KR20130034236A

KR20130034236A - 블랭크 홀더의 상승압력을 조절하는 냉간 프레스 성형 방법

Info

Publication number: KR20130034236A
Application number: KR1020110098134A
Authority: KR
Inventors: 이성호; 진병극
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-05

Abstract

냉간 프레스 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블랭크의 가장자리를 홀딩하는 블랭크 홀더의 상승압력을 조절하여 제품의 크랙을 방지할 수 있는 냉간 프레스 성형 방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 베이스 플레이트에 고정된 하부 금형과, 상기 하부 금형에 대응하며 승하강 가능하게 형성되는 상부금형과, 상기 하부 금형의 주변에 형성되어 상기 상부금형과 맞물려 블랭크를 고정하는 블랭크 홀더를 포함하는 프레스 장치를 이용하여 블랭크를 성형하되, 상기 상부 금형의 하강에 따라 상기 블랭크 홀더의 상승압력을 가변하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법을 제공한다.

Description

블랭크 홀더의 상승압력을 조절하는 냉간 프레스 성형 방법{PRESS FORMING METHOD USING BLANK HOLDING FORCE CONTROL}

본 발명은 냉간 프레스 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블랭크의 가장자리를 홀딩하는 블랭크 홀더의 상승압력을 조절하여 제품의 크랙을 방지할 수 있는 냉간 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

냉간 프레스 성형은 강판 소재를 프레스의 압력으로 특정한 형태로 가공하는 방법인다. 냉간 프레스 성형 장치는 상부금형과 그에 대응하는 하부금형 그리고 블랭크 소재의 가장자리를 고정하는 블랭크로 홀더를 포함한다. 블랭크 홀더는 일정한 상승압력을 제공하여 상부금형과의 사이에 블랭크 소재를 고정한 채 하강하게 된다.

프레스 성형시 블랭크 소재의 가장자리 부분은 블랭크 홀더와 상부금형의 사이에 물려 고정된다. 이 때 블랭크 홀더의 상승압력(쿠션압)이 높으면 블랭크 소재가 견고하게 구속되어, 블랭크 홀더의 상승압력이 낮으면 블랭크 소재의 구속력이 약해 블랭크 소재가 밀려 이동할 수 있다.

일반적으로 블랭크 홀더의 상승압력은 일정하게 유지되는데, 경우에 따라서 구속력이 강한 것이 유리할 수도 있고, 약한 것이 유리할 수도 있다.

예를 들어, 성형 깊이가 낮은 경우에는 블랭크 소재를 견고하게 구속하지 않으면 성형이 완전하게 이루어지지 않을 수 있다.

반대로 성형 깊이가 깊은 경우 블랭크 소재를 너무 견고하게 구속하면, 성형 과정에서 크랙이 발생할 수 있다.

관련선행기술로는 국내공개특허 공개번호 10-2005-0108715호 (공개일자 2005년 11월 17일) '더블 블랭크 홀더가 구비된 프레스 금형'이 있다.

본 발명의 목적은 냉간 프레스 성형에서 블랭크 소재의 구속력을 결정하는 블랭크 홀더의 상승압력을 제품의 성형정도 또는 스트로크의 진행정도에 따라 가변함으로써, 성형 과정 중 제품에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있는 냉간 프레스 성형 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 베이스 플레이트에 고정된 하부 금형과, 상기 하부 금형에 대응하며 승하강 가능하게 형성되는 상부금형과, 상기 하부 금형의 주변에 형성되어 상기 상부금형과 맞물려 블랭크를 고정하는 블랭크 홀더를 포함하는 프레스 장치를 이용하여 블랭크를 성형하되, 상기 상부 금형의 하강에 따라 상기 블랭크 홀더의 상승압력을 가변하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법을 제공한다.

이 때, 상기 블랭크 홀더의 상승 압력은 고압과 저압의 2단계의 압력을 가지며, 상기 블랭크의 성형율이 10~20% 범위인 성형초기, 블랭크의 성형율이 80~90% 범위가 되는 성형중기, 블랭크 성형율이 100%가 되는 성형말기의 3 구간으로 나누어, 상기 성형초기와 성형말기는 고압의 상승압력을 가지고, 상기 성형중기에는 저압의 상승압력을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

다른 방법으로, 상기 블랭크 홀더의 상승 압력은 온(100%)/오프(0%)로 제어되며, 상기 블랭크의 성형율이 10~20% 범위인 성형초기, 블랭크의 성형율이 80~90% 범위가 되는 성형중기, 블랭크 성형율이 100%가 되는 성형말기의 3 구간으로 나누어, 상기 성형초기와 성형말기는 상승압력을 온 상태로 제어하고, 상기 성형중기에는 상승압력을 오프 상태로 제어할 수도 있다.

또 다른 방법으로, 상기 블랭크 홀더의 상승 압력은 상기 블랭크의 상부 금형의 하강율이 40~80% 구간에서 감소된 상태를 유지하도록 할 수 있으며,

상기 블랭크 홀더의 상승 압력을 온(on)/오프(off)로 제어하되, 상기 블랭크의 상부 금형의 하강율이 40~80% 구간에서 오프 상태를 유지하도록 할 수도 있다.

이를 위하여, 상기 블랭크 홀더는 수치제어(NC) 쿠션에 의하여 상승압력이 조절되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 냉간 프레스 성형 방법은 제품의 성형 정도 또는 상부 금형의 스트로크 진행 정도에 따라 블랭크 홀더의 상승압력을 조절함으로써, 성형 과정에서 제품에 크랙이 발생하는 것을 억제하는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 로딩 상태를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 홀딩 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 성형 과정을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 성형 완료 상태를 나타낸 도면임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 블랭크 홀더의 상승압력을 조절하는 냉간 프레스 성형 방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 로딩 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 냉간 성형용 프레스 장치(100)는 베이 플레이트(110)에 고정되는 하부금형(120)과, 상기 하부금형(120)과 대면하여 상기 하부금형(120)에 대하여 승하강 가능하게 형성되는 상부금형(130)과, 상기 하부금형(120)의 주변에 배치되어 블랭크 소재(10)의 가장자리를 구속하는 블랭크 홀더(150)를 포함한다.

하부금형(120)은 성형과정에서 베이스 플레이트(110)에 고정된 상태를 유지하게 되며, 상부금형(130)은 유압등에 의하여 능동적으로 승하강하게 된다.

블랭크 홀더(150)는 능동적으로 승하강 하는 것은 아니고, 상부금형(130)의 하강시에 상부금형(130)과 함께 하강하게 되는데, 이 때 블랭크 홀더(150)와 상부금형(130)의 사이에 블랭크 소재가 끼어 구속된다.

블랭크 홀더(150)는 쿠션(Cusion, 미도시)에 의하여, 블랭크 홀더가 상승하는 방향으로 상승압력을 받게 된다. 일반적으로는 유압스프링 또는 기계식 스프링에 의하여 일정한 상승압력을 가하게 된다.

본 발명은 블랭크 홀더(150)에 상승압력을 가하는 쿠션이 압력을 가변할 수 있도록 함으로써, 성형의 진행 정도에 따라 블랭크 소재의 구속력을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 블랭크 소재 로딩 상태를 나타낸 것으로, 상부금형(130)은 상사점(Top dead center, TDC)에 위치하고 있으며, 블랭크 홀더(150)는 외압이 없으므로 최대로 상승한 상태를 유지하고 있다. 이러한 상태에서 도시한 바와 같이 블랭크 소재(10)를 로딩한다. 로딩된 블랭크 소재(10)는 하부금형(120)는 접촉하지 않으며 블랭크 홀더(150)의 위에 올려진 상태가 된다.

이러한 상태에서 상부금형(130)이 하강하기 시작한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 홀딩 상태를 나타낸 도면이다.

블랭크 소재(10)가 블랭크 홀더(150)에 안착된 후, 상부금형(130)이 하강하기 시작한다. 그러다가 도 2에 도시된 바와 같이, 상부금형(130)의 가장자리가 블랭크 소재(10)의 상면에 접촉하게 된다. 이 상태가 되면 블랭크 소재(10)가 상부금형(130)과 블랭크 홀더(150)의 사이에 끼인 상태로 구속된다. 상부금형(130)의 하강압력은 블랭크 홀더(150)의 상승압력보다 크기 때문에 상부금형(130)과 블랭크 홀더(150) 사이에 블랭크 소재(10)가 끼인 상태로 블랭크 소재(10)가 하강하며 하부금형(120)의 형상대로 변형이 일어나기 시작한다.

이 때, 블랭크 홀더(150)의 상승압력을 블랭크 소재(10)를 견고하게 구속할 수 있을 정도로 가해지는 것이 바람직하다. 블랭크 홀더(150)의 상승압력이 낮은 경우 블랭크 소재(10)가 하부금형(120)에 접촉하며 변형할 때, 블랭크 소재(10)가 미끄러져 이동할 수 있으며, 그렇게 되면 원하는 형태로 성형되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 성형 과정을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 성형과정에서는 상부금형(130)과 블랭크 홀더(150) 사이에 블랭크 소재가 구속된 상태로, 블랭크 소재가 하부 금형(120)에 점차로 밀착되며 형상이 성형된다.

그런데, 이러한 성형 과정에서는 블랭크 소재(10)가 미끄러져 이동한다고 하더라도 치수정밀도나 형상 동결성에 큰 영향을 미치지 않으며, 성형 깊이 깊은 경우에는 오히려 블랭크 소재가 하부금형(120)에 딸려 올라가는 것이 크랙을 방지하는 측면에서 유리하다.

본 발명은 이렇게 성형 초기를 지나 성형 중간쯤에는 블랭크 홀더(150)의 상승압력을 저하시킴으로써 제품의 크랙 발생을 방지하는 성형방법을 제시한다.

여기서, 블랭크 홀더(150)의 상승 압력 저하 구간을 어떻게 결정할 것인가가 중요한다. 이는 제품의 성형율을 기준으로 할 수도 있고, 상부금형의 스트로크 진행정도를 기준으로 할 수도 있다.

제품의 형상은 3차원적인 입체적인 것이어서 수치로 환산하기가 곤란하지만, 본 발명에서는 완제품의 높이를 100으로 할 때, 중간 성형품의 높이의 비율을 성형 비율로 정의한다. 예를 들어 완제품의 높이가 80mm 라고 하면, 중간 성형품의 높이가 20mm 인 지점은 성형율이 25%인 것이고, 중간 성형품의 높이가 60mm 인 지점은 성형율이 75%인 것이다.

성형율을 기준으로 하면, 블랭크의 성형율이 10~20% 범위가 되는 구간을 성형초기, 블랭크의 성형율이 80~90% 범위가 되는 구간을 성형중기, 그리고 성형이 100% 완료되는 구간을 성형말기로 구분할 수 있다.

성형초기는 블랭크 소재의 변형이 시작되어 블랭크 소재가 하부금형(120)에 밀착되는 초기 상태로, 이 때에는 블랭크 홀더(150)의 상승 압력을 높게 하여 블랭크를 견고하게 구속하는 것이 바람직하다.

성형중기에는 블랭크 소재가 어느정도 하부금형(120)에 밀착되어 성형이 진행되는 과정으로 견고한 구속력 보다는 블랭크를 어느정도 느슨하게 풀어주는 것이 크랙 발생을 방지하는 측면에서 유리하다.

다시, 성형말기에는 형상동결성을 확보하기 위하여 블랭크 홀더(150)의 상승 압력을 높게 하는 것이 바람직하다.

즉, 블랭크 홀더의 상승압력이 고압과 저압의 2단계의 압력을 가지는 경우라면, 성형초기와 성형말기에는 고압의 상승압력을 가하는 것이 바람직하며, 성형중기에는 저압의 상승압력을 가하는 것이 바람직한 것이다.

블랭크 홀더의 상승압력을 저압, 고압의 2단으로 제어하는 것이 아니라, 온(on)/오프(off)로 제어할 수도 있으며, 이 경우 성형중기에만 상승압력을 오프로 하고, 성형초기와 성형말기에는 상승압력을 온으로 하는 방식으로 제어할 수도 있다.

블랭크 홀더(150)의 상승압력을 제어하기 위해서는 수치제어 쿠션을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

블랭크 홀더의 상승압력은 상부금형의 하강율에 따라 조절할 수도 있다. 즉 상부금형이 상사점(Top Dead Center)에서 하사점(Bottom Dead Center)까지 하강한 정도에 따라서 블랭크 홀더의 상승압력을 가변적으로 제어할 수도 있다.

상사점에 위치한 경우 하강율이 0%가 되며, 하사점에 위치한 경우 하강율이 100%가 된다. 상부금형의 하강율에 따라 블랭크 홀더(150)의 상승압력을 제어하는 경우 상부 금형의 하강율이 40~80% 범위인 경우, 블랭크 홀더(150)의 상승압력이 감소된 상태가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 블랭크 홀더(150)의 상승압력을 온(on)/오프(off)로 제어하는 경우, 상부금형(130)의 하강율이 40~80% 구간에서, 블랭크 홀더(150)의 상승압력이 오프 상태를 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 프레스 성형 방법의 블랭크 소재 성형 완료 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 성형완료 상태에서는 상부금형(150)이 하사점에 달하여 상부금형(150)과 하부금형(120)이 소재를 사이에 두고 밀착된다. 성형완료 직전에는 가능한 소성변형이 이루어지도록 하여 형상 동결성을 확보해야 하므로, 성형완료 직전 구간에서는 블랭크 홀더(150)의 상승압력을 강하게 하는 것이 바람직하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110 : 베이스 플레이트
120 : 하부금형
130 : 상부금형
150 : 블랭크 홀더

Claims

베이스 플레이트에 고정된 하부 금형과, 상기 하부 금형에 대응하며 승하강 가능하게 형성되는 상부금형과, 상기 하부 금형의 주변에 형성되어 상기 상부금형과 맞물려 블랭크를 고정하는 블랭크 홀더를 포함하는 프레스 장치를 이용하여 블랭크를 성형하되, 상기 상부 금형의 하강에 따라 상기 블랭크 홀더의 상승압력을 가변하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 블랭크 홀더의 상승 압력은
고압과 저압의 2단계의 압력을 가지며,
상기 블랭크의 성형율 10~20% 범위인 성형초기, 블랭크의 성형율이 80~90% 범위가 되는 성형중기, 블랭크 성형율이 100%가 되는 성형말기의 3 구간으로 나누어,
상기 성형초기와 성형말기는 고압의 상승압력을 가지고,
상기 성형중기에는 저압의 상승압력을 가지는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 블랭크 홀더의 상승 압력은
온(100%)/오프(0%)로 제어되며,
상기 블랭크의 성형율 10~20% 범위인 성형초기, 블랭크의 성형율이 80~90% 범위가 되는 성형중기, 블랭크 성형율이 100%가 되는 성형말기의 3 구간으로 나누어,
상기 성형초기와 성형말기는 상승압력을 온 상태로 제어하고,
상기 성형중기에는 상승압력을 오프 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 블랭크 홀더의 상승 압력은
상기 블랭크의 상부 금형의 하강율이 40~80% 구간에서 감소된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 블랭크 홀더의 상승 압력은
온(on)/오프(off)로 제어되며,
상기 블랭크의 상부 금형의 하강율이 40~80% 구간에서 오프 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 블랭크 홀더는
수치제어(NC) 쿠션에 의하여 상승압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉간프레스 성형방법.