KR20150029344A - 버링부 가공장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 버링부 가공장치는 피성형소재에 버링부를 가공하도록, 다이와 펀치를 제공하는 버링부 가공장치에 있어서, 상기 다이는 외측에 제공되는 상측수평부, 상기 펀치와 접하는 하측수평부 및 상기 상측수평부와 하측수평부 사이의 상기 피성형소재가 인장되는 부분에 위치하며, 상기 피성형소재가 두께 방향으로 인장 변형되게 유도하는 계단부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법은 피성형소재의 버링부를 형성하는 버링부 가공방법에 있어서, 다이와 펀치에 의해, 상기 피성형소재를 두께 방향으로 인장 변형시켜, 예비홈을 형성하는 예비홈형성단계, 상기 예비홈에 버링홀을 형성하는 구멍가공단계 및 상기 버링홀을 확장하여 플렌지를 형성하는 플렌지형성단계를 포함할 수 있다.

Description

버링부 가공장치 및 방법{Forming apparatus and method for burning}
본 발명은 버링부 가공장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피성형소재의 성형을 위한 변형을 두께 방향의 인장 변형으로 유도하여, 성형가능 인장 범위를 증가시킨 발명에 관한 것이다.
자동차 부품이 다른 부품과 결합되기 위해서, 버링부가 형성될 수 있다. 즉, 자동차 부품의 결합을 위해 일정길이의 플렌지 높이를 가진 구멍인 버링부를 형성할 수 있는 것이다.
일반적으로 이러한 버링부는 재료판에 구멍을 미리 뚫어 놓고, 펀치를 이용해 밀어내면서 플렌지를 형성한다.
위 방법으로 성형량이 부족한 경우, 즉 재료불량이 있는 경우는 도 1a에 도시된 바와 같이, 피성형소재(2)가 준비된 후에 펀치 및 다이를 이용하여 예비홈(g)을 형성하고, 그 후에 예비홈(g)의 바닥에 홀(h)을 형성하고, 홀(h)이 형성된 부분을 다시 밀어내며 플렌지(f)를 형성하여 버링부를 완성하는 방법을 사용한다.
이는 실물로도 확인할 수 있다. 도 1b에 나타낸 사진에서 첫번째 사진은 피성형소재에 예비홈을 형성한 사진이고, 두번째 사진은 예비홈에 홀을 형성한 사진이며, 세번째 사진은 플렌지를 형성하여 버링부를 완성한 사진이다.
이러한 버링부는 동일한 홀 직경을 갖더라도 연한 재료를 사용할수록 높은 플렌지를 갖는 버링부를 제작할 수 있게 된다. 같은 재료를 사용하더라도 기존보다 더 높은 플렌지를 성형할 필요가 있을 때에는 프레스 예비성형 등을 통해 플렌지를 미리 가공해 놓는 방법 등도 사용된다.
그러나, 이러한 버링부를 형성하는 과정 중에서 예비홈의 성형할 때에는 도 2에 도시한 바와 같이, 피성형소재(2)가 길이 방향으로 변형(LD)하면서 소재가 늘어나기 때문에, 다이(10)와 펀치(20)의 형상이 크게 변화하는 계단부에서 네킹(necking) 현상이 발생할 수 있다.
또한, 홀(h)을 형성하고, 홀(h)이 형성된 부분을 다시 밀어내는 과정에서 플렌지의 단부에서 파단이 발생할 수 있다.
전술한 네킹 현상에 의하면, 피성형소재(2)의 성형 한계 범위가 크게 제한되는 문제가 발생시키게 되는데, 종래에는 이를 해결하기 위해, 예비홈의 높이를 낮추어 성형량을 감소시키면, 홀(h)의 직경을 작게 해야하고, 플렌지(f)의 단부에서의 파단을 증가시키는 문제를 발생시킨다.
따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 버링부 가공장치 및 방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.
발명의 목적은 피성형소재에 버링부를 형성하는 과정에서 버링부의 성형 한계 범위를 증가시켜, 상기 버링부의 설계의 자유도를 향상시키는 버링부 가공장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버링부 가공장치는 피성형소재에 버링부를 가공하도록, 다이와 펀치를 제공하는 버링부 가공장치에 있어서, 상기 다이는 외측에 제공되는 상측수평부, 상기 펀치와 접하는 하측수평부 및 상기 상측수평부와 하측수평부 사이의 상기 피성형소재가 인장되는 부분에 위치하며, 상기 피성형소재가 두께 방향으로 인장 변형되게 유도하는 계단부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버링부 가공장치의 상기 계단부가 위치하는 상기 상측수평부와 하측수평부 사이의 간격(L1)을 0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공하며, 여기서, t: 피성형소재의 두께일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법은 피성형소재의 버링부를 형성하는 버링부 가공방법에 있어서, 다이와 펀치에 의해, 상기 피성형소재를 두께 방향으로 인장 변형시켜, 예비홈을 형성하는 예비홈형성단계, 상기 예비홈에 버링홀을 형성하는 구멍가공단계 및 상기 버링홀을 확장하여 플렌지를 형성하는 플렌지형성단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법의 상기 예비홈형성단계는 상기 피성형소재의 변형되지 않은 부분인 비변형부가 양측에 위치하는 상기 피성형소재의 인장 변형되는 변형부가 위치하는 상기 비변형부 사이의 간격(L1)은 0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공하며, 여기서 t: 피성형소재의 두께일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법의 상기 예비홈성형단계는 상기 비변형부 사이의 간격(L1)에 위치하는 상기 변형부만을 복수의 인장단계로 변형시켜, 상기 예비홈을 형성할 수 있다.
본 발명의 버링부 가공장치 및 방법은 피성형소재의 성형시의 변형을 상기 피성형소재의 길이 방향이 아닌 상기 피성형소재의 두께 방향으로 유도할 수 있는 이점이 있다.
이에 의하면, 상기 피성형소재의 변형 한계가 네킹 한계가 아닌 파단 한계로 전환되어, 상기 피성형소재에 버링부를 형성하는 과정에서 버링부의 성형 한계 범위를 증가시킬 수 있는 효과가 발생하게 된다.
이와 같은 성형 한계 범위의 확장으로, 상기 버링부의 설계의 자유도를 향상시킴으로써, 상기 버링부가 형성될 부품의 소재에 대한 한계 내지 상기 버링부 형상의 한계를 감소시킬 수 있어, 고강도강의 부품화가 가능하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 버링부 가공 단계를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 버링부 예비성형시 피성형소재의 인장 변형 부분을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 버링부 가공장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 버링부 가공방법을 도시한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 버링부 가공장치 및 방법에서의 피성형소재의 성형 한계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 유한요소해석을 통하여 피성형소재의 인장 변형을 도출한 사진이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 버링부 가공장치 및 방법은 피성형소재(2)의 성형을 위한 변형을 두께 방향의 인장 변형(tD)으로 유도하여, 성형가능 인장 범위를 증가시킨 발명에 관한 것이다.
즉, 상기 피성형소재(2)의 성형시의 변형을 상기 피성형소재(2)의 길이 방향이 아닌 상기 피성형소재(2)의 두께 방향으로 유도하는 것이다.
이에 의하면, 상기 피성형소재(2)의 변형 한계가 네킹 한계가 아닌 파단 한계로 전환되어, 상기 피성형소재(2)에 버링부를 형성하는 과정에서 상기 버링부의 성형 한계 범위를 증가시킬 수 있고, 이와 같은 성형 한계 범위의 확장으로, 상기 버링부 설계의 자유도를 향상시킴으로써, 상기 버링부가 형성될 부품의 소재에 대한 한계 내지 상기 버링부 형상의 한계를 감소시킬 수 있게 된다.
구체적으로, 도 3은 본 발명의 버링부 가공장치(1)를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 버링부 가공장치 및 방법에서의 피성형소재(2)의 성형 한계를 설명하기 위한 그래프이다.
또한, 도 6a 및 도 6b는 유한요소해석을 통하여 피성형소재(2)의 인장 변형을 도출한 사진이다. 여기서, 도 6a는 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격(L1)을 피성형소재(2)의 두께(t)와 같게 설정한 경우이고, 도 6b는 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격(L1)을 피성형소재(2)의 두께(t)의 두 배로 설정한 경우이다.
도 3, 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버링부 가공장치(1)는 피성형소재(2)에 버링부를 가공하도록, 다이(10)와 펀치(20)를 제공하는 버링부 가공장치(1)에 있어서, 상기 다이(10)는 외측에 제공되는 상측수평부(12), 상기 펀치(20)와 접하는 하측수평부(13) 및 상기 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 상기 피성형소재(2)가 인장되는 부분에 위치하며, 상기 피성형소재(2)가 두께 방향으로 인장 변형(tD)되게 유도하는 계단부(11)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버링부 가공장치(1)의 상기 계단부(11)가 위치하는 상기 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격(L1)을 0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공하며, 여기서, t: 피성형소재(2)의 두께일 수 있다.
즉, 상기 피성형소재(2)의 성형을 위한 인장 변형을 두께 방향의 전단 변형으로 유도하여, 상기 피성형소재(2)의 성형 가능 범위를 네킹 한계범위에서 파단 한계범위로 확장한 것이다.
특히, 0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 하여, 상기 피성형소재(2)를두께 방향 변형(tD)으로 유도한 것이다.
상기 다이(10)와 상기 펀치(20)는 상기 피성형소재(2)를 프레스 가공하기 위한 역할을 하며, 상기 피성형소재(2)에 버링부를 성형하기 위한 예비홈(g)을 성형할 수 있다.
즉, 상기 다이(10) 상에 상기 피성형소재(2)를 안착시키고, 상기 펀치(20)가 상기 피성형소재(2) 상부를 가압하여 예비홈(g)을 성형할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 예비홈(g)을 성형하는 경우에, 상기 피성형소재(2)의 인장되는 부분은 상기 다이(10)의 외측인 계단부(11)와 상기 계단부(11)에 대응하는 상기 펀치(20) 외측 부분에 의해 가압되는 상기 피성형소재(2)의 일부분이 된다.
이때, 상기 다이(10)의 계단부(11)는 그 형상에 따라서, 상기 피성형소재(2)를 길이 방향으로 인장시켜 성형할 수도 있고, 두께 방향으로 인장시켜 성형할 수도 있다.
특히, 본 발명에서는 상기 피성형소재(2)를 상기 피성형소재(2)의 두께 방향으로 인장시켜 성형하는 상기 계단부(11)의 형상으로 특정하여 제공하는 것이다.
이와 같이 본 발명은 기존의 버링부의 성형은 상기 피성형소재(2)의 길이 방향 변형(LD)이 주로 발생하여, 인장 변형이 발생하는 동안 일부분이 얇아지며 끊어지는 네킹(necking) 현상이 발생하여, 이를 해결하기 위해 제시된 것이다.
이러한 네킹은 도 5의 그래프에 나타낸 바와 같이, 종래기술은 주방향인 길이 방향 변형율에 대한 부방향인 두께 방향 변형율 한계가 비교적 작다는 것을 알 수 있다.
이에 대하여 본 발명에서는 상기 다이(10)의 계단부(11)를 특정하여, 상기 피성형소재(2)에 예비홈(g)을 성형하는 경우에, 상기 피성형소재(2)의 길이 방향 인장 변형(LD)이 아닌 두께 방향 인장 변형(tD)을 유도하여, 상기 피성형소재(2)의 성형 한계를 네킹한계가 아닌 파단한계로 전환시켜, 성형 가능한 범위를 확장시킨 것이다.
즉, 도 5의 그래프에서, 상기 피성형소재(2)의 인장 변형의 주방향을 두께 방향으로 전환시켜, 이에 대한 주방향 변형율에 대한 부방향인 길이 방향 변형율의 한계를 종래보다 증가시킨 것이다.
다시 말해, 본 발명은 상기 피성형소재(2)의 성형 한계가 네킹한계가 아닌 파단한계로 전환되어, 상기 피성형소재(2)의 성형 가능 범위를 확장시키게 된 것이다.
특히, 유한요소해석을 이용하여 수식으로 0.5t < L1 < t에 의해, 구체적인 상기 다이(10) 및 펀치(20)의 형상을 제시하였다.
이는 도 6a 및 도 6b를 참조하면 쉽게 알 수 있다. 즉, 도 6a는 L1=2t인 경우의 결과값으로, 두께 방향(tD)의 변형이 일어나긴 하지만 다소 약하지만, 도 6b는 L1=t인 경우의 결과값으로, 두께 방향(tD)의 변형이 강하게 일어나며, 마름로꼴의 형상의 변형을 확인할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 펀치(20)는 상기 다이(10)의 형상에 대응하는 형상을 제공하므로, 상기 다이(10)의 형상에 대하여만 설명한다.
상기 계단부(11)는 상기 피성형소재(2)의 인장되는 부분에 위치하는 상기 다이(10)의 일부분으로, 상기 피성형소재(2)의 인장 변형을 상기 피성형소재(2)의 두께 방향으로 유도하기 위해서, 상기 다이(10) 수평한 부분 중에 상측인 상측수평부(12)와 하측인 하측수평부(13) 사이의 간격을 특정하게 된다.
이와 같은, 상기 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격에는 상기 계단부(11)가 위치하게 되는바, 이는 상기 계단부(11)가 위치하는 부분을 특정한 것으로 볼 수도 있다.
여기서 상기 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격은 상기 피성형소재(2)의 두께(t)에 0.5배보다는 크게 하고, 상기 상측수평부(12)와 상기 계단부(11)가 이루는 각도(θ)에 대한 코사인 값에 대한 상기 피성형소재(2)의 두께(t)의 2배에 대한 값보다는 작게 설정할 수 있다.
이러한 범위는 상기 예비홈(g)을 성형하는 공정에서 상기 피성형소재(2)의 두께 방향 변형(tD)이 지배적으로 발생하게 할 수 있는 상기 계단부(11)가 위치하는 상기 상측수평부(12)와 상기 하측수평부(13) 사이의 간격에 대한 바람직한 범위이다. 즉, 0.5t < L1 < t의 식을 만족하는 범위가 바람직한 것이다.
다만, 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며, 0 < L1 < 2t의 수식을 만족하는 범위의 경우에도 상기 피성형소재(2)의 성형한계를 파단한계로 전환할 수 있어 상기 피성형소재(2)의 성형가능 범위를 확장시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 피성형소재(2)의 두께 방향 변형(tD)을 유도하기 위한, 상기 계단부(11)의 형상을 상기 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격(L1)으로 특정하는 것뿐 아니라, 상기 상측수평부(12)와 상기 하측수평부(13) 사이의 높이 차이(L3)나, 상기 계단부(11)의 길이(L2)로 특정할 수도 있다.
다만, 이렇게 상기 상측수평부(12)와 상기 하측수평부(13) 사이의 높이 차이(L3)나, 상기 계단부(11)의 길이(L2)로 상기 계단부(11)를 특정하더라도 결과적인 상기 계단부(11)의 형상은 똑같은바, 상기 상측수평부(12)와 하측수평부(13) 사이의 간격(L1) 특정에 대한 설명만을 제시하였다.
도 4는 본 발명의 버링부 가공방법을 도시한 공정도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법은 피성형소재(2)의 버링부를 형성하는 버링부 가공방법에 있어서, 다이(10)와 펀치(20)에 의해, 상기 피성형소재(2)를 두께 방향으로 인장 변형(tD)시켜, 예비홈(g)을 형성하는 예비홈형성단계(S1), 상기 예비홈(g)에 버링홀(h)을 형성하는 구멍가공단계(S2) 및 상기 버링홀(h)을 확장하여 플렌지(f)를 형성하는 플렌지형성단계(S3)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법의 상기 예비홈형성단계(S1)는 상기 피성형소재(2)의 변형되지 않은 부분인 비변형부(2b)가 양측에 위치하는 상기 피성형소재(2)의 인장 변형되는 변형부(2a)가 위치하는 상기 비변형부(2b) 사이의 간격(L1)은 0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공하며, 여기서, t: 피성형소재(2)의 두께일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버링부 가공방법의 상기 예비홈성형단계(S1)는 상기 비변형부(2b) 사이의 간격(L1)에 위치하는 상기 변형부(2a)만을 복수의 인장단계로 변형시켜, 상기 예비홈(g)을 형성할 수 있다.
즉, 전술한 본 발멸의 일 실시예인 버링부 가공장치(1)에서와 같이, 상기 피성형소재(2)에 예비홈(g)을 형성하는 과정에서 상기 피성형소재(2)의 인장 변형을 상기 피성형소재(2)의 두께 방향으로 제공하여, 상기 피성형소재(2)를 이용한 버링부의 가공 가능 범위를 확장시킬 수 있는 것이다.
상기 예비홈성형단계(S1)는 상기 다이(10)에 상기 피성형소재(2)가 안착되는 준비단계(S0) 이후에, 상기 펀치(20)가 상기 피성형소재(2)를 가압하여 예비홈(g)을 형성하는 단계이다.
특히, 상기 예비홈성형단계(S1)에서는 상기 예비홈(g)의 성형을 위한 상기 피성형소재(2)의 인장을 상기 피성형소재(2)의 두께 방향으로 유도하에 성형할 수 있다.
이를 위해서, 상기 예비홈성형단계(S1)는 상기 피성형소재(2)에서 인장되어 변형되는 변형부(2a)를, 상기 변형부(2a) 양측의 비변형부(2b) 사이 간격(L1)이 0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공할 수 있다.
이와 같은 수식에 대한 설명은 전술한 버링부 가공장치(1)에서의 상기 계단부(11)에 대한 설명과 동일하다. 다만, 상기 수식이 적용되는 구성이 상기 피성형소재(2)의 변형부(2a)라는 점에서만 차이가 있을 뿐이다.
한편, 상기 예비홈성형단계(S1)는 상기 변형부(2a)가 제공되는 위치가 제한적이기 때문에, 필요한 깊이만큼 성형하기 위해서는, 복수의 다이(10)와 펀치(20)를 이용하여 다단계로 상기 예비홈(g)을 형성할 수도 있다.
즉, 상기 예비홈(g)을 1단 예비홈(g)을 일정 깊이만큼 성형(S11)한 후에, 2단(S12), 3단(S13) 등의 여러 단계에 걸쳐 상기 예비홈(g)을 더 깊이 성형하여 원하는 예비홈(g)을 형성하는 것이다.
상기 구멍가공단계(S2)는 상기 예비홈(g)을 성형한 후에, 상기 예비홈(g)의 바닥면에 버링홀(h)을 형성하여, 후술할 플렌지형성단계(S3)에서 플렌지(f)를 성형할 관통펀치가 이동할 수 있도록 할 수 있다.
상기 플렌지형성단계(S3)는 상기 구멍가공단계(S2) 이후에, 형성된 버링홀(h)을 확장시켜서, 플렌지(f)를 형성하게 된다. 이에 의해서, 상기 버링부를 완성할 수 있게 된다.
1 : 버링부 가공장치 2 : 피성형소재
10: 다이 11: 계단부
12: 상측수평부 13: 하측수평부
20: 펀치

Claims (5)

  1. 피성형소재에 버링부를 가공하도록, 다이와 펀치를 제공하는 버링부 가공장치에 있어서,
    상기 다이는
    외측에 제공되는 상측수평부;
    상기 펀치와 접하는 하측수평부; 및
    상기 상측수평부와 하측수평부 사이의 상기 피성형소재가 인장되는 부분에 위치하며, 상기 피성형소재가 두께 방향으로 인장 변형되게 유도하는 계단부;
    를 포함하는 버링부 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계단부가 위치하는 상기 상측수평부와 하측수평부 사이의 간격(L1)을,
    0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공하며,
    여기서, t: 피성형소재의 두께인 버링부 가공장치.
  3. 피성형소재의 버링부를 형성하는 버링부 가공방법에 있어서,
    다이와 펀치에 의해, 상기 피성형소재를 두께 방향으로 인장 변형시켜, 예비홈을 형성하는 예비홈형성단계;
    상기 예비홈에 버링홀을 형성하는 구멍가공단계; 및
    상기 버링홀을 확장하여 플렌지를 형성하는 플렌지형성단계;
    를 포함하는 버링부 가공방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 예비홈형성단계는
    상기 피성형소재의 변형되지 않은 부분인 비변형부가 양측에 위치하는 상기 피성형소재의 인장 변형되는 변형부가 위치하는 상기 비변형부 사이의 간격(L1)은,
    0.5t < L1 < t의 식을 만족하도록 제공하며,
    여기서, t: 피성형소재의 두께인 버링부 가공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 예비홈성형단계는 상기 비변형부 사이의 간격(L1)에 위치하는 상기 변형부만을 복수의 인장단계로 변형시켜, 상기 예비홈을 형성하는 버링부 가공방법.
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