KR101689576B1

KR101689576B1 - 멀티 온간 성형장치 및 성형방법

Info

Publication number: KR101689576B1
Application number: KR1020150161504A
Authority: KR
Inventors: 김래형; 이문용
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-01-02
Also published as: DE102016111105B4; US9802236B2; DE102016111105A1; CN106694678A; US20170136516A1

Abstract

멀티 온간 성형장치 및 성형방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치는 공정의 볼스터 상에 설치되며, 내부에 하나 이상의 공간부를 갖는 금형 설치부가 중앙에 형성되는 하형다이; 상기 하형다이의 금형 설치부 상면에 장착되며, 내부에 상하방향으로 형성되는 복수개의 가스 공급통로가 가스 공급관로를 통하여 외부의 가스 공급기와 연결되며, 상면에는 하부 성형면이 형성되는 하형; 상기 하형다이의 상부에서, 상기 하형에 대응하여 승하강 작동하도록 상부의 슬라이더에 장착되며, 상기 하형에 대응하는 하면에 상부 성형면이 형성되고, 상기 상부 성형면의 둘레에 상형 페이스면이 형성되며, 상기 상부 성형면과 상형 페이스면을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지가 내설되는 상형; 및 상기 금형 설치부에 대응하여 형성된 관통홀을 통하여 상기 금형 설치부 둘레에 끼워진 상태로, 상기 하형다이와의 사이에 설치되는 가이드 포스트와 쿠션 스프링에 의해 상하방향으로 거동 가능하며, 상기 상형 페이스면과 함께, 성형 초기에 소재를 규제하는 홀더 페이스면을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지가 내설되는 블랭크 홀더를 포함하고, 이를 이용한 성형방법은 하형다이 상에 설치된 하형과, 상기 하형의 둘레에 대응하여 상기 하형다이 상에 가이드 포스트와 쿠션 스프링을 통해 설치된 블랭크 홀더 상에 초소성 소재의 판재를 투입하는 소재공급단계; 상기 하형의 상부에서 슬라이더에 의해 구동되는 상형을 1차 하강하여 상기 판재의 가장자리를 상기 블랭크 홀더와 함께 홀딩하여 상기 상형 및 블랭크 홀더 내부에 구성된 히팅 카트리지에 의해 상기 판재를 온간성형 온도까지 가열하는 소재가열단계; 상기 온간성형 온도에서 상기 슬라이드의 구동에 의해 상형을 하형에 합형하여 가압력에 의한 소성변형으로 상기 판재를 최대 성형 깊이까지 성형하는 온간성형단계; 및 상기 상형과 하형이 합형된 상태로, 최대 성형 깊이까지 온간 성형된 판재를 상기 히팅 카트리지에 의해 초소성(super plasticity) 온도까지 추가 가열한 후, 상기 하형의 내부에 형성되는 가스 공급통로를 통하여 가스를 공급하여 가스압으로 상기 상형의 상부 성형면을 따라 상기 판재를 제품의 최종 형상으로 성형하는 블로우성형단계를 포함한다.

Description

멀티 온간 성형장치 및 성형방법{Device and Method for Multi-warm forming}

본 발명은 멀티 온간 성형장치 및 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 온도조건을 갖는 온간 성형 및 블로우 성형을 하나의 금형 내에서 진행하여 성형 형상이 복잡하고 성형 깊이가 큰 성형품을 생산하는 멀티 온간 성형장치 및 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 온간 성형 공법은 알루미늄합금 판재(Aluminium Alloy Sheet)보다 금속조직의 밀도가 낮은 경량재질의 마그네슘합금 판재(Magnesium Alloy Sheet)의 성형을 위해 개발된 공법으로, 최근, 북중미 등에서 차체 고강성 경량화를 목적으로 마그네슘합금 판재를 차체에 적용하기 위해 다양한 프레스 성형 공법의 요구에 의해 개발되어 적용되고 있다.

즉, 온간 성형 공법은 냉간 성형과 열간 성형의 중간범위에서 실시되며, 금형 내부에 적용된 가열원에 의해 가열된 고온의 금형으로부터 열량을 공급받아 소재의 항복강도를 낮추어 연신율을 높인 상태로 프레스 성형을 진행하는 공법이다.

이러한 온간 성형 공법이 적용되는 마그네슘합금 판재는 HCP(Hexagonal Closed Packed Structure) 금속의 결정격자구조를 가지며, 이러한 결정격자구조로 인해서 상온에서는 프레스 성형이 어렵고, 고온영역(200℃ 이상)에서 비저면 슬립계(Non-basal plane slip system)가 활성화되는 특성으로 성형성이 급격히 향상된다.

그런데 상기한 마그네슘합금은 비강도(specific strength)가 높은 경량구조용 재료로, 알루미늄합금에 비하여 30% 이상의 경량화가 가능하나, 알루미늄합금 등의 경쟁소재에 비하여 소재가격, 내식성, 성형성 및 용접성 등의 측면에서는 불리하다.

특히, 성형 형상이 복잡하거나 성형 깊이가 큰 제품을 생산하는 경우, 성형성의 한계로 공정수 및 부품수가 늘어나 성형 단가가 상승하고, 생산성이 저하되는 단점이 있다.

반면, 알루미늄합금은 마그네슘합금에 비하여 경량화 측면에서는 불리하나, 소재가격이나 성형성 측면에서 훨씬 유리하여 성형 형상이 복잡하거나 성형 깊이가 큰 제품은 알루미늄합금을 소재로 하여 다이 캐스팅 공법으로 생산하여 왔다.

그러나 상기한 다이 캐스팅 공법은 알루미늄합금을 용탕의 형태로 주형인 다이 내부에 주입하여 주조 성형하는 것으로, 대량 생산을 위해서는 설비비가 많이 들고, 공정수가 많아 여전히 생산성 측면에서는 불리한 단점이 있다.

이에, 최근에는 알루미늄합금 등의 물성적 특성인 초소성(super plasticity, 즉, 재료가 특정한 온도조건 하에서 변형 시, 국부적인 수축을 일으키지 않고, 수백 %의 연성을 보이는 성질)을 이용하여 새로운 성형공법의 개발이 주목받고 있다.

본 발명의 실시 예는 초소성을 갖는 소재의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 가압력에 의한 소성변형으로 최대 성형 깊이까지 소재를 성형하는 온간 성형과, 상기 소재의 초소성(super plasticity) 온도에서 제품의 최종 형상으로 소재를 성형하는 블로우 성형을 하나의 금형 내에서 진행하여 성형 깊이가 깊고 복잡한 성형품을 생산하는 멀티 온간 성형장치 및 성형방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 공정의 볼스터 상에 설치되며, 내부에 하나 이상의 공간부를 갖는 금형 설치부가 중앙에 형성되는 하형다이; 상기 하형다이의 금형 설치부 상면에 장착되며, 내부에 상하방향으로 형성되는 복수개의 가스 공급통로가 가스 공급관로를 통하여 외부의 가스 공급기와 연결되며, 상면에는 하부 성형면이 형성되는 하형; 상기 하형다이의 상부에서, 상기 하형에 대응하여 승하강 작동하도록 상부의 슬라이더에 장착되며, 상기 하형에 대응하는 하면에 상부 성형면이 형성되고, 상기 상부 성형면의 둘레에 상형 페이스면이 형성되며, 상기 상부 성형면과 상형 페이스면을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지가 내설되는 상형; 및 상기 금형 설치부에 대응하여 형성된 관통홀을 통하여 상기 금형 설치부 둘레에 끼워진 상태로, 상기 하형다이와의 사이에 설치되는 가이드 포스트와 쿠션 스프링에 의해 상하방향으로 거동 가능하며, 상기 상형 페이스면과 함께, 성형 초기에 소재를 규제하는 홀더 페이스면을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지가 내설되는 블랭크 홀더를 포함하는 멀티 온간 성형장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 소재로 초소성 소재가 적용될 수 있다.

또한, 상기 초소성 소재로 알루미늄합금 판재가 적용될 수 있다.

또한, 상기 상형과 블랭크 홀더의 각 외측면에 장착되어 금형 내부의 열에너지를 보존하는 단열 케이스를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 단열 케이스가 상기 상형 및 블랭크 홀더의 각 외측면에 조립되는 미세다공성 단열 판재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 하형다이의 금형 설치부 상면과 이에 안착되는 하형의 하면에 각각 대응하는 복수의 키홈을 형성하고, 각 키홈 사이에 끼워지는 규제키에 의해 상기 하형다이에 대해 하형의 위치가 고정될 수 있다.

또한, 상기 하형다이의 금형 설치부 상면이 평평한 금형 설치면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 가스 공급관로가 외부의 가스 공급기와 연결된 상태로, 상기 금형 설치부의 공간부를 통하여 상기 가스 공급통로에 연결될 수 있다.

또한, 상기 가스 공급관로가 상기 금형 설치부의 공간부 내부에 구성되는 히팅유닛의 중심을 관통하여 배치될 수 있다.

또한, 상기 히팅유닛이 상기 가스 공급관로가 관통하는 관통홀이 중심에 형성되어 상기 금형 설치부의 공간부에 배치되는 히터 하우징과, 상기 히터 하우징의 내부에 감겨져 형성되는 히팅 코일로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 금형 설치부의 공간부 내부에서 상기 히팅유닛의 외부가 단열재에 의해 감싸여 배치될 수 있다.

또한, 상기 하부 성형면이 소재의 최대 성형 깊이까지만 성형하도록 미완성 제품 형상면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 상부 성형면이 제품의 최종 형상을 성형하도록 최종 제품 형상면으로 형성될 수 있다.

그리고 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 하형다이 상에 설치된 하형과, 상기 하형의 둘레에 대응하여 상기 하형다이 상에 가이드 포스트와 쿠션 스프링을 통해 설치된 블랭크 홀더 상에 초소성 소재의 판재를 투입하는 소재공급단계; 상기 하형의 상부에서 슬라이더에 의해 구동되는 상형을 1차 하강하여 상기 판재의 가장자리를 상기 블랭크 홀더와 함께 홀딩하여 상기 상형 및 블랭크 홀더 내부에 구성된 히팅 카트리지에 의해 상기 판재를 온간성형 온도까지 가열하는 소재가열단계; 상기 온간성형 온도에서 상기 슬라이드의 구동에 의해 상형을 하형에 합형하여 가압력에 의한 소성변형으로 상기 판재를 최대 성형 깊이까지 성형하는 온간성형단계; 및 상기 상형과 하형이 합형된 상태로, 최대 성형 깊이까지 온간 성형된 판재를 상기 히팅 카트리지에 의해 초소성(super plasticity) 온도까지 추가 가열한 후, 상기 하형의 내부에 형성되는 가스 공급통로를 통하여 가스를 공급하여 가스압으로 상기 상형의 상부 성형면을 따라 상기 판재를 제품의 최종 형상으로 성형하는 블로우성형단계를 포함하는 멀티 온간 성형방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 상형과 블랭크 홀더의 각 외측면에 미세다공성 단열 판재로 이루어지는 단열 케이스가 장착되어 금형 내부의 열에너지를 보존할 수 있다.

또한, 상기 가스 공급통로가 가스 공급관로를 통하여 외부의 가스 공급기와 연결된 상태로, 고압의 가스를 공급받을 수 있다.

또한, 상기 가스 공급관로가 상기 하형다이의 내부에 구성되는 히팅유닛에 감싸여져 상기 가스 공급통로에 고온의 가스를 공급할 수 있다.

또한, 상기 하형의 하부 성형면이 소재의 최대 성형 깊이까지만 성형하도록 미완성 제품 형상면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 상형의 상부 성형면이 제품의 최종 형상을 성형하도록 최종 제품 형상면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 온간성형 온도가 초소성을 갖는 소재의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 설정될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 초소성 소재인 알루미늄합금 판재의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 온간 상태로 상형과 하형의 합형에 의한 가압력으로 소성변형을 유도하여 최대 성형 깊이까지 성형하는 온간 성형과, 상기 알루미늄합금 판재의 초소성(super plasticity) 온도에서 고온고압의 성형가스를 이용하여 제품의 최종 형상을 성형하는 블로우 성형을 하나의 금형 내에서 진행할 수 있다.

특히, 성형 깊이가 깊고 복잡한 성형품의 제조 시, 최소화된 공정을 통하여 부품수를 줄여 원가 측면에서 유리한 이점이 있다.

또한, 형상이 복잡한 부분은 블로우 성형을 통하여 금형과의 비접속에 의한 가압력으로 확대시켜 성형함으로써, 기존 다이케스팅 공법에 비하여 불량률을 최소화하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치에 적용되는 금형의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 성형방법에 따른 단계별 공정 블록도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 성형방법에 따른 단계별 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치에 적용되는 금형의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치 및 성형방법은 초소성 소재인 알루미늄합금 판재를 최대 성형 깊이까지 온간 성형 후, 제품의 최종 형상으로 블로우 성형을 진행한다.

여기서, 상기 초소성(super plasticity) 소재라 함은 물성적 특성이 특정한 온도조건 하에서 변형 시, 국부적인 수축을 일으키지 않고, 수백 %의 연성을 보이는 성질을 갖는 소재로, 본 발명의 실시 예에서는 알루미늄합금으로 이루어지는 판재를 소재로 한다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치 및 성형방법은 초소성 소재인 알루미늄합금 판재의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 가압력에 의한 소성변형으로 최대 성형 깊이까지 온간 성형을 진행한 후, 상기 초소성 소재의 초소성(super plasticity) 온도에서 제품의 최종 형상을 블로우 성형하는 공정을 하나의 금형 내에서 진행하여 성형 깊이가 깊고 복잡한 성형품을 생산한다.

이러한 본 발명의 기술적 특징을 구현하기 위한 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치는 하형다이(1), 하형(3), 상형(5), 블랭크 홀더(7)를 포함한다.

상기 하형다이(1)는 공정의 볼스터(미도시) 상에 설치되며, 내부에 2개의 공간부(SP)를 갖는 금형 설치부(9)가 중앙에 형성된다.

상기 하형(3)은 상기 하형다이(1)의 금형 설치부(9) 상면에 장착되고, 내부에 상하방향으로 2개의 가스 공급통로(L1)가 형성되고, 상면에는 하부 성형면(3a)이 형성된다. 또한, 상기 가스 공급통로(L1)는 가스 공급관로(L2)를 통하여 외부에서 고압의 성형가스를 공급하는 가스 공급기(11)와 연결된다.

여기서, 상기 하부 성형면(3a)은 소재의 최대 성형 깊이까지만 성형하도록 미완성 제품 형상면으로 형성된다.

또한, 상기 하형다이(1)의 금형 설치부(9) 상면과 이에 안착되는 하형(3)의 하면은 키 결합을 통하여 상호 고정되는데, 상기 하형다이(1)의 금형 설치부(9) 상면과 이에 대응하는 하형(3)의 하면에는 3개소에 각각 키홈(KG)이 형성되고, 각 키홈(KG) 사이에 규제키(K)가 끼워져 상기 하형다이(1)에 대해 하형(3)의 위치가 고정된다.

이때, 상기 하형다이(1)의 금형 설치부(9) 상면은 상기 하형(3)의 하면이 안착되도록 평평한 금형 설치면(F)으로 형성된다.

또한, 상기 가스 공급관로(L2)는 외부의 가스 공급기(11)와 연결된 상태로, 상기 금형 설치부(9)의 2개의 공간부(SP)를 통하여 상기 2개의 가스 공급통로(L1)에 각각 연결된다. 이때, 상기 가스 공급관로(L2)는 상기 금형 설치부(9)의 2개의 공간부(SP) 내에서, 히팅유닛(HU)에 의해 감싸여진 구조로 배치된다. 즉, 상기 히팅유닛(HU)은 상기 금형 설치부(9)의 2개의 공간부(SP) 내부에 구성되고, 상기 가스 공급관로(L2)가 그 중심을 관통하여 배치되는 구조를 이룬다.

여기서, 상기 히팅유닛(HU)은 히터 하우징(HH)과 히팅 코일(HC)로 구성되는데, 상기 히터 하우징(HH)은 중심에 상기 가스 공급관로(L2)가 관통하는 관통홀(H1)이 형성되어 상기 금형 설치부(9)의 공간부(SP)에 배치되고, 상기 히팅 코일(HC)은 상기 히터 하우징(HH)의 내부에 감겨져 전원제어에 의해 상기 가스 공급관로(L2) 내부의 성형가스를 고온으로 가열한다.

또한, 상기 금형 설치부(9)의 2개의 공간부(SP) 내부에는 상기 히팅유닛(HU)을 보온하기 위해 단열재(HP)가 히팅유닛(HU)의 외부를 감싸도록 구성된다.

그리고 상기 상형(5)은 상기 하형다이(1)의 상부에서, 상기 하형(3)에 대응하여 승하강 작동하도록 상부의 슬라이더(미도시)에 장착된다. 또한, 상기 상형(5)은 상기 하형(3)에 대응하는 하면에 상부 성형면(5a)이 형성되고, 상기 상부 성형면(5a)의 둘레에 상형 페이스면(5b)이 형성된다.

여기서, 상기 상부 성형면(5a)과 상형 페이스면(5b)을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지(13)가 내설되어 상형(5)을 일정온도까지 가열하도록 구성된다.

또한, 상기 상부 성형면(5a)은 제품의 최종 형상을 성형하도록 최종 제품 형상면으로 형성된다.

그리고 상기 블랭크 홀더(7)는 상기 금형 설치부(9)에 대응하여 형성된 관통홀(H2)을 통하여 상기 금형 설치부(9) 둘레에 끼워진 상태로, 상기 하형다이(1)와의 사이에 가이드 포스트(21)와 쿠션 스프링(17)을 통하여 상하방향으로 거동 가능하도록 설치된다.

이러한 블랭크 홀더(7)는 상기 상형 페이스면(5b)과 함께, 성형 초기에 소재를 규제하는 홀더 페이스면(7a)을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지(15)가 내설되어 블랭크 홀더(7)를 일정온도까지 가열하도록 구성된다.

그리고 상기 상형(5)과 블랭크 홀더(7)의 각 외측면에는 단열 케이스(19)가 장착되어 금형 내부의 열에너지를 보존하도록 하는데, 상기 단열 케이스(19)는 상기 상형(5) 및 블랭크 홀더(7)의 각 외측면에 조립되는 미세다공성 단열 판재로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 성형방법에 따른 단계별 공정 블록도이고, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치의 성형방법에 따른 단계별 작동 상태도이다.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치를 이용한 성형방법에 대하여 단계별로 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치를 이용한 성형방법은 소재공급단계(S1), 소재가열단계(S2), 온간성형단계(S3), 블로우성형단계(S4)를 순차적으로 진행한다.

먼저, 소재공급단계(S1)는 도 5에서와 같이, 하형다이(1) 상에 설치된 하형(3)과, 상기 하형(3)의 둘레에 대응하여 상기 하형다이(1) 상에 가이드 포스트(21)와 쿠션 스프링(17)을 통해 설치된 블랭크 홀더(7) 상에 초소성 소재인 알루미늄합금 판재(P)를 투입한다.

이어서, 상기 소재가열단계(S2)는 도 6에서와 같이, 상기 하형(3)의 상부에서 슬라이더(미도시)에 의해 구동되는 상형(5)을 1차 하강하여 상기 알루미늄합금 판재(P)의 가장자리를 상기 블랭크 홀더(7)와 함께 홀딩하여 상기 상형(5) 및 블랭크 홀더(7) 내부에 구성된 히팅 카트리지(13)(15)을 통해 상기 알루미늄합금 판재(P)를 온간성형 온도까지 가열한다.

여기서, 상기 알루미늄합금 판재(P)의 가장자리는 상기 상형(5)과 블랭크 홀더(7) 사이에서, 상형 페이스면(5b)과 홀더 페이스면(7a)에 의해 홀딩되고, 상기 온간성형 온도는 초소성을 갖는 알루미늄합금 판재(P)의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 설정된다.

이후, 상기 온간성형단계(S3)가 진행되는데, 상기 온간성형단계(S3)는 도 7에서와 같이, 상기 온간성형 온도에서 상기 슬라이더(미도시)의 구동에 의해 상형(5)을 하형(3)에 합형하여 가압력에 의한 소성변형으로 상기 알루미늄합금 판재(P)를 최대 성형 깊이까지 성형한다.

이러한 온간성형으로, 상기 알루미늄합금 판재(P)는 성형부가 최대 성형 깊이까지 소성변형되어 1차적인 성형형상을 가지게 된다.

이러한 상태로, 상기 블로우성형단계(S4)가 진행되는데, 상기 블로우성형단계(S4)는 도 8에서와 같이, 상기 상형(5)과 하형(3)이 합형된 상태로 최대 성형 깊이까지 온간 성형된 알루미늄합금 판재(P)를 상기 히팅 카트리지(13)(15)를 통해 초소성(super plasticity) 온도까지 추가 가열한 후, 상기 하형(3)의 내부에 형성되는 가스 공급통로(L1)를 통하여 고압의 성형가스를 공급하여 가스압으로 상기 상형(5)의 상부 성형면(5a)을 따라 상기 알루미늄합금 판재(P)를 부풀려 복잡한 제품의 최종 형상으로 성형한다.

이때, 상기 성형가스는 외부의 가스 공급기(11)로부터 가스 공급관로(L2)를 통해 공급되어 히팅유닛(HU)을 거지면서 고온으로 가열되어 상기 하형(3) 내부의 가스 공급관로(L2)를 통해 공급된다.

이러한 멀티 온간 성형장치의 성형방법에 따른 단계별 공정 중에, 상기 상형(5)과 하형(3) 내부의 열에너지는 상기 상형(5)과 블랭크 홀더(7)의 각 외측면에 미세다공성 단열 판재로 이루어지는 단열 케이스(19)에 의해 보존되어 열량의 손실을 최소화하면서 공정을 진행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치 및 성형방법에 의하면, 초소성 소재인 알루미늄합금 판재(P)의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 온간 상태로 상형(5)과 하형(3)의 합형에 의한 가압력으로 소성변형을 유도하여 최대 성형 깊이까지 온간 성형을 먼저 진행하고, 동일한 금형 내에서, 상기 알루미늄합금 판재(P)를 초소성(super plasticity) 온도까지 가열하여 고온고압의 성형가스를 이용하여 제품의 최종 형상으로 블로우 성형을 진행할 수 있어 별도의 금형을 추가로 구비하지 않아도 되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 온간 성형장치 및 그 성형방법에 의하면, 성형 깊이가 깊고 복잡한 성형품의 제조 과정에, 최소화된 공정을 통하여 부품수를 줄여 원가 측면에서도 유리하며, 형상이 복잡한 부분은 블로우 성형을 통하여 금형과의 비접속에 의한 가압력으로 확대시켜 성형함으로써, 기존 다이케스팅 공법에 비하여 불량률을 최소화할 수 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 하형다이
3: 하형
5: 상형
7: 블랭크 홀더
9: 금형 설치부
11: 가스 공급기
13,15: 히팅 카트리지
17: 쿠TUS 스프링
19: 단열 케이스
21: 가이드 포스트
HU: 히팅유닛
SP: 공간부
L1: 가스 공급통로
L2: 가스 공급관로
H1,H2: 관통홀
3a: 하부 성형면
5a: 상부 성형면
5b: 상형 페이스면
7a: 홀더 페이스면

Claims

공정의 볼스터 상에 설치되며, 내부에 하나 이상의 공간부를 갖는 금형 설치부가 중앙에 형성되는 하형다이;
상기 하형다이의 금형 설치부 상면에 장착되며, 내부에 상하방향으로 형성되는 복수개의 가스 공급통로가 가스 공급관로를 통하여 외부의 가스 공급기와 연결되며, 상면에는 하부 성형면이 형성되는 하형;
상기 하형다이의 상부에서, 상기 하형에 대응하여 승하강 작동하도록 상부의 슬라이더에 장착되며, 상기 하형에 대응하는 하면에 상부 성형면이 형성되고, 상기 상부 성형면의 둘레에 상형 페이스면이 형성되며, 상기 상부 성형면과 상형 페이스면을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지가 내설되는 상형; 및
상기 금형 설치부에 대응하여 형성된 관통홀을 통하여 상기 금형 설치부 둘레에 끼워진 상태로, 상기 하형다이와의 사이에 설치되는 가이드 포스트와 쿠션 스프링에 의해 상하방향으로 거동 가능하며, 상기 상형 페이스면과 함께, 성형 초기에 소재를 규제하는 홀더 페이스면을 따라 내부에 복수개의 히팅 카트리지가 내설되는 블랭크 홀더;
를 포함하는 멀티 온간 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 소재로 초소성 소재가 적용되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제2항에 있어서,
상기 초소성 소재로 알루미늄합금 판재가 적용되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상형과 블랭크 홀더의 각 외측면에 장착되어 금형 내부의 열에너지를 보존하는 단열 케이스를 더 포함하는 멀티 온간 성형장치.
제4항에 있어서,
상기 단열 케이스가 상기 상형 및 블랭크 홀더의 각 외측면에 조립되는 미세다공성 단열 판재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하형다이의 금형 설치부 상면과 이에 안착되는 하형의 하면에 각각 대응하는 복수의 키홈을 형성하고, 각 키홈 사이에 끼워지는 규제키에 의해 상기 하형다이에 대해 하형의 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제6항에 있어서,
상기 하형다이의 금형 설치부 상면이 평평한 금형 설치면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 공급관로가 외부의 가스 공급기와 연결된 상태로, 상기 금형 설치부의 공간부를 통하여 상기 가스 공급통로에 연결되는 멀티 온간 성형장치.
제1항 또는 제2항 또는 제8항에 있어서,
상기 가스 공급관로가 상기 금형 설치부의 공간부 내부에 구성되는 히팅유닛의 중심을 관통하여 배치되는 멀티 온간 성형장치.
제9항에 있어서,
상기 히팅유닛은 상기 가스 공급관로가 관통하는 관통홀이 중심에 형성되어 상기 금형 설치부의 공간부에 배치되는 히터 하우징과, 상기 히터 하우징의 내부에 감겨져 형성되는 히팅 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제9항에 있어서,
상기 금형 설치부의 공간부 내부에서 상기 히팅유닛의 외부가 단열재에 의해 감싸여 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하부 성형면이 소재의 최대 성형 깊이까지만 성형하도록 미완성 제품 형상면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상부 성형면이 제품의 최종 형상을 성형하도록 최종 제품 형상면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형장치.
하형다이 상에 설치된 하형과, 상기 하형의 둘레에 대응하여 상기 하형다이 상에 가이드 포스트와 쿠션 스프링을 통해 설치된 블랭크 홀더 상에 초소성 소재의 판재를 투입하는 소재공급단계;
상기 하형의 상부에서 슬라이더에 의해 구동되는 상형을 1차 하강하여 상기 판재의 가장자리를 상기 블랭크 홀더와 함께 홀딩하여 상기 상형 및 블랭크 홀더 내부에 구성된 히팅 카트리지에 의해 상기 판재를 온간성형 온도까지 가열하는 소재가열단계;
상기 온간성형 온도에서 상기 슬라이더의 구동에 의해 상형을 하형에 합형하여 가압력에 의한 소성변형으로 상기 판재를 최대 성형 깊이까지 성형하는 온간성형단계; 및
상기 상형과 하형이 합형된 상태로, 최대 성형 깊이까지 온간 성형된 판재를 상기 히팅 카트리지에 의해 초소성(super plasticity) 온도까지 추가 가열한 후, 상기 하형의 내부에 형성되는 가스 공급통로를 통하여 가스를 공급하여 가스압으로 상기 상형의 상부 성형면을 따라 상기 판재를 제품의 최종 형상으로 성형하는 블로우성형단계;
를 포함하는 멀티 온간 성형방법.
제14항에 있어서,
상기 초소성 소재로 알루미늄합금 판재가 적용되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.
제14항에 있어서,
상기 상형과 블랭크 홀더의 각 외측면에 미세다공성 단열 판재로 이루어지는 단열 케이스가 장착되어 금형 내부의 열에너지를 보존하는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.
제14항에 있어서,
상기 가스 공급통로가 가스 공급관로를 통하여 외부의 가스 공급기와 연결된 상태로, 고압의 가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.
제17항에 있어서,
상기 가스 공급관로가 상기 하형다이의 내부에 구성되는 히팅유닛에 감싸여져 상기 가스 공급통로에 고온의 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.
제14항에 있어서,
상기 하형의 하부 성형면이 소재의 최대 성형 깊이까지만 성형하도록 미완성 제품 형상면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.
제14항에 있어서,
상기 상형의 상부 성형면이 제품의 최종 형상을 성형하도록 최종 제품 형상면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.
제14항에 있어서,
상기 온간성형 온도가 초소성을 갖는 소재의 조직내 전위밀도를 낮추는 어닐링 온도 이하에서 설정되는 것을 특징으로 하는 멀티 온간 성형방법.