KR20220073229A - 상부 패드와 하부 펀치를 가공하여 내부지지 방식으로 측방향 하중을 지지하는 벤딩 프레스금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철판을 절곡하는 벤딩 프레스금형에 있어서, 소재의 일측단이 경사지거나 직각으로 절곡되는 플랜지 형태의 성형작업시 금형이 측방형으로 받는 하중을 효과적으로 분산하기 위하여 상부패드와 하부펀치 자체에 내부 지지구조를 적용하여 하중을 분산시킴으로써 금형의 수명을 연장시키고 성형품질을 향상시키도록 한 것이다.

Description

내부지지 방식으로 측방향 하중을 분산시키는 벤딩 프레스금형{Bending press molds that distribute lateral loads by means of internal support}

본 발명은 프레스금형 중에서 주로 철판을 절곡하는 기능을 하는 벤딩 프레스금형에 관한 것이며, 좀 더 상세하게는 소재의 일측단이 경사지거나 직각으로 절곡되는 플랜지 형태의 성형작업시 금형이 측방형으로 받는 하중을 효과적으로 분산하여 금형의 수명을 연장시키고 성형품질을 향상시키도록 한 것이다.

주지된 바와 같이 근래의 자동차 산업은 환경오염 문제가 대두되면서 차량 경량화 및 연비 향상을 위해서 경량 소재의 대체와 전장화 등 다양한 기술개발을 진행 중에 있다. 특히, 차량 경량화를 위해서는 차체용 부품 제조 시 기존의 일반 강철 판재에서 강도가 높은 고장력, 초고장력 판재를 대체로 두께와 무게를 줄이고 있는 추세이다.

그러나 현재 고장력 강판의 적용에는 성형작업에 여러 가지 어려움이 있으며, 590MPa급 이상의 고장력 강판의 경우에는 연신율이 현저히 낮아 성형 중 파단 혹은 주름(wrinkle) 등 결함이 발생할 뿐만 아니라, 가공 후에도 스프링백(springback) 및 잔류 응력에 의한 제품형상 뒤틀림(twist)이 심하게 발생하여 제품의 치수 정밀도 확보가 일반 강철 판재보다 어렵다는 문제가 있다.

이러한 문제에도 불구하고, 원가부담의 최소화와 양산 실현이 가장 높은 소재는 초고장력 강판으로 인식되고 있는 가운데, 낮은 연신율을 고려한 다양한 핫 프레스 포밍 등의 기술개발이 이루어지고 있다.

그러나 현재 초고장력 판재부품을 성형하기 위하여 국내 중견기업으로 도입된 핫 프레스 포밍장치 등은 프레스 성형 공정이 트리밍, 펀칭, 드로잉 등 다수의 공정이 동시에 적용되어야 하기 때문에 대당 수억 원에서 대부분 수백억 원의 투자비를 필요로 하며, 또한 강도가 높은 고장력 판재의 경우 프레스 성형 후 복원되는 스프링 백 현상을 비롯하여 성형시 비틀림, 크랙 등 불량 발생률이 매우 높기 때문에 성형을 위한 프레스 금형에 이를 반영한 설계가 반드시 수반되어야 한다.

또 판재 부품 성형 공정 중 벤딩 공정은 강한 힘을 가하여 판재를 성형하는데 성형이 정상적으로 이루어지지 않을 경우 벤딩 각도가 설계 치수와 일치하지 않게 되어 많은 불량을 초래하게 된다.

특히 벤딩 금형에서 소재의 측단을 플랜지 형태로 절곡되게 성형하는 경우, 상부 금형이 하강하면서 플랜지부 부분을 눌러 성형하는 과정에서 상부패드(또는 펀치)가 측방향으로 이동하려는 힘이 작용하게 되고 이러한 힘에 의해 금형 전체의 수명이 단축되고 점차 성형품질이 저하되는 문제로 이어진다.

상기 문제를 해결하기 위해 종래에는 패드 또는 펀치가 설치되는 상하부 홀더에 상부 금형의 이동력을 제어하기 위한 블럭을 볼트로 고정시켜 측방향 작용을 방지하였으나, 이러한 구조의 경우에는 볼트가 점차 하중을 받게 되어 수명이 길지 않았으며, 홀더에 블럭이 지지된 상태이므로 금형(펀치, 패드)이 받는 힘이 직접 전달되지 않으므로 균일한 분산이나 지지가 어렵고, 홀더의 정확한 위치에 블럭을 설치하는 것이 어려운 등 많은 단점이 있었다.

특허등록번호 제10-0861801호

본 발명은 상기 종래 벤딩 프레스 금형들의 기술의 문제점이라 할 수 있는 벤딩가공의 성형 중 파단 혹은 주름(wrinkle) 등 결함과, 가공 후의 스프링백 및 잔류 응력에 의한 제품형상 뒤틀림을 방지하는 설계를 구현하되, 구체적인 벤딩과정에서 측방향 경사진 가공을 할 시에 발생하는 상부금형의 밀림 현상을 방지하여 금형의 수명을 연장시키고 벤딩가공의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소재의 일측에 직각 내지 둔각으로 형성되는 플랜지형 가공부를 성형하는 벤딩 프레스금형을 구성하되, 상부패드와 하부펀치를 설계시 소재가 안착되어 성형되는 부분을 제외한 부분을 선택하여 여유있게 돌출되는 지지부를 구성하고, 상기 하부펀치의 지지부에는 수직으로 돌출되는 형태이면서 마찰면을 갖는 지지대를 하부펀치와 일체로 형성하고, 상부패드의 지지부에는 상기 하부펀치의 마찰면에 정확하게 접촉하도록 마찰걸림턱을 형성함으로써 플랜지형 가공부를 성형하는 과정에서 상부패드가 측방향으로 작용하는 힘을 상부패드 자체에 형성된 마찰걸림턱이 하부펀치 자체에 형성된 지지대의 마찰면에 걸리면서 하중이 분산되도록 함을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 성형작업을 위하여 상부다이가 하강하면, 먼저 상부패드가 소재의 표면에 닿게 되고, 이때 하부펀치에 구성된 지지대의 마찰면에 상부패드에 구성된 마찰걸림턱에 정밀하게 밀착된 상태가 되는 것이며, 이로 인하여 플랜지형 가공부를 성형하는 과정에서 발생하는 상부패드가 측방향으로 이동하려는 힘은 지지대가 버텨 주게 되므로 변형 없이 오랜 시간 성형작업을 할 수 있고, 반복적으로 성형작업을 하더라도 균일한 성형 품질을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 평면 예시도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 작동과정을 순서대로 나타낸 도 1의 A-A선 단면 예시도

이하, 본 발명 벤딩 프레스 금형의 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명하고자 하는바, 이러한 설명은 본 발명을 구현하기 위한 실시 예를 기준으로 한 것으로서, 본 발명이 추구하는 기술적 사상을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

본 발명이 대상으로 하는 벤딩 프레스 성형작업은 소재(100)의 일측에 직각 내지 둔각으로 형성되는 플랜지형 가공부(101)를 성형하는 작업에 해당한다.

본 발명의 벤딩 프레스금형은 통상의 장치와 같이 상부다이(10) 저면에 홀더(11)가 장착되고 홀더(11)의 저면 내측에 상부패드(12)가 설치되어 상부다이(10)와 홀더(11) 및 상부패드(12)가 동시에 승강을 하며, 홀더(11)와 상부패드(12) 사이에는 스프링이 장착되어 하강에 의한 성형작업시에 홀더(11)와 상부패드(12)가 동시에 하강하다가 상부 패드가 먼저 소재(100)에 닿게 되면 스프링이 압축되면서 홀더(11)가 좀 더 하강하면서 성형이 완료된다.

홀더(11)의 일측에는 소재(100)의 가공부(101)를 성형하기 위하여 보강되는 상부스틸(13)이 장착되어 구성되고, 상부패드(12)의 일측에는 가공부(101) 성형시 상부패드(12)를 보강하기 위한 패드스틸(14)이 장착되며, 상부패드(12)의 일측면과 홀더(11) 사이에는 마찰판(15)이 설치되어 홀더(11) 내에서 상부패드(12)가 승강하면서 압축할 때 마찰을 줄이게 된다.

또한, 하부다이(20)의 위에는 받침대(21)를 안착시키고 받침대(21) 위에는 하부펀치(22)가 장착되어 상부패드(12)와 하부펀치(22) 사이에서 소재(100)가 성형되는 것이다.

본 발명의 금형은 상부패드(12)와 하부펀치(22)를 설계시 소재(100)가 안착되어 성형되는 부분을 제외한 부분에 여유있게 돌출되는 지지부(17)(27)를 구성하였다.

상기 하부펀치(22)의 지지부(27)에는 수직으로 돌출되는 형태이고 마찰면(28)을 갖는 지지대(29)를 형성하였다.

그리고 상부패드(12)의 지지부(17)에는 상기 하부펀치(22)의 지지대(29)를 감싸면서 마찰면(28)에 정확하게 접촉하도록 마찰걸림턱(18)을 형성하여 마찰면(28)과 마찰되도록 한 것이다.

상기 지지대(29)는 하부펀치(22)의 지지부(27)를 가공하는 과정에서 지지대(29)를 제외하고 삭제하는 가공을 실시하면서 정밀한 마찰면(28)을 구성하는 것이고, 마찰걸림턱(18)은 상부패드(12)의 지지부(17)를 가공하는 과정에서 지지대(29)가 요입될 요부(19)를 가공하면서 정밀하게 마찰걸림턱(18)을 형성하여 구성하는 것이다.

이러한 구성에 의하여 상부패드(12)가 하강하여 소재(100)를 성형할 때 플랜지형 가공부(101)를 성형하는 과정에서 상부패드(12)가 측방향(도면상 좌측)으로 작용하는 힘은 상부패드(12) 자체에 형성된 마찰걸림턱(18)이 하부펀치(22) 자체에 형성된 지지대(29)의 마찰면(28)에 걸리면서 잡아주는 작용이 이루어지면서 원활하고 견고한 지지가 가능해진다.

상기와 같은 본 발명의 벤딩 프레스 금형에 대한 작용을 살펴보면, 다음과 같다.

도 2a와 같이 성형작업을 실시하기 전의 상태는 상부다이(10)와 홀더(11) 및 상부패드(12)가 상승한 상태로 하부펀치(22)의 위에 소재(100)를 안착시킨다.

도 2b와 같이 상부다이(10)를 하강시키게 되면 홀더(11)와 상부패드(12) 전체가 하강하다가 먼저 상부패드(12)가 소재(100)의 표면에 닿게 된다. 이때 하부펀치(22)에 구성된 지지대(29)의 마찰면(28)에 상부패드(12)에 구성된 마찰걸림턱(18)에 정밀하게 밀착된 상태가 된다.

이러한 상태에서 상부다이(10)가 계속 하강을 하면 상부패드(12)가 소재(100)를 누른 상태에서 홀더(11) 일측에 장착된 상부스틸(13)이 소재(100)의 단부를 더욱 눌러 플랜지형 가공부(101)를 형성하게 되며, 이때 상부패드(12)가 측방향으로 이동하려는 힘은 지지대(29)가 버텨 주게 되므로 변형 없이 오랜 시간 성형작업을 할 수 있고, 반복적으로 성형작업을 하더라도 균일한 성형 품질을 유지할 수 있게 되는 것이다.

10: 상부다이
11: 홀더
12: 상부패드
13: 상부스틸
17: 지지부
18: 마찰걸림턱
19: 요부
20: 하부다이
21: 받침대
22: 하부펀치
27: 지지부
28: 마찰면
29: 지지대

Claims (1)

1. 상부다이(10) 저면에 홀더(11)가 장착되고 홀더(11)의 저면 내측에 상부패드(12)가 설치되고, 하부다이(20) 위에는 받침대(21)를 안착시키고 받침대(21) 위에는 하부펀치(22)가 장착되어 상부패드(12)와 하부펀치(22) 사이에서 소재(100)의 일측에 직각 내지 둔각으로 형성되는 플랜지형 가공부(101)를 성형하는 벤딩 프레스금형에 있어서,
   상부패드(12)와 하부펀치(22)를 설계시 소재(100)가 안착되어 성형되는 부분을 제외한 부분을 선택하여 여유있게 돌출되는 지지부(17)(27)를 구성하고,
   상기 하부펀치(22)의 지지부(27)에는 수직으로 돌출되는 형태이고 마찰면(28)을 갖는 지지대(29)를 형성하고,
   상부패드(12)의 지지부(17)에는 상기 하부펀치(22)의 지지대(29)를 감싸면서 마찰면(28)에 정확하게 접촉하도록 마찰걸림턱(18)을 형성하여 마찰면(28)과 마찰되도록 하며,
   상부패드(12)가 하강하여 소재(100)를 성형할 때 플랜지형 가공부(101)를 성형하는 과정에서 상부패드(12)가 측방향으로 작용하는 힘은 상부패드(12) 자체에 형성된 마찰걸림턱(18)이 하부펀치(22) 자체에 형성된 지지대(29)의 마찰면(28)에 걸리면서 잡아주는 작용이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 내부지지 방식으로 측방향 하중을 분산시키는 벤딩 프레스금형.

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