KR101842812B1

KR101842812B1 - 금속 판재 대상체의 성형 방법

Info

Publication number: KR101842812B1
Application number: KR1020167011228A
Authority: KR
Inventors: 마이클 울프; 오트마 레아; 디터 바이드만; 피터 쾨니히; 클라우스 라인뮐러
Original assignee: 알가이에르 베르케 게엠베하
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2018-03-27
Also published as: ES2641219T3; EP3052257A1; SI3052257T1; DK3052257T3; DE102013219819A1; WO2015044363A1; BR112016006959B1; BR112016006959A2; HRP20171358T1; PL3052257T3; JP2016532563A; CN105899307B; CN105899307A; ZA201600930B; CA2921109C; MX2016003487A; PT3052257T; RU2016111901A; CA2921109A1; LT3052257T

Abstract

본 발명은
프레싱 테이블, 수직 컬럼들 및 램을 구비한 프레스 프레임,
외부 다이와 내부 다이를 구비한 툴 탑 파트 및 펀치와 금속 판재 홀더를 구비한 대상체 베이스 파트,
두 개의 파트들에 할당된 적어도 하나의 드라이브를 포함하고, 상기 드라이브는
- 상기 프레싱 테이블 및/또는 상기 램에서 가압 방향으로 수직하게 슬라이딩될 수 있도록 배열되며 상기 각각의 툴 파트를 구동하는 복수의 볼트들
- 상기 가압 방향으로 개별화된 또는 그룹화된 볼트들를 구동하는 공압 또는 유압 서보 쿠션들
- 서보 모터에 의하여 구동되며 상기 서보 쿠션들을 로딩하는 서보 펌프)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 블랭크를 성형하는 장치에 관한 것이다.

Description

금속 판재 대상체의 성형 방법{DEVICE FOR FORMING A SHEET-METAL WORKPIECE}

본 발명은 스틸 또는 다른 금속과 같은 금속 대상체를 처리하는 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 금속 판재 블랭크인 대상체를 성형하는 장치와 관련된다.

대상체를 가공하는 가공 공정은 많은 공정들, 예를 들면 절단, 프레스, 인발(드로잉; drawing) 및 성형을 포함할 수 있다.

상기 대상체는 종종 포트 형상(pot-shape)의 구성을 가진다. 포트 형상의 구조는 베이스, 포트 벽, 인발 에지(drawn edge)를 포함한다. 상기 구조은 나선형 스프링의 단부를 수용하는 스프링 컵으로서 이용될 수 있다. 이들은, 여러 방식으로 특히 자동차 산업 분야에서 사용되고 있다.

고강도 스틸로 상기 스프링 컵들을 제조할 경우, 많은 문제가 있다. 실제로, 상기 컵들은 매우 높은 탄성 강도를 가진다. 이는, 얇은 두께로, 이에 따른 작은 무게의 스틸이 사용될 수 있는 이유이다. 하지만, 상기 스틸은 상대적으로 취성을 가지며, 크랙에 취약하다. 특히, 이는 높은 스트레스가 존재하는 전이 영역에서 발생할 수 있다. 크랙은 특히 포트 베이스 및 포트 벽 사이 또는 포트 베이스 및 인발 에지 사이의 전이 영역에서 발생한다.

독일등록특허 제DE 102 54 103 B3호는 성형 부재의 디프 드로잉(deep drawing; 심교)을 위한 디프 드로잉 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 블랭크를 클램핑하기 위한 고리형 클램핑 장치를 포함한다. 상기 클램핑 장치는 공간을 둘러싸며, 상기 공간 내에서 베이스 틀 및 벽 틀이 인출 방향으로 이동 가능하도록 구비된다. 상기 틀들은 서로 다른 속도를 가진다. 이로써, 더 우수한 성형 정밀도를 구현할 수 있다.

독일등록특허 제DE 27 27 174 C2호는 알루미늄 용기를 디프 드로잉하기 위한 방법 및 장치를 개시하고 있다. 여기서, 두 개의 구성 요소들, 즉 펀치 및 다이는 상호 상대적으로 이동한다. 여기서, 상방 이동 펀치의 속도가 하방 이동 다이의 속도보다 빠르다. 이로써, 더 큰 디프 드로잉비(deep drawing ratio)을 구현할 수 있다.

독일공개특허 제DE 10 2007 050 581 A1호는, 디프 드로잉 오목부가 형성할 때, 판재 두께 프로파일에 영향을 미치는 방법을 개시하고 있다. 이는, 대상체에 대한 복수 단계의 벤딩(디포밍; deforming) 및 재벤딩(리포밍; reforming)을 포함할 수 있다. 리포밍 공정에서, 펀치 및 다이의 상대 속도는 디포밍 공정에서의 펀치 및 다이의 상대 속도와 비교할 때 증가한다. 상기 디포밍 공정에서 펀치는 상기 리포밍 공정과 반대되는 이동을 수행한다. 상기 공정들 중 펀치의 속도는 서로 다르다.

국제공개특허 제WO 2006/000187 A1는 툴 베이스 파트 및 툴 탑 파트 사이의 금속 판재 유지력을 조절할 수 있는 프레스 성형을 개시하고 있다. 여기서, 상기 금속 판재 홀더에 압력을 인가하기 위하여, 선형 또는 회전 직류 드라이브를 포함하는 전기 구동 장치가 이용된다.

독일등록특허 제DE 10 2012 005 635 B3호는 금속 판재 블랭크를 형성하기 위한 장치 및 방법을 개시하고 있다. 하지만, 상기 장치는 공압 또는 유압 쿠션 또는 가압 볼트를 가지고 구동되는 것을 개시하고 있지 않다.

독일공개특허 제DE 10 2007 033 943 A1호는 대상체를 성형하기 위한 프레스를 기술하고 있다. 본 문헌은 가압시 대상체의 비정상적인 변형의 보상하기 위한 기술을 다루고 있다.

상기 성형 공정에서, 대상체의 크랙의 위험은 상술한 공지된 장치에 존재한다. 상기 크랙은 주로 더 큰 인발 깊이 뿐만 아니라 대상체의 에지 영역에서 발생한다.

적어도 하나의 인발 쿠션은, 변위 모드에서 인발 공정 중 가압 램(press ram)과 같은 속도로 이동하도록 선행기술에서 제공된다. 램 쿠션(ram cushion)은 작업이 진행하는 동안에서 램 스피드로 일정하게 변위할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 고강도 스틸이 이전보다 더 큰 인발 깊이를 가지면서 에지 영역에 크랙이 발생하지 않도록 성형될 수 있도록 장치, 공장, 방법 및 대상체를 고안하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 제1항에 따른 장치가 갖는 수단을 통하여 달성될 수 있다.

본 발명은 여러 가지 장점을 가진다.

- 다른 것이 아니, 인발 공정 자체가 제어될 수 있다.

- 청구항 제1항 발명의 구동은 개재된 기능부 없이 개별적인 툴 파트에 따라 구동될 수 있다. 예를 들면, 볼트와 같은 힘의 전달을 위하여 배타적으로 기능하는 파트가 여기서 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 간접 구동 또한 가능하다.

하나 또는 복수의 서보 유닛을 개재함에 따라, 상기 볼트는 급격하지 않고, 이전보다 부드럽게 로딩된다. 상기 로딩 공정 및 상기 대상체에 대한 볼트의 충격에 공지의 장치보다 더 큰 수 마이크로 초와 같은 일정 시간동안 영향을 받는다. 결과적으로, 크랙 위험이 상당히 감소하고, 고품질 및 고강도의 대상체가 제조된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 장치는, 내부 다이 및 외부 다이가 성형 공정에서 인발 방향으로 서로 다른 속도로 변위된다. 결과적으로, 금속 판재 홀더와 함께 요구되는 특정 드라이브가 상기 내부 다이 및 외부 다이에 할당되는 경우, 드라이브는 상기 성형 과정에서 인발 방향에서 서로 다른 속도로 상기 두 개의 다이들을 변위시킬 수 있다. 이하, "바리오템포 유닛"이라고 한다. 바리오템포 유닛을 갖는 프레스에 있어서, 상기 서브 유닛은 인발 방향, 즉, 램의 방향으로 프레스의 램보다 더 큰 속도로 이동한다.

복수의 바리오템포 유닛은 프레스의 충격 영역 상에 분포하도록 제공될 수 있다. 이는, 자동차의 머드 윙과 같은 대형 구조에서 매우 중요하다. 상기 구조에서, 성형 공정 동안이나, 동작 중 대상체에 인가되는 하중이 특별히 상당함에 따라, 성형중 대상체의 각 위치에 바리오템포 유닛을 구비하는 것이 추천될 수 있다.

바리오템포 유닛은 프레싱 테이블 또는 프레스 램 또는 이들 장치 모두에 위치할 수 있다.

상기 바리오템포 유닛은, 가압력을 면상에 분배시키는 플레이트에 해당하는 플로팅 플레이트 상에 또는 내에 배열될 수 있다.

바리오템포 유닛은 추후 현존하는 프레싱 설비에 장착될 수 있다.

본 발명은 도면들을 이용하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 체결된 서보 유닛을 갖는 프레스를 개략적으로 나타내며, 여기서, 서보 유닛은 프레싱 테이블에 위치한다.
도 2는 체결된 서보 유닛을 포함하는 프레스를 개략적으로 나타내며, 여기서 서보 유닛은 프레스의 램에 위치한다.
도 3은 서보 유닛을 나타내는 개략도이다.
도 4는, 서보 유닛이 생략된 상태에서 스트로크를 형성하는 제1 성형단계에서 기형성된 대상체와 함께 인발 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 성형 단계의 종료 직전의 대상체를 나타낸다.
도 6은 성형 공정의 종료 시점의 대상체를 나타낸다.
도 7 내지 도 12는 6개의 서로 다른 성형 단계에서 성형 공정을 나타낸다.

이 중에서도, 성형 장치는 프레싱 테이블(1), 램(3)과 함께 컬럼(2)을 포함한다. 상기 프레싱 테이블(1) 및 램(3) 사이에는, 대상체의 탑 파트 및 대상체의 베이스 파트를 각각 지지하는 다이 및 펀치(모두 미도시)가 구비된다.

서보 유닛은 유압 챔버의 형태인 두 개의 서보 쿠션들(4)을 포함하고, 이들 각각의 서보 쿠션들에는 하나의 서보 펌프(5) 및 하나의 서보 모터(6)이 구비된다. 볼트(7)는 상기 프레싱 테이블(1) 내에 배열된다. 상기 볼트는 각각의 서보 쿠션(4)에 의하여 로딩되며, 상기 볼트가 수직 방향으로 상방 및 하방으로 이동할 수 있다.

각각의 서보 쿠션(4)에는 서로 다른 수의 볼트(7)가 할당될 수 있다. 따라서, 각 볼트는 하나의 서보 쿠션에 할당될 수 있다. 하지만, 두 개 이상의 볼트를 하나의 서보 쿠션에 할당하는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 서보 유닛의 구동 미디움은 액체이다. 또한 공압 시스템도 적용될 수 있다.

도 2에 있어서, 서보 유닛이 램(3)에 위치한다. 펌프(5)만이 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 따른 본 두가지 실시예에 있어서, 서보 유닛은 프레싱 테이블 또는 볼트와 구조적으로 일체로 각각 형성될 수 있다.

도 3에서는 더욱 상세하게, 또한 개략적으로 서보 유닛이 도시되어 있다. 여기서, 서보 유닛이 펀치(8) 내에서 구성되어 있다. 상기 펀치 대신에 상기 서브 유닛은 다이 내에 구성될 수도 있다.

세 개의 서보 유닛(4)이 도시되어 있다. 각 서보 유닛은 두 개의 볼트(7)에 대하여 작동한다. 각 서보 챔버(4)에는 서보 모터(6)에 의하여 구동하는 서보 펌프(5)가 연결된다.

여기서, 하나의 서보 모터-펌프 세트는 각 서보 유닛(4)에 할당된다. 하지만, 복수의 서보 유닛(4)이 하나의 서보모터-펌프 세트에 의하여 구동될 수 있다. 여기서, 제어 밸브(미도시)는 각 서보 유닛(4)의 상부에 배열될 수 있다.

일반적으로, 성형 공정에서 압력의 조절은 서보 유닛의 제어와 연관된다.

도 4에 도시된 인발 장치는 펀치(8) 및 금속 판재 홀더(9)를 포함한다. 상기 펀치(8)은 콘 형상과 유사하다. 상기 펀치는 베이스 성형면(8.1) 및 벽 성형면(8.2)를 포함한다. 상기 서보 유닛 및 볼트를 포함하는 구성이 도 1 내지 도3에 도시되어 있으나, 도 4에는 도시되어 있지 않다. 하지만, 상기 구성은 도 4를 참고로 한 인발 장치에 구현될 수 있음이 이해될 수 있을 것이다.

상기 펀치(8)은 상기 금속 판재 홀더(9)에 의하여 둘러싸여 진다. 상기 금속 판재 홀더(9)는 지지면(9.1)을 포함한다. 상기 금속 판재 홀더(9)는 환형 형상을 가진다.

내부 다이(inner dye; 10)는 상기 펀치(8) 상부에 위치한다. 상기 다이는 대체로 원통형 타입을 가진다. 상기 다이는 외부 다이(outer dye; 11)에 의하여 둘러싸여진다. 상기 다이는 환형 형상을 가진다.

상기 내부 다이(10)은 내곡(in turn)에 베이스 형성면(10.1)을 가진다. 상기 외부 다이(11)는 환형 형상을 가진다. 상기 외부 다이(11)는 벽 형성면(11.1) 및 상기 금속 판재 홀더(9)의 지지면(9.1) 상에 대상체(12)의 인발 에지(12.3)를 클램핑하기 위한 클램핑 면(11.2)를 포함한다. 상기 대상체(12)는 원형판 형상의 블랭크로부터 형성된다. 상기 대상체(12)는 베이스(12.1), 벽(12.2) 및 상술한 인발 에지(12.3)를 포함한다.

인발 장치는 아래와 같이 구동된다. 먼저, 인발 장치가 개방되며, 즉, 외부 다이(11)의 클램핑 면(11.2)이 내부 다이(10)의 베이스 성형면(10.1)의 높이까지 대략적으로 위치한다. 상기 금속 판재 홀더(9)의 지지면(9.1)은 대상체(12)를 삽입할 수 있도록 충분하게 동일한 높이 이상으로 위치한다.

이 상태에서, 대상체(12)가 인발 장치 내부로 삽입되어 상기 지지면(9.1) 및 클램핑 면(11.2) 사이에 클램핑된다. 이제, 상기 인발 장치의 실제 구동 상태가 시작된다. 여기서, 내부 다이(10) 및 외부 다이(11)는 성형전 대상체(12) 및 금속 판재 홀더(9)와 함께 하방으로 이동한다. 여기서, 상술한 파트들(내부 다이(10), 외부 다이(11), 금속 판재 홀더(9) 및 성형전 대상체)가 동일한 속도를 갖는다.

본 발명에 따르면, 후속하는 상태에서 이 속도가 변경된다. 여기서, 내부 다이(10)는 외부 다이(11)를 추월한다.

또 다른 후속 상태에서, 외부 다이(11)가 내부 다이(10)가 추월한다.

이들의 반대의 경우도 있을 수 있다.

도 4에 도시된 인발 장치는 일련의 인발 스테이션들 중에서 단지 하나의 스테이션에 해당한다. 상기 스테이션들은 여기서 기술되어 있지 않다. 특히, 이들 스테이션들은 공장 시설 내에서 병렬로 연결될 수 있다.

여기서는, 오직 하나의 개별적인 인발 스테이션이 본 발명에 따라 구성, 즉, 성형 공정 중 한편으로 이너 다이(10) 및 다른 한편으로 외부 다이(9) 및 금속 판재 홀더(9)에 서로 다른 속도를 제공할 수 있는 드라이브가 구비될 수 있다.

서로 다른 인발 스테이션을 통한 성형 후, 대상체의 형상이 도 7 내지 도 12에 도시되어 있다.

본 발명의 장점은 아래와 같이 요약될 수 있다.

- 성형 공정이 최적의 방식으로 구동되어 고품질의 대상체를 만들 수 있다.

- 본 발명은 머드 윙과 같은 대규모의 대상체에 특별히 성공적으로 적용될 수 있다. 이는, 서로 다른 재질 로드에 따라 서로 다른 위치에서 다른 성형 공정에 응용될 수 있다. 복수의 바리오템포 유닛(Variotempo unit)이 이용되고 전체 대상체 영역에 걸쳐 위치할 경우, 상기 내부 다이 및 외부 다이에서의 속도비가 성형 공정에 따라 설정될 수 있다.

- 한편으로 볼트 이동 및 다른 한편으로 전체 프레스를 제어하는 기술이 간단한 방식으로 상호 응용됨으로써 전체적인 제어가 상대적으로 단순하게 구현될 수 있다.

- 본 시스템은 현존 시설에 구현될 수 있다.

1… 프레싱 테이블
2… 컬럼들
3… 램
4… 유압 챔버의 형태인 서보 유닛
5… 서보 펌프
6… 서보 모터
7… 볼트
8… 펀치
8.1… 베이스 형성면
8.2… 벽 형성면
9… 금속 판재 홀더
9.1… 지지면
10… 내부 다이
10.1… 베이스 형성면
11… 외부 다이
11.1… 벽 형성면
11.2… 클램핑 면
12… 대상체
12.1… 대상체 베이스
12.2… 대상체 벽
12.3… 인발 에지

Claims

프레싱 테이블(1), 수직 컬럼들(2) 및 램(3)을 구비한 프레스 프레임;
외부 다이(11)와 내부 다이(10)를 구비한 툴 탑 파트 및 펀치(8)와 금속 판재 홀더(9)를 구비한 툴 베이스 파트;
상기 두 개의 파트들에 할당된 적어도 하나의 드라이브를 포함하고, 상기 드라이브는 다음을 특징들을 갖고,
상기 드라이브는
- 상기 프레싱 테이블(1) 및/또는 상기 램(3) 내에서 가압 방향으로 수직하게 슬라이딩될 수 있도록 배열되며, 상기 툴 탑 파트 및 상기 툴 베이스 파트 각각을 구동하는 복수의 볼트들(7)
- 상기 가압 방향으로 개별화된 또는 그룹화된 볼트들(7)를 구동하는 공압 또는 유압 서보 쿠션들;
- 서보 모터(6)에 의하여 구동되며 상기 서보 쿠션들을 로딩하는 서보 펌프(5)를 포함하고,
상기 펀치(8)는 베이스 형성면(8.1) 및 벽 형성면(8.2)를 구비하고;
상기 펀치(8)를 감싸고 지지면(9.1)을 구비하는 환형 금속 판재 홀더(9);
베이스 형성면(10.1)을 구비하는 내부 다이(10);
벽 형성면(11.1) 및 상승하는 대상체(12)의 주변 표면을 그립핑하는 클램핑면(11.2)을 구비하는 외부 다이(11);
하나의 드라이브가, 한 편으로는 상기 내부 다이(10)에 할당되고 다른 한 편으로는 외부 다이(11) 및 금속 판재 홀더(9)에 할당되어, 인발 방향으로 서로 다른 속도로 상기 두 편들을 변위시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 하나의 서보 모터-펌프 세트가 하나의 유압 서보 쿠션에 할당된 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 하나의 서보 모터-펌프 세트는 하나 또는 복수의 유압 서보 쿠션들에 할당되며, 상기 서보 쿠션에 인가되는 압력 및/또는 미디움 양을 조절하기 위한 제어 밸브가 상기 서보 모터-펌프 세트에 할당되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 프레스의 제어 및 서보 유닛의 제어를 상호 조절함으로써 전체적인 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 복수의 내부 다이들이 서로 다른 위치에서 상기 대상체에 대하여 구동하는 것을 특징으로 하는 장치.
시작 시점에서, 두 개의 다이들이 동일한 속도로 동일한 방향으로 이동하며,
중간 상태에서, 상기 두 개의 다이들이, 동일한 방향으로 이동하지만 내부 다이가 외부 다이보다 더 큰 속도를 가지며,
최종 상태에서, 상기 외부 다이가 일정한 속도로 이동하는 동안 상기 내부 다이는 정지한 상태인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 구동하는 방법.
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