KR20070059593A

KR20070059593A - 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍시스템

Info

Publication number: KR20070059593A
Application number: KR1020050118605A
Authority: KR
Inventors: 최이천
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-12

Abstract

본 발명은 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템에 관한 것으로서, 특히, 국부신률이 낮은 재료를 통하여 성형 깊이가 비교적 깊은 성형물을 성형하기 위한 장치에 관한 것으로서, 설치면에 고정된 다이(10)와; 상기 다이(10) 상측에서 승강 하는 프레스 램(20)과; 상기 프레스 램(20)의 중앙 저면에 고정된 펀치(30)와; 상기 프레스 램(20)의 저면에 고정되되, 상기 펀치(30)의 외주를 일주하여 배열된 다수개의 실린더(40)와; 상기 실린더(40) 내부의 유압에 따라 승강 하는 피스톤(50)과; 상기 펀치(30)의 외주를 일주하며, 상기 피스톤(50)의 하단에 지지된 블랭크 홀더(60)와; 상기 실린더(40) 내부의 유압을 제어하는 유압장치(70)로 구성되어, 성형성을 향상시켜 양질의 성형품을 생산할 수 있도록 하는 것이다.

블랭크, 홀더, 하이드로포밍, 실린더, 프레스 램, 다이, 펀치

Description

다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템{Sheet hydroforming system for utilizing multi division blank holder pressure}

도 1은 일반적인 스템핑 시스템을 도시하는 도,

도 2는 스틸과 알루미늄에 대한 응력-변형률 선도

도 3은 일반적인 스템핑 시스템을 통한 성형품을 도시하는 도,

도 4는 일반적인 스템핑 시스템을 통한 성형품에 대한 일 예를 도시하는 도,

도 5는 종래의 시트 하이드로포밍 시스템을 도시하는 도,

도 6은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍

시스템을 도시하는 단면도,

도 7은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍

시스템을 도시하는 정면도,

도 8은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍

시스템을 도시하는 개략적인 평면도,

도 9는 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍

시스템에 있어서 제어 유압을 도시하는 선도,

도 10은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍

시스템을 통한 성형품을 도시하는 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 다이 20 : 프레스 램

30 : 펀치 40 : 실린더

50 : 피스톤 60 : 블랭크 홀더

70 : 유압장치 71 : 서보밸브

72 : 관로 W : 성형품

A : 제1그룹 B : 제2그룹

C : 제3그룹

본 발명은 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템에 관한 것으로서 특히, 국부신률이 낮은 재료를 통하여 성형 깊이가 비교적 깊은 성형물을 성형하기 위한 장치로써, 성형성을 향상시켜 양질의 성형품을 생산할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스템핑(stamping)이란 형단조라고도 하며, 요철이 있는 위아래의 형 사이에 성형하고자 하는 성형품의 소재를 끼우고, 압력을 가해 소재의 평면에 요철을 만드는 가공법으로, 복잡한 모양의 제품 성형이 가능하며 대량 생산이 용이하다는 이점을 가지고 있다.

도 1은 일반적인 스템핑 시스템을 도시하는 도로서, 일반적인 스템핑 시스템은 도 1의 (a)와 같이 상하에 위치한 펀치(1)와 다이(2) 사이에 시트형 소재(3)를 위치시키고, 도 1의 (b)와 같이 양측에 위치한 블랭크 홀더(4)로 소재(3)를 고정시킨 후, 도 1의 (c)와 같이 펀치(1)를 하강시켜 성형품을 얻게 된다.

도 2는 스틸과 알루미늄에 대한 응력-변형률 선도이며, 도 3은 일반적인 스템핑 시스템을 통한 성형품을 도시하는 도로서, 도 3에서 도시한 성형품은 차량의 트렁크 아우터 패널을 나타내었다.

도 2에 도시된 스틸과 알루미늄에 대한 응력-변형률 선도를 살펴보면, 스틸 재질의 경우 국부신률이 15~20%에 달하여 상기한 스템핑 가공이 원활하게 이루어지기 때문에 도 3의 (a)와 같이 양질의 스템핑 성형품을 생산할 수 있는 반면, 알루미늄 재질의 경우 국부신률이 겨우 3~5%에 불과하여 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 크랙이 발생하는 등 양질의 스템핑 가공물을 얻을 수 없다는 단점이 있었다.

이에 따라, 도 4는 일반적인 스템핑 시스템을 통한 성형품에 대한 일 예를 도시하는 도로서, 최근 들어 차량의 경량화에 따라 알루미늄 재질의 이점 때문에 차체를 널리 적용하고 있어, 위의 예와 같은 차량의 트렁크 아우터 패널의 경우 알루미늄 재질을 스템핑 가공하여 성형할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 곡률 반경이 짧은 부위를 상부와 하부로 이분하여, 각각 개별적으로 성형한 후, 이를 다시 일체화해야만 한다는 어려움이 있었다.

그리고, 도 5는 종래의 시트 하이드로포밍 시스템을 도시하는 도로서, 도 5에 도시된 바와 같이 액체의 수압을 이용한 종래의 시트 하이드로포밍 시스템은 일반적인 스템핑 시스템과 유사하나, 도 5의 (a)와 같이 상하에 위치한 펀치(1')와 다이(2') 사이에 시트형 소재(3')를 위치시키고, 도 5의 (b)와 같이 양측에 위치한 블랭크 홀더(4')로 소재(3')를 고정시킨 상태에서 상기 다이(2') 내부에서는 하측으로부터 상측방향으로 액압을 부여한 후, 도 5의 (c)와 같이 펀치(1')를 하강시켜 성형품을 얻게 되는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 시트 하이드로포밍 시스템은 일반적인 스템핑 시스템에 비해서 비교적 깊은 성형물을 얻을 수는 있지만, 펀치 외주의 소재가 동일한 압력으로 작용하는 블랭크 홀더에 의하여 고정되기 때문에, 다양한 제품의 성형을 모두 만족하기는 어렵다는 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 알루미늄과 같이 국부신률이 비교적 낮은 재료를 통하여 차량의 아우터 패널과 같이 성형 깊이가 깊은 성형물을 성형할 수 있음으로써, 성형성을 향상시켜 양질의 성형품을 생산할 수 있도록 하는 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 설치면에 고정된 다이와; 상기 다이 상측에서 승강 하는 프레스 램과; 상기 프레스 램의 중앙 저면에 고정된 펀치와; 상기 프레스 램의 저면에 고정되되, 상기 펀치의 외주를 일주하여 배열된 다수개의 실린더와; 상기 실린더 내부의 유압에 따라 승강 하는 피스톤과; 상기 펀치의 외주를 일주하며, 상기 피스톤의 하단에 지지된 블랭크 홀더와; 상기 실린더 내부의 유압을 제어하는 유압장치로 구성함으로써 달성된다.

도 6은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템을 도시하는 단면도이며, 도 7은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템을 도시하는 정면도이고, 도 8은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템을 도시하는 개략적인 평면도이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 펀치(30)와 다이(10)가 성형품(W)을 가공하는 동안, 성형품(W)의 외주를 고정시키는 블랭크 홀더(60)에 다수개의 실린더(40) 및 피스톤(50)이 각 부위별로 각기 다른 고정 압력을 발생시키도록 함으로써, 알루미늄과 같이 국부신률이 비교적 낮은 재료를 통하여 차량의 아우터 패널과 같이 성형 깊이가 깊은 성형물을 성형할 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 성형품(W)은 차량의 트렁크 아우터 패널을 예로 들어 설명하며, 본 발명의 각 구성요소를 하나씩 살펴보면 다음과 같다.

우선, 설치면에 수평하게 고정된 다이(10)는 그 내부에 시트 하이드로포밍 수행을 위하여 성형시 액압을 발생시키게 되며, 그 상측면은 성형품(W)의 형상으로 성형되어 있다.

그리고, 프레스 램(20)은 상기 다이(10) 상측에 위치하여 상하로 수직하게 승강 하는 요소로, 그 저면에는 펀치(30)와 실린더(40)가 고정되어 있어, 상기 프레스 램(20)의 상승시 성형품(W)의 시트형 소재를 투입하거나 성형 완료된 성형품(W)을 취출하게 되며, 상기 프레스 램(20)의 하강시 성형품(W)에 대한 성형이 이루어지게 된다.

상기 프레스 램(20)의 저면 중앙에 고정된 펀치(30)는 시트형 소재를 직접적으로 성형하는 요소로, 그 하측면은 성형하고자 하는 성형품(W)의 형상으로 성형되어 있다.

이와 함께, 상기 프레스 램(20)의 저면에 고정되되, 상기 펀치(30)의 외주를 일주하여 도 8과 같이 배열된 다수개의 실린더(40)에는 그 내부에 작용하는 유체의 압력에 따라 하측방향으로 도 6에 도시한 피스톤(50)을 승강 시키게 된다.

이에 따라, 상기 실린더(40)에 작동유체가 주입될 경우 상기 실린더(40)는 하강하며, 상기 실린더(40)로부터 작동유체가 배출될 경우 상기 실린더(40)는 상승하게 되는 것이다.

이와 함께, 상기 피스톤(50)의 하단에는 상기 펀치(30)의 외주를 일주하도록 주조를 통하여 성형된 일체형의 블랭크 홀더(60)가 지지되어, 상기 피스톤(50)의 승강에 따라 상기 블랭크 홀더(60)가 함께 승강 하게 되며, 상기 블랭크 홀더(60) 는 하강시 다이(10) 상에 놓여진 시트형 소재의 펀치(30) 외주를 고정시키게 된다.

그리고, 유압장치(70)는 다수개의 상기 실린더(40) 내부에 작동유체를 압송시키거나 상기 실린더(40)로부터 작동유체를 배출시킴으로써, 상기 실린더(40) 내부의 유압을 제어하게 된다.

특히, 상기 유압장치(70)는 다수개의 상기 실린더(40)를 서로 각기 다른 유압으로 제어하거나, 상기 실린더(40)를 부위별로 그룹화 하여 서로 각기 다른 유압으로 제어할 수 있는 것이다.

이에 따라, 상기 펀치(30)와 다이(10)가 시트 하이드로포밍 수행시 블랭크 홀더(60)가 시트형 소재의 외주연을 각 부위별로 각기 다른 고정력으로 지지할 수 있도록 하여 성형품(W) 상에 깊은 성형부위가 존재하거나 이러한 성형부위가 성형품(W) 상에 편심 위치한 경우 그 성형성을 높이게 되는 것이다.

본 발명에 있어서 다수개의 상기 실린더(40)는 도 8에 도시된 바와 같이 직사각 형상으로 배열되어, 성형품(W)에 대하여 양 측면에 배열된 제1그룹(A)과; 성형품(W)에 대하여 일측면에 배열된 제2그룹(B)과; 상기 제2그룹(B)에 대향하여 나머지 일측면에 배열된 제3그룹(C)으로 구분되고; 상기 유압장치(70)는 서보밸브(71)를 포함하여, 상기 제1그룹(A), 제2그룹(B), 그리고 제3그룹(C)에 해당하는 각 실린더(40) 내부의 유압을 개별적인 관로(72)를 통하여 각기 다르게 제어하는 것이 양호하다.

예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 10개의 실린더(40)에 의하여 블랭크 홀더(60)가 승강 하면서 차량의 트렁크 아우터 패널을 성형할 경우, 트렁크 아우터 패널의 수평면과 수직면이 연결되는 부위에서 가장 깊은 성형이 이루어져야 한다.

이때, 트렁크 아우터 패널과 같은 성형품(W)에 대하여, 총 10개의 실린더(40)를 펀치(30)의 외주를 에워싸도록 네 면을 갖는 직사각 형상으로 배열하되, 좌우에 각각 3개씩의 실린더(40)를 배치시키고 이러한 총 6개의 실린더(40)를 제1그룹(A)으로 설정한다.

그리고, 트렁크 아우터 패널의 전방측인 도면상 하측에는 2개의 실린더(40)를 배치시키고 이를 제2그룹(B)으로 설정하며, 트렁크 아우터 패널의 후방측인 도면상 상측에는 나머지 2개의 실린더(40)를 배치시켜 이를 제3그룹(C)으로 설정한다.

즉, 성형품(W) 상에서 가장 깊은 성형이 이루어지는 트렁크 아우터 패널의 수평면과 수직면이 연결되는 부위에 제3그룹(C)을 설정하고, 그 반대편에 제2그룹(B)을 설정하게 되는 것이다.

이와 함께, 상기 유압장치(70)는 서보밸브(71)를 포함하여, 상기 제1그룹(A), 제2그룹(B), 그리고 제3그룹(C)에 해당하는 각 실린더(40) 내부와 병렬 연결됨으로써, 각 그룹에 포함된 실린더(40)의 유압을 각 그룹 별로 개별적인 관로(72)를 통하여 서로 다르게 제어할 수 있는 것이다.

여기에서, 도 9는 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템에 있어서 제어 유압을 도시하는 선도이고, 도 10은 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템을 통한 성형품을 도시하는 도이다.

특히, 본 발명에 있어서 상기 유압장치(70)는 상기 제2그룹(B)에 해당하는 실린더(40)의 유압을 상기 제1그룹(A)에 해당하는 실린더(40)의 유압에 대하여 최초 5배로 가압 하다가 상기 프레스 램(20)의 하강이 75% 완료 시 3단에 걸쳐 순차적으로 3.5배로 감압 시키고; 상기 제3그룹(C)에 해당하는 실린더(40)의 유압을 제1그룹(A)에 해당하는 실린더(40)의 유압에 대하여 2배를 유지하도록 제어하는 것이 가장 바람직하다.

즉, 상기와 같이 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템을 통하여 반복적인 성형을 수행한 결과, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같은 성형압력-스트로크 선도에 따라 성형압력을 제어할 경우, 알루미늄과 같이 국부신률이 비교적 낮은 재료를 통하여 차량의 아우터 패널과 같이 성형 깊이가 깊은 성형물을 성형할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

이에 따라, 도 9의 (b)에 도시된 블랭크 홀더 하중-스트로크 선도와 같이 상기 유압장치(70)가 각 그룹에 해당하는 실린더(40) 내부의 작동유체 압력을 제어하여 양질의 성형품(W)을 성형할 수 있었다.

이를 살펴보면, 상기 제1그룹(A)에 해당하는 실린더(40) 내부의 유압을 제어하여 블랭크 홀더 하중이 약 200kN으로 계속 유지할 경우, 상기 제2그룹(B)에 해당하는 실린더(40) 내부의 유압을 제어하여 상기 제1그룹(A)에 해당하는 실린더(40)의 유압에 대하여 최초 5배인 블랭크 홀더(60) 하중 약 1,000kN으로 가압 하다가 상기 프레스 램(20)의 하강이 75% 완료된 약 100mm에서 3단에 걸쳐 계단형으로 3.5배인 블랭크 홀더(60) 하중 약 700kN까지 순차적으로 감압 시키게 된다.

반면에, 상기 제3그룹(C)에 해당하는 실린더(40)의 유압은 제1그룹(A)에 해당하는 실린더(40)의 유압에 대하여 2배인 블랭크 홀더(60) 하중 약 400kN을 계속 유지하도록 제어하게 되는 것이다.

이에 따라, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같은 알루미늄 재질의 트렁크 아우터 패널인 성형품(W)을 얻을 수 있으며, 최종적으로는 도 10의 (b)와 같은 트렁크 아우터 패널을 성형할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템은 펀치(30)와 다이(10)가 성형품(W)을 가공하는 동안, 성형품(W)의 외주를 고정시키는 블랭크 홀더(60)에 다수개의 실린더(40) 및 피스톤(50)이 각 부위별로 그룹을 형성하여, 각기 다른 고정 압력을 발생시키도록 함으로써, 알루미늄과 같이 국부신률이 비교적 낮은 재료를 통하여 차량의 아우터 패널과 같이 성형 깊이가 깊은 성형품(W)을 성형할 수 있기 때문에, 성형성을 극대화시킬 수 있다는 탁월한 이점이 있는 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

이상과 같은 본 발명은 알루미늄과 같이 국부신률이 비교적 낮은 재료를 통하여 차량의 아우터 패널과 같이 성형 깊이가 깊은 성형물을 성형할 수 있음으로써, 성형성을 향상시켜 양질의 성형품을 생산할 수 있는 발명인 것이다.

Claims

설치면에 고정된 다이와;

상기 다이 상측에서 승강 하는 프레스 램과;

상기 프레스 램의 중앙 저면에 고정된 펀치와;

상기 프레스 램의 저면에 고정되되, 상기 펀치의 외주를 일주하여 배열된 다수개의 실린더와;

상기 실린더 내부의 유압에 따라 승강 하는 피스톤과;

상기 펀치의 외주를 일주하며, 상기 피스톤의 하단에 지지된 블랭크 홀더와;

상기 실린더 내부의 유압을 제어하는 유압장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템.
제 1항에 있어서, 다수개의 상기 실린더는 직사각 형상으로 배열되어,

성형품에 대하여 양 측면에 배열된 제1그룹과;

성형품에 대하여 일측면에 배열된 제2그룹과;

상기 제2그룹에 대향하여 나머지 일측면에 배열된 제3그룹으로 구분되고;

상기 유압장치는 서보밸브를 포함하여, 상기 제1그룹, 제2그룹, 그리고 제3그룹에 해당하는 각 실린더 내부의 유압을 개별적인 관로를 통하여 각기 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 유압장치는

상기 제2그룹에 해당하는 실린더의 유압을 상기 제1그룹에 해당하는 실린더의 유압에 대하여 최초 5배로 가압 하다가 상기 프레스 램의 하강이 75% 완료시 3단에 걸쳐 순차적으로 3.5배로 감압 시키고;

상기 제3그룹에 해당하는 실린더의 유압을 제1그룹에 해당하는 실린더의 유압에 대하여 2배를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다분할 블랭크 홀더 압력을 이용한 시트 하이드로포밍 시스템.