KR20020066439A - 프레스장치 및 그것을 이용한 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스장치 및 그 가공방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 판상의 가공물을 드로잉 성형하기 위하여, 다이와 펀치가 가공물을 가압하는 프레스장치에 있어서; 가공물과의 접촉면에 고압의 기체를 가압할 수 있도록 성형된 고압유로를 구비하는 펀치와; 상기 고압유로에 고압의 기체를 공급하는 고압기체 공급수단을 포함하여 구성된다. 그리고 이러한 프레스장치의 가공방법으로, 상기 펀치와 다이를 이용하여 가공물을 드로잉가공과 동시에 상기 고압유로를 통하여 고압의 기체가 가공물을 가압하면서 가공이 이루어지는 방법을 개시한다.

Description

프레스장치 및 그것을 이용한 가공방법{Press apparatus and its application method to sheet form}

본 발명은 프레스장치 및 그것을 이용한 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공물인 메탈 쉬트를 가압하는 펀치의 중심부분을 통하여 메탈쉬트에 고압의 압력을 가할 수 있도록 구성되는 프레스장치 및 그것을 이용한 가공방법에 관한 것이다.

도 1에는 쉬트메탈을 일반적인 프레스 가공할 때의 프레스장치의 개략적인구성이 순서대로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 다이(2)와 펀치(1) 사이에는, 블랭크홀더(3)를 이용하여 메탈쉬트(S)가 지지되어 있다. 이러한 메타쉬트(S)는, 딥드로잉 성형과 같은 다이(2)와 펀치(1)의 상대운동에 의하여, 일측이 개구된 용기형상, 측 단면이 U자형의 제품으로 만들어진다. 즉, 상부에 있는 다이(2)의 하강운동 또는 펀치(1)의 상승운동에 의하여, 브랭크홀더(3)와 다이(2) 사이에 개재되어 있는 메탈쉬트(S)가 소성 변형되면서 도 1의 (나)와 같은 상태의 제품이 만들어지게 되는 것이다.

그러나 도 1에 도시한 일반 펀치를 이용한 딥드로잉 성형 의 경우, 펀치 머리부에 해당하는 소재영역은 변형이 거의 없고, 펀치의 반경부분에 해당하는 소재영역에서 변형이 집중되어 파단에 이르게 된다.

그리고 여러가지 판상 소재의 한계 드로잉비는 그 소재의 고유 물성치에 준하여 성형이 되며, 그 이상의 한계 드로잉비를 가지기는 어렵다. 따라서 종래의 프레스장치에 의하면, 펀치의 형상 반경부분에서 집중적인 변형이 일어나도록 구성되어 있기 때문에, 드로잉과정 중에 급격한 두께감소에 의하여 소재의 파단이 발생할 우려가 높은 단점이 있는 것이다.

또한 상기와 같은 프레스 가공시, 성형성을 개선시키는 또 다른 방안들이 많이 강구된 바 있다. 예를 들면 일본국 특허공개 평6-87030호에 개시되어 있는 기술적 내용을 살펴보면, 판재의 표면에 윤활제를 도포하고, 펀치의 형상반경부분은 냉각하고, 다이는 가열함으로써 판재의 성형성을 향상시키도록 구성되어 있다. 또한 미국특허 420293호에서는 판재를 -50도 이하로 냉각시킨 후 플랜지부에 해당하는 영역을 가열하여 중심부와 온도차를 나게한 후 성형함으로서 성형성을 개선시키고자 하고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 기술에 있어서도, 부분적인 온도차에 의하여 소정의 효과는 달성될 수 있지만, 그 효율에 있어서 일정한 한계를 가질 수 밖에 없다. 또한 상기 기술을 실시하기 위해서는, 가공물인 메탈쉬트에 대하여 전처리를 해야 하는 단점이 제기된다. 그리고 이와 같은 단점에 의하여 실질적으로는 생산성에 일정한 한계가 뒤따르게 된다.

본 발명의 목적은, 딥드로잉 성형시 가압용 펀치를 통하여 고압의 공기 또는 가스를 소재에 가압함으로써 성형품의 한계 드로잉비(LDR)를 증가시키는데 있다. 한계 드로잉비(LDR)는 성형가능 최대 블랭크의 직경을 펀치의 직경으로 나눈 값인데 딥드로잉 성형성이 우수할수록 이값이 크다.

이와 같은 한계 드로잉비를 증가시킨다는 것은, 성형품의 한계드로잉비를 증가시킴으로써 판재의 성형성을 개선시키는 것을 의미한다.

제 1도는 일반 딥드로잉 장치의 가공을 보인 개략도.

제2도는 본 발명에 의한 딥드로잉 장치의 펀치부분의 상세 단면도.

제3도는 본 발명에 의한 딥드로잉 장치의 전체 예시도.

제4도는 본 발명의 성형품의 중심점으로 부터의 두께변화를 두종류의 알미늄합금에 대하여 보인 그래프.

제5도는 본 발명에서 가압력과 한계드로잉비의 관계를 두종류의 알미늄합금에 대하여 보인 그래프.

상기의 목적을 달상하기 위한 본 발명에 의하면, 판상의 가공물을 드로잉 성형하기 위하여, 다이와 펀치가 가공물을 가압하는 프레스장치에 있어서; 가공물과의 접촉면에 고압의 기체를 가압할 수 있도록 성형된 고압유로를 구비하는 펀치와; 상기 고압유로에 고압의 기체를 공급하는 고압기체 공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의하면, 판상의 가공물을 드로잉 성형하기 위하여, 다이와 펀치가 가공물을 가압하되, 펀치에는 가공물과의 접촉면에 고압의 기체를 가압할 수 있도록 성형된 고압유로가 성형되어, 고압의 기체가 공급되는 프레스장치의 가공방법으로: 상기 펀치와 다이를 이용하여 가공물을 드로잉가공과 동시에 상기 고압유로를 통하여 고압의 기체가 가공물을 가압하면서 가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는 프레스장치의 가공방법을 기술적 요지로 하고 있다.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2에는 본 발명의 요부 단면도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다이(10)와 펀치(20)에 의하여, 메탈쉬트(S)를 딥드로잉 성형하는 장치에서, 펀치(20)의 중심부분에는 길이방향으로 고압유로(22)이 성형되어 있다. 이러한 고압유로(22)에서 고압의 가스 또는 공기가 메탈쉬트를 향하여 배출되는 출구는, 딥드로잉 성형시 펀치(20)가 메탈쉬트(S)를 가압할 때 메탈쉬트(S)와 접촉하는 부분에 형성되는 것으로, 실질적으로 펀치(20)의 원주방향 측면이 아니라 상면에 해당하는 부분에 형성된다.

상기 고압유로(22)은, 프레스장치에서 딥드로잉 성형시, 펀치(20)의 단부에 해당하는 메탈쉬트(S)에 고압의 기체를 분사시킬 수 있도록 성형되는 부분으로, 이는 실질적으로 고압을 공급할 수 있는 고압공급원과 연결되어 있다.

그리고 딥드로잉 성형시, 고압유로(22)를 통하여 고압의 기체가 메탈쉬트를 가압할 때, 가압의 효과를 극대화하기 위해서는 고압의 가스가 어떻게 소재를 미느냐가 중요하다. 즉, 고압유로(22)를 통하여 나오는 고압의 기체가 메탈쉬트(S)를 전체적으로 고른 힘으로 가압할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 고압의 기체가 가능하면 넓은 부분의 메탈쉬트를 가압하기 위해서는, 상기 고압유로(22)의 출구부분의 상단부가 확대되는 형상, 즉 면적이 넓어지는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 실시예에 있어서는, 펀치(20)의 머리부를 가공할 때, 펀치(20)의 중심부에 드릴로 가공하여 공압유로(22)를 형성한 후, 고압유로(22)의 내주연부분을 모따기 또는 라운딩처리함으로써, 고압유로(22)의 출구가 넓어져서 이를 통하여 가해지는 고압이, 가공물의 최대한 펀치 형상반경부분 근처까지 가압력이 미칠 수 있도록 가공하고 있음을 도 2의 부분(A)에서 확인할 수 있을 것이다.

그리고 도 3에는 상술한 바와 같은 본 발명의 펀치(20)를 구비하는 프레스장치의 개략도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 장치의 상부에는, 다이(10)를 하방에 고정하고 있는 상부플레이트(12)가 램(ram)(14)에 의하여 상하 이동 가능하게 설치되어 있다.

그리고 상부의 다이(10)에 대응하는 펀치(20)가 하부에 설치되어 있으며, 상기 펀치(20)의 주변에는 블랭크홀더(blank holder)(31)가 설치되어 있다. 상기 블랭크홀더(31)는 딥드로잉 성형하고자 하는 메탈쉬트(S)를, 상기 다이(10)와의 사이에 끼운 상태로 지지하기 위한 부재이다.

여기서 본 발명에 의한 펀치(20)는, 도 2의 구성을 가지는 것임은 상술한 바와 같다. 도시한 실시예에 있어서, 상기 펀치(20)의 고압유로(22)으로 고압의 공기 또는 가스를 공급하는 것은, 상기 펀치(20)의 하단부에 설치되는가이드블럭(32)의 내부에 성형된 통로(32a)를 통하여 이루어진다. 즉, 상기 가이드블럭(32)의 내부에 성형된 통로(32a)는, 예를 들면 0 ~ 110kg/cm²고압 질소가스가 충진된 탱크(40)와 연결되어 있어서, 고압의 질소가스를 상기 펀치(20)의 고압유로(22)를 통하여 공급할 수 있도록 양자를 연결하게 된다.

이 때 상기 가이드블럭(32)의 통로(32a)와 고압 질소가스 탱크(40) 사이는, 연결파이프(42)를 통하여 연결되어 있으며, 상기 연결파이프(42) 상에는 유체의 흐름을 단속할 수 있는 제어밸브(35)가 설치되어 있다. 이러한 제어밸브(35)는, 딥드로잉가공이 진행되는 동안에는 고압의 질소가스가 상기 펀치(20)의 고압유로(22)를 통하여 공급될 수 있도록 하고, 질소가스를 공급할 필요가 없는 경우에는 닫아서 질소가스가 공급되지 않도록 제어하는 것이다. 이러한 제어밸브(35)는, 전체적인 장치의 동작상황의 여부에 따라서 전기적으로 제어될 수 있도록 구성하는 것도 가능함은 물론이다. 또한 상기 고압 질소가스 탱크(40)의 출구측에는 압력조절밸브(36)가 설치되어 있어서, 실질적으로 펀치(20)의 고압유로(22)를 통하여 메탈쉬트(S)에 가해지는 가스 또는 기체의 압력을 조절할 수 있도록 구성하고 있다.

그리고 본 발명에 의한 프레스장치에 있어서, 상술한 바와 같은 구성을 제외한 다른 부분의 구성은 실질적으로 종래의 것과 실질적으로 동일한 것이어서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 간단하게 구성을 살펴보면, 내부에 고압가스의 통로(32a)를 구비하고 있는 가이드블럭(32)은, 로드셀(37)를 개재한 상태로 하부플레이트(33)에 의하여 지지되고 있다. 그리고 상부플레이트(12)와 하부플레이트(33)는, 각각 정확한 상대운동이 가능해야 하기 때문에, 도시한 실시예에 있어서 상부플레이트(12)가 하강할 때 펀치(20)가 다이(10)에 정확하게 맞물리도록 하기 위하여, 센터링가이드(41,44)가 상부 및 하부에 각각 설치된다. 그리고 필요하다면, 상부플레이트(12)가 하방으로 가하는 하중 및 변위를 정확하게 측정할 수 있는 동적변위측정기(LVDT)(43)를 설치하는 것도 가능할 것이고, 본 실시예에 있어서는 장치의 하부 일측에 설치되어 있다.

그리고 고압의 공기 또는 가스와 같은 기체를 소재에 가압할 시 압력의 세기를 제어하기 위하여, 연결파이프(42)의 일측 또는 고압 질소 탱크(40)의 적절한 위치에 압력조절밸브(36)와 방향을 제어하는 제어밸브(35)를 설치하고 있다.

그리고 가공물의 성형중에 고압의 공기를 주입하는 방법은 드로잉의 초기에 적절한 압력으로 가압한 후, 가해지는 압력을 제거하는 것이 좋다. 그 이유는 드로잉의 초기에 드로잉력이 가장 크게 발생하며 이 때 파단이 자주 일어나기 때문이다.

딥드로잉 성형을 할 경우 펀치(20) 머리부가 소재(S)에 접촉할 때 압력탱크(20)에 있는 고압의 공기 또는 가스를 연결파이프(42)을 통하여 펀치(20)의 고압유로(22)측으로 공급하게 된다. 그러면 도 3에 도시한 바와 같이, 공급되는 기체의 고압은, 펀치(20)의 고압유로(22)의 상단부에 접촉하고 있는 소재(S)의 해당하는 영역을 가압하게 된다. 이와 같이 가압을 받은 펀치(20) 머리부의 소재 영역은 변형과 변위가 동시에 일어나게 되고, 따라서 파단의 집중부인 펀치(20) 형상반경에 해당하는 소재의 영역도 이동을 하여 급격한 두께감소가 일어나는 국부적 변형영역이 달라져서 넥킹이 지연되게 된다.

본 발명에 의한 딥드로잉 가공시에는, 펀치(20) 및 다이(10)의 상대적인 운동이 진행됨과 동시에, 펀치(20)의 고압유로(22)를 통한 고압을 이용한 가압을 동시에 진행되고 있음을 알 수 있고, 펀치(20)의 상단부에 해당하는 소재의 해당영역에 인가되는 고압은, 초기에 절적한 압력으로 가압한 후 점차 가해지는 압력을 제거하는 것이 바람직함은 상술한 바와 같다.

본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 고압의 가스 또는 공기 가압법에 의해 성형성 개선이 가능하며, 효과의 극대화를 위해서는 성형되는 각 소재에 대해 넥킹점과 한계 성형하중(성형 가능한 최대하중)등을 정확히 파악하여 적절한 가압의 시작점과 끝점, 그리고, 유지시간 등을 잘 선택하여야 한다.

그리고 본 발명에 의한 고압의 기체를 이용한 가압의 효과를 알아보기 위하여, 본 발명에 의하여 제조된 제품을 반으로 절단한 후 중심에서부터 각각의 길이마다 두께를 측정하였다. 그 결과 제4도에 나타난 것처럼 성형품의 중심에서부터 각각의 거리마다 두께분포가 달랐으며, 특히, 펀치 머리부와 펀치 형상반경부분사이에서 두께 감소량이 현저하게 나타났다. 이것은 드로잉의 초기 가압력의 효과 때문이라고 할 수 있다.

제5도는 본 발명에 의한 성형품의 한계 드로잉비로 계산하여 도시한 것으로, 고압의 공기 또는 가스를 소재에 가압함으로써 성형성 개선효과가 충분히 있음을 잘 보여주고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명은 이러한 변형예에 의하여 제한될 수 없을 것이고, 특허청구범위에 의하여 엄격하게 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 딥드로잉 성형시 공기 또는 가스 가압법을 이용하여 성형품의 한계드로잉비를 증가시킴으로써 판재의 성형성을 개선시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 판상의 가공물을 드로잉 성형하기 위하여, 다이(10)와 펀치(20)가 가공물을 가압하는 프레스장치에 있어서;

   가공물과의 접촉면에 고압의 기체를 가압할 수 있도록 성형된 고압유로를 구비하는 펀치와;

   상기 고압유로에 고압의 기체를 공급하는 고압기체 공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프레스장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고압유로는, 펀치의 머리부분 상면에 그 출구가 성형되는 것을 특징으로 하는 프레스장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압유로의 출구는, 가공물과의 접촉면을 향하여 확대되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 프레스장치.
4. 판상의 가공물을 드로잉 성형하기 위하여, 다이와 펀치가 가공물을 가압하되, 펀치에는 가공물과의 접촉면에 고압의 기체를 가압할 수 있도록 성형된 고압유로가 성형되어, 고압의 기체가 공급되는 프레스장치의 가공방법으로:

   상기 펀치와 다이를 이용하여 가공물을 드로잉가공과 동시에 상기 고압유로를 통하여 고압의 기체가 가공물을 가압하면서 가공이 이루어지는 것을 특징으로하는 프레스장치의 가공방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 고압유로를 통하여 고압 기체로 가공물을 가압하는 것은, 드로잉가공의 초기단계에서 가장 높은 압력으로 가압하는 것을 특징으로 하는 프레스장치의 가공방법.
6. 제5항에 있어서, 고압을 가한 초기단계 이후에는 가공물에 가해지는 고압을 제거하는 것을 특징으로 하는 프레스장치의 가공방법.