KR20220157675A - 알루미늄 전단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공 공정이 절감되고, 전단날의 내구성이 향상되며, 버어(Burr) 및 칩(Chip)의 발생을 최소화할 수 있는 알루미늄 전단장치에 관한 것으로서, 가공제품의 하단면 외곽 형상을 갖는 하형패드가 포함된 하금형과, 가공제품의 상단면 외곽 형상을 갖는 상형패드가 상부의 프레스 바디 슬라이드에 장착된 상금형으로 이루어지는 알루미늄 전단장치에 있어서, 상기 상금형 및 하금형과 별도로 구성되는 냉각장치와, 상기 냉각장치와 연결된 하형패드와, 상기 냉각장치와 연결된 상금형의 상형날을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 전단장치.

Description

알루미늄 전단장치{SHEAR DEVICE OF ALUMINUM}

본 발명은 알루미늄 전단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가공 공정이 절감되고, 전단날의 내구성이 향상되며, 버어(Burr) 및 칩(Chip)의 발생을 최소화할 수 있는 알루미늄 전단장치에 관한 것이다.

알루미늄 판재를 소재로 하여 부품을 가공하는 프레스 공정은 프레스에 금형을 장착하여 상,하 방향으로 소정 형태로 가압하는 드로잉(Drawing), 완제품에 불필요한 부분을 잘라내는 트리밍(Trimming), 추가 형상을 만드는 플랜징(Flanging), 홀 등을 가공하는 피어싱(Piercing)의 공정을 거치는 것이 일반적이다.

상기 공정을 통합하여 스템핑 공정이라 하며, 통상적으로 성형, 절단, 절곡, 홀 가공의 평균 4개 공정을 거쳐서 알루미늄 판넬을 완성한다. 상기 공정중 트리밍 공정은, 드로잉 공정을 통해 알루미늄 판재를 제품 설계 데이터에 준하는 형상으로 소성 가공된 판넬의 필요 없는 부분을 잘라내는 공정으로 완성품의 전단면 품질을 결정하는 중요한 공정이다.

상기한 바와 같이, 트리밍을 위한 스템핑 장비는, 제품의 하단면 외곽 형상을 갖는 하형 금형이 하부의 볼스터에 장착되고, 하형 금형의 상부에는 제품의 상단면 외곽 형상을 갖는 상형 금형이 상부의 프레스 바디인 슬라이드에 장착되어, 상기 하형 금형과의 사이에 드로잉 성형이 완료된 판넬을 끼운 상태로 드로잉 판넬의 외곽면을 가압하여 밀착한 상태에서, 드로잉 판넬에 필요 없는 부분을 전단을 통해 제거하게 된다.

이러한 트리밍 공정에 적용되는 종래의 금형은 크게 ‘전단날, 상형패드, 하형패드’로 구성된다. 또한 전체적인 공정 흐름은 ‘(A) 일정 형상을 가지고 있는 드로잉 판넬이 하형패드 상단면에 안착, (B)상형 금형이 하강하여 상하형패드에 의해 드로잉 판넬의 외곽면을 고정, (C) 전단날이 하강하면서 필요 없는 부분을 전단하여 제거'하는 순서로 진행된다. 이후 플랜징, 피어싱 공정을 거쳐서 알루미늄 소재 완성품의 제작이 완료된다.

상기와 같은 방식의 알루미늄 트림 공정은, 기존 강판 소재의 가공 공정과 달리 가공 공정중 알루미늄 전단면에 칩(Chip)이 발생하는 문제점이 있다. 상기한 문제점의 원인은 알루미늄 소재의 특성에 기인한 것으로서, 강판에 비해 기본 신율이 적고, 전체 소성 변형 구간 중 로컬 변형(넥킹 이후 신율)이 적어 전단시 연성부족으로 취성 파단이 발생하고 이 과정에서 전단면에 ‘Breaking zone’ 이 증가하여 칩이 발생된다. 또한 상기한 칩은 소재 전단 작업시 Shear zone 대비 Breaking zone 이 증가하면 일반적으로 더욱 증가되는 속성이 있다. 또한 상기한 알루미늄 소재의 특성에 의해 트림 공정중 버어 또한 강판 트림 공정에 비해 훨씬 크게 발생한다.

상기와 같이 트림 공정중 과도하게 발생한 칩은 금형 내부에 잔류하게 되고, 다음 드로잉 판넬이 트림 금형에 안착될 때 공기 흐름에 의해 일부 판넬 상면으로 이동하여 판넬 표면에 부착되고 이후 플랜징, 피어싱 공정 과정에서 판넬 표면에 찍힘 등 불량을 유발한다.

또한, 알루미늄 트림 공정중 발생한 버어는 부가적으로 별도의 버어 제거 공정을 거처야 알루미늄 소재 완성품의 제작이 완료되기 때문에 알루미늄 트림 공정은 강판 트림 공정에 비해 작업 공정이 추가되고 제품 불량율이 상승되는 문제점이 발생한다.

한편, 알루미늄은 소재의 특성으로 인해 알루미늄 트림 공정중 전단날의 인선부에 알루미늄 소착이 발생하는 문제점이 있다. 상기한 문제점 또한 강판에 비해 기본 신율이 적고, 전체 소성 변형 구간 중 로컬 변형(넥킹 이후 신율)이 적어 전단 시 연성부족으로 취성 파단이 발생하고 이 과정에서 전단날의 인선부에 알루미늄 소착이 발생하는 문제점이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0346669

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 별도의 버어 제거 공정이 절감되고, 전단날의 내구성이 향상되며, 전단 공정중 칩 및 버어 발생을 최소화할 수 있는 알루미늄 전단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 가공제품의 하단면 외곽 형상을 갖는 하형패드가 포함된 하금형과, 가공제품의 상단면 외곽 형상을 갖는 상형패드가 상부의 프레스 바디 슬라이드에 장착된 상금형으로 이루어지는 알루미늄 전단장치에 있어서, 상기 상금형 및 하금형과 별도로 구성되는 냉각장치와, 상기 냉각장치와 연결된 하형패드와, 상기 냉각장치와 연결된 상금형의 상형날을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 하부패드 및 상형날과 연결된 냉각장치를 통해 하부패드, 하부패드에 안착된 알루미늄 소재 및 상형날을 냉각하여, 알루미늄 전단 공정시 연성 부족으로 인한 취성 파단을 방지하여 칩 및 버어 발생을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄 전단 공정시 칩 및 버어 발생을 방지하여 별도의 버어 제거 공정을 생략할 수 있고, 전단 공정중 발생한 칩으로 인한 불량을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄 전단 공정시 전단날의 인선부에 알루미늄 소착이 발생하는 것을 방지하여 전단날의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 전단 장치의 전체 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하형패드 및 냉각장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하형패드의 평면을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하형패드의 측면을 나타낸 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 상형날 및 냉각장치를 나타낸 예시도이다.

본 발명에 의한 과제의 해결수단을 해결하기 위한 구제적인 내용을 첨부한 도면과 함께 상세히 설명하면 아래와 같다. 다만, 첨부된 도면은 요부에 관한 설명의 편의를 위해 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있고, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 방향에 관한 설명은 최초로 제시된 도면으로부터 최초로 제시한 방향을 기준으로 결정되며, 위치에 관한 설명은 각 구성의 중간 또는 원의 중심을 기준으로 내외가 결정된다. 그리고 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 부호나 명칭으로 대체한다.

또한, 도면을 통해 식별할 수 있는 구성의 구체적인 구조, 형상, 모양, 배치, 크기 등과, 도면을 통해 유추할 수 있는 구성의 작동 및 그에 따른 작용 효과 등은 요지를 흐릴 수 있어 상세한 설명을 생략할 수 있고, 구성 간의 결합을 위해 적용되는 볼트, 용접부위, 구멍 등은 요지를 흐릴 수 있어 도면에서 생략할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 전단 장치의 전체 구성을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하형패드 및 냉각장치를 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 하형패드의 평면을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하형패드의 측면을 나타낸 단면 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 전단장치는 가공제품의 하단면 외곽 형상을 갖는 하형패드(200)가 포함된 하금형과, 가공제품의 상단면 외곽 형상을 갖는 상형패드가 상부의 프레스 바디 슬라이드에 장착된 상금형으로 이루어지는 알루미늄 전단장치에 있어서, 상기 상금형 및 하금형과 별도로 구성되는 냉각장치(100)와, 상기 냉각장치(100)와 연결된 하형패드(200)와, 상기 냉각장치와 연결된 상금형의 상형날(300)을 포함하여 이루어진다. 도 1에서는 냉각장치(100) 중 냉각실린더(110)만 도시하였으나, 도 2에서 냉각장치(100)의 상세 구성을 별도로 도시하였다. 그리고, 이하 설명에서 알루미늄 소재를 트림 가공하기 위한 알루미늄 전단장치의 나머지 상세 구성은 공지된 기술이므로 생략한다.

도2, 도3, 도4를 참조하면, 냉각장치(100)는 압축공기를 공급하는 콤프레셔와, 상기 콤프레셔와 연결된 냉각실린더(110)와, 아래에서 설명된 하형패드(200) 및 상형날(300)과 연결된 온도감시장치(120)와, 상기 온도감시장치(120), 냉각실린더(110), 콤프레셔를 제어하는 제어장치(130)를 포함한다. 본 발명에 따른 냉각장치(100)는 도면상 별도의 냉각장치(100)로 구성되어 하형패드(200), 상형날(300)과 연결되어 있으나, 하나의 냉각장치(100)로 구성되어 하형패드(200) 및 상형날(300)과 동시에 연결될 수 있다.

상기 콤프레셔는 엔진 또는 모터의 동력으로 공기를 압축하여 공급하는 통상의 콤프레셔이므로 상세한 설명은 생략한다. 상기 냉각실린더(110)는 내부에서 소용돌이를 발생시켜 콤프레셔에서 공급된 압축공기를 -20도 이하로 냉각한다.

상기한 냉각실린더(110)를 더욱 상세하게 살펴보면, 콤프레셔에서 공급된 압축공기가 압축공기연결부(111)를 통해 냉각실린더(110) 내부로 공급되면 일차로 와류 회전실에 투입되어 1,000,000 RPM으로 초고속 회전을 하게 된다. 이 회전공기는 냉각실린더(110)의 온기배출구(113)쪽으로 향하다가 일부는 조절밸브에 의해 온기배출구(113)를 통해 배출되고, 나머지 공기는 조절밸브에서 회송되어 2차 와류를 형성하면서 냉각채널연결부(112)쪽으로 나가게 되는데, 이때 2차 와류의 흐름은 1차 와류 흐름의 안쪽에 있는 낮은 압력 지역을 통과하면서 열량을 잃고 냉각채널연결부(112)쪽으로 항하게 되고, 상기한 차가워진 공기는 냉각채널연결부(112)를 통해 하형패드(200) 및 상형날(300)로 공급된다.

회전하는 두 개의 흐름(동일방향, 동일 각속도 회전)에 있어서, 내부 흐름의 공기 입자는 바깥 흐름의 공기 입자와 1회전하는 시간이 동일(동일 각속도)하므로 실제 운동속도는 바깥 흐름보다 낮다. 이 운동 속도의 차이는 운동에너지가 줄었음을 의미하며, 이 상실된 에너지는 열로 변환되어 바깥 흐름의 공기온도를 상승시키고 내부 흐름은 더욱 더 온도가 내려간다. 이러한 냉각실린더(110)의 작동 원리는 공지된 기술이므로 이하 더욱 상세한 설명은 생략한다.

온도감시장치(120)는 하형패드(200) 및 상형날(300)의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어장치(130)로 송출하여 제어장치(130)가 콤프레셔 및 냉각실린더(110)를 제어하도록 한다. 이러한 온도감시장치(120) 및 이와 연결된 제어장치(130)는 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

도2, 도3, 도4를 참조하면, 하형패드(200)는 내부에 중공 형성된 패드냉각채널(210)과, 상기 패드냉각채널(210)과 연결되며 하형패드(200)의 상면 방향으로 통공 연결된 소재냉각배출구(230)와, 상기 패드냉각채널(210)과 연결되며 하형패드(200)의 외부와 통공 연결된 패드냉기배출구(220)를 포함한다. 즉, 상기 패드냉각채널(210)의 일측은 냉각실린더(110)의 냉각채널연결부(112)와 연결되고, 패드냉각채널(210)의 타측은 패드냉기배출구(220)와 연결되며, 패드냉각채널(210)의 상부는 소재냉각배출구(230)와 연결되는 것이다.

상기 패드냉각채널(210)에는 냉각실린더(110)의 냉각채널연결부(112)를 통해 공급된 -20도 이하의 냉기가 공급되어 하형패드(200)의 온도를 하강시킨다. 상기 패드냉각채널(210)로 공급된 냉기의 일부는 소재냉각배출구(230)로 배출되어 하형패드(200)에 안착된 알루미늄 소재를 냉각시키고, 이러한 냉각 작용을 통해 알루미늄 전단 공정시 연성 부족으로 인한 취성 파단을 방지하여 칩 및 버어 발생을 방지한다. 상기와 같이 하형패드(200)로 공급된 냉기는 하형패드(200) 및 알루미늄 소재를 냉각시킨 후, 패드냉기배출구(220)를 통해 하형패드(2100) 외부로 배출된다.

본 발명에 따른 패드냉각채널(210)은 첨부된 도면의 형상을 반드시 따를 필요는 없으며, 하형패드(200)의 형상, 두께 및 필요에 따라 변형이 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 상형날 및 냉각장치를 나타낸 예시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 알루미늄 전단장치의 상형날(300)은 상형날(300) 내부로 중공 형성된 상형날냉각채널(310)과, 상기 상형날(300) 외부와 통공 형성된 상형날냉기배출구(320)를 포함한다. 도 5에서는 냉각장치(100) 중 냉각실린더(110)만 도시하였으나, 이하 설명에서의 냉각장치(100)는 먼저 설명한 냉각장치(100)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 상형날냉각채널(310)의 일측은 냉각실린더(110)의 냉각채널연결부(112)와 연결되고, 상형날냉각채널(310)의 타측은 상형날냉기배출구(320)와 연결된다. 또한, 본 발명에 따른 냉각장치(100)와 상형날(300)은 상호 직접 연결될 수 있고, 상금형의 다른 부분을 거쳐 연결될 수 있다.

상기 상형날냉각채널(310)에는 냉각실린더(110)의 냉각채널연결부(112)를 통해 공급된 -20도 이하의 냉기가 공급되어 상형날(300)의 상승된 온도를 하강시킨 후, 상형날냉기배출구(320)로 배출되어 알루미늄 전단 공정시 절단되는 알루미늄 소재의 일부가 상형날(300)에 소착되는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 상형날냉각채널(310)은 첨부된 도면의 형상을 반드시 따를 필요는 없으며, 상형날(300)의 형상, 두께 및 필요에 따라 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 알루미늄 전단장치는 상형날(300)의 냉각을 통해 상형날(300)의 온도를 40도 이하로 유지하여 알루미늄 소재 일부가 상형날(300)에 소착되는 것을 방지하고 이로 인해 상형날(300)의 내구성을 향상시키며, 하형패드(200) 및 알루미늄 소재를 냉각시켜 알루미늄 트림 공정시 제품의 버어 ±0.5mm 이하, 치수 정밀도 ±0.5mm 이하, 형상 정밀도 ±0.5mm 이하, 구멍 공차 ±0.5mm 이하 및 칩 발생을 최소화하여 제품의 품질을 향상시키고 불량률을 저하시킨다.

이상의 본 발명은 본 발명이 추구하고자 하는 구성의 원리와 그 원리의 이해를 돕고자 본 발명의 구성과 그 구성에 포함되는 구체적인 구성요소를 도면화하고, 그 도면을 기반으로 하여 설명을 한 것이며, 본 발명에 포함되는 구성 및 그 구체적인 구성요소는 추구하고자 하는 원리를 감안하여 구조, 형태, 모양, 배치, 방향, 수량이 결정되며 이를 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 본 발명에서 제시한 구성 및 그 구체적인 구성요소는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에서 얻고자 하는 효과와 그 효과로부터 더 나은 효과를 얻기 위해 어떠한 원리를 적용하는 것이 가장 바람직한 것인지를 예시한 것이다. 이에 따라서 본 발명은 위에서 기재한 구성들을 모두 포함하여 본 발명을 완성하는 것이 가장 바람직하나, 원가절감, 제조의 편의성, 환경조건 또는 필요에 따라 상기에서 설명한 구성 중 일부를 선택 또는 배제하여 완성할 수 있고, 하나 또는 하나 이상의 구성을 따로 떼어내어 다른 구성과 병합하여 완성할 수도 있다. 그리고 상기에서 설명한 각 구성은 원리, 용도, 기능, 역할, 작용, 효과 등을 감안하여 이 기술분야가 아닌 다른 기술분야에 독립적으로 적용될 수도 있을 것이다. 이를 기반으로 하여 본 발명의 권리범위는 아래와 같이 본 발명의 청구항을 가능한 포괄하는 범위로 특정하여 권리범위가 넓은 순서대로 청구할 수 있을 것이다.

100: 냉각장치 110: 냉각실린더
111: 압축공기연결부 112: 냉각채널연결부
113: 온기배출구 120: 온도감시장치
130: 제어장치 200: 하형패드
210: 패드냉각채널 220: 패드냉기배출구
230: 소재냉각배출구 300: 상형날
310: 상형날냉각채널 320: 상형날냉기배출구

Claims (2)

1. 가공제품의 하단면 외곽 형상을 갖는 하형패드(200)가 포함된 하금형과, 가공제품의 상단면 외곽 형상을 갖는 상형패드가 상부의 프레스 바디 슬라이드에 장착된 상금형으로 이루어지는 알루미늄 전단장치에 있어서;
   상기 상금형 및 하금형과 별도로 구성되는 냉각장치(100)와;
   상기 냉각장치(100)와 연결된 하형패드(200)와;
   상기 냉각장치(100)와 연결된 상금형의 상형날(300)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 전단장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   냉각장치(100)는 압축공기를 공급하는 콤프레셔와, 상기 콤프레셔와 연결된 냉각실린더(110)와, 하형패드(200) 및 상형날(300)과 연결된 온도감시장치(120)와, 상기 온도감시장치(120), 냉각실린더(110), 콤프레셔를 제어하는 제어장치(130)를 포함하고;
   하형패드(200)는 내부에 중공 형성된 패드냉각채널(210)과, 상기 패드냉각채널(210)과 연결되며 하형패드(200)의 상면 방향으로 통공 연결된 소재냉각배출구(230)와, 상기 패드냉각채널(210)과 연결되며 하형패드(200)의 외부와 통공 연결된 패드냉기배출구(220)를 포함하며;
   상형날(300)은 상형날(300) 내부로 중공 형성된 상형날냉각채널(310)과, 상기 상형날 외부와 통공 형성된 상형날냉기배출구(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 전단장치.

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