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KR-20260061722-A - Hydroforming Molding Device

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Abstract

본 발명은 밀폐력 개선형 실린더와 같은 성형 대상물을 확관되게 포밍 성형하는 하이드로 포밍 성형장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 유압실린더에 의해 전후 작동하는 펀치에 의해 경사면으로 가압 실링한 후 고압 충진하는 수압에 의해 포밍 성형하되, 상기 펀치를 방사상으로 분할 형성되는 실링 펀치와 상기 실링 펀치 내부의 테이퍼 경사공에 삽입되는 푸싱 펀치(40)로 분리 구성하여 상기 푸싱 펀치 가압시 푸싱 펀치의 미는 힘과 실링 펀치의 벌어지는 힘에 의해 성형 대상물의 입구부를 가압하기 때문에 성형 대상물의 실링 밀폐력을 향상시켜 주면서 사용 실린더의 용량을 줄일 수 있음은 물론 성형 대상물의 성형성이 우수하고, 제조 설비인 유압 장치의 용량을 최소화하면서 성형할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.

Inventors

  • 윤영태
  • 송인용

Assignees

  • 경일대학교산학협력단
  • 윤영태

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (4)

  1. 상부 성형부(11)를 갖는 상금형(10)과, 하부 성형부(21)를 갖는 하금형(20)과, 상기 상,하부 성형부 일측의 펀치 및, 상기 펀치를 전후 이동시키는 유압실린더(50)로 구성하여, 상기 상,하부 성형부(11)(21)에 성형 대상물(100)을 장착한 후 펀치 선단의 테이퍼 경사부에 의해 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 상,하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)에 가압 실링한 후 펀치 중앙의 수공을 통해 고압 충진하는 수압에 의해 성형 대상물을 확관시켜 포밍 성형하는 하이드로 포밍 성형장치에 있어서, 상기 펀치는 외측면에 테이퍼 경사부(31)를 형성하고 내부에 전방에서 후방으로 확장되는 테이퍼 경사공(32)을 형성하되, 원주상에 방사상으로 분할 몸체(35)를 등각 분할하는 실링 펀치(30)와, 상기 테이퍼 경사공(32)에 삽입되고 외측면에 전방에서 후방으로 확장되는 테이퍼 경사부(41)와 내부 중앙에 수공(42)이 형성되는 푸싱 펀치(40)로 분리 형성하여 상기 푸싱 펀치 가압시 푸싱 펀치의 테이퍼 경사부(41)이 실링 펀치의 테이퍼 경사공(32)에서 슬라이딩 되면서 푸싱 펀치의 미는 힘과 실링 펀치의 벌어지는 힘에 의해 성형 대상물의 입구부를 가압 실링하도록 구성한 것을 특징으로 하는 밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실링 펀치의 분할 몸체(35)는 일측이 내측 원주상으로 연장되는 내측 연장부(36)와 타측에 외측 원주상으로 연장되는 외측 연장부(37)를 대응 형성하여 인접하는 분할 몸체의 내측 연장부(36)와 외측 연장부(37)가 내,외측에서 중첩되게 밀착하되, 상기 내외측 연장부(36)(37)가 서로 중첩되는 간격은 적어도 실링 펀치가 벌어지는 간격 보다 더 넓게 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 푸싱 펀치(40)의 외주면과 실링 펀치(30)의 내주면에는 전후 방향으로 가이드 돌기(48)와 상기 가이드 돌기가 전후 안내되는 가이드 홈(38)을 대응 형성하되, 상기 가이드 돌기(48)와 가이드 홈(38)의 도브 테일 구조로 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 푸싱 펀치의 전방 외주연에는 실링 펀치가 전방으로 이탈됨을 방지하는 스톱퍼(45)가 돌출 형성하고, 후방 외주연에는 실링 펀치(30)가 후방으로 밀림방지 되도록 함은 물론 성형 대상물의 입구부를 탄발 가압하도록 장착된 탄발 스프링(47)을 지지하는 지지부(46)를 돌출 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치.

Description

밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치{Hydroforming Molding Device} 본 발명은 실린더와 같은 성형 대상물을 확관되게 포밍 성형하는 하이드로 포밍 성형장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 펀치에 의한 성형 대상물의 실링 밀폐력을 향상시키므로 실린더 용량을 줄이면서 성형성을 우수하게 제공하는 밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치에 관한 것이다. 일반적으로 하이드로 포밍(Hydro-Forming)은 수압(유체압) 또는 가스압을 이용해서 복잡한 형상의 관재(튜브) 제품을 확관시켜 포밍 성형하는 가공 방법이다. 즉, 종래 용접(welding) 등으로 생산하던 부품을 후방 충격 압출 방식에 의해 튜브 소재를 형성한 후 펀치에 의해 실링한 상태에서 튜브 소재 내부에 수압 또는 가스압을 형성하는 것에 의해 확관시켜 포밍 성형하는 기술이다. 이러한 하이드로 포밍은 자동차 산업에서 대표적으로 많이 사용하는데, 예컨대 프론트 사이드 멤버, 범퍼류와 같이 크고 작은 단품 패널의 조합으로 이루어지는 프레스 제품, 에어서스펜션 실린더 등의 제품의 경량화 및 성형 원가 절감이 가능하고, 제품의 형상 정밀도가 우수하며 부품 통합이 가능하면서 용접 과정이 없어져 공정상 여러 이점도 제공하는 것이다. 예를 들면, 차량용 에어서스펜션의 실린더를 하이드로 포밍 방식에 의해 성형하여 제작하게 되는데, 이는 실린더 소재(성형 대상물)을 후방 압출 방식에 의해 튜브 형태로 1차 성형한 후, 상기 성형 대상물을 하이드로 포밍 성형장치에서 2차로 확관시켜 포밍 성형하는 것이다. 상기한 종래 하이드로 포밍 성형장치는 상,하 금형의 성형부에 후방 압출 방식에 의해 성형된 성형 대상물을 장착하고 형 결합한 후 유압실린더에 의해 전후 이동하는 가압 펀치 선단의 테이퍼 경사부에 의해 성형 대상물의 입구부를 금형 성형부 입구의 경사면으로 가압 밀착하는 실링을 행하게 되는 것이다. 이와 같이 상기 성형 대상물의 입구부를 가압 펀치에 의해 가압 실링한 후 성형 대상물 내부로 물(유체)를 충진하거나 질소 가스를 충진하여 형성되는 팽창 압으로 성형 대상물을 확관시켜 상,하 금형의 성형부 형상으로 포밍 성형하고, 상기 상,하 금형의 형 개방과 함께 성형품을 추출하여 제조하게 되는 것이다. 여기서, 상기 성형 대상물이 알루미늄과 같이 신축성이 높은 소재의 경우에 질소 가스를 충진하는 질소 압에 의해 확관 성형이 가능하나 스테인레스와 같이 신축성이 낮은 소재의 경우에 질소 가스 대신에 물(유체)를 충진하는 수압에 의해 확관 성형하도록 하는 것이다. 이와 같이 종래 수압 방식을 이용한 하이드로 포밍 성형장치는 상기 가압 펀치가 성형 대상물의 입구부를 가압 실링시 실링 밀폐력을 우수하게 확보하지 못하면서 성형 대상물의 성형성이 떨어지는 문제점이 있었다. 이를 해결하고자 종래에는 상기 성형 대상물의 입구부 길이를 길게 연장 형성하여 가압 펀치에 의해 실링하기 위한 면적을 불필요하게 넓게 확보하도록 하므로 제품 성형한 후 절단되는 로스 면적이 커 재료 손실로 인한 경제성이 떨어지는 문제점이 있었고, 또한 상기 성형 대상물의 실링 밀폐력을 높이기 위해 유압 장치의 용량을 증가시켜 해결하는데, 예를 들면 50톤 장치로 성형 가능한 제품을 100톤 장치로 성형하도록 하면서 제조 설비의 구축 비용, 제조 단가가 상승하는 등의 문제점이 있었다. 도 1은 본 발명이 적용된 성형장치의 일 예를 보여주는 단면 구성도. 도 2는 본 발명의 펀치를 보여주는 사시도. 도 3은 도 2의 측 단면 구성도. 도 4는 도 2의 분해 사시도. 도 5는 도 2의 정 단면 구성도. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 펀치에 의해 성형 대상물을 가압 실링하는 과정을 보여주는 요부 측 단면 구성도. 도 9는 본 발명의 펀치에 의해 성형 대상물을 가압 실링하는 작동을 보여주는 요부 정 단면 구성도. 이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다. 본 발명 밀폐력 개선형 하이드로 포밍 성형장치는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와같이 상부 성형부(11)를 갖는 상금형(10)과, 하부 성형부(21)를 갖는 하금형(20)과, 상기 상,하부 성형부 일측의 펀치 및, 상기 펀치를 전후 이동시키는 유압실린더(50)로 구성하여, 상기 상,하부 성형부(11)(21)에 성형 대상물(100)을 장착한 후 펀치 선단의 테이퍼 경사부에 의해 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 상,하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)에 가압 실링한 후 펀치 중앙의 수공을 통해 고압 충진하는 수압에 의해 성형 대상물을 확관시켜 포밍 성형하도록 이루어지는 것이다. 특히, 본 발명은 상기 펀치를 실링 펀치(30)와 푸싱 펀치(40)의 이중 구조로 분리 구성하는 것이다. 상기 실링 펀치(30)는 외측면에 테이퍼 경사부(31)를 형성하고 내부에 전방에서 후방으로 확장되는 테이퍼 경사공(32)을 형성하되, 원주상에 방사상으로 분할 몸체(35)를 등각 분할하도록 구성하고, 상기 푸싱 펀치(40)는 실링 펀치의 테이퍼 경사공(32)에 삽입되고 외측면에 전방에서 후방으로 확장되는 테이퍼 경사부(41)와 내부 중앙에 수공(42)이 형성되도록 구성하여 상기 푸싱 펀치 가압시 푸싱 펀치의 테이퍼 경사부(41)이 실링 펀치의 테이퍼 경사공(32)에서 슬라이딩 되면서 푸싱 펀치의 미는 힘과 실링 펀치의 벌어지는 힘에 의해 성형 대상물의 입구부를 가압 실링하도록 하는 것이다. 이때, 상기 실링 펀치의 분할 몸체(35)는 일측이 내측 원주상으로 연장되는 내측 연장부(36)와 타측에 외측 원주상으로 연장되는 외측 연장부(37)를 대응 형성하여 인접하는 분할 몸체의 내측 연장부(36)와 외측 연장부(37)가 내,외측에서 중첩되게 밀착하되, 상기 내외측 연장부(36)(37)가 서로 중첩되는 간격은 적어도 실링 펀치가 벌어지는 간격 보다 더 넓게 형성하도록 구성한다. 또한, 상기 푸싱 펀치(40)의 외주면과 실링 펀치(30)의 내주면에는 전후 방향으로 가이드 돌기(48)와 상기 가이드 돌기가 전후 안내되는 가이드 홈(38)을 대응 형성하는 것이다. 이때, 상기 가이드 돌기(48)와 가이드 홈(38)의 도브 테일 구조로 형성하거나 이와 유사한 형태로 가이드 구조에서 서로 벗어나지 않도록 구성한다. 그리고 상기 푸싱 펀치의 전방 외주연에는 실링 펀치가 전방으로 이탈됨을 방지하는 스톱퍼(45)가 돌출 형성하고, 후방 외주연에는 실링 펀치(30)가 후방으로 밀림방지 되도록 함은 물론 성형 대상물의 입구부를 탄발 가압하도록 장착된 탄발 스프링(47)을 지지하는 지지부(46)를 돌출 형성하도록 구성한다. 다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다. 먼저, 상금형(10)과 하금형(20)을 형 분리한 후 성형 대상물(100)을 상,하부 성형부(11)(21)에 장착하고 다시 형 결합한다. 이 상태에서 유압실린더(50)에 의해 펀치를 가압시켜 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 상,하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)에 가압 실링하는 것이다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 유압실린더(50)에 의해 펀치를 상,하 성형부(11)912)로 전진시킨다. 이와 같이 펀치가 상,하부 성형부(11)(12)에서 성형 대상물의 입구부(110)에 위치하면, 상기 유압실린더에 의해 실링 펀치(30) 중앙에 삽입되어 있는 푸싱 펀치(40)를 가압 작동시키게 된다. 이와 같이 상기 푸싱 펀치(40)를 가압시키면, 상기 푸싱 펀치 외측의 테이퍼 경사부(41)가 실링 펀치(30)의 테이퍼 경사공(32)에서 슬라이딩 전진하게 된다. 이와 같이 푸징 펀치(40)가 슬라이딩 전진하면서 실링 펀치(30)는 성형 대상물의 입구부(11)에 접촉되어 더 이상 전진하지 못하고 각 분할 몸체(35)가 경사 구조에 의해 외측으로 벌어지게 되는 것이다. 이때, 상기 푸싱 펀치의 외주면과 실링 펀치의 내주면에는 전후 방향으로 가이드 돌기(48)와 가이드 홈(38)이 도브 테일 구조로 결합되어 있어 실링 펀치의 각 분할 몸체(35)가 방사상으로 일정하게 벌어지게 되는 것이다. 또한, 상기 실링 펀치의 분할 몸체(35)는 일측이 내측 원주상으로 연장되는 내측 연장부(36)와 타측에 외측 원주상으로 연장되는 외측 연장부(37)를 대응 형성하고 있기 때문에 인접하는 분할 몸체의 내측 연장부(36)와 외측 연장부(37)가 내,외측에서 중첩되게 밀착된 상태로 벌어지게 되는 것이다. 이와 같이하여 상기 실링 펀치의 분할 몸체(35)가 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 상,하 성형부 입구의 경사면(11a)(21a)에 가압 실링하게 되는 것이다. 즉, 상기 푸싱 펀치(40) 가압시 푸싱 펀치의 미는 힘과 상기 푸싱 펀치에 의해 실링 펀치(30)가 사방으로 벌어지면서 미는 힘에 의해 성형 대상물의 입구부를 가압하기 때문에 종래 펀치에 의해 가압하는 힘에 비해 실링 밀폐력을 더욱 향상시키게 되는 것이다. 뿐만 아니라 상기 푸싱 펀치의 전방 외주연에는 실링 펀치가 전방으로 이탈됨을 방지하는 스톱퍼(45)가 돌출 형성하고, 후방 외주연에는 실링 펀치(30)가 후방으로 밀림방지 되도록 지지부(46)를 돌출 형성하되, 상기 실링 펀치의 후방과 지지부 사이에 설치되는 탄발 스프링(47)이 실링 펀치(30)를 탄발 지지하고 있어 상기 실링 펀치가 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 가압하여 실링할 때 탄발 스프링(47)의 탄발력이 더해져 실링 밀폐력을 더욱 향상시키는 역활도 하게 되는 것이다. 이와 같이 성형 대상물의 입구부(110)를 가압 실링한 후 펀치 중앙의 수공으로 고압 충진하는 수압에 의해 성형 대상물을 확관시켜 포밍 성형하게 되는 것이다. 특히, 본 발명은 성형 대상물(100)의 입구부(110)를 유압실린더에 의해 전후 작동하는 펀치에 의해 가압 실링하되, 상기 펀치를 방사상으로 분할 형성한 실링 펀치(30)와 상기 실링 펀치 내부의 테이퍼 경사공에 삽입되는 푸싱 펀치(40)로 분리 구성하여 상기 푸싱 펀치 가압시 푸싱 펀치의 미는 힘과 실링 펀치의 벌어지는 힘에 의해 성형 대상물의 입구부를 가압하기 때문에 성형 대상물의 실링 밀폐력을 향상시켜 주면서 사용 실린더의 용량을 줄