KR101696098B1

KR101696098B1 - 제품 성형 방법과 장치 및 제품

Info

Publication number: KR101696098B1
Application number: KR1020150130159A
Authority: KR
Inventors: 한상빈; 이태오; 신점수; 김용주
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-01-13
Also published as: CN108136475B; JP2018530431A; EP3351315A1; WO2017047860A1; CN108136475A; JP6591663B2; EP3351315A4; US20190039111A1

Abstract

본 발명은 제품 성형 방법과 장치 및 제품에 관한 것으로, 제품 성형 장치는 적어도 하나의 성형홈이 형성되어 있으며, 소재가 안착되는 하부금형; 이 하부 금형의 상부에 배치되어 소재를 가압하는 상부금형; 및 이 상부금형에 설치되어 소재를 성형하도록 하부금형의 성형홈에 삽입되고, 가압된 충진재를 배출하는 펀치부를 포함하여서, 핫 프레스 포밍 및 하이드로 포밍을 함께 이용하여 제품을 보다 쉽고 빠르게 성형할 수 있게 됨으로써, 제조에 필요한 공정과 시간을 감축하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

제품 성형 방법과 장치 및 제품 {Method and apparatus for forming, and product}

본 발명은 핫 프레스 포밍 및 하이드로 포밍을 이용한 제품 성형 방법과 장치 및 제품에 관한 것이다.

판재를 이용하여 자동차용 부품을 만드는 경우에 핫 프레스 포밍이 이용될 수 있다.

이러한 핫 프레스 포밍은 소재를 일정한 온도로 가열한 후 급속히 이송하여 프레스 내 금형에 안착하고, 이를 제품으로 성형함과 동시에 금형의 차가운 온도로 냉각함으로써, 강성이 부여된 제품을 만들 수 있는 공법이다.

전술한 공법을 이용하여, 예컨대 자동차의 충격 흡수 부재를 만드는 공정을 간략히 설명하면, 판재인 소재를 가열로에서 일정한 온도로 가열하고, 이를 이송장치에 의해 프레스 내 하부금형으로 이송하여 안착시킨 다음, 프레스의 상부금형을 하강하여 폐쇄함으로써 하부금형 및 상부금형에 가공된 형상으로 예비형성품을 성형함과 동시에 냉각하여 강성을 부여한다.

이렇게 만들어진 예비형성품을 실차에 적용하기 위해서는, 충격이 가해지는 부분에다 충격을 흡수할 수 있는 복수의 보강재를 용접 등과 같은 방법으로 접합해야 한다. 그 후에, 보강재가 접합된 제품에 외판을 고정하여 충격이나 외력에 견디도록 구성할 수 있다.

하지만, 전술한 공정에서는 예비형성품에 복수의 보강재를 용접 등과 같은 방법으로 접합해야 하기 때문에 제조 시간이 과다하게 소요되고, 이에 따라 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.

더구나, 실차에 적용된 제품에 충격이 가해지면 안전을 확보하기 위하여 보강재가 충격을 흡수하는 작용을 해야 하나, 보강재가 밋밋한 구조여서 충격이나 외력을 흡수하지 못하는 문제도 있다.

이에 본 발명은 예컨대 보강용 돌출부와 이 돌출부에 구비되는 돌기 또는 비드를 가진 제품을 보다 쉽고 빠르게 성형함으로써, 제조에 필요한 공정과 시간을 감축하여 원가를 줄일 수 있는 핫 프레스 포밍 및 하이드로 포밍을 이용한 제품 성형 방법과 장치 및 제품을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 제품 성형 방법은, 소재를 가열하는 가열 단계; 하부금형에 상기 소재를 안착시키는 안착 단계; 상기 하부금형으로 상부금형을 하강시켜 상기 소재를 1차로 성형하는 제1성형 단계; 상기 상부금형이 하강된 상태에서 상기 상부금형 또는 상기 하부금형으로부터 유체압을 가하여 상기 소재를 2차로 성형하는 제2성형 단계; 및 상기 소재를 냉각시키는 냉각 단계;를 포함하고, 상기 제2성형 단계는, 충진재를 가열하여 유체화시키는 유체화 단계, 및 유체화된 상기 충진재를 가압하여 상기 유체압으로 배출하는 유체압 배출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 적어도 하나의 성형홈이 형성되어 있으며, 소재가 안착되는 하부금형; 상기 하부 금형의 상부에 배치되어 상기 소재를 가압하는 상부금형; 및 상기 상부금형에 설치되어 상기 소재를 성형하도록 상기 하부금형의 성형홈에 삽입되고, 가압된 충진재를 배출하는 펀치부를 포함하며, 상기 하부금형은 분리가능한 복수의 분할부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 성형홈도 분할되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 제품은, 강으로 제조되며, 적어도 일부분에는 마르텐사이트가 있는 조직을 포함하고, 전술한 제품 성형 방법에 의해, 제1성형 단계에서 성형된 3차원의 제1성형부에, 상기 제1성형부보다 크기가 작은 3차원의 제2성형부가 제2성형 단계로 형성된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 핫 프레스 포밍 및 하이드로 포밍을 함께 이용하여 제품을 보다 쉽고 빠르게 성형할 수 있게 됨으로써, 제조에 필요한 공정과 시간을 감축하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 예를 들어 실차에 적용되는 충격 흡수 부재를 제조할 때, 충격을 흡수하는 부분에 돌기 또는 비드 등이 형성되게 됨으로써, 충격 또는 외력을 흡수할 수 있는 구조를 구현하여 안전도를 향상시킬 수 있는 효과도 얻게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 제품 성형 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 충진재 공급부를 나타낸 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 펀치부 및 하부금형의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
도 4는 펀치부의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 하부금형의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 제품 성형 방법의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제품 성형 방법 및 장치를 이용하여 형성된 제품의 일예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 제품 성형 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 적어도 하나의 성형홈(101)이 형성되어 있으며, 소재(10)가 안착되는 하부금형(100); 이 하부 금형의 상부에 배치되어 소재를 가압하는 상부금형(200); 및 이 상부금형에 설치되어 소재를 성형하도록 하부금형의 성형홈에 삽입되고, 가압된 충진재(20)를 배출하는 펀치부(300)를 포함하고 있다.

본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 하부금형(100)을 위치시킬 수 있도록 하는 하부베이스(110), 이 하부베이스를 가운데에 두고서 직립하여 설치된 프레임(120), 이 프레임의 상부에 수직하게 설치되고 작동로드(132)를 갖춘 예컨대 유압실린더와 같은 작동부(130), 및 작동로드에 연결되어 이 작동로드에 의해 승하강하는 이동판(140)을 더 포함할 수 있다.

하부베이스(110) 상에는 적어도 하나의 성형홈(101)이 형성된 하부금형(100)이 배치되고, 작동부(130)의 작동로드(132)에 설치되어 승하강하는 이동판(140)의 아래에는 상부금형(200)이 장착되어, 금형의 개폐가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 충진재 공급부를 나타낸 확대도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 펀치부(300)에 충진재(20)를 공급하고 가압하는 충진재 공급부(250)를 포함할 수 있다. 이러한 충진재 공급부는 이동판(140) 상에서 작동부(130)의 작동로드(132)에 간섭됨 없이 배치되는 것이 좋다.

도 2를 참조로 하면, 충진재 공급부(250)는 충진재(20)를 공급하는 저장통(260), 이 저장통의 아래에 연결되고 이동판(140) 상에 설치되어 충진재를 이송하는 이송부(270), 이 이송부의 적어도 일부를 둘러싸도록 설치되는 가열부(280), 및 이송부의 하류와 펀치부(300) 사이에 연결되며 충진재를 가압하여 펀치부로 압송하는 가압부(290)를 포함하고 있다.

저장통(260)은 이송부(270)의 상류측 일단에 배치되고, 예컨대 분말상 또는 입자상인 고체나 액체로 된 충진재(20)를 공급할 수 있는 호퍼 형상의 부재이다. 이러한 충진재로는 수지나 용융점이 낮은 금속 등이 채택될 수 있다.

이동판(140) 상에 수평으로 설치되는 이송부(270)는, 저장통(260)에 연통되어 공급된 충진재(20)가 이송되는 통로의 역할을 하는 케이스(271), 이 케이스의 내부에 설치되고 회전되어 케이스의 내부에 있는 충진재를 이송하는 스크류(272), 및 이 스크류에 연결되어 스크류를 회전시키는 제1모터(273)를 포함할 수 있다.

가열부(280)는 이송부(270), 즉 케이스(271)의 내부를 가열하는 것으로, 열원으로 전기에너지를 사용한다. 가열부에 마련된 발열체에 전기를 통하였을 때 발생하는 열을 이용하여 복사, 대류 또는 전도에 의해 케이스 내에서 이동하는 충진재(20)를 가열할 수 있다. 이러한 가열부에는 전원이 연결되고, 전원의 제어를 통해 온도의 설정 및 조절이 가능하게 된다.

만일, 충진재(20)가 저장통(260)으로부터 고체로 공급되면 가열부(280)는 이 충진재에 열을 가하여 용융시킬 수 있다. 충진재가 액체로 공급되면 가열부는 충진재가 그 용융상태 내지 온도를 유지할 수 있게 하는 역할을 할 수 있다.

가압부(290)는 이송부(270)의 하류측 타단으로부터 연장한 공급관(291), 일측은 공급관에 연통되고 타측은 펀치부(300)에 연통되는 가압본체(292), 이 가압본체 내에서 왕복이동하여 가압본체에 유입된 충진재(20)를 펀치부로 가압하는 피스톤(293), 및 이 피스톤(293)에 구동력을 제공하는 예컨대 유압실린더와 같은 구동부(294)를 포함할 수 있다.

공급관(291) 또는 가압본체(292)의 외측에는 높은 온도로 설정할 수 있는 가열부재(미도시)가 내장되어 있다. 이에 따라, 용융된 충진재(20)가 그 용융상태를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.

피스톤(293)은 고온에 견디는 예컨대 금속 등과 같은 재질로 가공되는 것이 좋다. 또한, 피스톤은 소정의 두께를 갖도록 형성되어, 피스톤이 충진재(20)를 펀치부(300) 쪽으로 밀어붙인 상태에서는 공급관(291)에 연통되는 가압본체(292)의 연결공(295)을 폐쇄하여 충진재가 공급관에서 가압본체로 더 이상 유입되는 것을 차단할 수 있게 되어 있다.

도 3은 도 1에 도시된 펀치부 및 하부금형의 구성을 상세히 나타낸 확대도이고, 도 4는 펀치부의 작동상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 하부금형의 작동상태를 나타낸 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 하부금형(100)에 안착된 소재(10)를 가압하여 1차로 성형하는 핫 프레스 포밍, 및 소재를 향해 충진재(20)를 공급하여 2차로 성형하는 하이드로 포밍을 함께 이행할 수 있는 펀치부(300)를 포함한 것을 특징으로 한다.

이러한 펀치부(300)는 상부금형(200)에 설치되어 소재(10)를 성형하도록 하부금형(100)의 성형홈(101)에 삽입되는 펀치다이(310), 가압부(290)에 연통되고 이동판(140)과 상부금형(200)을 관통하여 설치되는 연결관(320), 이 연결관에 연통되고 펀치다이 내에 형성된 충진재 통로(330), 및 이 충진재 통로와 연결되어 공급받은 충진재(20)를 소재(10)를 향해 압출하는 배출홀(340)을 포함할 수 있다.

펀치다이(310)는 이동판(140)의 아래에 장착된 상부금형(200)의 일측에 설치되거나 일체로 형성될 수 있다. 이 펀치다이는 상부금형의 표면보다 더욱 돌출되게 되는데, 그 돌출 정도는 제품의 형상에 따라 상이하게 설계될 수 있음은 당연하다. 펀치다이(310)는 하부금형(100)의 성형홈(101)과 협력하여 소재(10)를 압착함으로써, 핫 프레스 포밍을 할 수 있게 된다. 이에 따라, 제품의 일부 형상, 예컨대 돌출부 등을 1차로 성형할 수 있다.

또한, 펀치다이(310)는 그 내부에 충진재 통로(330)가 형성되어 있고, 이 충진재 통로를 기준으로 바깥쪽을 향하여 복수의 배출홀(340)이 가공되어 있다. 펀치다이의 밑면에도 배출홀이 가공될 수 있다. 충진재 통로와 배출홀은 펀치다이로부터 충진재(20)를 소재(10)에 제공하여 하이드로 포밍을 할 수 있게 한다. 이에 따라 제품의 나머지 형상, 예컨대 돌출부 등에 구비된 돌기 또는 비드를 2차로 성형할 수 있다.

연결관(320)은 가압부(290)에서 가압된 충진재(20)를 펀치다이(310)의 충진재 통로(330)까지 전달하기 위한 부재로서, 이동판(140)과 상부금형(200)을 관통하는 관통홀을 형성하고 나서 그 내부에 이 연결관을 삽입한 다음, 연결관의 양측에 각각 가압본체(292)와 펀치다이(310)를 조립하게 된다. 펀치다이와 상부금형이 일체로 형성된 경우에는 이동판 측으로 연결관을 삽입한 다음, 연결관에 가압본체를 조립하면 된다.

연결관(320)의 적어도 일부에는 열을 가하여 충진재(20)가 경화되지 않고 용융상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 가열부재(322)가 둘러싸고 있다.

추가로, 본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 펀치다이(310)의 외면을 둘러싸면서 펀치다이의 이동방향으로 이동할 수 있는 가이드링(350)을 포함할 수 있다. 이 가이드링은 충진재(20)가 펀치다이로부터 공급되어 경화된 후 완충재로 형성될 때 이 완충재의 두께만큼의 공간을 하부금형(100)의 성형홈(101)과 펀치다이 사이에 남기도록 하는 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 가이드링(350)은 상부금형(200)으로부터 돌출되고, 도 4에 도시된 바와 같이 상부금형 내로 삽입되도록 배치될 수 있는데, 이를 위해 연결관(320)이 삽입되는 상부금형의 관통홀 주변으로 삽입홈(210)이 형성되게 된다.

삽입홈(210)의 개구부에는 그 개방면적을 제한하는 커버(220)가 결합되고, 가이드링(350)의 일단에는 플랜지부(352)가 대응되게 형성되거나 설치되어, 가이드링이 삽입홈으로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

삽입홈(210) 내에서 그 개구부의 반대쪽 벽부와 가이드링(350)의 플랜지부(352) 사이에는 스프링(360)이 개재될 수 있다. 이 스프링의 스프링 강성은 펀치다이(310)가 소재(10)를 압착할 때 소재의 저항력을 극복하여 가이드링이 펀치다이와 함께 이동할 수 있으며, 펀치다이로부터 충진재(20)가 소재 쪽으로 공급될 때 충진재의 유체압은 견디지 못하여 가이드링이 펀치다이로부터 떨어져 상부금형(200)의 삽입홈 내로 삽입될 수 있는 정도로 설정되어 있다.

다시 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제품 성형 장치의 하부금형(100)은, 제품을 취외하기 위해 분리가능한 복수의 분할부(150)를 포함할 수 있다. 이를 위해 하부금형에는 각 분할부의 이동거리를 고려한 크기의 공간부(160)가 형성될 수 있다.

또한, 하부금형(100)의 내부에는 냉각수가 유동할 수 있는 경로(미도시)를 형성하고 있어서, 하부 금형은 냉각수에 의해 냉각되게 되어 있다.

전술한 바와 같이 하부금형(100)에는 소재(10)가 안착되는데, 이 소재를 성형하여 제품을 형성하기 위한 적어도 하나의 성형홈(101)도 분할되게 되어 있다. 또, 이 성형홈의 측벽에는 하이드로 포밍을 위한 추가 성형홈(102; 도 5 참조)이 형성되어 있다.

공간부(160) 내에는 일정 방향으로 그리고 일정 거리만큼 분할부(150)를 이동시켜 서로 분리될 수 있게 하는 가동부(170)가 마련되어 있다.

예를 들어, 가동부(170)는 각 분할부(150)에 고정된 이동블록(171), 이들 이동블록에 나사체결되는 스크류 바아(172), 및 이 스크류 바아의 일단에 연결되어 스크류 바아를 회전시키는 제2모터(173)를 포함할 수 있다.

스크류 바아(172)는 바람직하기로 중앙을 기점으로 양측이 서로 다른 방향의 나사산부(174, 176)를 가진 이중 나사부재로 구성되고, 이들 나사산부마다 이동블록(171)이 각각 체결되게 된다. 또한, 스크류 바아는 하부금형(100)을 관통하여 연장되고, 이 연장된 일단에 제2모터(173)가 연결될 수 있다.

이로써, 도 5에 도시된 바와 같이 스크류 바아(172)가 제2모터(173)에 의해 일방향으로 회전하면 이동블록(171)들이 서로 멀어지지는 쪽으로 이동하여 하부금형(100)의 분할부(150)가 서로 분리되고, 스크류 바아가 제2모터에 의해 반대방향으로 회전하면 이동블록들이 서로 가까워지는 쪽으로 이동하여 분할부들이 결합하면서 하부금형을 구성하게 되는 것이다.

공간부(160) 내에는 각 분할부(150)의 원활한 이동을 위해 해당 분할부를 안내하는 안내부(미도시)가 설치될 수 있다.

하지만, 가동부(170)의 구성과 작동 및 배치는 전술한 예에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다른 임의의 예컨대 유압실린더나 액츄에이터 등과 같은 수단이 적용되어도 무방하다.

각 분할부(150)에는 소재(10)의 일부를 고온으로 유지함과 동시에 용융된 충진재(20)의 용융상태를 유지할 수 있도록 하기 위한 가열체(180)가 성형홈(101)에 인접하게 내장되어 있으며, 이 가열체에는 전원이 인가될 수 있게 구성되어 있다.

제품의 성형이 완료되고 가열체(180)의 전원이 차단되어 충진재(20)가 경화되면, 작동부(130)의 작동로드(132)를 수축시켜 이 작동로드에 의해 이동판(140)을 상승시키고, 이에 따라 상부금형(200)을 상승시킨다. 이때, 상부금형에 조립된 펀치부(300)의 펀치다이(310)가 하부금형(100)으로부터 분리된다.

이와 동시에 또는 차후에 하부금형(100) 내 가동부(170)를 작동시켜, 분할부(150)들을 서로 멀어지는 쪽으로 이동시킴으로써, 성형된 제품을 원활히 취외할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 제품 성형 장치는, 작동부(130), 제1모터(273), 가열부(280), 구동부(294), 가열부재(322), 제2모터(173), 가열체(180) 등은 장치의 제어부(미도시)와 전기적으로 연계되어 그 작동이 제어될 수 있다.

이제, 본 발명에 따른 제품 성형 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 제품 성형 방법의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제품 성형 방법은, 소재(10)를 가열하는 가열 단계; 하부금형(100)에 소재를 안착시키는 안착 단계; 하부금형으로 상부금형(200)을 하강시켜 소재를 1차로 성형하는 제1성형 단계; 상부금형이 하강된 상태에서 상부금형 또는 하부금형으로부터 유체압을 가하여 소재를 2차로 성형하는 제2성형 단계; 및 소재를 냉각시키는 냉각 단계를 포함하고 있다.

우선, 소정의 형상으로 절단된 소재를 가열로(미도시)의 내부에 인입하고 일정 시간 동안 유지하여 가열한 다음, 이송장치(미도시)를 사용하여 본 발명의 제품 성형 장치로 소재를 이송할 수 있다.

가열되어 이송된 소재(10)는 성형홈(101)이 형성된 하부금형(100)에 안착될 수 있다.

소재를 1차로 성형하는 제1성형 단계에서는, 하부금형(100)에 안착된 소재(10)가 냉각되기 전에 작동부(130)를 작동시켜 작동로드(132)를 신장시키면 이 작동로드에 설치된 이동판(140)이 하강하게 된다. 이에 따라 이동판과 함께 상부금형(200)이 하강하고, 상부금형에 설치된 펀치부(300)의 펀치다이(310)가 하부금형의 성형홈(101)과 협력하여 소재를 압착함으로써, 핫 프레스 포밍을 할 수 있게 된다.

이때, 금형의 차가운 부분은 소재의 성형과 동시에 소재를 냉각하여 강성을 부여한다. 하지만, 제1성형 단계에 의해 1차로 성형된 소재의 제1성형부, 예를 들어 제품 중 돌출부가 형성된 부분은 하부금형(100)의 가열체(180)에 의해, 제1성형 단계의 온도와 동일하거나 유사한 온도로 일정하게 유지되고 있는 상태이기 때문에, 제품의 돌출부는 형성 후 냉각되지 않고 뜨거운 상태로 있게 된다.

상부금형(200)으로부터 돌출된 펀치부(300)의 펀치다이(310)에 의해 예컨대 제품의 돌출부가 형성되어 있는 상태에서, 소재를 2차로 성형하는 제2성형 단계가 진행된다.

펀치부(300) 내로 충진재(20)를 공급하기 위해서는 충진재 공급부(250)의 제1모터(273)를 회전시켜 이송부(270)의 케이스(271) 내부에 마련된 스크류(272)를 회전시킨다. 저장통(260)으로부터 공급된 충진재가 고체인 경우에는 충진재가 이송부 내를 이동하면서 가열부(280)에 의해 용융되어 액체화 또는 유체화된다. 혹은, 공급된 충진재가 액체인 경우에는 가열부에 의해 충진재가 그 용융상태 내지 그 온도를 유지할 수 있게 된다.

유체화된 충진재(20)는 계속 이동을 하여 공급관(291)을 거쳐 연결공(295)을 통해 가압본체(292) 내로 유입되어 그 내부에 쌓이고, 일부는 연결관(320)을 매개로 하여 펀치부(300)로 이동한다.

충진재(20)가 이동하여 펀치부(300)에서 가압본체(292)까지 충진되면 구동부(294)에 의해 피스톤(293)을 이동시켜 충진재를 가압한다. 피스톤이 충진재를 펀치부 쪽으로 밀어붙인 상태에서는 공급관(291)에 연통되는 연결공(295)을 폐쇄하여 충진재가 공급관에서 가압본체로 유입되는 것을 차단하게 된다.

이러한 피스톤(293)의 가압력에 의해 충진재(20)는 차례로 연결관(320), 충진재 통로(330) 및 배출홀(340)을 통과하여 펀치다이(310)의 외부로 배출되면서 뜨거운 상태로 있는 소재를 밀어붙여 하이드로 포밍을 할 수 있게 된다.

제1성형 단계에 의해 1차로 성형된 소재의 제1성형부에다, 즉 기형성된 제품의 돌출부에다, 하부금형(100)에 형성된 추가 성형홈(102)에 대응하여 제2성형부, 예컨대 돌기 또는 비드와 같은 형상을 성형할 수 있게 되는 것이다.

배출된 충진재(20)의 유체압으로 제품의 2차 성형이 이루어짐과 동시에, 상부금형(200)의 삽입홈(210)에 내장된 스프링(360)에 의해 지지되어 펀치다이(310)와 함께 소재를 가압하던 가이드링(350)이 삽입홈 내로 밀려 올라가 삽입된다.

스프링(360)이 더 이상 압축되지 않으면, 가이드링(350)의 이동이 저지되는데, 저지된 삽입위치에서 가이드링의 선단이 소재의 상면, 즉 제품의 표면과 동일한 위치에 있는 것이 좋다.

전술한 바와 같이 제품에 돌출부가 형성되고 이 돌출부에 돌기 또는 비드가 성형됨과 더불어 충진재(20)가 공급된 상태에서, 하부금형(100)의 각 분할부(150)에 내장된 가열체(180)의 가열 동작을 중단시키면 충진재가 냉각되어 경화된다. 이로써, 경화된 충진재는 제품의 완충재로 형성되게 되는 것이다.

충진재(20)가 경화되면, 작동부(130)의 작동로드(132)를 수축시켜 이 작동로드에 의해 이동판(140)을 상승시키고, 이에 따라 상부금형(200)을 상승시킨다. 이때, 상부금형에 조립된 펀치부(300)의 펀치다이(310)가 하부금형(100)으로부터 분리된다.

동시에, 상부금형(200)의 삽입홈(210)에 삽입된 가이드링(350)이 스프링(360)에 의해 상부금형으로부터 돌출되고, 이러한 이동에 따라 펀치다이(310)에 형성된 배출홀(340)을 폐쇄하여 충진재(20)가 누출됨을 방지한다. 또, 가이드링은 그 일단에 형성된 플랜지부(352)가 삽입홈의 개구부에 있는 커버(220)에 걸려, 가이드링이 삽입홈으로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 제품에 형성된 돌기 또는 비드로 인하여 제품을 바로 금형과 분리할 수 없는데, 본 발명의 하부금형(100) 내 가동부(170)를 작동시켜, 분할부(150)들을 서로 멀어지는 쪽으로 이동시킨다.

예를 들어, 가동부를 구성하는 제2모터(173)를 회전시키면 이에 연결된 스크류 바아(172)가 회전하고, 이 스크류 바아의 서로 반대방향의 나사산부(174, 176)에 각각 체결된 이동블록(171들이 서로 멀어지는 쪽으로 이동됨으로써 간격이 벌어져 분할부(150)들이 서로 분리될 수 있다.

이와 같이, 하부금형(100) 또는 상부금형의 적어도 일부를 분할하여 성형된 소재를 취출할 수 있게 되는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 제품 성형 장치를 이용하여 형성된 제품의 일예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 제품은, 강으로 제조되며, 적어도 일부분에는 마르텐사이트가 있는 조직을 포함하고, 3차원의 제1성형부에 이 제1성형부보다 크기가 작은 3차원의 제2성형부가 형성되게 된다.

특히 이러한 제품 중 제1성형부 이외의 부분은 핫 프레스 포밍에 의해, 즉 소재를 고온으로 가열한 후 급속히 이송하여 프레스 내 금형에 안착하고, 이를 성형함과 동시에 금형의 차가운 온도로 급히 냉각되어서, 마르텐사이트가 있는 조직을 갖게 된다.

또한, 제1성형부와 이에 형성되는 제2성형부는 하이드로 포밍을 위해 일정 온도로 유지되고 핫 프레스 포밍 후 냉각보다는 상대적으로 천천히 냉각되어서, 페라이트 또는 베이나이트가 있는 조직을 함유하게 된다.

하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 별도로 온도를 유지하지 않고서 바로 하이드로 포밍을 실시하면 제1성형부와 이에 형성되는 제2성형부도 그 외 부분과 마찬가지로 마르텐사이트가 있는 조직을 갖게 될 수 있다.

도 7에 도시된 제품(30)은 예컨대 자동차의 충격 흡수 부재로서, 핫 프레스 포밍에 의해 형성되어 충격을 흡수할 수 있는 제1성형부로서의 복수의 돌출부(31)와, 이들 돌출부의 강성을 보강하기 위해 하이드로 포밍에 의해 돌출부 상에 형성된 제2성형부로서의 복수의 돌기 또는 비드(32)를 볼 수 있다. 더구나, 하이드로 포밍에 이용된 충진재(20)가 경화됨으로써, 제품의 일부를 구성하는 완충재로 형성되어 있다.

이와 같은 제품이 실차에 적용되게 되면, 돌출부뿐 아니라 돌기 또는 비드 및 충진재가 충격을 흡수할 수 있기 때문에, 제품에 충격이 가해지면 안전을 확보할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 핫 프레스 포밍 및 하이드로 포밍을 함께 이용하여 제품을 보다 쉽고 빠르게 성형할 수 있게 됨으로써, 제조에 필요한 공정과 시간을 감축하여 비용을 절감할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 소재 20: 충진재
100: 하부금형 110: 하부베이스
120: 프레임 130: 작동부
140: 이동판 150: 분할부
160: 공간부 170: 가동부
200: 상부금형 250: 충진재 공급부
260: 저장통 270: 이송부
280: 가열부 290: 가압부
300: 펀치부 310: 펀치부
320: 연결관 330: 충진재 통로
340: 배출홀 350: 가이드링
360: 스프링

Claims

소재를 가열하는 가열 단계;
하부금형에 상기 소재를 안착시키는 안착 단계;
상기 하부금형으로 상부금형을 하강시켜 상기 소재를 1차로 성형하는 제1성형 단계;
상기 상부금형이 하강된 상태에서 상기 상부금형 또는 상기 하부금형으로부터 유체압을 가하여 상기 소재를 2차로 성형하는 제2성형 단계; 및
상기 소재를 냉각시키는 냉각 단계;
를 포함하고,
상기 제2성형 단계는,
충진재를 가열하여 유체화시키는 유체화 단계, 및
유체화된 상기 충진재를 가압하여 상기 유체압으로 배출하는 유체압 배출 단계
를 포함하는 제품 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2성형 단계는, 상기 제1성형 단계에 의해 1차로 성형된 상기 소재의 제1성형부에 제2성형부를 형성하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2성형 단계에서 2차로 성형될 상기 소재의 부분을 상기 제1성형 단계의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 방법.
제3항에 있어서,
상기 제2성형 단계와 동시에 혹은 제2성형 단계가 완료되기 전에 상기 냉각 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 제품 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각 단계에서는, 상기 소재가 마르텐사이트가 있는 조직을 갖도록 냉각시키는 것을 특징으로 하는 제품 성형 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉각 단계에 의해 상기 충진재를 경화시킨 후, 상기 상부금형을 상기 하부금형으로부터 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 방법.
제7항에 있어서,
상기 하부금형 또는 상기 상부금형의 적어도 일부를 분할하여 성형된 소재를취출하는 취출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 방법.
적어도 하나의 성형홈이 형성되어 있으며, 소재가 안착되는 하부금형;
상기 하부 금형의 상부에 배치되어 상기 소재를 가압하는 상부금형; 및
상기 상부금형에 설치되어 상기 소재를 성형하도록 상기 하부금형의 성형홈에 삽입되고, 가압된 충진재를 배출하는 펀치부
를 포함하며,
상기 하부금형은 분리가능한 복수의 분할부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 성형홈도 분할되는 제품 성형 장치.
제9항에 있어서,
상기 펀치부에 상기 충진재를 공급하고 가압하는 충진재 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제10항에 있어서,
프레임의 상부에 수직하게 설치되고 작동로드를 갖춘 작동부, 및
상기 작동로드에 연결되어 상기 작동로드에 의해 승하강하는 이동판
을 더 포함하고,
상기 상부금형은 상기 이동판의 아래에 설치되며,
상기 충진재 공급부는 상기 이동판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제11항에 있어서,
상기 충진재 공급부는,
상기 충진재를 공급하는 저장통,
상기 저장통의 아래에 연결되고 상기 이동판 상에 설치되어 상기 충진재를 이송하는 이송부,
상기 이송부의 적어도 일부를 둘러싸도록 설치되는 가열부, 및
상기 이송부의 하류와 상기 펀치부 사이에 연결되며 상기 충진재를 가압하여 상기 펀치부로 압송하는 가압부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제12항에 있어서,
상기 이송부는,
상기 저장통에 연통되어 상기 충진재가 공급되는 케이스,
상기 케이스의 내부에 설치되고 회전되어 상기 케이스의 내부에 있는 상기 충진재를 이송하는 스크류, 및
상기 스크류에 연결되어 상기 스크류를 회전시키는 제1모터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제12항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 이송부의 하류측으로부터 연장한 공급관,
일측은 상기 공급관에 연통되고 타측은 상기 펀치부에 연통되는 가압본체,
상기 가압본체 내에서 왕복이동하여 상기 가압본체에 유입된 상기 충진재를 상기 펀치부로 가압하는 피스톤, 및
상기 피스톤에 구동력을 제공하는 구동부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제14항에 있어서,
상기 피스톤이 상기 충진재를 상기 펀치부 쪽으로 밀어붙인 상태에서, 상기 공급관에 연통되는 상기 가압본체의 연결공을 상기 피스톤이 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제12항에 있어서,
상기 펀치부는,
상기 상부금형에 설치되어 상기 소재를 성형하도록 상기 하부금형의 성형홈에 삽입되는 펀치다이,
상기 가압부에 연통되고 상기 이동판과 상기 상부금형을 관통하여 설치되는 연결관,
상기 연결관에 연통되고 상기 펀치다이 내에 형성된 충진재 통로, 및
상기 충진재 통로와 연결되어 공급받은 상기 충진재를 상기 소재를 향해 압출하는 배출홀
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제16항에 있어서,
상기 연결관의 적어도 일부를 가열부재가 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제16항에 있어서,
상기 펀치다이의 외면을 둘러싸면서 상기 펀치다이의 이동방향으로 이동할 수 있는 가이드링을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제18항에 있어서,
상기 가이드링은 상기 상부금형 내로 삽입되도록 상기 상부금형에서 상기 연결관 주변으로 삽입홈이 형성되고,
상기 삽입홈 내에서 개구부의 반대쪽 벽부와 상기 가이드링 사이에는 스프링이 개재되는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
삭제
제9항에 있어서,
각각의 상기 분할부를 이동시켜 서로 분리될 수 있게 하는 가동부가 마련된 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제21항에 있어서,
상기 가동부는,
상기 분할부에 고정된 이동블록,
상기 이동블록에 나사체결되는 스크류 바아, 및
상기 스크류 바아의 일단에 연결되어 상기 스크류 바아를 회전시키는 제2모터
를 포함하고,
상기 스크류 바아는 중앙을 기점으로 양측이 서로 다른 방향의 나사산부를 가진 이중 나사부재인 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제9항에 있어서,
각각의 상기 분할부에는 상기 성형홈에 인접하게 가열체가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 성형홈의 측벽에는 추가 성형홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제품 성형 장치.
강으로 제조되며,
적어도 일부분에는 마르텐사이트가 있는 조직을 포함하고,
제1항에 따른 제품 성형 방법에 의해, 제1성형 단계에서 성형된 3차원의 제1성형부에, 상기 제1성형부보다 크기가 작은 3차원의 제2성형부가 제2성형 단계로 형성된 핫 프레스 포밍 제품.
제25항에 있어서
상기 제1성형부는 일방향으로 성형되어 형성되고,
상기 제2성형부는 상기 제1성형부 내에서 상기 일방향과 다른 방향으로 성형되어 형성된 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 제품.
제25항에 있어서,
상기 제1성형부와 상기 제2성형부는 상기 마르텐사이트가 있는 조직과 동일한 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 제품.
제25항에 있어서,
상기 제1성형부와 상기 제2성형부는 페라이트 또는 베이나이트가 있는 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 제품.
제25항에 있어서,
적어도 상기 제2성형부에는 경화된 충진재가 포함된 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 제품.
제29항에 있어서,
상기 충진재는 수지 또는 상기 강보다 용융점이 낮은 금속의 재질인 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 제품.