KR20200067343A - 피어싱 및 버링 가공을 동시에 실시하는 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 금형의 버링 형상 성형 장치는, 중앙부에 피어싱 펀치가 형성된 상부 금형; 상기 상부 금형의 하부 상에서 상기 피어싱 펀치의 내부 이동을 가능하게 하는 취출홀이 형성된 버링 펀치;상기 상부 금형을 지지하는 형상의 금형 패드; 및 상기 금형 패드의 하단을 지지하는 구조로 결합되는 탄성 가압원;을 포함하고, 상기 탄성 가압원은, 상기 상부 금형의 다단에 따른 하강에 따라 상기 금형 패드의 상하 변위를 조절하는 기능을 한다.

Description

피어싱 및 버링 가공을 동시에 실시하는 성형 장치{Manufacturing Apparatus for performing piercing processing and burring processing simultaneously}

본 발명은 피어싱 및 버링 동시 성형 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금형의 단계적인 하강 동작을 통해 피어싱 및 버링을 하나의 일체화된 금형을 통해서 수행할 수 있는 성형 장치에 관한 것이다.

종래의 핫 스탬핑(hot stamping) 공정은 붕소 합금강(boron alloyed steel) 등을 고온으로 가열한 뒤 금형으로 이송하여 성형과 동시에 급냉을 통한 ??칭 공정을 거치게 되어 1.5 GPa 이상의 강도 보장 및 고온 성형에 의한 성형성 우수, 스프링백 감소의 장점을 갖는 공정이다.

종래의 버링(Burring) 공정은 피어싱된 금속 판재의 가장자리를 다이 속으로 끌고 들어가며 확장시킨 상태에서 돌출부를 성형하는 공정으로 체결을 위한 나사산 가공용 부품에 다수 적용되는 공정이다.

한편, 종래의 핫 스탬핑 제품 접합 공정은 레이저 및 점 용접을 통하여 다른 부품과의 체결을 적용 중에 있다.

종래의 버링 공정은 피어싱 공정 후 홀 확장 공정을 통한 버링 성형을 하게 되는바, 소재 가열 후에 성형하게 되는 핫 스탬핑 공정에서는 소재 가열 시에 열팽창에 의한 소재와 금형 간의 얼라인먼트(Alignment) 불일치에 의한 불량 발생이 야기되는 문제점이 있게 된다.

종래의 핫 스탬핑 부품 체결 공정의 경우에는 핫스탬핑 성형 소재의 첨가물 및 도금에 의해 용접에 의한 체결이 어렵다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1033361호 "생산성을 향상시킨 열간 프레스 성형체 제조방법" (2011.05.09.) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0056374호 "프레스 성형품의 제조 방법 및 프레스 성형 설비" (2014.05.09.)

본 발명의 목적은 가열된 소재를 금형 상에 투입하는 것과 동시에 피어싱 및 버링을 동시에 이뤄지게 하여 얼라인먼트 불일치에 의한 불량을 방지하고, 버링 성형부 내측에 나사산을 가공하여 부품간 체결시 기계적 체결을 가능하게 하는 기술적 특징을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금형의 버링 형상 성형 장치는, 중앙부에 피어싱 펀치가 형성된 상부 금형; 상기 상부 금형의 하부 상에서 상기 피어싱 펀치의 내부 이동을 가능하게 하는 취출홀이 형성된 버링 펀치;상기 상부 금형을 지지하는 형상의 금형 패드; 및 상기 금형 패드의 하단을 지지하는 구조로 결합되는 탄성 가압원;을 포함하고, 상기 탄성 가압원은, 상기 상부 금형의 다단에 따른 하강에 따라 상기 금형 패드의 상하 변위를 조절하는 기능을 한다.

상기 버링 펀치의 외측 상에는 냉각 채널을 추가적으로 설치한다.

상기 냉각 채널은 상기 상부 금형(10)을 이루는 금형 가압부(14) 또는 상기 버링 펀치(20)의 내부 상에 배치된다.

상기 상부 금형(10)은 중앙부에 형성된 피어싱 펀치(12) 및 상기 피어싱 펀치(12)를 중심으로 하여 형성된 금형 가압부(14)를 포함하고, 상기 피어싱 펀치(12)의 하단은 상기 금형 가압부(14)의 하단보다 더 하부 방향으로 돌출된 상태로 배치되고, 상기 상부 금형(10)이 1차적으로 하강하여 상기 금형 패드(30) 상에 놓인 판재 상에 상기 금형 가압부(14)가 접촉하여 가압을 개시한 시점에서, 상기 피어싱 펀치(12)를 통해 판재 상에 피어싱 공정을 수행하는 구조이다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.

구체적으로는, 핫 스탬핑 고온 전단 후에 피어싱 후 버링 성형이 동시에 진행되는 구조로써, 하나의 공정 안에서 피어싱과 버링이 동시에 진행되어 얼라인먼트 불일치에 의한 성형 불량을 방지한다.

본 발명은 금형을 구성하는 버링 성형부의 외측에 냉각 채널을 설치한 상태에서 버링부 ??칭에 의한 강도 상승을 방지하여 기계적 체결을 위한 나사산 가공을 용이하게 한다.

본 발명은 버링 성형 펀치와 피어싱 다이부 역할을 동시에 수행하는 버링 펀치 내부로 상측에 위치한 피어싱 펀치를 하강하게 하는 동작을 통해 피어싱 및 스크랩 취출을 용이하게 한다.

본 발명은 공급된 판재의 가장자리를 지지하는 피어싱 패드의 하측에 피어싱 공정 중 발생되는 전단 하중을 버틸 수 있는 탄성 가압원을 적용하여 상기 피어싱 패드를 지지하게 함으로써, 공급된 판재에 대한 피어싱과 버링의 단계적인 가공을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 피어싱 및 버링 가공을 동시에 실시하는 성형 장치의 구성을 보이는 도면이다.
도 2는 도 1의 성형 장치 상에서 상부 금형의 1차 하강을 통해 공급된 판재 상에 피어싱 가공을 수행하는 상태를 보이는 도면이다.
도 3은 도 1의 성형 장치 상에서 상부 금형의 2차 하강을 통해 공급된 판재 상에 버링 가공을 수행하는 상태를 보이는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 성형 장치를 이용하여 공급된 판재 상에 피어싱 및 버링을 연속적으로 행하는 과정을 순서대로 보인다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 피어싱 및 버링 가공을 동시에 실시하는 성형 장치의 구성을 보인다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 성형 장치는 중앙부에 피어싱 펀치(12)가 형성된 상부 금형(10), 상부 금형의 하부 상에서 피어싱 펀치의 내부 이동을 가능하게 하는 취출홀(22)이 형성된 버링 펀치(20), 버링 펀치(20)의 내부 슬라이딩 이동을 가능하게 하도록 펀치 이동로(32)가 형성된 상태에서 상부 금형(10)을 지지하는 형상의 금형 패드(30), 및 금형 패드(30)의 하단을 지지하는 구조로 결합되는 탄성 가압원(40)을 포함한다.

상부 금형(10)은 중앙부에 형성된 피어싱 펀치(12) 및 피어싱 펀치(12)를 중심으로 하여 형성된 금형 가압부(14)를 포함한다. 피어싱 펀치(12)는 공급된 판재(P) 상에 버링 홀을 형성하고자 하는 경우에, 상기 버링 홀에 대한 사전 정지 작업의 차원으로서 불필요한 스크랩을 제거하는 차원의 공정을 수행하게 한다.

상기 피어싱 펀치(12)는 예를 들어 하단으로부터 소정거리까지는 일정한 직경의 원통 형상을 유지한 상태에서 이후 점점 그 직경이 커지는 상태의 구조를 통해 최종적으로는 그 끝단이 금형 가압부(14)의 내측단에 도달하는 구조를 가질 수 있다.

피어싱 펀치(12)의 하단은 금형 가압부(14)의 하단보다 더 하부 방향으로 돌출된 상태로 배치된다. 이는 상부 금형(10)이 1차적으로 하강하여 금형 패드(30) 상에 놓인 판재 상에 금형 가압부(14)가 접촉하여 가압을 개시한 시점에서, 상기 피어싱 펀치(12)를 통해 판재 상에 충분한 피어싱 공정이 수행될 수 있도록 하는 구조를 제공하는 것이다.

상기의 피어싱 공정 수행 상태에서, 탄성 가압원(40)은 금형 패드(30)의 상하 요동이 없도록 안정적으로 지지한다. 금형 패드(30)에 놓인 판재 상에 피어싱 펀치(12)를 통해 펀칭을 수행하게 되면, 상당한 전단 압력이 판재 상에 가해지게 되는데 상기 전단 압력을 통해 금형 패드(30) 상에 전달되는 외력으로 상기 금형 패드(30)의 처짐이 발생하지 않도록 제어부 상에 설정된 1차 임계 하중 조건으로 탄성 가압원(40)을 제어한다. 즉, 공급된 판재(P) 상에 피어싱 펀치(12)를 통해 피어싱을 수행하는 공정 중에는 판재의 처짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

버링 펀치(20)는 피어싱 펀치(12)의 하강 시에 원활한 슬라이딩 이동을 가능하게 하도록 상기 피어싱 펀치(12)의 직경에 여유 공차를 둔 상태로 설계를 진행한다. 즉, 상부 금형의 하강 시에 피어싱 펀치(12)를 통해 공급된 판재에 대한 펀칭을 수행하게 되고, 판재에서 펀칭되어 분리된 스크랩은 피어싱 펀치(12)의 하단의 이동과 함께 취출홀(22) 상으로 이동하게 된다.

버링 펀치(20)는 그 상단이 소정의 곡면부를 갖도록 형성된다. 구체적으로, 일 실시예로 버링 펀치(20)의 상단은 취출홀(22)의 가장자리에서 소정거리 평탄면을 유지한 후에 하부 방향으로 기울어진 곡면을 갖는 형태일 수 있다. 한편, 다른 실시예로서 버링 펀치(20)의 상단은 취출홀(22)의 가장자리에서 바로 하부 방향으로 기울어진 곡면을 갖는 형태일 수 있다.

금형 패드(30)는 공급된 판재를 전체적으로 지지하는 기능을 하는 것으로서, 탄성 가압원(40)과 연동한 상태에서 피어싱 및 버링 수행에 핵심적인 역할을 수행한다.

금형 패드(30)에 형성된 펀치 이동로(32)의 직경(d2)은 상부 금형(10)에 형성된 금형 가압부(14)의 내부 직경(d1)보다 작게 형성된다. 이는 펀치 이동로(32)에서 상기 버링 펀치(20)의 상부 방향으로의 이동 시에, 상기 버링 펀치(20)와 금형 가압부(14) 사이의 공간을 통해 변형되어 구부러지는 판재의 위치 선정을 위해 요구된다.

공급된 판재에 대한 펀칭이 완료된 상태에서, 1차 임계 하중 조건을 넘는 하중으로 상부 금형(10)을 통해 금형 패드(30)를 가압하는 경우에 탄성 가압원(40)은 상기 금형 패드(30)의 하강을 가능하게 한다.

상기 금형 패드(30)의 하강 시에는 펀치 이동로(32)를 통한 버링 펀치(20)의 상대적인 상승 이동을 가능하게 한다. 즉, 금형 패드(30) 상에 피어싱이 이루어진 판재가 놓인 상태에서 버링 펀치(20)의 상승은 판재의 피어싱 홀에 대한 버링 성형을 가능하게 한다. 여기에서, 판재의 버링되는 부분은 버링 펀치(20)와 금형 가압부(14) 사이의 공간 상을 통해 구부러지게 된다. 버링 펀치(20)의 상단 곡면 부분은 판재의 펀칭된 부분을 상부로 구부러지게 하는 과정에서 마찰을 최소화한 상태로 변형을 가능하게 한다.

상기에서 판재의 버링되는 부분에 해당하는 버링 성형부의 내측에는 나사산을 가공하게 되는데, 이를 통해 부품 간의 체결 시에 결합 볼트 등을 통한 기계적 체결을 가능하게 한다.

한편, 상기 버링 성형부의 외측에는 냉각 채널이 배치되도록 한 상태에서, 버링 성형부의 ??칭에 의한 강도 상승을 방지하여 기계적 체결을 위한 나사산 가공을 용이하게 한다. 상기 냉각 채널은 상부 금형(10)을 이루는 금형 가압부(14) 또는 버링 펀치(20)의 내부 상에 배치되도록 할 수 있다. 즉, 버링 펀치(20)와 금형 가압부(14) 사이의 공간 상을 통해 판재의 버링되는 부분이 위치한 상태에서 금형 가압부(14) 또는 버링 펀치(20) 내에 삽입 배치된 냉각 채널을 통해서 ??칭 냉각을 가능하게 한다.

상기 탄성 가압원(40)은 상부 금형의 다단에 따른 하강에 따라 금형 패드의 상하 변위를 조절하는 기능을 한다.

즉, 설정된 1차 임계 하중 조건을 넘지 않는 경우에는 탄성 가압원(40)이 시작 위치를 유지함으로써 상기 금형 패드(30)의 처짐을 방지하여 피어싱을 실시하고, 상기 설정된 1차 임계 하중 조건을 넘는 경우에는 상기 탄성 가압원(40)이 시작 위치를 벗어나 변형하여 금형 패드(30)의 하강을 가능하게 함으로써 버링 가공을 가능하게 한다.

상기 탄성 가압원(40)은 소정의 스프링 상수를 갖는 스프링 형태일 수 있다. 즉, 임계 하중이 가해지기 전까지는 변형하지 않고 초기의 형태를 유지하는 구조일 수 있다.

공급된 판재에 대한 피어싱 및 버링 공정을 완료한 후에는 피어싱 펀치(12)의 상승을 통해 원래 위치로 회귀하게 함으로써 버링이 완료된 판재 제품의 취출을 가능하게 한다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

10 : 상부 금형
12 : 피어싱 펀치
14 : 금형 가압부
20 : 버링 펀치
22 : 취출홀
30 : 금형 패드
32 : 펀치 이동로
40 : 탄성 가압원

Claims (4)

1. 중앙부에 피어싱 펀치가 형성된 상부 금형;
   상기 상부 금형의 하부 상에서 상기 피어싱 펀치의 내부 이동을 가능하게 하는 취출홀이 형성된 버링 펀치;
   상기 상부 금형을 지지하는 형상의 금형 패드; 및
   상기 금형 패드의 하단을 지지하는 구조로 결합되는 탄성 가압원;을 포함하고,
   상기 탄성 가압원은, 상기 상부 금형의 다단에 따른 하강에 따라 상기 금형 패드의 상하 변위를 조절하는 기능을 하는,
   금형의 버링 형상 성형 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 버링 펀치의 외측 상에는 냉각 채널을 추가적으로 설치하는 것을 특징으로 하는,
   금형의 버링 형상 성형 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 채널은 상기 상부 금형(10)을 이루는 금형 가압부(14) 또는 상기 버링 펀치(20)의 내부 상에 배치되는,
   금형의 버링 형상 성형 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 금형(10)은 중앙부에 형성된 피어싱 펀치(12) 및 상기 피어싱 펀치(12)를 중심으로 하여 형성된 금형 가압부(14)를 포함하고,
   상기 피어싱 펀치(12)의 하단은 상기 금형 가압부(14)의 하단보다 더 하부 방향으로 돌출된 상태로 배치되고, 상기 상부 금형(10)이 1차적으로 하강하여 상기 금형 패드(30) 상에 놓인 판재 상에 상기 금형 가압부(14)가 접촉하여 가압을 개시한 시점에서, 상기 피어싱 펀치(12)를 통해 판재 상에 피어싱 공정을 수행하는 구조인,
   금형의 버링 형상 성형 장치.

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