KR20080110362A

KR20080110362A - 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛

Info

Publication number: KR20080110362A
Application number: KR1020070059024A
Authority: KR
Inventors: 이문용; 유정수
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-18

Abstract

본 발명은 앤빌 다이를 3등분으로 구성하고, 각 앤빌 다이의 상면에는 언더컷골을 갖는 성형골을 형성하여, 리벳에 의한 강판의 접합부 성형 시, 상기 언더컷골에 의해 그 접합부의 접합면적이 확대되도록 하여 그 체결력을 높여주는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛을 제공한다.

셀프 피어싱 장치, 앤빌, 리벳

Description

셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛{ANVIL UNIT IN SELF-PIERCING RIVET SYSTEM}

도 1은 일반적인 셀프 피어싱 장치의 개념도이다.

도 2는 일반적인 셀프 피어싱 장치의 단계별 작동 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛의 단면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛의 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛의 성형골의 단면 구성도이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛의 단계별 작동 상태도이다.

본 발명은 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 앤빌 다이를 3등분으로 구성하고, 각 앤빌 다이의 상면에는 언더컷골을 갖는 성형골을 형성하여 상기 언더컷골에 의해 접합할 강판의 접합면적이 확대되도록 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛에 관한 것이다.

최근 자동차 산업에서는 환경문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료의 사용을 통하여 경량화를 추진중이며, 작업환경과 제품검사의 개선을 위해 점용접을 교체할 수 있는 접합방법에 대한 고찰이 이루어지고 있으며, 이와 같은 기대에 맞는 접합방식으로서 셀프 피어싱 장치(self-piercing rivet systemr)가 한 예이다.

상기 셀프 피어싱 장치는 종래의 리벳팅이 강판 등의 모재에 리벳 접합용 구멍을 가공하여 모재들을 접합하는데 반해, 유압으로 리벳을 압입하여 모재와 리벳을 소성변형에 의해 접합되도록 하는 리벳팅이며, 최근의 자동차업계에서 많이 채택을 하고 있는 접합방식이다.

이러한 셀프 피어싱 장치는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 로봇(미도시)의 아암 선단에 장착되는 C형 프레임(1)이 구비되고, 이 프레임(1)의 상측에는 펀치유닛(3)이 구성되며, 상기 펀치유닛(3)에 대응하여 상기 프레임(1)의 하측에 엔빌유닛(5)이 구성된다.

즉, 상기 펀치유닛(3)은 유압에 의해 구동하는 펀치 실린더(11)가 펀치 하우징(13)을 통하여 상기 프레임(1)에 장착되며, 상기 펀치 하우징(13)의 내부에는 펀치 실린더(11)의 작동로드(15)에 의해 상기 앤빌유닛(5)에 대응하여 작동하는 펀치(17)와 클램퍼(19)가 구성된다.

그리고 상기 앤빌유닛(5)은 상면에 성형골(21)을 형성하는 앤빌 다이(23)가 장착봉(25)을 통하여 상기 프레임(1)의 하측에 장착된다.

따라서 이러한 구성을 갖는 셀프 피어싱 장치는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 최초 펀치유닛(3)에 리벳(10)이 공급되고, 접합할 2장의 강판(20)이 상기 펀치유닛(3)과 앤빌유닛(5) 사이로 위치되면,(S1) 상기 펀치 실린더(11)가 유압에 의해 전진 구동하여 클램퍼(19)가 앤빌 다이(23)와 함께, 2장의 강판(20)을 먼저 클램핑한다.(S2)

이러한 상태로, 상기 펀치 실린더(11)가 계속해서 전진 구동하면, 상기 펀치(17)가 리벳(10)을 접합할 강판(20; 즉, 상판)에 삽입하며,(S3) 이러한 상태로 계속해서 리벳(10)의 선단을 강판의 내부로 전단 관통시켜 강판(20; 즉, 하판)이 앤빌 다이(23)의 성형골(21)을 따라 리벳(10)의 선단과 함께 침투되도록 함으로써, 상기 2장의 강판(20)은 앤빌 다이(23)의 성형골(21)의 형상을 따라 리벳(10)의 선단이 반지름 방향으로 확장 변형되어 접합을 이룬 후,(S4) 상기 펀치 실린더(11)가 다시 후진 구동하여 원위치로 복귀 진행된다.(S5)

이러한 셀프 피어싱 리벳 접합은 점용접과 다른 리벳팅에 비해 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 리벳 자체가 상판을 관통하여 그 선단이 하판과 함께 확장되면서 상판과 하판의 접합이 이루어짐으로 종전의 리벳팅 작업 시, 상판에 설치하는 구멍이 셀프 피어싱 리벳 접합에서는 불필요하다.

둘째, 이종재료와의 접합이 가능하다. 즉, 플라스틱, 고무, 알루미늄과 강판을 접합할 수 있으며, 알루미늄과 고장력 강판과의 접합도 가능하다.

셋째, 작업환경이 깨끗하다. 즉, 점용접 시, 발생하는 소음과 불꽃, 연기 등 이 발생하지 않아 쾌적한 작업환경을 만들 수 있다.

넷째, 접합 사이클이 단시간 내에 진행된다. 즉, 상판의 리벳팅용 구멍에 리벳을 정위치시키는 작업이 생략되고, 리벳의 체결시간이 1초 정도로 매우 짧아서 단시간 내에 리벳팅 접합 사이클을 끝낼 수 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 셀프 피어싱 장치는 그 앤빌 다이(23)의 상면에 형성되는 성형골(21)이 리벳(10)에 의해 접합된 강판(20)의 접합부에 대하여 이탈방향으로 언더컷을 발생시키지 않도록 형성되어야 하기 때문에 당연히 접합부의 접합면적이 줄어들도록 설계되어야 하며, 이에 따라 접합된 강판(20)간의 전단강도 및 피로강도의 확보가 다소 미흡한 단점이 있다

따라서 본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 앤빌 다이를 3등분으로 구성하고, 각 앤빌 다이의 상면에는 언더컷골을 갖는 성형골을 형성하여, 리벳에 의한 강판의 접합부 성형 시, 상기 언더컷골에 의해 그 접합부의 접합면적이 확대되도록 하여 그 체결력을 높여주는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛은 원통형상으로 형성되어 내부에는 앤빌 가이드 홀이 형성되는 앤빌 하우징; 원형봉상의 다이가 복수로 등분되어 상기 앤빌 하우징의 앤빌 가이드 홀에 삽입되며, 각 상면에는 언더컷골을 포함하는 성형골이 형성되는 복수개의 앤빌 다이; 상기 복 수개의 앤빌 다이에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이와 앤빌 하우징 사이에서 각 앤빌 다이에 복원력을 제공하는 리턴부재; 상기 각 앤빌 다이의 상부가 돌출되도록 상면에 원형의 캡홀을 형성하는 원형관으로 형성되어 상기 앤빌 하우징의 상부 외주면에 체결되는 앤빌 캡;으로 구성되어 상기 프레임 상에 구성되는 펀치유닛에 대응하여 상기 프레임의 일측 내부에 형성되는 장착홀 내부에 삽입 장착되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 앤빌 하우징과 앤빌 캡의 체결은 상기 앤빌 하우징의 상부 외주면에 일정구간 나사산을 형성하고, 상기 앤빌 캡의 하부 내주면에 일정구간 나사산을 형성하여 상호간에 나사 체결한다.

또한, 상기 앤빌 하우징의 앤빌 가이드 홀은 상부의 일정구간에 걸쳐 직경이 일정하게 형성되는 직선홀 구간과; 상기 직선홀 구간의 끝단으로부터 바닥면까지 직경이 점점 작아지는 경사홀 구간으로 형성되며, 상기 앤빌 하우징의 하단면 중앙에는 장착봉이 일체로 형성된다.

상기 복수개의 앤빌 다이는 원형봉상의 다이가 3등분되어 3개의 앤빌 다이로 형성되며, 각 앤빌 다이의 외주면 중앙에는 상기 리턴부재의 상단을 지지하기 위한 플랜지가 일체로 형성되며, 각 앤빌 다이의 외주면 하부 구간이 원추형상으로 경사진 경사면을 형성하여 이루어진다.

여기서, 상기 각 앤빌 다이상의 성형골은 상기 성형골의 내부에 소재 추출방향으로 언더컷을 발생시키는 언더컷골을 더 파서 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리턴부재는 앤빌 다이에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이 상에 구성 되는 플랜지와 상기 앤빌 하우징의 상단면 사이에서 양단이 지지되어 각 앤빌 다이에 상향 복원력을 제공하는 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛의 단면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛의 분해 사시도이다.

본 실시예에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛은 프레임(1) 상의 상부 일측에는 구성되는 펀치유닛(3; 도 1참조)에 대응하여 상기 프레임(1) 상의 하부 일측에서 접합할 강판(20; 도 1참조)을 지지해주게 된다.

이러한 앤빌유닛(5)은 상기 펀치유닛(3)에 대응하여 프레임(1)의 하측 내부에 형성되는 장착홀(7) 내부에 삽입되어 장착되는데, 그 구성은 원통형상의 앤빌 하우징(51)을 구비한다.

상기 앤빌 하우징(51)은 그 내부에 앤빌 가이드 홀(53)이 형성되는데, 상기 앤빌 가이드 홀(53)은 상부의 일정구간에 걸쳐 직경이 일정하게 형성되는 직선홀 구간(55)과, 상기 직선홀 구간(55)의 끝단으로부터 바닥면까지 직경이 점점 작아지는 경사홀 구간(57)으로 형성된다.

또한, 상기 앤빌 하우징(51)은 그 상부 외주면에 둘레를 따라 일정구간 나사산(N)을 형성한다.

또한, 상기 앤빌 하우징(51)의 하단면 중앙에는 장착봉(59)이 일체로 형성되 는 것이 바람직하다.

그리고 상기 앤빌 하우징(51)의 앤빌 가이드 홀(53)에는 앤빌 다이(61)가 삽입되는데, 상기 앤빌 다이(61)는 원형봉상의 다이가 3등분되어 부채꼴 형상의 단면을 갖는 3개의 앤빌 다이(61)로 구성되며, 각 앤빌 다이(61)의 상면에는 언더컷골(UG)을 포함하는 성형골(G)이 형성된다.

즉, 상기 각 앤빌 다이(61)상의 성형골(G)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 그 내부에 소재 추출방향으로 언더컷을 발생시키는 골을 더 파서 언더컷골(UG)을 형성한다.

또한, 상기 3개의 앤빌 다이(61)는 각 외주면 중앙에 플랜지(63)가 일체로 형성되고, 상기 각 앤빌 다이(61)는 그 외주면 하부 구간이 원추형상으로 경사진 경사면(CF)으로 형성된다.

그리고 상기 3개의 앤빌 다이(61)에는 리턴부재(65)가 끼워지는데, 상기 리턴부재(65)는 각 앤빌 다이(61) 상의 플랜지(63)와 앤빌 하우징(51)의 상단면 사이에서 각 앤빌 다이(61)에 복원력을 제공하도록 구성된다.

즉, 상기 리턴부재(65)는 앤빌 다이(61)에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이(61) 상에 구성되는 플랜지(63)와 상기 앤빌 하우징(51)의 상단면 사이에서 양단이 지지되어 각 앤빌 다이(61)에 상향 복원력을 제공하는 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 앤빌 하우징(51)의 상부 외주면에는 앤빌 캡(67)이 체결되는데, 상기 앤빌 캡(67)은 그 상면에 각 앤빌 다이(61)의 상부가 돌출되도록 원형의 캡 홀(69)을 형성하는 원형관 형상으로 형성되는데, 이 앤빌 캡(67)의 하부 내주면에는 일정구간 나사산(N)을 형성한다.

즉, 상기 앤빌 하우징(51)과 앤빌 캡(67)의 체결은 상기 앤빌 하우징(51)의 상부 외주면에 일정구간 형성되는 나사산(N)에 상기 앤빌 캡(67)의 하부 내주면에 일정구간 형성되는 나사산(N)을 상호 나사 체결하여 결합된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛(5)은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 펀치 실린더(11)가 펀치 하우징(13) 내부의 펀치(17)를 작동시킴에 따라 펀치(17)에 의해 리벳(10)이 접합할 강판(20)과 함께, 각 앤빌다이(61)의 상면에 형성된 성형골(G) 내부로 침투되어 소성 변형되면서 접합부를 형성하게 된다.

이러한 앤빌유닛의 단계별 작동을, 도 6 내지 도 8을 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에서와 같이, 최초 펀치유닛(3)에 리벳(10)이 공급되고, 접합할 2장의 강판(20)이 상기 펀치유닛(3)과 앤빌유닛(5) 사이로 위치되면, 상기 펀치 실린더(11)가 유압에 의해 전진 구동하여 클램퍼(19)가 각 앤빌 다이(61)와 함께, 2장의 강판(20)을 먼저 클램핑한다.

이때까지 상기 앤빌유닛(5)은, 도 6에서 도시한 바와 같이, 각 앤빌 다이(61)가 리턴부재(65)에 의해 상승한 상태를 유지함과 동시에, 각 앤빌 다이(61)는 서로 벌어진 상태로 접합할 강판(20)을 지지하게 된다.

이러한 상태로, 상기 펀치 실린더(11)가 계속해서 전진 구동하면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 펀치(17)가 리벳(10)을 접합할 강판(20)의 상판에 삽입하며, 이러한 상태로 계속해서 리벳(10)의 선단을 상판의 내부로 전단 관통시켜 하판이 각 앤빌 다이(61)의 성형골(G)을 따라 리벳(10)의 선단과 함께 침투되도록 함으로써, 상기 2장의 강판(20)은 각 앤빌 다이(61)의 성형골(G)의 형상을 따라 리벳(10)의 선단이 반지름 방향으로 확장 변형되어 접합을 이루게 된다.

이때, 상기 3개의 앤빌 다이(61)는 펀치(17)의 가압력에 의해 리턴부재(65)의 탄성력을 극복하고, 앤빌 가이드 홀(53)의 직선홀 구간(55) 및 경사홀 구간(57)으로 밀려들어가면서 각 앤빌 다이(61)의 경사면(CF)이 경사홀 구간(57)에 완전히 접촉되며, 상호 벌어진 3개의 앤빌 다이(61)는 그 상부가 다시 하나로 오므려지게 되며, 이에 따라 상기 2장의 강판(20)은 그 접합부(P)가 언더컷골(UG)까지 확장 변형된 형태로 성형되어 접합면적을 더 넓게 갖는 접합부(P)를 형성하게 된다.

이와 같이, 언터컷골(UG)까지 확장 성형된 접합부(P)를 갖는 강판(20)은, 도 8에서와 같이, 상기 펀치 실린더(11)가 다시 후진 구동하여 원위치로 복원되면, 각 앤빌 다이(61)는 리턴부재(65)의 복원력에 의해 상승하면서 각 앤빌 다이(61)의 상부가 각각 외측으로 벌어져 성형골(G)을 펼치게 되는데, 이때, 상기 언더컷골(UG)까지 확장 성형된 접합부(P)는 성형골(G)로부터 완전히 빠져나와 강판(20)의 취출이 가능하도록 작동하게 되는 것이다.

따라서 본 실시예에 따른 앤빌유닛(5)은 앤빌 다이(61)를 3등분하여 각 앤빌 다이(61)의 상면에 언더컷골(UG)을 갖는 성형골(G)을 형성하여, 리벳(10)에 의한 강판(20)의 접합부(P) 성형 시, 상기 언더컷골(UG)까지 접합부(P)를 확장 성형함으 로써 그 접합부(P)의 접합면적이 확대되도록 하며, 이로써 접합부(P)의 체결력이 향상되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛에 의하면, 앤빌 다이를 3등분하여 구성하고, 각 앤빌 다이의 상면에는 언더컷골을 갖는 성형골을 형성하여, 리벳에 의한 강판의 접합부 성형 시, 상기 언더컷골에 의해 그 접합부의 접합면적이 확대되도록 접합부를 성형하고, 강판의 취출시에는 각 앤빌 다이가 상호 벌어져 간섭이 없도록 하여 취출함으로써 그 체결력이 향상된 접합부를 갖는 강판을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

프레임 상의 상부 일측에는 펀치유닛이 구성되고, 상기 펀치유닛에 대응하여 상기 프레임 상의 하부 일측에 구성되는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛에 있어서,

원통형상으로 형성되어 내부에는 앤빌 가이드 홀이 형성되는 앤빌 하우징;

원형봉상의 다이가 복수로 등분되어 상기 앤빌 하우징의 앤빌 가이드 홀에 삽입되며, 각 상면에는 언더컷골을 포함하는 성형골이 형성되는 복수개의 앤빌 다이;

상기 복수개의 앤빌 다이에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이와 앤빌 하우징 사이에서 각 앤빌 다이에 복원력을 제공하는 리턴부재;

상기 각 앤빌 다이의 상부가 돌출되도록 상면에 원형의 캡홀을 형성하는 원형관으로 형성되어 상기 앤빌 하우징의 상부 외주면에 체결되는 앤빌 캡;으로 구성되어 상기 프레임 상에 구성되는 펀치유닛에 대응하여 상기 프레임의 일측 내부에 형성되는 장착홀 내부에 삽입 장착되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항에 있어서,

상기 앤빌 하우징과 앤빌 캡의 체결은

상기 앤빌 하우징의 상부 외주면에 일정구간 나사산을 형성하고, 상기 앤빌 캡의 하부 내주면에 일정구간 나사산을 형성하여 상호간에 나사 체결하는 것을 특 징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항에 있어서,

상기 앤빌 하우징의 앤빌 가이드 홀은

상부의 일정구간에 걸쳐 직경이 일정하게 형성되는 직선홀 구간과;

상기 직선홀 구간의 끝단으로부터 바닥면까지 직경이 점점 작아지는 경사홀 구간;으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항에 있어서,

상기 앤빌 하우징의 하단면 중앙에는 장착봉이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 앤빌 다이는

원형봉상의 다이가 3등분되어 3개의 앤빌 다이로 형성되며, 각 앤빌 다이의 외주면 중앙에는 상기 리턴부재의 상단을 지지하기 위한 플랜지가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 앤빌 다이는

각 앤빌 다이의 외주면 하부 구간이 원추형상으로 경사진 경사면을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항에 있어서,

상기 각 앤빌 다이상의 성형골은

상기 성형골의 내부에 소재 추출방향으로 언더컷을 발생시키는 언더컷골을 더 파서 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 리턴부재는 앤빌 다이에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이 상에 구성되는 플랜지와 상기 앤빌 하우징의 상단면 사이에서 양단이 지지되어 각 앤빌 다이에 상향 복원력을 제공하는 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
프레임 상의 상부 일측에는 펀치유닛이 구성되고, 상기 펀치유닛에 대응하여 상기 프레임 상의 하부 일측에 구성되는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛에 있어서,

원통형상으로 형성되어 내부에는 직경이 일정한 직선홀 구간과 직경이 점점 작아지는 경사홀 구간으로 형성되는 앤빌 가이드 홀이 형성되며, 상부 외주면 일정구간에는 나사산을 형성하는 앤빌 하우징;

원형봉상의 다이가 3등분되어 상기 앤빌 하우징의 앤빌 가이드 홀에 삽입되 며, 각 외주면 중앙에는 플랜지가 일체로 형성되고, 각 외주면 하부 구간이 상기 앤빌 가이드 홀의 경사홀 구간에 대응하도록 원추형상으로 경사진 경사면을 형성되며, 각 상면에는 언더컷골을 포함하는 성형골이 형성되는 3개의 앤빌 다이;

상기 3개의 앤빌 다이에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이 상의 플랜지와 앤빌 하우징의 상면 사이에서 각 앤빌 다이에 복원력을 제공하는 리턴부재;

상기 각 앤빌 다이의 상부가 돌출되도록 상면에 원형의 캡홀을 형성하는 원형관으로 형성되며, 하부 내주면 일정구간에 나사산을 형성하여 상기 앤빌 하우징의 상부 외주면에 형성되는 나사산에 나사 체결되는 앤빌 캡;

으로 구성되어 상기 프레임 상에 구성되는 펀치유닛에 대응하여 상기 프레임의 일측 내부에 형성되는 장착홀 내부에 삽입 장착되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제9항에 있어서,

상기 앤빌 하우징의 하단면 중앙에는 장착봉이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제9항에 있어서,

상기 각 앤빌 다이상의 성형골은

상기 성형골의 내부에 소재 추출방향으로 언더컷을 발생시키는 언더컷골을 더 파서 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.
제9항에 있어서,

상기 리턴부재는 3개의 앤빌 다이에 동시에 끼워진 상태로, 각 앤빌 다이 상에 구성되는 플랜지와 상기 앤빌 하우징의 상단면 사이에서 양단이 지지되어 각 앤빌 다이에 상향 복원력을 제공하는 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치용 앤빌유닛.