정밀한 곡선 성형이 가능한 멀티 포밍기{Multi forming machine capable of forming curved line shape}
본 발명은 정밀한 곡선 성형이 가능한 멀티 포밍기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬라이드 방식의 휴대폰 단말기에 사용되는 힌지 스프링 등과 같은 부품의 곡선 가공시 보다 정밀하고 용이하게 곡선을 가공하는 멀티 포밍기에 관한 것이다.
일반적으로 멀티 포밍기는 첨단 정밀 부품을 가공하는 설비로서, 방사상으로 일정한 간격을 두고 배치되는 다수의 펀치를 이용하여 1회 또는 수회 서로 다른 부위에서 다양한 각도로 절곡을 수행하는 방식으로 이루어져 있으며, 여러 가지 모양의 자동차 부품, 휴대폰 부품, 컴퓨터 부품 등을 생산하는데 널리 사용되고 있다. 이러한 멀티 포밍기는 띠 형상의 금속판 소재를 공급하는 수단, 공급되는 금속판 소재를 곧게 펴주는 수단, 곧게 펴진 금속판 소재를 만들고자 하는 치수로 설정하여 프레스나 펀치로 이송하는 수단, 금속판 소재에 홈 및/또는 구멍 등을 형성하는 프레스, 또는 방사상으로 배치되는 다수 개의 펀치로 금속판 소재를 수차례 포밍시키는 포밍기 등을 포함하는 형태로 이루어진다. 한편, 휴대폰 단말기는 외형이나 작동타입에 따라 보통 플립 방식, 폴더 방식, 슬라이드 방식으로 구분되는데, 이 중 슬라이드 방식의 휴대폰 단말기에는 단말기 슬라이드 작동을 위한 힌지 스프링이 구비되며, 이러한 힌지 스프링의 경우 부품의 소형화, 복잡성, 정밀성, 대량 생산성 등을 요구하는 최근의 상황에 따라 대부분 멀티 포밍기를 사용하여 생산하고 있는 추세이다. 상기 휴대폰 단말기에 사용되는 힌지 스프링은 여러 다양한 형태가 제시되어 있으며, 보통 원형, 정사각형, 직사각형 등과 같은 작은 직경의 단면을 갖는 금속 와이어를 소정의 형상으로 성형한 형태로 제작된다. 최근 들어 점차 슬림화되어가는 휴대폰 단말기의 경향에 맞춰 힌지 스프링의 경우에도 두께 증가의 문제점을 해소하기 위하여 최근에 단층 곡선 스프링이 널리 사용되고 있으며, 이러한 단층 곡선 스프링에는 한쪽 또는 양쪽 끝에 곡선 형상으로 성형되는 연결부위가 마련된다. 이와 같은 힌지 스프링 등과 같은 부품의 곡선 성형을 위하여, 종래에는 멀티 포밍기에서 곡선의 가공시에 직선으로 전후진 하는 펀치를 이용하여 곡선을 가공하게 되는데, 이 경우 펀치로 여러 번 두들겨서 곡선 형상으로 가공을 하기 때문에 정밀한 곡선 형상, 즉 완전한 곡선 형상으로 가공하는데 한계가 있고, 정밀도 또한 떨어지는 문제점이 있으며, 그리고 각 부품의 가공시마다 곡선의 라운드가 상이한 문제점이 있다. 특히, 휴대폰 단말기의 힌지 스프링의 경우에는 스프링 탄성을 증대시키기 위해 다수의 힌지 스프링을 서로 겹쳐서 사용하고 있다. 이때, 고정핀이 체결되는 양 끝단의 라운드 형상의 연결부위를 동일 평면상에 겹쳐서 용접을 하게 되는데, 종래에 펀치로 가공하는 경우에는 정확한 곡선 형상이 이루어지지 않아 겹쳐 있는 부분에 틈새가 생기는 오차가 발생하는 문제점이 있다. 종래와 같이 다수의 펀치로 여러 번 두들겨서 성형하는 방식의 경우, 펀치 수가 많이 필요한 단점이 있고, 1겹의 곡선을 가공하는 것이 불가능한 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 곡선 형상이 필요한 부품의 가공시 툴 내부로 공급되는 선재를 피니언 등과 같은 회전하는 수단에 물려 둥글게 말아주는 메카니즘으로 선재를 곡선 형상으로 가공하는 새로운 곡선 성형 방식을 구현함으로써, 완전한 곡선 형상을 정밀하게 가공할 수 있고, 반복적인 가공시에도 항상 일정한 품질을 확보할 수 있는 등 부품의 품질 향상을 도모할 수 있는 정밀한 곡선 성형이 가능한 멀티 포밍기를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 부품에 대한 곡선 형상 가공과 연계되어 작동하는 아크 형상 가공을 위한 툴 수단을 구비하여, 곡선 형상과 더불어 아크 형상 가공을 일괄적으로 수행하는 새로운 복합 성형 방식을 구현함으로써, 정밀성이 요구되는 소형 부품을 효과적으로 생산할 수 있는 등 완제품 생산 단가를 낮출 수 있고, 부품의 생산 효율을 높일 수 있는 정밀한 곡선 성형이 가능한 멀티 포밍기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 멀티 포밍기는 툴 내부로 공급되는 선재의 단부를 곡선 형상으로 둥글게 말아주는 수단으로서, 선재의 한쪽면에 밀착되면서 회전을 통해 선재를 가압하는 가압용 돌기와 이 가압용 돌기의 가압에 대응하여 내측에서 선재를 지지하는 동시에 가압시 선재의 말림을 유도하는 지지용 핀을 가지는 회전 부재와, 상기 회전 부재를 회전시켜주는 구동 부재를 포함하는 형태로 이루어져 있으며, 상기 회전 부재로 선재의 단부를 물고 회전하면서 둥글게 말아줌으로써, 선재의 단부를 완전한 곡선 형상을 정밀하게 가공할 수 있는 것이 특징이다. 여기서, 상기 회전 부재와 구동 부재는 랙-피니언 운동을 수행하면서 선재의 곡선 형상을 가공하는 랙과 피니언의 조합으로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 멀티 포밍기에는 선재의 길이 중간 구간의 상부에 위치되는 아크 성형용 다이 및 하부에 위치되면서 전후진 운동하는 좌우 대칭형의 한쌍의 아크 성형용 펀치로 구성되는 아크 형상 가공을 위한 수단을 더 마련하여, 선재에 대한 곡선 성형과 아크 성형이 한 공정 내에서 순차적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 멀티 포밍기는 다음과 같은 장점을 제공한다. 첫째, 툴 내부로 공급되는 선재를 랙과 피니언의 조합, 또는 서모모터와 피니언의 조합을 이용하여 피니언을 회전시키면서 선재를 물어서 둥글게 말아주는 방식으로 가공을 함으로써, 선재를 완전한 곡선 형상으로 가공할 수 있으며, 매가공시 마다 항상 일정한 품질을 확보할 수 있는 등 우수한 품질의 부품을 생산할 수 있는 장점이 있다. 둘째, 휴대폰 단말기에서 여러 개의 힌지 스프링을 서로 겹쳐서 사용하는 경우에도 각각이 정확한 곡선 형상을 이룸으로써, 틈새 발생이 없는 정확한 품질의 부품을 얻을 수 있는 장점이 있다. 셋째, 한 공정에서 곡선 형상과 아크 형상을 연계하여 일괄적으로 가공함으로써, 정밀성이 요구되는 소형 부품을 효과적으로 생산할 수 있으며, 따라서 완제품 생산 단가를 낮출 수 있고, 부품의 생산 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기의 전체적인 구조를 나타내는 정면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기의 포밍부의 전체적인 구조를 나타내는 정면도
도 3a,3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기에서 곡선과 아크 가공을 위한 랙과 피니언 어셈블리를 나타내는 사시도
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기를 이용하여 휴대폰 단말기에 사용되는 힌지 스프링의 곡선 형상과 아크 형상이 가공되는 과정을 보여주는 개략도
도 5a,5b,5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기에서 곡선 가공 순서를 나타내는 개략적인 정면도
도 6a,6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기에서 아크 가공 순서를 나타내는 개략적인 정면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 구현 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기의 전체 구조를 도시한 개념도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기의 포밍부의 전체적인 구조를 나타내는 정면도이고, 도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기에서 곡선과 아크 가공을 위한 랙과 피니언 어셈블리를 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예 따른 멀티 포밍기는 기본적으로 재료의 공급을 위한 공급부(1), 재료를 곧게 펴주기 위한 레벨부(2), 재료에 압력을 가해 압연하기 위한 압연부(3), 재료를 정해진 치수만큼 이송시키기 위한 피딩부(4), 재료를 프레스 가공하기 위한 프레스부(5), 재료를 원하는 형상으로 포밍하기 위한 포밍부(6) 등을 포함한다. 여기서 상기 포밍부(6)는 도 2와 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같이, 상기 멀티 포밍기는 회전 부재(12)와 구동 부재(13)를 이용하여 툴 내부로 공급되는 선재의 단부를 곡선 형상으로 둥글게, 예를 들면 원 모양으로 말아주는 가공을 수행하는 설비로서, 상기 구동 부재(13)의 작동에 의한 회전 부재(12)의 회전을 통해 선재의 단부를 가압하면서 둥글게 말아주는 가공 메카니즘을 갖는다. 상기 포밍 수단에는 툴 본체(20)가 마련되며, 상기 툴 본체(20)에는 각종 성형을 위한 다수의 툴이 구비된다. 또한, 상기 툴 본체(20)의 중심부에는 부품에 대한, 예를 들면 선재(23)에 대한 곡선 성형 가공을 위한 홀더 블럭(17)이 설치되고, 이때의 홀더 블럭(17)은 선재(23)의 공급 방향과 나란한 수평자세를 갖게 된다. 상기 홀더 블럭(17)은 후술하는 회전 부재(12) 등을 지지하는 수단으로서, 블럭 양편에는 옆쪽으로 개방되고 수직으로 통하는 홈부 형태의 랙/피니언 설치부(18)가 마련되어 있다. 상기 선재(23)를 회전시켜주기 위한 수단으로 회전 부재(12)가 마련되는데, 이때의 회전 부재(12)의 일 예로서 피니언을 적용할 수 있다. 상기 피니언은 부싱(19)에 끼워진 채로 홀더 블럭(17)의 랙/피니언 설치부(18) 내에 위치되고, 홀더 블럭(17)을 관통하는 부싱(19)을 축으로 하여 부싱(19)과 함께 회전가능한 구조로 설치된다. 그리고, 상기 피니언이 설치되어 있는 랙/피니언 설치부(18)에는 피니언을 회전시켜주기 위한 구동 부재(13)로서 랙이 수직으로 설치되고, 이때의 랙은 피니언과 맞물리게 된다. 이에 따라, 상기 랙이 상하로 움직이면 기어 전동에 의해 피니언이 회전될 수 있게 된다. 이러한 랙과 피니언의 조합은 홀더 블럭(17)의 양쪽 랙/피니언 설치부(18)에 각각 한 쌍씩 배치되는 형태로 선재(23)의 양쪽 단부 위치에 구비될 수 있고, 이때의 각 쌍의 랙과 피니언 조합이 동시에 작동함에 따라 선재(23)의 양단에 동시에 곡선 형상을 가공할 수 있게 된다. 물론, 이때의 랙과 피니언 조합은 한 쌍이 선재(23)의 한쪽 단부 위치에 구비되어, 선재(23)의 한 쪽 단부에 대해서만 곡선 형상을 가공할 수도 있다. 이때, 한 쌍의 랙은 서로 등을 지고 배치되어 바깥쪽의 치형 부분을 통해 피니언과 맞물리게 되고, 이에 따라 양쪽의 피니언이 서로 반대 방향으로 회전되므로서, 선재(23)의 단부에 성형되는 곡선 형상은 대칭 형상으로 가공될 수 있게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 피니언을 회전시켜주는 구동 부재(13)로서 상기 한 쌍의 랙은 각 단부가 툴 본체(20)에 마련되어 재료를 포밍하기 위해 방사상으로 설치된 다수의 툴 중에서 상부 중앙에 설치되어 상하 직선 왕복 운동하는 상부 중앙 성형 툴(25)에 결합되어, 이 상부 중앙 툴(25)의 상하 직선 왕복 운동과 연동하여 상하로 구동되는 것이다. 여기서, 랙의 상하 운동을 담당하는 구동 매체인 상부 중앙 성형 툴(25)을 포함한 전체 성형 툴 대한 각각의 전, 슬라이딩 동작은 본 발명이 속하는 멀티 포밍기에서 널리 사용되는 수단으로 각 성형 툴 마다 배속된 캠의 회전을 이용하여 성형 툴을 전진시키고 스프링의 복원력에 의해 복귀되도록 하는 구동 수단을 이용하는 것으로, 이러한 구동 수단은 한국등록특허공보 등록번호 제10-461686호 등에 자세히 기재되어 있으므로 여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 실질적으로 곡선 형상(21)의 가공을 수행하기 위하여, 툴 내부로 공급되는 선재(23)의 한쪽면, 예를 들면 선재(23)의 바깥쪽면에 밀착되어 자신이 회전하면서 선재(23)를 가압하는 가압용 돌기(10)가 마련되고, 이 가압용 돌기(10)와 짝을 이루면서 상호 협력하여 가압용 돌기(10)에 의한 가압시 선재 내측에서 선재(23)를 지지하는 동시에 선재의 말림을 유도하는 지지용 핀(11)도 마련된다. 이때, 상기 가압용 돌기(10)는 부싱(19)의 단부에 앞쪽으로 돌출되는 형태로 형성되고, 상기 지지용 핀(11)은 부싱(19)의 축선을 따라 결합되는 형태로 장착되면서 부싱(19)의 단부로부터 일정길이 연장되며, 이러한 가압용 돌기(10)와 지지용 핀(11) 간에는 선재(23)가 지나갈 수 있는 간격이 조성된다. 이에 따라, 툴 내부로 공급되는 선재(23)의 단부가 가압용 돌기(10)와 지지용 핀(11) 사이에 끼워진 형태로 위치된 상태에서 피니언이 회전을 하게 되면, 이와 함께 회전하는 부싱(19)의 가압용 돌기(10)가 부싱 축선을 기준하여 원을 그리면서 회전하게 되고, 결국 이렇게 회전하는 가압용 돌기(10)가 선재(23)의 선재(23)의 바깥쪽면을 가압함과 동시에 내측에서는 선재(23)의 안쪽면이 지지용 핀(11)의 외주면에 의해 받쳐지면서 굽힘이 유도되므로, 선재(23)의 단부는 지지용 핀(11)의 모양대로 둥글게 말리면서 곡선 형상으로 가공된다. 이때, 가압용 돌기(10)가 형성된 부싱(19)의 반대측 단부는 툴 본체(20)의 후방에 마련된 캠(미도시)에 연결되어 캠의 회전에 따라 전후 슬라이딩한다. 한편, 본 발명에서는 선재(23)의 단부에 대한 곡선 형상(21)의 가공과 더불어 선재(23)의 길이 중간 구간에 소정의 형상으로 이루어지는 아크 형상(22)을 가공할 수 있는 수단을 제공한다. 이를 위하여, 상기 툴 본체(20)에 설치되어 있는 홀더 블럭(17)의 전면에는 소정의 형상, 예를 들면 2개의 호(弧)가 좌우 대칭으로 배치되는 형상을 갖는 아크 성형용 다이(14)가 돌출 형성되고, 이렇게 형성되는 아크 성형용 다이(14)는 툴 내부로 공급된 선재(23)의 길이 중간 구간의 상부에 위치하게 된다. 그리고, 상기 툴 본체(20)의 하부에는 아크 성형용 다이(14)의 형상에 대응하는 형상의 단부를 갖는 좌우 대칭형의 한쌍의 아크 성형용 펀치(15)가 설치된다. 이때의 상기 아크 성형용 펀치(15)는 아크 성형용 다이(14)가 있는 쪽으로 전진, 또한 초기 위치로 복귀되는 후진 작동이 가능하게 되고, 이러한 아크 성형용 펀치(15)의 작동을 위한 구동 매체은 상기 랙을 구동시켜주는 수단과 마찬가지로 캠의 회전을 이용하여 위로 올려주고 스프링의 복원력에 의해 아래로 복귀되도록 하는 공지의 구동 매체 등을 이용할 수 있다. 여기서, 미설명 부호 24는 선재(23)에 대한 곡선 및 아크 형상 성형시에 선재를 잡아주는 기준 툴을 나타낸다. 이에 따라, 랙과 피니언 또는 피니언과 서보 모터의 작동을 이용하여 선재(23)에 대한 곡선 형상(21)의 가공을 완료한 후, 계속해서 한쌍의 아크 성형용 펀치(15)가 전진 작동하여 선재(23)의 길이 중간 부분을 가압하면, 이때의 선재(23)는 그 윗쪽의 아크 성형용 다이(14) 내에 펀치에 의해 눌려서 들어가게 되므로, 선재(23)의 길이 중간 부분에는 소정의 형상을 갖는 아크 형상(22), 예를 들면 2개의 호(弧)가 좌우 대칭으로 배치되는 형상이 성형될 수 있다. 이와 같이, 선재(23)에 대한 곡선 성형 가공과 아크 성형 가공을 연계하여 한 공정 내에서 순차적으로 수행함으로써, 부품의 생산 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 툴 본체(20)의 일측에는 구동 수단(미도시)에 의해 상하 작동하는 커터(16)가 마련되며, 이때의 커터(16)는 선재(23)를 원하는 길이로 절단하는 역할을 하게 된다. 예를 들면, 상기 커터(16)는 툴 내부로 공급되는 선재(23)의 진입 구간에 설치되고, 선재(23)가 툴 내부로 어느 정도의 길이로 진행되면, 이때 커터(16)가 작동하여 선재(23)를 설정된 길이에 맞게 절단하게 된다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기를 이용하여 휴대폰 단말기에 사용되는 힌지 스프링의 곡선 형상과 아크 형상이 가공되는 과정을 보여주는 개략도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 힌지 스프링의 소재로 사용되는 선재에 곡선 형상과 아크 형상을 가공하는 과정을 보여준다. 먼저, 선재(23)는 커터에 의해 일정길이로 절단되고, 이렇게 절단된 선재(23)의 양쪽 단부에는 곡선 형상(21)이 가공된다. 상기 선재(23)의 양단부에 곡선 형상 가공이 완료된 후에는 선재(23)의 길이 중간 부분에 대한 아크 형상(22)의 가공이 이루어지고, 결국 최종적으로 완성되는 힌지 스프링은 양쪽의 곡선 형상(21)과 길이 중간 부분의 아크 형상(22)을 가지게 된다. 따라서, 이와 같이 구성되는 멀티 포밍기를 이용하여 선재를 가공하는 상태를 살펴보면 다음과 같다. 도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기에서 곡선 가공 순서를 나타내는 개략적인 정면도이다. 도 5a 내지 5c에 도시한 바와 같이, 툴 내부로 선재(23)가 설정된 길이만큼 공급되면, 커터(16)에 의해 선재(23)가 절단된다. 이때의 선재(23)는 홀더 블럭(17)의 전면에서 수평자세로 유지되고, 그 양쪽 단부는 가압용 돌기(10)와 지지용 핀(11) 사이에 끼워진 상태가 된다. 이 상태에서 상부 중앙 성형툴(25)의 하강에 의해 랙이 하강하게 되면 피니언이 회전되고, 이와 함께 피니언 축에 관통 결합되어 있는 부싱(19) 또한 회전하게 되며, 이때부터 부싱(19)에 있는 가압용 돌기(10)가 선재 단부를 지지용 핀(11)측으로 가압하면서 원호를 그리면서 회전하게 되므로, 결국 선재 단부가 둥글게 말리면서 곡선 형상(21)으로 만들어지게 되는 것이다. 이러한 곡선 형상(21)의 가공 후에 둥글게 말린 선재의 단부가 가압용 돌기(10)에 결려있는 상태에서 후술하는 아크 가공 등을 하게 되면 선재의 가공된 곡선 형상이 훼손되기 때문에 부싱(19)은 후공정인 아크 가공 등과 간섭이 일어나지 않도록 곡선 형상 완료 후에 툴 본체(20)의 후방에 마련된 캠의 작동에 의해 뒤로 후퇴하게 된다. 도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포밍기에서 아크 가공 순서를 나타내는 개략적인 정면도이다. 도 6a 및 6b에 도시한 바와 같이, 선재(23)의 단부에 대한 곡선 형상(21)의 가공이 완료되면, 계속해서 선재(23)의 길이 중간 부분에 대한 아크 형상(22)의 가공이 진행된다. 예를 들면, 랙과 피니언이 모두 제위치로 복귀된 상태에서 아래쪽의 아크 성형용 펀치(15)가 윗쪽으로 전진하면, 선재(23)의 길이 중간 부분은 아크 성형용 펀치(15)에 의해 가압되면서 그 윗쪽의 아크 성형용 다이(14) 내로 밀려 들어가게 되고, 따라서 선재(23)의 길이 중간 부분은 펀치와 다이가 만들어내는 형상에 상응하는 아크 형상(22)으로 성형된다. 즉, 선재(23)의 길이 중간 부분이 아크 성형용 펀치(15)와 아크 성형용 다이(14) 내에 형합되면서 소정의 아크 형상(22)이 만들어지게 되는 것이다. 이와 같이, 본 발명의 멀티 포밍기에서는 랙이나 서보 모터를 구동원으로 하는 피니언 등과 같은 회전 부재를 이용하여 선재 단부를 둥글게 말아주는 방식으로 선재의 곡선 형상을 가공함으로써, 선재의 단부를 완전한 곡선 형상을 정밀하게 가공할 수 있으며, 또 한 공정 내에서 곡선 형상과 아크 형상 가공을 일괄적으로 수행함으로써, 부품의 생산 효율을 크게 높일 수 있다.
10 : 가압용 돌기 11 : 지지용 핀
12 : 회전 부재 13 : 구동 부재
14 : 아크 성형용 다이 15 : 아크 성형용 펀치
16 : 커터 17 : 홀더 블럭
18 : 랙/피니언 설치부 19 : 부싱
20 : 툴 본체 21 : 곡선 형상
22 : 아크 형상 23 : 선재
24 : 기준 툴 25 : 상부 중앙 성형 툴 |
