KR20160077426A

KR20160077426A - 프레스 성형 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160077426A
Application number: KR1020140186884A
Authority: KR
Inventors: 이현영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-07-04
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: KR101674764B1

Abstract

본 발명은 프레스 성형 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 프레스 성형 장치는 프레스기에 장착되고, 상부로 소재가 공급되는 하부금형; 및 프레스기에 장착되고, 하부로 소재가 공급되는 상부금형;을 포함하여 구성되되, 상기 하부금형은, 하부내측다이; 및 중공부에 상기 하부내측다이를 수용하고, 상기 하부내측다이의 외주로부터 일정거리 이격되어, 상기 하부내측다이와 틈새를 형성하게 제공되는 하부외측다이;를 포함하고, 상기 상부금형은, 단이 지게 제공되어 상기 틈새에 삽입되는 삽입부를 구비하고, 상기 삽입부에 의해 상기 소재를 상기 틈새로 통과시키도록 제공되는 다단펀치;를 포함할 수 있다.

Description

프레스 성형 장치 및 방법{Apparatus and Method for press forming}

본 발명은 프레스 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

프레스기와 프레스기에 체결되는 다이세트를 이용하여 소재를 성형하는 기술의 일부인 블랭킹(blanking)과 피어싱(piercing)은 도 1a에 보이는 것처럼, 다이세트를 구성하는 펀치(2)와 다이(3), 그리고 필요에 따라서는 홀더(4)를 이용하여 소재(1)를 가압하는 기술이다.

펀치와 다이로 소재를 가압하여 다이 위에 올려진 소재를 제품으로 사용하는 것이 피어싱 작업이고, 펀치에 의해 다이 위에 올려진 소재로부터 분리되어 나간 소재를 제품으로 사용하는 것이 블랭킹 작업이다. 따라서, 통상의 블랭킹 작업과 피어싱 작업은 동일한 다이세트 내에서 실시될 수 있다.

펀치와 다이를 이용하여 소재를 분리하고, 분리된 소재의 에지(edge)부에 가해진 소성 변형량이 제품의 2차 성형성을 평가하는 인자가 된다. 특히, 제품의 에지(edge)부의 성형성은 최종 완성되는 제품의 품질에 영향을 미치므로, 에지(edge)부의 크랙(crack)을 방지하는 것은 매우 중요한 문제이다.

에지(edge)부의 성형성은 펀치의 형상에 따라서 달라질 수도 있다. 도 1a와 같이 밑면이 평평한 펀치(2)로 성형했을 때의 성형해석 결과가 도 1b에 도시되어 있고, 소재(1)는 펀치에 의해 분리되어 떨어지는 영역에서 더 많은 소성변형을 받으며, 피어싱 제품보다 블랭킹 제품에 변형이 집중됨을 알 수 있다.

반면, 도 2a와 같이 다단부(2a)를 포함하는 펀치(2)에 의해 성형된 소재는 도 2b에 보이는 것처럼 블랭킹 제품에 다단부(2a)에 의한 변형이 집중되어 블랭킹 제품의 에지부의 성형성은 떨어지게 되지만, 반대로 소재(1)에 부가되는 장력으로 인해 상대적으로 낮은 전단변형(소성변형)에서 파단을 발생하여 2차 성형성을 향상 시킬 수 있다.

본 발명은 프레스 성형 공정 중, 특히 블랭킹 공정에서 변형을 최소화하여 2차 성형시의 성형성 향상을 통하여 최종 제품의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 다양한 소재에 적용할 수 있는 프레스 성형 장치 및 이를 이용한 프레스 성형 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 프레스 성형 장치 및 방법을 제공한다.

먼저, 본 발명에 의한 프레스 성형 장치는 프레스기에 장착되고, 상부로 소재가 공급되는 하부금형; 및 프레스기에 장착되고, 하부로 소재가 공급되는 상부금형;을 포함하여 구성되되, 상기 하부금형은, 하부내측다이; 및 중공부에 상기 하부내측다이를 수용하고, 상기 하부내측다이의 외주로부터 일정거리 이격되어, 상기 하부내측다이와 틈새를 형성하게 제공되는 하부외측다이;를 포함하고, 상기 상부금형은, 단이 지게 제공되어 상기 틈새에 삽입되는 삽입부를 구비하고, 상기 삽입부에 의해 상기 소재를 상기 틈새로 통과시키도록 제공되는 다단펀치;를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 다단펀치는, 상기 삽입부가 상기 소재에 접촉하는 일면에서 하방으로 일정높이 돌출되는 돌출영역;을 포함하여 단이 지게 구비될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 다단펀치는, 상기 하부내측다이에 대응되게 제공되는 펀치중공부를 구비하여, 상기 펀치중공부의 외측으로 상기 삽입부가 배치될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 다단펀치는, 복수개로 구비되는 상기 삽입부의 집합으로 형성될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 돌출영역은, 상기 삽입부의 외주로부터 상기 삽입부의 중심방향으로 일정거리 이격되게 구비되고, 측면이 경사지게 구비될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 돌출영역은, 0.3mm 이상, 1.0mm이하의 범위의 높이값을 가지고, 상기 삽입부와의 접촉면에서 상기 삽입부의 외주로부터 1mm 이하로 이격되며, 측면이 상기 삽입부와의 접촉면과 135도 이상의 경사를 형성하게 제공될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 상부금형은, 상기 하부내측다이에 대응되게 제공되는 내측블랭크홀더; 및 상기 하부외측다이에 대응되게 제공되는 외측블랭크홀더;를 포함하고, 상기 다단펀치는, 삽입부가 상기 내측블랭크홀더와 상기 외측블랭크홀더 사이로 삽입되어 하강하게 제공될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 상부금형은, 상기 펀치중공부에서 상기 다단펀치에 연결되고, 상기 삽입부보다 상기 소재에 먼저 접촉하게 제공될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 홀딩부재와 상기 다단펀치 사이에는 탄성부재가 구비될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 다단펀치는, 삽입부가 경사지게 구비되어 상기 소재에 전단각(shear angle)을 형성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 전단각은, 0도 초과 9도 이하의 범위의 값으로 제공될 수 있다.

한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 프레스 성형 방법을 제공한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 프레스 성형 방법은 프레스기에 장착되는 상부금형과 하부금형에 구비되는 펀치와 다이로 소재를 펀칭하는 방법으로, 상기 소재에서 성형 영역과, 상기 성형 영역의 외주 밖에 존재하는 비 성형 영역을 상기 상부금형과 상기 하부금형에 대응되는 위치에 놓는 안착단계; 및 상기 소재에서 상기 성형 영역의 외주로부터 일정 거리를 상기 펀치로 다단 가압 또는 절단하는 성형단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형은, 상기 소재에서 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역에 대응되는 틈새를 구비하게 제공되고, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에, 상기 소재에서 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역은 상기 펀치에 의해 상기 틈새에 삽입 또는 통과되게 구비할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 펀치는, 상기 소재에 접촉하는 면에, 상기 소재 방향으로 일정 높이 돌출되는 돌기부를 구비하여 단이 지게 제공되고, 상기 돌기부는, 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역에 접촉하게 제공될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 안착단계는, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 장착되는 블랭크 홀더에 상기 소재의 상기 성형 영역이 대응되게 배치하고, 상기 성형단계는, 상기 성형 영역에 상기 블랭크홀더를 접촉시킬 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 성형단계는, 상기 펀치에 상기 돌기부를 구비하되, 상기 돌기부들은 상기 소재의 일면에 대하여 높이차를 갖도록 구비되고, 상기 돌기부들 간에는 상기 소재의 일면을 기준으로 일정 경사가 형성되어, 상기 펀치로 상기 소재를 다단 가압 또는 절단하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.

본 발명에 의하면 성형 공정의 효율성을 증대시킬 수 있고, 성형되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 전단 공정이 완료된 소재의 전단면에서 소성 변형을 최소화할 수 있고, 이에 따라 소재의 2차 성형 여유가 증가되는 효과가 있다.

아울러, 펀치의 돌기부에 의해 소재에 장력이 부가되면서 전단하중이 감소됨에 따라, 장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.

따라서, 제품의 전체적인 불량률을 감소시킬 수 있고, 제조원가의 감축을 실현할 수 있는 효과가 있다.

도 1a은 종래 기술에 의한 다이세트의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 다이세트에 의해 성형된 소재의 성형해석 결과이다.
도 2a는 또 다른 종래 기술에 의한 다이세트의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 다이세트에 의해 성형된 소재의 성형해석 결과이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프레스 성형 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상부금형과 하부금형의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프레스 금형 장치에 의해 성형된 소재의 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다단펀치의 상세도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 상부금형과 하부금형의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 상부금형의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프레스 성형 장치는 도 3에 보이는 것처럼, 프레스기(미도시)에 장착되고, 상부로 소재(1)가 공급되는 하부금형(20)과, 프레스기에 장착되고, 하부로 소재가 공급되는 상부금형(10)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 하부금형(20)은 하부내측다이(21) 및 중공부에 상기 하부내측다이를 수용하고, 상기 하부내측다이(21)의 외주로부터 일정거리 이격되어, 상기 하부내측다이와 틈새(23)를 형성하게 제공되는 하부외측다이(22)를 포함한다.

그리고, 상기 상부금형(10)은 단이 지게 제공되어 상기 하부내측다이(21)와 하부외측다이(22)에 의해 형성되는 틈새(23)에 삽입되는 삽입부(11a)를 구비하고, 상기 삽입부에 의해 상기 소재(1)를 상기 틈새(23)로 통과시키도록 제공되는 다단펀치(11)를 포함한다.

다단펀치(11)는 펀치중공부(11c)를 포함하며, 상기 펀치중공부(11c)는 상기 펀치중공부(11c)를 사방에서 둘러싸도록 일정 높이 돌출되게 구비되는 삽입부(11a)에 의해 형성될 수 있다.

다만, 다단펀치(11)는 단일부재에 펀치중공부(11c)를 가공하여 형성될 수도 있고, 복수개의 삽입부(11a)를 결합하여 펀치중공부(11c)를 형성하게 할 수도 있다.

이때, 삽입부(11a)는 도 3에 보이는 것처럼, 펀치중공부(11c)의 사방을 둘러싸게 구비할 수도 있고, 가공되는 소재(1)의 특성 또는 제품의 특성에 따라 삽입부(11a)의 개수를 변경하여 적용할 수도 있다.

삽입부(11a)가 구비되는 형태에 따라 상기 펀치중공부(11c)는 폐쇄형으로 구비될 수도 있고, 오픈형으로 구비될 수 있으며, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있는 사항이다.

한편, 다단펀치(11)와 소재(1)의 사이에는 소재(1)의 성형시 주름발생을 억제하고, 성형성을 향상시키기 위하여 내측블랭크홀더(12)와 외측블랭크홀더(13)가 구비된다.

이때, 내측블랭크홀더(12)는 하부금형(20)의 하부내측다이(21)에 대응되는 위치에 구비되고, 외측블랭크홀더(13)는 하부외측다이(22)에 대응되는 위치에 배치된다.

그리하여, 도 4에 보이는 것처럼, 다단펀치(11)의 삽입부(11a)가 내측블랭크홀더(12)와 외측블랭크홀더(13)에 의해 형성되는 홀더 틈새(14)와, 하부내측다이(21)와 하부외측다이(22)에 의해 형성되는 틈새(23)를 일 직선으로 통과할 수 있도록 해야 한다.

바람직하게, 선술한 펀치중공부(11c)의 크기는 하부내측다이(21)가 수용되는 하부외측다이(22)의 중공부(22a)의 크기와 동일하게 구비될 수 있다.

다만, 하부내측다이(21)와 하부외측다이(22)에 의해 형성되는 틈새(23)를 가리거나 침범하지 않는 범위 내에서 내측블랭크홀더(12)와 외측블랭크홀더(13)의 크기는 당업자에 의해 적절히 변경 적용 가능한 사항이다.

그러나, 블랭킹 성형 공정에서는 상부금형(10)의 하강 이후, 하부내측다이(21)의 상면에 남아 있는 소재가 제품이 되므로, 내측블랭크홀더(12)의 크기를 하부내측다이(21)의 크기와 동일하게 구비하면 제품의 품질 향상 효과가 있다. 이러한 점을 고려하여, 상부금형(10)의 하강 이후, 하부금형(20) 상에 남게 되는 소재(1)의 형태를 고려하여 내,외측블랭크홀더(12,13)를 설계할 수 있다.

이와 같이 다단펀치(11)의 하부에 내,외측블랭크홀더(12,13)를 구비하면, 다단펀치(11)의 삽입부(11a)의 높이는 내,외측블랭크홀더(12,13)의 높이와, 소재의 두께와, 하부내측다이(21)와 하부외측다이(22)의 높이를 모두 합한 값보다 큰 값을 가져야 한다.

한편, 도 6에는 다단펀치(11)가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 다단펀치(11)의 상기 삽입부(11a)에는 돌출영역(11b)이 제공되는 것을 알 수 있다. 돌출영역(11b)은 삽입부(11a)가 소재에 접촉하는 면에 제공된다.

그리고 상기 삽입부(11a)의 외주로부터 이격거리(18)를 가지는데, 상기 이격거리(18)는 삽입부의 중심방향으로 형성될 수 있다. 또한, 측면(17)이 경사지게 구비될 수 있다.

여기서, 상기 돌출영역은, 0.3mm 이상, 1.0mm이하의 범위의 높이값을 가질 수 있고, 이격거리(18)는 1mm 이하의 값, 측면(17)이 상기 삽입부와의 접촉면과 형성하는 경사(θ1)는 135°이상의 값을 가질 수 있다.

이렇게 구성되는 다단펀치(11)의 돌출영역(11b)에 의하면, 도 4에 보이는 소재(1)에서 하부내측다이(21)의 상면에 존재하는 소재보다 틈새(23)에 존재하는 소재로 소성변형이 집중되어 일어나게 된다. 그러면 변형에 의한 가공경화 역시 틈새(23)에 존재하는 소재에 집중되게 된다.

따라서, 상부금형(10)의 하강 이후에는 도 5에 보이는 것과 같은 상태로 될 수 있다. 즉, 최초의 소재(1)는 하부외측다이(22)의 상면에 남아 있는 피어싱소재(1b)와, 하부내측다이(21)의 상면에 남아 있는 블랭킹소재(1a)와, 다단펀치(11)의 삽입부(11a)에 의해 분리되어 나가는 스크랩(1c)으로 구분되게 된다.

이때, 선술한 원리에 의하여 가공경화는 스크랩(1c)의 변형영역(1d)에 집중되어 일어나게 되며, 변형영역(1d)은 스크랩(1c)과 함께 제거되게 된다. 따라서, 피어싱 공정과 블랭킹 공정을 한번에 실시할 수 있는 효과와, 소성변형되는 영역을 변형영역(1d)에 집중시키고, 스크랩(1c)의 배출과 함께 이를 제거할 수 있는 효과가 있다.

선술한 구성 외에도 다단펀치(11)의 형태는 도 7에 보이는 것처럼 변형되어 제공될 수도 있다. 펀치중공부(11c)에 내측블랭크홀더(12) 대신 홀딩부재(15)를 구비하는 것이다. 홀딩부재(15)는 상기 펀치중공부에서 상기 다단펀치에 연결되고, 삽입부(11a)보다 상기 소재에 먼저 접촉하게 제공된다.

이때, 상부금형(10)이 하강을 시작함과 동시에 다단펀치(11)와 홀딩부재(15)는 함께 하강을 시작하므로, 홀딩부재(15)가 먼저 소재(1)에 접촉하게 하기 위해서는 다단펀치(11)의 돌출영역(11b)과 홀딩부재(15)의 하면은 상호 단차를 가지도록 구비되어야 한다.

그러면, 다단펀치(11)에 의해 소재(1)에 전단면이 형성되기 이전에 홀딩부재(15)에 의해 소재(1)가 먼저 가압되므로, 소재의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

바람직하게, 반복되는 프레스기의 하강에 의한 충격으로부터 상부금형(10)을 보호하기 위하여 홀딩부재(15)와 다단펀치(11) 사이에는 탄성부재(16)가 구비될 수 있다. 탄성부재(16)는 통상의 스프링으로 사용될 수 있으나, 이는 작업환경 및 작업자에 의해 적절히 변경되어 적용될 수 있는 사항이다. 이렇게 하면, 장치의 손상을 방지할 수 있고 장치의 수명이 증가하는 것은 자명한 사항이다.

또 다른 한편, 상기 다단펀치(11)는 도 7에 보이는 것처럼 삽입부(11a)가 경사지게 구비될 수 있다. 즉, 일측에 배치된 삽입부(11a)의 돌출영역과 타측에 배치된 삽입부(11a)의 돌출영역이 서로 단차를 갖게 구비되는 것이다. 이는, 삽입부(11a)의 높이를 서로 다르게 구비함으로써 실시 가능하다.

다단펀치(11)는 위와 같이 경사지게 구비되어 소재(1)에 전단각(θ2, shear angle)을 형성한다. 전단각을 설치하면 전단하중을 감소시키고, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있다.

따라서, 프레스기와 상부금형(10)에 가해지는 충격과 하중 또한 감소시킬 수 있는 효과가 있으므로 장치의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 전단각에 의해 도 5에 보이는 피어싱 소재(1b)의 전단면에서 소성변형을 최소화할 수 있다. 따라서, 소성변형에 따른 가공경화가 적어지고, 이에 따라 소재의 2차 성형 여유가 늘어나게 되는 효과가 있다.

바람직하게, 상기 전단각은 0도 초과 9도 이하의 범위의 값을 가질 수 있으나, 소재(1)의 두께 및 재질에 의해 적절히 변경 적용될 수 있고, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니다.

한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 소재의 에지부의 품질을 향상시킬 수 있는 프레스 성형 방법을 제공한다.

즉, 프레스기에 장착되는 상부금형과 하부금형에 구비되는 펀치와 다이로 소재를 펀칭하는 방법으로, 상기 소재에서 성형 영역과, 상기 성형 영역의 외주 밖에 존재하는 비 성형 영역을 상기 상부금형과 상기 하부금형에 대응되는 위치에 놓는 안착단계; 및 상기 소재에서 상기 성형 영역의 외주로부터 일정 거리를 상기 펀치로 다단 가압 또는 절단하는 성형단계;를 포함하는 프레스 성형 방법을 제공한다.

특히, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형은, 상기 소재에서 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역에 대응되는 틈새를 구비하게 제공되고, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에, 상기 소재에서 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역은 상기 펀치에 의해 상기 틈새에 삽입 또는 통과되게 구비할 수 있다.

또한, 상기 펀치는, 상기 소재에 접촉하는 면에, 상기 소재 방향으로 일정 높이 돌출되는 돌기부를 구비하여 단이 지게 제공되고, 상기 돌기부는, 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역에 접촉하게 제공될 수 있다. 즉, 상기 펀치가 하강할 때, 상기 펀치에 구비된 상기 돌기부가 상기 소재에 먼저 접촉하도록 제공된다.

그리고, 상기 안착단계는, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 장착되는 블랭크 홀더에 상기 소재의 상기 성형 영역이 대응되게 배치하고, 상기 성형단계는, 상기 성형 영역에 상기 블랭크 홀더를 접촉시킬 수 있는데, 블랭크 홀더가 성형 영역에 존재하는 소재를 잡아줌으로써, 주름이나 크랙을 방지할 수 있고, 성형 후 에지부의 품질 또한 더욱 상승시키는 효과를 가져오게 된다.

이하에서는, 선술한 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 프레스 성형 방법 이외에, 본 발명의 또 다른 변형된 실시예에 의한 프레스 성형 방법을 설명하도록 한다. 다만, 이는 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 한 변형된 실시예로서, 당업자에 의해 적절히 변경될 수 있으며, 본 발명의 실시예를 한정하고자 하는 의도가 아님을 밝혀둔다.

제1실시예

먼저, 프레스기에 장착되는 상부금형과 하부금형으로 소재를 가압하고, 전단을 발생시켜 상기 소재를 블랭킹 성형하는 방법으로, 상기 소재 중에서 블랭킹 성형품으로 설정된 영역 이외의 영역에 존재하는 스크랩(scrap) 영역을 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 접촉시켜서 상기 소재를 가압하되, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에, 상기 스크랩 영역은 펀치에 의해 상기 소재로부터 분리되고, 상기 블랭킹 성형품으로 설정된 영역은 상기 상부금형과 상기 하부금형 사이에 위치하게 되는 프레스 성형 방법을 제공한다.

제2실시예

또한, 프레스기에 장착되는 상부금형과 하부금형으로 소재를 가압하고, 전단을 발생시켜 상기 소재를 피어싱 성형하는 방법으로, 상기 소재 중에서 피어싱 성형품으로 설정된 영역 내측에 존재하는 스크랩(scrap) 영역에 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 설치된 펀치를 접촉시키고, 상기 스크랩 영역 중에서, 상기 피어싱펀치에 접촉된 영역 이외의 영역에서 블랭킹 성형품을 성형하는 프레스 성형 방법을 제공한다.

제3실시예

또한, 프레스기에 장착되는 상부금형과 하부금형으로 소재를 가압하고, 전단을 발생시켜 상기 소재에서 블랭킹 성형 및 피어싱 성형을 동시에 완료하는 방법으로, 상기 소재 중에서 피어싱 성형품으로 설정된 영역 내측의 영역을 블랭킹 성형품 영역으로 하고, 상기 피어싱 성형품 영역과 상기 블랭킹 성형품 영역 사이의 영역을 스크랩(scrap) 영역으로 하고, 펀치로 상기 스크랩 영역을 가압하여, 상기 스크랩 영역은, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에 상기 소재로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법을 제공한다.

이때, 선술한 제1,2,3실시예에 따른 프레스 성형 방법은 상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 상기 소재의 상기 스크랩 영역에 대응되는 틈새를 구비하고, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에, 상기 스크랩 영역은 상기 펀치에 의해 상기 틈새에 삽입 또는 통과되게 제공될 수 있다.

그리고, 상기 펀치는, 상기 소재에 접촉하는 면에, 상기 소재 방향으로 일정 높이 돌출되는 돌출영역을 구비하여 단이 지게 제공되고, 상기 돌출영역이 상기 스크랩 영역에 접촉하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 소재에서 상기 블랭킹 성형품으로 설정된 영역에 블랭크 홀더를 접촉시켜서 블랭킹 성형품의 상부금형 및 하부금형 접촉면의 품질을 향상시킬 수도 있다.

또한, 상기 펀치는, 상기 돌출영역을 복수개 구비하고, 상기 돌출영역들은 상기 소재의 일면에 대하여 높이차를 갖도록 제공되되, 상기 돌출영역들 간에는 일정 경사가 형성되게 구비될 수도 있다.

그러면 상기 상부금형(10) 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에, 다단펀치(11)에 의해 틈새(23)를 통과한 소재가 스크랩(1c)이 되고, 상기 하부내측다이(21)의 상면에 남아있는 소재가 블랭킹된 소재(1a)가 된다. 또한, 하부외측다이(22)의 상면에 남아있는 소재는 피어싱된 소재(1b)가 될 수도 있다. 이렇게 하면, 상부금형(10)의 한번의 하강으로 피어싱 공정과 블랭킹 공정을 동시에 수행할 수 있어 공정의 효율성이 증대될 수 있다.

뿐만 아니라, 단지 피어싱 공정 또는 블랭킹 공정을 단독으로 수행하되, 소재(1)의 에지부 성형성을 향상시키고자 하는 목적으로 본 발명에 의한 프레스 성형 장치 및 방법을 사용할 수도 있다.

예를 들어, 도 5에서처럼 하부내측다이(21)를 구비하더라도, 상부금형(10)의 하강 이후에 하부내측다이(21)의 상면에 놓인 소재(1a)를 스크랩으로 분리 배출할 수도 있다는 것이다.

다만, 이러한 경우, 피어싱된 소재(1b)의 전단면, 즉, 에지부의 성형성을 향상시키고 강도를 확보할 수 있다는 효과가 있으며, 이는 반대로 블랭킹 공정의 경우도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

따라서, 종래에는 소재는 강도가 강할수록 소성변형이 증가되는 특성에 의하여 초고강도강의 성형이 어렵고, 성형성을 향상시키는 것 또한 어려웠으나, 본 발명에 의하면 변형영역을 스크랩으로 배출할 수 있도록 소재의 영역을 적절히 조절할 수 있어 인장강도 780MPa 이상에 이르는 자동차용 강재에 있어서도 높은 성형성을 얻을 수 있으며, 초고강도강의 버링성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1 : 소재 10 : 상부금형
20 : 하부금형

Claims

프레스기에 장착되고, 상부로 소재가 공급되는 하부금형; 및
프레스기에 장착되고, 하부로 소재가 공급되는 상부금형;을 포함하여 구성되되,
상기 하부금형은,
하부내측다이; 및
중공부에 상기 하부내측다이를 수용하고, 상기 하부내측다이의 외주로부터 일정거리 이격되어, 상기 하부내측다이와 틈새를 형성하게 제공되는 하부외측다이;를 포함하고,
상기 상부금형은,
단이 지게 제공되어 상기 틈새에 삽입되는 삽입부를 구비하고, 상기 삽입부는 상기 소재를 상기 틈새로 통과시켜, 상기 하부금형과 함께 상기 소재에 전단(shear)을 발생시키게 제공되는 다단펀치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 다단펀치는,
상기 삽입부가 상기 소재에 접촉하는 일면에서 하방으로 일정높이 돌출되는 돌출영역;을 포함하여 단이 지게 구비되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제2항에 있어서,
상기 다단펀치는,
상기 하부내측다이에 대응되게 제공되는 펀치중공부를 구비하여, 상기 펀치중공부의 외측으로 상기 삽입부가 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제2항에 있어서,
상기 다단펀치는,
복수개로 구비되는 상기 삽입부의 집합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌출영역은,
상기 삽입부의 외주로부터 상기 삽입부의 중심방향으로 일정거리 이격되게 구비되고,
측면이 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제5항에 있어서,
상기 돌출영역은,
0.3mm 이상, 1.0mm이하의 범위의 높이값을 가지고,
상기 삽입부와의 접촉면에서 상기 삽입부의 외주로부터 1mm 이하로 이격되며,
측면이 상기 삽입부와의 접촉면과 135도 이상의 경사를 형성하게 제공되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부금형은,
상기 하부내측다이에 대응되게 제공되는 내측블랭크홀더; 및
상기 하부외측다이에 대응되게 제공되는 외측블랭크홀더;를 포함하고,
상기 다단펀치는,
상기 삽입부가 상기 내측블랭크홀더와 상기 외측블랭크홀더 사이로 삽입되어 하강하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제3항에 있어서,
상기 상부금형은,
상기 펀치중공부에서 상기 다단펀치에 연결되고, 상기 삽입부보다 상기 소재에 먼저 접촉하게 제공되는 홀딩부재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제8항에 있어서,
상기 홀딩부재와 상기 다단펀치 사이에는 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다단펀치는,
삽입부가 경사지게 구비되어 상기 소재에 전단각(shear angle)을 형성하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
제10항에 있어서,
상기 전단각은,
0도 초과 9도 이하의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 프레스 성형 장치.
프레스기에 장착되는 상부금형과 하부금형에 구비되는 펀치와 다이로 소재를 펀칭하는 방법으로,
상기 소재에서 성형 영역과, 상기 성형 영역의 외주 밖에 존재하는 비 성형 영역을 상기 상부금형과 상기 하부금형에 대응되는 위치에 놓는 안착단계; 및
상기 소재에서 상기 성형 영역의 외주로부터 일정 거리를 상기 펀치로 다단 가압 또는 절단하는 성형단계;
를 포함하는 프레스 성형 방법.
제12항에 있어서,
상기 상부금형 또는 상기 하부금형은, 상기 소재에서 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역에 대응되는 틈새를 구비하게 제공되고,
상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 이동 완료 이후에, 상기 소재에서 상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역은 상기 펀치에 의해 상기 틈새에 삽입 또는 통과되게 구비하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제13항에 있어서,
상기 펀치는,
상기 소재에 접촉하는 면에, 상기 소재 방향으로 일정 높이 돌출되는 돌기부를 구비하여 단이 지게 제공되고,
상기 돌기부는,
상기 펀치에 의해 가압 또는 절단되는 영역에 접촉하게 제공되는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안착단계는,
상기 상부금형 또는 상기 하부금형에 장착되는 블랭크 홀더에 상기 소재의 상기 성형 영역이 대응되게 배치하고,
상기 성형단계는,
상기 성형 영역에 상기 블랭크 홀더를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.
제14항에 있어서,
상기 성형단계는,
상기 펀치에 상기 돌기부를 구비하되, 상기 돌기부들은 상기 소재의 일면에 대하여 높이차를 갖도록 구비되고, 상기 돌기부들 간에는 상기 소재의 일면을 기준으로 일정 경사가 형성되어, 상기 펀치로 상기 소재를 다단 가압 또는 절단하는 것을 특징으로 하는 프레스 성형 방법.