KR100581123B1 - 하이드로 포밍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이드로 포밍장치에 관한 것으로, 종래의 유압프레스를 배제하고 기계적인 힘에 의해 하이드로포밍시 금형상부로 작용하는 힘을 억제하는 방식을 적용함으로써, 작업성이 좋고, 소음발생이 적으며, 저가로 제작이 가능한 하이드로 포밍장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 하이드로 포밍장치는 상형다이와 하형다이로 구성되는 하이드로포밍(가압) 금형과, 상기 금형을 내부에 수용하며, 상기 하형다이가 고정된 상태에서 상기 상형다이를 상승 및 하강시키고, 하강상태에서 상형다이를 고정시킨 후 상기 금형내부에 삽착시킨 프리포밍 튜브를 가압하여 소정의 형상으로 성형하는 금형고정장치부와, 상기 금형고정장치부를 저부에서 지지하며, 그 내측 중앙부에 소정크기의 빈 공간부가 형성된 금형고정장치 지지부와, 상기 금형고정장치 지지부의 내측 공간부에 설치되며, 상기 금형 고정장치부에 장착된 하이드로포밍 금형의 상형다이의 상승, 하강운동을 유도하는 실린더부를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

하이드로 포밍장치{Hydro forming device}

도 1a 는 종래 하이드로포밍 공정에 사용되는 금형의 개요도이고,

도 1b 는 상기 도 1a 의 금형이 유압프레스에 장착된 상태를 도시한 사시도,

도 1b 는 종래 유압식 하이드로 포밍장치의 단면도,

도 2a 는 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치의 정단면도,

도 2b 는 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치의 평면도,

도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치의 작동 상태를 도시한 단면도임.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10,110 : 하이드로포밍 금형 11,110a : 상형다이

13,110b : 하형다이 19,300 : 튜브

20,105,106 : 볼스터 100 : 금형고정장치부

101 : 클램핑블록 102 : 메인컬럼

103 : 슬라이드블록 104 : 고정핀

107 : 수직바 108 : 수직바 지지플레이트

120 : 프리포밍 튜브 200 : 금형고정장치 지지부

201,203 : 금형고정장치 지지부 300 : 실린더부

301 : 하이드로릭 실린더 303 : 피스톤

500 : 하이드로 포밍장치

본 발명은 하이드로 포밍장치에 관한 것으로, 특히 종래의 유압프레스를 배제하고 기계적인 힘에 의해 하이드로포밍시 금형상부로 작용하는 힘을 억제토록 하여 작업성이 좋고, 소음발생이 적으며, 저가로 제작이 가능한 하이드로 포밍장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이드로포밍 공법은 상형다이와 하형다이로 구성된 금형 내부에 프리폼 튜브를 삽착시킨 상태에서 상기 튜브 내측으로 고압의 유체를 흘려 가압함으로써 원하는 형상을 만들어 내는 기술로서, 차체의 경량화뿐만 아니라 강성증대, 품질향상, 원가절감 등을 도모할 수 있는 등의 많은 이점이 있어 차량의 샤시부품, 차체부품 및 배기계 등의 부품 성형에 활발히 적용되고 있다.

상기한 하이드로포밍 공법은 벤딩, 프리포밍, 하이드로포밍의 3 공정으로 구분되어지며, 이러한 공정을 실시할 수 있도록 구현된 하이드로포밍 장치의 구성을 도 1a 와 도 1b 에 도시하였다.

도 1a 는 종래 하이드로포밍 공정에 사용되는 금형의 개요도이고,

도 1b 는 상기 도 1a 의 금형이 유압프레스에 장착된 상태를 도시한 사시도이다.

도 1a 와 도 1b 를 참조하면, 종래 하이드로포밍 금형(10)은 상형다이(11)와 하형다이(13), 및 상기 다이(11,13) 측면에 위치한 액츄얼 펀치(17)로 이루어진다.

상기 상형다이(11)와 하형다이(13)의 사이에는 파이프형의 프리포밍 튜브(preforming tube)(19)가 장착되고, 상기 튜브(19)에 고압을 인가하여 금형(10)에 맞는 형태로 튜브(19)를 가공하게 된다. 이때 상기 튜브(19) 내에는 매우 큰 압력, 예컨대 약 1,500 bar - 3,000bar 정도의 압력이 작용되므로 상형다이(11)가 들뜨지 않도록 하기 위해서, 상기 도 1b 에 도시된 바와 같이, 약 3,500톤 - 5,000톤의 대용량 유압프레스(30)로 눌러 주어야 제품의 성형이 가능하였다.

상기 유압프레스(30)는 외측에 수평 및 수직프레임(31,33,35)이 위치하고, 상측 프레임(31)상에 유압실린더(41)와 피스톤(43)이 설치되어 있으며, 상기 피스톤(43)의 저부에는 슬라이더(45)가 위치하여 그 저부의 금형 상형다이(11)를 눌러주게 된다. 상기 상형다이(11)와 하형다이(13)의 사이에는 프리포밍 튜브(19)가 삽착되고, 하형다이(13)는 볼스터(47)에 고정된다.

따라서 상기한 구조의 종래의 유압식 프레스는 설비가격이 고가이며, 소음도 매우 커 작업성이 좋지 못한 단점이 있어 소음이 적고 가격이 낮은 하이드로포밍 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 유압프레스를 사용하지 않고 클램핑블록을 이용하여 금형상부에 인가되는 힘을 기계 적으로 억제하는 방식을 적용함으로써, 소음발생이 적고, 작업성이 좋으며, 저가의 하이드로포밍 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이드로 포밍장치는 상형다이와 하형다이로 구성되는 하이드로포밍(가압) 금형과, 상기 금형을 내부에 수용하여 소정의 제품을 성형하는 금형 고정장치부와, 상기 금형 고정장치부를 저부에서 지지하며, 그 내측 중앙부에 소정크기의 빈 공간부가 형성된 금형고정장치 지지부와, 상기 금형고정장치 지지부의 내측 공간부에 설치되며, 상기 금형 고정장치부에 장착된 하이드로포밍 금형의 상형다이의 상승, 하강운동을 유도하는 실린더부를 포함하며,
상기 금형 고정장치부는 상기 금형고정장치 지지부상에 놓이는 고정 볼스터와, 상기 고정볼스터의 내측에 위치하며 상기 하형다이의 저부를 상측에 결착하는 무빙 볼스터와, 상기 상형다이의 상측에 위치하여 하이드로포밍시 상부로 작용하는 힘을 전달받아 상기 하부 볼스터측으로 힘을 분산시키는 클램핑블록과, 상기 클램핑블록의 외측에 위치하며 상하방향으로 일정길이를 갖는 메인컬럼과, 상기 메인컬럼과 상기 클램핑블록의 사이에 위치하여 설치되어 상기 클램핑블록의 상승 및 하강운동을 가이드하는 슬라이드블록과, 상기 상형다이의 하강시 상기 클램핑블록을 고정시키는 고정수단을 포함하여, 기계적인 방식으로 하이드로포밍시 작용되는 힘을 볼스터쪽으로 분산시킴으로써, 소음발생이 적고, 작업성이 좋으며, 저가로 제조가 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 금형 고정장치부는 상기 금형고정장치 지지부상에 놓이는 고정 볼스터와, 상기 고정볼스터의 내측에 위치하며 상기 하형다이의 저부를 상측에 결착하는 무빙 볼스터와, 상기 상형다이의 상측에 위치하여 하이드로포밍시 상부로 작용하는 힘을 전달받아 상기 하부 볼스터측으로 힘을 분산시키는 클램핑블록과, 상기 클램핑블록의 외측에 위치하며 상하방향으로 일정길이를 갖는 메인컬럼과, 상기 메인컬럼과 상기 클램핑블록의 사이에 위치하여 설치되어 상기 클램핑블록의 상승 및 하 강운동을 가이드하는 슬라이드블록과, 상기 상형다이의 하강시 상기 클램핑블록을 고정시키는 고정수단을 포함하도록 한다.

상기 클램핑블록을 상승 및 하강시키는 수단은 상기 고정볼스터를 관통하여 상기 클램핑블록의 저부면에 그 상측단부가 결착되고, 하부는 금형고정장치부의 빈 공간부 내에 위치한 적어도 하나 이상의 수직바와, 상기 수직바의 저부에 결착된 수직바 지지플레이트, 및 상기 수직바 지지플레이트의 저부에 위치한 하이드로릭 실린더부로 구성되게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 클램핑블록은 상기 하이드로포밍 금형 상형다이의 상부에 적어도 한개 이상 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치의 적합한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2a 는 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치의 정면 단면도이고,

도 2b 는 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치의 평면도이다.

본 발명의 하이드로 포밍장치(500)는 상형다이(110a)와 하형다이(110b)로 구성되는 하이드로포밍(가압) 금형(110)을 내부에 수용, 결착하는 금형고정장치부(100)와, 상기 금형고정장치부(100)를 저부에서 지지하며, 그 내측 중앙부에 소정크기의 빈 공간부(210)가 형성된 금형고정장치 지지부(200)와, 상기 금형고정장치 지지부(200)의 내측 공간부(210)에 설치되며, 상기 금형 고정장치부(100)에 장착된 하이드로포밍 금형(110)의 상형다이의 상승, 하강운동을 유도하는 실린더부(300)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 구성중 금형고정장치부(100)는 상기 금형고정장치 지지부(200)상에 놓이는 고정볼스터(105)와, 상기 고정볼스터(105)의 내측에 위치하며 상기 하형다이(110b)의 저부를 상측에 결착하는 무빙볼스터(106)와, 상기 상형다이(110a)의 상측에 위치하여 하이드로포밍시 상부로 작용하는 힘을 전달받아 상기 하부 볼스터(105,106)측으로 힘을 분산시키는 클램핑블록(101)과, 상기 클램핑블록(101)의 외측에 위치하며 상하방향으로 일정길이를 갖는 메인컬럼(102)과, 상기 메인컬럼(102)과 상기 클램핑블록(101)의 사이에 위치설치되어 상기 클램핑블록(101)의 상승 및 하강운동을 가이드하는 슬라이드블록(103)과, 상기 상형다이(110a)의 하강시 상기 클램핑블록(101)을 고정시키는 고정수단인 고정핀(104)으로 구성된다.

상기 클램핑블록(101)을 상승 및 하강시키는 수단은 상기 고정볼스터(105)를 관통하여 상기 클램핑블록(101)의 저부면에 그 상측단부가 결착된 수직바(107)와, 상기 수직바(107)의 저부에 결착된 수직바 지지플레이트(108) 및 상기 수직바 지지플레이트(108)의 저부에 위치한 하이드로릭 실린더부(300)로 구성된다.

본 발명의 상기 금형고정장치부(100)에 있어서, 클램핑블록(101)은 상기 도 2c 에 도시된 바와 같이, 서로 대칭형인 두개의 단위 클램핑블록(101a,101b)이 결합된 형태로서, 상기 일측의 단위 클램핑블록(101b)은 기역(ㄱ)자 형상을 하고 있으며, 타측의 클램핑블록(101a)과 결착되었을 경우에는 우측으로 90도 회전하여 세워진 형태의 디귿자(ㄷ) 형상을 이루게 된다. 상기 각 단위 클램핑블록(101a,101b)의 저부면에는 결착홈(101-1)이 형성되고, 이 결착홈(101-1)을 이용하여 상형다이(101a)와 결착된다.

또한, 클램핑블록(101)의 일측면에 일련의 슬라이딩블록(103)이 설치되어 있으며, 이 슬라이딩블록(103)은 클램핑블록(101)과 접촉하는 상기 메인컬럼(102)과의 사이에서 클램핑블록(101)이 상승하거나 하강할 때 슬라이딩이 원활히 이루어지도록 하는 역할을 한다.

기역(ㄱ)자 형상을 한 상기 단위 클램핑블록(101a,101b)의 내측 모서리부는 일정크기의 공간부(101-3)가 형성되어 상측면과 측면부가 접하는 부위가 일정거리 이격되도록 하고 있다.

상기와 같이 구성된 상기 클램핑블록(101)은 상기 도 2b 에 도시된 바와 같이, 상형다이(101a)의 상부에 적어도 하나 이상 설치되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 하이드로포밍시 상형다이(110a)를 통해 상부로 작용하는 힘을 상기 다수의 클램핑블록(101)이 균등하게 수렴하여 하부의 고정볼스터(105) 측으로 전달되도록 하기 위함이다. 즉, 하이드로포밍시 포밍금형(110) 상부에 작용하는 힘을 다수의 클램핑블록(101)을 통해 고정 볼스터(105) 쪽으로 전달함으로써 힘을 상쇄시킬 수 있기 때문이다.

상기 도 2b 에서는 3개의 클램핑블록(101)이 설치된 경우를 도시하고 있다.

한편, 상기 클램핑블록(101)의 저부는 하부의 고정볼스터(105) 안으로 일정길이를 삽입시켜 고정시키는 것이 바람직한데, 이는 금형(110) 상부로 작용하는 힘의 좌우 균형을 이루고, 상부로 작용할 수 있는 힘을 막는데 유리하기 때문이다.

상기 클램핑블록(101)이 하강된 상태, 즉 저부에 함께 결착되어 있는 상형다 이(110a)가 하형다이(110b)와 밀착된 상태에서, 상기 클램핑 블록(101)의 측면에 고정부재(104)를 삽착시켜 클램핑블록(100)이 상,하 방향으로 이동되지 못하도록 하고 있다. 이는 금형(110)에 삽착되어 있는 프리포밍 튜브(120)에 고압을 인가하여 완성제품을 얻는 하이드로포밍 공정 진행시 고압인가에 따른 상형다이(110a)의 움직임을 제한하기 위함이다.

상기 고정핀(104)은 에어실린더로 작용하는 고정수단의 하나이며, 클램핑블록(101)과 메인컬럼(102)을 고정하는 역할을 한다.

이후, 하이드로포밍이 끝나고 소재의 장착 및 취출을 위해 상기 클램핑블록(101) 측면에 삽착된 고정핀(104)을 에어실린더의 작용에 의해 뺏을 경우, 클램핑블록(101) 및 하부실린더부(300)를 이용하여 구조물을 들어 올리고 내릴 수 있는 상태가 된다.

따라서 본 발명의 하이드로 포밍장치는 기존의 설비에 비해 크기가 작고, 소음이 없으며 저가로 제작이 가능한 장점을 갖는다.

상기 각 클램핑블록(101)의 저부면에는 일정길이의 수직바(107)가 결착되어 있으며, 이 수직바(107)의 상승 및 하강에 따라 상기 클램핑블록(101)이 상,하 방향으로 움직이게 된다. 상기 수직바(107)의 하단부는 금형고정장치 지지부(200)의 내측 공간부(210)에 위치하고, 그 저부면상에 수직바 지지플레이트(108)가 결착되며, 상기 수직바 지지플레이트(108)의 하부에는 내부 피스톤(303)의 상승 및 하강 운동에 의해 상기 클램핑블록(101)을 상,하로 움직이는 수단인 실린더부(300)가 설치되어 있다.

상기 실린더부(300)는 상기 하이드로 포밍금형(110)의 상형다이(110a)의 상승 및 하강을 조절해주는 하이드로릭 실린더(310)와, 상기 하이드로릭 실린더(310)에 장착되어 상측면이 상기 수직바 지지플레이트(108)에 연결된 피스톤(303)으로 구성된다.

더욱, 상기 수직바(107)는 고정볼스터(105)를 관통하여 그 상측단부가 상기 클램핑블록(101)의 저부면에 결착되며, 하이드로포밍 금형의 하형다이(110b)는 상기 고정볼스터(105)의 내측에 위치한 무빙볼스터(106)의 상측면과 클램핑되어 상호 결착된다. 상기 무빙볼스터(106)는 상부에 하형다이(110b)을 결착한 상태에서 수평방향으로 이동이 가능하고 상하 종방향으로의 이동은 이루어지지 않는다.

이하에서는 본 발명의 하이드로 포밍장치(500)의 작동에 대해 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치(500)의 작동상태를 단계별로 도시한 단면도이다.

도 3a 를 참조하면, 상기 도 3a 에 도시된 본 발명의 하이드로 포밍장치(500)는 내부에 하이드로 포밍금형(110)이 장착되기 전의 상태이다.

즉, 금형(110)이 장착되기 전의 상태는 상기 하이드로릭 실린더(301)의 피스톤(303)이 하부에 위치해 있는 상태로서, 이에 따라 클램핑블록(101)도 하향되어 있다.

상기 도면에서 금형(110)이 장착될 위치는 상기 클램핑블록(101)의 내측 공간부 (A) 이다.

도 3b 를 참조하면, 상형다이(110a)와 하형다이(110b)를 무빙볼스터(106)에 올려놓고, 상기 무빙볼스터(106)를 설비 안쪽으로 수평 이동시킨 후, 오토 다이클램프(113)에 의해 상형다이(110a)는 클램핑블록(111)에 체결되고, 하형다이(110b)는 무빙볼스터(106)에 수작업으로 체결된다.

도 3c 를 참조하면, 상기 금형(110)이 장착된 상태에서 하부의 하이드로릭 실린더(301)를 작동하여 내측 피스톤(303)을 상승시켜 수직바(107)의 상측에 위치한 클램핑블록(101)을 상승시킴으로 상형다이(110a)와 하형다이(110b)를 분리시킨다. 이후 하형다이(110b)상에 프리포밍 튜브(120)를 삽착시킨다.

도 3d를 참조하면, 상기 삽입된 프리포밍 튜브(120)를 금형(110)의 내측 공간부(110c)에 삽입시킨 상태에서, 다시 하이드로릭 실린더(301)를 작동하여 내측 피스톤(303)을 하강시켜 상형다이(110a)가 하형다이(110b) 상부에 밀착되도록 한다.

이후 클램핑블록(101)에 고정핀(104)을 전진시켜 클램핑블록(101)과 고정볼스터(105)를 고정시킨 다음, 상기 금형(110) 내부의 튜브(120)에 고압을 인가(하이드로포밍)하여 최종제품을 만든다.

도 3e 를 참조하면, 클램핑블록(101)에 결착되어 있는 고정핀(104)을 후진시켜 클램핑블록(101)과 고정 볼스터(105)를 분리시킨다. 이후 하이드로릭 실린더(301)를 작동시켜 피스톤(303)이 상승되도록 하여 상형다이(110a)와 하형다이(110b)를 분리시키고, 하이드로포밍된 성형튜브(120')를 금형(110)으로부터 꺼낸다.

이후 다시 프리포밍된 튜브(120)를 상기 도 3c 의 상태 하에 있는 프리포밍 금형(110) 내부에 넣고, 상기 도 3d 내지 도 3e 에 도시된 공정과정을 반복 시행하여 제품을 만든다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드로 포밍장치는 하이드로 포밍금형의 상형다이 상측에 클램핑블록을 설치하고, 상기 클램핑블록을 저부에서 하이드로릭 실린더의 작용에 의해 상승 및 하강시킴으로 클램핑블록의 저부에 결착된 상형다이를 상승 및 하강시키는 구조로 구성함으로써, 종래의 유압프레스를 사용하지 않으면서 기계적인 힘에 의해 하이드로포밍시 금형상부로 작용하는 힘을 억제하는 방식을 적용함으로써, 작업성이 좋고, 소음발생이 적으며, 저가로 제작이 가능한 효과를 발휘한다.

Claims (5)

1. 상형다이와 하형다이로 구성되는 하이드로포밍(가압) 금형과, 상기 금형을 내부에 수용하여 소정의 제품을 성형하는 금형 고정장치부와, 상기 금형 고정장치부를 저부에서 지지하며, 그 내측 중앙부에 소정크기의 빈 공간부가 형성된 금형고정장치 지지부와, 상기 금형고정장치 지지부의 내측 공간부에 설치되며, 상기 금형 고정장치부에 장착된 하이드로포밍 금형의 상형다이의 상승, 하강운동을 유도하는 실린더부를 포함하며,

   상기 금형 고정장치부는 상기 금형고정장치 지지부상에 놓이는 고정 볼스터와, 상기 고정볼스터의 내측에 위치하며 상기 하형다이의 저부를 상측에 결착하는 무빙 볼스터와, 상기 상형다이의 상측에 위치하여 하이드로포밍시 상부로 작용하는 힘을 전달받아 상기 하부 볼스터측으로 힘을 분산시키는 클램핑블록과, 상기 클램핑블록의 외측에 위치하며 상하방향으로 일정길이를 갖는 메인컬럼과, 상기 메인컬럼과 상기 클램핑블록의 사이에 위치하여 설치되어 상기 클램핑블록의 상승 및 하강운동을 가이드하는 슬라이드블록과, 상기 상형다이의 하강시 상기 클램핑블록을 고정시키는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 클램핑블록을 상승 및 하강시키는 수단은 상기 고정볼스터를 관통하여 상기 클램핑블록의 저부면에 그 상측단부가 결착된 수직바와, 상기 수직바의 저부에 결착된 수직바 지지플레이트와, 상기 수직바 지지플레이트의 저부에 위치한 하이드로릭 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 클램핑블록은 상기 하이드로포밍 금형 상형다이의 상부에 적어도 한개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍장치.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 클램핑블록은 단위 클램핑블록이 두개 합쳐 하나의 클램핑블록을 형성하고, 상기 상형다이 상부면과 접하는 상기 각 단위 클램핑블록의 저부면상에 상기 상형다이와 결착되게 하는 결착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍장치.

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