KR101611735B1 - 프레스 성형 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101611735B1
KR101611735B1 KR1020140137717A KR20140137717A KR101611735B1 KR 101611735 B1 KR101611735 B1 KR 101611735B1 KR 1020140137717 A KR1020140137717 A KR 1020140137717A KR 20140137717 A KR20140137717 A KR 20140137717A KR 101611735 B1 KR101611735 B1 KR 101611735B1
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손현성
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 아래와 같은 프레스 성형 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치는 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형과 하부금형으로 제공되는 금형;과, 상기 상부금형과 상기 하부금형 사이에서 가압되는 소재의 상부 또는 하부에 배치되게 제공되는 블랭크홀더; 및 상기 상부금형, 하부금형 및 상기 블랭크홀더 중 적어도 하나에 설치되며, 상기 블랭크홀더가 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 형성하는 간격을 가변시키도록 높이가 변화되게 제공되는 간격조절수단;을 포함하되, 상기 간격조절수단은, 상기 금형이 이동하는 동안 그 높이가 변화되게 제공되며, 상기 블랭크홀더는, 상기 금형의 이동완료 이후에 상기 소재에 접촉하게 제공될 수 있다.

Description

프레스 성형 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRESS FORMING}
본 발명은 프레스 성형 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간 프레스 성형 중에 금형과 블랭크홀더 간에 간격을 조절토록 하여, 금형으로의 소재 유입 및 냉각을 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 프레스 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.
환경친화적 요소가 중요시됨에 따라 자동차에 부품을 적용함에 있어서 연비절감 및 경량화를 위한 사회적 요구에 대응하기 위하여 고강도 소재의 이용이 점차 늘어나는 추세이다.
그러나 고강도 소재의 경우 스프링백 및 치수동결성 등의 문제를 수반하기 때문에, 이 같은 성형의 난해성으로 인하여 성형 및 사용이 매우 어렵다는 단점이 있었다.
그런데 최근에는 고강도 소재로서 범퍼 충돌 빔(Bumper Impact Beam) 및 도어 강화재(Door Reinforcement) 등의 자동차 부품을 제작하기 시작했고, 이는 고강도 소재의 성형 난해성을 개선한 열간 프레스 성형(HPF:Hot Press Forming) 기술 때문이다.
열간 프레스 성형(HPF:Hot Press Forming)은 고강도 소재의 성형 난해성을 개선하기 위하여, 고강도 소재를 고온에서 성형하되, 성형과 동시에 금형 사이에서 소재를 냉각하는 기술이다.
도 1에는 열간 프레스 성형의 개략적인 공정도가 도시되어 있고, 이를 참조하여 열간 프레스 성형 공정을 상세히 설명하면, 소재(1)는 인입장치(10)에 의해 가열로(20)에 인입된다.
가열로(20)에서 소재(1)는 약 800~1000℃로 가열되며, 이와 같이 고온으로 가열된 소재(1)는 이송장치(30)에 의해 프레스기(50)에 장착된 상부금형(60) 및 하부금형(70) 사이로 이송된다. 그리고, 프레스기가 하사점까지 하강함에 따라, 상부금형(60)이 하강하게 되고, 소재(1)는 금형의 형상대로 성형 된다.
상부금형(60)을 하강시킴으로써 소재(1)를 원하는 형상대로 성형한 후에는 상부금형(60) 및 하부금형(70)으로 일정한 가압상태를 유지하게 된다. 그리고, 상기 상부금형(60) 및 하부금형(70) 사이에서 고온의 소재(1)를 빠른 속도로 냉각시켜 고강도의 제품을 얻을 수 있도록 한다.
상기 금형에 의한 냉각이 완료되면 배출장치(40)로 하여금 제품으로 성형된 소재를 금형으로부터 배출하도록 한다. 이와 같은 과정이 열간 프레스 성형의 성형 사이클(cycle)이 된다.
상기와 같은 열간 프레스 성형 사이클에 있어, 고온의 소재(1)를 급 냉각시키기 위한 방법으로는 금형을 이용하게 된다.
즉, 도 2에 도시된 것처럼, 프레스기의 상부에 부착된 상부금형(60)과 프레스기 하부 베이스 플레이트(51)에 부착된 하부금형(70) 사이에 고온의 소재(1)를 놓고 가압 성형한 뒤, 소재의 상면 및 하면을 각각 상부금형 및 하부금형에 접촉시켜 냉각하는 방법이다.
이때, 소재를 가압 성형하는 과정에서 소재의 주름 방지 등 성형성 향상을 이유로 블랭크홀더(80)가 사용될 수 있고, 상기 블랭크홀더는 하부 실린더 몸체(81b) 내에서 신장 또는 수축하는 실린더 로드(81a)의 단부에 연결될 수 있다. 하부 실린더 부재(81)에 연결된 블랭크홀더(80)는 이로써, 금형과 같이 승하강할 수 있게 된다.
여기서, 도 3a에 도시된 것처럼, 소재의 성형 중에는 상부금형(60)과 블랭크홀더(80) 사이의 간격을 적절히 조절해야 할 필요가 있다. 즉, 소재(1)를 원활하게 금형으로 인입하기 위해서는 상기 상부금형과 블랭크홀더 사이의 간격은 소재(1)의 두께보다 커야 한다.
이를 위해, 상부금형(60)의 하부에는 간격 블록(61, distance block)이 설치될 수 있으며, 이는, 고정된 두께의 링이나 블록으로 구비될 수 있다. 그러나, 이같은 간격 블록(61)이 설치되는 경우에는 도 3A에 도시된 것처럼, 상부금형(60)과 하부금형(70)이 닫혀 소재(1)를 가압하는 경우에 고정된 두께의 간격 블록(61)이 블랭크홀더(80)의 상면을 밀면서, 소재(1)에는 금형 미접촉 부분(L)이 발생하게 된다.
이에 따라, 블랭크홀더(80) 상면에 위치하는 소재는 상부금형(60)의 하강 이후에도 금형에 미접촉하게 되면서, 금형에 의한 소재 냉각 효과를 얻을 수 없다는 문제가 발생하게 된다.
이를 개선하기 위해, 도 3b에 도시된 것처럼, 소재(1)의 크기를 작게하여 성형 완료 후 블랭크홀더(80) 위에 소재가 존재하지 않도록 하면서, 소재 전체가 상부금형(60) 및 하부금형(70)에 접촉되어 냉각되도록 하는 방법을 사용할 수 있다.
그러나, 복잡한 부품을 성형하거나, 주름이나 크랙 등의 성형상의 문제점을 개선하기 위해서는 소재의 크기를 크게 해야 하는 경우가 있다. 또한, 성형성 향상을 위해서 블랭크홀더(80)로 소재를 계속적으로 가이드 해 주어야 하는 경우도 있기 때문에 이와 같은 경우에는 소재의 크기를 작게 하는 방법은 적용할 수 없다는 문제가 있다.
KR 0753714 B1(2007.08.23.등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로서, 금형에 의한 소재의 균일한 냉각을 통해 성형품의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
구체적으로는, 프레스기의 하사점 도달 시, 하강하는 상부금형에 의해 블랭크홀더가 밀리면서 블랭크홀더 위에 존재하는 소재의 일부 영역이 금형에 비 접촉되는 현상을 방지하여 소재의 전면이 금형에 접촉되게 하는 것을 일 목적으로 한다.
이때, 블랭크로 제공될 수 있는 초기 소재의 크기는 줄어들지 않도록 하여 성형품의 불량 발생을 방지하게 하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 금형으로의 소재 인입은 원활하게 유지하면서, 냉각효과 또한 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
이를 통해, 궁극적으로 공정의 효율성 및 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 프레스 성형 장치 및 방법을 제공한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치는 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형과 하부금형으로 제공되는 금형;과, 상기 상부금형과 상기 하부금형 사이에서 가압되는 소재의 상부 또는 하부에 배치되게 제공되는 블랭크홀더; 및 상기 상부금형, 하부금형 및 상기 블랭크홀더 중 적어도 하나에 설치되며, 상기 블랭크홀더가 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 형성하는 간격을 가변시키도록 높이가 변화되게 제공되는 간격조절수단;을 포함하되, 상기 간격조절수단은, 상기 금형이 이동하는 동안 그 높이가 변화되게 제공되며, 상기 블랭크홀더는, 상기 금형의 이동완료 이후에 상기 소재에 접촉하게 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 간격조절수단은, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과, 상기 블랭크홀더 간에 소재 두께 이상의 간격이 형성되는 소재 유입상태 및 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과, 상기 블랭크홀더가 상기 소재에 접촉되는 소재 냉각상태 중 어느 하나의 상태로 전환할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 간격조절수단은, 상기 소재 냉각상태로 전환될 시에는 소재의 상면 및 하면 중 적어도 하나를 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 전면 접촉시키도록 높이가 감소할 수 있다.
그리고 바람직하게는, 상기 간격조절수단은, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 설치되되, 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 인입되는 소재의 최외곽으로부터 이격되게 배치되는 실린더부재로 구비될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 실린더부재는, 로드 단부에 완충부재;를 포함할 수 있다.
한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형과 하부금형으로 제공되는 금형과, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형 외측에 배치되는 블랭크홀더를 포함하는 프레스 성형 장치로 소재를 성형하기 위한 방법으로, 소재를 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 공급하고, 소재가 상기 블랭크홀더에 대면토록 구비하는 준비단계; 및 상기 상부금형 또는 상기 하부금형을 이동시켜 소재를 성형하되, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형이 이동 완료 이후, 상기 소재는 상기 상부금형, 상기 하부금형 및 상기 블랭크홀더에 접촉하는 성형단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 성형단계는, 상기 블랭크홀더와 대면하도록 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 설치된 간격조절수단의 높이가 소재의 두께를 초과하도록 형성하는 제1성형단계;와, 상기 상부금형이 하강하여 상기 간격조절수단과 상기 블랭크홀더가 접촉하고, 접촉한 상태로 함께 하강하는 제2성형단계; 및 상기 블랭크홀더가 상기 간격조절수단과 대면하는 금형의 외곽부와 동일선상에서 소재에 접할 시에, 상기 블랭크홀더에 대응되는 위치의 소재는 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 접촉하도록 상기 간격조절수단과 대면하는 금형과 상기 블랭크홀더 간에 형성되는 간격을 조절하는 제3성형단계;를 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제3성형단계는, 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 배치되는 상기 간격조절수단의 높이가 소재의 두께 이하가 되도록, 상기 간격조절수단의 높이를 감소시켜 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 소재를 접촉시킬 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 성형단계는, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형이 이동 완료되는 순간에, 상기 블랭크홀더에 대응되는 위치의 소재가 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 접촉하며, 접촉된 상태에서 일정 시간 경과 이후, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형을 이동하여 상기 소재를 인출할 수 있다.
그리고 바람직하게, 상기 금형 및 상기 소재 중 적어도 어느 하나는, 일정 온도로 가열되어 제공되며, 성형 중에 일정 온도 범위 내를 유지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치 및 방법에 의하면 소재 전면을 금형에 의해 신속하게 냉각시킬 수 있다.
전면에 걸쳐 균일하게 급속 냉각된 소재는 충분한 강도를 확보할 수 있어 우수한 물성을 가진 성형품으로 생산될 수 있다.
또한, 소재의 초기 치수를 크게 구비할 수 있으므로 최종 성형 단계까지 블랭크홀더에 의해 주름을 억제하는 성형 방법을 사용할 수 있게 하여 복잡한 부품의 성형이 가능하다.
더하여, 블랭크홀더 위의 소재의 강도도 충분히 확보되므로, 이 부분도 트리밍 후 최종 부품 형상 부위에 포함할 수 있게 하여 금형 설계 및 부품 설계 관점에서 자유도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 효과로 프레스 성형 적용 가능 범위를 확대할 수 있다.
아울러, 전면에 걸쳐 균일하게 냉각된 소재는 제품으로 활용될 수 있는 면적이 넓어지므로, 재료비를 절감효과를 창출할 수 있다.
이로써, 프레스 성형 공정에 소모되는 총 생산비를 절감할 수 있고, 원가절감에 기여할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.
도 1은 통상의 열간 프레스 성형 공정의 개략적인 공정도이다.
도 2는 통상의 열간 프레스 성형 공정에서 상부금형의 하강 전, 금형과 소재의 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a는 통상의 열간 프레스 성형 공정에서 상부금형의 하강 후, 금형과 소재의 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3b는 통상의 열간 프레스 성형 공정에서 소재의 크기를 작게 한 경우의 상부금형 하강상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치의 성형 초기 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치의 성형 중기 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치의 성형 말기 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치의 간격조절수단이 동작하여 소재와 금형이 접촉한 상태를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치 및 방법에 의해 성형된 제품과 종래 기술에 의해 성형된 제품의 성형해석 결과를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
먼저, 본 발명에 의한 프레스 성형 장치 및 방법은 프레스 성형 공정, 특히, 열간 프레스 성형 공정에서 상부금형이 하강한 이후에 블랭크홀더 위에 남게 되는 소재도 금형에 직접 접촉되게 함으로써, 소재 전면에 걸쳐 급랭이 실시될 수 있도록 하고 이로써 충분한 강도를 갖는 성형품을 제조하는 것을 일 목적으로 한다.
여기서, 열간 프레스 성형(HPF:Hot Press Forming)은 금형 및 소재 중 적어도 어느 하나는 일정 온도로 가열하여 성형성을 향상시킨 것으로서, 상기 금형 및 상기 소재가 프레스 성형 공정 중에 일정 온도 구간을 유지하도록 한 상태에서 상기 금형으로 상기 소재를 가압하여 성형하는 방법이다.
이와 같은 열간 프레스 성형 공정에서 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형, 하부금형, 상기 상부금형과 상기 하부금형 사이에서 가압되는 소재의 상부 또는 하부에 배치되는 복수개의 블랭크홀더 및 상기 상부금형 및 상기 하부금형 중 적어도 하나에 설치되어, 소재의 유입 및 냉각을 조절하는 간격조절수단을 포함하여 구성되는 프레스 성형 장치를 제공한다.
도 4를 참조하여 이를 구체적으로 설명하면, 가열로에서 고온의 상태로 금형에 이송되는 초기의 소재(1)는 상부금형(60)과 하부금형(70) 사이에 연속적으로 공급될 수 있다. 그리고 상부금형(60)의 하강에 의해, 상부금형(60)과 하부금형(70)이 형성하는 틈새로 끌려 들어가면서 일정 형상을 가진 성형품으로 가공된다.
이와 같은 일련의 성형과정을 서포트하기 위하여 블랭크홀더(80)와 간격 블록(61)이 추가될 수 있는데, 블랭크홀더(80)는 성형되는 소재(1)의 스프링백, 주름, 크랙 등을 방지하기 위하여 적용되는 매우 중요한 구성요소이며, 특히, 드로잉, 딥드로잉, 아이어닝과 같은 공정에서는 소재의 터짐 및 주름을 방지하기 위해 필수적이라 할 수 있다.
블랭크홀더(80)는 도 4에 도시된 것처럼, 하부금형(70)과 같이 소재(1)의 하부에 배치될 수도 있고, 반대로, 소재(1)의 상부에 배치될 수도 있는데 이는 소재(1)의 특성 및 공정의 특성에 따라 적절히 적용될 수 있는 부분이며, 본 발명에서는 블랭크홀더(80)가 소재(1) 하부에 배치되었을 때를 예로 들어 설명하도록 하되, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니다.
블랭크홀더(80)는 소재의 성형과정에서 금형과 일정 간격의 간격을 형성하도록 구비될 수 있다. 특히, 본 발명에서와 같이 블랭크홀더(80)가 소재(1)의 하부에 배치되는 경우에는 상부금형(60)과 일정 간격을 형성하도록 구비될 수 있는데, 이 간격은 통상 소재(1)의 두께보다 크게 구비되는 것이 일반적이다.
이와 같이 상부금형(60)과 블랭크홀더(80) 간에 일정 간격을 형성하는 이유는 소재(1)가 인입될 수 있는 공간을 확보하기 위해서이다. 이는, 성형을 위한 소재(1)의 금형으로의 원활한 유입을 위한 것이며, 이렇게 형성된 간격은 프레스기가 하사점까지 한번 하강하는 것을 성형 주기라고 할 때, 성형 중기 단계와 성형 완료 단계에서 가변 될 수 있다.
본 발명에서 상부금형(60)과 블랭크홀더(80) 간에 형성되는 간격은 간격조절수단에 의해 가변 된다. 즉, 상기 간격조절수단은 프레스기가 하사점에 도달할 시에, 블랭크홀더(80) 상면에 위치하는 소재(1)가 상부금형(60)에(블랭크홀더가 상부금형 측에 위치하는 경우에는 하부금형에) 접촉되도록 상기 상부금형과 상기 블랭크홀더 간에 형성되는 간격을 조절하게 된다.
더하여, 상기 상부금형(60) 또는 상기 하부금형(70)이 이동을 완료한 이후에도 상기 블랭크홀더(80)에 대면하는 위치에 존재하는 소재는 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 접촉할 수 있으며, 필요에 따라서는 접촉된 상태를 일정 시간 동안 유지함으로써, 소재의 금형에 의한 냉각을 실시할 수도 있다. 다만, 금형에 의한 소재의 냉각 또는 급냉에 중점을 둔 경우에는 상기 금형은 가열되지 않은 상태로 제공되는 것이 바람직할 수 있으나, 이 또한 당업자에 의해 선택 가능한 사항이며 본 발명에 의해 한정되지 않는다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면 상기 간격조절수단은 상부금형(60) 측에 설치되는 복수개의 유압 또는 가스압을 매개로 동작하는 실린더부재(91)로 구비될 수 있다. 다만, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며, 작업환경 및 작업자에 의해 적절히 변경 적용될 수 있는 사항이다.
상부금형(60)에는 실린더몸체(91b)가 매설될 수 있다. 실린더몸체(91b)는 상부금형(60)의 바깥면으로 돌출되지 않는 것이 바람직한데, 이는 온전히 실린더로드(91a)의 신장 또는 수축에 의한 간격조절이 가능하도록 하기 위함이다. 실린더몸체(91b)가 상부금형(60)의 내부로 완전히 매설되면, 실린더몸체(91b)의 높이에 의한 간섭을 방지할 수 있다. 이때, 블랭크홀더(80)가 상부금형(60) 측에 배치된 경우라면, 간격조절수단으로 구비되는 실린더부재(91)는 하부금형(70)에 설치되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 실린더부재(91)의 실린더로드(91a)의 단부에는 충격을 흡수할 수 있고, 장기간 사용에 따른 마모를 방지할 수 있도록 완충부재가 구비될 수 있다. 상기 완충부재의 재질은 선술한 목적을 달성할 수 있는 범위내에서 작업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 도 4에 도시된 것과 같이 실린더부재(91)를 각각 상부금형(60)의 일측 단부 및 타측 단부에 설치하였으나, 성형되는 소재(1)의 특성, 성형품의 형상, 성형 공정의 특성, 금형의 종류 등으로 형성될 수 있는 작업 조건에 의해 실린더부재(91)의 설치 위치, 개수는 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 장치에 이어, 이하에서는, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 방법에 관하여 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명에서는 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형과 하부금형으로 제공되는 금형과, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형 외측에 배치되는 블랭크홀더를 포함하는 프레스 성형 장치로 소재를 성형하기 위한 방법으로, 소재를 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 공급하고, 소재가 상기 블랭크홀더에 대면토록 구비하는 준비단계 및 상기 상부금형 또는 상기 하부금형을 이동시켜 소재를 성형하되, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형이 이동 완료 이후, 상기 블랭크홀더에 대응되는 위치의 소재가 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 접촉하는 성형단계를 포함하는 프레스 성형 방법을 제공한다.
여기서, 상기 소재는 소재의 종류에 적합하게 설정된, 혹은, 당업자에 의해 적합하게 설정된 온도로 가열되어 제공될 수 있다. 또한, 상기 금형에 매니폴드(manifold)와 같은 열 발생수단을 추가하여 상기 금형 역시 일정 온도 구간을 유지하도록 제공될 수 있다. 다만, 가열 온도 및 성형 중에 유지되는 온도 구간은 소재의 특성, 종류, 성형 조건 등에 의하여 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
선술한 준비단계는 블랭크홀더(80)의 상면과 마주보는 금형(본 발명에서는 상부금형)에 실린더몸체(91b)를 매설하는 제1준비단계와, 상기 실린더몸체 내에서 신장 또는 수축하는 실린더로드(91a)의 단부가 상기 블랭크홀더의 상면을 향하도록 실린더로드(91a)를 신장시키는 제2준비단계를 포함한다.
상기 제2준비단계에서, 실린더로드(91a)의 신장거리는 준비되는 소재(1)의 두께보다 큰 값으로 구비되는 것이 소재의 원활한 유입을 위해 바람직하며, 소재(1)의 두께보다 얼마나 큰 값으로 구비되는 가의 여부는, 소재의 특성, 성형 공정의 특성 등과 같은 작업조건에 따라 적절히 선택될 수 있는 사항이다.
추가로, 상기 준비단계에서는 실린더부재(91)에 유압 또는 가스압과 같은 구동력이 제공될 수 있도록, 적정 설비 연결 작업이 포함되어야 함은 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 준비단계가 완료되면, 성형단계가 실시되며, 도 5 내지 도 7을 참조하여 상기 성형단계에 관하여 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 성형단계는 상부금형(60)을 하강시켜 실린더로드(91a)의 단부와 블랭크홀더(80)의 상면을 접촉시켜 적정 간격을 형성함으로써 소재의 원활한 유입을 가이드하는 제1성형단계와, 상기 제1성형단계에 연이어 상기 상부금형을 프레스기의 하사점 직전까지 하강시키는 제2성형단계 및 상기 제2성형단계 직후에 실린더로드(91a)의 단부가 투입된 소재(1)의 두께와 같은 값만큼 상부금형으로부터 돌출될 수 있도록 수축시키는 제3성형단계를 포함한다. 그리고, 제3성형단계에서 수축된 실린더로드의 단부는 프레스기가 하사점에 도달한 시점에서, 블랭크홀더(80)의 상면에 접촉하게 된다.
즉, 도 4에 도시된 상태가 상기 준비단계가 완료된 상태이고, 도 5에 도시된 상태가 성형 중기의 상태로 제2성형단계가 완료된 상태이다.
이어, 도 6에 도시된 상태는 제3성형단계가 완료된 상태로서, 상부금형(60)과 하부금형(70) 사이에는 일련의 공간이 남아있고, 프레스기가 하사점에 도달하기 직전의 상태이다.
그리고 도 7에 도시된 상태는 상부금형(60)과 하부금형(70)이 소재(1)를 사이에 두고 일련의 공간도 없이 완전히 접촉된 상태로, 제3성형단계 이후, 간격조절수단의 높이를 소재의 두께만큼 감소시켜, 금형과 소재를 완전히 접촉시킨 상태이다.
이로써, 실린더로드(91a)가 소재(1)의 두께와 같은 값만큼만 상부금형(60)으로부터 돌출되게 수축되고, 이로써, 소재(1)의 블랭크홀더(80)의 상면에 배치되는 영역(L')이 상부금형(60)에 완전히 접촉하게 된다. 이때, 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 배치되는 실린더로드(91a)의 높이는 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 배치되는 소재 두께와 동일하게 제공될 수 있다.
여기서, 실린더부재(91)에 작용되는 압력을 상기 블랭크홀더 하부에 연결되어 상기 블랭크홀더를 승강 또는 하강시키는 하부 실린더부재(81)에 작용되는 압력보다 큰 값으로 유지하는 압력조절단계가 더 포함될 수 있다.
그러면, 상부금형(60)이 하강하는 동안 상기 실린더로드(91a)가 블랭크홀더(80)를 하방으로 밀면서 상부금형(60)과 블랭크홀더(80) 상면 사이에 형성된 초기 간격이 프레스기의 하사점 도달 직전까지 유지될 수 있기 때문이다.
이와 같은 성형단계 및 압력조절단계의 완료에 의해 소재(1)의 성형이 완료된 시점에서도 소재(1)의 전면이 금형에 접촉할 수 있게 되고, 소재와 금형의 완전한 접촉에 의해 소재(1)의 전 영역에 걸쳐 신속한 급랭이 일어날 수 있게 되어, 도 8의 (b)에 도시된 것과 같은 소재(1)의 성형해석결과를 얻을 수 있게 된다.
이를 종래기술에 의해 성형된 제품의 해석결과를 도시한 도 8의 (a)와 비교하여 보면, 종래기술에 의해 성형된 제품은 4군데의 모서리에 심한 주름(2)이 발생된 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 본 발명에 의한 프레스 성형 방법에 의하면 도 8의 (b)에 보이는 것처럼, 주름 또는 겹침 불량없이 깨끗한 제품을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 프레스 성형 방법이 특히, 열간 프레스 성형 공정에 적용되었을 때, 이에 의해 성형된 소재는 전체적으로 균일하게 냉각될 수 있고, 이로써, 고강도의 물성을 얻게 되어 고강도 제품을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 소재 10 : 인입장치
20 : 가열로 30 : 이송장치
40 : 배출장치 50 : 프레스기
51 : 베이스 플레이트 60 : 상부금형
61 : 간격 블록 70 : 하부금형
80 : 블랭크홀더 81 : 하부 실린더부재
81a : 하부 실린더로드 81b : 하부 실린더몸체
90 : 간격조절수단 91 : 실린더부재
91a : 실린더로드 91b : 실린더몸체

Claims (10)

  1. 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형과 하부금형으로 제공되는 금형;
    상기 상부금형과 상기 하부금형 사이에서 가압되는 소재의 상부 또는 하부에 배치되게 제공되는 블랭크홀더; 및
    상기 상부금형, 하부금형 및 상기 블랭크홀더 중 적어도 하나에 설치되며, 상기 블랭크홀더가 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 형성하는 간격을 가변시키도록 높이가 변화되게 제공되는 간격조절수단;을 포함하되,
    상기 간격조절수단은,
    상기 금형이 이동하는 동안 그 높이가 변화되게 제공되며,
    상기 블랭크홀더는,
    상기 금형의 이동완료 이후에 상기 소재에 접촉하게 제공되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간격조절수단은,
    상기 상부금형 또는 상기 하부금형과, 상기 블랭크홀더 간에 소재 두께 이상의 간격이 형성되는 소재 유입상태 및 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과, 상기 블랭크홀더가 상기 소재에 접촉되는 소재 냉각상태 중 어느 하나의 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 간격조절수단은,
    상기 소재 냉각상태로 전환될 시에는 소재의 상면 및 하면 중 적어도 하나를 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 전면 접촉시키도록 높이가 감소하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간격조절수단은,
    상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 설치되되,
    상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 인입되는 소재의 최외곽으로부터 이격되게 배치되는 실린더부재로 구비되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실린더부재는,
    로드 단부에 완충부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
  6. 프레스기의 상부와 하부에 부착되는 상부금형과 하부금형으로 제공되는 금형과, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형 외측에 배치되는 블랭크홀더를 포함하는 프레스 성형 장치로 소재를 성형하기 위한 방법으로,
    소재를 상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 공급하고, 소재가 상기 블랭크홀더에 대면토록 구비하는 준비단계; 및
    상기 상부금형 또는 상기 하부금형을 이동시켜 소재를 성형하되, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형이 이동 완료 이후, 상기 소재는 상기 상부금형, 상기 하부금형 및 상기 블랭크홀더에 접촉하는 성형단계;
    를 포함하는 프레스 성형 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성형단계는,
    상기 블랭크홀더와 대면하도록 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 설치된 간격조절수단의 높이가 소재의 두께를 초과하도록 형성하는 제1성형단계;
    상기 상부금형이 하강하여 상기 간격조절수단과 상기 블랭크홀더가 접촉하고, 접촉한 상태로 함께 하강하는 제2성형단계; 및
    상기 블랭크홀더가 상기 간격조절수단과 대면하는 금형의 외곽부와 동일선상에서 소재에 접할 시에, 상기 블랭크홀더에 대응되는 위치의 소재는 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 접촉하도록 상기 간격조절수단과 대면하는 금형과 상기 블랭크홀더 간에 형성되는 간격을 조절하는 제3성형단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3성형단계는,
    상기 상부금형 및 상기 하부금형 사이에 배치되는 상기 간격조절수단의 높이가 소재의 두께 이하가 되도록, 상기 간격조절수단의 높이를 감소시켜 상기 상부금형 또는 상기 하부금형과 소재를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 성형단계는,
    상기 상부금형 또는 상기 하부금형이 이동 완료되는 순간에, 상기 블랭크홀더에 대응되는 위치의 소재가 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 접촉하며, 접촉된 상태에서 일정 시간 경과 이후, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형을 이동하여 상기 소재를 인출하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금형 및 상기 소재 중 적어도 어느 하나는,
    일정 온도로 가열되어 제공되며, 성형 중에 일정 온도 범위 내를 유지하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
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