KR101349823B1 - Forming and deep drawing apparatus using of ultrasonic vibration - Google Patents

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KR101349823B1
KR101349823B1 KR1020130049751A KR20130049751A KR101349823B1 KR 101349823 B1 KR101349823 B1 KR 101349823B1 KR 1020130049751 A KR1020130049751 A KR 1020130049751A KR 20130049751 A KR20130049751 A KR 20130049751A KR 101349823 B1 KR101349823 B1 KR 101349823B1
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김상우
이영선
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한국기계연구원
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Abstract

The present invention relates to a forming device using ultrasonic vibration which makes a lubricant unnecessary by generating vibration in the direction parallel to the forward and backward progressing directions of a punch for minimizing the friction during a deep drawing process; which has excellent formability; and which comprises: a punch capable of pressing a processed object; a die capable of supporting a part of one side of the processed object; a holder supporting a part of the other side of the processed object; a vibration plate which is disposed in between the die and the processed object and which delivers ultrasonic vibration to the processed object; and a vibration generating unit applying the ultrasonic vibration to the vibration plate.

Description

초음파 진동을 이용한 성형 장치 및 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치{Forming and deep drawing apparatus using of ultrasonic vibration}Forming apparatus using ultrasonic vibration and deep drawing apparatus using ultrasonic vibration {Forming and deep drawing apparatus using of ultrasonic vibration}

본 발명은 초음파 진동을 이용한 성형 장치 및 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펀치의 전후진방향과 평행한 방향으로 진동을 발생시켜서 딥 드로잉 가공시 마찰력을 최소화하여 윤활제가 불필요하고, 소재의 성형성을 향상시킬 수 있는 초음파 진동을 이용한 성형 장치 및 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a molding apparatus using ultrasonic vibrations and a deep drawing apparatus using ultrasonic vibrations, and more particularly, to generate vibrations in a direction parallel to the forward and backward direction of the punch to minimize friction during deep drawing processing, thereby eliminating the need for lubricants. The present invention relates to a molding apparatus using ultrasonic vibration and a deep drawing apparatus using ultrasonic vibration capable of improving the formability of a material.

일반적으로 금속판재를 이용하여 특정 형상의 판재 성형품을 제조하기 위해서, 우선, 원자재를 용해하여 슬라브 주조, 열/냉간 압연을 통해 판재를 만든다. 그리고, 상기 판재를 소정의 크기로 절단하고, 상기 절단된 판재를 상하형 금형을 이용하여 딥 드로잉(deep drawing) 가공한다.In general, in order to manufacture a plate shaped article of a specific shape using a metal plate, first, the raw material is dissolved to make a plate through slab casting and hot / cold rolling. Then, the plate is cut to a predetermined size, and the cut plate is deep drawn using a vertical mold.

일반적으로, 판금가공 중에서 외력이 인장응력을 발생시키도록 작용하고 밑바닥이 붙은 제품을 만들어내는 작업을 일괄하여 오므리기 가공 즉, 딥 드로잉 가공이라하고 가전제품을 비롯한 자동차, 항공기 등 수송 기기류의 외판부품을 제작하기 위해 많이 사용되고 있다.In general, in sheet metal processing, the external force acts to generate tensile stress and produces a product with a bottom. It is used a lot to produce.

이와 같은 딥 드로잉 가공 중, 펀치의 하강에 의해 피가공물인 판재가 오므려지는 동안 피가공물의 가장자리는 압축응력을 받아 주름이 형성될 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 홀더를 이용하여 적절한 수직하중을 부과하여 주름의 형성을 예방할 수 있다. 이때, 홀더는 피가공물인 판재와 마찰을 일으키게 되는 데, 이러한 마찰력을 줄이기 위하여 종래에는 윤활유를 이용하였다.During such deep drawing processing, the edge of the workpiece may be wrinkled by compressive stress while the workpiece is closed by lowering the punch, and an appropriate vertical load may be applied by using a holder to prevent this. This can prevent the formation of wrinkles. At this time, the holder causes friction with the plate, which is the workpiece, in order to reduce such friction, conventionally, lubricating oil was used.

이러한 윤활유를 사용하는 종래의 방법은 윤활유를 제거하는 윤활유 세척 공정이 추가로 필요하고, 고온, 고압의 환경에서는 윤활유가 피가공물에 골고루 도포되기 어려워서 제품의 외관이 깨끗하지 못했었던 문제점이 있었다. Conventional methods using such lubricants require a lubricating oil washing process to remove the lubricating oil, and in a high temperature and high pressure environment, the lubricating oil is difficult to be evenly applied to the workpiece, thereby preventing the appearance of the product from being clean.

본 발명의 사상은, 이러한 문제점을 해결하는 것으로서, 펀치의 전후진방향과 평행한 방향으로 요동하는 초음파 진동을 발생시켜서 딥 드로잉 가공시 마찰력을 최소화하여 윤활제가 불필요하고, 소재의 성형성을 향상시켜서 다양한 형태의 제품을 가공할 수 있으며, 제품의 외관을 깨끗하게 할 수 있고, 제품의 생산 시간과 생산 비용을 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 적은 힘으로도 성형이 용이하여 장치의 제작 비용을 줄일 수 있게 하는 초음파 진동을 이용한 성형 장치 및 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것을 아니다.The idea of the present invention is to solve this problem, by generating ultrasonic vibrations oscillating in the direction parallel to the forward and backward direction of the punch, minimizing the friction force during deep drawing process, no lubricant is required, and improves the formability of the material Various types of products can be processed, the appearance of the product can be cleaned, productivity can be improved by reducing the production time and production cost of the product, and the molding cost can be easily reduced with low force, thus reducing the manufacturing cost of the device. The present invention provides a molding apparatus using ultrasonic vibration and a deep drawing apparatus using ultrasonic vibration. However, these problems are illustrative, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치는, 피가공물을 가압할 수 있는 펀치; 피가공물의 일면의 일부를 지지할 수 있는 다이; 피가공물의 타면의 일부를 지지하는 홀더; 상기 다이와 피가공물 사이에 설치되고, 상기 피가공물에 초음파 진동을 전달하는 진동판; 및 상기 진동판에 초음파 진동을 인가하는 진동 발생 장치;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention for solving the above problems, a molding apparatus using ultrasonic vibration includes a punch capable of pressing a workpiece; A die capable of supporting a portion of one side of the workpiece; A holder for supporting a portion of the other surface of the workpiece; A diaphragm installed between the die and the workpiece and transmitting ultrasonic vibrations to the workpiece; And a vibration generating device for applying ultrasonic vibration to the diaphragm.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 다이와 상기 진동판은 일체로 형성되는 것일 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the die and the diaphragm may be integrally formed.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 진동 발생 장치는, 압전소자를 이용하여 발진기(generator)의 전기에너지를 초음파 진동에너지로 변환하는 진동자(transducer); 지지 몸체에 설치되고, 상기 진동에너지를 전달하는 부스터(booster); 및 상기 부스터와 상기 진동판 사이에 설치되고, 공진을 이용하여 초음파 진동의 진폭을 증폭시키는 혼(horn);을 포함할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the vibration generating device, a transducer for converting the electrical energy of the oscillator (generator) into ultrasonic vibration energy using a piezoelectric element; A booster installed in the support body and transmitting the vibration energy; And a horn installed between the booster and the diaphragm to amplify the amplitude of ultrasonic vibration by using resonance.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 진동판은, 상기 펀치의 전후진방향과 직각을 이루어 설치되는 것일 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the diaphragm may be installed at right angles to the forward and backward direction of the punch.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 진동 발생 장치는, 상기 진동판의 적어도 하나의 귀퉁이와 각각 연결되고, 상기 펀치의 전후진방향과 평행을 이루는 방향으로 진동이 이루어지도록 설치되는 것일 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the vibration generating device may be installed so as to be connected to at least one corner of the diaphragm, respectively, and to vibrate in a direction parallel to the forward and backward directions of the punch.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 진동 발생 장치는, 상기 진동자를 둘러싸고, 냉매를 이용하여 상기 진동자를 냉각시킬 수 있도록 일측에 냉매 공급관이 설치되며, 타측에 냉매 배출관이 설치되는 진동자 냉각기;를 더 포함할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the vibration generating device, a vibrator cooler having a refrigerant supply pipe is installed on one side, the refrigerant discharge pipe is installed on the other side so as to surround the vibrator, and cool the vibrator using a refrigerant; It may further include.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 냉매는 적어도 공기, 가스, 불활성기체, 냉각수, 오일 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the refrigerant may be made by selecting at least one of air, gas, inert gas, cooling water, oil, and combinations thereof.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 다이와 상기 진동판은, 미세 간격을 두고 서로 이격되게 설치되는 것일 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the die and the diaphragm may be installed to be spaced apart from each other at a fine interval.

또한, 본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치는, 상기 홀더 또는 펀치에 설치되고, 가열체의 교체가 용이하며, 상기 피가공물을 가열하는 카트리지 히터(cartridge heater);를 더 포함할 수 있다.In addition, the molding apparatus using ultrasonic vibration in accordance with the spirit of the present invention, is installed in the holder or punch, easy replacement of the heating body, the cartridge heater (cartridge heater) for heating the workpiece; may further include a have.

또한, 본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치는, 상기 다이에 설치되고, 가열체의 교체가 용이하며, 상기 피가공물을 가열하는 카트리지 히터(cartridge heater);를 더 포함할 수 있다.In addition, the molding apparatus using the ultrasonic vibration according to the spirit of the present invention, a cartridge heater is installed on the die, easy to replace the heating body, and heat the workpiece.

또한, 본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치는, 가공을 마친 피가공물을 다이로부터 분리시키는 녹아웃 핀이 설치되는 녹아웃 실린더(knock-out cylinder);를 더 포함할 수 있다.In addition, the molding apparatus using the ultrasonic vibration according to the spirit of the present invention may further include a knock-out cylinder (knock-out cylinder) is installed that separates the processed workpiece from the die.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치는, 피가공물을 가압할 수 있는 펀치; 피가공물의 일면의 일부를 지지할 수 있는 다이; 피가공물의 타면의 일부를 지지하는 홀더; 상기 다이와 피가공물 사이에 설치되고, 상기 피가공물에 초음파 진동을 전달하는 진동판; 및 상기 진동판에 초음파 진동을 인가하는 진동 발생 장치;를 포함할 수 있다.On the other hand, the deep drawing device using ultrasonic vibration in accordance with the idea of the present invention for solving the above problems, a punch capable of pressing the workpiece; A die capable of supporting a portion of one side of the workpiece; A holder for supporting a portion of the other surface of the workpiece; A diaphragm installed between the die and the workpiece and transmitting ultrasonic vibrations to the workpiece; And a vibration generating device for applying ultrasonic vibration to the diaphragm.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치는, 피가공물을 가압할 수 있는 펀치; 피가공물의 일면의 일부를 지지할 수 있는 다이; 피가공물의 타면의 일부를 지지하는 홀더; 및 상기 홀더에 초음파 진동을 인가하는 진동 발생 장치;를 포함할 수 있다.On the other hand, the deep drawing device using ultrasonic vibration in accordance with the idea of the present invention for solving the above problems, a punch capable of pressing the workpiece; A die capable of supporting a portion of one side of the workpiece; A holder for supporting a portion of the other surface of the workpiece; And a vibration generating device for applying ultrasonic vibration to the holder.

본 발명의 사상에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치 및 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치는, 홀더와 피가공물의 마찰을 줄여서 윤활제가 불필요하고, 다양한 형태의 제품을 가공할 수 있으며, 제품의 외관을 깨끗하게 할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 장치의 제작 비용을 절감할 수 있는 초음파 진동을 이용한 성형 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The molding apparatus using the ultrasonic vibration and the deep drawing apparatus using the ultrasonic vibration in accordance with the spirit of the present invention, by reducing the friction between the holder and the workpiece, no lubricant is required, can process various types of products, the appearance of the product clean The present invention provides a molding apparatus using ultrasonic vibration, which can improve the productivity and reduce the manufacturing cost of the apparatus. However, such a problem is exemplary, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 초음파 진동을 이용한 성형 장치의 피가공물 가공 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치의 측면도이다.
도 4는 도 3의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치의 효과를 나타내는 피가공물 사진이다.
1 is a partial cross-sectional view showing a molding apparatus using ultrasonic vibration in accordance with some preferred embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a workpiece processing state of the molding apparatus using the ultrasonic vibration of FIG. 1.
3 is a side view of a molding apparatus using ultrasonic vibration in accordance with some preferred embodiments of the present invention.
4 is a perspective view of FIG.
5 is a photograph of a workpiece showing the effect of the molding apparatus using ultrasonic vibration in accordance with some preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or substrate is referred to as being "on", "connected to", "laminated" or "coupled to" another element, It will be appreciated that elements may be directly "on", "connected", "laminated" or "coupled" to another element, or there may be other elements intervening therebetween. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. Like numbers refer to like elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure. If the device faces in the other direction (rotated 90 degrees relative to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions shown herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

이하, 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a molding apparatus using ultrasonic vibration according to some exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치(100)를 나타내는 부분 단면도이고, 도 2는 도 1의 초음파 진동을 이용한 성형 장치(100)의 피가공물(1) 가공 상태를 나타내는 부분 단면도이고, 도 3은 도 1의 측면도이고, 도 4는 도 1의 사시도이다.1 is a partial cross-sectional view showing a molding apparatus 100 using ultrasonic vibration in accordance with some preferred embodiments of the present invention, Figure 2 is a processing of the workpiece (1) of the molding apparatus 100 using the ultrasonic vibration of Figure 1 3 is a side view of FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view of FIG. 1.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치(100)는, 크게 다이(10)와, 홀더(41)와, 펀치(30)와, 진동판(20)과, 진동 발생 장치(22)를 포함할 수 있다.1 to 4, the molding apparatus 100 using ultrasonic vibration according to some preferred embodiments of the present invention, the die 10, the holder 41, the punch 30 and , The diaphragm 20 and the vibration generating device 22 may be included.

여기서, 상기 다이(10)는, 피가공물(1)의 일면의 일부, 즉 도면 상 상기 피가공물(1)의 하면의 일부를 지지할 수 있는 것으로서, 중앙에 상기 펀치(30)가 삽입될 수 있는 펀치홀이 형성될 수 있다.Here, the die 10 may support a portion of one surface of the workpiece 1, that is, a portion of the lower surface of the workpiece 1 in the drawing, and the punch 30 may be inserted into the center of the die 10. Punch holes can be formed.

또한, 상기 홀더(41)는, 상기 피가공물(1)의 타면의 일부, 즉 도면 상 상기 피가공물(1)의 상면의 일부를 지지할 수 있는 것으로서, 상기 펀치(30)의 하강에 의해 상기 피가공물(1)이 오므려지는 동안 상기 피가공물(1)의 가장자리는 압축응력을 받아 주름이 형성될 수 있는데, 상기 홀더(41)는, 상기 피가공물(1)에 적절한 수직하중을 부과하여 주름의 형성을 예방하는 역할을 할 수 있다.In addition, the holder 41 is capable of supporting a part of the other surface of the workpiece 1, that is, a part of the upper surface of the workpiece 1 in the drawing, and by lowering the punch 30 The edge of the workpiece 1 may be crimped while the workpiece 1 is closed, and the holder 41 may impose an appropriate vertical load on the workpiece 1. It can serve to prevent the formation of wrinkles.

또한, 상기 펀치(30)는, 상기 피가공물(1)을 가압할 수 있는 것으로서, 도시하지 않았지만, 프레스 장치와 연결되어 상기 다이(10)에 의해 지지되는 상기 피가공물(1)을 가압할 수 있는 장치이다.In addition, the punch 30 is capable of pressing the workpiece 1, and although not illustrated, the punch 30 may press the workpiece 1 connected to a press device and supported by the die 10. Device.

여기서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치(100)는 판형태의 피가공물(1)을 컵형태로 판재 성형하는 딥드로잉(deep drawing)을 예시하였으나, 기타 인발, 압출, 블랭킹 등 상기 펀치(30)와 다이(10)의 형상을 달리하는 모든 종류의 성형 공정에서 적용되는 것이 가능하다. Here, although the molding apparatus 100 using ultrasonic vibration according to some embodiments of the present invention illustrates a deep drawing for forming a plate-shaped workpiece 1 in a cup form, other drawing and extrusion It is possible to be applied in all kinds of molding processes that vary the shape of the punch 30 and the die 10, such as blanking.

또한, 상기 진동판(20)은, 상기 다이(10)와 피가공물(1) 사이에 설치되는 것으로서, 상기 피가공물(1)에 초음파 진동을 전달하는 판재이다.In addition, the diaphragm 20 is provided between the die 10 and the work 1, and is a plate material that transmits ultrasonic vibration to the work 1.

여기서, 상기 진동판(20)은, 상기 다이(10)와 상관 없이 진동될 수 있도록 상기 다이(10)와 상기 진동판(20)은, 미세 간격(S)을 두고 서로 이격되게 설치될 수 있다.Here, the diaphragm 20, the die 10 and the diaphragm 20 may be installed to be spaced apart from each other at a fine interval (S) so as to be vibrated irrespective of the die 10.

또는, 상기 진동판(20)은, 상기 다이(10)와 일체로 형성되는 것도 가능하다.Alternatively, the diaphragm 20 may be formed integrally with the die 10.

또한, 상기 진동 발생 장치(22)는, 상기 진동판(20)에 초음파 진동을 인가하는 것으로서, 진동자(22-3)(transducer)와, 부스터(22-2)(booster) 및 혼(22-1)(horn)을 포함할 수 있다.In addition, the vibration generator 22 applies ultrasonic vibration to the diaphragm 20, and includes a vibrator 22-3, a booster 22-2, a booster, and a horn 22-1. It may include a horn.

여기서, 상기 진동자(22-3)는, 압전소자를 이용하여 발진기(generator)의 전기에너지를 초음파 진동에너지로 변환하는 장치이다. 이러한 상기 진동에너지는 반드시 초음파를 갖는 것이 아니라 다양한 형태의 파장을 갖는 것도 가능하다.Here, the vibrator 22-3 is a device that converts electrical energy of an oscillator into ultrasonic vibration energy by using a piezoelectric element. The vibration energy does not necessarily have ultrasonic waves, but may have various types of wavelengths.

또한, 상기 부스터(22-2)는, 지지 몸체(50)에 설치되어 상기 혼(22-1)에 진동에너지를 전달하는 장치이다.In addition, the booster 22-2 is a device installed on the support body 50 to transmit vibration energy to the horn 22-1.

또한, 상기 혼(22-1)은, 상기 부스터(22-2)와 상기 진동판(20) 사이에 설치되는 것으로서, 공진을 이용하여 초음파 진동의 진폭을 증폭시키는 장치이다. 이러한 상기 혼(22-1)은 반드시 원뿔 형상인 것이 아니라 진폭을 증폭시킬 수 있는 원기둥형, 타원기둥형, 다각기둥형, 다면체 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.The horn 22-1 is provided between the booster 22-2 and the diaphragm 20, and is an apparatus that amplifies the amplitude of ultrasonic vibration by using resonance. The horn 22-1 is not necessarily conical, but may be manufactured in various forms such as a cylinder, an elliptic cylinder, a polygonal cylinder, and a polyhedron, which can amplify the amplitude.

여기서, 상기 지지 몸체(50)는 상기 펀치(30)의 가압 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 일측면에 관통창(50a)이 형성될 수 있다.Here, the support body 50 may be formed with a through window (50a) on one side so as to visually check the pressing state of the punch (30).

한편, 상기 진동판(20)은, 상기 펀치(30)의 전후진방향과 직각을 이루어 설치될 수 있고, 상기 혼(22-1)은, 상기 진동판(20)의 네 귀퉁이와 각각 연결될 수 있으며, 상기 펀치(30)의 전후진방향과 평행을 이루는 방향으로 설치될 수 있다.On the other hand, the diaphragm 20 may be installed at right angles to the forward and backward direction of the punch 30, the horn 22-1, may be connected to the four corners of the diaphragm 20, respectively, It may be installed in a direction parallel to the forward and backward direction of the punch 30.

여기서, 상기 진동 발생 장치(22)는, 초음파의 진동 강도를 향상시키기 위하여, 적어도 하나 이상 2개, 3개, 4개, 4개 이상 등 다양한 개수로 상기 진동판(20)과 연결되어 설치될 수 있고, 반드시 상기 펀치(30)의 전후진방향과 평행을 이루지 않더라도 예를 들어서, 특정 각도로 설치되거나 상기 펀치(30)의 전후진방향과 수직을 이루어서 설치되는 것도 가능하다.Here, the vibration generating device 22, in order to improve the vibration intensity of the ultrasonic wave, may be installed in connection with the diaphragm 20 in various numbers, such as at least one, two, three, four, four or more. And, even if not necessarily parallel to the forward and backward direction of the punch 30, for example, it may be provided at a specific angle or may be provided perpendicular to the forward and backward direction of the punch 30.

한편, 상기 진동 발생 장치(22)는, 상기 진동자(22-3)를 둘러싸고, 냉매를 이용하여 상기 진동자(22-3)를 냉각시킬 수 있도록 일측에 냉매 공급관(61)이 설치되며, 타측에 냉매 배출관(62)이 설치되는 진동자 냉각기(60)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the vibration generating device 22, the refrigerant supply pipe 61 is provided on one side so as to surround the vibrator (22-3) to cool the vibrator (22-3) using a refrigerant, the other side The refrigerant discharge pipe 62 may further include a vibrator cooler 60 is installed.

여기서, 상기 냉매는 일반적으로 사용하기 용이한 공기를 이용하여 공랭식 냉각기를 구성하는 것도 가능하나, 이외에도, 상기 냉매로 각종 가스, 불활성기체, 냉각수, 오일 등이 적용될 수 있다.Here, the refrigerant may be configured to form an air-cooled cooler using air which is generally easy to use. In addition, various refrigerants, inert gases, cooling water, oil, and the like may be applied as the refrigerant.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 홀더(41)에 초음파 진동을 인가하는 별도의 진동 발생 장치(80)가 추가로 설치되는 것도 가능하다. 여기서, 상기 진동 발생 장치(80)는 상술된 진동 발생 장치(22)와 동일한 구성을 갖을 수 있는 것으로서, 상세한 설명은 생략한다.In addition, as shown in Figures 1 and 2, it is also possible to further install a separate vibration generating device 80 for applying ultrasonic vibration to the holder (41). Here, the vibration generating device 80 may have the same configuration as the vibration generating device 22 described above, a detailed description thereof will be omitted.

따라서, 상기 피가공물(1)은 양면에 각각 설치된 진동 발생 장치(22)(80)들로부터 진동을 전달받아 상기 홀더(41)와 상기 피가공물(1) 또는 상기 다이(10)와 상기 피가공물(1)에서 발생되는 마찰력을 최소화할 수 있다.Accordingly, the workpiece 1 receives vibrations from the vibration generating devices 22 and 80 respectively installed on both sides of the workpiece 41 and the workpiece 1 or the die 10 and the workpiece. It is possible to minimize the friction generated in (1).

한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치(100)는, 상기 홀더(41)나, 상기 펀치(30) 또는 다이(10)에 설치되고, 가열체의 교체가 용이하며, 상기 피가공물(1)을 가열하는 카트리지 히터(42)(cartridge heater) 및 가공을 마친 피가공물(1)을 다이(10)로부터 분리시키는 녹아웃 핀(71)이 설치되는 녹아웃 실린더(70)(knock-out cylinder)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, as shown in Figures 1 to 4, the molding apparatus 100 using the ultrasonic vibration according to some embodiments of the present invention, the holder 41, the punch 30 or the die 10 And a knockout pin installed in the die 10 for easy replacement of the heating body, separating the cartridge heater 42 for heating the workpiece 1 and the finished workpiece 1 from the die 10. The knock-out cylinder 70 may further include a knock-out cylinder 70.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 카트리지 히터(42)는, 카트리지 홀(H)에 봉상의 가열체가 착탈 가능하게 삽입될 수 있고, 이외에도 매우 다양한 형태의 가열체가 적용될 수 있다.Here, as shown in FIG. 3, the cartridge heater 42 may be removably inserted into a rod-shaped heating body in the cartridge hole H, and a wide variety of heating bodies may be applied.

따라서, 이러한 본 발명의 일부 실싱예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어서, 상기 진동판(20)의 네 귀퉁이에 각각 설치된 4개의 상기 진동 발생 장치(22)에서 발생된 초음파 진동은, 상기 다이(10)와 미세 간격(S)으로 이격된 상기 진동판(20)에 전달되어 상기 진동판(20)이 상기 펀치(30)의 전후진방향과 평행한 방향으로 미세하게 전후진되면서 초음파 진동될 수 있다.Therefore, referring to the operation of the molding apparatus 100 using ultrasonic vibration according to some of the silencing examples of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, at four corners of the diaphragm 20, for example. Ultrasonic vibrations generated by each of the four vibration generating devices 22 installed are transmitted to the diaphragm 20 spaced apart from the die 10 at a minute interval S so that the diaphragm 20 causes the punch 30. Ultrasonic vibration may be performed while the device is moved back and forth in a direction parallel to the forward and backward direction of the waveguide.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 펀치(30)가 상기 진동판(20)에 의해 초음파 진동되는 피가공물(1)을 가압하면 상기 피가공물(1)은 상기 진동판(20)에 의해 상기 펀치(30)의 전진방향과 동일한 방향으로 초음파 진동되기 때문에 상기 홀더(41)와 상기 피가공물(1) 또는 상기 다이(10)와 상기 피가공물(1)의 마찰력이 최소화되어 상기 펀치(30)에 의해 쉽게 오무려지면서 쉽게 늘어날 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2, when the punch 30 presses the workpiece 1 ultrasonically vibrated by the diaphragm 20, the workpiece 1 is punched by the diaphragm 20. Ultrasonic oscillation in the same direction as the forward direction of 30 results in minimizing the frictional force between the holder 41 and the workpiece 1 or the die 10 and the workpiece 1 so that the punch 30 It can be easily pinched and stretched easily.

이 때, 상기 진동판(20)은 상기 지지 몸체(50)의 일측에 견고하게 고정된 상기 다이(10)와 미세 간격(S)으로 분리되어 있기 때문에 상기 다이(10)와는 상관 없이 가공이 진행되는 동안 자유롭게 초음파 진동될 수 있고, 이러한 초음파 진동은 상기 피가공물(1)에 그대로 전달될 수 있다.At this time, since the diaphragm 20 is separated by the fine spacing S and the die 10 firmly fixed to one side of the support body 50, the machining proceeds regardless of the die 10. It can be freely ultrasonic vibration while the ultrasonic vibration can be transmitted as it is to the workpiece (1).

또한, 도 2의 피가공물(1)은 상기 히터(42)(11)에 의해서 가열될 수 있고, 상기 진동 발생 장치(22)의 진동자(22-3)는 상기 진동자 냉각기(60)를 이용하여 냉각됨으로써 상기 진동자(22-3)를 고온의 환경으로부터 보호할 수 있다. In addition, the workpiece 1 of FIG. 2 may be heated by the heaters 42 and 11, and the vibrator 22-3 of the vibration generator 22 uses the vibrator cooler 60. By cooling, the vibrator 22-3 can be protected from a high temperature environment.

이어서, 사용자는, 상기 관통창(50a)을 통해서, 상기 펀치(30)의 진행 상황을 육안으로 판별하거나, 별도의 센서를 이용하여 상기 녹아웃 실린더(70)를 가동시켜서 가공을 마친 상기 피가공물(1)을 상기 다이(10)로부터 분리해 낼 수 있다.Subsequently, the user visually determines the progress of the punch 30 through the through window 50a, or operates the knockout cylinder 70 using a separate sensor to finish the workpiece ( 1) can be separated from the die 10.

도 5는 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치의 효과를 나타내는 피가공물 사진이다.5 is a photograph of a workpiece showing the effect of the molding apparatus using ultrasonic vibration in accordance with some preferred embodiments of the present invention.

그러므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 드로잉비(DR=D/d, 여기서 D는 소재의 지름, d는 펀치의 지름)가 2.34일 때, 초음파 진동이 인가되지 않은 상태로 성형된 피가공물 사진(a)의 경우에는 피가공물이 찢어지는 파손(fracture)이 발생되었으나, 본 발명의 초음파 진동을 이용한 성형장치를 이용하여 초음파 진동이 인가된 피가공물 사진(b)의 경우에는 파손이 발생되지 않았음을 확인할 수 있었다.Therefore, as shown in Fig. 5, when the drawing ratio (DR = D / d, where D is the diameter of the material, d is the diameter of the punch) is 2.34, the workpiece picture formed without the ultrasonic vibration applied In the case of (a), a fracture occurred in which the workpiece was torn, but no damage occurred in the case of the workpiece (b) to which ultrasonic vibration was applied using the molding apparatus using the ultrasonic vibration of the present invention. I could confirm the note.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

1: 피가공물
10: 다이
20: 펀치
30: 진동판
22, 80: 진동 발생 장치
22-1: 혼
22-2: 부스터
22-3: 진동자
50: 지지 몸체
50a: 관통창
60: 진동자 냉각기
61: 냉매 공급관
62: 냉매 배출관
S: 미세 간격
41: 홀더
42: 카트리지 히터
70: 녹아웃 실린더
71: 녹아웃 핀
H; 카트리지 홀
1: Workpiece
10: die
20: punch
30: diaphragm
22, 80: vibration generating device
22-1: Horn
22-2: Booster
22-3: oscillator
50: support body
50a: through-window
60: oscillator cooler
61: refrigerant supply pipe
62: refrigerant discharge pipe
S: fine spacing
41: holder
42: cartridge heater
70: knockout cylinder
71: knockout pin
H; Cartridge hole

Claims (13)

피가공물을 가압할 수 있는 펀치;
피가공물의 일면의 일부를 지지할 수 있는 다이;
피가공물의 타면의 일부를 지지하는 홀더;
상기 다이와 피가공물 사이에 설치되고, 상기 피가공물에 초음파 진동을 전달하고, 상기 다이와 상관없이 진동되도록 상기 다이에서 미세 간격을 두고 이격되게 설치되는 진동판; 및
상기 진동판에 초음파 진동을 인가하는 진동 발생 장치;
를 포함하고,
상기 진동 발생장치는,
압전소자를 이용하여 발진기(generator)의 전기에너지를 초음파 진동에너지로 변환하는 진동자(transducer);
지지 몸체에 설치되고, 상기 진동에너지를 전달하는 부스터(booster);
상기 부스터와 상기 진동판 사이에 설치되고, 공진을 이용하여 초음파 진동의 진폭을 증폭시키는 혼(horn); 및
상기 진동자를 둘러싸고, 냉매를 이용하여 상기 진동자를 냉각시킬 수 있도록 일측에 냉매 공급관이 설치되며, 타측에 냉매 배출관이 설치되는 진동자 냉각기;
를 포함하는, 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
A punch capable of pressing the work piece;
A die capable of supporting a portion of one side of the workpiece;
A holder for supporting a portion of the other surface of the workpiece;
A diaphragm installed between the die and the workpiece, the vibration plate transmitting ultrasonic vibration to the workpiece and spaced apart from each other at minute intervals so as to vibrate regardless of the die; And
A vibration generating device for applying ultrasonic vibration to the diaphragm;
Lt; / RTI >
The vibration generating device,
A transducer for converting electrical energy of a generator into ultrasonic vibration energy using a piezoelectric element;
A booster installed in the support body and transmitting the vibration energy;
A horn installed between the booster and the diaphragm and amplifying the amplitude of ultrasonic vibration using resonance; And
A vibrator cooler surrounding the vibrator and having a coolant supply pipe installed at one side to cool the vibrator using a coolant, and a coolant discharge pipe installed at the other side;
Forming apparatus comprising an ultrasonic vibration.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 진동판은, 상기 펀치의 전후진방향과 직각을 이루어 설치되는 것인 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
The method of claim 1,
The diaphragm is formed by forming an ultrasonic vibration perpendicular to the forward and backward direction of the punch.
제 1 항에 있어서,
상기 진동 발생 장치는, 상기 진동판의 적어도 하나의 귀퉁이와 각각 연결되고, 상기 펀치의 전후진방향과 평행을 이루는 방향으로 진동이 이루어지도록 설치되는 것인 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
The method of claim 1,
The vibration generating device is connected to at least one corner of the diaphragm, each forming apparatus using ultrasonic vibration is installed so that the vibration is made in a direction parallel to the forward and backward direction of the punch.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 냉매는 적어도 공기, 가스, 불활성기체, 냉각수, 오일 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것인 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
The method of claim 1,
And the coolant is selected from at least one of air, gas, inert gas, cooling water, oil, and a combination thereof.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 홀더 또는 펀치에 설치되고, 가열체의 교체가 용이하며, 상기 피가공물을 가열하는 카트리지 히터(cartridge heater);
를 더 포함하는 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
The method of claim 1,
A cartridge heater installed in the holder or punch, for easy replacement of the heating body, and for heating the workpiece;
Molding apparatus using ultrasonic vibration further comprising.
제 1 항에 있어서,
상기 다이에 설치되고, 가열체의 교체가 용이하며, 상기 피가공물을 가열하는 카트리지 히터(cartridge heater);
를 더 포함하는 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
The method of claim 1,
A cartridge heater installed on the die and for easily replacing a heating element and heating the workpiece;
Molding apparatus using ultrasonic vibration further comprising.
제 1 항에 있어서,
가공을 마친 피가공물을 다이로부터 분리시키는 녹아웃 핀이 설치되는 녹아웃 실린더(knock-out cylinder);
를 더 포함하는 초음파 진동을 이용한 성형 장치.
The method of claim 1,
A knock-out cylinder having a knock-out pin for separating the processed workpiece from the die;
Molding apparatus using ultrasonic vibration further comprising.
피가공물을 가압할 수 있는 펀치;
피가공물의 일면의 일부를 지지할 수 있는 다이;
피가공물의 타면의 일부를 지지하는 홀더;
상기 다이와 피가공물 사이에 설치되고, 상기 피가공물에 초음파 진동을 전달하고, 상기 다이와 상관없이 진동되도록 상기 다이에서 미세 간격을 두고 이격되게 설치되는 진동판; 및
상기 진동판에 초음파 진동을 인가하는 진동 발생 장치;
를 포함하고,
상기 진동 발생장치는,
압전소자를 이용하여 발진기(generator)의 전기에너지를 초음파 진동에너지로 변환하는 진동자(transducer);
지지 몸체에 설치되고, 상기 진동에너지를 전달하는 부스터(booster);
상기 부스터와 상기 진동판 사이에 설치되고, 공진을 이용하여 초음파 진동의 진폭을 증폭시키는 혼(horn); 및
상기 진동자를 둘러싸고, 냉매를 이용하여 상기 진동자를 냉각시킬 수 있도록 일측에 냉매 공급관이 설치되며, 타측에 냉매 배출관이 설치되는 진동자 냉각기;
를 포함하는 초음파 진동을 이용한 딥 드로잉 장치.
A punch capable of pressing the work piece;
A die capable of supporting a portion of one side of the workpiece;
A holder for supporting a portion of the other surface of the workpiece;
A diaphragm installed between the die and the workpiece, the vibration plate transmitting ultrasonic vibration to the workpiece and spaced apart from each other at minute intervals so as to vibrate regardless of the die; And
A vibration generating device for applying ultrasonic vibration to the diaphragm;
Lt; / RTI >
The vibration generating device,
A transducer for converting electrical energy of a generator into ultrasonic vibration energy using a piezoelectric element;
A booster installed in the support body and transmitting the vibration energy;
A horn installed between the booster and the diaphragm and amplifying the amplitude of ultrasonic vibration using resonance; And
A vibrator cooler surrounding the vibrator and having a coolant supply pipe installed at one side to cool the vibrator using a coolant, and a coolant discharge pipe installed at the other side;
Deep drawing device using an ultrasonic vibration comprising a.
삭제delete
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