KR100773848B1 - 박판 성형 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

양산용 프레스 성형을 위한 시작품 등 입체 형상 제품을 바디 주름, 두께 감소 등을 방지하여 정밀하게 성형 형상의 제한 없이, 아울러 단시간에 성형하기 위한 성형 방법과 장치에 관한 것이다.

블랭크재의 가장자리를 끼워 지지한 상태에서 두께 방향으로부터 성형 형상을 갖는 다이 펀치를 압입하여 소정 높이까지 드로잉 성형을 행하고, 다이 펀치의 압입 상태인 채로, 그리고 블랭크 홀딩력을 증가시켜 재료의 유동을 록킹한 상태에서 다이 펀치와 두께를 사이에 두고 반대측으로부터 공구에 의해 형상 성형을 행하고, 그런 다음 블랭크 홀딩력을 저하시켜 다이 펀치를 다시 소요 높이만큼 상승시켜 드로잉 성형을 행하고, 이어서 블랭크 홀딩력을 높게 하여 재료의 유동을 록킹한 상태에서 상기 공구에 의해 형상 성형을 행하는 단계를 1회 이상 반복한다.

블랭크 홀딩, 주름, 다이 펀치, 성형, 드로잉 성형, 블랭크재, 압입, 트리밍, 피어스

Description

박판 성형 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR FORMING SHEET METAL}

도 1은 구래의 박판 성형 방법을 나타내는 종단 측면도이다.

도 2는 종래의 박판 성형 방법을 나타내는 종단 측면도이다.

도 3은 도 2의 방법에 따른 불량 발생 상태를 나타내는 성형품의 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 성형 방법을 성형전과 성형중에서 절반씩 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 5는 본 발명에 있어서 블랭크 홀딩 장치와 블랭크 홀딩 상태를 나타내는 측면도이다.

도 6-A∼도 6-F는 본 발명의 성형법을 단계적으로 나타내는 설명도이다.

도 7은 본 발명에 있어서 성형 스트로크와 블랭크 홀딩력의 관계를 나타내는 선도이다.

도 8은 본 발명에 있어서 제어계를 나타내는 설명도이다.

도 9-A∼도 9-C는 본 발명에 따른 레이저 절단예를 나타내는 설명도이다.

도 10은 본 발명에 따른 박판 성형 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 11은 본 발명에 따른 박판 성형 장치의 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 12는 본 발명을 적용한 성형 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

본 발명은 금속 박판의 성형 방법 및 장치에 관한 것이다.

금속 박판을 입체 형상으로 가공하는 방법이나 수단으로서, X-Y 테이블 상에 박판을 고정하고, 그 박판을 상방에 위치시키고 Z축 방향으로 이동 가능한 공구에 의해 하방으로 내리 누르면서 공구의 이동에 의해 순차적으로 소성 변형시켜 성형을 행하는 포밍 방법이 알려져 있다. 이러한 방법의 응용으로서 성형 모델을 사용하는 경우도 있으며, 도 1은 이 성형법의 개요를 나타내고 있다.

그러나, 선행 기술은 형상의 성형 전체를 봉상 공구에 의해 등고선 궤적을 그리게 하여 차례차례로 성형하기 때문에, 다음과 같은 문제가 있었다.

1) 성형이 완료될 때까지 시간이 걸리고, 예컨대 500개/월 이상이라는 양산을 위한 성형은 곤란하다.

2) 두께의 감소가 크다.

블랭크 두께:t0, 성형 후의 두께: t, 성형 각도=θ, 두께의 감소율:δ라고 하면, 성형 후의 두께는 t=t0·sinθ로 구해지는데, 종래에는 성형 각도가 20도, 두께 0.8㎜인 경우, 34.2%의 두께 감소가 발생하고, 그 부위가 파단되기 쉬우므로 예컨대 자동차 부품의 경우의 두께 감소도 30% 이하라는 요구에 부응할 수 없었다.

3) 세로벽의 성형이 곤란 내지 불가능하다.

성형품에 급각도의 부분이 있는 경우에 이를 따른 성형이 곤란하며, 성형 각 도(θ)는 알루미늄에서 15도, SPC에서 20도, SUS에서 25도가 한계이었다. 따라서, 2)와 서로 작용하여 성형할 수 있는 형상에 제한이 발생하였다.

4) 표면의 마감이 좋지 않다.

봉상 공구를 등고선 궤적을 그리게 함으로써 성형하므로, 파도 모양의 툴 자국이 발생하는 것을 피할 수 없으며, 이를 경감하기 위하여 피치를 좁게 하면 성형 시간이 길게 소요된다.

5) 정밀도가 불충분해지기 쉽다.

선행 기술은 오로지 재료의 "신장"을 이용한 성형 방법이기 때문에, 완성된 제품을 프레스 성형품과 비교하면 두께 감소의 점이나 치수 정밀도 등에서 뒤떨어지는 면이 있다.

이러한 문제점을 개량하기 위하여 본 발명자들은 일본 특허 공개 2003-53436호 공보에서, 블랭크재의 가장자리를 끼워 지지한 상태에서 두께 방향으로부터 성형 형상으로 마감한 다이 펀치를 압입하여 러프 포밍을 행하고, 이어서, 상기 다이 펀치를 압입 상태인 채로 다이 펀치와 두께를 사이에 두고 반대측으로부터 봉상 공구에 의해 형상 성형을 행하는 방법을 제안하였다.

이 방법에 의해 상기 문제점을 상당히 개선하는 것이 가능해졌다. 그러나, 이 방법에서는 도 2와 같이, 두께 방향으로부터 성형 형상을 갖는 다이 펀치를 전체 스트로크 압입하여 워크 전체를 한 번에 거칠게 성형하고, 그 상태에서 세부를 성형하므로, 도 2와 같이 성형 형상에 오목부(A)가 있는 경우, 도 3과 같이 재료 남음에 따른 바디 주름(BS)이 발생하는 것을 피할 수 없어, 제품 정밀도가 악화되 는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 양산용 프레스 성형용 시작품 등의 입체 형상 제품을 형상의 제약 없이, 또 재료 남음에 따른 바디 주름의 발생을 발생하지 않고 단시간에 높은 정밀도로 성형할 수 있는 성형 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 상기 방법의 실시에 적합한 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박판 성형 방법은, 블랭크재의 가장자리를 끼워 지지한 상태에서 두께 방향으로부터 성형 형상으로 마감한 다이 펀치를 압입하고, 이어서, 상기 다이 펀치를 압입 상태인 채로 다이 펀치와 두께를 사이에 두고 반대측으로부터 공구에 의해 형상 성형을 행하는 방법에 있어서, 블랭크재의 가장자리를 끼워 지지한 상태에서 두께 방향으로부터 성형 형상을 갖는 다이 펀치를 압입하여 소정 높이까지의 드로잉 성형을 행하고, 다이 펀치의 압입 상태인 채로 블랭크 홀딩력을 증가시켜 재료의 유동을 록킹한 상태에서 다이 펀치와 두께를 사이에 두고 반대측으로부터 공구에 의해 형상 성형을 행하고, 이후, 블랭크 홀딩력을 저하시켜 다이 펀치를 다시 소요 높이만큼 상승시켜 드로잉 성형을 행하고, 이어서 블랭크 홀딩력을 높게 하여 재료의 유동을 록킹한 상태에서 상기 공구에 의해 형상 성형을 행하는 단계를 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 본 발명의 박판 성형 방법에 의하면, 다이 펀치에 의한 드로잉 성형과 공구에 의한 인크리멘탈 성형을 복합시키므로 두께 감소가 적고, 성형 각도가 15∼25도 정도의 세로벽의 성형도 가능하며, 또한 툴 자국에 대해서도 충분한 경도가 보장되고, 성형 시간도 단축 가능하다.

아울러, 소정 높이까지의 드로잉 성형을 행한 단계에서 다이 펀치를 위치 유지하고 재료의 유동을 일단 록킹하고, 그 상태에서 인크리멘탈 성형을 행하고, 이어서 블랭크 홀딩력을 완화하고 다이 펀치를 다시 상승시켜 소요의 높이까지 드로잉 성형을 행하고, 그 상태에서 재료의 유동을 일단 록킹하여 인크리멘탈 성형을 행하는 공정을 채용하고, 계단형으로 압축과 인크리멘탈의 복합 순차 성형을 행하므로, 재료가 남아서 생기는 바디 주름의 발생이 억제되어 복잡한 형상이라도 매우 정밀하게 성형하는 것이 가능해진다.

또한 본 발명의 박판 성형 장치는, 베드 상에 간격을 두고 배열되어 블랭크재의 가장자리를 두께 방향으로 끼워 지지하는 블랭크 홀딩력 가변 및 전후 이동 정지 가능한 복수의 블랭크 홀딩 장치와, 상기 블랭크 홀딩 장치보다 내측에 배치된 원하는 형상의 다이 펀치와, 상기 블랭크 홀딩 장치에 의해 지지된 블랭크재에 다이 펀치를 돌입시켜 드로잉 성형을 행하기 위한 설정 위치에서 자유로이 정지 가능한 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치와, 구조 프레임에 3축 방향 이동 가능하게 장비되며, 상기 다이 펀치의 단계적 돌입에 의해 계단형으로 드로잉 성형된 블랭크재에 대하여 다이 펀치와 협동하여 성형을 행하는 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 박판 성형 장치에 따르면, 상기 성형법의 효과를 완전히 발휘시킬 수 있다.

본 발명에 따른 성형법은, 성형품 또는 성형 도중의 블랭크재에 트리밍, 피어스 등의 가공을 행하는 것을 포함하고 있다.

또한 본 발명에 따른 성형 장치는, 다이 펀치 또는 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치에 의해 성형된 블랭크재 혹은 성형품에 트리밍, 피어스 등의 제거 가공을 행하는 CNC 제어형 레이저 절단 장치를 더 구비하고 있다.

이들에 따르면, 최종 제품 형상 혹은 그와 가까운 상태까지 한 곳에서 가공을 행할 수 있으므로, 능률을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한 본 발명은, 다이 펀치에 의해 성형된 블랭크재의 정상부에 대한 압축 성형용 공구를 구비한 CNC 제어형 정상부 성형 장치를 더 구비하고 있다.

이에 따르면, 정상부에 오목부를 갖는 제품을 정밀하게 가공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징이나 이점은 이하의 상세한 설명이나 도면의 기재로부터 명백해지는데, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한 실시예에 개시되어 있는 구성에 한정되는 것은 아니며, 당업자는 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능해진다는 것은 명백하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 박판 성형 방법과 장치의 일례를 나타내고 있다.

도 4에 있어서, 부재번호(1)는 블랭크재(박판)(W)의 가장자리를 두께 방향으로 끼워 지지하기 위한 복수의 블랭크 홀딩 장치로서, 베드(5) 상에 소요 간격으로 배치되어 있다. 블랭크 홀딩 장치(1)는 블랭크 홀딩력을 가변할 수 있고, 또한 전후 이동 정지 가능하게 되어 있다. 부재번호(2)는 상기 블랭크 홀딩 장치보다 내측에 배열된 원하는 형상의 다이 펀치, 부재번호(3)는 다이 펀치(2)를 단계적으로 상승시켜 상기 블랭크재(W)에 압입하여 드로잉 성형을 행하기 위한 설정 위치에서 차례차례로 자유로이 정지 가능한 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치이다.

부재번호(4)는 상기 다이 펀치의 단계적인 상승 및 정지에 의해 드로잉 성형된 스텝 성형 블랭크재에 대하여 다이 펀치와 협동하여 성형을 행하기 위한 3축 방향 이동이 자유로운 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치이다.

상기 블랭크 홀딩 장치(1)는 도 5와 같이, 박판(W)의 가장자리를 올려놓는 다이스(10)와, 이와 서로 대향하는 누름반(11)과, 상기 누름반(11) 또는 다이스(10)에 힘을 가하는 누름용 액추에이터(12)를 구비한 블록 형태의 본체(1a)와, 이 본체(1a)의 뒤쪽 베드 상에 고정되며 출력부가 본체(1a)에 연결된 이동용 액추에이터(1b)를 가지고 있다.

누름용 액추에이터(12)와 이동용 액추에이터(1b)는 나사 및 나사를 병진시키는 너트와 서보 모터의 세트 등으로 이루어지는 기계식, 또는 유압 실린더식 등 임의의 방식이 가능하다. 본 실시예에서는 유압 실린더식을 사용하고 있으며, 누름용 액추에이터(12)는 전자 비례 밸브 등의 제어 요소(53)에 의해 블랭크 홀딩력(F)을 임의의 크기로 조정할 수 있게 되어 있다.

한편, 각 블랭크 홀딩 장치(1)는 각각 별도로 작동 가능하며, 박판의 두께, 재질, 기계적 성질, 성형 형상 등에 따라 소요 수의 누름용 액추에이터(12)를 선택 적으로 작동시키거나, 전부 또는 소요 수의 누름용 액추에이터(12)와 이동용 액추에이터(1b)를 조합하여 작동시키는 경우를 포함하고 있다.

다이 펀치(2)는 총형 또는 마스터형이라고 불리는 것을 의미하고 있으며, 통상 금속 재료 예컨대 아연 합금, 저융점 합금, 수지 코팅 아연 합금 등으로 만들어지는데, 경우에 따라서는 경질 플라스틱 혹은 FRP 등으로 만들어져 있어도 좋다. 다이 펀치(2)는 직선형 혹은 곡률형의 경사면 뿐만 아니라, 단부, 오목면, 볼록면 등의 이형부를 가지고 있는 것을 포함하고 있으며, 그 이형부에는 돌기부, 돌출조, 패임, 홈 등을 포함하고 있다.

CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)는 컴퓨터를 제어 수단으로 하여 디지털 제어 되는 것으로서, 임의 위치에 정지할 수 있고, 또한 그 위치를 유지할 수 있으며, 또 속도도 임의로 제어할 수 있는 특성을 가지고 있다.

CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)는 베드 또는 프레임(이하, 베드라고 함)의 가장자리보다 내측에 설치된 오목실의 하방에 배치되어 있는데, 유압 실린더는 위치 제어에 어려움이 있으므로 적당하다고 할 수 없으며, 서보계의 기계적인 액추에이터, 예컨대 서보 모터(3a)와 감속기(3b)와 나사(3c)의 조합 등이 적합하다. 복수의 감속기(3b)와 나사(3c)는 동기축(3d)에 의해 연결되어 있다.

출력부로서의 나사(3c)의 끝단에는 다이 부착반(3e)이 연결되어 있으며, 여기에 성형할 제품에 즉응하는 입체 형상으로 마감된 상기 다이 펀치(2)가 교환 가능하게 부착되어 있다.

다음, 성형 공정에 대하여 설명하면, 성형을 함에 있어서, 성형 형상으로 마감된 다이 펀치(2)를 다이 부착반(3e)에 볼트 너트 등에 의해 고정한다. 이것으로 준비가 다 되므로, 마그넷 척, 흡인기 등의 반송 장치에 의해 베드(5) 상에 성형할 블랭크재(W)를 반입한다. 이 때 바람직하게는 블랭크 홀딩 장치(1)의 이동용 액추에이터(1b)를 작동하여 본체(1a)를 후퇴시켜 두고, 블랭크 홀딩 장치(1)의 각 누름용 액추에이터(12)에 의해 누름반(11)을 개방측으로 이동해 두고, 박판(W)의 반입과 함께 본체(1a)를 전진시키고, 다이스(10)와의 사이에 박판(W)의 가장자리를 삽입하고, 누름용 액추에이터(12)를 작동하여 블랭크재(W)의 가장자리를 끼워 지지한다. 이와 같이 먼저 도 6-A와 같이 블랭크재(W)의 가장자리 부분을 전체 둘레에 걸쳐 블랭크 홀딩 장치(1, 1)로 끼워 지지한다. 블랭크재(W)는 강판, 알루미늄판, 스테인레스판, 복합판 등 원하는 것이 선택된다.

상기한 바와 같이 블랭크 홀딩 장치(1)로 블랭크재(W)의 가장자리 부분을 클램핑하는데, 성형 개시시에는 블랭크 홀딩력(F)을 작게 설정한다. 이 상태에서 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)를 성형 프로그램에 따라 다이 펀치(2)가 소요 높이(S1)만큼 상승하도록 구동한다. 이것이 도 6-B의 상태이며, 다이 펀치(2)가 하방으로부터 압입됨으로써 블랭크재(W)는 두께 방향으로 소성 변형되는데, 블랭크 홀딩력(F)이 작기 때문에 블랭크재(W)는 재료 유동이 이루어지고, 설정한 스트로크만큼의 드로잉 성형이 행해진다. 이 때, 누름용 액추에이터(12)의 가력을 완화하여 재료의 흐름을 촉진하고, 재료 떨어짐을 방지한다. 본 예에서는 정상부 내지 천정 부분의 드로잉 성형이 행해지고 있다.

CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)에 대한 CNC 제어에 의해 다이 펀치(2)는 그 소요 높이 위치에서의 정지 상태가 유지된다. 그 상태에서 블랭크 홀딩 장치(1)의 누름용 액추에이터(12)를 구동하여, 큰 블랭크 홀딩력(Fmx)으로 한다. 이에 따라, 제1단 드로잉 성형 블랭크재(W1)는 재료 유동이 이루어지지 않도록 록킹된다.

이 상태에서 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)를 작동하여 형상 가공 공구(4d)에 의해 형상 성형을 행한다. 이것이 도 6-C의 상태이며, 상기 다이 펀치(2)와 협동하여 이의 형상을 따르도록 등고선 궤적을 그리게 함으로써 제1 단계에서 드로잉 성형된 부분이 정밀하게 마감된다. 성형 형상에 단부(21)가 있는 경우, 그 단부에 이르는 세로벽(22)이 도중까지 성형되게 된다. 한편, 형상 가공 공구(4d)는 예컨대 끝단부를 곡률면을 갖도록 마감한 봉상 공구가 대표적인 것이며, 이러한 공구에는 볼펜과 같이 경질의 볼을 자유로이 전동 가능하게 유지한 타입의 것도 포함된다.

이어서, 블랭크 홀딩 장치(1)의 누름용 액추에이터(12)를 구동하여 다시 재료 유동을 허용하는 크기의 블랭크 홀딩력(F)으로 저하시킨다. 이 상태에서 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)를 구동하여 다이 펀치(2)를 소정의 높이(S2)만큼 상승시키고, 이 스트로크 위치에서 다이 펀치(2)의 이동을 정지시키고, 그것을 유지함으로써 다시 드로잉 성형을 행한다. 이것이 도 6-D의 상태이며, 제2단 드로잉 성형 블랭크재(W2)가 된다.

이어서, 다이 펀치(2)를 위치 유지시킨 상태에서 블랭크 홀딩 장치(1)의 누름용 액추에이터(12)를 구동하여 큰 블랭크 홀딩력(Fmx)으로 한다. 이에 따라 블 랭크재(W2)는 재료 유동이 이루어지지 않도록 록킹되므로, CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)를 작동하여 형상 성형 공구(4d)에 의해 형상 성형을 행한다. 이것이 도 6-E 및 도 6-F의 상태이며, 상기 다이 펀치(2)와 협동하여 이 형상을 따르도록 등고선 궤적을 그리게 하거나, 혹은 3차원 이동시킴으로써 제2 단계에서 드로잉 성형된 부분이 정밀하게 마감되어 본 예에서는 성형품(W3)이 된다.

도 6-B와 같이 성형 형상에 각도가 가파른 세로벽(22)과 이에 연속되는 단부(21)가 있어도, 제1, 제2 단계에서의 드로잉 성형과 각 단계에서의 인크리멘탈 성형 및 그들에 있어서의 블랭크 홀딩력의 제어에 의해 재료 남음 현상이 개선되어, 바디 주름이 억제된다. 도 7은 상기 2회의 단계 Ⅰ, II에서의 성형 스트로크와 블랭크 홀딩력의 관계를 나타내고 있다.

한편, 실시예에서는 제1 단계와 제2 단계에서의 순차 성형으로 하고 있으나, 본 발명은 3회 이상의 단계에서 제품을 얻는 경우를 포함하고 있다. 덧붙여, 도 4는 5단계 성형예를 나타내고 있으며, 좌반부에 성형 전의 상태를, 우반부에 성형 상태를 나타내었다.

도 8은 본 발명의 성형법에 있어서 제어계의 예를 나타내고 있으며, 제어 장치는 전체를 부호 6으로 나타내었다. 이 제어 장치(6)에서는 제작할 제품의 3차원 평면 데이터를 저장한 컴퓨터(6a)에서 IGES 데이터가 가공용 CAM(6b)으로 보내지고, 이 가공용 CAM(6b)에서 컴퓨터로 이루어지는 CNC 컨트롤러(6c)로 전송된다. CNC 컨트롤러(6c)에서는 블랭크재의 재질, 두께, 성형 형상에 따른 드로잉 성형 + 인크리멘탈 성형의 단계 횟수와, 각 단계에서의 위치(상승 높이)(S, S1…Sn)와, 속도(V, V1…Vn) 및 블랭크 홀딩력(F, Fmx), 및 각 단계에서의 인크리멘탈 성형을 위한 X, Y, Z의 각 축의 구동 조건(위치, 이동 속도, 궤적 등)이 연산된다.

이 연산 결과에 기초하여 CNC 컨트롤러(6c)로부터 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)의 서보 모터와 블랭크 홀딩 장치(1)에 대하여 연산에 따른 소정의 위치, 속도, 블랭크 홀딩력의 디지털 신호가 보내져 제1 단계의 드로잉 성형이 행해진다. 이러한 성형 상태는 CNC 컨트롤러(6c)로 피드백되어 설정값과 비교되고, 차이가 있는 경우에는 보정 커맨드가 나온다. 그리고, CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)에 위치 유지 커맨드가 보내져 다이 펀치(2)는 제1 단계 위치로 유지된다.

제1 단계의 드로잉 성형이 완료되면, 그 신호에 의해 블랭크 홀딩 장치(1)에 재료의 이동을 록킹하는 소정의 크기의 블랭크 홀딩력 증가 신호가 보내지고, 또 CNC 컨트롤러(6c)에서 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)의 X, Y, Z의 각 축의 서보 모터로 위치와 속도의 신호가 보내지고, 형상 성형 공구(4d)에 의해 인크리멘탈 성형이 행해진다. 이 성형시에도 성형 상태가 CNC 컨트롤러(6c)로 피드백되어 설정값과 비교되고, 차이가 있는 경우에는 보정 커맨드가 나온다. 이 성형이 완료되면, CNC 컨트롤러(6c)로 완료 신호가 보내진다. 이와 같이 하여 적어도 2회의 단계에 의해 압축 및 인크리멘탈 성형이 행해져 제품이 된다. 형상 성형 공구(4d)는 각 단계와도 공통이어도 좋고 달라도 좋다.

본 발명에 따르면, 인크리멘탈 성형만에 의한 형상 창성에 비하여 성형 시간은 단축되고, 또한 드로잉 성형과 인크리멘탈 성형의 병용에 의해 두께의 감소도 억제되어 두께 감소율 30% 이내를 만족하는 것이 충분히 가능해진다. 또한 드로잉 성형이 병용되므로 툴 자국도 적어지고, 성형 각도가 엄격한 세로벽의 성형도 가능해진다.

아울러, 1회의 드로잉 성형으로 전체를 러프하게 성형하고, 국부를 공구에 의해 인크리멘탈 성형하는 것이 아니라, 2회 이상의 단계에서 드로잉 성형과 인크리멘탈 성형을 행하여 차례차례로 형상을 마감하고, 그 때 블랭크 홀딩력을 컨트롤하여 행하므로, 재료 남음이 억제되어 바디 주름, 주름의 발생이 해소된다. 따라서, 복잡한 형상이어도 정밀하게 성형할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상기 각 단계의 실시에 의해 얻어진 성형품에 대하여, 혹은 미완성 상태의 단계에서 도 9와 같이 X, Y, Z축으로 운동 가능한 예컨대 6축의 CNC 제어형 레이저 절단 장치(7)를 사용하여 트리밍, 피어스 등의 제거 가공을 행하는 공정을 병용하여도 좋다. 도 9-A는 트리밍 가공을 행한 상태를 나타내고 있으며, 레이저 조사 헤드(7a)는 등고선 이동 또는 3차원 이동된다. 도 9-B는 커팅 가공을 행한 상태를 나타내고 있으며, 도 9-C는 피어싱을 행한 상태를 나타내고 있다.

상기 가공 시기로는, 제1 단계 또는 제2 단계에서 드로잉 성형을 행하고 인크리멘탈 성형이 끝난 단계에서 행하는 케이스, 제1 단계 또는 제2 단계에서 드로잉 성형이 행해지고나서 인크리멘탈 성형이 개시될 때까지의 사이에 행해지는 케이스가 있다. 어떤 경우에도, 절단 가공 정보는 CNC 컨트롤러(6c)에서 연산되고, 도 8과 같이 CNC 제어형 레이저 절단 장치(7)의 서보 모터에 출력의 크기와 함께 이동 궤적, 속도의 조건이 보내져서 작동된다.

이러한 공정을 가미한 경우에는, 본 성형과 동일한 장소에서 최종 제품 형상 까지 가공할 수 있어, 다른 곳으로 소성형품을 이송하여 별도 가공하는 것을 요구하지 않게 되므로 능률의 향상을 도모할 수 있다.

도 10은 상기한 본 발명의 박판 성형법의 실시에 적합한 장치의 제1 예를 나타내고 있다.

8은 받침대형 프레임이고, 이 받침대형 프레임(8)의 중간 위치에 베드(5)가 고정 설치되고, 그 위에 다수의 상기 블랭크 홀딩 장치(1)가 일정 간격으로 배치되어 있다. 블랭크 홀딩 장치(1)의 내측에는 오목실이 형성되고, 여기에 상기 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치(3)가 배치되어 있다.

상기 베드(5)의 길이 방향 일측에는 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)가 자유로이 이동 가능하게 배치되고, 타측에는 탑 드라이브식의 CNC 제어형 정상부 성형 장치(9)가 배치되어 있다. 또한 베드(5)의 폭방향 일측에는 CNC 제어형 레이저 절단 장치(7)가 배치되어 있다. 한편, CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)는 본 예에서는 자유로이 승강 가능한 워크 홀더 기구(4f)를 내부에 설치하고 있다.

상기 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)는 구동원으로서 AC 서보 모터 혹은 리니어 모터를 구비하며, 이에 따라 받침대형 프레임(8)을 따라 이동 가능한 구조 프레임(4a)과 여기에 탑재된 주축체(4b)를 구비하고, 주축체(4b)는 성형용 공구(4d)를 교환 가능하게 부착하는 공구 홀더(4c)를 구비하고 있다.

상기 구조 프레임(4a)은 정상부에 옆걸기된 평행한 1조의 X축 레일(40)과 그들 X축 레일(40, 40)에 걸쳐진 Y축 레일(이동 테이블)(41)을 가지고 있으며, Y축 레일(41)에는 이를 X축 레일(40, 40)을 따라 이동하기 위한 서보 모터와 감속기를 구비한 구동 기구(도시 생략)가 탑재되어 있다.

상기 주축체(4b)는 Y축 레일(41)에 탑재되며, 또한 Y축 레일(41)을 따라 이동하기 위한 서보 모터와 감속기를 구비한 구동 기구(도시 생략)를 구비하고 있다. 주축체(4b)는 하방으로 연장되는 공구 홀더(4c)를 가지고 있으며, 정상부에는 상기 공구 홀더(4c) 또는 이를 부착한 슬라이드를 Z축 방향으로 이동하기 위한 구동 기구(서보 모터와 감속기)(43)가 탑재되어 있다. 상기 각 서보 모터는 받침대형 프레임(8)의 중앙측부에 설치한 CNC 컨트롤러(6c)에 전기적으로 접속되며, 이로부터의 제어 신호에 의해 공구 홀더(4c)와 성형용 공구(4d)의 위치 제어를 자유로이 행할 수 있게 되어 있다.

상기 성형용 공구(4d)는 공구 홀더(4c)에 대한 설치부와, 상기 다이 펀치(2)와 협동하여 박판(W)의 세부 형상을 성형하거나 전체를 마감하기 위한 압압부를 가지고 있다. 공구(4d)는 공구 홀더(4c)에 대하여 회전 가능하여도 좋다.

상기 CNC 제어형 정상부 성형 장치(9)는 구동원으로서 AC 서보 모터 혹은 리니어 모터를 구비하여 받침대형 프레임(8)을 따라 이동 가능한 구조 프레임(9a)과 여기에 탑재된 주축체(9b)를 구비하며, 주축체(9b)는 드로잉 성형용 공구(9d)를 교환 가능하게 부착하는 공구 홀더(9c)를 구비하고 있다.

상기 구조 프레임(9a)은 정상부에 걸쳐진 Y축 레일(이동 테이블)(91)을 가지고 있으며, 상기 주축체(9b)는 Y축 레일(91)에 탑재되고, 또한 Y축 레일(91)을 따라 이동하기 위한 서보 모터와 감속기를 구비한 구동 기구(도시 생략)를 구비하고 있다. 주축체(9b)는 상기 공구 홀더(9c)를 Z축 방향으로 이동하기 위한 유압 실린 더 혹은 볼 나사와 서보 모터 등의 구동원을 구비하며, 이 구동원과 상기 구조 프레임 이동용 구동원, 주축체 이동용 구동원은 상기 CNC 컨트롤러(6c)에 전기적으로 접속되고, 이로부터의 제어 신호에 의해 공구 홀더(9c)와 드로잉 성형용 공구(9d)의 위치, 속도 및 힘의 크기를 자유로이 조정할 수 있게 되어 있다.

상기 드로잉 성형용 공구(9d)는 도 12에 도시한 바와 같이 다이 펀치(2)의 오목형부(20)와 협동하여 박판(W)에 국부적으로 강압을 주어 성형하기 위한 것으로서, 변형 가능한 재료, 예컨대 우레탄 고무가 사용된다. 이러한 성형 방식을 병용하면, 다이 펀치 국부(20)와 비접촉 내지 가볍게 접촉하고 있을 뿐인 블랭크재 정상부를 공구(9d)로 다이 펀치 국부(20)에 내리누르기 때문에, 블랭크재 정상부는 다이 펀치 국부(20)와 친화되도록 소성 변형된다.

CNC 제어형 레이저 절단 장치(7)는 끝단에 레이저 조사 헤드(7a)를 부착한 서보 모터 구동의 6축 로봇(7b)과 레이저 조사 헤드(7a)에 레이저 광을 공급하는 레이저 발진 장치(7c)를 구비하며, 서보 모터와 발진 장치의 구동부는 상기 CNC 컨트롤러(6c)에 전기적으로 접속되고, 이로부터의 제어 신호에 의해 레이저 조사 헤드(7a)의 위치, 속도 및 레이저 빔 세기를 자유로이 조정할 수 있게 되어 있고, 도 12와 같이 원하는 부위에서 레이저 광을 조사하면서 이동하여, 제거 가공을 행하게 되어 있다.

한편, 도 12는 모식적으로 인크리멘탈 성형, 국부 압축 성형, 레이저 절단 가공을 행한 상태를 나타내고 있다.

도 11은 본 발명의 박판 성형법의 실시에 적합한 장치의 제2 예를 나타내고 있다.

본 실시예에서는 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)와 CNC 제어형 레이저 절단 장치(7)가 병합되고, 툴 교환에 의해 인크리멘탈 성형과 레이저 절단을 행할 수 있게 되어 있으며, 이에 따라 장치의 컴팩트화를 실현하고 있다.

즉, CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치(4)는 구동원으로서 AC 서보 모터 혹은 리니어 모터를 구비하고, 받침대형 프레임(8)을 따라 이동 가능한 구조 프레임(4a)을 가지고 있는데, 정상부의 Y축 레일(41)에는 6축 로봇 암이 주축체(4b)로서 탑재되고, 암 끝단의 홀더(4c)에 공구와 레이저 조사 어태치먼트를 교환 가능하게 부착하도록 하고 있다.

그 이외에는 도 10의 것과 구성이 동일하므로 동일한 곳에 동일한 부호를 붙이고 설명은 원용하기로 한다.

본 발명은 각종 대형 입체 형상 제품의 시작 작업에 적합하며, 예컨대 펜더나 후드 아우터 등으로 대표되는 자동차의 외판 패널 등을 간단하고 정밀하게 만들 수 있다.

Claims (6)

1. 블랭크재의 가장자리를 끼워 지지한 상태에서 두께 방향으로 성형 형상으로 마감한 다이 펀치를 압입하고, 이어서, 상기 다이 펀치를 압입 상태인 채로 두께를 사이에 두고 다이 펀치의 반대측으로부터 공구에 의해 형상 성형을 행하는 방법에 있어서,

   블랭크재의 가장자리를 끼워 지지한 상태에서 두께 방향으로 소정의 성형 형상을 갖는 다이 펀치를 압입하여 소정 높이까지의 드로잉 성형을 행하고, 다이 펀치의 압입 상태인 채로 블랭크 홀딩력을 증가시켜 재료의 유동을 록킹한 상태에서 다이 펀치의 반대측으로부터 공구에 의해 형상 성형을 행하고, 이후, 블랭크 홀딩력을 감소시키고 다이 펀치를 다시 소요 높이만큼 상승시켜 드로잉 성형을 행하고, 이어서 블랭크 홀딩력을 증가시켜 재료의 유동을 록킹한 상태에서 상기 공구에 의해 형상 성형을 행하는 단계를 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 박판 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 공구로서 봉상의 형상 가공 공구와 압축 성형용 공구를 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 박판 성형 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 성형품 또는 성형 도중의 블랭크재에 트리밍, 피어스 등의 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 박판 성형 방법.
4. 베드 상에 소정의 간격을 두고 배열되어 블랭크재의 가장자리를 두께 방향으로 끼워 지지하는, 블랭크 홀딩력의 가변 및 전후이동과 정지가 가능한 복수의 블랭크 홀딩 장치와,

   상기 블랭크 홀딩 장치보다 내측에 배치된 원하는 형상의 다이 펀치와,

   상기 블랭크 홀딩 장치에 의해 지지된 블랭크재에 다이 펀치를 돌입시켜 드로잉 성형을 행하기 위한 설정 위치에서 자유로이 정지 가능한 CNC 제어형 다이 펀치 승강 장치와,

   구조 프레임에 3축 방향 이동 가능하게 장비되며, 상기 다이 펀치의 단계적 돌입에 의해 계단형으로 드로잉 성형된 블랭크재에 대하여 다이 펀치와 협동하여 성형을 행하는 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 박판 성형 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 다이 펀치 또는 CNC 제어형 인크리멘탈 성형 장치에 의해 성형된 블랭크재 혹은 성형품에 트리밍, 피어스 등의 제거 가공을 행하는 CNC 제어형 레이저 절단 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 박판 성형 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 다이 펀치에 의해 성형된 블랭크재의 정상부에 대한 압축 성형용 공구를 구비한 것을 특징으로 하는 CNC 제어형 정상부 성형 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 박판 성형 장치.

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