KR20120066474A - 굴곡형 채널용 금형, 제조방법 및 이에 의한 금속 구조재 - Google Patents

굴곡형 채널용 금형, 제조방법 및 이에 의한 금속 구조재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 U자형 채널용 금형, 제조방법 및 이에 의한 금속 구조재에 관한 것으로서, 구체적으로 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 U자형 채널용 금형은 하부 금형, 홀더 및 펀치를 포함한다.
하부 금형은 U자형 채널의 외부형상에 대응하도록 형성되는 성형부와 상기 성형부 상단 양측으로부터 외측으로 연장형성되는 가이드부를 구비하고, 상기 가이드부에 제1 드로비드가 형성된다. 홀더는 상기 가이드부 상부에 구비되고, 상기 제1 드로비드와 대응하는 위치에 상기제1 드로비드의 요철과 대응하는 형상으로 제2 드로비드가 형성된다. 펀치는 상기 U자형 채널의 내부형상에 대응하도록 형성된다.
본 발명에 따르면 잔류응력 및 탄성복원에 의해 발생되는 형상 불량을 추가 공정없이 감소시킬 수 있다.

Description

굴곡형 채널용 금형, 제조방법 및 이에 의한 금속 구조재{Metalic pattern of bending-type channel, manufacturing method and structural frame thereby}
본 발명은 굴곡형 채널용 금형, 제조방법 및 이에 의한 금속 구조재에 관한 것으로서, 구체적으로는 탄성회복에 의한 변형을 최소화하는 굴곡형 채널을 제조하는 금형 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.
판재를 이용하여 구조재(자동차 차체, 건물골조, 등)를 제작할 경우 통상적으로 U자 모양 채널의 형상을 성형한 후 두 개의 U자 모양 채널을 용접하여 사각박스 형태로 만든다. 이러한 U자 모양 채널은 프레스를 이용하여 판재를 성형하여 제작하게 된다.
판재를 U자 모양으로 프레스를 이용하여 성형할 경우 소재가 유입되며 굽힘과 펴짐이 발생된다. 성형 후 U자 모양 채널에는 잔류응력이 발생된다. 이러한 잔류응력 및 탄성회복으로 인하여 U자형 채널은 굽혀진 방향과 반대의 방향으로 다시 벌어지게 된다.
성형 후 U자 모양의 채널이 벌어질 경우 2개의 채널을 용접하여 구조재로 만드는 것이 어렵기 때문에 리스트라이킹(restriking) 등의 추가 공정을 실시하여 채널의 형상이 설계한 모양이 되도록 가공을 수행한다. 통상적으로 판재 성형에서 프레스 작업이 증가하면 여기에 필요한 프레스 설비와 더불어 추가 금형 제작에 소요되는 비용이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
본 발명의 과제는 U자 모양 채널 성형 시 추가적인 공정없이 U자 모양 채널 성형 후 탄성복원에 의한 형상 정밀도 불량 발생을 감소시킬 수 있는 금형, 제조방법 및 이에 의한 굴곡형 채널을 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 굴곡형 채널용 금형은 하부 금형, 홀더 및 펀치를 포함한다.
하부 금형은 굴곡형 채널의 외부형상에 대응하도록 형성되는 성형부와 상기 성형부 상단 양측으로부터 외측으로 연장형성되는 가이드부를 구비하고, 상기 가이드부에 제1 드로비드가 형성된다.
홀더는 상기 가이드부 상부에 구비되고, 상기 제1 드로비드와 대응하는 위치에 상기제1 드로비드의 요철과 대응하는 형상으로 제2 드로비드가 형성된다.
펀치는 상기 굴곡형 채널의 내부형상에 대응하도록 형성된다.
또한 상기 굴곡형 채널은 U 자형으로 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 드로비드는 상기 가이드부의 상기 성형부와 접하는 부분에 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 드로비드 및 제2 드로비드는 아래로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 굴곡형 채널은 채널부, 연장부 및 요철부를 포함한다.
채널부는 U자형으로 굽어진 형상으로 형성된다. 연장부는 상기 채널부 양측면의 상단으로부터 외측으로 연장 형성된다. 요철부는 상기 채널부 양측면 하단으로부터 상기 채널부 양측면 상단을 통해 상기 연장부까지 요철이 형성된다.
또한 상기 요철부는 상기 채널부의 외측을 향하여 돌출될 수 있다.
다른 한편, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 금형에 의하여 제4항 또는 제5항의 굴곡형 채널을 제조하는 방법에 있어서 본 발명에 따른 U자형 채널 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.
제1 단계에서는 하부 금형 양측의 가이드부를 따라 나란히 금속 판형의 블랭크를 위치시킨다.
제2 단계에서는 상기 블랭크 상부에 홀더를 위치시키고, 상기 하부 금형 양측의 가이드부와 상기 홀더를 압착하여 고정시킨다.
제3 단계에서는 펀치를 하부 금형 중앙의 성형부 내측으로 삽입 및 압착한다.
상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,
본 발명에 따르면, 판재를 성형하여 U자 모양의 형상으로 가공할 경우 드로비드를 추가함으로써 가공 후 소재의 탄성복원을 감소 시킬 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따르면 잔류응력 및 탄성복원에 의해 발생되는 형상 불량을 추가 공정없이 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 모습을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 가공전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 가공전 모습을 나타내는 정단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 가공후 모습을 나타내는 정단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따라 가공된 U자형 채널의 모습을 나타내는 정면도이다.
도 5b는 본 발명에 따라 가공된 U자형 채널의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6a는 기존의 U자형 채널 형성 직후, 탄성회복 전의 잔류응력분포를 나타내는 도면이다.
도 6b는 기존의 U자형 채널 형성 및 탄성회복 후의 잔류응력분포를 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 발명에 따른 U자형 채널 성형 후, 탄성회복 전의 잔류응력 분포를 나타내는 도면이다.
도 7b는 본 발명에 따른 U자형 채널 성형 및 탄성회복 후의 잔류응력 분포를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9은 본 발명에 따른 U자형 채널과 기존의 U자형 채널의 탄성복원 후의 형상을 비교한 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 상하좌우 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 U자형 채널용 금형을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 모습을 나타내는 분해 사시도이다.
U자형 채널용 금형은 하부 금형, 홀더 및 펀치를 포함한다.
하부 금형(10)은 다시 성형부(10a)와 가이드부(10b)로 나누어 볼 수 있다. 성형부(10a)는 후술할 펀치(20)와 함께 U자형 채널을 형성하기 위한 구성이다. 즉 성형부(10a)는 U자형 채널의 외부형상에 대응하도록 형성된다. 한편, 가이드부(10b)는 성형부(10a)를 구성하는 양 측벽의 상단으로부터 외측을 향하여 연장 형성된다. 가이드부(10b)에는 제1 드로비드(15)가 형성된다. 제1 드로비드(15)는 성형부(10a)의 양측벽 상단 중앙으로부터 가이드부(10b)를 따라 일정 길이만큼 오목한 홈형상으로 형성된다.
홀더(30)는 한쌍의 금속재 판형으로 형성된다. 마주보는 홀더(30)의 내측 변으로부터 일정길이 부분에는 상술한 제1 드로비드(15)에 대응하는 제2 드로비드(35)가 형성된다. 이 때 제1 드로비드(15)는 제2 드로비드(35)에 비하여 홈의 직경이 더 커야한다. 후술할 블랭크(40)가 제1 드로비드(15)와 제2 드로비드(35) 사이에서 압착이 되어야 하므로 가이드부(10b) 상에 홀더(30)가 압착되는 경우 제1 드로비드(15)와 제2 드로비드(35) 사이에는 블랭크(40)의 두께 만큼의 유격이 있어야 한다.
이 때 제1 드로비드 및 제2 드로비드는 위로 볼록한 형상으로 형성될 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 관하여는 후술할 본 발명의 작용 부분에서 상세히 기술한다.
펀치(20)는 제조하고자 하는 U자형 채널의 내부형상에 대응하도록 형성된다. 본 실시예에서는 U자형 채널의 내부 형상인 U자형으로 형성된다. 마찬가지로 펀치(20)는 상술한 성형부(10a) 내부로 삽입 및 압착되어 후술할 블랭크(40)에 굴곡부를 형성하여야 한다. 따라서 펀치(20)가 상술한 성형부(10a) 내로 삽입되는 경우 적어도 블랭크(40)의 두께만큼의 유격이 형성되어야 한다.
도 2 내지 도 5b를 참조하여 본 발명에 따른 U자형 채널 제조방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 가공전 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 가공전 모습을 나타내는 정단면도이다. 또한 도 4는 본 발명에 따른 금형 및 가공소재의 가공후 모습을 나타내는 정단면도이고, 도 5a는 본 발명에 따라 가공된 U자형 채널의 모습을 나타내는 정면도이며, 도 5b는 본 발명에 따라 가공된 U자형 채널의 모습을 나타내는 사시도이다.
먼저 도 2에 도시된 바와 같이 하부 금형(10) 양측의 가이드부(10b)를 따라 나란히 금속 판형의 블랭크(40)를 위치시킨다. 다음으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 블랭크(40) 상부에 홀더(30)를 위치시킨다. 다음으로는 도 4에 도시된 바와 같이 하부 금형(10) 양측의 가이드부(10b)와 홀더(30)를 압착하여 고정시키고, 펀치(20)를 하부 금형(10) 중앙의 성형부(10a) 내측으로 삽입 및 압착한다.
이러한 방식을 따라 제조를 하면 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같은 U자형 채널이 형성된다. U자형 채널(40)은 채널부(40a), 연장부(40b) 및 요철부(45)를 포함한다.
채널부(40a)는 상술한 성형부(10a)와 펀치(20)의 압착에 의하여 U자형으로 굽어진 형상으로 형성된다. 이 때 연장부는 채널부(40a) 양측면의 상단으로부터 외측으로 연장된 형상으로 형성된다. 요철부(45)는 채널부(40a) 양측면 하단으로부터 채널부(40a) 양측면 상단을 통해 연장부까지 요철 형상으로 형성된다. 즉 요철부(45)는 상술한 제1 및 제2 드로비드(15, 35)의 설계에 따라 소재 드로잉을 통하여 형성된다. 요철부(45)는 제1 및 제2 드로비드(15, 35)의 요철 방향에 따라 요철이 형성되는 방향이 달라지게 된다.
한편, 상술한 펀치(20)가 블랭크(40)를 압착하면서 성형부(10a)로 들어가면하부 금형(10)의 가이드부(10b)에 형성된 제1 드로비드(15)와 홀더(30)에 위치하는 제2 드로비드(35)가 블랭크(40)를 압착하여 연속적으로 요철부(45)를 형성하게 된다. 이 때 블랭크(40)가 성형부(10a) 내부로 빨려 들어감에 따라 소재의 굽힘 변형뿐만 아니라 굽힘 변형에 수직인 방향으로 압축변형을 유발하게 된다.
도 6a 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 U자형 채널의 작용에 대하여 설명한다.
도 6a는 기존의 U자형 채널 형성 직후, 탄성회복 전의 잔류응력분포를 나타내는 도면이고, 도 6b는 기존의 U자형 채널 형성 및 탄성회복 후의 잔류응력분포를 나타내는 도면이다. 또한 도 7a는 본 발명에 따른 U자형 채널 성형 후, 탄성회복 전의 잔류응력 분포를 나타내는 도면이고, 도 7b는 본 발명에 따른 U자형 채널 성형 및 탄성회복 후의 잔류응력 분포를 나타내는 도면이다. 또한 도 8 및 도 9은 본 발명에 따른 U자형 채널과 기존의 U자형 채널의 탄성복원 후의 형상을 비교한 개략도이다.
먼저 도 6a에 도시된 바와 같이 기존의 U자형 채널의 경우 벽부에 일정한 잔류응력 분포를 야기한다. 이는 일정 시간이 지난 후 탄성이 복원되면 도 6b에 도시된 바와 같이 채널의 굽혀진 부위가 다시 벌어지는 현상을 유발하게 된다.
한편, 도 7a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 U자형 채널의 경우에는 벽부에 불균일한 잔류응력 분포를 야기하게 된다. 즉 소재 자체의 굽힘에 의한 탄성복원력을 요철부에 의하여 상쇄 또는 저감시키게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이 기존의 U자형 채널의 탄성복원 후의 형상(C2)은 본 발명에 의한 U자형 채널의 탄성복원 후의 형상(C1)에 비하여 많이 벌어짐을 알 수 있었다. 한편, 요철부가 반대로 형성된 경우(C3)에는 종래의 U자형 채널의 탄성복원 후의 형상(C2)에 비하여 벌어짐이 덜 하였으나, 본 발명에 의한 U자형 채널의 탄성복원 후의 형상(C1)에 비하여는 벌어짐이 심하였다. 즉 요철부를 탄성복원력의 방향과 반대방향으로 형성함으로써 탄성복원 후의 벌어짐이 감소된다는 사실을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 U자형 채널을 이용하여 잔류응력 및 탄성복원에 의한 불량의 염려없이 다른 금속 구조재의 제조가 가능하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 U자형 채널용 금형, 제조방법 및 이에 의한 금속 구조재로 구현될 수 있다.
10: 하부 금형 15: 암 드로비드
20: 펀치 30: 홀더
35: 드로비드 40: 블랭크
45: 수 드로비드

Claims (7)

  1. 굴곡형 채널의 외부형상에 대응하도록 형성되는 성형부와 상기 성형부 상단 양측으로부터 외측으로 연장형성되는 가이드부를 구비하고, 상기 가이드부에 제1 드로비드가 형성되는 하부 금형;
    상기 가이드부 상부에 구비되고, 상기 제1 드로비드와 대응하는 위치에 상기제1 드로비드의 요철과 대응하는 형상으로 제2 드로비드가 형성되는 홀더; 및
    상기 굴곡형 채널의 내부형상에 대응하도록 형성되는 펀치;를 포함하는 굴곡형 채널용 금형.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡형 채널은 U 자형으로 형성되는 굴곡형 채널용 금형.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 드로비드는 상기 가이드부의 상기 성형부와 접하는 부분에 형성되는 굴곡형 채널용 금형.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 드로비드 및 제2 드로비드는 아래로 볼록한 형상으로 형성되는 굴곡형 채널용 금형.
  5. U자형으로 굽어진 형상으로 형성되는 채널부;
    상기 채널부 양측면의 상단으로부터 외측으로 연장 형성되는 연장부; 및
    상기 채널부 양측면 하부로부터 상기 채널부 양측면 상단을 통해 상기 연장부까지 요철형상으로 형성되는 요철부;를 포함하는 굴곡형 채널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 요철부는 상기 채널부의 외측을 향하여 돌출되는 굴곡형 채널.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 금형에 의하여 제4항 또는 제5항의 U자형 채널을 제조하는 방법에 있어서,
    하부 금형 양측의 가이드부를 따라 나란히 금속 판형의 블랭크를 위치시키는 제1 단계;
    상기 블랭크 상부에 홀더를 위치시키고, 상기 하부 금형 양측의 가이드부와 상기 홀더를 압착하여 고정시키는 제2 단계; 및
    펀치를 하부 금형 중앙의 성형부 내측으로 삽입 및 압착하는 제3 단계;를 포함하는 굴곡형 채널 제조방법.
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