KR101971028B1

KR101971028B1 - 판재의 클린칭 장치

Info

Publication number: KR101971028B1
Application number: KR1020170122744A
Authority: KR
Inventors: 김래형; 박상언
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-22
Also published as: KR20190033956A

Abstract

본 발명의 실시예에 따라서 다이 상의 클린칭 홈에 대하여 로딩된 복수의 판재를 펀치로 펀칭하여 클린칭 접합하는 판재의 클린칭 장치는, 상기 다이 상에는 상기 클린칭 홈의 일부를 형성하면서 상기 다이에 대하여 승하강 작동하도록 구성되는 가동 블록, 및 상기 다이의 하부에 설치되어 상기 가동 블록을 승하강시키는 블록 승강유닛을 포함할 수 있다.

Description

판재의 클린칭 장치{CLINCHING DEVICE OF PANEL}

본 발명은 결합될 판재들이 다이 위에 배치되고, 상기 다이에 형성된 클린칭 홈의 형태를 따라서 펀치가 판재들을 소성 변형시켜 이들을 결합하는 판재의 클린칭 장치에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다.

이를 위해 자동차 업계는 차체 조립을 위한 통상적인 스폿 용접을 교체할 수 있는 접합 방식으로서 셀프 피어싱 리벳 시스템(self-piercing rivet system)을 채택하고 있다.

셀프 피어싱 리벳 접합 방식은 구멍을 가공하지 않고 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 리벳을 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합하는 방식이다.

예를 들면, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 상하판의 접합 대상물을 리벳 툴과 다이 사이에 위치시킨 상태에서, 리벳 툴을 통해 리벳을 가압하면, 리벳이 상판을 관통하여 하판으로 침투되고, 리벳의 선단이 다이의 성형골을 따라서 반지름 방향으로 확장 변형되면서 접합 대상물을 결합한다.

이와 같은 셀프 피어싱 리벳 시스템을 이용한 접합 기술은 스폿 용접이 용이하지 않은 알루미늄 차체와 같은 부품을 접합하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 셀프 피어싱 리벳과 유사한 결합 방법으로써, 클린칭 방법이 도입되었으며, 이러한 클린칭 방법은 두 개의 판재를 펀치로 누르고, 판재들을 다이에 형성된 클린칭 홈의 형태로 소성 변형시켜 이들을 결합시키는 방법이다.

도 1은 종래의 클린칭 공정을 보여주는 개략적인 단면도이고, 도 1을 참조하면, 상기 다이(100)의 상부면에 가압홈(120)이 형성됨으로써 상기 상부 판재(300)와 하부 판재(200)가 상기 가압홈(120)에서 서로 클린칭될 수 있다.

한편, 상기 다이(100)는 내부에 카트리지 히터(110)를 포함할 수 있는데, 상기 카트리지 히터(110)는 전원 공급에 의해 작동하여 상기 다이(100)를 가열시킬 수 있고, 상기 상부 판재(300)와 하부 판재(200)를 일정 온도로 가열시켜 상기 상부 판재(300)와 하부 판재(200)의 클린칭을 용이하게 할 수 있다.

여기서, 상기 상부 판재(300) 및 하부 판재(200)는 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg) 소재의 금속-금속 간 이종 소재 또는 동종 소재로 이루어지거나, 금속-비금속 간 이종 소재로 이루어질 수 있다.

상기 펀치(420)는 실린더 등의 힘을 전달받아 하강할 수 있고, 상기 펀치(420)는 하부에 가압턱(421)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 가압턱(421)은 상기 다이(100)에 형성된 가압홈(120)에 삽입되면서 상기 상부 판재(300)와 하부 판재(200)를 가압하고, 상기 가압홈(120) 내에서 상기 상부 판재(300)와 하부 판재(200)를 국부적으로 소성 변형시켜 이들을 클린칭한다.

한편, 클린칭 과정에서 소성 변형된 판재들(300, 200)이 다이의 클린칭 홈에서 용이하게 분리되지 않고, 판재들 사이의 결합력이 저하될 수 있으며, 소성변형 과정에서 크랙 등이 발생할 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

대한민국 공개특허 10-2016-0114310

본 발명의 목적은 보다 개선된 구조를 통해서 클린칭 결합된 판재들이 다이에서 용이하게 분리되고, 클린칭 결합된 판재들의 결합력을 향상시킬 수 있으며 보다 다양한 재질을 크랙 없이 신속하고 안정적으로 결합시킬 수 있는 판재의 클린칭 장치를 제공하는 것이다.

상기 클린칭 홈은 상기 다이에 형성되는 제1홈, 및 상기 가동 블록에 형성되고, 상기 제1홈과 함께 상기 클린칭 홈을 형성하는 제2홈을 포함할 수 있다.

상기 제1홈의 내측면에는 접합된 상기 판재들에 언너컷부를 형성하도록 경사면이 형성될 수 있다.

상기 제2홈의 내측면에는 상기 가동 블록이 하강하는 방향으로 수직면이 형성될 수 있다.

상기 제1 홈과 상기 제2 홈에는 바닥면이 각각 형성되고, 상기 가동 블록이 상승된 상태에서 상기 제1,2홈의 바닥면은 동일 평면 상에 형성될 수 있다.

상기 경사면의 일측과 상기 수직면의 일측은 서로 반대방향에 형성될 수 있다.

상기 블록 승강유닛은, 상기 제1,2판재가 상기 펀치에 의해서 상기 클린칭 홈의 형태로 소성 변형된 상태에서 상기 가동 블록을 하부로 이동시킬 수 있다.

상기 블록 승강유닛은, 서로 결합된 상기 제1,2판재가 상기 다이에서 분리 된 상태에서, 상기 가동 블록을 상승시켜 원위치로 이동시킬 수 있다.

상기 블록 승강유닛은 작동 로드를 통해서 상기 가동 블록을 승강시키는 실린더를 포함할 수 있다.

상기 펀치의 상단과 결합되는 펀치 플레이트, 상기 펀치가 관통하고, 상기 펀치 플레이트와 상하로 마주하는 패드, 및 상기 패드와 상기 펀치 플레이트 사이에 개재되는 쿠션을 더 포함할 수 있다.

상기 펀치 플레이트를 통해서 상기 펀치를 승강시키는 펀치 승강유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 제1,2판재에서 상기 펀치에 의해서 소성 변형될 부분은 미리 설정된 온도로 예열될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 판재의 클린칭 장치에 의하면, 클린칭 홈이 형성된 다이를 적어도 두 개로 나누고, 소재를 클린칭 결합한 후에는 다이에 형성된 가동 블록을 하강시켜 클린칭 결합된 소재를 다이에서 용이하게 분리할 수 있다.

아울러, 클린칭 결합된 소재가 다이에서 용이하게 분리되기 때문에, 분리과정에서 크랙이 발생하지 않고, 클린칭 결합된 부분의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 클린칭 공정을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치의 일부 상세 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치의 작동과정을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 방법을 보여주는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 2를 참조하면, 클린칭 장치는 프레스 슬라이드(200), 펀치 플레이트(205), 펀치(215), 쿠션(210), 패드(220), 클린칭 홈(260), 다이(252), 가동 블록(254), 실린더(245), 유압 제어기(240), 및 볼스터(235)를 포함한다.

여기서, 상기 클린칭 홈(260)은 상기 다이(252)에 형성된 제1 홈(262)과 상기 가동 블록(254)에 형성된 제2 홈(264)을 포함한다.

상기 볼스터(235) 위에 상기 다이(252)가 배치되고, 상기 가동 블록(254)은 상기 다이(252)의 상면에서 하면으로 형성된 홀에 삽입되어 장착된다.

상기 가동 블록(254)은 상기 실린더(245)의 작동 로드(247)에 의해서 하강되거나 상승되며, 상기 실린더(245)는 상기 유압 제어기(240)와 연결되어 유압을 공급받는다.

상기 다이(252)의 상면 일측에는 제1 홈(262)이 형성되고, 상기 가동 블록(254)의 상면 일측에는 제2 홈(264)이 형성되며, 상기 제1 홈(262)과 제2 홈(264)이 연결되어 함께 상기 클린칭 홈(260)을 형성한다. 그리고, 상기 다이(252)의 상면에는 서로 클린칭 접합될 제1 판재(P1)와 제2 판재(P2)가 배치된다.

상기 다이(252)의 상부측에 프레스 슬라이더(200)가 배치되고, 상기 프레스 슬라이더(200)의 하면에 상기 펀치 플레이트(205)가 고정되며, 상기 펀치 플레이트(205)의 하면 중심부에는 상기 펀치(215)가 하부로 연장된다.

상기 펀치(215)는 상기 패드(220)를 상하 방향으로 관통하여 배치되고, 상기 패드(220)의 상면과 상기 펀치 플레이트(205)의 하면 사이에는 쿠션(210)이 배치된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 프레스 슬라이더(200)가 하강하면, 상기 펀치 플레이트(205), 상기 펀치(215), 상기 쿠션(210), 및 상기 패드(220)가 함께 하강하고, 상기 패드(220)가 상기 다이(252) 위에 배치된 상기 제1,2판재(P1, P2)를 가압한다.

동시에, 상기 패드(220)가 상기 쿠션(210)에 인가하는 힘에 의해서 상기 쿠션(210)이 수축되고, 상기 패드(220)를 관통한 상기 펀치(215)가 상기 제1,2판재(P1, P2)를 누른다.

또한, 상기 펀치(215)가 상기 제1,2판재(P1, P2)를 상기 클린칭 홈(260)의 형태로 소성 변형시켜서 언더컷부(도 4e의 U)를 형성함으로써 상기 제1,2판재(P1, P2)를 클린칭 결합한다.

그리고, 상기 프레스 슬라이더(200)가 상승하고, 상기 실린더(245)는 작동로브(247)를 통해서 상기 가동 블록(254)를 하강시키며, 서로 결합된 제1,2판재(P1, P2)가 상기 다이(252)에서 분리되고, 외부로 언로딩된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1홈이 형성된 상기 다이의 일부는 별도로 상기 다이에 장착될 수 있으며, 이 부분은 다이에 포함되는 부분이며, 이를 교체함으로써, 유지보수가 용이하고 다양한 판재를 클린칭할 수 있다. 아울러, 상기 가동 블록도 교체가능하기 때문에, 유지보수가 용이하고 다양한 판재를 클린칭할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치의 일부 상세 단면도이다.

도 3을 참조하면, 클린칭 장치는 다이(252), 및 가동 블록(254)를 포함하고, 클린칭 홈(260)은 제1 홈(262) 및 제2 홈(264)을 포함한다.

상기 제1 홈(262)은 상기 다이(252)의 상면 일측에 형성되고, 상기 제2 홈(264)은 상기 가동 블록(254)의 상면 일측에 형성되며, 상기 제1,2홈(262, 264)은 서로 연결되어 상기 클린칭 홈(260)을 형성한다.

그리고, 상기 클린칭 홈(260)을 상부에서 바라보았을 때, 상기 클린칭 홈(260)은 원의 형태를 가질 수 있다. 아울러, 상기 펀치(215)의 단면도 원의 형태를 가질 수 있다.

상기 클린칭 홈(260)에는 바닥면(300)이 형성되고, 상기 제1 홈(262)에는 경사면(305)이 형성되며, 상기 제2 홈(264)에는 수직면(310)이 형성된다.

상기 바닥면(300)은 평평한 형태를 가지며, 상기 수직면(310)은 수직한 방향으로 형성되며, 상기 경사면(305)은 바닥면(300)에서 상부측으로 그 내경이 작아지도록 형성된다. 즉, 상기 경사면(305)은 상기 제1,2판재(P1, P2)가 소성 변형되어 언더컷부(도 4e의 U)를 형성하도록 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 홈(262)에 형성된 상기 경사면(305)의 구조는 언더컷부(U)를 형성하여 상기 제1 판재(P1)와 제2 판재(P2)의 결합력을 향상시킨다.

또한, 상기 제2 홈(264)에 형성된 상기 수직면(310)은 상기 가동 블록(254)가 하강하는 동작을 용이하게 하며, 클린칭 결합된 상기 제1,2판재(P1, P2)가 상기 다이(250)에서 분리되는 동작을 용이하게 한다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치의 작동과정을 보여주는 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 상기 다이(252) 위에 제1,2판재(P1, P2)가 순차적으로 배치된다. 여기서, 상기 제1,2판재(P1, P2)는 금속재질이고, 서로 다른 재질을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1,2판재(P1, P2) 사이에 접착부재(미도시)가 형성될 수 있다.

상기 다이(252) 위에 상기 제1,2판재(P1, P2)를 로딩하는 방법은 로봇을 이용할 수 있고, 별도의 이송장치를 이용할 수도 있으며, 작업자가 로딩작업을 수행할 수도 있다.

도 4b를 참조하면, 상기 프레스 슬라이더(200)가 하강하여, 상기 패드(220)가 상기 제1,2판재(P1, P2)의 상면에 밀착된다.

도 4c를 참조하면, 상기 프레스 슬라이더(200)가 더 하강하면, 상기 패드(220)가 상기 제1,2판재(P1, P2)의 상면을 가압하고, 이 가압력에 의해서 상기 쿠션(210)이 수축된다.

그리고, 상기 펀치(215)가 상기 제1,2판재(P1, P2)를 상기 클린칭 홈(260)의 형태로 소성 변형시키면서 상기 제1,2판재(P1, P2)를 서로 클린칭 접합시킨다.

도 4d를 참조하면, 상기 프레스 슬라이더(200)가 상기 패드(220), 상기 쿠션(210), 상기 펀치(215), 및 상기 펀치 플레이트(205)와 함께 상승한다. 그리고, 상기 가동 블록(254)은 상기 실린더(245)에 의해서 하강한다.

도 4e를 참조하면, 로봇 또는 작업자는 클린칭되어 서로 결합된 제1,2판재(P1, P2)를 상기 경사면(305)이 형성된 방향을 따라서 비스듬하게 상승시키고, 제1,2판재(P1, P2)를 상기 다이(250)에서 분리시키며, 이를 클린칭 장치 외부로 이송한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 장치의 개략적인 구성도이다.

도 5를 참조하면, 클린칭 시스템은 제어부(500), 펀치 승강유닛(505), 펀치(215), 가동 블록(254), 및 블록 승강유닛(510)을 포함한다.

여기서, 상기 펀치 승강유닛(505)은 상기 프레스 슬라이더(200)를 상승 또는 하강시키는 기능을 수행하고, 상기 블록 승강유닛(510)은 상기 실린더(245)와 같이 상기 가동 블록(254)을 하강시키거나, 상기 가동 블록(254)을 원위치로 상승시키는 기능을 수행한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(500)는 상기 펀치 승강유닛(505)과 상기 블록 승강유닛(510)을 제어하여 클린칭 동작을 수행하고, 결합된 판재와 다이의 분리동작을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 클린칭 방법을 보여주는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 클린칭 방법은 크게 S600, S610, S620, S630, 및 S640을 포함한다.

S600은 다이 위에 판재를 로딩하는 단계로써, 로봇, 이송장치, 또는 작업자는 상기 다이(252) 위에 제1,2판재(P1, P2)를 순차적으로 적층한다.

본 발명의 실시예에서, 다이(252) 위로 투입되는 판재를 설정된 온도로 가열될 수 있으며, 상기 다이(252) 안에는 상면에 놓여진 판재를 가열하는 별도의 히팅카트리지(미도시)가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 히팅 카트리지는 상기 다이 또는 상기 가동 블록의 내부에 설치될 수 있다.

S610은 펀치(215)를 하강시켜 판재들을 클린칭 결합하는 단계로써, 제어부(500)는 펀치 승강유닛(505)를 제어하여 상기 프레스 슬라이더(200)를 하강시키고, 상기 펀치(215)를 이용하여 상기 제1,2판재(P1, P2)를 상기 클린칭 홈(260)의 형태로 소성 변형시킨다.

S620은 펀치(215)를 상승시키는 단계로써, 제어부(500)는 펀치 승강유닛(505)을 제어하여 상기 프레스 슬라이더(200)를 상승시키고, 상기 펀치(215)가 상기 다이(250) 및 제1,2판재(P1, P2)와 분리된다.

S630은 가동 블록(254)을 하강시키는 단계로써, 제어부(500)는 상기 유압 제어기(240)를 제어하여 상기 블록 승강유닛(510)이 상기 실린더(245)로 공급되는 유압을 제어하여 상기 가동 블록(254)을 하강시킨다.

본 발명의 실시예에서, S620과 S630은 동시에 수행될 수 있고, 순차적으로 수행될 수 있고, 역순으로 수행될 수 있다.

S640은 결합된 제1,2판재(P1, P2)를 다이(252)에서 분리시키고, 외부로 언로딩시키는 단계로써, 로봇 또는 작업자는 결합된 제1,2판재(P1, P2)를 잡는다.

그리고, 상기 경사면(305)이 형성된 비스듬한 방향으로 상기 제1,2판재(P1, P2)를 상승시켜, 상기 다이(252)와 제1,2판재를 분리한다. 여기서, 결합된 제1,2판재(P1, P2)는 장치 외부로 언로딩된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

200: 프레스 슬라이더 205: 펀치 플레이트
210: 쿠션 215: 펀치
220: 패드 P1: 제1 판재
P2: 제2 판재 235: 볼스터
240: 유압 제어기 245: 실린더
247: 작동 로드 252: 다이
254: 가동 블록 260: 클린칭 홈
262: 제1 홈 264: 제2 홈
300: 바닥면 305: 경사면
310: 수직면 500: 제어부
505: 펀치 승강유닛 510: 블록 승강유닛
U: 언더컷부

Claims

다이 상의 클린칭 홈에 대하여 로딩된 복수의 판재를 펀치로 펀칭하여 클린칭 접합하는 판재의 클린칭 장치에 있어서,
상기 다이 상에는 상기 클린칭 홈의 일부를 형성하면서 상기 다이에 대하여 승하강 작동하도록 구성되는 가동 블록; 및
상기 다이의 하부에 설치되어 상기 가동 블록을 승하강시키는 블록 승강유닛;을 포함하며,
상기 블록 승강유닛은 제1,2판재가 상기 펀치에 의해서 상기 클린칭 홈의 형태로 소성 변형된 상태에서 상기 가동 블록을 하부로 이동시키는 판재의 클린칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 클린칭 홈은
상기 다이에 형성되는 제1홈; 및
상기 가동 블록에 형성되고, 상기 제1홈과 함께 상기 클린칭 홈을 형성하는 제2홈; 을 포함하는 판재의 클린칭 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1홈의 내측면에는 접합된 상기 판재들에 언너컷부를 형성하도록 경사면이 형성된 판재의 클린칭 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2홈의 내측면에는 상기 가동 블록이 하강하는 방향으로 수직면이 형성된 판재의 클린칭 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 홈과 상기 제2 홈에는 바닥면이 각각 형성되고, 상기 가동 블록이 상승된 상태에서 상기 제1,2홈의 바닥면은 동일 평면 상에 형성되는 판재의 클린칭 장치.
제4항에 있어서,
상기 경사면의 일측과 상기 수직면의 일측은 서로 반대 방향에 형성된 판재의 클린칭 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 블록 승강유닛은,
서로 결합된 상기 제1,2판재가 상기 다이에서 분리 된 상태에서, 상기 가동 블록을 상승시켜 원위치로 이동시키는 판재의 클린칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 블록 승강유닛은 작동 로드를 통해서 상기 가동 블록을 승강시키는 실린더를 포함하는 판재의 클린칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 펀치의 상단과 결합되는 펀치 플레이트;
상기 펀치가 관통하고, 상기 펀치 플레이트와 상하로 마주하는 패드; 및
상기 패드와 상기 펀치 플레이트 사이에 개재되는 쿠션; 을 더 포함하는 판재의 클린칭 장치.
제10항에 있어서,
상기 펀치 플레이트를 통해서 상기 펀치를 승강시키는 펀치 승강유닛; 을 더 포함하는 판재의 클린칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1,2판재에서 상기 펀치에 의해서 소성 변형될 부분은 미리 설정된 온도로 예열된 판재의 클린칭 장치.