KR101888358B1 - 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 피가공물을 배치하는 상하부에 관통공이 형성된 컨테이너, 상기 컨테이너의 상부에 배치되어 상기 컨테이너의 관통공으로 이동하는 하부금형 및 상기 컨테이너의 하부에 배치되는 하부금형을 이용하여 제품을 생산하는 방법으로서, 획득하고자 하는 제품의 형상 및 피가공물을 분석하는 형상분석 단계와, 분석된 제품의 형상 및 피가공물의 형상으로부터 맥동모션에 의한 가공구간을 선정하는 가공구간선정 단계와, 피가공대상물을 프레싱하여 가공하는 가공 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 가공영역을 구분하여 맥동가압을 실시함으로써 마찰로 인해 발생되는 과도한 성형하중을 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 금형과 단조기계의 손상을 방지하고, 스프링백현상을 최소화하여 제품생산시 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법{MANUFACTURING METHOD USING PULSE MOTION}

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 프레스를 이용하여 압출성형하는 것으로, 보다 구체적으로 맥동하중을 가하여 성형하중을 감소시켜 생산성을 증대시킬 수 있도록 하는 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법에 관한 것이다.

일반적으로 프레스를 이용한 제품생산은 부피성형가공(bulk deformation)과 판재성형가공(sheet forming process)로 분류되며, 부피성형가공은 주로 금형이 장착된 유압프레스(hydraulic press), 기계프레스(mechanical press), 나사프레스(screw press) 등의 단조기계를 이용하여 주로 이루어진다.

이러한 부피성형가공시 발생되는 문제는 주로 금형과 피가공대상물의 접촉면에서 피가공대상물의 재료가 외측으로 유동하는 반대방향으로 마찰력이 발생되므로 배럴링현상을 발생시키기도 하며, 탄성복원에 의한 스프링백 현상을 발생시키는 문제가 있으며, 피가공대상물에 가해지는 지속적인 하중에 의해 금형과 단조기계에 손상을 발생시키는 문제도 있다.

대한민국공개특허 10-2015-0079589 (공개일 2015. 7. 8.)

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 부피가공시 피가공대상물에 가해지는 하중을 감소시켜 배럴링현상을 감소시키고, 금형과 단조기계의 손상을 방지할 수 있도록 하고자 하며, 스프링백현상을 최소하하여 제품생산시 생산성을 높일 수 있도록 하고자 한다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 피가공물을 배치하는 상하부에 관통공이 형성된 컨테이너, 상기 컨테이너의 상부에 배치되어 상기 컨테이너의 관통공으로 이동하는 하부금형 및 상기 컨테이너의 하부에 배치되는 하부금형을 이용하여 제품을 생산하는 방법으로서, 획득하고자 하는 제품의 형상 및 피가공물을 분석하는 형상분석 단계와, 분석된 제품의 형상 및 피가공물의 형상으로부터 맥동모션에 의한 가공구간을 선정하는 가공구간선정 단계와, 피가공대상물을 프레싱하여 가공하는 가공 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법의 상기 형상분석 단계는 제품의 바닥면의 두께를 제외한 피가공물의 높이를 기준으로 바닥면까지의 거리의 70%의 높이에 해당되는 제1가공영역을 선정하고, 피가공물의 높이를 기준으로 바닥면까지 거리의 70% 이상의 높이에 해당되는 제2가공영역을 선정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법의 상기 제1가공영역에서의 프레싱은 일정한 속도로 펀치를 이동하여 이루어지며, 상기 제2가공영역에서의 맥동모션을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법의 상기 제2가공영역에서의 맥동모션은 바닥면 방향으로 펀치를 L₁ 만큼 이동시키고, 대향되는 방향으로 펀치를 L₂만큼 이동시키는 맥동가압단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 가공영역을 구분하여 맥동가압을 실시함으로써 마찰로 인해 발생되는 과도한 성형하중을 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 금형과 단조기계의 손상을 방지하고, 스프링백현상을 최소화하여 제품생산시 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 금형 및 하부금형의 일부 절개 사시도 및 프레스 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 장치를 이용하여 가공하는 피가공물의 일 실시예 및 그에 따른 가공물의 실시예의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법의 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 따른 금형의 이동모션과 비교예에 따른 금형의 이동모션이 도시된 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 금형의 이동모션에 따른 성형하중 그래프이다.

이하에서는 본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법에 관하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 금형 및 하부금형의 일부 절개 사시도 및 프레스 장치의 개념도이고, 도 2는 도 1의 장치를 이용하여 가공하는 피가공물의 일 실시예 및 그에 따른 가공물의 실시예의 단면도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법의 순서도이며, 도 4는 도 3에 도시된 실시예에 따른 금형의 이동모션과 비교예에 따른 금형의 이동모션이 도시된 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 금형의 이동모션에 따른 성형하중 그래프이다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법은 피가공물이 배치되는 컨테이너(10)의 상부와 하부에 상부 금형(100)과 하부 금형(200)을 배치하고, 상부 금형(100)을 이동시켜 제품을 생산하는 프레스 장치를 이용하는 것으로 상부 금형(100)의 하단 중앙에는 도 1의 확대도와 같이 보스성형홈(110)이 형성되어 제품의 내측 중앙에 보스를 형성한다.

본 발명은 이러한 피가공물 및 제품에 제한되는 것은 아니며, 도 1과 같이 상부 금형(100)과 하부 금형(200)을 이용하여 제품을 생산하는 공정에 전반에 미치는 것임을 미리 설명한다.

본 발명에 따른 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법을 도 2의 (a)에 도시된 피가공물(전체 반지름이 19.9mm이고, 높이가 7mm인, Al6061합금)에 적용하여 도 2의 (b)와 같은 제품(가장자리의 높이는 24.5mm, 반지름이 20mm, 가장자리를 구성하는 벽의 두께는 2.4mm, 바닥면의 두께는 1.52mm, 보스부의 높이는 6.5mm)을 생산하는 방법을 예로 들어 설명하면 먼저 제품의 형상을 분석하는 형상분석 단계(S1)을 통해 제품의 형상에 관한 분석을 진행하며, 분석된 제품의 형상으로부터 맥동모션에 의한 가공구간을 선정하는 가공구간선정 단계(S2)를 거쳐 맥동모션을 포함한 전체 가공공정을 설계하고, 피가공대상물을 프레싱하여 가공하는 가공 단계(S3)를 통해 이루어진다.

형상분석 단계(S1)는 도 2의 (a)에 도시된 피가공물 및 도 2의 (b)에 도시된 가공 후 제품의 형상을 분석하는 것으로, 분석시 피가공물과 가공 후 제품의 바닥면, 즉 프레싱 작업 후 바닥면으로 이루어질 부분의 위치, 제품 바닥면의 높이 및 제품의 바닥면 중 상부면과 피가공물의 높이를 비교하는 것으로, 본 실시예의 경우 제품의 바닥면의 두께가 1.52mm이므로 이를 제외한 피가공물의 전체 높이는 5.48mm로 분석된다.

분석된 피가공물의 전체 높이 중 맥동모션으로 가공할 가공영역을 선정하는 가공구간선정 단계(S2)를 통해 맥동모션으로 가공할 가공영역과 일정한 속도로 금형을 이동시켜 프레싱할 단계를 선정한 후 선정된 영역에 따라 피가공대상물을 프레싱하여 가공하는 가공 단계(S3)를 통해 제품을 생산한다.

형상분석 단계(S1)에서 선정된 가공영역은 프레싱 금형을 일정한 속도로 피가공물의 바닥면 방향으로 이동시키는 제1가공영역(R1)과 피가공물의 바닥면 방향으로 일정거리, 일정 속도로 이동하고, 대향되는 방향으로 이동시키는 제2가공영역(R2)으로 구분한다.

본 실시예의 경우 제1가공영역(R1)은 가공 후 제품의 바닥면의 두께(1.52mm)를 제외한 피가공물의 높이(5.48mm)를 기준으로 바닥면까지의 거리의 약 70%의 높이에 해당되는 제1가공영역(R1)(4.15mm)을 선정하고, 피가공물의 높이를 기준으로 바닥면까지 거리의 70% 이상의 높이에 해당되는 제2가공영역(R2)이 선정된다.

이렇게 선정된 가공영역은 중 제1가공영역(R1)은 일정한 속도로 펀치를 이동하여 피가공물을 가압하며 가공되고, 제2가공영역(R2)은 맥동모션을 이용하여 가공되는 가공 단계(S3)를 통해 가공되며, 맥동모션은 바닥면 방향으로 펀치를 L₁ 만큼 이동시키고, 대향되는 방향으로 펀치를 L₂만큼 이동시키는 맥동가압단계로 구성된다.

본 발명에 따른 효과를 입증하기 위하여 앞에서 살펴본 피가공물을 이용하여 제1가공영역(R1)과 제2가공영역(R2)을 서로 다르게 설정하여 비교실험하였으며, 이에 따른 가공영역을 도 4에서 표시하였다.

도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1가공영역(R1)과 제2가공영역(R2)을 설정하여 이루어진 펀치의 이동모션 그래프이며, 도 3의 (b) 내지 (d)는 도 3의 (a)와 비교하기 위하여 설정된 펀치의 이동모션 그래프이다.

본 발명의 따른 실시예는 도 4의 (a)와 같이 제1가공영역(R1)을 피가공물의 상단면으로부터 4.15mm까지로 설정하고, 제2가공영역(R2)를 4.15mm에서 가공후 제품의 바닥면의 두께 1.52mm)까지로 설정하여 수행하였다.

이와 비교하기 위하여 도 4의 (b)와 같이 제2가공영역(R2)를 피가공물의 상단면으로부터 피가공물의 바닥면 방향으로 2mm설정하고, 피가공물의 상단면으로부터 2mm부터 제품의 바닥면인 1.52mm까지 설정한 비교예2, 도 4의 (c)와 같이 제1가공영역(R1)을 피가공물의 상단부로부터 2mm까지와, 피가공물의 상단부로부터 4mm부터 바닥면의 두께인 1.52mm까지 2개의 제1가공영역(R1)을 설정하고, 그 사이에 제2가공영역(R2)를 설정한 비교예 2 및 전체적으로 제2가공영역(R2)을 설정한 비교예3의 가공 펀치의 이동모션을 나타내었다.

제2가공영역(R2)에서 펀치의 바닥면 방향으로 이동시 0.5mm(L1)을 이동하였으며, 대향되는 방향으로 0.05mm(L2)를 이동하였으며, 제1가공영역(R1)과 제2가공영역(R2)에서 펀치는 모두 250mm/s의 속도로 이동하였다.

이러한 과정을 통해 피가공물을 가공하는 경우 소성변형시 피가공물에 가해지는 소성하중은 도 5와 같이 비교예 1 및 2에서는 24.3ton을 나타내었으며, 비교에 4에서는 24.7ton을 타나내었다. 그러나 본 발명에 따른 실시예인 경우 22ton을 나타내고 있어, 소성하중의 감소 및 금형의 손상 등을 방지할 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 의해 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 변형 및 변환이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 명백할 것이다.

10 : 컨테이너
100 : 상부금형
110 : 보스형성홈
200 : 하부금형
S1 : 형상분석 단계
S2 : 가공구간 선정단계
S3 : 가공단계

Claims (4)

1. 피가공물을 배치하는 상하부에 관통공이 형성된 컨테이너(10), 상기 컨테이너(10)의 상부에 배치되어 상기 컨테이너(10)의 관통공으로 이동하는 하부금형(100) 및 상기 컨테이너(10)의 하부에 배치되는 하부금형(200)을 이용하여 제품을 생산하는 방법으로서,
   획득하고자 하는 제품의 형상과 피가공물의 형상을 분석하는 형상분석 단계(S1);
   분석된 제품 및 피가공물의 형상으로부터 맥동모션에 의한 가공구간을 선정하는 가공구간선정 단계(S2);
   피가공대상물을 프레싱하여 가공하는 가공 단계(S3);를 포함하고,
   상기 형상분석 단계(S1)는 제품의 바닥면의 두께를 제외한 피가공물의 높이를 기준으로 바닥면까지의 거리의 70%의 높이에 해당되는 제1가공영역(R1)을 선정하고, 피가공물의 높이를 기준으로 바닥면까지 거리의 70% 이상의 높이에 해당되는 제2가공영역(R2)을 선정하며,
   상기 가공 단계(S3)에서
   상기 제1가공영역(R1)에서의 프레싱은 일정한 속도로 펀치를 이동하여 이루어지며, 상기 제2가공영역(R2)에서의 맥동모션을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2가공영역(R2)에서의 맥동모션은 바닥면 방향으로 펀치를 L₁ 만큼 이동시키고, 대향되는 방향으로 펀치를 L₂만큼 이동시키는 맥동가압단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상하형 금형의 맥동모션을 이용한 제품 생산방법.
   
   
   

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