KR101507754B1

KR101507754B1 - 금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법

Info

Publication number: KR101507754B1
Application number: KR1020130105737A
Authority: KR
Inventors: 진인태
Original assignee: 주식회사 성우하이텍; 부경대학교 산학협력단
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-31
Also published as: KR20150026637A; US9579747B2; US20150060530A1

Abstract

금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법이 개시된다. 본 발명은 상부 일측과 하부 타측에서 상호 대응하는 각 내측면에 직각톱니와 경사톱니가 상호 어긋나게 형성되어 일정폭 중첩되며 가압 실린더에 의해 각각 구동하는 상부 및 하부 전단접합금형, 및 상부 타측과 하부 일측에서 각 전단접합금형의 직각톱니에 접촉된 상태로 클램핑 실린더에 의해 각각 구동하며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 상부 및 하부 가열 클램퍼를 포함하는 금속판재의 전단접합장치를 통하여 중첩된 금속판재를 상호 접합하되, 상기 상부 전단접합금형 및 상부 가열 클램퍼와, 상기 하부 전단접합금형 및 하부 가열 클램퍼 사이에 선단부가 일정폭 중첩되도록 하여 금속판재를 투입하고, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 통하여 클램핑한 상태로 전도가열에 의해 중첩된 선단부를 고상의 열간 상태로 가열하고, 이후, 상부 및 하부 전단접합금형을 동일 스트로크로 가압 작동시켜 각 금속판재의 선단부를 전단함과 동시에, 상기 선단부의 전단과정에 각 금속판재에 접촉되는 각 경사톱니의 경사면 선단과 이에 대응하는 각 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 형성되는 틈을 통하여 각 경사톱니에 형성된 공간부로 접합부의 과잉금속이 압출되면서 발생되는 압출응력에 의해 금속판재 간에 접합부를 형성하여 접합하는 전단접합방법을 제공한다.

Description

금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법{SHEAR BONDING DEVICE AND METHOD OF METAL PLATES}

본 발명은 금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중첩된 2장의 금속판재를 선단부를 전단함과 동시에, 일정폭의 접합부를 따라 가압력에 의해 접합할 수 있도록 하는 금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속판재의 맞대기 접합기술은 산업 전반에 걸쳐 널리 적용되고 있는 금속판재 간의 접합기술 중의 하나이다. 특히, 강성, 재질, 두께 등이 다른 금속판재의 접합으로 이루어지는 테일러 웰디드 블랭크(TWB; Tailor Welded Blank)와 같은 스탬핑 소재나, 소재공급의 연속성이 요구되는 코일재간의 접합기술로 적용되는 예가 대표적이라 할 수 있다.

이러한 금속판재의 접합기술과 관련하여 대한민국 등록특허 제0622524호(등록공고일 2006년09월13일)의 열간금속판재 소성유동 고상접합장치 및 접합방법은 두 장의 가열된 금속판재의 선단표면을 상호 중첩시켜 밀폐형 접합금형 속에서 강한 압력에 의하여 중첩된 열간 금속을 소성유동시키면서 접합하는 기술이다.

즉, 두 장의 가열된 금속판재가 각각 접합금형의 양쪽방향에 있는 나팔 입구부를 통하여 접합금형 속으로 삽입될 때 금형 내부에 삽입되어 있는 세이빙 금형 칼날에 의해서 중첩될 두 장의 금속판재 중첩표면이 세이빙 절삭되어 산화막이 제거된 상태로 상호 중첩된 후, 중첩된 면에 수직방향으로 상부 접합금형에 의하여 강한 압력으로 압착 단조될 때, 밀폐된 금형의 구조 때문에 접합 시, 강한 압착력을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 중첩된 과잉소재가 접합과 동시에 금형 내부의 세이빙 금형과 클램프 표면이 이루는 과잉금속 보관용 빈공간으로의 소성유동에 의하여 밀려나면서 금속판재 선단면에 있는 산화막도 빈공간으로 밀려나가게 하여 판재의 선단 중첩표면과 선단면에 있는 산화막이 제거된 상태의 순수한 금속만으로 소성유동접합이 되도록 하는 것이 특징이다.

한편, 맞춤식 재단 용접으로 이루어지는 테일러 웰디드 블랭크(TWB; Tailor Welded Blank)와 같이, 종래기술에 따른 금속판재의 맞대기 접합기술은 각 금속판재의 선단을 따라 용접 등에 의해 맞대기 접합하기 이전에, 각 금속판재의 접합부 선단을 일치시키기 위한 트리밍(trimming) 공정이 선행되어야 하는 문제점이 있다.

또한, 종래기술에 따른 금속판재의 맞대기 접합기술은 비철금속이나 두꺼운 금속판재의 경우, 용접 등의 용융공법을 적용하여 맞대기 접합하기에는 많은 기술적 어려움이 있다.

본 발명은 종래기술의 문제점 및 기술적 어려움을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 상하로 상호 어긋나게 대응하는 직각톱니와 경사톱니를 형성한 상부 및 하부 전단접합금형의 작동에 의해 중첩된 금속판재의 불규칙한 각 선단부를 고상의 열간 상태에서 전단과 동시에, 접합부의 과잉금속이 각 전단접합금형의 경사톱니에 형성된 공간부를 통하여 압출되면서 압출응력에 의해 금속판재 간의 맞대기 접합을 이루는 금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상부 및 하부 가열 클램퍼를 통한 전도가열에 의해 고상의 열간 상태로 중첩된 금속판재의 접합부에 대하여 상부 및 하부 전단접합금형에 의한 전단 및 1차 가압과, 상부 및 하부 가열 클램퍼에 의한 2차 가압을 진행하여 접합부 소재의 소성유동에 의한 교반을 이루어 접합 강도를 확보하는 금속판재의 전단접합장치 및 전단접합방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상부 일측에 배치되며, 내측면에는 상부 직각톱니와 상부 경사톱니가 일정간격으로 반복하여 형성되는 상부 전단접합금형; 상기 상부 전단접합금형에 대하여 하부 타측에서 일정폭 중첩되어 배치되며, 내측면에는 상기 상부 경사톱니에 대응하는 하부 직각톱니와, 상기 상부 직각톱니에 대응하는 하부 경사톱니가 일정간격으로 반복하여 형성되는 하부 전단접합금형; 상기 상부 전단접합금형의 각 상부 직각톱니에 접촉된 상태로, 상부 타측에 배치되며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 상부 가열 클램퍼; 상기 하부 전단접합금형의 각 하부 직각톱니에 접촉된 상태로, 하부 일측에 배치되며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 하부 가열 클램퍼; 고정체 상에 구성되어 상기 상부 및 하부 전단접합금형을 각각 상하로 구동하여 가압력을 제공하는 상부 및 하부 가압 실린더; 및 고정체 상에 구성되어 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 각각 상하로 구동하여 클램핑력 및 가압력을 제공하는 상부 및 하부 클램핑 실린더를 포함하여 중첩된 금속판재의 각 선단부를 전도가열하여 고상의 열간 상태로 전단함과 동시에, 접합부를 2차에 걸쳐 가압하여 접합부 내 과잉금속의 압출응력과 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반으로 2장의 금속판재를 상호 접합하는 금속판재의 전단접합장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 상부 직각톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 상부 경사톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 예각의 경사면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부 직각톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 하부 경사톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 예각의 경사면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 경사톱니는 각 경사면이 동일한 경사각을 가질 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 경사톱니로 형성하는 각 경사면과, 상기 각 경사면의 양측에 형성되는 각 상부 및 하부 직각톱니의 양 측면과, 상기 각 경사면에 대응하는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 상기 접합부 내 과잉금속이 압출되도록 공간부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 경사톱니는 상기 금속판재에 접촉되는 각 경사면 선단이 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 직각톱니의 각 수직면 선단에 대하여 일정간격 내측에 위치될 수 있다.

또한, 상기 과잉금속의 압출응력은 상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면의 폭과 경사각, 및 상기 각 경사면 선단과 각 수직면 선단이 이루는 간격을 통하여 설정될 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는 상기 상부 및 하부 직각톱니에 접촉되는 각 수직내면이 상기 금속판재를 클램핑하는 각 클램핑면에 대하여 직각을 이룰 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는 각각 복수개로 구성되어 중첩된 상기 금속판재의 상부와 하부에서 상호 엇갈리게 배치될 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 클램핑 실린더는 각 상부 및 하부 가열 클램퍼에 적어도 하나 이상 구성될 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 가압 실린더는 상기 상부 및 하부 전단접합금형에 각각 적어도 하나 이상 구성될 수 있다.

그리고 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상부 일측과 하부 타측에서 상호 대응하는 각 내측면에 직각톱니와 경사톱니가 상호 어긋나게 형성되어 일정폭 중첩되며 가압 실린더에 의해 각각 구동하는 상부 및 하부 전단접합금형, 및 상부 타측과 하부 일측에서 각 전단접합금형의 직각톱니에 접촉된 상태로 클램핑 실린더에 의해 각각 구동하며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 상부 및 하부 가열 클램퍼를 이용하여 중첩된 금속판재를 상호 접합하되, 상기 상부 전단접합금형 및 상부 가열 클램퍼와, 상기 하부 전단접합금형 및 하부 가열 클램퍼 사이에 선단부가 일정폭(W3) 중첩되도록 하여 금속판재를 투입하고, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 통하여 클램핑한 상태로 전도가열에 의해 중첩된 선단부를 고상의 열간 상태로 가열하고, 이후, 상부 및 하부 전단접합금형을 동일 스트로크로 가압 작동시켜 각 금속판재의 선단부를 전단함과 동시에, 상기 선단부의 전단과정에 각 금속판재에 접촉되는 각 경사톱니의 경사면 선단과 이에 대응하는 각 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 형성되는 틈(T)을 통하여 각 경사톱니에 형성된 공간부로 접합부의 과잉금속이 압출되면서 발생되는 압출응력에 의해 금속판재 간에 접합부를 형성하여 접합하는 금속판재의 전단접합방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 전단접합금형의 가압 작동에 의해 각 금속판재의 선단부 전단 및 접합부의 접합 이후, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 동일 스트로크로 가압 작동시켜 고상의 열간 상태인 상기 각 금속판재의 선단부를 추가 가압하여 접합부 인근에 발생되는 비드를 제거하여 금속판재를 평판화함과 동시에, 상기 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반을 이루어 접합할 수 있다.

또한, 상기 상부 직각톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 상부 경사톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 예각의 경사면으로 형성되며, 상기 하부 직각톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 하부 경사톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 예각의 경사면으로 형성되어 이루어질 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 경사톱니는 각 경사면이 동일한 경사각을 갖도록 하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 중첩된 금속판재는 각 선단부에 접촉되는 상부 및 하부 가열 클램퍼에 의해 전도가열되어 고상의 열간 상태로 전단 및 접합이 이루어질 수 있다.

또한, 상기 과잉금속은 상기 상부 및 하부 경사톱니로 형성하는 각 경사면과, 상기 각 경사면의 양측에 형성되는 각 상부 및 하부 직각톱니의 양 측면과, 상기 각 경사면에 대응하는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 형성되는 공간부를 통하여 압출될 수 있다.

또한, 상기 과잉금속의 압출응력은 상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면의 폭과 경사각, 및 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면 선단과 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 직각톱니의 각 수직면 선단이 이루는 간격을 통하여 설정될 수 있다,.

또한, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는 각각 복수개로 구성되어 중첩된 상기 금속판재의 상부와 하부에서 상호 엇갈리게 배치되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예는 상하로 상호 어긋나게 대응하는 직각톱니와 경사톱니를 형성한 상부 및 하부 전단접합금형의 가압 작동에 의해 중첩된 금속판재의 불규칙한 각 선단부를 고상의 열간 상태에서 전단함과 동시에, 금속판재 간의 접합부 내 과잉금속이 각 전단접합금형의 경사톱니에 형성된 공간부를 통하여 압출되면서 압출응력에 의해 금속판재 간의 맞대기 접합을 이룰 수 있도록 한다.

또한, 상부 및 하부 가열 클램퍼의 전기 저항열을 이용하여 전도가열에 의해 고상의 열간 상태로 중첩된 금속판재의 접합부에 대하여 상부 및 하부 전단접합금형에 의한 전단 및 1차 가압과, 상부 및 하부 가열 클램퍼에 의한 2차 가압 작동을 진행하여 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반을 이루어 접합 강도를 더욱 확보할 수 있다.

또한, 중첩된 금속판재의 불규칙한 각 선단부를 고상의 열간 상태에서 전단을 이룸으로, 각 금속판재의 선단부가 불규칙적으로 형성되더라도 접합이 가능한 장점이 있다.

또한, 비교적 길이가 긴 접합부를 갖는 금속판재라 하더라도 한번의 공정에서 고상 접합이 가능하여 종래 금속판재의 접합방법에 비하여 공정시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 강한 압출응력과 전기 저항열에 의해 접합부 내에 소재가 고상의 열간 상태로 소성유동이 이루어져 이종 금속판재 간의 맞대기 접합에도 적용이 가능하며, 두께가 다른 금속판재의 접합에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 접합할 금속판재가 투입된 상태의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 적용되는 상부 또는 하부 전단접합금형의 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 적용되는 상부 및 하부 가열 클램퍼의 배치도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 적용되는 다른 예에 따른 상부 또는 하부 전단접합금형의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치의 작동 상태도로써, 도 2의 A-A 선에 따른 단계별 작동 상태도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치의 작동 상태도로써, 도 2의 B-B 선에 따른 단계별 작동 상태도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 의해 접합된 전단접합판재로써, 과잉금속과 판재 스크랩이 제거되지 않은 상태의 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

또한, 본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 설명의 편의상 도 1의 좌,우측 방향을 이용하여 구성요소의 위치를 설명하나, 각 구성요소의 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 반대의 경우도 실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 접합할 금속판재가 투입된 상태의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 적용되는 상부 또는 하부 전단접합금형의 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 금속판재의 전단접합장치는 기본적으로 선단부가 일정폭 중첩된 금속판재에 대하여 고상의 열간 상태에서, 불규칙적인 선단부의 전단, 접합부 내 과잉금속에 압출에 따른 압출응력에 의한 접합 및 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반접합 통하여 전단접합이 이루어지도록 한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 이러한 전단접합장치는 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20), 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40), 상부 및 하부 가압 실린더(51)(53), 및 상부 및 하부 클램핑 실린더(61)(63)를 포함한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 상부 전단접합금형(10)은 상부 좌측에 배치되며, 내측면(즉, 우측면)에는 상부 직각톱니(11)와 상부 경사톱니(13)가 일정간격으로 반복하여 형성된다.

이때, 상기 상부 직각톱니(11)는 상기 상부 전단접합금형(10)의 하면에 대해 직각의 수직면(11a)으로 형성되고, 상기 상부 경사톱니(13)는 상기 상부 전단접합금형(10)의 하면에 대해 예각(θ)의 경사면(13a)으로 형성된다.

이러한 상부 직각톱니(11)와 상부 경사톱니(13)는 상기 상부 전단접합금형(10)의 내측면을 따라 전체적으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 일정구간만 형성할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 하부 전단접합금형(20)은 상기 상부 전단접합금형(10)에 대하여 하부 우측에서 일정폭(W1) 중첩되어 배치된다. 즉, 상기 하부 전단접합금형(20)은 내측면(즉, 좌측면)에 상기 상부 경사톱니(13)에 대응하는 하부 직각톱니(21)와, 상기 상부 직각톱니(11)에 대응하는 하부 경사톱니(23)가 일정간격으로 반복하여 형성된다.

이때, 상기 하부 직각톱니(21)는 상기 하부 전단접합금형(20)의 상면에 대해 직각의 수직면(21a)으로 형성되고, 상기 하부 경사톱니(23)는 상기 하부 전단접합금형(20)의 상면에 대해 예각(θ)의 경사면(23a)으로 형성된다.

도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 5는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 상부 및 하부 경사톱니(13,23)로 형성하는 각 경사면(13a,23a)과, 상기 각 경사면(13a,23a)의 양측에 형성되는 각 상부 및 하부 직각톱니(11,21)의 양 측면(15,25)과, 상기 각 경사면(13a,23a)에 대응하는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)의 수직내면(31,41) 사이에는 상기 접합부(BP) 내 과잉금속(M)이 압출되어 배출되도록 공간부(S)가 형성된다.

한편, 도 4를 참조하면, 상부 전단접합금형(10)의 내측면(즉, 우측면)에 상부 직각톱니(11)와 상부 경사톱니(13)를 확인할 수 있으며. 상기 상부 직각톱니(11)는 상기 상부 전단접합금형(10)의 하면에 대해 직각의 수직면(11a)으로 형성되고, 상기 상부 경사톱니(13)는 상기 상부 전단접합금형(10)의 하면에 대해 예각(θ)의 경사면(13a)으로 형성됨을 알 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 하부 전단접합금형(20)의 내측면(즉, 좌측면)에 하부 직각톱니(21)와 하부 경사톱니(23)를 확인할 수 있으며, 상기 하부 직각톱니(21)는 상기 하부 전단접합금형(20)의 상면에 대해 직각의 수직면(21a)으로 형성되고, 상기 하부 경사톱니(23)는 상기 하부 전단접합금형(20)의 상면에 대해 예각(θ)의 경사면(23a)으로 형성됨을 알 수 있다.

상기에서, 상부 및 하부 경사톱니(13,23)는 각 경사면(13a,23a)이 예각(θ)으로 형성되나, 각각은 동일한 경사각으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)은 상부와 하부에서 각각의 내측면이 일정폭(W1) 중첩되어 배치되며, 중첩된 금속판재(P)의 접합부(BP)는 상기 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)이 중첩된 일정폭(W1)으로 이루어지게 된다.

도 1과 도 4를 참조하면, 상기 상부 가열 클램퍼(30)는 수직내면(31)이 상기 상부 전단접합금형(10)의 상부 직각톱니(11)에 접촉된 상태로, 상부 우측에 배치되며, 전원공급원(100)으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키도록 구성된다.

도 1과 도 5를 참조하면, 상기 하부 가열 클램퍼(40)는 수직내면(41)이 상기 하부 전단접합금형(20)의 하부 직각톱니(21)에 접촉된 상태로, 하부 좌측에 배치되며, 역시 전원공급원(100)으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키도록 구성된다.

도 4 또는 도 5를 참조하면, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)는 상기 상부 및 하부 직각톱니(11,21)에 접촉되는 각 수직내면(31,41)이 상기 금속판재(P)를 클램핑하는 각 클램핑면(하면 또는 상면)에 대하여 직각을 이루어 형성된다.

이러한 상부 및 하부 가열 클램퍼(10,20)는 저항이 우수한 철계소재를 사용하여 발열되도록 하고 발열된 전기 저항열을 이용하여 접촉된 금속판재(P)에 열전도에 의한 전도가열로 금속판재(P)를 가열한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 적용되는 상부 및 하부 가열 클램퍼의 배치도이다.

도 6을 참조하면, 이러한 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)는 전원공급의 제약조건에 따라 각각 다수개로 구성될 수 있으며, 각각은 중첩된 상기 금속판재(P)의 상부와 하부에 대응하여 상호 엇갈리게 배치될 수 있다.

그리고 상기 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)의 각 구동원으로 상기 상부 및 하부 가압 실린더(51)(53)가 구성된다.

도 4 또는 도 5를 참조하면, 상기 상부 및 하부 가압 실린더(51)(53)는 고정체(F) 상에 설치된 상태로, 작동로드를 통하여 상기 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)와 각각 연결되어 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)을 각각 상하로 구동하여 가압력을 제공하도록 한다.

이러한 상부 및 하부 가압 실린더(51)(53)는 상기 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)에 각각 적어도 하나 또는 그 이상 구성될 수 있다.

그리고 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)의 각 구동원으로 상부 및 하부 클램핑 실린더(61)(63)가 구성된다.

도 4 또는 도 5를 참조하면, 상기 상부 및 하부 클램핑 실린더(61)(63)는 고정체(F) 상에 설치된 상태로, 작동로드를 통하여 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)와 각각 연결되어 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)를 상하로 구동하여 클램핑력 및 가압력을 제공하도록 한다.

물론, 상기 상부 및 하부 클램핑 실린더(61)(63)는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)의 개수에 따라 하나씩 적용될 수 있으며, 이에 전체적으로는 적어도 하나 이상 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 적용되는 다른 예에 따른 상부 또는 하부 전단접합금형의 사시도이다.

한편, 도 7을 참조하면, 상기 상부 및 하부 경사톱니(13,23)는 상기 금속판재(P)에 접촉되는 각 경사면 선단(13b,23b)이 상기 금속판재(P)에 접촉되는 상기 상부 및 하부 직각톱니(11,21)의 각 수직면 선단(11b,21b)에 대하여 일정 간격(G) 내측에 위치될 수 있다.

여기서, 상기한 경사면 선단(13b,23b)과 수직면 선단(11b,21b) 간의 일정 간격(G)은 접합부(BP) 내 과잉금속(M)이 압출되는 과정에서 과잉금속(M)의 압출응력에 영향을 미치는 요소가 된다.

즉, 상기 과잉금속(M)의 압출응력은 도 3에서와 같이, 상부 및 하부 경사톱니(13,23)의 각 경사면(13a,23a)의 폭(W2)과 경사각(θ), 및 상기 각 경사면 선단(13b,23b)과 각 수직면 선단(11b,21b)이 이루는 간격(G)을 통하여 설정된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속판재의 전단접합장치를 통하여 중첩된 금속판재(P)의 각 선단부(E)를 전도가열하여 고상의 열간 상태로 전단함과 동시에, 접합부(BP)를 2차에 걸쳐 가압하여 접합부(BP) 내 과잉금속(M)의 압출응력과 접합부(BP) 내 소재의 소성유동에 의한 교반으로 2장의 금속판재(P)를 상호 접합하게 된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 금속판재의 전단접합장치를 이용하여 선단부(E)가 일정폭(W3) 중첩된 2장의 금속판재(P)에 대하여 전단 및 접합을 이루는 전단접합방법에 대하여 도 8과 도 9를 통하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치의 작동 상태도로써, 도 2의 A-A 선에 따른 단계별 작동 상태도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치의 작동 상태도로써, 도 2의 B-B 선에 따른 단계별 작동 상태도이다.

도 8과 도 9를 통하여 금속판재의 전단접합방법을 설명함에 있어, 도 8은 도 2의 A-A 선에 따른 단면이고, 도 9는 도 2의 B-B 선에 따른 단면으로, 전단접합장치의 단계별 작동 (a)(b)(c)은 동일한 시점에 단면별로 동시에 일어나는 작동과정이며, 설명의 편의상, 도 8과 도 9로 구분하였다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 금속판재의 전단접합장치를 통한 전단접합방법은 도 8과 도 9의 각 (a) 단계에서와 같이, 상기 상부 전단접합금형(10) 및 상부 가열 클램퍼(30)와, 상기 하부 전단접합금형(20) 및 하부 가열 클램퍼(40) 사이에 2장의 금속판재(P)를 각 선단부(E)가 일정폭(W3) 중첩되도록 하여 투입하고, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)를 통하여 클램핑한 상태로 전도가열에 의해 중첩된 선단부(E)를 고상의 열간 상태로 가열한다.

즉, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)는 중첩된 2장의 금속판재(P)를 클램핑한 상태로 전원공급원(100)으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시켜 전도가열에 의해 가열하게 되는데, 이때, 상기 중첩된 2장의 금속판재(P)는 상기 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)의 중첩되는 일정폭(W1)에 대응하는 접합부(BP)에 열원이 집중되어 고온이 되도록 한다.

이후, 도 8과 도 9의 각 (b) 단계에서와 같이, 상부 및 하부 가압 실린더(51)(53)의 작동에 의해 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)을 각각 중심선(SL)에 대하여 동일 스트로크로 가압 작동시킨다.

그러면, 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)은 각 금속판재(P)의 선단부(E)를 전단함과 동시에, 상기 선단부(E)의 전단과정에 각 금속판재(P)에 접촉되는 각 경사톱니(13,23)의 경사면 선단(13b,23b)과 이에 대응하는 각 가열 클램퍼(30,40)의 수직내면(31,41) 사이에 형성되는 틈(T)을 통하여 각 경사톱니(13,23)에 형성된 공간부(S)로 접합부(BP)의 과잉금속(M)이 압출되면서 압출응력을 발생시키게 된다.

이러한 과잉금속(M)의 압출응력은 금속판재(P) 간의 접합부(BP) 내 열간 상태의 고상의 금속을 압축하여 접합이 이루어지게 된다.

이때, 각 금속판재(P)에는 접합부(BP)에 인접하여 과잉금속(M)의 압출응력의 영향으로 볼록하게 비드(B)가 형성될 수 있다.

이후, 도 8과 도 9의 각 (c) 단계에서와 같이, 상부 및 하부 클램핑 실린더(61)(63)의 작동에 의해 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)를 각각 중심선(SL)에 대하여 동일 스트로크로 가압 작동시켜 고상의 열간 상태인 상기 각 금속판재(P)의 선단부(E)를 추가 가압한다,

그러면, 각 금속판재(P)는 접합부(BP) 인근에 발생된 비드(B)가 제거되어 평판화되며, 동시에 일부 과잉금속(M)이 추가 압출되면서 상기 접합부(BP) 내에는 소재의 소성유동에 의한 교반이 이루어져 접합강도를 높이게 된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합장치에 의해 접합된 전단접합판재로써, 판재 스크랩이 제거되지 않은 상태의 사시도이다.

도 10을 참조하면, 상기한 전단접합방법에 따른 단계별 과정을 통하여 중첩되었던 2장의 금속판재(P)는 접합부(BP)에서 맞대기 접합이 이루어져 서로 연결된 한 장의 금속판재(P)가 되며, 접합부(BP)에 이웃하여 상측과 하측에는 각각 과잉금속(M)이 압출된 부분과 함께 전단된 각 금속판재(P)의 선단부(E)가 스크랩으로 남게 된다.

이러한 스크랩은 금속판재(P)와 접합된 상태는 아니며, 가변운 충격에 의해 간단히 분리할 수 있다

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속판재의 전단접합장치와 전단접합방법에 의하면, 상하로 상호 어긋나게 대응하는 직각톱니(11,21)와 경사톱니(13,23)를 형성한 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)의 가압 작동에 의해 중첩된 금속판재(P)의 불규칙한 각 선단부(E)를 고상의 열간 상태에서 전단함과 동시에, 금속판재(P) 간의 접합부(BP) 내 과잉금속(M)이 각 전단접합금형(10)(20)의 경사톱니(13,23)에 형성된 공간부(S)로 압출되면서 압출응력에 의해 금속판재(P) 간의 맞대기 접합을 이룰 수 있다.

또한, 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)의 전기 저항열을 이용하여 전도가열에 의해 고상의 열간 상태로 중첩된 금속판재(P)의 접합부(BP)에 대하여 상부 및 하부 전단접합금형(10)(20)에 의한 전단 및 1차 가압과, 상부 및 하부 가열 클램퍼(30)(40)에 의한 2차 가압 작동을 진행하여 접합부(BP) 내 소재의 소성유동에 의한 교반을 이루어 접합부(BP)의 접합 강도를 더 높일 수 있다.

또한, 중첩된 금속판재(P)의 불규칙한 각 선단부(E)를 고상의 열간 상태에서 전단을 이룸으로, 각 금속판재(P)의 선단부(E)가 불규칙적으로 형성되더라도 접합이 가능하다.

또한, 비교적 길이가 긴 접합부(BP)를 갖는 금속판재(P)라 하더라도 한번의 공정에서 고상 접합이 가능하고, 종래 금속판재의 접합방법에 비해서도 공정시간이 짧다다.

또한, 강한 압출응력과 전기 저항열에 의해 접합부(BP) 내에 소재가 고상의 열간 상태로 소성유동이 이루어져 이종 금속판재 간의 맞대기 접합에도 적용이 가능하고, 두께가 다른 금속판재의 접합에도 적용이 가능하다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 상부 전단접합금형
20: 하부 전단접합금형
30: 상부 가열 클램퍼
40: 하부 가열 클램퍼
51:53: 상부 및 하부 가압 실린더
61:63: 상부 및 하부 클램핑 실린더
11,21: 상부 및 하부 직각톱니
11a,21a: 상부 및 하부 직각톱니의 수직면
11b,21b: 상부 및 하부 직각톱니의 선단
13,23: 상부 및 하부 경사톱니
13a,23a: 상부 및 하부 경사톱니의 경사면
13b,23b: 상부 및 하부 경사톱니의 선단
15,25: 상부 및 하부 직각톱니의 측면
31,41: 상부 및 하부 가열 클램퍼의 수직내면
100: 전원공급원
S: 공간부
W1,W2,W3: 폭
θ: 예각(경사각)
P: 금속판재
E: 선단부
BP: 접합부
M: 과잉금속
F: 고정체
B: 비드
T: 틈

Claims

상부 일측에 배치되며, 내측면에는 상부 직각톱니와 상부 경사톱니가 일정간격으로 반복하여 형성되는 상부 전단접합금형;
상기 상부 전단접합금형에 대하여 하부 타측에서 일정폭 중첩되어 배치되며, 내측면에는 상기 상부 경사톱니에 대응하는 하부 직각톱니와, 상기 상부 직각톱니에 대응하는 하부 경사톱니가 일정간격으로 반복하여 형성되는 하부 전단접합금형;
상기 상부 전단접합금형의 각 상부 직각톱니에 접촉된 상태로, 상부 타측에 배치되며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 상부 가열 클램퍼;
상기 하부 전단접합금형의 각 하부 직각톱니에 접촉된 상태로, 하부 일측에 배치되며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 하부 가열 클램퍼;
고정체 상에 구성되어 상기 상부 및 하부 전단접합금형을 각각 상하로 구동하여 가압력을 제공하는 상부 및 하부 가압 실린더; 및
고정체 상에 구성되어 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 각각 상하로 구동하여 클램핑력 및 가압력을 제공하는 상부 및 하부 클램핑 실린더;
를 포함하여 중첩된 금속판재의 각 선단부를 전도가열하여 고상의 열간 상태로 전단함과 동시에, 접합부를 2차에 걸쳐 가압하여 접합부 내 과잉금속의 압출응력과 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반으로 2장의 금속판재를 상호 접합하는 금속판재의 전단접합장치.
제1항에 있어서,
상기 상부 직각톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 상부 경사톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 예각의 경사면으로 형성되는 금속판재의 전단접합장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하부 직각톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 하부 경사톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 예각의 경사면으로 형성되는 금속판재의 전단접합장치.
제3항에 있어서,
상기 상부 및 하부 경사톱니는
각 경사면이 동일한 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 금속판재의 전단접합장치.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 경사톱니로 형성하는 각 경사면과, 상기 각 경사면의 양측에 형성되는 각 상부 및 하부 직각톱니의 양 측면과, 상기 각 경사면에 대응하는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 상기 접합부 내 과잉금속이 압출되도록 공간부가 형성되는 금속판재의 전단접합장치.
제3항에 있어서,
상기 상부 및 하부 경사톱니는
상기 금속판재에 접촉되는 각 경사면 선단이 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 직각톱니의 각 수직면 선단에 대하여 일정간격 내측에 위치되는 금속판재의 전단접합장치.
제6항에 있어서,
상기 과잉금속의 압출응력은
상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면의 폭과 경사각, 및 상기 각 경사면 선단과 각 수직면 선단이 이루는 간격을 통하여 설정되는 금속판재용 전단접합장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는
상기 상부 및 하부 직각톱니에 접촉되는 각 수직내면이 상기 금속판재를 클램핑하는 각 클램핑면에 대하여 직각을 이루는 금속판재의 전단접합장치.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는
각각 복수개로 구성되어 중첩된 상기 금속판재의 상부와 하부에서 상호 엇갈리게 배치되는 금속판재의 전단접합장치.
제9항에 있어서,
상기 상부 및 하부 클램핑 실린더는
각 상부 및 하부 가열 클램퍼에 적어도 하나 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 전단접합장치.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가압 실린더는
상기 상부 및 하부 전단접합금형에 각각 적어도 하나 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 전단접합장치.
상부 일측에 배치되며, 내측면에는 하면에 대해 직각의 수직면으로 이루어지는 상부 직각톱니와, 상기 하면에 대해 예각의 경사면으로 이루어지는 상부 경사톱니가 일정간격으로 반복하여 형성되는 상부 전단접합금형;
상기 상부 전단접합금형에 대하여 하부 타측에서 일정폭 중첩되어 배치되며, 내측면에는 상기 상부 경사톱니에 대응하여 상면에 대해 직각의 수직면으로 이루어지는 하부 직각톱니와, 상기 상부 직각톱니에 대응하여 상기 상면에 대해 예각의 경사면으로 이루어지는 하부 경사톱니가 일정간격으로 반복하여 형성되는 하부 전단접합금형;
상기 상부 전단접합금형의 각 상부 직각톱니에 접촉된 상태로, 상부 타측에 배치되며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 상부 가열 클램퍼;
상기 하부 전단접합금형의 각 하부 직각톱니에 접촉된 상태로, 하부 일측에 배치되며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 하부 가열 클램퍼;
고정체 상에 구성되어 상기 상부 및 하부 전단접합금형을 각각 상하로 구동하여 가압력을 제공하는 상부 및 하부 가압 실린더; 및
고정체 상에 구성되어 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 각각 상하로 구동하여 클램핑력 및 가압력을 제공하는 상부 및 하부 클램핑 실린더;
를 포함하여 중첩된 금속판재의 각 선단부를 전도가열하여 고상의 열간 상태로 전단함과 동시에, 접합부를 2차에 걸쳐 가압하여 접합부 내 과잉금속의 압출응력과 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반으로 2장의 금속판재를 상호 접합하는 금속판재의 전단접합장치.
제12항에 있어서,
상기 상부 및 하부 경사톱니로 형성하는 각 경사면과, 상기 각 경사면의 양측에 형성되는 각 상부 및 하부 직각톱니의 양 측면과, 상기 각 경사면에 대응하는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 상기 접합부 내 과잉금속이 압출되도록 공간부가 형성되는 금속판재의 전단접합장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 상부 및 하부 경사톱니는
상기 금속판재에 접촉되는 각 경사면 선단이 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 직각톱니의 각 수직면 선단에 대하여 일정간격 내측에 위치되는 금속판재의 전단접합장치.
제14항에 있어서,
상기 과잉금속의 압출응력은
상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면의 폭과 경사각, 및 상기 각 경사면 선단과 각 수직면 선단이 이루는 간격을 통하여 설정되는 금속판재용 전단접합장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는
상기 상부 및 하부 직각톱니에 접촉되는 각 수직내면이 상기 금속판재를 클램핑하는 각 클램핑면에 대하여 직각을 이루는 금속판재의 전단접합장치.
제12항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는
각각 복수개로 구성되어 중첩된 상기 금속판재의 상부와 하부에서 상호 엇갈리게 배치되는 금속판재의 전단접합장치.
제17항에 있어서,
상기 상부 및 하부 클램핑 실린더는
각 상부 및 하부 가열 클램퍼에 적어도 하나 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 전단접합장치.
제12항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가압 실린더는
상기 상부 및 하부 전단접합금형에 각각 적어도 하나 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 전단접합장치.
상부 일측과 하부 타측에서 상호 대응하는 각 내측면에 직각톱니와 경사톱니가 상호 어긋나게 형성되어 일정폭 중첩되며 가압 실린더에 의해 각각 구동하는 상부 및 하부 전단접합금형, 및 상부 타측과 하부 일측에서 각 전단접합금형의 직각톱니에 접촉된 상태로 클램핑 실린더에 의해 각각 구동하며, 전원공급원으로부터 전원을 공급받아 전기 저항열을 발생시키는 상부 및 하부 가열 클램퍼를 이용하여 중첩된 금속판재를 상호 접합하되,
상기 상부 전단접합금형 및 상부 가열 클램퍼와, 상기 하부 전단접합금형 및 하부 가열 클램퍼 사이에 선단부가 일정폭(W3) 중첩되도록 하여 금속판재를 투입하고,
상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 통하여 클램핑한 상태로 전도가열에 의해 중첩된 선단부를 고상의 열간 상태로 가열하고,
이후, 상부 및 하부 전단접합금형을 동일 스트로크로 가압 작동시켜 각 금속판재의 선단부를 전단함과 동시에, 상기 선단부의 전단과정에 각 금속판재에 접촉되는 각 경사톱니의 경사면 선단과 이에 대응하는 각 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 형성되는 틈(T)을 통하여 각 경사톱니에 형성된 공간부로 접합부의 과잉금속이 압출되면서 발생되는 압출응력에 의해 금속판재 간에 접합부를 형성하여 접합하는 금속판재의 전단접합방법.
제20항에 있어서,
상기 상부 및 하부 전단접합금형의 가압 작동에 의해 각 금속판재의 선단부 전단 및 접합부의 접합 이후, 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼를 동일 스트로크로 가압 작동시켜 고상의 열간 상태인 상기 각 금속판재의 선단부를 추가 가압하여 접합부 인근에 발생되는 비드를 제거하여 금속판재를 평판화함과 동시에, 상기 접합부 내 소재의 소성유동에 의한 교반을 이루어 접합하는 금속판재의 전단접합방법.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 상부 직각톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 상부 경사톱니는 상기 상부 전단접합금형의 하면에 대해 예각의 경사면으로 형성되며, 상기 하부 직각톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 직각의 수직면으로 형성되고, 상기 하부 경사톱니는 상기 하부 전단접합금형의 상면에 대해 예각의 경사면으로 형성되어 이루어지는 금속판재의 전단접합방법.
제22항에 있어서,
상기 상부 및 하부 경사톱니는
각 경사면이 동일한 경사각을 갖도록 하여 이루어지는 금속판재의 전단접합방법.
제20항에 있어서,
상기 중첩된 금속판재는 각 선단부에 접촉되는 상부 및 하부 가열 클램퍼에 의해 전도가열되어 고상의 열간 상태로 전단 및 접합이 이루어지는 금속판재의 전단접합방법.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 과잉금속은
상기 상부 및 하부 경사톱니로 형성하는 각 경사면과, 상기 각 경사면의 양측에 형성되는 각 상부 및 하부 직각톱니의 양 측면과, 상기 각 경사면에 대응하는 상기 상부 및 하부 가열 클램퍼의 수직내면 사이에 형성되는 공간부를 통하여 압출되는 금속판재의 전단접합방법.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 과잉금속의 압출응력은
상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면의 폭과 경사각, 및 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 경사톱니의 각 경사면 선단과 상기 금속판재에 접촉되는 상기 상부 및 하부 직각톱니의 각 수직면 선단이 이루는 간격을 통하여 설정되는 금속판재용 전단접합방법.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 상부 및 하부 가열 클램퍼는
각각 복수개로 구성되어 중첩된 상기 금속판재의 상부와 하부에서 상호 엇갈리게 배치되어 이루어지는 금속판재의 전단접합방법.