KR100640735B1 - 이형스트립의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평스트립폭 양측 또는 중앙부에 스트립 길이방향으로 凹형과 凸형의 돌기를 성형하는 것으로, 파워트렌지스터용 리드후레임 또는 콘넥터 등의 소재와 정보, 통신기기 등의 정밀 부품에 사용하는 이형 스트립 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 스트립소재를 이송시키며, 스트립폭 방향으로 반원형상과 U자 형상으로 성형시 U자 양측부를 얇게늘인후, 이를 평판형으로 교정하는 단계를 거쳐 스트립 중앙부는 후부를, 양측부는 박부로 성형하는 과정을 프레스와 금형을 이용한 이형재스트립제조 방법이다.

Description

이형스트립의 제조방법 및 장치{Production method ＆ Equipment of Multi Gauge Strips}

도 1a, 1b, 1c, 1d는 종래의 제조방법을 설명하기 위한 참고도.

도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 단면도.

도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 측면도.

도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 상면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1 : 상형 2 : 하형 10: 성형다이 10' : 성형곡면

10a : 경사 10b : 평행 11 : 스페서(spacer) 20 : 성형펀치

30 : 반원 40 : U자형 50 : 곡면후부 50' : 후부폭

54: 곡면 60 : 평면후부 70 : 이형 52, 71 : 박부

72 : 후부

본 발명은 평스트립 소재 폭 양측 또는 중앙부에 소재길이 방향으로 凹형과 凸형의 돌기를 성형하는 것으로, 파워트렌지스터(power transistor)용 리드후레임 (lead frame) 또는 콘넥터(connector)등의 소재인 이형스트립(strip)제조방법에 관한 것이다.

이형스트립은 후부는 열방출 기능을 갖고 박부는 리드(lead)역할을 하도록 후·박부를 갖으며, 후부와 박부의 두께비(후부/박부)는 3이상으로 두께차가 크며, 가공은 압연방향의 직각 방향으로 행해져야 하므로 통상의 압연방법으로는 불가하여 다양한 방법들이 개발되어 적용되고 있으나 작업난이도가 높고 생산성이 낮으며 생산공구비 비중이 큰 것으로 알려져 있다.

상기 이형스트립 제조방법으로 알려진 종래의 기술들은 깎아서 박부를 성형하는 밀링(Milling)방법, 부이(V)형 다이스(Dice)를 이용하는 부이밀(V-Mill)법, 롤(Roll)에 凹凸형을 형성시켜 압연하는 엠지알(MGR)법이라고 불리는 방법 등이 있다.

이와 같은 종래기술에서, 밀링 방식은 평스트립에서 후부는 두고 박부가 될 부분을 깎아내어 이형스트립으로 제조하는 방법으로 미국 특허 제 4037445호와 제 4523364호 등이 있으나 박부가 될 부분을 깎아내야 하므로 재료 이용율이 낮으며 밀링날의 마모로 절삭면이 점차 거칠어지는 품질문제와 이로 인한 장재인 코일(coil)재 가공이 불가한 단점이 있다.

부이밀 방식은 일본 특허공보 제 소52-36512호와 제 소53-7302호 및 일본공개 특허공보 제 평2-182339호 등에 게재되어 있다.

특징은 도 1a에 도시한 바와 같이 평롤(1)의 가압구동으로 평스트립 평스트립소재(2)는 다이스(3)의 凹홈 (33)내로 삽입되어 후부로 성형되고, 후부 양측면은 경사면(31)을 따라 V자형으로 스트립폭이 박부로 넓어지는 과정이 순차 연속 진행되며 성형 단계별 스트립(21, 22)형상을 거쳐 후부(23a)와 박부(23b)를 갖는 이형스트립(23)으로 성형되도록 한것이다.

상기 평롤은 수평 왕복운동을 하며 전후 1회는 부하와 무부하를 반복하여야 하므로 소재 진행(생산)속도와 가압력에 제한이 따르며, 凹홈부 입구의 예각(32)부분은 가압하중에 취약하여 금형수명이 짧고 제품규격별 전용금형을 필요로 하는 단점이 있다.

다음은 압연방식을 적용한 엠지알법이라고 불리는 압연식 제조방법으로 미국특허 제 4578979호와 일본공개특허공보 제 소59-78701호에 유사한 내용으로 게재되어 있다.

특징은 도 1b에 도시한 바와 같이 凹凸형의 상하롤(a, b)을 배설한 제 1번 롤셋트(1)와 상하롤을 평롤(a', b')로 구비한 제 2번롤셋트(2)를 교번하여 다수단의 롤셋트를 연속일렬 배열한 롤셋트의 상하롤 사이를 평스트립(10)이 통과하며 곡면을 갖는 스트립(11)으로 성형되며 동시에 좌우단부는 압연되여 박부(12)를 형성한 후 이를 평형스트립(13)으로 성형하는 과정을 8회이상 거쳐 성형경계부(15)를 스트립 폭 내측으로 넓히도록 한 것이다.

상기에서 롤폭(성형폭)이 좁을 경우는 소재길이로의 연신보다 폭 방향으로 전신량이 커진다.

때문에 상기 성형과정에서 박부(12)폭을 넓히면 폭방향 전신량보다 길이 방향 연신량이 많아져 박부에 파도형상을 갖게 되며 이것이 누적되면 압연 자체가 불 가 하므로 성형폭을 좁게 하여 롤셋트의 수요가 많은 것이며, 이것은 다품종의 규격별 생산공구인 상하롤의 수요가 많아지는 문제와 제품 규격별 가공용 롤셋트가 적용되어야 하므로 제조원가를 높이는 원인이 된다.

또 다른 압연방법으로 일본 공개특허공보 제 평6-134541호와 이와 유사한 미국 특허 제 5890389호는 도 1c에 도시와 같이 각 롤셋트(1,2,3)의 상롤(IU)은 아령(dumbbell)형상의 일체형으로 평면(12)및 경사면(13)과 경사각을 갖고 점차 넓어지고 중앙에 凹홈(11)깊이는 얕아지게 구성한 각 롤셋트의 상하롤 사이를 소재(20)가 지나며, 성형단계별 스트립(21,22,23)형상으로 성형하는 것이다.

상기 성형과정은 앞서 설명한 엠지알 방법이 스트립 폭 외측에서 내측으로 성형하는 것과 반대로 내측에서 외측으로 넓게 성형하는 점만 다를 뿐, 고가인 공구의 소요가 많고 호환성이 없는 점을 엠지알 방법과 크게 다르지 않다.

다음은 프레스를 이용한 방법으로 국내특허 제 319064와 실용 제 0186267호와 미국특허 제6.591.653 B2는 도 1d에 도시와 같이 스트립(1)이 상하형(10, 20)내를 이송하며, 반원형(2)을 거쳐, U자형으로 성형됨과 동시에 하형 외주 상단의 후부홈(34)내로 스트립이 삽입되어 후부(33)를 성형하고, 이후 상형의 가압으로 평판형(4,5)으로 교정하도록 한 것이다.

상기 과정중 a단면의 하형 외주단면 반경(r1)은 b단면의 반경(r2)보다 크므로, 상형의 내주반경도 a단면이 b단면보다 크게 된다. 따라서 반원형의 벽두께(2')와 후부두께는 b단면의 U자형 벽두께(3')와 후부두께보다 두꺼워 a단면에서 b단면으로 외내주가 경사를 이루며 후부와 벽두께도 경사를 갖게 된다.

상기에서 점차 얇아진 벽두께는 길이로 연신되어 반원형단부는 U자형 단부로 점차 길어져 경사를 갖으며, 이후 U자형 후부 내주 상면을 평면형으로 형성한 하형(21)을 상형이 가압하여 평판형(4,5)으로 성형하게 한것이다.

상기 과정중 U자형성형과 동시에 후부성형시, 상하형의 벽부 간극에는 U자형 벽두께(3')로 성형되어 부하를 갖고 있는 상태가 된다. 이 상태에서 후부를 성형하기 위해 상형이 가압을 행하면 , U자형 벽부에서 메탈후로(Metal Flow)가 용이하지 않아 후부홈상면의 상형내주부에는 부하가 집중된다.

때문에 상형(10)은 가압시 변형으로 성형치수의 불안정과 파손의 원인이 되며, 평판성형시 후부가 내주면에 형성되어 불량원인이 되며, 성형품 내외주형상이 경사를 이루므로 이송시 정위치 유지에 어려움이 있으며, 제품규격변경시 상하형중 일측은 신규제작을 하여야 하는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기 제조방법에서 살펴본 문제점을 해결하기 위하여 평스트립의 폭방향을 원호형상을 거쳐, 반원과 U자형상과 후부성형시, 상형다이는 평판형으로 좌우에 배설하고, 좌우다이 중앙에 하형의 펀치를 평판형 상부에 동일 반경을 갖는 직선형으로 배설시키고, 반원형측면을 수직성형하여 U자형으로 성형후 미성형외주부에 후부를 성형케하여 집중하중을 피하고, U자형 내주부곡면에 켐(CAM)에의한 상압으로 교정시키며, 상형의 좌우대칭인 성형다이 성형곡면을 상하부에 형성시켜 사용케하며, 상형의 좌우다이 측면에 스페이서(Spacer)를 활용할 수 있게 하여 공구 수명을 크게 연장시키며, 제품 규격별 공구호환성을 갖게 하므로서, 높 은 경쟁력을 갖을 수 있도록 하는데 있다.

본 발명이 이루고져 하는 기술적과제를 성취시키기 위하여 상하금형내로 평스트립을 이송시키며, 평스트립이 원호와 반원과 U자형이 연결된 U자형 스트립 성형단계와 , U자형 스트립 외주상면에 후부를 형성하는 곡면후부스트립 성형단계와, 곡면후부스트립 내주면을 상압으로 평면후부 스트립으로 교정하는 단계와, 평면 후부스티립을 후·박부를 평행하게 교정하여 이형스트립으로 성형하는 단계로 구성한다.

이하 실시 예에 따른 첨부도면을 참고로 상세히 살펴보면 다음과 같다. 도2a의 도시는 본 발명의 실시 예에 따른 제조과정을 나타낸 단면도이며, 도2b는 스트립 이송단계별 상형 측면도이며, 도2c는 상면도이다.

상기 각 단계의 공구는 스트립 이송방향으로 연결되여 상·하형(1,2)으로 구분되며, 상하형은 단계별 성형품의 틈새를 갖고 조립된다.

상형(1)은 중앙하단에 스트립 진행방향으로 凹홈(1')이 형성되고, 凹홈 좌우측에는 스페이서(11')와 성형다이(10)가 A∼D구간까지 배설되고, 이것을 고정판(12)이 고정한다.

하형(2)은 A∼D구간까지 상기 성형다이(10)중앙에 성형펀치(20)를 직선으로 고정시킨다. 상형의 D∼F구간은 후부성형용 성형다이(13)를 배설하고 하형의 성형펀치(20)는 A∼D구간과 동일한 것을 D∼F까지 연장시켰으며, 상형은 D∼F구간을 D∼E와 E∼F구간으로 나누어 D∼E구간 성형품을 E∼F구간에서 재 성형토록 하였다.

상형의 F∼J구간은 F∼G구간의 교정다이(14)가 G∼H, H∼I, I∼J 단계를 교정다이(15)와 연결된 것이며, 하형도 교정펀치(21)폭이 단계별로 넓어져 I∼J구간의 교정펀치(25)폭과 연결되며, 펀치홀더(22)하면에는 캠(23)이 상형양측에 고정된 봉(24)의 가압으로 교정펀치(21,25)가 상승하여 교정이 이뤄지도록 구비되었다.

상기와 같이 구비된 상·하형(1,2)사이로 평스트립(3)을 도2b와 도2c의 A-D구간에 위치시키고 프레스로 가압하여, 도 2a의 도시와 같이 양고정판(12)내측경사면(12')은 스트립(3)폭 좌우측 단부를 안내하여 상하공구 중심에 위치시키며, 좌우측 성형다이(10)하단내측 성형곡면(10')은 스트립폭 좌우상면을 가압한다.

이때 스트립 하면에는 평판상면에 외주를 갖인 성형펀치(20)가 위치하므로, 상기 스트립폭은 성형펀치 외주를 따라 변형하게 된다.

상기 성형다이(10) 내측면에는 도2c의 도시와 같이 A-C구간은 평스트립폭 외측에서 경사(10a)를 갖으며 성형펀치(20) 측면으로 좁아지며, C-D구간에서는 평행(10b)을 이루어 도 2a의 U자형(40) 벽두께(41)와 단부(42) 길이를 성형시키고, B∼C 구간에서는 반원형의 벽두께(31)와 단부(32)를 성형시키며, A-B구간에서는 원호형(도시없슴)으로 성형되어 평스트립과 연결되어진 U자형(40)스트립으로 성형된다.

상기 과정을 도2b와 도2a의 도시와 같이 측면에서는 평스트립이 A-B구간에서 원호형으로, B-C구간에서는 반원형(30)단부(32)가 경사(33)를 이루며 C-D구간과 연결된 후, 단부(42)가 직선형으로 연결되여, 평스트립(3) 양측면에서 원호형과 반원형으로 그 단부가 경사를 이루며 단부가 직선인 U자형과 연결 되여진 것이다.

상기에서 단부가 짧은 부분은 양측두께가 두꺼우므로, A-C구간 두께가 점차 얇아져 단부가 길어지고 경사(33)를 갖으며, C-D구간은 두께(41)가 동일하므로 직선형상을 갖는다.

상기 과정에 평판형성형다이(10)는 대칭으로 좌우에 배설되었으므로, 내측하부성형곡면(10')을 상측에도 형성시켜 교차 적용하면 타 규격에도 적용된다. 또 성형다이 후면에 스페이서(11)를 활용하면, 모든 제품에 호환성을 갖는다. 또한 성형다이측면을 성형품의 경사와 같이 절단해도 무방하다.

다음 상기 U자형(40)스트립은 D-E구간으로 이송되여, 도2b와 같이 경사면(33)은 B-D구간의 경사면(33')에 위치한다. D-E구간의 성형다이(13) 내면은 도2a의 도시와 같이 U자형(40)벽두께(41)를 내외주 중심상향으로 연결시켜 곡면(54)을 가지며 성형다이 내면(13')과 연결되여, 가압시 U자형벽두께(41)를 곡면으로 연장시킨 두께(51)를 성형하여 후부폭(50')과 후부(52)를 갖는 곡면후부(50)스트립으로 성형된다. 여기서 두께(41,51)는 동일하다.

상기 곡면후부(50)스트립 성형시 B-D구간으로 이송된 경사면(33')은 전술한 U자형(40)스트립 성형 과정과 동일한 과정으로 A-D구간에서 U자형 스트립으로 성형된다.

상기 후부성형시 성형다이(13)외주 내면 중심부 아래의 공간(53)은 가압시 성형부의 메탈후로(Metal Flow)를 용이하게 한 것이며, 공간부를 절단하여도 무방하다. 후부성형후 단부(42')가 길어진 것은 후부성형시 미성형부체적(43)이 길이로 연장된 것이다.

다음 상기의 곡면후부(50)스트립은 E-F구간으로 이송되어, 후부스트립과 동 일한 간극을 갖는 성형다이(13)와 펀치(20)로 재 성형되는 것으로 도시를 생략 하였으며, 재 성형시는 공간(53)없이 행한다.

상기 곡면후부(50)스트립은 F-H 구간으로 순차 이송되며, 곡면후부(52)상면에는 교정다이(14)가, 하면에는 교정펀치(21)가 후부두께의 틈새를 갖고 조립되도록 형성시키고, 교정펀치홀더(22)하면 좌우측에 대칭으로 켐(23)을 배설하고, 상형(1)양측면에는 켐(23)상면을 가압할 수 있도록 가압봉(24)을 구비시킨 상·하형 사이에서 U자형 양측벽부는 평면후부(60)스트립으로 교정된다.

상기 곡면후부(50)스트립이 평면후부(60)스트립으로의 변형과정은 성형펀치(20)의 곡면부를 제거한 교정펀치(21)의 상부 평면(21')을 점차 넓게 형성하여, U자형 후부(52)곡면내주를 켐(23)의 상압으로 교정하므로서 양측벽면을 만곡형(61)으로 벌어지게 하는 것이다.

상기 곡면후부(50)스트립은 H-J구간을 순차이송 하면서 이형형상으로 간극을 형성한 교정다이(15)와 교정펀치(25)사이에서 켐(23)의 상압으로 만곡형(61)으로 굽은 부분을 교정하여 후부(72)와 박부(71)가 평행을 이루는 이형스트립으로 성형된다.

이상의 과정중 A-F구간에서는 성형다이 양측면에 스페이서를 활용하여 성형품의 벽두께 즉, 박부두께를 조정할 수 있다. 후부는 소재에서 결정되므로 교정구간도 상하간극을 조정할 수 있다.

전술한 본 발명의 제조방법에 따르면, 종래 성형과정에서 적용한 경사형 U자 형 성형다이와 펀치를. 평판형성형다이와 평판상에 외주를 형성한 직선형 성형펀치로 대체하고, 성형다이 상하내면에 성형곡면을 형성하여 좌우대체사용 하고, 성형다이 후면과 교정구간 상하에 스페이서를 활용하여, 공구제작비, 사용수명 연장, 제품규격에 관계없이 호환성을 갖게 하는 등 제조비의 주류를 이루는 공구비를 대폭 절감할 수 있으며, 후부성형은 벽부에 두께성형후 내외주 중심 좌우상면에 성형하므로 메탈후로가 용이해서 집중하중을 피할 수 있으며, 켐에 의한 상압 교정시 간섭부가 없어 불량율을 절감할 수 있는 등 많은 장점을 갖는다.

Claims (2)

1. 평스트립이 상형과 하형사이를 순차이송하며 폭방향에 후부와 박부를 프레스성형하는 이형스트립 제조방법에 있어서, 평스트립(3)의 폭이 원호와 반원과 연결된 U자형(40)스트립으로 성형하는 단계와, 성형된 U자형 스트립 외주중심 양측상면을 U자형 벽두께(41)로 성형하여 곡면후부(50)스트립으로 성형하는 단계와, 곡면후부 스트립과 동일 간극을 갖는 상·하형으로 재 성형하는 단계와, 곡면후부스트립하면을 상압을 가하여 평면후부(60)스트립으로 교정하는 단계와, 평면후부(60)스트립의 후부(72)와 박부(71)가 평행을 이루는 이형스트립으로 교정하는 단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이형스트립의 제조방법.
2. 프레스기에서 상·하형내에 복수단계로 이루어진 성형공구사이를 이송하며 성형되는 이형스트립 제조장치에 있어서, 상형(1)凹홈(11) 좌우측부에 평판형의 성형다이(10,13)와 상부에 교정다이(14,15)를 연결하고, 하형(2)은 상기 좌우측부 중앙에 평판형 상부에 반경의 외주를 갖는 성형펀치(20)를 직선으로 구비시키고, 교정다이(14,15)하부에는 상부에 평면을 형성하고 폭이 점차 넓어지는 교정펀치(21,25)와 교정펀치 하부에 켐(23)이 구비되고, 켐중심 좌우측 상부에는 가압봉(24)을 구비한 상·하형사이를 이송하는 평스트립(1)에 상형의 가압으로, 성형다이(10)의 경사(10a)면과 평행(10b)면은 U자형(40)스트립을 성형하고, 성형다이(13)내면에 형성한 곡면(54)부는 후부폭(50')을 형성시켜 곡면후부(50)스트립으로 성형하 고, 교정다이(14)는 교정펀치(21)하부에 구비한 켐(23)의 상압으로 곡면후부(50)내주면을 교정하여 평면후부(60)스트립으로 성형하고, 교정다이(15)는 교정펀치(25)하부에 구비한 켐(23)의 상압으로 만곡형(61)을 교정하여 후·박부(72,71)가 평행이 이루어지도록 복합단계로 구성된 것을 특징으로 하는 이형스트립의 제조장치.

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