KR102038072B1 - 이종 소재의 클린칭 접합 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명에 따른 이종 소재의 클린칭 접합 장치는, 단부 외주면에 반원 형상의 제1 클린칭 홈이 방사상으로 형성되는 고정체; 상기 고정체에 회전 가능하게 결합되어, 상기 제1 클린칭 홈과 대칭시 원형을 이루도록 단부 외주면에 반원 형상의 제2 클린칭 홈이 방사상으로 형성되고, 상기 제2 클린칭 홈의 사이마다 인출 홈이 방사상으로 형성되는 회전체; 및 상기 제1, 2 클린칭 홈마다 이격된 상태로 위치되어 상기 제1, 2 클린칭 홈 상에 위치된 이종 소재의 중첩 부위를 클린칭하는 펀치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 알루미늄과 스틸과 같은 이종 소재를 클린칭 공정을 통해 접합한 상태에서 회전체의 인출 홈을 고정체의 제1 클린칭 홈과 일치시켜 형성된 경로를 통해 클린칭 완료된 이종 소재를 단순한 구조로 용이하게 분리할 수 있고, 회전체의 외주면에 경사면이 형성되어 빼기 구배(draft taper)가 적용된 이종 소재에서 분리가 이중으로 용이하면서, 이종 소재의 접합면에 접착제를 도포하는 경우 이종 소재에 압축을 가할 수 있게 한 효과가 있다.

Description

이종 소재의 클린칭 접합 장치 {CLINCHING JOINIT APPARATUS OF DIFFERENT MATERIALS}

본 발명은 이종 소재의 클린칭 접합 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플랜지가 형성된 알루미늄 부품과 스틸 튜브와 같이 이종 소재의 접합에 사용되는 클린칭 접합 장치에 관한 것이다.

일반적으로 겹쳐진 2매의 금속을 여러 형태의 에너지나 힘을 가하여 하나의 부품으로 형성하는 작업을 접합이라 한다. 접합은 용접과는 달리 금속을 가열하여 용융시키지 않고 결합시키기 때문에 열 변형에 대한 염려와, 가열장치가 필요 없는 것이 장점이지만 접합부의 인장전단강도가 낮다.

이와 같은 결함을 최소화하기 위하여 이용되고 있는 접합기술로 이음(seaming)법이 있다. 이음법은 드럼통, 음료 깡통, 파이프 등을 제조하는데 많이 사용되지만 이들 대부분의 단면형상이 원통형으로 피가공물을 회전시키면서 이음하기 때문에 이 가공법을 시머(seamer)를 사용한 롤 압연 단조로 분리하는 경우도 있다.

평판형의 판재인 경우는 상판 하판을 겹치고, 겹쳐진 부분에 에너지를 가해 이음하는 것으로 전기저항을 이용한 점 용접이나 이음 용접(seam welding) 등 용접에 의한 방법과, 접합면을 가압하면서 초음파진동을 전달하여 그 에너지를 접합부에 보내 접합하는 초음파 접합법(ultrasonic joining)이 있다. 그러나 이들은 장치가 복잡하여 가공 코스트가 높아 경제성이 떨어진다.

이를 해결하기 위해 판재를 펀치와 다이를 사용하여 재료에 소성변형을 주어 접합할 수 있는 기계적 클린칭(mechanical clinching)법이 사용되고 있다. 이 방법은 음료 깡통이나 드럼통의 뚜껑과 관을 이음 하는 이음법과 유사하지만 판재의 이음이라는 점이 다르다. 또 금형에 의한 가공임으로 가공비가 저렴하고 대량생산이 가능한 것이 장점이다.

기계적 클린칭법에 의한 접합은 큰 장력을 받는 부품에는 적용이 곤란하지만 경량화를 위한 이종재료 즉 고장력강판과 알루미늄합금판과 접합이나 도금된 판재의 접합에 적용하면 좋은 효율의 가공이 가능하다.

이러한 클린칭 장치와 관련된 기술이 한국등록특허 제1655449호 및 한국공개특허 제2018-0001042호에 제안된 바 있다.

특허문헌 1은 연성 재질의 상부소재 중앙부위와 취성 재질의 하부소재 홀 둘레면이 펀치 압입력에 대응하는 역압을 발생시키는 가이드에 의해 지지하는 이중 지지용 가이드가 구비된 홀 클린칭 장치가 개시되어 있다.

그러나 특허문헌 1은 상, 하부 소재를 클린칭할 때 클린칭 부위가 다이 내부로 함몰되는데 함몰된 클린칭 부위를 다이에서 분리하기 위해서는 가이드가 승강되어야 하므로 이를 구현하기 위한 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

특허문헌 2는 양측 펀칭 유닛의 클린칭 펀치와 다이 유닛의 클린칭 다이를 이용하여 판재를 접합할 수 있는 클린칭 장치가 개시되어 있다.

그러나 특허문헌 2 역시 펀칭 유닛에 의한 펀칭 후 판재의 클린칭 부위가 함몰 형성되므로 판재를 분리시키기 위해서는 클린칭 다이가 후진하여야 하므로 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

더욱이, 클린칭 대상물이 판재인 경우는 상관없지만 클린칭 대상물이 원형인 경우 다이를 후퇴시키기 위한 구조가 필요하며, 이를 구현하기 위한 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

한국등록특허 제1655449호(등록일: 2016.09.01.) 한국공개특허 제2018-0001042호(공개일: 2018.01.04.)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결과제는, 알루미늄과 스틸과 같은 이종 소재를 클린칭 공정을 통해 접합한 상태에서 회전체의 인출 홈을 고정체의 제1 클린칭 홈과 일치시켜 형성된 경로를 통해 클린칭 완료된 이종 소재를 단순한 구조로 용이하게 분리할 수 있게 한 이종 소재의 클린칭 접합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종 소재의 클린칭 접합 장치는, 단부 외주면에 반원 형상의 제1 클린칭 홈이 방사상으로 형성되는 고정체; 상기 고정체에 회전 가능하게 결합되어, 회전 과정에서 상기 제1 클린칭 홈과 마주보게 위치되면 원형을 이루도록 단부 외주면에 반원 형상의 제2 클린칭 홈이 방사상으로 형성되고, 상기 제2 클린칭 홈의 사이마다 인출 홈이 방사상으로 형성되는 회전체; 및 상기 제1, 2 클린칭 홈마다 이격된 상태로 위치되어 상기 제1, 2 클린칭 홈 상에 위치된 이종 소재의 중첩 부위를 클린칭하는 펀치를 포함한다.

상기 회전체가 회전되어 상기 인출 홈이 상기 제1 클린칭 홈과 일치하면 이종 소재의 클린칭 부위가 상기 인출 홈을 통해 분리될 수 있다.

상기 회전체는 외주면에 경사면이 형성될 수 있다.

상기 고정체와 상기 회전체의 대향면에 각각 형성된 돌기와 홈에 의해 상기 회전체의 회전각도가 제한될 수 있다.

본 발명에 의하면, 알루미늄과 스틸과 같은 이종 소재를 클린칭 공정을 통해 접합한 상태에서 회전체의 인출 홈을 고정체의 제1 클린칭 홈과 일치시켜 형성된 경로를 통해 클린칭 완료된 이종 소재를 단순한 구조로 용이하게 분리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 회전체의 외주면에 경사면이 형성되어 빼기 구배(draft taper)가 적용된 이종 소재에서 분리가 이중으로 용이하면서, 이종 소재의 접합면에 접착제를 도포하는 경우 이종 소재에 압축을 가할 수 있게 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치에서 회전체가 회전된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치의 작동 과정을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치에서 회전체가 돌기와 홈에 의해 회전각도가 제한되는 것을 나타낸 단면도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이종 소재의 클린칭 접합 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치에서 회전체가 회전된 상태를 도시한 사시도이고, 도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치의 작동 과정을 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치에서 회전체가 돌기와 홈에 의해 회전각도가 제한되는 것을 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치(100)는 고정체(110), 회전체(120) 및 펀치(130)를 포함하며, 원형의 플랜지(12)가 형성된 알루미늄 부품(10)과 원형의 스틸 튜브(20)를 원주 부위 방향으로 클린칭 접합하고, 클린칭 접합 후 접합 제품의 이탈이 가능하도록 한 장치에 관한 것이다.

고정체(110)는 회전체(120)가 설치되는 선단 외주면에 반원 형상의 제1 클린칭 홈(112)이 방사상으로 복수 형성되는 고정 다이(die)이다.

제1 클린칭 홈(112)은 클린칭 다이를 말하며, 가장자리가 함몰 형성된 다이 그루브(groove)와, 다이 그루브의 안쪽에 돌출된 다이 보톰(bottom)으로 구성된다.

더욱이, 제1 클린칭 홈(112)은 회전체(120)의 제2 클린칭 홈(124)과 대칭되게 위치되었을 때 원형을 이뤄 펀치(130)에 의해 플랜지(12)의 밑 방향으로 확장되면 다이의 밑부분에 접촉하면서 반경 방향으로 확장된다. 확장된 플랜지(12)는 다이의 측벽과 접촉하고 인터록킹(interlocking)을 형성하면서 접합이 되게 한다.

그리고 고정체(110)는 중심에 회전체(120)의 연장축(122)이 삽입되도록 장착홀(114)이 축 방향으로 관통 형성된다.

회전체(120)는 고정체(110)의 전방에서 회전 가능하게 결합되며, 배면 중심에 형성된 연장축(122)과, 후단 외주면에 형성된 제2 클린칭 홈(124) 및 제2 클린칭 홈(124)과 제2 클린칭 홈(124) 사이에 형성된 인출 홈(126)을 포함한다.

연장축(122)은 고정체(110)의 장착홀(114)을 관통하여 회전체(120)의 회전이 요구되면 작업자가 손으로 파지할 수 있도록 구비된다.

제2 클린칭 홈(124)은 제1 클린칭 홈(112)과 같이 클린칭 다이를 말하며, 가장자리가 함몰 형성된 다이 그루브와, 다이 그루브의 안쪽에 돌출된 다이 보톰으로 구성된다.

인출 홈(126)은 접합물인 알루미늄 부품(10)의 플랜지(12)와 스틸 튜브(20)의 중첩 위치에 클린칭 가공한 상태에서 접합물을 클린칭 접합 장치(100)에서 분리하고자 할 때 클린칭 부위가 이탈되도록 단부를 제1 클린칭 홈(112)과 일치시킨다.

이는 제1, 2 클린칭 홈(112, 124)이 고정체(110)와 회전체(120)의 밀착면에서 함몰 형성되는데 접합물의 클린칭 부위 역시 함몰되므로 접합물을 분리하기 위해서 인출 홈(126)을 통해 제1 클린칭 홈(112)과 연통시키는 것이다.

즉, 알루미늄 부품(10)의 플랜지(12)와 스틸 튜브(20)가 원형이므로 제1, 2 클린칭 홈(112, 124)이 후진하는 구조를 채택하여도 클린칭 부위가 고정체(110) 및 회전체(120)에서 분리될 수 없으므로 클린칭 부위가 이동할 수 있도록 제1 클린칭 홈(112)과 인출 홈(126)을 일치시킨다.

또한, 회전체(120)는 외주면에 선단보다 후단의 직경이 확대된 경사면이 형성되어 빼기 구배(draft taper)가 적용된 알루미늄 부품(10)의 플랜지(12)에서 분리가 용이하며, 플랜지(12)의 내주면과 스틸 튜브(20)의 외주면인 접합면에 접착제를 도포하는 경우 플랜지(12)에 압축을 가할 수 있다.

더욱이, 도 8을 참조하면, 회전체(120)는 고정체(110)에서 회전되어 인출 홈(126)이 제1 클린칭 홈(112)에 연결되기 위해서 설정 각도로 회전하게 되는데 이 회전 각도를 요철 구조를 통해 제한할 수 있다.

이를 위해 회전체(120)의 후면에 돌기(121)를 형성하고, 고정체(110)의 전면에 돌기(121)가 내부에 위치되도록 원호 형상의 홈(111)이 형성된다. 이때, 홈(111)은 인출 홈(126)에서부터 제1 클린칭 홈(112)과의 거리에 대응하는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.

따라서, 회전체(120)의 돌기(121)가 고정체(110)의 홈(111) 내에 결합된 상태로 구비되므로 회전체(120)의 회전 각도는 고정체(110)의 홈(111) 거리만큼 회전되는 것이다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만 고정체(110)의 홈(111) 대향면 양쪽에 걸림돌기를 각각 형성하여 회전체(120)의 돌기(121)가 걸림돌기를 넘어가는 경우에만 회전체(120)가 회전되도록 할 수 있다.

펀치(130)는 제1, 2 클린칭 홈(112, 124)마다 각각 이격된 상태로 위치되어 있다가 제1, 2 클린칭 홈(112, 124) 상에 위치된 이종 소재의 중첩 부위를 가압에 의해 클린칭하게 된다.

이와 같이 본 발명에 의한 이종 소재의 클린칭 접합 장치(100)를 도 3 내지 도 7을 참조하여 클린칭 공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 알루미늄 부품(10)의 플랜지(12) 내에 스틸 튜브(20)의 접합 부위를 삽입한 상태에서 본 발명의 클린칭 접합 장치(100)의 선단인 회전체(120)를 삽입한다(도 3 참조).

이때, 고정체(110)의 제1 클린칭 홈(112)과 회전체(120)의 제2 클린칭 홈(124)은 대향되어 평면 형상이 원형태를 이루고 있다.

다음으로, 펀치(130)를 구동시켜 단부가 알루미늄 부품(10)의 플랜지(12)와 스틸 튜브(20)의 중첩 위치를 가압하면서 펀치(130)에 의해 플랜지(12)의 밑 방향으로 확장되면 다이의 밑부분에 접촉하면서 반경 방향으로 확장되고, 확장된 플랜지(12)는 다이의 측벽과 접촉하고 인터록킹(interlocking)을 형성하면서 접합이 되게 한다(도 4 참조).

다음으로, 펀치(130)를 외측 방향으로 후퇴시킨 후 회전체(120)의 연장축(122)을 회전시킨다(도 5 참조).

한편, 회전체(120)의 연장축(122) 회전 과정 전에 도 5 기준 회전체(120)를 좌측인 전방으로 미는 과정을 통해 제2 클린칭 홈(124)이 클린칭 부위에서 이격되게 함으로써 고정체(110)의 제1 클린칭 홈(112) 역시 클린칭 부위에서 용이하게 이격될 수 있다.

다음으로, 회전체(120)가 회전되면서 제2 클린칭 홈(124)과 제2 클린칭 홈(124) 사이에 형성된 인출 홈(126)이 고정체(110)의 제1 클린칭 홈(112)과 일치된다(도 6 참조).

다음으로, 알루미늄 부품(10)과 스틸 튜브(20)의 중첩 부위에 형성된 클린칭 가공 부위가 인출 홈(126)을 따라 이동하므로 이종 소재의 접합물이 클린칭 접합 장치(100)에서 분리된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 클린칭 접합 장치 110: 고정체
112: 제1 클린칭 홈 120: 회전체
122: 연장축 124: 제2 클린칭 홈
126: 인출 홈 130: 펀치

Claims (4)

1. 단부 외주면에 반원 형상의 제1 클린칭 홈이 방사상으로 형성되는 고정체;
   상기 고정체에 회전 가능하게 결합되어, 회전 과정에서 상기 제1 클린칭 홈과 마주보게 위치되면 원형을 이루도록 단부 외주면에 반원 형상의 제2 클린칭 홈이 방사상으로 형성되고, 상기 제2 클린칭 홈의 사이마다 인출 홈이 방사상으로 형성되는 회전체; 및
   상기 제1, 2 클린칭 홈마다 이격된 상태로 위치되어 상기 제1, 2 클린칭 홈 상에 위치된 이종 소재의 중첩 부위를 클린칭하는 펀치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 소재의 클린칭 접합 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전체가 회전되어 상기 인출 홈이 상기 제1 클린칭 홈과 일치하면 이종 소재의 클린칭 부위가 상기 인출 홈을 통해 분리되는 것을 특징으로 하는 이종 소재의 클린칭 접합 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는 외주면에 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 이종 소재의 클린칭 접합 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 고정체와 상기 회전체의 대향면에 각각 형성된 돌기와 홈에 의해 상기 회전체의 회전각도가 제한되는 것을 특징으로 하는 이종 소재의 클린칭 접합 장치.

Images