KR100820959B1 - 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이드로포밍을 위한 튜브를 절곡하는 프리포밍 공정에서 상기 튜브의 스프링 백 현상을 방지할 수 있는 스프링 백 보상 수단이 구비된 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이은 베이스프레임과, 상기 베이스프레임의 상부에 설치되며, 일측면에 성형 튜브의 절곡 형상에 대응되는 제1 절곡면이 형성된 제1 다이와, 상기 제1 다이를 상기 베이스프레임에 회전 가능하게 결합시키기 위하여 상기 제1 다이에 결합되도록 베이스프레임의 일측에 마련되는 회전축과, 상기 제1 다이의 위치를 고정하는 제1 지지부를 포함하는 스프링 백 보상수단과, 상기 베이스프레임의 상부에 액추에이터에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 가동프레임과, 상기 가동프레임에 제2 지지부에 의해 연결되어 상기 가동프레임의 작동에 따라 상기 제1 다이를 향하여 가압되며, 일측면에 상기 제1 다이의 제1 절곡면에 대응되는 제2 절곡면이 형성된 제2 다이를 구비한다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이은 스프링 백 현상을 고려하여 성형 튜브를 절곡 시킬 수 있으며, 성형 튜브를 절곡하는 공정수를 감소시켜 전체적인 제품 생산 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이 {Pre-forming die to prevent spring back}

도 1은 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이의 일 실시예를 도시한 평면도,

도 2는 도 1의 실시예의 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이의 제1 다이를 도시한 부분 발췌 분리 사시도,

도 3은 도 1의 실시예의 제1 다이와 제2 다이를 도시한 부분 발췌 사시도,

도 4는 도 1의 실시예의 제1 다이의 회동 상태를 도시한 부분 발췌 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이에 의해 절곡되는 성형 튜브를 도시한 도면.

본 발명은 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하이드로포밍을 위한 튜브를 절곡하는 프리포밍 공정에서 상기 튜브의 스프링 백 현상을 방지할 수 있는 스프링 백 보상 수단이 구비된 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이에 관한 것이다.

최근 산업체에서 사용되는 많은 부품들, 특히 자동차용 부품들은 가벼우면서도 강도가 높은 것이 요구되기 때문에 하이드로포밍(Hydroforming) 공정을 통해 생산된 제품들이 많이 사용되고 있다.

하이드로포밍이란 기술이 복잡한 형상의 자동차 부품을 만들 때, 여러 형태의 프레스로 따로 가공한 후 용접하는 것이 아니라 강판을 튜브 형태로 만들어 튜브 내부로 유체를 주입한 후, 금형에 장입하고 튜브 내부에 채워진 유체의 압력을 증가시켜 금형의 형상에 따라 성형 되도록 하는 공법이다.

하이드로포밍 공법은 복잡한 형태의 부품에도 압력이 고르게 작용해 제품의 두께와 강도가 균일하게 만들어지는 것이 특징이며, 부품을 한번에 가공하기 때문에 원가는 15%, 무게는 30% 정도 절감할 수 있어 이 공법을 통해 생산된 부품을 사용하는 제품의 경쟁력 향상에 크게 기여할 수 있다는 장점이 있다.

그런데 하이드로포밍 공정을 위해서는 튜브를 원하는 곡률 및 각도로 절곡시키는데 한계가 있고, 공정중에 높은 압력의 유체를 사용하기 때문에 튜브를 성형하려는 제품과 유사한 형상으로 미리 벤딩시키는 프리포밍 과정을 거치게 된다.

프리포밍 과정에서 튜브는 제품과 유사한 형상으로 미리 절곡되는데, 이 과정에서 제품의 탄성력에 의해 스프링 백 현상이 나타나 하이드로포밍 공정을 위한 금형에 설치하기가 어려워지는 문제가 발생하기도 하므로 프리포밍 과정에서 스프링 백 현상을 고려하여 튜브를 절곡시킬 필요가 있다.

종래에는 이러한 스프링 백 현상을 해결하기 위해 작업자가 직접 스프링 백에 의한 변형을 측정하고 이를 토대로 튜브형 블랭크 소재를 재 절곡하는 등 스프 링 백의 보정작업을 수행해야 했기 때문에 이에 따른 공정 단계의 증가와 비용 증가와 같은 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기 필요성을 충족시키기 위한 것으로서, 튜브형 블랭크 소재를 스프링 백 현상에 의한 제품의 변형을 고려하여 절곡시킬 수 있는 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 프리포밍 작업에서의 튜브형 블랭크 소재를 절곡하는 공정수를 감소시켜 제품 생산 시간을 단축하고 그에 따른 전체 제품의 싸이클 타임을 감소시킬 수 있는 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이은 베이스프레임과, 상기 베이스프레임의 상부에 설치되며, 일측면에 성형 튜브의 절곡 형상에 대응되는 제1 절곡면이 형성된 제1 다이와, 상기 제1 다이를 상기 베이스프레임에 회전 가능하게 결합시키기 위하여 상기 제1 다이에 결합되도록 베이스프레임의 일측에 마련되는 회전축과, 상기 제1 다이의 위치를 고정하는 제1 지지부를 포함하는 스프링 백 보상수단과, 상기 베이스프레임의 상부에 액추에이터에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 가동프레임과, 상기 가동프레임에 제2 지지부에 의해 연결되어 상기 가동프레임의 작동에 따라 상기 제1 다이를 향하여 가압되며, 일측면에 상기 제1 다이의 제1 절곡면에 대응되는 제2 절곡면이 형성된 제2 다이를 구비하며, 상기 제2 다이를 상기 제1 다이의 회전량에 대응되도록 회전시키는 보조 스프링 백 보상수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이을 보다 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이(100)은 베이스프레임(10)과, 베이스프레임(10)의 상부에 설치되는 제1 다이(20)와, 성형 튜브(1)의 정확한 성형을 위해 상기 제1 다이(20)를 베이스프레임(10)에 회전가능하게 결합시키는 스프링 백 보상수단(30)과, 베이스프레임(10)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가동프레임(40) 및 가동프레임(40)에 설치되며 상기 제1 다이(20)와 함께 성형 튜브(1)를 절곡시키는 제2 다이(41)를 구비한다.

상기 베이스프레임(10)은 전체 금형을 지지하는 것으로서, 제1 다이(20)와 제2 다이(41) 및 가동프레임(40)이 설치되는 설치공간을 제공한다. 베이스프레임(10)의 중앙에는 후술하는 스프링 백 보상수단(30)의 제1 지지부(32)를 지지할 수 있도록 형성된 돌출부(11)가 상방으로 일정길이 돌출되어 있다.

상기 제1 다이(20)는 베이스프레임(10)의 상부에 상기 돌출부(11)를 중심으로 돌출부(11)의 양측에 한 쌍이 각각 설치되며, 일측면에는 성형 튜브(1)의 절곡 형상에 대응되는 제1 절곡면(21)이 형성되어 있다. 상기 제1 절곡면(21)이 형성된 측에는 성형 튜브(1)와의 접촉 및 가압에 의한 제1 다이(20)의 파손과 변형을 방지하기 위해 보강재가 더 구비될 수 있다. 제1 다이(20)의 상측에는 상·하면을 관통하는 원형의 관통홀(22)이 형성되어 있으며, 상기 관통홀(22)이 형성되지 않은 제1 다이(20)의 나머지 영역에는 복수개의 장공(23)이 후술하는 회전축(31)을 중심으로 제1 다이(20)의 회전방향을 따라 형성되어 있다. 상기 장공(23)은 제1 다이(20)의 상면으로부터 제1 다이(20)를 고정하기 위한 고정볼트(52)의 머리부분에 대응되는 폭을 갖도록 일정길이 하방으로 인입되고, 그 하측으로는 고정볼트(52)의 머리부분의 직경보다 작은 폭을 갖도록 연장된다.

스프링 백 보상수단(30)은 제1 다이(20)를 베이스프레임(10)에 회전 가능하게 결합시켜 성형 튜브(1)의 절곡시 스프링 백 현상을 고려하여 성형 튜브(1)를 절곡시킬 수 있도록 하기 위한 것으로서, 제1 다이(20)의 관통홀(22)에 결합되도록 베이스프레임(10)의 상부로부터 상방으로 돌출되는 회전축(31)과, 베이스프레임(10)에 대하여 제1 다이(20)의 위치를 고정하는 제1 지지부(32)를 포함한다.

상기 회전축(31)은 스프링 백을 고려하여 성형 튜브(1)가 절곡시키고자 하는 양보다 더 많이 절곡될 수 있도록 제1 다이(20)가 베이스프레임(10)의 상면에서 회전할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 회전축(31)은 원통형이고 관통홀(22)과 회전축(31)이 결합되어 제1 다이(20)는 베이스프레임(10)의 상면에서 회전축(31)을 중심으로 소정각도로 회전할 수 있다.

제1 지지부(32)는 성형 튜브(1)의 절곡을 위해 후술하는 가동프레임(40)의 작동시 제1 다이(20)가 가동프레임(40)의 가압에 대하여 위치가 고정될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 제1 다이(20)가 회전축(31)과 결합되고 상기 장공(23)에 제1 다이(20)가 소정각도 회전된 상태로 고정볼트(52)에 의해 체결되었을 때, 상기 돌출부(11)와 인접하는 제1 다이(20)의 일측면과 돌출부(11)의 측면 사이에 설치된다. 상기 제1 지지부(32)는 가동프레임(40)의 작동에 따라 제2 다이(41)가 제1 다 이(20)를 향해 이동 및 가압할 때, 제1 다이(20)가 돌출부(11) 측으로 밀리지 않고 위치가 고정될 수 있도록 제1 다이(20)를 지지한다. 제1 다이(20)가 성형 튜브(1)의 스프링 백 현상을 고려하여 회전축(31)을 중심으로 회전하여 설치되고, 이에 따라 제1 다이(20)와 돌출부(11) 사이의 이격 간격도 변화하기 때문에 다양한 간격을 갖는 복수개의 제1 지지부(32)를 구비하고 그 중 제1 다이(20)와 돌출부(11) 사이의 간격에 대응되는 것을 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다.

가동프레임(40)은 베이스프레임(10)의 상부에서 제2 다이(41)를 성형 튜브(1)의 절곡을 위해 제1 다이(20)가 설치된 방향으로 슬라이딩 및 가압하기 위한 것으로서, 도면에 도시되지는 않았으나 액추에이터에 의해 베이스프레임(10)의 상부에 슬라이딩 가능하게 설치된다.

제2 다이(41)는 가동프레임(40)에 설치되어 제1 다이(20)와 함께 성형 튜브(1)를 절곡시키기 위한 것으로서, 일측에 상기 제1 다이(20)의 제1 절곡면(21)에 대응하는 제2 절곡면(42)이 마련되어 있으며, 가동프레임(40)과 함께 슬라이딩 될 수 있도록 가동프레임(40)에 연결되어 있다. 제2 다이(41)의 제2 절곡면(42)은 제1 절곡면(21)과 마찬가지로 가압 및 접촉에 의한 제2 다이(41)의 형 변형이 발생하지 않도록 별도의 보강재가 더 첨가될 수 있다.

제2 다이(41)에는 스프링 백 보상수단(30)에 의해 제1 다이(20)가 베이스프레임(10) 상에서 회전축(31)을 중심으로 일정각도 회전하였을 때, 이에 대응되도록 제2 다이(41)를 일정각도 회전시키는 보조 스프링 백 보상수단(50)을 더 구비한다.

보조 스프링 백 보상수단(50)은 제2 다이(41)의 상,하면을 관통하며 제1 다 이(20)의 회전시 이에 따라 회전하는 제2 다이(41)의 회전방향을 따라 연장되는 슬라이딩 홀(51)과, 상기 슬라이딩 홀(51)을 통해 제2 다이(41)를 가동프레임(40)에 고정시키는 고정볼트(52)와, 제2 다이(41)의 타측면과 가동프레임(40) 사이에 설치되어 가동프레임(40)의 이동에 따라 제2 다이(41)가 성형 튜브(1)를 가압 및 절곡 시킬 때, 제2 다이(41)를 가동프레임(40)에 대하여 지지하는 제2 지지부(53)를 포함한다.

제2 다이(41)에 마련되는 슬라이딩 홀(51)은 제1 다이(20)에 형성된 장공(23)과 마찬가지로 상면으로부터 상기 고정볼트(52)의 머리부분에 대응되는 폭을 갖도록 일정길이 하방으로 인입되고, 그 하측으로는 고정볼트(52)의 머리부분의 직경보다 작은 폭을 갖도록 하면을 관통한다. 고정볼트(52)는 상기 슬라이딩 홀(51)을 통해 가동프레임(40)에 고정되는데, 슬라이딩 홀(51)이 제2 다이(41)의 회전방향을 따라 일정길이 연장되기 때문에 제2 다이(41)가 일정각도 회전하더라도 용이하게 고정할 수 있다.

제2 지지부(53)는 제2 다이(41)의 타측면과 가동프레임(40) 사이에 위치하도록 설치되어 제2 다이(41)가 제1 다이(20)를 향하여 가압될 때, 가동프레임(40)에 대하여 고정될 수 있도록 지지한다. 제2 지지부(53)는 제1 지지부(32)와 마찬가지로 성형 튜브(1)를 절곡시기 위해 가압할 때, 제2 다이(41)가 회동되지 않게 함으로써 성형 튜브(1)가 정확한 형상대로 절곡될 수 있도록 한다. 제2 지지부(53) 역시 제1 지지부(32)와 마찬가지로 제2 다이(41)가 회전하면, 제2 지지부(53)의 설치 위치에 따라 제2 다이(41)와 가동프레임(40) 사이의 이격 간격이 달라지게 되므로 다양한 크기의 폭을 갖는 제2 지지부(53)를 구비하고 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 스프링백 방지를 위한 금형의 작동과정을 도 1 내지 도 5를 통해 설명하면 다음과 같다.

먼저 베이스프레임(10)에 설치된 제1 다이(20)와 제2 다이(41) 및 가동프레임(40)의 위치를 초기 상태로 세팅한다. 절곡시킬 성형 튜브(1)의 스프링 백을 고려하여 절곡량을 결정한 다음 제1 다이(20)를 회전축(31)을 중심으로 일정각도 회전시고 장공(23)에 고정볼트(52)를 체결하여 제1 다이(20)를 고정시킨다. 그 후, 제1 다이(20)의 일측면과 베이스프레임(10)의 돌출부(11) 사이에 이격간격에 대응되는 제1 지지부(32)를 설치한다.

제1 다이(20)의 세팅이 완료되면 제1 다이(20)의 회전 거리에 맞춰 제2 다이(41) 역시 슬라이딩 홀(51)을 이동시켜 일정각도 회전시킨다. 그리고 제2 다이(41)의 일측면과 제2 다이(41)가 설치되는 가동프레임(40)의 지지면 사이에 상기 제2 다이(41)와 가동프레임(40)의 지지면 사이의 이격 간격에 대응되는 제2 지지부(53)를 설치한다.

이렇게 제1 다이(20)와 제2 다이(41)를 스프링 백 현상을 고려하여 세팅한 후, 절곡시킬 성형 튜브(1)를 제1 다이(20)와 제2 다이(41) 사이에 위치시킨다. 성형 튜브(1)의 세팅이 완료되면 액추에이터를 통해 가동프레임(40)을 가동시켜 제2 다이(41)가 제1 다이(20)를 향해 이동하면서 가압하도록 한다. 이렇게 제2 다이(41)가 제1 다이(20)를 향해 이동 및 가압하게 되면 성형 튜브(1)는 제1 다 이(20)의 제1 절곡면(21)과, 제2 다이(41)의 제2 절곡면(42)의 형상에 따라 절곡되며, 스프링 백을 고려하여 제1 다이(20) 및 제2 다이(41)를 일정각도 회전시켰으므로, 도 5에 도시된 바와 같이 성형 튜브(1)는 의도한 현상보다 t만큼 내측으로 더 인입되도록 절곡된다. 시간이 지나면 성형 튜브(1)의 스프링 백 현상에 의해 성형 튜브(1)는 작업자가 의도한 대로 스프링 백 현상에 의해 t 만큼 후퇴하게 되므로 결과적으로 작업자가 원하는 만큼 절곡된 성형 튜브(1)를 얻을 수 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이은 스프링 백 현상을 고려하여 성형 튜브를 절곡 시킬 수 있으며, 성형 튜브를 절곡하는 공정수를 감소시켜 전체적인 제품 생산 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 베이스프레임과;

   상기 베이스프레임의 상부에 설치되며, 일측면에 성형 튜브의 절곡 형상에 대응되는 제1 절곡면이 형성된 제1 다이와;

   상기 제1 다이를 상기 베이스프레임에 회전 가능하게 결합하기 위하여 상기 제1 다이와 결합되도록 상기 베이스프레임의 일측에 마련되는 회전축과, 상기 제1 다이의 위치를 고정하는 제1 지지부를 포함하는 스프링 백 보상수단과;

   상기 베이스프레임의 상부에 액추에이터에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 가동프레임과;

   상기 가동프레임에 제2 지지부에 의해 지지되도록 연결되어 상기 가동프레임의 작동에 따라 상기 제1 다이를 향하여 가압되며, 일측면에 상기 제1 다이의 제1 절곡면에 대응되는 제2 절곡면이 형성된 제2 다이;를 구비하는 것을 특징으로 하는 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 다이를 상기 제1 다이의 회전량에 대응되도록 회전시키는 보조 스프링 백 보상수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스프링 백 방지를 위한 프리포밍 다이.

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