KR101639572B1

KR101639572B1 - 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법

Info

Publication number: KR101639572B1
Application number: KR1020150000954A
Authority: KR
Inventors: 김종봉; 장명근; 정진환; 이현규
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-07-14

Abstract

실시형태에 따른 성형 장치는, 제1 내벽면, 상기 제1 내벽면과 대향하여 위치되는 제2 내벽면, 상기 제1 내벽면과 상기 제2 내벽면을 연결하는 내저면 및, 상기 내저면에 형성된 수용홈을 포함하는 컨테이너; 그 하단부가 탄성체를 통해 상기 수용홈의 저면에 연결되고, 상기 제1 내벽면과는 이격되어있고, 상기 제2 내벽면의 일부와 접하고, 상기 제2 내벽면의 다른 일부와는 이격되어있고, 상기 제1 내벽면 측에서 상기 제2 내벽면 측으로 뚫리는 관통부를 포함하는 홀더; 상기 홀더, 상기 제1 내벽면 및 상기 내저면 사이에 끼워지는 성형체; 상기 관통부에 끼워지고, 그 일단이 상기 성형체와 맞닿고, 그 타단이 상기 제2 내벽면의 상기 다른 일부와 맞닿는 리스트레이너; 및 상기 성형체 및 상기 홀더를 맞닿은 상태에서 누를 수 있도록 설치된 펀치; 를 포함한다.

Description

성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법{FORMING APPARATUS AND FORMING METHOD USING THEREOF}

본 발명은 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법에 관한 것이다.

종래의 성형은(Sheet-Bulk Forming)은 많은 힘이 필요하였고, 두께성형이 되는 부분이 국부적이었다. 또한, 종래의 성형은 성형하고자 하는 성형체의 두께가 두꺼워지는데 한계가 있고, 성형하고자 하는 성형체의 모양에도 한계가 있었다. 그리고 종래의 성형은 특정 두께이상으로 성형하기 위해서는 다단성형이 필요하였다. 다단성형의 경우에는 많은 수의 금형이 필요하였고, 따라서, 금형의 개수가 많아져 금형에 따른 비용이 증가하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 성형은 두께 성형공정 중 좌굴에 의한 굽힘이 발생하였다. 따라서, 이러한 좌굴에 의한 랩(lap) 결함이 발생하는 문제가 있었고, 좌굴에 의한 굽힘이 발생하여 시트(Sheet)를 일정한 두께로 성형할 수 없는 문제가 있었고, 응력집중으로 인해 좌굴부위가 쉽게 파손되는 문제가 있었다.

그리고 종래의 성형은 커팅을 이용하는 방법이 있었는데, 이러한 커팅을 이용하는 방법은 완성하고자 하는 성형체보다 많은 재료가 필요하게 되어 비용이 증가되는 문제가 있었다.

실시형태는 성형체의 증가하고자 하는 두께의 제한이 없고 다단성형이 아닌 한번에 성형을 할 수 있는 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 실시형태는 하나의 컨테이너만을 이용할 수 있는 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 실시형태는 리스트레이너(Restrainer)를 이용하여 좌굴에 의한 굽힘을 방지할 수 있는 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

실시형태에 따른 성형 장치는, 제1 내벽면, 상기 제1 내벽면과 대향하여 위치되는 제2 내벽면, 상기 제1 내벽면과 상기 제2 내벽면을 연결하는 내저면 및, 상기 내저면에 형성된 수용홈을 포함하는 컨테이너; 그 하단부가 탄성체를 통해 상기 수용홈의 저면에 연결되고, 상기 제1 내벽면과는 이격되어있고, 상기 제2 내벽면의 일부와 접하고, 상기 제2 내벽면의 다른 일부와는 이격되어있고, 상기 제1 내벽면 측에서 상기 제2 내벽면 측으로 뚫리는 관통부를 포함하는 홀더; 상기 홀더, 상기 제1 내벽면 및 상기 내저면 사이에 끼워지는 성형체; 상기 관통부에 끼워지고, 그 일단이 상기 성형체와 맞닿고, 그 타단이 상기 제2 내벽면의 상기 다른 일부와 맞닿는 리스트레이너; 및 상기 성형체 및 상기 홀더를 맞닿은 상태에서 누를 수 있도록 설치된 펀치;를 포함한다.

여기서, 상기 제2 내벽면은 하단으로 갈수록 상기 제1 내벽면과 점점 더 멀어지는 경사부를 갖고, 상기 다른 일부는 상기 경사부일 수 있다.

여기서, 상기 컨테이너, 상기 홀더, 상기 리스트레이너 및 상기 펀치의 재질은 상기 성형체의 재질보다 강도가 강한 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 실시형태에 따른 성형 장치를 이용한 성형 방법은, 상기 펀치를 누르는 단계; 상기 펀치를 누르는 것에 의하여 상기 성형체 및 상기 홀더에 압박이 가해지고, 상기 탄성체가 압축되어 상기 홀더가 상기 수용홈 내로 수용되어 들어가는 단계; 및 상기 홀더가 수용됨에 따라 상기 리스트레이너가 상기 제2 내벽면의 상기 경사부에 의해 형성되어 있는 공간으로 이동되고, 상기 리스트레이너의 이동으로 상기 관통부에 공간이 형성되고, 상기 관통부의 공간에 상기 압축된 선형체가 채워지게 되어 상기 성형체가 성형되는 단계; 를 포함한다.

실시형태에 따른 성형 장치에 의하면, 컨테이너의 제2 내벽면의 경사부와 리스트레이너를 이용하여 성형체를 성형할 수 있기 때문에, 성형체의 성형되는 부분이 국부적이지 않고, 성형되는 모양에 한계가 없고, 성형하고자 하는 부위의 두께의 제한이 없고, 좌굴에 의한 굽힘을 방지할 수 있다.

실시형태에 따른 성형 장치에 의하면, 제2 내벽면이 경사부를 가지기 때문에, 펀치를 누르는 힘을 조절하여 원하는 성형체의 성형 두께를 조절할 수 있는 이점이 있다.

실시형태에 따른 성형 장치에 의하면, 컨테이너, 홀더, 리스트레이너 및 펀치의 재질은 성형체의 재질보다 강도가 강한 재질로 이루어지기 때문에, 사용자가 원하는 모양에 더 가깝도록 성형체를 성형할 수 있다.

실시형태에 따른 성형 장치를 이용한 성형 방법에 의하면, 펀치를 누르는 단계만으로 성형체가 성형되기 때문에, 종래의 다단성형의 경우보다 빠르고 간단하게 성형체를 성형할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 성형 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 컨테이너의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 성형 장치의 변형 실시예이다.
도 4는 도 3에 도시된 컨테이너의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 성형 장치의 또 다른 변형 실시예이다.
도 6은 도 5에 도시된 컨테이너의 단면도이다.
도 7은 실시형태에 따른 성형 장치를 이용한 성형 방법의 순서도이다.
도 8은 종래의 성형 장치에 의해 성형된 성형체이다.
도 9는 실시형태에 따른 성형 장치에 의해 성형된 성형체이다.

후술하는 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

<실시형태>

도 1은 실시형태에 따른 성형 장치의 단면도이다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 성형체를 성형하기 전의 단면도이고, 도 1의 (b)는 성형체를 성형한 후의 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 컨테이너의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 실시형태에 따른 성형 장치는 탄성체(50). 컨테이너(container, 100), 홀더(holder, 200), 성형체(300) 리스트레이너(restrainer, 400) 및 펀치(punch, 500)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 컨테이너(100)는 제1 내벽면(110), 제1 내벽면(110)과 대향하여 위치되는 제2 내벽면(120), 제1 내벽면(110)과 제2 내벽면(120)을 연결하는 내저면(130) 및, 내저면(130)에 형성된 수용홈(140)을 포함할 수 있다.

홀더(200)는 하단부(210)가 탄성체(50)를 통해 수용홈(140)의 저면에 연결되고, 제1 내벽면(110)과는 이격되어있고, 제2 내벽면(120)의 일부와 접하고, 제2 내벽면(120)의 다른 일부와는 이격되어있고, 제1 내벽면(110) 측에서 제2 내벽면(120) 측으로 뚫리는 관통부를 포함할 수 있다.

성형체(300)는 홀더(200), 제1 내벽면(110) 및 내저면(130) 사이에 끼워진다.

리스트레이너(400)는 관통부에 끼워지고, 일단이 성형체(300)와 맞닿고, 타단이 제2 내벽면(120)의 다른 일부와 맞닿는다. 리스트레이너(400)는 큰 힘으로 성형되는 성형체(300)를 밀어주는 저항장치일 수 있다.

펀치(500)는 성형체(300) 및 홀더(200)를 맞닿은 상태에서 누를 수 있도록 설치된다. 즉, 성형체(300)의 아래는 컨테이너(100)로 고정되고, 펀치(500)가 내려와 성형체(300)를 누르게 된다.

여기서, 컨테이너(100)의 제2 내벽면(120)은 하단으로 갈수록 제1 내벽면(110)과 점점 더 멀어지는 경사부를 가질 수 있다. 이때, 제2 내벽면(120)의 다른 일부는 경사부일 수 있다.

이에 따라, 리스트레이너(400)는 컨테이너(100)의 경사부를 따라 내려가고 성형체(300)와 리스트레이너(400) 사이의 틈새가 생기고, 그 틈새로 성형체(300)가 성형된다.

여기서, 도 1에서는 제2 내벽면(120)이 직선으로 형성된 경사부를 갖는 것으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 내벽면(120)이 곡선으로 형성된 경사부를 가질 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 4와 같이, 제2 내벽면(120)은 컨테이너(100)의 내측으로 볼록한 곡선으로 형성된 경사부를 가질 수 있고, 도 5 및 도 6과 같이, 컨테이너(100)의 외측으로 볼록한 곡선으로 형성된 경사부를 가질 수 있다.

나아가, 제2 내벽면(120)은 경사부로 한정하는 것이 아니라 하단으로 갈수록 제1 내벽면(110)과 점점 더 멀어지는 형상이면, 어떠한 형상이라도 무방하다.

이와 같이, 실시형태에 따른 성형 장치는 컨테이너(100)의 제2 내벽면(120)에 형성된 경사부의 각도와 리스트레이너(400)를 이용하여 성형체(300)를 성형할 수 있다. 따라서, 성형체(300)의 성형되는 부분이 국부적이지 않고, 성형되는 모양에 한계가 없고, 성형하고자 하는 부위의 두께의 제한이 없고, 좌굴에 의한 굽힘을 방지할 수 있다.

또한, 종래의 두께 성형공정에서의 좌굴 발생이 방지되고, 다단성형이 아닌 한번의 성형으로 가능하다. 따라서, 종래의 성형 방법보다 간소화된다.

그리고 컨테이너(100)의 제2 내벽면(120)이 경사부를 가지기 때문에, 펀치(500)를 누르는 힘을 조절하여 원하는 성형체(300)의 성형 두께를 조절할 수 있는 이점이 있다.

여기서, 컨테이너(100), 홀더(200), 리스트레이너(400) 및 펀치(500)의 재질은 성형체(300)의 재질보다 강도가 강한 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 성형체(300)의 재질은 일반적으로 소성가공에 사용되는 탄소강, 합금강, 구리(Cu) 합금, 알루미늄, 철(steel)일 수 있고, 컨테이너(100), 홀더(200), 리스트레이너(400) 및 펀치(500)의 재질은 탄소강(SM45C), 합금 공구강(SKD11), 니켈-크롬-몰리브덴강(Ni-Cr-Mo강), 크롬-몰리브덴-바나듐강(Cr-Mo-V강) 등의 금형일 수 있다. 또한, 리스트레이너(400)와 홀더(200)가 맞닿는 부위와 같이, 마찰력이 심하게 작용되서는 안되는 부위에는 기름(oil), 윤활제 및 이형제 등이 사용될 수 있다.

따라서, 컨테이너(100), 홀더(200), 리스트레이너(400) 및 펀치(500)의 재질은 성형체(300)의 재질보다 강도가 강한 재질로 이루어지기 때문에, 사용자가 원하는 모양에 더 가깝도록 성형체(300)를 성형할 수 있다.

도 7은 실시형태에 따른 성형 장치를 이용한 성형 방법의 순서도이다.

도 1, 도 3, 도 5 및 도 7를 참조하면, 실시형태에 따른 성형 장치를 이용한 성형 방법은 먼저, 펀치(500)를 누른다(S100). 구체적으로, 펀치(500)를 내저면(130) 방향으로 힘을 가하여 누른다. 이때, 누르는 힘의 크기에 따라서 성형체(300)의 성형되는 두께가 달라지게 된다.

홀더(200)가 수용홈(140) 내로 수용되어 들어간다(S200). 구체적으로, 펀치(500)를 누르는 것에 의하여 성형체(300) 및 홀더(200)에 압박이 가해지고, 탄성체(300)가 압축되어 홀더(200)가 수용홈(140) 내로 수용되어 들어갈 수 있다.

성형체(300)가 성형된다(S300). 구체적으로, 홀더(200)가 수용홈(140) 내로 수용됨에 따라 리스트레이너(400)가 제2 내벽면(120)의 경사부에 의해 형성되어 있는 공간으로 이동되고, 리스트레이너(400)의 이동으로 홀더(200)의 관통부에 공간이 형성되고, 홀더(200)의 관통부의 공간에 압축된 선형체(300)가 채워지게 되어 성형체(300)가 성형될 수 있다.

이와 같이, 실시형태에 따른 성형 장치를 이용한 성형 방법은 펀치(500)를 한번 누르는 단계만으로 성형체(300)가 성형되기 때문에, 종래의 다단성형의 경우보다 빠르고 간단하게 성형체(300)를 성형할 수 있다.

도 8은 종래의 성형 장치에 의해 성형된 성형체이고, 도 9는 실시형태에 따른 성형 장치에 의해 성형된 성형체이다.

먼저, 도 8을 참조하면, 종래의 성형 장치는 성형체를 굽혀서 제조(a)하거나, 용접을 이용하여 제조(b)하였다. 특히, 용접에 의한 이종 두께 부품의 경우에는 피로 및 부식에 문제를 유발할 수 있다. 따라서, 종래의 성형 장치를 이용하여 성형된 성형체는 굽힘과 피로에 취약한 문제점이 있었다.

반면, 도 9를 참조하면, 실시형태에 따른 성형 장치를 이용하면, 강도가 높은 일체형 힌지를 제작할 수 있어 소성변형에 의한 우수한 기계적 특성을 가질 수 있다. 실시형태에 따른 성형 장치에 의해 성형된 성형체는 굽힘과 피로에 취약한 종래의 힌지의 단점이 개선된다. 또한, 실시형태에 따른 성형 장치에 의해 성형된 성형체는 종래의 성형된 성형체보다 강도가 높고 내구성이 좋은 힌지를 제작할 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

50: 탄성체 100: 컨테이너
200: 홀더 300: 성형체
400: 리스트레이너 500: 펀치

Claims

제1 내벽면, 상기 제1 내벽면과 대향하여 위치되는 제2 내벽면, 상기 제1 내벽면과 상기 제2 내벽면을 연결하는 내저면 및, 상기 내저면에 형성된 수용홈을 포함하는 컨테이너;
그 하단부가 탄성체를 통해 상기 수용홈의 저면에 연결되고, 상기 제1 내벽면과는 이격되어있고, 상기 제2 내벽면의 일부와 접하고, 상기 제2 내벽면의 다른 일부와는 이격되어있고, 상기 제1 내벽면 측에서 상기 제2 내벽면 측으로 뚫리는 관통부를 포함하는 홀더;
상기 홀더, 상기 제1 내벽면 및 상기 내저면 사이에 끼워지는 성형체;
상기 관통부에 끼워지고, 그 일단이 상기 성형체와 맞닿고, 그 타단이 상기 제2 내벽면의 상기 다른 일부와 맞닿는 리스트레이너; 및
상기 성형체 및 상기 홀더를 맞닿은 상태에서 누를 수 있도록 설치된 펀치; 를 포함하는, 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 내벽면은 하단으로 갈수록 상기 제1 내벽면과 점점 더 멀어지는 경사부를 갖고,
상기 다른 일부는 상기 경사부인, 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨테이너, 상기 홀더, 상기 리스트레이너 및 상기 펀치의 재질은 상기 성형체의 재질보다 강도가 강한 재질로 이루어지는, 성형 장치.
제2항에 기재된 성형 장치를 이용하는 성형 방법에 있어서,
상기 펀치를 누르는 단계;
상기 펀치를 누르는 것에 의하여 상기 성형체 및 상기 홀더에 압박이 가해지고, 상기 탄성체가 압축되어 상기 홀더가 상기 수용홈 내로 수용되어 들어가는 단계; 및
상기 홀더가 수용됨에 따라 상기 리스트레이너가 상기 제2 내벽면의 상기 경사부에 의해 형성되어 있는 공간으로 이동되고, 상기 리스트레이너의 이동으로 상기 관통부에 공간이 형성되고, 상기 관통부의 공간에 상기 압축된 선형체가 채워지게 되어 상기 성형체가 성형되는 단계; 를 포함하는, 성형 장치를 이용한 성형 방법.
제4항에 있어서,
상기 컨테이너, 상기 홀더, 상기 리스트레이너 및 상기 펀치의 재질은 상기 성형체의 재질보다 강도가 강한 재질로 이루어지는, 성형 장치를 이용한 성형 방법.