KR101514622B1 - 프레스 소재 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법에 관한 것으로써, 1차 형성 펀치 및 2차 형성 펀지에 의해, 성형되는 프레스 소재의 모서리 크랙 및 터짐 현상을 방지하며, 2차 형성 펀치의 2단 챔퍼의 각도 조절에 의해 성형되는 소재의 상부 모서리 곡률반경을 조절할 수 있으며, 3차 형상구현단계에서 다이와 다이패드의 곡률반경에 따라 소재의 하부 모서리 곡률반경이 조절되는 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법이다.

Description

프레스 소재 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법{A press forming apparatus for minimizing the radius of curvature of the press material workpiece edge}

본 발명은 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 1차 형성 펀치 및 2차 형성 펀지에 의해, 성형되는 프레스 소재의 모서리 크랙 및 터짐 현상을 방지하며, 2차 형성 펀치의 2단 챔퍼의 각도 조절에 의해 성형되는 소재의 상부 모서리 곡률반경을 조절할 수 있으며, 3차 형상구현단계에서 다이와 다이패드의 곡률반경에 따라 소재의 상부 모서리 곡률반경이 조절되는 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법이다.

일반적으로, 금속판 가공에 의하여 금속의 평판에 에지(edge)를 가지는 구형 부재를 제조하기 위해 프레스 가공, 금형의 캐비티를 활용하는 방법, 파이프 외주면을 이용하여 에지를 성형하는 방법 등 다양한 방법들이 진행되고 있다.

이러한 방법들 중 금속판 가공에 비교하고 비교적 저렴한 제조 비용이 소요되는 프레스(press) 가공이 주로 사용되고 있다.

하지만 종래의 프레스 가공기술은 다이스의 깊이가 깊을 수록, 가공 각도가 연직하방일수록 가공되는 프레스 소재의 에지 부분에서 크랙 혹은 터짐 현상이 빈번히 발생하며 에지 부분의 곡률반경이 필요이상으로 커지는 문제점이 있었다. 도 1은 종래 기술에 따른 펀치 및 다이스로 구성된 프레스 성형장치로써 다이스의 깊이(D)와 이에 따라 자연스럽게 형성되는 에지의 곡률반경(R1)을 나타낸 것이다.

이러한 에지의 크랙 혹은 터짐현상, 에지의 곡률반경을 최소화하고자 시도가 있어왔다.

종래 기술로써 한국 특허등록 제10-1116150호는 구동수단에 의해 펀치로부터 승하강 하는 이동성 보조펀치를 포함하는 상부금형을 이용하여, 초기 상기 이동성 보조펀치의 하부면을 통해 가공물을 제1벤딩 성형하고; 상기 이동성 보조펀치와 펀치를 통해 가공물을 제2벤딩 성형하며; 상기 펀치의 측벽에 구성된 단차면을 이용하여, 가공물을 상부 끝단을 커팅 성형하고; 상기 이동성 보조펀치와 단차면을 이용하여, 가공물을 가압하는 동시 이동성 보조펀치를 상승시켜 가공물을 제3벤딩 성형하며; 상기 이동성 보조펀치와 펀치의 하면 및 단차면을 이용하여, 가공물을 코너 성형을 완료하도록 하는 프레스 가공물의 코너 성형 금형장치 및 이를 이용한 가공방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다. 즉 펀치 내부에 설치되는 이동성 보조펀치에 의해 프레스 소재를 벤딩하고 벤딩되어 길어진 소재를 실재 다이스에 펀칭시 프레스 소재의 모서리 부에 살채움하는 방식으로 프레스 소재 모서리의 곡률반경을 최소화하는 기술이다.

또 다른 종래 기술로써 한국 특허등록 제10-1295252호는 프레스 가공에 의해 1차 성형되어 측면 주연부와 바닥면을 형성하고 이 측면 주연부와 바닥면이 연결되며 소정의 곡률을 가지는 내측 곡률부 및 외측 곡률부가 형성된 피가공물에 에지부를 형성하는 에지 성형장치에 있어서, 상기 에지 성형장치는 상기 피가공물에 삽입되며, 이 피가공물의 상단부를 소정의 압력으로 가압하여 피가공물의 내측 곡률부가 2차 성형에 의해 에지부의 성형이 이루어지도록 구성된 상부 금형; 및 상기 피가공물이 수용되며 상부 금형의 압력을 지지하고, 이 상부 금형의 압력 강하에 따라 피가공물의 외측 곡률부가 2차 성형에 의해 에지부의 성형이 이루어지도록 하부 금형을 포함하고, 상기 피가공물의 에지부는 상부 금형을 통해 형성되는 내측 에지부와, 하부 금형을 통해 형성되는 외측 에지부가 동일한 크기 및 형상으로 성형되며, 상기 상부금형 및 하부 금형은 피가공물의 원형의 형상 및 두께의 변화가 생기지 않으면서 피가공물의 내측 곡률부와 외측 곡률부만 변형부의 2차 소성 변형에 의해 2차 성형이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 에지 성형장치를 제공한다. 즉 1차 가공후에 2차 가공을 하여 모서리 에지의 곡률반경을 최소화하여 생산품의 정밀성을 높이는 기술인데 2차가공시에 모서리 부에 살채움 방식으로 곡률반경을 최소화하는 기술이다.

그러나 종래의 프레스 성형방법은 프레스 소재 모서리에서 발생하는 터짐 및 크랙 현상을 완화할 필요가 있으며 모서리 곡률반경을 미세하게 조절할 수 없는 문제점이 있다.

또한 작은 크기의 스마트폰, 스마트 패드류에 탑재되는 각종 메탈 소재의 프레스 기술에 특화되어 미세한 크기의 프레스 소재에 적용 가능한 프레스 성형방법이 필요한 실정이다.

한국특허등록 제 10-1116150 호(등록일자 2012년 02월 07일) 한국특허등록 제 10-1295252 호(등록일자 2013년 08월 05일)

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 다이와 다이패드의 길이 차이에 따라 프레스 소재 모서리에서 발생하는 터짐 및 크랙 현상을 최소화하고 드로잉가공을 2가지 형상의 펀치로 프레스 소재의 상부 모서리의 곡률반경을 조절하고, 다이 및 다이패드의 결합각에 의하여 하부 모서리 곡률반경을 미세하게 조절할 수 있는 프레스 성형장치 및 그 성형방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 미세한 크기의 프레스 소재에 있어서 하부 모서리 곡률반경을 최소화하는 기술을 제공함에 있다.

본 발명은 일면에 있어서,

a) 1차 형상 다이 및 다이 패드에 소재를 위치시키는 소재 준비 단계; b) 하부가 일반적인 펀치형상이고, 다이와 다이 패드의 높이 차와 같은 높이를 가진 1차 형상 펀치로 프레스하여 소재의 일면이 요(凹)의 형태가 되는 1차 형상구현단계; c) 상기 1차 형상 펀치로 소재를 다수 회 가압하여 소재의 전체 높이를 낮추는 1차 다짐단계; d) 상기 단계에서 다짐된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이와 다이패드의 높이 차보다 낮은 높이를 가진 2차 형상 펀치로 프레스 하여 소재의 상부 모서리의 금속이 하부로 밀려 하부 모서리의 두께를 증가시키는 2차 형상구현단계; e) 상기 2차 형상 펀치로 소재를 다수 회 가압하여 전체 높이를 낮추고 모서리의 두께를 조절하는 2차 다짐단계; f) 상기 하부 모서리의 두께가 증가된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이와 다이패드의 높이차와 같은 높이를 가진 3차 형상 펀치로 프레스 하여 다이 및 다이패드의 결합각에 따라 하부 모서리의 곡률반경이 조절되는 3차 형상구현단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법을 제공한다.

본 발명은 1차 형상 펀치, 2차 형상 펀치 및 3차 형상펀치를 이용하고, 다이와 다이패드의 길이 차이에 따라 프레스 소재 모서리에서 발생하는 터짐 및 크랙 현상을 최소화하고 드로잉가공을 2가지 형상의 펀치로 프레스 소재의 상부 모서리 의 곡률반경을 조절하고, 다이 및 다이패드의 결합각에 의하여 하부 모서리의 곡률반경을 미세하게 조절할 수 있으며 특히 작은 크기의 스마트폰, 스마트 패드류에 탑재되는 각종 메탈 소재의 프레스 기술에 특화된 것으로서 정밀부품 프레스 기술을 제공한다.

도 1은 본 발명의 프레스 소재 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법에 일 실시예이다.
도 2는 본 발명에 따른 소재준비단계의 1차 형상 펀치, 다이, 다이패드 및 판형 소재를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 1차 형상구현단계에서 1차 형상 펀치가 소재를 프레스하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 2차 형상구현단계에서 2차 형상 펀치에 의한 소재의 변형 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2차 다짐단계에서 소재의 변형 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 3차 형상구현단계에서 소재의 변형 예시도이다.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형 방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명은 일면에 있어서,

a) 1차 형상 다이 및 다이 패드에 소재를 위치시키는 소재 준비 단계; b) 하부가 일반적인 펀치형상이고, 다이와 다이 패드의 높이 차와 같은 높이를 가진 1차 형상 펀치로 프레스하여 소재의 일면이 요(凹)의 형태가 되는 1차 형상구현단계; c) 상기 1차 형상 펀치로 소재를 다수 회 가압하여 소재의 전체 높이를 낮추는 1차 다짐단계; d) 상기 단계에서 다짐된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이와 다이패드의 높이 차보다 낮은 높이를 가진 2차 형상 펀치로 프레스 하여 소재의 상부 모서리의 금속이 하부로 밀려 하부 모서리의 두께를 증가시키는 2차 형상구현단계; e) 상기 2차 형상 펀치로 소재를 다수 회 가압하여 전체 높이를 낮추고 모서리의 두께를 조절하는 2차 다짐단계; f) 상기 하부 모서리의 두께가 증가된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이와 다이패드의 높이차와 같은 높이를 가진 3차 형상 펀치로 프레스 하여 다이 및 다이패드의 결합각에 따라 하부 모서리의 곡률반경이 조절되는 3차 형상구현단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법을 제공한다.

상기 1차 형상구현단계, 2차 형상구현단계 및 3차 형상구현단계는 펀치로 다이 및 다이 패드에 준비된 소재를 단조하여 드로잉 가공한다.

본 발명에 의한 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형장치는 1차 형상 펀치(30), 2차 형상 펀치(40), 3차 형상 펀치(50), 다이(20) 및 다이 패드(21)를 포함하여 구성한다.

상기 1차 형상 펀치(30)의 상부는 프레스구동수단과 결합하여 승·하강하는 것이 바람직하며, 하부는 다이(20)와 다이 패드(21)의 높이 차와 같은 높이를 가지고, 다이와 다이 패드의 넓이보다 작은 폭을 가지는 펀치형상이다.

상기 2차 형상 펀치(40)의 상부는 프레스구동수단과 결합하여 승·하강하는 것이 바람직하며, 하부는 2단의 챔퍼형상이고 다이(20)와 다이패드(21)의 높이 차보다 낮은 높이를 가지며, 다이와 다이 패드의 넓이보다 작은 폭을 가진다.

상기 3차 형상 펀치(50)의 상부는 프레스구동수단과 결합하여 승·하강하는 것이 바람직하며, 하부는 2단의 챔퍼형상이고 다이(20)와 다이패드(21)의 높이 차와 같은 높이를 가지며, 다이와 다이 패드의 넓이보다 작은 폭을 가진다.

상기 1차, 2차 및 3차 형상 펀치의 상부와 결합되는 프레스구동수단은 승, 하강 범위를 조절하도록 작동압을 단속하는 제어부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 2차 형상 펀치 및 3차 형상 펀치는 챔퍼의 값을 조정할 수 있으며, 챔퍼의 값에 따라 상부 모서리의 곡률반경이 조절된다.

또한, 상기 다이 및 다이 패드가 결합되는 각도에 따라 하부 모서리의 곡률반경이 조절된다.

상기 다이(20)는 중앙이 뚫려있고, 다이패드(21)는 다이의 뚫린 형상과 같은 모양으로 제작되되, 다이의 전체높이가 다이패드보다 높게 형성되어 다이(20)에 다이 패드(21)가 끼움결합 시 홈형상을 이루는 것이 바람직하다.

본 발명은 2차 형상 펀치 및 3차 형상 펀치의 챔퍼 값을 설정하고 단조하여 소재의 두께를 조절하는 것이 바람직하다.

상기 다이 및 다이패드에 올려지는 판형의 소재는 상기 1차 형상 펀치에 의하여 일면에 '요(凹)'자 단면 구조를 갖는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참고하여 본 발명의 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 프레스 소재 가공물의 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법에 일 실시예이고, 도 2는 본 발명에 따른 소재준비단계의 1차 형상 펀치, 다이, 다이패드 및 판형 소재를 나타낸 예시도이다.

상기 소재 준비 단계(S100)에서는 판형의 소재(10)를 다이(20) 및 다이패드(21)에 안착시킨다.

상기 다이 패드(21)는 다이(20)에 삽입되고, 소재는 다이 패드(21)의 상면에 안착되며, 소재(10)의 가공 면이 다이 패드에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 다이 패드에 다이가 삽입되어 중앙의 패인 홈을 형성하고 '요(凹)'자 단면 구조를 이룬다.

도 3은 본 발명에 따른 1차 형상구현단계에서 1차 형상 펀치가 소재를 프레스하는 것을 나타낸 예시도이다.

상기 1차 형상구현단계(S200)는 다이(20) 및 다이패드(21)에 안착된 판형 소재(10)를 1차 형상 펀치(30)로 가압하여 다이와 다이패드가 결합되어 형성된 홈과 유사한 형상으로 소재가 성형되는 것이 바람직하다.

상기 1차 형상구현단계(S200)에서는 1차 형상 펀치(30)의 가압에 의하여 형성된 하부 모서리(15)가 완전하게 밀착되지 않는 것이 바람직하다.

상기 1차 형상구현단계(S200) 후 1차 다짐단계(S300)에서는 1차 형상 펀치(30)로 소재(10)를 다수 회 가압하여 소재(10)의 전체 높이를 낮춘다.

상기 1차 다짐단계(S300)에서는 소재(10)의 측면 및 상부모서리를 얇게 하고, 소재의 전체 높이를 낮추기 위하여 수행하는 것이 바람직하다.

도 4는 2차 형상구현단계에서 2차 형상 펀치에 의한 소재의 변형 예시도이다.

상기 단계 후 2차 형상구현단계(S400)에서는 상기 단계에서 다짐된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이(20)와 다이패드(21)의 높이 차보다 낮은 높이를 가진 2차 형상 펀치(40)로 프레스 하여 소재 상부 모서리(14)의 금속이 하부로 밀려 소재 하부 모서리(15)의 두께를 증가시킨다.

상기 2차 형상구현단계는 짧은 길이의 챔퍼 형상으로 하부의 소재는 압력을 가하지 않고, 소재 상면(11), 소재 상부모서리(14) 및 소재 측면(13)의 일부를 가압하여 소재 상부 모서리(14) 및 소재 측면(13)의 두께를 감소시키면서 소재 상부모서리(14) 및 소재 측면(13)의 소재를 소재 하부 모서리(15)로 이동시켜 소재 하부 모서리(15)의 두께를 증가시킨다.

도 5는 본 발명에 따른 2차 다짐단계에서 소재의 변형 예시도이다.

상기 2차 다짐단계(S500)는 2차 형상 펀치(40)로 소재를 다수 회 가압하여 전체 높이를 낮추고 소재 상부 모서리(14)의 두께를 조절한다.

상기 2차 다짐단계(S500)에서 2차 형상 펀치(40)는 챔퍼값을 설정하여 단조하여 소재 상부모서리(14) 및 소재 측면(13)의 일부를 얇게 가공하고, 소재 상부모서리(14) 및 소재 측면(13)에서 감소된 소재는 하부 모서리에 더해져 소재 하부 모서리(15)의 두께를 증가시키는 것이 바람직하다.

상기 2차 다짐단계(S500)에서는 2차 형상펀치와 소재의 상면, 상부모서리 및 측면의 일부가 서로 맞닿을 수 있으며, 다이(20) 및 다이 패드(21)와 소재의 상면(11), 상부모서리(14), 측면(30) 및 하면(12)이 밀착될 수 있다.

도 5는른 3차 형상구현단계에서 소재의 변형 예시도이다.

상기 3차 형상구현단계(S600)는 상기 소재 하부 모서리(15)의 두께가 증가된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이(20)와 다이패드(21)의 높이차와 같은 높이를 가진 3차 형상 펀치(50)로 프레스 하여 다이(20)의 형상에 따라 하부 모서리의 곡률반경이 조절한다.

상기 3차 형상구현단계(S600)는 미세가공 프레스 소재의 하부모서리(15)의 곡률반경을 최소화하는 하는 것이 바람직하다.

상기 3차 형상 펀치(50)는 2단의 챔퍼 형상으로 소재의 상부 모서리 및 하부 모서리의 곡률 반경을 조절하며 소재 하부 모서리(15) 및 소재 하면(12)이 다이(20) 및 다이 패드(21)의 결합 모서리에 밀착되는 순간까지 단조를 수행한다

상기 3차 형상구현단계(S600)는 1,2차 형상 구현 단계 및 1,2차 다짐단계를 수행하여 이동된 소재가 하부 모서리(15)에 위치하여 가압에 의해 전달되는 전단응력의 부담을 줄일 수 있도록 하며 크랙 및 터짐을 방지한다.

이상, 본 발명은 구체적인 실시형태를 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명에 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 아래에 기재될 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경이 가능하다.

10 : 소재 11 : 소재 상면
12 : 소재 하면 13 : 소재 측면
14 : 소재 상부 모서리 15 : 소재 하부 모서리
20 : 다이 21 : 다이 패드
30 : 1차 형상 펀치 40 : 2차 형상 펀치
50 : 3차 형상 펀치

Claims (7)

1. 펀치와 대응하게 형성된 다이를 이용한 프레스 성형방법에 있어서,
   a) 1차 형상 다이 및 다이 패드에 소재를 위치시키는 소재 준비 단계;
   b) 다이와 다이 패드의 높이 차와 같은 높이를 가진 1차 형상 펀치로 프레스하여 소재의 일면이 요(凹)의 형태가 되는 1차 형상구현단계;
   c) 상기 1차 형상 펀치로 소재를 다수 회 가압하여 소재의 전체 높이를 낮추는 1차 다짐단계;
   d) 상기 단계에서 다짐된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이와 다이패드의 높이 차보다 낮은 높이를 가진 2차 형상 펀치로 프레스 하여 소재의 상부 모서리의 금속이 하부로 밀려 하부 모서리의 두께를 증가시키는 2차 형상구현단계;
   e) 상기 2차 형상 펀치로 소재를 다수 회 가압하여 전체 높이를 낮추고 모서리의 두께를 조절하는 2차 다짐단계;
   f) 상기 하부 모서리의 두께가 증가된 소재를 하부가 2단의 챔퍼형상이고 다이와 다이패드의 높이차와 같은 높이를 가진 3차 형상 펀치로 프레스 하여 다이 및 다이패드의 결합각에 따라 하부 모서리의 곡률반경이 조절되는 3차 형상구현단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 2차 형상 펀치의 챔퍼 값을 설정하고 단조하여 소재의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 3차 형상구현단계는 소재의 하부 모서리의 곡률반경을 최소화하는 것을 특징으로 하는 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 다이는 중앙이 뚫려있고, 다이 패드는 다이의 뚫린 형상과 같은 모양으로 제작되되, 다이의 전체높이가 다이 패드보다 높게 형성되어 다이에 다이 패드가 끼움결합 시 홈 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프레스 소재 모서리 곡률반경을 최소화하는 프레스 성형방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 1차 형상구현단계, 2차 형상구현단계 및 3차 형상구현단계는 펀치로 다이 및 다이 패드에 준비된 소재를 단조하여 드로잉 가공하는 것을 특징으로 하는 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 3차 형상 펀치는 2단의 챔퍼 형상으로 소재의 상부 모서리의 곡률 반경을 조절하며 소재 하부 모서리 및 소재 하면이 다이 및 다이 패드의 결합 모서리에 밀착되는 순간까지 단조를 수행하는 것을 특징으로 하는 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 3차 형상구현단계는 1,2차 형상 구현 단계 및 1,2차 다짐단계를 수행하여 이동된 소재가 하부 모서리에 위치하여 가압에 의해 전달되는 전단응력의 부담을 줄여 크랙 및 터짐이 방지되는 것을 특징으로 하는 모서리 곡률 반경을 최소화하는 프레스 성형방법.

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