KR20210106683A

KR20210106683A - 후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치

Info

Publication number: KR20210106683A
Application number: KR1020200021444A
Authority: KR
Inventors: 윤영태; 김동근
Original assignee: 주식회사 세교텍
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-08-31

Abstract

본 발명은 차량의 에어서스펜션 실린더와 같은 성형 대상물을 후방 충격 압출 방식에 의해 성형한 후 확관되게 포밍 성형하는 하이드로 포밍 성형장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 상,하 금형(10)(20)의 성형(11)(21)부에 후방 충격 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물(100)을 장착하고, 상기 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 펀치(30) 선단의 테이퍼 경사부(31)에 의해 가압하여 실링하되, 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31) 외측 둘레에 형성된 링형의 요홈(32)에 성형 대상물의 입구부(110) 표면이 가압 변형되어 밀려 들어가 요홈과 맞물리는 기밀 돌기(115)를 형성하면서 종래에 비해 완벽하게 실링하게 되므로 성형 불량을 방지할 뿐만 아니라 성형 대상물의 성형성을 우수하게 제공하는데 그 특징이 있다.

Description

후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치{Hydroforming Molding Device for Air Suspension Cylinder Forming}

본 발명은 차량의 에어서스펜션 실린더와 같은 성형 대상물을 후방 충격 압출 방식에 의해 성형한 후 확관되게 포밍 성형하는 하이드로 포밍 성형장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 성형 대상물을 수압에 의한 확관되게 포밍 성형할 때 종래의 실링 문제를 개선하므로 성형 대상물의 성형성을 우수하게 제공하는 후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이드로 포밍(Hydro-Forming)은 수압(유체압) 또는 가스압을 이용해서 복잡한 형상의 관재(튜브) 제품을 확관시켜 포밍 성형하는 가공 방법이다.

즉, 종래 용접(welding) 등으로 생산하던 부품을 후방 충격 압출 방식에 의해 튜브 소재를 형성한 후 펀치에 의해 실링한 상태에서 튜브 소재 내부에 수압 또는 가스압을 형성하는 것에 의해 확관시켜 포밍 성형하는 기술이다.

이러한 하이드로 포밍은 자동차 산업에서 대표적으로 많이 사용하는데, 예컨대 프론트 사이드 멤버, 범퍼류와 같이 크고 작은 단품 패널의 조합으로 이루어지는 프레스 제품, 에어서스펜션 실린더 등의 제품의 경량화 및 성형 원가 절감이 가능하고, 제품의 형상 정밀도가 우수하며 부품 통합이 가능하면서 용접 과정이 없어져 공정상 여러 이점도 제공하는 것이다.

예를 들면, 차량용 에어서스펜션의 실린더를 하이드로 포밍 방식에 의해 성형하여 제작하게 되는데, 이는 실린더 소재(성형 대상물)을 후방 압출 방식에 의해 튜브 형태로 1차 성형한 후, 상기 성형 대상물을 하이드로 포밍 성형장치에서 2차로 확관시켜 포밍 성형하는 것이다.

상기한 종래 하이드로 포밍 성형장치는 도 1 및 도 2에서와 같이 상,하 금형(1)(2)의 성형부(3)에 후방 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물(100)을 장착하고 형 결합한 후 유압실린더(5)에 의해 전후 이동하는 가압 펀치(4) 선단의 테이퍼 경사부(4a)에 의해 성형 대상물의 입구부(110)를 금형 성형부 입구의 경사면(3a)으로 가압 밀착하는 실링을 행하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 가압 펀치(4)에 의해 가압 실링한 후 성형 대상물 내부로 물(유체)를 충진하거나 질소 가스를 충진하여 형성되는 팽창 압으로 성형 대상물을 확관시켜 상,하 금형의 성형부(3) 형상으로 포밍 성형하고, 상기 상,하 금형의 형 개방과 함께 성형품을 추출하여 제조하게 되는 것이다.

여기서, 상기 성형 대상물(100)이 알루미늄과 같이 신축성이 높은 소재의 경우에 질소 가스를 충진하는 질소 압에 의해 확관 성형이 가능하나 스테인레스와 같이 신축성이 낮은 소재의 경우에 질소 가스 대신에 물(유체)를 충진하는 수압에 의해 확관 성형하도록 하는 것이다.

이와 같이 종래 수압 방식을 이용한 하이드로 포밍 성형장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 상기 가압 펀치(4)의 테이퍼 경사부(4a)가 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 가압 밀착하는 면과 면의 가압 밀착력에 의해서 실링하기 때문에 실링 정도를 우수하게 확보하지 못하는 한계를 갖고 있었다.

즉, 상기 테이퍼 경사부(4a)가 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 밀착한다 하여도 상기 입구부(110) 표면의 표면 정도에 의해 완벽한 실링을 수행하기는 어렵고, 이로 인해 성형 대상물의 성형성이 떨어질 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하고자 가압 펀치(4)의 가압 밀착력을 증대시키게 되는데, 이와 같이 가압 펀치의 가압 밀착력 증대만으로 실링을 완벽하게 행할 수 없는 한계는 물론 상기 가압 펀치의 가압 밀착력 증대로 인해 가압 펀치의 테이퍼 경사부에 성형 대상물이 눌러 붙는 변형으로 제품 불량을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

둘째, 상기 가압 펀치(4)의 경우 선단의 테이퍼 경사부(4a)로 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 밀착하는 실링 작동을 반복하기 때문에 가압 펀치에서 테이퍼 경사부의 마모 손상이 많이 발생하고, 이 경우 상기 가압 펀치의 부분이 아닌 전체를 교체하여야 하는 비 경제적이고 비 효율적인 문제점이 있었다.

셋째, 상기 성형 대상물을 확관 성형하고 상,하 금형의 성형부(3)에서 추출한 후 상기 성형부에는 성형 대상물의 확관에 사용된 물(유체)가 일부 흘러 잔존하게 되는데, 특히 상,하 금형의 성형부에는 코너(라운드) 부위 또는 함몰 부위 등으로 물이 고여 남아 있게 되는데, 이를 제거하기 않을 경우에 다음 성형 대상물의 확관 성형시 물이 고여 남아 있는 부위에서 확관 성형이 제대로 이루어지지 않으면서 성형 불량을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-1641786호(2016년07월15일) 등록특허 제10-1197994호(2012년10월30일)

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 차량의 에어서스펜션 실린더와 같은 성형 대상물을 후방 충격 압출 방식에 의해 성형한 후 확관되게 포밍 성형하되, 가압 펀치에 의한 성형 대상물의 입구부 실링 문제를 개선하여 성형 대상물의 성형성을 우수하게 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명은 상부 성형부를 갖는 상금형과, 하부 성형부를 갖는 하금형과, 상기 상,하부 성형부 일측의 가압 펀치 및, 상기 가압 펀치를 전후, 이동시키는 유압실린더로 구성하되, 상기 상,하부 성형부에 후방 충격 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물을 장착하여 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부에 의해 성형 대상물의 입구부를 상,하 성형부 입구의 경사면으로 가압 실링한 후 펀치 중앙의 수공을 통해 성형 대상물 내부로 물을 고압 충진하는 수압에 의해 성형 대상물을 확관시켜 포밍 성형하는 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치에 있어서, 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부에는 외측 둘레에 링형의 요홈을 적어도 하나 이상 형성하여 성형 대상물의 입구부를 가압시 입구부 표면이 가압 변형되어 요홈으로 밀려 들어가 요홈과 맞물리는 기밀 돌기를 형성하면서 실링하도록 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 가압 펀치는 성형 대상물을 가압 실링하는 테이퍼 경사부를 교체 가능하게 분리 형성하고, 상기 테이퍼 경사부 중앙에 형성된 체결공으로 삽입되는 체결 부재에 의해 가압 펀치에 체결하여 결합하되, 상기 체결 부재의 중앙에 펀치의 수공이 연결되는 연결 수공을 형성하여 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 상,하 금형의 하 성형부에는 복수 위치로 흡입공을 관통 형성하고, 상기 흡입공을 진공 흡입수단에 연결하여 성형 대상물의 성형 및 추출 후 하 성형부에 잔존하는 물을 흡입 제거하도록 구성함에 그 특징이 있다.

이러한 본 발명은 상,하 금형의 성형부에 후방 충격 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물을 장착하고, 상기 성형 대상물의 입구부를 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부에 의해 가압하여 실링하되, 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부 외측 둘레에 형성된 링형의 요홈에 성형 대상물의 입구부 표면이 가압 변형되어 밀려 들어가 요홈과 맞물리는 기밀 돌기를 형성하면서 종래에 비해 완벽하게 실링하게 되므로 성형 불량을 방지할 뿐만 아니라 성형 대상물의 성형성이 우수한 효과를 갖는 것이다.

그 밖에 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부를 분리 형성하여 교체 수리 및 보수가 가능하도록 하므로 경제성이 우수하고, 상기 상,하 금형의 성형부에 성형 후 잔존하는 물기를 진공 흡입 방식에 의해 흡입 제거하므로 성형 대상물의 성형성을 더욱 우수하게 제공하는 효과를 갖는 것이다.

도 1은 종래 하이드로 포밍 성형장치를 보여주는 단면 구성도.
도 2는 도 1에 의한 성형 공정도.
도 3은 본 발명의 하이드로 포밍 성형장치를 보여주는 단면 구성도.
도 4는 도 3에서 펀치에 의한 실링 전 상태를 보여주는 요부 확대도.
도 5는 도 3에서 펀치에 의한 실링 상태를 보여주는 요부 확대도.
도 6은 도 5의 "A"부분 확대도.
도 7은 도 5에서 성형 완료 후 펀치 및 상금형 복귀 상태를 보여주는 요부 확대도.
도 8은 본 발명의 펀치를 보여주는 사시도.
도 9는 본 발명 펀치의 다른 실시 예를 보여주는 결합 상태 단면도.
도 10은 도 9의 분해 단면도.
도 11은 본 발명의 장치에 의해 성형되는 성형 대상물의 성형 공정을 보여주는 단면 구성도.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명의 후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치는 도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이 성형 대상물(100)의 소재를 후방 충격 압출 방식에 의해 1차 성형하고, 상기 1차 성형된 성형 대상물(100)을 장착하여 수압에 의해 확관시켜 포밍 성형하도록 이루어지는 것이다.

즉, 본 발명은 상부 성형부(11)를 갖는 상금형(10)과, 하부 성형부(21)를 갖는 하금형(20)과, 상기 상,하부 성형부 일측의 가압 펀치(30) 및, 상기 가압 펀치(30)를 전후, 이동시키는 유압실린더(40)로 구성하되, 상기 상,하부 성형부(11)(21)에 후방 충격 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물(100)을 장착하여 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31)에 의해 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 상,하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)으로 가압 실링한 후 펀치 중앙의 수공(35)을 통해 성형 대상물(100) 내부로 물(유체)를 고압 충진하는 수압에 의해 성형 대상물을 확관시켜 포밍 성형하도록 구성하는 것이다.

특히, 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31)에는 외측 둘레에 링형의 요홈(32)을 적어도 하나 이상 형성하여 성형 대상물의 입구부(110)를 가압시 입구부 표면이 가압 변형되어 요홈으로 밀려 들어가 요홈과 맞물리는 기밀 돌기(115)를 형성하면서 성형 대상물의 입구부(110)를 실링하도록 구성하는 것이다.

이때, 상기 테이퍼 경사부(31)에 형성하는 링형의 요홈(32)는 V형 또는 U형의 요홈 형태로 형성하되, 상기 요홈의 양측 모서리 부분(32a)은 라운드 곡면으로 형성하여 성형 대상물의 입구부(110)를 가압시 입구부 표면이 가압 변형될 때 입구부 표면의 살이 요홈(32)으로 원활히 밀려 들어갈 수 있도록 형성함이 바람직하다.

또한, 본 발명은 도 9 및 도 10에서와 같이 성형 대상물(100)을 가압 실링하는 가압 펀치(30)의 테이퍼 경사부(31)를 교체 가능하게 분리 형성하고, 상기 테이퍼 경사부 중앙에 형성된 체결공(33)으로 삽입되는 체결 부재(50)에 의해 가압 펀치에 체결하여 결합하되, 상기 체결 부재의 중앙에 펀치의 수공(35)이 연결되는 연결 수공(52)을 형성하여 구성하는 것이다.

즉, 상기 가압 펀치(30)에서 성형 대상물의 입구부를 실링 작동하는 테이퍼 경사부(31)를 교체할 수 있게 구성하여 부분 교체 및 보수가 가능하도록 하는 것이다.

또한, 상기 체결 부재(50)를 가압 펀치의 중앙에 조립하고 연결 수공(52)을 형성하는 구조에 의해 가압 펀치의 사이즈를 최소화하는 조립 구조를 형성할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명은 도 3에서와 같이 상기 상,하 금형(10)(20)의 하 성형부(21)에는 복수 위치로 흡입공(25)을 관통 형성하고, 상기 흡입공을 진공 흡입수단(200)에 연결하여 성형 대상물의 성형 및 추출 후 하 성형부에 잔존하는 물(유체)를 흡입 제거하도록 구성하는 것이다.

이때, 상기 흡입공(15)은 하 성형부(21)에서 라운드 형상 또는 요홈 형상과 같이 물이 고일 수 있는 위치를 중심으로 형성하여 구성함이 바람직하다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명은 성형 대상물 소재를 후발 충격 압출 방식에 의해 1차 성형하여 준비한다.

이와 같이 준비된 성형 대상물(100)을 본 발명의 하이드로 포밍 성형장치에 의해 확관시켜 포밍 성형하는 것이다.

이를 구체적으로 설명하면, 상기 성형 대상물(100)을 상,하 금형(10)(20)의 형 개방 후 하부 성형부(21)에 장착한다.

이 상태에서 상,하 금형(10)(20)을 형 결합하여 상기 성형 대상물(100)을 상,하 금형의 상,하부 성형부(11)(21)에 장착 완료한다.

이와 같은 상태에서 유압실린더(40)에 의해 가압 펀치(30)를 전진시켜 실린더 소재(100)의 입구부(110)를 가압 밀착하는 실링 작동을 하게 되는 것이다.

이는 상기 가압 펀치(30) 선단의 테이퍼 경사부(31)가 성형 대상물의 입구부(110)를 상하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)으로 가압 밀착하면서 실링하게 되는 것이다.

특히, 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31)에는 외측 둘레에 링형의 요홈(32)을 하나 이상 형성하고 있어 상기 테이퍼 경사부(31)에 의해 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 밀착할 때 입구부의 표면 살이 일부 가압 변형되면서 테이퍼 경사부(31)의 요홈(32)으로 밀려 들어가게 되는 것이다.

이와 같이 상기 성형 대상물의 입구부(110) 표면이 테이퍼 경사부(31)의 요홈(32)으로 밀려 들어가 기밀 돌기(115)를 형성하게 되고, 이와 같이 형성되는 기밀 돌기가 도 6에서와 같이 테이퍼 경사부의 요홈(32)과 맞물리면서 이중으로 실링 작동하게 되는 것이다.

즉, 상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31)가 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 밀착하는 실링과 함께, 상기 성형 대상물의 표면 변형에 의해 형성된 기밀 돌기(115)가 가압 펀치의 요홈(32)과 맞물리면서 이중으로 실링하게 되기 때문에 종래보다 완벽한 실링을 행하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 가압 펀치(30)에 의해 성형 대상물의 입구부(110) 실링을 우수하게 행한 후 가압 펀치(30)의 수공(35)을 통해 성형 대상물 내부로 물을 고압으로 주입하는 수압에 의해 성형 대상물(100)을 상,하 금형의 상,하부 성형부(11)(21)에 맞추어 확관시켜 포밍 성형하게 되는 것이다.

이와 같이하여 상기 성형 대상물(100)의 포밍 성형이 완료되면, 성형 대상물 내부의 물을 제거한 후 가압 펀치(30)를 원위치로 후퇴시키는 것이다.

그리고 상기 상 금형(10)을 원위치로 상승 복귀시킨 후 성형 제품을 추출한다.

이와 같이 성형 과정을 마친 후에는 상기 하 금형(20)의 하부 성형부(21)에 수압 방식으로 인한 물기가 남아 있을 수 있을 수 있어 하 성형부(21)에 관통 형성되어 있는 복수 위치의 흡입공(15)을 통해 진공 흡입 수단(200)이 진공 흡입하여 물기를 제거하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 하 금형(20)의 하부 성형부(21)에 남아 있는 물기를 모두 제거하면서 다음 성형시 성형부의 물기로 인해 성형 대상물의 성형 불량 발생 우려를 방지하게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 도 9 및 도 10에서와 같이 가압 펀치(30) 전방의 테이퍼 경사부(21)를 분리 형성하여 반복 성형에 따른 마모, 파손시 테이퍼 경사부(21) 만을 간단히 교체 사용할 수 있는 것이다. 즉, 상기 테이퍼 경사부(21)의 중앙체 결합되는 체결 부재(50)로 가압 펀치에 체결하는 것에 의해 간단히 결합 분리하면서 간단히 교체 사용하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 차량의 에어서스펜션 실린더와 같은 성형 대상물(100)을 후방 충격 압출 방식에 의해 성형한 후 상,하 금형에서 수압 방식에 의해 확관되게 포밍 성형하되, 상기 상,하 금형에 장착된 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 펀치의 테이퍼 경사부(31)로 가압 밀착하는 실링 과정에서 입구부 표면이 변형되는 기밀 돌기(115)와 테이퍼 경사부의 요홈(32)이 맞물리는 구조에 의해 종래 실링 문제를 완벽하게 개선하면서 성형 대상물의 성형성을 우수하게 제공하게 되는 것이다.

10,20: 상,하 금형 11,21: 상,하부 성형부
11a,21a: 경사면 15: 흡입공
30: 가압 펀치 31: 테이퍼 경사부
32: 요홈 33: 체결공
35: 수공 40: 유압실린더
50: 체결 부재 52: 연결 수공
100: 테이퍼 성형부 110: 입구부
115: 기밀 돌기 200: 진공 흡입 수단

Claims

상부 성형부(11)를 갖는 상금형(10)과,
하부 성형부(21)를 갖는 하금형(20)과,
상기 상,하부 성형부 일측의 가압 펀치(30) 및,
상기 가압 펀치(30)를 전후, 이동시키는 유압실린더(40)로 구성하되, 상기 상,하부 성형부(11)(21)에 후방 충격 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물(100)을 장착하여 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31)에 의해 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 상,하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)으로 가압 실링한 후 펀치 중앙의 수공(35)을 통해 성형 대상물(100) 내부로 물을 고압 충진하는 수압에 의해 성형 대상물을 확관시켜 포밍 성형하는 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치에 있어서,
상기 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부(31)에는 외측 둘레에 링형의 요홈(32)을 적어도 하나 이상 형성하여 성형 대상물의 입구부(110)를 가압시 입구부 표면이 가압 변형되어 요홈으로 밀려 들어가 요홈(32)과 맞물리는 기밀 돌기(115)를 형성하면서 실링하도록 구성한 것을 특징으로 하는 후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 가압 펀치(30)는 성형 대상물(100)을 가압 실링하는 테이퍼 경사부(31)를 교체 가능하게 분리 형성하고,
상기 테이퍼 경사부 중앙에 형성된 체결공(33)으로 삽입되는 체결 부재(50)에 의해 가압 펀치에 체결하여 결합하되, 상기 체결 부재의 중앙에 펀치의 수공(35)이 연결되는 연결 수공(52)을 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 상,하 금형(10)(20)의 하 성형부(21)에는 복수 위치로 흡입공(25)을 관통 형성하고, 상기 흡입공을 진공 흡입수단(200)에 연결하여 성형 대상물의 성형 및 추출 후 하 성형부에 잔존하는 물을 흡입 제거하도록 구성한 것을 특징으로 하는 후방 충격 압출 방식을 이용한 수압 방식 하이드로 포밍 성형장치.