KR100299729B1

KR100299729B1 - 자기구동금형

Info

Publication number: KR100299729B1
Application number: KR1019980055026A
Authority: KR
Inventors: 수 항 신
Original assignee: 신수항
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2001-11-22
Also published as: KR19990030376A

Abstract

이 발명의 목적은 유체 압력 변동으로 피스톤 로드를 전진 또는 후진 시키는 진퇴기구 양단에 상 금형과 하 금형을 적접 연결하여 금형을 개폐시키므로 별개의 프레스 설비 또는 QDC와 같은 금형 교체 설비가 불필요하고 동력의 낭비 없이 금형을 구동 할 수 있게 하는 자기 구동 금형을 제안함에 있다. 이 발명 금형은 소성 재료를 가압 성형하기 위한 적어도 상금형과 하 금형으로 분할되고; 상 금형과 하 금형은 적어도 하나 이상의 진퇴기구의 양단에 부착되어 진퇴기구의 신축 행정에 지배되어 결합 또는 분리되며; 진퇴기구를 구동하는 하나 이상의 유압 기구는 하나의 유체 압력원에 연결되어 신축 동작이 제어 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

자기 구동 금형

이 발명은 구동 프레스를 포함하는 자기 구동 금형(Auto pressing die)을 제안하려는 것이다.

종래 자동차 산업을 중심으로 하는 금형에 의한 소성 가공은 금형 설비와 프레스 설비를 함께 구비 해야 만 하는 것이었다. 금형은 재료를 성형, 절단, 절곡 및 천공하기 위한 도구로서 주로 가이드 폴을 따라 상(上) 금형(金型)과 하(下) 금형(金型)이 개폐(開閉)되게 구성되며, 프레스는 금형을 탑재하고 상, 하 두 금형을 개폐 구동 시키므로 재료를 성형하는 장치이다.

이 발명에 의하면 일반적으로 0.8~1.2톤(ton)급 대형 물의 성형이나 엠보싱 에는 실제 성형에 필요한 압력의 20배 내지 200배 용량의 프레스를 사용하고 있는 것으로 조사되었다. 일반적으로 프레스는 다양한 규격의 금형을 사용 할 수 있도록 큰 용량으로 설계되고, 금형도 제품의 크기나 금형의 크기에 따라 다르기 때문에 금형 구동을 위한 성형 압력을 간단히 정의 할 수는 없으나, 위에 지적한 문제점은 금형에 의한 소성 가공에 따른 설비 및 동력 사용의 효율이 매우 낮은 점과, 소성 가공 산업에서 프레스 설비자금, 프레스 시설 부지 및 QDC등 관련 설비 도입에 과다 투자가 요구되어 산업 기반이 부실해 지고 제품의 생산 원가를 높여 관련 제품의 시장 경쟁력을 저하시키는 매우 중요하고 일반화된 원인임을 지적하는 것이다.

국내 자동차 산업을 예를 보면 신 차종 개발에 대개 1,000억원 이상이 금형 비용이 투자되고 있으며, 금형을 탑재하는 프레스 설비도 대부분 2,500톤 이상의 유압프레스를 채용하고 있다.

또한 금형에 의한 가공 산업의 문제점은 프레스에 금형을 장착하고 탈거 하는 금형 운용과정의 자동화가 어렵고, 자동화 설비가 고가 하다는 점이다. 구체적으로 교체가 빈번한 금형 교환 시간을 9분 이내로 단축하는 기술(Single Setting)이 전 세계에 보급되고 있으며 금형 교환시간의 단축이 기업의 기술력을 평가하는 척도가 되기도 한다. 금형의 신속 교환 기법(Quick Die Change)으로 많은 기업들이 채용 하는 QDC설비의 경우 500톤 급의 프레스설비 구매 및 설치와 QCD 장비 설치 비용이 대 당 2억원 이상이 된다.

위와 같이 종래 대량 생산 산업구조 하에서 전개된 종래 금형 및 소성 가공 산업이 전반적으로 과도한 설비 투자에 직면하고 있으며, 금형의 제작도 대용량 프레스 규격에 맞추어 설계되고 있어 금형의 크기나 가격에서 낭비가 극심하다.

이제 대량생산 체계가 다양한 수요자 요구에 의해 수정되는 시대적 상황하에서 종래 소성가공 산업이 직면한 문제에 대한 획기적인 개선책이 요구되기에 이르렀으며; 종래 소성 가공 산업의 대형 설비들은 그 운용 체계를 그대로 유지 한다면 소량 다품종 상품을 요구하는 새로운 시장 요구에 적응 할 수 없게 되었음이 명백하다.

이 발명의 목적은 유체 압력 변동으로 피스톤 로드를 전진 또는 후진시키는 진퇴기구 양단에 상 금형과 하 금형을 적접 연결하여 금형을 개폐시킴으로써, 별개의 프레스 설비나 QDC와 같은 금형 교체 설비를 사용하지 않고 동력의 낭비 없이 금형을 구동 할 수 있게 하는 자기 구동 금형을 제안함에 있다.

이 발명에 의하면 소성가공 금형에 유체 압력 발생 펌프와 유체 압력 신축기구를 포함하며; 프레스에 금형을 장착 또는 탈거 하기 위한 시간, 인력 또는 설비가 불필요하고, 금형의 장착 및 탈거를 자동화하는 퀵 다이 체인지(Quick Die Change) 설치의 불필요하고. 대형 프레스 설치를 위한 넓은 작업 공간이 자기 구동 금형을 설치하는 작은 공간으로 대체되어 다품종 소량 생산의 시장요구에 부합하는 생산 기반을 구축 할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 이 발명 금형 장치의 개략도

도 2는 이 발명 진퇴기구의 압력 배분도

도 3 A는 진퇴기구의 병렬접속도, B는 직력 접속도

도 4는 이 발명의 다른 실시예 장치도

<도면 주요부호의 설명>

1:진퇴기구 2:상금형 3:하금형 4:유체 펌프 5:진퇴 제어수단

이 발명 도 1과 같이 유체(流體) 압력(壓力) 변동(變動)으로 피스톤 로드를 전진(前進) 또는 후진(後進) 시키는 진퇴기구(1) 양단에 상 금형(2)과 하 금형(3)을 연결하여 개폐시킨다. 도면에서 금형(2,3)에 연결된 프레임(2',3')은 금형의 일부로 본다. 이 발명에서 진퇴기구(1)는 대체로 유압(油壓)을 사용하고 실린더와 피스톤 로드로 구성되며; 경우에 따라 공기압(空氣壓)을 사용하는 진퇴기구를 포함한다. 상 금형과 하 금형의 개폐 동작을 지원하기 위한 부가 구성들, 구체적으로 가이드 포스트, 브레이크 스토퍼 또는 금형 이합(離合)용 가이드 레일은 금형 구동 진퇴기구에 취합시킬 수 있고, 또는 진퇴기구(1)와는 별개로 존속 시켜도 무방하다. 다만 이 발명은 상 금형과 하 금형을 진퇴기구 양단에 연결하여 진퇴기구의 진퇴 행정에 종속시켜 금형의 결합 또는 분리동작을 얻는 것이다. 이 발명 금형의 일부로 취부 되는 진퇴기구는 실린더와 피스톤 로드를 포함하는 일반적인 유압(油壓) 진퇴기구 또는 공기압(空氣壓) 진퇴기구 또는 수압 진퇴기구로서 진퇴기구의 진퇴 동작은 진퇴기구 일측 또는 양쪽에서 발생하게 한다. 이 발명 금형의 일부로 취부 되는 진퇴기구에 금형이 소성 재료에 접근한 상태에서 결합 속도를 조절하기 위하여, 또는 금형과 가공방법의 분류에 따라 금형의 구동 속도를 조절하기 위한 엑튜에이터나 유체 제어기구를 포함한다. 이 발명 금형의 일부로 취부되는 진퇴기구는 금형의 크기에 따라 하나, 둘, 셋 또는 넷을 사용하며 그 이상을 사용하는 경우를 포함한다. 도 2와같이 복수 진퇴기구(1)를 하나의 금형에 사용하는 경우 복수 진퇴기구의 진퇴 행정이 동시에 이루어 지도록 유체 압력원 특히 유체 펌프(4)로 부터의 압력 배분을 배려하며; 진퇴기구(1)의 전진 또는 후진과 같은 동작을 제어하기 위한 진퇴 제어수단(5)을 포함한다. 이러한 유압 배분은 소형 금형의 경우 도 3과 같이 하나의 유체 펌프(4)에서 제공되는 유체 압력은 제어수단(5-a,5-b)를 통해 복수 금형의 진퇴기구(1-a,1-b)에 병렬(도3 A) 또는 직렬(도3 B) 공급되어 복수의 금형을 일괄 구동 할 수 있다. 하나의 유압원으로 부터 하나 또는 복수 금형에 대해 복수의 진퇴기구를 구동하는 경우 유압배분 호스는 원터치 커플러 유압호스를 사용하므로 복수의 금형을 구동하는 다 공정 작업의 연속성형 시스템을 쉽게 구축하고 또는 변경 할 수 있다.

이 발명의 소성 능력과 그 에너지 사용은 아래 식을 참조 더욱 명확해 질 것이다.

이 발명 자기 구동형 금형에서 금형의 중력은 소성가공 압력(에너지)의 일부를 이룬다. 아래 식 1은 상금형이 하강할 때 성형에 제공 될 수 있는 압력을 나타내었다.

<식 1>

Pf = W ×GH

식 1에서 Pf:자유낙하 압력(톤), W:금형 상형의 무게(톤), H:낙하 높이(m), G:중력 가속도 m/초 이다.

식 1에서 상 금형의 중력만으로 성형이 가능한 열 금형의 경우 도 6과 같이 하 금형(3u)과 상부 프레임(6u)을 가이드 폴(7u)로 연결 지지하고, 상 금형(2u) 프레임(6u)상부에 설치된 진퇴기구(1u)의 로드 하단에 부착하였다. 이러한 간단한 자기 구동 금형의 경우 성형 압력이 적게 필요한 열 금형에 적합하다.

일반적으로 널리 사용되는 오우벌형 성형의 1차 성형 하중은 식 2와 같다.

<식 2>

Pmax = π×d₁×t × σ× K

식 2에서 Pmax:최대하중, π:파이, d₁:드로잉 펀치지름, t:판 두께, σ:재료의 인장강도, K:계수이다.

<식 3>

Pmax = 3.14 ×1,000mm × 0.8 ×45㎏/㎟ ×0.75 = 84,780㎏

식 2에 0.8t PCS1 철판 2M ×2 M를 2M φ의 펀치로 1차 드로잉 가공하려는 경우 종래의 설비로 하는 경우 최소한 2000톤의 프레스를 가져야 하지만; 금형 상하의 무게 10톤인 경우 드로잉에 필요한 임계 하중은 식 3에 나타난 바와 같이 85톤이다.

식 3에서 무게 5 톤의 상 금형을 1.8m 상부에서 자유낙하 시키면 88톤의 하중을 얻을 수 있으나, 자유 낙하는 제품의 성형에 그대로 이용 할 수 없으므로 금형의 비드 저항을 더한 100톤을 소성 최소 하중으로 산정하고 여기에 100톤으 가산한 200톤을 소성 실행 하중으로 풀이하여 상 금형을 가압 한다. 이 때 4개의 진퇴기구를 사용하는 경우 각 진퇴기구 마다 50톤의 하중을 발생시킨다. 이러한 성형 과정은 종래 2,000 톤의 프레스에서 성형하는 소성 가공을 이 발명 자기 구동 금형에서 200톤의 압력으로 가공 할 수 있는 것으로서 종래에 비하여 1/10의 하중을 사용하는 것이다.

타발(Blanking) 공정 등에서 2차 드로잉 때에는 1차 드로잉 때 같은 하중으로 성형이 가능하고 1차 드로잉에 비해 펀치 경(φ)이 적어지므로 같은 금형의 구동 기구로서 성형이 가능해 진다.

굽힘(Bending) 가공일 때 성형 하중은 식 4와 같다.

<식 4>

P = ( c × σ× b × T₂) / 2L

<식 5>

P = ( 1.25 × 8㎏/㎟ × 30 × 6.4 ) / (2 × 10) = 96㎏

식 4에서 P:굽힘강도(㎏), c:계수, σ:재료의 인장강도, b:판폭, T:판 두께, L:금형 펀치의 유효 길이이다.

식 4에서 0.8t, SPC1, 판폭 30mm, 10mm라면 성형 압력은 식 5와 같다. 식 5에 따르면 기존 프레스설비에서 소재 밴딩에 대해서 50톤 정도의 파워 프레스를 사용하고 있는 현실과 비교할 때 이 발명은 1/200 ~ 1/550의 하중으로 성형이 가능한 것이다.

타발(Blanking) 또는 천공(Piercing) 성형의 경우 식 6에 의한다.

<식 6>

P = L × t × Ks × K

식 6에서 P: 타발력(㎏f), L:전단 윤곽 전장(mm), Ks:재료의 전단강도(㎏/㎟), t:철판두께(mm), K:계수(0.2∼0.25)이다.

식 6의 결과에 따르면 종래 프레스 성형에서 필요 이상의 설비를 사용하고 있는 것이 확인되고, 현실적으로 절곡이나 천공 성형시 필요 압력보다는 제품의 크기에 따라 설비를 적용하고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 이 발명은 유체 압력 변동으로 피스톤 로드를 전진 또는 후진 시키는 진퇴기구 양단에 상 금형과 하 금형을 적접 연결하여 금형을 개폐 시키므로 별개의 프레스 설비 또는 QDC와 같은 금형 교체 설비를 사용하지 않게 됨은 물론 동력의 낭비 없이 금형을 구동 할 수 있게 하는 자기 구동 금형을 제공하는 것이며; 이 발명에 의하면 금형에 유체 압력 발생 펌프와 유체 압력 신축기구를 포함시키고 금형에 캐스터 바퀴를 장착하면 작업장 내에서 변경된 생산라인으로 쉽게 이동하면서 소성가공 작업을 할 수 있으며; 프레스에 금형을 장착 또는 탈거 하기위한 시간과 인력 또는 설비가 불필요 하게되고, 금형 장착 및 탈거를 자동화하는 퀵 다이 체인지(Quick Die Change) 설치의 불필요 함은 물론 대형 프레스 설치를 위한 넓은 작업 공간이 자기 구동 금형을 설치하는 작은 공간으로 대체되는 것으로서, 이 발명은 다품종 소량 생산의 시장요구에 부합하는 생산 기반을 구축 할 수 있게 되는 것이다.

Claims

유체의 압력 변동으로 피스톤 로드를 전진 또는 후진 시켜 양단에 연결 조립된 상 금형과 하 금형을 개폐시키는 2 이상의 진퇴기구와, 2 이상의 진퇴기구의 양단에 연결 조립되어 진퇴기구의 전진 또는 후진 동작으로 개폐되는 상금형 및 하금형과, 2 이상의 진퇴기구를 진퇴 구동하기 위하여 진퇴기구에 연결 설치하는 유체 펌프와, 2 이상의 진퇴기구에 유체 압력을 배분하여 동시에 진퇴동작이 이루어지게 하는 진퇴제어수단으로 구성한 자기구동 금형.
제1항에 있어서, 상 금형과 하 금형의 개폐 동작을 제어하기 위하여 금형에 가이드 포스트, 브레이크 스토퍼, 금형 이합용 가이드 레일을 하나 이상 포함시키고, 소성 재료에 접근한 상태에서 금형의 결합 속도를 조절하기 위하여 또는 금형과 가공방법의 분류에 따라 금형의 구동 속도를 조절하기 위하여 진퇴기구에 엑튜에이터 등의 유체 제어기구를 포함시킨 자기구동 금형.
하 금형(3u)과, 하금형(3u)에 가이드 폴(7u)로 연결 고정된 상부 프레임(6u)과, 상부프레임(6u)에 부착되고 유체의 압력 변동으로 피스톤 로드를 전진 또는 후진시키는 진퇴기구(1u)와, 진퇴기구(1u)의 로드 하단에 조립되어 진퇴기구(1u)의 동작에 따라 하 금형(3u)을 개폐시키는 상금형(2u)과, 진퇴기구에 연결된 유체 펌프로서 구성한 열 금형용 자기구동 금형.