KR101972664B1 - 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 - Google Patents

실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 Download PDF

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문영훈
정희석
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Abstract

일 실시예에 따른 실링 유닛은, 탄성 재질로 마련되어, 성형 관재의 외측면에 장착되는 제1 링 부재; 및 비탄성 재질로 마련되어, 상기 제1 링 부재에 인접하게 상기 성형 관재의 외측면에 장착되는 제2 링 부재;를 포함하고, 상기 성형 관재에 하중 인가 시 상기 제2 링 부재에 의해 상기 제1 링 부재가 균일하게 압축 변형될 수 있다.

Description

실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치{SEALING UNIT AND HYDROFORMING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치에 관한 것으로서, 탄성 재질로 마련된 제1 링 부재 및 비탄성 재질로 마련된 제2 링 부재의 조합에 의해 성형 관재 내 압력 누수를 방지할 수 있는 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치에 관한 것이다.
관재 액압성형 기술은 액압을 이용하여 관재를 원하는 형상을 얻는 공정으로 자동차 및 항공기와 같은 다양한 부품에 사용된다.
관재 액압성형 기술의 장점은 복잡한 금속 성형 기술을 필요로 하는 기존 공정을 대체하는 동시에 공정을 간소화하여 부품의 일체화를 구현할 수 있다. 또한 부품의 마감 비용과 다이 비용을 절감할 수 있고, 우수한 소재를 활용할 수 있으며, 작업성 향상 및 향상된 부품 품질 효과를 얻을 수 있다.
반면, 액압성형 기술은 축방향의 소재 유입과 관재 내부 하중과의 조합에 의한 성형 기술로써 성형 관재의 내압에 매우 민감하며, 관재 내부에 채워지는 유체의 실링은 성형성에 중요한 영향을 미친다.
도 1에 도시된 종래의 액압성형 공정 기술을 이용하여 비대칭 형상 성형 시에 펀치에 작용하는 압력 구배는 도 2에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다.
구체적으로, 비대칭 형상 성형 시 성형 관재의 확관 정도가 작은 구역에서는 펀치에 작용하는 응력이 높으며 성형 관재의 확관 정도가 높은 구역에서는 펀치에 작용하는 응력이 높을 수 있다.
이에 의해 펀치와 성형 관재 사이에 작용하는 불균일한 접촉 응력 및 성형 관재의 끝단부에서 압력 누수가 발생하며, 결론적으로 성형 관재 내부의 낮은 압력으로 인해 최종 성형 제품의 형상 정확도가 저하된다.
2004년 2월 19일에 출원된 KR10-2004-0011164에는 '액압 성형용 액체 누수방지장치'에 대하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 탄성 재질로 마련된 제1 링 부재 및 비탄성 재질로 마련된 제2 링 부재의 조합에 의해 성형 관재의 단부에서 발생하는 압력 누수를 예방하고, 성형 관재 내 높은 성형 압력을 이용하여 성형성 또는 형상 정확도를 향상시킬 수 있는 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 탄성 재질로 마련된 복수 개의 제1 링 부재(고무링) 사이에 비탄성 재질로 마련된 제2 링 부재(스틸링)를 위치시킴으로써, 복수 개의 제1 링 부재가 위치된 부분에서의 확관을 저하시켜 성형 관재에서 성형되는 부분에 압력이 집중되게 하고, 펀치부의 축방향 이송 시 복수 개의 제1 링 부재가 균일하게 압축되어 제1 링 부재에서 발생하는 반력이 성형 관재의 단부와 펀치부 사이의 접촉 증가를 일으키는 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 성형 관재의 양단부에 장착 및 제거가 용이하고, 단순한 구성의 추가를 통해서 액압성형 공정의 실링 효과를 극대화시킬 수 있는 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 성형 관재의 양단부에 장착된 원통형의 슬리브 부재 및 펀치부에 필렛 용접에 의해 형성된 경사면의 접촉을 통해 성형 관재 내 압력 누수가 예방될 수 있는 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 특히 비대칭 형상 성형 시 성형 관재의 양단부에서 압력 누수를 방지하여, 펀치부의 축방향 이송에 의한 하중이 성형 관재에 효과적으로 전달되고, 성형 관재 내부 압력을 높게 유지할 수 있는 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 실링 유닛은, 탄성 재질로 마련되어, 성형 관재의 외측면에 장착되는 제1 링 부재; 및 비탄성 재질로 마련되어, 상기 제1 링 부재에 인접하게 상기 성형 관재의 외측면에 장착되는 제2 링 부재;를 포함하고, 상기 성형 관재에 축방향 하중 인가 시 상기 제2 링 부재에 의해 상기 제1 링 부재가 균일하게 압축 변형될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 링 부재는 복수 개로 마련되고, 상기 제2 링 부재는 적어도 하나로 마련되어, 상기 복수 개의 제1 링 부재 사이에 상기 적어도 하나의 제2 링 부재가 개재될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재는 복수 개로 마련되고, 상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재는 서로 교대로 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 원통형으로 마련되어, 상기 성형 관재의 단부에 장착되는 슬리브 부재;를 더 포함하고, 상기 슬리브 부재는 상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재 중 상기 제1 링 부재에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 액압성형장치는, 성형 관재가 제공되는 공동이 형성된 금형부; 상기 금형부의 양측으로부터 상기 성형 관재의 양단부 내부를 향해 이송되는 펀치부; 및 상기 성형 관재의 양단부 외측면에 장착되어 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 실링부;를 포함하고, 상기 실링부의 반력에 의해 상기 성형 관재의 양단부에서 상기 펀치부에 균일한 접촉 응력이 작용될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 실링부가 장착된 상기 성형 관재의 양단부는 비성형되고, 상기 실링부는 상기 성형 관재로부터 제거 가능하게 장착될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 실링부는, 탄성 재질로 마련되어, 상기 성형 관재의 외측면에 배치된 복수 개의 제1 링 부재; 및 비탄성 재질로 마련되어, 상기 복수 개의 제1 링 부재 사이에 개재된 적어도 하나의 제2 링 부재;를 포함하고, 상기 제2 링 부재에 의해 상기 제1 링 부재가 균일하게 압축 변형될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 펀치부는, 상기 성형 관재의 양단부에서 내부에 삽입되는 제1 구획; 및 상기 제1 구획에 연결되어 상기 성형 관재의 양단부로부터 외부에 돌출되는 제2 구획;을 포함하고, 상기 제1 구획 및 상기 제2 구획이 연결된 부분에는 경사면이 형성되고, 상기 실링부는, 상기 성형 관재의 단부 외측면에 배치되고, 상기 경사면에 대응되는 형상이 마련된 슬리브 부재;를 더 포함하고, 상기 경사면에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 절곡되고, 상기 절곡된 성형 관재를 사이에 두고 상기 경사면과 상기 슬리브 부재가 접촉할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 구획은 상기 슬리브 부재, 상기 제1 링 부재 또는 상기 제2 링 부재의 내경에 대응하는 직경을 구비하고, 상기 제2 구획은 상기 슬리브 부재, 상기 제1 링 부재 또는 상기 제2 링 부재의 외경에 대응하는 직경을 구비할 수 있다.
일 실시예에 따른 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 에 의하면, 탄성 재질로 마련된 제1 링 부재 및 비탄성 재질로 마련된 제2 링 부재의 조합에 의해 성형 관재의 단부에서 발생하는 압력 누수를 예방하고, 성형 관재 내 높은 성형 압력을 이용하여 성형성 또는 형상 정확도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 에 의하면, 탄성 재질로 마련된 복수 개의 제1 링 부재(고무링) 사이에 비탄성 재질로 마련된 제2 링 부재(스틸링)를 위치시킴으로써, 복수 개의 제1 링 부재가 위치된 부분에서의 확관을 저하시켜 성형 관재에서 성형되는 부분에 압력이 집중되게 하고, 펀치부의 축방향 이송 시 복수 개의 제1 링 부재가 균일하게 압축되어 제1 링 부재에서 발생하는 반력이 성형 관재의 단부와 펀치부 사이의 접촉 증가를 일으킬 수 있다.
일 실시예에 따른 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 에 의하면, 성형 관재의 양단부에 장착 및 제거가 용이하고, 단순한 구성의 추가를 통해서 액압성형 공정의 실링 효과를 극대화시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 에 의하면, 성형 관재의 양단부에 장착된 원통형의 슬리브 부재 및 펀치부에 필렛 용접에 의해 형성된 경사면의 접촉을 통해 성형 관재 내 압력 누수가 예방될 수 있다.
일 실시예에 따른 실링 유닛 및 상기 실링 유닛을 포함하는 액압성형장치 에 의하면, 특히 비대칭 형상 성형 시 성형 관재의 양단부에서 압력 누수를 방지하여, 펀치부의 축방향 이송에 의한 하중이 성형 관재에 효과적으로 전달되고, 성형 관재 내부 압력을 높게 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 액압성형장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 비대칭 형상 액압성형 시 펀치부에 작용하는 응력 분포를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 액압성형장치를 개략적으로 도시한다.
도 4(a) 및 (b)는 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 도시한다.
도 5(a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 액압성형장치를 이용한 액압성형 공정의 개략도이다.
도 6은 실링부가 제1 링 부재만을 포함하는 경우 압축 실험의 개략도이다.
도 7(a) 내지 (c)는 압축 변위에 따른 제1 링 부재의 형상 변화를 도시한다.
도 8(a) 및 (b)는 압축 변위에 따른 제1 링 부재의 두께 및 외경 변화를 도시한다.
도 9는 실링부가 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 경우 압축 실험의 개략도이다.
도 10(a) 및 (b)는 실링부가 제1 링 부재만을 포함하는 경우 및 실링부가 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 경우에서 제1 링 부재의 두께 및 외경 변화를 도시한다.
도 11(a) 및 (b)는 실링부가 제1 링 부재만을 포함하는 경우 및 실링부가 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 경우의 최종 형상이다.
도 12는 제1 링 부재 및 제2 링 부재의 다양한 조합에 따른 압축 실험의 개략도이다.
도 13은 압축 실험 결과를 도시한다.
도 14(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 액압성형 실험을 위한 셋업을 도시한다.
도 15는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형 관재 내부 압력을 나타내는 그래프이다.
도 16(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 최종 형상이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 액압성형장치를 개략적으로 도시하고, 도 4(a) 및 (b)는 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 도시하고, 도 5(a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 액압성형장치를 이용한 액압성형 공정의 개략도이다.
도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 액압성형장치(10)는 금형부(100), 펀치부(200) 및 실링부(300)를 포함할 수 있다.
상기 금형부(100)는 예를 들어 상부 다이(102) 및 하부 다이(104)를 포함할 수 있다.
이때, 상부 다이(102) 및 하부 다이(104)의 결합 시 내부에 성형 관재(T)가 제공될 수 있도록 공동이 형성될 수 있다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 성형 관재(T) 내에 유체가 제공됨으로써, 유체의 압력에 의해서 성형 관재(T)가 공동의 형상에 대응되도록 성형될 수 있다.
또한, 상부 다이(102) 및 하부 다이(104)의 결합 시 성형 관재(T)의 양단부에 장착된 실링부(300)가 수용될 수 있는 공동이 추가적으로 형성될 수 있음은 당연하다.
상기 금형부(100)의 양측에는 펀치부(200)가 배치될 수 있다.
상기 펀치부(200)는 금형부(100)의 양측으로부터 성형 관재(T)의 양단부 내부를 향해 이송될 수 있다.
이때, 펀치부(200)는 미리 프로그래밍된 하중 경로에 따라서 작동될 수 있고, 펀치부(200)에 펀치부(200)의 이송을 제어하기 위한 컨트롤러(미도시) 및 컨트롤러에 의해 제어되어 펀치부(200)를 이송시키는 액추에이터(미도시)가 연결될 수 있음은 당연하다.
구체적으로, 펀치부(200)는 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)을 포함할 수 있다.
상기 제1 구획(202)은 펀치부(200)의 축방향 이송 시에 성형 관재(T)의 양단부에서 내부에 삽입될 수 있다.
이때, 축방향 이송은 성형 관재(T)의 길이방향을 따라 연장된 성형 관재(T)의 중심축을 따라 펀치부(200)가 이송된다는 것을 의미할 수 있다.
상기 제2 구획(204)은 제1 구획(202)에 연결되어, 펀치부(200)의 축방향 이송 시에 성형 관재(T)의 양단부로부터 외부에 돌출될 수 있다.
또한, 펀치부(200)에서 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)이 연결된 부분에는 경사면(206)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)이 별개의 부품으로 마련된 경우 필렛 용접에 의해 연결될 수 있다. 또는, 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)은 하나의 부품으로 마련된 경우 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)의 경계면이 모따기로 절삭 가공될 수 있다.
이때, 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)이 연결된 부분에 형성된 경사면(206)에 의해 성형 관재(T)의 양단부가 절곡되고, 후술하게 될 실링부(300)의 슬리브 부재(330)가 성형 관재(T)를 사이에 두고 경사면(206)에 접촉하게 될 수 있다. 이는 또한 실링부(300)의 슬리브 부재(330)에 경사면(206)의 형상에 대응되는 형상이 구비될 수 있다는 것을 의미하기도 한다.
이와 같이 성형 관재(T)의 양단부에서 펀치부(200) 및 실링부(300)가 밀착되는 구조적 특징에 의해 성형 관재(T)의 내부 압력 누수가 예방될 수 있다.
한편, 성형 관재(T)의 양단부 외측면에는 실링부(300)가 장착될 수 있다.
상기 실링부(300)는 하나의 실링 유닛으로 구성되어, 성형 관재(T)로부터 제거 가능하게 장착될 수 있으며, 경우에 따라서 성형 관재(T)에 대한 실링부(300)의 위치 조정 또는 실링부(300)의 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있다.
이때, 실링부(300)에 의해서 성형 관재(T)의 양단부는 금형부(100)에 의해서 성형되지 않고, 실링부(300)가 장착되지 않은 성형 관재(T)의 일부만이 금형부(100)에 의해서 성형될 수 있다. 다시 말해서, 성형 관재(T)는 실링부(300)가 장착된 비성형 구간 및 실링부(300)가 장착되지 않은 성형 구간을 포함할 수 있다.
구체적으로, 실링부(300)는 제1 링 부재(310), 제2 링 부재(320) 및 슬리브 부재(330)를 포함할 수 있다.
상기 제1 링 부재(310)는 예를 들어 탄성 재질로 마련되어, 성형 관재(T)의 외측면에 장착될 수 있다.
특히, 도 4(a)를 참조하여, 제1 링 부재(310)는 고무 링으로 마련될 수 있다.
이때, 제1 링 부재(310)는 펀치부(200)의 축방향 이송에 의한 성형 관재(T)에 축방향 하중 인가 시 압축 변형될 수 있다.
또한, 제2 링 부재(320)는 예를 들어 비탄성 재질로 마련되어, 성형 관재(T)의 외측면에 제1 링 부재(310)와 인접하게 장착될 수 있다.
예를 들어, 도 4(b)를 참조하여, 제2 링 부재(320)는 스틸 링으로 마련될 수 있으며, 펀치부(200)의 축방향 이송에 의한 성형 관재(T)에 축방향 하중 인가 시 압축 변형되지 않고 본래 형상을 유지할 수 있다.
이때, 실링부(300)에는 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)가 다양한 조합으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 링 부재(310)가 복수 개로 마련되고, 제2 링 부재(320)는 적어도 하나로 마련되는 경우, 복수 개의 제1 링 부재(310) 사이에 적어도 하나의 제2 링 부재(320)가 개재될 수 있다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)가 복수 개로 마련된 경우, 복수 개의 제1 링 부재(310) 및 복수 개의 제2 링 부재(320)가 서로 교대로 배치될 수 있다.
예를 들어, 성형 관재(T)의 외측면에 1개의 제1 링 부재(310)가 장착되고, 1개의 제2 링 부재(320)가 장착되고, 1개의 제1 링 부재(310)가 장착되고, 1개의 제2 링 부재(320)가 장착될 수 있다.
그러나, 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)의 조합은 도 3에 도시된 것에 국한되지 않고, 복수 개의 제1 링 부재(310) 사이에 제2 링 부재(320)가 개재된 구조라면 어느 것이든지 가능하다.
예를 들어, 성형 관재(T)의 외측면에 2개의 제1 링 부재(310)가 장착되고, 1개의 제2 링 부재(320)가 장착되고, 2개의 제1 링 부재(310)가 장착되고, 1개의 제2 링 부재(320)가 장착될 수 있다.
이와 같이 실링부(300)가 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)의 조합을 포함함으로써, 성형 관재(T)에 축방향 하중 인가 시 또는 펀치부(200)의 축방향 이송 시 제1 링 부재(310)가 균일하게 압축 변형될 수 있다. 이는 제1 링 부재(310)가 균일하게 반력을 발생시킬 수 있다는 것을 의미하고, 제1 링 부재(310)에서 발생된 균일한 반력은 성형 관재(T)와 펀치부(200) 사이의 접촉 증가를 일으킬 수 있다.
한편, 슬리브 부재(330)는 원통형으로 마련되어, 성형 관재(T)의 양단부에 장착될 수 있다.
이때, 슬리브 부재(330)는 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320) 중 제1 링 부재(310)에 인접하게 배치될 수 있다.
구체적으로, 슬리브 부재(330)가 성형 관재(T)의 양단부에 장착되고, 슬리브 부재(330)에 인접하게 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)의 조합이 장착될 수 있다.
이와 같이 구성된 일 실시예에 따른 액압성형장치(10)를 이용한 액압성형 공정은 다음과 같이 될 수 있다.
특히, 도 5(a)를 참조하여, 액압성형 공정이 시작되기 전에 금형부(100) 내에 배치된 성형 관재(T)의 단부에 실링부(300)가 장착된다.
이때, 슬리브 부재(330)의 내측면에 펀치부(200)의 경사면(206) 형상에 대응하는 경사면이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 슬리브 부재(330)의 내측면 형상에 의해 성형 관재(T)의 단부가 외부에 노출될 수 있다.
도 5(b)를 참조하여, 액압성형 공정이 시작되면서, 펀치부(200)가 A방향으로 축방향 이송하면, 펀치부(200)의 제1 구획(202)이 성형 관재(T)의 내부에 삽입되고, 펀치부(200)의 제2 구획(204)은 성형 관재(T)의 외부에 배치될 수 있다. 그리고 펀치부(200)의 제2 구획(204)은 금형부(100)의 상부 다이(102)와 하부 다이(104) 사이 간격을 넓히면서 상부 다이(102)와 하부 다이(104) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 펀치부(200)의 제1 구획(202)의 직경은, 슬리브 부재(330), 제1 링 부재(310) 또는 제2 링 부재(320)의 내경, 예를 들어 성형 관재(T)의 외경에 대응하는 직경을 구비할 수 있고, 펀치부(200)의 제2 구획(204)의 직경은, 슬리브 부재(330), 제1 링 부재(310) 또는 제2 링 부재(320)의 외경에 대응하는 직경을 구비할 수 있다.
이때, 펀치부(200)의 A방향으로 축방향 이송에 의해, 제1 링 부재(310)가 A방향으로 압축 변형되고, 제1 링 부재(310)에서 A방향과 반대되는 B방향으로 반력이 발생할 수 있다. 상기 B방향은 성형 관재(B)의 단부가 펀치부(200)를 향하는 방향이다. 따라서 제1 링 부재(310)에서 발생된 반력에 의해 성형 관재(B)의 단부와 펀치부(200)의 접촉 응력이 증가될 수 있다.
특히, 복수 개의 제1 링 부재(310) 사이에 제2 링 부재(320)가 위치됨으로써, 제1 링 부재(310)가 균일하게 압축 변형되어, 성형 관재(B)의 단부와 펀치부(200) 사이에 균일한 접촉 응력이 발생할 수 있다.
또한, 펀치부(200)의 경사면(206)에 의해 성형 관재(T)의 단부가 절곡되고, 절곡된 성형 관재(T)를 사이에 두고 경사면(206)과 슬리브 부재(330)가 접하게 되어, 펀치부(200)와 성형 관재(T)가 긴밀하게 접촉하여, 성형 관재(T)의 단부에서 압력 누수가 예방될 수 있다.
이에 의해서 성형 관재(T)에 제공되는 압력이 성형 관재(T)에서 성형되는 부분(성형부)에 집중되어, 최종 제품의 형상 정확도가 증가될 수 있다.
이상 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 제1 링 부재 및 제2 링 부재의 조합에 대한 압축 실험 결과에 대하여 설명된다.
도 6은 실링부가 제1 링 부재만을 포함하는 경우 압축 실험의 개략도이고, 도 7(a) 내지 (c)는 압축 변위에 따른 제1 링 부재의 형상 변화를 도시하고, 도 8(a) 및 (b)는 압축 변위에 따른 제1 링 부재의 두께 및 외경 변화를 도시하고, 도 9는 실링부가 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 경우 압축 실험의 개략도이고, 도 10(a) 및 (b)는 실링부가 제1 링 부재만을 포함하는 경우 및 실링부가 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 경우에서 제1 링 부재의 두께 및 외경 변화를 도시하고, 도 11(a) 및 (b)는 실링부가 제1 링 부재만을 포함하는 경우 및 실링부가 제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 경우의 실링부의 최종 형상이고, 도 12는 제1 링 부재 및 제2 링 부재의 조합에 따른 압축 실험의 개략도이고, 도 13은 압축 실험 결과를 도시한다.
도 6을 참조하여, 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310)만을 포함하는 경우, 제1 링 부재(310)의 압축 실험이 도식적으로 나타내진다.
이때, 액압성형 공정의 피딩 조건을 고려하여 제1 링 부재(310)의 최대 압축 변위는 9mm로 설정하였으며, 실험에 사용된 제1 링 부재(310)는 상업용 재생 고무를 사용하였다. 그리고 제1 링 부재(310)의 외경은 104mm, 내경은 84mm, 두께는 10mm로 금형부와 펀치부의 형상에 맞게 제작되었다.
도 7(a) 내지 (c)를 참조하여, 압축 변위에 따른 제1 링 부재의 형상 변화를 알 수 있으며, 도 8(a) 및 (b)를 참조하여, 압축 변위에 따른 제1 링 부재의 두께 및 외경 변화를 확인할 수 있다.
구체적으로, 압축 변위가 3mm일 때 제1 링 부재(310)의 두께와 직경은 거의 변하지 않았고, 압축 변위가 6mm일 때 제1 링 부재(310)의 두께와 직경에 약간 변화가 생겼다. 그리고 압축 변위가 9mm일 때 제1 링 부재(310) 중 No.3과 No.7의 두께가 크게 감소하였고, 제1 링 부재(310) 중 No.4, No.5, No.6의 두께는 거의 변하지 않지만, 외경의 변화를 확인할 수 있다.
이러한 실험 결과를 통해서, 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310)만을 포함하는 경우, 복수 개의 제1 링 부재(310)의 외경과 두께가 불균일하게 변형되는 것을 알 수 있다.
이러한 복수 개의 제1 링 부재(310)의 불균일한 변형을 해결하기 위해 복수 개의 제1 링 부재(310) 사이에 제2 링 부재(320)를 배치하여 압축 실험을 수행하였다.
도 9를 참조하여, 실링부(300)가 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)를 포함하는 경우, 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)의 압축 실험이 도식적으로 나타내진다.
도 10(a) 및 (b)를 참조하여, 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310)만을 포함하는 경우(case 1)와 실링부(300)가 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)를 포함하는 경우(case 2), 제1 링 부재(310)의 두께 및 외경 변화를 비교해볼 수 있다.
특히, 실링부(300)가 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)를 포함하는 경우(case 2)에, 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310)만을 포함하는 경우(case 1)에 비해서, 제1 링 부재(310)의 두께 및 외경이 비교적 균일하게 나타났다. 특히, 압축 변위가 9mm인 경우, 실링부(300)가 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)를 포함하는 경우에 복수 개의 제1 링 부재(310)의 외경이 제1 링 부재(310)의 초기 외경 및 다이의 내경 사이의 범위에서 균일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 11(a) 및 (b)를 더 참조하여, 압축 변위가 9mm인 경우, 실링부(300)가 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)를 포함하는 경우(특히, 도 12(e), case 5)가 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310)만을 포함하는 경우(특히, 도 12(a), case 1)에 비해서 복수 개의 제1 링 부재(310)의 두께와 외경이 비교적 균일함을 알 수 있다. 이와 같이 액압성형 공정에 제1 링 부재(310)를 적용할 경우, 제1 링 부재(310)의 압축 특성 및 탄성 한계를 고려하여 공정 설계를 하는 것이 중요하다.
한편, 도 12를 참조하여, 실링부(300)는 제1 링 부재(310) 및 제2 링 부재(320)의 다양한 조합으로 구성될 수 있다.
Case 1은 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310)만으로 구성된 경우이고, Case 2는 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310) 및 복수 개의 제1 링 부재(310) 중 중앙에 1개의 제2 링 부재(320)가 개재되도록 구성된 경우이고, Case 3은 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310) 및 복수 개의 제1 링 부재(310) 중 중앙에 2개의 제2 링 부재(320)가 이격되게 개재되도록 구성된 경우이고, Case 4는 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310) 및 복수 개의 제1 링 부재(310) 중 중앙에 3개의 제2 링 부재(320)가 이격되게 개재되도록 구성된 경우이고, Case 5는 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310) 및 복수 개의 제2 링 부재(320)가 교대로 적층되도록 구성된 경우이다.
도 13을 참조하여, 특히 Case 5에서 가장 높은 응력을 얻을 수 있다는 것을 수 있다. 즉, Case 5와 같이, 실링부(300)가 복수 개의 제1 링 부재(310) 및 복수 개의 제2 링 부재(320)가 교대로 적층되도록 구성된 경우에, 액압성형 공정에서 펀치부의 축방향 이송에 의해 발생되는 실링부(300), 특히 제1 링 부재(310)의 반력을 최대화할 수 있다.
이하에서는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치를 이용한 액압성형 실험 결과에 대하여 설명된다.
도 14(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 액압성형 실험을 위한 셋업을 도시하고, 도 15는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형 관재 내부 압력을 나타내는 그래프이고, 도 16(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 최종 형상이다.
도 14(a) 및 (b)를 참조하여, 일 실시예에 따른 액압성형장치는 종래의 액압성형장치와 달리, 제1 링 부재, 제2 링 부재 및 슬리브 부재로 구성된 실링부(300)가 양단부에 장착된 성형 관재(T)를 금형부(100)의 공동에 위치시킨 후에 원하는 최종 형상으로 성형할 수 있다.
이때, 펀치부(200)의 축방향 공급 및 하중 경로는 미리 설정할 수 있다. 만약 성형 관재(T)의 내부 압력이 설정된 압력에 도달하지 못하면 액압성형 공정이 자동으로 중단될 수 있다.
제1 링 부재 및 제2 링 부재를 포함하는 실링부(300)를 적용한 액압성형 공정의 타당성을 제시하기 위해서 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치로 액압성형 실험을 수행하였다.
액압성형 공정은 성형 관재(T) 내부의 높은 액압과 펀치부(200)의 축방향의 이송을 이용하여 원하는 형상으로 성형하는 기술로서, 성형 관재(T) 내부에 높은 내부 액압을 부여하기 위해서 성형 관재(T) 단부에서 유체가 새어나가지 않게 하는 것이 중요하다. 종래의 액압성형장치와 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 액압성형 실험 결과 획득된 내부 압력 비교는 일 실시예에 따른 액압성형장치에 의한 액압성형 공정의 실링 효과를 잘 보여준다.
이때, 실험에 적용된 하중 경로는 두 공정 모두 동일하게 적용되었다.
종래의 액압성형 공정을 이용하여 비대칭 형상을 성형할 경우, 성형 관재의 내부 압력은 목표압력에 도달하지 못하였으며, 32.6MPa에 도달하였을 때 성형 관재의 단부에서 유체의 손실이 발생하여 공정이 중단되었다.
반면에 일 실시예에 따른 액압성형장치에서의 액압성형 공정의 경우에는 내부 압력이 42MPa까지 도달하여 공정이 중단되었으며, 종래의 액압성형 공정보다 10MPa 정도 내부 압력이 향상되었다.
또한, 도 16(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 최종 형상으로, 종래의 액압성형 공정을 이용한 제품의 최종 형상의 성형 정도는 매우 낮으며, 이는 유체의 누수가 원인이 된다. 반면, 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재는 높은 내부 압력으로 인해 성형 정도가 목표 형상에 매우 근접한 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 액압성형장치는 펀치부와 성형 관재의 단부 사이의 불균일한 접촉 응력으로 인해 관재 단부에서 발생하는 실링 문제를 해결할 수 있고, 전술된 실험 결과를 통해서 펀치부의 축방향 이송은 제1 링 부재를 압축하고, 이때 제1 링 부재에서 작용하는 반력이 펀치부와 성형 관재 사이의 접촉 증가에 기여하는 것을 확인하였다. 또한 실링 문제 개선을 통해서 성형 관재의 내부 압력이 향상되었으며, 최종 제품의 형상 정확도를 증가시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 액압성형장치
100: 금형부
102: 상부 다이
104: 하부 다이
200: 펀치부
300: 실링부
310: 제1 링 부재
320: 제2 링 부재
T: 성형 관재

Claims (9)

  1. 탄성 재질로 마련되어, 성형 관재의 외측면에 장착되는 제1 링 부재; 및
    비탄성 재질로 마련되어, 상기 제1 링 부재에 인접하게 성형 관재의 외측면에 장착되는 제2 링 부재;
    를 포함하고,
    상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재는 성형 관재의 축방향을 따라 적층되고,
    성형 관재에 축방향 하중 인가 시 상기 제2 링 부재에 의해 상기 제1 링 부재가 균일하게 압축 변형되는 실링 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링 부재는 복수 개로 마련되고,
    상기 제2 링 부재는 적어도 하나로 마련되어,
    상기 복수 개의 제1 링 부재 사이에 상기 적어도 하나의 제2 링 부재가 개재되는 실링 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재는 복수 개로 마련되고,
    상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재는 서로 교대로 배치되는 실링 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    원통형으로 마련되어, 상기 성형 관재의 단부에 장착되는 슬리브 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 슬리브 부재는 상기 제1 링 부재 및 상기 제2 링 부재 중 상기 제1 링 부재에 인접하게 배치되는 실링 유닛.
  5. 성형 관재가 제공되는 공동이 형성된 금형부;
    상기 금형부의 양측으로부터 상기 성형 관재의 양단부 내부를 향해 이송되는 펀치부; 및
    상기 성형 관재의 양단부 외측면에 장착되어 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 실링부;
    를 포함하고,
    상기 실링부는 성형 관재의 축방향을 따라 적층되며 성형 관재에 장착되는 탄성 재질의 제1 링 부재 및 비탄성 재질의 제2 링 부재를 포함하고,
    성형 관재에 축방향 하중 인가 시 상기 제2 링 부재에 의한 상기 제1 링 부재의 반력에 의해 성형 관재의 양단부에서 상기 펀치부에 균일한 접촉 응력이 작용되는 액압성형장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실링부가 장착된 상기 성형 관재의 양단부는 비성형되고,
    상기 실링부는 상기 성형 관재로부터 제거 가능하게 장착되는 액압성형장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 링 부재는 복수 개이고, 상기 제2 링 부재는 적어도 하나 이상이고,
    적어도 하나 이상의 제2 링 부재는 복수 개의 제1 링 부재 사이에 개재된 액압성형장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 펀치부는,
    상기 성형 관재의 양단부에서 내부에 삽입되는 제1 구획; 및
    상기 제1 구획에 연결되어 상기 성형 관재의 양단부로부터 외부에 돌출되는 제2 구획;
    을 포함하고,
    상기 제1 구획 및 상기 제2 구획이 연결된 부분에는 경사면이 형성되고,
    상기 실링부는,
    상기 성형 관재의 단부 외측면에 배치되고, 상기 경사면에 대응되는 형상이 마련된 슬리브 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 경사면에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 절곡되고,
    상기 절곡된 성형 관재를 사이에 두고 상기 경사면과 상기 슬리브 부재가 접촉하는 액압성형장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 구획은 상기 슬리브 부재, 상기 제1 링 부재 또는 상기 제2 링 부재의 내경에 대응하는 직경을 구비하고,
    상기 제2 구획은 상기 슬리브 부재, 상기 제1 링 부재 또는 상기 제2 링 부재의 외경에 대응하는 직경을 구비하는 액압성형장치.
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