KR101518138B1 - Z-Pinning Apparatus using Push Pin - Google Patents

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KR101518138B1
KR101518138B1 KR1020130154560A KR20130154560A KR101518138B1 KR 101518138 B1 KR101518138 B1 KR 101518138B1 KR 1020130154560 A KR1020130154560 A KR 1020130154560A KR 20130154560 A KR20130154560 A KR 20130154560A KR 101518138 B1 KR101518138 B1 KR 101518138B1
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upper mold
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정성균
정종설
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서울과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a Z-pinning device using a push pin, which is configured to insert a Z-pin into a prepreg laminate. Specifically, the Z-pinning device comprises: a lower mold that allows the prepreg laminate to be mounted on an upper side thereof and is made of an iron plate; an upper mold that is mounted on an upper side of the prepreg laminate, is made of aluminum, and includes a plurality of pin holes into which the Z-pins are inserted; the push pin that is placed on the top of the Z-pin, which is inserted into the pin hole of the upper mold, and is made of iron; and an ultrasonic gun that pushes the push pin into the pin hole to insert the Z-pin into the prepreg laminate. Therefore, a process of inserting the Z-pin to reinforce inter-layer physical properties of the prepreg laminate is very simple and easy.

Description

푸쉬핀을 이용한 Ｚ-피닝장치{Z-Pinning Apparatus using Push Pin}[0001] The present invention relates to a Z-pinning device using a push pin,

본 발명은 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치에 관한 것으로서, 특히 프리프레그 적층판에 Z-핀을 용이하게 삽입할 수 있는 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a Z-pinning apparatus using a push pin, and more particularly, to a Z-pinning apparatus using a push pin capable of easily inserting a Z-pin into a prepreg laminate.

복합재료가 기존의 금속 재료에 비해 갖는 우수한 기계적, 화학적 특성으로 인해 복합재료는 항공우주분야를 비롯하여 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재(CFRP)는 무게 대비 높은 면내 강성(항공기, 우주선, 자동차, 잠수함), 강도(F1 경주용 자동차, 돛대), 에너지 흡수 능력(차량 충돌 구조), 화학적 저항성(화학 산업, 의료), 낮은 열팽창계수(우주선, 브레이크, 베어링), 치수의 안정성(항공기, 우주선), 우수한 피로 특성(회전 축) 등 때문에 항공기, 우주선, 자동차, 잠수함 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.Because of the excellent mechanical and chemical properties of composites compared to conventional metal materials, composites are widely used throughout the industry, including aerospace. In particular, carbon fiber reinforced composites (CFRPs) are used in a wide variety of applications, including high in-plane stiffness (aircraft, spacecraft, automobiles, submarines), strength (F1 racing cars, masts), energy- It is widely used in a variety of fields such as aircraft, spacecraft, automobile, and submarine because of low thermal expansion coefficient (spacecraft, brake, bearing), dimensional stability (aircraft, spacecraft) and excellent fatigue characteristic (rotation axis).

이러한 복합 적층 구조물은 두께 방향으로 층간 물성의 취약함을 보이기 때문에 이러한 것을 보완하기 위한 여러 가지 연구가 오래전부터 수행되어 왔는데, 그 중의 하나가 프리프레그를 적층하여 성형하는 복합적층 구조물에 두께 방향(Z축)으로 Z-핀을 삽입(피닝, Pinning) 하는 것이다.Since the composite laminate structure exhibits weak interlayer properties in the thickness direction, various studies have been carried out for a long time in order to compensate for such a problem. One of them has been applied to a composite layer structure in which a prepreg is laminated and formed, (Pinning, pinning) of the Z-pin in the axial direction.

그러나, 종래에 Z-핀을 삽입하기 위하여 제시된 방법들은 준비과정이 너무 복잡하거나 공정에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
However, the conventional methods for inserting the Z-pin have a problem that the preparation process is too complicated or the process requires a large amount of cost.

출원번호 : 10-2007-0093965 (등록번호 : 10-0932302, 발명 명칭 : 핀을 박아 성능을 보강한 복합재 적층 구조물, 상기 복합재적층 구조물 제조 방법, 장치 및 상기 장치 제작 방법)No. 10-2007-0093965 (registration number: 10-0932302, name of the invention: composite laminated structure reinforced with fin-finishing performance, method of manufacturing the composite laminated structure, apparatus and method of manufacturing the apparatus)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 프리프레그 적층판의 층간물성을 강화하기 위하여 Z-핀을 간단하고 용이하게 삽입할 수 있는 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a Z-pinning device using a push pin for easily and easily inserting a Z-pin to enhance interlayer properties of a prepreg laminate, It has its purpose.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치는 프리프레그 적층판에 Z-핀을 삽입하기 위한 것으로서; 상면에 상기 프리프레그 적층판이 안착되고 그 재질이 철판으로 이루어진 하부몰드와; 상기 프리프레그 적층판의 상면에 안착되고, 그 재질이 알루미늄으로 이루어지며, 상기 Z-핀이 끼움되는 다수의 핀홀이 형성된 상부몰드와; 상기 상부몰드의 핀홀에 끼움된 Z-핀의 상단에 올려지고, 그 재질이 철로 이루어진 푸쉬핀과; 상기 푸쉬핀을 상기 핀홀 내부로 밀어 넣어 상기 Z-핀이 상기 프리프레그 적층판에 삽입되도록 하는 초음파건;으로 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a Z-pinning apparatus using a push pin for inserting a Z-pin into a prepreg laminate. A lower mold on which the prepreg laminate is mounted on an upper surface thereof and which is made of an iron plate; An upper mold which is seated on the upper surface of the prepreg laminate and has a plurality of pin holes through which the Z-pin is inserted, the upper mold being made of aluminum; A push pin which is mounted on an upper end of a Z-pin inserted in a pinhole of the upper mold and made of iron; And an ultrasonic gun for pushing the push pin into the pin hole to insert the Z-pin into the prepreg laminate.

여기서, 상기 상부몰드에 형성된 핀홀의 상하방향 길이는 상기 Z-핀의 상하방향 길이보다 길게 형성된다.
Here, the vertical length of the pin hole formed in the upper mold is longer than the vertical length of the Z-fin.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치는 프리프레그 적층판의 층간물성을 강화하기 위하여 Z-핀을 삽입하는 공정이 매우 간단하고 용이한 이점이 있다.The Z-pinning device using the push pin of the present invention having the above structure is very simple and easy to insert the Z-pin to strengthen the interlaminar properties of the prepreg laminate.

또한, 상부몰드에 형성된 핀홀의 상하방향 길이가 Z-핀의 길이보다 길기 때문에 핀홀에 Z-핀과 푸쉬핀을 한꺼번에 삽입할 수 있어서 푸쉬핀이 핀홀에서 빠지지 않도록 별도로 푸쉬핀을 잡아주기 위한 과정이 필요없는 이점이 있다.Further, since the length of the pin hole formed in the upper mold is longer than the length of the Z-pin, the Z-pin and the push pin can be inserted into the pin hole at once, and a process for holding the push pin separately from the pin hole There is an advantage not required.

또한, 본 발명을 구성하는 하부몰드, 상부몰드, 푸쉬핀 및 초음파건 등은 영구적으로 반복하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
Further, the lower mold, the upper mold, the push pin, and the ultrasonic gun constituting the present invention can be permanently used repeatedly.

도 1은 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치를 사용하는 모습을 간단히 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치의 상부몰드 일 실시예를 보인 도.1 is a cross-sectional view of a Z-pinning device using a push pin according to the present invention.
2 is a view showing one embodiment of an upper mold of a Z-pinning device using a push pin according to the present invention.

이하, 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a Z-pinning device using a push pin according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치를 사용하는 모습을 간단히 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치의 상부몰드 일 실시예를 보인 도이다.
FIG. 1 is a sectional view of a Z-pinning device using a push pin according to the present invention, and FIG. 2 is a view illustrating an upper mold of a Z-pinning device using a push pin according to the present invention .

본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치는 프리프레그 적층판(P)에 Z-핀(Z)을 삽입하기 위한 것이다. 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics)의 주 구성 재료로 많이 사용되는 프리프레그(Prepreg) 적층판은 층간물성이 취약하여 적층된 프리프레그가 박리되는 문제가 있는데, 본 발명은 이러한 문제를 해결하고 프리프레그 적층판의 층간물성을 보강하여 적층된 프리프레그가 박리되지 않도록 하기 위한 것이다. 이러한 본 발명은 하부몰드(10)와, 상기 하부몰드(10)의 상측에 배치되는 상부몰드(20)와, 상기 상부몰드(20)에 삽입되는 푸쉬핀(30)과, 상기 푸쉬핀(30)을 밀어 넣는 초음파건(40)으로 구성된다.
A Z-pinning apparatus using a push pin according to the present invention is for inserting a Z-pin (Z) into a prepreg laminate (P). The prepreg laminate, which is widely used as a main constituent material of carbon fiber reinforced plastics (CFRP), has a problem that delaminated prepregs are peeled off due to poor interlayer properties. And reinforcing the interlaminar properties of the prepreg laminate so as to prevent the laminated prepreg from peeling off. The upper mold 20 is disposed above the lower mold 10, the push pin 30 is inserted into the upper mold 20, the push pin 30 is inserted into the upper mold 20, And an ultrasonic gun 40 for pushing the ultrasonic gun 40.

상기 하부몰드(10)는 상기 프리프레그 적층판(P)의 하측에 배치되는 것으로서, 그 재질이 철판으로 이루어진다. 다시 말하면, 상기 하부몰드(10)는 상면에 상기 프리프레그 적층판(P)이 안착된다. 이러한 하부몰드(10)는 일정한 두께를 갖고, 구멍이나 홈이 형성되지 않은 평평한 패널 형태로 제작된다.
The lower mold 10 is disposed on the lower side of the prepreg laminate P and is made of an iron plate. In other words, the prepreg laminate (P) is seated on the upper surface of the lower mold (10). The lower mold 10 has a constant thickness and is formed in the form of a flat panel without holes or grooves.

상기 상부몰드(20)는 상기 하부몰드(10)의 상면에 배치된 프리프레그 적층판(P)의 상면에 안착되는 것으로서, 그 재질이 알루미늄으로 이루어진다. 이러한 상부몰드(20)에는 다수의 핀홀(21)이 형성된다.The upper mold 20 is seated on the upper surface of the prepreg laminate P disposed on the upper surface of the lower mold 10, and the material thereof is made of aluminum. In the upper mold 20, a plurality of pinholes 21 are formed.

상기 핀홀(21)은 상기 Z-핀(Z)이 끼움되는 구멍으로서, 이 핀홀(21)에 끼움된 Z-핀(Z)이 상기 프리프레그 적층판(P)에 삽입된다. 그리고, 상기 핀홀(21)의 상하방향 길이는 상기 Z-핀(Z)의 상하방향 길이보다 길게 형성된다.The pinhole 21 is a hole through which the Z-pin Z is inserted. A Z-pin Z inserted in the pinhole 21 is inserted into the prepreg laminate P. The length of the pinhole 21 in the vertical direction is longer than the length of the Z-pin Z in the vertical direction.

따라서, 상기 Z-핀(Z)을 상기 핀홀(21)에 삽입하면 Z-핀(Z)의 하단은 상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 접촉되고, Z-핀(Z)의 상단은 상기 핀홀(21)의 안쪽에 위치되어 핀홀(21)의 상측부에는 일정한 여유공간이 형성된다. 이 핀홀(21) 상측부의 여유공간에 상기 푸쉬핀(30)의 하측부가 끼움된다.
When the Z-pin Z is inserted into the pinhole 21, the lower end of the Z-pin Z contacts the upper surface of the prepreg laminate P, and the upper end of the Z- A predetermined clearance is formed in the upper portion of the pinhole 21, which is located inside the pinhole 21. And the lower portion of the push pin 30 is fitted in the clearance space on the upper side of the pinhole 21. [

상기 푸쉬핀(30)은 다수의 Z-핀(Z)에 대응하는 수로 낱개로 이루어지면서, 상기 상부몰드(20)의 핀홀(21)에 끼움된 각 Z-핀(Z)의 상단에 하나씩 개별적으로 올려진다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 각 푸쉬핀(30)은 상기 각 핀홀(21)의 상측부에 형성된 여유공간에 하측부가 끼움되기 때문에 각 푸쉬핀(30)의 하단은 상기 Z-핀(Z)의 상단에 개별적으로 접촉된다. 즉 상부몰드(20)에 형성된 다수의 핀홀(21) 내부에 Z-핀(Z)과 푸쉬핀(30)이 끼움되는데, 하측에는 Z-핀(Z)이 위치되고 상측에는 이와 한 쌍을 이루는 하나의 푸쉬핀(30)이 개별적으로 위치되는 것이다. 이러한 푸쉬핀(30)은 그 재질이 철로 제작되어 자석에 부착된다.
The push pins 30 are formed in a number corresponding to a number of Z-pins Z and are provided at the upper end of each Z-pin Z inserted into the pinhole 21 of the upper mold 20, . The lower ends of the respective push pins 30 are connected to the lower ends of the Z-pins Z so that the lower ends of the push pins 30 are connected to the upper ends of the Z- Respectively. The Z-pin Z and the push pin 30 are inserted into the plurality of pinholes 21 formed in the upper mold 20 and the Z-pin Z is positioned on the lower side and the Z- One push pin 30 is positioned separately. The push pin 30 is made of iron and attached to the magnet.

상기 초음파건(40)은 상기 푸쉬핀(30)을 상기 핀홀(21) 내부로 하나씩 밀어 넣어 상기 Z-핀(Z)이 상기 프리프레그 적층판(P)에 삽입되도록 한다. 핀홀(21)에 Z-핀(Z)이 끼워짐과 아울러 푸쉬핀(30)이 끼워지는데 푸쉬핀(30)의 하단은 Z-핀(Z)의 상단에 접촉된다고 하였으므로, 초음파건(40)에 의하여 하나의 푸쉬핀(30)을 하측으로 가압되면 이와 한 쌍을 이루는 Z-핀(Z)이 푸쉬핀(30)에 밀려서 상기 프리프레그 적층판(P)을 뚫고 들어가게 된다.The ultrasonic gun 40 pushes the push pins 30 into the pinhole 21 one by one so that the Z-pin Z is inserted into the prepreg laminate P. The lower end of the push pin 30 is in contact with the upper end of the Z-pin Z while the Z-pin Z is inserted into the pinhole 21 and the push pin 30 is inserted. When the push pin 30 is pressed downward by the push pin 30, the pair of Z-pins Z are pushed by the push pin 30 to penetrate the prepreg laminate P.

한편, 상기 Z-핀(Z)은 프리프레그 적층판(P) 내부에 삽입되었을 때 프리프레그 적층판(P)과의 결합력을 강화하기 위하여 표면에 요철을 형성시키는 것이 바람직하다.
When the Z-pin Z is inserted into the prepreg laminate P, it is preferable that the Z-pin Z be formed with irregularities on the surface thereof in order to enhance the bonding force with the prepreg laminate P.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치로 Z-피닝하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.A method of Z-pinning with the Z-pinning device using the push pin according to the present invention will be briefly described below.

먼저, 하부몰드(10) 상면에 프리프레그 적층판(P)을 안착시킨 후, 상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 상부몰드(20)를 안착시킨다.First, the prepreg laminate P is placed on the upper surface of the lower mold 10, and then the upper mold 20 is placed on the upper surface of the prepreg laminate P.

그런 다음, 상기 상부몰드(20)에 형성된 핀홀(21)에 Z-핀(Z)을 삽입한다. 이렇게 Z-핀(Z)이 삽입되면 Z-핀(Z)의 하단이 상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 접촉된다.Then, the Z-pin (Z) is inserted into the pinhole (21) formed in the upper mold (20). When the Z-pin (Z) is inserted in this manner, the lower end of the Z-pin (Z) is brought into contact with the upper surface of the prepreg laminate (P).

Z-핀(Z)이 핀홀(21)에 삽입되면 푸쉬핀(30)을 상기 핀홀(21)에 하나씩 끼워 넣는다. 이때, 핀홀(21)에는 푸쉬핀(30)의 하측부가 삽입되므로 핀홀(21)의 바깥쪽으로 푸쉬핀(30)의 상측부가 노출된다.When the Z-pin (Z) is inserted into the pinhole (21), the push pin (30) is inserted into the pinhole (21) one by one. Since the lower portion of the push pin 30 is inserted into the pin hole 21, the upper portion of the push pin 30 is exposed to the outside of the pin hole 21.

핀홀(21)의 바깥쪽으로 노출된 각 푸쉬핀(30)의 상측부를 초음파건(40)으로 하나씩 가압하여 각 푸쉬핀(30)을 누른다. 푸쉬핀(30)이 하측으로 가압되면 푸쉬핀(30)에 의하여 Z-핀(Z)이 하측으로 가압되어 프리프레그 적층판(P)에 삽입된다. 이 상태에서 초음파건(40)이 계속 동작되더라도 Z-핀(Z)은 철판으로 제작된 하부몰드(10)에 막혀서 더 이상 하측으로 움직이지 않게 된다. 이러한 작업을 통하여 상기 프리프레그 적층판(P)에 Z-핀(Z)을 삽입하는 작업이 완료된다.The upper portions of the respective push pins 30 exposed to the outside of the pinhole 21 are pressed by the ultrasonic gun 40 one by one and the respective push pins 30 are pressed. When the push pin 30 is pressed downward, the Z-pin Z is pressed downward by the push pin 30 and inserted into the prepreg laminate P. In this state, even if the ultrasonic gun 40 is continuously operated, the Z-pin Z is clogged by the lower mold 10 made of the iron plate, and is not moved further downward. Through this operation, the operation of inserting the Z-pin (Z) into the prepreg laminate P is completed.

이렇게 Z-핀(Z) 삽입 작업이 완료되면 상부몰드(20)를 들어올린다. 상부몰드(20)를 들어 올린 후 핀홀(21)에 끼워져 있거나 프리프레그 적층판(P) 주변에 산재되어 있는 푸쉬핀(30)을 자석으로 부착/수거하여 재사용한다.When the Z-pin (Z) insertion operation is completed, the upper mold 20 is lifted. After lifting the upper mold 20, the push pins 30, which are fitted in the pinholes 21 or scattered around the prepreg laminate P, are attached / collected by magnets and reused.

한편, 상기 Z-핀(Z)의 길이를 상기 프리프레그 적층판(P)의 두께와 동일하게 형성시키면, Z-핀(Z)을 프리프레그 적층판(P)에 삽입시킨 후 표면을 매끄럽게 하기 위하여 프리프레그 적층판(P)의 표면에 돌출된 Z-핀(Z)을 절단할 필요가 없어서 편리하다.
When the length of the Z-pin Z is formed to be equal to the thickness of the prepreg laminate P, the Z-pin Z is inserted into the prepreg laminate P, It is not necessary to cut the Z-pin (Z) protruding from the surface of the leg laminate (P).

10: 하부몰드 20: 상부몰드
21: 핀홀 30: 푸쉬핀
40: 초음파건 P: 프리프레그 적층판
Z: Z-핀10: lower mold 20: upper mold
21: pinhole 30: push pin
40: ultrasonic gun P: prepreg laminate
Z: Z-pin

Claims (4)

프리프레그 적층판(P)에 Z-핀(Z)을 삽입하기 위한 것으로서,
상면에 상기 프리프레그 적층판(P)이 안착되는 하부몰드(10)와;
상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 안착되고, 상기 Z-핀(Z)이 끼움되는 다수의 핀홀(21)이 형성된 상부몰드(20)와;
상기 상부몰드(20)의 다수의 핀홀(21)에 끼움된 각 Z-핀(Z)의 상단에 하나씩 개별적으로 올려지는 다수의 푸쉬핀(30)과;
상기 각 푸쉬핀(30)을 상기 핀홀(21) 내부로 개별적으로 밀어 넣어 상기 Z-핀(Z)이 상기 프리프레그 적층판(P)에 하나씩 삽입되도록 하는 초음파건(40);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치.
For inserting the Z-pin (Z) into the prepreg laminate (P)
A lower mold 10 on which the prepreg laminate P is seated;
An upper mold 20 mounted on the upper surface of the prepreg laminate P and having a plurality of pinholes 21 into which the Z-pin Z is inserted;
A plurality of push pins 30 individually mounted on upper ends of Z-pins Z inserted in the plurality of pinholes 21 of the upper mold 20;
And an ultrasonic gun 40 for pushing the push pins 30 individually into the pinhole 21 so that the Z-pins Z are inserted into the prepreg laminate P one by one. And a push pin.
청구항 1에 있어서,
상기 하부몰드(10)는 그 재질이 철판으로 이루어지고, 상기 상부몰드(20)는 그 재질이 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치.
The method according to claim 1,
Wherein the lower mold (10) is made of an iron plate, and the upper mold (20) is made of aluminum.
청구항 1에 있어서,
상기 상부몰드(20)에 형성된 핀홀(21)의 상하방향 길이는 상기 Z-핀(Z)의 상하방향 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 푸쉬핀(30)을 이용한 Z-피닝장치.
The method according to claim 1,
The Z-pinning device according to claim 1, wherein a length of the pinhole (21) formed in the upper mold (20) is longer than a length of the Z-pin (Z) in a vertical direction.
청구항 1에 있어서,
상기 푸쉬핀(30)은 그 재질이 철로 제작되어 자석에 부착되는 것을 특징으로 하는 푸쉬핀을 이용한 Z-피닝장치.The method according to claim 1,
The push pin (30) is made of iron and attached to a magnet.
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