KR102591251B1 - 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법 - Google Patents
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Abstract
파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법은 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인 블랭킹 공법으로서, 코일에 의해 연속으로 공급되는 판재가 이송되되, 하부에 위치한 다이가 상승하고 상부에 위치한 펀치에 의해 상기 판재가 원형으로 절단되어 투입되는 재료 투입공정; 투입되는 판재를 가압하여 하부로 반구형인 돌출돌기를 성형하는 복수의 드로잉공정; 상기 하부로 반구형인 돌출돌기의 하측면에 구멍을 뚫어 중공홀이 형성된 피어싱 성형품을 성형하는 피어싱공정; 상기 피어싱 성형품을 상하 양측으로 가압하여 양면이 돌출되는 성형품을 성형하는 양면 돌출공정; 및 상기 양면이 돌출되는 성형품에서 외주면에 기어 치형이 형성되는 치형 형성공정을 포함한다.
Description
본 발명은 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인블랭킹 공법으로 내측과 외측이 동일한 지름을 가지고 상하 양측으로 돌출된 양방향 돌출 중공축 제조방법에 관한 것이다.
일반 프레스로 제조되는 소성가공과 파인 블랭킹 공법을 비교하면, 도 1의 일반 프레스 작업에서 나타나와 있는 바와 같이 기본적인 가압 방향이 펀치가 가공물을 상부에서 하부로 작동하게 되므로 위에서 내려오는 하강 압력 펀치의 힘만으로 작업되므로 품질이 뛰어지나지 못하고, 다이와 펀치 사이에 적절한 틈새의 여유 공간이 필요하다는 문제점이 있다.
즉, 일반 프레스 작업에서는 대부분 재료 두께 1/3만 직접적으로 절단되는 전단면이 형성되고 나머지 2/3는 취성에 의한 파단면으로 잘린다기보다 압력에 의해 끊어지는 현상이 생기므로, 제품의 절단면이 깨끗하지 못하고 전단 표면이 거칠며 이러한 문제로 절단면에 대한 후속 공정과 추가적인 가공 작업이 필요하게 된다.
그래서 일반 프레스로 제조되는 소성가공으로는 복합 성형 및 연속 공정이 힘들고 개별 공정별 각각의 금형이 필요하고 기준점을 설정하는 다이가 항상 필요하게 되므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 일반 프레스로 작업이 이루어지는 소성가공에 있어서 단조를 사용할 때에는, 갈수록 형상이 복잡해지는 제품에 요구되는 정밀도를 충족시키기 어렵고 다수의 공정이 이루어지게 되므로 많은 인력과 시간이 소요되어 제조원가를 상승시켰다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서 상부, 하부, 측방의 압력이 전해지는 정수압 효과를 바탕으로, 금속에 압력을 가하여 소성 변형의 유동성을 이용하여 정밀하게 블랭킹하는 파인 파인 블랭킹에 대한 개발의 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인블랭킹 공법으로 연속되는 평판 소재를 이용한 내측과 외측이 동일한 지름을 가지고 상하 양측으로 돌출된 양방향 돌출 중공축을 제조하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인 블랭킹 공법으로서, 코일에 의해 연속으로 공급되는 판재가 이송되되, 하부에 위치한 다이가 상승하고 상부에 위치한 펀치에 의해 상기 판재의 양 끝단부에 연결부를 갖는 반원형으로 절단되어 투입되는 재료 투입공정; 투입되는 판재를 가압하여 하부로 반구형인 돌출돌기를 성형하는 복수의 드로잉공정; 상기 하부로 반구형인 돌출돌기의 하측면에 구멍을 뚫어 중공홀이 형성된 피어싱 성형품을 성형하는 피어싱공정; 상기 피어싱 성형품을 상하 양측으로 가압하여 양면이 돌출되는 성형품을 성형하는 양면 돌출공정; 및 상기 양면이 돌출되는 성형품에서 외주면에 기어 치형이 형성되는 치형 형성공정을 포함하는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 재료 투입공정은, 투입되는 판재 주의를 블랭킹하여 양 끝단을 연결시켜, 복수의 드로잉 공정에서 투입되는 판재의 유동성을 확보시키는 노칭부를 포함하는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법.
상기 복수의 드로잉공정은, 상부 금형에 제1 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제1 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제1 하방돌출돌기를 형성하는 제1 드로잉공정; 상기 제1 드로잉공정 후에 제2 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제2 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제2 하방돌출돌기를 형성하는 제2 드로잉공정; 및 상기 제2 드로잉공정 후에 제3 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제3 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제3 하방돌출돌기를 형성하는 제3 드로잉공정을 포함하며, 각 상부 금형 펀치와 수용되는 하부금형 다이는 외주면에 R 값의 라운드 형상을 가지되, 제1 드로잉공정에서 제3드로잉공정으로 진행될 수록 R 값이 점진적으로 작아질 수 있다.
상기 피어싱공정은, 하부에 위치한 금형 다이를 상부로 가압하여 상부 금형에 형성된 상부 금형 펀치와 하부 금형 다이가 상승하는 상호작용에 의하여 하부로 반구형인 돌출돌기의 중심에 중공홀을 형성시킬 수 있다.
상기 양면 돌출공정은, 피어싱 공정으로 재료의 유동성과 체적을 확보하여 상부 금형은 고정되어 있고 하부 금형이 상승 가압하여 상부 금형 펀치가 피어싱된 형상의 내경을 통하여 하부 금형 다이 내경을 지나 하부 이젝터 내경에 위치하고, 피어싱된 성형품의 하관부에 하부 이젝터의 상측면이 밀착되고 하부 이젝터의 하측면에 가압시 하부 돌출부를 형성하고 상부 방향으로 재료가 유동되어 상부 이젝터가 밀리면서 상부 이젝터가 밀린 만큼 상부 돌출부가 형성되고, 스토퍼에 의해 상부 방향으로의 이동이 정지되어 돌출하고자 하는 높이 보다 더 밀리지 않도록 밀림이 방지될 수 있다.
상기 치형 형성공정은, 양면이 돌출되는 성형품에서 수평으로 형성되는 플랜지부가 절단되되, 내부에는 관통홀이 형성되고 외주면에는 기어의 치형이 형성될 수 있다.
본 발명의 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법에 따르면, 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인블랭킹 공법이므로 연속되는 평판 소재에 대해 순차적인 성형을 통하여 빠르고 연속적으로 양방향 돌출 중공축을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 연속 생산에 의한 공정수의 감소로 원가 절감 효과와 생산 공정 개선으로 치수 정밀도 향상 및 품질의 고도화를 이룰 수 있는 장점이 있다.
또한, 범용 프레스를 이용한 개별 공정이 아니고 소재가 코일에 의해 연속해서 투입되는 연속공정의 파인블랭킹 공법이므로 복합 성형 및 연속 공정으로 운영이 가능하게 되어, 범용 프레스의 공정별 개별 금형 제작의 필요 없이 프로그레시브(progressive) 금형으로 연속 이송이 되는 작업의 구현이 가능하게 되므로 생산된 제품의 단면이 깨끗하고 별도의 추가 가공 공정이 필요 없게 되므로 생산성 향상이 있게 된다.
도 1은 종래 기술인 일반 프레스 작업과 파인 블랭킹 작업을 비교한 설명도이다.
도 2는 종래 범용 프레스로 작업을 하는 경우에 문제에 대한 설명도이다.
도 3은 본원 발명의 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법의 전체적인 공정의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본원 발명의 재료 투입공정에서 부터 피어싱공정까지의 상부 펀치와 하부 다이 동작에 대해서 나타낸 도면이다.
도 5는 재료 투입 공정과 노칭부에 대해서 나타낸 도면이다.
도 6은 복수의 드로잉 공정에 대해서 나타낸 도면이다.
도 7은 양면 돌출 공정에 대해서 나타낸 도면이다.
도 8은 치형 형성 공정에 대해서 나타낸 도면이다.
도 9는 양면 돌출 공정을 좀 더 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10은 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법으로 제조된 축에 대해서 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 범용 프레스로 작업을 하는 경우에 문제에 대한 설명도이다.
도 3은 본원 발명의 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법의 전체적인 공정의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본원 발명의 재료 투입공정에서 부터 피어싱공정까지의 상부 펀치와 하부 다이 동작에 대해서 나타낸 도면이다.
도 5는 재료 투입 공정과 노칭부에 대해서 나타낸 도면이다.
도 6은 복수의 드로잉 공정에 대해서 나타낸 도면이다.
도 7은 양면 돌출 공정에 대해서 나타낸 도면이다.
도 8은 치형 형성 공정에 대해서 나타낸 도면이다.
도 9는 양면 돌출 공정을 좀 더 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10은 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법으로 제조된 축에 대해서 나타낸 도면이다.
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 실시예에 대한 설명에서 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 발명 실시예에 있어서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어져야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 종래 기술인 일반 프레스 작업과 파인 블랭킹 작업을 비교한 설명도이며, 도 2는 종래 범용 프레스로 작업을 하는 경우에 문제에 대한 설명도이고, 도 3은 본원 발명의 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법의 전체적인 공정의 모습을 나타낸 도면이며, 도 4는 본원 발명의 재료 투입공정에서 부터 피어싱공정까지의 상부 펀치와 하부 다이 동작에 대해서 나타낸 도면이고, 도 5는 재료 투입 공정과 노칭부에 대해서 나타낸 도면이며, 도 6은 복수의 드로잉 공정에 대해서 나타낸 도면이고, 도 7은 양면 돌출 공정에 대해서 나타낸 도면이며, 도 8은 치형 형성 공정에 대해서 나타낸 도면이고, 도 9는 양면 돌출 공정을 좀 더 상세하게 나타낸 도면이며, 도 10은 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법으로 제조된 기어축에 대해서 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1의 (a)는 각 작업에 대한 설명이고 도 1의 (b)는 각 작업에 의해서 생성된 단면을 나타낸 것인데 이를 참조하면, 전술한 바와 같이 일반 프레스 가공의 경우에는 상부에서 하부로 가압하는 방식이므로 제품의 절단면이 깨끗하지 못하는 문제점이 있으나, 파인 블랭킹의 경우에는 정수압 효과를 이용하여 하부에서 상부로 가압하는 방식이므로 소성가공에 있어서 소재의 성형과 유동성이 근본적으로 차이가 있다.
즉, 기본적으로 일반 프레스는 상부에서 하부로 가압하는 방식이며, 파인 블랭킹은 하부에서 상승 가압하는 작업방식이므로, 일반 프레스와 파인 블랭킹의 가압 방식은 전혀 다르다. 파인 블랭킹은 가공시 전단면 전구간의 표면이 깨끗하고 절단면이 또한 깨끗하게 되므로, 매끄럽게 잘린 결과물이 생성되어 더 이상 가공이 필요하지 않은 장점이 있다.
또한, 파인 블랭킹 공법에 의하면 정수압에 의한 판재를 잡아주는 클램핑힘(V-RING), 펀치힘, 이젝터힘 세가지 압력으로 작업하기 때문에 작업 결과물의 정밀도와 평탄도, 직각도가 높아 품질 우수하며, 힘이 균형있게 작용하기 때문에 재료의 휨 현상 방지 및 재료의 변형을 방지할 수 있다.
결론적으로 이러한 파인 블랭킹 공법을 이용하면 금속의 가압은 소성 변형의 능력을 증가시키는 것으로 정수압 효과에 기인하며 전단시 3가지 힘을 이용하여 원소재의 유동성을 억제하고, 전단면의 매끄러운 단면과 정밀한 치수가 가능한 공법으로 파단면을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
생산된 외형을 자세히 살펴보지 않고 대략적으로만 살펴본다면 기존의 블랭킹의 전단 공정이 일부 파인 블랭킹과 유사하다고 오해할 수도 있으나, 파인 블랭킹이 깨끗한 전단면을 가짐에 비해 기존의 블랭킹 공정의 경우 거친 단면을 가지고 개별 소재를 투입하게 되므로 시간이 오래 소모되며 연속 생산이 불가능한다는 근원적인 문제점을 가지고 있다.
한편, 도 2를 참조하면 기존의 블랭킹에 의하면 다수의 개별 프레스에서 복수의 드로잉 공정이 개별적으로 이루어지게 되므로, 펀치가 드로잉 다이에 위치하는 경우에 복수의 공정에서 드로잉 성형품을 정렬시키기 위해 기준 치구 가이드가 필요하고, 이러한 기준 치구 가이드가 정확한 위치에 정렬되지 않으면 제품의 품질이 좋지 못하여 불량률이 올라가는 문제점이 있다.
본원 발명은 상기와 같은 일반 범용 프레스로 제조하는 문제점을 개선하였으며, 단발성의 공정이 아닌 재료가 연속적으로 이송되어 순차적으로 성형되는 연속공정에 파인 블랭킹 공법을 적용함으로써 매끄러운 절단면을 얻게 되고 추가적인 공정이 필요 없는 장점이 있다.
따라서, 개별 금형의 제작이 필요 없이 한 금형 내에서 연속 공정으로 제품을 성형함으로써 프로그레시브 금형을 이용하여 연속으로 작업이 가능하므로 생산성과 제품의 품질이 올라가는 장점이 있다.
즉, 본원 발명은 모든 공정이 프로그레시브 한 금형 내에서 연속 공정으로 펀치와 다이가 적용되어 있어 1회의 가압으로 동시에 복수 개의 공정이 실행되나, 일반 범용 프레스의 각 개별 공정당 한벌식의 금형이 필요하므로 공정별 장비가 별도로 필요하고 상하로 지그를 배치하여 작업이 이루어지는 근원적인 차이가 있다.
이하에서 기존의 범용 프레스에 의한 작업에 비하여 장점이 있는 본원 발명의 특징에 대해서 자세하게 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법은 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인 블랭킹 공법이므로 제조방법 전체에서 공통적으로 압력이 하부에서 올라오는 특징이 있는데, 이는 앞서 설명한 것과 같이 일반 프레스 작업과는 근원적인 차이가 있다.
이러한 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법은, 도 3과 도 4에 나와 있듯이 재료 투입공정(S100), 복수의 드로잉 공정(S200), 피어싱 공정(S300), 양면 돌출공정(S400), 치형 형성공정(S500)을 포함한다.
제조공정 처음에는 재료의 투입으로 재료 투입공정(S100)이 하나 만이 이루어지나 연속으로 계속 재료가 투입되고 이송되면서 복수의 드로잉 공정(S200), 피어싱 공정(S300), 양면 돌출공정(S400), 치형 형성공정(S500)이 순차적으로 더하여 이루어져 치형 형성공정(S500) 완료후에는 그때 부터는 각 공정이 동시에 진행되면서 완성품이 계속해서 연속적으로 생산이 된다.
먼저, 재료 투입공정(S100)은 코일에 의해 연속으로 공급되는 판재가 이송되되, 하부에 위치한 다이(12)가 상승하고 상부에 위치한 펀치(10)에 의해 판재의 양 끝단에 연결부를 갖는 반원형으로 절단되어 투입된다.
하부 금형의 가압 방향(13)을 상부 금형으로 상승 가압하여 상부 금형에 위치한 상부 금형 펀치(10)에 하부 다이 압력으로 눌러서 판재를 블랭킹하여 원형으로 홈을 내어 소재를 절단하게 된다.
도 5를 참조하면 이러한 재료 투입공정은, 투입되는 판재(1) 주의를 블랭킹하여 양 끝단을 연결시켜, 복수의 드로잉 공정에서 투입되는 판재(1)의 유동성을 확보시키는 노칭부(15)를 포함하며, 도 5에서는 연속하는 공정 중 일부의 공정만을 도시하였다.
코일에 감겨져 있는 판재(1)가 연속적으로 이송되어 파인 블랭킹 장치에 공급되어 드로잉 공정 전에 예비 공정으로 상부 펀치로 판재의 홈을 파서 원형으로 절단하여, 성형 완료까지 연속 공정으로 이송되기 위해서 예시적으로 2군데 노칭 부위를 형성하여 재료 이탈을 방지한다.
즉, 판재(1)로 성형된 형상은 성형 완료까지 연속 공정으로 이송하기 위해서 재료 투입공정 가압시 하부 펀치(11)에 눌러져 2군데 노칭 부위를 형성하여 재료 이탈을 방지하는 것이다.
다음으로, 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법은, 투입되는 판재를 가압하여 하부로 반구형인 돌출돌기를 성형하는 복수의 드로잉공정(S200)을 포함한다.
평판 소재(1)는 소정의 강성을 가지고 있기 때문에 1회의 드로잉공정만으로는 요구하는 성형구조를 형성하기 어렵다는 단점이 있으므로, 복수의 드로잉공정(S200)이 필요하다.
이러한 복수의 드로잉공정(S200)은, 예시적으로는 제1 내지 제3 드로잉인 3개의 공정을 포함하여 이루어질 수 있음을 기초로 설명하나 본원 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 자명하다.
참고로 도 4는 본원 발명인 연속공정인 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축의 제조방법에서 재료 투입공정에서부터 피어싱공정까지 일부만 나타낸 것이며, 도 6을 참조하면 복수의 드로잉 공정으로 평판 소재(1)가 변화되는 모습을 알 수 있다.
이하에서 도 4와 도 6을 참조하면 제1 드로잉공정은, 상부 금형에 제1 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고 하부 금형에 제1 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재(1)를 가압하여 제1 하방돌출돌기(210)를 형성한다.
하부 금형 다이(21)의 상부로 가압(23)하여 상부 금형에 고정된 상부 금형 펀치(20)에 하부 금형 다이(21)가 상승하여 가압(23)한다. 이러한 가압으로 상부 금형 펀치(20)의 형상과 같은 반구형 돌기부인 제1 하방돌출돌기(210)가 형성된다
하부 금형 다이(21)가 하부로 이동하여 제1 드로잉 공정이 완료되고 제2 드로잉 공정을 위해 상부 금형 펀치(20)와 하부 금형 다이(21) 사이의 중심에 위치한다.
다음으로 제2 드로잉공정은, 제1 드로잉공정 후에 제2 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제2 R형상을 가진 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제2 하방돌출돌기(230)를 형성한다.
제2 드로잉 공정은 하부 금형 다이(31)의 상부로 가압(33)하여 상부 금형에 고정된 상부 금형 펀치(30)에 하부 금형 다이(31)가 상승하여 가압(33)한다. 이러한 가압으로 상부 금형 펀치(30)의 형상과 같은 반구형 돌기부인 제2 하방돌출돌기(230)가 형성된다
다음으로 제3 드로잉 공정은, 제2 드로잉공정 후에 제3 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제3 R형상을 가진 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제3 하방돌출돌기(250)를 형성한다.
제3 드로잉 공정은 하부 금형 다이(41)의 상부로 가압(43)하여 상부 금형에 고정된 상부 금형 펀치(40)로 하부 금형 다이(41)가 상승하여 가압(43)한다. 이러한 가압으로 상부 금형 펀치(40)의 형상과 같은 반구형 돌기부인 제3 하방돌출돌기(250)로 형성된다.
도 6을 참조하면 각 상부 금형 펀치와 수용되는 하부 금형 다이는 R값의 라운드 형상을 가지며, 이러한 제1, 제2, 제3 드로잉공정을 거쳐 각 상부 금형 펀치 R 값은 제1 드로잉공정에서 제3 드로잉공정으로 진행될수록 작아지게 된다.
즉, R1 > R2 > R3의 형태로 진행되며 각각의 성형되는 직경도 제1 드로잉 공정에서 제3 드로잉공정으로 진행될 수록 작아지게 된다.(즉, D1 > D2 > D3)
다음으로 피어싱공정(S300)은 하부로 반구형인 돌출돌기의 하측면에 구멍을 뚫어 중공홀이 형성되도록 한다. 즉, 피어싱공정(S300)은 하부에 위치한 금형 다이를 상부로 가압하여 상부 금형에 형성된 상부 금형 펀치와 하부 금형 다이가 상승하는 상호작용에 의하여 하부로 반구형인 돌출돌기의 중심에 중공홀을 형성시키는 공정이다.
즉, 피어싱공정(S300)은 하부 금형 다이(51) 상부로 가압(53)하여 상부 금형에 고정된 상부 금형 펀치(50)로 하부 금형 다이(51)가 상승하여 가압(53)한다. 이러한 가압으로 하부 금형 다이(51)의 형상과 같은 R형상이, 이전의 드로잉공정 보다 좁아진 형상을 성형하고 가압시 고정된 상부 금형 펀치(50)가 드로잉 형상 하측면에 밀착되어 구멍을 뚫어 중공홀이 형성되어 피어싱 형상(54)이 성형된다.
이러한 피어싱공정(S300)은 양방향 돌출 폐쇄 단조를 위한 전단계의 준비공정으로 이러한 공정을 거치게 되어 피어싱이된 제품의 적정 내경 치수를 적용하여 재료의 유동성과 체적이 확보된다.
다음으로, 도 7 내지 도 9을 참조하면 양면 돌출공정(S400)은 피어싱 성형품을 상하 양측으로 가압하여 양면이 돌출되는 성형품을 형성한다.
일반적인 냉간단조는 금속 재료를 해머 등으로 여러번 두들기거나 가압하여 원하는 형상을 제작하지만, 본원 발명의 파인 블랭킹 공정의 판단조는 1회의 가압 공정으로 양방향 돌출부를 성형할 수 있는 장점이 있다.
이러한 판단조(sheet forging 또는 flow control forming)는 판재 성형공법의 대명사인 프레스 공법과 두꺼운 제품을 적은 공정으로 가공할 수 있는 단조의 장점을 섞은 하이브리드 성형공법으로도 불린다.
즉, 기존의 플랜지 공정은 상부에서만 아래로 압력이 전달되므로 아래에서 압력을 줄 수 없으므로 양방향 돌출이 안되는 문제점을 개선한 것이다.
양면 돌출공정(S400)은, 피어싱 성형품의 하관부에 힘이 가해져 밀착되되 상부 방향으로 재료가 상부 이젝터에 밀착되어 유동되고 상부 방향으로의 이동이 정지되어 상부 돌출부가 형성되며, 상부 방향으로 이동하는 하부 이젝터의 하측면에 밀착되어 돌출부를 형성하는 것이다.
가압을 위하여 상부 이젝터(63)와 상부 금형 다이(61), 상부 금형 펀치(60)를 포함하는 상부 금형은 고정되어 있고, 하부 금형 다이(66), 하부 이젝터(68)를 포함하는 하부 금형이 상부 금형의 방향으로 상승한다.
하부 금형이 상승하여 가압 방향(67)으로 힘이 가해지면서 상부 금형 펀치(60)가 피어싱 형상(54)의 내경을 통하여 하부 금형 다이(66) 내경을 지나 하부 이젝터(68) 내경에 위치한다.
피어싱 형상(54)의 하부 돌출된 부분은 하부 금형 다이(66) 내경부로 밀착되어 하부 이젝터(68) 상단부에 위치하고, 하부 이젝터(68)는 가압 방향(69-1)으로 힘을 가하여 하부 이젝터(68)가 상승하여 돌출된 소재를 상부로 유동되도록 한다.
하부 이젝터(68)로 가해진 힘으로 소재가 유동되어 상부 이젝터(63)를 밀면서 상부 이젝터(63)가 밀린 만큼 상부 돌출부(65)가 형성되고, 이때 상부 이젝터(63)는 돌출하고자 하는 높이 보다 더 밀리지 않도록 스토퍼(미도시)를 두어 밀림을 방지한다.
돌출부가 성형이 완료되면 하부 이젝터(68)가 다시 상승하여 하부 다이에 형성된 돌출부(69) 성형품을 밀어 올린다.
다음으로, 도 8을 참조하면 치형 형성공정(S500)은 양면이 돌출되는 성형품에서 외주면에 기어 치형이 형성되는 공정이다.
치형 형성공정(S500)은, 양면이 돌출되는 성형품에서 수평으로 형성되는 플랜지부가 절단되되, 내부에는 관통홀이 형성되고 외주면에는 기어의 치형이 형성된다.
외경에 치형이 형성된 상부 메인 펀치(71)와 돌출 성형된 플랜지 중공홀을 지지하는 상부 이젝터(73)를 포함한 상형 금형부는 고정되어 있고, 외경에 치형이 형성된 하부 금형 다이(76), 하부 피어싱 펀치(77), 하부 이젝터(79)를 포함한 하부 금형이 가압 방향(78)으로 상승한다.
하부 이젝터 상승 압력(79-1)으로 하부 이젝터(79)는 내측 플랜지부에 피어싱 홀을 만들고 치형 가압력(78)에 의해 상부 메인 펀치(71)와 하부 금형 다이(76)의 상호 작용으로 외경에 치형을 블랭킹 한다.
재료 투입공정(S100)에서 치형 형성공정(S500)으로 이송되는 소재의 중심점을 맞추기 위해서 각 공정별 소재 중심부 기준으로 4군데 기준핀을 위치시키고 판재를 눌러서 고정시킨다.
도 8과 9를 참조하면 치형 형성공정(S500)의 중심에 위치한 피어싱공정 폐쇄단조 형상(69-2)의 공정품이 하부 금형 상승으로 하부 돌출부가 하부 이젝터(79) 상단면에 밀착하여 위치하고 상부 금형의 상부 이젝터(73) 외경부에 피어싱공정 폐쇄단조 형상(69-2)의 내경부와 상부 돌출부가 밀착한다.
상부 금형과 하부 금형을 완전이 밀착 가압하여 하부 금형 다이(76)의 상단면에 제품 성형부 외각의 V형태의 돌출부가 형성되어 있어 파인블랭킹 정수압의 원리로 눌러서 판재의 유동성을 확보하면서 고정된다.
이때 상부 메인 펀치(71)가 소재 두께 만큼 하강 고정되고 하부 금형 다이(76)가 가압 방향(78) 반대로 플랜지 형상(판재두께) 높이만큼 하강하며, 예시적으로 8개의 하부 피어싱 펀치(77)는 내려간 하부 금형 다이(76)의 높이 만큼 상승 가압(79-1)되어 판재의 홀이 뚫어지는 피어싱이 이뤄지며, 동시에 플랜지 원형(판재 두께)에 외경의 치형이 형성된 하부 금형다이(76)가 하강 높이 만큼 절단되어 기어 치형이 형성되는 치형 형성공정(S500)이 이루어진다.
도 10을 참조하면, 이러한 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법을 통해서 만들어진 보스축의 예시로 나타내었으며 다양한 제품이 이러한 제조방법에 의해서 만들어 질 수 있음은 자명하다.
보스축의 적용 예시로는 차량 내의 공간을 좀 더 효율적으로 활용하고 미감을 증대시키기 위해서 전자식 변속기인 shift by wire actuator로 전기 자동차, 자율주행차, 고급차 등에 적용되는 버튼 방식의 변속기의 핵심 부품인 사이클로이드 기어이며, 이러한 사이클로이드 기어는 기존의 기계식 레버 형태의 변속기를 대체하는 장점이 있다.
기존에는 양방향 보스축을 갖는 사이클로이드 기어를 일방향의 파인 블랭킹 성형제품과 파이프 형상의 제품을 결합하여 용접한 형태로 만들었으나, 본원 발명에 따르면 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법으로 성형이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
S100: 재료 투입공정 S200: 드로잉공정
S300: 피어싱공정 S400: 양면 돌출공정
S500: 치형 형성공정
S300: 피어싱공정 S400: 양면 돌출공정
S500: 치형 형성공정
Claims (6)
- 정수압 효과를 이용하여 순차적으로 성형되는 연속공정의 파인 블랭킹 공법으로서,
코일에 의해 연속으로 공급되는 판재가 이송되되, 하부에 위치한 다이가 상승하고 상부에 위치한 펀치에 의해 상기 판재의 양 끝단부에 연결부를 갖는 반원형으로 절단되어 투입되는 재료 투입공정;
투입되는 판재를 가압하여 하부로 반구형인 돌출돌기를 성형하는 복수의 드로잉공정;
상기 하부로 반구형인 돌출돌기의 하측면에 구멍을 뚫어 중공홀이 형성된 피어싱 성형품을 성형하는 피어싱공정;
상기 피어싱 성형품을 상하 양측으로 가압하여 양면이 돌출되는 성형품을 성형하는 양면 돌출공정; 및
상기 양면이 돌출되는 성형품에서 외주면에 기어 치형이 형성되는 치형 형성공정을 포함하고,
상기 양면 돌출공정은 별도의 추가 금형 없이 하나의 금형 내에서 이루어지는 것으로,
피어싱 공정으로 재료의 유동성과 체적을 확보하여 상부 금형 본체는 고정되어 있고, 하부 금형 다이와 상기 하부 금형 다이에 대해 상하방향으로 이동되는 하부 이젝터를 포함하는 하부 금형이 상승 가압하여 상부 금형 펀치가 피어싱된 형상의 내경을 통하여 하부 금형 다이 내경을 지나 하부 이젝터 내경에 위치하고,
피어싱된 성형품의 하관부에 하부 이젝터의 상측면이 밀착되고 하부 이젝터의 하측면에 가압하여 피어싱된 하관부의 재료가 유동되어 하부 이젝터가 밀린만큼 하부 돌출 형성되고 상부 방향으로 재료가 유동되어 상부 이젝터가 밀리면서 상부 이젝터가 밀린 만큼 상부 돌출부가 형성되고,
스토퍼에 의해 상부 방향으로의 이동이 정지되어 돌출하고자 하는 높이 보다 상기 상부 이젝터가 더 밀리지 않도록 밀림이 방지되며,
상기 상부 돌출부의 성형이 완료되면, 상기 하부 이젝터가 다시 상승하여 하부 다이에 형성 완료된 돌출부 성형품을 밀어 올려 취출하는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 재료 투입공정은,
투입되는 판재 주의를 블랭킹하여 양 끝단을 연결시켜, 복수의 드로잉 공정에서 투입되는 판재의 유동성을 확보시키는 노칭부를 포함하는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 드로잉공정은,
상부 금형에 제1 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제1 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제1 하방돌출돌기를 형성하는 제1 드로잉공정;
상기 제1 드로잉공정 후에 제2 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제2 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제2 하방돌출돌기를 형성하는 제2 드로잉공정; 및
상기 제2 드로잉공정 후에 제3 R형상을 가진 펀치가 고정되어 있고, 하부 금형에 제3 R형상을 수용하는 하부 금형 다이는 유동성을 확보하기 위해 다이 외주면에 R형상을 가지며, 상부 금형으로 상승하여 투입되는 판재를 가압하여 제3 하방돌출돌기를 형성하는 제3 드로잉공정을 포함하며,
각 상부 금형 펀치와 수용되는 하부금형 다이는 외주면에 R 값의 라운드 형상을 가지되, 제1 드로잉공정에서 제3드로잉공정으로 진행될 수록 R 값이 점진적으로 작아지는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 피어싱공정은,
하부에 위치한 금형 다이를 상부로 가압하여 상부 금형에 형성된 상부 금형 펀치와 하부 금형 다이가 상승하는 상호작용에 의하여 하부로 반구형인 돌출돌기의 중심에 중공홀을 형성시키는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 치형 형성공정은,
양면이 돌출되는 성형품에서 수평으로 형성되는 플랜지부가 절단되되, 내부에는 관통홀이 형성되고 외주면에는 기어의 치형이 형성되는 파인 블랭킹을 이용한 양방향 돌출 중공축 제조방법.
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