박력은 무시할 수 있을 정도의 미약한 힘인 것으로 함]를 도시하는 도면이다. 또한, 도 3b는 금형(100) 내부에 소재(6)가 충만된 후의 상태를 도시하는 도면이다.

여기서, 도 3a의 상태로부터 도 3b의 상태로 변화할 때의 다축 프레스 장치의 거동을 설명한다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 소재(6)를 금형(100)에 세트하였을 때에는, 소재(6)와 블랭크 홀더(2) 사이 및 소재(6)와 다이(4) 사이에, 각각 수평 방향에 있어서의 간극이 형성되어 있다. 이 상태로부터, 외주 펀치(3)에 의해 소재(6)의 상부 테두리를 압박하면, 외주 펀치(3)의 압박에 의해 소재(6)의 상단부는 압축 응력을 받는다. 이 응력이 전파됨으로써 소재(6)가 변형되어, 세트 시의 간극을 메우도록 소재(6)의 형상이 변화된다. 그 후, 도 3b의 상태로 되어, 소재(6)의 외벽과 금형(100) 내부의 내벽의 전체면이 접촉한 상태, 즉, 금형(100) 내부가 소재(6)로 충만된 상태로 된다.

소재(6)의 설치 시(세트 시)에, 소재(6)와 블랭크 홀더(2) 및 다이(4) 사이에 간극이 형성되는 이유에 대하여 설명한다. 이 간극은, 소재(6)의 금형(100) 내부의 소정의 위치에의 설치를 가능 또한 용이하게 하기 위해서 형성된다. 소재(6)와 다이(4) 사이의 간극이 없으면, 소재(6)를 금형(100)에 세트할 때, 소정의 위치에 설치되기 전에, 소재(6)와 다이(4)가 끼워 맞춤 상태로 되어, 그 이상 소재(6)를 압입할 수 없게 될 가능성이 있다. 따라서, 소재(6)를 금형(100) 내의 소정의 위치까지 이동하여 설치할 수 없다. 또한, 이동할 수 없게 된 소재(6)를, 강제적으로 이동시키고자 한 경우, 소재(6)나 금형(100)에 손상을 발생시키는 등의 문제가 발생하는 경우도 있다.

또한 한편, 소재(6)와 블랭크 홀더(2) 사이의 간극에 대해서는, 성형 개시 시의 컵 형상의 소재(6) 내면으로의 블랭크 홀더(2)의 삽입을 용이하게 함과 함께, 블랭크 홀더(2)와 소재(6) 사이의 손상의 발생을 방지하는 것을 목적으로 하여 설치된다.

이상과 같은 간극을 금형 각 부와 소재(6) 사이에 형성한 상태에서, 외주 펀치(3)로 컵 형상의 소재(6)의 상부 테두리를 압박하면서 펀치(1)를 강하시켜 드로잉 성형을 행한 경우, 외주 펀치(3)의 강하 속도와 펀치(1)의 강하 속도의 비의 값에 따라서는, 본 실시 형태에 관한 프레스 성형 방법에 있어서 목적으로 하는 외주 펀치(3)의 소재(6)의 상부 테두리의 압박에 의한 소재(6)의 금형(100) 내부로의 유입 효과가 충분히 얻어지지 않아, 소재(6)에 파단이 발생하는 경우가 있다. 이것은, 소재(6)와 다이(4) 및 블랭크 홀더(2) 등의 공구와의 사이에 간극이 있는 상태에서, 외주 펀치(3)에 의해 소재(6)의 상부 테두리를 압박한 경우, 외주 펀치(3)의 강하 속도와 펀치(1)의 강하 속도의 비의 값에 따라서는, 압박의 효과가, 본 실시 형태의 목적으로 하는 소재(6)의 금형(100) 내부로의 유입 촉진보다도 오히려, 소재(6)의 다이(4) 및 블랭크 홀더(2) 등과의 간극으로의 충만에 소비되고, 그 결과, 외주 펀치(3)에 의한 압박의 효과가, 소재(6)의 파단 방지에 충분히 기여하지 않게 되기 때문이다.

본 실시 형태에 관한 프레스 성형 방법에서는, 이와 같은 문제를 방지하기 위해서, 외주 펀치(3)를 강하시킬 때에, 그 강하 속도를 적절한 값으로 제어한다. 즉, 본 실시 형태에 관한 프레스 성형 방법에서는, 외주 펀치(3)의 강하 속도 Vi는 펀치(1)의 강하 속도 Vb와의 비로, Vb/Vi=0.7 내지 1.5의 범위로 되도록 제어한다. Vb/Vi를 상기 범위로 함으로써, 외주 펀치(3)의 압박에 의한 소재(6)의 다이(4)에의 유입 효과를 충분히 확보한 후, 소재에 파단을 발생시키지 않고 성형을 행할 수 있다.

외주 펀치(3)의 강하 속도 Vi와 펀치의 강하 속도 Vb의 비 Vb/Vi가 1.5 초과인 경우, 펀치(1)의 강하 속도가 외주 펀치(3)의 강하 속도에 대하여 과대해져, 펀치(1)의 압출에 대한 외주 펀치(3)에 의한 소재(6)의 금형(100) 내부로의 반송량이 부족하여, 펀치(1)의 선단 코너부에 있어서의 소재의 파단을 충분히 방지할 수 없게 된다.

또한, Vb/Vi가 0.7 미만인 경우, 외주 펀치(3)에 의한 소재(6)의 압입이 과대해져, 외주 펀치(3)와 다이(4) 사이에 버어가 발생하는 등의 제품 제조상의 문제점이 발생한다. 상술한 범위는, 소재가 금형(100) 내부에 충만되어 있는지 여부에 상관없다.

여기서, 도 3a에 도시한 상태, 즉, 외주 펀치(3)에 의해 소재(6)의 상부 테두리를 압박하기 전의 상태에 있어서, 소재(6)의 판 두께 치수를 t, 소재(6)와 다이(4) 사이에 형성된 간극(수평 방향의 간극)을 s1, 소재(6)와 블랭크 홀더(2) 사이에 형성된 간극(수평 방향의 간극)을 s2로 한다. s1과 s2의 총합을 s로 한 경우, 0.02×t≤s≤0.3×t를 만족시키는 것이 바람직하다. 판 두께 t와 간극의 총합 s가 상기 조건을 만족시킴으로써, 외주 펀치(3)의 강하 속도 Vi와 펀치의 강하 속도 Vb의 속도 비율을 상술한 바와 같이 규정하는 것에 의한 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 간극의 총합 s가 상술한 범위가 아닌 경우라도, 파단이나 버어의 발생은 일어나지 않고, 성형을 완료시킬 수 있다. 그러나, 간극의 총합 s가 0.02t보다 작은 경우, 성형 전에 금형(100) 내부에 설치된 컵 형상의 소재(6)의 내면에 블랭크 홀더(2)를 원활하게 삽입할 수 없어, 소재(6)의 상부 테두리면에 함몰 손상이 발생하거나, 측벽의 일부분이 얇아지는 경우가 있다. 또한, 간극의 총합 s가 0.3t 초과에서는, 간극이 과대하기 때문에 블랭크 홀더(2)의 삽입 후에, 외주 펀치(3)에 의한 컵 형상의 소재(6)의 상부 테두리의 압하가 시작되면, 소재(6)의 측벽에 구부러짐이 발생하여 성형품에 형상 불량이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 높은 성형 정밀도가 요구되는 경우에는, 간극의 총합 s가, 0.02×t≤s≤0.3×t를 만족시키는 것이 바람직하다.

소재(6)가 금형에 충만되었는지 여부의 판단에 대해서는, 동일한 소재 및 다축 프레스 장치의 설정 조건에서 예비 성형을 행하여, 예를 들면 금형 각 부의 제어 위치와 소재의 금형 내부에의 충만도의 관계를 구해 두고, 그 관계에 기초하여, 금형의 위치에서 소재의 충만 유무를 판단하면 된다. 보다 구체적으로는, 성형을 성형 도중에서 종료시키는 실험을 상이한 복수의 조건(Vb/Vi의 조건) 하에서 행하여, 각 조건 하에 있어서의 다축 프레스 장치의 구동 개시부터 성형 종료까지의 펀치(1)의 스트로크량을 기록한다. 그리고, 성형된 재료의 단면의 형상 측정을 행함으로써, 금형의 상세한 치수 및 형상이 기재된 금형 도면으로부터 구해지는 금형 형상과의 관계로부터 재료의 충만 상태를 파악하여, 구동 개시 시부터의 펀치(1)의 스트로크량을 사용하여 속도 비율을 변경하는 타이밍을 미리 실험적으로 구할 수 있다.

소재(6)가 금형에 충만되었는지 여부의 판단은, 상기 이외의 방법을 사용해도 된다. 예를 들면, 소재(6)가 금형에 충만되면, 외주 펀치(3)에 걸리는 하중이 증가한다. 그 때문에, 외주 펀치(3)에 하중계를 설치하여, 하중의 변화에 의해 충만의 유무를 판단해도 된다.

실시예

(실시예 1)

도 1a 내지 도 1c에 도시한 다축 프레스 장치를 사용하여, 외경 φ90㎜× 두께 2㎜×높이 30㎜의 탄소강의 컵 형상의 소재를, 두께는 2㎜ 그대로 실온에서, 외경 φ50㎜의 컵으로 성형하였다. 이 성형에 있어서는, 예비 성형에 의해 확인한 소재가 금형 내부에 충만되기 전과 후(충만 전과 충만 후), 어느 쪽의 경우도 외주 펀치(3)의 강하 속도 Vi와 펀치의 강하 속도 Vb의 비 Vb/Vi가 동일한 값으로 되도록 다축 프레스 장치를 설정하였다. 표 1에는, 이 성형에 있어서의 속도비 Vb/Vi와 성형 결과의 관계를 나타낸다.

속도비 Vb/Vi가 0.7 내지 1.5의 범위인 경우는, 소재에 파단이나 버어를 발생시키지 않고 성형을 완료시킬 수 있었다. 이에 반해, 속도비 Vb/Vi가 0.7보다 작은 경우는, 소재에 제품 제조상 문제가 되는 버어가 발생하였다. 또한, 속도비 Vb/Vi가 1.5보다 큰 경우는, 성형 중인 소재에 파단이 발생하였기 때문에 성형을 중단하였다.

(실시예 2)

도 1a 내지 도 1c에 도시한 다축 프레스 장치를 사용하여, 외경 φ120㎜×두께 5㎜×높이 40㎜의 알루미늄제의 컵 형상의 소재를, 두께는 5㎜ 그대로 실온에서, 외경 φ70㎜의 컵으로 성형하였다. 이 성형에 있어서는, 예비 성형에 의해 확인한 소재의 금형 내부에의 충만 전과 충만 후에서, 외주 펀치(3)의 강하 속도 Vi와 펀치의 강하 속도 Vb의 비 Vb/Vi가 상이한 값으로 되도록 다축 프레스 장치를 설정하였다. 표 2에는, 이 성형에서의 성형에 있어서의 다축 프레스 장치의 속도비 Vb/Vi와 성형 결과의 관계를 나타낸다.

충만 전과 충만 후, 어느 경우에 대해서도 속도비 Vb/Vi가 0.7 내지 1.5의 범위인 경우는, 소재에 파단이나 버어를 발생시키지 않고 성형을 완료시킬 수 있었다. 이에 반해, 충만 전과 충만 후, 어느 하나의 경우에 속도비 Vb/Vi가 0.7보다 작은 값으로 된 경우, 소재에 제품 제조상 문제가 되는 버어가 발생하였다. 또한, 충만 전과 충만 후, 어느 하나의 경우에 속도비 Vb/Vi가 1.5보다 큰 값으로 된 경우는, 성형 중인 소재에 파단이 발생하였기 때문에 성형을 중단하였다.

(실시예 3)

또한, 도 1a 내지 도 1c에 도시한 다축 프레스 장치를 사용하여, 외경 φ80㎜×두께 5㎜×높이 45㎜의 탄소강의 컵 형상의 소재를 두께는 5㎜ 그대로, 외경 φ45㎜의 컵으로 실온에서 성형하였다. 표 3에는, 이 성형에서의 소재(6)와 다이(4) 및 블랭크 홀더(2)와의 간극의 총합 s와, 성형 결과의 관계를 나타낸다.

표 3 중의 간극은, 도 3a에 도시한 상태에 있어서, 소재(6)와, 다이(4) 및 블랭크 홀더(2) 사이에 형성된 간극(수평 방향의 간극)의 총합 s를 소재(6)의 판 두께 치수 t로 나눈 값이다.

또한, 간극의 총합 s가 소재의 판 두께의 0.02배보다 작은 경우는, 블랭크 홀더의 삽입 불량이 발생하고, 간극이 소재(6)의 판 두께의 0.3배보다 큰 경우는, 소재(6)의 측벽에 구부러짐이 발생하였다. 이에 반해, 간극의 총합 s가 소재의 판 두께 t의 0.02배 내지 0.3배의 사이의 범위인 경우는, 이와 같은 블랭크 홀더의 삽입 불량이나 소재 측벽의 구부러짐이 발생하지 않고, 보다 정밀도가 높은 성형을 행할 수 있었다.

본 발명의 프레스 성형에서는, 소재를, 깨짐이 발생하지 않고, 안정적으로 드로잉 성형하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 산업의 이용 가치는 높다.

1 : 펀치
2 : 블랭크 홀더
3 : 외주 펀치
3a : 돌기부
4 : 다이(오목 금형)
5 : 카운터 펀치
6 : 소재

Claims

복수의 축을 독립하여 작동시키는 다축 프레스 장치를 사용하여, 오목부가 형성된 소재의 상기 오목부의 저부를 압출하여 중공축으로 연신 가공하는 프레스 성형 방법이며,
상기 소재를 오목 금형에 세트하는 제1 공정과,
제1 공구에 의해, 상기 소재의, 상기 오목부를 구획 형성하여 원통 형상을 이루는 측벽의 단부면을 상기 제1 공구의 축방향으로 제1 속도 Vi로 압입함과 동시에, 제2 공구에 의해, 상기 소재의 상기 저부를 상기 제2 공구의 축방향으로 제2 속도 Vb로 압출하여 성형하는 제2 공정을 구비하고,
상기 제2 공정에서, 상기 제1 속도 Vi에 대한 상기 제2 속도 Vb의 비인 Vb/Vi를 0.7 내지 1.5의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는, 프레스 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 공정에서, 또한, 상기 제1 공구 및 상기 제2 공구 사이에 설치된 제3 공구에 의해 상기 소재의 주름 억제도 동시에 행하고,
상기 제2 공정 전에서의,
상기 소재의 판 두께를 t,
상기 소재의 외주면과 상기 오목 금형의 내주면의 간극 s1 및 상기 소재의 내주면과 상기 제3 공구의 외주면의 간극 s2의 총합을 s로 하였을 때에,
이하의 조건식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 프레스 성형 방법.