KR20240083436A - 패드가 구비된 프레스 금형 - Google Patents

패드가 구비된 프레스 금형 Download PDF

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KR20240083436A
KR20240083436A KR1020220167569A KR20220167569A KR20240083436A KR 20240083436 A KR20240083436 A KR 20240083436A KR 1020220167569 A KR1020220167569 A KR 1020220167569A KR 20220167569 A KR20220167569 A KR 20220167569A KR 20240083436 A KR20240083436 A KR 20240083436A
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최홍관
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    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means

Abstract

본 발명은 패드가 구비된 프레스 금형이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형은 판넬을 가공하는 프레스 금형으로서, 상부 프레스에 의해 수직 방향으로 작동하는 상측다이; 상기 상측다이의 하부에 배치되어 상기 판넬이 개재되도록 하는 하측다이; 상기 상측다이의 중앙부위 하측에 위치하여 하측 가장자리부위에 상부 성형면이 형성되어 있는 내측스틸; 상기 내측스틸의 하부에 위치하고, 상기 상부 성형면에 마주하는 가장자리부위에 하부 성형면이 형성되어 있는 하형스틸; 및 상기 상측다이에 구비되고 상기 하형스틸의 상기 하부 성형면 외측에 위치하는 상형스틸; 을 포함하고, 상기 상부 성형면에는 상기 판넬과 접촉하는 패드부재가 3D 프린팅된다.

Description

패드가 구비된 프레스 금형 {PRESS MOLD HAVING PAD}
본 발명은 패드가 구비된 프레스 금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형물의 프레스 성형 후에 미세면 굴곡을 방지하여 성형 품질을 확보할 수 있는 패드가 구비된 프레스 금형에 관한 것이다.
일반적으로 프레스 금형은 금속 소재를 프레스기계와 금형을 이용하여 성형(forming), 교축(drawing), 굽힘(bending), 트리밍(trimming), 절단(cutting), 플랜징(flanging), 리스트라이킹(restriking), 펀칭(punching) 등의 복합적인 가공 공정을 수행함으로써 각종 패널 제품을 성형하게 된다. 즉, 2개 이상의 쌍을 이룬 금형을 사용하여 금형 사이에 소재인 철판을 놓고 금형을 상하 이동시킴에 의해 소재에 강한 프레스 압력을 가함으로써 각종 패널 제품을 성형하여 제작할 수 있다.
대한민국 공개특허 제2011-0073998호에는 열간프레스용 금형제조방법이 게시되어 있으며, 대한민국 특허등록 제10-1902739호에는 자동차의 바디패널 생산용 프레스 금형제조방법이 게시되어 있다.
종래 프레스 금형을 제조하기 위해서는 금형 소재를 다이에 조립한 상태에서 황삭 및 정삭 가공을 완료하고, 정삭가공이 완료된 금형을 조립한 상태에서 열처리를 수행한다. 그리고 열처리가 이루어진 변형량을 사상 가공하여 제거하는 공정을 수행한다.
예를 들어, 차량에서 알루미늄으로 이루어진 도어 판넬에 손잡이를 형성하는 경우에 손잡이 주위로 성형시 불규칙한 소재 유입에 따른 압축 응력이 발생된다. 성형 완료 후 형상 주위에서의 불규칙한 탄성 회복량과 평탄부와 형상부의 강성 차이에 따른 성형 완료 후의 스프링백 변형에 차이가 있어 굴곡이 발생되는 문제가 있다.
한편, 3D 프린팅은 3차원으로 설계된 데이터를 기반으로 다양한 원료를 사출해 입체적인 형태의 물체를 만들어내는 기술을 말하며, 미국 3D System사가 1980년대 초에 세계 최초로 개발하였다. 재료를 깎거나 잘라 만들던 기존의 제품 생산 방식과 달리 3D 프린팅은 얇은 층을 한층씩 쌓아 제작하기 때문에 적층가공기술(Additive Manufacturing) 이라고도 일컬어진다.
일반적으로, 3D 프린터는 열에 녹는 물질을 가는 실 형태로 가공하여 공급하는 스풀, 스풀에 감겨진 필라멘트를 공급하는 피더(Feeder), 필라멘트를 녹여서 용융시키는 압출기 및 분사를 분사를 위한 노즐, 노즐의 분사 위치를 인쇄위치로 이동시키는 캐리어 및 출력물의 적재 및 인쇄 위치를 이동시키는 베드로 구성되어 3D 프린팅을 수행하게 된다.
3D 프린팅 기술은 기존의 제조 방식과 달리 틀 없이 프로토타입을 만들 수 있고, 여러 번의 수정을 거친 후 다시 만들어 확인할 수 있기 때문에 제조업 분야의 시제품 개발 단계나 최종 제품을 생산할 수 있고, 사상 작업 등의 후공정이 요구되지 않는 정밀한 성형이 가능하다는 장점이 있어 3D 프린팅 기술을 금형에 적용하는 활용 방안이 연구되고 있다.
종래의 프레스 금형을 제조하기 위한 방법에서는 가공 후에 숙련된 기술자가 육안으로 사상 작업을 통하여 변형량을 제거하여 상대적으로 많은 작업이 필요하고 가공정밀도를 향상시키는데 문제가 있으며 공장 자동화에 장애가 된다.
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 3D 프린팅 기술을 프레스 금형에 적용함으로써 사상 작업을 생략할 수 있고 고품질의 성형물을 얻을 수 있는 패드가 구비된 프레스 금형을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 판넬을 가공하는 프레스 금형으로서, 상기 판넬을 성형하는 중앙 부위에 상부 성형면이 형성되어 있는 상측다이; 상기 상측다이의 상기 상부 성형면의 외측 하부에 3D 프린팅되어 있는 패드부재; 상기 상측다이의 하부에 배치되어 상기 상부 성형면과 함께 상기 판넬을 성형하도록 중앙 부위에 하부 성형면이 형성되어 있는 하측다이; 및 상기 하측다이의 외측에 위치하고 상기 상측다이와 함께 상기 판넬의 외주 단부를 고정하는 홀더; 를 포함하고, 상기 상측다이 또는 상기 하측다이가 수직 방향으로 이동하여 상기 패드부재가 상기 판넬과 밀착되어 가압 고정되고, 상기 상부 성형면과 상기 하부 성형면이 상기 판넬을 성형한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 판넬을 가공하는 프레스 금형으로서, 상기 판넬을 성형하는 외주 부위에 상부 성형면이 형성되어 있는 상측다이; 상기 상측다이의 상기 상부 성형면의 내측 하부에 3D 프린팅되어 있는 패드 부재; 상기 상측다이의 하부에 배치되어 상기 상부 성형면과 함께 상기 판넬을 성형하도록 외주 부위에 하부 성형면이 형성되어 있는 하측다이; 및 상기 하측다이의 외측에 위치하고 상기 상측다이와 함께 상기 판넬의 외주 단부를 고정하는 홀더; 를 포함하고, 상기 상측다이 또는 상기 하측다이가 수직 방향으로 이동하여 상기 패드부재가 상기 판넬과 밀착되어 가압 고정되고, 상기 상부 성형면과 상기 하부 성형면이 상기 판넬을 성형한다.
상기 패드부재는, 가상의 중심선을 기준으로 상기 중심선에 인접하게 위치하는 패드 내측부; 및 상기 패드 내측부에서 외측으로 연장 형성되어 있는 패드 외측부; 를 포함하고, 상기 패드 내측부와 상기 패드 외측부의 경도는 서로 다르다.
상기 패드 내측부와 상기 패드 외측부 사이에 경도가 다른 패드 중앙부를 더 포함한다.
상기 패드 부재는 복수개가 이격되어 있다.
본 발명에 따른 패드가 구비된 프레스 금형은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 금형 제작 공정에서 프레스 후에 사상 작업을 생략하여 공정 효율성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있다.
둘째, 인력에 의한 사상 작업을 생략하여 공장 자동화를 이룰 수 있다.
셋째, 성형물의 미세면 굴곡과 같은 변형을 방지하여 품질을 향상시키고 불량을 줄일 수 있다.
넷째, 성형물의 미세면 굴곡 불량을 방지하여 제품의 개발기간을 현저하게 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형에서 판넬을 가공하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형에서 판넬을 가공하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형을 나타내는 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 작업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형에서 판넬을 가공하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면 패드가 구비된 프레스 금형(100)은 상측다이(110), 패드부재(120), 하측다이(130) 및 홀더(140)를 포함하여 구성되어 있다. 상측다이(110), 하측다이(130) 및 홀더(140)는 각각 스틸 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
상측다이(110)는 상부 프레스에 의해 수직 방향으로 작동 가능하다. 상측다이(110)는 차량용 판넬을 성형하는 중앙 부위에 상부 성형면(112)이 형성되어 있다.
상부 성형면(112)은 상측다이(110)의 중앙에 형성되어 있고, 상부 성형면(112)의 외측으로 판넬(10)과 접촉하는 패드부재(120)가 3D 프린팅되어 있다.
패드부재(120)는 열가소성 폴리우레탄(Thermo Plastic Polyurethane, TPU)으로 이루어지는 패드인 것이 바람직하다. 열가소성 폴리우레탄은 열가소성인 탄성체로서 탄성을 가지며 3D 프린터에 의해 금형 상에 3D 프린팅된다.
패드부재(120)는 상측다이(110)의 상부 성형면(112)의 외측 하부에 3D 프린팅이 가능한 3D 프린터에 의해 3D 프린팅되어 있다.
패드부재(120)는 상측다이(110)의 상부 성형면(112)에 인접한 외측 외주부에서 하방을 향해 돌출되어 있는 구조이다. 이에 따라 판넬(10) 공급이 원활하게 이루어지고 균일한 탄성 회복을 기대할 수 있다. 도면에서는 이해를 위해 패드부재(120)가 과도하게 돌출되어 있는 구조로 도시되었다.
패드가 구비된 프레스 금형(100)은 판넬(10)을 성형시에 패드부재(120)가 판넬(10)과 밀착되어 판넬(10)의 성형면에 인접한 주변 부분을 가압 고정하게 된다.
패드부재(120)는 패드 내측부(122) 및 패드 외측부(124)를 포함한다.
패드 내측부(122)는 측면에서 보았을 때 패드부재(120)의 중앙의 가상 중심선을 기준으로 패드 외측부(124)보다 가상 중심선에 가까운 위치에 있는 부위이다.
패드 외측부(124)는 측면에서 보았을 때 중앙의 가상 중심선을 기준으로 패드 내측부(122)에 대해 외측에 위치한다.
패드 내측부(122) 및 패드 외측부(124)는 상호 다른 경도를 가지는 것이 바람직하다. 패드 내측부(122)와 패드 외측부(124) 사이에는 경도가 다른 패드 중앙부가 형성될 수 있다. 패드 중앙부는 복수개의 경도를 가질 수 있다.
판넬(10)의 성형 부위의 주변 부분을 가압하는 패드부재(120)의 수직 단면에서 패드부재(120)의 중앙의 가상 중심선을 기준으로 패드 내측부(122)와 패드 외측부(124)는 3D 프린팅되어 상호 연속되어 있되, 서로 다른 경도를 가지게 된다.
패드 외측부(124)는 도면에서 보다 조밀한 점으로 해칭되어 높은 경도를 나타내고, 패드 내측부(122)는 패드 외측부(124)에 비해 적은 수의 점으로 해칭되어 패드 외측부(124)보다 낮은 경도를 나타낸다. 패드 외측부(124)는 패드 내측부(122)보다 큰 경도를 가지는 것이 바람직하다.
패드 외측부(124)는 내측에 위치하는 패드 내측부(122)보다 견고한 경도를 가져 판넬(10)을 가압함으로써 판넬(10) 가공의 활용성을 증대시킬 수 있다. 판넬(10)의 두께나 재질 성분 또는 함량에 따라 패드부재(120)의 경도를 달리하여 가공할 수 있다.
하측다이(130)는 하부 프레스에 의해 수직 방향으로 작동 가능하다. 하측다이(130)는 상측다이(110)의 하부에 배치되어 상부 성형면(112)과 함께 판넬(10)을 성형하도록 상부 성형면(112)과 대응되는 중앙 부위에 하부 성형면(132)이 형성되어 있다.
홀더(140)는 중앙의 가상 중심선을 기준으로 하측다이(130)의 외측에 위치하고 상측다이(110)와 함께 가공이 이루어질 판넬(10)의 외주 단부를 고정한다. 홀더(140)와 상측다이(110) 사이에 판넬(10)이 개재되어 고정된다. 여기서 외주 단부는 판넬(10)의 각 방향의 단부 부위의 홀더(140)에 의해 고정되는 부분이다.
상측다이(110)와 하측다이(130)는 가이드 포스트(150)에 의해 연결되어 있다. 가이드 포스트(150)에는 댐퍼가 구비되어 상측다이(110)와 하측다이(130)에 충격이 가해지는 것이 방지된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형에서 판넬을 가공하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3을 도 1과 함께 참조하면 패드가 구비된 프레스 금형(200)은 상측다이(110), 패드부재(120), 하측다이(130) 및 홀더(140)를 포함하여 구성되어 있다.
상측다이(110)는 판넬을 성형하는 외주 부위에 상부 성형면(112)이 형성되어 있다.
상부 성형면(112)은 상측다이(110)의 외주 부위에 형성되어 있고, 상부 성형면(112)의 내측으로 판넬(10)과 접촉하는 패드부재(120)가 3D 프린팅되어 있다.
패드부재(120)는 상측다이(110)의 상부 성형면(112)의 내측 하부에 3D 프린팅이 가능한 3D 프린터에 의해 3D 프린팅되어 있다.
패드부재(120)는 상측다이(110)의 상부 성형면(112)의 내측 내주부에서 하방을 향해 돌출되어 있는 구조이다.
패드부재(120)는 패드 내측부(122) 및 패드 외측부(124)를 포함한다.
패드 내측부(122)는 측면에서 보았을 때 중앙의 가상 중심선을 기준으로 패드 외측부(124)에 대해 내측에 위치하고 서로 다른 경도를 갖는다.
여기서 패드 외측부(124)는 내측에 위치하는 패드 내측부(122)보다 견고한 경도를 가져 판넬(10)을 가압함으로써 판넬(10) 가공의 활용성을 증대시킬 수 있다. 경우에 따라 패드 내측부(122)의 경도가 패드 외측부(124)의 경도보다 높을 수 있다.
하측다이(130)는 하부 프레스에 의해 수직 방향으로 작동 가능하다. 하측다이(130)는 상측다이(110)의 하부에 배치되어 상부 성형면(112)과 함께 판넬(10)을 성형하도록 상부 성형면(112)과 대응되는 외주 부위에 하부 성형면(132)이 형성되어 있다.
홀더(140)는 중앙의 가상 중심선을 기준으로 하측다이(130)의 외측에 위치하고 상측다이(110)와 함께 가공이 이루어질 판넬(10)의 외주 단부를 고정한다.
여기서, 외주 단부는 판넬(10)의 각 방향의 단부 부위의 홀더(140)에 의해 고정되는 부분이고, 외주 단부의 내측에 위치하는 외주 부위는 상측다이(110)의 상부 성형면(112)과 하측다이(130)의 하부 성형면(132)에 의해 성형되는 부분이다. 이외의 다른 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형을 나타내는 모식도이다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면 복수개의 패드 부재(120, 121)는 판넬(10)을 가압하는 패드 부재(120)가 상호 이격되어 상측다이(110)에 간격을 두고 형성될 수 있다. 또는, 패드 부재(120)는 판넬(10)을 가압하는 부분이 복수개 이격되어 형성될 수 있다.
판넬(10)의 길이나 면적이 큰 경우 또는 다수의 성형부분이나 굴곡진 형상을 동시에 성형하는 경우에 중앙의 가상 중심선을 기준으로 내측에 위치하는 하나의 패드 부재의 외측으로 가압이 이루어지는 다른 패드 부재 가압부가 마련되어 판넬(10)을 복수 위치에서 가압할 수 있고, 이외의 다른 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하여 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 패드가 구비된 프레스 금형(100)의 작동 관계를 설명하면, 상측다이(110)와 홀더(140) 사이에 판넬(10)이 개재된다. 상측다이(110) 하부와 홀더(140) 내측에는 하측다이(130)가 위치한다.
하부 프레스에 의해 하측다이(130)가 상승하여 패드부재(120)가 판넬(10)의 성형되는 부위의 외측 상면을 하측다이(130)에 대해 가압하여 고정하게 된다.
패드부재(120)는 패드 내측부(122) 및 패드 외측부(124)를 포함하여 구성되어 있다. 패드 외측부(124)는 패드 내측부(122)보다 큰 경도를 가지는 상태에서 판넬(10)을 다른 경도로 가압하여 면압을 발생시킨다.
그리고, 상측다이(110)의 상부 성형면(112)이 하측다이(130)의 하부 성형면(132)과 함께 판넬(10)의 성형 부위를 함께 가압하여 성형하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 패드가 구비된 프레스 금형은 금형 제작 공정에서 프레스 후에 사상 작업을 생략하여 공정 효율성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있으며, 인력에 의한 사상 작업을 생략하여 자동화를 이룰 수 있다. 또한, 성형물의 성형 후에 현저한 변형 방지 효과 및 성형물의 품질을 향상시켜 불량을 줄일 수 있고, 개발기간을 현저하게 단축할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 작업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.
10: 판넬
100, 200, 300: 프레스 금형
110: 상측다이
112: 상부 성형면
120: 패드부재
122: 패드 내측부
124: 패드 외측부
130: 하측다이
132: 하부 성형면
140: 홀더
150: 가이드 포스트

Claims (5)

  1. 판넬을 가공하는 프레스 금형으로서,
    상기 판넬을 성형하는 중앙 부위에 상부 성형면이 형성되어 있는 상측다이;
    상기 상측다이의 상기 상부 성형면의 외측 하부에 3D 프린팅되어 있는 패드부재;
    상기 상측다이의 하부에 배치되어 상기 상부 성형면과 함께 상기 판넬을 성형하도록 중앙 부위에 하부 성형면이 형성되어 있는 하측다이; 및
    상기 하측다이의 외측에 위치하고 상기 상측다이와 함께 상기 판넬의 외주 단부를 고정하는 홀더; 를 포함하고,
    상기 상측다이 또는 상기 하측다이가 수직 방향으로 이동하여 상기 패드부재가 상기 판넬과 밀착되어 가압 고정되고, 상기 상부 성형면과 상기 하부 성형면이 상기 판넬을 성형하는 것을 특징으로 하는
    패드가 구비된 프레스 금형.
  2. 판넬을 가공하는 프레스 금형으로서,
    상기 판넬을 성형하는 중앙 부위에 상부 성형면이 형성되어 있는 상측다이;
    상기 상측다이의 상기 상부 성형면의 외측 하부에 3D 프린팅되어 있는 패드부재;
    상기 상측다이의 하부에 배치되어 상기 상부 성형면과 함께 상기 판넬을 성형하도록 중앙 부위에 하부 성형면이 형성되어 있는 하측다이; 및
    상기 하측다이의 외측에 위치하고 상기 상측다이와 함께 상기 판넬의 외주 단부를 고정하는 홀더; 를 포함하고,
    상기 상측다이 또는 상기 하측다이가 수직 방향으로 이동하여 상기 패드부재가 상기 판넬과 밀착되어 가압 고정되고, 상기 상부 성형면과 상기 하부 성형면이 상기 판넬을 성형하는 것을 특징으로 하는
    패드가 구비된 프레스 금형.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패드부재는,
    가상의 중심선을 기준으로 상기 중심선에 인접하게 위치하는 패드 내측부; 및
    상기 패드 내측부에서 외측으로 연장 형성되어 있는 패드 외측부; 를 포함하고,
    상기 패드 내측부와 상기 패드 외측부의 경도는 서로 다른 것을 특징으로 하는
    패드가 구비된 프레스 금형.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 패드 내측부와 상기 패드 외측부 사이에 경도가 다른 패드 중앙부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    패드가 구비된 프레스 금형.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 패드 부재는 복수개가 이격되어 있는 것을 특징으로 하는
    패드가 구비된 프레스 금형.
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