KR101541849B1

KR101541849B1 - 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치

Info

Publication number: KR101541849B1
Application number: KR1020140044663A
Authority: KR
Inventors: 홍성태; 박규열; 정용하; 박기동; 한흥남; 김문조; 양대호; 김장수; 김석현
Original assignee: 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2015-08-05
Also published as: WO2015160081A1

Abstract

본 발명은 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치에 관한 것이다. 본 발명은 상부에 배열 설치되는 상부 성형 핀들의 조합으로 이루어지는 상부 금형 및 상부 금형과 대응하여 하부에 설치되는 하부 성형 핀들의 조합으로 이루어지는 하부 금형을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 전극의 면적을 조절하여 원하는 부분만 통전할 수 있을 뿐만 아니라 곡면에서도 연속적으로 전류를 인가할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치{ELECTRICALLY ASSISTED FORMING WITH MULTI-POINT ADJUSTABLE ELECTRODE APPARATUS}

본 발명은 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전극의 면적을 조절하여 원하는 부분만 통전할 수 있을 뿐만 아니라 곡면에서도 연속적으로 전류를 인가할 수 있도록 한 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치에 관한 것이다.

일반적으로 통전소성은, 금속재료의 소성변형 중에 전류를 가할 경우 일시적으로 유동응력이 급격히 하락하고 적정한 통전변수로 전류를 가할 경우에는 과도한 온도 상승 없이 성형성이 현격하게 향상되는 현상이다. 통전가공법(electrically assisted manufacturing: EAM)은 통전소성을 기존의 생산기술과 조합한 신개념의 생산기술이다.

통전소성을 이용한 제조법의 일례로서, 미국특허등록 제US 7302821호는 "재료가 변형되는 동안 유동 응력을 감소시키기 위하여 재료에 전류를 인가하는 제어기를 포함하는 제조 시스템"을 개시한다.

또한, 미국 특허등록 제US 7516640호는 "포밍 툴에서 금속 블랭크를 형성하는 방법"을 개시한다.

또한, 대한민국 특허등록 제1252730호는 "금형의 성형부의 내구성을 확보하면서 간단한 구성으로 성형부를 가열할 수 있는 성형장치 및 동 성형장치에 의한 성형방법"을 개시한다.

그러나 기존 통전소성 프레스 공정은, 전극 간의 거리가 멀기 때문에 열저항이 생기면서 발열이 발생한다. 또한, 금형에 전극을 체결시킬 경우 프레스의 압축하중이 불균일하며 전극의 마멸 및 소재와의 마찰문제가 발생한다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전극의 면적을 조절하여 원하는 부분만 통전할 수 있을 뿐만 아니라 곡면에서도 연속적으로 전류를 인가할 수 있도록 한 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 이루기 위해, 본 발명은 상부에서 성형 대상물을 가압하는 것으로서, 상부에 배열 설치되는 상부 성형 핀들의 조합으로 이루어지는 상부 금형; 및 하부에서 성형 대상물을 가압하는 것으로서, 상기 상부 성형 핀에 대향하여 하부에 설치되는 하부 성형 핀들의 조합으로 이루어지는 하부 금형; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치를 제공한다.

또한, 상기 상부 금형과 하부 금형은 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들 사이에 놓인 성형 대상물에 통전소성을 가하면서 상, 하에서 동시에 가압하여 성형함을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들은 성형과정에서 성형 대상물의 형상변화에도 접촉이 그대로 유지되고 성형 대상물의 곡면 성형이 가능하도록 각각 개별적으로 가압작동이 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들은 금형 역할을 하는 핀들 중 공정상의 필요에 따라 선택적으로 전극으로 사용되어 통전소성을 수행함을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들은 선택되는 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들에 따라 전극의 위치, 전극의 면적, 통전방향이 가변적으로 조절됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 통전방향은 성형 대상물의 표면방향 또는 두께방향임을 특징으로 한다.

또한, 상, 하부 금형 중 어느 하나의 금형 일측 가장자리에 성형 핀들이 복수로 배열 설치됨을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치를 제공한다.

또한, 상기 성형 핀들은 성형과정에서 성형 대상물의 형상변화에도 접촉이 그대로 유지되고 성형 대상물의 곡면 성형이 가능하도록 각각 개별적으로 가압작동이 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 성형 대상물에 접촉하는 상기 성형 핀들 모두 전극으로 사용됨을 특징으로 한다.

또한, 성형 대상물에 선택적으로 접촉하는 복수의 성형 핀들만 전극으로 사용됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치에 따르면, 전극의 면적을 조절하여 원하는 부분만 통전할 수 있을 뿐만 아니라 곡면에서도 연속적으로 전류를 인가할 수 있는 등 과도한 온도 상승 없이 성형 대상물의 성형성을 현격하게 향상 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시례에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치의 구성도이다.
도 2, 3은 본 발명의 바람직한 제1실시례에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치의 사용상태도이다.
도 4, 5는 본 발명의 바람직한 제2실시례에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치의 사용상태도이다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치의 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치는, 전극의 면적을 조절하여 원하는 부분만 통전할 수 있을 뿐만 아니라 곡면에서도 연속적인 전류를 인가할 수 있다.

본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치는, 도 1과 같이 상부에 설치되는 것으로서 성형 소재 등과 같은 성형 대상물(30)을 하향 가압하여 성형하는 상부 금형(10)과, 상부 금형(10)에 대향하여 하부에 설치되는 것으로서 성형 대상물(30)을 상향 가압하여 성형하는 하부 금형(20)을 포함한다.

구체적으로 상부 금형(10)은, 일렬로 배열설치는 상부 성형 핀(11)들의 조합으로 구성된다. 각 상부 성형 핀(11)들은 개별적으로 상하 수직으로 승강 작동이 가능하다. 이러한 승강 작동은 유압 또는 공압에 의해 이루어질 수 있다.

여기서, 상부 성형 핀(11)들은 기둥형태의 상부 성형 핀(11)들을 2차원 적으로 종횡으로 배열 설치된 형태일 수 있다. 다른 일 실시례로서, 하부 금형(20)의 성형 외형은 정해진 형태이고 이 하부 금형(20)에 맞추어 상부 금형(10)을 가압하여 프레스 성형을 할 수도 있다.

또 다른 일 실시례로서, 상부 금형(10)의 전체 성형 부위중 일정 영역의 상부 성형 핀(11)의 길이를 다른 부위의 영역보다 짧거나 길게하는 등 복잡한 형태의 3차원 프레스 성형이 가능하게 할 수 있다.

또 다른 일 실시례로서, 상부 금형(10)을 면체로 형성하여 프레스 성형면 자체를 3차원의 곡면, 파형, 요철 등의 복잡한 3차원의 외형으로 형성하여 성형 대상물(30)을 3차원 외형으로 성형할 수도 있다. 또 다른 실시례로서, 상부 성형 핀(11)들을 기둥 형태가 아닌 긴 플레이트를 일렬로 세워 놓은 형태로 구성할 수도 있다. 이러한 구성은 상부 금형(10)과 하부 금형(20)에 동일하게 적용할 수 있다.

각 상부 성형 핀(11)들은 성형 대상물(30)의 성형시 성형 대상물(30)에 통전소성을 수행함과 동시에 프레스 성형한다. 이와 같이 각 상부 성형(11)들은 프레스 성형 핀으로 사용됨과 동시에 통전소성을 위한 전극으로 사용된다. 공정상의 필요에 따라 상부 성형 핀(11)들 중 일정 상부 성형 핀(11)을 선택하여 전극으로 사용 통전소성을 수행할 수 있다.

각 상부 성형 핀(11)들은 전자 또는 기계식 제어를 통해 성형 중 전극의 위치, 면적, 통전 방향 등을 가변적으로 조절할 수 있다. 통전 방향은 성형 대상물(30)의 표면방향 또는 두께방향일 수 있다.

각 상부 성형 핀(11)들은 성형 공정 내내 성형 대상물(30) 간의 접촉이 유지되어 성형 대상물(30)의 형상 변화에 따른 상부 성형 핀(11) 즉, 전극과 성형 대상물(30)과의 접촉 문제를 해결할 수 있다.

하부 금형(20)은 상부 금형(10)에 대향하여 하부에 설치된다. 하부 금형(20)은 상부 금형(10)과 반대로 상향으로 성형 대상물(30)을 가압 프레스 성형한다. 하부 금형(20)은 일렬로 배열설치는 하부 성형 핀(21)들의 조합으로 구성된다. 각 하부 성형 핀(21)들은 개별적으로 상하 수직으로 승강 작동이 가능하다. 이러한 승강 작동은 유압 또는 공압에 의해 이루어질 수 있다.

하부 성형 핀(21)들은 상부 성형 핀(11)들에 대향하여 프레스 성형 방향이 상향으로 작동되는 것 이외에는 위에서 설명한 상부 성형 핀(11)과 동일하게 구성된다. 이에 하부 성형 핀(21)의 상세한 구성설명은 생략한다.

본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치는, 각각 개별적으로 작동 가능한 상부 성형 핀(11)들과 하부 성형 핀(21)들에 의해 평면 성형(도 1 좌측 그림 참조)은 물론 곡면 성형(도 1 우측 그림 참조)도 가능하다.

도 4, 5는 본 발명의 바람직한 제2실시례에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치의 사용상태도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제2실시례는 기존의 금형(100)의 일측 가장자리에 복수로 배열 설치되는 성형 핀(101)들로 구성된다. 본 발명의 제2실시례는 성형 핀(101)을 기존의 금형(100)의 전극 부위로만 대체한 것이다. 도 4, 5에는 성형 핀(101)들이 상부 금형(100)에 설치된 것으로 도시되어 있으나 하부 금형에 설치될 수도 있다.

구체적으로 본 발명에 따른 제2실시례의 성형 핀(101)들은, 복수로 설치되며 본 발명에 따른 제1실시례의 상부 성형 핀(11)들과 동일하게 구성된다. 이에 성형 핀(11)의 상세한 구성 설명은 생략한다. 도 4, 5에는 1 내지 4번의 4개의 성형 핀(101)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 프레스 성형 공정에 따라 4개 이하의 핀들의 조합 또는 4개 이상의 핀들의 조합으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 제2실시례의 성형 핀(101)들은 각각 개별적인 전극으로 사용되며, 성형 대상물(30)과 금형(100) 또는 성형 핀(101)들의 접촉 상태에 따라 전극 조절이 실시간으로 제어된다.

다음 본 발명에 따른 제1실시례의 작용에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 제1실시례의 작용설명은 도 2, 3과 같이 상부 성형 핀(11)들이 좌측에서 우측으로 1번 내지 11번으로 구성되고 하부 성형 핀(21)들이 좌측에서 우측으로 12번 내지 22번으로 구성되어 있는 경우를 실시례로 설명한다.

구체적으로 본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이 프레스 성형을 수행하고자 하는 성형 대상물(30)의 성형 초기에는 2, 3번과 8, 9번 상부 성형 핀(11)들을 전극으로 사용하고(도 2 좌측 그림 참조), 성형 후반부에는 4, 5번과 9 내지 11번 상부 성형 핀(11)들을 사용하여(도 2 우측 그림 참조)통전이 되는 부위와 전극의 면적들을 임의로 조정할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 성형 초기에는 2, 3번과 8, 9번 상부 성형 핀(11)들을 전극으로 사용하고(도 3 좌측 그림 참조), 성형 후반부에는 4 내지 6번 상부 성평 핀(11)들과 15 내지 17번 하부 성형 핀(21)들을 사용하여(도 3 우측 그림 참조) 공정 중 성형 대상물(30)의 표면방향(along-the- surface) 통전에서 두께방향(through-thickness) 통전으로 공정중 통전 방향을 변경할 수 있다.

다음 본 발명에 따른 제2실시례의 작용에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 제2실시예의 작용설명은 도 4, 5와 같이 성형 핀(101)들이 기존 상부 금형(100)의 일측 가장자리 좌측에서 우측으로 1번 내지 4번으로 구성되어 있는 경우를 실시례로 설명한다.

도 4와 같이 성형 대상물(30)과 접촉을 하는 3, 4번 성형 핀(101)들만 전극으로 이용하여 통전할 수 있다. 또한, 도 5와 같이 1 내지 4번 성형 핀(101)들 모두 전극으로 사용하여 통전할 수 있다. 물론, 성형 대상물(30)과 금형(100) 또는 성형 핀(101)들의 접촉 상태에 따라 전극 조절을 실시간으로 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치는, 성형 대상물(30)의 성형 중 성형 핀들의 선택적 통전에 의해 전극의 위치, 면적, 통전 방향 등을 가변적으로 조절할 수 있다. 이에 성형 대상물(30)에 통전소성과 동시에 프레스 성형을 하기 때문에 성형 대상물(30)의 성형성을 현격하게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 성형 중 성형 대상물(30)이 곡면 등과 같은 형상 변화에서도 전극인 성형 핀이 성형 대상물(30)과 접촉이 유지될 수 있다. 따라서 성형 대상물(30)이 곡면일 경우에도 연속적인 전류를 인가할 수 있어 성형 대상물(30)의 성형성을 현격하게 향상시킬 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.

10:상부 금형 11:상부 성형 핀 20:하부 금형
21:하부 성형 핀 30:성형 대상물 100:금형
101:성형 핀

Claims

상부에서 성형 대상물을 가압하는 것으로서, 상부에 배열 설치되는 상부 성형 핀들의 조합으로 이루어지는 상부 금형; 및 하부에서 성형 대상물을 가압하는 것으로서, 상기 상부 성형 핀에 대향하여 하부에 설치되는 하부 성형 핀들의 조합으로 이루어지는 하부 금형; 을 포함하며,
상기 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들은, 금형 역할을 하는 핀들 중 공정상의 필요에 따라 선택적으로 전극으로 사용되어 통전소성을 수행함을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 금형과 하부 금형은,
상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들 사이에 놓인 성형 대상물에 통전소성을 가하면서 상, 하에서 동시에 가압하여 성형함을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들은,
성형과정에서 성형 대상물의 형상변화에도 접촉이 그대로 유지되고 성형 대상물의 곡면 성형이 가능하도록 각각 개별적으로 가압작동이 이루어짐을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들은,
선택되는 상부 성형 핀들과 하부 성형 핀들에 따라 전극의 위치, 전극의 면적, 통전방향이 가변적으로 조절됨을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 통전방향은,
성형 대상물의 표면방향 또는 두께방향임을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
상, 하부 금형 중 어느 하나의 금형 일측 가장자리에 성형 핀들이 복수로 배열 설치되며, 성형 대상물에 선택적으로 접촉하는 복수의 성형 핀들만 전극으로 사용됨을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 성형 핀들은,
성형과정에서 성형 대상물의 형상변화에도 접촉이 그대로 유지되고 성형 대상물의 곡면 성형이 가능하도록 각각 개별적으로 가압작동이 이루어짐을 특징으로 하는 다중 가변전극을 이용한 통전소성 장치.
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