KR102383460B1

KR102383460B1 - 알루미늄 판재 성형 장치 및 알루미늄 판재 성형 방법

Info

Publication number: KR102383460B1
Application number: KR1020170165764A
Authority: KR
Inventors: 정연일
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2022-04-06
Also published as: EP3495062B1; US11504757B2; KR20190066234A; CN109865768B; US20190168277A1; CN109865768A; EP3495062A1

Abstract

본 발명은 포밍(forming)하고자 하는 제품 형상의 상면 형상에 대응되는 하면 형상을 가지고, 프레스에 의해 하강하여 알루미늄 판재를 가압하는 상형 금형, 상기 제품 형상의 하면 형상에 대응되는 상면을 가지는 하형 금형 및 상기 하형 금형 내에 삽입되고 상기 하형 금형의 상면으로 노출되어, 상기 제품 형상의 절곡면에 전류를 인가하는 전극부를 포함하는 알루미늄 판재 성형 장치로서, 본 발명은 공정속도를 향상시키고 원가를 절감하여 온간성형이 가능하게 한다.

Description

알루미늄 판재 성형 장치 및 알루미늄 판재 성형 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FORMING ALUMINUM PLATE}

본 발명은 알루미늄 판재를 프레스 공정으로 성형하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

상온 상태에서 알루미늄 판재를 적용하여 부품을 가공하는 일반적인 프레스 공정은 프레스에 금형을 장착하여 상하 방향으로 일정한 형태로 가압하는 포밍(forming) 또는 드로잉(drawing), 완제품에 필요 없는 부분을 잘라내는 트리밍(trimming), 홀 등을 가공하는 피어싱(piercing), 추가 형상을 만드는 플랜징(flanging) 등의 공정을 거친다.

상기 공정을 통합하여 스템핑 공정이라 부르며, 일반적으로 성형, 절단, 홀 가공, 절곡 등의 평균 4개 공정을 거쳐서 완성 판넬을 생산하게 되는데, 이 중 포밍 성형 공정은 제품 설계 데이터대로 강판을 소성 가공하는 공정으로 최종 제품의 품질을 결정하는 가장 중요한 공정이다.

포밍 성형을 위한 스템핑 장비는 도 1과 같이 제품의 하단면 형상을 갖는 하형 금형(4)이 하부의 볼스터(5, bolster)에 장착되고, 하형 금형(4)의 상부에는 제품의 상단면 형상을 갖는 상형 금형(3)이 상부의 프레스 바디인 슬라이드(2)에 장착되어 하형 금형(4)과의 사이에 강판을 끼운 상태로, 이를 가압하도록 밀착하여 제품을 성형 가공하게 된다.

도 2를 통해 그 공정을 살펴보면, 포밍 성형공정에 적용되는 종래의 금형은 제품의 하단면 형상을 갖는 하형 금형(4)이 하부의 볼스터(5)에 장착되고, 이 하형 금형(4)의 외측으로 하부의 볼스터(5)에 쿠션핀(9)을 통해 블랭크 홀더(8)가 장착된다.

그리고, 도 2(a)와 같이 하형 금형(4)의 상부에서 제품의 상단면 형상을 갖는 상형 금형(3)이 상부의 프레스 바디인 슬라이드(1)에 장착되어 하형 금형(4)과 사이에 투입되는 블랭크(11)를 블랭크 홀더(8)에 걸친 상태에서 상부에서 가압하여 블랭크(11)를 성형 가공하게 된다.

즉, 도 2(b)에서와 같이, 먼저 상형 금형(3)과 블랭크 홀더(8)는 상승된 상태로, 상형 금형(3)과 하형 금형(4) 사이에 블랭크(11)가 투입되면, 상형 금형(3)은 하강 작동하여 상형 페이스면(6)과 블랭크 홀더 페이스면(7)에 의해 블랭크(11)의 외곽이 홀딩된다.

이러한 상태에서, 도 2(c)와 같이, 상형 금형(3)과 블랭크 홀더(8)는 함께 하강 작동을 하여 상형 금형(3)과 블랭크 홀더(8)의 각 페이스면(6, 7)에 홀딩된 블랭크(11)가 성형부 내측으로 조금씩 유입되면서 성형되며, 상형 금형(3)이 하형 금형(4)과 완전하게 밀착되는 순간 제품 성형이 완료된다.

이와 같이, 성형이 완료된 블랭크(11)는 도 2(d)와 같이, 상형 금형(3)이 상승한 상태에서, 블랭크 홀더(8)에 의해 리프팅되며, 취출용 행거(12)에 의해 프레스 장비로부터 이송되는 것이다.

이송된 소재는 이후 트리밍, 피어싱, 플랜징 등의 공정을 거친 후 다른 부품과 조립 지그에 안착하여 용접을 통해 조립되어 하나의 완성품으로 제작이 완료된다.

알루미늄 판재는 스틸 강판과 비교하여 도 3의 도시와 같이 동일한 강도에서 신율이 낮은 특성이 있다.

즉, 알루미늄 판재(5천계)는 동일 강도의 강판 대비 신율이 1/2 수준에 해당한다.

이러한 알루미늄 판재의 낮은 성형성을 극복하기 위해서, 상술한 프레스 공정 외에 도 4와 같이 소재를 고온으로 가열한 상태에서 포밍 성형을 진행하는 온간성형 공법도 있다.

알루미늄 판재를 성형성이 향상되는 온도인 350~400℃로 가열한 상태에서 포밍 성형을 진행하는 공정은 순차적으로 도 5a, 도 5b와 같이 밀폐 상태의 금형 내에 고온의 가스에 의해서 분위기 온도를 350~400℃로 유지하여 알루미늄 판재가 목표온도까지 승온된 시점에 성형을 진행하는 스템핑 공법이고, 포밍 이후의 공정은 상온 상태의 스템핑 공정과 동일하다.

알루미늄 판재는 경량의 장점 등으로 자동차 등의 부품 소재로서 많은 활용이 예상되지만, 앞서 설명한 바와 같이 동일 강도의 강판 대비 신율, 즉 스템핑 성형성이 매우 낮기 때문에 일반적인 상온 프레스 가공시 포밍 성형 중 크랙이 발생하여 성형이 불가한 문제가 있다.

이러한 이류 때문에 알루미늄 판재 포밍을 위해 제품 형상을 대폭 변경하거나, 앞서 설명한 온간성형을 사용하게 되는데, 온간성형은 고온의 가스로 알루미늄 판재 전체를 균일하게 가열 후 포밍 성형을 실시하기 때문에 가공속도가 매우 느려져 원가가 크게 상승하고 효율적이지 못한 단점이 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2016-0052858호 한국등록특허공보 제10-1577333호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 공정속도를 향상시키고 원가를 절감하여 온간성형이 가능하게 하는 알루미늄 판재 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 알루미늄 판재 성형 장치는, 포밍(forming)하고자 하는 제품 형상의 상면 형상에 대응되는 하면 형상을 가지고, 프레스에 의해 하강하여 알루미늄 판재를 가압하는 상형 금형, 상기 제품 형상의 하면 형상에 대응되는 상면을 가지는 하형 금형 및 상기 하형 금형 내에 삽입되고 상기 하형 금형의 상면으로 노출되어, 상기 제품 형상의 절곡면에 전류를 인가하는 전극부를 포함한다.

상기 전극부는 (+)전극과 (-)전극을 포함하고, 상기 (-)전극은 상기 제품 형상의 절곡면에 대응되는 상기 하형 금형의 상면으로 노출되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 (-)전극은 제1 (-)전극과 제2(-)전극을 포함하여, 상기 제1 (-)전극과 제2(-)전극은 하나의 (+)전극과 전기적으로 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 (+)전극과 상기 (-)전극은 절연체에 의해 둘러싸여 상기 하형 금형 내에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (+)전극이 복수로 마련되는 경우, 복수의 (+)전극 간의 거리는 각 (+)전극과 각 (+)전극에 대응되게 배치되는 (-)전극 간의 거리보다 먼 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.26x~0.4x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.66x~0.83x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 알루미늄 판재 성형 방법은, 포밍(forming)하고자 하는 제품 형상의 하면 형상에 대응되는 상면을 가지는 하형 금형 상에 알루미늄 판재가 안착되는 단계, 상기 제품 형상의 상면 형상에 대응되는 하면을 가지는 상형 금형이 하강하여 상기 하형 금형 상에 안착된 알루미늄 판재를 가압하는 단계, 상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계 중 제1 시점에, 상기 하형 금형 내에 삽입되고 상기 제품 형상의 절곡면에 대응되는 상기 하형 금형의 상면으로 노출되는 전극을 통해 1차 전류를 인가하는 단계 및 상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계 중 제2 시점에, 상기 전극을 통해 2차 전류를 인가하는 단계를 포함한다.

상기 전극은 (+)전극과 (-)전극을 포함하고, 상기 (-)전극은 제1 (-)전극과 제2 (-)전극으로 구분되어 상기 (+)전극에 대응되어, 상기 1차 전류를 인가하는 단계는 상기 (+)전극과 상기 제1 (-)전극이 전기적으로 연결되어 인가되고, 상기 2차 전류를 인가하는 단계는 상기 (+)전극과 상기 제2 (-)전극이 전기적으로 연결되어 인가되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 1차 전류를 인가하는 단계는 상기 제품 성형의 완료를 기준으로 상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계가 26~40% 진행된 시점에 인가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1차 전류를 인가하는 단계는 상기 상형 금형이 하강하는 시점부터 2~3sec 지난 시점에 인가하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 1차 전류를 인가하는 단계는 120~140A/㎟의 전류를 0.5~0.9s 동안 인가하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 2차 전류를 인가하는 단계는 상기 제품 성형의 완료를 기준으로 상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계가 66~83% 진행된 시점에 인가하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 2차 전류를 인가하는 단계는 상기 상형 금형이 하강하는 시점부터 4~5sec 지난 시점에 인가하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 2차 전류를 인가하는 단계는 120~140A/㎟의 전류를 0.5~0.9s 동안 인가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.66x~0.83x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 한다.

알루미늄 판재의 낮은 신율로 인한 제품 성형의 한계를 극복하기 위해서 종래에는 상온 성형을 기준으로 제품 형상을 대폭 변경하거나, 제품 형상의 대폭 변경 없이 신율이 증가하는 고온(350~400℃)에서 성형하는 온간성형 방법에 의하였으나, 종래의 온간성형 방법은 금형에서 고온의 가스로 알루미늄 판재 전체를 균일하게 가열하는 공정으로 인해 제품 가공속도가 느려져서 원가가 크게 상승하는 단점으로 인해 거의 사용되지 못하였다.

본 발명의 알루미늄 판재 성형 장치 및 성형 방법은 포밍 성형 중 짧은 시간 전류를 인가함으로써 알루미늄 판재의 신율을 회복시켜서 공정성을 향상시키면서도 원가가 크게 상승되지 않게 하는 것이 가능하다.

그리고, 판재의 성형 단계에 맞게 국부적, 그리고 순차적으로 전류를 인가함으로써 판재 전체에 전류를 필요 이상으로 인가하지 않기 때문에 공정성 및 원가상 보다 유리한 점을 갖는다.

또한, 국부적 전류 인가를 위해 필요 최소한의 전극 배치를 가지기 때문에 금형으로의 전류의 유입을 최소화할 수가 있다.

한편, 금형의 전극에 대한 절연을 위한 절연체도 금형 내에 필요 이상으로 부가시키지 않을 수 있다.

도 1은 일반적인 포밍 성형을 위한 스템핑 장비를 도시한 것이다.
도 2는 통상적인 스템핑 장비에 의한 공정을 도시한 것이다.
도 3은 알루미늄 판재의 신율을 강판과 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 알루미늄 판재의 온간성형의 경우 시간에 따른 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 5는 종래의 알루미늄 판재의 온간성형 공법을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 알루미늄 판재의 성형 방법을 검증하기 위한 시험 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 통전전류에 따른 신율 변화의 시험 결과를 도시한 것이다.
도 8은 통전전류에 따른 조직 변화의 시험 결과를 도시한 것이다.
도 9는 조직 변화의 신율과의 관계를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 의한 알루미늄 판재 성형 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 도 10의 하형 금형의 일부를 별도로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 의한 알루미늄 판재 성형 방법을 순차적으로 도시한 것이다.
도 13은 포밍 성형과정 중에 전류 인가시점을 설명하기 위해 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

본 발명의 알루미늄 판재의 성형 공법은 알루미늄 판재가 변형하는 도중에 전류를 짧은 시간 인가하면 신율이 원소재 수준으로 회복되는 원리를 포밍 공정에 적용하여 부품의 형상 변경 없이 가공하는 공법이다.

이 같은 효과를 확인하기 위해 도 6에 도시된 시험 장치를 통해 시험적으로 확인하였다.

도시와 같이 판재에 전력 변환기 및 펄스 변환기를 거쳐서 전류를 인가하고, 광학 신율게이지로 신율을 측정하며, 열화상 카메라에 의해 소재의 조직을 촬영하였다. 전극과 금형 간에는 절연체를 개재하여 전류가 금형으로 흐르지 않게 하였다.

시험 재질은 5천계열 알루미늄 판재를 사용하였고, 신율이 28%인 시점에 전류를 인가하였으며, 인가 전류에 따른 신율에 대한 결과를 도 7 및 다음 표 1에 정리하였다.

통전전류(A/㎟)	통전시간(s)	온도(℃)	신율(%)
무통전			37.9
80~90	0.5~0.9	200	44.4
100~120	0.5~0.9	280	55.2
120~140	0.5~0.9	360	72.2

각각의 통전전류에 대해 온도는 각각 200℃, 280℃, 360℃를 나타내고, 신율은 무통전 기준 최대 34% 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.

도 8과 같이, 통전 직후 조직분석 결과 전위밀도가 감소하는 결과가 나타났다. 전류 인가시 시험편의 온도 상승으로 인해 전위밀도가 감소하는 것이다.

전위밀도의 판단기준은 EBSD 중 Pattern quality로 판단하며, Pattern quality가 낮을수록 전위밀도는 증가하고, 높을수록 전위밀도가 감소한다.

즉, 도 8에서 참조되는 바와 같이, Pattern quality가 원소재 수준으로 커지지는 않지만, 무통전에 비해 증가하게 되므로 전위밀도가 감소하게 되며, 전위밀도의 감소에 따라 신율이 향상되게 된다.

한편, 전위밀도가 원소재 수준으로 회복되지 않음에도 신율이 크게 회복된다는 것은 전위밀도 이외의 신율 향상 원인이 또한 존재한다는 의미이다.

결론적으로서, 도 8에서 참조되는 바와 같이 집합조직의 변화로 인해 신율이 향상됨을 알 수가 있었다.

즉, 전류 인가시 Rotated Brass(RT Brass) 집합조직이 성장함을 확인할 수 있었고, Rotated Brass 조직 성장으로 인해 신율이 향상되게 되는 것이다.

Rotated Brass 조직은 경도의 하락없이 grain size가 증가하는 비정상 결정립 성장의 발생으로 성장하게 된다.

Rotated Brass 조직과 신율의 관계는 도 9와 같은 슬립 시스템에 의해 설명된다.

Taylor Factor(M)은 일정 변형을 발생시키기 위해 슬립 시스템이 이동한 정도를 나타내는 수치로서, 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있고, 여기서 dγ^(k)는 The amount of incremental shear on slip plane's in a given grain이고, dε_ij는 The plastic strain increment applied externally임.

도 9에서는 M₁＜M₂인 경우이며, RT-Brass 3.03, Brass 3.57, Copper 3.43으로 낮은 값을 가질수록 변형 발생 시 슬립시스템(전위) 이동이 적음을 의미한다.

결국, RT-Brass 집합조직 성장 시 일정변형 발생을 위한 슬립시스템의 이동이 적어서 상대적 전위밀도 증가가 적게 되어 신율이 향상되는 결과로 이어진다.

도 8의 조직 촬영 영상 우측의 막대 타입의 인덱스는 아래에서 위로 갈수록 입자의 크기가 큰 것을 나타내고, 영상은 이에 의해 구분되어 나타난다.

도 8에서 참조되듯, 미통전시에는 10% 내외이지만, 통전한 경우 20~40%의 분율을 가짐으로써 전위밀도 감소와 동시에 작용하여 신율을 원소재 상태로 회복시키는 것이다.

이상의 시험 결과를 토대로 하여 본 발명은 금형 내에 전극을 구비하여 전류를 인가하고, 알루미늄 판재가 포밍 금형에 의해 일정 수준 변형이 발생하면 제품 형상에 의해 변형이 많이 일어나 크랙이 발생할 수 있는 위험 부위에 전류를 가하여 신율을 회복시키고, 다시 성형을 진행하여 제품 형상 변경 및 크랙 없이 부품을 가공할 수 있게 한다.

이를 위한 알루미늄 판재의 성형장치는 도 10과 같은 구성을 갖는다. 그리고, 도 11은 도 10의 하형 금형의 일부를 별도로 나타낸 것이다.

도 12는 본 발명에 의한 알루미늄 판재 성형 방법을 순차적으로 도시한 것이고, 도 13은 포밍 성형과정 중에 전류 인가시점을 설명하기 위해 도시한 것으로서, 이하 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 의한 알루미늄 판재의 성형장치 및 성형방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 판재의 성형장치는 상형 금형(10), 하형 금형(20), 블랭크 홀더(30), 전류 공급부 및 전극부를 포함한다.

상형 금형(10) 및 하형 금형(20)은 전도체인 공구강으로 구성되고, 상형 금형(10)은 포밍하고자 하는 제품 형상의 상면 형상에 대응되는 하면 형상을 가지고, 프레스에 의해 하강하여 알루미늄 판재(40)를 가압하여 성형시킨다.

하형 금형(20)은 포밍하고자 하는 제품 형상의 하면 형상에 대응되는 상면 형상을 가지고, 볼스터 상에 결합되어 지지된다.

하형 금형(20)의 외측으로 블랭크 홀더(30)가 쿠션핀을 이용하여 볼스터에 장착된다.

전류 공급부는 전력 변환기(50)와 펄스 변환기(60)를 포함하고, 전력 변환기(50)에 의해 AC 타입의 전류를 DC 타입으로 변경하고, 다시 펄스 변환기(60)에 의해 펄스 형태로 변환하여 전극부를 통해 전류가 흐를 수 있게 한다.

전극부는 (+)전극(61)과 (-)전극(62)으로 구분되어 하형 금형(20) 내에 삽입되어 양 전극 간에 전도체를 통해서 전류가 흐를 수 있게 구성된다.

이러한 전극(63)은 전도체인 하형 금형(20)으로 전류가 흐르지 않도록 절연체(63)가 둘러싸는 형태로 하형 금형(20)에 삽입되어 하형 금형(20)과 전기적으로 격리되게 한다.

전류 공급부로부터 인출되는 전극(61,62)은 하형 금형(20)으로 삽입되어 끝단이 하형 금형(20)의 상면으로 노출되는 형태로 삽입된다.

그래서, 전극(61, 62)을 통해 흐르는 전류는 하형 금형(20)으로는 흐르지 않고 하형 금형(20) 상면에 변형되어 안착될 알루미늄 판재(40)와 맞닿아 알루미늄 판재(40)에 전류가 흐르게 한다.

도 10 및 도 11에서 참조되는 바와 같이, (+)전극(61)은 두 전극으로 하형 금형(20)에 삽입되어 하형 금형(20)의 상면으로 노출된다. (+)전극이 두 전극으로 마련되는 것은 예시상 제품의 절곡면이 양 측면에 존재하기 때문이다.

그리고, (-)전극(62)은 각각의 (+)전극에 대해 제1 (-)전극(62-1)과 제2 (-)전극(62-2)으로 구분되어 하형 금형(20)의 상면으로 노출됨으로써 (-)전극에 선택적으로 전류를 인가할 수 있게 한다.

여기서, (-) 전극(62)은 하형 금형(20)의 상면 중 알루미늄 판재(40)를 성형하기 위한 성형면인 절곡면에 노출이 됨으로써, (+) (-) 전극 간에 전류가 흘러 알루미늄 판재(40)에 국부적으로 전류를 인가하게 된다.

이같은 구성을 갖는 알루미늄 판재의 성형장치에 의한 알루미늄 판재의 성형방법은 도 12에 순차적으로 도시되어 있다.

우선, 알루미늄 판재(40)가 블랭크 홀더(30) 면 위에 안착 후, 하형 금형(20)에 의해 포밍 성형하기 위해서 상형 금형(10)이 하강하고, 블랭크 홀더(30)와 같이 알루미늄 판재(40) 외곽을 강하게 구속하게 된다.

블랭크 홀더(30)는 쿠션 핀에 의해 상형 금형(10) 압력과 동일한 힘이 상형 금형(10) 방향으로 작용한다.

제품 성형 중 금형의 작동은 하형 금형(20)은 고정되어 있고, 프레스 장비 유압에 의해 움직이는 상형 금형(10)이 하강하고, 알루미늄 판재(40)를 잡을 수 있도록 상형 금형(10)과 밀착을 유지하면서 하강하는 블랭크 홀더(30)의 움직임에 의해 하형 금형(20)이 알루미늄 판재(40)를 성형하게 된다.

도 12(a)는 제1 (-) 전극을 통해 1차 전류를 인가하는 단계이고, 도 12(b)는 제2 (-) 전극을 통해 2차 전류를 인가하는 단계가 되며, 도 12(c)에서 포밍이 완료되면 도 12(d)와 같이 금형을 원위치하여 알루미늄 판재를 취출한 후, 일반적인 프레스 공정과 동일한 트리밍(trimming), 피어싱(piercing), 플랜징(flanging) 등의 공정을 거쳐 완제품을 제작한다.

1차 전류의 인가는 알루미늄 판재(40)가 포밍이 완료된 완제품을 기준으로 26~40% 수준까지 성형이 완료된 시점에 도 13에서 절곡면의 진한 표시부분 성형 시 변형이 가장 많이 발생한 절곡면 중 상단부에 (+)전극(61)과 제1 (-)전극(62-1)에 120~140A/㎟의 전류를 0.5~0.9s 동안 인가하여 알루미늄 판재의 신율을 성형 전의 원소재 수준으로 회복시킨다.

포밍이 완료되는 완제품을 기준은 도 13에서 완제품의 성형 깊이가 프레스 스트로크 기준 300mm, 시간으로는 7.5s가 되는 시점이며, 순수하게 제품을 성형하는 기준으로는 스트로크 기준 150mm, 시간으로는 6s가 된다.

그리고, 26~40% 수준까지 성형이 완료된 시점은 8SPM 프레스 기준으로 상형 금형이 하강을 시작하는 시점에서 2~3s가 지난 지점이 된다.

여기서 전류 인가에 있어서 알루미늄 판재의 전기전도도가 철로 구성된 상형 금형 및 하형 금형에 비해 매우 높기 때문에 일부 손실은 발생하지만 대부분의 전류는 알루미늄 판재로 흐르게 되며, 금형으로 일부 손실된 전류는 앞서 살펴본 절연체(64)로 인해 프레스 장비로 흐르는 것이 방지된다.

또한, 두 (+)전극(61) 간의 거리는 (+)전극(61)과 (-)전극(62)과의 거리에 비해 많이 멀기 때문에 제품의 상면에는 전류가 흐르지 않게 된다.

순차적으로, 2차 전류의 인가는 알루미늄 판재(40)가 포밍이 완료된 완제품을 기준으로 66~83% 수준까지 성형이 완료된 시점에 도 13에서 절곡면의 진한 표시부분 성형 시 변형이 가장 많이 발생한 절곡면 중 중간 영역에 (+)전극(61)과 제2 (-)전극(62-2)에 120~130A/㎟의 전류를 0.5~0.9s 동안 인가하여 알루미늄 판재의 신율을 성형 전의 원소재 수준으로 회복시킨다.

66~83% 수준까지 성형이 완료된 시점은 8SPM 프레스 기준으로 상형 금형이 하강을 시작하는 시점에서 4~5s가 지난 지점이 된다.

이때는 1차 전류 인가시보다 변형이 많이 발생하는 부분이 증가하기 때문에 알루미늄 판재(40)의 절곡면 전체에 전류를 인가하며, 이 시점에 제1 (-)전극(62-1)에는 전류를 인가하지 않아 전류의 흐름을 원활하게 한다.

정리하면, 도 13에 도시된 바와 같이, 대부분의 기계식 프레스에서 8SPM 기준으로 순수하게 제품을 성형하는데 걸리는 시간은 6s 내외이기 때문에 알루미늄에 2회에 걸쳐서 전류를 가하여 신율을 회복하기 위해서는 '어느 정도 성형이 된 제품에 전류를 가해야 한다, 전류를 가하는 시간은 1s 이내이다'라는 점을 고려할 때, 1차 전류 인가는 2~3s, 2차 전류 인가는 1차 전류가 인가된 후 어느 정도 성형이 이루어진 4~5s에 실시하여야 한다.

또한, 전극의 배치는 도 11과 같이 성형이 이루어지는 과정에서 성형이 많이 되는 부위에 위치하고, 전류를 인가하는 시점에 변형되는 소재의 위치와 일치하게 위치해야 하기 때문에 제1 (-)전극(62-1)은 완성된 제품의 절곡면의 길이(x)를 기준으로 0.26x~0.4x인 것이 바람직하고, 제2 (-)전극(62-2)은 0.66x~0.83x 지점에 위치되는 것이 바람직하다.

그리고, 동일 강도의 강판(신율 63.6%)을 대체할 수 있어야 하므로, 5천계 알루미늄 판재에 전류 인가시 63.6% 이상의 신율을 회복할 수 있기 위해서는 120~140A/㎟, 0.5~0.9s로 통전하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 상형 금형
20 : 하형 금형
30 : 블랭크 홀더
40 : 알루미늄 판재
50 : 전력 변환기
60 : 펄스 변환기
61 : (+) 전극
62 : (-) 전극
62-1 : 제1 (-)전극 62-2 : 제2 (-)전극
64 : 절연체

Claims

포밍(forming)하고자 하는 제품 형상의 상면 형상에 대응되는 하면 형상을 가지고, 프레스에 의해 하강하여 알루미늄 판재를 가압하는 상형 금형;
상기 제품 형상의 하면 형상에 대응되는 상면을 가지는 하형 금형; 및
상기 하형 금형 내에 삽입되고 상기 하형 금형의 상면으로 노출되어, 상기 제품 형상의 절곡면에 전류를 인가하는 전극부를 포함하고,
상기 전극부는 (+)전극과 (-)전극을 포함하고, 상기 (-)전극은 제1(-)전극과 제2(-)전극으로 구분되어 상기 제1 (-)전극과 제2(-)전극은 하나의 (+)전극과 각각 전기적으로 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 하며,
하나의 상기 (+)전극과 상기 제1(-)전극을 통해 1차 전류가 인가되며, 하나의 상기 (+)전극과 상기 제2(-)전극을 통해 2차 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 (-)전극은 상기 제품 형상의 절곡면에 대응되는 상기 하형 금형의 상면으로 노출되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 (+)전극과 상기 (-)전극은 절연체에 의해 둘러싸여 상기 하형 금형 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 (+)전극이 복수로 마련되는 경우, 복수의 (+)전극 간의 거리는 각 (+)전극과 각 (+)전극에 대응되게 배치되는 (-)전극 간의 거리보다 먼 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.26x~0.4x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.66x~0.83x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 장치.
삭제
포밍(forming)하고자 하는 제품 형상의 하면 형상에 대응되는 상면을 가지는 하형 금형 상에 알루미늄 판재가 안착되는 단계;
상기 제품 형상의 상면 형상에 대응되는 하면을 가지는 상형 금형이 하강하여 상기 하형 금형 상에 안착된 알루미늄 판재를 가압하는 단계;
상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계 중에, 상기 하형 금형 내에 삽입되고 상기 제품 형상의 절곡면에 대응되는 상기 하형 금형의 상면으로 노출되는 전극을 통해 1차 전류를 인가하는 단계; 및
상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계 중 상기 1차 전류 인가 이후에, 상기 전극을 통해 2차 전류를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 전극은 (+)전극과 (-)전극을 포함하고, 상기 (-)전극은 제1 (-)전극과 제2 (-)전극으로 구분되어 상기 (+)전극에 대응되어,
상기 1차 전류를 인가하는 단계는 상기 (+)전극과 상기 제1 (-)전극이 전기적으로 연결되어 인가되고,
상기 2차 전류를 인가하는 단계는 상기 (+)전극과 상기 제2 (-)전극이 전기적으로 연결되어 인가되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 1차 전류를 인가하는 단계는 상기 제품 성형의 완료를 기준으로 상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계가 26~40% 진행된 상태에서 인가하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 1차 전류를 인가하는 단계는 상기 상형 금형이 하강하고 2~3sec 지난 후에 인가하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
상기 1차 전류를 인가하는 단계는 120~140A/㎟의 전류를 0.5~0.9s 동안 인가하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 2차 전류를 인가하는 단계는 상기 제품 성형의 완료를 기준으로 상기 알루미늄 판재를 가압하는 단계가 66~83% 진행된 상태에서 인가하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 2차 전류를 인가하는 단계는 상기 상형 금형이 하강하고 4~5sec 지난 후에 인가하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 2차 전류를 인가하는 단계는 120~140A/㎟의 전류를 0.5~0.9s 동안 인가하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제1 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.26x~0.4x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 제2 (-)전극은 상기 절곡면 길이가 x일 때, 상기 절곡면의 상단으로부터 0.66x~0.83x 지점에 대응되는 하형 금형 상면에 노출되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 판재 성형 방법.