KR100948930B1

KR100948930B1 - 금형

Info

Publication number: KR100948930B1
Application number: KR1020080016423A
Authority: KR
Inventors: 방원규; 성환진; 김현; 김인준; 김일남; 이재윤
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2010-03-23
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: KR20090090883A

Abstract

금형에서 판재 성형부 주변 구성을 개선하여 판재 굽힘이 발생하는 판재 중심부를 상면과 하면이 동시에 밀착된 상태에서 판재 굽힘 성형을 하도록 하여 판재 온도를 제어할 수 있는 금형을 제공한다. 금형은 성형 위치에 놓인 판재를 사이에 두고 서로 대향하는 제1 금형부와 제2 금형부, 및 제2 금형부에 배치되며, 일단이 판재를 지지하는 지지부재를 포함하며, 제2 금형부는 지지부재의 이동을 안내하는 가이드 통로를 가지며, 지지부재는 가이드 통로를 따라 안내되고 지지부재의 타단이 가이드 통로에 위치되는 상태에 따라 판재로의 이동이 제한된다.

판재, 금형, 열 전달, 성형, 굽힘, 지지부재

Description

금형{MOLD}

본 발명은 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 판재를 굽힘 성형하는 금형에 관한 것이다.

금형을 이용하여 판재를 굽힘 성형하는 경우 실온 이외의 고온 혹은 저온에서 이루어지는 성형을 위하여 판재와 접하는 금형 각부를 가열 또는 냉각하게 된다. 이러한 과정을 통해서, 판재는 접촉에 의한 열 전달을 하게 되며 원하는 성형 온도를 확보하게 된다.

그런데, 판재의 전체 면적 중 실제 변형이 이루어지는 부분이 폐쇄되어 금형과 면접촉을 하지 못하고 극히 일부분의 영역이 선접촉될 수 있다. 특히, 굽힘 성형의 경우 금형의 온도를 충분히 확보한 경우에도 열 전달 및 보온이 용이하지 않아 의도한 수준의 온도 제어를 달성하기 어렵다.

금형에서 판재 성형부 주변 구성을 개선하여 판재 굽힘이 발생하는 판재 중심부를 상면과 하면이 동시에 밀착된 상태에서 판재 굽힘 성형을 하도록 하여 판재 온도를 제어할 수 있는 금형을 제공한다.

금형은 성형 위치에 놓인 판재를 사이에 두고 서로 대향하는 제1 금형부와 제2 금형부, 및 제2 금형부에 배치되며, 일단이 판재를 지지하는 지지부재를 포함하며, 제2 금형부는 지지부재의 이동을 안내하는 가이드 통로를 가지며, 지지부재는 가이드 통로를 따라 안내되고 지지부재의 타단이 가이드 통로에 위치되는 상태에 따라 판재로의 이동이 제한된다.

제1 금형부는 외력에 따라 상하로 이동되어 판재에 굽힘 성형력을 전달하며, 일단에 형성되는 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부는 기설정된 각도(θ)를 가질 수 있는데, 돌출부의 기설정된 각도(θ)는 실질적으로 90도를 형성할 수 있다. 돌출부는 좌우 대칭 형상으로 형성할 수 있다.

제2 금형부는 제1 금형부의 하측에 위치되며 제1 금형부의 돌출부 형상에 대응되는 오목홈 형상의 성형부를 가질 수 있다.

제1 금형부의 돌출부와 제2 금형부의 성형부는 기설정된 온도를 전달하는 열 전달 부재를 포함할 수 있다. 열 전달 부재는 냉각 부재로 이루어질 수 있으며, 가열 부재로도 이루어질 수 있다.

지지부재는 기설정된 온도를 전달하는 열 전달 부재를 포함하며, 지지부재의 열 전달 부재는 제1 금형부의 돌출부와 제2 금형부의 성형부에 각각 대응되는 열 전달 부재로 이루어질 수 있다.

지지부재는 길이방향으로 신장되는 원기둥 형상의 보디부, 및 보디부에 연장 형성되며, 가이드 통로와의 접촉에 의해 보디부의 이동을 제한하는 걸림부를 포함할 수 있다. 걸림부는 보디부의 외경보다 더 긴 외경을 갖고 보디부의 길이보다 더 짧은 길이를 갖는 원판형상으로 형성될 수 있다.

지지부재 하측에 결합되어 지지부재의 복원력을 제공하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다. 탄성부재는 걸림부의 하면에 일단이 연결될 수 있다.

가이드 통로는 성형부 내측에 위치되며, 성형부의 내측 중심에서 오목홈과 연통되며, 보디부가 삽입되는 제1 통로, 제1 통로가 뻗은 방향과 동일한 방향으로 뻗어서 제1 통로와 연통되며 걸림부가 삽입되는 제2 통로를 포함할 수 있다.

제1 통로의 내경은 제2 통로의 내경보다 작게 될 수 있으며, 제1 통로의 길이는 제2 통로의 길이보다 작게 될 수 있다. 제1 통로와 제2 통로가 연결되는 부위에는 걸림턱이 형성될 수 있다.

제2 금형부의 상면에서 제1 통로의 하단까지의 거리(L1)는 보디부의 길이 이하로 형성될 수 있으며, 지지부재의 상향 이동거리(L2)는 제2 통로의 하단에서 걸림부의 하면까지의 거리(L3)보다 짧게 형성될 수 있다.

판재는 마그네슘 합금을 포함할 수 있다.

금형은 금형의 일측에 밀착 및 열 전달을 위한 지지부재를 삽입하여 판재 굽힘이 발생하는 판재의 상면과 하면을 밀착한 상태에서 효과적으로 판재 온도를 제어할 수 있다.

또한, 동일한 금형 온도에서 상대적으로 현저히 작은 곡률 반경까지 굽힘 성형을 할 수 있어 가공성이 향상되는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형에서 성형부 주변 구성들의 상호 결합관계를 도시한 부분 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금형은 성형 위치에 놓인 판재를 사이에 두고 서로 대향하는 제1 금형부(10)와 제2 금형부(20) 및 지지부재(40)를 포함한다. 판재(30)는 마그네슘 합금을 포함하는 판재로 이루어질 수 있다.

제1 금형부(10)는 외력에 따라 상하로 이동되어 굽힘 성형력을 성형 위치에 놓인 판재(30)에 전달하며, 일단에 형성되는 돌출부(102)를 포함한다. 돌출부(102)는 기설정된 각도(θ)를 갖고 좌우 대칭으로 형성된다. 돌출부(102)의 기설정된 각도(θ)는 90도 일 수 있다.

제2 금형부(20)는 제1 금형부(10)의 하측에 위치되며 제1 금형부(10)의 돌출부(102) 형상에 대응되는 오목홈(202) 형상의 성형부를 갖고, 오목홈(202)을 기설정된 간격을 두고 서로 이격시키는 공간에 가이드 통로(201)를 갖는다. 가이드 통로(201)는 지지부재(40)의 이동을 안내한다.

여기서, 제1 금형부(10)와 제2 금형부(20)는 기설정된 온도를 전달하는 각각의 열 전달 부재(100, 200)를 포함하며, 판재(30)를 기준으로 각각의 열 전달 부재(100, 200)가 배치된 상측과 하측의 금형으로 구분한다. 여기서, 기설정된 온도는 상온 이외의 온도로 설정한다. 예를 들어, 열 전달 부재(100, 200)는 상온 미만의 온도를 전달하는 냉각 부재로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 열 전달 부재(100, 200)는 상온을 초과하는 온도를 전달하는 가열 부재로 이루어질 수도 있다. 그리고 도 1에서는 본 발명의 실시예에 따른 판재(30) 굽힘시 지지부재(40)와 판재(30)의 밀착 및 열 전달 관계를 설명하기 위해서 열 전달 부재(100, 200) 부분만을 도시한다. 즉, 제1 금형부(10)의 돌출부(102)와 제2 금형부(20)의 성형부는 각각 기설정된 온도의 열을 전달하는 열 전달 부재(100, 200)로 이루어진다.

지지부재(40)는 가이드 통로(201)를 따라 안내되며, 일단이 판재(30)의 일면에 접하여 판재(30)를 지지하고 타단이 가이드 통로(201)에 위치되는 상태에 따라 판재로의 이동이 제한된다. 지지부재(40)는 도 1에 도시한 바와 같이 제2 금형부(20) 중심부에 배치되며, 지지부재(40) 주변의 열 전달 부재(200)와 판재(30)에 밀착되어 열 전달을 하게 된다. 지지부재(40)는 기설정된 온도를 전달하는 열 전달 부재를 포함하며, 지지부재(40)의 열 전달 부재는 제1 금형부(10)의 돌출부(102)와 제2 금형부(20)의 성형부에 각각 대응되는 열 전달 부재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 금형은 제1 금형부(10)의 돌출부(102)와 지지부재(40)의 사이에 판재(30)가 위치된 상태에서 판재(30)의 상하면을 밀착하여 굽힘 성형을 한다. 따라서, 금형에서 굽힘이 발생하는 판재(30) 중심부를 상면과 하면에 각각 밀착한 상태에서 효과적으로 판재(30) 온도를 제어한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금형에서 지지부재(40)의 이동거리와 제2 금형부(20)의 형상 관계를 보다 상세하게 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 제1 금형부(10)의 돌출부(102)는 중심부가 돌출되는 형상을 가지며, 제2 금형부(20)의 성형부는 제1 금형부(10)의 돌출부(102)에 대응되는 오목홈(202) 형상을 갖는다.

가이드 통로(201)는 제2 금형부(20)에서 성형부의 내측 중심부에 위치되며, 제1 통로(2011)와 제2 통로(2013)를 포함한다.

제1 통로(2011)는 성형부의 내측 중심부에서 오목홈(202)과 연통되며, 제2 통로(2013)는 제1 통로(2011)가 뻗은 방향과 동일한 방향으로 뻗어서 제1 통로(2011)와 연통된다. 제1 통로(2011)의 내경은 제2 통로(2013)의 내경보다 더 작게 이루어지며, 제1 통로(2011)의 길이는 제2 통로(2013)의 길이보다 더 작게 이루어진다. 제1 통로(2011)와 제2 통로(2013)가 연결되는 부위에는 걸림턱이 형성된다.

지지부재(40)는 보디부(401), 걸림부(403)를 포함한다.

보디부(401)는 길이방향으로 신장되어 제1 통로(2011)에 삽입되는 원기둥 형상으로 형성된다. 걸림부(403)는 보디부(401)에 연장 형성되어 제2 통로(2013)에 삽입되며, 보디부(401)의 외경보다 더 길게 형성된다. 걸림부(403)는 보디부(401)의 길이보다 더 짧게 형성되며, 원판형상으로 형성될 수 있다. 걸림부(403)는 필요한 경우 사다리꼴 형상으로도 형성될 수 있다. 걸림부(403)의 형상은 걸림턱에 걸려 제1 통로(2011)측으로의 이동이 제한되는 형상이면 바람직하다.

도 2를 참조하면, 제2 금형부(20)의 상면에서 제1 통로(2011)의 하단까지의 거리(L1)는 보디부(401)의 길이와 같거나 작게 형성된다.

본 발명의 실시예에서 제2 금형부(20)의 상면에서 제1 통로(2011)의 하단까지의 거리(L1)는 보디부(401)의 길이와 같게 형성된다. 그리고 지지부재(40)의 상향 이동거리(L2)는 제2 통로(2013)의 하단에서 걸림부(403)의 하면까지의 거리(L3)보다 짧게 형성된다. 따라서, 제2 금형부(20)의 상면에 놓여진 판재(30)가 지지부재(40)의 보디부(401) 움직임에 연동되어 제2 금형부(20)의 상면으로부터 이격되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 금형은 지지부재(40) 하측에 결합되어 지지부재(40)의 복원력을 제공하는 탄성부재(50)를 더 포함한다. 탄성부재(50)는 걸림부(403)의 하면에 일단이 연결되고 타단이 제2 금형부(20)의 일면에 지지되는 탄성 스프링으로 구성한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금형을 이용하여 판재 굽힘 상태를 도시한 다.

도 3을 참조하면, 판재(30)에서 실제 굽힘 변형이 발생하는 판재(30) 중심부에 제1 금형부(10)의 돌출부(102) 하단 팁 부분과, 제2 금형부(20)에 삽입된 지지 부재(40)의 보디부(401) 일단이 면접촉되어 밀착된다. 그리고 탄성부재(50) 지지에 의한 가동 구조를 통해 제1 금형부(10)가 하강하여 굽힘이 일어나는 과정 동안 열 전달 부재(100, 200)에 의해 공급되는 열이 지속적으로 전달된다. 따라서, 상온 이외의 온도에서 굽힘 성형이 필요한 판재(30)를 효과적으로 굽힘 성형을 할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 금형은 제1 금형부(10), 제2 금형부(20)에 열 전달 부재(100, 200)를 배치하고 제2 금형부(20)의 성형부 중심에 상하가동이 가능한 지지부재(40)를 배치하여 가공이 이루어지는 판재(30) 중심부의 온도 확보를 용이하게 한다.

참고적으로, 본 발명의 실시예와는 달리 지지부재(40)없이 제1 금형부(10)와 제2 금형부(20)에 열 전달 부재(100, 200)만을 배치하는 경우, 실제 판재 굽힘 성형이 일어나는 부분은 제1 금형부(10)의 돌출부(102) 하단 팁 부분과 선접촉을 하게된다. 이러한 방식은 본 발명의 실시예에서와 같이 제1 금형부(10)의 돌출부(102)와 지지부재(40)의 보디부(401)에 각각 접촉되는 판재(30)를 양방향에서 밀착하는 구조에 비해 밀착성이 떨어진다. 뿐만 아니라, 자연적인 복사에 의해 방출 혹은 흡수되는 열량이 많아 동일한 온도 수준을 확보하는데 있어서도 더 많은 열원 및 에너지를 소비하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 금형은 지지부재(40)가 없는 방식의 문제점들을 극복하기 위해 열 전달이 가능한 지지부재(40)를 제2 금형부(20)에 결합한 것이다. 지지부재(40)는 도 3에 도시한 바와 같이 제2 금형부(20)의 성형부 중심에 삽입되 어 열 전달 부재(200)와 밀착되며, 전도되는 열을 판재(30)로 전달하게 된다.

상기한 구성으로, 판재(30)의 굽힘이 일어나는 영역의 상측면과 하측면에서 동시에 금형이 밀착되게 하여 판재(30)의 온도를 보다 용이하게 원하는 수준으로 제어할 수 있다.

도 4는 동일한 90도 굽힘(V-bending) 규격의 금형에서 비교예의 금형과 본 발명의 실시예에 따른 금형에 동일한 마그네슘 합금(AZ31B, 1.0t) 판재를 대상으로 온간 굽힘 시험을 비교한 그래프이다. 도 4에서 점선은 비교예의 금형으로 마그네슘 합금 판재를 굽힘 성형한 것이며, 50℃의 온도 범위에 따라 곡률반경의 변화를 표시한 것을 서로 연결한 것이다. 그리고 실선은 본 발명의 실시예에 따른 금형으로 마그네슘 합금 판재를 굽힘 성형한 것이며, 비교예에서와 같이 50℃의 온도 범위에 따라 곡률반경의 변화를 표시한 것을 서로 연결한 것이다.

도 4를 참조하면, 150℃의 온도에서 비교예의 금형은 4mm의 곡률반경을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 금형은 2mm의 곡률반경을 나타내고 있다. 그리고 200℃의 온도에서 비교예의 금형은 3mm의 곡률반경을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 금형은 0.4mm의 곡률반경을 나타내고 있다. 또한, 250℃의 온도에서 비교예의 금형은 2mm의 곡률반경을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 금형은 0.2mm의 곡률반경을 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 금형을 사용하면, 비교예의 금형과 같이 동일한 금형 온도에서 상대적으로 현저히 작은 곡률 반경까지 굽힘 성형이 가능하도록 가공성이 향상됨을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형의 성형부 주변 구성을 도시한 부분 단면도이다.

도 2는 지지부재의 이동거리와 제2 금형부의 형상 관계를 도시한 도면이다.

도 3은 판재 굽힘 상태를 도시한 도면이다.

도 4는 90도 굽힘(V-bending) 규격의 금형에서 비교예의 금형과 본 발명의 실시예에 따른 금형에 동일한 마그네슘 합금 판재를 대상으로 온간 굽힘 시험을 비교한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 제1 금형부 20 ; 제2 금형부

30 ; 판재 40 ; 지지부재

401 ; 보디부 403 ; 걸림부

50 ; 탄성부재 100, 200 ; 열 전달 부재

102 ; 돌출부 202 ; 오목홈

2011 ; 제1 통로 2013 ; 제2 통로

Claims

성형 위치에 놓인 판재를 사이에 두고 서로 대향하는 제1 금형부와 제2 금형부, 및

상기 제2 금형부에 배치되며, 일단이 상기 판재를 지지하는 지지부재

를 포함하며,

상기 제2 금형부는 상기 지지부재의 이동을 안내하는 가이드 통로를 가지며, 상기 지지부재는 상기 가이드 통로를 따라 안내되고 상기 지지부재의 타단이 상기 가이드 통로에 위치되는 상태에 따라 상기 판재로의 이동이 제한되고,

상기 지지부재는 기설정된 온도를 전달하는 열 전달 부재를 포함하며,

적어도 팬재굽힘이 발생하는 판재의 상면과 하면이 밀착되어 열전달된 상태에서 성형이 이루어지는 금형.
제1항에 있어서,

상기 제1 금형부는 외력에 따라 상하로 이동되어 상기 판재에 굽힘 성형력을 전달하며, 일단에 형성되는 돌출부를 포함하는 금형.
제2항에 있어서,

상기 돌출부는 기설정된 각도를 갖는 금형.
제3항에 있어서,

상기 돌출부의 기설정된 각도는 실질적으로 90도인 금형.
제4항에 있어서,

상기 돌출부는 좌우 대칭 형상으로 형성하는 금형.
제2항에 있어서,

상기 제2 금형부는 상기 제1 금형부의 하측에 위치되며 상기 제1 금형부의 돌출부 형상에 대응되는 오목홈 형상의 성형부를 갖는 금형.
제6항에 있어서,

상기 제1 금형부의 돌출부와 상기 제2 금형부의 성형부는 기설정된 온도를 전달하는 열 전달 부재를 더 포함하는 금형.
제7항에 있어서,

상기 열 전달 부재는 냉각 부재인 금형.
제7항에 있어서,

상기 열 전달 부재는 가열 부재인 금형.
제7항에 있어서,

상기 지지부재의 열 전달 부재는 상기 제1 금형부의 돌출부와 상기 제2 금형부의 성형부에 각각 대응되는 열 전달 부재로 이루어지는 금형.
제1항 또는 제10항에 있어서,

상기 지지부재는 길이방향으로 신장되는 원기둥 형상의 보디부, 및

상기 보디부에 연장되며, 상기 가이드 통로와의 접촉에 의해 상기 보디부의 이동을 제한하는 걸림부

를 포함하는 금형.
제11항에 있어서,

상기 걸림부는 상기 보디부의 외경보다 더 길고 상기 보디부의 길이보다 더 짧은 원판형상으로 형성되는 금형.
제12항에 있어서,

상기 걸림부의 하면에 일단이 결합되어 상기 지지부재의 복원력을 제공하는 탄성부재를 더 포함하는 금형.
제11항에 있어서,

상기 가이드 통로는 상기 성형부 내측에 위치되는 금형.
제14항에 있어서,

상기 가이드 통로는

상기 성형부의 내측 중심에서 상기 오목홈과 연통되며, 상기 보디부가 삽입되는 제1 통로;

상기 제1 통로가 뻗은 방향과 동일한 방향으로 뻗어서 상기 제1 통로와 연통되며, 상기 걸림부가 삽입되는 제2 통로

를 포함하는 금형.
제15항에 있어서,

상기 제1 통로의 내경은 상기 제2 통로의 내경보다 작은 금형.
제15항에 있어서,

상기 제1 통로의 길이는 상기 제2 통로의 길이보다 작은 금형.
제15항에 있어서,

상기 제1 통로와 상기 제2 통로가 연결되는 부위에는 걸림턱이 형성되는 금형.
제15항에 있어서,

상기 제2 금형부의 상면에서 상기 제1 통로의 하단까지의 거리(L1)는 상기 보디부의 길이 이하로 형성되는 금형.
제15항에 있어서,

상기 지지부재의 상향 이동거리(L2)는 상기 제2 통로의 하단에서 상기 걸림부의 하면까지의 거리(L3)보다 짧게 형성되는 금형.
제1항에 있어서,

상기 판재는 마그네슘 합금을 포함하는 금형.