KR102343179B1 - 프레스 금형 시스템 - Google Patents

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KR102343179B1 KR1020210091893A KR20210091893A KR102343179B1 KR 102343179 B1 KR102343179 B1 KR 102343179B1 KR 1020210091893 A KR1020210091893 A KR 1020210091893A KR 20210091893 A KR20210091893 A KR 20210091893A KR 102343179 B1 KR102343179 B1 KR 102343179B1
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Abstract

본 발명은 프레스 금형 시스템에 관한 것으로서, 상형 메인 바디, 및 상기 상형 메인 바디의 일 단부에서 하방으로 돌출되는 구조를 갖는 상형 엣지 바디가 일체로 구성되는 상형(110)으로서, 상기 상형 엣지 바디는 그 내측으로 상형 메인 바디의 길이 방향과 설정 각도를 갖도록 형성되는 경사면을 갖는, 상형(110); 상기 상형(110)의 하부에 형성되며 시제품의 성형 대상이 되는 소재가 안착되는 하형(120)으로서, 상기 상형 엣지 바디의 하부는 자유 공간(Free Space)으로 구성되는, 하형(120); 초기 상태에서 상기 경사면과 접하도록 구성되며, 일 단부는 고정되고 타 단부는 상기 일 단부를 축으로 회전되어 상기 경사면과 가변 가능한 각도를 형성하도록 구성되는 벤딩 조절 부재(130); 상기 벤딩 조절 부재(130)의 일 단부를 축으로 하여 상기 벤딩 조절 부재(130)의 타 단부의 회전을 액추에이팅함으로써 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 조절하는 액추에이터(150); 및 상기 하형(120)에 상기 소재가 안착된 상태에서 상기 상형(110)을 하강시켜 상기 소재 단부에 대한 벤딩 성형을 수행하되, 상기 액추에이터(150)에 대한 제어를 통해 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 단계적으로 증가시키는 단계적 각도 증가 방식으로 상기 소재 단부의 벤딩 각도가 미리 정의된 목표 각도가 되도록 제어하는 제1 제어기(170)로서, 상기 소재 단부의 벤딩 각도 및 상기 목표 각도는 상기 길이 방향을 기준으로 하는, 제1 제어기(170);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프레스 금형 시스템{PRESS MOLD SYSTEM}
본 발명은 프레스 금형 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 양산품을 제작하기 위한 프레스 금형 장치는 고정된 하부 금형의 상부에 소재를 올려놓은 후 프레스를 수행하는 상부 금형을 하강시켜 서로 대응되는 가압면 사이에서 소재가 성형되는 방식으로 동작하며, 통상적으로 유압식 또는 기계식으로 구현되고 있다.
이러한 프레스 금형 장치는 양산품의 벤딩 구조를 성형하기 위한 용도로도 적용되고 있으며, 하부 금형에 소재를 안착시키고 제작 대상이 되는 양산품의 외향과 상응하는 프로파일을 갖는 상부 금형을 통해 소재를 가압하여 소재를 원하는 각도 및 형상으로 절곡시키도록 동작한다.
한편, 벤딩 성형 과정에서 소재에 그 탄성 한계 이상의 힘을 가하여도 그 고유의 탄성이 완전히 제거될 수 없어, 벤딩된 소재가 원래 상태로 복원되는 스프링백(Spring Back) 현상이 발생되며, 이러한 스프링백 현상은 고장력 강판의 경우 더욱 빈번하게 발생하여 양산품의 치수 불량을 유발하는 요인이 되고 있다.
한편, 양산품을 제작하기 전 해당 양산품에 대한 시제품(Prototype)을 제작하여 조립 테스트 등을 수행하고 있으며, 양산품 제작을 위한 양산품 프레스 금형 장치와 시제품 제작을 위한 시제품 프레스 금형 장치는 그 구조가 동일하도록 설계된다. 그러나, 현재 시제품 프레스 금형 장치에 의한 시제품 제작 프로세스와 양산품 프레스 금형 장치에 의한 양산품 제작 프로세스는 상호 독립적으로 이루어짐에 따라 시제품 및 양산품 제작 효율이 저하되는 문제가 있으며, 즉 전술한 스프링백 현상이 시제품 제작 프로세스 및 양산품 제작 프로세스에서 동일하게 발생함으로 인해 시제품 및 양산품의 치수 불량을 유발하고 작업 효율성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은 시제품 제작 프로세스에서 소재의 벤딩 성형 시 발생하는 스프링백 현상을 효과적으로 저감시키고, 이를 양산품 제작 프로세스에 적용시켜 '시제품 제작 - 양산품 제작' 간의 프로세스를 연계시키는 공유 메커니즘을 제시함으로써 시제품 및 양산품의 치수 불량율을 저감시킬 수 있는 프레스 금형 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 프레스 금형 시스템은 상형 메인 바디, 및 상기 상형 메인 바디의 일 단부에서 하방으로 돌출되는 구조를 갖는 상형 엣지 바디가 일체로 구성되는 상형(110)으로서, 상기 상형 엣지 바디는 그 내측으로 상형 메인 바디의 길이 방향과 설정 각도를 갖도록 형성되는 경사면을 갖는, 상형(110); 상기 상형(110)의 하부에 형성되며 시제품의 성형 대상이 되는 소재가 안착되는 하형(120)으로서, 상기 상형 엣지 바디의 하부는 자유 공간(Free Space)으로 구성되는, 하형(120); 초기 상태에서 상기 경사면과 접하도록 구성되며, 일 단부는 고정되고 타 단부는 상기 일 단부를 축으로 회전되어 상기 경사면과 가변 가능한 각도를 형성하도록 구성되는 벤딩 조절 부재(130); 상기 벤딩 조절 부재(130)의 일 단부를 축으로 하여 상기 벤딩 조절 부재(130)의 타 단부의 회전을 액추에이팅함으로써 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 조절하는 액추에이터(150); 및 상기 하형(120)에 상기 소재가 안착된 상태에서 상기 상형(110)을 하강시켜 상기 소재 단부에 대한 벤딩 성형을 수행하되, 상기 액추에이터(150)에 대한 제어를 통해 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 단계적으로 증가시키는 단계적 각도 증가 방식으로 상기 소재 단부의 벤딩 각도가 미리 정의된 목표 각도가 되도록 제어하는 제1 제어기(170)로서, 상기 소재 단부의 벤딩 각도 및 상기 목표 각도는 상기 길이 방향을 기준으로 하는, 제1 제어기(170);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 상형 엣지 바디의 길이 방향으로 상기 상형 엣지 바디 내부를 관통하여 형성되며, 일단은 상기 상형 엣지 바디 내부 일단에 연결되고 타단은 상기 벤딩 조절 부재(130)에 연결되어 상기 경사면 측으로 상기 벤딩 조절 부재(130)에 탄성력을 제공하는 탄성 부재(140); 및 상기 소재 단부에 접하는 상기 벤딩 조절 부재(130)의 면에 구비되어 상기 소재 단부로부터 상기 벤딩 조절 부재(130) 측으로 형성되는 상기 소재 단부의 복원력을 센싱하는 복원력 센서(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 제어기(170)는, 상기 상형(110)을 하강시킨 상태에서 상기 액추에이터(150)를 통해 상기 벤딩 조절 부재(130)를 가압하여 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 상기 목표 각도로 형성시켜 상기 소재 단부에 대한 1차 벤딩 성형 공정을 수행하고, 상기 1차 벤딩 성형 공정에 따라 상기 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 1차 수렴값이 '0'의 값에 해당하지 않는 경우에 상기 단계적 각도 증가 방식을 통해 상기 소재 단부의 벤딩 성형을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 제어기(170)는, 상기 1차 벤딩 성형 공정에 따라 상기 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 1차 수렴값이 '0'의 값에 해당하지 않는 경우 상기 상형(110)을 상승시키고, 상기 소재 단부의 복원에 따라 형성되는 복원 각도를 입력받고, 상기 1차 벤딩 성형 공정에서 센싱된 상기 복원력의 1차 수렴값과, 상기 목표 각도 및 상기 복원 각도 간의 차이에 해당하는 각도 변화량 간의 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 생성하고, 상기 생성된 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 기반으로 상기 단계적 각도 증가 방식을 적용하여 상기 소재 단부의 벤딩 성형을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 제어기(170)는, 상기 단계적 각도 증가 방식을 통해 상기 소재 단부의 벤딩 성형을 수행할 때, 상기 상형(110)을 하강시킨 상태에서 상기 액추에이터(150)를 제어하여 미리 설정된 각도 증가분만큼 상기 벤딩 조절 부재(130)의 각도를 증가시켜 상기 소재 단부에 대한 2차 벤딩 성형 공정을 수행하고, 상기 2차 벤딩 성형 공정에 따라 상기 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 2차 수렴값을 상기 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'에 적용하여 상기 소재 단부의 벤딩 각도를 예측하며, 상기 예측된 소재 단부의 벤딩 각도가 상기 목표 각도에 해당하는지 여부를 판단하는 방식으로 상기 소재 단부의 벤딩 성형을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 제어기(170)는, 상기 예측된 소재 단부의 벤딩 각도가 상기 목표 각도에 해당할 때까지 상기 2차 벤딩 성형 공정을 반복적으로 수행하고, 상기 소재 단부의 벤딩 각도가 상기 목표 각도로 형성된 시점에서 상기 액추에이터(150)를 통해 형성된 상기 벤딩 조절 부재(130)의 최종 각도를 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 상형(110), 상기 하형(120), 상기 벤딩 조절 부재(130), 상기 액추에이터(150), 상기 탄성 부재(140), 상기 복원력 센서(160) 및 상기 제1 제어기(170)는 시제품 제작을 위한 시제품 프레스 금형 장치(100)를 구성하고, 상기 프레스 금형 시스템은, 양산품 프레스 금형 장치(200)를 더 포함하되, 상기 양산품 프레스 금형 장치(200)는 상기 시제품 프레스 금형 장치(100)와 동일한 구조를 갖는 상형(210), 하형(220), 벤딩 조절 부재(230), 액추에이터(250) 및 탄성 부재(240)와, 상기 양산품 프레스 금형 장치(200)에 의한 양산품 제작 프로세스를 제어하는 제2 제어기(270)를 포함하며, 상기 제2 제어기(270)는, 상기 시제품 프레스 금형 장치(100)에 의한 시제품 제작 프로세스에서 확보된 상기 벤딩 조절 부재(130)의 최종 각도를 상기 제1 제어기(170)로부터 전달받아 양산품 제작 프로세스를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제2 제어기는, 상기 상형(210)을 하강시킨 상태에서 상기 액추에이터(250)를 통해 상기 벤딩 조절 부재(230)를 가압하여 상기 벤딩 조절 부재(230)의 각도가 상기 최종 각도로 형성시켜 양산품 제조를 위한 소재 단부에 대한 벤딩 성형 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 시제품 프레스 금형 장치에 소정의 벤딩 조절 부재 및 액추에이터를 마련한 후, 액추에이터에 대한 제어를 통해 벤딩 조절 부재의 각도를 단계적으로 증가시키는 방식으로 소재 단부의 벤딩 각도가 목표 각도가 되도록 제어하는 구성을 채용함으로써 소재 단부에 발생하는 스프링백 현상을 효과적으로 저감시킬 수 있으며, 위 제어 로직의 결과를 양산품 제작 프로세스에 공유시키는 '시제품 제작 - 양산품 제작' 간의 공유 메커니즘을 적용함으로써 양산품의 스프링백 현상까지 효과적으로 저감시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 실시예에 따른 시제품 프레스 금형 장치의 구조를 보인 예시도이다.
도 3 내지 도 7은 본 실시예에 따른 시제품 프레스 금형 장치에 의한 시제품 제작 프로세스를 보인 예시도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 양산품 프레스 금형 장치의 구조를 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 프레스 금형 시스템의 일 실시예를 설명한다. 프레스 금형 시스템을 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 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 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 실시예에 따른 시제품 프레스 금형 장치의 구조를 보인 예시도이고, 도 3 내지 도 7은 본 실시예에 따른 시제품 프레스 금형 장치에 의한 시제품 제작 프로세스를 보인 예시도이며, 도 8은 본 실시예에 따른 양산품 프레스 금형 장치의 구조를 보인 예시도이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 프레스 금형 시스템은 시제품 제작을 위한 시제품 프레스 금형 장치(100)와 양산품 제작을 위한 양산품 프레스 금형 장치(200)를 포함하며, 각 프레스 금형 장치는 상형(110, 210), 하형(120, 220), 벤딩 조절 부재(130, 230), 탄성 부재(140, 240), 액추에이터(150, 250) 및 제어기(170, 270)를 포함하며, 시제품 프레스 금형 장치(100)는 양산품 프레스 금형 장치(200) 대비 복원력 센서(160)를 더 포함한다. 이하에서는 시제품 프레스 금형 장치(100)의 동작을 우선적으로 설명한 후, 상기한 공유 메커니즘에 따라 양산품 프레스 금형 장치(200)가 동작하는 방식을 설명하기로 한다.
전술한 것과 같이 시제품 프레스 금형 장치(100)는 상형(110), 하형(120), 벤딩 조절 부재(130), 탄성 부재(140), 액추에이터(150), 복원력 센서(160) 및 제1 제어기(170)를 포함한다.
상형(110)은 상형 메인 바디(111) 및 상형 엣지 바디(112)가 일체로 구성되는 구조로 형성된다. 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 상형 엣지 바디(112)는 상형 메인 바디(111)의 일 단부에서 하방으로 돌출되는 구조를 가지며, 그 내측에는 상형 메인 바디(111)의 길이 방향과 설정 각도를 갖도록 형성되는 경사면(M)이 형성된다(본 실시예에서 표기하는 모든 각도는 이 길이 방향을 기준으로 하는 것으로 정의한다).
하형(120)은 상형(110)의 하부에 형성되며 그 상단에는 시제품의 성형 대상이 되는 소재(S)가 안착된다. 하형(120)의 길이는 상형 메인 바디(111)의 길이와 동일하게 형성될 수 있으며, 이에 따라 도 1에 도시된 것과 같이 상형 엣지 바디(112)의 하부는 자유 공간(Free Space)로 구성된다. 상기의 자유 공간은 후술하는 것과 같이 소재 단부가 벤딩 성형되는 공간으로서 기능한다.
벤딩 조절 부재(130)는 판상 구조로 형성되어 도 1에 도시된 것과 같이 그 초기 상태에서(즉, 프레스 금형 공정이 개시되기 전) 상형 엣지 바디(112)의 경사면(M)과 접하도록 구성되며, 일 단부는 상형 엣지 바디(112)의 경사면(M)의 일 단에 고정되고 타 단부는 상기의 일 단부를 축으로 회전되어 2에 도시된 것과 같이 상형 엣지 바디(112)의 경사면(M)과 가변 가능한 각도를 형성하도록 구성된다. 벤딩 조절 부재(130)는 그 회전이 가능한 범위 내에서 통상의 결합 구조로 경사면(M) 일 단에 고정될 수 있다. 벤딩 조절 부재(130)는 소재 단부를 가압하여 벤딩하되 그 벤딩 각도를 조절하는 부재로서 기능하며, 상형(110) 및 하형(120)과 같이 일정 강도를 갖는 강판 재질로 구성될 수 있다.
탄성 부재(140)는 상형 엣지 바디(112)의 길이 방향으로 상형 엣지 바디(112) 내부를 관통하여 형성되며, 도 1에 도시된 것과 같이 일단은 상형 엣지 바디(112) 내부 일단에 연결되고 타단은 벤딩 조절 부재(130)에 연결되어 상형 엣지 바디(112)의 경사면(M) 측으로 벤딩 조절 부재(130)에 탄성력(F1)을 제공한다(즉, 본 실시예에서 탄성력은 탄성 부재(140)에 의해 벤딩 조절 부재(130)에 가해지는 경사면(M) 측으로의 힘으로 정의된다). 탄성 부재(140)는 압축 상태를 디폴트(default) 상태를 갖는 스프링으로 구현될 수 있으며, 탄성 부재(140)의 압축력에 의해 벤딩 조절 부재(130)가 그 초기 상태에서 경사면(M)에 접하는 상태로 구비될 수 있다.
액추에이터(150)는 후술하는 제1 제어기(170)의 제어 하에 벤딩 조절 부재(130)의 일 단부(즉, 상형 엣지 바디(112)의 경사면(M)의 일 단에 고정된 단부)를 축으로 하여 벤딩 조절 부재(130)의 타 단부의 회전을 액추에이팅함으로써 벤딩 조절 부재(130) 및 길이 방향 간의 각도를 조절한다. 액추에이터(150)는 제1 제어기(170)의 제어에 의해 구동되는 모터(미도시)와, 모터와 동축상에 연결되어 있는 웜 기어(미도시)와, 웜 기어와 치합되는 휠 기어(151)와, 휠 기어의 내측 기어와 치합되는 가압 샤프트(152)를 포함한다. 이에 따라, 제1 제어기(170)에 의한 모터의 정회전 시 웜 기어 및 휠 기어의 정회전에 의해 가압 샤프트가 전진 이동하여 벤딩 조절 부재(130)에 가압력(F2)을 제공하고, 제1 제어기(170)에 의한 모터의 역회전 시 웜 기어 및 휠 기어의 역회전에 의해 가압 샤프트가 후진 이동하여 벤딩 조절 부재(130)에 대한 가압 상태가 해제된다.
복원력 센서(160)는 소재 단부에 접하는 벤딩 조절 부재(130)의 면(즉, 상형 엣지 바디(112)의 경사면(M)과 접하는 면의 반대면)에 구비되어 소재 단부로부터 벤딩 조절 부재(130) 측으로 형성되는 소재 단부의 복원력(즉, 벤딩된 소재 단부의 스프링백으로 인한 복원력)을 센싱한다. 벤딩 조절 부재(130)에는 액추에이터(150)에 의한 가압력(F2), 탄성 부재(140)에 의한 탄성력(F1) 및 소재 단부의 복원력이 작용하며, 위 힘 중 가압력(F2)과 탄성력(F1)은 상호 상쇄되는 관계에 있으므로, 복원력 센서(160)는 벤딩 조절 부재(130)에 작용하는 소재 단부의 복원력을 센싱하여 제1 제어기(170)로 전달한다. 복원력 센서(160)는 압전 센서로 구현될 수 있으며, 이에 따라 제1 제어기(170)는 복원력 센서(160)로부터 전달되는 전압을 기반으로 복원력의 크기를 파악할 수 있다. 복원력 센서(160)가 압전 센서로 구현됨에 따라 본 실시예에서 복원력의 단위는 전압값을 갖는 것으로 설명하며, 전압값이 클수록 복원력의 크기가 큼을 의미한다.
제1 제어기(170)는 상형(110)의 승강과 액추에이터(150)의 동작을 제어하여 시제품 제작 프로세스를 제어하는, 시제품 프레스 금형 장치(100)의 제어기로서, 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 제1 제어기(170)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다.
본 실시예에서 제1 제어기(170)는 하형(120)에 소재가 안착된 상태에서 상형(110)을 하강시켜 소재 단부에 대한 벤딩 성형을 수행하며, 이때 액추에이터(150)에 대한 제어를 통해 벤딩 조절 부재(130) 및 길이 방향 간의 각도를 단계적으로 증가시키는 방식으로 소재 단부의 벤딩 각도가 미리 정의된 목표 각도(즉, 설계 스펙 상의 목표 각도)가 되도록 제어한다. 설명의 편의를 위해 제1 제어기(170)가 벤딩 조절 부재(130)의 각도를 단계적으로 증가시키는 방식을 '단계적 각도 증가 방식'으로 정의한다. 이하에서는 소재 단부의 벤딩 성형을 수행하는 과정을 제1 제어기(170)의 동작을 중심으로 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1 제어기(170)는 상형(110)을 하강시킨 상태에서(도 3) 액추에이터(150)를 통해 벤딩 조절 부재(130)를 가압하여 벤딩 조절 부재(130)의 각도(θ1)를 목표 각도(θt)로 형성시켜 소재 단부에 대한 1차 벤딩 성형 공정을 수행한다(도 4). 벤딩 조절 부재(130)의 각도(θ1)가 목표 각도(θt)로 형성됨으로 인해 상형(110)의 하강 상태에서 소재 단부는 목표 각도(θt)로 1차 벤딩 성형된다. 제1 제어기(170)는 현 상태를 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력이 특정값으로 수렴될 때까지 유지한다.
상기의 1차 벤딩 성형 공정에 따라 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 1차 수렴값이 '0'의 값에 해당하는 경우, 1차 벤딩 성형 공정에 의해 해당 소재 고유의 탄성이 제거된 경우에 해당하므로, 제1 제어기(170)는 상형(110)을 상승시켜 해당 소재의 벤딩 성형 공정을 완료한다.
1차 벤딩 성형 공정에 따라 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 1차 수렴값이 '0'의 값에 해당하지 않는 경우, 제1 제어기(170)는 전술한 단계적 각도 증가 방식을 통해 소재 단부의 벤딩 성형을 수행한다. 즉, 복원력의 1차 수렴값이 '0'에 해당하지 않는 경우 해당 소재 고유의 탄성이 남아있어 스프링백 현상의 발생이 예상되는 경우에 해당하므로, 스프링백 현상이 보상되어 소재 단부의 벤딩 각도가 목표 각도(θt)가 될 수 있도록 제1 제어기(170)는 단계적 각도 증가 방식을 통한 소재 단부의 벤딩 성형 공정을 개시한다.
액추에이터(150)를 통한 벤딩 조절 부재(130) 및 소재 단부의 추가 가압에 앞서, 도 5에 도시된 것과 같이 제1 제어기(170)는 상형(110)을 상승시킨 후, 소재 단부의 복원에 따라 형성되는 복원 각도(θr)를 작업자로부터 입력받고, 1차 벤딩 성형 공정에서 센싱된 복원력의 1차 수렴값과, 목표 각도(θt) 및 복원 각도(θr) 간의 차이에 해당하는 각도 변화량 간의 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 생성한다.
구체적인 예시로서, 목표 각도(θt)가 50°, 복원력의 1차 수렴값이 10V, 복원 각도(θr)가 45°인 경우, 목표 각도(θt) 및 복원 각도(θr) 간의 각도 변화량은 5°에 해당하므로, 소재 단부의 복원력의 1차 수렴값 10V 및 각도 변화량 5°간의 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 그 비율은 "10:5 = 2:1"로서 생성한다. 이러한 프로파일은, 복원력의 수렴값 2V 당 1°에 해당하는 소재 단부의 각도 변화가 야기됨을 정의한다.
제1 제어기(170)는 상기와 같이 생성된 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 기반으로 단계적 각도 증가 방식을 적용하여 소재 단부의 벤딩 성형을 수행한다. 구체적으로, 제1 제어기(170)는 상형(110)을 하강시킨 상태에서 액추에이터(150)를 제어하여 미리 설정된 각도 증가분만큼 벤딩 조절 부재(130)의 각도를 증가시켜 소재 단부에 대한 2차 벤딩 성형 공정을 수행한다. 상기한 각도 증가분은 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 특정 값(예: 2°)으로 선택되어 제1 제어기(170)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 그 값이 작을수록 2차 벤딩 성형 정밀도가 증가되어 소재 단부의 벤딩 각도 및 목표 각도 간의 정합성이 증가될 수 있다.
이후, 제1 제어기(170)는 2차 벤딩 성형 공정에 따라 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 2차 수렴값을 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'에 적용하여 소재 단부의 벤딩 각도를 예측하고, 예측된 소재 단부의 벤딩 각도(θe1, θe2)가 목표 각도(θt)에 해당하는지 여부를 판단하는 방식으로 소재 단부의 벤딩 성형을 수행한다(도 6, 도 7). 제1 제어기(170)는 예측된 소재 단부의 벤딩 각도(θe1, θe2)가 목표 각도(θt)에 해당할 때까지 2차 벤딩 성형 공정을 반복적으로 수행한다. 하기 표 1은 1차 및 2차 벤딩 성형 공정의 예시를 나타낸다.
벤딩 조절 부재 각도 반반력 수렴치 복원 각도 비고
50°(θ1) 10V 45°(실측)(θr) 1차 벤딩 성형 공정
52°(θ2) 9V 47.5°(예측)(θe1) 2차 벤딩 성형 공정(①)
54°(θ3) 8V 50°(예측)(θe2) 2차 벤딩 성형 공정(②)
위 표 1을 참조하여 예시로서 설명하면, 앞서 언급한 것과 같이 1차 벤딩 성형 공정에서 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'은 "2:1"의 비율로서 생성되며(도 4, 도 5), 이후 제1 제어기(170)는 상형(110)을 하강시킨 상태에서 미리 설정된 각도 증가분인 2°만큼 증가시켜 벤딩 조절 부재(130)의 각도를 52°(θ2)로 형성시킨다(도 6, 2차 벤딩 성형 공정(①)). 1차 벤딩 성형에 따라 소재 단부에 이미 벤딩이 형성된 상태이므로, 2차 벤딩 성형 공정(①)에서 반발력 수렴치는 1차 벤딩 성형 공정 대비 더 작은 값(위 예시에서는 9V)으로 나타나며, 이 반발력 수렴치 9V를 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'은 "2:1"에 적용할 경우 각도 변화량은 4.5°로 산출되어 소재 단부의 복원 각도는 52° - 4.5°= 47.5°(θe1)로 예측된다. 예측된 복원 각도(θe1)는 아직 목표 각도인 50°(θt)를 충족시키지 않으므로, 제1 제어기(170)는 각도 증가분인 2°만큼 증가시켜 벤딩 조절 부재(130)의 각도를 54°(θ3)로 형성시킨다(도 7, 2차 벤딩 성형 공정(②)). 2차 벤딩 성형 공정(②)에서 반발력 수렴치는 2차 벤딩 성형 공정(①) 대비 더 작은 값(위 예시에서는 8V)으로 나타나며, 이 반발력 수렴치 8V를 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'은 "2:1"에 적용할 경우 각도 변화량은 4°로 산출되어 소재 단부의 복원 각도는 54° - 4°= 50°(θe2)로 예측된다. 예측된 복원 각도는 목표 각도인 50°(θt)를 충족시키므로, 제1 제어기(170)는 상형(110)을 상승시켜 소재 단부의 벤딩 성형을 완료한다. 앞서 언급한 것과 같이 상기한 각도 증가분은 그 값이 작을수록 2차 벤딩 성형 정밀도가 증가되어 소재 단부의 벤딩 각도 및 목표 각도 간의 정합성이 증가될 수 있다.
제1 제어기(170)는 소재 단부의 벤딩 각도가 목표 각도로 형성된 시점에서 액추에이터(150)를 통해 형성된 벤딩 조절 부재(130)의 최종 각도(위 예시에서 54°(θ3))를 저장하며, 저장된 벤딩 조절 부재(130)의 최종 각도는 양산품 프레스 금형 장치(200)를 통한 양산품 제작 프로세스에서 활용된다. 즉, 양산품 프레스 금형 장치(200)는 시제품 프레스 금형 장치(100)의 구조의 동일성은 유지하고, 제작 프로세스 상의 독립성은 유지하되, 시제품 제작 프로세스에서 확보된 벤딩 조절 부재(130)의 최종 각도를 양산품 제작 프로세스에 적용함으로써, 시제품 제작 프로세스에서 수행된 복수의 벤딩 성형 공정(위 예시에서 1차 벤딩 성형 공정, 2차 벤딩 성형 공정(①, ②)) 없이 단일의 벤딩 성형 공정만을 통해 양산품에 대한 벤딩 성형이 수행된다.
구체적으로, 양산품 프레스 금형 장치(200)의 제2 제어기(270)는 시제품 프레스 금형 장치(100)에 의한 시제품 제작 프로세스에서 확보된 벤딩 조절 부재(130)의 최종 각도를 제1 제어기(170)로부터 전달받아 양산품 제작 프로세스를 제어한다. 이 경우, 제2 제어기(270)는 상형(210)을 하강시킨 상태에서 액추에이터(250)를 통해 벤딩 조절 부재(230)를 가압하여 벤딩 조절 부재(230)의 각도가 최종 각도로 형성시켜 양산품 제조를 위한 소재 단부에 대한 벤딩 성형 공정을 수행한다(도 8). 이에 따라, 단일의 벤딩 성형 공정만으로 양산품이 목표 각도로 벤딩될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 시제품 프레스 금형 장치에 소정의 벤딩 조절 부재 및 액추에이터를 마련한 후, 액추에이터에 대한 제어를 통해 벤딩 조절 부재의 각도를 단계적으로 증가시키는 방식으로 소재 단부의 벤딩 각도가 목표 각도가 되도록 제어하는 구성을 채용함으로써 소재 단부에 발생하는 스프링백 현상을 효과적으로 저감시킬 수 있으며, 위 제어 로직의 결과를 양산품 제작 프로세스에 공유시키는 '시제품 제작 - 양산품 제작' 간의 공유 메커니즘을 적용함으로써 양산품의 스프링백 현상까지 효과적으로 저감시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 시제품 프레스 금형 장치
200: 양산품 프레스 금형 장치
110, 210: 상형
120, 220: 하형
130, 230: 벤딩 조절 부재
140, 240: 탄성 부재
150, 250: 액추에이터
160: 복원력 센서
170, 270: 제1 및 제2 제어기

Claims (3)

  1. 상형 메인 바디, 및 상기 상형 메인 바디의 일 단부에서 하방으로 돌출되는 구조를 갖는 상형 엣지 바디가 일체로 구성되는 상형(110)으로서, 상기 상형 엣지 바디는 그 내측으로 상형 메인 바디의 길이 방향과 설정 각도를 갖도록 형성되는 경사면을 갖는, 상형(110);
    상기 상형(110)의 하부에 형성되며 시제품의 성형 대상이 되는 소재가 안착되는 하형(120)으로서, 상기 상형 엣지 바디의 하부는 자유 공간(Free Space)으로 구성되는, 하형(120);
    초기 상태에서 상기 경사면과 접하도록 구성되며, 일 단부는 고정되고 타 단부는 상기 일 단부를 축으로 회전되어 상기 경사면과 가변 가능한 각도를 형성하도록 구성되는 벤딩 조절 부재(130);
    상기 벤딩 조절 부재(130)의 일 단부를 축으로 하여 상기 벤딩 조절 부재(130)의 타 단부의 회전을 액추에이팅함으로써 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 조절하는 액추에이터(150);
    상기 상형 엣지 바디의 길이 방향으로 상기 상형 엣지 바디 내부를 관통하여 형성되며, 일단은 상기 상형 엣지 바디 내부 일단에 연결되고 타단은 상기 벤딩 조절 부재(130)에 연결되어 상기 경사면 측으로 상기 벤딩 조절 부재(130)에 탄성력을 제공하는 탄성 부재(140); 및
    상기 소재 단부에 접하는 상기 벤딩 조절 부재(130)의 면에 구비되어 상기 소재 단부로부터 상기 벤딩 조절 부재(130) 측으로 형성되는 상기 소재 단부의 복원력을 센싱하는 복원력 센서(160); 및
    상기 하형(120)에 상기 소재가 안착된 상태에서 상기 상형(110)을 하강시켜 상기 소재 단부에 대한 벤딩 성형을 수행하되, 상기 액추에이터(150)에 대한 제어를 통해 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 단계적으로 증가시키는 단계적 각도 증가 방식으로 상기 소재 단부의 벤딩 각도가 미리 정의된 목표 각도가 되도록 제어하는 제1 제어기(170)로서, 상기 소재 단부의 벤딩 각도 및 상기 목표 각도는 상기 길이 방향을 기준으로 하는, 제1 제어기(170); 를 포함하되,
    상기 제1 제어기(170)는,
    상기 상형(110)을 하강시킨 상태에서 상기 액추에이터(150)를 통해 상기 벤딩 조절 부재(130)를 가압하여 상기 벤딩 조절 부재(130) 및 상기 길이 방향 간의 각도를 상기 목표 각도로 형성시켜 상기 소재 단부에 대한 1차 벤딩 성형 공정을 수행하고,
    상기 1차 벤딩 성형 공정에 따라 상기 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 1차 수렴값이 '0'의 값에 해당하지 않는 경우에 상기 단계적 각도 증가 방식을 통해 상기 소재 단부의 벤딩 성형을 수행하는 것을 특징으로 하는 프레스 금형 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어기(170)는,
    상기 1차 벤딩 성형 공정에 따라 상기 복원력 센서(160)를 통해 센싱되는 복원력의 1차 수렴값이 '0'의 값에 해당하지 않는 경우 상기 상형(110)을 상승시키고,
    상기 소재 단부의 복원에 따라 형성되는 복원 각도를 입력받고, 상기 1차 벤딩 성형 공정에서 센싱된 상기 복원력의 1차 수렴값과, 상기 목표 각도 및 상기 복원 각도 간의 차이에 해당하는 각도 변화량 간의 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 생성하고,
    상기 생성된 '복원력 - 각도 변화량 프로파일'을 기반으로 상기 단계적 각도 증가 방식을 적용하여 상기 소재 단부의 벤딩 성형을 수행하는 것을 특징으로 하는 프레스 금형 시스템.
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