KR101586934B1 - 핫 스탬핑 장치 - Google Patents

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KR101586934B1
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윤승채
이성호
장정환
진병극
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현대제철 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling

Abstract

핫 스탬핑 장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 핫 스탬핑 장치는, 오목하게 요입된 성형공간을 구비하며, 소재가 결합되며 상사점과 하사점 구간에서 승강하는 상부금형부재와, 상부금형부재의 승강 이동에 따라 성형공간에 진입하면서 소재를 가압하는 하부금형부재를 포함하며, 하부금형부재는, 하부금형고정부와, 하부금형고정부에 이동 가능하게 구비되며, 이동에 따라 소재를 가압하는 하부금형이동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

핫 스탬핑 장치{HOT STAMPING DEVICE}
본 발명은 핫 스탬핑 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소재의 성형성을 유지하면서 소재를 냉각하는 성능을 향상시킬 수 있는 핫 스탬핑 장치에 관한 것이다.
핫 스탬핑 공법은 저탄소 강판 등의 소재를 소정의 온도로 가열한 후, 가열된 상태에서 소재를 프레스 성형하고, 금형의 내부에서 소재를 냉각함으로써, 고강도의 성형체를 제조하는 가공방법이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0108857호(2013.10.07 공개, 발명의 명칭: 캠 트리밍을 이용하여 후가공을 절감하는 핫스탬핑 성형방법 및 이를 위한 핫스탬핑 성형장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 핫 스탬핑 과정에서 소재의 냉각효율을 향상시키고, 정밀한 성형을 가능하게 하는 핫 스탬핑 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 핫 스탬핑 장치는: 오목하게 요입된 성형공간을 구비하며, 소재가 결합되며 상사점과 하사점 구간에서 승강하는 상부금형부재; 상기 상부금형부재의 승강 이동에 따라 상기 성형공간에 진입하면서 상기 소재를 가압하는 하부금형부재;를 포함하며, 상기 하부금형부재는, 하부금형고정부; 및 상기 하부금형고정부에 이동 가능하게 구비되며, 이동에 따라 상기 소재를 가압하는 하부금형이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 하부금형고정부는, 베이스와 결합되는 하부금형고정바디; 및 상기 하부금형고정바디에서 상측으로 돌출 형성되며, 양측으로 고정경사면이 형성되어 상기 하부금형이동부가 상기 고정경사면을 따라 이동되도록 형성되는 하부금형돌출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 하부금형이동부는, 상호 이격되는 방향으로 이동하여 상기 성형공간 내부에 위치한 상기 소재를 측방향으로 가압하는 한 쌍의 하부금형이동바디; 및 양단부가 상기 하부금형이동바디에 연결되며, 길이가 신축되어 상기 하부금형이동바디를 이동시키는 금형이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 핫 스탬핑 장치는, 상기 상부금형부재의 이동 정도에 따라 상기 금형이동부를 제어하여, 상기 하부금형이동바디를 이동시키는 제어부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부재는, 상기 상부금형부재가 하사점에서 소정 거리 상측에 도달하면, 상기 금형이동부를 제어하여, 상기 하부금형이동바디가 상호 이격되는 방향으로 이동하여 상기 소재를 측방향으로 가압하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핫 스탬핑 장치는, 하부금형이동부가 하부금형고정부에 대하여 이동 가능하게 구비되므로, 소재의 성형을 위한 간극을 확보함과 동시에, 소재의 균일한 냉각을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 고정경사면 및 하부금형이동부가 구비되므로, 하부금형이동바디의 이동을 제어하여 상부금형부와 하부금형이동바디의 간극을 유지함과 동시에 성형공간 내부에 위치한 소재의 측부를 가압하여 소재를 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제어부재가 구비되어 상부금형부재 및 하부금형부재 등의 이동을 제어하므로 작업자의 추가 없이 소재의 성형조건에 따라 금형부재 등의 이동을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 소재의 성형 완료 후 측벽부에 하부금형이동부를 접촉하여 소재를 냉각시키므로 소재의 성형성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치에서 상부금형부재가 하강하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에서 "A" 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치에서 하부금형이동부의 이동을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에서 "B" 부분을 확대한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 핫 스탬핑 장치의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치에서 상부금형부재가 하강하는 상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에서 "A" 부분을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치(1)는 상부금형부재(100) 및 하부금형부재(200)를 포함한다.
상부금형부재(100)는 오목하게 요입된 성형공간(115)을 구비하며, 소재(S)를 상하 방향(도 1 기준)으로 승강시킨다. 성형공간(115)은 소재(S)를 성형하고자 하는 모양에 따라 다양한 형상이 적용될 수 있다. 본 실시예에서 상부금형부재(100)는 상부금형부(110), 소재고정부(120) 및 승강부(130)를 포함한다.
상부금형부(110)에는 오목하게 요입된 성형공간(115)이 형성되며, 상사점과 하사점 사이를 승강한다. 여기서 상사점은 승강부(130)에 의하여 상부금형부(110)가 최상측으로 이동되는 위치를 의미하며, 하사점은 소재(S)를 성형하기 위하여 상부금형부(110)가 승강부(130)에 의하여 하부금형부재(200) 측으로 이동하는 최저점을 의미한다.
본 실시예에서 상부금형부(110)는 금속 재질을 포함하여 이루어지며 단면이 대략 "П" 형상으로 형성되어, 내측으로 소재(S)가 함입되는 성형공간(115)이 마련된다.
본 실시예에서 성형공간(115)은 상부금형부(110)의 내측 상면을 형성하는 성형공간상부(111)와, 상부금형부(110)의 내측 측면을 형성하는 성형공간측부(113)에 의하여 이루어진다. 본 실시예에서 성형공간(115)의 하부는 개방되며, 상부금형부(110)이 하강함에 따라 하부금형부재(200)가 진입한다.
소재고정부(120)는 상부금형부(110)에 소재(S)를 고정시킨다. 본 실시예에서 소재고정부(120)는 상부금형부(110)의 양단부에 위치하며, 가열로(미도시) 등에 의하여 소정 온도로 가열된 소재(S)의 양단부(S1)를 상부금형부(110) 측으로 가압하여 고정한다. 소재고정부(120)의 구성 및 작동원리는 통상의 기술자에게 자명한 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
승강부(130)는 상부금형부(110)에 결합되어 상부금형부(110)를 승강시킨다. 본 실시예에서 승강부(130)는 상부금형부(110)의 상측에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합되며, 상하 방향으로 길이가 신축되는 유압실린더로 예시된다. 승강부(130)는 상부금형부(110)의 형상, 소재(S)의 재질 등에 따라 개수 및 사양이 달라질 수 있다.
하부금형부재(200)는 상부금형부재(100)의 승강 이동에 따라 성형공간(115)에 진입하면서 소재(S)를 가압한다. 본 실시예에서 하부금형부재(200)는 하부금형고정부(210) 및 하부금형이동부(230)를 포함한다.
하부금형고정부(210)는 베이스(10)에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합되며, 하부금형이동부(230)를 지지한다. 본 실시예에서 하부금형고정부(210)는 하부금형고정바디(211) 및 하부금형돌출부(213)를 포함한다.
하부금형고정바디(211)는 금속 재질을 포함하여 이루어지며 판 형상으로 형성되어 베이스(10)에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합된다.
하부금형돌출부(213)는 하부금형고정바디(211)의 상면 대략 중심으로부터 상측으로 수직하게 돌출 형성되며, 상단부에는 상측으로 진행하면서 좁아지도록 양측에 고정경사면(215)이 구비된다. 본 실시예에서 하부금형돌출부(213)에는 측방향(도 1 기준)으로 돌출부홀부(214)가 형성되어 후술할 금형이동부(235)가 삽입된다. 본 실시예에서 고정경사면(215)에는 하부금형이동부(230)가 접하여 이동된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치에서 하부금형이동부의 이동을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에서 "B" 부분을 확대한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 하부금형이동부(230)는 하부금형고정부(210)에 이동 가능하게 구비되며, 이동에 따라 소재(S)를 가압한다. 본 실시예에서 하부금형이동부(230)는 하부금형이동바디(231) 및 금형이동부(235)를 포함한다.
하부금형이동바디(231)는 한 쌍의 고정경사면(215)에 각각 접하여 이동되고, 이동에 따라 하부금형고정바디(211)의 일측으로 이동되어, 성형공간(115) 내부에 위치한 소재(S)의 측부(S3)를 측방향으로 가압하도록 한 쌍이 구비된다.
본 실시예에서 하부금형이동바디(231)는 하부금형고정바디(211)의 상단부를 덮는 형상이며, 고정경사면(215)에 대응하는 형상인 이동경사면(233)이 구비되어, 고정경사면(215)을 따라 이동된다.
즉, 하부금형이동바디(231)는 소재(S)의 상측(S2) 또는 양단부(S1)를 통하여 상부금형부(110)에 의하여 하측으로 가압되는 상태에서 금형이동부(235)에 의하여 상호 이격되는 방향인 측방향으로 힘을 받으면, 고정경사면(215)을 따라 이동하게 된다(도 4 참조).
금형이동부(235)는 한 쌍의 하부금형이동바디(231)를 연결하며, 길이가 신축되어 하부금형이동바디(231) 사이의 거리를 변경시킨다. 본 실시예에서 금형이동부(235)는 하부금형이동바디(231)에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합되는 금형이동결합부(236) 및 양단부가 금형이동결합부(236)에 결합되고 유압에 의하여 신축하는 금형이동신축부(237)를 포함한다.
본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 냉각부재(300)를 더 포함한다. 냉각부재(300)는 상부금형부재(100) 또는 하부금형부재(200)의 내부로 냉매가 출입하는 복수 개의 냉각채널부(310)를 포함하여, 상부금형부재(100), 하부금형부재(200) 또는 소재(S)를 냉각한다.
본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 제어부재(400)를 더 포함한다. 제어부재(400)는 상부금형부재(100)의 이동 정도에 따라 상기 하부금형이동바디(231)를 이동시켜, 핫 스탬핑 공정을 자동으로 제어하고, 소재(S)의 가공 정도에 따라 하부금형이동바디(231)를 이동시켜, 소재(S)의 파손을 방지하고 소재(S)의 성형성을 향상시킨다.
본 실시예에서 제어부재(400)는 상부금형부재(100)가 하사점에서 소정거리, 대략 1~2mm 만큼 상측에 위치한 상태에서 소재(S)의 성형이 완료되면, 금형이동부(235)를 동작시켜 소재(S)의 측부(S3)를 성형공간측부(113) 측으로 가압한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치(1)의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.
가열로에 의하여 소정의 온도로 가열된 소재(S)는 운반로봇에 의하여 상부금형부(110)와 하부금형부재(200) 사이에 로딩된다. 상부금형부(110)와 하부금형부재(200) 사이에 로딩된 소재(S)는 소재고정부(120)에 의하여 상부금형부(110)에 고정된다.
소재(S)가 상부금형부(110)에 고정되면, 제어부재(400)는 승강부(130)를 구동시켜, 상부금형부(110)를 하측으로 이동시킨다. 상부금형부(110)가 하측으로 이동하면, 하부금형부재(200)의 상단부, 구체적으로 하부금형이동바디(231)의 상단부가 소재(S)의 하측면을 가압하면서 성형공간(115)으로 진입한다.
상부금형부(110)가 하부금형부재(200) 측으로 이동되면서 소재(S)가 하부금형부재(200)에 접촉, 변형된다. 이 때, 금형이동부(235)는 하부금형이동바디(231)가 이동하지 않도록, 하부금형이동바디(231)를 고정하고 있는 상태이므로 하부금형이동부(230)와 상부금형부(110) 사이에는 소재(S)의 성형을 위한 간격이 확보된다.
즉, 본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 성형 깊이가 깊은 경우에도 상부금형부(110)와 하부금형이동부(230) 사이의 간격을 충분히 유지하여 소재(S)가 성형 과정에서 상부금형부(110)와 하부금형이동부(230)의 측부 사이에 끼이는 것을 방지한다.
상부금형부(110)가 하사점에서 소정거리, 대략 1~2mm 정도의 거리만큼 상측에 위치하게 되면, 제어부재(400)는 금형이동부(235)를 동작시킨다. 금형이동부(235)가 동작하여 금형이동신축부(237)를 신장시키면, 한 쌍의 하부금형이동바디(231)가 상호 이격되는 방향으로 이동되면서 소재(S)를 성형공간측부(113) 방향으로 가압한다.
상부금형부(110)가 소재(S)를 하측으로 가압하는 상태에서 금형이동부(235)가 동작하므로, 하부금형이동바디(231)는 금형이동부(235)에 의한 측방향 힘뿐만 아니라, 상부금형부(110)에 의하여 하측으로 가압되는 힘에 의해 고정경사면(215)을 따라 외측으로 이동한다.
따라서 본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 하부금형이동바디(231)를 이동시키기 위한 금형이동부(235)의 필요 용량 등을 줄일 수 있다.
하부금형이동바디(231)가 소재(S)를 가압하면, 소재(S)는 하부금형이동바디(231) 또는 성형공간측부(113)에 접촉되면서 냉각된다.
본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는, 하부금형이동부(230)가 하부금형고정부(210)에 대하여 이동 가능하게 구비되므로, 소재(S)의 성형을 위한 간극을 확보함과 동시에, 소재(S)의 균일한 냉각을 가능하게 한다.
또한, 본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 고정경사면(215) 및 하부금형이동부(230)가 구비되므로, 하부금형이동바디(231)의 이동을 제어하여 상부금형부(110)와 하부금형이동바디(231)의 간극을 유지함과 동시에 성형공간(115) 내부에 위치한 소재(S)의 측부(S3)를 가압, 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 제어부재(400)가 구비되어 상부금형부재(100) 및 하부금형부재(200) 등의 이동을 제어하므로 작업자의 추가 없이 소재(S)의 성형조건에 따라 상부금형부재(100) 등의 이동을 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 핫 스탬핑 장치(1)는 소재(S)의 성형 완료 후 소재(S)의 측부(S3)에 하부금형이동바디(231)를 접촉하여 소재(S)를 냉각시키므로 소재(S)의 성형성을 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 핫 스탬핑 장치 10: 베이스
100: 상부금형부재 110: 상부금형부
111: 성형공간상부 113: 성형공간측부
120: 소재고정부 130: 승강부
200: 하부금형부재 210: 하부금형고정부
211: 하부금형고정바디 213: 하부금형돌출부
215: 고정경사면 230: 하부금형이동부
231: 하부금형이동바디 233: 이동경사면
235: 금형이동부 236: 금형이동결합부
237: 금형이동신축부 300: 냉각부재
310: 냉각채널부 400: 제어부재
S: 소재

Claims (5)

  1. 오목하게 요입된 성형공간을 구비하고, 소재가 결합되며, 상사점과 하사점 구간에서 승강하는 상부금형부재; 및
    상기 상부금형부재의 승강에 따라 상기 성형공간에 진입하면서 상기 소재를 가압하는 하부금형부재;를 포함하며,
    상기 하부금형부재는,
    하부금형고정부; 및
    상기 하부금형고정부에 이동 가능하게 구비되며, 이동에 따라 상기 소재를 가압하는 하부금형이동부;를 포함하고,
    상기 하부금형이동부는,
    상호 이격되는 방향으로 이동하여 상기 성형공간 내부에 위치한 상기 소재를 측방향으로 가압하는 한 쌍의 하부금형이동바디; 및
    양단부가 상기 하부금형이동바디에 연결되며, 길이가 신축되어 상기 하부금형이동바디를 이동시키는 금형이동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
  2. 오목하게 요입된 성형공간을 구비하고, 소재가 결합되며, 상사점과 하사점 구간에서 승강하는 상부금형부재; 및
    상기 상부금형부재의 승강에 따라 상기 성형공간에 진입하면서 상기 소재를 가압하는 하부금형부재;를 포함하며,
    상기 하부금형부재는,
    하부금형고정부; 및
    상기 하부금형고정부에 이동 가능하게 구비되며, 이동에 따라 상기 소재를 가압하는 하부금형이동부;를 포함하고,
    상기 하부금형고정부는,
    베이스와 결합되는 하부금형고정바디; 및
    상기 하부금형고정바디에서 상측으로 돌출 형성되며, 상단부의 양측에 고정경사면이 형성되어, 상기 하부금형이동부가 상기 고정경사면을 따라 이동되는 하부금형돌출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 하부금형이동부는,
    상호 이격되는 방향으로 이동하여 상기 성형공간 내부에 위치한 상기 소재를 측방향으로 가압하는 한 쌍의 하부금형이동바디; 및
    양단부가 상기 하부금형이동바디에 연결되며, 길이가 신축되어 상기 하부금형이동바디를 이동시키는 금형이동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 상부금형부재의 이동 정도에 따라 상기 금형이동부를 제어하여, 상기 하부금형이동바디를 이동시키는 제어부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부재는,
    상기 상부금형부재가 하사점에서 소정 거리 상측에 도달하면, 상기 금형이동부를 제어하여, 상기 하부금형이동바디를 상호 이격되는 방향으로 이동시켜 상기 소재를 측방향으로 가압하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
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