KR20140056418A - 마그네슘 합금 판재용 프레스 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치 및 그의 프레스 가공방법에 관한 것으로서, 상면에 마그네슘 합금 판재가 안착되는 안착면이 형성되는 하부다이와, 상기 하부다이의 상부에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 하방으로 이동되는 경우 상기 안착면에 안착된 상기 마그네슘 합금 판재를 가압하여 성형하는 상부다이와, 상기 상부다이와, 상기 하부다이의 일측에 설치되고, 상기 안착면에 안착된 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 가열부와, 상기 하부다이의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 상방으로 이동되는 경우 상기 안착면의 저면 일측을 상방으로 가압하는 펀치부 및 상기 펀치부의 일측에 설치되고, 상기 펀치부가 진동되도록 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상온에서 낮은 연신률을 갖는 마그네슘 합금 판재가 예열된 상태에서 상부다이 및 펀치부를 통해 미리 설정된 형상으로 1차 가공한 후 마그네슘 합금 판재의 절곡부위에 접촉된 펀치부가 진동되도록 하여 마그네슘 합금 판재의 절곡부위를 정밀하게 2차 가공함으로써 마그네슘 합금 판재의 가공효율을 현저하게 향상시킬 수 있고, 이에 따라 마그네슘 합금 판재의 가공불량률을 현저하게 저하시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

마그네슘 합금 판재용 프레스 장치 및 그의 프레스 가공방법{Press apparatus for magnesium alloy sheet and pressing method of magnesium alloy sheet}

본 발명은 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치 및 그의 프레스 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 형상으로 1차 가공한 후 마그네슘 합금 판재의 절곡부위에 접촉된 펀치부가 진동되도록 하여 마그네슘 합금 판재의 절곡부위를 정밀하게 2차 가공함으로써 마그네슘 합금 판재의 가공효율을 현저하게 향상시킬 수 있고, 이에 따라 마그네슘 합금 판재의 가공불량률을 현저하게 저하시킬 수 있는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치 및 그의 프레스 가공방법에 관한 것이다.

최근에 들어 세계적인 유가의 급등과 함께 대체에너지의 개발이 활발하게 추진되고 있을 뿐 아니라 세계 각 국은 환경오염을 억제하기 위해 선진국을 중심으로 자동차 배기가스 규제 강화 및 연비향상의 개발에 치중하고 있다.

이 중 자동차 업계는 연비향상을 위해 엔진·구동계의 효율향상, 주행저항감소 및 경량화 기술에 대한 중요성이 급속히 증대되고 있는 반면에 최근에는 승객 충돌보호장치등 편의장치의 증가로 인해 자동차 중량은 지속적으로 상승하고 있는 추세이다.

이에 따라 고 연비 에너지 효율 향상 자동차 개발을 위해 차체 중량을 혁신적으로 절감할 수 있는 초경량 차체기술의 개발이 시급히 필요한데, 최근 차체 경량화 방안으로 현재 연구되고 있는 경량소재로는 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 초고장력강 등의 금속재료와 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱등이 있다.

이 중에서 플라스틱 소재는 재활용성 문제로 인해 환경오염을 야기한다는 이유로 금속재료의 개발이 이루어지고 있는데, 그 중에서 저 비중의 특성을 갖고, 알루미늄 소재 대비 66%의 밀도를 보이며, 치수안정성(Dimensional Stability)이 우수하고, 진동 특성이 높은 마그네슘 합금이 가격과 기술적인 측면에서 경쟁력을 갖추어 가고 있다.

일반적으로 차체의 가공방법으로는 금형 사이에 소재를 넣고 금형으로 소재를 가압함으로써 금형의 형상대로 소재를 가공하는 다이 성형법(die forming)이 주로 사용되고 있는데, 상기한 마그네슘 합금은 상온에서 매우 낮은 연신율을 나타내는 바 상온에서는 가공성이 낮아 주로 온간(225℃이상)에서 가공이 이루어지고 있다.

이러한 온간성형은 크게 예열방가열로에서 소재를 예열하는 방법 또는 프레스 금형의 일측에 히터를 장착하여 금형으로부터 전달되는 열에 의해 소재를 예열하는 방법 중 어느 하나의 방법으로 소재를 225℃이상으로 예열한 후 프레스 금형으로 소재를 가공하게 된다.

도1은 종래의 온간 프레스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도1에서 보는 바와 같이 종래의 온간 프레스 장치(100)는 상면에 소재가 안착되는 안착면이 형성된 하부다이(110)와, 하부다이(110)의 상부에 상하방향으로 이동가능하게 설치되는 상부다이(120)와, 상부다이(120)와 하부다이(110)의 일측에 설치되어 하부다이(110)에 안착된 소재를 가열하는 가열부(130) 및 하부다이(110)의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고 상부다이(120)가 하방으로 이동되는 경우 하부다이(110)의 상면에 안착된 소재의 저면을 상방으로 가압하는 펀치부(140)로 구성된다.

이와 같은 종래의 온간 프레스 장치(100)는 하부다이(110)의 상면에 소재가 안착되면 가열부(130)에 의해 안착된 소재가 가열되고, 소재가 가열된 상태에서 상부다이(120)가 하방으로 이동되어 소재의 상면을 가압함과 아울러 펀치부(140)가 소재의 저면 일측을 상방으로 가압함으로써 소재를 프레스 가공하게 된다.

그러나, 종래의 온간 프레스 장치(100)는 상온에서 연신율이 낮은 마그네슘 합금 판재의 경우 소재를 예열한 후 가공한다 하더라도 미세돌기 또는 절곡부위의 모서리영역과 같은 영역에서는 가공성이 낮아 정밀하게 가공되지 못하고, 가공불량률이 증대되는 문제점이 발생되었다.

이에 종래의 온간 프레스장치(100)는 마그네슘 합금 판재를 가압하는 상부다이(120)와, 펀치부(140)의 가압력을 높임으로써 마그네슘 합금 판재의 가공성을 향상시키고자 하였으나, 마그네슘 합금 판재의 가압력이 증대됨에 따라 마그네슘 합금 판재의 절곡부위에서 크랙이 발생되면서 오히려 가공불량률이 상승하는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상온에서 낮은 연신률을 갖는 마그네슘 합금 판재가 예열된 상태에서 상부다이 및 펀치부를 통해 미리 설정된 형상의 윤곽이 형성되도록 1차 가공한 후 마그네슘 합금 판재의 절곡부위에 접촉된 펀치부가 진동되어 마그네슘 합금 판재의 절곡부위를 정밀하게 2차 가공함으로써 크랙이 발생되지 않으면서도 마그네슘 합금 판재의 가공성을 크게 향상시킬 수 있는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치 및 그의 프레스 가공방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 상온에서 연신률이 낮은 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공하기 위한 프레스 장치에 있어서, 상면에 마그네슘 합금 판재가 안착되는 안착면이 형성되는 하부다이와, 상기 하부다이의 상부에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 하방으로 이동되는 경우 상기 안착면에 안착된 상기 마그네슘 합금 판재를 가압하여 성형하는 상부다이와, 상기 상부다이와, 상기 하부다이의 일측에 설치되고, 상기 안착면에 안착된 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 가열부와, 상기 하부다이의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 상방으로 이동되는 경우 상기 안착면의 저면 일측을 상방으로 가압하는 펀치부 및 상기 펀치부의 일측에 설치되고, 상기 펀치부가 진동되도록 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치를 제공한다.

그리고, 상기 가열부는 상기 마그네슘 합금 판재의 온도가 200 ~ 350℃로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상온에서 연신률이 낮은 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공하기 위한 마그네슘 합금 판재의 프레스 가공방법에 있어서, 상기 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공위치로 이송하는 이송단계와, 이송된 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 가열단계와, 상부다이 및 펀치부가 상기 마그네슘 합금 판재의 일측을 가압하여 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 형상의 윤곽이 형성되도록 1차 가공하는 형상가공단계 및 상기 마그네슘 합금 판재의 일측을 가압하여 상기 마그네슘 합금 판재를 1차 가공한 펀치부가 진동되면서 상기 마그네슘 합금 판재의 절곡영역을 정밀하게 2차 가공하는 정밀가공단계를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 상온에서 낮은 연신률을 갖는 마그네슘 합금 판재가 예열된 상태에서 상부다이 및 펀치부를 통해 미리 설정된 형상의 윤곽이 형성되도록 1차 가공한 후 마그네슘 합금 판재의 절곡부위에 접촉된 펀치부가 진동되어 마그네슘 합금 판재의 절곡부위를 정밀하게 2차 가공함으로써 크랙이 발생되지 않으면서도 마그네슘 합금 판재의 가공성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래의 온간 프레스 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금 판재의 프레스 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 상부다이가 하강하는 상태를 도시한 도면,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 펀치부가 상승하는 상태를 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 펀치부가 진동하면서 정밀가공하는 상태를 도시한 도면.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도2에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치(1)는 하부다이(10)와, 상부다이(20)와, 가열부(30)와, 펀치부(40) 및 진동부(50)를 포함하여 구성된다.

하부다이(10)는 대략 플레이트 형상으로 형성되어 설치대상영역에 설치되는 제1 다이부(11)와, 제1 다이부(11)의 상부에 설치되는 하부금형(12)을 포함하여 구성되며, 하부금형(12)의 상면에 마그네슘 합금 판재의 안착영역을 제공함과 아울러 상부다이(20)와 함께 마그네슘 합금 판재를 가압하여 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 형상으로 프레스 가공하는 역할을 한다.

여기서 하부금형(12)은 상면 중 미리 설정된 가공물의 절곡부위와 대응되는 위치에 후술하는 펀치부(40)가 설치되는 설치홈(12a)이 형성된다.

상부다이(20)는 하부다이(10)의 상부에 상하방향으로 이동가능하게 설치되는 제2 다이부(21)와, 제2 다이부(21)의 하부에 설치되는 상부금형(22)을 포함하여 구성되며, 제2 다이부(21)가 하방으로 이동되는 경우 상부금형(22)이 하부금형(12)의 상면에 안착된 마그네슘 합금 판재를 가압함으로써 하부다이(10)와 함께 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 형상으로 프레스 가공하는 역할을 한다.

이와 같은 하부다이(10)와, 상부다이(20)는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 공지된 것임이 자명한 것으로서, 구체적인 구성설명은 생략하도록 한다.

가열부(30)는 상부금형(22) 및 하부금형(12)의 일측에 설치되고, 상부금형(22) 및 하부금형(12)을 통해 하부금형(12)의 상면에 안착된 마그네슘 합금 판재에 열을 전달하여 마그네슘 합금 판재를 예열하는 역할을 하는 것으로서, 일반적인 열선이 사용될 수 있다.

그리고, 상기한 가열부(30)는 하부금형(12)에 안착된 마그네슘 합금 판재를 가열하는 경우 마그네슘 합금 판재의 종류에 따라 미리 설정된 온도까지 가열한 후 그 설정온도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 마그네슘 합금의 경우 상온에서는 연신률이 낮은 특성을 갖는 바 상온에서는 가공이 낮아 프레스 가공전 예열을 하게 되는데, 가열부(30)에서는 마그네슘 합금을 225 ~ 300℃로 가열한 후 그 온도가 유지되도록 하는데, 그 이유는 마그네슘 합금의 열처리 온도를 225℃ 미만으로 하는 경우 상온에서 실시한 것과 비교하여 볼 때 소재의 성형성 증가 효과가 크지 않고, 열처리 온도를 300℃를 초과하는 경우에는 오히려 소재의 성형성이 감소되어 불필요한 에너지를 낭비하게 되므로 225 ~ 300℃로 가열한 후 그 온도가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

펀치부(40)는 상단부가 가공대상물의 절곡부위의 형상과 대응되는 형상으로 형성되고, 하부금형(12)의 설치공에 상하방향으로 이동가능하게 설치되며, 상부금형(22)이 하방으로 이동하여 하부금형(12)의 상면에 안착된 마그네슘 합금 판재를 가압하는 경우 상방으로 이동하여 마그네슘 합금 판재가 상부금형(22)의 형상에 따라 프레스 가공되도록 함과 아울러 마그네슘 합금 판재의 절곡부위를 가압하여 절곡부의 가공률이 보다 향상될 수 있도록 하는 역할을 한다.

또한, 펀치부(40)는 상부금형(22)과 함께 소재를 1차 가압한 후 후술하는 진동부(50)로부터 후술하는 진동부(50)로부터 후술하는 진동부(50)로부터 진동력을 제공받아 진동되면서 소재의 절곡부위를 정밀하게 2차 가공하는 역할을 하는데, 이러한 펀치부(40)의 가공방법은 후술하는 마그네슘 합금 판재의 가공방법에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.

한편, 상기한 상부금형(20) 및 펀치부(40)는 마그네슘 합금 판재를 가마그네슘 합금 판재를 가공하기 위해 마그네슘 합금 판재를 가압하는 경우 마그네슘 합금 판재가 미리 설정된 형상으로 형성되도록 하는 가압력, 즉 정압의 0.9 ~ 0.95 압력으로 마그네슘 합금 판재를 가압하는데, 이와 같이 마그네슘 합금 판재를 정압의 0.9 ~ 0.95배의 압력으로 마그네슘 합금 판재를 가압하는 이유는 높은 가압력으로 인해 마그네슘 합금 판재의 절곡부위에서 크랙이 발생되는 것을 미연에 방지하기 위함이다.

진동부(50)는 펀치부(40)의 일측에 설치되어 펀치부(40)에 진동력을 제공하는 역할을 하는 것으로서, 일반적으로 시중에 판매되고 있는 진동자가 사용될 수 있다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 상부다이가 하강하는 상태를 도시한 도면이고, 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 펀치부가 상승하는 상태를 도시한 도면이며, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 펀치부가 진동하면서 정밀가공하는 상태를 도시한 도면이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치(1)를 이용하여 마그네슘 합금 판재(M)를 프레스 가공하는 방법을 도3 내지 도5를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 가공하고자 하는 마그네슘 합금 판재(M)를 프레스 가공위치, 즉 하부금형(12)의 상면에 안착되도록 이송한다.

하부금형(12)의 상면에 마그네슘 합금 판재(M)가 안착되면, 가열부(30)가 작동하면서 하부금형(12)의 상면에 안착된 마그네슘 합금 판재(M)를 225 ~ 300℃로 가열한 후 그 온도가 유지되도록 한다.

마그네슘 합금 판재(M)가 예열되면 상부금형(22)이 하강하여 마그네슘 합금 판재(M)의 상면을 가압하게 되는데, 마그네슘 합금 판재(M)는 저면이 하부금형(12)의 상면에 지지된 상태에서 상면이 가압되고, 펀치부(40)가 저면을 가압하여 상부금형(22)에 보다 밀착됨으로써 미리 설정된 형상으로 1차 프레스 가공, 다시 말하면 일정한 압력으로 마그네슘 합금 판재(M)를 프레스 가공하여 미리 설정된 형상의 윤곽을 형성하는 형상가공단계를 거치게 된다.

이후, 펀치부(40)의 상단부가 마그네슘 합금 판재(M)의 저면 중 절곡된 부위에 접촉된 상태에서 펀치부(40)가 진동부(50)에 의해 진동되면서 마그네슘 합금 판재(M)의 절곡부위를 정밀하게 2차 가공하여 마그네슘 합금 판재(M)의 성형을 완료한다.

한편, 본 출원인은 딥드로잉 시험을 실시한 후 LDR값을 계산하여 프레스의 압력에 따른 시편의 가공성을 테스트 하였다.

여기서 딥드로잉 시험에 대해 간단히 설명하면, 이는 판재의 성형성을 평가하는 시험방법 중의 한 방법으로서, 크랙이나 주름이 발생하지 않고 판재가 얼마나 드로잉(drwing)되는지를 평가하는 시험이다.

이때 시험의 결과로서 하기 식에 나타낸 바와 같이 크랙 발생없이 컵 모양으로 성형될 수 있는 가장 큰 블랭크의 지름을 드로잉 펀치의 지름으로 나눈 값을 LDR(Limit Drawing Ratio)이라 하며, 이 값이 클수록 드로잉성 및 성형성이 우수함을 나타낸다.

테스트의 시편으로는 마그네슘 - 알루미늄 합금판재를 사용하였으며, 각 시편별로 하기 표에 나타낸 바와 같이 15,20,25,30kN의 힘으로 가압하였으며, 펀치의 지름은 50nm, 드로잉 속도는 13mm/min으로 유지하였다.

또한, 시편별로 각각 일반 가압가공 및 진동가공을 실시하였으며, 여기서 펀치의 진동은 24um로 유지하였다.

위 표에서 보는 바와 같이 프레스의 압력이 높아질수록 일반 가압가공 및 진동가공 모두 가공성이 높아진 것으로 나타났으나, 진동가공의 경우 LDR의 값이 일반 가압가공에 비해 상당히 높게 나타남을 알 수 있었다.

위 결과에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금 판재의 프레스 가공방법에 따르면, 마그네슘 합금 판재(M)가 예열된 상태에서 상부금형(22), 하부금형(12) 및 펀치부(40)를 통해 미리 설정된 형상의 윤곽을 형성하도록 1차 가공한 후 마그네슘 합금 판재(M)의 절곡부위에 접촉된 펀치부(40)가 진동되어 마그네슘 합금 판재(M)를 정밀하게 2차 가공함으로써 마그네슘 합금 판재(M)의 가공효율을 현저하게 향상시킬 수 있고, 이에 따라 마그네슘 합금 판재(M)의 가공불량률을 현저하게 저하시킬 수 있는 특징이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치 10 : 하부다이
11 : 제1 다이부 12 : 하부금형
12a : 설치홈 20 : 상부다이
21 : 제2 다이부 22 : 상부금형
30 : 가열부 40 : 펀치부
50 : 진동부

Claims (5)

1. 상온에서 연신률이 낮은 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공하기 위한 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치에 있어서,
   상면에 마그네슘 합금 판재가 안착되는 안착면이 형성되는 하부다이와;
   상기 하부다이의 상부에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 하방으로 이동되는 경우 상기 안착면에 안착된 상기 마그네슘 합금 판재를 가압하여 성형하는 상부다이와;
   상기 상부다이와, 상기 하부다이의 일측에 설치되고, 상기 안착면에 안착된 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 가열부와;
   상기 하부다이의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 상방으로 이동되는 경우 상기 안착면의 저면 일측을 상방으로 가압하는 펀치부; 및
   상기 펀치부의 일측에 설치되고, 상기 펀치부가 진동되도록 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부다이 및 상기 펀치부는 상기 마그네슘 합금 판재가 미리 설정된 형상으로 형성되도록 하는 가압력의 0.9 ~ 0.95 압력으로 상기 마그네슘 합금 판재를 가압하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열부는 상기 마그네슘 합금 판재의 온도가 225 ~ 350℃로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재용 프레스 장치.
   
4. 상온에서 연신률이 낮은 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공하기 위한 마그네슘 합금 판재의 프레스 가공방법에 있어서,
   상기 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공위치로 이송하는 이송단계와;
   이송된 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 가열단계와;
   상부다이 및 펀치부가 상기 마그네슘 합금 판재의 일측을 가압하여 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 형상의 윤곽이 형성되도록 1차 가공하는 형상가공단계; 및
   상기 마그네슘 합금 판재의 일측을 가압하여 상기 마그네슘 합금 판재를 1차 가공한 펀치부가 진동되면서 상기 마그네슘 합금 판재의 절곡영역을 정밀하게 2차 가공하는 정밀가공단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 프레스 가공방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 형상가공단계는 상기 상부다이 및 상기 펀치부가 상기 마그네슘 합금 판재를 미리 설정된 형상으로 형성되도록 하는 가압력의 0.9 ~ 0.95의 압력으로 상기 마그네슘 합금 판재를 가압하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 프레스 가공방법.

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