KR20110107921A - 하이드로포밍 튜브의 펀치장치 - Google Patents

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Abstract

가압펀치 및 지지펀치를 통해 튜브의 양단부를 지지하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치가 소개된다. 펀치장치의 가압펀치는, 중앙에 확관액이 투입되는 관통공(110)이 형성되고 단부에 삽입홈부(120)가 형성된 펀치몸체(100)와, 상기 펀치몸체(100)의 단부측에 배치되는 고리 형태의 부싱편(200)과, 중앙에 상기 관통공(110)에 연통되는 헤드공(310)이 형성되고 상기 부싱편(200)을 관통하여 상기 삽입홈부(120)에 결합되는 결합돌기(320)가 구비된 헤드편(300)을 포함하여 구성된다.

Description

하이드로포밍 튜브의 펀치장치{PUNCHING APPARATUS OF HYDROFORMING TUBE}
본 발명은 하이드로포밍 튜브의 펀치장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브의 소재특성에 적합한 펀치를 구현하여 최적의 하이드로포밍 제품을 생산할 수 있는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이드로포밍 기술은 스탬핑 기술보다 강도 및 강성이 높은 고품질의 부품을 얻을 수 있는 기술의 하나로 부각되고 있다.
이러한 하이드로포밍 기술은 크게 튜브 하이드로포밍(tube hydroforming)과 판재 하이드로포밍(sheet hydroforming)으로 구분하는데, 이 중에서 튜브 하이드로포밍의 경우, 롤포밍으로 제조된 강관이나 알루미늄 압출튜브(파이프)를 소재로 사용하며, 속이 빈 중공제품을 프리포밍 다이 내부에 위치시켜 최종 형상에 근접하게 성형한 다음, 중공제품의 내부에 액체를 이용한 압력을 가함으로써, 원하는 형상이 복잡한 형상이라도 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 성형하고자 하는 형태의 성형공간이 형성된 상부성형금형(1) 및 하부성형금형(2)에 원통형의 튜브(4)를 위치시킨 후, 펀치(3)를 이용하여 튜브(4)의 양단을 밀폐하고, 펀치(3)의 중앙 유체주입부를 통해 내부에 유체를 주입하여 높은 압력을 가하면, 튜브(4)는 상부성형금형(1) 및 하부성형금형(2)에 형성된 성형공간에서 확관되면서 성형하고자 하는 형태와 동일한 형상을 갖게 된다.
그런데, 종래 하이드로포밍 튜브 제조를 위한 펀치장치의 경우, 튜브의 강도 및 경도와 같은 특성을 고려하지 않은 상태에서, 동일 구조로 제작된 펀치를 가지고 작업하므로, 작업 중 압력을 견디지 못한 펀치(3)가 깨지거나, 펀치(3)를 고정한 고정볼트(미도시)의 가공홀(3mm)이 너무 좁아, 이 가공홀을 통해 주입되는 확관액으로 튜브 내면을 채우기 위해서는 많은 시간이 소요된다는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하이드로포밍 성형을 위한 고압의 작업환경에서 펀치의 깨짐을 방지하고, 튜브의 결합 발생을 방지할 수 있는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 가압펀치 및 지지펀치를 통해 튜브의 양단부를 지지하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치로서, 상기 가압펀치는, 중앙에 확관액이 투입되는 관통공이 형성되고 단부에 삽입홈부가 형성된 펀치몸체와, 상기 펀치몸체의 단부측에 배치되는 고리 형태의 부싱편과, 중앙에 상기 관통공에 연통되는 헤드공이 형성되고 상기 부싱편을 관통하여 상기 삽입홈부에 결합되는 결합돌기가 구비된 헤드편을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 헤드편의 헤드공을 관통하여 상기 펀치몸체의 관통공에 나사 결합되는 고정볼트를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 펀치몸체의 삽입홈부에는 암나사산이 형성되고, 상기 헤드편의 결합돌기에는 상기 삽입홈부에 나사결합되는 수나사산이 형성될 수 있다. 그리고 상기 헤드편에는 상기 튜브의 일단부에 압착되는 보강편이 결합되고, 상기 보강편의 일면에는 상기 헤드편에 나사결합되는 체결돌기가 돌출 형성되고 상기 보강편의 타면에는 튜브의 일단부에 삽입되는 원추부가 돌출 형성될 수 있다.
상기 지지펀치는 단부에 삽입홈부가 형성된 펀치몸체와, 상기 펀치몸체의 단부측에 배치되는 고리 형태의 부싱편과, 상기 부싱편을 관통하여 상기 삽입홈부에 결합되는 결합돌기가 구비된 헤드편과, 상기 헤드편을 관통하여 상기 펀치몸체에 나사 결합되는 고정볼트와, 상기 헤드편에 결합되어 상기 튜브의 타단부에 압착되는 보강편을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 고안에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 본 발명은 튜브의 물성 특성에 맞는 최적의 펀치를 사용하여 제품을 제작함으로써, 제품의 정밀도 향상을 통한 제품 불량 감소를 유도하고, 적기에 제품을 생산할 수 있다는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 펀치 깨짐에 따른 설비의 에러 조치시간을 단축함으로써, 설비가동율을 향상시키고, 제조 원가를 절감할 수 있다는 이점이 있다.
셋째, 본 발명은 종래 펀치에 손상이 발생되는 경우 펀치 전체를 교체하여야 했지만, 펀치의 단부에 펀치헤드 및 보강편를 결합함으로써, 펀치에 손상이 발생되더라도 이들 펀치헤드/보강편 만의 손쉬운 교체가 가능하여, 제품 생산성이 향상될 수 있다는 이점이 있다.
넷째, 본 발명은 튜브의 효과적인 확관을 위해, 보다 많은 량의 확관액 투입이 가능함으로써, 제품 성형 및 생산이 신속하게 이루어질 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 하이드로포밍 튜브 제조를 위한 펀치장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하이드로포밍 튜브의 펀치장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압펀치를 도시한 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 가압펀치를 도시한 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 지지펀치를 도시한 분해 사시도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이드로포밍 튜브의 펀치장치는, 헤드편(300)이 구비된 가압펀치(10) 및 지지펀치(20)를 사용하여 펀치의 깨짐 및 튜브의 결합 발생을 방지하도록 한다.
이러한 펀치장치의 경우, 상부성형금형(30) 및 하부성형금형(40)에 성형공간이 형성하고, 이 성형공간에 원통형의 튜브(50)를 위치시킨 후, 튜브(50)의 일단부에 고압의 확장액을 주입하는 가압펀치(10)를 설치하고, 튜브(50)의 타단부에 이를 지지하기 위한 지지펀치(20)를 설치한다. 따라서, 실린더(미도시)로부터 고압의 확장액이 가압펀치(10)를 통해 튜브(50) 내측으로 주입되면, 튜브(50)는 상부성형금형(30) 및 하부성형금형(40)에 형성된 성형공간에서 확관되면서 성형하고자 하는 형태와 동일한 형상을 갖게 된다.
본 실시예에서는 튜브의 양단부에 가압펀치(10)와 지지펀치(20)를 각각 설치한 상태에서, 가압펀치(10)를 통해서만 확관액이 주입되어 튜브의 확관 성형이 이루어지는 내용에 대해 기재하였으나, 이에 한정되지는 아니하며, 튜브의 양단부에 가압펀치(10)를 각각 설치하여, 튜브의 양단부에 확관액이 주입되도록 할 수도 있을 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 가압펀치(10)는, 펀치몸체(100), 부싱편(200), 헤드편(300) 및 고정볼트(400)를 포함하여 구성된다.
펀치몸체(100)는 통상의 펀치 형태와 유사한 구조로 형성되되, 해당 중앙에 실린더(미도시)의 확관액이 유동되는 관통공(110)이 형성되고, 해당 단부에 헤드편(300)이 끼워지는 삽입홈부(120)가 형성된다.
헤드편(300)은 펀치몸체(100)에 대향되는 일면에 펀치몸체(100)의 삽입홈부(120)에 결합되는 결합돌기(320)가 형성되며, 해당 중앙에 펀치몸체(100)의 관통공(110)과 연통되면서 고정볼트(400)가 관통되는 헤드공(310)이 형성된다. 이 헤드편(300)은 가압펀치(10)의 단부가 파손되는 경우, 펀치몸체(100)로부터 분리, 교체가 가능하므로, 종래 가압펀치의 단부 파손에 따라 가압펀치 전체를 교체해야 되는 경제적 낭비를 방지할 수 있다.
부싱편(200)은 원형의 고리 형태로, 헤드편(300)의 결합돌기(320)가 펀치몸체(100)의 삽입홈부(120)에 결합되는 경우, 헤드편(300)과 펀치몸체(100) 사이에 배치되어 결합돌기(320)의 외주면을 감싸는 구조이다. 이때, 부싱편(200)의 내경은 결합돌기(320)의 외경과 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.
고정볼트(400)는 헤드편(300)의 헤드공(310)을 관통하여 펀치몸체(100)의 관통공(110)에 나사 결합되는데, 이를 위해, 고정볼트(400)에는 펀치몸체(100)의 관통공(110)에 나사결합되는 수나사산(400a)이 형성되고, 펀치몸체(100)의 관통공(110)에는 암나사산(110a)이 형성된다. 이때, 고정볼트(400)의 머리부는 헤드편(300)에 걸려 지지되거나, 헤드편(300)의 입구부에 고정볼트(400)의 머리부가 안착되는 걸림턱부(미도시)을 형성함으로써, 고정볼트(400)의 머리부가 외부로 돌출되지 아니하도록 구성할 수도 있다. 아울러, 고정볼트(400)에는 확관액의 이동을 안내하기 위한 볼트공(410)이 형성될 수 있다. 이 볼트공(410)은 펀치몸체(100) 및 헤드편(300)으로부터 이동된 확관액이 튜브에 주입되도록 하는 이동로 역활을 한다.
이와 같이, 펀치몸체(100), 부싱편(200), 헤드편(300) 및 고정볼트(400)로 구성된 가압펀치(10)를 이용하여 하이드로포밍 가공을 하는 경우, 가압펀치(10)의 단부를 튜브의 일단부에 밀착되게 배치한 상태에서, 실린더의 확관액이 펀치몸체(100)의 관통공(110)으로 유입되면, 확관액은 고정볼트(400)의 볼트공(410)을 통해 튜브 내부로 주입되면서 튜브의 확관이 이루어지도록 한다.
여기서, 튜브의 일단부 가장자리부와 헤드편(300)이 서로 수직면상에 면접촉된 상태인 바, 만약 고강도 소재가 아닌 저강도 소재의 튜브를 사용한 경우에는, 확관액의 주입시, 튜브의 일단부가 압축되면서 변형되는 현상이 발생될 우려가 있다. 이를 보완하기 위해 헤드편(300)에는 후술하는 제2실시예와 같이 보강편(500)이 설치될 수 있다.
즉, 제2실시예에 따른 가압펀치(10')는, 펀치몸체(100'), 부싱편(200'), 헤드편(300') 및 보강편(500')을 포함하여 구성된다.
펀치몸체(100')는 제1실시예에서 설명한 펀치몸체(100)와 유사한 형태로 구성되되, 헤드편(300')이 결합되는 삽입홈부(120')와 나사결합이 이루어진다. 이를 위해 삽입홈부(120')에는 암나사산(340a')이 형성된다.
헤드편(300')은 펀치몸체(100')에 대향되는 일면에 삽입홈부(120')에 나사 결합되는 결합돌기(320')가 형성되고, 해당 중앙에 펀치몸체(100')의 관통공(110')과 연통되면서 고정볼트(400')가 관통되는 헤드공(310')이 형성되며, 해당 타면에 보강편(500')이 나사결합되는 헤드홈부(340')가 형성된다. 예컨대, 결합돌기(320')에는 수나사산(320a')이 형성되고, 헤드홈부(340')에는 암나사산(340a')이 형성된다.
부싱편(200')은 헤드편(300')의 결합돌기(320')가 펀치몸체(100')의 삽입홈부(120')에 나사 결합되는 경우, 헤드편(300')과 펀치몸체(100') 사이에 배치되어 결합돌기(320')의 외주면을 감싸도록 구성된다.
보강편(500')은 헤드편(300')에 대향되는 일면에 수나사산(510a')이 형성된 체결돌기(510')가 마련되고, 해당 중앙에 해당 중앙에 헤드편(300')의 관통공(110')과 연통되는 보강공(530')이 형성된다. 이때, 보강편(500')의 보강공(530')은 제1실시예에 기재된 고정볼트(400)의 볼트공(410) 보다 확경되는 구조이므로, 제1실시예 보다 많은 량의 확관액을 튜브에 공급할 수 있다.
특히, 보강편(500')의 타면에는 끝단을 향해 해당 외경이 좁아지게 형성되는 원추부(520')가 형성된다. 이 원추부(520')는 가압펀치(10')와 튜브 간의 결합시 튜브의 일단부 내측에 일부 삽입되어 끼워질 수 있다.
이와 같이, 펀치몸체(100'), 부싱편(200'), 헤드편(300') 및 보강편(500')으로 구성된 가압펀치(10')를 이용하여 하이드로포밍 가공을 하는 경우, 가압펀치(10')의 단부, 즉 보강편(500')의 원추부(520')를 튜브의 일단부에 삽입되게 배치한 상태에서, 실린더의 확관액이 펀치몸체(100')의 관통공(110')으로 유입되면, 확관액은 헤드편(300')의 헤드공(310')과 보강편(500')의 보강공(530')을 통해 튜브 내부로 주입되면서 튜브의 확관이 효과적으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 제2실시예에 따른 가압펀치(10')를 이용하여 저강도 튜브에 대한 하이드로포밍 성형을 실시한 결과, 하이드로포밍 성형된 튜브의 외경 편치는 발생하지 않았다.
한편, 본 발명에 따른 지지펀치(20)는, 펀치몸체(100), 부싱편(200), 헤드편(300), 고정볼트(400) 및 보강편(500)을 포함하여 구성된다.
여기서, 펀치몸체(100), 부싱편(200), 헤드편(300) 및 고정볼트(400)는 제1실시예의 펀치몸체(100), 부싱편(200) 및 헤드편(300)과 유사하고, 보강편(500)은 제2실시예의 보강편(500')과 유사한 구조이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 지지펀치(20)의 펀치몸체(100)에는, 제1실시예에서와 같이 확관액이 유동되는 관통공(110) 존재하지 않는다. 그리고 헤드편(300)에는 고정볼트(400)의 머리부가 안착되는 헤드홈부(340)가 형성되고, 이 헤드홈부(340)에는 보강편(500)이 나사결합되는 암나사산(340a)이 형성된다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 :가압펀치 20 :지지펀치
100 :펀치몸체 200 :부싱편
300 :헤드편 400 :고정볼트

Claims (5)

  1. 가압펀치 및 지지펀치를 통해 튜브의 양단부를 지지하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치로서,
    상기 가압펀치는, 중앙에 확관액이 투입되는 관통공(110)이 형성되고 단부에 삽입홈부(120)가 형성된 펀치몸체(100)와, 상기 펀치몸체(100)의 단부측에 배치되는 고리 형태의 부싱편(200)과, 중앙에 상기 관통공(110)에 연통되는 헤드공(310)이 형성되고 상기 부싱편(200)을 관통하여 상기 삽입홈부(120)에 결합되는 결합돌기(320)가 구비된 헤드편(300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드편(300)의 헤드공(310)을 관통하여 상기 펀치몸체(100)의 관통공(110)에 나사 결합되는 고정볼트(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 펀치몸체(100)의 삽입홈부(120)에는 암나사산(120a)이 형성되고, 상기 헤드편(300)의 결합돌기(320)에는 상기 삽입홈부(120)에 나사결합되는 수나사산(320a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지펀치는, 단부에 삽입홈부(120)가 형성된 펀치몸체(100)와, 상기 펀치몸체(100)의 단부측에 배치되는 고리 형태의 부싱편(200)과, 상기 부싱편(200)을 관통하여 상기 삽입홈부(120)에 결합되는 결합돌기(320)가 구비된 헤드편(300)과, 상기 헤드편(300)을 관통하여 상기 펀치몸체(100)에 나사 결합되는 고정볼트(400)와, 상기 헤드편(300)에 결합되어 상기 하이드로포밍 튜브의 타단부에 압착되는 보강편(500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 헤드편(300)에는 상기 튜브의 일단부에 압착되는 보강편(500)이 결합되고, 상기 보강편(500)의 일면에는 상기 헤드편(300)에 나사결합되는 체결돌기(510)가 돌출 형성되고 상기 보강편(500)의 타면에는 튜브의 일단부에 삽입되는 원추부(520)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 튜브의 펀치장치.
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