KR20160143759A

KR20160143759A - 전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치

Info

Publication number: KR20160143759A
Application number: KR1020167031052A
Authority: KR
Inventors: 다카시 마츠노; 고이치 사토; 다카시 야스토미
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: JP6237894B2; US20170080475A1; MX380225B; CN106457348A; CN106457348B; US10335846B2; KR101903264B1; MX2016014447A; JPWO2015170707A1; WO2015170707A1

Abstract

이 전단 가공 부품의 제조 방법은 다이에 피가공재를 고정하는 공정과, 펀치(110)와 다이를 상대적으로 접근시켜 상기 피가공재의 펀칭 가공을 행하는 공정을 포함하는 전단 가공을 복수회 행하고, 이들 일련의 전단 가공의 개시 시에, 상기 피가공재에 대향하는 제1 선단면(111)과, 상기 다이로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제1 선단면보다 후퇴한 제1 후퇴면(112)을 포함하는 제1 날끝을 구비하는 상기 펀치와; 상기 피가공재에 대향하는 제2 선단면과, 상기 펀치로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제2 선단면보다 후퇴한 제2 후퇴면을 포함하는 제2 날끝을 구비하는 상기 다이를 사용하여 상기 전단 가공을 행한다.

Description

전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치 {MANUFACTURING METHOD AND MANUFACTURING DEVICE FOR SHEARED ARTICLE}

본 발명은 전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 자동차, 건설 기계, 각종 플랜트 등에서 사용되는 고장력강이나 초고장력강으로 이루어지는 전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

본원은 2014년 05월 08일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-097044호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

도 16a는 피가공재(1)를 전단 가공하여 구멍을 형성하는 천공 가공을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 또한, 도 16b는 피가공재(1)를 전단 가공하여 개단면을 형성하는 절단 가공을 모식적으로 도시하는 단면도이다.

자동차나 건설 기계, 또한 각종 플랜트 등에서 사용되는 전단 가공 부품의 제조 시에는 도 16a 및 도 16b에 도시한 바와 같이, 다이(3) 위에 피가공재(1)를 적재한 후에, 펀치(2)를 도면 중의 백색 화살표의 방향으로 압입함으로써 피가공재(1)를 펀칭하는, 전단 가공으로 제조되는 경우가 많다.

도 17은 전단 가공된 피가공재(1)에 형성된 전단 가공면(8)을 도시하는 단면도이다.

도 17에 도시한 바와 같이, 전단 가공에 의해 형성된 피가공재(1)의 전단 가공면(8)은 피가공재(1)가 펀치(2)에 의해 압입되어 형성되는 새깅부(4)와, 펀치(2) 및 다이(3) 사이의 클리어런스 내(이하, 본 명세서에 있어서 특별히 언급 없이 「클리어런스」라고 표기한 경우는, 펀치 및 다이 사이의 클리어런스를 의미함)에 피가공재(1)가 인입되어 국소적으로 잡아 늘여져 형성되는 전단면(5)과, 펀치(2) 및 다이(3) 사이의 클리어런스 내에 인입된 피가공재(1)가 파단되어 형성된 파단면(6)과, 피가공재(1)의 이면에 발생하는 버(7)를 포함한다.

전단 가공은 저비용으로 가공할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 최근에는 피가공재(1)에 요구되는 경도가 높아지는 경향이 있어, 단순하게 지금까지와 같은 전단 가공 방법을 적용하는 것이 어렵다. 예를 들어, 인장 강도가 780㎫을 초과하는 고장력 강판을 피가공재(1)로서 사용하는 경우에는, 날끝의 결손에 의해 과대한 버(7)가 발생해 버리므로, 금형을 빈번히 교환해야만 해, 생산성의 저하를 피할 수 없다.

또한, 여기서 말하는 「날끝의 결손」은 「날끝의 마모」와는 다른 현상이다. 즉, 마모는 날끝의 라운딩이 가공 횟수의 증가와 함께 증가해 가는 현상인 것에 비해, 결손은 날끝이 깨짐에 의해 이지러져 없어지는 현상이다.

공구 날끝의 마모는, 예를 들어 비특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 공구의 표면에 코팅 처리를 행함으로써 억제하는 경우가 많다.

또한, 공구 날끝의 결손에 대해서는, 공구의 체결부를 유연한 것으로 하여, 공구 날끝이 접촉할 때의 쇼크를 흡수 및 완화하는 방법이나, 예를 들어 비특허문헌 2에 개시된 바와 같이 펀치의 날끝만을 라운딩하거나, 모따기하는 방법이 알려져 있다.

형기술, 제18권, 제8호, pp.8-9. 2013년도 소성 가공 학회 춘계 강연 대회 예고집, pp.193-194.

상기 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은, 공구 표면에 코팅 처리를 하는 방법은 공구 표면과 피가공재 사이의 마찰 저항을 줄임으로써, 공구 수명의 향상을 도모하는 것이다. 그러나, 이 방법에서는, 최대 인장 강도가 780㎫ 이상인 고장력 강판을 전단하는 경우에, 공구 날끝으로의 충격에 기인하는 돌발적인 공구 날끝 결손을 방지할 수 없다.

또한, 상기 비특허문헌 2에 기재되어 있는, 펀치에만 날끝의 라운딩을 부여하는 방법에서는, 다이의 날끝 결손을 방지할 수 없다. 또한, 연강의 전단 가공 시에는, 피가공재에서 버가 발생하는 것을 방지하기 위해, 펀치 및 다이의 양쪽의 날끝을 예각으로 할 필요가 있고, 상기 비특허문헌 2에 기재한 바와 같은 라운딩이나 모따기를 날끝에 부여한다고 해도, 펀치 및 다이 중 어느 한쪽만으로 한정하지 않으면 전단 공구로서의 기능을 충분히 완수할 수 없다.

한편, 본 발명자들은 피가공재의 경도와 공구(다이나 펀치 등)의 경도의 비율이 어느 값을 초과한 경우에, 공구 손상의 발생 빈도가 높아지는 것을 경험적으로 알고 있다. 본 발명자들이 상기 비율을 실험에 의해 조사한 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1의 공구 평가에 있어서, G는 Good(양호), NG는 Not Good(문제 있음)을 나타낸다.

상기 실험 결과에 의하면, 피가공재의 비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는, 고장력강이나 초고장력강에 있어서, 공구 손상의 발생 빈도가 급격하게 높아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 표 1의 실험에서는, 각각 예각의 공구 날끝을 갖는 펀치 및 다이를 사용하여 실험을 행하였다. 또한, 피가공재의 판 두께를 t로 한 경우에 있어서의 펀치 및 다이 사이의 클리어런스를 0.1×t 내지 0.2×t의 범위에서 변경시켰지만 결과에 영향은 없고, 마찬가지로 피가공재의 경도와 공구의 경도의 비율이 지배적인 것이 확인되었다.

이상으로부터, 피가공재의 경도와 공구의 경도의 비율이 0.3배를 경계로 하여, 공구 파손의 메커니즘이 크게 바뀌어 있는 것이 확인되었다. 이 점에 대해서는, 상기 비특허문헌 1, 2에도 개시ㆍ시사되어 있지 않다.

따라서, 종래에는 고장력강이나 초고장력강을 포함하는 고강도의 피가공재를 공구 날끝의 결손 없이 전단 가공하는 수단이 확립되어 있지 않았다. 그로 인해, 상술한 바와 같은 공구 날끝의 결손에 의한 과대한 버(7)의 발생을 방지하기 위해서는, 금형을 빈번히 교환시킬 수 밖에 없었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는 고장력강이나 초고장력강을 포함하는 피가공재를 사용해도, 돌발적인 날끝의 결손이 발생하지 않고 저비용으로 전단 가공 부품을 제조하는 것이 가능한, 전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해, 이하의 형태를 채용하였다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 전단 가공 부품의 제조 방법은 펀치의 비커스 경도 및 다이의 비커스 경도의 어느 하나의 낮은 쪽의 0.3배 이상 1.0배 미만의 비커스 경도를 갖는 피가공재에 대해, 상기 펀치 및 상기 다이를 사용하여 복수회의 전단 가공을 행함으로써, 복수의 전단 가공 부품을 제조하는 방법이며, 상기 다이에 상기 피가공재를 고정하는 공정과, 상기 펀치와 상기 다이를 상대적으로 접근시켜 상기 피가공재의 펀칭 가공을 행하는 공정을 포함하는 상기 전단 가공을 복수회 행하고, 이들 일련의 전단 가공의 개시 시에, 상기 피가공재에 대향하는 제1 선단면과, 상기 다이로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제1 선단면보다 후퇴한 제1 후퇴면을 포함하는 제1 날끝을 구비하는 상기 펀치와; 상기 피가공재에 대향하는 제2 선단면과, 상기 펀치로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제2 선단면보다 후퇴한 제2 후퇴면을 포함하는 제2 날끝을 구비하는 상기 다이를 사용하여 상기 전단 가공을 행한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 형태에 있어서, 상기 제1 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제1 후퇴면이, 하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 상기 제1 선단면의 접선에대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이고; 상기 제2 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제2 후퇴면이, 하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 상기 제2 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이도록 해도 된다.

(식 1)

(식 2)

(식 3)

(식 4)

여기서, e는 자연대수의 밑(底)이고, c(㎜)는 상기 다이의 내측면과 상기 펀치의 외측면 사이의 클리어런스를 나타내고, x는 상기 펀치에 있어서는 상기 펀치의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 상기 다이에 있어서는 상기 다이의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이며, 또한 0.3≤x<1.0을 만족시킨다.

(3) 상기 (2)의 경우, 상기 제1 후퇴면 및 상기 제2 후퇴면 중 어느 한쪽 혹은 양쪽이, 0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 C 0.05㎜ 이상 C 0.5㎜ 이하의 모따기여도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 형태에 있어서, 상기 펀치의, 상기 제1 선단면, 상기 제1 후퇴면 및 외측면 중, 상기 제1 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제1 조건과, 상기 다이의, 상기 제2 선단면, 상기 제2 후퇴면 및 내측면 중, 상기 제2 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제2 조건 중 적어도 한쪽을 만족시키도록 해도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 형태에 있어서, 상기 피가공재에 표면 탈탄 처리, 도금 처리 및 개체 윤활 처리 중 어느 하나가 실시되어 있어도 된다.

(6) 본 발명의 다른 형태에 관한 전단 가공 부품의 제조 장치는 펀치의 비커스 경도 및 다이의 비커스 경도의 어느 하나의 낮은 쪽의 0.3배 이상 1.0배 미만의 비커스 경도를 갖는 피가공재에 대해, 복수회의 전단 가공을 행함으로써, 복수의 전단 가공 부품을 제조하는 장치이며, 상기 피가공재를 고정하는 다이와, 상기 다이에 대해 상대적으로 접근시켜 상기 피가공재를 펀칭하는 펀치를 구비하고, 상기 펀치가, 상기 피가공재에 대향하는 제1 선단면과, 상기 다이로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제1 선단면보다 후퇴한 제1 후퇴면을 포함하는 제1 날끝을 구비하고, 상기 다이가, 상기 피가공재에 대향하는 제2 선단면과, 상기 펀치로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제2 선단면보다 후퇴한 제2 후퇴면을 포함하는 제2 날끝을 구비한다.

(7) 상기 (6)에 기재된 형태에 있어서, 상기 제1 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제1 후퇴면이, 하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 상기 제1 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이고; 상기 제2 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제2 후퇴면이, 하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 상기 제2 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기인 구성을 채용해도 된다.

(식 1)

(식 2)

(식 3)

(식 4)

여기서, e는 자연대수의 밑이고, c(㎜)는 상기 다이의 내측면과 상기 펀치의 외측면 사이의 클리어런스를 나타내고, x는 상기 펀치에 있어서는 상기 펀치의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 상기 다이에 있어서는 상기 다이의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이며, 또한 0.3≤x<1.0을 만족시킨다.

(8) 상기 (7)의 경우, 상기 제1 후퇴면 및 상기 제2 후퇴면 중 어느 한쪽 혹은 양쪽이, 0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 C 0.05㎜ 이상 C 0.5㎜ 이하의 모따기여도 된다.

(9) 상기 (6) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 형태에 있어서, 상기 펀치의, 상기 제1 선단면, 상기 제1 후퇴면 및 외측면 중, 상기 제1 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제1 조건과, 상기 다이의, 상기 제2 선단면, 상기 제2 후퇴면 및 내측면 중, 상기 제2 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제2 조건 중 적어도 한쪽을 만족시키도록 해도 된다.

본 발명의 상기 각 형태에 의하면, 비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는 고장력강이나 초고장력강을 포함하는 피가공재를 사용해도, 돌발적인 날끝의 결손이 발생하지 않고 저비용으로 전단 가공 부품을 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전단 가공 장치의 주요부를 도시하는 도면이며, 다이와, 펀치 및 압력판 사이에 피가공재를 끼워 넣은 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 2a는 인장 강도가 780㎫ 미만인 연강판을 피가공재로 하여 전단 가공한 경우에 있어서의 버의 발생 상황을 도시하는 단면도이다.
도 2b는 인장 강도가 780㎫ 이상인 고장력 강판을 피가공재로 하여 전단 가공한 경우에 있어서의 버의 발생 상황을 도시하는 단면도이다.
도 3a는 고장력 강판을 피가공재로 하여 전단 가공할 때의, 다이의 날끝과 펀치의 날끝이 결손될 때의 상세한 메커니즘을 설명하기 위한 도면이며, 전단 가공 개시 시의 단면도이다.
도 3b는 고장력 강판을 피가공재로 하여 전단 가공할 때의, 다이의 날끝과 펀치의 날끝이 결손될 때의 상세한 메커니즘을 설명하기 위한 도면이며, 도 3a에 이은 공정을 도시하는 단면도이다.
도 3c는 고장력 강판을 피가공재로 하여 전단 가공할 때의, 다이의 날끝과 펀치의 날끝이 결손될 때의 상세한 메커니즘을 설명하기 위한 도면이며, 도 3b에 이은 공정을 도시하는 단면도이다.
도 4는 공구 날끝에 있어서의 소성 변형량의 크기 분포를 시뮬레이션 계산으로 구한 결과를 도시하는 도면이다.
도 5는 3종류의 강재를 피가공재로 하여 공구 날끝이 파손될 때까지 연속 천공 가공을 행하였을 때의 샷수를 도시하는 막대 그래프이고, 횡축이 공구 날끝의 라운딩의 곡률 반경을 나타내고, 종축이 샷수를 나타낸다.
도 6a는 연강판을 피가공재로 하여 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 6b는 590㎫ 강판을 피가공재로 하여 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 6c는 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 하여 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 7은 공구 날끝에 모따기를 형성한 경우의 단면 형상을 도시하는 도면이며, 펀치의 주요부 단면도이다.
도 8은 3종류의 강재를 피가공재로 하여 공구 날끝이 파손될 때까지 연속 천공 가공을 행하였을 때의 샷수를 도시하는 막대 그래프이고, 횡축이 공구 날끝의 모따기 치수를 나타내고, 종축이 샷수를 나타낸다.
도 9a는 연강판을 피가공재로 하여 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 9b는 590㎫ 강판을 피가공재로 하여 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 9c는 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 하여 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 10은 피가공재에 표면 처리로서 용융 아연 도금을 실시한 경우에 있어서의 버 높이 저감의 효과를 도시하는 그래프이다.
도 11은 본 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이며, 펀치 및 다이의 각각에 구분 연마를 행한 경우에 있어서의 공구 날끝 부분의 확대 단면도이다.
도 12는 공구 날끝이 파손될 때까지 연속 천공 가공을 행하였을 때의 샷수를 도시하는 막대 그래프이고, 횡축이 공구 날끝의 라운딩의 곡률 반경, 또는 모따기 치수를 나타내고, 종축이 공구 파손까지의 샷수를 나타낸다.
도 13은 연속 천공 가공을 행하였을 때의 버 높이의, 샷수에 수반하는 추이를 도시하는 그래프이다.
도 14는 공구의 다른 변형예를 도시하는 도면이며, 공구의 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 공구 날끝 부분의 단면도이다.
도 15는 공구의 또 다른 변형예를 도시하는 도면이며, 공구의 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 공구 날끝 부분의 단면도이다.
도 16a는 피가공재를 전단 가공하여 구멍을 형성하는 천공 가공을 모식적으로 도시하는 도면이며, 펀치의 축선을 포함하는 단면에서 본 경우의 종단면도이다.
도 16b는 피가공재를 전단 가공하여 개단면을 형성하는 절단 가공을 모식적으로 도시하는 도면이며, 피가공재의 두께 방향의 단면에서 본 경우의 종단면도이다.
도 17은 전단 가공에 의해 형성된 피가공재의 전단 가공면을 도시하는 도면이며, 피가공재 표면에 수직인 단면에서 본 경우의 단면도이다.

본 발명의 전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 실시 형태 및 변형예 등에 대해, 이하에 설명한다.

도 1에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전단 가공 장치의 주요부를 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 전단 가공 부품의 제조 장치(100)는 피가공재(1)를 상하로부터 끼워 넣어 고정하는 다이(120) 및 압력판(130)과, 다이(120)에 대해 상대적으로 접근하여 피가공재(1)를 펀칭하는 펀치(110)를 구비하고 있다.

전단 가공 부품의 제조 장치(100)는 펀치(110)의 비커스 경도 및 다이(120)의 비커스 경도의 어느 하나의 낮은 쪽의 0.3배 이상 1.0배 미만의 비커스 경도를 갖는 고장력 강판을 피가공재(1)로 하여, 복수회의 전단 가공을 행함으로써, 복수의 전단 가공 부품을 제조하는 장치이다.

펀치(110)는 피가공재(1)에 대향하는 제1 선단면(111)과, 다이(120)로의 접근 방향을 기준으로 하여 제1 선단면(111)보다 후퇴한 제1 후퇴면(112)을 포함하는 제1 날끝(113)을 구비한다. 한편, 다이(120)는 피가공재(1)에 대향하는 제2 선단면(121)과, 펀치(110)로의 접근 방향을 기준으로 하여 제2 선단면(121)보다 후퇴한 제2 후퇴면(122)을 포함하는 제2 날끝(123)을 구비하고 있다.

다이(120)는 피가공재(1)가 적재되는 받침대이고, 펀치(110)의, 상기 펀치(110)의 축선에 수직인 단면에 있어서의 외측면(114)에 대해 소정의 클리어런스 c를 형성하는 내측면인 관통 구멍(124)이 상기 펀치(110)와 동축에 형성되어 있다.

압력판(130)은 다이(120) 위에 적재된 피가공재(1)를 다이(120)와의 사이에 끼워 넣어 고정하는 공구이고, 다이(120)와 마찬가지로, 상기 펀치(110)와 동축의 관통 구멍(131)이 형성되어 있다.

비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는 고장력강이나 초고장력강(이하, 통합하여 「고강도강」이라고 칭하는 경우가 있음)을 포함하는 피가공재를 전단 가공했을 때에 발생하는 공구 날끝의 결손에 관한 메커니즘은 상세하게는 알려져 있지 않다. 따라서, 본 발명자들은 실험에 의해 그 메커니즘을 확인하였다. 본 발명은 그 때에 얻은 지식을 기초로 완성시킨 것이다.

먼저, 본 발명자들은 인장 강도가 780㎫인 고장력 강판을 피가공재로 하여 전단 가공을 행한 경우의 공구 내구 시험을 행하였다. 이 공구 내구 시험의 결과, 공구 날끝의 손상이 일어나지 않은 경우라도, 최초에 1000샷까지 날끝이 거의 예각의 상태로부터 반경 0.05㎜ 이상으로 마모되는 것을 발견하였다.

이때, 공구 날끝이 이와 같은 큰 라운딩을 가짐에도, 피가공재의 전단 가공부에 있어서의 버는, 높이 100㎛ 이하의 경미한 것이었다. 날끝이 라운딩된 상태에서 돌발적인 결손을 방지할 수 있는 것은, 예를 들어 상술한 비특허문헌 2에 개시되어 있었지만, 지금까지 인장 강도가 780㎫ 미만인 강판(이하, 편의적으로 「연강판」이라고 함)을 피가공재로 하는 경우에는, 펀치 또는 다이 중 어느 한쪽의 날끝을 반드시 예각으로 하지 않으면, 큰 버가 발생하는 것이 알려져 있었다. 따라서, 연강판에서는 펀치 및 다이 양쪽의 날끝을 라운딩하거나, 혹은 모따기하면, 큰 버가 발생하는 것이 당업자의 기술 상식이고, 그와 같은 절삭 능력이 나쁜 공구 날끝을 갖는 공구를 굳이 적극적으로 사용하는 것은 행해지고 있지 않았다. 종래에는 고강도강을 포함하는 피가공재에 대해서도 마찬가지라고 일반적으로 생각되고 있었으므로, 절삭 능력이 나쁘다고 생각되는 공구 날끝을 사용하는 것은 피할 수 있었다.

강판의 경도(또는 인장 강도)에 따라 전단 가공부의 버 높이가 다른 이유는, 강판의 경도(또는 인장 강도)에 따라 강판의 연성이 다르기 때문이라고 생각되었다. 따라서, 피가공재로서 연강을 사용한 경우와 고강도강을 사용한 경우의 양쪽에 있어서의 버의 발생 상황을 조사하기 위해, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 전단 가공 시험을 행하였다.

도 2a 및 도 2b는 강판의 전단 가공 시에 있어서의 버의 발생 상황을 도시하는 부분 단면도이다. 도 2a는 인장 강도가 780㎫ 미만인 연강판을 피가공재(1A)로서 사용하는 경우를 도시하고, 도 2b는 인장 강도가 780㎫ 이상인 고장력 강판을 피가공재(1)로서 사용하는 경우를 도시하고 있다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 피가공재(1A)가 인장 강도 780㎫ 미만의 연성이 높은 연강판인 경우에는, 소성 유동 f가 충분히 일어난 후에 파단에 이르기 때문에, 공구(200)의 날끝(201)이 라운딩될 때에는 부분 A에 있어서 과대한 버가 발생하였다. 이에 대해, 도 2b에 도시한 바와 같이, 피가공재(1A)가 인장 강도 780㎫ 이상인 고장력 강판과 같은 연성이 부족한 재료인 경우에는, 소성 유동이 충분히 일어나지 않고, 공구(200)의 날끝(201)이 라운딩되어도 버 높이가 그다지 높아지지 않아 경미한 버가 부분 B에 있어서 발생하였다.

이상의 시험 결과로부터, 전단 가공부의 버 높이가 강판의 경도(또는 인장 강도)에 따라 다른 것은, 강판의 연성이 다르기 때문인 것이 추정되었다.

고장력 강판을 전단할 때의, 다이의 날끝과 펀치의 날끝이 결손될 때의 보다 상세한 메커니즘을 특정하기 위해, 다이의 날끝과 펀치의 날끝이 어떻게 결손되는지를 실험에 의해 확인하였다.

그 결과에 대해 도 3a 내지 도 3c를 사용하여 설명한다. 본 실험에서는 인장 강도 780㎫ 이상의 고장력 강판을 포함하는 피가공재(1)를, 각각이 예각인 공구 날끝을 갖는 펀치(300) 및 다이(310)에 의해 전단 가공하였다.

도 3a는 펀치(300) 및 다이(310)에 의해 피가공재(고장력 강판)(1)에 천공 가공을 할 때의 초기 과정을 도시하는 부분 단면도이고, 백색 화살표에 나타낸 바와 같이, 다이(310)에 대해 펀치(300)를 접근시켜 가는 상황을 도시하고 있다. 또한, 도 3a에 도시한 바와 같이, 펀치(300)의 날끝(301) 및 다이(310)의 날끝(311)의 양쪽 모두, 초기 과정에서는 직각인 각을 갖는 단면 형상을 갖고 있다.

도 3b는 도 3a보다도 펀치(300)를 다이(310)에 접근시킨 상태를 도시하는 부분 단면도이다. 펀치(300) 및 다이(310) 사이의 피가공재(1)가 전단될 때, 날끝(301, 311) 사이를 연결하는 직선을 경계로 하여, 피가공재(1)의 한쪽으로부터 다른 쪽, 다른 쪽으로부터 한쪽을 향하는 소성 유동이 형성된다. 이들 소성 유동은 유로가 좁아지는 날끝(301, 311) 사이에 있어서 특히 압력이 높고, 날끝(301, 311)을 자기의 흐름에 따라 밀어 젖히도록 가압하여 소성 변형시킨다.

그 결과, 날끝(301, 311)은 본래의 위치보다도 돌출된 돌기가 되지만, 펀치(300)를 다이(310)에 더 접근시켜 도 3c의 과정에 이르면, 날끝(301)은 소성 유동에 의한 가압력을 받아 펀치(300)의 외측면까지 이동하고, 결국 결손된다. 마찬가지로, 날끝(311)도 소성 유동에 의한 가압력을 받아 다이(310)의 내측면까지 이동하고, 그리고 결손된다.

이와 같은 날끝(301, 311)의 결손이 발생하는 원인으로서는, 다음과 같은 것이 추정되었다. 먼저, 전단 가공의 진행에 수반하여 날끝(301, 311) 사이의 간격이 좁아지고, 상술한 바와 같이 소성 유동이 형성된다. 그때, 만약 피가공재(1)가 연강이라면, 단단하지 않으므로, 날끝(301, 311)에 대해 높은 응력을 부하하기 전에, 소성 유동이 날끝(301, 311) 사이를 빠져나가 버린다.

그러나, 피가공재(1)가 고장력 강판인 경우, 그 경도로 인해, 날끝(301, 311)에 닿는 부분도 포함하여 크고 자유롭게 이동할 수 없다. 그로 인해, 피가공재(1) 중, 날끝(301, 311)에 닿는 부분은 높은 압력을 유지하여 멈춘 상태가 되고, 날끝(301, 311)에 대해 높은 응력을 계속해서 부하하여, 결국은 날끝(301, 311)의 각각을 본래의 위치보다도 압출하도록 소성 변형시키게 된다.

계속해서, 펀치(300)의 외측면에 압출된 날끝(301)은 이번에는, 펀치(300) 주위의 피가공재(1)와의 상대 변이에 의한 전단력을 받아 결손된다. 마찬가지로, 다이(310)의 내측면에 압출된 날끝(311)도, 다이(310) 내의 피가공재(1)와의 상대 변이에 의한 전단력을 받아 결손된다.

이상의 실험 결과를 포함하여 검토한 결과, 비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는 고장력강이나 초고장력강을 포함하는 피가공재를 전단 가공할 때에는, 연강에서는 회피되어 있던 라운딩이나 모따기를 적극적으로 공구의 날끝, 즉 펀치(300)의 날끝(301)과 다이(310)의 날끝(311)의 양쪽에 부여하는 것이, 공구의 돌발적인 날끝의 결손에 기인한 과대한 버를 억제하는 데 효과적이라고 판단되었다.

그리고, 본 발명자들은 공구 날끝에 부여하는 라운딩이나 모따기의 크기에 대해서도 상세 검토를 시도하였다. 이하에 그 검토 결과를 설명한다.

먼저, 공구 날끝에 라운딩을 부여하는 경우의 곡률 반경에 대해 검토하였다. 구체적으로는, 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이(펀치 및 다이 사이)의 클리어런스 c의 각각을 설정한 후, 공구 날끝에 발생하는 소성 변형량을 시뮬레이션 계산하였다. 시뮬레이션 계산 결과의 일례를, 도 4에 도시한다. 이 도 4의 예에서는, 소성 변형량의 크기를 색 구분하고 있고, 날끝 최선단인 부호 H의 개소에 있어서, 소성 변형량이 최댓값이 되어 있다. 이 소성 변형량이 허용 범위를 초과하는 것이라면, 공구 날끝에 있어서의 라운딩의 곡률 반경을 크게 하여 재계산하고, 소성 변형량이 상기 허용 범위 내가 되는 조건을 만족시키는 라운딩의 최소 곡률 반경을 구하였다. 그리고, 구해진 라운딩의 최소 곡률 반경을, 상기 설정에 있어서의 라운딩(R값)의 최솟값 Rmin으로 하였다.

상기와 같은 시뮬레이션 계산을, 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이의 클리어런스 c 각각의 조합을 바꾸면서 행하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

그리고, 상기 표 2의 시뮬레이션 계산 결과에 기초하여, 상기 Rmin을, 경도비 x 및 공구 사이의 클리어런스 c의 함수인 하기 (식 1)로 하여 구하였다.

(식 1)

여기서, Rmin의 단위는 (㎜)이고, e는 자연대수의 밑이다.

또한, c(㎜)는 공구 사이의 클리어런스이고, 천공 공구의 경우에는, 다이의 내측면과 펀치의 외측면 사이의 클리어런스를 나타낸다.

또한, x는 피가공재의 비커스 경도 Hw(㎫)를 공구의 비커스 경도 Ht(㎫)로 제산한 무차원수인 x=Hw/Ht를 나타내고, 또한 후술하는 이유에 의해 0.3≤x<1.0을 만족시키는 값이 되어 있다. 예를 들어, 천공 공구의 경우, x는 펀치에 있어서는 펀치의 비커스 경도로 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 다이에 있어서는 다이의 비커스 경도로 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이다.

상기 경도비 x의 하한값이 0.3(0.3≤x)인 이유는 표 1의 실험 결과에 기초하여 설명한 바와 같이, 본 발명이 상기 비율로서 0.3배 이상의 피가공재를 적용 대상으로 하고 있기 때문이다. 또한, 상기 경도비 x의 상한값이 1.0 미만(x<1.0)인 이유는, 피가공재의 비커스 경도 Hw가 공구의 비커스 경도 Ht를 초과하면 경도 밸런스가 역전하여 가공할 수 없기 때문이다. 이상의 이유로부터, 경도비는 0.3≤x<1.0을 만족시키는 값이 되어 있다.

시뮬레이션 계산 결과에 기초하여 얻은 상기 식 1의 타당성을 검증하기 위해, 본 발명자들은 펀치 및 다이 양쪽의 날끝을,

(1) 예각으로 한 경우와,

(2) 반경 0.01㎜의 라운딩을 부여한 경우와,

(3) 반경 0.04㎜의 라운딩을 부여한 경우와,

(4) 반경 0.05㎜의 라운딩을 부여한 경우와,

(5) 반경 0.50㎜의 라운딩을 부여한 경우와,

(6) 반경 0.60㎜의 라운딩을 부여한 경우와,

(7) 반경 1.00㎜의 라운딩을 부여한 경우

의 각각에 대해, 직경 10㎜의 천공 가공을 반복하는 공구 내구 시험을 행하였다.

피가공재로서는, 인장 강도가 270㎫인 연강판, 590㎫ 강판, 780㎫ 고장력 강판의 3강종을 사용하였다. 그리고, 펀치 및 다이 사이의 클리어런스를 15%t[%t는 피가공재의 판 두께에 대한 클리어런스 폭의 비율을 나타냄. 본 예의 경우에는, 피가공재의 판 두께를 t(㎜)로 한 경우에, 클리어런스는 0.15×t(㎜)가 됨.]로 하여, 최대 2만샷의 연속 천공 가공을 행하였다.

도 5에 공구 날끝이 파손될 때까지의 샷수를 막대 그래프로 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 연강판(270㎫ 강판)이나 590㎫ 강판을 피가공재로 한 경우에는, 어떤 라운딩 치수의 공구 조건이라도, 공구 날끝은 파손되지 않았다(도 5 중의 화살표는 2만샷 후라도 파손이 없었던 것을 나타냄. 이하, 그 외의 도면의 막대 그래프도 마찬가지임.). 한편, 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 한 경우에는 공구 날끝이 예각인 케이스와 R 0.01㎜인 케이스와 R 0.04㎜인 케이스에 있어서 공구 날끝의 파손이 발생한 것에 비해, 본 발명예인 R 0.05㎜ 내지 R1.00㎜인 케이스에서는 공구 날끝의 파손이 발생하지 않았다. 또한, 사용한 공구의 비커스 경도는 653Hv, 연강판의 비커스 경도는 82Hv, 590㎫ 강판의 비커스 경도는 184Hv, 780㎫ 고장력 강판의 비커스 경도는 245Hv였다. 또한, 각 강판과 비커스 경도값의 대응 관계는 본 실시 형태에 기재된 다른 실험에 있어서도 마찬가지이다.

보다 상세하게 말하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 라운딩이 반경 0.04㎜ 이하인 상기 (1) 내지 (3)의 경우에 비해, 라운딩을 반경 0.05㎜ 이상으로 한 상기 (4) 내지 (7)의 경우에 있어서, 공구 수명의 현저한 연장이 확인되었다. 당연히, 공구 날끝의 돌발적인 결손에 기인하는 과대한 버도 발생하지 않았다.

먼저 나타낸 상기 식 1을 구한 시뮬레이션 계산 결과에 있어서도, 라운딩의 반경을 0.05㎜ 이상으로 함으로써 소성 변형량이 억제되는 것이 확인되어 있다. 따라서, 상기 식 1에 기초하여, 날끝에 부여하는 라운딩의 하한값 Rmin을 추정하는 것이 유효한 것이 확인되었다.

계속해서, 공구 날끝의 라운딩의 상한값 Rmax에 대해 검토하였다.

공구 날끝의 라운딩 치수가 필요 이상으로 지나치게 크면, 전단 가공 후의 피가공재에 발생하는 버의 높이 치수가 허용 이상으로 높아지는 경향이 있으므로, 허용할 수 있는 버 높이에 대응하는 라운딩 치수에 기초하여 상한값을 정하는 것으로 하였다. 구체적으로는, 상기 (1) 내지 (7) 각각의 케이스에 있어서, 전단 가공을 행하고, 소정의 샷수마다 버 높이를 구하였다.

도 6a 내지 도 6c에, 연속 천공 가공에 의해 형성한 구멍부에서의 버 높이가 샷수에 수반하여 추이하는 모습을 그래프로 나타낸다. 도 6a는 연강판을 피가공재로 한 경우의 그래프이다. 도 6b는 590㎫ 강판을 피가공재로 한 경우의 그래프이다. 도 6c는 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 한 경우의 그래프이다. 또한, 이들 피가공재 중에서 본 발명이 대상으로 하는 것은, 도 6c에 도시하는 780㎫ 고장력 강판이고, 도 6a 및 도 6b는 참고로서 도시한 것이다.

도 6a 및 도 6b의 그래프에 도시한 바와 같이, 연강판이나 590㎫ 강판을 피가공재로 한 경우는 공구 날끝을 예각이나 R 0.01㎜의 라운딩으로 한 케이스를 제외하고, 전체의 샷수를 통해 버 높이가 0.2㎜ 이상이었다.

한편, 도 6c에 도시한 바와 같이, 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 한 경우에는 공구 날끝의 라운딩이 R 0.5㎜ 이하에 있어서 버 높이를 0.2㎜ 이하로 억제할 수 있었지만, 공구 날끝의 라운딩이 R 0.6㎜ 이상에서는 버 높이가 급격하게 높아지고 있는 것이 확인되었다.

보다 구체적으로 말하면, 도 6c에 도시한 바와 같이, 라운딩의 곡률 반경이 0.6㎜ 이상인 (6) 내지 (7)의 경우에는 버 높이가 허용 범위 내로 억제되지 않지만, 라운딩의 곡률 반경이 0.5㎜ 이하인 (2) 내지 (5)의 경우에 있어서는 버 높이가 허용 범위 내로 억제되는 것이 확인되었다.

도 6c의 실험 결과를 받고, 780㎫급 강 이상의 고장력강이나 초고장력강을 피가공재로 하여, 상기 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이(펀치 및 다이 사이)의 클리어런스 c의 조합을 바꾼 경우에 대해, 버 높이가 억제되는, 공구 날끝의 라운딩의 곡률 반경의 최댓값 Rmax의 경향을 구하는 실험을 행하였다.

즉, 고장력강이나 초고장력강을 피가공재로 하여, 상기 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이(펀치 및 다이 사이)의 클리어런스 c의 조합을 복수 설정한 후, 각각의 케이스에 대해, 연속 천공 가공을 상한 2만샷으로 하여 행하였다. 그리고, 각 설정 조건 하에서, 버 높이가 0.2㎜ 이하로 억제된 공구 날끝의 라운딩의 곡률 반경의 최댓값을 상기 Rmax로서 구하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

그리고, 상기 표 3의 실험 결과에 기초하여, 상기 Rmax를, 경도비 x 및 공구 사이의 클리어런스 c의 함수인 하기 (식 2)로서 구하였다.

(식 2)

여기서, Rmax의 단위는 (㎜)이고, 경도비 x나 클리어런스 c 등에 대해서는, 상기 (식 1)에 있어서 설명한 것과 동일하다.

이상의 실험 결과로부터, 780㎫급 강을 포함하는 고장력강을 피가공재로 하는 경우, 발생하는 버 높이가 허용될 정도로 경미하며 또한 공구 날끝의 돌발적인 결손을 발생시키지 않기 위해서는, 공구 날끝의 곡률 반경을 0.05㎜ 내지 0.5㎜로 할 필요가 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 피가공재의 대상을 초고장력강도 포함하는 보다 넓은 범위로 한 경우에는, 공구 날끝의 곡률 반경을 상기 Rmin 이상 상기 Rmax 이하의 범위 내로 함으로써, 발생하는 버가 허용될 정도로 경미하며 또한 공구 날끝의 돌발적인 결손을 발생시키지 않는 것을 알 수 있었다.

또한, 펀치 및 다이 양쪽의 공구 날끝을, 일련의 전단 가공의 개시 시에, 반경 0.05㎜ 내지 0.5㎜, 또는 상기 Rmin 이상 상기 Rmax 이하로 라운딩하기 위한 수단으로서는, NC 가공기에 의한 연삭 등이 예시된다.

따라서, 펀치(110) 및 다이(120)를 구비하고, 피가공재(1)인 최대 인장 강도가 780㎫급인 다수매의 고장력 강판에 연속해서 전단 가공을 행함으로써 전단 가공 부품을 양산하는 전단 가공 부품의 제조 장치(100)에 있어서는, 펀치(110) 및 다이(120) 양쪽의 공구 날끝(113, 123)이, 일련의 전단 가공의 개시 시에, 반경 0.05㎜ 내지 0.5㎜로 라운딩되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 피가공재(1)의 대상을 초고장력강도 포함하는 보다 넓은 범위로 한 경우에는, 공구 날끝(113, 123)의 반경이 상기 Rmin 이상 상기 Rmax 이하인 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

상기 구성을 갖는 펀치(110) 및 다이(120)를 구비하는, 전단 가공 부품의 제조 장치(100)에 의하면, 최대 인장 강도가 780㎫급인 고장력 강판, 또는 그 이상의 최대 인장 강도를 갖는 초고장력강을 다수매, 연속해서 전단 가공을 행한 경우, 발생하는 버가 허용될 정도로 경미하며 또한 공구 날끝(113, 123)의 돌발적인 결손이 발생하지 않고, 전단 가공 부품을 양산하는 것이 가능해진다.

계속해서, 공구 날끝에 모따기 C를 부여하는 경우에 대해서도 검토하였다. 구체적으로는, 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이(펀치 및 다이 사이)의 클리어런스 c의 각각을 어느 값으로 가정한 후에, 공구 날끝에 발생하는 소성 변형량을 시뮬레이션 계산하였다. 시뮬레이션 계산의 결과는 먼저 설명한 도 4와 마찬가지로, 소성 변형량의 크기에 따라 색 구분하였다(도 4와 마찬가지이므로 도시 생략).

그리고, 소성 변형량의 최댓값이 허용 범위를 초과하는 것이라면, 공구 날끝에 있어서의 모따기 치수 C를 크게 하여 재계산하고, 소성 변형량이 상기 허용 범위 내가 되는 조건을 만족시키는 모따기 치수 C를 구하였다. 그리고, 구해진 모따기 치수 C를, 상기 설정에 있어서의 최솟값 αmin으로 하였다.

또한, 모따기 C의 각 치수의 대응 관계는 도 7에 도시한 바와 같다. 도 7에 있어서, 백색 화살표 a가 펀치(110)의 이동 방향을 나타내고, 부호 l이 펀치(110)의 선단면(111)(제1 선단면)의 접선을 나타내고, 부호 112가 제1 후퇴면인 모따기를 나타내고, 부호 114가 측면(외측면)을 나타내고 있다.

선단면(111)의 접선 l에 대한 경사 각도 θ로서는 45°를 설정하고 있다. 이 θ에 대해서도 별도 검토한바, 10°<θ<60°의 범위 내이면 상기 αmin으로의 영향이 적은 것이 확인되어 있다. 따라서, 변수를 줄여 데이터를 취급하기 쉽게 하기 위해 θ=45°로 고정한 후, 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이의 클리어런스 c 각각의 조합을 바꾸면서 상기 시뮬레이션 계산을 행하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다.

그리고, 상기 표 4의 시뮬레이션 결과에 기초하여, 상기 αmin을 경도비 x 및 공구 사이의 클리어런스 c의 함수인 하기 (식 3)으로서 구하였다.

(식 3)

여기서, e는 자연대수의 밑이다.

또한, c(㎜)는 상기 다이(120)의 내측면(124)과 상기 펀치(110)의 외측면(114) 사이의 클리어런스를 나타낸다.

또한, x는 피가공재(1)의 비커스 경도 Hw(㎫)를 공구의 비커스 경도 Ht(㎫)로 제산한 무차원수인 x=Hw/Ht를 나타내고, 또한 전술한 이유에 의해 0.3≤x<1.0을 만족시키는 값이 되어 있다. 예를 들어, 천공 공구의 경우, x는 펀치(110)에 있어서는 펀치(110)의 비커스 경도로 피가공재(1)의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 다이(120)에 있어서는 다이(120)의 비커스 경도로 피가공재(1)의 비커스 경도를 제산한 경도비이다.

시뮬레이션 계산 결과에 기초하여 얻은 상기 식 3의 타당성을 검증하기 위해, 본 발명자들은 펀치(110) 및 다이(120)의 양쪽의 날끝을,

(8) 예각으로 한 경우와

(9) C 0.01㎜의 모따기를 부여한 경우와,

(10) C 0.04㎜의 모따기를 부여한 경우와,

(11) C 0.05㎜의 모따기를 부여한 경우와,

(12) C 0.50㎜의 모따기를 부여한 경우와,

(13) C 0.60㎜의 모따기를 부여한 경우와,

(14) C 1.00㎜의 모따기를 부여한 경우와,

각각에 대해, 직경 10㎜의 연속 천공 가공을 대상으로 하여 공구 내구 시험을 행하였다.

피가공재로서는, 인장 강도가 270㎫인 연강판, 590㎫ 강판, 780㎫ 고장력 강판의 3강종을 사용하여, 펀치 및 다이 사이의 클리어런스를 15%t[%t는 피가공재의 판 두께에 대한 클리어런스 폭의 비율을 나타냄. 본 예의 경우에는, 피가공재의 판 두께를 t(㎜)로 한 경우에, 클리어런스는 0.15×t(㎜)가 됨]로 하여 최대 2만샷의 연속 천공 가공을 행하였다.

도 8에 공구 날끝이 파손될 때까지의 샷수를 막대 그래프로 도시한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 연강판이나 590㎫ 강판을 피가공재로 한 경우에는, 어떤 모따기 조건이라도 공구 날끝은 파손되지 않았다. 한편, 780㎫급 강 장력 강판을 피가공재로 한 경우에는, 공구 날끝이 예각인 케이스와 C 0.01㎜인 케이스와 C 0.04㎜인 케이스에 있어서 공구 파손이 발생한 것에 대해, 본 발명예인 C 0.05㎜ 내지 C1.00㎜의 케이스에서는, 공구 날끝의 파손이 발생하지 않았다.

보다 자세하게 말하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 모따기가 C 0.04㎜ 이하인 상기 (8) 내지 (10)의 경우에 비해, 모따기를 C 0.05㎜ 이상으로 한 상기 (11) 내지 (14)의 경우에 있어서, 공구 수명의 현저한 연장이 확인되었다. 당연히, 공구 날끝의 돌발적인 결손에 기인하는 과대한 버도 발생하지 않았다.

먼저 나타낸 상기 식 3을 구한 시뮬레이션 계산 결과에 있어서도, 모따기를 C 0.05㎜ 이상으로 함으로써 소성 변형량이 억제되는 것이 확인되어 있다. 따라서, 상기 식 3에 기초하여, 공구 날끝에 부여하는 모따기 치수의 하한값 αmin을 추정하는 것이 유효한 것이 확인되었다.

계속해서, 공구 날끝의 모따기 치수의 상한값 αmax에 대해 검토하였다.

즉, 공구 날끝의 모따기 치수가 필요 이상으로 지나치게 크면, 전단 가공 후의 피가공재에 발생하는 버의 높이 치수가 허용 이상으로 높아지는 경향이 있으므로, 허용할 수 있는 버 높이에 대응하는 모따기 치수에 기초하여 상한값을 정하는 것으로 하였다. 구체적으로는, 상기 (8) 내지 (14) 각각의 케이스에 있어서, 전단 가공을 행하여, 소정의 샷수마다 버 높이를 구하였다.

도 9a 내지 도 9c는 연속 천공 가공에 의해 형성한 구멍부에서의 버 높이가 샷수에 수반하여 추이하는 모습을 도시하는 그래프이다. 도 9a는 연강판을 피가공재로 한 경우의 그래프이다. 도 9b는 590㎫ 강판을 피가공재로 한 경우의 그래프이다. 도 9c는 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 한 경우의 그래프이다. 또한, 이들 피가공재 중에서 본 발명의 대상으로 하는 것은, 도 9c에 도시하는 780㎫ 고장력 강판의 경우이고, 도 9a 및 도 9b는 참고로서 도시한 것이다.

도 9a 및 도 9b의 그래프에 도시한 바와 같이, 연강판이나 590㎫ 강판을 피가공재로 한 경우에는, 공구 날끝을 예각이나 C 0.01㎜로 한 케이스를 제외하고, 전체의 샷수를 통해 버 높이가 0.2㎜ 이상이었다.

한편, 도 9c에 도시한 바와 같이, 780㎫ 고장력 강판을 피가공재로 한 경우에는, 공구 날끝의 모따기 치수가 C 0.50㎜ 이하에 있어서 버 높이를 0.2㎜ 이하로 억제할 수 있었지만, 공구 날끝의 모따기가 C 0.60㎜ 이상에서는 버 높이가 급격하게 높아지고 있는 것이 확인되었다.

보다 구체적으로 말하면, 도 9c에 도시한 바와 같이, 모따기 치수가 C 0.60㎜ 이상인 (13) 내지 (14)의 경우에서는 버 높이가 허용 범위 내로 억제되지 않지만, 모따기 치수가 C 0.50㎜ 이하인 (9) 내지 (12)의 경우에 있어서는 버 높이가 허용 범위 내로 억제되는 것이 확인되었다.

도 9c의 실험 결과를 받고, 780㎫급 강 이상의 고장력강이나 초고장력강을 피가공재로 하여, 상기 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이(펀치 및 다이 사이)의 클리어런스 c의 조합을 바꾼 경우에 대해, 모따기 치수의 최댓값 αmax의 경향을 구하는 실험을 행하였다.

즉, 고장력강이나 초고장력강을 피가공재로 하여, 상기 피가공재의 비커스 경도 Hw, 공구의 비커스 경도 Ht, 그리고 공구 사이(펀치 및 다이 사이)의 클리어런스 c의 조합을 복수 설정한 후, 각각의 케이스에 대해, 연속 천공 가공을 상한 2만샷으로 하여 행하였다. 그리고, 각 설정 조건 하에서, 버 높이가 0.2㎜ 이하로 억제된 공구 날끝의 모따기 치수의 최댓값을, 상기 αmax로서 구하였다. 그 결과를 하기 표 5에 나타낸다.

그리고, 상기 표 5의 실험 결과에 기초하여, 상기 αmax를, 경도비 x 및 공구 사이의 클리어런스 c의 함수인 하기 (식 4)로서 구하였다.

(식 4)

여기서, αmax의 단위는 (㎜)이고, 경도비 x나 클리어런스 c 등에 대해서는, 상기 (식 3)에 있어서 설명한 것과 동일하다.

이상의 실험 결과로부터, 780㎫급 강 이상의 고장력강이나 초고장력강을 피가공재로 하는 경우에는, 발생하는 버가 허용될 정도로 경미하며 또한 공구 날끝의 돌발적인 결손이 발생하지 않기 위한 공구 날끝의 모따기 치수는 C 0.05㎜ 내지 C 0.5㎜인 것이 요구되었다. 또한, 피가공재의 대상을 초고장력강도 포함하는 보다 넓은 범위로 한 경우에는, 공구 날끝의 모따기 치수가 상기 αmin 이상 상기 αmax 이하의 범위 내로 함으로써, 발생하는 버가 허용될 정도로 경미하며 또한 공구 날끝의 돌발적인 결손이 발생하지 않는 것이 요구되었다.

또한, 펀치 및 다이 양쪽의 공구 날끝을, 일련의 전단 가공의 개시 시에, C 0.05㎜ 내지 C 0.5㎜, 또는 상기 αmin 이상 상기 αmax 이하로 모따기하기 위한 수단으로서는, NC 가공기에 의한 연삭 등이 예시된다.

따라서, 펀치(110) 및 다이(120)를 구비하여, 피가공재(1)인 최대 인장 강도가 780㎫급인 다수매의 고장력 강판에 연속해서 전단 가공을 행함으로써 전단 가공 부품을 양산하는 전단 가공 부품의 제조 장치(100)에 있어서는, 펀치(110) 및 다이(120)의 양쪽의 공구 날끝(113, 123)이, 일련의 전단 가공의 개시 시에, C 0.05㎜ 내지 C 0.5㎜로 모따기되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 피가공재(1)의 대상을 초고장력강도 포함하는 보다 넓은 범위로 한 경우에는, 공구 날끝(113, 123)의 모따기 치수를, 상기 αmin 이상 상기 αmax 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

이 전단 가공 부품의 제조 장치에 의하면, 피가공재(1)인 최대 인장 강도가 780㎫급인 고장력 강판, 또는 그 이상의 최대 인장 강도를 갖는 초고장력강을 다수매, 연속해서 전단 가공을 행함으로써, 발생하는 버가 허용될 정도로 경미하며 또한 공구 날끝의 돌발적인 결손이 발생하지 않고, 전단 가공 부품을 양산하는 것이 가능해진다.

이상 설명의 본 실시 형태의 골자를 이하에 정리한다.

(A) 본 실시 형태에 관한 전단 가공 부품의 제조 방법 및 제조 장치는 펀치(110)의 비커스 경도 및 다이(120)의 비커스 경도 중 어느 하나의 낮은 쪽의 0.3배 이상 1.0배 미만의 비커스 경도를 갖는 피가공재(1)에 대해, 상기 펀치(110) 및 상기 다이(120)를 사용하여 복수회의 전단 가공을 행함으로써, 복수의 전단 가공 부품을 제조하는 방법이며, 상기 다이(120)에 상기 피가공재(1)를 고정하는 공정과, 상기 펀치(110)와 상기 다이(120)를 상대적으로 접근시켜 상기 피가공재(1)의 펀칭 가공을 행하는 공정을 포함하는 상기 전단 가공을 복수회 행하고, 이들 일련의 전단 가공의 개시 시에, 상기 피가공재(1)에 대향하는 제1 선단면(111)과, 상기 다이(120)로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제1 선단면(111)보다 후퇴한 제1 후퇴면(112)을 포함하는 제1 날끝(113)을 구비하는 상기 펀치(110)와; 상기 피가공재(1)에 대향하는 제2 선단면(121)과, 상기 펀치(110)로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제2 선단면(121)보다 후퇴한 제2 후퇴면(122)을 포함하는 제2 날끝(123)을 구비하는 상기 다이(120)를 사용하여 상기 전단 가공을 행한다.

(B) 상기 (A)에 있어서, 상기 제1 선단면(111)에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제1 후퇴면(112)이, 하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 상기 제1 선단면(111)의 접선 l에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이고; 상기 제2 선단면(121)에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제2 후퇴면(122)이, 하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는 상기 제2 선단면(121)의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이도록 해도 된다.

(식 1)

(식 2)

(식 3)

(식 4)

여기서, e는 자연대수의 밑이고, c(㎜)는 상기 다이(120)의 내측면과 상기 펀치(110)의 외측면 사이의 클리어런스를 나타내고, x는 상기 펀치(110)에 있어서는 상기 펀치(110)의 비커스 경도로 상기 피가공재(1)의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 상기 다이(130)에 있어서는 상기 다이(130)의 비커스 경도로 상기 피가공재(1)의 비커스 경도를 제산한 경도비이며, 또한 0.3≤x<1.0을 만족시킨다.

(C) 상기 (B)의 경우, 상기 제1 후퇴면(112) 및 상기 제2 후퇴면(122) 중 어느 한쪽 혹은 양쪽이 0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 곡률을 갖는 곡면이고; 상기 제1 후퇴면(112) 및 상기 제2 후퇴면(122) 중 어느 한쪽 혹은 양쪽이 C 0.05㎜ 이상 C 0.5㎜ 이하의 모따기이도록 해도 된다.

그리고, 상기 (A) 내지 (C)의 방법에 의하면, 비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는 고장력강이나 초고장력강을 포함하는 피가공재(1)라도, 돌발적인 날끝의 결손이 발생하지 않고 저비용으로 전단 가공 부품을 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 이하에 설명하는 바와 같이, 공구 날끝에 라운딩을 부여하는 경우와 모따기를 부여하는 경우의 어느 것에 있어서도, 전단 가공 전의 피가공재(1)의 표면에, 표면 탈탄 처리, 도금 처리 및 개체 윤활 처리 중 어느 하나가 실시되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 표면 처리가 다른 강판에 있어서도 조사를 행하였다. 그 실험 결과를 도 10에 도시한다. 도 10은 공구 날끝에 곡률 반경 0.05㎜의 라운딩을 형성한 공구를 사용하여 피가공재에 연속 천공 가공을 행하였을 때의, 피가공재에 있어서의 버 높이의 추이를 샷수마다 도시한 그래프이다. 그리고, 피가공재로서, 용융 아연 도금을 실시한 피가공재를 사용한 경우와, 무처리의 피가공재를 사용한 경우를 비교하고 있다. 이 비교 결과로부터 명확해진 바와 같이, 피가공재에 용융 아연 도금을 실시한 경우는 무처리의 경우에 비해 버 높이를 반감시킬 수 있는 것이 확인되었다. 피가공재에 용융 아연 도금을 실시한 경우, 공구 날끝에 가해지는 충격력을 용융 아연 도금층이 완화되고, 그 결과, 공구 날끝의 마모(라운딩의 곡률의 대경화)를 억제할 수 있으므로, 버 높이의 증가가 억제되어 있다고 생각되었다.

이상에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 피가공재의 표면에 용융 아연 도금을 실시하고 있으면, 무처리의 경우에 비해 버 높이가 더욱 억제된다는 결과가 얻어졌다. 또한, 표면 처리로서는 용융 아연 도금만으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 공구 날끝에 라운딩을 부여하는 경우와 모따기를 부여하는 경우의 어느 것에 있어서도, 펀치 및 다이의 어느 것에 있어서도, 공구 날끝의 전부를 라운딩하거나, 혹은 모따기할 필요는 없고, 돌발적인 결손이 발생할 우려가 있는 부분이 경험 등에 의해 사전에 판명되어 있는 경우에는, 이와 같은 부분의 날끝만을 라운딩하거나, 혹은 모따기하도록 해도 된다.

또한, 공구 측면에 비교하여 상대적으로 그 밖의 부위의 마찰 계수를 높임으로써, 피가공재를 전단 가공할 때의, 상기 그 밖의 부위에 맞닿는 재료의 소성 유동을 한층 더 억제할 수 있고, 이에 의해, 버 높이를 더욱 저감할 수 있다.

도 11은 본 실시 형태에 관한 전단 가공 부품의 제조 장치에 있어서의, 펀치(110) 및 다이(120) 각각의 공구 날끝을 확대하여 도시한 단면도이다.

공구 측면 이외의 부위의 마찰 계수를 상대적으로 높이는 수단으로서는, 예를 들어 공구의 연마를, 펀치(110) 및 다이(120) 각각의 외측면(114), 관통 구멍(124)[이하, 내측면(124)이라고도 함]만으로 하는 것(이하, 「구분 연마」라고 함)이 예시된다. 구분 연마를 사용한 경우, 예를 들어 외측면(114), 내측면(124)을 제외한 부위(119, 129)의 마찰 계수를 0.2 정도, 외측면(114), 내측면(124)의 마찰 계수를 0.1 정도로 할 수 있다. 그 결과, 버 높이를 더욱 저감할 수 있다.

외측면(114), 내측면(124) 이외의 부위(119, 129)의 마찰 계수를 상대적으로 높이는 다른 수단으로서는, 예를 들어 펀치(110) 및 다이(120)를 미리 연질의 공구강으로 제작해 두고, 펀치(110)의 외측면(114)에만 질화 처리나 코팅 처리를 행하는 방법도 사용할 수 있다. 또한, 마찰 계수를 증가시키는 코팅이나 미세한 요철을 형성하는 표면 처리에 의해, 외측면(114), 내측면(124) 이외의 부위(119, 129)의 마찰 계수를 상대적으로 높이는 것이 가능하다.

마찰 계수는 피가공재(1)가 되는 강판에 공구를 압박하여 미끄럼 이동시키는 시험(일반적으로, 마찰 계수의 측정 방법으로서 사용되고 있는 시험)에 의해 측정된다. 그 값은, 미끄럼 이동 저항을 누르는 압력에 의해 제산한 값으로서 규정된다. 또한, 미끄럼 이동 시험의 공시재로서는, 전단 가공 시의 미끄럼 이동을 모의하기 위해, 공구 자체, 또는 접촉부의 면적이 1.0㎟ 이상이 되도록 공구의 일부를 잘라내어 사용할 수 있다. 미끄럼 이동 시험 시의 누르는 압력은 50㎫ 내지 300㎫ 정도, 미끄럼 이동 속도는 10㎜/초 내지 400㎜/초 정도로 하는 것이 바람직하다.

펀치(110) 및 다이(120)의 재질은 이러한 종류의 공구강으로서 주지 관용의 공구강을 사용할 수 있다. 예를 들어, SKH51과 같은 하이스나 SKD11과 같은 다이스 강철 또는 V40 정도의 초강(超鋼) 등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 후퇴면이나 구분 연마의 효과를 검증하기 위해, 직경 10㎜의 천공 가공을 대상으로 하여 공구 내구 시험을 행하였다. 피가공재로서는, 780㎫ 고장력 강판을 사용하고, 펀치(110) 및 다이(120) 사이의 클리어런스 c를 15%t[%t는 피가공재의 판 두께에 대한 클리어런스 폭의 비율을 나타냄. 본 예의 경우에는, 피가공재의 판 두께를 t(㎜)로 한 경우에, 클리어런스는 0.15×t(㎜)가 됨] 하에서, 최대 2만샷의 연속 천공 가공을 행하였다.

연속 천공 가공 시에는 펀치(110) 및 다이(120) 양쪽의 날끝 형상을, 예각, R 0.5㎜, C 0.5㎜의 3케이스로 하고, 또한 R 0.5㎜와 C 0.5㎜에 관해서는, 공구 전체면에 더욱 연마한 조건과, 공구 측면에만 더욱 연마한 조건의 2종의 공구를 준비하였다.

이때, 미끄럼 이동 시험에 의해 측정한 마찰 계수는 더욱 연마한 부위에 있어서 0.1 정도가 되고, 더욱 연마하지 않은 부분에 있어서는 0.25가 되었다.

도 12에 공구가 파손될 때까지의 샷수를 막대 그래프로 도시한다.

도 12에 도시한 바와 같이, 공구 날끝이 예각인 경우에는 공구 파손이 발생하였지만, 본 발명예인 R 0.05㎜와 C 0.05㎜의 조건에서는, 공구의 연마 상태에 관계없이 공구 파손은 발생하지 않았다.

도 13에 천공 가공 후의 구멍부에 있어서의 버 높이의 샷수에 수반하는 추이를 그래프로서 나타낸다.

도 13에 도시한 바와 같이, 어떤 공구라도 버 높이는 0.2㎜ 이하였지만, 측면에만 더욱 연마하는 구분 연마를 행한 공구의 경우는, 전체면을 연마한 공구의 경우보다도 명확하게 버 높이가 낮아졌다.

상기 설명의 구분 연마에 있어서는, 공구의 측면 부위와 그 밖의 부위로 둘로 나누었지만, 더욱 바람직하게는 펀치(110)의, 피가공재(1)에 대향하는 제1 선단면(111), 공구 날끝(113)을 포함하는 제1 후퇴면(112)(라운딩을 부여한 R부) 및 외측면(114) 중, 상기 제1 후퇴면(112)의 마찰 저항이 가장 높은 제1 조건과; 다이(120)의, 피가공재(1)에 대향하는 제2 선단면(121), 공구 날끝(123)을 포함하는 제2 후퇴면(122)(라운딩을 부여한 R부) 및 내측면(124) 중, 제2 후퇴면(122)의 마찰 저항이 가장 높은 제2 조건 중 적어도 한쪽을 만족시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 조건과 상기 제2 조건의 양쪽을 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 더욱 상세하게 설명하면, 제1 후퇴면(112)(라운딩을 부여한 R부), 계속해서 제1 선단면(111), 또한 계속해서 외측면(114)의 순으로 마찰 저항이 높고; 또한, 제2 후퇴면(122)(라운딩을 부여한 R부), 계속해서 제2 선단면(121), 또한 계속해서 내측면(124)의 순으로 마찰 저항이 높은 것이 가장 바람직하다.

상기와 같은 마찰 저항차를 채용함으로써, 펀치(120)의 제1 후퇴면(112) 및 다이(120)의 제2 후퇴면(122)의 양쪽에 있어서의 절삭도를 높일 수 있고, 또한 피가공재(1)에서의 버 높이를 보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 이 효과를 확인하기 위해, 공구 날끝에 라운딩을 부여한 공구에 대해, 공구 선단면, 공구 날끝 R부, 공구 측면의 각각의 사이에서 마찰 저항차를 형성하여 실험을 행하였다. 실험 시에는 펀치(110) 및 다이(120) 사이의 클리어런스를 15%t[피가공재의 판 두께를 t(㎜)로 한 경우에 0.15×t(㎜)가 되는 클리어런스]로 하여, 최대 1만샷의 연속 천공 가공을 행하였다. 실험 결과를 하기 표 6에 나타낸다.

상기 표 6의 예를 들어 번호 105에 나타낸 바와 같이, 마찰 저항을 크기순으로 배열한 경우에, 공구 날끝 R부, 선단면, 그리고 측면의 순서가 되는 케이스에 있어서, 버 높이가 0.04㎜로 억제되는 것이 확인되었다.

상기 표 6은 공구 날끝에 라운딩을 부여한 경우를 나타내는 실험 결과였지만, 공구 날끝에 모따기를 부여한 경우에 대해서도 동일한 것이라고 할 수 있다.

즉, 펀치(110)의, 피가공재(1)에 대향하는 제1 선단면(111), 모따기부를 갖는 제1 후퇴면(112) 및 외측면(114) 중, 상기 제1 후퇴면(112)의 마찰 저항이 가장 높은 제3 조건과; 다이(120)의, 피가공재(1)에 대향하는 제2 선단면(121), 모따기부를 갖는 제2 후퇴면(122) 및 내측면(124) 중, 제2 후퇴면(122)의 마찰 저항이 가장 높은 제4 조건 중 적어도 한쪽을 만족시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 조건과 상기 제4 조건의 양쪽을 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 더욱 상세하게 설명하면, 제1 후퇴면(112), 계속해서 제1 선단면(111), 또한 계속해서 외측면(114)의 순으로 마찰 저항이 높고; 또한, 제2 후퇴면(122), 계속해서 제2 선단면(121), 또한 계속해서 내측면(124)의 순으로 마찰 저항이 높은 것이 가장 바람직하다.

모따기의 경우에 있어서도, 상기와 같은 마찰 저항차를 채용함으로써, 펀치(110)의 제1 후퇴면(112) 및 다이(120)의 제2 후퇴면(122)의 양쪽에 있어서의 절삭도를 높일 수 있고, 또한 피가공재(1)에서의 버 높이를 보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 이 효과를 확인하기 위해, 공구 날끝을 모따기한 공구에 대해, 공구 선단면, 공구 날끝 모따기부, 공구 측면, 각각의 사이에서 마찰 저항차를 형성하여 실험을 행하였다. 실험 시에는 펀치(110) 및 다이(120) 사이의 클리어런스를 15%t[피가공재의 판 두께를 t(㎜)로 한 경우에 0.15×t(㎜)가 되는 클리어런스]로 하여, 최대 1만샷의 연속 천공 가공을 행하였다. 실험 결과를 하기 표 7에 나타낸다.

상기 표 7의, 예를 들어 번호 122에 나타낸 바와 같이, 마찰 저항을 크기순으로 배열한 경우에, 모따기부, 선단면, 그리고 측면의 순서가 되는 케이스에 있어서, 버 높이가 0.04㎜로 억제되는 것이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 공구 날끝 형상으로서 전술한 (A) 내지 (C)를 채용하는 것 외에, 이하의 (D)를 더 채용해도 된다.

(D) 상기 (A) 내지 (C) 중 어느 한 항에 기재된 형태에 있어서, 상기 펀치(110)의, 상기 제1 선단면(111), 상기 제1 후퇴면(112) 및 외측면(114) 중, 상기 제1 후퇴면(112)의 마찰 저항이 가장 높은 제1 조건과, 상기 다이(120)의, 상기 제2 선단면(121), 상기 제2 후퇴면(122) 및 내측면(124) 중, 상기 제2 후퇴면(122)의 마찰 저항이 가장 높은 제2 조건 중 적어도 한쪽을 만족시킨다.

또한, 하기 (E)를 채용해도 된다. 이 경우, 전술한 바와 같이, 무처리의 경우에 비해 공구 수명을 더욱 연장시키는 것이 가능해진다.

(E) 상기 (A) 내지 (D) 중 어느 한 항에 기재된 형태에 있어서, 상기 피가공재(1)에, 표면 탈탄 처리, 도금 처리 및 개체 윤활 처리 중 어느 하나를 미리 실시해 둔다.

또한, 펀치(110)의 공구 날끝(113) 및 다이(120)의 공구 날끝(123)의 양쪽에 라운딩을 부여하는 구성이나, 펀치(110)의 공구 날끝(113) 및 다이(120)의 공구 날끝(123)의 양쪽에 모따기를 부여하는 구성만으로 한정되지 않고, 예를 들어 펀치(110)의 공구 날끝에 라운딩을 형성하고 다이(120)의 공구 날끝에 모따기를 형성하거나, 또는 펀치(110)의 공구 날끝에 모따기를 형성하고 다이(120)의 공구 날끝에 라운딩을 형성해도 된다.

또한, 펀치(110)의 공구 날끝 및 다이(120)의 공구 날끝의 형상으로서는, 전술한 형태만으로 한정되지 않고, 예를 들어 도 14 및 도 15에 예시되는 변형예도 채용 가능하다.

즉, 도 14의 변형예에 있어서는, 공구 날끝[113(123)]에 모따기 C가 형성됨과 함께, 이 모따기 C와 공구 선단면[111(121)] 사이 및 상기 모따기 C와 공구 측면[114(124)] 사이의 양쪽에, 라운딩 R'가 형성되어 있다. 따라서, 공구 선단면[111(121)]으로부터 모따기 C를 거쳐서 공구 측면[114(124)]에 이르기까지 코너부가 없어 매끄럽게 형성되어 있다. 또한, 상기 2개의 라운딩 R'의 곡률은 서로 동일해도 되고, 또는 서로 달라도 된다.

또한, 모따기의 폭 치수 α'로서는, 상기 (식 3) 및 (식 4)에 기초하여, αmin<α'<αmax를 만족시키는 것이 바람직하다.

또한, 도 14의 상기 변형예에서는 모따기 C의 양측에 라운딩 R'를 형성하는 것으로 하였지만, 예를 들어 도 15의 변형예에 도시한 바와 같이, 모따기 C와 공구 측면[114(124)] 사이에만 라운딩 R'를 형성해도 된다. 이 경우, 공구 날끝[113(123)]에 모따기 C가 형성됨과 함께, 이 모따기 C와 공구 선단면[111(121)] 사이는 각 E를 가짐과 함께, 상기 모따기 C와 공구 측면[111(121)] 사이에 라운딩 R'를 형성하는 것이 바람직하다.

더욱 상세하게 설명하면, 도 15의 변형예와는 반대로, 모따기 C와 공구 선단면[111(121)] 사이에만 라운딩 R'를 형성해도 된다(도시 생략). 이 경우, 공구 날끝[113(123)]에 모따기 C가 형성됨과 함께, 이 모따기 C와 공구 선단면[111(121)] 사이에 라운딩 R'를 형성함과 함께, 상기 모따기 C와 공구 측면[111(121)] 사이에는 각 E를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 비커스 경도가 공구의 비커스 경도의 0.3배 이상이 되는 고장력강이나 초고장력강을 포함하는 피가공재라도, 돌발적인 날끝의 결손이 발생하지 않고 저비용으로 전단 가공 부품을 제조하는 것이 가능해진다.

1 : 피가공재
110 : 펀치
111 : 제1 선단면
112 : 제1 후퇴면
113 : 제1 날끝
120 : 다이
121 : 제2 선단면
122 : 제2 후퇴면
123 : 제2 날끝

Claims

펀치의 비커스 경도 및 다이의 비커스 경도의 어느 하나의 낮은 쪽의 0.3배 이상 1.0배 미만의 비커스 경도를 갖는 피가공재에 대해, 상기 펀치 및 상기 다이를 사용하여 복수회의 전단 가공을 행함으로써, 복수의 전단 가공 부품을 제조하는 방법이며,
상기 다이에 상기 피가공재를 고정하는 공정과,
상기 펀치와 상기 다이를 상대적으로 접근시켜 상기 피가공재의 펀칭 가공을 행하는 공정을 포함하는 상기 전단 가공을 복수회 행하고,
이들 일련의 전단 가공의 개시 시에,
상기 피가공재에 대향하는 제1 선단면과, 상기 다이로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제1 선단면보다 후퇴한 제1 후퇴면을 포함하는 제1 날끝을 구비하는 상기 펀치와;
상기 피가공재에 대향하는 제2 선단면과, 상기 펀치로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제2 선단면보다 후퇴한 제2 후퇴면을 포함하는 제2 날끝을 구비하는 상기 다이를 사용하여 상기 전단 가공을 행하는 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제1 후퇴면이,
하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면,
또는, 상기 제1 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이고;
상기 제2 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제2 후퇴면이,
하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면,
또는, 상기 제2 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기인 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 방법.
(식 1)

(식 2)

(식 3)

(식 4)

여기서,
e는 자연대수의 밑이고,
c(㎜)는 상기 다이의 내측면과 상기 펀치의 외측면 사이의 클리어런스를 나타내고,
x는 상기 펀치에 있어서는 상기 펀치의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 상기 다이에 있어서는 상기 다이의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이며, 또한 0.3≤x<1.0을 만족시킴.
제2항에 있어서, 상기 제1 후퇴면 및 상기 제2 후퇴면 중 어느 한쪽 혹은 양쪽이,
0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는
C 0.05㎜ 이상 C 0.5㎜ 이하의 모따기인 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펀치의, 상기 제1 선단면, 상기 제1 후퇴면 및 외측면 중, 상기 제1 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제1 조건과,
상기 다이의, 상기 제2 선단면, 상기 제2 후퇴면 및 내측면 중, 상기 제2 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제2 조건 중 적어도 한쪽을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가공재에 표면 탈탄 처리, 도금 처리 및 개체 윤활 처리 중 어느 하나가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 방법.
펀치의 비커스 경도 및 다이의 비커스 경도의 어느 하나의 낮은 쪽의 0.3배 이상 1.0배 미만의 비커스 경도를 갖는 피가공재에 대해, 복수회의 전단 가공을 행함으로써, 복수의 전단 가공 부품을 제조하는 장치이며,
상기 피가공재를 고정하는 다이와,
상기 다이에 대해 상대적으로 접근시켜 상기 피가공재를 펀칭하는 펀치를 구비하고,
상기 펀치가, 상기 피가공재에 대향하는 제1 선단면과, 상기 다이로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제1 선단면보다 후퇴한 제1 후퇴면을 포함하는 제1 날끝을 구비하고,
상기 다이가, 상기 피가공재에 대향하는 제2 선단면과, 상기 펀치로의 접근 방향을 기준으로 하여 상기 제2 선단면보다 후퇴한 제2 후퇴면을 포함하는 제2 날끝을 구비하는 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 장치.
제6항에 있어서, 상기 제1 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제1 후퇴면이,
하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면,
또는, 상기 제1 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기이고;
상기 제2 선단면에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 제2 후퇴면이,
하기 식 1로 규정되는 Rmin(㎜) 이상 또한 하기 식 2로 규정되는 Rmax(㎜) 이하의 곡률을 갖는 곡면,
또는, 상기 제2 선단면의 접선에 대해 45°의 경사 각도와 하기 식 3으로 규정되는 αmin(㎜) 이상 또한 하기 식 4로 규정되는 αmax(㎜) 이하의 폭 치수를 갖는 모따기인 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 장치.
(식 1)

(식 2)

(식 3)

(식 4)

여기서,
e는 자연대수의 밑이고,
c(㎜)는 상기 다이의 내측면과 상기 펀치의 외측면 사이의 클리어런스를 나타내고,
x는 상기 펀치에 있어서는 상기 펀치의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이고, 상기 다이에 있어서는 상기 다이의 비커스 경도로 상기 피가공재의 비커스 경도를 제산한 경도비이며, 또한 0.3≤x<1.0을 만족시킴.
제7항에 있어서, 상기 제1 후퇴면 및 상기 제2 후퇴면 중 어느 한쪽 혹은 양쪽이,
0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 곡률을 갖는 곡면, 또는
C 0.05㎜ 이상 C 0.5㎜ 이하의 모따기인 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펀치의, 상기 제1 선단면, 상기 제1 후퇴면 및 외측면 중, 상기 제1 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제1 조건과,
상기 다이의, 상기 제2 선단면, 상기 제2 후퇴면 및 내측면 중, 상기 제2 후퇴면의 마찰 저항이 가장 높은 제2 조건 중 적어도 한쪽을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전단 가공 부품의 제조 장치.