KR101282750B1

KR101282750B1 - 가진형 판재 점진성형장치

Info

Publication number: KR101282750B1
Application number: KR1020120006325A
Authority: KR
Inventors: 김낙수; 왕재윤
Original assignee: 서강대학교산학협력단
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-07-05

Abstract

본 발명은 가진형 판재 점진성형장치에 관한 것으로, 특히, 피성형 판재를 고정하는 판재고정부와; 상기 판재의 일측에 마련되는 다이와; 상기 판재의 타측에 마련되는 펀치와; 상기 펀치를 지지하는 펀치지지부와; 상기 펀치를 상기 판재를 향하여 진동 가압시켜 성형을 수행하게 하는 가진유닛과; 상기 펀치지지부를 상기 판재에 대응하여 설정된 성형위치로 이송하는 펀치이송부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 종래 점진성형장치와 달리 전단변형에 의한 판재성형이 아닌 굽힘에 의한 판재성형이 가능하다. 따라서, 전단변형시 발생되는 판재의 찢어짐 등을 방지할 수 있어 성형안전성을 담보할 수 있음은 물론, 성형조건에 맞는 다양한 다이-펀치 세트와 펀치의 진동방향 조절로 더욱 다양한 자유곡면의 판재성형이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치는 전단변형에 의한 스트레칭이 아닌 진동가압에 의한 굽힘변형이므로 성형 후에도 판재의 두께 변화를 최소화할 수 있다.

Description

가진형 판재 점진성형장치{VIBRATION TYPE SHEET INCREMENTAL FORMING APPARATUS}

본 발명은 판재 점진성형장치에 관한 것으로서, 특히 성형공구인 펀치가 소정 주기와 진폭으로 진동하는 가진유닛에 의해 구동됨으로써 다이의 형상에 따라 판재에 굽힘변형을 가하면서 자유곡면이 성형되도록 하는 가진형 판재 점진성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 판재 성형은 암수 한 쌍으로 된 금형 사이에 판재를 넣고 금형을 눌러 성형하는 매칭 다이 성형법이 가장 많이 사용되고 있다.

그러나, 상기 매칭 다이 성형법은 금형의 제조와 수정이 어려울 뿐 아니라 제품에 맞게 금형을 수시로 바꾸어야 하고, 반복 사용시 금형의 마모로 인해 정밀도가 점차 떨어지며, 특히 대형 금형의 경우에는 금형 제작에 막대한 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다.

이에, 기존의 금형을 이용한 금속 가공산업을 대체할 수 있는 경제적이고 유연한 제조기술이 지속적으로 개발되고 있다.

그 예로 다양한 제품에 민첩하게 대응할 수 있는 스케일러블(Scalable) 시스템을 들 수 있는 바, 이와 같은 스케일러블 시스템을 기반으로 한 성형기술에는 대표적으로 점진성형기술(Incremental Forming)이 있다.

점진성형기술은, 소재와 공구를 각각 회전 또는 이송시켜 소재와 공구가 부분적으로 접촉하도록 하여 재료를 국부적으로 성형하면서, 이를 점차적으로 성형하고자 하는 소재의 영역으로 진행시켜 원하는 형상의 금속제품을 제조하는 기술이다.

이와 같은 점진성형기술은 펀치와 다이가 필요한 통상의 성형가공공정과는 다르게 기본적으로 CAD 데이터와 프로그램을 이용하는 수치제어 방식으로 CNC선반이나 머시닝센터와 같은 구동원리로 제품을 성형하게 된다.

따라서, 상기한 점진성형기술은 IT기술을 이용한 디지털 공정을 통해 제품 설계공정의 수정이 용이하고, 또한 소재에 국부적인 변형을 부과하는 특징 및 저에너지를 이용하는 성형기술의 특성으로 인해 적은 공간, 저비용, 저소음 및 저진동을 실현할 수 있는 효율적인 성형기술이라 할 수 있다.

특히, 소재의 연신율 한계를 극복할 수 있어 난성형재에도 적용이 가능하여 마이크로 부품의 제조에 유용하게 응용될 수 있고, 금형을 제작하기 힘든 초대형 부품의 제조에도 적합할 뿐만 아니라, 그 외에 다양한 분야에서 적용이 가능하다.

이러한 점진성형기술을 좀더 살펴보면, 일점 점진성형(SPIF : Single Point incremental forming 또는 Negative IF)이라 하여 끝이 매끈한 반구형 공구로 회전하는 소재를 변형시켜 축대칭 부품으로 가공하는 방법이 있다. 한편, 비축대칭 SPIF에 해당하는 CNC 점진성형은 도 9에 도시된 바와 같이, 공구가 깊이가 다른 윤곽을 따라가도록 밀링 등과 같은 프로그램된 컴퓨터 수치제어 공작기계를 사용하는 방법이다. 비축대칭 SPIF에서는 금속 소재판을 고정시키고 공구가 회전하면서 소재를 성형한다.

한편, 복잡한 형상을 가공하기 위한 이점 점진성형(TPIF : Two Point incremental forming 혹은 Positive IF)은 도 9에 도시된 바와 같이, 2개의 공구를 이용하되, 하나는 고정시키고 다른 하나를 이동시켜 판재를 성형한다.

또한, 공정 유연성과 형상 정확도를 개선하기 위해 공구(Main tool)와는 별개로 제어되는 이동형 다이(Kinematic Die)를 이용하는 이동형 점진성형(KISF :Kinematic incremental sheet metal forming) 방법도 최근 연구되고 있다.

그러나, 전술한 각 판재 점진성형장치들은, 도 9에 도시된 바와 같이, 모두 회전하는 반구형 성형공구를 이용하여 판재고정부에 고정된 판재를 전단변형에 의해 스트레칭을 시켜 성형을 수행하였으므로 판재의 재질 또는 성형정도나 성형조건에 따라 판재가 찢어지는 문제점이 있었다.

또한, 판재가 전단변형에 의하여 스트레칭 되므로 성형 후에 판재의 두께가 얇아져 성형 전후에 판재의 두께가 변화되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 펀치를 판재에 대하여 진동시켜 굽힘변형에 의한 판재성형을 수행함으로써, 종래 공구회전에 따른 전단변형에서 발생할 수 있는 판재의 찢어짐 등을 방지할 수 있는 가진형 판재 점진성형장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 펀치의 진동 주기 및 진폭과 진동방향을 조절함으로써 성형조건을 용이하게 변경할 수 있어, 추가적인 금형제작 없이도 다양한 자유곡면의 형상을 제작할 수 있는 가진형 판재 점진성형장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)는, 피성형 판재를 고정하는 판재고정부와; 판재의 일측에 마련되는 다이와; 상기 판재의 타측에 마련되는 펀치와; 상기 펀치를 지지하는 펀치지지부와; 상기 펀치를 상기 판재를 향하여 진동 가압시켜 성형을 수행하게 하는 가진유닛과; 상기 펀치지지부를 상기 판재에 대응하여 설정된 성형위치로 이송하는 펀치이송부;를 포함한다.

본 발명의 다이는 판재를 사이에 두고 펀치에 대응하는 위치에 마련되어 펀치의 진동가압력에 대하여 판재를 반대편에서 지지함으로써 판재성형이 이루어지도록 한다.

상기 판재에 접촉하는 다이의 접촉면의 형상은 용도(판재성형 또는 압축잔류응력 형성 등)에 따라 다양하게 마련될 수 있으며, 판재성형용도의 경우에도 성형조건에 따라 오목형, 반구형 등으로 제한 없이 마련될 수 있다. 한편, 압축잔류응력 형성용도에서는 도 8과 같이, 평면형으로 마련된다.

다이는 점진성형을 수행하면서 펀치의 이송에 따라 대응하여 이송하게 되는 바, 예를 들어, 다이는 별도의 수치제어공작기계(CNC 머신) 등의 로봇암에 연결되어 이송될 수도 있고, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 플라잉다이로 마련되어 다이구속부의 자기력에 의해 구속되어 펀치의 이송에 따라 종속하여 이송될 수도 있다.

여기서, 후자에 따른 플라잉다이의 구속 및 이송방법에 관하여는 본원 출원인의 선출원인 대한민국 특허출원 제10-2011-0128962호 (2011년 12월 5일 출원)에 상세히 개시한 바 있다.

펀치는 판재에 대하여 진동 가압하면서 판재를 성형하도록 마련된다. 본 발명에 따른 펀치는 종래 점진성형방법과 달리 판재에 항상 접촉된 상태에 있는 것이 아니라 소정 주기와 진폭을 가지고 판재를 진동가압하며, 동시에 고정된 판재에 대하여 펀치의 가압방향을 도 7에 도시된 바와 같이 자유롭게 변경할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치는 종래 점진성형장치와 달리 전단변형에 의한 판재성형이 아닌 굽힘에 의한 판재성형이 가능하다. 이로 인해 전단변형시 발생되는 판재의 찢어짐 등을 방지할 수 있어 성형안전성을 담보할 수 있음은 물론, 성형조건에 맞는 다양한 다이-펀치 세트와 펀치의 진동방향 조절로 더욱 다양한 자유곡면의 판재성형이 가능하게 되는 것이다.

펀치를 진동가압하기 위한 가진유닛은 다양한 종류로 마련될 수 있다. 예를 들어, 유압 또는 공압 실린더나, 서보모터 등을 이용한 기계적 방법으로 마련될 수도 있고, 솔레노이드를 이용한 전자기력을 이용한 방법이 사용될 수도 있다. 전자기력을 이용한 가진방법의 경우도, 전술한 본원 출원인의 선출원에 상세히 개시되어 있다.

가진유닛이 전자기력을 이용한 방법으로 마련되는 경우, 상기 다이에 마련되며 제1극성을 갖는 제1자성부와, 상기 펀치지지부에 마련되며 입력되는 교류전류에 따라 상기 펀치를 제1극성 및 제2극성으로 교차 전도시키는 솔레노이드를 포함할 수 있다.

제1자성부는 다이에 일정한 극성을 부여하기 위한 것으로 영구자석 또는 솔레노이드가 사용될 수 있다. 상기 제1자성부의 극성의 크기는 펀치의 가압력에 영향을 줄 수 있으므로, 영구자석의 경우 교체가 가능하게 마련될 수 있으며, 솔레노이드의 경우 입력되는 전류의 세기 조절이 가능하게 마련되거나 다른 권선수를 갖는 솔레노이드로 대체가 가능하도록 마련될 수 있다.

펀치지지부 측에 마련되는 솔레노이드에는 전원공급부로부터 상기 솔레노이드로 입력되는 교류전류의 주파수 및 전류세기를 조절하기 위한 인버터를 더 포함할 수 있다.

상기 인버터를 제어하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있는 바, 제어부는 외부의 수치제어공작기계와 같은 외부기기의 제어부일 수도 있고, 또는 독립적으로 마련되어 상기 외부기기로부터 설계데이터를 입력받아 이에 따라 상기 인버터를 제어할 수도 있다.

펀치이송부는 펀치를 소정의 성형경로를 따라 이송시키도록 마련된다. 펀치이송부는 기본적으로 스테이지에 대하여 평면이동(X-Y) 및 상부 판재에 대하여 수직이동(Z)이 가능하도록 마련된다.

또한, 펀치이송부는 펀치회동부를 더 구비하여 각 축에 대하여 회동 및 회전이 가능하게 마련된다.(도 7 참조)

전술한 펀치이송부 및 펀치회동부는 기본적으로 전술한 제어부에서 설정입력된 설계데이터에 따라 제어된다.

본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치는 상술한 구성이외에도 다양한 구성을 더 포함할 수 있다.

형상측정부는 상기 펀치지지부 일측에 마련되어 상기 펀치에 의한 성형지점의 형상을 측정하도록 마련된다. 형상측정부는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 판재의 형상을 스캔하여 형상데이터로 변환하는 비전시스템으로 마련될 수도 있고, 또는 펀치지지부를 기준으로 성형위치에서의 판재의 각 점의 거리를 측정하는 비접촉식 레이저 거리측정장치로 마련될 수 있다.

전술한 양자 공히, 제어부에서는 형상측정부에서 측정된 결과를 미리 입력된 설계데이터와 비교하여 판재성형정도를 판단하여 소정 성형지점에서의 성형이 완료되었는지 또는 추가성형이 필요한지를 판단하여 이에 따라 펀치의 이송 또는 추가 가압성형을 수행한다.

또는, 필요에 따라서는 판재의 성형지점을 미리 가열하여 성형이 용이하도록 하는 히팅디바이스를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 판재가 판면의 법선방향의 일축을 중심(도 1의 a참조)으로 회전이 가능하도록 상기 판재고정부를 스테이지에 대하여 회전하게 하는 판재수평회전부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 판재를 상하로 뒤집을 수 있도록 판면의 법선방향의 가로방향(도 1의 b참조)으로 상기 판재고정부를 스테이지에 대하여 회전하게 하는 판재수직회전부를 더 포함할 수도 있다.

판재수직회전부를 구성하는 경우에는 결과적으로 펀치가 판재의 양측면에서 성형할 수 있으므로 양의 구배 및 음의 구배를 갖는 성형을 수행할 수 있어 성형자유도가 한층 향상된다.

전술한 각 구성이외에도 점진성형에 필요한 다양한 구성을 추가적으로 구성할 수도 있음은 물론, 상술한 구성에 있어서 해당 분야의 통상의 기술자에게 있어 당연한 다양한 변형적용이 가능함은 물론이며, 이러한 변형은 본 발명의 권리에 포함됨을 자명하다.

본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치에 따르면, 종래 점진성형장치와 달리 전단변형에 의한 판재성형이 아닌 굽힘에 의한 판재성형이 가능하다.

따라서, 전단변형시 발생되는 판재의 찢어짐 등을 방지할 수 있어 성형안전성을 담보할 수 있음은 물론, 성형조건에 맞는 다양한 다이-펀치 세트와 펀치의 진동방향 조절로 더욱 다양한 자유곡면의 판재성형이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치는 전단변형에 의한 스트레칭이 아닌 진동가압에 의한 굽힘변형이므로 성형 후에도 판재의 두께 변화를 최소화할 수 있다.

또한, 전자기력을 이용한 솔레노이드 방식의 가진유닛을 사용하는 경우, 솔레노이드로 입력되는 교류전류의 크기와 주파수를 조절함으로써 판재와 펀치의 간격이나 성형깊이 또는 성형횟수를 용이하게 제어할 수 있어 추가적인 금형 없이도 다양한 자유곡면의 형상을 제작할 수 있어 성형자유도를 극대화할 수 있다.

또한, 다양한 다이와 펀치 세트를 조합하여 사용할 수 있으므로 종래 점진성형장치에서는 성형이 용이하지 않은 코너부분의 성형을 용이하게 할 수 있음은 물론, 비드, 홀, 플랜지 등의 부가성형이나, 압축잔류응력의 형성 등 부가공정을 하나의 장치에서 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치의 개요도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치의 구성블록도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치의 구성블록도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치의 구성블록도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치의 플라잉다이와 펀치의 작동과정을 나타낸 작동도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에서 펀치회동부에 의해 펀치의 가압진동방향이 회동된 상태를 나타낸 요부도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치의 다이 및 펀치 측 요부도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 다른 가진형 판재 점진성형장치의 다이 및 펀치 측 요부도,
도 9는 종래 판재 점진성형장치에서의 성형방법을 나타낸 작동도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저 구성별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)는, 피성형 판재(S)를 고정하는 판재고정부(50)와, 판재(S) 일측에 마련되는 다이(10)와, 판재(S)의 타측에 마련되는 펀치(20)와, 펀치(20)를 지지하는 펀치지지부(21)와, 펀치(20)를 판재(S)를 향하여 진동 가압시켜 성형을 수행하게 하는 가진유닛(23)과, 펀치지지부(21)를 판재(S)에 대응하여 설정된 성형위치로 이송하는 펀치이송부(25)를 포함한다.

가진유닛(23)은 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 솔레노이드를 이용한 전자기적 방식이 사용될 수도 있고, 유압실린더, 공압실린더 또는 서보모터를 이용한 기계적 방식이 사용될 수도 있다.

전자의 경우, 가진유닛(23)은 다이(10)에 마련되며 제1극성을 갖는 제1자성부(231)와, 펀치지지부(21)에 마련되며 입력되는 교류전류에 따라 펀치(20)를 제1극성 및 제2극성으로 교차 전도시키는 솔레노이드(233)를 포함할 수 있다.

이에, 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 다이(10)가 제1자성부(231)에 의해 N극으로 전도된 경우, 솔레노이드(233)에 교류를 입력하면 입력전류의 방향에 따라 펀치(20)가 N극 또는 S극으로 순차적으로 전도되는데, 펀치(20)가 N극으로 전도된 상태에서는 다이(10)와의 척력에 의해 펀치(20)가 하강(도 5의 b참조)하며, 펀치(20)가 S극으로 전도된 상태에서는 인력에 의해 펀치(20)가 판재(S) 방향으로 상승하여 가압하는 것이다.

제1자성부(231)는 영구자석 또는 솔레노이드 중 어느 하나로 마련될 수 있으며, 다이(10)가 플라잉다이(17)로 마련되는 경우에는 영구자석으로 마련되는 것이 바람직하다. 이는, 플라잉다이(17)는 여타의 지지구조물을 동반하지 않으므로, 제1자성부(231)를 영구자석으로 마련하여 플라잉다이(17)의 상부 또는 측면에 고정하기만 하면 된다.

반면, 제1자성부(231)가 솔레노이드 타입으로 마련되는 경우에는, 플라잉다이(17)의 극성을 고정하기 위하여 솔레노이드로는 항상 일정한 방향의 전류를 입력하도록 한다.

한편, 펀치지지부(21)에 마련되는 솔레노이드(233)에 교류전류를 공급하는 전원공급부(235)와, 인버터(237)를 더 포함할 수 있다.

인버터(237)는 솔레노이드(233)로 입력되는 교류전류의 주파수 및 전류세기를 조절한다.

제어부(70)는 설정 입력된 설계데이터에 따라 인버터(237)에서 교류전류의 주파수 및 전류세기가 조절되도록 한다.

다이(10)는 다양한 종류로 마련될 수 있는 바, 예를 들어, 여타의 지지부재 없이 판재(S) 일측에 안착되는 플라잉다이(17)로 마련될 수 있고, 기타 로봇암 등과 같은 다이이송부(19)에 의해 지지되어 이송가능한 타입으로 마련될 수도 있다.

전자의 경우에는 플라잉다이(17)가 펀치(20)에 대응하여 위치하도록 자기력에 의해 플라잉다이(17)의 위치를 구속하는 다이구속부(11)를 더 포함할 수 있다.

다이구속부(11)는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 플라잉다이(17) 일측에 제1자성부(231)가 마련되는 경우, 펀치지지부(21)에 제1자성부(231)와 반대극성인 제2극성을 갖는 제2자성부(113)로 마련될 수 있다.

여기서, 제1자성부(231) 또는 제2자성부(113)는 각각 영구자석 또는 솔레노이드 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

제1자성부(231) 또는 제2자성부(113)가 영구자석으로 마련되는 경우에는, 구속자기력의 조절이 가능하도록 착탈가능하게 마련될 수 있다.

또는, 제1자성부(231) 또는 제2자성부(113)가 솔레노이드로 마련되는 경우에는, 솔레노이드로 입력되는 교류전류의 세기를 조절하기 위한 다이인버터(15)를 더 포함할 수 있다.

다이(10)는 성형용도 및 성형조건에 따라 다양한 형상으로 마련될 수 있는 바, 예를 들어, 판재(S)에 접촉하는 접촉면이 평면형, 오목형, 반원형 또는 아래를 향해 개구된 'ㄷ'자형 등으로 마련될 수 있다.

즉, 판재(S)를 성형할 때에는 오목형이나, 반원형 또는 아래로 개구된 'ㄷ'자 형이 사용될 수 있으며, 판재(S)에 압축잔류응력을 형성할 때에는 평면형이 사용될 수 있다.

다이(10)가 플라잉다이(17)로 마련되는 경우에는 플라잉다이(17)를 지지하기 위한 별도의 지지부재가 전혀 불필요하므로, 플라잉다이(17)를 판재(S)에 얹는 것만으로 플라잉다이(17)의 설치가 완료되어 다이(10)의 교체작업이 매우 수월한 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)는 다음과 같은 구성을 추가적으로 포함할 수 있다.

펀치이송부(25)는 스테이지(100) 상에서 펀치지지부(21)를 x축, y축 및 z축의 3축 방향으로 이송가능하게 마련될 수 있다.

여기서, 펀치지지부(21)는 상기 3개의 각 축을 중심으로 회동이 가능하도록 펀치회동부(251)를 더 포함할 수 있다. 이에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이, 펀치(20)의 가압방향을 자유롭게 변경할 수 있다.

형상측정부(27)는 펀치지지부(21) 일측에 마련되어 펀치(20)에 의한 성형지점의 형상을 측정하도록 마련된다. 형상측정부(27)는 공지된 다양한 종류의 것이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 성형지점의 판재(S)의 형상을 스캔하는 비전시스템이나, 펀치지지부(21) 일측에서 판재(S)의 각 지점의 거리를 측정하는 비접촉식 레이저 거리측정기 등으로 마련될 수 있다.

제어부(70)는 형상측정부(27)에서 측정된 판재(S)의 형상데이터와 설정입력된 설계데이터를 비교하여 추가 성형여부를 결정하고, 상기 형상데이터와 설계데이터의 차이만큼 추가성형이 이루어지도록 가진유닛(23) 또는 펀치이송부(25)를 제어할 수 있다.

판재수평회전부(51)는 판재(S)가 판면의 법선방향의 일축(도 1의 a참조)를 중심으로 회전가능하도록 판재고정부(50)를 스테이지(100)에 대하여 회전가능하도록 마련된다.

판재수직회전부(53)는 판재(S)를 상하로 뒤집을 수 있도록 판면의 법선방향의 가로방향(도 1의 b참조)으로 판재고정부(50)를 스테이지(100)에 대하여 회전가능하도록 마련된다.

이에, 펀치(20)의 펀치회동부(251)에 의한 펀치(20)의 가압방향 변경은 물론, 판재(S)를 상하로 뒤집는 것이 가능하므로 양의 구배는 물론 음의 구배를 갖는 다양한 자유곡면에 대한 성형자유도를 극대화할 수 있다.

이하, 본 발명의 각 실시예별로 도면을 참조하여 설명한다.

제1실시예

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)는 플라잉다이(17)와 솔레노이드(233)를 이용한 전자기적 방식의 가진유닛(23)으로 구성된다.

플라잉다이(17)는 도 5에 도시된 바와 같이, 플라잉다이(17)를 펀치(20)에 대하여 구속하기 위한 다이구속부(11)를 포함하며, 구체적으로 플라잉다이(17)의 일측에 마련된 영구자석(111)과 펀치지지부(21) 일측에 마련된 제2자성부(113)를 포함한다.

제2자성부(113)는 영구자석 또는 솔레노이드로 마련될 수 있는 바, 도 5에는 제2자성부(113)가 영구자석으로 마련된 상태를 도시한 것이다.

이에, 펀치지지부(21) 측의 제2자성부(113)는 S극으로 전도되어 있고, 플라잉다이(17)는 N극으로 전도된 상태이므로, 인력에 의해 플라잉다이(17)가 펀치지지부(21)의 상부에 위치가 구속된다.

따라서, 판재(S)를 성형할 때에는 펀치(20)의 가압진동에 대하여 플라잉다이(17)가 판재(S)의 상부에서 가압력을 지지하며, 펀치이송부(25)에 의해 펀치(20)가 다음 성형지점으로 이송되면 종속적으로 인력에 의해 펀치(20)를 따라 이송하게 된다.

본 실시예에서 가진유닛(23)은 플라잉다이(17) 측의 제1자성부(231)와 펀치지지부(21) 측의 솔레노이드(233)를 포함한다. 여기서, 본 실시예에서는 플라잉다이(17)에 이미 영구자석(111)이 설치되어 있으므로 제1자성부(231)는 추가적으로 구성하지 않으며, 상기 영구자석(111)이 제1자성부(231) 기능을 동시에 수행하게 된다.

가진유닛(23)은 추가적으로 솔레노이드(233)에 교류전류를 입력하기 위한 전원공급부(235)와, 입력되는 교류전류의 세기 및 주파수를 조절하기 위한 인버터(237)를 포함한다. 또한, 상기 전원공급부(235)에 의한 전원의 인가여부 및 인버터(237)를 통한 교류전류의 세기 및 주파수를 설정입력된 설계데이터에 따라 제어하는 제어부(70)를 더 포함한다.

상기 구성에 따라, 플라잉다이(17)의 영구자석(111) 및 제2자성부(113)에 의해 플라잉다이(17)는 펀치지지부(21)에 대하여 판재(S)의 성형지점에 고정되며, 가진유닛(23)의 솔레노이드(233)에 교류전류가 입력되면 펀치(20)가 N극 또는 S극으로 순차적으로 전도되면서 플라잉다이(17)와의 척력 및 인력에 의해 하강과 상승을 반복하면서 가압진동하게 된다.

플라잉다이(17) 및 펀치(20)는 성형형상에 따라 다양한 종류로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 아래로 개구된 'ㄷ'자 형상으로 마련될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 반구 형상으로 마련될 수도 있으며, 도 7에 도시된 바와 같은 형상으로 마련될 수도 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 펀치(20)는 펀치회동부(251)에 의해 회동되어 가압방향을 변경할 수 있는 바, 이에 의해 판재(S)를 다양한 방향으로 가압할 수 있어 굽힘성형성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이와 동시에, 판재수직회전부(53)를 통하여 판재(S)를 상하 방향으로 회전시켜 양면을 성형할 수 있으므로 양의 구배는 물론 음의 구배를 갖는 다양한 자유곡면을 자유롭게 성형할 수 있으며, 종래 점진성형장치에서는 수행하기 어려운 코너 등의 국부성형이 가능하여 성형자유도를 극대화시킬 수 있다.

한편, 펀치지지부(21)에는 형상측정부(27)가 추가적으로 마련된다. 형상측정부(27)는 펀치(20)가 소정의 성형지점으로 이송되어 성형을 수행하기 전 또는 성형을 수행한 이후에 판재(S)의 형상을 스캐닝하여 형상데이터를 추출한다.

제어부(70)는 성형 후에 추출된 판재(S)의 형상데이터를 설정입력된 설계데이터와 비교하며, 상기 형상데이터가 상기 설계데이터와 동일 또는 오차범위내에 있는 경우 성형을 완료하고 다음 성형지점으로 펀치(20)가 이송될 수 있도록 펀치이송부(25)를 이송시킨다.

반대로, 제어부(70)는 상기 형상데이터가 상기 설계데이터와 오차범위 밖에 있는 경우, 추가적인 성형을 위하여 전원공급부(235) 및 인버터(237)를 구동한다. 이 경우, 제어부(70)는 상기 형상데이터와 설계데이터를 비교하여 추가 성형을 위한 추가 설계데이터를 생성할 수 있다.

제2실시예

도 3 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2실시예를 설명한다.

설명에 앞서, 상술한 제1실시예에서와 중복되는 설명은 피하고, 본 실시예에서의 차이점을 중점적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)는, 다이(10)는 다이구속부(11)에 의해 전자기력에 의해 구속되는 플라잉다이(17)로 마련되며, 가진유닛(23)은 유압 또는 공압 실린더나, 서보모터 등에 의한 기계적 가압진동 방식으로 마련된다.

플라잉다이(17)의 구속을 위하여, 플라잉다이(17) 측에는 영구자석(111)이 장착되며, 펀치지지부(21)에는 제2자성부(113)가 마련된다. 제2자성부(113)는 전술한 바와 같이, 영구자석 또는 솔레노이드 타입으로 마련될 수 있다.

제2자성부(113)가 솔레노이드 타입으로 마련되는 경우에는 자기적 구속력을 조절하기 위한 다이인버터(15)가 더 마련될 수 있다. 다이인버터(15)는 제2자성부(113)인 솔레노이드에 입력되는 전류의 세기를 조절하여 구속력을 조절한다.

펀치지지부(21) 내부에는 펀치(20)의 가압진동을 보조하여 지지하는 스프링(211, 212)이 더 마련될 수 있다.

제3실시예

도 4 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)를 설명한다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 가진형 판재 점진성형장치(1)는 다이(10)는 수치제어공작기계 등의 로봇암과 같은 다이이송부(19)에 의해 지지 및 이송이 가능하게 마련된다.

아울러, 본 실시예의 가진유닛(23) 또한 유압 또는 공압 실린더나, 서보모터 등에 의한 기계적 가압진동으로 마련된다.

전술한 제2실시예 및 제3실시예는 상술한 제1실시예와 다이(10)의 구속방법 및 가진유닛(23)의 가진방법이 서로 다를 뿐, 기타 펀치(20) 동작관계나 판재고정부(50)의 회전 및 형상측정부(27) 등의 구성은 동일하게 작용된다.

1 : 가진형 판재 점진성형장치
10 : 다이 11 : 다이구속부
111 : 영구자석 113 : 제2자성부
15 : 다이인버터 17 : 플라잉다이
19 : 다이이송부
20 : 펀치 21 : 펀치지지부
23 : 가진유닛 231 : 제1자성부
233 : 솔레노이드 235 : 전원공급부
237 : 인버터
25 : 펀치이송부 251 : 펀치회동부
50 : 판재고정부 51 : 판재수평회전부
53 : 판재수직회전부
70 : 제어부
S : 판재
100 : 스테이지

Claims

피성형 판재를 고정하는 판재고정부와;
상기 판재의 일측에 마련되는 다이와;
상기 판재의 타측에 마련되는 펀치와;
상기 펀치를 지지하는 펀치지지부와;
상기 펀치를 상기 판재를 향하여 진동 가압시켜 성형을 수행하게 하는 가진유닛- 상기 가진유닛은, 상기 다이에 마련되며 제1극성을 갖는 제1자성부와, 상기 펀치지지부에 마련되며 입력되는 교류전류에 따라 상기 펀치를 제1극성 및 제2극성으로 교차 전도시키는 솔레노이드를 포함함- 과;
상기 펀치지지부를 상기 판재에 대응하여 설정된 성형위치로 이송하는 펀치이송부;를 포함하는 가진형 판재 점진성형장치.
삭제
제1항에 있어서,
전원공급부와, 상기 전원공급부로부터 상기 솔레노이드로 입력되는 교류전류의 주파수 및 전류세기를 조절하기 위한 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제3항에 있어서,
설정 입력된 설계데이터에 따라 상기 주파수 및 전류세기가 조절되도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항에 있어서,
상기 다이는 지지부재 없이 상기 판재 일측에 안착되는 플라잉다이로 마련되며, 상기 플라잉다이를 상기 펀치에 대응하여 위치하도록 자기력에 의해 상기 플라잉다이의 위치를 구속하는 다이구속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제5항에 있어서,
상기 다이구속부는 상기 펀치지지부에 제2극성을 가지며 마련되어 자기적 인력에 의해 상기 플라잉다이를 구속하는 제2자성부로 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제6항에 있어서,
상기 제1자성부 또는 제2자성부는 각각 영구자석 또는 솔레노이드 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제7항에 있어서,
상기 제1자성부 또는 제2자성부가 영구자석으로 마련되는 경우, 구속 자기력의 조절이 가능하도록 착탈가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제7항에 있어서,
상기 제1자성부 또는 제2자성부가 솔레노이드로 마련되는 경우, 상기 솔레노이드로 입력되는 교류전류의 세기를 조절하기 위한 다이인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항에 있어서,
상기 가진유닛은, 유압 또는 공압 실린더나, 서보모터 방식으로 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제10항에 있어서,
상기 다이는 지지부재 없이 상기 판재 일측에 안착되는 플라잉다이로 마련되며, 상기 플라잉다이를 상기 펀치에 대응하여 위치하도록 자기력에 의해 상기 플라잉다이의 위치를 구속하는 다이구속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제11항에 있어서,
상기 다이구속부는, 상기 플라잉다이 일측에 마련되는 영구자석과, 상기 펀치지지부에 마련되며 상기 영구자석과 반대극성을 보유하여 자기적 인력에 의해 상기 플라잉다이를 구속하는 제2자성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항, 제5항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀치이송부는 스테이지 상에서 상기 펀치지지부를 x축, y축, z축의 3축 방향으로 이송 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제13항에 있어서,
상기 펀치지지부를 상기 각 축에 대하여 회동가능하게 하는 펀치회동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항, 제5항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀치지지부 일측에 마련되어 상기 펀치에 의한 성형지점의 형상을 측정하는 형상측정부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제15항에 있어서,
상기 형상측정부에서 측정된 판재의 형상데이터와 설정입력된 설계데이터를 비교하여 추가 성형여부를 결정하고, 상기 형상데이터와 설계데이터의 차이만큼 추가 성형이 이루어지도록 상기 가진유닛 및 펀치이송부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항, 제5항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이는 상기 판재에 접촉하는 접촉면의 단면이 평면형, 볼록형, 오목형, 반원형 또는 아래를 향해 개구된 'ㄷ'자형 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항, 제5항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판재가 판면의 법선방향의 일축을 중심으로 회전이 가능하도록 상기 판재고정부를 스테이지에 대하여 회전하게 하는 판재수평회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제1항, 제5항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판재를 상하로 뒤집을 수 있도록 판면의 법선방향의 가로방향으로 상기 판재고정부를 스테이지에 대하여 회전하게 하는 판재수직회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
스테이지와;
상기 스테이지 상에 마련되며, 피성형 판재를 고정하는 판재고정부와;
상기 판재의 일측에 마련되며 자유이동이 가능하게 마련되는 플라잉다이와;
상기 판재의 타측에 마련되는 펀치와;
상기 펀치를 지지하는 펀치지지부와;
상기 플라잉다이를 제1극성으로 갖게 하는 영구자석과;
상기 펀치지지부에 제2극성을 가지며 마련되어 자기적 인력에 의해 상기 플라잉다이의 위치를 구속하는 제2자성부와;
상기 펀치지지부에 마련되며, 입력되는 교류전류에 따라 상기 펀치를 제1극성 및 제2극성으로 교차시켜 상기 플라잉다이와의 인력 및 척력에 의해 상기 펀치를 상기 판재를 향하여 진동 가압하는 솔레노이드를 갖는 가진유닛과;
상기 펀치지지부를 상기 스테이지 상에서 상기 판재에 대응하여 설정된 성형위치로 이송하는 펀치이송부;를 포함하는 가진형 판재 점진성형장치.
스테이지와;
상기 스테이지 상에 마련되며, 피성형 판재를 고정하는 판재고정부와;
상기 판재의 일측에 마련되며 자유이동이 가능하게 마련되는 플라잉다이와;
상기 판재의 타측에 마련되는 펀치와;
상기 펀치를 지지하는 펀치지지부와;
상기 플라잉다이를 제1극성으로 갖게 하는 영구자석과;
상기 펀치지지부에 제2극성을 가지며 마련되어 자기적 인력에 의해 상기 플라잉다이의 위치를 구속하는 제2자성부와;
유압 실린더, 공압 실린더 또는 서보모터 중 어느 하나의 방식으로 상기 펀치지지부에 마련되며, 상기 펀치를 상기 판재를 향하여 진동 가압하여 성형하게 하는 가진유닛과;
상기 펀치지지부를 상기 스테이지 상에서 상기 판재에 대응하여 설정된 성형위치로 이송하는 펀치이송부;를 포함하는 가진형 판재 점진성형장치.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 펀치이송부는 스테이지 상에서 상기 펀치지지부를 x축, y축, z축의 3축 방향으로 직선이송이 가능함과 동시에, 상기 각 축을 중심으로 회전이 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제22항에 있어서,
상기 판재의 최종 성형형상에 따른 상기 펀치의 각 성형위치 데이터와, 상기 각 성형위치에서의 상기 펀치의 진동 주기 및 주파수에 대한 가진데이터를 입력받아 상기 펀치이송부 및 상기 가진유닛을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.
제23항에 있어서,
상기 펀치지지부 일측에 마련되어 상기 펀치에 의한 성형지점의 형상을 측정하는 형상측정부를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 형상측정부에서 측정된 판재의 형상데이터와 설정입력된 설계데이터를 비교하여 추가 성형여부를 결정하고, 상기 형상데이터와 설계데이터의 차이만큼 추가 성형이 이루어지도록 상기 가진유닛 및 펀치이송부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가진형 판재 점진성형장치.