KR101766262B1

KR101766262B1 - 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101766262B1
Application number: KR1020160074434A
Authority: KR
Inventors: 김정석
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-08-24

Abstract

본 발명은 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법에 관한 것으로; 자동차나 철도차량 등의 내장부품 및 차체 구조물 등과 같은 다양한 실제 구조물에 적용하기 위해 다양한 가변 형상의 다공질 격자 트러스 코어를 설정된 프로세스에 따라 자동화하여 제작할 수 있는 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치와 그와 같은 다공질 격자 트러스트 코어의 제작 방법을 제공한다.
본 발명은 상부금형 및 하부금형으로 이루어져 격자 트러스 시트를 가압 절곡하여 격자 트러스 코어를 가공하는 서로 다른 형상을 갖는 복수의 펀치와; 상기 복수의 펀치가 대기하는 대기공간과 상기 복수의 펀치 중에 어느 하나가 이동하여 격자 트러스 코어를 가공하는 성형공간이 형성되는 메인프레임과; 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하는 격자 트러스 시트 이송기와; 상기 복수의 펀치 중에 어느 하나를 상기 대기공간과 성형공간 사이로 이송하는 펀치 이송기와; 상기 성형공간의 상측에 구비되어 상기 격자 트러스 시트 이송기에 의해 이송된 하부금형의 상부로 이송된 격자 트러스 시트를 가압 절곡하도록 상기 성형공간으로 이동한 펀치의 상부금형을 승강시키는 펀치 리프팅기와; 상기 성형공간으로 공급되는 격자 트러스 시트에 서로 다른 형상의 격자 트러스 코어를 연속적으로 형성하도록 복수의 펀치를 선택적으로 이송시켜 다공질 격자 트러스 코어를 제작하도록 상기 펀치 이송기와 펀치 리프팅기 및 격자 트러스 시트 이송기의 구동을 제어하는 제어용 판넬;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법{Apparatus for automatic porous lattice truss core manufacturing and the method}

본 발명은 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 자동화를 통해 다양한 형상의 다공질 격자 트러스 코어를 제작하는 장치 및 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 다공질 격자 트러스 코어를 제작하기 위해서는 단일 형상의 금형을 통해 동일한 형상을 갖는 트러스 코어를 제작하게 된다.

이와 같은 격자 트러스 코어를 제작하는 장치의 일 예가 미국특허 US7963085호(참고문헌 1)에 제안된 바 있다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이 다공질 격자 트러스 코어 제작방법 중의 하나로 웨지(wedge)형태의 펀치를 이용하여 다공질 시트를 눌러서 원하는 형상의 격자 트러스 코어를 제작하는 장치와 이를 통해 제작된 다공질 격자 구조가 제안되어 있다.

그런데, 상기 참고문헌 1의 트러스 코어 제작 장치는 일정한 각도를 갖는 펀치(punch)와 이에 대응하는 다이(die)를 이용하여 동일한 한가지 형상의 격자 트러스 코어를 제작하게 된다.

따라서, 동일한 격자 트러스 시트상에서 서로 다른 형상을 갖는 가변형 격자 트러스 코어 제작은 어렵다.

한편, 다른 예로 미국공개특허 US20050202206호(참고문헌 2)가 제안된 바 있으며 이는 도 2에 도시된 바와 같다.

그런데 상기 참고문헌 2 역시 동일한 격자 트러스 시트상에서 서로 다른 형상을 갖는 가변형 격자 트러스 코어 제작을 위해서는 격자의 수만큼의 핀이 필요하게 되고 각 핀의 높이조절이 복잡한 단점이 있다.

참고문헌 1 : US7963085 참고문헌 2 : US20050202206 A1

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 실제 구조물에 적용하기 위해 다양한 가변 형상의 다공질 격자 트러스 코어를 자동화하여 제작할 수 있는 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 자동차나 철도차량 등의 내장부품 및 차체 구조물은 물론 다양한 산업분야에 적용성을 향상시키기 위해 다공질 격자 트러스 코어의 형상을 사용자 입력 및 선택에 따라 자동화로 제작할 수 있는 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

상부금형 및 하부금형으로 이루어져 격자 트러스 시트를 가압 절곡하여 격자 트러스 코어를 가공하는 서로 다른 형상을 갖는 복수의 펀치와; 상기 복수의 펀치가 대기하는 대기공간과 상기 복수의 펀치 중에 어느 하나가 이동하여 격자 트러스 코어를 가공하는 성형공간이 형성되는 메인프레임과; 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하는 격자 트러스 시트 이송기와; 상기 복수의 펀치 중에 어느 하나를 상기 대기공간과 성형공간 사이로 이송하는 펀치 이송기와; 상기 성형공간의 상측에 구비되어 상기 격자 트러스 시트 이송기에 의해 이송된 하부금형의 상부로 이송된 격자 트러스 시트를 가압 절곡하도록 상기 성형공간으로 이동한 펀치의 상부금형을 승강시키는 펀치 리프팅기와; 상기 성형공간으로 공급되는 격자 트러스 시트에 서로 다른 형상의 격자 트러스 코어를 연속적으로 형성하도록 복수의 펀치를 선택적으로 이송시켜 다공질 격자 트러스 코어를 제작하도록 상기 펀치 이송기와 펀치 리프팅기 및 격자 트러스 시트 이송기의 구동을 제어하는 제어용 판넬;로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치를 제공한다.

이때, 상기 메인프레임은 복수의 펀치가 대기하는 대기공간과, 선택된 하나의 펀치가 이동하여 격자 트러스 시트를 격자 트러스 코어로 가공하는 성형공간이 형성되고, 상기 대기공간 및 성형공간에는 상기 펀치 이송기가 상기 펀치를 일정한 궤도를 따라 이동하도록 안내하기 위한 펀치 이송홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 메인프레임의 상부 일측에는 상기 격자 트러스 시트 이송기가 수평으로 이동할 수 있도록 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 전후진시키는 X축 이송수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 격자 트러스 시트 이송기의 하부에는 고정핀이 돌출되며, 상기 메인프레임의 상부에는 X축 방향으로 상기 고정핀의 하부가 지지되는 이송기 이동홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펀치 이송기는 X축 방향으로 상기 베이스프레임의 내측 하부에 설치되는 X축용 리드스크류와, 상기 X축용 리드스크류를 회전시키는 X축용 모터와, 상기 X축용 리드스크류에 나사체결되는 너트부재와, 상기 X축용 너트부재에 고정되는 Y축용 모터와, 상기 Y축용 모터에 의해 회전하는 Y축용 리드스크류와, 상기 Y축용 리드스크류에 나사체결되며 상기 펀치를 이송시키는 이송부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 펀치의 하부금형 저면에 견인용 지지공이 형성되고, 상기 이송부재의 상부에는 Z축용 모터와, 상기 Z축용 모터의 회전축에 결합되는 피니언과, 상기 이송부재에 상하로 승강가능하게 구비되되 상기 피니언에 치합되는 렉이 일측에 길이방향으로 구비되어 상기 견인용 지지공에 체결되는 견인핀이 구비되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 펀치 리프팅기는 상기 메인프레임의 성형공간 상측에 이격 설치되는 상부프레임에 고정되어 상기 성형공간으로 하향하는 실린더로드를 Z축 방향으로 승강시키는 Z축용 실린더와, 상기 Z축용 실린더의 실린더로드 단부에는 상기 펀치의 상부금형가 탈부착되는 거치구로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 거치구는 상기 상부금형의 상부가 안착되는 안착홈이 형성되는 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은;

격자 트러스 코어 성형 조건 또는 펀치의 선택에 따라 펀치 이송기를 제어하여 메인프레임의 대기공간에 대기중이며 상부 금형과 하부금형으로 이루어지는 복수의 펀치중에 어느 하나를 선택하여 펀치를 펀치 리프팅기 아래의 성형공간으로 이송시키는 제1단계; 상기 펀치 리프팅기를 Z축 방향으로 하강하여 상기 선택된 펀치의 상부 금형을 체결한 후 Z축 방향으로 상승시키는 제2단계; 격자 트러스 시트 이송기를 구동하여 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하며, 상기 펀치 리프팅기를 제어하여 Z축 방향으로 상기 선택된 펀치의 상부 금형을 하강하며 격자 트러스 시트를 가압하여 격자 트러스 코어를 반복하여 형성하는 제3단계; 상기 제3공정 수행 후 상기 대기공간에 대기중인 펀치를 선택하기 위해 펀치 리트팅기를 제어하여 상기 상부 금형을 Z축 방향으로 상승시키고 상기 격자 트러스 시트가 펀치의 상부 및 하부금형 사이에서 벗어나도록 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 이동시키는 제4단계; 상기 펀치 리프팅기에서 상기 상부 금형을 분리시킨 후 상기 펀치 이송기를 제어하여 상기 금형을 하부 금형과 일체로 상기 대기공간의 원래 위치로 복귀시키는 제5단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 방법도 제공한다.

이때, 상기 제4단계는 상기 격자 트러스 시트가 펀치의 상부 및 하부금형 사이에서 벗어나도록 하기 위해 X축 이송수단을 제어하여 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 이동시키는 단계인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제5단계 후, 상기 펀치 이송기를 제어하여 메인프레임의 대기공간에 대기중인 다른 펀치들 중에 어느 하나를 새로 선택하여 펀치 리프팅기의 아래의 성형공간으로 이송시키는 제6단계; 상기 펀치 리프팅기를 Z축 방향으로 하강하여 상기 성형공간으로 이송된 새로 선택된 펀치의 상부 금형을 체결한 후 Z축 방향으로 상승시키는 제7단계; 상기 격자 트러스 시트가 펀치의 상부 및 하부금형 사이로 복귀하도록 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 이동시키는 제8단계; 및 격자 트러스 시트 이송기를 구동하여 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하며, 상기 펀치 리프팅기를 제어하여 Z축 방향으로 상기 새로 선택된 펀치의 상부 금형을 하강하며 격자 트러스 시트를 가압하여 격자 트러스 코어를 반복하여 형성하는 제9단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1단계에서 상기 격자 트러스 코어 성형 조건 또는 펀치의 선택은 작업자의 작업지시 입력에 따라 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 복수의 서로 다른 형상의 펀치를 자동화된 프로세스에 의해서 펀치의 교환과 정렬을 하면서 동일한 격자 트러스 시트내에서 다양한 형상의 다공질 격자 트러스 코어를 제작하므로 다공질 격자 트러스 코어의 제작 시간을 단축시킬 수 있음은 물론 제작되는 다공질 격자 트러스 코어의 정밀도도 향상시킬 수 있고, 복수의 규격화된 다공질 격자 트러스 코어를 제작할 수 있어 대량생산에 유리하다.

아울러, 본 발명에 의하면 위치별로 다른 하중을 받을 수 있는 다공질 격자 트러스 코어를 제작할 수 있어 동일한 내외장재 뿐만 아니라 차체 구조물의 제작에 유리하고, 격자 트러스 코어는 구부린 정도에 따라 강도와 강성이 변화하기 때문에 동일한 부품내에서도 격자 트러스 코어의 형상을 변화시켜 다양한 강도와 강성을 구현할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명에 따라 제작되는 다공질 격자 트러스 코어는 불필요한 질량을 제거한 최적의 형상을 가지면서 부품내에서 코어 형상의 변화에 따른 강도나 강성의 최적화를 통해 더욱더 경량화 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조되는 다공질 격자 트러스 코어는 기존 허니콤 코어와 달리 내부가 개방형 구조를 가지고 있어 내부의 공간을 다양한 용도로 활용할 수 있다.

특히, 단열재나 흡음재와 같은 재료를 다공질 격자 트러스 코어 내부에 삽입하여 차량의 단열성 및 방음성능을 향상시키거나, 전선과 통신케이블의 통로로도 활용가능하다.

따라서, 본 발명에 따라 제조되는 다공질 격자 트러스 코어는 다양한 용도로 격자 트러스 코어의 내부공간을 활용할 경우 위치별로 단열재나 흡음재의 량을 조절할 수 있고, 케이블의 직경별로 적절한 코어 형상을 설계할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 종래 트러스 코어 제작 장치의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 종래 트러스 코어 제작 장치의 다른 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치를 구성하는 펀치 이송기의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치에 의해 제작되는 다공질 격자 트러스 코어의 예들을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 13은 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 과정을 순차적으로 설명하기 위해 도시한 도면들이다.
도 14는 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 과정을 통해 제작되는 격자 트러스 코어의 일 예를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 과정을 통해 제작된 격자 트러스 코어를 샌드위치 구조로 형성한 예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치는 복수의 펀치(100), 메인프레임(200), 격자 트러스 시트 이송기(300), 펀치 리프팅기(400), 펀치 이송기(500), 제어용 판넬(600) 등으로 구성된다.

기존에는 기 가공된 격자 트러스 시트(1)를 일정한 각도를 갖는 쇄기형태의 펀치를 이용하여 절곡하여 동일한 형상의 격자 트러스 코어를 제작하였지만 도 5에 도시된 바와 같이 자동차나 철도차량 분야에 적용하기 위해서는 동일한 형상뿐만 아니라 동일한 격자 트러스 시트내에서도 형상이 변하는 다공질 격자 트러스 코어(10)의 제작이 필요하다. 이는 자동차나 철도차량의 경우 공기역학적 형상을 위해 곡면을 부여하거나, 하중을 받는 정도에 따라 격자 트러스 코어의 밀도를 변화시키는 것이 필요하기 때문이다.

이에 본 발명에서는 실제적인 적용을 위해 서로 다른 각도를 갖는 쇄기형태의 복수의 펀치(100)를 작업자가 제어용 판넬(600)을 통해 입력 및 선택하면 원하는 형상의 쇄기형태의 복수의 펀치(100)를 자동으로 선정하여 하나의 격자 트러스 시트(1)를 가공하여 서로 다른 형상의 격자 트러스 코어(11)가 연속적으로 형성되는 다공질 격자 트러스 코어(10)를 제작할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치는 한쌍의 상부금형(110) 및 하부금형(120)으로 이루어져 격자 트러스 시트(1)를 가압 절곡하여 격자 트러스 코어(11)를 가공하는 서로 다른 성형면을 갖는 복수의 펀치(100)와, 상기 복수의 펀치(100)가 대기하는 대기공간(202)과 상기 복수의 펀치(100) 중에 어느 하나가 이동하여 격자 트러스 코어(11)를 가공하는 성형공간(204)이 형성되는 메인프레임(200)과, 상기 성형공간(204)으로 격자 트러스 시트(1)를 이송하는 격자 트러스 시트 이송기(300)와, 상기 복수의 펀치(100) 중에 어느 하나를 상기 대기공간(202)과 성형공간(204) 사이로 이송하는 펀치 이송기(500)와, 상기 성형공간(204)의 상측에 구비되어 상기 격자 트러스 시트 이송기(300)에 의해 이송된 하부금형(120)의 상부로 이송된 격자 트러스 시트(1)를 가압 절곡하도록 상기 성형공간(204)으로 이동한 펀치(100)의 상부금형(110)을 승강시키는 펀치 리프팅기(400)와, 상기 펀치 이송기(500)와 펀치 리프팅기(400) 및 격자 트러스 시트 이송기(300)의 구동을 제어하는 제어용 판넬(600)로 구성된다.

이하 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 복수의 펀치(100)는 성형면이 쐐기 형상을 갖는 것으로, 복수의 펀치(100)들은 서로 다른 각도의 쐐기 형태로 이루어지며, 각각의 펀치(100)는 상기 한쌍의 상부금형(110) 및 하부금형(120)으로 이루어진다.

이때, 상기 상부금형(110)은 하부에 절곡돌부(112)가 형성되고, 상기 하부금형(120)은 상기 절곡돌부(112)의 형상에 대응되는 절곡홈부(122)가 형성된다.

이와 같은 펀치(100)는 메인프레임(200)의 상부에서 X,Y축 방향으로 이동이 가능하게 구비되어 대기공간(202)과 성형공간(204)을 이동할 수 있도록 구비된다.

한편, 상기 메인프레임(200)은 복수의 펀치(100)가 대기하는 대기공간(202)과, 선택된 하나의 펀치(100)가 이동하여 격자 트러스 시트(1)를 격자 트러스 코어(11)로 가공하는 성형공간(204)이 형성된다.

이때, 상기 대기공간(202) 및 성형공간(204)에는 펀치(100)를 일정한 궤도를 따라 이동하도록 안내하기 위한 펀치 이송홈(206)이 형성된다.

그리고, 상기 메인프레임(200)의 상부에는 상기 성형공간(204)으로 격자 트러스 시트(1)를 이송하는 격자 트러스 시트 이송기(300)가 설치된다.

이때, 상기 격자 트러스 시트 이송기(300)는 양단에 공지의 벨트컨베이어를 사용할 수 있으며, Y축 방향으로 격자 트러스 시트(1)를 상기 성형공간(204)으로 이송시킨다.

이와 같은 격자 트러스 시트 이송기(300)의 하부에는 고정핀(302)이 돌출되며, 상기 메인프레임(200)의 상부에는 X축 방향으로 상기 고정핀(302)의 하부가 지지되는 이송기 이동홈(206)이 형성되어, 상기 격자 트러스 시트 이송기(300)가 X축 방향으로 수평 이동이 가능하다. 이 경우 상기 격자 트러스 시트 이송기(300)가 수평으로 이동할 수 있도록 상기 메인프레임(200)의 상부 일측에는 상기 격자 트러스 시트 이송기(300)를 X축 방향으로 전후진시킬 수 있도록 X축 이송수단(310)이 구비된다.

이때, 상기 X축 이송수단(310)은 일 예로 도 4에 도시된 바와 같이 상기 메인프레임(200)의 상부 일측에 고정되는 실린더 바디(311)와, 상기 격자 트러스 시트 이송기(300)에 단부가 고정되어 X축 방향으로 전후진하는 실린더 로드(312)로 구성되는 유압실린더로 구성된다.

물론, 상기 X축 이송수단(310)은 렉과 피니언 및 모터로 구성됨도 가능하며 모두 동일한 기술범주에 속하는 것이고, 다양하게 변형 실시가 가능하다.

한편, 상기 펀치 이송기(500)는 상기 복수의 펀치(100) 중에 어느 하나를 상기 대기공간(202)과 성형공간(204) 사이로 이송시키는 기능을 수행하는 것으로, 일 예로 도 4에 도시된 바와 같은 X축 방향으로 메인프레임(200)의 내측 하부에 설치되는 X축용 리드스크류(501)와, 상기 X축용 리드스크류(501)를 회전시키는 X축용 모터(502)와, 상기 X축용 리드스크류(501)에 나사체결되는 너트부재(503)와, 상기 너트부재(503)에 고정되는 Y축용 모터(504)와, 상기 Y축용 모터(504)에 의해 회전하는 Y축용 리드스크류(505)와, 상기 Y축용 리드스크류(505)에 나사체결되며 상기 펀치(100)를 이송시키는 이송부재(506)로 구성된다.

물론, 상기 메인프레임(200)에는 상기 X축용 리드스크류(501)와 이격되게 X축용 가이드축(507)이 구비되어 Y축용 리드스크류(505)의 단부가 지지되는 가이드브라켓(509)를 지지함이 바람직하며, 이와 같은 펀치 이송기(500)는 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 이송부재(506)의 상부에는 Z축용 모터(508)와, 상기 Z축용 모터(508)의 축에 결합되는 피니언(509)과, 상기 이송부재(506)에서 상하로 승강가능하게 구비되되 상기 피니언(509)에 치합되는 렉(510a)이 일측에 길이방향으로 구비되는 견인핀(510)이 구비된다. 이와 같은 견인핀(510)은 상기 메인프레임(200)의 펀치 이송홈(206)을 통해 상하로 승강하며 상승시 상기 펀치(100)의 하부금형(120) 저면에 형성된 견인용 지지공(미도시)에 체결된다.

즉, 상기 펀치 이송기(500)는 제어용 판넬(600)의 제어신호에 따라 X,Y축용 모터(502,504)를 구동시켜 대기공간(202)과 성형공간(204) 사이에서 이송부재(506)를 이송시킨 상태에서, Z축용 모터(508)를 구동시켜 이송부재(510)의 견인핀(510)이 상승하여 상기 펀치(100)의 하부금형(120) 저면에 형성된 견인핀 지지공에 체결된 상태를 유지하며, 이 같은 상태에서 X,Y축용 모터(502,504)를 구동시켜 해당 펀치(100)를 대기공간(202)에서 성형공간(204)으로 이송시키거나 성형공간(204)에서 대기공간(202)으로 이송시키게 된다. 이와 같은 펀치 이송기(500)는 상기 구성 이외에도 다양하게 변형이 가능하다.

그리고, 상기 펀치 리프팅기(400)는 상기 메인프레임(200)의 성형공간(204) 상측에 이격 설치되는 상부프레임(210)에 고정되어 상기 성형공간(204)으로 하향하는 실린더로드(412)를 Z축 방향으로 승강시키는 Z축용 실린더(410)와, 상기 Z축용 실린더(410)의 실린더로드(412)의 단부에는 상기 펀치(100)의 상부금형(110)이 탈부착되는 거치구(420)로 구성된다.

이때, 상기 거치구(420)는 상기 상부금형(110)의 상부가 안착되는 안착홈이 형성되는 전자석으로 이루어져 상기 상부금형(110)을 부착하고자 하는 경우에는 전원을 투입하여 자화시켜 금속재로 이루어지는 상부금형(110)이 부착되도록 한다. 이에 따라 상기 상부금형(110)은 자력에 반응하는 금속재로 이루어지며, 상기 하부금형은 비철금속재로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면 상기 펀치 리프팅기(400)의 하부에 위치하는 성형공간(204)으로 펀치(100)가 이동하면 상기 거치구(420)를 하강시켜 안착홈에 상부금형(110)의 상부가 삽압 안착되면 상기 전자석을 구동하여 거치구(420)에 일체로 상기 상부금형(110)이 고정되고, 그 상태에서 상기 Z축용 실린더(410)를 구동시켜 상기 상부금형(120)을 승강시키면서 상기 성형공간(204)으로 이송되어 하부금형(120)의 상부에 위치하는 격자 트러스 시트(1)를 가압하여 격자 트러스 코어를 제작한다.

이 경우 연속적으로 공급되는 격자 트러스 시트(1)를 가공하여 서로 다른 형상의 격자 트러스 코어가 연속적으로 형성되는 다공질 격자 트러스 코어(10)를 제작하기 위해 제어용 판넬(600)의 제어에 따라 설정된 간격으로 서로 다른 형태의 펀치(100)를 이송시켜 다공질 격자 트러스 코어(10)를 제작한다.

그리고, 상기 제어용 판넬(600)은 상기 펀치 이송기(500)와 펀치 리프팅기(400) 및 격자 트러스 시트 이송기(300)의 구동을 제어하기 위한 것으로, 작업자의 격자 트러스 코어 성형 조건 또는 펀치의 선택 입력에 따라 다공질 격자 트러스 코어(10)를 성형하도록 펀치 이송기(500)와 펀치 리프팅기(400) 및 격자 트러스 시트 이송기(300)를 선택적으로 제어한다. 이와 같은 제어용 판넬(600)은 별도의 키입력수단을 구비할 수 있지만, 터치스크린을 구비하여 작업자가 간단하게 조작할 수 있도록 함이 바람직하다.

이하, 도 6 내지 도 13을 참고로 본 발명에 따른 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 과정을 상세히 설명한다.

작업자가 원하는 형상의 다공질 격자 트러스 코어(10)를 제작하기 위해 제어용 판넬(600)에서 필요한 펀치(100)의 형상을 하나 또는 다수를 선택 입력하는 작업 지시에 따라 기 가공된 격자 트러스 시트(1)가 격자트러스 시트 이송기(300)에 의해 Y방향으로 이송되기 시작하고, 첫 번째로 선정된 펀치(100)는 대기공간(202)에서 성형공간(204)으로 이동하여 펀치 리프팅기(400) 아래에 위치하게 된다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 우선 제어용 판넬(600)의 펀치 이송기(500) 제어에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 펀치(100)를 구성하는 하부금형(120) 하부에 형성된 견인핀 지지공에 펀치 이송기(500)의 견인핀(510)이 삽입되어 펀치 이송기(500)가 이동하는 경우 상기 선택된 펀치(100)를 견인하여 이송시킨다.

이와 같이 펀치(100)와 펀치 이송기(500)가 상호 체결되면 선정된 펀치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 펀치 이송홈(206)을 따라 펀치 리프팅기(400) 아래로 이동하게 된다.

그리고, 펀치(100)가 펀치 리프팅기(400)의 아래 성형공간(204)에 위치하게 되면 도 8에 도시된 바와 같이 펀치 리프팅기(400)가 Z축 방향으로 하강하여 펀치(100)의 상부금형(110)을 들어 올리게 된다.

물론, 상기 펀치 리프팅기(400)의 거치구(420)는 전자석으로 이루어져 금속으로 제작된 상부금형(110)과 자유롭게 접착과 분리가 가능하다.

따라서, 펀치 리프팅기(400)의 거치구(420)가 하강하여 펀치(100)의 상부금형(110)에 접근하면 자동으로 상부금형(110)이 펀치 리프팅기(400)와 체결되게 된다. 이때, 하부금형(120)은 펀치 리프팅기(400) 아래에 지지된 상태를 유지한다.

이와 같은 상태에서 상기 상부금형(110)이 Z축 방향으로 상승하게 되면 격자 트러스 시트 이송기(300)를 통해 격자 트러스 시트(1)가 펀치(100)의 하부금형(120) 위로 이동하여 위치하게 된다.

이후, 도 9에 도시된 바와 같이 상부금형(110)이 하강하여 격자 트러스 시트(1)를 가압하며 원하는 형상의 격자 트러스 코어(11)를 생성하게 된다.

이러한 과정을 반복적으로 수행하게 되면 도 10에 도시된 바와 같은 형태의 격자 트러스 코어(11)를 제작할 수 있게 된다.

이후, 작업과정에서 다른 형상의 펀치(100')로 교환할 경우 동일한 격자 트러스 시트(1)상에서 서로 다른 형상을 갖는 격자 트러스 코어(11)를 쉽게 형성할 수 있다.

이 경우, 하나의 펀치(100)를 이용하여 일정한 형상의 격자 트러스 코어(11)를 제작하고 이를 완료한 이후, 다른 형상의 펀치(100')로 교환할 경우 도 11에 도시된 바와 같이 펀치 리트팅기(400)의 거치구(420)가 상부금형(110)을 Z축 방향으로 상승시키고, 도 12에 도시된 바와 같이 X축 이송수단(310)의 구동에 의해 격자 트러스 시트 이송기(300)가 이송기 이동홈(206)을 따라 X축 방향으로 이동하여 격자 트러스 시트(1)가 펀치(100)의 상부 및 하부금형(110,120) 사이에서 벗어나게 된다.

이와 같이 격자 트러스 시트 이송기(300)가 펀치(100)에서 벗어나면 도 13에 도시된 바와 같이 펀치 리프팅기(400)와 체결되어 있는 펀치(100)의 상부금형(110)을 전자석 구동 정지를 위해 전원투입을 정지함으로써 펀치 리프팅기(400)의 거치구(420)에서 분리시키며, 분리된 상부금형(110)은 하부금형(120)과 일체가 되어 펀치 이송홈(206)을 따라 대기공간(202)의 원래 위치로 복귀하게 되고, 펀치 이송기(500)의 구동에 의해 새로이 선정된 펀치(100')를 성형공간(204)으로 이동시켜 펀치 리프팅기(400)의 거치구(420)에 상부금형(110)을 체결한다.

물론, 이후 동일한 과정을 통해 펀치 리프링기(410)를 이용해 이전과 동일한 반복과정을 통해 동일한 격자 트러스 시트(1)에서 다른 형상의 격자 트러스 코어(11)를 연속적으로 형성하여 도 3에 도시된 바와 같은 다공질 격자 트러스 코어(10)를 제작할 수 있게 된다.

이상의 과정을 수행하면, 도 14에서와 같이 격자 트러스 시트(1)를 3차원 형상을 갖는 격자 트러스 코어(11)를 제작할 수 있다. 이러한 3차원 형상을 갖는 격자 트러스 코어(11)는 상하부에 탄소섬유 복합소재, 유리섬유 복합소재 등의 복합소재나 또는 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄 등의 금속재와 결합되어 도 15에 도시된 바와 같은 하나의 샌드위치 구조를 형성하게 된다.

본 발명을 통해 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄과 같은 금속으로 제작된 격자 트러스 시트로부터 격자 트러스 코어(11)가 제작 가능하다. 이렇게 상기 금속으로 제작된 격자 트러스 코어(11)는 경량화를 위해 접착용 테이프나 페이스트 형태의 접착제를 이용하여 상하부에 폴리머 형태의 탄소섬유 복합소재, 유리섬유 복합소재와 결합되어 하나의 샌드위치 구조를 형성하게 된다.

또한, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄와 같은 금속으로 구성된 상하부와 결합하기 위해서는 브레징이나 용접을 통해 결합된다. 이렇게 격자 트러스 코어와 복합소재 및 금속재 상하부를 갖는 샌드위치 구조는 철도차량의 내외장재 뿐만 아니라 차체 구조물에 적용 가능하다.

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 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 격자 트러스 시트 10: 다공질 격자 트러스 코어
11: 격자 트러스 코어 100: 펀치
110: 상부금형 120: 하부금형
200: 메인프레임 202: 대기공간
204: 성형공간 300: 격자 트러스 시트 이송기
400: 펀치 리프팅기 500: 펀치 이송기
600: 제어용 판넬

Claims

상부금형 및 하부금형으로 이루어져 격자 트러스 시트를 가압 절곡하여 격자 트러스 코어를 가공하는 서로 다른 형상을 갖는 복수의 펀치와; 상기 복수의 펀치가 대기하는 대기공간과 상기 복수의 펀치 중에 어느 하나가 이동하여 격자 트러스 코어를 가공하는 성형공간이 형성되는 메인프레임과; 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하는 격자 트러스 시트 이송기와; 상기 복수의 펀치 중에 어느 하나를 상기 대기공간과 성형공간 사이로 이송하는 펀치 이송기와; 상기 성형공간의 상측에 구비되어 상기 격자 트러스 시트 이송기에 의해 이송된 하부금형의 상부로 이송된 격자 트러스 시트를 가압 절곡하도록 상기 성형공간으로 이동한 펀치의 상부금형을 승강시키는 펀치 리프팅기와; 상기 성형공간으로 공급되는 격자 트러스 시트에 서로 다른 형상의 격자 트러스 코어를 연속적으로 형성하도록 복수의 펀치를 선택적으로 이송시켜 다공질 격자 트러스 코어를 제작하도록 상기 펀치 이송기와 펀치 리프팅기 및 격자 트러스 시트 이송기의 구동을 제어하는 제어용 판넬;로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 1항에 있어서,
상기 메인프레임은 복수의 펀치가 대기하는 대기공간과, 선택된 하나의 펀치가 이동하여 격자 트러스 시트를 격자 트러스 코어로 가공하는 성형공간이 형성되고, 상기 대기공간 및 성형공간에는 상기 펀치 이송기가 상기 펀치를 일정한 궤도를 따라 이동하도록 안내하기 위한 펀치 이송홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 1항에 있어서,
상기 메인프레임의 상부 일측에는 상기 격자 트러스 시트 이송기가 수평으로 이동할 수 있도록 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 전후진시키는 X축 이송수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 3항에 있어서,
상기 격자 트러스 시트 이송기의 하부에는 고정핀이 돌출되며, 상기 메인프레임의 상부에는 X축 방향으로 상기 고정핀의 하부가 지지되는 이송기 이동홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 1항에 있어서,
상기 펀치 이송기는 X축 방향으로 베이스프레임의 내측 하부에 설치되는 X축용 리드스크류와, 상기 X축용 리드스크류를 회전시키는 X축용 모터와, 상기 X축용 리드스크류에 나사체결되는 너트부재와, 상기 X축용 너트부재에 고정되는 Y축용 모터와, 상기 Y축용 모터에 의해 회전하는 Y축용 리드스크류와, 상기 Y축용 리드스크류에 나사체결되며 상기 펀치를 이송시키는 이송부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 5항에 있어서,
상기 펀치의 하부금형 저면에 견인용 지지공이 형성되고,
상기 이송부재의 상부에는 Z축용 모터와, 상기 Z축용 모터의 회전축에 결합되는 피니언과, 상기 이송부재에 상하로 승강가능하게 구비되되 상기 피니언에 치합되는 렉이 일측에 길이방향으로 구비되어 상기 견인용 지지공에 체결되는 견인핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 1항에 있어서,
상기 펀치 리프팅기는 상기 메인프레임의 성형공간 상측에 이격 설치되는 상부프레임에 고정되어 상기 성형공간으로 하향하는 실린더로드를 Z축 방향으로 승강시키는 Z축용 실린더와, 상기 Z축용 실린더의 실린더로드 단부에는 상기 펀치의 상부금형가 탈부착되는 거치구로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
제 7항에 있어서,
상기 거치구는 상기 상부금형의 상부가 안착되는 안착홈이 형성되는 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 장치.
격자 트러스 코어 성형 조건 또는 펀치의 선택에 따라 펀치 이송기를 제어하여 메인프레임의 대기공간에 대기중이며 상부 금형과 하부금형으로 이루어지는 복수의 펀치중에 어느 하나를 선택하여 펀치를 펀치 리프팅기 아래의 성형공간으로 이송시키는 제1단계;
상기 펀치 리프팅기를 Z축 방향으로 하강하여 상기 선택된 펀치의 상부 금형을 체결한 후 Z축 방향으로 상승시키는 제2단계;
격자 트러스 시트 이송기를 구동하여 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하며, 상기 펀치 리프팅기를 제어하여 Z축 방향으로 상기 선택된 펀치의 상부 금형을 하강하며 격자 트러스 시트를 가압하여 격자 트러스 코어를 반복하여 형성하는 제3단계;
상기 제3단계 수행 후 상기 대기공간에 대기중인 펀치를 선택하기 위해 펀치 리트팅기를 제어하여 상기 상부 금형을 Z축 방향으로 상승시키고 상기 격자 트러스 시트가 펀치의 상부 및 하부금형 사이에서 벗어나도록 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 이동시키는 제4단계;
상기 펀치 리프팅기에서 상기 상부 금형을 분리시킨 후 상기 펀치 이송기를 제어하여 상기 금형을 하부 금형과 일체로 상기 대기공간의 원래 위치로 복귀시키는 제5단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 방법.
제 9항에 있어서,
상기 제4단계는 상기 격자 트러스 시트가 펀치의 상부 및 하부금형 사이에서 벗어나도록 하기 위해 X축 이송수단을 제어하여 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 이동시키는 단계인 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 방법.
제 9항에 있어서,
상기 제5단계 후, 상기 펀치 이송기를 제어하여 메인프레임의 대기공간에 대기중인 다른 펀치들 중에 어느 하나를 새로 선택하여 펀치 리프팅기의 아래의 성형공간으로 이송시키는 제6단계;
상기 펀치 리프팅기를 Z축 방향으로 하강하여 상기 성형공간으로 이송된 새로 선택된 펀치의 상부 금형을 체결한 후 Z축 방향으로 상승시키는 제7단계;
상기 격자 트러스 시트가 펀치의 상부 및 하부금형 사이로 복귀하도록 상기 격자 트러스 시트 이송기를 X축 방향으로 이동시키는 제8단계; 및
상기 격자 트러스 시트 이송기를 구동하여 상기 성형공간으로 격자 트러스 시트를 이송하며, 상기 펀치 리프팅기를 제어하여 Z축 방향으로 상기 새로 선택된 펀치의 상부 금형을 하강하며 격자 트러스 시트를 가압하여 격자 트러스 코어를 반복하여 형성하는 제9단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 방법.
제 9항에 있어서,
상기 제1단계에서 상기 격자 트러스 코어 성형 조건 또는 펀치의 선택은 작업자의 작업지시 입력에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동화된 다공질 격자 트러스 코어 제작 방법.