KR100743857B1

KR100743857B1 - 금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법

Info

Publication number: KR100743857B1
Application number: KR1020050063503A
Authority: KR
Inventors: 진인태
Original assignee: 진인태
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-07-30
Also published as: US20080197117A1; CZ307530B6; CN101222997A; DE112006001867B4; KR20050080118A; JP2009501086A; DE112006001867T5; CZ200854A3; JP4717115B2; WO2007008046A1; CN101222997B; US8283601B2

Abstract

본 발명은 두 장의 금속판을 접합하기 위하여, 접합소재로 사용되는 한장의 소재금속띠판과 접합될 2장의 중첩된 금속판의 부분적인 면과 점접촉하고 있는 압출점접합 금형내의 전극에 의한 전기저항 순간가열방법으로 한 장의 소재금속띠판과 두 장의 중첩된 금속판을 부분가열한 상태에서, 압출점접합 상부금형 내로 삽입된 압출점접합 펀치로써 압출점접합 상부금형과 콘테이너 펀칭금형 사이에 놓여있는 한 장의 가열된 소재금속띠판을 펀칭하여 한 개의 가열된 압입소재를 만든 후, 거의 동시에 압출점접합 펀치의 압축하중에 의해 상기의 펀칭된 압입소재를 압출점접합 하부금형과 콘테이너 펀칭금형판의 사이에 놓여 있는 2장의 중첩된 금속판상의 부분가열된 면에 압입하면서, 압입소재와 2장의 중첩된 금속판을 압출점접합 하부금형 구멍으로 압출할 때, 강한 압출압력과 전단력에 의해서 중첩된 금속판을 소성유동적으로 접합하도록 하는 압출점접합장치와 압출점접합방법을 특징으로 한다.

압출점접합, 금속판, 압출접합, 열간금속, 점용접, 고상접합, 소성유동, 용접로봇, 압출, 리벳, 가열, 전극, 유도코일, 레이저, 셀프피어싱리벳.

Description

금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법{Extruvet bonding apparatus and method of metal plates by plasticity flow }

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치의 일부분인 압출점접합금형의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 압출점접합과정을 도시한 공정도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 전기저항 순간가열방법을 도시한 개략도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 고주파 순간가열방법을 도시한 개략도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 레이저 순간가열방법을 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 압출점접합 하부금형의 세이빙 가공 과정을 보인 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치에서 압입소재의 다양한 단면형상 및 그 배치를 도시한 개략도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치의 소재공급장치를 포함한 전체 단면도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치가 다관절로봇장치에 부착되어 있는 모습을 보인 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 금속판 2: 소재금속띠판
3: 압입소재 4: 소재공급장치
5: 압출점접합 상부금형 6: 콘테이너 펀칭금형판
7: 압출점접합 하부금형 8: 압출점접합 펀치
9: 압출점접합 상부금형 구멍 10: 콘테이너 펀칭금형판 구멍
11: 압출점접합 하부금형 구멍 12: 고전류공급장치
13: 압출점접합 상부금형 전극 14: 콘테이너 펀칭금형판 전극
15: 압출점접합 하부금형 전극 16: 유도전류공급장치
17: 압출점접합 상부금형 유도코일 18: 콘테이너 펀칭금형판 유도코일
19: 압출점접합 하부금형 유도코일 20: 레이저 전원공급장치
21: 압출점접합 펀치 레이저소스 22: 압출점접합 하부금형 레이저소스
23: 공급측 금속띠판롤 24: 스크랩 금속띠판
25: 회수측 금속띠판롤 26: 과잉금속
27: 삼각형 28: 다관절로봇장 치상부암
29: 다관절로봇장치 하부암 30: 로봇장치 연결부
31: 클램핑하중 유공압실린더 32: 압출하중 유공압실린더
33: 세이빙하중 유공압실린더 34: 아이들롤러
35: 압출점접합 하부금형 지지대 36: 과잉금속 수집통
37: 다관절로봇장치 38: 클램프스프링

본 발명은 금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 얇은 두 장의 금속판을 접합하는 일반적인 방법에는 전기저항을 이용하는 점용접(spot welding)의 용융 접합법과 두 장의 금속판을 리벳으로 연결하여 접합하는 리벳접합(rivet bonding)의 기계적 접합법이 있다.
상기 점용접의 용융 접합법은 중첩된 금속판의 일부분에 전압을 인가하면 상기 금속판의 저항에 의해 열이 발생하며, 이 열과 함께 중첩된 금속판에 압력을 가하면 중첩면이 용융되어 두 금속판이 접합되도록 하는 접합법이다.
그러나, 상기 점용접은 고전압이 인가되므로 아크가 발생하여 환경오염의 원인이 되며, 금속판의 접합면이 고르게 접합되지 못하는 등의 문제점이 있다.

한편, 상기 리벳접합의 기계적 접합법은 두 장의 금속판에 구멍을 천공한 후, 리벳으로 연결하여 접합하며, 리벳의 머리부와 꼬리부의 기계적 강도를 이용하여 우수한 접합특성을 나타내고, 전기적인 아크가 발생하지 않는 등의 장점이 있다.
그러나 상기 리벳접합은 한 개의 리벳을 사용하여 접합하는 경우, 판재의 수직 및 수평 결합력은 강하나 금속판들이 상호 회전방향으로는 결합력이 약하여 복수개의 리벳을 사용해야 한다. 또한 상기 머리부의 성형이 선행되어야 하며, 리벳이 삽입될 두 금속판의 천공된 구멍의 중심을 일치시키는 다소 복잡한 공정이 선행되어야 하는 단점이 있다.
최근에는 이러한 리벳접합의 단점을 개선하기 위하여 금속판의 천공과 동시에 리벳의 회전에 의한 마찰열로 금속판에 용융풀을 형성하여 리벳과 금속판을 용융접합하는 셀프 피어싱(self piercing) 리벳접합 기술이 개발되었으나 이러한 셀프 피어싱 리벳접합은 셀프 피어싱 리벳을 제조하는 선행공정이 필요하고, 금속판을 접합하기 위하여 셀프 피어싱 리벳을 회전시키는 공정이 필요한 단점이 있다.

삭제

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 금속판 접합기술의 문제점 및 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 전기저항 점용접(spot welding) 시의 아크 발생을 방지하며, 기존의 리벳접합(rivet bonding) 시의 리벳의 머리부와 꼬리부의 돌출금속을 발생시키지 않고 금속판을 접합할 수 있도록 순간고온에서의 압출 기술을 이용하는 금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 금속판 소성유동 압출점접합장치는 다관절로봇장치 상부암(28)에 연결되는 클램핑하중 유공압실린더(31); 상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 양 외측에 각각 장착되어 소재금속띠판(2)을 공급 및 회수하는 공급측 금속띠판롤(23)과 회수측 금속띠판롤(25); 상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드에 연결됨과 동시에, 내부에는 압출점접합 상부금형 구멍(9)을 갖는 압출점접합 상부금형 전극(13)이 내재되어 그 상부의 클램프스프링(38)에 의해 상기 소재금속띠판(2)의 일측을 클램핑하는 압출점접합 상부금형(5); 상기 압출점접합 상부금형(5)의 하부에 일체로 구성되며, 내부에는 상기 소재금속띠판(2)의 압출 콘테이너로 사용되는 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)을 형성한 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)이 내재되는 콘테이너 펀칭금형판(6); 다관절로봇장치 하부암(29)에 연결되는 압출 점접합 하부금형 지지대(35); 상기 콘테이너 펀칭금형판(6)의 하부에 대응하여 상기 압출점접합 하부금형 지지대(35) 상에 장착되어 상기 중첩된 두 장의 금속판(1)을 하부에서 상기 콘테이너 펀칭금형판(6)과 함께 클램핑함과 동시에, 상기 소재금속띠판(2)과 각 금속판(1)이 압출된 과잉금속(26)을 세이빙 전단하며, 내부에는 압출점접합 하부금형 구멍(11)을 갖는 압출점접합 하부금형 전극(15)이 내재되는 압출점접합 하부금형(7); 상기 압출점접합 하부금형 지지대(35) 상에서, 상기 압출점접합 하부금형(7)의 측방에 연결되어 이를 수평방향으로 세이빙 전단작동시키는 세이빙하중 유공압실린더(33); 상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드 내부에 일체로 형성되는 압출하중 유공압실린더(32)의 피스톤로드로 형성되어 상기 소재금속띠판(2)을 펀칭하여 압입소재(3)를 생성하고, 동시에 상기 압입소재(3)에 하중을 가하여 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 상기 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)을 통하여 상기 압입소재(3)와 상기 중첩된 금속판(1)의 부분소재를 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 동시에 압출하는 압출점접합 펀치(8)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 금속판 소성유동 압출점접합장치를 이용한 금속판 소성유동 압출점접합방법은 중첩된 두 금속판(1)의 접합위치를 압출점접합 하부금형 구멍(11)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 중심부에 일치시키는 단계; 공급측 금속띠판롤(23)로부터 소재금속띠판(2)을 공급하는 단계; 클램핑하중 유공압실린더(31)에 연결된 콘테이너 펀칭금형판(6)으로 중첩된 두 금속판(1)을 클램핑함과 동시에, 압출점접합 상부금형(5) 내부의 클램프스프링(38)에 의해 공급측 금속띠판롤(23)로부터 공급된 소재금속띠판(2)을 클램핑하여 상기 소재금속띠판(2)과 2장의 금속판(1)을 클램핑하는 단계; 압출점접합 상부금형 전극(13)과 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)에 전류를 통전시켜 그 사이에 클램프스프링(38)으로써 클램핑된 한 장의 소재금속띠판(2)을 급속 부분가열하는 단계; 압출하중 유공압실린더(32)의 작동으로 압출점접합 상부금형 구멍(9)으로부터 삽입된 압출점접합 펀치(8)에 의해서 클램핑되어 있는 상기 소재금속띠판(2)을 먼저 펀칭하여 산화막이 형성되지 않은 벽면을 갖는 가열된 압입소재(3)를 펀칭하여 생성하는 단계; 상기 중첩된 금속판(1)의 상부면에 접촉하고 있는 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)과 그 하부의 압출점접합 하부금형 전극(15)에 전류를 통전시켜 중첩된 금속판(1)을 급속 부분가열하는 단계;
상기 압출점접합 펀치(8)의 압축하중에 의해 콘테이너 펀칭금형판(6)과 압출점접합 하부금형(7) 사이에 클램핑된 2장의 금속판(1) 상의 부분가열된 면에 대하여 상기 가열된 압입소재(3)를 압입하는 단계; 상기 가열된 압입소재(3)와 가열된 2장의 금속판(1)의 부분소재가 소성유동하면서 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 직경보다 작은 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출될 때, 강한 압출압력과 전단력에 의해서 상기 압입소재(3)와 중첩된 두 금속판(1)을 접합하는 단계; 세이빙하중 유공압실린더(33)의 작동으로 상기 압출점접합 하부금형(7)의 세이빙 전단작동에 의해 상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출된 과잉금속(26)을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법에 의하면, 한 장의 소재금속띠판(2)의 두께를 접합할 2장의 금속판(1)의 두께와 같게 하고, 압출점접합 하부금형 구멍(11)의 직경을 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 직경보다 작게 하여, 부분 가열된 압입소재(3)와 두 금속판(1)이 압출될 때 압출점접합 하부금형(7)의 작은 압출점접합 하부금형 구멍(11)에 의한 압출효과로 강한 압출압력과 전단력이 발생하면서 소성유동적으로 접합된다.
즉, 점용접의 장점인 전기저항 순간가열법으로 부분 가열된 압입소재(3)와 융융점 이하의 온도로 부분 가열된 중첩된 2장의 금속판(1)을 사용하기 때문에, 기존의 점용접에서 발생하는 아크가 발생하지 않도록 한다.
그리고 압출점접합 펀치(8)로 중첩된 금속판(1) 상단면을 압축하여 압입소재(3)와 2장의 금속판(1)이 압착되면서 생성되는 과잉금속(26)을 압출점접합 하부금형(7)의 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출한 후, 압출점접합 하부금형(7)의 세이빙 가공에 의하여 압출된 과잉금속(26)을 전단하여, 리벳결합의 단점인 머리부와 꼬리부의 돌출금속을 발생시키지 않도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치의 일부분인 압출점접합금형의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치의 소재공급장치를 포함한 전체 단면도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치가 다관절로봇장치에 부착되어 있는 모습을 보인 개략도이다
도 1과 도 8 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합장치는 다관절로봇장치 상부암(28)에 연결되는 클램핑하중 유공압실린더(31)와, 공급측 금속띠판롤(23)과 회수측 금속띠판롤(25), 압출점접합 상부금형(5), 콘테이너 펀칭금형판(6); 상기 다관절로봇장치 하부암(29)에 연결되는 압출 점접합 하부금형 지지대(35), 압출점접합 하부금형(7), 세이빙하중 유공압실린더(33) 및 압출점접합 펀치(8)를 주요 구성으로 한다.
상기 클램핑하중 유공압실린더(31)는 그 상부의 로봇장치 연결부(30)를 통하여 상기 다관절로봇장치 상부암(28)에 연결된다.
상기 공급측 금속띠판롤(23)과 회수측 금속띠판롤(25)은 상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 양 외측에 각각 장착되어 소재금속띠판(2)을 공급 및 회수하도록 구성된다.
상기 회수측 금속띠판롤(25)은 본 실시예에서 전동기에 대한 부분은 도시하지 않았으나, 별도의 전동기 등을 통하여 회전제어되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
상기 압출점접합 상부금형(5)은 상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드에 연결됨과 동시에, 내부에는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 압출점접합 상부금형 구멍(9)을 갖는 압출점접합 상부금형 전극(13)이 내재된다. 또한, 상기 압출점접합 상부금형 전극(13)은 그 상부에서 압출점접합 상부금형(5)의 내부에 개재되는 클램프스프링(38)에 의해 상기 소재금속띠판(2)의 일측을 클램핑하도록 지지된다.
상기 콘테이너 펀칭금형판(6)은 상기 압출점접합 상부금형(5)의 하부에 일체로 구성되며, 그 내부에는 도 3에서와 같이, 상기 소재금속띠판(2)의 압출 콘테이너로 사용되는 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)을 형성한 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)이 내재된다.
상기 압출 점접합 하부금형 지지대(35)는, 도 8에서 도시한 바와 같이, 그 하부의 로봇장치 연결부(30)를 통하여 다관절로봇장치 하부암(29)에 연결된다.
그리고 상기 압출점접합 하부금형(7)은 상기 콘테이너 펀칭금형판(6)의 하부에 대응하여 상기 압출점접합 하부금형 지지대(35) 상에 장착되어 상기 중첩된 두 장의 금속판(1)을 하부에서 상기 콘테이너 펀칭금형판(6)과 함께 클램핑한다. 또한, 압출점접합 하부금형(7)은 상기 소재금속띠판(2)과 각 금속판(1)이 압출된 과잉금속(26)을 세이빙 전단하며, 내부에는 도 3에서와 같이, 압출점접합 하부금형 구멍(11)을 갖는 압출점접합 하부금형 전극(15)이 내재된다.
상기 세이빙하중 유공압실린더(33)는, 도 8에서와 같이, 상기 압출점접합 하부금형 지지대(35) 상에서, 상기 압출점접합 하부금형(7)의 측방에 연결되어 이를 도 6에서 도시한 바와 같이, 수평방향으로 구동시켜 상기의 세이빙 전단작동시키도록 구성된다.
상기 압출점접합 펀치(8)는, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드 내부에 일체로 형성되는 압출하중 유공압실린더(32)의 피스톤로드로 형성된다. 즉, 상기 압출점접합 펀치(8)는 상기 소재금속띠판(2)을 펀칭하여 압입소재(3)를 생성하고, 동시에 상기 압입소재(3)에 하중을 가하여 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 상기 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)을 통하여 상기 압입소재(3)와 상기 중첩된 금속판(1)의 부분소재를 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 동시에 압출하도록 구성된다.
상기에서, 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10) 및 압출점접합 하부금형 구멍(11)은, 도 3에서와 같이, 그 중심이 동심축선 상에 각각 차례로 하방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10) 및 압출점접합 하부금형 구멍(11)은, 도 7에서 압입소재(3)의 형상을 도시한 바와 같이, 그 형상이 원형으로 이루어지거나, 삼각형(27) 또는 타원형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 도 7에서와 같이, 상기 압입소재(3)의 배치는 도시된 바와 같이, 4개, 6개 및 7개를 이웃하게 배치한 바와 같이, 적어도 하나 이상을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)은 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)보다 그 직경이 작아야 한다.
상기 압출하중 유공압실린더(32)의 하부 좌우 외측에는 상기 소재금속띠판(2)을 안내하는 아이들롤러(34)가 각각 장착되는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 금속판 소성유동 압출점접합장치를 이용하여 2장의 중첩된 금속판(1)을 접합하는 금속판 소성유동 압출점접합방법은, 도 2와 도 8에서 도시한 바와 같이, 먼저, 중첩된 두 금속판(1)의 접합위치를 압출점접합 하부금형 구멍(11)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 중심부에 일치시킨다.
그리고 공급측 금속띠판롤(23)로부터 소재금속띠판(2)을 공급한 후, 클램핑하중 유공압실린더(31)에 연결된 콘테이너 펀칭금형판(6)으로 중첩된 두 금속판(1)을 클램핑함과 동시에, 압출점접합 상부금형(5) 내부의 클램프스프링(38)에 의해 공급측 금속띠판롤(23)로부터 공급된 소재금속띠판(2)을 클램핑하여 상기 소재금속띠판(2)과 2장의 금속판(1)을 클램핑하게 된다.
이어서, 상기 도 3에서 도시한 바와 같은 압출점접합 상부금형 전극(13)과 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)에 전류를 통전시켜 그 사이에 클램프스프링(38)으로써 클램핑된 한 장의 소재금속띠판(2)을 급속 부분가열하고, 이어서 압출하중 유공압실린더(32)의 작동으로 압출점접합 상부금형 구멍(9)으로부터 삽입된 압출점접합 펀치(8)에 의해서 클램핑되어 있는 상기 소재금속띠판(2)을 먼저 펀칭하여 산화막이 형성되지 않은 벽면을 갖는 가열된 압입소재(3)를 생성한다.
계속해서, 도 3에서 도시한 바와 같은 상기 중첩된 금속판(1)의 상부면에 접촉하고 있는 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)과 그 하부의 압출점접합 하부금형 전극(15)에 전류를 통전시켜 중첩된 금속판(1)을 급속 부분가열하고, 이어서 상기 압출점접합 펀치(8)의 압축하중에 의해 콘테이너 펀칭금형판(6)과 압출점접합 하부금형(7) 사이에 클램핑된 2장의 금속판(1) 상의 부분가열된 면에 대하여 상기 가열된 압입소재(3)를 압입하게 된다.
이와 같은 작동으로, 상기 가열된 압입소재(3)와 가열된 2장의 금속판(1)의 부분소재가 소성유동하면서 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 직경보다 작은 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출될 때, 강한 압출압력과 전단력에 의해서 상기 압입소재(3)와 중첩된 두 금속판(1)은 접합되며, 이어서, 상기 세이빙하중 유공압실린더(33)의 작동으로 상기 압출점접합 하부금형(7)의 세이빙 전단작동에 의해 상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출된 과잉금속(26)을 배출하는 과정으로 금속판 소성유동 압출점접합방법을 이루게 된다.
여기서, 상기 소재금속띠판(2)을 공급하는 과정에서는 상기 소재금속띠판(2)의 재질을 접합하고자 하는 금속판(1)의 재질과 동일한 소재를 사용하게 되며, 상기 소재금속띠판(2)이 공급측 금속띠판롤(23)에 감긴 상태로, 한 번의 압출점접합 가공후, 압출하중 유공압실린더(32)에 구성된 압출점접합 펀치(8)와 클램핑하중 유압실린더(31)가 복귀하는 동안, 공급측 금속띠판롤(23)에 감겨진 소재금속띠판(2)이 풀려나와 양측 아이들롤러(34)를 거쳐 펀칭된 스크랩 금속띠판(24)이 회수측 금속띠판롤(25)의 회전력에 의해 강제적으로 감기도록 하여 소재금속띠판(2)을 연속적으로 공급하도록 한다.
또한, 상기 과잉금속(26)을 배출하는 과정에서는 접합된 금속판(1)의 하면과 압출점접합 하부금형(7)의 상면이 상호 밀착된 상태로, 상기 세이빙하중 유압실린더(33)의 작동에 의해 압출점접합 하부금형(7)이 수평방향으로 슬라이딩 작동하여 상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출된 금속판(1)의 하부면 상의 과잉금속(26)을 세이빙 전단하여 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 배출하여 별도로 구비되는 과잉금속 수집통(36)으로 배출된다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 전기저항 순간가열방법을 도시한 개략도로써, 전기저항을 이용한 순간가열은 기존의 점용접에 사용되는 전극과는 달리 세 개의 전극으로 구성되어 있는 것이 특징이다. 즉, 고전류공급장치(12)에 연결된 원통형의 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)을 가운데 전극으로 배치하고, 상부에는 원통형의 압출점접합 상부금형 전극(13)을 상부에 배치하여 상기의 두 전극에 전류를 통전할 때 그 사이에 있는 한 장의 소재금속띠판(2)을 전기저항에 의해 급속히 부분가열하는 전극배치와, 고전류공급장치(12)에 연결된 원통형의 압출점접합 하부금형 전극(15)을 가운데 있는 원통형의 콘테이너 펀칭금형판 전극(14) 하부에 배치하여 상기의 두 전극에 전류를 통전할 때 그 사이에 있는 2장의 중첩된 금속판(1)을 급속히 부분가열하도록 전극이 배치되는 예를 도시하고 있다.
또한, 상기 전지저항을 이용한 순간가열에 적용되는 각 전극(13,14,15)은 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10) 및 압출점접합 하부금형 구멍(11)을 가지며, 압출점접합 펀치(8)가 이동하면서 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)에서 소재금속띠판(2)이 펀칭되고, 펀칭된 압입소재(3)가 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)으로 통과하도록 하여 접합될 두 금속판(1)에 압입된 후, 소성유동에 의하여 압출과 동시에 접합되면서 과잉금속(26)이 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 배출되도록 한다.
그리고 도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 금속판 소성유동 압출점접합방법에서 고주파 순간가열방법과 레이저 순간가열방법을 도시한 개략도로써, 다른 실시예에 의한 순간가열을 예시하고 있으며, 상기 고주파 순간가열은 압출점접합 상부금형(5)과 콘테이너 펀칭금형판(6) 및 압출점접합 하부금형(7)과 내에 각각 고주파 유도코일(17,18,19))을 삽입하여 2장의 금속판(1)과 1장의 소재금속띠판(2)을 급속하게 부분가열하는 구성을 예시하고 있다.
즉, 고주파 유도전류공급장치(16)에 연결되어 있는 압출점접합 상부금형 유도코일(17)이 압출점접합 상부금형 전극(13)을 둘러싸고 있고, 콘테이너 펀칭금형판 유도코일(18)이 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)주위에 배치되어 압출점접합 상부금형(5)과 콘테이너 펀칭금형판(6) 사이에 놓여 있는 1장의 소재금속띠판(2)을 유도전류에 의해 급속히 부분가열하게 된다. 또한, 압출점접합 하부금형 전극(15)을 둘러싸고 있는 압출점접합 하부금형 유도코일(19)과 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)주위에 배치된 콘테이너 펀칭금형판 유도코일(18)에 의하여 그 사이에 놓여 있는 2장의 중첩된 금속판(1)을 유도전류에 의해 급속하게 부분가열하게 된다.
한편, 상기 레이저 순간가열은, 도 5에서와 같이, 압출점접합 펀치(8)의 선단 중심홈 사이에 놓여 있는 압출점접합 펀치 레이저소스(21)에 의하여 압출점접합 상부금형(5)과 콘테이너 펀칭금형판(6) 사이에 놓여 있는 1장의 소재금속띠판(2)을 상부로부터 급속히 부분가열하도록 배치하고, 압출점접합 하부금형 구멍(11) 하단부에 설치된 압출점접합 하부금형 레이저소스(22)에 의하여 접합될 두 금속판(1)이 하부로부터 급속하게 부분가열되도록 한다.
즉, 접합하고자하는 두 금속판(1)과 소재금속띠판(2)을 가열하는 방법 및 장치의 실시예로서, 상기 세가지의 예를 들 수 있으며, 소재금속띠판(2)과 중첩된 두 금속판(1)을 가열하여 펀칭가공과 압출점접합 가공시에 펀칭하중과 접합하중을 줄임과 동시에 소성유동 접합이 가능하도록 하기 위해서, 금형내의 작은 공간에서 순간적인 부분가열에 적합한 가열조건을 만족하기만 하면, 가열방법은 어떤 것을 사용하더라도 본 발명에 적용할 수 있을 것이다.
또한, 상기 가열방법들에서, 공히 1장의 소재금속띠판(2)과 2장의 금속판(1)이 용융되지 않고 금속의 종류에 따라 용융되기 전의 열간소성 가공 온도범위내에서 가열하여 사용한다.
그리고 상기한 금속판 소성유동 압출점접합방법에 의한 공정 중, 압출점접합 하부금형(7)의 세이빙 가공을 통한 과잉금속(26)을 배출하는 과정은, 도 6에서 도시한 바와 같이, 접합된 금속판(1)의 하면과 압출점접합 하부금형(7)의 상면이 상호 밀착하여, 세이빙하중 유공압실린더(33)의 작동으로 압출점접합 하부금형(7)을 돌출된 과잉금속(26)의 폭 크기만큼 수평방향으로 슬라이딩하도록 하여, 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출되어 금속판(1)의 하부면 상에 붙어 있는 과잉금속(26)을 상기 압출점접합 하부금형(7)이 전단하여 접합면 하부 표면을 깨끗한 접합면으로 가공하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법에 의하면, 도 8에서와 같이, 소재금속띠판(2)의 공급은 한 번의 압출점접합 가공 후, 압출하중 유공압실린더(32)에 부착된 압출점접합 펀치(8)와 클램핑하중 유압실린더(31)가 복귀하는 동안, 클램핑하중 유공압실린더(31)의 일측에 부착된 공급측 금속띠판롤(23)에 감겨진 소재금속띠판(2)이 풀려나와 압출하중 유공압실린더(32)에 부착된 아이들롤러(34)를 거친 후, 펀칭된 스크랩 금속띠판(24)을 회수측 아이들롤러(34)를 거쳐 클램핑하중 유공압실린더(31)에 부착된 회수측 금속띠판롤(25)이 전동기의 회전력에 의해 감기도록 하여 연속적으로 소재금속띠판(2)이 공급되도록 하며, 소재금속띠판(2)의 사용이 완료하게 되면 공급측 금속띠판롤(23)을 교체하여 소재금속띠판(2)을 연속적으로 공급되도록 한다.
그리고 압출점접합 펀치(8)를 구동하는 하중은 기본적으로 유압시스템 혹은 공기압시스템에 의한 한 번의 하중으로 점접합하는 것이 기본이나, 압출점접합 펀치(8)에 반복적인 충격하중을 가하여 점접합되도록 하고 하중의 범위와 형태는 적절히 사용할 수 있을 것이다.
또한, 중첩된 금속판(1)에 클램핑하중을 가하면서 압출점접합 펀치(8)에 압출접합하중을 가하기 위하여, 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드 상에 압출하중 유공압실린더(32)가 연결되고, 압출하중 유공압실린더(32)의 피스톤로드는 압출점접합 펀치(8)로 구성된다.
그리고, 상기 압출접합 펀치(8)의 선단을 중첩된 금속판(1) 상단면까지 압축하도록 하여 중첩된 금속판(1)의 상면에는 돌출금속이 없도록 하고, 상기 금속판(1)의 하단면으로 돌출된 과잉금속을 전단하기 위해서는 세이빙하중 유압실린더(33)에 왕복이송하중을 가하여 압출점접합 하부금형(7)을 금속판(1)의 수평방향으로 왕복 운동시키며, 전단 후의 과잉금속(26)이 압출점접합 하부금형(7)의 하부에 위치한 별도의 과잉금속 수집통(36)으로 배출되도록 한다.
그리고, 도 9는 본 실시예에 따른 압출점접합장치가 부착된 다관절 로봇장치(37)를 도시한 것으로, 본 실시예에 의한 압출점접합장치는 기존의 점용접에 사용되는 다관절 로봇장치(37)의 아암 선단에 부착되어 사용되며, 이러한 다관절 로봇장치(37)는 각 전극에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치와, 클램핑하중, 압출하중 및 세이빙하중을 공급하기 위한 유공압시스템을 포함하여 중첩된 금속판의 접합할 위치상에 압출점접합장치를 이동시키도록 한다.

삭제

상기한 바와 같은 본 발명의 금속판 소성유동 압출점접합장치 및 압출점접합방법에 의하면, 부분 가열된 압입소재와 두 금속판이 압출될 때 압출점접합 하부금형에 의한 압출효과로 강한 압출압력과 전단력이 발생하면서 소성유동적으로 접합하여 기존의 점용접에서 발생하는 아크가 발생하지 않도록 하여 친환경적인 용접이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 압출점접합 펀치로 중첩된 금속판 상단면을 압축하여 압입소재와 2장의 금속판이 압착되면서 생성되는 과잉금속을 압출점접합 하부금형의 세이빙 가공에 의하여 전단하여, 기존의 리벳결합의 단점인 머리부와 꼬리부의 돌출금속을 발생시키지 않도록 하는 효과가 있다.
특히, 접합할 금속판의 종류가 경금속일 경우에는 고전압에 의한 전기저항이 낮아 접합면을 용융하기가 쉽지 않으나, 용융되기 전의 가열상태에 있는 경금속판에 강한 압력을 가하여 소성유동적으로 접합시키게 되면 아크가 발생하지 않는 상태의 열간상태에서 경금속판이 강한 압력으로 접합하게 되어 접합강도가 우수한 경금속판의 접합이 가능한 효과도 있다.
또한, 본 발명은 거의 용융온도의 범위까지 가열한 고상 상태의 접합이므로 비교적 작은 압입하중에서도 압출점접합이 가능하여 기존의 점용접(spot-welding) 로봇장치의 헤드부를 압출점접합장치로 교체하고 유공압시스템을 추가하면 기존의 점용접 로봇시스템을 사용할 수 있어 기존의 생산라인 상에 신속한 적용이 가능한 이점도 있다.

Claims

두 장의 중첩된 금속판(1)을 접합하는 금속판 소성유동 압출점접합장치에 있어서,

다관절로봇장치 상부암(28)에 연결되는 클램핑하중 유공압실린더(31);

상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 양 외측에 각각 장착되어 소재금속띠판(2)을 공급 및 회수하는 공급측 금속띠판롤(23)과 회수측 금속띠판롤(25);

상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드에 연결됨과 동시에, 내부에는 압출점접합 상부금형 구멍(9)을 갖는 압출점접합 상부금형 전극(13)이 내재되어 그 상부의 클램프스프링(38)에 의해 상기 소재금속띠판(2)의 일측을 클램핑하는 압출점접합 상부금형(5);

상기 압출점접합 상부금형(5)의 하부에 일체로 구성되며, 내부에는 상기 소재금속띠판(2)의 압출 콘테이너로 사용되는 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)을 형성한 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)이 내재되는 콘테이너 펀칭금형판(6);

다관절로봇장치 하부암(29)에 연결되는 압출 점접합 하부금형 지지대(35);

상기 콘테이너 펀칭금형판(6)의 하부에 대응하여 상기 압출점접합 하부금형 지지대(35) 상에 장착되어 상기 중첩된 두 장의 금속판(1)을 하부에서 상기 콘테이너 펀칭금형판(6)과 함께 클램핑함과 동시에, 상기 소재금속띠판(2)과 각 금속판(1)이 압출된 과잉금속(26)을 세이빙 전단하며, 내부에는 압출점접합 하부금형 구멍(11)을 갖는 압출점접합 하부금형 전극(15)이 내재되는 압출점접합 하부금형(7);

상기 압출점접합 하부금형 지지대(35) 상에서, 상기 압출점접합 하부금형(7)의 측방에 연결되어 이를 수평방향으로 세이빙 전단작동시키는 세이빙하중 유공압실린더(33);

상기 클램핑하중 유공압실린더(31)의 피스톤로드 내부에 일체로 형성되는 압출하중 유공압실린더(32)의 피스톤로드로 형성되어 상기 소재금속띠판(2)을 펀칭하여 압입소재(3)를 생성하고, 동시에 상기 압입소재(3)에 하중을 가하여 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 상기 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)을 통하여 상기 압입소재(3)와 상기 중첩된 금속판(1)의 부분소재를 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 동시에 압출하는 압출점접합 펀치(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합장치.
제1항에 있어서,

상기 압출점접합 상부금형 구멍(9)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10) 및 압출점접합 하부금형 구멍(11)은 그 중심이 동심축선 상에 각각 차례로 하방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합장치.
제1항에 있어서,

상기 압출점접합 상부금형 구멍(9)의 형상과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10) 및 압출점접합 하부금형 구멍(11)은 그 형상이 원형으로 이루어지는 형성되는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)은 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)보다 그 직경이 작은 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합장치.
제1항에 있어서,

상기 압출하중 유공압실린더(32)의 하부 좌우 외측에는 상기 소재금속띠판(2)을 안내하는 아이들롤러(34)가 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 점접합장치.
삭제
삭제
두 장의 중첩된 금속판(1)을 접합하는 금속판 소성유동 압출점접합방법에 있어서,

중첩된 두 금속판(1)의 접합위치를 압출점접합 하부금형 구멍(11)과 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 중심부에 일치시키는 단계;

공급측 금속띠판롤(23)로부터 소재금속띠판(2)을 공급하는 단계;

클램핑하중 유공압실린더(31)에 연결된 콘테이너 펀칭금형판(6)으로 중첩된 두 금속판(1)을 클램핑함과 동시에, 압출점접합 상부금형(5) 내부의 클램프스프링(38)에 의해 공급측 금속띠판롤(23)로부터 공급된 소재금속띠판(2)을 클램핑하여 상기 소재금속띠판(2)과 2장의 금속판(1)을 클램핑하는 단계;

압출점접합 상부금형 전극(13)과 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)에 전류를 통전시켜 그 사이에 클램프스프링(38)으로써 클램핑된 한 장의 소재금속띠판(2)을 급속 부분가열하는 단계;

압출하중 유공압실린더(32)의 작동으로 압출점접합 상부금형 구멍(9)으로부터 삽입된 압출점접합 펀치(8)에 의해서 클램핑되어 있는 상기 소재금속띠판(2)을 먼저 펀칭하여 산화막이 형성되지 않은 벽면을 갖는 가열된 압입소재(3)를 펀칭하여 생성하는 단계;

상기 중첩된 금속판(1)의 상부면에 접촉하고 있는 콘테이너 펀칭금형판 전극(14)과 그 하부의 압출점접합 하부금형 전극(15)에 전류를 통전시켜 중첩된 금속판(1)을 급속 부분가열하는 단계;

상기 압출점접합 펀치(8)의 압축하중에 의해 콘테이너 펀칭금형판(6)과 압출점접합 하부금형(7) 사이에 클램핑된 2장의 금속판(1) 상의 부분가열된 면에 대하여 상기 가열된 압입소재(3)를 압입하는 단계;

상기 가열된 압입소재(3)와 가열된 2장의 금속판(1)의 부분소재가 소성유동하면서 콘테이너 펀칭금형판 구멍(10)의 직경보다 작은 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출될 때, 강한 압출압력과 전단력에 의해서 상기 압입소재(3)와 중첩된 두 금속판(1)을 접합하는 단계;

세이빙하중 유공압실린더(33)의 작동으로 상기 압출점접합 하부금형(7)의 세이빙 전단작동에 의해 상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출된 과잉금속(26)을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합방법.
제9항에 있어서,

상기 소재금속띠판(2)을 공급하는 단계는

상기 소재금속띠판(2)의 재질을 접합하고자 하는 금속판(1)의 재질과 동일한 소재를 사용하며,

상기 소재금속띠판(2)이 공급측 금속띠판롤(23)에 감긴 상태로, 한 번의 압출점접합 가공후, 압출하중 유공압실린더(32)에 구성된 압출점접합 펀치(8)와 클램핑하중 유압실린더(31)가 복귀하는 동안, 공급측 금속띠판롤(23)에 감겨진 소재금속띠판(2)이 풀려나와 양측 아이들롤러(34)를 거쳐 펀칭된 스크랩 금속띠판(24)이 회수측 금속띠판롤(25)의 회전력에 의해 강제적으로 감기도록 하여 소재금속띠판(2)을 연속적으로 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합방법.
삭제
제 9항에 있어서,

상기 과잉금속(26)을 배출하는 단계는

접합된 금속판(1)의 하면과 압출점접합 하부금형(7)의 상면이 상호 밀착된 상태로, 상기 세이빙하중 유압실린더(33)의 작동에 의해 압출점접합 하부금형(7)이 수평방향으로 슬라이딩 작동하여 상기 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 압출된 금속판(1)의 하부면 상의 과잉금속(26)을 세이빙 전단하여 압출점접합 하부금형 구멍(11)으로 배출하여 과잉금속 수집통(36)으로 배출하는 것을 특징으로 하는 금속판 소성유동 압출점접합방법.
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