KR102216204B1 - 다단식 드로잉 성형장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단식 드로잉 성형장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 성형장치는, 상단 주연부가 곡면으로 형성된 제1성형구멍을 갖는 상부다이; 상단 주연부가 곡면으로 형성되고 상기 제1성형구멍보다 작은 크기의 제2성형구멍을 가지고, 상기 상부다이의 하부에서 제1성형구멍과 제2성형구멍이 동심으로 고정되는 하부다이; 상기 하부다이의 하측에 설치되고, 내측면이 상기 제2성형구멍의 내면보다 미세하게 돌출하여 상기 하부다이를 통과한 금속용기의 주름을 펴주는 아이언블록; 및 상기 제1성형구멍에 대응하는 슬리브펀치와, 상기 슬리브펀치 내에 이동 가능하게 결합되면서 상기 제2성형구멍에 대응하는 플런저펀치를 구비하여, 상기 제1성형구멍에 대해서는 동시에 하강한 후, 상기 제2성형구멍 및 아이언블록에 대해서는 플런저펀치만 슬리브펀치의 하방으로 돌출하여 하강하는 텔레스코픽펀치;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 소재를 수직방향으로 순차 가공하여 펀치의 1회 작동으로 금속용기를 간단하게 성형할 수 있음은 물론, 성형된 금속용기의 모서리를 직각 또는 원형으로 형성할 수 있다.

Description

다단식 드로잉 성형장치 및 방법{Telesopic type drawing device and method thereof}

본 발명은 이음매가 없는 금속용기를 제작하는 드로잉(drawing) 성형장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소재를 수직방향으로 순차 가공하여 펀치(punch)의 1회 작동으로 금속용기를 간단하게 성형할 수 있음은 물론, 성형된 금속용기의 모서리를 직각으로 형성함으로써 예컨대 전기, 전자부품의 빈틈없는 수납으로 수납의 안정성을 기할 수 있을 뿐 아니라 전기, 전자기기의 소형화에도 기여할 수 있도록 된 다단식 드로잉 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

주지하다시피 드로잉 가공은 금형을 이용하여 판상(板狀)의 금속소재를 신장시킴으로써 원통형이나 각통형 또는 반구형 등의 원하는 형상으로 프레싱 성형하는 소성가공의 일종으로, 이음매가 없는 용기 모양의 제품을 성형하는데 주로 사용되고 있다.

이러한 드로잉 가공은 다이(die)와 펀치 프레스를 사용하는 다이 드로잉(die drawing)이 일반적이며, 운두가 깊은 용기를 성형할 때는 딥 드로잉(deep drawing) 기법을 이용한다.

딥 드로잉 가공은 그 특성상 소재와 금형간의 접촉시간이 길고, 이에 따라 그만큼 마찰로 인한 부작용의 정도가 크다. 따라서, 용이한 가공을 위해서는 펀치와 다이와의 마찰이 적어야 하는 바, 다이 표면과 펀치 표면에 강제로 윤활유를 주입하여 딥 드로잉 가공을 행하고 있다. 이 때문에 딥 드로잉 가공은 윤활유의 소모 비용이 드는 단점이 있다.

한편, 드로잉 가공으로 성형하는 금속용기는 이음매가 없는 장점에 따라 각종 주방용품을 비롯하여 음료용 캔 및 소형 전기, 전자부품 케이스 등 여러 산업분야에서 다양한 형태로 널리 이용되고 있는데, 대체로 원통형 용기와 사각통형 용기가 주로 사용되고 있다.

주방용품과 같은 일반적인 생활용품이나 음료용 캔 등의 경우에는 드로잉 가공으로 제작된 용기의 형상 정밀도에 그다지 큰 영향을 받지 않지만, 예컨대 소형 전기, 전자부품 케이스의 경우에는 드로잉으로 성형 가공된 용기의 형상 정밀도가 상당히 중요하다.

즉, 전기, 전자부품 케이스는 안정된 수납을 위해 수납할 부품의 외형과 크기에 정확히 일치하여 부품을 틈새없이 수납하는 것이 중요함은 물론이고, 나아가 해당 부품들을 채용하는 제품의 안정성과 컴팩트화에도 영향을 미치게 되므로 드로잉 가공의 형상 정밀도에 민감할 수밖에 없는 것이다.

종래 사용되고 있는 일반적인 드로잉 성형방법은, 성형 깊이를 달리 하는 여러 개의 금형을 순차적으로 배치하고, 금속소재를 깊이가 낮은 금형으로부터 점차 깊이가 깊은 금형을 연이어 경유하도록 이송시키면서 깊이를 점진적으로 증가시키는 성형방식을 취하고 있다.

이는 펀치로 금속소재를 다이의 성형구멍에 강제로 밀어넣어서 신장시키는 미끄럼(slip) 마찰 작용을 이용하는 기술로, 펀치의 1회 작동으로 금속용기를 성형할 경우 금속소재가 파손되기 때문에 성형구멍의 깊이가 다른 여러 개의 금형을 통해 수회의 성형공정을 순차적으로 진행하여 원하는 금속용기를 완성하는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 드로잉 성형방법은 펀치에 의해서 금속소재와 성형구멍간에 강제적인 미끄럼 마찰이 발생하기 때문에 예컨대 사각형 등의 각형 용기를 성형할 경우 여러 공정을 거쳐 성형하더라도 모서리에 균열이 발생하거나 찢어지고 터지는 등 심각하게 훼손되는 문제가 발생한다.

이 때문에 종래의 드로잉 성형장치로 제작된 각형 용기는 모서리가 직각으로 성형되지 않고 호형을 취하게 되며, 이로 인해 전기, 전자부품을 수납하면 금속용기와 부품 사이에 틈새가 발생하여 안정된 수납이 곤란할 뿐 아니라 틈새만큼 각형 금속용기의 부피가 크게 성형되므로 이를 채용하는 제품의 사이즈에도 나쁜 영향을 미칠 수밖에 없다.

특허문헌 1은 본 출원인의 선등록 특허로서, 사각 금속용기의 모서리를 직각으로 성형할 수 있는 드로잉 성형장치가 개시되어 있다.

이 기술은 다이에 형성된 사각형의 성형구멍 상단부 네 변에 일부가 개방된 핀홀을 각각 형성하고, 각 핀홀에 핀롤러를 회전가능하게 설치하여 핀롤러의 일부가 성형구멍으로 노출되도록 함으로써 각 핀롤러 역시 사각형의 성형구멍을 구성하고 있다.

이에 따라 일반적인 성형장치에 의해 수회에 걸쳐 점진적으로 성형된 미완성 사각 금속용기를 핀롤러와의 회전접촉을 통한 구름마찰에 의해 부드럽게 가압 성형함으로써 모서리를 파손없이 직각으로 성형할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 이러한 특허문헌 1은 사각 금속용기의 성형공정을 단축시키면서 모서리를 직각으로 성형할 수 있으나, 사각 금속용기의 완성을 위해서는 종래와 같이 사전에 수회에 걸쳐 점진적으로 깊이를 증가시키는 예비 성형공정을 필요로 하고 있으므로 사각 금속용기를 성형하기 위해 공정별로 복수의 드로잉 성형기를 구비하지 않으면 안 된다.

이 때문에 금속용기의 드로잉 성형작업이 여전히 번잡하고, 많은 비용과 시간이 소요될 뿐 아니라 작업공간 또한 넓게 확보해야 하는 문제가 있다.

1. 한국 등록특허 10-1301154

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 금속소재를 수직방향으로 순차 가공함으로써 펀치의 1회 작동으로 금속용기를 간단하게 성형 완료할 수 있고, 이에 따라 성형공정의 최소화로 인한 설비와 비용 및 시간을 크게 절감할 수 있는 다단식 드로잉 성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 금속소재의 모서리 부분이 구름 마찰에 의해 원활하게 성형되도록 함으로써 성형에 따른 마찰저항을 최소화하여 금속용기의 모서리를 균열이나 파손없이 직각으로 확실하게 형성할 수 있는 다단식 드로잉 성형장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 성형되는 금속용기의 표면을 최종적으로 다림질하여 표면의 주름이나 굴곡을 평면 상태로 펴 줌으로써 고품질의 제품을 제공할 수 있는 다단식 드로잉 성형장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 금속소재를 펀치의 1회 작동만으로 금속용기로 간단하게 성형 완료할 수 있음은 물론 금속용기의 모서리를 균열 등의 성형불량 없이 직각으로 성형할 수 있는 다단식 드로잉 성형방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다단식 드로잉 성형장치는, 상단 주연부가 곡면으로 형성된 제1성형구멍을 갖는 상부다이; 상단 주연부가 곡면으로 형성되고 상기 제1성형구멍보다 작은 크기의 제2성형구멍을 가지고, 상기 상부다이의 하부에서 제1성형구멍과 제2성형구멍이 동심으로 고정되는 하부다이; 상기 하부다이의 하측에 설치되고, 내측면이 상기 제2성형구멍의 내면보다 미세하게 돌출하여 상기 하부다이를 통과한 금속용기의 주름을 펴주는 아이언블록(iron block); 및 상기 제1성형구멍에 대응하는 슬리브펀치(sleeve punch)와, 상기 슬리브펀치 내에 이동 가능하게 결합되면서 상기 제2성형구멍에 대응하는 플런저펀치(plunger punch)를 구비하여, 상기 제1성형구멍에 대해서는 동시에 하강한 후, 상기 제2성형구멍 및 아이언블록에 대해서는 플런저펀치만 슬리브펀치의 하방으로 돌출하여 하강하는 텔레스코픽펀치(telescopic punch);를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.

본 발명의 다른 특징은 내측에 제1성형구멍을 형성하면서 상단의 내외측 주연부가 곡면으로 형성된 관형의 역드로잉다이가 상향 돌출되도록 설치되어 있는 상부다이; 상기 상부다이의 상측에 설치되고, 그 내주연이 상기 역드로잉다이의 상향 돌출된 부분의 외주연과 이격되어 블랭킹홈을 형성하도록 된 블랭킹(blanking)다이; 상단 주연부가 곡면으로 형성되며, 상기 제1성형구멍보다 작은 크기의 제2성형구멍을 가지고, 상기 상부다이의 하부에서 제1성형구멍과 제2성형구멍이 동심으로 고정되는 하부다이; 상기 하부다이의 하측에 설치되고, 내측면이 상기 제2성형구멍의 내면보다 미세하게 돌출하여 상기 하부다이를 통과한 금속용기의 주름을 펴주는 아이언블록; 상기 제1성형구멍에 대응하는 슬리브펀치와, 상기 슬리브펀치 내에 이동 가능하게 결합되면서 상기 제2성형구멍에 대응하는 플런저펀치를 구비하여, 상기 제1성형구멍에 대해서는 동시에 하강한 후, 상기 제2성형구멍 및 아이언블록에 대해서는 플런저펀치만 슬리브펀치의 하방으로 돌출하여 하강하는 텔레스코픽펀치; 및 상기 텔레스코픽펀치의 외측에서 슬리브펀치의 외면과 이격되게 설치되어 상기 블랭킹홈으로 하강 진입함으로써 재료의 외곽을 절단함과 동시에 절단된 재료의 가장자리를 하향 절곡시키는 블랭킹펀치; 를 포함하는 것이다.

상기 아이언블록의 내측면 상단과 하단은 성형되는 금속용기의 이동이 원활하게 이루어지도록 경사면 또는 곡면으로 구성된다.

상기 제2성형구멍의 내면에는 하측으로 점차 좁아지는 곡면 또는 직면 형태의 경사부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 플런저펀치의 내부에는 배기구멍이 관통 형성되어 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 제1성형구멍 및 제2성형구멍이 각형으로 이루어지고, 상기 제1성형구멍 또는 제2성형구멍의 코너부에는 외주가 소정곡률의 오목한 곡면으로 형성된 코너롤러가 더 설치되는 것이다.

이 때, 코너롤러의 외측에는 코너롤러 서포트가 구비되어 코너롤러를 안정되게 지지해주도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 하부다이의 하측으로 추가적인 성형다이가 하나 또는 둘 이상 구비되고, 하방으로 갈수록 각 성형다이의 성형구멍 크기가 점차 작아지도록 구성되며, 각 성형다이에 대응되는 플런저펀치가 다단계로 내장되는 것이다.

본 발명은 다단식 드로잉 성형방법으로서, 금속원판을 슬리브펀치 및 그 내측의 플런저펀치가 동시에 성형구멍으로 하강하여 용기 형태로 일차 성형하는 제1성형단계; 제1성형단계의 직하방에 연속 형성되고 점차 좁아지는 다단계의 성형구멍을 통해 다단계의 텔레스코픽형 플런저펀치가 연속 하강하면서 다단 드로잉 성형하는 제2성형단계; 상기 제2성형단계의 최종 성형구멍의 하방에서 상기 최종 성형구멍보다 미세하게 내측으로 돌출된 아이언블록를 통과하면서 다림질되는 아이오닝단계;를 포함하여 펀치의 1회 작동으로 다단계의 성형 및 다림질이 순차적으로 진행되면서 금속용기의 성형이 이루어지는 특징이 있다.

본 발명은 금속원판을 블랭킹펀치에 의해 블랭킹됨과 동시에 금속원판의 가장자리가 하방으로 절곡 성형되는 블랭킹단계; 슬리브펀치 및 그 내측의 플런저펀치가 동시에 성형구멍으로 하강하여 상기 블랭킹단계에서 하방으로 절곡된 금속원판의 가장자리와 간격을 두고 금속원판의 중앙부를 하방으로 절곡시킴으로써 용기 형태로 일차 성형하면서, 하방으로 절곡된 가장자리부가 역으로 펴지면서 용기의 측면부분이 신장되는 제1성형단계; 제1성형단계의 직하방에서 점차 좁아지는 다단계의 성형구멍으로 다단계의 텔레스코픽형 플런저펀치가 연속 하강하면서 다단 드로잉 성형하는 제2성형단계; 상기 제2성형단계의 최종 성형구멍의 하방에서 상기 최종 성형구멍보다 미세하게 내측으로 돌출된 아이언블록를 통과하여 다림질되는 아이오닝단계;를 포함함으로써, 펀치의 1회 작동으로 금속원판의 신장과 다단계의 성형 및 다림질이 순차적으로 진행되면서 금속용기의 성형이 이루어지는 다단식 드로잉 성형방법을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명은 상기 성형구멍들이 각형으로 이루어지고, 상기 성형구멍 중 선택된 성형구멍의 코너부에서 외주가 오목한 곡면으로 형성된 코너롤러에 금속원판의 모서리 부분이 맞물려서 하강하도록 함으로써, 성형되는 용기의 모서리부분에 가해지는 마찰력을 줄여서 안정적으로 성형이 이루어지도록 하는 다단식 드로잉 성형방법을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 의한 다단식 드로잉 성형장치 및 방법에 의하면, 다이의 성형구멍이 하방으로 갈수록 크기가 작아지도록 단차지게 형성되고, 펀치가 하강 시 텔레스코픽 형태로 단계적으로 신장되면서 판상의 금속소재를 연속 성형하므로 펀치의 1회 작동만으로 금속용기를 간단하게 성형할 수 있는 효과를 제공한다.

이에 따라 성형공정이 최소화 되어 드로잉 가공에 필요한 설비와 비용 및 소재의 낭비를 크게 절감할 수 있음은 물론이고, 금속용기를 성형하는 성형시간도 현저하게 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 각형 금속용기를 성형하는 경우, 펀치에 의해 성형구멍 내로 압입되는 금속소재의 모서리부분을 코너롤러에 통과시키게 되면, 코너롤러에 구름 접촉되면서 절곡이 유도되는 바, 드로잉 시 마찰저항이 최소화 되어 절곡부위에 균열이 발생하거나 파손되는 등의 성형트러블도 효과적으로 방지될 뿐 아니라 구름마찰에 의한 부드러운 신장으로 오히려 치밀한 조직을 형성함으로써 성형제품의 품질향상을 얻을 수도 있다.

본 발명은 성형에 따른 금속용기의 표면에 형성될 수 있는 주름이나 굴곡이 아이언블록에 의해 최종적으로 다림질되어 매끈한 표면을 형성함으로써 고품질의 제품을 생산할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 금속소재를 블랭킹과 동시에 역드로잉한 후 재차 다단계의 정드로잉을 함으로써 금속소재의 조직을 이완 및 안정화시켜서 성형시에 발생할 수 있는 균열이나 파손을 방지하여 고품질의 성형제품을 생산할 수 있는 효과를 아울러 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 다단식 드로잉 성형장치를 개략적으로 도시한 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 성형장치 다이의 일실시예를 도시한 결합 단면도.
도 3은 본 발명 성형장치의 펀치를 일례로서 도시한 부분절단 측면도.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 작동상태를 공정별로 나타낸 단면도들.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 성형장치 다이의 결합 단면도.
도 7a 내지 도 7f는 상기 도 6에 도시된 장치의 작동상태를 나타낸 단면도들.
도 8은 코너롤러가 설치된 상태의 성형장치 다이를 일례로서 나타낸 평면도.
도 9 (a), (b)는 도 8의 성형장치 다이의 평면도 및 측단면도.

본 발명에 의한 다단식 드로잉 성형장치의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예들의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

참고로, 이하에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

본 발명은 원형의 금속용기 또는 각형 금속용기의 성형이 모두 가능하며, 실시예에서는 사각형의 금속용기를 성형하는 것으로 간주하여 설명하기로 하고, 각 실시예에서 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 적용하였다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예를 나타낸 것으로서 이를 참조하면, 본 발명에 의한 다단식 드로잉 성형장치는, 다른 크기의 제1성형구멍(111)과 제2성형구멍(121)을 중앙에 각각 구비하여 이들 성형구멍(111)(121)이 하방으로 갈수록 축소되게 배치되는 상부다이(110) 및 하부다이(120)로 이루어진 드로잉 다이(100)와, 하부다이(120)의 하측에 설치되어 제2성형구멍(121)을 통과한 성형제품(C)을 말끔한 상태로 마무리 가공하기 위한 아이언블록(133)과, 다이(100)의 성형구멍(111)(121)에 대응하여 금속소재(B)를 다단계로 가압시키는 텔레스코픽펀치(200)를 포함하여 구성된다.

상부다이(110)의 제1성형구멍(111)은 판상의 금속소재(B)가 용이하게 절곡될 수 있도록 상단 외주연이 곡면으로 형성되어 있으며, 사각을 이루는 각 코너부분도 적정곡률로 곡면 형성된다.

즉, 드로잉 가공의 특성상 판상의 금속소재(B)를 성형 초기부터 직각으로 성형할 경우 응력이 집중되는 코너부위에 균열이 발생되어서 파손될 우려가 많으므로 이를 방지하면서 원활하게 절곡될 수 있게 상단 주연부는 물론, 코너도 곡면으로 처리되어 있다.

하부다이(120)의 제2성형구멍(121)은 상기 제1성형구멍(111)의 수직 하방에서 제1성형구멍(111)보다 작게 형성되며, 마찬가지로 상단 외주연이 곡면으로 형성되고, 사각을 이루는 각 코너부분은 필요에 따라 곡면 또는 직각을 이루도록 구성된다.

제2성형구멍(121)의 내면에는 하측으로 점차 좁아지는 곡면 또는 직면 형태의 경사부(122)가 형성되어 금속원판이 하강하면서 점차 좁게 성형되도록 유도하는 기능을 하게 된다.

하부다이(120)의 하측으로는 아이언다이(130)가 설치되는데, 이 아이언다이(130)에는 상기 제2성형구멍(121)과 동일한 크기의 통공(131)이 제2성형구멍(121)의 직하방으로 연속되도록 형성되고, 이 통공(131)의 내측면에는 제2성형구멍(121)을 통과한 성형제품(C)을 말끔한 상태로 마무리 가공하기 위한 아이언블록(133)이 설치되어 있다.

즉, 제2성형구멍(121)을 통과하면서 용기로 성형된 성형제품(C)에는 외면에 미세하게나마 주름이 발생할 수 있고, 주름이 발생하지 않더라도 표면이 매끄럽지 못할 우려가 있기 때문에 성형제품(C)을 아이언블록(133)에 한 번 더 통과시킴으로써 다림질하듯이 깔끔한 상태로 마무리하는 것이다.

따라서 성형제품(C)에 미끄럼 접촉하는 아이언블록(133)의 내면은 통공(131)의 내측으로 미세하게 돌출되어 있으며, 아이언블록(133)의 내면 상,하단 모서리에도 성형제품(C)의 용이한 진,출입을 위해 경사면(133b)이 각각 구비된다.

여기서 상기 아이언다이(130)는 상기 하부다이(120)와 일체로 구성될 수도 있으며, 아이언블록(133)은 제2성형구멍(121)에 대응된 통공을 중앙에 갖는 단일몸체로 구성될 수도 있으나, 바람직하기로는 4개의 단위블록이 4면으로 조합되는 구성을 갖는다.

이를 위해 아이언다이(130) 또한 4개의 단위블록으로 구성되고, 아이언다이(130)의 각 단위블럭의 내측면에는 아이언블록(133)의 단위블록들을 각각 삽입하는 아이언 장착홈(132)이 수평으로 형성된다.

이와 같은 본 발명상의 다이(100)는 볼트에 의해 상부다이(110)와 하부다이(120) 및 아이언다이(130)가 일체로 체결되어 하부홀더(1) 위에 고정된다. 다이(100)가 하부홀더(1)에 고정된 상태에서, 그 성형구멍(111)(121)의 내부에는 스프링(301)에 의해 상방으로 탄성바이어스(elastic bias) 되어 성형제품(C)을 하부에서 지지해주고 성형 후 취출시켜 주는 이젝터(ejector:300)가 위치하게 된다.

텔레스코픽펀치(200)는 소정길이를 갖는 사각단면의 슬리브펀치(210)와, 이 슬리브펀치(210)의 내부에 이동 가능하게 삽입되는 플런저펀치(220)로 구성된다.

슬리브펀치(210)는 상단에 구비된 고정플랜지(211)를 통해 슬리브펀치판(4)에 장착되어서 하단부가 스트리퍼(stripper:3)에 이동 가능하게 결합된다. 플런저펀치(220)는 슬리브펀치(210)보다 길게 구성되고, 상단에 구비된 고정플랜지(221)를 통해 슬리브펀치판(4)의 상측에 위치한 플런저펀치판(5)에 고정된다.

슬리브펀치(210)의 하단부는 도 3에서와 같이 제1성형구멍(111)과의 접촉시 원활한 진입을 위해 경사각(α)이 형성되어 있다.

플런저펀치(220)는 하단이 슬리브펀치(210)의 하단과 동일한 평면상에 위치하도록 결합되고, 상단부가 슬리브펀치(210)의 상측으로 돌출한다. 이러한 플런저펀치(220)의 중심에는 배기구멍(222)이 형성되어 성형시 압축공기로 인한 트러블을 방지한다.

슬리브펀치(210)는 상부다이(110)의 제1성형구멍(111)에 대응되어 외면 코너가 곡면으로 형성되고, 이 슬리브펀치(210)의 내면과 플런저펀치(220)의 외면은 제2성형구멍(121)에 대응되는 형상으로 형성된다. 즉, 최종 금속용기의 모서리가 직각이면 상기 슬리브펀치(210)의 내면과 플런저펀치(220)의 외면 모서리도 직각으로 형성된다.

이와 같은 텔레스코픽펀치(200)는 슬리브펀치판(4)이 제1스페이서(spacer:7)에 의해 스트리퍼(3)와 소정간격을 유지하면서 예컨대 가스스프링 등의 탄성수단에 의해 하방으로 바이어스 되고, 플런저펀치판(5)이 상부홀더(2)에 고정되어서 제2스페이서(8)에 의해 슬리브펀치판(4)과 소정간격을 유지함으로써 펀치(200)의 1회 작동에도 금속소재(B)를 2단계로 성형할 수 있다.

지금까지의 설명에 의하면, 본 발명에 따른 장치를 상부다이(110) 및 하부다이(120)가 이단계로 설치되어 있는 구성을 예시하였지만, 상기 하부다이(120)를 복수층으로 구성하고, 하방으로 갈수록 각 층의 성형구멍 크기가 점차 작아지도록 구성하며, 각 층에 대응되는 플런저펀치가 다단계로 내장되는 형태로 함으로써 보다 많은 단계의 정밀한 다단 드로잉 작업을 할 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 제2성형구멍(121)은 하나 또는 둘 이상의 성형구멍으로 이루어지는 것을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.

이와 같이 제2성형구멍이 복수의 성형구멍으로 이루어지는 경우에는, 최종 성형구멍의 하측에 아이언블록(133)이 설치된다.

미설명 부호 9는 상부홀더(2)의 승강작용을 안내하는 가이드포스트(guide post)이다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예는 다음과 같은 공정으로 드로잉성형이 이루어지게 된다.

즉, 슬리브펀치(210) 및 그 내측의 플런저펀치(220)가 동시에 성형구멍으로 하강하여 금속소재(B)를 용기 형태로 일차 성형하는 제1성형단계와; 제1성형단계의 직하방에 연속 형성되고 점차 좁아지는 다단계의 성형구멍을 통해 다단계의 텔레스코픽형 플런저펀치(220)가 연속 하강하면서 다단 드로잉 성형하는 제2성형단계와; 상기 제2성형단계의 최종 성형구멍의 하방에서 상기 최종 성형구멍보다 미세하게 내측으로 돌출된 아이언블록(133)을 통과하면서 다림질되는 아이오닝단계;를 포함하여 펀치의 1회 작동으로 다단계의 성형 및 다림질이 순차적으로 진행되면서 성형제품(C)의 성형이 이루어지는 것이다.

본 발명의 다단식 드로잉 성형방법을 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 도 2에서와 같이, 다이(100)의 제1성형구멍(111)을 덮도록 상부다이(110) 위에 성형할 금속소재(B)를 재치하고, 펀치(200)를 작동시킨다.

그러면, 본 발명의 텔레스코픽펀치(200)는 도 5a에 도시한 바와 같이, 슬리브펀치(210)와 플런저펀치(220)가 동시에 하강하여 금속소재(B)를 가압하면서 상부다이(110)의 제1성형구멍(111) 내로 진입하게 된다.

이에 따라 금속소재(B)가 펀치(200)를 따라 제1성형구멍(111)으로 밀려 들어가면서 절곡된다.

다음, 펀치(200)가 제1성형구멍(111)의 하단까지 진입하고 나면 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명 텔레스코픽펀치(200)의 슬리브펀치(210)는 하강이 멈추게 되고, 이후 플런저펀치(220)만 슬리브펀치(210)의 하방으로 신장되면서 1차 가공된 성형제품(C)을 하부다이(120)의 제2성형구멍(121) 내로 밀어넣게 된다.

그러면, 성형제품(C)이 크기가 작은 직각 사각형의 제2성형구멍(121) 내로 진입하면서 재차 성형되는데, 이 때 제2성형구멍(121)의 경사부(122)를 따라 압축되면서 최종적인 크기의 금속용기로 성형된다.

여기서 보다 많은 단계의 드로잉 공정이 필요한 경우, 상기 제2성형구멍(121)의 하측으로 추가적인 다단계의 성형구멍이 점차적으로 좁아지도록 구비되어 더 많은 단계의 드로잉 공정이 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 상기 제2성형구멍의 각 코너부 또한 곡면으로 이루어지게 되고, 최종 단계의 성형구멍에서 각 코너부가 직각으로 이루어지게 된다.

이와 같이 제2성형안내롤(140)을 통과하면서 2차 가공된 성형제품(C)은 도 5c에 도시한 바와 같이, 제2성형구멍(121) 내에서 더욱 하강하여 아이언블록(133)을 통과함으로써 자칫 발생할 수도 있는 미세한 주름까지 깔끔하게 펴져 양호한 품질의 상태로 성형이 이루어지게 된다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 다단식 드로잉 성형장치의 제2실시예를 나타내는 것으로서 이들 도면을 참조하면, 다른 크기의 제1성형구멍(111)과 제2성형구멍(121)을 중앙에 각각 구비하여 이들 성형구멍(111)(121)이 하방으로 갈수록 축소되게 배치되는 상부다이(110) 및 하부다이(120)로 이루어진 성형다이(100)와, 하부다이(120)의 하측에 설치되어 제2성형구멍(121)을 통과한 성형제품(C)을 말끔한 상태로 마무리 가공하기 위한 아이언블록(133)과, 다이(100)의 성형구멍(111)(121)에 대응하여 금속소재(B)를 다단계로 가압시키는 텔레스코픽펀치(200)를 포함하여 구성됨은 상기 제1실시예와 동일하며, 여기에 더하여 상기 상부다이의 내측에 설치되는 역드로잉다이(400)와, 상부다이(110)의 상측으로 설치되는 블랭킹다이(500) 및 상기 텔레스코픽펀치(200)의 외측으로 설치되는 블랭킹펀치(520)가 더 구비된다.

역드로잉다이(400)는 상부다이(110)의 내측에 설치되는데, 내측면이 제1성형구멍(111)을 형성하게 되거나 또는 상부다이(110)의 제1성형구멍(111)과 동일한 내경으로 이루어져서 연속된 제1성형구멍(111)을 형성할 수 있다.

역드로잉다이(400)는 상단의 내외측 주연부가 곡면으로 형성된 관 형태로 이루어져서 상부다이(110)의 상측으로 상향 돌출되어 있다.

블랭킹다이(500)는 상부다이(110)의 상측에 설치되고, 그 내주연이 상기 역드로잉다이(400)의 상향 돌출된 부분의 외주연과 이격되어 블랭킹홈(510)을 형성하도록 되어 있으며, 블랭킹다이(500)는 경우에 따라 상부다이(110)와 일체로 구성될 수 있다.

블랭킹펀치(520)는 상기 블랭킹홈(510)의 수직 상방에 위치하여 역드로잉다이(400)의 두께만큼 슬리브펀치(210)의 외면과 이격되게 설치되며, 블랭킹홈(510)으로 하강 진입함으로써 금속소재의 외곽을 절단함과 동시에 절단된 재료의 가장자리 즉, 역드로잉다이(400)의 외측 부분에 위치하는 재료를 하향 절곡시키게 된다.

따라서 블랭킹펀치(520)의 하단의 외곽모서리는 절단을 위해 직각으로 형성되고, 내측 주연부의 모서리는 곡면으로 형성된다.

하부다이(120)와 아이언블록(133) 및 텔레스코픽펀치(200) 등의 구성은 전술한 제1실시예의 구성과 동일하게 적용되므로 동일한 부재번호를 기재하고 중복된 구성설명은 생략한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 제2실시예는 다음과 같은 공정으로 드로잉성형이 이루어지게 된다.

금속소재(B)를 블랭킹펀치(520)에 의해 블랭킹됨과 동시에 역드로잉다이(400)의 외측에서 금속소재(B)의 가장자리가 하방으로 절곡 성형되는 블랭킹단계와; 슬리브펀치(210) 및 그 내측의 플런저펀치(220)가 동시에 상기 역드로잉다이(400)의 내측으로 하강하여 상기 블랭킹단계에서 하방으로 절곡된 금속소재(B)의 가장자리와 간격을 두고 금속소재의 중앙부를 하방으로 절곡시킴으로써 용기 형태로 일차 성형하면서, 하방으로 절곡된 가장자리부가 역으로 펴지면서 금속용기의 측면부분이 신장되는 제1성형단계와; 제1성형단계의 직하방에서 점차 좁아지는 다단계의 성형구멍으로 다단계의 텔레스코픽형 플런저펀치(220)가 연속 하강하면서 다단 드로잉 성형하는 제2성형단계와; 상기 제2성형단계의 최종 성형구멍의 하방에서 상기 최종 성형구멍보다 미세하게 내측으로 돌출된 아이언블록(133)을 통과하여 다림질되는 아이오닝단계;를 포함함으로써, 펀치의 1회 작동으로 금속소재의 역드로잉에 의한 신장과 다단계의 성형 및 다림질이 순차적으로 진행되면서 금속용기의 성형이 이루어지는 것이다.

제2실시예에 의한 본 발명의 다단식 드로잉 성형방법을 도 7a 내지 도 7f를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

도면들의 우측에는 단계별 금속소재(B)의 성형상태가 도시되어 있다.

먼저, 도 7a에서와 같이, 블랭킹다이(500) 위에 성형할 금속소재(B)를 재치하고, 펀치(200)를 작동시킨다.

그러면, 본 발명의 블랭킹펀치(520)와 텔레스코픽펀치(200)는 동시에 하강하게 되고, 도 7b에서와 같이 우선적으로 블랭킹펀치(520)가 블랭킹홈(510)으로 진입하면서 블랭킹펀치(520)의 하단 외곽부분에 의해 금속소재(B)를 절단하게 되며, 동시에 절단된 금속소재(B)를 하측으로 밀고 내려가서 역드로잉다이(400)의 상단 지지점으로부터 외측에 위치된 금속소재(B) 부분을 하향 절곡시키게 된다.

이어서 도 7c 및 도 7d에서와 같이 블랭킹펀치(520)는 멈추고, 슬리브펀치(210)와 플런저펀치(220)가 하강하면서 금속소재(B)의 중앙부 즉, 역드로잉다이(400)의 내측부분이 펀치(200)를 따라 제1성형구멍(111)으로 밀려 들어가면서 절곡된다.

텔레스코픽펀치(200)에 의해 금속소재(B)의 중앙부가 밀려 내려가면서, 하향 절곡되어 있던 금속소재(B)의 외측 가장자리부분은 역드로잉다이(400)의 상단부를 타고 넘어가면서 반대 방향으로 펴지게 되는데, 이와 같은 역 방향의 신축에 의해 금속소재의 조직을 이완 및 안정화시켜서 이어지는 드로잉 성형시에 발생할 수 있는 균열이나 파손을 방지하게 된다.

다음, 펀치(200)가 제1성형구멍(111)의 하단까지 진입하고 나면 도 7e에 도시한 바와 같이, 본 발명 텔레스코픽펀치(200)의 슬리브펀치(210)는 하강이 멈추게 되고, 이후 플런저펀치(220)만 슬리브펀치(210)의 하방으로 신장되면서 1차 가공된 성형제품(C)을 하부다이(120)의 제2성형구멍(121) 내로 밀어넣게 된다.

그러면, 성형제품(C)이 크기가 작은 직각 사각형의 제2성형구멍(121) 내로 진입하면서 재차 압축되면서 최종적인 크기의 금속용기로 성형된다.

여기서 보다 많은 단계의 드로잉 공정이 필요한 경우, 상기 제2성형구멍(121)의 하측으로 추가적인 다단계의 성형구멍이 점차적으로 좁아지도록 구비되어 더 많은 단계의 드로잉 공정이 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 상기 제2성형구멍의 각 코너부 또한 곡면으로 이루어지게 되고, 최종 단계의 성형구멍에서 각 코너부가 직각으로 이루어지게 된다.

이와 같이 제2성형구멍(121)을 통과하면서 2차 가공된 성형제품(C)은 도 7f에 도시한 바와 같이, 제2성형구멍(121) 내에서 더욱 하강하여 아이언블록(133)을 통과함으로써 자칫 발생할 수도 있는 미세한 주름까지 깔끔하게 펴져 양호한 품질의 상태로 금속용기의 성형이 이루어지게 된다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 것으로서 도 8은 코너롤러가 설치된 상태의 성형장치 다이를 일례로서 나타낸 평면도이고, 도 9는 도 8의 성형장치 다이의 평면도 및 측단면도를 보여준다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상부다이(110)에 형성되는 제1성형구멍(111)의 각 코너부에 소정곡률로 오목한 곡면을 갖는 코너롤러(600)가 설치되어 있다.

이를 위해 제1성형구멍(111)의 각 코너부에는 코너롤러(600)에 대응되는 형상으로 되면서 제1성형구멍(111)측으로 개구된 롤러홈(112)이 형성되어 있으며, 각 코너롤러(600)는 양 측의 롤러축(601)에 지지된 상태로 회전 가능하게 설치되는 것이다.

상기 코너롤러(600)는 양 측면의 형상이 필요에 따라 임의적인 형태로 선택될 수 있는데, 예를 들면 롤러축이 없이 돌출된 원뿔형의 측면으로 형성될 수도 있으며, 상부다이(110)에는 상기 코너롤러(600)를 지지하기 위한 별도의 서포트가 더 설치될 수도 있다.

드로잉 성형시 응력이 집중되는 금속소재의 코너부위에 균열이 발생되어서 파손될 우려가 많으므로 이를 방지하면서 원활하게 절곡될 수 있도록 성형구멍의 코너 부분에 곡면을 주게 되는데, 여기에 더하여 코너롤러(600)를 설치하게 되면 금속소재의 모서리부분이 코너롤러(600)와 맞물려서 회전 접촉을 하면서 성형이 이루어지게 되므로, 마찰에 의한 저항을 최소화하면서 균열이 없이 안정적인 성형이 이루어지게 된다.

드로잉 다이(100)를 형성하는 다단계의 성형다이가 제2성형다이의 하측으로 더 많은 단계의 성형다이가 설치되는 경우에는 상부다이 또는 그 외의 중간다이에도 상기 코너롤러(600)가 설치될 수 있을 것이다.

이상에서, 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은 전술한 실시예들에 한정하는 취지는 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 실시될 수 있을 것이다.

100 ; 다이 110 ; 상부다이
111 ; 제1성형구멍 112 ; 롤러홈
120 ; 하부다이 121 ; 제2성형구멍
122 ; 경사부 130 ; 아이언다이
131 ; 통공 132 ; 아이언장착홈
133 ; 아이언블록 200 ; 텔레스코픽펀치
210 ; 슬리브펀치 220 ; 플런저펀치
300 ; 이젝터 301 ; 스프링
400 ; 역드로잉다이 500 ; 블랭킹다이
510 ; 블랭킹홈 520 ; 블랭킹펀치
600 ; 코너롤러 601 ; 롤러축
B ; 금속소재 C ; 성형제품

Claims (9)

1. 내측에 제1성형구멍을 형성하면서 상단의 내외측 주연부가 곡면으로 형성된 관형의 역드로잉다이가 상향 돌출되도록 설치되어 있는 상부다이;
   상기 상부다이의 상측에 설치되고, 그 내주연이 상기 역드로잉다이의 상향 돌출된 부분의 외주연과 이격되어 블랭킹홈을 형성하도록 된 블랭킹다이;
   상단 주연부가 곡면으로 형성되며, 상기 제1성형구멍보다 작은 크기의 제2성형구멍을 가지고, 상기 상부다이의 하부에서 제1성형구멍과 제2성형구멍이 동심으로 고정되는 하부다이;
   상기 하부다이의 하측에 설치되고, 내측면이 상기 제2성형구멍의 내면보다 미세하게 돌출하여 상기 하부다이를 통과한 금속용기의 주름을 펴주는 아이언블록;
   상기 제1성형구멍에 대응하는 슬리브펀치와, 상기 슬리브펀치 내에 이동 가능하게 결합되면서 상기 제2성형구멍에 대응하는 플런저펀치를 구비하여, 상기 제1성형구멍에 대해서는 동시에 하강한 후, 상기 제2성형구멍 및 아이언블록에 대해서는 플런저펀치만 슬리브펀치의 하방으로 돌출하여 하강하는 텔레스코픽펀치; 및
   상기 텔레스코픽펀치의 외측에서 슬리브펀치의 외면과 이격되게 설치되어 상기 블랭킹홈으로 하강 진입함으로써 재료의 외곽을 절단함과 동시에 절단된 재료의 가장자리를 하향 절곡시키는 블랭킹펀치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단식 드로잉 성형장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2성형구멍의 내면에는 하측으로 점차 좁아지는 곡면 또는 직면 형태의 경사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단식 드로잉 성형장치.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부다이의 하측으로 추가적인 성형다이가 하나 또는 둘 이상 구비되고, 하방으로 갈수록 각 성형다이의 성형구멍 크기가 점차 작아지도록 구성되며, 최하측의 성형다이의 하측으로 상기 아이언블록이 설치되고, 각 성형다이에 대응되는 플런저펀치가 다단계로 내장되는 것을 특징으로 하는 다단식 드로잉 성형장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 금속소재를 블랭킹펀치에 의해 블랭킹됨과 동시에 역드로잉다이의 외측에서 금속소재의 가장자리가 하방으로 절곡 성형되는 블랭킹단계;
   상기 역드로잉다이의 내측으로 슬리브펀치 및 그 내측의 플런저펀치가 동시에 하강하여 상기 블랭킹단계에서 하방으로 절곡된 금속소재의 가장자리와 간격을 두고 금속소재의 중앙부를 하방으로 절곡시킴으로써 용기 형태로 일차 성형하면서, 하방으로 절곡된 가장자리부가 역으로 펴지면서 용기의 측면부분이 신장되는 제1성형단계;
   제1성형단계의 직하방에서 점차 좁아지는 다단계의 성형구멍으로 다단계의 텔레스코픽형 플런저펀치가 연속 하강하면서 다단 드로잉 성형하는 제2성형단계;
   상기 제2성형단계의 최종 성형구멍의 하방에서 상기 최종 성형구멍보다 미세하게 내측으로 돌출된 아이언블록을 통과하여 다림질되는 아이오닝단계;를 포함함으로써, 펀치의 1회 작동으로 금속소재의 이완 및 신장과 다단계의 성형 및 다림질이 순차적으로 진행되면서 금속용기의 성형이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단식 드로잉 성형방법.
   
9. 삭제

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