KR20000013809U - 고강도 강판의 성형성 향상을 위한 다단계블랭크 홀더력제어프레스장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고강도 강판의 프레스 성형시 많이 발생하는 고강도 강판의 성형성 부족에 의한 성형 불량 문제를 해결할 수 있는 다단계 블랭크 홀더력 제어기술을 적용한 판재 성형용 프레스 장치에 관한 것으로, 메인 실린더(5)와 블랭크 홀더 실린더(6), 그리고 블랭크 홀더(8)와 금형(7)로 이루어진 통상의 것에 있어서, 각각의 압력 조절밸브(13)(14)와 솔레노이드 밸브(11)(12)를 압력 조절밸브(9)와 펀치범위 감지장치(10)에 병렬 및 직열로 상호 연결하고, 상기 펀치범위 감지장치(10)를 이용하여 프레스 가공중에 미리 설정해 둔 블랭크 홀더력 경로에 따라서 솔레노이드 밸브(11)(12)를 순차적으로 열거나 닫음므로서 프레스의 블랭크 홀더력을 변화시킬 수 있도록 구성 하여서 됨을 요지로 한다.

Description

고강도 강판의 성형성 향상을 위한 다단계 블랭크 홀더력제어 프레스장치

본 고안은 고강도 강판의 프레스 성형시 많이 발생하는 고강도 강판의 성형성 부족에 의한 성형 불량 문제를 해결할 수 있는 다단계 블랭크 홀더력 제어기술을 적용한 판재 성형용 프레스 장치에 관한 것이다.

자동차의 차체 경량화와 충돌 안정성에 대한 사회적인 요구는 자동차 생산에 있어서 고강도 강판의 사용에 대한 필요성을 더욱 증대시켰다. 그러나 고강도강의 사용은 고강도강이 갖는 일반적인 특성 즉, 높은 강도와 낮은 성형성으로 인하여 가공기술에 대한 요구를 더욱 엄격하게 하였다.

고 강도강의 높은 강도로 인하여 도 1에서 도시된 바와같이 성형후 탄성 회복량이 증가하게 되고 제품의 형상이 금형의 형상과 일치하는 정도를 나타내는 형상 동결성이 나빠진다.

그리고 고 강도강은 일반강에 비하여 강도는 높은 반면 성형성은 매우 낮다. 이러한 고 강도강의 낮은 성형성 때문에 자동차 부품과 같은 복잡한 형상의 제품 가공이 매우 어려우며 이로인하여 가공 불량이 자주 발생하고 있다.

현재 상당한 수의 자동차 부품들이 고 강도강 적용의 필요성이 있음에도 불구하고 고 강도강의 형상 동결성과 성형성 부족 문제를 해결하지 못하므로서 적용을 못하고 있다.

일반적인 판재 프레스 가공 공정에 사용되는 금형의 형상을 도 1에 나타내었다.

통상적인 판재 프레스 가공 공정은 드로잉용 금형(1)위에 성형에 사용하고자 하는 판재(2)를 올려 놓고 상부의 블랭크 홀더(3)를 하강시켜서 드로잉 금형(1)위의 판재(2)에 적당한 압력을 가하게 된다.

상기 블랭크 홀더(3)가 판재(2)에 가하는 압력을 일정하게 유지하면서 펀치(4)를 하강시켜서 판재(2)를 금형(1)의 공동부내로 유입시켜 원하는 형상의 판재 프레임 가공 제품을 성형한다.

상기 판재 프레스 가공 공정중 판재(2)가 받는 응력 상태는 도 2에 나타난 바와같이 플랜지 부분에서는 원주 방향으로 메인실린더(5)의 압축력이 작용하게 되어 반지름 방향으로 블랭크 홀더 실린더(6)의 인장력이 작용하여 판재 프레스 가공 공정중 주름이 발생하려는 경향이 있다.

브랭크 홀더(3)의 역할은 판재 프레스 가공 공정중 판재(2)의 플랜지 부분에 압력을 가하여 주름이 발생하는 것을 막아주는 역할을 하여 판재 프레스 가공 제품에 주름이 없는 깨끗한 제품을 얻을 수 있게 하여준다.

그러나 플랜지 부분의 주름 발생을 방지하기 위하여 가하여주는 수직력에 의하여 블랭크 홀더(3)와 판재(2) 사이에는 마찰력이 발생하게 되고 이러한 마찰력은 금형 공동 내부로의 재료 유입을 막아 한번에 성형될 수 있는 판재 프레스 가공의 깊이에 제약을 가하여 준다.

일반적인 판재 프레스 가공에서 가공에 필요한 힘은 다음과 같다.

1) 플랜지부를 수축하는데 소요되는 힘

2) 펀치·다이의 곡 부에서 굽힘과 굽힘 풀림 변형에 소요되는 힘

3) 블랭크 홀더력에 의한 블랭크 홀더부에서의 마찰력

전체 성형에 필요한 힘은 이들 3힘의 합과 같다. 판재 프레스 가공성을 향상시키기 위해서는 판재 프레스 가공에 필요한 힘을 감소시키는 것이 매우 중요하다.

판재 프레스 가공 공정에서 성형성을 향상시키는 방법으로서 가장 많이 사용되는 것은 블랭크 홀더력 감소에 의한 블랭크 홀더부에서의 마찰력을 감소시켜 판재 프레스 가공에 필요한 힘을 감소시키는 방법이다.

그러나 판재 프레스 가공 공정에서는 블랭크 홀더력을 너무 낮게 설정하며 플랜지 부분에 주름이 발생하게 되고 펀치부분 재료의 변형량이 감소하여 성형제품의 형상 동결성이 부족하게 된다.

판재 프레스 가공 공정에서 높은 블랭크 홀더력을 사용할 경우 플랜지 부분 재료의 유입량 감소하여 금형 공통부내 재료의 변형량이 증가하여 형상 동질성은 향상되나 판재 프레스 가공에 필요한 하중의 증가로 판재의 성형성이 감소한 블랭크 홀더력의 범위는 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와같이 블랭크 홀더력이 하한선 보다 낮은 경우 주름 발생과 형상 동결성 부족이 일어나고 상한선보다 높은 경우 파단에 의한 성형 부량이 발생한다.

현재 판재 프레스 가공에서는 가공중에는 일정한 블랭크 홀더력을 작용하고 있다. 이러한 방법은 성형성이 우수하고 형상 동결성이 문제가 되지 않는 일반강의 경우 사용상에 큰 어려움이 없었다.

그러나 고 장력강의 사용의 경우 일정 블랭크 홀더력을 작용할 경우 성형성과 형상 동결성을 동시에 확보하기는 어렵다. 또한 가공중의 블랭크 홀더력을 변화시키면 고 장력강판의 사용에 있어서도 형상 동결성과 성형성을 동시에 확보할 수 있다.

본 고안은 상기의 문제점을 해소 하고자 발명한 것으로, 종래 프레스 성형방법의 단점을 보완하여 성형중 단계별로 블랭크 홀더력을 변화시킬 수 있는 판재 프레스 장치를 이용하여 고 장력강판의 프레스 가공에 있어서도 성형성과 형상 동결성을 확보할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 스템핑 프레스 공정의 개략도

도 2는 스템핑 공정에서의 플랜지부 작용 응력을 나타낸 상태도

도 3은 스탬핑 공정에서의 펀치 행정에 따른 성형가능 블랭크 홀더력 범위를 나타낸 상태도

도 4는 유압 프레스의 개략도

도 5는 종래 유압 프레스 블랭크 홀더력 작용부의 유압 회로도

도 6은 본 고안의 블랭크 홀더력 작용부의 유압 회로도

도 7은 드로우 굽힘 성형의 개념도

도 8은 형상 동결성 측정방법을 나타낸 상태도

도 9은 형상 동결성 측정결과 그래프

도 10은 성형후 벽 두께 변형롤을 나타낸 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1.7 : 금형 2.16 : 판재

3.8.17 : 블랭크 홀더 4.18 : 펀치

5 : 메인 실린더 6 : 블랭크 홀더 실린더

9.13.14 : 압력조절 밸브 10 : 펀치범위 감지장치

11.12 : 솔레노이드 밸브

본 고안의 도 4는 일반적인 프레스 장치를 나타낸 것으로, 메인 실린더(5)와 블랭크 홀더 실린더(6), 그리고 블랭크 홀더(8)와 금형(7)로 이루어져 있다.

여기서 성형중 블랭크 홀더력은 도 5의 유압 회로도에 나타난 바와같이 압력 조정밸브(9)에 의하여 설정이 되며, 성형중 일정하게 유지된다. 그러나 본 고안의 경우 도 6에 나타낸 바와같이 다수의 압력 조절밸브(13)(14)와 솔레노이드 밸브(11)(12)를 종래의 압력 조절밸브(9)와 병렬로 연결하고, 그리고 펀치범위 감지상치를 이용하여 프레스 가공중에 미리 설정해 둔 블랭크 홀더력 경로에 따라서 솔레노이드 밸브(11)(12)를 순차적으로 열거나 닫음므로서 프레스의 블랭크 홀더력을 변화시킬 수 있다.

본 고안의 유압 회로도인 도 6에서는 두 개의 압력 조절배브(13)(14)와 솔레노이드 밸브(11)(12)를 종래의 압력 조절밸브(9)와 병렬로 연결하여 나타내었으나 사용되는 밸브의 수는 블랭크 홀더력을 제어하려는 목적에 따라 가감될 수 있다.

여기서 펀치의 위치를 감지하는 범위 센서는 회전타입이나 선형 운동라인 어느것이나 무관하며 프레스 성형중 펀치의 위치를 정확히 감지하여 지정된 위치에서 솔레노이드 밸브(11)(12)를 개폐할 수 있는 기능을 갖고 있는 것이면 어떠한 것이나 무방하다.

이하 본 고안을 실시예를 통하여 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

본 고안의 프레스장치에 의한 고 강도강의 성형성과 형상 동결성 개선 정도를 알아보기 위하여 U드로우-굽힘 성형 실험을 행하였다.

상기 시험에 사용된 U굽힘 시험용 금형은 도 7에 나타내었다.

U굽힘 성형은 성형용 다이(15)위에 판재(16)를 놓고 블랭크 홀더(17)를 이용하여 판재(16)의 플랜지면을 가압하게 된다. 이때 적당한 블랭크 홀더력이 적용되면 펀치(18)를 하강시켜서 성형을 진행하게 된다.

U굽힘 실험은 두가지 경우에 대하여 수행하였다. 통상의 프레스 장치가 갖는 일정 블랭크 홀더력을 가하는 방법과 본 고안의 프레스를 이용하여 성형중 블랭크 홀더력을 변화시키는 방법이 그것이다.

성형성은 가공된 제품의 벽 두께의 감소 정도로서 측정된다.

벽부분의 두께 감소 정도가 크면 성형성이 낮다는 것을 의미한다. 판재 프레스 가공에 있어서 파단 불량은 두께 감소에 의하여서 발생하기 때문이다. 프레스 가공 제품의 형상 동결성은 벽 부분의 직선도와 굽힘각의 직각도에 의해서 나타내며, 측정하는 방법은 도 8에 나타내었다.

성형 제품의 벽이 직선에 가까울수록 굽힘각이 직각에 가까울수록 프레스 가공제품의 형상 동결성이 우수하다. 도 9에서는 각각의 형상 동결성 측정 결과를 종래 프레스를 사용한 것과 본 고안의 프레스를 이용하여 성형중 블랭크 홀더력을 변화시킨 것에 대하여 나타내었다.

도 9에 나타난 바와같이 종래의 프레스를 이용하여 일정 블랭크 홀더력으로 성혈할 경우 블랭크 홀더력을 증가시키면 형상 동결성은 개선되나 도 10에 나타난 바와같이 블랭크 홀더력이 증가할수록 벽 부분의 두께가 얇아져서 성형성이 나빠진다.

그리고 성형가능 최대 블랭크 홀더력 범위에서도 형상 동결성이 완전히 확보될 수 없음을 알 수 있다. 그러나 본 고안의 프레스를 이용하여 성형중 블랭크 홀더력을 변화시켜 성형할 경우 도 9와 같이 형상 동결성이 확실히 개선되었으며, 도 10과 같이 벽 부분의 두께 감소도 거의 없어서 성형성도 충분히 확보됨을 알 수 있다.

이상과 같은 본 고안은 본 고안의 프레스를 이용하여 성형중 블랭크 홀더력을 변화시켜 성형할 경우 형상 동결성이 확실히 개선되었으며, 벽 부분의 두께 감소도 거의 없어서 성형성도 충분히 확보될 수 있음에 따라 고 장력강판의 프레스 가공에 있어서도 성형성과 형상 동결성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 메인 실린더(5)와 블랭크 홀더 실린더(6), 그리고 블랭크 홀더(8)와 금형(7)로 이루어진 통상의 것에 있어서, 각각의 압력 조절밸브(13)(14)와 솔레노이드 밸브(11)(12)를 압력 조절밸브(9)와 펀치범위 감지장치(10)에 병렬 및 직열로 상호 연결하고, 상기 펀치범위 감지장치(10)를 이용하여 프레스 가공중에 미리 설정해 둔 블랭크 홀더력 경로에 따라서 솔레노이드 밸브(11)(12)를 순차적으로 열거나 닫음므로서 프레스의 블랭크 홀더력을 변화시킬 수 있도록 구성 하여서 됨을 특징으로 하는 고강도 강판의 성형성 향상을 위한 다단계 블랭크 홀더력제어 프레스장치.