KR101913095B1

KR101913095B1 - 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치

Info

Publication number: KR101913095B1
Application number: KR1020160183993A
Authority: KR
Inventors: 임창용; 도상현
Original assignee: 주식회사 신영
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-10-31
Also published as: KR20180078818A

Abstract

본 발명에 따른 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치는 제1,2 히터카트리지들과, 펀치와, 다이, 및 블랭크 홀더를 포함한다. 제1,2 히터카트리지들은 전류 공급시 발열한다. 펀치는 상면에 제1 성형부가 형성되며, 제1 히터카트리지들이 삽입되는 한쪽 측면에 하측 가장자리를 따라 제1 인출 홈이 함몰 형성되어 제1 히터카트리지들의 각 인출 부위를 수용한다. 다이는 펀치의 상측에 배치되어 펀치와 형합 또는 형분리되는 것으로, 펀치와 형합시 펀치와의 사이에 적재되는 판재를 성형품으로 성형하도록 하면에 제2 성형부가 형성되며, 제2 히터카트리지들이 삽입되는 한쪽 측면에 상측 가장자리를 따라 제2 인출 홈이 함몰 형성되어 제2 히터카트리지들의 각 인출 부위를 수용한다. 블랭크 홀더는 펀치와 다이의 주변에 배치되며, 펀치와 다이의 형합시 상면에 얹어진 판재를 규제한다.

Description

드로우 타입의 온간 프레스 금형장치{Draw type warm press mold device}

본 발명은 차체 부품 등과 같은 부품을 성형하기 위한 금형장치에 관한 기술이다.

프레스 금형의 종류 중에는 드로우 타입의 금형과 폼 타입의 금형이 있다. 드로우 타입의 금형은 다이(die)와 펀치(punch) 및 블랭크 홀더(blank holder)를 포함하여 구성되며, 판재가 블랭크 홀더에 의해 규제된 상태에서 다이와 펀치에 의해 부품을 성형한다. 드로우 타입의 금형은 성형시 성형 깊이가 깊고 형상이 복잡한 부품에 적용된다.

폼 타입의 금형은 다이와 펀치를 포함하여 구성되며, 블랭크 홀더 없이 다이와 펀치에 의해 부품을 성형한다. 폼 타입의 금형은 성형시 판재의 두께 변화가 거의 없으며 성형 깊이가 낮은 부품에 적용된다. 폼 타입의 금형에 의한 성형시 부품에 주름이 발생할 수 있으나, 드로우 타입의 금형에 의한 성형시 판재가 블랭크 홀더에 규제되어 있기 때문에 주름이 발생하지 않는다.

한편, 종래의 자동차 산업에서는 강(Steel)의 사용빈도가 높았으나, 환경 및 연비에 대한 관심이 증대됨에 따라 차량의 경량화를 위한 신소재 적용이 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 비철금속인 마그네슘(Mg)을 적용한 차체 부품을 제조함으로써 자동차 차체 경량화를 확보하고자 하는 노력이 있어 왔다.

일반적으로, 마그네슘 판재는 상온 성형성이 열위하기 때문에, 기존의 냉간 성형공정으로 다양한 형상의 부품을 성형하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하고자, 판재를 가열하여 성형성을 높인 온간 상태에서 성형하는 온간 프레스 금형장치가 제안되고 있다. 예를 들어, 온간 프레스 금형장치는 다이와 펀치의 가열을 위해 다수의 히터카트리지들이 다이와 펀치 내에 삽입되어 장착된다. 히터카트리지들은 전기적으로 연결되며, 전류 공급시 발열하여 다이와 펀치를 가열하게 된다.

한편, 히터카트리지들은 전기 연결을 위해 다이와 펀치로부터 인출될 필요가 있다. 그런데, 온간 프레스 금형장치는 드로우 타입으로 구성될 경우, 펀치의 주변에 블랭크 홀더가 배치됨으로 인해, 히터카트리지들의 각 인출 부위와 블랭크 홀더 간에 간섭이 발생하는 구조적인 문제점이 있다. 따라서, 온간 프레스 금형장치는 폼 타입으로 주고 구성되고 있는바, 드로우 타입으로 성형해야 할 부품에 적용하는데 제한이 있다.

본 발명의 과제는 부품의 성형 품질을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 성형될 부품 형상에 제한을 받지 않고 성형할 수 있는 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치는 제1,2 히터카트리지들과, 펀치와, 다이, 및 블랭크 홀더를 포함한다. 제1,2 히터카트리지들은 전류 공급시 발열한다. 펀치는 상면에 제1 성형부가 형성되며, 제1 히터카트리지들이 삽입되는 한쪽 측면에 하측 가장자리를 따라 제1 인출 홈이 함몰 형성되어 제1 히터카트리지들의 각 인출 부위를 수용한다. 다이는 펀치의 상측에 배치되어 펀치와 형합 또는 형분리되는 것으로, 펀치와 형합시 펀치와의 사이에 적재되는 판재를 성형품으로 성형하도록 하면에 제2 성형부가 형성되며, 제2 히터카트리지들이 삽입되는 한쪽 측면에 상측 가장자리를 따라 제2 인출 홈이 함몰 형성되어 제2 히터카트리지들의 각 인출 부위를 수용한다. 블랭크 홀더는 펀치와 다이의 주변에 배치되며, 펀치와 다이의 형합시 상면에 얹어진 판재를 규제한다.

본 발명에 따른 온간 프레스 금형장치는 마그네슘 판재를 부품으로 온간 성형할 수 있으므로, 마그네슘 소재로 이루어진 부품의 성형 품질을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 온간 프레스 금형장치는 블랭크 홀더의 채용이 가능하여, 폼 타입의 온간 프레스 금형장치로도 성형할 수 없는 부품을 성형할 수 있으므로, 성형될 부품 형상에 제한을 받지 않고 성형할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 있어서, 펀치와 다이를 발췌하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 있어서, A 영역을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서, 펀치의 하측을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1에 있어서, B 영역을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치(100)는 제1 히터카트리지(110)들과, 제2 히터카트리지(120)들과, 펀치(130)와, 다이(140), 및 블랭크 홀더(150)를 포함한다.

제1,2 히터카트리지(110, 120)들은 전류 공급시 발열한다. 제1 히터카트리지(110)들은 펀치(130)에 장착되며, 전류 공급시 발열하여 펀치(130)를 가열한다. 제2 히터카트리지(120)들은 다이(140)에 장착되며, 전류 공급시 발열하여 다이(140)를 가열한다. 제1,2 히터카트리지(110, 120)들에 의해 가열된 펀치(130)와 다이(140)는 판재(10)를 사이에 두고 형합되면, 판재(10)가 펀치(130)와 다이(140)의 열로 인해 가열되어 부품으로 온간 성형될 수 있다. 여기서, 판재(10)는 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재의 판재로 이루어질 수 있다.

예컨대, 제1,2 히터카트리지(110, 120)는 관체와, 관체의 내부에 권취된 전열선, 및 전열선에 전류를 공급하기 위한 리드선들을 각각 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 리드선들은 외부 전원과 연결되어 전열선에 전류를 공급한다. 전열선은 관체 내에서 공급받은 전류에 의해 발열작용을 하여 관체로 열을 전달한다.

제1 히터카트리지(110)들은 펀치(130)에 각각 삽입되어 가로 놓일 수 있다. 제1 히터카트리지(110)들은 펀치(130)의 한쪽 측면에 형성된 삽입구들을 통해 각각 삽입될 수 있다. 제1 히터카트리지(110)들은 펀치(130)에 삽입된 상태에서 전기적인 연결을 위해 각각의 한쪽 단부가 인출된다.

제2 히터카트리지(120)들은 다이(140)에 각각 삽입되어 가로 놓일 수 있다. 제2 히터카트리지(120)들은 다이(140)의 한쪽 측면에 형성된 삽입구들을 통해 각각 삽입될 수 있다. 제2 히터카트리지(120)들은 다이(140)에 삽입된 상태에서 전기적인 연결을 위해 각각의 한쪽 단부가 인출된다. 제2 히터카트리지(120)들이 인출되는 다이(140)의 측면 방향은 제1 히터카트리지(110)들이 인출되는 펀치(130)의 측면 방향과 동일하게 설정된 것으로 예시되어 있으나, 이에 반드시 한정되지는 않는다. 제1,2 히터카트리지(110, 120)들은 판재(10)에 열이 고르게 전달될 수 있도록 나란한 형태로 배열되는 등 다양한 패턴으로 배열될 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 제1,2 히터카트리지(110, 120)들은 온도 제어부에 의해 제어될 수 있다. 그리고, 펀치(130) 및 다이(140)의 온도를 측정하기 위한 온도센서들이 마련될 수 있다. 온도센서는 적어도 하나 이상의 열전대(thermocouple)를 포함할 수 있다. 열전대들은 펀치(130)와 다이(140)에 각각 각각 삽입되어 장착될 수 있다. 온도센서는 열전대 이외의 다양한 온도센서로 이루어질 수 있음은 물론이다. 온도 제어부는 온도센서들로부터 측정된 온도를 제공받아서 판재를 설정 온도에서 부품을 온간 성형시키도록 제1,2 히터카트리지(110, 120)들을 제어한다.

펀치(130)는 다이(140)와의 사이에 부품으로 성형될 판재(10)를 공급받는다. 여기서, 판재(10)는 예열된 상태로 펀치(130)와 다이(140) 사이로 공급될 수 있다. 펀치(130)는 상면에 제1 성형부(131)가 형성된다. 제1 성형부(131)는 부품의 하면 형상과 반대되는 형상을 갖는다. 펀치(130)는 강철 재질로 이루어질 수 있다.

펀치(130)는 제1 히터카트리지(110)들이 삽입되는 한쪽 측면에 하측 가장자리를 따라 제1 인출 홈(132)이 함몰 형성되어 제1 히터카트리지(110)들의 각 인출 부위(110a)를 수용한다. 제1 인출 홈(132)은 펀치(130)의 하면과 측면이 만나는 부위가 대략 ㄱ자 단면 형태로 측면을 따라 연속되게 함몰 형성될 수 있다. 제1 인출 홈(132)은 측방으로 일정 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.

제1 인출 홈(132)은 인접한 블랭크 홀더(150) 부위, 즉 제1 블랭크 홀더(151)와의 사이에 제1 공간을 형성하게 된다. 제1 공간은 제1 히터카트리지(110)들의 배열 방향으로 연속되며 하측이 개구된 형태로 이루어진다. 제1 히터카트리지(110)들의 각 인출 부위(110a)는 제1 공간을 거쳐 제1 공간의 하측 개구를 통해 인출되어 외부 전원과 전기적 연결될 수 있다. 여기서, 제1 히터카트리지(110)들의 각 인출 부위(110a)는 제1 공간 내에서 하방으로 굽어져 제1 공간의 하측 개구를 통해 인출될 수 있다. 따라서, 제1 히터카트리지(110)들의 각 인출 부위와 제1 블랭크 홀더(151) 간에 간섭이 발생하지 않게 된다.

다이(140)는 펀치(130)의 상측에 배치되어 펀치(130)와 형합 또는 형분리된다. 다이(140)는 펀치(130)에 대해 승강 동작할 수 있다. 이 경우, 다이(140)는 유압식 또는 기계식 프레스장치의 가동 프레임(미도시)에 다이 프레임(146)을 매개로 연결되어, 가동 프레임이 승강 동작할 때, 가동 프레임과 함께 승강 동작할 수 있다.

다이(140)는 펀치(130)와 형합시 펀치(130)와의 사이에 적재되는 판재(10)를 성형품으로 성형하도록 하면에 제2 성형부(141)가 형성된다. 제2 성형부(141)는 다이(140)의 하면에 펀치(130)의 제1 성형부(131)와 대응되게 형성된다. 제2 성형부(141)는 부품의 상면 형상과 반대되는 형상을 갖는다. 따라서, 펀치(130)와 다이(140)의 형합시, 펀치(130)의 제1 성형부(131)와 다이(140)의 제2 성형부(141) 사이에 위치한 판재(10)가 제1,2 성형부(131, 141)에 의해 가압되면서 부품으로 성형될 수 있다. 다이(140)는 펀치(130)와 마찬가지로 강철 재질로 이루어질 수 있다.

다이(140)는 제2 히터카트리지(120)들이 삽입되는 한쪽 측면에 상측 가장자리를 따라 제2 인출 홈(142)이 함몰 형성되어 제2 히터카트리지(120)들의 각 인출 부위(120a)를 수용한다. 제2 인출 홈(142)은 다이(140)의 상면과 측면이 만나는 부위가 대략 ㄴ자 단면 형태로 측면을 따라 연속되게 함몰 형성될 수 있다. 제2 인출 홈(142)은 측방으로 일정 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.

제2 인출 홈(142)은 인접한 블랭크 홀더(150) 부위, 즉 제2 블랭크 홀더(152)와의 사이에 제2 공간을 형성하게 된다. 제2 공간은 제2 히터카트리지(120)들의 배열 방향으로 연속되며 상측이 개구된 형태로 이루어진다. 제2 히터카트리지(120)들의 각 인출 부위(120a)는 제2 공간을 거쳐 제2 공간의 상측 개구를 통해 인출된 후 외부 전원과 전기적 연결될 수 있다. 여기서, 제2 히터카트리지(120)들의 각 인출 부위(120a)는 제2 공간 내에서 상방으로 굽어져 제2 공간의 상측 개구를 통해 인출될 수 있다. 따라서, 제2 히터카트리지(120)들의 각 인출 부위(120a)와 제2 블랭크 홀더(152) 간에 간섭이 발생하지 않게 된다.

블랭크 홀더(150)는 펀치(130)와 다이(140)의 주변에 배치되며, 펀치(130)와 다이(140)의 형합시 상면에 얹어진 판재(10)를 규제한다. 예컨대, 블랭크 홀더(150)는 제1 블랭크 홀더(151)와, 제2 블랭크 홀더(152)를 포함할 수 있다. 제1 블랭크 홀더(151)는 펀치(130)의 주변에 배치되어 쿠션수단(156)에 의해 지지될 수 있다. 쿠션수단(156)은 가스 스프링 등으로 이루어져, 제1 블랭크 홀더(151)를 일정 압력으로 지지할 수 있다. 제2 블랭크 홀더(152)는 다이(140)의 주변에 배치되어 다이(140)에 다이 프레임(146)을 매개로 고정될 수 있다. 이러한 제1,2 블랭크 홀더(151, 152)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

다이(140)가 펀치(130)에 대해 형분리되어 있을 때, 제1 블랭크 홀더(151)는 쿠션수단(156)에 의해 펀치(130)보다 높게 들어올려진 상태로 지지되며, 제2 블랭크 홀더(152)는 제1 블랭크 홀더(151)로부터 상방으로 이격되어 배치된다. 이 상태에서, 판재(10)가 제1 블랭크 홀더(151)의 상면에 얹어진다. 이후, 다이(140)가 하강하여 펀치(130)와 형합되어 판재(10)를 부품으로 성형한다. 이때, 제2 블랭크 홀더(152)는 다이(140)의 하강에 의해 제1 블랭크 홀더(151)와 함께 판재(10)를 잡은 상태로 하강하게 되므로, 판재(10)를 규제한 상태로 성형시킬 수 있게 된다.

전술한 온간 프레스 금형장치(100)는 마그네슘 판재(10)를 부품으로 온간 성형할 수 있으므로, 마그네슘 소재로 이루어진 부품의 성형 품질을 개선할 수 있다. 뿐만 아니라, 온간 프레스 금형장치(100)는 블랭크 홀더(150)의 채용이 가능하여, 폼 타입의 온간 프레스 금형장치로도 성형할 수 없는 부품을 성형할 수 있으므로, 성형될 부품 형상에 제한을 받지 않고 성형할 수 있다.

한편, 온간 프레스 금형장치(100)는 펀치 프레임(136), 및 다이 프레임(146)을 더 포함할 수 있다. 펀치 프레임(136)은 펀치(130)의 둘레를 감싸서 펀치(130)로부터 열손실을 차단한다. 펀치 프레임(136)은 펀치(130)의 하면과 둘레 면을 감싸는 형태로 이루어질 수 있다. 따라서, 펀치(130)가 제1 히터카트리지(110)들에 의해 가열되면, 펀치 프레임(136)에 의해 펀치(130)로부터 손실되는 열을 최소화할 수 있다. 펀치 프레임(136)은 주철 재질로 이루어지고 주물에 의해 제조될 수 있다.

다이 프레임(146)은 다이(140)의 둘레를 감싸서 다이(140)로부터 열손실을 차단한다. 다이 프레임(146)은 다이(140)의 상면과 둘레 면을 감싸는 형태로 이루어질 수 있다. 따라서, 다이(140)가 제2 히터카트리지(120)들에 의해 가열되면, 다이 프레임(146)에 의해 다이(140)로부터 손실되는 열을 최소화할 수 있다. 다이 프레임(146)은 펀치 프레임(136)과 동일한 재질과 방식으로 제조될 수 있다.

펀치 프레임(136)은 펀치(130)로부터 제1 히터카트리지(110)들의 인출 부위(110a)에 대응되는 부위가 절개된 형태로 이루어지며, 다이 프레임(146)은 제2 히터카트리지(120)들의 인출 부위(120a)에 대응되는 부위가 절개된 형태로 이루어질 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 펀치(130)와 펀치 프레임(136)은 그 사이에 삽입되는 단열부재에 의해 단열될 수 있다. 다이(140)와 다이 프레임(146)도 그 사이에 삽입되는 단열부재에 의해 단열될 수 있다. 단열부재들은 펀치(130)로부터 펀치 프레임(136)으로 열손실되는 것을 최소화하며, 다이(140)로부터 다이 프레임(146)으로 열손실되는 것을 최소화한다. 단열부재는 전술한 기능을 수행하는 범주에서 세라믹 등과 같은 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110..제1 히터카트리지
120..제2 히터카트리지
130..펀치
132..제1 인출 홈
136..펀치 프레임
140..다이
142..제2 인출 홈
146..다이 프레임
150..블랭크 홀더
151..제1 블랭크 홀더
152..제2 블랭크 홀더

Claims

전류 공급시 발열하는 제1,2 히터카트리지들;
상면에 제1 성형부가 형성되며, 상기 제1 히터카트리지들이 삽입되는 한쪽 측면에 하측 가장자리를 따라 제1 인출 홈이 함몰 형성되어 상기 제1 히터카트리지들의 각 인출 부위를 수용하는 펀치;
상기 펀치의 상측에 배치되어 상기 펀치와 형합 또는 형분리되는 것으로, 상기 펀치와 형합시 상기 펀치와의 사이에 적재되는 판재를 성형품으로 성형하도록 하면에 제2 성형부가 형성되며, 상기 제2 히터카트리지들이 삽입되는 한쪽 측면에 상측 가장자리를 따라 제2 인출 홈이 함몰 형성되어 상기 제2 히터카트리지들의 각 인출 부위를 수용하는 다이; 및
상기 펀치와 다이의 주변에 배치되며, 상기 펀치와 다이의 형합시 상면에 얹어진 판재를 규제하는 것으로, 상기 펀치의 주변에 배치되어 쿠션수단에 의해 지지되는 제1 블랭크 홀더와, 상기 다이의 주변에 배치되어 상기 다이에 고정되는 제2 블랭크 홀더를 구비하는 블랭크 홀더;를 포함하며,
상기 제1 인출 홈은,
상기 펀치의 하면과 측면이 만나는 부위가 측면을 따라 연속되게 함몰 형성되되 측방으로 일정 깊이를 갖도록 형성되어, 상기 제1 블랭크 홀더와의 사이에 상기 제1 히터카트리지들의 배열 방향으로 연속되고 하측이 개구된 형태의 제1 공간을 형성함에 따라 상기 제1 히터카트리지들의 각 인출 부위를 상기 제1 공간의 하측 개구를 통해 인출시키며;
상기 제2 인출 홈은,
상기 다이의 상면과 측면이 만나는 부위가 측면을 따라 연속되게 함몰 형성되되 측방으로 일정 깊이를 갖도록 형성되어, 상기 제2 블랭크 홀더와의 사이에 상기 제2 히터카트리지들의 배열 방향으로 연속되고 상측이 개구된 형태의 제2 공간을 형성함에 따라 상기 제2 히터카트리지들의 각 인출 부위를 상기 제2 공간의 상측 개구를 통해 인출시키는 것을 특징으로 하는 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치.
제1항에 있어서,
상기 펀치의 둘레를 감싸서 상기 펀치로부터 열손실을 차단하는 펀치 프레임, 및
상기 다이의 둘레를 감싸서 상기 다이로부터 열손실을 차단하는 다이 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드로우 타입의 온간 프레스 금형장치.