KR100250111B1 - 디이프 드로오잉 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이 위에 판금을 놓고 펀치로 재료를 눌러 컵모양의 움푹한 물체를 만드는 디이프 드로오잉(Deep drawing) 가공장치에 관한 것으로서, 특히 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 주가공부와, 상기 주가공부의 하단에 일체로 형성되어 주가공부에 의해 컵모양으로 가공된 판금의 벽 두께가 균일하게 되도록 아이어닝 가공을 수행하는 마무리가공부로 이루어져 그 위에 피가공품이 로딩되는 일체형 다이와; 상기 일체형 다이의 상측에 설치되어 피가공품에 가공력을 제공하는 펀치로 구성된 디이프 드로오잉 가공장치를 제공함으로써 각각의 단계에 따른 금형 및 장비를 개별적으로 구비할 필요가 없어져 가공에 소요되는 금형 및 장비의 수가 감소되고 그 크기가 소형화되므로 펀치 또는 다이의 행정거리가 감소되어 가공시간이 단축됨과 동시에 가공품의 정도가 향상되고, 장비에 대한 초기 설비투자액이 대폭 감소되어 가공품의 제조원가가 절감되도록 한 것이다.

Description

디이프 드로오잉 가공장치

본 발명은 디이프 드로오잉(Deep drawing) 가공장치에 관한 것으로서, 특히 단계별로 각각 진행되던 재드로오잉을 단 한번에 실시할 수 있도록 구성된 일체형 다이를 구비하고 있는 디이프 드로오잉 가공장치에 관한 것이다.

디이프 드로오잉은 다이 위에 판금을 놓고 펀치로 재료를 눌러 컵모양의 움푹한 물체를 만드는 가공법으로서, 가공의 특성상 펀치와 다이로 이루어진 상하 1조의 금형세트가 반드시 필요하다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일반적인 디이프 드로오잉 가공장치는 가공될 판금(1)이 놓여지고 그 내부에 상기 판금(1)이 가공될 컵모양으로 구멍이 형성된 다이(3)와, 상기 다이(3)의 상측에 설치되어 상기 판금(1)에 가공력을 제공하는 펀치(5)로 구성되며, 이러한 디이프 드로오잉 가공장치에서는 상기 다이(3) 위에 판금(1)을 올려놓은 후 상기 펀치(5)를 하강시켜 판금(1)에 가공력을 가함으로써 판금(1)을 컵모양으로 성형시킨다.

상기와 같이 펀치(5)를 하강시키는 방식 대신 상기 펀치(5)를 고정시킨 후 다이(3)를 상승시키는 방식으로 디이프 드로오잉을 실시하여 판금(1)을 성형시킬 수도 있다.

상기에서, 다이(3)와 펀치(5)의 치수 및 판금(1)의 두께가 일정한 경우 가공품에 주름이 생기지 않은 판금(1)의 한계지름이 존재하는데, 이 한계지름 이상에서는 압하링(또는 블랭크홀더, Blankholder; 7)을 사용하여 가공품에 주름이 생기지 않도록 하며, 이러한 역할을 수행하기 위하여 상기 압하링(7)은 다이(3)의 상측에 설치되어 판금(1)의 가장자리를 눌러준다. 이때, 상기 판금(1)의 지름이 한계지름 이하인 경우에는 상기 압하링(7)을 사용할 필요가 없다.

또한, 판금(1)은 드로오잉 과정에서 그 두께가 변화하는 바, 이에 대한 여유공간으로서 상기 다이(3)와 펀치(5) 사이에는 적절한 틈새가 형성되며, 이를 클리어런스(Clearance)라고 한다. 상기한 클리어런스가 작으면 재료가 상기 다이(3)와 펀치(5) 사이에서 아이어닝(Ironing) 가공을 받아 두께가 균일하게 됨으로써 디이프 드로오잉 아이어닝(Deep drawing-ironing) 가공이 이루어지고, 이를 통해 별도의 아이어닝 가공을 받지 않아도 되게 된다.

상기와 같은 디이프 드로오잉 가공에서 지름이 일정하고 높이가 다른 컵을 생산하기 위해서는 지름이 다른 여러 가지 판금(1)이 필요하다. 판금(1)의 지름이 증가하면 드로오잉량이 증가하므로 최대 드로오잉힘이 더불어 증가된다. 또한, 다이(3) 구멍의 지름이 일정하면 어떤 판금(1)의 드로오잉힘이 컵의 밑바닥 근처의 반지름 부분의 재료가 펀치하중을 지탱하지 못하고 파괴가 일어나는 하중에 이르게 되는 경우가 발생한다. 이 하중은 판금(1)의 크기에 따라서도 달라지는 바, 드로오잉이 성공적으로 될 수 있는 판금(1)의 최대지름과 펀치(5)의 지름의 비인 한계드로오잉비가 존재하게 된다.

따라서, 탄피와 같이 깊이가 깊은 컵모양의 제품을 성형시키기 위해서는 이미 드로오잉된 가공품을 다시 드로오잉하는 재드로오잉을 실시하여 다단계 가공을 해야 한다.

이러한 재드로오잉에는 두 가지 기본방법인 직접재드로오잉과 역재드로오잉이 있는 바, 직접재드로오잉에서는 도 2에 도시된 바와 같이 컵의 원래의 외면이 재드로오잉한 컵의 외면이 된다.

상기한 직접재드로오잉을 이용하여 길이 10㎜, 지름 4.5㎜의 콘덴서 케이스(10)를 만들기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 1차 가공을 통해 지름 12.0㎜, 길이 4.3㎜의 플랜지붙이 원뿔각 형태(a)로 성형시킨 뒤, 이 1차 가공품을 다시 2차 가공을 통해 지름 9.0㎜, 길이 5.1㎜의 플랜지붙이 원통 형태(b)로 성형시킨다. 이때, 피가공물인 판금의 두께는 0.4㎜이다.

이후, 3차, 4차, 5차, 6차, 7차, 8차 가공을 통해 각각 지름 7.0㎜, 길이 6.0㎜인 플랜지붙이 원통 형태(c), 지름 6.5㎜, 길이 6.7㎜인 플랜지붙이 원통 형태(d), 지름 5.8㎜, 길이 7.6㎜인 플랜지붙이 원통 형태(e), 지름 5.2㎜, 길이 8.5㎜인 플랜지붙이 원통 형태(f), 지름 4.9㎜, 길이 9.4㎜인 플랜지붙이 원통 형태(g), 지름 4.7㎜, 길이 9.8㎜인 플랜지붙이 원통 형태(h)로 성형시킨 후, 최종적으로 9차 가공을 통해 지름 4.5㎜, 길이 10.0㎜인 플랜지붙이 원통 형태(i)로 성형시켜 콘덴서 케이스(10)를 완성한다.

그러나, 상기한 직접재드로오잉에서는 재료가 한쪽 방향으로 연속적으로 소성변형에 의한 가공경화를 받게 되므로 가공이 진행됨에 따라 가공율이 감소하게 된다.

따라서, 이차 이상의 재가공에서 가공율을 높이기 위한 방법으로 도 4에 도시된 바와 같은 역재드로오잉이 고안되었다. 상기 역재드로오잉에서는 컵의 원래의 외면이 재드로오잉한 컵의 내면이 되므로 재료의 압축 및 인장 방향이 서로 반전되어 상기한 직접재드로오잉을 이용하여 성형시킬 때보다 컵 벽의 가공경화가 심하지 않게 되고, 다이 반지름 주위의 금속을 제어하기 쉽게 된다. 또한, 역재드로잉에서는 다이의 형태상 다이 자체가 압하링의 기능을 부분적으로 수행하므로 압하링의 필요성이 감소되고, 상기 압하링을 사용하더라도 그 형태의 제한이 없기 때문에 주름을 제어하기 용이하게 된다.

그러나, 상기한 역재드로오잉은 금형구조 및 금형재료의 특성상 펀치와 다이 사이에 큰 클리어런스를 수반하게 되므로 고정밀도의 제품을 얻기 위해서는 부차적인 마무리가공이 반드시 필요하며, 이에 따라 주가공을 위한 각각의 금형 외에 마무리가공을 위한 별도의 금형을 구비해야 한다.

상기한 바를 종합하면, 일정 이상의 드로오잉비를 갖는 가공품을 얻기 위해서는 재드로오잉을 실시하는 것이 바람직하나, 종래의 재드로오잉 장치는 각각의 가공단계에 따른 금형 및 장비를 개별적으로 모두 구비해야 하고 그 금형 및 장비의 크기가 크기 때문에 각각의 금형 및 장비가 점유하는 공간이 증가하여 공장의 공간효율성이 떨어짐은 물론 초기 설비투자액이 크게 증가되어 제조원가가 증가되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 재드로오잉 장치는 금형 및 장비의 크기가 커 펀치의 행정거리가 길어지기 때문에 가공시간이 증가되고 가공품의 정도가 저하되는 문제점이 있다. 이러한 가공품의 정도 저하는 특히, 그 가공품이 LPG 등의 고압가스를 저장하는 용기인 경우 심각한 문제들을 수반하게 된다.

또한, 종래의 재드로오잉 장치는 필요에 따라 가공품을 각각의 단계에 알맞은 금형에 로딩시켜 가공한 후 다시 언로딩하여 다음 단계의 금형에 로딩시키는 작업을 반복해서 실시해야 하므로 작업이 번거롭고 가공의 정밀도가 떨어질 뿐 아니라 그 공정수도 증가되어 작업효율이 저하되고 생산성이 감소되는 문제점이 있다.

특히, 재드로오잉 중 역재드로오잉에서는 마무리 가공을 위한 별도의 금형까지 따로 구비해야 하므로 상기의 문제점들이 더욱더 심화되게 된다. 따라서, 이를 개선시킬 수 있는 방안이 절실히 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 주가공부를 가진 일체형 다이를 구비함으로써 각각의 단계에 따른 금형 및 장비를 개별적으로 구비할 필요가 없어져 가공에 소요되는 금형 및 장비의 수가 감소되고 그 크기가 소형화되므로 펀치 또는 다이의 행정거리가 감소되어 가공시간이 단축됨과 동시에 가공품의 정도가 향상되고, 장비에 대한 초기 설비투자액이 대폭 감소되어 가공품의 제조원가가 절감되도록 하는 디이프 드로오잉 가공장치를 제공하는데 그 제 1 목적이 있다.

또한, 본 발명은 일체형 다이를 구비함으로써 단계별로 각각 진행되던 재드로오잉을 단 한번에 실시할 수 있게 되므로 가공품의 정밀도가 향상됨은 물론 가공작업 및 그 공정수가 간단해져 생산성이 향상되도록 하는 디이프 드로오잉 가공장치를 제공하는데 그 제 2 목적이 있다.

도 1a는 일반적인 디이프 드로오잉(Deep drawing) 가공장치의 드로오잉 전 상태가 도시된 구성도,

도 1b는 일반적인 디이프 드로오잉 가공장치의 드로오잉 후 상태가 도시된 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 직접재드로오잉 방식이 도시된 구성도,

도 3은 종래 기술에 따른 직접재드로오잉 방식에 따라 콘덴서 케이스를 성형시키는 공정도,

도 4는 종래 기술에 따른 역재드로오잉 방식이 도시된 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치가 도시된 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치 중 펀치의 구조가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 피가공품 60 : 일체형 다이

61 : 제 1 가공부 63 : 제 1 돌출부

65 : 제 2 가공부 67 : 제 2 돌출부

69 : 마무리가공부 70 : 펀치

71 : 제 1 펀치부 73 : 제 2 펀치부

75 : 압하링

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 주가공부를 구비하고 그 위에 피가공품이 로딩되는 일체형 다이와, 상기 일체형 다이의 상측에 설치되어 판금에 가공력을 제공하는 펀치로 구성된 디이프 드로오잉 가공장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 상기 일체형 다이는 주가공부의 하단에 일체로 형성되어 주가공부에 의해 컵모양으로 가공된 피가공품의 벽 두께가 균일하게 되도록 아이어닝 가공을 수행하는 마무리 가공부를 더 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제 3 특징에 따르면, 상기한 각각의 주가공부 및 마무리가공부 사이에는 하측으로 경사지게 형성된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부에 의해 각각의 주가공부 및 마무리가공부에 클리어런스가 확보되며, 상기 일체형 다이는 하측으로 갈수록 그 두께가 두꺼워지도록 형성된다.

또한, 본 발명의 제 4 특징에 따르면, 상기 펀치는 판금에 가공력을 제공하다가 일정량의 가공력을 제공한 후에는 압하링의 기능을 수행하도록 형성된 제 1 펀치부와, 상기 제 1 펀치부에 내재되어 있다가 상기 제 1 펀치부가 압하링의 기능을 수행하기 시작하면 상기 제 1 펀치부의 하측으로 돌출되어 판금에 가공력을 제공하는 제 2 펀치부로 구성된 다중구조이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 각각의 단계에 따른 금형 및 장비를 개별적으로 구비할 필요가 없어져 금형 및 장비의 수가 감소되고 그 크기가 소형화되므로 펀치 또는 다이의 행정거리가 감소되어 가공시간이 단축됨과 동시에 가공품의 정도가 향상되고, 장비에 대한 초기 설비투자액이 대폭 감소되어 가공품의 제조원가가 절감되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치가 도시된 구성도, 도 6은 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치 중 펀치의 구조가 도시된 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치는 역재드로오잉이 가능하도록 형성된 주름억제 부착 드로오잉 오프 방식으로서, 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 주가공부(61, 65)와, 상기 주가공부(61, 65)의 하단에 일체로 형성되어 주가공부(61, 65)에 의해 컵모양으로 가공된 판금(50)의 벽 두께가 균일하게 되도록 아이어닝 가공을 수행하는 마무리가공부(69)로 이루어져 그 위에 피가공품(50)이 로딩되는 일체형 다이(60)와; 상기 일체형 다이(60)의 상측에 설치되어 피가공품(50)에 가공력을 제공하는 펀치(70)로 구성된다.

여기서, 상기 일체형 다이(60)의 상측에는 드로오잉시 피가공품(50)의 가장자리를 눌러줌으로써 가공품에 주름이 발생되지 않도록 하는 압하링(75)이 설치된다.

또한, 상기 주가공부(61, 65)는 제 1 내경을 갖는 제 1 가공부(61)와, 상기 제 1 가공부(61)의 하단에 일체로 형성됨과 동시에 제 1 내경보다 작은 제 2 내경을 갖는 제 2 가공부(65)로 이루어진다.

또한, 상기 펀치(70)는 도 6에 도시된 바와 같이 피가공품(50)에 가공력을 제공하다가 일정량의 가공력을 제공한 후에는 압하링(75)의 기능을 수행하도록 형성된 제 1 펀치부(71)와, 상기 제 1 펀치부(71)에 내재되어 있다가 상기 제 1 펀치부(71)가 압하링(75)의 기능을 수행하기 시작하면 상기 제 1 펀치부(71)의 하측으로 돌출되어 피가공품(50)에 가공력을 제공하는 제 2 펀치부(73)로 구성된 이중구조이다.

또한, 상기한 제 1 가공부(61)와 제 2 가공부(65)와 마무리가공부(69) 사이에는 하측으로 경사지게 형성된 제 1 돌출부(63) 및 제 2 돌출부(67)가 형성되고, 상기 제 1 돌출부(63) 및 제 2 돌출부(67)에 의해 제 2 가공부(65)와 마무리가공부(69)에 클리어런스(Clearance)가 확보되어 있다. 여기서, 상기 클리어런스는 드로오잉 과정에서 피가공품(50)의 두께가 변화하므로 이에 대한 여유공간으로서 작용한다.

또한, 상기 일체형 다이(60)는 하측으로 갈수록 그 두께가 두꺼워지도록 형성되며, 상기 일체형 다이(60)의 하측에는 수축끼워맞춤(Shrinkage fit) 방식을 이용하여 예비 압축응력이 형성되어 있다. 이는 드로오잉시 펀치(70) 및 피가공품(50)의 인장력에 의해 일체형 다이(60)가 파손되지 않도록 하기 위함이다.

한편, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 일체형 다이(60)의 주가공부는 제 1 내경을 갖는 제 1 가공부와, 상기 제 1 가공부의 하단에 일체로 형성됨과 동시에 제 1 내경보다 작은 제 2 내경을 갖는 제 2 가공부와, 상기 제 2 가공부의 하단에 일체로 형성됨과 동시에 제 2 내경보다 작은 제 3 내경을 갖는 제 3 가공부와, …, 제 N-1 가공부의 하단에 일체로 형성됨과 동시에 제 N-1 내경보다 작은 N 내경을 갖는 제 N 가공부로 구성되고, 상기 펀치(70)는 판금에 가공력을 제공하다가 일정량의 가공력을 제공한 후에는 압하링의 기능을 수행하도록 형성된 제 1, 2, 3, …, N-1 펀치부와, 상기 제 1, 2, 3, …, N-1 펀치부에 내재되어 있다가 상기 제 1, 2, 3, …, N-1 펀치부가 압하링의 기능을 수행하기 시작하면 상기 제 1, 2, 3, …, N-1 펀치부의 하측으로 돌출되어 판금에 가공력을 제공하는 제 2, 3, 4, …, N 펀치부로 구성된 다중구조로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 마무리 가공부(69)는 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 아이어닝 가공부로 이루어질 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치의 작동은 다음과 같다.

먼저, 일체형 다이(60)를 이용하여 피가공품(50)을 위로 볼록한 컵모양으로 성형시킨 후, 이 1차 가공품을 향해 펀치(70)를 하강시켜 가공력을 가함으로써 상기 1차 가공품에 역재드로오잉을 실시한다. 이때, 상기 1차 가공품은 일체형 다이(60)의 제 1 가공부(61)를 통과하면서 역재드로오잉된다.

이후, 역재드로오잉을 거친 2차 가공품은 일체형 다이(60)의 제 2 가공부(65)를 통과하면서 다시 직접재드로오잉되어 원하는 형상으로 성형된다. 즉, 상기 제 2 가공부(65)의 제 2 내경과 동일한 크기의 지름을 갖는 컵모양으로 성형되어 지름이 감소된 만큼 그 길이가 증가하게 된다.

이후, 상기 제 2 가공부(65)를 통과한 3차 가공품은 일체형 다이(60)의 마무리가공부(69)를 통과하면서 아이어닝 가공되어 그 벽 두께가 균일하게 되고, 이로써 컵모양의 가공품이 완성된다.

상기에서, 1차 가공품이 제 1 가공부(61)를 통과하면서 역재드로오잉될 때는 펀치(70) 중 제 1 펀치부(71)의 가공력이 작용하여 드로오잉이 진행되지만, 역재드로오잉을 거친 2차 가공품이 제 2 가공부(65)를 통과할 때는 상기 제 1 펀치부(71)의 하측으로 돌출된 제 2 펀치부(73)의 가공력에 의하여 직접재드로오잉이 진행된다.

이때, 상기 제 2 펀치부(73)에 의해 2차 가공품의 직접재드로오잉이 행해지는 동안, 상기 제 1 펀치부(71)는 제 1 가공부(61)와 제 2 가공부(65) 사이에 형성된 제 1 돌출부(63)에 걸린 채 압하링(75)의 역할을 수행하게 된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 디이프 드로오잉 가공장치는 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 주가공부(61, 65)와, 상기 주가공부(61, 65)의 하단에 일체로 형성되어 주가공부(61, 65)에 의해 컵모양으로 가공된 피가공품(50)의 벽 두께가 균일하게 되도록 아이어닝 가공을 수행하는 마무리가공부(69)로 이루어진 일체형 다이(60)를 구비함으로써 각각의 단계에 따른 금형 및 장비를 개별적으로 구비할 필요가 없어져 금형 및 장비의 수가 감소되고 그 크기가 소형화되므로 장비에 의한 점유공간이 감소되어 공장의 공간효율성이 높아짐은 물론 장비에 대한 초기 설비투자액이 감소되어 제조원가가 절감되고, 펀치(70)의 행정거리가 감소되어 가공시간이 단축됨과 동시에 가공품의 정도가 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 일체형 다이(60)를 구비함으로써 단계별로 각각 진행되던 재드로오잉을 단 한번에 실시할 수 있게 되어 가공품의 정밀도가 향상됨은 물론 가공작업 및 그 공정수가 간단해져 작업효율이 높아지고, 그에 따라 제품의 생산성 및 수율이 향상되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 점차 단계적으로 축소되는 내경을 갖도록 배열 형성됨과 동시에 서로 일체로 형성된 복수개의 주가공부를 구비하고 그 위에 피가공품이 로딩되는 일체형 다이와, 상기 일체형 다이의 상측에 설치되어 판금에 가공력을 제공하는 펀치로 구성된 것을 특징으로 하는 디이프 드로오잉(Deep drawing) 가공장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 일체형 다이는 주가공부의 하단에 일체로 형성되어 주가공부에 의해 컵모양으로 가공된 피가공품의 벽 두께가 균일하게 되도록 아이어닝 가공을 수행하는 마무리 가공부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디이프 드로오잉 가공장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기한 각각의 주가공부 및 마무리가공부 사이에는 하측으로 경사지게 형성된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부에 의해 각각의 주가공부 및 마무리가공부에 클리어런스(Clearance)가 확보되며, 상기 일체형 다이는 하측으로 갈수록 그 두께가 두꺼워지도록 형성된 것을 특징으로 하는 디이프 드로오잉 가공장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 펀치는 판금에 가공력을 제공하다가 일정량의 가공력을 제공한 후에는 압하링의 기능을 수행하도록 형성된 제 1 펀치부와, 상기 제 1 펀치부에 내재되어 있다가 상기 제 1 펀치부가 압하링의 기능을 수행하기 시작하면 상기 제 1 펀치부의 하측으로 돌출되어 판금에 가공력을 제공하는 제 2 펀치부로 구성된 다중구조인 것을 특징으로 하는 디이프 드로오잉 가공장치.