KR102047195B1 - 유압 프레스 성형 장치, 상기 장치를 이용한 로드 휠의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 로드휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 품질의 로드 휠의 제조가 가능한 유압 프레스 성형 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 블랭크로부터 적어도 하나 이상의 만곡부를 포함하는 디스크 및 상기 디스크의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림을 포함하는 제1 성형물을 성형하기 위한 제1 성형부; 및 상기 제1 성형물로부터 말단이 상기 디스크의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부를 갖는 림을 포함하는 제2 성형물을 성형하기 위한 제2 성형부를 포함하는 유압 프레스 성형 장치가 제공된다.

Description

유압 프레스 성형 장치, 상기 장치를 이용한 로드 휠의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 로드휠{hydraulic press forming device, method of road wheel using the same and road wheel produced by the method}

본 발명은 유압 프레스 성형 장치, 상기 장치를 이용한 로드 휠의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 로드 휠에 관한 것이다.

군용 전투 차량에 장착되는 로드 휠은 설계 구조 상 커링(Curling)이 많은 형상의 특이성으로 인해, 현재까지는 스피닝에 의한 로울러 성형 공정으로 블랭크(예를 들어, 알루미늄 판)를 성형 제작하여 왔다 (도 1 참조). 그러나, 로울러 성형 공정은 다음과 같이 여러 가지 단점이 있었다.

먼저, 로울러 성형 시, 알루미늄 판의 표면에 존재하는 알클래드(Alclad)층이 파괴되어 로울러 성형 자국이 발생되고, 이로 인해 로울러 성형을 위한 표면 조도가 부적합한 문제가 있었다.

또한, 로울러 성형 공정의 구조 상, 맨드릴(Mandrel)에 알루미늄 판을 고정시킨 상태로, 로울러을 이동하면서 성형하기 때문에, 제품의 품질 정밀도가 저하되는 단점이 있었다.

그리고, 로울러 성형 공정은 맨드릴과 로울러 사이에서 알루미늄 판이 회전 성형되기 때문에, 소음 및 분진이 발생하고, 이로 인해 오픈된 조건에서 작업되야 되므로 작업 환경이 열악하였다.

더욱이, 로울러 성형 고정의 경우, 공정 마다 맨드릴 교체와 작업 세팅에 많은 시간이 소비되는 단점이 있었다.

본 발명은 커링(Curling)이 많은 로드 휠을 제조하는 기존 로울러 성형 공정의 문제점을 개선하기 위하여, 로드 휠을 제조하는 유압 프레스 성형 장치, 상기 장치를 이용하여 로드 휠의 제조 방법 및 상기 방법으로부터 제조된 로드 휠을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나 이상의 만곡부를 포함하는 디스크; 및 상기 디스크의 주연부로부터 수직 연장 형성되고, 말단이 디스크의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부를 갖는 림을 포함하는 로드 휠을 제조하는 프레스 장치로서, 블랭크로부터 적어도 하나 이상의 만곡부를 포함하는 디스크 및 상기 디스크의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림을 포함하는 제1 성형물을 성형하기 위한 제1 성형부; 및 상기 제1 성형물로부터 말단이 상기 디스크의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부를 갖는 림을 포함하는 제2 성형물을 성형하기 위한 제2 성형부를 포함하는 유압 프레스 성형 장치가 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 유압 프레스 성형 장치는 프레스 드로잉 공정이 수행되는 제1 성형부와 프레스 컬링 공정이 수행되는 제2 성형부를 통해 로드 휠을 제조함에 따라, 기존 로울러 성형 대비 제조된 로드 휠의 품질이 개선되고, 공정 시간 단축 및 열악한 작업 환경이 개선되는 장점을 가진다.

도 1은 기존 로드 휠을 제조하는 로울러 성형 장치에 대한 예시 사진이다.
도 2는 본 출원에 따른 예시적인 유압 프레스 성형 장치의 구성도이다.
도 3 및 4는 본 출원에 따른 예시적인 유압 프레스 성형 장치의 제1 성형부의 일 작동 원리에 대한 도면이다.
도 5 및 6은 본 출원에 따른 예시적인 유압 프레스 성형 장치의 제2 성형부의 일 작동 원리에 대한 도면이다.
도 7은 제1 성형부에서 성형된 제1 성형물에 대한 사진이다.
도 8은 제2 성형부에서 성형된 제2 성형물에 대한 사진이다.

본 출원은 유압 프레스 성형 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 커링(Curling)이 많은 로드 휠을 제조하는데 적용될 수 있고, 예를 들어, 자주포 등의 군용 전투 차량에 적용되는 로드 휠을 제조하데 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드 휠용 프레스 성형 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 2는 본 출원에 따른 예시적인 유압 프레스 성형 장치의 구성도이다.

도 3 및 4는 본 출원에 따른 예시적인 유압 프레스 성형 장치의 제1 성형부의 일 작동 원리에 대한 도면이다. 구체적으로, 도 2는 제1 성형부의 제1 가동 플레이트가 하강한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 제1 성형부의 제1 가동 플레이트가 상승한 상태를 나타내는 도면이다.

또한, 도 5 및 6은 본 출원에 따른 예시적인 유압 프레스 성형 장치의 제1 성형부의 일 작동 원리에 대한 도면이다. 구체적으로, 도 4는 제2 성형부의 제2 가동 플레이트가 하강한 상태를 나타내는 도면이고, 도 5은 제2 성형부의 제2 가동 플레이트가 승강한 상태를 나타내는 도면이다.

도 7은 제1 성형부에서 성형된 제1 성형물에 대한 사진이고, 도 8은 제2 성형부에서 성형된 제2 성형물에 대한 사진이다.

본 출원에 따른 유압 프레스 성형 장치(10)는 적어도 하나 이상의 만곡부(Dc)를 포함하는 디스크(D); 및 상기 디스크(D)의 주연부로부터 수직 연장 형성되고, 말단이 디스크(D)의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부(Rc)를 갖는 림(R)을 포함하는 로드 휠을 제조한다.

구체적으로, 상기 장치(10)는 프레스 드로잉(Drawing) 공정과 프레스 컬링(Curling) 공정을 수행하기 위하여, 제1 성형부 (100) 및 제2 성형부(200)를 포함한다.

상기 제1 성형부(100)는 프레스 드로잉 공정을 수행하는 부분으로서, 블랭크(B)로부터 적어도 하나 이상의 만곡부(Dc)를 포함하는 디스크(D) 및 상기 디스크(D)의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림(R)을 포함하는 제1 성형물을 성형한다.

상기에서, 용어 「블랭크(B)」는 공지된 절단 장치를 통해, 원판의 형상으로 절단 가공된 재료를 의미한다. 상기 블랭크(B)의 재질은 프레스 성형이 용이한 연질이면서, 로드 휠의 요구 물성을 만족하는 재질이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 알루미늄일 수 있고, 구체적으로는 듀랄루민 계열의 알루미늄일 수 있다. 특히, 듀랄루민 계열의 알루미늄의 블랭크(B)는 내부가 A2024 계열로 되어 있고, 표면 양쪽에는 내식성 등의 물성 구현을 위해 A1000 계열로 코팅되어 있어, 그 단면은 알클래드(Alclad)의 3층 구조를 나타낸다. 이러한 듀랄루민 계열의 알루미늄 재질의 블랭크(B)를 성형 시, 우수한 내식성을 보존하기 위해 표면의 알클래드층을 파괴하지 않으면서 성형하는 것이 중요하지만, 기존의 로울러 성형의 공정 특성 상 표면의 알클래드층을 파괴하지 않으면서 성형하는 것이 제한되었다.

한편, 상기에서 용어「디스크(D)」는 프레스 성형이 적용된 원판형 부재를 의미하고, 상기 디스크(D)는 프레스 성형의 적용 여부로 전술한 블랭크(B)와 구분된다.

상기 디스크(D)는 평탄한 중심부를 갖고, 만곡부(Dc)는 디스크(D)의 중심축과 동축이면서, 상기 평탄한 중심부를 기준으로 함몰되거나, 돌출된 환상형 부분일 수 있다. 예를 들어, 상기 만곡부(Dc)는 함몰 형성된 오목부 또는 돌출 형성된 볼록부를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 만곡부(Dc)는 제조되는 로드 휠의 디자인에 따라 다양하게 설계되고 변경될 수 있는 부분이다.

제1 성형물은 디스크(D)의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림(R)을 포함함에 따라, 일 종의 컵(Cup) 형상을 가지게 된다 (도 7 참조).

제2 성형부(200)는 프레스 컬링 공정을 수행하는 부분으로서, 제1 성형물로부터 말단이 상기 디스크(D)의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부(Rc)를 갖는 림(R)을 포함하는 제2 성형물을 성형한다. 상기 제2 성형물은 최종 제품인 로드 휠을 의미한다 (도 8 참조).

상기와 같이, 본 출원에 따른 유압 프레스 성형 장치(10)는 프레스 성형으로 로드 휠을 제작함에 따라, 기존 로울러 성형의 단점을 보완할 수 있다. 구체적으로, 본 출원에 따른 유압 프레스 성형 장치(10)는 프레스 드로잉 공정과 프레스 컬링 공정으로 로드 휠을 제작함으로써, 기존 로울러 성형으로 제조된 로드 휠 대비 제품의 정밀도가 우수하고, 제품의 안정된 품질을 확보할 수 있으며, 공정 시간이 단축되고, 공정 비용이 절감되어 대량 생산에 적합할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제1 성형부(100)는 만곡부(Dc)의 반전 형상이 마련된 제1 상부 금형(111)을 포함하는 제1 고정 플레이트(110); 상기 제1 상부 금형(111)에 대응되는 제1 하부 금형(121)을 포함하고, 상기 제1 고정 플레이트(110)에 대하여 상승 및 하강되는 제1 가동 플레이트(120); 및 상기 제1 가동 플레이트(120)의 승하강에 따라 소정의 압력으로 블랭크(B)를 가압하는 블랭크 홀더(130)를 포함할 수 있다.

상기 제1 상부 금형(111)은 디스크(D)의 상측에 배치되고, 따라서, 상기 제1 상부 금형(111)의 반전 형상은 디스크(D) 상면의 만곡부(Dc)의 반전 형상일 수 있다. 예를 들어, 디스크(D) 상면의 만곡부(Dc)가 함몰된 오목부라면, 상기 제1 상부 금형(111)은 상기 오목부에 반전 형상인 볼록부가 마련될 수 있다.

본 출원에서 설명의 편의상 용어 「상측」, 「상면」, 「하측」 및 「하면」은 도면에 도시된 방향으로 X 방향을 '상', Y 방향을 '하'로 정의된 것일 뿐, 이에 의해 본 출원의 장치 구조가 제한되는 것은 아니다. 상기 정의된 내용에 따라, 상기에서 용어 「상승」은 X 방향으로 이동하는 것을 의미하고, 예를 들어, 제1 가동 플레이트(120)가 제1 고정 플레이트(110) 측으로 이동하는 것을 의미한다. 반대로, 용어 「하강」은 Y 방향으로 이동하는 것을 의미한다. 이는 후술하는 제2 가동 플레이트(220)의 이동에 대해서도 동일하게 적용된다.

또한, 본 출원에서, 용어 「금형」은 대상에 형상을 부여하기 위한 반전 형상이 마련된 부재를 의미하고, 상기 금형은 플레이트와 탈착 가능한 독립된 부재일 수 있다. 그러나, 본 출원에서 금형의 의미가 상기 정의된 내용에 제한되는 것은 아니고, 금형과 플레이트가 일체로 형성되는 경우, 대상에 형상을 부여하기 위한 반전 형상에 대해서도 금형의 용어를 사용할 수 있다.

또한, 본 출원에서 용어 「고정」은 위치가 변하지 않는 것을 의미하며, 반대로 「가동」은 위치가 변하는 것을 의미한다. 따라서, 고정 플레이트는 위치가 변하지 않는 부재이고, 가동 플레이트는 위치가 변하는 부재를 의미한다.

상기 제1 성형부(100)는 제1 가동 플레이트(120)의 이동 및 블랭크 홀더(130)가 블랭크(B)를 소정 압력으로 가압하기 위한 유압 실린더(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 유압 실린더는 단일 장치에서 유압 밸브를 통해 제1 가동 플레이트(120) 및 블랭크 홀더(130)로 공급되는 유체 압력을 조절하거나, 또는 복수 개의 장치가 마련되어 독립된 유로를 통해 제1 가동 플레이트(120) 및 블랭크 홀더(130)로 공급되는 유체 압력이 조절될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 제1 가동 플레이트(120)는 블랭크 홀더(130)와 소정 간격으로 이격된 상태에서, 승하강할 수 있다. 구체적으로, 제1 가동 플레이트(120)와 블랭크 홀더(130) 사이의 간격에서, 제1 가동 플레이트(120)가 제1 고정 플레이트(110) 측으로 이동함에 따라, 디스크(D)의 주연부에서 수직 연장 형성된 림(R)이 성형될 수 있다. 상기 제1 가동 플레이트(120)와 블랭크 홀더(130) 사이의 간격(w1)은 림(R)의 두께(w2)와 동일할 수 있다.

하나의 예시에서, 제2 성형부(200)는, 제1 성형물의 디스크(D) 상면을 따라 림(R)의 적어도 일부 영역에 접촉되는 제2 상부 금형(211) 및 제1 성형물의 디스크(D) 하면에 접촉되는 제2 하부 금형(212)을 포함하는 제2 고정 플레이트(210); 및 림(R)의 절곡부(Rc)를 성형하기 위한 절곡 금형(221)을 포함하고, 제2 고정 플레이트(210)에 대하여 상승 및 하강하는 제2 가동 플레이트(220)를 포함할 수 있다.

상기 제2 고정 플레이트(210)는 림(R)의 절곡부(Rc) 형성 시, 절곡부(Rc)에 전달되는 힘에 의해 의도치 않은 부위, 예를 들어, 만곡부(Dc), 또는 절곡부(Rc) 이외의 림(R)에서 변형이 일어나지 않도록 제1 성형물을 고정 또는 지지하는 역할을 한다. 제2 가동 플레이트(220)는 제2 고정 플레이트(210) 측으로 이동함에 따라, 절곡 금형(221)이 림(R)의 말단을 가압하게 되고, 이로써, 림(R)의 말단이 디스크(D)의 중심축 방향으로 절곡되게 된다. 상기 제2 가동 플레이트(220)는 전술한 유압 실런더에 의해 이동될 수 있다. 또한, 절곡부(Rc) 형성을 위해, 유압 실린더는 상기 제2 가동 플레이트(220)로 적정 유체 압력을 공급할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제2 하부 금형(212)은 디스크(D) 하면에 접촉된 상태에서, 디스크(D)의 중심축 방향으로 제2 상부 금형(211)과 소정 간격(w3)으로 이격될 수 있다. 제2 하부 금형(212)은 절곡부(Rc)가 형성되기 위한 공간을 확보하기 위하여 제2 상부 금형(211)과 소정 간격(w3)으로 이격될 수 있다. 상기 제2 상부 금형(211)과 제2 하부 금형(212) 사이의 간격(w3)은 절곡부(Rc)의 절곡 길이(w4)와 동일할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 제2 상부 금형(211)은 제2 가동 플레이트(220)의 절곡 금형(221)의 적어도 일부 영역을 수용하기 위한 수용부(211a)를 포함하고, 절곡 금형(221)의 적어도 일부 영역이 수용부(211a)에 수용되면, 림(R)의 말단이 디스크(D)의 중심축 방향으로 절곡될 수 있다. 상기 수용부(211a)는 림(R)에 접촉되지 않는 제2 상부 금형(211)에 마련되고, 소정 깊이를 갖는 홈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 절곡 금형(221)의 적어도 일부 영역은 상기 수용부(211a)의 홈에 삽입되는 돌출부(221a)를 포함할 수 있다. 제2 가동 플레이트(220)에 의해 림(R)의 절곡부(Rc)가 형성될 때, 상기 수용부(211a)의 홈의 바닥면과 돌출부(221a)의 돌출면이 접촉될 수 있다.

본 출원은 전술한 유압 프레스 성형 장치(10)를 이용한 로드 휠의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 유압 프레스 성형 장치(10)와 관련된 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로, 이하에서 생략하기로 한다.

상기 방법은 크게 프레스 드로잉 단계와 프레스 컬링 단계를 포함한다. 하기에서 설명하는 제1 성형 단계는 프레스 드로잉 단계이고, 하기 제2 성형 단계는 프레스 컬링 단계이다.

구체적으로, 상기 방법은, 블랭크(B)를 준비하는 단계; 제1 성형부(100)를 이용하여, 상기 블랭크(B)로부터 적어도 하나 이상의 만곡부(Dc)를 포함하는 디스크(D) 및 상기 디스크(D)의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림(R)을 포함하는 제1 성형물을 성형하는 제1 성형 단계; 및 제2 성형부(200)를 이용하여, 상기 제1 성형물로부터 말단이 상기 디스크(D)의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부(Rc)를 갖는 림(R)을 포함하는 제2 성형물을 성형하는 제2 성형 단계를 포함한다.

상기에서 블랭크(B)는 앞서 기술한 바와 같이, 알루미늄일 수 있고, 구체적으로는 듀랄루민 계열의 알루미늄일 수 있다. 상기 방법에 따라, 프레스 성형으로 로드 휠을 제조함으로써, 스피닝 공정으로 제조되는 로드 휠 대비 우수한 품질의 로드 휠을 제공할 수 있고, 공정 측면에서도 스피닝 공정 대비 시간 및 비용이 절감되어 대량 생산에 적합할 수 있다.

본 출원은 또한, 상기 방법에 의해 제조된 로드 휠에 관한 것이다. 상기 로드 휠을 제조하는 방법 및 상기 방법에 적용된 장치(10)에 대한 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로 이하에서 생략하기로 한다.

상기 로드 휠은 적어도 하나 이상의 만곡부(Dc)를 포함하는 디스크(D); 및 상기 디스크(D)의 주연부로부터 수직 연장 형성되고, 말단이 디스크(D)의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부(Rc)를 갖는 림(R)을 포함한다.

상기 로드 휠은 전술한 방법으로 제조됨에 따라, 제품의 정밀도, 내식성 등과 관련된 품질이 우수하게 구현될 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10: 유압 프레스 성형 장치
100: 제1 성형부
200: 제2 성형부

Claims (11)

1. 적어도 하나 이상의 만곡부를 포함하는 디스크; 및 상기 디스크의 주연부로부터 수직 연장 형성되고, 말단이 디스크의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부를 갖는 림을 포함하는 로드 휠을 제조하는 유압 프레스 성형 장치로서,
   블랭크로부터 적어도 하나 이상의 만곡부를 포함하는 디스크 및 상기 디스크의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림을 포함하는 제1 성형물을 성형하기 위한 제1 성형부; 및
   상기 제1 성형물로부터 말단이 상기 디스크의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부를 갖는 림을 포함하는 제2 성형물을 성형하기 위한 제2 성형부를 포함하고,
   제2 성형부는 제1 성형물의 디스크 상면을 따라 림의 적어도 일부 영역에 접촉되는 제2 상부 금형 및 제1 성형물의 디스크 하면에 접촉되는 제2 하부 금형을 포함하는 제2 고정 플레이트, 및 림의 절곡부를 성형하기 위한 절곡 금형을 포함하고, 상기 제2 고정 플레이트에 대하여 상승 및 하강하는 제2 가동 플레이트를 포함하는 유압 프레스 성형 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 제1 성형부는 만곡부의 반전 형상이 마련된 제1 상부 금형을 포함하는 제1 고정 플레이트;
   상기 제1 상부 금형에 대응되는 제1 하부 금형을 포함하고, 상기 제1 고정 플레이트에 대하여 상승 또는 하강하는 제1 가동 플레이트; 및
   상기 제1 가동 플레이트의 승하강에 따라 소정의 압력으로 블랭크를 가압하는 블랭크 홀더를 포함하는 유압 프레스 성형 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 제1 가동 플레이트는 블랭크 홀더와 소정 간격으로 이격된 상태에서, 승하강하는 유압 프레스 성형 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 제1 가동 플레이트와 블랭크 홀더 사이의 간격에서, 제1 가동 플레이트가 제1 고정 플레이트 측으로 이동함에 따라 디스크의 주연부에서 수직 연장 형성된 림이 성형되는 유압 프레스 성형 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 제2 하부 금형은 디스크 하면에 접촉된 상태에서, 디스크의 중심축 방향으로 제2 상부 금형과 소정 간격으로 이격되는 유압 프레스 성형 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 상부 금형은 제2 가동 플레이트의 절곡 금형의 적어도 일부 영역을 수용하기 위한 수용부를 포함하고,
   절곡 금형의 적어도 일부 영역이 수용부에 수용되면, 림의 말단이 디스크의 중심축 방향으로 절곡되는 유압 프레스 성형 장치.
8. 제 1 항의 유압 프레스 성형 장치를 이용한, 로드 휠의 제조 방법으로서,
   블랭크를 준비하는 단계;
   제1 성형부를 이용하여, 상기 블랭크로부터 적어도 하나 이상의 만곡부를 포함하는 디스크 및 상기 디스크의 주연부로부터 수직 연장 형성된 림을 포함하는 제1 성형물을 성형하는 제1 성형 단계; 및
   제2 성형부를 이용하여, 상기 제1 성형물로부터 말단이 상기 디스크의 중심축 방향으로 절곡 형성된 절곡부를 갖는 림을 포함하는 제2 성형물을 성형하는 제2 성형 단계를 포함하는 로드 휠의 제조 방법.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서, 상기 블랭크의 재질은 알루미늄인 로드 휠의 제조 방법.
11. 삭제

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