KR101833620B1 - 충격 압출 장치 및 이를 이용한 케이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

충격 압출 장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 충격 압출 장치는 캐비티 내에 슬러그가 배치된 다이 및 상기 슬러그에 충격을 가하여 횡단면이 직사각형인 케이스를 제조하는 펀치부를 포함하는 충격 압출 장치로서, 상기 펀치부는 상기 슬러그에 대향하는 바닥면의 장변 방향 양단부가 상기 슬러그의 장변 방향 양단부 측으로 돌출되도록 형성된다.

Description

충격 압출 장치 및 이를 이용한 케이스 제조 방법{Impact extrusion apparatus and method for manufacturing a case using the same}
본 발명은 충격 압출 장치에 관한 것이다.
최근, 이산화탄소로 인한 온난화 문제가 심각해지면서 고효율, 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 그중에서도 특히 리튬 이온 배터리를 사용한
전기자동차의 시장은 급격하게 성장하고 있는 실정이다. 시장 수요가 증가함에 따라 중대형 배터리를 더 저렴한 가격으로 생산하려는 노력이 계속 되고 있다.
배터리 케이스를 제조 방법으로는 대표적으로 충격 압출 공정이 있다. 충격 압출 공정은 다이에 안착된 소재를 펀치로 가압하여 펀치와 다이 사이의 틈새로 유동시킴으로써 컵 형상의 성형품을 만드는 공정이다. 충격압출 공정은 깊은 컵 형상의 성형품을 1~2회의 공정만으로 제조가 가능하기 때문에 딥드로잉에 비하여 생산성과 제조원가가 저렴한 장점을 지닌다.
다만, 충격 압출 공정은 위와 같은 장점에도 불구하고 이어링이 발생할 수 있는 단점이 존재한다. 이어링이란, 충격 압출 공정에 있어서, 생산품의 상단부에 발생하는 높이 불균일을 의미한다. 이는 장변부와 단변부의 금속유동의 차이에 따른 것으로, 금속유동의 차이는 제조품의 형상비가 증가 할수록 커진다. 또한, 장변부와 단변부의 마찰이 증가 할수록 장변부와 단변부가 이어지는 코너부의 금속유동이 더 심하게 제한되면서 장변부와 단변부의 금속유동의 차이가 발생한다.
본 발명의 일 실시예는 케이스를 제작함에 있어 이어링이 발생하지 않을 수 있는 충격 압출 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 캐비티 내에 슬러그가 배치된 다이 및 상기 슬러그에 충격을 가하여 횡단면이 직사각형인 케이스를 제조하는 펀치부를 포함하는 충격 압출 장치로서, 상기 펀치부는 상기 슬러그에 대향하는 바닥면의 장변 방향 양단부가 상기 슬러그의 장변 방향 양단부측으로 돌출되도록 형성되는, 충격 압출 장치가 제공된다.
이 때, 상기 펀치부의 상기 바닥면의 중심부에는 상기 펀치부의 내측 방향으로 오목한 홈이 형성될 수 있다. 이 때, 바닥면의 중심부에 형성된 오목한 홈은 케이스 바닥면 두께를 tb, 케이스 바닥 중심부의 높이를 tb'이라 할 때, 상기 바닥면에 형성된 홈의 깊이는 tb'-tb 이고, 상기 (tb'/tb)의 범위가 1초과 10 이하일 수 있다.
또한, 바닥면의 종단면으로 볼 때 상기 바닥면의 중심부 곡선과 양단부 곡선은 각각 접선 방향으로 연속적으로 연결되고, 각각의 곡선은 n차 포물선의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 펀치 바닥면에 형성된 홈의 깊이가 상기 슬러그에 의하여 형성되는 케이스의 횡단면의 단변 방향 길이에 대한 장변 방향 길이의 비율에 비례할 수 있다.
이 때, 상기 펀치부의 횡단면은 상기 펀치부의 장변 방향 중앙부로부터 양 단부측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 펀치부의 장변 방향 중심부로부터 상기 일측면에 대향하는 상기 다이의 일측면까지의 거리를 tL, 상기 펀치부의 장변 방향 양 단부로부터 상기 대향하는 다이의 일 측면까지의 거리를 tL'이라 할 때, tL/tL'의 범위가 1 초과 1.3 이하일 수 있다.
이 때, 상기 펀치부의 장변 방향 일측면으로부터 상기 일측면에 대향하는 상기 다이의 일측면까지의 거리는 상기 펀치부의 장변 방향으로 볼 때 중앙부가 양 단부보다 짧도록 형성될 수 있다.
상기 펀치부의 횡단면은 육각형상으로 이루어지며, 상기 펀치부의 장변 방향 양 측면 또는 그에 대향하는 상기 다이의 양 측면 중 어느 하나에 돌출 형성된 비드를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 비드는 상기 비드가 형성된 펀치 또는 다이의 측면으로부터 대향하는 펀치 또는 다이의 측면 방향으로 볼록하도록 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 비드는 상기 비드 중앙으로부터 상기 비드의 양 단부측으로 갈수록, 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 비드가 형성된 펀치 또는 다이의 측면으로부터의 상기 비드 중앙까지의 높이를 h라 하고, 펀치 장변 방향 측면부로부터 다이 장변 방향 측면부까지의 거리를 tL이라 할 때, h/tL 가 0 이상 0.3 미만의 범위에서 형성되는 비드를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 슬러그는 직육면체 형상의 알루미늄일 수 있다.
또한, 상기 케이스는 상기 충격 압출 장치를 이용하여 바닥부의 중앙부가 볼록한 1차 성형 케이스를 제작하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 제작된 1차 성형 케이스의 바닥부를 평탄화시켜 최종 성형 케이스를 제작하는 제 2 단계를 포함하는 공정으로 제작 될 수 있다.
이 때, 상기 제 2 단계는 상기 제 1 단계에서 제작된 상기 1 차 성형 케이스를 녹아웃 플레이트 및 아이어닝 다이에 배치시킨 후 아이어닝 펀치를 이용하여 상기 1차 성형 케이스를 펀칭함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 충격 압출 장치의 다이의 장변 방향 양 단부가 돌출 형성되어, 충격 압출 장치를 이용하여 압출되는 소재에서 금속유동이 먼저 발생되는 장변 방향 양 단부측의 초기 금속 유동을 억제 시킴으로써 장변 방향 중심부의 금속 유동 속도와 장변 방향 양 단부 측의 금속 유동 속도가 전체적으로 균일하게 됨으로써 케이스 제작시 이어링의 발생을 막을 수 있다.
또한, 장변 방향 중심부로 압출되는 금속 유동에 비드를 통한 마찰력을 부가하여, 장변 방향 중심부의 금속 유동 속도와 장변 방향 양 단부 측의 금속 유동 속도를 전체적으로 균일화하여 이어링의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 장변 방향 중심부에 비해 코너부의 압출량을 증가시켜 장변 중심부와 코너부의 압출량이 균일하도록 할 수 있다.
이를 통해, 이어링 문제를 해결하고 궁극적으로 성형된 케이스의 상단부가 균일한 높이로 성형되어 생산성이 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치를 이용하여 제작된 제 1 차 성형품의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 아이어닝 펀치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치를 이용하여 생산된 전지캔의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부의 사시도 이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부가 캐비티에 삽입된 상면도 이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치의 다이와 펀치부의 부분 단면도이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 각각 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치의 다이, 펀치부 및 비드의 단면도의 일 예이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치를 이용하여 제작된 제 1 차 성형품의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평탄화 장치의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 제 1 실시예를 이용하여 제작된 케이스의 사시도이다.
본 발명의 여러 실시예에 따른 충격 압출 장치를 이용하면 직사각형 케이스를 제조할 수 있다. 이 때, 직사각형 케이스의 단면을 기준으로 장변(L)과 단변(W)의 비율을 형상비(L/W)라 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치 및 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치를 이용한 충격 압출 공정 및 평탄화 공정을 상세히 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)는 캐비티(41)가 형성된 다이(40)와 캐비티(41) 상에 배치되는 슬러그(70) 및 슬러그(70)를 가압하기 위한 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 펀치부(10)를 포함할 수 있다.
다이(40)는 캐비티(41) 내에 배치된 슬러그(70)가 가압되어 변형될 때 제조되는 형상의 틀이 될 수 있다. 다이(40)는 일반적으로 평평한 지면에 배치될 수 있다. 다이(40)는 다이(40)의 상부면 상에, 제조하려는 직사각형 케이스(80)의 단면과 대응되는 형상비를 갖는 홈, 즉 캐비티(41)가 형성될 수 있다. 이 때, 캐비티(41)의 깊이는 제조하려는 케이스(80)의 높이에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로 케이스(80) 높이의 1/2 깊이로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한하는 것은 아니다.
슬러그(70)는 가압하여 소성변형이 이루어지는 금속일수 있으며, 일반적으로 배터리 케이스(80)를 제작하는 경우 알루미늄이 사용될 수 있다. 슬러그(70)는 직육면체 형상으로 이루어질 수 있으며, 다이(40)의 캐비티(41) 내 바닥면에 배치될 수 있다. 슬러그(70)의 형상비(L/W)는 제조하려는 케이스(80) 단면부의 형상비(L/W)와 대응되도록 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 펀치부(10)는 캐비티(41) 내에 배치된 슬러그(70)에 충격을 가하여 슬러그(70)를 소성 변형 시킬 수 있다. 직육면체 형태의 펀치부(10)는 상하 방향으로 이동 가능하도록 다이(40)의 상부에 배치되며 슬러그(70) 가압을 위해 하부로 이동시 캐비티(41) 내부에 삽입되도록 배치 될 수 있다.
이 때, 펀치부(10)는 캐비티(41) 내에 배치된 슬러그(70)에 대향하는 펀치 바닥면(12)과 펀치부(10) 단면의 장변 방향 측면부(13)와 펀치부(10) 단면의 단변(12b) 방향 측면부(14)를 포함한다.
이 때, 펀치 바닥면(12)은 제조하려는 케이스(80)의 단면의 형상비(L/W) 및 캐비티(41)의 형상비(L/W)와 대응될 수 있다. 다만, 펀치 바닥면(12)은 캐비티(41)의 바닥면의 넓이 보다 작게 형성 될 수 있는데, 이는 가압된 슬러그(70)의 유동이 상부로 향하도록 틈이 형성될 수 있기 때문이다. 펀치 바닥면(12) 넓이와 캐비티(41) 바닥면 넓이의 차이는 제조하려는 케이스(80)의 측면 두께에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 두꺼운 케이스(80)를 제조하는 경우 동일한 형상비(L/W)를 가지되, 캐비티(41)의 바닥면보다 더 작은 넓이를 가지는 펀치 바닥면(12)이 형성된 펀치부(10)를 이용할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 압출 장치는 펀치 바닥면(12)의 장변(12a) 방향 양단부가 캐비티(41) 내에 배치된 슬러그(70)의 장변 방향 양 단부측으로 하향 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한 펀치 바닥면(12)의 중심부에는 소정의 체적이 제거되도록 펀치부(10) 내측으로 오목한 홈(11)이 형성 될 수 있다.
이 때, 펀치 바닥면(12)의 홈(11)이 적절한 체적 및 적절한 형상으로 형성 된다면, 펀치 바닥면(12) 장변 방향 양 단부의 돌출부가 슬러그(70)와 먼저 접촉하므로써, 케이스 장변 중심부(83)보다 케이스 장변 방향 양 단부 및 케이스 단변 방향 측면부(82)측으로 슬러그가 우선 압출되어, 제조된 케이스의 장변 방향 측면부(81)와 단변 방향 측면부(82)의 높이가 균일하게 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치 바닥면을 포함하는 펀치부는 평탄한 바닥면을 가지는 펀치부에 비해 압출 초기 펀치의 중심축 정렬이 더 용이한 부수적 효과도 얻을 수 있다.
이 때, 홈(11)이 형성되어 제거되는 적절한 체적 제거량 및 형성된 홈(11)의 형태는 실험적으로 결정될 수 있다. 다만 후술하는 바와 같이 평탄화 공정이 더 추가로 실시되는 경우, 바닥 평탄화에 따른 케이스(80) 높이가 크게 변하지 않는 범위에서 체적 제거량 및 홈(11)의 형태를 결정할 수 있다.
이 때, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 바닥 중심부 홈 및 바닥 양 단부 측 돌출 형상은 펀치부의 이동 방향의 단면을 기준으로 폭방향 중심 위치에서의 단면의 홈 형상 프로파일이 n차 포물선으로 형성 될 수 있다.
이 때, 도 4를 참조하면 펀치부(10)에 의하여 압출된 1차 성형품(50)은 펀치부(10)의 바닥면(12)에 형성된 홈(11) 형상에 대응하도록 1차 성형품(50)의 바닥면에 돌출부(51)가 형성될 수 있다. 이 때, 1차 성형품의 바닥면에 형성된 돌출부(51) 두께를 tb'이라 하고 양 단부측 바닥면(52)의 두께를 tb라 할 수 있다. 여기서, 펀치 바닥면(12) 중심부에 형성된 홈(11)의 높이는 tb'-tb이다.
또한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격압출장치(1)에 있어서, 1차 성형품(50)의 양 단부측 바닥면 두께에 대한 1차 성형품(50) 바닥면 돌출부(51) 두께의 비율(tb'/tb)의 범위는 1 이상 10 이하로 결정될 수 있다.
이 때, tb'/tb의 비율이 1 보다 작은 경우, 펀치 바닥면 중심부에 돌출부가 형성되어 케이스 장변 중심부(83)측이 케이스 장변 방향 양 단부측보다 슬러그가 우선 압출되어 오히려 이어링이 심화될 수 있다.
이 때, tb'/tb의 비율이 10 보다 큰 경우, 더 높은 형상비의 케이스 제작시 이어링을 방지하는 효과를 얻을 수 있으나, 바닥 평탄화를 위한 후속 아이어닝 공정에도 불구하고 1차 성형품의 바닥면 돌출부(51)을 제거할 수 없다. 즉, 비례상수 10은 이어링을 방지하되, 바닥면이 평탄하게 형성될 수 있는 임계값이다.
이 범위 내에서, 슬러그(70) 압출시 마찰 및 제조하려는 케이스(80)의 형상비에 따라 tb' 및 tb가 결정될 수 있다.
만약 제조하려는 케이스(80)의 형상비가 1 이라면(즉, 장변과 단변의 길이가 같은 경우), tb'/tb는 1이 될 수 있다. 즉, 이어링 발생 우려가 없으므로 특별히 펀치 바닥면(12) 중심부에 홈(11)을 형성할 필요가 없기 때문이다.
이 때, tb'/tb는 형상비에 비례하고 슬러그(70) 압출 마찰에 비례한다. 즉, 형상비 또는 마찰이 증가할수록 tb'이 증가하게 되고 이는 펀치 바닥면(12) 중심부에 형성된 홈(11)의 깊이가 깊게 형성될 수 있다. 이를 통해 케이스(80) 장변 중심부(83)측에 비해 케이스 코너부(85)) 및 케이스 단변부(84) 측을 우선 압출하여 케이스(80) 이어링을 방지 할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치를 이용하여 케이스를 제작하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 소성 변형이 가능한 금속의 슬러그를 캐비티 상에 배치시킨다. 그 후 전술한 바와 같은 형태를 갖는 펀치부를 캐비티에 삽입되도록 다이 상부에 배치시키고, 하측 방향으로 이동시켜 슬러그를 가압시킨다.
이 때, 펀치부 측면과 다이의 틈을 통해 케이스의 바닥면 및 측면을 형성하는 슬러그가 압출되는데, 펀치부 바닥면 중심부에 홈이 형성되고 펀치부 장변 방향 양 단부측이 하향 돌출된 형상으로 이루어져 있으므로 펀치부는 슬러그 장변 방향 양 단부 측을 먼저 가압하게 된다.
이에 따라, 장변 방향 양 단부 측이 장변 방향 중심부 보다 슬러그의 압출이 먼저 시작된다.
그 후 장변 방향 양 단부가 가압되어 압출되는 것보다 늦게 장변 방향 중심부가 가압되어 압출되기 시작한다.
이 때, 장변 방향 중심부는 장변 방향 양 단부 측에 비해 압출시 슬러그에 대한 마찰이 적기 때문에 슬러그 압출 속도가 빠르다. 이와 같이 장변 방향 중심부에서의 압출 속도가 장변 방향 양 단부 측에 비하여 압출속도가 빠름에도 불구하고 본 발명의 일 실시예에서는 장변 방향 중심부보다 장변 방향 양 단부의 압출이 먼저 이루어지게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 펀치부를 이용하여 압출된 1차 성형품의 상단부의 높이는 장변 방향 중심부와 장변 방향 양 단부에서 거의 같은 높이로 균일하게 형성 될 수 있다. 이 때, 펀치부에 의하여 압출된 1차 성형품은 펀치부의 바닥면에 형성된 홈 형상에 대응하도록 1차 성형품의 바닥면에 돌출부가 형성되므로, 1차 성형품으로부터 이와 같은 돌출부를 제거하기 위하여 후속 공정이 필요하다.
이에 대하여 상세히 설명하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)를 이용하여 슬러그(70)에 충격 압출하는 경우 제작된 케이스는 이어링이 발생되지 않으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 다이의 바닥면에 형성된 홈 형태에 대응하도록 내측 바닥면(52)에 돌출부(51)가 형성될 수 있다. 이와 같이 1차적으로 형성된 케이스를 이하 제 1 차 성형품(50)이라 규정 한다. 도 4를 참조하면, 제 1 차 성형품(50)은 바닥면(52)의 내측이 상부로 돌출된 형태를 가지는바, 케이스로의 기능이 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 차 성형품(50)의 바닥면(52) 내측을 평탄화 하는 추가적인 공정이 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 차 성형품(50)의 바닥면(52) 내측 돌출부(51)를 평탄화 시키기 위하여 평탄화 장치(60)를 사용한다.
도 5를 참조하면, 평탄화 장치(60)는 아이어닝 펀치(61), 아이어닝 홀더(62), 아이어닝 다이(63), 녹 아웃 플레이트(64) 및 스프링을 포함 할 수 있다.
아이어닝 펀치(61)는 상하 방향으로 이동 가능 하도록 배치되며 아이어닝 다이(63) 내측으로 삽입 가능한 크기로 형성될 수 있다.
그리고 아이어닝 홀더(62)는 아이어닝 다이(63)의 상부에 배치되고, 아이어닝 다이(63)의 측면이 형성하는 홈보다 큰 홈을 형성하도록 배치되어, 아이어닝 홀더(62) 및 아이어닝 다이(63)가 단차(65)를 이룰 수 있다. 즉, 아이어닝 다이(63)는 아이어닝 홀더(62) 보다 내측으로 더 돌출될 수 있다.
이 때, 아이어닝 펀치(61)의 하부 측 이동시 아이어닝 홀더(62)의 측면이 형성하는 홈으로 제 1 차 성형품(50)이 관통될 수 있다.
이하, 제 1 차 성형품(50)의 평탄화 공정에 대해 상세히 설명한다.
제 1 차 성형품(50)의 바닥면(52) 내측으로 볼록하게 돌출된 부분(51)을 평탄화 시키기 위하여, 전술한 제 1 차 성형품(50)을 아이어닝 다이(63) 위에 배치시킨다. 이 때, 아이어닝 홀더(62)는 제 1 차 성형품(50)의 측면(53)을 가이딩 할 수 있다.
이후, 아이어닝 펀치(61)로 제 1 차 성형품(50)을 가압하면, 아이어닝 홀더(62)와 아이어닝 다이(63)에 의해 내측으로 형성된 단차(65)에 의해 제 1 차 성형품(50)의 바닥면(52) 테두리가 측면으로 만곡 될 수 있다.
그리고 아이어닝 펀치(61)가 하부 측으로 이동을 계속하여 가압하면 아이어닝 다이(63)의 측면이 형성하는 홈 내측 하부에 위치한 녹 아웃 플레이트(64)에 제 1 차 성형품(50)의 바닥면(52) 외측이 위치될 수 있다.
이 때, 제 1 차 성형품(50)의 바닥면(52) 외측이 녹 아웃 플레이트(64)에 의해 지지되면서, 아이어닝 펀치(61)가 돌출부(51)가 형성된 내측 바닥면(52)에 충격을 가해 제 1 차 성형품(50)의 내측 바닥면(52)이 평탄화 될 수 있다.
이에 따라 제 1 차 성형품(50)의 바닥면이 평탄화 되어 도 6에 도시된 바와 같은 최종적인 케이스가 완성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부의 사시도 이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치의 펀치부가 캐비티에 삽입된 상면도 이다.
도7 및 도 8을 참조하여 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)에 대하여 상세히 설명한다. 이 때, 제 1 실시예와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하고 제 1 실시예와 구별되는 구성을 중심으로 제 2 실시예를 설명한다. 다만, 제 1 및 제 2 실시예가 분리되어 실시될 것은 아니고, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충격 압출 장치에 후술하는 제 2 실시예가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)는 캐비티(41)가 형성된 다이(40)와 캐비티(41) 상에 배치되는 슬러그(70) 및 슬러그(70)를 가압하기 위한 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 펀치부(20)를 포함할 수 있다.
이 때, 펀치부(20)는 제 1 실시예에서의 직육면체 형상인 충격 압출 장치와 달리, 펀치 중앙부(22)와 펀치 날개부(21)를 포함하고, 전체적으로 육각기둥 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 전술한 대로 펀치부의 바닥면은 제 1 실시예에 따라 양 단부측이 돌출되거나, 바닥 중심부에 홈이 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 펀치부(20)는 펀치 중앙부(22)로부터 펀치 날개부(21)로 연장 될수록 그 폭이 좁아지며, 펀치 중앙부(22)로부터 대향하는 다이(40)의 장변 방향 측면부(41a)까지의 거리는 펀치 날개부(21)로 연장 될수록 증가될 수 있다.
이 때, 펀치 중앙부(22)로부터 대향하는 다이(40)의 장변 방향 측면부(41a)까지의 거리를 tL라 하고, 펀치 날개부(21)로부터 대향하는 다이(40)의 단변 방향 측면부(41b)까지의 거리를 tS라 할 수 있다. 이 때, tS는 제작 케이스(80)의 단변 방향 측면부(82)의 두께와 관련되고, tL는 제작 케이스(80)의 장변 방향 측면부(81)의 두께와 관련되는바, 이를 고려하여 펀치부(20) 디자인을 결정할 수 있다.
또한, 펀치 중앙부(22)로부터 펀치 날개부(21)로 연장되는 형상은 직선 또는 n차 포물선일 수 있으며, 포물선 또는 직선의 구체적인 파라미터는 실험적으로 결정될 수 있다. 구체적으로, 도 8을 참조하면, 펀치 날개부(21)는 대향하는 다이(40)의 일측면과 2차원의 이격이 형성될 수 있고, 제작 케이스(80)의 높이를 고려하면 펀치 날개부(21)가 형성되어 케이스(80) 코너부(85) 측으로 더 압출되는 슬러그(70) 양을 고려할 수 있다.
따라서, 직사각형 펀치부(20)를 포함하는 일반적인 충격 압출 장치(1)로 제작된 케이스(80)의 이어링 정도와 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펀치 날개부(21)에 따른 케이스(80) 코너부(85)측 슬러그(70) 압출량 증가와의 관계를 고려하여 펀치 날개부(21)의 형상에 관한 파라미터를 결정 할 수 있다.
또한, 제 1 실시예에 따른 펀치 바닥면을 포함 한다면, 펀치 바닥면의 형상에 따른 장변 방향 중심부 측 압출 억제 정도를 함께 고려 할 수 있다. 다만, 케이스(80)의 코너부(85) 측 두께가 균일하지 않을 수 있으므로 이를 종합적으로 고려하여 펀치 날개부(21) 형상의 파라미터를 결정해야 한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격압출장치(1)의 펀치부(20)가 다이(40)에 삽입된 것을 나타내는 도면이다. 이 때, 펀치 중앙부(22)와 다이 장변부가 이루는 거리를 tL이라 하고, 펀치 장변 방향 양 단부와 다이 장변 방향 측면부(41a)가 이루는 거리를 tL'이라 한다. 즉, tL'은 케이스 코너부(85)의 압출량 증가에 관련된 파라미터로 볼 수 있다. 이 때, 펀치 중앙부(22)와 다이 장변부가 이루는 거리에 대한 펀치 장변 양 단부와 다이 장변부가 이루는 거리의 비율(tL'/tL)은 1 초과 1.3 이하의 범위에서 결정될 수 있다.
이 때, tL'/tL이 1보다 작은 경우, 펀치 중앙부(22)보다 펀치 날개부(21)가 더 돌출되도록 형성되므로, 오히려 케이스 장변 중심부(83) 측 압출량이 더 증가하여 이어링이 심화되는 반대의 결과가 발생할 수 있다.
이 때, tL'/tL이 1.3 보다 큰 경우, 높은 형상비를 갖는 케이스 제작시 이어링을 방지하는 효과는 얻을 수 있으나, 후속 아이어닝 공정 진행 후, 케이스 장변 중심부(83)와 케이스 코너부(85)의 두께 편차가 발생할 수 있다. 즉, 비례상수 1.3은 이어링을 방지함과 동시에 케이스 두께를 균일하게 형성하기 위한 임계값으로 볼 수 있다.
이 때, tL'/tL은 형상비에 비례하고 슬러그(70) 압출 마찰에 비례한다. 즉, 형상비 또는 마찰이 증가할수록 tL'이 증가하게 되고 이는 케이스 코너부(85) 측 압출량을 증가 시킬 수 있다. 이를 통해 케이스(80) 이어링을 방지 할 수 있다.
이 때, 일반적인 충격 압출 장치(1)의 경우 펀치 중앙부(22)에 비해, 케이스(80) 코너부(85)의 압출량이 작아 이어링이 발생할 수 있으나, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)를 이용하는 경우, 펀치 날개부(21)와 대향하는 다이 측면부(41a, 41b)가 형성하는 케이스(80) 코너부(85) 측 공간으로 슬러그(70)의 압출량이 증가하여, 케이스(80) 장변 중심부(83) 및 케이스(80) 코너부(85) 측으로 압출되는 슬러그(70) 양의 차이가 감소하고, 이를 통해 케이스(80) 높이의 균일화를 도모할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치의 다이와 펀치부의 관계도이다. 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치의 비드가 형성된 다이 및 펀치부의 단면도이다.
이하, 도 10a 및 도 10b 를 참조하여 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치에 대하여 상세히 설명한다. 이 때, 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하고 제 1 및 제 2 실시예와 구별되는 구성을 중심으로 제 3 실시예를 설명한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치가 단독으로 실시 될 수 있지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펀치 바닥면을 포함하거나, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 육각 기둥 형태의 펀치부를 포함하는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치로도 실시 될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)는 캐비티(41)가 형성된 다이(40)와 캐비티(41) 상에 배치되는 슬러그(70) 및 슬러그(70)를 가압하기 위한 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 펀치부(30)를 포함할 수 있다.
이 때, 다이(40)는 장변 방향 측면부(41a) 및 단변 방향 측면부(41b)으로 이루어질 수 있다. 다이(40)의 장변 방향 측면부(41a)는 펀치부(30)의 장변(12a) 방향 측면부(13)과 대향하며, 다이(40)의 단변 방향 측면부(41b)는 펀치부(30)의 단변(12b) 방향 측면부(14)와 대향 할 수 있다.
이 때, 펀치부(30)에 의해 가압된 슬러그(70)가 상부 측으로 상승하도록 펀치부(30)와 다이(40)는 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 이격된 거리는 제작 케이스(80)의 두께에 따라 결정 될 수 있다.
도 10a를 참조하면, 케이스(80) 장변 측 슬러그(70) 유동에 마찰력을 부가시키기 위하여, 다이(40)의 장변 방향 측면부(41a)에는 대향하는 펀치 장변 방향 측면부(13) 방향으로 비드(44)가 돌출 될 수 있다.
또한, 펀치 장변 방향 측면부(13)에는 대향하는 다이의 장변 방향 측면부(41a) 방향으로 비드가 돌출 될 수 있다.
이 때, 압출되는 슬러그(70)의 유동을 완전히 막지 않기 위해, 펀치부(30)와 다이(40)간 이격된 거리 보다는 짧게 돌출될 수 있다.
구체적으로, 펀치 또는 다이에 형성된 비드는 펀치 또는 다이로부터 돌출 되도록 형성될 수 있다. 이 때, 돌출된 비드(31, 44)는 비드의 길이방향이 펀치부(30)의 이동방향에 수직되게 배치될 수 있다. 펀치(30) 또는 다이(40)로부터 돌출된 높이의 최대값을 h라 하고, 비드의 폭을 w라 할 수 있다. 이 때, 형성된 비드(44)의 높이(h) 및 폭(w)이 설계 파라미터로 정해 질 수 있다.
이 때, 비드의 구체적인 파라미터들은 케이스(80)의 형상비(L/W), 두께 및 케이스(80) 장변 방향 측면부(81)측 슬러그(70) 유동에 부가할 적절한 마찰을 고려하여 결정될 수 있다.
비드의 폭(w)는 비드 중앙부로부터 비드 양 단부측으로 연장될수록 연속적으로 좁아지게 형성될 수 있다. 이는 슬러그 압출시 케이스 장변 중심부(83)측 압출이 마찰이 작고 이로 인해 발생하는 이어링을 방지하기 위하여, 케이스 장변 중심부(83) 측으로 압출되는 슬러그에 가장 큰 마찰력을 부가하되 케이스 코너부(85) 측으로 연장될수록 그 마찰력을 줄일 필요가 있기 때문이다.
다시 도 9a 및 도 9b 를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격압출장치(1)의 펀치 또는 다이에 형성된 비드(31, 44)의 돌출 높이(h)를 결정할 수 있다.
구체적으로 펀치 장변 방향 측면부(13)와 다이 장변 방향 측면부(41a)의 거리를 tL이라 하고, 비드(31, 44)의 높이를 h라 한다.
이 때, 비드는 도 10c를 참조하면, 비드 양 단부와 중앙부의 높이가 다르게 형성되며, 비드 높이(h)는 비드 중앙부의 최대 높이를 의미한다. 즉, 비드 중앙부로부터 비드 양 단부로 연장될수록 그 높이가 연속적으로 낮아지게 형성되어 비드 양 단부의 높이는 0일 수 있다.
이 때, 비드가 형성되지 않은 펀치 또는 다이의 장변 방향 측면부(13, 41a)와 대향하는 펀치 또는 다이 장변 방향 측면부(13, 41a)의 거리에 대한 비드의 높이의 비율(h/tL)은 0.0 이상 0.3 미만의 범위에서 결정될 수 있다.
이 때, 제작하려는 케이스의 형상비가 1인 정육면체라면, h/tL 이 0 이고, 이는 비드가 펀치 또는 다이에 형성되지 않음을 의미한다.
이 때, h/tL이 0.3 보다 큰 경우, 다이 또는 펀치의 장변 방향 측면부(13, 41a)에 형성된 비드가 더 높게 형성되어, 더 높은 형상비의 케이스 제작시 이어링을 방지할 수 있다. 다만, 케이스 장변 방향 측면부(81)의 두께 균일화를 위한 후속공정으로서 아이어닝 공정시 케이스의 파단이 일어날 수 있다. 즉, 비례상수 0.3은 이어링을 방지함과 동시에 케이스 두께가 균일하게 형성될 수 있는 임계값이다.
또한, 형상비와 슬러그 압출시 케이스 장변 중심부(83)측에 부가할 마찰이 클수록, 비드의 높이(h)는 증가할 수 있고, 이는 펀치 및 다이에 형성된 비드에 공통되는 것이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 충격 압출 장치(1)는 다이(40)의 장변 방향 측면부(41a)에 비드(44)가 형성되어, 케이스(80) 장변 측으로 압출되는 슬러그(70)에 마찰력을 부가하여, 케이스(80) 장변 방향 측면부(81)측으로 압출되는 슬러그(70)의 압출 속도를 감소시켜, 케이스(80) 단변 방향 측면부(82)측으로 압출되는 슬러그(70)의 압출 속도와 균일하게 할 수 있다. 이를 통해, 케이스(80)의 장변 방향 일 측면(81) 및 단변 방향 일 측면(82)의 높이가 균일하게 형성되어 이어링이 발생되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 종래의 충격 압출 장치(1)를 이용한 케이스(80) 제작시, 케이스(80) 단변부(84) 측 슬러그(70) 압출 속도와 케이스(80) 장변 중앙부(83) 측 슬러그(70) 압출 속도 차이에 따라 발생 할 수 있는 이어링 문제를 해결 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 필요에 따라 각 실시예가 단독으로 본 발명을 구성 할 수 있음은 물론, 여러 실시예가 결합되어 본 발명을 구성 할 수 있음은 전술한 바와 같으며 모두 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다. 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당해 기술분야의 평균적인 기술자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
1 충격 압출 장치 81 케이스 장변 방향 측면부
10, 20, 30 펀치부 82 케이스 단변 방향 측면부
11 펀치 바닥면 홈 83 케이스 장변 중심부
12 펀치 바닥면 84 케이스 단변부
13 펀치 장변 방향 측면부 85 케이스 코너부
14 펀치 단변 방향 측면부 21 펀치 날개부
22 펀치 중앙부 31 펀치 비드
40 다이 41 캐비티
44 다이 비드 50 제 1 차 성형품
60 평탄화 장치 70 슬러그
80 케이스

Claims (16)

  1. 캐비티 내에 슬러그가 배치된 다이 및 상기 슬러그에 충격을 가하여 횡단면이 직사각형인 케이스를 제조하는 펀치부를 포함하는 충격 압출 장치로서,
    상기 펀치부는 상기 슬러그에 대향하는 바닥면의 장변 방향 양단부가 상기 슬러그의 장변 방향 양단부측으로 돌출되도록 형성되고,
    상기 펀치부의 상기 바닥면의 중심부에는 상기 펀치부의 내측 방향으로 오목한 홈이 형성되고,
    상기 바닥면의 종단면으로 볼 때 상기 바닥면의 중심부 곡선과 양단부 곡선은 각각 접선 방향으로 연속적으로 연결되고, 각각의 곡선은 n차 포물선의 형태를 갖도록 형성되는, 충격 압출 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 바닥면 두께를 tb, 상기 케이스 바닥 중심부의 높이를 tb'이라 할 때, 상기 바닥면에 형성된 홈의 깊이는 tb'-tb 이고, tb'/tb의 범위가 1초과 10 이하인 충격압출장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 펀치부의 바닥면에 형성된 홈의 깊이가 상기 슬러그에 의하여 형성되는 케이스의 횡단면의 단변 방향 길이에 대한 장변 방향 길이의 비율에 비례하여 형성되는 충격 압출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펀치부의 횡단면은 상기 펀치부의 장변 방향 중앙부로부터 양 단부측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 이루어지는, 충격 압출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 펀치부의 장변 방향 일측면으로부터 상기 일측면에 대향하는 상기 다이의 일측면까지의 거리는 상기 펀치부의 장변 방향으로 볼 때 중앙부가 양 단부보다 짧도록 형성되는, 충격 압출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 펀치부의 횡단면은 육각형상으로 이루어지는, 충격 압출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 펀치부의 장변 방향 중심부로부터 상기 일측면에 대향하는 상기 다이의 일측면까지의 거리를 tL, 상기 펀치부의 장변 방향 양 단부로부터 상기 대향하는 다이의 일 측면까지의 거리를 tL'이라 할 때, tL/tL'의 범위가 1 초과 1.3 이하인 충격 압출 장치
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 펀치부의 장변 방향 양 측면 또는 그에 대향하는 상기 다이의 양 측면 중 어느 하나에 돌출 형성된 비드를 더 포함하는 충격 압출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 비드는 상기 비드가 형성된 펀치 또는 다이의 측면으로부터 대향하는 펀치 또는 다이의 측면 방향으로 볼록하도록 이루어지는 충격 압출 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 비드는 상기 비드 중앙으로부터 상기 비드의 양 단부측으로 갈수록, 폭이 좁아지도록 형성되는 충격압출장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 비드가 형성된 펀치 또는 다이의 측면으로부터의 상기 비드 중앙까지의 높이를 h라 하고, 펀치 장변 방향 측면부로부터 다이 장변 방향 측면부까지의 거리를 tL이라 할 때, h/tL 가 0 이상 0.3 미만의 범위에서 형성되는 비드를 포함하는 충격 압출 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러그는 직육면체 형상의 알루미늄인, 충격 압출 장치.
  15. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 충격 압출 장치를 이용하여 바닥부의 중앙부가 볼록한 1차 성형품을 제작하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 제작된 1차 성형품의 바닥부를 평탄화시켜 최종 성형 케이스를 제작하는 제 2 단계를 포함하는 케이스 제작 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 2 단계는 상기 제 1 단계에서 제작된 상기 1 차 성형품을 녹아웃 플레이트 및 아이어닝 다이에 배치시킨 후 아이어닝 펀치를 이용하여 상기 1차 성형품을 펀칭함으로써 이루어지는, 케이스 제작 방법.

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