KR20210033209A - 프레스용 피어싱펀치 구조 - Google Patents

Abstract

프레스용 피어싱펀치 구조에 있어서, 본 발명의 피어싱펀치는 탭슬라이드부, 요홈, 순환 홈, 압입부, 몸체부를포함하여 구성되고, 상기 탭슬라이드부에서 압입부까지 티타늄(Ti) 코팅막을 형성하여 상기 피어싱펀치의 내마모성 및 비정상적인 횡방향력으로 인한 파손 등을 감소시키며, 상기 요홈 및 순환 홈이 구성되어 방열범위 및 마모성을 개선시켜 마찰 스트레스에서 발생하는 발열을 감소시키고 피어싱 프레스 공정의 생산성을 제고시키는 피어싱펀치 구조를 제공함에 있다

Description

프레스용 피어싱펀치 구조{piercing punch structure for press}

본 발명은 다양한 프레스 가공방법 중 펀치로 패널에 압축력을 가하여 천공작업을 하는 피어싱(Piercing) 프레스 공정에 구성되는 피어싱 펀치 관한 것으로서, 상세하게는 피어싱펀치의 마모와 발열, 버르(Burr)의 발생을극소화시켜 상기 피어싱(Piercing) 프레스 공정의 생산성을 높이는데 이바지하는 프레스용 피어싱펀치 구조에 관한 것이다.

일반적으로 프레스용 피어싱펀치는 프레스 가공 공정 중 한 부분에 속하는 피어싱 프레스 공정에 사용되는 장치로써, 상기 피어싱 프레스 공정에 사용되는 피어싱펀치는 판재나 반제품 및 금속판과 같은 패널에 특정형상의천공 가공시 피어싱 프레스기기를 통하여 피어싱 프레스를 실시할 수 있도록 한다

상기 피어싱펀치는 일반적으로 대량 생산라인에 적용되어 라인을 따라 이송하는 재료에 연속적인 천공작업을 수행하며, 상기와 같은 연속되는 사용에 의해 피어싱펀치의 압입부의 마모가 심해지는 문제점이 있었다.

더 큰 문제점은 기술의 발달로 인해 피어싱 프레스 기기는 불리한 환경 속에서 정상적인 작동을 해야하는 경우가 많아지고 중요부품의 크기를 최소화하도록 설계하고 있어서 단위면적당 발열량도 그만큼 높아지고 있는 것이다.

마모로 인한 문제와 함께 장시간 공정의 사용으로 인해 피어싱펀치에 작용하는 마찰 스트레스(Stress)가 누적되어 상기 피어싱펀치의 형태변화 및 외부의 충격으로 인해 쉽게 파손될 수 있는 문제점이 추가적으로 발생할 수 있다. 이런 마찰 스트레스(Stress)로 인해 피어싱 프레스 공정 중 버르(Burr)가 발생할 확률이 늘어날 수 있다.

즉, 패널에 홀 가공시 그 가장자리 부분에 생기는 얇게 끝이 말린 가공자국이 생기는 확률이 늘어나는 것을 일컫는바, 이로 인해 피어싱 프레스 공정 후 다음 공정에서의 불량률이 상승하는 요인이 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 상기 피어싱 프레스기기에 포함되는 피어싱펀치의 구조를 적극 개선하여 연속적인 천공작업에 압입부의 마모 및 피어싱 펀치의 마찰 스트레스(Stress)를 감소시키는 구조를 제공하고, 이로 인해 버르(Burr)의 발생을 감소하도 록 하는 피어싱펀치 구조를 제공하는 것이 해결과제이다.

또한, 피어싱펀치의 발열로 인한 형태변화 및 비정상적인 횡방향력으로 인한 파손을 보완한 피어싱펀치의 구조를 제공하는 것이 또 다른 해결과제이다

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명이 적용된 피어싱펀치는

탭슬라이드부 및 압입부와 몸체부를 포함하여 일체로 이루어지되, 요홈과 티타늄(Ti) 코팅막이 형성되어 있는것을 포함하고; 상기 요홈은 압입부의 하단에 형성되는 탭슬라이드부로부터 이격되어 함몰 형성되되, 일정한 간격을 가지고 형성되는 순환 홈을 포함하고; 상기 티타늄(Ti) 코팅막은 탭슬라이브부부터 압입부에 걸쳐 형성시키는 것을 특징으로 하는 프레스용 피어싱펀치를 제공한다.

상기 요홈은 압입부의 하단에 형성되는 탭슬라이드부로부터 이격되어 함몰 형성되되, 대량 생산라인에 적용되어라인을 따라 이송하는 재료에 연속적인 천공작업을 수행하여 마찰 스트레스(Stress)가 누적되어 발열 및 마모되는 점을 보완하기 위하여 일정한 간격을 가지고 형성되는 순환 홈을 포함하고 있다

상세하게는 상기 요홈 과 순환 홈은 발열시 차가운 외부의 공기가 순환할 수 있도록 하여 마찰열 감소 및 방열범위 개선을 도모하며, 버르(Burr) 발생을 감소시킬 수 있어 피어싱 프레스 공정 중 피어싱펀치로 인한 문제점들을 억제할 수 있는 특징이 있다.

또한, 상기 탭슬라이드부부터 압입부까지 티타늄(Ti) 코팅막을 형성시킴으로써, 내마모성 및 내식성을 높일 수있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 피어싱펀치에 함몰 형성되는 요홈을 구성하고 요홈에서 압입부방향으로 순환 홈을 더 포함시킴으로써, 장시간 공정에서 누적되는 마찰 스트레스(Strees)로 인한 발열과 마모율을 감소시킨다. 또한 그 면적만큼 마찰계수가 줄어들어 방열범위가 개선되는 효과 및 마찰열 감소 등의 효과가 나타나 피어싱펀치의 변형을 방지하여 상기 공정에서 생산성을 높이는데 이바지할 수 있게 하였다.

상세하게는 상기 탭슬라이드부와 압입부 및 몸체부가 일체로 이루어진 피어싱 펀치가 탭슬라이드부에서 압입부까지 티타늄(Ti) 코팅막이 형성되어 내마모성 및 내식성을 증가시킬 뿐만 아니라, 열팽창률의 상이함으로 인한파손 및 비정상적인 횡방향력에 따른 파손을 방지할 수 있다.

또한, 상기 탭슬라이드부와 압입부 사이에 요홈을 형성함과 동시에 요홈에서 압입부 상단까지 경사진 각도의 순환 홈을 형성시킴으로써, 피어싱 프레스 공정 중 마찰 스트레스(Strees)로 인한 발열에 차가운 외부의 공기를순환하게 하여 냉각작용을 하는 라디에이터(Radiator)로서의 기능을 발생시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프레스용 피어싱펀치의 사용상태도.
도 2는 본 발명에 따른 피어싱펀치 구조를 도시한 사시도 및 부분확대도.
도 3은 본 발명에 따른 피어싱펀치 구조를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 냉각작용을 하는 공기의 흐름을 나타내는 A의 부분확대도.
도 5는 냉각작용을 하는 공기의 흐름 비교를 위한 부분확대도.

본 발명은 실시 예를 참고하여 설명하지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 실시 가능함은 당연하다.

할 것이고, 본 발명인 프레스용 피어싱펀치 구조에 관한 것들은 도면을 참조하여 설명되되, 명세서 전문에 걸쳐동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 프레스용 피어싱펀치의 사용상태도 이며, 도 2는 본 발명에 따른 피어싱펀치 구조를 도시한 사시도 및 부분확대도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 피어싱펀치 구조를 도시한 단면도이고, 도 4는 냉각작용을 하는 공기의 흐름을 나타내는 A의 부분확대도 이며, 도 5는 본 발명이 적용되지 않은 피어싱 펀치 구조의공기 흐름의 부분확대도 이다.

도 1에 도시된 바와 같이 피어싱 프레스 공정의 프레스 기기는상부 이동금형(160)에 천공작업을 위한 피어싱펀치(100)를 장착하고 상부 이동금형(160)과 고정금형(170) 사이로 패널이 위치되면 피어싱펀치(100)가 장착된 상부 이동금형(160)이 고정금형(170)의 내측으로 하강하면서 패널(180)에 피어싱펀치(100)의 외경과 동일한 크기의 홀을 형성시키는 기기이다 도 2 내지 3에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용된 피어싱 펀치의 구조는탭슬라이드부(110) 및 압입부(120)와 몸체부(130)를 포함하여 일체로 이루어지되, 요홈(140)과 티타늄(Ti) 코팅막(150)이 형성되어 있는 것을 포함하고, 판재 또는 반제품에 천공 작업을 한다.

상기 요홈(140)은 압입부(120)의 하단에 형성되는 탭슬라이드부(110)로부터 이격되어 함몰 형성되되, 일정한 간격을 가지고 형성되는 순환 홈(200)을 포함하고, 상기 티타늄(Ti) 코팅막(150)은 탭슬라이브부(110)부터 압입부(120)에 걸쳐 형성시키는 것을 특징으로 하는 프레스용 피어싱펀치 구조를 제공한다.

상세하게는 상기 피어싱펀치(100)가 장시간의 작업으로 인하여 발생 되는 발열과 마모를 최소화하기 위하여 고안된 구조로써, 상기 피어싱펀치(100)의 상단 탭슬라이드부(110)와 압입부(120) 사이에 요홈(140)이 형성되고,상기 요홈(140)과 압입부(120)의 경계에서 부터 압입부(120)의 하방으로 일정한 거리만큼 함몰 형성되되, 점차각도가 줄어드는 경사진 각도를 가지고 일정한 간격으로 순환 홈(200)이 형성되는 특징이 있다. 이때 순환 홈(200)은 적어도 넷 이상으로 다수가 형성될 수 있을 것이다.

더욱 상세하게 상기 피어싱펀치(100)의 소재는 SKD11합금강으로 일반적으로 금형다이스, 성형로라, 커터 등의용도로 활용되어 진다.피어싱 프레스 공정에서 피어싱펀치(100)를 활용시 외면의 열처리 공정을 통하여 상기 피어싱펀치(100)의 표면경도 값을 HRC58~60 정도로 올려 마찰열과 마모에 견딜 수 있도록 한 피어싱 펀치 구조를 제공하고, 더불어 열처리 후 종래의 피어싱펀치가 가지던 내마모성 및 불순물 함량이 많아 표면이 거친 SKD11의 소재로 인한 마찰열등의 문제점들을 추가적으로 보완하기 위해 탭슬라이드부(110)에서 압입부(120)까지 티타늄(Ti) 코팅막(150)이형성될 수 있다.

상기한 바와 같이 티타늄(Ti) 코팅막(150)을 형성하는 이유는 상기 티타늄(Ti) 코팅은 피막의 두께 조절과 균일성이 우수하여 조밀한 피막을 얻을 수 있음과 더불어 경도와 밀착력이 높아 공구나 금형 등의 마찰력으로 인한발열이나 내마모성을 개선하여 공구나 금형 등의 수명을 연장시키고, 다른 화공약품에 의해 쉽게 손상되지않는내식성이 높은 특징이 있음으로 장시간 공정에 따른 문제점들을 보완할 수 있는 장점을 가진다. 또한, 열 확산계수에 있어서 상온에서 일정온도까지는 철(Fe)와 유사한 열 확산계수를 나타내지만 온도가 상승함에 따라 열확산계수가 감소하는 특징이 있다. 이와 같이 상기 티타늄(Ti) 코팅막은 발열 및 내마모성을 개선할 수 있고,열팽창률이 상이함으로 인한 파손 및 비정상적인 횡방향력에 의한 파손을 방지할 수 있음으로 공정시 많은 접촉이 발생하는 피어싱 펀치의 탭슬라이드부(110)에서 압입부(120)까지만 형성됨이 바람직하다.

상기 요홈(140)은 탭슬라이드부(110)에서 이격되어 함몰 형성되는데 그 면적 즉, 피어싱펀치의 외경의 원통 부피를 V₁, 내경의 원통 부피를 V₂라고 가정하였을 경우 (V₁ = S · H)-(V₂ = S · H)의 공간만큼 생성된 요홈(140)으로 천공작업시 발생 되는 마찰계수를 줄일 수 있어 상기 피어싱펀치가 받는 마찰스트레스(Stress)를줄일 수 있게 된다.더불어 천공작업 전후의 온도 변화량의 차이가 감소되어 부피변화에 대한 물성 차이가 없어 발열로 인한 변형등을 억제하여 본래의 피어싱펀치의 특성을 유지시켜 연속된 작업에도 정밀한 천공작업을 수행할 수 있도록 도

모하는 장점이 있다.

하지만 탭슬라이드부에서 이격되어 형성되는 요홈(140)의 면적이 크면 그만큼 피어싱펀치(10)의 내구성 및 비정상적인 횡방향력에 의해 쉽게 파손될 수 있는 문제점이 발생할 수 있기 때문에 상기 요홈(140)의 면적은 천공작업을 하는 패널의 두께에 비례해 함몰되어 형성되는 것이 바람직하다.

상기 요홈(140)에 포함된 순환 홈(200)은 상기 요홈(140)에서 압입부(120) 내측 방향으로 삼각형인 형태로 경사진 각도를 가지고 일정한 간격으로 형성되는바, 상기 순환 홈(200)은 일정한 패턴을 가지고 형성됨으로써, 일반적인 피어싱펀치의 구조에 비해 두 접촉면간의 직접적인 접촉의 기회가 감소하여 마찰계수가 줄어들게 됨으로써최소 43%이상의 마모감소 효과를 얻을 수 있다.

상세하게는 장시간 피어싱 공정에 있어서 피어싱펀치(100)에 누적되는 마찰 스트레스(Stress)로 인한 발열이 감소 되는 효과를 얻을 수 있고, 내마모성을 개선시켜 상기 피어싱펀치(100)의 수명이 연장되는 효과를 얻을 수있다.비슷한 외국의 사례를 살펴보자면 최근 슈투트가르트 항공 역학연구소에서 발표된 비행기 날개의 표면에 50㎛의작은 구멍을 뚫으면 연료비가 15% 가량 절감될 수 있다는 논문이 발표되었다.

이러한 결과는 50㎛의 작은 홈으로 인해 기체 전체를 감싸고 있는 공기층이 얇아져 항공기 진행방향과 반대로움직이는 공기와 충돌하는 면적이나 강도가 감소 되어 발생하는 것이다. 그러므로 다수의 순환 홈(200)이 형성됨으로써, 피어싱 펀치(100)의 내마모성 향상에 큰 도움이 됨과 동시에 마찰계수가 감소 되어 마찰열로 인한 피어싱펀치(100)의 부피변화를 억제하여 버르(Burr) 발생을 추가적으로 해결할 수 있다.

도 4 에 도시한 바와 같이, 냉각작용을 하는 공기의 흐름도에 있어서,상기 요홈(140)에 포함된 순환 홈(200)은 마찰 스트레스(Stress)로 인한 발열에 냉각작용을 하는 공기가 원활하게 순환할 수 있도록 한다.상세하게는 상기 순환 홈(200)은 공기 유입을 유도함과 동시에 공기가 분산되지 않고 압입부 외면까지 정확하게

도달하여 발열을 식혀주는 라디에이터(Radiator)로서의 기능의 발생을 도모할 수 있고, 더불어 압입부(120)를둘러 형성되는 순환 홈(200)은 요홈(140)과 함께 그 면적만큼 마찰계수를 감소시켜 마찰 스트레스(Stress)를 줄이도록 하여 마찰로 인한 열을 감소시켜 장시간 공정으로 인한 발열로 상기 피어싱 펀치(100)의 부피변화를 억제할 수 있다.추가적으로 상기 순환 홈(200)의 면적만큼 방열범위가 넓어져 마찰열이 감소 되는 효과를 얻음으로써 상기 피어싱펀치(100)에 마찰열로 인한 마모율을 감소시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같은 본 발명이 적용되지 않은 냉각작용을 하는 공기 흐름의 부분 확대도를 보면 순환 홈(200)이 형성되어 있지않아 냉각작용을 하는 공기가 피어싱펀치(100)의 발열을 식혀주는 효과가 미비하다. 즉,요홈(140)이 함몰되어 형성되어 있고 요홈(140)의 외경보다 큰 압입부(120)로 인해 냉각작용을 하는 공기가 상기 압입부(120) 외경에 부딪히면서 분산되어 발열을 식혀주는 라디에이터(Radiator)로서의 기능을 충분하게 발생시키지 못하게 된다.하지만 본 발명이 적용된 피어싱 펀치의 구조는 순환 홈(200)이 형성되어 공기의 유입을 유도하여 압입부 외면까지 원활하게 순환할 수 있도록 해줌으로써, 발열을 식혀주는 라디에이터(Radiator)로서의 기능을 충분히 발생할 수 있도록 적극 개선하였다.추가적으로 피어싱펀치(100)의 피어싱 공정은 패널(180)에 피어싱펀치(100)의 탭슬라이드부(110)부터 빠른 속도로 압력을 가해 패널(180)을 찢으면서 천공 홀을 만들어 내는데, 이러한 과정에서 피어싱펀치(100)가 마모되어천공된 홀의 절단면이 매끄럽지 못하게 되는 버르(Burr)의 발생이 잦아 불량발생의 요인이 되었으나 상기와 같

이 요홈(140)과 함께 다수의 순환 홈(200)을 더 형성함으로써 버르(burr)의 발생을 추가적으로 해결할 수 있는특징이 있다.

100 피어싱펀치, 110 탭슬라이드부
120 압입부, 130 몸체부
140 요홈, 150 티타늄(Ti) 코팅막
160 이동금형, 170 고정금형
180 패널, 200 순환 홈

Claims (2)

1. 패널(180)에 천공 작업을 하는 피어싱펀치(100)의 구조에 있어서,
   탭슬라이드부(110) 및 압입부(120)와 몸체부(130)를 포함하여 일체로 이루어지되, 요홈(140)과 티타늄(Ti) 코팅막(150)이 형성되고,상기 요홈(140)은 압입부(120)의 하단에 형성되는 탭슬라이드부(110)로부터 이격되어 함몰 형성되되, 일정한 간격을 가지고 형성되는 다수의 순환 홈(200)을 포함하고 상기 티타늄(Ti) 코팅막(150)은 탭슬라이브부(110)부터 압입부(120)에 걸쳐 형성시키는 것을 특징으로 하는 프레스용 피어싱펀치 구조.
2. 제 1항에 있어서,상기 순환 홈(200)은 상기 요홈(140)과 압입부(120)의 경계에서 부터 압입부(120)의 하방으로 일정한 거리만큼 함몰 형성되고, 상기 순환 홈(200)은 요홈(140)에서 압입부(120)의 방향으로 점차 각도가 줄어드는 경사진 각도를 가지며,상기 요홈(140)과 다수의 순환 홈(200)이 더 구성되어 천공작업시 발생 되는 마찰 스트레스(Stress)에 의한 발열을 식혀주는 라디에이터(Radiator)로서의 기능을 발생하는 것을 특징으로 하는 프레스용 피어싱펀치 구조.

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