KR20130097863A - 하이드로 포밍용 펀치장치 및, 이를 이용한 하이드로 포밍 방법 - Google Patents

Abstract

소재의 내부에 확관액을 주입하여 금형 사이에서 성형하는 하이드로 포밍용 펀치장치가 제공된다.
상기 하이드로 포밍용 펀치장치는, 하이드로 포밍되는 소재의 단부에 진입되는 펀치수단;과, 소재 내부에 확관액을 공급토록 상기 펀치수단에 제공되는 확관액 공급수단; 및, 상기 펀치수단에 구비되되, 확관액 공급시 내부 이물질의 외부 배출을 가능토록 하거나, 성형시 소재와 펀치간 실링성을 높이도록 제공되는 소재 스톱핑수단을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 펀치를 분리 가능한 형태로 구조 개선하여 교체 부분을 줄여서 비용절감을 가능하게 하는 한편, 특히 튜브 내부에 존재하는 오일이나 철가루 등의 오염원 들을 와류형태로 튜브 내에 제공되는 확관액을 통하여 신속하게 외부 배출토록 하여, 궁극적으로 제품의 결함을 방지하여 제품 성형성을 향상시키는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

하이드로 포밍용 펀치장치 및, 이를 이용한 하이드로 포밍 방법{Punch Device for Hydroforming Process and Hydro Forming Method using The Same}

본 발명은 하이드로 포밍시 사용되는 펀치장치 및 이를 이용한 하이드로 포밍 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 펀치를 분리 가능한 형태로 구조 개선하여 기존에 비하여 교체 부분을 줄여 비용절감을 가능하게 하는 한편, 특히 소재(튜브)의 내부에 존재하는 오일이나 철가루 등의 이물질을 튜브 외부로 원활하게 배출 가능하게 하여, 하이드로 포밍시 제품의 결함 발생을 방지하면서 제품 성형성을 향상시킨 하이드로 포밍용 펀치장치 및 이를 이용한 하이드로 포밍 방법에 관한 것이다.

하이드로 포밍(Hydro forming)은 액체의 압력을 이용해서 복잡한 형상의 제품을 가공하는 가공법으로서, 특히 근래 자동차 부품의 가공 제작에 많이 사용되고 있다.

즉, 이와 같은 알려진 하이드로 포밍 기술은 기존의 스텝핑(stamping)이나 용접(welding)으로 생산한 부품들을 더 간단한 공정 즉, 심(seam) 용접 (또는 저항 용접)된 튜브(파이프)를 소재로 하여 튜브(파이프) 양끝에서 펀치를 실링 상태로 삽입하고, 튜브 내부에 주입되는 확관액의 압력(수압)을 상승시키면서 금형 사이에서 소재(튜브)가 원하는 형태로 성형되도록 하는 기술이다.

예를 들어, 도 3을 참고하면, 하이드로 포밍은 상,하부 금형(110)(120) 사이에 하이드로 포밍되는 튜브(100)를 배치하고, 튜브의 양 단부에 펀치(130)를 삽입시키고, 상,부 금형(110)(120)을 작동시키어 튜브(100)를 압박한 상태에서, 튜브의 양단에 펀치가 삽입되어 밀폐된 상태에서, 고압의 확관액(실제로는 물과 방청액 혼합액)(102)을 펀치를 통하여 튜브 내부에 주입하고, 이때 주입된 확관액의 압력에 의해서 하이드로 포밍용 튜브가 금형에 맞추어 하이드로 포밍되는 것이다.

한편, 도 1에서는 이와 같은 하이드로 포밍을 통하여 생산되는 휠 특히, 차량용 휠(200)을 도시하고 있는데, 이와 같은 차량용 휠(200)은 타이어를 지지하는 구조체로써, 고속 회전될 뿐만 아니라 고속 주행하는 차량의 타이어가 서로 정밀한 균형을 이루지 못할 경우 사고를 유발하기 때문에, 근래 용접 대신에 하이드로 포밍을 통하여 일체화 성형 가공을 통하여 제작한다.

즉, 차량용 휠(200)은, 림(210)과 디스크(220)로 구분될 수 있는데, 도 1과 같이 소재(100')를 블랭킹 가공하여 하이드로 포밍되는 튜브(원통체)(100)를 가공하고, 이 튜브를 하이드로 포밍을 통하여 휠(200)로 생산하는 것이다. 물론, 이와 같은 림(210)과 디스크(220) 부분은 각각 하이드로 포밍하여 용접하는 것도 가능하다.

예컨대, 도 2a,도 2b 및 도 3에서는, 도 1에서 소재(100')를 휠(200)의 림 (210)으로 하이드로 포밍하는 종래 가공상태를 도시하고 있다.

이때, 도 2는 금형을 제외한 것이고, 도 3은 금형(상,하부 금형(110)(120))을 포함하는 하이드로 포밍을 나타낸 것이다. 도 3에서 도면부호 122는 하부 금형을 받치는 베이스이다.

즉, 종래 자동차 휠의 림(210)의 하이드로 포밍을 살펴보면, 상,하부 금형(110)(120)사이에서 프레싱되는 림 소재인 파이프 형태인 튜브(100)의 내측으로 펀치(130)가 삽입되고, 이때 튜브(100)의 단부 모서리부분을 밀폐토록 펀치(130)에는 이부분과 밀착되는 단차(132)가 구비되어 있다.

그리고, 종래 하이드로 포밍 펀치(130)에는 튜브(100)에 압력을 높이기 위한 확관액(102)을 공급하는 통로(홀)(134)이 형성되어 있고, 도면에서는 도시하지 않았지만, 이와 같은 펀치(130)는 후방에 연계된 액츄에이터 즉, 실린더로 이동하여 튜브 양단에 밀폐 상태로 삽입되고, 따라서 펀치(130)는 선단부로 갈수록 직경이 감소하게 된다.

이때, 도시하지 않은 실린더의 작동에 따라 펀치의 단차부분(132)에 튜브의 단부 모서리부분이 긴밀하게 밀착되게 되고, 이는 튜브의 하이드로 포밍시, 외부로 확관액의 누출이 발생되지 않도록 한다.

그러나, 이와 같은 형태의 종래 하이드로 포밍 펀치(130)를 이용하는 경우에는 아래와 같은 문제들이 발생 되었다.

예를 들어, 자동차 휠의 림(210)으로 가공되는 가공 소재인 튜브(100)는 도 1 과 같이 사전에 블랭킹 가공과 같은 절단작업이 선행되고, 따라서 튜브의 내부에는 선행 가공시 사용된 오일이나 철가루 등의 이물질(104)이 항상 존재한다.

그런데, 도 2b 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 종래 하이드로 포밍용 펀치의 경우에는 사실상 이와 같은 오일이나 철 가루 등의 이물질을 외부 배출할 수 있는 구조를 갖지 않기 때문에, 펀치(130)를 통하여 확관액((102)이 고압으로 튜브의 내부에 공급되면, 오일이나 철가루 등의 이물질이, 제품 예컨대, 도 1과 같이 자동차 휠의 림(210)을 하이드로 포밍하는 경우, 림 결합부(212)를 형성하는 변형이 많은 부분에 모이면서 하이드로 포밍의 불량을 발생시키게 된다.

즉, 종래의 경우에는 오일이나 철 가루 등의 이물질이 하이드로 포밍시 외부로 배출되지 못하는 펀치 구조에 기인한 것이다.

따라서, 종래의 경우에는 이물질(104)이 튜브의 정상적인 확관을 방해하여 정밀한 제품의 성형이 되지않아 제품 결함이 발생하기 쉽고, 다시 하이드로 포밍을 수행하여야 하기 때문에, 제 가공 수량의 증가로 제품 납품을 어렵게 하는 것이다.

더욱이, 종래 펀치의 경우에는, 오일이나 철 가루 등의 이물질은 확관액이 튜브 내부에서 고르게 압력이 인가되는 것도 방해하기 때문에, 튜브 특정부분의 경우 정상적인 하이드로 포밍을 어렵게 하며, 따라서 종래 도 2 및 도 3의 펀치 구조로는, 품질이 우수한 하이드로 포밍을 안정적으로 유지하는 것을 어렵게 하고, 특히 심한 경우 튜브(100)가 터지는 등의 다른 문제도 발생시키는 것이다.

따라서, 당 기술분야에서는, 펀치를 분리 가능한 형태로 구조 개선하여 기존에 비하여 교체 부분을 줄여 비용절감을 가능하게 하는 한편, 특히 소재(튜브)의 내부에 존재하는 오일이나 철가루 등의 이물질을 튜브 외부로 원활하게 배출 가능하게 하여, 하이드로 포밍시 제품의 결함 발생을 방지하면서 제품 성형성을 향상시킨 하이드로 포밍용 펀치장치 및 이를 이용한 하이드로 포밍 방법이 요구되고 있다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 기술적인 일측면으로서 본 발명은, 하이드로 포밍되는 소재의 단부에 진입되는 펀치수단;

소재 내부에 확관액을 공급토록 상기 펀치수단에 제공되는 확관액 공급수단; 및,

상기 펀치수단에 구비되되, 확관액 공급시 내부 이물질의 외부 배출을 가능토록 하거나, 하이드로 포밍시 소재와 펀치간 실링성을 높이도록 제공되는 소재 스톱핑수단;

을 포함하여 구성된 하이드로 포밍용 펀치장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 펀치수단은, 상기 소재의 단부에 삽입되는 제1 펀치 및, 상기 제1 펀치에 분해 가능하게 조립되고 소재의 단부 모서리가 밀착되는 제2 펀치를 포함하여 다단 조립형으로 구성될 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 확관액 공급수단은, 상기 펀치수단을 구성하는 제2 펀치를 관통하는 제1 확관액 공급통로; 및, 상기 제1 확관액 공급통로와 연통하도록 상기 제2 펀치의 방사방향으로 관통 제공되는 하나 이상의 제2 확관액 공급통로를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1 펀치에는 상기 제1,2 확관액 공급통로가 연결되어 확관액 공급을 가능토록 하는 연결홈부가 더 형성되고, 상기 제1 펀치의 길이방향으로 상기 제2 확관액 공급통로와 연계되도록 하나 이상 제공되어 확관액 공급과 이물질 배출통로로 구성되는 펀치 길이방향 홈을 더 포함하는 것이다.

더하여, 상기 펀치 길이방향 홈에는 소재 내부에 공급되는 확관액의 와류형성을 위한 만곡부분을 더 포함하거나, 상기 펀치 길이방향 홈은, 단면상 바닥에서 상부로 갈수록 간격이 좁아지는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 소재 스톱핑수단은 상기 펀치수단을 구성하는 제2 펀치의 소재 접촉면에 펀치의 원주방향으로 소정 간격으로 형성된 돌기로 제공되는 것이다.

이때, 상기 소재 스톱핑수단의 돌기는, 펀치 이동시 소재가 눌려지면서 압착되는 경사면을 더 포함하는 것이다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 소재의 양 단부에 펀치수단을 진입시키어 소재가 펀치수단에 구비된 소재 스톱핑수단에 지지된 상태에서, 펀치수단에 구비된 확관액 공급수단을 통하여 소재 내부에 확관액을 공급하고 소재 내부의 이물질을 외부 배출하는 이물질 처리단계; 및, 상기 펀치수단을 소재의 단부에 재차 진입시키어 소재와 펀치가 서로 밀폐된 상태에서 확관액을 소재 내부에 공급하여 소재를 성형하는 하이드로 포밍 단계를 포함하여 구성된 펀치장치를 이용한 하이드로 포밍 방법을 제공한다.

이때, 바람직하게는, 상기 하이드로 포밍용 펀치장치를 이용하고, 상기 이물질 처리단계에서 확관액을 펀치수단에서 와류형태로 소재 내부에 공급하여 이물질의 외부 배출을 용이토록 구성될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 하이드로 포밍시 사용되는 펀치를 분리 가능한 형태로 구조 개선하기 때문에, 기존 일체형 펀치에 비하여 마모에 따른 교체 부분을 줄여 장치 제작이나 유지 관리에 따른 비용을 절을 가능하게 하는 것이다.

특히, 본 발명은 소재(튜브)의 내부에 존재하는 오일이나 철가루 등의 이물질(오염원)을 튜브 외부로 원활하게 배출 가능하게 하기 때문에, 기존 하이드로 포밍시 이물질에 의한 제품의 결함 발생을 방지하고, 결과적으로 제품 성형성을 향상시키는 것이다.

도 1은 본 발명과 관련된 자동차 휠의 하이드로 포밍 상태를 도시한 개략도
도 2a 및 도 2b는 종래 하이드로 포밍용 펀치를 도시한 개략 사시도 및 단면도
도 3은 도 2의 종래 하이드로 포밍용 펀치를 이용한 하이드로 포밍시 발생되는 문제를 설명하기 위한 구성도
도 4는 본 발명에 따른 하이드로 포밍용 펀치를 도시한 사시도
도 5는 도 4의 본 발명에 따른 하이드로 포밍용 펀치를 도시한 측면도
도 6 내지 도 8은 도 4,5에서 도시한 본 발명에 따른 하이드로 포킹용 펀치를 이용한 하이드로 포밍상태를 도시한 작동 상태도로서, 도 6은 이물질의 외부 배출상태를 도시한 것이고, 도 7은 확관을 통한 하이드로 포밍 상태를 도시한 것이고, 도 8은 도 3과 비교한 금형과 확관을 통한 자동차 휠의 림 성형상태를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 펀치장치에서, 제1 펀치를 도시한 정면도
도 10은 본 발명에 따른 펀치수단의 제1 펀치에 제공된 이물질 배출용 홈의 구조 변경을 도시한 구성도

이하, 도면을 참고로 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 4 및 도 5에서는 본 발명에 따른 하이드로 포밍용 펀치장치(1)를 도시하고 있고, 도 6 내지 도 8에서는 도 4 및 도 5에서 도시한 하이드로 포밍용 펀치장치(1)를 통한 소재(튜브)(10)의 하이드로 포밍시 앞에서 설명한 바와 같이, 오일이나 철 가루 등의 이물질(4)의 외부 배출이나 하이드로 포밍 상태를 각각 도시하고 있다. 이때, 도 8의 100단위 및 200단위 도면부호는 종래 기술부분에서 설명한 구성요소 즉, 상,하부 금형과 베이스 및 자동차 휠의 림을 그대로 나타낸 것이다.

즉, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드로 포밍 장치(1)는 크게, 하이드로 포밍되는 소재(10)의 단부에 진입되는 펀치수단(30)과, 소재 내부에 확관액(2)을 공급토록 상기 펀치수단에 제공되는 확관액 공급수단(50) 및 상기 펀치수단(30)에 구비되되, 확관액(2)의 공급시 내부 이물질의 외부 배출을 가능토록 하거나, 성형시 소재와 펀치간 실링성을 높이도록 제공되는 소재 스톱핑수단(70)을 포함하여 구성되어 있다.

따라서, 본 발명 장치의 경우 상기 소재 스톱핑수단(70)을 통하여 이물질(4)의 외부 배출은 원활하게 하면서, 동시에 펀치수단의 추가 이동시 소재(10)의 단부 모서리 부분(14)이 상기 소재 스톱핑수단(70)에 의하면 압박되면서 펀치수단에 긴밀하게 밀착되어 확관액의 압력이 외부 누출없이 그대로 소재(10)에 인가되도록 한다.

결국, 본 발명의 하이드로 포밍용 펀치장치(1)의 경우에는, 다음에 상세하게 설명하듯이, 가공 불량을 초래하는 오일이나 기타 철 가루 등의 이물질이 내부에 잔류되지 않고 원활하게 배출되게 된다.

동시에, 이물질이 튜브 내부에 잔존하지 않아, 실제 소재의 하이드로 포밍시 제품의 불량 요인도 감소하게 된다.

예를 들어, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 하이드로 포밍용 펀치장치(1)에서 상기 조립형으로 제공되는 펀치수단(30)은, 볼트(B)를 매개로 서로 조립되, 상기 소재의 단부(12)에 삽입되는 제1 펀치(32) 및, 상기 제1 펀치에 분해 가능하게 조립되고 소재의 단부 모서리가 밀착되는 제2 펀치(34)를 포함하여 다단 조립형으로 제공되는 것이다.

이때, 도 9와 같이, 본 발명의 제1 펀치(32)의 후면에는 상기 제2 펀치(34)를 관통하는 볼트(B)가 체결되는 볼트 체결홈(31)들이 소정 간격으로 제공될 수 있는데, 다만 상기 볼트 체결홈(31)들은 다음에 상세하게 설명하는 확관액 공급수단의 제2 확관액 통로(54)가 겹쳐지지 않게 배열하는 것이다.

따라서, 본 발명의 펀치장치(1)에서 펀치수단(30)의 상기 제1 펀치(32)는 원통체로서 선단부로 갈수록 직경이 작아지는 형태로서, 소재(10) 즉, 원통체 튜브의 내부에 삽입되고, 이와 같은 튜브로 제공되는 소재(10)의 단부(12)의 모서리부분(14)(끝 부분)은 상기 제1 펀치보다는 직경이 커서 소재 단부 모서리부분이 밀착되어 확관액 주입을 통하여 하이드로 포밍시 외부 누출되지 않게 한다.

그리고, 무엇보다도 본 발명의 펀치수단(30)은 제1, 2 펀치(32)(34)들이 볼트로서 조립되므로, 실제 하이드로 포밍시 소재와 접촉하여 가장 마모가 심한 제1 펀치만을 분리하여 보수 유지를 용이하게 하는 것이다.

반면에. 도 2 및 도 3과 같이, 종래 펀치(130)의 경우에는 일체형으로 되어있기 때문에, 본 발명의 제1 펀치 부분에 해당하는 일부분만이 마모되어도 펀치(130) 자체를 전부 교체해야 하기 때문에, 결국 펀치의 유지-관리나 부품 제작등의 여러 면에서 본 발명의 펀치수단(30)의 제1, 2 펀치들은 종래 일체형 펀치(130)에 비하여, 여러 비용적인 이점을 제공하는 것이다.

다음, 도 5, 6 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 확관액 공습수단(50)은, 상기 펀치수단(30)의 제1 펀치(32)에 조립되는 제2 펀치(34)의 중심부를 관통하여 제공되는 제1 확관액 공급통로(52) 및, 상기 제1 확관액 공급통로와 연통하도록 상기 제2 펀치의 방사방향으로 관통 제공되는 하나 이상의 제2 확관액 공급통로(54)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 도 6 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명 장치에서 상기 제1 펀치(32)의 일측 중앙에는 오목하게 형성되어, 상기 제1, 2 펀치(32)(34)들에 제공된 앞에서 설명한 제1, 2 확관액 공급통로(52)(56)가 연통되는 연결홈부(56)가 제공되어 있어, 상기 연결홈부(56)를 통하여 소재(10) 즉, 튜브의 내부에서 확관액(2)이 분출 공급되는 것이다.

즉, 상기 제1 확관액 공급통로(52)는 제2 펀치(34)의 중앙에 수평하게 관통 형성되고, 상기 제1 확관액 공급통로는 서로 조립되는 제1 펀치(32)의 중앙에 오목하게 형성된 연결홈부(56)와 연통하고, 다시 상기 연결홈부(56)에는 제1 펀치(32)의 방사방향으로 하나 이상 바람직하게는, 도 9와 같이 90°도 간격으로 형성된 제2 확관액 공급통로(54)가 연통 상태로 연계된다.

따라서, 확관액(2)은 제1 확관액 공급통로(52)-> 연결홈부(56) -> 제2 확관액 공급통로(54)를 통하여 제1 펀치(32)가 삽입된 소재(10) 즉, 도 1에서 도시한 자동차 휠의 림(210)으로 하이드로 포밍되는 튜브의 내부에 분출 공급된다.

이때, 도면에서는 상기 제2 확관액 공급통로를 방사방향으로 제1 펀치의 길이방향으로는 한 방향으로만 형성시켰지만, 여러 방향으로 여러 개를 상기 연결홈부(56)와 연통하도록 가공하는 것도 가능할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 제1 펀치(32)의 외표 면에는 제1 펀치의 방사방향으로 관통된 제2 확관액 공급통로(54)와 연계되는 하나 이상의 펀치 길이방향 홈(58)들을 더 포함한다.

그런데, 상기 펀치 길이방향 홈(58)은 다음에 설명하듯이, 확관액(2)의 소재 내부 투입을 균일하고 원활하게 하는 한편, 소재 내부의 오일이나 철 가루 등의 이물질(4)의 외부 배출시에는 그 배출의 유도 통로 역할을 하여 그 외부 배출을 원활하게 하는 통로역할을 하게 된다.

한편, 이와 같은 펀치 길이방향 홈(58)은 제2 확관액 공급통로(54)와 적어도 일 지점에서 연통되고 이를 통하여 확관액이 분출되어 홈을 따라 소재 내부로 분출 공급되기 위하여는, 도 6 내지 도 7과 같이 제1 펀치(32)는 소재에 삽입되는 것을 감안하여 그 선단부만의 직경을 약간 감소시키어 소재의 삽입을 원활하게 하고, 나머지 부분의 펀치 길이방향 홈(58)이 외표면에서 형성된 부분과 소재와의 틈새(갭)는 최소화하여, 도 6과 같이 펀치 길이방향 홈(58)을 통한 초기의 확관액 분출이나 오일이나 철가루 등의 이물질 배출시 소재 내면은 홈을 덮는 게이싱 역할을 하여 확관액의 나선형 분출 공급에 따른 와류 형성이나, 이물질의 외부 배출을 원활하게 하는 것이 바람직할 것이다.

물론, 제2 확관액 공급통로(54)에서 공급되는 확관액의 전체가 펀치 길이방향 홈(58)을 따라 유통되어 그 끝에서 분출되는 것은 아니나, 상당량이 펀치 길이방향 홈의 끝에서 분출되게 하면 다음에 설명하듯이, 나선형 분출을 통한 와류 형성을 용이하게 하고, 이는 확곽액의 소재 내부 공급분포를 균일하게 하여 확관은 물론, 이물질의 외부 배출 처리도 용이하게 할 것이다.

즉, 도 4 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 펀치 길이방향 홈(58)은 제1 펀치를 따라 길이방향으로 직선으로 형성되다가 나선형의 만곡부(58a)를 더 포함한다.

따라서, 상기 펀치 길이방향 홈(58)을 따라 소재(10)의 내부로 분출 투입되는 확관액(2)은, 제1 펀치(32)의 외표 면에 형성된 상기 펀치 길이방향 홈(58)의 만곡부(58a)를 거치면서 소재(10)의 내부에서는 와류를 형성하면서 분출되고 따라서, 확관액의 분출 공급시 소재 내부의 오일 등의 이물질(4)은 더 운활하게 소재의 단부 모서리(14)와 제2 펀치 사이의 틈새(도 6의 G)를 통하여 외부 배출되게 된다.

즉, 이와 같은 화관액이 만곡부를 거치면서 나선형으로 펀치 길이방향 홈(58)의 끝에서 분출되면 와류 형성을 통하여 소재 내부에서 전체 부분으로 고르게 압력을 가하게 되고, 초기에는 소재 내부의 오일이나 기름 등의 이물질의 외부 배출도 원활하게 할 것이다.

물론, 확관액 공급시 초기 이물질의 외부 배출을 위하여 초기 공급후 공급이 중단되고, 그 다음 다음에 설명하듯이 확관을 통한 하이드로 성형이 이루어지도록 정상적인 확관액 공급이 이루어 지게 한다.

이때, 추가로 더 바람직하게는 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 제1 펀치(32)의 외표면에 형성되는 만곡부(58a)를 갖는 펀치 길이방향 홈(58)을 단면상 바닥에서 상부로 갈수록 간격(D)이 좁아지는 형태 예를 들어, 단면상 삼각형 형태(58')로 형성시키는 것도 가능하다.

이 경우, 상기 길이방향 홈(58')을 통하여 간격이 좁아져 이를 통과하면서 분출되는 확관액(2)의 분출 속도가 증가하게 되어, 확관이나 이물질의 외부 배출을 더 원활하게 할 수 있을 것이다.

물론, 이경우에도 펀치 길이방향 홈(58)은 소재와 근접하게 되도록 제1 펀치는 가능한 선단부로 갈수록 그 직경의 감소가 너무 크기 않고 제1 펀치의 소재 삽입시 간섭되지 않도록 그 선단부의 직경을 감소시키고, 다른 부분은 가능한 소재와 갭(틈새)이 크지 않도록 하는 것이 바람직할 것이다.

다음, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 하이드로 포밍용 펀치장치(1)에서, 상기 소재 스톱핑수단(70)은 상기 펀치수단을 구성하는 제2 펀치(34)의 소재 접촉면에 제2 펀치(34)의 원주방향으로 소정 간격으로 일체로 돌출형성되는 돌기로 제공될 수 있다.

바람직하게는, 이와 같은 소재 스톱핑수단(70)의 돌기는, 이물질의 외부 배출후 펀치수단(30)의 추가 이동시 소재(10)의 단부가 눌려지면서 압착되는 경사면(72)을 더 포함한다.

따라서, 도 7과 같이, 펀치수단(30)이 더 이동하여 소재의 단부 모서리(14)가 제2 펀치(34)의 소재 스톱핑수단(70)인 돌기와 접촉하면서 압박시, 소재의 단부 모서리는 상기 소재 스톱핑수단(70)인 돌기의 경사면(72)을 따라 압박되면서 제2 펀치면에 밀착되고, 따라서 소재는 제1 펀치(32)의 끝 부분과 제1 펀치(34)의 접촉면 사이에서 긴밀하게 밀착되어, 실링성을 높이고, 이는 하이드로 포밍시 확관액(2)이 외부로 배출되는 것을 효과적으로 방지시킨다.

따라서, 이하에서는 지금까지 설명한 발명에 따른 하이드로 포밍용 펀치장치(1)를 이용한 본 발명의 하이드로 포밍 단계를 정리하면 다음과 같다.

이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 도 6은 펀지수단(30)의 1차 이동으로 제1 펀치(32)가 소재(10)의 단부에 삽입된 상태에서, 확관액(2)을 소재 내부에 공급하여, 소재 내부의 오일이나 철가루 등의 이물질(4)을 외부 배출시키는 것을 도시하고, 도 7은 이물질의 외부 배출후, 펀치수단(30)의 추가 이동을 통하여 제2 펀치(34)에 제공된 돌기의 소재 스톱핑수단(70)에 소재(10)의 단부 모서리부분(14)이 밀착되면서 압박되어 밀폐가 긴밀하게 되고, 그 다음 도 8과 같이 확관액을 본격적으로 소재(10)의 내부에 공급하여 소재(10)(자동차 휠의 림(210))의 성형부(10')(결합부(210))의 성형이 이루어 진다.

따라서, 도 6 내지 도 8과 같이, 본 발명의 펀치장치(1)를 이용한 하이드로 포밍방법은, 소재(10)의 양 단부(12)에 펀치수단(30)의 제1 펀치(32)를 진입시키어 소재(10)가 펀치수단(30)의 제2 펀치(34)에 구비된 소재 스톱핑수단(70)인 돌기에 지지된 상태에서, 확관액(2)을 확관액 공급수단(50)의 제1,2 확관액 공급통로(52) (54), 연결홈부(56) 및 펀치 길이방향 홈(58)을 통하여 공급한다.

이때, 도 5 및 도 6과 같이, 제2 펀치(34)에 소재 스톱핑수단(70)인 돌기가 형성되는 않은 틈새(G)를 통하여 소재 내부의 오일이나 기타 철 가루 등의 이물질이 상기 펀치 길이방향 홈(58)을 통하여, 도 6과 같이 외부로 원활하게 배출된다.

따라서, 확관액(2)을 공급하고 소재(10)의 내부 이물질(4)을 외부 배출하는 이물질 처리단계를 포함한다.

다음, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 펀치수단(30)을 더 이동시키어 소재(10)의 단부 모서리(14)가 밀착되게 하면, 소재 단부의 모서리(14)는 돌기의 경사면(72)을 따라 압박되면서 소재와 펀치는 서로 긴밀하게 압박된 상태로 밀착되고,그 상태에서 확관액(2)이 여러 공급통로와 펀치 길이방향 홈(58)을 통하여 와류를 형성하면서 고르게 소재 내부로 공급되고, 따라서, 도 8과 같이 소재의 하이드로 포밍 즉, 소재를 자동차 휠의 림(210) 형태로 하이드로 포밍이 구현되는 것이다.

이때, 이와 같은 본 발명의 하이드로 포밍시 특히, 자동차 휠의 림을 성형제작시에는 앞에서 설명한 하이드로 포밍용 펀치장치(1)를 이용하는 것이다.

특히, 본 발명의 경우에는 확관액 공급수단(50)의 펀치 길이방향 홈(58)에 적어도 일부분으로 형성되기 때문에, 소재 내부에서 분출 공급될 때, 확관액이 와류형태로 분출 공급되기 때문에, 튜브를 이용한 하이드로 포밍시, 그 제품성이 우수하게 되는 것이다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 하이드로 포밍용 펀치장치(1)를 이용하는 경우 소재 스톱핑수단을 매개로 소재(튜브)의 내부 이물질 즉, 오일이나 철 가루 등의 외부 배출 처리를 용이하게 하고, 이를 통하여 보다 높은 품질의 하이드로 포밍을 가능하게 하는 것이다.

1.... 하이드로 포밍용 펀치장치 10.... 소재
30.... 펀치수단 32,34.... 제1,2 펀치
50.... 확관액 공급수단 52.... 제1 확관액 공급통로
54.... 제2 확관액 공급통로 56.... 연결홈부
58.... 길이방향 홈 58a.... 만곡부
70.... 소재 스톱핑수단 72.... 경사면

Claims (9)

1. 하이드로 포밍되는 소재의 단부에 삽입되는 펀치수단;
   소재 내부에 확관액을 공급토록 상기 펀치수단에 제공되는 확관액 공급수단; 및,
   상기 펀치수단에 구비되되, 확관액 공급시 내부 이물질의 외부 배출을 가능토록 하거나, 하이드로 포밍시 소재와 펀치간 밀폐성을 높이도록 제공되는 소재 스톱핑수단;
   을 포함하여 구성된 하이드로 포밍용 펀치장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 펀치수단은, 상기 소재의 단부에 삽입되는 제1 펀치; 및,
   상기 제1 펀치에 분해 가능하게 조립되고 소재의 단부 모서리가 밀착되는 제2 펀치;
   를 포함하여 다단 조립형으로 구성된 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍용 펀치장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 확관액 공급수단은, 상기 펀치수단의 제2 펀치를 관통하는 제1 확관액 공급통로; 및,
   상기 제1 확관액 공급통로와 연통하도록 상기 제2 펀치의 방사방향으로 관통 제공되는 하나 이상의 제2 확관액 공급통로;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이드도 포밍용 펀치장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 펀치에는 상기 제1,2 확관액 공급통로가 연결되어 확관액 공급을 가능토록 하는 연결홈부가 더 형성되고,
   상기 제1 펀치의 길이방향으로 상기 제2 확관액 공급통로와 연계되도록 하나 이상 제공되어 확관액 공급과 이물질 배출통로로 구성되는 펀치 길이방향 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍용 펀치장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 펀치 길이방향 홈에는 소재 내부에 공급되는 확관액의 와류형성을 위한 만곡부를 더 포함하거나,
   상기 펀치 길이방향 홈은, 단면상 바닥에서 상부로 갈수록 간격이 좁아지는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍용 펀치장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 소재 스톱핑수단은 상기 펀치수단의 제2 펀치의 소재 접촉면에 펀치의 원주방향으로 소정 간격으로 형성된 돌기로 제공되는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍용 펀치장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 소재 스톱핑수단의 돌기는, 펀치 이동시 소재가 눌려지면서 압박되는 경사면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍용 펀치장치.
8. 소재의 양 단부에 펀치수단을 삽입시키어 소재가 펀치수단에 구비된 소재 스톱핑수단에 지지된 상태에서, 펀치수단에 구비된 확관액 공급수단을 통하여 소재 내부에 확관액을 공급하고 소재 내부의 이물질을 외부 배출하는 이물질 처리단계; 및,
   상기 펀치수단을 소재의 단부에 재차 진입시키어 소재와 펀치가 서로 밀폐된 상태에서 확관액을 소재 내부에 공급하여 소재를 성형하는 하이드로 포밍 단계;
   를 포함하여 구성된 하이드로 포밍 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에서 기재된 상기 하이드로 포밍용 펀치장치를 이용하고,
   상기 이물질 처리단계에서 확관액을 펀치수단에서 와류형태로 소재 내부에 공급하여 이물질의 외부 배출을 용이토록 구성된 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍 방법.

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