KR101562047B1 - 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법은 액압성형시 변형집중이 예상되는 소재 부위에 비압축성 재질의 변형억제물을 배치시켜 변형집중의 분산을 유도함으로써 액압성형품의 성형성이 증대되도록 한다.
본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법은 액압성형 대상 소재의 전체 부위 중에서 액압성형시 변형집중이 예상되는 부위(변형집중 예상부위)를 설정하는 변형집중 예상부위 설정단계와, 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 접하게 되는 비압축성의 변형억제물의 재질과 형상을 설정하는 변형억제물 설정단계와, 액압성형 대상 소재에 대한 액압성형을 1차적으로 수행하되, 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 변형억제물이 접하도록 하는 제1차 액압성형단계와, 상기 제1차 액압성형단계에서 액압성형 대상 소재가 1차 액압성형된 중간성형품으로부터 변형억제물을 제거하는 변형억제물 제거단계와, 상기 중간성형품에 대한 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하는 제2차 액압성형단계를 포함하여, 액압성형 과정에서 국부적 변형집중이 저감되면서 액압성형품의 성형성이 증대되도록 하되, 상기 변형억제물 설정단계와 제1차 액압성형단계 사이에 변형억제물 소재 부착단계와 변형억제물 금형 배치단계 중에서 선택된 어느 하나가 수행되고, 상기 변형억제물 소재 부착단계는 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 상기 변형억제물을 부착시키는 단계이고, 상기 변형억제물 금형 배치단계는 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 대응하는 액압성형용 금형 부위에 상기 변형억제물을 배치시키는 단계인 것을 특징으로 한다.

Description

비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법{HYDROFORMING METHOD FOR USING INCOMPRESSIBLE MATERIAL}

본 발명은 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 액압성형시 변형집중이 예상되는 소재 부위에 비압축성 재질의 변형억제물을 배치시켜 변형집중의 분산을 유도함으로써 액압성형품의 성형성이 증대되도록 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에 관한 것이다.

액압성형 공정은 경량화 부품에 대한 수요가 증가함에 따라 자동차 부품 분야에서 경량화를 위한 신 가공 공정 기술로서 폭넓게 이용되고 적용 범위를 넓혀가고 있는 소성가공 기술이다. 액압성형 공정 기술은 부품경량화 이외에도 기존 공정을 대체하는 동시에 공정을 간소화하여 부품의 일체화를 구현할 수 있다. 이와 같은 부품의 일체화는 무게 감소와 더불어 강도의 향상을 만족시킬 수 있기 때문에 원자재 절감 등의 효과도 기대할 수 있다. 액압성형 공정을 통해 생산될 수 있는 차체 부품으로는 사이드레일(side rail), 서브프레임(subframe), 대시패널(dash panel), 레일루프(rail roof), 패키지 트레일(package trail) 등 다양한 종류가 있다.

여기서 액압성형 공정과 관련하여 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0117304호 "액압 성형 장치 및 액압 성형 방법", 등록특허공보 등록번호 제10-1052011호 "배압을 이용한 액압 성형방법 및 성형장치", 등록번호 제10-0775807호 "온간 액압성형시스템용 금형유닛" 등이 안출되어 있다.

한편 액압성형 공정은 도 1의 (a)에서와 같이 확관 공정에 적용되거나, 도 1의 (b)에서와 같이 액압성형용 금형에 의한 액압성형 공정에 적용되는데, 소재가 내부의 가압력에 의해 팽창되어 소성변형되는 구조임에 따라, 특정부위에 변형집중이 발생하는 경우가 많았다. 이와 같이 변형집중이 발생되면 해당 부위가 파단되거나 손상되어 성형 불량이 발생되거나 성형품의 품질이 저하되므로, 이를 개선하는 기술의 개발이 요구되는 실정이었다.

(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0117304호 "액압 성형 장치 및 액압 성형 방법"

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1052011호 "배압을 이용한 액압 성형방법 및 성형장치"

(특허문헌 3) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0775807호 "온간 액압성형시스템용 금형유닛"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 비압축성 재질의 변형억제물이 변형집중 예상부위와 접하도록 배치되면서 1차적으로 액압성형이 수행된 후, 변형억제물이 제거된 상태에서 최종적으로 액압성형이 수행되는 공정을 제공함으로써 소재의 특정부위에 대한 변형 집중이 분산되면서 액압성형이 수행됨에 따라 액압성형품의 성형성이 증대될 수 있는 새로운 형태의 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 액압성형 대상 소재의 전체 부위 중에서 액압성형시 변형집중이 예상되는 부위(변형집중 예상부위)를 설정하는 변형집중 예상부위 설정단계와, 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 접하게 되는 비압축성의 변형억제물의 재질과 형상을 설정하는 변형억제물 설정단계와, 액압성형 대상 소재에 대한 액압성형을 1차적으로 수행하되, 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 변형억제물이 접하도록 하는 제1차 액압성형단계와, 상기 제1차 액압성형단계에서 액압성형 대상 소재가 1차 액압성형된 중간성형품으로부터 변형억제물을 제거하는 변형억제물 제거단계와, 상기 중간성형품에 대한 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하는 제2차 액압성형단계를 포함하여, 액압성형 과정에서 국부적 변형집중이 저감되면서 액압성형품의 성형성이 증대되도록 하되, 상기 변형억제물 설정단계와 제1차 액압성형단계 사이에 변형억제물 소재 부착단계와 변형억제물 금형 배치단계 중에서 선택된 어느 하나가 수행되고, 상기 변형억제물 소재 부착단계는 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 상기 변형억제물을 부착시키는 단계이고, 상기 변형억제물 금형 배치단계는 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 대응하는 액압성형용 금형 부위에 상기 변형억제물을 배치시키는 단계인 것을 특징으로 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에서 상기 제1차 액압성형단계는 액압성형용 금형 내에 액압성형 대상 소재와 변형억제물을 배치하고, 액압성형을 1차적으로 수행하는 단계일 수 있고, 상기 제2차 액압성형단계는 액압성형용 금형 내에 상기 중간성형품을 배치하고, 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하는 단계일 수 있다.

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이와 같은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에서 상기 제1차 액압성형단계와 제2차 액압성형단계는 동일한 액압성형용 금형을 통해 수행될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에서 상기 변형억제물은 설정 형상과 크기를 갖는 시트형 패치(patch)로 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에서 상기 변형억제물은 납(Pb) 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법에 의하면, 비압축성의 변형억제물이 소재의 변형집중 예상부위와 접하면서 1차적으로 액압성형이 수행되는 1차 액압성형단계와, 변형억제물이 제거된 상태에서 최종적으로 액압성형이 수행되는 2차 액압성형단계를 거쳐 액압성형이 수행됨에 따라, 소재의 특정부위에 대한 변형집중이 억제되어 액압성형품의 성형성이 증대되는 효과가 있다.

도 1의 (a)와 (b)는 종래의 액압 성형품 제조방법을 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 보여주기 위한 블록도;
도 3의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 보여주기 위한 블록도;
도 3의 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 보여주기 위한 블록도;
도 4는 확관 공정에 적용된 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 보여주기 위한 도면;
도 5는 액압성형용 금형에 의한 액압성형 공정에 적용된 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법이 적용되지 않은 튜브의 자유 확관시험에서의 유한요소해석 결과를 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법의 제1차 액압성형 공정이 적용된 튜브의 확관시험에서의 유한요소해석 결과를 보여주기 위한 도면;
도 8은 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법의 제2차 액압성형 공정이 적용된 튜브의 확관시험에서의 유한요소해석 결과를 보여주기 위한 도면;
도 9는 도 6의 자유 확관시험과 도 8의 확관시험에서의 튜브 두께변화를 비교한 도면;
도 10의 (a)와 (b)는 도 6의 자유 확관시험과 도 8의 확관시험에서의 확관율을 비교하기 위한 도면;
도 11은 트레일링 암 성형을 위한 중간성형품에 납 소재의 시트형 패치가 부착된 것을 보여주기 위한 도면;
도 12는 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법이 적용되어 성형된 트레일링 암을 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 12에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 액압성형, 변형 집중 현상 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명의 실시예에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법은 도 2에서와 같이 변형집중 예상부위 설정단계, 변형억제물 설정단계, 제1차 액압성형단계, 변형억제물 제거단계, 제2차 액압성형단계를 거쳐 수행된다.

변형집중 예상부위 설정단계는 액압성형 대상 소재(1)의 전체 부위 중에서 액압성형시 변형집중이 예상되는 부위(변형집중 예상부위)를 설정하는 단계이다. 이와 같은 변형집중 예상부위 설정단계에서 변형집중 예상부위(1a)는 경험적 데이터를 통해 설정될 수도 있고, 실험을 통해 설정될 수도 있고, 유한요소 해석 등의 시뮬레이션 해석을 통해 설정될 수도 있다.

변형억제물 설정단계는 액압성형 대상 소재(1)의 변형집중 예상부위(1a)에 접하게 되는 비압축성의 변형억제물(20)의 재질과 형상을 설정하는 단계이다. 이와 같은 변형억제물 설정단계에서 변형억제물(20)의 재질과 형상은 액압성형 대상 소재(1)의 특성과 크기에 맞추어 설정된다.

여기서 변형억제물(20)은 도 4에서와 같이 확관 공정에 적용될 수 있는 링형 변형억제물(20a)로 이루어질 수도 있고, 도 5의 (a)와 (b)에서와 같이 설정 형상과 크기를 갖는 시트형 패치(patch)(20b)로 이루어 질 수 있다. 또한 변형억제물(20)은 납(Pb) 소재로 이루어질 수 있다. 물론 변형억제물(20)의 재질과 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.

제1차 액압성형단계는 액압성형 대상 소재(1)에 대한 액압성형을 1차적으로 수행하는 단계이다. 이와 같은 제1차 액압성형단계는 액압성형 대상 소재(1)의 변형집중 예상부위(1a)에 변형억제물(20)이 접하도록 하면서 액압성형을 수행하게 된다.

여기서 액압성형 대상 소재(1)의 변형집중 예상부위(1a)에 변형억제물(20)이 접하도록 하기 위하여 도 3의 (a)와 (b)에서와 같이 변형억제물 설정단계와 제1차 액압성형단계 사이에 변형억제물 소재 부착단계나 변형억제물 금형 배치단계가 수행될 수 있다.

변형억제물 소재 부착단계는 도 5의 (a)에서와 같이 액압성형 대상 소재(1)의 변형집중 예상부위(1a)에 변형억제물(20)을 부착시키는 단계이다.

변형억제물 금형 배치단계는 도 4와 도 5의 (b)에서와 같이 액압성형 대상 소재(1)의 변형집중 예상부위(1a)에 대응하는 액압성형용 금형 부위에 변형억제물(20)을 배치 고정시키는 단계이다. 이와 같은 변형억제물 금형 배치단계 다음의 제1차 액압성형단계는 액압성형용 금형(40)(60) 내에 액압성형 대상 소재(1)와 변형억제물(20)을 배치하고, 액압성형을 1차적으로 수행하게 된다.

변형억제물 제거단계는 제1차 액압성형단계에서 액압성형 대상 소재(1)가 1차 액압성형된 중간성형품(1')으로부터 변형억제물(20)을 제거하는 단계이다.

제2차 액압성형단계는 변형억제물(20)이 제거된 중간성형품(1')에 대한 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하는 단계이다. 변형억제물 금형 배치단계 다음에 수행되는 제2차 액압성형단계는 액압성형용 금형(40)(60) 내에 중간성형품(1')을 배치하고, 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하게 된다. 이와 같은 제2차 액압성형단계는 제1차 액압성형단계에서 변형억제물(20)에 의해 불완전하게 수행된 액압성형을 최종적으로 완결시키는 단계이다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법은 제1차 액압성형단계와 제2차 액압성형단계가 동일한 액압성형용 금형(40)(60)을 통해 수행되도록 한다.

이와 달리 제2차 액압성형단계에서는 최종 액압성형품(2)의 성형을 위한 액압성형용 금형(40)(60)을 사용하고, 제1차 액압성형단계에서는 최종 액압성형품(2)보다 작은 크기로 제작된 별도의 액압성형용 금형(40)(60)을 사용할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법은 비압축성 재질의 변형억제물(20)이 변형집중 예상부위(1a)와 접하도록 배치되면서 1차적으로 액압성형이 수행된 후, 변형억제물(20)이 제거된 상태에서 최종적으로 액압성형이 수행되는 공정을 제공함으로써 소재의 특정부위에 대한 변형 집중이 분산되면서 액압성형이 수행됨에 따라 액압성형품의 성형성이 증대되게 된다.

이는 도 7 내지 도 10을 통해 확인할 수 있는데, 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법이 적용되지 않은 튜브의 자유 확관시험에서의 유한요소해석 결과를 보여주는 도 6에서는 소재 가운데 부분에 변형이 집중된 것을 확인할 수 있는 반면, 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법의 제1차 액압성형 공정이 적용된 튜브의 확관시험에서의 유한요소해석 결과를 보여주는 도 7과 제2차 액압성형 공정이 적용된 튜브의 확관시험에서의 유한요소해석 결과를 보여주는 도 8에서는 소재의 가운데 부분에 변형이 집중되지 않고 비교적 균등하게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또한 도 6의 자유 확관시험과 도 8의 확관시험에서의 튜브 두께변화를 비교한 도 9를 통해 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법이 적용된 튜브의 경우 자유 확관시험에서의 튜브보다 파단지점에서의 두께 분포가 상대적으로 균일해짐을 확인할 수 있다.

그리고, 도 6의 자유 확관시험과 도 8의 확관시험에서의 확관율을 비교해서 보여주는 도 10의 (a)와 (b)를 통해서도 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법이 적용된 튜브의 경우 자유 확관시험에서의 튜브보다 확관율이 높은 것을 확인할 수 있다.(도 10의 (a)는 도 6의 자유 확관시험에서의 확관율이고, 도 10의 (b)는 도 8의 확관시험에서의 확관율)

한편 도 11에는 트레일링 암 성형을 위한 중간성형품에 납 소재의 시트형 패치가 부착된 사례가 도시되어 있으며, 도 12에는 본 발명에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법이 적용되어 균열없이 성형된 트레일링 암이 도시되어 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 액압성형 대상 소재 1a : 변형집중 예상부위
1' : 중간성형품 2 : 액압성형품
20 : 변형억제물 20a : 링형 변형억제물
20b : 시트형 패치 40, 60 : 액압성형용 금형

Claims (6)

1. 액압성형 대상 소재의 전체 부위 중에서 액압성형시 변형집중이 예상되는 부위(변형집중 예상부위)를 설정하는 변형집중 예상부위 설정단계와;
   액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 접하게 되는 비압축성의 변형억제물의 재질과 형상을 설정하는 변형억제물 설정단계와;
   액압성형 대상 소재에 대한 액압성형을 1차적으로 수행하되, 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 변형억제물이 접하도록 하는 제1차 액압성형단계와;
   상기 제1차 액압성형단계에서 액압성형 대상 소재가 1차 액압성형된 중간성형품으로부터 변형억제물을 제거하는 변형억제물 제거단계와;
   상기 중간성형품에 대한 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하는 제2차 액압성형단계를 포함하여,
   액압성형 과정에서 국부적 변형집중이 저감되면서 액압성형품의 성형성이 증대되도록 하되,
   상기 변형억제물 설정단계와 제1차 액압성형단계 사이에 변형억제물 소재 부착단계와 변형억제물 금형 배치단계 중에서 선택된 어느 하나가 수행되고, 상기 변형억제물 소재 부착단계는 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 상기 변형억제물을 부착시키는 단계이고, 상기 변형억제물 금형 배치단계는 상기 액압성형 대상 소재의 변형집중 예상부위에 대응하는 액압성형용 금형 부위에 상기 변형억제물을 배치시키는 단계인 것을 특징으로 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1차 액압성형단계는 액압성형용 금형 내에 액압성형 대상 소재와 변형억제물을 배치하고, 액압성형을 1차적으로 수행하는 단계이고,
   상기 제2차 액압성형단계는 액압성형용 금형 내에 상기 중간성형품을 배치하고, 액압성형을 2차적으로 수행하여 최종 액압성형품을 성형하는 단계인 것을 특징으로 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제1차 액압성형단계와 제2차 액압성형단계는 동일한 액압성형용 금형을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 변형억제물은 설정 형상과 크기를 갖는 시트형 패치(patch)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 변형억제물은 납(Pb) 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비압축성 물질을 이용한 액압 성형품 제조방법.

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