KR101530608B1 - 프레스 장치용 다이쿠션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 장치에서 상부의 프레스 슬라이드의 승강에 대응하여 하부의 프레스 다이를 승강 제어하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템에 관한 것으로서, 프레스 다이를 지지하는 유압실린더와; 작동유를 상기 유압실린더의 하측 포트에 공급함으로써 상기 유압실린더를 상승 구동시키거나, 상기 유압실린더의 하강 구동 시 상기 유압실린더 내의 작동유를 상기 하측 포트로부터 유입받아 유출시키기 위한 비례유량제어밸브와; 압력유를 상기 유압실린더의 상측 포트에 공급함으로써 상기 유압실린더를 하강 구동시키기 위한 정압공급수단과; 슬라이드 위치검출기와 다이쿠션 위치검출기를 통해 프레스 슬라이드의 위치에 따라 상기 프레스 다이의 하강 및 상승을 조절하도록 상기 비례유량제어밸브의 작동을 제어하되, 상기 프레스 슬라이드의 하강 과정에서는 상기 프레스 다이가 상기 프레스 슬라이드에 대해 다단의 반력을 가하도록 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 프레스 슬라이드에 대한 다이쿠션의 응답 속도를 향상시켜 줌으로써 다양한 패턴의 성형압력을 발휘토록 하여 프레스 대상의 소성변형으로 인한 탄성복원 내지 잔류응력의 발생을 최소화할 수 있다.

Description

프레스 장치용 다이쿠션 시스템{DIE CUSHION SYSTEM FOR PRESS MACHINE}

본 발명은 판재 금속의 펀칭(punching), 드로잉(drawing) 등을 수행하는 프레스 장치에서 상부의 프레스 슬라이드의 승강에 대응하여 하부의 프레스 다이를 승강 제어하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템에 관한 것이다.

종래의 프레스 장치용 다이쿠션 시스템은 공개특허공보 제2007-0085303호(공개일자: 2007.08.27) "프레스 기계의 다이 쿠션장치"에 개시된 바와 같이 하나의 유량제어밸브와 하나의 유량공급 펌프로 다이쿠션의 상승과 하강을 달성함에 따라 그 응답속도가 느린 관계로 프레스 슬라이드에 대해 대압력->소압력으로 이어지는 비교적 단순한 패턴의 성형압력을 가할 수 있을 뿐이었다(상기 공개특허공보의 도 3 참조).

그러나, 이와 같은 단순한 패턴의 성형압력으로는 프레스 대상인 금속판재의 성형 후 탄성복원 내지 잔류응력을 발생시킬 수 있으며, 결과적으로 성형제품의 불량을 야기한다는 문제가 있었다.

특히, 고장력 강판에 대하여 딥드로잉(deep drawing)을 수행하는 경우와 같이 프레스 가공으로 인한 소성 변형량이 큰 작업에 있어서 상기와 같이 단순한 패턴의 성형압력을 발휘하는 정도에 불과한 종래 다이쿠션 시스템으로는 성형품의 찢어짐을 유발하는 문제가 빈번함에 따라 이에 대한 개선이 요구되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 프레스 슬라이드에 대한 다이쿠션의 응답 속도를 향상시켜 줌으로써 다양한 패턴의 성형압력을 발휘토록 하여 프레스 대상의 소성변형으로 인한 탄성복원 내지 잔류응력의 발생을 최소화할 수 있는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 프레스 장치용 다이쿠션 시스템에 있어서, 상부에서 승강 구동되는 프레스 슬라이드(press slide)에 대응하여 하부에 배치되는 프레스 다이(press die)를 지지하는 유압실린더와; 탱크로부터 제1 펌프를 경유하여 유입되는 작동유를 상기 유압실린더의 하측 포트에 공급함으로써 상기 유압실린더를 상승 구동시키거나, 상기 유압실린더의 하강 구동 시 상기 유압실린더 내의 작동유를 상기 하측 포트로부터 유입받아 상기 탱크로 유출시키기 위한 비례유량제어밸브와; 상기 탱크로부터 제2 펌프를 경유하여 유입되는 압력유를 상기 유압실린더의 상측 포트에 공급함으로써 상기 압력유에 의해 상기 유압실린더를 하강 구동시키기 위한 정압공급수단과; 상기 프레스 슬라이드의 승강 위치를 검출하기 위한 슬라이드 위치검출기와; 상기 프레스 다이의 승강 위치를 검출하기 위한 다이쿠션 위치검출기; 및 상기 슬라이드 위치검출기와 상기 다이쿠션 위치검출기를 통해 하강 및 상승하는 상기 프레스 슬라이드의 위치에 따라 상기 프레스 다이의 하강 및 상승을 조절하도록 상기 비례유량제어밸브의 작동을 제어하되, 상기 프레스 슬라이드의 하강 과정에서는 상기 프레스 다이가 상기 프레스 슬라이드에 대해 다단의 반력을 가하도록 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 다단의 반력은, 상기 프레스 슬라이드가 하강하여 상기 프레스 다이에 접촉이 개시되는 경우의 초기하중, 상기 초기하중보다 큰 최대하중 및 상기 초기하중보다 작은 마감하중이 발생하도록 제어될 수도 있다.

이때, 상기 초기하중과 상기 최대하중의 사이에는 상기 초기하중보다 작은 제1 중간하중이, 상기 최대하중과 상기 마감하중의 사이에는 상기 마감하중보다 작은 제2 중간하중이 발생하도록 제어될 수도 있다.

나아가, 이때 상기 제1 중간하중 및 상기 제2 중간하중 중에서 적어도 하나는 0 하중일 수도 있다.

이 경우, 상기 0 하중인 동안에는 상기 프레스 슬라이드와 상기 프레스 다이가 서로 분리된 상태일 수도 있다.

한편, 상기 제어기는, 상기 프레스 슬라이드가 하강하여 상기 프레스 다이에 접촉이 개시되는 시점에서 접촉 충격을 완화시키기 위해 상기 프레스 다이를 상기 프레스 슬라이드보다 더 적은 속도로 하강하도록 제어할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 프레스 장치용 다이쿠션 시스템에 의하면 유압실린더를 상승 구동시키는 비례유량제어밸브 외에 상기 유압실린더를 하강 구동시키는 정압공급수단을 더 포함함으로써 프레스 다이의 응답속도를 향상시킬 수 있고 이에 따라 하강하는 프레스 슬라이드에 대하여 다단의 반력을 가할 수 있으므로 성형대상인 금속판재에 대한 반복하중 제어가 가능하여 성형 후 탄성복원 내지 잔류응력을 제거할 수 있다.

또한, 프레스 다이의 응답속도 향상 및 다단의 반력을 구현할 수 있으므로 다양한 패턴의 성형압력을 발휘하는 것이 가능함에 따라 딥드로잉과 같이 소성 변형량이 큰 작업에 있어서도 품질이 양호한 성형품을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프레스 장치용 다이쿠션 시스템의 회로도,
도 2 내지 도 6은 도 1의 회로에 의해 구현되는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템에 있어서 프레스 다이의 위치제어 및 하중제어 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 프레스 장치용 다이쿠션 시스템(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부의 프레스 슬라이드(press slide, 1)에 대응하여 하부의 프레스 다이(press die, 2)를 승강시키기 위한 유압실린더(11), 이 유압실린더(11)를 상승 구동시키기 위한 비례유량제어밸브(12), 상기 유압실린더(11)를 하강 구동시키기 위한 정압공급수단(13, 14), 프레스 슬라이드(1)의 승강에 따라 프레스 다이(2)의 승강을 제어하기 위한 제어기(15)를 포함하여 구성된다.

비례유량제어밸브(12)는 탱크(16)로부터 펌프(17)를 경유하여 소정의 압력, 예를 들어 130 내지 150[bar]로 유입되는 작동유를 작동유 공급라인(18)을 통해 유압실린더(11)의 하측 포트(11a)에 공급함으로써 상기 유압실린더(11)를 상승 구동시킨다. 또한, 비례유량제어밸브(12)는 유압실린더(11)의 하강 구동 시 하측 포트(11a)로부터 유출되는 작동유를 드레인(16-1)로 배출시키는 기능도 수행한다.

정압공급수단(13, 14)은 탱크(16)로부터 펌프(14)를 경유하여 소정의 압력, 예를 들어 210[bar]로 유입되는 압력유를 압력유 공급라인(13)을 통해 유압실린더(11)의 상측 포트(11b)에 공급함으로써 상기 유압실린더(11)를 하강 구동시킨다.

이에 따라, 제어기(15)의 제어신호가 입력되면 비례유량제어밸브(12)의 스풀(12a)는 정방향(우측방향)으로 구동하여 상기 유압실린더(11)를 상승시키게 된다. 유압실린더(11) 내에서 하부의 압력(P1)은 상부의 압력(P2)보다 낮으나 피스톤(11c)에 대한 가압면적의 차로 인해 상승 구동이 이루어진다. 이때 상측 포트(11b)로부터 유출되는 압력유는 압력유 공급라인(13)을 통해 축압기(19)로 임시 저장된다. 다만, 축압기(19)가 충진된 이후에는 압력조정안전밸브(13-1)를 통해 드레인(16-1)로 배출된다.

한편, 제어기(15)의 제어신호가 소멸되면 비례유량제어밸브(12)의 스풀(12a)은 스프링(12b)에 의해 역방향(좌측방향)으로 복귀 구동하며, 이때에는 유압실린더(11) 내의 상부 압력(P2)로 인해 피스톤(11c)이 하강하고 이로 인해 하측 포트(11a)로 유출되는 작동유는 작동유 공급라인(18)을 통해 비례유량제어밸브(12)를 통과하여 드레인(16-1)으로 배출된다.

제어기(15)는 슬라이드 위치검출기(20)를 통해 프레스 슬라이드(1)의 승강 위치를 검출하여 이에 따라 비례유량제어밸브(12)를 제어함으로써 프레스 다이(2)를 승강 구동시키며, 다이쿠션 위치검출기(21)를 통해 피스톤(11c)의 승강 위치, 즉 프레스 다이(2)의 승강 위치를 피드백 받는다.

제어기(15)의 제어신호는 지령기 표시장치(22), 예를 들어 컴퓨터에 디스플레이되도록 하고 이와 동시에 상기 지령기 표시장치(22)로는 제어신호에 관한 데이터 수록, 모니터링 등을 병행할 수 있도록 한다.

또한, 상기 제어신호는 출력장치(23), 예를 들어 프린터를 통해 출력될 수 있도록 한다.

도 2는 상기와 같이 구성되는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템(10)의 프레스 다이(2)에 대한 위치제어 및 하중제어에 관한 그래프이다. 도면에서 A 그래프는 프레스 슬라이드(1)의 시간에 따른 위치를 나타낸 것이고, B 그래프는 제어기(15) 및 비례유량제어밸브(12)에 의해 제어되는 프레스 다이(2)의 시간에 따른 위치를 나타낸 것이다.

한편, C 그래프는 프레스 슬라이드(1)와 프레스 다이(2) 간의 접촉 구간에서 상기 프레스 슬라이드(1)에 대한 프레스 다이(2)의 반력이 다단계로 발휘되는 구간에서 프레스 다이(2)가 받는 하중을 나타낸 것이다.

도 2에서, 프레스 슬라이드(1)가 하강하기 시작하는 '접근구간'에서는 프레스 다이(2)의 위치는 그대로 유지되고 있다가, '포밍 작업 구간'에서 서로 접촉되어 금속판재에 대한 성형작업이 이루어지게 된다.

성형과정에서 제어기(15)는 비례유량제어밸브(12)를 다단으로 정역방향으로 제어하여 프레스 다이(2)의 하중을 C 그래프와 같이 다단으로 제어한다. 이에 따르면, 프레스 다이(2)가 이와 접촉하고 있는 프레스 슬라이드(1)에 대하여 다단으로 반력을 가하게 된다. 도 2에서는 프레스 슬라이드(1)가 하강하여 프레스 다이(2)에 접촉이 개시되는 단계의 초기하중 발생 구간(C1), 이 초기하중보다 큰 최대하중 발생 구간(C3) 및 상기 초기하중보다 작은 마감하중의 발생 구간(C5)으로 3단계에 걸쳐 고하중을 발생시킨다.

이때, 상기 초기하중 발생 구간과 최대하중 발생 구간의 사이에는 상기 초기하중보다 작은 제1 중간하중의 발생 구간(C2)이 개재되고, 상기 최대하중 발생 구간과 상기 마감하중 발생 구간 사이에는 상기 마감하중보다 작은 제2 중간하중의 발생 구간(C4)이 개재되도록 한다.

이에 따르면, 성형대상인 금속판재는 5단계에 걸쳐 소성변형이 이루어지고, 이때 최대하중 발생 구간(C3)과 마감하중 발생 구간(C4)과 같이 다단의 반력이 발휘되는 구간에서는 소성변형 후의 탄성복원이나 잔류응력이 제거된다.

비교적 짧은 구간에 해당하는 '포밍 작업 구간'에서 상기한 C1 내지 C5 구간과 같이 프레스 다이(2)가 다단계 반력을 발휘할 수 있기 위해서는 정압공급수단(13, 14)과 같은 유압실린더(11)에 대한 별도의 하강 구동원이 수반되어야 한다.

한편, 도 2에서 프레스 슬라이드(1)와 프레스 다이(2)의 접촉이 개시되는 시점에서의 충격(D)을 완화시켜주기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 유압실린더(11)를 동시에 저속으로 하강시키는 프리악셀(pre-acceleration) 구간(E)을 설정할 수도 있다. 이에 따라 프레스 슬라이드(1)와 프레스 다이(2)의 접촉 개시 시의 충격(D')은 크게 완화시킬 수 있다.

이와 같은 프리악셀 구간(E)이 '포밍 작업 구간'에 앞서 순간적으로 발생하도록 구현하는 기술 또한 비례유량제어밸브(12)와 더불어 상기 정압공급수단(13, 14)이 구비되어 유압실린더(1)의 순간적인 정역 구동을 구현함으로 해서 비로소 가능해진다.

도 4는 A 그래프로 대표되는 바와 같이 프레스 슬라이드(1)가 하강하여 B 그래프로 도시된 프레스 다이(2)와 접촉하여 1차 성형이 이루어진 후, 상승 및 하강하여 프레스 다이(2)와 접촉하여 2차 성형이 이루어지고, 다시 상승 및 하강하여 프레스 다이(2)와 접촉하여 3차 성형이 이루어지는 방식으로 성형작업이 수행되는 모습이다.

이 경우, '포밍 작업 구간'에서 프레스 슬라이드(1)가 2번에 걸쳐 상승되는 동안에는 프레스 다이(2)와 분리되므로 프레스 다이(2)에는 0 하중이 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 프레스 장치용 다이쿠션 시스템(10)에 의하면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, A 그래프의 프레스 슬라이드(1)가 '포밍 작업 구간'에서 일정한 스트로크(stroke)로 승강할 경우 B 그래프의 프레스 다이(2)는 동일한 스트로크의 승강 구간에서 각기 서로 다른 하중, 즉 반력을 발휘할 수도 있다.

한편, 이상에서 설명된 프레스 장치용 다이쿠션 시스템(10)은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다. 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

1: 프레스 슬라이드 2: 프레스 다이
10: 프레스 장치용 다이쿠션 시스템 11: 유압실린더
12: 비례유량제어밸브 13: 압력유 공급라인
14: 펌프 15: 제어기
16: 탱크 17: 펌프
18: 작동유 공급라인 19: 축압기
20: 슬라이드 위치검출기 21: 다이쿠션 위치검출기

Claims (6)

1. 프레스 장치용 다이쿠션 시스템에 있어서,
   상부에서 승강 구동되는 프레스 슬라이드(press slide)에 대응하여 하부에 배치되는 프레스 다이(press die)를 지지하는 유압실린더와;
   탱크로부터 제1 펌프를 경유하여 유입되는 작동유를 상기 유압실린더의 하측 포트에 공급함으로써 상기 유압실린더를 상승 구동시키거나, 상기 유압실린더의 하강 구동 시 상기 유압실린더 내의 작동유를 상기 하측 포트로부터 유입받아 상기 탱크로 유출시키기 위한 비례유량제어밸브와;
   상기 탱크로부터 제2 펌프를 경유하여 유입되는 압력유를 상기 유압실린더의 상측 포트에 공급함으로써 상기 압력유에 의해 상기 유압실린더를 하강 구동시키기 위한 정압공급수단과;
   상기 프레스 슬라이드의 승강 위치를 검출하기 위한 슬라이드 위치검출기와;
   상기 프레스 다이의 승강 위치를 검출하기 위한 다이쿠션 위치검출기; 및
   상기 슬라이드 위치검출기와 상기 다이쿠션 위치검출기를 통해 하강 및 상승하는 상기 프레스 슬라이드의 위치에 따라 상기 프레스 다이의 하강 및 상승을 조절하도록 상기 비례유량제어밸브의 작동을 제어하되, 상기 프레스 슬라이드의 하강 과정에서는 상기 프레스 다이가 상기 프레스 슬라이드에 대해 다단의 반력을 가하도록 제어하는 제어기를 포함하고,
   상기 다단의 반력은,
   상기 프레스 슬라이드가 하강하여 상기 프레스 다이에 접촉이 개시되는 경우의 초기하중, 상기 초기하중보다 큰 최대하중 및 상기 초기하중보다 작은 마감하중이 발생하도록 제어되며,
   상기 초기하중과 상기 최대하중의 사이에는 상기 초기하중보다 작은 제1 중간하중이, 상기 최대하중과 상기 마감하중의 사이에는 상기 마감하중보다 작은 제2 중간하중이 발생하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 중간하중 및 상기 제2 중간하중 중에서 적어도 하나는 0 하중인 것을 특징으로 하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 0 하중인 동안에는 상기 프레스 슬라이드와 상기 프레스 다이가 서로 분리된 상태인 것을 특징으로 하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 프레스 슬라이드가 하강하여 상기 프레스 다이에 접촉이 개시되는 시점에서 접촉 충격을 완화시키기 위해 상기 프레스 다이를 상기 프레스 슬라이드보다 더 적은 속도로 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 프레스 장치용 다이쿠션 시스템.

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