KR20240071224A - 프레스 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 스테이지에서 다단 성형이 가능한 프레스 성형 장치에 관한 것으로서, 베이스와, 상기 베이스와 상하로 대향되게 설치되고, 상기 베이스를 향하는 방향으로 승하강 운동하는 프레스 램과, 상기 베이스에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제 1 회전축을 중심으로 배치된 복수의 하부 금형을 포함하는 하금형 모듈과, 상기 하금형 모듈과 상하로 대향될 수 있도록 상기 프레스 램에 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제 2 회전축을 중심으로 배치된 복수의 상부 금형을 포함하는 상금형 모듈 및 상기 하금형 모듈에 포함된 상기 복수의 하부 금형 중 어느 하나의 하부 금형과 상기 상금형 모듈에 포함된 상기 복수의 상부 금형 중 어느 하나의 상부 금형이 서로 마주보는 방향으로 회전할 수 있도록, 상기 프레스 램의 승하강 운동과 연동하여 상기 하금형 모듈 및 상기 상금형 모듈을 회전시키는 회전 구동 모듈을 포함할 수 있다.

Description

프레스 성형 장치{Press forming device}

본 발명은 프레스 성형 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 단일 스테이지에서 다단 성형이 가능한 프레스 성형 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프레스 가공은 프레스 성형 장치를 이용하여 주로 판상의 소재를 절단하거나 또는 변화시켜 소재의 형상을 변형케 함으로써 소정의 제품으로 성형시킬 수 있는 소성 가공의 일종으로서, 예를 들면 전단, 펀칭, 트리밍, 벤딩, 버링, 컬링 및 드로잉 등의 여러 형태로 소재를 가공할 수 있다. 이러한, 프레스 성형 장치는, 내부에 장착되는 성형 금형의 상형과 하형 사이에 판재 등의 원재료가 구비된 후 상형을 하형에 밀착한 후 가압하여 제품을 성형하게 된다.

한편, 자동차, 조선, 전자 장치 등에 사용되는 판재 부품의 성형성과, 제품품질 및 생산성 향상을 위하여, 다수의 가공공정을 순차적으로 이송시키며, 연속작업을 하는 프레스 가공 방식으로 가공능률과 생산성을 향상시킬 수 있는 프로그레시브 다이(Progressive die)를 이용한 다단 성형 공정이 널리 적용되고 있다. 이러한, 프로그레시브 다이를 이용한 다단 성형 공정은, 종래의 1공정 단독 금형에서 다수의 가공 공정에 의해 수동 생산되었을 경우보다 자동화를 함으로써, 안정성있게 생산성을 대폭 증가시킬 수 있고, 품질 향상을 꾀할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 프로그레시브 다이를 이용한 프레스 성형 장치는, 연속작업을 위해 다수의 가공 스테이지가 일렬로 늘어선 형태로서 공정 라인의 공간적 비용이 많이 요구되며, 언코일링 등과 같은 대규모 생산을 위한 시스템이 요구되는 문제가 있어 다품종 소량 생산을 위한 다단 성형 공정 구축이 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 단일 프레스 스테이지에서 다단 성형을 가능하게 하는 금형 시스템을 구현한 프레스 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레스 성형 장치가 제공된다. 상기 프레스 성형 장치는, 베이스; 상기 베이스와 상하로 대향되게 설치되고, 상기 베이스를 향하는 방향으로 승하강 운동하는 프레스 램; 상기 베이스에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제 1 회전축을 중심으로 배치된 복수의 하부 금형을 포함하는 하금형 모듈; 상기 하금형 모듈과 상하로 대향될 수 있도록 상기 프레스 램에 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제 2 회전축을 중심으로 배치된 복수의 상부 금형을 포함하는 상금형 모듈; 및 상기 하금형 모듈에 포함된 상기 복수의 하부 금형 중 어느 하나의 하부 금형과 상기 상금형 모듈에 포함된 상기 복수의 상부 금형 중 어느 하나의 상부 금형이 서로 마주보는 방향으로 회전할 수 있도록, 상기 프레스 램의 승하강 운동과 연동하여 상기 하금형 모듈 및 상기 상금형 모듈을 회전시키는 회전 구동 모듈;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하금형 모듈은, 상기 제 1 회전축이 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향과 수직한 방향으로 형성되고, 상기 상금형 모듈은, 상기 제 2 회전축이 상기 제 1 회전축과는 평행하고 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하금형 모듈은, 상기 복수의 하부 금형이 상기 제 1 회전축을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 1 회동축을 기준으로 방사상으로 등각 배치되고, 상기 상금형 모듈은, 상기 복수의 상부 금형이 상기 제 2 회전축을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 2 회동축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하금형 모듈은, 소정 형상의 성형면을 가지는 제 1 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축의 일측에 형성되는 제 1 하부 금형; 상기 제 1 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 2 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축에 상기 제 1 하부 금형과 수직한 방향으로 형성되는 제 2 하부 금형; 상기 제 1 다이부 및 상기 제 2 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 3 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축에 상기 제 1 하부 금형과는 평행하고 상기 제 2 하부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 3 하부 금형; 및 상기 제 1 다이부 내지 상기 제 3 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 4 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축에 상기 제 2 하부 금형과는 평행하고 상기 제 3 하부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 4 하부 금형;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 상금형 모듈은, 상기 제 1 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 1 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 1 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축의 일측에 형성되는 제 1 상부 금형; 상기 제 2 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 2 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 2 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축에 상기 제 1 상부 금형과 수직한 방향으로 형성되는 제 2 상부 금형; 상기 제 3 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 3 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 3 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축에 상기 제 1 상부 금형과는 평행하고 상기 제 2 상부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 3 상부 금형; 및 상기 제 4 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 4 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 4 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축에 상기 제 2 상부 금형과는 평행하고 상기 제 3 상부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 4 상부 금형;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전 구동 모듈은, 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되고, 상기 프레스 램의 승하강 운동에 따라 상기 베이스와 상기 프레스 램 사이에서 그 길이가 가변적으로 변할 수 있도록, 복수의 봉 부재가 다단에 걸쳐 서로 탄성적으로 출납가능하게 연결되는 다단봉으로 형성되는 회전 캠 유닛; 및 상기 프레스 램의 승하강 운동에 따라 함께 승하강 운동하는 가이드 핀을 포함하고, 상기 가이드 핀과 상기 회전 캠 유닛의 상기 복수의 봉 부재 중 어느 하나의 봉 부재에 형성된 캠 슬롯과의 캠 접촉으로, 상기 프레스 램의 승하강 운동과 연동하여 상기 회전 캠 유닛을 회전시키는 구동 유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전 캠 유닛은, 제 1 지름으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 1 봉 부재; 상기 제 1 봉 부재의 일측에서 상기 제 1 봉 부재의 내부로 출납 가능하게 연결될 수 있도록, 상기 제 1 지름 보다 작은 제 2 지름으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 2 봉 부재; 및 상기 제 2 봉 부재의 일측에서 상기 제 2 봉 부재의 내부로 출납 가능하게 연결될 수 있도록, 상기 제 2 지름 보다 작은 제 3 지름으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 3 봉 부재;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 봉 부재는, 그 외경면에 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 슬롯 형태로 길게 오목하게 형성되는 상기 캠 슬롯;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 캠 슬롯은, 상기 제 2 봉 부재의 외경면에서 상기 제 2 봉 부재의 일단으로부터 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 직선 형태로 길게 연장되게 형성되는 직선형 캠 구간; 및 상기 제 2 봉 부재의 외경면에서 상기 직선형 캠 구간의 단부로부터 상기 제 2 봉 부재의 타단으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 나선형 형태로 길게 연장되게 형성되는 나선형 캠 구간;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 나선형 캠 구간은, 상기 나선형 캠 구간이 시작되는 일단부와 상기 나선형 캠 구간이 종료되는 타단부가 상기 제 2 봉 부재의 중심축을 기준으로 서로 수직한 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 직선형 캠 구간 및 상기 나선형 캠 구간은, 그 횡단면이 반원 형상을 포함하도록 오목하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 봉 부재 및 상기 제 3 봉 부재는, 상기 하금형 모듈의 상기 제 1 회동축 및 상기 상금형 모듈의 상기 제 2 회동축과 베벨 기어(Bevel gear) 조합에 의해 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구동 유닛은, 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되고, 상기 프레스 램의 승하강 운동에 따라 상기 베이스와 상기 프레스 램 사이에서 승하강 운동을 할 수 있도록 일측이 상기 프레스 램에 고정적으로 설치되는 승하강 봉; 및 상기 회전 캠 유닛의 상기 제 2 봉 부재에 형성된 상기 캠 슬롯과 캠 접촉할 수 있도록, 상기 승하강 봉에서 상기 제 2 봉 부재와 대응되는 위치에 설치되는 상기 가이드 핀;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가이드 핀은, 탄성 부재에 의해 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 향해서 탄성적으로 회동 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가이드 핀은, 상기 캠 슬롯과 캠 접촉할 수 있는 단부에 볼 베어링이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 승하강 봉은, 상기 가이드 핀이 상승 방향으로만 회동 가능할 수 있도록, 상기 가이드 핀이 설치된 위치에서 상기 가이드 핀의 하측을 지지하는 고정 받침 부재;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 프레스 스테이지에 성형 금형(상형 및 하형)이 1 내지 4 공정에 해당하는 서로 다른 금형이 십자 형태로 형성되어, 각각 베이스와 베이스를 향해 승하강 운동하는 프레스 램에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 십자 형태로 형성되어 회전 가능하게 장착되는 성형 금형은, 성형을 위한 프레스 램의 하강 스트로크(Stroke) 중에는 어느 한 상형과 어느 한 하형이 마주 본 형태로 금형의 변화가 없으나, 프레스 램이 상승하여 상형이 복귀하는 과정(Release) 중 가이드 핀과 회전캠의 캡 접촉 구조에 의하여 다른 상형과 다른 하형이 마주보도록 다음 공정용 금형으로 회전 교체되는 구조를 가질 수 있다.

이와 같이, 단일 스테이지에서 프레스 램의 스트로크 및 복귀 과정 마다 다단 성형을 위한 다음 금형으로 자동으로 회전 교체되는 시스템을 구현함으로써, 다단 성형이 요구되는 제품을 생산하기 위하여 큰 규모의 생산라인이 아닌 하나의 프레스를 이용한 다단 성형 공정을 구현 가능하게 할 수 있으며, 특히, 다품종 소량 생산에 매우 효과적일 수 있는 프레스 성형 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 성형 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 프레스 성형 장치에 포함된 하금형 모듈 및 상금형 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 4는 도 1의 “A”부분에 도시된 베벨 기어 조합을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 “B”부분에 도시된 구동 유닛의 일부분을 확대하여 나타내는 단면도들이다.
도 7은 도 1의 구동 유닛에 의해 회전 구동할 수 있는 회전 캠 유닛의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 9 내지 도 12는 도 1의 프레스 성형 장치의 프레스 성형 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 성형 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 프레스 성형 장치(1000)에 포함된 하금형 모듈 및 상금형 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도들이며, 도 4는 도 1의 “A”부분에 도시된 베벨 기어(G) 조합을 확대하여 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 5 및 도 6은 도 1의 “B”부분에 도시된 구동 유닛(520)의 일부분을 확대하여 나타내는 단면도들이고, 도 7은 도 1의 구동 유닛(520)에 의해 회전 구동할 수 있는 회전 캠 유닛(510)의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 성형 장치(1000)는, 크게, 베이스(100)와, 프레스 램(200)과, 하금형 모듈(300)과, 상금형 모듈(400) 및 회전 구동 모듈(500)을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(100)는, 후술될 프레스 램(200)과, 하금형 모듈(300)과, 상금형 모듈(400) 및 회전 구동 모듈(500)을 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 베이스(100)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘 및 아연 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 구조체일 수 있다. 그러나, 베이스(100)는, 반드시 이에 국한되지 않고, 레스 램(200)과, 하금형 모듈(300)과, 상금형 모듈(400) 및 회전 구동 모듈(500)을 지지할 수 있는 매우 다양한 재질의 부재들이 적용될 수 있다.

또한, 프레스 램(200)은, 후술될 상금형 모듈(400)이 설치되어, 하금형 모듈(300)이 설치된 베이스(100)와 상하로 대향되게 설치되고, 한 쌍의 가이드 샤프트(10)를 따라 베이스(100)를 향하는 방향으로 승하강 운동을 할 수 있다.

이와 같이, 하금형 모듈(300)이 설치된 베이스(100) 및 상금형 모듈(400)이 설치되고 베이스(100)를 향하는 방향으로 승하강 운동하는 프레스 램(200)을 포함하는 프레스 성형 장치(1000)는, 하금형 모듈(300)과 상금형 모듈(400) 사이에 안착된 판재(미도시)를 가압 또는 타격하는 구조로 형성될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하금형 모듈(300)은, 베이스(100)에 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 제 1 회전축(A1)을 중심으로 배치된 복수의 하부 금형(M1)을 포함할 수 있다.

예컨대, 하금형 모듈(300)은, 제 1 회전축(A1)이 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향과 수직한 방향으로 형성되어, 복수의 하부 금형(M1)이 제 1 회전축(A1)을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 1 회동축(350)을 기준으로 방사상으로 등각배치될 수 있다.

더욱 구체적으로 하금형 모듈(300)은, 소정 형상의 성형면을 가지는 제 1 다이부가 형성되어, 제 1 회동축(350)의 일측에 형성되는 제 1 하부 금형(310)과, 상기 제 1 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 2 다이부가 형성되어, 제 1 회동축(350)에 제 1 하부 금형(310)과 수직한 방향으로 형성되는 제 2 하부 금형(320)과, 상기 제 1 다이부 및 상기 제 2 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 3 다이부가 형성되어, 제 1 회동축(350)에 제 1 하부 금형(310)과는 평행하고 제 2 하부 금형(320)과는 수직한 방향으로 형성되는 제 3 하부 금형(330) 및 상기 제 1 다이부 내지 상기 제 3 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 4 다이부가 형성되어, 제 1 회동축(350)에 제 2 하부 금형(320)과는 평행하고 제 3 하부 금형(330)과는 수직한 방향으로 형성되는 제 4 하부 금형(340)을 포함하는 복수의 하부 금형(M1)으로 구성될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상금형 모듈(400)은, 하금형 모듈(300)과 상하로 대향될 수 있도록 프레스 램(200)에 제 2 회전축(A2)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 제 2 회전축(A2)을 중심으로 배치된 복수의 상부 금형(M2)을 포함할 수 있다.

예컨대, 상금형 모듈(400)은, 제 2 회전축(A2)이 제 1 회전축(A1)과는 평행하고, 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향과 수직한 방향으로 형성되어, 복수의 상부 금형(M2)이 제 2 회전축(A2)을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 2 회동축(450)을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다.

더욱 구체적으로, 상금형 모듈(400)은, 상기 제 1 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 1 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 1 펀치부가 형성되어, 제 2 회동축(450)의 일측에 형성되는 제 1 상부 금형(410)과, 상기 제 2 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 2 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 2 펀치부가 형성되어, 제 2 회동축(450)에 제 1 상부 금형(410)과 수직한 방향으로 형성되는 제 2 상부 금형(420)과, 상기 제 3 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 3 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 3 펀치부가 형성되어, 제 2 회동축(450)에 제 1 상부 금형(410)과는 평행하고 제 2 상부 금형(420)과는 수직한 방향으로 형성되는 제 3 상부 금형(430) 및 상기 제 4 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 4 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 4 펀치부가 형성되어, 제 2 회동축(450)에 제 2 상부 금형(420)과는 평행하고 제 3 상부 금형(430)과는 수직한 방향으로 형성되는 제 4 상부 금형(440)을 포함하는 복수의 상부 금형(M2)으로 구성될 수 있다.

상술한, 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)은, 각각 서로 다른 4개의 금형이 각 회동축(350, 450)을 중심으로 십자 형태로 배치되는 것을 예로 들었으나, 반드시 이에 국한되지 않고, 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)은, 각 회동축(350, 450)을 중심으로 방사상으로 등각 배치될 수 있는 매우 다양한 개수의 금형을 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 하금형 모듈(300)의 복수의 하부 금형(M1)에 다이부가 형성되고, 상금형 모듈(400)의 복수의 상부 금형(M2)에 이와 대응되는 펀치부가 형성되는 것으로 예를 들었으나, 반드시 이에 국한되지 않고, 하금형 모듈(300)의 복수의 하부 금형(M1)에 펀치부가 형성되고, 상금형 모듈(400)의 복수의 상부 금형(M2)에 이와 대응되는 다이부가 형성될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 회전 구동 모듈(500)은, 하금형 모듈(300)에 포함된 복수의 하부 금형(M1) 중 어느 하나의 하부 금형과 상금형 모듈(400)에 포함된 복수의 상부 금형(M2) 중 어느 하나의 상부 금형이 서로 마주보는 방향으로 회전할 수 있도록, 프레스 램(200)의 승하강 운동과 연동하여 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)을 회전시킬 수 있다.

예컨대, 회전 구동 모듈(500)은, 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되고, 프레스 램(200)의 승하강 운동에 따라 베이스(100)와 프레스 램(200) 사이에서 그 길이가 가변적으로 변할 수 있도록, 복수의 봉 부재가 다단에 걸쳐 서로 탄성적으로 출납가능하게 연결되는 다단봉으로 형성되는 회전 캠 유닛(510) 및 프레스 램(200)의 승하강 운동에 따라 함께 승하강 운동하는 가이드 핀(522)을 포함하고, 가이드 핀(522)과 회전 캠 유닛(510)의 상기 복수의 봉 부재 중 어느 하나의 봉 부재에 형성된 캠 슬롯(530)과의 캠 접촉으로, 프레스 램(200)의 승하강 운동과 연동하여 회전 캠 유닛(510)을 회전시키는 구동 유닛(520)을 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전 캠 유닛(510)은, 제 1 지름으로 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 하금형 모듈(300) 측으로부터 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 제 1 봉 부재(511)와, 제 1 봉 부재(511)의 일측에서 제 1 봉 부재(511)의 내부로 출납 가능하게 연결될 수 있도록, 상기 제 1 지름 보다 작은 제 2 지름으로 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 제 2 봉 부재(512) 및 제 2 봉 부재(512)의 일측에서 제 2 봉 부재(512)의 내부로 출납 가능하게 연결될 수 있도록, 상기 제 2 지름 보다 작은 제 3 지름으로 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 상금형 모듈(400) 측까지 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 제 3 봉 부재(513)를 포함할 수 있다.

이때, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하금형 모듈(300) 측에 설치된 제 1 봉 부재(511) 및 상금형 모듈(400) 측에 설치된 제 3 봉 부재(513)는, 하금형 모듈(300)의 제 1 회동축(350) 및 상금형 모듈(400)의 제 2 회동축(450)과 베벨 기어(Bevel gear)(G) 조합에 의해 연결됨으로써, 후술될 구동 유닛(520)에 의한 회전 캠 유닛(510)의 회전 운동을 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)의 회전 운동으로 전달할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 구동 유닛(520)은, 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되고, 프레스 램(200)의 승하강 운동에 따라 베이스(100)와 프레스 램(200) 사이에서 승하강 운동을 할 수 있도록 상측이 프레스 램(200)에 고정적으로 설치되는 승하강 봉(521) 및 회전 캠 유닛(510)의 제 2 봉 부재(512)에 형성된 후술될 캠 슬롯(530)과 캠 접촉할 수 있도록, 승하강 봉(521)에서 제 2 봉 부재(512)와 대응되는 위치에 설치되는 가이드 핀(522)을 포함할 수 있다.

이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 가이드 핀(522)은, 탄성 부재(미도시)에 의해 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 향해서 탄성적으로 회동 가능하게 설치됨으로써, 프레스 램(200)의 하강 운동 과정에서 승하강 봉(521)과 함께 하강하는 가이드 핀(522)이, 회전 캠 유닛(510)의 제 2 봉 부재(512)와의 접촉 시, 제 2 봉 부재(512)의 외경면과의 접촉으로 상측으로 회동할 수 있다.

또한, 승하강 봉(521)은, 가이드 핀(522)이 상승 방향으로만 회동 가능할 수 있도록, 가이드 핀(522)이 설치된 위치에서 가이드 핀(522)의 하측을 지지하는 고정 받침 부재(523)를 포함함으로써, 프레스 램(200)의 상승 운동 과정에서 승하강 봉(521)과 함께 상승하는 가이드 핀(522)이 제 2 봉 부재(512)의 외경면에 형성된 캠 슬롯(530)에 삽입된 상태에서 하강 회동하는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는, 구동 유닛(520)의 가이드 핀(522)과, 회전 캠 유닛(510)의 제 2 봉 부재(512)의 외경면에 형성된 캠 슬롯(530)의 캠 접촉 과정에 대해 구체적으로 기술하도록 한다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 회전 캠 유닛(510)의 제 2 봉 부재(512)는, 그 외경면에 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 슬롯 형태로 길게 오목하게 형성되는 캠 슬롯(530)이 형성될 수 있다.

이러한, 캠 슬롯(530)은, 제 2 봉 부재(512)의 외경면에서 제 2 봉 부재(512)의 일단으로부터 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 직선 형태로 길게 연장되게 형성되는 직선형 캠 구간(531) 및 제 2 봉 부재(512)의 외경면에서 직선형 캠 구간(531)의 단부로부터 제 2 봉 부재(512)의 타단으로 프레스 램(200)의 승하강 운동 방향을 따라 나선형 형태로 길게 연장되게 형성되는 나선형 캠 구간(532)으로 구성될 수 있다.

이때, 나선형 캠 구간(532)은, 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)이 각각 4개의 금형을 포함하는 것을 고려하여, 나선형 캠 구간(532)이 시작되는 일단부와 나선형 캠 구간(532)이 종료되는 타단부가 제 2 봉 부재(512)의 중심축을 기준으로 서로 수직한 방향으로 형성될 수 있다.

이와 같은, 나선형 캠 구간(532)이 시작되는 일단부와 나선형 캠 구간(532)이 종료되는 타단부 간의 각도는, 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)이 포함하는 금형의 개수에 따라 매우 다양하게 설정될 수 있다. 예컨대, 나선형 캠 구간(532)이 시작되는 일단부와 나선형 캠 구간(532)이 종료되는 타단부 간의 각도는, 360도/금형의 개수로 설정될 수 있다.

또한, 캠 슬롯(530)의 직선형 캠 구간(531) 및 나선형 캠 구간(532)은, 가이드 핀(522)에서 캠 슬롯(530)과 캠 접촉할 수 있는 단부에 형성되는 볼 베어링(B)이 삽입될 수 있도록, 그 횡단면이 반원 형상을 포함하도록 오목하게 형성될 수 있다.

이에 따라, 프레스 램(200)의 상승 운동 과정에서 승하강 봉(521)과 함께 상승하는 가이드 핀(522)의 일단이, 즉, 볼 제어링(B) 부분이 캠 슬롯(530)에 삽입된 상태에서, 일직선으로 상승함으로써, 나선형 캠 구간(532)을 통과하는 과정에서 회전 구동력을 발생시켜 회전 캠 유닛(510)을 나선형 캠 구간(532)이 시작되는 일단부와 나선형 캠 구간(532)이 종료되는 타단부의 각도 차이 만큼, 즉, 90도 만큼 회전 시킬 수 있다.

이하에서는, 상술한 본 발명의 프레스 성형 장치(1000)의 프레스 성형 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 9 내지 도 12는 도 1의 프레스 성형 장치(1000)의 프레스 성형 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 프레스 램(200)의 하강 운동이 시작되면 회전 캠 유닛(510)의 제 1 봉 부재(511)부터 제 2 봉 부재(512)의 내부로 삽입되면서 회전 캠 유닛(510)의 전체적인 길이의 감소가 시작되며, 이때, 승하강 봉(521)과 함께 하강 하는 가이드 핀(522)은, 제 2 봉 부재(512)의 외경면과 접촉한 상태로 상측으로 회동한 상태로 계속 하강함으로써, 회전 캠 유닛(510)의 회전 운동은 발생하지 않을 수 있다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 프레스 램(200)의 하강 운동이 계속되면, 제 2 봉 부재(512) 또한 제 3 봉 부재(513)의 내부로 삽입되면서 회전 캠 유닛(510)의 전체적인 길이가 최소로 감소되며, 이때, 승하강 봉(521)과 함께 하강 하는 가이드 핀(522)은, 제 3 봉 부재(513)의 외경면과 접촉한 상태로 상측으로 회동한 상태로 계속 하강함으로써, 회전 캠 유닛(510)의 회전 운동은 계속해서 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라, 하금형 모듈(300)의 제 1 하부 금형(310)과 상금형 모듈(400)의 제 1 상부 금형(410)이 형합될 수 있다.

이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 프레스 램(200)의 상승 운동이 시작되면, 제 2 봉 부재(512)부터 제 3 봉 부재(513)의 외부로 다시 나오면서 회전 캠 유닛(510)의 전체적인 길이의 증가가 시작되며, 이때, 승하강 봉(521)과 함께 상승 하는 가이드 핀(522)은, 제 2 봉 부재(512)의 외경면에 형성된 캠 슬롯(530)의 직선형 캠 구간(531)에 삽입되어 계속 상승함으로써, 가이드 핀(522)이 캠 슬롯(530)의 직선형 캠 구간(531)을 따라 상승하는 동안에는 회전 캠 유닛(510)의 회전 운동은 발생하지 않을 수 있다.

이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 프레스 램(200)의 상승 운동이 계속되면, 승하강 봉(521)과 함께 상승 하는 가이드 핀(522)은, 제 2 봉 부재(512)의 외경면에 형성된 캠 슬롯(530)의 나선형 캠 구간(532)에 삽입되어 계속 상승함으로써, 가이드 핀(522)이 캠 슬롯(530)의 나선형 캠 구간(532)을 따라 직선으로 상승하는 과정에서 나선형 슬롯과의 캠 접촉으로 회전 캠 유닛(510)의 회전 운동이 발생할 수 있다.

이에 따라, 회전 캠 유닛(510)의 회전 운동이 베벨 기어(G) 조합을 통해서 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)로 전달됨으로써, 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)이 각각 회전되어, 제 1 하부 금형(310)과 제 1 상부 금형(410)이 마주보는 상태에서 제 2 하부 금형(320)과 제 2 상부 금형(420)이 마주보는 상태로 금형 세트의 변경이 이루어질 수 있다.

이러한 과정이 반복될 때 마다, 제 2 하부 금형(320)과 제 2 상부 금형(420)에서 제 3 하부 금형(330)과 제 3 상부 금형(430)으로, 제 3 하부 금형(330)과 제 3 상부 금형(430)에서 제 4 하부 금형(340)과 제 4 상부 금형(440)으로 계속해서 금형 세트의 변경이 이루어지면서 동일한 스테이지 내에서 판재의 다단 성형이 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 성형 장치(1000)에 따르면, 단일 프레스 스테이지에 성형 금형(상형 및 하형)이 1 내지 4 공정에 해당하는 서로 다른 금형이 십자 형태로 형성되어, 각각 베이스(100)와 베이스(100)를 향해 승하강 운동하는 프레스 램(200)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 십자 형태로 형성되어 회전 가능하게 장착되는 하금형 모듈(300) 및 상금형 모듈(400)은, 성형을 위한 프레스 램(200)의 하강 스트로크(Stroke) 중에는 어느 한 상부 금형과 어느 한 하부 금형이 마주 본 형태로 금형의 변화가 없으나, 프레스 램(200)이 상승하여 상부 금형이 복귀하는 과정(Release) 중 가이드 핀(522)과 회전 캠 유닛(510)의 캡 접촉 구조에 의하여 다른 상부 금형과 다른 하부 금형이 마주보도록 다음 공정용 금형으로 회전 교체되는 구조를 가질 수 있다.

그러므로, 단일 스테이지에서 프레스 램(200)의 스트로크 및 복귀 과정 마다 다단 성형을 위한 다음 금형으로 자동으로 회전 교체되는 시스템을 구현함으로써, 다단 성형이 요구되는 제품을 생산하기 위하여 큰 규모의 생산라인이 아닌 하나의 프레스를 이용한 다단 성형 공정을 구현 가능하게 할 수 있으며, 특히, 다품종 소량 생산에 매우 효과적일 수 있는 프레스 성형 장치(1000)를 구현할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 베이스
200: 프레스 램
300: 하금형 모듈
310: 제 1 하부 금형
320: 제 2 하부 금형
330: 제 3 하부 금형
340: 제 4 하부 금형
350: 제 1 회동축
400: 상금형 모듈
410: 제 1 상부 금형
420: 제 2 상부 금형
430: 제 3 상부 금형
440: 제 4 상부 금형
450: 제 2 회동축
500: 회전 구동 모듈
510: 회전 캠 유닛
511: 제 1 봉 부재
512: 제 2 봉 부재
513: 제 3 봉 부재
520: 구동 유닛
521: 승하강 봉
522: 가이드 핀
523: 고정 받침 부재
530: 캠 슬롯
531: 직선형 캠 구간
532: 나선형 캠 구간
1000: 프레스 성형 장치
A1: 제 1 회전축
A2: 제 2 회전축
B: 볼 베어링
M1: 복수의 하부 금형
M2: 복수의 상부 금형
G: 베벨 기어

Claims (16)

1. 베이스;
   상기 베이스와 상하로 대향되게 설치되고, 상기 베이스를 향하는 방향으로 승하강 운동하는 프레스 램;
   상기 베이스에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제 1 회전축을 중심으로 배치된 복수의 하부 금형을 포함하는 하금형 모듈;
   상기 하금형 모듈과 상하로 대향될 수 있도록 상기 프레스 램에 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제 2 회전축을 중심으로 배치된 복수의 상부 금형을 포함하는 상금형 모듈; 및
   상기 하금형 모듈에 포함된 상기 복수의 하부 금형 중 어느 하나의 하부 금형과 상기 상금형 모듈에 포함된 상기 복수의 상부 금형 중 어느 하나의 상부 금형이 서로 마주보는 방향으로 회전할 수 있도록, 상기 프레스 램의 승하강 운동과 연동하여 상기 하금형 모듈 및 상기 상금형 모듈을 회전시키는 회전 구동 모듈;
   을 포함하는, 프레스 성형 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하금형 모듈은,
   상기 제 1 회전축이 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향과 수직한 방향으로 형성되고,
   상기 상금형 모듈은,
   상기 제 2 회전축이 상기 제 1 회전축과는 평행하고 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향과 수직한 방향으로 형성되는, 프레스 성형 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하금형 모듈은,
   상기 복수의 하부 금형이 상기 제 1 회전축을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 1 회동축을 기준으로 방사상으로 등각 배치되고,
   상기 상금형 모듈은,
   상기 복수의 상부 금형이 상기 제 2 회전축을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 2 회동축을 기준으로 방사상으로 등각 배치되는, 프레스 성형 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 하금형 모듈은,
   소정 형상의 성형면을 가지는 제 1 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축의 일측에 형성되는 제 1 하부 금형;
   상기 제 1 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 2 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축에 상기 제 1 하부 금형과 수직한 방향으로 형성되는 제 2 하부 금형;
   상기 제 1 다이부 및 상기 제 2 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 3 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축에 상기 제 1 하부 금형과는 평행하고 상기 제 2 하부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 3 하부 금형; 및
   상기 제 1 다이부 내지 상기 제 3 다이부와 다른 소정 형상의 성형면을 가지는 제 4 다이부가 형성되어, 상기 제 1 회동축에 상기 제 2 하부 금형과는 평행하고 상기 제 3 하부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 4 하부 금형;
   을 포함하는, 프레스 성형 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 상금형 모듈은,
   상기 제 1 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 1 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 1 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축의 일측에 형성되는 제 1 상부 금형;
   상기 제 2 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 2 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 2 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축에 상기 제 1 상부 금형과 수직한 방향으로 형성되는 제 2 상부 금형;
   상기 제 3 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 3 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 3 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축에 상기 제 1 상부 금형과는 평행하고 상기 제 2 상부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 3 상부 금형; 및
   상기 제 4 다이부와 함께 성형 캐비티를 형성하도록, 상기 제 4 다이부와 대응되는 소정 형상의 성형면을 가지는 제 4 펀치부가 형성되어, 상기 제 2 회동축에 상기 제 2 상부 금형과는 평행하고 상기 제 3 상부 금형과는 수직한 방향으로 형성되는 제 4 상부 금형;
   을 포함하는, 프레스 성형 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 회전 구동 모듈은,
   상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되고, 상기 프레스 램의 승하강 운동에 따라 상기 베이스와 상기 프레스 램 사이에서 그 길이가 가변적으로 변할 수 있도록, 복수의 봉 부재가 다단에 걸쳐 서로 탄성적으로 출납가능하게 연결되는 다단봉으로 형성되는 회전 캠 유닛; 및
   상기 프레스 램의 승하강 운동에 따라 함께 승하강 운동하는 가이드 핀을 포함하고, 상기 가이드 핀과 상기 회전 캠 유닛의 상기 복수의 봉 부재 중 어느 하나의 봉 부재에 형성된 캠 슬롯과의 캠 접촉으로, 상기 프레스 램의 승하강 운동과 연동하여 상기 회전 캠 유닛을 회전시키는 구동 유닛;
   을 포함하는, 프레스 성형 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 회전 캠 유닛은,
   제 1 지름으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 1 봉 부재;
   상기 제 1 봉 부재의 일측에서 상기 제 1 봉 부재의 내부로 출납 가능하게 연결될 수 있도록, 상기 제 1 지름 보다 작은 제 2 지름으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 2 봉 부재; 및
   상기 제 2 봉 부재의 일측에서 상기 제 2 봉 부재의 내부로 출납 가능하게 연결될 수 있도록, 상기 제 2 지름 보다 작은 제 3 지름으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되는 제 3 봉 부재;
   를 포함하는, 프레스 성형 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 봉 부재는,
   그 외경면에 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 슬롯 형태로 길게 오목하게 형성되는 상기 캠 슬롯;
   을 포함하는, 프레스 성형 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 캠 슬롯은,
   상기 제 2 봉 부재의 외경면에서 상기 제 2 봉 부재의 일단으로부터 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 직선 형태로 길게 연장되게 형성되는 직선형 캠 구간; 및
   상기 제 2 봉 부재의 외경면에서 상기 직선형 캠 구간의 단부로부터 상기 제 2 봉 부재의 타단으로 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 나선형 형태로 길게 연장되게 형성되는 나선형 캠 구간;
   을 포함하는, 프레스 성형 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 나선형 캠 구간은,
    상기 나선형 캠 구간이 시작되는 일단부와 상기 나선형 캠 구간이 종료되는 타단부가 상기 제 2 봉 부재의 중심축을 기준으로 서로 수직한 방향으로 형성되는, 프레스 성형 장치.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 직선형 캠 구간 및 상기 나선형 캠 구간은,
    그 횡단면이 반원 형상을 포함하도록 오목하게 형성되는, 프레스 성형 장치.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 봉 부재 및 상기 제 3 봉 부재는,
    상기 하금형 모듈의 상기 제 1 회동축 및 상기 상금형 모듈의 상기 제 2 회동축과 베벨 기어(Bevel gear) 조합에 의해 연결되는, 프레스 성형 장치.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 따라 길게 연장되게 형성되고, 상기 프레스 램의 승하강 운동에 따라 상기 베이스와 상기 프레스 램 사이에서 승하강 운동을 할 수 있도록 일측이 상기 프레스 램에 고정적으로 설치되는 승하강 봉; 및
    상기 회전 캠 유닛의 상기 제 2 봉 부재에 형성된 상기 캠 슬롯과 캠 접촉할 수 있도록, 상기 승하강 봉에서 상기 제 2 봉 부재와 대응되는 위치에 설치되는 상기 가이드 핀;
    을 포함하는, 프레스 성형 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가이드 핀은,
    탄성 부재에 의해 상기 프레스 램의 승하강 운동 방향을 향해서 탄성적으로 회동 가능하게 설치되는, 프레스 성형 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가이드 핀은,
    상기 캠 슬롯과 캠 접촉할 수 있는 단부에 볼 베어링이 형성되는, 프레스 성형 장치.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 승하강 봉은,
    상기 가이드 핀이 상승 방향으로만 회동 가능할 수 있도록, 상기 가이드 핀이 설치된 위치에서 상기 가이드 핀의 하측을 지지하는 고정 받침 부재;
    를 포함하는, 프레스 성형 장치.

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