KR101841233B1 - 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼트부재 또는 너트부재를 성형제품에 체결할 수 있도록 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형할 수 있는 프레스 금형에 관한 것이다.
본 발명은 제품의 프레스 가공 시 성형제품에 볼트 또는 너트를 결합하기 위한 볼트부 또는 너트부를 상기 성형제품에 일체로 성형하는 프레스 금형에 있어서, 내측에 상기 볼트부 또는 상기 너트부의 외경에 대응되는 제1중공부가 마련된 코어금형과; 상기 코어금형의 제1중공부에 삽입되고, 일 단이 상기 코어금형을 따라 이동 가능하도록 상기 코어금형에 결합되며, 타 단은 상기 코어금형의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치되는 가동코어;를 구비한다.
본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 금형에 성형공간의 형성 시 굴곡 또는 절곡 부분에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 분할 방식의 금형을 적용함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있으며, 금형의 수명을 연장할 수 있다.

Description

성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형{Press die for forming a bolt portion or a nut portion on products}

본 발명은 프레스 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼트나 또는 너트를 성형제품에 체결할 수 있도록 성형제품에 볼트부 또는 너트부를 일체로 성형할 수 있는 프레스 금형에 관한 것이다.

일반적인 프레스 공법은 소재에 인장 및 굽힘 하중을 가하여 부품을 성형하기 때문에 금형과 소재 간의 접촉력이 작아 과도한 금형 변형이 거의 발생하지 않으며 금형 파손 등의 현상은 거의 발생하지 않는다.

그러나 단조 공정은 소재를 주로 압축 가공하기 때문에 금형이 받는 압축력은 상대적으로 크게 발생하고, 소재와 금형 간의 접촉에 의해 금형의 마모, 응력 집중, 피로 파괴 등이 단조 금형의 수명에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

그리고, 프레스 단조 복합 공정에서도 최종적으로 소재에 압축력을 가하기 때문에 업세팅(Upsetting) 공정의 금형에서는 국부적으로 높은 응력이 발생하여 응력 집중이 발생하고 이로 인한 피로파괴가 빈번하게 발생하는 문제가 있다.

종래 개발된 프레스 단조 복합 공정 기술은 소재의 성형성만을 고려하여 개발되었고, 금형의 변형을 고려한 금형의 설계 및 제작을 수행하지 않았기 때문에 금형 파손 등의 내구성 개선에 관한 내용을 제시하지 못하고 있다.

KR 10-0893014 B1

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 금형에 성형공간의 형성 시 응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 분할 방식의 금형을 적용함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있으며, 금형의 수명을 연장할 수 있는 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 제품의 프레스 가공 시 성형제품에 볼트 또는 너트를 결합하기 위한 볼트부 또는 너트부를 상기 성형제품에 일체로 성형하는 프레스 금형에 있어서, 내측에 상기 볼트부 또는 상기 너트부의 외경에 대응되는 제1중공부가 마련된 코어금형과; 상기 코어금형의 제1중공부에 삽입되고, 일 단이 상기 코어금형을 따라 이동 가능하도록 상기 코어금형에 결합되며, 타 단은 상기 코어금형의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치되는 가동코어;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 코어금형과 상기 가동코어의 일 측 단부 사이에는 상기 코어금형의 단부에 대해 상기 가동코어 단부 사이의 거리를 조정하기 위한 스페이서;가 개재된 것을 특징으로 한다.

상기 성형제품에 상기 너트부를 성형하기 위한 것으로서, 상기 가동코어의 타 단으로부터 하방으로 연장되고, 상기 가동코어의 외경보다 작은 외경을 가지며, 상기 가동코어의 길이방향을 따라 소정길이 돌출되게 형성된 너트성형부가 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 성형제품에 상기 너트부를 성형하기 위한 것으로서, 상기 가동코어는 내부에 길이방향을 따라 상기 제1중공부와 나란하게 연장된 제2중공부가 형성되고 상기 코어금형의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치된 외부코어와, 상기 외부코어의 상기 제2중공부에 삽입되고 단부에는 상기 외부코어의 단부보다 하방으로 더 돌출되게 연장된 너트성형부가 마련된 내부코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 금형에 성형공간의 형성 시 굴곡 또는 절곡 부분에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 분할 방식의 금형을 적용함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있으며, 금형의 수명을 연장할 수 있는 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 제공할 수 있다.

도 1은 성형제품에 너트부의 성형을 위한 공정을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 공정에 의해 1차성형된 결합부를 2차성형하기 위한 공정을 나타낸 단면도.
도 3은 도 1에 및 도 2에 의해 성형된 결합부를 최종 형태의 결합부로 성형하기 위한 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형 및 이를 이용하여 성형제품에 너트부를 성형하는 과정을 나타낸 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 나타낸 부분절개 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 이용하여 성형제품에 성형된 너트부를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 나타낸 부분절개 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 이용하여 너트부를 성형하는 공정을 나타낸 단면도.
도 8은 기존 프레스 금형의 응력분포를 나타낸 도면.
도 9는 도 8의 일부를 확대하여 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형의 응력분포를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 이용하여 볼트부를 성형하는 공정을 나타낸 도면.
도 12는 도 11에 도시된 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형을 이용하여 성형제품에 형성된 볼트부를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에는 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 공정 및 공정의 마지막 공정에 사용되는 본 발명에 따른 프레스 금형이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부를 성형하기 위한 프레스 금형을 설명하기 이전에 도 1 내지 도 3을 참고하면서 성형제품에 너트부를 성형하는 공정을 간단히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 소재로부터 정해진 형상으로 절단하여 형성한 성형제품(5)을 홀더(6) 및 다이(7)을 통해 고정하고, 너트부를 성형하고자 하는 위치의 하부에서 펀치(8)를 상승시키거나, 펀치(8)의 위치를 고정한 상태에서 홀더 및(6) 다이(7)에 고정된 성형제품(5)을 펀치(8)를 향해 하강시킨다. 이때, 성형제품(5)에는 펀치(8)에 의해 비교적 넓은 부분이 상방으로 돌출(1차성형부(5a))된다.

이후, 1차성형부(5a)가 형성된 성형제품(5)을 플레이트(9) 위에 안착시키고, 1차성형부(5a) 주변으로 스트리퍼(6a)를 배치한 뒤, 스트리퍼(6a)의 내경에 대응되는 외경과 1차성형부(5a)의 외경보다 작은 내경을 갖는 중공부가 형성된 다이(7a)를 하강시켜 1차성형부(5a)를 1차성형부(5a)보다 작은 외경을 가지는 2차성형부(5b)로 형성한다.

다음으로, 2차성형부의 외경을 점진적으로 축소시키도록 2차성형부(5b)의 성형 공정과 같은 공정을 수회 반복한다. 2차성형부의 성형 공정 중간에는 2차성형부의 상부에 구멍을 형성하는 피어싱 공정이 더 포함된다.

그리고, 최종 형태의 너트부를 성형하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 수회의 반복 공정을 거친 성형부가 형성된 성형제품을 홀더 및 스트리퍼로 파지한 뒤, 성형하고자 하는 너트부의 외경에 대응되는 내경을 갖는 중공부가 형성된 금형(본 발명에 따른 프레스 금형)과 제2차성형부의 성형 과정의 중간에 포함된 피어싱 공정으로 형성된 구멍부분(H)으로 펀치(8a)를 끼워넣고 가압하여 최종 형태의 너트부(5d)를 형성한다.

본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부와 같은 결합부의 성형을 위한 프레스 금형(1)은 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같은 최종 형태의 너트부(5d)를 형성하는데 사용되는 금형에 관한 것이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 성형제품에 너트부를 성형하기 위한 프레스 금형(1)은 제품의 프레스 가공 시 성형제품(5)에 볼트 또는 너트를 결합하기 위한 결합부(본 실시 예에서는 너트부(5d))를 상기 성형제품(5)에 일체로 성형하기 위한 것으로서, 코어금형(20)과, 코어금형(20)에 결합되는 가동코어(30) 및 코어금형(20)과 가동코어(30) 사이에 개재되는 스페이서(40)를 구비한다.

본 실시 예에서 성형제품에 성형되는 결합부(5d)는 너트를 체결할 수 있게 형성된 너트부를 적용한다.

상기 코어금형(20)은 도 2와 같이 성형부의 상측에서 하방으로 이동하여 홀더(6) 하방에서 성형부의 내측으로 진입하는 펀치부(8)에 의한 성형부의 가압 작용을 통해 성형제품(5)에 너트부(5d)를 성형한다.

상기 코어금형(20)은 펀치부(8a)가 내측으로 소정 깊이 진입할 수 있도록 내측에 펀치부(8a)의 외경보다 큰 내경을 갖는 제1중공부(21)가 일정 길이 연장된다.

상기 코어금형(20)의 상부는 하부보다 외경이 더 확장된 제1확장부(23)가 형성되고, 이 제1확장부(23)에 대응되는 코어금형(20)의 내측에도 코어금형(20) 하부 보다 더 확장된 구조의 제1중공부(21)가 형성된다.

상기 제1확장부(23)는 코어금형(20)의 상부 내측 및 외측에 내측단턱부와 외측단턱부를 형성한다. 그리고, 상기 제1확장부(23)에 대응되는 제1중공부(21)의 내주면에는 후술하는 가동코어(30)와의 나사결합을 위한 제1나사결합부(24)가 형성된다.

상기 가동코어(30)는 코어금형(20)의 제1중공부(21)에 삽입되고, 코어금형(20)을 따라 이동 가능하도록 일 단이 코어금형(20)에 결합되며, 타 단은 코어금형(20)의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치된다.

상기 가동코어(30)는 상부에 코어금형(20)의 제1확장부(23) 내측의 제1중공부(21)에 대응되는 형상으로 형성된 제2확장부(33)가 형성되고, 제2확장부(33)의 외주면에는 제1확장부(23)의 내측 제1중공부(21)에 형성된 제1나사결합부(24)에 나사결합될 수 있도록 제2나사결합부(34)가 형성된다.

그리고, 가동코어(30)의 제2나사결합부(34)가 코어금형(20)의 제1나사결합부(24)에 완전히 결합 될 때에는, 그 하단이 코어금형(20)의 하단보다 높은 위치에 위치하도록 코어금형(20)의 길이보다 짧게 형성된다. 도시된 바와 다르게, 가동코어(30)는 코어금형(20)의 길이보다 길게 형성할 수도 있으며, 이 경우, 제1나사결합부(24)에 대해 제2나사결합부(34)의 체결 정도를 조절함으로써 가동코어(30)의 하단을 코어금형(20)의 하단에 대해 높은 위치에 위치시킬 수도 있다.

그리고, 상기 가동코어(30)의 내부에는 가동코어(30)의 길이방향을 따라 연장되어 펀치(8)가 진입할 수 있게 형성된 진입홀이 형성된다. 상기 진입홀은 도 3에 도시된 바와 같이 펀치(8)가 가동코어(30)의 하단으로부터 상방으로 더 돌출될 수 있게 함으로써 펀치와 가동코어 사이에 공간이 발생하는 것을 억제하여 성형제품(5)에 형성되는 너트부(5d)의 상단을 깔끔하게 처리할 수 있도록 한다.

상기 스페이서(40)는 코어금형(20)의 제1확장부(23)와 가동코어(30)의 제2확장부(33) 사이에 개재되는 것으로서, 코어금형(20)의 하측 단부에 대해 가동코어(30)의 하측 단부 사이의 거리를 조정 또는 일정한 거리로 유지시킬 수 있게 소정의 두께를 가지고, 내측에는 가동코어(30)가 통과할 수 있도록 가동코어(30)의 하측 외경과 대응되거나 크게 형성된 통과구멍이 형성된 원형의 링 구조로 형성된다.

상기 스페이서(40)는 서로 다른 두께를 가지는 것을 선택적으로 코어금형(20)과 가동코어(30) 사이에 개재함으로써 코어금형(20)의 하측 단부에 대해 가동코어(30)의 하측 단부 사이의 거리를 조정 또는 일정한 거리로 유지할 수도 있고, 이와 다르게 매우 얇은 두께를 가지는 복수의 단위스페이서들을 중첩하여 하나의 스페이서(40)로 구성함으로써 필요에 따라 단위스페이서들의 가감을 통해 코어금형(20)의 하측 단부에 대해 가동코어(30)의 하측 단부 사이의 거리를 조정 및 조정된 상태를 일정하게 유지시킬 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 프레스 금형은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 가동코어를 2개의 부분으로 분할한 것을 적용할 수도 있다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 가동코어는 외부코어(30)와, 내부코어(50)를 포함하여 구성된다.

상기 외부코어(30)는 내부에 길이방향을 따라 제1중공부와 나란하게 연장된 제2중공부가 형성되고, 하단이 코어금형(20)의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치되며, 상측에는 코어금형(20)의 제1확장부(23)에 대응되게 형성된 제2확장부(33)가 마련되고, 제2확장부(33)의 외주면에 제2나사결합부(34)가 형성된다.

상기 내부코어(50)는 외부코어(30)의 제2중공부에 삽입되고, 단부가 코어금형(20)의 하단보다 높은 위치에 위치하도록 돌출된다. 그리고, 상측에는 제2확장부(33)와 대응되게 형성된 제3확장부(53)가 되고, 제3확장부(53)의 외주면에는 제1나사결합부(24)에 나사결합 가능하게 형성된 제3나사결합부(54)가 마련된다.

본 실시 예에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 코어금형(20), 외부코어(30), 내부코어(50)의 3 분할 구조로 형성되어 너트부의 성형시 코어금형(20), 외부코어(30), 내부코어(50) 사이의 경계 부분에 즉, 굴곡 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있어 내구성 및 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

도 8 내지 도 10에는 기존 프레스 금형의 구조와 본 발명에 따른 프레스 금형에서의 응력분포를 나타낸 도면이 도시되어 있다.

기존 프레스 금형과 본 발명에 따른 프레스 금형에서의 최대 응력은 도 8 내지 도 9 및 도 10에 각각 나타난 바와 같이 적색 그림과 같은 위치에서 발생하였다. 부분은 업세팅 성형시 성형제품으로부터 펀치에 작용하는 압력의 방향이 크게 바뀌는 굴곡 또는 각진 부분에서 발생하였다.

한편, 본 발명과 같이 금형이 3개의 부분으로 분할된 구조를 가지는 본 발명에 따른 프레스 금형은 코어금형, 내부코어, 외부코어 3개의 부품 모두 성형제품과 접촉하는 부위에서는 곡률의 급격한 변화가 없어 압력이 방향이 크게 변화하지 않은 것으로 나타났다.

도면에 나타난 바와 같이 기존의 금형에서 응력이 집중적으로 발생하는 부분에서의 응력은 845.7MPa로 나타났고, 본 발명에 따른 금형에서 응력이 집중적으로 발생하는 부분에서의 응력은 521MPa로 나타났다.

즉, 모든 부품들의 내부 부품에 각지거나 굴곡진 코너부가 존재하지 않아 응력 집중 등의 현상이 발생하지 않은 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 금형은 기존의 금형에 비해 내구성에 있어서는 상당히 긴 수명을 가지는 장점이 있다.

한편, 도 11 및 도 12에는 성형제품에 볼트부를 성형하기 위한 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형이 도시되어 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 코어금형과, 가동코어 및 스페이서를 구비한다.

상기 코어금형의 내측에는 도 12에 도시된 바와 같은 볼트부를 성형하기 위해 성형하고자 하는 볼트부의 외경에 대응되는 제1중공부가 마련된다.

상기 가동코어는 도 11에 도시된 바와 같이 코어금형의 제1중공부에 삽입되고, 일 단이 코어금형을 따라 이동 및 위치 조정이 가능하도록 코어금형에 결합되며, 타 단은 코어금형의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치되어 성형하고자 하는 볼트부의 상단을 하방으로 가압한다. 상기 가동코어는 상부가 상기 코어금형과 나사결합되어 하단의 높이를 조정할 수 있다.

상기 코어금형은 도 1에 도시된 바와 같은 1차성형부를 성형후, 1차성형부의 외경을 축소시키는 공정을 수회 거친 뒤, 성형부 내부에 공간이 형성되지 않도록 코어금형을 통해 볼트부를 반경방향으로 압축시켜 외경을 더욱 축소시키면서, 가동코어를 통해 성형부의 상단을 하방으로 가압하여 평탄화시키는 공정을 통해 도 12에 도시된 바와 같은 최종 형태의 볼트부가 성형제품에 성형된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 성형을 위한 코어금형(20)과 가동코어(30)가 서로 결합 및 분리가 가능하게 형성되므로 금형에 작용하는 응력이 집중되는 것을 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있고, 금형의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.

5 : 성형품
10 : 금형본체
11 : 펀치부
20 : 코어금형
30 : 가동코어
40 : 스페이서
50 : 내부코어

Claims (4)

1. 제품의 프레스 가공 시 성형제품에 볼트 또는 너트를 결합하기 위한 볼트부 또는 너트부를 상기 성형제품에 일체로 성형하는 프레스 금형에 있어서,
   내측에 상기 볼트부 또는 상기 너트부의 외경에 대응되는 제1중공부가 마련된 코어금형과;
   상기 코어금형의 제1중공부에 삽입되고, 일 단이 상기 코어금형을 따라 이동 가능하도록 상기 코어금형에 결합되며, 타 단은 상기 코어금형의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치되는 가동코어와;
   상기 코어금형과 상기 가동코어의 일 측 단부 사이에 개재되어 상기 코어금형의 단부에 대해 상기 가동코어 단부 사이의 거리를 조정하기 위한 스페이서;를 구비하고,
   상기 코어금형의 상부에는 하부보다 외경이 더 확장된 제1확장부가 형성되고, 상기 제1확장부의 내주면에는 상기 가동코어와의 결합을 위한 제1나사결합부가 형성되며,
   상기 가동코어의 상부에는 상기 제1확장부와 대응되는 형상으로 제2확장부가 형성되고, 상기 제2확장부의 외주면에는 상기 제1나사결합부에 결합될 수 있도록 제2나사결합부가 형성되며,
   상기 스페이서는 상기 제1확장부와 상기 제2확장부 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 성형제품에 상기 너트부를 성형하기 위한 것으로서,
   상기 가동코어의 타 단으로부터 하방으로 연장되고, 상기 가동코어의 외경보다 작은 외경을 가지며, 상기 가동코어의 길이방향을 따라 소정길이 돌출되게 형성된 너트성형부가 마련된 것을 특징으로 하는 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 성형제품에 상기 너트부를 성형하기 위한 것으로서,
   상기 가동코어는 내부에 길이방향을 따라 상기 제1중공부와 나란하게 연장된 제2중공부가 형성되고 상기 코어금형의 단부로부터 소정거리 인입된 위치에 위치하도록 배치된 외부코어와,
   상기 외부코어의 상기 제2중공부에 삽입되고 단부에는 상기 외부코어의 단부보다 하방으로 더 돌출되게 연장된 너트성형부가 마련된 내부코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형제품에 볼트부 또는 너트부 성형을 위한 프레스 금형.
   

Images