KR20170114877A - 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 및 휴대용 전자기기용 금속프레임 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 및 휴대용 전자기기용 금속프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재료비가 절감되고, 가공 공정이 단순해지며, 공정 불량률이 감소될 수 있는 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 및 휴대용 전자기기용 금속프레임에 관한 것이다. 본 발명은 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법으로서, 알루미늄 합금 소재를 압출하여 원형 튜브(tube)로 가공하는 단계; 원형 튜브를 단면 절삭하여 원형 링 형상으로 가공하는 단계; 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재를 사각 링 형상으로 포밍가공하는 단계; 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재에 압력을 가하여 사각 링 형상은 유지되되, 그 단면 형상이 변형되도록 단면형상변형가공하여 중간재를 얻는 단계; 및 중간재의 내측 및 외측을 절삭가공하여 금속프레임을 얻는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 및 휴대용 전자기기용 금속프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재료비가 절감되고, 가공 공정이 단순해지며, 공정 불량률이 감소될 수 있는 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 및 휴대용 전자기기용 금속프레임에 관한 것이다.
일반적으로, 스마트폰(Smartphone)이나 태블릿 피씨(Tablet PC)를 비롯한 휴대용 전자기기 중 일부에는 미들프레임이 적용되고 있다. 미들프레임은 금속프레임 및 브래킷으로 구성될 수 있는데, 금속프레임은 미들프레임의 테두리를 이루는 부분으로, 휴대용 전자기기의 측면부를 형성하여 외부 케이스의 기능을 하고, 브래킷은 내부에 실장되는 각종 전자부품을 보호하거나 고정하기 위한 용도로 사용되고 있다. 최근에는 내구성을 높이기 위해 금속프레임을 알루미늄 합금 금속 소재로 제조하고 있다. 또한, 고급스러운 외관처리를 위해 애노다이징(Anodizing)을 이용한 표면 처리를 하고 있다.
통상적으로, 금속프레임을 제조하기 위한 방법으로 주조 방식이 사용되고 있다. 금속프레임이 주조 방식으로 제조되는 경우, 주조 시에 알루미늄 합금의 유동성 향상을 위해 규소(Si), 아연(Zn), 망간(Mn)과 같은 물질을 첨가하고 있다. 그러나 이러한 첨가 물질은 불순물로 작용할 수 있기 때문에, 성형된 금속프레임의 강도를 낮추는 문제점이 있다. 또한, 첨가 물질 중, 규소, 아연에 의해 애노다이징 시에 검은 색으로 변색되는 등의 문제점이 있다.
따라서, 주조 방식의 경우에는 애노다이징 처리를 할 수 없고 도장 공정을 수행하게 되는데, 도장 처리된 미들프레임은 애노다이징에 비해 고급스러운 외관을 가질 수가 없다.
또한, 주조를 통한 제조의 경우, 알루미늄괴가 주로 사용되고 있으며, 합금의 유동성이 보장되는 것이 중요하다. 그러나, 강도가 높은 알루미늄의 6000번 계열 및 7000번 계열은 유동성이 낮고, 유동성 향상을 위해 첨가물질을 함유시키게 되면 강도가 낮아지는 문제점이 있기 때문에 사용이 어렵다. 이러한 현상은 금속프레임이 다이캐스팅(Die Casting) 방식으로 제조되는 경우에도 동일하게 나타날 수 있다. 금속프레임은 드로잉(Drawing)가공으로도 제조되고 있다. 드로잉가공에서는 금속판재를 프레스 등을 이용하여 밑바닥이 있는 통 형태 또는 넓적한 컵 형태로 성형한 후, 밑바닥 부분을 제거하여 금속프레임을 제조한다. 즉, 드로잉가공을 통한 제조의 경우, 금속프레임으로 제조하기 위해서는 드로잉가공된 제품의 밑바닥 부분을 가공하여 제거하여야 하기 때문에, 버려지는 재료손실이 크고, 가공시간과 비용도 늘어나게 되는 문제점이 있다. 그리고, 드로잉가공의 경우에는 알루미늄의 7000번 계열과 같이 강도 및 경도가 높은 소재는 드로잉가공 자체가 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 재료비가 절감되고, 가공 공정이 단순해지며, 공정 불량률이 감소될 수 있는 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 및 휴대용 전자기기용 금속프레임을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법으로서, a) 알루미늄 합금 소재를 압출하여 원형 튜브(tube)로 가공하는 단계; b) 상기 원형 튜브를 단면 절삭하여 원형 링 형상으로 가공하는 단계; c) 상기 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재를 사각 링 형상으로 포밍가공하는 단계; d) 상기 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재에 압력을 가하여 사각 링 형상은 유지되되, 그 단면 형상이 변형되도록 단면형상변형가공하여 중간재를 얻는 단계; 및 e) 상기 중간재의 내측 및 외측을 절삭가공하여 금속프레임을 얻는 단계를 포함하는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 알루미늄 합금 소재는 질량분율 %로, 구리가 0 초과, 2.6 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서 상기 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재는 내측 통공에 펀치의 하부몸체가 삽입되고, 상기 하부몸체로부터 상부로 연장된 상부몸체에 의해 사각 링 형상으로 포밍가공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서 상기 단면형상변형가공은 단조가공일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단조가공은 냉간단조가공일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 냉간단조가공은 400톤 이상의 용량인 프레스에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서, 상기 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재는 프레스에 의해 복수회 프레싱되어 상기 중간재로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서, 상기 중간재는 사각 링 형상의 바디부와, 상기 바디부의 내측 및 외측으로 각각 연장된 내측 돌출부 및 외측 돌출부를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중간재의 각 모서리 내측부분에는 보강부가 더 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계는, e1) 상기 내측 돌출부 및 상기 외측 돌출부를 절삭가공하는 단계; 및 e2) 상기 바디부를 절삭가공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e1) 단계에서, 상기 외측 돌출부는 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 절삭가공은 컴퓨터수치제어(CNC) 가공일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계 이후에, 상기 금속프레임을 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표면 처리는 애노다이징을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 알루미늄 합금 소재가 압출되어 가공된 원형 튜브가 단면 절삭되어 원형 링 형상으로 가공되고 상기 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재가 사각 링 형상으로 포밍가공된 상태에서, 상기 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재에 압력을 가하여 사각 링 형상은 유지되되, 절단 및 파쇄됨이 없이 그 단면 형상이 변형되도록 단면형상변형가공되어 형성된 중간재의 내측 및 외측이 절삭가공되어 마련되는 휴대용 전자기기용 금속프레임을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속프레임은 사각 링 형상의 바디부를 가지고, 상기 바디부에는 슬릿, 홀 및 노치 중 하나 이상이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 바디부의 외주면에는 헤어라인부 또는 널링부가 더 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중간재가 단면형상변형가공에 의해 일체로 압축 형성될 수 있기 때문에, 뒤틀림 등의 형상 변형이 방지되고 강도가 증가될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 재료 손실을 최소화하면서 금속프레임에 애노다이징을 처리한 미들프레임을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속프레임에 애노다이징을 실시하기 전에 샌딩 공정으로 표면 처리를 함으로써, 애노다이징을 실시할 때 단조가공으로 인하여 발생한 조직의 불균형 및 변형으로 인하여 금속프레임에 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재의 제조공정까지를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재 제조용 금형의 일부를 나타낸 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법으로 제조된 중간재를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 중 금속프레임을 얻는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재 이후의 제조공정을 나타낸 예시도이다.
도 9는 도 8의 C-C선 단면도이다.
도 10은 도 8의 D-D선 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재의 제조공정까지를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재 제조용 금형의 일부를 나타낸 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법으로 제조된 중간재를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 중 금속프레임을 얻는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재 이후의 제조공정을 나타낸 예시도이다.
도 9는 도 8의 C-C선 단면도이다.
도 10은 도 8의 D-D선 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재의 제조공정까지를 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재 제조용 금형의 일부를 나타낸 단면예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법으로 제조된 중간재를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 A-A선 단면도이고, 도 6은 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법은 알루미늄 합금 소재를 압출하여 원형 튜브(200)로 가공하는 단계(S110)를 포함할 수 있다. 먼저, S110 단계에서 알루미늄 합금 소재는 두랄루민(duralumin)을 포함할 수 있다. 두랄루민은 구리와 마그네슘 및 그 외 1~2종의 원소를 알루미늄에 첨가하여 시효경화성을 가지게 한 고력 알루미늄 합금을 의미한다. 그리고, 알루미늄 합금으로는 6000번 계열 및 7000번 계열이 사용될 수 있다. 구체적으로, 알루미늄 합금의 6000번 계열은 알루미늄(Al)-마그네슘(Mg)-규소(Si)계 합금으로서, 질량분율%로 구리 성분이 1.2이하이다. 알루미늄 합금의 7000번 계열은 알루미늄(Al)-아연(Zn)-마그네슘(Mg)계 합금으로서, 질량분율%로 구리 성분이 2.6이하이다. 알루미늄의 6000번 계열 합금은 강도와 내식성이 양호하다. 알루미늄 합금의 7000번 계열은 강도가 매우 높다. 금속소재로서 두랄루민을 비롯한 알루미늄계 합금을 이용하면, 최종 제품이 적합한 강도를 확보할 수 있다.
상기와 같은 알루미늄 합금 소재를 압출하여 가공된 튜브(200)는 도시된 바와 같이, 내측에 중공이 형성되어 원형의 링 형상을 가지는 파이프 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형의 링 형상을 가지는 파이프 형태 등 다양한 형상의 파이프를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은 원형 튜브(200)를 단면 절삭하여 원형 링 형상으로 가공하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. S120 단계에서 튜브(200)는 커팅부(미도시)에 의해 단면 절삭되어 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)로 가공될 수 있다. 여기서, 커팅부는 커팅날을 이용하여 튜브(200)를 단면 절삭하는 장치이다. 구체적으로, 커팅부는 일방향으로 회전하는 튜브(200)의 외측에서부터 튜브(200)의 내측으로 커팅날을 조금씩 이동시켜 튜브(200)를 단면 절삭할 수 있다. 상기와 같은 방법으로 단면 절삭되는 튜브(200)는 절단되는 부분만 커팅부와 접촉하기 때문에, 커팅부로부터 받는 압력이 적으므로, 튜브(200)가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 튜브(200)를 단면 절삭하여 원형 링 형상으로 가공하는 방법을 일실시예에만 한정되지 않으며, 튜브(200)에 변형이 발생하지 않도록 단면 절삭하여 원형 링 형상으로 가공하는 방법은 모두 일실시예에 포함될 수 있다.
또한, 튜브(200)는 원주의 길이가 중간재(230)의 바디부(231)의 길이와 유사할 수 있다. 그리고, 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 단면적은 중간재(230)의 바디부(231)의 단면적과 유사하거나 조금 클 수 있다. 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)는 이후 진행될 포밍가공 및 단면형상변형가공을 거치게 되면서 중간재(230)로 형성되었을 때, 최초 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 단면적보다 줄어든 단면적을 가질 수 있다. 또한, 중간재(230)의 바디부(231)와 내측 돌출부(232) 및 외측 돌출부(233)를 절삭가공하여 형성되는 금속프레임(240)의 단면적은 중간재(230)의 단면적보다 더욱 줄어들 수 있다. 따라서, 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 단면적은 전체 공정 및 금속프레임(240)의 단면적을 고려하였을 때 충분한 단면적을 확보할 수 있을 정도로 형성됨이 바람직하다.
이후에 본 발명은 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)를 사각 링 형상으로 포밍가공하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
S130 단계에서 포밍은 펀치(미도시)를 이용한 프레싱 공정에 의해 이루어질 수 있다. 상기 펀치는 특정한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 펀치는 상부몸체 및 하부몸체를 가질 수 있다. 상기 상부몸체는 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)가 포밍될 형상으로 형성될 수 있는데, 본 실시예에 따르면 상기 상부몸체는 단면이 사각형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 하부몸체는 상기 상부몸체의 하부로부터 연장되어 마련될 수 있으며, 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 내측 통공에 삽입되기 용이하도록 뿔 또는 반구 형상으로 마련될 수 있다. 그리고, 펀치는 상기 상부몸체 또는 하부몸체의 양측에 더 마련되는 스트리퍼 및 스프링을 가질 수 있으며, 상기 상부몸체 및 하부몸체를 수직방향으로 이동시키기 위한 승강모듈을 더 가질 수 있다. 그리고, 상기 펀치는 10 내지 20톤 정도의 프레싱 압력을 제공할 수 있는 소형 프레스에 의해 구동될 수 있다.
S130 단계에서 포밍을 위한 프레싱 공정은 1회 이상이 진행될 수 있다. 예를 들면, 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 원주 길이가 금속프레임(240)의 바디부(241)의 길이보다 많이 짧은 경우, 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 형상 변형 및 길이를 늘리는 포밍이 모두 이루어져야 한다. 따라서 이러한 경우, 점차적인 형상 변형이 이루어지도록 함으로써 안정적인 포밍이 이루어질 수 있도록, 1회 이상의 프레싱 공정이 이루어질 수 있다. 이 경우, 링 형상의 알루미늄 합금 소재(210)의 두께는 위 상황에서 고려되는 두께보다 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
또는, 링 형상의 금속 소재(210)는 포밍을 위해 그 내부에 삽입되는 적어도 하나의 사각형 블록에 의해 상하 좌우 방향으로 가해지는 압력을 받아 사각 링 형상으로 포밍될 수 있다. 또는, 링 형상의 금속 소재(210)는 사각형의 모서리에 해당하는 네 부분에 연결된 후크에 가해지는 장력에 의해 변형되어 사각 링 형상으로 포밍될 수 있다.
S130 단계에서, 포밍가공성을 좋게 하기 위하여 프레싱 전에 링 형상의 금속 소재(210)을 소둔 처리(annealing)하는 공정이 더 수행될 수 있다
한편, 알루미늄 합금 소재를 압출하여 가공되는 튜브(200)는 사각형의 링 형상을 가지는 파이프 형태일 수도 있다. 이처럼 상기 링 형상의 알루미늄 합금 소재가 사각의 링 형상을 가지고, 링 형상의 알루미늄 합금 소재의 총 길이가 중간재(230)의 바디부(231)의 길이에 대응되거나 비슷한 경우에는 적은 횟수의 프레싱 공정이 이루어질 수 있으며, 상황에 따라 1회의 프레싱 공정만으로도 원하는 수준의 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)를 얻을 수도 있다. 또는, S130의 단계는 생략될 수도 있다. 어떠한 경우이건, 링 형상의 알루미늄 합금 소재는 전체 길이 구간에서 연결된 링 형상으로 형성되기 때문에, 포밍 공정을 거친 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)도 전체 길이 구간에서 연결 형성될 수 있다.
S130 단계 이후에는 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)에 압력을 가하여 사각 링 형상은 유지되되, 그 단면 형상이 변형되도록 단면형상변형가공하여 중간재(230)를 얻는 단계(S140)가 진행될 수 있다. S140 단계에서 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)는 단면형상변형가공을 거치면서 단면 형상(도 5 참조)이 변형된다. 구체적으로, 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)가 단면형상변형가공을 거쳐 형성되는 중간재(230)는 바디부(231)와, 바디부(231)의 내측 및 외측으로 각각 연장되는 내측 돌출부(232) 및 외측 돌출부(233)를 가질 수 있다. 내측 돌출부(232) 및 외측 돌출부(233)는 단면형상변형가공 시 받는 압력에 의해 바디부(231)로부터 각각 형성될 수 있다. 중간재(230)의 외측 돌출부(233)는 이후 진행될 절삭가공을 통해 제거될 부분이지만 S140단계에서 중간재(230)에 외측 돌출부(233)를 형성함으로써 단면형상변형가공을 통해 얻어지는 중간재(230)의 내부 조직의 밸런스 및 균일화를 유지할 수 있다. 또한, 외측 돌출부(233)는 이후 진행될 절삭가공 시에, 중간재(230)가 안착될 지그(jig)와의 정렬을 위한 기준부로 활용될 수 있다.
S140 단계에서 중간재 제조용으로 사용되는 금형(180)은 상부금형(181) 및 하부금형(182)을 가질 수 있다. 그리고, 상부금형(181) 및 하부금형(182)의 내부 형상은 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 상부금형(181) 및 하부금형(182)에는 각각 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)를 가압하여 중간재(230)의 내측 돌출부(232)가 형성되도록 하는 제1성형부(183)와, 바디부(231)가 형성되도록 하는 제2성형부(184)와, 외측 돌출부(233)가 형성되도록 하는 제3성형부(185)를 가질 수 있다(도 3의 (a) 및 (b) 참조). 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)는 상부금형(181) 및 하부금형(182)의 압착과정에서 제1성형부(183) 및 제3성형부(185)로 소재가 유입되고, 제2성형부(184)에 압착되면서 형상이 변형된다. 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)는 양방향으로 소재가 유동되면서 형상 변형되기 때문에, 내측 돌출부의 형상이 양호하게 형성될 수 있으며, 중간재(230) 전체적으로 양호한 내부 조직의 밸런스 및 균일화를 얻을 수 있다. 제3성형부(185)가 없는 경우, 사각링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)는 제1성형부(183)로만, 즉, 일방향으로만 소재가 유동되면서 형상 변형되는데, 소재의 흐름성이 좋지 않아 내측 돌출부(232)의 형상이 양호하지 않거나, 내측 돌출부(232)가 형성되더라도 중간재(230) 전체의 내부 조직의 밸런스 및 균일화가 좋지 않을 수 있다.
그리고, 중간재(230)는 보강부(234)를 더 가질 수 있다. 보강부(234)는 각 모서리 내측부분에 형성될 수 있다. 보강부(234)는 내측 돌출부(232)의 양측면에 형성될 수 있다. 보강부(234)의 형성을 위해, 상부금형(181) 및 하부금형(182)에는 제4성형부(186)가 더 형성될 수 있다(도 3의 (c) 및 (d) 참조). 보강부(234)는 중간재(230)의 각 변이 서로 수직하게 형성되도록 도울 수 있다. 중간재(230)는 보강부(234)가 형성된 부분과 보강부(234)가 형성되지 않은 부분의 단면 형상이 다르기 때문에, 전체적으로 보았을 때, 일부분의 단면 형상이 상이할 수 있다.
S140 단계에서의 단면형상변형가공은 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)에 압력을 가하여 단면 형상이 변형되도록 하지만, 이때, 사각 링 형상은 유지되도록 할 수 있다. 또한, 상기 단면형상변형가공을 통해 단면 형상이 변형되는 것은 절단 및 파쇄됨이 없이 이루어지는 형상변형일 수 있다. 그리고, 상기 단면형상변형가공은 단조가공일 수 있다.
또한, S140 단계에서 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)는 냉간단조될 수 있다. 그리고, 상기 냉간단조 공정에 사용되는 프레스는 400톤 이상의 용량을 갖는 대형 프레스일 수 있다. 구체적으로, 열간단조 공정의 경우, 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)에 열을 가하는 시간이 필요하고, 높은 온도를 견딜 수 있는 장치가 부가적으로 필요하다. 그러나, 냉간단조 공정은 상온에서 바로 실시될 수 있기 때문에 신속하게 공정을 진행할 수 있고, 높은 온도를 견디기 위한 별도의 장치를 필요로 하지 않아 경제적이다. 냉간단조 공정에서 400톤 미만의 용량을 갖는 프레스를 사용할 경우, 압력이 부족하여 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)가 원하는 만큼 변형되지 않을 수 있다. 따라서 재료 변형을 위한 단조량이 확보될 수 있도록 냉간단조 공정에서는 400 톤 이상의 용량을 갖는 대형 프레스를 사용함이 바람직하다. 냉간단조 공정에 사용되는 경량 합금으로는 알루미늄의 6000번 계열이 사용될 수 있다.
단, 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)가 알루미늄의 7000번 계열의 소재일 경우, 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)의 강도가 매우 높기 때문에 냉간단조 공정에 필요한 프레스의 용량이 매우 커져야 될 수 있다. 따라서, 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)가 알루미늄의 7000번 계열의 소재일 경우, S140 단계의 단조 공정이 냉간단조 공정으로 한정되지 않으며, 열간단조 공정으로 이루어질 수 있다. 열간단조 공정의 경우, 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)는 300~400℃의 예열 공정을 거칠 수 있다. 본 발명에 따르면, 알루미늄의 7000번 계열을 사용하는 경우, 전술한 동일한 공정에서 열간단조 공정만을 도입하면 알루미늄의 7000번 계열로도 제조가 가능하다. 알루미늄의 7000번 계열은 드로잉가공이 어려우나, 열간단조 공정으로는 적용이 가능하다.
또한, 상기 단면형상변형 공정에서 상기 프레스는 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)에 복수회 프레싱을 가할 수 있다. 즉, 상기 프레스는 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재(220)가 기설정된 형상의 중간재(230)로 변형되도록 복수회 프레싱 압력을 가할 수 있다.
이처럼 단면형상변형가공되어 형성된 중간재(230)는 조직이 치밀해지고, 경도 및 강도가 높아진다. 일반적으로, 단조가공을 통해 제조되는 제품은 드로잉공정을 통해 제조되는 제품보다 3~5% 강도가 증가하는 것으로 알려져 있다. 이러한 강도 증가는 휴대용 전자기기에 적용되어 휨력 등의 외력에 빈번하게 노출되는 금속프레임의 내구성을 높여줄 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 중간재(230)는 단조가공에 의해 일체로 압축 형성될 수 있기 때문에, 뒤틀림 등의 형상 변형이 방지될 수 있다. 따라서, 이후, 중간재(230)를 절삭가공 시에, 절삭가공장치와의 장착성이 보장되고 절삭툴의 파손이 방지되는 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 중간재(230)는 이후 가공을 통해 형성될 금속프레임(240)에 대응되는 링 형상으로 형성되기 때문에, 마무리 가공에 따른 재료손실이 줄어들 수 있으며, 가공시간도 줄어들 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법 중 금속프레임을 얻는 단계를 나타낸 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조공정 중 중간재 이후의 제조공정을 나타낸 예시도이고, 도 9는 도 8의 C-C선 단면도이고, 도 10은 도 8의 D-D선 단면도이다. 이하에서는 도 7 내지 도 10을 포함하여 설명한다.
S140 단계 이후에는 중간재(230)의 내측 및 외측을 절삭가공하여 금속프레임(240)을 얻는 단계(S150)가 진행될 수 있다. S150단계에서의 기계가공은 컴퓨터수치제어(CNC) 가공일 수 있으며, 구체적으로는, 컴퓨터수치제어에 의한 절삭가공일 수 있다.
S150 단계에서, 절삭가공을 위한 공작기계에 중간재(230)를 정위치로 위치시키기 위해, 중간재(230)의 내측 돌출부(232) 및 외측 돌출부(233)에는 하나 이상의 기준홀(미도시)이 관통 형성될 수 있다. 상기 기준홀에는 공작기계에 구비되는 핀(미도시)이 결합될 수 있으며, 이를 통해, 중간재(230)는 공작기계에 정확히 위치될 수 있다. S150 단계는 내측 돌출부(232) 및 외측 돌출부(233)를 절삭가공하는 단계(S151)를 포함한다. 내측 돌출부(242)는 브래킷(미도시)을 밀착 지지하는 지지대의 기능뿐 아니라, 바디부(241)의 형상 변형을 방지하는 보강대의 기능을 가질 수 있다. 내측 돌출부(232)의 절삭가공 시, 공작기계의 상기 핀은 외측 돌출부(233)에 형성된 기준홀에 결합된 상태일 수 있다. 또한, 외측 돌출부(233)의 절삭가공 시, 상기 핀은 내측 돌출부(232)에 형성된 기준홀에 결합된 상태일 수 있다.
그리고, 외측 돌출부(233)는 절삭가공되어 제거될 수 있다. 내측 돌출부(242)에는 하나 이상의 관통공(243)이 더 형성될 수 있다. 관통공(243)으로는 브래킷(미도시)을 볼트 결합하기 위한 볼트(미도시)가 결합될 수 있다. 관통공(243)은 내측 돌출부(232)에 형성된 기준홀을 가공하여 형성되거나, 이와는 별도의 위치에 형성될 수도 있다.
그리고, S151 단계에서 중간재(230)의 바디부(231)를 가공하여 금속프레임(240)의 바디부(241)를 얻는 절삭가공이 더 이루어질 수 있다. 또한, S151 단계에서 컴퓨터수치제어 가공을 통해 바디부(231)의 모서리부분이 면처리되거나, 라운드처리 될 수 있다. 그리고, S151 단계에서 바디부(241)의 외주면에는 헤어라인부 또는 널링부(knurling)가 더 형성될 수도 있다.
S151 단계 이후에는 바디부(241)를 절삭가공하는 단계(S152)를 진행할 수 있다. S152 단계에서는 컴퓨터수치제어 가공을 통해 바디부(241)에 홀(244), 슬릿(245) 및 노치(미도시) 중 하나 이상을 형성하는 다양한 가공이 이루어질 수 있다. 한편, S150 단계에서의 절삭가공 순서는 전술한 순서로 한정되지 않는다. 즉, 바디부를 먼저 절삭가공한 후, 돌출부의 절삭가공이 이루어질 수도 있다. 또한, 돌출부의 절삭가공의 순서도 내측 돌출부(232)가 외측 돌출부(233)보다 먼저 절삭가공되거나, 또는 외측 돌출부(233)가 내측 돌출부(232)보다 먼저 절삭가공될 수도 있다.
또한, 본 실시예에 따른 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법은 금속프레임(240)을 표면 처리하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 금속프레임(240)은 샌딩 및 애노다이징 공정에 의해 표면 처리될 수 있다. 샌딩은 압축공기나 임펠라를 통해 모래 등의 연마재를 피가공재에 고속으로 분사하여 피가공재의 표면을 균일하게 하고, 광택을 지우도록 연마하는 표면 처리법인 샌드 블라스팅을 포함할 수 있다. 그리고, 애노다이징은 금속 재질의 표면을 의도적으로 산화 및 부식시켜 생긴 산화막으로 제품을 보호하고, 그 다공성 표면 위에 착색도 가능하게 하는 표면 처리법이다.
본 실시예에서는 먼저, 금속프레임(240)의 표면에 모래 등의 연마재를 고속으로 분사하는 샌딩 공정으로 금속프레임(240)의 표면을 균일하게 하고 광택을 지울 수 있다. 본 실시예에서는 금속프레임(240)에 샌딩 공정을 적용함으로써 단면형상변형공정 시에 변형된 조직을 제거하거나 균일하게 할 수 있다. 샌딩 공정이 완료되면 애노다이징 공정이 적용될 수 있다. 상기 애노다이징 공정은 금속프레임(240)을 용액에 담그고 전기적으로 산화시켜 금속프레임(240)의 표면에 다공성의 투명 산화층을 형성한 후, 그 위에 각종 염료를 부착하는 공정일 수 있다.
전술한 과정을 통해 마련된 금속프레임(140)은 브래킷(미도시)과 결합되어 휴대용 전자기기용 미들프레임(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 브래킷은 금속프레임(240)과 볼트 결합되거나, 인서트 사출에 의해 결합될 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200: 튜브
210: 링 형상의 알루미늄 합금 소재
220: 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재
230: 중간재 231, 241: 바디부
232, 242: 내측 돌출부 233: 외측 돌출부
240: 금속프레임 243: 관통공
244: 홀 245: 슬릿
220: 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재
230: 중간재 231, 241: 바디부
232, 242: 내측 돌출부 233: 외측 돌출부
240: 금속프레임 243: 관통공
244: 홀 245: 슬릿
Claims (17)
- 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법으로서,
a) 알루미늄 합금 소재를 압출하여 원형 튜브(tube) 로 가공하는 단계;
b) 상기 원형 튜브를 단면 절삭하여 원형 링 형상으로 가공하는 단계;
c) 상기 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재를 사각 링 형상으로 포밍가공하는 단계;
d) 상기 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재에 압력을 가하여 사각 링 형상은 유지되되, 그 단면 형상이 변형되도록 단면형상변형가공하여 중간재를 얻는 단계; 및
e) 상기 중간재의 내측 및 외측을 절삭가공하여 금속프레임을 얻는 단계;
를 포함하는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 소재는 질량분율%로, 구리가 0 초과 2.6 이하인 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 c) 단계에서 상기 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재는 내측 통공에 펀치의 하부몸체가 삽입되고, 상기 하부몸체로부터 상부로 연장된 상부몸체에 의해 사각 링 형상으로 포밍가공되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 d) 단계에서 상기 단면형상변형가공은 단조가공인 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 단조가공은 냉간단조가공인 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 냉간단조가공은 400톤 이상의 용량인 프레스에 의해 이루어지는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 d) 단계에서, 상기 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재는 프레스에 의해 복수회 프레싱되어 상기 중간재로 형성되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 d) 단계에서, 상기 중간재는 사각 링 형상의 바디부와, 상기 바디부의 내측 및 외측으로 각각 연장된 내측 돌출부 및 외측 돌출부를 가지도록 형성되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 중간재의 각 모서리 내측부분에는 보강부가 더 형성되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 e) 단계는,
e1) 상기 내측 돌출부 및 상기 외측 돌출부를 절삭계가공하는 단계; 및
e2) 상기 바디부의 측면을 절삭가공하는 단계;
를 포함하는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 e1) 단계에서, 상기 외측 돌출부는 제거되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 e) 단계의 상기 절삭가공은 컴퓨터수치제어(CNC) 가공인 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 e) 단계 이후에 상기 금속프레임을 표면 처리하는 단계를 더 포함하는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 표면 처리는 애노다이징을 포함하는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임의 제조방법. - 알루미늄 합금 소재가 압출되어 가공된 원형 튜브가 단면 절삭되어 원형 링 형상으로 가공되고 상기 원형 링 형상의 알루미늄 합금 소재가 사각 링 형상으로 포밍가공된 상태에서, 상기 사각 링 형상의 알루미늄 합금 소재에 압력을 가하여 사각 링 형상은 유지되되, 그 단면 형상이 변형되도록 단면형상변형가공되어 형성된 중간재의 내측 및 외측이 절삭가공되어 마련되는 휴대용 전자기기용 금속프레임.
- 제15항에 있어서,
상기 금속프레임은 사각 링 형상의 바디부를 가지고, 상기 바디부의 측면에는 슬릿, 홀, 노치 중 하나 이상이 더 형성되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임. - 제16항에 있어서,
상기 바디부의 외주면에는 헤어라인부 또는 널링부가 더 형성되는 것인 휴대용 전자기기용 금속프레임.
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| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |