KR101301154B1 - 직각모서리를 가진 사각 금속용기의 드로잉 성형장치 및 이에 의해 성형된 사각 금속용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직각모서리를 가진 금속 사각용기의 드로잉 성형장치 및 금속사각용기에 관한 것으로, 성형기 상부에는 수직상으로 승강 작동하는 펀치를 설치하고성형홀의 내부에는 스프링의 상향 탄성을 받는 베이스(512)를 설치하여서 된 드로잉 성형기로서, 상기 드로잉 성형기의 금형을 각기 2조씩의 고정다이와 조립다이로 형성하여 이들의 암숫형 조립수단을 이용하여 격자형으로 결합할 수 있게 구성하고 상기 다이들의 내면 상단에 형성된 만곡면 중간에는 상면 일부가 터진 수평형 핀홀을 형성하며, 각각의 핀홀에 금속 핀롤러를 공회전이 용이하게 설치하여 4개의 금속 핀롤러가 4각형상으로 배치되어 사각 성형홀을 이루게 하고, 사전에 통상의 방법으로 수차례 드로잉 가공된 미완성 사각 금속용기를 상기 사각 성형홀에 가압하여 단일공정에 의해서 직각 모서리를 가진 사각금속용기로 성형하도록 한 것을 특징으로 한 것이다.

Description

직각모서리를 가진 사각 금속용기의 드로잉 성형장치 및 이에 의해 성형된 사각 금속용기{a right angle drawing device of metal square vessel and right angle metal square by the device}

본 발명은 주방용품이나 소형 전기, 전자부품 케이스 등과 같은 각종 산업 용품을 수납하는 금속재질의 사각용기의 드로잉 성형장치 및 이 성형장치에 의해 제작된 사각 금속용기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사각 금속용기의 모서리를 직각으로 형성하여 특히 전기, 전자부품을 빈틈이 없이 수납하도록 하여 수납의 안정성을 기하고 전기 또는 전자기기의 소형화 제작에 기여하도록 하는 것을 특징으로 하는 직각모서리를 가진 사각 금속용기의 드로잉 성형장치 및 사각 금속용기를 제공하기 위한 것이다.

통상적으로 드로잉(drawing) 가공은 금형을 이용하여 판상(板狀)의 금속재료를 신장시켜 원통형이나 반구형 등의 원하는 형상으로 프레싱 성형하는 기계가공으로서, 이음매 없는 그릇(용기) 모양의 제품을 성형하는데 사용되는 가공법이며, 다이(die)와 펀치 프레스를 사용하는 다이 드로잉(die drawing)을 사용한다.

또한 운두가 깊은 용기를 성형할 때는 디프 드로잉(deep drawing) 기법을 이용한다.

상기 디프 드로잉 가공에 있어서는, 재료와 금형과의 접촉시간이 길고 그만큼 마찰 부작용의 정도가 크므로 강제윤활수단이 필요하다. 따라서 펀치와 다이와의 마찰이 적어야만 드로잉 가공이 용이하므로 다이 표면과 펀치표면에 강제로 윤활유를 주입하여 디프 드로잉 가공을 하여야 하는 관계로 윤활유의 소모 비용이 드는 폐단이 있다.

드로잉 가공으로 성형하는 금속용기는 원통형 용기와 사각형 용기가 알려져 있으며, 수납되는 내용품(제품)의 크기와 형상에 따라서 용기의 형상은 선택적으로 사용된다.

원형 용기 제품은 모서리가 없기 때문에 어려움 없이 통상의 가공 순서대로 드로잉 가공을 하여 제품을 연속 성형할 수 있다.

그러나 사각형 용기는 원통형 용기와는 달리 운두 사방의 모서리와 바닥과 운두의 경계를 이루는 모서리가 존재하므로 가공이 어렵고 불량 발생률이 높다. 다시 말해서 사각형 금속용기를 드로잉 작업으로 성형하려면 모서리의 각(角)과 4면의 직선 변(邊) 때문에 성형작업 과정을 몇 차례 더 시행하여야 하는 번거로움이 있다.

상기한 바와 같은 사각금속용기와 그의 드로잉 기법을 도면에 의하여 설명하여 그 문제점을 들면 다음과 같다.

일반적으로 산업분야에서는 전기 또는 전자 제품은 본래의 기능에 추가되는 기능의 조립부품(P)을 수납하기 위해서, 도 1에 도시된 바와 같은 사각 금속용기 (100)가 널리 사용되어 왔다.

그런데, 상기 사각 금속용기(100)는 바닥의 사변에 수직으로 형성한 각 운두와 운두 사이의 모서리 및 바닥과 운두의 모서리가 직각이 아닌 만곡호형면(101)(102)으로 되어 있는 관계로, 용기 내부에 부품을 수납하면 도 2 및 도 3에서와 같이 각 운두의 내면과 조립부품(P) 및 바닥과 조립부품(P)의 사이에 공간 (103)(104)이 벌어진 상태로 조립부품(P)이 수납된다. 이러한 경우 우선 상기 공간(103)(104)에 의하여 조립부품(P)이 헐거운 형태로 수납되는 불안정성과, 상기 공간(113)(104) 정도만큼 사각금속용기(100)의 부피가 크게 성형되므로, 예를 들면 휴대용 전화기의 본체를 크게 성형하여야 하는 문제점이 있는 것이다.

때문에 사각 금속용기를 드로잉 성형할 때, 사방의 모서리를 직각으로 성형할 수 있다면 제품을 빈틈없이 수납할 수 있고 더 없이 유용하게 사용할 수 있겠으나, 금속재질이라는 특수성과, 사각형상이라는 특수 조건 때문에 종래의 성형기로는 직각 성형이 용이치 못한 실정이다. 따라서 현재 제작 공급되고 있는 사각 금속용기는 모두 모서리가 둥글게(R/라운드) 성형된 도 1의 제품을 사용하고 있다.

만일, 도 4와 같은 종래의 드로잉 성형기를 이용하여 직각 모서리를 갖는 용기를 성형하면, 성형 홀 상단과의 미끄럼(slip) 마찰이 발생하여 모서리가 찢어지거나 터지는 등 훼손되는 문제점 때문에 직각 성형이 실현되지 않고 있는 실정이다.

종래 사용되고 있는 사각 금속용기(100)의 드로잉 성형방법은, 도 5에 표시한 각각의 성형공정에 맞는 펀치와 성형 홀이 형성된 성형기를 이용하여 제품을 순차적으로 드로잉하여 제품 깊이를 점차 증가시키는 성형방법을 사용하고 있으며, 이는 제품을 성형홀에 강제로 가압하여 신장시키는 미끄럼(slip) 마찰 작용을 이용하는 기술이다.

또한 종래 사용되고 있는 사각 금속용기(100)의 드로잉 성형기는, 도 4에 도시된 바와 같이 다이(201) 중앙에 형성한 사각성형공(202)의 상단의 모서리를 면치 가공하여 만곡면(203)을 형성하였으며, 상기 사각성형공(202)의 위에서 아래로 관통되게 승강 작동하는 펀치(204)와, 사각성형공(202)의 밑에서 상향으로 유입되어 펀치(204)와 상하 대향되도록 베이스(205)를 스프링((206)의 탄성을 받도록 설치하는 구조로 되어 있다.

통상적으로 드로잉 성형기를 이용하여 도 1의 사각금속용기(100)를 성형하는 작업은, 도 5에서와 같이 원형으로 재단한 금속원판(T)을 깊이가 낮은 금형으로부터 점차 깊이가 깊은 금형을 순차적으로 경유하면서 금속원판을 원하는 형상으로 드로잉 가공한다.

펀치(204)의 단 1회의 작동으로 사각금속용기(100)를 성형하게 되면 금속원판(T)이 파손되는 관계로, 성형홀의 깊이와 형상이 각기 다른 다수의 드로잉 성형기(약 6대)를 설치하여 도 5처럼 6회 공정을 순차적으로 성형하여 설정된 사각금속용기(100)를 성형한다. 상기 순차적인 공정에 의해서 깊이를 가진 용기가 성형 되는 것이며, 마지막 6회공정(T6)에서 비로소 사각금속용기(100)의 형태를 갖는 완 제품(T6)의 것을 성형한다.

만일, 상기한 종래의 드로잉 성형기를 이용하여 직각 모서리를 갖는 용기를 성형하면, 성형홀 상단과 재료와의 강제적인 미끄럼(slip) 마찰에 의해서 모서리가 찢어지거나 터지는 등 훼손되는 문제점 때문에 종래의 드로잉 장치로는 직각 모서리의 성형이 실현되지 않고 있는 실정이다.

그래도 제조업체에서는 직각모서리형 사각용기의 사용을 원하기 때문에 근래에는 도 6, 도 7에 도시된 바와 같은 직각 모서리를 가진 사각 금속용기(300)를 제작하여 공급하고 있다.

도 6, 도 7에 도시한 사각금속용기(300)는 금속평판을 십자형으로 재단하여 사방을 접어준 상태로 각각의 모서리를 용접(301)하여 제작한 수작업 제품으로서, 드로잉 성형제품이 아니다.

상기한 제품은 도 1의 종래 제품보다는 부피가 작게 제작되고 직각모서리를 갖고 있기는 하나, 금속판을 십자형으로 재단하여야 하고, 사방의 측판을 하나씩 접어 올린 다음 용접(301) 하여야 하는 제조과정이 매우 번거로워 성형비용이 많이 들뿐만 아니라 성형 시간도 길어서 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 사각 금속용기의 모서리를 직각으로 성형할 수 있는 새로운 구조의 드로잉 성형장치를 제공함에 목적이 있다.

다른 목적은 성형 과정에서 제품과 성형틀과의 미끄럼(slip) 마찰이 없도록 성형부 초입에 회전(굴림)장치를 설치하여 압입되는 내용물이 회전(굴림) 마찰에 의해서 파손 없는 직각 모서리를 성형할 수 있게 한 것이다.

다른 목적은 상기 드로잉 성형장치에 의해서 제작되는 모서리를 가진 사각 금속용기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직각모서리를 가진 사각금속 용기의 드로잉 성형기는, 상기한 기체에 좌우 대향으로 고정설치되는 고정다이와, 상기 고정다이에 마련한 조립홈에 결합되는 조립다이의 성형부 상면에 형성한 만곡면 중간에 상면이 일부 개방된 핀홀을 형성하고, 상기한 각각의 핀홀에 금속 핀롤러를 공회전되게 설치하여 핀롤러의 상단 일부가 핀홀 상부로 노출되게 설치하며, 상기 공회전 되는 사방면의 금속 핀롤러가 사각형 조합되어 사각 성형홀을 형성하고, 금속 핀롤러에 의한 사각성형홀에 종래의 드로잉 방식으로 수차례 실시된 미완성 사각 금속용기를 상기 사각 성형홀에 설치한 성형 핀롤러 조합체에 의해서 부드럽게 가압 성형하여 각 모서리가 파손됨이 없이 직각으로 성형되게 한 사각 금속용기의 모서리 직각 성형장치와 이 성형장치로 제작된 직각모서리를 가진 사각 금속용기를 특징으로 한 것이다.

또한 본 발명은 상기한 고정다이와 조립다이의 핀홀에 공회전 되게 설치하는 금속 핀롤러의 양단을 45도의 면을 갖는 원뿔형상으로 형성하여 각 금속 핀롤러가 동일한 회동력을 가지면서, 서로를 잡아주어 길이방향으로의 유동을 억제하게 한 것을 특징으로 한 것이다.

본 발명은 금형의 성형홀 상단에 형성된 사방 만곡면에 각각 금속 핀롤러를 공회전되게 설치하여 4개의 금속 핀롤러가 조합되어 사각형상의 성형공을 이루게 함으로써, 펀치의 가압에 따라 사각 성형공으로 밀려 내려가는 미완성제품이 금속 핀롤러의 회전(굴림)작동에 따른 굴림 마찰에 의해서 부드럽게 신장되어 드로잉 가공되므로 균열의 우려 없이 각 모서리가 직각으로 된 완제품으로 성형되는 것이다.

또한 본 발명에 의하여 성형된 사각금속용기는 각 모서리가 90도로 성형된 것이므로 전기 또는 전자의 조립부품의 외면이 사각금속용기의 내면에 빈틈없이 수납되어 수납의 안정성이 양호할 뿐만 아니라 사각 금속용기의 부피를 작게 성형하게 되어 전기 전자 제품의 본체를 소형화하는데 기여를 하는 효과를 나타내는 것이다.

도 1은 각 모서리가 만곡호형면으로 형성된 종래 사각금속용기의 사시도.
도 2는 도 1의 사각금속용기에 조립부품을 수납한 형태를 보인 종단면도.
도 3은 도 1의 사각금속용기에 조립부품을 수납한 형태를 보인 횡단면도.
도 4는 종래의 사각금속용기를 성형하는 드로잉 성형기의 종단면도.
도 5는 종래 사각금속용기 성형 과정을 순차적으로 나열해보인 예시도.
도 6은 모서리 용접하여 제작한 종래 사각금속용기의 전개도.
도 7은 도 6의 사각금속용기의 사시도.
도 8은 본 발명에 의해 제작된 직각모서리를 가진 사각 금속용기의 사시도.
도 9는 본 발명의 사각금속용기의 내용물 수납상태를 보인 예시도.
도 10은 본 발명의 직각모서리 성형장치의 요부 분해 사시도.
도 11은 본 발명 드로잉 성형장치의 전체 구성도.
도 12는 본 발명 금형장치의 요부를 보인 평단면도.
도 13은 본 발명의 미완성제품을 최종 드로잉 가공하기 직전의 상태도
도 14는 도 13의 상태에서 직각성형이 시작되는 초기상태도
도 15는 도 13의 상태에서 제품 하단부의 직각성형이 이루어진 상태도
도 16은 성형기에 사용하는 금속 핀롤러의 일 실시예의 사시도.

본 발명은 전기나 전자 기기의 본체 내에 장치하는 육면체 형상의 조립부품을 빈틈이 없이 안정되게 수납하기 위한 사각 금속용기의 드로잉 성형장치 및 이 성형장치에 의해 제작된 직각모서리를 가진 사각 금속용기에 관한 것으로서, 이와같은 본 발명을 도 8로부터 도 16까지를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 드로잉 성형기(400)는 전후좌우 4쪽의 금형이 조립되어 중앙에 사각형 성형홀을 가진 조립금형을 이룬다.

상기 조립금형은 기체의 테이블에 전후로 배열 고정되는 대칭형의 고정다이(410)(420)와, 이들 고정다이(410)(420)의 좌측과 우측에 배열 조립되는 조립다이(430)(440)의 결합으로 이루어져 있다.

상기 전후방 고정다이(410)(420)의 몸체 내면의 중앙부 양쪽에는 수직조립홈(414)(424)이 대향 방향으로 형성되어 있으며, 상기 수직조립홈(414)(424)에는 대칭형의 조립다이(430)(440)를 수직으로 끼워서 조립함으로써 중앙부에 사각형 성형홀을 가진 사각형 금형틀이 형성된다.

즉, 상기 고정다이(410)(420)와 조립다이(430)(440)가 격자형으로 조립됨에 의해서 이들의 몸체 중간에 사각 성형홀(502)이 형성되는 것이며, 각각의 몸체 중앙은 수직상의 성형면으로 사용되는 것이다.

상기 조립체의 사각 성형홀(502)의 상단부는 각각 만곡면으로 형성되어 있고, 만곡면 중간에는 수평방향으로 핀홀(413)(423),(433)(443)이 뚫려 있으며, 상기 각각의 핀홀(413)(423),(433)(443)에는 금속 핀롤러(450)가 제자리 회전이 용이하도록 헐겁게 끼워지고, 도 12에서처럼 각각의 핀홀에 금속 핀롤러가 끼워진 상태로 4쪽의 다이가 격자형으로 조립되는 것이다.

상기 핀홀(413)(423),(433)(443)들은 전면 일부가 개방된 상태로서 그 속에 끼워진 핀롤러(450) 몸체의 45도 부위가 구멍 외부로 인출되도록 설정한 것이며, 도 13 및 도 14와 같이 성형대상물을 펀치(510)에 끼워서 사각 성형홀(502) 속으로 하향 가압할 때 성형대상물이 가장 먼저 핀롤러(450)의 인출부위에 접촉되어 회전마찰(굴림마찰) 작용이 발생하도록 구성한 것이다.

또한 사각 성형홀(502)에는 도 11과 같이 스프링(511)의 상향 탄성을 받는 베이스(512)가 설치되고 베이스 상단이 성형홀 상면과 거의 일치되도록 설치되어 있다.

이상과 같이 된 본 발명의 드로잉 성형기(400)로 각 모서리가 직각 형태인 사각금속용기(600)를 성형하는데, 도 5에 도시한 통상적인 드로잉 성형공정처럼 각기 다른 성형금형을 이용하여 1차, 2차, 3차 4차 공정을 순차적으로 진행하여 미완성 사각용기를 성형하기까지는 종래의 성형방법과 동일하다.(종래에는 대개 6차 공정까지 실시하여야만 만곡 코너를 가진 사각용기를 완성하였음.)

이렇게 4차 공정까지 진행된 미완성 사각용기(T4)를 최종적으로 본 발명의 성형기로 성형하여 마무리하는바, 먼저 상기의 미완성 사각용기(T4)를 도 13과 같이 펀치(510)의 하단에 헐겁게 끼운 상태에서 펀치를 구동시키면 도 14에 표현된 바와 같이 펀치가 미완성 사각용기(T4)와 함께 하강하게 되며, 하강하는 미완성 사각용기(T4)의 하단부가 성형홀 상부에 사각형으로 배치된 금속 핀롤러(450)에 접촉되어 직각성형이 개시된다.

이 과정에서 미완성 사각용기(T4)의 외경은 성형홀(4개의 핀롤러가 사각형으로 접속되어 이룬 사각 성형홀)의 공간보다는 넓은 형태이므로 미완성 사각용기가 금속 핀롤러(450)에 접촉됨과 동시에 하향 가압력을 받게 되고 그 즉시 핀롤러는 가압방향으로 제자리 회전을 한다. 또한 사면의 핀롤러가 회전함에 의해서 미완성 사각용기는 도 15와 같이 하향 회전마찰 작용으로 부드럽게 회전식 성형부를 통과하게 되고, 회전식 성형부를 통과한 미완성 사각용기는 펀치 외면에 밀착 성형되어 직각모서리를 가진 사각용기로 성형되어 완제품을 얻게 된다. 또한 필요에 따라서 용기 바닥면에 배선 구멍을 펀칭하여 사용하는 것은 별개의 공정으로 이루어진다.

이 같이 본 발명 성형장치는 종래의 미끄럼(slip) 마찰을 회전(굴림) 마찰로 개선하여 균열이나 파손 없이 직각모서리의 성형을 실현한 것이며, 핀롤러의 회전에 의해서 미완성 사각용기와 핀롤러의 접촉부에는 부드러운 회전마찰이 작용하기 때문에 모서리를 직각으로 가압 신장하여도 균열이나 파손 없이 성형되는 것이다.

또한 도 16은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시예로서, 금속 핀롤러(450)의 양단을 원뿔형상으로 형성하여 고정다이와 조립다이의 핀홀에 공회전하게 장전할 때에 사방의 금속 핀롤러(450) 단부끼리 90도 각도로 접촉되게 배열함으로써 핀롤러끼리 서로를 길이방향으로 유동할 수 없게 잡아주면서도 각각 개별적으로 제자리 회전은 용이하므로 이 같은 양단이 원뿔형으로 형성된 핀롤러도 본 발명의 회전식 사각 성형홀에 유용하게 사용할 수 있다.

본 발명의 드로잉 성형장치에 의해서 성형된 완제품 사각 금속용기(600)는 모서리가 직각으로 형성되고, 바닥(601)의 사변에 수직으로 형성되는 운두(602)가 일체로 형성된 것으로, 상기 운두(602)와 다른 운두(602) 및 운두(602)와 바닥(601)의 모서리가 90도의 직각모서리(603)(604)로 성형되어 각종 산업분야의 조립부품(P) 수납용기로 사용시 내용물이 빈틈없이 수납되어 수납의 안정도가 매우 높으며, 수납부의 빈틈이 생략된 만큼 사각금속용기의 부피를 작게 성형하여 전기제품이나 휴대용 전화기에 유용하게 사용할 수 있고 용기의 부피를 작게 구획하여 제품 소형화 제작에도 크게 기여할 수 있다.

410, 420.....고정다이
413, 423, 433, 443.....핀홀
414, 424.....수직조립홈
430, 440.....조립다이
450.....금속 핀롤러
502.....사각 성형홀
510.....펀치
512.....베이스
600.....사각금속용기
603, 604.....직각모서리

Claims (4)

1. 금속 재질의 사각용기를 드로잉 가공하는 성형장치로서,
   성형기의 지지체 상부에 수직방향으로 구동되도록 설치한 펀치와;
   몸체 내면의 상부에 만곡면이 형성되고 중심 양쪽에 수직조립홈을 가진 전 후방 고정다이와;
   상기 전후방 고정다이의 수직조립홈에 끼워져 격자형으로 결합되는 것으로 내면 상부에 만곡면이 형성된 조립다이와;
   상기 고정다이와 조립다이의 만곡면 중간에 수평상으로 형성되며 전면 일부분이 개방된 핀홀과;
   상기 고정다이와 조립다이에 형성한 각각의 핀홀에 공회전이 용이하도록 삽입하는 금속 핀롤러와;
   상기 수직조립홈에 조립다이를 수직으로 결합하여 수직 방향의 사각형 구멍으로 형성되며, 내각이 직각인 사각 성형홀과 ;
   상기 사각 성형홀에 탄력적으로 설치한 베이스; 를 포함하여 이루어지며 미완성 사각 금속용기의 모서리를 핀롤러의 회전마찰을 이용하여 직각으로 드로잉 가공하는 것을 특징으로 하는 직각모서리를 가진 사각 금속용기의 드로잉 성형장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정다이와 조립다이에 형성된 핀홀들은 전면 일부가 개방되게 형성하여 상기 핀홀 속에 끼워진 핀롤러 몸체의 45도 부위가 구멍 외부로 인출되도록 설치한 것을 특징으로 하는 직각모서리를 가진 사각 금속용기의 드로잉 성형장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 핀홀에 공회전이 용이하게 설치되는 금속 핀롤러의 양단을 원뿔형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 직각모서리를 가진 사각 금속용기의 드로잉 성형장치.
   
4. 제 1항에 의한 사각 금속용기 드로잉 성형장치에 의해서 성형된 사각금속용기는 바닥부 모서리와 수직부 모서리가 일체형의 직각모서리로 형성된 것을 특징으로 하는 사각 금속용기.

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