KR20210016964A

KR20210016964A - 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치

Info

Publication number: KR20210016964A
Application number: KR1020190095471A
Authority: KR
Inventors: 이동호; 이영훈; 장세훈
Original assignee: 주식회사 넥스플러스
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-02-17
Also published as: KR102238022B1

Abstract

본 발명은 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치에 관한 것으로, 다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 다수개의 상부 엠보싱 펀치가 배치되는 상부 금형; 및 다수개의 가이드 부쉬에 삽입되어 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상부 엠보싱 펀치와 대응되는 위치에 다수개의 하부 엠보싱 펀치가 배치되는 하부 금형을 포함하며, 다수개의 상부 펀치 블럭과 다수개의 하부 펀치 블럭은 각각 제1수평방향으로 M개 배치되고 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 N개가 배치되어 M×N으로 배열되고, M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭의 하부면이나 하부 펀치 블럭의 상부면에는 각각 물결 모양의 엠보싱이 형성되며, M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭 중 제1수평방향을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭은 다른 상부 펀치 블럭과 높이가 다르게 배치는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치{Embossing press apparatus of porous metal body manufacturing system}

본 발명은 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치에 관한 것으로, 특히 피어싱이 완료된 금속 시트에 엠보싱을 형성하는 펀치를 다수개의 펀치 블럭으로 분할하여 가공함으로써 펀치의 가공 정밀도를 개선시킬 수 있는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치에 관한 것이다.

연료전지는 기체확산층이 포함되어 구성된다. 기체확산층은 금속 다공체가 사용되며, 금속 다공체는 금속 메시(Metal mesh)와 익스팬디드 메탈(Expanded metal)이 있다. 금속 메시는 다수의 금속 와이어를 그물망 형상으로 교차시켜 고정시켜 형성하는 것이고, 익스팬디드 메탈은 금속판을 금형 내에서 프레스 가공하여 사각홀을 형성하는 것이며, 관련 기술이 한국등록특허공보 제10-1230892호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.

한국등록특허공보 제10-1230892호는 연료전지용 금속 다공체에 관한 것으로, 막전극접합체의 반응영역과 접합하는 반응영역 부분이 다공체 구조로 형성되고, 반응영역에 해당하는 다공체 부분을 제외한 나머지 외곽 가장자리 부분이 평탄한 면 구조의 평탄부로 이루어지며, 양단에 위치하는 평탄부에 수소, 공기, 냉각수가 통과하게 되는 매니폴드 홀이 형성되어, 탄부의 각 매니폴드 홀이 셀 적층 후 분리판의 매니폴드 홀과 함께 수소, 공기, 냉각수용 입구 매니폴드와 출구 매니폴드를 구성하게 된다.

한국등록특허공보 제10-1230892호에 공개된 연료전지용 금속 다공체는 사용시 소재 특성상 절단 후에는 외곽의 가장자리 부분이 매우 날카로운 상태로 존재하게 되므로 기존의 독립적인 금속 다공체를 적용할 경우 셀 적층시 날카로운 외곽 형상으로 인해 핸들링 및 작업성 측면에서도 문제가 있으며, 이를 해결하기 위한 것으로 막전극접합체의 반응영역과 접합하는 반응영역 부분이 다공체 구조로 형성되고, 반응영역에 해당하는 다공체 부분을 제외한 나머지 외곽 가장자리 부분이 평탄한 면 구조의 평탄부로 구성하게 된다.

전술한 것과 같은 종래의 연료전지용 금속 다공체는 외곽의 날카로운 가장자리 부분을 평탄화시켜 해결하고 있지만 반응기체의 확산성과 물배출이 용이하여 셀 성능 향상에 기여하는 홀(hole)이나 미세 패턴(pattern)이 형성된 금속 다공체에 프레스를 이용해 미세한 엠보싱을 형성하는 경우에 펀치의 가공 오차 등으로 인해 제조가 용이하지 않은 문제점이 있다.

1): 한국등록특허공보 제10-1230892호

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피어싱이 완료된 금속 시트에 엠보싱을 형성하는 펀치를 다수개의 펀치 블럭으로 분할하여 가공함으로써 펀치의 가공 정밀도를 개선시킬 수 있는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 엠보싱을 형성하는 펀치를 다수개의 펀치 블럭으로 분할하여 가공함으로써 펀치의 가공 정밀도를 개선시킴에 의해 금속 다공체에 엠보싱 형성하는 작업의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치는 다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 다수개의 상부 펀치 블럭이 배치되는 상부 금형; 및 상기 다수개의 가이드 부쉬에 삽입되어 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상부 펀치 블럭과 대응되는 위치에 다수개의 하부 펀치 블럭이 배치되는 하부 금형을 포함하며, 상기 다수개의 상부 펀치 블럭과 상기 다수개의 하부 펀치 블럭은 각각 제1수평방향으로 M개 배치되고 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 N개가 배치되어 M×N으로 배열되고, 상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭의 하부면이나 하부 펀치 블럭의 상부면에는 각각 물결 모양의 엠보싱이 형성되며, 상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭 중 제1수평방향을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭은 다른 상부 펀치 블럭과 높이가 다르게 배치되며, 상기 M과 N은 각각 자연수인 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치는 피어싱이 완료된 금속 시트에 엠보싱을 형성하는 펀치를 다수개의 펀치 블럭으로 분할하여 가공함으로써 펀치의 가공 정밀도를 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 엠보싱을 형성하는 펀치를 다수개의 펀치 블럭으로 분할하여 가공함으로써 펀치의 가공 정밀도를 개선시킴에 의해 금속 다공체에 엠보싱 형성하는 작업의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 엠보싱 프레스 장치의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 상부 펀치 블럭과 하부 펀치 블럭에 의해 엠보싱이 형성된 금속시트의 확대 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 다수개의 상부 펀치 블럭의 저면도,
도 4는 도 1에 도시된 하부 펀치 블럭의 다른 실시예를 나타낸 측면도,
도 5는 도 1에 도시된 엠보싱 프레스 장치가 적용된 금속 다공체 제조 시스템의 평면도,
도 6은 도 5에 도시된 피어싱 프레스의 합형 후의 상태를 나타낸 측면도,
도 7은 도 6에 도시된 상부 금형의 저면도,
도 8은 도 5에 도시된 트리밍 프레스의 측면도,
도 9는 도 5에 도시된 금속 시트 피더의 평면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치는 상부 금형(311)과 하부 금형(312)을 포함하여 구성된다.

상부 금형(311)은 다수개의 가이드 부쉬(311a)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며, 하부에 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)이 배치된다. 하부 금형(312)은 다수개의 가이드 부쉬(311a)에 삽입되어 상부 금형(311)과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(312a)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며, 상부에 상부 펀치 블럭(311b)과 대응되는 위치에 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)이 배치된다. 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)과 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)은 각각 제1수평방향(X)으로 M개 배치되고 제1수평방향(X)과 직교하는 제2수평방향(Y)으로 N개가 배치되어 M×N으로 배열되고, M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면이나 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에는 각각 물결 모양의 엠보싱이 형성되며, M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b) 중 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)은 다른 상부 펀치 블럭(311b)과 높이가 다르게 배치되며, M과 N은 각각 자연수가 사용된다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치(300)의 실시예에 따른 상세한 구성을 설명하면 다음과 같다.

상부 금형(311)은 도 1 내지 도 3에서와 같이 다수개의 가이드 부쉬(311a), 다수개의 상부 펀치 블럭(311b), 상부 펀치 블럭 고정판(311c) 및 상부 펀치 홀더(311d)를 포함하여 구성된다.

다수개의 가이드 부쉬(311a)는 각각 상부 펀치 홀더(311d)의 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며, 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)은 각각 상부 펀치 홀더(311d)의 하부에 배치된다. 상부 펀치 블럭 고정판(311c)은 다수개의 가이드 부쉬(311a)의 내측에 위치되게 상부 펀치 홀더(311d)의 하부면에 배치되어 하부면에 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)이 각각 삽입되면 이를 지지하여 고정시킨다. 상부 펀치 홀더(311d)는 상부 금형(311)를 전반적으로 지지하고 가장자리에 각각 다수개의 가이드 부쉬(311a)가 삽입되어 배치되며, 하부면에 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)을 지지하여 고정하는 상부 펀치 블럭 고정판(311c)이 연결된다.

하부 금형(312)은 도 1 내지 도 3에서와 같이 다수개의 가이드 샤프트(312a), 다수개의 하부 펀치 블럭(312b), 하부 펀치 블럭 고정판(312c) 및 하부 펀치 홀더(312d)를 포함하여 구성된다.

다수개의 가이드 샤프트(312a)는 각각 다수개의 가이드 부쉬(311a)에 삽입되며 하부 펀치 홀더(312d)의 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되어 상부 금형(311)과 합형 시 상부 금형(311)을 가이드한다. 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)은 각각 하부 펀치 홀더(312d)의 상부에 위치되며 상부 펀치 블럭(311b)과 대응되는 위치에 배치된다. 하부 펀치 블럭 고정판(312c)은 다수개의 가이드 샤프트(312a)의 내측에 위치되게 하부 펀치 홀더(312d)의 상부면에 연결되어 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)이 각각 삽입되면 이를 지지하여 고정시킨다. 하부 펀치 홀더(312d)는 하부 금형(312)를 전반적으로 지지하고 가장자리에 각각 다수개의 가이드 샤프트(312a)가 삽입되어 배치되며, 상부면에 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)을 지지하여 고정하는 하부 펀치 블럭 고정판(312c)이 연결된다.

상부 금형(311)과 하부 금형(312)에 각각 배치되는 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)과 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)의 배열 개수는 M×N 개로 동일하게 구비되며, M과 N은 각각 자연수가 사용된다. 상부 펀치 블럭(311b)이 M×N 개로 배열되는 상부 금형(311)의 배열 개수의 실시예는 도 1 및 도 3에서와 같이 상부 펀치 블럭 고정판(311c)에 제1수평방향(X)으로 8개 배치되고 제1수평방향(X)과 직교하는 제2수평방향(Y)으로 3개가 배치되어 8×3개로 배열된다. 상부 펀치 블럭 고정판(311c)이 8×3개로 배열되는 경우에 다수개의 하부 펀치 블럭(312b)은 상부 펀치 블럭(311b)와 대응되도록 상부 펀치 블럭(311b)의 배열 개수와 동일하게 8×3로 배열된다. 이와 같이 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)과 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)은 M×N 중 M은 8보다 큰 자연수이며 N은 3보다 큰 자연수가 사용된다.

M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)에서 M은 8이고 N이 3인 경우에 제1수평방향(X)으로 상부 펀치 블럭(311b)이 길게 배열됨에 의한 엠보싱 프레스 작업의 오차를 줄이기 위해 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b) 중 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)은 다른 상부 펀치 블럭(311b)과 높이가 다르게 배치된다. 즉, 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)은 높이 차(H1)만큼 다른 상부 펀치 블럭(311b)과 높이가 다르게 배치된다. 여기서, 높이 차(H1)는 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)의 상부면과 다른 상부 펀치 블럭(311b)의 상부면을 높이 차(H1)를 나타낸다.

M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)과 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b) 중 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)이 다른 상부 펀치 블럭(311b)보다 높이가 높이 차(H1)만큼 낮게 배치되어 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 크라운관 형상으로 배치되고, M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 모두 동일한 높이로 배치된다.

제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)은 다른 상부 펀치 블럭(311b)의 높이가 0.01 내지 0.05㎜ 낮게 배치되며, 0.01 내지 0.05㎜는 높이 차(H1)를 나타낸다. 여기서, M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(22)이나 하부 펀치 블럭(312b)은 각각 서로 동일한 두께(T1,T2)로 형성되고, 높이 차(H1)의 기준은 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)의 상부면을 기준으로 설정되며, 두께(T1)와 두께(T2)는 서로 동일하게 설정된다. 이와 같이 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(22) 중 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(22)은 각각 다른 상부 펀치 블럭(22) 보다 0.01 내지 0.05㎜만큼 낮게 배열되게 배치되어 다수개의 상부 펀치 블럭(22)이 제1수평방향(X)으로 크라운관 형상으로 배치됨으로써 금속 시트(10)의 길이방향으로 균일하게 엠보싱을 형성할 수 있게 된다.

M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)의 다른 실시예는 각각 도 4에서와 같이 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)이나 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭(311b)이나 N개의 하부 펀치 블럭(312b)은 다른 상부 펀치 블럭(311b)이나 하부 펀치 블럭(312b)보다 높이가 높이 차(H1)만큼 낮게 배치되어 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)이나 하부 펀치 블럭(312b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 크라운관 형상으로 배치된다. 즉, M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 하부 펀치 블럭(312b)은 다른 하부 펀치 블럭(312b)보다 높이가 높이 차(H1)만큼 낮게 배치되어 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)은 제1수평방향(X)을 기준으로 크라운관 형상으로 배치된다. 높이 차(H1)의 기준은 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)의 하부면을 기준으로 설정된다.

M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면이나 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에는 도 1 및 도 2에서와 같이 각각 물결 모양의 엠보싱(311e,312e)이 형성된다. M×N으로 배치된 다수개의 상부 펀치 블럭(311b)은 각각의 하부면에 물결 모양의 엠보싱(311e)이 형성되고, M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭(312b)은 각각의 상부면에 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 물결 모양의 엠보싱(311e)과 대응되게 물결 모양의 엠보싱(312e)이 형성된다.

물결 모양의 엠보싱(311e,312e)은 도 1 내지 도 3에서와 같이 각각 다수개의 스트라이프형(stripe shape) 산(11,21)과 다수개의 스트라이프형 골(12,22)로 형성되며, 다수개의 스트라이프형 골(12,22)은 각각 다수개의 스트라이프형 산(11,21) 사이마다 배치되거나 다수개의 스트라이프형 산(11,21)은 각각 다수개의 스트라이프형 골(12,22) 사이마다 배치되게 형성된다. 이러한 다수개의 스트라이프형 산(11,21)과 다수개의 스트라이프형 골(12,22)은 각각 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면과 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에 각각 제1수평방향(X)으로 서로 일정한 간격으로 이격되며, 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면이나 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에서 각각 제2수평방향(Y)으로 일측의 끝단에서 타측의 끝단까지 수직방향(Z)으로 돌출되게 형성된다.

M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면이나 하부 펀치 블럭(312b)에 각각 형성되는 물결 모양의 엠보싱(311e,312e)을 형성하는 스트라이프형 산(11,21)과 스트라이프형 골(12,22)의 설정 기준은 상부 펀치 블럭(311b)이나 하부 펀치 블럭(312b) 모두 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면을 기준으로 설정했다. 예를 들어, 상부 펀치 블럭(311b)의 스트라이프형 산(11)은 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면을 기준으로 상부로 매립되게 형성되며, 스트라이프형 골(12)은 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면을 기준으로 하부로 매몰되게 형성된다. 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 산(21)은 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면을 기준으로 상부로 돌출되게 형성되며, 스트라이프형 골(22)은 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면을 기준으로 하부로 매몰되게 형성된다.

다수개의 가이드 부쉬(311a)와 다수개의 가이드 샤프트(312a)에 가이드되어 합형되는 상부 금형(311)과 하부 금형(312)의 합형 즉, 금속 시트(10)에 물결 모양의 엠보싱(311e,312e)을 형성 시, 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(11)의 제1수평방향(X)의 측면과 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에 형성된 스트라이프형 산(21)의 제1수평방향(X)의 측면 사이의 간격(S1)은 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)의 합형 시 0.05 내지 0.10㎜이 되도록 형성된다. 예를 들어, 상부 금형(311)과 하부 금형(312)의 합형 시 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(11)의 측면과 접한 상태에서 평행이 되게 연장되는 가상선(L1)과 하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에 형성된 스트라이프형 산(21)의 측면과 접한 상태에서 평행이 되게 연장되는 가상선(L2) 사이의 간격(S1)은 0.05 내지 0.10㎜가 되도록 한다.

상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(11)의 제1수평방향(X)의 측면은 5.0 내지 10.0도(degree)의 경사각(D1)으로 경사지게 형성되며, 경사각(D1)은 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(11)의 제1수평방향(X)의 측면과 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 산(21)의 곡률 반경 중심(R1)을 기준으로 설정되는 수직방향(Z)으로 연장되는 가상선(L3) 사이의 각도를 나타낸다. 즉, 경사각(D1)은 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(11)의 측면과 접한 상태에서 평행이 되게 연장되는 가상선(L1)과 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 산(21)의 곡률 반경 중심(R1)을 기준으로 수직방향(Z)과 평행이 되게 연장되는 가상선(L3) 사이의 각도를 나타낸다.

하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에 형성된 스트라이프형 산(33a)의 제1수평방향(X)의 측면은 상부 펀치 블럭(311b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(11)의 제1수평방향(X)의 측면은 5.0 내지 10.0도(degree)의 경사각(D2)으로 경사지게 형성되며, 경사각(D2)은 하부 펀치 블럭(312b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(21)의 제1수평방향(X)의 측면과 상부 펀치 블럭(311b)의 스트라이프형 산(11)의 곡률 반경 중심(R2)을 기준으로 설정되는 수직방향(Z)으로 연장되는 가상선(L4) 사이의 각도를 나타낸다. 즉, 경사각(D2)은 하부 펀치 블럭(312b)의 하부면에 형성된 스트라이프형 산(21)의 측면과 접한 상태에서 평행이 되게 연장되는 가상선(L1)과 상부 펀치 블럭(311b)의 스트라이프형 산(11)의 곡률 반경 중심(R2)을 기준으로 수직방향(Z)과 평행이 되게 연장되는 가상선(L4) 사이의 각도를 나타낸다. 여기서, 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)의 각각 제1수평방향(X)의 측면은 각각의 경사각(D1,D2)를 동일하게 설정하여 평행이 되도록 형성된다.

하부 펀치 블럭(312b)의 상부면에 각각 형성된 다수개의 스트라이프형 산(21)과 다수개의 스트라이프형 골(22) 중 스트라이프형 산(21)은 곡률 반경(M1)이 0.05 내지 0.20㎜이고, 스트라이프형 산(21)의 반경(M1)의 중심(R1)과 스트라이프형 산(21)의 반경(M1)의 중심(R1) 사이의 간격(S2)은 0.6 내지 0.9㎜이며, 스트라이프형 산(21)의 높이(H1)는 스트라이프형 골(22)의 저면(L)을 기준으로 0.35 내지 0.50㎜이며, 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 골(22)의 곡률 반경(M2)은 곡률 반경 중심(R3)을 기준으로 0.30 내지 10㎜가 되도록 형성된다. 상부 금형(311)과 하부 금형(312)의 합형 시 상부 펀치 블럭(311b)의 스트라이프형 산(11)과 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 산(21) 사이의 간격(S2)과 상부 펀치 블럭(311b)의 스트라이프형 골(12)과 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 골(22) 사이의 간격(S3)은 각각 간격(S1) 보다 크며, 간격(S2)과 간격(S3)은 서로 동일하게 설정된다.

상부 금형(311)과 하부 금형(312)에 배치되는 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)은 각각 담금질 경도가 60 내지 68 HRC인 절삭용 공구강을 1차로 800 내지 850℃에서 30 내지 50분 동안 예열처리한 후 2차로 1000내지 1100℃에서 60 내지 100분 동안 예열처리하며, 2차 예열 처리가 완료되면 1100 내지 1200℃에서 60 내지 100분 동안 홀딩(Holding)처리한 후 550 내지 600℃에서 200 내지 250분 동안 반복적으로 3차 템퍼링(tempering)하여 형성된다. 여기서, 절삭용 공구강은 탄소강에 망간, 니켈, 몰리브덴이나 텅스텐 등의 원소를 혼합하여 형성된 것이 사용된다. 상부 금형(311)과 하부 금형(312)에 각각 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)을 각각 M×N개 즉, 다수개로 분할하여 배치시키며, 상부 펀치 블럭(311b)나 하부 펀치 블럭(312b)을 각각 1 내지 3차 열처리하여 형성함으로써 상부 펀치 블럭(311b)나 하부 펀치 블럭(312b)의 가공 정밀도를 개선시켜 프레스 작업을 용이하게 작업할 수 있으며, 가공 정밀도를 개선시켜 금속 다공체에 엠보싱을 형성하는 작업의 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다.

본 발명의 엠보싱 프레스 장치의 상부 금형(311)과 하부 금형(312)의 일 실시예는 물결 모양의 엠보싱(311e,312e)을 구성하는 스트라이프형 산(11,21)과 스트라이프형 골(12,22)의 간격(S1)은 0.05㎜이 되고, 경사각(D1,D2)은 5.0도(degree)이며, 스트라이프형 산(21)의 곡률 반경(M1)이 0.05㎜이고, 간격(S2)은 0.6㎜이며, 높이(H1)는 0.35㎜이며, 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 골(22)의 곡률 반경(M2)은 곡률 반경 중심(R3)을 기준으로 0.30㎜가 되도록 하며, 담금질 경도가 60 HRC인 절삭용 공구강을 1차로 800℃에서 30분 동안 예열처리하고, 2차로 1000℃에서 60분 동안 예열처리한 후 1100℃에서 60분 동안 홀딩(Holding)처리하며, 3차로 550℃에서 200분 동안 반복적으로 열처리함으로써 1.8배의 내구성을 개신시키며, 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)을 8×3으로 배치시킴으로서 물결 모양의 엠보싱(311e,312e)의 가공 정밀도를 개선시킬 수 있께 된다.

본 발명의 엠보싱 프레스 장치의 상부 금형(311)과 하부 금형(312)의 다른 실시예는 스트라이프형 산(11,21)과 스트라이프형 골(12,22)의 간격(S1)은 0.10㎜이 되고, 경사각(D1,D2)은 10.0도(degree)이며, 스트라이프형 산(21)의 곡률 반경(M1)이 0.20㎜이고, 간격(S2)은 0.9㎜이며, 높이(H1)는 0.50㎜이며, 하부 펀치 블럭(312b)의 스트라이프형 골(22)의 곡률 반경(M2)은 곡률 반경 중심(R3)을 기준으로 10㎜가 되도록 하며, 담금질 경도가 68 HRC인 절삭용 공구강을 1차로 850℃에서 50분 동안 예열처리하고, 2차로 1100℃에서 100분 동안 예열처리한 후 1200℃에서 00분 동안 홀딩(Holding)처리하며, 3차로 600℃에서 250분 동안 반복적으로 열처리하여 1.5 배 내구성을 개신시키며, 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)을 8×3으로 배치시킴으로서 물결 모양의 엠보싱(311e,312e)의 가공 정밀도를 개선시킬 수 있께 된다.

본 발명의 엠보싱 프레스 장치를 적용한 금속 다공체 제조 시스템의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 엠보싱 프레스 장치를 적용한 금속 다공체 제조 시스템은 도 4 및 도 5에서와 같이 피어싱 프레스(100), 세정기(200), 엠보싱 및 트리밍 프레스(300) 및 금속 시트 피더(400)를 포함하여 구성된다.

피어싱 프레스(100)는 금속 시트(10)에 다수개의 관통홀(6: 도 5에 도시됨)이나 정렬 홀(2: 도 5에 도시됨)이 형성되도록 피어싱(Piercing)한다. 즉, 피어싱 프레스(100)는 도 5 내지 도 7에서와 같이 세정기(200)의 측면 타측 즉, 제1수평방향(X)의 타측에 배치되며, 다수개의 가이드 부쉬(101)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되는 상부 금형(110)과 가이드 부쉬(101)에 삽입되어 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(102)가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되는 하부 금형(120)을 포함하여 구성된다.

상부 금형(110)은 사각형 상부 금형몸체(111), 펀치 홀더(112), 스트리퍼판(113), 다수개의 펀치(114) 및 다수개의 직선 이송기구(115)를 포함하여 구성된다. 사각형 상부 금형몸체(111)는 상부 금형(110)을 전반적으로 지지하며, 다수개의 가이드 부쉬(101)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치된다. 펀치 홀더(112)는 사각형 상부 금형몸체(111)의 하부에 배치되며, 스트리퍼판(113)은 펀치 홀더(112)의 하부에 배치되어 하부 금형으로 이송된 금속 시트(10)를 지지한다. 다수개의 펀치(114)는 각각 펀치 홀더(112)에 일정한 간격을 두고 배치되며 각각 하부면에 금속 시트(10)에 다수개의 관통홀(6: 도 5에 도시됨)을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴(6a)이 일정한 간격을 두고 형성된다. 다수개의 직선 이송기구(115)는 각각 다수개의 펀치(114)와 연결되어 개별적으로 각각의 펀치(114)를 수직방향(Z)으로 승하강시키며, 각각은 펀치 고정 블럭(115a), 펀치 이동 블럭(115b), 슬라이드 바(115c) 및 실린더 이송기구(115d)를 포함하여 구성된다. 펀치 고정 블럭(115a)은 펀치 홀더(112)에 배치되고 펀치(114)가 고정되며, 펀치 이동 블럭(115b)은 펀치 고정 블럭(115a)의 상부에 배치되며 상부에 제1절곡부(115e)가 형성된다. 슬라이드 바(115c)는 펀치 이동 블럭(115b)의 상부에 접하도록 배치되며 수평방향으로 이동되어 제1절곡부(115e)와 맞닿는 제2절곡부(115f)가 하부에 형성되며, 실린더 이송기구(115d)는 슬라이드 바(115c)와 연결되어 제2절곡부(115f)가 제1절곡부(115e)와 맞닿게 슬라이드 바(115c)를 수평방향으로 이송시켜 펀치 이동 블럭(115b)을 수직방향(Z)으로 이동시킴에 의해 펀치(114)가 수직방향 즉, 제1수평방향(X)과 직교되는 제2수평방향(Y)으로 이동되도록 한다.

하부 금형(120)은 도 5에서와 같이 사각형 하부 금형몸체(121), 다이(122) 및 다이 인서트(123)를 포함하여 구성된다. 사각형 하부 금형몸체(121)는 하부 금형(120)을 전반적으로 지지하고, 다이(122)는 사각형 하부 금형몸체(121)의 상부에 배치되어 이송되는 금속 시트(10)를 지지하며, 다이 인서트(123)는 다이(122)에 배치되며 내측에 펀치(114)가 삽입되는 다이 인서트 홀(123a)이 형성된다. 즉, 다이 인서트(123)는 상부 금형(110)과 하부 금형(120)의 합형된 상태에서 펀치(114)가 직선 이송기구(115)에 의해 수직방향(Z)으로 하강하여 금속 시트(10)를 피어싱 시 금속 시트(10)를 통과시키기 위해 다이 인서트 홀(123a)이 형성된다.

세정기(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 피어싱 프레스(100)와 엠보싱 및 트리밍 프레스(300) 사이 즉, 피어싱 프레스(100)와 제1엠보싱 프레스(310) 사이에 배치되며, 내측에 세정액이 적재되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 세정한다. 여기서, 세정액은 디메틸카보네이트(dimethyl Carbonate) 45 내지 50wt％, 다이클로로메테인(dichloromethane) 26 내지 29wt％ 및 디클로로프로판(dichloromethane) 24 내지 26wt％가 혼합되어 사용된다. 이러한 세정 후 전해 식각 장비를 이용해 금속 시트(10)는 전해 식각을 이용해 금속 시트(10)의 표면처리를 수행하게 된다. 여기서, 사용되는 세정기(200)나 도시되지 않은 전해 식각 장비는 공지된 기술이 적용됨에 설명을 생략하며, 세정기(200)는 금속 시트(10)의 세정 효과를 개선시키기 위해 초음파 세정기가 적용될 수 있다.

엠보싱 및 트리밍 프레스(300)는 도 5에서와 같이 제1엠보싱 프레스(310), 제2엠보싱 프레스(320) 및 트리밍 프레스(330)를 포함하여 구성된다.

제1엠보싱 프레스(310)는 세정기(200)의 측면 일측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 1차 엠보싱하며, 제2엠보싱 프레스(320)는 제1엠보싱 프레스(310)의 측면 일측에 배치되어 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 2차 엠보싱한다. 트리밍 프레스(330)는 제2엠보싱 프레스(320)의 측면 일측에 배치되어 2차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 트리밍하여 금속 다공체(5)를 형성한다. 이러한 제1엠보싱 프레스(310)과 제2엠보싱 프레스(320)는 각각 도 1에 도시된 엠보싱 프레스 장치가 적용됨으로 설명을 생략한다.

트리밍 프레스(330)는 도 8에 도시된 바와 같이 제2엠보싱 프레스(320)의 측면 일측에 배치되며 상부 금형(331)과 하부 금형(332)을 포함하여 구성된다. 상부 금형(331)은 다수개의 가이드 부쉬(331a)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 한 쌍의 트리밍 펀치(331b,331c)가 간격을 두고 배치되며, 하부 금형(332)은 가이드 부쉬(331a)에 삽입되어 상부 금형(331)과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(332a)가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 트리밍 펀치(331b,331c)와 대응되는 위치에 한 쌍의 단차부(332b,332c)가 형성되며 한 쌍의 단차부(332b,332c) 사이에서 금속 시트(10)를 지지한다.

금속 시트 피더(400)는 도 5 및 도 9에서와 같이 직선 이송 기구(410), 한 쌍의 제1클램프(420,421), 한 쌍의 제2클램프(430,431), 이송 클램프(440) 및 스크랩 커터(450)를 포함하여 구성된다.

직선 이송 기구(410)는 엠보싱 및 트리밍 프레스(300)의 측면의 일측 즉, 트리밍 프레스(330)이나 복합 프레스(340)의 제1수평방향(X)의 일측에 배치되어 이송 클램프(440)를 왕복 이송시키며, 볼스크류 이송기구나 리니어 모터 이송기구 등이 적용된다. 한 쌍의 제1클램프(420,421)는 각각 직선 이송 기구(410)의 타측에 배치되며 서로 직선 이송 기구(410)가 내측에 위치되게 이격되어 배치되어 금속 시트(10)에서 금속 다공체(5)가 취출된 스크랩(7)을 클램핑하여 고정시키며, 한 쌍의 제2클램프(430,431)는 각각 한 쌍의 제1클램프(420,421)와 이격되게 직선 이송 기구(410)의 일측에 배치되며 서로 직선 이송 기구(410)가 내측에 위치되게 이격되어 배치되어 금속 시트(10)에서 금속 다공체(5)가 취출된 스크랩(7)을 클램핑하여 고정시킨다. 이송 클램프(440)는 직선 이송 기구(410)에 연결되어 한 쌍의 제1클램프(420,421)와 한 쌍의 제2클램프(430,431)에 의해 클램핑된 스크랩(7)을 클램핑한 후 한 쌍의 제1클램프(420,421)와 한 쌍의 제2클램프(430,431)가 각각 스크랩(7)의 클램핑을 해제하면 직선 이송 기구(410)에 의해 이송되어 스크랩(7)을 이송시킴에 의해 피어싱 프레스(100)의 타측에 배치되며 금속 시트(10)가 권취되는 금속 시트 권취롤(8)에 권취된 금속 시트(10)를 다수개의 보조 롤러(8a)에 가이드된 상태로 일정한 간격으로 이송시킨다. 스크랩 커터(450)는 한 쌍의 제2클램프(430,431)의 일측에 배치되어 이송 클램프(440)에 의해 이송되는 스크랩(7)을 커팅한다.

금속 시트 피더(400)의 직선 이송 기구(410), 한 쌍의 제1클램프(420,421), 한 쌍의 제2클램프(430,431), 이송 클램프(440) 및 스크랩 커터(450)는 각각 제어기의 제어에 의해 스크랩(7)을 클램핑하거나 이송 및 커팅하며, 한 쌍의 제1클램프(420,421), 한 쌍의 제2클램프(430,431) 및 이송 클램프(440)의 개략적인 구성은 도 11에 도시된 확대도에서와 같이 실린더 이송기구(401)에 고정블럭(402)과 이동블럭(403)이 연결되며, 실린더 이송기구(401)는 이동블럭(403)을 수직방향(Z)으로 이동시켜 고정블럭(402)과 이동블럭(403) 사이에 스크랩(7)이 클램핑되거나 해제되도록 한다. 스크랩 커터(450)는 도 11에 도시된 확대도에서와 같이 실린더 이송기구(405)에 받침판(406) 및 커터(408)가 연결된 이동판(407)이 연결되며, 실린더 이송기구(405)에 의해 이동판(407)을 수직방향(Z)으로 이동시킴에 의해 받침판(406)에 위치된 스크랩(7)을 커터(408)가 절단하게 된다.

전술한 바와 같이 금속 다공체 제조 시스템의 제1엠보싱 프레스(310)와 제2엠보싱 프레스(320)에 각각 본 발명의 엠보싱 프레스 장치를 적용함으로써 상부 금형(311)과 하부 금형(312)에 각각 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)이 다수개로 분할되어 배치됨에 의해 엠보싱 작업 시 정밀도를 개선시킬 수 있으며, 상부 펀치 블럭(311b)과 하부 펀치 블럭(312b)을 각각 1 내지 차 열처리하여 형성함으로써 내구성을 개선시켜 금속 다공체의 엠보싱 작업 시 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치는 연료전지 분야는 물론 다양한 종류의 핸드폰, 커패시터 제조 삽업 분야 등에 널리 적용할 수 있다.

5: 금속 다공체 10: 금속 시트
100: 피어싱 프레스 110: 상부 금형
111: 사각형 상부 금형몸체 112: 펀치 홀더
113: 스트리퍼판 114: 펀치
115: 직선 이송기구 120: 하부 금형
121: 사각형 하부 금형몸체 122: 다이
123: 다이 인서트 200: 세정기
300: 엠보싱 및 트리밍 310: 제1엠보싱 프레스
320: 제2엠보싱 프레스 330: 트리밍 프레스
340: 복합 프레스 400: 취출기
410: 컨베이어 420: 픽커 로봇

Claims

다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 다수개의 상부 펀치 블럭이 배치되는 상부 금형; 및
상기 다수개의 가이드 부쉬에 삽입되어 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상부 펀치 블럭과 대응되는 위치에 다수개의 하부 펀치 블럭이 배치되는 하부 금형을 포함하며,
상기 다수개의 상부 펀치 블럭과 상기 다수개의 하부 펀치 블럭은 각각 제1수평방향으로 M개 배치되고 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 N개가 배치되어 M×N으로 배열되고, 상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭의 하부면이나 하부 펀치 블럭의 상부면에는 각각 물결 모양의 엠보싱이 형성되며, 상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭 중 제1수평방향을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭은 다른 상부 펀치 블럭과 높이가 다르게 배치되며, 상기 M과 N은 각각 자연수인 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭과 상기 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭에서 상기 M은 상기 N보다 큰 자연수인 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭과 상기 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭에서 상기 M은 8보다 큰 자연수이며 상기 N은 각각 3보다 큰 자연수인 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭과 상기 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭 중 상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭은 제1수평방향을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭은 다른 상부 펀치 블럭보다 높이가 낮게 배치되어 크라운관 형상으로 배치되고, 상기 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭은 제1수평방향을 기준으로 모두 동일한 높이로 배치되는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1수평방향을 기준으로 가장 좌측과 우측에 각각 위치된 N개의 상부 펀치 블럭은 다른 상부 펀치 블럭의 높이가 0.01 내지 0.05㎜ 낮게 배치되는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭과 하부 펀치 블럭은 각각 담금질 경도가 60 내지 68 HRC인 절삭용 공구강을 1차로 800 내지 850℃에서 30 내지 50분 동안 예열처리한 후 2차로 1000내지 1100℃에서 60 내지 100분 동안 예열처리하며, 2차 예열 처리가 완료되면 1100 내지 1200℃에서 60 내지 100분 동안 홀딩(Holding)처리한 후 550 내지 600℃에서 200 내지 250분 동안 반복적으로 3차 템퍼링(tempering)하여 형성되는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭이나 하부 펀치 블럭 중 상기 M×N으로 배치된 상부 펀치 블럭은 각각의 하부면에 물결 모양의 엠보싱이 형성되고, 상기 M×N으로 배치된 하부 펀치 블럭은 각각의 상부면에 상부 펀치 블럭의 하부면에 형성된 물결 모양의 엠보싱과 대응되게 물결 모양의 엠보싱이 형성되며,
상기 물결 모양의 엠보싱은 다수개의 스트라이프형(stripe shape) 산과 상기 다수개의 스트라이프형 산사이마다 배치되는 다수개의 스트라이프형 골로 형성되며, 상기 다수개의 스트라이프형 산과 다수개의 스트라이프형 골은 각각 상부 펀치 블럭의 하부면과 하부 펀치 블럭의 상부면에 각각 제1수평방향으로 서로 일정한 간격으로 이격되며, 상부 펀치 블럭의 하부면이나 하부 펀치 블럭의 상부면에서 각각 제2수평방향으로 일측의 끝단에서 타측의 끝단까지 수직방향으로 돌출되게 형성되는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제7항에 있어서,
상기 상부 펀치 블럭의 하부면에 형성된 스트라이프형 산의 제1수평방향의 측면과 상기 하부 펀치 블럭의 상부면에 형성된 스트라이프형 산의 제1수평방향의 측면 사이의 간격은 상부 펀치 블럭과 하부 펀치 블럭의 합형 시 0.05 내지 0.10㎜인 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제7항에 있어서,
상기 상부 펀치 블럭의 하부면에 형성된 스트라이프형 산의 제1수평방향의 측면은 5.0 내지 10.0도(degree)의 경사각으로 경사지게 형성되며, 상기 경사각은 상부 펀치 블럭의 하부면에 형성된 스트라이프형 산의 제1수평방향의 측면과 하부 펀치 블럭의 스트라이프형 산의 곡률 반경 중심을 기준으로 수직방향으로 연장되는 가상선 사이의 각도인 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제7항에 있어서,
상기 하부 펀치 블럭의 상부면에 형성된 스트라이프형 산의 제1수평방향의 측면은 5.0 내지 10.0도(degree)의 경사각으로 경사지게 형성되며, 상기 경사각은 하부 펀치 블럭의 상부면에 형성된 스트라이프형 산의 제1수평방향의 측면과 상부 펀치 블럭의 스트라이프형 산의 곡률 반경 중심을 기준으로 수직방향으로 연장되는 가상선 사이의 각도인 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.
제7항에 있어서,
상기 하부 펀치 블럭의 상부면에 각각 형성된 상기 다수개의 스트라이프형 산과 다수개의 스트라이프형 골 중 상기 스트라이프형 산의 곡률 반경은 0.05 내지 0.20㎜이고, 스트라이프형 산의 곡률 반경 중심과 스트라이프형 산의 곡률 반경 중심 사이의 간격은 0.6 내지 0.9㎜이며, 스트라이프형 산의 높이는 스트라이프형 골의 저면을 기준으로 0.35 내지 0.50㎜이며, 상기 스트라이프형 골의 곡률 반경은 0.30 내지 10㎜가 되도록 형성되는 금속 다공체 제조 시스템의 엠보싱 프레스 장치.