KR100231075B1 - 금속판재의 다이포밍 방법 - Google Patents

Abstract

판재를 그 판재에 대하여 사출되거나 및/또는 복수의 통로(14a, 14b, 14c) 및 다이의 캐비티 내로부터 제거되도록 사출되는 점성의 열가소성 폴리머 매체의 흐름을 이용함으로써 판재를 캐비티(12) 내로 드로잉하는 판재 드로잉 성형 방법 및 장치이다. 상기 매체의 상기 사출은 프로그램화하여 가변시킬 수 있음으로써 판재가 캐비티 내로 조정을 받으면서 신장되어 형이 결정된다.

Description

[발명의 명칭]

금속판재의 다이포밍 방법

[발명의 배경]

본 발명은 본 출원인에 의해 출원계속 중에 있는 1991.1.16. 출원번호 07/641, 773, 발명의 명칭 금속판재의 다이포밍(die forming) 방법 및 장치의 일부계속 출원(CIP)이다.

본 발명은 금속판재의 다이포밍 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 유동성이 있고 점성의 열가소성 폴리머 매체를 사용하여 판재, 특히 알루미늄, 티타늄, 철과 같은 판금속(sheet metals)에 대하여 다이 캐비티 내로 힘을 가함으로써 대체로 캐비티 표면 형상을 이루도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 판금속을 복잡한 형상으로 다이포밍하거나 다루기 어려운 판금속을 다이포밍하는 데에 특히 유용하다.

[선행기술의 요약]

종래 냉 판금속(cold sheet metal)으로, 예컨대 엠보싱(embossing), 코이닝(coining), 다이 포밍(die forming), 딥 드로잉(deed drawing), 스트레치 포밍(stretch forming), 스피닝(spinning)등과 같은 다양한 형상을 성형하는 방법들이 잘 알려져 있다.

이들 방법의 대부분은 일정 형상의 펀치(punch)와 다이(die)를 사용하는데 펀치는 판금속을 다이속으로 혹은 다이를 통과하도록 힘을 가하여 누름으로써 그 판금속을 소성변형시켜 다이캐비티(die cavity), 펀치표면 또는 이들 둘의 표면형상이 되게 한다. 엠보싱에 있어서, 예컨대 판금속을 다이에 대하여 누르도록 서로 짝을 이루는 불규칙 표면을 가지고 있는 펀치와 다이는 그 판금속을 쉽게 펀치와 다이 사이의 불규칙한 캐비티 내로 구부려 넣는다. 코이닝은 펀치의 표면과 다이의 캐비티가 서로 짝을 이루지 않는다는 점을 제외하고는 상기 엠보싱과 거의 유사하다. 판금속은 굽혀지지 않으며 펀치와 다이 양자의 캐비티 내로 흘러 들어가진다. 이러한 공정은 아주 작은 정도의 변형에 국한되며, 동전이나 스푼과 같이 어느정도는 편평한 완성품을 산출한다.

통상의 다이포밍은 공작물의 전체적인 형태와 모양이 일반적으로 상당히 변형된다는 점을 제외하고는 엠보싱과 유사하다. 이 공정에 있어서, 판재는 짝을 이루는 두 다이 사이에서 프레스되는데 이 두 다이는 공작물을 그 두 다이 사이의 형상으로 신장되도록 함으로써 사발이나 컵 받침과 같은 형상이 되도록 한다. 이는 또한 측판(side panel)이나 바퀴덮개(fender)와 같은 자동차 몸체부를 성형하는 일반적 기술이다.

한편, 딥드로잉은 판재를 좀 더 심하게 변형시킬 수 있는 공정으로서, 이 공정에 의해 투-피스의 맥주캔이나, 소다캔, 세탁조(tub) 등과 같은 제품이 냉간 평강판 블랭크 혹은 알루미늄 블랭크(blanks)를 사용하여 성형된다. 엔진 오일팬(pan)이나 투피스 맥주캔, 소다캔과 같은 컵 형상의 제품의 생산에 있어서, 예컨대 판금속 블랭크는 다이 위에 단단히 고정되는데, 이 다이는 단지 상부 표면에 둥근 코너를 갖고 있는 중량의 강철플레이트를 통해 구멍(hole)으로 이루어져 있다. 전형적으로 둘레 모서리가 둥글고 평평한 바닥을 갖는 펀치는 다이를 통과하도록 구동되며 판금속을 펀치와 다이의 사이드(side) 사이의 좁은 틈새를 통해 밀어 넣어 늘린다. 완성품은 거의 펀치에 의해 규정되는 형상을 갖는다. 블랭크의 모서리가 드로잉되기 전에, 단단하게 고정되기 때문에 컵의 측면이 주름지는 경향은 크게 줄어든다. 종종 예외적인 딥 드로잉을 효과적으로 수행하기 위하여 다수의 분리된 딥 드로우를 행할 필요가 있는데 그림으로써 금속은 드로우 사이에서 단련(annealed)될 수 있다.

또한 냉간 성형(cold shaping)은 결과적으로 소정의 최종산물(end product), 예컨대 맥주나 소다캔의 상단부를 넥킹(necking)할 수 있기 위하여 필요한 것으로 된다.

금속은 딥 드로잉 공정 동안 상당히 심한 변형을 받는 것은 명백하다. 금속은 펀치의 평편한 바닥면 바로 아래에서는 신장(strecting)이 거의 또는 전혀 일어나지 않지만 다이의 둥근 하부 코너와 접촉하는 곳에서는 상당히 얇아진다. 금속이 드로잉(drawing)될 때 판금속의 점차적으로 커지는 외주면이 펀치와 다이 사이에서 점차적으로 드로잉되기 때문에 드로잉된 제품의 측면은 주름지거나 귀접힌 외피(eared shell)로 발달한다. 다이에 견고하게 고정(clamp)된다는 사실에 더하여, 만약 이를 피할 수 없다면, 주름지거나 단이 지는 것(srinkling and earing)은 적절한 설계 및 적절한 드로잉 특성을 갖는 금속을 사용함으로써 줄일 수 있다. 이 경우 드로잉된 제품의 상부 근처의 벽 두께는 대개 판금속 블랭크로부터 만들어진 것보다 두껍다.

상기에서 언급한, 벽두께가 불균일한 것을 “드로우 엔드 아이언”(draw and iron)이라고 알려진 개선된 방법을 사용하여 피할 수 있다. 이 방법에 있어서, 딥 드로잉과 가장 크게 차이가 나는 유일한 점은 펀치와 다이 사이의 사이드 틈새가 판금속의 두께보다 좁다는 것이다. 금속판재가 다이를 통해 드로잉될 때 제품의 벽은 두 표면 사이에서 판판하게 펴짐으로써(ironed) 마치 좁은 틈새를 통해 뽑아진 것처럼 균일한 두께를 갖는다.

딥 드로잉 장비는 판금속 블랭크에 가해지는 과도한 힘 때문에 드로잉되어지는 금속의 전성(ductility) 및 드로잉 (drawing) 특성을 고려하여 신중하게 설계되어져야 한다. 금속 블랭크가 펀치의 하부 모서리에서 둥근 코너 둘레로 신장될 때 그 금속 블랭크에 가해지는 힘에 대하여 특별한 주의가 기울어져야 한다. 만곡된 모서리는 적절한 반경을 가져야 하며 펀치의 힘이 판금속 블랭크를 파열시키지 않도록 윤활(lubricated)되어야 한다. 금속의 전성 및 인발능력에는 한계가 있기 때문에 때때로 여러번 인발할 필요가 있는데 이에 의해 불완전하게 드로잉된 제품이 단련(annecled)됨으로써 더욱 드로잉될 수 있다. 이러한 한계에 더하여 딥 드로잉 공정의 디자인을 복잡하게 하는 요인이 있다. 예컨대, 펀치는 당연히 드로잉된 제품으로부터 빼내질 수 있어야 하므로 인발된 컵의 바닥 직경은 상부 직경보다 클 수가 없다. 또한 언더컷 압인(undercut impressions)을 만들 수 없으며, 바닥 표면은 그 드로잉된 제품에 대하여 추가의 변형단계를 적용하지 아니하고는 평편한 표면 이외의 형상으로 만들기 어렵다. 더 공정을 추가하는 것은 단지 장비의 코스트를 증가시키고 최종제품을 생산하기까지의 소요시간만을 늘릴뿐이다.

사이트(seibt)는 미국 특허 제1,625,914호에서 공기압을 이용하여 얇은 금속박(metal foil)을 암편 다이(femail die)의 형상과 일치하도록 변형시키는 다이포밍을 개시하고 있다.

버틀러 등은 미국 특허 3,529,458호에서 상승된 온도에서 공기압을 사용함으로써, 다른 기술 중에서, 판재를 다이 캐비티 내로 프레스하는 초가소성(superplastic)다이포밍을 개시하고 있다.

해밀톤 등은 미국 특허 3,934,441호에서 1450°내지 1850℉ 온도에서의 티타늄에 대한 초가소성 다이포밍을 개시하고 있는데, 여기서는 티타늄과 다이 사이에서 진공에 의해 얻어진 차등 압력(differential pressure)을 사용하며, 판재의 반대면상에는 불활성 기체가 보충될 수도 있다.

해릴톤 등은 미국 특허 제 4,502,304호에서 초가소성 다이포밍의 특징의 다양성을 개시하고 있으며, 특히 성형된 부분(formed part)의 다이로부터의 인출에 대하여 기술하고 있다. 이 특허는 가열된 판재를 통기 구멍이 난 다이(vented die) 속으로 변형해 넣기 위하여 공기 또는 불활성 기체압을 적용하는 기술을 개시하고 있다.

오키모토는 일본 특허 소화 61-140328호에서 압력전달 매체로서 흑연, 금속과립 혹은 세라믹 분말을 적용하는 초가소성 다이포밍에 대하여 기술하고 있다.

[본 발명의 요약]

본 발명은 가공이 어려운(hard-to-work) 판금속을 포함하는 판금속(sheet metals) 또는 판재(sheet materials)를 종래의 다이포밍기술에 의해서는 일반적으로 불가능했던, 특이하고 복잡한 형상으로 드로잉하거나 다이포밍하는 새롭고 독특한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공정에 있어서 판재 공작물은 견고한 펀치(solid punch)를 사용하지 않고 오히려 그 판재 공작물을 계획대로(programmably) 다이 내로 신장하기 위하여 유동패턴을 변화시킬 수 있는, 유동성이 있고 점성(viscous)이 있는 열가소성 폴리머 매체를 사용하는데, 공작물에 대하여 균열을 야기함이 없이 가장 적절한 신장 효과를 얻도록 디자인 된 차등 압력, 차등 유동률(differential flow rates) 및/또는 차등 유동연속(differential flow sequence)을 사용한다. 이러한 조작은 따라서 판금속에 대한 마찰력을 크게 줄이기 위하여 활용될 수 있고, 신장시킬 수 있는 표면적을 최적화할 수 있고, 또한 보다 큰 정도의 변형 및 변형제어를 가능케 하는 한편 과거 그 어느 효과적인 신장조작으로도 가능하지 않았던 가공이 어려운 합금이나 혼합물조차 가공할 수 있게 한다.

따라서 본 발명의 목적은 판재가공물상에 작용하는 마찰력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 가공물의 변형 순서(deformation sequence)을 제어하고 조절할 수 있는 유동성의 점성 열가소성 폴리머 매체를 사용함으로써 가공이 어려운 물질조차 신장하여 성형할 수 있고, 일반적인 판재에 대해서는 보다 더 깊게 가공할 수 있도록 하는 것이다. 본 발명에 따른 공정은 또한 역전 단면(reverse profiles)이나 언더컷, 요각(reentrant)의 모서리, 보다 복잡한 표면 디테일과 같은 복잡한 형상을 쉽게 성형할 수 있도록 한다. 본 발명의 방법은 공작물이 균열될 가능성을 획기적으로 줄일 수 있으며, 판재 공작물 블랭크를 그 전체에 걸쳐 보다 균일하게 신장할 수 있는 효과를 가진다. 결과적으로 본 발명은 종래의 기술에 의해서는 한 번의 드로잉으로는 가능하지 않았던 특이한 형상이나 언더컷을 포함하여 보다 많은 변형을 한 번의 드로잉으로 가능케 한 것이다.

상술한 바에 더하여 재료의 성형성(formability)은, 그 변형이, 재료가 높은 정역학적(high hydrostatic) 표면압력 환경하에 놓여 있을 동안에 수행될 때 증진될 수 있다는 사실이 잘 알려져 있다. 예컨대 통상의 굽힘시험에서 10도 각도로 굽혀졌을 때 균열을 일으키는 강철이 80000 psi의 정역학적 표면압을 받으면서 성형되었을 때 동일한 굽힘시험에서 80도 정도 굽혀졌을때 비로소 균열을 나타낸다는 것이 밝혀져 있다. 이러한 현상은 잘알려져 있는 반면에 종래의 성형장치에 있어서는 공작물에 이처럼 높은 정역학적 압력을 가하기 위한 상업적 수단을 결합하는 것이 불가능했다. 본 발명에 따른 장치는 성형력(forming force)으로서 상당한 압력하에서의 열가소성 폴리머 매체의 힘을 이용하기 때문에 본 발명의 방법은 공작물이 그 변형조작이 행해지고 있는 동안 높은 정역학적 압력을 받도록 하는 것이 가능하여, 그러한 높은 정역학멸 압력을 받는 동안 공작물의 특별 소성(exceptional plasticity)을 이용할 수 있으며, 또한 종래 대기압 조건하에서는 불가능한 정도의 변형을 얻을 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략적인 측면도로서, 드로잉 전의 내부를 나타내기 위하여 다이부분이 단면으로 도시되어 있다.

제2도는 제1도의Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.

제3도는 드로잉 작용이 시작된 직후의 다이 단면의 내부를 나타내는 것을 제외하고는 제1도에 도시된 것과 동일한 단면이다.

제4도는 드로잉 작용이 보다 진행되었을 때의 다이 단면의 내부를 나타내는 것을 제외하고는 제3도에 도시된 것과 동일한 도면이다.

제5도는 드로잉 작용이 끝나기 직전의 다이 단면의 내부를 나타내는 것을 제외하고는 제4도에 도시된 것과 동일한 도면이다.

제6도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도로서, 다이 캐비티 바닥의 단순함으로 인해 단 하나의 배출통로만이 필요한 다이 캐비티를 도시하고 있고, 또한 단지 다이 캐비티 내에 사전에 배치된 점성 열가소성 폴리머만을 이용하는 것을 도시한 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

제1도 내지 제4도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 불규칙한 캐비티(12)를 갖는 다이(10)로 이루어져 있다. 세 개의 좁은 통로(14a)(14b)(14c)가 다이(10)의 바닥을 관통해 캐비티(12)의 바닥면으로부터 다이(10)의 몸체를 통해 뻗도록 구비되어 있다.

배출 실린더(16a)(16b)(16c)가 다이(10)의 하면에 연결되어 있는데 그 연결은 실린더 (16a)의 내부가 통로(14a)(14b)(14c)와 연통하고 또한 통로(14a)(14b)(14c)가 실린더(16a)(16b)(16c)와 각각 연통하도록 되어 있다. 각 실린더(16a)(16b)(16c)는 열가소성 폴리머를 사출하는 양 전이(positive displacement)의 확장가능한 챔버이다. 본 도면에 있어서 캐비티(12)의 형상은 어떤 특정의 제품을 묘사하려고 의도된 것은 아니며 단일 조작에 의해 성형될 수 있는 표면 형상의 다양성을 나타내는 것으로 이해되어야 하며, 여기서는 예컨대 엔진 오일 팬을 나타내는 것일 수 있다.

지지부재(hold-down-member)(20)는 요소들을 함께 견고하게 보지하는 클램프나 유압프레스 수단(미도시)에 의해 다이(10)의 상부에 견고하게 고정되도록 적용된다. 지지부재는 일반적으로는, 바람직하지 않지만, 판금속 블랭크(22)의 가장자리를 결합하고 고정할 수도 있다. 판금속 블랭크(22)의 가장자리는 고정되지 않도록 남겨둠으로써 드로잉 작용 동안 일어나는 응력 집중을 피하는 것이 바람직하다. 지지부재(20)는 다이(10) 캐비티(12)의 상단부와 동일한 면적을 덮는 하부면 내에 얕은 캐비티(24)를 가지는 중금속체로 이루어지며, 따라서 다이의 캐비티(12)와 짝을 이룬다. 또 하나의 열가소성 폴리머를 사출하는 양 전이의 확장가능한 챔버인 사출 실린더(26)가 그 내부가 통로(28)를 통해 캐비티(24)와 연통하도록 지지부재(20)의 상부에 고정되어 있다. 기계적 혹은 유압적 작동에 의해 상기 모든 실린더들을 개별적으로 또한 선택적으로 작동시키기 수단(미도시)가 구비되어야 한다.

통로(28)는 불합리한 정도의 에너지 손실을 초래함이 없이, 소정의 점성 열가소성 폴리머 매체를 통과시키기에 충분할 정도이면 그 크기는 어떠한 크기이어도 좋다. 통로 (14a)(14b)(14c)는 점성의 열가소성 폴리머 매체가 배출실린더(16a)(16b)(16c)의 예정된 수축에 상응하는 비율로 흐를 수 있을 정도로 커야 하지만, 캐비티(12)의 다이 바닥면이, 판재의 어떻게 신장되더라도 통로로 들어감이 없이 그 성형된 판재를 지지할 수 있도록 작아야만 한다.

작동에 있어서, 점성의 열가소성 폴리머 매체(30)는 캐비티(12) 내에 주입되어 그 캐비티를 그 상부 표면가지 채우며, 이와 유사한 열가소성 폴리머 매체(32)가 실린더(26), 캐비티(24) 및 통로(28) 내에 공급된다. 그런 다음 판금속 블랭크(22)가 다이(10) 상부에 놓여지며 그 후 지지부재(20)가 수단(미도시)에 의해 다이(10) 상부 위에 결합고정되어 그 딱을 이루는 표면을 정위치에 고정적으로 보지한다. 또는, 판금속을 빈 다이 캐비티 위에 올려 놓은 다음 공기 흡인 벤트(미도시)를 통해 공기를 빼냄으로써 열가소성 폴리머 매체를 캐비티내로 흡인(drawa)할 수 있다.

도시된 실시예에 있어서 드로잉 공정을 시작하기 위하여 실린더(26)와 실린더(16a)는, 실린더(26)가 열가소성 폴리머 매체(32)를 캐비티(24) 내로 주입하는 한편 실린더(16a)가 열가소성 폴리머 매체(30)를 캐비티(12)로부터 동일한 비율로 배출하도록 함께 작동된다. 이 상태에서 실린더(16b)와 실린더(16c)는, 판금속 블랭크를 캐비티(12)내로 신장하기 위하여 작용하는 힘이 캐비티(12)의 상부를 가로질러 일정하지 않도록 하기 위해 작동되지 않는다. 즉, 캐비티(12)로부터 열가소성 폴리머 매체(30)를 배출하는 유일한 작동실린더가, 도시된 바와 같이, 캐비티의 우측에 있기 때문에 판금속 블랭크(22)를 캐비티(12) 내로 신장하기 위하여 작용하는 힘은 자연히 캐비티(12)의 우측에 작용한다. 작동 실린더들은 제3도에서 실린더(16a)와 실린더(26) 내의 화살표에 의해 도시되어 있는 반면 실린더(16b)(16c)에는 아무런 화살표도 도시되어 있지 않은 바, 이는 이들이 작동에 있어서, 아직 가동되지 않았음을 나타낸다.

상술한 현상의 이해를 돕기 위해서는, 충분한 점성을 갖는 열가소성 폴리머 매체가 명백히 비-뉴톤 액체(non-Newtonian fluid) 내에서는 작용하지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 상술한 바와 같은 열가소성 폴리머 매체의 캐비티 내, 외로의 인입 및 인출은 동매체 압력에 있어서 챔버 전체에 걸쳐 일정하게 증가하거나 감소를 일으키지 않는다. 오히려 열가소성 폴리머 매체의 국부적 위치 혹은 영역으로부터의 인입 또는 인출이 그 국부적 영역 내에서의 그 열가소성 폴리머 매체의 움직임을 일으킴으로써 그 인입 혹은 인출 위치 근방에서 공작물상에 차등적으로 작용하는 압력에 큰 변화를 초래하는 것이다. 역으로, 만약 뉴톤액체, 예컨대 액체 혹은 기체가 본 발명의 과정에 사용되었다면 유체 인입 혹은 인출 위치는 중요하지 않게 되는데 이는 그러한 인입 혹은 인출이 시스템의 어느 곳에서 행해지더라도 시스템 유동 패턴을 거의 동일하게 변화시킬 뿐만 아니라 공작물에 대하여 조절된 변형을 가하는 것은 불가능하기 때문이다.

신장 혹은 드로잉의 상당한 부분이 캐비티의 우측 내로 진행된 이후에 실린더(16b)가 작동되어 캐비티(12)의 중앙부로부터 열가소성 폴리머 매체를 인출한다. 따라서 판금속 블랭크(22)는 캐비티(12)의 중앙부쪽으로 신장하기 시작하는 한편 그 우측은 그 신장과 드로잉을 계속 진행한다. 이 상태에서 실린더(16a)와 실린더(16b)는 함께 실린더(26)가 열가소성 폴리머 매체(32)를 캐비티(24) 내로 주입하는 비율에 부합하는 비율로 열가소성 폴리머 매체(30)를 인출하여야 한다. 작동에 있어서, 이 변화는 판금속 블랭크(22)를 캐비티(12)의 바닥을 가로질러, 점차 캐비티의 중앙부쪽으로 신장, 드로잉시킨다. 열가소성 폴리며 매체(32)는 압력을 모든 방향으로 작용하며 따라서 판금속을 언더컷 위치(34)에 도시된 캐비티(12)의 언더컷 부분내로 신장시킨다. 만약 이러한 언더컷 부분이 다이 캐비티 내에 제공되었다면 다이는 드로잉제품이 완성된 이후에 동 제품을 빼내기 위하여 제거될 수 있도록 분할조각 예컨대 조각(10a)으로 만들어져야만 할 것이다. 판금속 블랭크(22)가, 제4도에 도시된 바와 같이, 캐비티의 하부우측 내로 충분히 신장되었을 때 실린더(16a)는 그 작동을 멈추고 실린더(16c)가 작동된다. 이것은 캐비티의 좌측으로부터 열가소성 폴리머 매체(30)를 빼내기 시작하는 것을 의미하며 따라서 판금속 블랭크(22)를 좌측으로 향하여 신장시키는 것이다. 앞서와 같이 실린더(16b)와 실린더(16c)는 실린더(26)가 열가소성 폴리머 매체(32)를 캐비티(24)내로 주입하는 비율과 같은 비율로 열가소성 폴리머 매체(30)를 인출해야 할 것이다. 판금속 블랭크(22)가 통로(14b)를 넘어 캐비티(12)의 바닥면 내로 소정의 형상을 이루면, 실린더(16b)는 그 작동을 멈추는 한편 실린더(16c)만이 판금속이 좌측상의 캐비티(12)에 대하여 소정의 형상대로 충분히 성형될 때까지 계속하며 열가소성 폴리머 매체(30)을 인출한다. 이 시점에서 드로잉 조작은 완결되며 지지부재(20)가 다이(10)로부터 제거된다. 그런다음 드로잉 된 판금속이 캐비티(12)로부터 제거되며 열가소성 폴리머 매체(32)가 제거된다.

상술한 실시예에 대한 변경으로서, 매체의 제거순서가 한 포트로부터 다음 포트로 변화될 수 있으며, 유사한 결과가, 매체를 모든 출구 포트로부터 동시에 제거하되 그 제거비율을 달리 함으로써 얻어질 수 있다. 예컨대, 공작물 변형의 상기 순서는 세 개의 모든 출구통로(14a)(14b)(14c)를 통해 동시에 매체(30)를 제거하되 처음에는 통로(14a)를 통하여 높은 제거 비율을 사용하고 이어서 통로(14b)를 통하여 제거비율을 늘리는 등과 같은 것이다.

열가소성 폴리머 매체에 대하여는, 그 매체가 높은 점성을 가지며, 또한 통로들(16)과 캐비티 내의 다른곳과의 사이에서 충분한 차등 압력을 제공하는 한, 그 적절한 물질을 선정하는 데에 특별히 결정적인 제한은 없다.

만약 상기 매체가 너무 유동적이라면 모울드 캐비티 내에서의 차등 압력이라는 것은 거의 조절할 수 없을 것이며, 공작물의 신장을 제어하는 능력은 거의 또는 전혀 없을 것이다. 또한 변형(shear)하에서 점성에 명백한 증가를 보이는 매체는 어는 정도 유익한데 이는 이 매체가 보다 바람직한 유동분배(flow distribution)를 제공하기 때문이다.

폴리실록산(palysiloxanes), 특히 보로실록산(borosiloxane) 폴리머가 대체로 바람직한데 이들은 적용된 변형에 대하여 명백한 점성 증가를 보이고, 대부분의 금속에 달라붙지 않으며, 성형된 가공물로부터 쉽게 제거될 수 있을 뿐만 아니라 폴리실란(polysilanes)(실리콘 오일)과 같은 가소제를 첨가하거나, 실리카, 규조토, 제올라이트 등과 같은 경화 충진재를 첨가함으로써 그 점성을 쉽게 조절할 수 있다. 점성은 또한 온도에 따라 달라진다. 다른 열가소성 폴리며, 예컨대, 폴리에칠렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등과 같은 폴리올레핀, 폴리에칠렌 옥사이드와 같은 폴리에테르, 에틸렌프로필렌 공중합체를 포함하는 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄 등을 포함하는 저분자량의 첨가 폴리머가 적용될 수도 있다.

상술한 예는 단지 공정이 어떻게 수행되는가의 일 실시예를 예시한 것에 지나지 않으므로 공정의 다양한 변화가 가능하다. 드로잉되는 기하학적 형태 및 판금속의 특성에 따라 실린더(16a)(16b)(16c)의 작동 순서는 원하는 대로 가변될 수 있기 때문에 판금속이 원하는대로 신장될 수 있게 하며, 또한 이러한 결과로서 과드로잉(over drawing)이나 균열을 피할 수 있다. 예컨대, 제1도 내지 제5도에 도시된 실시예에 있어서 판금속 블랭크는 도시된 바와 같이 캐비티의 우측에서 더 많이 신장됨을 알 수 있다. 따라서 캐비티(12)의 우측으로부터 열가소성 폴리머를 인출하기 시작함으로써 보다 균일한 신장을 이룰 수 있는 바, 그 결과 이 보다 깊은 깊이를 이룩하는 동안 판금속의 보다 큰 폭이 신장될 수 있다. 일단 판금속이 캐비티의 측면에 대하여 드로잉되면 도시된 실시예에 있어서 처음에 일어났던 것처럼, 판금속과 캐비티 벽사이의 마찰력은 그 성형되는 금속의 몸체가 더 이상 신장되는 것을 방지한다. 따라서 판금속의 캐비티(12) 바닥을 가로지르는 더 이상의 신장과 하단 좌측편 모서리 내로의 더 이상의 신장은 판금속의 캐비티 벽에 대하여 아직 성형되지 않은 부분만을 신장시킨다. 최종제품의 좌측벽과 바닥은 어느 정도 우측벽 보다는 더 얇게 될 것이다. 만약 상기 예에서 열가소성 폴리머의 인출 프로그램이 좌측으로부터 시작되는 것으로 바뀌었다면 좌우측의 벽 두께의 차이는 더욱 크게 나타났을 것이다. 판 공작물의 신장이 매체제거 및/또는 주입의 적절한 프로그램을 통해 세밀하게 조절될 수 있음으로써, 금형의 다양한 부분에 있어서의 소망하는 어떠한 정도의 신장일지라도 행할 수 있는 것이 명백하다. 캐비티가 양측상에서 혹은 둘레에서 상당히 균일하면 열가소성 폴리머 매체의 제거는 대체로 캐비티의 중앙으로부터 시작하는 것이 바람직할 것이다. 실제, 집중되는 하부 모서리가 없을 경우에는, 제6도에 도시된 바와 같이, 중앙으로부터의 단일 제거가 적절할 것이다. 열가소성 폴리머 매체와 판금속 사이에 마찰력이 거의 없기 때문에 통상의 펀치와 판금속 사이의 접촉면이 있어서 처럼, 캐비티로부터 매체를 제거하는 이상적 순서는, 그 판금속이 그 캐비티 측면에 대하여 성형되기 전에 가능한한 많이 캐배티 내로 신장되는 것일 것이다. 따라서 이러한 공정에 의해 훨씬더 균일한 신장을 이룰 수 있는 것이다.

다이 캐비티로부터의 실제 필요한 인출 통로의 숫자는 캐비티 자체의 특성 및 점성의 열가소성 폴리머 매체를 제거함에 있어서의 소망되는 조정 정도에 따라 상당히 다라질 수 있다. 만약 다이 캐비티의 바닥이 넓은 평편한 수평면으로 이루어져 있다면 다이표면과 판금속 사이에 열가소성 폴리머 매체가 갇히지 않도록 하기 위하여 보다 많은 인출통로가 구비될 필요가 있을 것이다. 다이 표면과 판금속 사이에 열가소성 매체가 잔류되어 갇힐 경우에는 그 드로잉의 형상은 찌그러질 수 있다.

제1도 내지 제5도에 도시된 실시예는, 제2도에 도시된 바와 같이, 바닥이 좁고 또한 캐비티내에 열가소성 폴리머 매체가 갇힐 어떠한 가능성도 없이 그 매체를 제거하는 데에 도움이 되는 상당한 경사를 가지고 있기 때문에 단지 세 개의 인출통로(14)만을 사용하였다는 것에 유의하여야 한다. 만약 다이의 폭의 크기가, 제2도에 도시된 것처럼, 더 넓고 및/또는 바닥이 더 평편하다면 매체를 캐비티로부터 확실하게 제거하기 위하여 각 위치(14a)(14b)(14c)에서 폭을 가로질러 두 개 혹은 그 이상의 인출통로가 제공되어야만 할 것이다. 한편 제6도는 단 하나의 출구통로만으로도 적당한 경우를 도시한 것이다.

제1도 내지 제5도에 도시된 실시예에 있어서는 단 하나의 인입 실린더(26) 및 통로(28)만이 도시되어 있지만, 판금속 공작물을 신장시키는 것을 보다 잘 제어하는 데에 필요하거나 바람직하고 또한 모울드 캐비티의 디자인이 허용한다면, 상기 실린더(26)와 연통하는 인입통로(28)가 복수개 구비될 수 있음은 당연하다. 어떠한 적용예에 있어서는 하나의 인출통로와 수 개의 인입통로를 제공하는 것이 바람직하며, 혹은 매체를 전혀 제거하지 않는 것도 가능한데 이경우는 단지 매체의 주입만으로 판금속을 변형시킨다. 다양한 통로를 통해 인입매체와 인출매체의 어느 한 쪽 또는 양자를 인입실린더와 인출 실린더를 통해 동시에 차등 비율로 작동하도록 선택적으로 프로그래밍함으로써 판금속 공작물은 실제에 있어서 어떠한 소망 순서라도 모울드 캐비티 내로 조정을 받으면서 신장시킬 수 있다. 이것은 결과에 대하여 상당히 큰 융통성을 부여하는 것으로서, 제품의 균일하거나 또는 조정에 의해 불균일한 벽두께를 얻을 수 있는 것이다.

상술한 바에 더하여, 제조되는 제품에 따라 그리고 사용되는 판금속에 따라 이점을 살리기 위해 다수의 다른 변경과 실시예가 이용될 수도 있다. 예컨대 캐비티(12)의 가하학적 형상이나 크기에 따라 임의의 갯수의 통로(14) 및 관련 실린더(16)가 구비될 수 있으며 낮고 상당히 균일한 캐비티에 대하여는, 제6도에 도시된 바와 같이, 단 하나의 통로(14) 및 실린더(14)가 적당할 수도 있다.

복수의 통로들(14) 및 실린더들(16)을 사용하는 적용예에 있어서는, 신장 매체를 연속적으로 제거하지 아니하고도 판금속을 균일하게 신장시킬 수 있는 한 캐비티(12)로부터 열가소성 폴리머 매체(30)를 항상 연속적으로 제거할 필요가 있는 것은 아니라는 점을 또한 유의하여야 한다. 다이(10)와 지지부재(20) 혹은 연결부에 대한 실린더들의 배치는 그 실린더가 캐비티와 간섭하지 않는 한 변경될 수 있다.

가공이 어려운(hard-to-work) 금속이 사용되는 적용예에 있어서는 본 발명 공정의 상술한 잇점에 의해 동 금속을 종래 기술에 따른 공정에 비해 상당히 큰 정도로 변형시킬 수 있는데 이는 캐비티 위의 전체의 판 표면적이 신장을 받기 때문이다. 또한 두 매체의 압력은 공작물이 전술한 바와 같이 특별 소성(exceptional plasticity)을 갖도록 하기에 충분한 정역학적 표면압력을 받는 점까지 상승될 수 있다. 이러한 환경에 있어서는 가공이 어려운 금속조차 그 공작물의 파손이나 균열의 위험을 초래함이 없이 사당한 정도로 변형시킬 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서는 판금속의 양 표면상에 작용하는 열가소성 폴리머 매체를 제공할 필요가 없다. 예컨대, 판금속이 높은 전성을 가지며, 및/또는 드로잉 깊이가 매우 낮을 때에는 상부매체(32)가 제거될 수 있으며 열가소성 폴리머 매체(30)가 캐비티(12)로부터 점차적으로 제거됨에 따라 대기압으로 하여금 판금속을 캐비티(12)내로 신장시킬 수 있다. 또한 반대로 판금속을 빈 다이 캐비티 내로 신장시키기 위하여 단지 상부 주입 매체만이 사용될 수도 있다. 이러한 상태의 한 예가 다이 캐비티가 꽤 얕은 제6도에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 다이 캐비티는 대기와 통하거나 진공이 되는 통기구멍이 형성되어야 하며, 제6도에 도시된 바와 같이, 판상부의 고압캐비티 내로 매체를 자동적이고 점진적으로 도입하기 위해 적어도 두 개의 통로를 구비하여야 한다. 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 수많은 실시예 및 변형예가 사용되거나 또는 결합될 수 있는 것이 명백하다.

상술한 논의로부터, 판 공작물을 다이 내로 드로잉함에 있어서, 그 드로잉 적용성(drawability)과 다이에 대한 일치(conformation)를 최적화할 필요가 있을 때, 그 판재를 임의의 소망하는 순서와 방향으로 신장하고 드로잉할 수 있으므로 본 발명의 가능한 변형 및 실시예는 상당히 융통성이 있고 또한 가변적임이 명백하다. 상술한 공정은 판금속 블랭크를 성형하는 데에 적용된 것을 기술하였지만 이는 열가소성 폴리머와 같은 판재를 드로잉하는 데에도 적용될 수 있음이 또한 명백하다.

Claims (7)

1. (A) 점성의 열가소성 폴리머가 채워진 캐비티와, 적어도 하나의 인출포트가 형성된 다이를 제공하는 단계; (B) 상기 인출포트를 통해 상기 캐비티로부터 상기 폴리머를 제거하는 수단을 제공하는 단계; (C) 금속판재를 상기 다이에 결합하도록 고정하고 상기 캐비티를 폐쇄하는 수단을 제공하는 단계; (D) 상기 판재가 상기 다이의 형상에 부합할 때까지 상기 캐비티의 반대면 상에서 상기 판재의 압력을 작용하는 한편 상기 캐비티로부터 상기 폴리머를 조절 자재로 제거하는 단계를 포함하는 금속판재의 다이포밍 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다이에는 복수의 인출포트가 구비되며, 상기 폴리머는 상기 캐비티로부터의 유동을 조절하고 또한 상기 판재의 성형을 조절하기 위하여 상기 각 인출포트로부터 선택적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 다이 포밍 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 캐비티는 요각(reentrant; 凹角)인 것을 특징으로 하는 금속판재의 다이 포밍 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 폴리머의 제거 및 상기 캐비티의 반대면상에서의 상기 판재의 대한 압력의 작용은 상기 판재가 상승된 정수압(hydrostatic pressure)으로 유지되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 다이 포밍 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 다이에는 다수의 인출포트가 구비되며, 상기 폴리머는 상기 캐비티로부터의 유동을 조절하고 또한 상기 판재의 성형을 조절하기 위하여 상기 각 인출 포트로부터 선택적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 다이 포밍 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 캐비티의 반대면상에서 대기압에 의해 상기 판재에 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 금속판재의 다이 포밍 방법.
7. 제1항에 있어서, 점성의 열가소성 폴리머를 압력하에 작용하기 위한 수단에 의해 압력을 상기 판재에 작용하는 것을 특징으로 하는 금속판재의 다이 포밍 방법.