KR20180111120A - 프레스 금형 장치, 이를 이용한 프레스 성형 방법 - Google Patents

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KR20180111120A KR1020170041605A KR20170041605A KR20180111120A KR 20180111120 A KR20180111120 A KR 20180111120A KR 1020170041605 A KR1020170041605 A KR 1020170041605A KR 20170041605 A KR20170041605 A KR 20170041605A KR 20180111120 A KR20180111120 A KR 20180111120A
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Abstract

본 발명은 프레스 금형 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 프레스 금형장치는, 중공이 형성된 파이프 형상의 프레스 대상물을 상측에서부터 하측으로 제1 단 내지 제3 단을 가지는 프레스 성형물로 제조하되, 상기 제1 단 및 상기 제3 단의 직경이 각각 제2 단의 직경보다 작은 파이프 형상으로 제조하기 위한 프레스 금형 장치에 있어서, 초기의 프레스 대상물을 1차 성형하는 제1 프레스 금형기; 및 상기 1차 성형된 프레스 대상물을 2차 성형하는 제2 프레스 금형기를 포함하되, 상기 제1 프레스 금형기에서는 상기 제1 단과 상기 제2 단이 이어지는 상단 이음부 및 상기 제2 단과 상기 제3 단이 이어지는 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R1을 가지는 곡면을 이루도록 성형하고, 상기 제2 프레스 금형기에서는 상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R2를 가지는 곡면을 이루도록 성형하되, 상기 R2가 상기 R1보다 작다.

Description

프레스 금형 장치, 이를 이용한 프레스 성형 방법과 프레스 성형물 {PRESS MOLD APPARATUS, FORMING METHOD AND PRESS OBJECT USING THE SAME}
본 발명은 프레스 금형 장치 및 이를 이용한 프레스 성형 방법과 프레스 성형물에 관한 것이다.
프레스 방식은 프레스 금형 장치를 이용하여 제품을 제작하는 방식을 말한다. 프레스 금형 장치는 고정된 하부금형의 상부에 성형 부재를 올려놓은 후 펀칭을 수행하는 상부금형을 하강시켜, 원하는 형상의 제품을 만든다.
주조 방식은 주형에 융해된 금속을 넣고, 그 틀에 따라 원하는 모양으로 주물을 만드는 방식이다. 즉, 주물은 융해된 금속을 주형 속에 넣고 응고시켜 원하는 모양으로 만든 금속 제품을 말한다. 이때, 주조는 여러개의 주형에 융해된 금속을 주입하고, 각각의 주물로 분리하는 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 불필요한 재료의 소비가 발생한다. 또한, 주물은 제조방식의 그 특성상 그 표면에 기공과 같은 결함이 생기고 이것은 제품의 불량으로 이어지는 문제가 있다. 또한, 주조 방식을 사용함에 있어서는 탄소배출량이 높아 친환경적인 면에서 문제점이 존재한다.
도 1과 같은 외측면이 원형 또는 다각형을 가지고, 1단(H1), 2단(H2) 및 3단(H3)의 3개의 단을 가지는 파이프 형상의 제품(1)은 그동안 주조 방식을 이용한 주물로 제작하여 왔다. 즉, 프레스 방식은 방식이 단순하고, 재료의 불필요한 소비가 없는 장점이 있으나, 도 1과 같은 방식의 3단 이상을 가지는 복잡한 형상의 제품의 경우에는 프레스 방식의 한계점으로 인해 여전히 주물로 제작하고 있다. 따라서, 필연적으로 도 1과 같은 제품(1)을 제작하는 경우에는 상기와 같은 주조에 의한 문제점이 그대로 존재한다.
본 발명은 주조에 의하지 않고 3단의 파이프 형상 제품을 제작하여, 불필요한 재료의 낭비를 감소시킬 수 있는 프레스 금형 장치 및 성형 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 주조에 의하지 않고 3단의 파이프 형상 제품을 제작하여, 탄소 배출량을 줄여 친환경적인 면을 보완할 수 있는 프레스 금형 장치 및 성형 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 주조에 의하지 않고 3단의 파이프 형상 제품을 제작하여, 제품의 불량률을 감소시킬 수 있는 프레스 금형 장치 및 성형 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 프레스 금형 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중공이 형성된 파이프 형상의 프레스 대상물을 상측에서부터 하측으로 제1 단 내지 제3 단을 가지는 프레스 성형물로 제조하되, 상기 제1 단 및 상기 제3 단의 직경이 각각 제2 단의 직경보다 작은 파이프 형상으로 제조하기 위한 프레스 금형 장치에 있어서, 초기의 프레스 대상물을 1차 성형하는 제1 프레스 금형기; 및 상기 1차 성형된 프레스 대상물을 2차 성형하는 제2 프레스 금형기를 포함하되, 상기 제1 프레스 금형기에서는 상기 제1 단과 상기 제2 단이 이어지는 상단 이음부 및 상기 제2 단과 상기 제3 단이 이어지는 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R1을 가지는 곡면을 이루도록 성형하고, 상기 제2 프레스 금형기에서는 상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R2를 가지는 곡면을 이루도록 성형하되, 상기 R2가 상기 R1보다 작다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 프레스 금형기는, 상하 이동이 가능하며, 상기 프레스 대상물을 드로잉하는 제1 펀치 부재를 구비하는 제1 상측 금형부; 및 상기 제1 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 제1 관통홀이 형성된 제1 하부 다이를 구비하는 제1 하측 금형부;를 포함하고, 상기 제1 펀치 부재는, 상기 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 제1 타격부; 및 상기 제1 타격부의 주위를 둘러싸고, 그 하단 내측 가장자리가 상기 R1의 곡률 반경을 가지는 곡면으로 형성되어 상기 1차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 외측면의 형상을 가이드하는 제1 가이드부;를 포함하고, 상기 제1 하측 금형부는, 상기 제1 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 제1 패드 부재;를 포함하며, 상기 제1 패드 부재는, 상기 제1 관통홀 내부에 삽입되어, 상기 프레스 대상물의 하단 및 외측면을 지지하며, 그 상단 내측 가장자리가 상기 R1의 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성된 제1 패드부;를 포함하고, 상기 제2 프레스 금형기는, 상하 이동이 가능하며, 상기 1차 성형된 프레스 대상물을 드로잉하는 제2 펀치 부재를 구비하는 제2 상측 금형부; 및 상기 제2 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 제2 관통홀이 형성된 제2 제1 하부 다이를 구비하는 제2 하측 금형부;를 포함하고, 상기 제2 펀치 부재는, 상기 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 제2 타격부; 및 상기 제2 타격부의 주위를 둘러싸고, 그 하단 내측 가장자리가 상기 R2의 곡률 반경을 가지는 곡면으로 형성되어 상기 2차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 외측면의 형상을 가이드하는 제2 가이드부;를 포함하고, 상기 제2 하측 금형부는, 상기 제2 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 제2 패드 부재;를 포함하며, 상기 제2 패드 부재는, 상기 제2 관통홀 내부에 삽입되며, 상기 프레스 대상물의 하단 및 외측면을 지지하며, 그 상단 내측 가장자리는 상기 R2의 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성된 제2 패드부;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 펀치 부재는, 상기 제1 타격부의 내측에 위치하고, 상기 1차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하며 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 가이드하는 제1 펀치부를 더 포함하고, 상기 제1 패드 부재는, 상기 제1 펀치부와 마주보도록 상기 제1 패드부의 내측에 위치하여, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하는 제1 지지부;를 더 포함하며, 상기 제2 펀치 부재는, 상기 제2 타격부의 내측에 위치하고, 상기 2차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하며 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 가이드하는 제2 펀치부를 더 포함하고, 상기 제2 패드 부재는, 상기 제2 펀치부와 마주보도록 상기 제2 패드부의 내측에 위치하여, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하는 제2 지지부;를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 펀치부 및 상기 제1 지지부의 직경은 상기 프레스 대상물의 내측 직경과 동일하고, 상기 제2 펀치부의 직경은 상기 1차 성형된 이후의 상기 프레스 대상물의 제1 단의 내측 직경과 동일하고, 상기 제2 지지부의 직경은 상기 1차 성형된 이후의 상기 프레스 대상물의 제3 단의 내측 직경과 동일하다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 타격부, 상기 제1 가이드부 및 상기 제1 펀치부는 각각 서로 독립적으로 상하 이동 가능하되, 상기 제1 가이드부의 하단 및 상기 제1 펀치부의 하단은 상기 제1 타격부의 하단보다 더 아래에 있고, 상기 1차 성형시에, 상기 제1 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후, 상기 제1 타격부는 상측에 연결된 제1 가압 부재에 의해, 상기 제1 가이드부 및 상기 제1 패드부에 비해 상대적으로 상승하며, 상기 제1 가이드부의 하부면이 상기 제1 하부 다이의 상부면과 접촉할 때까지, 상기 제1 상측 금형부 및 상기 제1 패드부가 하강하고, 상기 제1 단의 외측면은 상기 제1 가이드부의 내측면에 의해 지지되고, 상기 제2 단의 외측면은 상기 제1 관통홀의 측면에 의하여 지지되며, 상기 제3 단의 외측면은 상기 제1 패드부의 내측면에 의해 지지된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 패드부에는 상하방향으로 관통하는 제1 패드홀이 형성되되, 상기 제1 패드홀은, 상기 프레스 대상물이 안착하는 제1 안착홀; 및 상기 제1 안착홀의 하부에 형성되며, 상기 제1 안착홀의 직경보다 작은 직경을 가지고. 상기 제1 지지부가 관통하는 제1 지지홀을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 지지부는 상기 제1 지지홀의 상측으로 돌출되는 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부는 상기 안착홀에 안착된 상기 프레스 대상물의 상기 중공에 삽입되어, 상기 제1 돌출부의 외측면이 상기 프레스 대상물 하단의 내측면을 지지한다.
일 실시예에 따르면, 상기 1차 성형시에, 상기 프레스 대상물의 상단은 상기 제1 가이드부에 상하방향으로 형성된 제1 가이드홀의 하부에 삽입되고, 상기 프레스 대상물의 하단은 상기 제1 안착홀에 안착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 패드부의 하부에는, 상기 제1 패드부에 상측으로 탄성력을 제공하여, 1차 성형된 상기 프레스 대상물을 상측으로 취출 가능하게 하는 제1 취출 부재가 연결된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 관통홀의 상측 입구의 단면은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 마련된다.
일 실시예에 따르면, 상기 2차 성형된 프레스 대상물을 3차 성형하는 제3 프레스 금형기를 더 포함하되, 상기 제3 프레스 금형기는, 상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 수직면이 되도록 성형된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 프레스 금형기는, 상하 이동이 가능하며, 상기 2차 성형된 프레스 대상물을 드로잉하는 제3 펀치 부재를 구비하는 제3 상측 금형부; 상기 제3 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 제3 관통홀이 형성된 제3 제1 하부 다이를 구비하는 제3 하측 금형부;를 포함하고, 상기 제3 펀치 부재는, 상기 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 제3 타격부; 및 상기 제3 타격부의 주위를 둘러싸고, 그 하단 내측 가장자리가 수직으로 형성되어 상기 3차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 외측면의 형상을 가이드하는 제3 가이드부;를 포함하고, 상기 제3 하측 금형부는, 상기 제3 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 제3 패드 부재;를 포함하며, 상기 제3 패드 부재는, 상기 제3 관통홀 내부에 삽입되어, 상기 프레스 대상물의 하단 및 외측면을 지지하며, 그 상단 내측 가장자리는 수직으로 형성된 제3 패드부;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 펀치부재는, 상기 제3 타격부의 내측에 위치하고, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하며 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 가이드하는 제3 펀치부를 더 포함하고, 상기 제3 패드 부재는, 상기 제3 펀치부와 마주보도록 상기 제3 패드부의 내측에 위치하여, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하는 제3 지지부;를 더 포함한다.
본 발명은 프레스 성형 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중공이 형성된 파이프 형상의 프레스 대상물을 상측에서부터 하측으로 제1 단 내지 제3 단을 가지는 프레스 성형물로 제조하되, 상기 제1 단 및 상기 제3 단의 직경이 각각 제2 단의 직경보다 작은 파이프 형상으로 제조하기 위한 프레스 성형 방법에 있어서, 상기 제1 단과 상기 제2 단이 이어지는 상단 이음부 및 상기 제2 단과 상기 제3 단이 이어지는 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R1을 가지는 곡면을 이루도록 1차 성형하는 제1 성형 단계; 및 상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R2를 가지는 곡면을 이루도록 성형하되, 상기 R2가 상기 R1보다 작도록 2차 성형하는 제2 성형 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 성형 단계 이후에 프레스 대상물을 3차 성형하는 제3 성형 단계를 더 포함하되, 상기 제3 성형 단계에서는, 상기 제1 단의 외측면과 상기 제2 단의 상부면이 서로 수직이 되도록 성형하고, 상기 제2 단의 하부면과 상기 제3 단의 외측면이 서로 수직이 되도록 성형한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후, 상기 제1 가이드부는 상기 제1 타격부와 독립적으로 승하강하되, 상기 제1 타격부는 상기 제1 가이드부 내에서 상기 제1 가이드에 비해 상대적으로 상승하고, 상기 제1 가이드부는 상기 제1 하부 다이의 상부면에 접촉할 때까지 하강한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 성형 단계에서는, 상기 제1 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후, 상기 제1 가이드부의 하부면이 상기 제1 하부 다이의 상부면과 접촉할 때까지, 상기 제1 상측 금형부 및 상기 제1 패드부가 하강하며, 상기 제1 단의 외측면은 상기 제1 가이드부의 내측면에 의해 지지되고, 상기 제2 단의 외측면은 상기 제1 관통홀의 측면에 의하여 지지되며, 상기 제3 단의 외측면은 상기 제1 패드부의 내측면에 의해 지지된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 성형 단계에서는, 상기 제1 지지부의 상부에 형성된 제1 돌출부는 상기 제1 지지홀의 상측으로 돌출되고, 상기 제1 돌출부는 상기 안착홀에 안착된 상기 프레스 대상물의 상기 중공에 삽입되어, 상기 제1 돌출부 외측면이 상기 프레스 대상물 하단의 내측면을 지지한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 3단의 다단 구조를 가지는 파이프 형상의 제품 제작시, 불필요한 재료의 낭비를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 3단의 다단 구조를 가지는 파이프 형상의 제품 제작시, 탄소배출량을 감소시켜 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 3단의 다단 구조를 가지는 파이프 형상의 제품 제작시, 제품의 불량률을 줄일 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 3단을 가지는 파이프 형상의 제품을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 제1 프레스 금형기를 보여주는 도면이다.
도 4는 제1 패드부를 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 은 9본 발명의 제1 프레스 금형기를 이용하여 프레스 대상물을 1차 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 프레스 금형기를 보여주는 도면이다.
도 11 내지 도 15는 1차 성형된 프레스 대상물을 본 발명의 제2 프레스 금형기를 이용하여 2차 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제3 프레스 금형기를 보여주는 도면이다.
도 17 내지 도 21은 2차 성형된 프레스 대상물을 본 발명의 제3 프레스 금형기를 이용하여 3차 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 22은 본 발명에 의한 프레스 성형 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
이하, 도 2 내지 도 21을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 프레스 금형장치를 이용하여 프레스 대상물을 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 4는 제1 프레스 금형기를 보여주는 도면이고, 도 5 내지 도 9은 본 발명의 제1 프레스 금형기를 이용하여 프레스 대상물을 1차 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 는 본 발명의 제2 프레스 금형기를 보여주는 도면이다.
도 11 내지 도 15은 본 발명의 제2 프레스 금형기(2000)를 이용하여 프레스 대상물을 2차 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제3 프레스 금형기를 보여주는 도면이다.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 제3 프레스 금형기(3000)를 이용하여 프레스 대상물을 3차 성형하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하여, 본 발명에 의한 프레스 성형 과정을 먼저 간략히 설명한다.
본 발명에 의한 프레스 금형 장치는 중공이 형성된 파이프 형상의 프레스 대상물(P)을 성형하여, 3개의 단(H1 내지 H3)으로 구성된 파이프 형상의 프레스 성형물(Q)을 제작한다. 프레스 대상물(P)이란, 1차 내지 3차 성형이 완료되기 전의 모든 상태의 프레스 대상물(P)을 지칭한다. 또한, 프레스 성형물(Q)이란, 프레스 대상물(P)이 1차 내지 3차 성형이 완료된 최종 제품을 지칭한다.
본 명세서에서는 상하 방향으로 3단 구조를 가지는 파이프 형상의 프레스 성형물(Q)을 제작하는 것으로 설명한다. 프레스 성형물(Q)은 상측에서부터 하측 방향으로 1단(H1) 내지 3단(H3)으로 형성된다. 1단(H1)과 3단(H3)의 직경 및 단면적은 2단(H2)의 직경 및 단면적과 각각 다르다. 2단(H2)의 직경 및 단면적이 더 크다. 여기서 직경이란, 내경을 말한다.
또한, 1단(H1)과 3단(H3)의 직경과 단면적은 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 3단(H3)에는 볼트체결이 가능하도록 나사선이 형성될 수 있다.
프레스 대상물(P)은 금속일 수 있다. 일 예로, 프레스 대상물(P)은 SUS계열의 금속일 수 있다. 프레스 대상물(P)은 SUS304일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 프레스 성형이 가능한 재질이라면 어느 것이나 무방하다.
본 발명에 의한 프레스 금형 장치는 제1 프레스 금형기(1000), 제2 프레스 금형기(2000), 그리고 제3 프레스 금형기(3000)를 포함한다.
1차 성형은 제1 프레스 금형기(1000)에 의해 수행되고, 2차 성형은 제2 프레스 금형기(2000)에 의해 수행되며, 3차 성형은 제3 프레스 금형기(3000)에 의해 수행된다. 프레스 대상물(P)은 1차 성형 후 제2 프레스 금형기(2000)로 이송되어 2차 성형된다. 2차 성형이 완료된 프레스 대상물(P)은 제3 프레스 금형기(3000)로 이송되어 3차 성형된다.
3차 성형이 완료된 성형 완제품, 프레스 성형물(Q)은 제1 단과 제2 단이 이어지는 상단 이음부(TC), 그리고 제2 단과 제3 단이 이어지는 하단 이음부(BC)가 수직면으로 형성된다.
파이프 형태의 프레스 대상물(P)로부터 곧바로 상단 이음부(TC) 및 하단 이음부(BC)가 수직인 프레스 성형물(Q)을 만드는 것은 급격한 변형을 일으키는 것으로서, 성형 도중에 프레스 대상물(P)의 파손 위험이 있다. 따라서, 본 발명은 1차 성형 및 2차 성형을 통해 그 성형 단계를 여러 단계로 나누어 수행하여, 프레스 대상물(P)의 파손 위험을 방지하면서, 당초 설계한 형상대로 성형할 수 있다.
일 예로, 도 2를 참조하면, 1차 성형에서는 상단 이음부(TC)와 하단 이음부(BC)가 곡률 반경 R1을 가지는 곡면으로 성형할 수 있다. 그리고 2차 성형에서는 상단 이음부(TC)와 하단 이음부(BC)가 곡률 반경 R2를 가지는 곡면으로 성형할 수 있다. 이 때, R2가 R1보다 작도록 하여, 궁극적으로 3차 성형이 완료된 프레스 성형물(Q)처럼 각각의 이음부가 수직이 되도록 하는 것에 근접하도록, 점차적으로 성형하는 것을 목표로 한다.
제1 프레스 금형기(1000) 내지 제3 프레스 금형기(3000)의 구조는 일부 구성이 다소 상이할 뿐, 기본적인 구성은 동일하다. 따라서, 제1 프레스 금형기(1000)의 구성을 상세히 설명하고, 제2 프레스 금형기(2000) 및 제3 프레스 금형기(3000)의 구성은 제1 프레스 금형기(1000)와의 차이점을 중심으로 설명하는 것으로 한다.
아래에서는, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 초기의 프레스 대상물(P)을 1차 성형하는 제1 프레스 금형기(1000)에 대하여 설명한다. 도 8은 도 7의 A 영역을 확대한 도면이다.
제1 프레스 금형기(1000)는 제1 단과 제2 단이 이어지는 상단 이음부(TC), 그리고 제2 단과 제3 단이 이어지는 하단 이음부(BC)가 소정의 곡률 반경 R1을 가지는 곡면을 이루도록 성형한다(도 2 참조).
본 발명에 의한 프레스 금형 장치는 제1 상측 금형부(1100)와 제1 하측 금형부(1200)를 포함한다.
제1 상측 금형부(1100)는 제1 상부 플레이트(1110), 제1 상측 고정부(1120), 제1 펀치 부재(1300)를 포함한다. 제1 상부 플레이트(1110)는 제1 프레스 금형기(1000)의 상부를 덮는 커버의 역할을 한다. 제1 상측 고정부(1120)는 제1 상부 플레이트(1110)의 하측에 제공되고, 그 내부에 제1 가압 부재(1122)를 구비할 수 있다. 제1 가압 부재(1122)는 후술하는 제1 펀치 부재(1130)가 프레스 대상물(P)을 타격할 수 있도록 동력을 제공한다. 일 예로, 제1 가압 부재(1122)는 탄성을 가지고, 제1 펀치 부재(1130)에 탄성력을 제공하여, 제1 펀치 부재(1130)가 프레스 대상물(P)을 타격하도록 한다.
제1 펀치 부재(1130)는 프레스 대상물(P)을 펀칭(punching)한다. 즉, 제1 펀치 부재(1130)는 프레스 대상물(P)을 타격하여 프레스 대상물(P)을 성형한다. 제1 펀치 부재(1130)는 그 일부가 제1 상측 고정부(1120)에 삽입될 수 있다. 제1 펀치 부재(1130)는 상측 고정부(120)에 일단이 고정된 상태로 타단이 하강하여 프레스 대상물(P)을 타격할 수 있다.
제1 펀치 부재(1130)는 제1 타격부(1132), 제1 펀치부(1134), 그리고 제1 가이드부(1136)를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 타격부(1132)는 프레스 대상물(P)의 상단을 타격한다.
제1 타격부(1132)의 하단은 프레스 대상물(P)의 상단에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 제1 타격부(1132) 중에서, 프레스 대상물(P) 상단을 타격하는 부분에 대응되는 하단 영역의 직경은 성형전 프레스 대상물(P)의 직경과 동일할 수 있다.
제1 타격부(1132)는 그 상측에 제1 가압 부재(1122)와 연결된다. 제1 타격부(1132)는 제1 가압 부재(1122)에 의하여 독립적으로 상하이동이 가능하다. 제1 타격부(1132)는 제1 가이드부(1136)에 형성된 제1 가이드홀(1137) 내에서 독립적으로 상하이동 가능하다. 제1 타격부(1132)는 상부의 직경이 하부의 직경보다 크게 형성된다. 이에 따라, 제1 타격부(1132)는 후술하는 제1 가이드홀(1137) 내에 형성된 턱에 의해 일정 범위에서만 이동이 가능한데, 이와 관련하여서는 제1 가이드부(1136)에 대한 설명과 함께 상세히 후술한다. 제1 타격부(1132)의 승하강범위를 설정할 수 있고, 제1 가이드부(1136)보다 더 하강하지 못하게 하여, 당초 설계한 형상대로 프레스 대상물(P)을 성형할 수 있다.
제1 펀치부(1134)는 제1 타격부(1132)의 내측에 위치하여, 상기 제1 타격부(1132)에 의해 둘러싸이도록 제공될 수 있다. 즉, 제1 펀치부(1134)는 제1 타격부(1132)의 중심에 관통하여 삽입된다. 제1 펀치부(1134)의 하단은 제1 타격부(1132)의 하단보다 더욱 하측으로 돌출되어 제공될 수 있다. 제1 펀치부(1134)의 직경은 프레스 대상물(P)의 직경과 동일하게 제공된다. 구체적으로, 제1 펀치부(1134)의 직경은 프레스 대상물(P)의 내측 직경, 즉 내경과 동일하게 제공된다. 따라서, 제1 펀치부(1134)는 프레스 대상물(P)의 내측면을 지지할 수 있다. 이 상태로 성형이 진행되어, 제1 펀치부(1134)는 프레스 대상물(P)의 측방향으로의 예측하지 못한 변형을 방지할 수 있다.
제1 가이드부(1136)는 프레스 대상물(P)의 외측면의 형상을 가이드한다. 제1 가이드부(1136)는 제1 타격부(1132)의 주위를 둘러싸도록 형성된다. 즉, 내측으로부터 순서대로, 제1 타격부(1132), 제1 펀치부(1134), 제1 가이드부(1136)가 순차적으로 배치된다.
제1 가이드부(1136)의 하단 내측 가장자리는 소정의 곡률 반경을 가지는 곡면으로 형성될 수 있다. 곡률 반경은 R1일 수 있다. 하단 내측 가장자리는 프레스 대상물(P)의 상단 이음부(TC)를 성형한다. 제1 가이드부(1136)가 소정 거리 하강하여, 제1 가이드부(1136)의 하단 내측 가장자리는 프레스 대상물(P)의 상단 이음부(TC)와 대응되는 위치에서 프레스 대상물(P)을 가압하여 변형한다. 이에 따라 상단 이음부(TC)는 곡률 반경 R1을 가지는 곡면으로 형성될 수 있다. 이때, 후술하는 제1 패드부(1232)는 제1 관통홀(1222)의 바닥면에 닿는다. 즉, 제1 상측 금형부(1100)는 상기 제1 패드부(1232)가 상기 제1 관통홀(1222)의 바닥면에 닿을 때까지 하강한다.
제1 가이드부(1136)의 하단은 제1 타격부(1132)의 하단보다 더 하측으로 돌출된다. 따라서, 제1 가이드부(1136)가 먼저 프레스 대상물(P)의 외측면을 감싼 상태에서, 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)의 상단을 타격한다. 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)의 상단을 타격하더래도, 제1 가이드부(1136)가 이미 프레스 대상물(P)의 외측면을 감싼 상태이므로, 프레스 대상물(P)의 외측면이 예상하지 못한 변형을 하지 않도록 가이드 할 수 있다.
제1 가이드부(1136)의 중심부에는 제1 가이드홀(1137)이 형성된다. 제1 가이드홀(1137) 내에는 제1 펀치부(1134)와 제1 타격부(1132)가 위치한다. 제1 가이드홀(1137)은 상부와 하부의 2층으로 구성될 수 있다. 제1 가이드홀(1137)의 상부의 직경은 제1 가이드홀(1137)의 하부의 직경보다 크게 제공된다. 상술한 제1 타격부(1132)의 형상도 이에 대응되어 형성된다.
즉, 제1 타격부(1132)의 상부의 직경은 제1 가이드홀(1137)의 하부의 직경보다 크게 형성된다. 따라서, 제1 타격부(1132)는 제1 가이드홀(1137)의 상부와 하부 사이에 형성된 턱에 걸릴 수 있다. 따라서, 제1 타격부(1132)의 이동 범위는 제1 가이드홀(1137) 내의 소정 범위로 제한이 가능하다. 구체적으로는, 제1 타격부(1132)의 하단이, 제1 펀치부(1134)의 하단 또는 제1 가이드부(1136)의 하단보다 더 돌출될 정도로 하강하지 않도록 한다.
제1 펀치부(1134)와 제1 타격부(1132), 제1 가이드부(1136)은 독립적으로 상하운동할 수 있다. 즉, 제1 펀치부(1134)와 제1 타격부(1132), 제1 가이드부(1136)는 서로 무관하게 상하운동할 수 있다.
제1 펀치부(1134)와 제1 가이드부(1136)는 제1 상측 고정부(1120)에 고정되어 있고, 제1 타격부(1132)는 제1 가압 부재(1122)와 연결되어, 탄성에 의해 제1 가이드홀(1137) 내에서 상하이동 가능하다.
따라서, 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)의 상단을 접촉 또는 타격한 이후에, 제1 상측 금형부(1100)가 계속적으로 하강하는 경우, 제1 타격부(1132)는 프레스 대상물(P)에 의한 반동으로 인해 하강이 완충된다. 따라서, 제1 펀치부(1134)와 제1 가이드부(1136)에 대해 상대적인 위치가 올라간다. 제1 타격부(1132)는 제1 가이드 홀의 상단에 접촉할 때까지 올라간다.
한편, 제1 펀치부(1134)와 제1 가이드는 제1 타격부(1132)에 비해 상대적으로 더욱 하강하게 되고, 프레스 대상물(P)의 측면을 감싼다. 이것은 프레스 대상물(P)의 성형과정에서, 프레스 대상물(P)이 측 방향으로 예측하지 못한 변형을 하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)을 타격한 후 하강하면서 프레스 대상물(P)을 가압하는데, 제1 타격부(1132)에 의해 외력을 받는 프레스 대상물(P)이 측방향으로 예측하지 못한 변형을 일으킬 우려가 있다. 그러나, 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)의 상단에 접촉한 이후에, 제1 펀치부(1134)와 제1 가이드부(1136)가 프레스 대상물(P)의 측면을 충분히 감싸게 된다면, 제1 펀치부(1134)는 프레스 대상물(P)의 내측면에서 지지하고, 제1 가이드부(1136)는 프레스 대상물(P)의 외측면에서 지지하여, 프레스 대상물(P)의 측방향으로의 변형을 방지할 수 있다.
제1 하측 금형부(1200)는 제1 하부 플레이트(1210), 제1 하부 다이(1220) 및 제1 패드 부재(1230)를 포함할 수 있다.
제1 하부 플레이트(1210)는 바닥면에 설치된다. 제1 하부 플레이트(1210)는 그 내부에 제1 취출 부재(1212)를 포함할 수 있다.
제1 취출 부재(1212)는 1차 성형이 완료된 프레스 대상물(P)(Q)을 외부로 취출한다. 또는, 프레스 대상물(P)이 제1 타격 부재에 의해 가압되고 성형되는 도중에는 후술하는 제1 패드 부재(1230)를 지지할 수 있다. 즉, 제1 취출 부재(1212)는 후술하는 제1 패드 부재(1230)에 상측으로 힘을 가할 수 있다.
제1 취출 부재(1212)는 제1 패드 부재(1230)의 하부에서 제1 패드 부재(1230)와 연결된다. 제1 취출 부재(1212)는 탄성을 가지고, 제1 패드 부재(1230)에 상측으로의 탄성력을 제공할 수 있다. 제1 패드 부재(1230)가 제1 취출 부재(1212)에 의해 일정 이상의 높이로 올라오면, 1차 성형이 완료된 프레스 대상물(P)은 제1 하측 금형부(1200)의 상측으로 취출된다.
제1 하부 다이(1220)는 프레스 대상물(P)이 성형되는 공간을 제공한다. 제1 하부 다이(1220)에는 관통홀(1222)이 형성될 수 있다.
제1 관통홀(1222)에는 프레스 대상물(P)과 제1 패드 부재(1230)가 위치한다. 제1 관통홀(1222)을 향해 제1 펀치 부재(1130)가 하강하여 프레스 대상물(P)을 타격하고 성형한다.
제1 관통홀(1222)의 상측 입구의 단면은 원형, 타원, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상일 수 있다. 따라서, 프레스 대상물(P)의 제2 단의 외측면을 원형, 타원, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 제작할 수 있다.
제1 관통홀(1222)은 상하방향으로 상부와 하부의 2층 구조로 형성될 수 있다. 제1 관통홀(1222)의 상부의 직경보다 하부의 직경이 더 크게 제공된다. 이것은 후술하는 제1 패드부(1232)가 제1 취출 부재(1212)에 의해 일정 높이 이상으로 올라가지 못하도록 하기 위함이다.
제1 패드 부재(1230)는 프레스 대상물(P)을 하측 또는 측부에서 지지한다. 제1 패드 부재(1230)의 상측에는 프레스 대상물(P)이 안착한다.
제1 패드 부재(1230)는 제1 패드부(1232)와 제1 지지부(1236)를 포함한다. 제1 패드부(1232)는 상하방향으로 상부와 하부의 2층 구조를 가진다. 제1 패드부(1232)의 형상은 상술한 제1 관통홀(1222)의 형상에 대응되게 형성된다. 즉, 제1 패드부(1232)의 상부의 직경보다 제1 패드부(1232)의 하부의 직경이 더 크다. 따라서, 제1 관통홀(1222)의 상부와 하부 사이의 턱에 걸릴 수 있다.
이것은 제1 패드부(1232)가 취출 부재에 의해 상측으로 탄성력을 받더라도, 제1 하부 다이(1220)의 외부로 벗어나지 않게 하기 위함이다. 즉, 제1 패드부(1232)는 제1 관통홀(1222) 내에서만 상하이동 가능하다.
제1 패드부(1232)의 상부의 상단 내측 가장자리는 곡률 반경이 R1인 곡면으로 형성될 수 있다. 이 부분은 프레스 대상물(P)을 성형할 때 프레스 대상물(P)의 2단(H2)과 3단(H3)이 이어지는 하단 이음부(BC)를 지지하고 성형한다. 따라서, 제1 패드부(1232)의 상부의 상단 내측 가장자리가 곡률 반경이 R1이면, 이에 대응되어 프레스 대상물(P)의 하단 이음부(BC)도 곡률 반경이 R1인 곡면으로 형성될 수 있다.
제1 패드부(1232)의 상부은 제1 관통홀(1222)의 상부에 위치한다. 제1 패드부(1232)의 하부는 제1 관통홀(1222)의 하부에 위치한다. 제1 패드부(1232)는 제1 취출 부재(1212)에 의해 상측으로 탄성력을 받으나, 제1 관통홀(1222)의 상부와 하부 사이의 턱에 걸려 소정 높이 이상으로 올라가지 않는다. 따라서, 1차 성형 후에 안정적으로 프레스 대상물(P)을 취출할 수 있다.
아래에서는 도 4를 참조하여, 제1 패드부에 대하여 설명한다.
제1 패드부(1232)에는 제1 패드홀(1233)이 형성된다. 제1 패드홀(1233)은 제1 패드부(1232)의 상하방향으로 관통하도록 형성된다. 제1 패드홀(1233)은 제1 안착홀(1233a)과 제1 지지홀(1233b)을 포함한다. 제1 안착홀(1233a)은 제1 패드부(1232)의 상부에 마련된다. 제1 안착홀(1233a)에는 프레스 대상물(P)이 안착한다.
제1 지지홀(1233b)은 제1 안착홀(1233a)의 하부에 마련된다. 제1 지지홀(1233b)의 직경은 제1 안착홀(1233a)의 직경보다 작게 형성된다. 제1 지지홀(1233b)에는 후술하는 제1 지지부(1236)가 상하방향으로 관통하여 삽입된다.
제1 지지부(1236)는 제1 지지홀(1233b)을 관통하여 삽입된다. 제1 지지부(1236)의 직경은 프레스 대상물(P)의 내측 직경과 동일하게 제공된다. 제1 지지부(1236)는 상측으로 돌출된 제1 돌출부(1237)가 구비된다. 제1 돌출부(1237)는 제1 안착홀(1233a) 내에 위치한다. 프레스 대상물(P)의 하부는 제1 돌출부(1237)에 끼워지는 형태로 안착한다. 즉, 제1 돌출부(1237)는 프레스 대상물(P) 내부에 삽입된다.
따라서, 프레스 대상물(P)은 제1 패드부(1232)의 상부와 제1 돌출부(1237) 사이에 안착하게 된다. 프레스 대상물(P) 하부의 외측면은 제1 패드부(1232)의 내측면에 의해 지지된다. 프레스 대상물(P) 하부의 내측면은 제1 돌출부(1237)에 의해 지지된다. 따라서, 제1 타격부(1132)에 의해 프레스 대상물(P)이 외력을 받더라도, 프레스 대상물(P)의 하부는 지지될 수 있고, 프레스 대상물(P)은 안정적으로 성형될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 프레스 금형기(2000)를 보여준다. 도 11 내지 도 15는 제2 프레스 금형기(2000)에 의한 2차 성형을 순차적으로 보여주는 도면이다. 도 14는 도 13의 A' 영역을 확대한 도면이다.
제2 프레스 금형기(2000)는 제1 프레스 금형기(1000)에서 1차 성형된 프레스 대상물(P)을 2차 성형한다. 제2 프레스 금형기(2000)는 제1 프레스 금형기(1000)에 비해, 상단 이음부(TC) 및 하단 이음부(BC)를 상대적으로 점차 수직면에 가깝도록 성형한다.
제2 상측 금형부, 제2 하측 금형부의 구성들은 제1 상측 금형부(1100), 제1 하측 금형부(1200)의 구성들과 대부분이 동일하며, 차이가 있는 구성에 대해 설명하기로 한다.
제2 펀치부의 직경은 1차 성형 이후의 프레스 대상물(P)의 제1 단의 내측 직경과 동일하다.
제2 지지부의 직경은 1차 성형 이후의 프레스 대상물(P)의 제3 단의 내측 직경과 동일하다. 따라서, 프레스 대상물(P)의 제1 단과 제3 단이 측방향으로 지지된 상태에서 2차 성형이 수행될 수 있다.
제2 가이드부의 하단 내측 가장자리는 제1 가이드부(1136)의 하단 내측 가장자리보다 곡률 반경이 작도록 형성된다. 즉, 제1 가이드부(1136) 하단 내측 가장자리의 곡률 반경이 R1이면, 제2 가이드부 하단 내측 가장자리의 곡률 반경은 R2로서, R2는 R1보다 작게 형성된다. 상술한 바와 같이, 각 가이드부 하단 내측 가장자리는 상단 이음부(TC)에 대응되어, 상단 이음부(TC)를 성형하게 된다. R2가 R1보다 작으므로, 상단 이음부(TC)를 1차 성형시보다 수직면에 가깝도록 성형할 수 있다.
제2 패드부의 상부 상단 내측 가장자리는 곡률 반경이 R2인 곡면으로 형성된다. R2는 R1보다 작으므로, 하단 이음부(BC)를 1차 성형시보다 수직면에 가깝도록 성형할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제3 프레스 금형기(3000)를 보여준다. 도 16 내지 도 21은 제3 프레스 금형기(3000)에 의한 3차 성형을 순차적으로 보여주는 도면이다. 도 20은 도 19의 A" 영역을 확대한 도면이다.
제3 프레스 금형기(3000)는 제2 프레스 금형기(2000)에서 2차 성형된 프레스 대상물(P)을 3차 성형한다. 제3 프레스 금형기(3000)는 상단 이음부(TC) 및 하단 이음부(BC)가 수직면이 되도록 성형한다.
제3 상측 금형부, 제3 하측 금형부의 구성들은 제1 내지 제2 상측 금형부, 제1 내지 제2 하측 금형부의 구성들과 대부분이 동일하며, 차이가 있는 구성에 대해 설명하기로 한다.
제3 펀치부의 직경은 2차 성형 이후의 프레스 대상물(P)의 제1 단의 내측 직경과 동일하다.
제3 지지부의 직경은 2차 성형 이후의 프레스 대상물(P)의 제3 단의 내측 직경과 동일하다. 따라서, 프레스 대상물(P)의 제1 단과 제3 단이 측방향으로 지지된 상태에서 3차 성형이 수행될 수 있다.
제3 가이드부의 하부 하단 내측 가장자리는 수직면이 되도록 형성된다. 상술한 바와 같이, 각 가이드부의 하단 내측 가장자리는 상단 이음부(TC)에 대응되어, 상단 이음부(TC)를 성형하게 된다. 따라서, 상단 이음부(TC)가 수직면이므로, 프레스 대상물(P)의 상단 이음부(TC)도 수직면이 되도록 성형할 수 있다.
제3 패드부의 상부 내측 가장자리도 수직면으로 형성되어, 하단 이음부(BC)를 수직면이 되도록 성형할 수 있다.
아래에서는 상술한 제1 프레스 금형기(1000) 내지 제3 프레스 금형기(3000)로 이루어진 프레스 금형 장치를 이용하여, 파이프 형상의 프레스 대상물(P)을 3단 형태의 프레스 성형물(Q)로 제작하는 방법을 설명한다.
도 5 내지 도 8은 제1 프레스 금형기(1000)에 의한 1차 성형, 도 11 내지 도 14는 제2 프레스 금형기(2000)에 의한 2차 성형, 도 17 내지 도 20은 제3 프레스 금형기(3000)에 의한 3차 성형을 순차적으로 보여준다. 도 21 은 본 발명에 의한 프레스 성형 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명에 의한 프레스 성형 방법은 도 21에 도시된 바와 같이, 제1 성형 단계(S100), 제2 성형 단계(S200), 제3 성형 단계(S300)를 포함한다.
아래에서는 도 5 내지 도 9를 참조하여, 제1 프레스 금형기(1000)에 의해 1차 성형하는 제1 성형 단계(S100)를 설명한다. 2차 성형하는 제2 성형 단계(S200), 3차 성형하는 제3 성형단계는 제1 성형단계의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제1 성형 단계(S100)에서는 프레스 대상물(P)을 제1 안착홀(1233a)에 안착시킨다. 제1 상측 금형부(1100)가 하강하면서 제1 펀치 부재(1130)도 하강한다. 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)의 상단에 접촉 또는 타격하면, 제1 타격부(1132)는 프레스 대상물(P)로 인한 반동으로 하강이 완충된다. 제1 타격부(1132)는 그 상측에 제1 가압 부재(1122)가 연결되어 있으므로, 제1 가이드홀(1137) 내에서 제1 펀치부(1134)와 제1 가이드부(1136)에 대하여 상대적으로 상측으로 이동할 수 있다.
제1 타격부(1132)와 무관하게 제1 펀치부(1134)와 제1 가이드부(1136)는 제1 상측 금형부(1100)의 하강에 따라 계속적으로 하강한다. 제1 타격부(1132)는 제1 가이드홀(1137)의 상단에 막혀 더이상 올라가지 못하고, 그 이후부터 함께 하강하며, 프레스 대상물(P)을 가압한다.
프레스 대상물(P)이 가압되는 과정에서, 측면 방향으로의 예측하지 못하는 변형은 제1 펀치부(1134) 및 제1 가이드부(1136)에 의하여 방지된다.
한편, 제1 타격부(1132)가 프레스 대상물(P)을 타격하고 가압하면, 제1 패드부(1232)도 하강한다. 제1 패드부(1232) 하측에는 탄성을 가지는 제1 취출 부재(1212)가 연결되어 있고, 제1 관통홀(1222)의 다단 구조로 인하여, 제1 관통홀(1222) 내에서 상하 이동 가능하다.
제1 상측 금형부(1100)는, 프레스 대상물(P)을 성형하기 위하여 하강한다. 제1 타격부(1132)는 제1 관통홀(1222)의 상단으로 상승하여 제1 상측 고정부(1120)의 내벽에 접촉하여 정지한다.
이때, 프레스 대상물(P)의 3단 구조의 형태가 형성되며, 프레스 대상물(P)의 제1 단은 제1 하부 다이(1220)의 상측에서 형성되고, 제2 단과 제3 단은 제1 관통홀(1222) 내부에서 형성된다. 제2 단은 제1 관통홀(1222)의 상측 입구에서 형성되고, 제3 단은 제2 단의 하측에서 형성된다.
프레스 대상물(P)의 제1 단은 제1 가이드부(1136)에 의해 둘러싸여 형성된다. 또한, 제1 단은 제1 펀치부(1134)와 제1 가이드부(1136) 사이에서 형성된다. 제1 단의 외측면은 제1 가이드부(1136)의 내측면에 의해 지지된다. 특히, 상단 이음부(TC)는 제1 가이드부(1136)의 하단 내측 가장자리에 대응되는 형상으로 형성된다. 즉, 곡률 반경 R1을 가지는 곡면으로 형성된다. 제1 단의 내측면은 제1 펀치부(1134)에 의해 지지된다.
프레스 대상물(P)의 제2 단은 제1 관통홀(1222)의 입구 측면을 따라 형성된다. 제2 단의 외측면은 제1 관통홀(1222)의 입구 측면에 의해 지지된다. 하단 이음부(BC)는 제1 패드부(1232)의 상단 내측 가장자리에 대응되는 형상으로 형성된다. 즉, 곡률 반경 R1을 가지는 곡면으로 형성된다.
프레스 대상물(P)의 제3 단은 제1 패드부(1232)에 둘러싸여 형성된다. 즉, 제3 단의 외측면은 제1 패드부(1232)의 내측면에 의해 지지된다. 또한, 제3 단은 제1 지지부(1236)의 외측에서 형성된다. 제3 단의 내측면은 제1 지지부(1236)에 의해 지지된다.
이후, 제1 상측 금형부(1100)는 다시 상승하고, 제1 취출 부재(1212)에 의한 탄성력이 작용하여, 제1 패드부(1232)도 다시 상측으로 상승한다. 제1 패드부(1232)는 상승하다가, 제1 관통홀(1222)의 상단 및 하단 사이에 형성된 턱에 걸리게 되어 일정 높이까지만 상승이 가능하다. 이때, 1차 성형이 완료된 프레스 대상물(P)은 제1 하부 다이(1220)의 상측으로 노출되게 되어, 취출이 가능하다.
도 11 내지 도 15는 제2 성형 단계의 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
제2 성형 단계(S200)에서는, 제1 프레스 금형기(1000)에서 취출한 프레스 대상물(P)을 제2 프레스 금형기(2000)에서 2차 성형한다. 제2 프레스 금형기(2000)가 프레스 대상물(P)을 성형하는 과정은 상기 1차 성형 과정과 동일하거나 유사하다.
1차 성형이 완료된 프레스 대상물(P)을 제2 프레스 금형기(2000)의 제2 안착홀에 안착시킨 후, 제2 상측 금형부를 하강시켜 성형한다. 이때, 제2 가이드부의 하단 내측 가장자리는 곡률 반경 R2를 가지는 곡면으로 형성되어 있으므로, 프레스 대상물(P)의 상단 이음부(TC)는 곡률 반경 R2를 가지는 곡면으로 성형될 수 있다. 또한, 제2 패드부의 상단 내측 가장자리는 곡률 반경 R2를 가지는 곡면으로 형성되어 있으므로, 프레스 대상물(P)의 하단 이음부(BC)는 곡률 반경 R2를 가지는 곡면으로 성형될 수 있다.
R2는 R1보다 작은 값으로서, 제1 성형 단계(S100)보다 상단 이음부(TC) 및 하단 이음부(BC)를 수직에 점차 수직에 가깝게 성형할 수 있다.
2차 성형이 완료되면, 제2 취출 부재에 의해 프레스 대상물(P)을 취출한다.
도 17 내지 도 21은 제3 성형 단계를 순차적으로 보여주는 도면이다.
제3 성형 단계(S300)에서는, 제2 프레스 금형기(2000)에서 취출한 프레스 대상물(P)을 제3 프레스 금형기(3000)에서 3차 성형한다. 제3 프레스 금형기(3000)가 프레스 대상물(P)을 성형하는 과정은 상기 1차 성형 및 2차 성형 과정과 동일하거나 유사하다.
2차 성형이 완료된 프레스 대상물(P)을 제3 프레스 금형기(3000)의 제3 안착홀에 안착시킨 후, 제3 상측 금형부를 하강시켜 성형한다. 이때, 제3 가이드부의 하단 내측 가장자리는 수직면으로 형성되어 있으므로, 프레스 대상물(P)의 상단 이음부(TC)는 수직면으로 성형될 수 있다. 또한, 제3 패드부의 상단 내측 가장자리는 수직면으로 형성되어 있으므로, 프레스 대상물(P)의 하단 이음부(BC)는 수직면으로 성형될 수 있다.
3차 성형이 완료되면, 제3 취출 부재에 의해 프레스 대상물(P)을 취출한다. 취출된 최종 프레스 성형물(Q)은 도 1에 도시된 제품과 동일하다. 또한, 제1 관통홀(1222), 제2 관통홀, 제3 관통홀 상부 입구의 단면이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나 일 때, 프레스 성형물(Q)의 2단(H2)도 그에 대응되는 형상으로 성형된다.
이후, 프레스 성형물(Q)의 특정 단에 나사선을 형성할 수 있다. 일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이 3단(H3)에 나사선을 형성하여 볼트체결 가능한 구조로 제작할 수 있다.
또한, 여기서 프레스 성형물(Q)은 기존의 주물 방식으로 제조한 성형물과 상이하다. 구체적으로, 기존 주물 방식의 성형물은 제품 전체가 일체형으로 되어 있는 것과 달리, 상술한 프레스 금형장치 및 프레스 성형 방법에 의한 프레스 성형물(Q)은, 상하방향으로 압력을 받아 압축 성형되는 것이다. 따라서, 도 2 또는 도 20에 도시된 바와 같이, 2단(H2)의 내측에는 그 상하부의 소정영역이 서로 분리되어 맞닿은 형태, 즉 상하로 가해지는 외력에 의해 내부가 접힌 상태가 되는 것이지, 기존 주물 방식에 의한 제품과 같이 전체가 일체로 되어 있지 않다. 이러한 구조의 경우, 기존 주물 방식에 의한 일체형 제품보다 내구성 측면에서 유리하다.
상술한 실시예에서는 제1 성형 단계(S100)에서 상단 이음부(TC)와 하단 이음부(BC)의 곡률 반경이 동일하게 R1이 되도록 성형하는 것을 예로 들었으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니고, 서로 상이할 수 있다. 또한, 제2 성형 단계(S200)에서도 상단 이음부(TC)와 하단 이음부(BC)의 곡률 반경이 모두 R2가 아니고, 서로 상이할 수 있다. 이것은 제1 내지 제2 펀치부 하단 내측 가장자리의 곡률 반경, 그리고, 제1 내지 제2 지지부 하단 내측 가장자리의 곡률 반경의 값을 변경하기만 하면 되는 것으로 통상의 기술자에게 자명한 사항이라 할 것이다.
상술한 실시예에서는 최종 프레스 성형물(Q)을 제조하는 단계로서 제1 성형 단계(S100) 내지 제3 성형 단계(S300)로 이루어지는 것으로 하였으나, 그 단계를 세분화하여 최종적으로 상단 이음부(TC) 및 하단 이음부(BC)가 수직면이 되도록 하는 것에도 권리범위가 미치는 것은 자명하다 할 것이다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
P: 프레스 대상물(P) Q: 프레스 성형물
1000: 제1 프레스 금형기 1100: 제1 상측 금형부
1130: 제1 펀치 부재 1132: 제1 타격부
1134: 제1 펀치부 1134: 제1 가이드부
1200: 제1 하측 금형부 1230: 제1 패드 부재
1232: 제1 패드부 1236: 제1 지지부
2000: 제2 프레스 금형기 3000: 제3 프레스 금형기

Claims (19)

  1. 중공이 형성된 파이프 형상의 프레스 대상물을 상측에서부터 하측으로 제1 단 내지 제3 단을 가지는 프레스 성형물로 제조하되, 상기 제1 단 및 상기 제3 단의 직경이 각각 제2 단의 직경보다 작은 파이프 형상으로 제조하기 위한 프레스 금형 장치에 있어서,
    초기의 프레스 대상물을 1차 성형하는 제1 프레스 금형기; 및
    상기 1차 성형된 프레스 대상물을 2차 성형하는 제2 프레스 금형기;를 포함하되,
    상기 제1 프레스 금형기에서는 상기 제1 단과 상기 제2 단이 이어지는 상단 이음부 및 상기 제2 단과 상기 제3 단이 이어지는 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R1을 가지는 곡면을 이루도록 성형하고, 상기 제2 프레스 금형기에서는 상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R2를 가지는 곡면을 이루도록 성형하되, 상기 R2가 상기 R1보다 작은 프레스 금형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레스 금형기는,
    상하 이동이 가능하며, 상기 프레스 대상물을 드로잉하는 제1 펀치 부재를 구비하는 제1 상측 금형부; 및
    상기 제1 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 제1 관통홀이 형성된 제1 하부 다이를 구비하는 제1 하측 금형부;를 포함하고,
    상기 제1 펀치 부재는,
    상기 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 제1 타격부; 및
    상기 제1 타격부의 주위를 둘러싸고, 그 하단 내측 가장자리가 상기 R1의 곡률 반경을 가지는 곡면으로 형성되어 상기 1차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 외측면의 형상을 가이드하는 제1 가이드부;를 포함하고,
    상기 제1 하측 금형부는,
    상기 제1 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 제1 패드 부재;를 포함하며,
    상기 제1 패드 부재는,
    상기 제1 관통홀 내부에 삽입되어, 상기 프레스 대상물의 하단 및 외측면을 지지하며, 그 상단 내측 가장자리가 상기 R1의 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성된 제1 패드부;를 포함하고,
    상기 제2 프레스 금형기는,
    상하 이동이 가능하며, 상기 1차 성형된 프레스 대상물을 드로잉하는 제2 펀치 부재를 구비하는 제2 상측 금형부; 및
    상기 제2 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 제2 관통홀이 형성된 제2 제1 하부 다이를 구비하는 제2 하측 금형부;를 포함하고,
    상기 제2 펀치 부재는,
    상기 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 제2 타격부; 및
    상기 제2 타격부의 주위를 둘러싸고, 그 하단 내측 가장자리가 상기 R2의 곡률 반경을 가지는 곡면으로 형성되어 상기 2차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 외측면의 형상을 가이드하는 제2 가이드부;를 포함하고,
    상기 제2 하측 금형부는,
    상기 제2 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 제2 패드 부재;를 포함하며,
    상기 제2 패드 부재는,
    상기 제2 관통홀 내부에 삽입되며, 상기 프레스 대상물의 하단 및 외측면을 지지하며, 그 상단 내측 가장자리는 상기 R2의 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성된 제2 패드부;를 포함하는 프레스 금형 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 펀치 부재는,
    상기 제1 타격부의 내측에 위치하고, 상기 1차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하며 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 가이드하는 제1 펀치부를 더 포함하고,
    상기 제1 패드 부재는,
    상기 제1 펀치부와 마주보도록 상기 제1 패드부의 내측에 위치하여, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하는 제1 지지부;를 더 포함하며,
    상기 제2 펀치 부재는,
    상기 제2 타격부의 내측에 위치하고, 상기 2차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하며 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 가이드하는 제2 펀치부를 더 포함하고,
    상기 제2 패드 부재는,
    상기 제2 펀치부와 마주보도록 상기 제2 패드부의 내측에 위치하여, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하는 제2 지지부;를 더 포함하는 프레스 금형 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 펀치부 및 상기 제1 지지부의 직경은 상기 프레스 대상물의 내측 직경과 동일하고,
    상기 제2 펀치부의 직경은 상기 1차 성형된 이후의 상기 프레스 대상물의 제1 단의 내측 직경과 동일하고, 상기 제2 지지부의 직경은 상기 1차 성형된 이후의 상기 프레스 대상물의 제3 단의 내측 직경과 동일한 프레스 금형 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 타격부, 상기 제1 가이드부 및 상기 제1 펀치부는 각각 서로 독립적으로 상하 이동 가능하되,
    상기 제1 가이드부의 하단 및 상기 제1 펀치부의 하단은 상기 제1 타격부의 하단보다 더 아래에 있고,
    상기 1차 성형시에,
    상기 제1 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후, 상기 제1 타격부는 상측에 연결된 제1 가압 부재에 의해, 상기 제1 가이드부 및 상기 제1 패드부에 비해 상대적으로 상승하며,
    상기 제1 패드부가 상기 제1 관통홀의 바닥면에 닿을 때까지 상기 제1 상측 금형부 및 상기 제1 패드부가 하강하고,
    상기 제1 단의 외측면은 상기 제1 가이드부의 내측면에 의해 지지되고,
    상기 제2 단의 외측면은 상기 제1 관통홀의 측면에 의하여 지지되며,
    상기 제3 단의 외측면은 상기 제1 패드부의 내측면에 의해 지지되는 프레스 금형 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 패드부에는 상하방향으로 관통하는 제1 패드홀이 형성되되,
    상기 제1 패드홀은,
    상기 프레스 대상물이 안착하는 제1 안착홀; 및
    상기 제1 안착홀의 하부에 형성되며, 상기 제1 안착홀의 직경보다 작은 직경을 가지고. 상기 제1 지지부가 관통하는 제1 지지홀을 포함하는 프레스 금형 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 지지부는 상기 제1 지지홀의 상측으로 돌출되는 제1 돌출부를 포함하고고,
    상기 제1 돌출부는 상기 안착홀에 안착된 상기 프레스 대상물의 상기 중공에 삽입되어, 상기 제1 돌출부의 외측면이 상기 프레스 대상물 하단의 내측면을 지지하는 프레스 금형 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1차 성형시에,
    상기 프레스 대상물의 상단은 상기 제1 가이드부에 상하방향으로 형성된 제1 가이드홀의 하부에 삽입되고,
    상기 프레스 대상물의 하단은 상기 제1 안착홀에 안착하는 프레스 금형 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패드부의 하부에는,
    상기 제1 패드부에 상측으로 탄성력을 제공하여, 1차 성형된 상기 프레스 대상물을 상측으로 취출 가능하게 하는 제1 취출 부재가 연결된 프레스 금형 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통홀의 상측 입구의 단면은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 마련되는 프레스 금형 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 2차 성형된 프레스 대상물을 3차 성형하는 제3 프레스 금형기를 더 포함하되,
    상기 제3 프레스 금형기는, 상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 수직면이 되도록 성형하는 프레스 금형 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 프레스 금형기는,
    상하 이동이 가능하며, 상기 2차 성형된 프레스 대상물을 드로잉하는 제3 펀치 부재를 구비하는 제3 상측 금형부; 및
    상기 제3 상측 금형부의 하측에 마련되며, 상기 프레스 대상물이 내측에 위치하도록 제3 관통홀이 형성된 제3 제1 하부 다이를 구비하는 제3 하측 금형부;를 포함하고,
    상기 제3 펀치 부재는,
    상기 프레스 대상물의 상단을 타격 가능한 제3 타격부; 및
    상기 제3 타격부의 주위를 둘러싸고, 그 하단 내측 가장자리가 수직으로 형성되어 상기 3차 성형 중에 상기 프레스 대상물의 외측면의 형상을 가이드하는 제3 가이드부;를 포함하고,
    상기 제3 하측 금형부는,
    상기 제3 펀치 부재와 마주보도록 위치하며, 성형되는 상기 프레스 대상물을 하측에서 지지하는 제3 패드 부재;를 포함하며,
    상기 제3 패드 부재는,
    상기 제3 관통홀 내부에 삽입되어, 상기 프레스 대상물의 하단 및 외측면을 지지하며, 그 상단 내측 가장자리는 수직으로 형성된 제3 패드부;를 포함하는 프레스 금형 장치.

  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 펀치부재는,
    상기 제3 타격부의 내측에 위치하고, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하며 상기 프레스 대상물의 내측면의 형상을 가이드하는 제3 펀치부;를 더 포함하고,
    상기 제3 패드 부재는,
    상기 제3 펀치부와 마주보도록 상기 제3 패드부의 내측에 위치하여, 상기 프레스 대상물의 내측면을 지지하는 제3 지지부;를 더 포함하는 프레스 금형 장치.
  14. 중공이 형성된 파이프 형상의 프레스 대상물을 상측에서부터 하측으로 제1 단 내지 제3 단을 가지는 프레스 성형물로 제조하되, 상기 제1 단 및 상기 제3 단의 직경이 각각 제2 단의 직경보다 작은 파이프 형상으로 제조하기 위한 프레스 성형 방법에 있어서,
    상기 제1 단과 상기 제2 단이 이어지는 상단 이음부 및 상기 제2 단과 상기 제3 단이 이어지는 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R1을 가지는 곡면을 이루도록 1차 성형하는 제1 성형 단계; 및
    상기 상단 이음부 및 상기 하단 이음부가 소정의 곡률 반경 R2를 가지는 곡면을 이루도록 성형하되, 상기 R2가 상기 R1보다 작도록 2차 성형하는 제2 성형 단계;를 포함하는 프레스 성형 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 성형 단계 이후에 프레스 대상물을 3차 성형하는 제3 성형 단계;를 더 포함하되,
    상기 제3 성형 단계에서는,
    상기 상단 이음부가 수직면이 되도록 성형하고, 상기 하단 이음부가 수직면이 되도록 성형하는 프레스 성형 방법.
  16. 제2항에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 프레스 성형하는 방법으로서,
    상기 제1 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후, 상기 제1 가이드부는 상기 제1 타격부와 독립적으로 승하강하되,
    상기 제1 타격부는, 상기 제1 가이드부 내에서 상기 제1 가이드에 비해 상대적으로 상승하는 성형 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 성형 단계에서는,
    상기 제1 타격부가 상기 프레스 대상물의 상단을 타격한 후, 상기 제1 패드부가 상기 제1 관통홀의 바닥면에 접촉할 때까지 상기 제1 상측 금형부 및 상기 제1 패드부가 하강하며,
    상기 제1 단의 외측면은 상기 제1 가이드부의 내측면에 의해 지지되고,
    상기 제2 단의 외측면은 상기 제1 관통홀의 측면에 의하여 지지되며,
    상기 제3 단의 외측면은 상기 제1 패드부의 내측면에 의해 지지되는 프레스 성형 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 성형 단계에서는,
    상기 제1 지지부의 상부에 형성된 제1 돌출부는 상기 제1 지지홀의 상측으로 돌출되고, 상기 제1 돌출부는 상기 안착홀에 안착된 상기 프레스 대상물의 상기 중공에 삽입되어, 상기 제1 돌출부 외측면이 상기 프레스 대상물 하단의 내측면을 지지하는 프레스 성형 방법.
  19. 제1항에 의한 프레스 금형 장치를 이용하여 성형된 프레스 성형물로서, 상기 제2 단의 내측에는, 그 상하부의 소정 영역이 서로 분리되어 맞닿은 프레스 성형물.
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