KR102000859B1 - 전단 가공 방법 - Google Patents

Abstract

내수소 취화성, 피로 강도 및 신장 플랜지성이 우수한 전단 가공면을 갖는 강재를 높은 생산성이면서 저비용으로 제조하는 것이 가능한, 강재의 전단 가공 방법을 제공한다. 다이와 펀치의 간격을 피가공재의 판 두께의 5 내지 80%로 설정하고, 펀치로 피가공재를 전단 가공하고, 펀치로 펀칭한 펀칭재를 활용하고(여), 펀칭재의 단부면을 다이 상의 가공재의 전단 가공면에 압박함으로써, 내수소 취화성 및 피로 강도가 우수한 전단 가공면을 갖는 강판을 제조하는 전단 가공 방법.

Description

전단 가공 방법

본 발명은, 자동차, 가전 제품, 건축 구조물, 선박, 교량, 건설 기계, 각종 플랜트, 도수관 등에서 사용하는 금속 부재를 전단 가공으로 제조할 때, 우수한 면 성상의 전단 가공면을 형성할 수 있는 전단 가공 방법에 관한 것이다.

자동차, 가전 제품, 건축 구조물, 선박, 교량, 건설 기계, 각종 플랜트, 도수관 등에서 사용하는 금속 부재의 제조에는 전단 가공이 많이 이용되고 있다. 도 1에 전단 가공의 양태를 모식적으로 도시한다. 도 1의 (a)에, 피가공재에 구멍을 형성하는 전단 가공의 양태를 모식적으로 도시하고, 도 1의 (b)에, 피가공재에 개단면을 형성하는 전단 가공의 양태를 모식적으로 도시한다.

도 1의 (a)에 도시하는 전단 가공에 있어서는, 다이(3) 상에 피가공재(1)를 적재하고, 펀치(2)를 하측 방향(2a), 즉, 피가공재(1)의 판 두께 방향으로 압입하여 피가공재(1)에 구멍을 형성한다. 도 1의 (b)에 도시하는 전단 가공에 있어서는, 다이(3) 상에 피가공재(1)를 적재하고, 마찬가지로 펀치(2)를 하측 방향(2a), 즉, 피가공재(1)의 판 두께 방향으로 압입하여 피가공재(1)에 개단면을 형성한다.

전단 가공에서 형성되는 가공재(10)의 전단 가공면(9)은 통상, 도 2에 도시한 바와 같이 새깅(4), 전단면(5), 파단면(6) 및 버(7)에 의하여 구성된다. 새깅(4)은, 피가공재(1)가 펀치로 압입됨으로써 가공재(10)의 상부 표면(8a)에 형성된다. 전단면(5)은, 펀치와 다이의 간극에 피가공재(1)가 인입됨으로써 피가공재(1)가 국소적으로 잡아늘여져 형성된다. 파단면(6)은, 펀치와 다이의 간극에 인입된 피가공재(1)가 파단되어 형성된다. 버(7)는, 펀치와 다이의 간극에 인입된 피가공재(1)가 파단되어 가공재(10)로부터 분리될 때, 가공재(10)의 하부 표면(8b)에 발생한다.

전단 가공면은 일반적으로, 기계 가공으로 형성하는 가공면에 비하여 면 성상이 떨어지며, 예를 들어 내수소 취화성이 낮고, 피로 강도가 낮고, 또는 신장 플랜지 균열(전단 가공 후의 프레스 가공에서 전단 가공면에 발생하는 균열)이 발생하기 쉽다는 등의 과제를 안고 있다. 특히 고장력 강판에 있어서는, 인장 잔류 응력에 의한 수소 취화 균열 및 피로 강도의 저하가 발생하기 쉽다.

전단 가공면의 과제의 해결을 도모하는 기술은 다수 제안되어 있지만, 이들 기술은 대체로 펀치와 다이의 구조를 고안하여 피로 강도, 신장 플랜지성 등의, 전단 가공면의 면 성상의 향상을 도모하는 것(예를 들어 특허문헌 1 내지 3을 참조)과, 전단 가공면에 코이닝이나 셰이빙 등의 처리를 실시하여 내수소 취화성, 피로 강도 등의, 전단 가공면의 면 성상의 향상을 도모하는 것(예를 들어 특허문헌 4 내지 8을 참조)으로 나눌 수 있다.

그러나 펀치와 다이의 구조를 고안하는 기술에 있어서는 전단 가공면의 면 성상의 향상에 한계가 있으며, 또한 전단 가공면에 처리를 실시하는 기술에 있어서는 일 공정 증가하는 만큼 생산성이 저하되어 제조 비용이 상승한다.

일본 특허 공개 제2009-051001호 공보 일본 특허 공개 제2014-231094호 공보 일본 특허 공개 제2010-036195호 공보 일본 특허 공개 제2008-018481호 공보 일본 특허 공개 제2011-218373호 공보 일본 특허 공개 제2006-082099호 공보 일본 특허 공개 제2002-263748호 공보 일본 특허 공개 평3-207532호 공보

본 발명은 전단 가공 기술의 현상을 감안하여, 내수소 취화성 및 피로 강도가 우수한 전단 가공면을 갖는 금속 부재를 높은 생산성이면서 저비용으로 제조하는 것이 가능한 전단 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하는 방법에 대하여 예의 검토하여, 고장력 강판 등의 금속 부재의 전단 가공에 있어서, 내수소 취화성의 관점에서는 펀치와 다이의 클리어런스(간격)는 작게 하는 편이 좋지만, 클리어런스가 작은 금형을 고정밀도로 제작하는 것이 어렵고, 또한 금형의 제작에 큰 비용이 든다는 것, 펀치와 다이의 클리어런스가 작으면 금형의 손상이 발생하기 쉽고, 특히 고장력 강판의 전단 가공에서는 금형의 손상을 회피할 수 없다는 것의 지견을 얻었다.

본 발명자들은 더욱 예의 검토한 결과, 다이와 펀치의 간격을 피가공재의 판 두께의 5 내지 80%로 설정하여 전단 가공을 행하고 펀치로 펀칭한 펀칭재를 활용하여, 펀칭재의 단부면을 다이 상의 가공재의 전단 가공면에 압박함으로써, 내수소 취화성 및 피로 강도가 우수한 전단 가공면을 갖는 금속 부재를 높은 생산성이면서 저비용으로 제조할 수 있는 것을 알아내었다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1)

제1 면 및 그 반대측의 제2 면을 갖는 피가공재를, 상기 제2 면이 다이측에 배치되도록 상기 다이 상에 배치하고, 상기 피가공재의 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 피가공재의 판 두께 방향으로, 상기 제1 면측에 배치된 펀치로 전단 가공하는 전단 가공 방법이며,

(A) 상기 다이와 상기 펀치의 간격이며 상기 피가공재의 판 두께 방향에 수직 방향의 간격을 상기 피가공재의 판 두께의 5% 내지 80%로 하는 간격 설정 공정,

(B) 상기 펀치로 상기 피가공재를 전단 가공하여 펀칭재 및 가공재를 얻는 전단 가공 공정이며, 상기 펀칭재 및 가공재는 각각, 상기 피가공재의 제1 면 및 제2 면에 대응하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 전단 가공 공정, 및

(C) 상기 펀치에 대향하도록 상기 가공재의 제2 면측에 배치된 압입 펀치에 의하여 상기 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 상기 가공재의 펀치 홀에 압입하여, 상기 펀칭재의 단부면을 상기 가공재의 전단 가공면에 압박하는 압박 공정

을 포함하는, 전단 가공 방법.

(2)

상기 공정 (A)에 있어서, 상기 다이와 상기 펀치의 간격을 10% 내지 80%로 하는, 상기 (1)항에 기재된 전단 가공 방법.

(3)

상기 공정 (A)에 있어서, 상기 다이와 상기 펀치의 간격을 10% 내지 30%로 하는, 상기 (1)항에 기재된 전단 가공 방법.

(4)

상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면이 상기 가공재의 제1 면을 통과하지 않는 범위에서 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면을 코이닝하는 것을 포함하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(5)

상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면의 위치가 상기 가공재의 제2 면으로부터 제1 면을 향하여 판 두께의 절반의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면을 코이닝하는 것을 포함하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(6)

상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면의 위치가 상기 가공재의 제2 면의 위치와 동일해지도록 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면을 코이닝하는 것을 포함하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(7)

상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면의 위치가 상기 가공재의 제2 면의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면의 적어도 일부를 코이닝하는 것을 포함하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(8)

상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀치 홀에 압입한 상기 펀칭재를 상기 펀치로 펀칭하고, 상기 압입 펀치로 상기 펀칭재를 상기 펀치 홀에 압입하는 것을 1회 이상 반복하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(9)

상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,

상기 펀치의 펀칭면 및 상기 압입 펀치의 압입면 중 적어도 한쪽 면이 볼록부를 갖는 것, 및

상기 펀치 및 상기 압입 펀치로 상기 피가공재를 사이에 놓고 고정하면서 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것

을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(10)

상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,

상기 펀치보다도 더 외주측에, 추가 펀치를 상기 펀치에 연결하여 배치하는 것,

상기 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 펀치에 대향하도록 추가 압입 펀치를 상기 압입 펀치에 연결하여 배치하는 것,

상기 추가 펀치의 펀칭면 및 상기 추가 압입 펀치의 압입면 중 적어도 한쪽 면이 볼록부를 갖는 것, 및

상기 연결된 펀치 및 추가 펀치의 펀칭면, 그리고 상기 연결된 압입 펀치 및 추가 압입 펀치의 압입면으로, 상기 피가공재를 사이에 놓고 고정하면서 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것

을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(11)

상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,

상기 펀치보다도 더 외주측에 추가 홀더를 배치하는 것,

상기 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 홀더에 대향하도록 추가 다이를 배치하는 것,

상기 추가 홀더의 상기 피가공재의 제1 면에 면하는 고정면, 및 상기 추가 다이의 상기 피가공재의 제2 면에 면하는 고정면 중, 적어도 한쪽 면이 볼록부를 갖는 것, 및

상기 추가 홀더의 고정면 및 상기 추가 다이의 고정면으로 상기 피가공재를 사이에 놓고 고정하면서 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것

을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(12)

상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,

상기 펀치보다도 더 외주측에 추가 펀치를 배치하는 것,

상기 추가 펀치와 상기 압입 펀치로 상기 피가공재를 전단 가공하여 전단면을 얻는 것, 및

상기 전단면을 상기 추가 펀치의 측면으로 구속해서 상기 간격 설정, 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것

을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(13)

상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,

상기 압입 펀치보다도 더 외주측에 추가 다이를 배치하는 것,

상기 펀치와 상기 추가 다이로 상기 피가공재를 전단 가공하여 전단면을 얻는 것, 및

상기 전단면을 상기 추가 다이의 측면으로 구속해서 상기 간격 설정, 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것

을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(14)

상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,

상기 펀치보다도 더 외주측에 추가 홀더를 배치하는 것,

상기 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 홀더에 대향하도록 추가 다이를 배치하는 것.

상기 펀치와 상기 추가 다이로 상기 피가공재를 전단 가공하여 전단면을 얻는 것, 및

상기 전단면을 상기 추가 다이 또는 추가 홀더의 측면으로 구속해서 상기 간격 설정, 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것

을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(15)

상기 피가공재가 340㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 금속판인, 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(16)

상기 피가공재가 980㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 금속판인, 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 한 항에 기재된 전단 가공 방법.

(17)

상기 피가공재가 강재인, 상기 (15) 또는 (16)항에 기재된 전단 가공 방법.

본 발명에 의하면, 금속 부재의 전단 가공에 있어서, 내수소 취화성 및 피로 강도가 우수한 전단 가공면을 갖는 금속 부재를 높은 생산성이면서 저비용으로 제조할 수 있다.

도 1의 (a)는 피가공재에 구멍을 형성하는 전단 가공의 양태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 1의 (b)는 피가공재에 개단면을 형성하는 전단 가공의 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 2는 가공재의 전단 가공면의 단면 모식도이다.
도 3은 전단 가공기에 피가공재를 배치한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 4는 전단 가공기에 피가공재를 고정한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 5는 펀치를 압입하여 피가공재를 전단 가공한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 6은 펀치를 더 압입하여 피가공재를 전단 가공한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 7은 펀치로 펀칭한 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박하는 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 8의 (a)는 간격 설정 공정의 단면 모식도이다. 도 8의 (b)는 전단 가공 공정의 단면 모식도이다. 도 8의 (c)는 압박 공정의 단면 모식도이다.
도 9의 (a)는 펀칭재의 단부면과 가공재의 전단 가공면의 압박 개시 시의 상태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 9의 (b)는 펀칭재의 단부면과 가공재의 전단 가공면의 압박 완료 시의 소성 가공 영역을 도시하는 단면 모식도이다.
도 10은 캔틸레버식 전단 가공기에 피가공재를 배치한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 11은 캔틸레버식 전단 가공기에 피가공재를 고정한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 12는 펀치를 압입하여 피가공재를 전단 가공한 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 13은 펀치로 펀칭한 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박하는 양태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 14는 외주 트림의 실시 형태 1을 설명하는 단면 모식도이다.
도 15는 외주 트림의 실시 형태 2를 설명하는 단면 모식도이다.
도 16은 외주 트림의 실시 형태 3을 설명하는 단면 모식도이다.
도 17의 (a) 및 도 17의 (b)는 외주 트림의 실시 형태 4를 설명하는 단면 모식도이다.
도 18의 (a) 및 도 18의 (b)는 외주 트림의 실시 형태 5를 설명하는 단면 모식도이다.
도 19의 (a) 및 도 19의 (b)는 외주 트림의 실시 형태 6을 설명하는 단면 모식도이다.
도 20의 (a)는 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 5%인 경우의 전단 가공면의 단면 사진이다. 도 20의 (b)는 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 10%인 경우의 전단 가공면의 단면 사진이다.
도 21의 (a)는 다이(D)와 펀치(P)의 간격이 피가공재의 판 두께의 20%인 경우의 전단 가공면의 단면 사진이다. 도 21의 (b)는 다이(D)와 펀치(P)의 간격이 피가공재의 판 두께의 30%인 경우의 전단 가공면의 단면 사진이다. 도 21의 (c)는 다이(D)와 펀치(P)의 간격이 피가공재의 판 두께의 40%인 경우의 전단 가공면의 단면 사진이다.
도 22는 전단 가공면에 있어서의 잔류 응력의 측정 위치를 도시하는 모식도이다.
도 23은 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 1%인 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 24는 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 5%인 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 25는 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 10%인 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 26은 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 20%인 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 27은 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 30%인 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 28은 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 40%의 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 29는 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 60%인 경우의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타내는 그래프이다.
도 30은 다이와 펀치의 간격에 따른 인장 잔류 응력 저감 효과를 나타내는 그래프이다.
도 31은 다이와 펀치의 간격에 따른, 펀치의 진행 방향에 대한 가공재의 파단면의 각도 θ를 나타내는 그래프이다.
도 32는 파단면의 각도 θ에 따른 인장 잔류 응력 저감 효과를 나타내는 그래프이다.
도 33은 평판 굽힘 피로 시험에서 측정한 피로 특성을 나타내는 그래프이다.
도 34는 신장 플랜지성의 시험 방법을 도시하는 단면 모식도이다.
도 35는 가공재의 전단 가공면의 신장 플랜지성에 관한 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

본 개시의 전단 가공 방법은, 다이 및 펀치로 피가공재를 전단 가공하는 전단 가공 방법에 있어서, 다이와 펀치의 간격(이하, 클리어런스라고도 함)을 소정 범위 이상으로 하여 전단 가공을 행하고, 얻어진 펀칭재를, 전단 가공면을 정정(精整)하는 공구로서 이용하는 것을 기본 사상으로 하며, 전단 가공 후, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박하는 것을 특징으로 한다. 본원에 있어서, 피가공재는 금속 부재이다.

본 개시의 방법에 의하면 다이와 펀치의 간격을 크게 할 수 있다. 그로 인하여, 정밀 전단과 같은 높은 치수 정밀도가 요구되지 않고 금형을 저렴하게 제작할 수 있으며, 게다가 금형의 손상이 방지되고, 특히 고장력 강판의 전단 가공에서도 금형의 손상이 방지되어, 금형의 보수 및 조정의 필요성이 경감되므로 생산성이 높아진다. 더욱이, 본 개시의 방법에 의하면, 전단 가공에 의하여 펀칭한 펀칭재를, 펀칭한 상태 그대로, 전단 가공면을 정정하는 공구로서 이용하며, 전단 가공 후, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박한다. 그로 인하여, 펀칭 후에 편칭재를 다른 금형에 다시 설치할 필요가 없어 종래보다도 공정 수를 적게 할 수 있다. 또한 펀칭 후에 편칭재를 다른 금형에 다시 설치할 필요가 없으므로 펀칭재의 위치 어긋남이 일어나지 않아, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 확실히 압박하는 것이 가능해진다. 따라서 본 개시의 방법에 의하면, 내수소 취화성 및 피로 강도가 우수한 전단 가공면을 갖는 강재를 높은 생산성이면서 저비용으로 제조할 수 있다.

본 개시의 방법은 다이와 펀치의 간격을 크게 설정하기 때문에, 소위 파인 블랭킹 등의 정밀 전단 가공과는 명확히 구별된다. 또한 정밀 전단 가공이란, 판 펀칭에 있어서, 클리어런스를 가능한 한 작게 하여 절단면 전체를 전단면으로 구성하는 방법이다.

이하, 본 개시의 방법에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 3 내지 도 7에, 전단 가공기로 피가공재를 전단 가공하여 펀칭재와 가공재를 얻은 후에 펀치를 상승시키고, 펀칭한 그대로의 상태에서 편칭재를 밀어 되돌려서 가공재의 펀치 홀에 압입하는 양태의 일례를 도시한다.

도 3에, 본 개시의 방법에 사용할 수 있는 전단 가공기(100)에, 제1 면(141) 및 그 반대측의 제2 면(142)을 갖는 피가공재(14)를 배치한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 4에, 전단 가공기(100)에 피가공재(14)를 고정한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 5에, 펀치(17)를 피가공재(14)의 제1 면(141)으로부터 제2 면(142)을 향하여 판 두께 방향으로 이동시켜 피가공재(14)를 전단 가공하는 도중의 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 6에, 펀치(17)를 더 이동시켜 피가공재(14)를 전단 가공한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 7에, 펀치로 펀칭한 펀칭재(18)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서 펀치 홀(18a)에 압입한 양태의 단면 모식도를 도시한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 전단 가공기(100)에 피가공재(14)를 배치한다. 전단 가공기(100)는, 바람직하게는 탄성 부재(11)로 보유 지지되어 있는 압입 펀치(13)를 구비한다. 탄성 부재(11)로 보유 지지되어 있는 압입 펀치(13)는, 피가공재(14)의 제2 면(142)에 접하는 다이(12)의 면(121)으로부터 ΔH만큼 튀어나와 있다. ΔH는, 펀칭재를 밀어서 복귀시키는 양에 따라 변경할 수 있다. ΔH는 피가공재의 판 두께보다 커도 되고, 피가공재의 판 두께와 동일해도 되고, 또는 0이어도 된다. 또한 압입 펀치(13)는 다이(12)의 면(121)으로부터 인입되어 있어도 되지만, 피가공재의 판 두께보다도 인입량은 작다. 즉, ΔH는 마이너스여도 되지만, 그 크기(절댓값)는 판 두께 미만이다. 예를 들어 ΔH를 피가공재의 판 두께보다 크게 하면, 펀칭재를 밀어서 되돌릴 때 펀칭재를 펀치 홀을 통과해서 빠져나가게 하고, ΔH를 0으로 하면, 펀칭재를 펀치 홀의 원래의 위치로 되돌릴 수 있다. 전단 가공기(100)에 피가공재(14)를 배치한 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(16)로 홀더(15)를 압박하여 피가공재(14)를 다이(12)에 고정한다.

다음으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 피가공재(14)를 다이(12)에 고정한 상태에서 펀치(17)를 피가공재(14)의 제1 면(141)으로부터 제2 면(142)을 향하여 판 두께 방향으로 이동시켜 피가공재(14)의 전단 가공을 행한다. 또한 펀치(17)를 제2 면(142)을 향하여 이동시켜, 도 6에 도시한 바와 같이, 펀칭재(18)와, 전단면 및 파단면을 포함하는 전단 가공면(20)을 갖는 가공재(14a)를 형성한다. 펀칭재(18)는, 피가공재(14)의 제1 면(141) 및 제2 면(142)에 대응하는 제1 면(181) 및 제2 면(182)을 갖는다. 가공재(14a)는, 피가공재(14)의 제1 면(141) 및 제2 면(142)에 대응하는 제1 면(14a-1) 및 제2 면(14a-2)을 갖는다.

제1 면(141)으로부터 제2 면(142)을 향하여 판 두께 방향의 펀치(17)의 이동은, 압입 펀치(13)로부터 배압을 걸면서 행하는 것이 바람직하다. 압입 펀치(13)로부터의 배압에 대항하면서 펀치(17)를 이동시킴으로써 펀칭재(18)의 보유 지지를 더 안정적으로 행할 수 있다. 압입 펀치(13)는, 전단 가공 후에 펀칭재(18)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서 펀치 홀(18a)에 압입할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 본원에 있어서 「펀칭한 그대로의 상태」 및 「뚫은 그대로의 상태」는 동일한 것을 의미하며, 전단 가공에 의하여 얻어진 펀칭재(18)를 다이로부터 분리하지 않고 그대로 둔 상태를 말한다. 압입 펀치(13)는 피가공재(14)의 배치 전에 다이(12)의 면(121)으로부터 튀어나와 있어도, 또는 튀어나와 있지 않아도 된다. 압입 펀치(13)의 구동 방법은, 압입 펀치(13)를 구동할 수 있는 것이면 그 방법은 불문하며, 탄성 부재 대신, 예를 들어 가스 쿠션이나 캠 기구에 의하여 동작하는 것이어도 된다.

다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 압입 펀치(13)가 편칭재(18)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 펀치 홀(18a)에 압입하여, 펀칭재(18)의 단부면(19)을 펀치 홀(18a)의 윤곽면인 전단 가공면(20)에 압박한다. 압입 펀치(13)가 탄성 부재(11)를 구비하는 경우, 탄성 부재(11)의 반발력을 이용하여 압입 펀치(13)가 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)에 압입할 수 있다. 도 7은, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제2 면(14a-2)의 위치를 통과하기 전에 펀칭재(18)의 압입을 멈춘 양태를 도시한다.

가공재(14a)의 전단 가공면(20)은, 도 2에 도시한 바와 같이 새깅(4), 전단면(5), 파단면(6) 및 버(7)로 구성될 수 있다. 본 개시의 방법에 있어서는, 펀칭재(18)를, 가공재(14a)의 전단 가공면(20)을 정정하는 공구로서 사용하며, 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)에 압입하여 펀칭재(18)의 단부면(19)을 펀치 홀(18a)의 윤곽면인 전단 가공면(20)에 압박한다. 이것에 의하여, 가공재(14a)의 전단 가공면(20)에 있어서의 인장 잔류 응력을 감소시킬 수 있으며, 바람직하게는 인장 잔류 응력을 감소시키면서 변동도 저감할 수 있다. 인장 잔류 응력을 감소시킴으로써 내수소 취화 특성 및 피로 강도를 향상시킬 수 있다.

도 8의 (a) 내지 (c)에, 본 개시의 방법에 있어서의 간격 설정 공정, 전단 가공 공정 및 압박 공정의 일례의 단면 모식도를 도시한다.

도 8의 (a)에 도시하는 간격 설정 공정에서는, 펀치(17)와 다이(12)의 간격 d를 피가공재(14)의 판 두께 t의 5 내지 80%의 범위 내에 설정한다. 또한 피가공재(14)를 다이(12)와 홀더(15)로 고정한다.

도 8의 (b)에 도시하는 전단 가공 공정에서는, 펀치(17)로 피가공재(14)의 전단 가공을 행하여 펀칭재(18) 및 가공재(14a)가 얻어진다. 펀치 각(17a){펀치(17)의 선단부}의 각도는 바람직하게는 직각이지만, 펀치 각(17a)은 전단 가공 가능한 범위에서 임의의 형상일 수 있으며, 예를 들어 라운드나 모따기부를 가져도 된다. 가공재(14a)의 전단 가공면은, 도 2에 도시한 바와 같이 새깅(4), 전단면(5), 파단면(6) 및 버(7)로 구성될 수 있다. 펀칭재(18)의 단부면(19)도 새깅면, 전단면, 파단면 및 버에서 구성될 수 있다. 가공재(14a)의 전단 가공면(20)의 형상과 편칭재(18)의 단부면(19)의 형상은 실질적으로 대칭형으로 된다. 도 8의 (b)에 있어서는, 가공재(14a)의 전단 가공면 및 펀칭재(18)의 단부면(19)에 대하여 모식적으로 전단면 및 파단면만을 도시한다. 가공재(14a)는 전단면(5) 및 파단면(6)을 가지며, 파단면(6)은 펀칭재(18)의 파단면(6a)과 각도가 일치한다. 게다가 가공재(14a)의 판 두께에 수직 방향의, 펀칭재(18)와 다이(12)의 간격은 0이다.

도 8의 (c)에 도시하는 압박 공정에서는, 펀칭한 그대로의 상태의 펀칭재(18)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서 펀치 홀(18a)에 압입하여, 펀칭재(18)의 파단면(6a)을 포함하는 단부면(19)을, 가공재(14a)의 파단면(6)을 포함하는 전단 가공면에 압박한다. 가공재의 파단면과 동일한 형상의 파단면을 갖고 또한 다이(12)와의 간격이 0인 펀칭재(18)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 펀치 홀(18a)에 압입하므로, 가공재(14a)의 파단면(6)과 편칭재(18)의 파단면(6a)의 각도가 일치하여, 가공재(14a)의 파단면(6)의 표층 전체에 압축의 소성 변형을 발생시킬 수 있다. 바람직하게는, 펀치(17)로부터 편칭재(18)에 하중을 걸면서 압입 펀치(13)로 편칭재(18)를 압입한다. 펀치(17)로부터 편칭재(18)에 하중을 걸면서 압입 펀치(13)로 편칭재(18)를 압입함으로써, 압입 시에 펀칭재(18)가 만곡되는 것을 억제할 수 있다. 펀칭재(18)의 만곡이 허용되는 범위이면, 도 8의 (c)에 예시한 바와 같이 펀치(17)로부터 편칭재(18)에 하중을 걸지 않고 압입 펀치(13)로 편칭재(18)를 압입해도 된다.

간격 d를 피가공재(14)의 판 두께 t의 5 내지 80%로 함으로써, 전단 가공면의 파단면의 각도를 펀치의 진행 방향(판 두께 방향)에 대하여 크게 할 수 있다. 가공재(14a)의 파단면(6)의, 펀치의 진행 방향(판 두께 방향)에 대한 각도 θ는, 바람직하게는 3° 이상이다. 가공재(14a)의 파단면(6)과 편칭재(18)의 파단면(6a)이 서로 압박하는 면이 펀치의 진행 방향(판 두께 방향)에 대하여 큰 각도를 가짐으로써, 가공재의 표층에 압축의 소성 변형을 발생시킬 수 있다.

압입 공정에 의하여 가공재의 전단 가공면의 인장 잔류 응력이 저감되는 이유는 다음과 같이 생각된다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에, 펀칭재(18)의 단부면(19)을 가공재(14a)의 전단 가공면(20)에 압박하는 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 9의 (a)에, 펀칭재(18)의 단부면(19)의 파단면(6a)을 가공재(14a)의 전단 가공면(20)의 파단면(6)에 압박할 때의 압박 개시 시의 단면 모식도를 도시한다. 도 9의 (b)에, 가공재(14a)의 전단 가공면(20)에의 편칭재(18)의 단부면(19)의 압박 완료 시의 소성 가공 영역의 단면 모식도를 도시한다.

도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 압입 펀치(13)로 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)에 압입하여 가공재(14a)의 파단면(6)에 편칭재(18)의 파단면(6a)을 압박한다. 본 개시의 방법에 있어서, 가공재(14a)의 파단면(6)과 편칭재(18)의 파단면(6a)의, 펀치의 진행 방향에 대한 어긋남 각도 θ는 동일하다. 그로 인하여, 가공재(14a)의 파단면(6)의 표층 전역에 안정적으로 압축의 소성 변형을 발생시킬 수 있다. 그대로 펀칭재(18)를 압입해 가서, 펀칭재(18)의 단부면(19)의 전체를 가공재(14a)의 전단 가공면(20)의 전체에 압박하면서 펀칭재(18)를 가공재(14a)와 동일한 위치까지 밀어서 복귀시키면, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이 재료 중복 영역(20a)이 형성된다. 그로 인하여, 가공재(14a)의 펀치 홀(18a)의 표층 전역에 압축 소성 변형이 발생하여 인장 잔류 응력을 저감할 수 있다. 도 9의 (b)에 있어서는, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제2 면(14a-2)과 동일한 위치에 있으므로, 펀칭재(18)의 제1 면(181)도 가공재(14a)의 제1 면(14a-1)과 실질적으로 동일한 위치에 있다.

소정의 범위에 있어서 간격 d가 클수록, 가공재(14a)의 파단면(6)과 편칭재(18)의 파단면(6a)의, 펀치의 진행 방향에 대한 어긋남 각도 θ를 크게 할 수 있으므로, 재료 중복 영역(20a)을 넓게 할 수 있다. 재료 중복 영역(20a)을 넓게 하면 인장 잔류 응력의 저감량을 크게 할 수 있다. 따라서 과대한 버가 발생하지 않는 범위에서 간격 d를 크게 하는 것이 바람직하다.

간격 d의 하한은 피가공재(14)의 판 두께의 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상, 더 바람직하게는 15% 이상, 더욱 바람직하게는 20% 이상이다. 간격 d의 상한은 80% 이하, 바람직하게는 60% 이하, 더 바람직하게는 50% 이하, 더욱 바람직하게는 40% 이하, 더욱 더 바람직하게는 30% 이하이다. 간격 d를 상기 범위 내에 설정함으로써, 과대한 버를 발생시키지 않고 전단 가공면의 파단면(6)의 펀치 진행 방향에 대한 각도 θ를 크게 할 수 있다.

간격 d가 5% 미만에서는, 펀치 홀과 편칭재의 파단면이 펀치의 진행 방향(판 두께 방향)에 대하여 충분한 각도를 가질 수 없어, 전단 가공면의 파단면에 압축의 소성 변형을 발생시키는 힘을 가할 수 없다. 또한 간격 d가 5% 미만인 경우, 가공재의 전단 가공면에 2차 전단면이 발생하기 쉬우며, 국소적으로 펀치 홀과 편칭재가 걸려서 압박을 충분히 행할 수 없는 경우가 있다. 간격 d가 80%를 초과하면 전단 가공을 행할 수 없고, 간격 d가 80% 이상에서는 아이어닝으로 되고, 간격 d가 100% 이상에서는 굽힘이나 드로잉 가공으로 된다.

특히 간격 d가 5 내지 30%의 범위에서 파단면(6)의 각도 θ를 크게 할 수 있어 큰 압박 효과를 얻을 수 있다. 간격 d가 30% 초과 내지 80%의 범위에서도 압박 효과를 얻을 수는 있다. 단, 간격 d가 30% 초과의 범위에서는, 전단 가공 시의 균열이 펀치 각(17a)으로부터 펀치 진행 방향측으로 어긋나게 진전하여 파단면의 각도 θ가 감소하여, 가공재의 전단 가공면에 큰 버가 발생하는 경우가 있다. 간격 d가 60% 초과의 범위에서는, 전단 가공면에 있어서의 새깅이 커져 균열의 진전 방향이 펀치 진행 방향으로 더 어긋나, 파단면의 각도 θ가 감소하는 경우가 있다.

버는, 펀치 각(17a)으로부터 발생하는 균열에 의한 파단이, 다이 각(12a) 방향이 아니라 펀치의 진행 방향에 어긋나게 일어남으로써, 가공재의 전단 가공면의 제2 면측에 형성될 수 있다. 간격 d가 30%를 초과하여 커짐에 따라, 전단 가공면의 제2 면측에 형성되는 버가 커질 수 있다. 과대한 버가 발생하면, 가공재(14a)의 파단면(6)과 편칭재(18)의 파단면(6a)의, 펀치의 진행 방향에 대한 어긋남 각도 θ가 작아지는 경우가 있고, 또한 신장 플랜지성도 저하될 수 있으므로, 과대한 버의 생성을 회피하도록 간격 d를 설정하는 것이 바람직하다.

본 개시의 방법에 있어서, 펀칭재(18)는, 펀칭한 그대로의 상태에서 가공재(14a)의 전단 가공면을 정정하는 공구로서 사용되며, 펀칭재(18)의 파단면(6a)의 펀치 진행 방향에 대한 각도 θ는, 전단 가공면의 파단면(6)의 펀치 진행 방향에 대한 각도 θ와 동일해진다. 따라서 전단 가공면의 파단면(6)의 펀치 진행 방향에 대한 각도가 클수록, 펀칭재(18)의 파단면(6a)이 가공재(14a)의 파단면(6)을 누르는 힘을 충분히 얻을 수 있어, 가공재(14a)의 파단면(6)의 표층 전역에 압축 소성 변형을 더 안정적으로 발생시킬 수 있다.

전단 가공면의 파단면(6)의 각도 θ는, 펀치 진행 방향에 대하여 바람직하게는 3° 이상, 더 바람직하게는 5.5° 이상, 더욱 바람직하게는 11° 이상이다. 전단 가공면(20)의 파단면(6)의 각도 θ가 상기 범위 내에 있음으로써, 전단 가공면의 파단면(6)의 표층 전역에 압축의 소성 변형을 더 안정적으로 발생시킬 수 있다. 전단 가공면 중 파단면이 가장 인장 잔류 응력이 커질 수 있다. 따라서 파단면이 가장 내수소 취화성 및 피로 강도가 문제로 되기 쉽다. 그 때문에, 바람직하게는 파단면의 표층 전역의 인장 잔류 응력을 저감하고, 더 바람직하게는 파단면 및 전단면의 표층 전역의 인장 잔류 응력을 저감하고, 더욱 바람직하게는 전단 가공면의 표층 전역의 인장 잔류 응력을 저감한다.

본원에 있어서 「전단 가공면에 압박한다」는 것은, 적어도 펀칭재의 파단면을 전단 가공면의 파단면에 압박하는 것을 의미한다. 펀칭재의 파단면을 전단 가공면의 파단면에 압박한 후, 그 시점에서 편칭재의 압입을 멈추어도 되고, 펀칭재를 압입하여 펀칭재가 펀치 홀을 통과해서 빠져나가도 된다.

압박 공정에 있어서, 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)로 밀어서 되돌릴 때, 펀칭재(18)를 압입하여 펀칭재(18)가 펀치 홀(18a)을 통과해서 빠져나가도 된다. 단, 전단 가공면(20)에 대하여 코이닝을 행하는 것, 또한 신장 플랜지성을 향상시키는 관점에서, 펀칭재(18)의 압입을, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제1 면(14a-1)을 통과하지 않는 범위에서 행하는 것이 바람직하다.

펀칭재(18)의 압입을, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제1 면(14a-1)을 통과하지 않는 범위에서 행함으로써, 가공재(14a)의 전단 가공면에 코이닝을 행할 수 있어 양호한 신장 플랜지성을 얻을 수 있다. 따라서 우수한 내수소 취화성 및 피로 강도에 추가하여 양호한 신장 플랜지성도 양립시킬 수 있다. 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제1 면(14a-1)을 통과해서 빠져나가는 위치까지 편칭재(18)를 압입하면, 절삭 칩이 발생하고 가공재(14a)의 제1 면(14a-1)측에 버가 발생하여 추가의 가공 경화가 생긴다. 그 때문에 가공재(14a)의 전단 가공면(20)의 신장 플랜지성이 저하된다.

더 바람직하게는 펀칭재(18)의 압입을, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제2 면(14a-2)으로부터 제1 면(14a-1)을 향하여 판 두께의 절반의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행한다. 펀칭재(18)의 압입을 이 범위에서 행함으로써 가공재의 전단 가공면의 전체에 코이닝을 행할 수 있어, 압축 소성 변형이 적절히 경감되어 전단 가공면의 표층부에만 그치게 할 수 있으므로, 더 양호한 신장 플랜지성을 얻을 수 있다.

더욱 바람직하게는 펀칭재(18)의 압입을, 펀칭재(18)의 제2 면(182)의 위치가 가공재(14a)의 제2 면(14a-2)의 위치와 실질적으로 동일해지도록 행한다. 이때, 펀칭재(18)의 제1 면(181)의 위치는 가공재(14a)의 제1 면(14a-1)의 위치와 실질적으로 동일해진다. 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)의 원래의 위치로 복귀시키게 되어 가공재의 전단 가공면의 전체에 코이닝을 행할 수 있어, 압축 소성 변형이 더 적절히 경감되어 전단 가공면의 표층부에만 그치게 할 수 있으므로, 더욱 양호한 신장 플랜지성을 얻을 수 있다.

가공재(14a)의 파단면(6)에 편칭재의 파단면(6a)이 압박되는 한, 펀칭재(18)의 압입을, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제2 면(14a-2)의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행해도 된다. 이 경우, 가공재의 전단 가공면의 코이닝은 전단 가공면의 일부 영역에 그칠 수 있지만, 파단면(6)의 표층이 코이닝되어 있으면, 전단 가공면의 면 성상을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

펀칭재(18)의 압입을, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재(14a)의 제1 면을 통과하지 않는 범위에서 행함으로써, 셰이빙에 수반하는 가공 경화를 억제하고 신장 플랜지성도 향상시킬 수 있어, 내수소 취화성, 피로 강도 및 신장 플랜지성이 우수한 전단 가공면을 갖는 강재를 얻을 수 있다.

본원에 있어서 코이닝이란, 가공재의 전단 가공면에 압축 응력을 가하여 전단 가공면의 표면 상태나 형상을 개선하는 것을 의미하며, 전단 가공면의 표면을 절단하는, 소위 셰이빙과는 명확히 구별된다.

셰이빙이란, 가공재의 전단 가공면을 약간 전단 가공, 즉, 약간 절단하는 것을 의미한다. 본원에 있어서, 코이닝에 따라서는 재료의 분리는 발생하지 않으며, 재료의 분리가 발생하는 경우에는 셰이빙으로 간주된다.

전단 가공기로부터 펀칭재(18) 및 가공재(14a)를 임의의 방법으로 취출할 수 있으며, 예를 들어 도 7에 도시하는 양태로부터 홀더(15)를 상승시켜 펀칭재(18) 및 가공재(14a)를 취출할 수 있다.

펀치 홀(18a)에 압입한 펀칭재(18)를 펀치(17)로 압출하고, 다시 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)에 압입해도 되며, 더 반복하여 행해도 된다. 펀치 홀(18a)에 편칭재(18)를 압입하는 것을 반복함으로써, 전단 가공면의 인장 잔류 응력을 더 저감시켜 내수소 취화 특성 및 피로 특성을 더 향상시킬 수 있으며, 또한 가공재(14a)의 전단 가공면(20)에 있어서, 전단면과 파단면의 조도를 각각, 눈으로 보아 더 평활하게 할 수 있다.

펀칭재의 펀칭 형상은, 본 개시의 방법에 있어서의 전단 가공 공정 및 압입 공정을 행하는 것이 가능한 한, 원형, 타원형, 다각형, 비대칭형 등, 원하는 형상일 수 있다.

본 개시의 방법은, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같은, 피가공재에 개단면(전단 가공면)을 형성하는 전단 가공에 있어서도, 마찬가지로 가공재의 전단 가공면의 면 성상을 개선하는 효과를 발휘하는 것이다. 이하, 설명한다.

도 10 내지 도 13에, 캔틸레버식 전단 가공기로 피가공재를 전단 가공하여 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박하도록 압입하는 양태의 단면 모식도를 도시한다.

도 10에, 캔틸레버식 전단 가공기(200)에 피가공재(24)를 배치한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 11에, 캔틸레버식 전단 가공기(200)에 피가공재(24)를 고정한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 12에, 펀치(27)를 압입하여 피가공재(24)를 전단 가공한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 13에, 펀치(27)로 펀칭한 펀칭재(28)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서, 펀칭재(28)의 단부면(29)을 가공재(24a)의 전단 가공면(30)에 압박하는 양태의 단면 모식도를 도시한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 기기 프레임(32)의 편측에 있어서, 탄성 부재(21)로 보유 지지되어 있는 압입 펀치(23)가 다이(22)의 면(221)으로부터 ΔH만큼 튀어나와 있는 캔틸레버식 전단 가공기(200)에 피가공재(24)를 배치한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(26)로 홀더(25)를 압박하여 피가공재(24)를 전단 가공기의 다이(22)에 고정한다. 다음으로, 도 12에 도시한 바와 같이, 피가공재(24)를 전단 가공기의 다이(22)에 고정한 상태에서, 펀치(27)를 피가공재(24)의 제1 면(241)으로부터 제2 면(242)을 향하여 판 두께 방향으로 이동시켜 피가공재(24)의 전단 가공을 행하여, 펀칭재(28)와, 전단면 및 파단면을 포함하는 전단 가공면(30)을 갖는 가공재(24a)를 형성한다. 제1 면(241)으로부터 제2 면(242)을 향하여 판 두께 방향의 펀치(27)의 이동은, 압입 펀치(23)로부터 배압을 걸면서 행하는 것이 바람직하다. 압입 펀치(23)는, 전단 가공 후에 펀칭재(28)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서 펀치 홀(28a)에 압입할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 압입 펀치(23)는 피가공재(24)의 배치 전에, 피가공재(24)의 제2 면(242)에 접하는 다이(22)의 면(221)으로부터 튀어나와 있어도, 또는 튀어나와 있지 않아도 된다. 압입 펀치(23)의 구동 방법은, 압입 펀치(23)을 구동할 수 있는 것이면 그 방법은 불문하며, 탄성 부재 대신, 예를 들어 가스 쿠션이나 캠 기구에 의하여 동작하는 것이어도 된다.

이어서, 도 13에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(21)의 반발력을 이용하여 압입 펀치(23)로 펀칭재(28)를, 펀칭한 그대로의 상태에서 밀어 되돌려서 펀치 홀(28a)에 압입하여, 펀칭재(28)의 단부면(29)을 펀치 홀(28a)의 윤곽면인 전단 가공면(30)에 압박한다.

캔틸레버식 전단 가공을 행하는 경우에 있어서도, 도 3 내지 7에 예시하는 전단 가공을 행하는 경우와 마찬가지의 이유에 의하여 펀칭재(28)를 압입하여 펀칭재(28)가 펀치 홀(28a)을 통과해서 빠져나가도 되지만, 펀칭재(28)의 압입을, 펀칭재(28)의 제2 면(282)이, 바람직하게는 가공재(24a)의 제1 면(24a-1)을 통과하지 않는 범위에서 행하고, 더 바람직하게는 가공재(24a)의 제2 면(24a-2)으로부터 제1 면(24a-1)을 향하여 판 두께의 절반의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행하고, 바람직하게는 펀칭재(28)의 제2 면(282)의 위치가 가공재(24a)의 제2 면(24a-2)의 위치와 실질적으로 동일해지도록 행한다. 또한 펀칭재(28)의 압입을, 펀칭재(28)의 제2 면(282)이 가공재(24a)의 제2 면(24a-2)의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행해도 된다.

본 개시의 방법에 있어서, 캔틸레버식 전단 가공기(100)를 사용하는 경우에도, 전단 가공면에 있어서 인장 잔류 응력이 감소하여 내수소 취화 특성 및 피로 강도가 향상되는 것, 신장 플랜지성도 향상시킬 수 있는 것, 및 전단면과 파단면의 조도가 각각, 눈으로 보아 평활해지는 것은 상술한 바와 같다.

캔틸레버식 전단 가공기(200)로부터 펀칭재(28)와 가공재(24a)를 취출하기 위해서는, 예를 들어 도 13에 도시하는 상태로부터 펀치(27)를 압입하여 펀칭재(28)를 가공재(24a)의 제2 면(24a-2)측에 압입하면 된다.

캔틸레버식 전단 가공기를 사용하여 본 개시의 방법을 실시하는 경우에 있어서도, 펀칭재의 펀칭 형상은, 본 개시의 방법에 있어서의 전단 가공 공정 및 압입 공정을 행하는 것이 가능한 한, 원형, 타원형, 다각형, 비대칭형 등, 원하는 형상일 수 있다.

캔틸레버식 전단 가공기로 본 개시의 방법을 실시하는 경우에 있어서도, 펀칭재를 펀치 홀에 압입하고, 이어서 압출하는 것을 반복하는 횟수는 제한되지 않는다. 이 횟수는 전단 가공면의 면 성상의 개선 정도나 생산성을 고려하여 설정하면 된다.

본 개시의 방법은 외주 트림을 행하는 경우에도 이용할 수도 있다. 본 출원에 있어서 외주 트림이란, 피가공재의 외주측(외주부)을 펀치로 펀칭하고 내주측(내주부)의 가공재를 제품으로서 얻는 것을 말한다. 외주 트림은 자동차용 강판 등의 큰 면적의 제품을 필요로 할 때 특히 유효하며, 제품이 큰 면적이면서 비대칭 형상인 경우에도 적용 가능하다.

외주 트림을 행하기 위하여, 다이, 펀치 및 압입 펀치가, 피가공재의 내주측에 다이가 배치되고 또한 피가공재의 외주측에 펀치 및 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 가질 수 있다. 펀치 및 압입 펀치는 피가공재를 사이에 놓고 대향하도록 배치된다.

외주 트림에 있어서는, 피가공재의 외주부를 펀치로 펀칭할 때, 외주부가 외측으로 빠져나가지 않도록 외주부를 구속할 필요가 있다. 외주부를 구속하는 방법으로서 이하의 방법을 들 수 있다.

(외주 트림의 실시 형태 1)

펀치의 펀칭면 및 압입 펀치의 압입면 중 적어도 한쪽 면이 볼록부를 가지며, 펀치 및 압입 펀치로 피가공재를 사이에 놓고 고정하면서 전단 가공 및 압박을 행할 수 있다.

도 14에, 펀치(47)의 펀칭면 및 압입 펀치(43)의 압입면에 볼록부(49)를 형성하여 피가공재(44)를 구속한 양태의 예를 도시한다. 이 양태에서는 이대로 펀칭할 수 있다. 펀치(47) 및 압입 펀치(43) 중 적어도 한쪽에 볼록부를 형성하는 경우, 펀치(47) 및 압입 펀치(43)로 피가공재(44)의 외주부가 고정되므로, 새로운 부품을 필요로 하지 않고 펀칭 칩을 증가시킬 필요도 없다.

(외주 트림의 실시 형태 2)

펀치보다도 더 외주측에, 추가 펀치를 펀치에 연결하여 배치하고, 압입 펀치보다도 더 외주측에, 추가 압입 펀치를 압입 펀치에 연결하여 배치할 수 있다. 추가 펀치의 펀칭면 및 추가 압입 펀치의 압입면 중 적어도 한쪽 면이 볼록부(49)를 가지며, 연결된 펀치 및 추가 펀치의 펀칭면, 그리고 연결된 압입 펀치 및 추가 압입 펀치의 압입면으로, 피가공재의 외주부를 사이에 놓고 고정하면서 전단 가공 및 압박을 행할 수 있다. 추가 압입 펀치와 압입 펀치의 연결은 금속제의 핀을 서로 매립함으로써 행할 수 있다. 또한 연결 방법은 이 방법에 한정되지 않으며, 소정의 연결 강도가 확보되면 그 방법은 불문한다.

도 15에, 펀치(47)의 외주측에 추가 펀치(47a)를 연결하고, 압입 펀치(43)의 외주측에 추가 압입 펀치(43a)를 연결하고, 추가 펀치(47a)의 펀칭면 및 압입 펀치(43a)의 압입면에 볼록부(49)를 형성하여 피가공재(44)를 구속한 양태의 예를 도시한다. 이 양태에서는 이대로 펀칭할 수 있다. 볼록부(49)를 형성한 추가 펀치(47a) 및 추가 압입 펀치(43a)가 소모되더라도 추가 펀치 및 추가 압입 펀치의 교환이 용이하다.

(외주 트림의 실시 형태 3)

펀치보다도 더 외주측에 추가 홀더를 배치하고, 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 홀더에 대향시켜 추가 다이를 배치할 수 있다. 추가 홀더 및 추가 다이 중 적어도 한쪽의, 피가공재의 제1 면 및 제2 면에 면하는 고정면이 볼록부를 가질 수 있다. 추가 홀더의 고정면 및 추가 다이의 고정면으로 피가공재의 외주부를 사이에 놓고 고정하면서 전단 가공 및 압박을 행할 수 있다.

도 16에, 고정면에 볼록부를 형성한 추가 홀더(45a) 및 추가 다이(42a)에 의하여 피가공재(44)의 외주부를 구속한 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 16에 있어서는, 펀치(47) 및 압입 펀치(43)의 외주측에, 피가공재(44)의 외주부를 고정하는 면에 볼록부(49)를 형성한 추가 홀더(45a) 및 추가 다이(42a)가 배치되어 있다. 피가공재(44)를, 홀더(45) 및 다이(42)에 추가하여, 볼록부(49)를 갖는 추가 홀더(45a) 및 추가 다이(42a)를 사용하여 구속할 수 있다. 이와 같이 하여, 피가공재(44)를 구속하면서 펀치(47)로 전단 가공을 행하고 압입 펀치(43)로 압박을 행할 수 있다.

볼록부의 형상은 피가공재를 구속할 수 있는 것이면 되며, 돌기, 요철, 표면 처리면 등의 마찰 저항을 상승시키는 형상일 수 있다. 돌기의 형성은, 선단부에 돌기 형상을 갖는 핀을 매립함으로써 행할 수 있다. 요철의 형성은, 절삭 가공에 의하여 강판과의 접촉면에 깊이 10㎛ 내지 500㎛의 홈을 마련함으로써 행할 수 있다. 표면 처리는 샌드 블라스트 등, 마찰 저항을 크게 하는 방법에 의하여 행할 수 있다.

피가공재의 외주부를 고정하는 면에 형성되는 볼록부의 면에 수직 방향의 높이는, 바람직하게는 10 내지 500㎛이다. 볼록부의 원 상당 직경은, 바람직하게는 10 내지 500㎛이다. 피가공재의 구속면에 수직 방향의 볼록부의 높이가 높을수록 구속력을 강하게 할 수 있지만, 볼록부의 마모가 커지기 쉽고, 또한 피가공재에의 침입에 필요한 하중은 높아진다. 볼록부의 원 상당 직경이 작을수록 작은 하중으로 피가공재에 침입시킬 수 있지만, 볼록부의 마모는 커지기 쉽다. 볼록부의 수(밀도)가 적을수록 작은 하중으로 피가공재에 침입시킬 수 있지만, 구속력은 약해진다.

제품으로 되는 내주부를 고정하는 홀더 및 다이 중 적어도 한쪽의 고정면에 볼록부를 형성해도 된다. 이 양태는, 제품의 표면에 볼록부에 의한 변형을 발생시킬 수 있기 때문에, 볼록부에 의한 변형을 발생시키더라도 제품의 품질이 허용되는 경우에 한정된다.

(외주 트림의 실시 형태 4)

피가공재의 강도가 높은 경우, 그만큼 펀치의 하중이 커지므로 피가공재가 외주측으로 더 빠져나가기 쉬워진다. 그 때문에, 다이 및 홀더로 피가공재를 구속하는 경우, 구속 하중을 더욱 높게 할 필요가 있으며, 볼록부를 갖는 펀치로 피가공재를 구속하는 경우에도 구속이 불충분해질 수 있다. 또한 피가공재의 강도가 높아지면 볼록부가 찌부러지기 쉬워진다.

피가공재의 강도가 높은 경우, 미리 피가공재의 외주측의 원하는 위치에서 전단 가공을 행하여 피가공재의 단부에 전단 가공면을 형성하고, 단부에 형성한 전단 가공면을 구속하고 피가공재에 상기 전단 가공 및 압입을 행하는 것이 유효하다. 이 방법은 피가공재의 강도가 980㎫급 이상일 때 특히 유효하다. 단부에 형성하는 전단 가공면은, 구속 가능한 정도이면 특별히 표면 성상의 품질은 문제로 되지 않는다.

(외주 트림의 실시 형태 4)

도 17의 (a)에, 구속용의 전단 가공면을 얻기 위하여 미리 피가공재의 외주측의 원하는 위치에서 전단 가공을 행하는 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 17 (a)에 있어서는, 펀치(47)의 외주측에 추가 펀치(47a)가 배치되어 있다. 처음에, 추가 펀치(47a)와 압입 펀치(43) 사이에서 피가공재의 전단 가공을 행할 수 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 압입 펀치(43)는 고정 가능할 필요가 있다.

도 17의 (b)에, 전단 가공된 피가공재의 전단 가공면인 좌측 단부가 추가 펀치(47a)의 측면으로 구속되어 있는 양태의 단면 모식도를 도시한다. 피가공재의 좌측 단부가 추가 펀치(47a)의 측면으로 구속되어 있기 때문에, 피가공재가 외주측으로 달아나는 것을 억제하면서 펀치(47) 및 다이(42)로 상기 공정 (A) 내지 (C)의 간격 설정, 전단 가공 및 압입을 행할 수 있다.

(외주 트림의 실시 형태 5)

도 18의 (a)에, 구속용의 전단 가공면을 얻기 위하여 미리 피가공재의 외주측의 원하는 위치에서 전단 가공을 행하는 양태의 단면 모식도를 도시한다. 도 18의 (a)에 있어서는, 펀치(47) 및 압입 펀치(43)의 외주측에 각각, 추가 홀더(45a) 및 추가 다이(42a)가 피가공재를 사이에 놓고 배치되어 있다. 처음에, 펀치(47)와 추가 다이(42a) 사이에서 피가공재의 전단 가공을 행할 수 있다.

다이(42a)의 피가공재를 고정하는 고정면이, 다이(42)의 고정면의 위치에 대하여 피가공재의 두께 방향으로 높은 위치, 동일한 위치, 또는 낮은 위치에 위치하도록 다이(42a)를 배치하여, 펀치(47)와 추가 다이(42a) 사이에서 피가공재의 전단 가공을 행할 수 있다.

추가 다이(42a)의 고정면이 다이(42)의 고정면보다도 높은 위치로 되도록 추가 다이(42a)를 배치하는 경우, 다이(42)의 고정면의 위치에 대한 다이(42a)의 고정면의 위치의, 피가공재의 두께 방향의 어긋남은, 피가공재의 판 두께의 바람직하게는 3배 이하, 더 바람직하게는 2배 이하이고, 판 두께 이하 또는 판 두께의 1/2 이하여도 된다. 어긋남을 상기 범위 내로 함으로써 전단 가공 시의 피가공재의 만곡을 억제하여 막힘을 방지할 수 있다.

추가 다이(42a)의 고정면이 다이(42)의 고정면에 대하여 동일한 위치 또는 낮은 위치로 되도록 추가 다이(42a)를 배치하는 경우, 다이(42)의 고정면의 위치에 대한 다이(42a)의 고정면의 위치의, 피가공재의 두께 방향의 어긋남은, 피가공재의 판 두께 미만이다. 어긋남을 피가공재의 판 두께 미만으로 함으로써 가공재의 좌측 단부를 추가 다이(42a)의 측면으로 구속할 수 있다.

다른 방법에서는, 다이(42a)의 피가공재를 고정하는 고정면과, 다이(42)의 고정면의 위치가 동일해지도록 배치하여, 추가 다이(42a) 및 추가 홀더(45a)를 고정하고, 홀더(45) 및 다이(42), 그리고 펀치(47) 및 압입 펀치(43)를 동시에 동작시켜, 펀치(47)와 추가 다이(42a) 사이에서 피가공재의 전단 가공을 행할 수 있다. 동시에 동작시키기 위하여 홀더(45)와 펀치(47)가 연결되고 다이(42)와 펀치(43)가 연결되어 있어도 된다.

도 18의 (b)에, 전단 가공된 피가공재의 좌측 단부가 추가 다이(42a)의 측면으로 구속되어 있는 양태의 단면 모식도를 도시한다. 피가공재의 좌측 단부가 추가 다이(42a)의 측면으로 구속되어 있기 때문에, 피가공재가 외주측으로 달아나는 것을 억제하면서 펀치(47) 및 다이(42)로 상기 공정 (A) 내지 (C)의 간격 설정, 전단 가공 및 압입을 행할 수 있다.

이 실시 형태에 있어서, 홀더(45a)를 사용하는 편이 피가공재의 만곡을 방지하는 효과는 커지지만, 홀더(45a)의 사용은 임의이며, 피가공재를 안정적으로 전단 가공할 수 있으면 홀더를 사용하지 않아도 된다.

(외주 트림의 실시 형태 6)

도 18의 (a) 및 도 18의 (b)에 도시하는 실시 형태 5에 있어서, 구속용의 전단 가공면을 얻은 후 추가 다이(42a) 및 추가 홀더(45a)를 이동시켜, 추가 홀더(45a)의 측면으로 전단 가공된 피가공재의 좌측 단부를 구속할 수 있다.

도 19의 (b)에 도시한 바와 같이, 전단 가공된 피가공재의 좌측 단부가 추가 홀더(45a)의 측면으로 구속되어 있는 양태의 단면 모식도를 도시한다. 피가공재의 좌측 단부가 추가 홀더(45a)의 측면으로 구속되어 있기 때문에, 피가공재가 외주측으로 달아나는 것을 억제하면서 펀치(47) 및 다이(42)로 상기 공정 (A) 내지 (C)의 간격 설정, 전단 가공 및 압입을 행할 수 있다.

일반적으로 다이와 펀치를 사용하여 전단 가공이 행해지며, 홀더는 다이와 조합하여 피가공재를 고정하기 위하여 사용된다. 따라서 다이 및 펀치는 비교적 강도가 높은 재료로 제작되고, 치수 정밀도도 비교적 높으며, 홀더는 비교적 강도가 낮은 재료로 제작되고, 치수 정밀도는 비교적 낮다. 이에 대하여, 상기 외주 트림의 실시 형태에 있어서, 다이, 홀더, 펀치, 압입 펀치는 종래의 것을 사용할 수 있거나, 또는 다이를 홀더로서 사용해도 된다. 상기 외주 트림의 실시 형태, 예를 들어 홀더의 측면을 사용하여 전단 가공면을 구속할 수 있지만, 이 경우, 종래의 재료 및 치수 정밀도로 제작된 홀더를 사용해도 되고, 다이나 펀치를 제작하는 재료 및 치수 정밀도로 제작된 홀더를 사용해도 되고, 또는 다이를 홀더로서 사용해도 된다. 다이 및 펀치에 대해서도 마찬가지이다.

본 개시의 방법에 있어서 가공되는 피가공재는, 바람직하게는 340㎫급 이상, 더 바람직하게는 980㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 금속판이다. 더욱 바람직하게는, 본 개시의 방법에 있어서 가공되는 피가공재는 상기 인장 강도를 갖는 강재이다. 340㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 금속판에서는 특히 피로 파괴의 대책이 필요해지고, 980㎫급 이상에서는 수소 취화 균열의 대책도 필요해진다. 특히 피가공재가 강재인 경우에 수소 취화 균열 및 피로 파괴의 대책이 중요해진다. 본 개시의 방법은 모든 강도의 금속 부재에 적용 가능하며, 알루미늄 등의 강 이외의 금속 부재에 적용하더라도, 저장력 강판에 적용하더라도, 또는 고장력 강판에 적용하더라도 인장 잔류 응력을 저감할 수 있다. 본 개시의 방법은, 특히 상기 인장 강도를 갖는 고장력 강판에 적용함으로써, 종래에는 곤란했던 내수소 취화성, 피로 강도 및 신장 플랜지성을 양립시킬 수 있다.

본 개시의 방법에 있어서 가공되는 피가공재의 판 두께는, 바람직하게는 0.05 내지 1000㎜, 더 바람직하게는 0.1 내지 100㎜, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 10㎜, 더욱 더 바람직하게는 0.6 내지 2㎜이다. 피가공재의 판 두께가 상기 범위임으로써 피가공재를 만곡시키지 않고 인장 잔류 응력 저감 효과를 얻을 수 있다.

본 개시의 방법에 있어서 가공되는 피가공재의 종횡 치수는, 바람직하게는 1 내지 10000㎜, 더 바람직하게는 10 내지 5000㎜, 더욱 바람직하게는 100 내지 1000㎜이다.

본 개시의 방법에 있어서 얻어지는 가공재는, 바람직하게는 자동차 등의 각종 차량, 가전 제품, 건축 구조물, 선박, 교량, 일반 기계, 건설 기계, 각종 플랜트, 도수관 등에 사용할 수 있다. 예를 들어 자동차 부품 용도에서는, 가공재는 추가로 가공되어 사용될 수 있다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이며, 본 발명은이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

(실시예 1)

판 두께 1.6㎜의 1180㎫급 DP 강판을 준비하고, 직경 φ10㎜의 펀치를 사용하여, 간격 d를 변화시켜 전단 가공을 행하고, 전단 가공면의 단면 형상을 평가하였다. 도 20의 (a) 및 도 20의 (b)에, 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 5%(CL5%) 및 10%(CL10%)인 경우의 전단 가공면의 단면 사진을 도시한다. 여기서는 결과를 생략하지만, 전단 가공면의 표층부에 보이는 흑점은 비커스 경도 시험의 흔적이다. 도 21의 (a) 내지 (c)에, 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 20%(CL20%, 30%(CL30%) 및 40%(CL40%)인 경우의 전단 가공면의 단면 사진을 도시한다.

간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 5% 및 10%인 경우, 균열이 다이 각을 향하여 발생하여 전단 가공면이 형성되었다. 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 20%인 경우에도, 도 21의 (a)에 도시한 바와 같이 균열이 다이 각을 향하여 발생하여 전단 가공면이 형성되었다. 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 30% 및 40%인 경우, 도 21의 (b) 및 도 21의 (c)에 도시한 바와 같이 균열이 다이 각 방향으로부터 피가공재의 판 두께 방향으로 어긋나게 발생하여 전단 가공면이 형성되고, 가공재의 단부에 버가 형성되었다.

(실시예 2)

다이와 펀치의 간격 d가 1% 및 60%인 예를 추가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건에서, 전단 가공한 가공재의 전단 가공면에 펀칭재의 단부면을 압박하지 않은 경우 및 펀칭재의 단부면을 압박한 경우의, 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 평가하였다. 가공재의 전단 가공면에 편칭재의 단부면을 압박할 때, 펀칭재의 제2 면이 가공재의 제2 면과 일치하는 위치로 되도록 펀칭재를 펀치 홀의 원래의 위치로 밀어서 복귀시켰다.

도 22에, 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력의 측정 위치의 모식도를 도시한다. 도 22에 도시한 바와 같이 가공재를, 펀치 홀의 중심을 통과하는 선으로 절단하여, 가공재(14a)의 전단 가공면의 판 두께 방향을 따라 3점, 즉, 가공재(14a)의 제2 면(14a-2)측 위치 (s3), 판 두께 중앙 위치 (s2), 및 가공재(14a)의 제1 면측 위치 (s1)에 스폿 직경 500㎛의 X선을 서로 중첩되지 않도록 조사하고, sin²Ψ법을 이용하여 상기 위치에 있어서의 인장 잔류 응력을 측정하였다.

도 23 내지 29에, 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40% 및 60%(CL1%, CL5%, CL10%, CL20%, CL30%, CL40% 및 CL60%)인 경우의, 압박하지 않은 경우 및 펀칭재의 단부면을 압박한 경우의, 위치 (s3), 위치 (s2) 및 위치 (s1)의 3점의 위치에 있어서의, 가공재의 전단 가공면에 있어서의 인장 잔류 응력을 나타낸다.

간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 5% 이상인 경우, 위치 (s3) 및 위치 (s2)에 있어서 인장 잔류 응력이 저감되었다. 또한 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 5 내지 40%인 경우, 인장 잔류 응력을 저감하면서 인장 잔류 응력의 변동도 저감되었다.

간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 10 내지 20%인 경우, 위치 (s3) 및 위치 (s2)에 있어서의 인장 잔류 응력이 크게 저하되었다. 간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 20%인 경우, 판 두께 방향의 잔류 응력이 압축으로 되고 또한 대략 균일화되었다.

간격 d가 피가공재의 판 두께 t의 1% 정도인 경우, 종래 공법으로도 인장 잔류 응력은 작아지지만, 소위 정밀 전단을 행하는 것과 동일해진다. 따라서 높은 금형 정밀도가 요구되어 금형의 제작 비용이 높아지고, 특히 고장력 강판용의 금형을 제작하는 것이 곤란해져 금형의 손상이 일어나기 쉬워지고, 게다가 전단면이 펀치의 진행 방향을 향하여 길게 형성되어 가공 경화가 많이 부여되기 때문에, 전단 가공면의 신장 플랜지성도 저하될 수 있다.

도 30에, 도 23 내지 29에 나타내는 판 두께 중앙 위치 (s2)에 있어서의, 다이와 펀치의 간격(펀칭 클리어런스)을 변화시킨 때의 잔류 응력 저감 효과를 나타낸다. 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 5% 이상에서 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어지고, 10% 내지 40%에서 더 큰 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어지고, 10% 내지 30%에서 더욱 큰 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어지고, 10% 내지 20%에서 더욱 더 큰 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어졌다. 10% 내지 20%에서 큰 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어진 것은, 다이와 펀치의 간격이 20% 이하인 경우에, 형성되는 버의 크기가 작게 억제되었기 때문으로 생각된다.

도 31에, 도 23 내지 29에 있어서 평가한 가공재에 대하여, 다이와 펀치의 간격(펀칭 클리어런스)과, 압박을 행하지 않은 경우의 파단면의 각도 θ와의 관계를 나타낸다. 가공재의 파단면의 각도 θ란, 펀치의 진행 방향(판 두께 방향)에 대한 각도이다. 다이와 펀치의 간격이 피가공재의 판 두께의 5% 이상에서 3° 이상의 파단면의 각도 θ가 얻어지고, 다이와 펀치의 간격이 10% 내지 60%, 20% 내지 40% 및 20 내지 30%의 범위에서 더 큰 파단면의 각도 θ가 얻어졌다.

표 1에, 다이와 펀치의 간격 d와 가공재의 파단면의 각도 θ와의 관계를 나타낸다.

도 32에, 다이와 펀치의 간격(펀칭 클리어런스)이 5 내지 20%인 경우 및 30 내지 60%인 경우의, 파단면의 각도 θ와 인장 잔류 응력 저감 효과의 관계를 나타낸다. 도 32에 나타내는 데이터는 도 30 및 31의 결과에 기초한다. 파단면의 각도 θ가 3° 이상에서 큰 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어졌다. 또한 다이와 펀치의 간격(펀칭 클리어런스)이 5 내지 20%인 경우에, 다이와 펀치의 간격(펀칭 클리어런스)이 30 내지 60%인 경우보다도, 동일한 파단면의 각도 θ에 대하여 더 큰 인장 잔류 응력 저감 효과가 얻어졌다.

(실시예 3)

실시예 2에 있어서, 다이와 펀치의 간격 d를 20%로 한 때의, 펀칭재의 압박 유무에 의한 전단 가공면의 평균 인장 잔류 응력을 평가하였다.

펀칭재의 압박을 행한 경우의 가공재의 전단 가공면의 평균 인장 잔류 응력과, 펀칭재의 압박을 행하지 않은 경우의 전단 가공면의 평균 인장 잔류 응력을 계산하여 비교하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, 펀칭재의 압박에 의하여 전단 가공면에 압축 응력이 부가되어 가공재의 전단 가공면의 인장 잔류 응력이 감소한 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

다이와 펀치의 간격 d를 5%, 10% 및 20%로 하고 실시예 1과 동일한 조건에서 전단 가공을 행한 강판에 대하여, 실시예 2와 동일한 조건에서 편칭재의 단부면을 압박하지 않은 경우 및 펀칭재의 단부면을 압박한 경우의, 전단 가공면에 있어서의 수소 취화 특성을 조사하였다. 수소 취화 특성은, 비액량 15mL/㎠, 1 내지 100g/L의 티오시안산암모늄 용액에 시험 강판을 72시간 침지하고 평가하였다. 결과를 표 3 및 4에 나타낸다. 수소 취화 균열의 유무를 눈으로 보아서의 관찰에 의하여 평가하였다.

표 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박함으로써 수소 취화 특성이 크게 향상되었다.

(실시예 5)

펀칭재의 압박 유무에 의한 강판의 전단 가공면의 피로 특성을 평가하였다. 피가공재로서 판 두께가 1.6㎜인 1180㎫급 DP 강판을 준비하고, 다이와 직경 10㎜의 펀치의 간격 d를 강판의 판 두께의 20%, 즉, 0.32㎜로 하고 전단 가공을 행하여, 가공재와 편칭재를 얻었다. 이어서, 펀칭재의 제2 면이 가공재의 제2 면의 위치와 일치하도록 펀칭재를 펀치 홀에 압박하여 가공재의 전단 가공면의 코이닝을 행하였다. 압박 없음 및 압박 있음의 가공재에 대하여, 응력비를 -1 및 주파수를 25㎐로 하고 실온 대기 중에서 평판 굽힘 피로 시험을 행하였다. 도 33에, 평판 굽힘 피로 시험에서 측정한 피로 특성(σa: 피로 한도, Nf: 굽힘 횟수)을 나타낸다. 도 33으로부터, 펀칭재의 단부면을 가공재의 전단 가공면에 압박하여 코이닝을 행함으로써, 인장 잔류 응력이 저하되어 피로 특성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 6)

펀칭재의 복귀 위치와 가공재의 전단 가공면의 신장 플랜지성의 관계를 조사하였다. 구체적으로는, 전단 가공만을 행한 경우, 전단 가공 후에 펀칭재(18)를, 펀칭재(18)의 제2 면(182)이 가공재의 제2 면(14a-2)과 일치하는 위치, 즉, 원래의 위치로 복귀시킨 경우, 및 전단 가공 후에 펀칭재(18)에 펀치 홀(18a)을 통과해서 빠져나가게 한 경우의, 가공재의 전단 가공면의 신장 플랜지성을 조사하였다. 피가공재(14)로서 판 두께 1.6㎜의 1180㎫급 DP 강판을 준비하고, 직경 φ10㎜의 펀치를 사용하여, 간격 d를 20%로 하고 전단 가공을 행하였다.

신장 플랜지성의 시험은, 도 34에 도시하는 시험 방법으로 가공재에 대하여 구멍 확장 시험을 행함으로써 평가하였다. 구멍 확장 시험에는 대정각 60°의 원추 펀치를 사용하며, 블랭크 홀더 하중은 9.8kN으로 하고, 구멍 확장 시의 펀치 속도를 약 0.2㎜/sec로 하고, 버가 상측으로 되도록 가공재(14a)의 시험편을 설치하고 다이(12) 및 홀더(15)로 고정하였다. 이들 이외의 조건은 ISO16630(2009)에 준거하였다. 구멍 확장 시험은 각각의 실험 조건에 대하여 10회씩 행하였다.

도 35에, 전단 가공만을 행한 경우(Case1: 펀칭만), 전단 가공 후에 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)로 복귀시킨 경우(Case2: 펀칭+코이닝), 및 전단 가공 후에 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)을 통과해서 빠져나가게 한 경우(Case3: 펀칭+셰이빙)의, 가공재의 전단 가공면의 신장 플랜지성을 비교한 그래프를 나타낸다.

Case3에 있어서는, 펀칭재(18)가 펀치 홀(18a)을 통과해서 빠져나가면, 가공재의 전단 가공면이 깎여나감과 함께 전단 가공면에 큰 압축 응력이 가해져 가공 경화가 부여되어 버리므로 신장 플랜지성이 저하되어 버린다. Case2에 있어서는, 펀칭재(18)를 펀치 홀(18a)의 원래의 위치로 복귀시킴으로써 전단 가공면이 코이닝되어 양호한 신장 플랜지성이 얻어진다. 여기서는 나타내고 있지는 않지만, Case1과 Case2를 비교하면, Case2에서는 코이닝이 행해지고 있으므로 Case1에 비하여 우수한 내수소 취화성 및 피로 강도를 얻을 수 있다.

(실시예 7)

피가공재로서 판 두께가 1.6㎜인 1180㎫급 DP 강판을 준비하였다. 다이와 직경 10㎜의 펀치의 간격 d를 강판의 판 두께의 20%, 즉, 0.32㎜로 하였다. 이 조건에서 펀치로 강판을 전단 가공하여 가공재와 편칭재를 얻었다. 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 펀치 홀에 압입하여 통과해서 빠져나가게 하고, 이어서, 다시 반대측으로부터 편칭재를 펀치 홀에 압입하여 통과해서 빠져나가게 하여, 펀칭재의 단부면의 강판의 전단 가공면에의 압박을 행하였다.

압박을 행하지 않은 가공재 및 압박을 행한 가공재 각각에 대하여, 펀치 홀의 중심을 통과하는 선으로 절단하여, 가공재의 판 두께 방향을 따라 3점, 즉, 가공재의 제2 면측 위치 (s3), 판 두께 중앙 위치 (s2), 및 가공재의 제1 면측 위치 (s1)에 스폿 직경 500㎛의 X선을 서로 중첩되지 않도록 조사하고, sin²Ψ법을 이용하여 상기 위치의 평균 인장 잔류 응력을 조사하여 비교하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 강재의 전단 가공에 있어서, 면 성상이 우수한 전단 가공면을 갖는 강재를 높은 생산성이면서 저비용으로 제조할 수 있다. 따라서 본 발명은 강재 제조 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

1: 피가공재
2: 펀치
2a: 하측 방향
3: 다이
4: 새깅면
5: 전단면
6: 파단면
6a: 파단면
7: 버
8a: 상부 표면
8b: 하부 표면
9: 전단 가공면
10: 가공재
11: 탄성 부재
12: 다이
12a: 다이 각
13: 압입 펀치
14: 피가공재
14a: 가공재
15: 홀더
16: 탄성 부재
17: 펀치
17a: 펀치 각
18: 펀칭재
18a: 펀치 홀
19: 단부면
20: 전단 가공면
20a: 재료 중복 영역
21: 탄성 부재
22: 다이
23: 압입 펀치
24: 피가공재
24a: 가공재
25: 홀더
26: 탄성 부재
27: 펀치
28: 펀칭재
28a: 펀치 홀
29: 단부면
30: 전단 가공면
32: 기기 프레임
42: 다이
42a: 추가 다이
43: 압입 펀치
43a: 추가 압입 펀치
44: 피가공재
45: 홀더
45a: 추가 홀더
47: 펀치
47a: 추가 펀치
49: 볼록부
100: 전단 가공기
200: 캔틸레버식 전단 가공기
d: 펀치와 다이의 간격
t: 피가공재의 판 두께
s1, s2, s3: 잔류 응력의 측정 위치

Claims (17)

1. 제1 면 및 그 반대측의 제2 면을 갖는 피가공재를, 상기 제2 면이 다이측에 배치되도록 상기 다이 상에 배치하고, 상기 피가공재의 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 피가공재의 판 두께 방향으로, 상기 제1 면측에 배치된 펀치로 전단 가공하는 전단 가공 방법이며,
   (A) 상기 다이와 상기 펀치의 간격이며 상기 피가공재의 판 두께 방향에 수직 방향의 간격을 상기 피가공재의 판 두께의 5% 내지 80%로 하는 간격 설정 공정,
   (B) 상기 펀치로 상기 피가공재를 전단 가공하여 펀칭재 및 가공재를 얻는 전단 가공 공정이며, 상기 펀칭재 및 가공재는 각각, 상기 피가공재의 제1 면 및 제2 면에 대응하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 전단 가공 공정, 및
   (C) 상기 펀치에 대향하도록 상기 가공재의 제2 면측에 배치된 압입 펀치에 의하여 상기 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 상기 가공재의 펀치 홀에 압입하여, 상기 펀칭재의 단부면을 상기 가공재의 전단 가공면에 압박하는 압박 공정
   을 포함하고,
   상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,
   상기 펀치보다도 더 외주측에, 추가 펀치를 상기 펀치에 연결하여 배치하는 것,
   상기 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 펀치에 대향하도록 추가 압입 펀치를 상기 압입 펀치에 연결하여 배치하는 것,
   상기 추가 펀치의 펀칭면 및 상기 추가 압입 펀치의 압입면 중 적어도 한쪽 면이 볼록부를 갖는 것, 및
   상기 연결된 펀치 및 추가 펀치의 펀칭면, 및 상기 연결된 압입 펀치 및 추가 압입 펀치의 압입면으로, 상기 피가공재를 사이에 놓고 고정하면서 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것
   을 더 포함하고,
   상기 피가공재가 340㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 강판인, 전단 가공 방법.
2. 제1 면 및 그 반대측의 제2 면을 갖는 피가공재를, 상기 제2 면이 다이측에 배치되도록 상기 다이 상에 배치하고, 상기 피가공재의 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 피가공재의 판 두께 방향으로, 상기 제1 면측에 배치된 펀치로 전단 가공하는 전단 가공 방법이며,
   (A) 상기 다이와 상기 펀치의 간격이며 상기 피가공재의 판 두께 방향에 수직 방향의 간격을 상기 피가공재의 판 두께의 5% 내지 80%로 하는 간격 설정 공정,
   (B) 상기 펀치로 상기 피가공재를 전단 가공하여 펀칭재 및 가공재를 얻는 전단 가공 공정이며, 상기 펀칭재 및 가공재는 각각, 상기 피가공재의 제1 면 및 제2 면에 대응하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 전단 가공 공정, 및
   (C) 상기 펀치에 대향하도록 상기 가공재의 제2 면측에 배치된 압입 펀치에 의하여 상기 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 상기 가공재의 펀치 홀에 압입하여, 상기 펀칭재의 단부면을 상기 가공재의 전단 가공면에 압박하는 압박 공정
   을 포함하고,
   상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,
   상기 펀치보다도 더 외주측에 추가 홀더를 배치하는 것,
   상기 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 홀더에 대향하도록 추가 다이를 배치하는 것,
   상기 추가 홀더의 상기 피가공재의 제1 면에 면하는 고정면, 및 상기 추가 다이의 상기 피가공재의 제2 면에 면하는 고정면 중, 적어도 한쪽 면이 볼록부를 갖는 것, 및
   상기 추가 홀더의 고정면 및 상기 추가 다이의 고정면으로 상기 피가공재를 사이에 놓고 고정하면서 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것
   을 더 포함하고,
   상기 피가공재가 340㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 강판인, 전단 가공 방법.
3. 제1 면 및 그 반대측의 제2 면을 갖는 피가공재를, 상기 제2 면이 다이측에 배치되도록 상기 다이 상에 배치하고, 상기 피가공재의 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 피가공재의 판 두께 방향으로, 상기 제1 면측에 배치된 펀치로 전단 가공하는 전단 가공 방법이며,
   (A) 상기 다이와 상기 펀치의 간격이며 상기 피가공재의 판 두께 방향에 수직 방향의 간격을 상기 피가공재의 판 두께의 5% 내지 80%로 하는 간격 설정 공정,
   (B) 상기 펀치로 상기 피가공재를 전단 가공하여 펀칭재 및 가공재를 얻는 전단 가공 공정이며, 상기 펀칭재 및 가공재는 각각, 상기 피가공재의 제1 면 및 제2 면에 대응하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 전단 가공 공정, 및
   (C) 상기 펀치에 대향하도록 상기 가공재의 제2 면측에 배치된 압입 펀치에 의하여 상기 펀칭재를, 펀칭한 그대로의 상태에서 상기 가공재의 펀치 홀에 압입하여, 상기 펀칭재의 단부면을 상기 가공재의 전단 가공면에 압박하는 압박 공정
   을 포함하고,
   상기 다이, 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가, 상기 피가공재의 내주측에 상기 다이가 배치되고 또한 상기 피가공재의 외주측에 상기 펀치 및 상기 압입 펀치가 배치되는 외주 트림형의 구성을 갖는 것,
   상기 펀치보다도 더 외주측에 추가 홀더를 배치하는 것,
   상기 압입 펀치보다도 더 외주측에, 상기 피가공재를 사이에 놓고 상기 추가 홀더에 대향하도록 추가 다이를 배치하는 것,
   상기 펀치와 상기 추가 다이로 상기 피가공재를 전단 가공하여 전단면을 얻는 것, 및
   상기 전단면을 상기 추가 다이 또는 추가 홀더의 측면으로 구속해서 상기 간격 설정, 상기 전단 가공 및 상기 압박을 행하는 것
   을 더 포함하고,
   상기 피가공재가 340㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 강판인, 전단 가공 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정 (A)에 있어서, 상기 다이와 상기 펀치의 간격을 10% 내지 80%로 하는, 전단 가공 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정 (A)에 있어서, 상기 다이와 상기 펀치의 간격을 10% 내지 30%로 하는, 전단 가공 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면이 상기 가공재의 제1 면을 통과하지 않는 범위에서 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면을 코이닝하는 것을 포함하는, 전단 가공 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면의 위치가 상기 가공재의 제2 면으로부터 제1 면을 향하여 판 두께의 절반의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면을 코이닝하는 것을 포함하는, 전단 가공 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면의 위치가 상기 가공재의 제2 면의 위치와 동일해지도록 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면을 코이닝하는 것을 포함하는, 전단 가공 방법.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀칭재의 압입을, 상기 펀칭재의 제2 면의 위치가 상기 가공재의 제2 면의 위치를 통과하지 않는 범위에서 행하여, 상기 가공재의 전단 가공면의 적어도 일부를 코이닝하는 것을 포함하는, 전단 가공 방법.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (C)에 있어서, 상기 펀치 홀에 압입한 상기 펀칭재를 상기 펀치로 펀칭하고, 상기 압입 펀치로 상기 펀칭재를 상기 펀치 홀에 압입하는 것을 1회 이상 반복하는, 전단 가공 방법.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피가공재가 980㎫급 이상의 인장 강도를 갖는 강판인, 전단 가공 방법.
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