KR102038082B1 - 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자기 차폐링의 제조 방법은, 금형 상으로 공급되는 판재 상에 피어싱을 실시하는 단계; 상기 피어싱이 실시된 판재 상에 단조 공정을 실시하여 상기 판재의 내측으로 변형을 유도하는 단계; 상기 단조 공정이 실시된 판재 상에 쉐이빙 공정을 통해 변형된 내측 부분을 전단하는 단계; 및 상기 쉐이빙 공정이 실시된 판재 상에 블랭킹 공정을 실시하여 최종적인 차폐링 제품을 전단하는 단계;를 포함하고, 이를 통해 순차이송 금형으로 공정을 배열하여 자기 차폐링을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법{Manufacturing method of shielding ring through progressive press die}

본 발명은 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 순차(progressive) 이송 금형을 통해 사각 차폐링의 가장자리부 상에 발생하는 롤오버 치수 편차 불량을 방지하는 기술에 관한 것이다.

전단 가공이란 펀치와 다이 사이에 피가공물을 위치시키고 펀치 또는 다이에 하중을 가하여 피가공물을 특정 형상으로 절단하는 가공법의 총칭이다. 전단 가공은 펀칭(punching), 블랭킹(blanking), 트리밍(trimming) 등의 공정을 포함하는 공법으로서, 박판 전단에 있어 가장 널리 사용되고 있는 공법으로 주조, 단조, 기계가공 등에 비하여 요구하는 형상가공이 쉽고 빠르며 경제적이다. 그러나 전단 가공시에 발생하는 버(burr)와 거친 전단면은 요구되는 제품의 특성에 따라 조립 및 형상 정밀도에 큰 영향을 준다.

공급된 피가공물의 전단은 일반적으로 소성 변형기, 전단기, 파단기의 3단계 과정으로 이루어진다. 소성 변형기(Plastic deformation)는 펀치가 피가공물에 닿으면서 피가공물의 탄성 한계를 넘어 소성 변형인 굽힘이 시작된다. 전단기(Penetration)는 펀치가 피가공물 속으로 더 침입하면 굽힘에 의한 눌림 후에 전단이 발생한다. 파단기(Fracture)는 전단 변형이 진행됨에 따라 펀치와 다이 날끝의 응력 집중이 파단을 초래하고 양날 끝에서의 균열이 서로 만나 소재가 분할한다.

공급된 피가공물에 대한 전단 과정을 거쳐 절단 분리된 블랭크의 전단면은 처짐(롤오버), 전단면, 파단면, 버로 분류된다.

처짐(shear droop)은 펀치가 피가공물인 가공재의 표면을 침입할 때 나타나며, 피가공물 두께의 10~20% 정도를 차지한다. 상기 처짐은 롤오버(roll over)에 해당한다.

전단면(shearing surface)은 곱고 면에 대하여 직각을 이룰수록 바람직하므로 전단면은 넓은 것이 바람직하며, 보통 재료 두께의 25~50%를 차지한다. 파단면(surface)은 인장 파단된 부분으로 미소한 요철이 심하며, 파단면의 크기는 클리어런스가 크면 커지고 연한 재료보다 경한 재료가 더 크다. 버는 일반적으로 판 두께의 10% 이하로 규제하는 조건이 적용되며 날끝의 무딘 정도와 소재의 연성에 비례하여 버 높이가 커지고 이 값이 금형 수정 시기의 판단 척도가 된다.

한편, 정밀한 블랭킹 부품의 전형적인 특징은 에지 부분 상의 롤오버이다. 특히, 코너 영역에서 롤오버가 발생하여 코너의 반경은 줄어들고 시트(sheet)의 두께는 증가하면서 롤오버가 성장한다. 롤오버는 재료의 두께와 품질에 좌우되는데, 예를 들어, 치형을 갖는 부품들의 코너들에서 날카로운 에지의 결여와 상기 부품들의 기능적 길이에 있어서의 변화로 인하여 그 조정 가능성이 제한되고 종종 부품들의 제한된 기능을 가져온다. 따라서, 스탬핑 롤오버는 부품의 기능성을 감소시키고 생산자로 하여금 더 두꺼운 원재료를 사용하게끔 한다.

한편, 공급된 판상의 피가공물을 1공정 컴파운드(compound) 금형을 이용하여 속이 빈 관통된 형상의 사각 차폐링 타입으로 제작 시에는 상기 제작된 사각 차폐링 제품의 가장자리 상에는 롤오버에 의한 자력 누수 현상이 발생한다. 이는 제작된 사각 차폐링의 측벽 두께가 얇은 제품인 경우에는 컴파운드 금형으로 제작할 경우에 금형 수명이 매우 취약하게 된다.

1공정 컴파운드 금형의 경우에는 사각 차폐링 제품의 내측과 외측을 동시에 전단하는 방식으로 가공을 시행하는바, 사각 차폐링 제품을 지지하는 금형 다이는 소재의 측벽 두께 밖에 되지 않게 되어 금형의 수명이 짧게 된다. 즉, 얇은 벽 두께를 갖는 링 타입의 차폐 구조물을 금형으로 제작하는 경우에 무리한 작업으로 인하여 사용되는 금형 상에 손상을 가져오게 한다는 문제가 있다.

전단부의 품질을 향상하는 방안을 제시하는 종래의 문헌으로는 공개특허 제10-2016-0090430 및 등록특허 제10-1674761호를 참조할 수 있다. 상기 문헌들은 트림 펀치나 피어싱 펀치 등으로 강판을 전단할 경우 발생되는 파단면의 면적 비율을 줄이고 버를 제거하거나, 전단 가공에 의해 절단된 단면에 버 생성이 최소화된 금속 포일 생성 기술을 개시하지만, 여전히 자기 차폐링 부품을 제조하는 공정 상에서 공급된 판재를 1공정 compound 금형으로 전단 제작 시에는 롤오버에 의한 자력 누수가 발생한다는 문제점이 있다.

(특허문헌 1) KR10-2016-0090430 A

(특허문헌 2) KR10-1674761 B

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 피어싱, 단조, 쉐이빙 및 블랭킹을 포함하는 순차 이송 금형을 통해 최종 제품을 전단하는 과정을 거침으로써 사각 차폐링의 가장자리부 상에 발생하는 롤오버 치수 편차 불량을 방지하는 방안을 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 순차이송 금형으로 공정을 배열하여 자기 차폐링을 제조하는 방법을 제공하고, 상기 제조 공정은, 금형 상으로 공급되는 판재 상에 피어싱을 실시하는 단계; 상기 피어싱이 실시된 판재 상에 단조 공정을 실시하여 상기 판재의 내측으로 변형을 유도하는 단계; 상기 단조 공정이 실시된 판재 상에 쉐이빙 공정을 통해 변형된 내측 부분을 전단하는 단계; 및 상기 쉐이빙 공정이 실시된 판재 상에 블랭킹 공정을 실시하여 최종적인 차폐링 제품을 전단하는 단계;를 포함한다.

상기 단조 공정과 상기 쉐이빙 공정 사이에 별도의 블랭킹 공정을 추가적으로 실시한다.

상기 단조 공정에서는 공급되는 제품의 원두께 대비 40% 정도 수준으로 가압 단조 가공을 실시한다.

상기 쉐이빙 공정에서는 ±0.025mm의 다이 공차를 적용하여 공급되는 제품의 가장자리 상에서 불필요한 재료를 절삭한다.

금형 상으로 공급되는 판재는 냉간압연강판을 채용한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법은 피어싱, 단조, 쉐이빙 및 블랭킹을 포함하는 순차 이송 금형을 통해 최종 제품을 전단하는 과정을 거침으로써 사각 차폐링의 가장자리부 상에 발생하는 롤오버 치수 편차 불량을 방지한다.

즉, 본 발명은 사각 형상의 자기 차폐링을 제작하는 과정에서 전단력에 의해 사각 차폐링의 가장자리부 상에서 발생하는 롤오버 치수 편차로 인하여 코너부 평탄 불량이 발생하고 이로 인해 발생하는 자력 누수 현상을 방지한다.

본 발명은 판단조 및 전단 가공을 이용한 자기 차폐링의 제조 공정기술에서 단조 공정과 쉐이빙 공정을 이용하여 제품의 내측으로 변형을 유도하여 제품의 원할한 성형을 유도한다.

본 발명은 최종 제품의 외곽 부분의 변형을 최종 블랭킹 공정에서 전부 가공하던 범위를 하프(Half) 블랭킹에서 일정 수준 가공함으로써 최종 공정에서의 변형을 최소화시키게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 공정의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 공정의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 차폐링에 대한 가우스 수치 데이터를 보인다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 차폐링 실물을 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 차폐링의 제조 방법은 순차이송(progressive) 금형으로 공정을 배열한 상태에서, 좌측 상단에서 시계 방향을 따라서 피어싱 공정(Piercing), 내측으로 변형을 유도하는 단조 공정(Forging), 변형된 내측 부분을 전단하는 쉐이빙 공정(Shaving) 및 최종 제품을 전단하는 블랭킹 공정(Blanking)을 포함한다.

먼저, 좌측 상단의 1번 피어싱 공정에서는 3번 쉐이빙 공정에서 전단될 여유량을 고려하여 최종 제품 치수보다 작은 치수로 차폐링의 내경을 설계한다.

상기 기술의 공정 배열 상에서는 단조 공정에서 변형된 소재가 추가되어져 일반적인 쉐이빙 공정보다 전단 여유를 크게 설정할 수 있다. 상기 1번 피어싱 공정에서는 공급된 판재(1)에서 필요 없는 부위(7)를 전단하여 스크랩으로 제거한다. 상기 공정은 다이(3) 상에 판재(1)가 놓여진 상태에서 상부의 펀치(5)를 이용하여 판재(1)를 가압하게 한다. 필요 없는 부위(7)는 다이(3)에 형성된 프레싱 홀(4)을 통해 배출된다.

2번 단조 공정에서는 제품의 두께 치수 및 평탄도를 만족하게 하며 이때 가공량은 소재 두께의 40% 정도 수준으로 가공해야 한다. 즉, 공급된 판재(1) 상에 상부의 펀치(5)를 이용하여 가압하는 과정을 통해 판재(1)의 원래 두께 대비 40% 정도의 수준으로 두께를 줄이는 수준으로 가공한다. 여기에서, 상부의 펀치(5)에 대향하도록 다이(3) 내에는 별도의 지지바(6)가 배치된다. 상기 지지바(6)는 판재(1)의 하단에서 소정거리 하부로 단차지게 이격 배치된 상태에서 상부의 펀치(5)에 의해 단조되는 차폐링(10)의 하단을 지지하는 기능을 한다. 이를 통해, 단조되는 차폐링(10)은 두께가 감소되는 것과 동시에 상기 차폐링(10)의 외측 하단이 판재(1)에서 분리 내지 이탈되는 것을 볼 수 있다.

단조 공정의 경우에는 펀치(5)와 다이(3)에 가해지는 집중 하중이 크기 때문에 HRC 57~61 이상의 경도를 나타내는 소재를 사용하여야 하며, 소재는 KS 기준 STD11 강종과 유사하거나 더 경질의 소재를 사용하여야 한다.

또한, 펀치(5)와 다이(3)의 표면에 PVD 증착법을 이용한 코팅을 하여 수명을 향상시킬 수 있다.

상기 단조 공정에서는 판재(1)의 관통된 내측 부분이 펀치(5)를 통해 가압되는 과정을 통해서 차폐링(10)의 형태로 제작된다.

한편, 순차이송 금형구조 상에서 단조 공정을 진행하는 경우에 공급되는 소재의 종류에 따라 적용 가능 여부 및 적용 시에 가공량의 선정이 상이하게 결정된다. 예를 들어, 경질재의 경우에는 단조 공정을 적용하기 어려우며, 의도하는 가공량을 가공하기 위하여 강제적으로 변수를 조절할 경우에는 순차적으로 배열된 주변 공정에 예상할 수 없는 악영향을 줄 수 있다. 또한, 공정을 진행하는 과정에서 이송되며 제품이 되는 철판 소재인 스트립의 외곽부가 변형되어 원할한 이송이 불가할 수 있다. 따라서, 경질이 아닌 연질 소재에 적용이 가능하게 되며 스트립의 변형에 대한 대책이 필요하게 된다.

3번 쉐이빙 공정에서는 최종 차폐링 제품의 내측 치수와 동일한 치수로 가공하며 이때 하부의 다이에 적용되는 공차(clearance)는 3% 이하의 값을 적용한다. 쉐이빙 공정은 작은 다이 공차를 이용하여 제품 형상 내지 부품의 가장자리에서 최소한의 재료(12)를 전단하여 제거해내는 것으로서, 정확성 및 마감처리를 향상하는 방안으로 사용된다. ±0.025mm의 공차가 가능할 수 있다. 즉, 쉐이빙 공정은 일반적인 전단 공정이 아닌 절삭 공정과 유사한 효과를 내어 소재 표면을 가공하게 되는 것으로서, 일반적인 전단 공정과 상이하게 나타나게 된다. 따라서, 작은 클리어런스를 적용하는 것이 가공에 유리하다.

2번 단조 공정을 통해 두께가 감소된 차폐링(10)의 내측 부분에서 펀치(5)를 이용하여 최소한의 재료(12)를 제거하게 되고, 상기 과정에서 차폐링(10)의 내경 부분과 하부 다이(3)와는 상술한 기설정된 공차의 적용이 가능하다.

쉐이빙 공정은 일반 전단 공정과는 다르게 절삭 가공과 유사한 성격을 가지고 있다. 따라서, 펀치가 소재에 가하는 힘에 의해 굽힘, 인장, 파단되는 전단 가공과는 다소 성격이 다를 수 있다.

일반적인 전단 가공에서는 펀치의 가장자리부에 의해 발생한 소재 상면의 크랙과, 다이 코너에서 발생한 하부의 크랙이 만나 소재가 분리되는 경향이 있다.

쉐이빙 공정은 절삭 및 전단 과정을 거치는데, 이는 절삭이 진행되며 절삭된 소재가 축적되어 가공 방법이 절삭에서 전단으로 바뀌는 경향으로 비롯된다. 따라서, 전단면은 펀치와 다이의 연결선에 위치하게 된다.

쉐이빙 공정의 공차는 소재의 두께별 및 재질별로 적용되는 범위가 다양하나, 작은 값을 취하는 것이 유리하고 상기와 같은 이유에서 비교적 넓은 범위인 3%이하를 선정할 수 있다.

본 발명의 4번 블랭킹 공정에서는 펀치에 적용된 공차를 쉐이빙 공정과 유사한 수준으로 적용하여 파단면의 발생을 최소화하여야 한다. 이를 통해서 제품의 외곽부 치수를 만족하게 한다.

블랭킹 공정 이후 취출된 차폐링 제품(10)은 하부 다이(3) 속으로 침투되어, 연속 작업에 의해 밀려 하부 다이(3) 아래로 취출된다.

그러나, 제품이 취출될 경우 물리적으로 밀어내기 때문에 변형이 발생할 수 있으므로 다이의 수명인 유효인선을 작은 값으로 설정하여 제품의 변형을 축소시켜야 한다.

본 발명은 냉간압연강판 소재의 제품의 공정에 적용될 수 있다.

냉간압연강판을 채용하는 이유는 단조 공정과 관련이 있는데, 단조 공정에서 소재의 두께 공차를 만족시키며 제품 내측으로 변형을 유도한다. 여기에서, 공급된제품의 원활한 성형과 소재의 연성이 관련이 높게 된다. 따라서, 가장 범용성이 높은 판재이며 연성이 높은 소재인 냉간압연강판을 채용할 수 있다.

한편, 펀치와 다이의 위치 정밀도는 외곽 가이드 포스트와 내측 가이드 포스트를 포함한 구조로 제어되어야 원할한 구현이 가능할 수 있다.

본 발명은 판단조 및 전단 가공을 이용한 자기 차폐링의 제조 공정기술에서 단조 공정과 쉐이빙 공정을 이용하여 제품의 내측으로 변형을 유도하여 제품의 원활한 성형을 유도한다.

한편, 상기 블랭킹 공정을 분리하여 단조와 쉐이빙 사이에 1차 블랭킹을 실시하고, 쉐이빙 이후에 2차 블랭킹을 실시하는 것으로 변경하는 경우에 바람직한 결과를 나타낼 수 있다.

구체적으로, 도 2를 참조하면 블랭킹 공정을 다단으로 분리하는 경우에, 최종 제품의 외곽부의 변형을 최종 블랭킹 공정에서 전부 가공하던 범위를 1차 블랭킹인 하프 블랭킹(Half blanking)에서 일정 수준 가공하여, 최종 공정인 2차 블랭킹에서의 변형을 최소화시키는 영향을 얻을 수 있다.

상기 하프 블랭킹 공정은 원칙적으로 공급된 소재 두께의 50% 이상을 가공하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 최종적인 2차 블랭킹 공정의 선행 공정으로써 가공량을 늘릴 경우에 유리한 형상을 나타내게 된다. 따라서, 50% 이상의 가공량을 확보하는 것이 유리하며, 본 발명의 경우에는 실시예로서 약 65% 정도의 가공량을 적용하였다.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 차폐링에 대한 가우스 수치 데이터를 보인다. 본 발명에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법을 이용한 경우 및 에칭 가공을 이용하여 제작된 사각링에 대한 다수의 비교 데이터를 보인다. 측정 결과를 보면, 전체적으로 본 발명에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법을 이용한 경우가 가우스 수치 데이터에서 확연하게 낮은 결과값을 보이는 것을 알 수 있다.

도 3의 그림 상에서 확인할 수 있듯이, 차폐 철판 면의 가우스 값을 측정하는 것으로서, 결과값이 낮을수록 유리한 것이다. 그림 상의 제품은 휴대폰 케이스 내부에 매립되는 자석과 관련된 부품으로서 자력의 누수가 발생할 경우에는 휴대폰의 액정에 손상을 일으키게 되는데, 이때의 자력 누수를 예측하기 위하여 액정과 접촉되는 면의 자속 밀도를 측정하는 것으로 확인된다.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 차폐링 실물을 보인다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 순차이송금형을 통한 차폐링의 제조 방법은 피어싱, 단조, 쉐이빙 및 블랭킹을 포함하는 순차 이송 금형을 통해 최종 제품을 전단하는 과정을 거침으로써 사각 차폐링의 가장자리부 상에 발생하는 롤오버 치수 편차 불량을 방지한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 순차이송(progressive) 금형으로 공정을 배열하여 자기 차폐링을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 제조 공정은,
   금형 상으로 공급되는 판재 상에 상부의 펀치를 이용하여 상기 판재를 가압하는 과정을 통해 피어싱을 실시하는 단계;
   상기 피어싱이 실시된 판재 상에 단조 공정을 실시하여 상기 판재의 내측으로 변형을 유도하는 단계;
   상기 단조 공정 후 1차 블랭킹을 실시하는 단계;
   상기 단조 공정과 1차 블랭킹이 실시된 판재 상에 쉐이빙 공정을 통해 변형된 내측 부분을 전단하는 단계; 및
   상기 쉐이빙 공정이 실시된 판재 상에 2차 블랭킹 공정을 실시하여 최종적인 차폐링 제품을 전단하는 단계;를 포함하고,
   상기 단조 공정 상에서, 상기 판재 상에 상기 상부의 펀치를 이용하여 가압하여 두께를 줄이는 수준으로 가공하고, 상기 상부의 펀치에 대향하도록 상기 금형 내에 배치된 지지바는 상기 판재의 하단에서 소정거리 하부로 단차지게 이격 배치된 상태에서 상기 상부의 펀치에 의해 단조되는 자기 차폐링의 하단을 지지하며,
   상기 1차 블랭킹 공정은 공급되는 판재 두께의 65%를 가공하는 것을 특징으로 하는,
   판단조 및 전단 가공을 이용한 자기 차폐링의 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 단조 공정에서는 공급되는 제품의 원두께 대비 40% 정도 수준으로 가압 단조 가공을 실시하는,
   판단조 및 전단 가공을 이용한 자기 차폐링의 제조 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉐이빙 공정에서는 ±0.025mm의 다이 공차를 적용하여 공급되는 제품의 가장자리 상에서 불필요한 재료를 절삭하는,
   판단조 및 전단 가공을 이용한 자기 차폐링의 제조 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   공급되는 판재는 냉간압연강판을 채용하는,
   판단조 및 전단 가공을 이용한 자기 차폐링의 제조 방법.

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