KR20010000206A

KR20010000206A - 박판 가공용 롤 금형

Info

Publication number: KR20010000206A
Application number: KR1020000047216A
Authority: KR
Inventors: 김강형; 원태균
Original assignee: 이건환; 연우인더스트리 주식회사
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2001-01-05
Also published as: KR100399313B1

Abstract

본 발명은 판상의 스트립재료를 가공하는데 사용하는 롤 형태의 금형에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 펀치 금형과 다이 금형을 롤 형태로 형성하되, 펀칭 금형의 외주면에 다수의 펀치를 형성하여 펀치 금형이 회전하면서 접하는 스트립을 전단가공과 펀칭가공을 동시에 수행하도록 하여 금속판 및 비금속판재로 제조하는 리드 프레임, 면도날, 필름 및 종이 등과 같은 박판의 가공시 롤 형태의 외주면에 형성된 펀치가 일시에 다량의 제품을 연속적으로 생산하도록 하여 생산성을 증대시킬 수 있도록 한 롤 금형에 관한 것이다.

Description

박판 가공용 롤 금형{ROLL PIERCING MOLD FOR PROCESSING IN STRIP PLATE}

본 발명은 판상의 스트립재료를 가공하는데 사용하는 롤 형태의 금형에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 금속판 및 비금속판재로 제조하는 리드 프레임, 면도날, 필름 및 종이 등과 같은 판상의 스트립 재료의 가공시 롤 형태의 외주면에 펀치를 다수 형성시킴으로서 일시에 다량의 제품을 연속적으로 생산하도록 하여 생산성을 증대시킬 수 있도록 한 롤 금형에 관한 것이다.

종래에는 피어싱(piercing), 랜싱(Lancing), 트리밍(trimming)과 같이 박판의 전단 또는 성형가공에 있어서 주로 스탬프 방식인 프레스를 이용하였다. 그러나 이 방법은 일시에 다수의 제품을 생산하기가 어려웠으며, 불연속적인 작업진행으로 인해 생산성이 낮았으며,

미국 특허 제4,671,092호(Formichev 외)는 롤 다이를 이용하여 열간 압연하는 방식으로 베벨기어를 제조하는 기술에 관해 기술하고 있고, 미국 특허 제 4,459,880호(Giffune 외)는 타이 로드에 대한 열간 단조에 이용되는 롤을 제공하고 있는데 이들은 모두 철강제품을 고온에서 거칠게 성형하는 방법이어서 정밀한 부품이나 소형제품의 가공에 적용하기가 어려울 뿐만 아니라 이들은 롤이 회전하면서 봉재의 외형을 가공하는 방법이어서 박판 제품을 가공하는데 적용하기가 불가능하였다.

박판 필름형태를 가공하는 방식으로는 미국 특허 제6,079,654호(Sasou 외)에서 사진용 필름을 트리밍과 펀칭하는 공정을 롤과 펀치 다이의 조합으로 동시에 수행하는 기술을 제공하고 있으나 이는 롤이 단지 트리밍 역할만 하며, 천공작업은 펀치 다이가 수행하도록 하고 있어 장치가 복잡해지고 공정간 이송속도 조절 등에 문제가 발생하게 되었다.

종래 기술에서 롤을 이용한 가공으로 미국 특허 제5,375,630호(Kim 외)는 리드의 벤딩 가공시 금형의 끝에 가는 롤을 설치함으로써 마찰에 의해 리드가 손상되는 것을 방지하는 것을 제공하고 있으나 이 또한 제품의 가공은 스탬핑 법에 의한 펀치가공을 하고 있으며, 롤은 단지 리드의 벤딩에만 이용되었다.

따라서 종래에는 리드 프레임과 같은 정밀하고 얇은 재료를 가공하는 데는 스탬핑 가공법이나 에칭법을 사용하였는데 그중 기계적 가공법인 스탬핑법은 한 번에 가공하는 것이 어려워 여러 스탭으로 나누어 이동 라인을 따라 가며 점진적으로 가공한다. 그러나 이것은 불연속 작업이 되어 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 직선운동하는 각 금형의 위치와 이동간격이 정확하게 일치해야 하므로 장치가 복잡해지고, 불량이 발생할 확률이 높았다. 그리고 IC용 금형처럼 정밀한 금형을 만들려면 열처리 변형 때문에 미리 가공여유를 충분히 주고 열처리후 재가공해서 정밀도를 맞추고 있어 금형의 제조에 어려움이 많았다.

뿐만 아니라 종래의 금형들은 탄소강을 열처리하여 사용하거나 공구강 등을 사용하였기 때문에 롤형태의 금형으로 펀치 금형를 제조할 경우 상기 재질의 특성으로 인하여 펀칭으로 절단되는 절단면이 거칠게 가공되었다.

또 다른 방법으로 금형을 분말야금법으로 제조하여 소결하는 방법이 있는데 이 경우는 소결을 위해 고온으로 장시간 가열함에 따라 자중과 온도분포의 불균일 때문에 변형이 발생하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 제거하기 위해 창출된 것으로서 종래의 직선운동을 위주로 하는 펀치 형태와 달리 원통형의 롤 외주면에 다수의 펀치를 형성한 금형을 단동이나 복동으로 설치함으로써 연속으로 판재를 가공할 수 있도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 롤 금형을 제공하는데 발명의 목적이 있다.

도 1 은 본 발명인 롤 금형의 단면도.

도 2 는 본 발명인 다이 금형의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 3 은 본 발명인 다이 금형의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 4 은 본 발명의 조합상태를 나타낸 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 펀칭 금형 2 : 다이 금형

3 : 펀치부 4 : 펀치

5 : 펀치축 6 : 다이축

7 : 고무롤 8 : 다이롤

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 펀치 금형(1)과 다이 금형(2)을 롤 형태로 형성하되, 펀칭 금형(1)의 외주면에 다수의 펀치(4)가 형성된 펀치부(3)를 형성하여 펀치 금형(1)이 회전하면서 접하는 스트립 재료를 전단가공과 펀칭가공을 동시에 수행하도록 하여 롤 형태의 금형이 회전할 때 펀치(4)가 판재를 펀칭함으로써 판재를 가공하게 하며, 상기 펀치부(3)는 벌크 비정질재료로 형성한다.

이때 펀치 금형(1)의 외주면에는 판재의 가공순서를 따라 차례로 펀치를 형성하게 되는데, 펀치의 형성 방법은 방전가공, 조각, 정밀주조, 금형주조 및 다이캐스팅 등을 이용하여 일체형으로 제조할 수 있다.

또 본 발명은 펀치 금형(1)을 외곽부분의 펀치부(3)와 내부의 펀치축(5)은 다른 재료로 분리 제조하여 결합하는 방법으로 제조하고, 외곽부분인 펀치부(3)는 내부의 펀치축(5)과 분리되지 않도록 펀치축 표면에 요철을 만들거나 스플라인, 핀 등을 설치하고 외곽에 용탕을 주입하여 제조한다.

또한 본 발명에서는 펀치 금형(1)에 상대되는 다이 금형(2)으로서 도 1 에 도시된 바와 같이 다이축(6)의 외주면에 고무 롤(7)을 고정하여 펀치(4)가 박판을 펀칭할 때 고무롤(7)이 압착되면서 펀칭이 되도록 실시하거나 도 2 와 같이 다이 금형(2)에 스크랩이나 프레임가공물이 누적되지 않고 배출되기 쉽게 하기 위해 측면 또는 중심으로 관통하는 배출구(9)를 형성하여 배출구에 기체를 블로잉(Blowing)하거나 흡입(Suction) 함으로써 절단재가 다이 금형 내에 누적되는 것을 방지하도록 실시하거나 도 3 과 같이 다이 롤(8)의 싱크(10)에 스프링(11)에 지지된 탄성체(12)를 설치하여 절단재가 배출되도록 하되, 상기 스프링(11)은 코일스프링뿐만 아니라 판스프링을 설치하여 실시할 수도 있는 것이다.

그리고 펀치 금형(1)의 펀치(4) 높이는 3mm이하로 형성할 수 있으나 바람직하기로는 1mm이하로 형성하는 것이 좋으며, 가공되는 박판의 두께는 얇은 것이 적합하며, 특히 절단면의 품질을 고려할 때 약 0.5mm 이하에서 우수하다. 만일 펀치 금형의 펀치 높이가 3mm 이상일때에는 다이 금형(2)의 싱크(10)와 간섭현상이 발생하게 되어 박판의 절단면이 불균일해져 불량 제품이 생산되게 된다.

본 발명에서는 롤 금형을 수평으로 배열하는 방법과 일정 기울기를 주어 배열하는 방법, 수직으로 배열하는 방법을 모두 포함한다. 특히 수직으로 배열하는 경우는 절단재가 좀더 쉽게 배출되는 효과가 있다.

이 때 펀치 금형(1)과 다이 금형(2)이 도 4 에 도시된 바와 같이 복수로 조합되는 경우, 본 발명에서는 이들 롤을 체인, 벨트, 타이밍 벨트, 기어 등과 같은 연결 수단으로 연동되게 하여 전단이나 다른 가공을 수행하는 중에 정밀성을 보장한다.

이와 같은 롤 금형은 회전하면서 전단가공(shearing)과 벤딩가공(bending)에 의해 피어싱(Piercing), 랜싱(Lancing), 트리밍(Trimming)을 한 공정에서 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다. 또 회전에 따라 펀치 금형(1)의 날(edge)이 가위질하듯 점진적으로 판재를 절단하고, 외주면과 수직방향인 부분은 일회에 절단하기도 한다. 따라서 동시에 전체 날이 접촉하는 스탬핑법에 비해 절단부하가 적어지는 효과가 있다. 이는 장치의 동력과 크기를 절감할 수 있는 장점이 된다.

아래에 실시예를 통해 본 발명의 구성내용을 구체적으로 설명한다.

본 발명 중 가공공정을 이용한 롤 금형 제조에 대해 공정순서를 열거하면 다음과 같다.

절단 → 풀림열처리(Annealing) → 황삭가공(선반,Turning) → 경화열처리(Quenching ＆ Tempering) → 정삭가공 → 펀치 롤 또는 펀치 조립혈(組立穴) 가공 또는 다이 롤 가공 → (표면 경화 열처리) → 연마 및 정밀가공(또는 펀치조립)

본 발명 중 정밀주조공정과 금형주조를 이용한 롤 금형 제조에 대해 공정순서를 열거하면 다음과 같다.

정밀주조공정 : 왁스패턴(Pattern) 또는 기타 소실모형 → 내화물도포 → 탈왁스 또는 모형소실(Dewax 또는 burn out) → 금형 재료 주조 → 금형 마무리가공

금형주조 : 주형(Mould)가공 → 금형 재료 주조 → 금형 마무리가공

본 발명에 사용되는 펀치 금형은 최종 마무리가공 후 필요한 경우 TiC, TiN, CrN, TiAlN, TiCN, TiCNO와 같은 세라믹코팅을 1 ~ 5㎛ 두께로 PVD 코팅하거나 표면유도경화(Surface induction hardening)를 통해 표면의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 이용하는 벌크 비정질재료에 대해 설명한다.

최근 Zr-Ti계의 합금에서 느린 냉각속도에서도 비정질화가 용이하게 진행되는 것에 대해 계속 연구되고 있다. 비정질화의 용이성은 Trg(환원 유리화 온도)=Tg(유리화 온도)/Tm(용융점)로 예측할 수 있으며, 최근 발견되는 벌크 비정질재료는 0.30 ~ 0.67 정도 Trg를 나타내고 있다. 값이 클수록 비정질화에 필요한 냉각속도는 낮아지는 것으로서 비정질화가 용이한 것을 의미한다.

본 발명에서는 비정질재료의 Trg가 0.60 이상이면서 경도가 Hv450 이상인 합금을 이용하여 펀치 금형을 제조하는 것을 특징으로 한다. 그 이유는 Trg가 0.6 미만인 경우 임계냉각속도가 약 100K/sec 이상이므로, 금형 주조시 이 이상의 냉각속도로 급냉하는 것은 어렵기 때문에 제한한다.

Trg가 0.60 이상인 합금을 예로 들면, Ti이 주성분인 Ti50-Ni15-Cu25-Sn5-Zr5 (원소기호 뒤의 숫자는 원자량%, 이하 동일), Ti50-Cu20-Ni24-Si4-B2, Ti34-Zr11-Cu47-Ni8-Si1 합금과, Zr이 주성분인 Zr41.2-Ti13.8-Cu12.5-Ni10-Be22.5, Zr65-Al7.5-Ni10-Cu17.5, Zr56.25-Ti13.75-Nb5-Ni5.5-Cu6.9-Be12.5, Zr58.5-Nb2.8-Cu15.6-Ni12.8-Al10.3, Zr60-Ni25-Al15, Zr60-Ni20-Al20, Zr65-Al7.5-Cu2.5-TM25(TM=Co, Ni, Cu), Zr65-Cu17.5-Ni10-Al7.5 합금이 있다.

또한 La계열 합금으로 La55-Ni20-Al25, La55-Ni20-Cu10-Al25, La55-Cu10-Ni5-Co5-Al25합금이 있으며, 그 외에 Pd40-Ni40-P20, Ni62-Nb38 합금이 있다.

이들 합금은 인장강도가 1500MPa 이상이면서 탄소강과의 마찰계수는 0.1~0.2 내외로 철강의 1/3~1/4로 내마모성이 우수하기 때문에 펀치로서의 성능이 만족될 뿐 아니라 결정질이 아니므로 결정입계에 의한 입자탈락이 없어 칼날의 직선성이 우수하며 절단면이 깨끗한 장점이 있다.

따라서 본 발명에서는 제1비정질재료로 Zr 40-67at%, Ni 5-25at%에 필요시 Ti 0-14at%, Cu 0-18at%, Al 0-20at%, Be 0-25at%, Nb 0-3at%, Co 0-25at%를 단독 또는 복합 첨가하며 나머지는 불가피한 불순물로 조성되며 Trg가 0.60 이상인 벌크 비정질합금이나, 제2비정질재료로 Ti 30-52at%, Ni 5-25at%, Cu 18-50at%에 필요시 Zr 0-12at%, Si 0-5at%, Sn 0-5at%, B 0-3at%를 단독 또는 복합 첨가하며 나머지는 불가피한 불순물로 조성되며 Trg가 0.60 이상인 벌크 비정질합금이나, 제3비정질재료로 La 50-60at%, Ni 4-25at%, Al 20-30at%에 필요시 Cu 0-12at%, Co 0-6at%를 단독 또는 복합 첨가하며 나머지는 불가피한 불순물로 조성되며 Trg가 0.60 이상인 벌크 비정질합금이나, 제4비정질재료로 Pd 약 40at%, Ni 약 40at%, P 약 20at%와 불가피한 불순물로 조성되며 Trg가 0.60 이상인 벌크 비정질합금이나 제5비정질재료로 Ni 약 62at%, Nb 약 38at%와 불가피한 불순물로 조성되며 Trg가 0.60 이상인 벌크 비정질합금 중의 재료를 이용하여 펀치 금형의 펀치부를 제조한다.

이상과 같은 본 발명은 롤 형태의 금형을 단동이나 복동으로 설치하여 판재를 연속으로 가공할 수 있게 함으로써 생산성을 높이고 정밀도 향상시키는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims

펀치 금형(1)과 다이 금형(2)을 롤 형태로 형성하되, 펀칭 금형(1)의 외주면에 다수의 펀치(4)가 형성된 펀치부(3)를 형성하여 펀치 금형(1)이 전단가공과 펀칭가공을 동시에 수행하도록 한 것을 특징으로 하는 박판용 롤 금형.
제1항에 있어서, 상기 다이 금형(2)의 외주면에 다이 롤(8)을 형성한 후 다이 롤(8)의 싱크(10)에 스프링(11)에 지지된 탄성체(12)를 설치하여 절단재가 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 박판용 롤 금형.
제1항에 있어서, 상기 다이 금형(1)의 내부에 배출구(9)를 관통하여 배출구(9)에 기체를 블로잉(Blowing)하거나 흡입(Suction) 함으로써 절단재가 배출되게 하는 것을 특징으로 하는 박판용 롤 금형.
제1항에 있어서, 상기 펀치금형(1)과 다이금형(2)을 기어, 타이밍 벨트, 브이 벨트나 체인으로 연동되도록 한 것을 특징으로 하는 박판용 롤 금형.
제1항에 있어서, 상기 펀치 금형(1)을 펀치부(3)와 펀치축(5)을 각각 분리되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 롤 금형.
제1항에 있어서, 상기 펀치 금형(1)의 펀치(4) 높이가 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 박판용 롤 금형.
제1항에 있어서, 상기 펀치 금형(1)의 펀치부(3)가 벌크 비정질합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 롤 금형.
제7항에 있어서, 상기 벌크비정질합금의 Trg가 0.60 이상인 것을 특징으로 하는 롤 금형.