KR20220029544A

KR20220029544A - 판금 가공 시스템 및 그 프로세스

Info

Publication number: KR20220029544A
Application number: KR1020217031131A
Authority: KR
Inventors: 레디 날라군드라 벤카타; 아다발라 수브라흐만얌; 갱거벤카테이어 라무; 라훌 쿠마르 베어머; 다수 벤캇 라유; 수만 구하
Original assignee: 인디언 인스티투트 오브 테크놀로지 하이데라바드(아이아이티에이치); 타타 스틸 리미티드
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-03-08
Also published as: US20230067089A1; CN114144268A; WO2020174450A3; WO2020174450A2; JP2022523390A; JP7375031B2

Abstract

판금 가공을 위한 시스템(100)이 개시된다. 시스템(100)은 프레스(P)에 연결 가능한 펀치(1)를 포함하고, 펀치(1)에는 제 1 전기 단자(2)가 제공된다. 판금(SM)을 지지하기 위해, 다이(3)에는 다이 표면(DS)이 제공된다. 서포트 부재(4)는 다이(1)에 이동 가능하게 배치되고, 서포트 부재(4)에는 제 2 전기 단자(5)가 제공된다. 서포트 부재(4)와 펀치(1)는 축(A-A)에서 판금(SM)의 가공부(B)와 접촉되어 판금 가공을 위해 가공부(B)의 국부 영역(LR)에 전류를 공급한다.

Description

판금 가공 시스템 및 그 프로세스

본 개시는 일반적으로 제조 기술 분야에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 판금 가공을 위한 시스템 및 프로세스에 관한 것이지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 개시의 실시 형태는 판금 가공 동안 판금의 국부적인 부분에 전류를 공급하기 위한 시스템 및 프로세스를 개시한다.

제조 산업은 다양한 재료의 작업을 위해 다양한 제조 프로세스를 사용한다. 전기 보조 제조(EAM: Electrically assisted manufacturing) 프로세스는 고급 제조 프로세스 범주에 속하는 프로세스 중 하나이다. 제조 과정에서, 일부 재료는 다른 생리적 특성을 가지며, 이러한 생리적 특성은 금속 가공 중 온도, 응력, 변형 등과 같은 다양한 파라미터로 인해 변경될 수 있다. 또한, 자동차 산업은 끊임없이 변화하는 자동차 산업의 요구 사항을 충족하기 위해 혁신적인 금속 가공 프로세스로 인해 다양한 재료를 요구한다. 일반적으로, 열간 성형 및 하이드로포밍과 같은 여러 금속 가공 기술은 금속 가공에 광범위한 이점을 제공한다. 그러나 이러한 기술에는 막대한 자본 투자가 필요하다. 또한, 이러한 기술적으로 진보된 설비는 여러 프로세스 관련 이슈를 가지고 있고 시간을 많이 소모한다.

일반적으로, 전기 보조 성형 또는 제조는 금속 가공 중 고밀도 전기 펄스의 인가를 포함하는 대안적인 금속 가공 프로세스이다. 금속 가공 중 전기 펄스를 인가하면, 작업 부하가 감소되고 금속 또는 가공물의 스프링백(spring-back)도 감소된다. 전기 펄스의 인가로 인해 작업 부하가 감소하는 이러한 현상을 "전기 소성 효과(electroplastic effect)"라고 한다.

일반적으로 금속 가공 프로세스에서 이러한 전기 펄스를 사용하는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 제조 프로세스에는 금속 가공물의 길이 전체에 걸쳐 고밀도 전류 펄스의 인가를 포함한다(도 10 참조). 금속 가공의 종래의 프로세스를 개시하는 도 10으로부터, 금속 가공물은 전기 단자와 연결되어 전류가 금속 가공물의 길이 전체에 흐른다. 이 기술은 작업 부하를 감소시키만 줄 가열(joule heating)로 인해 금속 가공물의 온도를 급격히 증가시킨다. 줄 가열은 가공된 금속의 생리학적 특성의 변화와 같은 일부 문제를 일으켜 바람직하지 않은 금속 가공 결과를 초래할 수 있다. 특히 자동차 산업에서, 판금 가공은 극도의 정밀성과 주의가 요구되는 주요하고 중요한 프로세스이다. 따라서, 판금 가공에 전류 펄스의 직접 사용은 궁극적으로 판금의 전체 온도를 증가시키며, 이는 바람직하지 않을 수 있다.

또한, 어떤 재료나 금속 가공물이 전류 펄스를 받는 경우, 가공물의 더 높은 저항이 존재하여 궁극적으로 금속 가공을 위한 더 높은 전력을 공급하게 된다. 이것은 훨씬 더 비싼 금속 가공 프로세스를 초래한다. 또한, 금속 가공을 위한 전류 공급이 증가됨에 따라, 안전한 작업 환경을 유지하거나 제공하기 위해 더 큰 단열재가 필요할 수 있다.

본 개시는 위에서 논의된 바와 같은 하나 이상의 문제를 해결하기 위한 것이다.

개시 부분의 이 배경에 공개된 정보는 본 발명의 일반적인 배경에 대한 이해를 향상시키기 위한 것일 뿐이며 이 정보가 당업자에게 이미 알려진 선행 기술을 형성한다는 인식 또는 임의 형태의 제안으로 간주되어서는 안 된다.

전류를 통과시켜 판금 가공을 위한 종래 시스템의 하나 이상의 단점을 극복하고, 본 개시에 청구된 바와 같은 프로세스를 통해 추가적인 이점을 제공한다. 추가적인 특징 및 이점은 본 개시의 기술을 통해 실현된다. 본 개시의 다른 실시 형태 및 양태는 본 명세서에서 상세하게 설명되고 청구된 개시의 일부인 것으로 간주된다.

본 개시의 하나의 비제한적인 실시 형태에서, 판금 가공을 위한 시스템이 개시된다. 이 시스템은 프레스에 연결 가능한 펀치를 포함하고, 펀치에는 제 1 전기 단자가 제공된다. 판금을 지지하기 위해, 다이 표면이 제공된 다이가 시스템에 제공된다. 서포트 부재는 다이에 이동 가능하게 배치된다. 서포트 부재에는 제 2 전기 단자가 제공된다. 서포트 부재 및 펀치는 축에서 판금의 가공부와 접촉되어 판금 가공을 위해 가공부의 국부적인 영역에 전류를 공급한다.

일 실시 형태에서, 국부적인 영역은 판금의 양측에서 펀치의 선단부와 서포트 부재의 선단부의 접촉부에 의해 형성된다.

일 실시 형태에서, 전류는 판금의 양측에서 펀치의 선단부 및 서포트 부재의 선단부로부터 가공부의 국부 영역으로 통과된다.

일 실시 형태에서, 프레스는 펀치를 수용하기 위한 펀치 홀더를 포함한다.

일 실시 형태에서, 시스템은 전기 전도를 방지하기 위해 펀치 홀더와 펀치 사이에 절연층을 포함한다.

일 실시 형태에서, 서포트 부재는 펀치가 판금 가공을 위한 제 1 위치에서 제 2 위치로 작동될 때 축을 따라 다이 내에서 변위된다.

일 실시 형태에서, 서포트 부재는 제 1 위치에서 판금 가공 전에 판금의 가공부에서 접촉된다.

일 실시 형태에서, 서포트 부재는 제 2 위치에서 판금의 가공부와 접촉을 유지한다.

일 실시 형태에서, 서포트 부재는 탄성 부재에 의해 편향된다.

일 실시 형태에서, 탄성 부재는 스프링이다.

일 실시 형태에서, 다이는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 서포트 부재의 왕복 운동을 수용하기 위한 슬롯을 포함한다.

일 실시 형태에서, 전기 전도를 방지하기 위해 서포트 부재와 적어도 하나의 제 2 전기 단자 사이에 절연 스트립이 제공된다.

일 실시 형태에서, 제 1 전기 단자 및 제 2 전기 단자 각각은 전원의 양극 및 음극 단자 중 적어도 하나에 연결된다.

일 실시 형태에서, 펀치에는 판금 가공을 위해 다양한 팁 직경이 제공된다.

일 실시 형태에서, 판금 가공은 소성 변형 프로세스이다.

일 실시 형태에서, 펀치에 인가되는 부하를 결정하기 위한 적어도 하나의 로드셀을 수용하도록 어댑터가 제공된다.

일 실시 형태에서, 적어도 하나의 로드셀을 갖는 어댑터는 프레스에 고정된다.

다른 비제한적인 실시 형태에서, 판금 가공을 위한 프로세스가 개시된다. 이 프로세스는 다이의 다이 표면 위에 판금을 위치시키는 단계를 포함한다. 판금의 가공부는 다이에 이동 가능하게 배치된 서포트 부재에 구성된 제 2 전기 단자와 접촉한다. 축에서 판금의 가공부와 접촉하도록 제 1 전기 단자가 제공된 펀치를 작동시키는 단계를 포함한다. 판금 가공을 위해 제 1 및 제 2 전기 접점을 통해 판금의 가공부에 전류를 공급하는 단계를 포함한다.

일 실시 형태에서, 가공부에 전류를 공급하는 것은 판금 가공을 돕는다.

일 실시 형태에서, 판금에 공급되는 전류는 고전류 범위 및 고주파수 범위를 갖는다.

일 실시 형태에서, 공급되는 전류의 주파수 범위는 1Hz 내지 50Hz의 범위에 있다.

일 실시 형태에서, 공급되는 전류는 0A 내지 300A의 범위에 있다. 일 실시 형태에서, 전류는 판금에 펄스로 공급된다.

일 실시 형태에서, 전류의 펄스는 펄스 폭 변조기(PWM: pulse width modulator)에 의해 공급된다.

전술한 개시의 양태 및 실시 형태는 서로 조합되어 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 그 양태 및 실시 형태 중의 여러 개는 함께 조합되어 본 개시의 다른 실시 형태를 형성할 수 있다.

전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 결코 한정적인 것이 아니다. 전술한 예시적인 양태, 실시 형태 및 특징에 추가로, 추가의 양태, 실시 형태 및 특징을 도면 및 이하의 상세한 설명을 참조하여 명백하게 알 수 있을 것이다.

본 개시의 신규한 점 및 특징이 첨부된 설명에 제시된다. 그러나, 본 개시 자체 및 그 바람직한 사용 모드, 추가 목적 및 이점은 첨부 도면과 함께 예시적인 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해할 수 있을 것이다. 이제, 첨부 도면을 참조하여 하나 이상의 실시 형태를 예시적으로만 설명할 것이며, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 개시의 실시 형태에 따른, 판금 가공을 위한 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시 형태에 따른, 판금 가공을 위한 다이 위에 제공된 판금을 갖는 시스템의 정단면도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시 형태에 따른, 판금을 통한 전류 펄스의 통과를 나타내는 개략도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시 형태에 따른, 도 1의 시스템에 사용된 다이의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시 형태에 따른, 도 1의 시스템에 사용되는 펀치의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 형태에 따른, 주변의 다양한 시험 기구와 함께 설치된 판금 가공을 위한 시험 시스템을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 형태에 따른, 300A 전류에서 펀치 부하에 대한 주파수의 영향을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시 형태에 따른, 50Hz 주파수에서 펀치 부하에 대한 전류의 영향을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 9는 본 개시의 실시 형태에 따른, 판금의 가공부에서 전류의 인가 및 전류 흐름을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 10은 종래의 전기 펄스 인가 방법에 따른, 판금의 가공부에서 전류의 인가 및 전류 흐름을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 본 개시의 실시 형태에 따른, 판금의 가공부에서 금속 가공 및 판금의 가공부에서 미세구조 조사를 도시한다.
도 12는 본 개시의 실시 형태에 따른 전기 펄스로 인한 경도의 막대 그래프를 도시한다.
도면은 단지 실레를 들기 위한 목적으로 본 개시의 실시 형태를 도시한다. 당업자는 본 명세서에 설명된 개시의 원리에서 벗어남이 없이, 본 명세서에서 설명되는 구조 및 방법의 대안적인 실시 형태가 사용될 수 있음을 이하의 설명으로부터 용이하게 알 수 있을 것이다.

본 개시의 실시 형태는 다양한 수정 및 대안적인 형태가 가능하지만, 그 특정한 실시 형태가 도면에서 예시적으로 도시되어 있고 아래에서 설명될 것이다. 그러나, 그 실시 형태는 본 개시를 특정 형태에 한정하는 것은 아니고, 오히려, 본 개시는 본 개시의 범위 내에 속하는 모든 수정, 등가물 및 대안을 포함하는 것임을 이해해야 한다.

당업자는 본 개시로부터으로부터 판금 가공의 시스템 및 프로세스에 도달하도록 동기를 받을 수 있음을 유의해야 한다. 개시된 판금 가공을 위한 시스템 및 프로세스는 판금의 구성에 따라 변할 수 있다. 그러나, 그러한 수정은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 도면은, 여기서의 설명의 이익을 얻는 당업자에게 명백한 상세로 본 개시가 모호하게 되지 않도록, 본 개시의 실시 형태에 대한 이해에 관련된 특정 상세만 도시한다.

본 개시에서 사용되는 "포함한다", "포함하는" 또는 그의 다른 변형어는 비배타적인 포함을 포괄하도록 되어 있고, 그래서 일련의 구성 요소를 포함하는 장치, 시스템, 어셈블리는 그 구성 요소만 포함하는 것이 아니라 명시적으로 열거되지 않은 또는 그러한 시스템, 또는 어셈블리 또는 장치에 내재적인 다른 구성 요소도 포함할 수 있다. 다시 말해, 시스템 또는 장치에서 하나 이상의 요소를 "포함한다"는 것은 다른 제약 없다면 그 시스템 또는 장치 내에 다른 요소 또는 추가 요소의 존재를 배제하지 않는다.

본 개시는 판금 가공을 위한 시스템을 제공한다. 이 시스템에는 프레스에 연결할 수 있는 펀치가 제공된다. 펀치는 다이 위에 위치되고, 다이는 금속 가공을 위한 판금을 수용한다. 다이에는 또한 판금을 수용할 때 서포트 부재가 가공부에서 판금과 접촉하도록 서포트 부재가 제공된다. 유사하게, 펀치의 선단부는 또한 공통 축을 따라 가공부에서 판금과 접촉된다. 제 1 전기 단자가 펀치에 제공되고 제 2 전기 단자는 서포트 부재에 연결된다. 프레스가 작동되면, 펀치가 판금 위로 변위될 수 있고 가공부에서 판금과 접촉하게 된다. 이 위치에서, 제 1 전기 단자 및 제 2 전기 단자에는 펄스 전류가 통과되고, 전류는 가공부에서 판금을 흐른다. 이것은 금속 가공에 필요한 부하를 감소시킴으로써 판금의 금속 가공을 돕고 전류가 판금의 국부적인 가공부에 흐를때 줄 가열을 감소시킨다.

본 개시는 또한 판금 가공을 위한 프로세스를 제공한다. 프로세스는 판금의 가공부가 서포트 부재와 접촉하도록 다이 위에 판금을 위치시키는 단계를 포함한다. 가공부의 국부적인 영역에서 판금은 공통 축을 따라 서포트 부재 및 펀치의 선단부에 의해 접촉된다. 서포트 부재는 판금에 대한 펀치의 가공으로 인해 판금의 이동 시 변위되도록 구성된다. 펀치와 서포트 부재에 제 1 전기단자 및 제 2 전기단자가 구비됨에 따라, 판금가공을 수행하기 위해 가공부를 통해 전류가 펄스 형태로 흐른다. 판금 가공을 위한 시스템 및 프로세스의 이러한 구성은 전류가 판금의 전체 길이가 아닌 판금의 가공부와 같은 국부적인 영역에 흐를 때 줄 가열을 감소시킨다.

본 개시는 금속 가공 동안 판금 내에서 생성된 열을 감소시킴으로써 금속 가공을 위한 시스템 및 프로세스를 개시한다. 또한, 이 판금 가공 프로세스는 다양하며 금속 가공에 더 적은 부하를 사용하면서도 시간 효율적이고 경제적이다. 본 개시의 시스템 및 프로세스는 또한 판금 가공을 위한 고가의 장비에 대한 필요성을 제거한다.

다음 단락은 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 개시를 설명한다. 도면에서, 동일한 구성요소 또는 유사한 기능을 갖는 구성요소들은 동일한 참조 부호로 표시된다.

도 1은 판금 가공용 시스템(100)의 사시도를 도시하는 본 개시의 예시적인 실시 형태이다.

시스템(100)은 프레스(P)에 장착 가능한 펀치(1)(도 5에 도시됨)를 포함한다. 프레스(P)는 로드셀 플레이트(13)로 구성되며, 로드셀 플레이트(13)는 적어도 하나의 로드셀(11)의 양측면에 제공될 수 있다. 적어도 하나의 로드셀(11)은 로드셀 플레이트들(13) 사이에 수용된다. 또한, 로드셀 플레이트(13)는 도구[즉, 펀치(1)]를 수용하기 위한 어댑터(12)에 연결될 수 있다. 펀치(1)는 펀치 홀더(6) 내에 안착되며, 펀치 홀더(6)는 어댑터(12)에 연결된다. 일 실시 형태에서, 펀치(1)는 판금에 가공하는 동안 펀치 반경을 변화시키기 위해 팁 단부 반경을 변경시키도록 구성될 수 있다. 펀치(1)는 제 1 전기 단자(2)로 더 구성되어, 제 1 전기 단자(2)는 전원(10)의 단자들 중 하나에 연결된다. 또한, 시스템(100)은 펀치(1) 아래에 위치된 다이(3)를 포함한다. 다이(3)는 복수의 파스너(23)를 사용하여 서포트 부재(4)에 고정될 수 있는 다이 홀더(14)에 추가로 장착될 수 있다. 다이(3)는 장착용 다이 홀더(14)로부터 복수의 절연 로드(15)를 수용하기 위한 장착 구멍(16)을 추가로 형성한다. 다이(3)는 판금(SM)을 지지하기 위한 다이 표면(DS)[즉, 다이(3)의 상면]을 포함한다. 일 실시 형태에서, 다이 표면(DS)에는 금속 가공 동안 판금의 굽힘 작업과 같은, 금속 가공을 지지하기 위해 복수의 필렛(fillets)(17)이 제공될 수 있다. 서포트 부재(4)가 다이(3)에 배치되고, 서포트 부재(4)는 다이(3)에 형성된 슬롯(8) 내에서 이동 가능하다. 서포트 부재(4)는 탄성 부재(22)에 의해 편향되고, 탄성 부재(22)는 다이(3)의 슬롯(8) 내에 제공된다. 일 실시 형태에서, 서포트 부재(4)는 판금에 대한 펀치(1)의 작동에 의해 길이 방향으로 슬롯(8) 내에서 이동하도록 구성된다. 탄성 부재(22)는 판금(SM)의 금속 가공 작업 중에 서포트 부재(4)에 탄성력을 제공할 수 있는 스프링 또는 폴리머 댐퍼, 또는 임의의 다른 탄성 부재(22) 중 적어도 하나일 수 있다.

일 실시 형태에서, 서포트 부재(4)는 제 2 전기 단자(5)로 구성되고, 제 2 전기 단자(5)는 전원(10)의 다른 단자에 연결된다. 서포트 부재(4)의 선단부(TE)는 다이(3)에 제공된 판금(SM)과 접촉된다. 프레스(P)가 작동됨에 따라, 그 선단부(TE)를 갖는 펀치(1)는 판금(SM)의 가공부(B)의 국부 영역(LR)에서 판금(SM)과 접촉된다. 판금(SM)이 금속 가공을 받게 될때, 펀치(1)와 서포트 부재(4)의 선단부(TE)는 판금(SM)의 양측에서 축(A-A)을 따라 가공부(B)의 국부 영역(LR)과 접촉된다. 또한, 판금(SM)이 다이(3) 위에 제공된 펀치(1)에 의해 가공될 때, 서포트 부재(4)는 금속 가공 중에 판금(SM)과 항상 이동 접촉하게 된다. 일 실시 형태에서, 제 1 전기 단자(2)는 전원(10)의 양극에 연결될 수 있고 제 2 전기 단자(5)는 전원(10)의 음극에 연결될 수 있다. 일 실시 형태에서, 전원(10)에 연결되는 제 1 전기 단자(2)와 제 2 전기 단자(5)의 극성은 서로 바뀔 수 있다.

일 실시 형태에서, 펀치(P)의 작동 시 펀치(1)가 판금(SM)을 아래로 누르면, 제 1 전기 단자(2) 및 제 2 전기 단자(5)는 전원(10)으로부터 펄스의 형태로 전류를 수신한다. 이 전류는 판금(SM)의 가공부(B)의 국부 영역(LR)에만 집중되고 전류는 축(A-A)에만 집중된다. 일 실시 형태에서, 펀치(1)의 선단부(TE)와 서포트 부재(4)의 선단부(TE)에 대한 접촉 지점은 판금(SM)이 가공될 위치에 있다. 일 형태에서, 판금(SM)의 굽힘 작업 동안, 가공부(B)는 판금(SM)의 V-굽힘부에 형성된다. 또한, 금속 가공[굽힘 프로세스] 중에 공급된 전류는 판금(SM)의 가공부(B)의 국부 영역(LR)에서만 제 1 전기 단자(2)에서 제 2 전기 단자(5)로 통과하거나 그 반대로 통과한다.

일 실시 형태에서, 전류의 통과는 판금(SM)의 가공부(B)의 국부 영역(LR)에만 제한될 수 있다. 펀치(1)가 판금을 다이(3) 내부로 굽히면, 펄스 전류는 전원(10)으로부터 제 1 전기 단자(2) 및 제 2 전기 단자(5) 각각으로부터 공급될 수 있다. 프레스(P)에 부하가 가해지면, 적어도 하나의 로드셀(11)이 금속 가공의 임의의 특정 간격에서 판금(SM)에 가해지는 부하량을 결정한다. 일 실시 형태에서, 적어도 하나의 로드셀(11)은, 펀치(1)에 가해지는 하중의 결정을 돕는 스트레인 게이지 기반 트랜스듀서 또는 임의의 다른 로드셀 중 적어도 하나이다.

도 3을 참조하면, 시스템(100)은 펀치(1)를 포함하고, 펀치(1)의 선단부(TE)는 가공부에서 판금(SM)과 접촉된다. 유사하게, 서포트 부재(4)는 다이(3)에 제공되고, 서포트 부재(4)의 선단부(TE)는 가공부(B)에서 판금(SM)과 접촉된다. 일 실시 형태에서, 전류는 프로그래밍 가능한 DC 전원(10)으로부터 공급될 수 있다. DC 전원(10)은 제 1 전기 단자(2) 및 제 2 전기 단자(5)에 연속적인 전류 펄스를 공급하기 위해 펄스 폭 변조기(18)와 같은 펄스 제너레이터에 추가로 연결될 수 있다. 도 3에서, 전류는 판금(SM)의 전체 길이가 아니라, 가공부(B)의 국부 영역(LR)에서 판금(SM)을 통과하는 것이 분명하다. 도 3은 가공부(B)에서 판금(SM)과 접촉되는 펀치(1)의 선단부(TE)의 확대도를 도시한다. 유사하게, 서포트 부재(4)의 선단부(TE)도 공통 축(A-A)을 따라 판금(SM)과 접촉된다.

일 실시 형태에서, 슬롯(8)을 형성한 다이(3)는 서포트 부재(4)를 수용한다. 서포트 부재(4)를 통하여 다이(3) 내로 통과하는 전류의 누설을 방지하기 위하여, 슬롯(8)에는 펀치(1)와 펀치 홀더(6) 사이에 제공된 절연층(7)과 유사한 절연층(7')이 제공될 수 있다. 일 실시 형태에서, 제 2 전기 단자(5)는 전류가 서포트 부재(4)의 선단부(TE) 부분을 통해서만 그리고 가공부(B)에서 판금(SM) 내로 통과하도록 제공된다. 일 실시 형태에서, 다이(3)에 형성된 슬롯(8)은 정사각형 슬롯(8), 탄성 부재(22) 및 서포트 부재(4)를 수용하기 위한 직사각형 슬롯(8) 중 적어도 하나일 수 있다. 판금(SM) 상의 펀치(1)의 작동 동안, 펀치(1)는 판금(SM)을 V자 형태로 변형하거나 굽히며, 판금(SM)의 이러한 굽힘 또는 변형은 다이(3) 표면에 형성된 복수의 필렛(17)에 의해 지지될 수 있다.

일 실시 형태에서, 펀치 홀더(6)에 고정된 펀치(1)는 복수의 다양한 팁 반경을 포함한다[도 5에 가장 잘 도시됨]. 또한, 펀치(1)는 제 1 전기 단자(2)에서 펀치 홀더(6)로 전류의 누설을 방지하기 위해 중간 절연층(7)을 사이에 두고 펀치 홀더(6)에 고정된다. 일 실시 형태에서, 펀치(1)의 다양한 팁 반경은 판금(SM) 상에 원하는 금속 가공 작업을 수행하는 데 사용될 수 있다. 펀치(1)의 다양한 팁 반경은 요구 조건에 따라 2mm 내지 12mm 이다. 다양한 팁 반경은 단지 예시일 뿐이고 본원에 개시된 실시 형태는 예시를 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 예를 들어, 판금(SM)을 원하는 반경으로 굽힐 필요가 하는 경우, 그 원하는 반경을 갖는 펀치(1)가 그 요구 조건에 맞게 펀치(1) 홀더 내에서 펀치(1)의 위치를 변경함으로써 사용될 수 있다.

일 실시 형태에서, 펀치(1)에 구성된 제 1 전기 단자(2)에는 절연체가 제공되며, 절연체는 부시 및 와셔(7a)의 형태이다. 절연 부시 및 와셔(7a)는 제 1 전기 단자(2)를 통과하는 전류가 어댑터(12) 내로 누설되는 것을 방지한다. 절연 로드(15)를 수용하기 위해 다이(3)에 장착 구멍(16)이 형성된다. 일 실시 형태에서, 절연층(7, 7'), 절연 스트립(9) 및 절연 부시 및 와셔(7a)는 전기 전도 또는 전류 누설을 방지하기 위한 목적을 제공하는 베이클라이트(bakelite), 엘라스토머 또는 임의의 전기 절연 재료로 제조될 수 있다.

도 6을 참조하면, 판금 가공을 위한 시스템(100)이 개시된다. 일 실시 형태에서 시스템(100)은 데이터 획득 시스템(21), 온도 표시기(19) 및 펄스 폭 변조기(18)와 같은 복수의 주변 시험 기기를 구비한 시험 시스템(100)이다. 데이터 획득 시스템(21)은 적어도 하나의 로드셀(11)에 연결된다. 데이터 획득 시스템(21)은 각 금속 가공 프로세스에 대한 임계 부하 파라미터 데이터를 획득한다. 또한, 시스템(100)에는 온도 표시기(19)가 제공되며, 온도 표시기(19)는 판금(SM)에 고정된 열전대(20)에 연결된다. 전류가 판금(SM)의 가공부(B)에 흐르면, 온도 상승은 열전대(20)에 의해 결정될 수 있고 온도 표시기(19)에 의해 사용자에게 표시될 수 있다. 일 실시 형태에서, 온도 표시기(19)는 금속 가공 중인 판금(SM)의 다양한 온도 파라미터를 표시하도록 프로그래밍될 수 있다. 온도 표시기(19)는 이 목적을 수행하는 디지털 디스플레이 표시기 또는 아날로그 디스플레이 표시기 또는 임의의 다른 온도 표시기(19) 중 적어도 하나이다.

일 실시 형태에서, 데이터 획득 시스템(21)은 판금 가공의 다양한 임계 파라미터를 수신, 분석 및 처리할 수 있는 컴퓨터, 스마트폰, 또는 임의의 다른 프로그래밍 가능한 장치 중 적어도 하나일 수 있다.

펀치(1) 및 서포트 부재(4)의 각각에 제공된 제 1 전기 단자(2) 및 제 2 전기 단자(5)는 각각 프로그램 가능한 펄스 제너레이터 또는 펄스 폭 변조기(18)에 연결된다. 프레스(P)의 작동에 따라, 전류 펄스가 판금(SM)의 가공부(B)에 통과된다[도 9에 도시됨]. 프로세스의 시작 시, 팁 단부(TE)를 갖는 펀치(1)는 제 1 위치로 정의되는 가공부(B)에서 판금(SM)과 접촉된다. 프레스(P)에 의해 펀치(1)가 더 작동됨에 따라, 펀치(1)는 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동된다. 펀치(1)가 제 2 위치에 도달되면, 판금(SM)은 금속 가공 프로세스를 수행한다[예를 들면, 도 11a에서 도시된 바와 같은, 굽힘 작업, 및 판금(SM)은 오목한 가공부(T), 볼록한 외측부(b) 및 중간부(M)를 가지고 있음].

일 실시 형태에서, 프로그래밍 가능한 펄스 제너레이터 또는 펄스 폭 변조기(18)는 전류 펄스의 다양한 형상을 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 직사각형 형상의 펄스가 미리 설정된 주파수로 생성된다. 미리 설정된 주파수 범위는 1Hz 내지 50Hz이다. 그러나, 주파수는 단지 예시이고 본원에 개시된 실시 형태는 예시의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 의도되지 않으며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 유사하게, 본 명세서는 도 7에 개시된 바와 같이 0 - 300A 범위의 전류 인가를 강조한다. 그러나, 본 개시는 상기한 범위 내에서 전류의 인가를 제한하지 않으며, 0A 내지 2000A의 보다 넓은 전류 범위에서 사용될 수 있다.

일 실시 형태에서, 펄스로 판금(SM)을 통과하는 전류는 금속 가공을 위한 고전류, 고전압이다. 고전류, 고전압으로 인해, 판금 가공에 필요한 부하는 종래의 프로세스에 비해 감소된다.

예시적인 실험 결과:

예시적인 실험적인 실시 형태에서, 그리고 도 7 내지 도 10을 참조하면, C-Mn(탄소 망간) 강이 금속 가공, 보다 구체적으로 굽힘 금속 가공 프로세스에 적용되는 판금의 재료로 사용된다. C-Mn 강 판금은 각각 0.045%의 탄소, 1.45%의 망간을 함유하고 있으며 340MPa의 최소 항복 강도를 가지고 있다.

굽힘 금속 가공에 따라, 전류 펄스가 가공부에 통과되고 판금에 V 굽힘 작업이 수행된다. 열전대는 판금에 고정되어 판금 중앙 부분에서 C-Mn 강 판금의 온도를 결정한다. 데이터 획득 시스템(100)은 부하, 온도 데이터와 같은 모든 데이터를 획득하여 사용자에게 표시한다.

전류와 주파수가 다른 다양한 실험을 반복한 결과 C-Mn 강판의 중심 최고 온도는 129℃였다. 이 실험은 판금에 온도 또는 더 높은 줄 가열의 영향이 부여되지 않았다는 것을 보여주었습니다. 일 실시 형태에서, 판금(SM)에 공급되는 전류는 높은 전류 범위 및 높은 주파수 범위를 갖는다. 공급되는 전류의 주파수는 1Hz ~ 50Hz 범위이다[도 8에 도시됨]. 또한, 판금(SM)에 공급되는 전류는 0 ~ 300A 범위이다.

유사하게, 판금의 전체 길이를 따라 전류를 인가하는 것에 대해 가공부에만 전류 펄스를 인가하는 효과가 달성되었다.

표 1. 고주파 전류를 이용한 방법 1과 2의 결과

표 2. 단일 펄스 전류를 이용한 방법 1과 2의 결과

표 1은 연속적인 전류 펄스 인가에 대한 상기의 실험에 따른 부하 하락 및 온도 상승을 나타낸다. 본 개시의 프로세스, 즉 가공부에 전류 펄스의 인가는 종래의 프로세스[즉, 판금의 전체 길이에 걸쳐 전류의 인가]과 비교하여 2배 이상의 부하 하락을 달성함을 알 수 있다. 전반적으로, 결과는 본 개시에 사용된 프로세스와 비교하여 약 5% 더 높은 부하 하락이다. 동시에, 본 개시에 사용된 프로세스 및 종래의 프로세스와 비교하여 최대 온도는 미미한 수준이었다.

표 2는 일련의 단일 펄스 인가와 대응하는 부하 하락 및 최대 온도 상승에 대해 두 가지 실험 구성의 결과를 나타낸다. 부하 하락은 본 개시의 각 펄스에 대해 10.5N 내지 28N으로 증가했다. 또한, 단일 펄스 전류 인가는 종래의 방법(1)에서 부하 강하에 전혀 영향을 미치지 않으며 20N 정도의 유사한 부하 강하를 달성하기 위해 매우 높은 수준의 전류 펄스가 필요할 수 있다는 점도 알 수 있다. 본 개시에서, 온도는 국부적 변형 영역 근처에서만 상승되고 판금의 다른 영역은 상온에 있다. 반면에 종래의 프로세스에서는, 판금 전체에 온도 상승이 존재한다. 따라서, 본 개시는 종래의 프로세스에 비해 줄(joule) 가열양을 감소시키고 여전히 종래의 프로세스에 비해 더 높은 부하 강하를 달성한다.

도 11b 내지 도 11d는 굽힘 작업 동안 전류 펄스 및 온도 상승의 야금학적 효과를 도시한다. 굽힘 영역 근처에서 전기 펄스가 있는 경우와 없는 경우의 미세 구조 비교가 개시된다. 두 경우 사이에 미세 구조에는 큰 변화가 없으며, 온도 상승이 임의의 미세 구조 변화를 일으킬 만큼 크지 않다는 사실을 강조한다.

도 12는 판금(SM)의 경도에 대한 전기 펄싱의 영향을 조사하기 위한 막대 그래프를 도시한다. 그래프에서, 미세 경도 측정은 금속 가공된 판금(SM)의 두께를 따라 5개 위치에서 수행된다. 보다 구체적으로, 측정은 판금(SM)의 굽힘 영역에서 볼록한 측면(b)으로부터 오목한 측면(T)까지 수행된다[도 11a에 개시됨]. 이는 굽힘 판금(SM)의 경도가 모재에 비해 12% 증가하는 것으로 나타났다. 변형 경화로 인해, 굽힘 영역에서 경도가 증가되었다. 그러나, 전기 펄싱이 없는 판금(SM)의 경도와 비교하여 전기 펄싱이 있는 굽힘 판금(SM)의 경도에는 큰 변화가 없다. 또한, 미세 구조 연구에 따르면, 판금(SM)의 입자 분포에 대한 전기 펄싱의 주요 차이점은 발견되지 않았다.

등가물

본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용에 적합한 대로 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 해석할 수 있다. 명료함을 위해 다양한 단수/복수 변경이 본 명세서에 명시적으로 설명될 수 있다.

일반적으로, 본 명세서에서, 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위의 본문)에서 사용되는 용어는 일반적으로 "주지된" 용어로 의도된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다(예를 들어, "포함하는"이라는 용어는 "포함하지만 이에 제한되지 않는" 것으로 해석되어야 하고, 용어 "가지는"은 "적어도 갖는" 것으로 해석되어야 하고, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 이에 제한되지 않는다" 등으로 해석되어야 한다. 특정 수의 채용된 청구범위 인용이 의도된 경우, 그러한 의도는 청구범위에 명시적으로 인용될 것이고, 그러한 인용이 없을 경우 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해 다음의 첨부된 청구범위에는 청구범위 인용을 채용하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 채용 문구의 사용이 포함될 수 있다. 그러나, 그러한 문구의 사용은, 동일한 청구범위가 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"라는 채용 문구와 "a" 또는 "an"과 같은 부정관사를 포함하는 경우에도, 이 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구범위 인용의 채용이 그러한 채용된 청구범위 인용을 포함하는 특정 청구범위를 그러한 채용을 하나만 포함하는 발명으로 제한한다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 되며(예: "a" 및/또는 "an"은 일반적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다), 청구범위 인용을 채용하기 위해 사용되는 정관사를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 또한, 채용된 청구항 인용의 특정 수가 명시적으로 인용되더라도, 당업자는 그러한 인용이 일반적으로 적어도 인용된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예를 들어, 다른 수식어 없이, "2개의 인용"의 단순한 인용은 일반적으로 적어도 2개의 인용 또는 2개 이상의 인용을 의미한다). 또한, "A, B, C 등 중 적어도 하나"와 유사한 관례가 있는 경우에 사용되는 경우, 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 관례를 이해할 수 있다는 의미로 의도된다[예: "A, B, 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템(100)"은 A만, B만, C만, A와 B가 함께, A와 C가 함께, B와 C가 함께, 및/또는 A, B, C가 함께 있는 시스템 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다]. 이러한 경우, "A, B 또는 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 관례가 있는 경우, 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 관례를 이해할 수 있는 의미로 의도된다[예: "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템(100)"은 A만, B만, C만, A와 B가 함께, A와 C가 함께, B와 C가 함께, 및/또는 A, B와 C가 함께 있는 시스템 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다]. 상세한 설명, 청구범위, 또는 도면에서, 두개 이상의 대안적 용어를 제시하는 사실상 모든 이접적 단어 및/또는 문구는, 용어 중 하나, 용어 중 어느 하나, 또는 두 용어 모두를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 문구는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

다양한 형태 및 실시 형태가 본 명세서에 개시되었지만, 다른 형태 및 실시 형태가 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 형태 및 실시 형태는 예시를 위한 것이며 제한하려는 것이 아니며, 진정한 범위 및 사상은 다음 청구범위에 의해 표시된다.

100 시스템
A-A 공통축
B 가공부
DS 다이 표면
SM 판금
LR 국부 영역
TE 펀치 및 서포트 부재의 선단부
P 프레스
1 펀치
2 제 1 전기 단자
3 다이
4 서포트 부재
5 제 2 전기 단자
6 펀치 홀더
7, 7' 절연층
7a 절연 부시 및 와셔
8 슬롯
9 절연 스트립
10 전원
11 로드셀
12 어댑터
13 로드셀 플레이트
14 다이 홀더
15 절연 로드
16 장착 구멍
17 복수의 필렛
18 펄스 폭 변조기
19 온도 표시기
20 열전대
21 데이터 획득 시스템
22 탄성 부재
23 복수의 파스너

Claims

판금 가공을 위한 시스템(100)으로서, 상기 시스템(100)은,
프레스(P)에 연결 가능한 펀치(1) - 상기 펀치(1)에는 제 1 전기 단자(2)가 제공됨 -;
판금(SM)을 지지하기 위해, 다이 표면(DS)이 제공된 다이(3); 및
상기 다이(3)에 이동 가능하게 배치된 서포트 부재(4) - 상기 서포트 부재(4)에는 제 2 전기 단자(5)가 제공됨 -;
를 포함하고,
상기 서포트 부재(4) 및 상기 펀치(1)는 축(A-A)에서 상기 판금(SM)의 가공부(B)와 접촉되어 판금 가공을 위해 상기 가공부(B)의 국부 영역(LR)에 전류를 공급하는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 국부 영역(LR)은 상기 판금(SM)의 양측에서 상기 펀치(1)의 선단부(TE)와 상기 서포트 부재(4)의 선단부(TE)의 접촉부에 의해 형성되는, 시스템(100).
제 2 항에 있어서,
상기 전류는 상기 판금(SM)의 양측에서 상기 펀치의 선단부(TE) 및 상기 서포트 부재(4)의 선단부(TE)로부터 상기 가공부(B)의 국부 영역(LR)으로 통과되는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 프레스(P)는 상기 펀치(1)를 수용하기 위한 펀치 홀더(6)를 포함하는, 시스템(100).
제 4 항에 있어서,
전기 전도를 방지하기 위해 상기 펀치 홀더(6)와 상기 펀치(1) 사이에 절연층(7)을 포함하는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 서포트 부재(4)는 상기 펀치가 판금 가공을 위해 제 1 위치에서 제 2 위치로 작동될 때 상기 축(A-A)을 따라 상기 다이(3) 내에서 변위하는, 시스템(100).
제 6 항에 있어서,
상기 서포트 부재(4)는 상기 제 1 위치에서 판금 가공 전에 상기 판금(SM)의 가공부(B)에서 접촉되는, 시스템(100).
제 6 항에 있어서,
상기 서포트 부재(4)는 상기 제 2 위치에서 상기 판금(SM)의 가공부(B)와 접촉을 유지하는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 서포트 부재(4)는 탄성 부재에 의해 편향되는, 시스템(100).
제 9 항에 있어서,
상기 탄성 부재는 스프링인, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 다이(3)는 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 상기 서포트 부재(4)의 왕복 운동을 수용하기 위한 슬롯(8)을 포함하는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
전기 전도를 방지하기 위해 상기 서포트 부재(4)와 상기 적어도 하나의 제 2 전기 단자(5) 사이에 제공된 절연 스트립(9)을 포함하는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전기 단자(2) 및 상기 제 2 전기 단자(5) 각각은 전원(10)의 양극 및 음극 단자 중 적어도 하나에 연결되는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 펀치(1)에는 판금 가공을 위해 다양한 팁 직경이 제공되는, 시스템(100).
제 1항 에 있어서,
상기 판금 가공은 소성 변형 프로세스인, 시스템(100).
제 14 항에 있어서,
상기 소성 변형 프로세스는 굽힘 프로세스인, 시스템(100).
제 1항에 있어서,
상기 펀치(1)에 인가되는 부하를 결정하기 위해 적어도 하나의 로드셀(11)을 수용하도록 구성된 어댑터(12)를 포함하는, 시스템(100).
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 로드셀(11)을 갖는 상기 어댑터(12)는 상기 프레스(P)에 고정되는, 시스템(100).
판금 가공을 위한 프로세스로서, 상기 프로세스는,
판금(SM)의 가공부가 다이에 이동 가능하게 배치된 서포트 부재에 구성된 제 2 전기 단자(5)와 접촉하도록, 다이의 다이 표면(3) 위에 판금(SM)을 위치시키는 단계,
축(A-A)에서, 상기 판금(SM)의 가공부와 접촉하도록 제 1 전기 단자(2)가 제공된 펀치(1)를 작동시키는 단계, 및
판금 가공을 위해 제 1 및 제 2 전기 접점을 통해 상기 판금의 가공부에 전류를 공급하는 단계를 포함하는, 프로세스.
제 19 항에 있어서,
상기 판금 가공은 소성 변형 프로세스인, 프로세스.
제 19 항에 있어서,
상기 가공부(B)에서 상기 전류를 공급하는 것은 판금 가공을 돕는 것인, 프로세스.
제 19 항에 있어서,
상기 판금(SM)에 공급되는 상기 전류는 고전류 범위 및 고주파수 범위를 갖는, 프로세스.
제 22 항에 있어서,
공급되는 상기 전류의 주파수 범위가 1Hz 내지 50Hz의 범위인, 프로세스.
제 22 항에 있어서,
공급되는 상기 전류가 0A 내지 2000A 범위인, 프로세스.
제 19 항에 있어서,
상기 전류가 상기 가공부(B)에서 상기 판금(SM)에 펄스로 공급되는, 프로세스.
제 19 항에 있어서,
전류의 펄스가 펄스 폭 변조기(18)에 의해 공급되는, 프로세스.