KR101775878B1 - 하이드로포밍용 피어싱 펀치 - Google Patents

Abstract

하이드로포밍용 피어싱 펀치가 개시되어 있다.
개시된 하이드로포밍용 피어싱 펀치의 펀칭부는 상부 금형의 하부로 출몰가능하게 설치되는 하이드로 포밍용 피어싱 펀치로서, 상기 피어싱 펀치의 펀칭부는 외경이 일정한 수직부와, 상기 수직부의 하부에 일체로 마련되며 하향으로 갈수록 그 외경이 점차 좁아지는 경사부로 이루어짐을 포함하며, 상기 경사부의 선단 내부에는 칩이 수집되는 칩 수집홈이 형성된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이드로포밍용 피어싱 펀치{Piercing punches for hydroforming}

본 발명은 하이드로포밍용 피어싱 펀치에 관한 것이다.

특히, 하이드로포밍에 의한 홀 가공시, 가공불량을 방지함과 아울러 피어싱 펀치의 리턴시 끼임 현상을 방지하여 피어싱 펀치의 수명연장에 기여되는 하이드로포밍용 피어싱 펀치에 관한 것이다.

일반적으로 하이드로 포밍(HYDRO-FORMING)은 상온(10℃~30℃)에서 액압(hydraulic pressure)을 이용하여 튜브재(관재)를 확관 성형하는 기계 판금의 특수 가공법 중의 하나로써, 자동차 산업 등에서 프론트 사이드 멤버류와 같이 크고작은 단품패널의 조합으로 이루어지는 프레스 생산품의 경량화 및 성형 원가의 절감에 효과가 크다.

상기한 바와 같은 하이드로 포밍(HYDRO-FORMING)에 적용되는 튜브재에 있어서도, 경량화를 위하여 최근 철계 소재를 대신하여 고강도의 알루미늄 합금이 많이 사용되며, 이러한 고강도의 알루미늄 합금의 경우, 상온에서의 성형성은 철계 소재에 비하여 떨어지나, 성형 전에 연화처리를 통하여 성형성을 확보한 후, 단계별 액압 성형을 이루며, 제품으로 성형된 후에는 강화열처리를 통하여 그 강성을 확보하고 있다.

이와 같은 하이드로 포밍 성형법은 도 1 및 2에서와 같이, 하이드로 포밍 장치의 하형(2) 상에 상기 튜브재(3)를 로딩하고, 상형(1)과 하형(2)이 합형된 상태에서, 상기 튜브재(3)의 양단에 각각 배치되는 축방향 공급장치에 의해 엑츄얼 펀치(4)가 상기 튜브재(3)의 양단을 향하여 진행되어 시일링(sealing)과 동시에, 축압(axial compress)을 가하여 금형의 합형 및 엑츄얼 펀치의 장착을 완료하게 된다.

이와 같은 상태로 상기 엑츄얼 펀치(4)는 자체 축압과 함께, 상기 튜브재(3) 내부로 액압을 공급하여 내부에서 상형(1)과 하형(2)에 각각 형성된 성형면을 따라 상기 튜브재(3)를 확관 성형시킴으로써, 액압 성형을 이루게 된다.

이후, 상기 확관부 상에 구멍을 천공하고자 할 경우에는, 상형에 설치된 피어싱 펀치(5)를 실린더(5a)에 의해 확관부를 관통하게 전진시켜서 피어싱 펀치(5)에 상응하는 구멍을 천공하게 된다.

그러나, 종래의 피어싱 펀치(5)는 도 3a, 3b에서와 같이, 펀치의 외형이 전체적으로 균일 직경의 원기둥 형상을 이루고 있어서 펀칭시, 구멍을 천공할 때 그 가장자리 부위가 내측으로 크게 변형되면서 피어싱 펀치()와 구멍 가장자리 사이에 틈새가 발생하게 되어 이를 통해 튜브재(3) 내의 액압유가 고압으로 분출되며, 분출되는 액압유의 압력에 의해 구멍을 찌그러뜨리거나 구멍의 치수변화가 발생하는 문제가 발생하게 된다.

그리고, 변화된 구멍의 형상 및 치수로 인해 피어싱 펀치(5)의 리턴시 구멍의 가장자리에 끼임현상이 발생하여 피어싱 펀치의 표면이 손상되므로 수명을 단축시키는 원인이 되고 있다.

선행문헌 1 : 등록특허공보 제10-0633707호(등록일:2006년 10월 4일)

본 발명의 목적은 하이드로포밍에 의한 홀 가공시, 가공불량을 방지함과 아울러 피어싱 펀치의 리턴시 끼임 현상을 방지하여 피어싱 펀치의 수명연장에 기여되는 하이드로포밍용 피어싱 펀치를 제공함에 있다.

본 발명운 상기한 목적에 따라, 상부 금형의 하부로 출몰가능하게 설치되는 하이드로 포밍용 피어싱 펀치로서, 상기 피어싱 펀치의 펀칭부는 외경이 일정한 수직부와, 상기 수직부의 하부에 일체로 마련되며 하향으로 갈수록 그 외경이 점차 좁아지는 경사부로 이루어짐을 포함하며, 상기 경사부의 선단 내부에는 칩이 수집되는 칩 수집홈이 형성된 것을 더 포함하는 하이드로포밍용 피어싱 펀치가 제공된다.

바람직하게, 상기 펀칭부의 상부에 실린더와 연결되는 고정체를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 펀칭부와 고정체는, 이들을 동시에 통하는 연결봉에 의해 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 연결봉의 선단에 마련되는 자성체를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 연결봉은 고정체 내에 마련되는 스프링에 의해 탄력지지될 수 있다.

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바람직하게, 상기 칩 수집홈의 내벽에 마련되는 자성체를 포함할 수 있다.

이상의 본 발명은 하이드로포밍에 의한 홀 가공시, 경사부에 의해 홀의 가장자리 팁이 경사부의 경사면을 따라 절곡되면서 튜브 내의 액압류가 분출되는 것을 차단하는 역할을 하므로써 구멍의 변형을 방지할 수 있고, 나아가 구멍의 치수정밀도를 높일 수 있다.

아울러, 경사부는 구멍 가공시 그 예리함에 의해 구멍 가공이 원활하여 가공성을 향상시킬 수 있다.

또한, 구멍의 변형을 방지함에 따라 펀치의 리턴시 구멍으로부터 원활하게 인출할 수 있고, 흠집 발생을 방지함으로써 수명연장에 기여된다.

도 1은 하이드로포밍을 설명하기 위한 도면으로, 포밍 전 상태도
도 2는 하이드로포밍을 설명하기 위한 도면으로, 포밍 후 상태도
도 3a,3b는 기존 피어싱 펀치의 구멍 가공시 문제점을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명에 따른 하이드로포밍용 피어싱 펀치의 설치상태 단면도
도 5는 본 발명에 따른 하이드로포밍용 피어싱 펀치의 펀칭상태 단면도
도 6은 도 5의 A부 확대도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

첨부된 도 4는 본 발명에 따른 하이드로포밍용 피어싱 펀치의 설치상태 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 하이드로포밍용 피어싱 펀치의 펀칭상태 단면도, 도 6은 도 5의 A부 확대도이다.

위의 도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명에 따른 하이드로포밍용 피어싱 펀치(100)는 상부 금형(1)의 하부에 출몰 가능하게 설치된 채, 튜브재(3) 상에 구멍을 천공하는 툴(tool)로서, 펀칭부(110)를 가지며, 상기 펀칭부(110)는 수직부(111)와 경사부(112)로 이루어진다.

상부에 위치하는 상기 수직부(111)는 직경이 일정한 원기둥 형상을 가지며, 경사부(112)는 상기 수직부(111)의 하부에 일체로 마련되며 하향으로 갈수록 그 외경이 전차적으로 좁아지는 쐐기 형태를 갖는다.

이러한 형태를 가짐에 따라, 구멍 가공 시, 경사부(112)가 튜브재(3)의 외주면을 뚫고 구멍을 형성하게 되는데, 이 과정에서 경사부(112)에 의해 구멍의 가장자리 팁이 경사부(112)의 경사면을 따라 절곡되면서 튜브재(3) 내의 액압류가 분출되는 것을 차단하는 역할을 하게 된다. 아울러 경사부(112)는 수직부(111)에 비해 각도상 예리한 모양을 가지고 있으므로 구멍 천공이 원활하게 이루지게 된다.

여기서, 상기 경사부(112)의 기울기는 1~2/100으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 기울기가 이보다 크면 가공성은 좋아지나 펀치의 선단강도가 취약해 질 수 있으며, 기울기가 이보다 작으면 기존 원기둥형 피어싱 펀치와 별반 다른 효과를 기대하기 어렵기 때문이다.

이와 같이 상기 경사부(112)에 의해 구멍이 천공된 이후에 상기 수직부(111)가 천공된 구멍에 진입하면서 완전한 구멍이 형성된다.

한편, 상기 경사부(112)의 선단 내부에는 구멍 절단시 발생되는 칩이 수용되는 칩 수집홈(112a)이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 칩 수집홈(112a)의 내벽에는 수집된 칩이 부착되는 자성체(113)가 마련될 수 있다. 이렇게 구멍 절단시 발생되는 칩은 칩 수집홈(112a)의 대부분으로 수집되어 자성체(113)에 부착되므로 칩의 혼입에 따른 결함을 미연에 예방할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 피어싱 펀치(100)는 상기 펀칭부(110)의 상부에 설치되는 고정체(120)를 더 포함할 수 있다. 고정체(120)는 펀칭부(110)의 몸체 역할을 하는 것으로, 상부금형(1)의 상측에 고정 설치되는 구동 실린더의 로드에 상부가 결합되고, 그 하부에는 상기 펀칭부(110)가 연결된다.

상기 고정체(120)와 펀칭부(110)의 축방향 중심부에는 연결홀(113,121)이 형성되고, 상기 연결홀(113,121) 내에는 연결봉(130)이 내재되어 고정체(120)와 펀칭부(110)를 연결하고 있다.

상기 고정체(120)는 펀칭부(110)가 손상되었을 때, 교환이 용이하도록 펀칭부(110)와 착탈이 용이하도록 결합되어 있다.

그리고, 상기 연결봉(130)은 상기 고정체(120)의 연결홀(121)에 내장되어 있는 스프링(131)에 의해 탄력지지될 수 있다. 이는 연결봉(130)의 선단(하단)으로 칩이 적층 수집됨에 따라 상부로 밀려나면서 칩 수집공간을 크게 확보하기 위한 구성이다.

또한, 상기 연결봉(130)의 선단에는 자성체(132)가 설치될 수 있다. 이는 앞서 펀칭부(110)에 마련되는 자성체와 마찬가지로 칩 수집홈(112a)으로 수집된 칩이 외부로 배출되지 않고 내부에 잔류해 있도록 하기 위한 구성이다.

이상의 본 발명은 하이드로포밍에 의한 홀 가공시, 경사부(112)에 의해 구멍의 가장자리 팁이 경사부(112)의 경사면을 따라 절곡되면서 튜브재(3) 내의 액압류가 분출되는 것을 차단하는 역할을 하므로써 구멍의 변형을 방지할 수 있고, 나아가 구멍의 치수정밀도를 높일 수 있으며, 구멍의 가공 정밀도를 높함에 따라 펀치의 리턴시 구멍으로부터 원활하게 인출할 수 있고, 흠집 발생을 방지함으로써 수명연장에 기여되는 유용한 발명이다.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 피어싱 펀치 111 : 수직부
112 : 경사부 120 : 고정체
130 : 연결봉 131 : 스프링
132 : 자성체

Claims (7)

1. 상부 금형의 하부로 출몰가능하게 설치되는 하이드로 포밍용 피어싱 펀치로서,
   상기 피어싱 펀치의 펀칭부는 외경이 일정한 수직부와, 상기 수직부의 하부에 일체로 마련되며 하향으로 갈수록 그 외경이 점차 좁아지는 경사부로 이루어짐을 포함하며,
   상기 경사부의 선단 내부에는 칩이 수집되는 칩 수집홈이 형성된 것을 더 포함하는 하이드로포밍용 피어싱 펀치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 펀칭부의 상부에 실린더와 연결되는 고정체를 더 포함하는 하이드로포밍용 피어싱 펀치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 펀칭부와 고정체는, 이들을 동시에 통하는 연결봉에 의해 연결된 하이드로포밍용 피어싱 펀치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 연결봉의 선단에 마련되는 자성체를 포함하는 하이드로포밍용 피어싱 펀치.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 연결봉은 고정체 내에 마련되는 스프링에 의해 탄력지지되는 하이드로포밍용 피어싱 펀치.
   
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 칩 수집홈의 내벽에 마련되는 자성체를 포함하는 하이드로포밍용 피어싱 펀치.

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