KR101996076B1 - 냉간 단조에 의한 sus 캡너트 제조 장치 및 방법 - Google Patents

냉간 단조에 의한 sus 캡너트 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소재절감을 위해 절삭가공을 하지 않고, 다단계 포마장치를 이용한 냉간단조성형 기술을 적용한 SUS 캡너트 제조 장치 및 그 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 SUS 재질의 피가공물(A) 양측 단면에 서로 대향하는 센터홈(C)을 성형하는 편심교정단계(S1); 상기 편심교정단계(S1)를 거친 피가공물(A) 일측 단부에 모따기면(C1)을 성형하는 모따기성형단계(S2); 상기 모따기성형단계(S2) 이후, 피가공물(A)을 180°회전하여, 피가공물 다른 단부에 모따기면(C2) 및 외형을 각면(N)으로 성형하는 각면성형단계(S3); 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 형성하는 내경성형단계(S4); 및 상기 내경성형단계(S4) 거친 피가공물(A)을 180°방향전환 후, 음각홈(A1)의 직경보다 작은 크기의 관통홀(H)을 형성하는 피어싱단계(S5);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치 및 방법 {Apparatus and method for manufacturing SUS cap nut by cold forging}
본 발명은 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치 및 방법으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 소재절감을 위해 절삭가공을 하지 않고, 다단계 포마장치를 이용한 냉간단조성형 기술을 적용한 SUS 캡너트 제조 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기존에 SUS 캡너트는 절삭가공을 통해서만 제조할 수 있었다. 하지만 절삭가공의 경우 가공 특성상 원재료의 소실이 많을 수밖에 없고 생산속도가 느리고 공정소요기간이 길어 생산성이 현저히 낮은 문제점이 있었다.
기존의 카본을 많이 함유하는 스틸부품을 다단계 성형하는 장치는 있었다. 통상적으로 냉간 단조는 상온에서 소성가공하여 성형하는 단조방법으로, 원재료를 절감할 수 있고, 완성된 제품의 치수정밀도가 우수하며, 완성 제품의 표면 사상층이 좋아 별도의 추가적인 가공이 불필요하며, 가공 경화에 의하여 제품의 기계적인 성질이 향상되는 장점으로 인해 자동차 부품 등의 다양한 분야에 널리 적용되고 있다.
하지만, SUS는 니켈이 많아서 SUS 소재의 경우 냉간단조가 어렵고, 구멍작업(피어싱) 시 금형이 금방 파손되는 등의 금형 손상이 잦은 문제가 있었고, 특히 성형 압력으로 인해 다이스부 및 펀치부 수명이 짧아 유지관리에 많은 비용이 소요되는 문제점이 필연적으로 발생되고 있다.
이에 종래에 개시된 등록특허 제10-0853603호의 "냉간단조에 의한 삼각너트의 제조방법"에서, 원소재 투입공정, 성형단조공정, 홀가공공정 및 탭핑공정을 순차적으로 거치면서 완성품의 제조가 이루어지게 되며, 그 중 단일의 성형단조공정은 기존의 가공공정으로서 외경가공 공정, 1차 단면가공공정, 센터가공공정, 2차 단면가공공정, 각도가공공정, 삼각가공공정 등 기존의 여러 절삭공정이 행하였던 것을 모두 일시에 행하도록 구성되는 기술이 선 등록된바 있지만, 성형단조공정에서 제품의 상,하부면, 외주면, 테이퍼면, 부분수직면, 상부 요부 및 하부 요부가 성형되고, 이후 제품 중심에 소정의 치수에 맞게 중심공이 관통 형성되는 홀가공공정이 별도로 수행되므로 제조공정의 다분화로 생산성이 크게 저하되는 문제점이 따랐다.
또한, 다른 종래기술인 등록특허 제10-0865476호의 "플라스틱 사출물 및 고무제품에 삽입되는 인서트 및 그의 제조방법"에서, 코일 상태의 선재를 공급하고 자동 이송장치를 통하여 금형, 펀치, 녹아웃의 장치에 의한 단계별 공정으로 이루어진 냉간단조 방법으로 인서트에 사각, 육각, 팔각, 십이각의 다각형 형상 또는 톱니바퀴 형상의 세레이션을 부여하고 인서트의 상,하부 바깥둘레를 돌출시켜 빠짐방지턱을 구성하는 기술이 선 공개된바 있지만, 고강도 SUS 재질의 코일을 적용시 냉간단조 금형이 쉽게 마모 및 손상됨과 더불어 금형 손상 시 부분적인 교체가 불가능하여 유지보수 비용부담이 크고, 이후 제품에 대한 규격을 각인하는 공정을 별도로 거쳐야 하므로 제조공정의 다분화로 초래하는 폐단이 따랐다.
본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 외형 성형파트, 내경 성형파트 및 피어싱파트로 구분되는 금형조립체에 의해 냉간 단조과정에서 따른 성형 하중이 균일하게 분산 설계되어 SUS 재질의 고강도 피가공물 성형에 따른 다이스모듈 및 펀치모듈의 내구성을 높이도록 한 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치를 제공함을 본 발명의 해결과제로 한다.
또한 고하중에 노출되는 내경 다이스모듈이 형틀다이스와 받침다이스로 분할되도록 하여 성형틀 손상시 부분적인 부품교체가 가능하도록 구성된 SUS 캡너트 제조 장치를 제공함을 본 발명의 또다른 해결과제로 한다.
아울러 피어싱과정 중에 작용하는 압축에너지를 이용하여 피어싱과 동시에 피가공물 표면에 문양 각인단계가 동시에 이루어지도록 하는 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치 및 방법를 구성하되, 고정측부(12)와, 고정측부(12)와 대향하는 위치에서 가압 이송되는 가동측부(14)와, 고정, 가동측부(12)(14) 사이에서 피가공물(A)을 클램핑하여 반송하는 복수의 셔틀클램프(16)로 구성되는 금형조립체(10); 상기 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 외형 다이스모듈(120)과 외형 펀치모듈(140)의 형합작동에 의해 피가공물(A) 외형을 성형하는 외형 성형파트(100); 상기 외형 성형파트(100)을 거친 피가공물(A)이 투입되고, 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 내경 다이스모듈(220)과 내경 펀치모듈(240)의 형합작동에 의해 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 성형하는 내경 성형파트(200); 상기 내경 성형파트(200)를 거친 피가공물(A)이 투입되고, 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 피어싱 다이스모듈(320)과 피어싱 펀치모듈(340)의 형합작동에 의해 경사형 피어싱홈(A2)을 관통 성형하는 피어싱파트(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 내경 다이스모듈(220)은, 내경 다이스(221)와, 이 내경 다이스(221)에 삽입 설치되고 각홈구조의 성형틀(222)과 외주면에 키홈(231)이 형성되는 형틀다이스(230)와, 내경 다이스(221)에 삽입 설치되어 형틀다이스(230) 이면을 지지하는 받침다이스(230')와, 형틀, 받침다이스(230)(230')를 관통하여 성형틀(222) 내부공간으로 돌출 대기되는 내경 다이스핀(224)과, 내경 다이스(221)에 체결되어 형틀다이스(230) 키홈(231)에 결속되는 키부재(221a)로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 내경 다이스모듈(220)의 형틀다이스(230)는 초경을 포함하는 소결합금으로 형성되어 성형틀(222)이 구비되는 원형 심부(232)와, 원형 심부(232)가 열박음되도록 끼움홀(234a)이 형성되는 외부하우징(234)으로 구성되고, 상기 원형 심부(232)는 성형틀(222) 내부 각홈의 모서리와 대응하도록 외주면에 복수의 음각골(232a)이 형성되며, 음각골(232a)은 열박음 후 외부하우징(234) 끼움홀(234a) 직경이 축소되면서 끼움홀(234a) 내주면과 음양각구조로 맞물려 위치고정되며, 성형틀(222) 내주면에 TIN코팅층(222a)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피어싱 다이스모듈(320)은, 단부에 피어싱날(324a)이 형성되는 피어싱 다이스핀(324)과, 피어싱 다이스핀(324)이 설치되는 피어싱 다이스(326)와, 피어싱 다이스핀(324)을 타고 이송되어 피어싱 후 피어싱 다이스핀(324)에 끼인 피가공물(A)을 취출하는 피어싱 슬리브(327)와, 피어싱 다이스(326)에 삽입되어 피어싱 슬리브(327)를 가압 이송하는 이젝터핀(328)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피어싱 펀치모듈(340)은, 중앙에 펀치홀(342a)이 형성되고 피가공물(A) 일면에 면접 지지되도록 펀치면(341)이 구비되는 피어싱 펀치핀(342)과, 펀치핀(342)이 장착되는 피어싱 펀치케이스(344)와, 피어싱 펀치케이스(344)에 형성되어 피어싱 펀치핀(342)과 피어싱 다이스핀(324)에 의해 피어싱되어 펀치홀(342a) 내부로 이송되는 버림소재(A')를 수거하는 배출구(346)와, 펀치면(341)에 양각으로 형성되어 피어싱 압력에 의해 피가공물(A) 일면에 문양을 각인하는 표식부(348)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법에 있어서, SUS 재질의 피가공물(A) 양측 단면에 서로 대향하는 센터홈(C)을 성형하는 편심교정단계(S1); 상기 편심교정단계(S1)를 거친 피가공물(A) 일측 단부에 모따기면(C1)을 성형하는 모따기성형단계(S2); 상기 모따기성형단계(S2) 이후, 피가공물(A)을 180°회전하여, 피가공물 다른 단부에 모따기면(C2) 및 외형을 각면(N)으로 성형하는 각면성형단계(S3); 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 형성하는 내경성형단계(S4); 및 상기 내경성형단계(S4) 거친 피가공물(A)을 180°방향전환 후, 음각홈(A1)의 직경보다 작은 크기의 관통홀(H)을 형성하는 피어싱단계(S5);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 피어싱단계(S5)에서, 피어싱과정 중에 작용하는 가압력을 이용하여 피가공물(A) 일면에 문양(T)이 음각 성형되는 각인단계(S5-1)가 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명은 외형 성형파트, 내경 성형파트 및 피어싱파트로 구분되는 금형조립체에 의해 냉간 단조에 따른 성형 하중이 균일하게 분산 설계되어 SUS 재질의 고강도 피가공물 성형에 따른 다이스모듈 및 펀치모듈 수명이 장구히 연장되는 효과가 있다.
또한, 고하중에 노출되는 내경 다이스모듈이 형틀다이스와 받침다이스로 분할되어 성형틀 손상시 부분적인 부품교체로 유지보수 비용이 크게 절감될 수 있는 장점이 있다.
제조방법에 있어서 마지막 피어싱과정 중에 작용하는 압축에너지를 이용하여 피가공물 표면에 문양 각인을 동시에 할 수 있어서 생산 공정 및 생산시수를 절감할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치의 외형 성형파트를 확대하여 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치의 내경 성형파트를 확대하여 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치의 형틀다이스 내부 구조를 나타내는 종단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치의 피어싱파트를 확대하여 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법을 개략적으로 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법의 각 공정별 피가공물 성형형상을 나타내는 구성도.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치 및 방법에 관한 것으로 외형 성형파트, 내경 성형파트 및 피어싱파트로 구분되는 금형조립체에 의해 냉간 단조에 따른 성형 하중이 균일하게 분산 설계되어 SUS 재질의 고강도 피가공물 성형 시 다이스모듈 및 펀치모듈의 내구성을 높이고, 특히 고하중에 노출되는 내경 다이스모듈이 형틀다이스와 받침다이스로 분할되어 성형틀 손상시 부분적인 부품교체로 유지보수 비용이 크게 절감되며, 또 피어싱과정 중에 작용하는 압축에너지를 이용하여 피가공물 표면에 문양 각인단계를 복합적으로 수행하기 위해 금형조립체(10), 외형 성형파트(100), 내경 성형파트(200), 피어싱파트(300)를 포함하는 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 금형조립체(10)는 고정측부(12)와, 고정측부(12)와 대향하는 위치에서 가압 이송되는 가동측부(14)와, 고정, 가동측부(12)(14) 사이에서 SUS 재질의 피가공물(A)을 클램핑하여 반송하는 복수의 셔틀클램프(16)로 구성된다. 도 1과 같이 고정측부(12)에는 후술하는 외형 성형파트(100)의 외형 다이스모듈(120), 내경 성형파트(200)의 내경 다이스모듈(220) 및 피어싱파트(300)의 피어싱 다이스모듈(320)이 배치되고, 가동측부(14)에는 외형 성형파트(100)의 외형 펀치모듈(140), 내경 성형파트(200)의 내경 펀치모듈(240) 및 피어싱파트(300)의 피어싱 펀치모듈(340)이 배치된다.
이때, 상기 다이스모듈(120)(220)(320)은, 피가공물(A)이 수용되는 성형틀(122)(222)(322)과, 성형틀(122)(222)(322) 내에 다이스핀(124)(224)(324)이 구비되는 바, 여기서 외형 성형파트(100)와 내경 성형파트(200)의 성형틀(122)(222)에 구비되는 다이스핀(124)(224)은 외부 동력에 의해 돌출 이송되면서 성형틀(122)(222) 내에 성형된 피가공물(A)을 취출시킨다.
그리고, 상기 각각의 다이스모듈(120)(220)(320) 입구측에는 셔틀클램프(16)가 설치되고, 셔틀클램프(16)는 복수개의 클램프가 동시에 연계 작동되어 외형 성형파트(100), 내경 성형파트(200), 피어싱파트(300)를 거친 각각의 피가공물(A)이 셔틀클램프(16)에 클램핑되어 다음 파트로 일괄적으로 반송되면서 냉간 단조과정이 연속 수행된다.
본 발명에 따른 외형 성형파트(100)는 상기 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 외형 다이스모듈(120)과 외형 펀치모듈(140)의 형합작동에 의해 피가공물(A) 외형을 성형하도록 구비되고, 이때 외형 성형파트(100)는 도 2와 같이 적어도 3단계로 구분된다.
도 2 (a)에서, 상기 외형 다이스모듈(120)의 성형틀(122) 및 펀치모듈(140)의 외형 펀치핀(142)이 원형으로 형성되고, 성형틀(122) 내부에 설치되는 다이스핀(124)과 펀치모듈(140)의 펀치핀 단부에 돌출부(예컨대, 원뿔형 또는 아치형으로 돌출된 센터링 촉)가 형성되어, 가압 성형 시 SUS 재질의 피가공물(A) 외형이 원기둥 형태로 성형되면서 양측 단면에 서로 대향하는 아치형의 센터홈(C)이 형성된다. 이 센터홈(C)은 이후 성형 과정에서 피가공물(A)이 성형틀 내부로 투입된 후 다이스핀 단부에 형성되는 돌출부와 맞물려 성형틀 사이즈에 상관없이 피가공물(A)이 성형틀의 중앙에 위치시켜 연속 성형에 따른 정밀도가 향상된다.
도 2 (b)에서 성형틀(122) 내측 모서리부분에는 피가공물(A)의 모따기면(C1) 형성하기 위한 면취부가 형성되어, 상기 도 2 (a)단계를 거친 피가공물(A)이 2 (b) 단계에서 일측 단부에 모따기면(C1)이 성형된다.
도 2 (c)에서 다이스모듈(120)의 성형틀(122)의 내주면이 각홈(예컨대, 4~8각홈)으로 형성되고, 성형틀(122) 내측 모서리부분에 모따기면 형성을 위한 면취부가 형성된다. 이에 도 2 (b)단계를 거친 피가공물(A)이 셔틀클램프(16)에 의해 180°회전되어 로딩되면, 피가공물(A) 다른 단부에 모따기면(C2)이 형성되면서 외형이 각면(N)으로 성형된다.
도 3은 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치의 내경 성형파트를 확대하여 나타내는 구성도로, 내경 성형파트(200)는 상기 외형 성형파트(100)을 거친 피가공물(A)이 투입되고, 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 내경 다이스모듈(220)과 내경 펀치모듈(240)의 형합작동에 의해 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 성형하도록 구비된다.
상기 내경 다이스모듈(220)은, 내경 다이스(221)와, 이 내경 다이스(221)에 삽입 설치되고 각홈구조의 성형틀(222)과 외주면에 키홈(231)이 형성되는 형틀다이스(230)와, 내경 다이스(221)에 삽입 설치되어 형틀다이스(230) 이면을 지지하는 받침다이스(230')와, 형틀, 받침다이스(230)(230')를 관통하여 성형틀(222) 내부공간으로 돌출 대기되는 경사형 내경 다이스핀(224)과, 내경 다이스(221)에 체결되어 형틀다이스(230) 키홈(231)에 결속되는 키부재(221a)로 구성된다.
그리고 내경 펀치모듈(240)은, 내경 다이스모듈(220) 성형틀(222) 내부로 투입된 피가공물(A)을 가압 성형하여, 후방압출방식으로 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)을 형성하는 내경 펀치핀(242)과, 내경 펀치핀(242)이 설치되는 내경 펀치케이스(244)와, 내경 펀치핀(242) 외주면을 타고 이송되고, 내경 펀치핀(242) 단부에 끼인 피가공물(A)을 취출하는 내경 슬리브(246)와, 내경 펀치케이스(244)에 삽입되어 내경 슬리브(246)를 가압 이송하는 내경 이젝터핀(248)을 포함하여 이루어진다.
도 3을 통하여 상기 내경 다이스모듈(220) 작동상태를 살펴보면, 도 3 (a) 내지 도 3 (b)와 같이 금형조립체(10)의 가동측부(12) 형합작동에 의해 내경 펀치모듈(240)의 내경 펀치핀(242)이 내경 다이스모듈(220)의 성형틀(222) 내부로 진입하면, 펀치핀(242)과 성형틀(222) 사이 공간으로 피가공물(A)이 후방압출되면서 피가공물(A) 중앙에 음각홈(A1)이 성형됨과 동시에 내경 다이스핀(224)에 의해 피가공물(A) 이면에 경사형 피어싱홈(A2)이 형성된다. 이후 도 3 (c)처럼 가동측부(12) 형개작동에 의해 내경 펀치핀(242)이 성형틀(222) 내부에서 형개작동되는 시점에 내경 이젝터핀(248)이 내경 슬리브(246)를 돌출이송시켜 내경 펀치핀(242) 단부에 끼인 피가공물(A)이 분리된다. 이후 성형틀(222) 내부에 설치된 다이스핀(224)의 돌출작동에 의해 피가공물(A)이 분리되어 셔틀클램프(16)를 타고 후술하는 피어싱파트(300)로 반송된다.
도 4는 SUS 캡너트 제조 장치의 형틀다이스 내부 구조를 나타내는 종단면도이다. 상기 내경 다이스모듈(220)의 형틀다이스(230)는 초경을 포함하는 소결합금으로 형성되어 성형틀(222)이 구비되는 원형 심부(232)와, 원형 심부(232)가 열박음되도록 끼움홀(234a)이 형성되는 외부하우징(234)으로 구성되고, 상기 원형 심부(232)는 성형틀(222) 내부 각홈의 모서리와 대응하도록 외주면에 복수의 음각골(232a)이 형성되며, 음각골(232a)은 열박음 후 외부하우징(234) 끼움홀(234a) 직경이 축소되면서 끼움홀(234a) 내주면과 음양각구조로 맞물려 위치고정되며, 성형틀(222) 내주면에 TIN코팅층(222a)이 형성된다.
이처럼 외측에 복수의 음각골(232a)이 형성된 원형 심부(232)가 외부하우징(234)의 끼움홀(234a)에 열박음에 의해 결합되어 외경 전체영역에서 균일한 고정력이 발생되므로, 원형 심부(232) 측으로 고하중의 단조 성형 압력이 작용하더라도 하중이 외부하우징(234) 전체 영역으로 균일하게 분산되어 취성이 약한 원형 심부(232)의 내구성을 높이는 효과가 있다.
더불어, 상기 성형틀(222)에 해당하는 원형 심부(232)는 고가의 고강도 초경을 포함하는 소결합금으로 형성되는데, 이를 상기와 같이 부분적으로 교체가능한 조립구조로 형성되므로, 성형틀(222) 손상시 손상된 원형 심부(232)만 교체사용 할 수 있으므로 유지보수 비용이 크게 절감되고, 또 성형틀(222)에 내주면이 TIN코팅층(222a)으로 인해 고강도 단조 성형 중 피가공물(A)과의 소착현상이 방지된다.
도 5는 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치의 피어싱파트를 확대하여 나타내는 구성도로, 상기 피어싱파트(300)에서는 상기 내경 성형파트(200)를 거친 피가공물(A)이 투입되고, 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 피어싱 다이스모듈(320)과 피어싱 펀치모듈(340)의 형합작동에 의해 경사형 피어싱홈(A2)을 관통 성형하게 된다.
여기서 상기 피어싱 다이스모듈(320)은, 단부에 피어싱날(324a)이 형성되는 피어싱 다이스핀(324)과, 피어싱 다이스핀(324)이 설치되는 피어싱 다이스(326)와, 피어싱 다이스핀(324)을 타고 이송되어 피어싱 후 피어싱 다이스핀(324)에 끼인 피가공물(A)을 취출하는 피어싱 슬리브(327)와, 피어싱 다이스(326)에 삽입되어 피어싱 슬리브(327)를 가압 이송하는 이젝터핀(328)으로 구성된다.
그리고, 상기 피어싱 펀치모듈(340)은, 중앙에 펀치홀(342a)이 형성되고 피가공물(A) 일면에 면접 지지되도록 펀치면(341)이 구비되는 피어싱 펀치핀(342)과, 펀치핀(342)이 장착되는 피어싱 펀치케이스(344)와, 피어싱 펀치케이스(344)에 형성되어 피어싱 펀치핀(342)과 피어싱 다이스핀(324)에 의해 피어싱되어 펀치홀(342a) 내부로 이송되는 버림소재(A')를 수거하는 배출구(346)가 구비되고, 도 5 (a)의 확대도와 같이 펀치면(341)에는 양각으로 형성되어 피어싱 압력에 의해 피가공물(A) 일면에 문양을 각인하는 표식부(348)로 구성된다.
상기 피어싱파트(300) 작동 과정을 살펴보면, 상기 내경 성형파트(200)를 거친 피가공물(A)이 셔틀클램프(16)에 의해 180°회전되어 로딩되고, 도 5 (a) 내지 5 (b)처럼 금형조립체(10)의 가동측부(12) 형합작동에 의해 피어싱 펀치핀(342)이 성형틀(322) 내부로 진입하면, 다이스핀(324)과 피어싱 펀치핀(342)의 형합에 의해 경사형 피어싱홈(A2)의 직경이 작은 측 사이즈와 동일한 직경의 관통홀(H)이 형성됨과 더불어 피어싱 과정 중 피가공물(A)에 펀치면(341)의 표식부(348)가 피가공물(A) 일측 단면을 충격, 가압하여 캡너트 규격을 포함하는 문양이 각인된다. 한편, 상기 관통홀(H) 자리에서 따내기 된 버림소재(A')는 이어서 연속적으로 분리되는 버림소재(A')들에 의해 펀치홀(342a) 내부로 밀려들어가면서 배출구(346)를 통하여 수거된다.
이어서 도 5 (c)와 같이 가동측부(12) 형개작동에 의해 펀치핀(342)이 성형틀(322)과 분리되고, 이후 이젝터핀(328)에 의해 피어싱 슬리브(327)가 돌출작동되면서 피어싱 다이스핀(324)에 끼인 피가공물(A)을 분리되어 셔틀클램프(16)를 타고 반송된다. 이후 후공정을 통하여 피가공물(A) 내주면에 암나사부가 가공된다.
도 6은 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 7은 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법의 각 공정별 피가공물 성형형상을 나타내는 구성도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법은, 상기 도 1 내지 5의 SUS 캡너트 제조 장치를 이용하여 단계적으로 수행되는바, 구체적으로 편심교정단계(S1), 모따기성형단계(S2), 각면성형단계(S3), 내경성형단계(S4), 피어싱단계(S5)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
1. 편심교정단계(S1)
원소재를 절단하는 과정에서 강한 전단력에 의해 소재의 단면은 정원(正圓)이 아닌 타원의 형태를 갖게 된다. 본 발명에 따른 편심교정단계(S1)는, 이러한 피가공물의 단면을 도 7 (a)에서와 같이 정원의 형태를 갖도록 하면서 동시에 SUS 재질의 피가공물(A) 양측 단면에 서로 대향하는 센터홈(C)을 성형하는 단계이다.
도 2 (a)는 편심교정단계(S1)를 나타내는 구성도로서, SUS 재질의 피가공물(A)은 환봉형태의 소재를 일정한 길이로 커팅하여 준비되고, 외형 성형파트(100)에 의해 단조 성형시, 도 7 (a)와 같이 피가공물(A) 외형이 원기둥 형태로 성형되면서 양측 단면에 서로 대향하는 센터홈(C)이 형성된다. 이때 센터홈(C)은 이후 모따기면(C1, C2), 각면(N) 성형을 위해 도 2 (b) 내지 도 2 (c)의 성형틀(122) 내부로 투입 시 다이스핀(124) 단부에 형성되는 돌출부와 맞물려 성형틀(122) 사이즈에 상관없이 피가공물(A)이 성형틀 중앙에 위치되도록 유도한다.
2. 모따기성형단계(S2)
본 발명에 따른 모따기성형단계(S2)는, 편심교정단계(S1)를 거친 피가공물(A) 일측 단부에 모따기면(C1)을 성형하는 단계이다. 도 2 (b)는 모따기성형단계(S2)를 도시한 것으로, 성형틀(122)의 내측 모서리부분에는 피가공물(A)의 모서리에 모따기면(C1) 형성하기 위한 면취부가 형성되어, 도 7 (b)와 같이 피가공물(A)의 일측 단부에 모따기면(C1)이 성형된다.
3. 각면성형단계(S3)
본 발명에 따른 각면성형단계(S3)는, 상기 모따기성형단계(S2) 이후, 피가공물(A)을 180°회전하여, 피가공물 다른 단부에 모따기면(C2) 및 외형을 각면(N)으로 성형하는 단계이다. 도 2 (c)는 각면성형단계(S3)를 나타내는 구성도로서, 다이스모듈(120)의 성형틀(122)이 각홈(예컨대, 4~8각홈)으로 형성되고, 성형틀(122) 내측 모서리부분에 모따기면(C1) 형성을 위한 면취부가 형성된다. 즉, 도 2 (b)단계를 거친 피가공물(A)이 셔틀클램프(16)에 의해 180°회전되어 로딩되면, 도 7 (c)와 같이 피가공물(A)의 다른 단부에 모따기면(C2) 및 외형이 각면(N)으로 성형된다.
4. 내경성형단계(S4)
본 발명에 따른 내경성형단계(S4)는, 상기 각면성형단계(S3)를 거친 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 형성하는 단계이다.
도 3은 내경성형단계(S4)로서, 도 3 (a)처럼 금형조립체(10)의 가동측부(12) 형합작동에 의해 내경 펀치모듈(240)의 내경 펀치핀(242)이 내경 다이스모듈(220)의 성형틀(222) 내부로 진입하면서 피가공물(A)이 가압 성형되면, 도 7 (d)와 같이 펀치핀(242)과 성형틀(222) 사이 공간으로 피가공물(A)이 후방압출되어 피가공물(A) 중앙에 음각홈(A1)이 성형됨과 동시에 내경 다이스핀(224)에 의해 피가공물(A) 이면에 경사형 피어싱홈(A2)이 형성된다.
이후 도 3 (c)처럼 가동측부(12) 형개작동에 의해 내경 펀치핀(242)이 성형틀(222) 내부에서 분리작동되는 시점에 내경 이젝터핀(248)이 내경 슬리브(246)를 돌출 이송시켜 내경 펀치핀(242) 단부에 끼인 피가공물(A)이 분리된다. 그리고 성형틀(222) 내부에 설치된 다이스핀(224)의 돌출작동에 의해 피가공물(A)이 분리되어 셔틀클램프(16)를 타고 후술하는 피어싱파트(300)로 반송된다.
이때, 상기 경사형 피어싱홈(A2)은 도 7 (d)처럼 내측으로 갈수록 직경이 축소되는 외광내협구조로 형성되고, 후술하는 피어싱단계(S5)에서 경사형 피어싱홈(A2)의 작은 측 직경과 거의 동일한 사이즈로 피어싱 가공되므로, 관통홀(H) 입구부분에 버어(burr)와 같은 성형불량이 방지되면서 별도의 모따기 공정을 거치지 않고도 떨어져나간 내측 모서리가 매끈하게 처리된다.
더불어 내경성형단계(S4)에서 피어싱홈(A2)을 형성해 두면 피어싱홈(A2)의 깊이만큼 제거될 부분의 피가공물(A) 두께가 줄어들게 되어 피어싱 과정에서 피어싱 다이스핀(324)이 받는 부하를 경감시켜 SUS 재질의 고강도 피가공물(A) 성형에 따른 다이스모듈 및 펀치모듈의 내구성을 높이는 효과가 있게 된다.
5. 피어싱단계(S5)
본 발명에 피어싱단계(S5)는, 상기 내경성형단계(S4) 거친 피가공물(A)을 180°방향 전환시켜 피어싱파트(300)의 성형틀(322)안에 내입시킨 후, 경사형 피어싱홈(A2)의 직경이 작은 측 사이즈와 동일하게 관통홀(H)을 형성시킴으로써, 음각홈(A1)과 경사형 피어싱홈(A2) 직경차에 의해 걸림턱(S)이 형성된다.
도 5는 피어싱단계(S5)를 나타내는 구성도로서, 상기 내경성형단계(S4)를 거친 피가공물(A)이 셔틀클램프(16)에 의해 180°회전되어 로딩되면, 도 5 (a) 내지 5 (b)처럼 금형조립체(10)의 가동측부(12) 형합작동에 의해 피어싱 펀치핀(342)이 성형틀(322) 내부로 진입하고, 이때 다이스핀(324)과 피어싱 펀치핀(342)의 형합에 의해 도 7 (e)와 같이 경사형 피어싱홈(A2)의 직경이 작은 측 사이즈와 동일하게 관통홀(H)이 형성됨과 동시에 피어싱 과정 중에 작용하는 압축에너지에 의해 펀치면(341)의 표식부(348)가 피가공물(A) 일측 단면에 가압되어 캡너트 규격을 포함하는 문양이 각인된다. 그리고 관통홀(H)이 음각홈(A1) 직경 대비 작은 사이즈로 관통됨에 따라 피가공물(A) 내측 일단에부 도 7 (e)와 같이 걸림턱(S)이 형성되어 캡 너트 형상으로 성형된다.
한편, 상기 관통홀(H) 자리에서 따내기 된 버림소재(A')는 펀치홀(342a) 내부로 밀려 들어가면서 배출구(346)를 통하여 수거된다.
즉, 상기 피어싱단계(S5)에서, 피어싱과정 중에 작용하는 가압력을 이용하여 피가공물(A) 일면에 문양(T)이 음각 성형되는 각인단계(S5-1)가 동시에 수행됨에 따라 제조공정의 간소화로 생산성 향상을 도모한다.
이어서 도 5 (c)와 같이 가동측부(12) 형개작동에 의해 펀치핀(342)이 성형틀(322)과 분리되고, 이후 이젝터핀(328)에 의해 피어싱 슬리브(327)가 돌출작동되면서 피어싱 다이스핀(324)에 끼인 피가공물(A)을 분리되어 셔틀클램프(16)를 타고 반송된다. 이후 별도의 생산라인에서 피가공물(A) 내주면에 암나사부가 가공된다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
10: 금형조립체 12: 고정측부
14: 가동측부 16: 셔틀클램프
100: 외형 성형파트 120: 외형 다이스모듈
122, 222, 322: 성형틀 124, 224, 324: 다이스핀
140: 외형 펀치모듈 142: 외형 펀치핀
200: 내경 성형파트 220: 내경 다이스모듈
221: 내경 다이스 221a: 키부재
222a: TIN코팅층 230: 형틀다이스
230': 받침다이스 231: 키홈
232: 원형 심부 232a: 음각골
234: 외부하우징 234a: 끼움홀
240: 내경 펀치모듈 242: 내경 펀치핀
244: 내경 펀치케이스 246: 내경 슬리브
248: 내경 이젝터핀 300: 피어싱파트
320: 피어싱 다이스모듈 324: 피어싱 다이스핀
324a: 피어싱날 326: 피어싱 다이스
327: 피어싱 슬리브 328: 이젝터핀
340: 피어싱 펀치모듈 341: 펀치면
342: 피어싱 펀치핀 342a: 펀치홀
344: 피어싱 펀치케이스 346: 배출구
348: 표식부 A: 피가공물
A': 버림소재 A1: 음각홈
A2: 피어싱홈 C: 센터홈
C1, C2: 모따기면 H: 관통홀
N: 각면 S: 걸림턱
T: 문양

Claims (7)

  1. 고정측부(12)와, 고정측부(12)와 대향하는 위치에서 가압 이송되는 가동측부(14)와, 고정, 가동측부(12)(14) 사이에서 피가공물(A)을 클램핑하여 반송하는 복수의 셔틀클램프(16)로 구성되는 금형조립체(10);
    상기 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 외형 다이스모듈(120)과 외형 펀치모듈(140)의 형합작동에 의해 피가공물(A) 외형을 성형하는 외형 성형파트(100);
    상기 외형 성형파트(100)을 거친 피가공물(A)이 투입되고, 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 내경 다이스모듈(220)과 내경 펀치모듈(240)의 형합작동에 의해 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 성형하는 내경 성형파트(200);
    상기 내경 성형파트(200)를 거친 피가공물(A)이 투입되고, 고정, 가동측부(12)(14)에 각각 설치되는 피어싱 다이스모듈(320)과 피어싱 펀치모듈(340)의 형합작동에 의해 경사형 피어싱홈(A2)을 관통 성형하는 피어싱파트(300);를 포함하여 이루어지고,
    상기 다이스모듈(120)(220)(320)은 피가공물(A)이 수용되는 성형틀(122)(222)(322)과, 성형틀(122)(222)(322) 내에 다이스핀(124)(224)(324)이 구비되는 구성을 포함하고,
    상기 내경 다이스모듈(220)은, 내경 다이스(221)와, 이 내경 다이스(221)에 삽입 설치되고 각홈구조의 성형틀(222)과 외주면에 키홈(231)이 형성되는 형틀다이스(230)와, 내경 다이스(221)에 삽입 설치되어 형틀다이스(230) 이면을 지지하는 받침다이스(230')와, 형틀, 받침다이스(230)(230')를 관통하여 성형틀(222) 내부공간으로 돌출 대기되는 내경 다이스핀(224)과, 내경 다이스(221)에 체결되어 형틀다이스(230) 키홈(231)에 결속되는 키부재(221a)로 구성되며,
    상기 내경 다이스모듈(220)의 형틀다이스(230)는 초경을 포함하는 소결합금으로 형성되어 성형틀(222)이 구비되는 원형 심부(232)와, 원형 심부(232)가 열박음되도록 끼움홀(234a)이 형성되는 외부하우징(234)으로 분리 구성되어 원형 심부(232)만 교체가능토록 하고, 성형틀(222) 내주면에 TIN코팅층(222a)이 형성되며,
    상기 피어싱 다이스모듈(320)은, 단부에 피어싱날(324a)이 형성되는 피어싱 다이스핀(324)과, 피어싱 다이스핀(324)이 설치되는 피어싱 다이스(326)와, 피어싱 다이스핀(324)을 타고 이송되어 피어싱 후 피어싱 다이스핀(324)에 끼인 피가공물(A)을 취출하는 피어싱 슬리브(327)와, 피어싱 다이스(326)에 삽입되어 피어싱 슬리브(327)를 가압 이송하는 이젝터핀(328)으로 구성되고,
    상기 피어싱 펀치모듈(340)은, 중앙에 펀치홀(342a)이 형성되고 피가공물(A) 일면에 면접 지지되도록 펀치면(341)이 구비되는 피어싱 펀치핀(342)과, 펀치핀(342)이 장착되는 피어싱 펀치케이스(344)와, 피어싱 펀치케이스(344)에 형성되어 피어싱 펀치핀(342)과 피어싱 다이스핀(324)에 의해 피어싱되어 펀치홀(342a) 내부로 이송되는 버림소재(A')를 수거하는 배출구(346)와, 펀치면(341)에 양각으로 형성되어 피어싱 압력에 의해 피가공물(A) 일면에 문양을 각인하는 표식부(348)로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. SUS 재질의 피가공물(A) 양측 단면에 서로 대향하는 센터홈(C)을 성형하는 편심교정단계(S1);
    상기 편심교정단계(S1)를 거친 피가공물(A) 일측 단부에 모따기면(C1)을 성형하는 모따기성형단계(S2);
    상기 모따기성형단계(S2) 이후, 피가공물(A)을 180°회전하여, 피가공물 다른 단부에 모따기면(C2) 및 외형을 각면(N)으로 성형하는 각면성형단계(S3);
    상기 각면성형단계(S3)를 거친 피가공물(A) 일면에 너트홀 형성을 위한 음각홈(A1)과, 다른 일면에 음각홈(A1) 직경 대비 작은 경사형 피어싱홈(A2)을 형성하는 내경성형단계(S4); 및
    상기 내경성형단계(S4) 거친 피가공물(A)을 셔틀클램프(16)로 180°방향전환 시켜 피어싱파트(300)의 성형틀(322)안에 내입시킨 후, 음각홈(A1)의 직경보다 작은 크기의 관통홀(H)을 형성하는 피어싱단계(S5);를 포함하여 이루어지며,
    상기 내경성형단계(S4)에서 사용되는 내경 다이스모듈(220)의 형틀다이스(230)는 성형틀(222)이 구비되는 원형 심부(232)와, 원형 심부(232)가 열박음되도록 끼움홀(234a)이 형성되는 외부하우징(234)으로 분리 구성되며,
    상기 피어싱단계(S5)에서 사용되는 피어싱 펀치모듈(340)은, 중앙에 펀치홀(342a)이 형성되고 피가공물(A) 일면에 면접 지지되도록 펀치면(341)이 구비되는 피어싱 펀치핀(342)과, 펀치핀(342)이 장착되는 피어싱 펀치케이스(344)와, 피어싱 펀치케이스(344)에 형성되어 피어싱 펀치핀(342)과 피어싱 다이스핀(324)에 의해 피어싱되어 펀치홀(342a) 내부로 이송되는 버림소재(A')를 수거하는 배출구(346)와, 펀치면(341)에 양각으로 형성되어 피어싱 압력에 의해 피가공물(A) 일면에 문양을 각인하는 표식부(348)로 구성되어, 피어싱 과정 중 피가공물(A)에 펀치면(341)의 표식부(348)가 피가공물(A) 일측 단면을 가압하여 피가공물(A) 일면에 문양(T)이 음각 성형되는 각인단계(S5-1)가 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 냉간 단조에 의한 SUS 캡너트 제조 방법.
  7. 삭제
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