하이드로 포밍 장치{A HYDRO-FORMING SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이드로 포밍 장치의 측 단면 구성도이다.

도 2는 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이드로 포밍 성형 장치의 각 단계별 작동 상태도이다.

본 발명은 하이드로 포밍 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 튜브재의 하이드로 포밍 성형과 함께, 그 성형부 일측에 피어싱 가공을 동시에 수행할 수 있도록 하는 하이드로 포밍 장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이드로 포밍(HYDRO-FORMING)은 상온(10℃~30℃)에서 액압(hydraulic pressure)을 이용하여 튜브재(관재)를 확관 성형하는 기계 판금의 특수 가공법 중의 하나로써, 자동차 산업 등에서 프론트 사이드 멤버류와 같이 크고 작은 단품패널의 조합으로 이루어지는 프레스 생산품의 경량화 및 성형 원가의 절감에 효과가 크다.

상기한 바와 같은 하이드로 포밍(HYDRO-FORMING)에 적용되는 튜브재에 있어서도, 경량화를 위하여 최근 철계 소재를 대신하여 고강도의 알루미늄 합금이 많이 사용되며, 이러한 고강도의 알루미늄 합금의 경우, 상온에서의 성형성은 철계 소재에 비하여 떨어지나, 성형 전에 연화처리를 통하여 성형성을 확보한 후, 단계별 액압 성형을 이루며, 제품으로 성형된 후에는 강화열처리를 통하여 그 강성을 확보하 고 있다.

이와 같은 하이드로 포밍 성형법은 먼저, 하이드로 포밍 장치의 하형 상에 상기 튜브재를 로딩하고, 상형과 하형이 합형된 상태에서, 상기 튜브재의 양단에 각각 배치되는 축방향 공급장치에 의해 엑츄얼 펀치가 상기 튜브재의 양단을 향하여 진행되어 시일링(sealing)과 동시에, 축압(axial compress)을 가하여 금형의 합형 및 엑츄얼 펀치의 장착을 완료하게 된다.

이와 같은 상태로 상기 엑츄얼 펀치는 자체 축압과 함께, 상기 튜브재 내부로 액압을 공급하여 내부에서 상형과 하형에 각각 형성된 성형면을 따라 상기 튜브재를 확관 성형시킴으로써, 액압 성형을 이루게 된다.

그런데, 상기한 종래의 하이드로 포밍 장치는 단순히 튜브재를 액압에 의해 정해진 형상으로 확관 성형하기 위한 것으로, 성형이 완료된 튜브재의 성형부 일측에 웰드너트 등의 용접하기 위한 홀이나 공정 상에서 지그에 클램핑하기 위한 규제홀 등이 필요한 경우, 종래 하이드로 포밍 장치를 통하여 액압 성형을 완료한 후, 다시 별도의 피어싱 프레스 장치에서 그 성형부 일측에 대하여 홀을 가공하는 피어싱 성형공정이 추가로 요구되며, 이로 인해 추가 금형 제작비의 발생 및 가공시간의 증가로 제작단가를 상승시키는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이드로 포밍 금형 내부에 유압에 의해 작동하는 피어싱유닛을 추가 구성하여 액압 성형된 튜브재의 성형부 일측에 대하여 피어싱 성형을 한번에 수행할 수 있도록 하는 하이드로 포밍 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이드로 포밍 장치는 상형다이와 하형다이에 각각 장착되며, 일측에 확관 성형을 위한 성형면을 형성하여 튜브소재의 상하부에서 이를 가압하는 상형 및 하형과; 상기 튜브소재의 양단에서 엑츄얼 펀치를 통하여 축방향으로 이를 가압하여 축압을 제공함과 동시에, 확관을 위한 액압을 제공하는 양측 액압 실린더를 포함하는 하이드로 포밍 장치에 있어서,

상기 상형의 내부 일측에 구성되어 상기 튜브소재의 액압 성형 후, 그 확관 성형부 일측에 대하여 피어싱 펀치로 홀을 가공하며, 동시에 튜브재 내부의 고압의 액압을 배출할 수 있도록 하는 피어싱유닛을 포함하다.

상기 피어싱유닛은 상기 상형의 상단에서부터 그 성형면 일측까지 관통된 장착홀을 형성하고, 상기 장착홀에 작동로드를 끼운 상태로 상기 상형의 상단에 하향하여 장착되는 펀치실린더; 상기 장착홀의 내부에 끼워진 상태로, 상기 펀치실린더의 작동로드 선단에 상단을 통하여 나사 체결되며, 내부에는 하단과 외주면 일측을 연결하는 액압 배출홀을 형성하는 피어싱 펀치; 상기 피어싱 펀치의 내부에 구성되어 상기 액압 배출홀을 통하여 킥킹핀이 하단으로 돌출되어 스크랩을 킥킹하는 킥 킹수단; 상기 피어싱 펀치의 피어싱 작동 시, 상기 피어싱 펀치의 외주면 상의 액압 배출홀과 일치되도록 상기 상형의 장착홀 내주면 일측에서부터 그 상단 일측까지 상형의 내부에 형성되는 배출유로; 상기 상형의 상단에서 배출유로에 소켓을 통하여 일단이 연결되고, 타단은 액압탱크로 연결되는 배출호스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 펀치실린더는 그 작동압을 유압으로 하는 유압실린더로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 펀치실린더의 작동로드와 상기 피어싱 펀치의 나사 체결구조는 상기 피어싱 펀치의 상부에 외주면을 따라 나사산을 형성하고, 상기 작동로드의 하단 내측에 나사홀을 형성하여 상호 체결되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 킥킹수단은 상기 피어싱 펀치의 상단 중앙에 스프링 홈을 형성하고, 상기 스프링 홈과 액압 배출홀 사이에는 핀 홀을 형성하여 상호 연결하며, 상기 스프링 홈과 핀 홀 및 액압 배출홀을 통하여 삽입되어 하단 일부가 상기 피어싱 펀치의 하단으로 돌출되며, 상단에는 상기 스프링 홈에 걸리도록 리테이너를 일체로 구성하는 킥킹핀; 상기 스프링 홈에 삽입된 상태로 일단이 상기 리테이너에 지지되고, 타단은 상기 피어싱 펀치와 체결되는 펀치실린더의 작동로드 단부에 지지되는 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 핀 홀은 그 직경이 스프링 홈의 직경 및 액압 배출홀의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스프링은 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 배 출호스는 플랙스블한 고압튜브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이드로 포밍 장치의 측 단면 구성도로써, 본 발명의 실시예에 따른 하이드로 포밍 장치의 구성을 살펴보면, 상기 도 1에서와 같이, 프레스 장비(미도시)의 하부에서 하형다이(2)에 장착되는 하형(1)과 그 상부에서 프레스 장비(미도시)에 의해 하부로 진행하여 상기 하형(1)과 함께 튜브재(3; 도 2참조)를 가압하여 지지하도록 상형다이(4)에 장착되는 상형(5)이 구비된다.

그리고 상기 튜브재(3)의 양단에 대응하여 상기 하형(1)의 양측부에는 각각 좌,우측 액압 실린더가(7,9)가 각각 엑츄얼 펀치(11,13)를 장착한 상태로 배치되어 상기 튜브재(3)의 양단에 상기 엑츄얼 펀치(11,13)를 끼워 각각 축방향으로 축압(axial compress) 및 액압을 공급할 수 있도록 이루어진다.

여기서, 상기 상형(5) 및 하형(1)은 각 하부 및 상부 단면상에 확관 성형할 확관부(H)를 갖는 성형면(15,17)을 형성하며, 상기 양측의 엑츄얼 펀치(11,13)는 상기 양측 액압 실린더(7,9)의 각 작동로드(19,21) 선단에 체결된다.

또한, 상기 양측의 엑츄얼 펀치(11,13) 중에서, 좌측의 엑츄얼 펀치(11)는 그 몸체부 내부에 액압 토출구(23)를 형성하여 상기 튜브재(3) 내부에 액압을 공급할 수 있도록 구성된다.

이러한 하이드로 포밍 장치의 상기 상형(5)에는 그 내부 일측에 상기 튜브재(3)의 액압 성형 후, 그 확관 성형부 일측에 대하여 피어싱 펀치(31)로 홀을 가공 함과 동시에, 튜브재(3) 내부의 고압의 액압을 피어싱 펀치(31) 내부의 액압 배출홀(33)을 통하여 액압탱크(TK)로 배출할 수 있도록 하는 피어싱유닛(30)이 구성된다.

이러한 피어싱유닛(30)의 구체적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 상형(5)의 상단에서부터 그 성형면(15) 일측까지 관통된 장착홀(35)을 형성한다.

여기서, 상기 장착홀(35)의 위치는 홀을 가공할 튜브재(3) 상의 가공위치에 대응하여 형성한다.

상기 장착홀(35)에 대응하는 상형(5)의 상단에는 펀치실린더(37)를 장착하는데, 상기 펀치실린더(37)는 그 작동로드(39)를 상기 장착홀(35)에 끼운 상태로, 상기 상형(5)의 상단에 하향하여 장착된다.

여기서, 상기 펀치실린더(37)는 그 작동압을 유압으로 하는 유압실린더로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 펀치실린더(37)의 작동압 공급은 유압펌프에 의해 발생되는 유압을 레귤레이터를 통하여 정압으로 형성한 후, 솔레노이드 밸브에 의해 그 공급을 조절하는 일반적인 유압 공급 시스템을 적용할 수 있으며, 이러한 유압 공급원리의 상세한 설명은 생략한다.

그리고 상기 장착홀(35)의 내부에는 상기 피어싱 펀치(31)가 끼워진 상태로 상기 펀치실린더(37)의 작동로드(39) 선단에 그 상단을 통하여 나사 체결된다.

즉, 상기 펀치실린더(37)의 작동로드(39)와 상기 피어싱 펀치(31)의 나사 체결구조는 상기 피어싱 펀치(31)의 상부에 그 외주면을 따라 나사산(41)을 형성하 고, 상기 작동로드(39)의 하단 내측에는 나사홀(43)을 형성하여 상호 체결되는 것이 바람직하다.

이러한 피어싱 펀치(31)는 그 내부에 하단과 외주면 일측을 "ㄱ"자 형상으로 연결하는 상기 액압 배출홀(33)을 형성한다.

또한, 상기 피어싱 펀치(31)의 내부에는 상기 액압 배출홀(33)을 통하여 킥킹핀(45)이 하단으로 돌출되어 스크랩(S)을 킥킹하도록 킥킹수단(49)이 구성되는데, 상기 킥킹수단(49)의 구체적인 구성은 다음과 같다.

즉, 상기 킥킹수단(49)은 먼저, 상기 피어싱 펀치(31)의 상단 중앙에 스프링 홈(51)을 형성하고, 상기 스프링 홈(51)과 액압 배출홀(33) 사이에는 핀 홀(53)을 형성하여 상호 연결한다.

상기와 같이 형성되는 스프링 홈(51)과 핀 홀(53) 및 액압 배출홀(33)에는 킥킹핀(45)이 삽입되어 그 하단 일부가 상기 피어싱 펀치(31)의 하단으로 돌출되도록 설치된다.

또한, 상기 킥킹핀(45)의 상단에는 상기 스프링 홈(47)에 걸리도록 리테이너(55)가 일체로 구성된다.

또한, 상기 스프링 홈(51)에는 스프링(47)이 삽입되는데, 상기 스프링(47)은 그 일단이 상기 리테이너(55)에 지지되고, 타단은 상기 피어싱 펀치(31)와 체결되는 펀치실린더(37)의 작동로드(39) 단부에 지지된다.

여기서, 상기 스프링(47)은 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 핀 홀(53)은 그 직경이 스프링 홈(51)의 직경 및 액압 배출홀 (33)의 직경보다 작게 형성되며, 상기 스프링 홈(51)의 직경보다는 액압 배출홀(33)의 직경을 더 작게 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 상형(5)의 장착홀(35) 일측방으로 그 내부에는 상기 장착홀(35) 내주면 일측에서부터 그 상단 일측까지 배출유로(57)를 형성하는데, 상기 장착홀(35) 내주면 상의 배출유로(57)의 형성위치는 상기 피어싱 펀치(31)의 피어싱 작동 시, 상기 피어싱 펀치(31)의 외주면 상의 액압 배출홀(33)과 일치되도록 설정된다.

또한, 상기 상형(5)의 상단에 연결되는 배출유로(57)에는 소켓(59)을 통하여 배출호스(61)의 일단이 연결되고, 이 배출호스(61)의 타단은 액압탱크(TK)로 연결한다.

물론, 상기 배출호스(61)는 플랙스블한 고압튜브로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서 이러한 구성을 갖는 본 발명의 하이드로 포밍 장치의 작동을 도 2 내지 도 6을 통하여 단계별로 설명한다.

먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이, 하형(1)의 성형면(17) 상에 튜브재(3)를 로딩시킨다.

이와 같이, 튜브재(3)가 하형(1)에 로딩된 후에는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상부의 상형(5)이 하강하여 하형(1)과 합형된 상태가 되며, 동시에 상기 튜브재(3)의 양단에 각각 배치되는 액압 실린더(7,9)가 축방향으로 양측의 엑츄얼 펀치(11,13)를 진행시켜 시일링(sealing)과 동시에, 축압(axial compress)을 가하여 금형의 합형 및 양측 엑츄얼 펀치(11,13)의 장착을 완료하게 된다.

이 때, 상기 엑츄얼 펀치(11,13)는 그 각각의 소켓부가 상기 튜브재(3)의 양단부를 통하여 삽입되어 실링되며, 이러한 상태로 도 4에서와 같이, 상기 양측 엑츄얼 펀치(11,13)의 축압과 함께, 상기 좌측의 엑츄얼 펀치(11)를 통하여 튜브재(3)의 내부로 액압을 공급하여 내부에서 상형(5)과 하형(1)에 각각 형성된 성형면(15,17)을 따라 상기 튜브재(3)를 확관 성형시킴으로써, 액압 성형을 이루게 된다.

이 때, 상기 킥킹핀(45)은 액압 성형된 튜브재(3)의 확관에 의해 튜브재(3)와 접촉된 상태로 피어싱 펀치(31)의 내측으로 밀려들어가게 된다.

상기한 바와 같이, 튜브재(3)의 액압 성형이 완료된 후에는, 도 5에서와 같이, 펀치실린더(37)에 작동압이 공급되어 피어싱 펀치(31)를 하강 진행시켜 상기 튜브재(3)의 성형부 일측에 피어싱 홀을 가공하게 된다.

이 때, 상기 킥킹핀(45)은 피어싱 펀치(31)가 튜브재(3)의 성형부 일측을 피어싱 가공하여 절단이 완료되는 시점에서, 스프링(47)의 탄성력에 의해 전진하여 절단된 스크랩(S)을 튜브재(3) 내부로 밀어 넣게 된다.

또한, 상기 스크랩(S)이 튜브재(3) 내부로 밀려들어가는 작동과 거의 동시에, 상기 펀치실린더(37)가 하강작동을 완료하게 되며, 이 시점에서는 상기 피어싱 펀치(37)의 내부의 액압 배출홀(33)이 상형(5) 내부의 배출유로(57)와 연결되어 상기 튜브재(3) 내부에 작용하는 고압의 액압이 상기 액압 배출홀(33)과 배출유로(57) 및 배출호스(61)를 통하여 액압탱크(TK)로 급속 배출되며, 상기 튜브재(3) 내부에는 대기압 상태가 된다.

상기와 같이, 튜브재(3)의 성형부 일측의 피어싱 성형 및 튜브재(3) 내부의 액압의 배출이 완료된 후에는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 하형(1)으로부터 상형(5)을 이형시킨 후, 성형부 일측에 피어싱 홀을 가공한 상태의 액압 성형품을 취출하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이드로 포밍 장치에 의하면, 하이드로 포밍 금형 내부에 유압에 의해 작동하는 피어싱유닛을 추가 구성하여 액압 성형된 튜브재의 성형부 일측에 대하여 피어싱 성형을 한번에 수행할 수 있도록 함으로써, 별도의 피어싱 프레스 장치에서 그 성형부 일측에 대하여 홀을 가공하는 피어싱 성형공정을 배제할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기한 추가 공정의 삭제로 인해 금형 제작비를 줄이며, 가공시간을 단축하여 제작단가를 최소화하는 효과가 있다.