KR20110035697A - 클린칭 동시성형용 프레스 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부패널과 하부패널을 가압 성형 후, 부분적으로 고주파 유도가열에 의해 열간 상태로 가열하고, 그 가열부를 클린칭 성형함으로써 필요한 금형의 수를 줄이고, 가공시간을 단축하며, 패널간의 결합력을 강화시키며, 그 결합 정도도 확보할 수 있도록 하는 클린칭 동시성형용 프레스 금형을 제공한다.

프레스 금형, 동시성형, 클린칭가공, 열간, 고주파 유도가열

Description

클린칭 동시성형용 프레스 금형{METALLIC PATTERNS OF A SIMULTANEOUS FORMING PRESS WITH CLINCHING}

본 발명은 클린칭 동시성형용 프레스 금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부패널과 하부패널을 가압 성형한 후, 부분 열간 상태에서 클린칭 가공함으로써 필요한 금형의 수를 줄이고, 가공시간을 단축하며, 패널간의 결합력을 강화시키는 클린칭 동시성형용 프레스 금형에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 프레스(press) 가공이라 함은, 패널에 힘을 가해 소성 변형시켜 패널(panel)의 형상을 성형하는 가공방법이다. 이러한 프레스 가공은 통상적으로 평판 형태의 블랭크를 프레스 장비에 투입하여 금형(金型; metallic pattern)의 하형 위에 안착시킨 후, 상형이 하강하여 하형에 대하여 소재를 변형시킴으로써 가공하는 것이다.

일례로, 자동차 메이커에서 자동차 1차종을 개발, 생산하기까지는 평균 1,000파트 이상의 차체 패널이 개발되며, 한 파트의 패널을 생산하기 위해서는 여러 종류의 프레스 장비를 통하여 일정한 형태로 가압 성형하는 포밍(FORMING) 성형공정 후, 트리밍(TRIMMING)과 피어싱(PIECING), 플랜징(FLANGING), 헤밍(HEMMING) 등의 프레스 공정에서 성형, 절단, 홀 가공, 절곡 등의 평균 4공정 이상의 가공작업을 거쳐 제품 패널을 생산하게 되는데, 상기 포밍 성형공정은 제품 데이터대로 소재를 소성 가공하는 공정으로 제품 패널의 품질을 90%이상 결정하는 주요공정이다.

이와 같이, 포밍 성형을 위한 프레스 장비는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 제품 패널의 하단면 형상을 갖는 하형(101)이 하부의 볼스터(103)에 장착되고, 이 하형(101)의 상부에는 제품 패널의 상단면 형상을 갖는 상형(111)이 상부의 프레스 바디인 슬라이드(109)에 장착되어 상기 하형(101)과의 사이에 패널(미도시)을 끼운 상태로, 이를 가압하도록 합형하여 제품 패널을 성형 가공하게 된다.

이러한 포밍 성형공정에 적용되는 일반적인 프레스의 금형은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 제품 패널의 하단면 형상을 갖는 하형(101)이 하부의 볼스터(103)에 장착되고, 이 하형(101)의 외측으로는 상기 볼스트(103)에 쿠션핀(105)을 통하여 블랭크 홀더(107)가 장착된다.

그리고 상기 하형(101)의 상부에서 제품 패널의 상단면 형상을 갖는 상형(111)이 상부의 슬라이더(109)에 장착되어 상기 하형(101)과의 사이에 투입되는 소재 패널(113)을 상기 블랭크 홀더(107)에 걸친 상태에서 상부에서 가압하여 제품 패널을 성형 가공하게 된다.

즉, 도 2에서와 같이, 먼저 상기 상형(111)과 블랭크 홀더(107)는 상승된 상태로, 이 상형(111)과 상기 하형(101) 사이에 소재 패널(113)이 투입되면, 도 3에서와 같이, 상기 상형(111)은 하강 작동하여 상형(111)의 다이 페이스면(115)과 블 랭크 홀더(107)의 다이 페이스면(117)에 의해 소재 패널(113)은 그 외측단이 홀딩된다.

이러한 상태에서, 도 4에서와 같이, 상기 상형(111)과 블랭크 홀더(107)는 함께, 하강 작동을 하여 상형(111)과 블랭크 홀더(107)의 각 다이 페이스면(115,117)에 홀딩된 소재 패널(113)이 성형부 내측으로 조금씩 유입되면서, 제품의 형상을 따라 성형되며, 상형(111)이 하형(101)와 완전하게 매칭되는 순간 제품 패널로 가압 성형된다.

이와 같이, 성형이 완료된 소재 패널(113)은, 도 5에서와 같이, 상형(111)이 상승한 상태에서, 블랭크 홀더(107)에 의해 리프팅되며, 취출용 행거(121)에 의해 상기 프레스 장비로부터 취출되는 것이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의하면, 하나의 패널 하부에 다른 패널이 결합되는 구조체를 제작하기 위해서는, 상부패널을 제작하기 위한 4개의 금형과, 하부패널을 제작하기 위한 4*N(여기서 N은 하부패널의 수이다) 개의 금형 등 총 4N+4 개의 금형을 제작하여야 하였다.

또한, 각각의 패널을 제작한 후, 이들을 접합하여야 하므로, 최종 구조체로서의 제품 패널 제작에 걸리는 시간은 '단위 프레싱 시간 * 패널의 개수 + 접합에 걸리는 시간'으로 많은 시간이 걸리며, (여기서 상기 '단위 프레싱 시간'은 소재 패널을 프레싱하여 하나의 제품 패널로 제작하는 데 걸리는 시간을 의미한다) 뿐만 아니라, 별도로 제작된 각 패널을 결합함에 있어 편차가 발생할 소지가 많았다.

또한, 이 경우에 용접 등의 방법에 의해 접합한다고 하여도, 완전한 결합정 도를 확보하기 힘들어 강도 부족의 원인이 되고, 특히 상기 제품 패널이 자동차용 패널인 경우에는 주행 시, 이상 차체 소음의 원인이 되는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점의 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상부패널과 하부패널을 가압 성형 후, 부분적으로 고주파 유도가열에 의해 열간 상태로 가열하고, 그 가열부를 클린칭 성형함으로써 필요한 금형의 수를 줄이고, 가공시간을 단축하며, 패널간의 결합력을 강화시키며, 그 결합 정도도 확보할 수 있도록 하는 클린칭 동시성형용 프레스 금형을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 클린칭 동시성형용 프레스 금형은 하형이 하부의 볼스터에 장착되고, 상기 하형의 외측으로 상기 볼스트에 쿠션핀을 통하여 블랭크 홀더가 장착되며, 상기 하형의 상부에서 상형이 상부의 슬라이더에 장착되어 하형과의 사이에 투입되는 소재 패널을 가압 성형하는 패널 성형용 프레스 금형에 있어서,

상기 상형 및 하형의 성형면 사이에는, 상기 투입되는 소재 패널의 일측을 열간 상태로 가열하여 클린칭 가공하는 열간 클린칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 열간 클린칭 수단은 상기 슬라이더의 일측에 장착되어 클린칭 가압력을 제공하는 가압 실린더; 상기 가압 실린더의 작동로드 선단에 장착되어 상기 상형의 성형면 일측을 관통하여 하향 작동하는 클린칭 펀치; 상기 하형의 성형면 일측에 장착되며, 상단면에는 상기 클린칭 펀치에 대응하는 클린칭 홈을 형성하는 클린칭 스틸; 상기 클린칭 펀치의 외측으로 상기 상형의 성형면 내측에 구성되어 클린칭 가공부에 가열원을 제공하는 히팅유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 클린칭 스틸은 상기 클린칭 홈이 원형으로 형성되며, 그 내단면에는 소재 유입홈을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 히팅유닛은 내부에 고주파 유도코일을 내장하는 고주파 유도가열기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 클린칭 동시성형용 프레스 금형에 의하면, 상부패널과 하부패널을 먼저 가압 성형한 후, 상기 2장의 패널을 히팅유닛을 통하여 부분적으로 고주파 유도가열에 의해 열간 상태로 가열하고, 그 가열부를 클린칭 성형함으로써 필요한 금형의 수를 줄이고, 가공시간을 단축하는 효과가 있다.

또한, 복수의 패널을 동시에 가압 성형함으로서, 그 결합정도를 확보함과 동시에, 패널 상호간의 클린칭 가공 및 압착성형으로 인한 결합력을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가압 성형이 완료된 후, 클린칭 가공부를 열간 상태로 가공함으로써, 클린칭 가공부의 성형성을 좋게 하여 크랙발생을 방지하고, 이로 인해 충분한 결합력을 확보하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면을 통하여 보다 상세 하게 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 클린칭 동시성형용 프레스 금형의 단면 구성도이고, 도 7은 도 6의 A 부분의 확대 단면도이다.

본 실시예에 따른 클린칭 동시성형용 프레스 금형의 전체적인 구성을 살펴보면, 도 6에서 도시한 바와 같이, 제품 패널의 하단면 형상의 하단 성형면(2)을 갖는 하형(1)이 하부의 볼스터(3)에 장착되고, 이 하형(1)의 외측으로는 상기 볼스트(3)에 쿠션핀(5)을 통하여 블랭크 홀더(7)가 장착된다.

그리고 상기 하형(1)의 상부에서 제품 패널의 상단면 형상의 상단 성형면(12)을 갖는 상형(11)이 상부의 슬라이더(9)에 장착되어 상기 하형(1)과의 사이에 투입되는 소재 패널(10; 도 8참조)을 상기 블랭크 홀더(7)에 걸친 상태에서, 상부에서 가압하여 제품 패널(20; 도 12참조)로 성형하게 된다.

여기서, 상기 상형(11)과 하형(1) 사이로 투입되는 소재 패널(10)은 적어도 2장 이상의 소재 패널(본 실시예에서는 2장의 소재 패널을 투입하는 것으로 적용함)이 투입되어 상호 열간 상태에서 클린칭 가공이 동시에 이루어지도록 한다.

또한, 상기 상형(11)의 상단 성형면(12)과 상기 하형(1)의 하단 성형면(2) 사이에는 상기 투입되는 2장의 소재 패널(10)을 가압 성형과 동시에, 그 일측을 가열하여 열간 상태에서 클린칭 가공하기 위한 열간 클린칭 수단을 구성한다.

상기 열간 클린칭 수단은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 슬라이더(9)의 하부에 가압 실린더(21)가 장착되어 클린칭 가압력을 제공하게 된다.

상기 가압 실린더(21)의 작동로드(23) 선단에는 클린칭 펀치(25)가 장착되는 데, 상기 클린칭 펀치(25)는 상형(11)의 성형면(12) 일측을 관통하여 하향 작동하도록 설치된다.

또한, 상기 하형(1)의 성형면(2) 상에는 클린칭 스틸(27)이 장착되는데, 상기 클린칭 스틸(27)은 그 상단면에 상기 클린칭 펀치(25)에 대응하는 클린칭 홈(29)을 형성하여 구성된다.

여기서, 상기 클린칭 스틸(27)에는 그 클린칭 홈(29)이 원형으로 형성되며, 상기 클린칭 홈(29)의 내단면에는 외측을 따라 소재 유입홈(31)을 더 형성한다.

그리고 상기 클린칭 펀치(25)의 외측으로 상기 상형(11)의 성형면(12) 내측에는 히팅유닛(33)이 구성되는데, 상기 히팅유닛(33)은 소재 패널(10) 상의 클린칭 가공부에 가열원을 제공하게 된다.

여기서, 상기 히팅유닛(33)은 내부에 고주파 유도코일을 내장하는 고주파 유도가열기로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 클린칭 펀치(25)와 클린칭 스틸(27)에 의한 소재 패널(10)의 클린칭 가공은 2장 혹은 그 이상의 패널(판재)이 가압 성형 후, 그 클린칭 가공부가 상기 히팅유닛(33)에 의해 국부적으로 가열되어 열간 상태에서, 상기 가압 실린더(21)가 구동하여 클린칭 펀치(25)가 각 소재 패널(10)의 일측을 클린칭 스틸(27)의 클린칭 홈(29)으로 밀어 넣어 접히는 부분이 생기도록 하여 패널 상호간을 접합하게 된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 클린칭 동시성형용 프레스 금형의 작동을, 도 8 내지 도 12을 통하여 각 단계별로 설명한다.

도 8에서와 같이, 먼저, 상기 상형(11)과 블랭크 홀더(7)가 상승된 상태로, 상기 상형(11)과 하형(1) 사이에, 상부패널과 하부패널로 구성되는 2장의 소재 패널(10)을 투입한다.

이어서, 상기 도 9에서와 같이, 상기 상형(11)은 상부 슬라이드(9)에 의해 하강 작동하여 상형(11)의 다이 페이스면(19)과 블랭크 홀더(7)의 다이 페이스면(15)을 통하여 상기 각 소재 패널(10)의 외측단을 홀딩하게 된다.

이러한 상태에서, 상기 상부 슬라이드(9)에 의해 상형(11)이 계속 하강 작동하면, 상기 블랭크 홀더(7)는 하강작동을 시작하게 되며, 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 상형(11)과 블랭크 홀더(7)의 각 다이 페이스면(19,15)에 홀딩된 2장의 소재 패널(10)이 상형(11)과 하형(1)의 각 성형면(12, 2) 내측으로 조금씩 유입되면서, 제품의 형상을 따라 성형되며, 상형(11)이 하형(1)과 완전하게 합형되는 순간, 제품 패널(20)로 성형된다.

이와 같이, 상기 2장의 소재 패널(10)이 상형(11)과 하형(1)에 의해 가압 성형이 완료되면, 도 11에서 도시한 바와 같이, 먼저 제어기(C)가 히팅유닛(33)에 제어신호를 출력하게 된다.

그러면 상기 히팅유닛(33)은 상기 소재 패널(10)의 클린칭 가공부를 고주파 유도가열에 의해 국부적으로 가열하여 열간 상태을 이루도록 하며, 이어서 상기 가압 실린더(21)가 전진 구동하게 된다.

상기 가압 실린더(21)가 전진 구동함에 따라 상기 클린칭 펀치(25)는 2장의 소재 패널(10)의 클린칭 가공부 일측을 가압하여 하형(1) 상의 클린칭 스틸(27)에 형성된 클린칭 홈(29)의 내부로 밀어 넣게 되며, 이에 따라 상기 클린칭 홈(29) 내에서는, 2장의 소재 패널(10)이 상호 분리되지 않도록 언더컷(UC)이 형성되어 상기 소재 패널(10) 상호간에 접합이 이루어진다.

여기서, 상기 클린칭 가공부는 클린칭 성형에 의해 그 주변의 소재유입이 많아 자체 신률이 부족하여 쉽게 파단되거나 크랙이 발생되나, 상기 히팅유닛(33)에 의해 열간 상태로 성형되어 파단이나 크랙 발생을 억제할 수 있게 된다.

이와 같이, 소재 패널(10)의 가압 성형 및 클린칭 성형이 완료된 상태로, 상기 상부 슬라이드(9)가 상승 작동하면, 도 12에서와 같이, 상형(11)과 블랭크 홀더(7)가 동시에 상승하게 되고, 계속해서 상부 슬라이드(9)가 상승 완료되면, 상기 상형(11)과 하형(1) 사이로 행거(30)가 투입되어 제품 패널(20)을 취출하게 된다.

따라서 상기한 바와 같이, 상부패널과 하부패널을 동일 프레스 금형 내에서, 가압 성형 및 클린칭 가공을 이룸으로써, 그 접합력의 강화 및 그 결합 정도를 확보할 수 있는 것이다.

도 1은 일반적인 프레스 장비의 일 측면도이다.

도 2는 도 7의 A-A 선에 따른 종래 기술의 패널 성형용 프레스 금형의 단면 구성도이다.

도 3 내지 도 5는 종래 기술에 따른 패널 성형용 프레스 금형의 단계별 작동 상태도이다.

도 6은 본 발명에 따른 클린칭 동시성형용 프레스 금형의 단면 구성도이다.

도 7은 도 6의 A 부분의 확대 단면도이다.

도 8 내지 도 12는 본 발명에 따른 클린칭 동시성형용 프레스 금형의 단계별 작동 상태도이다.

Claims (4)

1. 하형이 하부의 볼스터에 장착되고, 상기 하형의 외측으로 상기 볼스트에 쿠션핀을 통하여 블랭크 홀더가 장착되며, 상기 하형의 상부에서 상형이 상부의 슬라이더에 장착되어 하형과의 사이에 투입되는 소재 패널을 가압 성형하는 패널 성형용 프레스 금형에 있어서,

   상기 상형 및 하형의 성형면 사이에는, 상기 투입되는 소재 패널의 일측을 열간 상태로 가열하여 클린칭 가공하는 열간 클린칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 클린칭 동시성형용 프레스 금형.
2. 제1항에서,

   상기 열간 클린칭 수단은

   상기 슬라이더의 일측에 장착되어 클린칭 가압력을 제공하는 가압 실린더;

   상기 가압 실린더의 작동로드 선단에 장착되어 상기 상형의 성형면 일측을 관통하여 하향 작동하는 클린칭 펀치;

   상기 하형의 성형면 일측에 장착되며, 상단면에는 상기 클린칭 펀치에 대응하는 클린칭 홈을 형성하는 클린칭 스틸;

   상기 클린칭 펀치의 외측으로 상기 상형의 성형면 내측에 구성되어 클린칭 가공부에 가열원을 제공하는 히팅유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클린칭 동시성형용 프레스 금형.
3. 제2항에서,

   상기 클린칭 스틸은

   상기 클린칭 홈이 원형으로 형성되며, 그 내단면에는 소재 유입홈을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 클린칭 동시성형용 프레스 금형.
4. 제2항에서,

   상기 히팅유닛은

   내부에 고주파 유도코일을 내장하는 고주파 유도가열기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클린칭 동시성형용 프레스 금형.

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