KR20200050230A - 복합 프로그레시브 금형을 이용한 성형기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종부품의 동시성형이 가능한 유압시스템이 적용된 복합 프로그레시브 금형 및 성형기술에 관한 것으로, 유압실린더의 복귀능력을 보완하고, 소재 변화에 따라 가압력을 조절하기 위해 유압실린더에 연결되는 에어부스터와 이종코일의 위치조정을 위한 코일피더를 포함하여 구성되며, Over Bending을 적용하여 Spring Back을 해소하고, 금형의 세트화 및 모듈화를 통해 변경 및 수리가 용이하도록 개선한 것이다.

Description

복합 프로그레시브 금형 및 성형기술{Composite progressive mold and molding technology}

본 발명은 차량의 부품 등을 성형하기 위한 복합 프로그레시브 금형 및 성형기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종부품의 동시성형이 가능한 유압시스템이 적용된 복합 프로그레시브 금형 및 성형기술에 관한 것이다.

또한, 성형과정에서 오버벤딩(Over Bending)을 적용하여 스프링백(Spring Back)을 해소하고, 금형의 세트화 및 모듈화를 통해 변경 및 수리가 용이하도록 개선한 것이다.

화석 연료 자원의 매장량 감소에 따른 가격 상승과 대기 온난화에 의한 기후변화는 제조산업의 기반 여건에 많은 변화를 가져왔다.

특히, 자동차 산업에 있어서 연료 사용량과 배기가스 배출량 감소를 위하여 차량의 연비에 대한 규제가 점진적으로 강화되는 추세이며, 이에 대한 근본적인 대응으로 대체 연료의 개발을 추진하고 있으나, 현재로서는 차체 경량화에 의한 연비 향상이 가장 유력한 대안으로 평가되고 있다.

이에, 차체 경량화를 위한 비용효율적인 방안으로서 기존 자동차용 판재의 고강도화에 관심이 증대되고, 자동차용 고강도 강재 개발을 위한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다.

그 결과, 강도대비 성형성이 우수한 다상 복합조직 기반의 고강도 강판이 개발되었을 뿐 아니라, 성형공정 기술발전에 힘입어 1GPa 이상의 강도를 갖는 초고강도 강판도 개발되어 점차 적용범위를 넓혀가고 있다.

이와 같은 자동차용 강판의 고강도화는 냉간 프레스 성형에서의 작업 조건이 가혹해짐을 의미하며, 이는 기존에 사용되어 왔던 냉간 프레스 금형의 수명 감소로 이어져 이를 해결하기 위한 금형 공정의 개선이 시급한 실정이다.

이렇듯 소재의 고강도화가 대기업 및 연구소를 중심으로 빠르게 진행되고 있음에도 불구하고, 관련 금형은 연구 개발 투자가 힘든 중소기업에서 주로 제작되고 있기 때문에 소재의 개발속도를 따라가지 못하고 있다.

현재 우리나라의 주요 수출품인 자동차 산업의 경우, 자체 금형 개발 및 제작이 중요한데, 상당수의 부품들이 단발금형을 이용하여 여러 번의 프레스 작업공정을 통해 생산되므로 생산속도가 느리고, 넓은 점유면적과 다수의 작업자가 요구되기 때문에 상대적으로 인건비가 높은 우리나라가 중국 등 주변국에 경쟁우위를 빼앗기고 시장경쟁력을 잃는 위기를 초래할 수 있다.

한편, 초고강도 소재의 성형은 고난이도 가공이므로 제품의 크랙이나 스프링 백과 같은 품질저하, 성형하중 증가, 금형의 균열, 파손, 코팅박리 등 금형수명의 단축과 같은 문제점을 해결할 수 있는 금형기술의 개발이 필수적이다.

현재 상용되는 텐덤금형은 금형의 설계 및 제작이 용이하여 변경이나 수리가 간편하며, 불량 확인이 신속한 반면에 다수의 인력이 필요하고, 공정간 반제품의 정체가 발생하므로 적재공간이 요구되는 단점이 있다.

또, 프로그레시브 금형은 여러 공정을 연속적으로 작업할 수 있어 소형 대량생산에 적합하고, 고속생산 및 무인운전이 가능하여 생산성이 높지만, 재료의 이용률이 낮고, 형상에 따라 변형저항이 달라지기 때문에 제품의 비틀림이 발생할 수 있으므로 고정밀 프레스와 별도의 소재 이송장비가 필요하며 수리나 변경이 곤란한 단점이 있다.

한국 공개특허 제10-2009-0091406호(2009.08.28)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 초고강도 소재의 성형시 이종부품의 동시성형이 가능하며, 불량률을 최소화하고, 공정의 집적화 및 자동화를 통해 대량생산이 가능하며, 제품 개발기간을 단축하고 비용을 절감하여 생산성을 향상할 수 있는 금형 및 성형기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 고가의 금형을 공정단위별로 세트화하고 베이스부와 인서트부를 모듈화하여 일부만 수리 및 변경가능하도록 함으로써 금형의 수명을 연장하고, 유지관리 비용을 절감할 수 있는 금형 및 성형기술의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 이종부품을 하나의 복합라인에서 동시생산할 수 있도록 복합 프로그레시브 금형으로 구성하되,

초고강도 소재의 성형이 가능한 유압실린더와;

상기 유압실린더의 복귀능력을 보완하고, 소재 변화시 달라지는 항복강도에 따라 가압력을 조절하기 위해 유압실린더의 오일포터에 연결되는 에어부스터와;

레벨러에 이종코일의 투입이 가능한 코일 고정용 롤러, 레벨러의 정위치에 코일을 세팅하기 위한 코일롤가이드, NC 레벨러 피더의 위치조정을 위한 가이드롤러, NC 레벨러 피더의 미세조정을 위한 볼가이드, 상기 볼가이드의 위치이동에 필요한 리테이너 볼스크류 및 리니어부시가 구비된 코일피더를 포함하여 구성된 것을 그 기술적 구성상의 기본적인 특징으로 한다.

또한, Over Bending을 적용하여 Spring Back을 해소하고, 피치단위별 공정을 한 세트로 묶어 세트단위로 금형을 형성하되, 금형의 베이스부와 인서트부를 표준화하여 분리형성함으로써 모듈화하는 것을 그 공법상의 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면,

첫째, 이종부품을 하나의 복합라인에서 동시에 생산하는 것이 가능하므로 생산성 향상, 점유면적 축소, 원가절감과 같은 효과를 얻을 수 있다.

둘째, 유압실린더의 복귀능력을 보완할 수 있는 에어부스터를 유압실린더에 연결하여 소재 변경시 달라지는 항복강도에 따라 가압력을 조절할 수 있도록 함으로써 초고강도 소재 이종부품의 성형성을 확보하고 신뢰도 높은 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 이종코일의 투입 및 정위치 조정수단이 구비된 코일피더를 통해 이종부품의 소재공급이 가능하게 된다.

넷째, Over Bending 공법을 적용하여 Spring Back을 해소하고, 소재 브리지부를 보강하며, 고윤활 표면처리를 함으로써 품질의 향상을 가져올 수 있다.

다섯째, 고가의 금형을 공정단위별로 분할하여 세트화하고, 금형의 베이스부와 인서트부의 표준화를 통해 모듈화함으로써 금형의 부분교체 및 수리가 용이하기 때문에 금형의 수명을 연장하고, 유지관리 비용을 절감하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 유압시스템을 나타낸 예시도
도 2는 본 발명의 코일피더를 나타낸 정면도 및 평면도
도 3은 14피치 공정을 한세트로 묶어 6세트로 나타낸 예시도
도 4는 본 발명의 베이스부와 인서트부를 나타낸 측면도
도 5는 본 발명의 Over Bending 공법을 나타낸 작용상태도

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 복합 프로그레시브 금형 및 성형기술에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 이종부품을 하나의 복합라인에서 동시 생산할 수 있는 복합 프로그레시브 금형(1)으로서, 그 기술적 주요구성은 다음과 같다.

먼저, 초고강도 소재의 성형을 위한 유압시스템을 구비하여 가압력을 제공하도록 한다.

일반적으로 금형의 구조상 PAD의 크기에 따라 가압력이 결정되는데, 높은 가압력을 얻기 위하여 PAD가 커지면 금형의 크기 증대에 따른 제작비 증가의 문제가 발생하고, PAD의 크기가 작을수록 점유공간이 적어지므로 PAD 구조를 단순화, 소형화할 수 있는 유압시스템이 바람직하다.

따라서, 도 1에 도시한 바와 같이, 작은 면적으로 큰 힘이 발생되도록 프레스 볼스터 어보브면에 에어부스터(11)를 설치하고 유압실린더(10)의 오일포터(10-1)에 연결하여 에어부스터(11)의 내경면적의 조절을 통해 유압실린더(10)의 압력을 결정한다.

또한, 에어부스터(11)는 유압실린더(10)의 단점인 복귀능력의 한계를 보완할 뿐 아니라 소재의 항복강도에 따라 알맞은 성형압을 분배할 수 있도록 가압력과 위치의 조절을 용이하게 하므로 이종부품의 동시생산이 가능하게 된다.

그리고, 이종코일의 이송을 위한 코일피더(2)가 구비되는데, 레벨러에 이종코일의 투입이 가능하도록 코일 고정용 롤러(2-1)를 형성하고, 레벨러의 정위치에 코일을 세팅하기 위하여 코일롤가이드(2-2)를 형성하며, NC 레벨러 피더의 위치조정을 위해 가이드롤러(2-3)를 형성하고, NC 레벨러 피더의 미세조정을 위한 볼가이드와 상기 볼가이드의 위치이동에 필요한 리테이너 볼스크류 및 리니어부시(2-4)를 포함하여 구성된다.(도 2 참조)

한편, 도 3에 예시한 바와 같이, 14피치 공정을 한세트로 묶어 6세트로 제작하는 등의 방식에 의해 피치단위별로 공정을 세트화하고, 도 4에 도시한 바와 같이, 금형의 베이스부(1-1)와 인서트부(1-2)를 표준화하여 분리형성함으로써 모듈화한다.

이렇게 금형을 세트화, 표준화, 모듈화하여 구성함으로써 부분변경 및 수리가 용이하게 하면 고가인 금형의 수정 및 보수비용을 최소화하고 설계변경 및 개선속도를 빠르게 하여 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 금형의 구조, 부품 및 설계조건의 통일을 이루는 표준화가 이루어지면 부품의 호환성이 높아 품질이 안정되고, 금형 제작기간을 단축할 수 있으며, 교체 및 보수가 용이해지므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 프로그레시브 가공의 문제점인 Spring Back을 해소하기 위하여 Over Bending 공법(도6 참조)을 적용하는데, 예를 들어 슬라이드(3) 1mm 하강시 측벽부를 0.62~0.8mm 축소하는 것과 같이 Over Bending을 실시하면 성형과정의 가공지연효과를 억제할 수 있다.

또한, 슬라이드(3) 하강거리에 따라 좌우 캠(4)의 거리 뿐만 아니라 각도에도 변화를 주면 부가적으로 성형압을 감소할 수 있다.

한편, 품질에 가장 큰 영향을 미치는 전단면의 정밀도 향상 위해 고윤활 표면처리를 하는 것이 바람직하다.

초고강도 소재를 성형하는 과정에서 발열과 마모가 발생하게 되고, 성형시 제품에 인장과 압축이 동시에 가해지면 살몰림이나 주름과 같은 결함이 발생되어 품질이 저하될 뿐 아니라 심하면 금형의 파손까지 유발할 수 있으므로 소재의 유동을 증대시킬 수 있도록 금형 표면에 고체윤활 피막을 형성시키는 표면처리를 실시하되, nitriding TiAlCrN을 450℃에서 7~10㎛ 두께로 코팅하여 고온경도를 향상하고, 내마모성을 증대시킨다.

1 : 복합 프로그레시브 금형
1-1 : 베이스부
1-2 : 인서트부
2 : 코일피더
2-1 : 코일 고정용 롤러
2-2 : 코일롤가이드
2-3 : 가이드롤러
2-4 : 리테이너 볼스크류 및 리니어부시
3 : 슬라이드
4 : 캠
10 : 유압실린더
10-1 : 오일포터
11 : 에어부스터

Claims (2)

1. 이종부품의 동시성형이 가능한 복합 프로그레시브 금형에 있어서,
   초고강도 소재의 성형이 가능한 유압실린더와;
   상기 유압실린더의 복귀능력을 보완하고, 소재 변화시 달라지는 항복강도에 따라 가압력을 조절하기 위해 유압실린더의 오일포터에 연결되는 에어부스터와;
   레벨러에 이종코일의 투입이 가능한 코일 고정용 롤러, 레벨러의 정위치에 코일을 세팅하기 위한 코일롤가이드, NC 레벨러 피더의 위치조정을 위한 가이드롤러, NC 레벨러 피더의 미세조정을 위한 볼가이드, 상기 볼가이드의 위치이동에 필요한 리테이너 볼스크류 및 리니어부시가 구비된 코일피더를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 프로그레시브 금형.
2. 제 1 항에 있어서,
   슬라이드 하강거리에 따라 캠 사이의 거리를 좁혀 측벽부를 축소함과 동시에 각도조정을 통해 성형압을 감소하는 Over Bending 공법과;
   피치단위별 공정을 한 세트로 묶어 세트단위로 금형을 형성하되, 금형의 베이스부와 인서트부를 표준화하여 분리형성함으로써 모듈화하는 것을 특징으로 하는 복합 프로그레시브 공법의 성형기술.

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