KR20150114379A - 피가공재 가공용 프레스 장치 - Google Patents

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KR20150114379A
KR20150114379A KR1020140190401A KR20140190401A KR20150114379A KR 20150114379 A KR20150114379 A KR 20150114379A KR 1020140190401 A KR1020140190401 A KR 1020140190401A KR 20140190401 A KR20140190401 A KR 20140190401A KR 20150114379 A KR20150114379 A KR 20150114379A
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cylinder housing
press
ram
upper mold
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KR1020140190401A
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베르트홀트 다우브
다니엘 헷세
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그뢰베너 프레쎈시스테메 게엠베하 운트 코 카게
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Abstract

본 발명은, 하부 금형 유닛(13)과, 이에 대해 이송 가능한 상부 금형 유닛(8)을 포함하여, 피가공재(18)를 가공하기 위한 프레스 장치(1), 특히 토글 프레스(2)에 관한 것이며, 이런 프레스 장치의 경우, 상부 금형 유닛(8)은 하부 금형 유닛(13)에 대향하여 가공할 피가공재(18)를 내리누를 수 있는 램 부재(21)를 구비한 홀드다운 장치(20)를 포함하고, 하부 금형 유닛(13)은 상부 금형 유닛(8)의 금형 부재(9)를 향하여 가공할 피가공재(18)를 떠받칠 수 있는 추가 램 부재(25)를 구비한 리테이닝 장치(24)를 포함하고, 램 부재(21, 25)들은 각각 구동장치(23, 27)에 의해 상부 금형 유닛(8) 및/또는 하부 금형 유닛(13)에 상대적으로 변위될 수 있고, 리테이닝 장치(24) 및/또는 홀드다운 장치(20)는 각각의 구동장치(23, 27)의 가속 단계를 브리지하기 위한 브리징 수단(50)들을 포함하며, 가속 단계에서 각각의 구동장치(23, 27)는 각각의 램 속도로 가속될 수 있다.

Description

피가공재 가공용 프레스 장치{PRESS DEVICE FOR PROCESSING A WORKPIECE}
본 발명은 하부 금형 유닛과 이에 대해 이송 가능한 상부 금형 유닛을 포함하여, 피가공재를 가공하기 위한 프레스 장치, 특히 토글 프레스에 관한 것이며, 이런 프레스 장치의 경우, 상부 금형 유닛은 하부 금형 유닛에 대향하여 가공할 피가공재를 내리누를 수 있는 램 부재(ram part)를 구비한 홀드다운 장치(hold-down device)를 포함하고, 하부 금형 유닛은 상부 금형 유닛의 금형 부재를 향하여 가공할 피가공재를 떠받칠 수 있는 추가 램 부재를 구비한 리테이닝 장치(retaining device)를 포함하며, 램 부재들은 각각 구동장치에 의해 상부 금형 유닛 및/또는 하부 금형 유닛에 상대적으로 변위될 수 있다.
일반적인 유형에 따른 프레스 장치는 종래 기술로부터 공지되었다. 예컨대 정밀 절단과 같은 몇몇 성형 공정들에서는, 피가공재를 정밀하게 가공하기 위해, 다운 홀더(down holder) 및 리테이너(retainer)가 필요하다. 일반적으로 다운 홀더는 램 부재로서 상부 금형 유닛 내에 위치되어, 성형 공정 동안, 성형 과정에서 발생하는 압축 및 인장 응력들을 상쇄시키기 위해, 피가공재의 성형할 재료 상에 동일 평면으로 안착된다. 일반적으로, 리테이너는 추가 램 부재로서 성형할 재료의 바로 아래에 위치된다. 리테이너는, 전체 성형 공정 동안, 제어되는 성형 과정을 보장하기 위해, 예컨대 상부로부터 내려오는 절단 펀치를 향해 최대한 일정한 힘으로 떠받친다. 성형 공정에 이어서, 리테이너 내지 이와 관련된 추가 램 부재는 절단된 부분을 위한 이젝터로서 이용될 수 있다. 다운 홀더 및 리테이너는 기계식으로(예컨대 기계식 스프링 부재들을 통해), 공압식으로, 또는 유압식으로(예컨대 공압식으로, 또는 유압식으로 구동되는 스프링 부재들을 통해) 형성될 수 있다.
본 발명의 과제는, 일반적인 유형에 따른 장치들에 있어서, 이들 장치의 제조 정밀도 및 신뢰성이 계속해서 증가되는 방식으로, 상기 장치들을 개량하는 것에 있다.
본 발명의 과제는, 하부 금형 유닛과 이에 대해 이송 가능한 상부 금형 유닛을 포함하여, 피가공재를 가공하기 위한 프레스 장치, 특히 토글 프레스이며, 상부 금형 유닛은 하부 금형 유닛에 대향하여 가공할 피가공재를 내리누를 수 있는 램 부재를 구비한 홀드다운 장치를 포함하고, 하부 금형 유닛은 상부 금형 유닛의 금형 부재를 향하여 가공할 피가공재를 떠받칠 수 있는 추가 램 부재를 구비한 리테이닝 장치를 포함하며, 램 부재들은 각각 구동장치에 의해 상부 금형 유닛 및/또는 하부 금형 유닛에 상대적으로 변위될 수 있는, 상기 프레스 장치에 있어서, 리테이닝 장치 및/또는 홀드다운 장치가 각각의 구동장치의 가속 단계를 브리지하기 위한 브리징 수단들을 포함하고, 가속 단계에서는 각각의 구동장치가 각각의 램 속도로 가속될 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 프레스 장치에 의해 해결된다.
상기 유형의 브리징 수단들을 통해서는, 예컨대 절단 공정 등의 개시 시점에 즉시 각각의 램 부재의 실질적인 구동장치를 우회하는 조건에서 이에 대응하는 램 부재의 속도로 각각의 램 부재를 가속시킬 수 있다.
이 경우, 본 발명에 따라서, 예컨대 하부 금형 유닛의 리테이너가 처음부터 상부 금형 유닛 내지 이와 관련된 절단 펀치 등의 이동에 정확히 동기화되어 이동될 수 있다. 그 결과, 제조 정밀도는 유의적으로 증가될 수 있다.
이 경우, 실질적인 구동장치에 대해, 각각의 구동장치를 마찬가지로 각각의 램 속도로 가속시키고, 그런 후에 이어서 예컨대 구동장치가 리테이너를 구동하도록 하기에 충분히 큰 시간 범위를 갖는 응답 시간이 가용하다.
상기 브리징 수단들이 리테이닝 장치 내에, 또는 누적되거나 대체되는 방식으로 홀드다운 장치 내에 통합되는 것을 통해, 각각의 램 부재는 자신의 실질적인 구동장치로부터 독립되어 구조적으로 매우 간단하게 각각의 대응하는 램 부재를 통해 가속될 수 있다.
따라서 본원의 브리징 수단들을 통해, 절단 공정의 개시 시점에 상부 금형 유닛의 램 부재 속도에 대한 특히 리테이너의 이동의 정확한 동기화를 수행할 수 있는 총 하나의 구동장치를 제공하고자 하는 실질적인 목표가 달성된다.
예컨대 절단 작동이 수행된 후에, 자신의 속도가 본 발명에 따라 동기화된 각각의 램 부재는 예컨대 자신의 이동거리 특성곡선과 관련하여 바람직하게는 자유롭게 프로그래밍될 수 있는 이젝터 기능을 담당할 수 있다.
"프레스 장치"라는 개념은, 본 발명의 의미에서, 결과적으로 하나 이상의 금형을 이용하여 피가공재를 가공하기 위해, 상부 금형 유닛이 하부 금형 유닛에 상대적으로, 또는 그 반대로 이동되는 모든 유형의 프레스들을 지시한다. 자명한 사실로서, 상기 프레스 장치는 거의 임의로 형성될 수 있다. 특히 바람직하게는, 프레스 장치는 토글 프레스로서, 그리고 이와 동시에 특별히 서보 토글 레버 구동장치를 포함한 정밀 절단 및 성형 프레스로서 형성되는데, 그 이유는 이런 프레스가 자주 다수의 고정밀 가공 공정에 관여하기 때문이다. 추가 장점들은 계속 하기에서 예시로서 서보 토글 레버 구동장치를 포함한 정밀 절단 및 성형 프레스로서 형성되는 프레스 장치와 관련하여 상세히 설명된다.
"상부 금형 유닛"이란 개념은 본원에서 피가공재의 가공을 위해 프레스 베드(press bed)에 상대적으로 이동되는 프레스의 프레스 램(press ram)을 지시한다.
따라서 "하부 금형 유닛"이란 개념은 본원에서 이와 관련된 프레스의 프레스 베드를 지시한다.
본원의 프레스 장치에서 이용되는 금형 내지 금형 부재는 그 특성이 상이할 수 있다. 예컨대 하기에 한층 더 설명되는 것처럼 절단 금형(cutting tool)에 관한 것일 수 있다.
홀드다운 장치의 램 부재는 다운 홀더를 포함한다. 따라서 리테이닝 장치의 램 부재는 리테이너를 포함한다.
리테이닝 장치와 달리, 상부 금형 유닛의 하사점의 통과와 더불어, 홀드다운 장치의 이동은 정지되지 않는다. 홀드다운 장치는 상부 금형 유닛의 상향 이동 동안 정의된 이동거리에 걸쳐서 스트리퍼로서 기능한다. 스트리핑 동안 홀드다운 장치의 이동은 변함없이 램 이동에 대해 동기화되어 진행되어야 한다.
홀드다운 내지 리테이닝 장치들의 작동을 위해, 원칙상 2가지 작동 모드, 요컨대 세팅 모드와 자동 모드가 제공된다. 조작자는 수동으로 가볍게 두드리는 것 외에도 세팅 모드에서 앞서 입력된 설정 위치로 자동으로 이동할 수 있거나, 또는 프레스 위치에 부합하는 커플링 위치로 이동할 수 있다. 홀드다운 내지 리테이닝 장치들은 상호 간에 독립적으로 이송될 수 있지만, 그러나 결코 복수의 홀드다운 내지 리테이닝 장치는 동시에 이동되지 않는다. 능동적 장치의 선택은 시각화 유닛을 이용하여 버튼들을 통해 수행된다. 마찬가지로, 설정값들의 입력 후에, 장치들에 대한 상응하는 이송 프로파일을 작성할 수도 있다. 특별히 리테이닝 장치의 경우, 입력 필드를 통해, 목표하는 기능인 "떠받침(retaining) - 추출(ejecting)(=1)" 또는 "추출만(=2)'이 기능 번호로서 입력될 수 있다. 자동 모드에서는 선택된 장치가 활성화되어 캠 디스크를 통해 상부 금형 유닛의 이동에 연결된다. 이 경우, 세팅 모드에서 설정된 값들이 유효하다. 여기서 복수의 장치도 함께 선택되고 활성화될 수 있다.
어느 경우든, 본원의 브리징 수단들에 의해, 바람직하게는, 시간 지연 방식으로 각각의 구동장치에 할당된 램 부재를 오로지 구동하기만 하도록, 적합한 방식으로 램 부재의 속도로 각각의 구동장치를 가속시키기 위해 필요한 시간 간격이 브리지될 수 있다.
자명한 사실로서, 본 발명의 의미에서 제공되는 브리징 수단들은 다양한 형상일 수 있다. 그러나 바람직한 실시예에 따라서, 브리징 수단들은 공압 스프링 장치를 포함한다. 상기 유형의 공압 스프링 장치는 하부 금형 유닛 내지 상부 금형 유닛 내에 구조적으로 간단하게 형성될 수 있다.
본원의 공압 스프링 장치는, 이 공압 스프링 장치가 질소 스프링을 포함한다면, 구조적으로 특히 적합하게 실현된다.
특히 바람직하게는, 브리징 수단들은 10㎜를 상회하거나 20㎜를 상회하는 반동 거리, 바람직하게는 25㎜의 반동 거리를 갖는다. 상기 유형의 반동 거리에 의해, 각각의 구동장치가 가공 공정 동안 각각의 구동장치에 할당된 램 부재의 속도로 가속될 수 있는 점이 보장될 수 있다.
또한, 25㎜의 본원의 스프링 반동 거리는 질소 스프링에 의해 구조적으로 간단하면서도 신뢰성 있게 제공될 수 있다.
이런 점에 있어서, 프레스 장치 상에서 홀드다운 내지 리테이닝 장치의 내부에 공압 스프링 장치를 통합하는 점은 이미 그 자체로 바람직하다. 단지 이런 이유만으로도, 상기 공압 스프링 장치와 관련한 특징들은 본 발명의 나머지 특징들 없이도 바람직하다.
각각의 이용 유형에 따라서, 이미 10㎜ 또는 20㎜의 상대적으로 짧은 반동 거리만으로도 충분히 필요한 브리징 시간 간격을 제공할 수 있다. 이처럼 필요한 브리징 시간 간격은, 반동 거리가 25㎜일 때, 어느 경우든 작동 신뢰성 있게 제공될 수 있다.
자명한 사실로서, 반동 거리는 훨씬 더 길게도 선택될 수 있다. 그러나 이는 의미가 없는데, 그 이유는 25㎜의 반동 거리를 통해 충분히 할당된 응답 시간이 제공될 수 있기 때문이다. 또한, 상대적으로 더 긴 스프링 반동 거리는 불필요하게 많은 장착 공간만을 필요로 한다.
상기 유형의 반동 거리는, 본원에서, 반동 거리가 피스톤 부재의 피스톤 바닥부와 실린더 하우징의 실린더 하우징 단부벽 사이에서 압력 매체로 충전된 압력 챔버에 의해 형성된다면, 구조적으로 간단하게 형성된다. 압력 매체는 다양한 유형일 수 있다. 바람직하게 압력 매체는 질소를 함유한다.
브리징 수단들은, 이 브리징 수단들이 램 부재와 구동장치 사이에 배치된다면, 구조적으로 특히 바람직하게 본원의 프레스 장치의 상부 금형 유닛 내에, 또는 그 하부 금형 유닛 내에 통합될 수 있다.
그 밖에도, 바람직하게는, 브리징 수단들은 실린더 하우징과 피스톤 부재를 포함하며, 실린더 하우징 상에 램 부재가 배치된다. 그 결과, 브리징 수단들의 컴포넌트들은 프레스 장치 내에 조밀하게 통합될 수 있다. 이는 구조적으로 공압 스프링 장치로 달성될 수 있다.
상부 금형 유닛으로 향해 있는 하부 금형 유닛의 영역은, 램 부재가 웨브 부재들을 통해 실린더 하우징 상에서 실린더 하우징 단부벽으로부터 이격되어 배치된다면, 하부 금형 유닛의 내부에 배치된 브리징 수단들에 의해 구조적으로 간단하게 극복될 수 있다.
브리징 수단들은 실린더 하우징과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재를 포함하고, 실린더 하우징은 하부 금형 유닛 내에 상부 금형 유닛의 압축 방향으로 변위 가능하게 배치된다면, 브리징 수단들은 구조적으로 간단하면서도 신속하게 반응할 수 있다.
브리징 수단들은 실린더 하우징과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재를 포함하고, 실린더 하우징은 상부 금형 유닛 또는 하부 금형 유닛의 가이드 부시 내에서 변위 가능하게 안내된다면, 한편으로 실린더 하우징은 상부 금형 유닛 또는 하부 금형 유닛에 상대적으로, 그리고 다른 한편으로는 피스톤 부재에 상대적으로 이동될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 브리징 수단들은 실린더 하우징과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재를 포함하고, 실린더 하우징은 피스톤 부재에 의해 상부 금형 유닛 또는 하부 금형 유닛에 상대적으로 변위될 수 있다. 그 결과, 실린더 하우징은 구동장치에 의해 피스톤 부재를 통해 구조적으로 간단하게 변위될 수 있다. 이는, 예컨대 리테이닝 장치의 추가 램 부재가 상부 금형 유닛과 동기화되어 이동되어야 할 때, 또는 리테이닝 장치의 추가 램 부재가 가공된 피가공재를 위한 이젝터로서 기능해야 할 때의 경우에 해당된다.
각각의 램 부재는, 브리징 수단들이 실린더 하우징과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재를 포함하고 피스톤 부재는 구동장치의 편심 구동부의 커넥팅 로드 부재 상에 배치된다면, 상부 금형 유닛 또는 하부 금형 유닛에 상대적으로 완벽하게 변위될 수 있다.
특히 하부 금형 유닛의 추가 램 부재 상에는, 공압 스프링 장치가 100kN을 상회하는 값, 또는 200kN을 상회하는 값, 바람직하게는 300kN의 값을 갖는 스프링 예압력(F)으로 예압된다면, 충분한 반력이 가해질 수 있다.
본 발명의 실질적인 핵심은 특히 예컨대 절단 공정 등의 개시를 나타내는 시점에 램 부재 내지 상부 금형 유닛의 속도에 대한 추가 램 부재 내지 리테이너의 동기화이다. 본원의 브리징 수단들에 의해, 추가 램 부재 내지 리테이너가 상기 시점부터 적어도 거의 램 부재 내지 상부 금형 유닛과 동일한 속도로 이동되는 점이 보장될 수 있다.
본원의 과제는, 본 발명의 추가 양태에 따라서, 하부 금형 유닛과, 이에 대해 이송 가능한 상부 금형 유닛과, 고장 시 프레스 장치를 보호하기 위한 과부하 보호 유닛을 포함하여, 피가공재를 가공하기 위한 프레스 장치, 특히 토글 프레스이며, 상부 금형 유닛은 하부 금형 유닛에 대향하여 가공할 피가공재를 내리누를 수 있는 램 부재를 구비한 홀드다운 장치를 포함하고, 하부 금형 유닛은 상부 금형 유닛의 금형 부재를 향하여 가공할 피가공재를 떠받칠 수 있는 추가 램 부재를 구비한 리테이닝 장치를 포함하며, 램 부재들은 각각 구동장치에 의해 상부 금형 유닛 및/또는 하부 금형 유닛에 상대적으로 변위될 수 있는, 상기 프레스 장치에 있어서, 리테이닝 장치 및/또는 홀드다운 장치가 과부하 보호 유닛을 활성화하기 위한 활성화 시간을 브리지하기 위한 브리징 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 프레스 장치에 의해 해결된다.
예컨대 과부하 보호 유닛을 제공하는 것과 같은 다수의 안전 대비책에도 불구하고, 고장으로 인해 자주 프레스 장치들 상에서 수리할 수 없거나 적어도 매우 비용 집약적인 손상들이 발생하게 된다. 상기 브리징 수단들이 리테이닝 장치 내에, 또는 누적되거나 대체되는 방식으로 홀드다운 장치 내에 통합되는 것을 통해, 고장 시에 프레스 장치에서 중대한 손상이 발생하는 위험은 유의적으로 감소될 수 있다. 이런 점에서, 앞서 이미 상세히 기술한 브리징 수단들에 의해 상기 위험은 마찬가지로 유의적으로 감소될 수 있다.
이와 관련한 고장은 프레스 장치 상의 그 어떤 결함으로부터 발생할 수 있다. 예컨대 피가공재가 이전 주기에서 부적합하게 배출 이송되어 예컨대 여전히 하부 금형 유닛의 금형 내에 위치된다. 또는 리테이닝 장치가 자신의 구동장치의 고장으로 인해 옆으로 비켜 이동하지 않는다.
과부하 보호 유닛은 매우 상이한 구조 유형일 수 있다. 바람직하게는, 과부하 보호 유닛은, 결함이 있는 경우, 특히 리테이닝 장치 및/또는 홀드다운 장치의 구동장치들이 토크 없이(안전 토크 오프) 스위칭되며, 그럼으로써 실질적으로 슬라이더 크랭크 구동장치로서 구성된 구동장치는 자신의 하부 신장 위치로 밀착될 수 있음으로써 각각의 램 부재 상에 임계의 홀드다운 내지 리테이닝 힘이 생성되지 않는 방식으로 형성된다.
실질적인 과부하 보호 유닛의 활성화는, 프레스 장치가 브리징 수단들에 따라서 과부하 보호 유닛을 활성화할 수 있는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치를 포함한다면, 작동 신뢰성 있게 실행될 수 있다. 상기 유형의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치에 의해, 과부하 보호 유닛은 신속하면서도 적시에 활성화될 수 있다.
앞서 이미 설명한 공압 스프링 장치에 의해, 비록 이 경우 프레스 장치의 실질적인 과부하 보호 유닛의 활성화가 이루어지지 않는다고 하더라도, 프레스 장치 상에서 기능 부품들의 기계적 과부하를 방지할 수 있는 제1 독립 과부하 보호 부재도 제공될 수 있다. 이 경우, 반동 거리는 즉시 과부하 스프링 이동거리를 제공한다.
이런 점에서, 프레스 장치들 상에서 홀드다운 내지 리테이닝 장치의 내부에 공압 스프링 장치의 통합은, 이미 계속 앞서 기술한 것처럼, 이미 그 자체로 바람직하다. 이미 이런 이유만으로도, 상기 공압 스프링 장치와 관련된 특징들은 본 발명의 나머지 특징들 없이도 바람직하다.
특히 램 부재와 구동장치 사이에 브리징 수단들을 배치하는 것을 통해, 제1 독립 과부하 보호 부재는, 과부하 힘이 구조적으로 간단하게 적어도 부분적으로 흡수되고 보상될 수 있는 위치 근처에 구조적으로 간단하게 배치될 수 있다. 이는 특히 공압 스프링 장치에 적합하다.
본 발명에 의해, 서보 토글 레버 구동장치를 포함한 최초에 이미 언급한 정밀 절단 및 성형 프레스들을 바람직하게 개량하는 점이 특히 우수하게 달성된다.
이런 정밀 절단 및 성형 프레스들은 특히 증가하는 품질 요건 내지 최소 공차에 대한 증가하는 요건 및 특별히 자동차 분야에서 공급업체들의 표준을 충족한다. 특히 이런 정밀 절단 및 성형 프레스로 자동차 분야에서 부품들은 상대적으로 더 높은 밀착 절단 비율(flush-cut proportion)로 제조될 수 있다. 따라서 본원의 프레스 장치는 특히 표준 절단과 정밀 절단의 품질 범위에서의 사용자들을 위해 바람직한데, 그 이유는 이런 사용자들은 자신의 생산 스펙트럼을 분명히 확장하고 증가된 절단 품질을 갖는 부품들을 생산할 수 있기 때문이다. 특히 서보 토글 레버 구동장치를 포함한 정밀 절단 및 성형 프레스에 의해, 순차이송형 복합 금형들 또는 전송 금형들에서 고정밀 부품들의 제조를 통한 생산 비용이 감소될 수 있다. 또한, 최소의 재가공 수요는 복잡한 공정 단계들을 절약하고 그에 따라 취급 비용도 감소시킨다. 그 밖에도, 서보 토글 레버 구동장치를 포함한 정밀 절단 및 성형 프레스들은 훨씬 더 높은 시스템 강도를 제공하며, 그럼으로써 재료 두께 및 그 강도가 서로 다른 경우 좁은 부품 공차 및 신뢰성 있는 반복 정밀도가 가능해진다. 순차이송형 복합 금형들 또는 전송 금형들을 통한 성형 프레스의 최적화된 형성 외에도, 추가의 공정 단계들이 전방 또는 후방에 배치될 수 있다. 따라서 특히 서보 토글 레버 구동장치를 포함한 정밀 절단 및 성형 프레스는 프레스 통과 동안 특히 절단, 인발, 스탬핑, 보링 및/또는 보정을 허용한다. 또한, 이 경우, 전방 또는 후방에 배치되는 공정들, 예컨대 나사산 성형, 접합 또는 용접이 통합될 수 있다. 서보 기술로 인해, 램 경로는 성형 및/또는 절단 공정에 최적화되어 매칭될 수 있다. 추가로 개장 가능한 다운 홀더 및 리테이너 모듈들의 이용을 통해 증가된 밀착 절단 비율을 갖는 절단 부품들의 제조가 가능해진다. 이는 고객들에게 금형들의 유연성, 생산 용량, 및 그 수명의 증가를 의미한다.
예컨대 제조 방법은 DIN 8580에 준하여 6개의 주 그룹(main group)으로, 요컨대 일차 성형, 재성형(reshaping), 분리(separation), 접합(joining), 코팅 및 물질 특성 변경으로 세분화된다. 분리는 고형체의 형태를 변경하는 것을 통한 제조이며, 결합성(cohesion)은 국소적으로 완전히 제거된다. 이 경우, 최종 형태는 초기 형태 내에 포함된다. 조합된 몸체의 분해도 분리에 할당된다. 주 그룹 분리는 다시 추가로 분할, 절삭 및 제거로 세분화된다. 절단 또는 전단 절단은 하위 그룹 분할에 속한다. 정밀 절단은 이런 작업의 범위에서 전단 절단과 미세 절단 사이에서 분류되는 절단 품질을 갖는 절단 부품들의 제조를 지시한다. 추가의 세분화는, 절단 방법에 따라, 피가공재의 범위 한정을 위한 절단 표면에 따라서 수행된다. 이 경우, 재단(cut-out), 보링, 슬라이싱(slicing), 노칭(notching), 절개(incising) 및 트리밍으로 구분된다. 정밀 절단을 위해 중요한 방법은 재단과 보링의 두 방법이다. 재단 및 보링에서 특수성은, 이들 방법이 폐쇄된 절단선을 나타낸다는 점이다. 재단 시 펀치에 의해 절단 팁(cutting tip)을 통해 밀리는 피가공재가 피가공재를 형성하고 박판의 나머지는 폐기물로서 배출 이송되는 반면에, 보링 시에는 도려낸 부분이 폐기물이다. 이 경우, 내부 윤곽이 생성된다.
절단 금형은 실질적으로 절단 펀치, 다이(die) 또는 절단 팁 및 다운 홀더로 구성된다. 다운 홀더는 재료의 굽힘 및 너무 큰 후유동(afterflow)을 방지한다. 피가공재의 절단할 재료는 플레이트의 형태로, 밴드로서, 또는 스트립으로서 절단 펀치와 다이 사이로 이송되고 절단 펀치의 하향 이동을 통해 분리될 수 있다. 이 경우 생성되는 스크랩의 끼임을 방지하기 위해, 다이를 통한 관통구는 대부분 원통형이 아니라, 관통구는 틈새각(clearance angle)을 갖는다. 실질적인 금형 구성은 절단된 피가공재에 대한 요건에 따라서 결정된다.
전단 절단은 5개의 단계로 세분화될 수 있다. 제1 단계 동안, 먼저 다운 홀더가 박판 상에 안착되고 홀드다운 힘(FNH)이 형성된다. 제2 단계에서, 절단 펀치는 박판 상에 안착되며, 그리고 프레스 장치 및 금형의 탄성 변형이 발생한다. 절단 틈새로 인해, 박판 내에는 휨 변형을 야기하는 휨 모멘트가 발생한다. 절단 틈새의 영역에는 링 구역이 형성된다. 이는 박판 표면과 절단 부재 사이의 접촉 영역이다. 제3 단계에서는, 실질적인 절단 단계가 이루어진다. 여기서 펀치는 박판 내로 밀고 들어가면서 소성 변형이 이루어진다. 제4 단계에서, 재료의 유동성은 소멸된다. 분리 파단이 발생하고 박판의 잔여 횡단면은 파열된다. 갑작스런 파단을 통해 프레스 장치와 특히 상부 금형 유닛 내지 프레스 램은 진동 촉진된다. 마지막 제5 단계에서, 절단 펀치는 상부 금형 유닛이 하사점에 도달할 때까지 절단된 스크랩을 다이 채널 안쪽으로 밀어붙인다. 통상적으로 파단면과 밀착 절단의 높이는 박판 두께(s)의 비율로서 평가된다. 이런 비율에 따라서 다양한 두께들의 박판들이 서로 비교될 수 있다. 질적으로 고급인 절단 부품은, 밀착 절단 비율이 높고 파단면 각도가 90°인 조건에서, 적은 에지 인입(edge drawing-in), 적은 파단면 비율 및 적은 버(burr)를 특징으로 한다. 이용되는 재료, 재료 두께 및 절단 부재들의 마모 상태 외에도, 단면상(sectional image)의 품질은 주로 절단 틈새(u)를 통해 결정된다. 절단 틈새(u)가 너무 작으면, 이미 박판의 절단 시에 균열이 발생한다. 이에 대한 이유는 비교적 높은 횡방향 응력이다. 피가공재 상에는 직선의 절단 표면이 발생하는 것이 아니라 초기 균열이 발생한다. 절단 틈새(u)가 너무 크면, 최대 힘 직후에 균열이 발생한다. 가능한 절단 틈새로서 u = 0.02 x 박판 두께(s) 내지 u = 0.1 x 박판 두께(s)가 명시된다. 마찬가지로 절단 틈새에 따라서, 금형들의 수명도 결정된다. 밀착 절단된 절단 표면 대 파단된 절단 표면의 비율은 전단 절단된 부품의 경우 약 1/3 대 2/3이다. 특별한 기능 요건으로 인해, 상기 부품들의 절단 표면들은 재가공되어야만 한다. 전단 절단 시에, 박판 내에, 그리고 그 상에 힘이 작용한다. "절단 틈새 상에는 수직 힘 성분들(FV 및 FV') 및 수평 힘 성분들(FH 및 FH')이 작용한다." 이들 힘 성분은 발생하는 마찰력들과 함께 동적 평형을 형성한다. 힘 성분들의 작용 지점들의 이격 간격은 폐쇄된 절단선의 경우 펀치 아래에서, 그리고 다이 위쪽에서 박판의 벌지(bulge)를 초래하는 모멘트의 형성을 야기한다. 뒤틀림(warping)의 보상을 위해, 필요한 카운터 모멘트는 카운터 펀치(counter punch)를 통해 가해질 수 있다. 홀드다운 힘이 없으면, 박판은 다이의 상부에서 뒤틀릴 수도 있다. 통상적인 전단 절단을 통해 제조되는 부품의 재가공 경비(시간, 비용)의 절약을 위해, 절단 표면 품질들을 개량하는 방법들이 개발되었다. 재절단 시에, 2개의 공정 단계에서, 밀착 절단 비율은, 재료 내 더 향상된 응력 비율로 인해 증가된다. 제1 단계에서, 부품은, 제2 단계에서 추가의 전단 절단을 통해 상기 추가의 재절단을 분리하기 위해, 적은 수치로 사전 절단된다. 카운터 절단(counter cutting)도 마찬가지로 2단계 공정이다. 이런 방법에서 특수성은 금형 활성 부재들이 두 배로 존재한다는 점이다. 제1 단계에서 박판은 일측 측면으로부터 파단에 들어가기 직전까지 절개된다. 제2 단계에서는 피가공재는 타측 측면으로부터 제2 금형을 통해 분리된다. 이런 방법에 의해, 버 자유도(burr freedom) 및 향상된 밀착 절단 비율이 달성된다. 최종 수정된 전단 절단 방법은 0.05 x 박판 두께(s) 미만의 작은 절단 틈새(< 0.05 x 박판 두께)를 갖는 표준 절단이다. 그러나 이런 방법의 경우, 체계적인 조사(예: 금형 수명)는 존재하지 않는다. 종래의 전단 절단과 똑같은 정도로 DIN 8580에 준하는 미세 절단은 주 그룹 분리에 속하며, 더욱 정확하게 말하면 하위 그룹 분할에 속한다. 전단 절단 또는 매끄러운 분할면을 갖는 전단 절단과 달리, 미세 절단 시에는 절단 부품의 향상된 품질 특징들을 초래하는 변동된 방법 매개변수들이 존재한다. 이런 방법을 특징짓는 사항은 금형 구성, 작용력, 나이프 에지 링(knife-edged ring) 및 절단 틈새이다. 다운 홀더의 안착과 더불어, 나이프 에지 링들은 박판 내로 밀린다. 또한, 카운터 펀치는 하부로부터 박판 쪽으로 밀착된다. 그 결과 생성된 압축 응력은, 밀착 절단 비율이 박판의 전체 두께에 걸쳐서 연장되는 방식으로, 분리 과정에 영향을 미친다. 절단 과정 후에, 다운 홀더는 스트리퍼로서 기능한다. 카운터 펀치는 다이에서 부품을 상향 이동시키는 이젝터로서 작동하며, 여기서 절편이 제거된다. 나이프 에지 링 및 리테이너를 위한 힘은 유압으로 생성된다. 절단력은 약 1,600kN(
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160t)까지의 기계의 경우 기계식으로 생성되고, 2,500kN 내지 14,000kN의 대형 기계에서는 유압으로 생성된다. 변동된 방법 매개변수들은 전단 절단과 달리 미세 절단의 경우 상이한 절단력 특성곡선을 생성한다. 탄성 단계 및 절단 단계는 동일하지만, 그러나 파열 단계 및 진동 단계는 존재하지 않으며, 따라서 절단 충격도 존재하지 않는다. 이미 언급한 것처럼, 절단 표면의 품질은 절단 틈새를 통해 결정된다. 표준 전단 절단 동안 절단 틈새는 5%와 10% 사이인 반면, 미세 절단의 경우 상기 절단 틈새는 절단할 박판 두께(s)의 약 0.5%이다.
홀드다운 내지 리테이닝 장치는 자신들의 실시예와 무관하게 이상적인 방식으로 하기 한계 조건들을 충족한다.
- 홀드다운 내지 리테이닝 장치들은 상부 금형 유닛의 이동에 따라서 이송될 수 있다.
- 홀드다운 내지 리테이닝 장치들은 상호 간에 독립적으로 프로그래밍될 수 있다.
- 홀드다운 내지 리테이닝 장치들은 공정 모니터링을 위한 압축력 측정 장치를 장착할 수 있다.
- 홀드다운 내지 리테이닝 장치들은 손상을 방지하거나 감소시키기 위해 기계식 과부하 보호 장치를 포함할 수 있다.
- 가속을 위한 시간 및 이동거리가 충분히 존재해야 한다.
- 성형 종료 후에, 리테이닝 장치의 리테이너는 이젝터로서 기능해야 한다.
- 조작자는 간편한 조작 개념을 통해 성형 공정에 홀드다운 내지 리테이닝 장치들을 매칭시키고 경우에 따라 리테이닝 또는 홀드다운 힘을 재조정할 수 있어야 한다.
본 발명의 추가의 특징들, 효과들 및 장점들은, 예시로서 서보 토글 레버 구동장치와, 과부하 보호 유닛을 작동시키기 위한 응답 시간을 브리지하기 위한 브리징 수단을 포함하는 본 발명에 따른 정밀 절단 및 성형 프레스가 도시되고 기술되는 첨부한 도면 및 하기의 기술 내용에 따라서 설명된다. 이 경우, 동일한 컴포넌트들은 모든 도면에서 번호 지정되지 않고 설명되지도 않는다.
본 발명에 의하면, 제조 정밀도 및 신뢰성이 증가된 피가공재 가공용 프레스 장치가 제공된다.
도 1은 서보 토글 레버 구동장치와, 과부하 보호 유닛을 활성화하기 위한 활성화 시간을 브리지하기 위한 브리징 수단들과, 이를 위한 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치를 포함하는 정밀 절단 및 성형 프레스를 도시한 개략도이다.
도 2a는 도 1의 정밀 절단 및 성형 프레스에서 리테이닝 장치의 압축된 공압 스프링 장치를 포함하는 구동장치의 시작 위치를 도시한 개략도이다.
도 2b는 도 1의 정밀 절단 및 성형 프레스에서 리테이닝 장치의 반동된 공압 스프링 장치를 포함하는 구동장치의 후속 위치를 도시한 개략도이다.
도 2c는 도 1의 정밀 절단 및 성형 프레스에서 상부 금형 유닛에 대해 동기화되어 이동되는 리테이닝 장치를 포함하는 구동장치의 추가 위치를 도시한 개략도이다.
도 2d는 도 1의 정밀 절단 및 성형 프레스에서 하부 방향 전환 위치로 이동되는 리테이닝 장치를 포함하는 구동장치의 또 다른 위치를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 정밀 절단 및 성형 프레스의 홀드다운 내지 리테이닝 장치의 구동장치의 기능을 예시로 설명하기 위한 슬라이더 크랭크 구동장치를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 리테이닝 장치와 관련하여 이젝터 운동학(ejector kinematic)을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 정밀 절단 및 성형 프레스의 가공 과정 동안 기능 시퀀스를 도시한 개략도이다.
도 6은 특히 절단 펀치의 특성곡선과 관련된 리테이너-이젝터 기능의 특성곡선에 관하여 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 1에 예시로 도시된 프레스 장치(1)는 토글 프레스(2)이며, 특별히 서보 토글 레버 구동장치(4)를 포함하는 정밀 절단 및 성형 프레스(3)이다. 상기 유형의 서보 토글 레버 구동장치(4)는 종래 기술로부터 공지되었기 때문에, 서보 토글 레버 구동장치의 부품들 및 작동 방법은 본원에서 더 이상 다루어지지 않는다.
프레스 장치(1)는 용접된 프레스 스탠드(5)를 포함하고, 이 프레스 스탠드 상에서 프레스 스탠드의 상면(6)에 서보 토글 레버 구동장치(4)가 배치된다. 서보 토글 레버 구동장치(4)의 하부에는 프레스 램(7)이 상부 금형 유닛(8)으로서 수직 방향(z)(압축 방향 내지 추출 방향)으로 프레스 스탠드(5) 상에서 변위 가능하게 안내된다. 상부 금형 유닛(8)은 금형 부재(9)로서 예컨대 절단 펀치(10)(도 2a 내지 도 2c 참조)를 지지한다. 프레스 스탠드(5)의 하면(11) 상에는 프레스 베드(12)가 하부 금형 유닛(13)으로서 배치되며, 이 하부 금형 유닛에 의해 프레스 스탠드(5)는 바닥 기초부(14) 상에 고정된다. 하부 금형 유닛(13)은, 본 실시예에서 다이(16)(도 2a 내지 2d 참조)를 포함하는 추가 금형 부재(15)를 지지하며, 다이를 통해서 절단 펀치(10)는 이송 방향(x)으로 동기화되어 이송되는 피가공재(18)에서 스크랩(17)(도 2c 참조)을 천공 제거할 수 있다. 이를 위해, 상부 금형 유닛(8)은 방향(z)에서 하부 금형 유닛(13)을 향해 이동된다. 천공 제거 후에 상부 금형 유닛(8)은 방향(z)에서 다시 하부 금형 유닛(13)의 반대 방향으로 이동된다. 이런 경우에, 피가공재(18)는 박판 스트립(19)(다시 도 2 참조)이다.
프레스 장치(1)는 본 실시예에서 그 밖에도 여기에 도시되지 않은 과부하 보호 유닛을 포함하며, 이 과부하 보호 유닛은, 가공 과정 동안 고장이 발생하면 프레스 장치(1)에서 더 큰 손상을 방지하기 위해 활성화된다. 가공 과정 동안 하부 금형 유닛(13)에 대향하여 피가공재(18)를 내리누를 수 있도록 하기 위해, 상부 금형 유닛(8)은 홀드다운 장치(20)를 포함한다. 이런 홀드다운 장치(20)는 다운 홀더(22) 형상의 램 부재(21)를 포함한다. 이 경우, 램 부재(21)는 구동장치(23)에 의해 상부 금형 유닛(8)에 상대적으로, 더욱 정확하게는 방향(z)으로 변위될 수 있다. 가공 과정 동안 하부로부터 피가공재(18)를 향해서, 즉 실질적인 압축 방향을 향해서 떠받칠 수 있도록 하기 위해, 하부 금형 유닛(13)은 리테이닝 장치(24)를 구비한다. 리테이닝 장치(24)는 리테이너(26) 형상의 추가 램 부재(25)를 포함한다. 이 경우, 추가 램 부재(25)는 추가 구동장치(27)에 의해 하부 금형 유닛(13)에 상대적으로, 더욱 정확하게는 마찬가지로 방향(z)으로 변위될 수 있다. 상호 간에 분리되어 기능하고 작동하는 두 구동장치(23 및 27)는 자신의 각각의 램 부재(21 내지 25)까지 실질적으로 동일한 구조로 형성되고 본 실시예에서는 모터(30 내지 31)를 통해 구동되는 편심 구동부(28 내지 29)를 각각 포함한다.
프레스 장치(1)의 개회로 제어 내지 폐회로 제어를 위해, 프레스 장치는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(33)를 포함한다. 이 경우, 인버터(미도시)가 EtherCAT 연결선(35)들을 통해 CX(미도시)에 연결된다. 데이터는 PROFIBUS(38)를 통해 프레스 제어 유닛(39) 및 시각화 유닛(40)과 교환된다. 또한, 구동장치(23 및 27)들의 폐회로 제어를 위한 모터 내부의 회전 인코더(41) 및 홀드다운 및 리테이닝 장치(20 및 24)들의 위치 결정을 위한 추가 회전 인코더(42)가 인버터에 직접 연결된다. CX 내에서 실제 또는 시뮬레이션된 압축 각도를 처리할 수 있도록 하기 위해, 프레스 장치(1)의 축 제어부(44) 및 구동장치(23 및 27)들의 개회로 제어부 내지 회전 인코더(42)가 실시간 이더넷(RT 이더넷)(45)을 통해 연결된다. 상호 간에 독립적으로 구성될 수 있는 CX의 이더넷 단자들을 통해, 두 단자 중 일측 단자는 기계/회사 네트워크 내로 CX의 연결을 위해 이용될 수 있다. 타측 단자는 이와 무관하게 주소 지정될 수 있고 그에 따라 순수 RT 이터넷 연결선(45)으로서 이용된다. 리테이닝 및 홀드다운 힘은 압전 센서들을 통해 검출된다. 추가의 신규 시스템을 도입하지 않도록 하기 위해, 프레스 상에서 압축력 측정을 위해서도 이용되는 것과 동일한 센서들 및 평가 유닛들이 이용된다. 압전 센서들의 출력 신호는 전하 증폭기에서 증폭되어 0V 내지 10V의 아날로그 출력 전압 상에 눈금 표시된다. 0V는 F = 0kN에 상응하고, 8V는 F = 300kN에 상응한다. "비가용한" 2V는 과부하의 검출을 위한 예비용으로서 이용된다. 전하 증폭기의 출력 신호는 아날로그 엔트리 카드(analog entry card)를 통해 판독되어 추가 처리된다. 홀드다운 및 리테이닝 장치(20 내지 24)들은 위치 제어되면서 부분적으로 상부 금형 유닛(8)에 동기화되어 이송된다. 이 경우 이용되는 제어 PC는 실시간 이더넷 연결선을 통해 프레스 제어 유닛(39)과 직접 연결되며, 그럼으로써 어떤 캠이 실제로 프레스 장치(1)와 연동되는지와 무관하게, 상부 금형 유닛(8)에 대한 동기 이동이 항시 보장될 수 있다. 홀드다운 및 리테이닝 장치(20 및 24)들의 이동은 바람직하게는 전자 캠 디스크(electronic cam disk)를 통해 실현된다. 이런 캠 디스크는 공정에 따라서, 그리고 선택된 프레스 캠(press cam)에 따라서 개별적으로 생성된다. 조작자는 입력 마스크를 통해 상기 캠의 계산을 위한 지지점들을 사전 설정한다. 최적의 이동 안내를 위한 궤적은 개회로 제어부의 내부에서 보간법을 통해 자동 생성된다. 프레스 장치(1)가 자신의 하사점에 도달했다면, 여기서 리테이닝 장치(24)는 잠금 위치(lock-in position)에서 머무른다. 추출 이동은 사전 설정된 압축 각도의 도달과 더불어 개시된다. 개회로 제어부는, 상부 금형 유닛(8)의 하사점을 넘어가는 동기 이동이 마찬가지로 가능할 수도 있도록 프로그래밍된다. 이용되는 모터-인버터 구성은 에너지 회수가 가능하다. 모터의 방출되는 에너지는 바람직하게는 인버터의 중간 회로 내로 회수된다. 인버터가 완전 충전되면, 그에 따른 과량 에너지는 연결 전력망으로 다시 공급된다. 상부 금형 유닛(8)이 "종래의" 이젝터로서만 작동해야하는 경우, 이는 조작 마스크(operating mask)를 통해 선택될 수 있다. 따라서 하기의 3가지 가능성이 가용하다.
1. 하사점에 도달할 때까지 떠받침[상부 금형 유닛(8)에 대해 동기화] - 머무름 - 추출.
2. 하사점을 넘어서까지 떠받침[상부 금형 유닛(8)에 대해 동기화] - "부수적 효과"로서 재단된 재료의 추출.
3. 순수 이젝터 기능.
절단 개시 시점에 램 부재(21)의 이동에 추가 램 부재(25)의 이동을 최대한 지연 없이 매칭시키기 위해, 프레스 장치(1)는 본 발명에 따라 특히 추가 구동장치(27)(특히 도 2 참조)의 확실한 가속을 위한 응답 시간을 브리지하기 위한 브리징 수단(50)(도 2 참조)들을 포함하며, 이런 브리징 수단(50)들은 홀드다운 장치(20) 내에서, 그리고/또는 리테이닝 장치(24) 내에서 직접 구현된다.
브리징 수단(50)들에 의해, 추가 램 부재(25)는 램 부재(21)의 이동을 통해서만, 다시 말하면 추가 구동장치(27)를 우회하는 조건하에서 가속될 수 있다.
똑같은 정도로, 브리징 수단(50)들에 의해, 고장이 있는 경우에도, 프레스 장치(1)의 실질적인 과부하 보호 유닛이 활성화되어 기능할 수 있을 때까지, 충분한 시간이 제공될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d의 도면들에 따라서, 브리징 수단(50)들은 예시로서 리테이닝 장치(24)와 관련하여 더 상세히 설명되며, 도면 부호들은 명확성을 위해 개별 도 2a 내지 2d에 할당되어 표시되어 있다.
브리징 수단(50)들은 추가 램 부재(25)와 구동장치(27)의 커넥팅 로드(51) 사이에 배치되고, 브리징 수단(50)들은 본 실시예에서 질소 스프링(53)을 포함한 공압 스프링 장치(52)로서 형성된다.
이를 위해 공압 스프링 장치(52)는 실린더 하우징(54)과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재(55)를 포함하며, 실린더 하우징(54) 및 피스톤 부재(55)는 압력 매체(56)로서 질소(N2)로 충전된 압력 챔버(57)를 포함한다.
이 경우, 압력 챔버(57)의 높이(58)는, 리테이닝 장치(24)의 추가 램 부재(25)가 구동장치(27)를 우회하는 조건에서 약 25㎜만큼 방향(z)에서 하향 변위될 수 있는 방식으로 선택된다. 그 결과, 구동장치(27)로 추가 램 부재(25)가 구동되기 전에, 구동장치(27)를 그에 상응하게 가속하기 위해 충분히 큰 시간 범위가 제공된다. 다른 한편으로는 추가 램 부재(25)는 비상 시에 적어도 25㎜만큼 방향(z)에서 하향 변위될 수 있으며, 이 경우 피스톤 부재(55) 내지 구동장치(27)는 이동되지 않아도 된다. 그 결과, 실질적인 과부하 보호 유닛이 활성화될 때까지 시간이 확보된다.
이런 점에서, 공압 스프링 장치(52)는 전체적으로 25㎜의 반동 거리(59)를 제공한다. 따라서 이런 반동 거리(59)는 피스톤 부재(55)의 피스톤 바닥부(60)와 실린더 하우징(54)의 실린더 하우징 단부벽(61) 사이에서 압력 챔버(57)의 높이(58)에 의해 형성된다. 압력 챔버(57)와 특히 피스톤 바닥부(60)는 실린더 하우징(54)을 통해 전체적으로 형성되는 캐비티(62) 내에 위치된다.
이 경우, 실린더 하우징(54)은 피스톤 부재(55)로부터 독립되어 하부 금형 유닛(13)의 가이드 부시(63) 내에서 변위 가능하게 안내된다. 따라서 전체 실린더 하우징(54)은 가공 과정 동안 방향(z)에서 구동장치(27)를 향해 하향 이동될 수 있다. 이 경우, 피스톤 부재(55)는 그에 상응하게 실린더 하우징(54)과 함께 변위되지 않아도 된다.
그럼에도, 실린더 하우징(54)은 피스톤 부재(55)에 의해 하부 금형 유닛(13)에 대향하여 변위될 수 있는데, 그 이유는, 피스톤 부재(55)가 방향(z)에서 바닥 기초부(14)를 향해 하향 이동되면, 실린더 하우징(54)이 피스톤 부재(55)에 의해 함께 견인되는 방식으로, 피스톤 바닥부(60)가 실린더 하우징(54)의 견부 영역(64)과 상호 작용할 수 있기 때문이다.
실린더 하우징(54) 상에서 램 부재(25)는 (여기서는 예시로서만 번호 지정된) 웨브 부재(65)들을 통해 실린더 하우징 단부벽(61)으로부터 이격되어 배치되며, 웨브 부재(65)들은 하부 금형 유닛(13)의 상면 플레이트(67)의 (여기서는 예시로서만 번호 지정된) 보어(66)들을 통해 안내된다.
특히 리테이닝 장치(24)의 더 복잡한 이동 시퀀스들로 인해, 상기 이동 시퀀스들을 2개의 단계로 세분화하는 것이 의미가 있다.
떠받침의 제1 단계는 "다이 쿠션 단계(die cushion phase)"로서 지칭할 수 있다. 상부 금형 유닛(8)이 자신의 하사점을 통과한 후에, 그 다음 추출의 제2 단계가 개시된다. 리테이닝 장치(24)에 대한 충분히 높은 요건은, 00kN(= 30t)의 리테이닝 힘, 25㎜의 양정, 및 상부 금형 유닛(8)에 대한 동기성의 조건에서 (램 이동거리 곡선의 수정 없이 표준 운동학과 관련하여) 분당 최대 60회 행정의 프레스 행정 횟수이다.
도 2a 내지 도 2d의 도면들에 따라서, 적합하게 진행되는 다양한 작동 상태들 동안 리테이닝 장치(24)의 실시예에서 예시로 4개의 위치가 도시되어 있다. 동일한 기계적 조건들은 바람직하게는 홀드다운 장치(20)에 대해서도 적용된다.
도 2a에 도시된 시작 위치에서, 추가 램 부재(25)는 박판 스트립(19)의 하면 상에 인접한다. 이를 위해, 추가 구동장치(27)는, 실린더 하우징(54)이 피스톤 부재(55)에 의해 방향(z)에서 상부 금형 유닛(8)을 향해 이동되는 방식으로 설정되었다. 이 경우, 압력 챔버(57) 내에 위치하는 압력 매체(56)는, 피스톤 부재(55)가 캐비티(62) 내에서 5㎜만큼 실린더 하우징 단부벽(61)의 방향으로 변위됨으로써 압력 챔버(57)가 그에 상응하게 축소되는 방식으로 압축되었다. 이 경우, 실린더 하우징(54)의 상부 에지[및 그에 따라 간접적으로 실린더 하우징(54)과 단단히 연결된 리테이너(26)]는 정지부(68)에 인접한다. 따라서, 이 경우, 특히 즉시 기계적 과부하 보호부를 형성하는 질소 스프링(53)은 5㎜만큼 압축된다.
한편, 상부 금형 유닛(8)은 하부 금형 유닛(13)의 방향으로 이송되면, 피스톤 부재(55)는, 피스톤 바닥부(60)가 견부 영역(64)에 도달할 때까지, 상기 5㎜만큼 하향 이동된다(도 2b 참조). 그러나 이런 작용 동안 추가 램 부재(25)는 변함없이 앞서 취한 자신의 위치에서 유지되는데(도 2a 참조), 그 이유는 피스톤 부재(55)가 그때까지 여전히 캐비티(62) 내에서 자유롭게 이동할 수 있었기 때문이다. 압력 챔버(57) 내의 압력 매체(56)의 압력은, 추가 램 부재(25)가 압력 챔버(57)의 확대에도 불구하고 측정 불가능한 방식으로, 또는 무시할 정도로 적게만 박판 스트립(19)에 대향하여 이동할 정도의 수준이다. 이런 점에서, 실린더 하우징(54)의 상부 에지는 계속해서 정지부(68)에 인접한다. 이 시점까지, 실질적으로 추가 램 부재(25) 및 상부 금형 유닛(8)의 이동은 상호 간에 비동기 방식으로 진행된다.
도 2b의 위치에 따라서, 상부 금형 유닛(8)의 금형 부재(9)는 이제 박판 스트립(19)에 도달한다. 절단 공정의 개시 시점에 비로소, 이제 추가 램 부재(25)는 추가 구동장치(27)를 우회하는 조건에서 절단 펀치(10)와 동기화되어 하향 이동된다. 이와 관련하여, 공압 스프링 장치(52)는 "다이 쿠션"으로서 이용될 수 있다.
상기 5㎜의 "무부하 행정(no-load stroke)" 후에 비로소 추가 램 부재(25)는 직접적으로 추가 구동장치(27)를 통해 하향 이동될 수 있다(도 2c 및 도 2d 참조).
도 2c의 추가 위치에 따라서, 스크랩(17)은 박판 스트립(19)에서 재단되고, 이어서 추가 램 부재(25)는 구동장치(27)를 통해 계속해서 하향 변위된다. 이는 특히 실린더 하우징(54)이 피스톤 부재(55)를 통해 함께 견인되는 것을 통해 수행된다.
도 2d의 하부 위치에 따라서, 추가 램 부재(25)는 자신의 최하위 위치에 위치되며, 이 위치에서 추가 램 부재는 구동장치(27)에 의해 다시 방향(z)에서 상부 금형 유닛(8)을 향해 이동된다. 이 경우, 압력 챔버(57) 내 압력 매체(56)는 다시 앞서 기술한 방식에 따라 압축되고 주기는 다시 처음부터 개시된다.
도 3의 도면에 따라서, 예시로서 구동장치(23 내지 27)들의 기능은 간소화되어 크랭크(76)의 r-반경(편심도)[㎜]; 커넥팅 로드(51)의 l-길이[㎜]; 램 부재(25)의 z-행정[㎜]; 크랭크(76)의 α-회전 각도[°]; 및 크랭크 길이와 커넥팅 로드 길이 사이의 λ-비율을 갖는 슬라이더 크랭크 구동장치(75)에 따라 도시된다.
이 경우, 하기 관계식이 적용된다.
Figure pat00002
램 위치(z)에 대해, 슬라이더 크랭크 구동장치(75)의 치수와 회전 각도(α)에 따라서 다음 관계식이 생성된다.
Figure pat00003
알고 있는 하기 관계식과
Figure pat00004
sinβ에 따른 [3.1]의 환산을 이용하여, cosβ는 하기와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
방정식 [3.2]에 방정식 [3.4]를 대입하는 것을 통해, 램 행정에 대해 하기 방정식이 생성된다.
Figure pat00006
푸시 로드 비율에 대한 약분
Figure pat00007
에 의해 하기 공식이 생성된다.
Figure pat00008
방정식 [3.6]에 따라 램 부재 행정을 계산하면, z에 대해 양수 값이 구해진다. 그러나 추출의 램 위치의 계산에서는 음수 값이 더 중요하다. 그러므로 방정식 [3.6]의 오른쪽 항은 -1로 곱셈된다.
이제, 도 4의 도면에 따라서, r = 12.5㎜ 및 l =252.5㎜인 경우에 대한 추출과 관련된 운동학의 그래프(78)가 도시된다.
프레스 장치(1)에서 가공 과정 동안 도 5에 도시된 기능 시퀀스에 대해, 특히 리테이닝 장치(24)는 하부 금형 유닛(13) 내에 위치되고 홀드다운 장치(20)는 상부 금형 유닛(8) 내에 위치된다는 상정이 적용된다. 위치 값들의 입력을 위해, 그리고 추출 이송 곡선의 계산을 위해, 계속해서, 추가 램 부재(25)는 신장 위치에서 (상사점에서) α =0°라는 점이 상정된다. 이는 추가 램 부재(25)의 상부 에지(80)가 하부 금형 유닛(13) 내지 금형과 동일 평면으로 위치하는 것을 의미한다. 리테이닝 장치(24)가 완전히 하강하면(하사점), 추가 램 부재는 α =180°에 위치하고, s = -25㎜이다. 홀드다운 이송 곡선의 산출을 위해서는 양수의 운동학으로 작동하는 것이 더 중요하다. 신장 위치에서 램 부재(21)는 완전히 인출 이송되어 α = 0°에 위치하며, s = +25㎜이다. 크랭크 각도가 α =180°인 경우, 램 부재(21)는 홀드다운 장치(20)와 동일 평면으로 위치한다.
각각의 램의 속도는 시간에 따른 행정의 도함수를 통해 α = ω*t로 계산된다.
Figure pat00009
이로부터 [3.6]의 대입에 의해 하기와 같이 산출된다.
Figure pat00010
근사치로서 속도는 하기와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00011
사전 설정된 부하 조건에서 구동 샤프트 상에서 토크는 근사 방식으로 하기 공식으로 계산된다.
Figure pat00012
방정식 [3.10]은 구동장치 상에 부하를 가하는 필요 토크만을 지시한다. 구동장치의 구성을 위해 추가로 가속 토크가 고려되어야 한다.
이미 최초에 언급한 것처럼, 리테이닝 장치(24)의 기능은 2개의 분리된 단계로 세분화될 수 있다. 제1 단계는, 리테이닝 장치(24)가 정의된 위치부터 상부 금형 유닛(8)의 이동에 대해 동기화되어 옆으로 비켜 이동하면서 금형 부재(9) 내지 피가공재(18)에 대해 리테이너로서 이용되는, "다이 쿠션 단계"이다. 제2 단계는 "추출 단계"이다. 제1 단계는 상부 금형 유닛(8)이 하사점에 도달함과 더불어 종료된다. 바람직하게는, 리테이닝 장치(24)는, 제1 단계가 종료되는 시점까지 도달한 위치에서, 추출 단계의 개시 시점에 정의된 시작 각도[프레스 장치(1)의 크랭크 각도]에 도달할 때까지 머무른다.
추출 이동의 경우, 리테이닝 장치(24)의 이동 방향은 반전된다. 추출 단계는 늦어도 프레스 장치(1)가 상사점에 도달함과 더불어 종료된다. 리테이닝 장치(24)의 이동 시퀀스는 상사점에서 프레스 장치(1)의 시작과 더불어 개시된다. 리테이닝 장치(24)가 상부 금형 유닛(8)에 대해 동기화되어야 하는 개시 시점에 해당하는 정의된 위치는 하사점 이전의 램의 위치를 지시한다. 프레스 행정 횟수가 분당 60회의 행정이고 충돌 위치는 10㎜인 경우, 상부 금형 유닛(8)은 해당 위치에 도달할 때까지 약 0.4초를 필요로 한다. 이런 시간에, 리테이닝 장치(24)는 -5㎜의 위치로 이동되어야 한다.
도 6의 도면에 따라서는, 램 부재(21) 내지 이와 관련된 절단 펀치(10)와 관련하여 추가 램 부재(25) 내지 이와 관련된 리테이너(26)의 실시예에서 기능 특성곡선들이 예시로서 좌표계(90)로 도시되어 있다. 이 경우, 좌표계(90)의 가로축(91) 상에는 각각의 구동장치(23 내지 27)의 크랭크 각도가 기재되어 있다. 세로축(92) 상에는 한편으로 리테이너(26)의 이동거리(93)가, 그리고 다른 한편으로는 절단 펀치(10)의 이동 거리(94)가 기재되어 있다.
도 6에서 잘 알 수 있듯이, 리테이너(26)는 추가 구동장치(27)에 의해, 후속하여 브리징 수단(50)들의 공압 스프링 장치(52)에 의해 추가의 5㎜만큼 상승되고 이와 동시에 피가공재(18)의 하면 쪽에 밀착되도록 하기 위해, 위치(95) 내로까지 변위된다(도 2a 참조). 이제 상부에서 절단 펀치(10)가 피가공재(18)를 향해 이동되면(도 2b 참조), 리테이너(26)는 이미 절단 공정의 개시 시점(96)에, 절단 펀치(10)가 다시 상향 이동되는 시점(97)까지, 실질적인 추가 구동장치(27)를 우회하는 조건에서 절단 펀치(10)의 속도로 동기화된다. 이어서 리테이너(26)는 자유롭게 프로그래밍될 수 있는 추출 이동(98)을 실행할 수 있고, 이와 동시에 리테이너(26)는 추가 구동장치(27)를 통해 구동된다.
자명한 사실로서, 앞서 설명한 실시예는 본 발명에 따른 프레스 장치(1)의 제1 구성일 뿐이다. 이런 점에서, 본 발명의 구성은 상기 실시예로만 국한되지 않는다.
1 프레스 장치
2 토글 프레스
3 정밀 절단 및 성형 프레스
4 서보 토글 레버 구동장치
5 프레스 스탠드
6 상면
7 프레스 램
8 상부 금형 유닛
9 금형 부재
10 절단 펀치
11 하면
12 프레스 베드
13 하부 금형 유닛
14 바닥 기초부
15 추가 금형 부재
16 다이
17 스크랩
18 피가공재
19 박판 스트립
20 홀드다운 장치
21 램 부재
22 다운 홀더
23 구동장치
24 리테이닝 장치
25 추가 램 부재
26 리테이너
27 추가 구동장치
28 편심 구동부
29 추가 편심 구동부
30 모터
31 추가 모터
33 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치
35 EtherCAT 연결선
38 PROFIBUS
39 프레스 제어 유닛
40 시각화 유닛
41 모터 내부 회전 인코더
44 축 제어부
45 실시간 이더넷 연결선
50 브리징 수단
51 커넥팅 로드
52 공압 스프링 장치
53 질소 스프링
54 실린더 하우징
55 피스톤 부재
56 압력 매체
57 압력 챔버
58 높이
59 반동 거리
60 피스톤 바닥부
61 실린더 하우징 단부벽
62 캐비티
63 가이드 부시
64 견부 영역
65 웨브 부재
66 보어
67 상면 플레이트
68 정지부
75 슬라이더 크랭크 구동장치
76 크랭크
78 그래프
80 상부 에지
90 좌표계
91 가로축
92 세로축
93 이동거리
94 이동거리
95 위치
96 개시 시점
97 시점
98 추출 이동
x 이송 방향
z 수직 방향

Claims (12)

  1. 하부 금형 유닛(13)과, 이에 대해 이송 가능한 상부 금형 유닛(8)을 포함하여, 피가공재(18)를 가공하기 위한 프레스 장치(1), 특히 토글 프레스(2)이며, 상부 금형 유닛(8)은 하부 금형 유닛(13)에 대향하여 가공할 피가공재(18)를 내리누를 수 있는 램 부재(21)를 구비한 홀드다운 장치(20)를 포함하고, 하부 금형 유닛(13)은 상부 금형 유닛(8)의 금형 부재(9)를 향하여 가공할 피가공재(18)를 떠받칠 수 있는 추가 램 부재(25)를 구비한 리테이닝 장치(24)를 포함하며, 램 부재(21, 25)들은 각각 구동장치(23, 27)에 의해 상부 금형 유닛(8) 및/또는 하부 금형 유닛(13)에 상대적으로 변위될 수 있는, 상기 프레스 장치에 있어서, 상기 리테이닝 장치(24) 및/또는 홀드다운 장치(20)는 상기 각각의 구동장치(23, 27)의 가속 단계를 브리지하기 위한 브리징 수단(50)들을 포함하고, 상기 가속 단계에서 상기 각각의 구동장치(23, 27)는 각각의 램 속도로 가속될 수 있는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 공압 스프링 장치(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 공압 스프링 장치(52)는 질소 스프링(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 10㎜를 상회하거나, 또는 20㎜를 상회하는 반동 거리(59), 바람직하게는 25㎜의 반동 거리(59)를 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 반동 거리(59)는 상기 피스톤 부재(55)의 피스톤 바닥부(60)와 상기 실린더 하우징(54)의 실린더 하우징 단부벽(61) 사이에서 압력 매체(56)로 충전된 압력 챔버(57)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 상기 램 부재(21, 25)와 상기 구동장치(23, 27) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 실린더 하우징(54)과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재(55)를 포함하며, 상기 실린더 하우징(54) 상에는 램 부재(21, 25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 램 부재(21, 25)는 웨브 부재(64)들을 통해 상기 실린더 하우징(54) 상에서 상기 실린더 하우징 단부벽(61)으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 실린더 하우징(54)과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재(55)를 포함하며, 상기 실린더 하우징(54)은 상기 하부 금형 유닛(13) 내에 상기 상부 금형 유닛(8)의 압축 방향으로 변위 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 실린더 하우징(54)과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재(55)를 포함하며, 상기 실린더 하우징(54)은 상기 상부 금형 유닛(8) 또는 상기 하부 금형 유닛(13)의 가이드 부시(63) 내에서 변위 가능하게 안내되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)은 실린더 하우징(54)과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재(55)를 포함하며, 상기 실린더 하우징(54)은 상기 피스톤 부재(55)에 의해 상기 상부 금형 유닛(8) 또는 상기 하부 금형 유닛(13)에 상대적으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브리징 수단(50)들은 실린더 하우징(54)과 이 실린더 하우징 내부에서 안내되는 피스톤 부재(55)를 포함하며, 상기 피스톤 부재(55)는 상기 구동장치(23, 27)의 편심 구동부(28, 29)의 커넥팅 로드(51) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 장치(1).
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