KR20150090259A - 아이어닝 가공용 금형 및 성형재 제조 방법 - Google Patents

아이어닝 가공용 금형 및 성형재 제조 방법 Download PDF

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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 의한 아이어닝 가공용 금형은 성형 가공부의 내부에 삽입되는 펀치와, 펀치와 함께 성형 가공부가 압입되는 압입 구멍을 갖는 다이를 구비하고 있다. 압입 구멍의 내주면은 펀치의 외주면과 비평행하게 연장되어 있는 동시에, 성형 가공부의 아이어닝량이 압입 방향을 따라 일정하게 되도록 아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 압입 방향을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스를 외주면과의 사이에 갖도록 마련되어 있다.

Description

아이어닝 가공용 금형 및 성형재 제조 방법{MOLD FOR IRONING AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLDED MATERIAL}
본 발명은 성형 가공부에 대해 아이어닝 가공을 실행하기 위한 아이어닝 가공용 금형 및 성형재 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 도금 강판 등의 표면 처리 금속판을 소재로 해서, 드로잉 가공 등의 프레스 성형에 의해 볼록형상의 성형 가공부가 성형되고 있다. 성형 가공부의 치수 정밀도가 특히 필요하게 되는 경우, 성형 가공부가 성형된 후에, 그 성형 가공부에 대해 아이어닝 가공이 실시된다. 아이어닝 가공은 펀치와 다이의 사이의 클리어런스를 아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 판 두께보다 좁게 하여, 펀치 및 다이에 의해 성형 가공부의 판면을 아이어닝하고, 펀치와 다이의 사이의 클리어런스에 성형 가공부의 판 두께를 일치시키는 가공 방법이다.
이러한 아이어닝 가공에 이용하는 금형으로서는 예를 들면 하기의 특허문헌 1 등에 나타나 있는 구성을 들 수 있다. 즉, 종래의 금형은 펀치와 다이를 구비하고 있다. 펀치는 압입 구멍에의 압입 방향과 평행하게 직선형상으로 연장된 외주면을 갖는 원주형상 부재이며, 성형 가공부의 내부에 삽입된다. 다이는 펀치와 함께 성형 가공부가 압입되는 압입 구멍을 갖고 있다. 압입 구멍은 압입 구멍의 입구 바깥 가장자리에 배치되는 동시에 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면에 의해 구성된 어깨부와, 어깨부의 R종단으로부터 압입 방향과 평행하게 직선형상으로 연장된 내주면을 갖고 있다. 성형 가공부의 판면은 압입 구멍에 압입될 때에 어깨부에서 아이어닝되어, 펀치의 외주면과 압입 구멍의 내주면의 사이의 클리어런스의 넓이까지 서서히 두께가 감소된다.
특허문헌 1; 일본국 특허공개공보 평성5-50151호
아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 판 두께는 압입 방향을 따라 비(非)균일하다. 구체적으로는 압입 방향을 따르는 성형 가공부의 후단측의 판 두께가 성형 가공부의 선단측의 판 두께보다 두꺼운 경우가 많다. 이와 같이 후단측이 두꺼워지는 것은 성형 가공부를 성형할 때에 후단측보다 선단측이 크게 연장되기 때문이다.
상기와 같은 종래의 금형에서는 펀치의 외주면과 압입 구멍의 내주면이 평행하게 연장되어 있다. 이 때문에, 펀치의 외주면과 압입 구멍의 내주면의 사이의 클리어런스는 압입 방향을 따라 균일하며, 성형 가공부의 판 두께가 두꺼운 부분이 더 많이 아이어닝되어 버린다. 이 때문에, 판 두께가 두꺼운 부분의 표면 처리층이 깎여 버려, 분상(粉狀)의 찌꺼기가 생기는 경우가 있다. 분상의 찌꺼기는 아이어닝 가공 후의 성형 가공부의 표면에서의 미소한 움푹 패임부(덴트)의 형성이나, 그 성형재를 이용한 제품 성능의 열화 등의 문제를 야기시킨다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 일부의 표면 처리층에 큰 부하가 생기는 것을 회피할 수 있고, 분상의 찌꺼기의 발생량을 저감할 수 있는 아이어닝 가공용 금형 및 성형재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 아이어닝 가공용 금형은 표면 처리 금속판을 소재로 해서 형성된 볼록형상의 성형 가공부에 대해 아이어닝 가공을 실행하기 위한 아이어닝 가공용 금형으로서, 성형 가공부의 내부에 삽입되는 펀치와, 펀치와 함께 성형 가공부가 압입되는 압입 구멍을 갖는 다이를 구비하고, 압입 구멍은 압입 구멍의 입구 바깥 가장자리에 배치되는 동시에 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면에 의해 구성된 어깨부와, 어깨부의 R종단으로부터 성형 가공부의 압입 방향을 따라 연장되고 펀치 및 다이의 상대적인 변위에 의해 성형 가공부의 외면이 슬라이딩되는 내주면을 포함하고 있고, 내주면은 펀치의 외주면과 비평행하게 연장되어 있는 동시에, 성형 가공부의 아이어닝량이 압입 방향을 따라 일정하게 되도록 아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 압입 방향을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스를 외주면과의 사이에 갖도록 마련되어 있다.
본 발명에 관한 성형재 제조 방법은 적어도 1회의 성형 가공을 표면 처리 금속판에 실행함으로써 볼록형상의 성형 가공부를 성형하는 공정과, 성형 가공부를 성형한 후에 아이어닝 가공용 금형에 의해 성형 가공부에 아이어닝 가공을 실행하는 공정을 포함하는 성형재 제조 방법으로서, 아이어닝 가공용 금형은 성형 가공부의 내부에 삽입되는 펀치와, 펀치와 함께 성형 가공부가 압입되는 압입 구멍을 갖는 다이를 구비하고 있고, 압입 구멍은 압입 구멍의 입구 바깥 가장자리에 배치되는 동시에 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면에 의해 구성된 어깨부와, 어깨부의 R종단으로부터 성형 가공부의 압입 방향을 따라 연장되고 펀치 및 다이의 상대적인 변위에 의해 성형 가공부의 외면이 슬라이딩되는 내주면을 포함하고 있고, 내주면은 펀치의 외주면과 비평행하게 연장되어 있는 동시에, 성형 가공부의 아이어닝량이 압입 방향을 따라 일정하게 되도록 아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 압입 방향을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스를 외주면과의 사이에 갖도록 마련되어 있다.
본 발명의 아이어닝 가공용 금형 및 성형재 제조 방법에 따르면, 압입 구멍의 내주면은 펀치의 외주면과 비(非)평행하게 연장되어 있는 동시에, 성형 가공부의 아이어닝량이 압입 방향을 따라 일정하게 되도록 아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 압입 방향을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스를 외주면과의 사이에 갖도록 마련되어 있으므로, 일부의 표면 처리층에 큰 부하가 생기는 것을 회피할 수 있으며, 분상의 찌꺼기의 발생량을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 성형재 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 성형 공정에서 성형된 성형 가공부를 포함하는 성형재를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 아이어닝 공정이 실행된 후의 성형 가공부를 포함하는 성형재를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 성형 가공부(1)의 단면도이다.
도 5는 도 1의 아이어닝 공정 S2에서 이용되는 아이어닝 가공용 금형의 단면도이다.
도 6은 도 5의 아이어닝 가공용 금형을 이용해서 성형 가공부에 대해 아이어닝 가공을 실행하고 있는 상태의 어깨부 주변을 확대해서 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 6의 어깨부와 Zn계 도금 강판의 도금층의 관계를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은 각종 도금층에 있어서의 도 6의 도금층의 왜도 Rsk를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 8의 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판에 있어서의 아이어닝율 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 8의 합금화 용융 아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 전기 아연 도금강판에 있어서의 아이어닝율 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다.
　이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조해서 설명한다.
<실시형태 1>
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 성형재 제조 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 성형 공정 S1에서 성형된 성형 가공부(1)를 포함하는 성형재를 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 1의 아이어닝 공정 S2가 실행된 후의 성형 가공부(1)를 포함하는 성형재를 나타내는 사시도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성형재 제조 방법은 성형 공정 S1과 아이어닝 공정 S2를 포함하고 있다. 성형 공정 S1은 적어도 1회의 성형 가공을 표면 처리 금속판에 실행함으로써 볼록형상의 성형 가공부(1)(도 2 참조)를 성형하는 공정이다. 성형 가공에는 드로잉 가공이나 스트레칭 가공 등의 프레스 가공이 포함된다. 표면 처리 금속판은 표면에 표면 처리층이 마련된 금속판이다. 표면 처리층에는 도포막이나 도금층이 포함된다. 본 실시형태에서는 표면 처리 금속판은 Zn(아연)계 도금이 강판의 표면에 실시된 Zn계 도금 강판인 것으로 해서 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성형 가공부(1)는 Zn계 도금 강판이 캡체로 성형된 후에, 그 캡체의 꼭대기부로부터 또한 돌출하도록 성형된 볼록부이다. 이하, 성형 가공부(1)의 베이스부(1b)로부터 꼭대기부(1a)를 향하는 방향을 압입 방향(1c)으로 한다. 이 압입 방향(1c)은 후술하는 아이어닝 가공용 금형의 다이에 마련된 압입 구멍(도 5 참조)에 성형 가공부(1)가 압입되는 방향을 의미한다.
아이어닝 공정 S2는 후술하는 아이어닝 가공용 금형에 의해 성형 가공부(1)에 아이어닝 가공을 실행하는 공정이다. 아이어닝 가공은 아이어닝 가공용 금형의 펀치와 다이의 사이의 클리어런스를 아이어닝 가공 전의 성형 가공부의 판 두께보다 좁게 하여, 펀치 및 다이에 의해 성형 가공부의 판면을 아이어닝하고, 펀치와 다이의 사이의 클리어런스에 성형 가공부의 판 두께를 일치시키는 가공 방법이다. 즉, 아이어닝 가공 후의 성형 가공부(1)의 두께는 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 두께보다 얇게 되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 아이어닝 가공이 실행됨으로써, 성형 가공부(1)의 베이스부(1b)의 외면을 구성하는 곡면의 곡률 반경이 작게 되어 있다. 이러한 성형 공정 S1 및 아이어닝 공정 S2를 거쳐 제조된 성형재, 즉 본 실시형태의 성형재 제조 방법에 의해 제조된 성형재는 다양한 용도에 이용할 수 있지만, 예를 들면 모터 케이스 등의 성형 가공부(1)의 치수 정밀도가 요구되는 용도에 특히 이용된다.
다음에, 도 4는 도 2의 성형 가공부(1)의 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께는 압입 방향(1c)을 따라 비균일하다. 구체적으로는 압입 방향(1c)을 따르는 성형 가공부(1)의 베이스부(1b)측의 판 두께는 성형 가공부(1)의 꼭대기부(1a)측의 판 두께보다 두껍다. 환언하면, 성형 가공부(1)의 판 두께는 압입 방향(1c)을 따르는 후단측(베이스부(1b)측)에서 선단측(꼭대기부(1a)측)을 향해 서서히 얇게 되어 있다. 이러한 비균일한 판 두께 분포로 되는 것은 성형 공정 S1에서 성형 가공부를 성형할 때에 꼭대기부(1a)측이 베이스부(1b)측보다 크게 연장되기 때문이다. 또한, 판 두께의 감소율은 압입 방향(1c)을 따라 일정하거나 또는 일정하지 않다. 감소율은 소정 위치의 판 두께 t1과, 그 소정 위치로부터 단위 거리 d만큼 선단측으로 진행된 위치에 있어서의 판 두께 t2의 차를 단위 거리 d로 나눈 값이다(=(t2-t1)/d).
다음에, 도 5는 도 1의 아이어닝 공정 S2에서 이용되는 아이어닝 가공용 금형(2)의 단면도이며, 도 6은 도 5의 아이어닝 가공용 금형(2)을 이용해서 성형 가공부에 대해 아이어닝 가공을 실행하고 있는 상태의 어깨부(211) 주변을 확대해서 나타내는 설명도이다. 도 5에 있어서, 아이어닝 가공용 금형(2)은 펀치(20)와 다이(21)를 구비하고 있다. 펀치(20)는 상술한 성형 가공부(1)의 내부에 삽입되는 볼록형상체이다. 펀치(20)의 외주면(20a)은 압입 구멍(210)에의 압입 방향(1c)과 평행하게 직선형상으로 연장되어 있다.
다이(21)는 펀치(20)와 함께 성형 가공부(1)가 압입되는 압입 구멍(210)을 갖는 부재이다. 압입 구멍(210)은 어깨부(211)와 내주면(212)를 갖고 있다. 어깨부(211)는 압입 구멍(210)의 입구 바깥 가장자리에 배치되어 있으며, 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면에 의해 구성되어 있다. 내주면(212)은 어깨부(211)의 R종단(211a)으로부터 압입 방향(1c)을 따라 연장된 벽면이다. 어깨부(211)의 R종단(211a)은 어깨부(211)를 구성하는 곡면의 압입 구멍(210)의 안쪽측에 있어서의 종단을 의미한다. 내주면(212)이 압입 방향(1c)을 따라 연장된다는 것은 내주면(212)의 연장 방향에 압입 방향(1c)의 성분이 포함되는 것을 의미한다. 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 압입 구멍(210)의 내주면(212)은 펀치(20)의 외주면(20a)과 비평행하게 연장되어 있다(평행하게 연장되어 있지 않다).
펀치(20)와 함께 성형 가공부(1)가 압입 구멍(210)에 압입되면, 도 6에 나타내는 바와 같이 성형 가공부(1)의 판면이 어깨부(211)에서 아이어닝된다. 또, 성형 가공부(1)의 외면은 펀치(20) 및 다이(21)의 상대적인 변위에 의해 내주면(212)상을 슬라이딩한다. 본 실시형태의 아이어닝 가공용 금형(2)에서는 상술한 바와 같이 내주면(212)이 펀치(20)의 외주면(20a)과 비평행하게 연장되어 있으므로, 내주면(212)도 성형 가공부(1)의 판면을 아이어닝한다(두께 감소한다).
내주면(212)은 성형 가공부(1)의 아이어닝량이 압입 방향(1c)을 따라 일정하게 되도록 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 압입 방향(1c)을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스(212a)를 펀치(20)의 외주면(20a)과의 사이에 갖도록 마련되어 있다. 여기서 말하는 클리어런스(212a)는 도 5에 나타내는 바와 같이 아이어닝 가공이 종료되는 위치까지 펀치(20)가 압입 구멍(210)내에 압입되었을 때의 내주면(212)과 외주면(20a)의 사이의 클리어런스이다. 아이어닝량은 아이어닝 가공 전의 판 두께 tb와 아이어닝 가공 후의 판 두께 ta의 차이다(=tb-ta).
환언하면, 내주면(212)은 압입 방향(1c)을 따르는 각 위치에 있어서의 외주면(20a)과의 클리어런스(212a)가 동 위치에 있어서의 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께에서 일정값(필요하게 되는 아이어닝량)을 뺀 값으로 되도록 마련되어 있다. 압입 방향(1c)을 따르는 각 위치에 있어서의 클리어런스(212a)를 C(d)로 하고, 동 위치에 있어서의 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께를 Tb(d)로 하며, 필요하게 되는 아이어닝량을 A로 한 경우, 내주면(212)은 C(d)=Tb(d)-A를 만족시키도록 마련된다. 또한, d는 압입 방향(1c)을 따르는 성형 가공부(1)의 베이스부(1b)로부터의 거리를 의미하고 있다.
또한 환언하면, 내주면(212)은 아이어닝 가공 전의 압입 방향(1c)을 따르는 성형 가공부(1)의 판 두께의 감소율과 동일한 비율로, 내주면(212)과 외주면(20a)의 클리어런스(212a)가 압입 방향(1c)을 따라 감소하도록 마련되어 있다. 가령, 압입 방향(1c)을 따르는 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께의 감소율이 일정한 경우, 내주면(212)은 성형 가공부(1)의 판 두께의 감소율에 따른 각도로 연장된 직선형상의 테이퍼면에 의해 구성된다. 한편, 압입 방향(1c)을 따르는 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께의 감소율이 일정하지 않은 경우, 성형 가공부(1)의 판 두께의 감소율을 일정값에 근사시켜, 그 근사값에 따른 각도로 연장하도록 내주면(212)을 테이퍼면으로 구성한다.
이와 같이 내주면(212)이 구성됨으로써, 압입 방향(1c)을 따르는 성형 가공부(1)의 판 두께 분포가 균일하지 않아도, 아이어닝 가공에 의한 성형 가공부(1)의 표면에의 부하를 압입 방향(1c)을 따라 균일하게 할 수 있다. 이것에 의해, 일부의 도금에 큰 부하가 생기는 것을 회피할 수 있으며, 일부의 표면 처리층이 크게 깎이는 것을 방지할 수 있고, 분상의 찌꺼기(도금 찌꺼기)의 발생량을 저감할 수 있다.
다음에, 도 7을 참조해서 어깨부(211)에서의 아이어닝에 의해 도금 찌꺼기가 발생하는 메커니즘을 설명한다. 도 7은 도 6의 어깨부(211)와 Zn계 도금 강판의 도금층(10)의 관계를 개념적으로 나타내는 설명도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, Zn계 도금 강판의 도금층(10)의 표면에는 미세한 요철(10a)이 존재한다. 이 요철(10a)은 도 6에서 나타낸 바와 같이 어깨부(211)에 의해서 성형 가공부(1)의 판면이 아이어닝될 때에 어깨부(211)에 의해서 깎여, 도금 찌꺼기로 될 우려가 있다.
도금 찌꺼기의 발생량은 어깨부(211)의 곡률 반경 r 및 Zn계 도금 강판의 판 두께 t의 비 r/t와 상관을 갖는다. 어깨부(211)의 곡률 반경 r이 작을수록, 국소적인 왜곡이 증가하여 도금층(10)의 표면과 어깨부(211)의 슬라이딩 저항이 증대하므로, 도금 찌꺼기의 발생량이 증대한다. 또, Zn계 도금 강판의 판 두께 t가 클수록, 어깨부(211)에 의한 두께 감소량이 커져 Zn계 도금 강판 표면에 가해지는 부하가 증대하므로, 도금 찌꺼기의 발생량이 증대한다. 즉, 비 r/t가 작을수록 도금 찌꺼기의 발생량이 증대하고, 비 r/t가 클수록 도금 찌꺼기의 발생량이 감소한다.
특히, 아이어닝 가공이 종료할 때에 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판면이 어깨부(211)에 의해서 가장 감소된다. 이 때문에, 도금 찌꺼기의 발생량을 억제하는 관점에서 보면, 도금 찌꺼기의 발생량은 어깨부(211)의 곡률 반경 r과, 아이어닝 가공이 종료할 때에 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께 tre의 비 r/tre와 강한 상관을 갖는다.
또, 도금 찌꺼기의 발생량은 어깨부(211)에 의한 아이어닝율과도 상관을 갖는다. 아이어닝율은 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이의 클리어런스를 cre로 하고, 아이어닝 가공이 종료할 때에 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께를 tre로 한 경우에,｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타난다. 클리어런스 cre는 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 아이어닝 가공 후의 성형 가공부(1)의 판 두께에 상당한다. 아이어닝율이 클수록, Zn계 도금 강판 표면에 가해지는 부하가 커지고, 도금 찌꺼기의 발생량이 증대한다.
다음에, 도 8은 각종 도금층에 있어서의 도 6의 도금층(10)의 왜도 Rsk를 나타내는 그래프이다. 도금 찌꺼기의 발생량은 도금층(10)의 왜도 Rsk와도 상관을 갖는다. 왜도 Rsk는 일본공업규격 B0601에서 규정되어 있는 것이며, 하기의 식에 의해서 나타나는 것이다.
[식 1]
Figure pct00001
여기서, Rq: 이승 평균 평방근 조도(=진폭 분포 곡선의 2차 모멘트의 평방근)
∫Z3(x)dx: 진폭 분포 곡선의 3차 모멘트
왜도 Rsk는 도금층(10)의 요철(10a)(도 7 참조)에 있어서의 볼록부의 존재 확률을 나타내고 있다. 왜도 Rsk가 작을수록, 볼록부가 적고, 도금 찌꺼기의 발생량이 억제된다. 또한, 왜도 Rsk에 대해서는 본 출원인에 의한 일본국 특허공개공보 제2006-193776호에서도 설명되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, Zn계 도금 강판의 종류로서는 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 전기 아연 도금강판을 들 수 있다. Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판은 대표적으로는 Zn과 6질량%의 Al(알루미늄)과 3질량%의 Mg(마그네슘)를 포함하는 합금으로 이루어지는 도금층을 강판 표면에 실시한 것이다. 본 출원인이 각각의 왜도 Rsk를 조사한 결과, 도 8에 나타내는 바와 같이, Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판의 왜도 Rsk는 -0.6미만 또한 -1.3이상의 범위에 포함되고, 그 밖의 도금 강판은 -0.6이상 또한 0이하의 범위에 포함되는 것을 알 수 있었다.
다음에, 도 9는 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판에 있어서의 아이어닝율 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 발명자들은 아이어닝율과 r/tre를 각각 변경하도록 하기의 조건에서 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판의 아이어닝 가공을 실행하였다. 또한, 공시재의 판 두께는 1.8㎜이며, 그 도금 부착량은 90g/㎡이다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
도 9의 종축은｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 아이어닝율이고, 횡축은 r/tre로 나타나는 어깨부(211)의 곡률 반경 r과 아이어닝 가공이 종료할 때에 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 판 두께 tre의 비이다. ○는 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있었다고 하는 평가를 나타내고,×는 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 없었다고 하는 평가를 나타내고 있다. 또, ●는 치수 정밀도가 소정 범위에서 어긋난 것을 나타내고 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판의 경우, 즉, 왜도 Rsk가 -0.6미만 또한 -1.3이상의 재료인 경우, 아이어닝율을 Y로 하고, r/tre를 X로 하여 Y=14.6X-4.7로 나타나는 직선의 아래쪽의 영역에서 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 즉, 왜도 Rsk가 -0.6미만 또한 -1.3이상의 재료인 경우, 0＜Y≤14.6X-4.7을 만족시키도록, 어깨부(211)의 곡률 반경 r 및 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이의 클리어런스 cre를 결정함으로써, 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 상기의 조건식에 있어서, 0＜Y로 규정하고 있는 것은 아이어닝율 Y가 0%이하인 경우에는 아이어닝 가공이 되지 않기 때문이다.
다음에, 도 10은 도 8의 합금화 용융 아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 전기 아연 도금강판에 있어서의 아이어닝율 Y와 X(=r/tre)의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 발명자들은 하기의 조건에서 합금화 용융 아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 전기 아연 도금강판에 대해서도 마찬가지의 실험을 실행하였다. 또한, 프레스기 등의 실험 조건(표 3 참조)에 대해서는 상술한 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판의 아이어닝 가공과 마찬가지이다. 또, 합금화 용융 아연 도금강판, 용융 아연 도금강판은 판 두께가 1.8㎜이고, 도금 부착량을 90g/㎡로 하였다. 전기 아연 도금강판에 대해서는 판 두께 1.8㎜이고, 도금 부착량을 20g/㎡로 하였다.
Figure pct00005
Figure pct00006
도 10에 나타내는 바와 같이, 합금화 용융 아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 전기 아연 도금강판의 경우, 즉, 왜도 Rsk가 -0.6이상 또한 0이하의 재료인 경우, 아이어닝율을 Y로 하고 r/tre를 X로 해서 Y=12.3X-7.0으로 나타나는 직선의 아래쪽의 영역에서 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 즉, 왜도 Rsk가 -0.6이상 또한 0이하의 재료인 경우, 0＜Y≤12.3X-7.0을 만족시키도록, 어깨부(211)의 곡률 반경 r 및 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이의 클리어런스 cre를 결정함으로써, 도금 찌꺼기의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
이러한 아이어닝 가공용 금형(2) 및 성형재 제조 방법에서는 내주면(212)은 성형 가공부(1)의 아이어닝량이 압입 방향(1c)을 따라 일정하게 되도록 아이어닝 가공 전의 성형 가공부(1)의 압입 방향(1c)을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스(212a)를 펀치(20)의 외주면(20a)과의 사이에 갖도록 마련되어 있으므로, 일부의 표면 처리층(도금층(10))에 큰 부하가 생기는 것을 회피할 수 있고, 분상의 찌꺼기(도금 찌꺼기)의 발생량을 저감할 수 있다. 분상의 찌꺼기의 발생량을 저감함으로써, 아이어닝 가공 후의 성형 가공부(1)의 표면에 미소한 움푹 패임부(덴트)가 형성되거나, 그 성형재를 이용한 제품 성능이 열화되거나, 또한 분상의 찌꺼기의 제거 작업이 발생하는 문제를 해소할 수 있다. 이 구성은 Zn계 도금 강판의 아이어닝 가공을 실행할 때에 특히 유효하다.
또, 왜도 Rsk가 -0.6미만인 소재의 경우에,｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 Y와 r/tre로 나타나는 X가 0＜Y≤14.6X-4.7의 관계를 만족시키도록, 어깨부(211)의 곡률 반경 r 및 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이의 클리어런스 cre가 결정되어 있으므로, 어깨부(211)에서의 아이어닝에 의한 분상의 찌꺼기의 발생량을 저감할 수 있다.
또한, 왜도 Rsk가 -0.6이상인 소재의 경우에,｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 Y와 r/tre로 나타나는 X가 0＜Y≤12.3X-7.0의 관계를 만족시키도록, 어깨부(211)의 곡률 반경 r 및 R종단(211a)과 펀치(20)의 사이의 클리어런스 cre가 결정되어 있으므로, 어깨부(211)에서의 아이어닝에 의한 분상의 찌꺼기의 발생량을 저감할 수 있다.
또한, 실시형태에서는 표면 처리 금속판이 Zn계 도금 강판으로 설명했지만, 본 발명은 예를 들면 도포막이 표면에 마련된 알루미늄판 등의 다른 표면 처리 금속판에도 적용할 수 있다.
1; 성형 가공부 2; 아이어닝 가공용 금형
1a; 꼭대기부 1b; 베이스부
1c; 압입 방향 20; 펀치
20a; 외주면 21; 다이
210; 압입 구멍 211; 어깨부
211a; R종단 212; 내주면

Claims (12)

  1. 표면 처리 금속판을 소재로 해서 형성된 볼록형상의 성형 가공부에 대해 아이어닝 가공을 실행하기 위한 아이어닝 가공용 금형으로서,
    상기 성형 가공부의 내부에 삽입되는 펀치와,
    상기 펀치와 함께 상기 성형 가공부가 압입되는 압입 구멍을 갖는 다이를 구비하고,
    상기 압입 구멍은 상기 압입 구멍의 입구 바깥 가장자리에 배치되는 동시에 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면에 의해 구성된 어깨부와, 상기 어깨부의 R종단으로부터 상기 성형 가공부의 압입 방향을 따라 연장되고 상기 펀치 및 상기 다이의 상대적인 변위에 의해 상기 성형 가공부의 외면이 슬라이딩되는 내주면을 포함하고 있고,
    상기 내주면은 상기 펀치의 외주면과 비평행하게 연장되어 있는 동시에, 상기 성형 가공부의 아이어닝량이 상기 압입 방향을 따라 일정하게 되도록 상기 아이어닝 가공 전의 상기 성형 가공부의 상기 압입 방향을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스를 상기 외주면과의 사이에 갖도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공용 금형.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 어깨부의 곡률 반경 및 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스는,
    상기 어깨부의 곡률 반경을 r로 하고, 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스를 cre로 하고, 상기 아이어닝 가공이 종료할 때에 상기 R종단과 상기 펀치의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 상기 아이어닝 가공 전의 상기 성형 가공부의 판 두께를 tre로 한 경우에,
    ｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 Y와 r/tre로 나타나는 X가 0＜Y≤14.6X-4.7의 관계를 만족시키도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공용 금형.
  3. 제 2 항에 있어서,　
    상기 표면 처리 금속판의 왜도 Rsk는 -0.6미만인 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공용 금형.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 어깨부의 곡률 반경 및 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스는,
    상기 어깨부의 곡률 반경을 r로 하고, 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스를 cre로 하고, 상기 아이어닝 가공이 종료할 때에 상기 R종단과 상기 펀치의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 상기 아이어닝 가공 전의 상기 성형 가공부의 판 두께를 tre로 한 경우에,
    ｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 Y와 r/tre로 나타나는 X가 0＜Y≤12.3X-7.0의 관계를 만족시키도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공용 금형.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 표면 처리 금속판의 왜도 Rsk는 -0.6이상인 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공용 금형.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 처리 금속판은 강판의 표면에 Zn계 도금이 실시된 Zn계 도금 강판인 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공용 금형.
  7. 적어도 1회의 성형 가공을 표면 처리 금속판에 실행함으로써 볼록형상의 성형 가공부를 성형하는 공정과,
    상기 성형 가공부를 성형한 후에 아이어닝 가공용 금형에 의해 상기 성형 가공부에 아이어닝 가공을 실행하는 공정을 포함하는 성형재 제조 방법으로서,
    상기 아이어닝 가공용 금형은,
    상기 성형 가공부의 내부에 삽입되는 펀치와,
    상기 펀치와 함께 상기 성형 가공부가 압입되는 압입 구멍을 갖는 다이를 구비하고 있고,
    상기 압입 구멍은 상기 압입 구멍의 입구 바깥 가장자리에 배치되는 동시에 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면에 의해 구성된 어깨부와, 상기 어깨부의 R종단으로부터 상기 성형 가공부의 압입 방향을 따라 연장되고 상기 펀치 및 상기 다이의 상대적인 변위에 의해 상기 성형 가공부의 외면이 슬라이딩되는 내주면을 포함하고 있고,
    상기 내주면은 상기 펀치의 외주면과 비평행하게 연장되어 있는 동시에, 상기 성형 가공부의 아이어닝량이 상기 압입 방향을 따라 일정하게 되도록 상기 아이어닝 가공 전의 상기 성형 가공부의 상기 압입 방향을 따르는 비균일한 판 두께 분포에 따른 클리어런스를 상기 외주면과의 사이에 갖도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 어깨부의 곡률 반경 및 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스는,
    상기 어깨부의 곡률 반경을 r로 하고, 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스를 cre로 하고, 상기 아이어닝 가공이 종료할 때에 상기 R종단과 상기 펀치의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 상기 아이어닝 가공 전의 상기 성형 가공부의 판 두께를 tre로 한 경우에,
    ｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 Y와 r/tre로 나타나는 X가 0＜Y≤14.6X-4.7의 관계를 만족시키도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 표면 처리 금속판의 왜도 Rsk는 -0.6미만인 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 어깨부의 곡률 반경 및 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스는,
    상기 어깨부의 곡률 반경을 r로 하고, 상기 R종단과 상기 펀치의 사이의 클리어런스를 cre로 하고, 상기 아이어닝 가공이 종료할 때에 상기 R종단과 상기 펀치의 사이에 배치되는 위치에 있어서의 상기 아이어닝 가공 전의 상기 성형 가공부의 판 두께를 tre로 한 경우에,
    ｛(tre-cre)/tre｝×100으로 나타나는 Y와 r/tre로 나타나는 X가 0＜Y≤12.3X-7.0의 관계를 만족시키도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 표면 처리 금속판의 왜도 Rsk는 -0.6이상인 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 처리 금속판은 강판의 표면에 Zn계 도금이 실시된 Zn계 도금 강판인 것을 특징으로 하는 성형재 제조 방법.
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