KR101720215B1 - 전자기 성형 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 형상을 가지는 다양한 피가공물의 성형에 범용적으로 사용할 수 있고, 다양한 형상으로 성형 가공될 피가공물에 있어서 성형 가공이 이루어지는 부위에 대해 집중적으로 전력을 공급하여 가공함으로써, 전력 소모율을 획기적으로 줄인 전자기 성형 장치 및 방법에 관한 것으로, 평판의 피가공물과 대응하는 평판 상에 가공 형상을 구비하는 개별금형을 복수 개 구비하는 금형 세트; 적어도 상기 하나의 개별금형과 대응하되 실질적으로 동일 평면 상에 위치하는 복수 개의 분할 영역을 가지며, 복수 개의 분할 영역에 각각 배치되는 복수 개의 평판 분할코일을 포함하는 코일 어셈블리;를 포함하되, 상기 복수 개의 분할코일은 환형의 형태를 가지되 그 크기가 서로 상이하고, 상기 코일 어셈블리 내에서 서로 동심으로 배치되며, 상기 금형 세트에 구비된 개별금형들은 일부 가공 형상이 서로 상이하고, 상기 코일 어셈블리에 각각 배치되는 복수 개의 분할코일에 공급되는 전력은 분할 코일마다 독립적으로 공급되며, 상기 금형 세트 중 선택된 개별금형과 코일 어셈블리가 서로 마주하고, 상기 선택된 개별금형 상에 평판의 피가공물이 재치되며, 피가공물에서 성형이 이루어져야 하는 부분에 대응하는 분할코일에 전원이 공급되어 가공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전자기 성형 장치 및 방법{Apparatus and Methods for Electromagnetic Forming}

본 발명은 전자기 성형 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 형상을 가지는 다양한 피가공물의 성형에 범용적으로 사용할 수 있고, 다양한 형상으로 성형 가공될 피가공물에 있어서 성형 가공이 이루어지는 부위에 대해 집중적으로 전력을 공급하여 가공함으로써, 전력 소모율을 획기적으로 줄인 전자기 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

전자기성형(Electromagnetic forming) 기술은 충격성형(Impulse forming) 또는 고속성형(High speed forming) 기술의 하나로서, 가공하고자 하는 금속에 강한 전이자기장을 직접 작용시켜 금속을 변형시키는 가공기술이다.

이러한 전자기성형은 전통적인 기계성형과 대비하여 많은 장점을 가진다.

첫째, 전자기성형은 기계적인 접촉 없이 가공물을 성형하므로 가공물의 표면에 불순물이 발생하지 않는다. 또한 윤활제를 사용하지 않아도 무방하므로, 가공물의 표면에서 윤활제를 제거하는 공정이 필요 없고, 성형 후 곧바로 조립작업 등의 다른 후속 작업들을 수행할 수 있다. 또한 환경오염을 방지할 수 있음은 물론이다.

둘째, 전자기성형은 자기장의 영향을 받지 않는 피복이나 용기를 투과하여 금속재의 가공물만 성형할 수 있다. 따라서 이종 금속 간 또는 금속과 타 소재(유리, 플라스틱, 복합재료) 등의 이종 소재간의 접합이 가능하다.

셋째, 판재성형에 있어서, 전자기성형을 적용하면, 피가공물의 가공 형상을 가지는 금형이 하나만 필요하고, 이를 누르는 공정은 범용으로 사용되는 코일에서 발생하는 전자기력에 의해 이루어지므로, 금형 비용이 절감된다. 뿐만 아니라, 성형성과 탄성복원이 획기적으로 저감되어 금형 설계를 단순화시킬 수 있고, 매우 빠른 공정속도를 얻을 수 있다.

넷째, 특히 전자기성형은 원격제어가 가능하기 때문에, 핵연료 폐기물 저장고 등의 방사능환경과 같은 악조건에서도 사용이 가능하며, 구조적으로 접근이 어려운 위치에서도 성형이 가능할 수 있다.

다섯째, 전자기성형은 같은 코일로 여러 형상의 부품을 성형할 수 있는 유연성이 있으며, 전기전도도가 높은 가공물(구리, 알루미늄, 황동, 저탄소강)일수록 큰 전류가 유도되어 큰 힘이 발생하므로 성형이 용이하고, 특히 전기전도도가 크고 항복강도가 작은 소재에 대해서 매우 적합한 공정이다.

이와 같은 장점으로 인해, 최근에는 다양한 분야에서 전자기성형이 이용되고 있다.

한편, 전자기성형을 위한 장치(설비)의 구성으로는 커패시터, 성형코일, 제어회로, 전력공급장치, 충방전 스위치 등이 있다.

이와 같이 구성된 전자기성형 장치는 전력공급장치에서 충방전 스위치를 통해 고용량 커패시터로 전력을 공급하며, 커패시터 충전용 제어회로에 의해 충방전 스위치가 온오프 동작되면서 성형코일에 전류를 공급하게 된다.

이때, 커패시터를 통해 성형코일에 순간적으로 전류를 공급하게 되면, 코일의 자속변화로 인해 가공물(Workpiece)에 유도기전력이 발생되며, 이 유도기전력에 의해 가공물에 유도전류(Induced current)가 흐르게 된다.

이와 같이 전류가 흐르는 도체가, 자기장 내에서 받는 힘을 로렌쯔의 힘(Lorentz's force)이라 하고, 이 힘이 전자기성형에서 성형력이 된다.

전자기성형 장치의 성형코일은 그 형상과 사용목적에 따라, 팽창코일, 압축코일 및 평판코일로 구분될 수 있다.

팽창코일은 헬리컬(Helical)이나 웨이퍼 형태로 제작될 수 있으며, 관부품들을 확관 내지 확경하거나 플랜징하는데 사용될 수 있다.

압축코일은 헬리컬형태의 코일로 제작될 수 있으며, 원관 형태의 가공물을 대상으로 하여 구조물의 결합, 밀봉, 스웨이징, 축관 내지 축경 등에 사용될 수 있다.

평판코일은 가공물의 아래나 위에 위치하여 스파이럴 형태로 형성될 수 있으며, 금형과 함께 평판의 가공물을 성형하거나 국부변형을 교정하는데 사용될 수 있다.

하지만 이러한 코일들은 대부분 구조적 특징으로 인해 자기장 상쇄에 의한 유도기전력의 약화가 발생하게 되며, 이로 인해 전자기 성형력을 얻기 위해서는 많은 전력소모가 발생하는 문제점이 있었다.

또한 앞서 기술한 바와 같이, 전자기 성형의 장점 중 하나는, 기존의 프레스 가공 방식과 달리, 금형을 하나만 구비하고 범용의 코일을 사용한다는 점에 있는데, 범용의 코일은 그 형태가 정해져 있기 때문에, 서로 다른 가공형상을 가지는 금형에 범용의 코일을 그대로 적용할 경우, 실질적으로 가공이 일어날 필요가 없는 부분에까지 자기장을 발생시키는 데에 전력을 소모한다는 점에서, 비용 절감 효과가 저해되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0939449호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 코일을 여러 복수 개의 분할 영역으로 구분하여, 각 분할 영역마다 분할코일을 구비하며, 개별 분할코일마다 별도로 전원 공급을 제어할 수 있도록 구성함으로써, 범용의 코일을 사용하더라도 서로 다른 형태의 금형에 대응하여 최적화된 자기장을 유도하여 전력의 소모를 최소화할 수 있는 전자기 성형 장치와 그 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 평판의 피가공물과 대응하는 평판 상에 가공 형상을 구비하는 개별금형을 복수 개 구비하는 금형 세트; 적어도 상기 하나의 개별금형과 대응하되 실질적으로 동일 평면 상에 위치하는 복수 개의 분할 영역을 가지며, 복수 개의 분할 영역에 각각 배치되는 복수 개의 평판 분할코일을 포함하는 코일 어셈블리;를 포함하되, 상기 복수 개의 분할코일은 환형의 형태를 가지되 그 크기가 서로 상이하고, 상기 코일 어셈블리 내에서 서로 동심으로 배치되며, 상기 금형 세트에 구비된 개별금형들은 일부 가공 형상이 서로 상이하고, 상기 코일 어셈블리에 각각 배치되는 복수 개의 분할코일에 공급되는 전력은 분할 코일마다 독립적으로 공급되며, 상기 금형 세트 중 선택된 개별금형과 코일 어셈블리가 서로 마주하고, 상기 선택된 개별금형 상에 평판의 피가공물이 재치되며, 피가공물에서 성형이 이루어져야 하는 부분에 대응하는 분할코일에 전원이 공급되어 가공이 이루어지는 전자기 성형 장치를 제공한다.

상기 금형 세트는 로테이터를 구비하고, 상기 복수 개의 개별금형은 상기 로테이터가 회전함에 따라 선택적으로 상기 코일 어셈블리와 정렬될 수 있다.

또한 본 발명은, 환봉 형태의 피가공물과 대응하는 환봉 형태의 가공 형상을 구비하는 개별금형을 복수 개 구비하는 금형 세트; 적어도 상기 하나의 개별금형과 대응하되 피가공물인 환봉의 길이방향과 동일한 방향에 대해 복수 개의 분할 영역을 가지며, 복수 개의 분할 영역에 각각 배치되는 복수 개의 팽창 분할코일을 포함하는 코일 어셈블리;를 포함하되, 상기 복수 개의 분할코일은 환형의 형태를 가지되 그 크기가 서로 실질적으로 동일하고, 상기 코일 어셈블리 내에서 중심축을 공유하며 환봉의 길이방향을 따라 나란히 배치되며, 상기 금형 세트에 구비된 개별금형들은 일부 가공 형상이 서로 상이하고, 상기 코일 어셈블리에 각각 배치되는 복수 개의 분할코일에 공급되는 전력은 분할 코일마다 독립적으로 공급되며, 상기 금형 세트 중 선택된 개별금형과 코일 어셈블리가 서로 마주하고, 상기 선택된 개별금형의 내측에 피가공물이 재치된 후, 해당 피가공물에서 성형이 이루어져야 하는 부분에 대응하는 분할코일에 전원이 공급되어 가공이 이루어지는 전자기 성형 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 환봉 형태의 피가공물과 대응하는 환봉 형태의 가공 형상을 구비하는 개별금형을 복수 개 구비하는 금형 세트; 적어도 상기 하나의 개별금형과 대응하되 피가공물인 환봉의 길이방향과 동일한 방향에 대해 복수 개의 분할 영역을 가지며, 복수 개의 분할 영역에 각각 배치되는 복수 개의 압축 분할코일을 포함하는 코일 어셈블리;를 포함하되, 상기 복수 개의 분할코일은 환형의 형태를 가지되 그 크기가 서로 실질적으로 동일하고, 상기 코일 어셈블리 내에서 중심축을 공유하며 환봉의 길이방향을 따라 나란히 배치되며, 상기 금형 세트에 구비된 개별금형들은 일부 가공 형상이 서로 상이하고, 상기 코일 어셈블리에 각각 배치되는 복수 개의 분할코일에 공급되는 전력은 분할 코일마다 독립적으로 공급되며, 상기 금형 세트 중 선택된 개별금형과 코일 어셈블리가 서로 마주하고, 상기 선택된 개별금형의 외측에 피가공물이 재치되며, 해당 피가공물에서 성형이 이루어져야 하는 부분에 대응하는 분할코일에 전원이 공급되어 가공이 이루어지는 전자기 성형 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상술한 전자기 성형 장치를 이용한 전자기 성형 방법으로서, 금형 세트에 구비된 복수 개의 개별금형 중 가공하고자 하는 형상을 구비하는 개별금형을 선별하는 단계; 상기 선별된 개별금형과 코일 어셈블리를 서로 마주하여 배치하는 단계; 개별금형에 대응하여 피가공물을 재치하는 단계; 및 선별된 개별금형 상에서 성형이 이루어져야 하는 피가공물 부분에 대응하는 분할코일에 전원을 공급하여 성형을 실시하는 단계;를 포함하는 전자기 성형 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 다양한 형태의 성형 가공 형태에 대응하여 하나의 범용 코일을 사용하면서도, 피가공물에 있어서 가공이 필요한 영역에 대응하는 코일 영역에만 전력을 공급하여 자기장을 발생시킬 수 있어 전력 소비량을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 다양한 형태의 성형 가공 형태를 가지는 복수 개의 개별금형 중 원하는 개별금형을 즉각적으로 범용 코일과 대응시켜 마주하도록 함으로써, 다양한 형태의 제품을 생산함에 있어서도 자동화가 가능하고, 이는 혼류 생산 등을 가능하게 한다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 코일 어셈블리의 일실시예를 나타낸 평면도,
도 2는 도 1의 코일 어셈블리의 사시도,
도 3은 도 1의 코일 어셈블리와 함께 사용되는 개별금형을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 개별금형과 도 1의 코일 어셈블리 사이에 피가공물이 재치된 상태를 나타낸 측면단면도,
도 5는 본 발명에 따른 코일 어셈블리와 로테이터 상에 설치된 복수 개의 개별금형을 포함하는 금형 세트를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 코일 어셈블리의 다른 일실시예를 나타낸 사시도,
도 7은 도 6의 코일 어셈블리와 함께 사용되는 개별금형을 나타낸 사시도,
도 8은 도 6과 도7의 코일 어셈블리와 개별금형에 의해 가공되는 피가공물을 나타낸 사시도,
도 9는 팽창 분할코일을 통해 피가공물을 가공하는 상태를 나타내는 측면 단면도, 그리고
도 10은 압축 분할코일을 통해 피가공물을 가공하는 상태를 나타내는 측면 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 코일 어셈블리의 일실시예를 나타낸 평면도, 도 2는 도 1의 코일 어셈블리의 사시도, 도 3은 도 1의 코일 어셈블리와 함께 사용되는 개별금형을 나타낸 사시도, 도 4는 도 3의 개별금형과 도 1의 코일 어셈블리 사이에 피가공물이 재치된 상태를 나타낸 측면단면도, 그리고 도 5는 본 발명에 따른 코일 어셈블리와 로테이터 상에 설치된 복수 개의 개별금형을 포함하는 금형 세트를 도시한 사시도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 코일 어셈블리(20)는 동일 평면 상에 위치하는 복수 개의 분할 영역(21)을 가진다. 본 발명의 실시예에서는 분할 영역이 3개의 영역으로 구분된 것이 예시된다. 이러한 3개의 분할 영역에는 각각 3개의 평판 분할코일(22, 23, 24)이 배치된다. 3개의 분할코일(22, 23, 24)는 서로 다른 직경을 가지는 납작한 환형의 형태로 이루어져 있으며, 이들 3개의 분할코일은 동심을 가지고 평면 상에서 동심에 대해 외측으로 중첩 배치된다.

개별의 분할코일에는 각각 개별적으로 전류를 인가하는 전선이 연결되어 있으며, 이들 전선은 각각 분할코일마다 개별적이고 독립적으로 전력을 공급하는 경로가 된다. 가령 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에는 전력이 공급되고, 제2 분할코일(23)에는 전력이 공급되지 않는 것이 가능하다.

다음으로, 도 3과 도 4에는 개별금형(11)이 도시되어 있는데, 이 개별금형(11)은 후술할 금형 세트(10)에 구비되는 복수 개의 개별금형들(11, 12, 13 …) 중 하나이다. 개별금형은 앞서 설명한 분할영역(21)에 대응하여 도 4에 도시된 바와 같이 각각 함몰부와 돌출부가 형성되어 있다. 도 5를 참조하면 금형 세트(10)를 이루는 복수 개의 개별금형들(11, 12, 13 …)은 분할영역(21)마다 함몰부와 돌출부가 서로 다른 위치에 형성되어 있어, 개별금형들의 형상이 모두 다르게 되어 있음을 알 수 있다.

도 4를 참조하면, 상술한 코일 어셈블리(20)와 제1 개별금형(11)을 사용하여 피가공물(40)을 가공할 때에는, 도시된 바와 같이 제1 개별금형(11) 상에 피가공물(40)을 재치하고, 피가공물(40) 상에 코일 어셈블리(20)를 접근시켜 제1 개별금형과 코일 어셈블리(20)가 서로 마주하도록 한다. 피가공물(40) 상에서 제1 개별금형(11)과 대응하였을 때 변형이 주로 이루어져야 하는 부분은 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)의 분할 영역과 대응하는 영역인 반면, 제2 분할코일(23)의 분할 영역과 대응하는 영역에서는 그다지 변형이 이루어지지 않는다. 물론 제2 분할코일에 대응하는 피가공물 영역에서도 수평 방향으로 연신이 이루어져야 하는 점은 있지만, 이러한 연신은 제1 분할코일(22) 및 제3 분할코일(24)과 대응하는 피가공물 부분이 제1 개별금형(11)의 함몰부로 밀려 들어가는 소성 변형이 일어나면서 함께 이루어지게 된다.

따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 개별금형(11)으로 피가공물(40)을 가공할 때에는 코일 어셈블리(20)의 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에만 집중적으로 전력을 공급하여 자기장을 발생시킴으로써 전자기 성형을 할 수 있다.

마찬가지 원리로, 도 5에 도시된 제2 개별금형(12)으로 피가공물(40)을 가공할 때에는 제3 분할코일(24)에만 집중적으로 전력을 공급하여 자기장을 발생시킴으로써 전자기 성형을 할 수 있다.

상술한 성형 장치 및 성형 방법은, 금형 세트에 구비되는 개별금형들에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이, 코일 어셈블리의 분할코일이 위치하는 분할 영역과 대응되는 위치에 각각 형성되어 있을 때 주로 적용할 수 있다.

즉 개별금형들에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이 소정의 분할 영역 내에서 서로 다르게 배치되는 패턴을 가질 경우, 코일 어셈블리에 구비되는 각 분할코일들이 배치되는 영역이 상술한 분할 영역과 일치하도록 하면, 하나의 코일 어셈블리(20)만으로도 다양한 다른 형태를 가지는 개별금형(11, 12, 13)에 모두 적용 가능함은 물론, 원하는 분할 영역에만 전력을 공급하더라도 가공을 할 수 있게 되므로, 전자기 성형의 효율을 크게 높일 수 있다.

도 5를 참조하면, 상술한 개별금형(11, 12, 13)들을 로테이터(30)의 단부에 각각 설치하고, 로테이터를 회전시켜 원하는 개별금형을 코일 어셈블리(20) 상에 위치시킨 후, 피가공물을 가공하는 것이 가능하다. 이러한 구조에 의하면, 복수 개의 개별금형 중 원하는 개별금형을 즉각적으로 코일 어셈블리와 대응시켜 마주하도록 함으로써, 다양한 형태의 제품을 생산함에 있어서도 자동화가 가능하고, 혼류 생산 등을 가능하게 하여, 설비 투자 비용을 크게 줄일 수 있다.

상술한 전자기 성형 장치를 이용하는 성형 방법을 이하 설명한다.

먼저 금형 세트(10)에 구비된 복수 개의 개별금형(11, 12, 13) 중 가공하고자 하는 형상을 구비하는 개별금형을 선별하고, 로테이터(30)를 회전시켜 이를 코일 어셈블리(20)에 접근시킨다.

다음으로, 상기 선별된 개별금형 상에 피가공물(40)을 재치하고, 코일 어셈블리(20)가 선별된 개별금형과 마주하도록 배치한다.

그리고, 선별된 개별금형 상에서 적어도 성형이 이루어져야 하는 피가공물 부분에 대응하는 분할코일에 전원을 공급하여 성형을 실시한다. 전력은 성형이 이루어져야 하는 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일에만 공급될 수도 있고, 필요에 따라서는 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일의 주변 영역의 분할코일에도 공급될 수 있다. 또한 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일에 공급되는 전력의 세기와, 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일의 주변 영역의 분할 코일에 공급되는 전력의 세기에 차등을 둘 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 코일 어셈블리의 다른 일실시예를 나타낸 사시도, 도 7은 도 6의 코일 어셈블리와 함께 사용되는 개별금형을 나타낸 사시도, 도 8은 도 6과 도7의 코일 어셈블리와 개별금형에 의해 가공되는 피가공물을 나타낸 사시도, 그리고 도 9는 팽창 분할코일을 통해 피가공물을 가공하는 상태를 나타내는 측면 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 일 실시예로서 코일 어셈블리(20)는 환형의 봉의 길이 방향과 동일한 방향에 대해 복수 개의 분할 영역(21)을 가진다. 본 발명의 실시예에서는 분할 영역이 4개의 영역으로 구분된 것이 예시된다. 이러한 4개의 분할 영역에는 4개의 팽창 분할코일(22, 23, 24, 25)이 배치된다. 4개의 분할코일(22, 23, 24, 25)는 동일한 크기를 가지는 환형의 형태로 이루어져 있으며, 이들 4개의 분할코일은 중심축을 공유하며 환봉의 길이방향을 따라 나란히 배치되어 있다.

개별의 분할코일에는 각각 개별적으로 전류를 인가하는 전선이 연결되어 있으며, 이들 전선은 각각 분할코일마다 개별적이고 독립적으로 전력을 공급하는 경로가 된다. 가령 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에는 전력이 공급되고, 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)에는 전력이 공급되지 않는 것이 가능하다.

다음으로, 도 7에는 개별금형(11)이 도시되어 있는데, 이 개별금형(11)은 금형 세트(미도시)에 구비되는 복수 개의 개별금형들 중 하나이다. 개별금형은 길이방향을 2분되어 있는 환형의 봉 형태이며, 앞서 설명한 분할영역(21)에 대응하여 각각 함몰부와 돌출부가 형성되어 있다. 도 9를 참조하면, 도 7의 개별금형은, 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에 대응하는 분할 영역에 돌출부가 형성되어 있으며, 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)에 대응하는 분할 영역에 함몰부가 형성되어 있다.

도 8에는 환형의 봉 형태의 피가공물(40)이 도시되어 있다. 피가공물은 특정 부분에서 반경 방향으로 확경되는 가공이 이루어지며, 이는 상술한 개별금형(11)의 돌출부 부분이 된다.

도 9 를 참조하면, 상술한 코일 어셈블리(20)와 제1 개별금형(11)을 사용하여 피가공물(40)을 가공할 때에는, 도시된 바와 같이 제1 개별금형(11) 내측에 피가공물(40)을 삽입하고, 피가공물(40) 내측에 코일 어셈블리(20)를 삽입하여 제1 개별금형(11)과 코일 어셈블리(20)가 서로 마주하도록 한다. 이때 피가공물(40) 상에서 제1 개별금형(11)과 대응하였을 때 변형이 주로 이루어져야 하는 부분은 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)의 분할 영역과 대응하는 영역인 반면, 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)의 분할 영역과 대응하는 영역에서는 그다지 변형이 이루어지지 않는다. 물론 제2 분할코일과 제4 분할코일에 대응하는 피가공물 영역에서도 환봉의 길이 방향으로 연신이 이루어져야 하는 점은 있지만, 이러한 연신은 제1 분할코일(22) 및 제3 분할코일(24)과 대응하는 피가공물 부분이 제1 개별금형(11)의 돌출부 내측으로 밀려 들어가 확경되는 소성 변형이 일어나면서 함께 이루어지게 된다. 제1 개별금형(11)으로 피가공물(40)을 가공할 때에는, 코일 어셈블리(20)의 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에만 집중적으로 전력을 공급하여 자기장을 발생시킴으로써 전자기 성형을 할 수 있다. 이러한 전자기 성형에 의하면 피가공물은 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에 대응하는 분할 영역에 형성된 제1개별금형(11)의 돌출부 부분에서 확경되는 가공이 이루어진다.

앞서 도 9에 도시된 환봉 형상의 피가공물(40)을 확경 가공하는 성형은, 금형(11)이 피가공물(40)과 일체로 성형되어야 하는 다른 부품일 때에도 적용 가능하며, 필요에 따라서는 금형(11) 없이도 이루어질 수 있다.

상술한 성형 장치 및 성형 방법 역시, 금형 세트에 구비되는 개별금형들에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이, 코일 어셈블리의 분할코일이 위치하는 분할 영역과 대응되는 위치에 각각 형성되어 있을 때 적용할 수 있다.

즉 개별금형들에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이 소정의 분할 영역 내에서 서로 다르게 배치되는 패턴을 가질 경우, 코일 어셈블리에 구비되는 각 분할코일들이 배치되는 영역이 상술한 분할 영역과 일치하도록 하면, 하나의 코일 어셈블리(20)만으로도 다양한 다른 형태를 가지는 개별금형(11, 12, 13)에 모두 적용 가능함은 물론, 원하는 분할 영역에만 전력을 공급하더라도 가공을 할 수 있게 되므로, 전자기 성형의 효율을 크게 높일 수 있다.

이때, 전력은, 성형이 이루어져야 하는 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일에만 공급될 수도 있고, 필요에 따라서는 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일의 주변 영역의 분할코일에도 공급될 수 있다. 또한 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일에 공급되는 전력의 세기와, 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일의 주변 영역의 분할 코일에 공급되는 전력의 세기에 차등을 둘 수도 있음은 물론이다.

다시 도 6 내지 도 8과 도 10을 참조하여 환봉을 축경하는 전자기 성형에 대해 설명한다. 도 10은 압축 분할코일을 통해 피가공물을 가공하는 상태를 나타내는 측면 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예로서 코일 어셈블리(20)는 환형의 봉의 길이 방향과 동일한 방향에 대해 복수 개의 분할 영역(21)을 가진다. 본 발명의 실시예에서는 분할 영역이 4개의 영역으로 구분된 것이 예시된다. 이러한 4개의 분할 영역에는 4개의 압축 분할코일(22, 23, 24, 25)이 배치된다. 4개의 분할코일(22, 23, 24, 25)는 동일한 크기를 가지는 환형의 형태로 이루어져 있으며, 이들 4개의 분할코일은 중심축을 공유하며 환봉의 길이방향을 따라 나란히 배치되어 있다.

개별의 분할코일에는 각각 개별적으로 전류를 인가하는 전선이 연결되어 있으며, 이들 전선은 각각 분할코일마다 개별적이고 독립적으로 전력을 공급하는 경로가 된다. 가령 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에는 전력이 공급되고, 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)에는 전력이 공급되지 않는 것이 가능하다.

다음으로, 도 7에는 개별금형(11)이 도시되어 있는데, 이 개별금형(11)은 금형 세트(미도시)에 구비되는 복수 개의 개별금형들 중 하나이다. 개별금형은 길이방향을 2분되어 있는 환형의 봉 형태이며, 앞서 설명한 분할영역(21)에 대응하여 각각 함몰부와 돌출부가 형성되어 있다. 도 10을 참조하면, 도 7의 개별금형은, 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)에 대응하는 분할 영역에 돌출부가 형성되어 있으며, 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)에 대응하는 분할 영역에 함몰부가 형성되어 있다.

도 8에는 환형의 봉 형태의 피가공물(40)이 도시되어 있다. 피가공물은 특정 부분에서 반경 방향으로 축경 내지 축관되는 가공이 이루어지며, 이는 상술한 개별금형(11)의 함몰부 부분이 된다.

도 10을 참조하면, 상술한 코일 어셈블리(20)와 제1 개별금형(11)을 사용하여 피가공물(40)을 가공할 때에는, 도시된 바와 같이 제1 개별금형(11) 외측에 피가공물(40)을 삽입하고, 피가공물(40) 외측에 코일 어셈블리(20)를 삽입하여 제1 개별금형(11)과 코일 어셈블리(20)가 서로 마주하도록 한다. 이때 피가공물(40) 상에서 제1 개별금형(11)과 대응하였을 때 변형이 주로 이루어져야 하는 부분은 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)의 분할 영역과 대응하는 영역인 반면, 제1 분할코일(22)과 제3 분할코일(24)의 분할 영역과 대응하는 영역에서는 그다지 변형이 이루어지지 않는다. 물론 제1 분할코일과 제3 분할코일에 대응하는 피가공물 영역에서도 환봉의 길이 방향으로 연신이 이루어져야 하는 점은 있지만, 이러한 연신은 제2 분할코일(23) 및 제4 분할코일(25)과 대응하는 피가공물 부분이 제1 개별금형(11)의 함몰부로 밀려 들어가 축경되는 소성 변형이 일어나면서 함께 이루어지게 된다. 제1 개별금형(11)으로 피가공물(40)을 가공할 때에는, 코일 어셈블리(20)의 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)에만 집중적으로 전력을 공급하여 자기장을 발생시킴으로써 전자기 성형을 할 수 있다. 이러한 전자기 성형에 의하면 피가공물은 제2 분할코일(23)과 제4 분할코일(25)에 대응하는 분할 영역에 형성된 제1 개별금형(11)의 함몰부 부분에서 축경되는 가공이 이루어진다.

앞서 도 10 에 도시된 환봉 형상의 피가공물(40)을 축경 가공하는 성형은, 금형(11)이 피가공물(40)과 일체로 성형되어야 하는 다른 부품일 때에도 적용 가능하며, 필요에 따라서는 금형(11) 없이도 이루어질 수 있다.

상술한 성형 장치 및 성형 방법 역시, 금형 세트에 구비되는 개별금형들에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이, 코일 어셈블리의 분할코일이 위치하는 분할 영역과 대응되는 위치에 각각 형성되어 있을 때 적용할 수 있다.

즉 개별금형들에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이 소정의 분할 영역 내에서 서로 다르게 배치되는 패턴을 가질 경우, 코일 어셈블리에 구비되는 각 분할코일들이 배치되는 영역이 상술한 분할 영역과 일치하도록 하면, 하나의 코일 어셈블리(20)만으로도 다양한 다른 형태를 가지는 개별금형(11, 12, 13)에 모두 적용 가능함은 물론, 원하는 분할 영역에만 전력을 공급하더라도 가공을 할 수 있게 되므로, 전자기 성형의 효율을 크게 높일 수 있다.

이때, 전력은, 성형이 이루어져야 하는 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일에만 공급될 수도 있고, 필요에 따라서는 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일의 주변 영역의 분할코일에도 공급될 수 있다. 또한 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일에 공급되는 전력의 세기와, 피가공물 부분에 대응하는 분할 코일의 주변 영역의 분할 코일에 공급되는 전력의 세기에 차등을 둘 수도 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 금형 세트
11,12,13: 개별금형
20: 코일 어셈블리
21: 분할 영역
22,23,24,25: 분할코일
30: 로테이터
40: 피가공물

Claims (5)

1. 가공하고자 하는 피가공물의 가공 후의 형상과 대응하는 형상의 개별금형을 포함하되, 서로 다른 가공 형상을 구비하는 개별금형을 복수 개 구비하는 금형 세트; 및
   가공하고자 하는 피가공물의 가공 전의 형태와 대응하는 형태의 코일 어셈블리;를 구비하는 전자기 성형 장치로서,
   상기 복수 개의 개별금형들 각각에 형성된 가공 형상의 함몰부와 돌출부의 영역이 소정의 분할 영역 내에서 개별금형들 간에 서로 다르게 배치되는 패턴을 가지고,
   상기 코일 어셈블리는 상기 개별금형들에 의해 규정되는 분할 영역과 대응하는 분할 영역마다 개별적으로 구비되는 복수 개의 분할코일을 포함하되, 상기 복수 개의 분할 영역에 각각 배치되는 분할코일들에 공급되는 전력은 분할 코일마다 독립적으로 공급되고,
   상기 복수 개의 분할코일은 환형의 형태를 가지되, 상기 코일 어셈블리 내에서 환형의 분할코일들 간의 중심축이 서로 일치하고,
   상기 금형 세트는, 회전 중심을 기준으로 동일 원주 상의 외측 단부에 그 원주 방향을 따라 서로 다른 가공 형상을 가지는 상기 복수 개의 개별금형들이 설치된 로테이터를 더 구비하여서,
   상기 로테이터를 회전시켜 상기 금형 세트 중 선택된 개별금형과 코일 어셈블리가 서로 마주하도록 하고, 상기 코일 어셈블리와 상기 선택된 개별금형 사이에 피가공물이 공급되어 상기 선택된 개별금형 상에 피가공물이 재치되고, 선택된 개별금형의 가공 형상에 대응하여 피가공물에서 성형이 이루어져야 하는 분할 영역에 대응하는 분할코일에 전원이 집중적으로 공급되어 가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 성형 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1의 전자기 성형 장치를 이용한 전자기 성형 방법으로서,
   금형 세트에 구비된 복수 개의 개별금형 중 가공하고자 하는 형상을 구비하는 개별금형을 선별하는 단계;
   상기 로테이터를 회전시켜 선별된 개별금형과 코일 어셈블리를 서로 마주하여 배치하는 단계;
   상기 선별된 개별금형에 피가공물을 재치하는 단계; 및
   선별된 개별금형 상에서 성형이 이루어져야 하는 피가공물의 분할 영역 부분에 대응하는 분할코일에 전원을 공급하여 성형을 실시하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 성형 방법.
   

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