KR101584646B1 - 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 프레스의 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 가열 단계와, 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 상기 마그네슘을 위치시키는 이동 단계와, 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정 단계 및 상기 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘을 서로 다른 온도를 갖는 상부 금형과 하부 금형으로 프레스 가공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
마그네슘 합금은 현재 실용화되고 있는 금속재료 중 가장 경량의 금속으로 한층 더 경량화를 달성하려는 금속재료 사용처에 있어서 알루미늄을 대체하여 각종 부품의 재료로 급속히 그 사용이 확대되고 있다.
마그네슘 합금은 공업용 금속 중 가장 가벼운 밀도를 가지며 매우 우수한 강도, 빠른 열전도율, 높은 진동 감쇠성, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차단 기능 등을 구비한다. 또한 최근 급속히 마그네슘 합금이 컴퓨터나 휴대전화, 자동차 부품 등으로 확대되는 이유는 경량성, 재생성의 우수함과 함께 전자파에 대한 차폐 능력을 가지며 얇은 판재로서의 성형이 가능하기 때문이다.
이에 따라 마그네슘 합금은 노트북 컴퓨터, 휴대전화, 디지털 카메라, 캠코더, CD 플레이어, PDA, MP3 플레이어 등의 휴대용 전자제품의 케이스로 매우 적합한 소재임을 알 수 있다. 휴대폰 케이스나 휴대용 전자제품 케이스 또는 자동차 부품 등의 재료로 사용되기 위해서는 경량성과 고강도성, 고인성, 고성형성이 요구된다.
그러나 마그네슘은 압연성이나 성형성이 나빠 주로 주조에 의한 성형이 이루어졌으며 주조는 형상에 많은 제약이 따르고 다이캐스팅에 의한 성형은 주조 조직이 다공성이므로 표면처리에서 많은 문제를 야기한다.
상기 문제를 해결하기 위하여 한국특허 등록번호 제10-0509648호는 압출 또는 압연 성형성이 우수한 마그네슘합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중량%로 아연 0.5∼5.0% 및 이트륨 0.2∼2.0%을 포함하고 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 구성된 마그네슘합금 및 이를 이용한 마그네슘합금 제품의 제조방법에 관한 것이다. 본 선행기술에 따른 마그네슘합금 판재는 성형성이 우수하여 경량성과 고강도성, 고인성, 고성형성이 요구되는 휴대용 전자제품이나 자동차 부품 등에 사용되기 적합하다.
그러나 특수한 마그네슘합금을 제작해야 함으로써 마그네슘합금의 단가 및 완성된 제품의 가격이 증가하는 문제점이 있으며 성형성이 우수하도록 특수 제조된 마그네슘합금이 쓰임의 용도에 따라 요구되는 강도에 못 미치는 문제점이 발생될 수도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 취성(brittleness)이 강한 일반적인 마그네슘을 용이하게 프레스 가공할 수 있는 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 프레스 가공으로 일정 각도를 초과하는 마그네슘 꺽임 성형이 가능한 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부분별로 다른 온도를 갖도록 제어되는 금형을 제공하는 마그네슘을 프레스 가공하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 방법은, 프레스의 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 가열 단계와, 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 상기 마그네슘을 위치시키는 이동 단계와, 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정 단계 및 상기 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 방법의 상기 가열 단계는 상부 금형이 300~350도, 하부 금형이 250~300도로 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 방법의 상기 가열 단계는 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 방법은 상기 상부 금형과 하부 금형이 프로그레시브 금형이거나 복수 개가 포함되는 경우, 상기 가열 단계는 마그네슘이 처음 프레싱되는 금형 부분부터 마지막 부분까지 점차 낮은 온도를 갖도록 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 장치는 제 1 온도로 가열되는 상부 금형과 제 2 온도로 가열되는 하부 금형으로 구성된 금형과, 상기 상부 금형과 하부 금형 중 어느 하나 이상을 프레싱하는 프레싱부와, 상기 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 가열부와, 상기 상부 금형과 하부 금형의 온도를 측정하는 복수 개의 온도센서와, 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 마그네슘을 위치시키는 이동부와, 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정부 및 상기 온도센서의 출력을 바탕으로 상기 상부 금형과 하부 금형을 미리 설정된 온도로 유지하기 위하여 상기 가열부를 제어하며 마그네슘을 원하는 위치로 이동시키기 위하여 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상기 제어부는 상기 가열부가 상부 금형을 300~350도, 하부 금형을 250~300도로 가열하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상기 제어부는 상기 가열부가 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 마그네슘을 프레스 가공하는 장치는 상기 상부 금형과 하부 금형이 프로그레시브 금형이거나 복수 개가 포함되는 경우, 상기 제어부는 상기 가열부가 마그네슘이 처음 프레싱되는 금형 부분부터 마지막 부분까지 점차 낮은 온도로 가열하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치에 의하면 취성(brittleness)이 강한 일반적인 마그네슘을 용이하게 프레스 가공할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치에 의하면 마그네슘을 프레스 가공하여 10도를 초과하는 꺾임 성형이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치에 의하면 부분별로 다른 온도를 갖도록 제어되는 마그네슘 프레스 금형을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법을 간략하게 도시한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치의 구성을 간략하게 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상부 금형과 하부 금형이 일부분만 가열되는 개념을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 프로그레시브 금형을 간략하게 도시한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상부금형의 위치별 온도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 하부금형의 위치별 온도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 제조하는 스마트폰 브래킷을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 제조될 수 있는 각종 휴대장치 브래킷을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치의 구성을 간략하게 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상부 금형과 하부 금형이 일부분만 가열되는 개념을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 프로그레시브 금형을 간략하게 도시한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상부금형의 위치별 온도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 하부금형의 위치별 온도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 제조하는 스마트폰 브래킷을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 제조될 수 있는 각종 휴대장치 브래킷을 도시한 도면.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘을 서로 다른 온도를 갖는 상부 금형과 하부 금형으로 프레스 가공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법을 간략하게 도시한 순서도이며, 도 2는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치의 구성을 간략하게 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상부 금형과 하부 금형이 일부분만 가열되는 개념을 도시한 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 프로그레시브 금형을 간략하게 도시한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상부금형의 위치별 온도를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 하부금형의 위치별 온도를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 제조하는 스마트폰 브래킷을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 제조될 수 있는 각종 휴대장치 브래킷을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법은 마그네슘을 연속으로 프레싱하는 공정인지 한 번만으로 프레스 가공이 완료되는 지를 구분하는 구분 단계(S1)와, 프레스의 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 가열 단계(S2)와, 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 상기 마그네슘을 위치시키는 이동 단계(S3)와, 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정 단계(S4) 및 상기 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계(S5)로 구성된다.
구분 단계(S1)에서 마그네슘을 연속으로 프레싱하는 공정으로 판단(S1에서 Y로 판단)되면, 금형을 가열하는 가열 단계(S2)와 마그네슘을 제 1 위치로 이동하는 이동 단계(S3)와 위치를 보정하는 보정 단계(S4)를 거친 후에 상기 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계(S5)를 거친다.
보정 단계(S4)에서 마그네슘이 프레싱되는 정확한 위치에 존재하지 않을 경우에는 다시 이동 단계(S3)로 돌아가서 마그네슘의 위치를 정확한 위치로 이동시키고 보정이 맞는지를 확인한다. 보정 단계(S4)에서 제대로 보정되었다고 판단되면 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계(S5)로 이동하여 프레싱한다.
또한 다음 프레싱을 위하여 다시 또 다른 프레스 금형으로 상기 마그네슘을 제 2 위치로 이동시키는 이동 단계(S3)와 위치를 보정하는 보정 단계(S4)를 거친 후에 상기 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계(S5)를 거친다. 연속 프레싱 공정이면 상기와 같이 이동 단계, 보정 단계, 프레싱 단계를 복수 번 반복 수행한다.
구분 단계(S1)에서 연속 공정이 아님을 판단(S1에서 N으로 판단)하면, 가열 단계(S2), 이동 단계(S3), 보정 단계(S4), 프레싱 단계(S5)를 거친 후에 공정이 종료될 수 있다.
가열 단계(S2)는 프레스의 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 단계이다.
마그네슘은 취성(brittleness)이 높아 상온에서 프레스 성형이 불가능하다. 상온에서 마그네슘을 프레스 가공을 하면 마그네슘 내부 조직이 변하지 않아 여러 번의 공정이 필요하고 프레스 장비에 마모가 발생되거나 제작되는 제품의 품질이 떨어지며 제품 자체가 파손될 수도 있다.
마그네슘을 원하는 형태로 형성하기 위한 800도에서 1000도 이내의 매우 높은 온도에서 프레스 성형하는 방식은 마그네슘의 내부 조직이 변할 수 있으며 균열이 발생될 수 있고 프레스 장비의 마모가 심각하며, 다이캐스팅 방식은 프레스 성형에 비해 원하는 형태를 형성하기에 용이하나 생산성이 현저하게 떨어지며 생산비용이 높아진다.
본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법의 상기 가열 단계는 상부 금형이 300~350도, 하부 금형이 250~300도로 가열된다.
250~350 이내로 가열된 금형으로 프레싱되는 마그네슘은 상온 프레싱 공정에서의 마그네슘보다 높은 성형성을 얻을 수 있고 800~1000도 프레싱 공정보다 프레스 장비와 에너지의 소모를 줄일 수 있으며 마그네슘에 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상부 금형과 하부 금형은 100도 이상의 온도 차이를 갖는 것이 바람직할 것이다. 상부 금형과 하부 금형의 100도 이상의 온도 차이를 가짐으로써 마그네슘에 균열이 발생되지 않으면서도 우수한 성형성을 가질 수 있다.
휘거나 꺾이는 성형에 있어서 마그네슘의 상면과 하면 부분이 성형되는 정도가 다를 것이므로 상면과 하면에 서로 다른 성형성이 요구된다. 따라서 상기 마그네슘의 상면과 하면의 성형성은 다르게 제공되어야 한다.
상부 금형과 하부 금형의 온도가 동일한 온도인 경우 1~10도 이내의 꺽임 성형이 가능하지만 본 발명에 따른 프레스 가공 방법과 같이 상부 금형과 하부 금형의 온도가 서로 다른 경우에는 1~90도의 꺾임 성형이 가능하다. 즉, 마그네슘의 상면 및 하면 부분의 성형정도에 따라 상부 금형 및 하부 금형의 온도를 서로 다르게 함으로써 1 내지 90도의 꺾임 성형이 가능하도록 구성될 수 있다.
상부 금형과 하부 금형에 열선 등과 같은 가열부가 형성될 수 있으며 미리 설정된 소정의 온도로 유지되기 위하여 열선의 작동이 자동으로 제어될 수 있다. 열선은 하나로 연속되게 형성될 수도 있고 복수 개가 분리 형성될 수도 있을 것이다.
또한 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법의 상기 가열 단계는 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열할 수도 있다.
마그네슘이 상부 금형 및 하부 금형의 일부만을 이용하여 성형되는 경우에는 금형의 일부분에만 열선이 형성될 수 있다. 금형의 일부에만 형성된 열선은 도 3을 참고로 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
이동 단계(S3)는 상부 금형과 하부 금형 사이에 상기 마그네슘을 위치시키는 단계로서 마그네슘이 적절하게 위치하도록 조정하거나 다음 마그네슘을 공급하여 연속된 공정을 제공할 수 있도록 한다.
마그네슘을 연속적으로 프레싱하는 연속 공정이라면 제 1 금형에서 프레싱된 마그네슘을 제 2 금형의 프레싱되기 위한 적절한 위치로 이동시키며 제 2 금형에서 프레싱된 후에 제 3 금형, 제 4 금형 등 순차적으로 이동시킨다.
보정 단계(S4)는 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 단계이다.
마그네슘을 원하는 위치로 이동시키기 위하여 마그네슘을 이동하는 장치가 소정의 빠르기로 원하는 방향과 시간만큼 작동되는 작업은 필요에 의해 미리 저장되어 있을 것이다.
시간이 지남에 따라 마그네슘을 이동하는 장치에 오차가 발생될 수도 있으므로 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하는 단계가 요구될 수 있다. 마그네슘의 위치가 확인되기 위하여 카메라와 상기 카메라의 촬영 이미지를 분석하는 소프트웨어가 포함되거나 레이저 센서와 같은 광학 센서, 터치 센서 등을 이용하여 마그네슘의 위치를 분별할 수도 있다.
촬영 이미지를 바탕으로 마그네슘의 위치가 기준 위치와 유사한 픽셀 부분에 위치되어 있는지 확인할 수도 있고 레이저를 이용한 라인 센서로 마그네슘이 일정 위치에 있는지, 어느 부분을 지났는지 등을 판별할 수도 있고 터치 센서를 마그네슘이 지정된 위치에 도달하면 자동으로 눌려지도록 설치할 수도 있다.
상기 여러 방법으로 마그네슘의 위치를 추정한 후 마그네슘이 원하는 위치에 존재하지 않는 경우 상기 이동 단계를 재수행한다. 상기 이동 단계에서 마그네슘을 재이동시켜 원하는 위치로 이동시킨 다음 미리 저장된 소정의 빠르기, 방향, 작동 시간 등을 재조정하여 저장하고 다음 이동 단계에서 이용할 수 있도록 할 수 있다.
프레싱 단계(S5)는 적정 위치의 마그네슘을 상부 금형과 하부 금형을 이용하여 기계적인 힘으로 강하게 누르는 단계이다. 마그네슘은 상부 금형과 하부 금형에 형성된 형태에 따라 굴곡지거나 꺾이거나 천공되는 등 원하는 형태로 성형될 수 있다.
복잡한 형태의 마그네슘 제품은 한 번의 프레싱으로 얻을 수 없으므로 원하는 형태로 성형되기 위하여 연속된 금형을 갖는 프로그레시브 금형이나 서로 다른 형태를 갖는 복수 개의 금형이 사용될 수도 있다.
프레싱 단계에서 마그네슘은 상부 금형과 하부 금형의 온도를 충분히 전달받기 위하여 초당 0.5회 속도로 프레싱될 수 있으며 마그네슘의 사용 용도에 따라 50~100kgf/cm2 이내의 압력으로 프레싱될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법은 상기 상부 금형과 하부 금형이 프로그레시브 금형이거나 복수 개가 포함되는 경우, 상기 가열 단계는 마그네슘이 처음 프레싱되는 금형 부분부터 마지막 부분까지 점차 낮은 온도를 갖도록 가열된다.
상부 금형은 300~350도(섭씨), 하부 금형은 250~300도(섭씨) 이내의 온도에서 마그네슘이 처음 삽입되는 부분에서부터 반대 부분까지 점차 낮은 온도를 가질 수 있다. 프로그레시브 금형의 경우에는 첫 번째 프레싱 영역에서 마지막 프레싱 영역까지 순차적으로 온도가 낮아지도록 가열되며 복수 개의 금형의 경우에는 제 1 금형은 350도, 제 2 금형은 320도, 제 3 금형은 300도의 온도를 갖도록 가열하여 상기 제 1 금형, 제 2 금형, 제 3 금형을 거치는 마그네슘의 온도가 점차 낮아지도록 한다. 즉, 각각의 상부 금형은 300~350도(섭씨) 범위내에서 점차 온도가 낮아지고, 각각의 하부 금형은 250~300도(섭씨) 범위내에서 점차 온도가 낮아지도록 가열될 수 있다.
마그네슘의 온도가 점차 낮아지면서 성형성이 떨어지며 프레싱되어 성형된 소정의 형태가 균열의 발생 없이 단단하게 고정될 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 또한 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치는 제 1 온도로 가열되는 상부 금형과 제 2 온도로 가열되는 하부 금형으로 구성된 금형(100)과, 상기 상부 금형과 하부 금형 중 어느 하나 이상을 프레싱하는 프레싱부(200)와, 상기 상부 금형과 하부 금형을 서로 다른 온도로 가열하는 가열부(300)와, 상기 상부 금형과 하부 금형의 온도를 측정하는 복수 개의 온도센서(400)와, 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 마그네슘을 위치시키는 이동부(500)와, 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정부(600) 및 상기 온도센서의 출력을 바탕으로 상기 상부 금형과 하부 금형을 미리 설정된 온도로 유지하기 위하여 상기 가열부를 제어하며 마그네슘을 원하는 위치로 이동시키기 위하여 상기 이동부를 제어하는 제어부(700)를 포함한다.
금형(100) 중 상부 금형은 마그네슘을 프레싱하여 형태를 성형하기 위한 금형 중 상부의 반쪽 금형이며 하부 금형은 프레싱을 위한 금형 중 상부 금형과 대응되는 하부의 금형이다.
프레싱부(200)는 상기 상부 금형과 하부 금형 중 어느 하나 이상에 강한 압력을 제공하는 장치이다. 일반적으로 하부 금형은 고정되어 있고 상부 금형이 상하로 움직이며 상부 금형과 하부 금형 사이에 존재하는 마그네슘을 프레싱 가공한다. 마그네슘을 성형하기 위한 강한 압력을 제공하기 위하여 유압실린더가 이용되거나 공압실린더가 이용될 수 있다.
또한 마그네슘에 상부 금형 및 하부 금형이 온도가 충분히 전달되도록 초당 0.5번 프레싱되는 속도를 갖는다. 경우에 따라서는 초당 0.1~2회로 프레싱 속도를 조절할 수 있을 것이다. 또한 마그네슘의 용도에 따라 다르지만 일반적으로 50~100kgf/cm2 이내의 압력으로 프레싱된다.
가열부(300)는 상기 상부 금형과 하부 금형을 가열하기 위한 장치로서 금형 내부에 열선 등이 포함되어 금형을 가열시킬 수 있다. 열선은 금형 전체에 하나 포함될 수도 있으며 금형 전체에 복수 개의 열선이 포함될 수도 있다. 복수 개의 열선은 독립적으로 제어되어 상기 금형의 온도를 부분별로 다르게 가열시킬 수도 있다. 즉, 각 금형의 내부에는 각각 분리 형성된 복수 개의 열선을 포함하며 각 열선은 독립적으로 제어됨으로써, 금형의 일부만을 가열하여 각 부분별로 온도를 다르게 제어할 수 있다.
또한 마그네슘이 금형을 일부분만 이용하여 성형되는 경우에는 상기 금형 중 마그네슘이 성형되는 일부 영역에만 열선을 형성하여 상기 일부 영역만 가열시킬 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 마그네슘을 프레싱하기 위한 금형의 일부에만 열선이 형성될 수도 있다. 마그네슘은 도 2에서 점선 부분을 이용하여 성형되므로 나머지 영역이 가열될 필요는 없다. 따라서 점선 부분에 가까운 열선만을 가열시킴으로써 에너지 소모를 줄이고 가열 시간을 줄임으로써 전체 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
연속된 프로그레시브 금형의 온도를 점차 낮은 온도를 갖도록 제어하기 위하여 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치는 금형의 온도를 측정하기 위한 온도센서(400)를 포함하며 상기 온도센서는 상기 프로그레시브 금형의 위치별로 온도를 측정하기 위하여 복수 개 포함될 수 있다.
이동부(500)는 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 마그네슘을 위치시키는 장치로서 롤러가 포함될 수 있으며 마그네슘이 적절한 위치에 제공될 수 있도록 미리 지정된 소정의 작동 시간과 방향 및 빠르기로 작동될 수 있다.
보정부(600)는 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정한다.
시간이 지남에 따라 마그네슘을 이동하는 장치에 오차가 발생되어 상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하지 못할 수도 있으므로 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하는 장치가 요구될 수 있다. 마그네슘의 위치가 확인되기 위하여 카메라와 상기 카메라의 촬영 이미지를 분석하는 소프트웨어가 포함되거나 레이저 센서와 같은 광학 센서, 터치 센서 등을 이용하여 마그네슘의 위치를 판단할 수 있다.
마그네슘이 원하는 위치에 존재하지 않는 경우 상기 이동부를 제어하여 마그네슘을 미세 이동시킬 수 있다. 마그네슘이 원하는 위치로 이동되면 미리 저장된 소정의 빠르기, 방향, 작동 시간 등을 새로 저장하고 다음 이동 단계에서 이용할 수 있도록 한다.
제어부(700)는 이후에 설명할 도 4 및 도 5에 도시되는 온도센서에서 감지한 금형의 온도를 바탕으로 상기 상부 금형과 하부 금형을 미리 설정된 온도로 유지하기 위하여 상기 가열부의 작동을 제어하며, 마그네슘을 상기 상부 금형과 하부 금형 사이의 적절한 프레싱 위치로 이동시키기 위하여 상기 이동부의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상기 제어부는 상기 가열부가 상부 금형을 300~350도, 하부 금형을 250~300도로 가열하도록 제어할 수 있으며, 상부 금형과 하부 금형은 최소 100도 이상의 온도 차이를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상기 제어부는 상기 가열부가 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열하도록 제어한다. 마그네슘이 금형의 일부분만을 이용하여 프레싱되는 경우에는 금형 전체가 가열되지 않아도 되므로 열선을 금형의 성형 영역에만 포함하거나 복수 개의 독립 제어되는 열선을 포함하여 상기 열선 중 일부만 작동시켜 금형의 일부만 가열될 수 있도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치는 상기 상부 금형과 하부 금형이 프로그레시브 금형이거나 복수 개가 포함되는 경우, 상기 제어부는 상기 가열부가 마그네슘이 처음 프레싱되는 금형 부분부터 마지막 부분까지 점차 낮은 온도로 가열하도록 제어의 상기 제어부는 상기 제어부는 상기 가열부가 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열하도록 제어한다.
프로그레시브 금형이거나 복수 개의 금형이 포함되는 연속 프레싱 공정인 경우에는 상기 제어부는 상기 이동부가 상기 마그네슘을 프로그레시브 금형의 첫 번째 프레싱 위치부터 마지막 위치까지 순차적으로 복수 번 이동시키도록 제어하여 상기 마그네슘이 복수 번 프레싱되도록 한다.
프로그레시브 금형은 마그네슘의 형태를 순차적으로 성형하기 위하여 연속적인 형태를 갖는 금형이다. 프로그레시브 금형은 이후에 설명할 도 4에 간략하게 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 프로그레시브 금형은 마그네슘의 연속적인 형태 성형을 위하여 소정의 형태가 연속적으로 형성되어 있는 단일 금형이다.
길이가 긴 연속된 마그네슘이 우측 화살표 방향에서 제공될 것이며 상기 마그네슘이 가장 먼저 프레싱되는 구간은 C 구간일 것이다. 마그네슘이 C 구간에서 프레싱되어 ①과 같은 둥근 형태를 형성하며 상기 C 구간을 거친 마그네슘은 B 구간까지 이동되어 또 한번 프레싱된다.
상기 C 구간을 거친 마그네슘이 B 구간에서 프레싱 됨과 동시에 C 구간에 위치되는 마그네슘이 프레싱될 것이다. C 구간과 B 구간에서 프레싱된 마그네슘은 둥근 형태(①)와 삼각 형태(②)를 모두 가지도록 성형되고, 동시에 C 구간에서 프레싱된 마그네슘은 둥근 형태(①)를 가진다.
C, B 구간을 거친 마그네슘이 A 구간에서 마지막으로 프레싱되면 C 구간에서 성형된 둥근 형태에 추가로 돌출부(③-1)가 형성되며 C, B 구간에서 형성된 둥근 형태 및 삼각 형태 사이에 사각 형태(③-2)를 형성하게 된다.
C, B 구간을 거친 마그네슘이 A 구간에서 프레싱되는 것과 동시에 C 구간을 거친 마그네슘은 B 구간에서 프레싱되고 새로운 마그네슘 영역은 C 구간에서 프레싱될 것이다.
도 4 하단에는 C, B, A 구간에서 순차적으로 프레싱된 단일 마그네슘을 도시하고 있다. C→B→A 구간을 모두 거친 마그네슘은 도 4 하단의 프레싱된 알루미늄(④)의 세 번째 형태와 같이 성형될 것이고 C→B 구간을 거친 마그네슘은 도 4 하단의 프레싱된 알루미늄(④)에서 두 번째 형태와 같이 성형될 것이며 C 구간을 거친 마그네슘은 도 4 하단의 프레싱된 알루미늄(④)의 첫 번째 형태로 성형될 것이다.
우측 화살표 방향에서 제공되는 연속된 길이의 마그네슘은 한번 프레싱될 때마다 이동부에 의해 소정의 이동거리만큼 규칙적으로 이동되며 C, B, A 구간을 모두 차례로 거치며 프레싱될 것이다. 마그네슘이 프로그레시브 금형을 단계적으로 거치면서 형태가 누적되도록 성형되거나 새로운 형태가 형성될 수 있다.
또한 도 3과 같은 단일 금형이 복수 개 포함되는 연속 프레싱 공정에 있어서도 마그네슘이 제 1 금형에서 프레싱되고 제 2 금형으로 이동된 다음 프레싱되고 제 3 금형으로 이동된 다음 다시 프레싱되어 원하는 형태를 형성할 수 있다.
이때 제 1 금형, 제 2 금형, 제 3 금형의 온도도 점차 낮은 온도를 갖도록 가열부가 제어될 수 있다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치의 상기 제어부는 상기 프로그레시브 금형의 마그네슘이 삽입되는 부분에서부터 반대 부분까지 점차 낮은 온도를 갖도록 상기 가열부를 제어한다.
연속된 프로그레시브 금형의 온도를 점차 낮은 온도를 갖도록 제어하기 위하여 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 장치는 금형의 온도를 측정하기 위한 온도센서(400)를 포함하며 상기 온도센서는 상기 프로그레시브 금형의 위치별 온도를 측정하기 위하여 복수 개 포함될 수 있다.
도 5를 참조하면 상부 금형은 마그네슘이 제공되는 우측 화살표 부분부터 반대편 끝부분까지 300~350도 이내의 온도 범위에서 점차 낮아지는 온도를 가질 수 있다.
또한 도 6를 참조하면 하부 금형은 마그네슘이 제공되는 우측 화살표 부분부터 반대편 끝부분까지 250~300도 이내의 온도 범위에서 점차 낮아지는 온도를 가질 수 있다.
상기 상부 금형과 하부 금형은 100도 이상의 온도 차이를 가지는 서로 다른 온도로 제어될 것이다.
연속 공정을 위하여 프로그레시브 금형이 아닌 복수 개의 금형이 사용되는 경우에는 제 1 상부 금형은 350도, 제 2 상부 금형은 330도 등 순차적으로 낮아지는 온도를 갖도록 제어될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치로 생산될 수 있는 스마트폰 브래킷을 도시하고 있다. 복잡한 형태의 스마트폰 브래킷은 프로그레시브 금형이나 복수 개의 금형을 이용하여 순차적으로 성형되는 것이 바람직할 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치를 이용하여 스마트폰, 디지털 카메라, 노트북 등 다양한 휴대용 장치의 브래킷이 제작될 수 있다.
스마트폰 브래킷은 본 발명에 따른 마그네슘 프레스 가공에 더하여 플라스틱 등과 같은 고분자를 상기 프레스 가공된 마그네슘 겉면 일부에 씌우기 위한 사출 공정이 더 포함될 수 있다.
상기 프레스 가공된 마그네슘을 사출용 틀에 끼우고 플라스틱 등의 고분자를 상기 사출용 틀에 밀어넣은 뒤 냉각하여 스마트폰 브래킷을 얻는다.
스마트폰 브래킷 이외에도 디지털 카메라, 노트북 등 다양한 휴대용 장치도 본 발명에 따른 프레스 가공된 마그네슘 브래킷을 바탕으로 사출 공정을 거칠 수 있다.
마그네슘은 두께를 얇게 할 수 있고 공업용 금속 중에 가장 가벼운 금속으로서 알루미늄보다 발열성 및 전파차단성이 우수한 금속이다. 따라서 상기 휴대용 장치뿐만 아니라 경량의 자동차를 생산하기 위하여 자동차 프레임이나 각종 부품 등에 사용될 수도 있다.
실제로 자동차 프레임은 전체 중량의 40%를 차지하여 자동차 프레임을 가벼운 금속으로 제작하면 내구성이 우수해지며 에너지 소모량을 많이 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘을 프레스 가공하는 방법 및 장치에 의하면 취성(brittleness)이 강한 일반적인 마그네슘을 용이하게 프레스 가공할 수 있으며, 마그네슘을 프레스 가공으로 10도를 초과하는 꺾임 성형이 가능하고, 상기 금형이 부분별로 다른 온도를 갖도록 제어하여 탄력적인 생산이 가능한 금형을 제공하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
100 : 금형
200 : 프레싱부
300 : 가열부
400 : 온도센서
500 : 이동부
600 : 보정부
700 : 제어부
200 : 프레싱부
300 : 가열부
400 : 온도센서
500 : 이동부
600 : 보정부
700 : 제어부
Claims (8)
- 마그네슘을 프레스 가공하는 방법에 있어서,
프레스의 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 가열 단계;와
상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 상기 마그네슘을 위치시키는 이동 단계;와
상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정 단계; 및
상기 마그네슘을 프레싱하는 프레싱 단계;로 구성되며,
상기 상부 금형과 하부 금형이 프로그레시브 금형이거나 복수 개가 포함되는 경우, 상기 가열 단계는 마그네슘이 처음 프레싱되는 금형 부분부터 마지막 금형 부분까지 점차 낮은 온도를 갖도록 가열함에 있어서,
각각의 상부 금형은 300~350도(섭씨) 범위내에서 점차 온도가 낮아지고, 각각의 하부 금형은 250~300도(섭씨) 범위내에서 점차 온도가 낮아지도록 가열되며, 초당 0.1 ~ 2회의 프레싱 속도 및 50 ~ 100kgf/cm2 압력으로 프레싱되는 것을 특징으로 하고,
각 금형의 내부에는 각각 분리 형성된 복수 개의 열선을 포함하며 각 열선은 독립적으로 제어됨으로써, 금형의 일부만을 가열하여 각 부분별로 온도를 다르게 제어할 수 있는 것을 특징으로 하고,
상기 마그네슘의 상면 및 하면 부분의 성형정도에 따라 상부 금형 및 하부 금형의 온도를 서로 다르게 함으로써 1 내지 90도의 꺾임 성형이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 프레스 가공하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 가열 단계는 상부 금형이 300~350도, 하부 금형이 250~300도로 가열되는 것을 특징으로 하고,
상기 마그네슘을 촬영하여 촬영 이미지를 분석하는 카메라와, 광학 센서와, 터치 센서를 이용하여 상기 마그네슘의 위치 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 프레스 가공하는 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 가열 단계는 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열되는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 프레스 가공하는 방법.
- 삭제
- 마그네슘을 프레스 가공하는 장치에 있어서,
제 1 온도로 가열되는 상부 금형과 제 2 온도로 가열되는 하부 금형으로 구성된 금형;과
상기 상부 금형과 하부 금형 중 어느 하나 이상을 프레싱하는 프레싱부;와
상기 상부 금형을 제 1 온도, 하부 금형을 제 2 온도의 서로 다른 온도로 가열하는 가열부;와
상기 상부 금형과 하부 금형의 온도를 측정하는 복수 개의 온도센서;와
상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 마그네슘을 위치시키는 이동부;와
상기 마그네슘이 원하는 위치에 존재하는지 확인하고 위치를 보정하는 보정부; 및
상기 온도센서의 출력을 바탕으로 상기 상부 금형과 하부 금형을 미리 설정된 온도로 유지하기 위하여 상기 가열부를 제어하며 마그네슘을 원하는 위치로 이동시키기 위하여 상기 이동부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 상부 금형과 하부 금형이 프로그레시브 금형이거나 복수 개가 포함되는 경우, 상기 제어부는 상기 가열부가 마그네슘이 처음 프레싱되는 금형 부분부터 마지막 부분까지 점차 낮은 온도로 가열하도록 제어함에 있어서,
각각의 상부 금형은 300~350도(섭씨) 범위내에서 점차 온도가 낮아지고, 각각의 하부 금형은 250~300도(섭씨) 범위내에서 점차 온도가 낮아지도록 가열되며, 초당 0.1 ~ 2회의 프레싱 속도 및 50 ~ 100kgf/cm2 압력으로 프레싱되는 것을 특징으로 하고,
각 금형의 내부에는 각각 분리 형성된 복수 개의 열선을 포함하며 각 열선은 독립적으로 제어됨으로써, 금형의 일부만을 가열하여 각 부분별로 온도를 다르게 제어할 수 있는 것을 특징으로 하고,
상기 마그네슘의 상면 및 하면 부분의 성형정도에 따라 상부 금형 및 하부 금형의 온도를 서로 다르게 함으로써 1 내지 90도의 꺾임 성형이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 프레스 가공하는 장치.
- 제 5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 가열부가 상부 금형을 300~350도, 하부 금형을 250~300도로 가열하도록 제어하는 것을 특징으로 하고,
상기 마그네슘을 촬영하여 촬영 이미지를 분석하는 카메라와, 광학 센서와, 터치 센서를 이용하여 상기 마그네슘의 위치 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 프레스 가공하는 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 가열부가 상기 상부 금형 및 하부 금형의 일부분만 가열하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 프레스 가공하는 장치.
- 삭제
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