KR101925829B1 - 프레스 금형 장치 및 이를 이용한 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 금형 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 프레스 금형장치는, 프레스 대상물을 드로잉하는 펀치 부재를 구비하는 상측 금형부; 및 상기 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 관통홀이 형성된 하부 다이를 구비하는 하측 금형부;를 포함하고, 상기 하측 금형부는, 상기 관통홀 내부에 삽입되며, 상기 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 패드;를 포함하며, 상기 관통홀은, 프레스 대상물이 진입 가능한 진입구 측의 상부 관통홀; 상기 패드가 위치하는 하부 관통홀; 및 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀 사이에서 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀을 연결하는 연통홀;을 포함하고, 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀, 및 상기 하부 관통홀 순서대로 단면적이 작고, 상기 상부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 상부 관통홀의 내측면은 수직방향으로 형성되며, 상기 연통홀은 상기 상부 관통홀 측으로부터 상기 하부 관통홀 측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 감소하도록, 상기 연통홀의 내측면은 소정의 각도를 가지고 하향경사지게 제공된다.

Description

프레스 금형 장치 및 이를 이용한 성형 방법{PRESS MOLD APPARATUS AND FORMING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 프레스 금형 장치 및 이를 이용한 성형 방법에 관한 것이다.

프레스 방식은 프레스 금형 장치를 이용하여 제품을 제작하는 방식을 말한다. 프레스 금형 장치는 고정된 하부금형의 상부에 성형 부재를 올려놓은 후 펀칭을 수행하는 상부금형을 하강시켜, 원하는 형상의 제품을 만든다.

주조 방식은 주형에 융해된 금속을 넣고, 그 틀에 따라 원하는 모양으로 주물을 만드는 방식이다. 즉, 주물은 융해된 금속을 주형 속에 넣고 응고시켜 원하는 모양으로 만든 금속 제품을 말한다. 이때, 주조는 여러개의 주형에 융해된 금속을 주입하고, 각각의 주물로 분리하는 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 불필요한 재료의 소비가 발생한다. 또한, 주물은 제조방식의 그 특성상 그 표면에 기공과 같은 결함이 생기고 이것은 제품의 불량으로 이어지는 문제가 있다. 또한, 주조 방식을 사용함에 있어서는 탄소배출량이 높아 친환경적인 면에서 문제점이 존재한다.

도 1과 같은 외측면이 원형 또는 다각형을 가지고, 복수개의 단을 가지는 파이프 형상의 제품(1)은 그동안 주조 방식을 이용한 주물로 제작하여 왔다. 즉, 프레스 방식은 방식이 단순하고, 재료의 불필요한 소비가 없는 단점이 있으나, 도 1과 같은 방식의 다단을 가지는 복잡한 형상의 제품의 경우에는 프레스 방식의 한계점으로 인해 여전히 주물로 제작하고 있다. 특히, SUS와 같은 계열의 재질은 그 특성상 충격에 의한 경화가 심하므로 프레스 방식에 의해서는 제조가 사실상 불가능하여 전적으로 주조 방식에 의존하고 있다. 따라서, 필연적으로 도 1과 같은 제품(1)을 제작하는 경우에는 상기와 같은 주조에 의한 문제점이 그대로 존재한다.

본 발명은 주조에 의하지 않고 다단 파이프 형상 제품을 제작하여, 불필요한 재료의 낭비를 감소시킬 수 있는 프레스 금형 장치 및 성형 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 주조에 의하지 않고 다단 파이프 형상 제품을 제작하여, 탄소 배출량을 줄여 친환경적인 면을 보완할 수 있는 프레스 금형 장치 및 성형 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 주조에 의하지 않고 다단 파이프 형상 제품을 제작하여, 제품의 불량률을 감소시킬 수 있는 프레스 금형 장치 및 성형 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 프레스 금형 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레스 대상물을 드로잉하는 펀치 부재를 구비하는 상측 금형부; 및 상기 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 관통홀이 형성된 하부 다이를 구비하는 하측 금형부;를 포함하고, 상기 하측 금형부는, 상기 관통홀 내부에 삽입되며, 상기 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 패드;를 포함하며, 상기 관통홀은, 프레스 대상물이 진입 가능한 진입구 측의 상부 관통홀; 상기 패드가 위치하는 하부 관통홀; 및 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀 사이에서 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀을 연결하는 연통홀;을 포함하고, 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀, 및 상기 하부 관통홀 순서대로 단면적이 작고, 상기 상부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 상부 관통홀의 내측면은 수직방향으로 형성되며, 상기 연통홀은 상기 상부 관통홀 측으로부터 상기 하부 관통홀 측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 감소하도록, 상기 연통홀의 내측면은 소정의 각도를 가지고 하향경사지게 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 하부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 하부 관통홀의 내측면은 수직방향으로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 펀치 부재는 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 타격부 및 상기 타격부에 의해 둘러싸여 상기 타격부 내측에 위치한 펀치부;를 포함하되, 상기 타격부와 상기 펀치부는 서로 독립적으로 상하운동이 가능하고, 상기 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후에, 상기 펀치부만이 소정 간격 하강한다.

일 실시예에 따르면, 상기 프레스 대상물은 그 외측면이 상기 진입 관통홀의 내측면에 접촉한 상태로 놓이고, 상기 펀치부의 하단은 그 단면적이 하측으로 갈수록 감소하도록, 상기 펀치부 하단의 외측면은 하향경사지고, 상기 펀치 부재가 하강하여 상기 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격하고, 상기 프레스 대상물이 1차 성형되어 상기 상부 관통홀 및 상기 연통홀에 삽입되면, 상기 펀치부만이 소정 거리 하강하여, 상기 패드의 상단을 타격하여 상기 프레스 대상물을 2차 성형한다.

일 실시예에 따르면, 상기 패드는, 상기 펀치부의 하단과 접촉가능하도록 제공되며, 그 직경이 상기 하부 관통홀보다 작은 패드 상단부와; 그 가장자리에 의해 상기 프레스 대상물의 하단을 지지가능하며, 직경이 상기 하부 관통홀과 대응되게 제공되는 패드 중단부를 가지고, 상기 프레스 대상물은 상기 관통홀의 내측면, 상기 패드 상단부의 측면, 상기 패드 하단부의 상부로 이루어진 영역에서 성형된다.

일 실시예에 따르면, 상기 패드는, 상기 패드 중단부에 하측에 제공되며, 그 직경이 상기 하부 관통홀보다 큰 패드 하단부를 포함하고, 상기 패드 하단부의 하부에는 상측으로 탄성력을 제공하여, 프레스 성형물을 상측으로 취출가능하게 하는 취출 부재가 연결된다.

일 실시예에 따르면, 프레스 대상물이 성형 이전에 상기 상부 관통홀에 완전히 삽입되도록, 상기 진입 관통홀의 깊이는 프레스 대상물의 높이 이상으로 형성되고, 상기 프레스 대상물의 외측면이 상기 상부 관통홀의 내측면에 접촉한 상태에서 상기 펀치 부재가 하강한다.

일 실시예에 따르면, 상기 상부 관통홀 또는 상기 하부 관통홀의 내측면 형상은 원형, 타원 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 마련된다.

본 발명은 프레스 성형 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이프 형상의 프레스 대상물을 하측 금형부의 관통홀에 위치시키는 준비 단계; 상기 프레스 대상물의 상단부를 타격하여 상기 프레스 대상물을 하측으로 가압하여 1차 성형하는 제1 성형 단계; 및 상기 프레스 대상물의 중공을 향해 펀치부를 하강시키고, 상기 펀치부의 외측면으로 상기 프레스 대상물의 내측면을 2차 성형하는 제2 성형 단계; 를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 관통홀은, 프레스 대상물이 진입 가능한 진입구 측의 상부 관통홀; 상기 패드가 위치하는 하부 관통홀; 및 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀 사이에서 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀을 연결하는 연통홀;을 포함하고, 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀, 및 상기 하부 관통홀 순서대로 단면적이 작고, 상기 상부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 상부 관통홀의 내측면은 수직 방향으로 형성되고, 상기 연통홀은 상기 상부 관통홀 측으로부터 상기 하부 관통홀 측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 감소하도록, 상기 연통홀의 내측면은 소정의 각도를 가지고 하향경사지게 제공되며, 상기 하부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 하부 관통홀의 내측면은 수직 방향으로 형성되고, 상기 준비 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 상부 관통홀에 위치하고, 상기 제1 성형 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 상부 관통홀 및 상기 연통홀에 걸쳐 위치하거나, 또는 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀 및 상기 하부 관통홀에 걸쳐 위치하고, 상기 제2 성형 단계에서는 상기 프레스 대상물이 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀 및 상기 하부 관통홀에 걸쳐 위치한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 성형 단계에서는, 상기 펀치부의 주위를 둘러싸는 타격부에 의해 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 성형 단계에서는, 상기 펀치부가 상기 타격부와 무관하게 독립적으로 하강하여 상기 펀치부의 외측면에 의해 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 타격하여 성형한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 성형 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 관통홀의 내측면과 상기 펀치부의 외측면, 그리고 상기 패드의 외면에 의해 형성된 영역을 채워 그 외관이 성형된다.

일 실시예에 따르면, 프레스 성형물을 상기 하측 금형부의 상부로 취출하는 취출 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 준비 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 하측 금형부의 외부로 돌출되지 않도록 상부 관통홀에 위치시킨다.

일 실시예에 따르면, 상기 준비 단계 이전에, 상기 프레스 대상물을 소정 온도로 가열하는 예열 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 예열 단계에서는, 상기 프레스 대상물을 유도 가열(induction heating) 방식으로 가열한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 다단 구조를 가지는 파이프 형상의 제품 제작시, 불필요한 재료의 낭비를 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 다단 구조를 가지는 파이프 형상의 제품 제작시, 탄소배출량을 감소시켜 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 다단 구조를 가지는 파이프 형상의 제품 제작시, 제품의 불량률을 줄일 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 복수개의 단을 가지는 파이프 형상의 제품을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 프레스 금형 장치를 보여주는 측단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 14은 본 발명의 제2 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 15 내지 도 19은 본 발명의 제3 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 20 내지 도 25는 본 발명의 제4 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 26은 본 발명에 의한 프레스 성형 방법을 보여주는 플로우 차트이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.

이하, 도 2 내지 도 25을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 프레스 금형 장치를 보여주는 도면이다. 도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 성형물(Q)을 제작하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다. 도 9 내지 도 14은 본 발명의 제2 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다. 도 15 내지 도 19은 본 발명의 제3 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다. 도 20 내지 도 25는 본 발명의 제4 실시예에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.

아래에서는, 프레스 대상물(P)이란, 성형이 완료되기 전의 모든 상태의 프레스 대상물(P)을 지칭한다. 또한, 프레스 성형물(Q)이란, 프레스 대상물(P)이 성형이 완료된 상태를 지칭한다.

본 발명에 의한 프레스 금형 장치는 파이프 형상의 프레스 대상물(P)을 성형하여, 복수의 단을 가지는 파이프 형상의 프레스 성형물(Q)을 제작한다. 본 명세서에서는 서로 상이한 단면적을 가지는 2단 구조를 가지는 파이프 형상의 프레스 성형물(Q)을 제작하는 것으로 설명한다. 프레스 대상물(P)은 금속일 수 있다. 일 예로, 프레스 대상물(P)은 SUS계열의 금속일 수 있다. 프레스 대상물(P)은 SUS304일 수 있다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 프레스 금형 장치는 상측 금형부(100)와 하측 금형부(200), 그리고 가열 장치(미도시)를 포함한다.

상측 금형부(100)는 상부 플레이트(110), 상측 고정부(120), 펀치 부재(130)를 포함한다. 상부 플레이트(110)는 본 발명에 의한 프레스 금형 장치(10)의 상부를 덮는 커버의 역할을 한다. 상측 고정부(120)는 상부 플레이트(110)의 하측에 제공되고, 그 내부에 가압 부재(122)를 구비할 수 있다. 가압 부재(122)는 후술하는 펀치 부재(130)가 프레스 대상물(P)을 타격할 수 있도록 동력을 제공한다. 일 예로, 가압 부재(122)는 탄성을 가지고, 펀치 부재(130)에 탄성력을 제공하여, 펀치 부재(130)가 프레스 대상물(P)을 타격하도록 한다.

펀치 부재(130)는 프레스 대상물(P)을 펀칭(punching)한다. 즉, 펀치 부재(130)는 프레스 대상물(P)을 타격하여 프레스 대상물(P)을 성형한다. 펀치 부재(130)는 그 일부가 상측 고정부(120)에 삽입되어, 고정될 수 있다. 펀치 부재(130)는 상측 고정부(120)에 일단이 고정된 상태로 타단이 하강하여 프레스 대상물(P)을 타격할 수 있다.

펀치 부재(130)는 타격부(132)와 펀치부(134)를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 타격부(132)는 프레스 대상물(P)의 상단을 타격한다. 이때, 타격부(132)는 프레스 대상물(P)의 상단에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 타격부(132)의 직경은 성형전 프레스 대상물(P)의 직경과 동일할 수 있다.

펀치부(134)는 타격부(132)의 내측에 위치하여, 상기 타격부(132)에 의해 둘러싸이도록 제공될 수 있다. 펀치부(134)의 하단은 타격부(132)보다 더욱 하측으로 돌출되어 제공될 수 있다.

펀치부(134)의 하부는 그 단면적이 하측으로 갈수록 감소하도록 형성된다. 즉, 상기 펀치부(134)의 하부는 하측으로 갈수록 모아지는 방향으로 펀치부(134) 하부의 외측면이 하향경사지도록 형성된다. 이 경사면을 따라서, 프레스 대상물(P)의 내측면이 성형될 수 있다. 펀치부(134)의 하단은 평평하게 제공될 수 있다. 펀치부(134)의 평평한 하단은 후술하는 패드(230)의 상단을 타격할 수 있다.

펀치부(134)와 타격부(132)는 독립적으로 상하운동할 수 있다. 즉, 펀치부(134)와 타격부(132)는 서로 무관하게 상하운동할 수 있다. 일 예로, 타격부(132)만이 하강하여 프레스 대상물(P)의 상단을 타격할 수 있다. 또는, 타격부(132)는 정지하고, 펀치부(134)만이 하강할 수 있다. 일 예로, 타격부(132)가 프레스 대상물(P)의 상단을 타격한 후에, 펀치부(134)만이 소정 거리(d) 하강할 수 있다(도 7참조). 이때, 펀치부(134)는 후술하는 연통홀(226) 영역까지 하강할 수 있다. 이와 관련해서는, 제1 실시예 및 제 3실시예에 의한 프레스 성형 방법에 관한 설명과 함께 상세히 후술한다.

한편, 펀치부(134)만이 소정거리 상승하여 하강을 위한 추진력을 얻고, 그 이후에 하강할 수도 있다. 이는 본 발명의 제2 실시예 및 제4 실시예에 의한 프레스 성형방법과 관련하여 상세히 후술한다.

하측 금형부(200)는 하부 플레이트(210), 하부 다이(220) 및 패드(230)를 포함할 수 있다. 하부 플레이트(210)는 본 발명에 의한 프레스 금형 장치(10)를 지지한다. 하부 플레이트(210)는 그 내부에 취출 부재(212)를 포함할 수 있다.

취출 부재(212)는 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)을 금형 프레스 장치의 외부로 취출할 수 있다. 또는, 프레스 대상물(P)이 성형되는 도중에는 후술하는 패드(230)를 지지할 수 있다. 즉, 취출 부재(212)는 후술하는 패드(230)에 상측으로 힘을 가할 수 있다.

일 예로, 취출 부재(212)는 탄성을 가지고, 패드(230)에 상측으로의 탄성력을 제공할 수 있다. 패드(230)가 취출 부재(212)에 의해 일정 이상의 높이로 올라오면, 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)을 하측 금형부(200)의 상측으로 취출된다.

하부 다이(220)는 프레스 대상물(P)이 성형되는 공간을 제공한다. 하부 다이(220)에는 관통홀(222)이 형성될 수 있다.

관통홀(222)에는 성형전의 프레스 대상물(P)이 위치한다. 관통홀(222)을 향해 펀치 부재(130)가 하강하여 프레스 대상물(P)을 성형한다. 관통홀(222)은 상부 관통홀(224), 연통홀(226), 하부 관통홀(228)을 포함할 수 있다.

상부 관통홀(224)은 하부 다이(220)의 상측에 형성된다. 상부 관통홀(224)은 프레스 대상물(P)이 진입 가능한 진입구 측에 구비된다. 상부 관통홀(224)에는 성형전 프레스 대상물(P)이 위치한다. 프레스 대상물(P)의 외측면이 상부 관통홀(224)의 내측면과 접촉하도록 위치한다.

상부 관통홀(224)의 단면적은 일정하도록 형성될 수 있다. 즉, 상부 관통홀(224)의 내측면은 수직방향으로 형성될 수 있다. 상부 관통홀(224) 내에서 성형되는 프레스 대상물(P)은 단면적이 A1인 파이프 형상일 수 있다. 일 예로, 성형이 완료되었을 때의 프레스 성형물(Q)의 제1 단(Q1)이 형성될 수 있다(도 8참조).

연통홀(226)은 상부 관통홀(224)의 하단과 연결된다. 연통홀(226)의 단면적은 상측에서 하측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 감소하도록 형성될 수 있다. 연통홀(226)의 내측면은 소정의 각도를 가지고 하향경사지게 제공될 수 있다. 즉, 연통홀(226)의 내측면은 모아지는 방향으로 하향경사지게 형성될 수 있다. 연통홀(226)의 내측면이 경사지게 형성됨으로써, 급격한 타격에 의한 프레스 대상물(P)의 손상을 방지하면서, 제1 단(Q1) 및 제2 단(Q2)과 같은 복수의 단을 가지는 프레스 성형물(Q)이 될 수 있도록 한다(도 8참조).

즉, 도 5 내지 도 8을 참조하면, 연통홀(226)의 내측에서 형성되는 프레스 대상물(P) 은, 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)에서 서로 다른 단면적을 가지는 제1 단(Q1)과 제2 단(Q2) 사이를 연결하는 영역을 형성하도록 한다.

하부 관통홀(228)은 연통홀(226)의 하단과 연결된다. 하부 관통홀(228)의 단면적은 단면적이 일정하도록 제공될 수 있다. 하부 관통홀(228)의 내측면은 수직 방향으로 형성될 수 있다. 하부 관통홀(228) 내에서 성형되는 프레스 대상물(P)은 단면적이 A2인 파이프 형상일 수 있다. 일 예로, 성형이 완료되었을 때의 프레스 성형물(Q)의 제2 단(Q2)이 형성될 수 있다(도 8참조).

도 7은 도 6의 "A"부분을 확대한 도면이다. 도 5 내지 7을 참조하면, 상부 관통홀(224), 연통홀(226), 하부 관통홀(228)의 순서대로 단면적이 작도록 제공될 수 있다. 즉, 상부 관통홀(224)은 상대적으로 가장 큰 단면적을 가진다. 하부 관통홀(228)은 상대적으로 가장 작은 단면적을 가진다. 연통홀(226)은 상부 관통홀(224)과 하부 관통홀(228) 사이의 단면적을 가지되, 상부 관통홀(224)로부터 하부 관통홀(228) 측을 향해 갈수록 점차적으로 단면적이 작아지도록 형성된다. 즉, 프레스 대상물(P)을 축관 가능하도록 형성된다. 따라서, 상부 관통홀(224)에서 연통홀(226)로 연결되는 영역에서의 관통홀(222)의 외주면은, 좁아지는 방향으로 기울어진다. 따라서, 프레스 대상물(P)은 성형 과정 중에 축관이 가능하다.

구체적으로, 도 7을 참조하여 도 6의 "A" 영역을 설명하도록 한다. 상부 관통홀(224)의 단면에 평행한 가상의 선과, 연통홀(226)의 외주면과의 각도(θ)는 45도 내지 60도로 형성될 수 있다. 또한, 연통홀(226)과 하부 관통홀(228)이 연결되는 영역에서의 관통홀(222)의 외주면은, 관통홀(222)의 단면적이 일정해지도록 다시 수직방향으로 형성된다.

상부 관통홀(224)과 연통홀(226)이 연결되는 지점의 하부 다이(220)의 내측면은 R1의 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성될 수 있다. 연통홀(226)과 하부 관통홀(228)이 연결되는 지점의 하부 다이(220)의 내측면은 R2의 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성될 수 있다. 이와 같이 곡면이 형성됨으로서, 성형과정에서 하부 다이(220)의 손상 및 프레스 성형물(Q)의 손상을 방지할 수 있다.

R2는 R1보다 같거나 크게 제공될 수 있다. 성형 과정에서 프레스 대상물(P)은, 상부 관통홀(224)과 연통홀(226)이 연결되는 지점보다, 연통홀(226)을 지나 하부 관통홀(228)로 삽입될 때 프레스 성형물(Q)의 손상이 더욱 빈번하게 발생하므로, 이를 방지하기 위함이다. 또한, R2의 곡면은 제2 단(Q2)이 형성되는 시작점인데, 이 지점에서 R1의 곡면보다 상대적으로 완만한 곡면을 이루는 것이 제2 단(Q2)의 성형에 유리하다.

구체적으로, 타격부(132)가 프레스 대상물(P)을 1차 타격하면서 가압한 후에, 펀치부(134)가 2차적으로 다시 프레스 대상물(P)을 급격하게 2차 타격한다. 1차 타격시에는 R1의 곡면을 따라 성형이 일어나고, 2차 타격시에는 R2의 곡면을 따라 성형이 일어난다. 이때, 1차 타격시보다 2차 타격시에, 프레스 대상물(P)에 순간적으로 가해지는 힘이 크므로, 2차 타격시에 상대적으로 급격한 변형이 일어날 수 있다. 따라서, R1 곡면보다 R2 곡면을 완만하게 하여 의도한 대로 성형이 원활하게 이루어지도록 한다.

제2 단(Q2)은 R2 곡면을 지나, 그 길이 방향이 수직 방향으로 형성될 수 있다.

성형 전 프레스 대상물의 직경(D1)은, 성형 완료된 후의 프레스 성형물의 제 1단(Q1)의 직경(D2)과 동일하다. 즉, 상부 관통홀(224)의 직경(D1)은, 프레스 성형물의 제1 단(Q1)의 직경(D2)과 동일하다.

또한, 성형 전 프레스 대상물(P)의 직경이 축관되는 비율은 30%이하일 수 있다. 구체적으로, 프레스 성형물(Q)의 제2 단(Q2)의 직경(D2)은, 성형전 프레스 대상물(P)의 직경(D1)의 적어도 70%이상이고, 100%미만일 수 있다. 즉, 하부 관통홀(228)의 직경(D2)은, 상부 관통홀(224)의 직경(D1)의 적어도 70%이상이고, 100%미만일 수 있다.

또한, R2는 상부 관통홀(224)의 직경(D1)과 하부 관통홀(228)의 직경(D2)의 차이의 45%이상의 값을 가진다. R2가 크면 클수록 완만해지고, 성형에 용이하므로, R2는 (D1-D2)의 45%이상 100%이하의 값을 가진다. 아래 <표 1>은 D1이 40mm, D2가 30mm이고, D1-D2는 10mm 인 하부 다이를 기준으로 테스트를 실시한 결과이다. 프레스 성형물의 두께(t)=5.0mm, R1=3.0mm 일때, R2를 달리하면서 실제로 프레스 대상물(P)을 성형하고, 제품화 가능할 정도의 프레스 성형물(Q)을 얻을 수 있는지 여부를 판단하였다. 제품화 가능한 정도라는 것은 프레스 대상물(P)이 의도한 형상대로 프레스 성형물(Q)로 완성되었는지를 판단한 것으로서, 프레스 대상물(P)의 손상 및 파손 여부를 고려한 것이다. R2는 R1보다 같거나 큰 값으로, 3.0mm부터 0.1mm 단위로 증가시키면서 5.0mm까지 테스트하였다.

R2(mm)	제품화 가능여부	R2/(D1-D2)
3.0	X	0.30
3.1	X	0.31
3.2	X	0.32
3.3	X	0.33
3.4	X	0.34
3.5	X	0.35
3.6	X	0.36
3.7	X	0.37
3.8	X	0.38
3.9	X	0.39
4.0	X	0.40
4.1	X	0.41
4.2	X	0.42
4.3	X	0.43
4.4	X	0.44
4.5	O	0.45
4.6	O	0.46
4.7	O	0.47
4.8	O	0.48
4.9	O	0.49
5.0	O	0.50
5.1	O	0.51
5.2	O	0.52
5.3	O	0.53
5.4	O	0.54
5.5	O	0.55
5.6	X	0.56
5.7	X	0.57
5.8	X	0.58
5.9	X	0.59
6.0	X	0.60

위 <표 1>과 같이 R2가 3.0mm 내지 4.4mm, 그리고 5.6mm 내지 6.0mm일때는 생산된 프레스 성형물(Q)이 제품화할 수 있을 정도의 형상을 갖추었다고 보기 어려우나, R2가 4.5mm 이상 5.5mm이하일 때는 제품화 할 수 있을 정도의 형상을 갖추었다고 볼 수 있었다. 즉, R2가 3.0mm 내지 4.4mm에 해당하는 범위에서는 프레스 대상물(P)이 급격하게 축관되어, SUS 304계열의 프레스 대상물(P)이 이를 충분히 반영하지 못하고, 성형되지 않는다. R2가 5.5mm를 초과하게 되는 경우에는 프레스 성형물(Q)의 두께가 균일해지지 못하고, 의도한 형상대로 성형되지 않음을 알 수 있었다.

따라서, 위와 같은 조건에서 R2가 4.5mm 이상 5.5mm이하, 즉, R2/(D1-D2)가 0.45이상 0.55이하인 경우에 제품화할 수 있을 정도만큼의 의도한 성형이 이루어졌다. 즉, R2/(D1-D2)가 0.45이상 0.55이하인 경우에 의미 있는 값을 가진다는 것을 알 수 있다.

R2가 상기와 같은 범위의 값을 가지는 경우, SUS304재질의 프레스 대상물(P)을 투입하더라도, SUS가 가지는 급격한 경화되는 성질에도 불구하고 복수의 단을 가지는 프레스 성형물(Q)을 생산할 수 있다. 또한, 하부 다이(220)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이것은 시행 착오법(try and error)에 의하여 발견한 범위이다.

상부 관통홀(224)의 내측면 형상은 원형, 타원, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상일 수 있다. 또한, 하부 관통홀(228)의 내측면 형상은 원형, 타원, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상일 수 있다. 따라서, 프레스 성형물(Q)의 제1 단(Q1) 및 제2 단(Q2)의 외측면을 원형, 타원, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 제작할 수 있다.

패드(230)는 프레스 대상물(P) 또는 프레스 성형물(Q)을 하측 또는 측부에서 지지한다. 패드(230)는 복수의 단을 가지는 구조를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 패드(230)의 하측에는 취출 부재(212)가 연결될 수 있다. 취출 부재(212)가 패드(230)에 상측으로의 힘을 가하게 되므로, 패드(230)는 프레스 대상물(P)을 지지할 수 있다. 또는, 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)이 취출되도록 한다.

일 예로, 패드(230)는 3단으로 구성될 수 있다. 패드(230)는 패드 상단부(232), 패드 중단부(234), 패드 하단부(236)를 포함할 수 있다.

패드 상단부(232)는 펀치부(134)의 하단과 접촉가능하도록 제공된다. 패드 상단부(232)는 펀치부(134)가 하강했을 때, 펀치부(134)가 일정 깊이 이상으로 하강하지 않도록 지지한다. 즉, 프레스 성형물(Q)이 본래 의도한 형태를 가질 수 있도록 펀치부(134)의 하강 깊이를 조정한다. 패드 상단부(232)는 하부 관통홀(228)보다 직경이 작게 제공된다. 따라서, 패드 상단부(232)의 측면과, 관통홀(222)의 내측면 사이에는 일정 공간이 형성된다. 이 공간에는 프레스 대상물(P)이 채워지며, 프레스 대상물(P)의 성형이 이루어질 수 있다.

패드 중단부(234)는 패드 상단부(232)의 하측에 제공된다. 패드 중단부(234)의 직경은 하부 관통홀(228)의 직경에 대응되게 제공된다. 일 예로, 패드 중단부(234)의 직경은 하부 관통홀(228)의 직경과 동일할 수 있다. 패드 중단부(234)는 하부 관통홀(228) 내에 삽입될 수 있다.

패드 중단부(234)는 그 상단 가장자리에 의해, 프레스 대상물(P)의 하단을 지지할 수 있다. 즉, 프레스 대상물(P)이 펀치 부재(130)에 의해 일정 깊이 이상의 하강을 방지한다. 따라서, 프레스 성형물(Q)이 본래 의도한 형태를 가질 수 있도록 한다.

패드 하단부(236)는 패드 중단부(234)의 하측에 제공된다. 패드 하단부(236)의 직경은 하부 관통홀(228)의 직경보다 크도록 제공된다. 따라서, 패드 하단부(236)는 하부 관통홀(228)에 삽입되지 않도록 한다. 일 예로, 성형이 완료된 후, 프레스 성형물(Q)을 취출할 때에, 취출 부재(212)에 의해 힘이 가해지더라도 패드 하단부(236)는 관통홀(222)에 삽입되지 않고, 하부 다이(220)의 하측에 걸리게 된다. 따라서, 패드(230)가 함께 취출되는 것을 방지하고, 안전하게 프레스 성형물(Q)을 취출할 수 있다.

또한, 패드 하단부(236)가 하부 다이(220)의 하측에 걸림으로써, 패드(230)가 삽입되는 깊이의 한계를 미리 설정할 수 있다. 따라서, 본래 의도한 형태대로 프레스 성형물(Q)을 제작할 수 있도록 한다.

가열 장치(미도시)는 성형 전의 프레스 대상물(P)을 미리 가열한다. 일 예로, 프레스 대상물(P)을 섭씨 600도 내지 800도의 온도로 가열할 수 있다. 이와 같이 프레스 대상물(P)을 예열함으로써, 성형 전에 미리 프레스 대상물(P)을 연성으로 만들어, 보다 성형이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

가열 장치(미도시)는 프레스 대상물(P)을 예열한다. 가열 장치(미도시)는 프레스 대상물(P)을 유도 가열(induction heating) 방식으로 가열할 수 있다. 유도 가열 방식은 자기 발열에 의한 것이므로, 에너지 절감에 유리하다. 또한, 프레스 대상물의 크기나 형상이 다양하더라도 코일을 이용하여 모든 영역을 빠짐없이 가열할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 가열 장치(미도시)는 제어기(400)를 통해 제어되는데, 유도 가열 방식은 그 특성상, 자동화 공정에서 온도 컨트롤을 정밀하게 하는 데에 매우 유리하다.

제어기(400)는 가압부재(122)와 가열 장치(미도시)를 제어한다. 제어기(400)는 가열 장치(미도시)가 성형 전 프레스 대상물(P)을 설정온도로 가열하도록 제어한다. 설정온도는 섭씨 600도 내지 800도 일 수 있다.제어기(400)는 가열 장치(미도시)가 프레스 대상물(P)을 완전히 가열하기 전까지는 펀치부재(130)가 하강하지 않도록 가압부재(122)를 제어한다. 프레스 대상물(P)이 설정온도로 예열된 후, 관통홀(222)에 안착되면 펀치부재(130)가 하강할 수 있도록 한다. 즉, 가압부재(122)를 구동하여, 펀치부재(130)가 하강하고, 프레스 대상물(P)을 성형할 수 있도록 한다.

아래에서는 상술한 프레스 금형 장치(10)를 이용하여, 파이프 형상의 프레스 대상물(P)을 복수의 단을 가지는 프레스 성형물(Q)로 제작하는 방법을 설명한다.

도 3 내지 도 8은 제1 실시예, 도 9 내지 도 14는 제2 실시예, 도 15 내지 도 19는 제3 실시예, 도 20 내지 도 25는 제4 실시예에 의한 프레스 성형 방법을 보여준다. 도 26은 본 발명에 의한 프레스 성형 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

아래에서는 도 3내지 도 8를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 의한, 2단 구조를 가지는 프레스 성형물 제작하는 프레스 성형 방법을 설명한다.

본 발명에 의한 프레스 성형 방법은 도 26에 도시된 바와 같이, 예열 단계(S100), 준비 단계(S200), 제1 성형 단계(S300), 제2 성형 단계(S400) 및 취출 단계(S500)를 포함한다.

예열 단계(S100)에서는 성형 전의 프레스 대상물을 소정 온도로 예열한다. 일 예로, 프레스 대상물을 섭씨 600도에서 800도 범위에서 가열할 수 있다. 유도 가열 방식에 의하여 프레스 대상물(P)을 가열할 수 있다. 만약, 복수의 프레스 대상물 A와 B를 연속적으로 성형할 때, 예열된 프레스 대상물 A를 관통홀에 안착시켜 성형하는 시간 동안, 그보다 후순위의 프레스 대상물 B를 예열할 수 있다. 따라서, A가 성형이 완료되면, 예열된 B를 관통홀(222) 내부에 안착시켜 성형을 진행한다. 이와 같은 방식으로 복수개의 프레스 대상물을 대상으로 연속적, 순차적으로 성형 공정을 진행할 수 있다.

준비 단계(S200)에서는 예열된 프레스 대상물(P)을 관통홀(222) 내부에 안착시킨다. 도 3을 참조하면, 프레스 대상물(P)은 상부 관통홀(224) 내부에 안착된다. 프레스 대상물(P)의 외측면은 상부 관통홀(224) 내측면에 의해 지지된다.

제1 성형 단계(S300)에서는, 도 4 및 도 5를 참조하면, 펀치 부재(130)가 하강하여 프레스 대상물(P)을 타격하면서 하측으로 가압하여 1차 성형한다. 일 예로, 펀치부(134)와 타격부(132)가 함께 하강할 수 있다.

다만, 도 4 및 도 5에서는 펀치부(134)와 타격부(132)가 함께 하강하는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니고 타격부(132)만 하강할 수 있다. 이와 같이 펀치 부재(130)가 하강하여 타격부(132)가 프레스 대상물(P)의 상단을 타격한다. 프레스 대상물(P)은 1차 성형이 이루어진다. 1차 성형에서는 프레스 대상물(P)이 상부 관통홀(224) 뿐 아니라, 연통홀(226) 및 하부 관통홀(228)에까지 삽입될 수 있다. 즉, 제1 성형 단계(S300)에서는 프레스 대상물이 상부 관통홀(224) 및 연통홀(226)에 걸쳐 위치하거나, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 상부 관통홀(224), 연통홀(226), 하부 관통홀(228)에 걸쳐 위치할 수 있다.

제2 성형 단계(S400)에서는 펀치부(134)가 타격부(132)와 무관하게 독립적으로 하강하여 프레스 대상물(P)을 2차 성형한다. 도 5 및 7을 참조하면, 타격부(132)와 별개로 펀치부(134)만이 소정 거리(d)만큼 하강하여, 프레스 대상물(P)의 내측면을 성형한다. 펀치부(134)는 파이프 형상의 프레스 대상물(P)의 중공을 향해 하강한다. 펀치부(134)의 외측면에 의해 프레스 대상물(P)의 내측면이 성형될 수 있다. 이때, 연통홀(226) 영역 내에 있는 프레스 대상물(P)의 내측면을 성형할 수 있다. 이를 위해 연통홀(226) 영역 내까지 펀치부(134)가 하강할 수 있다. 프레스 대상물은 상부 관통홀(224), 연통홀(226), 하부 관통홀(228)에 걸쳐 위치할 수 있다.

하강한 펀치부(134)는 패드 상단부(232)를 타격할 수 있다. 패드(230)는 취출 부재(212)에 의한 탄성력을 받아, 일정 높이를 유지할 수 있다. 이에 의해, 펀치부(134)도 관통홀(222)의 일정 깊이 이상으로 하강하는 것이 방지된다. 미리 설정된 바에 따라, 펀치부(134)는 연통홀(226) 내까지 하강하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 가압 부재(122) 및 취출 부재(212)의 탄성력, 펀치 부재(130) 및 패드(230)의 하중을 설계할 수 있다. 펀치부(134)의 하부의 외측면은 소정의 기울기를 가지고 하향 경사지게 형성된다. 이 경사면을 따라서 프레스 대상물(P)의 내측면이 성형된다.

취출 단계(S500)에서는 취출 부재(212)가 패드(230)에 상측으로 탄성력을 제공할 수 있다. 도 8을 참조하면, 패드 하단부(236)의 직경은 하부 관통홀(228)의 직경보다 크므로, 패드 하단부(236)의 상단이 하부 관통홀(228)의 하단 가장자리에 걸린다. 또한, 패드(230)가 상승하면서 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)이 하부 다이(220)의 상부로 노출되어 취출될 수 있다.

아래에서는 도 9 내지 도 14를 참조하여 제2 실시예에 의한 프레스 성형 방법을 설명한다. 제1 실시예와 중복되는 부분은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.

예열 단계(S100)를 거쳐, 도 9의 준비 단계(S200)에서 펀치부(1134)는 제1 실시예에 비해 타격부(1132)로부터 더욱 돌출될 수 있다. 또는, 도 10 및 도 11의 제1 성형 단계(S300)에서, 펀치부(1134)가 패드(1230)의 상면과 맞닿도록 펀치부(1134)가 하강할 수 있다. 제1 성형 단계(S300)에서 펀치 부재(1130)가 하강하면서, 타격부(1132)는 프레스 대상물(P)을 가압한다. 펀치부(1134)는 패드(1230)를 가압하면서 패드(1230)와 함께 하강한다. 프레스 대상물(P)은 성형이 시작되면서 펀치부(1134) 및 관통홀(1222)의 내측면에 의해 지지된다. 프레스 대상물(P)은 이 상태로 관통홀(1222)을 통과한다. 따라서, 프레스 대상물(P)은 형상의 불규칙함 또는 흐트러짐없이 성형이 정교하게 진행될 수 있다.

도 12 및 도 13의 제2 성형 단계(S400)에서는, 펀치부(1134)가 소정거리 상승하였다가, 재차 하강하여 프레스 대상물(P)을 성형한다. 프레스 대상물(P)의 외측면 뿐 아니라, 내측면도 다듬는 성형을 함께 할 수 있다.

그 후, 도 14의 취출 단계(S500)에서는 패드(1230)가 상승하여 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)를 취출한다.

상술한 제1 실시예 및 제2 실시예에서는 준비 단계(S200)에서, 프레스 대상물(P)의 상단 일부가 하부 다이(220)의 상측으로 노출되고, 타격부(132)가 프레스 대상물(P)의 상단을 타격하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 제3 실시예 및 제4 실시예에서는 프레스 대상물(P)은 준비 단계(S200)에서부터, 상부 관통홀(224)에 완전히 삽입되어 위치할 수 있다.

아래에서는 제3 실시예에 의한 프레스 성형 방법을 설명한다. 도 15 내지 도 19를 참조하면, 프레스 대상물(P)은 처음부터 하부 다이(2200)의 상부 관통홀에 완전히 삽입된 상태일 수 있다. 구체적으로, 도 15과 같이, 상부 관통홀의 높이는 프레스 대상물(P)의 높이보다 높도록 제공될 수 있다. 프레스 대상물(P)은 상부 관통홀에서 소정 깊이 더 들어간 자리에 위치할 수 있다. 이 경우, 타격부(1320)가 프레스 대상물(P)의 상단부를 타격을 시작할 때부터, 프레스 대상물(P)이 상부 관통홀의 내측면 및 펀치부(1340)의 측면에 의해 지지되므로, 보다 정교하게 프레스 성형이 이루어질 수 있다. 즉, 프레스 대상물(P)이 펀치부(1340)에 의한 순간적인 충격을 받고, 하부 다이(2200)의 외측을 향해 변형하는 것을 방지하며, 관통홀의 형상을 따라 의도한 형상으로 정교하게 성형될 수 있도록 한다.

이때, 패드(2300)의 형상을 변경하여, 프레스 성형물(Q) 취출시, 프레스 성형물을 하부 다이(2200) 상측으로 돌출되게 함으로써, 프레스 성형물(Q)을 취출할 수 있다.

아래에서는 도 20 내지 도 25를 참조하여, 제4 실시예에 의한 프레스 성형 방법을 설명한다. 제3 실시예와 중복되는 부분은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.

예열 단계(S100)를 거쳐, 도 20의 준비 단계(S200)에서 펀치부(3134)는 제3 실시예에 비해 타격부(3132)로부터 더욱 돌출될 수 있다. 또는, 도 21 및 도 22의 제1 성형 단계(S300)에서, 펀치부(3134)가 패드(3230)의 상면과 맞닿도록 펀치부(3134)가 하강할 수 있다. 제1 성형 단계(S300)에서 펀치 부재(3130)가 하강하면서, 타격부(3132)는 프레스 대상물(P)을 가압한다. 펀치부(3134)는 패드(3230)를 가압하면서 패드(3230)와 함께 하강한다. 프레스 대상물(P)은 성형이 시작되면서 펀치부(1134) 및 관통홀(3222)의 내측면에 의해 지지된다. 프레스 대상물(P)은 이 상태로 관통홀(3222)을 통과한다. 따라서, 프레스 대상물(P)은 형상의 불규칙함 또는 흐트러짐없이 성형이 정교하게 진행될 수 있다.

도 23 및 도 24의 제2 성형 단계(S400)에서는, 펀치부(3134)가 소정거리 상승하였다가, 재차 하강하여 프레스 대상물(P)을 성형한다. 프레스 대상물(P)의 외측면 뿐 아니라, 내측면도 다듬는 성형을 함께 할 수 있다.

그 후, 도 25의 취출 단계(S500)에서는 패드(3230)가 상승하여 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)를 취출한다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

P: 프레스 대상물 Q: 프레스 성형물
100: 상측 금형부 130: 펀치부재
132: 타격부 134: 펀치부
200: 하측 금형부 220: 하부 다이
222: 관통홀 224: 상부 관통홀
226: 연통홀 228: 하부 관통홀
230: 패드 232: 패드 상단부
234: 패드 중단부 236: 패드 하단부

Claims (18)

1. 파이프 형상의 프레스 대상물을 복수 개의 단을 가지는 파이프 형상의 프레스 성형물로 제조하기 위한 프레스 금형 장치에 있어서,
   프레스 대상물을 드로잉하는 펀치 부재를 구비하는 상측 금형부; 및
   상기 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 관통홀이 형성된 하부 다이를 구비하는 하측 금형부;를 포함하고,
   상기 하측 금형부는, 상기 관통홀 내부에 삽입되며, 상기 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 패드;를 포함하며,
   상기 관통홀은, 프레스 대상물이 진입 가능한 진입구 측의 상부 관통홀; 상기 패드가 위치하는 하부 관통홀; 및 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀 사이에서 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀을 연결하는 연통홀;을 포함하고,
   상기 상부 관통홀, 상기 연통홀, 및 상기 하부 관통홀 순서대로 단면적이 작고, 상기 상부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 상부 관통홀의 내측면은 수직방향으로 형성되며,
   상기 연통홀은 상기 상부 관통홀 측으로부터 상기 하부 관통홀 측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 감소하도록, 상기 연통홀의 내측면은 소정의 각도를 가지고 하향경사지게 제공되고,
   상기 하부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 하부 관통홀의 내측면은 수직방향으로 형성되고,
   상기 펀치 부재는 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 타격부 및 상기 타격부에 의해 둘러싸여 상기 타격부 내측에 위치한 펀치부;를 포함하되,
   상기 타격부와 상기 펀치부는 서로 독립적으로 상하운동이 가능하고,
   상기 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후에, 상기 펀치부만이 소정 간격 하강하고,
   상기 프레스 대상물은 그 외측면이 상기 상부 관통홀의 내측면에 접촉한 상태로 놓이고,
   상기 펀치부의 하단은 그 단면적이 하측으로 갈수록 감소하도록, 상기 펀치부 하단의 외측면은 하향경사지고,
   상기 펀치 부재가 하강하여 상기 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격하고, 상기 프레스 대상물이 1차 성형되어 상기 상부 관통홀 및 상기 연통홀에 삽입되면, 상기 펀치부만이 소정 거리 하강하여, 상기 패드의 상단을 타격하여 상기 프레스 대상물을 2차 성형하는 프레스 금형 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 패드는,
   상기 펀치부의 하단과 접촉가능하도록 제공되며, 그 직경이 상기 하부 관통홀보다 작은 패드 상단부;
   그 가장자리에 의해 상기 프레스 대상물의 하단을 지지가능하며, 직경이 상기 하부 관통홀과 대응되게 제공되는 패드 중단부; 및
   상기 패드 중단부의 하측에 제공되며, 그 직경이 상기 하부 관통홀보다 큰 패드 하단부;를 포함하고,
   상기 프레스 대상물은 상기 관통홀의 내측면, 상기 패드 상단부의 측면, 상기 패드 하단부의 상부로 이루어진 영역에서 성형되는 프레스 금형 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 패드 하단부의 하부에는 상측으로 탄성력을 제공하여, 프레스 성형물을 상측으로 취출가능하게 하는 취출 부재가 연결된 프레스 금형 장치.
   
7. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   프레스 대상물이 성형 이전에 상기 상부 관통홀에 완전히 삽입되도록, 상기 상부 관통홀의 높이는 프레스 대상물의 높이 이상으로 형성되고,
   상기 프레스 대상물의 외측면이 상기 상부 관통홀의 내측면에 접촉한 상태에서 상기 펀치 부재가 하강하는 프레스 금형 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 상부 관통홀 또는 상기 하부 관통홀의 내측면 형상은 원형, 타원 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 마련되는 프레스 금형 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   성형 전에, 상기 프레스 대상물을 유도 가열(induction heating)하는 가열 장치를 더 포함하는 프레스 금형 장치.
   
   
10. 파이프 형상의 프레스 대상물을 복수 개의 단을 가지는 파이프 형상의 프레스 성형물로 제조하기 위한 프레스 성형 방법에 있어서,
    파이프 형상의 프레스 대상물을 하측 금형부의 관통홀에 위치시키는 준비 단계;
    상기 프레스 대상물의 상단부를 타격하여 상기 프레스 대상물을 하측으로 가압하여 1차 성형하는 제1 성형 단계; 및
    상기 프레스 대상물의 중공을 향해 펀치부를 하강시키고, 상기 펀치부의 외측면으로 상기 프레스 대상물의 내측면을 2차 성형하는 제2 성형 단계;
    을 포함하고,
    상기 관통홀은, 프레스 대상물이 진입 가능한 진입구 측의 상부 관통홀; 성형되는 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 패드가 위치하는 하부 관통홀; 및 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀 사이에서 상기 상부 관통홀과 상기 하부 관통홀을 연결하는 연통홀;을 포함하고,
    상기 상부 관통홀, 상기 연통홀, 및 상기 하부 관통홀 순서대로 단면적이 작고, 상기 상부 관통홀의 단면적은 일정하도록, 상기 상부 관통홀의 내측면은 수직방향으로 형성되고, 상기 하부 관통홀의 단면적은 일정하도록 상기 하부 관통홀의 내측면은 수직 방향으로 형성되며,
    상기 연통홀은 상기 상부 관통홀 측으로부터 상기 하부 관통홀 측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 감소하도록, 상기 연통홀의 내측면은 소정의 각도를 가지고 하향경사지게 제공되고,
    상기 준비 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 상부 관통홀에 위치하고, 상기 제1 성형 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 상부 관통홀 및 상기 연통홀에 걸쳐 위치하거나, 또는 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀 및 상기 하부 관통홀에 걸쳐 위치하고,
    상기 제2 성형 단계에서는 상기 프레스 대상물이 상기 상부 관통홀, 상기 연통홀 및 상기 하부 관통홀에 걸쳐 위치하는 프레스 성형 방법.
    
11. 삭제
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 성형 단계에서는, 상기 펀치부의 주위를 둘러싸는 타격부에 의해 상기 프레스 대상물의 상단을 타격하는 프레스 성형 방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 성형 단계에서는, 상기 펀치부가 상기 타격부와 무관하게 독립적으로 하강하여 상기 펀치부의 외측면에 의해 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 타격하여 성형하는 프레스 성형 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 성형 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 관통홀의 내측면과 상기 펀치부의 외측면, 그리고 상기 패드의 외면에 의해 형성된 영역을 채워 그 외관이 성형되는 프레스 성형 방법.
    
15. 제10항에 있어서,
    프레스 성형물을 상기 하측 금형부의 상부로 취출하는 취출 단계를 더 포함하는 프레스 성형 방법.
    
16. 제10항, 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 준비 단계에서는, 상기 프레스 대상물이 상기 하측 금형부의 외부로 돌출되지 않도록 상부 관통홀에 위치시키는 프레스 성형 방법.
    
17. 제10항에 있어서,
    상기 준비 단계 이전에, 상기 프레스 대상물을 소정 온도로 가열하는 예열 단계를 더 포함하는 프레스 성형 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 예열 단계에서는, 상기 프레스 대상물을 유도 가열(induction heating) 방식으로 가열하는 프레스 성형 방법.

Images