KR100726088B1 - 판재의 성형성을 평가하기 위한 등이축인장변형 부가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펀치를 이용한 프레스 성형 장치에 있어서 판재의 등이축 변형율을 얻기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 펀치와 판재 사이의 마찰 영향을 줄이기 위하여 상기 펀치의 모서리 부분을 서로 다른 곡률을 갖는 2단의 곡형부로 형성하여 금형과 판재간의 마찰의 영향을 줄이고 변형율을 극대화하여 인장 변형율이 기존의 방법에 비해 비약적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

프레스, 펀치, 등이축변형, 곡률, 2단, 윤활, 변형율, 마찰

Description

판재의 성형성을 평가하기 위한 등이축인장변형 부가 방법{EQUI-BIAXIAL STRETCHING METHOD FOR THE FORMABILITY EVALUATION OF SHEET MATERIAL}

도 1은 종래 기술에 따른 프레스 펀치의 모서리 부분을 도시한 확대도;

도 2a 및 2b는 일반적인 프레스 펀치의 동작을 도시한 작동도;

도 3은 본 발명에 따른 프레스 펀치의 모서리 부분을 도시한 확대도;

도 4는 본 발명에 따른 펀치 단부에 윤활을 적용한 경우와 하지 않은 경우의 변형율을 비교한 그래프; 및

도 5는 본 발명에 따른 펀치의 단부에 윤활을 적용한 경우의 성형량에 따른 변형율 분포를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 상부 블랭크 홀더 2: 하부 블랭크 홀더

3: 펀치 4: 램(ram)

5: 유압 실린더 6: 판재

본 발명은 판재의 성형성 평가 등을 목적으로 프레스 성형시 판재의 변형율을 극대화시킨 방법에 관한 것으로서, 특히 판재 성형시, 금형(펀치)과 소재간의 마찰을 줄이기 위한 펀치 구조를 갖는 판재의 성형성을 평가하기 위한 등이축인장변형 부가 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 강판의 2차가공성(한번 성형 후 재 가공 등) 또는 예비변형(prestrain)에 따른 강판의 성형특성 등을 평가하기 위한 목적으로 스트래칭(stretching) 성형을 하게 된다.

이 방법은 프레스의 볼스터(bolster)에 고정된 펀치의 최고점 이상으로 올라간 하부 블랭크 홀더 사이에 판재를 올려놓은 후 상부 블랭크 홀더가 하강하여 판재를 압축하여 누른 다음 프레스의 램(ram)에 고정된 상부 블랭크 홀더가 내려옴에 따라 판재가 펀치를 감싸면서 성형이 되는 구조이다. 이 때 펀치의 구조는 도 1에서 보는 바와 같이 펀치 상단의 평면부에서의 변형율을 원하는 값으로 하기 위하여 펀치의 모서리 부위에 임의의 곡율(radius)를 주어 원하는 변형율을 얻는다. 이와 같은 스트래칭 시험법에서는 곡률에서의 펀치와 판재와의 마찰로 인하여 펀치의 평탄부에서 약 5% 이상의 변형율을 얻기가 힘들다.

한편, 판재의 성형특성 평가를 위해서는 일반적으로 성형한계도(forming limit diagram)를 작성하여 이용하지만 보통 이러한 성형한계도상의 성형한계곡선(forming limit curve)은 판재의 파단이 일어날 때까지의 변형경로가 단순경로로서 주변형율(major strain)과 부변형율(minor strain)간의 비가 일정하게 유지되면서 성형이 일어나는 경우에 대하여 얻은 그래프이다.

그러나 통상 판재를 이용하여 원하는 부품을 제작하고자 할 때 이러한 단순경로로 변형이 일어나는 경우는 거의 없고 주변형율과 부변형율의 비가 일정한 값을 갖지 않고 가공이 진행됨에 따라 바뀌게 되거나 또는 1차가공이 일어난 후에 2차가공을 필요로 하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 판재의 파단이 일어나는 변형율(한계변형율)이 일반적인 성형한계도상의 한계값과는 많은 차이가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 펀치(또는 금형)와 판재간의 마찰을 줄이고, 변형율을 기존의 한계값에 비해 크게 할 수 있도록 구성되는 판재의 성형성을 평가하기 위한 등이축인장변형 부가 방법을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 펀치를 이용한 프레스 성형 장치에 있어서 판재의 등이축 변형율을 얻기 위한 방법에 있어서, 상기 펀치와 판재 사이의 마찰 영향을 줄이기 위하여 상기 펀치의 모서리 부분을 서로 다른 곡률을 갖는 2단의 곡형부로 형성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2a 및 2b는 일반적인 프레스 펀치의 동작을 도시한 작동도로써, 램(4)에 고정된 상부 블랭크 홀더(1)와, 상기 상부 블랭크 홀더(1)와 일정 간격을 가지며 설치되는 하부 블랭크 홀더(2)를 포함한다. 상기 상부 블랭크 홀더(1)는 프레스 동작시 하강하게 되며, 하부 블랭크 홀더(2)는 소정의 유압 실린더(5)에 의해 지지를 받고 있다. 상기 하부 블랭크 홀더(2)에는 상기 홀더(2)를 관통하도록 일정 형상의 펀치(3)가 설치된다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 초기에 하부 블랭크 홀더(2)와 펀치(3)의 상부면은 대략적으로 평면을 유지하거나 상기 펀치의 상면이 상기 하부 블랭크 홀더의 상면보다 낮도록 배치한다. 상기 상, 하부 블랭크 홀더(1, 2) 사이에 소재를 취입하고 상기 상부 블랭크 홀더(1)를 하강시켜 하부 블랭크 홀더(2)와 접촉하게 되고, 더욱 가압하여 하부 블랭크 홀더(2)가 하강하게 되면, 제자리에 있는 펀치(3)에 의해 소재(6)는 펀치(3)의 외면 형상과 같은 형상으로 성형되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 프레스 펀치의 모서리 부분을 도시한 확대도로써, 본 발명에 따른 펀치(3)의 소재(6)를 변형시키는 모서리 부분을 서로 다른 두 개의 곡률을 갖는 부분(31, 32)으로 단이 지도록 형성한다. 즉, 펀치(3)의 모서리 곡률부를 2단으로 만들어 펀치(3)와 판재(6)간의 마찰면적을 종래의 방법에 비해 줄이는 구조로 되어 있다. 이러한 단(31, 32)은 펀치 상단 평면부에서의 변형율을 극대화 즉, 펀치와 소재(6)간의 마찰을 최소화 하기 위하여 단 1, 단 2 의 곡율반경 중심점 사이의 수평 및 수직간격 및 각 단에서의 곡율을 최적화 하는 것이 중요하다.

더욱이, 필요에 따라 펀치 상단에 있는 판재의 변형율을 극대화 하기 위하여 단의 곡율부에 윤활을 하는 것이 필요한데 단을 둠으로써 단1과 단 2사이에 유지(grease)를 발라둠으로서 소재가 소성변형 시 미리 도포한 유지가 소재에 달라붙게 되어 단 2의 곡율부를 윤활해 줌으로서 가능하다. 또한 단 2에서의 마찰을 극소화 하기 위하여 얇은 비닐을 단 2의 넓이로 도너츠 형으로 절단하여 단 2에 올려놓는 것이 가능하여 마찰을 최소화 할 수 있는 것이다.

도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이, 하부 블랭크홀더에 판재를 올려놓은 후 상부 블랭크 홀더(1)가 내려와서 판재를 압축하여 누른 다음 프레스의 램(ram)에 고정된 상부 블랭크홀더가 내려옴에 따라 판재가 펀치를 감싸면서 성형이 되며 도 4에 나타낸 바와 같이 원하는 깊이로 성형을 한 후 펀치 상단의 평탄부의 변형율을 측정하여 원하는 변형율을 얻게 된다.

도 4는 펀치의 곡율부에 윤활을 전혀 하지 않은 경우와 단2에 비닐을 올려놓고 성형한 경우의 변형율(strain)을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 보는 바와 같이, 윤활을 하지 않은 경우(biaxial-bare)는 주, 부 변형율이 약 5% 내외이나 단 2에 비닐을 올려놓고 성형한 경우는 주,부 변형율이 약 10%로서 2배정도의 변형율을 얻을 수 있었다. 도 5는 성형이 진행됨에 따른 변형경로를 나타내는 것으로 주, 부 변형율의 비가 1로서 등이축으로 성형이 됨을 나타내고 있다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

금형과 판재간의 마찰의 영향을 줄이고 변형율을 극대화하여 인장 변형율이 기존의 방법에 비해 약 2배 정도로 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 펀치를 이용한 프레스 성형 장치에 있어서 판재의 등이축 변형율을 얻기 위한 방법에 있어서,

   상기 펀치와 판재 사이의 마찰 영향을 줄이기 위하여 상기 펀치의 모서리 부분을 서로 다른 곡률을 갖는 2단의 곡형부로 형성하고, 상기 각 단이 만나는 단차 부분에 윤활 수단을 부가함을 특징으로 하는 판재의 성형성을 평가하기 위한 등이축인장변형 부가 방법.
2. 삭제

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