KR20220114834A - 드로잉 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드로잉 성형장치를 개시한다. 본 발명의 성형장치는, 성형구멍을 갖는 다이; 상기 다이의 측방으로부터 회전가능하게 설치되고, 중간에 상기 성형구멍의 내면부에 노출되어 성형되는 소재와 회전 접촉되는 롤링부가 구비되고, 일측 단부에는 피니언기어가 형성되는 회전축; 상기 다이의 상측에서 상기 성형구멍에 수직으로 대응하여 승강이 이루어지도록 가동금형에 고정 설치되는 펀치; 및 상기 가동금형에서 수직으로 하향 설치되어 상기 피니언기어와 맞물리는 랙기어; 를 포함하여 이루어져서 상기 펀치의 하강과 동시에 상기 랙기어가 하강하여 회전축을 회전시키도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

드로잉 성형장치{drawing device}

본 발명은 이음매가 없는 금속용기를 제작하는 드로잉(drawing) 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소재를 펀치(punch)에 의해 수직 가공할 때 인입 성형되는 소재가 성형롤러에 의해 유도되면서 성형이 이루어짐은 물론, 성형롤러가 펀치의 동작과 함께 회전되도록 하여 더욱 원활한 성형이 이루어지도록 함으로써 조직의 균열이 없이 견고하고 정밀한 성형이 이루어질 수 있도록 된 드로잉 성형장치에 관한 것이다.

주지하다시피 드로잉 가공은 금형을 이용하여 판상(板狀)의 금속소재를 신장시킴으로써 원통형이나 각통형 또는 반구형 등의 원하는 형상으로 프레싱 성형하는 소성가공의 일종으로, 이음매가 없는 용기 모양의 제품을 성형하는데 주로 사용되고 있다.

이러한 드로잉 가공은 다이(die)와 펀치 프레스를 사용하는 다이 드로잉(die drawing)이 일반적이며, 운두가 깊은 용기를 성형할 때는 딥 드로잉(deep drawing) 기법을 이용한다.

딥 드로잉 가공은 그 특성상 소재와 금형간의 접촉시간이 길고, 이에 따라 그만큼 마찰로 인한 부작용의 정도가 크다. 따라서, 용이한 가공을 위해서는 펀치와 다이와의 마찰이 적어야 하는 바, 다이 표면과 펀치 표면에 강제로 윤활유를 주입하여 딥 드로잉 가공을 행하고 있다. 이 때문에 딥 드로잉 가공은 윤활유의 소모 비용이 드는 단점이 있다.

한편, 드로잉 가공으로 성형하는 금속용기는 이음매가 없는 장점에 따라 각종 주방용품을 비롯하여 음료용 캔 및 소형 전기, 전자부품 케이스 등 여러 산업분야에서 다양한 형태로 널리 이용되고 있는데, 대체로 원통형 용기와 사각통형 용기가 주로 사용되고 있다.

주방용품과 같은 일반적인 생활용품이나 음료용 캔 등의 경우에는 드로잉 가공으로 제작된 용기의 형상 정밀도에 그다지 큰 영향을 받지 않지만, 예컨대 소형 전기, 전자부품 케이스의 경우에는 드로잉으로 성형 가공된 용기의 형상 정밀도가 상당히 중요하다.

즉, 전기, 전자부품 케이스는 안정된 수납을 위해 수납할 부품의 외형과 크기에 정확히 일치하여 부품을 틈새없이 수납하는 것이 중요함은 물론이고, 나아가 해당 부품들을 채용하는 제품의 안정성과 컴팩트화에도 영향을 미치게 되므로 드로잉 가공의 형상 정밀도에 민감할 수밖에 없는 것이다.

종래 사용되고 있는 일반적인 드로잉 성형방법은, 성형 깊이를 달리 하는 여러 개의 금형을 순차적으로 배치하고, 금속소재를 깊이가 낮은 금형으로부터 점차 깊이가 깊은 금형을 연이어 경유하도록 이송시키면서 깊이를 점진적으로 증가시키는 성형방식을 취하고 있다.

이는 펀치로 금속소재를 다이의 성형구멍에 강제로 밀어넣어서 신장시키는 미끄럼(slip) 마찰 작용을 이용하는 기술로, 펀치의 1회 작동으로 금속용기를 성형할 경우 금속소재가 파손되기 때문에 성형구멍의 깊이가 다른 여러 개의 금형을 통해 수회의 성형공정을 순차적으로 진행하여 원하는 금속용기를 완성하는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 드로잉 성형방법은 펀치에 의해서 금속소재와 성형구멍간에 강제적인 미끄럼 마찰이 발생하기 때문에 예컨대 사각형 등의 각형 용기를 성형할 경우 여러 공정을 거쳐 성형하더라도 모서리에 균열이 발생하거나 찢어지고 터지는 등 심각하게 훼손되는 문제가 발생한다.

이 때문에 종래의 드로잉 성형장치로 제작된 각형 용기는 모서리가 직각으로 성형되지 않고 호형을 취하게 되며, 이로 인해 전기, 전자부품을 수납하면 금속용기와 부품 사이에 틈새가 발생하여 안정된 수납이 곤란할 뿐 아니라 틈새만큼 각형 금속용기의 부피가 크게 성형되므로 이를 채용하는 제품의 사이즈에도 나쁜 영향을 미칠 수밖에 없다.

특허문헌 1은 본 출원인에 의해 선 출원된 등록특허로서, 사각 금속용기의 모서리를 직각으로 성형할 수 있는 드로잉 성형장치가 개시되어 있다.

이 기술은 다이에 형성된 사각형의 성형구멍 상단부 네 변에 일부가 개방된 핀홀을 각각 형성하고, 각 핀홀에 핀롤러를 회전가능하게 설치하여 핀롤러의 일부가 성형구멍으로 노출되도록 함으로써 각 핀롤러 역시 사각형의 성형구멍을 구성하고 있다.

이에 따라 일반적인 성형장치에 의해 수회에 걸쳐 점진적으로 성형된 미완성 사각 금속용기를 핀롤러와의 회전접촉을 통한 구름마찰에 의해 부드럽게 가압 성형함으로써 모서리를 파손없이 직각으로 성형할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 이러한 특허문헌 1은 사각 금속용기의 성형공정을 단축시키면서 모서리를 직각으로 성형할 수 있으나, 사각 금속용기의 완성을 위해서는 종래와 같이 사전에 수회에 걸쳐 점진적으로 깊이를 증가시키는 예비 성형공정을 필요로 하고 있으므로 사각 금속용기를 성형하기 위해 공정별로 복수의 드로잉 성형기를 구비하지 않으면 안 된다.

이 때문에 금속용기의 드로잉 성형작업이 여전히 번잡하고, 많은 비용과 시간이 소요될 뿐 아니라 작업공간 또한 넓게 확보해야 하는 문제가 있다.

1. 한국 등록특허 10-1301154

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속소재의 절곡되는 부분이 구름 마찰에 의해 원활한 성형이 유도되도록 하면서, 특히 소재가 인입되는 부분에 설치되는 성형롤러가 하강하는 펀치의 구동과 함께 회전되도록 함으로써 마찰저항을 최소화하여 조직이 파괴됨이 없이 안정적이고 견고한 성형이 이루어질 수 있는 드로잉 성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 성형롤러의 회전에 따른 소재의 유도에 의한 안정적인 성형작업에 의해 종래에 비하여 적은 펀칭만으로도 가공의 완성도를 높일 수 있고, 그에 따른 설비와 비용 및 시간을 크게 절감할 수 있는 드로잉 성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 드로잉 성형장치는, 성형구멍을 갖는 다이; 상기 다이의 측방으로부터 회전가능하게 설치되고, 중간에 상기 성형구멍의 내면부에 노출되어 성형되는 소재와 회전 접촉되는 롤링부가 구비되고, 일측 단부에는 피니언기어가 형성되는 회전축; 상기 다이의 상측에서 상기 성형구멍에 수직으로 대응하여 승강이 이루어지도록 가동금형에 고정 설치되는 펀치; 및 상기 가동금형에서 수직으로 하향 설치되어 상기 피니언기어와 맞물리는 랙기어; 를 포함하여 이루어져서 상기 펀치의 하강과 동시에 상기 랙기어가 하강하여 회전축을 회전시키도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 각 회전축의 내측단은 대응하는 각 성형구멍들의 내면보다 각각 미세하게 돌출되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징은 상기 성형구멍은 사각형으로 이루어지고, 상기 회전축은 성형구멍의 각 내변마다 설치되며, 상기 랙기어도 각 회전축의 수 만큼 대응 설치되는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 다이는 복수층으로 구성되고, 하방으로 갈수록 각 층의 성형구멍 크기가 점차 작아지도록 구성되며, 상기 펀치는 각 층에 대응되는 플런저펀치가 다단계로 내장되고, 상기 회전축은 각 다이에서 선택적으로 설치되는 것이다.

따라서 성형 대상물에 따라 다단계의 정도를 설정하여 드로잉을 할 수 있다.

본 발명에 따른 회전축은 상기 복수층의 다이 중 어느 하나의 성형구멍에서 선택적으로 설치될 수 있으며, 상기 성형구멍의 하측으로 더 많은 단계의 성형구멍이 있을 경우에도 마찬가지로 필요한 위치에 선택적으로 회전축이 설치될 수 있다.

따라서 본 발명은, 다단계의 성형구멍들의 각 상단 내주연이 단순 곡면으로 형성된 성형구멍과, 회전축이 설치된 성형구멍이 혼합 구성될 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 드로잉 성형장치에 의하면, 펀치에 의해 소재가 성형되는 성형구멍에 펀치와 함께 구동되어 회전되는 성형롤러가 설치됨으로써 소재가 마찰저항이 최소화되면서 인입 성형이 이루어지게 되어 조직이 파괴됨이 없이 안정적이고 견고한 성형이 이루어질 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 최소한의 펀칭 가공만으로도 가공의 완성도를 높일 수 있어서 드로잉 가공에 필요한 설비와 비용 및 소재의 낭비를 크게 절감할 수 있음은 물론이고, 금속용기를 성형하는 성형시간도 현저하게 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 회전 구동되는 성형롤러의 구름마찰에 의해 금속소재가 매우 부드럽게 절곡되므로 금속용기의 모서리가 균열없이 직각으로 성형될 수 있고, 이에 따라 소형 전기, 전자부품을 그 내부에 빈틈없이 수납할 수 있어 수납의 안정성을 높일 수 있을 뿐 아니라 나아가 이를 채용하는 제품의 컴팩트화에도 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 드로잉 성형장치를 일실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 성형장치의 일실시예로서의 분리사시도.
도 3은 상기 도 2의 결합상태 측면도.
도 4는 상기 도 3의 평단면도.
도 5는 상기 도 3에서 랙기어가 하강하는 상태의 측면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 성형가공 상태를 보여주는 측단면도.
도 8은 본 발명 성형장치의 다른 실시예를 보여주는 평단면도.

본 발명에 의한 드로잉 성형장치의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예들의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

참고로, 이하에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

각 실시예에서 동일 명칭부분에 대해서는 동일 부호를 적용하였다.

도 1은 본 발명에 의한 드로잉 성형장치를 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 성형장치의 일실시예로서의 분리사시도이며, 도 3은 상기 도 2의 결합상태 측면도이고, 도 4는 상기 도 3의 평단면도이며, 도 5는 상기 도 3에서 랙기어가 하강하는 상태의 측면도로서 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 의한 드로잉 성형장치는 예를 들어 사각 금속용기를 성형하기 위한 구성으로서, 다이(100), 회전축(300), 펀치(400), 가동금형(200) 및 랙기어(500)로 대별된다.

다이(100)는 중앙에 사각형의 성형구멍(110)이 구비되고, 내부에는 측방으로부터 한 쌍의 축구멍(120)이 형성되며, 이 축구멍(120)은 상기 성형구멍(110)의 마주하는 두 변의 내측면 상단과 연통된다.

성형구멍(110)은 판상의 금속소재(B)가 원활하게 절곡 인입될 수 있도록 상단 내주연이 적정곡률로 둥굴게 형성되는 곡면부로 이루어지는 것이 바람직하다.

회전축(300)은 상기 축구멍(120)에 삽입되는 것으로서 중간에 상기 성형구멍(110)의 내측면으로 노출되는 롤링부(310)가 구비되고, 일측 단부에는 피니언기어(320)가 구비되어 있다.

따라서 한 쌍의 회전축(300)의 롤링부(310)는 성형구멍(110)의 내측 상단부에서 마주하는 두 변을 형성하게 되며, 각 롤링부(310)는 성형구멍(110)의 내측면보다 미세하게 내측으로 돌출되도록 설치되어 성형되는 소재와 접촉하게 된다.

회전축(300)의 선단부에는 베어링홈(330)이 형성되어 다이(100)의 내부에서 베어링이나 볼 또는 핀(340) 등에 의해 지지된다.

상기 다이(100)의 상측으로는 성형구멍(110)에 상응하여 수직으로 마주하는 펀치(400)가 가동금형(200)에 설치되어 가동금형(200)과 펀치(400)가 함께 승강되도록 되고, 가동금형(200)의 양 측 하단에는 수직으로 랙기어(500)가 하향 설치되어 상기 피니언기어(320)와 맞물리도록 된다.

따라서 펀치(400)와 함께 가동금형(200)이 하강하게 되면, 랙기어(500)가 동시에 하강하면서 상기 피니언기어(320)와의 맞물림에 의해 회전축(300)이 회전하게 된다.

여기서 상기 회전축(300)은 랙기어(500)가 하강할 때에는 성형구멍(110)의 내측 방향으로 회전하여 인입되는 소재를 성형구멍(110)의 내측으로 유도하도록 되고, 랙기어(500)가 상승할 때에는 반대 방향으로 회전하게 된다.

그리고 상기 다이(100)에는 랙기어(500)의 승강에 지장이 없도록 승강 공간이 확보되어야 한다.

본 발명에 따른 다이(100)는 복수층으로 구성되고, 하방으로 갈수록 각 층의 성형구멍 크기가 점차 작아지도록 구성되며, 상기 펀치는 각 층에 대응되는 다단계의 플런저펀치로 내장되는 다단계의 드로잉장치로 구성될 수 있으며, 이 경우에 상기 회전축(300)은 각 단계의 다이에서 선택적으로 설치될 수 있다.

미설명 부호 '210'은 가동금형(200)의 승강작용을 안내하는 가이드포스트(guide post)이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 성형가공 상태를 보여주는 측단면도로서 본 발명에 따른 금형의 하강에 의한 작용상태를 보여준다.

우선 다이(100)의 성형구멍(110) 상측으로 성형할 금속소재(B)를 재치하고 가동금형(200)을 작동시키면, 가동금형(200)과 펀치(400)가 하강하게 되는데 이 때, 랙기어(500)도 함께 하강하면서 피니언기어(320)와의 연동에 의해 회전축(300)을 회전시키게 된다.

그러면 펀치(400)는 금속소재(B)를 가압하면서 성형구멍(110) 내로 진입하게 되고, 금속소재(B)는 성형구멍(110)으로 밀려 들어가면서 회전축(300)의 롤링부(310)와 접촉하게 된다.

회전축(300)의 롤링부(310)는 펀치(400)의 가압방향으로 회전되고 있어서 금속소재(B)는 롤링부(310)와 최소한의 구름마찰을 이루면서 원활하게 성형구멍(110) 내로 유도되어 성형이 이루어지게 된다.

따라서 평판상의 금속소재(B)는 회전하는 롤링부(310)와의 회전 접촉에 의한 원활한 성형 유도에 의해 균열없이 안정된 상태로 성형이 이루어지게 되고, 이에 따라 보다 정밀한 성형 가공이 이루어질 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 평단면도로서 이를 참조하면, 다이(100)의 성형구멍(110)이 사각형으로 이루어지고, 성형구멍(110)의 각 내변마다 회전축(300)이 설치되며, 랙기어(500)도 각 회전축(300)의 수 만큼 대응 설치되어 각 피니언기어(320)와 맞물리도록 되어 있다.

이와 같이 다이(100)의 성형구멍(110)은 다각형으로 이루어지면서 그 내변에 대응되는 회전축(300)이 각각 설치될 수 있다.

이상에서, 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은 전술한 실시예들에 한정하는 취지는 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 실시될 수 있을 것이다. 예를 들면 상기 회전축(300)과 랙기어(500)는 가공 대상이나 성형구멍의 형상에 따라 임의적인 형태로 변경 실시될 수 있으며, 회전축(300)을 지지하는 베어링은 금형의 설계에 따라 임의적인 배치가 이루어질 수 있을 것이다.

100 ; 다이 110 ; 성형구멍
120 ; 축구멍 200 ; 가동금형
300 ; 회전축 310 ; 롤링부
320 ; 피니언기어 330 ; 베어링홈
340 ; 핀 400 ; 펀치
500 ; 랙기어 B ; 금속소재

Claims (4)

1. 성형구멍을 갖는 다이;
   상기 다이의 측방으로부터 회전가능하게 설치되고, 중간에 상기 성형구멍의 내면부에 노출되어 성형되는 소재와 회전 접촉되는 롤링부가 구비되고, 일측 단부에는 피니언기어가 형성되는 회전축;
   상기 다이의 상측에서 상기 성형구멍에 수직으로 대응하여 승강이 이루어지도록 가동금형에 고정 설치되는 펀치; 및
   상기 가동금형에서 수직으로 하향 설치되어 상기 피니언기어와 맞물리는 랙기어; 를 포함하여 이루어져서 상기 펀치의 하강과 동시에 상기 랙기어가 하강하여 회전축을 회전시키도록 된 것을 특징으로 하는 드로잉 성형장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 성형구멍은 사각형으로 이루어지고, 상기 회전축은 성형구멍의 각 내변마다 설치되며, 상기 랙기어도 각 회전축의 수 만큼 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 드로잉 성형장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 다이는 복수층으로 구성되고, 하방으로 갈수록 각 층의 성형구멍 크기가 점차 작아지도록 구성되며, 상기 펀치는 각 층에 대응되는 플런저펀치가 다단계로 내장되고, 상기 회전축은 각 다이에서 선택적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 드로잉 성형장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전축의 내측단은 대응하는 상기 성형구멍의 내면보다 미세하게 돌출되는 것을 특징으로 하는 드로잉 성형장치.
   

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