KR102587966B1 - 점진 성형 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 판재를 두께 방향으로 점진적으로 국부 성형하여 금형 없이 금속 판재를 소정의 형상으로 성형할 수 있는 점진 성형 장치에 관한 것으로서, 금속 판재의 길이 방향의 양단을 파지하는 한 쌍의 제 1 파지부와, 상기 한 쌍의 제 1 파지부에 수직한 방향으로 형성되어 상기 금속 판재의 폭 방향의 양단을 파지하는 한 쌍의 제 2 파지부와, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 점진적으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치되는 성형부 및 상기 성형부가 상기 금속 판재를 점진 성형 시, 상기 금속 판재에 인장력을 가할 수 있도록, 상기 한 쌍의 제 1 파지부 및 상기 한 쌍의 제 2 파지부 중 적어도 어느 하나의 파지부를 서로 멀어지는 방향으로 이동시키는 인장력 발생부를 포함할 수 있다.

Description

점진 성형 장치{Incremental forming apparatus}
본 발명은 점진 성형 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 판재를 두께 방향으로 점진적으로 국부 성형하여 금형 없이 금속 판재를 소정의 형상으로 성형할 수 있는 점진 성형 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 금속 판재의 성형은 암수 한 쌍으로 된 금형 사이에 금속 판재를 삽입한 후 금형으로 가압하여 성형하는 매칭 다이 성형법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 상기 매칭 다이 성형법은, 금형의 제조와 수정이 어려울 뿐 아니라 제품에 맞게 금형을 수시로 바꾸어야 하고, 반복 사용 시 금형의 마모로 인해 정밀도가 점차 떨어지며, 특히 대형 금형의 경우에는 금형 제작에 막대한 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있었다. 이에 따라, 종래의 금형을 이용한 금속 가공산업을 대체할 수 있는 경제적이고 유연한 제조기술이 지속적으로 개발되고 있다.
예컨대, 다양한 형상의 제품 성형에 민첩하게 대응할 수 있는 스케일러블(Scalable) 시스템을 들 수 있는 바, 이와 같은 스케일러블 시스템을 기반으로 한 성형기술에는 대표적으로 점진 성형 기술(Incremental forming)이 있다.
점진 성형 장치는, 일반적으로, 겐트리(Gantry) 구조를 바탕으로 상부에 위치한 하중 부가부(성형툴)와, 하중 부가부와 대향되게 하부에 위치한 하중 지지부(가변 지지툴)의 수직 구조로 구성되며, 3차원 형상의 점진 성형을 위한 하중 부가부와 하중 지지부는 CNC(Computerized numerical control)를 통한 위치제어를 바탕으로 3차원 자유형상에 대한 점진 성형 경로를 추적하여 금속 판재를 국부적으로 성형함으로써, 원하는 형상의 최종 제품을 성형할 수 있다.
이러한, 점진 성형 장치는, 금속 판재의 국부 점진 성형을 바탕으로 종래의 프레스 공정에서의 소재 성형 한계를 확장 가능하며, 상부의 하중 부가부의 위치를 추적하여 성형 하중을 지지 가능한 하부의 하중 지지부를 적용 시 다품종 성형 공정의 무금형화를 달성할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 점진 성형 장치는, 3차원 자유형상의 성형을 위해 성형부의 하중 부가부가 성형경로를 추적하여 금속 판재의 두께 방향으로 점진적으로 국부 성형이 진행되어, 금속 판재의 면외 방향으로 굽힘이 발생함에 따라, 성형품 최외곽부 형상 치수 정밀도 확보에 부정적인 영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 점진 성형 시, 금속 판재 내 면내 방향으로 가변 이축 인장력을 부가하여 성형품 면내 최외곽부의 면외 굽힘량을 보상할 수 있는 점진 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 점진 성형 장치가 제공된다. 상기 점진 성형 장치는, 금속 판재의 길이 방향의 양단을 파지하는 한 쌍의 제 1 파지부; 상기 한 쌍의 제 1 파지부에 수직한 방향으로 형성되어 상기 금속 판재의 폭 방향의 양단을 파지하는 한 쌍의 제 2 파지부; 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 점진적으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치되는 성형부; 및 상기 성형부가 상기 금속 판재를 점진 성형 시, 상기 금속 판재에 인장력을 가할 수 있도록, 상기 한 쌍의 제 1 파지부 및 상기 한 쌍의 제 2 파지부 중 적어도 어느 하나의 파지부를 서로 멀어지는 방향으로 이동시키는 인장력 발생부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 제 1 파지부는, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 일단을 파지하는 제 1-1 파지부; 및 상기 금속 판재를 기준으로 상기 제 1-1 파지부와 대향되게 형성되어, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타단을 파지하는 제 1-2 파지부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 제 2 파지부는, 상기 금속 판재의 상기 폭 방향의 일단을 파지하는 제 2-1 파지부; 및 상기 금속 판재를 기준으로 상기 제 2-1 파지부와 대향되게 형성되어, 상기 금속 판재의 상기 폭 방향의 타단을 파지하는 제 2-2 파지부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 인장력 발생부는, 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부에 서로 멀어지는 방향으로 탄성력이 가해질 수 있도록, 상기 제 1-1 파지부, 상기 제 1-2 파지부, 상기 제 2-1 파지부 및 상기 제 2-2 파지부의 일측에 설치되는 탄성 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 인장력 발생부는, 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부가 서로 멀어지는 방향 또는 서로 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록, 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부에 구동력을 인가하는 제 1 구동부; 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부가 서로 멀어지는 방향 또는 서로 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록, 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부에 구동력을 인가하는 제 2 구동부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량을 제어할 수 있도록, 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부에 제어신호를 인가하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형부는, 봉 형상으로 형성되고, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록, 상기 금속 판재의 일면과 마주보는 방향에 설치되어, 상기 금속 판재의 일면의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하는 하중 부가부; 및 봉 형상으로 형성되고, 상기 하중 부가부의 이동과 연동되어, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록, 상기 금속 판재의 타면과 마주보는 방향에 상기 하중 부가부와 대향되게 설치되어, 상기 하중 부가부가 상기 금속 판재의 일면을 상기 두께 방향으로 가압하는 부분에서 상기 금속 판재의 타면을 지지하는 하중 지지부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 금속 판재를 점진 성형 시, 상기 하중 부가부가 상기 금속 판재를 가압하는 가압량을 기초로 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량을 실시간 가변 제어하여 상기 금속 판재에 가해지는 인장력을 조절할 수 있도록, 상기 하중 부가부의 상기 가압량에 따라 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 피드백 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하중 지지부의 인근에 상기 금속 판재와 소정 거리 이격되게 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 하중 부가부에 의해 가압된 부분의 처짐량을 측정하는 거리 센서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 거리 센서로부터 상기 금속 판재의 가압된 부분의 상기 처짐량을 인가 받고, 상기 처짐량을 기초로 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량을 실시간 가변 제어하여 상기 금속 판재에 가해지는 인장력을 조절할 수 있도록, 상기 거리 센서로부터 인가되는 상기 처짐량에 따라 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 피드백 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 판재의 점진 성형 시, 이축 가변 스트레칭 공정 융합을 통해 금속 판재의 성형부 및 최외곽 굽힘부에 인장-굽힘의 응력 상태를 유도하여 금속 판재의 두께 방향의 응력 편차 감소에 따른 탄성 복원량 저감을 유도할 수 있다.
이에 따라, 금속 판재의 점진 성형 후, 스프링백(탄성 복원)에 따른 형상 치수 정밀도 저하를 억제함으로써, 성형품의 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 점진 성형 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 상형 장치의 상면을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 점진 성형 장치의 정면을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치의 상면을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 점진 성형 장치의 정면을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 5는 도 3의 점진 성형 장치가 금속 판재를 점진 성형하는 과정의 정면을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치가 금속 판재를 점진 성형하는 부분을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
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 점진 상형 장치(100)의 상면을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 점진 성형 장치(100)의 정면을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치(100)는, 크게, 한 쌍의 제 1 파지부(10)와, 한 쌍의 제 2 파지부(20)와, 성형부(30) 및 인장력 발생부(40)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제 1 파지부(10)는, 금속 판재(1)의 길이 방향의 양단을 파지할 수 있다. 또한, 한 쌍의 제 2 파지부(20)는, 한 쌍의 제 1 파지부(10)에 수직한 방향으로 형성되어 금속 판재(1)의 폭 방향의 양단을 파지할 수 있다.
더욱 구체적으로, 한 쌍의 제 1 파지부(10)는, 금속 판재(1)의 상기 길이 방향의 일단을 파지하는 제 1-1 파지부(11) 및 금속 판재(1)를 기준으로 상기 길이 방향으로 제 1-1 파지부(11)와 좌우로 대향되게 형성되어, 금속 판재(1)의 상기 길이 방향의 타단을 파지하는 제 1-2 파지부(12)를 포함하고, 한 쌍의 제 2 파지부(20)는, 금속 판재(1)의 상기 폭 방향의 일단을 파지하는 제 2-1 파지부(21) 및 금속 판재(1)를 기준으로 상기 폭 방향으로 제 2-1 파지부(21)와 전후로 대향되게 형성되어, 금속 판재(1)의 상기 폭 방향의 타단을 파지하는 제 2-2 파지부(22)를 포함할 수 있다.
이러한, 한 쌍의 제 1 파지부(10) 및 한 쌍의 제 2 파지부(20)는, 일종의 클램프(Clamp)로서, 금속 판재(1)를 파지하여 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 블록 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 한 쌍의 제 1 파지부(10) 및 한 쌍의 제 2 파지부(20)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘 및 아연 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 블록 구조체일 수 있다. 그러나, 한 쌍의 제 1 파지부(10) 및 한 쌍의 제 2 파지부(20)는, 도 1 및 도 2에 반드시 국한되지 않고, 금속 판재(1)를 파지하여 지지할 수 있는 매우 다양한 재질의 부재들이 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 성형부(30)는, 금속 판재(1)의 적어도 일부분을 점진적으로 가압하여 금속 판재(1)를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 금속 판재(1)의 상기 길이 방향, 상기 폭 방향 및 두께 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 성형부(30)는, 봉 형상으로 형성되고, 금속 판재(1)의 상기 길이 방향, 상기 폭 방향 및 상기 두께 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록, 금속 판재(1)의 상면과 마주보는 방향에 설치되어, 금속 판재(1)의 상면의 적어도 일부분을 금속 판재(1)의 상기 두께 방향으로 가압하는 하중 부가부(31) 및 봉 형상으로 형성되고, 하중 부가부(31)의 이동과 연동되어, 금속 판재(1)의 상기 길이 방향, 상기 폭 방향 및 상기 두께 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록, 금속 판재(1)의 하면과 마주보는 방향에 하중 부가부(31)와 대향되게 설치되어, 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)의 상면을 상기 두께 방향으로 가압하는 부분에서 금속 판재(1)의 하면을 지지하는 하중 지지부(32)를 포함할 수 있다.
이러한, 하중 부가부(31) 및 하중 지지부(32)는, 스타일러스 펜과 같은 형태의 성형툴 및 가변 지지툴로 형성되어 상하로 대향되게 형성되고, 금속 판재(1)의 상기 길이 방향, 상기 폭 방향 및 상기 두께 방향과 같이 3차원으로 이동되어, 금속 판재(1)를 3차원의 소정의 형상으로 점진적으로 성형할 수 있도록, 다관절을 가지는 겐트리 구조의 로봇팔(미도시)에 각각 장착될 수 있다.
예컨대, 로봇팔(미도시)에 장착된 하중 부가부(31)는, CNC를 통한 위치제어를 바탕으로 3차원 자유 형상에 대한 점진 성형 경로를 추적하여 금속 판재(1)를 국부적으로 점진 성형함으로써, 금속 판재(1)를 원하는 소정의 형상으로 성형할 수 있다. 이때, 다른 로봇팔(미도시)에 장착된 하중 지지부(32)는, 하중 부가부(31)의 위치를 추적하여 하중 부가부(31)의 이동과 연동되어 이동함으로써, 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)를 점진 성형 시, 금속 판재(1)의 성형 부분에서 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)에 가하는 성형 가중을 지지할 수 있다.
또한, 하중 부가부(31)의 단부 및 하중 지지부(32)의 단부에는 볼 베어링이 형성되어, 하중 부가부(31) 및 하중 지지부(32)가 금속 판재(1)를 가압 및 지지한 상태에서 용이하게 이동이 가능하도록 유도할 수 있다.
더불어, 본 실시예에서는, 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)의 상방에 설치되어 금속 판재(1)의 상면의 적어도 일부분을 가압하고, 하중 지지부(32)가 금속 판재(1)의 하방에 설치되어 금속 판재(1)의 하중 부가부(31)에 의해 가압되고 있는 부분의 하면을 지지하는 것을 예로 들었지만, 반드시 도 1 및 도 2에 국한되지 않고, 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)의 하방에 설치되고, 하중 지지부(32)가 금속 판재(1)의 상방에 설치될 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인장력 발생부(40)는, 성형부(30)가 금속 판재(1)를 점진 성형 시, 금속 판재(1)에 인장력을 가할 수 있도록, 한 쌍의 제 1 파지부(10) 및 한 쌍의 제 2 파지부(20) 중 적어도 어느 하나의 파지부를 서로 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
예컨대, 인장력 발생부(40)는, 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22)에 서로 멀어지는 방향으로 탄성력이 가해질 수 있도록, 제 1-1 파지부(11)와, 제 1-2 파지부(12), 제 2-1 파지부(21) 및 제 2-2 파지부(22)의 일측에 설치되는 탄성 부재(S)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 탄성 부재(S)는, 제 1-1 파지부(11)의 일측, 제 1-2 파지부(12)의 일측, 제 2-1 파지부(21)의 일측 및 제 2-2 파지부(22)의 일측에 각각 설치되어, 금속 판재(S)의 상기 길이 방향의 양단을 파지하는 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 및 금속 판재(S)의 상기 폭 방향의 양단을 파지하는 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22)를 서로 멀어지는 방향으로 잡아당기는 코일 스프링일 수 있다.
이와 같은, 탄성 부재(S)를 사용한 인장력 발생부(40)에 의해, 성형부(30)가 금속 판재(1)의 상기 두께 방향으로 금속 판재(1)를 점진 성형 시, 금속 판재(1)에 점진 성형 방향과 수직한 금속 판재(1)의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향, 2축으로 인장력을 가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치(100)에 따르면, 금속 판재(1)의 점진 성형 시, 이축 가변 스트레칭 공정 융합을 통해 금속 판재(1)의 성형부 및 최외곽 굽힘부에 인장-굽힘의 응력 상태를 유도하여 금속 판재(1)의 상기 두께 방향의 응력 편차 감소에 따른 탄성 복원량 저감을 효과적으로 유도할 수 있다.
이에 따라, 금속 판재(1)의 점진 성형 후, 스프링백(탄성 복원)에 따른 형상 치수 정밀도 저하를 억제함으로써, 최종 성형품의 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(200)의 상면을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 점진 성형 장치(200)의 정면을 개략적으로 나타내는 정면도이며, 도 5는 도 3의 점진 성형 장치(200)가 금속 판재(1)를 점진 성형하는 과정의 정면을 개략적으로 나타내는 정면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(300)가 금속 판재(1)를 점진 성형하는 부분을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(200)의 인장력 발생부(40)는, 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12)가 서로 멀어지는 방향 또는 서로 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록, 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12)에 구동력을 인가하는 제 1 구동부(41) 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22)가 서로 멀어지는 방향 또는 서로 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록, 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22)에 구동력을 인가하는 제 2 구동부(42)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 구동부(41) 및 제 2 구동부(42)는, 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22)를 각각 선형으로 슬라이딩 이동시킬 수 있는 전동 실린더나, 유압 실린더나, 공압 실린더 등 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22)를 선형으로 슬라이딩 이동시킬 수 있는 모든 종류의 구동 장치가 적용될 수 있다.
또한, 점진 성형 장치(200)는, 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 간의 슬라이딩 이동량 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22) 간의 슬라이딩 이동량을 제어할 수 있도록, 제 1 구동부(41) 및 제 2 구동부(42)에 제어신호를 인가하는 제어부(50)를 포함할 수 있다.
이러한, 제어부(50)는, 성형부(30)가 금속 판재(1)를 점진 성형 시, 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)를 가압하는 가압량을 기초로 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 간의 슬라이딩 이동량 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22) 간의 슬라이딩 이동량을 실시간 가변 제어하여 금속 판재(1)에 가해지는 인장력을 조절할 수 있도록, 하중 부가부(31)의 상기 가압량에 따라 제 1 구동부(41) 및 제 2 구동부(42)를 피드백 제어할 수 있다.
여기서, 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)를 가압하는 상기 가압량은, 성형부(30)의 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)를 가압하기 위해 하강하는 거리를 기초로 산출하거나, 하중 부가부(31)에 로드셀을 설치하여 상기 로드셀로부터 인가되는 하중값을 기초로 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 성형부(30)가 금속 판재(1)의 상기 두께 방향으로 금속 판재(1)를 점진 성형 시, 성형부(30)의 하중 부가부(31)가 금속 판재(1)를 가압하는 상기 가압량을 고려하여, 금속 판재(1)에 점진 성형 방향과 수직한 금속 판재(1)의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향, 2축으로 인장력을 적절히 가할 수 있다.
그러므로, 금속 판재(1)의 점진 성형 시, 점진 가공량을 고려하여 적절한 힘으로 금속 판재(1)에 2축으로 인장력을 가해, 금속 판재(1)의 성형부 및 최외곽 굽힘부에 인장-굽힘의 응력 상태를 최적으로 유도하여 금속 판재(1)의 상기 두께 방향의 응력 편차 감소에 따른 탄성 복원량 저감을 유도할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(1)의 점진 성형 후, 스프링백(탄성 복원)에 따른 형상 치수 정밀도 저하를 억제함으로써, 성형품의 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
이외에도, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(300)는, 하중 지지부(32)의 인근에 금속 판재(1)와 소정 거리(D) 이격되게 설치되어, 금속 판재(1)의 하중 부가부(31)에 의해 가압된 부분의 처짐량을 측정하는 거리 센서(60)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부(50)는, 거리 센서(60)로부터 금속 판재(1)의 가압된 부분의 상기 처짐량을 인가 받고, 상기 처짐량을 기초로 제 1-1 파지부(11)와 제 1-2 파지부(12) 간의 슬라이딩 이동량 및 제 2-1 파지부(21)와 제 2-2 파지부(22) 간의 슬라이딩 이동량을 실시간 가변 제어하여 금속 판재(1)에 가해지는 인장력을 조절할 수 있도록, 거리 센서(60)로부터 인가되는 상기 처짐량에 따라 제 1 구동부(41) 및 제 2 구동부(42)를 피드백 제어할 수 있다.
여기서 사용되는 거리 센서(60)는, 설치된 위치로부터 금속 판재(1)까지 레이저(L)를 조사하여 거리를 측정할 수 있는 적외선 거리 센서나, 초음파를 발산하여 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리 센서 등 다양한 종류의 센서들 적용될 수 있다. 또한, 거리 센서(60)는, 금속 판재(1)의 하중 부가부(31)에 의해 가압된 부분의 상기 처짐량을 측정할 수 있도록, 하중 지지부(32)와 함께 금속 판재(1)의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향으로는 이동할 수 있으나, 정확한 거리 측정을 위해 금속 판재(1)와 상기 두께 방향으로 이격되는 소정 거리(D)는, 성형 전 금속 판재(1)의 위치를 기준으로 고정되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 거리 센서(60)는, 하중 지지부(32)의 주위를 따라 복수개가 설치되어, 금속 판재(1)의 하중 부가부(31)에 의해 가압된 부분의 상기 처짐량을 3각 측량하여, 금속 판재(1)의 상기 처짐량을 더욱 정밀하게 측정할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(300)는, 성형부(30)가 금속 판재(1)의 상기 두께 방향으로 금속 판재(1)를 점진 성형 시, 금속 판재(1)의 하중 부가부(31)에 의해 가압된 부분의 상기 처짐량을 고려하여, 금속 판재(1)에 점진 성형 방향과 수직한 금속 판재(1)의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향, 2축으로 인장력을 적절히 가할 수 있다.
그러므로, 금속 판재(1)의 점진 성형 시, 금속 판재(1)의 상기 처짐량을 고려하여 적절한 힘으로 금속 판재(1)에 2축으로 인장력을 가해, 금속 판재(1)의 성형부 및 최외곽 굽힘부에 인장-굽힘의 응력 상태를 최적으로 유도하여 금속 판재(1)의 상기 두께 방향의 응력 편차 감소에 따른 탄성 복원량 저감을 유도할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(1)의 점진 성형 후, 스프링백(탄성 복원)에 따른 형상 치수 정밀도 저하를 억제함으로써, 성형품의 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시키는 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.
1: 금속 판재
10: 한 쌍의 제 1 파지부
11: 제 1-1 파지부
12: 제 1-2 파지부
20: 한 쌍의 제 2 파지부
21: 제 2-1 파지부
22: 제 2-2 파지부
30: 성형부
40: 인장력 발생부
41: 제 1 구동부
42: 제 2 구동부
50: 제어부
60: 거리 센서
100, 200, 300: 점진 성형 장치
S: 탄성 부재

Claims (9)

  1. 금속 판재의 길이 방향의 양단을 파지하는 한 쌍의 제 1 파지부;
    상기 한 쌍의 제 1 파지부에 수직한 방향으로 형성되어 상기 금속 판재의 폭 방향의 양단을 파지하는 한 쌍의 제 2 파지부;
    상기 금속 판재의 적어도 일부분을 점진적으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치되는 성형부; 및
    상기 성형부가 상기 금속 판재를 점진 성형 시, 상기 금속 판재에 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향을 포함하는 2축으로 인장력을 가할 수 있도록, 상기 한 쌍의 제 1 파지부 및 상기 한 쌍의 제 2 파지부를 서로 멀어지는 방향으로 이동시키는 인장력 발생부;를 포함하고,
    상기 한 쌍의 제 1 파지부는,
    상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 일단을 파지하는 제 1-1 파지부; 및
    상기 금속 판재를 기준으로 상기 제 1-1 파지부와 대향되게 형성되어, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향의 타단을 파지하는 제 1-2 파지부;를 포함하고,
    상기 한 쌍의 제 2 파지부는,
    상기 금속 판재의 상기 폭 방향의 일단을 파지하는 제 2-1 파지부; 및
    상기 금속 판재를 기준으로 상기 제 2-1 파지부와 대향되게 형성되어, 상기 금속 판재의 상기 폭 방향의 타단을 파지하는 제 2-2 파지부;를 포함하고,
    상기 성형부는,
    봉 형상으로 형성되고, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록, 상기 금속 판재의 일면과 마주보는 방향에 설치되어, 상기 금속 판재의 일면의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하는 하중 부가부; 및
    봉 형상으로 형성되고, 상기 하중 부가부의 위치를 추적하여 상기 하중 부가부의 이동과 연동되어, 상기 금속 판재의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록, 상기 금속 판재의 타면과 마주보는 방향에 상기 하중 부가부와 대향되게 설치되어, 상기 하중 부가부가 상기 금속 판재의 일면을 상기 두께 방향으로 가압하는 부분에서 상기 금속 판재의 타면을 지지하는 하중 지지부;
    를 포함하는, 점진 성형 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인장력 발생부는,
    상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부에 서로 멀어지는 방향으로 탄성력이 가해질 수 있도록, 상기 제 1-1 파지부, 상기 제 1-2 파지부, 상기 제 2-1 파지부 및 상기 제 2-2 파지부의 일측에 설치되는 탄성 부재;
    를 포함하는, 점진 성형 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인장력 발생부는,
    상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부가 서로 멀어지는 방향 또는 서로 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록, 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부에 구동력을 인가하는 제 1 구동부; 및
    상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부가 서로 멀어지는 방향 또는 서로 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록, 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부에 구동력을 인가하는 제 2 구동부;
    를 포함하는, 점진 성형 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량을 제어할 수 있도록, 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부에 제어신호를 인가하는 제어부;
    를 더 포함하는, 점진 성형 장치.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 금속 판재를 점진 성형 시, 상기 하중 부가부가 상기 금속 판재를 가압하는 가압량을 기초로 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량을 실시간 가변 제어하여 상기 금속 판재에 가해지는 인장력을 조절할 수 있도록, 상기 하중 부가부의 상기 가압량에 따라 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 피드백 제어하는, 점진 성형 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 하중 지지부의 인근에 상기 금속 판재와 소정 거리 이격되게 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 하중 부가부에 의해 가압된 부분의 처짐량을 측정하는 거리 센서;
    를 더 포함하는, 점진 성형 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 거리 센서로부터 상기 금속 판재의 가압된 부분의 상기 처짐량을 인가 받고, 상기 처짐량을 기초로 상기 제 1-1 파지부와 상기 제 1-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량 및 상기 제 2-1 파지부와 상기 제 2-2 파지부 간의 슬라이딩 이동량을 실시간 가변 제어하여 상기 금속 판재에 가해지는 인장력을 조절할 수 있도록, 상기 거리 센서로부터 인가되는 상기 처짐량에 따라 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 피드백 제어하는, 점진 성형 장치.
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