KR101185019B1 - 프리포밍 장치 - Google Patents

Abstract

튜브형 강관이 상부금형과 하부금형에 의해 핀칭(Pinching)됨으로써 발생되는 분리라인(Split line)의 발생을 예방한 프리포밍 장치가 소개된다. 본 발명에 따른 프리포밍 장치는 하이드로포밍하여 완성품을 제조하기 전에 벤딩된 튜브형 강관을 금형을 이용하여 개략적인 완성품 형상으로 제조하는 프리포밍 장치에 있어서, 상기 금형은, 튜브형 강관이 거치되는 하부금형(10)과 제품 성형시 이 하부금형(10)과 접촉면이 발생하지 않도록 형성된 상부금형(20)을 포함하고, 상기 하부금형(10)은 베이스플레이트(12)상에 일정한 간격을 두고 고정 결합된 수 개의 하부툴(14)을 포함하고, 상기 상부금형(20)은 하부툴(14) 사이에 형성된 간격으로 승강하는 수 개의 상부툴(22)을 포함하며, 상기 하부툴(14)과 상부툴(22)에는 각각 하부캐비티(14a)와 상부캐비티(22a)가 형성된 것을 특징으로 한다.

하이드로포밍, 프리포밍, 튜브형, 금형, 캐비티, 단면

Description

프리포밍 장치{A PREFORMING DEVICE}

본 발명은 프리포밍 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 프리포밍 공정시 상부금형과 하부금형을 맞닿지 않게 함으로써 강관의 분리라인 발생을 방지한 프리포밍 장치에 관한 것이다.

통상적으로 자동차의 골격을 이루는 샤시류(엔진 프레임, 사이드 맴버 등)에 적용되는 프레임 등은 설계된 형상으로 정밀하게 성형되어야 한다. 또한, 제품의 무게나 강도(strength)특성, 강성(rigidity)면에서 품질이 우수해야 하는 것은 물론이고, 그 제조원가도 최소화되어야 하는 바, 최근에는 이러한 모든 조건에 부합되는 하이드로포밍 공법을 적용하여 생산하는 것이 일반적이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 하이드로포밍 공법은 속이 빈 중공의 튜브형 강관(T)에 액슬펀치(P) 및 유체를 이용하여 압력을 가함으로써, 어떠한 복잡한 형상이라도 제조할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 하이드로포밍 공법을 진행시 튜브형 강관(T)의 크기가 너무 크면, 하이드로포밍금형에 의해 순간적으로 너무 많은 변형이 짧은 시간 내에 이루어져서 품질이 저하되며, 하이드로포밍금형의 캐비티(D)에 안착시킬 수 없다는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 하이드로포밍 공정 진 행 전에 프리포밍 공정을 진행하는데, 이러한 프리포밍 공정은 최종제품의 형상과 근접하게 1차적으로 성형하는 공정이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 개략적으로 최종 제품의 형상과 근접한 제품을 제조하는 프리포밍 공정은 튜브형 강관(T)을 하부금형(L)에 올려 놓은 상태에서 상부금형(U)을 하부금형(L) 방향으로 이동시켜, 압착하여 진행된다. 이러한 프리포밍 공정 진행시, 상부금형(U)과 하부금형(L)은 수직 방향으로 서로 마주보도록 위치하고, 상부금형(U)과 하부금형(L)의 캐비티의 단면 형상은 튜브형 강관의 단면 형상과 일치하며, 상,하부금형(U,L)으로부터 튜브형 강관(T)의 외주면에 가해지는 압력은 동시에 작용한다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 변형되는 튜브형 강관 중 상부금형(U)과 하부금형(L)의 경계면과 대응되는 부분에는 핀칭(Pinching)이 발생되어, 분리라인(Split line)이 형성될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다. 또한, 상,하부금형(U,L)의 캐비티의 단면 형상이 튜브형 강관의 단면 형상과 일치하며, 상,하부금형(U,L)과 튜브형 강관(T)의 외주면은 면접촉하고 있기 때문에 순간적으로 진공 상태가 발생된 경우, 프리포밍 공정 이후에 튜브형 강관을 금형으로부터 분리해낼 수 없었다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 상,하부금형을 맞닿지 않게 구성함으로써 핀칭을 방지하여 튜브형 강관의 분리라인 발생을 예방하고, 튜브형 강관이 금형에 끼이는 것을 방지한 프리포밍 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프리포밍 장치는 하이드로포밍하여 완성품을 제조하기 전에 벤딩된 튜브형 강관을 금형을 이용하여 개략적인 완성품 형상으로 제조하는 프리포밍 장치에 있어서, 상기 금형은, 튜브형 강관이 거치되는 하부금형과 제품 성형시 이 하부금형과 접촉면이 발생하지 않도록 형성된 상부금형을 포함하고, 상기 하부금형은 베이스플레이트상에 일정한 간격을 두고 고정 결합된 수 개의 하부툴을 포함하고, 상기 상부금형은 하부툴 사이에 형성된 간격으로 승강하는 수 개의 상부툴을 포함하며, 상기 하부툴과 상부툴에는 각각 하부캐비티와 상부캐비티가 형성된 것을 특징으로 한다.,
변형된 튜브형 강관과 선접촉될 수 있도록 상기 하부캐비티와 상부캐비티의 단면 형상은 모서리를 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

상기 하부캐비티와 상부캐비티의 단면은 서로 상응하는 형상으로 형성되며, 상기 하부캐비티 단면 형상은 'V'자형인 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 프리포밍 공정시 핀칭에 의해 발생되는 분리라인 형성이 예방된다. 또한, 상,하부금형에 변형된 튜브형 강관이 끼이는 것이 방지되고, 나아가, 상,하부금형을 일정한 간격을 두고 형성된 상,하부툴로 형성함으로써 금형 제조시 제조원가를 절감할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리포밍 장치에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 프리포밍 장치의 정면도인 도 4 및 측면도인 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상부금형(20)과 하부금형(10)을 포함한다.

상부금형(20)과 하부금형(10)은 프리포밍 공정시 서로 맞닿는 부분이 없도록 형성한다. 프리포밍 공정시 이동하는 상부금형(20)이 하부금형(10)과 맞닿지 않음으로써 상, 하부금형(20,10)이 서로 맞닿아 발생되는 핀칭이 방지되어 분리라인 생성이 방지되며, 튜브형 강관이 상,하부금형(20,10)에 끼이는 것이 방지된다.

하부금형(10)은 베이스플레이트(12)와 이러한 베이스플레이트(12)상에 고정 결합된 하부툴(14)을 포함한다. 하부툴(14)은 여러 개가 일정한 간격을 두고 베이 스플레이트(12)상에 고정 결합된다. 상부금형(20)은 상부툴(22)을 포함하는 바, 상부툴(22)은 수 개의 하부툴(14) 사이에 형성된 수 개의 간격 사이로 승강할 수 있도록 일정한 간격을 두고 복수 개로 형성한다. 즉, 상부툴(22)과 하부툴(14)은 하나의 수직축상에 존재하지 않는다. 상부툴(22)과 하부툴(14)이 동일한 수직축상에 존재하지 않기 때문에, 상부툴(22)과 하부툴(14)이 맞닿는 경계면 부근에서 발생되는 튜브형 강관의 핀칭이 방지되어, 분리라인의 발생이 예방된다.

튜브형 강관의 최종 형상을 고려하여, 상부툴(22)과 하부툴(14)에는 일정한 단면 형상을 갖는 상부캐비티(22a)와 하부캐비티(14a)를 형성한다. 상부캐비티(22a)의 깊이(h)와 하부캐비티(14a)의 깊이(h)는 튜브형 강관의 직경(d)보다 더 깊에 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상부캐비티(22a)와 하부캐비티(14a)의 깊이(h)가 튜브형 강관의 직경(d)보다 작은 경우, 가공을 위해 하부캐비티(14a)에 안착되는 튜브형 강관이 하부금형(10)으로부터 돌출되므로, 가공시 튜브형 강관이 측 방향의 변형량이 급격히 변형될 수 있는 바, 최종제품과 유사한 형상으로 제조하기 위해서는 튜브형 강관이 하부금형(10)으로부터 돌출되지 않도록 그 크기를 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 상부캐비티(22a)와 하부캐비티(14a)는 서로 대칭되는 형상으로 갖도록 제작하는 것이 바람직하다. 하이드로포밍 공정시 최종제품의 형상이 완성되고, 프리포밍 공정에서는 개략적으로 완제품에 가까운 형상만 제조하면 되기 때문에, 상부캐비티(22a)와 하부캐비티(14a)를 서로 다른 형상으로 제조할 필요는 없다.

또한, 하부캐비티(14a)의 단면 형상은 변형된 튜브형 강관의 일측과 선접촉 하도록 형성하는 것이 바람직하다. 만약, 변형된 튜브형 강관 전체가 하부캐비티(14a) 또는 상부캐비티(22a)와 면접촉만 하는 경우, 급작스럽게 압축되는 프리포밍 공정의 특성상, 그 접촉면 사이가 순간적으로 진공상태가 되면, 상부금형(20)이나 하부금형(10)으로부터 변형된 강관을 떼어낼 때, 많은 노력이 필요하다. 즉, 변형된 강관이 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 끼이게 될 수 있는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 변형된 튜브형 강관의 일측과 상부금형(20) 또는 하부금형(10)은 선접촉 가능하도록 상부캐비티(22a) 또는 하부캐비티(14a)가 형성되어져야 한다. 선접촉되는 곳에서는 진공상태가 발생되지 않기 때문에, 프리포밍 공정 이후 변형된 튜브형 강관을 용이하게 상부금형(20) 또는 하부금형(10)으로부터 떼어낼 수 있게 된다.

이러한 선접촉 가능하게 하는 하부캐비티(14a)의 단면 형상의 일예로 'V'자형을 들 수 있다. 'V'자형 단면 형상으로 하부캐비티(14a)을 제작하는 경우, 튜브형 강관도 이러한 단면 형상으로 변형되는 바, 하부캐비티(14a)의 하단과 선접촉하게 되므로, 프리포밍 공정 이후에 강관을 손쉽게 떼어낼 수 있는 것이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하여 본 발명의 프리포밍 장치의 작동 과정을 설명한다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 베이스플레이트(12)상에 고정된 하부툴(14)에는 튜브형 강관이 안착되어 있다. 이 상태에서 상부금형(20)이 하강하는 경우, 수 개의 상부툴(22)은 수 개의 하부툴(14) 사이에 형성된 간격 사이로 하강하게 된다. 상부툴(22)과 하부툴(14)에 의하여 튜브형 강관이 적절한 형상으로 변형 가능한 상태에서 상부금형(20)의 하강을 정지된다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 상부툴(22)과 하부툴(14)은 동일한 수직축상에 존재하지 않고, 엇갈려 있기 때문에, 튜브형 강관이 변형되더라도 핀치가 발생되지 않으므로 분리라인이 형성되지 않는다. 또한, 튜브형 강관의 일측이 상부툴(22) 및 하부툴(14)과 선접촉하므로, 진공상태가 형성되지 않고, 접촉면적이 줄어들기 때문에 상부툴(22)이나 하부툴(14)에 튜브형 강관이 끼어 달라붙는 현상이 방지되는 것은 물론, 전체적으로 상부툴(22)과 하부툴(14)을 빗살무늬 형상(도 6a 참조)으로 위치시키기 때문에, 금형 제조시 원가가 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

도 1은 일반적인 하이드로포밍 공법의 원리를 개략적으로 나타낸 도면;

도 2는 종래의 프리포밍 공정을 개략적으로 나타낸 도면;

도 3은 종래의 프리포밍 공정의 문제점을 나타낸 도면;

도 4는 본 발명의 프리포밍 장치의 정면도;

도 5는 본 발명의 프리포밍 장치의 측면도;

도 6a 및 6b는 본 발명의 프리포밍 장치의 사용상태를 나타낸 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 하부금형 12: 베이스플레이트

14: 하부툴 14a: 하부캐비티

20: 상부금형 22: 상부툴

22a: 상부캐비티

Claims (5)

1. 하이드로포밍하여 완성품을 제조하기 전에 벤딩된 튜브형 강관을 금형을 이용하여 개략적인 완성품 형상으로 제조하는 프리포밍 장치에 있어서,

   상기 금형은, 튜브형 강관이 거치되는 하부금형(10)과 제품 성형시 이 하부금형(10)과 접촉면이 발생하지 않도록 형성된 상부금형(20)을 포함하고,

   상기 하부금형(10)은 베이스플레이트(12)상에 일정한 간격을 두고 고정 결합된 수 개의 하부툴(14)을 포함하고, 상기 상부금형(20)은 하부툴(14) 사이에 형성된 간격으로 승강하는 수 개의 상부툴(22)을 포함하며,

   상기 하부툴(14)과 상부툴(22)에는 각각 하부캐비티(14a)와 상부캐비티(22a)가 형성된 것을 특징으로 하는 프리포밍 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 변형된 튜브형 강관(T)과 선접촉될 수 있도록 상기 하부캐비티(14a)와 상부캐비티(22a)의 단면 형상은 모서리를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 프리포밍 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 하부캐비티(14a)와 상부캐비티(22a)의 단면은 서로 상응하는 형상으로 형성되며, 상기 하부캐비티(14a) 단면 형상은 'V'자형인 것을 특징으로 하는 프리포밍 장치.
5. 삭제

Images