KR20130094334A

KR20130094334A - 프레스 성형용 금형

Info

Publication number: KR20130094334A
Application number: KR1020137011321A
Authority: KR
Inventors: 나오키 이치조; 요시야 사토; 이사오 노지리
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2013-08-23
Also published as: CN103338874B; WO2012101830A1; JP5458341B2; EP2669025A1; EP2669025A8; KR101474178B1; US20130291614A1; CN103338874A; JPWO2012101830A1; US9126253B2; EP2669025A4

Abstract

경량인 프레스 성형용 금형을 제공한다. 금형 (2, 32) 은, 프레스 성형시에 워크피스에 맞닿게 하여 워크피스를 목적 의장으로 성형하는 의장 성형부가 봉상의 부재 (의장 성형봉 (4, 34)) 로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 금형은 의장 성형부를 봉상 부재로 구성함으로써 경량화가 도모되고 있다. 금형 (2, 32) 은 의장 성형봉 (4, 34) 을 지지하는 지지봉 (6, 36) 등을 추가로 구비하고, 그들의 봉상 부재가 뼈대 구조를 구성하고 있는 것이 바람직하다.

Description

프레스 성형용 금형{PRESS FORMING DIES}

본 발명은 프레스 성형에 사용하는 금형 (a die for press forming) 에 관한 것이다.

프레스 성형용 금형에 대하여 많은 개량이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 성형된 워크피스를 금형으로부터 빼내기 쉽게 하기 위한 연구가 제안되어 있다. 특허문헌 2 에는, 금형이나 펀치의 일부를 이동 가능하게 하여, 금형 전체를 교환하지 않고 상이한 프레스 형상에 대응이 가능한 금형이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평6-269866호 일본 공개특허공보 평7-16670호

본 명세서는, 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 와는 상이한 관점에 있어서 금형을 개선하는 기술을 제공한다. 본 명세서는, 금형을 경량화하는 기술을 제공한다.

본 명세서가 개시하는 금형의 일 양태는, 프레스 성형 공정에 있어서 워크피스에 맞닿게 하여 워크피스를 목적 의장으로 성형하는 의장 성형부가 봉상의 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 의장 성형부를 봉상의 부재로 구성함으로써 경량화를 도모하고 있다. 바꾸어 말하면, 워크피스에 목적 의장을 만들기 위한 의장면이 봉상의 부재에 의해 형성되어 있다. 이하, 의장 성형부를 구성하는 봉상의 부재를 의장 성형봉, 혹은 제 1 봉상 부재라고 칭한다.

제 1 봉상 부재 (의장 성형봉) 를 지지하는 부재도 봉상 부재로 구성되어 있으면, 또한 경량화가 도모된다. 이하, 제 1 봉상 부재를 지지하는 봉상 부재를 지지봉, 혹은 제 2 봉상 부재라고 칭한다. 의장 성형봉과 지지봉은 뼈대 구조를 구성한다. 보다 바람직하게는, 본 명세서가 개시하는 신규 금형은, 의장 성형봉과 지지봉이 트러스 구조를 구성하고 있다. 트러스 구조란, 봉상 부재에 모멘트가 발생하지 않고, 축 방향 하중만이 발생하는 구조를 의미한다. 트러스 구조는 높은 강도를 기대할 수 있다. 또한, 봉상 부재의 강도나 강성이 하중에 견디는 경우에는, 의장 성형봉과 지지봉이 라멘 구조를 구성해도 된다. 또한, 라멘 구조란, 봉상 부재에 축 방향 하중과 모멘트의 양자가 발생하는 구조를 의미한다.

프레스 성형 공정에 있어서 의장 성형부 (의장 성형봉) 에는 프레스 머신으로부터 높은 하중이 가해진다. 의장 성형봉을 강하게 지지하기 위해서, 지지봉은 프레스 머신에 의한 하중 방향으로 평행하게 뻗어 있음과 함께 지지봉의 길이 방향의 중심선이 제 1 봉상 부재를 통과하고 있는 것이 바람직하다. 그와 같이 구성되어 있으면, 프레스 머신에 의한 하중은 지지봉의 축 방향으로 가해진다. 봉상 부재는 축 방향의 하중에 강하기 때문에, 상기 구성은 의장 성형봉 (의장 성형부) 의 내하중성이 높다는 이점을 갖는다.

프레스 성형용 금형에는, 금형을 위치 결정하기 위한 블록이 필요하다. 구체적으로는 금형을 프레스 기계에 고정시키기 위한 블록이 필요하다. 상기 금형의 더 바람직한 양태에서는, 금형을 위치 결정하기 위한 블록이 제 2 봉상 부재에 연결되어 있다.

상기한 금형은, 주조 프로세스, 특히 풀 몰드 주조 프로세스에 의해 제조되고 있는 것이 바람직하다.

도 1 은 프레스 머신의 모식적 측면도이다.
도 2 는 금형 (상부형과 하부형) 의 사시도이다.
도 3 은 금형의 단면도이다.
도 4 는 실시예의 금형의 변형예이다.

도면을 참조하여 실시예의 금형을 설명한다. 이해를 돕기 위해서 프레스 머신과 함께 금형을 설명한다. 도 1 은, 금형 (2, 32) 을 구비한 프레스 머신 (50) 의 모식적 측면도이다. 프레스 머신 (50) 은 1 쌍의 금형, 즉 상부형 (32) 과 하부형 (2) 을 구비한다. 하부형 (2) 은 프레스 머신 (50) 의 볼스터 (51) 에 고정되고, 상부형 (32) 은 슬라이더 (52) 에 고정된다. 슬라이더 (52) 는 지주 (53) 로 가이드되면서, 액추에이터 (55) 에 의해 상하로 이동한다. 또한, 이들 부품 외에, 프레스 머신 (50) 은 워크피스 (W) 를 유지하기 위한 클램프를 구비하고 있는데, 도시를 생략하고 있다. 클램프는 금형 (2, 32) 의 측방에 배치된다.

도 2 에 상부형 (32) 과 하부형 (2) 의 사시도를 나타낸다. 도 3 에 상부형 (32) 과 하부형 (2) 의 단면도를 나타낸다. 도 3 은 도 2 의 III-III 선에 있어서의 단면에 상당한다. 또한, 도 2 에서는, 하부형 (2) 을 지지하는 볼스터 (51) 는 도시하고 있지만, 상부형 (32) 을 지지하는 슬라이더 (52) 의 도시는 생략하고 있는 것에 유의한다. 또, 도 3 은 상부형 (32) 이 최하 위치까지 내려가, 워크피스 (W) 를 목적 의장으로 성형했을 때의 상태를 나타내고 있다. 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 이 금형 (2, 32) 은 평평한 금속판 (워크피스 (W)) 에 직육면체의 볼록형을 성형한다 (워크피스 (Wb)). 또한, 각 도면에 있어서의 좌표의 Z 축이, 슬라이더 (52) (즉 상부형 (32)) 의 이동 방향을 나타내고 있다. Z 축 방향은, 프레스 머신 (50) 에 의한 하중 방향에도 상당한다.

금형 (2, 32) 을 설명한다. 하부형 (2) 은, 의장 성형봉 (4), 지지봉 (6, 8, 10, 12) 및 위치 결정 블록 (14) 으로 구성된다. 상부형 (32) 은, 의장 성형봉 (34), 지지봉 (36, 38, 40) 및 위치 결정 블록 (44) 으로 구성된다. 의장 성형봉 (4, 34) 이, 워크피스 (W) 를 목적 의장으로 성형하기 위한 의장 성형부에 상당한다.

하부형 (2) 의 구조를 설명한다. 지지봉 (8 과 10) 에 의해 사각형의 베이스가 만들어지고, 그 베이스의 네 귀퉁이로부터 수직으로 4 개의 지지봉 (6) 이 평행하게 수직으로 뻗어 있다. 4 개의 지지봉 (6) 의 상단에 의장 성형봉 (4) 이 고정되어 있다. 의장 성형봉 (4) 은 전체가, 귀퉁이가 둥글게 된 사각형의 링을 이루고 있다. 또, 의장 성형봉 (4) 의 단면도 귀퉁이가 둥글게 된 사각형을 이루고 있다. 의장 성형봉 (4) 의 단면의 일부 (의장 성형봉 (4) 의 측면의 일부) 는 목적으로 하는 형상과 일치한다. 지지봉 (12) 은, 의장 성형봉 (4) 을 보강하기 위해서 장착되어 있다. 도 3 에 나타내고 있는 바와 같이, 지지봉 (12) 은 워크피스 (W) 와 간섭하지 않도록, 중앙 부근이 금형의 안쪽 (볼스터 (51) 측) 을 향해 절곡되어 있다. 위치 결정 블록 (14) 은, 평행하게 뻗어 있는 2 개의 지지봉 (8) 의 각각의 단부 (端部) 에 연결되어 있다. 4 개의 위치 결정 블록 (14) 이, 하부형 (2) 을 평면에서 보았을 때 의장 성형봉 (4) 을 둘러싸는 네 귀퉁이에 배치되어 있다. 위치 결정 블록 (14) 은, 프레스 머신 (50) 의 볼스터 (51) 에 하부형 (2) 을 고정시키기 위한 부품이다. 부호 16 은, 위치 결정 블록 (14) 을 볼스터 (51) 에 고정시키기 위한 볼트를 나타내고 있다.

상부형 (32) 의 구조를 설명한다. 지지봉 (38 과 40) 에 의해 사각형의 베이스가 만들어지고, 그 베이스의 네 귀퉁이로부터 수직으로 4 개의 지지봉 (36) 이 평행하게 뻗어 있다. 4 개의 지지봉 (36) 의 하단에 의장 성형봉 (34) 이 고정되어 있다. 위치 결정 블록 (44) 은, 평행하게 뻗어 있는 2 개의 지지봉 (38) 의 각각의 단부에 연결되어 있다. 4 개의 위치 결정 블록 (44) 이 상부형 (32) 을 평면에서 보았을 때 의장 성형봉 (4) 을 둘러싸는 네 귀퉁이에 배치되어 있다. 위치 결정 블록 (44) 은, 프레스 머신 (50) 의 슬라이더 (52) 에 상부형 (32) 을 고정시키기 위한 부품이다. 부호 45 는, 위치 결정 블록 (44) 을 고정시키는 볼트 (46) 를 통과시키는 관통공을 나타내고 있다.

의장 성형봉 (34) 의 전체적인 형상은, 하부형 (2) 의 의장 성형봉 (4) 과 유사한 형상을 이루고 있지만, 의장 성형봉 (34) 의 링이 의장 성형봉 (4) 의 링보다 한 사이즈 크다. 구체적으로는 의장 성형봉 (34) 의 링은 워크피스 (W) 의 두께와 동일한 간극을 가지며 의장 성형봉 (4) 의 링의 외측에 끼워지는 크기를 갖고 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 의장 성형봉 (4 와 34) 의 사이에 워크피스 (W) 를 끼워 넣고, 상하로부터 하중을 가하여 워크피스 (W) 를 목적 의장으로 성형한다. 의장 성형봉 (4, 34) 은 워크피스에 접하지만 지지봉은 워크피스 (W) 에 맞닿지 않는다. 즉, 의장 성형봉 (4, 34) 만이 워크피스 (W) 에 맞닿고, 프레스 머신 (50) 이 가하는 하중에 의해 워크피스를 목적으로 하는 형상으로 성형한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 하부형 (2) 에 있어서 의장 성형봉 (4) 과 지지봉 (6, 8, 10) 이 라멘 구조 (뼈대 구조) 를 구성하고 있다. 또, 상부형 (32) 에 있어서는, 의장 성형봉 (34) 과 지지봉 (36, 38, 40) 이 라멘 구조 (뼈대 구조) 를 구성하고 있다. 금형 (2, 32) 은, 거의 전체가 봉상 부재로 구성되어 있다. 특히, 의장 성형부를 봉상 부재 (의장 성형봉) 로 구성함으로써 경량화를 도모하고 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 지지봉 (6) 은 프레스 머신에 의한 하중이 가해지는 방향 (Z 축 방향) 으로 평행하게 뻗어 있다. 그리고, 지지봉 (6) 의 길이 방향의 중심선 CL1 이 의장 성형봉 (4) 을 통과하고 있다. 그러한 구조에 의해, 지지봉 (6) 은, 축 트러스트 하중으로서 의장 성형봉 (4) 에 가해지는 하중 (프레스 머신이 가하는 하중) 을 받아낸다. 봉상 부재는 축 트러스트 하중에 대한 내하중이 높다. 따라서, 지지봉 (6) 은 프레스 머신에 의해 가해지는 하중을 축 트러스트 하중으로서 받으므로, 하부형 (2) 의 고내하중이 실현된다.

상부형 (32) 에 대해서도 동일하다. 즉, 지지봉 (36) 은, 프레스 머신에 의한 하중 방향 (Z 방향) 으로 평행하게 뻗어 있으며, 지지봉 (36) 의 길이 방향 중심선 CL2 가 의장 성형봉 (34) 을 통과하고 있다. 따라서 상부형 (32) 의 지지봉 (36) 도, 의장 성형봉 (34) 이 프레스 머신으로부터 받는 하중을 축 트러스트 하중으로서 받아낸다. 상부형 (32) 에 대해서도 고내하중이 실현된다.

금형 (2, 32) 은, 주조 공정, 특히 풀 몰드 주조에 의해 만들어진다. 따라서, 도 2 에 나타내는 금형 (2, 32) 과 동일한 형상을 갖는 소실 모형이 만들어진다. 소실 모형은 발포 스티롤로 만들어진다. 하부형 (2) (혹은 상부형 (32)) 의 소실 모형은, 전체가 하나의 피스로 만들어져도 되고, 복수의 파츠로 나누어 만들어져도 된다.

실시예의 금형의 한 변형예를 설명한다. 도 4 는, 하부형의 변형예 102 를 나타내고 있다. 이 하부형 (102) 은, 지지봉의 봉 본체 (107) (단부 조인트 이외의 부분) 가 조인트 부분과는 다른 파츠로 구성되어 있다. 또, 하부형 (102) 의 강도가 부족되기 쉬운 지점에 보강재 (109) 가 부가되어 있다. 보강재 (109) 는, 뼈대 구조의 격자 (인접하는 봉상 부재에 의해 둘러싸인 격자) 의 대각선을 따라 배치된다. 보강재는, 도 4 에 나타낸 장소 이외의 장소에 장착되어 있어도 된다. 보강재는, 금형 (102) 에 예정된 하중 (혹은 최대 하중) 이 가해졌을 때의 각 부의 휘어짐량이, 미리 정해진 허용량 이하가 되도록 배치된다. 또한, 보강재 (109) 가 장착된 지점은, 트러스 구조 (뼈대 구조) 를 구성한다. 트러스 구조를 구성함으로써, 하부형 (102) 은 경량이면서 높은 강도를 실현한다.

실시예의 금형 (2, 32) 의 유의점을 열거한다. 의장 성형봉 (4, 34) 이 제 1 봉상 부재의 일 양태에 상당한다. 지지봉 (6, 8, 10, 12, 36, 38, 40) 이 제 2 봉상 부재의 일 양태에 상당한다. 의장 성형봉 (4, 34) 의 단면 형상, 특히 워크피스 (W) 와 맞닿는 봉측면의 형상은, 워크피스의 프레스 후 형상 (목적 의장) 에 대응한 형상으로 만들어질 필요가 있다. 지지봉 (6, 8, 10, 12, 36, 38, 40) 의 단면 형상은 원 이외의 형상이어도 된다. 지지봉의 단면 형상은 타원 혹은 다각형이어도 된다. 지지봉은 직선이 아니고, 지지봉 (12) 과 같이 굴곡져 있어도 되고, 만곡되어 있어도 된다.

금형 (2, 32) 은 의장 성형부를 포함하여 뼈대 구조를 갖고 있다. 따라서, 프레스 성형 후의 워크피스를 금형으로부터 빼내기 쉽다는 이점도 갖는다.

금형의 전체적인 형상, 즉 뼈대 구조의 형상은 실시예의 형상에 한정되지 않는다. 또, 의장 성형봉의 형상이나 수도 실시예의 금형에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복잡한 프레스 형상을 달성하기 위해서, 금형은 복수의 의장 성형봉을 구비하고 있어도 된다.

이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

2 : 금형 (하부형)
4, 34 : 의장 성형봉 (제 1 봉상 부재)
6, 8, 10, 12, 36, 38, 40 : 지지봉 (제 2 봉상 부재)
14, 44 : 위치 결정 블록
32 : 금형 (상부형)
50 : 프레스 머신
51 : 볼스터
52 : 슬라이더
53 : 지주
55 : 액추에이터
102 : 금형 (하부형)
107 : 봉 본체
109 : 보강재

Claims

프레스 성형용 금형으로,
프레스 성형시에 워크피스에 맞닿게 하여 워크피스를 목적 의장으로 성형하는 의장 성형부가 봉상의 부재 (제 1 봉상 부재) 로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 금형.
제 1 항에 있어서,
제 1 봉상 부재를 지지하는 제 2 봉상 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금형.
제 2 항에 있어서,
제 1 봉상 부재와 제 2 봉상 부재가 뼈대 구조를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 금형.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
제 2 봉상 부재가 프레스 머신에 의해 가해지는 하중 방향으로 평행하게 뻗어 있음과 함께, 제 2 봉상 부재의 중심선이 제 1 봉상 부재를 통과하고 있는 것을 특징으로 하는 금형.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
금형을 위치 결정하기 위한 블록이 제 2 봉상 부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 금형.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
주조 프로세스에 의해 제조되고 있는 것을 특징으로 하는 금형.