KR102052174B1 - 금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법 - Google Patents

금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 판재의 열간 또는 온간 프레스 성형 시 가열로 인한 금속 판재의 열팽창량을 보상하여 변형을 방지할 수 있는 금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법에 관한 것으로서, 가열한 금속 판재를 열간 프레스 성형할 수 있도록, 상형과 하형으로 이루어지는 프레스 금형과, 상기 프레스 금형의 상기 상형과 상기 하형 사이에 상기 금속 판재가 위치할 수 있도록, 상기 금속 판재의 길이 방향의 일측을 지지할 수 있는 제 1 통전 클램프와, 상기 제 1 통전 클램프와 대향되게 설치되어 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측을 지지할 수 있는 제 2 통전 클램프와, 상기 금속 판재에 전류가 흘러 통전 가열될 수 있도록, 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프와 전기적으로 연결되어 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프 사이에 전위차를 발생시키는 전기 공급부와, 상기 전기 공급부에 공급되는 전류를 제어하는 제어부 및 상기 금속 판재의 통전 가열 시 상기 금속 판재의 열팽창량을 보상할 수 있도록, 경사면과 롤러의 접촉에 의해 상기 제 1 통전 클램프 또는 상기 제 2 통전 클램프를 가압하여 상기 제 1 통전 클램프 또는 상기 제 2 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시키는 보상 장치를 포함할 수 있다.

Description

금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법{Press forming apparatus of sheet metal and its forming method}
본 발명은 금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 판재의 열간 또는 온간 프레스 성형 시 가열로 인한 금속 판재의 열팽창량을 보상하여 변형을 방지할 수 있는 금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법에 관한 것이다.
최근 차량 업계에서는 차량 경량화와 안정성 향상에 부합되는 중량 대비 강도가 높은 초고강도 강재나 경량합금 판재가 확대 적용되고 있다. 하지만, 초고강도 강재는 낮은 성형성을 지니고 과도한 스프링백을 일으키기 때문에, 초고강도 강재를 성형하기 위한 금형을 제조하는데 어려움이 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위한 성형 기술로서 열간 또는 온간 프레스 공정이 사용될 수 있다.
일반적으로, 열간 프레스 공정은 금속 판재를 900℃ 이상 가열하고 가열된 금속 판재를 금형 내에 공급하고 성형한 후, 금형 내에서 성형품을 급랭시켜 성형품을 제조하는 공정을 말한다. 이와 같은, 열간 프레스 공정은 성형 및 열처리가 동시에 수행되므로 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고온에서 금속 판재를 성형하게 되므로 우수한 성형성 및 치수 정밀도를 얻을 수 있다. 또한, 고강도 부품에서 특히 문제가 되는 스프링백이나 자연파괴가 현저하게 감소된다는 장점이 있다. 이와 비교하여 온간 프레스 공정은 금속 판재를 상대적으로 낮은 200~400℃ 범위로 가열하고 가열된 금속 판재를 성형하는 공법으로 역시 성형성이 개선되고 스프링백이 감소하는 장점이 있다.
이와 같은, 열간 프레스 공정이나 온간 프레스 공정은 고가의 설비비 및 넓은 생산 공간을 필요로 한다. 이를 해결하고자, 설비비가 낮고 적은 생산 공간으로도 가열할 수 있는 통전 가열 방식으로 금속 판재를 가열하는 방법이 최근에 많이 이용되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 통전 가열을 이용한 금속 판재의 프레스 장치는 금속 판재의 통전 가열 시 가열되는 금속 판재의 열팽창으로 인하여 클램핑된 금속 판재의 변형이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 금속 판재를 낮은 비용으로 성형할 수 있고 효율적인 공간 활용을 가능하게 하며, 금속 판재의 가열 시 열팽창량을 보상하여 금속 판재의 변형을 방지할 수 있는 금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 금속 판재의 프레스 장치가 제공된다. 상기 금속 판재의 프레스 장치는, 가열한 금속 판재를 프레스 성형할 수 있도록, 상형과 하형으로 이루어지는 프레스 금형; 상기 프레스 금형의 상기 상형과 상기 하형 사이에 상기 금속 판재가 위치할 수 있도록, 상기 금속 판재의 길이 방향의 일측을 지지할 수 있는 제 1 통전 클램프; 상기 제 1 통전 클램프와 대향되게 설치되어 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측을 지지할 수 있는 제 2 통전 클램프; 상기 금속 판재에 전류가 흘러 통전 가열될 수 있도록, 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프와 전기적으로 연결되어 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프 사이에 전위차를 발생시키는 전기 공급부; 상기 전기 공급부에 공급되는 전류를 제어하는 제어부; 및 상기 금속 판재의 통전 가열 시 상기 금속 판재의 열팽창량을 보상할 수 있도록, 경사면과 롤러의 접촉에 의해 상기 제 1 통전 클램프 또는 상기 제 2 통전 클램프를 가압하여 상기 제 1 통전 클램프 또는 상기 제 2 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시키는 보상 장치;를 포함할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 제 1 통전 클램프는, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 일측 하면을 지지하는 제 1 하부 클램프; 및 상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 제 1 하부 클램프와 대향되게 설치되어, 고정구의 조임에 따라 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 일측 상면을 가압하여 고정하는 제 1 상부 클램프;를 포함할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 보상 장치는, 상기 제 1 하부 클램프가 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 상기 제 1 하부 클램프를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 1 가이드 레일; 및 상기 제 1 상부 클램프의 상면에 형성된 제 1 경사면을 가압하여 상기 제 1 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 1 가압 롤러가 형성되는 제 1 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 보상 장치는, 상기 제 1 구동부의 상기 제 1 가압 롤러가 상기 제 1 상부 클램프의 상기 제 1 경사면을 가압하여, 상기 금속 판재의 열팽창에 따라 상기 제 1 통전 클램프를 이동시킬 수 있도록, 상기 제 1 구동부가 상기 프레스 금형의 상기 상형의 하강 운동과 연동되어 하강할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 보상 장치는, 상기 제 1 구동부의 상기 제 1 가압 롤러가 상기 제 1 상부 클램프의 상기 제 1 경사면을 가압하여, 상기 금속 판재의 열팽창에 따라 상기 제 1 통전 클램프를 이동시킬 수 있도록, 상기 제 1 구동부를 하강시키는 제 1 액추에이터;를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 제 2 통전 클램프는, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측 하면을 지지하는 제 2 하부 클램프; 및 상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 제 2 하부 클램프와 대향되게 설치되어, 고정구의 조임에 따라 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측 상면을 가압하여 고정하는 제 2 상부 클램프;를 포함할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 보상 장치는, 상기 제 2 하부 클램프가 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 상기 제 2 하부 클램프를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 2 가이드 레일; 및 상기 제 2 상부 클램프의 상면에 형성된 제 2 경사면을 가압하여 상기 제 2 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 2 가압 롤러가 형성되는 제 2 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 보상 장치는, 상기 금속 판재의 열팽창에 따라 상기 제 1 통전 클램프와 상기 제 2 통전 클램프를 서로 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 금속 판재의 프레스 장치에서, 상기 제어부는, 상기 전기 공급부와 연결되며 상기 전기 공급부에 전류량 신호를 인가하여 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프 사이에 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 금속 판재의 프레스 성형 방법이 제공된다. 상기 금속 판재의 프레스 성형 방법은, 프레스 금형의 상형과 하형 사이에 금속 판재가 위치할 수 있도록, 제 1 통전 클램프 및 제 2 통전 클램프가 상기 금속 판재를 지지하는 지지 단계; 상기 금속 판재에 전류가 흐를 수 있도록 전기 공급부가 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프 사이에 전위차를 발생시켜 상기 금속 판재를 통전 가열하는 통전 가열 단계; 상기 금속 판재의 통전 가열 시 상기 금속 판재의 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치가 하강하여 경사면과 롤러의 접촉에 의해 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프를 가압하여 상기 제 1 통전 클램프와 상기 제 2 통전 클램프를 서로 멀어지는 방향으로 이동시키는 열팽창 보상 단계; 및 통전 가열된 상기 금속 판재를 상기 프레스 금형을 이용하여 열간 성형하는 열간 성형 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 판재를 낮은 비용으로 성형할 수 있고 효율적인 공간 활용을 가능하게 하며, 금속 판재의 가열 시 열팽창량을 보상하여 금속 판재의 변형을 방지할 수 있다.
이에 따라, 금속 판재의 열간 또는 온간 프레스 성형의 생산성이 향상되며 단순한 공정으로 고품질의 금속 판재를 성형할 수 있는 효과를 가지는 금속 판재의 프레스 장치 및 프레스 성형 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치를 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 성형 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(100)는, 크게, 프레스 금형(10)과, 제 1 통전 클램프(20)와, 제 2 통전 클램프(30)와, 전기 공급부(40)와 제어부(미도시) 및 보상 장치(50)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프레스 금형(10)은, 가열한 금속 판재(P)를 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있도록, 상형(11)과 하형(12)으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상형(11)은, 상형 베이스(11a)에 설치된 펀치부(11b) 및 홀딩부(11c)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 펀치부(11b)는, 금속 판재(P)의 성형 영역을 가압하여 성형할 수 있다. 이때, 홀딩부(11c)는, 금속 판재(P)의 상기 성형 영역의 이외의 영역인 홀딩 영역을, 홀딩부(11c)와 상형 베이스(11a) 사이에 설치된 탄성 부재(S)의 탄성력에 의해 가압하여 금속 판재(P)의 손상 없이 홀딩할 수 있다.
또한, 하형(12)은, 하형 베이스(12a)에 설치된 다이부(12b)를 포함할 수 있다. 다이부(12b)는, 금속 판재(P)가 펀치부(11b)에 의해 성형될 수 있도록, 금속 판재(P)의 상기 성형 영역과 대응되는 부분이 펀치부(11b)와 대응되는 형상으로 오목하게 형성될 수 있다.
여기서, 금속 판재(P)는, 후술될 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 통해 흐르는 전류에 의해 통전 가열될 수 있도록 전도성을 가지는 금속을 포함하며, 예를 들어 강철 소재, 알루미늄 소재, 마그네슘 소재, 티타늄 소재, 구리 소재 및 이의 합금으로 이루어진 소재 등을 포함할 수 있다. 이외에도, 상술한 소재 외에 통전 가열을 통한 열간 프레스 성형이 가능한 다양한 소재가 이용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 통전 클램프(20)는, 프레스 금형(10)의 상형(11)과 하형(12) 사이에 금속 판재(P)가 위치할 수 있도록, 금속 판재(P)의 길이 방향의 일측을 지지하고, 제 2 통전 클램프(30)는, 제 1 통전 클램프(20)와 대향되게 설치되어 금속 판재(P)의 상기 길이 방향의 타측을 지지할 수 있다.
이때, 전기 공급부(40)는, 금속 판재(P)에 전류가 흘러 통전 가열될 수 있도록, 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)와 전기적으로 연결되어 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30) 사이에 전위차를 발생시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 전기 공급부(40)는, 적어도 교류, 직류, 펄스파 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 공급하는 것이 모두 가능할 수 있다.
이러한, 전기 공급부(40)는, 피가공물인 금속 판재(P)의 종류에 따라 금속 판재(P)의 온도를 높여 금속 판재(P)의 강도가 감소하면서 연신율이 향상되도록 하여 열간 또는 온간 프레스 성형이 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 전기 공급부(40)의 전류에 따라 금속 판재(P)는 수초 이내에 온간 성형 시 섭씨 200 내지 400도, 열간 성형 시 섭씨 900도 이상의 고온으로 빠르게 가열될 수 있다.
이때, 제어부(미도시)는 전기 공급부(40)에 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부는, 전기 공급부(40)와 연결되며 전기 공급부(40)에 전류량 신호를 인가하여 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30) 사이에 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 1 통전 클램프(20)는, 금속 판재(P)의 상기 길이 방향의 일측 하면을 지지하는 제 1 하부 클램프(21) 및 금속 판재(P)를 사이에 두고 제 1 하부 클램프(21)와 대향되게 설치되어, 고정구(B)의 조임에 따라 금속 판재(P)의 상기 길이 방향의 일측 상면을 가압하여 고정하는 제 1 상부 클램프(22)를 포함할 수 있다.
또한, 제 2 통전 클램프(30)는, 금속 판재(P)의 상기 길이 방향의 타측 하면을 지지하는 제 2 하부 클램프(31) 및 금속 판재(P)를 사이에 두고 제 2 하부 클램프(31)와 대향되게 설치되어, 고정구(B)의 조임에 따라 금속 판재(P)의 상기 길이 방향의 타측 상면을 가압하여 고정하는 제 2 상부 클램프(32)를 포함할 수 있다.
따라서, 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)에 의해 금속 판재(P)가 프레스 금형(10)의 상형(11)과 하형(12) 사이에 고정된 상태에서, 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 통해 공급되는 전류에 의해 금속 판재(P)가 통전 가열되어 고온으로 가열됨으로써, 금속 판재(P)의 강도가 감소하면서 연신율이 향상된 상태가 되어 프레스 금형(10)에 의해 용이하게 열간 또는 온간 프레스 성형될 수 있다.
이때, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)가 고온으로 가열되면서 상기 길이 방향으로 늘어나는 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치(50)는, 경사면과 롤러의 접촉에 의해 제 1 통전 클램프(20) 또는 제 2 통전 클램프(30)를 가압하여 제 1 통전 클램프(20) 또는 제 2 통전 클램프(30)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 상기 열팽창량 만큼 이동시킬 수 있다.
더욱 구체적으로, 보상 장치(50)는, 제 1 하부 클램프(21)가 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 제 1 하부 클램프(21)를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 1 가이드 레일(51) 및 제 1 상부 클램프(22)의 상면에 형성된 제 1 경사면(22a)을 가압하여 제 1 통전 클램프(20)를 금속 판재(P)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 1 가압 롤러(52a)가 형성되는 제 1 구동부(52)를 포함할 수 있다.
이때, 보상 장치(50)는, 제 1 구동부(52)의 제 1 가압 롤러(52a)가 제 1 상부 클램프(22)의 제 1 경사면(22a)을 가압하여, 금속 판재(P)의 열팽창에 따라 제 1 통전 클램프(20)를 이동시킬 수 있도록, 제 1 구동부(52)가 프레스 금형(10)의 상형(11)의 하강 운동과 연동되어 하강할 수 있다. 예컨대, 제 1 구동부(52)가 프레스 금형(10)의 상형(11)과 한몸으로 연결되게 형성되거나, 기어 및 랙 조합, 스프로킷 휠 조합, 벨트 및 풀리 조합, 도르래 및 와이어 조합과 같은 각종 동력 전달 부재에 의해 연동되도록 형성될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(100)는, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)가 고온으로 가열되면서 상기 길이 방향으로 늘어나는 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치(50)가 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 이동시킴으로써, 통전 가열 시 열팽창에 의해 발생될 수 있는 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다.
이때, 보상 장치(50)가 제 1 가압 롤러(52a)를 이용하여 경사면과 롤러의 접촉에 의해 제 1 통전 클램프(20)를 가압하여 제 1 통전 클램프(20)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 상기 열팽창량 만큼 이동시킴으로써, 가압 시 면과 선의 접촉으로 제 1 가압 롤러(52a)와 제 1 경사면(22a)이 접촉되어, 큰 마찰 저항 없이 적은 힘으로도 용이하게 제 1 통전 클램프(20)를 이동시킬 수 있다.
또한, 보상 장치(50)가 별도의 구동부 없이 프레스 금형(10)의 상형(11)의 하강 운동과 연동되어 동작될 수 있으므로, 금속 판재의 프레스 장치(100)의 구조를 더욱 단순하게 할 수 있고, 이에 따라 효율적인 공간 활용을 가능하게 할 수 있다.
그러므로, 통전 가열을 통해 금속 판재(P)를 낮은 비용으로 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있고 효율적인 공간 활용을 가능하게 하며, 금속 판재(P)의 열팽창량을 보상할 수 있어 고온의 가열로 인한 금속 판재(P)의 부피 팽창에도 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형 시 생산성이 향상되며 단순한 공정으로 고품질의 금속 판재(P)를 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(200)를 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 2에 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 보상 장치(50)는, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)의 열팽창에 따라 제 1 통전 클램프(20)와 제 2 통전 클램프(30)를 서로 멀어지는 방향으로 이동시켜 금속 판재(P)의 상기 열팽창량을 보상할 수 있다.
더욱 구체적으로, 보상 장치(50)는, 제 1 하부 클램프(21)가 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 제 1 하부 클램프(21)를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 1 가이드 레일(51) 및 제 1 상부 클램프(22)의 상면에 형성된 제 1 경사면(22a)을 가압하여 제 1 통전 클램프(20)를 금속 판재(P)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 1 가압 롤러(52a)가 형성되는 제 1 구동부(52)를 포함할 수 있다.
또한, 보상 장치(50)는, 제 2 하부 클램프(31)가 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 제 2 하부 클램프(31)를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 2 가이드 레일(54) 및 상기 제 2 상부 클램프(32)의 상면에 형성된 제 2 경사면(32a)을 가압하여 제 2 통전 클램프(30)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 2 가압 롤러(55a)가 형성되는 제 2 구동부(55)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 보상 장치(50)는, 제 1 구동부(52)의 제 1 가압 롤러(52a)가 제 1 상부 클램프(22)의 제 1 경사면(22a)을 가압하고, 제 2 구동부(55)의 제 2 가압 롤러(55a)가 제 2 상부 클램프(32)의 제 2 경사면(32a)을 가압하여, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)의 열팽창에 따라 제 1 통전 클램프(20)와 제 2 통전 클램프(30)를 서로 멀어지는 방향으로 이동시켜, 금속 판재(P)의 상기 열팽창량을 보상할 수 있다. 이때, 제 1 구동부(52) 및 제 2 구동부(55)가 프레스 금형(10)의 상형(11)의 하강 운동과 연동되어 하강함으로써, 별도의 구동 장치 없이도 제 1 구동부(52) 및 제 2 구동부(55)를 구동시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(200)는, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)가 고온으로 가열되면서 상기 길이 방향으로 늘어나는 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치(50)가 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 서로 멀어지게 이동시킴으로써, 통전 가열 시 열팽창에 의해 발생될 수 있는 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다.
이때, 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 금속 판재(P)의 상기 열팽창량을 금속 판재(P)의 양쪽에서 보상하므로, 금속 판재(P)와 펀치부(11b)의 정렬이 흐트러지지 않아 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형을 오차 없이 더욱 정교하게 할 수 있다.
또한, 보상 장치(50)가 제 1 가압 롤러(52a) 및 제 2 가압 롤러(55a)를 이용하여 경사면과 롤러의 접촉에 의해 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 가압하여 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 상기 열팽창량 만큼 이동시킴으로써, 가압 시 면과 선의 접촉으로 제 1 가압 롤러(52a)와 제 1 경사면(22a) 및 제 2 가압 롤러(55a)와 제 2 경사면(32a)이 접촉되어, 큰 마찰 저항 없이 적은 힘으로도 용이하게 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 이동시킬 수 있다.
또한, 보상 장치(50)가 별도의 구동부 없이 프레스 금형(10)의 상형(11)의 하강 운동과 연동되어 동작될 수 있으므로, 금속 판재의 프레스 장치(200)의 구조를 더욱 단순하게 할 수 있고, 이에 따라 효율적인 공간 활용을 가능하게 할 수 있다.
그러므로, 통전 가열을 통해 금속 판재(P)를 낮은 비용으로 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있고 효율적인 공간 활용을 가능하게 하며, 금속 판재(P)와 펀치부(11b)의 정렬위치 틀어짐 없이 금속 판재(P)의 열팽창량을 보상할 수 있어, 고온의 가열로 인한 금속 판재(P)의 부피 팽창에도 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형 시 생산성이 향상되며 단순한 공정으로 고품질의 금속 판재(P)를 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(300)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 보상 장치(50)는, 제 1 구동부(52)의 제 1 가압 롤러(52a)가 제 1 상부 클램프(22)의 제 1 경사면(22a)을 가압하여, 금속 판재(P)의 열팽창에 따라 제 1 통전 클램프(20)를 이동시킬 수 있도록, 제 1 구동부(52)를 하강시키는 제 1 액추에이터(53) 및 제 2 구동부(55)의 제 2 가압 롤러(55a)가 제 2 상부 클램프(32)의 제 2 경사면(32a)을 가압하여, 금속 판재(P)의 열팽창에 따라 제 2 통전 클램프(30)를 이동시킬 수 있도록, 제 2 구동부(55)를 하강시키는 제 2 액추에이터(56)를 포함할 수 있다.
이때, 제어부(미도시)는, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)의 상기 열팽창량에 따라 제 1 액추에이터(53) 및 제 2 액추에이터(56)에 이동 제어 신호를 인가할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는, 마이크로 프로세서, 회로, 컴퓨터 및 제어 박스 등 다양한 시스템으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 입력장치가 설치되고, 상기 입력장치를 통해 금속 판재(P)의 열팽창량 정보를 인가 받아 제 1 액추에이터(53) 및 제 2 액추에이터(56)에 상기 이동 제어 신호를 인가할 수 있다. 상기 열팽창량 정보는, 금속 판재(P)의 형상, 두께, 소재, 가열 시간 및 열팽창 계수 중 어느 하나 이상일 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부는, 미리 계산된 금속판재(P)의 상기 열팽창량에 따라 제 1 액추에이터(53) 및 제 2 액추에이터(56)에 상기 이동 제어 신호를 인가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 장치(300)는, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)가 고온으로 가열되면서 상기 길이 방향으로 늘어나는 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치(50)가 미리 계산된 금속판재(P)의 상기 열팽창량에 따라 제 1 액추에이터(53) 및 제 2 액추에이터(56)를 구동시켜, 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 서로 멀어지게 이동시킴으로써, 통전 가열 시 열팽창에 의해 발생될 수 있는 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다.
이때, 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 금속 판재(P)의 상기 열팽창량을 금속 판재(P)의 양쪽에서 보상하므로, 금속 판재(P)와 펀치부(11b)의 정렬이 흐트러지지 않아 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형을 오차 없이 더욱 정교하게 할 수 있다.
그러므로, 통전 가열을 통해 금속 판재(P)를 낮은 비용으로 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있고 효율적인 공간 활용을 가능하게 하며, 금속 판재(P)와 펀치부(11b)의 정렬위치 틀어짐 없이 금속 판재(P)의 열팽창량을 보상할 수 있어, 고온의 가열로 인한 금속 판재(P)의 부피 팽창에도 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형 시 생산성이 향상되며 단순한 공정으로 고품질의 금속 판재(P)를 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 성형 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 성형 방법은, 프레스 금형(10)의 상형(11)과 하형(12) 사이에 금속 판재(P)가 위치할 수 있도록, 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)가 금속 판재(P)를 지지하는 지지 단계(S10)와, 금속 판재(P)에 전류가 흐를 수 있도록 전기 공급부(40)가 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30) 사이에 전위차를 발생시켜 금속 판재(P)를 통전 가열하는 통전 가열 단계(S20)와, 금속 판재(P)의 통전 가열 시 금속 판재(P)의 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치(50)가 하강하여 경사면과 롤러의 접촉에 의해 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 가압하여 제 1 통전 클램프(20)와 제 2 통전 클램프(30)를 서로 멀어지는 방향으로 이동시키는 열팽창 보상 단계(S30) 및 통전 가열된 금속 판재(P)를 프레스 금형(10)을 이용하여 열간 또는 온간 성형하는 열간 성형 단계(S40)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 프레스 성형 방법은, 금속 판재(P)의 통전 가열 시, 금속 판재(P)가 고온으로 가열되면서 상기 길이 방향으로 늘어나는 열팽창량을 보상할 수 있도록, 보상 장치(50)가 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)를 금속 판재(P)의 상기 길이 방향으로 서로 멀어지게 이동시킴으로써, 통전 가열 시 열팽창에 의해 발생될 수 있는 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다.
이때, 상기 열팽창량 만큼 제 1 통전 클램프(20) 및 제 2 통전 클램프(30)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 금속 판재(P)의 상기 열팽창량을 금속 판재(P)의 양쪽에서 보상하므로, 금속 판재(P)와 펀치부(11b)의 정렬이 흐트러지지 않아 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형을 오차 없이 더욱 정교하게 할 수 있다.
또한, 보상 장치(50)가 별도의 구동부 없이 프레스 금형(10)의 상형(11)의 하강 운동과 연동되어 동작될 수 있으므로, 금속 판재의 프레스 장치(100)의 구조를 더욱 단순하게 할 수 있고, 이에 따라 효율적인 공간 활용을 가능하게 할 수 있다.
그러므로, 통전 가열을 통해 금속 판재(P)를 낮은 비용으로 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있고 효율적인 공간 활용을 가능하게 하며, 금속 판재(P)와 펀치부(11b)의 정렬위치 틀어짐 없이 금속 판재(P)의 열팽창량을 보상할 수 있어, 고온의 가열로 인한 금속 판재(P)의 부피 팽창에도 금속 판재(P)의 변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(P)의 열간 또는 온간 프레스 성형 시 생산성이 향상되며 단순한 공정으로 고품질의 금속 판재(P)를 열간 또는 온간 프레스 성형할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 프레스 금형
20: 제 1 통전 클램프
30: 제 2 통전 클램프
40: 전기 공급부
50: 보상 장치
P: 금속 판재
100, 200, 300: 금속 판재의 프레스 장치

Claims (10)

  1. 가열한 금속 판재를 열간 프레스 성형할 수 있도록, 상형과 하형으로 이루어지는 프레스 금형;
    상기 프레스 금형의 상기 상형과 상기 하형 사이에 상기 금속 판재가 위치할 수 있도록, 상기 금속 판재의 길이 방향의 일측을 지지할 수 있는 제 1 통전 클램프;
    상기 제 1 통전 클램프와 대향되게 설치되어 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측을 지지할 수 있는 제 2 통전 클램프;
    상기 금속 판재에 전류가 흘러 통전 가열될 수 있도록, 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프와 전기적으로 연결되어 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프 사이에 전위차를 발생시키는 전기 공급부;
    상기 전기 공급부에 공급되는 전류를 제어하는 제어부; 및
    상기 금속 판재의 통전 가열 시 상기 금속 판재의 열팽창량을 보상할 수 있도록, 경사면과 롤러의 접촉에 의해 상기 제 1 통전 클램프 또는 상기 제 2 통전 클램프를 가압하여 상기 제 1 통전 클램프 또는 상기 제 2 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시키는 보상 장치;를 포함하고,
    상기 제 1 통전 클램프는,
    상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 일측 하면을 지지하는 제 1 하부 클램프; 및
    상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 제 1 하부 클램프와 대향되게 설치되어, 고정구의 조임에 따라 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 일측 상면을 가압하여 고정하는 제 1 상부 클램프;를 포함하고,
    상기 보상 장치는,
    상기 제 1 하부 클램프가 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 상기 제 1 하부 클램프를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 1 가이드 레일; 및
    상기 제 1 상부 클램프의 상면에 형성된 제 1 경사면을 가압하여 상기 제 1 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 1 가압 롤러가 형성되는 제 1 구동부;를 포함하고,
    상기 제 1 구동부의 상기 제 1 가압 롤러가 상기 제 1 상부 클램프의 상기 제 1 경사면을 가압하여, 상기 금속 판재의 열팽창에 따라 상기 제 1 통전 클램프를 이동시킬 수 있도록, 상기 제 1 구동부가 상기 프레스 금형의 상기 상형의 하강 운동과 연동되어 하강하는, 금속 판재의 프레스 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 통전 클램프는,
    상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측 하면을 지지하는 제 2 하부 클램프; 및
    상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 제 2 하부 클램프와 대향되게 설치되어, 고정구의 조임에 따라 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타측 상면을 가압하여 고정하는 제 2 상부 클램프;
    를 포함하는, 금속 판재의 프레스 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보상 장치는,
    상기 제 2 하부 클램프가 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동할 수 있도록, 상기 제 2 하부 클램프를 슬라이딩 가능하게 지지하는 제 2 가이드 레일; 및
    상기 제 2 상부 클램프의 상면에 형성된 제 2 경사면을 가압하여 상기 제 2 통전 클램프를 상기 금속 판재의 상기 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록, 하부에 제 2 가압 롤러가 형성되는 제 2 구동부;
    를 포함하는, 금속 판재의 프레스 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보상 장치는,
    상기 금속 판재의 열팽창에 따라 상기 제 1 통전 클램프와 상기 제 2 통전 클램프를 서로 멀어지는 방향으로 이동시키는, 금속 판재의 프레스 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전기 공급부와 연결되며 상기 전기 공급부에 전류량 신호를 인가하여 상기 제 1 통전 클램프 및 상기 제 2 통전 클램프 사이에 흐르는 전류량을 제어하는, 금속 판재의 프레스 장치.
  10. 삭제
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